JPH0324816B2 - - Google Patents

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JPH0324816B2
JPH0324816B2 JP19295181A JP19295181A JPH0324816B2 JP H0324816 B2 JPH0324816 B2 JP H0324816B2 JP 19295181 A JP19295181 A JP 19295181A JP 19295181 A JP19295181 A JP 19295181A JP H0324816 B2 JPH0324816 B2 JP H0324816B2
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JP
Japan
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switch
terminal
current
pnpn
transistor
Prior art date
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Expired
Application number
JP19295181A
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English (en)
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JPS5895426A (ja
Inventor
Mitsuo Matsuyama
Shinji Okuhara
Akio Sagawa
Yasunobu Inabe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Hitachi Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP19295181A priority Critical patent/JPS5895426A/ja
Publication of JPS5895426A publication Critical patent/JPS5895426A/ja
Publication of JPH0324816B2 publication Critical patent/JPH0324816B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/18Modifications for indicating state of switch

Landscapes

  • Thyristor Switches And Gates (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はPNPNスイツチを含んだ半導体スイ
ツチに係り、特に主電流のオン・オフ状態を外部
から適確に検出でき、かつ、半導体集積化しやす
い半導体スイツチに関するものである。
〔従来の技術〕
一般に、半導体スイツチとしてのPNPNスイ
ツチは、トランジスタスイツチに較べて双方向に
高耐圧が得られること、オン抵抗を低くできるこ
と、大電流通電時にもオン電圧を低くできること
などの利点がある。しかし、同時に自己保持機能
を有するために、オン・オフスイツチとして用い
る場合には、オフ制御が比較的難しいという欠点
を有している。
負荷電流を変えずにPNPNスイツチをオフさ
せるには、ゲート・カソード間を過渡的に短絡し
て一時的に保持電流を高め、負荷電流を保持でき
なくする方法と、ゲートに逆電流を与えてオフさ
せる方法とがあり、電流切断能力や外部回路条件
によつて使い分けられる。
さて、これらの方法を用いて構成したオン・オ
フスイツチにおいて、自己保持機能を有するがた
めスイツチのオン・オフ状態の検出を必要とする
場合がある。PNPNスイツチは、オフ駆動の時
点から電荷の著積時間に起因するターンオフ時間
の分だけ遅れてオフ状態となるが、スイツチの用
途によつては、この遅れ時間のために外部制御上
で不都合を生ずる。例えば、PNPNスイツチを
用いたオン・オフスイツチ2個で電流切換スイツ
チを構成した場合、先ず、一方のスイツチをパル
ス的にオフ駆動してから他方のスイツチをパルス
的にオ賄駆動して負荷電流を切換えようとしたと
き、、オフ駆動を受けたスイツチが完全にオフ状
態とならぬまま、他方のスイツチがオンとなり、
同時に2個のスイツチがオン状態を保つケースが
出てくる。これは、ゲート制御が無くとも主電極
間が外部的に通電可能にあればオン保持動作を続
けるPNPNスイツチの自己保持機能と、一般に
ターンオフ時間がターンオン時間より長いことに
起因する現象である。このような誤動作を防ぐた
めには、スイツチの負荷電流がどの時点でオフし
たかを検出しておく方法が必要になる。
第1図に、オフ検出機能をもたせたオン・オフ
スイツチの回路構成を示す。第1図において、
PNPNトランジスタQ1とNPNトランジスタQ
2とで等価的に構成されるPNPNスイツチ1の
オン制御、オフ制御は、それぞれゲートG、オフ
制御入力端子Bに駆動電流を加えることで成さ
れ、この結果、外部回路の負荷抵抗R2と電源V
1とで定まる負荷電流をオン/オフできる。ここ
で、抵抗R1はPNPNスイツチ1のdv/dt効果
による誤動作を防止するもので、PNPNスイツ
チ1のゲート点弧感度はこの抵抗R1によつて定
まる。また、トランジスタQ3はPNPNスイツ
チ1のゲートG及びカソードK間を一時的に短絡
して、PNPNスイツチ1の最小保持電流値を高
め、オフ状態へ移行させるものである。
さらに、トランジスタQ4はPNPNスイツチ
のオン・オフ状態を検出するためのものである。
すなわち、トランジスタQ2,Q4において、そ
のベース・エミツタをそれぞれ共通接続する構成
としているため、トランジスタQ2,Q4はほぼ
同一のベース・バイアス条件となり、それぞれの
コレクタ電流もほぼ等しいものとなる。ここでト
ランジスタQ2のコレクタ電流はPNPNスイツ
チ1のアノード電流の一部であるから、トランジ
スタQ4のコレクタ電流を監視すれば、PNPN
スイツチ1のオン・オフ状態を検出できることに
なる。第2図は上記の動作波形を略示したもので
あり、IGはオン駆動電流、IBはオフ駆動電流、IA
はアノード電流、ICはトランジスタQ4のコレク
タ電流をそれぞれ示す。第2図から明らかなよう
に、PNPNスイツチ1のアノード電流IAのオン・
オフ情報は、トランジスタQ4のコレクタ電流IC
の有無、すなわち第1図の抵抗R3の電圧降下か
ら検出できる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、第1図に示す回路構成には次の
如き欠点がある。第1の欠点は、オフ検出が時間
的に正確でないことである。通常、PNPNスイ
ツチ1とトランジスタQ4とは、それぞれ個別の
デバイスになるから、大きさ、形状が異なるこ
と、外部負荷条件を常に同一にはできないことか
ら、ターンオフ時間が異なつてくる。さらに、
PNPNスイツチ1のターンオフ時間は、構成ト
ランジスタQ1,Q2のターンオフ時間の和とな
る傾向を持つため、トランジスタQ4では正確な
オフ検出ができない。すなわち、第1図において
オフ駆動したときに、トランジスタQ2,Q4は
トランジスタQ3によつて同時にベース・エミツ
タ間を短絡されるため、速やかにオフとなるが、
PNPNトランジスタQ1はその時点からオフに
向かう。この結果、第2図のt4,t5として示す如
く、PNPNスイツチ1が完全にオフする前にオ
フ検出をしてさしまい、その目的を充分に果たし
ていない。第2の欠点は、オフ検出用にトランジ
スタQ4を追加するため素子数が増えることであ
る。これは、半導体集積回路化を考えたときに素
子占有面積が増加することであり、経済性の観点
から望ましくない。
以上のように、従来技術による半導体スイツチ
では、オフ検出特性が不充分なものであり、かつ
素子占有面積も大きいという欠点があつた。
本発明の目的は、主電流のオン・オフ検出特性
が適確であり、しかも、素子占有面積が小さく集
積化に適した半導体スイツチを得ることにある。
〔課導を解決するための手段〕
この目的のために、本発明は主電流スイツチ回
路に主電流のオン・オフ状態検出用の第2のアノ
ード端子を設けて、適確な主電流のオン・オフ検
出ができるように構成した。
〔実施例〕
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
第3図は本発明による半導体スイツチの第1の実
施例を示す回路構成図であり、Q11,Q12,
Q2は4端子PNPNスイツチ2を構成する2個
のPNPトランジスタと1個のNPNトランジス
タ、Q3はターンオフ用のNPNトランジスタ、
R1はdv/dt効果による誤動作の防止用抵抗、
V1,R2はそれぞれ負荷用電源と抵抗、V2,
R3はそれぞれオン・オフ検出用の電源と抵抗で
ある。また、A1は第1のアノード端子、A2は
第2のアノード端子、Kはカソード端子、Gはゲ
ート端子、Bはオフ制御入力端子を示す。本実施
例においては、トランジスタQ11,Q12,Q
2から成る4端子PNPNスイツチ2により半導
体スイツチの主電流スイツチ回路が構成され、
NPNトランジスタQ3と抵抗R1とにより半導
体スイツチのターンオフ用スイツチ回路が構成さ
れている。第3図の回路構成において、オン制御
はゲートGからオン駆動電流を供給することによ
つて成され、Q11,Q2で構成されるPNPN
スイツチがオン状態となり、外部回路の電源V1
と抵抗R2で定まる負荷電流がアノードA1から
カソードKへ流れる。また、同時に、Q12,Q
5で構成されるPNPNスイツチもオン状態とな
り、外部回路の電源V2と抵抗R3で定まるオン
検出電流がアノードA2からカソードKへ流れ
る。次に、オフ制御はオフ制御入力端子Bからオ
フ駆動電流を流し込むことによつて成され、トラ
ンジスタQ3がオン状態となり、PNPNスイツ
チ2のゲートG・カソードK間、すなわち、トラ
ンジスタQ2のベース・エミツタ間を短絡するこ
とによつてPNPNスイツチの保持電流値を高め、
アノードA1からカソードKに向かつて流れてい
た負荷電流をオフする。また、同時にアノードA
2からカソードKに向かつて流れていたオン検出
電流もオフする。
さて、第3図図示の回路構成において、主電流
のオン・オフ検出は主電流が流れるPNPトラン
ジスタQ11とベース・コレクタを共通接続した
PNPトランジスタQ12のエミツタ電流の有無
で行われる。PNPNスイツチのターンオフ動作
において、先ず、NPNトランジスタQ2がトラ
ンジスタQ3によつてベース・エミツタ間を短絡
させることでオフになり、次いでPNPトランジ
スタQ11,Q12が同時にオフに向かうため
に、アノードA1,A2からの流入電流がオフと
なる時間はほぼ同様のものとなる。PNPNスイ
ツチのターンオン動作に関しても同じように、
NPNトランジスタQ2がオンとなつてからPNP
トランジスタQ11,Q12が同時にオンに向か
う。この結果、第2のアノードA2からの流入電
流の有無は、適確な時間で主電流のオン・オフ状
態を示すことになり、オン・オフ検出特性の適確
な半導体スイツチが得られるものである。
また、第3図図示の4端子PNPNトランジス
タ2は一体構造のデバイスとすることができる。
第4図は、この4端子PNPNスイツチ2の断面
構造を図示したものであり、10はN形半導体基
板、11,12,13はP形拡散層、14はN形
拡散層を示し、15は酸化膜、16a,16b,
16c,16dは金属配線層をそれぞれ示す。4
端子PNPNスイツチ2の第1のアノード端子A
1は、P形拡散層11を経て金属配線層16aか
ら取出し、同様に第2のアノード端子A2、ゲー
ト端子G、カソード端子KはそれぞれP形拡散層
13、P形拡散層12、N形拡散層14を経て金
属配線層16b,16c,16dから取出す。4
端子PNPNスイツチ2を第4図の如く一体構造
とできることから、第3図図示回路は素子占有面
積の小さなものにできる。さらに、本発明者らの
試作実験によれば、第3図図示回路の動作とし
て、むしろトランジスタQ11がオフした後にト
ランジスタQ12がオフとなり、主電流のオフ検
出に時間余裕をもつことが判明した。
〔発明の効果〕
以上、詳しく説明したように本発明は、主電流
スイツチ回路の第2のアノード端子から主電流の
オン・オフ検出を行うことによつて、その検出特
性が適確なものとなり、かつ、この検出用の素子
の占有面積を小さなものにできるので高集積化が
可能であり、特性面および経済性に優れた半導体
スイツチを提供し得るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の半導体スイツチの回路構成図、
第2図は第1図の回路構成の動作波形図、第3図
は本発明による半導体スイツチの第1の実施例を
示す回路構成図、第4図は第3図に示した4端子
NPNPスイツチの構造断面図である。 1…PNPNスイツチ、2…4端子PNPNスイ
ツチ、Q1,Q2,Q11,Q12…PNPNス
イツチ構成用トランジスタ、Q3…トランジス
タ、A1…第1のアノード端子、A2…第2のア
ノード端子、K…カソード端子、G…ゲート端
子、B…オフ制御入力端子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 主電極用の第1のアノード端子、カソード端
    子と、制御用のゲート端子と、電流検出用の第2
    のアノード端子とを有する主電流スイツチ回路
    と、 該主電流スイツチ回路のゲート・カソード端子
    間に接続されたターンオフ用スイツチ回路とを備
    えた半導体スイツチであつて、 上記主電流スイツチ回路は、PNPNスイツチ
    と、該PNPNスイツチのN層、P層のうちの主
    電極用端子を除く同一極性部分とそれぞれベー
    ス、コレクタを接続した電流検出用トランジスタ
    とから成り、 上記PNPNスイツチのアノード端子、カソー
    ド端子をそれぞれ上記主電流スイツチ回路の主電
    極用の第1のアノード端子、カソード端子と、ま
    た上記PNPNスイツチのゲート端子、上記電流
    検出用トランジスタのエミツタをそれぞれ上記主
    電流スイツチ回路の制御用のゲート端子、電流検
    出用の第2のアノード端子として構成し、 上記第1のアノード端子の流入電流のオン・オ
    フ状態を上記第2のアノード端子の流入電流によ
    つて検出することを特徴とする半導体スイツチ。
JP19295181A 1981-12-02 1981-12-02 半導体スイツチ Granted JPS5895426A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS62207023A (ja) * 1986-03-07 1987-09-11 Hitachi Ltd 半導体スイツチ
JP2765842B2 (ja) * 1987-12-14 1998-06-18 株式会社日立製作所 加入者回路用半導体スイッチ

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JPS5895426A (ja) 1983-06-07

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