DE4215199A1 - Halbleitervorrichtung mit eingebauter treiberstromquelle - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle (Leistungsversorgungsquel­ le), die in einer Leistungsschaltvorrichtung einsetzbar ist, in welcher von einer Lastleistungsquelle eine Treiberstrom­ quelle erhalten werden kann. Insbesondere betrifft die Erfin­ dung eine Anordnung einer Ladeschaltung, die in einer Halb­ leitervorrichtung eingebaut ist. Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen der Ladungsschaltung einer Halbleiter­ vorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle, die ein Aus­ gangshalbleiterelement mit isoliertem Gate aufweist, eine Gate-Treiberschaltung zum Laden und Entladen des Gates des Halbleiterelementes mit isoliertem Gate, einen Kondensator zur Zuführung einer Stromquelle zu der Gate-Treiberschaltung, und eine Ladeschaltung zum Aufladen des Kondensators.

Fig. 6 zeigt den Schaltungsaufbau einer Halbleitervorrichtung 1 mit eingebauter Treiberstromquelle nach dem Stand der Tech­ nik, wie sie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 1-2 66 852 durch den Inhaber der vorliegenden Patentanmeldung vorgeschla­ gen wurde. In der Halbleitervorrichtung verwendet ein Aus­ gangsschaltabschnitt 10 einen Ausgangs-MOSFET 2 als ein Aus­ gangshalbleiterelement mit isoliertem Gate. Die Drainelektro­ de oder die Sourceelektrode des MOSFET 2 ist mit einer (nicht dargestellten) Last verbunden. Ein Ausgangssteuerabschnitt 20 zum Treiben des Gates des Ausgangs-MOSFET 2, um den Aus­ gangsschaltabschnitt 10 zu steuern, weist einen Anreicherungs-MOSFET 32 zum Aufladen des Gates des Ausgangs-MOSFET 2 auf, und einen Verarmungs-MOSFET 35 zum Entladen des Gates des Aus­ gangs-MOSFET 2.

Die beiden MOSFETs 32 und 35 sind in Reihe geschaltet. Die Drainelektrode des Anreicherungs-MOSFET 32 ist mit einer Stromquellen-Empfangsklemme 21 des Ausgangssteuerabschnittes 20 verbunden. Die Sourceelektrode des Verarmungs-MOSFET 35 ist mit einer Klemme Pl der Lastklemmen der Halbleitervorrich­ tung verbunden, die mit der Sourceelektrode des Ausgangs-MOSFET 2 verbunden ist. In dem Ausgangssteuerabschnitt 20 ist eine Parallelschaltung mit einem Photodiodenarray 29 und ei­ nem Widerstand 31 zwischen die Gate- und die Sourceelektrode des Anreicherungs-MOSFET 32 geschaltet. Eine Parallelschal­ tung aus einem Photodiodenarray 33 und einem Widerstand 34 ist zwischen die Gate- und die Sourceelektrode des Verarmungs-MOSFET 35 geschaltet. Die Photodiodenarrays 29 und 33 sind so angeordnet, daß sie in Reaktion auf Licht, welches von einer LED 13 empfangen wird, eine Photospannung erzeugen.

Ein Batterieabschnitt 30 zur Bereitstellung einer Stromquel­ le für den Ausgangssteuerabschnitt 20 besteht aus einem Kondensator 3. Die Elektrode 3a mit hohem Potential des Kondensators 3 ist mit der Stromauellen-Empfangsklemme 21 verbunden. Ein Aufladeabschnitt 40 zum Laden des Kondensators 3 des Batterieabschnitts 30 während der Ruheperiode oder der nichtleitenden Periode des Ausgangs-MOSFET 2 weist eine Lade­ schaltung auf, die zwischen eine Lastklemme Ph, die mit der Drainelektrode des Ausgangs-MOSFET 2 gekuppelt ist, und eine weitere Lastklemme Pl geschaltet ist, die mit der Sourceelek­ trode des Ausgangs-MOSFET 2 während der Ruheperiode oder nichtleitenden Periode des Ausgangs-MOSFET 2 gekuppelt ist. Der Ladeabschnitt 40 weist einen Lade-MOSFET 5 und eine ei­ nen Umkehrstrom blockierende Diode 6 auf, die in Reihe zwi­ schen die Drainelektrode des Ausgangs-MOSFET 2 und die Elek­ trode 3a mit hohem Potential des Kondensators 3 geschaltet sind, sowie einen Strombegrenzungswiderstand 7 und eine erste Konstantspannungsdiode 41, die in Reihe zwischen die Drain- und die Sourceelektrode des Ausgangs-MOSFET 2 geschaltet sind. Die Anode der ersten Konstantspannungsdiode 41 ist mit der Sourceelektrode des Ausgangs-MOSFET 2 verbunden, und die Kathode der Diode ist sowohl an den Widerstand 7 als auch an das Gate des Lade-MOSFET 5 angeschlossen. Daher dient die er­ ste Konstantspannungsdiode 41 als Treiber für das Gate des Lade-MOSFET 3.

Für den Betrieb des Ausgangs-MOSFET 2 der Halbleitervorrich­ tung mit eingebauter Treiberstromquelle wird die LED 13 ein­ geschaltet. Wenn die LED 13 eingeschaltet ist, so erzeugen die Photodiodenarrays 29 und 33 Photospannungen. Die von dem Photodiodenarray 29 erzeugte Photospannung macht den Anrei­ cherungs-MOSFET 32 leitend. Eine negative Spannung wird zwi­ schen das Gate und die Source des Verarmungs-MOSFET 35 ange­ legt, so daß der MOSFET 35 nichtleitend gemacht wird. Daher wird die Spannung über den Kondensator 3 an das Gate des Aus­ gangs-MOSFET 2 angelegt, wodurch das Gate geladen und hier­ durch wiederum der Ausgangs-MOSFET 2 in Betrieb gesetzt wird.

Daher werden die mit dem Ausgangs-MOSFET 2 gekuppelten Last­ klemmen Ph und Pl verbunden. Auf diese Weise arbeitet die Halbleitervorrichtung als ein Schalter.

Um den Ausgangs-MOSFET 2 abzuschalten, wird die LED 13 aus­ geschaltet. Wenn die LED 13 ausgeschaltet wird, verschwinden die Photospannungen von beiden Diodenarrays 32 und 33, so daß der Anreicherungs-MOSFET 32 nichtleitend gemacht wird, und der Verarmungs-MOSFET 35 leitend gemacht wird. Dies führt da­ zu, daß das Anlegen der Spannung über den Kondensator 3 an das Gate des Ausgangs-MOSFET 2 unterbrochen wird. Die in dem Gate gespeicherte Ladung wird über den Verarmungs-MOSFET 35 entladen, so daß der Ausgangs-MOSFET 2 nichtleitend wird.

Nachstehend wird der Betrieb des Ladungsabschnitts 40 be­ schrieben. Es wird angenommen, daß eine hohe Spannung, im wesentlichen gleich der Spannung einer Laststromquelle, über den Source/Drain-Weg des Ausgangs-MOSFET 2 angelegt wird, und daß keine Ladung in dem Kondensator 3 gespeichert ist. In die­ sem Fall ist das Potential der Sourceelektrode Null, und das Potential an dem Gate des Kondensators 3 nimmt einen Wert an, der durch einen Spannungswert über der ersten Konstantspan­ nungsdiode 41 bestimmt wird. Da die Spannung zwischen dem Gate und der Source des Lade-MOSFET 5 so eingestellt wurde, daß sie den Gateschwellenwert des MOSFET 5 überschreitet, wird der Lade-MOSFET 5 leitend. Dies führt dazu, daß der Kondensator 3 durch die Spannung zwischen dem Drain und der Source des Aus­ gangs-MOSFET 2 über den Lade-MOSFET 5 und die den Umkehrstrom blockierende Diode 6 geladen wird, so daß die Elektrode 3a mit hohem Potential des Kondensators auf ein hohes Potential aufgeladen wird. Wenn der Ladevorgang weitergeht und das Po­ tential an der Elektrode 3a des Kondensators 3 mit hohem Po­ tential ansteigt, so nimmt die Spannung zwischen dem Gate und der Source des Lade-MOSFET 5 ab. Daher wird der Lade-MOSFET 5 nichtleitend, und das Aufladen des Kondensators 3 wird unter­ brochen. Der Potentialanstieg an der Elektrode 3a mit hohem Potential des Kondensators 3 hört auf. Daher wird das Poten­ tial an der Elektrode 3a mit hohem Potential des Kondensators 3 auf einem festen Wert gehalten, der im wesentlichen gleich der Differenz zwischen dem Spannungswert über der ersten Kon­ stantspannungsdiode 41 und dem Gateschwellenwert des Lade-MOSFET 5 ist. Die Spannung über dem Kondensator 3, die auf dem festen Wert gehalten wird, wird an die Stromquellen-Empfangs­ klemme 21 des Ausgangssteuerabschnitts 20 angelegt, und wird als eine Treiberstromquelle verwendet. Die in dem Kondensator 3 gespeicherte Ladung wird über die Ladung/Entladung an dem Gate des Ausgangs-MOSFET 2 entladen, so daß das Potential an der Elektrode 3a mit hohem Potential des Kondensators 3 ab­ nimmt. Allerdings wird der Kondensator in der nächsten Ruhe­ periode des Ausgangs-MOSFET 2 erneut geladen, und wird auf dem festen Wert gehalten.

Bei der voranstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle kann der den Strom bzw. die Leistung liefernde Kondensator zum Steuern des Ausgangs-MOSFET von einer externen Schaltung geladen werden, die als eine Last an den Ausgangs-MOSFET angeschlossen ist. Daher ist keine spe­ zielle, externe Stromversorgung (Leistungsversorgung) erfor­ derlich. Die Halbleitervorrichtung kann als eine Halbleiter­ vorrichtung verwendet werden, die eine eigene Treiberstrom­ quelle aufweist. In dieser Beziehung ist die Halbleitervor­ richtung mit eingebauter Treiberstromquelle zur Verwendung als ein Schaltelement in einer Stromquellenschaltung geeig­ net, die unabhängig von dem Steuerabschnitt der Schaltung vorgesehen ist.

Eine erforderliche Verbesserung bei dieser Halbleitervor­ richtung liegt in der Schaltcharakteristik. Bei der konventionellen Halbleitervorrichtung mit eingebauter Trei­ berstromquelle nimmt die Spannung zwischen der Gate- und der Sourceelektrode des Lade-MOSFET 5 ab, wenn der Ladevorgang über den Kondensator 3 weitergeht und das Potential an der Elektrode 3a mit hohem Potential zunimmt. Der MOSFET 5 weist einen Ausgang mit einer Sättigungseigenschaft auf, wie sie beispielhaft in Fig. 7 gezeigt ist. Wie daraus hervorgeht, weist er eine Konstantstromcharakteristik in dem Bereich auf, in welchem die Drain/Source-Spannung V_DS hoch ist. Wie eben­ falls in Fig. 7 gezeigt ist, nimmt der Stromwert ab, wenn beispielsweise die Gate/Source-Spannung V_GS von V_GS6 auf V_GS1 abnimmt. Daher ist bei der konventionellen Halbleiter­ vorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle die Ladungs­ fähigkeit des Lade-MOSFET 5 verringert, wenn das Laden des Kondensators 3 weitergeht und die Gate/Source-Spannung V_GS abnimmt.

Es ist zum Beispiel wünschenswert, daß Variationen der Strom­ quellenspannung, die an den Ausgangsschaltabschnitt 10 ange­ legt wird, um den Ausgangssteuerabschnitt 20 zu treiben, un­ terdrückt werden, um die Schaltcharakteristik der Halbleiter­ vorrichtung zu verbessern. Daher müssen Variationen des Po­ tentials an der Elektrode 3a mit hohem Potential unterdrückt werden. Wenn allerdings die Kapazität des Kondensators auf einen hohen Wert gesetzt wird, um Variationen der Stromquel­ lenspannung zu unterdrücken, so wird die Ladezeit drastisch erhöht, da die Spannung V_GS zwischen der Gate- und der Sourceelektrode des Lade-MOSFET 5 immer niedrig ist. Dies führt dazu, daß es unmöglich ist, den Drainstrom zu erhöhen, um den Kondensator 3 durch den Lade-MOSFET 5 aufzuladen, und die Ladezeit wird vergrößert. Wenn die Einschaltzeit des Aus­ gangs-MOSFET 2 lang ist, und seine Ausschaltzeit kurz, so wird daher der Kondensator 3 nicht ausreichend geladen. Daher fällt die Spannung zum Treiben des Ausgangssteuerabschnitts 20 ab, was zu einer unzureichenden Aufladung des Gates des Ausgangs-MOSFET 2 führt. Infolge der erhöhten Verluste, die in dem Ausgangs-MOSFET 2 erzeugt werden, ist es unmöglich, die von einem Steuersignal geforderte Schaltcharakteristik zu erhal­ ten.

In einem Fall, in welchem der Lade-MOSFET eine zufriedenstel­ lende Ladefähigkelt aufweist, kann der Kondensator innerhalb der Periode ausreichend geladen werden, in welcher die Drain/Source-Spannung des Ausgangs-MOSFET 2 niedrig bleibt, unmittelbar nachdem der MOSFET 2 ausgeschaltet wurde. Daher können die in dem Lade-MOSFET 5 erzeugten Verluste verringert werden.

Andererseits wird in einem Fall, in welchem der Lade-MOSFET eine unzureichende Ladefähigkeit aufweist, der Kondensator 3 weiter geladen, selbst nachdem die Drain/Source-Spannung des Ausgangs-MOSFET 2 einen hohen Wert erreicht hat, nachdem der MOSFET 2 abgeschaltet wurde. Dies führt zu einer Erhöhung der in dem Lade-MOSFET 5 erzeugten Verluste.

Zur Lösung der voranstehend geschilderten Probleme wurde vor­ geschlagen, daß eine Hochspannungsdiode als die Konstantspan­ nungsdiode 41 verwendet wird, so daß der Lade-MOSFET 5 den Kondensator lädt, wenn seine Gate/Source-Spannung V_GS hoch ist, um die Schaltcharakteristik zu verbessern. Dies führt dazu, daß der Kondensator 3 schnell geladen wird, und daß das Potential an der Elektrode 3a hoch wird. Daher können die in dem Lade-MOSFET erzeugten, erhöhten Verluste elimi­ niert werden. Allerdings führt diese Lösung zu erhöhten Kosten der gesamten Vorrichtung. Bei dem voranstehend ge­ schilderten Aufbau werden hohe Potentiale zwischen das Gate und die Source des Ausgangs-MOSFET 2 angelegt, zwischen die korrespondierenden Elektroden des Lade-MOSFET 5, und an den Ausgangssteuerabschnitt 20. Im Ergebnis müssen Bauteile mit einer hohen Durchbruchsspannung für diese Elemente verwendet werden, wodurch die Kosten der gesamten Vorrichtung angehoben werden.

Zu einem Zeitpunkt, an welchem der Kondensator noch nicht auf eine Spannung aufgeladen ist, die zum Treiben des Aus­ gangssteuerabschnitts ausreicht, beispielsweise wenn sich die Ladung in einem Anfangszustand befindet, oder wenn die Einschaltzeit des Ausgangs-MOSFET 2 hoch ist, was zu einer ungenügenden Ladefähigkeit führt, so kann fälschlicherweise der Ausgangsschaltabschnitt infolge eines Lastpotential­ betriebs betrieben werden. Wenn die Stromquelle des Batterie­ abschnitts 30 nicht ausreichend geladen ist, so befindet sich der Verarmungs-MOSFET 35 auf einer hohen Impedanz. Wenn das Lastpotential für den Ausgangs-MOSFET 2 variiert, fließt in diesem Zustand Strom durch einen Pfad zwischen dem Drain und dem Gate des Ausgangs-MOSFET 2, der durch die Drain/Gate-Kapazität hervorgerufen wird. Daher nimmt das Gatepotential des Ausgangs-MOSFET 2 zu, und dies führt zu einer Gefahr in der Richtung, daß die Klemmen Ph und Pl kurzgeschlossen wer­ den könnten. Insbesondere wenn beispielsweise die Halbleiter­ vorrichtungen in den oberen und unteren Arm einer Brücken­ schaltung eingebaut sind, so kann das Einschalten infolge ei­ ner Potentialvariation dazu führen, daß der obere und untere Arm gleichzeitig eingeschaltet wird, wodurch ein Kurzschluß hervorgerufen wird. Daher ist es unter Sicherheitsgesichts­ punkten wünschenswert, daß eine äußerst verläßliche Schalt­ charakteristik dadurch erhalten werden kann, daß ein Einschal­ ten infolge einer Potentialvariation ausgeschaltet wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß bei der konventionellen Halbleitervorrichtung der Ladeabschnitt nur dann arbeiten kann, wenn eine ausreichende Potentialdifferenz zwischen den Lastklemmen Ph und Pl auftaucht. Wenn der Einschaltzustand des Ausgangsschaltabschnitts lang ist, veranlaßt daher ein Leckstrom von den Dioden, MOSFETs und anderen Bauteilen in dem Ausgangssteuerabschnitt die Spannung über den Kondensa­ tor des Batterieabschnitts zu einer Abnahme. Zusätzlich neigt das Aufladen des Kondensators zu einer Beendigung, wenn der Lade-MOSFET wieder eingeschaltet wird. Daher wird das Gate des Ausgangs-MOSFET 2 unzureichend aufgeladen, was die Verluste in dem Ausgangs-MOSFET 2 erhöht. Daher ist es schwierig, die durch das Steuersignal festgelegte Schaltcharakteristik zu er­ halten.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der voranstehend beschriebenen Umstände entwickelt und weist den Vorteil auf, daß sie ohne Verwendung von Elementen mit einer hohen Durchbruchsspannung eine Halbleitervorrichtung mit ein­ gebauter Treiberstromquelle zur Verfügung stellt, welche ver­ läßlich im Betrieb ist, kostengünstig herstellbar, und gute Schalteigenschaften aufweist, und bei welcher nicht die Mög­ lichkeit eines fehlerhaften Betriebs besteht, der durch eine unzureichende Stromquellenspannung hervorgerufen wird, und welche schnell eine vorgeschriebene Treiberstromquellenspan­ nung erreichen kann, selbst wenn das Ausgangs-Halbleiterele­ ment mit isoliertem Gate eine hohe Einschaltzeit aufweist.

Zur Erzielung dieser Vorteile weist gemäß der Zielrichtung der vorliegenden Erfindung, wie sie hier beschrieben und verwirklicht ist, die Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle gemäß der vorliegenden Erfindung eine Aus­ gangsschalteinrichtung auf, um Leistung zwischen ersten und zweiten Klemmen außerhalb der Halbleitervorrichtung zu schal­ ten, eine Ausgangssteuereinrichtung zum Steuern der Ausgangs­ schalteinrichtung in Reaktion auf ein Eingangssteuersignal, eine Batterieeinrichtung zur Zuführung von Treiberstrom zu der Ausgangssteuereinrichtung, eine Ladeeinrichtung zum Laden der Batterieeinrichtung von einer außerhalb der Halbleiter­ vorrichtung angeordneten Schaltung, wobei die Ladeeinrichtung eine Konstantstrom-Ausgangseinrichtung aufweist, die mit der externen Schaltung verbunden ist, um ein Referenzladungspoten­ tial zur Verfügung zu stellen, eine Ladungsschalteinrichtung zum Leiten eines Ladestroms zu der Batterieeinrichtung von der externen Schaltung in Reaktion auf das Referenzladungspoten­ tial, und eine Ladungsbeendigungseinrichtung zum Ausschalten der Ladeschalteinrichtung, wenn ein Ladepotential der Batte­ rieeinrichtung einen vorbestimmten Ladungspotentialpegel er­ reicht, wodurch eine übermäßige Aufladung der Batterieeinrich­ tung vermieden wird.

Wenn bei der Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiber­ stromquelle die Ladungsschalteinrichtung ein Kalbleiterelement mit isoliertem Gate ist, welches das Ladungsreferenzpotential als ein Gatepotential empfängt, so kann die Ladungsbeendi­ gungseinrichtung eine Ladungspotential-Ermittlungseinrichtung aufweisen, um ein Ladungspotential der Batterieeinrichtung zu ermitteln, und eine Schalterumgehungseinrichtung, die mit dem Gate des Halbleiterelements mit isoliertem Gate verbunden ist, um die Konstantspannungs-Ausgangseinrichtung zu umgehen, wenn das ermittelte Ladungspotential der Batterieeinrichtung den vorbestimmten Pegel erreicht, um das Referenzladungspotential auf einen Pegel einzustellen, der ausreicht, das Halbleiter­ element abzuschalten.

Zur Vermeidung eines fehlerhaften Betriebs, wenn das Ladungs­ potential noch nicht ausreichend ist, ist es wirksam, zusätz­ lich eine Sperreinrichtung zu verwenden, um die Ausgangs­ schalteinrichtung zu sperren, wenn das Ladungspotential der Batterieeinrichtung geringer ist als der vorbestimmte Ladungs­ potentialpegel.

Zur Verringerung des Spannungsabfalls in dem Batterieab­ schnitt, wenn die Ausgangssteuereinrichtung eine lichtemittie­ rende Einrichtung aufweist, um Licht in Reaktion auf das Ein­ gangssteuersignal auszusenden, und eine Photospannungs-Erzeu­ gungseinrichtung aufweist, um eine Photospannung in Reaktion auf das ausgesandte Licht zu erzeugen, kann die Ladungsein­ richtung eine Einrichtung zum Hinleiten zumindest eines Teils der Photospannung zu der Batterieeinrichtung aufweisen, um die Batterieeinrichtung zu laden. Weiterhin weist die Ausgangs­ steuereinrichtung vorzugsweise eine Einrichtung auf, um die Photospannung in ein Ausgangssteuersignal umzuwandeln, und ei­ ne Einrichtung zur Übertragung des Ausgangssteuersignals an die Ausgangsschalteinrichtung. Zusätzlich kann die lichtemit­ tierende Einrichtung eine LED aufweisen, und die Photospan­ nungs-Erzeugungseinrichtung kann einen Phototransistorarray aufweisen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestell­ ter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen sich (einschließlich der in den Zeichnungen dargestellten Merkmale) weitere Vorteile und Merkmale ergeben.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild mit einer Darstellung der Schaltung einer Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiber­ stromquelle gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Zeitablaufdiagramm, welches nützlich ist zur Er­ läuterung des Betriebes der Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle, die in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 3 ein Schaltbild einer Halbleitervorrichtung mit ein­ gebauter Treiberstromquelle gemäß einer zweiten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein Schaltbild einer Halbleitervorrichtung mit ein­ gebauter Treiberstromquelle gemäß einer dritten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein Schaltbild einer Halbleitervorrichtung mit ein­ gebauter Treiberstromquelle gemäß einer vierten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ein Schaltbild einer konventionellen Halbleitervor­ richtung mit eingebauter Treiberstromquelle; und

Fig. 7 einen Graphen, der ein Beispiel der Ausgangseigen­ schaften der konventionellen Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle zeigt.

Bei der Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstrom­ quelle gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Ausgangs­ schaltabschnitt mit einem Schaltelement aufgebaut sein, bei­ spielsweise mit einem Leistungstransistor und einem Halblei­ terelement mit isoliertem Gate. Wenn eine hohe Kapazität und eine hohe Schaltgeschwindigkeit erwünscht sind, so ist es wünschenswert, das Halbleiterelement mit isoliertem Gate bei dem Ausgangsschaltabschnitt einzusetzen.

In diesem Fall ist der Ausgangsschaltabschnitt ein Ausgangs­ halbleiterelement mit isoliertem Gate. Der Ausgangssteuerab­ schnitt ist eine Gatetreiberschaltung zum Laden und Entladen des Gates des Ausgangshalbleiterelements mit isoliertem Gate. Der Batterieabschnitt ist ein Kondensator für die Zufuhr einer Stromquelle an die Gatetreiberschaltung. Der Ladungs­ abschnitt ist eine Ladungsschaltung zum Aufladen des Konden­ sators mit einer Spannung zwischen der Drainelektrode und der Sourceelektrode des Ausgangs-Halbleiterelementes mit iso­ liertem Gate. Die Ladungsschaltung weist ein ladendes Halb­ leiterelement sowie eine Umkehrstrom-Blockierdiode auf, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und den Kondensator ge­ schaltet sind, sowie einen Widerstand und eine erste Konstant­ spannungsdiode, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und die Sourceelektrode geschaltet sind. Die Anode der ersten Konstantspannungsdiode ist mit der Sourceelektrode des Aus­ gangshalbleiterelementes mit isoliertem Gate verbunden, und die Kathode der ersten Konstantspannungsdiode ist an das Gate des aufladenden Halbleiterelementes und an den Widerstand an­ geschlossen. Die Ladungsschaltung weist ein kurzschließendes Halbleiterelement auf, welches mit dem Gate mit der Seite hohen Potentials des Kondensators über eine zweite Konstant­ spannungsdiode verbunden ist, die entsprechend der Spannung über den Kondensator schaltet, und zumindest einen Teil der ersten Konstantspannungsdiode kurzschließt, wenn das Halb­ leiterelement leitend ist.

Das kurzschließende Halbleiterelement kann ein NPN-Transistor sein, dessen Basis mit der Anode der zweiten Konstantspan­ nungsdiode verbunden ist. Alternativ hierzu kann das kurz­ schließende Halbleiterelement ein Halbleiterelement mit iso­ liertem Gate sein. In diesem Fall ist die Anode der zweiten Konstantspannungsdiode über einen Widerstand mit der Source­ elektrode des kurzschließenden Halbleiterelementes mit iso­ liertem Gate verbunden, und die Kathode der zweiten Konstant­ spannungsdiode ist mit dem Gate des kurzschließenden Halblei­ terelementes mit isoliertem Gate verbunden.

Wie voranstehend beschrieben kann bei der vorliegenden Erfindung der Ladebetrieb des Ladeabschnitts zwangsweise be­ endet werden. Daher kann das Ladungsreferenzpotential, welches an die Ladungsschalteinrichtung angelegt wird, so ausgewählt werden, daß es deren Ladungsfähigkeit erhöht. Ein Halbleiter­ element mit isoliertem Gate, welches ein Gate aufweist, an welches beispielsweise das Ladungsreferenzpotential angelegt wird, arbeitet als eine Ladungsschalteinrichtung zur Beendi­ gung des Ladungsvorganges bei einem durch das Ladungsreferenz­ potential vorgeschriebenem Ladungspotential. Wenn das Ladungs­ potential des Batterieabschnitts ein vorgeschriebenes Poten­ tial erreicht, muß bei der konventionellen Vorrichtung das Halbleiterelement mit isoliertem Gate geöffnet werden. Hier­ aus ergibt sich eine nicht ausreichende Ladung, da die Diffe­ renz des Potentials des Batterieabschnitts und des Ladungs­ referenzpotentials nicht groß sein kann. Im Gegensatz hierzu kann bei der Ladungsschalteinrichtung in der Halbleitervor­ richtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Batterieab­ schnitt auf ein vorgeschriebenes Ladungspotential aufgeladen werden. Daher kann die Ladungsfähigkeit der Ladungsschaltein­ richtung dadurch verbessert werden, daß ein genügend hohes Ladungsreferenzpotential an das Halbleiterelement mit iso­ liertem Gate angelegt wird.

Die Ladebeendigungseinrichtung kann eine Schalterumgehungs­ schaltung sein, die so arbeitet, daß dann, wenn das geladene Potential ein vorbestimmtes Potential erreicht, die Konstant­ spannungs-Ausgangseinrichtung nach einer Ermittlung durch die Ermittlungsschaltung für das aufgeladene Potential umgan­ gen wird, um das Referenzladungspotential heraufzuziehen oder abzusenken, auf das Potential, bei welchem die Halbleiterele­ ment-Ladungsschaltereinrichtung mit isoliertem Gate geöffnet wird.

Wenn das Ladungspotential noch nicht ausreichend ist, so wird der Ausgangsschaltabschnitt zwangsweise in einen nicht betriebsfähigen Zustand versetzt mit Hilfe der Sperreinrich­ tung, wodurch der fehlerhafte Betrieb des Ausgangsschaltab­ schnittes infolge eines unzureichenden Ladungspotentials ver­ hindert wird. Wenn der Ausgangsschaltabschnitt mit dem Halb­ leiterelement mit isoliertem Gate aufgebaut ist, so wird vorzugsweise ein Komparator oder ein Schaltelement als eine Sperreinrichtung verwendet, um das Gatepotential herauf- oder herunterzuziehen, so daß das Halbleiterelement mit isoliertem Gate geöffnet wird, wenn das Ladungspotential des Batterie­ abschnitts nicht ein vorgeschriebenes Ladungspotential er­ reicht.

Wenn ein Lichtausgangssteuerabschnitt verwendet wird, so ver­ anlaßt Licht von der Licht aussendenden Einrichtung die Photo­ spannungs-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Ladung in Reaktion auf das Licht. Der Spannungsabfall über den Batte­ rieabschnitt kann dadurch minimalisiert werden, daß die er­ zeugte Ladung dem Batterieabschnitt zugeführt wird. Selbst wenn der Ausgangsschaltabschnitt über einen längeren Zeitraum nicht benutzt wird, kann daher die Photospannungs-Erzeugungs­ einrichtung den Spannungsabfall über den Batterieabschnitt kompensieren, der durch den Leckstrom verursacht wird.

Bei der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Fall, in welchem ein Kondensator für den Batterieab­ schnitt verwendet wird, das Ladungspotential über den Konden­ sator durch eine Ladungspotential-Ermittlungsschaltung fest­ gestellt, die eine zweite Konstantspannungsdiode aufweist. An einem Punkt während des Ladungsvorganges, wenn die Kondensa­ torspannung ansteigt, um einen Wert zu erreichen, der durch den Konstantspannungswert der zweiten Konstantspannungsdiode vorgeschrieben ist, wird eine Schalterumgehungsschaltung ver­ wendet, die einen kurzschließenden Halbleiter aufweist, um die Ladung zu beenden. Wenn die Kondensatorspannung den vor­ bestimmten Wert erreicht, so schaltet das kurzschließende Halbleiterelement ein und schließt die erste Konstantspan­ nungsdiode vollständig oder teilweise kurz. Dies führt dazu, daß das Gatepotential des aufladenden Halbleiterelements ver­ ringert wird, um das Gate/Source-Potential des aufladenden Halbleiterelements unter dessen Schwellenwert zu verringern. Auf diese Weise wird das aufladende Halbleiterelement zwangs­ weise in einen nicht betriebsfähigen Zustand versetzt, wo­ durch der Betriebsablauf der Ladung des Kondensators angehal­ ten wird. Selbst wenn die Einschaltzeit des Ausgangs-Halblei­ terelementes mit isoliertem Gate lang und die Ruheperiode kurz ist, kann daher die Treiberstromquellenspannung für die Treiberschaltung auf einem vorgeschriebenen Wert gehalten wer­ den. Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Er­ findung werden nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.

Erste Ausführungsform

Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung einer Halbleitervorrich­ tung mit eingebauter Treiberstromquelle gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Halbleiter­ vorrichtung 1 mit eingebauter Treiberstromquelle gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet einen IGBT 22 und ist als eine Hochgeschwindigkeits-Schaltvorrichtung zur Bewältigung eines hohen Stroms ausgelegt. Die Halbleitervorrichtung be­ steht aus einem Ausgangsschaltabschnitt 10 einschließlich des IGBT 22, einem Ausgangssteuerabschnitt 20 zur Betätigung des Ausgangsschaltabschnitts 10, einem Batterieabschnitt 30 zur Zuführung einer Treiberstromquelle an den Ausgangssteuer­ abschnitt 20, und einem Ladungsabschnitt 40 zum Aufladen des Batterieabschnitts 30.

Der Ausgangssteuerabschnitt 20 der Halbleitervorrichtung 1 arbeitet so, daß er elektrisch eine Steuerschaltung einer Steuereinheit zum Steuern der Halbleitervorrichtung 1 von der Halbleitervorrichtung 1 abtrennt, und die Übertragung vom Rauschen an die Steuereinheit verhindert. Zu diesem Zweck weist der Ausgangssteuerabschnitt 20 eine lichtemittierende Schaltung 55 auf einschließlich einer LED 13, einer Photo­ spannungserzeugungsschaltung 56 zur Erzeugung einer Photo­ spannung in Reaktion auf Licht von der lichtemittierenden Schaltung 55, Invertierer 57 und 58 zum Verstärken der empfan­ genen Photospannung, und zum Anlegen der verstärkten Span­ nung an das IGBT 22 als ein Ausgangssteuersignal, und eine Sperrschaltung 59 zum Zurücksetzen des Ausgangssteuersignals auf einen niedrigen Wert, wenn die Spannung zum Treiben des Ausgangssteuerabschnitts 20 unterhalb eines vorbestimmten Potentials Vth liegt, um das IGBT 22 zu sperren.

Die Photospannungserzeugungsschaltung 56 gemäß der vorliegen­ den Ausführungsform verwendet einen Photodiodenarray 51 zur Erzeugung einer Photospannung in Reaktion auf Licht von der LED 13. Wenn die LED 13 Licht aussendet, so kann der Dioden­ array eine Photospannung V5 erzeugen. Da die Elektrode 51a mit hohem Potential des Photodiodenarrays 51 mit den Gateelek­ troden von MOSFETs 17a und 18a verbunden ist, wirken diese MOSFETs so zusammen, daß sie den Invertierer 57 bilden, der mit Treiberstrom von dem Batterieabschnitt 30 versorgt wird. Die Gateelektroden der MOSFETs 17a und 18a sind mit einer Lastklemme Pl gekuppelt, die über einen Widerstand 27 an die Seite geringeren Potentials einer Last geschaltet ist. Durch diese Verbindung wird eine Photospannung erzeugt, wenn die LED 13 Licht aussendet, so daß sich der Eingang des Invertie­ rers 57 auf hohem Potential befindet, und der Eingang des Invertierers 58, der das Ausgangssignal des Invertierers 57 empfängt, sich auf niedrigem Potential befindet. Daher nimmt der Ausgang des Invertierers 58 ein hohes Potential an, und das IGBT 22, welches mit dem Ausgang des Invertierers 58 ge­ kuppelt ist, wird leitend. Wenn die LED 13 Licht aussendet und der Photodiodenarray 51 eine Photospannung erzeugt, wird bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausfüh­ rungsform das IGBT 22 durch die Invertierer 57 und 58 getrie­ ben. Selbst wenn die Photospannung von dem Photodiodenarray 51 nicht groß ist und es nicht schafft, das IGBT 22 zu trei­ ben, kann daher eine genügend hohe Leistung, um die Gateelek­ trode des IGBT 22 aufzuladen, von dem Batterieabschnitt 30 zu­ geführt werden. Daher kann ein Schaltvorgang mit außerordent­ lich hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden. Die Seite 51a mit hohem Potential des Photodiodenarrays 51 ist weiterhin mit der Elektrode 3a mit hohem Potential des Kondensators 3 über eine Diode 53 verbunden. Wenn die LED 13 Licht aussendet, kann daher dem Batterieabschnitt 30 durch die Photospannung des Photodiodenarrays 51 Strom zugeführt werden.

Wenn die LED 13 ausgeschaltet wird, so erzeugt der Photodio­ denarray 51 keine Photospannung, so daß über den Widerstand 27 ein niedriges Potential dem Eingang des Invertierers 57 zu­ geführt wird. Daher nimmt der Ausgang des Invertierers 58 ein niedriges Potential an, und der IGBT 22 wird geöffnet.

Die Sperrschaltung 59 ist in dem Ausgangssteuerabschnitt 20 enthalten. Die Sperrschaltung 59 weist einen P-Kanal-MOSFET 54 auf, der mit einer Gateelektrode versehen ist, welche ein hohes Potential von dem Batterieabschnitt 30 empfängt. Die Sourceelektrode des P-Kanal-MOSFET 54 ist mit der Lastklemme Pl verbunden, die als eine Klemme mit niedrigem Potential dient, und die Drainelektrode des MOSFET 54 ist an die Gate­ elektrode des IGBT 22 angeschlossen. Durch die Anschlüsse des MOSFET befindet sich, wenn das Potential des Batterieab­ schnitts 30 unter der Schwellenspannung Vth des P-Kanal-MOSFET 54 liegt, der MOSFET in einem leitenden Zustand, und das Gatepotential des IGBT 22 ist auf einem niedrigen Poten­ tial fixiert. Selbst wenn das Potential des Batterieabschnitts 30 nicht dazu ausreicht, die Invertierer 57 und 58 zu treiben, wird daher das Gatepotential des IGBT 22 auf einem niedrigen Potential fixiert, wodurch ein Zustand des Transistors mit offenem Kollektor vermieden wird. Daher wird das IGBT 22 in einen offenen Zustand versetzt, wenn das Potential des Batte­ rieabschnitts 30 niedrig ist. Selbst wenn eine abrupte Poten­ tialänderung in der Last des IGBT 22 auftritt, wird daher der IGBT 22 nicht eingeschaltet. Wenn der Batterieabschnitt 30 auf das geforderte Potential aufgeladen wurde und nunmehr hoch liegt, so befindet sich der P-Kanal-MOSFET 54 in einem ausgeschalteten Zustand. In diesem Zustand hat er keinen Ein­ fluß auf das Gatepotential des IGBT 22. Befindet sich der Batterieabschnitt 30 auf hohem Potential, so befindet sich der P-Kanal-MOSFET 54 in einem ausgeschalteten Zustand. Da­ her wird die in dem Batterieabschnitt 30 gespeicherte Ladung aus dem Batterieabschnitt nicht durch den P-Kanal-MOSFET 54 entladen. Wenn die Stromquelle des Batterieabschnitts 30 nicht ausreichend geladen wurde, hat daher die Sperrschaltung 59 keinen Einfluß auf die Halbleitervorrichtung.

In der Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstrom­ quelle gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird Strom (Leistung) dem Ausgangssteuerabschnitt 20 von dem Batterie­ abschnitt 30 unter Verwendung des Kondensators 3 als eine Batterieeinrichtung zugeführt. Der Batterieabschnitt 30 wird durch den Ladeabschnitt 40 von einer Lastschaltung aus gela­ den, die mit den Ausgangsklemmen Ph und Pl der Halbleitervor­ richtung 1 verbunden ist. Der Ladungsabschnitt 40 bei der vor­ liegenden Ausführungsform weist eine Ladungsschalter-Schaltung 42 zur Zuführung von Strom von der Lastschaltung zu dem Bat­ terieabschnitt 30 auf, eine Konstantspannungsschaltung 43 zur Erzeugung des Ladungsreferenzpotentials V2, um die Ladungs­ schalter-Schaltung 42 zu steuern, eine Ladungspotentialermitt­ lungsschaltung 45 zur Ermittlung des Potentials des Batterie­ abschnitts 30, und eine Schalterumgehungsschaltung 44, um das Ladungsreferenzpotential V2 auf der Grundlage der Ermitt­ lung durch die Ladungspotential-Ermittlungsschaltung 45 zu ändern.

Die Ladungsschalter-Schaltung 42 weist einen Ladungs-IGBT 23 auf, der an dem Kollektor mit der Lastklemme Ph verbunden ist, die ebenfalls an die Seite hohen Potentials der Lastschaltung angeschlossen ist. Der Emitter des Ladungs-IGBT 23 ist über die Umkehrstrom-Blockierdiode 6 mit der Elektrode 3a hohen Potentials des Batterieabschnitts 30 verbunden. Wenn der Ladungs-IGBT 23 leitend ist, wird daher der Kondensator 3 geladen. Die Konstantspannungsschaltung 43 zum Steuern des Gatepotentials des Ladungs-IGBT 23 weist einen Widerstand 7 auf, eine Umkehrstrom-Blockierdiode 8, und eine erste Kon­ stantspannungsdiode 41, die in dieser Reihenfolge von der Lastklemme Ph aus angeordnet sind. Die erste Konstantspan­ nungsdiode 41 kann eine Konstantspannung V2 zur Verfügung stellen, und die Seite hohen Potentials der Diode 41 ist an die Gateelektrode des Ladungs-IGBT 23 angeschlossen. Wenn daher eine Spannung V1, die ein Potential oberhalb einer vor­ bestimmten konstanten Spannung V2 aufweist, an die Diode 41 und an die Konstantspannungsschaltung 43 angelegt wird, so wird das Gate des Ladungs-IGBT 23 auf der konstanten Spannung V2 gehalten. Ist die konstante Spannung V2 gleich oder größer als die Schwellenspannung des Ladungs-IGBT 23, so ist der Ladungs-IGBT leitend, und der Ladevorgang beginnt. Wie bei dem Lade-MOSFET 5 nach dem Stand der Technik ist es wünschens­ wert, die Differenz zwischen dem Gatepotential und dem Emit­ terpotential des Lade-IGBT 23 zu erhöhen, um den Ladestrom zu vergrößern, um hierdurch die Ladezeit zu verringern. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die konstante Spannung V2 so eingestellt, daß sie ausreichend groß ist.

Wenn die an den Lade-IGBT 23 angelegte konstante Spannung V2 hoch ist, ist es daher erforderlich, den Ladevorgang anzuhal­ ten, wenn das aufgeladene Potential des Batterieabschnitts 30 eine vorbestimmte Spannung erreicht, so daß ein IGBT mit denselben Werten wie denen des Lade-IGBT 23 in der Ausgangs­ steuereinheit verwendet werden kann. Zu diesem Zweck werden die Ermittlungsschaltung 45 für das aufgeladene Potential und die Schalterumgehungsschaltung 44 in der Halbleitervorrich­ tung mit eingebauter Treiberstromquelle gemäß der vorliegen­ den Ausführungsform verwendet. Bei der vorliegenden Ausfüh­ rungsform weist die Ermittlungsschaltung 45 für das aufgela­ dene Potential eine zweite Konstantspannungsdiode 11 auf, die an die Seite hohen Potentials des Batterieabschnitts 30 angeschlossen ist, sowie einen Widerstand 25, der zwischen die Diode 11 und die Lastklemme Pl mit niedrigem Potential geschaltet ist. Die Schalterumgehungsschaltung 44 besteht aus einem kurzschließenden MOSFET 24 des N-Kanal-Typs, der das Elektrodenpotential an seinem Gate empfängt, welches über dem Widerstand 25 in der Ermittlungsschaltung 45 für das aufgela­ dene Potential entwickelt wird. Der kurzschließende MOSFET 24 ist parallel zu der ersten Konstantspannungsdiode 41 geschal­ tet. Die zweite Konstantspannungsdiode 11 arbeitet so, daß sie Strom leitet, wenn das Potential des Batterieabschnitts 30 ein vorgeschriebenes Potential V5 überschreitet. Wenn das Potential des Batterieabschnitts 30 das vorgeschriebene Po­ tential V5 übersteigt, ist daher das Gatepotential des kurz­ schließenden MOSFET 24 höher als sein Sourcepotential. In die­ sem Zustand wird der kurzschließende MOSFET 24 leitend und bildet eine Schaltung, welche die erste Konstantspannungsdiode 41 umgeht. Dies führt dazu, daß das Gatepotential des Lade-IGBT 23 auf ein niedriges Potential heruntergezogen wird, so daß der Lade-IGBT 23 geöffnet wird und der Betrieb des Auf­ ladens des Batterieabschnitts 30 endet.

Der Betriebsablauf der auf diese Weise aufgebauten Halblei­ tervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 2 beschrieben, welche Potentialänderungen an wesentlichen Punkten in der Halbleitervorrichtung zeigt. In Fig. 2 bezeichnet die Bezugsziffer P1 ein an die Lastklem­ men Ph und Pl angelegtes Potential; P2 bezeichnet das Gate­ potential des Lade-IGBT 23; P3 bezeichnet das Potential an der Seite hohen Potentials des Batterieabschnitts 30; P4 bezeich­ net die durch den Photodiodenarray 51 erzeugte Photospannung; und PS bezeichnet das Gatepotential des Ausgangs-IGBT 22.

Zu einem Zeitpunkt t1 wird ein Schalter in der Last einge­ schaltet, so daß eine Potentialdifferenz zwischen den Last­ klemmen Ph und Pl auftaucht. Ist die Lastklemme Pl geerdet, so tritt ein Potential V3 an der Lastklemme Ph in einem offe­ nen Zustand des Ausgangsschaltabschnitts 10 auf. Wenn eine Spannung sich mit einer Rate dV/dt ändert, wenn die Lastlei­ stungsquelle ansteigt, so fließt Strom durch die Kollek­ tor-Gatekapazität des IGBT.

Zu diesem Zeitpunkt ist das erforderliche Potential über den Kondensator 3 noch nicht erreicht. Daher befindet sich der Invertierer 58 in einem Zustand hoher Impedanz. Wenn die Sperrschaltung 59 nicht verwendet wird, so steigt das Gate­ potential PS des IGBT an, wie durch eine Kurve V11 angedeu­ tet ist, und der IGBT 22 ist zeitweilig leitend. Es wird dar­ auf hingewiesen, daß in der vorliegenden Ausführungsform die Sperrschaltung 59 verwendet wird. Wenn das erforderliche Potential über den Kondensator 3 noch nicht erreicht wurde, wird daher das Gatepotential P5 auf dem niedrigen Potential festgehalten. Daher tritt der zeitweilige Leitungszustand des IGBT, wie durch die Kurve V11 angedeutet, nicht auf.

Zu einem Zeitpunkt t2 ist das Potential P1 an der Lastklemme gleich dem Potential V1, und das Gatepotential P2 des Lade-IGBT 23 erreicht ein vorgeschriebenes Ladungspotential V2. In diesem Zustand wird der Lade-IGBT 23 leitend, und der Be­ triebsablauf der Aufladung des Kondensators 3 beginnt. Zu ei­ nem Zeitpunkt t3 erreicht das Potential P3 des Kondensators 3 ein vorgeschriebenes Potential V4. Dann wird die zweite Konstantspannungsdiode 11 leitend, und der kurzschließende MOSFET 24 wird eingeschaltet. Daher wird das Gatepotential P2 niedrig, und der Lade-IGBT 23 wird ausgeschaltet.

In einer Situation, in welcher der Kondensator 3 wie voran­ stehend beschrieben aufgeladen wurde, empfängt die LED 13 ein Steuersignal zu einem Zeitpunkt t4 und sendet Licht aus. In Reaktion auf das ausgesandte Licht erscheint eine Photo­ spannung an der Seite P4 hohen Potentials des Photodioden­ arrays 51. Die Photospannung treibt die Invertierer 57 und 58 abhängig von dem in dem Kondensator 3 gespeicherten Poten­ tial, so daß das Gatepotential P5 des IGBT 22 auf das hohe Potential heraufgezogen wird. Daher wird der IGBT 22 leitend, und das Lastpotential P1 fällt ab.

Das Potential P3 des Kondensators 3 sinkt, da es die Inver­ tierer 57 und 58 getrieben und die Gateelektrode des IGBT 22 aufgeladen hat.

Die Umkehrstrom-Blockierdiode 6 ist zu dem Zweck vorgesehen, die Verringerung des Potentials des Kondensators 3 zu verhin­ dern. Allerdings führt ein Leckstrom von den Invertierern 57 und 58 zu einer allmählichen Verringerung des Potentials. Wenn der IGBT eine lange Zeit lang eingeschaltet bleibt, fällt das Potential P3 des Kondensators 3 ab, wie durch eine Kurve V12 angedeutet ist. Dies führt dazu, daß die nächste Ladungszeit eine unerwünscht hohe Ladungszeit erfordert, oder daß das Potential unter den Schwellenwert des IGBT 22 abfällt. Aller­ dings wird bei der vorliegenden Ausführungsform die von dem Photodiodenarray 51 erzeugte Photospannung V5 dem Kondensator 3 zugeführt. Daher wird die Verringerung des Potentials P3 des Kondensators 3 überprüft. Daher kann die Ladungszeit des nächsten Ladungsvorganges verringert werden, und das Poten­ tial fällt nicht unter den Schwellenwert des IGBT 22.

Zu einem Zeitpunkt t5, wenn die LED 13 in Reaktion auf ein Steuersignal abgeschaltet wird, erzeugt der Photodiodenarray 51 keine Photospannung, das Ausgangspotential des Invertie­ rers 58 wird niedrig, und der IGBT 22 wird ausgeschaltet. Da­ her kehrt das Potential P1 an der Lastklemme auf das hohe Potential zurück, so daß das Gatepotential P2 des Lade-IGBT 23 auf das Ladepotential V2 eingestellt wird. In der konven­ tionellen Halbleitervorrichtung wird das Potential des Kon­ densators 3 durch das Ladepotential V2 bestimmt. Aus diesem Grunde ist es unmöglich, das Ladepotential V2 auf ein hohes Potential einzustellen. Im Gegensatz hierzu arbeiten bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dann, wenn das Potential des Kondensators 3 ein vorgeschriebenes Potential V4 erreicht, die das aufgeladene Potential ermit­ telnde Schaltung 45 und die Schalterumgehungsschaltung 44 so, daß sie automatisch den Ladevorgang anhalten. Daher kann das Ladepotential V2 auf ein sehr hohes Potential eingestellt werden. Unter dem hohen Ladepotential kann der dem Kondensa­ tor 3 zugeführte Ladestrom auf einem hohen Wert gehalten wer­ den. Daher erfordert der Ladevorgang eine kürzere Zeit, was es der Vorrichtung ermöglicht, für das nächste ankommende Steuersignal bereit zu sein.

Wie voranstehend beschrieben kann, selbst wenn die Einschalt­ zeit der Halbleitervorrichtung lang ist, was zu hohen Anfor­ derungen an den Batterieabschnitt führt, eine ausreichend hohe Treiberspannung von dem Batterieabschnitt erhalten werden. Daher ist der Verlust in dem Ausgangs-IGBT gering, und die Verläßlichkeit des Schaltvorganges ist hoch. Zur selben Zeit wird bei der vorliegenden Erfindung die von den Photodioden erzeugte Photospannung dazu verwendet, den Leckstrom des Batterieabschnitts zu kompensieren. Daher kann die für den Schaltvorgang erforderliche Treiberspannung sichergestellt werden. Selbst wenn die Last an die Halbleitervorrichtung angeschlossen ist, wird darüber hinaus, wenn die erforderli­ che Treiberspannung noch nicht erreicht ist, der Betriebsab­ lauf des Ausgangs-IGBT gesperrt, wodurch ein fehlerhafter Betrieb verhindert wird. Daher weist die Halbleitervorrich­ tung mit eingebauter Treiberstromquelle gemäß der vorliegen­ den Erfindung einen geringeren Leistungsverlust sowie eine hohe Verläßlichkeit auf. Bei der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können die voranstehenden Ziele mit einer Vorrichtung erzielt werden, welche die Batterieab­ schnitt-Treiberspannung der konventionellen Halbleitervorrich­ tung verwendet. Daher ist es nicht erforderlich, in dem Aus­ gangssteuerabschnitt Schaltungselemente zu verwenden, die hohe Nennwerte aufweisen. Dies führt dazu, daß die Kosten der Vorrichtung verringert werden.

Zweite Ausführungsform

Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm mit einer Darstellung einer Anordnung einer Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiber­ stromquelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung. Die Halbleitervorrichtung mit eingebauter Trei­ berstromquelle gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet, wie bei der ersten Ausführungsform, einen IGBT 22, und ist als eine Hochgeschwindigkeits-Schaltvorrichtung zur Bewälti­ gung eines hohen Stroms ausgelegt. Die Halbleitervorrichtung besteht aus einem Ausgangsschaltabschnitt 10 einschließlich des IGBT 22, einem Ausgangssteuerabschnitt 20 zur Betätigung des Ausgangsschaltabschnitts 10, einem Batterieabschnitt 30 zur Zufuhr einer Treiberstromquelle zu dem Ausgangssteuerab­ schnitt 20, und einem Ladungsabschnitt 40 zum Aufladen des Batterieabschnitts 30. Zur Vereinfachung sind in der Figur gleiche oder entsprechende Abschnitte durch gleiche Bezugs­ ziffern und Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet.

Es wird darauf hingewiesen, daß die zweite Ausführungsform zwei Photospannungs-Erzeugungsschaltungen verwendet; eine Photospannungs-Erzeugungsschaltung 56 zum Steuern der Inver­ tierer 57 und 58 in Reaktion von Licht von der LED 13, und eine Photospannungs-Erzeugungsschaltung 60 zum Aufladen des Batterieabschnitts 30 einschließlich des Kondensators 3. Die Photospannungs-Erzeugungsschaltung 56 weist eine Photodiode 26 und einen Widerstand 27 auf, die zwischen die Elektrode hohen Potentials der Photodiode 26 und die Lastklemme Pl ge­ schaltet sind, die als eine Klemme mit niedrigem Potential dient.

Die Elektrode hohen Potentials der Photodiode 26 ist an den Eingang des Invertierers 57 angeschlossen. Wie bei der ersten Ausführungsform erscheint, wenn die LED 13 eingeschaltet wird, was die Photodiode 26 zur Erzeugung einer Photospannung ver­ anlaßt, ein hohes Potential an dem Eingang des Invertierers 57, und ein niedriges Potential tritt an dem Eingang des In­ vertierers 58 auf. Daher wird das Gatepotential des Ausgangs-IGBT 22 hoch, so daß die Halbleitervorrichtung mit einge­ bauter Treiberstromquelle sich in einem leitenden Zustand befindet. Der Betriebsablauf der Halbleitervorrichtung, wenn die LED 13 ausgeschaltet ist, ist ebenfalls ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, und daher erfolgt keine weitere Beschreibung.

Die Photospannungs-Erzeugungsschaltung 60 weist einen Photo­ diodenarray 51 und eine Diode 53 auf, wie bei der ersten Aus­ führungsform. Der Kondensator 3 wird durch die Photospannung geladen, die erzeugt wird, wenn die LED 13 Licht aussendet. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Invertierer 57 und 58 durch die Photospannungs-Erzeugungsschaltung 56 ge­ steuert, anstelle durch die Photospannungs-Erzeugungsschal­ tung 60, wodurch bewirkt wird, daß der Kondensator 3 geladen wird. Daher wird eine erhöhte Ladung für den Ausgangsschalt­ abschnitt 10 erhalten; verglichen mit der Ladung, die durch die Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erhalten wird. In dieser Beziehung ist die Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform geeignet für Einsatzzwecke, die eine lange Einschaltzeit erfordern. Bei der Halbleitervorrich­ tung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Einschalt­ fähigkeit größer als bei der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Diese Tatsache hat zur Folge, daß ei­ ne längere Zeit zum Aufladen des Kondensators 3 verwendet werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Schaltungsanordnung des Ladungsabschnitts 40 dadurch verein­ facht, daß die Ermittlungsschaltung 45 für das aufgeladene Potential und die Schalterumgehungsschaltung 44 weggelassen werden, die bei der ersten Ausführungsform eingesetzt werden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die LED 13 sowohl für die Photospannungs-Erzeugungsschaltung 60 als auch für die Photospannungs-Erzeugungsschaltung 56 eingesetzt. Falls dies erforderlich ist, können allerdings einzelne Lichtquellen für jede zugehörige Photospannungs-Erzeugungsschaltung vorgesehen werden. Selbstverständlich können auch andere geeignete akti­ ve Elemente, beispielsweise Phototransistoren, anstelle der Photodioden verwendet werden, um eine Photospannung zu erzeu­ gen.

Dritte Ausführungsform

Fig. 4 ist ein Schaltbild mit einer Darstellung einer Anord­ nung einer Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstrom­ quelle gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiber­ stromquelle gemäß der dritten Ausführungsform stellt eine Hochgeschwindigkeits-Schaltvorrichtung zur Bewältigung eines hohen Stroms dar, und verwendet einen Ausgangsschaltabschnitt 10, der mit einem Ausgangs-MOSFET 2 des N-Kanal-Typs aufge­ baut ist. Die Halbleitervorrichtung 1 besteht, wie die Halb­ leitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, aus dem Ausgangsschaltabschnitt 10, einem Ausgangssteuerabschnitt 20 zum Betreiben des Ausgangsschaltabschnitts 10, einem Batte­ rieabschnitt 30 zur Zufuhr einer Treiberstromquelle zu dem Ausgangssteuerabschnitt 20, und einem Ladeabschnitt 40 zum Aufladen des Batterieabschnitts 30. In Fig. 4 sind zur Ver­ einfachung gleiche oder entsprechende Abschnitte durch glei­ che Bezugsziffern und Bezugszeichen bezeichnet wie in den Figuren für die erste Ausführungsform.

Wie bei der ersten Ausführungsform weist der Ladeabschnitt 40 der Halbleitervorrichtung 1 eine Ladungsschalter-Schaltung 42 auf, eine Konstantspannungsschaltung 43 zur Erzeugung eines Referenzladungspotentials V2, um die Ladungsschalter-Schaltung 42 zu steuern, eine Ermittlungsschaltung 45 für das aufgela­ dene Potential zur Ermittlung des Potentials des Batterie­ abschnitts 30, und eine Schalterumgehungsschaltung 44 zur Änderung des Referenzladungspotentials V2 auf der Grundlage der Ermittlung der Ermittlungsschaltung 45 für das aufgelade­ ne Potential. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Lade-MOSFET 5 für die Ladungsschalter-Schaltung 42 verwendet. In der Konstantspannungsschaltung 43 der vorliegenden Ausfüh­ rungsform ist zusätzlich eine Last-Konstantspannungsdiode 9 in Reihe mit der ersten Konstantspannungsdiode 41 geschaltet, um das Referenzladungspotential V2, welches an die Gateelek­ trode des Lade-MOSFET 5 angelegt werden soll, auf ein höheres Potential einzustellen. In der Schalterumgehungsschaltung 44 wird ein NPN-Transistor 12 als ein kurzschließendes Halblei­ terelement 12 verwendet, und ist so angeschlossen, daß er die erste Konstantspannungsdiode 41 kurzschließt. Die Ermittlungs­ schaltung 45 für das aufgeladene Potential zum Steuern des kurzschließenden Halbleiterelements 12 weist eine zweite Kon­ stantspannungsdiode 11 auf, welche an der Kathode mit der Elektrode 3a hohen Potentials des Kondensators 3 und an der Anode mit der Basis des kurzschließenden Halbleiterelements 12 verbunden ist. Der NPN-Transistor 12 ist an der Basis mit der Anode der zweiten Konstantspannungsdiode 11 verbunden, an dem Kollektor mit der Kathode der ersten Konstantspannungs­ diode 41, und an dem Emitter mit der Anode der ersten Kon­ stantspannungsdiode 41. Die konstante Spannung über der zu­ sätzlichen Konstantspannungsdiode 9 ist auf einen solchen Wert eingestellt, daß die Gate/Source-Spannung des Lade-MOSFET 5 kleiner als der Gateschwellenwert des Lade-MOSFET 5 ist, unter der Bedingung, daß die erste Konstantspannungsdiode 41 kurzgeschlossen wird, wenn der Kondensator 3 auf eine vorbe­ stimmte Spannung aufgeladen wird. Falls erforderlich, wird die Umkehrstrom-Sperrdiode 8 zwischen den Strombegrenzungs­ widerstand 7 und das Gate des Lade-MOSFET 5 eingefügt.

Nachstehend wird der Betriebsablauf des Ladeabschnitts 40 beschrieben. Es wird nunmehr angenommen, daß der Ausgangs-MOSFET 2 sich in einem Ruhezustand oder einem nicht­ leitenden Zustand befindet, daß eine hohe Spannung im wesent­ lichen gleich der Laststromquellenspannung zwischen den Drain und die Source des Ausgangs-MOSFET 2 angelegt ist, und daß keine Ladung in dem Kondensator 3 gespeichert ist. Zu diesem Zeitpunkt ist das Potential an der Sourceelektrode des Lade-MOSFET 5 im wesentlichen Null (0) und das Potential an der Gateelektrode des Lade-MOSFET 5 ist eine hohe Spannung, die durch die Summe der Spannungswerte der Konstantspannungsdiode 9 und der Konstantspannungsdiode 41 festgelegt wird, die bei­ de als die erste Konstantspannungsdiode dienen. Daher ist der Lade-MOSFET 5 leitend. Dann wird das Kondensator 3 auf konventionelle Weise aufgeladen. Bei dieser Schaltungsanord­ nung kann das Gatepotential des Lade-MOSFET 5 und daher die Gate/Source-Spannung V_GS des Lade-MOSFET 5 hoch eingestellt sein. Dies führt zu einem hohen Drainstrom I_B, und ermög­ licht daher eine Verringerung der Ladezeit des Kondensators. Wenn die Spannung über den Kondensator 3 ansteigt und die Konstantspannung über die zweite Konstantspannungsdiode 11 überschreitet, fließt während des Ladens Strom in die Basis des kurzschließenden Halbleiterelements 12 als ein Ergebnis des Avalanche- oder Tunneleffekts der Diode 11, und dies ver­ anlaßt das kurzschließende Halbleiterelement 12 dazu, in ei­ nen leitenden Zustand umzuschalten, wodurch die erste Kon­ stantspannungsdiode 41 kurzgeschlossen wird. Infolge des Kurzschließens der Diode 41 entspricht das Gatepotential des Lade-MOSFET 5 nur der Spannung der zusätzlichen Konstantspan­ nungsdiode 9. Die Gate/Source-Spannung V_GS des Lade-MOSFET 5 fällt unter den Schwellenwert ab, wodurch der Lade-MOSFET 5 zum Umschalten in einen ausgeschalteten Zustand veranlaßt wird, um den Ladevorgang des Kondensators 3 zu beenden und die Erhöhung des Potentials an der Elektrode 3a mit hohem Potential anzuhalten. Daher wird das Potential an der Elek­ trode 3a mit hohem Potential des Kondensators 3 auf einen festen Wert eingestellt, der von der Spannung über der zwei­ ten Konstantspannungsdiode 11 abhängt.

Nachstehend wird der Ausgangssteuerabschnitt 20 beschrieben. Der Ausgangssteuerabschnitt 20 ist eine Gatetreiberschaltung für den Ausgangs-MOSFET 2, und basiert auf einem Schaltungs­ system, welches für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb geeig­ net ist.

In dem Ausgangssteuerabschnitt 20 bezeichnet die Bezugsziffer 14 eine Photodiode, die an der Kathode mit der Stromquellen­ empfangsklemme 21 und an der Anode mit der Basis eines NPN-Transistors 15 verbunden ist. Die Photodiode 14 ist so ange­ ordnet, daß sie Licht von der LED 13 empfängt, und eine vor­ geschriebene Photospannung erzeugt. Der NPN-Transistor 15 ist an der Basis an die Anode der Photodiode 14 angeschlossen, an dem Kollektor über einen Widerstand 16 an die Stromquellen­ empfangsklemme 21, und an dem Emitter an die Sourceelektrode des Ausgangs-MOSFET 2. Die Bezugsziffern 17a und 18a bezeich­ nen ein Paar von Invertierern, die im Betrieb zusammenarbei­ ten. Der Invertierer 18a weist einen P-Kanal-MOSFET auf, der an dem Drain mit der Stromquellenempfangsklemme 21 verbunden ist, an der Source mit dem Drain des Invertierers 18a, und an dem Gate mit dem Kollektor des NPN-Transistors 15. Der Inver­ tierer 18a weist einen N-Kanal-MOSFET auf, der an dem Drain an die Source des P-Kanal-MOSFET 17a angeschlossen ist, an der Source an die Source des Ausgangs-MOSFET 2, und an dem Gate, zusammen mit dem Gate des P-Kanal-MOSFET 17a, an den Kollektor des NPN-Transistors 15. Ein Knotenpunkt zwischen den Gates des P-Kanal-MOSFET 17a und des N-Kanal-MOSFFT 18a stellt einen Eingangspunkt des Paars von Invertierern 17a und 18a dar. Ein Knotenpunkt zwischen der Sourceelektrode des P-Kanal-MOSFET 17a und der Drainelektrode des N-Kanal-MOSFET 18a ist ein Ausgangspunkt des Paars der Invertierer. Ein Ausgangssignal an dem Ausgangspunkt wird an das Gate des Ausgangs-MOSFET 2 angelegt.

Nachstehend wird der Betriebsablauf der Gatetreiberschaltung 20 beschrieben. Wenn die LED 13 getrieben wird, um Licht aus­ zusenden, und die Photodiode 14 eine Photospannung erzeugt, so wird der NPN-Transistor 15 leitend, der Eingang des Paars von Invertierern ist auf einem Pegel L_ow, der P-Kanal-MOSFET 17a wird leitend gemacht, der N-Kanal-MOSFET 18a wird nicht­ leitend gemacht, und der Ausgang des Paars von Invertierern befindet sich auf einem H_igh-Pegel. Liegt der Ausgang des Invertierers auf einem H_igh-Pegel, so wird das Gate des Aus­ gangs-MOSFET 2 geladen, und der MOSFET 2 wird leitend gemacht. Wird die LED 13 ausgeschaltet, so wird der NPN-Transistor 15 ausgeschaltet, der Invertierereingang befindet sich auf einem H_igh-Pegel, der P-Kanal-MOSFET 17a wird nichtleitend ge­ macht, der N-Kanal-MOSFET 18a wird leitend gemacht, und der Invertiererausgang befindet sich auf einem L_ow-Pegel. In diesem Fall wird die in dem Kondensator 3 gespeicherte Ladung über den N-Kanal-MOSFET 18a entladen, wodurch der Ausgangs-MOSFET 2 nichtleitend gemacht wird.

Vierte Ausführungsform

Fig. 5 ist ein Schaltbild mit einer Darstellung des Aufbaus einer Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquel­ le gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung. Die Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiber-Strom­ quelle gemäß der vierten Ausführungsform, wie die gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform, stellt eine Koch­ geschwindigkeits-Schaltvorrichtung zur Bewältigung eines hohen Stroms dar, die ein IGBT 22 verwendet. Die Halbleitervorrich­ tung weist einen Ausgangsschaltabschnitt 10 einschließlich des IGBT 22 auf, einen Ausgangssteuerabschnitt 20 zum Betäti­ gen des Ausgangsschaltabschnitts 10, einen Batterieabschnitt 30 zur Zufuhr einer Treiberstromquelle zu dem Ausgangssteuer­ abschnitt 20, und einen Ladeabschnitt 40 zum Aufladen des Batterieabschnitts 30. In der Figur sind gleiche oder ent­ sprechende Abschnitte durch gleiche Bezugsziffern und Bezugs­ zeichen bezeichnet wie bei den Zeichnungen für die erste Aus­ führungsform, zur Erleichterung der Beschreibung.

Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungs­ form unterscheidet sich von der in Fig. 4 dargestellten Halb­ leitervorrichtung darin, daß der Ausgangs-IGBT 22 als das Aus­ gangshalbleiterelement mit isoliertem Gate verwendet wird, daß ein Lade-IGBT als das Ladehalbleiterelement des Ladeabschnitts 40 verwendet wird, und daß ein kurzschließender MOSFET 24 als das kurzschließende Halbleiterelement verwendet wird. Zusätz­ lich ist ein Widerstand 25 vorgesehen. Dieser Widerstand stellt ein Gatepotential zur Verfügung, das erforderlich ist, um den kurzschließenden MOSFET 24 leitend zu machen, wenn die an die zweite Konstantspannungsdiode 11 angelegte Spannung ei­ nen vorgeschriebenen Wert überschreitet und ein Strom fließt. Trotz der voranstehend angegebenen Unterschiede ist der Be­ triebsablauf der Schaltung der vierten Ausführungsform im wesentlichen gleich dem Betriebsablauf der Schaltung von Fig. 4. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform wird die Konstantspannungsdiode 9 nicht verwendet, die einen Teil der ersten Konstantspannungsdiode bildet, die in Fig. 4 gezeigt ist. Der Grund hierfür liegt darin, daß dann, wenn eine Diode mit einer genügend hohen konstanten Spannung als die erste Konstantspannungsdiode verwendet wird, nur die erste Konstant­ spannungsdiode 41 für den Betrieb der Schaltung erforderlich ist. Die Streukapazität des kurzschließenden MOSFET 24 ist, falls erforderlich, für die Konstantspannungsdiode 41 verfüg­ bar.

Der Ausgangssteuerabschnitt 20 ist im wesentlichen derselbe wie bei der ersten oder zweiten Ausführungsform, unterschei­ det sich jedoch von der dritten Ausführungsform. Eine Photo­ spannungs-Erzeugungsschaltung 53 weist eine Photodiode 26 auf, die so angeordnet ist, daß sie eine vorbestimmte Photospan­ nung in Reaktion auf Licht erzeugt, welches von einer LED 13 einer lichtemittierenden Schaltung 55 empfangen wird, und weist einen Widerstand 27 auf, um ein Eingangssignal mit ei­ nem Pegel H_igh an einen Eingangspunkt eines Invertierers 57 einer ersten Stufe anzulegen, der einen P-Kanal-MOSFET 17a und einen N-Kanal-MOSFET 18a aufweist, wenn eine Photospan­ nung in der Photodiode 26 erzeugt wird. Ein Invertierer 58 einer zweiten Stufe weist einen P-Kanal-MOSFET 17b und einen N-Kanal-MOSFET 18b auf. Wie die MOSFETs des Invertierers 57 der ersten Stufe arbeiten in dem Invertierer 58 die MOSFETs 17b und 18b zusammen. Das Ausgangssignal des Invertierers 58 der zweiten Stufe wird an das Gate des Ausgangs-IGBT 22 an­ gelegt. Wenn bei einer Halbleitervorrichtung gemäß der vor­ liegenden Ausführungsform dV/dt nicht groß ist, und die Ein­ schaltzeit des Ausgangs-IGBT 22 nicht lang ist, so können die Sperrschaltung und die Ladeschaltung unter Verwendung der Photospannung weggelassen werden, was die Schaltungsan­ ordnung vereinfacht.

Nachstehend wird der Betriebsablauf des Ausgangssteuerab­ schnitts 20 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wenn die Photodiode 26 von der LED 13 Licht empfängt, wird der Eingang des Invertierers 58 der zweiten Stufe niedrig. Daher wird der P-Kanal-MOSFET 17b leitend gemacht, und der N-Kanal-MOSFET 18b wird nichtleitend gemacht, und sein Aus­ gang wird hoch. Daher wird der Ausgang des Ausgangssteuer­ abschnitts 20 hoch, und der Ausgang des IGBT 22 wird leitend gemacht. Wenn die LED 13 ausgeschaltet wird, so wird der Eingang des Invertierers 58 der zweiten Stufe hoch, der P-Kanal-MOSFET 17b wird nichtleitend gemacht, und der N-Kanal-MOSFET 18b wird leitend gemacht, und sein Ausgang wird nied­ rig. Daher wird der Ausgang des Ausgangssteuerabschnitts 20 niedrig, und der Ausgangs-IGBT 22 wird nichtleitend gemacht.

Bei den bislang beschriebenen Ausführungsformen der vorlie­ genden Erfindung wird der MOSFET oder IGBT als das Ausgangs-Halb­ leiterelement mit isoliertem Gate in dem Ausgangsschalt­ abschnitt 10 verwendet. Eine andere Art einer Halbleitervor­ richtung, beispielsweise ein Halbleiterelement mit isolier­ tem Gate wie ein MCT, kann als das Ausgangshalbleiterelement mit isoliertem Gate verwendet werden. Zusätzlich zu dem Halb­ leiterelement mit isoliertem Gate kann ein bipolares Halblei­ terelement wie beispielsweise ein Leistungstransistor eben­ falls für denselben Zweck eingesetzt werden. Darüber hinaus läßt sich eine geeignete Kombination von Halbleiterelementen zur Ausbildung des Ausgangsschaltabschnitts einsetzen.

Bei den bislang beschriebenen Ausführungsformen verwendeten die Ausgangssteuereinrichtungen des optisch isolierenden Typs eine LED als eine Signalquelle. Alternativ hierzu kann ein Opto-Isolator wie beispielsweise ein Photokoppler verwendet werden. In einem Fall, in welchem eine Isolierung gegenüber dem Steuersignal nicht erforderlich ist, kann der Ausgang­ steuerabschnitt direkt durch ein extern angelegtes Steuersig­ nal gesteuert werden.

Wie voranstehend beschrieben wurde, ist die Umkehrstrom-Sperr­ diode in Reihe mit dem Strombegrenzungswiderstand zwischen den Drain und das Gate des Ladungs-Halbleiterelements in der Konstantspannungseinstellschaltung geschaltet. Die Umkehr­ strom-Sperrdiode ist dafür vorgesehen, den Umkehrfluß der Ladung zu blockieren, die in dem Gate des Ladungs-Halbleiter­ elements gespeichert ist, wenn der Ausgangsschaltabschnitt leitend gemacht wird, und die an die Lastklemme angelegte Spannung niedrig wird. In einem Fall, in welchem die Schalt­ periode des Ausgangsschaltabschnitts ausreichend kurz ist, und der Widerstand des Strombegrenzungswiderstandes genügend groß ist, kann die Umkehrstrom-Sperrdiode weggelassen werden.

Bei den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen kann eine PIN-Diode, ein APD oder dergleichen als die Photodiode verwendet werden, falls erforderlich. Selbstverständlich sind die voranstehend erwähnten Schaltungsanordrungen nur beispielhaft, und es lassen sich unterschiedliche andere Schaltungsanordnungen einsetzen, entsprechend dem Einsatz­ zweck und den Bedingungen für die Halbleitervorrichtung.

Wie voranstehend beschrieben wurde, weist die Halbleitervor­ richtung mit eingebauter Treiberstromquelle eine Ladungsbeen­ digungseinrichtung auf, um den Ladungsvorgang anzuhalten, der durch die Ladungseinrichtung entsprechend dem Ladungspotential der Batterieeinrichtung ausgeführt wird. Daher kann das an die Ladungsschalteinrichtung angelegte Referenzladungspotential auf ein hohes Potential eingestellt werden, ohne das Risiko einer Überladung, so daß der von der Ladungseinrichtung der Batterieeinrichtung zugeführte Strom vergrößert wird, und die Batterie in einem kürzeren Zeitraum aufgeladen werden kann. Weiterhin läßt sich in einem Fall, in welchem die Einschalt­ belastung hoch ist, die Stabilität der Leistung, die der Aus­ gangsschalteinrichtung zugeführt wird, sicherstellen. Wei­ terhin kann der Verlust zum Schaltzeitpunkt verringert wer­ den, was zu einem verläßlicheren Schaltvorgang führt. Da das Ladungspotential der Batterieeinrichtung gemäß der vorliegen­ den Erfindung in der Größenordnung des Potentials liegt, wel­ ches bei der konventionellen Vorrichtung eingesetzt wird, kann die Ausgangssteuereinrichtung entsprechend konventionel­ ler Spezifikationen ausgelegt werden. Daher weist die Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle ge­ mäß der vorliegenden Erfindung geringe Schaltverluste, eine hohe Verläßlichkeit, und geringe Kosten auf.

Die Sperreinrichtung verhindert einen fehlerhaften Betrieb der Ausgangsschaltvorrichtung, wenn die Batterievorrichtung noch nicht auf das erforderliche Ladungspotential aufgeladen wurde, wodurch die Verläßlichkeit des Schaltvorgangs verbessert wird.

Wenn eine Ausgangssteuereinrichtung eines lichtisolierenden Typs verwendet wird, so kann der Batterieabschnitt durch eine Photospannung aufgeladen werden, die von der Photospannungs-Er­ zeugungseinrichtung erzeugt wird, wenn die lichtemittieren­ de Einrichtung Licht in Reaktion auf ein Eingangssteuersignal aussendet. Mit diesem Merkmal kann ein Spannungsabfall in der Batterieeinrichtung überprüft werden, der durch den Leckstrom hervorgerufen wird. Selbst wenn die Ausgangsschalteinrichtung für einen langen Zeitraum eingeschaltet bleibt, tritt daher kein fehlerhafter Schaltvorgang infolge des Spannungsabfalls auf. Die sich ergebende Verringerung der Aufladungszeit ver­ bessert weiterhin den Schaltvorgang.

In einem Fall, in welchem ein Kondensator für die Batterie­ einrichtung verwendet wird, kann dann, wenn die Spannung über den Kondensator niedriger als ein vorbestimmter Spannungswert ist, der Ladungsvorgang für einen kurzen Zeitraum beendet wer­ den, um eine genügend hohe Spannung an das Gate des Ladungs-Halb­ leiterelementes anzulegen, wodurch der Drainstrom des Ladungs-Halbleiterelementes erhöht wird. Wenn der Kondensator auf einen vorbestimmten Wert aufgeladen wird, wie durch die zweite Konstantspannungsdiode der Ladungspotential-Ermitt­ lungseinrichtung angezeigt wird, wird der Ladevorgang durch das kurzschließende Halbleiterelement der Schalterumgehungs­ einrichtung angehalten, welche zumindest einen Teil der ersten Konstantspannungsdiode kurzschließt, welche die Aus­ gangsspannungs-Konstanthaltungseinrichtung bildet, wodurch das Gatepotential des Ladungs-Halbleiterelementes verringert und dieses abgeschaltet wird. Selbst im Falle einer Halbleiter­ vorrichtung, welche eine lange Einschaltzeit und eine kurze nichtleitende Periode aufweist, kann daher die Treiberstrom­ quellenspannung zum Treiben des Ausgangsschaltabschnitts auf einem vorbestimmten Wert gehalten werden. Darüber hinaus kann der Verlust, der in dem Ausgangs-Halbleiterelement mit iso­ liertem Gate hervorgerufen wird, minimalisiert werden. Da eine Aufladung des Kondensators in der Anfangsstufe des Ab­ schaltvorganges des Ausgangs-Halbleiterelementes mit isolier­ tem Gate beendet werden kann, ist es möglich, den in dem auf­ ladenden Halbleiterelement erzeugten Verlust zu überprüfen. Da die Verwendung von Elementen mit einer hohen Durchbruchs­ spannung in der Ausgangsschalteinrichtung und der Ausgangs­ steuereinrichtung nicht erforderlich ist, läßt sich eine Halb­ leitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle mit hoher Verläßlichkeit und niedrigen Kosten realisieren.

Die voranstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgte zum Zwecke der Erläuterung und der Beschreibung. Es ist nicht angestrebt, die Erfindun 00903 00070 552 001000280000000200012000285910079200040 0002004215199 00004 00784g auf die exakte dargestellte Form einzuschränken oder sie hier­ durch zu erschöpfen, und es sind Modifikationen und Änderungen angesichts der voranstehenden Lehre möglich, oder lassen sich beim Praktizieren der vorliegenden Erfindung ableiten. Die Ausführungsformen wurden zu dem Zweck ausgewählt und beschrie­ ben, um die Grundlagen der Erfindung und ihre praktische Ein­ setzbarkeit zu erläutern, um einen Fachmann auf diesem Gebiet in die Lage zu versetzen, die Erfindung in unterschiedlichen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen einzu­ setzen, wie sie für den speziellen Einsatzzweck geeignet sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen und ihren Äqui­ valenten.

Claims (36)

1. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle, gekennzeichnet durch:
eine Ausgangsschalteinrichtung zum Schalten von Leistung zwischen ersten und zweiten Klemmen extern von der Halb­ leitervorrichtung;
eine Ausgangssteuereinrichtung zum Steuern der Ausgangs­ schalteinrichtung in Reaktion auf ein Eingangssteuersignal;
eine Batterieeinrichtung zur Zufuhr von Treiberstrom zu der Ausgangssteuereinrichtung;
eine Ladeeinrichtung zum Aufladen der Batterieeinrichtung von einer Schaltung außerhalb der Halbleitervorrichtung, wobei die Ladungseinrichtung aufweist:
eine Konstantspannungs-Ausgangseinrichtung, die mit der externen Schaltung verbunden ist, zur Bereitstellung eines Ladungsreferenzpotentials,
eine Ladungsschalteinrichtung zum Leiten von Ladungsstrom zu der Batterieeinrichtung von der externen Schaltung in Reaktion auf das Ladungsreferenzpotential, und
eine Ladungsbeendigungseinrichtung zum Ausschalten der Ladungsschalteinrichtung, wenn ein Ladepotential der Bat­ terieeinrichtung einen vorbestimmten Ladungspotentialpegel erreicht.

2. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ladungsschalteinrichtung ein Halbleiterelement mit isoliertem Gate zum Leiten des Ladungsstroms aufweist, wo­ bei das Halbleiterelement mit isoliertem Gate ein Gate auf­ weist, welches das Ladungsreferenzpotential als ein Gate­ potential empfängt, um das Halbleiterelement einzuschalten, und
daß die Ladungsbeendigungseinrichtung eine Einrichtung zur Ermittlung des Ladungspotentials der Batterieeinrichtung aufweist, und eine Schalterumgehungseinrichtung, die mit dem Gate des Halbleiterelements mit isoliertem Gate ver­ bunden ist, um die Konstantspannungs-Ausgangsquelle zu umgehen, wenn das vorbestimmte Ladungspotential der Batte­ rieeinrichtung den vorbestimmten Pegel erreicht, um das Ladungsreferenzpotential auf einen Pegel einzustellen, der zum Ausschalten des Kalbleiterelements ausreicht.

3. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs­ schalteinrichtung ein Ausgangshalbleiterelement mit iso­ liertem Gate aufweist.

4. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssteuereinrichtung eine Gatetreibereinrich­ tung zum Laden und Entladen des Gates des Ausgangshalblei­ terelements mit isoliertem Gate aufweist,
daß die Batterieeinrichtung einen Kondensator zur Zufuhr von Strom zu der Gatetreibereinrichtung aufweist,
daß die Ladungsschalteinrichtung eine Ladungsschaltungsein­ richtung aufweist, um den Kondensator mit einer Spannung über der Drainelektrode und der Sourceelektrode des Aus­ gangshalbleiterelementes mit isoliertem Gate zu laden, wo­ bei die Ladungsschaltungseinrichtung ein ladendes Halb­ leiterelement und eine Umkehrstromsperrdiode aufweist, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und den Konden­ sator geschaltet sind, sowie einen Widerstand und eine erste Konstantspannungsdiode, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und die Sourceelektrode geschaltet sind, wobei die Anode der ersten Konstantspannungsdiode mit der Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelements mit iso­ liertem Gate verbunden ist, und die Kathode der ersten Konstantspannungsdiode an das Gate des ladenden Halblei­ terelements und den Widerstand angeschlossen ist, und
daß die Ladungsbeendigungseinrichtung ein kurzschließen­ des Halbleiterelement aufweist, welches ein Gate aufweist, das mit der Seite hohen Potentials des Kondensators über eine zweite Konstantspannungsdiode verbunden ist, um zumindest einen Teil der ersten Konstantspannungsdiode kurzzuschließen, wenn die Spannung über den Kondensator den vorbestimmten Ladungspotentialpegel erreicht.

5. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement einen NPN-Transistor auf­ weist, und daß die Anode der zweiten Konstantspannungs­ diode mit der Basis des NPN-Transistors verbunden ist.

6. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement ein Halbleiterelement mit isoliertem Gate aufweist, daß die Anode der zweiten Konstantspannungsdiode über einen Widerstand an die Source­ elektrode des Ausgangshalbleiterelements mit isoliertem Gate angeschlossen ist, und daß die Anode der zweiten Kon­ stantspannungsdiode mit dem Gate des kurzschließenden Halb­ leiterelements mit isoliertem Gate verbunden ist.

7. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssteuereinrichtung eine Einrichtung zum Aussenden von Licht in Reaktion auf das Eingangssteuer­ signal aufweist, und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Photospannung in Reaktion auf das ausgesandte Licht, und
daß die Ladungseinrichtung eine Einrichtung zum Leiten zu­ mindest eines Teils der Photospannung zu der Batterieein­ richtung aufweist, um die Batterieeinrichtung aufzuladen.

8. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs­ steuereinrichtung eine Einrichtung zum Umwandeln der Pho­ tospannung in ein Ausgangssteuersignal aufweist, sowie eine Einrichtung zur Übertragung des Ausgangssteuersignals an die Ausgangsschalteinrichtung.

9. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht aussendende Einrichtung eine LED aufweist, und daß die Photospannungs-Erzeugungseinrichtung einen Phototransis­ torarray aufweist.

10. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs­ schalteinrichtung ein Ausgangshalbleiterelement mit iso­ liertem Gate aufweist.

11. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssteuereinrichtung eine Gatetreibereinrich­ tung zum Laden und Entladen des Gates des Ausgangshalb­ leiterelementes mit isoliertem Gate aufweist;
daß die Batterieeinrichtung einen Kondensator zur Zufuhr von Strom zu der Gatetreibereinrichtung aufweist;
daß die Ladungsschalteinrichtung eine Ladungsschaltungs­ einrichtung zum Aufladen des Kondensators mit einer Span­ nung über der Drainelektrode und der Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelementes mit isoliertem Gate aufweist, wobei die Ladungsschaltungseinrichtung ein ladendes Halb­ leiterelement und eine Umkehrstromsperrdiode aufweist, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und den Konden­ sator geschaltet sind, und einen Widerstand und eine er­ ste Konstantspannungsdiode, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und die Sourceelektrode geschaltet sind, wobei die Anode der ersten Konstantspannungsdiode mit der Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelementes mit iso­ liertem Gate verbunden ist, und die Kathode der ersten Konstantspannungsdiode mit dem Gate des ladenden Halblei­ terelementes und dem Widerstand verbunden ist; und
daß die Ladungsbeendigungseinrichtung ein kurzschließen­ des Halbleiterelement aufweist, welches mit einem Gate versehen ist, das mit der Seite hohen Potentials des Kondensators über eine zweite Konstantspannungsdiode verbunden ist, um zumindest einen Teil der ersten Kon­ stantspannungsdiode kurzzuschließen, wenn die Spannung über den Kondensator den vorbestimmten Ladungspotential­ pegel erreicht.

12. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement ein NPN-Transistor ist, und daß die Anode der zweiten Konstantspannungsdiode mit der Basis des NPN-Transistors verbunden ist.

13. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement ein Halbleiterelement mit isoliertem Gate ist, daß die Anode der zweiten Konstant­ spannungsdiode über einen Widerstand mit der Sourceelek­ trode des Ausgangshalbleiterelements mit isoliertem Gate verbunden ist, und daß die Anode der zweiten Konstant­ spannungsdiode an das Gate des kurzschließenden Halblei­ terelementes mit isoliertem Gate angeschlossen ist.

14. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Sperreinrichtung vorgesehen ist, um die Ausgangs­ schalteinrichtung zu sperren, wenn das Ladungspotential der Batterieeinrichtung niedriger ist als der vorbestimm­ te Ladungspotentialpegel.

15. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssteuereinrichtung eine lichtemittierende Einrichtung zum Aussenden von Licht in Reaktion auf das Eingangssteuersignal aufweist und eine Photospannungs-Er­ zeugungseinrichtung zur Erzeugung einer Photospannung in Reaktion auf das ausgesandte Licht, und
daß die Ladungseinrichtung eine Einrichtung zum Leiten zumindest eines Teils der Photospannung zu der Batterie­ einrichtung aufweist, um die Batterieeinrichtung aufzu­ laden.

16. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gangssteuereinrichtung eine Einrichtung zum Umwandeln der Photospannung in ein Ausgangssteuersignal aufweist, sowie eine Einrichtung zum Übertragen des Ausgangssteuer­ signals an die Ausgangsschalteinrichtung.

17. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die licht­ emittierende Einrichtung eine LED aufweist, und daß die Photospannungs-Erzeugungseinrichtung einen Phototransis­ torarray aufweist.

18. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gangsschalteinrichtung ein Ausgangshalbleiterelement mit isoliertem Gate aufweist.

19. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssteuereinrichtung eine Gatetreibereinrich­ tung zum Laden und Entladen des Gates des Ausgangshalb­ leiterelementes mit isoliertem Gate aufweist;
daß die Batterieeinrichtung einen Kondensator zur Zufuhr von Strom zu der Gatetreibereinrichtung aufweist;
daß die Ladungsschalteinrichtung eine Ladungsschaltungs­ einrichtung zum Aufladen des Kondensators mit einer Span­ nung über der Drainelektrode und der Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelements mit isoliertem Gate aufweist, wobei die Ladungsschaltungseinrichtung ein ladendes Halb­ leiterelement und eine Umkehrstromsperrdiode aufweist, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und den Konden­ sator geschaltet sind, sowie einen Widerstand und eine erste Konstantspannungsdiode, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und die Sourceelektrode geschaltet sind, wobei die Anode der ersten Konstantspannungsdiode an die Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelements mit iso­ liertem Gate angeschlossen ist, und die Kathode der er­ sten Konstantspannungsdiode mit dem Gate des ladenden Halbleiterelements und dem Widerstand verbunden ist, und
daß die Ladungsbeendigungseinrichtung ein kurzschließen­ des Halbleiterelement aufweist, das mit einem Gate ver­ sehen ist, welches mit der Seite hohen Potentials des Kondensators über eine zweite Konstantspannungsdiode ver­ bunden ist, um zumindest einen Teil der ersten Konstant­ spannungsdiode kurzzuschließen, wenn die Spannung über den Kondensator den vorbestimmten Ladungspotentialpegel erreicht.

20. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement ein NPN-Transistor ist, und daß die Anode der zweiten Konstantspannungsdiode mit der Basis des NPN-Transistors verbunden ist.

21. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement ein Halbleiterelement mit isoliertem Gate ist, daß die Anode der zweiten Konstant­ spannungsdiode über einen Widerstand an die Sourceelek­ trode des Ausgangshalbleiterelements mit isoliertem Gate angeschlossen ist, und daß die Anode der zweiten Konstant­ spannungsdiode mit dem Gate des kurzschließenden Halblei­ terelements mit isoliertem Gate verbunden ist.

22. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle, gekennzeichnet durch:
eine Ausgangsschalteinrichtung zum Umschalten von Leistung zwischen ersten und zweiten Klemmen extern von der Halb­ leitervorrichtung;
eine Ausgangssteuereinrichtung zum Steuern der Ausgangs­ schalteinrichtung in Reaktion auf ein Eingangssteuersig­ nal;
eine Batterieeinrichtung zur Zufuhr von Treiberstrom zu der Ausgangssteuereinrichtung;
eine Ladungseinrichtung zum Aufladen der Batterieeinrich­ tung von einer Schaltung außerhalb der Halbleitervorrich­ tung, wobei die Ladungseinrichtung eine Ladungsschaltein­ richtung zum Leiten von Ladungsstrom zu der Batterieein­ richtung von der externen Schaltung aufweist; und
eine Sperreinrichtung zum Sperren der Ausgangsschaltein­ richtung, wenn ein Ladungspotential der Batterieeinrich­ tung niedriger ist als ein vorbestimmter Ladungspotential­ pegel.

23. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgangssteuerabschnitt eine Einrichtung zum Aus­ senden von Licht in Reaktion auf das Eingangssteuersignal aufweist, sowie eine Einrichtung zur Erzeugung einer Pho­ tospannung in Reaktion auf das ausgesandte Licht, und
daß die Ladungseinrichtung eine Einrichtung zum Leiten zumindest eines Teils der Photospannung zu der Batterie­ einrichtung aufweist, um die Batterieeinrichtung aufzu­ laden.

24. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gangssteuereinrichtung eine Einrichtung zum Umwandeln der Photospannung in ein Ausgangssteuersignal aufweist, sowie eine Einrichtung zur Übertragung des Ausgangssteuersignals an die Ausgangsschalteinrichtung.

25. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die licht­ aussendende Einrichtung eine LED aufweist, und daß die Photospannungs-Erzeugungseinrichtung einen Phototransis­ torarray aufweist.

26. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gangsschalteinrichtung ein Ausgangshalbleiterelement mit isoliertem Gate aufweist.

27. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssteuereinrichtung eine Gatetreiberein­ richtung zum Aufladen und Entladen des Gates des Ausgangs­ halbleiterelements mit isoliertem Gate aufweist;
daß die Batterieeinrichtung einen Kondensator zur Zufuhr von Strom zu der Gatetreibereinrichtung aufweist;
daß die Ladungsschalteinrichtung eine Ladungsschaltungs­ einrichtung aufweist, um den Kondensator mit einer Span­ nung über der Drainelektrode und der Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelements mit isoliertem Gate zu laden, wobei die Ladungsschaltungseinrichtung ein ladendes Halb­ leiterelement und eine Umkehrstromsperrdiode aufweist, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und den Konden­ sator geschaltet sind, sowie einen Widerstand und eine erste Konstantspannungsdiode, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und die Sourceelektrode geschaltet sind, wobei die Anode der ersten Konstantspannungsdiode an die Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelements mit iso­ liertem Gate angeschlossen ist, und die Kathode der er­ sten Konstantspannungsdiode an das Gate des ladenden Halb­ leiterelements und den Widerstand angeschlossen ist, und
daß die Ladungsbeendigungseinrichtung ein kurzschließen­ des Halbleiterelement aufweist, welches mit einem Gate versehen ist, das an die Seite hohen Potentials des Kon­ densators über eine zweite Konstantspannungsdiode ange­ schlossen ist, um zumindest einen Teil der ersten Kon­ stantspannungsdiode kurzzuschließen, wenn die Spannung über dem Kondensator den vorbestimmten Ladungspotential­ pegel erreicht.

28. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das kurzschließende Halbleiterelement ein NPN-Transistor ist, und daß die Anode der zweiten Konstantspannungsdiode an die Basis des NPN-Transistors angeschlossen ist.

29. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement ein Halbleiterelement mit isoliertem Gate ist, daß die Anode der zweiten Konstant­ spannungsdiode über einen Widerstand an die Sourceelek­ trode des Ausgangshalbleiterelements mit isoliertem Gate angeschlossen ist, und daß die Anode der zweiten Konstant­ spannungsdiode mit dem Gate des kurzschließenden Halblei­ terelements mit isoliertem Gate verbunden ist.

30. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle, gekennzeichnet durch:
eine Ausgangsschalteinrichtung zum Schalten von Leistung zwischen ersten und zweiten Klemmen extern von der Halb­ leitervorrichtung;
eine Ausgangssteuereinrichtung zum Steuern der Ausgangs­ schalteinrichtung in Reaktion auf ein Eingangssteuersig­ nal;
eine Batterieeinrichtung zur Zufuhr von Treiberstrom zu der Ausgangssteuereinrichtung; und
eine Ladungseinrichtung zum Laden der Batterieeinrichtung von einer Schaltung extern von der Halbleitervorrichtung,
wobei die Ladungseinrichtung eine Ladungsschalteinrich­ tung aufweist, um Ladungsstrom von der externen Schaltung der Batterieeinrichtung zuzuleiten;
wobei der Ausgangssteuerabschnitt eine Einrichtung zum Aussenden von Licht in Reaktion auf das Eingangssteuer­ signal aufweist, sowie eine Einrichtung zur Erzeugung ei­ ner Photospannung in Reaktion auf das ausgesandte Licht, und
wobei die Ladungseinrichtung eine Einrichtung zum Leiten zumindest eines Teils der Photospannung an die Batterieeinrichtung aufweist, um die Batterieeinrichtung aufzuladen.

31. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gangssteuereinrichtung eine Einrichtung zum Umwandeln der Photospannung in ein Ausgangssteuersignal aufweist, sowie eine Einrichtung zum Übertragen des Ausgangssteuer­ signals an die Ausgangsschalteinrichtung.

32. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht aussendende Einrichtung eine LED aufweist, und daß die Photospannungs-Erzeugungseinrichtung einen Phototransis­ torarray aufweist.

33. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ gangsschalteinrichtung ein Ausgangshalbleiterelement mit isoliertem Gate aufweist.

34. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssteuereinrichtung eine Gatetreibereinrich­ tung zum Laden und Entladen des Gates des Ausgangshalb­ leiterelements mit isoliertem Gate aufweist;
daß die Batterieeinrichtung einen Kondensator zur Zufuhr von Strom zu der Gatetreibereinrichtung aufweist;
daß die Ladungsschalteinrichtung eine Ladungsschaltungs­ einrichtung aufweist, um den Kondensator mit einer Span­ nung über der Drainelektrode und der Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelements mit isoliertem Gate aufzuladen, wobei die Ladungsschaltungseinrichtung ein ladendes Halb­ leiterelement und eine Umkehrstromsperrdiode aufweist, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und den Konden­ sator geschaltet sind, sowie einen Widerstand und eine erste Konstantspannungsdiode, die in Reihe zwischen die Drainelektrode und die Sourceelektrode geschaltet sind, wobei die Anode der ersten Konstantspannungsdiode mit der Sourceelektrode des Ausgangshalbleiterelements mit iso­ liertem Gate verbunden ist, und die Kathode der ersten Konstantspannungsdiode an das Gate des ladenden Halblei­ terelements und dem Widerstand angeschlossen ist, und
daß die Ladungsbeendigungseinrichtung ein kurzschließen­ des Halbleiterelement aufweist, welches mit einem Gate versehen ist, das an die Seite hohen Potentials des Kon­ densators über eine zweite Konstantspannungsdiode ange­ schlossen ist, um zumindest einen Teil der ersten Kon­ stantspannungsdiode kurzzuschließen, wenn die Spannung über den Kondensator den vorbestimmten Ladungspotential­ pegel erreicht.

35. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement ein NPN-Transistor ist, und daß die Anode der zweiten Konstantspannungsdiode an die Basis des NPN-Transistors angeschlossen ist.

36. Halbleitervorrichtung mit eingebauter Treiberstromquelle nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das kurz­ schließende Halbleiterelement ein Halbleiterelement mit isoliertem Gate ist, daß die Anode der zweiten Konstant­ spannungsdiode über einen Widerstand an die Sourceelek­ trode des Ausgangshalbleiterelement mit isoliertem Gate angeschlossen ist, und daß die Anode der zweiten Konstant­ spannungsdiode mit dem Gate des kurzschließenden Halblei­ terelements mit isoliertem Gate verbunden ist.