JP5474143B2 - Semiconductor device and inverter, converter and power conversion device using the same - Google Patents

Semiconductor device and inverter, converter and power conversion device using the same Download PDF

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Description

この発明は半導体装置と、それを用いた昇圧チョッパおよび電力変換装置に関し、特に、高耐圧トランジスタを備えた半導体装置と、それを用いたインバータ、コンバータ、および電力変換装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, a step-up chopper and a power conversion device using the semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device including a high breakdown voltage transistor, an inverter, a converter and a power conversion device using the semiconductor device.

従来より、電力変換装置では、高耐圧トランジスタが使用されている。また、電力変換装置の定格電流を増やすため、並列接続された複数の高耐圧トランジスタを使用する方法もある。この方法では、複数の高耐圧トランジスタのうちのしきい値電圧が低い高耐圧トランジスタに電流が集中するのを防止するために、各高耐圧トランジスタの電流を検出し、複数の高耐圧トランジスタの電流の差が所定値よりも大きくなった場合は、ゲート抵抗を通常よりも小さくして複数の高耐圧トランジスタのターンオンを早める(たとえば、特許文献1参照)。   Conventionally, high voltage transistors have been used in power conversion devices. There is also a method of using a plurality of high voltage transistors connected in parallel in order to increase the rated current of the power converter. In this method, in order to prevent the current from concentrating on a high breakdown voltage transistor having a low threshold voltage among a plurality of high breakdown voltage transistors, the current of each high breakdown voltage transistor is detected and the current of the plurality of high breakdown voltage transistors is When the difference between them becomes larger than a predetermined value, the gate resistance is made smaller than usual to speed up the turn-on of a plurality of high voltage transistors (for example, see Patent Document 1).

特開2002−95240号公報JP 2002-95240 A

しかし、従来の電力変換装置では、高耐圧トランジスタのしきい値電圧のばらつきに起因してターンオン時間がばらつき、電力変換装置の性能もばらつくと言う問題があった。   However, the conventional power conversion device has a problem that the turn-on time varies due to the variation in threshold voltage of the high voltage transistor, and the performance of the power conversion device varies.

また、特許文献1の方法では、高耐圧トランジスタと同数の電流センサを設け、各ゲート抵抗を可変抵抗素子で構成し、電流センサの検出結果に基いてゲート抵抗を制御する制御部が必要となり、装置構成が複雑になり、コスト高になると言う問題がある。   Further, in the method of Patent Document 1, the same number of current sensors as high withstand voltage transistors are provided, each gate resistance is configured by a variable resistance element, and a control unit that controls the gate resistance based on the detection result of the current sensor is required. There is a problem that the device configuration becomes complicated and the cost is high.

それゆえに、この発明の主たる目的は、ターンオン時間のばらつきが小さな半導体装置と、それを用いたインバータ、コンバータおよび電力変換装置を提供することである。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a semiconductor device having a small variation in turn-on time, and an inverter, a converter and a power conversion device using the semiconductor device.

この発明に係る半導体装置は、第1の電極が第1のノードに接続された第1のトランジスタと、第1の電極が第1のトランジスタの第2の電極に接続され、第2の電極が第2のノードに接続され、制御電極が第1の制御ノードに接続された第2のトランジスタと、第1の電極が第1のトランジスタの第2の電極に接続され、第2の電極が第2のノードに接続され、制御電極が第2の制御ノードに接続された第3のトランジスタとを備えたものである。第1のトランジスタの第1および第2の電極間の耐圧は第2および第3のトランジスタの各々の第1および第2の電極間の耐圧よりも高く、第2のトランジスタの増幅率は第3のトランジスタの増幅率よりも小さい。   In the semiconductor device according to the present invention, a first transistor having a first electrode connected to a first node, a first electrode connected to a second electrode of the first transistor, and a second electrode A second transistor having a control electrode connected to the first control node, a first electrode connected to the second electrode of the first transistor, and a second electrode connected to the second node; And a third transistor having a control electrode connected to the second control node. The breakdown voltage between the first and second electrodes of the first transistor is higher than the breakdown voltage between the first and second electrodes of each of the second and third transistors, and the amplification factor of the second transistor is third. It is smaller than the amplification factor of the transistor.

好ましくは、複数組の第1〜第3のトランジスタを備える。複数の第1のトランジスタの制御電極は互いに接続され、複数の第2のトランジスタの制御電極はともに第1の制御ノードに接続され、複数の第3のトランジスタの制御電極はともに第2の制御ノードに接続されている。複数の第1のトランジスタの第1の電極はともに第1のノードに接続され、複数の第2のトランジスタの第1の電極はそれぞれ複数の第1のトランジスタの第2の電極に接続され、複数の第2のトランジスタの第2の電極はともに第2のノードに接続され、複数の第3のトランジスタの第1の電極はそれぞれ複数の第1のトランジスタの第2の電極に接続され、複数の第3のトランジスタの第2の電極はともに第2のノードに接続されている。   Preferably, a plurality of first to third transistors are provided. The control electrodes of the plurality of first transistors are connected to each other, the control electrodes of the plurality of second transistors are all connected to the first control node, and the control electrodes of the plurality of third transistors are both connected to the second control node. It is connected to the. The first electrodes of the plurality of first transistors are all connected to the first node, and the first electrodes of the plurality of second transistors are connected to the second electrodes of the plurality of first transistors, respectively. The second electrodes of the second transistors are both connected to the second node, and the first electrodes of the plurality of third transistors are connected to the second electrodes of the plurality of first transistors, respectively. The second electrodes of the third transistors are both connected to the second node.

また好ましくは、第2のトランジスタの増幅率は第1のトランジスタの増幅率よりも小さい。   Preferably, the amplification factor of the second transistor is smaller than the amplification factor of the first transistor.

また好ましくは、第1および第2のノード間を導通させる場合は、第2のトランジスタをオンさせて第1のトランジスタをオンさせた後に第3のトランジスタをオンさせる。   Preferably, when conducting between the first and second nodes, the second transistor is turned on to turn on the first transistor, and then the third transistor is turned on.

また好ましくは、第1および第2のノード間を非導通にする場合は、第3のトランジスタをオフさせた後に第2のトランジスタをオフさせて第1のトランジスタをオフさせる。   Preferably, when the first and second nodes are not connected, the third transistor is turned off and then the second transistor is turned off to turn off the first transistor.

また好ましくは、第1のノードは第1の電圧を受け、第2のノードは第2の電圧を受け、第2のトランジスタをオン/オフ制御するための第1の制御信号が第1の制御ノードに与えられ、第3のトランジスタをオン/オフ制御するための第2の制御信号が第2の制御ノードに与えられる。   Preferably, the first node receives the first voltage, the second node receives the second voltage, and the first control signal for controlling on / off of the second transistor is the first control. A second control signal is applied to the second control node for turning on / off the third transistor.

また好ましくは、第1のノードは第1の電圧を受け、第2のノードは第2の電圧を受け、第2のトランジスタのしきい値電圧は第3のトランジスタのしきい値電圧よりも低く、第2および第3のトランジスタをオン/オフ制御するための制御信号が第1および第2の制御ノードに与えられる。   Also preferably, the first node receives the first voltage, the second node receives the second voltage, and the threshold voltage of the second transistor is lower than the threshold voltage of the third transistor. A control signal for ON / OFF control of the second and third transistors is applied to the first and second control nodes.

また好ましくは、第2および第3のトランジスタの各々はノーマリーオフ型トランジスタである。   Preferably, each of the second and third transistors is a normally-off transistor.

また好ましくは、第1のトランジスタはノーマリーオフ型トランジスタであり、第1のトランジスタの制御電極は、第1のトランジスタのしきい値電圧よりも高い第3の電圧を受ける。   Preferably, the first transistor is a normally-off transistor, and the control electrode of the first transistor receives a third voltage higher than the threshold voltage of the first transistor.

また好ましくは、さらに、第1のトランジスタの制御電極と第2のノードとの間に接続されたコンデンサと、カソードが第1のトランジスタの制御電極に接続され、アノードが第3の電圧を受けるダイオードとを備える。   Also preferably, a capacitor connected between the control electrode of the first transistor and the second node, a diode having a cathode connected to the control electrode of the first transistor and an anode receiving the third voltage With.

また好ましくは、第1のトランジスタはノーマリーオン型トランジスタであり、第1のトランジスタの制御電極は第2のノードに接続されている。   Preferably, the first transistor is a normally-on transistor, and the control electrode of the first transistor is connected to the second node.

また、この発明に係るコンバータは、上記半導体装置を備えたものである。
また、この発明に係るインバータは、上記半導体装置を備えたものである。
A converter according to the present invention includes the semiconductor device.
An inverter according to the present invention includes the semiconductor device.

また、この発明に係る電力変換回路は、上記半導体装置を備えたものである。   A power conversion circuit according to the present invention includes the semiconductor device.

この発明に係る半導体装置では、第1の電極が第1のノードに接続された第1のトランジスタと、第1のトランジスタの第2の電極と第2のノードとの間に接続され、制御電極が第1の制御ノードに接続された第2のトランジスタと、第1のトランジスタの第2の電極と第2のノードとの間に接続され、制御電極が第2の制御ノードに接続された第3のトランジスタとを備え、第1のトランジスタの第1および第2の電極間の耐圧は、第2および第3のトランジスタの各々の第1および第2の電極間の耐圧よりも高く、第2のトランジスタの増幅率は第1および第3のトランジスタの各々の増幅率よりも小さい。したがって、増幅率の小さな第2のトランジスタによって高耐圧の第1のトランジスタのスイッチングを行なうことにより、第1のトランジスタのしきい値電圧のばらつきが第1のトランジスタの第1および第2の電極電流のばらつきに与える影響を小さくすることができる。このため、複数の半導体装置を並列接続した場合でも、電流センサなどを設けることなく、1つの半導体装置に電流が集中するのを防止することができ、装置構成の簡単化と、低コスト化を図ることができる。   In the semiconductor device according to the present invention, the first electrode is connected between the first transistor connected to the first node, the second electrode of the first transistor, and the second node, and the control electrode Is connected between the second transistor connected to the first control node, the second electrode of the first transistor and the second node, and the control electrode is connected to the second control node. 3 and a breakdown voltage between the first and second electrodes of the first transistor is higher than a breakdown voltage between the first and second electrodes of each of the second and third transistors. The amplification factors of the first and third transistors are smaller than the amplification factors of the first and third transistors. Therefore, by switching the first transistor having a high withstand voltage by the second transistor having a small amplification factor, variations in the threshold voltage of the first transistor cause the first and second electrode currents of the first transistor to vary. It is possible to reduce the influence on the variation of the. For this reason, even when a plurality of semiconductor devices are connected in parallel, current can be prevented from being concentrated on one semiconductor device without providing a current sensor or the like, thereby simplifying the device configuration and reducing the cost. Can be planned.

この発明の実施の形態1による半導体装置の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 図1に示した半導体装置を用いた昇圧チョッパの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the pressure | voltage rise chopper using the semiconductor device shown in FIG. 図2に示した制御信号の波形を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the waveform of the control signal shown in FIG. 実施の形態1の比較例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a comparative example of the first embodiment. 本願発明の効果を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the effect of this invention. 実施の形態1の変更例を示す回路ブロック図である。FIG. 6 is a circuit block diagram illustrating a modification of the first embodiment. 実施の形態1の他の変更例を示す回路ブロック図である。FIG. 10 is a circuit block diagram illustrating another modification of the first embodiment. 実施の形態1のさらに他の変更例を示す回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram showing still another modification of the first embodiment. この発明の実施の形態2による半導体装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the semiconductor device by Embodiment 2 of this invention. 図9に示した半導体装置を用いた昇圧チョッパの構成を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a boost chopper using the semiconductor device shown in FIG. 9. この発明の実施の形態3による半導体装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the semiconductor device by Embodiment 3 of this invention. 図11に示した半導体装置を用いた昇圧チョッパの構成を示す回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration of a step-up chopper using the semiconductor device shown in FIG. 11. 図12に示した2つの高耐圧トランジスタに流れる電流の波形を示すタイムチャートである。13 is a time chart showing waveforms of currents flowing through two high voltage transistors shown in FIG. 実施の形態3の比較例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a comparative example of the third embodiment. 図14に示した2つの高耐圧トランジスタに流れる電流の波形を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the waveform of the electric current which flows into two high voltage transistors shown in FIG. この発明の実施の形態4による半導体装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the semiconductor device by Embodiment 4 of this invention. 図16に示した半導体装置を用いた昇圧チョッパの構成を示す回路図である。FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration of a boost chopper using the semiconductor device shown in FIG. 16. この発明の実施の形態5による降圧チョッパの構成を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of the pressure | voltage fall chopper by Embodiment 5 of this invention. 実施の形態5の変更例を示す回路ブロック図である。FIG. 10 is a circuit block diagram showing a modification of the fifth embodiment.

[実施の形態1]
本実施の形態1の半導体装置は、ドレインが第1のノードに接続された第1のトランジスタと、ドレインが第1のトランジスタのソースに接続され、ソースが第2のノードに接続された第2のトランジスタと、第2のトランジスタに並列接続された第3のトランジスタとを備え、第1のトランジスタのソースおよびドレイン間の耐圧は第2および第3のトランジスタの各々のソースおよびドレイン間の耐圧よりも高く、第2のトランジスタの相互コンダクタンスは第3のトランジスタの相互コンダクタンスよりも小さいものである。以下、本実施の形態1の半導体装置を図面を用いて詳細に説明する。
[Embodiment 1]
The semiconductor device according to the first embodiment includes a first transistor whose drain is connected to the first node, a second transistor whose drain is connected to the source of the first transistor, and whose source is connected to the second node. And a third transistor connected in parallel to the second transistor, the breakdown voltage between the source and drain of the first transistor is greater than the breakdown voltage between the source and drain of each of the second and third transistors. The transconductance of the second transistor is smaller than the transconductance of the third transistor. Hereinafter, the semiconductor device according to the first embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

本実施の形態1の半導体装置は、図1に示すように、ノードN1,N2間に直列接続されたNチャネルMOSトランジスタQ1,Q2と、NチャネルMOSトランジスタQ2に並列接続されたNチャネルMOSトランジスタQ3とを備える。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the first embodiment includes N channel MOS transistors Q1, Q2 connected in series between nodes N1, N2, and an N channel MOS transistor connected in parallel to N channel MOS transistor Q2. Q3.

トランジスタQ1は高耐圧トランジスタであり、トランジスタQ2,Q3の各々は低耐圧トランジスタである。市販のトランジスタQ1のしきい値電圧VTH1は、3V〜5Vの範囲でばらついている。また、市販のトランジスタQ2,Q3のしきい値電圧VTH2,VTH3の各々は、1V〜2Vの範囲でばらついている。トランジスタQ2の相互コンダクタンスGm2は、トランジスタQ1,Q3の相互コンダクタンスGm1,Gm3の各々よりも小さい。たとえば、Gm2=6S(ジーメンス)、Gm1=35S、Gm3=30Sである。   The transistor Q1 is a high breakdown voltage transistor, and each of the transistors Q2 and Q3 is a low breakdown voltage transistor. The threshold voltage VTH1 of the commercially available transistor Q1 varies in the range of 3V to 5V. In addition, the threshold voltages VTH2 and VTH3 of the commercially available transistors Q2 and Q3 vary in the range of 1V to 2V. The mutual conductance Gm2 of the transistor Q2 is smaller than each of the mutual conductances Gm1 and Gm3 of the transistors Q1 and Q3. For example, Gm2 = 6S (Siemens), Gm1 = 35S, and Gm3 = 30S.

ノードN1には直流電圧V1が与えられ、ノードN2には直流電圧V1よりも低い直流電圧V2が与えられ、トランジスタQ1のゲートには直流電圧V3が与えられる。V3−V2は、トランジスタQ1のしきい値電圧VTH1よりも十分に大きな電圧に設定されている。トランジスタQ2,Q3のゲートには、それぞれ制御信号CNT1,CNT2が与えられる。   DC voltage V1 is applied to node N1, DC voltage V2 lower than DC voltage V1 is applied to node N2, and DC voltage V3 is applied to the gate of transistor Q1. V3-V2 is set to a voltage sufficiently higher than the threshold voltage VTH1 of the transistor Q1. Control signals CNT1 and CNT2 are applied to the gates of the transistors Q2 and Q3, respectively.

初期状態では、制御信号CNT1,CNT2がともに「L」レベルにされているものとする。この場合は、トランジスタQ1〜Q3はともにオフし、ノードN1,N2間は非導通状態になっている。   In the initial state, it is assumed that both the control signals CNT1 and CNT2 are set to the “L” level. In this case, the transistors Q1 to Q3 are all turned off, and the nodes N1 and N2 are in a non-conductive state.

ノードN1,N2間を導通状態にさせる場合は、まず制御信号CNT1を「L」レベルから「H」レベルに立ち上げる。これにより、トランジスタQ2がオンしてトランジスタQ1のソース電圧が低下し、トランジスタQ1のゲート−ソース間電圧がトランジスタQ1のしきい値電圧VTH1を超えると、トランジスタQ1がオンし、ノードN1,N2間が導通状態になる。次いで制御信号CNT2が「L」レベルから「H」レベルに立ち上げられる。これにより、トランジスタQ3がオンし、ノードN1,N2間の抵抗値が小さくなって導通損失が小さくなる。   In order to make the nodes N1 and N2 conductive, first, the control signal CNT1 is raised from the “L” level to the “H” level. As a result, the transistor Q2 is turned on and the source voltage of the transistor Q1 is lowered. When the gate-source voltage of the transistor Q1 exceeds the threshold voltage VTH1 of the transistor Q1, the transistor Q1 is turned on, and between the nodes N1 and N2 Becomes conductive. Next, the control signal CNT2 is raised from the “L” level to the “H” level. Thereby, the transistor Q3 is turned on, the resistance value between the nodes N1 and N2 is reduced, and the conduction loss is reduced.

また、ノードN1,N2間を導通状態から非導通状態にさせる場合は、まず制御信号CNT2を「H」レベルから「L」レベルに立ち下げ、トランジスタQ3をオフさせる。次いで制御信号CNT2を「H」レベルから「L」レベルに立ち下げる。これにより、トランジスタQ2がオフしてトランジスタQ1のソース電圧が上昇し、トランジスタQ1のゲート−ソース間電圧がトランジスタQ1のしきい値電圧VTH1よりも小さくなると、トランジスタQ1がオフする。   When the node N1, N2 is changed from the conductive state to the non-conductive state, the control signal CNT2 is first lowered from the “H” level to the “L” level, and the transistor Q3 is turned off. Next, the control signal CNT2 falls from the “H” level to the “L” level. As a result, the transistor Q2 is turned off and the source voltage of the transistor Q1 rises. When the gate-source voltage of the transistor Q1 becomes smaller than the threshold voltage VTH1 of the transistor Q1, the transistor Q1 is turned off.

この実施の形態1では、相互コンダクタンスGm2の小さなトランジスタQ2によって高耐圧のトランジスタQ1のスイッチングを行なうことにより、トランジスタQ1のしきい値電圧VTH1のばらつきがトランジスタQ1のドレイン電流のばらつきに与える影響を小さくすることができ、ターンオン時間のばらつきを小さく抑制することができる。   In the first embodiment, by switching the transistor Q1 having a high withstand voltage by the transistor Q2 having a small mutual conductance Gm2, the influence of the variation in the threshold voltage VTH1 of the transistor Q1 on the variation in the drain current of the transistor Q1 is reduced. Thus, variation in turn-on time can be suppressed to be small.

図2は、図1に示した半導体装置を用いた昇圧チョッパの構成を示す回路図である。図2において、昇圧チョッパは、直流電源1の出力電圧を昇圧して負荷回路6に与える回路であって、NチャネルMOSトランジスタQ1〜Q3、制御信号源S1,S2、ゲート抵抗R1〜R3、直流電源2、ダイオード4、およびコンデンサ5を備える。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a step-up chopper using the semiconductor device shown in FIG. In FIG. 2, a boost chopper is a circuit that boosts the output voltage of the DC power supply 1 and applies the boosted voltage to the load circuit 6, and includes N-channel MOS transistors Q1 to Q3, control signal sources S1 and S2, gate resistors R1 to R3, DC A power source 2, a diode 4, and a capacitor 5 are provided.

NチャネルMOSトランジスタQ1,Q2はノードN1,N2間に直列接続され、NチャネルMOSトランジスタQ3はNチャネルMOSトランジスタQ2に並列接続される。ノードN2は、接地電圧GNDのラインに接続される。リアクトル3は、直流電源1の正極とノードN1の間に接続される。ダイオード4のアノードはノードN1に接続され、そのカソードはコンデンサ5を介して接地電圧GNDのラインに接続される。負荷回路6は、コンデンサ5に並列接続される。   N channel MOS transistors Q1 and Q2 are connected in series between nodes N1 and N2, and N channel MOS transistor Q3 is connected in parallel to N channel MOS transistor Q2. Node N2 is connected to a line of ground voltage GND. Reactor 3 is connected between the positive electrode of DC power supply 1 and node N1. The anode of the diode 4 is connected to the node N1, and the cathode thereof is connected to the ground voltage GND line via the capacitor 5. The load circuit 6 is connected to the capacitor 5 in parallel.

ゲート抵抗R1は、直流電源2の正極とトランジスタQ1のゲートとの間に接続される。ゲート抵抗R2は、制御信号源S1の出力ノードとトランジスタQ2のゲートとの間に接続される。ゲート抵抗R3は、制御信号源S2の出力ノードとトランジスタQ3のゲートとの間に接続される。直流電源1,2の負極は接地され、信号源S1,S2の接地ノードは接地される。   Gate resistor R1 is connected between the positive electrode of DC power supply 2 and the gate of transistor Q1. The gate resistor R2 is connected between the output node of the control signal source S1 and the gate of the transistor Q2. The gate resistor R3 is connected between the output node of the control signal source S2 and the gate of the transistor Q3. The negative poles of the DC power supplies 1 and 2 are grounded, and the ground nodes of the signal sources S1 and S2 are grounded.

リアクトル3のリアクタンスは、たとえば5mHである。ダイオード4としては、SiCショットキーバリアダイオードを使用した。コンデンサ5の容量値は、たとえば200μFである。負荷回路6としては、抵抗値が7.8Ωの抵抗素子を使用した。制御信号源S1,S2は、それぞれ制御信号CNT1,CNT2を出力する。制御信号CNT1,CNT2の各々は、10KHzの矩形波信号である。   The reactance of the reactor 3 is, for example, 5 mH. As the diode 4, a SiC Schottky barrier diode was used. The capacitance value of the capacitor 5 is, for example, 200 μF. As the load circuit 6, a resistance element having a resistance value of 7.8Ω was used. The control signal sources S1 and S2 output control signals CNT1 and CNT2, respectively. Each of the control signals CNT1 and CNT2 is a 10 KHz rectangular wave signal.

トランジスタQ1〜Q3をオンさせる場合は、図3に示すように、制御信号CNT1を「L」レベルから「H」レベルに立ち上げた後に、制御信号CNT2を「L」レベルから「H」レベルに立ち上げる。逆に、トランジスタQ1〜Q3をオフさせる場合は、制御信号CNT2を「H」レベルから「L」レベルに立ち下げた後に、制御信号CNT1を「H」レベルから「L」レベルに立ち下げる。   When turning on the transistors Q1 to Q3, as shown in FIG. 3, after raising the control signal CNT1 from the “L” level to the “H” level, the control signal CNT2 is changed from the “L” level to the “H” level. Launch. Conversely, when turning off the transistors Q1 to Q3, the control signal CNT2 is lowered from the “H” level to the “L” level after the control signal CNT2 is lowered from the “H” level to the “L” level.

図2に戻って、トランジスタQ1〜Q3をオンさせると、直流電源1からリアクトル3およびトランジスタQ1〜Q3を介して接地電圧GNDのラインに直流電流が流れ、リアクトル3に電磁エネルギーが蓄えられる。トランジスタQ1〜Q3をオフさせると、リアクトル3に蓄えられた電磁エネルギーがダイオード4を介してコンデンサ5に放出される。コンデンサ5の端子間電圧、すなわち昇圧チョッパの出力電圧は、直流電源1の出力電圧にリアクトル3の端子間電圧を加算した電圧となる。   Returning to FIG. 2, when the transistors Q <b> 1 to Q <b> 3 are turned on, a DC current flows from the DC power source 1 through the reactor 3 and the transistors Q <b> 1 to Q <b> 3 to the ground voltage GND line, and electromagnetic energy is stored in the reactor 3. When the transistors Q <b> 1 to Q <b> 3 are turned off, electromagnetic energy stored in the reactor 3 is released to the capacitor 5 through the diode 4. The terminal voltage of the capacitor 5, that is, the output voltage of the boost chopper is a voltage obtained by adding the terminal voltage of the reactor 3 to the output voltage of the DC power supply 1.

図4は、本実施の形態1の比較例となる従来の昇圧チョッパの構成を示す回路図であって、図2と対比される図である。図4を参照して、この昇圧チョッパでは、ノードN1,N2間にNチャネルMOSトランジスタQ10が接続される。トランジスタQ10のゲートは、ゲート抵抗R10を介して制御信号源S10の出力ノードに接続される。制御信号源S10は、10KHzの矩形波信号である制御信号S10を出力する。制御信号源S10の接地ノードは接地される。トランジスタQ10としては、トランジスタQ1同じ高耐圧で高Gmのトランジスタを使用した。   FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional boost chopper as a comparative example of the first embodiment, which is compared with FIG. Referring to FIG. 4, in this step-up chopper, an N channel MOS transistor Q10 is connected between nodes N1 and N2. The gate of the transistor Q10 is connected to the output node of the control signal source S10 via the gate resistor R10. The control signal source S10 outputs a control signal S10 that is a 10 KHz rectangular wave signal. The ground node of the control signal source S10 is grounded. As the transistor Q10, a transistor having the same high breakdown voltage and high Gm as the transistor Q1 was used.

制御信号S10が「L」レベルから「H」レベルに立ち上げられると、トランジスタQ10がオンし、リアクトル3に電磁エネルギーが蓄えられる。制御信号S10が「H」レベルから「L」レベルに立ち下げられると、トランジスタQ10がオフし、リアクトル3の電磁エネルギーがコンデンサ5に放出される。   When the control signal S10 rises from the “L” level to the “H” level, the transistor Q10 is turned on and electromagnetic energy is stored in the reactor 3. When the control signal S10 falls from the “H” level to the “L” level, the transistor Q10 is turned off, and the electromagnetic energy of the reactor 3 is released to the capacitor 5.

図5は、図2に示した本願の昇圧チョッパにおいて制御信号CNT1,CNT2の立ち上がりエッジに応答してトランジスタQ1に流れる電流I1の波形と、図4に示した従来の昇圧チョッパにおいて制御信号CNT10の立ち上がりエッジに応答してトランジスタQ10に流れる電流I10の波形とを示すタイムチャートである。   5 shows the waveform of the current I1 flowing through the transistor Q1 in response to the rising edges of the control signals CNT1 and CNT2 in the boost chopper of the present application shown in FIG. 2, and the control signal CNT10 in the conventional boost chopper shown in FIG. It is a time chart which shows the waveform of the electric current I10 which flows into the transistor Q10 in response to a rising edge.

ここでは、時間t=0(ns)のタイミングで、トランジスタQ2,Q10のゲート電圧を「L」レベルから「H」レベルに立ち上げた。また、本願の昇圧チョッパと従来の昇圧チョッパでスイッチング中の電流変化(di/dt)が同じになるようにゲート抵抗R1,R2,R3,R10の各々の抵抗値を設定した。スイッチング中の電流変化(di/dt)はスイッチングノイズの許容量によって設定されるパラメータであり、スイッチング中の電流変化(di/dt)が増大するとスイッチングノイズも増大する。本願の昇圧チョッパと従来の昇圧チョッパでスイッチングノイズの許容量は同じであるので、スイッチング中の電流変化(di/dt)も同じになるように回路パラメータを設定した。   Here, the gate voltages of the transistors Q2 and Q10 are raised from the “L” level to the “H” level at the timing of time t = 0 (ns). Further, the resistance values of the gate resistors R1, R2, R3, and R10 are set so that the current change (di / dt) during switching is the same between the boost chopper of the present application and the conventional boost chopper. The current change during switching (di / dt) is a parameter set by the allowable amount of switching noise. When the current change during switching (di / dt) increases, the switching noise also increases. Since the allowable amount of switching noise is the same in the step-up chopper of the present application and the conventional step-up chopper, circuit parameters are set so that the current change (di / dt) during switching is also the same.

一般に、同じ製品であっても、トランジスタQのしきい値電圧VTHは所定範囲内でばらついている。市販の高耐圧トランジスタQ1,Q10では、しきい値電圧VTHは3V〜5Vの範囲でばらつく。また、市販の低耐圧トランジスタQ2,Q3では、しきい値電圧VTHは1V〜2Vの範囲でばらつく。制御信号CNTが「L」レベルから「H」レベルに立ち上げられるとき、制御信号CNTのレベルがトランジスタQのしきい値電圧VTHを超えるとトランジスタQがオンする。したがって、トランジスタQのゲートに同じ制御信号CNTを与えても、しきい値電圧VTHが低いトランジスタQはしきい値電圧VTHが高いトランジスタQよりも速くターンオンする。   Generally, even in the same product, the threshold voltage VTH of the transistor Q varies within a predetermined range. In the commercially available high voltage transistors Q1 and Q10, the threshold voltage VTH varies in the range of 3V to 5V. In the commercially available low voltage transistors Q2 and Q3, the threshold voltage VTH varies in the range of 1V to 2V. When the control signal CNT is raised from the “L” level to the “H” level, the transistor Q is turned on when the level of the control signal CNT exceeds the threshold voltage VTH of the transistor Q. Therefore, even if the same control signal CNT is applied to the gate of the transistor Q, the transistor Q having a low threshold voltage VTH is turned on faster than the transistor Q having a high threshold voltage VTH.

従来の昇圧チョッパでは、低VTH(VTH10=3V)の高耐圧トランジスタQ10を使用した場合の電流I10の立ち上がりは、高VTH(VTH10=5V)の高耐圧トランジスタQ10を使用した場合の電流I10の立ち上がりよりも90ns速くなった。したがって、電流I10の立ち上がり時間は90nsの範囲でばらつく。   In the conventional step-up chopper, the rise of the current I10 when using the high breakdown voltage transistor Q10 with low VTH (VTH10 = 3V) is the rise of the current I10 when using the high breakdown voltage transistor Q10 with high VTH (VTH10 = 5V). 90 ns faster than Therefore, the rise time of the current I10 varies in the range of 90 ns.

これに対して本願の昇圧チョッパでは、低VTH(VTH1=3V)の高耐圧トランジスタQ1、低VTH(VTH2=1V)の低耐圧トランジスタQ2、および低VTH(VTH3=1.2V)の低耐圧トランジスタQ3を使用した場合の電流I1の立ち上がりは、高VTH(VTH1=5V)の高耐圧トランジスタQ1、高VTH(VTH2=2V)の低耐圧トランジスタQ2、および高VTH(VTH3=2V)の低耐圧トランジスタQ3を使用した場合の電流I1の立ち上がりよりも22ns速くなった。したがって、電流I1の立ち上がり時間は22nsの範囲でばらつく。   On the other hand, in the step-up chopper of the present application, a low breakdown voltage transistor Q1 having a low VTH (VTH1 = 3V), a low breakdown voltage transistor Q2 having a low VTH (VTH2 = 1V), and a low breakdown voltage transistor having a low VTH (VTH3 = 1.2V). The rise of the current I1 when Q3 is used is the high breakdown voltage transistor Q1 with high VTH (VTH1 = 5V), the low breakdown voltage transistor Q2 with high VTH (VTH2 = 2V), and the low breakdown voltage transistor with high VTH (VTH3 = 2V). It was 22 ns faster than the rise of current I1 when Q3 was used. Therefore, the rise time of the current I1 varies in the range of 22 ns.

よって、本願発明の半導体装置を使用することにより、昇圧チョッパの電流の立ち上がり時間のばらつきを、従来の90nsから22nsに抑制することができた。これは、相互コンダクタンスGm2の小さなトランジスタQ2によって高耐圧のトランジスタQ1のスイッチングを行なうことにより、トランジスタQ1のしきい値電圧VTH1のばらつきがトランジスタQ1のドレイン電流のばらつきに与える影響を小さくすることができるからである。   Therefore, by using the semiconductor device of the present invention, it was possible to suppress the variation in the rise time of the current of the boost chopper from 90 ns to 22 ns. This is because the transistor Q1 having a low mutual conductance Gm2 switches the high breakdown voltage transistor Q1, thereby reducing the influence of the variation in the threshold voltage VTH1 of the transistor Q1 on the variation in the drain current of the transistor Q1. Because.

一般に、トランジスタQのドレイン電流Idは、ゲート電圧をVgとし、ドレイン電圧をVdとすると、数式Id=Gm×(Vg−VTH)×Vdで表わされる。したがって、ドレイン電圧Vdを一定にして、相互コンダクタンスGmの小さなトランジスタQに所定値の電流Idを流すためには、その所定値の電流Idを相互コンダクタンスGmの大きなトランジスタQに流す場合よりも、(Vg−VTH)の値を大きくする必要がある。よって、相互コンダクタンスGmが小さなトランジスタQでは、しきい値電圧VTHのばらつきに比べてゲート電圧Vgが大きくなり、しきい値電圧VTHのばらつきがドレイン電流Idに与える影響を小さくすることができる。   In general, the drain current Id of the transistor Q is expressed by the formula Id = Gm × (Vg−VTH) × Vd, where Vg is the gate voltage and Vd is the drain voltage. Therefore, in order to flow the current Id having a predetermined value through the transistor Q having a small mutual conductance Gm while keeping the drain voltage Vd constant, the current Id having the predetermined value is flowed through the transistor Q having a large mutual conductance Gm. It is necessary to increase the value of (Vg−VTH). Therefore, in the transistor Q having a small mutual conductance Gm, the gate voltage Vg is larger than the variation in the threshold voltage VTH, and the influence of the variation in the threshold voltage VTH on the drain current Id can be reduced.

また、本願の昇圧チョッパでは、低VTHのトランジスタQ2のゲート電圧が「H」レベルに立ち上げられてから約50ns後に電流I1が立ち上がっている。これに対して従来の昇圧チョッパでは、低VTHのトランジスタQ10のゲート電圧が「H」レベルに立ち上げられてから約140ns後に電流I10が立ち上がっている。したがって、本願の半導体装置を搭載した昇圧チョッパは、トランジスタQ2のゲート電圧が「H」レベルに立ち上げられてから電流が立ち上がるまでの時間が短いので、従来の昇圧チョッパよりも高周波で動作することができる。   In the step-up chopper of the present application, the current I1 rises about 50 ns after the gate voltage of the low VTH transistor Q2 is raised to the “H” level. On the other hand, in the conventional step-up chopper, the current I10 rises about 140 ns after the gate voltage of the low VTH transistor Q10 is raised to the “H” level. Therefore, the boost chopper equipped with the semiconductor device of the present application has a shorter time from when the gate voltage of the transistor Q2 rises to the “H” level until the current rises, and therefore, operates at a higher frequency than the conventional boost chopper. Can do.

以下、実施の形態1の種々の変更例について説明する。図6は、実施の形態1の変更例となるインバータの構成を示す回路ブロック図である。図6において、このインバータは、直流電源電圧VCCのラインと接地電圧GNDのラインとの間に直列接続されたスイッチSW1,SW2と、スイッチSW1,SW2間に設けられた出力端子T1と、直流電源電圧VCCのラインと接地電圧GNDのラインとの間に直列接続されたスイッチSW3,SW4と、スイッチSW3,SW4間に設けられた出力端子T2とを備える。また、各スイッチSWには、ダイオード(図示せず)が逆並列に接続される。各スイッチSWは、図1で示した半導体装置で構成される。出力端子T1,T2間には、負荷回路10が接続される。   Hereinafter, various modifications of the first embodiment will be described. FIG. 6 is a circuit block diagram showing a configuration of an inverter that is a modification of the first embodiment. In FIG. 6, this inverter includes switches SW1 and SW2 connected in series between a line of DC power supply voltage VCC and a line of ground voltage GND, an output terminal T1 provided between the switches SW1 and SW2, and a DC power supply. Switches SW3 and SW4 connected in series between the voltage VCC line and the ground voltage GND line, and an output terminal T2 provided between the switches SW3 and SW4. In addition, a diode (not shown) is connected in antiparallel to each switch SW. Each switch SW includes the semiconductor device shown in FIG. A load circuit 10 is connected between the output terminals T1 and T2.

スイッチSW1,SW4がオンされると、直流電源電圧VCCのラインからスイッチSW1、負荷回路10、スイッチSW4を介して接地電圧GNDのラインに電流が流れる。スイッチSW3,SW2がオンされると、直流電源電圧VCCのラインからスイッチSW3、負荷回路10、スイッチSW2を介して接地電圧GNDのラインに電流が流れる。したがって、スイッチSW1,SW4とスイッチSW2,SW3とを所望の周期で交互にオンさせることにより、直流電力を交流電力に変換して負荷回路10に供給することができる。この変更例では、スイッチSWのターンオン時間のばらつきを小さく抑制することができる。なお、この変更例では、本実施の形態1の半導体装置が単相インバータに適用された場合について説明したが、本実施の形態1の半導体装置は複数相のインバータ(たとえば、三相インバータ)にも適用可能であることは言うまでもない。   When the switches SW1 and SW4 are turned on, a current flows from the DC power supply voltage VCC line to the ground voltage GND line via the switch SW1, the load circuit 10, and the switch SW4. When the switches SW3 and SW2 are turned on, a current flows from the DC power supply voltage VCC line to the ground voltage GND line via the switch SW3, the load circuit 10, and the switch SW2. Therefore, the DC power can be converted into AC power and supplied to the load circuit 10 by alternately turning on the switches SW1, SW4 and the switches SW2, SW3 at a desired cycle. In this modified example, the variation in the turn-on time of the switch SW can be suppressed small. In this modified example, the case where the semiconductor device of the first embodiment is applied to a single-phase inverter has been described. However, the semiconductor device of the first embodiment is applied to a multi-phase inverter (for example, a three-phase inverter). It goes without saying that is also applicable.

図7は、実施の形態1の他の変更例となるコンバータの構成を示す回路ブロック図である。図7において、このコンバータは、ノードN10と接地電圧GNDのラインとの間に直列接続されたスイッチSW11,SW12と、スイッチSW1,SW2間に設けられた入力端子T11と、ノードN10と接地電圧GNDのラインとの間に直列接続されたスイッチSW13,SW14と、スイッチSW13,SW14間に設けられた入力端子T12と、出力端子T13と、ノードN10と出力端子T13の間に順方向に接続されたダイオード11と、出力端子T13と接地電圧GNDのラインとの間に接続された平滑コンデンサ12とを備える。各スイッチSWは、図1で示した半導体装置で構成される。入力端子T11,T12間には、交流電源13が接続される。出力端子T13と接地電圧GNDのラインとの間には、負荷回路14が接続される。   FIG. 7 is a circuit block diagram showing a configuration of a converter according to another modification of the first embodiment. In FIG. 7, this converter includes switches SW11 and SW12 connected in series between a node N10 and a ground voltage GND line, an input terminal T11 provided between the switches SW1 and SW2, a node N10 and a ground voltage GND. The switches SW13 and SW14 connected in series with each other line, the input terminal T12 provided between the switches SW13 and SW14, the output terminal T13, and the node N10 and the output terminal T13 connected in the forward direction. A diode 11 and a smoothing capacitor 12 connected between the output terminal T13 and the ground voltage GND line are provided. Each switch SW includes the semiconductor device shown in FIG. An AC power supply 13 is connected between the input terminals T11 and T12. A load circuit 14 is connected between the output terminal T13 and the ground voltage GND line.

入力端子T11,T12間には、交流電源13から交流電圧が供給される。入力端子T11の電圧が入力端子T12の電圧よりも高い期間はスイッチSW11,SW14がオンされ、入力端子T12の電圧が入力端子T11の電圧よりも高い期間はスイッチSW12,SW13がオンされる。   An AC voltage is supplied from the AC power supply 13 between the input terminals T11 and T12. The switches SW11 and SW14 are turned on while the voltage at the input terminal T11 is higher than the voltage at the input terminal T12, and the switches SW12 and SW13 are turned on when the voltage at the input terminal T12 is higher than the voltage at the input terminal T11.

スイッチSW11,SW14がオンされると、交流電源13からスイッチSW11,ダイオード11を介して平滑コンデンサ12に電流が流れ、平滑コンデンサ12が充電される。また、スイッチSW12,SW13がオンされると、交流電源13からスイッチSW13およびダイオード11を介して平滑コンデンサ12に電流が流れ、平滑コンデンサ12が充電される。したがって、スイッチSW11,SW14とスイッチSW12,SW13とを交流電圧に同期してオンさせることにより、交流電力を直流電力に変換して負荷回路14に供給することができる。この変更例では、スイッチSWのターンオン時間のばらつきを小さく抑制することができる。   When the switches SW11 and SW14 are turned on, a current flows from the AC power supply 13 to the smoothing capacitor 12 via the switch SW11 and the diode 11, and the smoothing capacitor 12 is charged. When the switches SW12 and SW13 are turned on, current flows from the AC power supply 13 to the smoothing capacitor 12 via the switch SW13 and the diode 11, and the smoothing capacitor 12 is charged. Therefore, by turning on the switches SW11 and SW14 and the switches SW12 and SW13 in synchronization with the AC voltage, the AC power can be converted into DC power and supplied to the load circuit 14. In this modified example, the variation in the turn-on time of the switch SW can be suppressed small.

図8は、実施の形態1のさらに他の変更例を示す回路図であって、図1と対比される図である。図8において、この半導体装置が図1の半導体装置と異なる点は、制御信号CNT1がNチャネルMOSトランジスタQ2,Q3のゲートに与えられ、トランジスタQ3のしきい値電圧VTH3がトランジスタQ2のしきい値電圧VTH2よりも高い点である。このため、制御信号CNTが「L」レベルから「H」レベルに立ち上げられると、トランジスタQ2がターンオンした後にトランジスタQ3がターンオンする。また、制御信号CNTが「H」レベルから「L」レベルに立ち上げられると、トランジスタQ3がターンオフした後にトランジスタQ2がターンオフする。この変更例では、実施の形態1と同じ効果が得られる他、制御信号CNTの数が少なくて済む。   FIG. 8 is a circuit diagram showing still another modification of the first embodiment, and is a diagram to be compared with FIG. In FIG. 8, this semiconductor device is different from the semiconductor device of FIG. 1 in that control signal CNT1 is applied to the gates of N-channel MOS transistors Q2 and Q3, and threshold voltage VTH3 of transistor Q3 is the threshold value of transistor Q2. This is a point higher than the voltage VTH2. Therefore, when the control signal CNT rises from the “L” level to the “H” level, the transistor Q3 is turned on after the transistor Q2 is turned on. When the control signal CNT is raised from the “H” level to the “L” level, the transistor Q2 is turned off and then the transistor Q2 is turned off. In this modified example, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and the number of control signals CNT can be reduced.

また、NチャネルMOSトランジスタQ1〜Q3の各々をバイポーラトランジスタまたはIGBTで置換してもよい。たとえば、NチャネルMOSトランジスタQ1〜Q3の代わりにそれぞれ第1〜第3のNPNバイポーラトランジスタを用いてもよい。この場合、第1のNPNバイポーラトランジスタのコレクタはノードN1に接続され、第2のNPNバイポーラトランジスタのコレクタは第1のNPNバイポーラトランジスタのエミッタに接続され、第3のNPNバイポーラトランジスタは第2のNPNバイポーラトランジスタに並列接続される。第1のNPNバイポーラトランジスタのベースは直流電圧V3を受け、第2および第3のNPNバイポーラトランジスタのベースはそれぞれ制御信号CNT1,CNT2を受ける。第1のNPNバイポーラトランジスタのコレクタおよびエミッタ間の耐圧は、第2および第3のNPNバイポーラトランジスタの各々のコレクタおよびエミッタ間の耐圧よりも高い。第2のNPNバイポーラトランジスタの増幅率は、第1および第3のNPNバイポーラトランジスタの各々の増幅率よりも小さい。この場合も、実施の形態1と同じ効果が得られる。   Each of N channel MOS transistors Q1-Q3 may be replaced with a bipolar transistor or IGBT. For example, first to third NPN bipolar transistors may be used in place of N channel MOS transistors Q1 to Q3, respectively. In this case, the collector of the first NPN bipolar transistor is connected to the node N1, the collector of the second NPN bipolar transistor is connected to the emitter of the first NPN bipolar transistor, and the third NPN bipolar transistor is connected to the second NPN bipolar transistor. The bipolar transistor is connected in parallel. The bases of the first NPN bipolar transistors receive DC voltage V3, and the bases of the second and third NPN bipolar transistors receive control signals CNT1 and CNT2, respectively. The breakdown voltage between the collector and emitter of the first NPN bipolar transistor is higher than the breakdown voltage between the collector and emitter of each of the second and third NPN bipolar transistors. The amplification factor of the second NPN bipolar transistor is smaller than the amplification factor of each of the first and third NPN bipolar transistors. In this case, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

さらに、第1のNPNバイポーラトランジスタの代わりにIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を用いてもよい。この場合、IGBTのコレクタはノードN1に接続され、IGBTのエミッタは第2および第3のNPNバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、IGBTのゲートは直流電圧V3を受ける。IGBTのコレクタおよびエミッタ間の耐圧は、第2および第3のNPNバイポーラトランジスタの各々のコレクタおよびエミッタ間の耐圧よりも高い。第2のNPNバイポーラトランジスタの増幅率は、第3のNPNバイポーラトランジスタの各々の増幅率よりも小さい。この場合も、実施の形態1と同じ効果が得られる。   Further, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) may be used instead of the first NPN bipolar transistor. In this case, the collector of the IGBT is connected to the node N1, the emitter of the IGBT is connected to the collectors of the second and third NPN bipolar transistors, and the gate of the IGBT receives the DC voltage V3. The breakdown voltage between the collector and emitter of the IGBT is higher than the breakdown voltage between the collector and emitter of each of the second and third NPN bipolar transistors. The amplification factor of the second NPN bipolar transistor is smaller than the amplification factor of each of the third NPN bipolar transistors. In this case, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

[実施の形態2]
図9は、この発明の実施の形態2による半導体装置の構成を示す回路図であって、図1と対比される図である。図9において、この半導体装置が図1の半導体装置と異なる点は、NチャネルMOSトランジスタQ1がノーマリーオン型トランジスタQ4で置換されている点である。ノーマリーオン型トランジスタQ4としては、たとえばヘテロ接合電界効果GaNトランジスタが使用される。
[Embodiment 2]
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, which is compared with FIG. In FIG. 9, the semiconductor device is different from the semiconductor device of FIG. 1 in that the N-channel MOS transistor Q1 is replaced with a normally-on transistor Q4. As the normally-on transistor Q4, for example, a heterojunction field effect GaN transistor is used.

NチャネルMOSトランジスタQ1は、正のしきい値電圧VTH1を有し、ゲート−ソース間電圧が0Vであるときはオフするので、ノーマリーオフ型トランジスタと呼ばれる。これに対してノーマリーオン型トランジスタQ4は、負のしきい値電圧VTH4を有し、ゲート−ソース間電圧が0Vであるときはオンするトランジスタである。トランジスタQ4は、高耐圧で高Gmのトランジスタである。   N-channel MOS transistor Q1 has a positive threshold voltage VTH1 and is turned off when the gate-source voltage is 0 V, so it is called a normally-off transistor. On the other hand, the normally-on transistor Q4 has a negative threshold voltage VTH4 and is turned on when the gate-source voltage is 0V. The transistor Q4 is a high breakdown voltage and high Gm transistor.

市販のトランジスタQ4のしきい値電圧VTH4は、−3V〜−5Vの範囲内でばらついている。また、市販のトランジスタQ2,Q3のしきい値電圧VTH2,VTH3の各々は、2V〜3Vの範囲内でばらついている。トランジスタQ2の相互コンダクタンスGm2は、トランジスタQ3,Q4の相互コンダクタンスGm3,Gm4よりも小さい。たとえば、Gm2=6S(ジーメンス)、Gm3=30S、Gm4=20Sである。   The threshold voltage VTH4 of the commercially available transistor Q4 varies within the range of −3V to −5V. In addition, the threshold voltages VTH2 and VTH3 of the commercially available transistors Q2 and Q3 vary within a range of 2V to 3V. The mutual conductance Gm2 of the transistor Q2 is smaller than the mutual conductances Gm3 and Gm4 of the transistors Q3 and Q4. For example, Gm2 = 6S (Siemens), Gm3 = 30S, Gm4 = 20S.

制御信号CNT1,CNT2が「L」レベルである場合は、トランジスタQ2,Q3がオフしている。このとき、ノーマリーオン型トランジスタQ4のソース(ノードN3)の電圧は、トランジスタQ4の漏れ電流により、ノードN2の電圧にしきい値電圧VTH4の絶対値を加算した電圧よりも高くなっている。このため、トランジスタQ4はオフしている。   When the control signals CNT1 and CNT2 are at “L” level, the transistors Q2 and Q3 are off. At this time, the voltage of the source (node N3) of normally-on transistor Q4 is higher than the voltage obtained by adding the absolute value of threshold voltage VTH4 to the voltage of node N2 due to the leakage current of transistor Q4. For this reason, the transistor Q4 is off.

次に制御信号CNT1が「L」レベルから「H」レベルに立ち上げられると、トランジスタQ2がオンし、ノードN3の電圧が低下する。ノードN3とN2の電圧差がトランジスタQ4のしきい値電圧VTH4の絶対値よりも小さくなると、トランジスタQ4がオンし、ノードN1,N2間が導通状態になる。次いで制御信号CNT2が「L」レベルから「H」レベルに立ち上げられると、トランジスタQ3がオンし、ノードN1,N2間の抵抗値が下がる。   Next, when the control signal CNT1 rises from the “L” level to the “H” level, the transistor Q2 is turned on, and the voltage at the node N3 decreases. When the voltage difference between nodes N3 and N2 becomes smaller than the absolute value of threshold voltage VTH4 of transistor Q4, transistor Q4 is turned on, and nodes N1 and N2 become conductive. Next, when the control signal CNT2 rises from the “L” level to the “H” level, the transistor Q3 is turned on, and the resistance value between the nodes N1 and N2 decreases.

ノードN1,N2間を非導通状態にさせる場合は、まず制御信号CNT2を「H」レベルから「L」レベルに立ち下げてトランジスタQ3をオフされる。次に制御信号CNT2を「H」レベルから「L」レベルに立ち下げてトランジスタQ2をオフさせる。トランジスタQ2,Q3がオフすると、トランジスタQ4の漏れ電流によってノードN3の電圧が上昇する。ノードN3とN2の電圧差がトランジスタQ4のしきい値電圧VTH4の絶対値よりも大きくなると、トランジスタQ4がオフし、ノードN1,N2間が非導通状態になる。   In order to make the nodes N1 and N2 nonconductive, the control signal CNT2 is first lowered from the “H” level to the “L” level to turn off the transistor Q3. Next, the control signal CNT2 is lowered from the “H” level to the “L” level to turn off the transistor Q2. When the transistors Q2 and Q3 are turned off, the voltage at the node N3 increases due to the leakage current of the transistor Q4. When the voltage difference between nodes N3 and N2 becomes larger than the absolute value of threshold voltage VTH4 of transistor Q4, transistor Q4 is turned off and nodes N1 and N2 are rendered non-conductive.

この実施の形態2では、相互コンダクタンスGm2の小さなトランジスタQ2によって高耐圧のトランジスタQ4のスイッチングを行なうことにより、トランジスタQ4のしきい値電圧VTH4のばらつきがトランジスタQ4のドレイン電流のばらつきに与える影響を小さくすることができ、ターンオン時間のばらつきを小さく抑制することができる。   In the second embodiment, by switching the transistor Q4 having a high withstand voltage by the transistor Q2 having a small mutual conductance Gm2, the influence of the variation in the threshold voltage VTH4 of the transistor Q4 on the variation in the drain current of the transistor Q4 is reduced. Thus, variation in turn-on time can be suppressed to be small.

また、しきい値電圧VTH2のばらつきが小さな低耐圧のトランジスタQ2をオンさせることによって、しきい値電圧VTH4のばらつきが大きな高耐圧のトランジスタQ4をオンさせるので、ターンオン時間のばらつきを小さく抑制することができる。   Further, by turning on the low-breakdown-voltage transistor Q2 having a small variation in the threshold voltage VTH2, the high-breakdown-voltage transistor Q4 having a large variation in the threshold voltage VTH4 is turned on. Can do.

なお、この実施の形態2でも、図8に示したように、トランジスタQ3のしきい値電圧VTH3をトランジスタQ2のしきい値電圧VTH2よりも高くし、トランジスタQ2,Q3のゲートに制御信号CNT1を与えてもよい。   Also in the second embodiment, as shown in FIG. 8, the threshold voltage VTH3 of the transistor Q3 is made higher than the threshold voltage VTH2 of the transistor Q2, and the control signal CNT1 is applied to the gates of the transistors Q2 and Q3. May be given.

図10は、図9に示した半導体装置を用いた昇圧チョッパの構成を示す回路図であって、図2と対比される図である。ノーマリーオン型トランジスタQ4はノードN1とトランジスタQ2のドレインとの間に接続され、そのゲートはゲート抵抗R1を介して接地電圧GNDのラインに接続される。なお、ゲート抵抗R1を除去し、トランジスタQ4のゲートを直接接地してもよい。   10 is a circuit diagram showing a configuration of a step-up chopper using the semiconductor device shown in FIG. 9, and is a diagram to be compared with FIG. Normally-on transistor Q4 is connected between node N1 and the drain of transistor Q2, and has its gate connected to the ground voltage GND line via gate resistor R1. Note that the gate resistor R1 may be removed and the gate of the transistor Q4 may be directly grounded.

トランジスタQ2〜Q4をオンさせると、直流電源1からリアクトル3およびトランジスタQ2〜Q4を介して接地電圧GNDのラインに直流電流が流れ、リアクトル3に電磁エネルギーが蓄えられる。トランジスタQ2〜Q4をオフさせると、リアクトル3に蓄えられた電磁エネルギーがダイオード4を介してコンデンサ5に放出される。コンデンサ5の端子間電圧、すなわち昇圧チョッパの出力電圧は、直流電源1の出力電圧にリアクトル3の端子間電圧を加算した電圧となる。   When the transistors Q2 to Q4 are turned on, a DC current flows from the DC power source 1 through the reactor 3 and the transistors Q2 to Q4 to the ground voltage GND line, and electromagnetic energy is stored in the reactor 3. When the transistors Q <b> 2 to Q <b> 4 are turned off, electromagnetic energy stored in the reactor 3 is released to the capacitor 5 through the diode 4. The terminal voltage of the capacitor 5, that is, the output voltage of the boost chopper is a voltage obtained by adding the terminal voltage of the reactor 3 to the output voltage of the DC power supply 1.

この昇圧チョッパでは、相互コンダクタンスGm2の小さなトランジスタQ2によって高耐圧のトランジスタQ4のスイッチングを行なうことにより、トランジスタQ4のしきい値電圧VTH4のばらつきがトランジスタQ4のドレイン電流のばらつきに与える影響を小さくすることができ、昇圧チョッパの電流の立ち上げり時間のばらつきを小さく抑制することができる。   In this step-up chopper, the transistor Q4 having a high mutual breakdown voltage is switched by the transistor Q2 having a small mutual conductance Gm2, thereby reducing the influence of the variation of the threshold voltage VTH4 of the transistor Q4 on the variation of the drain current of the transistor Q4. Thus, variation in the rise time of the current of the boost chopper can be suppressed small.

また、しきい値電圧VTH2のばらつきが小さなトランジスタQ2をオン/オフ制御することによって、しきい値電圧VTH4の絶対値が大きなトランジスタQ4をオン/オフ制御するので、実施の形態1と同様に、昇圧チョッパの電流の立ち上がり時間のばらつきを小さく抑制することができる。   Further, by turning on / off the transistor Q2 having a small variation in the threshold voltage VTH2, the transistor Q4 having a large absolute value of the threshold voltage VTH4 is turned on / off, so as in the first embodiment, Variations in the rise time of the current of the step-up chopper can be suppressed small.

なお、ノーマリーオン型トランジスタQ4をIGBTで置換してもよい。この場合も、実施の形態2と同じ効果が得られる。   Note that the normally-on transistor Q4 may be replaced with an IGBT. Also in this case, the same effect as in the second embodiment can be obtained.

[実施の形態3]
本実施の形態3の半導体装置は、複数組の第1〜第3のトランジスタを備え、複数の第1のトランジスタのゲートは互いに接続され、複数の第2のトランジスタのゲートは互いに接続され、複数の第3のトランジスタのゲートは互いに接続され、複数の第1のトランジスタのソースはともに第1のノードに接続され、複数の第2のトランジスタのソースはそれぞれ複数の第1のトランジスタのドレインに接続され、複数の第2のトランジスタのソースはともに第2のノードに接続され、複数の第3のトランジスタはそれぞれ複数の第2のトランジスタに並列接続されるものである。以下、本実施の形態3の半導体装置について図面を用いて詳細に説明する。
[Embodiment 3]
The semiconductor device of Embodiment 3 includes a plurality of sets of first to third transistors, the gates of the plurality of first transistors are connected to each other, and the gates of the plurality of second transistors are connected to each other. The third transistors are connected to each other, the sources of the plurality of first transistors are connected to the first node, and the sources of the plurality of second transistors are connected to the drains of the plurality of first transistors, respectively. The sources of the plurality of second transistors are all connected to the second node, and the plurality of third transistors are respectively connected in parallel to the plurality of second transistors. Hereinafter, the semiconductor device according to the third embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

図11は、本実施の形態3の半導体装置の構成を示す回路図であって、図9と対比される図である。図11において、この半導体装置は、図9の半導体装置を複数個並列接続したものである。すなわち、複数のトランジスタQ4のドレインはともにノードN1に接続され、それらのゲートはともにノードN2に接続される。複数のトランジスタQ2のソースはともにノードN2に接続され、それらのゲートはともに制御信号CNT1を受ける。複数のトランジスタQ3のソースはともにノードN2に接続され、それらのゲートはともに制御信号CNT2を受ける。   FIG. 11 is a circuit diagram showing the configuration of the semiconductor device according to the third embodiment, which is compared with FIG. In FIG. 11, this semiconductor device is obtained by connecting a plurality of the semiconductor devices of FIG. 9 in parallel. That is, the drains of the plurality of transistors Q4 are all connected to the node N1, and their gates are both connected to the node N2. The sources of the plurality of transistors Q2 are all connected to the node N2, and their gates both receive the control signal CNT1. The sources of the plurality of transistors Q3 are all connected to node N2, and their gates both receive control signal CNT2.

制御信号CNT1が「L」レベルから「H」レベルに立ち上げられると、全てのトランジスタQ2がオンし、全てのトランジスタQ4がオンする。このとき、低耐圧で低GmのトランジスタQ2をオンさせて高耐圧で高GmのトランジスタQ4をオンさせるので、全てのトランジスタQ4をオンさせることができる。なお、トランジスタQ2として高Gmのトランジスタを使用すると、電流が1つのトランジスタQ4に集中し、他のトランジスタQ4に電流が流れない場合がある。   When the control signal CNT1 rises from the “L” level to the “H” level, all the transistors Q2 are turned on and all the transistors Q4 are turned on. At this time, since the transistor Q2 having a low breakdown voltage and a low Gm is turned on and the transistor Q4 having a high breakdown voltage and a high Gm is turned on, all the transistors Q4 can be turned on. Note that if a high Gm transistor is used as the transistor Q2, the current may be concentrated in one transistor Q4, and the current may not flow through the other transistor Q4.

トランジスタQ2の電流駆動能力はトランジスタQ4の電流駆動能力よりも小さいので、このままではトランジスタQ4の能力を十分に発揮させることができない。そこで、次に制御信号CNT2を「L」レベルから「H」レベルに立ち上げ、低耐圧で高GmのトランジスタQ3をオンさせる。これにより、ノードN1,N2間が導通状態となる。   Since the current driving capability of the transistor Q2 is smaller than the current driving capability of the transistor Q4, the capability of the transistor Q4 cannot be fully exhibited as it is. Therefore, next, the control signal CNT2 is raised from the “L” level to the “H” level, and the low breakdown voltage and high Gm transistor Q3 is turned on. As a result, the nodes N1 and N2 become conductive.

ノードN1,N2間を非導通状態にする場合は、まず制御信号CNT2を「H」レベルから「L」レベルに立ち下げ、全てのトランジスタQ3をオフさせる。次いで制御信号CNT2を「H」レベルから「L」レベルに立ち下げて、全てのトランジスタQ2,Q4をオフさせる。   In order to make the nodes N1 and N2 non-conductive, first, the control signal CNT2 is lowered from the “H” level to the “L” level, and all the transistors Q3 are turned off. Next, the control signal CNT2 is lowered from the “H” level to the “L” level to turn off all the transistors Q2 and Q4.

この実施の形態3では、低耐圧で低GmのトランジスタQ2をオンさせて高耐圧で高GmのトランジスタQ4をオンさせた後に、低耐圧で高GmのトランジスタQ3をオンさせるので、全てのトランジスタQ4に電流を分散させることができ、1つのトランジスタQ4に電流が集中するのを防止することができる。しかも、上記特許文献1のように電流センサなどを設ける必要がないので、装置構成の簡単化と、低コスト化を図ることができる。   In the third embodiment, since the low-breakdown-voltage and low-Gm transistor Q2 is turned on and the high-breakdown-voltage and high-Gm transistor Q4 is turned on, the low-breakdown-voltage and high-Gm transistor Q3 is turned on. Current can be distributed to the transistor Q4, and current can be prevented from concentrating on one transistor Q4. In addition, since there is no need to provide a current sensor or the like as in Patent Document 1, the apparatus configuration can be simplified and the cost can be reduced.

図12は、図11に示した半導体装置を用いた昇圧チョッパの構成を示す回路図であって、図10と対比される図である。図12では、図9に示した半導体装置が3個並列接続されている。3個のノーマリーオン型トランジスタQ4のゲートの各々は、ゲート抵抗R1を介してノードN2に接続されている。3個のトランジスタQ2のゲートの各々は、ゲート抵抗R2を介して制御信号源S1の出力ノードに接続されている。3個のトランジスタQ3のゲートの各々は、ゲート抵抗R3を介して制御信号源S2の出力ノードに接続されている。   12 is a circuit diagram showing a configuration of a step-up chopper using the semiconductor device shown in FIG. 11, which is compared with FIG. In FIG. 12, three semiconductor devices shown in FIG. 9 are connected in parallel. Each of the gates of the three normally-on transistors Q4 is connected to the node N2 via the gate resistor R1. Each of the gates of the three transistors Q2 is connected to the output node of the control signal source S1 via the gate resistor R2. Each of the gates of the three transistors Q3 is connected to the output node of the control signal source S2 via the gate resistor R3.

トランジスタQ2,Q3,Q4の相互コンダクタンスGmは、それぞれ6S,30S,20Sである。3個のトランジスタQ4のしきい値電圧VTH4は、それぞれ−4.2V,−4.0V,−4.0Vである。3個のトランジスタQ2のしきい値電圧VTH2は、それぞれ2.2V,2.4V,2.4Vである。3個のトランジスタQ3のしきい値電圧VTH3は、それぞれ2.4V,2.6V,2.6Vである。ゲート抵抗R1の抵抗値は10Ωであり、ゲート抵抗R2,R3の抵抗値はともに100Ωである。   The transconductances Gm of the transistors Q2, Q3, and Q4 are 6S, 30S, and 20S, respectively. The threshold voltages VTH4 of the three transistors Q4 are −4.2V, −4.0V, and −4.0V, respectively. The threshold voltages VTH2 of the three transistors Q2 are 2.2V, 2.4V, and 2.4V, respectively. The threshold voltages VTH3 of the three transistors Q3 are 2.4V, 2.6V, and 2.6V, respectively. The resistance value of the gate resistor R1 is 10Ω, and the resistance values of the gate resistors R2 and R3 are both 100Ω.

トランジスタQ2〜Q4をオンさせると、直流電源1からリアクトル3およびトランジスタQ2〜Q4を介して接地電圧GNDのラインに直流電流が流れ、リアクトル3に電磁エネルギーが蓄えられる。トランジスタQ2〜Q4をオフさせると、リアクトル3に蓄えられた電磁エネルギーがダイオード4を介してコンデンサ5に放出される。コンデンサ5の端子間電圧、すなわち昇圧チョッパの出力電圧は、直流電源1の出力電圧にリアクトル3の端子間電圧を加算した電圧となる。   When the transistors Q2 to Q4 are turned on, a DC current flows from the DC power source 1 through the reactor 3 and the transistors Q2 to Q4 to the ground voltage GND line, and electromagnetic energy is stored in the reactor 3. When the transistors Q <b> 2 to Q <b> 4 are turned off, electromagnetic energy stored in the reactor 3 is released to the capacitor 5 through the diode 4. The terminal voltage of the capacitor 5, that is, the output voltage of the boost chopper is a voltage obtained by adding the terminal voltage of the reactor 3 to the output voltage of the DC power supply 1.

図13(a)は、トランジスタQ2〜Q4のターンオン時におけるノードN1,N2間の電圧Vdsと、図12中の左側のトランジスタQ4に流れる電流IAと、図12中の中央のトランジスタQ4に流れる電流IBとの波形を示すタイムチャートである。図13(a)において、ある時刻にトランジスタQ1,Q2,Q4がターンオンすると、ノードN1,N2間の電圧Vdsが急に低下し、電流IA,IBがともに増大する。   FIG. 13A shows the voltage Vds between the nodes N1 and N2 when the transistors Q2 to Q4 are turned on, the current IA flowing through the left transistor Q4 in FIG. 12, and the current flowing through the center transistor Q4 in FIG. It is a time chart which shows a waveform with IB. In FIG. 13A, when the transistors Q1, Q2, and Q4 are turned on at a certain time, the voltage Vds between the nodes N1 and N2 suddenly decreases, and both the currents IA and IB increase.

また図13(b)は、トランジスタQ2〜Q4のターンオフ時におけるノードN1,N2間の電圧Vdsと、図12中の左側のトランジスタQ4に流れる電流IAと、図12中の中央のトランジスタQ4に流れる電流IBとの波形を示すタイムチャートである。図13(b)において、ある時刻にトランジスタQ1,Q2,Q4がターンオフすると、ノードN1,N2間の電圧Vdsが急に上昇し、電流IA,IBがともに減少する。図13(a)(b)から分かるように、ターンオン時およびターンオフ時ともに、2つのトランジスタQ4には略同じタイミングで略同じ値の電流が流れた。   FIG. 13B shows the voltage Vds between the nodes N1 and N2 when the transistors Q2 to Q4 are turned off, the current IA flowing through the left transistor Q4 in FIG. 12, and the central transistor Q4 in FIG. It is a time chart which shows a waveform with electric current IB. In FIG. 13B, when the transistors Q1, Q2, and Q4 are turned off at a certain time, the voltage Vds between the nodes N1 and N2 suddenly increases, and both the currents IA and IB decrease. As can be seen from FIGS. 13 (a) and 13 (b), currents of substantially the same value flowed through the two transistors Q4 at substantially the same timing both at turn-on and at turn-off.

図14は、本実施の形態3の比較例となる従来の昇圧チョッパの構成を示す回路図であって、図12と対比される図である。図14を参照して、この昇圧チョッパでは、ノードN1,N2間に3個のノーマリーオン型トランジスタQ4が並列接続される。3個のトランジスタQ4のゲートの各々は、ゲート抵抗R1を介して制御信号源S11の出力ノードに接続される。制御信号源S11は、10KHzの矩形波信号である制御信号CNT11を出力する。制御信号源S11の接地ノードは接地される。   FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional boost chopper which is a comparative example of the third embodiment, and is a diagram to be compared with FIG. Referring to FIG. 14, in this step-up chopper, three normally-on transistors Q4 are connected in parallel between nodes N1 and N2. Each of the gates of the three transistors Q4 is connected to the output node of the control signal source S11 via the gate resistor R1. The control signal source S11 outputs a control signal CNT11 that is a 10 KHz rectangular wave signal. The ground node of the control signal source S11 is grounded.

3個のトランジスタQ4の相互コンダクタンスGmは、ともに20Sである。3個のトランジスタQ4のしきい値電圧VTH4は、それぞれ−4.2V,−4.0V,−4.0Vである。3個のゲート抵抗R1の抵抗値は、ともに100Ωである。また、3個のトランジスタQ4のゲートの寄生インダクタンスは同じであり、それらのドレインの寄生インダクタンスは同じであり、それらのソースの寄生インダクタンスは同じである。   The mutual conductance Gm of the three transistors Q4 is both 20S. The threshold voltages VTH4 of the three transistors Q4 are −4.2V, −4.0V, and −4.0V, respectively. The resistance values of the three gate resistors R1 are both 100Ω. The parasitic inductances of the gates of the three transistors Q4 are the same, the parasitic inductances of their drains are the same, and the parasitic inductances of their sources are the same.

制御信号S11が「L」レベル(たとえば、−6V)から「H」レベル(たとえば、−2V)に立ち上げられると、トランジスタQ4がオンし、リアクトル3に電磁エネルギーが蓄えられる。制御信号S11が「H」レベルから「L」レベルに立ち下げられると、トランジスタQ4がオフし、リアクトル3の電磁エネルギーがコンデンサ5に放出される。   When control signal S11 rises from “L” level (for example, −6V) to “H” level (for example, −2V), transistor Q4 is turned on, and electromagnetic energy is stored in reactor 3. When the control signal S11 falls from the “H” level to the “L” level, the transistor Q4 is turned off, and the electromagnetic energy of the reactor 3 is released to the capacitor 5.

図15(a)は、トランジスタQ4のターンオン時におけるノードN1,N2間の電圧Vdsと、図14中の左側のトランジスタQ4に流れる電流IAと、図14中の中央のトランジスタQ4に流れる電流IBとの波形を示すタイムチャートである。図15(a)において、ある時刻に制御信号CNT11が「L」レベルから「H」レベルに立ち上げられると、しきい値電圧が低い左側のトランジスタQ4が中央のトランジスタQ4よりも先にオンし、左側のトランジスタQ4の電流IAが急に増大し、電圧Vdsが急に低下する。次に、しきい値電圧が高い中央のトランジスタQ4がオンし、中央のトランジスタQ4の電流IBが増大すると、左側のトランジスタQ4の電流IAが減少する。   FIG. 15A shows the voltage Vds between the nodes N1 and N2 when the transistor Q4 is turned on, the current IA flowing through the left transistor Q4 in FIG. 14, and the current IB flowing through the center transistor Q4 in FIG. It is a time chart which shows the waveform. In FIG. 15A, when the control signal CNT11 is raised from the “L” level to the “H” level at a certain time, the left transistor Q4 having a low threshold voltage is turned on before the central transistor Q4. The current IA of the left transistor Q4 suddenly increases, and the voltage Vds suddenly decreases. Next, when the central transistor Q4 having a high threshold voltage is turned on and the current IB of the central transistor Q4 increases, the current IA of the left transistor Q4 decreases.

また図15(b)は、トランジスタQ4のターンオフ時におけるノードN1,N2間の電圧Vdsと、図14中の左側のトランジスタQ4に流れる電流IAと、図14中の中央のトランジスタQ4に流れる電流IBとの波形を示すタイムチャートである。図15(b)において、ある時刻に制御信号CNT11が「H」レベルから「L」レベルに立ち下げられると、しきい値電圧が高い中央のトランジスタQ4が左側のトランジスタQ4よりも先にオフし、電流IBが減少するとともに電流IAが急に増大する。次に、しきい値電圧が低い左側のトランジスタQ4がオフして電流IAが減少する。   15B shows the voltage Vds between the nodes N1 and N2 when the transistor Q4 is turned off, the current IA flowing through the left transistor Q4 in FIG. 14, and the current IB flowing through the center transistor Q4 in FIG. It is a time chart which shows the waveform. In FIG. 15B, when the control signal CNT11 falls from the “H” level to the “L” level at a certain time, the central transistor Q4 having a high threshold voltage is turned off before the left transistor Q4. As the current IB decreases, the current IA increases rapidly. Next, the left transistor Q4 having a low threshold voltage is turned off, and the current IA decreases.

このように、従来の昇圧チョッパでは、並列接続された複数のトランジスタQ4のうちのしきい値電圧が低い1つのトランジスタQ4に電流が集中してしまう。トランジスタQ4のしきい値電圧を予め測定し、しきい値電圧が同じ複数のトランジスタQ4を用いて昇圧チョッパを構成する方法も考えられるが、コスト高になる。また、特許文献1の方法では、上述の通り、装置構成が複雑になり、コスト高になる。   Thus, in the conventional step-up chopper, current concentrates on one transistor Q4 having a low threshold voltage among the plurality of transistors Q4 connected in parallel. Although a method of measuring the threshold voltage of the transistor Q4 in advance and constructing a boost chopper using a plurality of transistors Q4 having the same threshold voltage is conceivable, the cost increases. Moreover, in the method of patent document 1, as above-mentioned, an apparatus structure becomes complicated and it becomes expensive.

これに対して本願発明の昇圧チョッパでは、低コストの簡単な構成で複数のトランジスタQ4に電流を均等に流すことができ、電流の集中によってトランジスタQ4が破損するのを防止することができる。   On the other hand, in the step-up chopper according to the present invention, it is possible to allow current to flow uniformly to the plurality of transistors Q4 with a simple configuration at low cost, and to prevent the transistor Q4 from being damaged due to current concentration.

[実施の形態4]
図16は、この発明の実施の形態4による半導体装置の構成を示す回路図であって、図1と対比される図である。図16において、この半導体装置は、図1の半導体装置を複数個並列接続したものである。すなわち、複数のトランジスタQ1のドレインはともにノードN1に接続され、それらのゲートはともに直流電圧V3を受ける。複数のトランジスタQ2のソースはともにノードN2に接続され、それらのゲートはともに制御信号CNT1を受ける。複数のトランジスタQ3のソースはともにノードN2に接続され、それらのゲートはともに制御信号CNT2を受ける。
[Embodiment 4]
FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention, which is compared with FIG. In FIG. 16, this semiconductor device is obtained by connecting a plurality of the semiconductor devices of FIG. 1 in parallel. That is, the drains of the plurality of transistors Q1 are all connected to node N1, and their gates both receive DC voltage V3. The sources of the plurality of transistors Q2 are all connected to the node N2, and their gates both receive the control signal CNT1. The sources of the plurality of transistors Q3 are all connected to node N2, and their gates both receive control signal CNT2.

制御信号CNT1が「L」レベルから「H」レベルに立ち上げられると、全てのトランジスタQ2がオンし、全てのトランジスタQ1がオンする。このとき、低耐圧で低GmのトランジスタQ2をオンさせて高耐圧で高GmのトランジスタQ1をオンさせるので、全てのトランジスタQ1をオンさせることができる。なお、トランジスタQ2として高Gmのトランジスタを使用すると、電流が1つのトランジスタQ1に集中し、他のトランジスタQ1に電流が流れない場合がある。   When the control signal CNT1 rises from the “L” level to the “H” level, all the transistors Q2 are turned on and all the transistors Q1 are turned on. At this time, since the low-breakdown-voltage and low-Gm transistor Q2 is turned on and the high-breakdown-voltage and high-Gm transistor Q1 is turned on, all the transistors Q1 can be turned on. Note that when a high Gm transistor is used as the transistor Q2, the current may be concentrated in one transistor Q1, and the current may not flow in the other transistor Q1.

トランジスタQ2の電流駆動能力はトランジスタQ1の電流駆動能力よりも小さいので、このままではトランジスタQ1の能力を十分に発揮させることができない。そこで、次に制御信号CNT2を「L」レベルから「H」レベルに立ち上げ、低耐圧で高GmのトランジスタQ3をオンさせる。これにより、ノードN1,N2間が導通状態となる。   Since the current driving capability of the transistor Q2 is smaller than the current driving capability of the transistor Q1, the capability of the transistor Q1 cannot be fully exhibited as it is. Therefore, next, the control signal CNT2 is raised from the “L” level to the “H” level, and the low breakdown voltage and high Gm transistor Q3 is turned on. As a result, the nodes N1 and N2 become conductive.

ノードN1,N2間を非導通状態にする場合は、まず制御信号CNT2を「H」レベルから「L」レベルに立ち下げ、全てのトランジスタQ3をオフさせる。次いで制御信号CNT2を「H」レベルから「L」レベルに立ち下げて、全てのトランジスタQ1,Q2をオフさせる。   In order to make the nodes N1 and N2 non-conductive, first, the control signal CNT2 is lowered from the “H” level to the “L” level, and all the transistors Q3 are turned off. Next, the control signal CNT2 is lowered from the “H” level to the “L” level to turn off all the transistors Q1 and Q2.

この実施の形態4では、低耐圧で低GmのトランジスタQ2をオンさせて高耐圧で高GmのトランジスタQ1をオンさせた後に、低耐圧で高GmのトランジスタQ3をオンさせるので、全てのトランジスタQ1に電流を分散させることができ、1つのトランジスタQ1に電流が集中するのを防止することができる。しかも、上記特許文献1のように電流センサなどを設ける必要がないので、装置構成の簡単化と、低コスト化を図ることができる。   In the fourth embodiment, the low-breakdown-voltage and low-Gm transistor Q2 is turned on to turn on the high-breakdown-voltage and high-Gm transistor Q1, and then the low-breakdown-voltage and high-Gm transistor Q3 is turned on. Current can be distributed to the transistor Q1, and the current can be prevented from concentrating on one transistor Q1. In addition, since there is no need to provide a current sensor or the like as in Patent Document 1, the apparatus configuration can be simplified and the cost can be reduced.

図17は、図16に示した半導体装置を用いた昇圧チョッパの構成を示す回路図であって、図2と対比される図である。図17では、図1に示した半導体装置が3個並列接続されている。3個のトランジスタQ1のゲートの各々は、ゲート抵抗R1を介して直流電源2の正極に接続され、直流電圧V3を受ける。3個のトランジスタQ2のゲートの各々は、制御信号源S1の出力ノードに接続されている。3個のトランジスタQ3のゲートの各々は、制御信号源S2の出力ノードに接続されている。   FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration of a step-up chopper using the semiconductor device shown in FIG. 16, and is a diagram contrasted with FIG. In FIG. 17, three semiconductor devices shown in FIG. 1 are connected in parallel. Each of the gates of the three transistors Q1 is connected to the positive electrode of the DC power source 2 via the gate resistor R1 and receives the DC voltage V3. Each of the gates of the three transistors Q2 is connected to the output node of the control signal source S1. Each of the gates of the three transistors Q3 is connected to the output node of the control signal source S2.

トランジスタQ1,Q2,Q3の相互コンダクタンスGmは、それぞれ35S,6S,30Sである。3個のトランジスタQ1のしきい値電圧VTH1は、それぞれ4.2V,4.0V,4.0Vである。3個のトランジスタQ2のしきい値電圧VTH2は、それぞれ1.2V,1.4V,1.4Vである。3個のトランジスタQ3のしきい値電圧VTH3は、それぞれ1.4V,1.6V,1.6Vである。ゲート抵抗R1の抵抗値は10Ωであり、ゲート抵抗R2,R3の抵抗値はともに100Ωである。   The transconductances Gm of the transistors Q1, Q2, and Q3 are 35S, 6S, and 30S, respectively. The threshold voltages VTH1 of the three transistors Q1 are 4.2V, 4.0V, and 4.0V, respectively. The threshold voltages VTH2 of the three transistors Q2 are 1.2V, 1.4V, and 1.4V, respectively. The threshold voltages VTH3 of the three transistors Q3 are 1.4V, 1.6V, and 1.6V, respectively. The resistance value of the gate resistor R1 is 10Ω, and the resistance values of the gate resistors R2 and R3 are both 100Ω.

トランジスタQ1〜Q3をオンさせると、直流電源1からリアクトル3およびトランジスタQ1〜Q3を介して接地電圧GNDのラインに直流電流が流れ、リアクトル3に電磁エネルギーが蓄えられる。トランジスタQ1〜Q3をオフさせると、リアクトル3に蓄えられた電磁エネルギーがダイオード4を介してコンデンサ5に放出される。コンデンサ5の端子間電圧、すなわち昇圧チョッパの出力電圧は、直流電源1の出力電圧にリアクトル3の端子間電圧を加算した電圧となる。この昇圧チョッパでも、実施の形態3の昇圧チョッパと同様に、3個のトランジスタQ1に均等に電流が流れた。   When the transistors Q1 to Q3 are turned on, a direct current flows from the DC power source 1 to the ground voltage GND line via the reactor 3 and the transistors Q1 to Q3, and electromagnetic energy is stored in the reactor 3. When the transistors Q <b> 1 to Q <b> 3 are turned off, electromagnetic energy stored in the reactor 3 is released to the capacitor 5 through the diode 4. The terminal voltage of the capacitor 5, that is, the output voltage of the boost chopper is a voltage obtained by adding the terminal voltage of the reactor 3 to the output voltage of the DC power supply 1. In this step-up chopper as well, as in the step-up chopper of the third embodiment, current flows evenly through the three transistors Q1.

[実施の形態5]
図18は、この発明の実施の形態5による降圧チョッパの構成を示す回路図であって、図12と対比される図である。図18において、この降圧チョッパでは、図12で示した昇圧チョッパと同様に、図9で示した半導体装置が複数個(図18では3個)並列接続されている。また、この降圧チョッパは、3個のゲート抵抗R1、直流電源1、リアクトル3、ダイオード4、コンデンサ5、制御信号源S1,S2、およびゲートドライバ15を備える。
[Embodiment 5]
FIG. 18 is a circuit diagram showing the configuration of the step-down chopper according to the fifth embodiment of the present invention, and is compared with FIG. 18, in this step-down chopper, a plurality of semiconductor devices shown in FIG. 9 (three in FIG. 18) are connected in parallel as in the step-up chopper shown in FIG. The step-down chopper includes three gate resistors R1, a DC power source 1, a reactor 3, a diode 4, a capacitor 5, control signal sources S1 and S2, and a gate driver 15.

3個のノーマリーオン型トランジスタQ4のドレインは、ともにノードN1に接続される。各トランジスタQ4のゲートは、ゲート抵抗R1を介してノードN2に接続される。3個のNチャネルMOSトランジスタQ2のドレインはそれぞれ3個のトランジスタQ4のソースに接続され、それらのソースはともにノードN2に接続され、それらのゲートはともに制御信号CNT1Aを受ける。3個のトランジスタQ3のドレインはそれぞれ3個のトランジスタQ4のソースに接続され、それらのソースはともにノードN2に接続され、それらのゲートはともに制御信号CNT2Aを受ける。   The drains of the three normally-on transistors Q4 are both connected to the node N1. The gate of each transistor Q4 is connected to the node N2 via the gate resistor R1. The drains of the three N-channel MOS transistors Q2 are connected to the sources of the three transistors Q4, respectively, their sources are both connected to the node N2, and their gates both receive the control signal CNT1A. The drains of the three transistors Q3 are respectively connected to the sources of the three transistors Q4, the sources of which are both connected to the node N2, and the gates of which receive the control signal CNT2A.

ノードN1は、直流電源1の正極に接続されて直流電圧V1(たとえば、300V)を受ける。直流電源1の負極は、接地電圧GNDを受ける。制御信号源S1,S2は、それぞれ制御信号CNT1,CNT2を生成する。ゲートドライバ15は、ノードN2の電圧V2と制御信号CNT1,CNT2に基づいて制御信号CNT1A,CNT2Aを生成する。制御信号CNT1A,CNT2Aの「L」レベルの電圧は、ノードN2の電圧V2と同じである。制御信号CNT1A,CNT2Aの「H」レベルの電圧は、それぞれ制御信号CNT1,CNT2の電圧(12V)にノードN2の電圧V2を加算した電圧と同じである。   Node N1 is connected to the positive electrode of DC power supply 1 and receives DC voltage V1 (for example, 300V). The negative electrode of DC power supply 1 receives ground voltage GND. Control signal sources S1 and S2 generate control signals CNT1 and CNT2, respectively. The gate driver 15 generates control signals CNT1A and CNT2A based on the voltage V2 of the node N2 and the control signals CNT1 and CNT2. The “L” level voltages of the control signals CNT1A and CNT2A are the same as the voltage V2 of the node N2. The “H” level voltages of the control signals CNT1A and CNT2A are the same as the voltages obtained by adding the voltage V2 of the node N2 to the voltage (12V) of the control signals CNT1 and CNT2, respectively.

ダイオード4のアノードは接地電圧GNDのラインに接続され、そのカソードはノードN2に接続される。リアクトル3の一方端子はノードN2に接続される。コンデンサ5は、リアクトル3の他方端子と接地電圧GNDのラインとの間に接続される。負荷回路6は、コンデンサ5に並列接続される。   The anode of the diode 4 is connected to the line of the ground voltage GND, and its cathode is connected to the node N2. One terminal of reactor 3 is connected to node N2. Capacitor 5 is connected between the other terminal of reactor 3 and the line of ground voltage GND. The load circuit 6 is connected to the capacitor 5 in parallel.

制御信号CNT1Aが「L」レベルから「H」レベルに立ち上げられると、全てのトランジスタQ2がオンし、全てのトランジスタQ4がオンする。このとき、低耐圧で低GmのトランジスタQ2をオンさせて高耐圧で高GmのトランジスタQ4をオンさせるので、全てのトランジスタQ4をオンさせることができる。なお、トランジスタQ2として高Gmのトランジスタを使用すると、電流が1つのトランジスタQ4に集中し、他のトランジスタQ4に電流が流れない場合がある。   When the control signal CNT1A is raised from the “L” level to the “H” level, all the transistors Q2 are turned on and all the transistors Q4 are turned on. At this time, since the transistor Q2 having a low breakdown voltage and a low Gm is turned on and the transistor Q4 having a high breakdown voltage and a high Gm is turned on, all the transistors Q4 can be turned on. Note that if a high Gm transistor is used as the transistor Q2, the current may be concentrated in one transistor Q4, and the current may not flow through the other transistor Q4.

トランジスタQ2の電流駆動能力はトランジスタQ4の電流駆動能力よりも小さいので、このままではトランジスタQ4の能力を十分に発揮させることができない。そこで、次に制御信号CNT2Aを「L」レベルから「H」レベルに立ち上げ、低耐圧で高GmのトランジスタQ3をオンさせる。これにより、ノードN1,N2間が導通状態となる。   Since the current driving capability of the transistor Q2 is smaller than the current driving capability of the transistor Q4, the capability of the transistor Q4 cannot be fully exhibited as it is. Therefore, next, the control signal CNT2A is raised from the “L” level to the “H” level to turn on the transistor Q3 having a low breakdown voltage and a high Gm. As a result, the nodes N1 and N2 become conductive.

ノードN1,N2間を非導通状態にする場合は、まず制御信号CNT2Aを「H」レベルから「L」レベルに立ち下げ、全てのトランジスタQ3をオフさせる。次いで制御信号CNT2Aを「H」レベルから「L」レベルに立ち下げて、全てのトランジスタQ2,Q4をオフさせる。   In order to make the nodes N1 and N2 nonconductive, first, the control signal CNT2A is lowered from the “H” level to the “L” level, and all the transistors Q3 are turned off. Next, the control signal CNT2A is lowered from the “H” level to the “L” level to turn off all the transistors Q2 and Q4.

上述のようにしてトランジスタQ2〜Q4をオンさせると、直流電源1の正極からトランジスタQ4,Q2,Q3、リアクトル3、およびコンデンサ5を介して直流電源1の負極に至る経路に直流電流が流れ、コンデンサ5が充電されるとともに、リアクトル3に電磁エネルギーが蓄えられる。トランジスタQ2〜Q4をオフさせると、リアクトル3に蓄えられた電磁エネルギーによって、リアクトル3、コンデンサ5、およびダイオード4の経路で直流電流が流れる。コンデンサ5の端子間電圧、すなわち降圧チョッパの出力電圧は、負荷回路6に印加される。   When the transistors Q2 to Q4 are turned on as described above, a DC current flows in a path from the positive electrode of the DC power supply 1 to the negative electrode of the DC power supply 1 through the transistors Q4, Q2, Q3, the reactor 3, and the capacitor 5. The capacitor 5 is charged and electromagnetic energy is stored in the reactor 3. When the transistors Q <b> 2 to Q <b> 4 are turned off, a direct current flows through the path of the reactor 3, the capacitor 5, and the diode 4 by the electromagnetic energy stored in the reactor 3. The voltage across the capacitor 5, that is, the output voltage of the step-down chopper is applied to the load circuit 6.

トランジスタQ2〜Q4は、所定の周期でオン/オフされる。1周期内におけるトランジスタQ2〜Q4のオン時間とオフ時間の比を大きくするとコンデンサ5の端子間電圧が大きくなる。逆に、1周期内におけるトランジスタQ2〜Q4のオン時間とオフ時間の比を小さくするとコンデンサ5の端子間電圧が小さくなる。したがって、1周期内におけるトランジスタQ2〜Q4のオン時間とオフ時間の比を調整することにより、コンデンサ5の端子間電圧を直流電圧V3と接地電圧GNDの間の所望の電圧に調整することができる。この降圧チョッパでも、3個のトランジスタQ4に均等に電流が流れた。   Transistors Q2-Q4 are turned on / off at a predetermined cycle. When the ratio of the on time and the off time of the transistors Q2 to Q4 in one cycle is increased, the voltage between terminals of the capacitor 5 is increased. Conversely, when the ratio of the on-time to the off-time of the transistors Q2 to Q4 in one cycle is reduced, the voltage between the terminals of the capacitor 5 is reduced. Therefore, the voltage between the terminals of the capacitor 5 can be adjusted to a desired voltage between the DC voltage V3 and the ground voltage GND by adjusting the ratio between the on time and the off time of the transistors Q2 to Q4 within one cycle. . Even in this step-down chopper, currents flowed equally through the three transistors Q4.

なお、図18で示した3組のトランジスタQ2〜Q4を含む半導体装置で上側アームおよび下側アームの各々を構成して、インバータを構成することも可能である。   Note that it is also possible to form an inverter by configuring each of the upper arm and the lower arm with a semiconductor device including the three sets of transistors Q2 to Q4 shown in FIG.

図19は、実施の形態5の変更例となる降圧チョッパを示す回路ブロック図であって、図18と対比される図である。図19を参照して、この降圧チョッパが図18の降圧チョッパと異なる点は、各ノーマリーオン型トランジスタQ4がNチャネルMOSトランジスタQ1で置換され、直流電源2、ダイオード16、および3個のコンデンサC1が追加されている点である。   FIG. 19 is a circuit block diagram showing a step-down chopper that is a modification of the fifth embodiment, and is a diagram to be compared with FIG. Referring to FIG. 19, this step-down chopper is different from the step-down chopper of FIG. 18 in that each normally-on type transistor Q4 is replaced with an N-channel MOS transistor Q1, and a DC power supply 2, a diode 16, and three capacitors C1 is added.

直流電源2の負極は、接地電圧GNDを受ける。ダイオード16のアノードは、直流電源2の正極に接続されて直流電圧V3(たとえば、12V)を受ける。直流電圧V3は、トランジスタQ1のしきい値電圧よりも十分に高い電圧である。各コンデンサC1は、ダイオード16のカソードとノードN2との間に接続される。各ゲート抵抗R1は、対応のトランジスタQ1のゲートとダイオード16のカソードとの間に接続される。これにより、トランジスタQ1のゲートには、ノードN2よりも直流電圧V2だけ高い電圧が印加されるので、制御信号CNT1Aが「H」レベルにされてトランジスタQ2がオンされたときにトランジスタQ1を確実にオンさせることができる。他の構成および動作は、図18の降圧回路と同じであるので、その説明は繰り返さない。この降圧チョッパでも、3個のトランジスタQ1に均等に電流が流れた。   The negative electrode of DC power supply 2 receives ground voltage GND. The anode of the diode 16 is connected to the positive electrode of the DC power supply 2 and receives a DC voltage V3 (for example, 12V). DC voltage V3 is sufficiently higher than the threshold voltage of transistor Q1. Each capacitor C1 is connected between the cathode of the diode 16 and the node N2. Each gate resistor R1 is connected between the gate of the corresponding transistor Q1 and the cathode of the diode 16. As a result, a voltage that is higher than the node N2 by the DC voltage V2 is applied to the gate of the transistor Q1, so that the transistor Q1 is reliably turned on when the control signal CNT1A is set to the “H” level and the transistor Q2 is turned on. Can be turned on. Since other configurations and operations are the same as those of the step-down circuit of FIG. 18, the description thereof will not be repeated. Even in this step-down chopper, currents flowed evenly through the three transistors Q1.

なお、図19で示した3組のトランジスタQ1〜Q3を含む半導体装置で上側アームおよび下側アームの各々を構成して、インバータを構成することも可能である。   It is also possible to form an inverter by configuring each of the upper arm and the lower arm with the semiconductor device including the three sets of transistors Q1 to Q3 shown in FIG.

また、上記実施の形態1〜5と種々の変更例を適宜組み合わせても良いことは言うまでもない。   Needless to say, the first to fifth embodiments may be appropriately combined with various modified examples.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

Q1〜Q3,Q10 NチャネルMOSトランジスタ、1,2 直流電源、3 リアクトル、4,11,16 ダイオード、5,12,C1 コンデンサ、6,10,14 負荷回路、13 交流電源、15 ゲートドライバ、S1,S2,S10 制御信号源、R1〜R3 ゲート抵抗、SW1〜SW4,SW11〜SW14 スイッチ、Q4 ノーマリーオン型トランジスタ。   Q1-Q3, Q10 N-channel MOS transistor, 1, 2 DC power supply, 3 reactors, 4, 11, 16 diode, 5, 12, C1 capacitor, 6, 10, 14 load circuit, 13 AC power supply, 15 gate driver, S1 , S2, S10 control signal source, R1 to R3 gate resistance, SW1 to SW4, SW11 to SW14 switch, Q4 normally on transistor.

Claims (14)

第1の電極が第1のノードに接続された第1のトランジスタと、
第1の電極が前記第1のトランジスタの第2の電極に接続され、第2の電極が第2のノードに接続され、制御電極が第1の制御ノードに接続された第2のトランジスタと、
第1の電極が前記第1のトランジスタの第2の電極に接続され、第2の電極が前記第2のノードに接続され、制御電極が第2の制御ノードに接続された第3のトランジスタとを備え、
前記第1のトランジスタの第1および第2の電極間の耐圧は前記第2および第3のトランジスタの各々の第1および第2の電極間の耐圧よりも高く、
前記第2のトランジスタの増幅率は前記第3のトランジスタの増幅率よりも小さく、
前記第1および第2のノード間を導通させる場合は、前記第2のトランジスタをオンさせて前記第1のトランジスタをオンさせた後に前記第3のトランジスタをオンさせる、半導体装置。
A first transistor having a first electrode connected to a first node;
A second transistor having a first electrode connected to the second electrode of the first transistor, a second electrode connected to the second node, and a control electrode connected to the first control node;
A third transistor having a first electrode connected to a second electrode of the first transistor, a second electrode connected to the second node, and a control electrode connected to a second control node; With
The breakdown voltage between the first and second electrodes of the first transistor is higher than the breakdown voltage between the first and second electrodes of each of the second and third transistors;
The amplification factor of the second transistor is minor than the amplification factor of said third transistor,
When conducting between the first and second nodes , a semiconductor device in which the second transistor is turned on to turn on the first transistor and then the third transistor is turned on .
前記第1および第2のノード間を非導通にする場合は、前記第3のトランジスタをオフさせた後に前記第2のトランジスタをオフさせて前記第1のトランジスタをオフさせる、請求項1に記載の半導体装置。The first transistor is turned off when the third transistor is turned off and then the second transistor is turned off to turn off the first transistor when the first and second nodes are made non-conductive. Semiconductor device. 第1の電極が第1のノードに接続された第1のトランジスタと、A first transistor having a first electrode connected to a first node;
第1の電極が前記第1のトランジスタの第2の電極に接続され、第2の電極が第2のノードに接続され、制御電極が第1の制御ノードに接続された第2のトランジスタと、A second transistor having a first electrode connected to the second electrode of the first transistor, a second electrode connected to the second node, and a control electrode connected to the first control node;
第1の電極が前記第1のトランジスタの第2の電極に接続され、第2の電極が前記第2のノードに接続され、制御電極が第2の制御ノードに接続された第3のトランジスタとを備え、A third transistor having a first electrode connected to a second electrode of the first transistor, a second electrode connected to the second node, and a control electrode connected to a second control node; With
前記第1のトランジスタの第1および第2の電極間の耐圧は前記第2および第3のトランジスタの各々の第1および第2の電極間の耐圧よりも高く、The breakdown voltage between the first and second electrodes of the first transistor is higher than the breakdown voltage between the first and second electrodes of each of the second and third transistors;
前記第2のトランジスタの増幅率は前記第3のトランジスタの増幅率よりも小さく、The amplification factor of the second transistor is smaller than the amplification factor of the third transistor,
前記第1および第2のノード間を非導通にする場合は、前記第3のトランジスタをオフさせた後に前記第2のトランジスタをオフさせて前記第1のトランジスタをオフさせる、半導体装置。In the case where the first and second nodes are made non-conductive, a semiconductor device in which the third transistor is turned off and then the second transistor is turned off to turn off the first transistor.
複数組の前記第1〜第3のトランジスタを備え、
複数の前記第1のトランジスタの制御電極は互いに接続され、
複数の前記第2のトランジスタの制御電極はともに前記第1の制御ノードに接続され、
複数の前記第3のトランジスタの制御電極はともに前記第2の制御ノードに接続され、
複数の前記第1のトランジスタの第1の電極はともに前記第1のノードに接続され、
複数の前記第2のトランジスタの第1の電極はそれぞれ複数の前記第1のトランジスタの第2の電極に接続され、
複数の前記第2のトランジスタの第2の電極はともに前記第2のノードに接続され、
複数の前記第3のトランジスタの第1の電極はそれぞれ複数の前記第1のトランジスタの第2の電極に接続され、
複数の前記第3のトランジスタの第2の電極はともに前記第2のノードに接続されている、請求項1から請求項3までのいずれかに記載の半導体装置。
A plurality of sets of the first to third transistors;
Control electrodes of the plurality of first transistors are connected to each other;
The control electrodes of the plurality of second transistors are all connected to the first control node,
The control electrodes of the plurality of third transistors are all connected to the second control node,
The first electrodes of the plurality of first transistors are both connected to the first node;
The first electrodes of the plurality of second transistors are respectively connected to the second electrodes of the plurality of first transistors;
A second electrode of each of the plurality of second transistors is connected to the second node;
The first electrodes of the plurality of third transistors are respectively connected to the second electrodes of the plurality of first transistors;
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein second electrodes of the plurality of third transistors are all connected to the second node. 5.
前記第2のトランジスタの増幅率は前記第1のトランジスタの増幅率よりも小さい、請求項1から請求項4までのいずれかに記載の半導体装置。 The amplification factor of the second transistor is smaller than the amplification factor of the first transistor, the semiconductor device according to any one of claims 1 to 4. 前記第1のノードは第1の電圧を受け、
前記第2のノードは第2の電圧を受け、
前記第2のトランジスタをオン/オフ制御するための第1の制御信号が前記第1の制御ノードに与えられ、
前記第3のトランジスタをオン/オフ制御するための第2の制御信号が前記第2の制御ノードに与えられる、請求項1から請求項5までのいずれかに記載の半導体装置。
The first node receives a first voltage;
The second node receives a second voltage;
A first control signal for controlling on / off of the second transistor is provided to the first control node;
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein a second control signal for controlling on / off of the third transistor is supplied to the second control node. 7.
前記第1のノードは第1の電圧を受け、
前記第2のノードは第2の電圧を受け、
前記第2のトランジスタのしきい値電圧は前記第3のトランジスタのしきい値電圧よりも低く、
前記第2および第3のトランジスタをオン/オフ制御するための制御信号が前記第1および第2の制御ノードに与えられる、請求項1から請求項5までのいずれかに記載の半導体装置。
The first node receives a first voltage;
The second node receives a second voltage;
The threshold voltage of the second transistor is lower than the threshold voltage of the third transistor;
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein a control signal for controlling on / off of the second and third transistors is supplied to the first and second control nodes. 7.
前記第2および第3のトランジスタの各々はノーマリーオフ型トランジスタである、請求項6または請求項7に記載の半導体装置。   8. The semiconductor device according to claim 6, wherein each of the second and third transistors is a normally-off transistor. 前記第1のトランジスタはノーマリーオフ型トランジスタであり、
前記第1のトランジスタの制御電極は、前記第1のトランジスタのしきい値電圧よりも高い第3の電圧を受ける、請求項6から請求項8までのいずれかに記載の半導体装置。
The first transistor is a normally-off transistor;
The semiconductor device according to claim 6, wherein the control electrode of the first transistor receives a third voltage higher than a threshold voltage of the first transistor.
さらに、前記第1のトランジスタの制御電極と前記第2のノードとの間に接続されたコンデンサと、
カソードが前記第1のトランジスタの制御電極に接続され、アノードが前記第3の電圧を受けるダイオードとを備える、請求項9に記載の半導体装置。
A capacitor connected between the control electrode of the first transistor and the second node;
The semiconductor device according to claim 9, further comprising: a cathode connected to a control electrode of the first transistor, and an anode receiving the third voltage.
前記第1のトランジスタはノーマリーオン型トランジスタであり、
前記第1のトランジスタの制御電極は前記第2のノードに接続されている、請求項6から請求項8までのいずれかに記載の半導体装置。
The first transistor is a normally-on transistor;
The semiconductor device according to claim 6, wherein a control electrode of the first transistor is connected to the second node.
請求項1から請求項11までのいずれかに記載の半導体装置を備える、コンバータ。   A converter comprising the semiconductor device according to claim 1. 請求項1から請求項11までのいずれかに記載の半導体装置を備える、インバータ。   An inverter comprising the semiconductor device according to any one of claims 1 to 11. 請求項1から請求項11までのいずれかに記載の半導体装置を備える、電力変換装置。   A power converter device comprising the semiconductor device according to claim 1.
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