(57)【要約】【課題】信号出力に使用する消費電力を低減する信号送信回路を提供する。【解決手段】信号送信回路は、入力信号が入力される入力端子と、高周波を出力する高周波発振回路と、入力信号に応じて高周波を変調して、第一、第二および第三の被変調信号を含む複数の被変調信号を生成するスイッチング混合回路と、第一の被変調信号が出力される第一の出力端子と、第二の被変調信号が出力される第二の出力端子と、第三の被変調信号が出力される第三の出力端子とを備え、第一の被変調信号が第一の出力端子から出力される間、第二および第三の被変調信号は出力されず、第二の被変調信号が第二の出力端子から出力される間、第一および第三の被変調信号が出力されず、第三の被変調信号が第三の出力端子から出力される間、第一および第二の被変調信号が出力されない。【選択図】図１
2015164291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの入力信号が入力される少なくとも１つの入力端子と、
高周波を出力する高周波発振回路と、
前記少なくとも１つの入力信号に応じて前記高周波を変調して、第一の被変調信号、第二の被変調信号および第三の被変調信号を含む複数の被変調信号を生成するスイッチング混合回路と、
前記第一の被変調信号が出力される第一の出力端子と、
前記第二の被変調信号が出力される第二の出力端子と、
前記第三の被変調信号が出力される第三の出力端子とを備え、
前記第一の被変調信号が前記第一の出力端子から出力される間、前記第二の被変調信号および前記第三の被変調信号は出力されず、
前記第二の被変調信号が前記第二の出力端子から出力される間、前記第一の被変調信号および前記第三の被変調信号が出力されず、
前記第三の被変調信号が前記第三の出力端子から出力される間、前記第一の被変調信号および前記第二の被変調信号が出力されない、
信号送信回路。
【請求項２】
前記高周波は、高周波正弦波である、
請求項１に記載の信号送信回路。
【請求項３】
前記第一の出力端子に接続され、前記第一の被変調信号を絶縁伝送する第一の絶縁素子と、
前記第二の出力端子に接続され、前記第二の被変調信号を絶縁伝送する第二の絶縁素子と、
前記第三の出力端子に接続され、前記第三の被変調信号を絶縁伝送する第三の絶縁素子と、をさらに備える、
請求項１または２に記載の信号送信回路。
【請求項４】
前記第一の絶縁素子は、第一の電磁界共鳴結合器であり、
前記第二の絶縁素子は、第二の電磁界共鳴結合器であり、
前記第三の絶縁素子は、第三の電磁界共鳴結合器である、
請求項３に記載の信号送信回路。
【請求項５】
前記少なくとも１つの入力信号は、第一の入力信号、第二の入力信号、第三の入力信号を含み、
前記少なくとも１つの入力端子は、前記第一の入力信号が入力される第一の入力端子と、前記第二の入力信号が入力される第二の入力端子と、前記第三の入力信号が入力される第三の入力端子とを含み、
前記スイッチング混合回路は、
前記第一の入力信号に応じて前記高周波を変調して、前記第一の被変調信号を生成し、
前記第二の入力信号に応じて前記高周波を変調して、前記第二の被変調信号を生成し、
前記第三の入力信号に応じて前記高周波を変調して、前記第三の被変調信号を生成する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の信号送信回路。
【請求項６】
前記第一の入力信号が前記第一の入力端子から入力される間、前記第二の入力端子および前記第三の入力端子に信号が入力されず、
前記第二の入力信号が前記第二の入力端子から入力される間、前記第一の入力端子および前記第三の入力端子に信号が入力されず、
前記第三の入力信号が前記第三の入力端子から入力される間、前記第一の入力端子および前記第二の入力端子に信号が入力されない、
請求項５に記載の信号送信回路。
【請求項７】
前記スイッチング混合回路は、
前記高周波発振回路から前記高周波が入力される高周波入力端子と、
電源電位を与える電源端子と、
グランド電位を与えるグランド端子と、
前記高周波入力端子に接続される第一のゲート端子と、前記グランド端子に接続される第一のソース端子と、第一のドレイン端子とを具備する第一のトランジスタと、
前記第一の入力端子に接続される第二のゲート端子と、前記第一のトランジスタの前記第一のドレイン端子に接続される第二のソース端子と、前記第一の出力端子及び前記電源端子に接続される第二のドレイン端子とを具備する第二のトランジスタと、
前記第二の入力端子に接続される第三のゲート端子と、前記第一のトランジスタの前記第一のドレイン端子に接続される第三のソース端子と、前記第二の出力端子及び前記電源端子に接続される第三のドレイン端子とを具備する第三のトランジスタと、
前記第三の入力端子に接続される第四のゲート端子と、前記第一のトランジスタの前記第一のドレイン端子に接続される第四のソース端子と、前記第三の出力端子及び前記電源端子に接続される第四のドレイン端子とを具備する第四のトランジスタと、を含む、
請求項５に記載の信号送信回路。
【請求項８】
請求項３または４に記載の信号送信回路と、
前記第一の絶縁素子に接続され、前記第一の絶縁素子から受信した前記第一の被変調信号を復調して、第一のゲート信号を生成する第一の受信回路と、
前記第二の絶縁素子に接続され、前記第二の絶縁素子から受信した前記第二の被変調信号を復調して、第二のゲート信号を生成する第二の受信回路と、
前記第三の絶縁素子に接続され、前記第三の絶縁素子から受信した前記第三の被変調信号を復調して、第三のゲート信号を生成する第三の受信回路と、
前記第一の受信回路に接続され、前記第一のゲート信号によって駆動する第一のパワーデバイスと、
前記第二の受信回路に接続され、前記第二のゲート信号によって駆動する第二のパワーデバイスと、
前記第三の受信回路に接続され、前記第三のゲート信号によって駆動する第三のパワーデバイスと、を含む、
スイッチングシステム。
【請求項９】
前記第一のパワーデバイスは、第一の双方向スイッチであり、
前記第二のパワーデバイスは、第二の双方向スイッチであり、
前記第三のパワーデバイスは、第三の双方向スイッチである、
請求項８に記載のスイッチングシステム。
【請求項１０】
前記第一の絶縁素子は、前記第一の被変調信号を複数に分割して絶縁伝送し、
前記第二の絶縁素子は、前記第二の被変調信号を複数に分割して絶縁伝送し、
前記第三の絶縁素子は、前記第三の被変調信号を複数に分割して絶縁伝送する、
請求項８または９に記載のスイッチングシステム。
【請求項１１】
前記第一の受信回路、前記第二の受信回路、前記第三の受信回路、前記第一のパワーデバイス、前記第二のパワーデバイス、および前記第三のパワーデバイスが集積されている、
請求項８から１０のいずれか一項に記載のスイッチングシステム。
【請求項１２】
前記信号送信回路、前記第一の受信回路、前記第二の受信回路、前記第三の受信回路、前記第一のパワーデバイス、前記第二のパワーデバイス、および前記第三のパワーデバイスの少なくとも１つが窒化ガリウム半導体から形成されている、
請求項８から１１のいずれか一項に記載のスイッチングシステム。
【請求項１３】
前記信号送信回路を含む複数の信号送信回路が集積された集積送信回路と、
前記第一の受信回路、前記第二の受信回路、および前記第三の受信回路を含む複数の受信回路と、前記第一のパワーデバイス、前記第二のパワーデバイス、および前記第三のパワーデバイスを含む複数のパワーデバイスとが集積された集積パワーデバイスと、を備える、
請求項８から１２のいずれか一項に記載のスイッチングシステム。
【請求項１４】
前記集積送信回路は、前記第一の絶縁素子、前記第二の絶縁素子、および前記第三の絶縁素子が集積された集積絶縁素子を含む、
請求項１３に記載のスイッチングシステム。
【請求項１５】
前記集積絶縁素子が、プリント基板で形成されている、
請求項１４に記載のスイッチングシステム。
【請求項１６】
前記集積絶縁素子が、基板の内部に形成され、
前記集積送信回路が、前記基板の上に配置されている、
請求項１４に記載のスイッチングシステム。
【請求項１７】
前記集積送信回路と前記集積パワーデバイスの間に、前記集積絶縁素子が配置されている、
請求項１４に記載のスイッチングシステム。
【請求項１８】
ヒートシンクと、
前記ヒートシンク上に配置され、貫通穴を有する基板とをさらに備え、
前記集積パワーデバイスが、前記貫通穴に配置され、前記ヒートシンクと接触する、
請求項１３または１４に記載のスイッチングシステム。
【請求項１９】
請求項１に記載の信号送信回路を含む少なくとも３つの信号送信回路が集積された集積送信回路と、
少なくとも９つの絶縁素子が集積された集積絶縁素子であって、前記少なくとも９つの絶縁素子のそれぞれが、前記信号送信回路から入力された前記被変調信号を複数に分割して絶縁伝送する、前記集積絶縁素子と、
少なくとも１８個の受信回路と少なくとも９つの双方向スイッチとが集積された集積パワーデバイスであって、前記少なくとも１８個の受信回路のそれぞれが、前記集積絶縁素子から入力された前記被変調信号を復調してゲート信号を生成し、前記９つの双方向スイッチのそれぞれが、２つの受信回路から入力される２つのゲート信号に応じて駆動する、集積パワーデバイスと、を備える、
マトリックスコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば、信号送信回路、スイッチングシステム、及びマトリックスコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ゲート駆動回路は、半導体スイッチのゲート端子にゲート電圧を印加し、半導体スイッチのオンオフを制御する。ゲート駆動回路は、高耐圧の半導体スイッチのゲート端子にゲート電圧を印加する。
【０００３】
特許文献１は、ＧａＮ半導体を用いた双方向スイッチを開示している。双方向スイッチは、オン時に２端子間のどちらの方向にも電流を流すことができ、オフ時に双方向の電流を遮断できる。
【０００４】
１次側と２次側の間で直流成分を絶縁する素子は、信号絶縁素子、あるいは非接触信号伝送器と呼ばれる。信号絶縁素子は、高耐圧の半導体スイッチを駆動するためには不可欠な素子である。
【０００５】
特許文献２は、ゲート信号と電力を絶縁伝送できるオープンリング型の電磁共鳴結合器を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５５５２２３０号公報
【特許文献２】特開２００８−０６７０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術において、信号出力に使用する消費電力を小さくすることが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様に係る信号送信回路は、少なくとも１つの入力信号が入力される少なくとも１つの入力端子と、高周波を出力する高周波発振回路と、前記少なくとも１つの入力信号に応じて前記高周波を変調して、第一の被変調信号、第二の被変調信号および第三の被変調信号を含む複数の被変調信号を生成するスイッチング混合回路と、前記第一の被変調信号が出力される第一の出力端子と、前記第二の被変調信号が出力される第二の出力端子と、前記第三の被変調信号が出力される第三の出力端子とを備え、前記第一の被変調信号が前記第一の出力端子から出力される間、前記第二の被変調信号および前記第三の被変調信号は出力されず、前記第二の被変調信号が前記第二の出力端子から出力される間、前記第一の被変調信号および前記第三の被変調信号が出力されず、前記第三の被変調信号が前記第三の出力端子から出力される間、前記第一の被変調信号および前記第二の被変調信号が出力されない。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、例えば、信号出力に使用する消費電力を、小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】スイッチングシステムの構成例を示すブロック図である。
【図２】スイッチング混合回路の入出力信号の時間波形の一例を示す図である。
【図３】第一の受信回路の入出力信号の時間波形の一例を示す図である。
【図４】スイッチング混合回路の具体例を示す回路図である。
【図５】信号送信回路の実施例に係る被変調信号の時間波形を示す図である。
【図６】３相ＡＣマトリックスコンバータシステムの構成例を示すブロック構成図である。
【図７】３相ＡＣマトリックスコンバータシステムの具体例を示す上面図である。
【図８】図７におけるＡ−Ａ’線上の断面図である。
【図９】従来の３相マトリックスコンバータを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施の形態の概要）
本開示の一態様に係る信号送信回路は、少なくとも１つの入力信号が入力される少なくとも１つの入力端子と、高周波を出力する高周波発振回路と、前記少なくとも１つの入力信号に応じて前記高周波を変調して、第一の被変調信号、第二の被変調信号および第三の被変調信号を含む複数の被変調信号を生成するスイッチング混合回路と、前記第一の被変調信号が出力される第一の出力端子と、前記第二の被変調信号が出力される第二の出力端子と、前記第三の被変調信号が出力される第三の出力端子とを備え、前記第一の被変調信号が前記第一の出力端子から出力される間、前記第二の被変調信号および前記第三の被変調信号は出力されず、前記第二の被変調信号が前記第二の出力端子から出力される間、前記第一の被変調信号および前記第三の被変調信号が出力されず、前記第三の被変調信号が前記第三の出力端子から出力される間、前記第一の被変調信号および前記第二の被変調信号が出力されない。
【００１２】
以上の構成によれば、信号送信回路は、３つ以上の被変調信号を出力できる。これにより、例えば、１つの電源の電力を複数の被変調信号に振り分けて使用することができる。この場合、消費電力は低減される。第一の被変調信号、第二の被変調信号および第三の被変調信号のうち１つが出力されるとき、他の２つは出力されないため、出力される信号の強度が維持される。
【００１３】
本開示の一態様に係る信号送信回路において、例えば、前記高周波は、高周波正弦波であってもよい。
【００１４】
これにより、例えば、特定の周波数の高周波を伝送する絶縁素子と組み合わされた場合であっても、高周波正弦波が入力信号を搬送しうる。
【００１５】
本開示の一態様に係る信号送信回路は、例えば、前記第一の出力端子に接続され、前記第一の被変調信号を絶縁伝送する第一の絶縁素子と、前記第二の出力端子に接続され、前記第二の被変調信号を絶縁伝送する第二の絶縁素子と、前記第三の出力端子に接続され、前記第三の被変調信号を絶縁伝送する第三の絶縁素子と、をさらに備えてもよい。
【００１６】
本開示の一態様に係る信号送信回路において、例えば、前記第一の絶縁素子は、第一の電磁界共鳴結合器であり、前記第二の絶縁素子は、第二の電磁界共鳴結合器であり、前記第三の絶縁素子は、第三の電磁界共鳴結合器であってもよい。
【００１７】
電磁界共鳴結合器は、高絶縁耐圧、高速動作、及び／又は、高効率で駆動される。
【００１８】
本開示の一態様に係る信号送信回路において、例えば、前記少なくとも１つの入力信号は、第一の入力信号、第二の入力信号、第三の入力信号を含み、前記少なくとも１つの入力端子は、前記第一の入力信号が入力される第一の入力端子と、前記第二の入力信号が入力される第二の入力端子と、前記第三の入力信号が入力される第三の入力端子とを含み、前記スイッチング混合回路は、前記第一の入力信号に応じて前記高周波を変調して、前記第一の被変調信号を生成し、前記第二の入力信号に応じて前記高周波を変調して、前記第二の被変調信号を生成し、前記第三の入力信号に応じて前記高周波を変調して、前記第三の被変調信号を生成してもよい。
【００１９】
本開示の一態様に係る信号送信回路において、例えば、前記第一の入力信号が前記第一の入力端子から入力される間、前記第二の入力端子および前記第三の入力端子に信号が入力されず、前記第二の入力信号が前記第二の入力端子から入力される間、前記第一の入力端子および前記第三の入力端子に信号が入力されず、前記第三の入力信号が前記第三の入力端子から入力される間、前記第一の入力端子および前記第二の入力端子に信号が入力されなくてもよい。
【００２０】
例えば、互いに排他的な３つの入力信号が信号送信回路に入力される場合、それに応じて互いに排他的な被変調信号が出力される。
【００２１】
本開示の一態様に係る信号送信回路において、例えば、前記スイッチング混合回路は、前記高周波発振回路から前記高周波が入力される高周波入力端子と、電源電位を与える電源端子と、グランド電位を与えるグランド端子と、前記高周波入力端子に接続される第一のゲート端子と、前記グランド端子に接続される第一のソース端子と、第一のドレイン端子とを具備する第一のトランジスタと、前記第一の入力端子に接続される第二のゲート端子と、前記第一のトランジスタの前記第一のドレイン端子に接続される第二のソース端子と、前記第一の出力端子及び前記電源端子に接続される第二のドレイン端子とを具備する第二のトランジスタと、前記第二の入力端子に接続される第三のゲート端子と、前記第一のトランジスタの前記第一のドレイン端子に接続される第三のソース端子と、前記第二の出力端子及び前記電源端子に接続される第三のドレイン端子とを具備する第三のトランジスタと、前記第三の入力端子に接続される第四のゲート端子と、前記第一のトランジスタの前記第一のドレイン端子に接続される第四のソース端子と、前記第三の出力端子及び前記電源端子に接続される第四のドレイン端子とを具備する第四のトランジスタと、を含んでもよい。
【００２２】
以上の構成によれば、スイッチング混合回路を簡素な構成で実現できる。そのため、信号送信回路が小型化されうる。
【００２３】
本開示の一態様に係るスイッチングシステムは、例えば、上記の信号送信回路と、前記第一の絶縁素子に接続され、前記第一の絶縁素子から受信した前記第一の被変調信号を復調して、第一のゲート信号を生成する第一の受信回路と、前記第二の絶縁素子に接続され、前記第二の絶縁素子から受信した前記第二の被変調信号を復調して、第二のゲート信号を生成する第二の受信回路と、前記第三の絶縁素子に接続され、前記第三の絶縁素子から受信した前記第三の被変調信号を復調して、第三のゲート信号を生成する第三の受信回路と、前記第一の受信回路に接続され、前記第一のゲート信号によって駆動する第一のパワーデバイスと、前記第二の受信回路に接続され、前記第二のゲート信号によって駆動する第二のパワーデバイスと、前記第三の受信回路に接続され、前記第三のゲート信号によって駆動する第三のパワーデバイスと、を含む。
【００２４】
本開示の一態様に係るスイッチングシステムにおいて、例えば、前記第一のパワーデバイスは、第一の双方向スイッチであり、前記第二のパワーデバイスは、第二の双方向スイッチであり、前記第三のパワーデバイスは、第三の双方向スイッチであってもよい。
【００２５】
本開示の一態様に係るスイッチングシステムにおいて、例えば、前記第一の絶縁素子は、前記第一の被変調信号を複数に分割して絶縁伝送し、前記第二の絶縁素子は、前記第二の被変調信号を複数に分割して絶縁伝送し、前記第三の絶縁素子は、前記第三の被変調信号を複数に分割して絶縁伝送してもよい。
【００２６】
これにより、例えば、分割された２つの被変調信号に基づいて生成された同形の２つのゲート信号を双方向スイッチに入力することができる。これにより、スイッチング特性が向上し、効率の向上、消費電力の低減が実現されうる。
【００２７】
本開示の一態様に係るスイッチングシステムにおいて、例えば、前記第一の受信回路、前記第二の受信回路、前記第三の受信回路、前記第一のパワーデバイス、前記第二のパワーデバイス、および前記第三のパワーデバイスが集積されていてもよい。
【００２８】
本開示の一態様に係るスイッチングシステムにおいて、例えば、前記信号送信回路、前記第一の受信回路、前記第二の受信回路、前記第三の受信回路、前記第一のパワーデバイス、前記第二のパワーデバイス、および前記第三のパワーデバイスの少なくとも１つが窒化ガリウム半導体から形成されていてもよい。
【００２９】
これにより、耐熱性が向上する。例えば、スイッチングシステムの少なくとも一部が集積される場合において、熱密度が高くても安定して動作しうる。
【００３０】
本開示の一態様に係るスイッチングシステムは、例えば、前記信号送信回路を含む複数の信号送信回路が集積された集積送信回路と、前記第一の受信回路、前記第二の受信回路、および前記第三の受信回路を含む複数の受信回路と、前記第一のパワーデバイス、前記第二のパワーデバイス、および前記第三のパワーデバイスを含む複数のパワーデバイスとが集積された集積パワーデバイスと、を備えてもよい。
【００３１】
複数の受信回路と複数のパワーデバイスとが集積されることにより、両者を接続する工程が削減される。スイッチングシステムが小型化されることにより、配線距離に起因する遅延等が低減され、スイッチング特性が向上する。
【００３２】
本開示の一態様に係るスイッチングシステムにおいて、例えば、前記集積送信回路は、前記第一の絶縁素子、前記第二の絶縁素子、および前記第三の絶縁素子が集積された集積絶縁素子を含んでもよい。
【００３３】
本開示の一態様に係るスイッチングシステムにおいて、例えば、前記集積絶縁素子が、プリント基板で形成されていてもよい。
【００３４】
これにより、低コストで集積絶縁素子が形成される。
【００３５】
本開示の一態様に係るスイッチングシステムにおいて、例えば、前記集積絶縁素子が、基板の内部に形成され、前記集積送信回路が、前記基板の上に配置されていてもよい。
【００３６】
これにより、小型のスイッチングシステムが実現される。
【００３７】
本開示の一態様に係るスイッチングシステムにおいて、例えば、前記集積送信回路と前記集積パワーデバイスの間に、前記集積絶縁素子が配置されていてもよい。
【００３８】
これにより、ノイズに強く、安定して動作するスイッチングシステムが実現される。
【００３９】
本開示の一態様に係るスイッチングシステムは、例えば、ヒートシンクと、前記ヒートシンク上に配置され、貫通穴を有する基板とをさらに備え、前記集積パワーデバイスが、前記貫通穴に配置され、前記ヒートシンクと接触していてもよい。
【００４０】
これにより、集積パワーデバイスの放熱性が向上し、高温化でも安定して動作しうる。
【００４１】
本開示の一態様に係るマトリックスコンバータは、例えば、上記の信号送信回路を含む少なくとも３つの信号送信回路が集積された集積送信回路と、少なくとも９つの絶縁素子が集積された集積絶縁素子であって、前記少なくとも９つの絶縁素子のそれぞれが、前記信号送信回路から入力された前記被変調信号を複数に分割して絶縁伝送する、前記集積絶縁素子と、少なくとも１８個の受信回路と少なくとも９つの双方向スイッチとが集積された集積パワーデバイスであって、前記少なくとも１８個の受信回路のそれぞれが、前記集積絶縁素子から入力された前記被変調信号を復調してゲート信号を生成し、前記９つの双方向スイッチのそれぞれが、２つの受信回路から入力される２つのゲート信号に応じて駆動する、集積パワーデバイスと、を備える。
【００４２】
以上の構成によれば、小型で安定して動作するマトリックスコンバータが実現される。
【００４３】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００４４】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、波形、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００４５】
なお、以下の全ての図において、同一又は相当部分には、同一の符号が付され、重複する説明は省略される場合がある。
【００４６】
（本開示の基礎となった知見）
まず、本開示の発明者らの着眼点について説明する。
【００４７】
双方向スイッチは、例えば、マトリックスコンバータに用いられる。マトリックスコンバータは、交流電力を、振幅や周波数が異なる交流電力に直接変換する電力変換回路である。マトリックスコンバータにおいて、双方向スイッチはマトリックス状に配置される。
【００４８】
図９は、３相のＡＣマトリックスコンバータシステムを示す。図９に示されるＡＣマトリックスコンバータは、９個の双方向スイッチと、１８個のゲート駆動回路とで構成される。ゲート駆動回路は、それぞれ絶縁トランスとフォトカップラとを含む。図９に示されるＡＣマトリックスコンバータは、三相交流電源から任意の周波数の交流電流を生成し、三相モータを回転させることができる。
【００４９】
双方向スイッチは、２つのゲート端子、２つのソース端子を有している。双方向スイッチのオンオフを制御するために、例えば、それぞれのソース端子に対して正のゲート電圧が印加される。双方向スイッチが配置された回路において、各ソースの電圧は変動する。そのため、各ソースは、他の電位から直流的に絶縁されたフローティング状態にされる。つまり、半導体スイッチにゲート信号（駆動信号）を出力するゲート駆動回路内の２次側は、入力信号が入力されるゲート駆動回路内の１次側と直流成分で絶縁される。
【００５０】
電力変換回路は、多くの素子を用いているため、複雑な配線構造を有する。特に、マトリックスコンバータは、多くのゲート制御配線を有する。配線の多さは、組立てコストを高くする。加えて、高い耐圧を確保しながら多くの配線が配置されるため、配線の占める領域が大きくなる。配線による遅延が発生するならば、動作が不安定になるおそれがある。
【００５１】
したがって、マトリックスコンバータを構成する素子が集積されれば、小型で、低コストで、安定したマトリックスコンバータが実現されうる。
【００５２】
従来のゲート駆動回路は、絶縁トランスによって常に電力が供給され、その電力がフォトカップラによってスイッチされる。そのため、従来のゲート駆動回路は、多くの電源を必要とし、消費電力が大きかった。
【００５３】
さらに、従来のゲート駆動回路は、トランスやフォトカップラを使用しているので、ゲート駆動回路を集積化することができなかった。そのため、従来のゲート駆動回路は、小型化が困難であり、配線距離の増大が信号の遅延を招く場合があった。その結果、従来のゲート駆動回路は、動作の不安定化、スイッチング特性の悪化、及び／又は、雑音に弱い等の課題を有していた。
【００５４】
これに対し、本発明者らは、消費電力を低減し、小型化が可能な信号送信回路を検討し、本開示に至った。
【００５５】
（実施の形態）
（構造）
実施の形態に係るスイッチングシステムの構成例について説明する。
【００５６】
図１は、本実施の形態のスイッチングシステムの構成例を示すブロック図である。スイッチングシステムは、信号送信回路１００と、第一の絶縁素子１４１と、第二の絶縁素子１４２と、第三の絶縁素子１４３と、第一の受信回路１５１と、第二の受信回路１５２と、第三の受信回路１５３と、第一の双方向スイッチ１６１と、第二の双方向スイッチ１６２と、第三の双方向スイッチ１６３とを備える。信号送信回路１００、第一の絶縁素子１４１、および第一の受信回路１５１は、第一の双方向スイッチ１６１の２つのゲートを駆動するゲート駆動回路として機能する。信号送信回路１００、第二の絶縁素子１４２、および第二の受信回路１５２は、第二の双方向スイッチ１６２の２つのゲートを駆動するゲート駆動回路として機能する。信号送信回路１００、第三の絶縁素子１４３、および第三の受信回路１５３は、第三の双方向スイッチ１６３の２つのゲートを駆動するゲート駆動回路として機能する。
【００５７】
信号送信回路１００は、第一の入力端子１２１と、第二の入力端子１２２と、第三の入力端子１２３と、第一の出力端子１２６と、第二の出力端子１２７と、第三の出力端子１２８とを有している。信号送信回路１００は、高周波発振回路１２０とスイッチング混合回路１０１を備える。高周波発振回路１２０は、高周波を発生する。高周波とは、例えば、１ＭＨｚ以上１００ＧＨｚ以下の周波数を有する電磁波を意味する。高周波は、例えば５ＧＨｚである。高周波は例えば、正弦波高周波である。正弦高周波は、例えば、単一の周波数を有する。
【００５８】
高周波発振回路１２０は、スイッチング混合回路１０１に接続されている。第一の入力端子１２１、第二の入力端子１２２及び、第三の入力端子１２３は、例えば配線を介して、スイッチング混合回路１０１に接続されている。スイッチング混合回路１０１は、第一の出力端子１２６、第二の出力端子１２７、第三の出力端子１２８と接続されている。
【００５９】
第一の出力端子１２６は、第一の絶縁素子１４１に接続される。第一の絶縁素子１４１は、第一の受信回路１５１に接続される。第一の受信回路１５１は、第一の双方向スイッチ１６１のゲートに接続される。第二の出力端子１２７は、第二の絶縁素子１４２を接続される。第二の絶縁素子１４２は、第二の受信回路１５２に接続される。第二の受信回路１５２は、第二の双方向スイッチ１６２のゲートに接続される。第三の出力端子１２８は、第三の絶縁素子１４３に接続される。第三の絶縁素子１４３は、第三の受信回路１５３に接続される。第三の受信回路１５３は、第三の双方向スイッチ１６３に接続される。
【００６０】
第一の双方向スイッチ１６１は、２つのゲート端子と、２つのソース端子を有する。第一の双方向スイッチ１６１の一方のソース端子は、第一の端子１６６に接続され、他方のソース端子は、第四の端子１６９に接続される。第二の双方向スイッチ１６２は２つのソース端子を有する。第二の双方向スイッチ１６２の一方のソース端子は、第二の端子１６７に接続され、他方のソース端子は、第四の端子１６９に接続される。第三の双方向スイッチ１６３は２つのソース端子を有する。第三の双方向スイッチ１６３の一方のソース端子は第三の端子１６８に接続され、他方のソース端子は第四の端子１６９に接続される。
【００６１】
スイッチング混合回路１０１は、入力された高周波と、第一の入力端子１２１、第二の入力端子１２２、または、第三の入力端子１２３から入力された低周波の入力信号とを混合して、出力する。言い換えると、スイッチング混合回路１０１は、高周波を、第一の入力端子１２１、第二の入力端子１２２、または第三の入力端子１２３から入力された低周波の入力信号に応じて、振幅変調して、被変調信号を出力する。高周波の周波数は例えば、５ＧＨｚである。
【００６２】
第一の入力端子１２１から第一の入力信号が入力された場合、第一の出力端子１２６から第一の被変調信号が出力される。第二の入力端子１２２から第二の入力信号が入力された場合、第二の出力端子１２７から第二の被変調信号が出力される。第三の入力端子１２３から第三の入力信号が入力された場合、第三の出力端子１２８から第三の被変調信号が出力される。第一の絶縁素子１４１、第二の絶縁素子１４２、及び第三の絶縁素子１４３のそれぞれは、電磁界共鳴結合器である。電磁界共鳴結合器は、１次側から入力された信号を、２次側に出力する素子である。電磁界共鳴結合器において、１次側の信号配線及び基準グランド配線と、２次側の信号配線及び基準グランドとは、直流的に絶縁されている。
【００６３】
第一の絶縁素子１４１、第二の絶縁素子１４２、及び第三の絶縁素子１４３のぞれぞれは、１次側から入力される信号を２つに分割して、２次側へ出力する。第一の受信回路１５１、第二の受信回路１５２、及び第三の受信回路１５３のそれぞれは、被変調信号の高周波成分を整流して直流にする。言い換えると、各受信回路は、高周波成分を含む被変調信号が入力されたときに、その振幅の包絡線を検出する。各受信回路は、振幅変調された高周波信号が入力されると、高周波信号の振幅に相当する低周波の波形を出力する。
【００６４】
第一の双方向スイッチ１６１は、第一の端子１６６と第四の端子１６９との間の抵抗値を変化させる、またはオン、オフさせることができる。第一の双方向スイッチ１６１の一方のゲート端子には、第一の端子１６６を基準とするゲート電圧が印加される。第一の双方向スイッチ１６１の他方のゲート端子には、第四の端子１６９を基準とするゲート電圧が印加される。これらのゲート電圧により第一の双方向スイッチ１６１は制御される。第二の双方向スイッチ１６２は、第二の端子１６７と第四の端子１６９との間の抵抗値を変化させる、またはオン、オフさせることができる。第二の双方向スイッチ１６２の一方のゲート端子には、第二の端子１６７を基準とするゲート電圧が印加される。第二の双方向スイッチ１６２の他方のゲート端子には、第四の端子１６９を基準とするゲート電圧が印加される。これらのゲート電圧により第二の双方向スイッチ１６２は制御される。第三の双方向スイッチ１６３は、第三の端子１６８と第四の端子１６９との間の抵抗値を変化させる、またはオン、オフさせることができる。第三の双方向スイッチ１６３の一方のゲート端子には、第三の端子１６８を基準とするゲート電圧が印加される。第三の双方向スイッチ１６３の他方のゲート端子には、第四の端子１６９を基準とするゲート電圧が印加される。これらのゲート電圧により第三の双方向スイッチ１６３は制御される。
【００６５】
第一の双方向スイッチ１６１のゲートには第一の受信回路１５１が接続されている。そのため、第一の受信回路１５１に高周波が入力されたとき、第一の双方向スイッチ１６１は、第一の端子１６６と第四の端子１６９間を導通させる。信号送信回路１００、第一の受信回路１５１、第二の受信回路１５２、第三の受信回路１５３、第一の双方向スイッチ１６１と、第二の双方向スイッチ１６２、及び第三の双方向スイッチ１６３は、窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体から形成されていてもよい。第一の絶縁素子１４１、第二の絶縁素子１４２、第三の絶縁素子１４３は、プリント基板で作製されていてもよい。
【００６６】
（動作）
スイッチングシステムの全体動作の一例について、図１から図３を参照しながら説明する。図２は、スイッチング混合回路１０１に入出力される信号の時間波形を例示している。図３は、第一の入力信号１７１と、第一の受信回路１５１に入出力される信号の時間波形を例示している。
【００６７】
第一の入力信号１７１が第一の入力端子１２１に入力されると、第一の入力信号１７１はスイッチング混合回路１０１に入力される。スイッチング混合回路１０１には、高周波発振回路１２０からの高周波が入力されている。高周波は例えば５ＧＨｚの周波数を有する。スイッチング混合回路は、第一の入力信号１７１で高周波を変調して第一の被変調信号１７６を生成し、これを第一の出力端子１２６に出力する。図２は、第一の入力信号１７１と第一の被変調信号１７６の時間波形の一例を示している。
【００６８】
第一の出力端子１２６から出力された第一の被変調信号１７６は、第一の絶縁素子１４１に入力される。
【００６９】
第一の絶縁素子１４１は、第一の被変調信号１７６を第一の被変調信号１７６ａと第一の被変調信号１７６ｂに分割して、それらを出力する。図３は、第一の絶縁素子１４１が出力する第一の被変調信号１７６ａと第一の被変調信号１７６ｂの時間波形の一例を示している。第一の絶縁素子１４１は、例えば、電磁界共鳴結合器である。この場合、第一の絶縁素子１４１の入力側である１次側と、第一の絶縁素子１４１の出力である２次側は、直流的に絶縁されている。言い換えると、第一の絶縁素子１４１において、一次側の信号配線及びグランド配線と、二次側の信号配線及びグランド配線とは、直流的に絶縁されている。
【００７０】
第一の絶縁素子１４１から出力された２つの第一の被変調信号１７６ａ，１７６ｂは、第一の受信回路１５１に入力される。第一の受信回路１５１は、高周波を整流する回路である。第一の受信回路１５１は、２つの第一の被変調信号１７６ａ，１７６ｂを整流して、２つの第一のゲート信号１８１ａ，１８１ｂを出力する。図３は、第一の受信回路１５１が出力する第一のゲート信号１８１ａの時間波形と第一のゲート信号１８１ｂの時間波形の一例を示している。例えば、第一の受信回路１５１は、第一の被変調信号１７６ａを整流して、第一の被変調信号１７６ａの振幅の包絡線に相当する波形を有する第一のゲート信号１８１ａを生成する。第一のゲート信号１８１ａは、第一の入力信号１７１と同等の波形を有する。
【００７１】
第一の受信回路１５１で生成された第一のゲート信号１８１ａは、第一の端子１６６を基準グランドとして、第一の双方向スイッチ１６１の一方のゲートに入力される。第一の受信回路１５１で生成された第一のゲート信号１８１ｂは、第四の端子１６９を基準グランドとして、第一の双方向スイッチ１６１の他方のゲートに入力される。第一の双方向スイッチ１６１の２つのゲートに第一のゲート信号１８１ａ，１８１ｂが入力されると、第一の双方向スイッチ１６１はオン状態となり、第一の端子１６６と第四の端子１６９との間が導通する。
【００７２】
第二の入力端子１２２に第二の入力信号１７２が入力された場合、第三の入力端子１２３に第三の入力信号１７３が入力された場合も同様な動作が行われうる。第二の入力端子１２２に第二の入力信号１７２が入力された場合、第二の双方向スイッチ１６２がオン状態となり、第二の端子１６７と第四の端子１６９との間が導通する。第三の入力端子１２３に第三の入力信号１７３が入力された場合、第三の双方向スイッチ１６３がオン状態となり、第三の端子１６８と第四の端子１６９との間が導通する。
【００７３】
（スイッチング混合回路１０１：構成）
スイッチング混合回路１０１について、詳しく述べる。
【００７４】
スイッチング混合回路１０１は、１つの高周波入力端子１２４と、３つの制御入力端子と、３つの出力端子を有する。スイッチング混合回路１０１は、３つの出力端子から１つの出力端子を選択し、かつ、選択される出力端子を切り替えることによって、１つの高周波から３つの被変調信号を出力する。図４は、スイッチング混合回路１０１の具体例を図４示す。
図４に示されるスイッチング混合回路１０１は、高周波入力端子１２４、電源端子１２５、グランド端子１２９、第一の入力端子１２１、第二の入力端子１２２、第三の入力端子１２３、第一の出力端子１２６、第二の出力端子１２７、第三の出力端子１２８、第一のトランジスタ１３１、第二のトランジスタ１３２、第三のトランジスタ１３３、及び第四のトランジスタ１３４を含む。
【００７５】
第二のトランジスタ１３２のドレインは、第一の出力端子１２６に接続されている。第三のトランジスタ１３３のドレインは、第二の出力端子１２７に接続されている。第四のトランジスタ１３４のドレインは、第三の出力端子１２８に接続されている。第二のトランジスタ１３２のドレインは、第一のバイアス回路を介して、電源端子１２５にさらに接続されている。第三のトランジスタ１３３のドレインは、第二のバイアス回路を介して、電源端子１２５にさらに接続されている。第四のトランジスタ１３４のドレインは、第三のバイアス回路を介して、電源端子１２５にさらに接続されている。各バイアス回路は、インダクタを具備する。第二のトランジスタ１３２のソースは第一のトランジスタ１３１のドレインに接続されている。第三のトランジスタ１３３のソースは第一のトランジスタ１３１のドレインに接続されている。第四のトランジスタ１３４のソースは第一のトランジスタ１３１のドレインに接続されている。第二のトランジスタ１３２のゲートは、抵抗を介して、第一の入力端子１２１と接続されている。第三のトランジスタ１３３のゲートは、抵抗を介して、第二の入力端子１２２と接続されている。第四のトランジスタ１３４のゲートは、抵抗を介して、第三の入力端子１２３と接続されている。
【００７６】
第一のトランジスタ１３１のゲートは、高周波入力端子１２４と接続され、第一のトランジスタ１３１のソースはグランド端子に接続されている。第一のトランジスタ１３１、第二のトランジスタ１３２、第三のトランジスタ１３３、及び第四のトランジスタ１３４は、例えば、ディップレッション型、かつ、ノーマリーオン型のＧａＮの電界効果トランジスタである。
【００７７】
（スイッチング混合回路１０１：動作）
スイッチング混合回路１０１において、電源電圧は、グランド端子１２９を基準として電源端子１２５に印加されている。高周波入力端子１２４には、連続波である高周波が入力される。第一の入力端子１２１には第一の入力信号１７１が入力され、第二の入力端子１２２には第二の入力信号１７２が入力され、第三の入力端子１２３には第三の入力信号１７３が入力される。第一のトランジスタ１３１のゲートに、高周波入力端子１２４から入力された高周波が入力されている。これにより、ゲートに入力される高周波振幅に応じて、第一のトランジスタ１３１がオンまたはオフする。言い換えると、第一のトランジスタ１３１は、高周波入力端子１２４から入力された高周波を増幅し、増幅された高周波を第一のトランジスタ１３１のドレインから出力する。
【００７８】
第二のトランジスタ１３２、第三のトランジスタ１３３及び、第四のトランジスタ１３４は、それぞれ、スイッチの役割をしている。第一の入力端子１２１に電圧が印加されると、第二のトランジスタ１３２がオンとなり、第一の出力端子１２６と第一のトランジスタ１３１のドレインとの間を導通させる。このとき、第一のトランジスタ１３１によって増幅された高周波は、第二のトランジスタ１３２を通じて第一の出力端子１２６から出力される。この第一の出力端子１２６から出力される高周波は、第一の被変調信号１７６を構成する。第三のトランジスタ１３３、及び第四のトランジスタ１３４の動作も同様に説明される。
【００７９】
図２は、第一の入力信号１７１、第一の被変調信号１７６、第二の入力信号１７２、第二の被変調信号１７７、第三の入力信号１７３、及び、第三の被変調信号１７８の時間波形を例示している。第一の入力端子１２１に第一の入力信号１７１が入力されると、第一の出力端子１２６から、第一の被変調信号１７６が出力される。第二の入力端子１２２から第二の入力信号１７２が入力されると、第二の出力端子１２７から第二の被変調信号１７７が出力される。第三の入力端子１２３から第三の入力信号１７３が入力されると、第三の出力端子１２８から、第三の被変調信号１７８が出力される。
【００８０】
図２に示されるように、第一の入力信号１７１、第二の入力信号１７２、および第三の入力信号１７３のうち１つが入力される間、他の２つは入力されない。言い換えると、第一の入力信号１７１が入力されるタイミングと、第二の入力信号１７２が入力されるタイミングと、第三の入力信号１７３が入力されるタイミングとは、排他関係にある。例えば、第一の入力信号１７１が入力されている期間には、第二の入力信号１７２及び第三の入力信号１７３は入力されない。
【００８１】
３×３マトリックスコンバータにおいて、例えば、３相電源の１つの端子に共通して接続された３つの双方向スイッチのうち２つ以上が同時にオンになると、貫通電流によって回路素子やモータが破壊されるおそれがある。これに対して、スイッチング混合回路１０１は、互いに排他的な３つの被変調信号を出力するため、例えば、３×３マトリックスコンバータに適用されうる。
【００８２】
スイッチング混合回路１０１は、３つの出力端子のうち、１つの出力端子からのみしか高周波を出力しない。なお、着目する出力端子が「高周波を出力しない」あるいは「被変調信号を出力しない」とき、着目する出力端子からの出力強度に対する別の出力端子からの出力強度の比は１０ｄＢ以上である。換言すると、本開示における「被変調信号が出力されない」は、そのような関係を満たすものとして定義される。他方、着目する出力端子が「高周波を出力する」あるいは「被変調信号を出力する」とき、別の出力端子からの出力強度に対する着目する出力端子からの出力強度の比は１０ｄＢ以上である。換言すると、本開示における「被変調信号が出力される」は、そのような関係を満たすものとして定義される。
【００８３】
図５は、信号送信回路１００の実施例において、各出力端子から出力された被変調信号の時間波形を示す。図５に示されるように、第一の出力端子１２６からの出力、第二の出力端子１２７からの出力、及び第三の出力端子１２８からの出力は、互いに排他的な関係を有していた。
【００８４】
信号送信回路１００は、このような排他的な出力動作によって、１つの高周波から、３つの制御信号を作成することができる。すなわち、３つの制御信号に対して高周波発振回路１２０を１つとすることができる。これにより、消費電力が小さい信号送信回路１００、ゲート駆動回路、及びパワースイッチングシステムを実現できる。
【００８５】
信号送信回路１００は、例えば、ワンチップで実現されうる。これにより、３つの被変調信号を出力する信号送信回路１００が、小型化されうる。信号送信回路１００が集積されている場合、配線のための領域が小さくなり、ワイヤ接続などの組立てコストを安くすることができる。さらに、各配線距離に起因する信号の遅延をなくすことができ、タイミングのそろった被変調信号を生成できる。このような信号送信回路１００が、例えば図１に示されるようなスイッチングシステムに適用される場合、双方向スイッチなどのパワーデバイスを効率よく駆動することができ、スイッチング特性を向上させることができる。
【００８６】
従来のゲート駆動回路は、３つのゲート信号を生成するために、３つの絶縁電源を備え、常に３系統の電力が供給されていた。一方、本実施の形態の信号送信回路１００は、１つの電源の電力を、各３つのゲート信号(厳密に言うと、３つのゲート信号の元となる３つの被変調信号)に振り分けて使用する。つまり、信号送信回路１００は、ある１つのゲート信号がオフ状態の間は、他のオン状態のゲート信号に電力が使用される。そのため、信号送信回路１００は、電力を３分の１に低減することができ、効率が良い。
【００８７】
従来の３つの双方向スイッチを有するスイッチングシステムは、３つの双方向スイッチを駆動するために、６個の絶縁電源を備えていた。一方、図１に示されるように、各絶縁素子が被変調信号を２つに分割して出力する場合、本実施の形態の信号送信回路１００は、１つの電力で３つの双方向スイッチを駆動することができる。これにより、信号送信回路１００を備えるスイッチングシステムは、消費電力が６分の１とすることができる。
【００８８】
従来のゲート駆動回路は、絶縁トランスやフォトカップラが別々に備えていた。本実施の形態のスイッチングシステムにおいて、一方、各絶縁素子が電磁界共鳴結合器である場合、システムを小型化できる。
【００８９】
本実施の形態のスイッチングシステムにおいて、複数の信号間の遅延、及びタイミングずれはほとんど発生しない。そのため、本実施の形態のスイッチングシステムは、例えば、デットタイムなしで動作するマトリックスコンバータを実現しうる。
【００９０】
さらに、本実施の形態のスイッチングシステムが双方向スイッチを有する場合、スイッチングシステムは、例えば、還流ダイオードを有さないマトリックスコンバータを実現しうる。
【００９１】
本実施の形態のスイッチングシステムにおいて、絶縁素子が電磁界共鳴結合器である場合、配線数の削減、ワイヤ接続の工程削減による低コスト化、配線領域の削減による小型化、配線遅延の削減による高速化の少なくとも１つが実現されうる。
【００９２】
（マトリックスコンバータ）
図６は、本実施の形態に係る信号送信回路を含む３相ＡＣマトリックスコンバータシステムの一例を示す。
【００９３】
図６に示される３相ＡＣマトリックスコンバータシステムは、集積送信回路６０２、集積絶縁素子６０３、集積パワーデバイス６０４で構成される。集積送信回路６０２は、本実施の形態に係る信号送信回路を含む複数の信号送信回路が集積されている。集積送信回路６０２は、例えば、第一の入力端子６２１、第二の入力端子６２２、第三の入力端子６２３とを備える。集積絶縁素子６０３は、被変調信号を絶縁伝送する素子である。集積絶縁素子６０３は、例えば、共鳴結合器が集積化されている。集積パワーデバイス６０４は、被変調信号を整流してゲート信号を生成する受信回路と、ゲート信号で駆動される双方向スイッチとが集積化されている。３相ＡＣマトリックスコンバータは、三相電源から第四の端子６６９を介して電力が供給される。３相ＡＣマトリックスコンバータの出力は、三相モータの第一の端子６６６、第二の端子６６７、及び第三の端子６６８に供給される。
【００９４】
集積送信回路６０２は、９個の高周波信号を出力する回路である。集積送信回路６０２は、例えば、図１の信号送信回路１００を３個で構成される。集積絶縁素子６０３は、例えば、９個の電磁界共鳴結合器で構成される。各電磁界共鳴結合器は、１つの被変調信号が入力され、２つの高周波信号を出力する。集積パワーデバイス６０４は９個のユニットを含み、各ユニットは、双方向スイッチと受信回路とが組み合わされて構成されている。集積パワーデバイス６０４は、第一の双方向スイッチ６６１、第二の双方向スイッチ６６２、第三の双方向スイッチ６６３、第一の受信回路６５１、第二の受信回路６５２、及び第三の受信回路６５３を含む。以上の構成により、非常に小型のマトリックスコンバータが実現されうる。
【００９５】
図７は、図９の３相ＡＣマトリックスコンバータシステムの具体例の上面図を示す。図８は、図７に示されるＡ−Ａ’線上の断面模式図を示す。
【００９６】
ヒートシンク６０５の上にプリント基板が配置されている。集積絶縁素子６０３は、プリント基板内に形成されている。基板の上部に集積送信回路６０２が実装されている。プリント基板の一部に、ヒートシンク６０５まで貫通する穴が形成されている。その穴の中に集積パワーデバイス６０４が配置され、ヒートシンク６０５と接触している。集積絶縁素子６０３は、集積パワーデバイス６０４と集積送信回路６０２との間に配置されている。このような配置とすることで、高周波領域と低周波領域を分けることができ、安定して動作するマトリックスコンバータシステムが実現されうる。
【００９７】
集積送信回路６０２は、例えば、集積絶縁素子６０３の上に設置されてもよい。
【００９８】
本実施の形態に係る共鳴結合器を含むスイッチングシステムは、これに限定されない。スイッチングシステムは、例えば、その他のマトリクスコンバータ、または、電力変換装置であってもよい。電力変換装置は、例えば、２相３相変換システム、単相３相変換システム、または２相２相変換システムであってもよい。
【００９９】
スイッチング混合回路１０１は、少なくとも１つの入力端子を備えればよい。例えば、スイッチング混合回路１０１は、１つだけの入力端子を有してもよい。この場合、スイッチング混合回路１０１は、例えば、入力端子から入力された入力信号が高周波を変調する各タイミングをずらして、第一の入力信号１７１、第二の入力信号１７２、及び第三の入力信号１７３を生成してもよい。
【０１００】
第一の入力端子１２１に第一の入力信号１７１が入力される期間と、第二の入力端子１２２に第二の入力信号１７２が入力される期間と、第三の入力端子１２３に第三の入力信号１７３が入力される期間との少なくともいずれかの間に、第一の入力端子１２１、第二の入力端子１２２、および第三の入力端子１２３のいずれにも信号が入力されないデットタイムが設けられてもよい。
【０１０１】
第一の出力端子１２６から第一の被変調信号１７６が出力される期間、第二の出力端子１２７から第二の被変調信号１７７が出力される期間、第三の出力端子１２８から第三の被変調信号１７８が出力される期間に加えて、さらに、第一の出力端子１２６、第二の出力端子１２７、及び第三の出力端子１２８のいずれからも信号が出力されない期間が設けられてもよい。
【０１０２】
第一のトランジスタ１３１、第二のトランジスタ１３２、及び第三のトランジスタ１３３は、ノーマリーオフ型であってもよい。
【０１０３】
信号送信回路１００、第一の受信回路１５１、第二の受信回路１５２、第三の受信回路１５３、第一の双方向スイッチ１６１、第二の双方向スイッチ１６２、及び第三の双方向スイッチ１６３の少なくとも１つは、窒化ガリウム（ＧａＮ）以外の半導体から形成されてもよい。第一の絶縁素子１４１、第二の絶縁素子１４２、及び、第三の絶縁素子１４３は、プリント基板以外の基板に作製されてもよい。第一の絶縁素子１４１、第二の絶縁素子１４２、及び、第三の絶縁素子１４３は、例えば、セラミック、多層誘電体、半導体などの基板に作成されてもよい。第一の絶縁素子１４１及び、第二の絶縁素子１４２及び、第三の絶縁素子１４３は、電磁界共鳴結合器でなくてもよい。第一の絶縁素子１４１及び、第二の絶縁素子１４２及び、第三の絶縁素子１４３は、例えば、容量結合器やトランスであってもよい。第一の絶縁素子１４１、第二の絶縁素子１４２、及び第三の絶縁素子１４３は、入力された被変調信号を分割して出力しなくてもよい。第一の絶縁素子１４１、第二の絶縁素子１４２、及び第三の絶縁素子１４３は、入力された被変調信号を、３つ以上の複数に分割してもよい。第一の双方向スイッチ１６１、第二の双方向スイッチ１６２、第三の双方向スイッチ１６３の替わりに、第一の単方向のスイッチ、第二の単方向スイッチ、第三の単方向スイッチが設けられてもよい。
【０１０４】
高周波の周波数は、例えば、数ＭＨｚから１００ＧＨｚの間の任意の値であってもよい。高周波の周波数が高いほど、システムを小型化できる。
【０１０５】
なお、本開示は、これらの実施の形態またはその変形例に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態またはその変形例に施したもの、あるいは異なる実施の形態またはその変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本開示は、例えば、マトリックスコンバータ等の電力変換器やパワーシステムなどに利用されうる。
【符号の説明】
【０１０７】
１００    信号送信回路
１０１    スイッチング混合回路
６０２    集積送信回路
６０３    集積絶縁素子
６０４    集積パワーデバイス
６０５    ヒートシンク
１２０    高周波発振回路
１２１，６２１    第一の入力端子
１２２，６２２    第二の入力端子
１２３，６２３    第三の入力端子
１２４    高周波入力端子
１２５    電源端子
１２６    第一の出力端子
１２７    第二の出力端子
１２８    第三の出力端子
１２９    グランド端子
１３１    第一のトランジスタ
１３２    第二のトランジスタ
１３３    第三のトランジスタ
１３４    第四のトランジスタ
１４１    第一の絶縁素子
１４２    第二の絶縁素子
１４３    第三の絶縁素子
１５１，６５１    第一の受信回路
１５２，６５２    第二の受信回路
１５３，６５３    第三の受信回路
１６１，６６１    第一の双方向スイッチ
１６２，６６２    第二の双方向スイッチ
１６３，６６３    第三の双方向スイッチ
１６６，６６６    第一の端子
１６７，６６７    第二の端子
１６８，６６８    第三の端子
１６９，６６９    第四の端子
１７１    第一の入力信号
１７２    第二の入力信号
１７３    第三の入力信号
１７６，１７６ａ，１７６ｂ    第一の被変調信号
１７７    第二の被変調信号
１７８    第三の被変調信号
１８１ａ，１８１ｂ    第一のゲート信号
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図５】
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