JPS6154871A - 光トリガ・光クエンチ静電誘導サイリスタ - Google Patents

光トリガ・光クエンチ静電誘導サイリスタ

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JPS6154871A
JPS6154871A JP59175734A JP17573484A JPS6154871A JP S6154871 A JPS6154871 A JP S6154871A JP 59175734 A JP59175734 A JP 59175734A JP 17573484 A JP17573484 A JP 17573484A JP S6154871 A JPS6154871 A JP S6154871A
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gate
light
electrostatic induction
thyristor
induction thyristor
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Junichi Nishizawa
潤一 西澤
Naoshige Tamamushi
玉蟲 尚茂
Kenichi Nonaka
賢一 野中
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Thyristor Switches And Gates (AREA)
  • 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光だけでターン・オン、ターン・オフできる
静電誘導サイリスタに関し、産業上、中小電力から大電
力の変換装置として利用されるものである。
〔従来の技術〕 SIサイリスタの光によるオン・オフ動作に関しては、
本願発明者によって既に提案され、「静電誘導サイリス
タ及び半導体装置」(特願昭54−36079号、特開
昭55−128870号)及び、「光クエンチ可能なサ
イリスタ装置」(特願昭59−54937号)に開示さ
れている。
第1図(alには、上述の特願昭54−36079号(
特開昭55−128870号)の回路構成例を示す。ま
た、第1図fblには、トリガ用光パルスLTIIとク
エンチ用光パルスLQ12の駆動波形VLT 13、V
LQ14、及びその時のS I Th% 1のアノード
A2の電位波形VAK 15を示す。第1図(alのS
IサイリスタS I ’rhy、 1のアノードA2は
負荷抵抗RL 9を介してv=10にノイイアスされて
(・る。
3 I Thy、 1のゲートG4は、光トリガ用光感
応素子TD5を介して正の電圧Vt 7に、zHバイア
スれていると共に、光クエンチ用光感応素子QD6を介
して負の電圧vq8にバイアスされている。
S I Thy、 1のカソードは接地されている。T
D5、TD6は、光を照射することにより抵抗が小さく
なる光感応素子である。ここで、光が照射されていない
状態でのTD5の抵抗をRTD(OFF)、LTIIが
照射されている状態でのTD5の抵抗をRTD (ON
)、光が照射されていない状態でのQD6の抵抗をRQ
D (OFF)、LQ12が照射されている状態でのQ
D6の抵抗をRQD(ON)とする。LTII、LQ1
2共に切れている状態において、S I ’rhy、 
1のゲー1−G4は、RTD(OFF)を介してVt 
7にバイアスされていると同時にRQD (OF F 
)を介してVq8゛にバイアスされている。この状態で
の04の電位が、SI ’rhy、 1がv/AKをブ
ロックできる値になる様に、TD5、QD6の特性及び
Vt7、Vq sは選ばれる。次にLTIIがTD51
ζ照射されると04は、RTD (ON )を通してV
t 7にバイアスされ、アノードA2及びカソードに3
からのキャリアの注入が励起され、5ITh7.1はオ
ンする。G4の電位変化の速度は、TD5の光応答速度
と、−RTD(ON)を通してS I ’rhy、 1
のゲートG4の入力容量が充電される時定数で決まる。
よって、高速ターン・オンを実現するには、TD5は高
速で高感度であることが要求される。SI’rhy、 
1がオンしている状態でQD6にL Q 12が照射さ
れると、5ITb7.1のゲートに蓄積されている正孔
がRQD(ON)を通して引き抜かれることにより、S
 I ’rhy、 1はオフする。ターン・オフ速度は
、QD6の光応答速度と、RQD(ON)を通してゲー
トの容量1こ蓄積されている°正孔を引き抜(時定数及
び、S I Thy、 1の第2ベースに蓄積している
電子の寿命で決まる。このため、高速光クエンチを実現
するためにはQD6は高速、高感度であることが要求さ
れる。
第2図には、前述の特願昭59−54937号の回路構
成例を示す。第2図のSIサイリスタ5IThy、21
のアノードA22は、負荷抵抗Rt、 27を介してV
iK2Bにバイアスされている。S I Thy、 ’
llのゲートG24は、光クエンチ用光感応素子QD2
5を介して負の電圧vq 261こバイアスされている
S I ’rhy、 21のカソードに23は、接地さ
れている。
LT29はトリガ用光パルスで、LQ30はクエンチ用
光パルスである。LT29とLQ30は、第1図(al
のLTIIとL Q 12の駆動パルx VLT 13
 、vt、G14と同じタイミングで駆動される。ここ
で、光か入射していない状態でのQD25の抵抗をRQ
D(OFF)、LQ30が照射されている状態でのQ、
 D 25の抵抗をRQD(ON)とする。LT29、
LQ 30ともに切れている状態では、S I Thy
、 21の’r’−トG24はRc)o(0FF) を
介L テVq 26 ニバイアスされている。この状態
でG 24の電位が、S I ’rhy、 21がV’
AK 28をブロックできる値になる様に、QD25の
特性及びVt26の値は選ばれる。
次に、LT29がS I ’rhy、 21に照射され
ると、5ITby、21の内部で発生した正孔によりS
 I ”rhy、 21のゲートは正方向の電位にバイ
アスされる。このことで、カソード23からの電子の注
入及びアノード22からの正孔の注入が励起されS I
 ’rhy。
21はオンする。高速ターン・オンを実現するためには
、S I ’rhy、 21は高速、高感度であること
が必要である。ターン・オフの過程は第1図の動作原理
と同じであるから、QD25の特性は高速、高感度であ
ることが必要である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述の特願昭54−36079号(特開昭55−128
870号ンの方法で大電力高速動作を実現するためには
、第1図で説明した様に光トリガ月光感応素子TD5.
光りエンチ用光感応素子QD6は高速、高感度である必
要がある。上述の特願昭54−36079号〔特開昭5
5−128870号〕では、光感応素子としてホトダイ
オード、バイポーラトランジスタ、ショットキーダイオ
ード、サイリスタチするには1.よ°り高屹力F、−児
涼l必要アL、l”S I ’rhy、 21を直接光
でトリガするため4% E −a−、%ψ・τある か
゛、S L 丁 h  y、Σ1.#九マ・ト リ゛刀
゛する□、Rヒゎターン・丁ンジ爺、迫呼−F/Iな工
Iノ短くTム丁(リニ1!□、J ’)大きな電力乃九
:XH,z夢ヒ゛し7い丁マ11″”        
      ”   ′さらに、単一ゲート型SIサイ
リスタは、第2ベースに蓄積した電子の寿命は第2ベー
ス領域での再結合またはアノードへの拡散で決まるので
、高速クエンチがむずかしい。
〔問題点を解決するための手段〕
以上述べた問題点を解決するために、本発明では第1図
fatに示す回路の光感応素子として、高速・高感度の
静電誘導ホトトランジスタ(SIPT)、静電誘導ホト
ザイリスク(S I P Thy、)、及び5IPTと
S I P Th)r、の複合回路を用いる。
その他、光感応素子としてHEMT、MODFETlP
BT、HEMT型SIT、MO3SI−’r、Mo5s
r’rhy、等もあり得る。上述の方法により、従来の
光トリガ・光クエンチ動作より4.8=中−”7ケカ、
□、6゜ 単一ゲート型SIサイリスタは、前述した理由からクエ
ンチ速度に限界がある。クエンチ速度のみならずターン
・オシン速度を向上させ効率よいスイッチングを実現す
るため、ホールの注入を制御し電子を吸い出すためのn
+ゲートを設けたものをダブルゲート型SIサイリスタ
という。本発明は、ダブルゲート型SIサイリスタに上
述した高速光オン・オフが実現できる回路を応用するこ
と1ζより、さらに高速なスイッチングが実現できる。
〔実 施 例〕
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第3図
(al、(blは、本願発明による単一レート型SIサ
イリスタの光トリガ・光クエンチ回路の実施例の1つで
ある。第3図[alて5IThy。
31は単一ゲート型SIサイリスタである。Sl’rh
y、 31のアノードA32は、負荷抵抗RL43を介
してVkp、44にバイアスされている。S I Th
y、 31のゲートG34は、光トリガ用p−ch、S
1.PTTT35のドレイン及び、光クエンチ用p −
ch。
5IPTQT36のソースに接続されている。SI ’
rhy、a1のカソードに33は接地されている。光ト
リガ用p−ch S I PT TT35のソースは、
正の電圧Vs r 371こバイアスされていて、TT
35のゲートは、Rct39を介してVにt41にバイ
アスされている。光クエン用5IPTQT36のドレイ
ンは、    負の電圧Voq38にバイアスされてい
て、QT36のゲートは、RG940を介してVGq 
42にバイアスされている。LT45は、トリガ用光パ
ルス、LQ 46は、クエンチ用光パルスである。第3
図(blにおいて、VLT47は、L、T45の駆動波
形であり、VLQ 48 ハ、LQ48の駆動波形テア
ル。VAK 49 ハ、S I Thy、 31のアノ
ードA32の電位波形を示している。
LT45、LQ46ともに切れている状態では、T T
 35のゲートは、RG仁39を介してV(、t41が
加えられていて逆バイアスされているので、TT35は
、オフしている。同様にQ T 36もオフしている。
この状態でのTT35、及びQT36のソース・ドレイ
ン間の抵抗をそれぞれRTT (OF F)、RQT 
(OFF)とする。この時、S I ’rhy、 31
のゲ−1G54は、RTT(OFF)を介してVst3
7にバイアスされていると共に、RQT(OFF)を介
してVDq38にバイアスされている。G34のバイア
ス点は、S I ’rhy、atが■入Kをブロックで
きる様に選ばれる。次に、LT45がTT35に照射さ
れると、T T 35内に入射した光によってTT35
内の空乏層及び空乏層の端から電子の拡散距離以内の領
域で発生する電子は、T T 35のゲートに引き寄せ
られRGt39を通して外部に流れる。この光による電
子電流を1ephとし、TT35のゲート内に流れる方
向を正とする。1ephによりRGt39の両端では1
eph X Ratの電圧降下が起こりTT35’のゲ
ート電位は1eph X Rにtだけ負の方向に動く。
ゲートの逆バイアスが小さくなるためTT35のソース
・ドレイン間の抵抗が小さくなりVst37によりG 
34は正方向の電圧にバイアスされる。
LT45が照射された状態でのT T 35のソース。
ドレイ7間の抵抗をRTT(ON)とすれば、G34は
、RTT (ON)を介してVst37にバイアスされ
る。G 34が正方向の電圧にバイアスされることによ
り、S I ’rhy、 31のカソードK 33から
電子の注入が起こり、アノードA32から正孔の注入が
起き、S I Thy、 31はオンする。Slサイリ
スタは、ポテンシャル制御であり、ゲーrツ(力容ユも
小さいので、非常に小さな電流を流し込むだけでオンさ
せることができる。このことにより5IPTは小面積の
素子でよい。さらlこ、5IPTは、光利得が非常1ζ
大きく、また応答速度も速くできることから、第3図f
a)の回路形式では高速な光トリガが実現できる。一度
オンすればLT45が切れてTT45がオフ状態になっ
てもS I ’rhy、azは、オン状態を保つ。
次にLQ46がQT36に照射されると、QT36がオ
ン状態Jζなり、ゲートG34から正孔が引き抜かれ、
G34は逆バイアスされS I Thy、31はオフす
る。高速・高感度の5IPTを光クエンチ用光感応素子
として用いることにより、短かい時間で正孔を引き抜く
ことができるので、高速な光クエンチが実現できる。
第4図は、本願発明による単一ゲート型Slサイリスタ
の光トリガ・光クエンチ回路の他の実施例の1つである
。第4図の回路の特徴は、光トリガ用光感応素子として
S I ’rhy、を用いていることであり、バイアス
電源の数も低減されている。
第4図(7)S Iサイ1)x9SIThy、50ノy
/ −FA51は、負荷抵抗RL 60を介しT−V’
AK 61 +c バイアスされている。S I ’r
hy、 soのゲートG53は、光トリガ用S I ’
rhy、 ’r、’rhy、 54のカソードと光クエ
ンチ用p−ch、 S I P T  Q T55ノv
−ス、及びRにt 57に接続されている。T ’rh
y、 54のアノードは、S I ’rhy、 soの
アノードA 51と共通にされ゛てイル。T′rhy、
 54 (D ’r’ −トハ、RGt57ヲ介シテカ
ソードに接続されている。光クエンチ用p−I−ch。
S I PT  QT55))’lzイアft、負の電
圧VDQ56にバイアスされている。Q T 55のゲ
ートは、RGq 58を介してVGq 59にバイアス
されている。
L T 62は、トリガ用光パルスで、L Q 63は
、クエンチ用光パルスである。LT62、LQ63は、
第3図の実施例のLT45、LQ46と同じタイミング
で駆動される。
第5図は、本発明による単一ゲート型Slサイリスタの
光トリガ・光クエンチ回路のさらに他の実施例の1つで
ある。第5図の回路の特徴は、光トリガ用光感応素子と
してSlサイリスタを用いていることと、光クエンチ用
光感応素子としてもSlサイリスタを用いていることで
ある。より大電流のスイッチング動作では、クエンチ用
光感応素子としてSlサイリスタを用いることは有効と
なる。第5図のSIサイリスタS I Thy、 64
のアノードA 65は、負荷抵抗RL76を介してV’
AK 77にバイアスされている。5IThy、 64
 (7) ’f −1−G 67 ハ、光トリカ用S 
I Thy。
T Thy、 68 cD h ソー )’ 、!:光
クエンチ用5IThy、Q’rhy、 69のアノード
、及びRにt 71 Iζ接続されている。T、Thy
、 68のアノードは、S I Thy、64のアノー
ドA 65と共通にされている。丁The、 68 (
1り ケ−トは、RGI 71を介してT ’rhy、
 68のカソードに接続されている。Q ’rhy、6
9のゲートは、Q Thy、 69をオフをするための
p−ch、 S I P T T T’72 のソース
に接続されている。Q ’rhy、 69のカソードは
、負の電圧VK、70にバイアスされている。TT’7
2ノゲートハ、R’ct 74 ヲ介シテv′Gt75
ニハイアスされていて、TT72のドレインは負の電圧
V’Ot 73にバイアスされている。L T 78は
、トリガ用光パルス、LQ79はクエンチ用光パルス、
LT’80はQ ’rhy、 69をクエンチするため
のp−ch。
5IPTTT’721ζ照射される光パルスである。
第5図(alは、L T 78、LQ79、L T’8
AれソThの駆動波形VLT80、VLT’ 81、V
LQ 82 ト、S I ’rhy。
64のアノードA 65の電位波形VAKを示している
S I ’rhy、 64をクエンチするために、Q 
’rhy、 69にL Q 79が照射されると、 Q
 ’rhy、 69はオンしてS I ’rhy、 6
4がオフする。Q ’rhy、 69は、一度オンする
とその状態を保つので、Q ’rhy、 69をオフす
るために、L T 78と同期したLT’80がT T
’72に照射される。
第6図は、本発明による単一ゲート型SIサイリスタの
光トリガ・光クエンチ回路の別の実施例の1つである。
第6図の回路の1つの特徴は、光トリガ用光感応素子と
してp−ch、5IPTを用いることである。第6図の
回路のもう1つの特徴は、クエンチ用素子としてp−c
h、 S I Tを用いて、クエンチ用p −ah、 
S I Tのドライブを高速、高感度のp−ah、 S
 I P Tて行なうことである。このことにより、第
6図の回路では第3図の回路の動作よりも高速の光クエ
ンチが実現できる。
第6図のSIサイリスタS I Thy、 85のアノ
−)’A86は、負荷抵抗RLを介してV’AK 10
2にバイアスされている。S I ’rhy、 ssの
ゲートG88は、光トリガ用p−ch、 S I P 
T TT89のドレイン、及び光クエンチ用p−ch、
 S I T  Q T 90のソースに接続されてい
る。S I ’rhy、 64のカソードK 66は、
接地されている。TT89のソースは、正の電圧Vat
 91にバイアスされていて、TT89のゲートはRa
t 93を介してVGt 95にバイアスされている。
Q T 90のドレインは、負の電圧VDQ92にバイ
アスされている。Q T 90のゲートは、RGq94
を介してVcq 96にバイアスされていると共に、Q
 T 90をドライブするための高速、高感度の卜ch
、 S r PT QT’ 97のソースに接続されて
いる。
QT’97のドレインは、 Voq 98にバイアスさ
れていて、QT’97のゲートは、R’GQ 99を介
してV’Gq100にバイアスされている。LT103
は、トリガ用光パルス、LQ104は、クエンチ用光パ
ルスである。LT103、L Q 104は、第3図の
実施例のLT45、L Q 46と同じタイミングで駆
動される。
SIサイリスタを短時間でオフさせるためには、S■サ
イリスタのゲートから速く正孔を引き抜かなければなら
ない。このために、第3図(alの実施例のQ T 3
6、及び第6図の実施例のQT 90には瞬間的に大電
流が流れる。よってQT36、QT90は、ある程度の
大面積化が必要となる。ところが、同じ光エネルギーで
駆動する場合には、面積の大きな素子の応答速度は遅(
なってしまう。第6図の実施例は、上述の問題を解決す
る手段としてQT’97を採用している。QT 90を
ドライブするには微弱な電流しか必要としないからQT
’97は小さなp−ch、5IPTを用いればよい、す
なわち、QT90は、高速、高感度のp−ch、 S 
I P T lζよりドライブされるから、SI Th
y、 85は高速光クエンチが実現できる。
第7図は、本発明による単一ゲート型SIサイリスタの
光トリガ・光クエンチ回路のさらに別の実施例の1つで
ある。第7図の回路の特徴の1つは、光トリガ用光感応
素子としてS I Thyを用いることである。第7図
の回路のもう1つの特徴は、クエンチ用素子としてS 
I Thy、を用いてクエンチ用S I Thy、の光
トリガ、光クエンチを高速、高感度のp−ch、5IP
Tで行なうことである。このことにより、第7図の回路
では、第5図の回路の動作よりも高速の光クエンチが実
現てきる。
第7図の’SIサイリスタS I ’rhy、 105
のアノ−トA 106 +!、負荷抵抗RL 121を
介L テV’AK122番こバイアスされている。S 
I Thy、 105のゲートG 108は、光トリガ
用S I Thy、 ’r、’rhy、 109 のカ
ソードとクエンチ用S I Thy、 Q Thy、 
110のアノード、及びRGt 112に接続されてい
る。S I ’rhy。
105のカソードは、接地されている。T、Thy、1
09のアノードは、S I ’rhy、 105のアノ
ードA 106と共通に接続されていて、T ’rhy
、 109のゲートは、R(、t 112を介して’r
、’rhy、 109のカソードに接続されている。Q
 ’rhy、 110のゲートは、・Q ’rhy、 
110をトリガするためのp−ch、 S I P T
 Q T 113のドレイン、及びQ ’rhy、 1
10をクエンチするためのp −ch。
S I PT T’T 114のソースに接続されてい
る。Q’rhy、 110のカソードは、負の電圧vD
、111にバイアスされている。QT113のソースは
vSq 1151とバイアスされていて、Q T 11
3のゲートは、RGq117を介してVcq 119に
バイアスされている。T’T114のドレインは、Vo
t’l16にバイアスされていて、T’T 114 ノ
ゲートハ、RGt’llBを介L T、 Vct’12
0 ニハイアスされている。L T 123は、トリガ
用光パルス、L Q 124は、QT113をドライブ
するための光パルス、L T’ 125は、T’T 1
14をドライブするための光パルスである。L T 1
23 、L T’125、及びL Q 124は、第5
図fat )実施例ノLT78、LT′80、及びL 
Q 79と同じタイミングで駆動される。
第8図(alは、本曇発明による相補形Mo5sITを
用いる単一ゲート形SIサイリスタの光トリガ・光クエ
ンチ回路の実施例の1っである。
第8図(alの回路の特徴は、光トリガ・光クエンチ回
路に、相補形MOS5 IT (C,MO8S IT)
と接合形5IPTの混合回路を用いることである。低消
費電力のCMO3SITと高光感度の5IPTを組み合
わせることにより、微弱な光パワーで、光トリガ・光ク
エンチが実現できる。
第8図(alのsIサイリスタS I ’rhy、30
0のアノードA301ハ負荷抵抗RL 314を介しT
−ViK315にバイアスされていて、カソードに30
2は接地されている。S I ’rhy、 aooのゲ
ートG303は、p−ch、 M OS 304とn−
ch、 MO3305で構成されるCMOSインバータ
の出力に接続されている。
p−ch、 MO3304(7) 7−スハVt 30
81cバーイア スされテイテ、n−ch、 MOS 
305のソースはvq309にバイアスされている。C
MOSインバータの入力は、光トリガ用p−ch、 S
 I P T T TaO2のソース、及び光クエンチ
用p−ch、 S I PT  QT307のドレイン
に接続されている。T T 306  のドレインは、
vq 309にバイアスされていて、TT3060:)
 ’f −トハRGt 310 ’e介L T、 Vc
t 312 ICバイアスされている。Q T 307
のソースは、Vr308にバイアスされていて、Q T
 307のゲートは、Rcq 311を介してVcq 
313にバイアスされている。L T 316は、トリ
ガ用光パルス、LQ317は、クエンチ用光パルスを示
している。第8図(blは、L、 T 316、L Q
 317のそれぞれの駆動パルス波形VLT 318、
VLQ 319 トS I Thy、 300 ノアノ
ード電位波形YAK 320を示している。
S I Tby、 300が、■λに315をブロック
している状態て、T T 306にL T 316が照
射されると、CMOSインバータの入力は、Vq309
により負ニハイアスされ、p−ch、 M OS 30
4はオンしてn−ch、 MOS 305はオフする。
このことにより、S I ’rhy、 aooのゲート
G303は、Vt 30Bにより正にバイアスされて、
 S I ’rhy、 aooはオンする。
次+c S I Thy、 300がオンしている状態
でQ T 307にL Q 317が照射されると、C
MOバイアスく−タの入力は、 Vt 208により正
にバイアスされ、p−ch、 M OS 304はオフ
してn−ah、 MOS 305はオンする。このため
S I ’rhy、 aooのゲー1−G303はVq
 209 ニJ1. リ負ニハイアスサレ、S I ’
rhy、ao。
はオフする。CMOSインバータの駆動は、p−ch、
 MOS 304、n−ah、 MO5305のゲート
MOSキャパシタの微小なキャリアの充放電により行な
われるので、第8図(al、 (blの動作方式では、
微弱光での動作が実現できる。
第9図+a)は1本発明によるダブルゲート型SIサイ
リスタの光トリガ・光クエンチ回路の実施例の1っであ
る。第9図(alの回路の特徴の1つは、ダブルゲート
型SIサイリスタを主サイリスタとして用いていること
である。第9図(alの回路のもう1つの特徴は、第7
図の実施例に示した高速光トリガ・光クエンチを実現す
る回路を、第1ゲート及び第2ゲートに応用しているこ
とである。上述の特徴により第9図(atの回路では、
単一ゲート型S■サイリスタまたは従来のサイリスタ、
GTOで見られたティリング電流のない高速クエンチが
実現できる。また、単一ゲート型SIサイリスタの高速
光トリガ・光クエンチ回路よりもさらに高速の光トリガ
・光クエンチが実現できる。
第9図11)のD G S I ”rhy、 126は
、ダブルゲート型S I ’rhy、である。D G 
S I ’rhy、 126のアノード127は、負荷
抵抗RL155を介してV’AK 156にバイアスさ
れている。D G S I ’rhy、 126の第1
ゲー1− G 1129は、第1ゲートの光トリガ周上
ch、  S I PT TT 1131のドレイン、
及び第1ゲートの光クエンチ用p−ch、  S r 
T QT 1 135のソースに接続されている。D 
G S I ’rhy、 126の第2ゲートG213
0は、第2ゲートの光トリガ用p−ch、  S I 
PT TT2143のソース、及び第2ゲートの光クエ
ンチ用p−ah、 S I T  QT2147のドレ
インに接続されている。D G S I ’rhy。
126のカンードに128は、接地されている。TTl
  131(7)7−スに!、正の電圧V5t 113
21m ”イアスされていて、TT1131のゲートは
、 RGtt133を介してVGt11341こバイア
スされている。QT1135のドレインは、負の電圧V
sqr 136にバイアスされている。QT1135の
ゲートは、RGQI 137を介してVGQI 138
にバイアスされていると共に、QT1135をドライブ
するためのp−ch、5IPTQ’T 1 139のソ
ースに接続されている。Q’T1139のドレインは、
VDQ’l 140にバイアスされていて、Q’T 1
139のゲートは、RGQ’l を介してVGq ’ 
1142にバイアスされている。TT2143のドレイ
ンは、負の電圧VDt2144にバイアスされていて、
TT2143のゲートは、RGt2145を介してVa
tz 146にバイアスされている。QT2147のソ
ースは、正の電圧vs、1481こバイアスされている
。QT2147のゲートは、RGQ2149を介してV
Gqz 15Qにバイアスされていると共に、 QT2
147をドライブするためのp−ah、5IPTQ’T
 2 151のソースに接続されている。Q’T215
1のドレインは、VDQ’2152にバイアスされてい
て、Q’T 2 151 ノケー) ハ、RGQ’2 
ヲ介シテvGq′2154にバイアスされている。LT
1157及びり、T2159は、それぞれTT1131
及びTT2143をドライブするためのトリガ用光パル
スである。また、LQ1158及びLQ2160は、そ
れぞれQ’T1139及びQ’T2151をドラ、イブ
するためのクエンチ用光パルスである。第9図(blに
は、LT1157、LT2159、LQ1158、LQ
2160のそれぞれの駆動波形VLTI 161、VL
T2163、VLgl 162、VLQ2164と、D
 G S I ’rhy、  126のアノードA12
7の電位波形VAK 165を示している。
D G S I ’rhy、  126のゲートG11
29、G 2130↓ に接続される回路は、第3図乃第8図の実施例に示した
回路中の単一ゲート型S I ’rhy、のゲートに接
続されている回路のいづれてあってもよい。
さらに、第3図乃至第9図の実施例に示した回路中のp
−ch、 S I PT、 p−ch、 S I Tは
、ノーマリオンでもノーマリオフのどちらでもよいし、
nチャンネルでもよい。また、第3図乃至第9図の実施
例に示した回路中のS I ’rhy、は、ノーマリオ
ンでもノーマリオフでもよい。
サラニハ、HEMT、MODFET、PBT。
HEMT型S IT%Mo5s IT、Mo5s I’
rhy、等を光感応素子、及びクエンチ用素子として用
いる回路もある。
〔発明の効果〕
以上説明した本発明の実施態様のうち、最も基本的な部
分であるところの第3図(a)、(bl、第4図、第6
図の実施例の実験結果を説明する。
第10図及び第11図には、第3図(a)、(blの実
施例の実験結果を示す。
第3図+al中)S I Thy、 31としては、ノ
ーマリオフ型SIサイリスタを用いている。素子の面積
は、1.0X10−1dで開口面積は1.8X10−3
dである。光トリガ用p−ch、 S I P T T
T 35としては、面積2.95M”、開口面積1.0
1mm”のノーマリオン型p−ch、5IPTを用いて
いる。光クエンチ用p−ah、  S I PT QT
36としては、面積55.38 mr4、開口面積6.
38−のノーマリオン型p−ch、5IPTを用いてい
る。第3図(aA中の各回路パラメータは、Vsi =
 5.OV 、 VDQ = −27,OV、 RGt
 = 100に、Q。
RGq=IMΩ、Vat = 8.OVlVaq = 
8.5 V、LTの光電力は123μW、LQの光電力
は1.15mWである。第10図は、VAK二540■
、IAK=LAのスイッチング波形である。第10図中
にはアノード電位波形YAK 、  アノード電流波形
IAK、トリガ周光パルス駆動波形LT、クエンチ用光
パルス駆動波形LQが示しである。第1図(blに示し
た様に、VLT 13 カ入ッテカラvAK15カ全体
〕9096ノ値まで変化する時間をTdon 16.9
o96から1096まで変化する時間をTr 17、V
LQ 14が入ってからVAK15が全波高値の109
6になるまでの時間をTdoff18.1096から、
ターン・オフ波形の変曲点が現われるまでの時間をTf
 19 、及び変曲点から9096まで変化する時間を
Tta20とする。第10図に示た。第11図は、ブロ
ック電圧をパラメータとした、Tdon、Trのトリガ
用光パルスの光電力密度PL、T (m W / aA
 )依存性を示している。横軸1ζは、光トリガ用5I
PTに実際に入射した光電力PLT (μW)も同時に
示しである。第11図には、Tdoff 、 Tf 、
 Tttも示しである。クエンチ用光パルスの光電力密
度PLQ = 16 m W/C1l!、光クエンチ用
p’−ch、  S r P Tに入射している光電力
は、1.02TrLWである。以上の結果から第3図(
a)、fb)の回路構成と光パルスで、540V、IA
が光だけで高速スイッチングされていることがわかる。
次に、第12図は、第4図の実施例の実験結果を示す。
第4図の5IThy、50としては、面積1.0d、開
口面積4.63xlO’d、実効チャンネル領域?、1
3 X 1O−3cdのノーマリオフ型SIサイリスタ
を用いている。光トリガ用S I Thy、 ’r、T
hy。
54としては、面積1.0d、開口面積2.79 X 
10)−3c4、実効チャンネル領域2.79xlO”
dのノーマリオフ型SIサイリスタを用い、光クエンチ
用p −ch、5IPTとしては、面積55.38d、
開口面積6.38−の7−マリオン型p−ch、5IP
Tを用いている。第4図中の各回路パラメータは、Rに
t =0Ω、vDq=  20 V 、 Raq = 
I M Q、VGq = 7.7 V。
トリガ用光パルス電力密度は、15mW/i、  クエ
ンチ用光パルス電力密度は、16mW/cdである。第
12図には、アノード電位波形VAK、アノード電流波
形IAK、トリガ用光パルスの駆動波形LT、クエンチ
用光パルスの駆動波形LQを示しである。この実験結果
から、第4図の回路形式で500■、IAが、Tdon
 = 560 n Sec 、 Tr =270nSe
C,Tdoff = 1.15μsec、 Tf +T
ta=28 p secて、光だけでスイッチングして
いることがわかる。
第13図乃至第16図には、第6図(a)、(blに示
す実施例の実験結果を説明する。第6図中のS’I’r
hy、 85としては、第4図の実施例の実験て用いた
S I ’rhy、を用いた。第6図+ai中)TT8
9、Q T 90には第3図の実施例の実験で用いた光
トリガ用p−ch、 S I P T 、光クエンチ用
p−ch、5IPTをそれぞれ用いた。Q’T97とし
ては、TT89と同じp−ch、5IPTを用いた。第
6図fal中の各回路パラメータは、Vst == 7
.OV 、 Doq =  18.0■、R(、t =
 100に、Q、RGq = 100にΩ、Vat =
 12.OV 。
VGq ” 5.9 V、RGq’ = 100KΩ、
VGq’= 11.3 V テある。
第13図は、第6図(al、(bl (7)実施例テ(
D400V、IAスイッチングの動作波形を示している
。第13図中には、アノード電位波形VAK 、アノー
ド電流波形IAK%  トリガ用光パルスの駆動波形L
T及びクエンチ用光パルスの駆動波形QTを同時に示し
である。トリガ用光パルス、及びクエンn sec%T
r=300 n sec、 Tdoff =660 n
 sec、 Tdoff + Tf = 22μsec
でスイッチングしていることがわかる。第3図fal、
(b)、及び第4図の実施例の実験結果と比較してター
ン・オフ、遅れ時間Tdoffカ大きく改善されている
第14図は、アノード阻止電圧VAKをパラメータとし
た、ターン・オン速度のトリガ用光パルス電力密度依存
性である。アノード電流IAK:1 A.PLQ ”1
1mW/ofで、回路は、第13図の実験と同一である
。さらに第15図は、アノード阻止電圧VAKをパラメ
ータとしたターン・オフ速度のクエンチ用光パルス電力
密度依存性(IAK=IA、PLT = 9.5 mW
/cd )第16図は、動作速度ノアノード電流依存性
( VAK = 400 V SP.LT = 9.5
 mW/aA,PLg=11mW/cJ )の測定結果
である。
第13図乃至第16図の実験結果から、第6図(a)、
+b)の回路と光パルスで,400V,IAが光のみて
高速スイッチングされていることがわかる。
本発明による光トリガ・光クエンチ静電誘導サイリスタ
を用いれば、光だけで高速、高効率な直交変換が実現で
きる。
大電力部分と制御回路を電気的に完全に分離することが
できるために大電力の高効率な直交変換装置として、極
めて利用価値が高い。その他、中小電力用としても広《
応用できるものである。
他の実施例についても同様の結果が得られる,以上説日
Hした賞方但filよ,イ団か1部品7・構成ざれib
,b..ar−イ碩一到の寅′施仲I1肩υ入1るqイ
リス?、Fランジス9の一{ハレ0−会部か゛月−4J
!一上式IL穢化マ九11.+1trよν1−第1図(
a)は従来形光トリガ・光クエンチSIサイリスタの回
路構成例、第1図fb)は第1図ta)の回路を駆動す
るための光パルスと動作波形例、第2図は従来形光トリ
ガ・光クエンチSIサイリスタの別な回路構成例、第3
図は本願発明の光トリガ・光クエンチSIサイリスタで
トリガ用光感応素子としてp−ch.srPT、クエン
チ用光感応素子として同じ< p−ch. S I P
 Tを用いる回路例、第4図は本発明による光トリガ・
光クエンチSIサイリスタでトリガ用光感応素子として
S I P Th:/.を用い、クエンチ用光感応素子
としてp−ch.sIPTを用いる回路例、第5図(a
lは本発明による光トリガ・光クエン゛チSIfイリス
タで、トリガ用光感応素子としてSI P Th,y.
を用イ、クエンチ用回路ニS I P Thyとp−c
h.sIPTの混合回路を用いる回路例、第5図+b)
は第5図[alの回路を駆動するための光パルスと動作
波形例、第6図は本発明にょる光トリガ・光クエンチS
Iサイリスタで、トリガ用光感応素子としてSIPTを
用い、クエンチ用回路にSITとSITをドライブする
ためのSIPTを用いる回路例、第7図は本発明による
光トリガ・光クエンチSIサイリスタでトリガ用光感応
素子としてS I P Thy.を用い、クエンチ用回
路として、S I Thy.とS I ’rhy.をド
ライブするだめのS I PT, S I ’rhy.
をクエンチするためのSIPTを用いる回路例、第8図
(alは本発明による光トリガ・光クエンチSIサイリ
スタで光トリガ・光クエンチ用回路としてMOSS I
Tと接合形SIPTの混合回路を用いる回路例、第8図
fblは第8図fa)の回路を駆動するための光パルス
と動作波形例、第9図fa)は本発明による光トリガ・
光クエンチダブルゲート形SIサイリスタの回路例、第
9図tb)は第9図ta+の回路を駆動するための光パ
ルスと動作波形例、第10図及び第11図は第3図の実
験結果、第12図は第4図の実施例の実験結果、第13
図乃至第16図は第6図の実施例の実験結果てある。
1、21、31、50、64、85、105、3oo1
・・・・・・単一ゲート形静電誘導サイリスタ、2、2
2、32、51、65、86、106、301、・・・
・・・・・・単一ゲート形静電誘導サイリスタのアノー
ド、3、23、33、52、66、87、107、30
2、−・・・・・・・・単一ゲート形静電誘導サイリス
タのカソード、4、24、34、53、67、88、1
08、303、・・・・・・・・・単一ゲート形静電誘
導サイリスタのゲート、5・・・光トリガ用光感応素子
、6、25・・・光クエンチ用光感応素子、35、72
、89、114、306、131、1439・・・・・
光トリガ用pチャンネル静電誘導ホトトランジスタ、3
6、55,97、113、307、139,151、・
・・・・・・・・光クエンチ用pチャンネル静電誘導ホ
トトランジスタ、54,68、109、・・・・・・・
・・ 光トリガ用静電誘導ホトサイリスタ、69、・・
・・・・・・・ 光クエンチ用静電誘導ホトサイリスタ
, 90 ,. 135 , 147、・・・・・・光
クエンチ用pチャンネル静電誘導トランジスタ、110
・・・・・・光クエンチ用静電誘導サイリスタ、304
・・・・・・光トリガ用pチャンネルMOS形静電誘導
}・ランジスタ、305・・・・・・光クエンチ用nチ
ャンネルMOS形静電誘導トランジスタ、127溶グO
図 第12図 筋/3図 手  続  補  正  書  (方式)昭和59年1
2月26日 4@ 2、発明の名称 光トリガ・光クエンチ静電誘導サイリ
スタ 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 宮城県仙台市川内(番地なし)昭和59年11
月27日 5、補正の対象 「明細書の発明の詳細な説明の欄」 「明細書の図面の簡単な説明の欄」 [図面(第10図、第12図及び第136、補正の内容 別紙の通り 1、本願明細書第31頁第7行乃至第8行記載の「スイ
ッチング波形」を「スイッチング波形の写真Jと補正す
る。
2、同書第32頁第12行乃至第13行記載の「第12
図は、・・・示す。Jをri12図は、第4図の実施例
の実験結果を示すオシロ波形の写真である。jと補正す
る。
3、同書第34頁第6行記載の[8作波形を示している
。」を「動作波形を示しているオシロ波形の写真である
。」と補正する。
4、同書第37頁第17行乃至第18行記載の「第10
図・・・第13図」を次の通り補正する。
「第10図は第3図の実験結果を示すオシロ波形の写真
、第11図は第3図の実験結果、第12図は第4図の実
施例の実験結果を示すオシロ波形の写真、第13図は第
6図の実施例の実験結果を示すオシロ波形の写真、第1
4図」と補正する。
5、図面第10図、第12図及び第13図を添付図面の
如(補正する。
第10図 第72図 1813図

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)単一ゲート形静電誘導サイリスタと、そのゲート
    に接続された第一及び第二の光感応素子と、第一の光感
    応素子へ第一の光信号を照射する光源及び伝送媒体手段
    と第二の光感応素子へ第二の光信号を照射する光源及び
    伝送媒体手段とから構成され、第一の光信号によって該
    単一ゲート形静電誘導サイリスタがターン・オンされ、
    第二の光信号によって該単一ゲート形静電誘導サイリス
    タがターン・オフされることを特徴とする光トリガ・光
    クエンチ静電誘導サイリスタ。
  2. (2)第一及び第二の光感応素子がそれぞれ、第一及び
    第二の静電誘導ホトトランジスタで構成されたことを特
    徴とする前記特許請求の範囲第一項記載の光トリガ・光
    クエンチ静電誘導サイリスタ。
  3. (3)第一の光感応素子が静電誘導ホトサイリスタ、第
    二の光感応素子が静電誘導ホトトランジスタで構成され
    たことを特徴とする前記特許請求の範囲第一項記載の光
    トリガ・光クエンチ静電誘導サイリスタ。
  4. (4)単一ゲート形SIサイリスタと、そのゲートに接
    続された第一及び第二の光感応素子と、さらに第二の光
    感応素子の制御電極に接続された第三の光感応素子と、
    第一及び第三の光感応素子へ第一及び第三の光信号をほ
    ぼ同時に照射する複数もしくは単一の光源及び伝送媒体
    手段と、第二の光感応素子へ第二の光信号を照射する光
    源及び伝送媒体手段とから構成され、第一及び第三の光
    信号によって該単一ゲート形SIサイリスタがターン・
    オンされ、第二の光信号によって該単一ゲート形SIサ
    イリスタがターン・オフされることを特徴とする光トリ
    ガ・光クエンチ静電誘導サイリスタ。
  5. (5)第一及び第二の光感応素子がそれぞれ第一及び第
    二の静電誘導ホトサイリスタ、第三の光感応素子が静電
    誘導ホトトランジスタで構成されたことを特徴とする前
    記特許請求の範囲第四項記載の光トリガ・光クエンチ静
    電誘導サイリスタ。
  6. (6)単一ゲート形SIサイリスタと、該単一ゲート形
    SIサイリスタのゲートに接続された第一の光感応素子
    と、さらに該単一ゲート形静電誘導サイリスタのゲート
    に接続された増幅素子と、その増幅素子のゲートに接続
    された第二の光感応素子と、第一の光感応素子へ第一の
    光信号を照射する光源及び伝送媒体手段と、第二の光感
    応素子へ第二の光信号を照射する光源及び伝送媒体手段
    とから構成され、第一の光信号によって該単一ゲート形
    静電誘導サイリスタがターン・オンされ、第二の光信号
    によって該単一ゲート形静電誘導サイリスタがターン・
    オフされることを特徴とする光トリガ・光クエンチ静電
    誘導サイリスタ。
  7. (7)第一の光感応素子が第一の静電誘導ホトトランジ
    スタ、第二の光感応素子が第二の静電誘導ホトトランジ
    スタ、前記増幅素子が静電誘導トランジスタで構成され
    たことを特徴とする前記特許請求の範囲第六項記載の光
    トリガ・光クエンチ静電誘導サイリスタ。
  8. (8)単一ゲート形静電誘導サイリスタとそのゲートに
    接続された第一の光感応素子と、さらに該単一ゲート形
    静電誘導サイリスタのゲートに接続された増幅素子と、
    その増幅素子のゲートに接続された第二及び第三の光感
    応素子と、第一及び第三の光感応素子へ第一及び第三の
    光信号をほぼ同時に照射する複数もしくは単一の光源及
    び伝送媒体手段と、第二の光感応素子へ第二の光信号を
    照射する光源及び伝送媒体手段とから構成され、第一及
    び第三の光信号によって該単一ゲート形静電誘導サイリ
    スタがターン・オンされ、第二の光信号によって該単一
    ゲート形静電誘導サイリスタがターン・オフされること
    を特徴とする光トリガ・光クエンチ静電誘導サイリスタ
  9. (9)第一の光感応素子及び増幅素子がそれぞれ静電誘
    導ホトサイリスタ、静電誘導サイリスタで構成され、第
    二及び第三の光感応素子がそれぞれ静電誘導ホトトラン
    ジスタで構成されたことを特徴とする前記特許請求の範
    囲第八項記載の光トリガ・光クエンチ静電誘導サイリス
    タ。
  10. (10)単一ゲート形静電誘導サイリスタと、そのゲー
    トに接続された第一及び第二の増幅素子と、該第一及び
    第二の増幅素子のゲートに接続された第一及び第二の光
    感応素子と、第一の光感応素子へ第一の光信号を照射す
    る光源及び伝送媒体手段と、第二の光感応素子へ第二の
    光信号を照射する光源及び伝送媒体手段とから構成され
    、第二の光信号によって該単一ゲート形静電誘導サイリ
    スタがターン・オンされ、第一の光信号によって該単一
    ゲート形静電誘導サイリスタがターン・オフされること
    を特徴とする光トリガ・光クエンチ静電誘導サイリスタ
  11. (11)第一の増幅素子がpチャンネルMOS形静電誘
    導トランジスタ、第二の増幅素子がnチャンネルMOS
    形静電誘導トランジスタ、第一及び第二の光感応素子が
    静電誘導ホトトランジスタで構成されたことを特徴とす
    る前記特許請求の範囲第十項記載の光トリガ・光クエン
    チ静電誘導サイリスタ。
  12. (12)ダブルゲート形静電誘導サイリスタと、その第
    一ゲート及び第二ゲートのそれぞれに接続された、前記
    特許請求の範囲第一項〜第十一項記載の単一ゲート形静
    電誘導サイリスタのゲートに接続された光トリガ・光ク
    エンチ回路と、前記特許請求の範囲第一項〜第十一項記
    載の光源及び伝送媒体手段とで構成されたことを特徴と
    する光トリガ・光クエンチ静電誘導サイリスタ。
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