JP4893007B2 - 交流スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、交流回路に用いられる交流スイッチに関する。

図１３に示すように、交流スイッチ１０１は、制御信号によりオン／オフして、交流電源Ｖａｃ１の交流信号をオン／オフ制御することにより負荷１０５に電力を供給する。このような交流スイッチ１０１としては、図１４に示すようなＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を用いた半導体で構成された交流スイッチが用いられている。

図１４に示す交流スイッチにおいて、ＩＧＢＴＱ１１とダイオードＤ１１との直列回路とＩＧＢＴＱ１２とダイオードＤ１２との直列回路とが逆並列接続されている。制御回路１１０は、フォトダイオードＰＤ１及びフォトトランジスタＰＴ１からなるフォトカプラＰＣ１のフォトダイオードＰＤ１と、フォトダイオードＰＤ２及びフォトトランジスタＰＴ２からなるフォトカプラＰＣ２のフォトダイオードＰＤ２との各々に、制御信号を出力する。

フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタＰＴ１のコレクタ及びエミッタは、駆動回路１１１の入力側に接続され、駆動回路１１１の出力側はＩＧＢＴＱ１１のゲートに接続されている。フォトカプラＰＣ２のフォトトランジスタＰＴ２のコレクタ及びエミッタは、駆動回路１１２の入力側に接続され、駆動回路１１２の出力側はＩＧＢＴＱ１２のゲートに接続されている。

このように構成された交流スイッチによれば、制御回路１１０の制御信号が正電圧の場合にフォトダイオードＰＤ１がオンし、フォトトランジスタＰＴ１に電流が流れる。このため、駆動回路１１１が作動して、駆動回路１１１からの駆動電圧がＩＧＢＴＱ１１のゲートに印加されて、ＩＧＢＴＱ１１がオンする。

また、制御信号が正電圧の場合にフォトダイオードＰＤ２がオンし、フォトトランジスタＰＴ２に電流が流れる。このため、駆動回路１１２が作動して、駆動回路１１２からの駆動電圧がＩＧＢＴＱ１２のゲートに印加されて、ＩＧＢＴＱ１２がオンする。このため、制御信号が正電圧である期間で且つ第１端子Ｐ１に正電圧（第１端子Ｐ１の電位が第２端子Ｐ２の電位よりも高い場合）が印加されている時には、Ｐ１→Ｄ１１→Ｑ１１→Ｐ２と電流が流れる。

一方、制御信号が正電圧である期間で且つ第２端子Ｐ２に正電圧（第２端子Ｐ２の電位が第１端子Ｐ１の電位よりも高い場合）が印加されている時には、Ｐ２→Ｄ１２→Ｑ１２→Ｐ１と電流が流れる。

次に、零電圧の制御信号が、ＩＧＢＴＱ１１及びＩＧＢＴＱ１２のゲートに印加された場合には、ＩＧＢＴＱ１１及びＩＧＢＴＱ１２が共にオフする。このため、交流スイッチに電流が流れなくなる。

また、制御回路１１０とＩＧＢＴＱ１１，Ｑ１２の間に交流電圧が印加されるため、フォトカプラＰＣ１，ＰＣ２により制御回路１１０とＩＧＢＴＱ１１，Ｑ１２の間を絶縁させている。

なお、従来の技術の関連技術として例えば特許文献１が知られている。この特許文献１に記載された交流スイッチ回路は、ＭＯＳ形トランジスタからなる双方向に導通可能な交流用スイッチ素子と、ＭＯＳ形トランジスタのゲートの駆動電圧を制御するドライブ回路と、このドライブ回路へ駆動電圧を供給するコンデンサと、交流用スイッチ素子が接続された交流電源の変化する最低電位を検出するためのスイッチ素子及びダイオードと、最低電位を受け取りこの最低電位を基準にしてコンデンサを昇圧するブートストラップ回路とを有している。
特開２０００−２６９３５３号公報

しかしながら、図１４に示す交流スイッチに用いられるフォトカプラＰＣ１，ＰＣ２は、モノリシック集積回路（以下、ＭＩＣと称する。）の中に組み込むことが困難である。即ち、図１４に示す半導体を用いた交流スイッチは、複数の部品で構成されるため、小型化及び低コスト化を図ることが困難であった。

本発明は、ＭＩＣ化を可能とし、小型化及び低コスト化を図ることができる交流スイッチを提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用した。請求項１の発明は、第１主電極と第２主電極と制御電極とを有し、前記制御電極に入力される信号によりオン／オフして、前記第１主電極及び前記第２主電極間に入力される交流信号をオン／オフさせる主スイッチと、前記主スイッチをオン／オフさせるための制御信号を生成する制御回路と、前記交流信号の電圧最小値に前記制御回路のグランド電位を固定するグランド固定手段と、前記グランド固定手段により固定されたグランド電位を基準として零電圧以上の電圧を第１伝達素子の制御電極に印加し、前記制御回路からの制御信号を前記第１伝達素子に直列に接続された第２伝達素子の制御電極に印加することにより動作して伝達信号を出力し、該伝達信号に基づき駆動信号を生成して該駆動信号により前記主スイッチをオン／オフ駆動させる信号伝達手段とを備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、第１主電極と第２主電極と制御電極とを有し、前記制御電極に入力される信号によりオン／オフして、前記第１主電極及び前記第２主電極間に入力される交流信号をオン／オフさせる主スイッチと、前記主スイッチをオン／オフさせるための制御信号を生成する制御回路と、前記交流信号の電圧最大値に前記制御回路のグランド電位を固定するグランド固定手段と、前記グランド固定手段により固定されたグランド電位を基準として零電圧以下の電圧を第１伝達素子の制御電極に印加し、前記制御回路からの制御信号を前記第１伝達素子に直列に接続された第２伝達素子の制御電極に印加することにより動作して伝達信号を出力し、該伝達信号に基づき駆動信号を生成して該駆動信号により前記主スイッチをオン／オフ駆動させる信号伝達手段とを備えることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１記載の交流スイッチにおいて、前記グランド固定手段は、前記主スイッチの前記第１主電極にカソードが接続された第１ダイオードと、前記主スイッチの前記第２主電極にカソードが接続されアノードが前記第１ダイオードのアノードに接続された第２ダイオードとを有し、前記第１ダイオードのアノードと前記第２ダイオードのアノードとの接続点が前記制御回路のグランド電位に接続されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２記載の交流スイッチにおいて、前記グランド固定手段は、前記主スイッチの前記第１主電極にアノードが接続された第１ダイオードと、前記主スイッチの前記第２主電極にアノードが接続されカソードが前記第１ダイオードのカソードに接続された第２ダイオードとを有し、前記第１ダイオードのカソードと前記第２ダイオードのカソードとの接続点が前記制御回路のグランド電位に接続されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の交流スイッチにおいて、前記信号伝達手段及び前記制御回路は、集積回路に設けられることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５記載の交流スイッチにおいて、前記主スイッチは、前記集積回路に設けられることを特徴とする。

本発明によれば、グランド固定手段は、主スイッチに印加される交流信号の電圧最小値（又は電圧最大値）に、制御回路のグランド電位を固定させるので、信号伝達手段は、制御回路のグランド電位を基準として零電圧以上の電圧（又は零電圧以下の電圧）を第１伝達素子の制御電極に印加し、制御回路からの制御信号を第２伝達素子の制御電極に印加することにより動作して伝達信号を出力し、該伝達信号に基づき駆動信号を生成して該駆動信号により主スイッチをオン／オフ駆動させる。即ち、信号伝達手段に印加される電圧を零からプラス（＋）（又はマイナス（−））方向のみとすることによって主スイッチに交流を流すことができる。従って、信号伝達手段及び制御回路のＭＩＣ化を可能とし、小型化及び低コスト化を図ることができる。

以下、本発明の交流スイッチのいくつかの実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明は、ダイオードにより、主スイッチに印加される交流信号の電圧最小値（又は電圧最大値）に、制御回路のグランド電位を固定させることにより、信号伝達回路に印加される電圧を零からプラス（＋）（又はマイナス（−））方向のみとし、信号伝達回路及び制御回路のＭＩＣ化を可能とし、小型化及び低コスト化を図ることを特徴とする。

図１は本発明の実施例１の交流スイッチの基本回路図である。図１に示す交流スイッチ１は、一端が交流電源Ｖａｃ１の一端に接続され、他端が負荷１０５の一端に接続されている。負荷１０５の他端は交流電源Ｖａｃ１の他端に接続されている。

交流スイッチ１は、交流スイッチ集積回路（交流スイッチＩＣ）１０と、ダイオードＤ１と、ダイオードＤ２とを有している。交流スイッチＩＣ１０は、ＩＧＢＴ又はＦＥＴ等を有する主スイッチ１１と、制御回路１３と、信号伝達回路１５とを有し、これらでＩＣを構成している。

主スイッチ１１は、第１主電極（例えばエミッタ）と第２主電極（例えばコレクタ）と制御電極（例えばゲート）とを有し、制御電極に入力される信号によりオン／オフして、第１主電極及び第２主電極間に入力される交流信号をオン／オフさせる。制御回路１３は、主スイッチ１１をオン／オフさせるための制御信号を生成する。

ダイオードＤ１，Ｄ２（本発明のグランド固定手段に対応）は、主スイッチ１１に印加される交流信号の電圧最小値に、制御回路１３のグランド電位（ＧＮＤ）を固定する。ここでは、ダイオードＤ１，Ｄ２により、交流信号の電圧最小値に、制御回路１３のグランド電位が固定される。

ダイオードＤ１は、主スイッチ１１の第１主電極にカソードが接続され、ダイオードＤ２は、主スイッチ１１の第２主電極にカソードが接続されアノードがダイオードＤ１のアノードに接続されている。ダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ２のアノードとの接続点が制御回路１３のグランド電位ａに接続されている。

図２は本発明の実施例１の交流スイッチ内の信号伝達回路の具体的な回路図である。信号伝達回路１５（本発明の信号伝達手段に対応）は、ダイオードＤ１，Ｄ２により固定されたグランド電位ａを基準として零電圧以上の電圧を直流電源ＶｃｃによりＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４（本発明の第１伝達素子に対応）のゲートに印加し、制御回路１３からの制御信号をトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２（本発明の第２伝達素子に対応）のベースに印加することにより動作して伝達信号を信号伝達回路１５に有する第１駆動回路１７及び第２駆動回路１９に出力する。

第１駆動回路１７及び第２駆動回路１９は、伝達信号に基づき駆動信号を生成して該駆動信号により主スイッチ１１をオン／オフ駆動させる。

図２に示す信号伝達回路１５において、直流電源Ｖｃｃの正極には、ＮチャネルのＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４の各々のゲートが接続され、直流電源Ｖｃｃの負極には、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２のエミッタと制御回路１３のグランド電位ａが接続されている。

ＮＰＮタイプからなるトランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２のベースは、制御回路１３に接続されている。トランジスタＴｒ１のコレクタは、抵抗Ｒ１を介してＭＯＳＦＥＴＱ１のソースに接続され、トランジスタＴｒ１のコレクタは、抵抗Ｒ３を介してＭＯＳＦＥＴＱ３のソースに接続されている。トランジスタＴｒ２のコレクタは、抵抗Ｒ２を介してＭＯＳＦＥＴＱ２のソースに接続され、トランジスタＴｒ２のコレクタは、抵抗Ｒ４介してＭＯＳＦＥＴＱ４のソースに接続されている。

ＭＯＳＦＥＴＱ１のドレインは、Ｒ−Ｓフリップフロップ回路（図示せず）から構成される第１駆動回路１７のセット端子Ｓに接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ２のドレインは、第１駆動回路１７のリセット端子Ｒに接続されている。ＭＯＳＦＥＴＱ３のドレインは、Ｒ−Ｓフリップフロップ回路（図示せず）から構成される第２駆動回路１９のセット端子Ｓに接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ４のドレインは、第２駆動回路１９のリセット端子Ｒに接続されている。

第１駆動回路１７は、ＭＯＳＦＥＴＱ１からの信号をセット端子Ｓに入力してＨレベルの駆動信号を生成して主スイッチ１１内の一方のスイッチ（例えば図４に示すスイッチＱ１１）に出力して一方のスイッチをオンさせる。第１駆動回路１７は、ＭＯＳＦＥＴＱ２からの信号をリセット端子Ｒに入力してＬレベルの駆動信号を生成し主スイッチ１１内の一方のスイッチに出力して一方のスイッチをオフさせる。

第２駆動回路１９は、ＭＯＳＦＥＴＱ３からの信号をセット端子Ｓに入力してＨレベルの駆動信号を生成して主スイッチ１１内の他方のスイッチ（例えば図４に示すスイッチＱ１２）に出力して他方のスイッチをオンさせる。第２駆動回路１９は、ＭＯＳＦＥＴＱ４からの信号をリセット端子Ｒに入力してＬレベルの駆動信号を生成して主スイッチ１１内の他方のスイッチに出力して他方のスイッチをオフさせる。

図４は図１に示す交流スイッチ内のＩＧＢＴを使用した主スイッチの回路図である。図４に示す主スイッチにおいて、ＩＧＢＴＱ１１（スイッチＱ１１）とダイオードＤ１１との直列回路とＩＧＢＴＱ１２（スイッチＱ１２）とダイオードＤ１２との直列回路とが逆並列接続されている。第１駆動回路１７の駆動信号出力側はＩＧＢＴＱ１１のゲートに接続され、第２駆動回路１９の駆動信号出力側はＩＧＢＴＱ１２のゲートに接続されている。

次に、図２に示す信号伝達回路の動作を、図３に示す信号伝達回路の各部の信号のタイミングチャートを参照しながら説明する。

まず、時刻ｔ０において、制御回路１３は、制御信号Ｃｓに基づき制御信号Ｃｓの上昇エッジにおいてパルスを生成し、生成された上昇エッジパルスをトランジスタＴｒ１のベースに出力する。

この上昇エッジパルスによりトランジスタＴｒ１がオンすると、第１駆動回路１７用の電源（図示せず）→Ｑ１→Ｒ１→Ｔｒ１→Ｖｃｃ負極（制御回路１３のグランド電位ａ）の経路で、ＭＯＳＦＥＴＱ１に電流Ｑ１ｉが流れる。また、第２駆動回路１９用の電源（図示せず）→Ｑ３→Ｒ３→Ｔｒ１→Ｖｃｃ負極（制御回路１３のグランド電位ａ）の経路で、ＭＯＳＦＥＴＱ３に電流Ｑ３ｉが流れる。電流Ｑ１ｉ＝電流Ｑ３ｉ＝Ｖｃｃ／Ｒである。ここで、Ｒ＝Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４である。

この場合、ダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ２のアノードとが制御回路１３のグランド電位ａに接続されているので、ダイオードＤ１とダイオードＤ２とにより、交流電源Ｖａｃ１の入力電圧の最小値に、制御回路１３のグランド電位ａが固定される。即ち、入力電圧の最小値が零電圧にクランプされ、グランド電位ａが直流電源Ｖｃｃの負極に接続されているので、直流電源Ｖｃｃの正極からＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４のゲートに正電圧が印加される。このため、電流Ｑ１ｉ，Ｑ３ｉが流れて、第１駆動回路１７及び第２駆動回路１９に伝達される。

そして、第１駆動回路１７は、セット端子Ｓに電流Ｑ１ｉが流れることによりＨレベルの駆動信号Ｄｓを生成してスイッチＱ１１に出力してスイッチＱ１１をオンさせる。また、第２駆動回路１９は、セット端子Ｓに電流Ｑ３ｉが流れることによりＨレベルの駆動信号Ｄｓを生成してスイッチＱ１２に出力してスイッチＱ１２をオンさせる。

このため、制御信号Ｃｓが正電圧である期間で且つ第１端子Ｐ１に正電圧（第１端子Ｐ１の電位が第２端子Ｐ２の電位よりも高い場合）が印加されている時には、Ｐ１→Ｄ１１→Ｑ１１→Ｐ２と電流が流れる。

一方、制御信号Ｃｓが正電圧である期間で且つ第２端子Ｐ２に正電圧（第２端子Ｐ２の電位が第１端子Ｐ１の電位よりも高い場合）が印加されている時には、Ｐ２→Ｄ１２→Ｑ１２→Ｐ１と電流が流れる。

一方、時刻ｔ１において、下降エッジパルスによりトランジスタＴｒ２がオンすると、第１駆動回路１７用の電源（図示せず）→Ｑ２→Ｒ２→Ｔｒ２→Ｖｃｃ負極（制御回路１３のグランド電位ａ）の経路で、ＭＯＳＦＥＴＱ２に電流Ｑ２ｉが流れる。また、第２駆動回路１９用の電源（図示せず）→Ｑ４→Ｒ４→Ｔｒ２→Ｖｃｃ負極（制御回路１３のグランド電位ａ）の経路で、ＭＯＳＦＥＴＱ４に電流Ｑ４ｉが流れる。電流Ｑ２ｉ＝電流Ｑ４ｉ＝Ｖｃｃ／Ｒである。このため、電流Ｑ２ｉ，Ｑ４ｉが第１駆動回路１７及び第２駆動回路１９に伝達される。

そして、第１駆動回路１７は、リセット端子Ｒに電流Ｑ２ｉが流れることによりＬレベルの駆動信号Ｄｓを生成してスイッチＱ１１に出力してスイッチＱ１１をオフさせる。また、第２駆動回路１９は、リセット端子Ｒに電流Ｑ４ｉが流れることによりＬレベルの駆動信号Ｄｓを生成してスイッチＱ１２に出力してスイッチＱ１２をオフさせる。

このため、零電圧の駆動信号Ｄｓが、ＩＧＢＴＱ１１及びＩＧＢＴＱ１２のゲートに印加された場合には、ＩＧＢＴＱ１１及びＩＧＢＴＱ１２が共にオフする。このため、交流スイッチ１に電流が流れなくなる。

このように、ダイオードＤ１，Ｄ２により、主スイッチ１１に印加される交流信号の電圧最小値に、制御回路１３のグランド電位ａを固定させることにより、信号伝達回路１５に印加される電圧を零からプラス（＋）方向のみとし、信号伝達回路１５の電流により、第１駆動回路１７及び第２駆動回路１９のＲ−Ｓフリップフロップを動作させることにより、制御信号Ｃｓと同等な駆動信号Ｄｓを生成することができる。これにより、第１駆動回路１７及び第２駆動回路１９を含む信号伝達回路１５をＭＩＣ化できる。

最近では、１０００Ｖ以上の耐圧を有するＦＥＴをＭＩＣ内に集積できるので、通常使用される交流電圧である１００Ｖ〜４００Ｖまでの交流スイッチの制御回路１３をＭＩＣ化できる。これにより、交流スイッチの小型化及び低コスト化を図ることができる。

また、信号伝達回路１５内のＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４には、高電圧で電流を流す必要があるため、図３に示すように、電流のパルス幅を小さくして損失を減らすようにしている。

（交流スイッチ内の主スイッチの具体例）
図５は図１に示す交流スイッチ内の逆阻止ＩＧＢＴを使用した主スイッチの回路図である。図５に示す主スイッチでは、逆阻止ＩＧＢＴＱ５と逆阻止ＩＧＢＴＱ６とが逆並列接続されている。第１駆動回路１７の駆動信号出力側は逆阻止ＩＧＢＴＱ５のゲートに接続され、第２駆動回路１９の駆動信号出力側は逆阻止ＩＧＢＴＱ６のゲートに接続されている。

このように、図５に示す主スイッチによれば、図４に示す主スイッチに比較して、ダイオード分の損失を低減することができる。

図６は図１に示す交流スイッチ内のＭＥＳＦＥＴを使用した主スイッチの回路図である。図６に示す主スイッチは、ＳｉＣ、Ｇａ等のワイドギャップ半導体を使用したＭＥＳＦＥＴ（Metal Semiconductor Field Effect Transistor）が用いられている。ＭＥＳＦＥＴは、ゲート電圧が零でオンする（ノーマリオン）素子である。

図６に示すように、ＦＥＴＱ７のドレインはＭＥＳＦＥＴＱ９のドレインに接続され、ＭＥＳＦＥＴＱ９のソースはＦＥＴＱ８のドレインに接続されている。ＦＥＴＱ７のソースには抵抗Ｒ５の一端とダイオードＤ１３のカソードが接続され、ＦＥＴＱ８のソースには抵抗Ｒ６の一端とダイオードＤ１４のカソードが接続されている。抵抗Ｒ５の他端とダイオードＤ１３のアノードと抵抗Ｒ６の他端とダイオードＤ１４のアノードとはＭＥＳＦＥＴＱ９のゲートに接続されている。

このように構成されたＭＥＳＦＥＴを使用した主スイッチにおいて、直列に接続されたＦＥＴＱ７のゲートＧ１とＦＥＴＱ８のゲートＧ２とに正電位を印加させることにより、ＦＥＴＱ７とＦＥＴＱ８とをオンさせ、ＭＥＳＦＥＴＱ９がオンして、第１端子Ｐ１及び第２端子Ｐ２間が導通する。

図７は図６に示す主スイッチの半導体モジュール構造図である。図７において、Ｃｕ−ステム２１上には、ＭＥＳＦＥＴＱ９、ＳｉからなるＦＥＴＱ７、ＳｉからなるＦＥＴＱ８が配置されている。図８は図７に示すＭＥＳＦＥＴの断面構造図である。図８において、ＳｉＣ基板３１上には、ｎ⁻チャネル層３３が積層され、ｎ⁻チャネル層３３の右側と左側にはｎ^＋高濃度層３５が積層され、中央部にはゲートＧが設けられている。右側のｎ^＋高濃度層３５上にはドレインＤが設けられ、左側のｎ^＋高濃度層３５上にはソースＳが設けられている。ゲートＧのゲート長さは０．５μｍで、ゲート幅は５０μｍである。

この種のＭＥＳＦＥＴＱ９においては、高耐圧でオン抵抗が低いため、高電圧、大容量の交流スイッチを製作できる。

図９は本発明の実施例２の交流スイッチの基本回路図である。図１０は本発明の実施例２の交流スイッチ内の信号伝達回路の具体的な回路図である。図９に示す交流スイッチ２は、図１に示す交流スイッチ１に対して、ダイオードＤ１とダイオードＤ２の向きを逆向きに接続した点が異なる。

また、ダイオードＤ１，Ｄ２（本発明のグランド固定手段に対応）は、主スイッチ１１に印加される交流信号の電圧最大値に、制御回路１３のグランド電位（ＧＮＤ）を固定する。ここでは、ダイオードＤ１，Ｄ２により、交流信号の電圧最大値に、制御回路１３のグランド電位が固定される。

即ち、ダイオードＤ１のアノードが主スイッチ１１の第１主電極に接続され、ダイオードＤ２のアノードが主スイッチ１１の第２主電極に接続され、ダイオードＤ２のカソードがダイオードＤ１のカソードに接続されている。ダイオードＤ１のカソードとダイオードＤ２のカソードとの接続点が制御回路１３のグランド電位ａに接続されている。

また、図１０に示す信号伝達回路１６は、図２に示す信号伝達回路１５に対して、Ｐチャネル型のＦＥＴＱ１〜Ｑ４を用い、直流電源Ｖｃｃの正極が制御回路１３のグランド電位ａに接続され、直流電源Ｖｃｃの負極がＦＥＴＱ１〜Ｑ４のゲートに接続されている点が異なる。また、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２の各々は、ＰＮＰタイプからなる。

このような構成によれば、信号伝達回路１６は、ダイオードＤ１，Ｄ２により固定されたグランド電位ａを基準として零電圧以下の電圧（零からマイナス（−）方向のみの電圧）を直流電源ＶｃｃによりＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のゲートに印加し、制御回路１３からの制御信号をトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のベースに印加することにより動作して伝達信号を信号伝達回路１６に有する第１駆動回路１７及び第２駆動回路１９に出力することができる。

（交流スイッチの適用例）
図１１は本発明の交流スイッチを単相力率改善回路に適用した回路図である。図１１に示す単相力率改善回路において、交流電源Ｖａｃ１の両端にはリアクトルＬ１と主スイッチ１１との直列回路が接続されている。主スイッチ１１とリアクトルＬ１との接続点には、ダイオードＤ３のアノードとダイオードＤ５のカソードとが接続され、ダイオードＤ３のカソードはコンデンサＣ１の一端に接続され、ダイオードＤ５のアノードはコンデンサＣ１の他端に接続されている。

主スイッチ１１と交流電源Ｖａｃ１との接続点には、ダイオードＤ４のアノードとダイオードＤ６のカソードとが接続され、ダイオードＤ４のカソードはコンデンサＣ１の一端に接続され、ダイオードＤ６のアノードはコンデンサＣ１の他端に接続されている。

主スイッチ１１と制御回路１３と信号伝達回路１５とで交流スイッチＩＣ１０を構成し、交流スイッチは、ダイオードＤ５，Ｄ６及び交流スイッチＩＣ１０で構成される。

以上の構成によれば、主スイッチ１１がオンのときで交流が正電圧のとき、Ｖａｃ１→Ｌ１→主スイッチ１１→Ｖａｃ１の経路でリアクトルＬ１にエネルギーが蓄えられる。また、交流が負電圧のとき、Ｖａｃ１→主スイッチ１１→Ｌ１→Ｖａｃ１の経路でリアクトルＬ１にエネルギーが蓄えられる。

次に、主スイッチ１１がオフすると、交流電源Ｖａｃ１の電圧とリアクトルＬ１の起電圧とがコンデンサＣ１に伝送される。即ち、交流が正電圧のときに、Ｖａｃ１→Ｌ１→Ｄ３→Ｃ１→Ｄ６→Ｖａｃ１の経路で電流が流れる。次に、交流が負電圧のときに、Ｖａｃ１→Ｄ４→Ｃ１→Ｄ５→Ｌ１→Ｖａｃ１の経路で電流が流れる。このため、力率を改善できるとともに、交流電圧を昇圧できる。

図１２は本発明の交流スイッチを単相倍電圧力率改善回路に適用した回路図である。図１２に示す単相倍電圧力率改善回路は、図１１に示す単相力率改善回路に対して、ダイオードＤ４をコンデンサＣ２に置き換え、ダイオードＤ６をコンデンサＣ３に置き換え、図１１に示すコンデンサＣ１を削除した点が異なる。

以上の構成によれば、主スイッチ１１がオンのときで交流が正電圧のとき、Ｖａｃ１→Ｌ１→主スイッチ１１→Ｖａｃ１の経路でリアクトルＬ１にエネルギーが蓄えられる。また、交流が負電圧のとき、Ｖａｃ１→主スイッチ１１→Ｌ１→Ｖａｃ１の経路でリアクトルＬ１にエネルギーが蓄えられる。

次に、主スイッチ１１がオフすると、交流電源Ｖａｃ１の電圧とリアクトルＬ１の起電圧とがコンデンサＣ２，Ｃ３に伝送される。即ち、交流が正電圧のときに、Ｖａｃ１→Ｌ１→Ｄ３→Ｃ２→Ｖａｃ１の経路で電流が流れる。次に、交流が負電圧のときに、Ｖａｃ１→Ｃ３→Ｄ５→Ｌ１→Ｖａｃ１の経路で電流が流れる。このため、力率を改善できるとともに、コンデンサＣ２及びコンデンサＣ３の各々には、同一電圧が印加されるため、図１１に示す構成に対して倍電圧の直流電圧が得られる。

本発明の実施例１の交流スイッチの基本回路図である。 本発明の実施例１の交流スイッチ内の信号伝達回路の具体的な回路図である。 図１に示す信号伝達回路の各部の信号を示すタイミングチャートである。 図１に示す交流スイッチ内のＩＧＢＴを使用した主スイッチの回路図である。 図１に示す交流スイッチ内の逆阻止ＩＧＢＴを使用した主スイッチの回路図である。 図１に示す交流スイッチ内のＭＥＳＦＥＴを使用した主スイッチの回路図である。 図６に示す主スイッチの半導体モジュール構造図である。 図７に示すＭＥＳＦＥＴの断面構造図である。 本発明の実施例２の交流スイッチの基本回路図である。 本発明の実施例２の交流スイッチ内の信号伝達回路の具体的な回路図である。 本発明の交流スイッチを単相力率改善回路に適用した回路図である。 本発明の交流スイッチを単相倍電圧力率改善回路に適用した回路図である。 従来の交流スイッチの例１の回路図である。 半導体で構成した従来の交流スイッチの例２の回路図である。

符号の説明

１ 交流スイッチ
１０ 交流スイッチＩＣ
１１ 主スイッチ
１３ 制御回路
１５ 信号伝達回路
１７ 第１駆動回路
１９ 第２駆動回路
１０５ 負荷
Ｖａｃ１ 交流電源
Ｖｃｃ 直流電源
Ｑ１〜Ｑ４ ＭＯＳＦＥＴ
Ｑ１１，Ｑ１２ ＩＧＢＴ
Ｔｒ１，Ｔｒ２ トランジスタ
Ｄ１〜Ｄ６，Ｄ１１〜Ｄ１４ ダイオード
Ｃ１ コンデンサ
Ｌ１ リアクトル
Ｑ９ ＭＥＳＦＥＴ

Claims (6)

1. 第１主電極と第２主電極と制御電極とを有し、前記制御電極に入力される信号によりオン／オフして、前記第１主電極及び前記第２主電極間に入力される交流信号をオン／オフさせる主スイッチと、
   前記主スイッチをオン／オフさせるための制御信号を生成する制御回路と、
   前記交流信号の電圧最小値に前記制御回路のグランド電位を固定するグランド固定手段と、
   前記グランド固定手段により固定されたグランド電位を基準として零電圧以上の電圧を第１伝達素子の制御電極に印加し、前記制御回路からの制御信号を前記第１伝達素子に直列に接続された第２伝達素子の制御電極に印加することにより動作して伝達信号を出力し、該伝達信号に基づき駆動信号を生成して該駆動信号により前記主スイッチをオン／オフ駆動させる信号伝達手段と、
   を備えることを特徴とする交流スイッチ。
2. 第１主電極と第２主電極と制御電極とを有し、前記制御電極に入力される信号によりオン／オフして、前記第１主電極及び前記第２主電極間に入力される交流信号をオン／オフさせる主スイッチと、
   前記主スイッチをオン／オフさせるための制御信号を生成する制御回路と、
   前記交流信号の電圧最大値に前記制御回路のグランド電位を固定するグランド固定手段と、
   前記グランド固定手段により固定されたグランド電位を基準として零電圧以下の電圧を第１伝達素子の制御電極に印加し、前記制御回路からの制御信号を前記第１伝達素子に直列に接続された第２伝達素子の制御電極に印加することにより動作して伝達信号を出力し、該伝達信号に基づき駆動信号を生成して該駆動信号により前記主スイッチをオン／オフ駆動させる信号伝達手段と、
   を備えることを特徴とする交流スイッチ。
3. 前記グランド固定手段は、
   前記主スイッチの前記第１主電極にカソードが接続された第１ダイオードと、
   前記主スイッチの前記第２主電極にカソードが接続されアノードが前記第１ダイオードのアノードに接続された第２ダイオードとを有し、
   前記第１ダイオードのアノードと前記第２ダイオードのアノードとの接続点が前記制御回路のグランド電位に接続されていることを特徴とする請求項１記載の交流スイッチ。
4. 前記グランド固定手段は、
   前記主スイッチの前記第１主電極にアノードが接続された第１ダイオードと、
   前記主スイッチの前記第２主電極にアノードが接続されカソードが前記第１ダイオードのカソードに接続された第２ダイオードとを有し、
   前記第１ダイオードのカソードと前記第２ダイオードのカソードとの接続点が前記制御回路のグランド電位に接続されていることを特徴とする請求項２記載の交流スイッチ。
5. 前記信号伝達手段及び前記制御回路は、集積回路に設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の交流スイッチ。
6. 前記主スイッチは、前記集積回路に設けられることを特徴とする請求項５記載の交流スイッチ。

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