JPS62279711A - Composite semiconductor device - Google Patents
Composite semiconductor deviceInfo
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- JPS62279711A JPS62279711A JP61122788A JP12278886A JPS62279711A JP S62279711 A JPS62279711 A JP S62279711A JP 61122788 A JP61122788 A JP 61122788A JP 12278886 A JP12278886 A JP 12278886A JP S62279711 A JPS62279711 A JP S62279711A
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/56—Electronic 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
- H03K17/567—Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
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Abstract
Description
3、発明の詳細な説明 3. Detailed description of the invention
本発明はバイポーラトランジスタ(以下BPTとも略す
)と電界効果トランジスタ(以下FETとも略す)とを
備えた複合半導体装置であって、特に小電力を用いて大
電力の高速開閉を行うような半導体装置に関する。
なお以下各図において同一の符号は同一または相当部分
を示す。The present invention relates to a composite semiconductor device comprising a bipolar transistor (hereinafter also abbreviated as BPT) and a field effect transistor (hereinafter also abbreviated as FET), and particularly relates to a semiconductor device that performs high-speed switching of high power using small electric power. . Note that in the following figures, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
第2図、第3図はそれぞれこの種の複合半導体装置の回
路図である。
第2図は主回路電流を開閉する主BPTQ1の前段にダ
ーリントン接続の補助FETQ12を備えた複合半導体
装置の回路を示し、Esは主回路電源、Lは主回路負荷
、eGはBPTQIのエミッタEを基準電位としてFE
TQ12のゲートGを駆動する開閉信号電圧で、FET
Q12のオン、オフを介してBPTQlをオン、オフし
主回路電流ICをスイッチング開閉する。この回路では
開閉信号電圧eGによってFETQ12のゲートGを駆
動するため駆動用電力は極めて小電力で済むが、反面、
前段FETQ12として後段の主BPTQ1と同じ耐圧
が必要となるため、FETQI2のオン抵抗RDS (
ON)が高いものとなり、そのため主回路電流Tcの通
電中におけるBPTQlのコレクタ・エミッタ間電圧V
CB (sat)を持ち上げるため、この複合半導体
装置の発熱が大きくなると言う問題点がある。
第3図はいわゆるカスコード接続と呼ばれる複合半導体
装置の回路を示し、主BPTQIのコレクタC・エミッ
タEと、主FETQ2のドレインD・ソースSとは、エ
ミッタEとドレインDにおいて直列に接続されて、主回
路電流(便宜上コレクタ電流とも呼ぶ)ICを開閉する
。なおトランジスタQ1とQ2を合わせ便宜上複合トラ
ンジスタと呼ぶ。またBPTQlのベースBとF ET
Q2のソースS間にはベースB側がカソード側となるよ
うにツェナダイオードZ1が接続されている。
FETQ2のゲートG・ソースS間には図外の駆動回路
を介して、コレクタ電流ICのオン、オフを指令する開
閉信号電圧eGが与えられ、またBPTQIのベースB
とFETQ2のソースS間に設けられたベース電源EB
を介して、F ETQ2のオンの際、前記ベースBには
ベース電流IB1が供給される。
この回路は一般にFETのスイッチング速度がバイポー
ラトランジスタより速いことに着目して、高速、低耐圧
のFETQ2と低速、高耐圧のバイポーラトランジスタ
Q1とを組合わせ高速、高耐圧の複合スイ・ノチング素
子を得ようとする回路である。
すなわち、まず複合トランジスタQl、Q2をターンオ
ンさせる場合を述べると、この回路では、BPTQIの
エミッタ已にFETQ2が接続されてベース電流IBI
を開閉し得るところから、BPTQIのベースBに与え
られるベース電圧eBは比較的高い電圧とすることがで
きるので、FETQ2にこのトランジスタQ2をターン
オンさせるべき開閉信号電圧eGを与えると、そのドレ
インD・ソース8間電圧VDSが急峻に下降することに
よってベース電流IBIを急峻に立上がらせ、BPTQ
I 従って複合トランジスタQl、Q2を急速にターン
オンさせることができる。なおこの場合のツェナダイオ
ードZ1はオフ(無通電)状態にある。
他方複合トランジスタQl、Q2をターンオフさせる場
合には、FETQ2にこのトランジスタQ2をターンオ
フさせるべき開閉信号電圧eGを与えると、FETQ2
のドレイン・ソース間電圧VDSが急峻に高まり、自身
に流れるコレクタ電流ICを遮断する。この瞬間BPT
Q1のベース・エミッタを流れていたコレクタ電流IC
はツェナダイオードZ1に転流する。このようにしてB
PTQlのベース部の蓄積キャリアは急速に放出される
ので、該トランジスタQl、従って複合トランジスタQ
l、Q2は急速にターンオフし、コレクタ電流ICを遮
断することができる。
なお、ツェナダイオードZ1は、FETQ2のターンオ
フ時、すなわちコレクタ電流ICの前記の転流の際には
、FETQ2のドレイン・ソース間電圧VDSをターン
オフ可能な限界電圧(スイッチング阻止電圧BVDS)
以下に保ち、他方複合トランジスタQl、Q2がオンし
ている場合には、ベース電源EBからBPTQIのベー
スB側に供給されるベース電流IBIがツェナダイオー
ドz1に無駄に分流することを阻止するものであるが、
回路条件によっては必須のものではない。
このように第3図でもFBTQ2のゲートGの駆動によ
って主回路電流1cを開閉できるため駆動用電力は小電
力で足りると共に、FETQ2は低耐圧のもので済み、
従ってそのオン抵抗が低く低損失とすることができる。
しかしながら他方BPTQIについては、そのターンオ
フ時(前記コレクタ電流1cの転流時)には、通常のス
イッチングモードと異なり、夕一ンオフコレクタ電流1
cがBPTQIのコレクタ・ベース間に流れると同時に
そのコレクタ側に高電圧が発生し、大きな損失がBPT
QIの半導体チップ内ベース領域に発生するため、通常
のバイポーラトランジスタと異なりベース領域の広いト
ランジスタが必要となる。そのためBPTQlは通常の
バイポーラトランジスタより広くしたベス領域分だけチ
ップサイズの大きな真価なトランジスタとなる問題点が
ある。FIGS. 2 and 3 are circuit diagrams of this type of composite semiconductor device, respectively. Figure 2 shows the circuit of a composite semiconductor device equipped with a Darlington-connected auxiliary FETQ12 in front of the main BPTQ1 that switches on and off the main circuit current, where Es is the main circuit power supply, L is the main circuit load, and eG is the emitter E of the BPTQI. FE as reference potential
With the opening/closing signal voltage that drives the gate G of TQ12, the FET
BPTQl is turned on and off through the on and off of Q12, and the main circuit current IC is switched on and off. In this circuit, the gate G of FET Q12 is driven by the open/close signal voltage eG, so the driving power is extremely small, but on the other hand,
Since the front stage FETQ12 needs to have the same breakdown voltage as the main BPTQ1 at the rear stage, the on-resistance RDS of FETQI2 (
ON) becomes high, and therefore the collector-emitter voltage V of BPTQl while main circuit current Tc is flowing.
Since the CB (sat) is raised, there is a problem in that the heat generation of this composite semiconductor device increases. FIG. 3 shows a circuit of a composite semiconductor device called a cascode connection, in which the collector C and emitter E of the main BPTQI and the drain D and source S of the main FET Q2 are connected in series at the emitter E and drain D. Main circuit current (also called collector current for convenience) opens and closes the IC. Note that the transistors Q1 and Q2 are collectively referred to as a composite transistor for convenience. Also, the base B of BPTQl and FET
A Zener diode Z1 is connected between the source S of Q2 so that the base B side is the cathode side. An open/close signal voltage eG for commanding the collector current IC to turn on or off is applied between the gate G and the source S of the FETQ2 via a drive circuit not shown in the figure, and the base B of the BPTQI
and the base power supply EB provided between the source S of FETQ2 and the source S of FETQ2.
When FETQ2 is turned on, base current IB1 is supplied to the base B through FETQ2. Focusing on the fact that the switching speed of FETs is generally faster than that of bipolar transistors, this circuit combines a high-speed, low-voltage FET Q2 and a low-speed, high-voltage bipolar transistor Q1 to obtain a high-speed, high-voltage composite switching element. This is the circuit we are trying to use. That is, first, let us describe the case where the composite transistors Ql and Q2 are turned on. In this circuit, FETQ2 is connected across the emitter of BPTQI, and the base current IBI
Since the base voltage eB applied to the base B of BPTQI can be set to a relatively high voltage since it can be switched on and off, if a switching signal voltage eG to turn on this transistor Q2 is applied to FETQ2, its drain D. As the voltage VDS between the sources 8 and 8 suddenly falls, the base current IBI rises sharply, and the BPTQ
I Therefore, the composite transistors Ql and Q2 can be quickly turned on. Note that the Zener diode Z1 in this case is in an OFF (non-energized) state. On the other hand, when turning off the composite transistors Ql and Q2, if a switching signal voltage eG to turn off this transistor Q2 is applied to FETQ2, FETQ2
The drain-source voltage VDS of the transistor rises sharply, cutting off the collector current IC flowing through itself. This moment BPT
Collector current IC flowing through the base and emitter of Q1
is commutated to Zener diode Z1. In this way B
The accumulated carriers at the base of PTQl are rapidly released, so that the transistor Ql and hence the composite transistor Q
1, Q2 can quickly turn off and cut off the collector current IC. Note that the Zener diode Z1 has a limit voltage (switching blocking voltage BVDS) that can turn off the drain-source voltage VDS of the FET Q2 when the FET Q2 is turned off, that is, when the collector current IC is commutated.
This function prevents the base current IBI supplied from the base power supply EB to the base B side of BPTQI from being shunted to the Zener diode z1. Yes, but
It is not essential depending on the circuit conditions. In this way, in Fig. 3, the main circuit current 1c can be switched on and off by driving the gate G of FBTQ2, so a small amount of driving power is sufficient, and FETQ2 only needs to have a low withstand voltage.
Therefore, its on-resistance is low and loss can be reduced. However, on the other hand, when BPTQI is turned off (when the collector current 1c is commutated), unlike the normal switching mode, the turn-off collector current 1
At the same time as c flows between the collector and base of BPTQI, a high voltage is generated on the collector side, causing a large loss in BPTQI.
Since QI occurs in the base region of the semiconductor chip, a transistor with a wide base region is required, unlike a normal bipolar transistor. Therefore, BPTQl has the problem that it becomes a real transistor with a larger chip size than a normal bipolar transistor by the width of the base area.
本発明は前記の問題点を解決し、高耐圧のFETやベー
ス領域の大きい高価なりPTを用いることなく、小電力
で駆動できる複合半導体装置を提供することを目的とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a composite semiconductor device that can be driven with low power without using a high-voltage FET or an expensive PT with a large base area.
本発明の要点は主回路電流(ICなど)を開閉する第1
のバイポーラトランジスタ゛(主B PTQlなど)の
コレクタに、第2のバイポーラトランジスタ(補助BP
TQIIなど)のコレクタを接続し、この第2のバイポ
ーラトランジスタのエミッタに電界効果トランジスタ(
補助FETQ12Aなど)のドレインを接続し、この電
界効果トランジスタのソースを前記第1のバイポーラト
ランジスタのベースに接続し、前記第2のバイポーラト
ランジスタのベースと前記第1のバイポーラトランジス
タのエミッタとの間にこの第2のバイポーラトランジス
タにベース電流を供給するための直流電源(EBなど)
を設け、前記電界効果トランジスタのゲートと前記第1
のバイポーラトランジスタのエミッタとの間に前記の主
回路電流を開閉するための信号電圧(開閉信号電圧eG
など)を加えるようにした点にあり、これにより特別な
特性を持つ素子を用いることなく低い駆動電力で高圧。
大電流を開閉できるようにした点にある。The key point of the present invention is that the main circuit current (IC, etc.)
A second bipolar transistor (auxiliary BPQl, etc.) is connected to the collector of a bipolar transistor (main BPTQl, etc.)
Connect the collector of a field-effect transistor (such as TQII) to the emitter of this second bipolar transistor (
auxiliary FET Q12A, etc.), the source of this field-effect transistor is connected to the base of the first bipolar transistor, and the base of the second bipolar transistor and the emitter of the first bipolar transistor are connected to each other. A DC power supply (such as EB) for supplying base current to this second bipolar transistor
is provided, and the gate of the field effect transistor and the first
The signal voltage for switching the main circuit current between the emitter of the bipolar transistor (switching signal voltage eG
etc.), which enables high voltage with low drive power without using any elements with special characteristics. The key point is that it can switch on and off large currents.
第1図は本発明装置の一実施例としての回路図で、第2
図、第3図に対応するものである。
第1図においては、第2図における高耐圧のFETQ1
2に代わり、第3図のようにカスコード接続、された高
耐圧の補助B P T Qllと低耐圧の補助F E
T Q12Aが用いられている。この回路ではカスコー
ド接続の補助BPTQIIと補助FETQ12Aの開閉
動作はこの2つの補助トランジスタQ11゜Q12Aの
主回路に主BPTQIのベース・エミッタが直列に接続
されている点を除き第3図の回路と同じである。しかし
この場合上BPTQIのベース・エミッタ間の電圧降下
は常時小さな値であって2つの補助トランジスタQll
、Q12Aの動作への基本的な影響はなく、この動作は
第3図の複合トランジスタQ1.Q2の動作と同様であ
る。
2つの補助トランジスタQll、Q12Aのオン1オフ
に応じて主BPTQIがオン、オフすることは当然であ
る。
この回路では補助BPTQIIの転流動作は第3図の主
BPTQIの転流動作と同じであるが、補助BPTQI
Iのコレクタ電流ICIは主BPTQlのベース電流で
あるため、その値が主回路電流Icに比し充分小さいも
のとなり、補助B PTQllのベース領域の損失は小
さい値に保たれ、この補助BPTQIIに特別なトラン
ジスタを用いる必要は無くなる。またこの複合半導体装
置の開閉は補助FETQ12AのゲートGを介して行わ
れるので当然その駆動電力は小電力で足りることになる
。
さらに補助FET’Q12Aは低耐圧の安価なものでよ
く、またそのオン抵抗RDS (ON)も低く、低損失
にできる。
以上の実施例ではNPN形トランジスタQl。
QllとNチャネル形FETQ12Aとで構成された例
であるが、これに代わりPNPN上形ンジスタとPチャ
ネル形FETの同様な構成であっても同様の効果が得ら
れる。FIG. 1 is a circuit diagram as an embodiment of the device of the present invention;
This corresponds to FIG. In Figure 1, the high withstand voltage FET Q1 in Figure 2 is
In place of 2, high voltage auxiliary B P T Qll and low voltage auxiliary F E are connected in cascode as shown in Fig. 3.
TQ12A is used. In this circuit, the opening/closing operations of the cascode-connected auxiliary BPTQII and auxiliary FETQ12A are the same as the circuit in Figure 3, except that the base and emitter of the main BPTQI are connected in series to the main circuit of these two auxiliary transistors Q11 and Q12A. It is. However, in this case, the voltage drop between the base and emitter of the upper BPTQI is always a small value, and the voltage drop between the two auxiliary transistors Qll
, Q12A has no fundamental effect on the operation of the composite transistors Q1., Q12A of FIG. The operation is similar to that of Q2. It goes without saying that the main BPTQI turns on and off depending on whether the two auxiliary transistors Qll and Q12A are turned on or off. In this circuit, the commutation operation of the auxiliary BPTQII is the same as that of the main BPTQI in FIG.
Since the collector current ICI of I is the base current of the main BPTQl, its value is sufficiently small compared to the main circuit current Ic, and the loss in the base region of the auxiliary BPTQll is kept at a small value, and the loss in the base region of the auxiliary BPTQll is kept at a small value. There is no need to use a transistor. Further, since the opening and closing of this composite semiconductor device is performed via the gate G of the auxiliary FET Q12A, a small amount of driving power is naturally sufficient. Furthermore, the auxiliary FET'Q12A may be an inexpensive one with a low withstand voltage, and its on-resistance RDS (ON) is also low, resulting in low loss. In the above embodiment, the NPN transistor Ql. Although this is an example in which the transistor Qll is configured with an N-channel type FET Q12A, the same effect can be obtained by using a similar configuration of a PNPN transistor and a P-channel type FET instead.
以上の説明から明らかなように本発明によれば、主回路
電流(ICなど)を開閉する第1のバイポーラトランジ
スタ(主BPTQ1など)のコレクタに、第2のバイポ
ーラトランジスタ(補助BPT Qllなど)のコレク
タを接続し、この第2のバイポーラトランジスタのエミ
ッタに電界効果トランジスタ く補助FETQ12Aな
ど)のドレインを接続し、この電界効果トランジスタの
ソースを前記第1のバイポーラトランジスタのベースに
接続し、前記第2のバイポーラトランジスタのベースと
前記第1のバイポーラトランジスタのエミッタとの間に
この第2のバイポーラトランジスタにベース電流を供給
するための直流電源(EBなど)を設け、前記電界効果
トランジスタのゲートと前記第1のバイポーラトランジ
スタのエミッタとの間に前記の主回路電流を開閉するた
めの信号電圧(開閉信号電圧eQなど)を加えるように
し、補助FETのゲートを介して複合半導体装置の開閉
駆動を行うことにより低電力での駆動が可能となると同
時に、複合半導体装置を構成するトランジスタについて
も、BPTについては高耐圧ではあるが特別な(チップ
のベース領域が大きく高価な)BPTを用いる必要はな
く、またFETについても低耐圧で安価なものを用いる
ことができ、従って複合半導体装置を安価に構成するこ
とが可能となる。As is clear from the above description, according to the present invention, a second bipolar transistor (auxiliary BPT Qll, etc.) is connected to the collector of the first bipolar transistor (main BPTQ1, etc.) that switches on and off the main circuit current (IC, etc.). The drain of a field effect transistor (such as an auxiliary FET Q12A) is connected to the emitter of this second bipolar transistor, the source of this field effect transistor is connected to the base of the first bipolar transistor, and A DC power supply (such as EB) for supplying a base current to the second bipolar transistor is provided between the base of the bipolar transistor and the emitter of the first bipolar transistor, and A signal voltage (opening/closing signal voltage eQ, etc.) for switching the main circuit current is applied between the emitter of the bipolar transistor No. 1 and the opening/closing drive of the composite semiconductor device via the gate of the auxiliary FET. At the same time, it is possible to drive with low power, and at the same time, there is no need to use a special BPT (which has a large chip base area and is expensive), although it has a high breakdown voltage, for the transistors that make up the composite semiconductor device. FETs having low breakdown voltage and low cost can also be used, so that it is possible to construct a composite semiconductor device at low cost.
第1図は本発明装置の一実施例としての回路図、第2図
、第3図は第1図に対応する従来装置のそれぞれ異なる
構成を示す回路図である。
ESz主回路電源、L:主回路負荷、Qlz主バイポー
ラトランジスタ(主BPT) 、Qll:補助バイポー
ラトランジスタ(補助B PT) 、Q12A:補助電
界効果トランジスタ(補助FET)、EB:ベース電源
、eG:開閉信号電圧。
、?1図
オ 2図
[−
オ 3図FIG. 1 is a circuit diagram as an embodiment of the device of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are circuit diagrams showing different configurations of conventional devices corresponding to FIG. 1. ESz main circuit power supply, L: main circuit load, Qlz main bipolar transistor (main BPT), Qll: auxiliary bipolar transistor (auxiliary BPT), Q12A: auxiliary field effect transistor (auxiliary FET), EB: base power supply, eG: opening/closing signal voltage. ,? Figure 1 O Figure 2 [- O Figure 3
Claims (1)
タの前段に、第2のバイポーラトランジスタと電界効果
トランジスタをカスコード接続してなる複合素子をダー
リントン接続したことを特徴とする複合半導体装置。 2)特許請求の範囲第1項に記載の装置において、主回
路電流を開閉する第1のバイポーラトランジスタのコレ
クタに、第2のバイポーラトランジスタのコレクタを接
続し、この第2のバイポーラトランジスタのエミッタに
電界効果トランジスタのドレインを接続し、この電界効
果トランジスタのソースを前記第1のバイポーラトラン
ジスタのベースに接続し、前記第2のバイポーラトラン
ジスタのベースと前記第1のバイポーラトランジスタの
エミッタとの間にこの第2のバイポーラトランジスタに
ベース電流を供給するための直流電源を設け、前記電界
効果トランジスタのゲートと前記第1のバイポーラトラ
ンジスタのエミッタとの間に前記の主回路電流を開閉す
るための信号電圧を加えるようにしたことを特徴とする
複合半導体装置。[Claims] 1) A composite device characterized in that a composite element formed by cascode-connecting a second bipolar transistor and a field effect transistor is connected in Darlington in front of a first bipolar transistor that switches on and off the main circuit current. Semiconductor equipment. 2) In the device according to claim 1, the collector of the second bipolar transistor is connected to the collector of the first bipolar transistor that switches on and off the main circuit current, and the emitter of the second bipolar transistor is connected to the collector of the first bipolar transistor that switches on and off the main circuit current. the drain of a field effect transistor is connected, the source of the field effect transistor is connected to the base of the first bipolar transistor, and the field effect transistor is connected between the base of the second bipolar transistor and the emitter of the first bipolar transistor A DC power source is provided for supplying a base current to the second bipolar transistor, and a signal voltage for switching the main circuit current is applied between the gate of the field effect transistor and the emitter of the first bipolar transistor. A composite semiconductor device characterized in that:
Priority Applications (1)
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JP61122788A JPS62279711A (en) | 1986-05-28 | 1986-05-28 | Composite semiconductor device |
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JP61122788A JPS62279711A (en) | 1986-05-28 | 1986-05-28 | Composite semiconductor device |
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JPH0560690B2 JPH0560690B2 (en) | 1993-09-02 |
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JP61122788A Granted JPS62279711A (en) | 1986-05-28 | 1986-05-28 | Composite semiconductor device |
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