(57)【要約】【課題】簡単な構成により、半導体遮断器の遮断時に寄生インダクタンスにより発生する電流による半導体スイッチの破壊を防ぐこと。【解決手段】バッテリと負荷との間に接続された半導体スイッチと、半導体スイッチのドレインとバッテリのプラス端子との間の第１バス配線と並列であって、ドレインにアノードが接続され、プラス端子にカソードが接続された第１ダイオードを含む第１還流配線と、半導体スイッチのソースとバッテリのマイナス端子との間の第２バス配線と並列であって、ソースにカソードが接続され、マイナス端子にアノードが接続された第２ダイオードを含む第２還流配線と、を備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと負荷との間に接続された半導体スイッチと、
前記半導体スイッチのドレインと前記バッテリのプラス端子との間の第１バス配線と並列であって、前記ドレインにアノードが接続され、前記プラス端子にカソードが接続された第１ダイオードを含む第１還流配線と、
前記半導体スイッチのソースと前記バッテリのマイナス端子との間の第２バス配線と並列であって、前記ソースにカソードが接続され、前記マイナス端子にアノードが接続された第２ダイオードを含む第２還流配線と、
を備えた半導体遮断器。
【請求項２】
前記第１還流配線および前記第２還流配線の径は、前記第１バス配線および前記第２バス配線よりも小さい径である請求項１に記載の半導体遮断器。
【請求項３】
前記第１バス配線上において、前記第１還流配線との分岐点よりも前記バッテリ側に、前記ドレインと接続されたインダクタンス素子をさらに含む請求項１または２に記載の半導体遮断器。
【請求項４】
寄生インダクタンスによって発生するエネルギーを吸収する吸収部をさらに備えた請求項１または２に記載の半導体遮断器。
【請求項５】
前記吸収部として前記半導体スイッチの前記ソースとグランドバスバーとの間にサージアブソーバが接続された請求項４に記載の半導体遮断器。
【請求項６】
前記吸収部として前記半導体スイッチの前記ソースとグランドバスバーとの間にスナバ回路が接続された請求項４に記載の半導体遮断器。
【請求項７】
前記第１ダイオードおよび前記第２ダイオードはフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体遮断器。
【請求項８】
前記ソースと前記ドレインとに前記半導体スイッチと並列に接続された、前記半導体スイッチの許容電流よりも小さな許容電流のメカリレーをさらに備えた請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体遮断器。
【請求項９】
前記半導体スイッチの接続時には、前記半導体スイッチをＯＮしてから前記メカリレーをＯＮし、前記半導体スイッチの遮断時には、前記メカリレーをＯＦＦしてから前記半導体スイッチをＯＦＦする請求項８に記載の半導体遮断器。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体遮断器を用いた車両の電源制御装置。
【請求項１１】
バッテリと負荷との間に接続された半導体スイッチと、
前記半導体スイッチの遮断時に、前記バッテリのプラス端子と前記半導体スイッチとの間に発生する電流を還流させる第１還流部と、
前記半導体スイッチの遮断時に、前記バッテリのマイナス端子と前記半導体スイッチとの間に発生する電流を還流させる第２還流部と、
を備えた半導体遮断器。
【請求項１２】
半導体スイッチの遮断時に、バッテリのプラス端子と前記半導体スイッチとの間に発生する電流を第１還流部により還流させ、
前記半導体スイッチの遮断時に、前記バッテリのマイナス端子と前記半導体スイッチとの間に発生する電流を第２還流部により還流させる、半導体スイッチを用いた遮断方法。
【請求項１３】
半導体スイッチと、
前記半導体スイッチのドレインから分岐し、前記半導体スイッチのドレイン側にアノードが接続された第１ダイオードと、
前記半導体スイッチのソースから分岐し、前記半導体スイッチのソース側にカソードが接続された第２ダイオードと、
を備えた半導体スイッチ素子。
【請求項１４】
前記半導体スイッチの前記ソースと接続されたインダクタンス素子をさらに備えた請求項１３に記載の半導体スイッチ素子。
【請求項１５】
前記第１ダイオードおよび前記第２ダイオードはフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）である請求項１３または１４に記載の半導体スイッチ素子。
【請求項１６】
前記ソースと前記ドレインとに前記半導体スイッチと並列に接続された、前記半導体スイッチの許容電流よりも小さな許容電流のメカリレーをさらに備えた請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の半導体スイッチ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体遮断器、半導体スイッチ素子、半導体スイッチを用いた遮断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野において、特許文献１には、負荷電圧に対応して半導体遮断器により遮断すべき過電流判定の閾値を設定する技術が開示されている。また、特許文献２には、半導体遮断器の負荷側における過電圧を吸収するサージアブソーバが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１６０５１７号公報
【特許文献２】特開平１１−４１８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記文献に記載の技術では、半導体遮断器の遮断時に寄生インダクタンスにより発生する電流に起因する、半導体遮断器の破壊を防ぐことができなかった。
【０００５】
本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る半導体遮断器は、
バッテリと負荷との間に接続された半導体スイッチと、
前記半導体スイッチのドレインと前記バッテリのプラス端子との間の第１バス配線と並列であって、前記ドレインにアノードが接続され、前記プラス端子にカソードが接続された第１ダイオードを含む第１還流配線と、
前記半導体スイッチのソースと前記バッテリのマイナス端子との間の第２バス配線と並列であって、前記ソースにカソードが接続され、前記マイナス端子にアノードが接続された第２ダイオードを含む第２還流配線と、
を備えた半導体遮断器である。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
半導体スイッチの遮断時に、バッテリのプラス端子と前記半導体スイッチとの間に発生する電流を第１還流部により還流させ、
前記半導体スイッチの遮断時に、前記バッテリのマイナス端子と前記半導体スイッチとの間に発生する電流を第２還流部により還流させる、半導体スイッチを用いた遮断方法。      
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る素子は、
半導体スイッチと、
前記半導体スイッチのドレインから分岐し、前記半導体スイッチのドレイン側にアノードが接続された第１ダイオードと、
前記半導体スイッチのソースから分岐し、前記半導体スイッチのソース側にカソードが接続された第２ダイオードと、
を備えた半導体スイッチ素子である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡単な構成により、半導体遮断器の遮断時に寄生インダクタンスにより発生する電流に起因する半導体スイッチの破壊を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体遮断器の構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】本発明の第２実施形態に係る半導体遮断器の構成を示すブロック図である。
【図２Ｂ】本発明の第２実施形態に係る半導体遮断器における遮断時の電流制御を示す図である。
【図３Ａ】本発明の第３実施形態に係る半導体遮断器の構成を示すブロック図である。
【図３Ｂ】本発明の第３実施形態に係る半導体遮断器における接続時および遮断時の制御を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の第３実施形態に係る半導体遮断器における接続時および遮断時の制御を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第４実施形態に係る半導体遮断器の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る半導体遮断器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素は単なる例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての半導体遮断器１００について、図１を用いて説明する。図１には、半導体遮断器１００により、負荷におけるショート発生時にバッテリから負荷回路への電源供給を遮断するための回路構成の概要が示されている。
【００１３】
図１において、半導体遮断器１００は、半導体スイッチ１０１と、還流配線１０２、１０３とを含む。半導体スイッチ１０１は、バッテリ１１０と負荷回路１３０との間に接続されている。半導体スイッチ１０１としては、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)やＧＴＯ(Gate Turn-Off thyristor)などの高耐電圧・高耐電流の素子が使用される。
【００１４】
還流配線１０２は、半導体スイッチ１０１のドレインとバッテリ１１０のプラス端子Ｐとの間のバス配線１１１と並列に接続された配線とダイオード１２１とを含む。ダイオード１２１は、還流配線１０２は、半導体スイッチ１０１のドレインにアノードが接続され、バッテリ１１０のプラス端子にカソードが接続されている。
【００１５】
還流配線１０３は、半導体スイッチ１０１のソースとバッテリ１１０のマイナス端子Ｎとの間を結ぶ配線でダイオード１３１を含む。ダイオード１３１は半導体スイッチ１０１のドレインにカソードが接続され、バッテリ１１０のマイナス端子に還流配線１０３を介してアノードが接続されている。還流配線１０２、１０３の径は、バス配線１１１、１１２よりも小さい径である。
【００１６】
負荷回路１３０のショ−ト発生による半導体スイッチ１０１の遮断時にバス配線の寄生インダクタンスにより発生する電流を、ダイオード１２１を含む還流配線１０２と、ダイオード１３１を含む還流配線１０３とによって還流する。これにより、半導体スイッチ１０１のドレイン、ソースの接合破壊やゲートの絶縁破壊を防止して半導体スイッチ１０１を保護する。
【００１７】
（電源ＯＮ：半導体スイッチ接続時の動作）
図１において、まず、バッテリ１１０からの電源を負荷回路１３０に提供する手順を説明する。バッテリ１１０からの電源を負荷回路１３０に提供する場合には、半導体スイッチ１０１のＯＮ／ＯＦＦを制御する半導体スイッチ制御信号（以下ＳＳ制御信号）１４１によりＯＮが指示される。ゲート駆動回路１４０は、ＳＳ制御信号１４１によりＯＮが指示されると、半導体スイッチゲート信号（以下ＳＳゲート信号）１４３としてＯＮ電位（図１の例ではハイ電位）を半導体スイッチ１０１のゲートに出力する。半導体スイッチ１０１のソースとドレイン間が導通して、バッテリ１１０の電源が負荷回路１３０に提供される。電源の供給中は、半導体スイッチ１０１のソース側のバス配線１１２に配置された電流検知部１５０により負荷電流が検知される。この間、還流配線１０２のダイオード１２１や還流配線１０３のダイオード１３１には逆バイアスが掛かっているので電流は流れない。
【００１８】
（電源ＯＦＦ：半導体スイッチ遮断時の動作）
通常の電源の遮断時には、半導体スイッチ１０１のＯＮ／ＯＦＦを制御するＳＳ制御信号１４１によりＯＦＦが指示される。ゲート駆動回路１４０は、ＳＳ制御信号１４１によりＯＦＦが指示されると、ＳＳゲート信号１４３としてＯＦＦ電位（図１の例ではロー電位）を半導体スイッチ１０１のゲートに出力する。半導体スイッチ１０１のソースとドレイン間が遮断されて、バッテリ１１０の電源の負荷回路１３０への提供が停止される。
【００１９】
一方、負荷回路１３０でショートが発生し、電流検知部１５０により閾値を超える検知負荷電流１４２が検知されると、ゲート駆動回路１４０はＳＳゲート信号１４３としてＯＦＦ電位（図１の例ではロー電位）を半導体スイッチ１０１のゲートに出力して、半導体スイッチ１０１のソースとドレイン間を遮断する。
【００２０】
この半導体スイッチ１０１の遮断時に、半導体スイッチ１０１のドレインとバッテリ１１０のプラス端子Ｐとの間のバス配線１１１の寄生インダクタンス（図中、寄生Ｌ）により、半導体スイッチ１０１のドレイン端にはLｄｉ／ｄｔに相当する素子の耐圧を超える大きなサージ電圧が発生しデバイスを破壊することがあるが、本実施形態においては、バス配線１１１の寄生インダクタンスにより発生する電流をバッテリ１１０のプラス端子Ｐに向けて還流させるのでこのようなサージ電圧が発生しない。還流配線１０２は、バッテリ端子Ｐから半導体スイッチ１０１に至るバス配線１１１の寄生インダクタンスにより発生する電流Ｉ１１を、ダイオード１２１が導通して半導体スイッチ１０１のドレインからバッテリ１１０のプラス端子Ｐの方向に還流する。
【００２１】
また、この半導体スイッチ１０１の遮断時に、半導体スイッチ１０１のソースと負荷回路１３０との間のバス配線１１２の寄生インダクタンス（図中、寄生Ｌ）、および、負荷回路１３０とバッテリ１１０のマイナス端子Ｎとの間のバス配線１１３の寄生インダクタンス（図中、寄生Ｌ）により、半導体スイッチ１０１のソース端にはＬｄｉ／ｄｔの負のサージ電圧が発生する。Ｌは系の全ての寄生インダクタンスの合計値、ｄｉ／ｄｔは電流遮断のスピードである。この負のサージ電圧が半導体スイッチ１０１の耐圧を超えると前述のケースと同様に素子の接合破壊や絶縁破壊を引きおこすことがある。本実施形態においては、バス配線１１２、１１３の寄生インダクタンスにより発生する電流I11をバッテリ１１０のマイナス端子Ｎに向けて還流するための還流部としての還流配線１０３を設けた。還流配線１０２においては、バス配線１１２、１１３の寄生インダクタンスにより発生する電流I12を、ダイオード１３１が導通してバッテリ１１０のマイナス端子Ｎから半導体スイッチ１０１のソースの方向に還流する。
【００２２】
なお、半導体スイッチ１０１とダイオード１２１とダイオード１３１とを同じパッケージもしくはモジュールに含む半導体遮断器１００を、半導体スイッチ素子として提供してもよい。
【００２３】
本実施形態によれば、負荷回路のショートで半導体スイッチを遮断した場合においても、バス配線の寄生インダクタンスにより発生する電流を還流配線で還流することによって、半導体スイッチの過電圧破壊を保護することができる。
【００２４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る半導体遮断器２００について、図２Ａおよび図２Ｂを用いて説明する。図２Ａは、本実施形態に係る半導体遮断器２００の回路構成を説明するための図である。図２Ａには、半導体遮断器２００により、負荷におけるショート発生時にバッテリから負荷回路への電源供給を遮断するための回路構成の概要が示されている。本実施形態においては、半導体スイッチ１０１の遮断時の電流値上昇を抑制して遅延させるためのインダクタンス素子としての突入制限インダクタ２０１を備える。なお、図２Ａにおいて、図１と同様の構成要素には同じ参照番号を付して、重複する説明は省略する。
【００２５】
（電源ＯＦＦ：半導体スイッチ遮断時の動作）
負荷回路１３０でショートが発生した場合に、電流検知部１５０が迅速に電流異常を検知し、ゲート駆動回路１４０が迅速にＳＳゲート信号１４３をＯＦＦ電位（図１の例ではロー電位）として、ドレインソース電流Ｉｄｓが半導体スイッチ１０１の耐電流値を超えない間に遮断が終了すればよい。しかしながら、半導体スイッチ１０１の遮断前にドレインソース電流Ｉｄｓが耐電流値を超えることがある。
【００２６】
本実施形態においては、空芯の突入制限インダクタ２０１をバス配線１１１上において、半導体スイッチ１０１のソースに接続する。突入制限インダクタ２０１は、還流配線１０２との分岐点よりもバッテリ１１０側に接続される。
この空芯の突入制限インダクタ２０１の接続により、負荷回路１３０でショートが発生した時点から半導体スイッチ１０１の遮断の時点までのドレインソース電流Ｉｄｓの上昇を遅延させる。
【００２７】
図２Ｂは、本実施形態に係る半導体遮断器２００における遮断時の電流制御を示す図である。突入制限インダクタ２０１が接続されていない場合、半導体スイッチ１０１のドレインソース電流Ｉｄｓは破線２３０で示すように、半導体スイッチ１０１の遮断までの保護動作時間ｔｐ（＝半導体スイッチの遮断経過時間）の間に短絡許容電流Ｉmax（＝半導体スイッチの耐電流値）を超えてしまう。本実施形態の突入制限インダクタ２０１を接続した場合、保護動作時間ｔｐ（＝半導体スイッチの遮断経過時間）後であっても短絡許容電流Ｉmax（＝半導体スイッチの耐電流値）を超えていない。
【００２８】
なお、接続する突入制限インダクタ２０１のインダクタンスＬの値は、Ｌ＝Ｖ・ｔｐ／Ｉmaxにより算出可能である。例えば、Ｖ＝５００ｖ、ｔｐ＝１μｓ、Ｉmax＝１００Ａと仮定すると、Ｌ＝５μＨとなる。
【００２９】
なお、半導体スイッチ１０１とダイオード１２１とダイオード１３１と突入制限インダクタ２０１とを同じパッケージもしくはモジュールに含む半導体遮断器２００を、半導体スイッチ素子として提供してもよい。
【００３０】
本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、負荷のショートから半導体スイッチの遮断までの保護動作時間（遮断経過時間）の間の電流値上昇を遅延させることにより、半導体スイッチを保護することができる。
【００３１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る半導体遮断器３００について、図３Ａ〜図３Ｃを用いて説明する。図３Ａは、本実施形態に係る半導体遮断器３００の構成を説明するための図である。本実施形態においては、半導体スイッチ１０１のソースとドレインとの間に半導体スイッチと並列に接続された小型のメカリレー３０１により、半導体スイッチ１０１による損失を低減する。なお、本実施形態に係る半導体遮断器３００は、上記第１実施形態の半導体遮断器１００や第２実施形態の半導体遮断器２００と同様にバッテリ１１０および負荷回路１３０に接続されているが、簡略化のため省略している。また、図３Ａにおいて、図１および図２Ａと同様の構成要素には同じ参照番号を付して、重複する説明は省略する。
【００３２】
半導体遮断器３００は、半導体スイッチ１０１のソースとドレインとに両端子が接続されたメカリレー３０１を備える。通常の接続時には、半導体スイッチ１０１をＯＮしてからメカリレー３０１をＯＮし、遮断時には、メカリレー３０１をＯＦＦしてから半導体スイッチ１０１をＯＦＦする。スイッチ制御部３２０は、ＳＳ制御信号１４１と検知負荷電流１４２とを入力し、ＳＳゲート信号１４３により半導体スイッチ１０１を制御し、小型リレー駆動信号３２４により小型のメカリレー３０１を制御する。
【００３３】
図３Ｂは、本実施形態に係る半導体遮断器３００における接続時および遮断時の制御を示す図である。図３Ｂの左図は、各信号の変化を示すタイミングチャートである。以下、図３Ａおよび図３Ｂを参照して、本実施形態に係る半導体遮断器３００の動作手順を説明する。
【００３４】
（電源ＯＮ：半導体スイッチ接続時の動作）
図３Ｂのタイミング３３０は、電源ＯＮ時（半導体スイッチ接続時）の動作を示している。ＳＳ制御信号１４１が半導体スイッチ接続を指示する（図３Ｂではハイに移行）と、スイッチ制御部３２０は、ＳＳゲート信号１４３をハイとし、半導体スイッチ１０１が接続される。電流検知部１５０では、検知負荷電流１４２が検知される。その後、スイッチ制御部３２０は、小型リレー駆動信号３２４のＯＮによりメカリレー３０１を接続する。このように、半導体スイッチ１０１の接続後にソースドレイン間の電圧が低下した状態でメカリレー３０１を接続するので、メカリレー３０１の接点でのアーク発生を防止できる。そして、メカリレー３０１の接続によりソースドレイン間のＯＮ抵抗が小さくなり、電源から負荷への直流成分は主にメカリレー３０１を流れる。
【００３５】
（電源ＯＦＦ：半導体スイッチ遮断時の動作）
図３Ｂのタイミング３４０は、電源ＯＦＦ時（半導体スイッチ遮断時）の動作を示している。電流検知部１５０が、検知負荷電流１４２の異常、例えば急激な上昇を検知すると、スイッチ制御部３２０は、小型リレー駆動信号３２４のＯＦＦによりメカリレー３０１を遮断する。その後に、スイッチ制御部３２０は、ＳＳゲート信号１４３をローとし、半導体スイッチ１０１を遮断する。このように、半導体スイッチ１０１が接続していてソースドレイン間の電圧が小さい状態でメカリレー３０１を遮断するので、メカリレー３０１の接点でのアーク発生を防止できる。
【００３６】
（スイッチ制御部の動作手順）
図３Ｃは、スイッチ制御部３２０の制御手順を示すフローチャートである。なお、かかるフローチャートに従う制御は、ハードウェア回路で実現してもＣＰＵによりソフトウェアプログラムとして実現してもよい。
【００３７】
スイッチ制御部３２０は、ステップＳ３０１において、ＳＳ制御信号１４１がＯＮ（半導体スイッチ１０１接続指示）となるのを待機する。ＳＳ制御信号１４１がＯＮとなれば、スイッチ制御部３２０は、ステップＳ３０３において、半導体スイッチ１０１を接続するＳＳゲート信号１４３を駆動して半導体スイッチ１０１を接続する。その後、スイッチ制御部３２０は、ステップＳ３０３において、メカリレー３０１を駆動する小型リレー駆動信号によりメカリレー３０１を接続する。
【００３８】
スイッチ制御部３２０は、ステップＳ３０７において、電流検知部１５０から取得した検知負荷電流１４２が電流閾値Ｔｈを超えたか否かを判定する。検知負荷電流１４２が電流閾値Ｔｈを超えていれば、スイッチ制御部３２０は、ステップＳ３１１において、小型リレー駆動信号をＯＦＦしてメカリレー３０１を遮断する。その後、スイッチ制御部３２０は、ステップＳ３１３において、半導体スイッチ１０１を遮断するＳＳゲート信号１４３を駆動して半導体スイッチ１０１を遮断する。
【００３９】
ステップＳ３０７の判定において検知負荷電流１４２が電流閾値Ｔｈを超えてなければ、スイッチ制御部３２０は、ステップＳ３０９において、ＳＳ制御信号１４１がＯＦＦ（半導体スイッチ１０１遮断指示）であるか否かを判定する。ＳＳ制御信号１４１がＯＦＦでなければ、スイッチ制御部３２０は、ステップＳ３０７に戻る。ＳＳ制御信号１４１がＯＦＦであれば、スイッチ制御部３２０は、ステップＳ３１１およびステップＳ３１３の遮断処理を実行する。
【００４０】
本実施形態によれば、メカリレーによって半導体遮断器のＯＮ抵抗を低減することができる。また、メカリレーによって電源の直流成分の接続および遮断を行うことによって、半導体スイッチによる損失を抑制することができる。
【００４１】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る半導体遮断器４００について、図４を用いて説明する。図４には、半導体遮断器４００により、負荷におけるショート発生時にバッテリから負荷回路への電源供給を遮断するための回路構成の概要が示されている。本実施形態においては、半導体スイッチ１０１の遮断時の半導体スイッチ１０１のバッテリ側の寄生インダクタンスにより発生するエネルギーを吸収する吸収部としてサージアブソーバ４０２を備える。なお、本実施形態の半導体遮断器４００はコンパクトなモジュールユニットとして構成されている。そして、バッテリ１１０のバス配線１１１、１１３ａや負荷回路のバス配線１１２、１１３ｂは、半導体遮断器４００のモジュールユニットにおけるＰバスバー４１１、４１２とＮバスバー４１３と外部接続される。また、図４において、第１実施形態〜第３実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号を付して、重複する説明は省略する。
【００４２】
半導体遮断器４００は、空芯の突入制限インダクタ２０１により半導体スイッチ１０１の遮断時の発生する電流を還流させるためのダイオード４２１を備える。ここで、突入制限インダクタ２０１は、第２実施形態で説明したように、半導体スイッチ１０１の遮断時の突入電流の上昇速度を抑えて遅延させる。ダイオード４２１は、第１実施形態〜第３実施形態におけるダイオード１２１、１３１と同様のダイオードであり、例えば、ＦＷＤ(還流ダイオード：フリーホイールダイオード／Free Wheeling Diode)が望ましい。ＦＷＤによれば、半導体スイッチ１０１の遮断時の突入制限インダクタ２０１の起電力を吸収部として吸収することができる。
【００４３】
サージアブソーバ４０２は、モジュールユニット内のドレイン側のＰバスバー４１１とグランドバスバーとしてのＮバスバー４１３との間に接続される。サージアブソーバ４０２は、半導体スイッチ１０１の遮断時の寄生インダクタ（図では寄生Ｌ）のサージ電圧ばかりでなくＰバスバー４１１とＮバスバー４１３との間で発生する高電圧ノイズのような異常電圧を逃して、半導体スイッチ１０１を保護する。特に、半導体スイッチ１０１のゲートとソース間の絶縁破壊がないように保護する。
【００４４】
半導体遮断器４００は、モジュールユニット内のソース側のＰバスバー４１２とＮバスバー４１３とを接続するダイオード４０３を備える。ダイオード４０３は、第１実施形態〜第３実施形態におけるダイオード１３１と同様のダイオードであり、例えば、フリーホイールダイオード（ＦＷＤ:Free Wheeling Diode）が望ましい。このフリーホイールダイオードによって、半導体スイッチ１０１のソース端からダイオード４０３のアノードとバスバー１１３ｂの接続点までの寄生インダクタンス（図では寄生Ｌ）の起電力を吸収部として吸収することができる。
【００４５】
なお、半導体スイッチ１０１とサージアブソーバ４０２とダイオード４０３と突入制限インダクタ２０１とダイオード４２１とを同じパッケージもしくはモジュールに含む半導体遮断器４００を、半導体スイッチ素子として提供してもよい。また、突入制限インダクタ２０１とダイオード４２１とを１つの素子で提供してもよい。また、本実施形態に第３実施形態のメカリレー３０１を組み込んでもよい。
【００４６】
本実施形態によれば、第１実施形態〜第３実施形態のようなバッテリのプラス端子やマイナス端子へのリターン線を必要とせず、必要な素子を集積したモジュールユニットとして提供することができる。
【００４７】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る半導体遮断器５００について、図５を用いて説明する。図５には、半導体遮断器５００により、負荷におけるショート発生時にバッテリから負荷回路への電源供給を遮断するための回路構成の概要が示されている。本実施形態においては、半導体スイッチ１０１の遮断時の半導体スイッチ１０１のバッテリ側の寄生インダクタンスにより発生するエネルギーを吸収する吸収部としてスナバ回路５０２を備える。なお、本実施形態の半導体遮断器５００はコンパクトなモジュールユニットとして構成されている。そして、バッテリ１１０のバス配線１１１、１１３ａや負荷回路のバス配線１１２、１１３ｂは、半導体遮断器５００のモジュールユニットにおけるＰバスバー５１１および５１２とＮバスバー５１３と外部接続される。また、図５において、第１実施形態〜第４実施形態と同様の構成要素には同じ参照番号を付して、重複する説明は省略する。
【００４８】
スナバ回路５０２は、モジュールユニット内のソース側のＰバスバー５１１とグランドバスバーとしてのＮバスバー５１３とを接続する。スナバ回路５０２は、半導体スイッチ１０１の遮断時の寄生インダクタ（図では寄生Ｌ）の起電力ばかりでなくＰバスバー５１１とＮバスバー５１３との間で発生する過渡的な高電圧を吸収部として吸収して、半導体スイッチ１０１を保護する。特に、半導体スイッチ１０１のゲートとソース間の絶縁破壊がないように保護する。図５では、スナバ回路５０２としてＲＣスナバ回路を図示したが、これに限定されるものではない。
【００４９】
なお、半導体スイッチ１０１とスナバ回路５０２とダイオード（ＦＷＤ）４０３と突入制限インダクタ２０１とダイオード（ＦＷＤ）４２１とを同じパッケージもしくはモジュールに含む半導体遮断器５００を、半導体スイッチ素子として提供してもよい。また、本実施形態に第３実施形態のメカリレー３０１を組み込んでもよい。
【００５０】
本実施形態によれば、第１実施形態〜第３実施形態のようなバッテリのプラス端子やマイナス端子へのリターン線を必要とせず、必要な素子を集積したモジュールユニットとして提供することができる。
【００５１】
［本実施形態の半導体遮断機の適用例］
バッテリへの給電を行う急速充電用ステーションや家庭用電源からの電源線上に、半導体スイッチを含む半導体遮断器が適用されて、半導体スイッチを保護することができる。また、負荷回路であるモータを駆動するインバータやアクセサリなどへのバッテリからの電源バス上に、半導体スイッチを含む半導体遮断器が適用されて、半導体スイッチを保護することができる。
【００５２】
［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の技術範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
１００，２００，３００，４００，５００  半導体遮断器
１０１  半導体スイッチ
１１０  バッテリ
１２１，１３１  ダイオード
１３０  負荷回路
１４０  ゲート駆動回路
１５０  電流検知部
２０１  インダクタンス素子としての突入制限インダクタ
３０１  メカリレー
４０２  吸収部としてのサージアブソーバ
４０３，４２１  ＦＷＤ（還流ダイオード）
５０２  吸収部としてのスナバ回路
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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