(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低電圧部に接続された半導体スイッチを１段目として半導体スイッチがｎ段（ｎは２以上の正の整数）直列接続され、最終段目が高電圧部に接続された半導体スイッチ直列接続体と、
前記ｎ段の半導体スイッチのそれぞれに接続され、前記半導体スイッチへ駆動信号を出力するｎ段のドライブ回路と、
前記ｎ段の各半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御信号がそれぞれ入力され、光によって伝達されたＯＮ／ＯＦＦ制御信号を電気信号で出力するとともに、ｎ段目のフォトカプラの発光素子は、ｎ−１段目のフォトカプラの出力回路から出力されるＯＮ／ＯＦＦ制御信号に基づいて駆動されるようにｎ−１段目のフォトカプラの出力回路に接続されたｎ段のフォトカプラと、
前記ｎ段目のフォトカプラから出力されるＯＮ／ＯＦＦ制御信号のタイミングが、前記ｎ−１段目に対して順次遅れるのを、全ての半導体スイッチが同時にＯＮ／ＯＦＦするようにそれぞれ調整し、調整されたＯＮ／ＯＦＦ制御信号を各段の前記ドライブ回路に入力するように構成されたｎ段のタイミング調整回路と、
１段目の前記フォトカプラの発光素子にＯＮ／ＯＦＦ制御信号を入力するトリガ回路とを備えたことを特徴とする高電圧用半導体スイッチ回路。
【請求項２】
タイミング調整回路は、ＯＮ用制御信号とＯＦＦ用制御信号とが別々に調整できるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の高電圧用半導体スイッチ回路。
【請求項３】
半導体スイッチ直列接続体の各半導体スイッチに、リターン回路が共通となるように並列接続されサージ電圧の抑制を行うｎ段のスナバ回路を備え、上記スナバ回路は、リターン側にツェナーダイオードとコンデンサーとの並列接続体で構成された電源回路が付加され、各段のフォトカプラの出力回路及び各段のドライブ回路は、各段の半導体スイッチ及びスナバ回路とリターン回路が共通となるように接続されると共に、各段のスナバ回路から電源が供給されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高電圧用半導体スイッチ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体スイッチを複数個直列接続して高電圧をスイッチングする高電圧用半導体スイッチ回路に関し、特に各半導体スイッチを駆動する制御信号を伝送するのに光ケーブルを用いないで、導体を用いることを可能にした高電圧用半導体スイッチ回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来の高電圧用半導体スイッチ回路を示す構成図である。図２において、１ａ，１ｂ，１ｃは半導体スイッチで、３個直列に接続されている。なお、１ａは低電圧部に、１ｃは高電圧部に接続されている。２ａ，２ｂ，２ｃ，はスナバ回路で、半導体スイッチ両端に加わるサージ電圧を抑えたり、電圧上昇率や電流上昇率を下げる回路である。このスナバ回路２ａ，２ｂ，２ｃの各々は、半導体スイッチ１ａ，１ｂ，１ｃの各々に、リターン側を共通にして、並列接続されている。また、スナバ回路２ａ，２ｂ，２ｃは、ダイオードＤ，抵抗Ｒ，コンデンサーＣ１からなるＲＣスナバ回路の基本形にツェナーダイオードＺ，コンデンサーＣ１からなる電源回路を付加したもので、この明細書では、電源回路を含めたものをスナバ回路と呼ぶことにする。この電源回路は、後述するスイッチ駆動回路３ａ，３ｂ，３ｃの電源として用いられる。
【０００３】
３ａ，３ｂ，３ｃはスイッチ駆動回路で、半導体スイッチ１ａ，１ｂ，１ｃにそれぞれ設けられ、光―電気信号変換器４ａ，４ｂ，４ｃと、ドライブ回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃとを備えている。なお、ドライブ回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、光―電気信号変換器４ａ，４ｂ，４ｃの出力信号を、スイッチを駆動できる大きさに電力増幅する回路である。なお、光―電気信号変換器４ａ，４ｂ，４ｃと、ドライブ回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃとは、駆動用電源の基準が、１ａ，１ｂ，１ｃの各スイッチのリターン側の電位となるように接続されている。すなわち、光―電気信号変換器４ａ，４ｂ，４ｃと、ドライブ回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃとは、各半導体スイッチ及びスナバ回路とリターン回路が共通となるように接続されると共に、各スナバ回路から電源の供給を受けている。５は光ファイバー、６はスイッチＯＮ／ＯＦＦ制御信号の電気―光変換器である。
【０００４】
なお、各半導体スイッチは、低電圧部に接続された半導体スイッチ１ａを１段目として３段直列接続され、最終段の３段目が高電圧部に接続された半導体スイッチ直列接続体になっているということができる。また、スナバ回路も３段設けられ、光―電気信号変換器及びドライブ回路も３段設けられている。段数は３段に限らず、ｎ段（ｎは２以上の正の整数）でもよい。
【０００５】
次に、動作について説明する。電気―光変換回路６では電気―光変換器６ａ，６ｂ，６ｃが半導体スイッチ数に対応した数ほど直列接続されており、入力端子６１より入力されたＯＮ／ＯＦＦ制御信号（トリガ信号）によって同時に電気―光変換を行う。光信号は光ファイバー５により各段それぞれに伝達される。各段では受け取った光信号を光―電気信号変換器４ａ，４ｂ，４ｃにより電気信号へ変換し、ドライブ回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃに出力する。ドライブ回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃでは上記電気信号を増幅し、半導体スイッチ１ａ，１ｂ，１ｃに出力する。半導体スイッチ１ａ，１ｂ，１ｃは増幅されたＯＮ／ＯＦＦ制御信号に基づきスイッチ動作を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高電圧用半導体スイッチ回路は以上のように構成されており、光ケーブルは最小曲げ半径が規定されているので、それ以上の曲げ半径で曲げる必要がある。従って、光ケーブルの曲げ半径が大きくなる。また、光ケーブルを絶縁物に固定する必要があるため装置規模が大きくなると共にコストアップに繋がるという問題があった。
【０００７】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、低電圧部に接続された半導体スイッチを１段目としてｎ段半導体スイッチが直列接続されると共に、最終段目が高電圧部に接続された半導体スイッチ直列接続体を有し、各段の半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御信号伝達にフォトカプラを使用すると共に、ｎ段目のＯＮ／ＯＦＦ制御信号はｎ−１段目のフォトカプラの出力信号に基づいて伝達されるように構成され、フォトカプラで発生する遅延時間は、タイミング調整回路によって調整して、各半導体スイッチが同時にＯＮ／ＯＦＦするように構成することにより、電気―光変換を行う電気―光変換回路と光ケーブルを省略することができる高電圧用半導体スイッチ回路を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る高電圧用半導体スイッチ回路は、低電圧部に接続された半導体スイッチを１段目として半導体スイッチがｎ段（ｎは２以上の正の整数）直列接続され、最終段目が高電圧部に接続された半導体スイッチ直列接続体と、
前記ｎ段の半導体スイッチのそれぞれに接続され、前記半導体スイッチへ駆動信号を出力するｎ段のドライブ回路と、
前記ｎ段の各半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御信号がそれぞれ入力され、光によって伝達されたＯＮ／ＯＦＦ制御信号を電気信号で出力するとともに、ｎ段目のフォトカプラの発光素子は、ｎ−１段目のフォトカプラの出力回路から出力されるＯＮ／ＯＦＦ制御信号に基づいて駆動されるようにｎ−１段目のフォトカプラの出力回路に接続されたｎ段のフォトカプラと、
前記ｎ段目のフォトカプラから出力されるＯＮ／ＯＦＦ制御信号のタイミングが、前記ｎ−１段目に対して順次遅れるのを、全ての半導体スイッチが同時にＯＮ／ＯＦＦするようにそれぞれ調整し、調整されたＯＮ／ＯＦＦ制御信号を各段の前記ドライブ回路に入力するように構成されたｎ段のタイミング調整回路と、
１段目の前記フォトカプラの発光素子にＯＮ／ＯＦＦ制御信号を入力するトリガ回路とを備えたものである。
【０００９】
また、タイミング調整回路は、ＯＮ用制御信号とＯＦＦ用制御信号とが別々に調整できるように構成されているものである。
さらに、半導体スイッチ直列接続体の各半導体スイッチに、リターン回路が共通となるように並列接続されサージ電圧の抑制を行うｎ段のスナバ回路を備え、スナバ回路は、リターン側にツェナーダイオードとコンデンサーとの並列接続体で構成された電源回路が付加され、各段のフォトカプラの出力回路及び各段のドライブ回路は、各段の半導体スイッチ及びスナバ回路とリターン回路が共通となるように接続されると共に、各段のスナバ回路から電源が供給されているものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示す構成図である。図１において、図２と同一符号を付した部分は同一部分又は相当部分を示し、その説明は省略する。
３ａ，３ｂ，３ｃはスイッチ駆動回路で、各スイッチ駆動回路は、実施の形態１では、後述するフォトカプラ及びタイミング調整回路と図２と同様のドライブ回路とを備えている。７ａ，７ｂ，７ｃはフォトカプラ、７１，７２，７３はフォトカプラ７ａ，７ｂ，７ｃの発光素子で、図１では発光ダイオードである。７４，７５，７６はフォトカプラ７ａ，７ｂ，７ｃの出力回路で、例えばフォトトランジスタからなっている。
【００１１】
８ａ，８ｂ，８ｃは各段のＯＮ／ＯＦＦ制御信号のタイミングを一致させるためのタイミング調整回路で、ＯＮ及びＯＦＦ用制御信号について、それぞれ調整機能を有する。９はトリガ回路で、１段目のフォトカプラの発光ダイオードにＯＮ／ＯＦＦ制御信号を出力する回路である。
１段目のフォトカプラの出力回路７４の出力端子は、２段目フォトカプラの発光ダイオード７２のカソードへ接続され、また、１段目のフォトカプラの出力回路７４用電源は電流制限抵抗Ｒ２を介して２段目フォトカプラの発光ダイオード７２のアノードに接続されている。同様に、２段目のフォトカプラの出力回路７５の出力端子は、３段目フォトカプラの発光ダイオード７３のカソードへ接続され、また、２段目のフォトカプラの出力回路７５用電源は電流制限抵抗Ｒ２を介して３段目フォトカプラの発光ダイオード７３のアノードに接続されている。
【００１２】
次に、動作を説明する。トリガ回路９から出力されたＯＮ／ＯＦＦ制御信号が、１段目の半導体スイッチ１ａのフォトカプラ７ａの発光ダイオード７１を駆動すると、フォトカプラの出力回路７４の出力信号がＬＯＷとなる。その時、１段目のフォトカプラの出力回路７４の出力端子は、２段目フォトカプラの発光ダイオード７２のカソードへ接続され、また、１段目のフォトカプラの出力回路７４用電源は電流制限抵抗Ｒ２を介して２段目フォトカプラの発光ダイオード７２のアノードに接続されている。従って、２段目のフォトカプラの発光ダイオード７２が駆動され、２段目のフォトカプラの出力回路７５の出力信号がＬＯＷとなる。これに応じて、３段目のフォトカプラの出力回路７６の出力信号がＬＯＷとなる。
【００１３】
このように順次高圧側へＯＮ／ＯＦＦ制御信号が伝達されていく。高圧側へ伝達される際、フォトカプラの遅延により高圧側ほど信号電圧が遅くなる。これを解消し、各段一斉にスイッチング動作させるために、フォトカプラの出力回路の出力信号は、タイミング調整回路８にも入力される。タイミング調整回路８では信号の立上り、立下りを検出して遅延回路を動作させる。なお、ＯＮ用遅延時間とＯＦＦ用遅延時間は別々に調整できるように構成されている。タイミング調整回路８ａ，８ｂ，８ｃを経由したＯＮ／ＯＦＦ制御信号は、各段同時にスイッチング動作ができるようにタイミングが調整されており、ドライブ回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃで信号が増幅され半導体スイッチ１ａ，１ｂ，１ｃを駆動する。
【００１４】
【発明の効果】
この発明は以上説明したとおり、低電圧部に接続された半導体スイッチを１段目としてｎ段（ｎは２以上の正の整数）半導体スイッチが直列接続され、最終段目が高電圧部に接続された半導体スイッチ直列接続体と、この半導体スイッチ直列接続体の各半導体スイッチに、リターン回路が共通となるように並列接続されサージ電圧の抑制を行うｎ段のスナバ回路と、各段の半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御信号が、それぞれの発光素子に入力され、光によって伝達されたＯＮ／ＯＦＦ制御信号が出力回路から電気信号で出力されるｎ段のフォトカプラと、各段のフォトカプラから出力されたＯＮ／ＯＦＦ制御信号のタイミングをそれぞれ調整するｎ段のタイミング調整回路と、各段のタイミング調整回路からの入力信号を、それぞれ増幅して各段の半導体スイッチへ駆動信号を出力するｎ段のドライブ回路と、１段目のフォトカプラの発光素子にＯＮ／ＯＦＦ制御信号を入力するトリガ回路とを備え、各段のフォトカプラの出力回路及び各段のドライブ回路は、各段の半導体スイッチ及びスナバ回路とリターン回路が共通となるように接続されると共に、各段のスナバ回路から電源が供給され、ｎ段目のフォトカプラの発光素子は、ｎ−１段目のフォトカプラの出力回路から出力されるＯＮ／ＯＦＦ制御信号に基づいて駆動されるようにｎ−１段目のフォトカプラの出力回路に接続され、各段のタイミング調整回路は、各段のフォトカプラから出力されるＯＮ／ＯＦＦ制御信号のタイミングが、１段目に対して順次遅れるのを、ｎ段全ての半導体スイッチが同時にＯＮ／ＯＦＦするようにそれぞれ調整し、調整されたＯＮ／ＯＦＦ制御信号を各段のドライブ回路に入力するように構成されているものであるから、直列接続された半導体スイッチへのＯＮ／ＯＦＦ制御信号はフォトカプラを介して順次伝達される。従って、電気―光変換器、及び光ケーブルが省略できるので、高電圧用半導体スイッチ回路の装置規模を小さくできると共に安価に製作できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による高電圧用半導体スイッチ回路を示す構成図である。
【図２】従来の高電圧用半導体スイッチ回路を示す構成図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ    半導体スイッチ、２ａ，２ｂ，２ｃ    スナバ回路、
３ａ，３ｂ，３ｃ    スイッチ駆動回路、７ａ，７ｂ，７ｃ    フォトカプラ、
７１，７２，７３  フォトカプラの発光ダイオード、
７４，７５，７６  フォトカプラの出力回路、
８ａ，８ｂ，８ｃ    タイミング調整回路、９    トリガ回路、
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  ドライブ回路。
【図１】
0003561469.tif 000002
【図２】
0003561469.tif 000003