(57)【要約】      （修正有）【課題】直流電圧をデジタル制御する省電力デジタルトランジスタ素子を提供する。【解決手段】コレクタ極と陰極間にサイリスタ３が電圧を出力してそれの保持電流をトランジスタ２が供給する様に、トランジスタのエミッタ極にサイリスタの陽極を直結し縦続接続して電力系回路を構成する一方、整流電圧源ＡＣ，Ｄとベース極間にバイアス抵抗Ｒ１を接続し、ベース極とゲート極間にゲート回路を接続し独立した制御系回路を構成する。電力系回路のコレクタ極と陰極間に負荷の慣性運動を介した直流電圧を供給する一方、制御系回路のバイアス抵抗Ｒ１と陰極間に電源転流する整流電圧を供給する。整流電圧と素子の接続容量が充放電して有機的に結合し、タイムラグを得てサイリスタ高低抗に滞留電荷を生じて素子の接続容量を形成し、ベース・ゲート間をスイッチして有機結合半導体素子を構成する。【選択図】図１
2016006959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタ縦続接続サイリスタ素子において、コレクタと陰極間に負荷を介した直流電圧を供給し、トランジスタとサイリスタの電圧・電流遮断機能を持つ電力系回路を構成する一方、ベースと陰極間に整流電圧を供給して電力系回路と分離し独立した制御系回路を構成し、整流電圧と素子の接続容量が有機的に結合して充放電する、省電力デジタルトランジスタ素子を構成したことを特徴とする有機結合半導体素子。
【請求項２】
省電力デジタルトランジスタ素子において、電源転流する整流電圧をサイリスタ高低抗が遮断して電圧遮断エネルギーを形成すると、電圧遮断エネルギーがバイアス抵抗Ｒ１を利用してダイオードをオフ状態に維持し、サイリスタゲートの半導体側の電子層が反転して静電容量を形成し、同時にコンデンサーがワンパルスの電圧を静電容量に通電し静電容量を放電してゲート電圧を供給したことから、整流電圧と素子の接続容量が充放電して有機的に結合し、省電力デジタルトランジスタ素子を創出したことを特徴とする有機結合半導体素子。
【請求項３】
省電力デジタルトランジスタ素子において、サイリスタ高低抗がサージ電流に重畳するエネルギーを突入して陰極電流を流し、ゲートに電位の溝を形成し滞留電荷を形成してベースとゲートに突入すると、サージ電流がベースに突入して陽極電圧を供給する一方、重畳するエネルギーがゲートに突入して静電容量を放電し、ドリフト電流を流してゲート電圧を供給したことから、サイリスタ高低抗がゲート電圧を放電して陽極電圧を陰極に導通したことを特徴とする有機結合半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本願は、コレクタ極と陰極間にサイリスタが電圧を出力してその保持電流をトランジスタが供給する様に、トランジスタのエミッタ極にサイリスタの陽極を直結し縦続接続して電力系回路を構成する一方、整流電圧源とベース極間にバイアス抵抗Ｒ１を接続し、ベース極とゲート極間にゲート回路を接続して電力系回路と分離し独立した制御系回路を構成する。コレクタ極と陰極間に負荷の慣性運動を介した直流（振動）電圧を供給する一方、制御系回路の抵抗Ｒ１と陰極間に電源転流する整流電圧を供給する。サイリスタ高低抗とトランジスタベース漏れ電流とＣＲ回路からなる素子の接続容量が整流電圧を利用して充放電し、整流電圧と素子の接続容量が有機的に結合しサイリスタ高低抗に滞留電荷を生じて閾値の素子の接続容量を形成する。ベース・ゲート間をスイッチしてサイリスタヒステリシス制御を計ると、直流電圧を可変断続制御して有効電力パルスを出力するデジタル制御法と、有機結合半導体素子を構成して省電力デジタルトランジスタ素子を創出する。
【背景技術】
【０００２】  従来、産業機器や民生機器などの負荷に必要とする電力を供給する場合、電圧を断つことができないトランジスタや電流を断つことのできないサイリスタ等の半導体を用い、素子に制御電極を設けて主回路極と陰極間に直流振動電圧を供給し、その電圧に同期する信号電圧を制御電極に供給し、制御電流を流し込んで直接的に直流電圧をアナログ制御していた。例えば、直流振動電圧を素子が遮断した時、サージ電圧とサージ電流が素子を挟んで直接的に干渉しあい、突入電流を原因としてＬＥＤ等の半導体素子を破壊していた。
更に、電圧を断つ回路を必要とするトランジスタの場合、直流振動電圧を主回路極に印加して制御電極に同期する信号電圧を供給し直流電圧をアナログ的に電圧制御していたが、制御電圧に対し遅相電流を発生して立ち上がり立ち下がり電力に無効電力を生じていた。
具体的に、電圧を断つ回路を必要とするサイリスタの場合、電源転流等の電流を断つ回路を必要とし信号電圧を用いてサイリスタを電圧制御していたが、電圧遮断時ゲートの半導体側の電子層が反転し静電容量を形成して空間電荷を生じ、電子密度の差を生じて拡散電流を流しこの寄生効果によって自由電子を流す。例えば、静電容量に寄生する自由電子とサージ電圧が複雑に絡み合い、チャタリングや無効電力で発熱する等の問題を生じた。
従来の直流電圧をアナログ的に電圧制御して生じた様々な問題に対し、交流電圧の電源転流を利用して素子自らが充放電し、ベース・ゲート間をスイッチして直流電圧を電圧電流制御するデジタル制御法を提案し、省電力デジタルトランジスタ素子を創出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭  ５９−２１２７５号公報
【特許文献２】特許願  ２０１３−３７８８３
【特許文献３】特願  ２０１４−１２０９６２
【発明の概要】
【０００４】  （特異稀なＮＰＮ型）トランジスタのエミッタにサイリスタの陽極を直結して縦続接続し、整流電圧源とベース間にバイアス抵抗Ｒ１を接続し、ベースとゲート間にＣＲを用いたゲート回路を側路接続して素子を構成し、コレクタと陰極間に負荷の慣性運動を介した直流電圧叉は直流振動電圧を供給する一方、抵抗Ｒ１と陰極間に直流振動電圧を供給する。
具体的に、交流電圧ＡＣをダイオードＤが直流化した整流電圧を抵抗Ｒ１と陰極間に供給し、交流電圧の電源転流を利用してサイリスタ高低抗が振動電圧を遮断すると、電圧を断てないトランジスタが特異稀なベース漏れ電流を流し、ベース電圧と同等の陽極電圧を供給する一方、ＣＲ回路の接続容量がゲート電圧を供給する。ゲート電圧を供給してサイリスタ高低抗に電界をかけて電界の強さに応じ、サイリスタ高低抗はゲート電圧を陰極に放電して陽極電圧を陰極に通電し、陰極電流を流してバイアス抵抗Ｒ１を電流制御する。
ＣＲ時定数に基づきバイアス抵抗Ｒ１を電流制御しダイオードＤをオンしてオフし、整流電圧を通電して素子の接続容量と整流電圧が有機的に結合し、素子自らが充放電し滞留電荷を形成して閾値の接続容量を形成する。滞留電荷を利用しベース・ゲート間をスイッチしてサイリスタをオンすると、サイリスタ保持電流を飽和領域のコレクタ電流が供給し、直流電圧をスイッチするデジタル制御法と有機結合体デジタル半導体素子を創出する。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  特開昭５９−２１２７５、特願２０１３−３７８８３，特願２０１４−１２０９６２号等一連の有機結合体トランジスタ縦続接続サイリスタ素子を提出した。まず、特開昭５９−２１２７５号公報に記載されている素子では、ダイオードブリッジに接続した接続容量を利用してベース・ゲート間をスイッチ制御し、トランジスタ縦続接続下のサイリスタ保持電流を供給することによって、直流電圧を電圧電流制御する有機結合体トランジスタ縦続接続サイリスタ素子を提出したが、有機的に結合する基本的な動作説明が全く無く半導体素子として認められなかった。
更に、特願２０１３−３７８８３に記載したトランジスタ縦続接続サイリスタ素子は、特異稀なトランジスタのエミッタにサイリスタの陽極を縦続接続し、バイアス抵抗Ｒ１とゲート回路を接続して素子を構成し、素子の接続容量に直流電圧を供給して有機的に結合する。素子の接続容量が充放電し充放電タイムラグを得て閾値の接続容量を形成し、ベース・ゲート間をスイッチして直流電圧を電力制御する有機結合半導体素子を得ると提出したが、ベース・陰極間に整流電圧を供給するという直流電圧の種類を特定する記載漏れを生じた。
又、特願２０１４−１２０９６２に記載したトランジスタ縦続接続サイリスタ素子は、負荷の慣性運動を介した直流電圧をコレクタと陰極間に供給する一方、バイアス抵抗Ｒ１と陰極間に整流電圧を供給し、素子の接続容量と整流電圧が有機的に結合するという、必要条件を具備する有機結合半導体素子として構成したが、トランジスタ縦続接続サイリスタ素子が世紀初のデジタル半導体素子である、と要約して総括する記載が抜け落ちて欠落した。【０００６】  本発明の省電力デジタルトランジスタ素子は直流電圧の電圧をサイリスタが出力し、それの保持電流を飽和領域のコレクタ電流が供給制御するように、トランジスタのエミッタにサイリスタの陽極を直結し縦続接続して電力系回路を形成する一方、この回路と分離し独立した制御系回路を構成してこの回路に整流電圧を印加する。整流電圧と素子の接続容量が充放電駆動して有機的に結合し、タイムラグを得て滞留電荷を生じて閾値の素子の接続容量を形成する。サイリスタ高低抗が滞留電荷を利用してオンする閾値とオフする閾値との閾値の接続容量の差、つまり、滞留電荷の有無に応じるサイリスタヒステリシス巾を形成し、ベース・ゲート間をスイッチして素子をデジタル制御する。その為に、整流電圧源とベース間にバイアス抵抗Ｒ１を接続し、ベースとゲート間にＣＲ回路を用いたゲート回路を側路接続して制御系回路を構成する。負荷の慣性運動を介した直流電圧をコレクタと陰極間に供給する一方、交流電圧をダイオードが直流化した整流電圧を制御系回路の抵抗Ｒ１と陰極間に供給する。整流電圧の電源転流を利用してサイリスタ高低抗が直流振動電圧を遮断すると、素子の接続容量と整流電圧が有機的に結合し充放電して整流電圧を細分化制御した充放電電圧電流を通電し、サイリスタ高低抗に滞留電荷を生じて閾値の接続容量を形成する。電力系回路のベースとゲート間をスイッチして直流電圧をデジタル制御し、有効電力パルスを断続出力する有機結合体省電力トランジスタ素子を創出した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明は、サイリスタが直流電圧の電圧を出力しそれの保持電流を飽和領域のコレクタ電流が供給する様に、トランジスタのエミッタにサイリスタの陽極を直結し縦続接続して電力系回路を形成する一方、抵抗値を最適値に設定したバイアス抵抗Ｒ１と容量制限したＣＲ回路を図示の様に接続して整流電圧を供給する。オフしたサイリスタ高抵抗を利用して素子が充放電して制御系回路を構成し、滞留電荷を生じて素子の接続容量を形成する。
容量制限した制御系回路に整流電圧を印加すると、整流電圧の電源転流を利用してサイリスタ高抵抗が電圧を遮断する。ゲート回路のコンデンサーＣが充電転流しサージ電圧を素子に印加して反対に、サイリスタ電圧開閉パワーがサージ電流を強く吸引してサージ電流に重畳するエネルギーを形成する。サイリスタ高低抗が陰極電流を流して陽極からトランジスタに突入し、特異稀なベース漏れ電流を流し抵抗Ｒ１を電流制御してダイオードをオンする。充電電圧を供給して電圧に重畳する陰極電流を充電電流としてゲート回路に充電し、ゲートに電位の溝を形成しこの溝に電荷γを残留して残留電荷γを形成する。
充電電圧が飽和して充電を完了する。飽和電圧がダイオードをオフしコンデンサーが放電転流して素子の接続容量を放電する。電位の溝と残留電荷γを放電すると、充電と放電する充放電タイムラグを得て電位の溝にわずかな電荷γを滞留し、滞留電荷が素子を制御するに必要なサイリスタヒステリシス巾の上限叉は下限値の閾値の接続容量を形成する。
閾値の接続容量を形成してベース・ゲート間に接続した起動抵抗Ｒ２をスイッチする。スイッチ電圧電流が電力系回路のベースを電圧制御し、ゲートを電流制御して直流電圧をデジタル制御する省電力半導体素子を創出した。従来の電圧を断てないトランジスタや電流を断てないサイリスタが抱えた問題等、直流電圧を電圧制御して制御電流を流し込むアナログ制御法が抱えた問題を、解消することを課題としてデジタル制御を用いて解消した。
【発明の効果】
【０００８】  本発明は、バイアス抵抗Ｒ１と陰極間に電源転流する交流電圧ＡＣを整流した直流振動電圧を供給すると、電力系回路と電力系回路と分離し独立した制御系回路を構成して充放電する、新たな有機結合体デジタルトランジスタ縦続接続サイリスタ素子を創出した。
具体的に、主回路電圧を供給してその電圧に同期する制御電流を流し込んでいた従来のアナログ制御に対し、交流電圧ＡＣを直流化した整流電圧を素子の接続容量に印加して制御系回路を構成する。制御系回路が充放電して整流電圧と素子の接続容量が有機結合し、サイリスタ高低抗に滞留電荷を生じてサイリスタヒステリシス制御を計り、有機結合体素子を構成して有効電力パルスを出力する省電力デジタルトランジスタ素子を創出した。
１，本発明は、交流電圧の電源転流を利用し充放電してサイリスタヒステリシス制御を計り、直流電圧をデジタル制御する制御法と省電力デジタルトランジスタ素子を創出した。
２，従来のアナログ素子では、直流振動電圧の電圧叉は電流を断つ回路を夫々必要とし、更に電圧遮断時、サージ電圧とサージ電流が素子を挟んで直接的に干渉しあい突入電流を発生して故障を生じた。本案は、スイッチ電圧電流が直流電圧をデジタル制御して省電力デジタル有機結合体素子を創出し、従来の課題を一挙に解消して省エネ化した。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】  発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１は、有機結合体省電力デジタルトランジスタ素子のブロック図である。
コレクタ極Ｅとベース極Ｂとエミッタ極Ｅを有す特異稀なＮＰＮ型三端子トランジスタ２のエミッタ極Ｅに、陽極Ｔ２とゲート極Ｇと陰極Ｔ１を有す三端子サイリスタの陽極Ｔ２を直結し、サイリスタをオンして直流電圧の電圧を出力すると、飽和領域のトランジスタコレクタ電流がサイリスタ保持電流を供給するように縦続接続する。コレクタ極と陰極間に負荷の慣性運動を介した直流電圧を供給すると、トランジスタとサイリスタが電圧と電流を遮断する機能を持つ電力系回路を構成する一方、ベースと陰極間に整流電圧を供給して電力系回路と分離した制御系回路を構成する。整流電圧と素子の接続容量が有機的に結合して充放電し、有機結合体素子を構成して省電力デジタルトランジスタ素子を創出する。
省電力デジタルトランジスタ素子の制御系回路の充放電動作を説明する。
素子を構成する容量制限し規制した制御系回路に電源転流する整流電圧を供給し、サイリスタ高低抗が整流電圧を遮断して電圧遮断エネルギーを形成する。遮断エネルギーがバイアス抵抗Ｒ１を利用してダイオードをオフ状態にすると、サイリスタゲートの半導体側の電子層が反転して静電容量αを形成すると同時に、コンデンサーが充電転流してワンパルスの電圧を静電容量に通電し、この電圧が静電容量αを放電してゲート電圧を供給する。
具体的に、電圧遮断エネルギーがサージ電圧をベース極とゲート回路に印加する。特異稀なトランジスタがベース漏れ電流を流して損失の無い陽極電圧を供給する一方、コンデンサーが充電転流してワンパルスの電圧を通電し静電容量を放電してゲート電圧を供給し、サイリスタトリガモードを利用しゲート電圧を放電し陽極電圧を陰極に通電して充電電圧を供給する。静電容量を放電して放電を完了するとコンデンサーが充電を完了し、コンデンサーが充電転流すると静電容量が放電転流して反対の対称回路を形成し、有機結合体素子の駆動電力を省エネ化し、省電力デジタルトランジスタ素子を構成して充放電駆動する。【００１０】  省電力デジタルトランジスタ素子の制御系回路の充電動作を説明する。
陽極電圧の通電と反対に、サイリスタ高低抗がサージ電流を陰極から強く吸引し、サージ電流に重畳するエネルギーを形成し陰極から突入して陰極電流を流す。陰極電流がゲートに電位の溝を形成して電荷γを残留しタイムラグを得て少しの滞留電荷を生じ、それを通しサージ電流に重畳するエネルギーが陰極からベースとゲートに突入する。サージ電流がベースに突入してバイアス抵抗Ｒ１を電流制御し、バイアス電圧をベースに印加して陽極電圧を供給する一方、重畳するエネルギーがゲートに突入して静電容量αを放電し、ドリフト電流を流してゲート電圧を供給する。この陽極電圧とゲート電圧でサイリスタトリガモードが電界を形成し、ゲート電圧を陰極に放電して陽極電圧を陰極に通電し抵抗Ｒ１をオンして充電電圧Ｘを供給する。ＣＲ時定数に基づきダイオードをオン状態にして充電電圧を高くし、反対に、陰極電流を流して充電電圧に重畳する充電電流を通電しコンデンサーに正・負の電荷を充電する。充電電圧を高くしてコンデンサーに電力ロスの無い正弦波電圧を充電し、反対に、正弦波電圧に重畳する正弦波電流を充電する。素子の接続容量が充電電圧を高くして飽和し、充電電荷と残留電荷と飽和電圧を形成して充電を完了する。
省電力デジタルトランジスタ素子の制御系回路の放電動作を説明する。
整流電圧の電源転流を利用し飽和電圧がダイオードをオフして素子の接続容量がオフし、コンデンサーが放電転流して静電容量が充電転流する。コンデンサーが放電転流すると、サイリスタ高低抗が飽和電圧と充電電荷と残留電荷を利用して電界を形成する。サイリスタ高低抗が充電電荷をゲートから放電しながら飽和電圧を陰極に放電し、静電容量に寄生する残留電荷等の自由電子を放電して素子の接続容量を空にし、半導体素子を初期化し回復時間を与えて放電を完了する。放電を完了しコンデンサーが充電転流して静電容量が放電転流し、抵抗Ｒ１をオンしバイアス電圧を供給して素子の接続容量が充電駆動する。ＣＲ時定数に基づき繰り返しダイオードをオンオフして素子の接続容量が充放電駆動する。【００１１】  素子を充放電駆動して有機結合体省電力デジタルトランジスタ素子を創出する。
ＣＲ時定数に基づき素子の接続容量が正弦波電圧を通電してダイオードをオン・オフし、その電圧に重畳する正弦波電流をコンデンサーに正・負の電荷とし通電して充放電する。整流電圧と素子の接続容量が有機的に結合し充放電してサイリスタ高低抗に滞留電荷を生じ、閾値の接続容量を形成し滞留電荷の有無に応じてサイリスタヒステリシス制御を計る。
コンデンサーの充放電に伴い電位の溝に電荷を残留しては放電して消滅していた残留電荷が、チャタリングを防止する充放電タイムラグを得て電位の溝に少しの滞留する電荷を形成し、滞留電荷γの有無に応じて閾値の接続容量を形成する。バイアス抵抗Ｒ１とＣＲ回路からなる素子の接続容量を最適値に設定し、省電力デジタルトランジスタ素子を構成すると、帯流電荷γの有無に応じる接続容量を形成し抵抗Ｒ２をスイッチしてサイリスタヒステリシス制御を計る。具体的に、滞留電荷γを有す接続容量を利用してベース・ゲート間をスイッチすると、サイリスタをトリガしてスイッチ電圧を出力する、叉は、充放電停止し滞留電荷γを無しにし素子をオフしてオフ状態に維持する。という滞留電荷γの有無に応じて抵抗Ｒ２がスイッチする・しないという新たなサイリスタヒステリシス制御法を得る。更に、サイリスタをオンして出力電流を供給すればそれの残留電荷が帯留電荷を継続して素子をオンラッチ制御するという、制御系回路が電力系回路をデジタル制御して素子をオンラッチ制御するデジタル制御法を創出した。チャタリング等の誤動作を防止して信頼性を極めて高めるデジタル制御法と、有機結合体省電力デジタル素子を創出した。【００１２】  省電力デジタルトランジスタ素子を詳細に説明する。
省電力デジタルトランジスタ縦続接続サイリスタ素子のエミッタ極と陽極を直結し、サイリスタを利用してトランジスタがパルス電力を出力する様に、縦続接続して電力系回路を構成する一方、抵抗Ｒ１の抵抗値とＣＲ回路の接続容量を最適値に設定してサイリスタ高抵抗を利用した制御系回路を構成し、整流電圧をベース・陰極間に供給して制御系回路を充放電する。サイリスタ高低抗に滞留電荷を形成し滞留電荷γの有無に応じてスイッチする閾値の素子の接続容量を作り出し、閾値の接続容量を利用してベース・ゲート間をスイッチしてスイッチ電圧電流を出力する。スイッチ電圧がベースにパルス電圧を供給してサイリスタが直流電圧の電圧を出力し、スイッチ電流がゲートにパルス電流を供給してトランジスタが飽和領域のコレクタ電流を出力し、サイリスタ保持電流をパルス出力電流が供給して素子をデジタル制御する。従来のアナログ制御では立ち上リ立下り電力に無効電力を生じていたが、直流電圧をデジタル制御して有効電力パルスを断続出力する省電力デジタルトランジスタ素子を創出し、課題のアナログ制御が抱えた問題点を一挙に解消した。
尚、従来の半導体制御において、アナログ制御では電圧遮断時コンデンサーを挟んでサージ電圧とサージ電流が直接的に干渉しあい、髭パルス等を発生し原因不明の故障を生じて電圧遮断能力を悪くした。本発明のデジタル制御では、電力系回路と制御系回路を分離し、独立した制御系回路を充放電しサイリスタ高抵抗を利用して滞留電荷を生じてベース・ゲート間をスイッチし、サイリスタヒステリシス制御を計りデジタル制御したものであり、省電力デジタルトランジスタ素子を要約し総括して創出する事を目的とする。【００１３】  省電力デジタルトランジスタ素子の制御法を要約する。
従来の半導体素子は制御電極を設けて信号電圧を供給し、制御電流を流し込んで直流電圧を電圧制御してアナログ制御していた。本案は、ベースとゲート間の抵抗Ｒ２を瞬時オンするだけでスイッチ電圧電流が直流電圧を電圧電流制御する。有機結合デジタル半導体素子を創出し、負荷に有効電力パルスを断続供給するデジタル素子と制御法を創出した。
１、省電力デジタルトランジスタ素子が整流電圧を遮断してコンデンサーが充電転流すると、電子層が反転して静電容量を形成しサージ電圧を放電して陰極電流を流し、抵抗Ｒ１を電流制御して充電電圧を通電する。充電電圧が正弦波電圧を形成し電圧に重畳する正弦波電流を充電して抵抗Ｒ２をスイッチし、直流電圧をデジタル制御してロスを無くし省エネ化したことから、従来回路や部品数を減らし画期的に省略化して信頼性を増す。このデジタル制御法とデジタル素子が半導体技術に顕著に革命を齎す。
２、整流電圧を遮断してコンデンサーが充電転流すると、サイリスタ高低抗がサージ電圧を放電してサージ電流に重畳するエネルギーを陰極から突入し、陰極電流とドリフト電流を流してダイオードをオン状態にし、正弦波電流に重畳する正弦波電圧を通電し、チャタリングを防止する充放電タイムラグを得た帯流電荷が素子をラッチ制御する。スイッチ電圧電流が直流電圧をラッチ制御するデジタル制御法を開発した。【００１４】  省電力デジタルトランジスタ素子のデジタル制御の充放電動作を詳細に説明する。
トランジスタ縦続接続サイリスタ素子において、負荷ＲＬを介した直流電圧Ｅをコレクタ極と陰極間に供給してサイリスタをオンすると、保持電流をトランジスタが供給する様にエミッタ極に陽極を直結し縦続接続して電力系回路を形成する一方、交流電圧ＡＣをダイオードＤが直流化した整流電圧を抵抗Ｒ１と陰極間に供給する。サイリスタ高抵抗特性を得るために制限した抵抗Ｒ１と、容量制限し最適値に設定したコンデンサーＣ接続抵抗Ｒをゲート回路として接続し、整流電圧の電源転流を利用しＣＲ時定数に基づき制御系回路を充放電し、有機結合体素子を構成して省電力デジタルトランジスタ素子を創出する。
整流電圧の正弦波を素子の接続容量に供給しサイリスタ高抵抗が遮断してダイオードをオフすると、サイリスタゲートの半導体側の電子層が反転し静電容量αを形成してコンデンサーが充電転流する。電圧遮断エネルギーが陽極電圧上昇率ｄｖ／ｄｔと陽極電流上昇率ｄｉ／ｄｔを利用し、サージ電圧に重畳するエネルギーを形成してサイリスタ高低抗に突入する。
サージ電圧に重畳するエネルギーがベース極とゲート極に突入し、ベースを介しサージ電圧が陽極電圧を供給する一方、ゲートを介しコンデンサーがワンパルスの電圧を通電してサイリスタ高低抗が電界を形成する。電界に応じてゲート電圧を陰極に放電して陽極電圧を陰極に導通し、反対に、サージ電流に重畳するエネルギーを陰極から強く吸引してサイリスタ高低抗が陰極電流を流す。陰極電流はＣＲ時定数に基づき抵抗Ｒ１を電流制御して陽極電圧を供給する一方、静電容量を放電しドリフト電流を流してゲート電圧を供給し、陰極電流をコンデンサーに充電しながら充電電圧を高くして充電電荷γを形成する。
素子の接続容量はダイオードをオン状態にし充電電圧を高くして正弦波電流に重畳する正弦波電圧を通電し、コンデンサーに正負の電荷を等しく充電して充電電荷を形成する。充放電して半導体素子を制御するに必要な滞留電荷を生じて閾値の接続容量を形成し、飽和電圧を形成してダイオードをオフし抵抗Ｒ１がオフ状態に拘束して充電を完了する。【００１５】  省電力デジタルトランジスタ素子が放電し充放電駆動して素子の接続容量を形成する。  充電を完了しコンデンサーが放電転流して静電容量が充電転流する。サイリスタ高低抗は飽和電圧と充電電荷を利用して電界を形成し、電界に応じて充電電荷βをＣＲ時定数に基づき正弦波電流としてゲートに放電して静電容量αに充電する。放電電流を静電容量αに充電しながらゲート電圧を供給し、電圧を断てないトランジスタを利用して飽和電圧を降下して正弦波電圧を陰極に放電し、充電電荷βを消滅して放電を完了する。省電力デジタルトランジスタ素子は充電と放電を繰り返して充放電駆動し、正弦波電圧電流を通電して素子の接続容量を形成する。充放電するタイムラグを得てサイリスタ高低抗に帯流電荷αを生じて閾値の接続容量を形成し、ベース・ゲート間の抵抗Ｒ２を瞬時スイッチしてデジタル制御する。スイッチ電圧電流は正弦波の充電電圧電流を方形波の制御パルスに変換し、ベースにパルス電圧をゲートにパルス電流を供給して素子を駆動し、ロスの無い電力パルスを出力制御するデジタル制御法と、省電力デジタルトランジスタ素子を創出した。
尚、省電力デジタル半導体素子は縦続接続下のサイリスタ高低抗を利用し、直流電圧の電圧を断って電力系回路を閉路してダイオードをオンし、直流電圧と整流電圧の混色を断って制御系回路を開路してデジタル制御する。更に、制御系回路は整流電圧をＣＲ時定数に基づき細分化制御した充放電電圧電流をスイッチし、トランジスタが可変断続する電力パルスを出力制御するデジタル制御法と、省電力デジタルトランジスタ素子を創出した。【００１６】  省電力デジタルトランジスタ素子のデジタル制御法を詳細に説明する。
電源転流する整流電圧の連続的なエネルギーを素子の接続容量が遮断して生じたサージ電圧を、トランジスタがベース電圧と同電位の陽極電圧を供給してコンデンサーがワンパルスの電圧をゲートに通電する。サイリスタ高抵抗が陽極・陰極間とゲート・陰極間に電界を形成し、ゲート電圧を放電し整流電圧を陰極に導通して素子の接続容量が充放電する。
サイリスタ高抵抗が陰極電流を流しゲートに電位の溝を形成して電荷γを残留し、電位の溝の電荷γを通して損失の無い陰極電流をゲートと陽極に通電する。陽極に通電した陰極電流は抵抗Ｒ１を電流制御して陽極電圧を供給する一方、ゲートに通電した陰極電流は電子層の静電容量αに突入してドリフト電流を流す。ドリフト電流がゲート電圧を供給しサイリスタトリガモードを利用して陽極電圧を陰極に導通し、ダイオードをオン状態にし整流電圧から充電電圧を素子の接続容量に供給する。素子の接続容量は正弦波電流‐ｘに重畳する正弦波電圧ｘをコンデンサーに充電して充電電圧を高くして飽和電圧を形成する。
サイリスタ高抵抗は陰極電流をコンデンサーに充電する一方、静電容量を放電しドリフト電流を流し素子を初期化して放電を完了する。コンデンサーが放電転流して素子が充放電すると、充放電タイムラグを得てほんの少しの残留電荷を滞留して滞留電荷γを形成し、素子を制御するに必要な制御電力として充電電圧と充電電荷βと滞留電荷γを形成し、滞留電荷の有無に応じて閾値の接続容量がサイリスタをオンラッチ制御叉は、オフラッチ制御するという、サイリスタとトランジスタの電圧・電流遮断機能を備えたサイリスタヒステリシス制御を計るデジタル制御法と、省電力デジタルトランジスタ素子を開発する。【００１７】  有機結合体素子を構成する省電力デジタルトランジスタ素子を総括する。
省電力デジタルトランジスタ素子は、トランジスタの電流制御機能に直結し縦続接続したサイリスタの電圧遮断機能を得て、直流電圧を有効電力パルスに変換するデジタル機能を得る為に、電力系回路と制御系回路を別とする回路を構成して制御系回路に電源転流する整流電圧を供給する。整流電圧と素子の接続容量が有機的に結合して充放電駆動し、サイリスタ高低抗に滞留電荷を生じて素子の接続容量を形成する。それを利用して電力系回路のベース・ゲート間をスイッチすると、スイッチ電圧電流がベースに電圧パルスを供給しサイリスタをオンして直流電圧の電圧を出力し、ゲートに電流パルスを供給してトランジスタをオンし、トランジスタが直流電流増幅率利得ｈｆｅの高い飽和領域のコレクタ電流をサイリスタ保持電流として出力する。ＣＲ時定数に基づいて整流電圧を細分化制御した電力ロスの無い正弦波の充電電圧電流をスイッチし、制御系回路が制御パルス電力に変換して電力系回路のベースとゲートに供する。サイリスタをトリガしオンしてサイリスタヒステリシス制御を計り、有効電力パルスを出力するデジタル制御法を得て省エネ化した。
有機結合体省電力デジタルトランジスタ素子のデジタル制御法を説明する。
滞留電荷有りの接続容量を利用して上限値以下の閾値の接続容量を抵抗Ｒ２がスイッチし、サイリスタをオンラッチ制御する。又は、充放電停止し下限値以下の滞留電荷無しの閾値の接続容量をスイッチすれば、サイリスタをオンしないでオフラッチを維持する。例えば、抵抗Ｒ１、Ｒ等の抵抗値を瞬時大きくして充放電停止し滞留電荷を消滅して素子の接続容量を下限値以下にすると、整流電圧の振動周波に共振するＣＲ回路を瞬時充放電停止して滞留電荷を消滅し、再度滞留電荷を生じてＲ２をスイッチするまでオフラッチ制御する。
更に、抵抗Ｒ２をスイッチしサイリスタを一度オンして素子が電力パルスを出力すると、それの残留電荷が滞留電荷を形成維持してサイリスタとトランジスタの電圧・電流遮断機能を維持し、トランジスタが可変する有効電力パルスを出力するオンラッチ制御を新たに創出する。例えば、ゲート回路に接続したＣＲ回路に起動抵抗Ｒ２を並列接続し、瞬時オンしてサイリスタをトリガしてオンすれば、チャタリング等の誤動作も無く素子をオンラッチ制御するという新たなデジタル半導体制御法と、従来のアナログ制御の基本的な問題点を一挙に解消する有機結合半導体素子を創出する。本発明は半導体業界全体に技術革命を齎す、省電力デジタルトランジスタ素子を創出した。として集約し要約して総括する。
【図面の簡単な説明】
【図１】負荷ＲＬの慣性運動を介した直流電圧の正電圧をコレクタａに、負電圧を陰極‐ａに供給する一方、整流電圧源ＡＣ，Ｄの正電圧をバイアス抵抗Ｒ１に負電圧‐ａを陰極に供給する、省電力デジタルトランジスタ素子の基本ブロック図である。
【符号の説明】  ２        トランジスタ
３        サイリスタ
ＣＲ      コンデンサー接続充電抵抗
Ｒ２      ベース・ゲート間のＣＲに並列接続した起動スイッチ
Ａ        サイリスタの陽極端子
Ｂ        トランジスタ２のベース端子
Ｇ        ゲート端子
Ｒ１      バイアス抵抗
ｘ        充電電圧又は放電電圧
β        充電電荷又は充電容量
γ        残留電荷又は滞留電荷
ａ‐‐ａ  直流電圧
ＡＣ，Ｄ  整流電圧源又は整流電圧                          である。
【図１】
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