JPS61107813A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS61107813A
JPS61107813A JP59230614A JP23061484A JPS61107813A JP S61107813 A JPS61107813 A JP S61107813A JP 59230614 A JP59230614 A JP 59230614A JP 23061484 A JP23061484 A JP 23061484A JP S61107813 A JPS61107813 A JP S61107813A
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JP
Japan
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electrode
diode
bipolar transistor
semiconductor device
gate
Prior art date
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Application number
JP59230614A
Other languages
English (en)
Inventor
Goorabu Majiyuumudaaru
マジユームダール・ゴーラブ
Satoshi Mori
敏 森
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Priority to DE8585307857T priority patent/DE3581370D1/de
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Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H03K17/04Modifications for accelerating switching
    • H03K17/042Modifications for accelerating switching by feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0422Anti-saturation measures

Landscapes

  • Electronic Switches (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】 [産業上利用分野] この発明は、半導体装置、特に高周波スイッチング用の
3fM子電力用半導体装置の回l!2FWII成に関す
る。
[従来の技術] 第2図は、従来の4端子の高周波スイッチング用バイモ
ススイッチングパワーデバイスの回路構成を示す図であ
る。第2図において、nチャネルMO3電界効果型トラ
ンジスタ2のドレインとnpnバイポーラトランジスタ
のコレクタとが、またMO8FET2のソースとバイポ
ーラトランジスタ3のエミッタとが互いに接続され、そ
れぞれC/D端子、E/S端子となる。また、C/D端
子とE/S端子との間にフリーホイル用のダイオード4
が設けられる。MO8FET2はゲートドライブ用電圧
源1からの電圧パルスにより動作制御され、またバイポ
ーラトランジスタ3はベース電流1!15からの電流信
号により動作制御される。
次にこの回路の動作について説明をする。まず、この半
導体装置のターンオン動作について述べる。
ゲートドライブ電圧源1からのゲートに与えられる電圧
パルスによりMO8FET2がオン状態となる。電圧源
1からのドライブ用電圧パルスと同期してベース電流源
5からのドライブ用電流パルスがバイポーラトランジス
タ3のベース電極に与えられ、バイポーラトランジスタ
3がオン状態となる。このことによりMO8FET2と
バイポーラトランジスタ3とがパラレルスイッチング動
作を行なう。MO8FET2のスイッチング速度はバイ
ポーラトランジスタ3に比べて速いので最初はC/D端
子から流入する負荷電流■、はMO3FET2でバイパ
スされE/8#i1子から流れ出る。
そのうち、バイポーラトランジスタ3がオン状態となり
飽和状態になると、バイポーラトランジスタ3のコレク
タからエミッタへの電圧降下とMO8FET2のドレイ
ンからソースへの電圧降下の割合に応じてC/DI子か
らE/811子に流れる電流が分流する。次に、半導体
装置をターンオフするには、電圧源1および電流15か
らのパルスをネガティブにすることによりMO8FET
2およびバイポーラトランジスタ3がオフ状態となる。
従来の半導体装置は以上のような動作によりスイッチン
グ動作を行なっていた。
[発明が解決しようとする問題点] 上述の従来の4端子のパラレルバイモススイッチング用
半導体装置の問題点を挙げてみると以下ようになる。ま
ず、第2図の回路に見られるように、MOSゲートドラ
イブ用電圧giとバイポーラトランジスタ2のベースド
ライブ用電流w5と2つのドライブ回路が必要であり、
それぞれのドライブ回路もそれなりに大きくなければな
らない。
したがって、ドライブ回路の大きさに応じて通常よりド
ライブ損失は増加し、装置自体も大きくなる。
また、2つのドライブi!i1,5に要求される条件と
して、ゲートドライブ用電圧源1からの出力電圧パルス
とベース電流源5からの出力電流パルスとのタイミング
を合わせる必要があるが、かなり困難であり、M OS
 F E T 2とバイポーラトランジスタ3のオン・
オフの動作タイミングがずれる場合がある。
ざらにバイポーラトランジスタ3が通常のスイッチング
特性(飽和領域で動作)で動作するので、バイポーラト
ランジスタ3のストレージタイムはドライブ条件によっ
て数μSeGにもなり、高周波のスイッチング動作にと
っては応答の遅れをもたらし、大きな欠点となる。
またさらに、バイポーラトランジスタ3がターンオフす
るとき逆バイアスが印加されるが、この逆バイアスによ
り逆方向にベース電流が流れ、バイポーラトランジスタ
3の逆バイアス安全動作領域の限界値を越えることがあ
り(特に、インダクティブ負荷の場合)、バイポーラト
ランジスタの破壊をもたらすことがある。これは、スイ
ッチング用半導体装置としての逆バイアス安全動作領域
の範囲を狭くすることになる。
それゆえに、この発明の目的は上述の欠点を除去し、1
00KHz以上の高周波領域で安全に動作するインバー
タ装置やチョッパ装置用のバイモス構造スイッチング用
半導体装置を提供することである。
また、この発明における回路は入手の困難な素子や複雑
な回路を用いることなく、できるだけ入手の容易な素子
を用いかつ簡単な回路構成を用いることで容易に実施が
可能となるようにする。
[問題点を解決するための手段] この発明に係る半導体装置においては駆動電源を1つに
し、また、バイポーラトランジスタを不飽和領域(準飽
和または活性領域)で動作させるようにする。その具体
的な手段としてはMOS FETのゲート(制御電極)
とバイポーラトランジスタのベース電極(第3電極)と
の間に、MOSFETのゲートから見て逆方向に定電圧
ダイオードを、順方向に高速スイッチングダイオードを
直列に接続する。さらに、定電圧ダイオードと高速スイ
ッチング用ダイオードとの直列体に並列に、MOSFE
Tのゲートから見て逆方向に第2の高速スイッチングダ
イオードを接続する。駆動回路からの信号はMOSFE
Tのゲートと、MOS FETのソース(第2電極)と
バイポーラトランジスタのエミッタ(第5電極)との接
続点に与えられる。
[作用] MOSFETとバイポーラトランジスタとを同一の駆動
回路で駆動するので駆動信号の動作タイミングを考える
必要がない。また、駆動回路が1個で済むのでドライブ
損失の低減と半導体装置全体の小型化をもたらす。
さらに、バイポーラトランジスタは、直列に接続される
2つのダイオードによりMOSFETより遅れてオン状
態となり、バイポーラトランジスタが不飽和領域で動作
することによりストレージタイムが大幅に短縮されると
ともに、逆バイアス安全動作領域が広くなる。
[発明の実施例] 第1図はこの発明の一実施例を示す半導体装置の回路図
である。第1図において、nチャネルMOSFET2の
ドレイン(第1電極)とnpnバイポーラトランジスタ
3のコレクタ(第4電極)とが接続されてC/D端子と
なり、MOSFET2のソース(第2電極)とバイポー
ラトランジスタ3のエミッタ(第5電橋)とが接続され
てE/S端子となる。バイポーラトランジスタ3のエミ
ッタと転流用のフライホイルダイオード4のアノードと
、バイポーラトランジスタ3のコレクタとフライホイル
ダイオード4のカソードとが各々接続される。
この発明の特徴として、MOSFET2とバイポーラト
ランジスタ3とはともにドライブ回路1により駆動され
るが、駆動回路1からの信号はMOSFET277)/
7’−ト(制御11ti) とE/5ill子との間に
与えられる。さらに、MOSFET2とバイポーラトラ
ンジスタ3との間に次の回路が設けられる。すなわち、
FET2のゲートとFET2のしきい値電圧を与えるた
めのツェナーダイオード6のカソードとが、ツェナーダ
イオード6のアノードと高速スイッチングダイオード7
のアノードとが、高速スイッチングダイオード7のカソ
ードとバイポーラトランジスタ3のベースとがそれぞれ
接続される。さらに、ダイオード6.7と並列に、逆方
向ベースNFRバイパス用の高速スイッチングダイオー
ド8がFET2のゲートから見て逆方向に接続される。
次に回路の動作について説明する。駆動回路1からMO
SFET2のゲートとソースの間に与えられる駆動パル
スの電圧レベルがMOSFET2のしきい値電圧を越え
ると、MOSFET2がオン状態になる。また、この駆
動パルスのレベルがツェナーダイオード6のツェナー降
伏電圧とダイオード7の順方向電圧降下とバイポーラト
ランジスタ3のベース−エミッタ間の順方向電圧降下と
の和(以下、ゲート−ベース間電圧降下Vcaと記す)
を越えたとき、駆動回路1からの駆動パルスがツェナー
ダイオード6とダイオード7を通ってバイポーラトラン
ジスタ3へのベース電流として与えられる。このベース
電流によってベース−エミッタ間が飽和し、バイポーラ
トランジスタ3がターンオンする。バイポーラトランジ
スタ3にベース電流が流れ始めたときにはMOSFET
2は既にオン状態となっているので、C/D端子とE/
S端子との間の電圧降下量は少ない。したがって、バイ
ポーラトランジスタ3のベース−コレクタ間に流れるベ
ース電流は通常よりかなり少ないか場合によっては全く
流れない。この結果、バイポーラトランジスタ3が不飽
和領域(準飽和あるいは活性領域)でスイッチング動作
し、ストレ−シタイムは数10nsec以下にすること
が十分可能となる。
上述のターンオン機構に要求される条件として、MOS
FETがバイポーラトランジスタより先にターンオンす
る必要があるので、ゲート−ベースl5ilN圧降下V
GIIがMOSFET2のゲート−ソース間のしきい値
宵圧より高くなければならない。
次に、ターンオフするためには駆動回路1からの負の電
圧パルスを与えれば、MOSFET2とバイポーラトラ
ンジスタ3はターンオフする。既に説明したように、バ
イポーラトランジスタ3のストレージタイムは非常に短
くなっており、かつターンオフ時に通常の場合流れる逆
方向ベース−コレクタ間電流は、この発明による回路構
成においてはほとんど流れない。したがって、逆バイア
ス安全動作領域も通常のバイポーラトランジスタのそれ
よりも広くなる。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、MOSFETとバイ
ポーラトランジスタとを同一の駆動回路で駆動し、かつ
バイポーラトランジスタを不飽和領域(順飽和または活
性領域)で動作する構成にしている。したがって、MO
SFETとバイポーラトランジスタとの動作タイミング
を考える必要もなく、駆動回路におけるドライブ損失も
少なくて済み、さらに半導体装置の小型化をもたらすこ
とも可能となる。またさらに、バイポーラトランジスタ
のストレージタイムが短くなり、かつ逆バイアス安全動
作領域も広くなり、高電流高電圧の高周波スイッチング
動作も可能な半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はのこの発明の一実施例である3端子高周波スイ
ッチング用バイモス半導体装置の回路構成を示す図であ
る。第2図は従来の4端子高周波スイッチング用パラレ
ルパイモス半導体[1の回路図である。 図において、1はゲートドライブ用電圧源、2はnチャ
ネルパワーMO8FET、3はnpnバイポーラトラン
ジスタ、4はフリーホイルダイオード、5はベース電流
源、6はツェナーダイオード、7は高速スイッチングダ
イオード、8は高速スイッチング用ダイオード。 なお、図中、同符号は同一または相当部を示す。 代  理  人     大  岩  増  雄)♂1
 z 2 ηチマン奉しM05ノ?ワートラ〉ジχ7    
  牛、7リーホイー2レダイオート”3:?LP九八
イへ−フトランシ゛又夕       6: ンLイー
2イオード宸:1し【ヒスイッテン7゛フイオード箕2
図 手続補正書(自発)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)同一の駆動回路で駆動される、第1および第2の
    電極と制御電極とを有する電界効果型トランジスタと、
    第3、第4および第5の電極を有するバイポーラトラン
    ジスタとを含む高周波スイッチング用の半導体装置であ
    って、 前記第1の電極と前記第4の電極とが接続され、前記第
    2の電極と前記第5の電極とが接続され、さらに、前記
    制御電極と前記第3の電極との間に、前記制御電極から
    見て逆方向に定電圧ダイオードが、順方向に第1のダイ
    オードがこの順に直列に接続され、かつ 前記定電圧ダイオードと前記第1のダイオードとの直列
    体と並列に前記制御電極から見て逆方向に第2のダイオ
    ードが接続される、半導体装置。
  2. (2)前記第1の電極はドレイン端子であり、前記第2
    の電極はソース端子であり、前記第3電極はベース電極
    であり、前記第4電極はコレクタ電極であり、および第
    5の電極はエミッタ電極である、特許請求の範囲第1項
    記載の半導体装置。
  3. (3)前記バイポーラトランジスタはnpnトランジス
    タである、特許請求の範囲第1項または第2項記載の半
    導体装置。
  4. (4)前記半導体装置はさらに第3のダイオードを含み
    、 前記第4の電極と前記第3のダイオードのカソードとが
    接続され、かつ 前記第5の電極と前記第3のダイオードのアノードとが
    接続される、特許請求の範囲第1項ないし第3項のいず
    れかに記載の半導体装置。
JP59230614A 1984-10-30 1984-10-30 半導体装置 Pending JPS61107813A (ja)

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EP (1) EP0181148B1 (ja)
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