JP3179652B2 - 絶縁ゲート型電界効果トランジスタ手段 - Google Patents

絶縁ゲート型電界効果トランジスタ手段

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JP3179652B2 JP08709994A JP8709994A JP3179652B2 JP 3179652 B2 JP3179652 B2 JP 3179652B2 JP 08709994 A JP08709994 A JP 08709994A JP 8709994 A JP8709994 A JP 8709994A JP 3179652 B2 JP3179652 B2 JP 3179652B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、そのゲートを通じたオン・オフ
駆動に連携してそのバックゲートを駆動し、そのオフ駆
動の間そのオフ駆動を助ける方向へそのゲート・ソース
間のオン・オフしきい値電圧をずらす一方、そのオン駆
動の間そのオン・オフしきい値電圧を元に戻す絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタ手段に関する。このため、本
発明は『そのオン駆動時のオン抵抗を大きくせずにその
オフ駆動時のオフ抵抗を大きくしてそのオフ時ドレイン
・ソース間もれ電流を小さくしたり、そのオフ駆動時に
ノイズ等による誤ターン・オンをし難くしたり』するこ
とができる。そして、本発明は電力変換回路、論理回
路、あるいは、電力変換回路を利用した点火回路(特
に、内燃機関用点火回路。)、高電圧発生回路、オゾナ
イザー、放電灯点灯回路、誘導加熱回路などに利用され
る。
【0002】
【背景技術】従来の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
においてそのオフ駆動時のオフ抵抗を大きくしてそのオ
フ時ドレイン・ソース間もれ電流を小さくしたり、その
オフ駆動時にノイズ等による誤ターン・オンをし難くし
たりする方法に、そのオフ駆動を助ける方向へそのゲー
ト・ソース間のオン・オフしきい値電圧をずらして設定
する方法が有る。例えばエンハンスメント・モード(ノ
ーマリィ・オフ型)の場合ならそのゲート・ソース間の
オン・オフしきい値電圧の大きさを大きくする方法であ
る。これは「オフ駆動電圧とそのオン・オフしきい値電
圧の電圧差」を大きくするとオフ抵抗が大きくなった
り、ノイズ等による誤ターン・オンがし難くなったりす
るためである。しかし、そうすると、反対に「オン駆動
電圧とそのオン・オフしきい値電圧の電圧差」が小さく
なるためそのオン駆動時のオン抵抗が大きくなってしま
う。あるいは、そのオン抵抗の増加を打ち消し、元のオ
ン抵抗に戻すためにその電圧差を大きくする必要が有
り、オン駆動電圧を強化する必要が有る。例えばエンハ
ンスメント・モードの場合ならそのゲート順バイアス電
圧の大きさを大きくする必要が有る。但し、この場合そ
のゲート・ソース間耐圧という限界値が有る。
【0003】従って、『そのオン駆動時のオン抵抗を大
きくせずにそのオフ駆動時のオフ抵抗を大きくしてその
オフ時ドレイン・ソース間もれ電流を小さくしたり、そ
のオフ駆動時にノイズ等による誤ターン・オンをし難く
したり』することが従来の絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタに望まれるのである。 (問 題 点)
【0004】そこで、本発明は『そのオン駆動時のオン
抵抗を大きくせずにそのオフ駆動時のオフ抵抗を大きく
してそのオフ時ドレイン・ソース間もれ電流を小さくし
たり、そのオフ駆動時にノイズ等による誤ターン・オン
をし難くしたり』することができる絶縁ゲート型電界効
果トランジスタ手段を提供することを目的としている。
(発明の目的)
【0005】
【発明の開示】即ち、本発明ではその構成要素である連
携駆動手段が「絶縁ゲート型電界効果トランジスタ手段
のゲートを通じたオン・オフ駆動」に連携してそのバッ
クゲートを駆動し、基板バイアス効果を利用してそのオ
フ駆動の間そのオフ駆動を助ける方向へそのゲート・ソ
ース間のオン・オフしきい値電圧をずらす一方、そのオ
ン駆動の間前記オン・オフしきい値電圧を元に戻すこと
を特徴としている。
【0006】このことによって、「そのオン駆動時のオ
ン・オフしきい値電圧」と「そのオフ駆動時のオン・オ
フしきい値電圧」が好都合な方向に違って来るので、そ
のオン駆動時のオン・オフしきい値電圧をそのままにす
れば、そのオフ駆動時のオン・オフしきい値電圧を「オ
フ駆動するのに都合のいいオン・オフしきい値電圧」方
向にずらすことができる。その結果、『そのオン駆動時
のオン抵抗を大きくせずにそのオフ駆動時のオフ抵抗を
大きくしてそのオフ時ドレイン・ソース間もれ電流を小
さくしたり、そのオフ駆動時にノイズ等による誤ターン
・オンをし難くしたりすることができる』という効果が
本発明に有る。 (発明の効果)
【0007】本発明が請求項2記載の絶縁ゲート型電界
効果トランジスタ手段に対応する場合、前記連携駆動手
段は同項記載中の「バックゲート逆バイアス手段と逆バ
イアス解除手段」で構成され、前記オフ駆動の間そのバ
ックゲート逆バイアス手段がそのバックゲート・ソース
間を逆バイアスし、前記オン駆動の間その逆バイアス解
除手段がそのバックゲート・ソース間の逆バイアスを解
除して元に戻す。
【0008】本発明が請求項3記載の絶縁ゲート型電界
効果トランジスタ手段に対応する場合、上記バックゲー
ト逆バイアス手段は同項記載中の「ゲート逆バイアス手
段と非可制御スイッチング手段(例:ダイオード。)」
で構成され、上記逆バイアス解除手段は同項記載中の抵
抗手段で構成される。前記オフ駆動の間そのゲート逆バ
イアス手段はそのゲート・ソース間を逆バイアスするの
であるが、同時にその非可制御スイッチング手段を介し
てそのバックゲート・ソース間も逆バイアスする一方、
前記オン駆動の間その抵抗手段がそのバックゲート・ソ
ース間の逆バイアス電荷を放電させて、そのバックゲー
ト・ソース間を電圧ゼロにしたり、又は、僅かに順バイ
アスしたりする。
【0009】本発明が請求項4記載の絶縁ゲート型電界
効果トランジスタ手段に対応する場合、上記抵抗手段は
「同項記載中の電圧降下手段、バイポーラ・モードのト
ランジスタ手段およびオン方向駆動手段の接続体」で構
成される可変抵抗手段であり、そのバックゲートの逆バ
イアス時より逆バイアス解除時の方がその抵抗作用は小
さくなる。つまり、その逆バイアス時の電流消費を大き
くせずに実質的な放電作用を強くすることができる。
【0010】
【発明を実施するための最良の形態】本発明をより詳細
に説明するために以下添付図面に従ってこれを説明す
る。図1〜図6に6つの実施例を示す。図1の実施例は
請求項1、2又は3記載の絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタ手段に対応し、次の通りそれぞれが前述した各構
成要素に相当する。 a)トランジスタ1が前述した絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタ手段に。 b)トランジスタ1のゲート、ソース及びバックゲート
が前述した絶縁ゲート型電界効果トランジスタ手段のゲ
ート、ソース及びバックゲートに。 c)「ダイオード3、抵抗2及び『図示していないが、
そのオフ駆動時にそのゲート・ソース間を逆バイアスす
るゲート逆バイアス手段』の接続体」が前述した連携駆
動手段に。
【0011】d)「ダイオード3と『上記の図示されて
いないゲート逆バイアス手段』の接続体」が請求項2記
載中のバックゲート逆バイアス手段に。 e)抵抗2が請求項2記載中の逆バイアス解除手段に。
【0012】f)「上記の図示されていないゲート逆バ
イアス手段」が請求項3記載中のゲート逆バイアス手段
に。 g)ダイオード3が請求項3記載中の非可制御スイッチ
ング手段に。 h)抵抗2が請求項3記載中の抵抗手段に。
【0013】トランジスタ1のゲート・バックゲート
(又はサブストレート)間にダイオード3(非可制御ス
イッチング手段の1種。)がそのバックゲート・ソース
間のPN接合と逆方向に接続され、そのバックゲート・
ソース間に抵抗2が接続されている。今そのゲート・ソ
ース間に逆バイアス電圧が印加されると、ダイオード3
を介してそのバックゲート・ソース間にも逆バイアス電
圧が印加されるので、そのゲート逆バイアス駆動に連携
してそのバックゲートも逆バイアス駆動され、基板バイ
アス効果によりオフ時のゲート・ソース間のオン・オフ
しきい値電圧は「そのバックゲートを逆バイアスしない
場合」より大きくなる。一方、そのゲート・ソース間に
順バイアス電圧が印加されると、抵抗2が「そのバック
ゲート・ソース間静電容量に蓄積されていた逆バイアス
電荷」を放電し、そのバックゲート電位をそのソース電
位と同じにするので、そのゲート・ソース間のオン・オ
フしきい値電圧は元に戻る。
【0014】その結果、トランジスタ1のオン駆動時の
ゲート・ソース間オン・オフしきい値電圧が「そのバッ
クゲート・ソース間を直結している場合」と同じであれ
ば、トランジスタ1のオン抵抗はそのままで、トランジ
スタ1のオフ時のオン・オフしきい値電圧は「そのバッ
クゲート・ソース間を直結している場合」より大きくな
るから、そのオフ抵抗は大きくなってそのオフ時ドレイ
ン・ソース間もれ電流は小さくなり、ノイズ等による誤
ターン・オンがし難くなる。
【0015】図2の実施例では抵抗4の一端はトランジ
スタ1のソースにではなくゲートに接続されている。こ
のため、そのゲート・ソース間にゲート順バイアス電圧
が印加されると、そのゲート順バイアス電圧が抵抗4を
介してそのバックゲート・ソース間静電容量の放電を促
進させるので、そのバックゲート・ソース間静電容量の
放電は図1の実施例の場合より速くなる。しかし、「そ
のゲート順バイアス電圧の印加中そのバックゲート・ソ
ース間のPN接合に抵抗4を介して電流が流れてしま
う」という欠点が図2の実施例に有る。
【0016】そこで、その欠点を無くしたのが図3の実
施例である。トランジスタ1のゲート・ソース間バイア
スが逆バイアスから順バイアスに切り換わると、抵抗2
による放電の他に抵抗4とダイオード6を通じてそのバ
ックゲート電位は持ち上げられて行く。しかし、そのバ
ックゲート・ソース間PN接合がターン・オンする前に
ダイオード7がターン・オンするので、抵抗4の電流は
トランジスタ1のバックゲート・ソース間PN接合には
流れない。ダイオード7のターン・オン後バックゲート
・ソース間に逆バイアス電荷が残っていれば、抵抗2が
そのバックゲート電位をそのソース電位と同じにする。
ダイオード5はバックゲート逆バイアス時の電流経路を
確保するために有る。
【0017】図3の実施例の場合、「ダイオード5、3
及び『図示されていないゲート逆バイアス手段』の接続
体」が請求項2記載のバックゲート逆バイアス手段に相
当し、「抵抗4、2及びダイオード6、7の接続体」が
請求項2記載の逆バイアス解除手段に相当する。
【0018】図4の実施例は、図1の実施例と「図1の
実施例と相補関係(電圧極性もしくは電圧方向に関して
対称的な関係)にあるスイッチング手段」を使って、よ
く知られている3端子スイッチを構成したものである。
【0019】図5の実施例も3端子スイッチで、後述す
る図6の実施例と「図6の実施例と相補関係にあるスイ
ッチング手段」を使ったものである。
【0020】図6の実施例は、図3の実施例を簡単化し
た様なものである。トランジスタ8のコレクタ接合(コ
レクタ・ベース間PN接合)が図3のダイオード7に、
エミッタ接合(ベース・エミッタ間PN接合)が図3の
ダイオード6に対応すると考えれば分かり易い。ただ
し、トランジスタ8の電流増幅作用によりそのソース・
バックゲート間の実質的な放電抵抗は小さくなる。ま
た、「図6中に点線で示すダイオード」が無い場合トラ
ンジスタ1のゲート順バイアス電圧の大きさはトランジ
スタ8のコレクタ接合の順電圧の大きさに制限されてし
まう。この場合ダイオード3が請求項3記載中の非可制
御スイッチング手段に相当し、「ダイオード3、トラン
ジスタ8及びそのコレクタ・ベース間抵抗の接続体」が
請求項3記載中の抵抗手段に相当する。
【0021】一方、「図6中に点線で示すダイオード」
が有る場合、図6の実施例は請求項4記載のゲート絶縁
型電界効果トランジスタ手段にも対応する様になり、そ
の「点線で示すダイオード」が請求項3記載中の非可制
御スイッチング手段に相当し、「ダイオード3、トラン
ジスタ8及びそのコレクタ・ベース間抵抗」が請求項4
記載中の「電圧降下手段、バイポーラ・モードのトラン
ジスタ手段およびオン方向駆動手段」にそれぞれ相当す
る。この事は図5の実施例でも同様である。
【0022】
【先行技術】
a)特開昭55−66282号 b)特開昭60−
16726号 c)特開昭60−183816号 d)特開昭60−
223322号 e)特開昭62−15923〜5号
【図面の簡単な説明】
【図1〜図6】各図は、本発明の実施例を1つずつ示す
回路図である。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 そのゲートを通じたオン・オフ駆動に連
    携してそのバックゲートを駆動し、そのオフ駆動の間そ
    のオフ駆動を助ける方向へそのゲート・ソース間のオン
    ・オフしきい値電圧をずらす一方、そのオン駆動の間前
    記オン・オフしきい値電圧を元に戻す連携駆動手段を有
    することを特徴とする絶縁ゲート型電界効果トランジス
    タ手段。
  2. 【請求項2】 前記連携駆動手段が、 前記オフ駆動の間そのバックゲート・ソース間を逆バイ
    アスするバックゲート逆バイアス手段と、 前記オン駆動の間そのバックゲート・ソース間の逆バイ
    アスを解除して元に戻す逆バイアス解除手段、で構成さ
    れていることを特徴とする請求項1記載の絶縁ゲート型
    電界効果トランジスタ手段。
  3. 【請求項3】 前記バックゲート逆バイアス手段が、 前記オフ駆動の間そのゲート・ソース間を逆バイアスす
    るゲート逆バイアス手段と、 そのゲート・バックゲート間にそのバックゲート・ソー
    ス間逆電圧方向に接続される非可制御スイッチング手
    段、で構成され、 前記逆バイアス解除手段が、 そのゲート・バックゲート間又はそのソース・バックゲ
    ート間に接続される抵抗手段、で構成されていることを
    特徴とする請求項2記載の絶縁ゲート型電界効果トラン
    ジスタ手段。
  4. 【請求項4】 バイポーラ・モードのトランジスタ手段
    の制御電極と両主電極を制御電極ce、主電極me1及
    び主電極me2と呼ぶとしたときに、そして、その駆動
    信号入力用に制御電極ceと主電極me1が対を成し、
    そのゲート・ソース間と制御電極ce・主電極me1間
    が同じ逆バイアス電圧極性を持つとしたときに、 前記抵抗手段が、 そのバックゲートと前記非可制御スイッチング手段の間
    に挿入接続され、電流に対して電圧降下を生じる電圧降
    下手段と、 前記非可制御スイッチング手段と前記電圧降下手段の接
    続点に制御電極ceを、そのバックゲートに主電極me
    1を、そのソースに主電極me2をそれぞれ接続され、
    前記電圧降下によって逆バイアス駆動される前記バイポ
    ーラ・モードのトランジスタ手段と、 前記電圧降下が生じないとき前記バイポーラ・モードの
    トランジスタ手段をオン方向へ駆動するオン方向駆動手
    段、で構成されていることを特徴とする請求項3記載の
    絶縁ゲート型電界効果トランジスタ手段。
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