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JPH01147914A - Drive circuit for composite semiconductor device - Google Patents

Drive circuit for composite semiconductor device

Info

Publication number
JPH01147914A
JPH01147914A JP30808187A JP30808187A JPH01147914A JP H01147914 A JPH01147914 A JP H01147914A JP 30808187 A JP30808187 A JP 30808187A JP 30808187 A JP30808187 A JP 30808187A JP H01147914 A JPH01147914 A JP H01147914A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor device
turned
power
drive circuit
pnp
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.)
Pending
Application number
JP30808187A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Mori
敏 森
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric 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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP30808187A priority Critical patent/JPH01147914A/en
Priority to US07/262,997 priority patent/US4945266A/en
Priority to DE3838962A priority patent/DE3838962A1/en
Publication of JPH01147914A publication Critical patent/JPH01147914A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To drive the composite semiconductor device by a single signal by employing npn and pnp complementary transistors(TRs) for a drive circuit in the composite semicoductor device comprising of an SI thyristor and a power MOS. CONSTITUTION:With a positive signal applied to a base 18, the npn TR 15 is turned on, a gate voltage is applied to a gate of a power MOSFET 2 and SIT 20 from a positive power supply 14, both main devices are turned on, resulting that a current flows from the main power supply 13 to a load 12. In this case, the pnp TR 16 is reverse-biased to be turned off. With a negative signal applied to the base 18, the operation is opposite to the operation above and the said main devices 2, 20 are turned off. In this case, since both the devices 2, 20 are devices of majority carrier, no residual electric charge exists and high speed switching is attained.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[産業上の利用分野J この発明は複合形半導体装置の駆動回路に関するもので
ある。 C従来の技術j 第3図は例えば唱和62年6月発行の電気学会技術報告
u部第249号「自己消弧形電力用半導体素子の動向J
60頁に示された従来のパイポーラートランジスタとパ
ワーMO8FX’l!とのカスコード形BiMO8の駆
動回路で、図において、(1)はバイポーラトランジス
タで、−数的にはシングルトフンジスタでかつ大電流高
耐圧のものが使用される。(2)はnチャネ〃エンハー
スメントモードのパワーMO81i’l’I’でるるが
、ここでは低オン抵抗(大電流)O低耐圧の半導体素子
を用いる。このバイポーラトランジスタ(1)とパワー
MO8FET(2)の両者でカスコード接続(直列接続
)の31MO8を構成する。(3)は上記BiMO8I
Dコレクタ端子、(4)は同じ(BiVO4のソース端
子、(5)はパワーMO8Li”ET(2)のゲート端
子、(6)はバイボーラトツンジスタ(1)のコレクタ
側の配線を通したカレントトランス、で、一端をパワー
MO8FET(2)のソース端子に接続すると共に他端
をダイオード(7)を介してバイポーラトランジスタ(
1)のペースに接続される。(8)はバイポーラトラン
ジスタα)のベーストMO8li’ET(2)のソース
端子間に接続された定電圧ダイオード、(9)はダイオ
ード、(10)は抵抗で、ダイオード(9)と抵抗(1
G) (D直列体をバイポーラトランジスタ(1)のコ
レクタ端子トヘース端子間に接続される。 (11)は
コンデンサで、バイポーラトランジスタ(1)のペース
とMO81i’ET(2)のソース間に接続されている
。 次に動作にりいて説明する。第3図において、コンデン
サ(11)はこOBIMO8素子(1)、(2)がオフ
のときダイオード(9)と抵抗(lO)を介して定電圧
ダイオード(8)のツェナー電圧に充電される。 次にパワーM OS F E ’l’ (2)がオンす
ると、バイポーラトランジスタ(1)へコンデンサ(l
l)カラペース電流が最初に得られる。−旦、コレクタ
電流が流れ出スと、カレントトンス(6)はバイポーラ
トランジスタ(1)へ安定したベースドライブ電流を供
給する。 パワーMO8FET(2)をターンオフさせると、バイ
ポーラトランジスタ(1)はエミッタカットオフとなり
、バイポーラトランジスタ(1)のコレクタ側に蓄えら
れた蓄積電荷はバイポーラトランジスタ(1)のペース
から定電圧ダイオード(8)を介して放電するため非常
に高速でターンオフする。
[Industrial Field of Application J This invention relates to a drive circuit for a composite semiconductor device. C Conventional technology j Figure 3 shows, for example, the Technical Report of the Institute of Electrical Engineers of Japan, published in June 1962, No. 249, "Trends in self-extinguishing power semiconductor devices J.
Conventional bipolar transistor and power MO8FX'l shown on page 60! In the figure, (1) is a bipolar transistor, which is numerically a single fungistor and has a large current and high withstand voltage. (2) is an n-channel enhancement mode power MO81i'l'I', but here a semiconductor element with low on-resistance (large current) and low breakdown voltage is used. Both the bipolar transistor (1) and the power MO8FET (2) constitute a cascode-connected (series-connected) 31MO8. (3) is the above BiMO8I
D collector terminal, (4) is the same (source terminal of BiVO4, (5) is the gate terminal of power MO8Li”ET (2), (6) is the current transformer that passes through the wiring on the collector side of bibolar tunister (1) , one end is connected to the source terminal of the power MO8FET (2), and the other end is connected to the bipolar transistor (
1) Connected to the pace. (8) is a constant voltage diode connected between the source terminals of base MO8li'ET (2) of bipolar transistor α), (9) is a diode, and (10) is a resistor.
G) (The D series body is connected between the collector terminal and the base terminal of the bipolar transistor (1). (11) is a capacitor, which is connected between the base of the bipolar transistor (1) and the source of MO81i'ET (2). Next, we will explain the operation. In Figure 3, the capacitor (11) maintains a constant voltage through the diode (9) and resistor (lO) when the OBIMO8 elements (1) and (2) are off. It is charged to the Zener voltage of the diode (8).Next, when the power MOSF E 'l' (2) is turned on, the capacitor (l) is charged to the bipolar transistor (1).
l) Calapace current is obtained first. - Once the collector current flows out, the current transistor (6) supplies a stable base drive current to the bipolar transistor (1). When the power MO8FET (2) is turned off, the bipolar transistor (1) becomes an emitter cut-off, and the accumulated charge stored on the collector side of the bipolar transistor (1) is transferred from the pace of the bipolar transistor (1) to the constant voltage diode (8). Turns off very fast due to discharge through.

【発明が解決しようとする問題点】[Problems to be solved by the invention]

従来のバイポーラトランジスタとパワーMO8FETか
らなる複合形半導体装置(カスコードBIMO8)の駆
動回路の場合、高速スイッチング性能を要求するために
はトランジスタ部をシングルトランジスタにする必要が
あったため、ベースドライブ電流が大電流となり前述の
様に複雑なベースドライブ電流を必要とししたがって、
駆動回路が大きくなりかつ高価になるという問題点があ
った。 この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、従来のカスコード形パイMO8において従来
のバイポーラトランジスタの代bkノーマリオフ形の静
電誘導サイリスタ(以下SIサイリスタと呼ぶ)を使用
し、かつ駆動回路にnpnとpnpのコンプリメンタリ
−トランジスタを直列に接続することにより単一信号で
容易にこの複合形半導体装置を駆動することを目的とす
る。 〔問題点を解決するための手段] この発明に係る複合形半導体装置の駆動回路はノーマリ
オフ形の81サイリスタとパワーMO8FE’I’から
なるカスコードBl−MO8複合形半導体装置において
、各々のゲート端子にnpnとpOPのバイポーラトラ
ンジスタの中点を接続しかつ両トランジスタのペースに
正負の信号を印加することによし低電力損失で駆動可能
な複合形半導体装置の駆動回路を実現した。 〔作用〕 との発明におけゐ複合形半導体装置の駆動回路は両終端
が電圧駆動デバイスとなるため駆動のだめの消費電流が
従来の駆動回路に比べ非常に小さくすることができるだ
けではなく、駆動信号が正負の1信号だけですむという
特徴を持ち、正の信号がペース端子から入ればnpnト
ランジスタがオンし正電源からパワーMO8rET、及
びSIサイリスタのゲートを駆動し両者が同時にオンす
る。このときのドフイプ電流は非常に小さい。 〔実施例J 以下、この発F14o−実施例を図について説明する。 4g11図において、(2)はパワーMo5raT(低
圧、低オン電圧品)、(20)はノーマリターンオフ形
のS工Tで、互いにカスコード接続をされている。(1
2)は負荷、(13)は主電源を示しており、新しいB
1MOSダバイス(2)と(20)とはそれぞれ直列接
続をなす。一方、BiMO8(2)と(20)のゲート
は互いに接続し、npnトランジスタ(15)とPりP
トランジスタ(16)の中点に接続されている。 このそれぞれのトランジスタ(15) (la)の=レ
クタ側ンこは駆動用電源(14)及び(17)を介して
お互いに接地されている。 また、両者のトランジスタ(15) (16)のペース
端子(18)には正負の信号を印加するような構造にな
りている。 次にこの発明の動作について説明する。ベース端子(1
8)に正の信号を印加すると、npnトランジスタ(1
5)がターンオンし、圧電Ill (14)かラパワー
MO8FET(2)S工’l’ (20)のゲートに対
しゲート電圧を供給する。したがって、両者の主デバイ
スがターンオンし、主電源(13)から負荷(12)を
介して電流が流れる。 このとき、pnp)フンジヌタ(16)は逆バイアス状
態であるのでオフ状態となっている。ベース端子(18
)に負の信号を印加したときは逆にnpn)フンジスタ
(15)はオフ状態となり%pりP)フンジスタ(16
)がターンオンする。したがって、負電源(17)より
逆バイアスがパワーM 08 F E T (2)及び
Sエトランジスタ(20)にも印加されるため、両者の
主デバイスはオーンオフする。このとき、パワーMO8
FET(2)及びS工’[’ h (20)とも多数キ
ャリアデバイスであるため、残留電荷もなく高速スイッ
チングが可能となる。一方、両者の主デバイスは電圧駆
動形の半導体素子であるため、駆動用の電源(14)及
び(17)からの駆動電力は非常に小さくなる。 また、上記実施例ではDpりおよびpnpのコンプリメ
ンタリタイプのバイポーラトランジスタによる駆動回路
について説明したが、コチャネρ、pチャネルのパワー
MO8Ii’ETでもよく、その一実施例を第2図に示
す。 第2図において、(15)はnチャネルパワーMO8v
 E T 、(16’)はpチャネルのパワーMO8F
ETである。他の部分は第1図のものと同一であるので
省略する。また、動作についても第1図の場合と一*’
?’−h <同様な動作となるので説明を省略する。 但し、との回路の場合、パワーMO81i’ETの駆動
となるため、ゲート電圧波形をゲート(1g) K印加
することになる。また、ゲート電圧駆動となる′ため、
駆動電力が第1図の場合よりも更に低くなる。 〔発明の効果′] 以上のようにこの発F!AKよれば、パワーMO8FE
TとSエサイリスタめ両電圧駆動形の半導体素子をカス
コード形で構成しているため、駆動電力を非常に小さく
することができるとともに、npnおよびpnpのコン
プリメンタリ−トランジスタをゲー1−に接続している
ため、正負の単一信号でこの複合形トランジスタを制御
することができる。
In the case of a drive circuit for a conventional composite semiconductor device (cascode BIMO8) consisting of a bipolar transistor and a power MO8FET, the transistor part had to be a single transistor in order to require high-speed switching performance, so the base drive current was large. As mentioned above, this requires a complex base drive current.
There is a problem that the drive circuit becomes large and expensive. This invention was made to solve the above problems, and uses a bk normally-off type electrostatic induction thyristor (hereinafter referred to as SI thyristor) instead of the conventional bipolar transistor in the conventional cascode type MO8. , and to easily drive this composite semiconductor device with a single signal by connecting npn and pnp complementary transistors in series in a drive circuit. [Means for Solving the Problems] A driving circuit for a composite semiconductor device according to the present invention is a cascode Bl-MO8 composite semiconductor device consisting of a normally-off type 81 thyristor and a power MO8FE'I'. By connecting the midpoints of NPN and POP bipolar transistors and applying positive and negative signals to the paces of both transistors, we have realized a driving circuit for a composite semiconductor device that can be driven with low power loss. [Function] Since both ends of the drive circuit for the composite semiconductor device in the invention are voltage drive devices, the current consumption of the drive tank can be made much smaller than that of conventional drive circuits, and the drive signal It has the characteristic that only one positive and negative signal is required, and when a positive signal is input from the pace terminal, the npn transistor is turned on, and the positive power supply drives the power MO8rET and the gate of the SI thyristor, and both are turned on at the same time. The dope current at this time is very small. [Embodiment J] This F14o-Embodiment will be explained below with reference to the figures. In Figure 4g11, (2) is a power Mo5raT (low voltage, low on-voltage product), and (20) is a normally return-off type S-T, which are connected in cascode to each other. (1
2) shows the load, (13) shows the main power supply, and the new B
1MOS devices (2) and (20) are each connected in series. On the other hand, the gates of BiMO8 (2) and (20) are connected to each other, and the npn transistor (15) and P
It is connected to the midpoint of the transistor (16). The rectifier side ports of each of the transistors (15) (la) are mutually grounded via the drive power supplies (14) and (17). Furthermore, the structure is such that positive and negative signals are applied to the pace terminals (18) of both transistors (15) and (16). Next, the operation of this invention will be explained. Base terminal (1
When a positive signal is applied to the npn transistor (1
5) is turned on and supplies a gate voltage to the gate of the piezoelectric Ill (14) or Lapower MO8FET (2) S'l' (20). Both main devices are therefore turned on and current flows from the main power supply (13) through the load (12). At this time, the pnp (pnp) filter nut (16) is in a reverse bias state and is therefore in an off state. Base terminal (18
), conversely, when a negative signal is applied to npn) fungistor (15), the fungistor (15) turns off and the
) turns on. Therefore, since a reverse bias is also applied from the negative power supply (17) to the power M 08 F E T (2) and the S transistor (20), both main devices are turned on and off. At this time, power MO8
Since both the FET (2) and the S(20) are majority carrier devices, high-speed switching is possible with no residual charge. On the other hand, since both main devices are voltage-driven semiconductor elements, the driving power from the driving power supplies (14) and (17) is extremely small. Further, in the above embodiment, a drive circuit using complementary type bipolar transistors of Dp and pnp was described, but a co-channel ρ and p-channel power MO8Ii'ET may also be used, and one embodiment thereof is shown in FIG. In Figure 2, (15) is the n-channel power MO8v
E T , (16') is p-channel power MO8F
It is ET. The other parts are the same as those in FIG. 1 and will therefore be omitted. Also, the operation is the same as in Figure 1*'
? '-h <Since the operation is similar, the explanation will be omitted. However, in the case of the circuit, since the power MO81i'ET is driven, a gate voltage waveform of K is applied to the gate (1g). Also, since it is driven by gate voltage,
The driving power is even lower than in the case of FIG. [Effects of the invention'] As described above, this F! According to AK, power MO8FE
Since both voltage-driven semiconductor elements such as T and S ethyristors are configured in a cascode configuration, driving power can be extremely small, and npn and pnp complementary transistors can be connected to gate 1. Therefore, this composite transistor can be controlled with a single positive and negative signal.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明のSエサイリスタとパワーMO8FE
TjCよるBiMO8駆動回路の回路図、第2図はこの
発明の他の実施例を示す回路図、第3図は従来のパイボ
ーラトランジスタトMO8FETKよるカスコード形B
iMO8の駆動回路の回路図である。 図において、(2)はパワーM OS F E T 、
 (3)はコレクタ端子、(4)はソース端子、(5)
はゲート端子、(12)は負荷、(13)は主電源、(
14) (17)は駆動用電源、(15)はnpnトラ
ンジスタ、(15’)はnチャネルパワーMO8FET
、(16)はpnp)フンジスタ、(16’)はpf’
rネpバvy −M O8r E T 、  (1g)
(18’)はベース端子、(20)はノーマリターンオ
フS工T、(21)はダイオードを示す。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
Figure 1 shows the S ethyristor and power MO8FE of this invention.
A circuit diagram of a BiMO8 drive circuit using TjC, FIG. 2 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cascode type B circuit diagram using a conventional pievora transistor MO8FETK.
It is a circuit diagram of the drive circuit of iMO8. In the figure, (2) is the power MOSFET,
(3) is the collector terminal, (4) is the source terminal, (5)
is the gate terminal, (12) is the load, (13) is the main power supply, (
14) (17) is a driving power supply, (15) is an npn transistor, (15') is an n-channel power MO8FET
, (16) is pnp) fungistar, (16') is pf'
rnepvy -M O8r ET , (1g)
(18') is a base terminal, (20) is a normal return off switch T, and (21) is a diode. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ノーマルオフ形の高圧・大電流の静電誘導サイリ
スタの陰極に低圧、低オン抵抗の金属酸化膜半導体電界
効果トランジスタ(MOSFET)のドレインを直列接
続し、かつ両者のゲート端子を互いに接続してなる複合
形半導体装置の駆動回路において、前記ゲート端子にn
pnとpnpのコンプリメンタリートランジスタを接続
し、前記npnのトランジスタのコレクタ側に正電源を
またpnpトランジスタに負電源を接続し、かつ両トラ
ンジスタのベースを接続したことを特徴とする複合形半
導体装置の駆動回路。
(1) The drain of a low voltage, low on-resistance metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) is connected in series to the cathode of a normally off type high voltage, large current electrostatic induction thyristor, and the gate terminals of both are connected to each other. In the drive circuit for a composite semiconductor device formed by
A composite semiconductor device characterized in that pn and pnp complementary transistors are connected, a positive power source is connected to the collector side of the npn transistor, a negative power source is connected to the pnp transistor, and the bases of both transistors are connected. drive circuit.
(2)前記npnトランジスタおよびpnpトランジス
タの代りにnチャネルMOSFETおよびpチャネルの
MOSFETを使用したことを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の半導体装置の駆動回路。
(2) The driving circuit for a semiconductor device according to claim 1, wherein an n-channel MOSFET and a p-channel MOSFET are used in place of the npn transistor and the pnp transistor.
JP30808187A 1987-11-18 1987-12-03 Drive circuit for composite semiconductor device Pending JPH01147914A (en)

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JP30808187A JPH01147914A (en) 1987-12-03 1987-12-03 Drive circuit for composite semiconductor device
US07/262,997 US4945266A (en) 1987-11-18 1988-10-26 Composite semiconductor device
DE3838962A DE3838962A1 (en) 1987-11-18 1988-11-17 COMPOSED SEMICONDUCTOR ARRANGEMENT

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