JP2020505901A - 電気機器を保護するためのデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、電気機器（２３）を保護するための保護デバイスであって、電流源を含む、第１の電流制限分岐（２１）と、前記制限分岐（２１）と並列に装着された第２の伝導分岐（２２）と、前記伝導分岐（２２）のインピーダンスが、前記制限分岐（２１）のインピーダンスの１０％以下であるものを備え、制御ユニット（３）が、前記デバイスの動作モードを、電流が、前記伝導分岐（２２）に流入することなく、前記制限分岐（２１）を流れる、第１の動作モードと、電流が、前記制限分岐および前記伝導分岐（２１、２２）を流れる、第２の動作モードとで切り替える。

Description

本発明は、電気機器保護回路の分野、特に、直流型もしくは交流型の電源および／または電気エネルギー分配システムの分野に関する。

電気（直流または交流の）用途において、電流過負荷が過電圧を引き起こし、電気機器に損傷に損傷を与えることがある。

電流過負荷、より一般的には過電流は、以下のいくつかの原因によって起こり得る。
−過電流は、短絡回路、過電圧または雷によって引き起こされることがある。
−過電流はまた、起動段階中に、または電気機器をグリッドに接続すると発生することがある。

これらの電流過負荷の影響、特に電気機器の劣化のリスクを低減するために様々なタイプの保護デバイスが知られている。

例えば、保護対象の電気機器に並列に装着されている蓄積コンデンサの上流で、このような保護デバイスが使用されることがある。

１．制限抵抗器
電気機器の劣化のリスクを低減する第１の解決策は、保護対象の機器を直列制限抵抗器に電気接続することである。

この制限抵抗器は、保護対象の機器の起動時における、より正確には、蓄積コンデンサのプリチャージ中における強い電流ドローを制限するために有効である。

しかしながら、この解決策の課題は、起動段階が終了すると、この制限抵抗器は（もはや有効でなく）、加熱し、多くのエネルギーを散逸させる傾向がある。

２．スイッチを有する制限抵抗器
この課題を解決するために、電線などの伝導分岐１２と並列に電気接続された制限分岐１１上に制限抵抗器１７が配置されている、図１に示したアセンブリが既に提案されている。同様のアセンブリが、ＥＰ２６５３９５０に詳細に記載されている。

この場合、制限分岐１１と伝導分岐１２との切替は、電気スイッチ１３によって監視される。

かかるアセンブリの動作原理は、以下の通りである。

起動時、供給源１４から導き出された電流が制限分岐１１を流れるように、電気スイッチ１３は制限分岐１１に接続する。電流が抵抗器１７を通過することにより、保護対象の機器１５の起動時における強い電流ドローを制限することが可能になる。蓄積コンデンサ１６は充電中である。

所与の時間（用途に応じて数ミリ秒〜数秒まで変動し得る）の後、電気スイッチ１３は、電流の循環を制限分岐１１から伝導分岐１２へと切り替える。こうすることによって、制限抵抗器１７を使用したことに関するエネルギー損失を制限することが可能になる。

しかしながら、図１に示したアセンブリの課題は、電子機器１５を電気スイッチ１３の切替時に不足電圧のままにすることができないことである。

上記の課題に加えて、上述の保護デバイスを使用する制限抵抗器１７の他の課題は、定電流蓄積コンデンサ１６の充電が可能ではなく、制限抵抗器１７を蓄積コンデンサ１６と組み合わせて、ＲＣ回路を構成することである。これは、蓄積コンデンサの促進老化を誘発する。さらに、これは、異常動作が生じた場合、（保護デバイスの上流および下流にある構成要素の任意選択的な抵抗を考慮して）回路の等価抵抗に応じて変動し得る障害電極電流の値を予測することができず、障害電極電流に関するこの不確実性は、保護デバイスの下流にある電子機器の保護に対するリスクのうちの１つを誘発することがある。

本発明の目的は、上述した課題のうちの少なくとも１つの解決を可能にする、電気機器を保護するためのデバイスを提案することである。

そして、本発明は、電気機器を保護するためのデバイスであって、
−電気エネルギー供給源に電気接続されるように意図された入力端子、および
−電気機器に電気接続されるように意図された出力端子
を含み、
当該保護デバイスは、
−所与の電圧範囲について定電流を生成する（すなわち維持する）電流源を含む、第１の電流制限分岐と、
−制限分岐と並列に装着された第２の伝導分岐（２２）と、
−当該デバイスの動作モードを、
・電気エネルギー供給源から導き出された電流が、伝導分岐に流入することなく、制限分岐を流れる、第１の動作モードと、
・電気エネルギー供給源から導き出された電流が、前記制限分岐および前記伝導分岐を流れる、第２の動作モードと
で切り替える、制御ユニット（２４）と、
を備え、第２の動作モードにおいて、伝導分岐のインピーダンスが、制限分岐のインピーダンスの１０％以下である
ことを特徴とするデバイスを提供する。

本発明によるシステムの好ましいがこれらに限定されない態様は、以下の通りである。

−制御ユニットは、デバイスを第１の動作モードと第２の動作モードとで切り替えるように、伝導分岐のアクティブ化および非アクティブ化を監視するために伝導分岐に電気接続されていてもよく、制限分岐は制御ユニットにより監視されない。

−電流源は、ＪＦＥＴトランジスタまたはＭＯＳＦＥＴトランジスタなどのトランジスタを備えていてもよく、ここで
・トランジスタのドレインは、入力端子に接続されて、また
・トランジスタのゲートおよびソースは、出力端子に接続されている。

−電流源は、シリコンまたは炭化ケイ素製の、あるいは任意の他の半導体材料製の電流制限ダイオードなど、２端子電流制限半導体素子を備えていてもよい。

−電流制限分岐は、電流源と直列に装着された電気抵抗をさらに備えていてもよい。

−伝導分岐は、伝導分岐は、ＪＦＥＴトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（またはバイポーラトランジスタ）などのトランジスタのような制御型スイッチを備えていてもよく、ここで、
・トランジスタのドレイン（またはコレクタ）は入力端子に接続され、
・トランジスタのソース（またはエミッタ）は出力端子に接続され、
・トランジスタのゲート（またはベース）は制御ユニットに接続されている。

−制御ユニットは、
・電気機器保護デバイスの出力における電圧変動を検出するための回路および／または
・電気機器保護デバイスの前記出力における電流変動を検出するための回路
を備えていてもよい。

−制御ユニットは、伝導分岐のアクティブ化を遅延させる自己バイアス回路を備えていてもよい。

−制御ユニットは、保護デバイスの出力における電圧および／または強度が閾値よりも大きいときに伝導分岐を閉塞させるための信号を発生させる制御回路を備えていてもよい。

−制限分岐および伝導分岐は、ＪＦＥＴトランジスタまたはＭＯＳＦＥＴトランジスタなどのモノリシック構成要素に集積されていてもよい。

本発明によるシステムの他の利点および特徴は、非限定的な例として提供されるいくつかの実施形態に関する以下の記載、および添付の図面からより明らかになるであろう。

負荷を保護するための従来技術のデバイスの概略図である。 本発明による負荷保護デバイスのブロック図である。 本発明による負荷保護デバイスの第１の実施形態のブロック図である。 本発明による負荷保護デバイスの第２の実施形態のブロック図である。 本発明による負荷保護デバイスの第３の実施形態のブロック図である。 電流制限分岐の端子における電圧の関数として電流曲線を示すグラフであり、以下を含む。・一方は、抵抗、（線８０）・他方は、電流源（線８１） 保護デバイスの端子における電圧の関数として電流曲線を示すグラフであり、以下を含む。・電流が制限分岐を流れる第１の動作モード（線８２）・電流が制限分岐と伝導分岐とを同時に流れる第２の動作モード（線８３）

本発明による負荷保護デバイスの様々な実施例について、図２〜図５を参照して以下に説明する。これらの様々な図では、等価な要素は、同じ参照番号によって示されている。

１．保護デバイスの概要
図２を参照すると、電気負荷を保護するためのデバイスは、電気エネルギー供給源に直列で電気接続するように意図された入力端子３１と、保護対象の電気負荷２３に電気接続するように意図された出力端子３２とを備えている。

本デバイスは、入力端子３１と出力端子３２とのと間に、各々がそれぞれの機能を有する２つの分岐：
−第１の分岐２１（「電流制限分岐」と呼ばれる）−電気障害（例えば短絡回路）などの動作異常が検出されたときに負荷２３を流れる電流を制限することを可能にする
−第２の分岐２２（「伝導分岐」と呼ばれる）−電気エネルギー供給源２５から導き出された電流が当該伝導分岐２２を通過するときに、負荷２３の両端間における電圧降下を制限するために弱いインピーダンスを有する
を備えている。

本デバイスはまた、
−第１の動作モードに従って、制限分岐２１のみを通る、あるいは
−第２の動作モードに従って、制限分岐２１と伝導分岐２２とを同時に通る、
いずれかの電流の通過を可能にする制御ユニット２４も備えている。

したがって、デバイスがどちらの動作モードであっても、制限分岐２１は依然として導電性であり、それによって第１の動作モードと第２の動作モードと間の移行中であっても、保護対象の負荷２３には常に給電される。伝導分岐２２は、その部分については、第２の動作モードにおいてのみ導電性である。

第１の動作モードは、好ましくは電圧過負荷または電流過負荷などの異常が検出されたときにアクティブ化される。

図２に示した実施態様では、制御ユニット２４は、伝導分岐２２のアクティブ化および非アクティブ化のみを監視し、制限分岐２１は、制御ユニット２４によって監視されていない。これにより、負荷保護デバイスのアセンブリを単純化することが可能になる。

図２に示したデバイスにより、動作異常が検出されたときに電気回路を通る電流を制限することによって、電気回路の負荷２３を効果的に保護することが可能になる。

実際には、異常（過電流および／または過電圧）が検出されると、制御ユニット２４は、（入力端子の上流で発生した）電流の制限分岐２１の通過を誘発する伝導分岐２２の非アクティブ化を監視する。

異常が検出されたときに負荷２３を流れる電流を制限することによって、図２に示した保護デバイスは、出力端子の下流に配置された電気構成要素の劣化のリスクを低減することを可能にする。

２．電流制限分岐
電流制限分岐２１により、デバイスの第２の動作モードがアクティブ化されているときに、負荷２３に流入する電流を目標強度値に制限することが可能になる。この目標値は、負荷２３の適切な動作を確保するのに十分であると思われる。

制限分岐２１は、入力端子３１から出力端子３２への電流の通過を可能にするために、１つの（または、いくつかの）（特に一方向性の）電流源を備えるのが好ましい。本発明の範囲内では、「電流源」とは、所与の電圧範囲について定電流を生じるように構成された１つ（または、いくつかの）電気構成要素を意味する。

より正確には、図６に線８１によって示すように、制限分岐２１の端子における電圧Ｖが所与の電圧範囲内に含まれる場合（特に、電圧Ｖが「＋Ｖ_ＬＩＭ」よりも大きい場合、または電圧Ｖが「−Ｖ_ＬＩＭ」未満である場合）、電流源は、自身のインピーダンスを動的に変動させることによって、電流の強度Ｉを定数値に維持する（特に、Ｖ＞＋Ｖ_ＬＩＭのときには、定数値＝「＋Ｉ_ＬＩＭ」であり、またはＶ＜−Ｖ_ＬＩＭのときには、定数値＝「−Ｉ_ＬＩＭ」である）。

電流源のインピーダンスの動的な変動は、（ＪＦＥＴ型ノーマリーオントランジスタで構成される電流源の場合には）線形導通モードから飽和状態の導通モードへの移行に対応する。これは、電流源を形成するトランジスタの端子における電圧が、当該トランジスタの飽和電圧Ｖｓａｔよりも大きくなったときに起こる。飽和状態では、電流が一定に維持されるように、電圧と共にインピーダンスが動的に変動する。この動作は、端子における電圧がどうであれ定電流を生成して維持する電流源の動作に類似している。

制限分岐２１が電流源を備えているという事実により、定電流を用いて蓄積コンデンサ２６（保護対象の負荷２３と並列に装着されている）を充電することが可能になる。これは、線８０によって図６に示すように、抵抗を含む制限分岐の場合には可能でない。実際には、制限分岐が抵抗を備えている場合、制限分岐の端子における電流Ｉは、その端子において印加される電圧Ｖの関数として線形に変動し、それによって、制限分岐の出力に配設された蓄積コンデンサは、定電流では充電されない。

図３に示した実施形態では、電流源は、ＪＦＥＴトランジスタまたはＭＯＳＦＥＴトランジスタなどのトランジスタを備えている。トランジスタのドレインは、デバイスの入力端子３１に電気接続されており、トランジスタのゲートおよびソースは、デバイスの出力端子３２に電気接続している。ＪＦＥＴトランジスタまたはＭＯＳＦＥＴトランジスタの使用には、デバイスの実装を容易にするという利点がある。

代替的には、炭化ケイ素製の電流制限ダイオードで電流源を構成してもよい。電流制限ダイオードを使用すると、制御電子装置を設ける必要がなくなる。また、ダイオードが炭化ケイ素製であるという事実により、０．１Ｊ〜５０Ｊのオーダーの高エネルギーレベルに耐えることができる構成要素を有することが可能になる。

好ましくは、制限分岐２１は、電流源（単数または複数）と直列に装着された１つ（または、いくつかの）抵抗性熱放散素子を備えてもよい。これにより、電力供給源２５と負荷２３との間に電流過負荷が存在する場合、ジュール効果によって、より多くの電力を放散させることが可能になる。

３．伝導分岐
伝導分岐２２により、定常状態における電流の循環を確保することが可能になる。負荷２３の両端間における電圧降下を制限するために、低インピーダンスを有することが好ましい。例えば、伝導分岐２２のインピーダンスは、１オーム未満、優先的には０．１オーム未満、さらにより好ましくは０．０１オーム未満であり得る。

伝導分岐２２は、制御ユニット２４により制御することができるスイッチを備えることができる。このスイッチは、当業者に知られている任意のタイプのものとすることができる。特に、スイッチは、例えば、機械的スイッチまたはハイブリッドスイッチである。

しかしながら、伝導分岐２２のスイッチは、異常（過電流または過電圧）の検出後、極めて迅速に閉鎖状態から開放状態へと切り替えることが可能でなければならない。

それ故、伝導分岐２２のスイッチはスタティック静止スイッチであるのが好ましい。これは、閉鎖状態と開放状態とを極めて迅速に切り替えるという効果を有する（切替時間は、１００マイクロ秒以下である）。静止スイッチの使用の他の利点は、静止スイッチが高電圧および強電流に耐えることができるということである。

図３に示した実施形態では、伝導分岐のスイッチは、ＪＦＥＴトランジスタまたはＭＯＳＦＥＴトランジスタ（もしくはバイポーラトランジスタ）などのトランジスタから構成されており、
−トランジスタのドレイン（またはコレクタ）は入力端子に接続され、
−トランジスタのソース（またはエミッタ）は出力端子に接続され、
−トランジスタのゲート（またはベース）は制御ユニットに接続されている。

４．制御ユニット
制御ユニット２４は、伝導分岐２２のアクティブ化および非アクティブ化を制御することを可能にする。

より正確には、制御ユニット２２により、伝導分岐２２を開閉して保護デバイス内を流れる電流の、
−図７の線８２によって示される第１の動作モードに従って、制限分岐のみを通る、あるいは
−図７の線８３によって示される第２の動作モードに従って、制限分岐と伝導分岐とを同時に通る
いずれかの通過を可能にする。

好ましくは、伝導分岐２２のインピーダンスは、第２の動作モードでは、制限分岐２１のインピーダンスの１０％以下となるように選択される。したがって、第２の動作モードでは、電流が伝導分岐２２を通過することが望ましい。これにより、保護デバイスの第２の動作モードがアクティブ化されている場合、ジュール効果によって損失を制限することが可能になる。

図３に示した実施形態では、制御ユニット２４は、負荷保護デバイスの出力における電圧変動を検出するための回路２４２を備えている。その代わりに、またはそれと組み合わせて、制御ユニットは、保護デバイスの出力における電流変動を検出するための回路を備えてもよい。この（またはこれらの）検出回路により、負荷２３を損傷し得る異常（過電圧または過電流）の識別が可能になる。

検出回路２４２が検出した電圧変動が、ツェナーダイオードなどのアバランシェ構成要素Ｄ４により規定された閾値電圧を超えると、制御ユニット２４の制御回路２４３は、伝導分岐２２の制御可能なスイッチのゲート上に閉塞信号を送信する。

この閉塞信号は、伝導分岐２２を非アクティブにするように、制御可能なスイッチの開放を誘発する。そして、電流は電流制限分岐２１のみを流れる。

検出回路２４２が検出した電圧変動が閾値電圧よりも低くなると、制御回路２４３はもはや、閉塞信号を発さない。制御可能なスイッチは、伝導分岐２２をアクティブ化するようにオン状態に戻る。そして電流は制限分岐２１と伝導分岐２２の両方を通って流れる。

好ましくは、制御ユニット２４は、検出回路２４２と制御可能なスイッチのゲートとの間に、自己バイアス回路２４１を備えることができる。自己バイアス回路２４１により、制御可能なスイッチの再アクティブ化を遅延させることが可能になる。より正確には、自己バイアス回路２４１により、自己バイアス回路２４１のコンデンサＣ１の放電時間に対応する非ゼロ遅延によって、制御可能なスイッチの閉鎖を遅延させることが可能になる。これにより、特に電流過負荷がパルス型である場合に、負荷の低下のリスクを制限することが可能になる。

次に、図２に示した蓄積コンデンサ２６を含む電気アセンブリの場合、図３に示した制御ユニット２４の動作原理について以下に記載する。この場合、電流過負荷は、蓄積コンデンサのプリチャージ中に生じることがある。

保護対象の電気機器２３の起動時に、蓄積コンデンサ２６は、強い電流ドローを引き起こす。これは、電気回路における電流過負荷の発生を誘発する。検出回路２４２は、負荷保護デバイスの出力端子における電圧変動を検出する。この電圧変動がツェナーダイオードＤ４により規定された閾値電圧よりも大きくなると、制御回路２４３は、伝導分岐２２の制御可能なスイッチのゲートに閉塞信号を送信する。

閉塞信号は、自己バイアス回路２４１を通過する。自己バイアス回路２４１のコンデンサＣ１が充電される。コンデンサＣ１の充電と同時に、ゲートに閉塞信号を印加したことによって、制御可能なスイッチの開放が誘発され、伝導分岐２２が非アクティブ化される。

そして負荷保護デバイスは第１の動作モードに従って動作し、電気エネルギー供給源２５から導き出された全電流が、負荷２３が受信した電流を目標強度値に制限して負荷２３を保護するように、制限分岐２１を介して負荷２３に伝達される。

蓄積コンデンサ２６が充電されると、電気回路の定常状態が確立される。保護デバイスの出力における電圧変動が低下し、検出回路２４２はこの低下を検出する。出力における電圧差がアバランシェ構成要素Ｄ４により規定された閾値電圧よりも低くなると、閉塞信号は中断される。

自己バイアス回路２４１のコンデンサＣ１は、閉塞状態をしばらく維持するように、制御可能なスイッチのゲートに向かって放電される。これにより、制御可能なスイッチの閉鎖を遅延させることが可能になる。コンデンサＣ１が放電されると、制御可能なスイッチのゲートにはもはや電力供給されない。そして制御可能なスイッチは閉塞（すなわち開放）状態からオン状態（すなわち閉鎖状態）へと切り替える。

伝導分岐２２は再アクティブ化される。そして負荷保護デバイスは、第２の動作モードに従って動作し、電気エネルギー供給源２５から導き出された電流は、一方において制限分岐２１を通って負荷２３に伝達され、もう一方において伝導分岐２２を通って伝達される。

定常状態において電流過負荷が生じた場合（例えば、電気回路が雷の衝撃を受けた場合）、検出回路２４２は、出力において、ツェナーダイオードＤ４により規定された閾値電圧よりも大きい電圧変動を検出する。制御回路２４３は、閉塞信号を自己バイアス回路２４１を通して、制御可能なスイッチのゲートに送信する。この閉塞信号は、制御可能なスイッチを開放して、伝導分岐２２を非アクティブにする。

第１の動作モードが実施される。保護デバイスの出力における電圧が閾値電圧よりも低くなると、制御ユニット２４は、上述したように伝導分岐２２の再アクティブ化を制御する。

５．モノリシック構成要素
一つの実施形態では、ＪＦＥＴトランジスタまたはＭＯＳＦＥＴトランジスタまたはバイポーラトランジスタなど、シリコンまたは炭化ケイ素（あるいは他の、好ましくはワイドバンドギャップ半導体材料）製の一体的なモノリシック構成要素に、制限分岐２１と伝導分岐２２とを集積することができる。

これにより、第２の分岐が占めるスペースを、したがって保護デバイスの必要スペースを制限することが可能になる。

図４および図５は、制限分岐２１と伝導分岐２２とを同じ基板上に集積しているモノリシック構成要素の２つの例示的な実施形態を示している。

図４を参照すると、モノリシック構成要素は、ＪＦＥＴ型構造を有している。このモノリシック構成要素は、制限分岐２１および伝導分岐２２に共通の基板６１を備えている。Ｎ型ドープ基板６１の背面は、ドレインを形成する金属層６３で覆われているより重度にＮドープされた下位層６２を備えている。基板６１の前面は、Ｐドープされた埋込領域６４を備えており、その上に、制限分岐２１および伝導分岐２２の横方向チャネルを形成するＮ型の上位層７０が配設される。この上位層７０上に、Ｐ型の上方領域６８が配置される。これらの領域は、上位層７０を部分的に覆っている。

上方領域６８および上位層７０の上に、第１の金属電極６５ａおよび第２の金属電極６５ｂが配設されている。これらの第１の電極６５ａおよび第２の電極６５ｂは、分岐２２の制御ゲートを形成し、制限分岐２１の特性を規定する。

モノリシック構成要素は、制限分岐２１および伝導分岐２２を規定するために、第１の分離トレンチを備えている。この第１のトレンチは、構成要素の上位層７０を通って埋込領域６４まで延在しており、それらの接続を可能にする。

より正確には、第１の分離トレンチは、少なくとも上位層７０の深さに等しい深さを越えて延在している。

分岐２１のゲートを形成する第１の金属電極６５ａは、電気絶縁材料の層６６で覆われているが、ゲートを形成する第２の電極６５ｂは電気絶縁材料層で覆われていない。

ソースを形成する金属層６７は、モノリシック構成要素の表面全体を覆っている。したがって、
−ゲートを形成する第１の電極６５ａは、ソースを形成する金属層６７から電気的に絶縁されている。モノリシック構成要素の層のこの第１のスタックは伝導分岐２２を構成し、そのゲート（第１の電極）は、制御ユニット２４に電気接続されるように意図されている一方で、ドレイン６３およびソース６７は、負荷保護デバイスの入力端子３１および出力端子３２にそれぞれ接続されるように意図されている。
−ゲートを形成する第２の電極６５ｂは、ソースを形成する金属層６７と電気的に接触している。モノリシック構成要素の層のこの第２のスタックは、電流制限分岐２１を構成し、そのゲート６５ｂおよびソース６７は、負荷保護デバイスの出力端子３２に接続されるように意図されている一方で、ドレイン６３は、デバイスの入力端子３１に接続されるように意図されている。

図４に示したモノリシックＪＦＥＴ構造構成要素の詳細は、ゲート電極（「ノーマリーオン」として知られている）に電圧が印加されない限り、伝導分岐２２がアクティブ化されており、制限分岐は永続的にアクティブ化されているということである。

図５に示したモノリシック構成要素は、その構造がＭＯＳＦＥＴ型のものであるという点で、図４に示した構成要素と異なる。図５に示したモノリシックＭＯＳＦＥＴ構造構成要素の詳細は、電圧がゲート電極に印加されない限り、伝導分岐２２が非アクティブ化されており、制限分岐は永続的にアクティブ化されているといことである。

このモノリシック構成要素は、制限分岐２１および伝導分岐２２に共通の基板７３を備えている。Ｎ型ドープ基板７３の背面は、ドレインを形成する金属層７１で覆われているより重度にＮドープされた下位層７２を備えている。基板７３は、その上面に、第１のＰドープされた埋込領域７４を備えている。基板７３の前面は、Ｎ型上位層８２によって覆われている。

伝導分岐２２の上位層８２は、
−深さ７５で埋め込まれた第２の、より軽度にＰドープされた領域と、
−第３の、重度にドープされたＮ型表面的埋込領域７６と
を備えている。

モノリシック構成要素は、上位層８２を通って基板７３まで延在しているＭＯＳＦＥＴの第１のトレンチを備えている。また、モノリシック構成要素は、トレンチの下部に、第４のＰ型埋込領域８３を備えており、第４の埋込領域８３と第１の埋込領域７４とは、基板７３内にＮ型チャネルを規定する。

モノリシック構成要素は、制限分岐２１および伝導分岐２２を規定するために、第２の分離トレンチを備えている。この第２のトレンチは、構成要素の第２の中央区域７６を通って第１の埋め込まれた領域７４まで延在しており、それらの接続を可能にする。

より正確には、第２の分離トレンチは、少なくとも上位層８２の深さに等しい深さを越えて延在している。

ＭＯＳＦＥＴのゲート酸化膜を規定する第１の酸化物薄膜層７８ａおよび第２の酸化物薄膜層７８ｂは、第１の埋込領域７４、第２の区域７６、第４の埋込領域８３および上位層８２の上面を部分的に覆う。

構成要素は、第１の層７８ａ上に分岐２２の制御ゲートを形成する第１の金属電極７９を備えている。

電気絶縁材料の層８０は、分岐２１のゲートを形成する第１の金属電極７９を覆っている。その一方で、制限分岐のＭＯＳＦＥＴのゲートを形成する第２の層７８ｂは電気絶縁材料層に覆われていない。

金属層７７は、制限分岐２１および伝導分岐２２の第１の埋込領域７４および第２の区域７６に接触している。

ソースを形成する金属層８１は、モノリシック構成要素の表面全体を覆っている。したがって、
−ゲートを形成する第１の電極７９は、ソースを形成する金属層８１から電気的に絶縁されている。モノリシック構成要素の層のこの第１のスタックは伝導分岐２２を構成し、そのゲート（第１の電極）は、制御ユニット２４に電気接続されるように意図されている一方で、ドレイン７１およびソース８１は、負荷保護デバイスの入力端子３１および出力端子３２にそれぞれ接続されるように意図されている。
−層８１は、ソースを形成する金属層７７と電気的に接触しているゲートを形成する区域７８ｂを覆っている。モノリシック構成要素の層のこの第２のスタックは、電流制限分岐２１を構成し、そのソース８１は、負荷保護デバイスの出力端子３２に接続されるように意図されている一方で、ドレイン７１は、デバイスの入力端子３１に接続されるように意図されている。

６．結論
上述した回路は、直流電流または交流電流の電力グリッドにおいて使用するのに適している。上述した回路により、保護対象の機器の起動段階の場合、蓄積コンデンサのプリチャージの場合、または雷の衝撃を受けた場合に電力グリッドに出現し得る電流過負荷から、電気機器を保護することが可能になる。

上述した回路は、任意のＡＣ負荷またはＤＣ負荷に定電流を送出する電流調整器機能として使用してもよく、あるいは、過電圧が生じた場合にＡＣグリッドまたはＤＣグリッド上の任意の電流ドローを検出し、制限するために使用してもよい。

本明細書に記載した新たな教示および利点から著しく逸脱することのなく、上述した発明に多くの変更を加えることができることを、読んだ者は理解するであろう。

したがって、このようなすべての修正は、添付の特許請求の範囲に組み込まれることが意図される。

Claims (10)

1. 電気機器（２３）を保護するための保護デバイスであって、
   −電気エネルギー供給源（２５）に電気接続されるように意図された入力端子（３１）、および
   −前記電気機器（２３）に電気接続されるように意図された出力端子（３２）
   を含み、
   前記保護デバイスが、
   −所与の電圧範囲について定電流を生成する電流源を含む、第１の電流制限分岐（２１）と、
   −前記制限分岐（２１）と並列に装着された第２の伝導分岐（２２）と、
   −前記デバイスの動作モードを、
   ・前記電気エネルギー供給源（２５）から導き出された電流が、前記伝導分岐（２２）に流入することなく、前記制限分岐（２１）を流れる、第１の動作モードと、
   ・前記電気エネルギー供給源（２５）から導き出された前記電流が、前記制限分岐および前記伝導分岐（２１、２２）を流れる、第２の動作モードと
   で切り替える、制御ユニット（２４）と、
   を備え、前記第２の動作モードにおいて、前記伝導分岐（２２）のインピーダンスが、前記制限分岐（２１）のインピーダンスの１０％以下である
   ことを特徴とする、保護デバイス。
2. 前記制御ユニット（２４）が、前記デバイスを前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとで切り替えるように、前記伝導分岐（２２）の前記アクティブ化および非アクティブ化を監視するために前記伝導分岐（２２）に電気接続されており、前記制限分岐（２１）は、前記制御ユニット（２４）により監視されない、請求項１に記載の保護デバイス。
3. 前記電流源が、ＪＦＥＴトランジスタまたはＭＯＳＦＥＴトランジスタのようなトランジスタを備え、
   −前記トランジスタのドレインは、前記入力端子（３１）に接続されており、
   −前記トランジスタのゲートおよびソースは、前記出力端子（３２）に接続されている、
   請求項１または２に記載の保護デバイス。
4. 前記電流源が、例えばシリコンまたは炭化ケイ素製の、または任意の他の半導体材料製の電流制限ダイオードを備える、請求項１または２に記載の保護デバイス。
5. 前記電流制限分岐（２１）が、前記電流源と直列に装着された電気抵抗をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の保護デバイス。
6. 前記伝導分岐（２２）が、ＪＦＥＴトランジスタまたはＭＯＳＦＥＴトランジスタのようなトランジスタを備え、
   −前記トランジスタの前記ドレインは、前記入力端子（３１）に接続されており、
   −前記トランジスタの前記ソースは、前記出力端子（３２）に接続されており、
   −前記トランジスタの前記ゲートは、前記制御ユニット（２４）に接続されている
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の保護デバイス。
7. 前記制御ユニット（２４）が、
   −前記電気機器保護デバイスの出力における電圧変動を検出するための回路（２４２）、および／または
   −前記電気機器保護デバイスの前記出力における電流変動を検出するための回路
   を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の保護デバイス。
8. 前記制御ユニット（２４）が、前記伝導分岐（２２）の前記アクティブ化を遅延させる自己バイアス回路（２４１）を備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の保護デバイス。
9. 前記制御ユニット（２４）は、前記保護デバイスの前記出力における電圧および／または強度が閾値よりも大きいときに前記伝導分岐（２２）を閉塞させるための信号を発生させる制御回路（２４３）を備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の保護デバイス。
10. 前記制限分岐（２１）および前記伝導分岐（２２）が、ＪＦＥＴトランジスタまたはＭＯＳＦＥＴトランジスタのようなモノリシック構成要素に集積されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の保護デバイス。

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