JP5407349B2 - Switch circuit - Google Patents
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Description
本発明は、制御信号に応じてオンオフ状態が切り替わるスイッチ回路に関するものである。 The present invention relates to a switch circuit that switches on and off according to a control signal.
従来より、空気調和装置の圧縮機を駆動する電動機(例えば三相モーター)等の運転状態を制御するために、周波数変換回路が用いられる。この周波数変換回路には、大きく分類すると間接方式と直接方式があり、間接方式では整流回路とインバータ回路を組み合わせて周波数変換を行い、直接方式では1つの回路で直接周波数変換を行う。 Conventionally, a frequency conversion circuit is used to control the operation state of an electric motor (for example, a three-phase motor) that drives a compressor of an air conditioner. This frequency conversion circuit is roughly classified into an indirect method and a direct method. In the indirect method, frequency conversion is performed by combining a rectifier circuit and an inverter circuit, and in the direct method, direct frequency conversion is performed by one circuit.
上記直接方式の周波数変換回路の一例としては、いわゆるマトリックスコンバータ回路が知られている。マトリックスコンバータ回路は、例えば三相交流電源と、三相モーターのような負荷との間に双方向スイッチが設けられ、これらの双方向スイッチの状態を制御することで所望の周波数の交流電力を得るようになっている。 As an example of the direct type frequency conversion circuit, a so-called matrix converter circuit is known. In the matrix converter circuit, for example, a bidirectional switch is provided between a three-phase AC power supply and a load such as a three-phase motor, and AC power of a desired frequency is obtained by controlling the state of these bidirectional switches. It is like that.
マトリックスコンバータ回路に用いられる双方向スイッチには、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等のスイッチング素子が用いられるのが一般的である。このIGBTは、逆耐圧が低く、また逆方向に電流を流せない。そのため、IGBTを双方向スイッチに用いる場合には、IGBTにダイオードを逆並列接続してこれを逆向きに直列接続するのが一般的である。また、MOSFETは、ソースとドレイン間に寄生ダイオードがあるため、一方向の電流のオンオフしか制御できないという特性があり、逆向きに直列接続して用いられる。 For bidirectional switches used in matrix converter circuits, switching elements such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) are generally used. This IGBT has a low reverse breakdown voltage and cannot flow a current in the reverse direction. Therefore, when an IGBT is used for a bidirectional switch, it is common to connect a diode in reverse parallel to the IGBT and connect it in series in the reverse direction. Further, since a MOSFET has a parasitic diode between a source and a drain, it has a characteristic that only ON / OFF of current in one direction can be controlled, and is used in series connection in the opposite direction.
ところで、近年ではSiC(Silicon Carbide:炭化ケイ素)やGaN(Gallium Nitride:窒化ガリウム)のような材料を用いたワイドバンドギャップ半導体が盛んに開発されている。SiCを主材料としたワイドバンドギャップ半導体は、MOSFET構造とするよりも接合型電界効果トランジスタ(以下、JFETと略記する。JFET:Junction Field Effect Transistor)構造とした方が損失を小さくしやすいため、接合型電界効果トランジスタとしての応用が期待されている。またGaNを主材料としたワイドバンドギャップ半導体は、ヘテロ接合電界効果トランジスタ(以下、HFETと略記する。HFET: Hetero junction Field Effect Transistor)構造を採用できるため、ヘテロ接合電界効果トランジスタとしての応用が期待されている。しかも、このJFETやHFETは、逆方向に電流を流せることから上記の双方向スイッチ用のスイッチング素子としての応用が考えられる。 By the way, in recent years, wide band gap semiconductors using materials such as SiC (Silicon Carbide) and GaN (Gallium Nitride) have been actively developed. A wide bandgap semiconductor mainly made of SiC has a junction field effect transistor (hereinafter abbreviated as JFET) structure rather than a MOSFET structure, so that loss can be easily reduced. Application as a junction field effect transistor is expected. In addition, wide bandgap semiconductors mainly composed of GaN can adopt a heterojunction field effect transistor (hereinafter abbreviated as HFET; HFET: Hetero junction Field Effect Transistor) structure, which is expected to be applied as a heterojunction field effect transistor. Has been. Moreover, since these JFETs and HFETs can flow current in the reverse direction, they can be applied as switching elements for the bidirectional switches described above.
例えば、非特許文献1には、GaNを用いた双方向スイッチの一例として、ゲートが1つのシングルゲート型スイッチング素子を用いた双方向スイッチと、ゲートを2つ有したデュアルゲート型スイッチング素子を用いた双方向スイッチが提案されている。シングルゲート型スイッチング素子は制御すべきゲートが1つで済み、デュアルゲート型スイッチング素子は導通損失が少ないという特徴がある。
ところで、デュアルゲート型スイッチング素子では、入力の極性にかかわらず、ドレインと何れか一方のソースとの間に逆電圧が印加される。一般的に、スイッチング素子の逆方向の耐圧は順方向の耐圧よりも低いので、上記のように印加される逆電圧の大きさによってはスイッチング素子が破壊される可能性がある。これに対しては、非特許文献1でも述べられているように、スイッチング素子の構造として横型構造を採用して、表面電極の設計により正負両方の耐圧を持たせることも考えられる。
By the way, in the dual gate type switching element, a reverse voltage is applied between the drain and one of the sources regardless of the polarity of the input. In general, since the reverse breakdown voltage of the switching element is lower than the forward breakdown voltage, the switching element may be destroyed depending on the magnitude of the reverse voltage applied as described above. In response to this, as described in
しかしながら、表面電極の設計により正負両方の耐圧を持たせると、ゲート・ソース間のサイズ(すなわち、スイッチング素子のサイズ)が大きくなる。このサイズの増大はブロッキングゲインの低下、コストアップ、歩留まりの低下などにも繋がることになる。 However, if both positive and negative breakdown voltages are provided by the design of the surface electrode, the size between the gate and the source (that is, the size of the switching element) increases. This increase in size leads to a decrease in blocking gain, an increase in cost, and a decrease in yield.
本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、スイッチング素子のサイズを増大させることなく、逆電圧によるスイッチング素子の破損を防止することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-described problem, and aims to prevent damage to the switching element due to a reverse voltage without increasing the size of the switching element.
上記の課題を解決するため、第1の発明は、
オンオフ制御信号(CS)に応じて2つの端子(T1,T2)間のオンオフ状態が切り替わるスイッチ回路であって、
ゲート(G1,G2)とソース(S1,S2)をそれぞれ2つずつ有しドレイン(D)を共有して同一基板上に形成されたデュアルゲート型スイッチング素子(11)、又はそれぞれがゲート(G1,G2)を有して直列接続された2つのスイッチング素子(11a,11b)を有したスイッチ部(10)と、
前記端子(T1,T2)間をオフ状態からオン状態に切り替える場合には、2つのドレイン(D)・ソース(S1,S2)のうち、逆電圧が印加されている側のドレイン(D)・ソース(S1,S2)に対応したゲート(G1,G2)を、もう一方のゲート(G1,G2)よりも先にオン状態にし、前記端子(T1,T2)間をオン状態からオフ状態に切り替える場合には、逆電圧が印加されている側のソース(S1,S2)に対応したゲート(G1,G2)を、もう一方のゲート(G1,G2)よりも遅れてオフ状態にする制御部(50)と、
を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the first invention is
A switch circuit that switches the on / off state between two terminals (T1, T2) in response to an on / off control signal (CS),
Dual gate type switching element (11) formed on the same substrate with two gates (G1, G2) and two sources (S1, S2) and sharing drain (D), or each gate (G1 , G2) and a switch unit (10) having two switching elements (11a, 11b) connected in series,
When switching between the terminals (T1, T2) from the off state to the on state, of the two drains (D) and sources (S1, S2), the drain (D) The gate (G1, G2) corresponding to the source (S1, S2) is turned on before the other gate (G1, G2), and the terminal (T1, T2) is switched from the on state to the off state. In this case, the control unit (G1, G2) corresponding to the source (S1, S2) on the side to which the reverse voltage is applied is turned off later than the other gate (G1, G2) ( 50),
It is provided with.
これにより、スイッチング素子(11)において順方向電圧が印加されているドレイン・ソースがある側(すなわち耐圧が高い側)がオフ状態のときに、逆電圧が印加されているドレイン・ソースがある側(すなわち耐圧が低い側)のオンオフ状態が切り替えられる。 As a result, when the switching element (11) has a drain / source to which a forward voltage is applied (that is, a side having a high withstand voltage) is in an off state, the side having a drain / source to which a reverse voltage is applied The on / off state on the side where the withstand voltage is low is switched.
また、第2の発明は、
第1の発明のスイッチ回路において、
前記制御部(50)は、前記スイッチング素子(11,11a,11b)のドレイン・ソース間に逆電圧が印加されるか否かを、前記端子(T1,T2)間に印加される電圧値により判別する極性判別部(21)を備えていることを特徴とする。
In addition, the second invention,
In the switch circuit of the first invention,
The control unit (50) determines whether a reverse voltage is applied between the drain and source of the switching element (11, 11a, 11b) according to a voltage value applied between the terminals (T1, T2). A polarity discriminating unit (21) for discriminating is provided.
これにより、端子(T1,T2)間に印加される電圧値により、何れのスイッチング素子側に逆電圧が印加されているかが判別される。例えば、電圧値が高い方の端子に接続されているスイッチング素子のドレイン・ソース間に逆電圧が印加されていると判別される。 As a result, the switching element side to which the reverse voltage is applied is determined based on the voltage value applied between the terminals (T1, T2). For example, it is determined that a reverse voltage is applied between the drain and source of the switching element connected to the terminal having the higher voltage value.
また、第3の発明は、
オンオフ制御信号(CS)に応じて2つの端子(T1,T2)間のオンオフ状態が切り替わるスイッチ回路であって、
前記端子(T1,T2)間に接続されたスイッチング素子(11)を有したスイッチ部(10)と、
前記スイッチング素子(11)のゲートをオフ状態にすることによって該スイッチング素子(11)のドレイン・ソース間に所定以上の逆電圧(0Vを含む)が印加されることとなる場合には、前記オンオフ制御信号(CS)にかかわらず該ゲートをオン状態にする制御部(20)と、
を備えたことを特徴とする。
In addition, the third invention,
A switch circuit that switches the on / off state between two terminals (T1, T2) in response to an on / off control signal (CS),
A switch unit (10) having a switching element (11) connected between the terminals (T1, T2);
When the gate of the switching element (11) is turned off, a reverse voltage (including 0 V) higher than a predetermined value is applied between the drain and source of the switching element (11). A control unit (20) for turning on the gate regardless of the control signal (CS);
It is provided with.
これにより、スイッチング素子(11)のドレイン・ソース間に逆電圧が印加された際には、その電圧が所定の電圧(0Vを含む)を超える前に該スイッチング素子(11)のゲートがオン状態にされる。そして、スイッチング素子(11)のゲートがオン状態なるとドレイン・ソース間が導通する。すなわち、ドレイン・ソース間に逆耐圧以上の電圧がかからないようにできる。しかも、表面電極の設計により逆耐圧を得られる大きさの領域を確保する必要がないので、表面電極の構造は従来のスイッチング素子と同じ構造を採用でき、スイッチング素子のサイズが増大することがない。具体的には、例えば、縦型構造のデバイスも採用できる。 Thus, when a reverse voltage is applied between the drain and source of the switching element (11), the gate of the switching element (11) is turned on before the voltage exceeds a predetermined voltage (including 0 V). To be. When the gate of the switching element (11) is turned on, conduction between the drain and the source is established. That is, it is possible to prevent a voltage exceeding the reverse breakdown voltage from being applied between the drain and the source. In addition, since it is not necessary to secure a region having a reverse breakdown voltage by designing the surface electrode, the structure of the surface electrode can adopt the same structure as a conventional switching element, and the size of the switching element does not increase. . Specifically, for example, a device having a vertical structure can also be adopted.
また、第3の発明は、
前記スイッチ部(10)は、前記スイッチング素子(11)として、ゲート(G1,G2)とソース(S1,S2)をそれぞれ2つずつ有しドレイン(D)を共有して同一基板上に形成されたデュアルゲート型スイッチング素子(11)、又はそれぞれがゲート(G1,G2)を有して直列接続された2つのスイッチング素子(11a,11b)を有し、
前記制御部(20)は、オフ状態に切り替える前記オンオフ制御信号(CS)が入力された場合には、前記スイッチ部(10)における2つのゲート(G1,G2)のうち、オフ状態にすると前記所定以上の逆電圧が印加されることとなるドレイン・ソースに対応する方のゲートをオン状態にし、他方のゲートをオフ状態にすることを特徴とする。
In addition, the third invention ,
Before SL switch unit (10) is formed as the switching element (11), a gate (G1, G2) and source (S1, S2) the same substrate sharing a drain (D) has two each Dual gate type switching element (11), or two switching elements (11a, 11b) each having a gate (G1, G2) connected in series,
When the on / off control signal (CS) for switching to the off state is input, the control unit (20) turns off the two gates (G1, G2) in the switch unit (10). The gate corresponding to the drain / source to which a reverse voltage higher than a predetermined level is applied is turned on, and the other gate is turned off.
これにより、オフ状態に切り替える前記オンオフ制御信号(CS)が入力された場合には、端子(T1,T2)への入力の極性にかかわらず、2つのゲートをオフ状態に制御するとドレインと何れか一方のソースとの間に逆電圧が印加される。この場合、スイッチ部(10)における2つのゲート(G1,G2)のうち、オフにすると前記所定以上の逆電圧が印加されることとなるドレイン・ソースに対応する方のゲートがオン状態に制御され、他方のゲートはオフ状態に制御される。このとき、オン状態にされたゲートに対応するソースとドレイン間は導通し、他方のソースとドレイン間はオフ状態とされる。すなわち、この発明では、何れのドレイン・ソースに対しても逆耐圧以上の逆電圧が掛からず、順方向電圧が印加されたスイッチング素子(或いはスイッチング素子内部の、順方向の電圧が印加された部分)によって端子(T1,T2)間がオフ状態とされる。 Thus, when the on / off control signal (CS) for switching to the off state is input, regardless of the polarity of the input to the terminals (T1, T2), if the two gates are controlled to the off state, either the drain or the drain is controlled. A reverse voltage is applied between one source. In this case, of the two gates (G1, G2) in the switch unit (10), the gate corresponding to the drain / source to which a reverse voltage higher than the predetermined level is applied when turned off is controlled to be on. The other gate is controlled to be off. At this time, the source and drain corresponding to the turned-on gate are conducted, and the other source and drain are turned off. That is, according to the present invention, no reverse voltage higher than the reverse breakdown voltage is applied to any drain / source, and a switching element to which a forward voltage is applied (or a portion inside the switching element to which a forward voltage is applied). ) Between terminals (T1, T2) is turned off.
また、第4の発明は、
第3のスイッチ回路において、
前記制御部(20)は、前記スイッチング素子(11)のドレイン・ソース間に前記所定以上の逆電圧が印加されるか否かを、前記端子(T1,T2)間に印加される電圧値により判別する極性判別部(21)を備えていることを特徴とする。
In addition, the fourth invention is
In the third switch circuit,
The control unit (20) determines whether or not a reverse voltage higher than the predetermined value is applied between the drain and source of the switching element (11) according to a voltage value applied between the terminals (T1, T2). A polarity discriminating unit (21) for discriminating is provided.
これにより、端子(T1,T2)間に印加される電圧値により逆電圧が印加されているか否かが判別される。例えば、ドレイン側で直列接続された2つのスイッチング素子を有している場合には、電圧値が高い方の端子に接続されているスイッチング素子のドレイン・ソース間に逆電圧が印加されていると判別される。 Thereby, it is determined whether or not a reverse voltage is applied based on a voltage value applied between the terminals (T1, T2). For example, when there are two switching elements connected in series on the drain side, a reverse voltage is applied between the drain and source of the switching element connected to the terminal having the higher voltage value. Determined.
また、第5の発明は、
第1から第4の発明のうちの何れか1つのスイッチ回路において、
前記スイッチング素子(11,11a,11b)は、
接合型電界効果トランジスタ、
静電誘導トランジスタ、
金属半導体電界効果型トランジスタ、
ヘテロ接合電界効果トランジスタ、及び
高電子移動度トランジスタのうちの何れかであることを特徴とする。
In addition, the fifth invention,
In any one of the switch circuits according to the first to fourth inventions,
The switching elements (11, 11a, 11b)
Junction field effect transistor,
Electrostatic induction transistor,
Metal semiconductor field effect transistor,
It is one of a heterojunction field effect transistor and a high electron mobility transistor.
これにより、損失が小さいスイッチング素子(11,11a,11b)を実現でき、且つスイッチング素子(11)に対して双方向に電流を流すことが可能になる。 As a result, the switching elements (11, 11a, 11b) with low loss can be realized, and a current can flow in both directions to the switching elements (11).
第1の発明によれば、耐圧が低い部分のみに逆電圧が印加されることがなく、逆電圧によるスイッチング素子の破損を防止することが可能になる。そして、これには、スイッチング素子のサイズを増大させる必要がない。 According to the first invention, the reverse voltage is not applied only to the portion with a low breakdown voltage, and it is possible to prevent the switching element from being damaged by the reverse voltage. And this does not require an increase in the size of the switching element.
また、第2の発明によれば、各ゲート(G1,G2)への電圧印加のタイミングを容易に決定できる。 Further, according to the second invention, the timing of voltage application to each gate (G1, G2) can be easily determined.
また、第3の発明によれば、スイッチング素子のサイズを増大させることなく、逆電圧によるスイッチング素子の破損を防止できる。 Further, according to the third invention, it is possible to prevent the switching element from being damaged by the reverse voltage without increasing the size of the switching element.
また、第3の発明によれば、このスイッチ回路を双方向スイッチとして機能させた場合に、何れの方向の電圧に対しても、スイッチング素子(11)に対して逆耐圧以上の逆電圧がかからないようにできる。すなわち、スイッチング素子(11)のサイズを増大させることなく、逆電圧によるスイッチング素子(11)の破損防止が可能な双方向スイッチを実現できる。 According to the third invention, when this switch circuit is made to function as a bidirectional switch, no reverse voltage higher than the reverse breakdown voltage is applied to the switching element (11) for any voltage in any direction. You can That is, it is possible to realize a bidirectional switch that can prevent the switching element (11) from being damaged by a reverse voltage without increasing the size of the switching element (11).
また、第4の発明によれば、スイッチング素子(11)のドレイン・ソース間に前記所定の逆電圧が印加されるか否かを、前記端子(T1,T2)間に印加される電圧値により判別するので、スイッチング素子(11)に対して逆耐圧以上の逆電圧が印加されないようにできる。 According to the fourth aspect of the invention, whether or not the predetermined reverse voltage is applied between the drain and source of the switching element (11) depends on the voltage value applied between the terminals (T1, T2). Since the determination is made, it is possible to prevent a reverse voltage exceeding the reverse breakdown voltage from being applied to the switching element (11).
また、第5の発明によれば、損失が小さなスイッチ回路を容易に実現できる。 In addition, according to the fifth invention, a switch circuit with a small loss can be easily realized.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。また、以下の各実施形態の説明において、一度説明した構成要素と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use. In the following description of each embodiment, constituent elements having the same functions as those described once will be assigned the same reference numerals and description thereof will be omitted.
《発明の実施形態1》
本発明に係るスイッチ回路は、例えばマトリックスコンバータ回路に使用される。図1は、本発明の実施形態1に係るスイッチ回路(5)を用いたマトリクスコンバータ回路(1)の構成を示すブロック図である。このマトリクスコンバータ回路(1)は、三相交流電源(2)から供給された電力を所定の周波数に変換して、電動機(3)(三相モーター)に供給する。
The switch circuit according to the present invention is used in, for example, a matrix converter circuit. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a matrix converter circuit (1) using a switch circuit (5) according to
このマトリクスコンバータ回路(1)は、同図に示すように、フィルタ回路(4)、及び9つのスイッチ回路(5)を備えている。フィルタ回路(4)は、三相交流電源(2)のそれぞれの相に対応したコイルとコンデンサを備えたLCフィルタである。このフィルタ回路(4)は、スイッチ回路(5)のオンオフ動作によって生じる高周波電流が三相交流電源(2)側に流れ込むのを抑制するために設けられている。 As shown in the figure, the matrix converter circuit (1) includes a filter circuit (4) and nine switch circuits (5). The filter circuit (4) is an LC filter including a coil and a capacitor corresponding to each phase of the three-phase AC power source (2). This filter circuit (4) is provided in order to suppress the high-frequency current generated by the on / off operation of the switch circuit (5) from flowing into the three-phase AC power supply (2) side.
〈スイッチ回路(5)の構成〉
図2は、上記スイッチ回路(5)の構成を示すブロック図である。このスイッチ回路(5)は、同図に示すように、スイッチ部(10)、制御部(20)、及び2つのゲート駆動回路(30,31)を備えている。このスイッチ回路(5)は、入力されたオンオフ制御信号(CS)に応じて端子(T1,T2)間のオンオフ状態を切り替える。本実施形態では、オンオフ制御信号(CS)がハイレベル(以下、Hレベルと略記)の場合にスイッチ回路(5)がオン状態に切り替わり、ローレベル(以下、Lレベルと略記)の場合にオフ状態に切り替わるものとする。また、スイッチ回路(5)は双方向スイッチであり、上記端子(T1,T2)に印加される電圧の極性は任意である。すなわち、端子(T1)側を端子(T2)側よりも高電位にしてもよいし、その逆でもよい。
<Configuration of switch circuit (5)>
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the switch circuit (5). As shown in the figure, the switch circuit (5) includes a switch unit (10), a control unit (20), and two gate drive circuits (30, 31). The switch circuit (5) switches the on / off state between the terminals (T1, T2) according to the input on / off control signal (CS). In the present embodiment, the switch circuit (5) is switched on when the on / off control signal (CS) is at a high level (hereinafter abbreviated as H level), and is off when it is at a low level (hereinafter abbreviated as L level). It shall be switched to the state. The switch circuit (5) is a bidirectional switch, and the polarity of the voltage applied to the terminals (T1, T2) is arbitrary. That is, the terminal (T1) side may have a higher potential than the terminal (T2) side, or vice versa.
本実施形態のスイッチ部(10)は、スイッチング素子としてデュアルゲート型スイッチング素子(11)を備えている。このデュアルゲート型スイッチング素子(11)は、本発明のスイッチング素子の一例である。デュアルゲート型スイッチング素子(11)は、図3に構造を模式的に示すように、2つのゲート(G1,G2)と2つのソース(S1,S2)を備えている。そして、ゲート(G1)とゲート(G2)との間がドレイン(D)として機能する領域である。すなわち、デュアルゲート型スイッチング素子(11)は、ドレイン(D)を共有した2つのトランジスタが一体的に、1つの半導体基板上に形成されているとも見ることができる。この構造を等価回路で示したのが図4である。なお、本実施形態のデュアルゲート型スイッチング素子(11)は、逆方向の耐圧は順方向の耐圧よりも低いものとする。 The switch unit (10) of the present embodiment includes a dual gate type switching element (11) as a switching element. This dual gate type switching element (11) is an example of the switching element of the present invention. The dual gate switching element (11) includes two gates (G1, G2) and two sources (S1, S2), as schematically shown in FIG. A region between the gate (G1) and the gate (G2) functions as a drain (D). That is, the dual gate type switching element (11) can be regarded as two transistors sharing the drain (D) being integrally formed on one semiconductor substrate. FIG. 4 shows this structure with an equivalent circuit. Note that the dual gate type switching element (11) of the present embodiment has a reverse breakdown voltage lower than a forward breakdown voltage.
また、本実施形態のデュアルゲート型スイッチング素子(11)には、SiCのようなワイドバンドギャップ半導体を主材料としたJFET構造を採用している。そして、本実施形態のデュアルゲート型スイッチング素子(11)は、いわゆるノーマリオン型のスイッチング素子であり、例えばゲート電圧が0Vではオン状態、−15Vではオフ状態になる。なお、ここで採用したJFETは例示である。その他にも逆方向に電流を流せ、且つ何れの電流方向においてもオンオフ制御が可能なトランジスタであれば、双方向スイッチ用のスイッチング素子として使用できる。具体的には、例えば、静電誘導トランジスタ(SIT:Static induction transistor)、金属半導体電界効果型トランジスタ(MESFET:Metal-Semiconductor Field-Effect-Transistor)、ヘテロ接合電界効果トランジスタ(HFET:Hetero junction Field Effect Transistor)、高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)等を採用することが可能である。また、いわゆるノーマリオフ型のスイッチング素子を採用してもよい。 Further, the dual gate switching element (11) of the present embodiment employs a JFET structure mainly composed of a wide band gap semiconductor such as SiC. The dual gate type switching element (11) of the present embodiment is a so-called normally-on type switching element. For example, when the gate voltage is 0V, the dual gate type switching element (11) is turned on, and when the gate voltage is −15V, it is turned off. The JFET employed here is an example. In addition, any transistor can be used as a switching element for a bidirectional switch as long as it can flow a current in the reverse direction and can be turned on / off in any current direction. Specifically, for example, a static induction transistor (SIT), a metal-semiconductor field-effect transistor (MESFET), a heterojunction field-effect transistor (HFET) A transistor, a high electron mobility transistor (HEMT), or the like can be employed. Further, a so-called normally-off type switching element may be employed.
ゲート駆動回路(30)は制御部(20)から与えられた駆動回路制御信号(SIG1)に応じゲート(G1)に対して、オン電圧(この例ではゲート(G1)・ソース(S1)間に0V)又はオフ電圧(この例ではゲート(G1)・ソース(S1)間に−15V)を印加し、ゲート駆動回路(31)は制御部(20)から与えられた駆動回路制御信号(SIG2)に応じゲート(G2)に対して、オン電圧(この例ではゲート(G2)・ソース(S2)間に0V)又はオフ電圧(この例ではゲート(G2)・ソース(S2)間に−15V)を印加する。なお、本実施形態では、それぞれのゲート駆動回路(30,31)は、駆動回路制御信号(SIG1,SIG2)がHレベルの場合にオン電圧を印加し、Lレベルの場合にオフ電圧を印加するものとする。また、以下の説明では、ゲートに対して、オン電圧を印加することを、単にゲートをオンにすると言い、オフ電圧を印加することを、ゲートをオフにすると言うことにする。 In response to the drive circuit control signal (SIG1) given from the control unit (20), the gate drive circuit (30) is turned on with respect to the gate (G1) (in this example, between the gate (G1) and the source (S1)). 0V) or off voltage (-15 V between the gate (G1) and the source (S1) in this example) is applied, and the gate drive circuit (31) is a drive circuit control signal (SIG2) given from the control unit (20) Depending on the gate (G2), the ON voltage (0 V between the gate (G2) and the source (S2) in this example) or the OFF voltage (-15 V between the gate (G2) and the source (S2) in this example) Is applied. In the present embodiment, each of the gate drive circuits (30, 31) applies an on-voltage when the drive circuit control signals (SIG1, SIG2) are at the H level, and applies an off-voltage when the drive circuit control signals (SIG1, SIG2) are at the L level. Shall. In the following description, applying an on voltage to a gate simply means turning on the gate, and applying an off voltage means turning off the gate.
制御部(20)は、それぞれのゲート駆動回路(30,31)を制御する。より詳しくは、本実施形態の制御部(20)は、スイッチ回路(5)をオフ状態に切り替えるオンオフ制御信号(CS)が入力された場合には、デュアルゲート型スイッチング素子(11)の2つのゲート(G1,G2)のうち、オフ状態にすると該ドレイン・ソース間に所定以上の逆電圧が印加されることとなる方のゲートをオンにし、他方のゲートをオフにする。また、スイッチ回路(5)をオン状態に切り替えるオンオフ制御信号(CS)が入力された場合には、2つのゲート(G1,G2)をオンにする。 The control unit (20) controls each gate drive circuit (30, 31). More specifically, when the on / off control signal (CS) for switching the switch circuit (5) to the off state is input, the control unit (20) of the present embodiment has two dual gate switching elements (11). Of the gates (G1, G2), when the transistor is turned off, the gate to which a reverse voltage of a predetermined level or higher is applied between the drain and source is turned on, and the other gate is turned off. When an on / off control signal (CS) for switching the switch circuit (5) to the on state is input, the two gates (G1, G2) are turned on.
本実施形態では、デュアルゲート型スイッチング素子(11)のそれぞれのドレイン・ソース間に前記所定以上の逆電圧が印加されるか否かを、2つの端子(T1,T2)間に印加される電圧値により判別し、各ゲート(G1,G2)のオンオフ状態を図5に示すように制御する。例えば、図5に示した例では、スイッチ回路(5)をオフ状態にする場合に、ドレイン(D)・ソース(S1)に対して逆方向の電圧が印加される場合にはゲート(G1)をオン、ゲート(G2)をオフにする。 In the present embodiment, whether or not a reverse voltage higher than the predetermined value is applied between the respective drains and sources of the dual gate type switching element (11) is determined by the voltage applied between the two terminals (T1, T2). The on / off state of each gate (G1, G2) is controlled as shown in FIG. For example, in the example shown in FIG. 5, when the switch circuit (5) is turned off, when a reverse voltage is applied to the drain (D) / source (S1), the gate (G1) Turn on and turn off the gate (G2).
図5に示した制御を実現するため、本実施形態の制御部(20)は、図2に示すように、極性判別部(21)、2つのOR回路(22,23)、及びNOT回路(24)を備えている。 In order to realize the control shown in FIG. 5, the control unit (20) of the present embodiment includes a polarity determination unit (21), two OR circuits (22, 23), and a NOT circuit ( 24).
極性判別部(21)は、端子(T1,T2)間に印加される電圧値に応じ、デュアルゲート型スイッチング素子(11)のドレイン・ソース間に前記所定以上の逆電圧が印加されるか否かを判別する。より詳しくは、この極性判別部(21)は、端子(T1)の電位が端子(T2)の電位よりも高い場合にドレイン(D)・ソース(S1)に印加される電圧の極性が逆方向であると判定してHレベルの極性判定信号(SIG3)を出力し、その逆の電圧が印加されている場合にはドレイン(D)・ソース(S1)に印加される電圧の極性が順方向であると判定してLレベルの極性判定信号(SIG3)を出力する。この極性判定信号(SIG3)は、NOT回路(24)に入力され、NOT回路(24)は、極性判定信号(SIG3)の反転信号を出力する。 The polarity discriminating unit (21) determines whether a reverse voltage higher than the predetermined value is applied between the drain and source of the dual gate type switching element (11) according to the voltage value applied between the terminals (T1, T2). Is determined. In more detail, this polarity discriminating unit (21) indicates that the polarity of the voltage applied to the drain (D) / source (S1) is reversed when the potential of the terminal (T1) is higher than the potential of the terminal (T2). The polarity of the voltage applied to the drain (D) and source (S1) is forward when the opposite polarity voltage is applied. And an L level polarity determination signal (SIG3) is output. The polarity determination signal (SIG3) is input to the NOT circuit (24), and the NOT circuit (24) outputs an inverted signal of the polarity determination signal (SIG3).
OR回路(22)は、オンオフ制御信号(CS)と極性判定信号(SIG3)とを入力とし、上記の駆動回路制御信号(SIG1)を出力する。また、OR回路(23)は、オンオフ制御信号(CS)と、極性判定信号(SIG3)の反転信号(NOT回路(24)の出力)とを入力とし、上記の駆動回路制御信号(SIG2)を出力する。 The OR circuit (22) receives the on / off control signal (CS) and the polarity determination signal (SIG3) as inputs, and outputs the drive circuit control signal (SIG1). The OR circuit (23) receives the on / off control signal (CS) and the inverted signal of the polarity determination signal (SIG3) (output of the NOT circuit (24)) and inputs the drive circuit control signal (SIG2). Output.
《スイッチ回路(5)の動作》
次に、スイッチ回路(5)のオン状態及びオフ状態の動作について説明する。
<Operation of switch circuit (5)>
Next, the operation of the switch circuit (5) in the on state and the off state will be described.
(1)スイッチ回路(5)をオン状態にする場合
スイッチ回路(5)をオン状態にする場合には、Hレベルのオンオフ制御信号(CS)を制御部(20)に入力する。制御部(20)では、このオンオフ制御信号(CS)が2つのOR回路(22,23)にそれぞれ入力される。これにより、2つのOR回路(22,23)がそれぞれ出力する駆動回路制御信号(SIG1,SIG2)は、極性判別部(21)の出力する極性判定信号(SIG3)にかかわらず、何れもHレベルとなる。その結果、2つのゲート駆動回路(30,31)は、それぞれが対応したゲート(G1,G2)をオンにする。これにより、端子(T1,T2)間が導通してスイッチ回路(5)がオン状態になる。
(1) When the switch circuit (5) is turned on When the switch circuit (5) is turned on, an H-level on / off control signal (CS) is input to the control unit (20). In the control unit (20), the on / off control signal (CS) is input to the two OR circuits (22, 23), respectively. As a result, the drive circuit control signals (SIG1, SIG2) output by the two OR circuits (22, 23) respectively are H level regardless of the polarity determination signal (SIG3) output by the polarity determination unit (21). It becomes. As a result, the two gate drive circuits (30, 31) turn on the corresponding gates (G1, G2). As a result, the terminals (T1, T2) are conducted and the switch circuit (5) is turned on.
(2)スイッチ回路(5)をオフ状態にする場合
スイッチ回路(5)をオフ状態にする場合には、Lレベルのオンオフ制御信号(CS)を制御部(20)に入力する。
(2) When the switch circuit (5) is turned off When the switch circuit (5) is turned off, an L level on / off control signal (CS) is input to the control unit (20).
〈端子(T1)の電位が端子(T2)よりも高い場合〉
例えば、端子(T1)の電位が端子(T2)よりも高い場合には、ドレイン(D)とソース(S1)の間には逆方向の電圧が印加され、ドレイン(D)とソース(S2)の間には順方向の電圧が印加される。このときは、制御部(20)の極性判別部(21)がHレベルの極性判定信号(SIG3)を出力する。
<When the potential of the terminal (T1) is higher than that of the terminal (T2)>
For example, when the potential of the terminal (T1) is higher than that of the terminal (T2), a reverse voltage is applied between the drain (D) and the source (S1), and the drain (D) and the source (S2) A forward voltage is applied in between. At this time, the polarity determination unit (21) of the control unit (20) outputs an H level polarity determination signal (SIG3).
このHレベルの極性判定信号(SIG3)は、OR回路(22)に入力され、その結果、OR回路(22)が出力する駆動回路制御信号(SIG1)は、オンオフ制御信号(CS)のレベルにかかわりなくHレベルとなる。駆動回路制御信号(SIG1)がHレベルになると、この駆動回路制御信号(SIG1)が入力されたゲート駆動回路(30)は、ゲート(G1)をオンにする。すなわち、制御部(20)は、オフ状態にしたならば所定以上の逆電圧(この例では0V以上の逆電圧)が印加されることとなるゲート(G1)をオンに制御する。 This H level polarity determination signal (SIG3) is input to the OR circuit (22). As a result, the drive circuit control signal (SIG1) output from the OR circuit (22) is set to the level of the on / off control signal (CS). Regardless, it goes to H level. When the drive circuit control signal (SIG1) becomes H level, the gate drive circuit (30) to which the drive circuit control signal (SIG1) is input turns on the gate (G1). That is, the control unit (20) controls to turn on the gate (G1) to which a predetermined or higher reverse voltage (in this example, a reverse voltage of 0 V or higher) is applied when turned off.
一方、極性判定信号(SIG3)の反転信号(NOT回路(24)の出力)はLレベルであるので、OR回路(23)の2つの入力は何れもLレベルとなり、OR回路(23)は、Lレベルの駆動回路制御信号(SIG2)を出力する。駆動回路制御信号(SIG2)がLレベルになると、この駆動回路制御信号(SIG2)が入力されたゲート駆動回路(31)は、ゲート(G2)をオフにする。ゲート(G2)がオフになることによって、ドレイン(D)とソース(S2)との間はオフ状態となり、デュアルゲート型スイッチング素子(11)全体としてはオフ状態であるとみなすことができる。すなわち、端子(T1,T2)間がオフ状態になる。このとき、上記のように、ゲート(G1)がオンに制御されているので、ドレイン(D)とソース(S1)の間は導通し、ドレイン(D)とソース(S1)の間には逆耐圧以上の電圧がかからないようにできる。すなわち、デュアルゲート型スイッチング素子(11)の破損が防止される。 On the other hand, since the inverted signal of the polarity determination signal (SIG3) (the output of the NOT circuit (24)) is at the L level, the two inputs of the OR circuit (23) are both at the L level, and the OR circuit (23) An L level drive circuit control signal (SIG2) is output. When the drive circuit control signal (SIG2) becomes L level, the gate drive circuit (31) to which the drive circuit control signal (SIG2) is input turns off the gate (G2). When the gate (G2) is turned off, the drain (D) and the source (S2) are turned off, and the dual gate switching element (11) as a whole can be regarded as being turned off. That is, the terminals (T1, T2) are turned off. At this time, since the gate (G1) is controlled to be on as described above, the drain (D) and the source (S1) are electrically connected, and the drain (D) and the source (S1) are reversed. It is possible to prevent a voltage exceeding the withstand voltage from being applied. That is, the dual gate switching element (11) is prevented from being damaged.
〈端子(T1)の電位が端子(T2)よりも低い場合〉
また、端子(T1)の電位が端子(T2)よりも低い場合には、ドレイン(D)とソース(S1)の間には順方向の電圧が印加され、ドレイン(D)とソース(S2)の間には逆方向の電圧が印加される。このときは、制御部(20)の極性判別部(21)がLレベルの極性判定信号(SIG3)を出力する。
<When the potential of the terminal (T1) is lower than that of the terminal (T2)>
In addition, when the potential of the terminal (T1) is lower than that of the terminal (T2), a forward voltage is applied between the drain (D) and the source (S1), and the drain (D) and the source (S2). In the meantime, a reverse voltage is applied. At this time, the polarity determination unit (21) of the control unit (20) outputs an L level polarity determination signal (SIG3).
これにより、OR回路(22)への2つの入力は何れもLレベルとなり、その結果、OR回路(22)が出力する駆動回路制御信号(SIG1)がLレベルとなる。駆動回路制御信号(SIG1)がLレベルになると、ゲート駆動回路(30)は、ゲート(G1)をオフにする。ゲート(G1)がオフになることによって、ドレイン(D)とソース(S1)との間はオフ状態となり、デュアルゲート型スイッチング素子(11)全体としてはオフ状態であるとみなすことができる。すなわち、端子(T1,T2)間がオフ状態になる。 As a result, the two inputs to the OR circuit (22) both become L level, and as a result, the drive circuit control signal (SIG1) output from the OR circuit (22) becomes L level. When the drive circuit control signal (SIG1) becomes L level, the gate drive circuit (30) turns off the gate (G1). When the gate (G1) is turned off, the drain (D) and the source (S1) are turned off, and the dual gate switching element (11) as a whole can be regarded as being turned off. That is, the terminals (T1, T2) are turned off.
このとき、OR回路(23)には、極性判定信号(SIG3)の反転信号(NOT回路(24)の出力)であるHレベルの信号が入力されるので、オンオフ制御信号(CS)のレベルにかかわりなくOR回路(23)が出力する駆動回路制御信号(SIG2)はHレベルになる。これにより、ゲート駆動回路(31)はゲート(G2)をオンにする。すなわち、制御部(20)は、オフにしたならば所定以上の逆電圧(この例では0V以上の逆電圧)が印加されることとなるゲート(G2)をオンに制御し、他方のゲート(G1)をオフに制御する。このようにゲート(G2)がオンに制御されることにより、ドレイン(D)とソース(S2)との間は導通し、ドレイン(D)とソース(S2)との間には逆耐圧以上の電圧がかからないようにできる。すなわち、デュアルゲート型スイッチング素子(11)の破損が防止される。 At this time, since an H level signal, which is an inverted signal of the polarity determination signal (SIG3) (output of the NOT circuit (24)), is input to the OR circuit (23), the level of the on / off control signal (CS) is set. Regardless, the drive circuit control signal (SIG2) output from the OR circuit (23) becomes H level. Thereby, the gate drive circuit (31) turns on the gate (G2). That is, the control unit (20) controls to turn on the gate (G2) to which a reverse voltage of a predetermined level or higher (in this example, a reverse voltage of 0 V or higher) is applied when the switch is turned off. Control G1) off. By controlling the gate (G2) to turn on in this way, the drain (D) and the source (S2) become conductive, and the drain (D) and the source (S2) have a reverse breakdown voltage or higher. The voltage can be prevented. That is, the dual gate switching element (11) is prevented from being damaged.
以上のように、本実施形態によれば、それぞれの端子(T1,T2)に印加される電圧の極性にかかわらず、デュアルゲート型スイッチング素子(11)のそれぞれのドレイン・ソース間に逆耐圧以上の電圧がかからないようにでき、逆方向の電圧によってスイッチング素子が破損されることがない。しかも、表面電極の設計により逆耐圧を得られる大きさの領域を確保する必要がないので、表面電極の構造は従来のスイッチング素子と同じ構造を採用でき、ブロッキングゲインが低下したり、スイッチング素子のサイズが増大することがない。具体的には、例えば、縦型構造のデバイスも採用できる。 As described above, according to the present embodiment, the reverse breakdown voltage or higher between each drain and source of the dual gate type switching element (11) regardless of the polarity of the voltage applied to each terminal (T1, T2). The switching element is not damaged by the reverse voltage. In addition, since it is not necessary to secure an area with a reverse breakdown voltage by designing the surface electrode, the same structure as the conventional switching element can be adopted as the structure of the surface electrode, the blocking gain is reduced, There is no increase in size. Specifically, for example, a device having a vertical structure can also be adopted.
また、一般的にスイッチ回路には導通損失が低いことが求められるが、本実施形態ではスイッチング素子としてデュアルゲート型スイッチング素子(11)を採用しているので、このスイッチ回路(5)は導通損失が少ないという特徴がある。 In general, the switch circuit is required to have low conduction loss. However, in this embodiment, since the dual gate type switching element (11) is adopted as the switching element, the switch circuit (5) has the conduction loss. There is a feature that there are few.
《発明の実施形態2》
図6は、本発明の実施形態2に係るスイッチ回路(6)の構成を示すブロック図である。このスイッチ回路(6)は、オンオフ切り替えの論理が実施形態1のスイッチ回路(5)とは逆であり、オンオフ制御信号(CS)がHレベルの場合にスイッチ回路(6)はオフ状態に切り替わり、Lレベルの場合にオン状態に切り替わるようになっている。
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FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the switch circuit (6) according to the second embodiment of the present invention. This switch circuit (6) has the on / off switching logic opposite to that of the switch circuit (5) of the first embodiment, and the switch circuit (6) switches to the off state when the on / off control signal (CS) is at the H level. In the case of the L level, it is switched to the on state.
このスイッチ回路(6)は、実施形態1で説明したスイッチ回路(5)の制御部(20)を制御部(40)に置き換えるとともに、ゲート駆動回路(30,31)に対して変更を加えたものである。 In this switch circuit (6), the control unit (20) of the switch circuit (5) described in the first embodiment is replaced with a control unit (40), and the gate drive circuit (30, 31) is modified. Is.
本実施形態では、それぞれのゲート駆動回路(30,31)は、実施形態1とは逆の論理で動作する。具体的には、本実施形態のゲート駆動回路(30,31)は、駆動回路制御信号(SIG1,SIG2)がLレベルの場合に対応するゲートにオン電圧を印加し、Hレベルの場合にオフ電圧を印加する。 In the present embodiment, each gate drive circuit (30, 31) operates with a logic opposite to that in the first embodiment. Specifically, the gate drive circuit (30, 31) of this embodiment applies an on-voltage to the gate corresponding to the case where the drive circuit control signals (SIG1, SIG2) are at the L level, and turns off when the drive circuit control signal (SIG1, SIG2) is at the H level. Apply voltage.
また、制御部(40)は、極性判別部(41)、フォトカプラ(42,43)、AND回路(44,45)、及び電源(46,47)を備えている。 The control unit (40) includes a polarity determination unit (41), a photocoupler (42, 43), an AND circuit (44, 45), and a power source (46, 47).
極性判別部(41)は、端子(T1)の電位が端子(T2)の電位よりも高い場合にドレイン(D)・ソース(S1)に印加される極性が逆方向であると判定して、Lレベルの極性判定信号(SIG4)をAND回路(44)に出力するとともに、Hレベルの極性判定信号(SIG5)をAND回路(45)に出力する。また、端子(T1,T2)間にその逆の電圧が印加されている場合には、極性判別部(41)は、ドレイン(D)・ソース(S1)に印加される電圧の極性が順方向であると判定して、Hレベルの極性判定信号(SIG4)をAND回路(44)に出力するとともに、Lレベルの極性判定信号(SIG5)をAND回路(45)に出力する。 The polarity discriminating unit (41) determines that the polarity applied to the drain (D) / source (S1) is in the reverse direction when the potential of the terminal (T1) is higher than the potential of the terminal (T2), An L level polarity determination signal (SIG4) is output to the AND circuit (44), and an H level polarity determination signal (SIG5) is output to the AND circuit (45). When the opposite voltage is applied between the terminals (T1, T2), the polarity discriminator (41) indicates that the polarity of the voltage applied to the drain (D) / source (S1) is forward. And an H level polarity determination signal (SIG4) is output to the AND circuit (44), and an L level polarity determination signal (SIG5) is output to the AND circuit (45).
具体的にこの極性判別部(41)は、抵抗(R1)と、2つのツェナーダイオード(D1,D2)とを備えている。これらのツェナーダイオード(D1,D2)は、抵抗(R1)を介してアノード側が互いに接続されている。また、ツェナーダイオード(D1)のカソードは端子(T1)に接続され、ツェナーダイオード(D2)のカソードは端子(T2)に接続されている。また、このツェナーダイオード(D1)は、アノードから上記極性判定信号(SIG4)を出力し、ツェナーダイオード(D2)は、アノードから上記極性判定信号(SIG5)を出力するようになっている。 Specifically, the polarity discriminating unit (41) includes a resistor (R1) and two Zener diodes (D1, D2). The anode sides of these Zener diodes (D1, D2) are connected to each other via a resistor (R1). The cathode of the Zener diode (D1) is connected to the terminal (T1), and the cathode of the Zener diode (D2) is connected to the terminal (T2). The Zener diode (D1) outputs the polarity determination signal (SIG4) from the anode, and the Zener diode (D2) outputs the polarity determination signal (SIG5) from the anode.
これらのツェナーダイオード(D1,D2)には、逆方向に導通した際の電位が、AND回路(44,45)のLレベルの閾値電圧以下となり、かつスイッチング素子の逆耐圧を超えない値のツェナー電圧を有しているものを採用する。具体的には、制御部(40)の電源電圧と同程度のツェナー電圧を有しているものを採用する。なお、本実施形態では、これらのツェナーダイオード(D1,D2)のツェナー電圧は5Vとする。 These Zener diodes (D1, D2) have a Zener whose potential when conducting in the reverse direction is less than the L level threshold voltage of the AND circuit (44, 45) and does not exceed the reverse breakdown voltage of the switching element. Use one with voltage. Specifically, one having a Zener voltage comparable to the power supply voltage of the control unit (40) is employed. In the present embodiment, the Zener voltage of these Zener diodes (D1, D2) is 5V.
AND回路(44)は、一方の入力がツェナーダイオード(D1)のアノードと接続されて極性判定信号(SIG4)が入力され、もう一方の入力にはフォトカプラ(42)を介してオンオフ制御信号(CS)が入力されている。このAND回路(44)の出力は、駆動回路制御信号(SIG1)としてゲート駆動回路(30)に与えられている。 In the AND circuit (44), one input is connected to the anode of the Zener diode (D1) and the polarity determination signal (SIG4) is input, and the other input is turned on / off control signal (via a photocoupler (42)). CS) is entered. The output of the AND circuit (44) is given to the gate drive circuit (30) as a drive circuit control signal (SIG1).
また、AND回路(45)は、一方の入力がツェナーダイオード(D2)のアノードと接続されて極性判定信号(SIG5)が入力され、もう一方の入力にはフォトカプラ(43)を介してオンオフ制御信号(CS)が入力されている。このAND回路(45)の出力は、駆動回路制御信号(SIG2)としてゲート駆動回路(31)に与えられている。 The AND circuit (45) has one input connected to the anode of the Zener diode (D2) and the polarity determination signal (SIG5) is input, and the other input is on / off controlled via the photocoupler (43). The signal (CS) is input. The output of the AND circuit (45) is given to the gate drive circuit (31) as a drive circuit control signal (SIG2).
電源(46)はゲート駆動回路(30)の電源であり、電源(47)はゲート駆動回路(31)の電源である。AND回路(44,45)とフォトカプラ(42,43)の電源は図示していないが、本実施形態では5Vとする(電源(46,47)を使用してもよい)。 The power source (46) is a power source for the gate drive circuit (30), and the power source (47) is a power source for the gate drive circuit (31). The power supply of the AND circuit (44, 45) and the photocoupler (42, 43) is not shown, but in this embodiment, it is 5 V (the power supply (46, 47) may be used).
上記の極性判別部(41)では、例えば端子(T1)の電位が端子(T2)よりも高くなって、ツェナーダイオード(D1)に印加される電圧がツェナー電圧を超えると、ツェナーダイオード(D1)がブレークダウンしてツェナーダイオード(D1)の両端の電圧がツェナー電圧(この例では5V)になる。このとき、ツェナーダイオード(D1)のアノード側の電位、すなわち極性判定信号(SIG4)のレベルはLレベルとなる。また、ツェナーダイオード(D2)に対しては、順方向の電圧が印加されるので、ツェナーダイオード(D2)のアノード側の電位、すなわち極性判定信号(SIG5)のレベルは、Hレベル(ほぼ電源の電位)となる。つまり、極性判別部(41)は、端子(T1)の電圧がツェナー電圧を超えた場合に、Lレベルの極性判定信号(SIG4)と、Hレベルの極性判定信号(SIG5)を出力する。また、逆に、端子(T2)の電圧がツェナー電圧を超えた場合に、極性判別部(41)は、Hレベルの極性判定信号(SIG4)と、Lレベルの極性判定信号(SIG5)を出力する。 In the polarity discriminating unit (41), for example, when the potential of the terminal (T1) becomes higher than the terminal (T2) and the voltage applied to the Zener diode (D1) exceeds the Zener voltage, the Zener diode (D1) Breaks down and the voltage across the Zener diode (D1) becomes the Zener voltage (5V in this example). At this time, the potential on the anode side of the Zener diode (D1), that is, the level of the polarity determination signal (SIG4) becomes L level. Further, since a forward voltage is applied to the Zener diode (D2), the anode-side potential of the Zener diode (D2), that is, the level of the polarity determination signal (SIG5) is H level (almost the power supply). Potential). That is, when the voltage at the terminal (T1) exceeds the Zener voltage, the polarity determination unit (41) outputs an L level polarity determination signal (SIG4) and an H level polarity determination signal (SIG5). Conversely, when the voltage at the terminal (T2) exceeds the Zener voltage, the polarity discriminator (41) outputs an H level polarity judgment signal (SIG4) and an L level polarity judgment signal (SIG5). To do.
《スイッチ回路(6)の動作》
次に、スイッチ回路(6)の動作について説明する。
<Operation of switch circuit (6)>
Next, the operation of the switch circuit (6) will be described.
(1)スイッチ回路(6)をオン状態にする場合
スイッチ回路(6)をオン状態にする場合には、Lレベルのオンオフ制御信号(CS)を制御部(40)に入力する。これにより、制御部(40)の2つのAND回路(44,45)がそれぞれ出力する駆動回路制御信号(SIG1,SIG2)は、極性判別部(41)が出力する極性判定信号(SIG4,SIG5)のレベルにかかわらずLレベルになる。その結果、2つのゲート駆動回路(30,31)は、それぞれが対応したゲート(G1,G2)をオンにする。これにより、端子(T1,T2)間が導通してスイッチ回路(6)がオン状態になる。
(1) When the switch circuit (6) is turned on When the switch circuit (6) is turned on, an L-level on / off control signal (CS) is input to the control unit (40). Thus, the drive circuit control signals (SIG1, SIG2) output from the two AND circuits (44, 45) of the control unit (40) are the polarity determination signals (SIG4, SIG5) output from the polarity determination unit (41). Regardless of the level, it becomes the L level. As a result, the two gate drive circuits (30, 31) turn on the corresponding gates (G1, G2). As a result, the terminals (T1, T2) are conducted and the switch circuit (6) is turned on.
(2)スイッチ回路(6)をオフにする場合
スイッチ回路(6)をオフ状態にする場合には、Hレベルのオンオフ制御信号(CS)を制御部(40)に入力する。
(2) When the switch circuit (6) is turned off When the switch circuit (6) is turned off, an H-level on / off control signal (CS) is input to the control unit (40).
〈端子(T1)の電位が端子(T2)よりも高い場合〉
例えば、端子(T1)の電位が端子(T2)よりも高い場合には、ドレイン(D)とソース(S1)の間には逆方向の電圧が印加され、ドレイン(D)とソース(S2)の間には順方向の電圧が印加される。このとき、端子(T1)の電圧がツェナー電圧を超えると、極性判別部(41)は、Lレベルの極性判定信号(SIG4)と、Hレベルの極性判定信号(SIG5)を出力する。
<When the potential of the terminal (T1) is higher than that of the terminal (T2)>
For example, when the potential of the terminal (T1) is higher than that of the terminal (T2), a reverse voltage is applied between the drain (D) and the source (S1), and the drain (D) and the source (S2) A forward voltage is applied in between. At this time, when the voltage at the terminal (T1) exceeds the Zener voltage, the polarity determination unit (41) outputs an L level polarity determination signal (SIG4) and an H level polarity determination signal (SIG5).
これにより、AND回路(44)の一方の入力はLレベルとなり、オンオフ制御信号(CS)のレベルにかかわりなく、AND回路(44)が出力する駆動回路制御信号(SIG1)がLレベルとなる。駆動回路制御信号(SIG1)がLレベルになると、この駆動回路制御信号(SIG1)が入力されたゲート駆動回路(30)は、ゲート(G1)をオンにする。すなわち、制御部(40)は、オフ状態にしたならば所定以上の逆電圧(この例ではツェナー電圧の5V以上の逆電圧)が印加されることとなるゲート(G1)をオンに制御する。このように、0Vより大きな値(この例では5V)で制御を行うことで、ノイズマージンを大きくすることが可能になる。 Accordingly, one input of the AND circuit (44) becomes L level, and the drive circuit control signal (SIG1) output from the AND circuit (44) becomes L level regardless of the level of the on / off control signal (CS). When the drive circuit control signal (SIG1) becomes L level, the gate drive circuit (30) to which the drive circuit control signal (SIG1) is input turns on the gate (G1). That is, the control unit (40) controls to turn on the gate (G1) to which a predetermined or higher reverse voltage (in this example, a reverse voltage of 5V or more of the zener voltage) is applied when turned off. Thus, by performing control with a value larger than 0 V (5 V in this example), the noise margin can be increased.
一方、極性判定信号(SIG5)はHレベルなので、AND回路(45)の2つの入力は何れもHレベルとなる。その結果、AND回路(44)が出力する駆動回路制御信号(SIG2)がHレベルとなる。Hレベルの駆動回路制御信号(SIG2)が入力されたゲート駆動回路(31)はゲート(G2)をオフにする。ゲート(G2)がオフになることによって、ドレイン(D)とソース(S2)との間はオフ状態となり、デュアルゲート型スイッチング素子(11)全体としてはオフ状態であるとみなすことができる。すなわち、端子(T1,T2)間がオフ状態になる。このとき、上記のように、ゲート(G1)がオンに制御されているので、このスイッチ回路(6)でも、ドレイン(D)とソース(S1)の間には逆耐圧以上の電圧がかからないようにできる。すなわち、デュアルゲート型スイッチング素子(11)の破損が防止される。 On the other hand, since the polarity determination signal (SIG5) is at the H level, the two inputs of the AND circuit (45) are both at the H level. As a result, the drive circuit control signal (SIG2) output from the AND circuit (44) becomes H level. The gate drive circuit (31) to which the H level drive circuit control signal (SIG2) is input turns off the gate (G2). When the gate (G2) is turned off, the drain (D) and the source (S2) are turned off, and the dual gate switching element (11) as a whole can be regarded as being turned off. That is, the terminals (T1, T2) are turned off. At this time, since the gate (G1) is controlled to be on as described above, even in this switch circuit (6), a voltage higher than the reverse breakdown voltage is not applied between the drain (D) and the source (S1). Can be. That is, the dual gate switching element (11) is prevented from being damaged.
〈端子(T1)の電位が端子(T2)よりも低い場合〉
また、端子(T1)の電位が端子(T2)よりも低い場合には、ドレイン(D)とソース(S1)の間には順方向の電圧が印加され、ドレイン(D)とソース(S2)の間には逆方向の電圧が印加される。このときは、端子(T2)の電圧がツェナー電圧を超えると、極性判別部(41)は、Hレベルの極性判定信号(SIG4)と、Lレベルの極性判定信号(SIG5)を出力する。
<When the potential of the terminal (T1) is lower than that of the terminal (T2)>
In addition, when the potential of the terminal (T1) is lower than that of the terminal (T2), a forward voltage is applied between the drain (D) and the source (S1), and the drain (D) and the source (S2). In the meantime, a reverse voltage is applied. At this time, when the voltage at the terminal (T2) exceeds the Zener voltage, the polarity determination unit (41) outputs an H level polarity determination signal (SIG4) and an L level polarity determination signal (SIG5).
これにより、AND回路(44)への2つの入力は何れもHレベルとなり、その結果、AND回路(44)が出力する駆動回路制御信号(SIG1)がHレベルとなる。駆動回路制御信号(SIG1)がHレベルになると、ゲート駆動回路(30)は、ゲート(G1)をオフにする。ゲート(G1)がオフになることによって、ドレイン(D)とソース(S1)との間はオフ状態となり、デュアルゲート型スイッチング素子(11)全体としてはオフ状態であるとみなすことができる。すなわち、端子(T1,T2)間がオフ状態になる。 As a result, the two inputs to the AND circuit (44) both become H level, and as a result, the drive circuit control signal (SIG1) output from the AND circuit (44) becomes H level. When the drive circuit control signal (SIG1) becomes H level, the gate drive circuit (30) turns off the gate (G1). When the gate (G1) is turned off, the drain (D) and the source (S1) are turned off, and the dual gate switching element (11) as a whole can be regarded as being turned off. That is, the terminals (T1, T2) are turned off.
このとき、AND回路(45)にはLレベルの極性判定信号(SIG5)が入力されるので、オンオフ制御信号(CS)のレベルにかかわりなくAND回路(45)が出力する駆動回路制御信号(SIG2)はLレベルになる。これにより、ゲート駆動回路(31)はゲート(G2)をオンにする。すなわち、制御部(40)は、オフにしたならば所定以上の逆電圧(この例ではツェナー電圧の5V以上の逆電圧)が印加されることとなるゲート(G2)をオンに制御し、他方のゲート(G1)をオフに制御する。このようにゲート(G2)がオンに制御されることにより、ドレイン(D)とソース(S2)との間には逆耐圧以上の電圧がかからないようにできる。すなわち、デュアルゲート型スイッチング素子(11)の破損が防止される。 At this time, since the L level polarity determination signal (SIG5) is input to the AND circuit (45), the drive circuit control signal (SIG2) output from the AND circuit (45) regardless of the level of the on / off control signal (CS). ) Becomes L level. Thereby, the gate drive circuit (31) turns on the gate (G2). That is, the control unit (40) controls to turn on the gate (G2) to which a reverse voltage of a predetermined level or higher (in this example, a reverse voltage of 5V or higher of the zener voltage) is applied when turned off, Control off the gate (G1). Thus, by controlling the gate (G2) to be on, it is possible to prevent a voltage higher than the reverse breakdown voltage from being applied between the drain (D) and the source (S2). That is, the dual gate switching element (11) is prevented from being damaged.
以上のように、本実施形態においてもやはり、それぞれの端子(T1,T2)に印加される電圧の極性にかかわらず、それぞれのドレイン・ソース間に逆耐圧以上の電圧がかからないようにできる。すなわち、逆方向の電圧によってスイッチング素子が破損されることがない。しかも、表面電極の設計により正負両方の耐圧を持たせる必要がないので、ブロッキングゲインが低下したり、スイッチング素子のサイズが増大することがない。具体的には、例えば、縦型構造のデバイスも採用できる。 As described above, also in this embodiment, it is possible to prevent a voltage higher than the reverse breakdown voltage from being applied between each drain and source regardless of the polarity of the voltage applied to each terminal (T1, T2). That is, the switching element is not damaged by the reverse voltage. In addition, since it is not necessary to have both positive and negative withstand voltages due to the design of the surface electrode, the blocking gain does not decrease and the size of the switching element does not increase. Specifically, for example, a device having a vertical structure can also be adopted.
また、スイッチング素子としてデュアルゲート型スイッチング素子(11)を採用しているので、このスイッチ回路(5)には導通損失が少ないという特徴がある。 Further, since the dual gate type switching element (11) is adopted as the switching element, this switch circuit (5) has a feature that there is little conduction loss.
《発明の実施形態3》
図7は、本発明の実施形態3に係るスイッチ回路(7)の構成を示すブロック図である。このスイッチ回路(7)は、実施形態1のスイッチ回路(5)の制御部(20)を制御部(50)に変更したものである。具体的には、スイッチ回路(7)の制御部(50)は、図7に示すように、極性判別部(21)と遅延制御部(25)とを備えている。なお、極性判別部(21)は、実施形態1のものと同じ構成である。
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FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the switch circuit (7) according to the third embodiment of the present invention. This switch circuit (7) is obtained by changing the control unit (20) of the switch circuit (5) of the first embodiment to a control unit (50). Specifically, as shown in FIG. 7, the control unit (50) of the switch circuit (7) includes a polarity determination unit (21) and a delay control unit (25). The polarity discriminating unit (21) has the same configuration as that of the first embodiment.
遅延制御部(25)は、極性判定信号(SIG3)とオンオフ制御信号(CS)とが入力され、2つの駆動回路制御信号(SIG1,SIG2)を出力する。詳しくは、本実施形態の遅延制御部(25)は、端子(T1,T2)間をオフ状態からオン状態に切り替える場合には、デュアルゲート型スイッチング素子(11)の2つのドレイン(D)・ソース(S1,S2)のうち、逆電圧が印加されている側のドレイン・ソースに対応したゲートに対して、もう一方のゲートよりも先にオン電圧が印加されるように駆動回路制御信号(SIG1,SIG2)を出力する。より具体的には、オンオフ制御信号(CS)がHレベルに立ち上がると、直ちに逆電圧側のゲート駆動回路(30,31)にHレベルの駆動回路制御信号(SIG1,SIG2)を出力し、その後、所定時間だけ遅延してもう一方のゲート駆動回路(30,31)にHレベルの駆動回路制御信号(SIG1,SIG2)を出力する。例えば、ドレイン(D)とソース(S1)の間に逆電圧が印加されている場合には、図8に示すように、駆動回路制御信号(SIG2)よりも先に駆動回路制御信号(SIG1)をHレベルに立ち上げる。なお、この所定時間の遅延は、デュアルゲート型スイッチング素子(11)のスイッチング遅れを考慮して設定する。すなわち、スイッチング遅れ以上の時間に遅延時間を設定し、先にオン電圧が印加された側が確実にオンになった後に、後続の駆動回路制御信号が立ち上がるようにする。 The delay control unit (25) receives the polarity determination signal (SIG3) and the on / off control signal (CS), and outputs two drive circuit control signals (SIG1, SIG2). Specifically, the delay control unit (25) of the present embodiment, when switching between the terminals (T1, T2) from the off state to the on state, the two drains (D), The drive circuit control signal (S1 and S2) is applied so that the ON voltage is applied to the gate corresponding to the drain / source on the side to which the reverse voltage is applied before the other gate. SIG1, SIG2) is output. More specifically, when the on / off control signal (CS) rises to the H level, the H level driving circuit control signals (SIG1, SIG2) are immediately output to the reverse voltage side gate driving circuit (30, 31), and thereafter Then, an H level drive circuit control signal (SIG1, SIG2) is output to the other gate drive circuit (30, 31) with a delay of a predetermined time. For example, when a reverse voltage is applied between the drain (D) and the source (S1), as shown in FIG. 8, the drive circuit control signal (SIG1) is ahead of the drive circuit control signal (SIG2). Is raised to H level. The predetermined time delay is set in consideration of the switching delay of the dual gate type switching element (11). That is, the delay time is set to a time longer than the switching delay, and the subsequent drive circuit control signal rises after the side to which the on-voltage is applied first is surely turned on.
また、端子(T1,T2)間をオン状態からオフ状態に切り替える場合には、2つのドレイン(D)・ソース(S1,S2)のうち、逆電圧が印加されている側のドレイン・ソースに対応したゲートに対して、もう一方のゲートよりも遅れてオフ電圧が印加されるように、駆動回路制御信号(SIG1,SIG2)を出力する。より具体的には、オンオフ制御信号(CS)がLレベルに立ち下がると、直ちに順電圧側のゲート駆動回路(30,31)にLレベルの駆動回路制御信号(SIG1,SIG2)を出力し、その後、所定時間だけ遅延してもう一方のゲート駆動回路(30,31)にLレベルの駆動回路制御信号(SIG1,SIG2)を出力する。例えば、ドレイン(D)とソース(S1)の間に逆電圧が印加されている場合には、図8に示すように、駆動回路制御信号(SIG1)よりも先に駆動回路制御信号(SIG2)をLレベルに立ち下げる。 When switching between the terminals (T1, T2) from the ON state to the OFF state, the drain / source on the side to which the reverse voltage is applied is selected from the two drains (D) / sources (S1, S2). A drive circuit control signal (SIG1, SIG2) is output so that the off-voltage is applied to the corresponding gate later than the other gate. More specifically, when the on / off control signal (CS) falls to the L level, the L level driving circuit control signal (SIG1, SIG2) is immediately output to the forward voltage side gate driving circuit (30, 31), After that, an L level drive circuit control signal (SIG1, SIG2) is output to the other gate drive circuit (30, 31) with a delay of a predetermined time. For example, when a reverse voltage is applied between the drain (D) and the source (S1), as shown in FIG. 8, the drive circuit control signal (SIG2) is ahead of the drive circuit control signal (SIG1). Falls to L level.
《スイッチ回路(7)の動作》
次に、スイッチ回路(7)の動作について説明する。
<Operation of switch circuit (7)>
Next, the operation of the switch circuit (7) will be described.
(1)端子(T1)の電位が端子(T2)よりも高い場合
〈スイッチ回路(7)をオフ状態からオン状態にする場合〉
図8は、端子(T1)の方が端子(T2)よりも電圧が高い場合、すなわち、ドレイン(D)とソース(S1)の間に逆電圧が印加され、ドレイン(D)とソース(S2)の間に順方向電圧が印加されている場合の遅延制御部(25)の動作を示すタイミングチャートである。
(1) When the potential of the terminal (T1) is higher than that of the terminal (T2) <When switching the switch circuit (7) from the off state to the on state>
In FIG. 8, when the voltage of the terminal (T1) is higher than that of the terminal (T2), that is, a reverse voltage is applied between the drain (D) and the source (S1), and the drain (D) and the source (S2). Is a timing chart showing the operation of the delay control unit (25) when a forward voltage is applied during the period.
ドレイン(D)とソース(S1)の間に逆電圧が印加されている場合には、極性判別部(21)は、図8に示すように、Hレベルの極性判定信号(SIG3)を出力する。ここで、オンオフ制御信号(CS)がHレベルに立ち上がると、遅延制御部(25)は、駆動回路制御信号(SIG1)を直ちにHレベルに立ち上げる。駆動回路制御信号(SIG1)がHレベルになると、ゲート駆動回路(30)は、ゲート(G1)にオン電圧を印加する。これにより、デュアルゲート型スイッチング素子(11)のドレイン(D)・ソース(S1)間がオン状態になる。ただし、このタイミングでは、スイッチ回路(7)全体としてはオフ状態である。 When a reverse voltage is applied between the drain (D) and the source (S1), the polarity determination unit (21) outputs an H level polarity determination signal (SIG3) as shown in FIG. . Here, when the on / off control signal (CS) rises to the H level, the delay control unit (25) immediately raises the drive circuit control signal (SIG1) to the H level. When the drive circuit control signal (SIG1) becomes H level, the gate drive circuit (30) applies an ON voltage to the gate (G1). As a result, the drain (D) and the source (S1) of the dual gate switching element (11) are turned on. However, at this timing, the entire switch circuit (7) is in an off state.
その後、所定時間遅延して、遅延制御部(25)は駆動回路制御信号(SIG2)をHレベルに立ち上げる。駆動回路制御信号(SIG2)がHレベルになると、ゲート駆動回路(31)は、ゲート(G2)にオン電圧を印加する。これにより、デュアルゲート型スイッチング素子(11)のドレイン(D)・ソース(S2)間がオン状態になる。すなわち、スイッチ回路(7)全体としてもオン状態になる。 Thereafter, after a predetermined time delay, the delay control unit (25) raises the drive circuit control signal (SIG2) to the H level. When the drive circuit control signal (SIG2) becomes H level, the gate drive circuit (31) applies an ON voltage to the gate (G2). As a result, the drain (D) and the source (S2) of the dual gate switching element (11) are turned on. That is, the entire switch circuit (7) is also turned on.
〈スイッチ回路(7)をオン状態からオフ状態にする場合〉
スイッチ回路(7)をオン状態からオフ状態にする場合には、オンオフ制御信号(CS)をLレベルに立ち下げる。オンオフ制御信号(CS)がLレベルになると、遅延制御部(25)は、駆動回路制御信号(SIG2)を直ちにLレベルに立ち下げる。駆動回路制御信号(SIG2)がLレベルになると、ゲート駆動回路(31)は、ゲート(G2)にオフ電圧を印加する。これにより、デュアルゲート型スイッチング素子(11)のドレイン(D)・ソース(S2)間がオフ状態になる。このタイミングで、スイッチ回路(7)全体としてもオフ状態となる。
<When switching circuit (7) from on to off>
When switching the switch circuit (7) from the on state to the off state, the on / off control signal (CS) is lowered to the L level. When the on / off control signal (CS) becomes L level, the delay control unit (25) immediately lowers the drive circuit control signal (SIG2) to L level. When the drive circuit control signal (SIG2) becomes L level, the gate drive circuit (31) applies an off voltage to the gate (G2). As a result, the drain (D) and source (S2) of the dual gate switching element (11) are turned off. At this timing, the entire switch circuit (7) is also turned off.
その後、所定時間遅延して、遅延制御部(25)は駆動回路制御信号(SIG1)をLレベルに立ち下げる。駆動回路制御信号(SIG1)がLレベルになると、ゲート駆動回路(30)は、ゲート(G1)にオフ電圧を印加する。これにより、デュアルゲート型スイッチング素子(11)のドレイン(D)・ソース(S1)間もオフ状態になる。 Thereafter, after a predetermined time delay, the delay control unit (25) causes the drive circuit control signal (SIG1) to fall to the L level. When the drive circuit control signal (SIG1) becomes L level, the gate drive circuit (30) applies an off voltage to the gate (G1). As a result, the drain (D) and the source (S1) of the dual gate switching element (11) are also turned off.
(2)端子(T1)の電位が端子(T2)よりも低い場合
図9は、端子(T2)の方が端子(T1)よりも電圧が高い場合、すなわち、ドレイン(D)とソース(S2)の間に逆電圧が印加され、ドレイン(D)とソース(S1)の間に順方向電圧が印加されている場合の遅延制御部(25)の動作を示すタイミングチャートである。ドレイン(D)とソース(S1)の間に逆電圧が印加されている場合には、図9に示すように、極性判別部(21)は、Lレベルの極性判定信号(SIG3)を出力する。
(2) When the potential of the terminal (T1) is lower than that of the terminal (T2) FIG. 9 shows the case where the voltage of the terminal (T2) is higher than that of the terminal (T1), that is, the drain (D) and the source (S2 Is a timing chart showing the operation of the delay control unit (25) when a reverse voltage is applied between the drain (D) and the source (S1). When a reverse voltage is applied between the drain (D) and the source (S1), the polarity determination unit (21) outputs an L level polarity determination signal (SIG3) as shown in FIG. .
〈スイッチ回路(7)をオフ状態からオン状態にする場合〉
ここで、オンオフ制御信号(CS)をHレベルに立ち上げると、遅延制御部(25)は、駆動回路制御信号(SIG2)を直ちにHレベルに立ち上げる。駆動回路制御信号(SIG2)がHレベルになると、ゲート駆動回路(31)は、ゲート(G2)にオン電圧を印加する。これにより、デュアルゲート型スイッチング素子(11)のドレイン(D)・ソース(S2)間がオン状態になる。ただし、このタイミングでは、スイッチ回路(7)全体としてはオフ状態である。
<When switching circuit (7) from off to on>
Here, when the on / off control signal (CS) is raised to the H level, the delay control section (25) immediately raises the drive circuit control signal (SIG2) to the H level. When the drive circuit control signal (SIG2) becomes H level, the gate drive circuit (31) applies an ON voltage to the gate (G2). As a result, the drain (D) and the source (S2) of the dual gate switching element (11) are turned on. However, at this timing, the entire switch circuit (7) is in an off state.
その後、所定時間遅延して、遅延制御部(25)は駆動回路制御信号(SIG1)をHレベルに立ち上げる。駆動回路制御信号(SIG1)がHレベルになると、ゲート駆動回路(30)は、ゲート(G1)にオン電圧を印加する。これにより、デュアルゲート型スイッチング素子(11)のドレイン(D)・ソース(S1)間がオン状態になる。すなわち、スイッチ回路(7)全体としてもオン状態になる。 Thereafter, after a predetermined time delay, the delay control unit (25) raises the drive circuit control signal (SIG1) to the H level. When the drive circuit control signal (SIG1) becomes H level, the gate drive circuit (30) applies an ON voltage to the gate (G1). As a result, the drain (D) and the source (S1) of the dual gate switching element (11) are turned on. That is, the entire switch circuit (7) is also turned on.
〈スイッチ回路(7)をオン状態からオフ状態にする場合〉
スイッチ回路(7)をオン状態からオフ状態にする場合には、オンオフ制御信号(CS)をLレベルに立ち下げる。オンオフ制御信号(CS)がLレベルになると、遅延制御部(25)は、駆動回路制御信号(SIG1)を直ちにLレベルに立ち下げる。駆動回路制御信号(SIG1)がLレベルになると、ゲート駆動回路(30)は、ゲート(G1)にオフ電圧を印加する。これにより、デュアルゲート型スイッチング素子(11)のドレイン(D)・ソース(S1)間がオフ状態になる。このタイミングで、スイッチ回路(7)全体としてもオフ状態となる。
<When switching circuit (7) from on to off>
When switching the switch circuit (7) from the on state to the off state, the on / off control signal (CS) is lowered to the L level. When the on / off control signal (CS) becomes L level, the delay control unit (25) immediately lowers the drive circuit control signal (SIG1) to L level. When the drive circuit control signal (SIG1) becomes L level, the gate drive circuit (30) applies an off voltage to the gate (G1). As a result, the drain (D) -source (S1) of the dual gate switching element (11) is turned off. At this timing, the entire switch circuit (7) is also turned off.
その後、所定時間遅延して、遅延制御部(25)は駆動回路制御信号(SIG2)をLレベルに立ち下げる。駆動回路制御信号(SIG2)がLレベルになると、ゲート駆動回路(31)は、ゲート(G2)にオフ電圧を印加する。これにより、デュアルゲート型スイッチング素子(11)のドレイン(D)・ソース(S2)間もオフ状態になる。 Thereafter, after a predetermined time delay, the delay control unit (25) causes the drive circuit control signal (SIG2) to fall to the L level. When the drive circuit control signal (SIG2) becomes L level, the gate drive circuit (31) applies an off voltage to the gate (G2). As a result, the drain (D) and source (S2) of the dual gate switching element (11) are also turned off.
以上のように、本実施形態では、デュアルゲート型スイッチング素子(11)の耐圧が高い部分(順方向電圧が印加されているドレイン・ソースがある側)がオフ状態のときに、耐圧が低い部分(逆電圧が印加されているドレイン・ソースがある側)のオンオフ状態を切り替えるようにした。そのため、デュアルゲート型スイッチング素子(11)の耐圧が低い部分のみに逆電圧が印加されることがなく、逆電圧によるスイッチング素子の破損を防止することが可能になる。しかも、これには、スイッチング素子のサイズを増大させる必要がない。 As described above, in the present embodiment, the portion with a high breakdown voltage when the dual gate switching element (11) has a high breakdown voltage (the side with the drain / source to which the forward voltage is applied) is in the low state. The on / off state of the side (the side with the drain / source to which the reverse voltage is applied) is switched. Therefore, the reverse voltage is not applied only to the portion with a low withstand voltage of the dual gate switching element (11), and it is possible to prevent the switching element from being damaged by the reverse voltage. Moreover, this does not require an increase in the size of the switching element.
《その他の実施形態》
〈1〉実施形態1では、端子(T1,T2)間に印加される電圧の極性に応じてデュアルゲート型スイッチング素子(11)を制御したが、このようなスイッチング素子は一般的にはある程度の逆電圧は印加可能なので、逆耐圧より小さな逆電圧の印加は許容して、ある閾値を超えた時点で、逆電圧となる側のゲートを、制御部によってオンに制御してもよい。このようにすることで、ノイズマージンを設けることが可能になる。
<< Other Embodiments >>
<1> In the first embodiment, the dual gate type switching element (11) is controlled in accordance with the polarity of the voltage applied between the terminals (T1, T2). Since a reverse voltage can be applied, application of a reverse voltage smaller than the reverse withstand voltage is allowed, and when a certain threshold value is exceeded, the gate on the side that becomes the reverse voltage may be controlled to be turned on by the control unit. This makes it possible to provide a noise margin.
〈2〉スイッチ部(10)に使用するスイッチング素子は、上記のデュアルゲート型スイッチング素子(11)には限定されない。例えば、図10に示すように、第1スイッチング素子(11a)と第2スイッチング素子(11b)を、直列接続してスイッチ部(10)を実現してもよい。この例では第1及び第2スイッチング素子(11a,11b)は何れも、ゲートを1つのみ備え、この1つのゲートによってオンオフ状態が制御されるスイッチング素子である。このスイッチング素子も、逆方向の耐圧は順方向の耐圧よりも低いのが一般的であるが、制御部(20)等の制御により、それぞれのスイッチング素子(11a,11b)のドレイン・ソース間に逆耐圧以上の電圧がかからないようにできる。すなわち、それぞれのスイッチング素子(11a,11b)の破損が防止される。第1及び第2スイッチング素子(11a,11b)で構成したスイッチ部(10)は、実施形態1、2、3の何れに対しても適用できる。なお、図10のように第1及び第2スイッチング素子(11a,11b)をドレイン側で直列接続する代わりに、ソース側で直列接続してもよい。 <2> The switching element used for the switch unit (10) is not limited to the dual gate switching element (11). For example, as shown in FIG. 10, the first switching element (11a) and the second switching element (11b) may be connected in series to realize the switch unit (10). In this example, each of the first and second switching elements (11a, 11b) is a switching element that includes only one gate and whose on / off state is controlled by the one gate. In general, the reverse breakdown voltage of this switching element is lower than the forward breakdown voltage. However, the control unit (20) or the like controls the switching element (11a, 11b) between the drain and source. It is possible to prevent a voltage exceeding the reverse breakdown voltage from being applied. That is, each switching element (11a, 11b) is prevented from being damaged. The switch unit (10) configured by the first and second switching elements (11a, 11b) can be applied to any of the first, second, and third embodiments. As shown in FIG. 10, the first and second switching elements (11a, 11b) may be connected in series on the source side instead of being connected in series on the drain side.
〈3〉また、実施形態1、2のそれぞれで説明したゲートの制御は、一方向のみの電流を許容するいわゆる単方向スイッチに対して適用してもよい。 <3> The gate control described in each of the first and second embodiments may be applied to a so-called unidirectional switch that allows current in only one direction.
例えば、このゲートの制御を単方向スイッチに適用するには、1つのスイッチング素子でスイッチ部(10)を形成する。このスイッチング素子は、例えばドレインを端子(T1)に接続し、ソースを端子(T2)に接続する。また、ゲート駆動回路(30)を1つ設け、そのゲート駆動回路(30)でスイッチング素子のゲートを駆動する。そして、端子(T1,T2)間(すなわちスイッチング素子のドレイン・ソース間)に逆電圧が印加された場合に、制御部(20)等によって、ゲートをオンにする。このようにすることで、このスイッチング素子の破損を防止できる。つまり、この形態は、単方向スイッチの安全機構としても適用できる。 For example, to apply this gate control to a unidirectional switch, the switch section (10) is formed by one switching element. This switching element has, for example, a drain connected to the terminal (T1) and a source connected to the terminal (T2). One gate drive circuit (30) is provided, and the gate of the switching element is driven by the gate drive circuit (30). When a reverse voltage is applied between the terminals (T1, T2) (that is, between the drain and source of the switching element), the control unit (20) or the like turns on the gate. By doing in this way, damage to this switching element can be prevented. That is, this form can also be applied as a safety mechanism for a unidirectional switch.
〈4〉なお、上記の各実施形態で説明した、それぞれの信号のレベル(Hレベル、Lレベル)とその意味(例えばスイッチのオンオフ)との関係は例示であり、上記の例に限定されない。同様に、OR回路やNOT回路等の論理回路の組み合わせも例示であり、所望の制御信号を出力できれば上記の例に限定されない。 <4> The relationship between each signal level (H level, L level) and its meaning (for example, on / off of a switch) described in the above embodiments is an example, and is not limited to the above example. Similarly, a combination of logic circuits such as an OR circuit and a NOT circuit is also an example, and is not limited to the above example as long as a desired control signal can be output.
本発明は、制御信号に応じてオンオフ状態が切り替わるスイッチ回路として有用である。 The present invention is useful as a switch circuit that switches on and off according to a control signal.
5,6,7 スイッチ回路
10 スイッチ部
11 デュアルゲート型スイッチング素子(スイッチング素子)
11a 第1スイッチング素子
11b 第2スイッチング素子
20,40 制御部
21,41 極性判別部
CS オンオフ制御信号
T1,T2 端子
5, 6, 7
11a
Claims (5)
ゲート(G1,G2)とソース(S1,S2)をそれぞれ2つずつ有しドレイン(D)を共有して同一基板上に形成されたデュアルゲート型スイッチング素子(11)、又はそれぞれがゲート(G1,G2)を有して直列接続された2つのスイッチング素子(11a,11b)を有したスイッチ部(10)と、
前記端子(T1,T2)間をオフ状態からオン状態に切り替える場合には、2つのドレイン(D)・ソース(S1,S2)のうち、逆電圧が印加されている側のドレイン(D)・ソース(S1,S2)に対応したゲート(G1,G2)を、もう一方のゲート(G1,G2)よりも先にオン状態にし、前記端子(T1,T2)間をオン状態からオフ状態に切り替える場合には、逆電圧が印加されている側のソース(S1,S2)に対応したゲート(G1,G2)を、もう一方のゲート(G1,G2)よりも遅れてオフ状態にする制御部(50)と、
を備えたことを特徴とするスイッチ回路。 A switch circuit that switches the on / off state between two terminals (T1, T2) in response to an on / off control signal (CS),
Dual gate type switching element (11) formed on the same substrate with two gates (G1, G2) and two sources (S1, S2) and sharing drain (D), or each gate (G1 , G2) and a switch unit (10) having two switching elements (11a, 11b) connected in series,
When switching between the terminals (T1, T2) from the off state to the on state, of the two drains (D) and sources (S1, S2), the drain (D) The gate (G1, G2) corresponding to the source (S1, S2) is turned on before the other gate (G1, G2), and the terminal (T1, T2) is switched from the on state to the off state. In this case, the control unit (G1, G2) corresponding to the source (S1, S2) on the side to which the reverse voltage is applied is turned off later than the other gate (G1, G2) ( 50),
A switch circuit comprising:
前記制御部(50)は、前記スイッチング素子(11,11a,11b)のドレイン・ソース間に逆電圧が印加されるか否かを、前記端子(T1,T2)間に印加される電圧値により判別する極性判別部(21)を備えていることを特徴とするスイッチ回路。 The switch circuit of claim 1,
The control unit (50) determines whether a reverse voltage is applied between the drain and source of the switching element (11, 11a, 11b) according to a voltage value applied between the terminals (T1, T2). A switch circuit comprising a polarity discrimination unit (21) for discrimination.
前記端子(T1,T2)間に接続されたスイッチング素子(11)を有したスイッチ部(10)と、
前記スイッチング素子(11)のゲートをオフ状態にすることによって該スイッチング素子(11)のドレイン・ソース間に所定以上の逆電圧(0Vを含む)が印加されることとなる場合には、前記オンオフ制御信号(CS)にかかわらず該ゲートをオン状態にする制御部(20)とを備え、
前記スイッチ部(10)は、前記スイッチング素子(11)として、ゲート(G1,G2)とソース(S1,S2)をそれぞれ2つずつ有しドレイン(D)を共有して同一基板上に形成されたデュアルゲート型スイッチング素子(11)、又はそれぞれがゲート(G1,G2)を有して直列接続された2つのスイッチング素子(11a,11b)を有し、
前記制御部(20)は、オフ状態に切り替える前記オンオフ制御信号(CS)が入力された場合には、前記スイッチ部(10)における2つのゲート(G1,G2)のうち、オフ状態にすると前記所定以上の逆電圧が印加されることとなるドレイン・ソースに対応する方のゲートをオン状態に制御し、他方のゲートをオフ状態に制御することを特徴とするスイッチ回路。 A switch circuit that switches the on / off state between two terminals (T1, T2) in response to an on / off control signal (CS),
A switch unit (10) having a switching element (11) connected between the terminals (T1, T2);
When the gate of the switching element (11) is turned off, a reverse voltage (including 0 V) higher than a predetermined value is applied between the drain and source of the switching element (11). A control unit (20) for turning on the gate regardless of the control signal (CS),
The switch unit (10) is formed on the same substrate as the switching element (11), having two gates (G1, G2) and two sources (S1, S2), sharing a drain (D). Dual gate type switching element (11), or two switching elements (11a, 11b) each having a gate (G1, G2) and connected in series,
When the on / off control signal (CS) for switching to the off state is input, the control unit (20) turns off the two gates (G1, G2) in the switch unit (10). A switch circuit characterized by controlling a gate corresponding to a drain / source to which a reverse voltage of a predetermined level or more is applied to an on state and controlling the other gate to an off state.
前記制御部(20)は、前記スイッチング素子(11)のドレイン・ソース間に前記所定以上の逆電圧が印加されるか否かを、前記端子(T1,T2)間に印加される電圧値により判別する極性判別部(21)を備えていることを特徴とするスイッチ回路。 The switch circuit of claim 3 ,
The control unit (20) determines whether or not a reverse voltage higher than the predetermined value is applied between the drain and source of the switching element (11) according to a voltage value applied between the terminals (T1, T2). A switch circuit comprising a polarity discrimination unit (21) for discrimination.
前記スイッチング素子(11,11a,11b)は、
接合型電界効果トランジスタ、
静電誘導トランジスタ、
金属半導体電界効果型トランジスタ、
ヘテロ接合電界効果トランジスタ、及び
高電子移動度トランジスタのうちの何れかであることを特徴とするスイッチ回路。 In any one switch circuit in any one of Claims 1-4 ,
The switching elements (11, 11a, 11b)
Junction field effect transistor,
Electrostatic induction transistor,
Metal semiconductor field effect transistor,
A switch circuit comprising any one of a heterojunction field effect transistor and a high electron mobility transistor.
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