(57)【要約】【課題】    パワーＭＯＳＦＥＴなどを用いて理想ダイオードを構成することができるが、制御用の電力を得る簡便な方法が求められていた。【解決手段】  ダイオードに掛る逆方向の電圧は、ほぼ交流電源の電圧波形が重畳しているから、コンデンサーにより複素電圧降下を生じさせ、電力消費を伴わずに微小な直流電力を得ることができる。  複素電圧降下型電源回路の電力により、パワーＭＯＳＦＥＴのゲートを駆動し、２端子として取り扱うことができる理想ダイオードを提供する。 【選択図】図１
2018207645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサー（Ｃ０）を１個、並びに、ダイオード（Ｄ１、Ｄ２）、コンデンサー（Ｃ１、Ｃ２）、及び、定電圧ダイオード（Ｄｚ１、Ｄｚ２）を備え、
直列に接続した前記ダイオード（Ｄ１、Ｄ２）の中点にコンデンサー（Ｃ０）を介して電源入力端子（８１）に接続し、前記ダイオード（Ｄ１、Ｄ２）の他端に、一端を共通線（８０ｃ）に接続したコンデンサー（Ｃ１、Ｃ２）及び定電圧ダイオード（Ｄｚ１、Ｄｚ２）を接続し、正と負の直流電力を得る両電源型の複素電圧降下型電源回路（８０ｉ）、あるいは、
前記複素電圧降下型電源回路（８０ｉ）の
コンデンサー（Ｃ１）及び定電圧ダイオード（Ｄｚ１）または
コンデンサー（Ｃ２）及び定電圧ダイオード（Ｄｚ２）の何れか一方を省略して短絡し
正のみまたは負のみの単一電源とした複素電圧降下型電源回路（８０ｉ）を構成し、
前記の何れかの複素電圧降下型電源回路（８０ｉ）によって駆動するオペアンプ（８３）を用いて構成した極性検出器（８３Ｄ）及びＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ：Ｎｃｈ及びＰｃｈのエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴ。同じ型のＭＯＳＦＥＴを並列接続したものを含む。以下同じ。）を備え、
前記ＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ）のドレイン（Ｄ）とソース（Ｓ）をそれぞれ電源入力（８１）と共通線（８０ｃ）に接続し、
ドレイン（Ｄ）とソース（Ｓ）間の電圧を、過大電圧保護等の回路（Ｒｓ、Ｄ３、Ｒａｄｊ）を介して前記極性検出器（８３Ｄ）を構成するオペアンプ（８３）の反転入力（−）と非反転入力（＋）にそれぞれ接続し、
前記エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ）に流れる電流（電圧）の向きを前記極性検出器（８３Ｄ）により検出してゲート（Ｇ）に加える電圧を制御し、前記ＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ）の寄生ダイオード（８２ｐ）の導通方向であるときのみ低抵抗で導通させることを特徴とする、ドレイン（Ｄ）とソース（Ｓ）間を２端子のダイオードとして取り扱うことが可能な複素電圧降下型電源回路（８０ｉ）を用いた理想ダイオード回路（８２ｉ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサーを使用して、交流電源から微小な直流電力を得るとともに、その電力を使用して理想ダイオード回路を構成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な整流用ダイオードは、０．６〜数ボルトの順方向の電圧降下があるから、取り扱う電力の１％前後が熱となってしまう。
【０００３】
パワーＭＯＳＦＥＴなどを用いて順方向電圧を１０分の１から１００分の１に減少して、整流効率を改善する理想ダイオード回路の構成方法があるが、
特許文献７に示す駆動用の電源を別に必要とする理想ダイオードは、２端子として取り扱うことができない構成である。
【０００４】
また、特許文献９に示す構成の理想ダイオードは、２端子化が可能であるが、品種の少ないディプレッション型ＭＯＳＦＥＴを必須とする構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＪＰＡ_２００３３４８７５０  直流電源回路およびその電源を用いた待機電力回路
【特許文献２】ＪＰＡ_２００７２３６１７５、特許３６１０３９号  電源およびその電源を用いた待機電力回路ならびに蓄電池充電回路
【特許文献３】ＪＰＡ_２０１２５０６６９３、ＪＰＡ_２０１３２５５４２５  電力制御装置の理想ダイオードを模倣するシステム及びその方法
【特許文献４】ＷＯＡ１２００３０３２１０５  待機電力回路
【特許文献５】特願２０１６-１８００３８他  直流配電システム
【特許文献６】国際公開第２００５／０４１２３１電気接点開閉ディバイスおよび消費電力抑制回路」
【特許文献７】ＪＰＡ＿２０１３２５５４２５  理想ダイオード
【特許文献８】ＪＰＡ＿２００９１５９３０８  直流電源スイッチ
【特許文献９】特許第６１３７７２３号  電圧非降下型電源回路及びその応用回路
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ｈｔｔｐ：//ｗｗｗ.ｌｉｎｅａｒ−ｔｅｃｈ.ｃｏ.ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ＬＴＣ４３５７  正の高電圧の理想ダイオード・コントローラ（ＬＴＣ４３５７）
【非特許文献２】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｉｎｅａｒ−ｔｅｃｈ．ｃｏ。ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／Ｉｄｅａｌ＿Ｄｉｏｄｅ＿Ｂｒｉｄｇｅ  理想ダイオード・ブリッジ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
パワーＭＯＳＦＥＴなどを用いて整流用ダイオードよりも順方向電圧降下が少ない理想ダイオードを構成することができるが、制御回路用の電源が必要である。
【０００８】
特許文献７の方式では、２端子することが出来ない構成で、数千ボルトの耐圧のパワーＭＯＳＦＥＴがあっても、電源回路を含む制御回路の耐圧が不足するため、商用交流の整流に使用することも出来ない欠点があった。
【０００９】
また、特許文献９に示す構成方法では、２端子化を行うことができるが、品種の少ないディプレッション型ＭＯＳＦＥＴを必須としていた。
【００１０】
より簡単な回路構成で、理想ダイオードを構成する方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
コンデンサー（Ｃ０）を使用して複素電圧降下させた上で整流し、制御回路用の電力を確保する。
【００１２】
図１（ａ）に、複素電圧降下型電源（８０ｉ）を使用した理想ダイオード回路の基本回路構成を示す。
コンデンサー（Ｃ０）により電圧降下させて、ダイオード（Ｄ１，Ｄ２）により整流し、コンデンサー（Ｃ１、Ｃ２）に直流電力を得る。
コンデンサー（Ｃ０）による複素電圧降下を利用するから、電力消費を伴わない。
【００１３】
負荷が純抵抗（ＲＬ）のみの場合、図１（ｂ）に示すとおり、コンデンサー（Ｃ０）に交流電源（２）の正の半サイクルのみが加わり、この間にコンデンサー（Ｃ０）に往復両方向に電流（Ｉ１）が流れる。
交流電源（２）の正の半サイクルの間に、コンデンサー（Ｃ１、Ｃ２）が順に充電される。
【００１４】
理想ダイオード（８２ｉ）の負荷に平滑用コンデンサー（Ｃ３）が加わると、図１（ｅ）に示すとおり、理想ダイオード（８２ｉ）の導通角が狭くなるから、複素電圧降下型電源（８０ｉ）の共通線（８０ｃ）の電位（Ｖ０）を基準として、理想ダイオード（８２ｉ）に加わる電圧（Ｖ１）は、図１（ｃ）に示すとおり、交流電源（２）の電圧に整流電圧が加わるから、正方向にシフトした波形の電圧となる。
【００１５】
複素電圧降下型電源（８０ｉ）の出力電圧は、消費されなければ、交流電源（２）のサイクルごとにコンデンサー（Ｃ１、Ｃ２）の電圧（Ｖ２＋、Ｖ２−）が増大し、この回路構成では、各々最大Ｖ１×１．４２（Ｖ）、−Ｖ１×１．４２（Ｖ）に達する。
数ボルト〜十数ボルトの電圧を安定に得るためには、定電圧ダイオード（８２ｚ）等により余剰電力を消費させて安定化する必要がある。
【００１６】
コンデンサー（Ｃ０）に流れる電流（Ｉ１）は、交流電源（２）の電圧に比例する。
従って、交流１０００Ｖ用に最適化した理想ダイオード（８２ｉ）は、交流１００Ｖで使用すると駆動用の電力が不足する可能性があるから、使用電圧の範囲ごとに理想ダイオード（８２ｉ）を設計する必要がある。
【００１７】
また、整流方式（単相整流、倍圧整流、ブリッジ整流など）や交流電源（２）の周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚなど）によってもコンデンサー（Ｃ０）に流れる電流（Ｉ１）が違ってくるので、用途に合わせた設計をする必要がある。
【００１８】
図１（ａ）の回路では、ＡＣ１００Ｖ、６０Ｈｚの電源に接続し、コンデンサー（Ｃ０）を０．１μＦとしたとき、消費電流が０．５ｍＡ程度のオペアンプ（８３）を駆動できる。
消費電流が０．１ｍＡ程度のオペアンプ（８３）を使用した場合、コンデンサー（Ｃ０）を０．０２μＦと小さくすることができる。
【００１９】
耐圧を要するコンデンサー（Ｃ０）を除き、モノリシックＩＣが容易であると考えられる。
【発明の効果】
【００２０】
少数の部品で、電力消費を伴う電圧降下を避けて微小な直流電力を得ることができる。
完全な２端子化が可能な理想特性のダイオード（８２ｉ）を提供できる。
ディプレッション型ＭＯＳＦＥＴを必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）理想ダイオード回路、（ｂ）電源部の動作波形、（ｃ）理想ダイオードの動作波形、（ｄ）導通角が狭いときの電源部の動作波形、（ｅ）導通角が狭いときの理想ダイオードの動作波形
【図２】（ａ）記号（ＮｃｈＭＯＳＦＥＴ）、（ｂ）記号（ＰｃｈＭＯＳＦＥＴ）、（ｃ）ブリッジ整流回路、（ｄ）動作波形
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１（ａ）は、両電源（正と負の２電源）構成の複素電圧降下型電源（８０ｉ）を用いて構成した理想ダイオード（８２ｉ）である。
【００２３】
ＮｃｈのパワーＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ：エンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴ。以下同じ）を理想ダイオード（８２ｉ）として用いるので、その寄生ダイオード（８２Ｐ）の導通方向（アノードからカソード）が理想ダイオード（８２ｉ）の導通方向である。
【００２４】
複素電圧降下型電源（８０ｉ）の共通線（８０ｃ）をパワーＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ）のソース（Ｓ）に接続し、共通線（８０ｃ）が理想ダイオード（８２ｉ）のアノード（Ａ）となり、ドレイン（Ｄ）がカソード（Ｋ）となる。
【００２５】
複素電圧降下型電源（８０ｉ）からオペアンプ（８３）に電源を供給し、パワーＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ）のドレイン（Ｄ）とソース（Ｓ）との間の電圧を、抵抗（Ｒｓ）を通してオペアンプ（８３）の反転入力（−）と非反転入力（＋）に加えて、極性検出器（８３Ｄ）を構成している。
ダイオード（Ｄ３）は、オペアンプ（８３）の過大電圧からの保護用である。
【００２６】
検出した電圧（電流）の向きが理想ダイオード（８２ｉ）の導通方向であるとき、オペアンプ（８３）の出力電圧（Ｖ４）をゲート（Ｇ）に加えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ）を導通状態にし、寄生ダイオード（８２ｐ）の電圧降下をパワーＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ）の低い導通抵抗により減少させる。
【００２７】
負電源が使用できるので、使用するオペアンプ（８３）は、単―電源仕様に限定する必要が無い。
パワーＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ）のオン抵抗に流れる電流の向きを、負電圧の領域で直接比較することができるので、オペアンプ（８３）の正入力端子（＋）に抵抗分圧器（Ｒａｄｊ）により数ミリボルトの負電圧を加える構成としている。
【００２８】
図１（ｃ）は、理想ダイオード（８２ｉ）の整流動作の波形である。上段はパワーＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ）のドレイン（Ｄ）からソース（Ｓ）に流れる電流（Ｉ２）の流れを、下段はオペアンプ（８３）の反転入力端子（−）の電圧（Ｖ３：鎖線）とオペアンプ（８３）の出力電圧（Ｖ４：実線、ゲートＧに加わる電圧でもある。）を表している。
実際の電流（Ｉ２）は、寄生ダイオード（８２Ｐ）の導通方向に流れるので、負で表されている。
【００２９】
オペアンプ（８３）の反転入力端子（−）の電圧（Ｖ３）が負になったときは、オペアンプ（８３）により反転増幅を行い、ゲート（Ｇ）に正の電圧を加える。
電流（Ｉ２）の方向が反転し、電圧（Ｖ３）が正となったときに素早く電圧（Ｖ４）を０Ｖ以下に下げてパワーＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ）を遮断する。
【００３０】
オペアンプ（８３）の反転入力端子（−）の電圧（Ｖ３）が負のときは、パワーＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ）の内部抵抗が減少すると、ゲート（Ｇ）の電圧（Ｖ３）も減少するので、負帰還となるから、パワーＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ）のドレイン（Ｄ）−ソース（Ｓ）間の電圧が一定値を保つように動作をする。
【００３１】
また、負帰還となっているから、電流（Ｉ２）が減少したときにパワーＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ）のオン抵抗が上昇するが、電流の方向転換を検出し易い条件を得ることができる。
【００３２】
ループゲインを上げると、理想ダイオード（８２ｉ）の動作下限を広げることになるので、用途に応じた設定を行うと良い。
【００３３】
オペアンプ（８３）の反転入力端子（−）の電圧（Ｖ３）が正のときは、その反転出力（Ｖ４）が共通線（８０ｃ）以下の電位に向かうので、パワーＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ）が遮断状態に向かう。
【００３４】
ＰｃｈのパワーＭＯＳＦＥＴ（８５ｅ）を使用する場合は、導通方向が逆になるため、図１（ａ）のアノード（Ａ）とカソード（Ｋ）の表示が逆となり、抵抗分圧器（Ｒａｄｊ）を正電圧側に接続し、非反転入力端子（＋）に数ミリボルトの正電圧を加える構成にする必要がある。
【００３５】
複素電圧降下型電源（８０ｉ）を用いた理想ダイオード（８２ｉ）は、回路全体を２端子の理想ダイオード（８２ｉ）として取り扱うことができる。
【００３６】
図２（ａ）は、複素電圧降下型電源（８０ｉ）を用いた理想ダイオード（８２ｉ）を記号化して表現したものである。
記号は、カソード（Ｋ）から延びるコンデンサーの記号と矢印で、内部回路に電源を供給していることを示している。（ＮｃｈのパワーＭＯＳＦＥＴ８５ｅの場合。）
【００３７】
図２（ｂ）は、ＰｃｈのパワーＭＯＳＦＥＴを使用する理想ダイオード（８２ｉ）を記号化して表現したものである。
Ｎｃｈと比較すると、アノード（Ａ）とカソード（Ｋ）が入れ替わり、矢印がアノード（Ａ）から延びる矢印に変わる。
【００３８】
図３（ｂ）は、複素電圧降下型電源（８０ｉ）を用いた理想ダイオード（８２ｉ）の記号を使用して、ブリッジ整流回路（２４）を構成したもので、図３（ｃ）は、その動作波形を示す。
平滑用コンデンサー（Ｃ３）の電圧が加わるから、順方向の電流の導通角が小さくなる。
【００３９】
非導通角では、それぞれの理想ダイオード（８２ｉ）に逆方向の電圧が加わるので、複素電圧降下型電源（８０ｉ）により、回路を駆動するための電力を得ることができる。
ブリッジ接続では、２つの理想ダイオード（８２ｉ）が直列となるため、理想ダイオード（８２ｉ）に加わる逆方向の電圧が半分になる。
【００４０】
理想ダイオード（８２ｉ）は、交流電源の整流回路など、繰返し逆方向の電圧が加えられる用途に限られる。
逆方向に加わる電圧範囲により、（Ｃ０）を調整する必要がある。
【００４１】
図には、両電源（正と負の２電源）構成の複素電圧降下型電源（８０ｉ）を用いた例のみを示したが、コンデンサー（Ｃ１）及び定電圧ダイオード（Ｄｚ１）または、コンデンサー（Ｃ２）及び定電圧ダイオード（Ｄｚ２）の何れか一方を省略して短絡する回路構成とすることで、正のみまたは負のみの単電源の複素電圧降下型電源回路（８０ｉ）とすることができる。
【００４２】
また、単一電源用のオペアンプ（８３）を用いることで、理想ダイオード（８２ｉ）を構成することができ、若干の部品数削減を行うことが出来る。
図に示していないが、単一電源とする場合、オペアンプ（８３）の非反転入力（＋）を共通線（８０ｃ）に接続し、反転入力（−）に抵抗器を介して数ミリボルトの電圧を加える構成にする必要がある。
【００４３】
余剰電力を消費する定電圧ダイオード（８２ｚ）の全部または一部をＬＥＤに置き換えることにより、動作状態の表示、あるいは、理想ダイオード（８２ｉ）を組み込んだ機器の電源インジケータ等の光源に利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本願は、微小な直流電力を効率的にかつ簡単に得る方法と、その電力を使用してパワーＭＯＳＦＥＴを駆動し、理想ダイオードを構成することで、効率のよい整流回路を実現することができる。
【符号の説明】
【００４５】
２  交流電源  
２４  両波整流器（ブリッジ整流器）
８０ｉ  複素電圧降下型電源部  ８０ｃ  共通線  
８０Ｏ  出力端子  ８１  電源入力端子
８２  ダイオード  ８２ｐ（寄生ダイオード）  
８２ｚ  定電圧ダイオード（Ｄｚ１、Ｄｚ２：ゼナーダイオード）
８２ｉ  理想ダイオード（Ｄａ〜Ｄｄ）  
８３  オペアンプ  ８３Ｄ  極性検出器  
８５ｅ  パワーＭＯＳＦＥＴ（エンハンスメント型、Ｎｃｈ）
８６  コンデンサー（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ０ａ〜Ｃ０ｄ）  
８８  抵抗器（Ｒｓ、ＲＬ）
８９  分圧抵抗器（Ｒａｄｊ）
Ｉ  電流（Ｉ１、Ｉ２）
Ｖ  電圧（Ｖ１〜Ｖ４、Ｖ０：電圧の基準、共通線８０ｃ）
【図１】
2018207645.tif 000003
【図２】
2018207645.tif 000004