JPS6172411A - スイツチング用半導体装置 - Google Patents

スイツチング用半導体装置

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JPS6172411A
JPS6172411A JP59195379A JP19537984A JPS6172411A JP S6172411 A JPS6172411 A JP S6172411A JP 59195379 A JP59195379 A JP 59195379A JP 19537984 A JP19537984 A JP 19537984A JP S6172411 A JPS6172411 A JP S6172411A
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JP
Japan
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voltage
semiconductor device
turned
input signal
collector
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JP59195379A
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Toshio Shigekane
重兼 寿夫
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はバイポーラ形と電界効果形との並列のパワート
ランジスタなどから構成されスイッチング動作を行う半
導体装置に関する。
〔従来技術とその問題点〕
以下各図の説明において同一の符号は同−又は相当部分
を示す。
この種の装置としては従来バイポーラ形パワートランジ
スタ(以下バイポーラトランジスタと呼ぶ)、あるいは
電界効果形パワートランジスタ(以下FETと呼ぶ)が
知られている。しかしバイポーラトランジスタはON電
圧が低いものの、ターンオン時間(以下tonと記す)
、降下時間(フォール時間とも呼び以下tfと記す)が
遅く、又ターンオフ時にトランジスタ加わる逆電圧がい
わゆる安全動作領域内に納まる必要があるなどの問題も
あって、使用しにくいものであった。他方FETについ
ては上記のようなスイッチング時の間1はないものの、
ON電圧が高いため、これもまた使用しにくいものであ
った。
そこで上記の問題点を解決するため、従来、第5図のよ
うにバイポーラトランジスタQ1とFETQ2を並列に
すなわち前者Q1のエミッタF31と後者Q2のソース
Sを接続して共通エミッタEとし、前者Q1のコレクタ
C1と後者Q2のドレノ   インDを接続して共通コ
レクタCとして、スイッチング回路に使用することが知
られている。
この半導体装置は第5図のトランジスタQl。
Q2のベースB、ゲートGに第6図(1) 、 (2)
の波形のような躯動信号(ベース電流IB、ゲート電圧
VG)を入れることによって、トランジスタQ2く をQlより早めONさせ遅(OFFさせるものである。
すなわち第6図(1)〜(4)はそれぞれバイポーラト
ランジスタQ1のベース′域流IBSFETQzのゲー
ト電圧VG、バイポーラトランジスタQ1のコレクター
#Ilc流IC,FETQ2のドレイン電流よりの各波
形を示す。同図(2)のように時点10にFETQ2の
ゲートGにそのしきい値電圧より高い値のゲート′−圧
VGが与えられることによりFETQ2は速やかにON
状態となり、同図(4)のようにスイッチング回路の負
荷電光重がドレイン電流IDとして流れ始める。
次に期間T1ののちの時点t1にバイポーラトランジス
タQ1のベースBに同図(1)のようにベース電fiI
Bが与えられ、バイポーラトランジスタQ1のエミッタ
・コレクタ電圧は比較的ゆるやかに下降してON電圧と
なり、これとともに負荷電光重は同図(3) 、 (4
)のコレクタ電流t流IC,ドレイン電流IDのように
除々にON電圧がFETQ2より低いバイポーラトラン
ジスタQl側に移行し、やがて大部分の負荷電光重がコ
レクタ電流ICとしてバイポーラトランジスタQ1を流
れるようになる。
次に同図(1)のようにベース電流IBが期間T2だけ
流されたのち時点t2に断たれると、バイポーラトラン
ジスタQ1は再び除々にOFF状態に移行し、同図(3
) 、 (4)のように負荷電流Iはバイポーラトラン
ジスタQ1側からFETQ2側にドレイン電流IDとし
て移行する。
次に時点t2から期間T3を経た時点t3にゲート電圧
VGが断たれると、FETQ2は同図(4)のドレイン
電流IDのように速やかにOFF状態となって負荷電光
重が断たれ、スイッチング動作1サイクル(1開閉)が
終わる。
このように第5図の半導体装置では、最初にFETQ2
がONするため、ターンオン損失はFENする場合に比
較すれば、ターンオン損失ははるかに小さい。
一方、T2期間中はバイポーラトランジスタQ1もON
するが、第7図の両トランジスタQl。
Q2のON%圧特性(すなわち第7図はそれぞれバイポ
ーラトランジスタQ1又はFETQ2のコレクタ電流I
C又はドレイン電流IDの大きさと、ON電圧つまり飽
和コレクタ・エミッタ電圧VCE(Sat)又はドレイ
7−ソース0N1tEEVD8ONの関係を示している
。)に示されるように、ノクイポーラトランジスタQ1
の方がON電圧が低いためこのトランジスタQl側に電
流が流れる。またターンオフ時もFETQ2が後からO
FF’するため、ターンオフ損失はFBTQ2で発生す
るが小さい。
このことによって、ton、tfが小さくかつON電圧
が小さいと言う効果を得ていたのであるが、この装置に
は次のような欠点がある。
■ 端子が4端子あるため、同一パッケージ内に2つの
トランジスタQl、Q2を構成しようとすると、従来装
置に比べ端子を1つ余分につくらなければならないため
大形化する。
■ トランジスタQ1とQ2の入力信号(ベース4流I
Bとゲートシ圧vG)がそれぞれ別な波形をしでおり、
入力信号電圧(駆動信号′4圧ともいう)をつくるため
の回路か複雑化する。
〔発明の目的〕
この発明は前述の欠点を除き、従来のスイッチング用半
導体装置と同じく3端子素子であり、かつ単純な方形波
パルスの入力信号電圧で、ton。
tfが短か(ON電圧の低いスイッチング用半導体装置
を提供することを目的とする。
〔発明の要点〕
本発明の要点はバイポーラトランジスタのエミッタ、コ
レクタをそれぞれ電界効果トランジスタのソース、ドレ
インに接続し、この共通に接続されなエミッタ、ソース
を共通エミッタ、同じくコレクタ、ドレインを共通コレ
クタとし、前記共通エミッタ、共通コレクタ間で負荷電
流を開閉する半導体装置において、 印加電圧が前記電界効果トランジスタのゲートのしきい
値電圧(スレッシュホルド電圧など)を越える所定電圧
に達する迄は通電を阻止する通電阻止手段の一端を、前
記バイポーラトランジスタのベースに接続し、前記通電
阻止手段の他端に前記電界効果トランジスタのゲートを
接続するとともに、該他端と前記共通エミッタ間に少く
とも前記所定電圧以上の波高値を持ち、この所定電圧に
達する迄は緩やかに立上り、かつこの所定電圧からは緩
やかに立下る駆動信号電圧(台形波′ば圧など)を与え
、前記の開閉を行うようにした点と、もしくはさらに前
記通電阻止手段はツェナダイオード又は該ツェナダイオ
ードと抵抗との直列回路からなるようにした点と、又は
さらに前記、駆動信号電圧は前記の他端と前記共通エミ
ッタ間に接続されたコンデンサ(及び必要に応じその他
の手段)を介して(方形波信号電圧から)形成されるよ
うにした点にあり、これにより共通の方形波駆動信号電
圧を用いてバイポーラトランジスタが一界効果トランジ
スタより遅くONし、早(OFF”できるようにした点
にある。
〔発明の実施例〕
以下第1図〜第4図に基づいて本発明の詳細な説明する
。第1図、第2図はそれぞれ本発明の異った実施例の構
成を示す回路図、第3図は本発明の原理構成を示す回路
図、第4図は第3図における入力信号電圧の波形例を示
す図である。
まず第3図、第4図について説明する。第3図における
ZDはツェナダイオード、R1は抵抗であり、第4図の
入力信号電圧v1は第3図の端子人と共通エミッタ8間
をこ、つまりFETQ2のゲートGには直接に、バイポ
ーラトランジスタQ1のベースBには抵抗比1とツェナ
ダイオードZDとの直列回路を介して与えられる。
また第4図においてVPは入力信号電圧Viの最高値、
■ZはツェナダイオードZDのツェナ電圧、VQはFE
TQ2のゲートGのしきい値電圧(スレッシュホルド電
圧)を示す。
いま第3図の端子Aに第4図のような台形の入力信号電
圧Viを入れるとVi≧■Oとなり始める点P1でFE
TQ2がONする。ざらにVi〉vzとなり始める点P
2以後ではバイポーラトランジスタQ1にベース電流I
Bが流れトランジスタQ1がONする。抵抗R1はこの
ときのベース電流IBの調節用のものであり、入力信号
電圧Viが最高値VPにあるとき所定のベース電流IB
が流れるように、すなわち R1=(VP−4Z)/IB(Dように抵抗R1カ定め
られる。また、Vi(Vzとなる点P3以後はまずバイ
ポーラトランジスタQ1がOFFし、ざらにVi(VO
となる点P4以後ではFETQ2がOFFするためトラ
ンジスタQ2はQlより常に早くONし、遅(OFFす
るため、目的の効果が得られることになる。
次に第1図、第2図の実施例を説明する。両図における
に1は入力信号電圧Viの立上り、立下りの変化をゆる
やかにするためのコンデンサ、R2はコンデンサに1の
放電抵抗である。コンデンサKlは第1図ではトランジ
スタQl 、Q2の共通エミッタEと端子Aとの間に接
続されているが、第2図ではコンデンサに1の端子A側
への接続点が、抵抗R1(!:ツエナダ、イオードZD
との接続点A1には決っている。
コンデンサK 1の付加により入力信号電圧Viが方形
波状に立上りかつ立下った場合でもコンデンサ1(1の
両端螺圧が第4図の台形波状に変化する。すなわち第1
図の場合は入力信号電圧Viの立上りのりλコンデンサ
に1は図外の入力信号源の内部抵抗によってセ1]限さ
れるMi流によって充電されゆるやかに立上り、また同
じく立下りの際は前記内部抵抗及び抵抗R2を介してゆ
るやかに放゛4する。また第2図は前記内部抵抗が小さ
い場合の回路榊成例で、抵抗R1が前>己内部抵抗の代
りにもなる。このようにして方形波という単純な波形の
人力信号電圧Viを端子Aに加えることによって第3図
で述べたと同様なトランジスタQl、Q′   2のス
イッチング動作を行わせることができる。
なお本発明におけるトランジスタQ1とQ2との組合せ
は前述の実施例のような、NPNトランジスタとNチャ
ネルFETとの組合せのみならず、PNPトランジスタ
とPチャネルFE’I’との井且合せでも有効である。
ただし後者の場合M1図、第2図のツェナダイオードZ
Dの方向は逆とする必要かある。またバイポーラトラン
ジスタQ1にダーリントン接続のトランジスタであって
もかまわない。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によればバイポ
ーラトランジスタとFETとのエミッタとソース及びコ
レクタとドレインをそれぞれ接続した半導体装置におい
て、バイポーラトランジスタのベース端子にツェナダイ
オードと抵抗との直列回路の一端をツェナダイオードが
ベース端子側となるように接続し、かつコンデンサの一
端を共通エミッタに、該コンデンサの他端を前記直列回
路の他端又は前記抵抗とツェナダイオードとの接続点に
接続し@記コンデンサの他端にFETのゲートを接続し
て共通のベース端子としたため、■ 3端子素子であり ■ 単純な方形波入力信号電圧で制御でき、かつ  ■
 ton、tfが速(ON[圧の低い半導体装14を構
成できると言う効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例の構成を示す回路図、第2図
は同じく他の実施例の構成を示す巷回路図、第3図は本
発明の詳細な説明する回路図、第4図は第3図における
入力信号電圧の波形例を示す図、第5図は従来装置の構
成を示す回路図、第6図は第5図の動作を説明する各部
波形図、第7図はバイポーラトランジスタとFETとの
ON’d圧特性圧死性して示す図である。 Ql・・バイポーラトランジスタ、Q2・・′4界効果
トランジスタ(FET)、ZD・・・ツェナダイオード
、K1・・・コンデンサ、R1,R2・・・抵抗、■i
・・・入力信号電圧。 矛2図 牙4図 矛6図 □ VcE(沼【) 11551り#  > 7 S

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)バイポーラトランジスタのエミッタ、コレクタをそ
    れぞれ電界効果トランジスタのソース、ドレインに接続
    し、この共通に接続されたエミッタ、ソースを共通エミ
    ッタ、同じくコレクタ、ドレインを共通コレクタとし、
    前記共通エミッタ、共通コレクタ間で負荷電流を開閉す
    る半導体装置において、 印加電圧が前記電界効果トランジスタのゲートのしきい
    値電圧を越える所定電圧に達する迄は通電を阻止手段の
    一端を、前記バイポーラトランジスタのベースに接続し
    、前記通電阻止手段の他端に前記電界効果トランジスタ
    のゲートを接続するとともに、該他端と前記共通エミッ
    タ間に、少くとも前記所定電圧以上の波高値を持ち、こ
    の所定電圧に達する迄は緩やかに立上り、かつこの所定
    電圧からは緩やかに立下る駆動信号電圧を与え、前記の
    開閉を行うようにしたことを特徴とするスイッチング用
    半導体装置。 2)特許請求の範囲第1項に記載の装置において、前記
    通電阻止手段はツェナダイオード又は該ツェナダイオー
    ドと抵抗との直列回路からなることを特徴とするスイッ
    チング用半導体装置。 3)特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の装置にお
    いて、前記駆動信号電圧は前記の他端と前記共通エミッ
    タ間に接続されたコンデンサを介して形成されるもので
    あることを特徴とするスイッチング用半導体装置。
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