(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇圧型チョッパ或いは降圧型チョッパの半導体スイッチング素子である二つのＭＯＳＦＥＴと、
該ＭＯＳＦＥＴと直列に且つ該ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードと逆方向に接続した阻止用ダイオードと、
該ＭＯＳＦＥＴと該阻止用ダイオードとの直列接続回路に並列に接続した整流用ダイオードとを備えてなること
を特徴とする双方向性ＤＣ−ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いた入出力反転可能なＤＣ−ＤＣコンバータ、即ち、双方向性ＤＣ−ＤＣコンバータの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スイッチング素子としてバイポーラ・トランジスタを用いた双方向性ＤＣ−ＤＣコンバータが知られているが（例えば、特開平５−１２２８６５号公報、を参照。）、近年、ＭＯＳＦＥＴがバイポーラ・トランジスタに比較して動作速度が早くなっているので、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いて高速動作化（高周波化）、小型化、高効率化を狙った双方向性ＤＣ−ＤＣコンバータが現れている。
【０００３】
図２はＭＯＳＦＥＴを用いた双方向性ＤＣ−ＤＣコンバータの先行例を表す要部回路図であり、図に於いて、Ｔ１は第一のＤＣ入出力端子、Ｔ２は第二のＤＣ入出力端子、Ｃ１及びＣ２はキャパシタ、Ｑ１及びＱ２はＭＯＳＦＥＴ、Ｑ１Ｄ及びＱ２Ｄは寄生ダイオード、Ｌ１はリアクトルをそれぞれ示し、ＭＯＳＦＥＴＱ１のゲートには駆動回路ＤＲＶ１（図示せず）が、また、ＭＯＳＦＥＴＱ２のゲートには駆動回路ＤＲＶ２（図示せず）がそれぞれ接続される。
【０００４】
このコンバータに於いて、電流を第一の入出力端子Ｔ１側方向に流そうとする場合、ＭＯＳＦＥＴＱ１をオフとし、ＭＯＳＦＥＴＱ２をオン・オフ制御することで昇圧型チョッパとして作用させ、第一の入出力端子Ｔ１に一定の電圧を出力するように動作し、その際、ＭＯＳＦＥＴＱ１はオフであるから、寄生ダイオードＱ１Ｄが整流電流を流す役割を果たすことになる。
【０００５】
また、電流を第二の入出力端子Ｔ２側方向に流そうとする場合、ＭＯＳＦＥＴＱ２をオフとし、ＭＯＳＦＥＴＱ１をオン・オフ制御することで降圧型チョッパとして作用させ、第二の入出力端子Ｔ２に一定の電圧を出力するように動作し、その際、ＭＯＳＦＥＴＱ２はオフであるから、寄生ダイオードＱ２Ｄが整流電流を流す役割を果たすことになる。
【０００６】
ところで、前記説明した既知のコンバータに於いては、ＭＯＳＦＥＴＱ１及びＱ２に並列接続されて整流の役割を果たしている寄生ダイオードＱ１Ｄ及びＱ２Ｄは、ＭＯＳＦＥＴＱ１及びＱ２をソース接地で使用する場合に生成されるものである。
【０００７】
図３は寄生ダイオードについて説明する為のＭＯＳＦＥＴを表す要部切断説明図であり、図に於いて、１はｐ型半導体基板、２はゲート絶縁膜、３はゲート電極、４はｎ型ソース領域、５はｎ型ドレイン領域、６はソース電極、７はドレイン電極、１０はヒート・シンクをそれぞれ示している。
【０００８】
図から明らかなように、この場合、ソース電極６はｎ型ソース領域４から引き出されてｐ型半導体基板１と共通接続され、ＭＯＳＦＥＴをヒート・シンク１０に実装することで接地されている。
【０００９】
このような構成を採っている為、図に破線で示してあるように、ｎ型ソース領域４、ｐ型半導体基板１、ｎ型ドレイン領域５に依って、寄生ｎｐｎバイポーラ・トランジスタが生成され、そのエミッタとベースが接地されて、所謂、ダイオード接続状態になっていることから、ＭＯＳＦＥＴには寄生ダイオードが並設されていることになる。
【００１０】
そこで、従来のコンバータでは、寄生ダイオードＱＤ１及びＱＤ２を整流用として利用することで構成を単純化しているのであるが、寄生ダイオードＱＤ１及びＱＤ２の応答性はＭＯＳＦＥＴＱ１及びＱ２のスイッチング速度に比較すると遙に悪いので良好な追随が不可能であって、高速化を意図してＭＯＳＦＥＴを用いながら、実際には、それ程の効果は得られていない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、半導体スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いた双方向性ＤＣ−ＤＣコンバータに簡単な改変を施すことで、コンバータの高周波化を実現しようとする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いた双方向性ＤＣ−ＤＣコンバータに於いて、ＭＯＳＦＥＴと並列に接続され、当該ＭＯＳＦＥＴがオフ状態に在る場合、整流の役割を果たすダイオードとして、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードでなく、別設した整流用ダイオードを用いることが基本になっている。
【００１３】
現在、スイッチング・ダイオードとして、例えばＡｕなどのライフタイム・キラーをドーピングして、逆回復時間を１０−８〔秒〕〜１０−９〔秒〕にしたものが実現されているので、このようなダイオードをコンバータに於ける整流用ダイオードとしてスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴに並列接続することに依って、高周波化を充分に達成することが可能となり、その結果、入出力端子側に設けられるコンデンサやリアクトルを小型化することができ、性能も向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態例である双方向性ＤＣ−ＤＣコンバータを表す要部回路図であり、図２に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【００１５】
図示のコンバータが図２について説明したコンバータと相違する点は、図２に見られるコンバータに於いて、整流の役割を果たしていた寄生ダイオードＱ１Ｄ及びＱ２Ｄに代えて整流用ダイオードＤ１及びＤ２を設けたこと、また、そのままでは、寄生ダイオードＱ１Ｄ及びＱ２Ｄが動作するので、その動作を阻止する為の阻止用ダイオードＤ３及びＤ４を設けたことにある。
【００１６】
前記構成を採ることに依り、ＭＯＳＦＥＴＱ１をオフとし、ＭＯＳＦＥＴＱ２をオン・オフ制御することで昇圧型チョッパとして作用させ、第一の入出力端子Ｔ１に一定の電圧を出力する際、ＭＯＳＦＥＴＱ１がオフである為、整流用ダイオードＤ１が整流電流を流す役割を果たしている。
【００１７】
この場合、仮に阻止用ダイオードＤ３がないとした場合、ＭＯＳＦＥＴＱ１がオフであっても、寄生ダイオードＱ１Ｄが作用して電流が流れてしまうが、その電流は寄生ダイオードＱ１Ｄに対して逆方向接続されている阻止用ダイオードＤ３に依って阻止されるので動作上の問題は起こらない。
【００１８】
また、ＭＯＳＦＥＴＱ２をオフとし、ＭＯＳＦＥＴＱ１をオン・オフ制御することで降圧型チョッパとして作用させ、第二の入出力端子Ｔ２に一定の電圧を出力する際、ＭＯＳＦＥＴＱ２はオフである為、整流用ダイオードＤ２が整流電流を流す役割を果たしている。
【００１９】
この場合、仮に阻止用ダイオードＤ４がないとした場合、ＭＯＳＦＥＴＱ２がオフであっても、寄生ダイオードＱ２Ｄが作用して電流が流れてしまうが、その電流は寄生ダイオードＱ２Ｄに対して逆方向接続されている阻止用ダイオードＤ４に依って阻止されるので動作上の問題は起こらない。
【００２０】
【発明の効果】
本発明に依る双方向性ＤＣ−ＤＣコンバータに於いては、昇圧型チョッパ或いは降圧型チョッパの半導体スイッチング素子である二つのＭＯＳＦＥＴと、該ＭＯＳＦＥＴと直列に且つ該ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードと逆方向に接続した阻止用ダイオードと、該ＭＯＳＦＥＴと該阻止用ダイオードとの直列接続回路に並列に接続した整流用ダイオードとを備えている。
【００２１】
前記構成を採ることに依り、ＭＯＳＦＥＴに並設して整流電流を流す為の整流用ダイオードとして、逆回復時間が極めて短かい、従って、動作速度が速いダイオードを任意に選択することが可能になった。
【００２２】
従って、コンバータを高周波化する為に採用したＭＯＳＦＥＴの効果を期待通りに発揮させることができ、その結果、入出力端子側に設けられるコンデンサやリアクトルの小型化が実現されて性能も向上する。
【００２３】
また、整流用ダイオードを設けたことに依るＭＯＳＦＥＴに於ける寄生ダイオードの動作は阻止用ダイオードの作用で確実にブロックされ、何等の問題も起こらない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例である双方向性ＤＣ−ＤＣコンバータを表す要部回路図である。
【図２】ＭＯＳＦＥＴを用いた双方向性ＤＣ−ＤＣコンバータの先行例を表す要部回路図である。
【図３】寄生ダイオードについて説明する為のＭＯＳＦＥＴを表す要部切断説明図である。
【符号の説明】
Ｔ１  第一のＤＣ入出力端子
Ｔ２  第二のＤＣ入出力端子
Ｃ１及びＣ２  キャパシタ
Ｑ１及びＱ２  ＭＯＳＦＥＴ
Ｑ１Ｄ及びＱ２Ｄ  寄生ダイオード
Ｌ１  リアクトル
Ｄ１及びＤ２  整流用ダイオード
Ｄ３及びＤ４  阻止用ダイオード
１  ｐ型半導体基板
２  ゲート絶縁膜
３  ゲート電極
４  ｎ型ソース領域
５  ｎ型ドレイン領域
６  ソース電極
７  ドレイン電極
１０  ヒート・シンク
【図１】
0003613332.tif 000002
【図２】
0003613332.tif 000003
【図３】
0003613332.tif 000004