JPS60819B2 - 半導体スイツチ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサィリスタを用いた誤動作の少ない高感度の半
導体スイッチ回路に関するものである。

サィリス夕においては、アノード・カソード端子間に急
峻な電圧が加わると、サィリスタに変位電流が流れて謀
点弧を起すことがある。一般にこの現象をレート効果と
称しているが、レート効果による誤点弧を防ぐため、サ
ィリスタのゲート・カソード端子間を抵抗を介して短絡
する、所謂、ショート・ェミッタ手段が採られている。
レート効果を起さない限度をｄｖ／ｄｔ耐量と称してお
り、サィリスタとしては高ｄｖ／ｄｔ耐量であることが
望ましい。

一方、サィリスタをゲート点弧信号でもつて点弧する時
、点孤可能な最小ゲート点弧信号をゲ−ト感度と称して
いるが、サィリスタとしては最小ゲート点弧信号は小さ
いほど望ましく、４・さし、程高ゲート感度であると評
価している。

上記ショート・ェミツタ抵抗の抵抗値を低くするとｄｖ
／ｄｔ耐量は向上するが、ゲート・カソード間に加えら
れるゲート点弧信号は、ショート・ェミッタ抵抗を分流
するため、ゲート信号源にしてみれば、この分流分も流
す必要があり、逆にゲート感度は下ってしまう。

この問題に対処するために、第１図に示す如きサイリス
タを含む半導体スイッチ回路が提案されている。

この半導体スイッチ回路は、サイリスタ１とサイリスタ
ーのゲート・カソード端子Ｇ・Ｋ間に設けられた可変抵
抗素子であるトランジスタ２、および抵抗３、サィリス
タ１のアノード端子Ａに急峻な電圧が加わったことを検
出してトランジスタ２の制御ゲート端子であるベース端
子Ｂへ信号を加える手段であるコンデンサ４より構成さ
れている。

サィリスタ１のァノード端子に急峻な電圧が加わった時
のみ、コンデンサ４に充電電流が流れて、この充電電流
がトランジスタ２のベース端子Ｂに流れ込み、トランジ
スタ３を駆動、即ち、高抵抗状態より低抵抗状態へ移行
させて、サィリスターのゲート・カソード端子Ｇ・Ｋ間
を短絡する。

トランジスタ２を駆動できないゆるい電圧が加わる場合
にはゲート・カソード端子間Ｇ・Ｋ間の抵抗３で保護す
ればよく、この場合は、高抵抗の抵抗３が使用できるの
で、通常は、サイリスタ１のゲート・カソード端子Ｇ・
Ｋ間は高抵抗が存在し、急峻な電圧が加わった時は低抵
抗が存在すると考えられるので、高ｄｖ／ｄｔ耐量、高
ゲート感度が得られることになる。

しかしながら、実験を重ねてみると、この半導体スイッ
チ回路には種々の問題が確認された。

第１は、サィリスタ１に高速パルスをゲート点弧信号と
して加える場合、ゲート感度が下がることである。これ
は、サィリスターに高速パルスが印加されると、トラン
ジスタ２のコレクタ・ベース接合がコンデンサとして働
き、充電電流が流れて、トランジスタ２を駆動せしめ、
サィリスタ１のゲート・カソード端子Ｇ・Ｋ間を低抵抗
としてしまうためである。

第２は、サィリスタ１に急峻な電圧が加わり、トランジ
スタ２が動作して一定時間経た後でないと、高ゲート感
度が得られないことである。

これは、コンデンサ４の充電電流が消滅しても、トラン
ジスタ２のベース領域にはキャリアが残存しており、再
結合によって消滅しないかぎり、トランジスタ２は低抵
抗状態にあり、残存キャリアの再結合につれて、高抵抗
状態に移行するためである。従って、高ゲート感度を維
持するためには、急峻な電圧が加わったことを検出した
後、一定時間経なければ、ゲート点狐信号が付与されな
いような遅延構成を採る必要があり、回路が複雑化した
り、高価となるばかりでなく、高速駆動ができないこと
になる。第３に、ゲート点弧信号を印加した後に急峻な
電圧がサィリスタに加わると、サィリスタの点弧ができ
なかったり「ゲート感度が下ったりする。

これは、ゲート点弧信号が印加されている状態で急峻な
電圧がサィリスターに加わると、トランジスタ２が低抵
抗状態へ移行し、ゲート点弧信号がこのトランジスタ２
を分流するためである。それゆえ、本発明の目的は、ｄ
ｖノｄｔ耐量とゲート感度が共に高く、かつ、誤動作の
少ない半導体スイッチ回路を提供することにある。本発
明の特徴とするところは、ホトサイリスタのゲート・カ
ソード端子間に設けられたショート・ェミッタ用トラン
ジスタ２、即ち、可変抵抗素子の制御ゲート端子とサィ
リスタのカソード端子間に光照射時にのみ低抵抗状態と
なる光可変抵抗素子を設け、この光照射時にのみ低抵抗
状態となる光可変抵抗素子をホトサィリス外こ加えられ
る光点弧信号の一部をもつてその抵抗状態を制御し、光
点弧信号が加えられた場合には、光照射時にのみ低抵抗
状態となる光可変抵抗素子を介して、ホトサィリスタに
設けられている可変抵抗素子を直ちに高抵抗状態に移行
せしめる点にある。

第２図は本発明半導体スイッチ回路の一実施例を示して
いる。第２図に示す符号中、第１図に示すものと同一符
号を付したものは、同一物を示している。

第２図において、５は、可変抵抗素子であるトランジス
タ２のベース端子Ｂとホトサイリスタ１１のカソード端
子Ｋ間に設けられた光照射時にのみ低抵抗状態となる光
可変抵抗素子であるトランジスタであり、６は、ゲート
点弧信号の一部を発光ダイオード８を介してトランジス
タ５の制御ゲート端子であるベース端子に加える抵抗、
７はホトサィリスタ１１に光点弧信号を加える発光ダイ
オードである。この実施例では、ホトサィリスタ１１の
アノード側ベース領域ｎＢにコレクタ領域ｐｃが設けら
れ、両領域でできる逆バイアスｐｎ接合を第１図に示す
コンデンサ４とみなしている。

ゲート端子Ｇ，，○２にゲート点弧信号が印加されてい
ない間は、トランジスタ２，５は共に高抵抗状態にある
。

ホトサィリス夕１１のアノード端子Ａに急峻な電圧が加
わると、ホトサィリスタ１１のｎＢ−ｐｃ領域からなる
コンデンサは、充電電流を流し、トランジスタ２のベー
ス端子Ｂを介してトランジスタ２を高抵抗状態より低抵
抗状態へ移行し、ホトサィリスタ１１のゲート・カソー
ド端子間を短絡し、誤点弧を防止することは、第１図に
示した従来例と同様である。コンデンサからの充電電流
消滅後、トランジスタ２は高抵抗状態へ戻るのであるが
、その時の復帰時間は前述したようにトランジスタ２に
おけるベース領域の残存キャリアの再結合による消滅に
関係する。

トランジスタ２が高抵抗状態に復帰していない状態でゲ
ート点弧信号が印加された場合、抵抗６を介して発光ダ
イオード８からゲート点弧信号の一部がトランジスタ５
に加えられ、トランジスタ５を高抵抗状態へ移行させ、
トランジスタ２のベース領域における残存キャリアをト
ランジスタ５を介してホトサイリスタ１１のカソード端
子Ｋへ放電させる。

このため、放電によって、トランジスタ２は直ちに高抵
抗状態に復帰することになり、ゲート点弧信号のトラン
ジスタ２における分流はほとんどなく、ホトサィリスタ
１１の点弧に使用される。トランジスタ２における残存
キャリアを放電するに必要な程度にトランジスタ５を低
抵抗状態へ移行させれば良いので、抵抗６は高抵抗のも
のを用いることができ、ゲート点弧信号のほとんどがホ
トサィリスタ１１の点弧のみに使用されることになり、
ゲート感度は良好である。

即ち、このことは、ホトサィリスタ１１に高速パルスが
印カロされて、トランジスタ２のコレク夕・ベース接合
がコンデンサとして働き、充電電流が流れ、トランジス
タ２が低抵抗状態へ移行しても、ゲート点弧信号が、加
わると、トランジスタ５を介して、トランジスタ２にお
ける充電電流は放電されてしまうので、ホトサィリスタ
１１のゲート・カソード端子間は高抵抗状態に復帰され
、良好なゲート感度が得られる。第１図に示す従来例で
は、トランジスタ２のベース領域における残存キャリア
の再結合を待って、ゲート点弧信号を加える必要があり
、高速駆動は期待できなかったが、本発明によれば、ト
ランジスタ５を介して、ゲート点弧信号によりトランジ
スタ２を強制的に高抵抗状態に復帰させてしまうので、
残存キャリアの再結合を待つ必要はなく、高速駆動を行
なうことができる。

また、急峻な電圧がゲート点弧信号印加中にホトサィリ
スタ１１１こ加わった場合、ゲート点弧信号によってト
ランジスタ５が低抵抗状態にあるので、コンヂンサによ
る充電電流は、トランジスタ５を介してホトサイリスタ
１１のカソード端子Ｋに至り、トランジスタ２は高抵抗
状態を維持し、その結果、ゲート点弧信号はトランジス
タ２に分流することはなく、ゲート感度は下らず、又、
ホトサィリスタ１１を確実に点弧することができる。

尚、、急峻な電圧が加わった時、トランジスタ５のコレ
クタ領域とべ‐ス領域でできる接合がコンデンサとして
働き、トランジスタ２を高低抗状態に保持し、トランジ
スタ２にショート・ヱミッタ機能を与えないようにも考
えられるが、トランジスタ５の設計仕様を調整すること
で、トランジスタ５を事実上、高抵抗状態に維持するこ
とができる。

この実施例においては、特に次に述べるような利点があ
る。

第１に、光ゲート点弧信号の温度特性が改善されること
である。

これは、周囲温度の増大に伴って、トランジスタ２の電
流増中率が増大し、より低抵抗となって光ゲート点弧信
号がトランジスタ２を分流することになるが、他方、ト
ランジスタ５の電流増中率も周囲温度に従って増大し、
トランジスタ２のベース・ェミッタ両領域間の短絡効果
が増し、トランジスタ２の低抵抗化を阻止するためであ
る。

第２に漏光によるゲート点弧信号の増大がないことであ
る。発光ダイオード７でもつてサイリスタ１１を点弧す
る際、その漏光がトランジスタ２を光照射すると、トラ
ンジスタ２のコレクタ・ェミッタ雨領域ｎｃ、ｎＢ間の
抵抗が下り、ゲート感度が低下する。

ホトサィリスタ１１のアノード側ベース領域ｎＢとコレ
クタ領域ｎｃで形成されるｐｎ接合が漏光で照射された
場合、その光電流がトランジスタ２のベース領域ｐＢに
流れ、同様にゲート感度が低下する。漏光によるゲート
感度低下を阻止するためには、トランジスタ２やホトサ
イリスタ１ １の不必要部分に漏光しやへい膜を設けた
り、光ダイオード７とトランジスタ２を隔離したりする
ことが考えられるが、前者方法では製造プロセスが複雑
になり、また後者方法では、装置が大型化し、半導体集
積回路に用いた場合には、集積度が著しく低下する。

ところが、ホトサィリスタ１１を光ダイオード７で照射
し、点弧させる際、トランジスタ５も光ダイオード８に
て照射され、低抵抗状態へ移行するため、トランジスタ
２は漏光が照射されても高抵抗状態を保ち、濠光しやへ
し、膜を設けたり、隔離配置を行なわなくても、ゲート
点弧信号の増大はなく、良好なゲート感度が得られる。

この実施例が第１図に示す従来例に比較して優れている
点は、アノード・カソード端子Ａ・Ｋで示される主回路
と、ゲート端子○，，Ｇ２で示されるゲート回路が電気
的に分離可能であり、ノイズによる相互干渉がなく、更
に誤動作が少ない点である。また、第２図の実施例にお
いて、ホトサィリスタ１１とトランジスタ６を近接して
配置し、発光ダイオード７で両素子が駆動されるように
構成すれば、ダイオード８と高抵抗６を省略することが
でき、より−層ゲ−ト感度が高められると共に原価低減
に寄与する。

本発明は上述の実施例にて示した範囲に限定されるもの
ではなく、以下述べる様に、種々の変形応用が可能であ
る。

サィリス外こ急峻な電圧が加わったことを検出するため
に、第２図の実施例では、ｎＢ−ｐｃ領域からなるコン
デンサを用いているが、ダィオ−ドであってもよく、ま
た、第１図に示しているように、コンデンサであっても
よい。

第一の可変抵抗素子であるトランジスタ２として、ＦＥ
Ｔが代用できる。

光照射時にのみ低額抗状態となる光可変抵抗素子として
は光結合トランジスタ５の代わりに光結合ダイオード、
光結合ＦＥＴ等が使用できる。

以上、説明したように、本発明によればサィリスタのァ
ノード端子に急峻な電圧が印加された場合には、ホトサ
イリスタのゲート・カソード端子間は低抵抗で短絡され
、ホトサィリスタは誤動作を生ずることはなく、また、
ホトサイリスタのゲート端子にゲート点弧信号が加えら
れた場合にはホトサィリスタのゲート・カソード両端子
間は急速に高抵抗に回復される結果、ゲート感度は良好
である。

【図面の簡単な説明】

第’図は従来の半導体スイッチ回路を示す回路接続図、
第２図は本発明半導体スイッチ回路のそれぞれ異なる実
施例を示す回路接続図である。 １，１１……サイリスタ、２，５……トランジスタ、３
，６・・・・・・抵抗、４・・・・・・コンデンサ、？
，８・・・・・・発光ダイオード。 弟ー図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも、ホトサイリスタと、このホトサイリス
   タのゲート・カソード端子間に設けられた制御ゲート端
   子を有する可変抵抗素子と、上記ホトサイリスタのアノ
   ード端子に急峻な電圧が加わったことを検出して上記可
   変抵抗素子を高抵抗状態から低抵抗状態へ移行させる手
   段と、上記可変抵抗素子の制御ゲート端子と上記ホトサ
   イリスタのカソード端子間に設けられた光照射時にのみ
   低抵抗状態となる光可変抵抗素子と、上記ホトサイリス
   タに加えられる光点弧信号の一部を上記光照射時にのみ
   低抵抗状態となる光可変抵抗素子に加え、高抵抗状態か
   ら低抵抗状態へ移行させる手段とから構成されたことを
   特徴とする半導体スイツチ回路。