(57)【要約】      （修正有）【課題】耐久性が高い駆動回路を提供する。【解決手段】駆動回路１０は、電気機器１００の下流側端子に接続されているスイッチング素子２８、５８と、スイッチング素子２８、５８の高電位側端子とゲート端子に接続される第１回路部と、高電位側端子とゲート端子に接続される第２回路部と、第１回路部と第２回路部を切換える切換部を備えている。第１回路部は、第１カソードが高電位側端子に接続され、第１アノードがゲート端子に接続される第１定電圧素子２２、５２を有している。第２回路部は、第２カソードが高電位側端子に接続され、第２アノードがゲート端子に接続される第２定電圧素子２４、５４を有している。また、第１定電圧素子２２、５２と第２定電圧素子２４、５４は、互いに逆並列に配置されている。第１カソード、第１アノード、第２カソード及び第２アノードは、回路基板上に設けられた対応する電極部に接合材によって接合されている。【選択図】図１
2020091575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器の動作を制御するとともに、回路基板を用いて構成される駆動回路であり、
電気機器の下流側端子に接続されているスイッチング素子と、
スイッチング素子の高電位側端子とゲート端子に接続される第１回路部と、
前記高電位側端子と前記ゲート端子に接続される第２回路部と、
第１回路部が接続状態のときに第２回路部を非接続状態とし、第２回路部が接続状態のときに第１回路部を非接続状態とする切換部と、を備えており、
第１回路部は、第１カソードが前記高電位側端子に接続され、第１アノードが前記ゲート端子に接続される第１定電圧素子を有し、
第２回路部は、第２カソードが前記高電位側端子に接続され、第２アノードが前記ゲート端子に接続される第２定電圧素子を有し、
第１定電圧素子と第２定電圧素子は、互いに逆並列に配置され、
第１カソード、第１アノード、第２カソード及び第２アノードは、回路基板上に設けられている対応する電極部に、接合材によって接合されている駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動回路であって、
第１カソードが接合される電極部と第２カソードが接続される電極部とが、前記接合材が溶出したときに前記接合材が両電極部間を移動可能な第１距離離れた位置に設けられている駆動回路。
【請求項３】
請求項２に記載の駆動回路であって、
第１定電圧素子の第１カソードが接合される電極部と第１アノードが接続される電極部とが、第１距離より大きい第２距離離れた位置に設けられており、
第２定電圧素子の第２カソードが接合される電極部と第２アノードが接続される電極部とが、第１距離より大きい第３距離離れた位置に設けられている駆動回路。
【請求項４】
請求項２または３の記載の駆動回路であって、
第１距離が、前記接合材の材料と、切換部による第１回路部と第２回路部の切換間隔に基づいて設定されている駆動回路。
【請求項５】
請求項２または３の記載の駆動回路であって、
前記接合材の材料が、第１距離と、切換部による第１回路部と第２回路部の切換間隔に基づいて設定されている駆動回路。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の駆動回路であって、
さらに、切換部の切換間隔を変更する回路切換制御部を備えている駆動回路。
【請求項７】
請求項６に記載の駆動回路であって、
回路切換制御部は、前記接合材が溶出する条件に基づく閾値を記憶しており、前記接合材の状態が前記閾値を超えたときに、切換部の切換間隔を短くする駆動回路。
【請求項８】
請求項７に記載の駆動回路であって、
前記接合材の周囲の水分量を低減する構造を備えている駆動回路。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の駆動回路であって、
第１定電圧素子と第２定電圧素子を加熱するヒータが設けられている駆動回路。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の駆動回路であって、
切換部は、スイッチング素子がオン状態からオフ状態に切換るタイミングと重複しないように、第１回路部と第２回路部の切換タイミングを制御する駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、駆動回路に関する技術を開示する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、電気機器の動作を制御する駆動回路（燃料噴射弁の制御回路）が開示されている。特許文献１の駆動回路は、電気機器の下流側（電気機器とグランドの間）にＭＯＳＦＥＴが設けられている。特許文献１では、ＭＯＳＦＥＴがオフ状態のときに電気機器に過電圧が加わることを防止するため、ＭＯＳＦＥＴに定電圧素子（ツェナーダイオード）を接続している。具体的には、ＭＯＳＦＥＴのドレインに定電圧素子のカソードを接続し、ＭＯＳＦＥＴのゲートに定電圧素子のアノードを接続している。電気機器に過電圧（許容電圧を超える電圧）が加わると、定電圧素子のカソードからアノードに電流が流れ、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧が上昇する。その結果、ＭＯＳＦＥＴがオン状態に切換り、電気機器に加わっている電圧を低下させ、電気機器を保護する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１１２０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
典型的に、定電圧素子は、回路基板上に設けられた電極部に、はんだ等の金属接合材によって接合される。そのため、定電圧素子が電解液に曝された状態で高電圧が印可されると、接合材（カソードを接合している接合材）が溶出し、カソードと電極部の接合が不安定になったり、カソードが電極部から外れたりする。その結果、スイッチング素子のゲートに電圧を印可することができなくなり、電気機器に高電圧が加わることを防止することができなくなることがある。なお、定電圧素子は、電気機器の下流側の電圧が上昇したときにスイッチング素子をオンするためのものである。よって、定電圧素子は、降伏電圧の高い（例えば、数十ボルト）ものが選択される。そのため、カソードを接合している接合材に高電圧が加わることを抑制することは困難であり、接合材の溶出現象を完全に防止することは難しい。そのため、駆動回路の高耐久化（高寿命化）には限界があった。本明細書は、従来よりも耐久性が高い駆動回路を実現する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書で開示する第１技術は、電気機器の動作を制御するとともに、回路基板を用いて構成される駆動回路であってよい。その駆動回路は、電気機器の下流側端子に接続されているスイッチング素子と、スイッチング素子の高電位側端子とゲート端子に接続される第１回路部と、スイッチング素子の高電位側端子とゲート端子に接続される第２回路部と、第１回路部が接続状態のときに第２回路部を非接続状態とし、第２回路部が接続状態のときに第１回路部を非接続状態とする切換部を備えていてよい。第１回路部は、第１カソードがスイッチング素子の高電位側端子に接続され、第１アノードがスイッチング素子のゲート端子に接続される第１定電圧素子を有していてよい。第２回路部は、第２カソードがスイッチング素子の高電位側端子に接続され、第２アノードがスイッチング素子のゲート端子に接続される第２定電圧素子を有していてよい。第１回路部と第２回路部は、互いに逆並列に配置されていてよい。第１カソード、第１アノード、第２カソード及び第２アノードは、回路基板上に設けられている対応する電極部に、接合材によって接合されていてよい。
【０００６】
本明細書で開示する第２技術は、上記第１技術の駆動回路であって、第１カソードが接合される電極部と第２カソードが接続される電極部とが、接合材が溶出したときに接合材が両電極部間を移動可能な第１距離離れた位置に設けられていてよい。
【０００７】
本明細書で開示する第３技術は、上記第２技術の駆動回路であって、第１定電圧素子の第１カソードが接合される電極部と第１アノードが接続される電極部とが、第１距離より大きい第２距離離れた位置に設けられてよい。また、第２定電圧素子の第２カソードが接合される電極部と第２アノードが接続される電極部とが、第１距離より大きい第３距離離れた位置に設けられていてよい。
【０００８】
本明細書で開示する第４技術は、上記第２または第３技術の駆動回路であって、第１距離が、接合材の材料と、切換部による第１回路部と第２回路部の切換間隔に基づいて設定されていてよい。
【０００９】
本明細書で開示する第５技術は、上記第２または第３技術の駆動回路であって、接合材の材料が、第１距離と、切換部による第１回路部と第２回路部の切換間隔に基づいて設定されていてよい。
【００１０】
本明細書で開示する第６技術は、上記第１から第５技術のいずれかの駆動回路であって、さらに、切換部の切換間隔を変更する回路切換制御部を備えていてよい。
【００１１】
本明細書で開示する第７技術は、上記第６技術の駆動回路であって、回路切換制御部は、接合材が溶出する条件に基づく閾値を記憶しており、接合材の状態が閾値を超えたときに、切換部の切換間隔を短くしてよい。
【００１２】
本明細書で開示する第８技術は、上記第７技術の駆動回路であって、接合材の周囲の水分量を低減する構造を備えていてよい。
【００１３】
本明細書で開示する第９技術は、上記第１から第８技術のいずれかの駆動回路であって、第１定電圧素子と第２定電圧素子を加熱するヒータが設けられていてよい。
【００１４】
本明細書で開示する第１０技術は、上記第１から第９技術のいずれかの駆動回路であって、切換部は、スイッチング素子がオン状態からオフ状態に切換るタイミングと重複しないように、第１回路部と第２回路部の切換タイミングを制御してよい。
【発明の効果】
【００１５】
第１技術によると、電気機器の下流側に配置されているスイッチング素子の高電位側端子の電圧（電気機器の低電位側の電圧）が所定電圧に達すると、第１回路部又は第２回路部を通じてスイッチング素子のゲートに電圧が印可され、スイッチング素子がオンする。すなわち、本来であればスイッチング素子がオフしている期間にスイッチング素子をオンすることにより、電気機器に高電圧が加わることを防止することができる。
【００１６】
また、第１技術では、第１回路部及び第２回路部の各々が定電圧素子（第１定電圧素子，第２定電圧素子）を備えており、各回路部は切換部によって切換えられる。なお、第１定電圧素子と第２定電圧素子は、互いに逆並列に配置されている。そのため、第１定電圧素子が接続状態（スイッチング素子の高電位側端子とゲート端子を接続する状態）のときは、高電位側端子の電圧が第２定電圧素子のカソードに加わらない。すなわち、第１定電圧素子が接続状態（第２定電圧素子が非接続状態）のときは、第２定電圧素子のカソードに高電圧は加わらない。同様に、第２定電圧素子が接続状態のときは、高電位側端子の電圧が第１定電圧素子のカソードに加わらない。そのため、第１技術は、複数の定電圧素子を備えているだけでなく、非接続状態のカソードには、高電圧が加わらないようにすることができる。そのため、第１回路部及び第２回路部の切換間隔を調整することによって定電圧素子のカソードに電圧が加わる時間を制御し、接合材が電食によって溶出する現象を抑制することができる。なお、「第１定電圧素子と第２定電圧素子が、互いに逆並列に配置されている」とは、両定電圧素子が回路接続上（回路図上）逆並列に接続されていることを意味する。すなわち、実際の第１定電圧素子と第２定電圧素子の配置は任意である。
【００１７】
なお、第１定電圧素子と第２定電圧素子の配置を調整することにより、接合材が溶出したとしても、接合材を第１定電圧素子と第２定電圧素子で行き来させることができる。具体的には、例えば、第１定電圧素子のカソードにおいて接合材が溶出したときに、溶出した接合材を第２定電圧素子のカソードに析出させることができる。反対に、第２定電圧素子のカソードにおいて接合材が溶出したときに、溶出した接合材を第１定電圧素子のカソードに析出させることができる。このように、定電圧素子のカソードにおいて接合材が溶出したとしても、各定電圧素子のカソードにおける接合材の量が低下することを抑制することができる。
【００１８】
第１技術によると、定電圧素子が回路基板上に設けられた電極部（ランド）から外れることが抑制され、従来よりも駆動回路の耐久性を向上させる（製品寿命を伸ばす）ことができる。なお、定電圧素子と電極部と接合する接合材として、はんだ等の金属材料が用いられる。
【００１９】
第１技術において、スイッチング素子は、ゲートに加える電圧を変化させることによりオン・オフが切換るタイプであればよく、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等を用いることができる。また、定電圧素子は、カソードに加わる電圧が所定電圧（降伏電圧）未満のときはカソード−アノード間が導通せず、カソードに所定電圧以上の電圧が加わったときにカソード−アノード間が導通するタイプであればよく、例えば、ツェナーダイオード、アバランシェダイオード等を用いることができる。
【００２０】
第２技術によると、定電圧素子のカソードにおいて接合材の溶出が生じたときに、第１定電圧素子と第２定電圧素子の間で、接合材の行き来を確実に行うことができる。なお、「第１距離」は、接合材の材料、第１回路部と第２回路部の切換間隔、定電圧素子のカソードに加わる電圧（降伏電圧）等に基づいて変化する。「第１距離」は、実験、あるいは、シミュレーションによって決定することができる。
【００２１】
第３技術によると、定電圧素子のカソードにおいて接合材の溶出が生じたときに、溶出した接合材がカソードからアノードに移動することを抑制することができる。なお、定電圧素子では、アノード（アノードを接合している接合材）に高い電圧が加わることはない。そのため、アノードに移動した接合材が再度溶出することはない。第３技術によると、各定電圧素子のカソードからアノードに接合材が移動する現象よりも、第１カソードと第２カソードの間で接合材の移動する現象を起こりやすくすることができる。
【００２２】
第４，第５技術によると、カソードにおける接合材の溶出をより起こりにくくしたり、カソードにおいて接合材の溶出が起こった場合でも、カソードにおける接合材の減少を抑制することができる。
【００２３】
第６技術によると、接合材の溶出の起こり易さ、接合材の周囲の状況等、例えば、接合材に付着している水分量、接合材の減少具合に応じて、定電圧素子のカソードに高電圧が加わる時間を調整することができる。その結果、接合材の減少（接合材の溶出）を抑制することができる。
【００２４】
第７技術によると、回路切換制御部が接合材の溶出が起こりやすいと判断したときは、第１回路部と第２回路部の切換間隔を短くし、接合材の溶出が発生しにくくすることができる。すなわち、接合材の溶出現象の予兆の有無を検出し、予兆が検出されたときは、予め接合材の溶出が起こりにくくする（カソードに高電圧が加わる時間を短くする）ことができる。なお、溶出現象の予兆は、ＣＣＤカメラ等によって接合材の状態（残存面積）を検出したり、回路部（第１，第２回路部）の周囲の湿度を検出したり、第１カソードと第２カソード間に流れる電流（リーク電流）を検出することにより判断することができる。これらの検出値が「閾値」を超えているか否かを判断し、切換間隔を制御することにより、接合材の溶出を起こりにくくすることができる。
【００２５】
第８技術によると、接合材の溶出を起こりにくくすることができる。接合材の溶出は、接合材に高電圧が加わり、接合材を構成する金属が電解質（電解液）に溶け込むことにより発生する。そのため、接合材の周囲の水分量を低減することにより、接合材の溶出を起こりにくくすることができる。
【００２６】
第９技術によると、接合材に付着した水分を蒸発させることができる。なお、ヒータは、予め設定された期間（例えば駆動回路を始動してから所定時間）作動させてもよいし、上記した溶出現象の予兆が検出されたときに作動させてもよい。
【００２７】
第１０技術によると、電気機器の下流側の電圧が高くなりやすいとき、すなわち、スイッチング素子がオン状態からオフ状態に切換るタイミングにおいて、第１回路部と第２回路部の一方を確実に接続状態とすることができる。すなわち、電気機器に高電圧が加わったときに確実にスイッチング素子がオンし、電圧を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施例の駆動回路を備えた電気機器の回路図を示す。
【図２】消弧回路の動作を示す。
【図３】消弧回路における切換タイミングを示す。
【図４】ツェナーダイオードが接合される電極の基板上における位置を示す。
【図５】ツェナーダイオードが接合される電極の基板上における位置を示す。
【図６】ツェナーダイオードが接合される電極の基板上における位置を示す。
【図７】駆動回路における各部品の配置を示す。
【図８】第２実施例の駆動回路を備えた電気機器の回路図を示す。
【図９】第３実施例の駆動回路を備えた電気機器の回路図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（第１実施例：駆動回路を備えた電気機器）
図１は、駆動回路１０を備えた電気機器１００の回路図を示している。駆動回路１０は、コントローラ２の制御信号に基づいて、電源４から第１コイル６及び第２コイル８に電流を供給する。コイル６，８は、駆動回路１０によって制御される電気機器１００の一部に相当する。駆動回路１０によってコイル６，８に供給する電流を切換えることにより、電気機器１００の動作を制御する。コイル６，８は、駆動回路１０に設けられている端子（第１端子１２，第２端子１４，第３端子１６）に接続されている。具体的には、第１コイル６は、第１端子１２と第２端子１４に接続されている。第１端子１２によって、第１コイル６が電源４に接続される。第２端子１４によって、第１コイル６がグランドに接続される。第２コイルは、第１端子１２と第３端子１６に接続されている。第１端子１２によって、第２コイル８が電源４に接続される。第３端子１６によって、第２コイル８がグランドに接続される。第２端子１４及び第３端子１６は、下流側端子の一例である。
【００３０】
電源４と第１端子１２の間には、スイッチ１８が設けられている。スイッチ１８の開閉（オン・オフ）は、コントローラ２によって制御される。また、第２端子１４とグランドの間に第１スイッチング素子２８が配置されており、第３端子１６とグランドの間に第２スイッチング素子５８が配置されている。スイッチング素子２８，５８は、ＭＯＳＦＥＴである。第１スイッチング素子２８のドレインが第２端子１４に接続されており、ソースがグランドに接続されており、ゲートが抵抗２９を介してコントローラ２に接続されている。また、第２スイッチング素子５８のドレインが第３端子１６に接続されており、ソースがグランドに接続されており、ゲートが抵抗５９を介してコントローラ２に接続されている。
【００３１】
駆動回路１０では、スイッチ１８がオフ状態（図１の状態）のときは、コイル６，８に電流が流れない（電気機器がオフしている）。スイッチ１８がオン状態のときは、第１スイッチング素子２８がオン状態であれば第１コイル６に電流が流れ、第１スイッチング素子２８がオフ状態であれば第１コイル６に電流が流れない。同様に、スイッチ１８がオン状態のとき、第２スイッチング素子５８がオン状態であれば第２コイル８に電流が流れ、第２スイッチング素子５８がオフ状態であれば第２コイル８に電流が流れない。スイッチング素子２８，５８のオン・オフは、コントローラ２によって制御される。すなわち、コントローラ２によってスイッチング素子２８，５８のゲートに印可する電圧を制御することによりスイッチング素子２８，５８のオン・オフを切換える。駆動回路１０では、スイッチング素子２８，３０のオン・オフを切換えることによって、電気機器１００の動作を制御する。
【００３２】
第２端子１４と第１スイッチング素子２８のゲートの間（第１スイッチング素子２８のドレインとゲートの間）には、第１ダイオード２６と第１消弧回路２０が接続されている。具体的には、第１ダイオード２６のアノードが第２端子１４に接続されており、カソードが第１消弧回路２０に接続されている。そのため、第２端子１４から第１消弧回路２０に向けて電流が流れ、第１消弧回路２０から第２端子１４に向けて電流は流れない。第１消弧回路２０は、２個のツェナーダイオード２２，２４を備えている。詳細は後述するが、第１消弧回路２０は、第２端子１４の電圧が所定値（第１コイル６の許容電圧に基づく値）を超えたときに、第１スイッチング素子２８をオンし、第２端子１４の電圧を低下させる。同様に、第３端子１６と第２スイッチング素子５８のゲートの間（第２スイッチング素子５８のドレインとゲートの間）には、第２ダイオード５６と第２消弧回路５０が接続されている。第２ダイオード５６のアノードが第３端子１６に接続されており、カソードが第２消弧回路５０に接続されている。第２消弧回路５０は、２個のツェナーダイオード５２，５４を備えている。
【００３３】
（消弧回路の説明）
図２を参照し、消弧回路２０，５０について詳細に説明する。なお、図１に示すように、第２端子１４と第１スイッチング素子２８のゲートの間の構造（第１ダイオード２６と第１消弧回路２０）は、第３端子１６と第２スイッチング素子５８のゲートの間の構造（第２ダイオード５６と第２消弧回路５０）と実質的に同一である。そのため、以下の説明では、第１消弧回路２０についてのみ説明し、第２消弧回路５０の説明は省略する。
【００３４】
第１消弧回路２０は、第１ツェナーダイオード２２と、第２ツェナーダイオード２４と、スイッチ３０，３２，３４，３６を備えている。スイッチ３０及び３６は、利用するツェナーダイオード２２，２４の切換えを行う。スイッチ３４は第１ツェナーダイオード２２自体のオン・オフの切換えを行い、スイッチ３２は第２ツェナーダイオード２４自体のオン・オフの切換えを行う。図２において、状態（ａ）は第１ツェナーダイオード２２を利用して第１スイッチング素子２８のゲート２８Ｇに電圧を印加する状態を示し、状態（ｂ）は第２ツェナーダイオード２４を利用してゲート２８Ｇに電圧を印加する状態を示している。状態（ａ），（ｂ）ともに、第２端子１４の電圧が所定値を超えると、第１スイッチング素子２８がオンし、第２端子１４の電圧を低下させる。
【００３５】
状態（ａ）では、スイッチ３０が端子３０ａに接続され、スイッチ３２がオフし、スイッチ３４がオンし、スイッチ３６が端子３６ａに接続される。このときに、第２端子１４とゲート２８Ｇを接続する導通路３８ａが形成される。導通路３８ａ内の構成は、第１回路部の一例である。また、状態（ｂ）では、スイッチ３０が端子３０ｂに接続され、スイッチ３２がオンし、スイッチ３４がオフし、スイッチ３６が端子３６ｂに接続される。このときに、第２端子１４とゲート２８Ｇを接続する導通路３８ｂが形成される。導通路３８ｂ内の構成は、第２回路部の一例である。また、スイッチ３０，３２，３４，３６は、切換部に相当する。スイッチ３０，３２，３４，３６は、コントローラ２によって制御される（図１も参照）。図２から明らかなように、切換部（スイッチ３０，３２，３４，３６）は、導通路３８ａが形成されているとき（第１回路部が接続状態のとき）は導通路３８ｂを形成せず（第２回路部を非接続状態とし）、導通路３８ｂが形成されているとき（第２回路部が接続状態のとき）は導通路３８ａを形成しない（第１回路部を非接続状態とする）。
【００３６】
また、図２から明らかなように、状態（ａ）では、第１ツェナーダイオード２２のカソードが第２端子１４に接続され、アノードがゲート２８Ｇに接続される。このときに、第２ツェナーダイオード２４のカソードは、第１ツェナーダイオード２２のアノードと同電位である。すなわち、第２ツェナーダイオード２４のカソードは、第１ツェナーダイオード２２のカソードより低電位である。また、状態（ｂ）では、第２ツェナーダイオード２４のカソードが第２端子１４に接続され、アノードがゲート２８Ｇに接続される。第１ツェナーダイオード２２のカソードは、第２ツェナーダイオード２４のアノードと同電位であり、第２ツェナーダイオード２４のカソードより低電位である。すなわち、第１ツェナーダイオード２２と第２ツェナーダイオード２４は、互いに逆並列に配置されている。
【００３７】
（消弧回路における切換タイミング）
図３を参照し、第１消弧回路２０の切換タイミング（導通路３８ａと導通路３８ｂの切換タイミング）について説明する。なお、図３において、「ＭＯＳドレイン」は、第１スイッチング素子２８のドレイン端子の電圧（すなわち、第２端子１４の電圧）の状態を示しており、「Ｈ」が高電圧状態、「Ｌ」が低電圧状態を示している。「ＺＤ」は、第１消弧回路２０が状態（ａ），（ｂ）のどちらであるかを示している（図２も参照）。
【００３８】
図３に示すように、第１スイッチング素子２８はオン状態（ｔ１〜ｔ２，ｔ３〜ｔ４，ｔ５〜ｔ６，ｔ７〜ｔ８）のときに、第１コイル６に電流が流れる（第１コイル６：ＯＮ）。この場合、第１スイッチング素子２８のドレイン電圧は低い。一方、第１スイッチング素子２８はオフ状態（ｔ２〜ｔ３，ｔ４〜ｔ５，ｔ６〜ｔ７）のときは、第１コイル６に電流が流れていない（第１コイル６：ＯＦＦ）この場合、第１スイッチング素子２８のドレイン電圧は高くなる。一般的にモータ，電磁弁等のＬ負荷では、負荷がオン状態からオフ状態に切換った直後（スイッチング素子がオンからオフに切換った直後）に、電圧が負荷の許容電圧を超えて高くなりやすい。そのため、タイミングｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８において第１スイッチング素子２８を制御可能な状態とし、必要に応じて回路内の電圧を低下させることが重要である。
【００３９】
第１消弧回路２０では、導通路３８ａと導通路３８ｂの切換えを、第１スイッチング素子２８がオフ状態からオン状態に切換るとき（タイミングｔ３、ｔ５、ｔ７）に行う。すなわち、第１スイッチング素子２８がオン状態からオフ状態に切換るとき（タイミングｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８）を避けて導通路３８ａと導通路３８ｂの切換を行う。そのため、駆動回路１０では、第１スイッチング素子２８がオン状態からオフ状態に切換った直後に、第１スイッチング素子２８、及び／又は、第１コイル６の許容電圧を超える電圧が回路内に生じても、第１消弧回路２０は状態（ａ）または状態（ｂ）で安定している。回路内に第１コイル６の許容電圧を超える電圧が生じたときに、確実に第１スイッチング素子２８がオンし、回路内の電圧を低下させることができる。なお、導通路３８ａと導通路３８ｂを切換えるタイミングは、第１スイッチング素子２８がオン状態からオフ状態に切換るタイミングと重複していなければよく、例えば、第１スイッチング素子２８がオン状態の間（タイミングｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８の間）であってもよい。
【００４０】
（ツェナーダイオードの配置場所）
図４から図６を参照し、基板８０上における第１ツェナーダイオード２２と第２ツェナーダイオード２４の配置について説明する。ツェナーダイオード２２、２４は、接合材であるはんだによって、基板８０に設けられた電極（ランド）２２Ａ，２２Ｋ，２４Ａ，２４Ｋに接合される。具体的には、第１ツェナーダイオード２２のアノードが電極２２Ａに接合され、カソードが電極２２Ｋに接合される。第２ツェナーダイオード２４のアノードが電極２４Ａに接合され、カソードが電極２４Ｋに接合される。
【００４１】
図４は、第１ツェナーダイオード２２と第２ツェナーダイオード２４を同じ向きに並べて配置する例を示している。すなわち、第１ツェナーダイオード２２と第２ツェナーダイオード２４を平行に配置する。このときに、第１ツェナーダイオード２２のアノード用の電極２２Ａとカソード用の電極２２Ｋの距離Ｌ１は、第２ツェナーダイオード２４のアノード用の電極２４Ａとカソード用の電極２４Ｋと等しく、隣り合うアノード用の電極２２Ａ，２４Ａ間（隣り合うカソード用の電極２２Ｋ，２４Ｋ間）の距離Ｌ２より長い。距離Ｌ１は第２距離及び第３距離の一例であり、距離Ｌ２は第１距離の一例である。
【００４２】
各電極２２Ａ，２２Ｋ，２４Ａ，２４Ｋを図４に示す位置に設けることによって、例えば、ツェナーダイオード２２，２４のカソードを接合している接合材が電解液に曝される等によって溶出したとしても（典型的に、アノードを接合している接合材は溶出せず、カソードを接合している接合材が溶出する）、溶出した接合材は、アノード用の電極２２Ａ，２４Ａに移動せず、他方のツェナーダイオード２２，２４のカソード用の電極（電極２２Ｋから電極２４Ｋ、あるいは、電極２４Ｋから電極２２Ｋ）に移動する。上記したように、第１消弧回路２０は、状態（ａ）と状態（ｂ）の間で切換る。そのため、ツェナーダイオード２２，２４を接合している接合材が複数回にわたって溶出した場合に、一度溶出した接合材が再度溶出し、電極２２Ｋ，２４Ｋ間を行き来する現象が一部の接合材で生じる。よって、カソードを接合している接合材が消失することが抑制され、駆動回路１０の寿命を延ばすことができる。なお、図４の構造は、第２消弧回路５０に適用することもできる。第２消弧回路５０については、図４の括弧内に参照番号を記すことにより、説明を省略する。
【００４３】
なお、距離Ｌ２は、接合材が溶出したときに接合材が移動可能な範囲内であり、隣り合う電極同士が短絡しない距離で設定される。接合材の移動距離は、接合材の材料、ツェナーダイオード２２，２４の降伏電圧、ツェナーダイオード２２，２４に電圧が加わる時間（すなわち、導通路３８ａと導通路３８ｂの切換間隔）に基づいて変化する。また、ツェナーダイオード２２，２４の降伏電圧は、第１スイッチング素子２８、及び／又は、第１コイル６の許容電圧により設定される。そのため、電気機器の種類（第１スイッチング素子２８、及び／又は、第１コイル６の許容電圧）に応じて、距離Ｌ２は、接合材の材料と、導通路３８ａと導通路３８ｂの切換間隔に基づいて設定される。また、距離Ｌ２と、導通路３８ａと導通路３８ｂの切換間隔に基づいて、接合材の材料を設定することもできる。
【００４４】
また、図４に示すように、配線８６によって、カソード用の電極２２Ｋと電極２４Ｋが電圧印加装置８２に接続されている。配線８６上には、電流計８４が配置されている。電圧印加装置８２によって電極２２Ｋ，２４Ｋ間に電圧を印加することにより、電極２２Ｋ，２４Ｋ間の抵抗を測定することができる。すなわち、電極２２Ｋ，２４Ｋ間のリーク電流の大きさを測定することができる。リーク電流が大きい程、電極２２Ｋ，２４Ｋにおいて接合材の溶出が進行している。なお、配線８６は、電極２２Ｋ，２４Ｋが対向する部分（電極２２Ｋの電極２４Ｋに最も近い部分、電極２４Ｋの電極２２Ｋに最も近い部分）には接続されていない。そのため、配線８６によって、接合材が溶出したときの接合材の移動距離に影響を及ぼすことはない。配線８６の電極２２Ｋ，２４Ｋに対する接合点８６ａ，８６ｂ間の距離は、距離Ｌ２より長い。
【００４５】
電気機器１００では、リーク電流が所定値（閾値）を超えた場合、導通路３８ａと導通路３８ｂの切換間隔を短くする。すなわち、リーク電流が所定値以下の場合は負荷（第１コイル６）の駆動周期に基づいて導通路３８ａと導通路３８ｂの切換を行い（図３も参照）、リーク電流が所定値を超えた場合、本来の切換間隔よりも短い周期で導通路３８ａと導通路３８ｂの切換を行う。これにより、ツェナーダイオード２２，２４のカソードに電圧が加わる時間が短くなり、接合材の溶出現象を抑制することができる。なお、導通路３８ａと導通路３８ｂの切換間隔を変更する閾値は、コントローラ２内のメモリ（図示省略）に記憶されている。コントローラ２は、回路切換制御部の一例でもある。
【００４６】
上記したリーク電流の測定は、スイッチ１８がオフのときに行う（図１を参照）。すなわち、リーク電流の測定は、第１コイル６に電流が供給されておらず、ツェナーダイオード２２，２４のカソードに電圧が加わらないときに実行される。なお、リーク電流の大きさを測定することにより、電気機器１００を作動したときに、接合材の溶出現象が起こる予兆を判定することができる。そのため、電圧印加装置８２を用いて電極２２Ｋ，２４Ｋ間のリーク電流を測定することに代えて、あるいは、加えて、他の方策で接合材の溶出現象が起こる予兆を判定することもできる。例えば、ツェナーダイオード２２，２４が配置されている空間の湿度を測定することにより、接合材の溶出現象が起こる予兆を判定することができる。この場合、湿度が所定値（閾値）を超えた場合に、導通路３８ａと導通路３８ｂの切換間隔を短くする。あるいは、ＣＣＤカメラ等により接合材の画像を取得し、残存している接合材の量を測定し、接合材の溶出現象が起こる予兆を判定することもできる。この場合、取得した画像について接合材が存在する部分と接合材が存在しない部分で二値化し、接合材が存在しない部分の割合が所定値（閾値）を超えた場合に、導通路３８ａと導通路３８ｂの切換間隔を短くする。
【００４７】
（ツェナーダイオードの配置場所の変形例１）
図５は、第１ツェナーダイオード２２と第２ツェナーダイオード２４が同軸上に並んで配置されている例を示している。図５に示すように、電極２２Ｋと電極２４Ｋが隣り合うように配置されている。電極２２Ｋ，２４Ｋ間の距離Ｌ２は、第１ツェナーダイオード２２の電極２２Ａ，２２Ｋ及び第２ツェナーダイオード２４の電極２４Ａ，２４Ｋ間の距離Ｌ１より短い。そのため、図５に示すような配置であっても、カソードを接合している接合材は、電極２２Ｋ，２４Ｋ間を行き来する。なお、本配置においても、図４に示す配置と同様に、接合材の溶出現象が起こる予兆を判定する構造（電圧印加装置８２等）を設けてよい。
【００４８】
（ツェナーダイオードの配置場所の変形例２）
図６は、第１ツェナーダイオード２２と第２ツェナーダイオード２４がＬ字状に配置されている例を示している。図６に示すように、電極２２Ｋ，２４Ｋ間の距離Ｌ２は、第１ツェナーダイオード２２の電極２２Ａ，２２Ｋ及び第２ツェナーダイオード２４の電極２４Ａ，２４Ｋ間の距離Ｌ１より短い。図６に示すような配置であっても、カソードを接合している接合材は、電極２２Ｋ，２４Ｋ間を行き来する。また、本配置においても、図４に示す配置と同様に、接合材の溶出現象が起こる予兆を判定する構造（電圧印加装置８２等）を設けてよい。
【００４９】
（消弧回路の配置場所）
図７を参照し、電気機器１００内における第１消弧回路２０と他の部品との位置関係について説明する。なお、図７では、第１コイル６、第１消弧回路２０、第１スイッチング素子２８のみを示し、他の部品については図示を省略している。図７に示すように、第１消弧回路２０は、第１コイル６と第１スイッチング素子２８の間に配置されている。上記したように、接合材の溶出は、接合材を構成する金属が接合材の周囲の溶媒に溶け出すことにより進行する。そのため、接合材周囲の水分量（溶媒量）が減少すれば、接合材の溶出が抑制される。第１消弧回路２０を第１コイル６と第１スイッチング素子２８の間に配置することにより、第１コイル６と第１スイッチング素子２８の発熱に伴って接合材の周囲の温度が上昇する。その結果、接合材の周囲の電解液が蒸発し、接合材周囲の水分量を低減させることができる。なお、図示は省略しているが、第２コイル８と第２消弧回路５０と第２スイッチング素子５８（図１を参照）についても、第２消弧回路５０が第２コイル８第２スイッチング素子５８の間に配置されている。
【００５０】
（第２実施例）
図８を参照し、駆動回路２１０を備えた電気機器２００について説明する。電気機器２００は、電気機器１００の変形例である。そのため、電気機器２００について、電気機器１００と実質的に同じ構成については、同じ参照番号または下二桁が同じ参照番号を付すことにより、説明を省略することがある。
【００５１】
駆動回路２１０は、第１消弧回路２０を加熱する第１ヒータ９０と、第２消弧回路５０を加熱する第２ヒータ９２を備えている。ヒータ９０，９２は、電源４に接続されている。また、ヒータ９０，９２と電源４の間には、スイッチ９４が配置されている。スイッチ９４によって、ヒータ９０，９２をオン・オフすることができる。なお、スイッチ９４の制御は、コントローラ２によって行われる。駆動回路２１０では、ヒータ９０，９２によって、消弧回路２０、５０内のツェナーダイオード２２，２４，５２及び５４を接合している接合材の周囲を加熱する。接合材の周囲の水分をより確実に蒸発させることができる。なお、消弧回路２０、５０は、各々４個のスイッチを備えている。４個のスイッチによって、導通路３８ａと導通路３８ｂの切換を行う（図２及び図３を参照）。
【００５２】
ヒータ９０は、ツェナーダイオード２２，２４が配置されている空間と同じ空間内であれば、配置する場所は任意である。しかしながら、駆動回路２１０では、ヒータ９０は、第１スイッチング素子２８及び第１コイル６よりも第１消弧回路２０に近い位置に配置されている。これにより、第１スイッチング素子及び第１コイル６が過熱されることなく、ツェナーダイオード２２，２４を接合している接合材の周囲を加熱することができる。また、第２ヒータ９２も、第２スイッチング素子５８及び第２コイル８よりも第２消弧回路５０に近い位置に配置されている。
【００５３】
なお、ヒータは、図８に示すように各消弧回路２０，５０内に１個配置してもよいし、各ツェナーダイオード２２，２４，５２，５４に対応するように４個配置してもよいし、駆動回路２１０内に１個（すなわち、４個のツェナーダイオード２２，２４，５２，５４に対してヒータ１個）配置してもよい。また、駆動回路２１０内に、さらに、接合材の周囲の温度，湿度を検出する温度計、及び／又は、湿度計（図示省略）を配置してもよい。ヒータとともに温度計、及び／又は、湿度計を配置することにより、効率よく接合材の周囲の水分を除去することができる。
【００５４】
（第３実施例）
図９を参照し、駆動回路３１０を備えた電気機器３００について説明する。電気機器３００は、電気機器１００の変形例である。電気機器３００について、電気機器１００と実質的に同じ構成については、同じ参照番号または下二桁が同じ参照番号を付すことにより、説明を省略することがある。
【００５５】
駆動回路３１０は、第１消弧回路３２０と第２消弧回路３５０を備えている。第１消弧回路３２０は、第１ツェナーダイオード２２と、第１追加ツェナーダイオード２３と、第２ツェナーダイオード２４と、第２追加ツェナーダイオード２５を備えている。第１ツェナーダイオード２２と第１追加ツェナーダイオード２３が直列に接続されており、第２ツェナーダイオード２４と第２追加ツェナーダイオード２５が直列に接続されている。なお、各ツェナーダイオード２２〜２５の降伏電圧は等しい。そのため、各ツェナーダイオード２２〜２５がブレークダウンしたときに、各ツェナーダイオード２２〜２５のアノードとカソードの電位差は、図１に示す駆動回路１０における各ツェナーダイオード２２，２４の半分である。そのため、駆動回路３１０では、ツェナーダイオード２２〜２５のカソードを接合している接合材が溶出しても、溶出した接合材（溶出した金属）がアノードに移動し難い。すなわち、溶出した接合材が、隣り合う（並列配置された）カソード間を行き来しやすくなる。駆動回路３１０のように複数のツェナーダイオードを直列に接続することにより、駆動回路３１０の寿命をさらに長くすることができる。
【００５６】
なお、第２消弧回路３５０は、第１ツェナーダイオード５２と、第１追加ツェナーダイオード５３と、第２ツェナーダイオード５４と、第２追加ツェナーダイオード５５を備えており、第１ツェナーダイオード５２と第１追加ツェナーダイオード５３が直列に接続されており、第２ツェナーダイオード５４と第２追加ツェナーダイオード５５が直列に接続されている。各ツェナーダイオード５２〜５５の降伏電圧は等しい。なお、消弧回路３２０、３５０も、各々４個のスイッチを備えている。４個のスイッチによって、導通路３８ａと導通路３８ｂの切換を行う（図２及び図３を参照）。
【００５７】
（他の実施形態）
上記実施例では、各消弧回路が第１ツェナーダイオードと第２ツェナーダイオードを備える例について説明した。しかしながら、各消弧回路は、第１ツェナーダイオードまたは第２ツェナーダイオードに逆並列に配置された第３ツェナーダイオードを備えていてもよい。この場合、第３ツェナーダイオードは、第１ツェナーダイオードまたは第２ツェナーダイオードと同時に使用されてもよい（第１回路部または第２回路部の一部であってもよい）。この場合、第３ツェナーダイオード、及び、第３ツェナーダイオードと並列に配置されたツェナーダイオード（第１ツェナーダイオードまたは第２ツェナーダイオード）について、降伏電圧を低くすることができる。カソードに加わる電圧が低くなるので、接合材の溶出を抑制することができる。
【００５８】
また、第１ツェナーダイオードまたは第２ツェナーダイオードに逆並列に配置された第３ツェナーダイオードを備える場合、第３ツェナーダイオードは、第１ツェナーダイオード及び第２ツェナーダイオードと異なるタイミングで使用されてもよい（第１回路部及び第２回路部が非接続状態のときに、スイッチング素子の高電位側端子とゲート端子に接続される第３回路部の一部であってよい）。各ツェナーダイオードに電圧が加わる時間が短くなるので、接合材の溶出を抑制することができる。
【００５９】
また、各消弧回路は、第１ツェナーダイオードまたは第２ツェナーダイオードに逆並列に配置された複数のツェナーダイオード、すなわち、第３〜第ｎツェナーダイオード（ｎ＞４）を備えていてもよい。上記した第３ツェナーダイオードを設けた場合と同様の効果が得られる。
【００６０】
上記実施例ではスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる例について説明したが、スイッチング素子は、ゲートに電圧を印加することによりオン・オフが切換るタイプであればよく、例えば、ＩＧＢＴ等を用いることもできる。
【００６１】
また、上記実施例では、隣り合うカソード用電極の間に電圧印加装置を配置し、両電極間に流れるリーク電流を直接測定する例について説明した。しかしながら、両電極間に流れるリーク電流が増えると、各ツェナーダイオードのクランプ電圧が低下する。そのため、リーク電流を直接測定することに代え、各ツェナーダイオードのクランプ電圧を測定してもよい。この場合、クランプ電圧が所定値（閾値）より低くなったときに、導通路の切換間隔（切換部の切換間隔）を短くする。
【００６２】
第３実施例では、消弧回路内の各ツェナーダイオードに、追加のツェナーダイオードを１個直列接続する例について説明した。追加のツェナーダイオードは、２個以上であってもよい。直列接続する追加のツェナーダイオードが増えるほど、ツェナーダイオードのカソードとアノード間の電位差が小さくなり、カソードで溶出した接合材がアノードに移動しにくくなる。
【００６３】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００６４】
６，８：電気機器（コイル）
１０：駆動回路
１４，１６：下流側端子
２２，５２：第１定電圧素子
２４，５４：第２定電圧素子
２８，５８：スイッチング素子
３０，３２，３４，３６：切換部（スイッチ）
３８ａ：第１回路部（導通路）
３８ｂ：第２回路部（導通路）
３８Ｇ：ゲート端子
１００：電気機器
【図１】
2020091575.tif 000003
【図２】
2020091575.tif 000004
【図３】
2020091575.tif 000005
【図４】
2020091575.tif 000006
【図５】
2020091575.tif 000007
【図６】
2020091575.tif 000008
【図７】
2020091575.tif 000009
【図８】
2020091575.tif 000010
【図９】
2020091575.tif 000011