DE112012001674T5 - Kaskodenschalter mit selbstsperrenden und selbstleitenden Bauelementen und die Schalter umfassende Schaltungen - Google Patents

Kaskodenschalter mit selbstsperrenden und selbstleitenden Bauelementen und die Schalter umfassende Schaltungen Download PDF

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Abstract

Schalter, die ein selbstsperrendes Halbleiterbauelement und ein selbstleitendes Halbleiterbauelement in einer Kaskodenanordnung umfassen, werden beschrieben. Die Schalter enthalten einen zwischen das Gate des selbstleitenden Bauelements und die Source des selbstsperrenden Bauelements geschalteten Kondensator. Die Schalter können auch eine parallel zu dem Kondensator zwischen das Gate des selbstleitenden Bauelements und die Source des selbstsperrenden Bauelements geschaltete Zener-Diode enthalten. Die Schalter können auch ein Paar Zener-Dioden in einer entgegengesetzten Reihenanordnung zwischen dem Gate und der Source des selbstsperrenden Bauelements enthalten. Schalter, die mehrere selbstleitende und/oder mehrere selbstsperrende Bauelemente umfassen, werden ebenfalls beschrieben. Das selbstleitende Bauelement kann ein JFET wie etwa ein SiC JFET sein. Das selbstsperrende Bauelement kann ein MOSFET wie etwa ein Si MOSFET sein. Das selbstleitende Bauelement kann ein Hochspannungsbauelement und das selbstsperrende Bauelement ein Niederspannungsbauelement sein. Es werden auch Schaltungen beschrieben, die die Schalter umfassen.

Description

  • Die hierin verwendeten Abschnittsüberschriften dienen lediglich Organisationszwecken und sollten nicht als den hierin beschriebenen Gegenstand auf irgendeine Weise beschränkend ausgelegt werden.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Erfindungsgebiet
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Halbleiterbauelemente und insbesondere Schalter, die ein selbstsperrendes Bauelement und ein selbstleitendes Hochspannungsbauelement in einer Kaskodenschaltung umfasst, und Schaltungen, die die Schalter umfassen.
  • Hintergrund der Technologie
  • Eine Source-geschaltete Schaltung, die oftmals als „Kaskode” bezeichnet wird, ist eine Verbundschaltung, die ein selbstsperrendes Torsteuerbauelement mit einem selbstleitenden Hochspannungsbauelement enthält, so dass die Kombination als ein selbstsperrendes Hochleistungshalbleiterbauelement arbeitet. Das Bauelement weist drei externe Anschlüsse auf, die Source, das Gate und den Drain. Das Torsteuerbauelement kann ein Niederspannungsleistungshalbleiterbauelement sein, das bei kleinen Ansteuersignalen schnell schalten kann. Dieses Torsteuerbauelement kann ein Niederspannungs-Feldeffekttransistor sein, dessen Drainanschluss mit dem Sourceanschluss des selbstleitenden Hochspannungsbauelements verbunden ist. Der Zusatz von Schutzbauelementen am Gate des Steuerbauelements kann zum Vereinfachen des Layouts und Verbessern der Bauelementzuverlässigkeit verwendet werden. Die Verbundschaltung eignet sich zum Kapseln als ein Drei-Anschluss-Bauelement zur Verwendung als ein Transistorersatz.
  • Kaskodenschaltungen sind aus dem US-Patent Nr. 4,663,547 , US-Patent Nr. 7,719,055 , US-Patent Nr. 6,822,842 B2 , US-Patent Nr. 6,535,050 B2 und US-Patent Nr. 6,633,195 B2 bekannt.
  • Es besteht jedoch immer noch ein Bedarf an Kaskodenschaltbauelementen mit geringen Schaltverlusten und verbesserter Steuerung der Schaltgeschwindigkeit.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es wird ein Schalter bereitgestellt, der Folgendes umfasst: Schalter, der Folgendes umfasst:
    ein erstes selbstleitendes Halbleiterbauelement, das ein Gate, eine Source und einen Drain umfasst;
    ein erstes selbstsperrendes Halbleiterbauelement, das ein Gate, eine Source und einen Drain umfasst;
    wobei die Source des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements mit dem Drain des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements verbunden ist; und
    wobei das Gate des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements über einen ersten Kondensator mit der Source des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements verbunden ist.
  • Eine Schaltung, die einen Schalter wie oben dargelegt umfasst, wird ebenfalls bereitgestellt.
  • Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Lehren werden hierin dargelegt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Der Fachmann versteht, dass die unten beschriebenen Zeichnungen nur zu Veranschaulichungszwecken dienen. Die Zeichnungen sollen den Schutzbereich der vorliegenden Lehren auf keinerlei Weise beschränken.
  • 1A ist ein Schemadiagramm eines Schalters, der ein selbstsperrendes Bauelement Q4 und ein selbstleitendes Bauelement Q1 in einer Kaskodenanordnung umfasst, wobei ein Kondensator C6 und eine Zener-Diode D3 parallel zueinander zwischen die Source des selbstsperrenden Bauelements und das Gate des selbstleitenden Bauelements geschaltet sind und ein Paar von Zener-Dioden D5 und D6 in Reihe gegenüber der Anordnung zwischen dem Gate und der Source des selbstsperrenden Bauelements geschaltet sind.
  • 1B ist ein Schemadiagramm eines Schalters, wie in 1A dargelegt, der auch ein Paar Dioden D1 umfasst, die parallel zueinander zwischen die Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 und den Drain des selbstleitenden Bauelements Q1 geschaltet sind, wobei die Kathoden der Dioden D1 mit dem Drain des selbstleitenden Bauelements verbunden sind.
  • 1C ist ein Schemadiagramm eines Schalters, wie in 1A dargelegt, der auch einen Kondensator C7 und eine Zener-Diode D7 an dem selbstleitenden Bauelement Q4 umfasst.
  • 2A ist ein Schalter, wie in 1A dargelegt, der auch eine Diode D2 und einen Widerstand R1 umfasst, in Reihe zwischen das Gate des selbstsperrenden Bauelements Q4 und die elektrische Verbindung zwischen dem Kondensator C6 und dem Gate des selbstleitenden Bauelements Q1 geschaltet.
  • 2B ist ein Schalter, wie in 1A dargelegt, der auch eine Gleichstromversorgung umfasst, über eine Diode D2 und einen Widerstand R1 in Reihe mit der elektrischen Verbindung zwischen dem Kondensator C6 und dem Gate des selbstleitenden Bauelements Q1 geschaltet.
  • 3 ist ein Schemadiagramm eines Schalters, der ein selbstsperrendes Bauelement Q4 und ein selbstleitendes Bauelement Q1 umfasst, in einer Kaskodenanordnung verbunden, wobei ein Kondensator C6 und eine Zener-Diode D3 parallel zueinander zwischen die Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 und das Gate des selbstleitenden Bauelements Q1 geschaltet gezeigt sind und wobei ein Widerstand R100 und eine Diode D100 ebenfalls parallel zueinander und in Reihe mit dem Kondensator C6 und der Zener-Diode D3 zwischen den Kondensator C6 und eine Zener-Diode D3 und das Gate des selbstleitenden Bauelements Q1 geschaltet gezeigt sind und wobei die Kathoden der Zener-Diode D3 und der Diode D100 beide mit dem Gate des selbstleitenden Bauelements verbunden sind.
  • 4 ist ein Schemadiagramm eines Schalters, der ein selbstsperrendes Bauelement Q4 und ein selbstleitendes Bauelement Q1 umfasst, in einer Kaskodenanordnung verbunden, wobei ein Kondensator C6 und eine Zener-Diode D3 parallel zueinander zwischen die Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 und das Gate des selbstleitenden Bauelements Q1 geschaltet gezeigt sind und wobei ein Widerstand R100 und eine Diode D101 ebenfalls parallel zueinander und in Reihe mit dem Kondensator C6 und der Zener-Diode D3 zwischen den Kondensator C6 und eine Zener-Diode D3 und das Gate des selbstleitenden Bauelements geschaltet gezeigt sind und wobei die Kathoden der Zener-Diode D3 und die Anode der Diode D101 mit dem Gate des selbstleitenden Bauelements Q1 verbunden sind.
  • 5 ist ein Schemadiagramm eines Schalters, wie in 1A dargelegt, der auch einen Widerstand R200 und einen Kondensator L200 umfasst, in Reihe zwischen das Gate des selbstsperrenden Bauelements Q4 und den Drain des selbstleitenden Bauelements Q1 geschaltet.
  • 6 ist ein Schemadiagramm eines Schalters, der ein einzelnes selbstsperrendes Bauelement Q4 mit einem Gate, einer Source und einem Drain und mehrere selbstleitende Bauelemente Q11–Q1n jeweils mit einem Gate, einer Source und einem Drain umfasst, wobei ein einzelner Kondensator C6 und eine einzelne Zener-Diode D3 parallel zueinander zwischen die Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 und das gemeinsame Gate der selbstleitenden Bauelemente Q11–Q1n geschaltet gezeigt sind.
  • 7 ist ein Schemadiagramm eines Schalters, der ein einzelnes selbstsperrendes Bauelement Q4 mit einem Gate, einer Source und einem Drain und mehrere selbstleitende Bauelemente Q11–Q1n jeweils mit einem Gate, einer Source und einem Drain umfasst, wobei ein separater Kondensator C61–C6n und eine Zener-Diode D31–D3n parallel zueinander zwischen die Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 und die Gates jedes der selbstleitenden Bauelemente Q11–Q1n geschaltet gezeigt sind.
  • 8 ist ein Schemadiagramm eines Schalters, der mehrere selbstsperrende Bauelemente Q4n jeweils mit einem Gate, einer Source und einem Drain und mehrere selbstleitende Bauelemente Q1n jeweils mit einem Gate, einer Source und einem Drain umfasst, wobei ein einzelner Kondensator C6 und eine einzelne Zener-Diode D3 parallel zueinander zwischen die gemeinsamen Sourceelektroden der selbstsperrenden Bauelemente und die gemeinsamen Gateelektroden der selbstleitenden Bauelemente geschaltet gezeigt sind.
  • 9 ist ein Schemadiagramm eines Schalters, der ein einzelnes selbstsperrendes Bauelement Q4 mit einem Gate, einer Source und einem Drain und mehrere selbstleitende Bauelemente umfasst, in eine erste Gruppe Q11–Q1n (Q11 und Q12 gezeigt) und eine zweite Gruppe Q21–Q2n (Q21 und Q22 gezeigt) jeweils mit einem Gate, einer Source und einem Drain unterteilt, wobei ein erster Kondensator C61 und eine erste Zener-Diode D31 parallel zueinander zwischen der Source des selbstsperrenden Bauelements und das gemeinsame Gate der ersten Gruppe aus einem oder mehreren selbstleitenden Bauelementen Q11–Q1n geschaltet gezeigt sind und wobei ein zweiter Kondensator C62 und eine zweite Zener-Diode D32 parallel zueinander zwischen der Source des selbstsperrenden Bauelements und das gemeinsame Gate der zweiten Gruppe aus einem oder mehreren selbstleitenden Bauelementen Q21–Q2n geschaltet gezeigt sind und wobei eine Diode D2 und der Widerstand R11 in Reihe zwischen das Gate des selbstsperrenden Bauelements Q4 und die elektrische Verbindung zwischen den ersten Kondensator C61 und das gemeinsame Gate der ersten Gruppe aus selbstleitenden Bauelementen Q11–Q1n geschaltet gezeigt sind und wobei die Diode D2 und ein Widerstand R12 in Reihe zwischen das Gate des selbstsperrenden Bauelements Q4 und die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Kondensator C62 und dem gemeinsamen Gate der zweiten Gruppe aus selbstleitenden Bauelementen Q21–Q2n geschaltet gezeigt sind.
  • Die 10A und 10B sind Schemadiagramme, die Spannungen an verschiedenen Punkten in dem Bauelement von 1B während des Betriebs zeigen, wobei das Bauelement beim Einschalten in 10A gezeigt ist und das Bauelement nach dem Ausschalten in 10B gezeigt ist.
  • Die 11A–11C zeigen Schaltwellenformen für einen Schalter, wie in 1B gezeigt.
  • BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Zu Zwecken des Auslegen dieser Patentschrift bedeutet die Verwendung von „oder” hier „und/oder”, sofern nicht etwas anderes angegeben ist oder wo die Verwendung von „und/oder” eindeutig unangemessen ist. Die Verwendung von „ein” hier bedeutet „ein oder mehrere”, sofern nicht etwas anderes angegeben ist oder wo die Verwendung von „ein oder mehrere” deutlich unangemessen ist. Die Verwendung von „umfassen”, „umfasst”, „umfassend”, „enthalten”, „enthält” und „enthaltend” können ausgetauscht werden und sollen nicht beschränkend sein. Wo die Beschreibung eine oder mehrere Ausführungsformen den Ausdruck „umfassend” verwendet, wurde zudem der Fachmann verstehen, dass in einigen spezifischen Fällen die Ausführungsform oder Ausführungsformen alternativ beschrieben werden kann, wobei die Sprache „im Wesentlichen bestehend aus” und/oder „bestehend aus” verwendet wird. Es ist außerdem zu verstehen, dass bei einigen Ausführungsformen die Reihenfolge von Schritten oder die Reihenfolge zum Durchführen bestimmter Handlungen unwesentlich ist, solange die vorliegenden Lehren weiterhin funktionsfähig sind. Zudem können bei einigen Ausführungsformen zwei oder mehr Schritte oder Handlungen gleichzeitig ausgeführt werden.
  • Es werden Schalter beschrieben, die ein selbstsperrendes Bauelement und ein selbstleitendes Hochspannungsbauelement in einer Kaskodenanordnung umfassen. Die Schalter umfassen einen Kondensator, der zwischen das Gate des selbstleitenden (z. B. Hochspannungs-)Bauelements und die Source des selbstsperrenden (z. B. Niederspannungs-)Bauelements geschaltet ist. Der Kondensator kann zum Zurückführen der Gateladung und Vereinfachen der Steuerung der Schaltübergangsgeschwindigkeit verwendet werden. Insbesondere kann die in der Miller-Kapazität (d. h. Gate-Drain-Kapazität) während des Abschaltübergangs transferierte Ladung zum Bereitstellen der für die nächste Einschaltperiode erforderlichen Ladung verwendet werden. Diese Ladung wird in dem zwischen das Gate des selbstleitenden Bauelements und die Source des selbstsperrenden Bauelements geschalteten Kondensator gespeichert. Durch Wählen des Kapazitätswerts des Kondensators kann die Schaltgeschwindigkeit definiert werden und ist von dem geschalteten Strom quasi unabhängig. Dies gestattet eine bessere Steuerung der EMB (elektromagnetischen Beeinflussung), ohne dass große passive Elemente (als Überspannungsschutzelemente bezeichnet) vorliegen, die elektrische Schwingungen dämpfen. Das Hinzufügen des Kondensators stellt eine signifikante Verbesserung gegenüber herkömmlichen Kaskodenschaltungen dar, wo die Ladung nicht zurückgeführt wird und andere Techniken zum Steuern der Schaltgeschwindigkeiten verwendet werden. Zudem ist die Verwendung eines Kondensators wie hierin beschrieben so gut wie verlustlos und erfordert ein Minimum an Komponenten.
  • Wie hierin verwendet, bedeutet „selbstleitend” ein Bauelement, das Strom bei Abwesenheit einer Gatevorspannung leitet und eine Gatevorspannung zum Blockieren des Stromflusses erfordert. Wie hierin verwendet, bedeutet „selbstsperrend” ein Bauelement, das den Strom bei Abwesenheit einer Gatevorspannung blockiert und den Strom leitet, wenn eine Gatevorspannung angelegt ist. Wie hierin verwendet, ist „Hochspannung” eine Spannung von 100 Volt oder mehr, und „Niedrigspannung” ist eine Spannung unter 100 Volt (z. B. 20–50 V).
  • Wie hierin verwendet, kann eine Komponente einer Schaltung, die mit einer anderen Komponente oder einem Punkt in der Schaltung „verbunden” oder „zwischen” zwei Komponenten oder Punkte in einer Schaltung „geschaltet” ist, entweder direkt oder indirekt mit der oder den anderen Komponenten oder Punkten in der Schaltung verbunden sein. Eine Komponente ist direkt mit einer anderen Komponente oder einem anderen Punkt in der Schaltung verbunden, falls es keine weiteren dazwischenliegenden Komponenten in der Verbindung gibt, wohingegen eine Komponente indirekt mit einer anderen Komponente oder einem anderen Punkt in der Schaltung verbunden ist, falls es eine oder mehrere dazwischenliegende Komponenten in der Verbindung gibt. Falls eine erste Komponente oder ein erster Punkt in einer Schaltung als über eine dritte Komponente mit einer zweiten Komponente oder einem zweiten Punkt in der Schaltung verbunden spezifiziert ist, ist die dritte Komponente elektrisch zwischen die erste Komponente oder den ersten Punkt in der Schaltung und die dritte Komponente oder den dritten Punkt in der Schaltung geschaltet. Die erste Komponente oder der erste Punkt in einer Schaltung und die dritte Komponente können direkt oder indirekt miteinander verbunden sein. Analog können die zweite Komponente oder der zweite Punkt in einer Schaltung und die dritte Komponente direkt oder indirekt miteinander verbunden sein.
  • Mehrere Schalter, die einen zwischen die Source eines selbstgesperrten Bauelements und das Gate eines selbstleitenden Bauelements in einer Source-geschalteten Konfiguration (d. h. Kaskode) geschalteten Kondensator enthalten, werden beschrieben. Ein Schalter gemäß einigen Ausführungsformen ist in 1A gezeigt. 1A ist ein Schemadiagramm eines Schalters, der ein selbstgesperrtes Bauelement Q4 mit einem Gate, einer Source und einem Drain und ein selbstleitendes Bauelement Q1 mit einem Gate, einer Source und einem Drain in einer Kaskodenanordnung umfasst, wobei ein Kondensator C6 und eine Diode D3 parallel zwischen die Source des selbstsperrenden Bauelements und das Gate des selbstleitenden Bauelements geschaltet gezeigt sind. Wenngleich in 1A eine Zener-Diode D3 gezeigt ist, können auch andere Arten von Dioden verwendet werden. Wie in 1A gezeigt, ist die Kathode der Zener-Diode D3 mit dem Gate des selbstleitenden Bauelements verbunden. Die Zener-Diode D3 kann verhindern, dass die Gatespannung des selbstleitenden Bauelements negativ wird, während sie auch verhindert, dass sie zu hoch wird, was das selbstsperrende Bauelement dazu zwingen würde, eine Lawine auszulösen. In 1A stellt „k” eine Kelvin-Verbindung zu der Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 dar. Die Kelvin-Verbindung ist optional und kann bei Hochleistungsanwendungen verwendet werden.
  • Wie ebenfalls in 1A gezeigt, sind ein Paar Zener-Dioden D5 und D6 in Reihe gegenüber einer Anordnung zwischen dem Gate und der Source des selbstsperrenden Bauelements geschaltet. Die in 1A gezeigten Zener-Dioden D5 und D6 sind optionale Klemmdioden, die verwendet werden können, um zu verhindern, dass das Gate von Q4 die Arbeitsgrenzen überschreitet. Beispielsweise können die Zener-Dioden D5 und D6 eine Beschädigung am Niederspannungsschaltbauelement Q4 (z. B. einem Si-MOSFET oder einem SiC-JFET) von Spitzenspannungen verhindern, die aus einer Streuinduktanz und einem hohen di/dt resultieren. Die Dioden D5 und D6, wie in 1A gezeigt, können in einer beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.
  • Das selbstleitende Bauelement Q1 kann ein selbstleitender Hochspannungs-(z. B. 100 V oder größer)Feldeffekttransistor sein. Das selbstsperrende Bauelement Q4 kann ein selbstsperrender Niederspannungs-(z. B. kleiner als 100 V)Transistor sein.
  • 1B ist ein Schemadiagramm eines Schalters, der weiterhin ein Paar Dioden D1 parallel zueinander zwischen die Source des selbstsperrenden Bauelements und den Drain des selbstleitenden Bauelements geschaltet umfasst, so dass die Kathoden der Dioden D1 mit dem Drain des selbstleitenden Bauelements verbunden sind. Die Dioden D1 sind optional. Die Dioden D1, wie in 1B gezeigt, können in einer beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden. Die Dioden können Leitungsverluste reduzieren, wenn der Schalter als ein Synchrongleichrichter arbeitet. In 1B stellt „k” eine Kelvin-Verbindung zu der Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 dar. Die Kelvin-Verbindung ist optional und kann bei Hochleistungsanwendungen verwendet werden. Wenngleich in 1B eine Zener-Diode D3 gezeigt ist, können auch andere Arten von Dioden verwendet werden.
  • Je nach den Verhältnissen der Ausgangskapazitäten können ein Kondensator und/oder eine Zener-Diode an dem oder den selbstsperrenden Bauelementen in dem Schalter hinzugefügt werden. 1C ist ein Schemadiagramm eines Schalters, der weiterhin einen Kondensator C7 und eine Zener-Diode D7 an dem selbstsperrenden Bauelement Q4 umfasst. Die Zener-Diode D7 kann das selbstsperrende Bauelement Q4 von Lawinenenergie befreien, falls die Drainspannung zu hoch steigt. Der Kondensator C7 kann das Abschalten verlangsamen. Der Kondensator und/oder die Zener-Diode, wie in 1C gezeigt, können in einer beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden. In 1 C stellt „k” eine Kelvin-Verbindung zu der Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 dar. Die Kelvin-Verbindung ist optional und kann bei Hochleistungsanwendungen verwendet werden. Wenngleich in 1C eine Zener-Diode D3 gezeigt ist, können auch andere Arten von Dioden verwendet werden.
  • Die hierin beschriebenen Schalter können in einem einzelnen Gehäuse mit verschiedenen Erweiterungen kombiniert werden, um die Schaltgeschwindigkeit weiter zu modifizieren und die Leitungsverluste zu reduzieren. Gemäß einigen Ausführungsformen können die Leitungsverluste reduziert werden, indem entweder von der Gateansteuerung oder von einer Gleichstromversorgung eine kleine Gleichstromvorspannung dem Kondensator C6 hinzugefügt wird. Eine Ausführungsform, bei der eine Gleichstromvorspannung von der Gateansteuerung dem Kondensator C6 hinzugefügt wird, ist in 2A gezeigt. Wie in 2A gezeigt, sind eine Diode D2 und ein Widerstand R1 in Reihe zwischen dem Gate des selbstsperrenden Bauelements und der elektrischen Verbindung zwischen dem Kondensator C6 und dem Gate des selbstleitenden Bauelements geschaltet. Die Diode D2 und der Widerstand R1, die in 2A gezeigt sind, können in einer beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen gezeigt werden. In 2A stellt „k” eine Kelvin-Verbindung zu der Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 dar. Die Kelvin-Verbindung ist optional und kann bei Hochleistungsanwendungen verwendet werden. Wenngleich in 2A eine Zener-Diode D3 gezeigt ist, können auch andere Arten von Dioden verwendet werden.
  • Eine Ausführungsform, bei der von einer Gleichstromversorgung eine Gleichstromvorspannung dem Kondensator C6 hinzugefügt wird, ist in 2B gezeigt. Wie in 2B gezeigt, ist die Gleichstromversorgung mit der elektrischen Verbindung zwischen dem Kondensator C6 und dem Gate des selbstleitenden Bauelements Q1 über eine Diode D2 und einen Widerstand R1 in Reihe verbunden. Die Gleichstromversorgung, die Diode D2 und der Widerstand R1, die in 2B gezeigt sind, können in einer beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden. In 2B stellt „k” eine Kelvin-Verbindung zu der Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 dar. Die Kelvin-Verbindung ist optional und kann bei Hochleistungsanwendungen verwendet werden. Wenngleich in 2B eine Zener-Diode D3 gezeigt ist, können auch andere Arten von Dioden verwendet werden.
  • 3 ist ein Schemadiagramm eines Schalters, der ein selbstsperrendes Bauelement Q4 mit einem Gate, einer Source und einem Drain und ein selbstleitendes Bauelement Q1 mit einem Gate, einer Source und einem Drain, in einer Kaskodenanordnung geschaltet, umfasst. Wie in 3 gezeigt, sind ein Kondensator C6 und eine Diode D3 parallel zueinander zwischen die Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 und das Gate des selbstleitenden Bauelements Q1 geschaltet gezeigt. Wenngleich in 3 eine Zener-Diode D3 gezeigt ist, können auch andere Arten von Dioden verwendet werden. Wie ebenfalls in 3 gezeigt, sind ein Widerstand R100 und eine Diode D100 parallel zueinander und in Reihe mit dem Kondensator C6 und der Zener-Diode 3 zwischen dem Kondensator C6 und die Zener-Diode D3 und das Gate des selbstleitenden Bauelements geschaltet gezeigt. Wie ebenfalls in 3 gezeigt, sind die Kathoden der Zener-Diode D3 und der Diode D100 beide mit dem Gate des selbstleitenden Bauelements verbunden. Diese Anordnung kann verwendet werden, um das Einschalten des Schalters zu beschleunigen. Optionale Klemmdioden D5 und D6 sind ebenfalls in 3 gezeigt. Der Widerstand R100 und die Diode D100, wie in 3 gezeigt, können in einer beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden. In 3 stellt „k” eine Kelvin-Verbindung zu der Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 dar. Die Kelvin-Verbindung ist optional und kann bei Hochleistungsanwendungen verwendet werden.
  • 4 ist ein Schemadiagramm eines Schalters, der ein selbstsperrendes Bauelement Q4 mit einem Gate, einer Source und einem Drain und ein selbstleitendes Bauelement Q1 mit einem Gate, einer Source und einem Drain, in Kaskodenanordnung geschaltet, umfasst, wobei ein Kondensator C6 und eine Diode D3 parallel zueinander zwischen die Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 und das Gate des selbstleitenden Bauelements Q1 geschaltet gezeigt sind. Wenngleich in 4 eine Zener-Diode D3 gezeigt ist, können auch andere Arten von Dioden verwendet werden. Wie in 4 gezeigt, sind auch ein Widerstand R100 und eine Diode D101 parallel zueinander und in Reihe mit dem Kondensator C6 und der Zener-Diode D3 zwischen den Kondensator C6 und die Zener-Diode D3 und das Gate des selbstleitenden Bauelements geschaltet gezeigt. Wie ebenfalls in 4 gezeigt ist, sind die Kathode der Zener-Diode D3 und die Anode der Diode D101 mit dem Gate des selbstleitenden Bauelements verbunden. Diese Anordnung kann zum Beschleunigen des Abschaltens des Schalters verwendet werden. In 4 sind auch optionale Klemmdioden D5 und D6 gezeigt. Der Widerstand R100 und die Diode D101, wie in 4 gezeigt, können bei beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden. In 4 stellt „k” eine Kelvin-Verbindung zu der Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 dar. Die Kelvin-Verbindung ist optional und kann bei Hochleistungsanwendungen verwendet werden.
  • 5 ist ein Schemadiagramm eines Schalters, wie in 1A dargelegt, der auch einen Widerstand R200 und einen Kondensator C200 umfasst, die in Reihe zwischen das Gate des selbstsperrenden Bauelements und den Drain des selbstleitenden Bauelements geschaltet sind. Der Kondensator C200 kann zum Steuern der Schaltgeschwindigkeit des Schalters verwendet werden. In 5 sind auch optionale Klemmdioden D5 und D6 gezeigt. Der Widerstand R200 und der Kondensator C200, in Reihe zwischen das Gate des selbstsperrenden Bauelements und den Drain des selbstleitenden Bauelements geschaltet, wie in 5 gezeigt, können in einer beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden. In 5 stellt „k” eine Kelvin-Verbindung zu der Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 dar. Die Kelvin-Verbindung ist optional und kann bei Hochleistungsanwendungen verwendet werden. Wenngleich in 5 eine Zener-Diode D3 gezeigt ist, können auch andere Arten von Dioden verwendet werden.
  • Es können auch Schalter bereitgestellt werden, die mehrere selbstleitende Bauelemente und entweder ein einzelnes oder mehrere selbstsperrende Bauelemente umfassen. Schemadiagramme von Ausführungsformen, die mehrere selbstleitende Bauelemente und entweder ein einzelnes oder mehrere selbstsperrende Bauelemente umfassen können, sind in 6–9 gezeigt und werden unten beschrieben. Wenngleich in diesen Figuren eine Zener-Diode D3 gezeigt ist, können auch andere Arten von Dioden verwendet werden.
  • 6 ist ein Schemadiagramm eines Schalters, der ein einzelnes selbstsperrendes Bauelement Q4 mit einem Gate, einer Source und einem Drain und mehrere selbstleitende Bauelemente Q11–Q1n jeweils mit einem Gate, einer Source und einem Drain umfasst, wobei die Gates der selbstleitenden Bauelemente Q11–Q1n miteinander verbunden sind, um ein gemeinsames Gate auszubilden, und wobei ein einzelner Kondensator C6 und eine einzelne Zener-Diode D3 parallel zueinander zwischen die Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 und das gemeinsame Gate der selbstleitenden Bauelemente Q11–Q1n geschaltet gezeigt sind. In 6 sind Dioden D1 ebenfalls parallel zueinander zwischen die Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 und den gemeinsamen Drain der selbstleitenden Bauelemente Q11–Q1n geschaltet gezeigt. Die Dioden D1 sind optional. Optionale Klemmdioden D5 und D6 sind auch in 6 gezeigt. In 6 stellt „k” eine Kelvin-Verbindung zu der Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 dar. Die Kelvin-Verbindung ist optional und kann bei Hochleistungsanwendungen verwendet werden.
  • 7 ist ein Schemadiagramm eines Schalters, der ein einzelnes selbstsperrendes Bauelement Q4 mit einem Gate, einer Source und einem Drain und mehrere selbstleitende Bauelemente Q11–Q1n jeweils mit einem Gate, einer Source und einem Drain umfasst, wobei separate Kondensatoren C6n und Zener-Dioden D3n parallel zueinander zwischen die Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 und die Gates jedes der selbstleitenden Bauelemente Q11–Q1n geschaltet gezeigt sind. In 7 sind die Dioden D1 auch parallel zueinander zwischen die Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 und den gemeinsamen Drain der selbstleitenden Bauelemente Q11–Q1n geschaltet gezeigt. Die Dioden D1 sind optional. Optionale Klemmdioden D5 und D6 sind auch in 7 gezeigt. In 7 stellt „k” eine Kelvin-Verbindung zu der Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 dar. Die Kelvin-Verbindung ist optional und kann bei Hochleistungsanwendungen verwendet werden.
  • 8 ist ein Schemadiagramm eines Schalters, der mehrere selbstsperrende Bauelemente Q41–Q4n jeweils mit einem Gate, einer Source und einem Drain und mehrere selbstleitende Bauelemente Q11–Q1n jeweils mit einem Gate, einer Source und einem Drain umfasst. Wie in 8 gezeigt, sind die Gates der selbstleitenden Bauelemente Q11–Q1n miteinander verbunden, um ein gemeinsames Gate auszubilden. Wie in 8 gezeigt, sind die Gates der selbstsperrenden Bauelemente Q41–Q4n miteinander verbunden, um ein gemeinsames Gate auszubilden, die Sourceelektroden der selbstsperrenden Bauelemente Q41–Q4n sind miteinander verbunden, um eine gemeinsame Source auszubilden, und die Drains jedes der selbstsperrenden Bauelemente Q41–Q4n sind mit der Source eines der mehreren selbstleitenden Bauelemente verbunden. Wie ebenfalls in 8 gezeigt, sind ein einzelner Kondensator C6 und eine einzelne Zener-Diode D3 parallel zueinander zwischen die gemeinsame Source der selbstsperrenden Bauelemente und das gemeinsame Gate der selbstleitenden Bauelemente geschaltet. In 8 sind Dioden D1 ebenfalls parallel zueinander zwischen das gemeinsame Source der selbstsperrenden Bauelemente Q41–Q4n und den gemeinsamen Drain der selbstleitenden Bauelemente Q11–Q1n geschaltet gezeigt. Die Dioden D1 sind optional. Optionale Klemmdioden D5 und D6 sind auch in 8 gezeigt.
  • 9 ist ein Schemadiagramm eines Schalters, der ein einzelnes selbstsperrendes Bauelement Q4 jeweils mit einem Gate, einer Source und einem Drain und zwei Gruppen von selbstleitenden Bauelementen Q11–Q1n und Q21–Q2n jeweils mit einem Gate, einer Source und einem Drain umfasst. Wie in 9 gezeigt, sind die Gates einer ersten Gruppe der selbstleitenden Bauelemente Q11 und Q12 miteinander verbunden, um ein gemeinsames Gate für die erste Gruppe von selbstleitenden Bauelementen auszubilden, und die Gates einer zweiten Gruppe der selbstleitenden Bauelemente Q21 und Q22 sind miteinander verbunden, um ein gemeinsames Gate für die zweite Gruppe von selbstleitenden Bauelementen auszubilden. Wie auch in 9 gezeigt, sind ein erster Kondensator C61 und eine erste Zener-Diode D31 parallel zueinander zwischen die Source des selbstsperrenden Bauelements und das gemeinsame Gate der ersten Gruppe von selbstleitenden Bauelementen geschaltet gezeigt, und ein zweiter Kondensator C62 und eine zweite Zener-Diode D32 sind parallel zueinander zwischen die Source des selbstsperrenden Bauelements und das gemeinsame Gate der zweiten Gruppe von selbstleitenden Bauelementen geschaltet gezeigt. Wie auch in 9 gezeigt, sind eine Diode D2 und ein Widerstand R11 in Reihe zwischen das Gate des selbstsperrenden Bauelements und das gemeinsame Gate der ersten Gruppe von selbstleitenden Bauelementen geschaltet gezeigt, und die Diode D2 und ein Widerstand R12 sind in Reihe zwischen das Gate des selbstsperrenden Bauelements und das gemeinsame Gate der zweiten Gruppe von selbstleitenden Bauelementen geschaltet gezeigt. Die Diode D2 und die Widerstände R11 und R12 sind optional. Optionale Klemmdioden D5 und D6 sind auch in 9 gezeigt. In 9 stellt „k” eine Kelvin-Verbindung zu der Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 dar. Die Kelvin-Verbindung ist optional und kann bei Hochleistungsanwendungen verwendet werden.
  • Weil die Schaltung nur drei Anschlüsse aufweist, kann sie als ein Drei-Anschluss-Bauelement montiert und gekapselt und anstelle eines einzelnen Transistors verwendet werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen kann das selbstleitende Bauelement Q1 ein Hochspannungsbauelement wie etwa ein Hochspannungs-JFET (z. B. ein SiC JFET) sein. Das selbstleitende Bauelement führt das Hauptleistungsschalten durch. Das Vorspannungsbauelement kann eine Nennspannung von über 100 Volt aufweisen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das selbstleitende Bauelement ein SiC JFET sein, wie in US-Patent Nr. 6,767,783 offenbart, das hier in seiner Gänze durch Bezugnahme aufgenommen ist. Ein geeignetes, kommerziell erhältliches selbstleitendes Bauelement ist ein von der Firma SemiSouth Laboratories, Inc. unter der Bezeichnung SJDP120R085 hergestelltes selbstleitendes 1200 V-SiC JFET.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen kann Q4 ein Niederspannungsschaltbauelement sein, von dem ein beispielhaftes, nicht-beschränkendes Beispiel ein Si MOSFET ist. Das Niederspannungsbauelement kann eine Nennspannung von unter 100 V aufweisen. Ein beispielhaftes Niederspannungsbauelement weist eine Nennspannung von etwa 40 V (z. B. 38–42 V) und einen Rds von 5–10% des Widerstandswerts des selbstleitenden Bauelements Q1 auf. Das Schalten dieses Bauelements gestattet, dass der Hauptschalter leitet.
  • Der zwischen das Gate des selbstleitenden Bauelements und die Source des selbstsperrenden Bauelements geschaltete Kondensator C6 wird zum Zurückführen der Ladung in der Gate-Drain-Kapazität des Hauptschalters verwendet. Der Kapazitätswert des Kondensators kann so gewählt werden, dass ein Schalter mit einer gewünschten Schaltgeschwindigkeit erhalten wird. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Kondensator C6 einen Kapazitätswert von 1000–100000 nF aufweisen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Kondensator C6 einen Kapazitätswert von 2200–6800 pF aufweisen.
  • Die zwischen das Gate des selbstleitenden Bauelements und die Source des selbstsperrenden Bauelements parallel zu dem Kondensator C6 geschaltete Zener-Diode D3 weist in der Regel eine Sperrspannung von etwa 20 V (z. B. 18–22 V) auf. Die Zener-Diode D3 kann verhindern, dass das Gate des selbstleitenden Bauelements Q1 negativ wird, weshalb es nicht eingeschaltet werden kann. Die Zener-Diode D3 kann auch verhindern, dass das Gate des selbstleitenden Bauelements Q1 aufgrund eines Lawinen- oder Leckstroms zu hoch wird, so dass Q4 keine Lawine startet.
  • Die in Reihe entgegengesetzt geschalteten Zener-Dioden D5 und D6 zwischen dem Gate und der Source des selbstsperrenden Bauelements Q4 sind Klemmdioden, die verhindern können, dass das Gate von Q4 beispielsweise aufgrund von hohen Spitzenspannungen, die aus einer Streuinduktanz und einem hohen di/dt herrühren, die Herstellergrenzen übersteigt. Die Dioden D5 und D6 sind optional.
  • Die Dioden D1 sind optionale rückwärtsleitende Dioden. Bei einigen Anwendungen mit niedrigen Schaltfrequenzen können die Leitungsverluste unter Verwendung der zusätzlichen Dioden niedriger sein als die Synchrongleichrichtfähigkeiten von Q4/Q1.
  • Die 10A und 10B sind Schemadiagramme, die Spannungen an verschiedenen Punkten im Bauelement während des Betriebs zeigen. Wie in 10A und 10B gezeigt, wird die Source von Q4 angehoben, bis der Schwellwert des selbstleitenden Bauelements erreicht ist und kein weiterer Strom fließt. Folglich kommt es zu keinem Schalten. Das Bauelement beim Einschalten ist in 10A gezeigt. Wie in 10A gezeigt, ist das Gate von Q4 auf H (10 V) und der Drain von Q4 auf L (0 V) und folglich leitet das selbstleitende Bauelement Q1. Während des Einschaltübergangs wird C6 durch die Drain-Gate-Kapazität von Q4 entladen, so dass er negativ wird, aber durch die Zener-Diode D3 geklemmt wird.
  • Das Bauelement nach dem Abschalten ist in 10B gezeigt. Wie in 10B gezeigt, geht das Gate des selbstsperrenden Bauelements Q4 auf null, das selbstleitende Bauelement Q1 leitet und hebt den Drain des selbstsperrenden Bauelements Q4 an, die Drain-Gate-Kapazität von Q1 hebt den Kondensator C6 an und die Höchstspannung wird durch D3 geklemmt.
  • Bei den hier beschriebenen Schaltern kommt die Gateladung für das selbstsperrende Bauelement Q4 während des Einschaltübergangs von dem Kondensator C6, was das Einschalten beschleunigt. Der Kondensator C6 wird während des Abschaltens geladen. Insbesondere hebt die Drain-Gate-Kapazität des selbstleitenden Bauelements Q1 während des Abschaltens die Spannung des Kondensators C6 an.
  • Der Kapazitätswert des Kondensators C6 kann verändert werden, um das Schaltverhalten zu beeinflussen. Beispielsweise liefert eine kleinere Kapazität für C6 ein schnelleres Einschalten, aber ein langsameres Abschalten. Die Kapazität Cds des selbstleitenden Bauelements kann zum Laden der Ausgangskapazität von Q4 verwendet werden.
  • Es werden auch Schaltungen bereitgestellt, die Schalter wie oben dargelegt umfassen. Die Schalter können in jeder Applikation verwendet werden, die einen Schalttransistor verwendet. Zu beispielhaften Schaltungen zählen Stromversorgungen wie etwa Buck-, Boost-, Vorwärts-, Halbbrücken- und Cuk-Versorgungen.
  • VERSUCHE
  • Die Praxis der vorliegenden Erfindung kann durch Bezugnahme auf die folgenden Beispiele, die lediglich als Veranschaulichung vorgelegt werden und nicht beschränkend sein sollen, weiter verstanden werden.
  • Ein Schalter, wie hierin beschrieben, wurde hergestellt und getestet. Der Schalter umfasste ein einzelnes selbstleitendes Bauelement und ein einzelnes selbstsperrendes Bauelement und wies eine Konfiguration wie in 1B gezeigt auf. Das selbstleitende Bauelement Q1 war ein SiC JFET. Das selbstsperrende Bauelement war ein Si MOSFET. Der im Schalter verwendete Kondensator C6 wies eine Kapazität von 4700 pF auf. Die im Schalter verwendeten Zener-Dioden D3, D5 und D6 wiesen jeweils eine Zener-Spannung von 18 V auf. Der Schalter enthielt auch ein Paar von Dioden D1, wie in 1B gezeigt.
  • Die 11A–11C zeigen Schaltwellenformen für den Schalter. 11A ist die Schaltwellenform für den Schalter beim Ausschalten. 11B ist die Schaltwellenform für den Schalter beim Einschalten. In den 11A–11C ist 51 die Spannung, wie an dem Drain des selbstleitenden Bauelements (d. h. dem Kaskoden-Drain) gemessen, 52 ist die Spannung wie an der Source des selbstleitenden Bauelements 53 gemessen, 53 ist die Spannung wie am Gate des selbstleitenden Bauelements gemessen und 54 ist die Spannung wie am Drain des selbstsperrenden Bauelements (d. h. das Kaskoden-Source) gemessen. Das gemessene di/dt betrug ~2 A/nS, aber die verwendete Sonde war eine 100 MHz-Sonde, so dass der tatsächliche Wert von di/dt schneller sein könnte.
  • Wie in den 11A–11C gezeigt, geht das Gate des selbstsperrenden Bauelements auf H (z. B. 10 V), was zum Einschalten des selbstleitenden Bauelements Q1 führt. Während des Einschaltens fällt die Spannung von C6 auf null und liefert Strom in das Gate des selbstsperrenden Bauelements Q4, wodurch die Drain-Gate-Kapazität von Q4 kompensiert wird. Dies beschleunigt das Einschalten des Schalters.
  • Wenngleich die vorausgegangene Patentschrift die Prinzipien der vorliegenden Erfindung lehrt, wobei Beispiele zu Veranschaulichungszwecken vorgelegt werden, versteht der Fachmann anhand der Lektüre dieser Offenbarung, dass verschiedene Änderungen hinsichtlich Form und Detail vorgenommen werden können, ohne von dem wahren Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.

Claims (27)

  1. Schalter, der Folgendes umfasst: ein erstes selbstleitendes Halbleiterbauelement, das ein Gate, eine Source und einen Drain umfasst; ein erstes selbstsperrendes Halbleiterbauelement, das ein Gate, eine Source und einen Drain umfasst; einen ersten Kondensator und ein erste Diode; wobei die Source des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements mit dem Drain des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements verbunden ist; wobei das Gate des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements über einen ersten Kondensator mit der Source des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements verbunden ist; und wobei die erste Diode zwischen das Gate des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements und die Source des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements parallel zu dem ersten Kondensator geschaltet ist, wobei die Kathode der ersten Diode mit dem Gate des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements verbunden ist und die Anode der ersten Diode mit der Source des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements verbunden ist.
  2. Schalter nach Anspruch 1, wobei die erste Diode eine erste Zener-Diode ist.
  3. Schalter nach Anspruch 2, wobei die erste Zener-Diode eine Zener-Spannung von 15–25 V aufweist.
  4. Schalter nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine zweite Zener-Diode und eine dritte Zener-Diode, in Reihe gegenüber der Anordnung zwischen dem Gate und der Source des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements geschaltet.
  5. Schalter nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine erste und zweite Diode, die parallel zueinander zwischen dem Drain des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements und der Source des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements geschaltet sind, so dass die Kathoden jeder der ersten und zweiten Diode mit dem Drain des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements verbunden sind.
  6. Schalter nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Diode und einen Widerstand, in Reihe zwischen das Gate des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements und die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kondensator und dem Gate des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements geschaltet, wobei die Anode der Diode mit dem Gate des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements verbunden ist.
  7. Schalter nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Widerstand und eine Diode, parallel zueinander und in Reihe zu dem ersten Kondensator zwischen das Gate des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements und den ersten Kondensator geschaltet.
  8. Schalter nach Anspruch 7, wobei die Kathode der Diode mit dem Gate des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements verbunden ist.
  9. Schalter nach Anspruch 7, wobei die Anode der Diode mit dem Gate des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements verbunden ist.
  10. Schalter nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Widerstand und einen zweiten Kondensator, in Reihe zwischen das Gate des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements und den Drain des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements geschaltet.
  11. Schalter nach Anspruch 1, wobei das erste selbstleitende Halbleiterbauelement ein Hochspannungsbauelement ist.
  12. Schalter nach Anspruch 1, wobei das erste selbstleitende Halbleiterbauelement ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor ist.
  13. Schalter nach Anspruch 1, wobei das erste selbstleitende Halbleiterbauelement ein SiC-Sperrschicht-Feldeffekttransistor ist.
  14. Schalter nach Anspruch 1, wobei das erste selbstsperrende Halbleiterbauelement ein Niederspannungsbauelement ist.
  15. Schalter nach Anspruch 1, wobei das erste selbstsperrende Halbleiterbauelement ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor ist.
  16. Schalter nach Anspruch 1, wobei das erste selbstsperrende Halbleiterbauelement ein Si-Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor ist.
  17. Schalter nach Anspruch 1, wobei: der Schalter weiterhin ein oder mehrere zusätzliche selbstleitende Halbleiterbauelemente umfasst; der Drain jedes des einen oder der mehreren zusätzlichen selbstleitenden Halbleiterbauelemente mit dem Drain des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements verbunden ist; die Source jedes des einen oder der mehreren zusätzlichen selbstleitenden Halbleiterbauelemente mit dem Drain des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements verbunden ist und das Gate des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements mit den Gates jedes des einen oder der mehreren zusätzlichen selbstleitenden Halbleiterbauelemente verbunden ist, um ein gemeinsames Gate auszubilden, und wobei das gemeinsame Gate über den ersten Kondensator mit der Source des zweiten selbstsperrenden Halbleiterbauelements verbunden ist.
  18. Schalter nach Anspruch 1, wobei: die Schaltung weiterhin ein oder mehrere zusätzliche selbstleitende Halbleiterbauelemente umfasst; der Drain jedes des einen oder der mehreren zusätzlichen selbstleitenden Halbleiterbauelemente mit dem Drain des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements verbunden ist; die Source jedes des einen oder der mehreren zusätzlichen selbstleitenden Halbleiterbauelemente mit dem Drain des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements verbunden ist und jedes der Gates des einen oder der mehreren zusätzlichen selbstleitenden Halbleiterbauelemente über einen Kondensator mit der Source des zweiten selbstsperrenden Halbleiterbauelements verbunden ist.
  19. Schalter nach Anspruch 1, wobei: die Schaltung weiterhin ein oder mehrere zusätzliche selbstleitende Halbleiterbauelemente und ein oder mehrere zusätzliche selbstsperrende Halbleiterbauelemente umfasst; der Drain jedes des einen oder der mehreren zusätzlichen selbstleitenden Halbleiterbauelemente mit dem Drain des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements verbunden ist; das Gate jedes des einen oder der mehreren zusätzlichen selbstleitenden Halbleiterbauelemente mit dem Gate des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements verbunden ist, um ein gemeinsames Gate auszubilden, und wobei das gemeinsame Gate über den ersten Kondensator mit der Source des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements verbunden ist; die Source jedes des einen oder der mehreren zusätzlichen selbstleitenden Halbleiterbauelemente mit dem Drain eines separaten des einen oder der mehreren zusätzlichen selbstsperrenden Halbleiterbauelemente verbunden ist; die Source jedes des einen oder der mehreren zusätzlichen selbstsperrenden Halbleiterbauelemente mit der Source des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements verbunden ist und das Gate jedes des einen oder der mehreren zusätzlichen selbstsperrenden Halbleiterbauelemente mit dem Gate des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements verbunden ist.
  20. Schalter nach Anspruch 1, wobei der erste Kondensator eine Kapazität von 1000–100000 nF aufweist.
  21. Schalter nach Anspruch 1, wobei der erste Kondensator eine Kapazität von 2200–6800 pF aufweist.
  22. Schalter nach Anspruch 1, wobei der erste Kondensator eine Nennspannung von mindestens 25 V aufweist.
  23. Schalter nach Anspruch 1, wobei das erste selbstleitende Halbleiterbauelement ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor mit großem Bandabstand ist.
  24. Schalter nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Gleichspannungsversorgung, wobei die Gleichspannungsversorgung ausgelegt ist zum Liefern einer Gleichstromvorspannung an den ersten Kondensator.
  25. Schalter nach Anspruch 24, weiterhin umfassend eine Diode und einen Widerstand, in Reihe zwischen die Gleichspannungsversorgung und die Verbindung zwischen dem ersten Kondensator und dem Gate des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements geschaltet, wobei die Anode der Diode mit dem Gate des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements verbunden ist.
  26. Schalter nach Anspruch 6, weiterhin umfassend eine Gleichspannungsversorgung, die mit dem Gate des selbstsperrenden Halbleiterbauelements verbunden ist, wobei die Gleichspannungsversorgung ausgelegt ist zum Liefern einer Gleichstromvorspannung an: den ersten Kondensator aber die Diode und den Widerstand, in Reihe zwischen das Gate des ersten selbstsperrenden Halbleiterbauelements und die Verbindung zwischen dem ersten Kondensator und dem Gate des ersten selbstleitenden Halbleiterbauelements geschaltet; und das Gate des selbstsperrenden Halbleiterbauelements.
  27. Schaltung, die einen Schalter nach Anspruch 1 umfasst.
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