JP5861054B2 - 高周波受信回路及び絶縁型信号伝送装置 - Google Patents

Description

本開示は、半導体スイッチング素子のゲート端子を駆動するゲート駆動回路等として用いられる高周波受信回路、及び、絶縁型信号伝送装置に関する。

半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」ともいう。）のゲート駆動回路とは、スイッチング素子を駆動する回路である。ゲート駆動回路は、半導体スイッチング素子のゲート端子にゲート電圧を印加することによって、半導体スイッチング素子のオンオフを制御する回路である。高耐圧のスイッチング素子は、例えば、パワー半導体デバイスの一種であるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。典型的なゲート駆動回路は、出力部にＰ型トランジスタとＮ型トランジスタとが設けられる。スイッチング素子をオフからオンにするときにＰ型トランジスタが動作し、スイッチング素子をオンからオフにするときにＮ型トランジスタが動作する。つまり、スイッチング素子をオンからオフにするとき、スイッチング素子のゲート電流が引き抜かれる。

このようなパワー半導体のゲート駆動回路は、半導体スイッチング素子と接続される出力側の基準電圧が非常に高い。このため、ゲート駆動回路への制御信号が入力される１次側と、スイッチング素子への駆動信号が出力される２次側との間で、直流成分が絶縁されている、すなわち信号グランドが絶縁されている必要がある。このようにゲート駆動回路の１次側と２次側との間で、直流成分の絶縁を実現できる電子回路素子は、信号絶縁素子、あるいは、非接触信号伝送器と呼ばれる。これらは、スイッチング素子を駆動するためには不可欠な素子である。また、このような信号絶縁機能を有する電子回路素子は、ロジック・グランドとＲＦグランドとを分離する。特にパワー半導体スイッチング素子を駆動するためには、別途、絶縁電源が必要である。しかし、絶縁電源は回路規模の増大を引き起こす。このため、ゲート駆動回路が、ゲート信号を絶縁するだけでなく、絶縁された電力をスイッチング素子のゲートに供給できるようになれば、外部絶縁電源が不要となり、ゲート駆動回路を小型化できる。

特許文献１は、非接触信号伝送器にオープンリング型の電磁界共鳴結合器を用いた電力伝送システムを開示している。

特開２００８−０６７０１２号公報

従来の高周波受信回路において、信号を高速に出力することが望まれていた。

そこで、本開示は、信号を高速に出力することができる高周波受信回路、及び絶縁型信号伝送装置を提供する。

本開示の一態様に係る高周波受信回路は、搬送波がパルス信号で変調された信号である入力信号を検波する高周波受信回路であって、入力信号は、第一入力信号と第二入力信号とから構成され、高周波受信回路は、入力信号の基準電位に接続される入力基準端子と、第一入力信号が入力される第一入力端子と、第二入力信号が入力される第二入力端子と、出力信号を出力するための出力端子及び出力基準端子と、第一入力信号を検波し、入力基準端子を基準として出力端子に正の電圧のパルスである第一出力信号を出力する第一検波回路と、第二入力信号を検波し、入力基準端子を基準として出力基準端子に正の電圧のパルスである第二出力信号を出力する第二検波回路と、入力基準端子に第一端子及び制御端子が接続され、出力基準端子に第二端子が接続されたトランジスタとを備える。

なお、本開示は、本開示の一態様に係る高周波受信回路を備える絶縁型信号伝送装置として実現することもできる。

本開示に係る高周波受信回路及び絶縁型信号伝送装置によれば、信号を高速に出力することができる。

図１は、本開示の実施の形態１に係る絶縁型信号伝送装置の一例を示す図である。 図２は、本開示の実施の形態１に係る高周波受信回路がオン電圧を出力する時の動作例を示す図である。 図３は、本開示の実施の形態１に係る高周波受信回路がオフ電圧を出力する時の動作例を示す図である。 図４は、本開示の実施の形態１に係る高周波受信回路において、入力信号の強度に対する出力電圧の一例を示す図である。 図５は、本開示の実施の形態２に係る高周波受信回路の一例を示す図である。 図６は、本開示の実施の形態２に係る高周波受信回路において、入力信号の強度に対する出力電圧の一例を示す図である。 図７は、従来の電力伝送装置の構成を示すブロック図である。

（本開示の基礎となった知見）
本発明者は、従来技術に関し、以下の問題が生じることを見出した。

図７は、特許文献１における電力伝送装置３００の構成を示すブロック図である。この電力伝送装置３００は、電源３１１、信号発生ユニット３１２及び第１のオープンリング共振器３１３から構成される送電装置３１０と、第２のオープンリング共振器３２１及び整流回路３２２から構成される受電装置３２０とを備える。

しかしながら、このような従来の電力伝送装置は、半導体スイッチング素子を高速に駆動することができないという問題がある。

つまり、電力伝送装置において、半導体スイッチング素子をオン状態に維持するための電力を半導体スイッチング素子に供給できるだけでなく、半導体スイッチング素子をオン状態からオフ状態に高速に切り替えさせる機構が望まれる。従来の電力伝送装置は、半導体スイッチング素子にゲート電流を供給することは可能であるが、半導体スイッチング素子のゲートに蓄積された電荷を能動的に引き抜くことができない。すなわち、従来の電力伝送装置は、半導体スイッチング素子をオフ状態からオン状態へと能動的に切り替えさせることができるが、オン状態からオフ状態へと能動的に切り替えさせることができない。そのため、半導体スイッチング素子を高速に立ち下げることができない。これは、従来の電力伝送装置を構成する電磁界共鳴結合器等の非接触信号伝送器が、受動的に電力を伝送するだけの素子であることに起因する。これに対して、例えば、電力伝送装置に、半導体スイッチング素子のゲートに負の電圧を供給できる構成を設けることで、半導体スイッチング素子を高速にオフ状態に変化させることができる。しかし、その場合、負の電圧を供給するための別系統の回路、および負の電圧を供給するための別系統の信号絶縁素子等が設けられる必要がある。

そこで、本開示は、立ち上がり時間だけでなく、立ち下がり時間も短い出力信号を出力可能な、高周波受信回路及び絶縁型信号伝送装置を提供する。例えば、これら高周波受信回路及び絶縁型信号伝送装置がゲート駆動回路に適用される場合、駆動対象である半導体スイッチング素子に対して、立ち上がり時間及び立ち下がり時間が短い駆動信号を出力することができる。さらに、従来の高周波受信回路及び絶縁型信号伝送装置に比べて、大きな電圧を出力することができる。なお、本開示の高周波受信回路は、ゲート駆動回路以外にも適用されうる。

本開示の第一の態様（ａｓｐｅｃｔ）に係る高周波受信回路は、搬送波がパルス信号で変調された信号である入力信号を検波する高周波受信回路であって、入力信号は、第一入力信号と第二入力信号とから構成され、高周波受信回路は、入力信号の基準電位に接続される入力基準端子と、第一入力信号が入力される第一入力端子と、第二入力信号が入力される第二入力端子と、出力信号を出力するための出力端子及び出力基準端子と、第一入力信号を検波し、入力基準端子を基準として出力端子に正の電圧のパルスである第一出力信号を出力する第一検波回路と、第二入力信号を検波し、入力基準端子を基準として出力基準端子に正の電圧のパルスである第二出力信号を出力する第二検波回路と、入力基準端子に第一端子及び制御端子が接続され、出力基準端子に第二端子が接続されたトランジスタとを備える。

第二検波回路から入力基準端子を基準として出力基準端子に出力された電圧が、トランジスタの第一端子及び制御端子を基準として第二端子に印加されることによって、入力基準端子と出力基準端子との間の導通と非導通を切り替えることができる。そのため、高周波受信回路は、出力端子に、正の電圧パルスと負の電圧パルスとを選択的に印加することができる。これにより、例えば、高周波受信回路にパワー半導体スイッチング素子が接続される場合、パワー半導体スイッチング素子を、オン状態からオフ状態へ、あるいはオフ状態からオン状態へ高速に切り替えることができる。また、例えば、第二入力信号が大きい場合に、大きな負の電圧を有する出力信号を出力できる。

本開示の第一の態様に係る高周波受信回路において、例えば、第一入力信号は、第一期間において第一振幅を示し、第一期間と異なる第二期間において第一振幅よりも小さい第二振幅を示し、第二入力信号は、第三期間において第三振幅を示し、第三期間と異なる第四期間において第三振幅よりも小さい第四振幅を示し、第一検波回路は、第一入力信号が第一振幅を示すときに、入力基準端子を基準として出力端子に正の電圧である第一電圧を出力し、かつ、第一入力信号が第二振幅を示すときに、入力基準端子を基準として出力端子に基準電圧を出力することによって、第一出力信号を出力端子に出力し、第二検波回路は、第二入力信号が第三振幅を示すときに、入力基準端子を基準として出力基準端子に正の電圧である第二電圧を出力し、かつ、第二入力信号が第四振幅を示すときに、入力基準端子を基準として出力基準端子に基準電圧を出力することによって、第二出力信号を出力基準端子に出力してもよい。
本開示の第一の態様に係る高周波受信回路において、例えば、さらに、第一入力信号は、第一期間において第一振幅を示し、第一期間と異なる第二期間において第一振幅よりも小さい第二振幅を示し、第二入力信号は、第三期間において第三振幅を示し、第三期間と異なる第四期間において第三振幅よりも小さい第四振幅を示し、第一検波回路は、第一入力信号が第一振幅を示すときに、入力基準端子を基準として出力端子に正の電圧である第一電圧を出力し、かつ、第一入力信号が第二振幅を示すときに、入力基準端子を基準として出力端子に基準電圧を出力することによって、第一出力信号を出力端子に出力し、第二検波回路は、第二入力信号が第三振幅を示すときに、入力基準端子を基準として出力基準端子に正の電圧である第二電圧を出力し、かつ、第二入力信号が第四振幅を示すときに、入力基準端子を基準として出力基準端子に基準電圧を出力することによって、第二出力信号を出力基準端子に出力してもよい。
第一入力信号と第二入力信号とが相補的な信号である場合、第一検波回路が出力動作を行うときに、第二検波回路は出力動作を行わず、第一検波回路が出力動作を行わないときに、第二検波回路は出力動作を行う。これにより、高周波受信回路は、正の電圧と負の電圧を効率的に出力できる。
本開示の第一の態様に係る高周波受信回路において、例えば、出力信号は、基準端子を基準として出力端子が正となる極性であって第一電圧と絶対値が等しい電圧と、基準端子を基準として出力端子が負となる極性であって第二電圧と絶対値が等しい電圧とを含んでもよい。
本開示の第一の態様に係る高周波受信回路において、例えば、トランジスタは、第二検波回路が出力基準端子に基準電圧を出力しているときにオン状態になり、第二検波回路が出力基準端子に第二電圧を出力しているときにオフ状態になってもよい。
本開示の第一の態様に係る高周波受信回路において、例えば、トランジスタは、ノーマリオン型トランジスタであってもよい。

本開示の第一の態様に係る高周波受信回路において、例えば、第一検波回路は、第一入力端子に一端が接続された第一カップリングコンデンサと、第一カップリングコンデンサの他端にカソードが接続され、入力基準端子にアノードが接続された第一ダイオードと、第一カップリングコンデンサの他端に一端が接続された第一インダクタと、第一インダクタの他端と入力基準端子との間に接続された第一平滑コンデンサとを含み、第二検波回路は、第二入力端子に一端が接続された第二カップリングコンデンサと、第二カップリングコンデンサの他端にカソードが接続され、入力基準端子にアノードが接続された第二ダイオードと、第二カップリングコンデンサの他端に一端が接続された第二インダクタと、第二インダクタの他端と入力基準端子との間に接続された第二平滑コンデンサとを含んでもよい。

これにより、第一検波回路及び第二検波回路は、ダイオードとインダクタを用いた簡単な復調回路によって、検波を行うことができる。

本開示の第二の態様に係る高周波受信回路は、搬送波がパルス信号で変調された信号である入力信号を検波する高周波受信回路であって、入力信号は、第一入力信号と第二入力信号とから構成され、高周波受信回路は、入力信号の基準電位に接続される入力基準端子と、第一入力信号が入力される第一入力端子と、第二入力信号が入力される第二入力端子と、入力基準端子と接続された出力基準端子と、出力信号を出力するための出力端子と、第一入力信号を検波し、入力基準端子を基準として出力端子に正の電圧のパルスである第一出力信号を出力する第一検波回路と、出力端子に第一端子が接続され、出力基準端子に制御端子が接続されたトランジスタと、第二入力信号を検波し、入力基準端子を基準としてトランジスタの第二端子に負の電圧のパルスである第二出力信号を出力する第二検波回路とを備え、出力信号は、第一出力信号と第二出力信号とから構成される。

第二検波回路から入力基準端子を基準としてトランジスタの第二端子に出力された電圧が、トランジスタの制御端子を基準として第二端子に印加されることにより、負側検波回路からの出力と出力端子との間の導通および非導通を切り替えることができる。そのため、高周波受信回路は、出力端子に、正の電圧パルスと負の電圧パルスとを選択的に印加することができる。これにより、例えば、高周波受信回路にパワー半導体スイッチング素子が接続される場合、パワー半導体スイッチング素子を、オン状態からオフ状態へ、あるいはオフ状態からオン状態へ高速に切り替えることができる。また、例えば、第二入力信号が大きい場合に、大きな負の電圧を有する出力信号を出力できる。

本開示の第二の態様に係る高周波受信回路は、例えば、第一入力信号は、第一期間において第一振幅を示し、第一期間と異なる第二期間において第一振幅よりも小さい第二振幅を示し、第二入力信号は、第一期間と異なる第三期間において第三振幅を示し、第三期間と異なる第四期間において第三振幅よりも小さい第四振幅を示し、第一検波回路は、第一入力信号が第一振幅を示すときに、入力基準端子を基準として出力端子に正の電圧である第一電圧を出力し、かつ、第一入力信号が第二振幅を示すときに、入力基準端子を基準として出力端子に基準電圧を出力することによって、第一出力信号を出力端子に出力し、第二検波回路は、第二入力信号が第三振幅を示すときに、入力基準端子を基準としてトランジスタの第二端子に負の電圧である第二電圧を出力し、かつ、第二入力信号が第四振幅を示すときに、入力基準端子を基準としてトランジスタの第二端子に基準電圧を出力することによって、第二出力信号をトランジスタの第二端子に出力してもよい。
本開示の第二の態様に係る高周波受信回路は、例えば、第一入力信号において、第一期間以外の期間は第二期間であり、第二入力信号において、第三期間以外の期間は第四期間であり、第一検波回路が出力端子に第一電圧を出力するとき、第二検波回路がトランジスタの第二端子に基準電圧を出力し、第一検波回路が出力端子に基準電圧を出力するとき、第二検波回路がトランジスタの第二端子に第二電圧を出力してもよい。
第一入力信号と第二入力信号とが相補的な信号である場合、第一検波回路が出力動作を行うときに、第二検波回路は出力動作を行わず、第一検波回路が出力動作を行わないときに、第二検波回路は出力動作を行う。これにより、高周波受信回路は、正の電圧と負の電圧を効率的に出力できる。
本開示の第二の態様に係る高周波受信回路は、例えば、出力信号は、基準端子を基準として出力端子が正となる極性であって第一電圧と絶対値が等しい電圧と、基準端子を基準として出力端子が負となる極性であって第二電圧と絶対値が等しい電圧とを含んでもよい。
本開示の第二の態様に係る高周波受信回路は、例えば、トランジスタは、第二検波回路がトランジスタの第二端子に第二電圧を出力しているときにオン状態になり、第二検波回路がトランジスタの第二端子に基準電圧を出力しているときにオフ状態になってもよい。
本開示の第二の態様に係る高周波受信回路は、例えば、トランジスタは、ノーマリオフ型トランジスタであってもよい。

本開示の第二の態様に係る高周波受信回路は、例えば、第一検波回路は、第一入力端子に一端が接続された第一カップリングコンデンサと、第一カップリングコンデンサの他端にカソードが接続され、入力基準端子にアノードが接続された第一ダイオードと、第一カップリングコンデンサの他端に一端が接続された第一インダクタと、第一インダクタの他端と入力基準端子との間に接続された第一平滑コンデンサとを含み、第二検波回路は、第二入力端子に一端が接続された第二カップリングコンデンサと、第二カップリングコンデンサの他端にアノードが接続され、入力基準端子にカソードが接続された第二ダイオードと、第二カップリングコンデンサの他端に一端が接続された第二インダクタと、第二インダクタの他端と入力基準端子との間に接続された第二平滑コンデンサとを含んでもよい。

これにより、第一検波回路及び第二検波回路は、ダイオードとインダクタを用いた簡単な復調回路によって、検波を行うことができる。

本開示の一形態に係る絶縁型信号伝送装置は、パルス信号を絶縁伝送する絶縁型信号伝送装置であって、搬送波を生成する発振器と、発振器で生成された搬送波をパルス信号で変調することにより、第一期間において第一振幅を示し、第一期間と異なる第二期間において第一振幅よりも小さい第二振幅を示す、第一被変調信号と、第一期間と異なる第三期間において第三振幅を示し、第三期間と異なる第四期間において第三振幅よりも小さい第四振幅を示す、第二被変調信号とを生成する変調器と、変調器で得られた第一被変調信号を電磁界共鳴によって絶縁伝送する第一電磁界共鳴結合器と、変調器で得られた第二被変調信号を電磁界共鳴によって絶縁伝送する第二電磁界共鳴結合器と、第一電磁界共鳴結合器から出力された信号を第一入力信号とし、第二電磁界共鳴結合器から出力された信号を第二入力信号とする入力信号を検波する上記第一の形態または第二の形態に係る高周波受信回路とを備える。

これにより、絶縁型信号伝送装置には上記の高周波受信回路が備えられているので、上記高周波受信回路と同様の効果が奏される。

以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。本開示は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成するものとして説明される。

（実施の形態１）
図１は、本開示の実施の形態１における絶縁型信号伝送装置２００の一例を示す回路図である。この絶縁型信号伝送装置２００は、パルス信号を絶縁伝送する装置である。絶縁型信号伝送装置２００は、例えば、パワーデバイス等の半導体スイッチング素子のゲート駆動回路等として用いられる。絶縁型信号伝送装置２００は、発振器１７１と、変調器１７２と、正側電磁界共鳴結合器１８０と、負側電磁界共鳴結合器１８１と、高周波受信回路１００とを備える。

発振器１７１は、搬送波となる高周波を生成する回路である。高周波は、例えば、１００ＭＨｚ以上の周波数を有する。

変調器１７２は、発振器１７１で生成された搬送波を、入力されたパルス信号で変調することにより、正側被変調信号と負側被変調信号を生成する。正側被変調信号は、パルス信号が第１論理値（ここでは、Ｈｉｇｈレベル）の期間において搬送波が現れる。負側被変調信号は、パルス信号が第２論理値（ここでは、Ｌｏｗレベル）の期間において搬送波が現れる。この変調器１７２は、例えば、入力されたパルス信号と発振器１７１からの搬送波とを乗じて得られる信号を正側被変調信号とし、入力されたパルス信号を反転した信号と発振器１７１からの搬送波とを乗じて得られる信号を負側被変調信号として出力する混合器であってもよい。あるいは、変調器１７２は、例えば、入力されたパルス信号が第１論理値であるときに、発振器１７１からの搬送波を正側電磁界共鳴結合器１８０に出力し、入力されたパルス信号が第２論理値であるときに、発振器１７１からの搬送波を負側電磁界共鳴結合器１８１に出力する１入力２出力スイッチであってもよい。

正側電磁界共鳴結合器１８０は、変調器１７２で生成された正側被変調信号を電磁界共鳴によって絶縁伝送する結合器である。正側電磁界共鳴結合器１８０は、例えば、対向して設けられた２つのオープンリングで構成される。

負側電磁界共鳴結合器１８１は、変調器１７２で生成された負側被変調信号を電磁界共鳴によって絶縁伝送する非接触信号伝送器である。負側電磁界共鳴結合器１８１は、例えば、対向して設けられた２つのオープンリングで構成される。

高周波受信回路１００は、入力信号を検波する回路である。入力信号は、正側電磁界共鳴結合器１８０から出力される正側入力信号と、負側電磁界共鳴結合器１８１から出力される負側入力信号とから構成される。正側入力信号は、正側被変調信号が正側電磁界共鳴結合器１８０で絶縁伝送された信号である。そのため、正側入力信号は、正側被変調信号と同様に、この絶縁型信号伝送装置２００に入力されたパルス信号が第１論理値（ここでは、Ｈｉｇｈレベル）を示す期間に対応して、搬送波が現れる信号である。また、負側入力信号は、負側被変調信号が負側電磁界共鳴結合器１８１で絶縁伝送された信号である。そのため、負側入力信号は、負側被変調信号と同様に、この絶縁型信号伝送装置２００に入力されたパルス信号が第２論理値（ここでは、Ｌｏｗレベル）を示す期間に対応して、搬送波が現れる信号である。

この高周波受信回路１００は、入力信号の基準電位に接続される入力基準端子１０２と、正側入力信号が入力される正側入力端子１０１と、負側入力信号が入力される負側入力端子１０５と、検波後のパルス信号を出力信号として出力するための出力端子１０３及び出力基準端子１０４と、正側検波回路１０６と、負側検波回路１０８と、トランジスタ１１０とを備える。

正側検波回路１０６は、正側入力信号を検波し、入力基準端子１０２を基準として出力端子１０３に正の電圧のパルス信号を出力する復調回路である。この正側検波回路１０６は、正側入力端子１０１に一端が接続された正側カップリングコンデンサ１２０と、正側カップリングコンデンサ１２０の他端にカソードが接続され、入力基準端子１０２にアノードが接続された正側ダイオード１２１と、正側カップリングコンデンサ１２０の他端に一端が接続された正側インダクタ１２２と、正側インダクタ１２２の他端と入力基準端子１０２との間に接続された正側平滑コンデンサ１２３とを含む。

負側検波回路１０８は、負側入力信号を検波し、入力基準端子１０２を基準として出力基準端子に正の電圧のパルス信号を出力する復調回路である。この負側検波回路１０８は、負側入力端子１０５に一端が接続された負側カップリングコンデンサ１３０と、負側カップリングコンデンサ１３０の他端にカソードが接続され、入力基準端子１０２にアノードが接続された負側ダイオード１３１と、負側カップリングコンデンサ１３０の他端に一端が接続された負側インダクタ１３２と、負側インダクタ１３２の他端と入力基準端子１０２との間に接続された負側平滑コンデンサ１３３とを含む。

トランジスタ１１０は、入力基準端子１０２にドレイン及びゲートが接続され、出力基準端子１０４にソースが接続されたノーマリオン型のトランジスタである。トランジスタ１１０は、例えば、Ｎ型のＦＥＴである。

このような構成を備える高周波受信回路１００によれば、正側検波回路１０６は、パルス信号を出力端子１０３に出力する。正側検波回路１０６から出力されるパルス信号は、正側入力信号に搬送波が現れたときに、入力基準端子１０２を基準として出力端子１０３が正の電圧となり、正側入力信号に搬送波が現れないときに、入力基準端子１０２を基準として出力端子１０３が基準電圧となる。また、負側検波回路１０８は、パルス信号を出力基準端子１０４に出力する。負側検波回路１０８から出力されるパルス信号は、負側入力信号に搬送波が現れたときに、入力基準端子１０２を基準として出力基準端子１０４が正の電圧となり、負側入力信号に搬送波が現れないときに、入力基準端子１０２を基準として出力基準端子１０４が基準電圧となる。さらに、トランジスタ１１０は、負側検波回路１０８が出力基準端子１０４、つまり、トランジスタ１１０のソースに基準電圧を出力しているときにオン状態になる。トランジスタ１１０は、負側検波回路１０８が出力基準端子１０４、つまり、トランジスタ１１０のソースに正の電圧を出力しているときにオフ状態になる。

その結果、この絶縁型信号伝送装置２００は、入力されたパルス信号が第１論理値（ここでは、Ｈｉｇｈレベル）のとき、正側入力信号に搬送波が現れ、同時に、負側入力信号に搬送波が現れない。そのため、正側検波回路１０６から出力端子１０３に正の電圧が出力され、負側検波回路１０８から出力基準端子１０４に基準電圧が出力される。その結果、トランジスタ１１０がオン状態となり、出力基準端子１０４を基準として出力端子１０３に正の電圧が出力される。一方、入力されたパルス信号が第２論理値（ここでは、Ｌｏｗレベル）のとき、正側入力信号に搬送波が現れず、同時に、負側入力信号に搬送波が現れる。そのため、正側検波回路１０６から出力端子１０３に基準電圧が出力され、負側検波回路１０８から出力基準端子１０４に正の電圧が出力される。その結果、トランジスタ１１０がオフ状態となり、出力基準端子１０４を基準として出力端子１０３に負の電圧が出力される。このように、絶縁型信号伝送装置２００は、バイポーラの出力動作をする。

以下、この絶縁型信号伝送装置２００の構成及び動作の一例について、より詳しく説明する。

絶縁型信号伝送装置２００において、変調器１７２は、入力されたパルス信号に応じて、発振器１７１から取得した高周波を変調し、２つの相補的な強度被変調信号を形成する。そして、変調器１７２は、これらの強度被変調信号を２系統の経路に出力する。強度変調（振幅変調）された２つの被変調信号は、電磁界共鳴結合器によって非接触電力伝送された後、高周波受信回路１００によって、ゲート駆動波形として、出力端子１０３から出力される。具体的には、正側被変調信号は、正側電磁界共鳴結合器１８０によって非接触電力伝送された後、高周波受信回路１００によって出力端子１０３から出力される。あるいは、負側被変調信号は、負側電磁界共鳴結合器１８１によって非接触電力伝送された後、高周波受信回路１００によって出力端子１０３から出力される。つまり、絶縁型信号伝送装置２００は、入力されたパルス信号に応じて、バイポーラ電圧の信号を出力する。ここで、変調器１７２は、混合器であってもよいし、スイッチであってもよい。

この絶縁型信号伝送装置２００は、電磁界共鳴結合器を用いて非接触電力伝送をするため、電磁界共鳴結合器の送信側と受信側とが絶縁されている。ここでいう絶縁とは、送信側の信号線と、受信側の信号線とが電気的に絶縁されており、送信側のグランドと受信側のグランドとが電気的に絶縁されていることをいう。また、高周波とは、搬送波として使用される波である。高周波の周波数は、元信号（すなわち絶縁型信号伝送装置２００に入力されるパルス信号）の周波数よりも高い。高周波の周波数は、例えば、１００ＭＨｚ以上である。この絶縁型信号伝送装置２００は、高周波を使用して信号を伝送するため、電磁界共鳴結合器（正側電磁界共鳴結合器１８０及び負側電磁界共鳴結合器１８１）のサイズを小さくすることができる。さらに、電磁界共鳴結合器を用いた電力伝送は、遠い距離でも高効率の電力伝送ができる。これにより、絶縁型信号伝送装置２００は、小さい損失で、電磁界共鳴結合器間の距離に応じた高い絶縁耐圧を実現できる。

高周波受信回路１００は、正側電磁界共鳴結合器１８０から正側入力信号を受信する正側入力端子１０１と、負側電磁界共鳴結合器１８１から負側入力信号を受信する負側入力端子１０５と、正側電磁界共鳴結合器１８０及び負側電磁界共鳴結合器１８１のグランドと接続される入力基準端子１０２と、出力信号を出力する出力端子１０３と、出力端子１０３の基準電圧となる出力基準端子１０４とを備える。出力端子１０３から出力される出力信号は、例えば、パワーデバイス等の半導体スイッチング素子のゲート端子に供給するゲート信号である。

正側検波回路１０６を構成する正側ダイオード１２１と正側インダクタ１２２と正側平滑コンデンサ１２３は、正側入力端子１０１から入力される正側入力信号を整流して、正側ダイオード１２１のアノードを基準としてカソードが正の電圧を生成する。

負側検波回路１０８を構成する負側ダイオード１３１と負側インダクタ１３２と負側平滑コンデンサ１３３は、負側入力端子１０５から入力される負側入力信号を整流して、負側ダイオード１３１のアノードを基準としてカソードが正の電圧を生成する。

正側検波回路１０６では、正側入力端子１０１と正側ダイオード１２１のカソードとが正側カップリングコンデンサ１２０を介して接続されている。正側ダイオード１２１のカソードと正側インダクタ１２２の一端とが接続されている。正側インダクタ１２２の他端と正側平滑コンデンサ１２３の一端及び出力端子１０３とが接続されている。正側平滑コンデンサ１２３の他端と正側ダイオード１２１のアノード及び入力基準端子１０２とが接続されている。入力基準端子１０２と、正側電磁界共鳴結合器１８０のグランドとが接続されている。なお、正側検波回路１０６は、正側入力信号から、入力基準端子１０２を基準として出力端子１０３に正の電圧を生成する検波回路であれば、その他の構成であってもよい。

負側検波回路１０８では、負側入力端子１０５と負側ダイオード１３１のカソードとが負側カップリングコンデンサ１３０を介して接続されている。負側ダイオード１３１のカソードと負側インダクタ１３２の一端とが接続されている。負側インダクタ１３２の他端と負側平滑コンデンサ１３３の一端及び出力基準端子１０４とが接続されている。負側平滑コンデンサ１３３の他端と負側ダイオード１３１のアノード及び入力基準端子１０２とが接続されている。入力基準端子１０２と、負側電磁界共鳴結合器１８１のグランドとが接続されている。なお、負側検波回路１０８は、負側入力信号から、入力基準端子１０２を基準として出力基準端子１０４が正の極性となるような電圧を生成する検波回路であれば、その他の構成であってもよい。

入力基準端子１０２は、トランジスタ１１０のドレインおよびゲートと接続されており、トランジスタ１１０のソースは、出力基準端子１０４と接続されている。ここで、トランジスタ１１０は、ノーマリオン型トランジスタであって、ゲートの閾値電圧が、０Ｖより低いトランジスタである。例えば、閾値が−２．５Ｖの場合、ソースを基準としてゲート電圧が０Ｖのときは、トランジスタがオン状態となり、ドレイン・ソース間がショートし、ソースを基準としてゲート電圧が−３．０Ｖのときは、トランジスタがオフ状態となり、ドレイン・ソース間がオープンとなるトランジスタである。る。トランジスタ１１０は、例えば、ＧａＮトランジスタであってもよい。

トランジスタ１１０は、例えば、Ｎチャネル型トランジスタである。なお、トランジスタ１１０のゲートとソースとの間に抵抗が挿入されてもよい。出力端子１０３と出力基準端子１０４の間に抵抗が挿入されてもよい。

絶縁型信号伝送装置２００によって、入力のパルス信号のＨｉｇｈレベルに対応して、出力端子１０３から正の電圧が出力され、入力のパルス信号のＬｏｗレベルに対応して、出力端子１０３から負の電圧が出力される。このように、絶縁型信号伝送装置２００は、正側検波回路１０６の出力と負側検波回路１０８の出力とが繋がってしまうことが回避される。その結果、絶縁型信号伝送装置２００は、負の大きな電圧を供給できるので、例えば出力端子１０３に接続される半導体トランジスタをオフ状態にする際に、半導体トランジスタのゲートに蓄積された電荷を確実に引き抜くことができる。これにより、絶縁型信号伝送装置２００は、高速な信号伝送を実現することが可能となる。

次に、高周波受信回路１００の動作の一例について、図２、図３を用いて説明する。

高周波受信回路１００は、正側入力端子１０１に搬送波が入力された場合に、その搬送波を検波し、出力基準端子１０４を基準として出力端子１０３に正の電圧を出力する。一方、高周波受信回路１００は、負側入力端子１０５に搬送波が入力された場合に、その搬送波を検波し、出力端子１０３を基準として出力基準端子１０４に正の電圧を出力する。つまり、高周波受信回路１００は、出力基準端子１０４を基準として出力端子１０３に負の電圧を出力する。

なお、高周波受信回路１００は、例えば、出力端子１０３に、パワー半導体スイッチング素子のゲート端子が接続され、出力基準端子１０４に、パワー半導体スイッチング素子のソース端子が接続される。

図２は、正側入力端子１０１に入力された正側入力信号に搬送波が現れたときにおける、高周波受信回路１００の各端子の電圧の一例を示す図である。このとき、高周波受信回路１００は、出力端子１０３からオン電圧を出力する。オン電圧とは、駆動対象であるパワー半導体スイッチング素子をオン状態にさせるためのゲート電圧である。つまり、搬送波が正側入力端子１０１に入力されたとき、正側検波回路１０６は、入力基準端子１０２を基準として、出力端子１０３に正の電圧を出力する。図２に示される例では、正側インダクタ１２２の一端及び出力端子１０３に５Ｖが出力されている。

このとき、トランジスタ１１０のゲートは入力基準端子１０２と接続されているので０Ｖとなっている。トランジスタ１１０のソースは負側検波回路１０８と接続されており、負側検波回路１０８は電圧を生成しないので、トランジスタ１１０のソースは０Ｖである。したがって、ノーマリオン型のトランジスタ１１０はオン状態になっている。トランジスタ１１０のドレインとソースとは短絡しているので、入力基準端子１０２と出力基準端子１０４は短絡している。その結果、正側検波回路１０６が出力した電圧は、出力基準端子１０４を基準として出力端子１０３が正となる電圧として出力される。つまり、高周波受信回路１００は、出力基準端子１０４を基準として出力端子１０３に正の電圧を出力する。図２に示される例では、５Ｖの電圧が、例えば、パワー半導体スイッチング素子をオン状態にするための電圧として出力される。

次に、パワー半導体スイッチング素子をオフ状態にする時の動作の一例について図３について説明する。図３は、負側入力端子１０５に入力された負側入力信号に搬送波が現れたときにおける、高周波受信回路１００の各端子の電圧の一例を示す図である。このとき、高周波受信回路１００は、出力端子１０３から負の電圧を出力する。

搬送波が負側入力端子１０５に入力されたとき、負側検波回路１０８は、入力基準端子１０２を基準として、出力基準端子１０４に正の電圧を出力する。図３に示される例では、正側インダクタ１２２の一端及び出力基準端子１０４に５Ｖが出力されている。

このとき、トランジスタ１１０のゲートは入力基準端子１０２と接続されているので０Ｖとなっている。トランジスタ１１０のソースは、負側インダクタ１３２及び出力基準端子１０４と接続しているので、５Ｖとなる。このため、トランジスタ１１０はソースを基準として、ゲートが−５Ｖとなっている。したがって、ノーマリオン型のトランジスタ１１０はオフ状態になっている。トランジスタ１１０はオフ状態となっているため、出力基準端子１０４と入力基準端子１０２はオープンである。さらに、正側検波回路１０６は電圧を生成しないので、入力基準端子１０２を基準として出力端子１０３は０Ｖ程度になる。これにより、出力基準端子１０４を基準として、−５Ｖという大きな電圧が、出力端子１０３から出力される。

高周波受信回路１００は、出力基準端子１０４を基準として出力端子１０３が負となる電圧を供給することができる。そのため、高周波受信回路１００は、例えば、オン状態であったパワー半導体スイッチング素子をオフ状態に切り替えるときに、パワー半導体スイッチング素子のゲートにチャージされていた電荷を、アクティブに引き抜くことができる。このため、高周波受信回路１００は、パワー半導体スイッチング素子を高速にオフすることができる。

つまり、高周波受信回路１００は、正側入力端子１０１に搬送波が入力されると、出力基準端子１０４を基準として出力端子１０３が正となる電圧を、パワー半導体スイッチング素子をオン状態にするためのゲート電圧として出力することができ、負側入力端子１０５に搬送波が入力されると、出力基準端子１０４を基準として出力端子１０３が負となる電圧を、パワー半導体スイッチング素子をオフ状態にするためのゲート電圧として出力することができる。このように、高周波受信回路１００は、搬送波が正側入力端子１０１に入力されるか、または、搬送波が負側入力端子１０５に入力されるかによって、出力電圧の極性を切り替えることができる。

高周波受信回路１００は、負の電圧をパワー半導体スイッチング素子のゲートに印加できるため、そのパワー半導体スイッチング素子のオフ状態を安定して保つことができ、誤動作を防ぐことができる。例えば、パワー半導体スイッチング素子がオフ状態にあるときに、外来ノイズ等により、誤動作でパワー半導体スイッチング素子のゲートに電圧が発生するケースを想定する。このような場合であっても、高周波受信回路１００がパワー半導体スイッチング素子のゲートに負の電圧を常に印加しているので、パワー半導体スイッチング素子のゲート電位が閾値を超えてしまうことが防止される。特に、高周波受信回路１００は、ＧａＮパワーデバイスのように、閾値電圧が１．５Ｖ等と低いスイッチングデバイスの誤動作を防ぐのに非常に有効である。

また、高周波受信回路１００は、トランジスタ１１０にノーマリオン型のトランジスタを使用しているため、高速に動作する。さらに、絶縁型信号伝送装置２００は、絶縁素子として電磁界共鳴結合器を備えるため、トランスなどにエネルギーが蓄積されることなく、高速な信号伝送が可能である。絶縁素子としてフォトカップラとトランスを備える従来のゲート駆動回路は、２次側で信号のオン／オフを制御するための回路を別途備える必要があった。しかし、絶縁型信号伝送装置２００を適用したゲート駆動回路は、１次側で生成した被変調信号をそのまま２次側に伝えることができる。

図４は、高周波受信回路１００において、入力された入力信号の強度（大きさ）に対する出力電圧の関係の一例を示す図である。本図において、出力電圧は、出力基準端子１０４を基準とする出力端子１０３の電圧である。また、実線４９０が正側入力端子１０１に搬送波が入力された場合の出力電圧であり、破線４９１が負側入力端子１０５に搬送波が入力された場合の出力電圧である。

図４に示されるように、入力信号の強度が大きいほど、より大きな正の電圧及び負の電圧の出力電圧がそれぞれ生成される。図４から分かるように、高周波受信回路１００は、搬送波が正側入力端子１０１に入力された場合には正の電圧を出力し、搬送波が負側入力端子１０５に入力された場合には負の電圧を出力する。これは、高周波受信回路１００がトランジスタ１１０を備えることによって、正側検波回路１０６の出力と負側検波回路１０８の出力とが繋がってしまうことを回避できるためである。特に、図１に示される高周波受信回路１００は、大きな負の電圧を出力できる。

なお、正側ダイオード１２１及び、負側ダイオード１３１は、高周波で動作する接合容量の小さなダイオードでもよい。そのようなダイオードは、例えば、ショットキーダイオードである。

また、パワー半導体スイッチング素子は、ゲート電圧３Ｖでオン状態になるＧａＮスイッチングデバイスでなくてもよく、その他のパワーデバイスであってもよい。

例えば、高周波が２．４ＧＨｚの場合であって、かつ、高周波受信回路１００が、正側ダイオード１２１及び負側ダイオード１３１として、ＧａＮのショットキーバリアダイオードを備える場合、正側インダクタ１２２及び負側インダクタ１３２のインダクタンスを５．８ｎＨとし、正側カップリングコンデンサ１２０及び負側カップリングコンデンサ１３０のキャパシタンスを０．４ｐＦとしてもよい。この場合、正側検波回路１０６及び負側検波回路１０８は、２．４ＧＨｚの検波回路として動作する。

なお、本実施の形態では、絶縁素子が電磁界共鳴結合器である例について説明したが、絶縁素子は、高周波を絶縁して伝送する素子であれば、電磁界共鳴結合器以外の素子であってもよい。

（実施の形態２）
次に、本開示の実施の形態２における絶縁型信号伝送装置の一例について説明する。なお、本実施の形態における絶縁型信号伝送装置は、実施の形態１と比べ、高周波受信回路の構成が異なるだけである。よって、以下では、本実施の形態における高周波受信回路について説明する。

図５は、本開示の実施の形態における高周波受信回路５００の一例を示す回路図である。この高周波受信回路５００は、入力信号の基準電位に接続される入力基準端子１０２と、正側入力信号が入力される正側入力端子１０１と、負側入力信号が入力される負側入力端子１０５と、入力基準端子１０２と接続された出力基準端子１０４と、検波後のパルス信号を出力信号として出力するための出力端子１０３と、正側入力信号を検波し、入力基準端子１０２を基準として出力端子１０３に正の電圧のパルス信号を出力する正側検波回路１０６と、トランジスタ５１０と、負側入力信号を検波し、入力基準端子１０２を基準としてトランジスタ５１０のソースに負の電圧のパルス信号を出力する負側検波回路５０８と、抵抗５１１とを備える。

この高周波受信回路５００は、バイポーラの出力電圧を出力する点で実施の形態１と共通するが、負側検波回路５０８の構成、トランジスタ５１０の接続形態、及び、抵抗５１１が設けられている点で、図１に示される高周波受信回路１００と異なる。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

負側検波回路５０８は、負側入力信号を検波し、入力基準端子１０２を基準として、トランジスタ５１０のソース端子に負の電圧のパルス信号を出力する復調回路である。具体的には、負側入力信号を検波することによって生成された負側出力信号は、抵抗５１１を介して、トランジスタ５１０のソースに出力される。この負側検波回路５０８は、負側入力端子１０５に一端が接続された負側カップリングコンデンサ１３０と、負側カップリングコンデンサ１３０の他端にアノードが接続され、入力基準端子１０２にカソードが接続された負側ダイオード５３１と、負側カップリングコンデンサ１３０の他端に一端が接続された負側インダクタ１３２と、負側インダクタ１３２の他端と入力基準端子１０２との間に接続された負側平滑コンデンサ１３３とを含む。

トランジスタ５１０は、出力端子１０３にドレインが接続され、出力基準端子１０４にゲートが接続され、抵抗５１１の一端にソースが接続されたノーマリオフ型のトランジスタである。トランジスタ５１０は、例えばＮ型のＦＥＴである。

抵抗５１１は、トランジスタ５１０のソースと負側検波回路５０８の出力端子（負側インダクタ１３２と負側平滑コンデンサ１３３との接続点）との間に接続されている。

このような構成を備える高周波受信回路５００によれば、正側検波回路１０６は、パルス信号を出力端子１０３に出力する。正側検波回路１０６から出力されるパルス信号は、正側入力信号に搬送波が現れたときに、入力基準端子１０２を基準として出力端子１０３に正の電圧を出力し、正側入力信号に搬送波が現れないときに、入力基準端子１０２を基準として出力端子１０３に基準電圧となる。また、負側検波回路１０８は、パルス信号をトランジスタ５１０のソースに出力する。負側検波回路５０８から出力されるパルス信号は、負側入力信号に搬送波が現れたときに、入力基準端子１０２を基準としてトランジスタ５１０のソースが負の電圧となり、負側入力信号に搬送波が現れないときに、入力基準端子１０２を基準としてトランジスタ５１０のソースが基準電圧となる。さらに、トランジスタ５１０は、負側検波回路１０８がトランジスタ５１０のソースに負の電圧を出力しているときにオン状態になる。トランジスタ１１０は、負側検波回路１０８が基準電圧を出力しているときにオフする。

その結果、本実施の形態の絶縁型信号伝送装置は、入力されたパルス信号が第１論理値（ここでは、Ｈｉｇｈレベル）のときに、正側入力信号に搬送波が現れ、同時に、負側入力信号に搬送波が現れない。そのため、正側検波回路１０６から出力端子１０３に正の電圧が出力され、負側検波回路５０８からトランジスタ５１０のソースに基準電圧が出力される。その結果、トランジスタ１１０がオフ状態となり、出力基準端子１０４を基準として出力端子１０３に正の電圧が出力される。一方、入力されたパルス信号が第２論理値（ここでは、Ｌｏｗレベル）のとき、正側入力信号に搬送波が現れず、同時に、負側入力信号に搬送波が現れる。そのため、正側検波回路１０６から出力端子１０３に基準電圧が出力され、負側検波回路５０８からトランジスタ５１０のソースに負の電圧が出力される。その結果、トランジスタ１１０がオン状態となり、出力基準端子１０４を基準として出力端子１０３に負の電圧が出力される。このように、絶縁型信号伝送装置２００は、バイポーラの出力動作をする。

以下、この絶縁型信号伝送装置２００の構成及び動作の一例について、より詳しく説明する。

高周波受信回路５００は、正側入力端子１０１と、負側入力端子１０５と、入力基準端子１０２と、負荷のパワーデバイスに供給するゲート信号を出力する出力端子１０３と、出力端子１０３の基準電圧となる出力基準端子１０４を備える。

正側検波回路１０６において、正側ダイオード１２１と正側インダクタ１２２と正側平滑コンデンサ１２３は、正側入力端子１０１から入力される正側入力信号を整流して、正側ダイオード１２１のアノードを基準としてカソードが、正の電圧を生成する。

負側検波回路５０８において、負側ダイオード５３１と負側インダクタ１３２と負側平滑コンデンサ１３３は、負側入力端子１０５から入力される負側入力信号を整流して、負側ダイオード５３１のカソードを基準としてアノードが負の電圧を生成する。

正側検波回路１０６では、正側入力端子１０１と正側ダイオード１２１のカソードとが正側カップリングコンデンサ１２０を介して接続されている。正側ダイオード１２１のカソードと正側インダクタ１２２の一端とが接続されている。正側インダクタ１２２の他端と正側平滑コンデンサ１２３及び出力端子１０３とが接続されている。正側平滑コンデンサ１２３と正側ダイオード１２１のアノードと入力基準端子１０２と出力基準端子１０４とが接続されている。入力基準端子１０２と、正側電磁界共鳴結合器１８０のグランドとが接続されている。なお、正側検波回路１０６は、正側入力信号から、入力基準端子１０２を基準として出力端子１０３に正の電圧を生成する検波回路であれば、その他の構成であってもよい。

負側検波回路５０８では、負側入力端子１０５と負側ダイオード５３１のアノードとが負側カップリングコンデンサ１３０を介して接続されている。負側ダイオード５３１のアノードと、負側インダクタ１３２の一端とが接続されている。負側インダクタ１３２の他端と負側平滑コンデンサ１３３の一端とが接続されている。負側平滑コンデンサ１３３の他端と負側ダイオード５３１のカソードと入力基準端子１０２と出力基準端子１０４とが接続されている。入力基準端子１０２と、負側電磁界共鳴結合器１８１のグランドとが接続されている。なお、負側検波回路５０８は、負側入力信号から、入力基準端子を基準としてトランジスタ５１０のソースに負の電圧を生成する検波回路であれば、その他の構成であってもよい。

さらに、正側インダクタ１２２はトランジスタ５１０のドレインと接続し、負側インダクタ１３２は、抵抗５１１を介しトランジスタ５１０のソースと接続されている。

入力基準端子１０２は、トランジスタ５１０のゲートと接続されている。

ここで、トランジスタ５１０は、例えば、ノーマリオフ型トランジスタである。トランジスタ５１０は、例えば、ノーマリオフ型のＧａＮトランジスタである。

以上のように構成された高周波受信回路５００においては、正側入力端子１０１から入力された正側入力信号に搬送波が現れたとき、トランジスタ５１０がオフ状態となり、負側検波回路５０８に電流は流れない。このため、出力端子１０３には、出力基準端子１０４を基準として出力端子１０３に正の電圧が出力される。一方、負側入力端子１０５から入力された負側入力信号に搬送波が現れたとき、トランジスタ５１０がオン状態となり、負側検波回路５０８で生成された負の電圧は、トランジスタ５１０を介して出力端子１０３から出力される。このため、出力端子１０３には、出力基準端子１０４を基準として、負の電圧が出力される。

このように、高周波受信回路５００にトランジスタ５１０が設けられることにより、正側検波回路１０６の出力と負側検波回路５０８の出力とが繋がってしまうことが回避される。その結果、高周波受信回路５００から大きな正の電圧及び負の電圧が出力される。なお、もし、高周波受信回路５００にトランジスタ５１０が設けられない場合、大きな正の電圧及び負の電圧を出力することは困難になる。例えば、トランジスタ５１０がなく、負側インダクタ１３２を直接、出力端子１０３に接続した場合を参考例として想定する。このとき、参考例の高周波受信回路は、正側検波回路１０６の出力と負側検波回路５０８の出力とが繋がった回路構成を有する。この場合、正側入力端子１０１に搬送波が入力されて、正側検波回路１０６が正の電圧を生成しても、当該電圧によって発生する電流は負側ダイオード５３１に流れてしまう。このため、出力端子１０３からは、負側ダイオード５３１の閾値電圧未満の電圧しか出力されない。

図６は、本実施の形態における高周波受信回路５００において、入力された入力信号の強度（大きさ）に対する出力電圧の関係の一例を説明する図である。図６の（ａ）は、上述した参考例の高周波受信回路（トランジスタを備えないで、負側インダクタ１３２が直接、出力端子１０３に接続された構成を備える高周波受信回路）の特性を示す。図６の（ｂ）は、本実施の形態２に係る高周波受信回路５００の特性の一例を示す。本図において、出力電圧は、出力基準端子１０４を基準とする出力端子１０３の電圧である。また、右上がりの実線が正側入力端子１０１に搬送波が入力された場合の出力電圧であり、右下がりの実線が負側入力端子１０５に搬送波が入力された場合の出力電圧である。

図６の（ａ）の右下がりの実線に示されるように、参考例の高周波受信回路は、入力信号がある程度の大きさ（約１７ｄＢｍ）以上でないと負の電圧が出力されない。これに対して、図６の（ｂ）の右下がりの実線に示されるように、本実施の形態の高周波受信回路５００は、入力信号が小さな電圧であっても、入力電圧に応じた負の電圧が出力されている。つまり、本実施の形態の高周波受信回路５００は、参考例に比べて、小さな電圧の高周波に対する応答性がよい。

以上、本開示に係る高周波受信回路及び絶縁型信号伝送装置について、実施の形態１及び２に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態１及び２に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

例えば、搬送波がパルス信号で変調された信号である入力信号を検波する高周波受信回路であって、入力信号は、パルス信号が第１論理値の期間において搬送波が現れる正側入力信号と、パルス信号が第２論理値の期間において搬送波が現れる負側入力信号とから構成され、高周波受信回路は、入力信号の基準電位に接続される入力基準端子と、正側入力信号が入力される正側入力端子と、負側入力信号が入力される負側入力端子と、検波後のパルス信号を出力するための出力端子及び出力基準端子と、正側入力信号を検波し、入力基準端子を基準として出力端子に正の電圧のパルス信号を出力する正側検波回路と、負側入力信号を検波し、入力基準端子を基準として出力基準端子に正の電圧のパルス信号を出力する負側検波回路と、入力基準端子にドレイン及びゲートが接続され、出力基準端子にソースが接続されたトランジスタとを備えてもよい。

例えば、正側検波回路は、正側入力信号に搬送波が現れたときに正の電圧となり、正側入力信号に搬送波が現れないときに基準電圧となるパルス信号を出力端子に出力し、負側検波回路は、負側入力信号に搬送波が現れたときに正の電圧となり、負側入力信号に搬送波が現れないときに基準電圧となるパルス信号を出力基準端子に出力し、トランジスタは、負側検波回路が出力基準端子に基準電圧を出力しているときにオンし、負側検波回路が出力基準端子に正の電圧を出力しているときにオフしてもよい。

例えば、正側検波回路は、正側入力端子に一端が接続された正側カップリングコンデンサと、正側カップリングコンデンサの他端にカソードが接続され、入力基準端子にアノードが接続された正側ダイオードと、正側カップリングコンデンサの他端に一端が接続された正側インダクタと、正側インダクタの他端と入力基準端子との間に接続された正側平滑コンデンサとを含み、負側検波回路は、負側入力端子に一端が接続された負側カップリングコンデンサと、負側カップリングコンデンサの他端にカソードが接続され、入力基準端子にアノードが接続された負側ダイオードと、負側カップリングコンデンサの他端に一端が接続された負側インダクタと、負側インダクタの他端と入力基準端子との間に接続された負側平滑コンデンサとを含んでもよい。

例えば、搬送波がパルス信号で変調された信号である入力信号を検波する高周波受信回路であって、入力信号は、パルス信号が第１論理値のときに搬送波が現れる正側入力信号と、パルス信号が第２論理値のときに搬送波が現れる負側入力信号とから構成され、高周波受信回路は、入力信号の基準電位に接続される入力基準端子と、正側入力信号が入力される正側入力端子と、負側入力信号が入力される負側入力端子と、入力基準端子と接続された出力基準端子と、検波後のパルス信号を出力するための出力端子と、正側入力信号を検波し、入力基準端子を基準として出力端子に正の電圧のパルス信号を出力する正側検波回路と、出力端子にドレインが接続され、出力基準端子にゲートが接続されたトランジスタと、負側入力信号を検波し、入力基準端子を基準としてトランジスタのソースに負の電圧のパルス信号を出力する負側検波回路とを備えてもよい。

例えば、正側検波回路は、正側入力信号に搬送波が現れたときに正の電圧となり、正側入力信号に搬送波が現れないときに基準電圧となるパルス信号を出力端子に出力し、負側検波回路は、負側入力信号に搬送波が現れたときに負の電圧となり、負側入力信号に搬送波が現れないときに基準電圧となるパルス信号をトランジスタのソースに出力し、トランジスタは、負側検波回路がトランジスタのソースに負の電圧を出力しているときにオンし、負側検波回路がトランジスタのソースに基準電圧を出力しているときにオフしてもよい。

例えば、正側検波回路は、正側入力端子に一端が接続された正側カップリングコンデンサと、正側カップリングコンデンサの他端にカソードが接続され、入力基準端子にアノードが接続された正側ダイオードと、正側カップリングコンデンサの他端に一端が接続された正側インダクタと、正側インダクタの他端と入力基準端子との間に接続された正側平滑コンデンサとを含み、負側検波回路は、負側入力端子に一端が接続された負側カップリングコンデンサと、負側カップリングコンデンサの他端にアノードが接続され、入力基準端子にカソードが接続された負側ダイオードと、負側カップリングコンデンサの他端に一端が接続された負側インダクタと、負側インダクタの他端と入力基準端子との間に接続された負側平滑コンデンサとを含んでもよい。

例えば、パルス信号を絶縁伝送する絶縁型信号伝送装置であって、搬送波を生成する発振器と、発振器で生成された搬送波をパルス信号で変調することにより、パルス信号が第１論理値の期間において搬送波が現れる正側被変調信号と、パルス信号が第２論理値の期間において搬送波が現れる負側被変調信号とを生成する変調器と、変調器で得られた正側被変調信号を電磁界共鳴によって絶縁伝送する正側電磁界共鳴結合器と、変調器で得られた負側被変調信号を電磁界共鳴によって絶縁伝送する負側電磁界共鳴結合器と、正側電磁界共鳴結合器から出力された信号を正側入力信号とし、負側電磁界共鳴結合器から出力された信号を負側入力信号とする入力信号を検波する上記の高周波受信回路とを備えてもよい。

たとえば、上記実施の形態では、信号絶縁素子は、高周波を絶縁して伝送する素子であれば、電磁界共鳴結合器以外の素子であってもよい。

たとえば、トランジスタは、Ｎチャネルトランジスタであってもよいし、Ｐチャネルトランジスタであってもよい。

本開示において、「正側」は、絶縁型信号伝送装置が外部に接続される負荷に正の電圧を出力する場合において、当該正の電圧の生成、伝送または出力に寄与する回路もしくは回路要素、または信号に付されている。他方、「負側」は、絶縁型信号伝送装置が外部に接続される負荷に負の電圧を出力する場合において、当該負の電圧の生成、伝送または出力に寄与する回路または回路要素に付されている。ここで、絶縁型信号伝送装置から出力される電圧の極性は、出力基準端子を基準としたときの出力端子の極性に相当する。そのため、例えば、負側検波回路は、必ずしも負の電圧を検波する回路とは限らない。

本開示では、正側入力端子、負側入力端子、正側電磁界共鳴結合器、負側電磁界共鳴結合器、正側検波回路、及び負側検波回路を、それぞれ第一入力端子、第二入力端子、第一電磁界共鳴結合器、第二電磁界共鳴結合器、第一検波回路、及び第二検波回路と呼ぶことがある。また、正側被変調信号、負側被変調信号、正側入力信号、及び負側入力信号を、それぞれ、第一被変調信号、第二被変調信号、第一入力信号、及び第二入力信号と呼ぶことがある。また、正側カップリングコンデンサ、負側カップリングコンデンサ、正側ダイオード、負側ダイオード、正側インダクタ、負側インダクタ、正側平滑コンデンサ、負側平滑コンデンサを、それぞれ、第一カップリングコンデンサ、第二カップリングコンデンサ、第一ダイオード、第二ダイオード、第一インダクタ、第二インダクタ、第一平滑コンデンサ、第二平滑コンデンサと呼ぶことがある。

例えば、図１は、第一被変調信号のうち電圧値が０Ｖ以上の成分の波形を示しているが、第一被変調信号は、電圧値が０未満の成分の波形も有してもよい。つまり、第一被変調信号は、例えば、その包絡線において、０Ｖを基準にして正負対称な波形を示す。同様に、第二被変調信号のうち電圧値が０Ｖ以上の成分の波形を示しているが、第二被変調信号は、電圧値が０未満の成分の波形も有してもよい。つまり、第二被変調信号は、例えば、その包絡線において、０Ｖを基準にして正負対称な波形を示す。

第一入力信号は、第一期間において第一振幅を示し、第一期間と異なる第二期間において第一振幅よりも小さい第二振幅を示す。第二入力信号は、第三期間において第三振幅を示し、第三期間と異なる第四期間において第三振幅よりも小さい第四振幅を示す。

絶縁型信号伝送装置２００に入力されたパルス信号が第１論理値と第２論理値との２値からなる場合、当該パルス信号を反転した信号（パルス反転信号）は、例えば、パルス信号が第１論理値（Ｈｉｇｈレベル）を示す期間に対応して、第２論理値（Ｌｏｗレベル）を示し、パルス信号が第２論理値（Ｌｏｗレベル）を示す期間に対応して、第１論理値（Ｈｉｇｈレベル）を示す。したがって、搬送波をパルス信号で変調して第一被変調信号（すなわち第一入力信号）を生成し、搬送波をパルス反転信号で変調して第二被変調信号（すなわち第二入力信号）を生成した場合、第一入力信号の第一期間は、第二入力信号の第四期間に対応し、第一入力信号の第二期間は、第二入力信号の第三期間に対応する。

第一入力信号が第一振幅を示す期間は、搬送波である高周波と同程度の周波数を有し、かつ振幅が０でない波形が現われる期間である。第二入力信号が第三振幅を示す期間は、搬送波である高周波と同程度の周波数を有し、かつ振幅が０でない波形が現われる期間である。なお、第一入力信号の第一振幅と第二入力信号の第三振幅とは同じ値であってもよく、第一入力信号の第二振幅と第二入力信号の第四振幅とは同じ値であってもよい。さらに、第一入力信号の第二振幅と第二入力信号の第四振幅とは０であってもよい。

本開示において、説明の簡便のため、第一入力信号が第一振幅を示す期間を、「第一入力信号に搬送波が現われるとき」と呼び、第一入力信号が第二振幅を示す期間を、「第一入力信号に搬送波が現われないとき」と呼ぶ場合がある。同様に、第二入力信号が第三振幅を示す期間を、「第二入力信号に搬送波が現われるとき」と呼び、第二入力信号が第四振幅を示す期間を、「第二入力信号に搬送波が現われないとき」と呼ぶ場合がある。また、第一入力信号の第一振幅が入力されること、または、第二入力信号の第三振幅が入力されることを「搬送波が入力される」と呼ぶことがある。第一被変調信号および第二被変調信号についても、同様の表現が使われることがある。

本開示において、第一検波回路が、第一入力信号を検波することによって生成する電圧パルスを、「第一出力信号」と呼ぶことがある。第二検波回路が、第二入力信号を検波することによって生成する電圧パルスを、「第二出力信号」と呼ぶことがある。高周波受信回路が出力する出力信号は、第一出力信号と第二出力信号とから構成される。なお、図１に示される高周波受信回路１００において、第一出力信号は、入力基準端子を基準として出力端子が正極性となる電圧パルスであり、第二出力信号は、入力基準端子を基準として出力基準端子が正極性となる電圧のパルスである。図５に示される高周波受信回路５００において、第一出力信号は、入力基準端子を基準として出力端子が正極性となる電圧パルスであり、第二出力信号は、入力基準端子を基準としてトランジスタの第二端子が負極性となる電圧のパルスである。

本開示において、トランジスタのソース端子及びドレイン端子のうち、一方を第一端子と呼び、他方を第二端子と呼ぶことがある。また、トランジスタのゲート端子を制御端子と呼ぶことがある。すなわち、トランジスタは、制御端子に入力される電圧に応じて、第一端子と第二端子との間の導通及び非導通通が切り替わる素子である。上記の説明では、図１に示されるトランジスタ１１０および、図５に示されるトランジスタ５１０が、Ｎチャネル型のトランジスタである例について説明した。この場合、例えば、ドレイン端子が第一端子であって、ソース端子が第二端子である。他方、トランジスタ１１０および５１０は、Ｐ型トランジスタであってもよい。この場合、例えば、ドレイン端子が第二端子であって、ソース端子が第一端子である。

本開示にかかる高周波受信回路及び絶縁型信号伝送装置は、半導体スイッチング素子を駆動するゲート駆動回路として有用である。

１００，５００ 高周波受信回路
１０１ 正側入力端子
１０２ 入力基準端子
１０３ 出力端子
１０４ 出力基準端子
１０５ 負側入力端子
１０６ 正側検波回路
１０８，５０８ 負側検波回路
１１０，５１０ トランジスタ
１２０ 正側カップリングコンデンサ
１２１ 正側ダイオード
１２２ 正側インダクタ
１２３ 正側平滑コンデンサ
１３０ 負側カップリングコンデンサ
１３１，５３１ 負側ダイオード
１３２ 負側インダクタ
１３３ 負側平滑コンデンサ
１７１ 発振器
１７２ 変調器
１８０ 正側電磁界共鳴結合器
１８１ 負側電磁界共鳴結合器
２００ 絶縁型信号伝送装置
４９０ 正側入力端子に入力信号が入力された時の出力電圧（実線）
４９１ 負側入力端子に入力信号が入力された時の出力電圧（破線）

Claims (15)

1. 搬送波がパルス信号で変調された信号である入力信号を検波する高周波受信回路であって、
   前記入力信号は、第一入力信号と第二入力信号とから構成され、
   前記高周波受信回路は、
   前記入力信号の基準電位に接続される入力基準端子と、
   前記第一入力信号が入力される第一入力端子と、
   前記第二入力信号が入力される第二入力端子と、
   出力信号を出力するための出力端子及び出力基準端子と、
   前記第一入力信号を検波し、前記入力基準端子を基準として前記出力端子に正の電圧のパルスである第一出力信号を出力する第一検波回路と、
   前記第二入力信号を検波し、前記入力基準端子を基準として前記出力基準端子に正の電圧のパルスである第二出力信号を出力する第二検波回路と、
   前記入力基準端子に第一端子及び制御端子が接続され、前記出力基準端子に第二端子が接続されたトランジスタとを備え、
   前記出力信号は、前記第一出力信号と前記第二出力信号とから構成される、
   高周波受信回路。
2. 前記第一入力信号は、第一期間において第一振幅を示し、前記第一期間と異なる第二期間において前記第一振幅よりも小さい第二振幅を示し、
   前記第二入力信号は、第三期間において第三振幅を示し、前記第三期間と異なる第四期間において前記第三振幅よりも小さい第四振幅を示し、
   前記第一検波回路は、前記第一入力信号が前記第一振幅を示すときに、前記入力基準端子を基準として前記出力端子に正の電圧である第一電圧を出力し、かつ、前記第一入力信号が前記第二振幅を示すときに、前記入力基準端子を基準として前記出力端子に基準電圧を出力することによって、前記第一出力信号を前記出力端子に出力し、
   前記第二検波回路は、前記第二入力信号が前記第三振幅を示すときに、前記入力基準端子を基準として前記出力基準端子に正の電圧である第二電圧を出力し、かつ、前記第二入力信号が前記第四振幅を示すときに、前記入力基準端子を基準として前記出力基準端子に前記基準電圧を出力することによって、前記第二出力信号を前記出力基準端子に出力する、
   請求項１に記載の高周波受信回路。
3. 前記第一入力信号において、前記第一期間以外の期間は前記第二期間であり、
   前記第二入力信号において、前記第三期間以外の期間は前記第四期間であり、
   前記第一検波回路が前記出力端子に前記第一電圧を出力するとき、前記第二検波回路が前記出力基準端子に前記基準電圧を出力し、
   前記第一検波回路が前記出力端子に前記基準電圧を出力するとき、前記第二検波回路が前記出力基準端子に前記第二電圧を出力する、
   請求項２に記載の高周波受信回路。
4. 前記出力信号は、前記基準端子を基準として前記出力端子が正となる極性であって前記第一電圧と絶対値が等しい電圧と、前記基準端子を基準として前記出力端子が負となる極性であって前記第二電圧と絶対値が等しい電圧とを含む、
   請求項２に記載の高周波受信回路。
5. 前記トランジスタは、前記第二検波回路が前記出力基準端子に前記基準電圧を出力しているときにオン状態になり、前記第二検波回路が前記出力基準端子に前記第二電圧を出力しているときにオフ状態になる
   請求項２から４のいずれか１項に記載の高周波受信回路。
6. 前記トランジスタは、ノーマリオン型トランジスタである、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の高周波受信回路。
7. 前記第一検波回路は、
   前記第一入力端子に一端が接続された第一カップリングコンデンサと、
   前記第一カップリングコンデンサの他端にカソードが接続され、前記入力基準端子にアノードが接続された第一ダイオードと、
   前記第一カップリングコンデンサの他端に一端が接続された第一インダクタと、
   前記第一インダクタの他端と前記入力基準端子との間に接続された第一平滑コンデンサとを含み、
   前記第二検波回路は、
   前記第二入力端子に一端が接続された第二カップリングコンデンサと、
   前記第二カップリングコンデンサの他端にカソードが接続され、前記入力基準端子にアノードが接続された第二ダイオードと、
   前記第二カップリングコンデンサの他端に一端が接続された第二インダクタと、
   前記第二インダクタの他端と前記入力基準端子との間に接続された第二平滑コンデンサとを含む
   請求項１から６のいずれか１項に記載の高周波受信回路。
8. 搬送波がパルス信号で変調された信号である入力信号を検波する高周波受信回路であって、
   前記入力信号は、第一入力信号と第二入力信号とから構成され、
   前記高周波受信回路は、
   前記入力信号の基準電位に接続される入力基準端子と、
   前記第一入力信号が入力される第一入力端子と、
   前記第二入力信号が入力される第二入力端子と、
   前記入力基準端子と接続された出力基準端子と、
   出力信号を出力するための出力端子と、
   前記第一入力信号を検波し、前記入力基準端子を基準として前記出力端子に正の電圧のパルスである第一出力信号を出力する第一検波回路と、
   前記出力端子に第一端子が接続され、前記出力基準端子に制御端子が接続されたトランジスタと、
   前記第二入力信号を検波し、前記入力基準端子を基準として前記トランジスタの前記第二端子に負の電圧のパルスである第二出力信号を出力する第二検波回路とを備え、
   前記出力信号は、前記第一出力信号と前記第二出力信号とから構成される、
   高周波受信回路。
9. 前記第一入力信号は、第一期間において第一振幅を示し、前記第一期間と異なる第二期間において前記第一振幅よりも小さい第二振幅を示し、
   前記第二入力信号は、前記第一期間と異なる第三期間において第三振幅を示し、前記第三期間と異なる第四期間において前記第三振幅よりも小さい第四振幅を示し、
   前記第一検波回路は、前記第一入力信号が前記第一振幅を示すときに、前記入力基準端子を基準として前記出力端子に正の電圧である第一電圧を出力し、かつ、前記第一入力信号が前記第二振幅を示すときに、前記入力基準端子を基準として前記出力端子に基準電圧を出力することによって、前記第一出力信号を前記出力端子に出力し、
   前記第二検波回路は、前記第二入力信号が前記第三振幅を示すときに、前記入力基準端子を基準として前記トランジスタの前記第二端子に負の電圧である第二電圧を出力し、かつ、前記第二入力信号が前記第四振幅を示すときに、前記入力基準端子を基準として前記トランジスタの前記第二端子に前記基準電圧を出力することによって、前記第二出力信号を前記トランジスタの前記第二端子に出力する、
   請求項８に記載の高周波受信回路。
10. 前記第一入力信号において、前記第一期間以外の期間は前記第二期間であり、
    前記第二入力信号において、前記第三期間以外の期間は前記第四期間であり、
    前記第一検波回路が前記出力端子に前記第一電圧を出力するとき、前記第二検波回路が前記トランジスタの前記第二端子に前記基準電圧を出力し、
    前記第一検波回路が前記出力端子に前記基準電圧を出力するとき、前記第二検波回路が前記トランジスタの前記第二端子に前記第二電圧を出力する、
    請求項９に記載の高周波受信回路。
11. 前記出力信号は、前記基準端子を基準として前記出力端子が正となる極性であって前記第一電圧と絶対値が等しい電圧と、前記基準端子を基準として前記出力端子が負となる極性であって前記第二電圧と絶対値が等しい電圧とを含む、
    請求項９に記載の高周波受信回路。
12. 前記トランジスタは、前記第二検波回路が前記トランジスタの前記第二端子に前記第二電圧を出力しているときにオン状態になり、前記第二検波回路が前記トランジスタの前記第二端子に前記基準電圧を出力しているときにオフ状態になる
    請求項８から１１のいずれか１項に記載の高周波受信回路。
13. 前記トランジスタは、ノーマリオフ型トランジスタである、
    請求項８から１２のいずれか１項に記載の高周波受信回路。
14. 前記第一検波回路は、
    前記第一入力端子に一端が接続された第一カップリングコンデンサと、
    前記第一カップリングコンデンサの他端にカソードが接続され、前記入力基準端子にアノードが接続された第一ダイオードと、
    前記第一カップリングコンデンサの他端に一端が接続された第一インダクタと、
    前記第一インダクタの他端と前記入力基準端子との間に接続された第一平滑コンデンサとを含み、
    前記第二検波回路は、
    前記第二入力端子に一端が接続された第二カップリングコンデンサと、
    前記第二カップリングコンデンサの他端にアノードが接続され、前記入力基準端子にカソードが接続された第二ダイオードと、
    前記第二カップリングコンデンサの他端に一端が接続された第二インダクタと、
    前記第二インダクタの他端と前記入力基準端子との間に接続された第二平滑コンデンサとを含む
    請求項８から１３のいずれか１項に記載の高周波受信回路。
15. パルス信号を絶縁伝送する絶縁型信号伝送装置であって、
    搬送波を生成する発振器と、
    前記発振器で生成された搬送波を前記パルス信号で変調することにより、第一期間において第一振幅を示し、前記第一期間と異なる第二期間において前記第一振幅よりも小さい第二振幅を示す、第一被変調信号と、前記第一期間と異なる第三期間において第三振幅を示し、前記第三期間と異なる第四期間において前記第三振幅よりも小さい第四振幅を示す、第二被変調信号とを生成する変調器と、
    前記変調器で得られた第一被変調信号を電磁界共鳴によって絶縁伝送する第一電磁界共鳴結合器と、
    前記変調器で得られた第二被変調信号を電磁界共鳴によって絶縁伝送する第二電磁界共鳴結合器と、
    前記第一電磁界共鳴結合器から出力された信号を第一入力信号とし、前記第二電磁界共鳴結合器から出力された信号を第二入力信号とする入力信号を検波する請求項１から１４のいずれか１項に記載の高周波受信回路と
    を備える絶縁型信号伝送装置。

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