(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３個の端子を有する活性半導体部品を直列に結合する方法であって、半導体部品（Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4、…、Ｔn-1）の保護リングから電圧（Ｖs2、Ｖs3、Ｖs4、…、Ｖsn）を取り出すことと、次に続く半導体部品（Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4、…、Ｔn）の制御入力に前記電圧を直接に加えることと、前記電圧を予め定められた最も高い値にロックすることとを特徴とする、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、次に続く前記半導体部品（Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4、…、Ｔn）の制御入力に接続する方法により半導体部品（Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4、…、Ｔn-1）の前記保護リングを接続することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、前記接続が次に続く前記半導体部品（Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4、…、Ｔn）の制御入力に直接または間接のいずれかで接続される接合導線であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、前記接合導線と直列に抵抗器を接続することを特徴とする方法。
【請求項５】
少なくとも３個の端子を有する活性半導体部品を直列に結合するための結合であって、次に続く半導体部品（Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4、…、Ｔn）の制御入力が先行する半導体部品（Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4、…、Ｔn-1）の保護リングから取り出された電圧（Ｖs2、Ｖs3、Ｖs4、…、Ｖsn）を加えるために直接に接続されることと、前記電圧が予め定められた最も高い値にロックされることとを特徴とする、結合。
【請求項６】
請求項５記載の結合において、先行する前記半導体部品（Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4、…、Ｔn-1）の前記保護リングが接続手段により次に続く前記半導体部品（Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4、…、Ｔn）の前記制御入力に接続されることを特徴とする結合。
【請求項７】
請求項６記載の結合において、前記接続が次に続く前記半導体部品（Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4、…、Ｔn）の前記制御入力に直接または間接のいずれかで接続される結合導線であることを特徴とする結合。
【請求項８】
請求項７記載の結合において、抵抗器が前記結合導線と直列に結合されることを特徴とする結合。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、活性半導体部品を結合する方法、およびまたこのような結合に関する。さらに詳細にいえば、本発明は高い電圧を制御することを可能にするこのような結合の直列接続に関する。
【０００２】
半導体部品を相互に直列に接続することによって高い電圧を制御するために、従来は多数の部品が必要であった。この場合、「実際に」活性であるトランジスタに加えて、１対の付加的なトランジスタ、抵抗器およびダイオードが必要であるのが通常である。このために、これらの結合が高価になる。このような従来の結合の１つの例が図１に示されている。図１は、数ｋＶの電圧を制御するために結合された２個のＭＯＳを基本とする電力用トランジスタの直列接続を示した図である。この以前から知られている結合は、ダンカンＡ．グラント(Duncan A.Grant)およびジョン・ゴバール(John Gowar)名の著書「電力用ＭＯＳＦＥＴＳの理論と応用(POWER MOSFETS Theory and Applications)」、ジョン・ウイリ・アンド・サンズ(John Wiley & Sons)社出版、に開示されそして説明されている。よく知られている応用では、以前に実際的であることが分かっていたことは、せいぜい2000Ｖの電圧をトランジスタの両端に加えることであった。同じ原理を用いながらさらに高い電圧を制御することができるためには、この結合はさらに多くの部品を直列に接続するのに必要であって、さらに高価になりそしてさらに広範囲になることは明らかであるであろう。
【０００３】
例えば配電の分野では、 100,000Ｖまたはそれ以上までの電圧を制御できることが必要である。一方、例えば鉄道電車およびトロリ電車に関しては約25,000Ｖまでの電圧が扱われる。
【０００４】
したがって本発明の目的は、複雑で高価な周縁結合を行わないで活性半導体部品を直列に接続することができ、それにより高い電圧を低いコストで制御することができる方法を得ることである。
【０００５】
これらの目的は、本発明に従って半導体部品から電圧を取り出し、そしてこの電圧を次に続く半導体部品の制御入力に加え、そして前記電圧を予め定められたレベルにロックすることにより達成される。
【０００６】
本発明の１つの好ましい実施例に従う半導体部品は、フローティング金属接触保護リングを有するトランジスタであり、そして前記電圧はこれらの保護リングの１つから取り出される。
【０００７】
高電圧半導体部品を終端する１つの典型的な方法は、前記のフローティング金属接触保護リングを用いることである。図２は、このようなトランジスタの外側部分の主要な構造を示した図である。図２にはまた、トランジスタの空乏（デイプレッション）領域が曲線の形式で示されており、そして活性部分が左に示されている。トランジスタの活性部分に加わる電圧が増大する時、電圧Ｖ1において空乏領域は第１保護リングに到達し、そしてこの時このリングは電圧Ｖ1を採用するであろう。電圧Ｖ2においては、空乏領域は第２保護リングに到達し、そしてこの時電圧Ｖ2を採用する、などとなる。最後の保護リングの１つは電位Ｖfを有すし、そして下記で詳細に説明されるように、この電位が本発明において用いられる。
【０００８】
下記において、添付図面を参照しながら実施例について本発明を説明する。この実施例は例示のための実施例であって、本発明の範囲がこの実施例に限定されることを意味するものではない。
【０００９】
図３は、本発明の結合を示した例示のための実施例の図である。さらに詳細に言えば、図３は直列に接続された多数個のトランジスタＴ1、Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4、…、Ｔnを示した概略図である。文字Ａは回路に加えられる電圧の基準点を示しており、通常はアースである。一方、文字Ｂは直列に接続された回路の他の端部における電圧の接続点を表す。
【００１０】
本発明のトランジスタの直列接続の場合、第１トランジスタＴ1を例外として、すべてのトランジスタは空乏性であることが好ましいであろう。換言すれば、エミッタに対してゲートが０Ｖである場合にトランジスタは通常はオンであり、そしてゲートの負電圧が閾値Ｖtフィガ様式(figure-wise)より大きい場合には通常オフである。この結合の中の第１トランジスタＴ1は、デイプレッションまたはエンハンスメントのいずれかの型であることができる。この後者の型のトランジスタが最も有用である。その理由は、このトランジスタはこの場合に通常はオフであり、そしてゲートＳ1の＋５Ｖ論理信号でもって制御することができるからである。第２トランジスタのゲートの電圧Ｖs2は第１トランジスタから取り出された電圧によって与えられ、そしてこのトランジスタのコレクタ電圧Ｖk1に追随する。電圧Ｖk1が値Ｖfに到達する時、第２トランジスタのゲートはこの値にロックされる。次にＶk1が増加して、Ｖk1−Ｖfが空乏トランジスタの閾値電圧Ｖtより大きい時、第２トランジスタはオフにスイッチされるであろう。この時、第２トランジスタＴ2に加わる電圧は増加するであろう。このことは次に、第３トランジスタＴ3をオフにスイッチするであろう。このようにこの連鎖反応は、最後のトランジスタＴnにまで直列接続された回路の全体にわたって対応する方式で起こる。
【００１１】
トランジスタＴ1、Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4、…、Ｔnのおのおののコレクタである出力からコレクタ電圧Ｖk1、Ｖk2、Ｖk3、Ｖk4、…、Ｖknが得られる。ここで、Ｖknは直列に結合された回路の両端の出力電圧に等しい。それぞれのトランジスタのゲートに、制御電圧が加えられる。回路の中の第１トランジスタＴ1に外部電圧Ｓ1を加えることができ、および残りのトランジスタＴ2、Ｔ3、Ｔ4、…、Ｔnのゲートに電圧Ｖs2、Ｖs3、Ｖs4、…、Ｖsnを加えることができる。
【００１２】
本発明の新規な点は、本質的には、電圧Ｖs2、Ｖs3、Ｖs4、…、Ｖsnをそれぞれの先行するトランジスタＴ1、Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4、…、Ｔn-1から取り出し、そしてこの電圧をそれぞれの次のトランジスタＴ2、Ｔ3、Ｔ4、…、Ｔnのゲートに加えることにある。本発明の１つの好ましい実施例では、それぞれのトランジスタの中で電位Ｖfを有する最後の保護リングの１つを外部接続によって次に続くトランジスタのゲートに接続することによってこのことが実行され、そして該電圧がＶf＋Ｖtにまで増大した時、このトランジスタがオフにスイッチされる。この方法で、電圧が直列に結合されたトランジスタを横切って増分されて形成される。１つのトランジスタに関連する保護リングと次のトランジスタのゲートとの間に接合導線を接続することにより、外部接続を実行することができる。またはそれとは異なって、１つのトランジスタに関連する保護リングと次のトランジスタのゲートとの間にこのような接合導線を間接的に、例えば回路板（circuit board）を通して、接続することができる。コレクタ電圧が増大する範囲にかかわらず保護リングのリング電圧はコレクタ電圧に無関係であるから、次のトランジスタのゲートに加えることができる一定の電圧Ｖsが得られる。
【００１３】
このシステムが自己発振する危険を回避するために、接合導線と直列に抵抗器を接続することができる。
【００１４】
本発明により、高い電圧の目的のために半導体部品を直列に結合する簡単な方法が得られる。本発明の方法により、これらの部品を活性状態から不活性状態に、およびその逆に、高速にスイッチすることができる。本発明の結合の方法は、少なくとも３個の端子を有するすべての型の半導体に対して用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の結合の１つの例を示した図。
【図２】  トランジスタの外側部分の主要な構成を示した図。
【図３】  本発明の結合を示した図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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