JP2009010128A - Semiconductor switch and persistent current switch system - Google Patents
Semiconductor switch and persistent current switch system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009010128A JP2009010128A JP2007169474A JP2007169474A JP2009010128A JP 2009010128 A JP2009010128 A JP 2009010128A JP 2007169474 A JP2007169474 A JP 2007169474A JP 2007169474 A JP2007169474 A JP 2007169474A JP 2009010128 A JP2009010128 A JP 2009010128A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wiring
- switch
- current
- semiconductor
- semiconductor switch
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、超電導材料により形成された配線により電力供給を受ける半導体スイッチ及びそれを用いた永久電流スイッチシステムに関する。 The present invention relates to a semiconductor switch that receives power supply by wiring formed of a superconducting material and a permanent current switch system using the semiconductor switch.
超電導コイルに永久電流が流れる永久電流モードで超電導コイルを運転するためには、超電導コイルの端子間を短絡するための永久電流スイッチが必要である。この永久電流スイッチとして、従来、熱式永久電流スイッチが用いられていた。 In order to operate the superconducting coil in a permanent current mode in which a permanent current flows through the superconducting coil, a permanent current switch for short-circuiting the terminals of the superconducting coil is necessary. Conventionally, a thermal permanent current switch has been used as the permanent current switch.
この熱式永久電流スイッチは、超電導材料からなる永久電流スイッチを加熱し、超電導材料を熱的に常電導転移させることで、永久電流スイッチに抵抗を発生させてオフとする。逆に、冷却して超電導材料を超電導転移させてオンとするものである(例えば、特許文献1参照)。 In this thermal permanent current switch, a permanent current switch made of a superconducting material is heated, and the superconducting material is thermally and normally conducted, thereby generating a resistance in the permanent current switch and turning it off. On the contrary, the superconducting material is cooled and turned on by superconducting transition (see, for example, Patent Document 1).
ところが、熱式永久電流スイッチは、オン時に抵抗がゼロになるものの、抵抗がゼロになるまでに時間がかかる、つまり、スイッチング速度が遅いという特性がある。
本願出願人は、特願2006−012779において、複数の半導体スイッチを並列接続してバイパススイッチを構成し、熱式永久電流スイッチと並列接続することで熱式永久電流スイッチのスイッチング速度が遅い場合であっても、正常に超電導コイルを永久電流モードで運転する技術を提案した。
In the case of Japanese Patent Application No. 2006-012779, when a plurality of semiconductor switches are connected in parallel to form a bypass switch and connected in parallel with a thermal permanent current switch, the switching speed of the thermal permanent current switch is low. Even so, we proposed a technique to operate the superconducting coil in the permanent current mode normally.
ところが、上記のように複数の半導体素子を並列接続する際にスペースが限られている場合には、複数の半導体を並列接続するための配線部分については、配線部分を形成する導体の量を限られたスペースの中で半導体素子の数に比例して増加させることができないため、配線部分の抵抗値を低減させることが困難であった。 However, when a space is limited when connecting a plurality of semiconductor elements in parallel as described above, the amount of the conductor forming the wiring portion is limited for the wiring portion for connecting the plurality of semiconductors in parallel. Since it cannot be increased in proportion to the number of semiconductor elements in the space formed, it is difficult to reduce the resistance value of the wiring portion.
つまり、半導体素子の抵抗を少なくしても配線に起因する抵抗を低減することが困難であるため、配線部分を含めた半導体スイッチ全体としてのオン抵抗を低減することが困難であるという問題があった。 In other words, even if the resistance of the semiconductor element is reduced, it is difficult to reduce the resistance caused by the wiring. Therefore, it is difficult to reduce the on-resistance of the entire semiconductor switch including the wiring portion. It was.
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、配線部分を含めた全体の抵抗値を低減させた半導体スイッチ及びそれを用いた永久電流スイッチシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor switch having a reduced overall resistance value including a wiring portion and a permanent current switch system using the semiconductor switch.
かかる問題を解決するためになされた請求項1に記載の半導体スイッチ(2:この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための最良の形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。)は、半導体素子(40)を並列接続してなる半導体スイッチ(2)であって、並列接続された半導体素子(40)に電力を供給するための配線(12,22)を超電導材料で形成することを特徴とする。
The semiconductor switch according to
このような半導体スイッチ(2)では、並列接続された半導体スイッチ(2)に対して電力を供給するための配線(12,22)が超電導材料で形成される。
つまり、並列接続された半導体素子(40)に超電導材料の配線(12,22)で電力が供給される。この状態で、半導体スイッチ(2)が極低温に冷却されると、超電導状態となるので、配線部の抵抗値が0になる。
In such a semiconductor switch (2), wirings (12, 22) for supplying power to the semiconductor switches (2) connected in parallel are formed of a superconducting material.
That is, electric power is supplied to the semiconductor elements (40) connected in parallel through the wires (12, 22) made of the superconducting material. In this state, when the semiconductor switch (2) is cooled to a cryogenic temperature, the superconducting state is entered, and the resistance value of the wiring portion becomes zero.
つまり、極低温状態では、半導体スイッチ(2)の抵抗は半導体の微少抵抗のみとなるので半導体スイッチ(2)全体の抵抗値が低減される。
また、請求項2に記載の半導体スイッチ(1)は、半導体素子(40)を並列接続してなる半導体スイッチ(1)であって、並列接続された半導体素子(40)に電力を供給するための配線(10,20)を常電導材料及び常電導材料と並列に配置された超電導材料で形成することを特徴とする。
That is, in the extremely low temperature state, the resistance of the semiconductor switch (2) is only a small resistance of the semiconductor, so that the resistance value of the entire semiconductor switch (2) is reduced.
The semiconductor switch (1) according to claim 2 is a semiconductor switch (1) in which semiconductor elements (40) are connected in parallel to supply power to the semiconductor elements (40) connected in parallel. The wirings (10, 20) are formed of a normal conductive material and a superconductive material arranged in parallel with the normal conductive material.
このような半導体スイッチ(1)では、並列接続された半導体スイッチ(1)に対して電力を供給するための配線(10,20)が常電導材料及び超電導材料で形成される。また、超電導材料で形成された配線(60)は、常電導材料で形成された配線(50)と並列に配置される。 In such a semiconductor switch (1), wirings (10, 20) for supplying power to the semiconductor switches (1) connected in parallel are formed of a normal conductive material and a superconductive material. Moreover, the wiring (60) formed of the superconducting material is arranged in parallel with the wiring (50) formed of the normal conducting material.
つまり、並列接続された常電導材料の配線(50)と超電導材料の配線(60)とによって、並列接続された各半導体素子(40)に電力が供給される。この状態で、半導体スイッチ(1)が極低温に冷却されると、半導体素子(40)は並列接続されているので抵抗値が低減する。また、常電導材料の配線(50)と並列接続された超電導材料の配線(60)も極低温状態に冷却され、超電導状態となるので、抵抗値が0になる。 That is, electric power is supplied to each semiconductor element (40) connected in parallel by the wiring (50) of the normal conducting material and the wiring (60) of the superconducting material connected in parallel. When the semiconductor switch (1) is cooled to an extremely low temperature in this state, the resistance value is reduced because the semiconductor elements (40) are connected in parallel. In addition, the superconducting material wiring (60) connected in parallel to the normal conducting material wiring (50) is also cooled to a cryogenic state and is in a superconducting state, so that the resistance value becomes zero.
つまり、極低温状態では、半導体スイッチ(1)の抵抗は半導体の微少抵抗のみとなるので半導体スイッチ(1)全体の抵抗値が低減される。
ところで、複数の半導体素子(40)を並列接続して半導体スイッチ(1,2)とする場合、複数の半導体素子(40)を基板(70)上に配置することがある。その場合には、請求項3に記載のように超電導材で形成された電力を供給するための配線を半導体素子(40)が配置された基板(70)に積層するとよい。
That is, in the extremely low temperature state, the resistance of the semiconductor switch (1) is only a small resistance of the semiconductor, so that the resistance value of the entire semiconductor switch (1) is reduced.
When a plurality of semiconductor elements (40) are connected in parallel to form a semiconductor switch (1, 2), the plurality of semiconductor elements (40) may be disposed on the substrate (70). In that case, as described in claim 3, wiring for supplying electric power formed of a superconducting material may be laminated on the substrate (70) on which the semiconductor element (40) is arranged.
このように超電導材で形成された配線を基板(70)に積層すると、積層された超電導材料の結晶配向が良好となり臨界電流密度が大きくなるので、積層面の幅を細くすることができる。また、超電導材料の配線部分の面積が小さくなるので半導体素子(40)を基板(70)上に配置する際の配置位置の選択の自由度が高くなる。したがって、半導体素子(40)の基板(70)への実装が容易になるので、実装密度を大きくできる。 When the wiring formed of the superconducting material is laminated on the substrate (70) in this manner, the crystal orientation of the laminated superconducting material becomes good and the critical current density increases, so that the width of the laminated surface can be reduced. Further, since the area of the wiring portion of the superconducting material is reduced, the degree of freedom in selecting the arrangement position when the semiconductor element (40) is arranged on the substrate (70) is increased. Therefore, mounting of the semiconductor element (40) onto the substrate (70) is facilitated, and the mounting density can be increased.
半導体スイッチ(1,2)に用いる半導体素子(40)としては、請求項4に記載のようにMOS−FETであるとよい。MOS−FETを並列接続し、極低温にした場合、他の半導体素子(40)に比べ抵抗値が低くなるので、高性能の半導体スイッチ(1,2)とすることができる。 The semiconductor element (40) used for the semiconductor switch (1, 2) is preferably a MOS-FET as described in claim 4. When MOS-FETs are connected in parallel and at a very low temperature, the resistance value is lower than that of other semiconductor elements (40), so that a high-performance semiconductor switch (1, 2) can be obtained.
請求項5に記載の永久電流スイッチシステム(5)は、永久電流スイッチ(84)と、永久電流スイッチ(84)に並列接続された請求項1〜請求項4の何れかに記載の半導体スイッチと、永久電流スイッチ(84)及び半導体スイッチ(1,2)のオン/オフの制御を行う制御手段(92)と、を備えたことを特徴とする。
The permanent current switch system (5) according to claim 5 includes a permanent current switch (84) and the semiconductor switch according to any one of
このような永久電流スイッチシステム(5)では、永久電流スイッチ(84)に並列接続された請求項1〜請求項4の何れかに記載の半導体スイッチ(1,2)により永久電流スイッチに流れる電流をバイパスすることができる。したがって、半導体スイッチ(1,2)のスイッチング速度が永久電流スイッチ(84)のスイッチング速度よりも早いので、永久電流スイッチシステム(5)全体のスイッチング速度を永久電流スイッチ(84)のスイッチング速度よりも早くすることができる。
In such a permanent current switch system (5), the current flowing through the permanent current switch by the semiconductor switch (1, 2) according to any one of
また、配線部分を含めた半導体スイッチ(1)の抵抗値が低いので、半導体スイッチ(1)を流れるバイパス電流による発熱などの損失が小さくなり、効率のよい永久電流スイッチシステム(5)とすることができる。 Moreover, since the resistance value of the semiconductor switch (1) including the wiring portion is low, loss such as heat generated by the bypass current flowing through the semiconductor switch (1) is reduced, and an efficient permanent current switch system (5) is obtained. Can do.
以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
[第1実施形態]
(半導体スイッチ1の構成)
図1は、半導体スイッチ1の接続状態の概略を示す図である。半導体スイッチ1は、MOS−FET40を並列接続してなるスイッチであり、図1に示すように、第1電流配線10、第2電流配線20、制御配線30及びMOS−FET40を備えている。
Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. The embodiment of the present invention is not limited to the following embodiment, and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention.
[First Embodiment]
(Configuration of semiconductor switch 1)
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a connection state of the
第1電流配線10及び第2電流配線20は、同一の構成であり、常電導材配線50及びそれに並列配置された超電導材配線60を備えている。
常電導材配線50は、断面5×0.5mmの銅線であり、超電導材配線60は、同じ断面寸法のBi2223高温超電導線である。また、制御配線30は、常電導材配線50と同じ銅線である。
The first
The normal conducting
MOS−FET40は、常温におけるオン抵抗1.8mΩ、液体窒素温度におけるオン抵抗0.5mΩのMOS−FETである。
MOS−FET40は、ソース端子42(以下、S端子42とも略称する。)、ドレイン端子44(以下、D端子44とも略称する。)及びゲート端子46(以下、G端子46とも略称する。)を有している。
The MOS-
The MOS-FET 40 includes a source terminal 42 (hereinafter also abbreviated as S terminal 42), a drain terminal 44 (hereinafter also abbreviated as D terminal 44) and a gate terminal 46 (hereinafter also abbreviated as G terminal 46). Have.
S端子42は、第1電流配線10にハンダ付けで接続されている。この接続の際、S端子42の端部が第1電流配線10を構成する常電導材配線50と超電導材配線60の両方に接触するように接続される。
The
D端子44は、第2電流配線20にハンダ付けで接続されている。この接続の際、D端子44の端部が第2電流配線20を構成する常電導材配線50と超電導材配線60の両方に接触するように接続される。
The
同様に、G端子46は、制御配線30にハンダ付けで接続されている。
(半導体スイッチ1の作動)
半導体スイッチ1は、MOS−FET40のS端子42が第1電流配線10に接続され、D端子44が第2電流配線20に接続されている。そして、G端子46に制御配線30が接続され、その制御配線30を介して後述する制御装置92からG端子46にオン/オフ指令信号が入力され、そのオン/オフ指令信号によりソース−ドレイン間が短絡・開放、つまりオン/オフ作動がなされる。
Similarly, the
(Operation of semiconductor switch 1)
In the
(半導体スイッチ1の性能)
以上のような半導体スイッチ1を液体窒素中に浸し各部分の抵抗値を測定したところ下記(1)〜(4)に示すような値が得られた。
(Performance of semiconductor switch 1)
When the
(1)第1電流配線10、第2電流配線20の常電導材配線50の抵抗:22.0μΩ
(2)第1電流配線10、第2電流配線20の超電導材配線60の抵抗: 1.5μΩ
(3)MOS−FET40の抵抗: 4.5μΩ
(4)半導体スイッチ1の全体の抵抗: 6.0μΩ
(半導体スイッチ1の適用例)
次に図2に基づいて、半導体スイッチ1の適用例について説明する。図2は、半導体スイッチ1をバイパススイッチとして用いた超電導コイルシステム80の概略の構成図である。
(1) Resistance of normal
(2) Resistance of the
(3) Resistance of MOS-FET 40: 4.5 μΩ
(4) Total resistance of the semiconductor switch 1: 6.0 μΩ
(Application example of semiconductor switch 1)
Next, an application example of the
超電導コイルシステム80は、図2に示すように、超電導コイル82、永久電流スイッチシステム5、第1切替スイッチ86、第2切替スイッチ88、直流電源90を備えている。
As shown in FIG. 2, the
超電導コイル82は、電力を磁気エネルギーとして貯蔵するものであり、Bi2223高温超電導線で形成されており、液体窒素や液体ヘリウム等で冷却されて超電導状態となる。
The
永久電流スイッチシステム5は、熱式永久電流スイッチ84、半導体スイッチ1、第1電流配線10、第2電流配線20及び制御装置92を備えている。
熱式永久電流スイッチ84は、超電導材料に図示しないヒータが設けられたものであり、超電導コイル82とともに極低温に冷却された状態で使用される。つまり、ヒータによって超電導材料を加熱しなければ、冷却されているので極低温状態になっている。したがって、抵抗が0の超電導状態となって永久電流が流れる。この状態をオンという。
The permanent current switch system 5 includes a thermal permanent
The thermal permanent
逆に、ヒータによって加熱すれば、超電導状態が崩れ、抵抗が発生し永久電流が遮断される。この状態をオフという。この、熱式永久電流スイッチのオン/オフ、つまり、ヒータの加熱/非加熱の制御は、制御装置92からのオン/オフ指令信号によって行われる。
Conversely, if heated by a heater, the superconducting state breaks down, resistance is generated, and the permanent current is interrupted. This state is called off. The on / off of the thermal permanent current switch, that is, control of heating / non-heating of the heater is performed by an on / off command signal from the
また、熱式永久電流スイッチ84の両端は、図2に示すように超電導コイル82の両端に接続されており、オンのときに超電導コイル82の両端を短絡して閉回路(以下、超電導回路とも称する。)を作って超電導コイル82に永久電流を流すように構成されている。逆に、オフのときには閉回路をオープンにし、超電導コイル82に流れている永久電流を遮断する。
Further, both ends of the thermal-type permanent
半導体スイッチ1は、熱式永久電流スイッチ84と並列に接続、つまり、MOS−FET40のS端子42とD端子44とが各々熱式永久電流スイッチ84の両端に接続されている。
The
そして、半導体スイッチ1を構成するMOS−FET40のG端子46に制御装置92からの制御ラインが接続され、その制御線を介して制御装置92からゲートにオン/オフ指令信号が入力され、そのオン/オフ指令信号によりソース−ドレイン間が短絡・開放、つまりオン/オフ作動がなされる。
A control line from the
このMOS−FETで構成された半導体スイッチ1は、熱式永久電流スイッチ84よりもスイッチング速度が速く、かつ、前述のように並列化されたり、あるいは冷却されたりすることにより抵抗値が低下するという特性を有している。
The
超電導コイル82の一端は、第1電流配線10及び第1切替スイッチ86を介して直流電源90のプラス端子に接続され、他端は、第2電流配線20及び第2切替スイッチ88を介して直流電源90のマイナス端子に接続されている。
One end of the
第1切替スイッチ86及び第2切替スイッチ88は、制御装置92からのオン/オフ指令信号に基づいて、直流電源90から供給される電流を超電導コイル82に供給/遮断するためのスイッチである。
The
第1切替スイッチ86及び第2切替スイッチ88は、制御装置92からのオン指令信号を受けオンとなり、直流電源90から超電導コイル82に電流を供給し、オフ指令信号を受けオフとなって、直流電源90からの電流を遮断する。
The
直流電源90は、超電導コイル82に電流を供給するための装置であり、第1切替スイッチ86及び第2切替スイッチ88を介して第1電流配線10及び第2電流配線20によりプラス端子とマイナス端子とが各々超電導コイル82の両端に接続されている。
The
制御装置92は、熱式永久電流スイッチ84、半導体スイッチ1、第1切替スイッチ86及び第2切替スイッチ88にオン/オフ指令信号を出力し、熱式永久電流スイッチ84、半導体スイッチ1、第1切替スイッチ86、第2切替スイッチ88をオン/オフさせるものである。
The
冷却部94は、超電導コイル82、熱式永久電流スイッチ84、半導体スイッチ1を冷却するための容器である。そして、内部には、液体窒素や液体ヘリウムなどの冷却媒体が充填され、その冷却媒体に超電導コイル82、熱式永久電流スイッチ84、半導体スイッチ1が浸され、超電導状態になるように冷却される。
The cooling
また、冷却部94の冷却媒体は、図示しない冷却装置、例えば、パルス管冷却装置により冷却され、超電導コイル82等を超電導状態に冷却する。
(超電導コイルシステム80の不安定性の解消)
半導体スイッチ1の利用方法の一例として、超電導コイルシステム80において、熱式永久電流スイッチ84が偶発的な事由により発熱し、超電導回路が不安定になった場合に、その不安定性を解消する場合について、図3に基づき説明する。
The cooling medium of the cooling
(Resolving instability of superconducting coil system 80)
As an example of a method of using the
図3は、超電導コイルシステム80の不安定性を解消する際の超電導コイルシステム80の作動を説明するための作動説明図である。なお、図3においては、制御装置92を省略している。
FIG. 3 is an operation explanatory diagram for explaining the operation of the
超電導コイルシステム80では、図3(a)において破線で示すように永久電流が流れている。この状態で何らかの偶発的な事由により熱が発生し、熱式永久電流スイッチ84が加熱されて一時的にオフ状態、つまり抵抗が発生した状態になった場合、超電導コイルシステム80には大電流が流れているため、熱式永久電流スイッチ84で発生した抵抗におけるジュール加熱で、更に加熱が促進される。
In the
つまり、熱式永久電流スイッチ84に偶発的な事由による発熱があると、抵抗が発生し、その抵抗により更に加熱されるというサイクルに入ってしまうので、冷却により熱式永久電流スイッチ84を超電導状態、つまりオン状態に復帰させることが難しい。
In other words, if the thermal permanent
したがって、偶発的な事由により熱式永久電流スイッチ84が発熱すると、超電導回路に流れる電流が急激に減衰する。
そこで、偶発的な事由により熱式永久電流スイッチ84が発熱した場合、制御装置92から半導体スイッチ1へオン指令信号を出力し、半導体スイッチ1をオンする。すると、発熱により熱式永久電流スイッチ84に発生した抵抗値よりも、MOS−FET40を並列接続して構成された半導体スイッチ1の抵抗の方が小さくなるので、図3(b)に示すように電流は、ほとんど半導体スイッチ1を流れる(抵抗に逆比例した値の電流が流れる。)。
Therefore, when the thermal permanent
Therefore, when the thermal permanent
つまり、熱式永久電流スイッチ84には、電流がほとんど流れなくなるので、ジュール加熱による発熱がなくなる。したがって、熱式永久電流スイッチ84を発熱させる偶発的な事由が解消され、冷却能力が熱式永久電流スイッチ84の発熱量を上回って熱式永久電流スイッチ84が所定の温度以下に冷却されれば、熱式永久電流スイッチ84を速やかに超電導状態、すなわちオン状態を回復させることができる。
That is, since almost no current flows through the thermal permanent
このようにして熱式永久電流スイッチ84をオン状態に回復させた後、制御装置92から半導体スイッチ1へオフ指令信号を出力し、半導体スイッチ1をオフする。
(半導体スイッチ1の特徴)
以上のような半導体スイッチ1では、並列接続された半導体スイッチ1に対して電力を供給するための配線である第1電流配線10及び第2電流配線20が常電導材配線50及び超電導材配線60で形成される。また、超電導材材料で形成された超電導材配線60は、常電導材料で形成された常電導材配線50と並列に配置される。
After the thermal permanent
(Characteristics of semiconductor switch 1)
In the
つまり、並列接続された常電導材配線50と超電導材配線60とによってMOS−FET40に電力が供給される。この状態で、半導体スイッチ1が極低温に冷却されると、MOS−FET40は抵抗値が低減する。また、常電導材配線50と並列接続された超電導材配線60も極低温状態に冷却され、超電導状態となるので、抵抗値が0になる。
That is, electric power is supplied to the MOS-
つまり、極低温状態では、半導体スイッチ1の抵抗は半導体の微少抵抗のみとなるので半導体スイッチ1全体の抵抗値が低減される。
また、半導体スイッチ1には、MOS−FET40が用いられている。MOS−FET40を並列接続し、極低温にした場合、他の半導体素子に比べ抵抗値が低くなるので、高性能の半導体スイッチ1とすることができる。
That is, in the extremely low temperature state, the resistance of the
Further, a MOS-
[第2実施形態]
次に図4に基づき、基板70に超電導膜を形成した半導体スイッチ2について説明する。図4は、基板70に超電導膜を形成した半導体スイッチ2の概略の構成を示す図である。半導体スイッチ2は、図4に示すように、第1電流路12、第2電流路22、制御線32、MOS−FET40及び基板70を備えている。
[Second Embodiment]
Next, the semiconductor switch 2 having a superconducting film formed on the
基板70は、略長方形のサファイヤ板72に第1電流路12、第2電流路22及び制御線32が蒸着されて形成されている。
第1電流路12及び第2電流路22は、イットリウム系などの高温超電導材料の薄膜であり、酸化マグネシウムやサファイヤなどの基板70の表面に蒸着されている。
The
The first
第1電流路12は、略長方形のサファイヤ板72の短辺のうちの一辺以外の2つの長辺と他の短辺(つまり、サファイヤ板72の3辺)の縁部に沿って形成されており、第2電流路22は、第1電流路12が形成されていない短辺の縁部から他の短辺に向けてサファイヤ板72の中央部に形成されている。
The first
制御線32は、サファイヤ板72に銅を第1電流路12と第2電流路22の間に長辺方向に2本形成されており、2本の制御線32の各々に、第1電流路12が形成されていない短辺の縁部近傍において短辺方向に外部の接続するための接続部が形成されている。
Two
MOS−FET40は、第1実施形態におけるものと同じであり、S端子42と第1電流路12、D端子44と第2電流路22及びG端子46と制御線32とが高温超電導材又は短尺の高導電率常電導材のワイヤーボンディングによって接続されている。
The MOS-
このような半導体スイッチ2では、並列接続された半導体スイッチ2に対して電力を供給するための配線である第1電流路12及び第2電流路22が超電導材料で形成されている。
In such a semiconductor switch 2, the first
つまり、並列接続されたMOS−FET40に超電導材料の膜(第1電流路12及び第2電流路22)で電力が供給される。この状態で、半導体スイッチ2が極低温に冷却されると超電導材部分の抵抗値が0になる。
That is, electric power is supplied to the MOS-
つまり、極低温状態では、半導体スイッチ2の抵抗は半導体の微少抵抗のみとなるので半導体スイッチ2全体の抵抗値が低減される。
また、超電導材料の第1電流路12及び第2電流路22を細くできるので、MOS−FET40を基板70上に配置する際の配置位置の選択の自由度が高くなるので、MOS−FET40の基板70への実装が容易になり実装密度を大きくできる。
That is, in the extremely low temperature state, the resistance of the semiconductor switch 2 is only a small resistance of the semiconductor, so that the resistance value of the entire semiconductor switch 2 is reduced.
In addition, since the first
1,2…半導体スイッチ、5…永久電流スイッチシステム、10…第1電流配線、12…第1電流路、20…第2電流配線、22…第2電流路、30…制御配線、32…制御線、40…MOS−FET、42…ソース端子(S端子)、44…ドレイン端子(D端子)、46…ゲート端子(G端子)、50…常電導材配線、60…超電導材配線、70…基板、72…サファイヤ板、80…超電導コイルシステム、82…超電導コイル、84…熱式永久電流スイッチ、86…第1切替スイッチ、88…第2切替スイッチ、90…直流電源、92…制御装置、94…冷却部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記並列接続された半導体素子に電力を供給するための配線を超電導材料で形成することを特徴とする半導体スイッチ。 A semiconductor switch formed by connecting semiconductor elements in parallel,
A semiconductor switch, wherein a wiring for supplying electric power to the semiconductor elements connected in parallel is formed of a superconducting material.
前記並列接続された半導体素子に電力を供給するための配線を常電導材料及び前記常電導材料と並列に配置され超電導材料で形成することを特徴とする半導体スイッチ。 A semiconductor switch formed by connecting semiconductor elements in parallel,
A semiconductor switch characterized in that a wiring for supplying electric power to the semiconductor elements connected in parallel is formed of a superconducting material arranged in parallel with the normal conducting material and the normal conducting material.
前記半導体素子は、基板上に配置され、
前記超電導材料で形成された電力を供給するための配線は、前記半導体素子が配置された基板に積層されていることを特徴とする半導体スイッチ。 The semiconductor switch according to claim 1 or 2,
The semiconductor element is disposed on a substrate;
A wiring for supplying electric power formed of the superconducting material is laminated on a substrate on which the semiconductor element is disposed.
前記半導体素子は、MOS−FETであることを特徴とする半導体スイッチ。 In the semiconductor switch in any one of Claims 1-3,
The semiconductor switch, wherein the semiconductor element is a MOS-FET.
前記永久電流スイッチに並列接続された請求項1〜請求項4の何れかに記載の半導体スイッチと、
前記永久電流スイッチ及び前記半導体スイッチのオン/オフの制御を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする永久電流スイッチシステム。 A permanent current switch;
The semiconductor switch according to any one of claims 1 to 4, wherein the semiconductor switch is connected in parallel to the permanent current switch;
Control means for controlling on / off of the permanent current switch and the semiconductor switch;
A permanent current switch system comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007169474A JP5356663B2 (en) | 2007-06-27 | 2007-06-27 | Semiconductor switch and permanent current switch system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007169474A JP5356663B2 (en) | 2007-06-27 | 2007-06-27 | Semiconductor switch and permanent current switch system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009010128A true JP2009010128A (en) | 2009-01-15 |
JP5356663B2 JP5356663B2 (en) | 2013-12-04 |
Family
ID=40324935
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007169474A Expired - Fee Related JP5356663B2 (en) | 2007-06-27 | 2007-06-27 | Semiconductor switch and permanent current switch system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5356663B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04186806A (en) * | 1990-11-21 | 1992-07-03 | Hitachi Ltd | Superconducting device and permanent current switch applicable to same |
JPH05218514A (en) * | 1992-01-31 | 1993-08-27 | Hitachi Ltd | Persistent current switch device |
JP2002217019A (en) * | 2000-12-27 | 2002-08-02 | Siemens Ag | Magnetic flux pump equipped with high-temperature superconductor and superconducting electromagnet driven thereby |
JP2004273621A (en) * | 2003-03-06 | 2004-09-30 | Central Japan Railway Co | Superconductive magnet device |
-
2007
- 2007-06-27 JP JP2007169474A patent/JP5356663B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04186806A (en) * | 1990-11-21 | 1992-07-03 | Hitachi Ltd | Superconducting device and permanent current switch applicable to same |
JPH05218514A (en) * | 1992-01-31 | 1993-08-27 | Hitachi Ltd | Persistent current switch device |
JP2002217019A (en) * | 2000-12-27 | 2002-08-02 | Siemens Ag | Magnetic flux pump equipped with high-temperature superconductor and superconducting electromagnet driven thereby |
JP2004273621A (en) * | 2003-03-06 | 2004-09-30 | Central Japan Railway Co | Superconductive magnet device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5356663B2 (en) | 2013-12-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10505106B1 (en) | Encapsulated PCM switching devices and methods of forming the same | |
JP4081021B2 (en) | Superconducting current limiting element | |
JPH09510581A (en) | Current limiting device | |
JP4644779B2 (en) | Superconducting current limiting element | |
JP2009522815A (en) | Superconducting high-speed switch | |
JP2009212522A (en) | Current regulating superconducting device | |
JP5356663B2 (en) | Semiconductor switch and permanent current switch system | |
JP6862382B2 (en) | High-temperature superconducting magnet device, its operation control device and method | |
JP7060412B2 (en) | Permanent current switch and superconducting magnet device | |
Levin et al. | Stability and normal zone propagation speed in YBCO coated conductors with increased interfacial resistance | |
JP4959555B2 (en) | Current limiting device with superconducting switching element | |
JP2009049257A (en) | Superconducting current-limiting element | |
JPH10144545A (en) | Current limiting device | |
JP3020140B2 (en) | Permanent current switch device for refrigerator cooled superconducting magnet | |
JP2889485B2 (en) | Superconducting wire connection method and device, and superconducting coil device | |
JP6877165B2 (en) | Permanent current switch, magnetic field generator and control method of magnetic field generator | |
JPH08236342A (en) | Thermoelectric cooled powr lead | |
JP3024347B2 (en) | Current limiting element | |
JPH06132571A (en) | Current limiting element and current limiting device | |
JP2005032861A (en) | Superconducting magnet device | |
JPS5916208A (en) | Connected superconductive wire | |
JP2006269184A (en) | Lead for superconducting current | |
US3442217A (en) | On-off switch for electromagnetic pump | |
JP5814220B2 (en) | Current lead and superconducting magnet device | |
JP2018060926A (en) | Superconducting magnet device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100625 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121026 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121106 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121225 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130528 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130716 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130806 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130829 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5356663 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |