JP2018042188A - スイッチングユニットおよび電源回路 - Google Patents

スイッチングユニットおよび電源回路 Download PDF

Info

Publication number
JP2018042188A
JP2018042188A JP2016176636A JP2016176636A JP2018042188A JP 2018042188 A JP2018042188 A JP 2018042188A JP 2016176636 A JP2016176636 A JP 2016176636A JP 2016176636 A JP2016176636 A JP 2016176636A JP 2018042188 A JP2018042188 A JP 2018042188A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
switching
capacitor
gate
capacitance
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.)
Pending
Application number
JP2016176636A
Other languages
English (en)
Inventor
光平 長谷川
Kohei Hasegawa
光平 長谷川
壮紀 安住
Takenori Azumi
壮紀 安住
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Electronic Devices and Storage Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2016176636A priority Critical patent/JP2018042188A/ja
Priority to US15/446,955 priority patent/US9923464B1/en
Publication of JP2018042188A publication Critical patent/JP2018042188A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/38—Means for preventing simultaneous conduction of switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/12—Modifications for increasing the maximum permissible switched current
    • H03K17/122—Modifications for increasing the maximum permissible switched current in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/06—Modifications for ensuring a fully conducting state
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K2017/6875—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors using self-conductive, depletion FETs
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0036—Means reducing energy consumption

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

【課題】安定したスイッチング動作と消費電力の抑制が可能なスイッチングユニットを提供する。【解決手段】スイッチングユニット１０は、ノーマリオン型の第１スイッチング素子Ｑ１と、第１スイッチング素子に直列に接続されたノーマリオフ型の第２スイッチング素子Ｑ２と、第１スイッチング素子のゲートに接続されたコンデンサＣ１と、アノードがコンデンサと第１スイッチング素子のゲートとの間に接続され、カソードが第１スイッチング素子のソースに接続された第１ダイオードＤ１と、を備える。コンデンサの容量Ｃｂの値が、下記の式で算出された値以上である。但し、ＣｄはＤ１の容量、Ｇ１はＱ１の電圧増幅度、及びＧ２はＱ２の電圧増幅度、である【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、スイッチングユニットおよび電源回路に関する。
インバータ等に用いられる電源回路は、例えば、ノーマリオン型のスイッチング素子と、ノーマリオフ型のスイッチング素子とを直列に接続したスイッチングユニットを備える。このようなスイッチングユニットには、ノーマルオン型のスイッチング素子をノーマリオフ型のスイッチング素子と共通の駆動回路で駆動するために、ブートストラップコンデンサが設けられている場合がある。
ブートストラップコンデンサの容量は、従来、ノーマリオン型のスイッチング素子を安定してスイッチング動作させるために、大きい方が望ましいと考えられてきた。しかし、ブートストラップコンデンサの容量が大きくなるにつれて、スイッチングユニットの消費電力も大きくなる。
その一方で、ブートストラップコンデンサの容量が小さいと、ノーマリオン型のスイッチング素子のスイッチング動作が不安定になることから、これまで、ブートストラップコンデンサの容量の下限値については、十分な検討がなされていなかった。
特開２０１６−１９１１２号公報
本発明の実施形態は、安定したスイッチング動作と消費電力の抑制が可能なスイッチングユニット、およびそのスイッチングユニットを備える電源回路を提供することである。
本実施形態に係るスイッチングユニットは、ノーマリオン型の第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子に直列に接続されたノーマリオフ型の第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子のゲートに接続されたコンデンサと、アノードが前記コンデンサと前記第１スイッチング素子の前記ゲートとの間に接続され、カソードが前記第１スイッチング素子のソースに接続された第１ダイオードと、を備える。前記コンデンサの容量Ｃｂ値は、下記の式で算出された値以上である。
Figure 2018042188
 Ｃｄ：第１ダイオードの容量
Ｃｇｓ１：第１スイッチング素子のゲート・ソース間の容量
Ｃｇｄ１：第１スイッチング素子のゲート・ドレイン間の容量
Ｇ１：第１スイッチング素子の電圧増幅度
Ｇ２：第２スイッチング素子の電圧増幅度
Ｖｉｎ：スイッチングユニットに入力される入力電圧
Ｖｇｓ１：第１スイッチング素子のゲート・ソース間の電圧
第１実施形態に係るスイッチングユニットの概略的な構成を示す回路図である。 第１実施形態における、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間の電圧変動幅と、コンデンサＣ１の容量Ｃｂとの関係を示すグラフである。 第２実施形態に係るスイッチングユニットの概略的な構成を示す回路図である。 第２実施形態における、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間の電圧変動幅と、コンデンサＣ１の容量Ｃｂとの関係を示すグラフである。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
(第１実施形態)
図１は、第１実施形態に係るスイッチングユニットの概略的な構成を示す回路図である。本実施形態では、図１に示すスイッチングユニット１０は、駆動回路１１で駆動される。また、スイッチングユニット１０および駆動回路１１は、例えば、インバータ等の電源回路に設けられる。
図１に示すように、本実施形態に係るスイッチングユニット１０は、スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２と、コンデンサＣ１と、ダイオードＤ１と、を備える。スイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２は、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子にそれぞれ相当する。また、ダイオードＤ１は、第１ダイオードに相当する。
スイッチング素子Ｑ１は、ノーマリオン型のスイッチング素子である。スイッチング素子Ｑ１には、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いたＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）を適用できる。スイッチンス素子Ｑ１のゲートは、コンデンサＣ１を介して駆動回路１１に接続されている。
スイッチンス素子Ｑ１は、ゲートとドレインとの間に容量Ｃｇｄ１を有し、ゲートとソースとの間に容量Ｃｇｓ１を有し、ドレインとソースとの間に容量Ｃｄｓ１を有する。駆動回路１１がスイッチンス素子Ｑ１をオンさせるときに、容量Ｃｇｄ１、容量Ｃｇｓ１、容量Ｃｄｓ１がそれぞれ充電される。
スイッチング素子Ｑ２は、ノーマリオフ型のスイッチング素子である。スイッチング素子Ｑ２には、例えば、ＮチャネルのＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を適用できる。スイッチング素子Ｑ２は、スイッチング素子Ｑ１に直列に接続されている。すなわち、スイッチング素子Ｑ２のドレインが、スイッチング素子Ｑ１のソースに接続されている。また、スイッチング素子Ｑ２のゲートは、コンデンサＣ１を介することなく駆動回路１１に接続されている。
スイッチング素子Ｑ２も、スイッチング素子Ｑ１と同様に、ゲートとドレインとの間に容量Ｃｇｄ２を有し、ゲートとソースとの間に容量Ｃｇｓ２を有し、ドレインとソースとの間に容量Ｃｄｓ２を有する。駆動回路１１がスイッチンス素子Ｑ２をオンさせるときに、容量Ｃｇｄ２、容量Ｃｇｓ２、容量Ｃｄｓ２がそれぞれ充電される。
本実施形態では、スイッチング素子Ｑ２は、駆動回路１１によって、スイッチング素子Ｑ１と同じタイミングでスイッチング動作する。すなわち、スイッチング素子Ｑ２は、スイッチング素子Ｑ１と同じタイミングでオンおよびオフする。
コンデンサＣ１は、スイッチング素子Ｑ１のゲートと駆動回路１１との間に接続されている。コンデンサＣ１は、スイッチング素子Ｑ２と共通の駆動回路１１でスイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させるための、いわゆるブートストラップコンデンサである。
ダイオードＤ１は、スイッチング素子Ｑ１のゲートとソースとの間に、順方向に接続されている。すなわち、アノードがスイッチング素子Ｑ１のゲートとコンデンサＣ１との間に接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ１のソースに接続されている。ダイオードＤ１は、容量Ｃｄを有する。
上記のように構成されたスイッチングユニット１０では、コンデンサＣ１の容量が大きくなるにつれて、スイッチングユニット１０の消費電力も大きくなる。その結果、駆動回路１１の負荷が増大する。
一方、コンデンサＣ１の容量が小さくなるにつれて、コンデンサＣ１に蓄えられる電荷も減少する。その結果、スイッチング素子Ｑ１の容量Ｃｇｄ１、容量Ｃｇｓ１、容量Ｃｄｓ１の充電が不足して、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作が不安定になりやすくなる。
そこで、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の容量およびダイオードＤ１の容量などに着目して、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作に最低限必要なコンデンサＣ１の容量Ｃｂの計算式を提供する。以下、コンデンサＣ１の容量Ｃｂの計算方法について説明する。
駆動回路１１からスイッチングユニット１０へ入力される入力電圧Ｖｉｎは下記の式（２）を用いて算出することができる。入力電圧Ｖｉｎは、換言すると、スイッチング素子Ｑ１のゲートおよびスイッチング素子Ｑ２のゲートに供給される電圧である。
Figure 2018042188
式（２）において、電圧Ｖｄｓ２は、スイッチング素子Ｑ２のドレイン・ソース間の電圧である。電圧Ｖｇｓ１は、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間の電圧である。電圧Ｖｂは、コンデンサＣ１の電圧である。
コンデンサＣ１を流れる電流Ｉｂと、電圧Ｖｂとの間には、容量Ｃｂを用いて下記の式（３）の関係が成り立つ。
Figure 2018042188
さらに、電流Ｉｂは、スイッチング素子Ｑ１のゲート電流Ｉｇ１を用いて下記の式（４）で示すことができる。また、ゲート電流Ｉｇ１は、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ドレイン間を流れる電流Ｉｇｄ１と、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間を流れる電流Ｉｇｓ１とに分流される。
Figure 2018042188
式（３）に式（４）を代入すると、下記の式（５）が成り立つ。
Figure 2018042188
電流Ｉｄ１、Ｉｇｄ１、Ｉｇｓ１については、それぞれ下記の式（６）〜（８）で示すことができる。
Figure 2018042188
Figure 2018042188
Figure 2018042188
式（７）において、Ｇ１は、スイッチング素子Ｑ１の電圧増幅度であり、ミラー効果を考慮した形である。Ｇ１は、下記の式（９）で定義される。
Figure 2018042188
式（６）〜（８）を式（５）に代入すると、下記の式（１０）が成り立つ。
Figure 2018042188
また、式（２）に示す電圧Ｖｄｓ２は、電圧増幅度Ｇ２を用いて、下記の式（１１）で示すことができる。
Figure 2018042188
ここで、電圧Ｖｄｓ２は、電圧降下を無視すれば、Ｖｄｓ２＝Ｖｉｎの関係が成り立つ。
よって、式（１０）および式（１１）を式（２）に代入して整理すると、下記の式（１２）が導き出される。
Figure 2018042188
本実施形態のようにノーマリオフ型のスイッチング素子Ｑ２がノーマリオン型のスイッチングＱ１と同じタイミングでスイッチング動作する場合には、コンデンサＣ１の容量の下限値を、上記式（１２）で算出された容量Ｃｂの値以上に設定すればよい。これにより、コンデンサＣ１に蓄えられた電荷で、スイッチング素子Ｑ１の容量Ｃｇｄ１、容量Ｃｇｓ１、容量Ｃｄｓ１の充電を賄うことができる。このため、スイッチング素子Ｑ１は安定的にスイッチング動作できる。また、コンデンサＣ１の容量Ｃｂが必要最小限に抑えられているので、スイッチングユニット１０の消費電力も抑制することができる。また、上記式（１２）において、分母（(1+G2)Vin-Vgs1）が正であれば、電圧Ｖｇｓ１を電圧Ｖｉｎよりも大きくすることができる。この場合、スイッチング素子Ｑ２の電圧Ｖｇｓ２（すなわち、電圧Ｖｉｎ）の許容電圧がスイッチング素子Ｑ１の駆動電圧よりも低くても、定格内のスイッチング素子Ｑ２の電圧Ｖｇｓ２でスイッチング素子Ｑ１を駆動することができる。
図２は、本実施形態における、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間の電圧変動幅と、コンデンサＣ１の容量Ｃｂとの関係を示すグラフである。図２では、横軸は、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間の電圧変動幅を示す。この電圧変動幅は、換言すると、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間に印加されるパルスの振幅値（Peak to Peak値）である。縦軸は、コンデンサＣ１の容量Ｃｂを対数で示す。
図２において、線ｌ１は、上述した式（１２）を用いて上記電圧変動幅と容量Ｃｂとの関係を示す。一方、三角形のプロットは、回路シミュレーションの解析結果から得られた値を示す。この回路シミュレーションでは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を誘導負荷（Ｌ負荷）でスイッチング動作させる回路を用いている。
図２によれば、式（１２）で求めた容量値は、解析結果とほぼ一致している。そのため、この式の有効性が認められる。
以上説明した本実施形態によれば、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作に最低限必要なコンデンサＣ１の容量Ｃｂを求めることができる。そのため、安定したスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作と、スイッチングユニット１０の消費電力の抑制とが可能となる。
(第２実施形態)
図３は、第２実施形態に係るスイッチングユニットの概略的な構成を示す回路図である。図３では、第１実施形態に係るスイッチングユニット１０と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
図３に示すように、本実施形態に係るスイッチングユニット２０は、第１実施形態に係るスイッチングユニット１０の構成要素に加えて、抵抗素子ＲおよびダイオードＤ２をさらに備える。ダイオードＤ２は第２ダイオードに相当する。
抵抗素子Ｒは、スイッチング素子Ｑ２のゲートに接続されている。ダイオードＤ２は抵抗素子Ｒに並列に接続されている。具体的には、アノードが、駆動回路１１に接続され、カソードがスイッチング素子Ｑ２のゲートに接続されている。
本実施形態に係るスイッチングユニット２０では、ダイオードＤ２によって、スイッチング素子Ｑ２のゲートには、常時、オン状態に必要なしきい値以上の電圧が印加される。そのため、スイッチング素子Ｑ１がスイッチング動作しているときに、スイッチング素子Ｑ２は常時オン状態となる。
以下、本実施形態におけるコンデンサＣ１の容量Ｃｂの計算方法について説明する。本実施形態では、スイッチング素子Ｑ２が常時オン状態であるので、第１実施形態で説明した式（２）では、Ｖｄｓ２＝０とみなせる。そのため、上述の式（１１）において、Ｇ２＝０となる。上述の式（１２）にＧ２＝０を代入すると、下記の式（１３）で示された関係が成り立つ。
Figure 2018042188
また、上述の式（２）にＶｄｓ２＝０を代入すると、Ｖｉｎ−Ｖｇｓ１＝Ｖｂとなる。上記の式（１３）にＶｉｎ−Ｖｇｓ１＝Ｖｂを代入すると、下記の式（１４）で示された関係が成り立つ。
Figure 2018042188
本実施形態のように、ノーマリオン型のスイッチング素子Ｑ１がスイッチング動作し、ノーマリオフ型のスイッチング素子Ｑ２が常時オン状態である場合には、コンデンサＣ１の容量の下限値を、上記の式（１４）で算出された容量Ｃｂの値以上に設定すればよい。これにより、第１実施形態と同様に、スイッチング素子Ｑ１は、安定的にスイッチング動作でき、かつ、スイッチングユニット２０の消費電力も抑制することができる。
図４は、本実施形態における、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間の電圧変動幅と、コンデンサＣ１の容量Ｃｂとの関係を示すグラフである。図４では、図２と同様に、横軸はスイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間の電圧変動幅を示し、縦軸はコンデンサＣ１の容量Ｃｂを対数で示す。
また、図４において、線ｌ２は、上述した式（１４）を用いて上記電圧変動幅と容量Ｃｂとの関係を示す。一方、三角形のプロットは、回路シミュレーションの解析結果から得られた値を示す。この回路シミュレーションでは、スイッチング素子Ｑ１を誘導負荷（Ｌ負荷）でスイッチング動作させる回路を用いている。
図４によれば、式（１４）で求めた容量値は、解析結果とほぼ一致している。そのため、この式の有効性が認められる。
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作に最低限必要なコンデンサＣ１の容量Ｃｂを求めることができる。そのため、スイッチング素子Ｑ２を常時オン状態とする動作条件であっても、スイッチング素子Ｑ１を安定してスイッチング動作させつつ、スイッチングユニット１０の消費電力を抑制することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１０、２０ スイッチングユニット、１１ 駆動回路、Ｑ１ 第１スイッチング素子、Ｑ２ 第２スイッチング素子、Ｃ１ コンデンサ、Ｄ１ 第１ダイオード、Ｄ２ 第２ダイオード、Ｒ 抵抗素子

Claims (4)

  1. ノーマリオン型の第１スイッチング素子と、
    前記第１スイッチング素子に直列に接続されたノーマリオフ型の第２スイッチング素子と、
    前記第１スイッチング素子のゲートに接続されたコンデンサと、
    アノードが前記コンデンサと前記第１スイッチング素子の前記ゲートとの間に接続され、カソードが前記第１スイッチング素子のソースに接続された第１ダイオードと、を備え、
    前記コンデンサの容量Ｃｂの値が、下記の式で算出された値以上である、スイッチングユニット。
    Figure 2018042188
     Ｃｄ：第１ダイオードの容量
    Ｃｇｓ１：第１スイッチング素子のゲート・ソース間の容量
    Ｃｇｄ１：第１スイッチング素子のゲート・ドレイン間の容量
    Ｇ１：第１スイッチング素子の電圧増幅度
    Ｇ２：第２スイッチング素子の電圧増幅度
    Ｖｉｎ：スイッチングユニットに入力される入力電圧
    Ｖｇｓ１：第１スイッチング素子のゲート・ソース間の電圧
  2. 前記第２スイッチング素子が、前記第１スイッチング素子と同じタイミングでスイッチング動作する、請求項１に記載のスイッチングユニット。
  3. 前記第１スイッチング素子がスイッチング動作するときに、前記第２スイッチング素子が常時オン状態となり、
    前記容量Ｃｂの前記値が、下記の式で算出された値以上である、請求項１に記載のスイッチングユニット。
    Figure 2018042188
  4. 請求項１から３のいずれかに記載のスイッチングユニットと、
    前記スイッチングユニットを駆動する駆動回路と、
    を備える電源回路。
JP2016176636A 2016-09-09 2016-09-09 スイッチングユニットおよび電源回路 Pending JP2018042188A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016176636A JP2018042188A (ja) 2016-09-09 2016-09-09 スイッチングユニットおよび電源回路
US15/446,955 US9923464B1 (en) 2016-09-09 2017-03-01 Switching device and power supply circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016176636A JP2018042188A (ja) 2016-09-09 2016-09-09 スイッチングユニットおよび電源回路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018042188A true JP2018042188A (ja) 2018-03-15

Family

ID=61560561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016176636A Pending JP2018042188A (ja) 2016-09-09 2016-09-09 スイッチングユニットおよび電源回路

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9923464B1 (ja)
JP (1) JP2018042188A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021048437A (ja) * 2019-09-17 2021-03-25 株式会社東芝 半導体装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108736702A (zh) * 2018-06-08 2018-11-02 邯郸美的制冷设备有限公司 图腾柱无桥pfc电路、电源转换装置及空调器
CN112868171B (zh) * 2018-12-14 2022-09-02 华为数字能源技术有限公司 共享自举电容器系统和方法
JP7337618B2 (ja) * 2019-09-17 2023-09-04 株式会社東芝 半導体装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013146570A1 (ja) * 2012-03-27 2013-10-03 シャープ株式会社 カスコード回路
CN103915991A (zh) * 2014-04-25 2014-07-09 西安科技大学 具有rcd网络的耗尽型器件的开关电路及其设计方法
JP2016019112A (ja) * 2014-07-07 2016-02-01 株式会社東芝 半導体装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008306618A (ja) * 2007-06-11 2008-12-18 Nissan Motor Co Ltd 電圧駆動型素子を駆動するための駆動回路
JP5200738B2 (ja) 2008-07-31 2013-06-05 ダイキン工業株式会社 インバータ回路
US8718224B2 (en) 2011-08-05 2014-05-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Pulse signal output circuit and shift register
US20150131350A1 (en) * 2012-04-18 2015-05-14 Takuya Isomura Electrical power converter
BR112015009554B1 (pt) * 2012-11-02 2021-05-25 Danmarks Tekniske Universitet conversor de energia ressonante auto-oscilante e montagem do mesmo
FR3002703B1 (fr) * 2013-02-25 2017-07-21 Schneider Toshiba Inverter Europe Sas Dispositif de commande employe dans un systeme d'alimentation electrique a decoupage
JP5934925B2 (ja) * 2013-06-04 2016-06-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ゲートドライバおよびこれを備えたパワーモジュール
JP2015154591A (ja) * 2014-02-14 2015-08-24 ローム株式会社 ゲート駆動回路および電源装置
JP6639103B2 (ja) 2015-04-15 2020-02-05 株式会社東芝 スイッチングユニット及び電源回路
US11152857B2 (en) * 2015-05-06 2021-10-19 Flextronics Ap, Llc Gate driver circuit for half bridge MOSFET switches providing protection of the switch devices

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013146570A1 (ja) * 2012-03-27 2013-10-03 シャープ株式会社 カスコード回路
CN103915991A (zh) * 2014-04-25 2014-07-09 西安科技大学 具有rcd网络的耗尽型器件的开关电路及其设计方法
JP2016019112A (ja) * 2014-07-07 2016-02-01 株式会社東芝 半導体装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021048437A (ja) * 2019-09-17 2021-03-25 株式会社東芝 半導体装置
JP7242487B2 (ja) 2019-09-17 2023-03-20 株式会社東芝 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20180076712A1 (en) 2018-03-15
US9923464B1 (en) 2018-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8487667B2 (en) Hybrid power device
JP6392347B2 (ja) スイッチング回路およびこれを備えた電源回路
US9350342B2 (en) System and method for generating an auxiliary voltage
JP6419649B2 (ja) ゲート駆動回路
JP2018042188A (ja) スイッチングユニットおよび電源回路
US20160308444A1 (en) Switching unit and power supply circuit
JP2013038930A (ja) スイッチング回路及びｄｃ−ｄｃコンバータ
JP6090007B2 (ja) 駆動回路
US9762232B2 (en) Semiconductor device
JP2016201693A (ja) 半導体装置
JP7060793B2 (ja) 波形整形回路、半導体装置及びスイッチング電源装置
JP2017168924A (ja) 半導体装置
JP2017017775A (ja) 力率改善回路および電源装置
JP2016059180A (ja) スイッチング電源
KR101969117B1 (ko) 액티브 클램프 포워드 컨버터 및 그 구동방법
JP2021048436A (ja) 半導体装置
JP2020096444A (ja) スイッチング回路
KR101491929B1 (ko) Rf 정류회로
JP2017055544A (ja) 力率改善回路および電源装置
JP6278874B2 (ja) 制御回路
JP2018046665A (ja) 電源回路
WO2020035712A1 (ja) スイッチング回路
JP2016139997A (ja) 半導体装置
JP2018201297A (ja) ゲート駆動回路
JP6248066B2 (ja) スイッチング電源回路

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20170907

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20170911

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180828

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190411

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190419

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190520

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20191029

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200107

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20200107

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20200120

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20200121

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20200327

C211 Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C211

Effective date: 20200331

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20200522

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20200619

C13 Notice of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C13

Effective date: 20200731

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20201027

C23 Notice of termination of proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C23

Effective date: 20201106

C03 Trial/appeal decision taken

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C03

Effective date: 20201204

C30A Notification sent

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C3012

Effective date: 20201204