JPS601781B2 - 双方向スイツチ - Google Patents

双方向スイツチ

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JPS601781B2
JPS601781B2 JP5197179A JP5197179A JPS601781B2 JP S601781 B2 JPS601781 B2 JP S601781B2 JP 5197179 A JP5197179 A JP 5197179A JP 5197179 A JP5197179 A JP 5197179A JP S601781 B2 JPS601781 B2 JP S601781B2
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JP
Japan
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voltage
control signal
electrodes
source
bidirectional switch
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Expired
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JP5197179A
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JPS55143837A (en
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俊幸 鈴木
啓 佐久間
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS55143837A publication Critical patent/JPS55143837A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors

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  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流電力を制御する双方向スイッチ特にIGF
ET(絶縁ゲート形電界効果トランジスタ)を用いた双
方向スイッチに関する。
具体的には、例えば、商用電力により動作するモータや
照明器具などを制御するのに用いられる。IGFETは
ドレィン電流の温度係数が負であり熱暴走による破壊が
ないこと、少数キャリアを用いないので高速スイッチン
グが可能なこと、入力インピーダンスが高くゲート駆動
電力が小さくても済むなどの利点を有しており大電力の
スイッチング素子として期待されている。
IGFETの一種であるMOSFETでは高ドレィン耐
圧、高ルイン電流河能な素子構造としてはオフセット形
構造やVMOS構造が開発され現在ドレィン耐圧200
V以上、オン抵抗数○以下の素子が実用化されつつある
。第1図は交流電源の電圧振幅Vpより大きな正負の制
御電圧を用いて、オン状態、オフ状態を制御する双方向
スイッチの従来例である。
第1図における二つのIGFET,Tr,, Tr2と
して例えばドレイン耐圧80V、オン抵抗30程度のn
チャンネルVMOS構造のMOSFETが用いられる。
双方向スイッチは,T… Tr2の基板電極1,2とソ
ース電極3,4とが一点で接続され、ドレィン電極5,
6を被制御端、ゲート電極7,8同志が接続された端子
を制御端することにより構成されている。被制御端、即
ちドレィン端子5,6には交流電源9と負荷10とが直
列接続されている。制御信号源11の1端は制御端、す
なわちゲート電極7,8に接続され、他の一端は交流電
源9と負荷10との接続点に酸ながれている。今、ドレ
ィン電極5に加わる交流電圧が正の周期を考える。この
ときTr2のドレイン電極6と基板電極2との間のp−
n接合が順方向バイアスされるためスイッチ作用はTr
.が受け持つ。スイッチ作用を果すTr,、負荷10、
交流電源9、制御信号源11はソースフオ。ワ回路を構
成しているから、Tr,をオン状態にするためには、制
御信号源11はゲート電極7に、交流電源9の交流振幅
をVpとし、Tr,の関値をVtとすると、Vp十Vt
より大きな正の電圧を印加する必要がある。一方Tr,
をオフ状態にするには、制御信号源11からゲート電極
7にVt以下の電圧を印加すれば良い。
次にドレィン電極5に負の交流電圧が加わる周期を考え
る。
このときTr,のドレィン電極5と基板電極1との間の
p−n接合が順方向バイアスされるため、スイッチ作用
はTr2が受け持つ。Tr2の閥値をVtとすると、制
御信号源11からゲート電極8にVt−Vpより小な電
圧を印加すれば、Tr2のゲート電極8と、ソース電極
4との電位差は関値Vt以下となり、Tr2はオフ状態
となる。一方、制御信号源11からゲート電極8にVt
−Vpより大きな電圧を印加すればTr2はオン状態と
なる。以上のことより交流の全周期に渡って、双方向ス
イッチをオン状態にするためには、制御信号源11はゲ
ート電極7,8にVp+Vt以上の電圧を印加する必要
があり、交流の全周期に渡って双方向スイッチをオフ状
態にするためには制御信号源11はゲート電極7,8に
Vt−Vp以下の電圧を印加する必要がある。
即ち第1図の従来例においては双方向スイッチのオン状
態、オフ状態を連続的に維持できる反面、双方向スイッ
チの制御に当って交流電源の電圧振幅より大きな正負の
制御電圧を必要とする大きな欠点があった。
また必然的に,Tr,, Tr2のゲート耐圧も交流電
源の電圧振幅以上必要となるため、通常のIGFETで
は数lowの双方向スイッチを第1図の従来例に基づい
て構成することは困難であった。
第2図は双方向スイッチのオン状態をパルス的に生起さ
せ、交流電源から負荷へのエネルギー供給を制御する従
来例である。第2図において,Tr,,Tr2の基板電
極1,2、ソース電極3,4をパルストランス12の2
次側の他一端に後続し、ゲート電極7,8をパルストラ
ンス12の2次側の他の一端に接続し、該パルストラン
スの1次側を制御様とし、,Tr,,Tr2の2つのド
レィン電極5,6を被制御端とすることにより双方向ス
イッチが構成されている。
仮にパルストランス12の巻線比を1とすると、制御信
号源11から出たパルス電圧はそのまま,T川 Tr2
のゲート電極7,8とソース電極3,4との間に加わる
。従って制御信号源11から,T川 Tr2の閥値Vt
のIN旨程度のパルス電圧をパルストランス12を通し
ゲート電極7,8が正極性となるように印加すれば、双
方向スイッチはパルス的にオン状態となる。
この様に第2図の従来例においては正の一極性で高々T
r,,Tr2の閣僚Vtの数〜十倍程度のパルス電圧を
用いることにより双方向スイッチのオン状態をパルス的
に生起し交流電源9から負荷10へのェネルギの供給を
制御できる。
この場合負荷10の周波数応答が制御信号源から印加さ
れるパルス電圧の周期に比べ遅ければ、双方向スイッチ
は連続的にオン状態を保っているのと等価である。
また、第2図の従来例においては制御回路系と被制御回
路系がパルストランス12により絶縁分離されている利
点がある。
さらに、,Tr・,Tr2のゲート耐圧は、閥値Vtの
数1ぴ音程度であれば良い。一方第2図の従来例におい
てはパルストランス12を用いる必要があるため、双方
向スイッチの低価格化、小形、軽量化、特にハイブリッ
ド集積が困難であるという大きな欠点を有していた。
本発明の目的は、上述の欠点を取り除き小形、軽量化特
にハイブリッド集積化に通した低価格な交流電力制御用
双方向スイッチを提供することにある。本発明によれば
、同一導電形の2個の絶縁ゲート形電界効果トランジス
タの基板電極、ソース電極を抵抗の一端に接続し制御信
号の入力端子の一端とし、ゲート電極を該抵抗の他の一
端に接続し、二つのドレィン電極を各々被制御端子とし
、制御信号の出力端子の一端と該ゲート電極との間に静
電容量を接続し、該出力端子の他の一端と該ソース電極
との間に静電容量を接続したことを特徴とする双方向ス
イッチを得ることができる。
以下に本発明の動作原理を第3図の本発明の一実施例を
基に説明する。第3図は絶縁ゲート形電界効果トランジ
スタとしてnチャンネルののMOSFETを用いた場合
について示してある。
,Tr,,Tr2の基板電極1,2、ソース電極3,4
は抵抗13の一端に接続され、ゲート電極7,8は抵抗
13の他の一端に接続されている。ドレィン電極5,6
は双方向スイッチの被制御端であり、交流電源9と負荷
10が直列接続される。ゲート電極7,8に静電容量1
5が接続され「制御信号の入力端子の一端となっており
、ソース電極3,4に静電容量14が接続されて制御信
号の入力端子の他の一端となっている。入力端子には制
御信号源11が接続される。なお、制御信号の入力端子
の他の一端とソース電極3,4とを接続している静電容
量14はなくても動作可能である。静電容量14がない
場合、制御信号源11から入力端子の一端を通し静電容
量15および抵抗13に流れ込んだパルス電流はソース
電極3,4と入力端子の他の一端との間の浮遊容量を通
り制御信号源11に戻ると考えられる、即ち浮遊容量が
静電容量14の代りの役目を果している。制御信号源1
1から印加されるパルス電圧のパルス幅に比べ抵抗13
と静電容量14および15で決まる時定数を大きく選べ
ばパルス電圧はその波形を変えることなく抵抗13の両
端に現われる。,Tr,, Tr2をオン状態にするに
はソース電極3,4に対してゲート電極7,8の電位を
関値Vtに比べて十分大きくすれば良い。制御信号源1
1のパルス電圧の極性を静電容量15が接続された側の
端子の電位から、静電容量14が接続された側の電位を
引いた時の符号で定義し、その振幅をVとする。制御信
号11からパルス電圧がデューテイ比dで印加されると
するとCR回路の性質により抵抗13のゲート電極7,
8側端子には正負の極性に変化するパルス電圧が表われ
る。このパルス電圧の内、ソース電極3,4側端子に対
してゲート電極7,8が正極性になる分はV(1−d)
となる。従ってこの電圧がVtに比べて十分大きくなる
ようにV,dが選ばれれば良い。制御信号源11からパ
ルス電圧が印加されないときは、抵抗13がゲート電極
7,8とソース電極3,4を短絡しているので,Tr,
,Tr2はオフ状態となる。
抵抗13が大きすぎると雑音電圧などによりVt以上の
電圧がゲート電極7,8ソース電極3,4間に現われや
すく誤動作の原因となる。例えば、闇値が約IVのIG
FETを用い双方向スイッチのオン状態をパルス幅1〆
sec繰り返し200KHzで生起する場合、抵抗13
は10皿○、静電容量14,15は各々100pFに選
ばれる。
この時の制御信号源11のパルス電圧は1肌程度で十分
なオン状態が得られる。ここに挙げた抵抗、静電容量の
数値例は全てハイブリッド集積化に適した形状で耐圧も
数low以上のものが入手可能であり、本発明による双
方向スイッチのハイブリッド集積化は容易に行なえる。
この様に本発明による双方向スイッチの入力端子に高々
IGFETの閥値Vtの約1M音程度の片側極性(この
場合正極性)だけのパルス電圧を印加することにより、
双方向スイッチのオン状態をパルス的に生起し、交流電
源から負荷へのエネルギーの供給を制御できる。
この場合負荷の周波数応答が制御信号源から印加される
パルス電圧の周期に比べ遅ければ双方向スイッチは、連
続的にオン状態を保っているのと等価である。
0 また本発明によれば、制御回路系と被制御回路系と
が絶縁分離されているため、制御回路系と被制御回路系
とが任意の電位関係を取れるという利点がある。
さらにIGFETのゲート耐圧は高々閥値Vtの数1の
音あれば良い。タ 以上本発明によれば、小形、軽量L
低価格、特にハイブリッド集積化に適した双方向スイッ
チが得られる。
なお本発明の一実施例中に述べた数値は何等本発明を制
限するものではない。
【図面の簡単な説明】
0 第1図、第2図は従来の双方向スイッチの回路図で
あり、第3図は本発明による双方向スイッチの一実施例
を示したものである。 図において、1,2は基板電極、3,4はソース電極、
5,6はドレィン電極、7,8はゲート電極、9は交流
タ電源、10‘ま負荷、11は制御信号源、12はパル
ストランス、13は抵抗、14,15は静電容量を示す
。オー図 オ2図 オ3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 同一導電形の2個の絶縁ゲート形電果効果トランジ
    スタの基板電極、ソース電極を抵抗の一端に接続し、ゲ
    ート電極を該抵抗の他の一端に接続し、二つのドレイン
    電極を各々被制御端子とし、制御信号の出力端子の一端
    と該ゲート電極との間に静電容量を接続し、該出力端子
    の他の一端と該ソース電極との間に静電容量を接続した
    ことを特徴とする双方向スイツチ。
JP5197179A 1979-04-26 1979-04-26 双方向スイツチ Expired JPS601781B2 (ja)

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JP5197179A JPS601781B2 (ja) 1979-04-26 1979-04-26 双方向スイツチ

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JP5197179A JPS601781B2 (ja) 1979-04-26 1979-04-26 双方向スイツチ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6118277U (ja) * 1984-07-04 1986-02-01 フジテツク株式会社 エレベ−タかご天井構造

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