JP2001527377A - 磁場エネルギーを電場エネルギーに変換するための電気回路装置 - Google Patents

磁場エネルギーを電場エネルギーに変換するための電気回路装置

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JP2001527377A JP2000525963A JP2000525963A JP2001527377A JP 2001527377 A JP2001527377 A JP 2001527377A JP 2000525963 A JP2000525963 A JP 2000525963A JP 2000525963 A JP2000525963 A JP 2000525963A JP 2001527377 A JP2001527377 A JP 2001527377A
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Abstract

(57)【要約】 磁場エネルギー（Ｍ）を電場エネルギー（Ｅ）に変換（Ｗ）するための電気回路装置（Ｇ）は、少なくとも、磁場エネルギー（Ｍ）に対する第１の蓄積要素（Ｌ）と、電場エネルギー（Ｅ）に対する第２の蓄積要素（Ｃ）と、半導体弁要素（Ｄ）と、電気的スイッチング要素（Ｓ）とを有する。本発明によれば、半導体弁要素（Ｄ）の半導体材料は少なくとも２ｅＶの禁制帯（ＶＢ）および少なくとも５* １０＾５Ｖ／ｃｍの降伏電界強度（ＥＫ）を有する。半導体弁要素（Ｄ）の半導体材料は特に炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）またはダイアモンド（Ｃｄｉａ）を含んでいる。半導体弁要素（Ｄ）は特に半導体ダイオード、好ましくはショットキーダイオードである。半導体弁要素（Ｄ）の本発明によるわずかなダイナミックなスイッチング損失に基づいて、最小の構成部分の大きさを有する電気回路装置（Ｇ）が高い作動電圧においても高いスイッチング周波数においても使用可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、磁場エネルギーに対する第１の蓄積要素と、電場エネルギーに対す
る第２の蓄積要素と、半導体弁要素と、少なくとも第１および第２のスイッチン
グ状態を取り得る電気的スイッチング要素とを少なくとも備え、これらの要素が
、スイッチング要素の第１のスイッチング状態で磁場エネルギーが第１の蓄積要
素のなかに蓄積可能であり、スイッチング要素の第２のスイッチング状態で磁場
エネルギーが第１の蓄積要素から、半導体弁要素を経て導かれて、電場エネルギ
ーに対する第２の蓄積要素のなかに変換可能であるように互いに接続されている
磁場エネルギーを電場エネルギーに変換するための電気回路装置に関する。
【０００２】 磁場エネルギーを電場エネルギーに変換するためのこのような公知の電気回路
装置における弱点は半導体弁要素である。エネルギー変換過程ごとに半導体弁要
素が一方では近似的に回路装置の入力電圧の高さの高い電圧変動に曝される。他
方では半導体弁要素は阻止方向に回路装置の入力電圧の何倍かの電圧に耐えなけ
ればならない。その際に半導体弁要素は導通状態と阻止状態との間の高い交番負
荷に曝される。こうして半導体弁要素の負荷能力が回路装置全体の負荷能力を決
定的に制限する。
【０００３】 従来通常の半導体弁要素は一般にシリコンＳｉから製造されている。これらは
、高い阻止電圧が半導体弁要素のなかの相応に厚い半導体移行層によってしか達
成可能でないという欠点を有する。しかし厚い半導体移行層は、ダイナミックな
スイッチング損失が大きいという欠点を有する。ダイナミックなスイッチング損
失は主に半導体弁要素の阻止状態から導通状態への移行およびその逆の移行の際
に特に少数または多数キャリアのビルドアップおよび崩壊により生ずる。ダイナ
ミックなスイッチング損失は相応に高い熱的な損失を惹起し、これらの熱的な損
失が半導体弁要素の不安定化に通じ得る。さらに、半導体弁要素から最大に導き
出し得る損失電力がそれらの最大の耐熱性に基づいて回路装置のスイッチング要
素のスイッチング周波数を、従ってまたその可能出力を制限する。スイッチング
周波数に逆比例して、特に磁場エネルギーに対する第１の蓄積要素および電場エ
ネルギーに対する第２の蓄積要素が設定可能である。より高いスイッチング周波
数によりそれに応じてそれらの大きさが小さくなる。
【０００４】 本発明の課題は、磁場エネルギーを電場エネルギーに変換するための電気回路
装置において、上記の欠点を顕著に減ずることである。
【０００５】 この課題は請求項１、５、７および９にあげられている電気回路装置ならびに
請求項１６ないし２１に従って使用される電気回路装置により解決される。
【０００６】 本発明による電気回路装置の利点は、半導体弁要素の半導体材料が少なくとも
２ｅＶの禁制帯および少なくとも５* １０＾５Ｖ／ｃｍの降伏電界強度を有する
ことである。
【０００７】 本発明による電気回路装置の別の実施態様の利点は、半導体弁要素の半導体材
料が炭化シリコン、窒化ガリウムまたはダイアモンドを含んでいることである。
【０００８】 本発明による電気回路装置の別の実施態様の利点は、半導体弁要素の半導体材
料が炭化シリコンを含み、約３ｅＶの禁制帯および約２５* １０＾５Ｖ／ｃｍの
降伏電界強度を有することである。
【０００９】 本発明による電気回路装置の別の実施態様の利点は、半導体弁要素の半導体材
料が窒化ガリウムを含み、約３．２ｅＶの禁制帯および約３０* １０＾５Ｖ／ｃ
ｍの降伏電界強度を有することである。
【００１０】 本発明による電気回路装置の別の実施態様の利点は、半導体弁要素の半導体材
料がダイアモンドを含み、約５．５ｅＶの禁制帯および約１００* １０＾５Ｖ／
ｃｍの降伏電界強度を有することである。
【００１１】 本発明による電気回路装置の半導体弁要素のそれぞれの半導体材料がシリコン
と比較して大きい禁制帯を有することにより、有利な仕方で半導体弁要素が高い
熱的な安定性を有する。こうして半導体弁要素が高い作動温度においても完全に
よく機能し、安全な作動状態にある。さらに本発明による電気回路装置は半導体
弁要素のそれぞれの半導体材料のシリコンと比較して高い降伏電界強度により高
い作動電圧においても作動可能である。それにより本発明による電気回路装置は
有利に高い阻止電圧を有する電力回路としても作動可能である。
【００１２】 高い降伏電界強度により特に半導体弁要素の半導体材料厚みが減ぜられる。そ
れにより有利に半導体弁要素のなかのダイナミックおよび熱的な損失が減少する
。一方ではこれはそれによってより小さい負荷に曝され、他方では電気回路装置
のスイッチング要素のスイッチング周波数が高くされる。より高いスイッチング
周波数は特に、構成部品、特に磁場エネルギーに対する第１の蓄積要素および電
場エネルギーに対する第２の蓄積要素をより小さく設定することを可能にする。
それと一方では電気回路装置全体の可能出力の増大が結び付けられている。他方
では電気回路装置の外形寸法が減ぜられる。
【００１３】 本発明の実施態様で、半導体弁要素がダイオードまたは特にショットキーダイ
オードであることは特に有利である。上記の特性を有する半導体材料から成るシ
ョットキーダイオードは顕著な利点を有する。ショットキーダイオードは少なく
とも技術的な特性に関して過大設定を有する必要がなく、またはその必要がわず
かしかない。ショットキーダイオードの阻止電圧は、本発明による電気回路装置
を高い作動電圧においても使用するために十分に高い。他方においてショットキ
ーダイオードの半導体‐金属接合は、その阻止電圧が高いにもかかわらず、薄く
設定されるので、ダイナミックな損失がスイッチング要素の高いスイッチング周
波数の際にもわずかである。このことは、ショットキーダイオードの有利な特性
を高い作動電圧の際にも高いスイッチング周波数の際にも本発明による電気回路
装置の半導体弁要素として使用することを可能にする。
【００１４】 本発明の他の実施態様では、本発明による回路装置は昇圧コンバータ回路、降
圧コンバータ回路、フォワードコンバータ回路または力率コントローラ回路のな
かで使用されている。
【００１５】 本発明の他の有利な実施態様は相応の従属請求項にあげられている。
【００１６】 以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳細に説明する。
【００１７】 図１には例として磁場エネルギーＭを電場エネルギーＥに変換Ｗするための電
気回路装置Ｇが示されている。電気回路装置Ｇは特に入力電圧ＵＥを供給され、
磁場エネルギーＭに対する第１の蓄積要素Ｌおよび電場エネルギーＥに対する第
２の蓄積要素Ｃを少なくとも有する。さらに電気回路装置Ｇは半導体弁要素Ｄお
よび電気的スイッチング要素Ｓを有する。電気的スイッチング要素Ｓは少なくと
も第１および第２のスイッチング状態Ｓ１、Ｓ２を取り得る。第１の蓄積要素Ｌ
、第２の蓄積要素Ｃ、半導体弁要素Ｄおよび電気的スイッチング要素Ｓは、スイ
ッチング要素Ｓの第１のスイッチング状態Ｓ１で磁場エネルギーＭが第１の蓄積
要素Ｌのなかに蓄積可能であり、スイッチング要素Ｓの第２のスイッチング状態
Ｓ２で磁場エネルギーＭが第１の蓄積要素Ｌから、半導体弁要素Ｄを経て導かれ
て、電場エネルギーＥに対する第２の蓄積要素Ｃのなかに変換可能であるように
互いに接続されている。磁場エネルギーＭを電場エネルギーＥに変換する際に生
ずるエネルギーフローは半導体弁要素Ｄを経て導かれる。その際に半導体弁要素
Ｄは特に導通‐および阻止方向を有するので、導通方向に電場エネルギーＥへの
磁場エネルギーＭの変換が可能にされるが、第２の蓄積要素Ｃのなかに蓄積され
た電場エネルギーＥは半導体弁要素Ｄの阻止方向に基づいて第１の蓄積要素Ｌに
逆作用し得ない。
【００１８】 図１の例ではスイッチング要素Ｓの第１のスイッチング状態Ｓ１で、入力電圧
ＵＥから供給された電流Ｉ１が第１の蓄積要素Ｌを通って流れ、それによってこ
の第１の蓄積要素Ｌのなかに磁場エネルギーＭがビルドアップされる。入力電圧
ＵＥは交流電圧であっても直流電圧であってもよい。第２のスイッチング状態Ｓ
２へのスイッチング要素Ｓの移行により電流Ｉ１は遮断され、それによって少な
くとも第１の蓄積要素Ｌから供給され、半導体弁要素Ｄを経てその導通方向に流
れる電流Ｉ２が生ずる。電流Ｉ２は第２の蓄積要素Ｃのなかを流れ、この第２の
蓄積要素Ｃのなかに電場エネルギーＥを特に電圧ＵＣの形態でビルドアップさせ
る。
【００１９】 図１に既に例として示されているように、本発明の実施例では第１の蓄積要素
Ｌは好ましくは誘導性の要素、たとえばコイルである。本発明の別の実施例では
第２の蓄積要素Ｃは好ましくは容量性の要素、たとえばコンデンサである。本発
明の別の実施例では電気的なスイッチング要素Ｓは好ましくは半導体スイッチン
グ要素、たとえば電界効果トランジスタである。本発明の別の実施例では半導体
弁要素Ｄに少なくとも１つの別の、特に同形式の半導体弁要素Ｄ′が並列に接続
されている。並列回路は有利に別の追加措置なしに可能である。なぜならば、後
でまた説明される半導体弁要素ＤまたはＤ′は正の温度係数を有するからである
。これは特にダイオード、好ましくはショットキーダイオードの形態で存在する
。以下では本発明をここで例としてあげた構成要素により続けて説明する。
【００２０】 図２および３に示されている例では、本発明による半導体弁要素Ｄの半導体材
料は少なくとも２ｅＶ（電子ボルト）の禁制帯ＶＢおよび少なくとも５* * １０
＾５Ｖ／ｃｍ（センチメートルあたりボルト）の降伏電界強度を有する。“１０
＾５”という表示は“１Ｅ＋５”という表示に相当する。
【００２１】 図２には例としてシンボル化されて本発明により少なくとも２ｅＶを有する半
導体弁要素Ｄの半導体材料の禁制帯ＶＢが示されている。その際に禁制帯ＶＢは
価電子帯ＥＶのエネルギーレベルと伝導帯ＥＣのエネルギーレベルとの間のエネ
ルギー差である。補助的に追加的にフェルミレベルのエネルギーレベルが記入さ
れている。図２は例として金属のショットキー接触への半導体接合が縦座標の方
向に示されている。図３には例としてシンボル化されて本発明により少なくとも
５* * １０＾５Ｖ／ｃｍを有する半導体弁要素Ｄの半導体材料の降伏電界強度Ｅ
Ｋが示されている。図３の横座標には例としてドーピングの値が１／ｃｍ＾３の
単位で示されている。このドーピングの大きさは単に例として選ばれた大きさで
示されている。
【００２２】 本発明による電気回路装置Ｇの種々の実施例のなかで半導体弁要素Ｄの半導体
材料は特に炭化シリコンＳｉＣ、窒化ガリウムＧａＮまたはダイアモンドＣｄｉ
ａすなわちダイアモンド結晶構造を有する炭素を含み、その際に半導体材料は少
なくとも２ｅＶの禁制帯ＶＢおよび少なくとも５* １０＾５Ｖ／ｃｍの降伏電界
強度ＥＫを有する。
【００２３】 本発明の別の変形実施例では半導体弁要素Ｄの半導体材料は特に炭化シリコン
ＳｉＣ、窒化ガリウムＧａＮまたはダイアモンドＣｄｉａを含んでいる。
【００２４】 本発明による電気回路装置Ｇの実施例または本発明の変形実施例の半導体弁要
素Ｄの半導体材料が炭化シリコンＳｉＣを含んでいるならば、これは、図２およ
び３に例として示されているように、特に約３ｅＶの禁制帯ＶＢおよび約２５*
１０＾５Ｖ／ｃｍの降伏電界強度ＥＫを有する。
【００２５】 本発明による電気回路装置Ｇの実施例または本発明の変形実施例の半導体弁要
素Ｄの半導体材料が窒化ガリウムＧａＮを含んでいるならば、これは、図２およ
び３に例として示されているように、特に約３．２ｅＶの禁制帯ＶＢおよび約３
０* １０＾５Ｖ／ｃｍの降伏電界強度ＥＫを有する。
【００２６】 本発明による電気回路装置Ｇの実施例または本発明の変形実施例の半導体弁要
素Ｄの半導体材料がダイアモンドＣｄｉａを含んでいるならば、これは、図２お
よび３に例として示されているように、特に約５．５ｅＶの禁制帯ＶＢおよび約
１００* １０＾５Ｖ／ｃｍの降伏電界強度ＥＫを有する。
【００２７】 図４ないし７には例として本発明が使用されている有利な回路装置が示されて
いる。
【００２８】 図４には例として、入力電圧ＵＥ１を供給され出力電圧ＵＡ１を有する本発明
による電気回路装置Ｇを備えた昇圧コンバータ回路Ｈが示されている。昇圧コン
バータ回路ＨはたとえばコイルＬ１１、電界効果トランジスタＳ１１、半導体ダ
イオード（特にショットキーダイオード）Ｄ１１、およびコンデンサＣ１１を有
する。コイルＬ１１は直列に入力電圧ＵＥ１と接続されている。入力電圧ＵＥ１
に対して並列にコイルＬ１１の後に電界効果トランジスタＳ１１およびコンデン
サＣ１１が配置されている。電界効果トランジスタＳ１１とコンデンサＣ１１と
の間にコイルＬ１１に対して直列に半導体ダイオードＤ１１が導通方向に配置さ
れている。半導体ダイオードＤ１１は本発明により本発明による半導体材料を有
する。電界効果トランジスタＳ１１のスイッチオンおよびスイッチオフの際に磁
場エネルギーがコイルＬ１１からコンデンサＣ１１のなかに電場エネルギーとし
て変換される。
【００２９】 図５には例として、入力電圧ＵＥ２を供給され出力電圧ＵＡ２を有する本発明
による電気回路装置Ｇを備えた降圧コンバータ回路Ｔが示されている。降圧コン
バータ回路ＴはたとえばコイルＬ２１、電界効果トランジスタＳ２１、半導体ダ
イオード（特にショットキーダイオード）Ｄ２１、およびコンデンサＣ２１を有
する。電界効果トランジスタＳ２１は直列に入力電圧ＵＥ２と接続されている。
入力電圧ＵＥ２に対して並列に電界効果トランジスタＳ２１の後に阻止方向に半
導体ダイオードＤ２１が、またコンデンサＣ２１が配置されている。半導体ダイ
オードＤ２１とコンデンサＣ２１との間に電界効果トランジスタＳ２１に対して
直列にコイルＬ２１が配置されている。半導体ダイオードＤ２１は本発明により
本発明による半導体材料を有する。電界効果トランジスタＳ２１のスイッチオン
およびスイッチオフの際に磁場エネルギーがコイルＬ２１からコンデンサＣ２１
のなかに電場エネルギーとして変換される。
【００３０】 図６には例として、入力電圧ＵＥ３を供給され出力電圧ＵＡ３を有する本発明
による電気回路装置Ｇを備えたフォワードコンバータ回路ＤＷが示されている。
その際にフォワードコンバータ回路ＤＷの一次回路ＤＷ１および（または）二次
回路ＤＷ２は本発明による電気回路装置Ｇを有する。一次および二次回路ＤＷ１
またはＤＷ２は好ましくは変圧器Ｔ３により互いに脱結合されている。一次回路
ＤＷ１はたとえば第１のコンデンサＣ３１、第１のコイルＬ３１、第１の半導体
ダイオード（特にショットキーダイオード）Ｄ３１、および第１の電界効果トラ
ンジスタＳ３１を有する。通常その際に第１のコイルＬ３１は変圧器Ｔ３の一次
コイル巻線の部分巻線いわゆる減磁巻線である。二次回路ＤＷ２はたとえば第２
の半導体ダイオード（特にショットキーダイオード）Ｄ３２、第３の半導体ダイ
オードＤ３３、第２のコイルＬ３２および第２のコンデンサＣ３２を有する。電
界効果トランジスタＳ３１のスイッチオンおよびスイッチオフの際に磁場エネル
ギーがコイルＬ３１からコンデンサＣ３１のなかに電場エネルギーとして変換さ
れる。
【００３１】 一次回路ＤＷ１のなかには、入力電圧ＵＥ３に対して並列にコンデンサＣ３１
と、第１の半導体ダイオードＤ３１と直列に阻止方向に接続されている第１のコ
イルＬ３１と、変圧器Ｔ３の一次側と直列に接続されている第１の電界効果トラ
ンジスタＳ３１とが配置されている。電界効果トランジスタＳ３１のスイッチオ
ンおよびスイッチオフの際に磁場エネルギーが第１のコイルＬ３１から第１のコ
ンデンサＣ３１のなかに電場エネルギーとして変換される。
【００３２】 二次回路ＤＷ２のなかには、変圧器Ｔ３の二次側と直列に導通方向に第３の半
導体ダイオードＤ３３が接続されている。変圧器Ｔ３の二次側に対して並列に第
３の半導体ダイオードＤ３３の後に阻止方向に第２の半導体ダイオードＤ３２が
、また第２のコンデンサＣ３２が配置されている。第２の半導体ダイオードＤ３
２と第２のコンデンサＣ３２との間に第３の半導体ダイオードＤ３３に対して直
列に第２のコイルＬ３２が配置されている。電界効果トランジスタＳ３１のスイ
ッチオンおよびスイッチオフの際に磁場エネルギーが第２のコイルＬ３２から第
２のコンデンサＣ３２のなかに電場エネルギーとして変換される。
【００３３】 第１および（または）第２の半導体ダイオードＤ３１またはＤ３２は好ましく
は両方とも本発明により本発明による半導体材料を有する。第３の半導体ダイオ
ードＤ３３は同じく本発明による半導体材料を有し得る。
【００３４】 図７には例として、特に入力電圧ＵＥ４を供給され出力電圧ＵＡ４を有する本
発明による電気回路装置Ｇを備えた力率コントローラ回路ＰＦＣが示されている
。その際に力率コントローラ回路ＰＦＣの外側カスケード回路ＰＡおよび（また
は）内側カスケード回路ＰＩは本発明による電気回路装置Ｇを有する。外側カス
ケード回路ＰＡはたとえば第１のコイルＬ４１、第１の電界効果トランジスタＳ
４１および第１の半導体ダイオード（特にショットキーダイオード）Ｄ４１を有
する。内側カスケード回路ＰＩはたとえば第２のコイルＬ４２、第２の電界効果
トランジスタＳ４２、第２の半導体ダイオード（特にショットキーダイオード）
Ｄ４２、および第３の半導体ダイオードＤ４３を有する。第１および第２の電界
効果トランジスタＳ４１またはＳ４２のスイッチオンおよびスイッチオフの際に
第１のコイルＬ４１からの磁場エネルギーおよび第２のコイルＬ４２からの磁場
エネルギーコンデンサＣ４１のなかに電場エネルギーとして変換される。
【００３５】 外側カスケード回路ＰＡのなかでは第１のコイルＬ４１が入力電圧ＵＥ４と直
列に接続されている。入力電圧ＵＥ４に対して並列に第１のコイルＬ４１の後に
第１の電界効果トランジスタＳ４１およびコンデンサＣ４１が配置されている。
第１の電界効果トランジスタＳ４１とコンデンサＣ４１との間に第１のコイルＬ
４１に対して直列に第１の半導体ダイオードＤ４１が導通方向に配置されている
。第１の電界効果トランジスタＳ４１のスイッチオンおよびスイッチオフの際に
磁場エネルギーが第１のコイルＬ４１からコンデンサＣ４１のなかに電場エネル
ギーとして変換される。
【００３６】 内側カスケード回路ＰＩのなかでは第１のコイルＬ４１と第１の電界効果トラ
ンジスタＳ４１と第１の半導体ダイオードＤ４１との共通接続点に第２のコイル
Ｌ４２が接続されている。第１の電界効果トランジスタＳ４１に対して並列に第
２のコイルＬ４２の後に、導通方向に接続されている第３の半導体ダイオードＤ
４３と直列に接続されている第２の電界効果トランジスタＳ４２およびコンデン
サＣ４１が配置されている。第２の電界効果トランジスタＳ４２とコンデンサＣ
４１との間に第２のコイルＬ４２に対して直列に第２の半導体ダイオードＤ４２
が導通方向に配置されている。
【００３７】 第１および（または）第２の半導体ダイオードＤ４１またはＤ４２は好ましく
は両方とも本発明により本発明による半導体材料を有する。第３の半導体ダイオ
ードＤ４３は同じく本発明による半導体材料を有し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 磁場エネルギーを電場エネルギーに変換するための本発明による電気回路装置
を示す回路図。
【図２】 たとえば金属のショットキー接触への接合を有する半導体弁要素の半導体材料
の少なくとも２ｅＶを有する禁制帯を示す図。
【図３】 半導体弁要素の半導体材料の少なくとも５* １０＾５Ｖ／ｃｍを有する降伏電
界強度を示す図。
【図４】 本発明による電気回路装置を有する昇圧コンバータ回路を示す回路図。
【図５】 本発明による電気回路装置を有する降圧コンバータ回路を示す回路図。
【図６】 本発明による電気回路装置を有するフォワードコンバータ回路を示す回路図。
【図７】 本発明による電気回路装置を有する力率コントローラ回路を示す回路図。
【符号の説明】
Ｃ 電場エネルギーに対する第２の蓄積要素 Ｄ 半導体弁要素 Ｅ 電場エネルギー ＥＫ 降伏電界強度 Ｌ 磁場エネルギーに対する第１の蓄積要素 Ｍ 磁場エネルギー Ｓ 電気的スイッチング要素 ＵＥ 入力電圧 ＶＢ 禁制帯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ムンツ、ディーター ドイツ連邦共和国 デー‐91315 ヘヒシ ュタット チルマン‐リーメンシュナイダ ー‐シュトラーセ 19 (72)発明者 シュミット、リヒアルト ドイツ連邦共和国 デー‐91083 バイエ ルスドルフ ハウプトシュトラーセ 33 (72)発明者 シュテファニ、ディートリッヒ ドイツ連邦共和国 デー‐91088 ブーベ ンロイト ハンス‐ビルクマイル‐シュト ラーセ ７ Ｆターム(参考） 4M104 AA03 AA04 AA10 CC03 GG03 5H730 AA10 AS01 AS04 AS05 BB13 BB14 BB23 BB51 CC01 CC05 DD04 EE02 EE07 EE08 EE10 ZZ15

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁場エネルギー（Ｍ）に対する第１の蓄積要素（Ｌ）と、電
    場エネルギー（Ｅ）に対する第２の蓄積要素（Ｃ）と、半導体弁要素（Ｄ）と、
    少なくとも第１および第２のスイッチング状態（Ｓ１、Ｓ２）を取り得る電気的
    スイッチング要素（Ｓ）とを少なくとも備え、 ａ）これらの要素が、 ａ１）スイッチング要素（Ｓ）の第１のスイッチング状態（Ｓ１）で磁場エネル
    ギー（Ｍ）が第１の蓄積要素（Ｌ）のなかに蓄積可能であり、 ａ２）スイッチング要素（Ｓ）の第２のスイッチング状態（Ｓ２）で磁場エネル
    ギー（Ｍ）が第１の蓄積要素（Ｌ）から、半導体弁要素（Ｄ）を経て導かれて、
    電場エネルギー（Ｅ）に対する第２の蓄積要素（Ｃ）のなかに変換可能である（
    図１） ように互いに接続されている磁場エネルギー（Ｍ）を電場エネルギー（Ｅ）に変
    換（Ｗ）するための電気回路装置（Ｇ）において、 ｂ）半導体弁要素（Ｄ）が少なくとも２ｅＶの禁制帯（ＶＢ）および少なくとも
    ５* １０＾５Ｖ／ｃｍの降伏電界強度（ＥＫ）を有する（図２、図３） ことを特徴とする磁場エネルギーを電場エネルギーに変換するための電気回路装
    置。
  2. 【請求項２】 半導体弁要素（Ｄ）の半導体材料が炭化シリコン（ＳｉＣ）
    を含んでいることを特徴とする請求項１記載の電気回路装置。
  3. 【請求項３】 半導体弁要素（Ｄ）の半導体材料が窒化ガリウム（ＧａＮ）
    を含んでいることを特徴とする請求項１記載の電気回路装置。
  4. 【請求項４】 半導体弁要素（Ｄ）の半導体材料がダイアモンド（Ｃ‐ダイ
    アモンド）を含んでいることを特徴とする請求項１記載の電気回路装置。
  5. 【請求項５】 磁場エネルギー（Ｍ）に対する第１の蓄積要素（Ｌ）と、電
    場エネルギー（Ｅ）に対する第２の蓄積要素（Ｃ）と、半導体弁要素（Ｄ）と、
    少なくとも第１および第２のスイッチング状態（Ｓ１、Ｓ２）を取り得る電気的
    スイッチング要素（Ｓ）とを少なくとも備え、 ａ）これらの要素が、 ａ１）スイッチング要素（Ｓ）の第１のスイッチング状態（Ｓ１）で磁場エネル
    ギー（Ｍ）が第１の蓄積要素（Ｌ）のなかに蓄積可能であり、 ａ２）スイッチング要素（Ｓ）の第２のスイッチング状態（Ｓ２）で磁場エネル
    ギー（Ｍ）が第１の蓄積要素（Ｌ）から、半導体弁要素（Ｄ）を経て導かれて、
    電場エネルギー（Ｅ）に対する第２の蓄積要素（Ｃ）のなかに変換可能である（
    図１） ように互いに接続されている磁場エネルギー（Ｍ）を電場エネルギー（Ｅ）に変
    換（Ｗ）するための電気回路装置（Ｇ）において、 ｂ）半導体弁要素（Ｄ）の半導体材料が炭化シリコン（ＳｉＣ）を含んでいるこ
    とを特徴とする磁場エネルギーを電場エネルギーに変換するための電気回路装置
    。
  6. 【請求項６】 半導体弁要素（Ｄ）が約３ｅＶの禁制帯（ＶＢ）および約２
    ５* １０＾５Ｖ／ｃｍの降伏電界強度（ＥＫ）を有する（図２、図３、ＳｉＣ）
    ことを特徴とする請求項１、２、５の１つに記載の電気回路装置。
  7. 【請求項７】 磁場エネルギー（Ｍ）に対する第１の蓄積要素（Ｌ）と、電
    場エネルギー（Ｅ）に対する第２の蓄積要素（Ｃ）と、半導体弁要素（Ｄ）と、
    少なくとも第１および第２のスイッチング状態（Ｓ１、Ｓ２）を取り得る電気的
    スイッチング要素（Ｓ）とを少なくとも備え、 ａ）これらの要素が、 ａ１）スイッチング要素（Ｓ）の第１のスイッチング状態（Ｓ１）で磁場エネル
    ギー（Ｍ）が第１の蓄積要素（Ｌ）のなかに蓄積可能であり、 ａ２）スイッチング要素（Ｓ）の第２のスイッチング状態（Ｓ２）で磁場エネル
    ギー（Ｍ）が第１の蓄積要素（Ｌ）から、半導体弁要素（Ｄ）を経て導かれて、
    電場エネルギー（Ｅ）に対する第２の蓄積要素（Ｃ）のなかに変換可能である（
    図１） ように互いに接続されている磁場エネルギー（Ｍ）を電場エネルギー（Ｅ）に変
    換（Ｗ）するための電気回路装置（Ｇ）において、 ｂ）半導体弁要素（Ｄ）の半導体材料が窒化ガリウム（ＧａＮ）を含んでいるこ
    とを特徴とする磁場エネルギーを電場エネルギーに変換するための電気回路装置
    。
  8. 【請求項８】 半導体弁要素（Ｄ）が約３．２ｅＶの禁制帯（ＶＢ）および
    約３０* １０＾５Ｖ／ｃｍの降伏電界強度（ＥＫ）を有する（図２、図３、Ｇａ
    Ｎ）ことを特徴とする請求項１、３、７の１つに記載の電気回路装置。
  9. 【請求項９】 磁場エネルギー（Ｍ）に対する第１の蓄積要素（Ｌ）と、電
    場エネルギー（Ｅ）に対する第２の蓄積要素（Ｃ）と、半導体弁要素（Ｄ）と、
    少なくとも第１および第２のスイッチング状態（Ｓ１、Ｓ２）を取り得る電気的
    スイッチング要素（Ｓ）とを少なくとも備え、 ａ）これらの要素が、 ａ１）スイッチング要素（Ｓ）の第１のスイッチング状態（Ｓ１）で磁場エネル
    ギー（Ｍ）が第１の蓄積要素（Ｌ）のなかに蓄積可能であり、 ａ２）スイッチング要素（Ｓ）の第２のスイッチング状態（Ｓ２）で磁場エネル
    ギー（Ｍ）が第１の蓄積要素（Ｌ）から、半導体弁要素（Ｄ）を経て導かれて、
    電場エネルギー（Ｅ）に対する第２の蓄積要素（Ｃ）のなかに変換可能である（
    図１） ように互いに接続されている磁場エネルギー（Ｍ）を電場エネルギー（Ｅ）に変
    換（Ｗ）するための電気回路装置（Ｇ）において、 ｂ）半導体弁要素（Ｄ）の半導体材料がダイアモンド（Ｃ‐ダイアモンド）を含
    んでいることを特徴とする磁場エネルギーを電場エネルギーに変換するための電
    気回路装置。
  10. 【請求項１０】 半導体弁要素（Ｄ）が約５．５ｅＶの禁制帯（ＶＢ）およ
    び約１００* １０＾５Ｖ／ｃｍの降伏電界強度（ＥＫ）を有する（図２、図３、
    Ｃ‐ダイアモンド）ことを特徴とする請求項１、４、９の１つに記載の電気回路
    装置。
  11. 【請求項１１】 磁場エネルギー（Ｍ）に対する第１の蓄積要素（Ｌ）が誘
    導性要素、特にコイルであることを特徴とする請求項１ないし１０の１つに記載
    の電気回路装置。
  12. 【請求項１２】 電場エネルギー（Ｅ）に対する第２の蓄積要素（Ｃ）が容
    量性要素、特にコンデンサであることを特徴とする請求項１ないし１１の１つに
    記載の電気回路装置。
  13. 【請求項１３】 電気的スイッチング要素（Ｓ）が半導体スイッチング要素
    （Ｓ）、特に電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１ないし１２
    の１つに記載の電気回路装置。
  14. 【請求項１４】 半導体弁要素（Ｄ）に少なくとも１つの別の半導体弁要素
    （Ｄ′）が並列に接続されていることを特徴とする請求項１ないし１３の１つに
    記載の電気回路装置。
  15. 【請求項１５】 半導体弁要素（Ｄ）および（または）別の半導体弁要素（
    Ｄ′）がショットキーダイオードであることを特徴とする請求項１ないし１４の
    １つに記載の電気回路装置。
  16. 【請求項１６】 昇圧コンバータ回路（Ｈ、Ｄ１１；図４）において使用さ
    れている請求項１ないし１５の１つに記載の電気回路装置。
  17. 【請求項１７】 降圧コンバータ回路（Ｄ、Ｄ２１；図５）において使用さ
    れている請求項１ないし１５の１つに記載の電気回路装置。
  18. 【請求項１８】 フォワードコンバータ回路（ＤＷ；図６）の一次回路（Ｄ
    Ｗ１、Ｄ３１）において使用されている請求項１ないし１５の１つに記載の電気
    回路装置。
  19. 【請求項１９】 フォワードコンバータ回路（ＤＷ；図６）の一次回路（Ｄ
    Ｗ２、Ｄ３２）において使用されている請求項１ないし１５の１つに記載の電気
    回路装置。
  20. 【請求項２０】 力率コントローラ回路（ＰＦＣ；図７）の外側カスケード
    回路（ＰＡ、Ｄ４１）において使用されている請求項１ないし１５の１つに記載
    の電気回路装置。
  21. 【請求項２１】 力率コントローラ回路（ＰＦＣ；図７）の内側カスケード
    回路（ＰＩ、Ｄ４２）において使用されている請求項１ないし１５の１つに記載
    の電気回路装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003079152A (ja) * 2001-09-04 2003-03-14 Mitsubishi Electric Corp 直流電源装置、直流電源負荷装置
JP2006191798A (ja) * 2005-01-05 2006-07-20 Velox Semiconductor Corp ＧａＮ半導体ベースの電圧変換デバイス
JP2010050468A (ja) * 2001-05-25 2010-03-04 Cree Inc ジャンクション・バリア・ショットキ・ダイオードに関する方法と、そのダイオードおよびその使用方法
JP2012143060A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Sanyo Electric Co Ltd 系統連係装置

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10011523A1 (de) * 2000-03-09 2001-09-20 Siemens Ag Stromversorgungsschaltung mit Silizium-Karbid-Bauelementen
JP2002218742A (ja) * 2001-01-15 2002-08-02 Nippon Inter Electronics Corp ショットキーバリアダイオードの直列接続回路及びそれに使用するショットキーバリアダイオード。
JP4980126B2 (ja) * 2007-04-20 2012-07-18 株式会社日立製作所 フリーホイールダイオードとを有する回路装置
JP2010220478A (ja) * 2010-07-09 2010-09-30 Mitsubishi Electric Corp 直流電源装置、直流電源負荷装置
JP5170270B2 (ja) * 2011-03-09 2013-03-27 三菱電機株式会社 電源装置
JP2011160656A (ja) * 2011-05-24 2011-08-18 Mitsubishi Electric Corp 直流電源装置
JP5822773B2 (ja) * 2012-04-17 2015-11-24 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP5664601B2 (ja) * 2012-07-06 2015-02-04 三菱電機株式会社 ルームエアコン
CN109655691B (zh) * 2018-12-25 2021-01-22 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 板级电路中功率器件退化监测方法、装置和系统
CN114244147B (zh) * 2021-12-17 2023-05-12 四川大学 一种用于电磁强化处理的电磁场耦合发生装置及方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4437146A (en) * 1982-08-09 1984-03-13 Pacific Electro Dynamics, Inc. Boost power supply having power factor correction circuit
US4801859A (en) * 1986-12-23 1989-01-31 Sundstrand Corporation Boost/buck DC/DC converter
DE3914799A1 (de) * 1989-05-05 1990-11-08 Standard Elektrik Lorenz Ag Durchflusswandler
US5256888A (en) * 1992-05-04 1993-10-26 Motorola, Inc. Transistor device apparatus employing free-space electron emission from a diamond material surface
US5334853A (en) * 1993-09-29 1994-08-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Semiconductor cold electron emission device
US5449925A (en) * 1994-05-04 1995-09-12 North Carolina State University Voltage breakdown resistant monocrystalline silicon carbide semiconductor devices
JPH0897441A (ja) * 1994-09-26 1996-04-12 Fuji Electric Co Ltd 炭化けい素ショットキーダイオードの製造方法
US5821576A (en) * 1995-10-18 1998-10-13 Northrop Grumman Corporation Silicon carbide power field effect transistor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010050468A (ja) * 2001-05-25 2010-03-04 Cree Inc ジャンクション・バリア・ショットキ・ダイオードに関する方法と、そのダイオードおよびその使用方法
JP2003079152A (ja) * 2001-09-04 2003-03-14 Mitsubishi Electric Corp 直流電源装置、直流電源負荷装置
JP4639557B2 (ja) * 2001-09-04 2011-02-23 三菱電機株式会社 直流電源装置、直流電源負荷装置
JP2006191798A (ja) * 2005-01-05 2006-07-20 Velox Semiconductor Corp ＧａＮ半導体ベースの電圧変換デバイス
JP2012143060A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Sanyo Electric Co Ltd 系統連係装置

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