JP3529238B2 - Semiconductor switch - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、信号をオン/オ
フしてスイッチング制御する半導体スイッチに係り、特
に交流電流のスイッチングに好適な半導体スイッチに関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor switch for controlling switching by turning on / off a signal, and more particularly to a semiconductor switch suitable for switching an alternating current.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、交流信号をオン/オフするスイ
ッチング制御には、機械的に接離する接点を用いたメカ
ニカルスイッチ又は半導体スイッチング素子により無接
点でスイッチング制御を行う半導体スイッチが用いられ
ている。メカニカルスイッチを電気的に制御するリード
スイッチやリレー等もしばしば用いられている。2. Description of the Related Art Generally, for switching control for turning on / off an alternating current signal, a mechanical switch using a contact that mechanically contacts or separates or a semiconductor switch that performs contactless switching control by a semiconductor switching element is used. . Reed switches and relays that electrically control mechanical switches are often used.
【0003】交流信号のオン/オフを高速で制御しなけ
ればならない場合、あるいは電気的な制御回路の動作に
基づいて交流信号をオン/オフしたい場合には、半導体
スイッチが用いられることが多い。A semiconductor switch is often used when it is necessary to control ON / OFF of an AC signal at high speed or when it is desired to turn on / off the AC signal based on the operation of an electric control circuit.
【0004】交流電流のオン/オフに用いることができ
る半導体スイッチとしては、サイリスタ、トライアッ
ク、GTO、ソリッドステートリレー(SSR)、IG
BT等が用いられている。Semiconductor switches that can be used to turn on / off alternating current include thyristors, triacs, GTOs, solid state relays (SSRs), and IGs.
BT or the like is used.
【0005】これらの半導体スイッチは、いずれも導通
時の電圧降下が大きい。そのため、電力損失も大きく、
スイッチによる損失を小さく抑えたい場合には、よい結
果が得られないことが多かった。さらに、いわゆるスイ
ッチング電源の一種であるインバータ電源等の電源回路
に用いる場合には、高電圧をスイッチングしなければな
らず、充分な耐電圧が必要である。また、スイッチをオ
ンした時には、オーバーシュートによる大電流が流れる
ことがあり、この大電流による影響も無視することはで
きない。Each of these semiconductor switches has a large voltage drop when conducting. Therefore, the power loss is large,
Good results were often not obtained when it was desired to minimize switch losses. Further, when used in a power supply circuit such as an inverter power supply which is a kind of so-called switching power supply, a high voltage must be switched, and a sufficient withstand voltage is required. Further, when the switch is turned on, a large current may flow due to overshoot, and the influence of this large current cannot be ignored.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従
来、交流信号をオン/オフ制御するスイッチとして用い
られるメカニカルスイッチ及び半導体スイッチには、種
々の問題があった。例えば、メカニカルスイッチは、高
速動作や電気的制御に不便であり、半導体スイッチは、
導通時の電圧降下が大きく、スイッチによる電力損失が
大きい。As described above, conventionally, the mechanical switch and the semiconductor switch used as the switch for turning on / off the AC signal have various problems. For example, mechanical switches are inconvenient for high-speed operation and electrical control, and semiconductor switches are
The voltage drop during conduction is large, and the power loss due to the switch is large.
【0007】この発明は、上述した事情に鑑みてなされ
たもので、電気的制御に直接応動し、高速動作が可能
で、しかも導通時の電圧降下及び電力損失を低く抑える
ことが可能な半導体スイッチを提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and is a semiconductor switch that directly responds to electrical control, can operate at high speed, and can suppress voltage drop and power loss at the time of conduction. The purpose is to provide.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、この発明の第1の観点による半導体スイッチは、第
1の半導体スイッチ素子と第2の半導体スイッチ素子と
制御回路とを具備し、前記第1の半導体スイッチ素子
は、第1の電流路と第1の制御端子とを有し、前記第1
の制御端子に印加される信号に応じて前記第1の電流路
を開閉制御し、前記第2の半導体スイッチ素子は、第2
の電流路と第2の制御端子とを有し、前記第2の制御端
子に印加される信号に応じて前記第2の電流路を開閉制
御し、前記第1の電流路と前記第2の電流路とは、直列
に且つ対称的に接続され、前記制御回路は、前記第1と
第2の制御端子に信号を印加し、前記直列接続された前
記第1と第2の電流路の開閉を制御する。To achieve the above object, a semiconductor switch according to a first aspect of the present invention comprises a first semiconductor switching element, a second semiconductor switching element and a control circuit. The first semiconductor switch element has a first current path and a first control terminal,
Controlling the opening and closing of the first current path according to a signal applied to the control terminal of the second semiconductor switch element,
Current path and a second control terminal, the second current path is controlled to open / close in accordance with a signal applied to the second control terminal, and the first current path and the second current path are controlled. A current path is connected in series and symmetrically, and the control circuit applies a signal to the first and second control terminals to open and close the first and second current paths connected in series. To control.
【0009】このような構成によれば、第1と第2の半
導体スイッチ素子が一体的にオン・オフし、電流を制限
する。従って、単体の半導体スイッチ素子で電流路をオ
ン・オフする場合よりも、確実に電流路をオン・オフす
ることができる。半導体スイッチ素子としては、バイポ
ーラトランジスタ、電界効果型トランジスタ、フォトト
ランジスタ、フォトダイオード、ホール素子等を使用す
ることができる。バイポーラトランジスタを使用する場
合には、制御回路は、ベースにバイアス電圧及び電流を
印加する。FETを使用する場合には、制御回路は、ゲ
ートにバイアス電圧を印加する。フォトダイオード、フ
ォトトランジスタを使用する場合には、制御回路は光を
印加してこれらをオン・オフする。この場合、光という
物理的媒体により、制御回路と第1と第2の半導体スイ
ッチ素子は接続される。ホール素子を使用する場合に
は、制御回路は磁界(磁束)を印加してこれらをオン・
オフする。この場合、磁束という物理的媒体により、制
御回路と第1と第2の半導体スイッチ素子は接続され
る。According to this structure, the first and second semiconductor switching elements are turned on / off integrally to limit the current. Therefore, the current path can be turned on / off more reliably than when the current path is turned on / off by a single semiconductor switching element. As the semiconductor switch element, a bipolar transistor, a field effect transistor, a phototransistor, a photodiode, a Hall element or the like can be used. When using a bipolar transistor, the control circuit applies a bias voltage and current to the base. When using a FET, the control circuit applies a bias voltage to the gate. When a photodiode or phototransistor is used, the control circuit applies light to turn them on and off. In this case, the control circuit and the first and second semiconductor switch elements are connected by the physical medium of light. When using Hall elements, the control circuit applies a magnetic field (magnetic flux) to turn them on.
Turn off. In this case, the control circuit and the first and second semiconductor switch elements are connected by a physical medium called magnetic flux.
【0010】前記第1及び第2の半導体スイッチ素子
は、それぞれの電流路の方向性を逆向きとして直列接続
して、対称的に構成してもよい。このような構成とすれ
ば、交流電流をスイッチングする場合に、いずれか一方
の半導体スイッチ素子により耐圧が確保される。従っ
て、交流スイッチとして好適である。The first and second semiconductor switching elements may be connected in series so that their current paths have opposite directions, and may be symmetrically configured. With such a configuration, when switching the alternating current, the breakdown voltage is secured by either one of the semiconductor switching elements. Therefore, it is suitable as an AC switch.
【0011】例えば、前記第1の半導体スイッチ素子
は、前記第2の半導体スイッチ素子との接続点の電圧と
前記第1の制御端子との間の電圧に応じて前記電流路を
開閉制御し、前記第2の半導体スイッチ素子は、前記第
1の半導体スイッチ素子との接続点の電圧と前記第2の
制御端子との間の電圧に応じて前記電流路を開閉制御す
る。この場合、前記制御回路は、前記第1と第2の制御
端子と、該第1及び第2の半導体スイッチ素子の相互に
接続された点との間に電圧を印加して、前記直列接続さ
れた前記第1と第2の電流路のオン・オフを制御する。For example, the first semiconductor switching element controls the opening and closing of the current path according to the voltage between the connection point with the second semiconductor switching element and the first control terminal, The second semiconductor switching element controls opening / closing of the current path according to a voltage between a connection point with the first semiconductor switching element and the second control terminal. In this case, the control circuit applies a voltage between the first and second control terminals and a point where the first and second semiconductor switch elements are connected to each other, and the control circuit is connected in series. On / off of the first and second current paths is controlled.
【0012】前記制御回路は、例えば、前記第1の制御
端子に接続された第1の抵抗と、前記第2の制御端子に
接続された第2の抵抗と、前記第1と第2の電流路の接
続点に接続された第3の抵抗を含み、前記第1乃至第3
の抵抗を介して信号を印加する。この構成では、例え
ば、第1乃至第3の抵抗により、バイアス電圧を確保す
ることができる。The control circuit may include, for example, a first resistor connected to the first control terminal, a second resistor connected to the second control terminal, and the first and second currents. A first resistor connected to a connection point of the path,
The signal is applied through the resistor. In this configuration, for example, the bias voltage can be secured by the first to third resistors.
【0013】また、前記制御回路は、前記第1及び第2
の制御端子に接続され、制御用の電流を制限する抵抗を
含んでもよい。Further, the control circuit includes the first and second control circuits.
May include a resistor that is connected to the control terminal of and that limits the current for control.
【0014】前記制御回路は、オン制御時に前記第1及
び第2の半導体スイッチ素子が実質的に完全にオンし、
オフ制御時に前記第1及び第2の半導体スイッチ素子が
実質的に完全にオフするバイアスを前記第1及び第2の
半導体スイッチ素子に印加することが望ましい。このよ
うな構成とすることにより、第1と第2の半導体スイッ
チ素子を十分にオン・オフさせて、この半導体スイッチ
のオン抵抗を十分に低減し、オフ時の電流を完全に遮断
することができる。バイアスのかけ方、電圧等は、半導
体素子の種類、不純物濃度等によって個々に変化するた
め、適切なものを選択する。例えば、ノーマリーオンの
素子を用いる場合には、オン時は、0−バイアスを印加
し、オフ時には第1と第2の半導体スイッチを完全にオ
フさせるバイアスを印加する。また、ノーマリーオフの
素子を用いる場合には、オフ時は、0−バイアスを印加
し、オン時には第1と第2の半導体スイッチを完全にオ
ンさせる信号を供給する。In the control circuit, the first and second semiconductor switch elements are turned on substantially completely during on-control,
It is desirable to apply a bias to the first and second semiconductor switching elements so that the first and second semiconductor switching elements are turned off substantially completely during the off control. With such a configuration, it is possible to sufficiently turn on / off the first and second semiconductor switching elements, sufficiently reduce the on-resistance of the semiconductor switch, and to completely shut off the current when turning off. it can. The biasing method, the voltage, etc. are individually changed depending on the type of semiconductor element, the impurity concentration, etc., and therefore an appropriate one is selected. For example, when a normally-on element is used, 0-bias is applied when it is on, and a bias that completely turns off the first and second semiconductor switches is applied when it is off. When a normally-off element is used, 0-bias is applied when it is off, and a signal that completely turns on the first and second semiconductor switches is supplied when it is on.
【0015】前記制御回路は、例えば、スイッチング対
象の電流により充電される被充電手段と、前記被充電手
段の充電電力を用いて前記信号を前記第1及び第2の半
導体スイッチ素子に印加する手段を備える。この半導体
スイッチがオフの時に、被充電手段を充電し、この充電
電力を用いてバイアス電圧を印加することにより、別電
源を用いること無く、簡単に半導体スイッチをオン・オ
フすることができる。前記被充電手段は、二次電池又は
スーパーコンデンサなどのコンデンサから構成される。The control circuit applies the signal to the first and second semiconductor switch elements, for example, by means of the means to be charged which is charged by the current to be switched and the charging power of the means to be charged. Equipped with. When the semiconductor switch is off, the means to be charged is charged and a bias voltage is applied using this charging power, so that the semiconductor switch can be easily turned on / off without using a separate power supply. The means to be charged is composed of a secondary battery or a capacitor such as a super capacitor.
【0016】また、この発明の第2の観点にかかる半導
体スイッチは、第1の半導体スイッチ素子と第2の半導
体スイッチ素子と制御回路とを備え、前記第1の半導体
スイッチ素子は、電流路の両端となる一対の電流路端子
及び制御端子を有し、前記一対の電流路端子の一方と前
記制御端子との間のバイアス電圧に応じて前記電流路を
開閉制御し、前記第2の半導体スイッチ素子は、電流路
の両端となる一対の電流路端子及び制御端子を有し、前
記一対の電流路端子の一方を前記第1の半導体スイッチ
素子の前記一方の電流路端子に接続して、前記電流路を
前記第1の半導体スイッチ素子の電流路に直列に且つ対
称的に対をなして接続し、該一対の電流路端子の一方と
前記制御端子との間のバイアス電圧に応じて前記電流路
を開閉制御し、前記制御回路は、これら対をなす第1及
び第2の半導体スイッチ素子の制御端子と、該第1及び
第2の半導体スイッチ素子の相互に接続された各一方の
電流路端子との間に共通のバイアス電圧を印加して、前
記直列接続された電流路を制御する。A semiconductor switch according to a second aspect of the present invention comprises a first semiconductor switching element, a second semiconductor switching element and a control circuit, wherein the first semiconductor switching element is a current path. The second semiconductor switch has a pair of current path terminals and a control terminal at both ends, and controls the opening and closing of the current path according to a bias voltage between one of the pair of current path terminals and the control terminal. The element has a pair of current path terminals and a control terminal that are both ends of a current path, and one of the pair of current path terminals is connected to the one current path terminal of the first semiconductor switch element, A current path is connected to the current path of the first semiconductor switching element in series and symmetrically in pairs, and the current is supplied in accordance with a bias voltage between one of the pair of current path terminals and the control terminal. Control the opening and closing of the road, The control circuit has a common terminal between the control terminals of the first and second semiconductor switching elements and the current path terminals of the first and second semiconductor switching elements which are paired with each other. A bias voltage is applied to control the series-connected current paths.
【0017】このような構成によれば、第1と第2の半
導体スイッチ素子が一体的にオン・オフし、電流を制限
する。従って、単体の半導体スイッチ素子で電流路をオ
ン・オフする場合よりも、確実に電流路をオン・オフす
ることができる。また、バイアス電圧の制御により、電
流路をほぼ完全にオン・オフできるので、簡単な制御で
電流路をオン・オフすることができる。According to such a configuration, the first and second semiconductor switching elements are turned on / off integrally to limit the current. Therefore, the current path can be turned on / off more reliably than when the current path is turned on / off by a single semiconductor switching element. Further, since the current path can be turned on and off almost completely by controlling the bias voltage, the current path can be turned on and off by simple control.
【0018】半導体スイッチ素子としては、バイポーラ
トランジスタ、電界効果型トランジスタ、フォトトラン
ジスタ、フォトダイオード、ホール素子等を使用するこ
とができる。バイポーラトランジスタを使用する場合に
は、制御回路は、ベースにバイアス電圧及び電流を印加
する。FETを使用する場合には、制御回路は、ゲート
にバイアス電圧を印加する。フォトダイオード、フォト
トランジスタを使用する場合には、制御回路は光を印加
してこれらをオン・オフする。この場合、光という物理
的媒体により、制御回路と第1と第2の半導体スイッチ
素子は接続される。ホール素子を使用する場合には、制
御回路は磁界(磁束)を印加してこれらをオン・オフす
る。この場合、磁束という物理的媒体により、制御回路
と第1と第2の半導体スイッチ素子は接続される。As the semiconductor switch element, a bipolar transistor, a field effect transistor, a phototransistor, a photodiode, a Hall element or the like can be used. When using a bipolar transistor, the control circuit applies a bias voltage and current to the base. When using a FET, the control circuit applies a bias voltage to the gate. When a photodiode or phototransistor is used, the control circuit applies light to turn them on and off. In this case, the control circuit and the first and second semiconductor switch elements are connected by the physical medium of light. When using Hall elements, the control circuit applies a magnetic field (magnetic flux) to turn them on and off. In this case, the control circuit and the first and second semiconductor switch elements are connected by a physical medium called magnetic flux.
【0019】前記第1及び第2の半導体スイッチ素子
は、それぞれの電流路の方向性を逆向きとして直列に接
続され、対称的に構成することが望ましい。It is desirable that the first and second semiconductor switch elements are connected in series with their current paths in opposite directions and are symmetrically configured.
【0020】前記制御回路は、例えば、前記第1及び第
2の半導体スイッチ素子の制御端子と、該第1及び第2
の半導体スイッチ素子の相互に接続された各一方の電流
路端子との間に共通に接続された抵抗を含む。或いは、
前記制御回路は、前記第1及び第2の半導体スイッチ素
子の制御端子に接続され、制御電流を制限する抵抗を含
む。The control circuit includes, for example, control terminals of the first and second semiconductor switch elements and the first and second semiconductor switch elements.
And a resistor commonly connected between each of the semiconductor switch elements and one of the current path terminals connected to each other. Alternatively,
The control circuit includes a resistor that is connected to the control terminals of the first and second semiconductor switch elements and limits a control current.
【0021】前記制御回路は、オン制御時に充分に深い
順バイアスを前記第1及び第2の半導体スイッチ素子に
印加することが望ましい。このようにすることにより、
半導体スイッチを完全にオンすることができ、半導体ス
イッチ素子での損失を抑えることができる。It is preferable that the control circuit applies a sufficiently deep forward bias to the first and second semiconductor switch elements during ON control. By doing this,
The semiconductor switch can be turned on completely, and the loss in the semiconductor switch element can be suppressed.
【0022】この発明の第3の観点による半導体スイッ
チは、第1と第2のバイポーラトランジスタと制御回路
とから構成される半導体スイッチであって、前記第1の
バイポーラトランジスタは、エミッタとコレクタとベー
スを有し、前記エミッタと前記ベースとの間のバイアス
電圧に応じてエミッタ−コレクタ間の電流路を開閉制御
し、前記第2のバイポーラトランジスタは、エミッタと
コレクタとベースを有し、前記エミッタが前記第1のバ
イポーラトランジスタの前記エミッタに接続され、前記
エミッタ−コレクタ間の電流路が前記第1のバイポーラ
トランジスタのエミッタ−コレクタ間の電流路に直列に
且つ対称的に対をなして接続され、該エミッタとベース
との間のバイアス電圧に応じて前記エミッタ−コレクタ
間の電流路を開閉制御し、前記制御回路は、前記第1及
び第2のバイポーラトランジスタのベースと、該第1及
び第2のトランジスタの相互に接続された各エミッタと
の間にバイアス電圧を印加して、直列接続された前記電
流路を制御する。A semiconductor switch according to a third aspect of the present invention is a semiconductor switch composed of first and second bipolar transistors and a control circuit, wherein the first bipolar transistor comprises an emitter, a collector and a base. And opening and closing a current path between the emitter and the collector according to a bias voltage between the emitter and the base, the second bipolar transistor has an emitter, a collector and a base, and the emitter is A current path between the emitter and collector of the first bipolar transistor is connected in series and symmetrically to a current path between the emitter and collector of the first bipolar transistor, and Opening and closing the current path between the emitter and collector according to the bias voltage between the emitter and base However, the control circuit applies a bias voltage between the bases of the first and second bipolar transistors and the mutually connected emitters of the first and second transistors to connect them in series. And controlling the generated current path.
【0023】このような構成によれば、第1と第2のト
ランジスタが一体的にオン・オフし、電流を制限する。
従って、単体のトランジスタで電流路をオン・オフする
場合よりも、確実に電流路をオン・オフすることができ
る。また、バイアス電圧の制御により電流路をオン・オ
フできるので、簡単な制御で電流路をオン・オフするこ
とができる。With such a configuration, the first and second transistors are turned on / off integrally to limit the current.
Therefore, the current path can be turned on / off more reliably than when the current path is turned on / off by a single transistor. Further, since the current path can be turned on / off by controlling the bias voltage, the current path can be turned on / off by simple control.
【0024】さらに、第1と第2のトランジスタの電流
路が逆方向に接続されているので、印加電圧の極性によ
らず、耐圧を確保することができる。即ち、一般に、ト
ランジスタの耐圧はベース−コレクタ間の耐圧が大き
く、トランジスタの耐圧はベース−エミッタ間の耐圧が
小さい。この構成によれば、一方の極性の電圧がスイッ
チに印加された時には、一方のトランジスタのベース−
コレクタ間の耐圧により、主な耐圧を確保し、他方の極
性の電圧がスイッチに印加された時には、他方のトラン
ジスタのベース−コレクタ間の耐圧により、主な耐圧を
確保することができる。従って、この半導体スイッチを
交流スイッチとして使用した場合には、十分な耐圧を確
保することができる。Furthermore, since the current paths of the first and second transistors are connected in opposite directions, the breakdown voltage can be secured regardless of the polarity of the applied voltage. That is, generally, the breakdown voltage of the transistor is large between the base and the collector, and the breakdown voltage of the transistor is small between the base and the emitter. According to this configuration, when a voltage of one polarity is applied to the switch, the base of one transistor is
The main breakdown voltage can be secured by the breakdown voltage between the collectors, and when the voltage of the other polarity is applied to the switch, the main breakdown voltage can be secured by the breakdown voltage between the base and collector of the other transistor. Therefore, when this semiconductor switch is used as an AC switch, a sufficient breakdown voltage can be secured.
【0025】前記制御回路は、前記第1及び第2のバイ
ポーラトランジスタのベースと、該第1及び第2のトラ
ンジスタの相互に接続された各エミッタとの間に共通に
接続された抵抗を含んでも良い。この構成とすることに
より、バイアス電圧を確保することができる。The control circuit may include resistors commonly connected between the bases of the first and second bipolar transistors and the mutually connected emitters of the first and second transistors. good. With this configuration, the bias voltage can be secured.
【0026】前記制御回路は、前記第1及び第2のバイ
ポーラトランジスタのベースに接続されたベース電流制
限用の抵抗を含んでもよい。前記制御回路は、オン制御
時に充分に深い順バイアスを前記第1及び第2のバイポ
ーラトランジスタのベース−エミッタ間に印加すること
が望ましい。このような構成とすることにより、第1と
第2のトランジスタを飽和領域で操作させて、エミッタ
とコレクタの電圧を実質的に等しくし、即ち、損失な
く、電流をオン・オフすることができる。The control circuit may include a base current limiting resistor connected to the bases of the first and second bipolar transistors. It is preferable that the control circuit applies a sufficiently deep forward bias between the base and the emitter of the first and second bipolar transistors during ON control. With such a configuration, the first and second transistors can be operated in the saturation region to substantially equalize the voltages of the emitter and collector, that is, the current can be turned on / off without loss. .
【0027】前記制御回路は、例えば、スイッチング対
象の電流により充電される被充電手段と、前記被充電手
段の充電電力を用いてオン・オフ制御用の信号を前記第
1及び第2の半導体スイッチ素子に印加する。前記第1
と第2のトランジスタの前記エミッタと前記コレクタを
構成する半導体層の厚さをほぼ等しく構成しても良い。
このような構成とすることにより、エミッタ・ベース間
の耐圧とコレクタ・ベース間の耐圧をほぼ等しくするこ
とができる。従って、エミッタとコレクタの区別をあま
り気にせずに交流スイッチを製造でき、しかも、耐圧を
高めることができる。The control circuit uses, for example, a charged means to be charged by a current to be switched, and a signal for on / off control using the charging power of the charged means, the first and second semiconductor switches. Apply to the device. The first
The semiconductor layers forming the emitter and the collector of the second transistor may have substantially the same thickness.
With this structure, the breakdown voltage between the emitter and the base and the breakdown voltage between the collector and the base can be made substantially equal. Therefore, the AC switch can be manufactured without paying too much attention to the distinction between the emitter and the collector, and the breakdown voltage can be increased.
【0028】前記第1と第2のトランジスタの前記エミ
ッタを一体に(1つの半導体層で)形成してもよい。こ
のような構成とするこにより、素子構造を簡略化し、素
子サイズを抑えることができる。The emitters of the first and second transistors may be integrally formed (in one semiconductor layer). With such a structure, the element structure can be simplified and the element size can be suppressed.
【0029】前記制御回路は、前記第1及び第2のトラ
ンジスタのベースと、該第1及び第2のトランジスタの
相互に接続された各エミッタとの間に共通に接続された
抵抗を含んでいてもよい。前記制御回路は、オン制御時
に充分に深い順バイアスを前記第1及び第2のトランジ
スタのベース−エミッタ間に印加することが望ましい。The control circuit includes a resistor commonly connected between the bases of the first and second transistors and the mutually connected emitters of the first and second transistors. Good. It is preferable that the control circuit applies a sufficiently deep forward bias between the base and the emitter of the first and second transistors during ON control.
【0030】この発明の第4の観点による半導体スイッ
チは、電流路の両端となるソース及びドレイン及び制御
端子となるゲートを有し、前記ソース及びドレインの一
方と前記ゲートとの間のバイアス電圧に応じて前記ソー
ス−ドレイン間の電流路を開閉制御する第1のFET
(電界効果型トランジスタ)と、電流路の両端となるソ
ース及びドレイン及び制御端子となるゲートを有し、前
記ソース及びドレインの一方を前記第1のFETの前記
ソース及びドレインの一方に接続して、前記ソース−ド
レイン間の電流路を前記第1のFETの電流路に直列に
且つ対称的に対をなして接続し、該ソース及びドレイン
の一方と前記ゲートとの間のバイアス電圧に応じて前記
ソース−ドレイン間の電流路を開閉制御する第2のFE
Tと、これら対をなす第1及び第2のFETのゲート
と、該第1及び第2のFETの相互に接続された各々の
ソース及びドレインの一方との間に共通のバイアス電圧
を印加して、前記直列接続された電流路を制御する制御
回路と、を具備する。A semiconductor switch according to a fourth aspect of the present invention has a source and a drain which are both ends of a current path and a gate which is a control terminal, and a bias voltage between one of the source and the drain and the gate. A first FET for controlling opening / closing of a current path between the source and the drain according to the
(Field-effect transistor), a source and a drain at both ends of a current path, and a gate as a control terminal, and one of the source and the drain is connected to one of the source and the drain of the first FET. , The source-drain current path is connected in series and symmetrically to the current path of the first FET in a pair, and in accordance with a bias voltage between one of the source and drain and the gate. A second FE for controlling the opening and closing of the current path between the source and drain
A common bias voltage is applied between T, the gates of the pair of first and second FETs, and one of the sources and drains of the first and second FETs, which are connected to each other. And a control circuit for controlling the series-connected current paths.
【0031】この構成によれば、第1と第2のFETが
一体的にオン・オフし、電流路をオン又はオフする。従
って、単体の半導体スイッチ素子で電流路をオン・オフ
する場合よりも、確実に電流路をオン・オフすることが
できる。また、バイアス電圧の制御により電流路をオン
・オフできるので、簡単な制御で電流路をオン・オフす
ることができる。According to this structure, the first and second FETs are turned on / off integrally to turn on / off the current path. Therefore, the current path can be turned on / off more reliably than when the current path is turned on / off by a single semiconductor switching element. Further, since the current path can be turned on / off by controlling the bias voltage, the current path can be turned on / off by simple control.
【0032】前記第1及び第2のFETは、それぞれの
電流路の方向性を逆向きとして直列接続して、対称的に
構成してもよい。The first and second FETs may be symmetrically formed by connecting the first and second FETs in series with their respective current paths oriented in opposite directions.
【0033】前記制御回路は、前記第1及び第2のFE
Tのゲートと、該第1及び第2のFETの相互に接続さ
れた各々のソース及びドレインの一方との間に共通に接
続された抵抗を含んでいてもよい。The control circuit includes the first and second FEs.
A resistor may be commonly connected between the gate of T and one of the source and drain of each of the first and second FETs connected together.
【0034】前記制御回路は、オン制御時に充分に深い
順バイアスを前記第1及び第2のFETに印加するよう
にしてもよい。The control circuit may apply a sufficiently deep forward bias to the first and second FETs during ON control.
【0035】前記第1及び第2のFETは、ジャンクシ
ョン型FETであってもよい。The first and second FETs may be junction type FETs.
【0036】この発明の第5の観点による半導体スイッ
チは、電流路の両端となるソース及びドレイン、ならび
に制御端子となるゲートを有し、前記ソースと前記ゲー
トとの間のバイアス電圧に応じて前記ソース−ドレイン
間の電流路を開閉制御する第1のFETと、電流路の両
端となるソース及びドレイン、ならびに制御端子となる
ゲートを有し、前記ソースを前記第1のFETの前記ソ
ースに接続して、前記ソース−ドレイン間の電流路を前
記第1のFETのソース−ドレイン間の電流路に直列に
且つ対称的に対をなして接続し、該ソースとゲートとの
間のバイアス電圧に応じて前記ソース−ドレイン間の電
流路を開閉制御する第2のFETと、これら対をなす第
1及び第2のFETのゲートと、該第1及び第2のFE
Tの相互に接続された各ソースとの間に共通のバイアス
電圧を印加して、前記直列接続された電流路を制御する
制御回路と、を具備する。A semiconductor switch according to a fifth aspect of the present invention has a source and a drain which are both ends of a current path, and a gate which is a control terminal, and the semiconductor switch according to the bias voltage between the source and the gate. A first FET that controls opening and closing of a current path between a source and a drain, a source and a drain that are both ends of the current path, and a gate that is a control terminal, and the source is connected to the source of the first FET. Then, the source-drain current path is connected in series and symmetrically to the source-drain current path of the first FET in a pair, and is connected to the bias voltage between the source and the gate. Accordingly, a second FET for controlling the opening and closing of the current path between the source and the drain, the gates of the first and second FETs forming the pair, and the first and second FEs.
A control circuit for applying a common bias voltage to each of the T sources connected to each other and controlling the series-connected current paths.
【0037】この構成によっても、2つのFETを用い
て、バイアス電圧の制御により、電流路を確実且つ効率
良くオン(導通)又はオフ(遮断)することができる。Also with this structure, the current path can be turned on (conducting) or off (cutting off) reliably and efficiently by controlling the bias voltage using the two FETs.
【0038】前記制御回路は、前記第1及び第2のFE
Tのゲートと、該第1及び第2のFETの相互に接続さ
れた各ソースとの間に共通に接続された抵抗を含んでい
てもよい。The control circuit includes the first and second FEs.
A resistor commonly connected between the gate of T and each of the sources of the first and second FETs connected to each other may be included.
【0039】前記制御回路は、オン制御時に両トランジ
スタを実質的に完全にオンさせ、オフ制御時に両トラン
ジスタを実質的に完全にオフさせ、バイアスを前記第1
及び第2のFETのソース−ドレイン間に印加すること
が望ましい。このような構成とすれば、半導体スイッチ
のオン抵抗をほとんど0にすることができる。The control circuit turns on both transistors substantially completely during on control, turns off both transistors substantially completely during off control, and sets the bias to the first level.
It is desirable to apply between the source and the drain of the second FET. With such a configuration, the on resistance of the semiconductor switch can be made almost zero.
【0040】前記第1及び第2のFETは、MOS(金
属酸化物半導体)型FETであってもよい。The first and second FETs may be MOS (metal oxide semiconductor) type FETs.
【0041】この発明の第6の観点による半導体スイッ
チは、電流路の両端となるソース及びドレイン及び制御
端子となるゲートを有し、前記ソース及びドレインの一
方と前記ゲートとの間のバイアス電圧に応じて前記ソー
ス−ドレイン間の電流路を開閉制御するジャンクション
型FETと、前記ジャンクション型FETのゲートと、
前記ソース及びドレインとの間に共通のバイアス電圧を
印加して、前記ソース−ドレイン間の電流路を制御する
制御回路と、を具備する。A semiconductor switch according to a sixth aspect of the present invention has a source and a drain which are both ends of a current path and a gate which is a control terminal, and a bias voltage between one of the source and the drain and the gate. A junction-type FET that controls opening / closing of a current path between the source and the drain, and a gate of the junction-type FET.
A control circuit for controlling a current path between the source and the drain by applying a common bias voltage between the source and the drain.
【0042】前記制御回路は、前記ジャンクション型F
ETのゲートに一端が接続された第1の抵抗と、それぞ
れアノード及びカソードを有し、前記ジャンクション型
FETの各々のソース及びドレインに各々のカソードが
それぞれ接続され、前記第1の抵抗の他端に各々のアノ
ードがそれぞれ接続された第1及び第2のダイオード
と、前記第1及び第2のダイオードにそれぞれ並列に接
続された第2及び第3の抵抗と、を含んでいてもよい。The control circuit is the junction type F
A first resistor having one end to the gate of the ET is connected, it has an anode and a cathode, respectively, each of the mosquito source de is <br/> are respectively connected to the source and drain of each of the junction-type FET, the first The other end of the resistance of 1
First and second diodes over de is connected respectively, the second and third resistors connected in parallel to said first and second diode, it may be included.
【0043】通常のジャンクション型FETはゲートに
プラス電圧が印加されれば、ノーマリーオンである。従
って、制御回路は、オン制御時は、特にバイアスを印加
せず、オフ時には、強い逆バイアスをに印加して、この
ジャンクション型FETをオフする。A normal junction type FET is normally on when a positive voltage is applied to its gate. Therefore, the control circuit does not apply a bias during the ON control and applies a strong reverse bias during the OFF control to turn off the junction type FET.
【0044】各半導体スイッチの制御部を除いた半導体
部分をモジュール化し、外部の回路等でモジュール内の
半導体のオン・オフを制御してもよい。The semiconductor portion excluding the control portion of each semiconductor switch may be modularized, and ON / OFF of the semiconductor in the module may be controlled by an external circuit or the like.
【0045】[0045]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。図1〜図3を参照して、この発
明の第1の実施の形態に係る半導体スイッチを説明す
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A semiconductor switch according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
【0046】図1は、この発明の第1の実施の形態に係
る半導体スイッチの構成を模式的に示している。図1に
示す半導体スイッチは、第1のトランジスタTR1、第
2のトランジスタTR2及び抵抗R1、RB1、RB2
を備えている。FIG. 1 schematically shows the structure of a semiconductor switch according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor switch shown in FIG. 1 includes a first transistor TR1, a second transistor TR2 and resistors R1, RB1 and RB2.
Is equipped with.
【0047】第1及び第2のトランジスタTR1及びT
R2は、いずれもNPN型のトランジスタである。トラ
ンジスタTR1は、ベースB1、コレクタC1及びエミ
ッタE1を有している。トランジスタTR2は、ベース
B2、コレクタC2及びエミッタE2を有している。First and second transistors TR1 and T
Each of R2 is an NPN type transistor. The transistor TR1 has a base B1, a collector C1 and an emitter E1. The transistor TR2 has a base B2, a collector C2 and an emitter E2.
【0048】トランジスタTR1のエミッタE1は、ト
ランジスタTR2のエミッタE1に接続され、トランジ
スタTR1のベースB1は電流制限用の抵抗RB1の一
端に接続されている。トランジスタTR2のベースB2
は電流制限用の抵抗RB2の一端に接続されている。抵
抗R1の一端は、エミッタE1とエミッタE2との接続
点に接続されている。抵抗R1、RB1、RB2の他端
は互いに接続されている。抵抗R1、RB1、RB2の
接続点は、第1のバイアス端子BT1とし、エミッタE
1とエミッタE2との接続点は、第2のバイアス端子B
T2として、これらの間に制御バイアスが供給される。The emitter E1 of the transistor TR1 is connected to the emitter E1 of the transistor TR2, and the base B1 of the transistor TR1 is connected to one end of a current limiting resistor RB1. Base B2 of transistor TR2
Is connected to one end of a current limiting resistor RB2. One end of the resistor R1 is connected to a connection point between the emitter E1 and the emitter E2. The other ends of the resistors R1, RB1 and RB2 are connected to each other. The connection point of the resistors R1, RB1, and RB2 is the first bias terminal BT1 and the emitter E
1 is connected to the emitter E2 at the second bias terminal B
As T2, a control bias is supplied between them.
【0049】トランジスタTR1のコレクタC1には、
接続端子TAC1が接続されている。トランジスタTR2
のコレクタC2には、接続端子TAC2が接続されてい
る。例えば、トランジスタTR1、TR2、抵抗R1,
RB1、RB2は、樹脂等でモールドすることによりモ
ジュール化されている。このモジュールに接続端子TAC
1,TAC2,BT1,BT2が配置されている。The collector C1 of the transistor TR1 has
The connection terminal TAC1 is connected. Transistor TR2
A connection terminal TAC2 is connected to the collector C2 of. For example, transistors TR1 and TR2, resistors R1,
RB1 and RB2 are modularized by molding with resin or the like. Connection terminal TAC to this module
1, TAC2, BT1 and BT2 are arranged.
【0050】上述したように、トランジスタTR1及び
TR2は、両者のエミッタ同士(E1及びE2)を相互
に接続して対称構造とし、コレクタC1−エミッタE1
間の電流路に直列に且つ逆方向にエミッタE2−コレク
タC2間の電流路を接続している。即ち、トランジスタ
TR1及びTR2の電流路が逆方向に対称的に直列接続
されている。スイッチング対象の電圧(電流)は接続端
子TAC1とTAC2との間に印加(供給)される。トランジ
スタTR1及びTR2のベース(B1及びB2)も電流
制限用抵抗RB1、RB2を介して共通に接続し、抵抗
R1の両端、すなわちバイアス端子BT1及びBT2か
ら印加される制御バイアスは、両者のベース−エミッタ
間に共通に与えられる。As described above, in the transistors TR1 and TR2, the emitters (E1 and E2) of the transistors TR1 and TR2 are connected to each other to have a symmetrical structure, and the collector C1-emitter E1 is formed.
The current path between the emitter E2 and the collector C2 is connected in series and in the opposite direction to the current path between them. That is, the current paths of the transistors TR1 and TR2 are symmetrically connected in series in opposite directions. The voltage (current) to be switched is applied (supplied) between the connection terminals TAC1 and TAC2. The bases (B1 and B2) of the transistors TR1 and TR2 are also commonly connected via the current limiting resistors RB1 and RB2, and the control bias applied from both ends of the resistor R1, that is, the bias terminals BT1 and BT2, is the bases of both. Commonly given between emitters.
【0051】オン・オフ制御される信号ACは交流信号
でも良く、直流でも良い。この半導体スイッチのオン
時、信号ACは、コレクタC1−エミッタE1−エミッ
タE2−コレクタC2間の電流路を流れる。The signal AC to be turned on / off may be an alternating current signal or a direct current. When the semiconductor switch is turned on, the signal AC flows through the current path between the collector C1-emitter E1-emitter E2-collector C2.
【0052】バイアス制御部BAは、バイアス端子BT
1及びBT2に、オンバイアス又はオフバイアスを図1
に示すように印加する。The bias controller BA has a bias terminal BT.
1 and BT2 have an on bias or an off bias as shown in FIG.
Apply as shown in.
【0053】このような構成において、オフ制御時に
は、バイアス制御部BAは、バイアス端子BT1にマイ
ナス、バイアス端子BT2にプラスの制御バイアスを印
加する。この制御バイアスにより、トランジスタTR1
及びTR2がともにカットオフされ、コレクタC1−エ
ミッタE1−エミッタE2−コレクタC2間の電流路が
遮断される。In such a configuration, the bias control unit BA applies a negative control bias to the bias terminal BT1 and a positive control bias to the bias terminal BT2 during the off control. Due to this control bias, the transistor TR1
And TR2 are both cut off, and the current path between collector C1-emitter E1-emitter E2-collector C2 is cut off.
【0054】スイッチオフ時、遮断される電流の極性に
応じて、トランジスタTR1又はTR2が、逆接続トラ
ンジスタ(インバーストランジスタとなる)。インバー
ストランジスタは、その耐圧が大きい。従って、大きい
耐圧の半導体スイッチが得られる。When the switch is turned off, the transistor TR1 or TR2 is a reverse connection transistor (inverse transistor) depending on the polarity of the current to be cut off. The inverse transistor has a large withstand voltage. Therefore, a semiconductor switch having a large breakdown voltage can be obtained.
【0055】一方、オン制御時には、バイアス制御部B
Aは、バイアス端子BT1をプラス、バイアス端子BT
2をマイナスとして、制御バイアスを印加する。この制
御バイアスにより、トランジスタTR1及びTR2がと
もにターンオンし、コレクタC1−エミッタE1−エミ
ッタE2−コレクタC2間の電流路が導通する。On the other hand, at the time of ON control, the bias control unit B
A is the bias terminal BT1 plus, the bias terminal BT
The control bias is applied with 2 being negative. Due to this control bias, both the transistors TR1 and TR2 are turned on, and the current path between the collector C1-emitter E1-emitter E2-collector C2 becomes conductive.
【0056】このとき、制御バイアス電流をベースB1
及びB2に充分に流すことにより、トランジスタTR1
及びTR2を実質的に完全にオンさせ、飽和領域で動作
させることがでる。このため、トランジスタTR1のコ
レクタC1−エミッタE1間及びトランジスタTR2の
エミッタE2−コレクタC2間の電圧降下を充分に小さ
くすることができ、導通時の電圧損失の少ないスイッチ
を実現することができる。At this time, the control bias current is set to the base B1.
And B2 are sufficiently flowed, the transistor TR1
, And TR2 can be turned on substantially completely and operated in the saturation region. Therefore, the voltage drop between the collector C1 and the emitter E1 of the transistor TR1 and between the emitter E2 and the collector C2 of the transistor TR2 can be made sufficiently small, and a switch with a small voltage loss during conduction can be realized.
【0057】また、オン制御時に遮断状態から導通状態
になる過程で、メカニカルスイッチ等の場合には、大き
な突入電流が流れるが、図1に示した半導体スイッチで
は、オフ状態からオン状態へ移行する過程では、定電流
特性(ベース電圧に対応した定電流を流す特性)によ
り、電流がほぼ一定値に制限され、大きな突入電流は流
れない。Further, in the process of changing from the cutoff state to the conduction state during the ON control, a large inrush current flows in the case of a mechanical switch or the like, but in the semiconductor switch shown in FIG. 1, the OFF state is changed to the ON state. In the process, due to the constant current characteristic (the characteristic that a constant current corresponding to the base voltage flows), the current is limited to a substantially constant value, and a large inrush current does not flow.
【0058】図2に、この半導体スイッチとメカニカル
スイッチとの突入電流の比較を示す。図2に示す例は、
図3に示す実験回路において、図1に示すようなスイッ
チとメカニカルスイッチとの突入電流を実測した結果で
ある。FIG. 2 shows a comparison of the inrush currents of the semiconductor switch and the mechanical switch. The example shown in FIG.
It is a result of actually measuring the inrush current of the switch and the mechanical switch as shown in FIG. 1 in the experimental circuit shown in FIG.
【0059】図3に示す実験回路においては、スイッチ
−負荷−測定用抵抗を直列に接続している。負荷は10
0V、200Wの誘導性負荷(白色ランプ)であり、測
定用抵抗の値は0.1Ωである。このようなスイッチ−
負荷−測定用抵抗の直列回路に直流100Vを印加し、
測定用抵抗の両端における波形をストレージオシロスコ
ープで計測したものである。図2では、ストレージオシ
ロスコープで観察される測定用抵抗の端子間の電圧波形
を電流値に換算して示している。このスイッチ−負荷−
測定用抵抗の直列回路には、並列にコンデンサを接続し
ている。In the experimental circuit shown in FIG. 3, a switch, a load and a measuring resistor are connected in series. Load is 10
It is an inductive load (white lamp) of 0 V and 200 W, and the value of the resistance for measurement is 0.1Ω. Such a switch-
Apply 100V DC to the load-measuring resistor series circuit,
The waveforms at both ends of the measuring resistor are measured with a storage oscilloscope. In FIG. 2, the voltage waveform between the terminals of the measuring resistor observed by the storage oscilloscope is converted into a current value and shown. This switch-load-
A capacitor is connected in parallel to the series circuit of the measuring resistor.
【0060】図2において、破線で示すメカニカルスイ
ッチの場合には、スイッチをターンオンした際には、約
18Aの突入電流が流れ、その後次第に減衰して2Aに
収束する。これに対し、図1の半導体スイッチの場合に
は、スイッチがオンとなった直後には、ピークで約8A
程度の電流が流れるが、鋭い突入電流は流れず、徐々に
減衰して、2Aに収束する。したがって、各トランジス
タTR1及びTR2に急激に大きな電流が流れることも
なく、良好な耐電流、耐電圧特性が得られる。In the case of the mechanical switch shown by the broken line in FIG. 2, when the switch is turned on, an inrush current of about 18 A flows, and then gradually attenuates and converges to 2 A. On the other hand, in the case of the semiconductor switch of FIG. 1, the peak is about 8 A immediately after the switch is turned on.
Although a certain amount of current flows, a sharp inrush current does not flow and gradually attenuates and converges to 2A. Therefore, a large amount of current does not suddenly flow through the transistors TR1 and TR2, and good withstand current and withstand voltage characteristics can be obtained.
【0061】なお、図1に示す半導体スイッチは、トラ
ンジスタTR1及びTR2としてNPN型のトランジス
タを用いるようにしたが、PNP型のトランジスタを用
いても上述と同様に実施することができる。PNP型の
トランジスタの場合もエミッタ同士を接続することに変
わりはなく、制御バイアスの極性をオンとオフとで逆に
すればよい。In the semiconductor switch shown in FIG. 1, NPN type transistors are used as the transistors TR1 and TR2, but PNP type transistors can be used in the same manner as described above. Even in the case of a PNP type transistor, the emitters are connected to each other, and the polarity of the control bias may be reversed between on and off.
【0062】バイポーラトランジスタの耐圧は、ベース
・エミッタ間が小さく、ベース・コレクタ間が大きい。
このため、図1に示す構成を採用すると、オン・オフ対
称の電流の極性に応じて、トランジスタTR1又はTR
2の一方が逆接続(インバーストランジスタ)になり、
そのベース・コレクタ間の耐圧により、大きな耐圧を得
ることができる。The breakdown voltage of the bipolar transistor is small between the base and the emitter and large between the base and the collector.
For this reason, when the configuration shown in FIG. 1 is adopted, the transistor TR1 or TR
One of the two becomes a reverse connection (inverse transistor),
A large breakdown voltage can be obtained due to the breakdown voltage between the base and the collector.
【0063】このような構成に使用するバイポーラトラ
ンジスタとしては、図4に示すように、エミッタ層の厚
さteとコレクタ層の厚さtcがほぼ等しいものが望まし
い。この構成のバイポーラトランジスタ素子を使用すれ
ば、エミッタとコレクタの別を気にすることなく、2つ
のトランジスタの電流路をカスケードに接続して半導体
スイッチを形成することができる。As the bipolar transistor used in such a structure, it is desirable that the thickness t e of the emitter layer and the thickness t c of the collector layer are substantially equal, as shown in FIG. By using the bipolar transistor element having this structure, the current paths of the two transistors can be connected in a cascade to form a semiconductor switch without having to worry about the emitter and collector.
【0064】また、半導体基板上の素子の占有面積を低
減するため、図5に示すように、2つのバイポーラトラ
ンジスタのエミッタを共通の構造としてもよい。この場
合、共通エミッタの厚さを各コレクタの厚さと同一又は
より厚く形成することが望ましい。Further, in order to reduce the area occupied by the elements on the semiconductor substrate, the emitters of the two bipolar transistors may have a common structure as shown in FIG. In this case, it is desirable that the thickness of the common emitter is the same as or thicker than the thickness of each collector.
【0065】また、図6に示すように、スイッチング対
象の交流電流ACを整流回路RFで整流してスーパーコ
ンデンサSC(二次電池等でもよい)を充電し、これを
バイアス制御部BAの電源として使用してもよい。この
構成によれば、半導体スイッチの制御のために別個に電
源を用意する必要がなく、半導体スイッチの構成及び制
御が容易となる。As shown in FIG. 6, the alternating current AC to be switched is rectified by the rectifier circuit RF to charge the supercapacitor SC (which may be a secondary battery or the like), and this is used as the power source of the bias controller BA. May be used. With this configuration, it is not necessary to separately prepare a power source for controlling the semiconductor switch, and the configuration and control of the semiconductor switch are facilitated.
【0066】また、図3に示すようにスイッチング対象
の直流電流でスーパーコンデンサ又は二次電池を充電
し、これをバイアス制御部BAの電源として使用しても
よい。この構成によれば、半導体スイッチの制御のため
に別個に電源を用意する必要がなく、半導体スイッチの
構成及び制御が容易となる。Further, as shown in FIG. 3, a supercapacitor or a secondary battery may be charged with a direct current to be switched, and this may be used as a power source for the bias controller BA. With this configuration, it is not necessary to separately prepare a power source for controlling the semiconductor switch, and the configuration and control of the semiconductor switch are facilitated.
【0067】図7は、この発明の第2の実施の形態に係
る半導体スイッチの構成を模式的に示している。FIG. 7 schematically shows the structure of a semiconductor switch according to the second embodiment of the present invention.
【0068】図6に示す半導体スイッチは、半導体スイ
ッチ素子としてMOS型FET(金属酸化物半導体型電
界効果トランジスタ〜以下「MOSFET素子」と称す
る)を用いて構成したものであり、第1のMOSFET
素子MF1、第2のMOSFET素子MF2及び抵抗R
1を備えている。The semiconductor switch shown in FIG. 6 is constituted by using a MOS type FET (metal oxide semiconductor type field effect transistor to hereinafter referred to as "MOSFET element") as a semiconductor switching element.
Element MF1, second MOSFET element MF2 and resistor R
1 is provided.
【0069】第1及び第2のMOSFET素子MF1及
びMF2は、いずれもN型のMOSFETである。MO
SFET素子MF1は、ゲートG1、ドレインD1及び
ソースS1を有し、MOSFET素子MF2は、ゲート
G2、ドレインD2及びソースS2を有している。MO
SFET素子MF1のソースS1は、MOSFET素子
MF2のソースS2に接続され、MOSFET素子MF
1のゲートG1は、MOSFET素子MF2のゲートG
2に接続されている。The first and second MOSFET elements MF1 and MF2 are both N-type MOSFETs. MO
The SFET element MF1 has a gate G1, a drain D1 and a source S1, and the MOSFET element MF2 has a gate G2, a drain D2 and a source S2. MO
The source S1 of the SFET element MF1 is connected to the source S2 of the MOSFET element MF2,
The gate G1 of 1 is the gate G of the MOSFET element MF2.
Connected to 2.
【0070】第1のMOSFET素子MF1のドレイン
D1には、接続端子TAC1が接続されている。第2のM
OSFET素子MF2のドレインD2には、接続端子T
AC2が接続されている。The connection terminal TAC1 is connected to the drain D1 of the first MOSFET element MF1. Second M
The connection terminal T is connected to the drain D2 of the OSFET element MF2.
AC2 is connected.
【0071】抵抗R1の一端は、ソースS1とソースS
2との接続点に接続され、抵抗R1の他端は、ゲートG
1とゲートG2との接続点に接続される。ゲートG1と
ゲートG2との接続点には、第1のバイアス端子BT1
が接続され、ソースS1とソースS2との接続点には、
第2のバイアス端子BT2が接続されている。図示せぬ
バイアス回路により、第1と第2のバイアス端子BT1
とBT2との間に制御バイアスが供給される。One end of the resistor R1 has a source S1 and a source S
2 is connected to the connection point with 2 and the other end of the resistor R1 has a gate G
1 and the gate G2. A first bias terminal BT1 is provided at a connection point between the gate G1 and the gate G2.
Is connected, and at the connection point between the source S1 and the source S2,
The second bias terminal BT2 is connected. By a bias circuit (not shown), the first and second bias terminals BT1
A control bias is provided between BT2 and BT2.
【0072】すなわち、MOSFET素子MF1及びM
F2のドレインD1−ソースS1間の電流路は、直列に
且つ逆方向にソースS2−ドレインD2間の電流路に接
続されている。MOSFET素子MF1及びMF2のゲ
ート(G1及びG2)も共通に接続されている。抵抗R
1の両端、すなわちバイアス端子BT1及びBT2から
印加される制御バイアスは、両者のゲート−ソース間に
共通に与えられる。That is, the MOSFET elements MF1 and M
The drain D1-source S1 current path of F2 is connected in series and in the opposite direction to the source S2-drain D2 current path. Gates (G1 and G2) of the MOSFET elements MF1 and MF2 are also commonly connected. Resistance R
The control bias applied from both ends of 1, that is, from the bias terminals BT1 and BT2 is commonly applied between the gate and source of both.
【0073】例えば、第1及び第2のMOSFET素子
MF1及びMF2と抵抗R1は、樹脂でモールドするこ
と等によりモジュール化されている。モジュールの外部
に接続端子TAC1,TAC2、BT1、BT2が配置さ
れている。For example, the first and second MOSFET elements MF1 and MF2 and the resistor R1 are modularized by molding with resin or the like. Connection terminals TAC1, TAC2, BT1 and BT2 are arranged outside the module.
【0074】半導体スイッチのオン時、制御対象の信号
ACは、ドレインD1−ソースS1−ソースS2−ドレ
インD2間の電流路を流れる。When the semiconductor switch is turned on, the signal AC to be controlled flows through the current path between the drain D1-source S1-source S2-drain D2.
【0075】このような構成において、オフ制御時に
は、図示とは逆に、ゲートG1及びG2側のバイアス端
子BT1をマイナス、ソースS1及びS2側のバイアス
端子BT2をプラスとして、制御バイアスを印加する。
この制御バイアスにより、MOSFET素子MF1及び
MF2がともにカットオフされ、ドレインD1−ソース
S1−ソースS2−ドレインD2間の電流路が遮断され
る。In such a configuration, at the time of OFF control, a control bias is applied with the bias terminals BT1 on the gate G1 and G2 side being negative and the bias terminals BT2 on the sources S1 and S2 side being positive, contrary to the illustration.
Due to this control bias, the MOSFET elements MF1 and MF2 are both cut off, and the current path between the drain D1-source S1-source S2-drain D2 is cut off.
【0076】オン制御時には、図示のように、ゲートG
1及びG2側のバイアス端子BT1をプラス、ソースS
1及びS2側のバイアス端子BT2をマイナスとして、
制御バイアスを印加する。この制御バイアスにより、M
OSFET素子MF1及びMF2がともにターンオンさ
れ、ドレインD1−ソースS1−ソースS2−ドレイン
D2間の電流路が導通される。この際、十分なバイアス
を印加することにより、即ち、十分に深いバイアスを印
加することにより、各MOSFET素子を飽和状態で動
作させ、オン抵抗を十分に低下させることが可能にな
る。At the time of ON control, as shown in FIG.
Bias terminal BT1 on the 1st and G2 side is positive, source S
Bias terminal BT2 on the 1st and S2 side is set to minus,
Apply a control bias. With this control bias, M
Both the OSFET elements MF1 and MF2 are turned on, and the current path between the drain D1-source S1-source S2-drain D2 is conducted. At this time, by applying a sufficient bias, that is, by applying a sufficiently deep bias, it becomes possible to operate each MOSFET element in a saturated state and sufficiently reduce the on-resistance.
【0077】なお、図7に示す半導体スイッチは、MO
SFET素子MF1及びMF2としてN型のMOSFE
Tを用いるようにしたが、P型のMOSFETを用いて
も上述と同様に実施することができる。P型のMOSF
ETの場合もソース同士を接続することに変わりはな
く、制御バイアスの極性のみをオンとオフとで逆にすれ
ばよい。The semiconductor switch shown in FIG.
N-type MOSFE as the SFET elements MF1 and MF2
Although T is used, a P-type MOSFET can be used in the same manner as described above. P-type MOSF
In the case of ET as well, the sources are connected to each other, and only the polarity of the control bias may be reversed between on and off.
【0078】また、MOSFET素子としては、エンハ
ンスメント型に限らず、デプレッション型のものを使用
することも可能である。例えば、ゲート領域に不純物を
注入してノーマリーオン状態のMOSFET素子を使用
することにより、オン時は0又はわずかなバイアスで両
MOSFETを十分にオンさせ、オン抵抗の小さい半導
体スイッチを得ることができる。ただし、オフ時には、
両MOSFET素子を十分オフさせるバイアスを印加す
る必要がある。The MOSFET element is not limited to the enhancement type, but a depletion type may be used. For example, by using a normally-on MOSFET element by injecting impurities into the gate region, both MOSFETs can be sufficiently turned on with 0 or a slight bias when turned on to obtain a semiconductor switch with a small on-resistance. it can. However, when off,
It is necessary to apply a bias sufficient to turn off both MOSFET devices.
【0079】MOSFET素子として、ソースとドレイ
ンの構造が実質的に等しいものを使用すれば、MOSF
ETの電流路の向きを気にすることなく、半導体スイッ
チを構成することができる。また、図8に示すように、
2つのMOSFET素子として、ソース領域が共通の構
成のものを使用すれば、ディスクリート部材としての半
導体スイッチのサイズを小さくすることができる。If MOSFET elements having substantially the same source and drain structures are used, the MOSF
The semiconductor switch can be configured without paying attention to the direction of the ET current path. Also, as shown in FIG.
If two MOSFET elements having a common source region are used, the size of the semiconductor switch as a discrete member can be reduced.
【0080】図9は、この発明の第3の実施の形態に係
る半導体スイッチの構成を模式的に示している。図9に
示す半導体スイッチは、半導体スイッチ素子としてN型
のジャンクション型FET(金属酸化物半導体型電界効
果トランジスタ〜以下「JFET素子」と称する)を用
いて構成したものであり、JFET素子JF、ダイオー
ドD1,D2、抵抗R2,R3及びR4を備えている。FIG. 9 schematically shows the structure of a semiconductor switch according to the third embodiment of the present invention. The semiconductor switch shown in FIG. 9 is configured by using an N-type junction type FET (metal oxide semiconductor field effect transistor to hereinafter referred to as “JFET element”) as a semiconductor switching element, and includes a JFET element JF and a diode. D1 and D2 and resistors R2, R3 and R4 are provided.
【0081】JFETでは、ソースとドレインとは等価
であり、特に区別する必要がないので、電流路の両端が
いずれもソースとしてもドレインとしても機能する。そ
こで、ここでは、ソース又はドレインをソース/ドレイ
ンと称する。JFET素子JFは、N型のJFETであ
り、ソース/ドレインSD1、SD2及びゲートGを有
する。In the JFET, since the source and the drain are equivalent and it is not necessary to distinguish them, both ends of the current path function as both the source and the drain. Therefore, here, the source or the drain is referred to as a source / drain. The JFET element JF is an N-type JFET, and has source / drains SD1 and SD2 and a gate G.
【0082】JFET素子JFの一方のソース/ドレイ
ンSD1には、接続端子TAC1とダイオードD1のカソ
ードと抵抗R2の一端とが共通に接続されている。JF
ET素子JFの他方のソース/ドレインSD2には、接
続端子TAC2とダイオードD2のカソードと抵抗R3の
一端とが共通に接続される。The connection terminal TAC1, the cathode of the diode D1 and one end of the resistor R2 are commonly connected to one source / drain SD1 of the JFET element JF. JF
The connection terminal TAC2, the cathode of the diode D2 and one end of the resistor R3 are commonly connected to the other source / drain SD2 of the ET element JF.
【0083】JFET素子JFのゲートGには、抵抗R
4の一端が接続され、この抵抗R4の他端には、ダイオ
ードD1のアノード、抵抗R2の他端、ダイオードD2
のアノード及び抵抗R3の他端が共通接続される。ゲー
トGは、第1のバイアス端子BT1とし、抵抗R4の他
端、ダイオードD1のアノード、抵抗R2の他端、ダイ
オードD2のアノード及び抵抗R3の他端の共通接続点
は第2のバイアス端子BT2として、これらの間に制御
バイアスが供給される。The gate R of the JFET element JF has a resistor R.
4, one end of which is connected to the other end of the resistor R4, the anode of the diode D1, the other end of the resistor R2, and the diode D2.
And the other end of the resistor R3 are commonly connected. The gate G is the first bias terminal BT1, and the common connection point of the other end of the resistor R4, the anode of the diode D1, the other end of the resistor R2, the anode of the diode D2 and the other end of the resistor R3 is the second bias terminal BT2. As a result, a control bias is supplied between them.
【0084】すなわち、JFET素子JFは、本質的に
対称構造を有しており、制御される信号ACはソース/
ドレインSD1−ソース/ドレインSD2間の電流路を
流れる。抵抗R4の両端、すなわちバイアス端子BT1
及びBT2から印加される制御バイアスは、JFET素
子JFのゲートGと両ソース/ドレインSD1及びSD
2との間に共通に与えられる。That is, the JFET element JF has a symmetric structure in essence, and the controlled signal AC is source / source.
It flows through the current path between the drain SD1 and the source / drain SD2. Both ends of the resistor R4, that is, the bias terminal BT1
And the control bias applied from BT2 is the gate G of the JFET element JF and both source / drain SD1 and SD.
It is commonly given to the two.
【0085】このような構成において、オフ制御時に
は、ゲートG側のバイアス端子BT1をマイナス、ソー
ス/ドレインSD1及びSD2側のバイアス端子BT2
をプラスとして、制御バイアスを印加する。この制御バ
イアスにより、JFET素子JFがカットオフされ、ソ
ース/ドレインSD1−ソース/ドレインSD2間の電
流路が遮断される。In such a configuration, in the OFF control, the bias terminal BT1 on the gate G side is minus, and the bias terminals BT2 on the source / drain SD1 and SD2 sides are BT2.
Is positive and the control bias is applied. By this control bias, the JFET element JF is cut off, and the current path between the source / drain SD1 and the source / drain SD2 is cut off.
【0086】JFET素子は、ゲートにプラス電位が印
加されると、基本的にはノーマリーオン状態となる。こ
のため、オン制御時には、図示のように、ゲートG側の
バイアス端子BT1をプラス、ソース/ドレインSD1
及びSD2側のバイアス端子BT2をゼロ又はマイナス
として、制御バイアスを印加する。この制御バイアスに
より、JFET素子JFがターンオンされ、ソース/ド
レインSD1−ソース/ドレインSD2間の電流路が導
通される。When a positive potential is applied to the gate of the JFET element, it is basically in a normally-on state. Therefore, at the time of ON control, as shown in the figure, the bias terminal BT1 on the gate G side is positive and the source / drain SD1 is
And the bias terminal BT2 on the SD2 side is set to zero or minus, and a control bias is applied. By this control bias, the JFET element JF is turned on, and the current path between the source / drain SD1 and the source / drain SD2 is conducted.
【0087】なお、図9に示す半導体スイッチは、JF
ET素子JFとしてN型のJFET素子を用いるように
したが、P型のJFET素子を用いても上述と同様に実
施することができる。P型のJFET素子の場合は、制
御バイアスの極性をオンとオフとで逆にすればよい。Incidentally, the semiconductor switch shown in FIG.
Although the N-type JFET element is used as the ET element JF, it can be implemented in the same manner as described above by using the P-type JFET element. In the case of a P-type JFET element, the polarity of the control bias may be reversed between on and off.
【0088】図10は、この発明の第4の実施の形態に
係る半導体スイッチの構成を模式的に示している。図1
0に示す半導体スイッチを、図7の構成におけるMOS
FET素子に代えてJFET素子を用いて構成したもの
である。図10の半導体スイッチは、第1のJFET素
子JF1、第2のJFET素子JF2及び抵抗R1を備
えている。FIG. 10 schematically shows the structure of a semiconductor switch according to the fourth embodiment of the present invention. Figure 1
The semiconductor switch shown in FIG.
It is configured by using a JFET element instead of the FET element. The semiconductor switch in FIG. 10 includes a first JFET element JF1, a second JFET element JF2, and a resistor R1.
【0089】第1及び第2のJFET素子JF1及びJ
F2は、いずれもN型のJFET素子である。JFET
素子JF1は、ソース/ドレインSD11、SD12及
びゲートG11を有し、JFET素子JF2は、ソース
/ドレインSD21、SD22及びゲートG21を有し
ている。JFET素子JF1の一方のソース/ドレイン
SD12は、JFET素子JF2の一方のソース/ドレ
インSD2に接続され、JFET素子JF1のゲートG
11は、JFET素子JF2のゲートG21に接続され
ている。First and second JFET elements JF1 and JF
F2 is an N-type JFET element. JFET
The element JF1 has source / drain SD11, SD12 and gate G11, and the JFET element JF2 has source / drain SD21, SD22 and gate G21. One source / drain SD12 of the JFET element JF1 is connected to one source / drain SD2 of the JFET element JF2 and the gate G of the JFET element JF1 is connected.
Reference numeral 11 is connected to the gate G21 of the JFET element JF2.
【0090】スイッチング対象の電圧(電流)が印加さ
れる接続端子TAC1がJFET素子JF1の他方のソー
ス/ドレインSD11に接続され、スイッチング対象の
電圧(電流)が印加される接続端子TAC2がJFET素
子JF2の他方のソース/ドレインSD22に接続され
ている。The connection terminal TAC1 to which the voltage (current) to be switched is applied is connected to the other source / drain SD11 of the JFET element JF1, and the connection terminal TAC2 to which the voltage (current) to be switched is applied is the JFET element JF2. Is connected to the other source / drain SD22.
【0091】抵抗R1の一端は、ソース/ドレインSD
12とソース/ドレインSD21との接続点に接続さ
れ、抵抗R1の他端は、ゲートG11とゲートG12と
の接続点に接続される。ゲートG11とゲートG12と
の接続点は、第1のバイアス端子BT1とし、ソース/
ドレインSD12とソース/ドレインSD21との接続
点は、第2のバイアス端子BT2として、これらの間に
制御バイアスが供給される。One end of the resistor R1 has a source / drain SD.
12 and the source / drain SD21 are connected to each other, and the other end of the resistor R1 is connected to a connection point between the gate G11 and the gate G12. The connection point between the gate G11 and the gate G12 is the first bias terminal BT1, and the source / source
A connection point between the drain SD12 and the source / drain SD21 serves as a second bias terminal BT2, and a control bias is supplied therebetween.
【0092】すなわち、JFET素子JF1及びJF2
は、両者の各一方のソース/ドレイン同士(SD12及
びSD21)を相互に接続して対称構造とし、ソース/
ドレインSD11−ソース/ドレインSD12間の電流
路に直列にソース/ドレインSD21−ソース/ドレイ
ンSD22間の電流路を接続している。JFET素子J
F1及びJF2のゲート(G11及びG21)も共通に
接続し、抵抗R1の両端、すなわちバイアス端子BT1
及びBT2から印加される制御バイアスは、両者のゲー
ト−ソース/ドレイン間に共通に与えられる。That is, JFET elements JF1 and JF2
Source / drain (SD12 and SD21) of each one of them are mutually connected to form a symmetric structure.
The current path between the drain SD11 and the source / drain SD12 is connected in series with the current path between the source / drain SD21 and the source / drain SD22. JFET element J
The gates (G11 and G21) of F1 and JF2 are also connected in common, and both ends of the resistor R1, that is, the bias terminal BT1.
And the control bias applied from BT2 are commonly applied between the gate and the source / drain of both.
【0093】制御される信号ACは、ソース/ドレイン
SD11−ソース/ドレインSD12−ソース/ドレイ
ンSD21−ソース/ドレインSD22間の電流路を流
れる。The controlled signal AC flows through a current path between the source / drain SD11-source / drain SD12-source / drain SD21-source / drain SD22.
【0094】このような構成において、オフ制御時に
は、図示とは逆に、ゲートG11及びG21側のバイア
ス端子BT1をマイナス、ソース/ドレインSD12及
びSD21側のバイアス端子BT2をプラスとして、制
御バイアスを印加する。この制御バイアスにより、JF
ET素子JF1及びJF2がともにカットオフされ、ソ
ース/ドレインSD11−ソース/ドレインSD12−
ソース/ドレインSD21−ソース/ドレインSD22
間の電流路が遮断される。In such a configuration, at the time of OFF control, contrary to the figure, the bias terminal BT1 on the side of the gates G11 and G21 is minus and the bias terminal BT2 on the side of the source / drain SD12 and SD21 is plus, and the control bias is applied. To do. With this control bias, JF
Both ET elements JF1 and JF2 are cut off, and source / drain SD11-source / drain SD12-
Source / Drain SD21-Source / Drain SD22
The current path between them is cut off.
【0095】オン制御時には、図示のように、ゲートG
11及びG21側のバイアス端子BT1をプラス、ソー
ス/ドレインSD12及びSD21側のバイアス端子B
T2を0又はマイナスとして、制御バイアスを印加す
る。この制御バイアスにより、JFET素子JF1及び
JF2がともにターンオンされ、ソース/ドレインSD
11−ソース/ドレインSD12−ソース/ドレインS
D21−ソース/ドレインSD22間の電流路が導通さ
れる。At the time of ON control, as shown in FIG.
Bias terminal BT1 on the side of 11 and G21 is plus, bias terminal B on the side of source / drain SD12 and SD21 is B
A control bias is applied with T2 set to 0 or negative. By this control bias, both JFET elements JF1 and JF2 are turned on, and the source / drain SD
11-source / drain SD12-source / drain S
The current path between D21 and source / drain SD22 is conducted.
【0096】なお、図10に示す半導体スイッチは、J
FET素子JF1及びJF2としてN型のJFETを用
いるようにしたが、P型のJFETを用いても上述と同
様に実施することができる。P型のJFETの場合も一
方のソース/ドレイン同士を接続することに変わりはな
く、制御バイアスの極性のみをオンとオフとで逆にすれ
ばよい。The semiconductor switch shown in FIG.
Although the N-type JFET is used as the FET elements JF1 and JF2, the same operation as described above can be performed by using the P-type JFET. Even in the case of the P-type JFET, one source / drain is still connected, and only the polarity of the control bias may be reversed between on and off.
【0097】なお、大電流をオン・オフ制御できる半導
体素子として、SIT(Static Induction Transisto
r)が知られている。この半導体素子は、基本的には、
例えば、図11に示すように、上面にソース電極、下面
にドレイン電極が形成されたn型の半導体層中に金属細
線からなるゲートを差し込んだ構成を有しており、ゲー
トに印加する電圧を制御することにより、金属細線近傍
の空乏層のサイズを制御して、電流をオン・オフするも
のである。この半導体素子を、図7のMOSFET素子
又は図11のJFET素子に代えて使用することによ
り、SITをスイッチ素子として用いた半導体スイッチ
を製造することも可能である。As a semiconductor element capable of controlling large current on / off, SIT (Static Induction Transisto
r) is known. This semiconductor element is basically
For example, as shown in FIG. 11, it has a configuration in which a gate made of a thin metal wire is inserted into an n-type semiconductor layer in which a source electrode is formed on the upper surface and a drain electrode is formed on the lower surface. By controlling the size of the depletion layer in the vicinity of the thin metal wire, the current is turned on / off. By using this semiconductor element in place of the MOSFET element in FIG. 7 or the JFET element in FIG. 11, it is possible to manufacture a semiconductor switch using SIT as a switch element.
【0098】図12は、この発明の第5の実施の形態に
係る半導体スイッチを用いた電源制御回路の構成を模式
的に示している。図12に示す電源制御回路は、図7に
示したのと同様の半導体スイッチを応用した回路であ
り、図7と同様の部分には同符号を付す。FIG. 12 schematically shows the configuration of a power supply control circuit using a semiconductor switch according to the fifth embodiment of the present invention. The power supply control circuit shown in FIG. 12 is a circuit to which the same semiconductor switch as that shown in FIG. 7 is applied, and the same parts as those in FIG.
【0099】MOSFET素子MF1のドレインD1−
MOSFET素子MF1のソースS1−MOSFET素
子MF2のソースS2−MOSFET素子MF2のドレ
インD2間の電流路に直列に、負荷Lが接続されてい
る。このドレインD1−ソースS1−ソースS2−ドレ
インD2間の電流路と負荷Lとの直列回路に交流信号A
Cが印加され、この交流信号ACが負荷Lに対する電源
となっている。抵抗R1の両端間には、制御スイッチS
W及びバイアス電源Eが直列に接続されている。Drain D1- of MOSFET element MF1
The load L is connected in series with the current path between the source S1 of the MOSFET element MF1 and the source S2-source of the MOSFET element MF2 and the drain D2 of the MOSFET element MF2. The AC signal A is connected to the series circuit of the load L and the current path between the drain D1-source S1-source S2-drain D2.
C is applied, and this AC signal AC serves as a power source for the load L. A control switch S is provided between both ends of the resistor R1.
W and bias power supply E are connected in series.
【0100】このような構成において、制御スイッチS
Wをオンとすることにより、バイアス電源Eの出力が、
MOSFETMF1及びMF2に順バイアスを供給し、
MOSFETMF1及びMF2は同時にオン制御され
る。その結果、負荷Lに電源としての交流信号ACが供
給される。また、制御スイッチSWをオフとすると、バ
イアス電源Eの出力が、MOSFETMF1及びMF2
から切り離されて逆バイアスを呈するようにして、MO
SFETMF1及びMF2を同時にオフとする。このた
め、負荷Lに対する電源供給は絶たれる。In such a structure, the control switch S
By turning on W, the output of the bias power supply E
Supply a forward bias to MOSFETs MF1 and MF2,
The MOSFETs MF1 and MF2 are turned on at the same time. As a result, the load L is supplied with the AC signal AC as a power source. Further, when the control switch SW is turned off, the output of the bias power supply E changes to the MOSFETs MF1 and MF2.
To be reverse biased,
The SFETs MF1 and MF2 are turned off at the same time. Therefore, the power supply to the load L is cut off.
【0101】なお、上記実施例の半導体スイッチは、比
較的高電圧、大電流のスイッチング、特に、交流電流の
スイッチングに適しているが、図3に示すように、直流
電流のスイッチングにも好適である。また、比較的低い
電圧、小電流のスイッチングにも適用可能である。ま
た、この発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の
変形及び応用が可能である。The semiconductor switch of the above embodiment is suitable for relatively high voltage and large current switching, especially for alternating current switching, but as shown in FIG. 3, it is also suitable for direct current switching. is there. It can also be applied to switching of relatively low voltage and small current. Further, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and applications are possible.
【0102】例えば、半導体スイッチ素子として、フォ
トダイオードやフォトトランジスタを使用することも可
能である。フォトトランジスタを使用する場合、例え
ば、第1のフォトトランジスタと第2のフォトトランジ
スタのエミッタ同士が接続され、ここに、基準電圧が印
加される。また、第1のフォトトランジスタのコレクタ
と第2のフォトトランジスタのコレクタとの間にスイッ
チング対象の電圧が印加される。バイアス制御部BA
は、例えば、外部からのオン・オフの指示に従って、オ
ンの時は、光バイポーラトランジスタの受光面に光を照
射し、オフの時は、光バイポーラトランジスタの受光面
への光の照射を停止する。この場合は、半導体スイッチ
素子とバイアス制御部BAとは、光により接続されるこ
とになる。For example, a photodiode or phototransistor can be used as the semiconductor switch element. When the phototransistor is used, for example, the emitters of the first phototransistor and the second phototransistor are connected to each other, and the reference voltage is applied thereto. Further, a voltage to be switched is applied between the collector of the first phototransistor and the collector of the second phototransistor. Bias control unit BA
For example, according to an on / off instruction from the outside, when it is on, the light receiving surface of the optical bipolar transistor is irradiated with light, and when it is off, the light irradiation surface of the optical bipolar transistor is stopped. . In this case, the semiconductor switch element and the bias controller BA are optically connected.
【0103】また、半導体スイッチ素子として、ホール
素子を使用することも可能である。この場合、例えば、
第1のホール素子の電流路と第2のホール素子の電流路
とが直列に接続される。そして、各ホール素子の電圧端
子間に一定の電圧が印加される。バイアス制御部BA
は、オンの時は、電流路及び電圧印加方向に垂直方向に
磁界(磁束)を印加し、オフの時は、磁界(磁束)をオ
フする。この場合は、半導体スイッチ素子とバイアス制
御部BAとは、磁界(磁束)により接続されることにな
る。It is also possible to use a Hall element as the semiconductor switching element. In this case, for example,
The current path of the first Hall element and the current path of the second Hall element are connected in series. Then, a constant voltage is applied between the voltage terminals of each Hall element. Bias control unit BA
Applies a magnetic field (magnetic flux) in the direction perpendicular to the current path and the voltage application direction when turned on, and turns off the magnetic field (magnetic flux) when turned off. In this case, the semiconductor switch element and the bias controller BA are connected by the magnetic field (magnetic flux).
【0104】[0104]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、電気的制御に直接応動し、高速動作が可能で、オン
時の電圧降下及び電力損失を低く抑え、オフ時の耐圧の
高い半導体スイッチを提供することができる。As described above, according to the present invention, a semiconductor that directly responds to electrical control, can operate at high speed, suppresses a voltage drop and power loss when turned on, and has a high breakdown voltage when turned off. A switch can be provided.
【図1】この発明の第1の実施の形態に係る半導体スイ
ッチの構成を模式的に示す回路構成図である。FIG. 1 is a circuit configuration diagram schematically showing a configuration of a semiconductor switch according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の半導体スイッチの動作を説明するための
スイッチング特性波形図である。FIG. 2 is a switching characteristic waveform diagram for explaining the operation of the semiconductor switch of FIG.
【図3】図2のスイッチング特性波形を測定した実験回
路の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an experimental circuit in which the switching characteristic waveform of FIG. 2 is measured.
【図4】図1の半導体スイッチを構成するのに適したト
ランジスタの素子構造の例を示す図である。4 is a diagram showing an example of a device structure of a transistor suitable for forming the semiconductor switch of FIG.
【図5】図1の半導体スイッチの素子構造の例を示す図
である。5 is a diagram showing an example of a device structure of the semiconductor switch of FIG.
【図6】バイアス制御部の改良例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an improved example of a bias control unit.
【図7】この発明の第2の実施の形態に係る半導体スイ
ッチの構成を模式的に示す回路構成図である。FIG. 7 is a circuit configuration diagram schematically showing a configuration of a semiconductor switch according to a second embodiment of the present invention.
【図8】図7に示す半導体スイッチを構成する素子の素
子構造を示す図である。8 is a diagram showing an element structure of an element forming the semiconductor switch shown in FIG.
【図9】この発明の第3の実施の形態に係る半導体スイ
ッチの構成を模式的に示す回路構成図である。FIG. 9 is a circuit configuration diagram schematically showing a configuration of a semiconductor switch according to a third embodiment of the present invention.
【図10】この発明の第4の実施の形態に係る半導体ス
イッチの構成を模式的に示す回路構成図である。FIG. 10 is a circuit configuration diagram schematically showing a configuration of a semiconductor switch according to a fourth embodiment of the present invention.
【図11】SITの基本構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a basic configuration of SIT.
【図12】この発明の第5の実施の形態に係る半導体ス
イッチを用いた電源制御回路の構成を模式的に示す回路
構成図である。FIG. 12 is a circuit configuration diagram schematically showing a configuration of a power supply control circuit using a semiconductor switch according to a fifth embodiment of the present invention.
TR1,TR2 トランジスタ
R1〜R4,RB1,RB2 抵抗
B1,B2 ベース
E1,E2 エミッタ
C1,C2 コレクタ
BT1,BT2 バイアス端子
BA バイアス制御部
MF1,MF2 金属酸化物半導体型電界効果トランジ
スタ(MOSFET)
G,G1,G2,G11,G21 ゲート
S1,S2 ソース
D1,D2 ドレイン
JF,JF1,JF2 ジャンクション電界効果トラ
ンジスタ(JFET)
SD1,SD2,SD11,SD12,SD21,SD
22 ソース/ドレイン
D1,D2 ダイオード
L 負荷
SW 制御スイッチ
E 電源TR1, TR2 Transistors R1-R4, RB1, RB2 Resistors B1, B2 Bases E1, E2 Emitters C1, C2 Collectors BT1, BT2 Bias terminals BA Bias control units MF1, MF2 Metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) G, G1 , G2, G11, G21 Gates S1, S2 Sources D1, D2 Drains JF, JF1, JF2 Junction field effect transistors (JFET) SD1, SD2, SD11, SD12, SD21, SD
22 Source / Drain D1, D2 Diode L Load SW Control switch E Power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 17/68 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H03K 17/68
Claims (3)
イン端子および第2のソース/ドレイン端子と、前記電
流路を開閉制御する制御端子となるゲート端子とを有
し、印加される制御バイアスに応じて前記電流路を開閉
制御するジャンクション型FETと、 前記第1のソース/ドレイン端子および前記第2のソー
ス/ドレイン端子のいずれかの端子と前記ゲート端子と
の間に前記制御バイアスを与える制御回路と、 を備え、 前記制御回路は、前記ゲート端子と該ゲート端子と異な
る共通端子との間にバイアス電圧を印加することにより
前記制御バイアスを発生させ、前記電流路を流れる交流
電流の開閉制御を行うことを特徴とする半導体スイッ
チ。 1. A first source / drain at both ends of a current path.
An in terminal and a second source / drain terminal, and
Has a gate terminal that serves as a control terminal that controls the opening and closing of the flow path.
Open and close the current path according to the applied control bias.
A junction type FET to be controlled, the first source / drain terminal and the second saw
Any one of the drain / terminal terminals and the gate terminal
And a control circuit providing said control bias between said control circuit, different from the said gate terminal and said gate terminal
By applying a bias voltage between the
Alternating current flowing through the current path to generate the control bias
A semiconductor switch characterized by performing open / close control of current.
Ji.
の電位が、前記電流路の両端に印加される印加電圧に依
存せずに略一定であることを特徴とする請求項1に記載
の半導体スイッチ。 2. A common terminal to which the bias voltage is applied
Is dependent on the applied voltage applied across the current path.
The non-existent substantially constant value according to claim 1.
Semiconductor switch.
端が前記共通端子に接続される第1の抵抗と、 カソードが前記第1のソース/ドレイン端子に接続さ
れ、アノードが前記共通端子に接続される第1のダイオ
ードと、 一端が前記第2のソース/ドレイン端子に接続され、他
端が前記共通端子に接続される第2の抵抗と、 カソードが前記第2のソース/ドレイン端子に接続さ
れ、アノードが前記共通端子に接続される第2のダイオ
ードと、 を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の半
導体スイッチ。 3. The control circuit has one end connected to the first source / drain terminal, and the other end.
A first resistor having an end connected to the common terminal and a cathode connected to the first source / drain terminal.
A first diode having an anode connected to the common terminal.
And one end of which is connected to the second source / drain terminal,
A second resistor having an end connected to the common terminal and a cathode connected to the second source / drain terminal.
And a second diode whose anode is connected to the common terminal.
Half according to claim 1 or 2, comprising: the over-de, the
Conductor switch.
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