(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
漏電電流を検出する変流器と、接続される電力線に印加される電圧の種類を判別する入力電圧種類判別部と、前記変流器から出力された信号に基づいて直流及び交流の漏電を判断する漏電判断部と、前記漏電判断部によって漏電と判断されたとき、直流又は交流の電力供給を遮断する電力供給遮断部を備え、
前記漏電判断部は、前記入力電圧種類判別部によって判別された入力電圧の種類に応じて直流又は交流の漏電を判断することを特徴とする漏電検出遮断器。
【請求項２】
前記変流器は、単一の構成により直流及び交流の漏電電流を検出することを特徴とする請求項１に記載の漏電検出遮断器。
【請求項３】
前記漏電判断部は、前記変流器から出力された信号を２乗して得られた信号に基づいて直流及び／又は交流の漏電を判断することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の漏電検出遮断器。
【請求項４】
前記漏電判断部によって漏電と判断されたとき、前記入力電圧種類判別部によって判別された入力電圧の種類を表示する表示部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の漏電検出遮断器。
【請求項５】
交流の入力電圧を検出する入力電圧検出部をさらに備え、前記入力電圧検出部が所定の電圧以上の入力電圧を検出したとき、前記電力供給遮断部が交流の電力供給を遮断することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の漏電検出遮断器。
【請求項６】
前記電力供給遮断部は、双方向開閉半導体素子によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の漏電検出遮断器。
【請求項７】
前記双方向開閉半導体素子は、２個の単方向トランジスタが逆接続されることによって構成されていることを特徴とする請求項６に記載の漏電検出遮断器。
【請求項８】
前記双方向開閉半導体素子は、２個の制御端子を有する横型の双方向トランジスタによって構成されていることを特徴とする請求項６に記載の漏電検出遮断器。
【請求項９】
前記電力供給遮断部は、２個の制御端子を有する横型の双方向トランジスタと接点を有する開閉素子が直列接続した構造を有することを特徴とする請求項６に記載の漏電検出遮断器。
【請求項１０】
前記電力供給遮断部は、２個の制御端子を有する横型の双方向トランジスタと接点を有する開閉素子が並列接続した構造を有することを特徴とする請求項６に記載の漏電検出遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流漏電及び直流漏電を検出し、負荷に対する交流電力及び直流電力の供給を遮断して人体等を保護する漏電検出遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、交流漏電及び直流漏電を検出し、蓄電部に対する交流電力の供給を遮断する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、一方で近年、エコロジー意識の高まりと太陽光発電の普及に伴い、ソーラーパネル（太陽光発電装置）によって発電された直流電力を、例えばハイブリッドカーのバッテリなどの負荷に供給する技術が検討されている。このような直流電力を供給するための構成は、従前の商用交流電源から交流電力を供給するための構成に追加して設けられ、直流電力と交流電力が接続される負荷に応じて選択的に切り替えられるように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２７０４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の段落（００２０）等に示された技術においては、電気自動車の蓄電部付近（または直流側）で地絡が起きると、蓄電部の正極側→人体抵抗→大地→漏電遮断器の開閉部の復路方向のケーブル→蓄電部の負極の経路で直流漏電電流が流れる。このとき、直流漏電検出部により直流漏電が検出され、その検出出力で漏電遮断器は開閉部を開いて電力供給を遮断する。
【０００６】
しかしながら、電気自動車の蓄電部（バッテリ）を負荷として、ソーラーパネルによって発電された直流電力によって蓄電部を充電する構成に適用した場合、以下の問題が生ずる。すなわち、直流電源であるソーラーパネルから負荷に至る経路において直流電流の漏電が発生した場合、この漏電を検出してソーラーパネルからの直流電力の供給を遮断することができない。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、交流電源に接続された経路で発生する漏電のみならず、直流電源に接続された経路で発生する漏電をも検出して、漏電が発生した経路の電源からの電力供給を遮断する漏電検出遮断器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の漏電検出遮断器は、漏電電流を検出する変流器と、接続される電力線に印加される電圧の種類を判別する入力電圧種類判別部と、前記変流器から出力された信号に基づいて直流及び交流の漏電を判断する漏電判断部と、前記漏電判断部によって漏電と判断されたとき、直流又は交流の電力供給を遮断する電力供給遮断部を備え、前記漏電判断部は、前記入力電圧種類判別部によって判別された入力電圧の種類に応じて直流又は交流の漏電を判断することを特徴とする。
【０００９】
この発明において、前記変流器は、単一の構成により直流及び交流の漏電電流を検出することが好ましい。
【００１１】
この発明において、前記漏電判断部は、前記変流器から出力された信号を２乗して得られた信号に基づいて直流及び／又は交流の漏電を判断することが好ましい。
【００１２】
この発明において、前記漏電判断部によって漏電と判断されたとき、前記入力電圧種類判別部によって判別された入力電圧の種類を表示する表示部をさらに備えることが好ましい。
【００１３】
この発明において、交流の入力電圧を検出する入力電圧検出部をさらに備え、前記入力電圧検出部が所定の電圧以上の入力電圧を検出したとき、前記電力供給遮断部が交流の電力供給を遮断することが好ましい。
【００１４】
この発明において、前記電力供給遮断部は、双方向開閉半導体素子によって構成されていることが好ましい。
【００１５】
この発明において、前記双方向開閉半導体素子は、２個の単方向トランジスタが逆接続されることによって構成されていることが好ましい。
【００１６】
この発明において、前記双方向開閉半導体素子は、２個の制御端子を有する横型の双方向トランジスタによって構成されていることが好ましい。
【００１７】
この発明において、前記電力供給遮断部は、２個の制御端子を有する横型の双方向トランジスタと接点を有する開閉素子が直列接続した構造を有することが好ましい。
【００１８】
この発明において、前記電力供給遮断部は、２個の制御端子を有する横型の双方向トランジスタと接点を有する開閉素子が並列接続した構造を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の漏電検出遮断器によれば、漏電判断部が変流器から出力された信号に基づいて直流及び交流の漏電を判断し、電力供給遮断部が直流又は交流の電力供給を遮断する。これにより、交流電源に接続された経路で発生する漏電のみならず、直流電源に接続された経路で発生する漏電をも検出して、漏電が発生した経路の電源からの電力供給を遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態による漏電検出遮断器の概略構成を示す回路図。
【図２】同漏電検出遮断器において、特に交流漏電を検出し遮断するための構成を示す回路図。
【図３】同漏電検出遮断器において、特に直流漏電を検出し遮断するための構成を示す回路図。
【図４】直流漏電判断部等の各部から出力される信号の波形を示す図。
【図５】上記実施形態による漏電検出遮断器の変形例の概略構成を示す回路図。
【図６】同変形例において、交流漏電判断部等の各部から出力される信号の波形を示す図。
【図７】上記実施形態による漏電検出遮断器の別の変形例の概略構成を示す回路図。
【図８】上記実施形態による漏電検出遮断器のさらに別の変形例の概略構成を示す回路図。
【図９】同変形例において、交流漏電判断部等の各部から出力される信号の波形を示す図。
【図１０】上記実施形態による漏電検出遮断器のさらに別の変形例の概略構成を示す回路図。
【図１１】上記実施形態による漏電検出遮断器のさらに別の変形例の概略構成を示す回路図。
【図１２】上記実施形態による漏電検出遮断器のさらに別の変形例の概略構成を示す回路図。
【図１３】上記実施形態による漏電検出遮断器のさらに別の変形例の概略構成を示す回路図。
【図１４】上記実施形態による漏電検出遮断器のさらに別の変形例の概略構成を示す回路図。
【図１５】上記実施形態による漏電検出遮断器のさらに別の変形例の概略構成を示す回路図。
【図１６】上記実施形態による漏電検出遮断器のさらに別の変形例の概略構成を示す回路図。
【図１７】ＧａＮ／ＡｌＧａＮ横型トランジスタ構造のスイッチ素子の構成を示す平面図。
【図１８】図１７のＡ−Ａ断面図。
【図１９】ＧａＮ／ＡｌＧａＮ横型トランジスタ構造の双方向スイッチ素子の構成を示す平面図。
【図２０】図１９のＢ−Ｂ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態による漏電検出遮断器について図面を参照して説明する。図１は漏電検出遮断器の概略構成を示す。漏電検出遮断器は、交流漏電電流検出部（変流器）１ａと、直流漏電電流検出部（変流器）１ｂと、交流漏電判断部２ａと、直流漏電判断部２ｂと、電力供給遮断部３と、制御部４と、電源回路５と入力端子４０と出力端子４１等によって構成されている。漏電検出遮断器は、商用交流電源５１及びソーラーパネル等の直流電源５２と、負荷５３の間に接続され、交流又は直流の漏電を検出し、商用交流電源５１又は直流電源５２から負荷５３に供給される電力を遮断する。
【００２２】
交流漏電電流検出部１ａは、零相変流器（ＺＣＴ）等によって構成され、交流の漏電電流を検出する。直流漏電電流検出部１ｂは、零相変流器等によって構成され、直流の漏電電流を検出する。交流漏電判断部２ａは、交流漏電電流検出部１ａから出力された信号に基づいて交流の漏電を判断する。直流漏電判断部２ｂは、直流漏電電流検出部１ｂから出力された信号に基づいて直流の漏電を判断する。電力供給遮断部３は、制御部４から出力される制御信号に応じて、商用交流電源５１又は直流電源５２から負荷５３に供給される電力を遮断する。電力供給遮断部３の一例としては、電磁的に制御される機械的な接点を有するリレーが挙げられる。
【００２３】
制御部４は、交流漏電判断部２ａ及び直流漏電判断部２ｂから出力される信号に基づいて、電力供給遮断部３に制御信号を出力する。すなわち、交流漏電判断部２ａによって交流の漏電が発生していると判断されたとき、制御部４は、電力供給遮断部３に制御信号を出力し、商用交流電源５１から負荷５３に供給される電力を遮断する。また、直流漏電判断部２ｂによって直流の漏電が発生していると判断されたとき、制御部４は、電力供給遮断部３に制御信号を出力し、直流電源５２から負荷５３に供給される電力を遮断する。電源回路５は、漏電検出遮断器の各部に電力を供給する。
【００２４】
入力端子４０は、商用交流電源５１又は直流電源５２のいずれかが接続される。図１においては、実線で示すように商用交流電源５１が接続されている。負荷５３として直流電源を必要とする負荷が接続される場合は、破線で示すように直流電源５２が接続される。出力端子４１は、負荷５３が接続される。
【００２５】
図２は漏電検出遮断器において、特に交流漏電判断部２ａ等の構成を示す。交流漏電判断部２ａは、電流電圧変換回路２１ａと、フィルタ回路２２ａと、波形パターン閾値判定回路２３ａ等を有している。電流電圧変換回路２１ａは、交流漏電電流検出部１ａから出力された電流信号を電圧信号に変換する。フィルタ回路２２ａは、電流電圧変換回路２１ａから出力された電圧信号のノイズ成分を除去する。波形パターン閾値判定回路２３ａは、フィルタ回路２２ａから出力された電圧信号の波形パターンに基づいて閾値を参照して交流の漏電を判定する。
【００２６】
電流電圧変換回路２１ａは、交流漏電電流検出部１ａから出力された電流信号を電圧信号に変換する。フィルタ回路２２ａは、電流電圧変換回路２１ａから出力された電圧信号のノイズ成分を除去する。波形パターン閾値判定回路２３ａは、フィルタ回路２２ａから出力された電圧信号の波形パターンに基づいて交流の漏電を判定する。例えば、絶対値の値が所定の閾値を超えるプラス成分及びマイナス成分の電圧信号が交互に検出されたとき、交流の漏電が発生していると判定される。
【００２７】
図３は漏電検出遮断器において、特に直流漏電判断部２ｂ等の構成を示す。また、図４は、直流漏電判断部２ｂ等の各部から出力される信号の波形を示す。直流漏電判断部２ｂは、励磁信号回路２１ｂと、電流電圧変換回路２２ｂと、フィルタ回路２３ｂと、整流回路２４ｂと、積分回路２５ｂと、閾値判定回路２６ｂ等を有する。
【００２８】
励磁信号回路２１ｂは、直流漏電電流検出部１ｂに入力するパルス信号（電圧信号）を発生する。パルス信号が入力された直流漏電電流検出部１ｂは、図４に示す電流信号を電流電圧変換回路２２ｂに出力する。電流電圧変換回路２２ｂは、直流漏電電流検出部１ｂから入力された電流信号を電圧信号に変換する。フィルタ回路２３ｂは、電流電圧変換回路２２ｂから入力された電圧信号のノイズ成分を除去する。整流回路２４ｂは、フィルタ回路２３ｂから入力された電圧信号を整流する。積分回路２５ｂは、整流回路２４ｂから入力された電圧信号を平滑化する。閾値判定回路２６ｂは、積分回路２５ｂから入力された電圧信号を所定の閾値と比較して、直流の漏電の有無を判定する。すなわち、積分回路２５ｂから入力された電圧信号が閾値より大きい場合は、直流の漏電が発生していると判定し、積分回路２５ｂから入力された電圧信号が閾値より小さい場合は、直流の漏電が発生していないと判定する。
【００２９】
以上のように、本実施形態の漏電検出遮断器によれば、交流漏電判断部２ａが交流漏電電流検出部１ａから出力された信号に基づいて交流の漏電の有無を判断し、電力供給遮断部３が商用交流電源５１から負荷５３に供給される電力を遮断する。また、直流漏電判断部２ｂが直流漏電電流検出部１ｂから出力された信号に基づいて直流の漏電の有無を判断し、電力供給遮断部３が直流電源５２から負荷５３に供給される電力を遮断する。これにより、商用交流電源５１に接続された経路で発生する漏電のみならず、直流電源５２に接続された経路で発生する漏電をも検出して、漏電が発生した経路の電源からの電力供給を遮断することができる。
【００３０】
（変形例）
図５は、上記実施形態による漏電検出遮断器の変形例を示している。この変形例においては、単一の漏電電流検出部１によって直流及び交流の漏電電流を検出し、単一の漏電判断部２によって直流及び交流の漏電の有無を判断する。
【００３１】
漏電判断部２は、励磁信号回路２１と、電流電圧変換回路２２と、交流用フィルタ回路２３ｃ、直流用フィルタ回路２３ｄと、交流用整流回路２４ｃ、直流用整流回路２４ｄと、交流用積分回路２５ｃ、直流用積分回路２５ｄと、閾値判定回路２６等を有する。このうち、直流漏電の有無を判断する構成、すなわち励磁信号回路２１、電流電圧変換回路２２、直流用フィルタ回路２３ｄ、直流用整流回路２４ｄ、直流用積分回路２５ｄ、閾値判定回路２６及びその動作については、図４等と同等であるので説明を省略する。
【００３２】
図６は、交流の漏電の有無を判断する際における、漏電判断部２等の各部から出力される信号の波形を示す。この変形例においては、交流の漏電を判断するにあたっても、励磁信号回路２１から漏電電流検出部１にパルス信号を入力する。そして、漏電電流検出部１から電流信号が電流電圧変換回路２２に入力されると、電流電圧変換回路２２はその電流信号を電圧信号を変換し、交流用フィルタ回路２３ｃに出力する。交流用フィルタ回路２３ｃは、電流電圧変換回路２２から入力された電圧信号のノイズ成分を除去する。交流用整流回路２４ｃは、交流用フィルタ回路２３ｃから入力された電圧信号を整流する。交流用積分回路２５ｃは、交流用整流回路２４ｃから入力された電圧信号を平滑化する。閾値判定回路２６ｂは、交流用積分回路２５ｃから入力された電圧信号を所定の閾値と比較して、直流の漏電の有無を判定する。すなわち、交流用積分回路２５ｃから入力された電圧信号が閾値より大きい場合は、直流の漏電が発生していると判定し、交流用積分回路２５ｃから入力された電圧信号が閾値より小さい場合は、直流の漏電が発生していないと判定する。なお、直流漏電の有無の判断については、図４と同等であるため、その説明を省略する。
【００３３】
本変形例の漏電検出遮断器によれば、単一の漏電電流検出部１によって直流及び交流の漏電電流を検出し、漏電判断部２によって直流及び交流の漏電の有無を判断するので、装置の構成を簡素かつ安価にすることができる。
【００３４】
（変形例）
図７は、上記実施形態による漏電検出遮断器の別の変形例を示している。この変形例においては、単一の漏電電流検出部１によって直流及び交流の漏電電流を検出するとともに、漏電検出遮断器に入力される電圧の種類を判別し、交流漏電判断部２ａ又は直流漏電判断部２ｂを選択的に切り替えて動作させる。
【００３５】
すなわち、漏電検出遮断器は、入力電圧種類判別部６と、切替部７を有する。入力電圧種類判別部６は、漏電検出遮断器に入力される電圧の種類（負荷５３が接続される電力線に印加される電圧の種類）を判別し、制御部４に通知する。制御部４は、入力電圧種類判別部６からの通知に基づいて、切替部７を制御するための制御信号を切替部７に出力する。切替部７は、制御部４から入力される制御信号に応じて、交流漏電判断部２ａ又は直流漏電判断部２ｂを選択的に切り替える。
【００３６】
本変形例の漏電検出遮断器によれば、負荷５３が接続される電力線に印加される電圧に応じて交流漏電判断部２ａ又は直流漏電判断部２ｂに自動的に切り替えるので、漏電検出遮断器の設定に要する手間を削減することができる。
【００３７】
（変形例）
図８は、上記実施形態による漏電検出遮断器のさらに別の変形例を示している。この変形例においては、交流用整流回路２４ｃと交流用積分回路２５ｃの間に交流用２乗演算回路２７ｃを、直流用整流回路２４ｄと直流用積分回路２５ｄとの間に直流用２乗演算回路２７ｄをさらに有する。
【００３８】
図９は、交流の漏電の有無を判断する際における漏電判断部２等の各部から出力される信号の波形を示す。交流用２乗演算回路２７ｃは、交流用整流回路２４ｃから出力された信号の２乗演算を行い交流用積分回路２５ｃに出力する。同様に、直流用２乗演算回路２７ｄは、直流用整流回路２４ｄから出力された信号の２乗演算を行い直流用積分回路２５ｄに出力する。交流用２乗演算回路２７ｃ及び直流用２乗演算回路２７ｄは、整流された電圧信号を２乗することにより、電圧信号のエネルギーに相当する物理量を算出する。なお、直流漏電の有無の判断についても同様である。
【００３９】
整流された電圧信号が歪みを伴う場合にあっては、そのまま積分演算すると平均化されて本来の値よりも低い値が算出される虞がある。本変形例の漏電検出遮断器によれば、このような場合であっても、電圧信号のエネルギーから精度よく漏電を判定することができる。
【００４０】
（変形例）
図１０は、上記実施形態による漏電検出遮断器のさらに別の変形例を示している。この変形例においては、図７に示した変形例に対して表示部８をさらに有する。表示部８は、入力電圧種類判別部６によって判別された入力電圧の種類を、例えばＬＥＤを点灯させるなどにより表示する。
【００４１】
本変形例の漏電検出遮断器によれば、交流又は直流のいずれの電力線で漏電が生じているのか、表示部８を確認することにより知得できる。これにより、漏電が生じた際に対応を行う使用者及び管理者の負担を低減できる。
【００４２】
（変形例）
図１１は、上記実施形態による漏電検出遮断器のさらに別の変形例を示している。この変形例は、中性線１０を用いた単相３線式の配電方式に対応し、１００Ｖの負荷５３ａ，５３ｂと２００Ｖの負荷５３ｃが接続される。この変形例においては、図１０に示した変形例に対して入力電圧検出部９ａ，９ｂをさらに有する。
【００４３】
図１１において、何らかの障害により中性線１０が外れた場合には、負荷５３ａ又は負荷５３ｂのいずれか一方に大きな電圧が印加され、破壊される虞が生ずる。そこで、本変形例においては、入力電圧検出部９ａによって負荷５３ａに印加される電圧を検出し、入力電圧検出部９ｂによって負荷５３ｂに印加される電圧を検出する。そして、入力電圧検出部９ａ又は入力電圧検出部９ｂによって所定の閾値以上の電圧が検出された場合は、電力供給遮断部３が交流の電力供給を遮断する。
【００４４】
本変形例の漏電検出遮断器によれば、中性線１０を用いた単相３線式の配電方式において、負荷に印加される交流電圧にアンバランスが生じた際に、電力供給を遮断し、負荷を保護することができる。
【００４５】
（変形例）
図１２は、上記実施形態による漏電検出遮断器のさらに別の変形例を示している。この変形例は、図１０に示した変形例における電力供給遮断部３として双方向開閉半導体素子３１が適用されて構成される。
【００４６】
電力供給遮断部３としては、機械的な接点を有するリレー等を用いてもよいが、直流電の遮断を制御するにあたってアークの発生を抑制するための構成が必要となるため、回路の規模が大きくなるという問題がある。本変形例においては、電力供給遮断部３として双方向開閉半導体素子３１を適用しているので、直流電の遮断を制御するにあたってアークの発生を防止することができ、回路の小型化を図ることができる。
【００４７】
（変形例）
図１３は、上記実施形態による漏電検出遮断器のさらに別の変形例を示している。この変形例は、図１２に示した変形例における双方向開閉半導体素子３１として、逆接続された２個の単方向トランジスタ３２が適用されている。逆接続とは、単方向トランジスタ３２の寄生ダイオードが互いに逆向きとなるように直列に接続されることをいう。
【００４８】
交流回路を開閉する素子の一例として、一般的にトライアックを用いた構成が知られているが、この構成においては、直流回路を開閉することができない。本変形例においては、逆接続された２個の単方向トランジスタを用いることにより、簡素な構成で商用交流電源５１又は直流電源５２のいずれの電源が接続された場合であっても、回路を開閉することが可能となる。
【００４９】
（変形例）
図１４は、上記実施形態による漏電検出遮断器のさらに別の変形例を示している。この変形例は、図１２に示した変形例における双方向開閉半導体素子３１として、２個の制御端子（デュアルゲート）を有する横型の双方向トランジスタ３３が適用されている。
【００５０】
本変形例の漏電検出遮断器によれば、２個の制御端子間で耐電圧を維持しつつ、電力供給遮断部ひいては漏電検出遮断器の小型化を図ることができる。
【００５１】
（変形例）
図１５は、上記実施形態による漏電検出遮断器のさらに別の変形例を示している。この変形例は、図１０に示した変形例における電力供給遮断部３として、双方向開閉半導体素子と、直列に接続された機械的な接点を有する開閉素子とにより構成されている。双方向開閉半導体素子の一例としては横型の双方向トランジスタ３３が挙げられ、開閉素子の一例としては機械式リレー３０が挙げられる。
【００５２】
本変形例においては、電力供給遮断部３を閉じる際には、先に機械式リレー３０を閉じた後、双方向トランジスタ３３を閉じる。一方、電力供給遮断部３を開く際には、先に双方向トランジスタ３３を開いた後、機械式リレー３０を開く。
【００５３】
本変形例の漏電検出遮断器によれば、電力供給遮断部３として、機械式リレー３０と双方向トランジスタ３３を併用し、開閉タイミングを適宜制御することにより、開閉時のアークの発生を抑制することができる。また、電力供給遮断時における電力供給遮断部３の絶縁性を高めることができる。
【００５４】
（変形例）
図１６は、上記実施形態による漏電検出遮断器のさらに別の変形例を示している。この変形例は、図１０に示した変形例における電力供給遮断部３として、双方向開閉半導体素子と、並列に接続された機械的な接点を有する開閉素子とにより構成されている。本変形例においては、電力供給遮断部３を閉じる際には、先に双方向トランジスタ３３を閉じた後、機械式リレー３０を閉じる。一方、電力供給遮断部３を開く際には、先に機械式リレー３０を開いた後、双方向トランジスタ３３を開く。
【００５５】
（横型シングルゲートトランジスタ構造のスイッチ素子）
図１７は横型のシングルゲートトランジスタ構造のスイッチ素子１０１の構成を示す平面図であり、図１８はそのＡ−Ａ断面図である。図１８に示すように、スイッチ素子１０１の基板１２０は、基材層１０１ａと、基材層１０１ａの上に積層されたＧａＮ層１０１ｂ及びＡｌＧａＮ層１０１ｃで構成されている。このスイッチ素子１０１では、チャネル層としてＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ界面に生じる２次元電子ガス層を利用している。図１７に示すように、基板１２０の表面１２０ｄには、電源６又は負荷７に対して接続される第１電極Ｄ１及び第２電極Ｄ２と、第１電極Ｄ１の電位及び第２電極Ｄ２の電位に対して中間電位となる中間電位部Ｓが形成されている。さらに、中間電位部Ｓの上には、ゲート電極Ｇが積層形成されている。ゲート電極Ｇとして、例えばショットキ電極を用いる。第１電極Ｄ１及び第２電極Ｄ２は、それぞれ互いに平行に配列された複数の電極部１１１，１１２，１１３・・・及び１２１，１２２，１２３・・・を有する櫛歯状であり、櫛歯状に配列された電極部同士が互いに対向するように配置されている。中間電位部Ｓ及びゲート電極Ｇは、櫛歯状に配列された電極部１１１，１１２，１１３・・・及び１２１，１２２，１２３・・・の間にそれぞれ配置されており、電極部の間に形成される空間の平面形状に相似した形状を有している。
【００５６】
図１７に示すように、第１電極Ｄ１の電極部１１１と第２電極Ｄ２の電極部１１２は、それらの幅方向における中心線が同一線上に位置するように配列されている。また、中間電位部Ｓの対応部分及びゲート電極Ｇの対応部分は、それぞれ第１電極Ｄ１の電極部１１１及び第２電極Ｄ２の電極部１２１の配列に対して平行に設けられている。上記幅方向における第１電極Ｄ１の電極部１１１と第２電極Ｄ２の電極部１１２と中間電位部Ｓの対応部分及びゲート電極Ｇの対応部分の距離は、所定の耐電圧を維持しうる距離に設定されている。上記幅方向に直交する方向、すなわち第１電極Ｄ１の電極部１１１と第２電極Ｄ２の電極部１１２の長手方向においても同様である。また、これらの関係は、その他の電極部１１２及び１２２，１１３及び１２３・・・についても同様である。すなわち、中間電位部Ｓ及びゲート電極Ｇは、第１電極Ｄ１及び第２電極Ｄ２に対して所定の耐電圧を維持しうる位置に配置されている。
【００５７】
第１電極Ｄ１の電位及び第２電極Ｄ２の電位に対して中間電位となる中間電位部Ｓ及びこの中間電位部Ｓに接続され、中間電位部Ｓに対して制御を行うためのゲート電極Ｇが、第１電極Ｄ１及び第２電極Ｄ２に対して所定の耐電圧を維持しうる位置に配置されている。そのため、例えば第１電極Ｄ１が高電位側、第２電極Ｄ２が低電位側である場合、スイッチ素子１０１がオフ、すなわちゲート電極Ｇに０Ｖの信号が印加されたときには、少なくとも第１電極Ｄ１と、ゲート電極Ｇ及び中間電位部Ｓの間で、電流は確実に遮断される。すなわち、ゲート電極Ｇの直下で電流が阻止される。一方、スイッチ素子１０１がオンの時、すなわちゲート電極Ｇに所定の閾値以上の電圧の信号が印加されたときは、図１７中矢印で示すように、第１電極Ｄ１、中間電位部Ｓ、第２電極Ｄ２の経路で電流が流れる。逆の場合も同様である。
【００５８】
このように、第１電極Ｄ１及び第２電極Ｄ２に対して所定の耐電圧を維持しうる位置に中間電位部Ｓを形成したので、ゲート電極Ｇに印加する信号の閾値電圧を必要最低限のレベルまで低下させても、スイッチ素子１０１を確実にオン／オフさせることができる。その結果、スイッチ素子の低オン抵抗を実現することができる。そして、このスイッチ素子１０１を用いて開閉部１１を構成することにより、制御信号の基準（ＧＮＤ）を中間電位部Ｓと同電位とすることで、数Ｖの制御信号で駆動される制御部１２によって、高電圧の商用電源６を直接制御することができる。また、チャネル層としてヘテロ界面に生じる２次元電子ガス層を利用している横型のトランジスタ素子においては、素子を非導通にさせる閾値電圧の高電位化と導通時のオン抵抗は相反関係にある。そのため、閾値電圧を低くすることができることは、オン抵抗を低く維持することができることにつながり、電子リレー１の小型高容量化を実現することができる。
【００５９】
（横型デュアルゲートトランジスタ構造のスイッチ素子）
図１９は、トランジスタ構造を有するスイッチ素子として、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ横型デュアルゲートトランジスタ構造の双方向スイッチ素子３００の構成を示す平面図であり、図２０はそのＢ−Ｂ断面図である。
【００６０】
図２０に示すように、双方向スイッチ素子３００は、基板表面上に形成された第１電極Ｄ１及び第２電極Ｄ２と、少なくともその一部分が基板表面上に形成され、それぞれ独立した制御信号が入力される第１ゲート電極Ｇ１及び第２ゲート電極Ｇ２を備えている。また、第１ゲート電極Ｇ１と第２ゲート電極Ｇ２は、所定の耐電圧を維持しうる位置に配置されている。耐圧を維持する箇所が、第１ゲート電極Ｇ１と第２ゲート電極Ｇ２の間の１箇所であるので、損失の少ない双方向スイッチ素子を実現することができる。この構成の双方向スイッチ素子３００は、ドレイン電極Ｄ１，Ｄ２の電圧を基準として制御する必要があり、２つのゲート電極Ｇ１，Ｇ２にそれぞれ異なった駆動信号を入力する必要がある（そのため、デュアルゲートトランジスタ構造と呼ぶ）。この双方向スイッチ素子３００の等価回路は、図１３に示すように、１つのＭＯＳＦＥＴを寄生ダイオードの向きが互いに逆になるように直列接続したものとほぼ同じである。
【００６１】
本変形例の漏電検出遮断器によれば、電力供給遮断部３として、機械式リレー３０と双方向トランジスタ３３を併用し、開閉タイミングを適宜制御することにより、開閉時のアークの発生を抑制することができる。また、負荷５３に大電流を流すことができる。
【００６２】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも交流漏電電流検出部１ａ，直流漏電電流検出部１ｂと、交流漏電判断部２ａ，直流漏電判断部２ｂと、電力供給遮断部３とを備えて構成されていればよい。また、上記変形例の特徴を適宜組み合わせて構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１    漏電電流検出部（変流器）
１ａ  交流漏電電流検出部（変流器）
１ｂ  直流漏電電流検出部（変流器）
２    漏電判断部
２ａ  交流漏電判断部
２ｂ  直流漏電判断部
３    電力供給遮断部
４    制御部
６    入力電圧種類判別部
８    表示部
９ａ  入力電圧検出部
９ｂ  入力電圧検出部
２７ｃ  交流用２乗演算回路
２７ｄ  直流用２乗演算回路
３０  機械式リレー
３１  双方向開閉半導体素子
３２  単方向トランジスタ
３３  双方向トランジスタ
５３  負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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