JP6849164B2 - クランプ型半導体装置及びスイッチング電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランプ型半導体装置及びスイッチング電源装置に関する。

スイッチング電源装置１０１は、例えば、図１４に示すように電力供給用のトランス１０５の一次側コイル１０５ａに直列にスイッチング素子１０６が接続され、このスイッチング素子１０６のオンオフ制御により、スイッチング素子１０６がスイッチング動作し、電力変換がなされる。

このようなオンオフ制御によりスイッチング素子１０６がスイッチング動作する際、例えば、電源起動時や過電流時等の条件で、スイッチングのターンオフタイミングで、スイッチング素子１０６に対して大きなサージ電圧が印加される場合がある。特に、スイッチング素子１０６の耐圧を超える所定値以上のサージ電圧が印加された場合、スイッチング素子１０６は破損又は劣化する。

そこで、サージ電圧の印加を抑制するために、スイッチング電源装置１０１においては、クランプ型半導体装置やＤＣＲスナバといったサージ吸収部品が用いられる（特許文献１及び２参照）。

図１４は、従来のクランプ型半導体装置１１１が、一次側コイル１０５ａと並列に接続されている例である。

従来のクランプ型半導体装置１１１は、図１４に示すように、第１ダイオード１１１ａと第２ダイオード１１１ｂとが逆極性で直列接続されて構成されている。従来のクランプ型半導体装置１１１は、第２ダイオード１１１ｂの降伏開始電圧Ｖ２以上の電圧（第２ダイオード１１１ｂのアノード側を基準として第１ダイオード１１１ａのアノード側が正の極性の電圧、図１５参照。）が印加されると、図１６中に破線で示すように、第２ダイオード１１１ｂの降伏開始電圧Ｖ２以上の領域（第２ダイオード１１１ｂの降伏領域）で電圧をクランプする。なお、図１６中の実線の波形は、クランプ型半導体装置１１１を用いない場合でのスイッチング素子に印加される電圧波形である。

クランプ型半導体装置は、ＤＣＲスナバと比べて、スイッチング電源装置の構成を簡素化でき、更に、待機モードで動作する時には、クランプ型半導体装置に通電されないので、電力変換効率が損なわれることもない。そのため、スイッチング電源装置では、クランプ型半導体装置が採用されることが多い。

特開平１０−２３４１８０号公報 特開２０１６−５３５１号公報

ところが、クランプ型半導体装置１１１は、電圧の振動を吸収してノイズを抑制するというノイズ抑制能力においては、ダイオードとコンデンサと抵抗で構成されるＤＣＲスナバに若干劣るといった課題がある。例えば、図１６に示すように、クランプ型半導体装置１１１を用いた場合の電圧変動幅（破線及び実線で示される電圧波形参照。）は、ＤＣＲスナバを用いた場合の電圧変動幅（一点鎖線で示される電圧波形参照。）より大きくなり易い。

このような特性は、数百ｋＨｚ以上の広範囲な周波数帯域におけるノイズに影響するため、数百ｋＨｚ以上の広範囲な周波数帯域においてノイズを抑制する必要がある場合は、クランプ型半導体装置１１１ではなく、ＤＣＲスナバを用いることもある。

しかしながら、ＤＣＲスナバは、待機モードでの動作時においても通電されて動作してしまうため、待機モードでの動作時の電力変換効率の悪化を避けることができないという課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、待機モードでの動作時の電力変換効率を低下させることなく、定格動作モードにおいて外部からのサージ電圧からスイッチング素子を保護でき、ノイズ抑制能力が高いクランプ型半導体装置及びスイッチング電源装置を提供することを目的とする。

［１］本発明のクランプ型半導体装置は、 第１ダイオード、第２ダイオード及び第３ダイオードを備え、前記第１ダイオードは、前記第２ダイオード及び前記第３ダイオードが同極性で並列に接続された並列回路に対して逆極性で直列に接続され、前記第２ダイオード及び前記第３ダイオードは、降伏開始電圧が互いに異なるダイオードであることを特徴とする。

［２］本発明のクランプ型半導体装置においては、前記第３ダイオードは、前記第２ダイオードより低い電圧で降伏を開始して且つ前記第２ダイオードの降伏領域において前記第２ダイオードより高いインピーダンスとなる特性で動作することが好ましい。

［３］本発明のクランプ型半導体装置においては、前記第２ダイオード及び前記第３ダイオードは、アバランシェ整流ダイオード及び／又はツェナダイオードであることが好ましい。

［４］本発明のクランプ型半導体装置においては、前記第１ダイオード、前記第２ダイオード及び／又は前記第３ダイオードは、共通の半導体基板上に形成されたものであることが好ましい。

［５］本発明のクランプ型半導体装置においては、前記第１ダイオード、前記第２ダイオード及び／又は前記第３ダイオードは、共通の樹脂モールドに封止して形成されたものであることが好ましい。

［６］本発明のクランプ型半導体装置においては、前記樹脂モールドは、電磁波吸収材料により形成されていることが好ましい。

［７］本発明のクランプ型半導体装置においては、前記樹脂モールドは、少なくとも一部が金属シールドにより覆われていることが好ましい。

［８］本発明のクランプ型半導体装置においては、前記第２ダイオード及び前記第３ダイオードが同極性で並列に接続された前記並列回路に対して逆極性で前記第１ダイオードが直列に接続された直列回路の両端にそれぞれ形成される第１金属電極体と第２金属電極体とを有する金属電極部と、前記直列回路に対して並列接続されるように前記第１金属電極体と前記第２金属電極体とで挟まれて形成され、所定の誘電率を有する誘電体部とを備えることが好ましい。

［９］本発明のクランプ型半導体装置においては、前記第１金属電極体及び前記第２金属電極体のうちの少なくとも一方の金属電極体は、所定値以上の比抵抗を有することが好ましい。

［１０］本発明のクランプ型半導体装置においては、前記第１金属電極体及び前記第２金属電極体のうちの少なくとも一方の金属電極体は、互いの抵抗値が異なる複数の端子部を有することが好ましい。

［１１］本発明のスイッチング電源装置は、本発明のクランプ型半導体装置と、前記クランプ型半導体装置が電気的に接続されるスイッチング素子と、を備えることを特徴とする。

本発明のクランプ型半導体装置は、第１ダイオード、第２ダイオード及び第３ダイオードを備え、第１ダイオードは、第２ダイオード及び第３ダイオードが同極性で並列に接続された並列回路に対して逆極性で直列に接続され、第２ダイオード及び第３ダイオードは、降伏開始電圧が互いに異なるダイオードであることを特徴としている。
従って、本発明のクランプ型半導体装置によれば、第２ダイオードと第３ダイオードとが同極性で並列に接続された並列回路に対して、第１ダイオードが逆極性で直列に接続されていることから、それに印加される電圧をダイオードの降伏開始電圧でクランプすることができる。また、本発明のクランプ型半導体装置によれば、第２ダイオード及び第３ダイオードが、降伏開始電圧がお互いに異なるダイオードであることから、サージ電圧が印加された場合に、第２ダイオード及び第３ダイオードのそれぞれの降伏開始電圧において降伏動作を開始するようになるため、待機モードでの動作時の電力変換効率を低下させることなく、定格動作モードにおいて外部からのサージ電圧からスイッチング素子を保護でき、ノイズ抑制能力が高いクランプ型半導体装置となる。

本発明のスイッチング電源装置は、本発明のクランプ型半導体装置と、前記クランプ型半導体装置が電気的に接続されるスイッチング素子とを備えることから、本発明のクランプ型半導体装置の場合と同様の作用効果を有する。すなわち、本発明のスイッチング電源装置は、サージ電圧が印加された場合に、第２ダイオード及び第３ダイオードのそれぞれの降伏開始電圧において降伏動作を開始するため、待機モードでの動作時の電力変換効率を低下させることなく、定格動作モードにおいて外部からのサージ電圧からスイッチング素子を保護でき、ノイズ抑制能力が高いスイッチング電源装置となる。

実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１の断面図である。 実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１に用いる半導体基板２０の断面図である。 実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１の等価回路図である。 実施形態１の変形例に係るクランプ型半導体装置１１ａの等価回路図である。 第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３の逆方向電圧特性図である。 実施形態１に係るスイッチング電源装置１の回路図である。 実施形態１に係るスイッチング電源装置１における、スイッチングのターンオフタイミングでスイッチング素子６に印加される電圧波形の一例を示す図である。図７（ａ）は最大定格負荷時の電圧波形を示す図であり、図７（ｂ）は過負荷時の電圧波形を示す図である。図７中、一点鎖線の波形は、クランプ型半導体装置１１を用いない場合においてスイッチング素子６に印加される電圧波形であり、実線の波形は、クランプ型半導体装置１１を用いた場合においてスイッチング素子６に印加される電圧波形である。 実施形態２に係るクランプ型半導体装置１１ｂを説明するために示す図である。図８（ａ）はクランプ型半導体装置１１ｂの断面図であり、図８（ｂ）はクランプ型半導体装置１１ｂに用いる半導体基板４０の断面図である。クランプ型半導体装置１１ｂは、第２ダイオード３２及第３ダイオード３３を共通の半導体基板４０に形成したものである。 実施形態３に係るクランプ型半導体装置１１ｃを説明するために示す図である。図９（ａ）はクランプ型半導体装置１１ｃの断面図であり、図９（ｂ）はクランプ型半導体装置１１ｃに用いる半導体基板５０の断面図である。クランプ型半導体装置１１ｃは、第１ダイオード３１、第２ダイオード３２及第３ダイオード３３を共通の半導体基板５０に形成したものである。 実施形態４に係るクランプ型半導体装置１１ｄの断面図である。 実施形態４に係るクランプ型半導体装置１１ｄの等価回路図である。 実施形態４の変形例に係るクランプ型半導体装置１１ｅの等価回路図である。 実施形態４の変形例に係るクランプ型半導体装置１１ｅの外観図である。 従来のクランプ型半導体装置１１１を用いたスイッチング電源装置の回路図である。 第２ダイオード１１１ｂの逆方向電圧特性図である。 従来のスイッチング電源装置における、スイッチングのターンオフタイミングでスイッチング素子１０６に印加される電圧波形の一例を示す図である。図１６中、実線の波形は、クランプ型半導体装置やＤＣＲスナバを用いない場合においてスイッチング素子１０６に印加される電圧波形であり、破線の波形は、従来のクランプ型半導体装置１１１を用いた場合においてスイッチング素子１０６に印加される電圧波形であり、一点鎖線の波形は、ＤＣＲスナバを用いた場合においてスイッチング素子１０６に印加される電圧波形である。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。

［実施形態１］
１．クランプ型半導体装置
実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１は、図１及び図３に示すように、第１ダイオード３１、第２ダイオード３２、及び第３ダイオード３３を含む３以上のダイオードを備える。第１ダイオード３１は、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３が同極性で並列に接続された並列回路に対して逆極性で直列に接続され、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３は、降伏開始電圧Ｖ２，Ｖ３が互いに異なるダイオードである（図５参照。）。

第３ダイオード３３は、第２ダイオード３２より低い電圧で降伏を開始して且つ第２ダイオード３２の降伏領域において第２ダイオード３２より高いインピーダンスとなる特性で動作する。第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３は、アバランシェ整流ダイオード及び／又はツェナダイオードである。第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３がともに、アバランシェ整流ダイオードであってもよいし、ツェナダイオードであってもよい。また、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３は、どちらか一方がアバランシェ整流ダイオードであり、他方がツェナダイオードであってもよい。

第１ダイオード３１、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３は、図２に示すように、それぞれがＮ＋領域２１、Ｎ−領域２２及びＰ＋領域２３が順次形成された半導体基板２０（第１半導体基板１２、第２半導体基板１３及び第３半導体基板１４）に形成されている。

実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１は、図１に示すように、第２半導体基板１３と第３半導体基板１４が同極性で並列になるように一対の金属板１５，１６に挟まれ、さらに第１半導体基板１２が図下側の金属板１６ａと逆極性で重ねられている。また、金属板１６ａの下側と、金属板１６の上側とには、一対の軸体型リード１７，１８が電気的に接続されている。また、一対の軸体型リード１７，１８の端部と３つの半導体基板との全体が、絶縁性樹脂材料からなる樹脂モールド１９により被覆されている。樹脂モールド１９は、電磁波吸収材料により形成されている。なお、金属板１５，１６，１６ａを使用せずに図３に示す回路接続が可能であれば、金属板１５，１６，１６ａを使用しない構成としてもよい。

このようなクランプ型半導体装置１１は、図３に示す等価回路により表すことかできる。すなわち、第２半導体基板１３による第２ダイオード３２と、第３半導体基板１４による第３ダイオード３３とが同極性で並列に接続され、この並列回路に対して、第１半導体基板１２による第１ダイオード３１が、逆極性で直列に接続されている。なお、本発明のクランプ型半導体装置は、実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、各ダイオード（第１ダイオード３１，第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３）の整流方向をすべて反対にしたクランプ型半導体装置（実施形態１の変形例に係るクランプ型半導体装置１１ａ）であってもよい。

上記したように、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３は、図５に示すように、逆方向電圧を印加された場合に互いに異なる降伏特性を有する。このような特性の違いは、半導体基板１２，１３に形成するたとえばＰ型領域のドープ量等を異ならせることにより、形成することができる。図５の横軸は、逆方向電圧の絶対値であり、縦軸は、降伏電流の絶対値である。

実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１において、第３ダイオード３３は、第２ダイオード３２より低い電圧（降伏開始電圧Ｖ３）で降伏を開始して且つ第２ダイオード３２の降伏領域において第２ダイオード３２より高いインピーダンスとなる特性で動作する。すなわち、実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１においては、第３ダイオード３３の降伏開始電圧Ｖ３よりも大きなサージ電圧が印加された場合、第３ダイオード３３の降伏開始電圧Ｖ３において降伏動作を開始し、さらに第２ダイオード３２の降伏開始電圧Ｖ２よりも大きなサージ電圧が印加された場合は第３ダイオード３３より低いインピーダンスとなる特性で第２ダイオード３２が降伏動作する。なお、降伏開始電圧は、降伏電圧ということもある。

その結果、実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１においては、定格動作モードにおいて外部からのサージ電圧の大きさに応じて、クランプとサージ吸収との両作用が働くため、スイッチング素子を確実に保護でき、ノイズ抑制能力が一層高いクランプ型半導体装置及びスイッチング電源装置を提供することができる。従って、図７中に実線の波形で示すように、最大定格負荷時（図７（ａ））においても過負荷時（図７（ｂ））においても、ターンオフ後にスイッチング素子５に印加される振動電圧は、第３ダイオード３３の降伏開始電圧Ｖ３によりピーク電圧がカットされ始め、第２ダイオード３２の降伏開始電圧Ｖ２によりピーク電圧がカットされる。しかも、第２ダイオード３２の降伏領域において、第３ダイオード３３は第２ダイオード３２より高いインピーダンス特性を有するため、振動する電圧の変動幅（振幅）も小さくなる。

２．スイッチング電源装置
実施形態１に係るスイッチング電源装置１は、実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１と、当該クランプ型半導体装置１１が電気的に接続されるスイッチング素子５とを備えるスイッチング電源装置である。具体的には、図６に示すように、一対の入力端子２から一対の出力端子１０までの電力供給系において、整流ブリッジダイオード３、入力コンデンサ４、トランス５、スイッチング素子６、整流ダイオード７及び整流コンデンサ８を有する。

整流ブリッジダイオード３は、一対の入力端子２とトランス５との間に接続される。整流ブリッジダイオード３は、一対の入力端子２に入力されるたとえば商用交流電圧を整流し、トランス５の一次側コイル５ａへ供給する。
スイッチング素子６は、たとえばＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子６は、トランス５の一次側コイル５ａと直列に接続され、一対の出力端子１０の出力電圧が所定の電圧となるように、制御部９によりオンオフ制御される。スイッチング素子６がオン状態とオフ状態との間で切り替えられることにより一次側コイル５ａには誘導電流が流れ、この誘導電流によりトランス５の二次側コイル５ｂに電圧が励起される。
二次側コイル５ｂと一対の出力端子１０との間に接続された整流ダイオード７および整流コンデンサ８は、トランス５の二次側コイル５ｂに励起された電圧を整流し、整流コンデンサ８の蓄電電圧を出力する。この蓄電電圧が、一対の出力端子１０から負荷へ供給される。
このようにスイッチング素子６のオンオフ制御によりトランス５の一次側コイル５ａに蓄えたエネルギーを二次側コイル５ｂから出力する電力変換方式は、リンギングチョークコンバータ方式と呼ばれる。

このようなスイッチング電源装置においては、一次側コイル５ａとスイッチング素子６との間に漏れインダクタンスが発生することから、スイッチング素子６をターンオフしたときに、当該漏れインダクタンスと、スイッチング素子６のソース・ドレイン間に発生する寄生コンデンサとによりサージ電圧が発生する。実施形態１に係るスイッチング電源装置１は、スイッチング素子６に上記した実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１が電気的に接続されているため、このようなサージ電圧が発生した場合に、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３のそれぞれの降伏開始電圧Ｖ２，Ｖ３において降伏動作を開始するため、待機モードでの動作時の電力変換効率を低下させることなく、定格動作モードにおいて外部からのサージ電圧からスイッチング素子を保護でき、ノイズ抑制能力が高いスイッチング電源装置となる。

３．実施形態１の効果
実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１によれば、第２ダイオード３２と第３ダイオード３３とが同極性で並列に接続された並列回路に対して、第１ダイオード３１が逆極性で直列に接続されていることから、クランプ型半導体装置１１に印加される電圧を第３ダイオード３３の降伏開始電圧Ｖ３以上の領域でクランプ又は抑制することができる。

また、実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１によれば、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３が、降伏開始電圧Ｖ２，Ｖ３がお互いに異なるダイオードであることから、サージ電圧が印加された場合に、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３のそれぞれの降伏開始電圧Ｖ２，Ｖ３において降伏動作を開始するようになるため、待機モードでの動作時の電力変換効率を低下させることなく、定格動作モードにおいて外部からのサージ電圧からスイッチング素子を保護でき、ノイズ抑制能力が高いクランプ型半導体装置となる。

また、実施形態１に係るクランプ型半導体装置においては、第３ダイオード３３は、第２ダイオード３２より低い電圧（降伏開始電圧Ｖ３）で降伏を開始して且つ第２ダイオード３２の降伏領域において第２ダイオード３２より高いインピーダンスとなる特性で動作する。すなわち、実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１に第３ダイオード３３の降伏開始電圧Ｖ３よりも大きなサージ電圧が印加された場合、第３ダイオード３３の降伏開始電圧Ｖ３において降伏動作を開始し、さらに第２ダイオード３２の降伏開始電圧Ｖ２よりも大きなサージ電圧が印加された場合、第３ダイオード３３より低いインピーダンスとなる特性で第２ダイオード３２が降伏動作する。よって、実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１によれば、定格動作モードにおいて外部からのサージ電圧の大きさに応じて、クランプとサージ吸収との両作用が働くため、スイッチング素子を確実に保護でき、ノイズ抑制能力が一層高いクランプ型半導体装置及びスイッチング電源装置を提供することができる。

実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１によれば、第１ダイオード３１、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３は、共通の樹脂モールド１９に封止して形成されたものであるため、待機モードでの動作時の電力変換効率を低下させることなく、定格動作モードにおいて外部からのサージ電圧からスイッチング素子を保護でき、ノイズ抑制能力が高いクランプ型半導体装置及びスイッチング電源装置を簡素に構成することができる。

実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１によれば、樹脂モールド１９は、電磁波吸収材料により形成されているため、待機モードでの動作時の電力変換効率を低下させることなく、定格動作モードにおいて外部からのサージ電圧からスイッチング素子を保護でき、高周波ノイズの抑制能力が高いクランプ型半導体装置及びスイッチング電源装置を簡素に構成することができる。

実施形態１に係るスイッチング電源装置１は、実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１と、当該クランプ型半導体装置１１が電気的に接続されるスイッチング素子５とを備える。従って、実施形態１に係るスイッチング電源装置１は、サージ電圧が印加された場合に、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３のそれぞれの降伏開始電圧Ｖ２，Ｖ３において降伏動作を開始するため、待機モードでの動作時の電力変換効率を低下させることなく、定格動作モードにおいて外部からのサージ電圧からスイッチング素子を保護でき、ノイズ抑制能力が高いスイッチング電源装置となる。

［実施形態２］
実施形態２に係るクランプ型半導体装置１１ｂは、基本的には実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１と同様の構成を有するが、図８に示すように、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３がともに、共通の半導体基板４０上に形成されている点で、実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１とは異なる。

このように、実施形態２に係るクランプ型半導体装置１１ｂは、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３がともに、共通の半導体基板４０上に形成されている点で、実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１とは異なるが、第１ダイオード３１が、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３が同極性で並列に接続された並列回路に対して逆極性で直列に接続され、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３が、降伏開始電圧Ｖ２，Ｖ３が互いに異なるダイオードであることから、実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１の場合と同様に、サージ電圧が印加された場合に、第２ダイオード及び第３ダイオードのそれぞれの降伏開始電圧Ｖ２，Ｖ３において降伏動作を開始するようになるため、待機モードでの動作時の電力変換効率を低下させることなく、定格動作モードにおいて外部からのサージ電圧からスイッチング素子を保護でき、ノイズ抑制能力が高いクランプ型半導体装置となる。

また、実施形態２に係るクランプ型半導体装置１１ｂによれば、第２ダイオード３２、及び／又は第３ダイオード３３がともに、共通の半導体基板４０上に形成されたものであるため、クランプ型半導体装置及びスイッチング電源装置を低コストで提供できるという効果が得られる。

［実施形態３］
実施形態３に係るクランプ型半導体装置１１ｃは、基本的には実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１と同様の構成を有するが、図９に示すように、第１ダイオード３１、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３がいずれも、共通の半導体基板５０上に形成されている点で、実施形態１又は２に係るクランプ型半導体装置１１，１１ｂとは異なる。

このように、実施形態３に係るクランプ型半導体装置１１ｃは、第１ダイオード３１、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３がいずれも、共通の半導体基板４０上に形成されている点で、実施形態１及び２に係るクランプ型半導体装置１１，１１ｂとは異なるが、第１ダイオード３１が、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３が同極性で並列に接続された並列回路に対して逆極性で直列に接続され、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３が、降伏開始電圧Ｖ２，Ｖ３が互いに異なるダイオードであることから、実施形態１及び２に係るクランプ型半導体装置１１，１１ｂの場合と同様に、サージ電圧が印加された場合に、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３のそれぞれの降伏開始電圧Ｖ２，Ｖ３において降伏動作を開始するようになるため、待機モードでの動作時の電力変換効率を低下させることなく、定格動作モードにおいて外部からのサージ電圧からスイッチング素子を保護でき、ノイズ抑制能力が高いクランプ型半導体装置となる。

また、実施形態３に係るクランプ型半導体装置１１ｃによれば、第１ダイオード３１、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３がいずれも、共通の半導体基板５０上に形成されたものであるため、クランプ型半導体装置及びスイッチング電源装置を低コストで提供できるという効果が得られる。

［実施形態４］
実施形態４に係るクランプ型半導体装置１１ｄは、基本的には実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１と同様の構成を有するが、図１０に示すように、３つのダイオード（第１ダイオード３１、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３）からなる直列回路と並列に接続された誘電体部６０を有する点で、実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１とは異なる。すなわち、実施形態４に係るクランプ型半導体装置１１ｄは、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３が同極性で並列に接続された並列回路に対して逆極性で第１ダイオード３１が直列に接続された直列回路の両端にそれぞれ形成される第１金属電極体（軸体型リード１７及び金属板１６ａ）と第２金属電極体（軸体型リード１８及び金属板１６）とを有する金属電極部と、直列回路に対して並列接続されるように第１金属電極体と第２金属電極体とで挟まれて形成され、所定の誘電率を有する誘電体部６０とを備える。

このように、実施形態４に係るクランプ型半導体装置１１ｄは、３つのダイオード（第１ダイオード３１、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３）からなる直列回路と並列に接続された誘電体部６０を有する点で、実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１とは異なるが、第１ダイオード３１が、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３が同極性で並列に接続された並列回路に対して逆極性で直列に接続され、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３が、降伏開始電圧Ｖ２，Ｖ３が互いに異なるダイオードであることから、実施形態１に係るクランプ型半導体装置１１の場合と同様に、サージ電圧が印加された場合に、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３のそれぞれの降伏開始電圧Ｖ２，Ｖ３において降伏動作を開始するようになるため、待機モードでの動作時の電力変換効率を低下させることなく、定格動作モードにおいて外部からのサージ電圧からスイッチング素子を保護でき、ノイズ抑制能力が高いクランプ型半導体装置となる。

また、実施形態４に係るクランプ型半導体装置１１ｄによれば、上記したような誘電体部６０を備えることから、第１金属電極体（軸体型リード１７及び金属板１６ａ）、第２金属電極体（軸体型リード１８及び金属板１６）及び誘電体部６０で構成されるコンデンサのスナバ機能が働き、外部からのサージ電圧に対して、更にサージ吸収の作用が一層働くため、スイッチング素子を確実に保護でき、ノイズ抑制能力が一層高いクランプ型半導体装置及びスイッチング電源装置を提供することができる。

また、実施形態４に係るクランプ型半導体装置１１ｄにおいては、第１金属電極体（軸体型リード１７及び金属板１６ａ）及び第２金属電極体（軸体型リード１８及び金属板１６）のうちの少なくとも一方の金属電極体として、所定値以上の比抵抗を有する金属電極体を用いた場合（図１１参照。）には、抵抗のダンパ機能が働き、外部からのサージ電圧に対して、更にサージ吸収の作用が一層働くため、スイッチング素子を確実に保護でき、ノイズ抑制能力が一層高いクランプ型半導体装置及びスイッチング電源装置を提供することができる。

なお、実施形態４に係るクランプ型半導体装置１１ｄにおいては、、図１２及び１３に示すように、第１金属電極体（軸体型リード１７及び金属板１６ａ）及び第２金属電極体（軸体型リード１８及び金属板１６）のうちの少なくとも一方の金属電極体が、互いの抵抗値が異なる複数の端子部を有する、クランプ型半導体装置であってもよい。このようなクランプ型半導体装置を、実施形態４の変形例に係るクランプ型半導体装置１１ｅということとする。このような構成とすることにより、クランプ型半導体装置をスイッチング電源装置の基板に半田接続する際に、設計に応じて最適なダンパ機能を有する抵抗値に調整することができる。

以上、本発明のクランプ型半導体装置及びスイッチング電源装置を、各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明はその要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記した実施形態１においては、スイッチング電源装置１にクランプ型半導体装置１１を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明のクランプ型半導体装置は、スイッチング電源装置以外の、高電圧が用いられる電子機器に用いることができる。

（２）上記した各実施形態においては、一対の軸型リードの端部と、第１ダイオード〜第３ダイオードを構成する半導体基板との全体を樹脂モールドで覆ってクランプ型半導体装置としているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、一対の軸型リードの端部と第１ダイオード〜第３ダイオードを構成する半導体基板との全体を覆う樹脂モールドの一部を金属シールドにより覆って構成することもできる。このような構成とすることにより、樹脂モールドの少なくとも一部が金属シールドにより覆われているため、クランプ型半導体装置から発生する放射ノイズを抑制することができる。

（３）上記した各実施形態においては、ダイオードとして、３つのダイオード（第１ダイオード３１、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３）によりスイッチング電源装置を構成したが、本発明はこれに限定されるものではない。４つ以上のダイオードによりスイッチング電源装置を構成することもできる。この場合、第１ダイオード３１と並列関係にある１以上のダイオードを追加してもよいし、第２ダイオード３２及び第３ダイオード３３と並列関係にある１以上のダイオードを追加してもよい。

１，１０１…スイッチング電源装置、２，１０２…入力端子、３，１０３…整流ブリッジダイオード、４，１０４…入力コンデンサ、５，１０５…トランス、５ａ，１０５ａ…一次側コイル、５ｂ，１０５ｂ…二次側コイル、６，１０６…スイッチング素子、７，１０７…整流ダイオード、８，１０８…整流コンデンサ、９，１０９…制御部、１０，１１０…出力端子、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１１…クランプ型半導体装置、１２…第１半導体基板、１３…第２半導体基板、１４…第３半導体基板、１５，１６，１６ａ…金属板、１７，１８…軸型リード、１９…樹脂モールド、２０，４０，５０…半導体基板、２１，４１，５１…Ｎ＋領域、２２，４２，５２…Ｎ−領域、２３，４３，５３，５５…Ｐ＋領域、３１…第１ダイオード、３２…第２ダイオード、３３…第３ダイオード、４４，５４…Ｐ＋＋領域、４５，４６，４７，５６，５７，５８…電極、４８，５９…酸化珪素膜、６０…誘電体部、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４…抵抗

Claims (10)

1. 第１ダイオード、第２ダイオード及び第３ダイオードを備え、
   前記第１ダイオードは、前記第２ダイオード及び前記第３ダイオードが同極性で並列に接続された並列回路に対して逆極性で直列に接続され、
   前記第２ダイオード及び前記第３ダイオードは、降伏開始電圧が互いに異なるダイオードであり、
   前記第３ダイオードは、前記第２ダイオードより低い電圧で降伏を開始して且つ前記第２ダイオードの降伏領域において前記第２ダイオードより高いインピーダンスとなる特性で動作することを特徴とするクランプ型半導体装置。
2. 前記第２ダイオード及び前記第３ダイオードは、アバランシェ整流ダイオード及び／又はツェナダイオードであることを特徴とする請求項１に記載のクランプ型半導体装置。
3. 前記第１ダイオード、前記第２ダイオード及び／又は前記第３ダイオードは、共通の半導体基板上に形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のクランプ型半導体装置。
4. 前記第１ダイオード、前記第２ダイオード及び／又は前記第３ダイオードは、共通の樹脂モールドに封止して形成されたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクランプ型半導体装置。
5. 前記樹脂モールドは、電磁波吸収材料により形成されていることを特徴とする請求項４に記載のクランプ型半導体装置。
6. 前記樹脂モールドは、少なくとも一部が金属シールドにより覆われていることを特徴とする請求項４又は５に記載のクランプ型半導体装置。
7. 前記第２ダイオード及び前記第３ダイオードが同極性で並列に接続された前記並列回路に対して逆極性で前記第１ダイオードが直列に接続された直列回路の両端にそれぞれ形成される第１金属電極体と第２金属電極体とを有する金属電極部と、
   前記直列回路に対して並列接続されるように前記第１金属電極体と前記第２金属電極体とで挟まれて形成され、所定の誘電率を有する誘電体部とを備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のクランプ型半導体装置。
8. 前記第１金属電極体及び前記第２金属電極体のうちの少なくとも一方の金属電極体は、所定値以上の比抵抗を有することを特徴とする請求項７に記載のクランプ型半導体装置。
9. 前記第１金属電極体及び前記第２金属電極体のうちの少なくとも一方の金属電極体は、互いの抵抗値が異なる複数の端子部を有することを特徴とする請求項７又は８に記載のクランプ型半導体装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載のクランプ型半導体装置と、
    前記クランプ型半導体装置が電気的に接続されるスイッチング素子とを備えることを特徴とするスイッチング電源装置。

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