JPH0611105B2 - 高耐圧半導体スイッチ - Google Patents

高耐圧半導体スイッチ

Info

Publication number
JPH0611105B2
JPH0611105B2 JP33970490A JP33970490A JPH0611105B2 JP H0611105 B2 JPH0611105 B2 JP H0611105B2 JP 33970490 A JP33970490 A JP 33970490A JP 33970490 A JP33970490 A JP 33970490A JP H0611105 B2 JPH0611105 B2 JP H0611105B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
thyristor
parallel
resistor
fet
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP33970490A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH03183210A (ja
Inventor
良孝 菅原
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
Original Assignee
Hitachi Ltd
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP33970490A priority Critical patent/JPH0611105B2/ja
Publication of JPH03183210A publication Critical patent/JPH03183210A/ja
Publication of JPH0611105B2 publication Critical patent/JPH0611105B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

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、高耐圧半導体スイッチに係り、特に入出力間
が電気的に絶縁され、且つ出力部がオン時に低電流域で
は線形の電圧依存性をもつ高耐圧半導体スイッチに関す
る。
〔従来の技術〕
従来、この種の半導体装置は電磁リレーの代替品として
通信分野等で強く要望されており、例えばMOS−FE
Tから構成される容量結合型の集積回路が知られてい
る。(ISSCC Digest of Technical Papers,P.238-239,F
eb,1981又は米国特許4,170,740号参照)。
この回路構成は第3図に示すようになっている。この回
路は入出力間が容量で結合されているので直流的に絶縁
されており、この結果、入力駆動回路部に対し出力部が
電位的にフローテング状態にあっても確実に出力部の駆
動が可能となる。また出力部がMOS−FETで構成さ
れているのでオン駆動された場合に出力部の通電電流は
線形の電圧依存性を示すようになる。この結果出力部が
バイポーラ素子で構成された半導体装置に比べ出力側電
源の省電力化を計ることができる。すなわちバイポーラ
素子の通電電流は非線形の電圧依存性を示し、低電流域
では非線形性が特に著しいので線形に近い電圧依存性を
得るためには一定の直流バイアス電流を流さなければな
らないが、MOS−FETの場合この電流が不要となる
ためである。
上記回路はこのような特徴があるため本装置は1チップ
にIC化が可能な電磁リレーの代替装置として広い応用
が可能なものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、 (1) 出力部がMOS−FETなのでオン抵抗が大き
く、大電流通電時の電力損失が大きい。
(2) 回路構成素子数が多いためIC化した場合のチッ
プの占有面積が大きい。特に入出力間結合用の容量は1
5pF程度であり大きな面積を要する。また出力部のオ
ン抵抗を小さくするにはFETのチャネル幅とチャネル
長さを大きくする必要があり、チップ面積が大きくなっ
てしまう。
(3) 容量結合なので交流信号でないと駆動できない。
という欠点を有するものであった。
本発明の目的は、入出力間が電気値に絶縁され、出力部
がフローテング状態でも駆動が可能であり、且つ出力部
がオン時の通電電流が低電流域では線形の電圧依存性を
示すが、大電流域では低いオン抵抗となるチップ占有面
積の小さい高耐圧半導体スイッチを提供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
このような目的を達成するため本発明は、絶縁ゲート形
電界効果素子例えばMOS−FET等のゲート端子と主
端子がゲート酸化膜で電気的に絶縁されていること、バ
イポーラ素子がMOS−FETに比べ小面積でオン抵抗
を小さくする上で有利であること、nチャネルMOS−
FETとpチャネルMOS−FETでは駆動する際主端
子の電位に対するゲート端子の電位が逆極性であること
に着目し、p・nチャネルMOS−FETとバイポーラ
素子さらに抵抗を組合わせるようにしたものである。
すなわち、順電圧印加時に主として順電圧を阻止する接
合と逆電圧印加時に主として逆電圧を阻止する接合とを
それぞれ少なくとも1ケ以上有し、それらの接合が直列
に主端子間に接続されてなるバイポーラ素子と、前記逆
電圧を阻止する接合の1つに並列接続された抵抗と、こ
の抵抗が並例接続された接合を除く前記逆電圧を阻止す
る接合と前記順電圧を阻止する接合との全体に並列接続
された主回路を有するp型MOSトランジスタおよびn
型MOSトランジスタとを含んでなり、このp型MOS
トランジスタとn型MOSトランジスタのゲートに共通
の駆動信号を入力する構成の高耐圧半導体スイッチとし
たのである。
〔作用〕
このようにすれば、バイポーラ素子とゲート端子を電気
的に絶縁できるとともにバイポーラ素子の電位がゲート
電位より低い時はnチャネルMOS−FETにより駆動
でき、ゲート電位より高い時はpチャネルMOS−FE
Tにより駆動できるので、バイポーラの電位がフローテ
ング状態にありゲート電位が固定されている場合に確実
に駆動せしめることができる。また、バイポーラ素子が
オンするまではMOS−FETと抵抗を介して電流が流
れるので通電電流の電圧依存性を線形にできるととも
に、抵抗の両端の電位がバイポーラ素子の順バイアス接
合が動作する約0.6V以上になるとバイポーラ素子が
オンするので小面積にもかかわらず大電流域でのオン抵
抗を小さくできる。この他、容量結合でなくMOS−F
ETのゲート酸化膜で結合しているので直流ゲートバイ
アス信号でも駆動できるものである。
〔実施例〕
以下、本発明を図示実施例に基づいて説明する。第1図
は本発明の一実施例の高耐圧半導体スイッチの概念構成
図である。図示のように、主回路端子A,K間に接続さ
れた主スイッチであるサイリスタ1と、このサイリスタ
1のpEnBpCトランジスタ部分に、p・n両チャネルMO
S−FET3,5を並列に接続し、pB−nE接合に抵抗4
を並列に接続した構成としたものである。また、p・n
両チャネルMOS−FET3,5のゲートには、信号端
子Gから共通の駆動信号が入力される。
このように構成される実施例の動作を次に説明する。本
装置はゲート端子Gに接続した駆動回路からオン信号を
供給することにより駆動される。オン信号電位よりもサ
イリスタのカソード電位が高い場合は、pチャネルMO
S−FET3がオンするので抵抗4を介してA−K間に
電流が流れる。pチャネルMOS−FET3がオンした
場合ソース・ドレイン間通電電流が比較的低電流領域で
はソース・ドレイン間の電圧に線形的に依存するので、
A−K間の通電電流もA−K間電圧に線形的に依存す
る。この場合のA−K間抵抗はMOS−FETのチャネ
ル抵抗と抵抗4とを加算した値にほぼ等しい。オン信号
が大きくなりMOS−FETのソース・ドレイン間電流
が増大し抵抗4の両端の電圧がサイリスタ1のbuildup
電圧(約0.6V)以上になるとサイリスタ1がオンす
る。例えば抵抗4を100Ωとした場合約6mAの電流
がMOS−FET3から供給されるとサイリスタはオン
する。一般にサイリスタのオン抵抗は同程度の素子面積
のMOS−FETに比べて著しく小さいので、大電流域
ではもっぱら電流はサイリスタ側を流れA−K間のオン
抵抗は小さくなる。例えば4mA通電時のオン抵抗は少
なくとも抵抗4以上すなわち100Ω以上と大きいが、
6mA以上では200mA程度の範囲まで容易に10Ω
以下のオン抵抗にできる。
一方、オン信号電位よりもサイリスタのアノード電位が
低い場合はnチャネルMOS−FET5がオンし抵抗3
を介して線形の電圧依存性をもつ電流が流れる。オン信
号電位がサイリスタのアノード電位より低く、カソード
電位より高い中間状態ではp,n両MOS−FETがオ
ンされる場合があるが、やはり線形の電圧依存性をもつ
電流が流れる。いずれにしてもこれらの電流により抵抗
4の電圧が0.6V以上となるとサイリスタがオンする
のでサイリスタの電位がフローテング状態にあっても確
実にオン駆動できる。
サイリスタとG端子間はMOS−FET3及び5のゲー
ト酸化膜が絶縁されているのでゲート絶縁破壊電圧に相
当する高い且つ良好な絶縁状態を実現できる。一例をあ
げるとMOS−FETのしきい値電圧を約3Vにした場
合、そのゲート絶縁破壊電圧すなわちサイリスタとG端
子間の絶縁耐圧を容易に500V程度にでき、且つサイ
リスタとG端子間のリーク電流も容易に10-10A以下
にできる。
本実施例の場合バイポーラ素子がサイリスタなので一度
オンするとオン信号がなくなってもオン状態を維持する
自己保持機能を有する。
また本実施例は基本構成素子が従来例に比べ少なく、且
つ主出力部がサイリスタなので大電流域での小さいオン
抵抗をMOS−FETよりも小さい面積で実現できる上
に、従来例のような大面積を要する容量が不要なのでI
C化した場合の開示例では400V,100mA級の半
導体装置を実現するのに10mm2以上のチップ占有面積
を必要としたが本実施例の場合2mm2以下のチップ占有
面積で実現できる。更に容量結合でなくMOS−FET
のゲート酸化膜で結合しているので直流バイアス信号を
駆動できる。
第2図に、本発明の他の実施例の高耐圧半導体スイッチ
の概念構成図を示す。本実施例は、バイポーラ素子とし
てnpnトランジスタ2を用い、コレクタ接合にp・n
両チャネルMOS−FET3,5を並列に接続し、エミ
ッタ接合に抵抗4を接続している。本実施例の基本動作
機構は前記実施例と同様なので説明は省略する。このよ
うにした場合バイポーラ素子がトランジスタなのでG端
子のオン信号の有無によりA−K間をオン・オフできる
という特徴を有する。
また、大電流域でのオン抵抗はサイリスタより大きくな
るが、MOS−FETに比べるとより小さなチップ占有
面積で同等以下の低いオン抵抗を実現できる。
以上説明したように各実施例に基づき本発明の詳細とそ
の効果を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、実施例と逆並列に接続して双方向性
スイッチング素子とすること、第1図実施例においてp
・n両チャネルMOS−FETをnpnトランジスタ部
と並列に接続し且つ抵抗をpE−nB接合と並列に接続す
ること等の各種の変形・応用が可能なことは当業者には
自明である。
〔発明の効果〕
以上説明したことから明らかなように、本発明による高
耐圧半導体スイッチによれば、バイポーラ素子がゲート
を連結したp・n両チャネルMOS−FETでトリガさ
れるので入出力間が電気的に絶縁でき且つ出力部がフロ
ーテング状態でも確実に駆動できる効果があり、さらに
低電流域ではMOS−FETと抵抗を介して通電できる
ので線形の電圧依存性を実現でき、大電流域ではバイポ
ーラ素子を介して通電できるので小さなチップ占有面積
で低いオン抵抗を達成でき電力損失を小さくできるとい
う効果を有するようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による高耐圧半導体スイッチの一実施例
を示す構成図、第2図は本発明による高耐圧半導体スイ
ッチの他の実施例を示す構成図、第3図は従来の高耐圧
半導体スイッチの回路図である。 1……サイリスタ、2……バイポーラトランジスタ、 3……pチャネルMOS−FET、4……抵抗、 5……nチャネルMOS−FET。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】順電圧印加時に主として順電圧を阻止する
    接合と逆電圧印加時に主として逆電圧を阻止する接合と
    をそれぞれ少なくとも1ケ以上有し、それらの接合が直
    列に主端子間に接続されてなるバイポーラ素子と、 前記逆電圧を阻止する接合の1つに並列接続された抵抗
    と、 この抵抗が並列接続された接合を除く前記逆電圧を阻止
    する接合と前記順電圧を阻止する接合との全体に並列接
    続された主回路を有するp型MOSトランジスタおよび
    n型MOSトランジスタとを含んでなり、 このp型MOSトランジスタとn型MOSトランジスタ
    のゲートに共通の駆動信号を入力する構成の高耐圧半導
    体スイッチ。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項において、 前記バイポーラ素子が、サイリスタであり、前記抵抗が
    そのサイリスタのpベースとnエミッタ又はnベースと
    pエミッタとの間に並列接続され、 前記p型MOSトランジスタおよびn型MOSトランジ
    スタがそのサイリスタの前記抵抗が接続されたベースと
    このベースと同一導電型のエミッタとの間に並列接続さ
    れてなることを特徴とする高耐圧半導体スイッチ。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項において、 前記バイポーラ素子が、トランジスタであり、前記抵抗
    がそのトランジスタのベースと一方の主電極との間に並
    列接続され、 前記p型MOSトランジスタおよびn型MOSトランジ
    スタがそのトランジスタのベースと他方の主電極との間
    に並列接続されてなることを特徴とする高耐圧半導体ス
    イッチ。
JP33970490A 1990-11-30 1990-11-30 高耐圧半導体スイッチ Expired - Lifetime JPH0611105B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33970490A JPH0611105B2 (ja) 1990-11-30 1990-11-30 高耐圧半導体スイッチ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33970490A JPH0611105B2 (ja) 1990-11-30 1990-11-30 高耐圧半導体スイッチ

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19325584A Division JPS6171718A (ja) 1984-09-14 1984-09-14 高耐圧半導体スイツチ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03183210A JPH03183210A (ja) 1991-08-09
JPH0611105B2 true JPH0611105B2 (ja) 1994-02-09

Family

ID=18330018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33970490A Expired - Lifetime JPH0611105B2 (ja) 1990-11-30 1990-11-30 高耐圧半導体スイッチ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0611105B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5660492B2 (ja) * 2010-12-10 2015-01-28 パナソニックIpマネジメント株式会社 絶縁キャパシタを用いた容量絶縁方式の半導体リレー
JP5776011B2 (ja) * 2010-12-10 2015-09-09 パナソニックIpマネジメント株式会社 絶縁キャパシタを用いた容量絶縁方式の半導体リレー

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03183210A (ja) 1991-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4742380A (en) Switch utilizing solid-state relay
US5323044A (en) Bi-directional MOSFET switch
US4604535A (en) FET-bipolar switching device and circuit
JP2905227B2 (ja) 電源バッテリの極性の反転に対して自己保護されている集積回路
EP0166390B1 (en) Semiconductor switch circuit
US6034413A (en) High speed biCMOS gate power for power MOSFETs incorporating improved injection immunity
EP0722629A4 (en) FIELD EFFECT TRANSISTOR WITH INTERRUPTABLE SUBSTRATE SOURCE CONNECTION
JPS58501205A (ja) モノリシツクに合併されたfet及びバイポ−ラ接合トランジスタ
KR930007794B1 (ko) 소오스에 부하가 연결되어 있는 mosfet를 구동시키기 위한 회로배열
AU597540B2 (en) Complementary lateral insulated gate rectifiers with matched "on" resistances
EP0512605B1 (en) Power device having reverse-voltage protection
US6778366B2 (en) Current limiting protection circuit
US6441654B1 (en) Inductive load driving circuit
KR20010015560A (ko) 전자식 아날로그 스위치
US6469352B2 (en) Two-terminal semiconductor overcurrent limiter
US5933034A (en) High speed biCMOS gate driver for MOSFETs incorporating improved injection immunity
JPH0611105B2 (ja) 高耐圧半導体スイッチ
US4857984A (en) Three-terminal MOS integrated circuit switch
US4910563A (en) Complementary circuit and structure with common substrate
JPH04364784A (ja) Mos型半導体素子駆動回路
JP2914408B2 (ja) 高耐圧集積回路
US5287024A (en) FET bidirectional switching arrangements and methods for preventing pn junctions of FETs from being forward-biased
JP7489252B2 (ja) 半導体装置および電力変換装置
JP3146650B2 (ja) パワー集積回路
JPS6171718A (ja) 高耐圧半導体スイツチ