JPS58112115A - 制御回路 - Google Patents

制御回路

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JPS58112115A
JPS58112115A JP57219338A JP21933882A JPS58112115A JP S58112115 A JPS58112115 A JP S58112115A JP 57219338 A JP57219338 A JP 57219338A JP 21933882 A JP21933882 A JP 21933882A JP S58112115 A JPS58112115 A JP S58112115A
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ウイリアム・フレデリツク・マツクフア−ソン
テレンス・ジエ−ムス・リレイ
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/567Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
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  • Electronic Switches (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
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  • Transmitters (AREA)
  • Electrophonic Musical Instruments (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は以下のものとともに用いる制御回路に係る。す
なわち、比較的高抵抗率のバルク部、第1の導電形と比
較的低抵抗の第1の領域、第1の導電形と相対する第2
の導電形の第2及び第3の領域を有し、第1及び第3の
領域は第1のスイッチングデバイスの出力端子に接続さ
れ、第2の領域はスイッチングデバイスの制御端子に結
合され、第1.第2及び第3の領域は半導体基体のバル
ク部分により相互に分離されている型の第1のゲートダ
イオード・スイッチングデバイス。該第1のスイッチン
グデバイスと同じ形で本質的に同じ電気的特性をもつ第
2のゲートダイオード・スイッチングデバイス。第2の
スイッチングデバイスの出力端子は、第1のスイッチン
グデバイスの第1の出力端子に結合される。
従来技術 米国特許第4,250,409号は’500Vモノリシ
ツク二方向性2×2交差アレイ′と題する論文、198
0アイ・イーイーイー・インInternationa
l 5olid−8tate C1rcuitsCon
ference Digest of Technic
al Papers )170及び1′71VC述べら
、れているようなゲートダイオード・スイッチ(GDS
’s)のような高電圧及び高電流容量固体スイッチ用の
制御回NKついて述べている。この特許が指摘している
ように、GDSを制御する上での特殊な問題が、デバイ
スをOFF状態にスイッチするために、ゲートに大きな
電流を供給したりあるいは除去する必要性から生じる。
制御回路はめる程度の数のトランジスタ及び電流リミッ
タ要素から成る。この制御回路に伴う一つの問題は、電
流リミッタ中の変化のために、付随した負荷スイッチ及
び回路中に。
かなりの好ましくない電流が注入されることでろる。
上に述べた制御回路と基本的には同じ機能を果すが、電
流リミッタを必要とせず、必要とする要素の数が少く、
かつ実現するために必要なシリコンの面積が少い回路が
望ましい。
発明の構成 本発明に従うと、これらの問題は以下の点を特徴とする
制御回路において解決される。
すなわち、それぞれが制御端子と第1及び第2の出力端
子をもつ第3及び第4のスイッチングデバイスが含まれ
る。制御回路はあらかじめ選択されたレベルの電流を、
第2のスイッチングデバイス中に供給することができる
第3のスイッチングデバイスの制御端子及び第4のスイ
ッチングデバイスの第1の出力端子は、第1の制御回路
入力端子に結合される。
第4のスイッチングデバイスの第2の出力端子は、第2
のスイッチングデバイスの第1の出力端子に結合される
。第4のスイッチングデバイスの制御端子及び第3のス
イッチングデバイスの第1の出力端子は、ともに結合さ
れ、第2の制御回路端子に結合される。第3のスイッチ
ングデバイスの第2の出力端子は第2のスイッチングデ
バイスの制御端子に結合される。
本発明は出力端子により、同様の負荷スイッチ(GDS
LI又はGDSL2 )の制御端子に結合された制御ス
イッチ(GDSC)aともに用いられる。制御回路に係
る。制御及び負荷スイッチはそれぞれ制御端子及び第1
.第2の出力端子を有する。好ましい実施例において。
これらのスイッチはその出力端子が7ノード及びカソー
ドで、制御端子がゲートでるるゲートダイオード・スイ
ッチでるる。本発明の制御回路は、本質的VC2個のス
イッチングデバイス(Q2及びQ3)から成り、それぞ
れが制御端子及び第1.第2の出力端子を有する。一実
施例において、第1及び第2のスイッチングデバイスは
、p−n−p形バイポーラ・トランジスタでるる。Q2
のベース及びQ3のエミッタは、ともに入力端子に結合
される。
Q2のエミッタ及びQ3のベースは共通端子に結合され
る。Q3のコレクタはGDSCの7/−ド匠結合され、
Q2のコレクタはGDS Cのゲートに結合される。Q
2及びQ3は本質的KGDSCの状態を制御する働きを
する。
実施例 第1図を参照すると、スイッチング・システム10が示
されており、それは制御回路12(最も大きな長方形の
線)から成り、それは出力端子34に、cり一対の高電
圧負荷(通過)ゲートダイオード・スイッチングデバイ
ス(GDSLI)及び(GDSL2)のゲートに結合さ
れる。(GDSLI)の7ノード及び(CDSL2)の
カソードは、端子(xo)及び抵抗(R3)の第1の端
子に・結合される。(R3)の第2の端子は、端子36
及び電位源(vl)に結合される。(GDSL2)の7
ノード及び(GDSLl)のカソードは、端子(yo)
及び抵抗(R4)の第1の端子に結合される。(R4)
の第2の端子は端子38及び電位源(v2)に結合され
る。(GDSLl)及び(GDSL2)の組み合せによ
り、二方向性スイッチとして働き、(CDSLI)又は
(GDSL2)を通る比較的低抵抗路を経て、端子(X
O)及び(YO)間を選択的に導電性にする。説明のた
め、これらのスイッチはゲートダイオード・スイッチと
仮定する。制御回路12は端子34及び(XO)に必要
な電位を供給し、(CDSLI)及び(GDSL2)の
状態を制御するのに必要な電位及び電流源又は電流シン
クを供給する働きをする。
周知のように、ゲートダイオード・スイッチ(GDS)
は第1の導電形及び比較的高抵抗のバルク部分、第1の
導電形及び比較的低抵抗を有する7ノード領域、第1の
導電形とは反対の第2の導電形のゲート及びカソード領
域な有する半導体基体から成る。7ノード及びカソード
領域は、スイッチの出力端子に接続されている。ゲート
領域はスイッチの制御端子に接続されている。7ノード
、ゲート及びカソード領域は、半導体基体のバルクの一
部により、相互に分離されている。オン状態中のカソー
ド及び7ノ一ド領域間の伝導は、導電性プラズマを形成
する二重キャリヤ注入による。7ノード及びカソード領
域間のバルク部分から、キャリヤを空乏化するのに十分
な電圧を、ゲート領シ印加することにより。
デバイスはオフ状態に変えられる。
制御回路12は本質的に、高電圧スイッチ(GDSC)
、(破線の長方形内に示された)第1の電圧分枝回路1
4及び(もう一つの破線の長方形内に示された)第2の
電圧分枝回路16から成る。説明のため、(GDSC)
はゲートダイオード・スイッチと仮定する。分枝回路1
4は(GDSLI)及び(GDSL2)を選択的にオン
状態に保ち、それKよりもし7ノード及びカソード端子
の電位が、導通を維持するのに十分であるならば、一方
又は他方の(GDSL)を通る導通が起る。あるいは、
それは負荷スイッチをオフ状態に維持することにより、
両方の負荷スイッチを通る導通を阻止することができる
。また、(GDSLI)又は(GDSL2)を通る電流
が比較的小さい場合、それは該電流を阻止すること(G
DSLの一つを、オフ状態にするこ七)ができる。
分枝回路16は(GDSLI)及び(GDSL2)を本
質的にオフ状態にスイッチする働きをし、従って、電位
があらかじめ選択された範囲内にある限り、(XO)及
び(YO)端子に印加される電位とは独立に、それらの
間の比較的大きな電流を、阻止(しゃ断)する働きなす
lる。
分枝回路14はp−n−pトランジスタ(Ql。
Q2.Q3)、n−p−n トラン゛ジスタ(Q4)及
び抵抗(R1,R2)から成る。Vin入力端子。
18は(R1)の第1の端子に結合されている。(R1
)の第2の端子は(Ql)及び(Q2)のベース、(Q
3)のエミッタ及び端子20に結合されている。(Ql
)のエミッタは(R2)の第1の端子及び端子22に結
合されている。。
(R2)の第2の端子は(Q2)のエミッタ、(Q3)
のベース及び端子26に結合され、端子26は電源(v
++)VC結合されている。(Ql)のコレクタは(Q
4)のベース及び端子24に結合されている。(Q2)
のコレクタは(GDI5SC)のゲート及び端子28に
結合されている。(Q3)のコレクタは(GDSC)の
アノード及び端子30に結合されている。(Q4)のエ
ミッタは(XO)K結合され、(Q4)のコレクタは(
GDSLI)及び(GDSL2)のゲー□ト、(GDS
C)のカソード及び出力端子434に結合されている。
分枝回路16は本質的にダイオード(Dl)から成り、
そのカソードは端子30に接続され、7ノードは端子3
2及び電源(V)K結合されている。典型的な場合、電
源(V )は電源(v+ 十)より電位は低い。
システム10の基本的な動作は、以下のとうりでらる。
(GDSLI)及び(GDSL2)は導通状態ではなく
、入力端子18へ印加される電圧は’1’(それは典型
的な場合、■より2.5ボルト正である)でらると仮定
すると、(Ql、 Q2)及び(Q4)はオフにバイア
スされ、(Q3)はオンにバイアスされる。
(GDSC)はその7ノード゛(端子30)がV++に
近い電位にめるため、オンにバイアスされ、ゲート端子
は典型的な場合、■ 又はそれより低い正電位に浮いて
いる。(GDSLl)及び(GDSL2)の漏れ電流は
、端子18から(Q3)のエミッターコレクタ、(GD
SC)のアノード−カソードを通って、(GDSLI)
 1及び(GDSL2)のゲートに流れる。はぼv+十
の電位が、端子34に現われる。(GDSLI)及び(
GDSL2)はオフにバイアスされ、導電性となること
が妨げられる。
Vinが’l’ カラ’Q’ へスイ”)チ(’0’電
位は典型的な場合V++より2.2ボルト低い)すると
仮定すると、(Ql、Q2)及び(Q4)はオンにバイ
アスされ、(Q3)はオフにバイアスされる。(Q2)
はバイアス・オシになるカラ、(GDSC)(端子28
)のゲート電位はほぼV+ + 、C増加する。(GD
SC)及び(Q4)の両方がオンでるるから、はぼV+
 +でめった(GDSC)の7ノード(端子30)の電
位は、下りはじめる。(GDSC)の7ノード及びカソ
ードの電位は、(GDSC)のゲート電位より約20ボ
ルト低くなるまで下りその後(GDSC)はオフになる
。すると、(Q4)はオンであるから、端子34は端子
(XO)の電位に下るまで、放電を続ける。
Vlが+200V、V2が接地電位にるり。
V++= +315ボルト及びV”=+275ホルトと
仮定する。端子34が端子(Xo)の電位の約+20ボ
ルト以内まで放電するにつれ、(CDSLI)はオンに
なり、次に急速に端子34を端子(XO)のほぼ端子電
位まで放電させる。従って、(GDSLI)はオしで、
端子(XO)から端子(YO)へ電流が流れる。
るるいは、もしV2の電位が+200Vで、vlの電位
が接地になると、(GDSL2)はオンになり、端子(
YO)がら端子(XO)へ電流が流れる。
次に、電流が(GDSLI) 又は(GDSL2)を流
れると、Vinは10′から′1#ヘスイッチすると仮
定する。(Ql、Q2)及び(Q4)はオフにスイッチ
し、(Q3)はオンにスイッチする。最初、(GDSC
)(端子28)のゲートは約y++ vcろり、7ノー
ド(端子30)は約20ボルト低い電位Vc6る。これ
により、(GDSC)は、t”7状態K す6゜(GD
SC)(7)7ノードは次にv vc向って電位が上り
始め、(GDSC)はオンになる。(GDSC)の7ノ
ード、カソード及びゲート電位は、電流によりオンにな
り、負荷ゲート・ダイオードスイッチ(GDSLI又は
GDSL2)に流れるにつれ、降下を始める。(GDS
C)が導通状態であるため、(GDSC)のゲート(端
子28)は(GDSC)の7ノード(4子30)より、
約0.7ボルト低く保たれる。(GDSC)の7ノード
の電位が、■ の電位よりダイオード約1個分低い電位
まで降下するとともに、(Dl)は導通状態になり、(
GDSC)を通り端子34及び(GDSLI)又は(C
DSL2)のゲート中へ、本質的な電流が供給される。
V+に4子32)の電位及び(GDSLI)又は(GD
SL2)のゲートに供給される電流の両方が、導通ゲー
トダイオード負荷スイッチを通る電流をしゃ断し、従っ
て同じものをオフにするのに十分なように、ろらかじめ
選択される。(GDSLI)又は(GDSL2)がオフ
になるとともに、そのゲートに流れる電流は、著しく減
少する。これにより、端子3oはほぼV++の電位まで
上昇し、従って(Dl)が逆バイアスされる。これはい
からのすべての電流をしゃ断する。
(GDSLI) 又は(GDSL2 )を通る電流が十
分低いならば、(Q3)を通り(GDSC)に入る比較
的適度の電流は、(GDSLI)又は(GDSL2)を
通る電流をしゃ断するのに十分で、端子30の電位は、
(Dl)を順方向バイアスするほどは降下しない。
トランジスタ(Q2)及び(Q3)を組合せると、(G
DSC)が制御され、(GDSLI)及び(GDSL2
)(7)状態が、■+及び(DI)及び(−ql)と(
Q4)の組合せとは比較的独立に、少くとも部分的に制
御される。これは米国特許第4,250,409号の対
応するトランジスタと等価である。
(R3)及び(R4) は(GDSLI)又ハ(GDS
L2)を通って流れうる電流を制限し、(GD5LI)
又は(GDSL2)がオンで導通状態にらる時、端子(
XO)及び(YO)間の電位差が、典型的な場合的2.
2ボルトになるように働く。
スイッチング・システム10が製作され、試験され、十
分機能することがわかった。制御回路12及び(CDS
LI)、(GDSL2)は、誘電体分離を用い、すべて
単一の半導体基板上に製作された。製作された回路はま
た、(Ql)及び(Q4)と同様の2個のトランジスタ
が追加されるとともに、負荷ゲートダイオード・スイッ
チの第2の対を含んだ。この製作された(GDSC)の
カソードは、本発明と共通の譲渡人を有する米国特許第
4,250,409号の第4図に示される対応するダイ
オードと同様の一対の追加されたダイオード(図示され
ていない)の7ノ一軒と結合された。
製作された回路において、V” = +315ボルト、
V+=+275ボルト、V1=±200ボルト、v2−
±200ボルト、R1=18にΩ、R2=10にΩ、V
in ’ l ’= +317.5ボルト、Vin ’
O”=+312.8ボルトで、GDSC。
GDSLI及びGDSL2はすべて、’ 500Vモノ
リシツク二方向性2×2交差点アレイ“と題する論文、
1980アイ・イーイーイー〇インターナショナル・ソ
リッド−ステート・?−キット・コンファレンス−ダイ
ジェストφオブ・テクニカルeペーパーズ(Inter
nationalSolid 5tate C1rcu
its Conference Digeatof T
echnical Papers ) 170及び17
1頁に述べられている基本構造を有する。
ここで述べた実施例は、本発明の一般的な原理を説明す
るためのものである。本発明の精神と矛盾なく、各種の
修正が可能でるる。
たとえば、バイポーラトランジスタ(Ql、Q2゜Q3
)及び(Q4)は電界効果トランジスタあるいは比較的
高い電圧と適度の電流を扱える他の型のスイッチングデ
バイスでよい。
更に%(Dl)の代りにトランジスタ又は他のスイッチ
ングデバイスを置きかえることができる。更になお、米
国特許第4,250,409号の第4図に示されている
ような電気的又は光学的に駆動されるスイッチを、(D
l)及び電源y+’間に挿入することができる。更に、
(GDSC)及び(CDSLI)又は(GDSL2)、
(R2)・(Ql)及び(Q4)の漏れはiよをf除去
でき、回路14はなお機能できる。更に、端子34及び
端子(XO)又は(YO)間、又は負電源に電流リミッ
タ又は同様の手段を結合することができ、(R2)、(
Ql)及び(Q4)はとり除ける。更になお、(GDS
C)又tま(GDSLI)又は(GDSL2)は、ゲー
トダイオード・スイッチ以外のスイッチングデノ(イス
で置きかえることができる。そのようなスイッチは、出
力端子間の導通な妨げる(しゃ断する)ために、制御端
子に印加される高制御電圧及び制御端子への電流を、同
様に必要とすることを特徴とする。
〔主要部分の符号の説明〕
出力端子          ・・・ xo、 y。 第3のスイッチングデバイス ・・・ Q2第4のスイ
ッチングデバイス ・・・ Q3第1の制御回路入力端
子   ・・・ 181“oxK”lf>y”t<4:
X +、+  38の第2の出力端子 第4のスイッチングデバイス の制御端子         ・・・ 26第2の制御
回路端子     ・・・ V+ +第3のスイッチン
グデバイス の第2の出力端子      ・・・ 28分枝回路 
         ・・・ 16第5のスイッチングデ
バイス ・・・ Q1第6のスイッチングデバイス ・
・・ Q4第6のスイッチングデバイス の制御端子         ・・・ 24第2のスイ
ッチングデバイス の第2の出力端子      ・・・ 34第1の抵抗
手段       ・・・ R1第2の抵抗手段   
    ・・・ R2第1の制御回路の入力端子  ・
・・ Vin第1抵抗手段の第2の端子  ・・・ 2
0第2の抵抗手段の第1の端子 ・・・ 22第2の抵
抗手段の第2の端子 ・・・′26出願人: ウェスタ
ーン エレクトリックカムパニー、インコーポレーテッ
ド 安   井   幸   −旬I劃 !頁の続き 9発 明 者 ウィリアム・フレデリック・マツクファ
ーソン アメリカ合衆国6018フイリノイ ズ・ホイートン・ワレス・ロー ド27ダブリユ184 0発 明 者 テレンス・ジェームス・リレイアメリカ
合衆国19610ペンシル ヴアニア・ワイオミスイング・ モンロー・アヴ工ニュー1304

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、比較的高抵抗率のバルク部分、第1の導電形と比較
    的低抵抗率の第1の領域及び第1の導電形とは反対の第
    2の導電形の第2及び第3の領域を備え、第1及び第3
    の領域は第1のスイッチングデバイスの出力端子に接続
    され、第2の領域は第1のスイッチングデバイスの制御
    端子に結合され、第1、第2及び第3の領域は、半導体
    基体のバルク部分により相互に分離された型の第1のゲ
    ートダイオード・スイッチングデバイス及び該第1のス
    イッチングデバイスと同じ型で、本質的に同じ電気的特
    性をもつ第2のゲートダイオード・スイッチングデバイ
    スとともに用い、第2のスイッチングデバイスの出力端
    子は第1のスイッチングデバイスの制御端子に結合され
    た制御回路において、 それぞれが制御端子及び第1.第2の出力端子゛をもつ
    第3及び第4のスイッチングデバイス及び第2のスイッ
    チングデバイスVcIらかしめ選択された値まで電流を
    供給できる回路が含まれ・、第3のスイッチングデバイ
    スの制御端子及び第4のスイッチングデバイスの第1の
    出力端子は、第1の制御回路入力端子に結合され、第4
    のスイッチングデバイスの第2の出力端子は第2のスイ
    ッチングデバイスの第1の出力端子tζ結合され、第4
    のスイッチングデバイスの制御端′子及び第3のスイッ
    チングデバイスの第1の出力端子は、ともに第2の制御
    回路端子に結合され、第3のスイッチングデバイスの第
    2の出力端子は、第2のスイッチングデバイスの制御端
    子に結合されることを特徴とする制御回路。 2、特許請求の範囲第1項に記載された制御回路におい
    て、 第2のスイッチングデバイスに結合され、第2のスイッ
    チングデバイス中への電流値が、あらかじめ選択された
    値に達した場合にのみ、めらかじめ選択された値より本
    質的に大きな値の電流を、第2のスイッチングデバイス
    に供給可能な分枝回路、それぞれが制御端子及び第1.
    第2の出力端子を有し、比較的高電圧動作が可能な第5
    及び第6のスイッチングデバイスが含まれ、第5のスイ
    ッチングデバイスの制御端子は第3のスイッチングデバ
    イスの制御端子に結合され、第5のスイッチングデバイ
    スの第2の出力端子は、第6のスイッチングデバイスの
    制御端子に結合され、第5のスイッチングデバイスの第
    1の出力端子は、第4のスイッチング、デバイスの制御
    端子に結合され、 第6のスイッチングデバイスの第1の出力端子は、第1
    のスイッチングデバイスの出力端子の一つに結合され、
    第6のスイッチングデバイスの第2の出力端子は、第2
    のスイッチングデバイスの第2の出方端子に結合される
    ことを更に特徴とする制御回路。 5、特許請求の範囲第2項に記載された制御回路におい
    て、 第1及び第2の抵抗手段は、それぞれ第1及び第2の端
    子を有し、第1の抵抗手段の第1の端子は第1の制御回
    路の大刀端子に結合され、第1の抵抗手段の第2の端子
    は第3及び第5のスイッチングデバイスの制御端子及び
    第4の第1の出方端子に結合され、第2の抵抗手段の第
    1の端子は第5のスイッチングデバイスの第1の出方端
    子に結合され、第2の抵抗手段の第2の端子は、第3の
    スイッチングデバイスの第1の出力端子及び第4のスイ
    ッチングデバイスの制御端子に結合されることを更Vc
    %徴とする制御回路。 4、特許請求の範囲第3項に記載された制御回路におい
    て、 第1及び第2のスイッチングデバイスは構造的に高電圧
    及び比較的高電流動作に適し、第3.第4.第5及び第
    6のスイッチングデバイスは、構造的に高電圧及び適度
    の電流動作に適し、第1及び第2の抵抗手段は、第1及
    び第2の抵抗でるることを特徴とする制御回路。
JP57219338A 1981-12-22 1982-12-16 制御回路 Expired - Lifetime JPH0744439B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/333,434 US4447744A (en) 1981-12-22 1981-12-22 Control circuitry for high voltage solid-state switches
US333434 1981-12-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58112115A true JPS58112115A (ja) 1983-07-04
JPH0744439B2 JPH0744439B2 (ja) 1995-05-15

Family

ID=23302763

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