JP2001053596A - 高電圧半導体スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、高電圧パルス発生器等に使用され
る直流高電圧スイッチの半導体化に関するものである。 【構成】 １枚の絶縁基板上に２個の半導体スイッチ素
子４とリングコア形パルストランス１、及び整流・リセ
ット回路から成る二組のゲート回路を設置し、その出力
電圧を半導体スイッチ４の各ゲート端子に接続し、且つ
同スイッチ素子を直列接続したユニット１３を順次絶縁
物７を介し積み上げ従続接続し、図に示すように高絶縁
ケーブル２で各ユニットのトランス５を貫通連結した半
導体装置に於て、入力信号に同期したクロックパルス電
流を同ケーブル２の内部１次導体に流し、各ユニットの
パルストランス１に誘起した２次電圧を整流・リセット
回路で元の入力信号に復帰させ、その信号を各スイッチ
素子４のゲート端子に伝達し、全ユニットの半導体スイ
ッチ素子４を同時にスイッチング動作させる高電圧半導
体スイッチ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高電圧パルス発生器等
に使用される直流高電圧スイッチの半導体化に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高電圧パルス発生器等に使用され
るスイッチは、使用電圧が５ｋＶ以上では一般に電子管
が使用されていたが、ヒータ電源の必要等により高電圧
スイッチの半導体化が望まれていた。一般にその方式は
多数の半導体スイッチ素子を直列接続しコンパクトに構
成し、そのスイッチ駆動方式は多数のパルストランス方
式か光フアィバー方式を採用し、各々の半導体スイッチ
素子を同時にスイッチング動作させていた。しかしなが
らパルストランス方式の場合は、均一な周波数特性をも
つパルストランスの製作上の問題と小型化に難点があ
り、光フアィバー方式では高圧側での光・電気変換用の
フローテング電源の設置の問題が生じ、小型化と経済性
に難点があった。これ等の問題を解決すべく一例とし
て、本発明者による特開平８−３１６８０９が示されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平８−３１６８０９に記述した方式は、次のような問
題があることが明らかになった。

【０００４】この高電圧スイッチをフローテングで使用
する場合、その入力信号及びクロック回路の駆動回路と
半導体ユニットとの配置上での絶縁耐圧の問題が生じ
た。

【０００５】高電圧スイッチ用として、多数の半導体ス
イッチ素子を単に一列に直列接続する場合、高絶縁ケー
ブルの長さが長くなり、形状も大きくなった。

【０００６】特に電流容量の大きい場合は、半導体スイ
ッチ素子の寸法が大きく多数直列接続により全体の形状
も相当大きくなり実用上問題となった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記のごとく半
導体スイッチ素子を多数直列接続してなる高電圧半導体
装置に於て、リングコア形パルストランス、ゲート回
路、半導体スイッチ素子、分圧抵抗、及びスナバ回路か
ら成るスイッチ回路を絶縁基板上に２組構成したものを
１ユニットとし、そのユニットを順次絶縁支持物を介し
積み上げ１本の高絶縁ケーブルの１次導体で各ユニット
のリングコアを下段から最上段まで折り返し貫通連結
し、同ケーブルの１次導体に、入力信号に同期しクロッ
クパルス電流を流し、各列ユニットのパルストランスの
２次側にパルス電圧を誘起させ、整流・リセット回路を
介して元の入力信号パルス幅に復帰させたその電圧を各
スイッチ素子のゲート端子に伝達し、同時スイッチング
動作させるものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図
１、２、３、４で説明する。図１は本発明の１ユニット
の基本回路図、図２は実装図で（ａ）は表面図、（ｂ）
は側面図を示します。図３は図１のユニットを従続接続
し高絶縁ケーブルで各ユニットのリングコア形パルスト
ランスを貫通連結した半導体回路と、そのスイッチング
動作を示す回路図、図４は図３の連結した半導体装置の
実装図で（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図を示す。図１
に於てリングコア形パルストランス１の中心を高絶縁ケ
ーブル２で貫通し数１００ＫＨｚ以上のクロック信号電
流を流し、２次巻線に２次電圧を誘起させ整流・リセッ
ト回路３により直流電圧に変換し、スナバ回路５、分圧
抵抗６を具備した半導体スイッチ素子４のゲート端子に
伝達する。次に、上記回路構成のものを２組用意し各々
の半導体スイッチ素子を直列に接続すし１ユニットとす
る。図２は図１のユニットの実装図で表面図（ａ）、側
面図（ｂ）に示すようにリングコア形パルストランス
１、整流・リセット回路３、半導体スイッチ素子（２素
子入りＩＧＢＴモジュール）４等を絶縁基板８上に取り
付け図１の如く結線する。７は同ユニットを順次積み上
げるための絶縁支持物である。

【０００９】高電圧半導体スイッチは図１のユニットを
数個以上図３に示す如く従続接続し高絶縁ケーブル２で
各ユニットのリングコア形パルストランス１を貫通連結
したものでその動作につき説明する。入力信号をゲート
制御クロックパルス発生回路９に伝達し、数１００ＫＨ
ｚ以上に変調したクロックパルス信号を駆動用半導体素
子１２のゲートに伝達する。尚、駆動用半導体素子１２
のコレクタは同軸コード１１の内線、各ユニットのリン
グコア形パルストランス１の高絶縁ケーブル２の導体、
及び同軸コード１１の外線を通じ直流電源２に接続され
ている。ゲートに伝達されたクロック信号により１次導
体にクロックパルス電流が流れ、各ユニットのパルスト
ランスの２次巻線に入力信号に相当するクロックパルス
電圧が発生する。その電圧は整流・リセット回路３によ
り元の入力信号波形に復帰し各ユニットのスイッチ素子
４のゲート端子に同時に伝達され、高圧端子＋、−間が
導通状態となりスイッチ動作となる。尚、図中５、６は
スナバ回路と分圧抵抗でスイッチ素子４の保護の役目を
する。

【００１０】図４は図３の半導体装置の回路図中、図２
のユニットを縦続した部分の構造図で（ａ）は正面図、
（ｂ）は側面図で、図に示すようにリングコア形パルス
トランス１、半導体スイッチ素子４等より構造された図
２のユニット１３を絶縁物７で順次積み上げ、同スイッ
チ素子４を直列縦続し、且つ各ユニットの同パルストラ
ンス１のリングコアを高絶縁ケーブル２で貫通連結し折
り返し、同軸コード１１に接続する。又、各ユニットの
２個のリングコアを絶縁耐圧の許す限り接近させれば、
高絶縁ケーブルの回路インダクタンスを小さくでき、ス
イッチング動作の立上り時間が早なる。尚、本スイッチ
の使用電圧を高くする場合は、高絶縁ケーブル２の両端
のユニットからの絶縁距離を長くすれば解決できる。

【００１１】

【発明の効果】本発明は以上述べたように、図２のユニ
ットを使用する電圧値により、その相当数を順次縦続す
ることにより容易に高電圧半導体スイッチを製作するこ
とができ特性の向上、小型化等によりその経済的効果は
高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１ユニットの基本回路図である。

【図２】１ユニットの実装図である。

【図３】本発明の高電圧半導体スイッチの動作回路図で
ある。

【図４】本発明の高電圧半導体スイッチの実装図であ
る。

【符号の説明】

１ リングコア形パルストランス ２ 高絶縁ケーブル ３ 整流・リセット回路 ４ 半導体スイッチ素子 ５ スナバ回路 ６ 分圧抵抗 ７ 絶縁支持物 ８ 絶縁基板 ９ ゲート制御クロックパルス発生回路 １０ 直流電源 １１ 同軸コード １２ 駆動用半導体素子 １３ ユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １枚の絶縁基板上に２個の半導体スイッ
   チ素子とリングコア形パルストランス及びその２次電圧
   の整流・リセット回路から成る二組のゲート回路を設置
   し、その出力電圧を上記半導体スイッチ素子のゲート端
   子に接続、その２個の半導体スイッチ素子を直列接続、
   且つ同素子に分圧抵抗及びスナバ回路を具備させた１ユ
   ニットを順次絶縁支持物を介して積み上げ従続接続し、
   １本の高絶緑ケーブルで下端ユニットの片方パルストラ
   ンスより順次貫通連結、最上段ユニットで折り曲げ各ユ
   ニットの他方同トランスを逆に順次貫通連結し元に帰
   し、同ケーブルの内部導体に入力信号をＯＮ時間の短い
   パルス幅に分解した数１００ＫＨｚ以上の入力に同期し
   たクロック信号電流を流し、各ユニットのリングコア形
   パルストランスの１次パルス電流とし、誘起した各２次
   電圧を整流、リセット回路を介して、元の入力信号のパ
   ルス幅に復帰させ、入力信号に相当するゲート信号を各
   ユニットの半導体スイッチ素子のゲート端子に同時に伝
   達し、全ユニットのスイッチング動作をさせる高電圧半
   導体スイッチ。