(57)【要約】【課題】質量および容積の低減が図れかつ電源が不要な擬似キャパシタンス回路を提供する。【解決手段】トランジスタＱ１、その固定バイアス条件を決定するための２つの抵抗Ｒ１およびＲ２、ならびに抵抗Ｒ１に並列接続されたコンデンサＣ１を備える回路と、トランジスタＱ１への逆電流の防止のためのダイオードＤ１とを備える回路ならびに同様の回路を備え、該２回路を互いに逆向きに接続した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子、
該半導体素子の固定バイアス条件を決定するために当該半導体素子に接続された２つの抵抗性素子、
ならびに該抵抗性素子の一方に並列接続された容量性素子を備える回路と、
前記半導体素子への逆電流の防止のために当該回路に直列接続された逆電流防止半導体素子と
を備える回路を２回路備え、
該２回路を互いに逆向きに接続したことを特徴とする擬似キャパシタンス回路。
【請求項２】
前記半導体素子が、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、一方の抵抗性素子と容量性素子とが、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのドレイン−ゲート間に並列接続され、他方の抵抗性素子が、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間に並列接続されたことを特徴とする請求項１記載の擬似キャパシタンス回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、擬似キャパシタンス回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
商用電源網の力率改善などに使用されるキャパシタンス素子は、高電圧大電流に適用可能にすべく、極板の材質、絶縁破壊防止のための誘電体基材で隔離される電極間の距離、静電容量確保のための極板面積が考慮されている関係から、その質量および容積が大きい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
さらに、商用電源網などの環境で高周波ノイズが発生した場合でも力率改善などが行え、しかも質量および容積の低減を図れるようにすべく、半導体素子を用いた擬似キャパシタンス回路の大電力回路への適用が期待されている。しかし、擬似キャパシタンス回路としては、通信信号などを扱う弱電分野では、ミラー効果を用いたものが知られているが、そのための電源が必要であり、大電力回路には不向きである。
【０００４】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、質量および容積の低減が図れかつ電源が不要な擬似キャパシタンス回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１の本発明は、半導体素子、該半導体素子の固定バイアス条件を決定するために当該半導体素子に接続された２つの抵抗性素子、ならびに該抵抗性素子の一方に並列接続された容量性素子を備える回路と、前記半導体素子への逆電流の防止のために当該回路に直列接続された逆電流防止半導体素子とを備える回路を２回路備え、該２回路を互いに逆向きに接続したことを特徴とする擬似キャパシタンス回路をもって解決手段とする。
【０００６】
請求項２の本発明は、前記半導体素子が、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、一方の抵抗性素子と容量性素子とが、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのドレイン−ゲート間に並列接続され、他方の抵抗性素子が、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間に並列接続されたことを特徴とする請求項１記載の擬似キャパシタンス回路をもって解決手段とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、質量および容積の低減が図れかつ電源が不要な擬似キャパシタンス回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に係る擬似キャパシタンス回路の実施の形態を図面を参照して説明する。
【０００９】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る擬似キャパシタンス回路１の回路図である。
【００１０】
端子ＡとダイオードＤ１のアノードとが接続され、ダイオードＤ１のカソードとパワー型のＮチャネルＭＯＳＦＥＴであるトランジスタＱ１のドレインとが接続されている。トランジスタＱ１のソースと端子Ｂとが接続されている。トランジスタＱ１のドレイン−ゲート間に抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１が並列接続され、トランジスタＱ１のゲート−ソース間に抵抗Ｒ２が並列接続されている。
【００１１】
端子ＢとダイオードＤ２のアノードとが接続され、ダイオードＤ２のカソードとパワー型のＮチャネルＭＯＳＦＥＴであるトランジスタＱ２のドレインとが接続されている。トランジスタＱ２のソースと端子Ａとが接続されている。トランジスタＱ２のドレイン−ゲート間に抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ２が並列接続され、トランジスタＱ２のゲート−ソース間に抵抗Ｒ１２が並列接続されている。
【００１２】
次に、擬似キャパシタンス回路１の動作を説明する。
【００１３】
端子Ａの電位が端子Ｂの電位より高い場合、ダイオードＤ２がトランジスタＱ２へ流れようとする電流を阻止する一方、ダイオードＤ１と抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ１の充電が始まる。充電開始当初は、コンデンサＣ１の両端の電位差が小さく、トランジスタＱ１のゲート−ソース間電圧が大きいので、トランジスタＱ１のバイアスは深く、トランジスタＱ１は導通し、その電流値は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の比（固定バイアス条件）に応じたものとなる。そして、充電継続により、コンデンサＣ１の両端の電位差が大きくなり、トランジスタＱ１のゲート−ソース間電圧が小さくつまりトランジスタＱ１のバイアスは浅くなり、トランジスタＱ１の電流が減少し、やがてはカットオフする。
【００１４】
このように、過渡的には端子Ａから端子Ｂの方向の電流が流れ、やがてはカットオフする。
【００１５】
逆に、端子Ｂの電位の方が高い場合、ダイオードＤ１がトランジスタＱ１へ流れようとする電流を阻止する一方、ダイオードＤ２と抵抗Ｒ１２を介してコンデンサＣ２の充電が始まる。充電開始当初は、コンデンサＣ２の両端の電位差が小さく、トランジスタＱ２のゲート−ソース間電圧が大きいので、トランジスタＱ２のバイアスは深く、トランジスタＱ２は導通し、その電流値は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の比（固定バイアス条件）に応じたものとなる。そして、充電継続により、コンデンサＣ２の両端の電位差が大きくなり、トランジスタＱ２のゲート−ソース間電圧が小さくつまりトランジスタＱ２のバイアスは浅くなり、トランジスタＱ２の電流が減少し、やがてはカットオフする。
【００１６】
このように、過渡的には端子Ｂから端子Ａの方向の電流が流れ、やがてはカットオフする。
【００１７】
すなわち、擬似キャパシタンス回路１は、直流回路と交流回路に使用でき、いずれにおいても、過渡的には電流を流し定常的にはカットオフさせるという動作がなされる。
【００１８】
［第２の実施の形態］
図２は、第２の実施の形態に係る擬似キャパシタンス回路１Ａの回路図である。
【００１９】
擬似キャパシタンス回路１Ａは、擬似キャパシタンス回路１の一部を変更したものである。擬似キャパシタンス回路１Ａでは、ホトカプラＰＣ１の出力側ホトランジスタのコレクタがトランジスタＱ１のドレインに接続され、当該出力側ホトトランジスタのエミッタがトランジスタＱ１のゲートに接続され、ホトカプラＰＣ１の各入力端子間にパルス電源１１が接続されている。また、擬似キャパシタンス回路１Ａでは、ホトカプラＰＣ２の出力側ホトトランジスタのコレクタがトランジスタＱ２のドレインに接続され、当該出力側ホトトランジスタのエミッタがトランジスタＱ２のゲートに接続され、ホトカプラＰＣ２の各入力端子間にパルス電源２１が接続されている。かかる構成を設けたことで、擬似キャパシタンス回路１Ａは、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ１１を備えていない。その他の部分は、擬似キャパシタンス回路１と同じである。
【００２０】
擬似キャパシタンス回路１Ａでは、パルス電源１１やパルス電源２１から、ホトカプラＰＣ１やホトカプラＰＣ２へ与えるパルス信号の振幅、周波数、デューティ比の中の少なくとも１つの要素を制御することで、ホトカプラＰＣ１やホトカプラＰＣ２の出力側ホトトランジスタが有する抵抗値（出力抵抗）を変化させることができるので、トランジスタＱ１やトランジスタＱ２の固定バイアス条件を変化させることができる。よって、擬似キャパシタンス回路１Ａの特性を変化させることができる。なお、第２の実施の形態では、第１の実施の形態で用いた抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ１１の内の一方を残し、その一方に代わるホトカプラとパルス電源を設けない回路としても同様の作用効果が得られる。また、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１２の内の少なくとも一方に代わるホトカプラとパルス電源を設け、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ１１をホトカプラとパルス電源に代えるか否かは任意としても同様の作用効果が得られる。またホトカプラに与えるパルス信号の波形は、矩形波、三角波、台形波、のこぎり波など、任意形状の波形でよい。また、これら波形を組み合わせて得られる波形でもよい。
【００２１】
［第３の実施の形態］
図３は、第３の実施の形態に係る擬似キャパシタンス回路１Ｂの回路図である。
【００２２】
擬似キャパシタンス回路１Ｂは、擬似キャパシタンス回路１Ａのパルス電源１１およびパルス電源２１のそれぞれを正弦波信号をそれぞれ発生する正弦波信号電源１１ａおよび正弦波信号電源２１ａに代えたものである。
【００２３】
擬似キャパシタンス回路１Ｂでは、正弦波信号電源１１ａや正弦波信号電源２１ａから、ホトカプラＰＣ１やホトカプラＰＣ２へ与える正弦波信号の振幅、周波数および直流成分の少なくとも１つの要素を制御することで、ホトカプラＰＣ１やホトカプラＰＣ２の出力回路が有する抵抗値（出力抵抗）を変化させることができるので、トランジスタＱ１やトランジスタＱ２の固定バイアス条件を変化させることができる。よって、擬似キャパシタンス回路１Ａの特性を変化させることができる。なお、第３の実施の形態では、第１の実施の形態で用いた抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ１１の内の一方を残し、その一方に代わるホトカプラと正弦波信号電源を設けない回路としても同様の作用効果が得られる。また、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１２の内の少なくとも一方に代わるホトカプラと正弦波信号電源を設け、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ１１をホトカプラと正弦波信号電源に代えるか否かは任意としても同様の作用効果が得られる。
【００２４】
図４は、上記のように、ソース−ドレイン間電圧を分圧したゲート−ソース間電圧でドレイン電流制御が可能なことを示すために用意したＮチャネルＭＯＳＦＥＴの特性図であり、ゲート−ソース間電圧ＶＧＳに対するドレイン−ソース間電圧ＶＤＳの特性を示すものである。
【００２５】
図４によれば、電圧ＶＧＳを０Ｖから高くしていくと、あるところでドレイン電流ＩＤが流れ始める。このときの電圧ＶＤＳを電圧ＶＧＳより高くすれば、つまり、図２の斜線領域を利用すれば、それ以降、高い伝達アドミタンス（ドレイン電流ＩＤの変化率を電圧ＶＧＳの変化率で除した値）が得られる。また、電圧ＶＧＳを低くしていくと、あるところでドレイン電流ＩＤが流れなくなる。よって、電圧ＶＤＳを分圧した電圧ＶＧＳを変化させることで、導通／非導通および電流ＩＤの大きさを制御することができる。
【００２６】
図５は、各実施の形態の擬似キャパシタンス回路についての実施態様の一例を示す図である。
【００２７】
変電所２内の変圧器３の出力側が、送電線や屋内配線を介して、負荷４（インバータ機器、家庭用電気製品、工業用機械など）に接続されている。この変電所２内において、擬似キャパシタンス回路１などの端子Ａが変圧器３の出力側に接続されるとともに、擬似キャパシタンス回路１の端子Ｂが接地されている。
【００２８】
擬似キャパシタンス回路１などは、変圧器３の出力側に発生する過渡的な高周波ノイズ電流を大地に流すことで、この電流による負荷４の誤動作等を防止する一方、定常的な商用周波数の電流に対してはカットオフすることで、この電流を負荷４に供給させる。
【００２９】
さらに、擬似キャパシタンス回路１などは、インダクタンスを用いていないため、その蓄えられた磁気エネルギーの放出や共振などが発生しないという効果をもたらす。
【００３０】
以上、擬似キャパシタンス回路について説明したが、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに代えてＮＰＮバイポーラトランジスタ、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴやＰＮＰバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insurated Gate Bipolar Transistor）、ＧＴＢＴ（Grounded trench mos structure assisted bipolar mode JFET.）などを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施の形態に係る擬似キャパシタンス回路の回路図である。
【図２】第２の実施の形態に係る擬似キャパシタンス回路の回路図である。
【図３】第３の実施の形態に係る擬似キャパシタンス回路の回路図である。
【図４】ソース−ドレイン間電圧を分圧したゲート−ソース間電圧でドレイン電流制御が可能なことを示すために用いたＮチャネルＭＯＳＦＥＴの特性図である。
【図５】擬似キャパシタンス回路についての実施態様の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１、１Ａ、１Ｂ  擬似キャパシタンス回路
１１、２１  パルス電源
１１ａ、２１ａ  正弦波電源
Ｑ１、Ｑ２  トランジスタ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ１１、Ｒ１２  抵抗
Ｃ１、Ｃ２  コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２  ダイオード（逆電流防止半導体素子）
ＰＣ１、ＰＣ２  ホトカプラ
【図１】
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【図２】
2006353040.tif 000004
【図３】
2006353040.tif 000005
【図４】
2006353040.tif 000006
【図５】
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