(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子、第２端子、及びゲート端子を有し、該第１端子が直流電圧発生源の正極に接続された第１のトランジスタと、
第１端子、第２端子、及びゲート端子を有する第２のトランジスタであり、該第２のトランジスタの該第１端子が前記第１のトランジスタの前記第２端子に接続されており、該第２のトランジスタの該第２端子は前記直流電圧発生源の負極に接続されている、該第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタの前記第１端子と前記第１のトランジスタの前記ゲート端子との間に接続された第１のゲート信号発生器と、
前記第２のトランジスタの前記第２端子と前記第２のトランジスタの前記ゲート端子との間に接続された第２のゲート信号発生器と、
を備え、
前記第１のゲート信号発生器及び前記第２のゲート信号発生器は、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタを交互に導通させ、
前記第１のトランジスタのゲート端子には、該第１のトランジスタの前記第１端子の電圧を基準に前記第１のゲート信号発生器からゲート信号が与えられ、
前記第２のトランジスタのゲート端子には、該第２のトランジスタの前記第２端子の電圧を基準に前記第２のゲート信号発生器からゲート信号が与えられ、
前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとは、異なる材質のワイドバンドギャップ半導体から構成されており、
前記第１のトランジスタは、ダイヤモンド又は立方晶窒化硼素から構成されており、前記第２のトランジスタは、ＳｉＣ又はＧａＮから構成されている、
スイッチング電源。
【請求項２】
前記第１のトランジスタは、Ｐチャネル接合型トランジスタであり、
前記第２のトランジスタは、Ｎチャネル接合型トランジスタである、
請求項１に記載のスイッチング電源。
【請求項３】
前記第１のトランジスタを構成するワイドバンドギャップ半導体は、ダイヤモンドである、請求項１又は２に記載のスイッチング電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源には、第１のＮチャネルＭＯＳトランジスタ及び第２のＮチャンネルＭＯＳトランジスタが直流電圧発生源の正極と負極の間に設けられたものがある。このスイッチング電源では、第１のＮチャネルトランジスタ及び第２のＮチャネルトランジスタのそれぞれに与えるゲート電圧を制御することにより、第１のＮチャネルトランジスタ及び第２のＮチャネルトランジスタが交互に導通される。
【０００３】
このようなスイッチング電源では、第２のＮチャネルトランジスタは負極に接続された端子の電圧を基準にゲート端子にゲート電圧が与えられる。一方、第１のＮチャネルトランジスタには、第１のＮチャネルトランジスタと第２のＮチャネルトランジスタの間の中点の電圧を基準にゲート端子にゲート電圧が与えられる。
【０００４】
しかしながら、中点は直流電圧発生源の正極及び負極の何れにも接続されていない。したがって、中点の電圧は変動する。そのため、従来のスイッチング電源では、例えば、非特許文献１に記載されているように、フォトトカプラやトランスを介してゲート電圧がゲート端子に与えられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】稲葉保著、「パワーＭＯＳ  ＦＥＴ活用の基礎と実際」、第６版、ＣＱ出版株式会社、２０１０年２月１日、第１３６頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来のスイッチング電源は、その高速駆動に限界が生じ得る。例えば、フォトトカプラでの遅延により、スイッチング電源の高速駆動に限界が生じ得る。
【０００７】
したがって、本技術分野においては、高速駆動が可能なスイッチング電源が要請されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係るスイッチング電源は、第１のトランジスタ、及び第２のトランジスタを備えている。第１のトランジスタは、直流電圧発生源の正極に接続されている。第２のトランジスタは、第１のトランジスタと直流電圧発生源の負極との間に接続されている。第１のトランジスタと第２のトランジスタは、交互に導通される。第１のトランジスタのゲート端子には、正極に接続された当該第１のトランジスタの端子の電圧を基準にゲート信号が与えられる。第２のトランジスタのゲート端子には、負極に接続された当該第２のトランジスタの端子の電圧を基準にゲート信号が与えられる。第１のトランジスタと第２のトランジスタとは、異なる材質のワイドバンドギャップ半導体から構成されている。
【０００９】
このスイッチング電源においては、直流電圧発生源の正極に接続された第１のトランジスタのゲート端子には、当該正極に接続された端子の電圧を基準にゲート電圧が与えられる。したがって、フォトカプラやトランスを介することなく、基準の安定したゲート電圧を第１のトランジスタに与えることが可能である。故に、このスイッチング電源は高速動作が可能である。また、第２のトランジスタに一般的に用いられる半導体と異なるワイドバンドギャップ半導体を用いることにより、高速動作を必要とするスイッチング電源において、正極に接続された端子の電圧を基準に駆動可能な第１のトランジスタを実現可能である。
【００１０】
一実施形態においては、第１のトランジスタは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタであり、第２のトランジスタは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタで有り得る。また、一実施形態においては、第１のトランジスタを構成するワイドバンドギャップ半導体はダイヤモンドであってもよい。トランジスタの構造は、ＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）に限られるものではなく、接合型トランジスタ（ＪＦＥＴ）であってもよい。また、トランジスタは、縦型又は横型のトランジスタに限られるものではない。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、高速駆動が可能なスイッチング電源が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係るスイッチング電源の回路図である。
【図２】別の一実施形態に係るスイッチング電源の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１４】
図１は、一実施形態に係るスイッチング電源の回路図である。図１に示すスイッチング電源１０は、第１のトランジスタＴｒ１及び第２のトランジスタＴｒ２を備えている。一実施形態においては、スイッチング電源１０は、キャパシタＣ１０、インダクタＬ１０、及び、キャパシタＣ１２を更に備え得る。
【００１５】
トランジスタＴｒ１は、直流電圧発生源１４の正極に接続されている。一方、トランジスタＴｒ２は、直流電圧発生源１４の負極とトランジスタＴｒ１の間に接続されている。この直流電圧発生源１４には、図１に示すように、キャパシタＣ１０が並列に接続されている。また、トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２との間の中点Ｎ１０には、インダクタＬ１０の一端が接続されており、このインダクタＬ１０の他端には、キャパシタＣ１２の一端が接続されている。キャパシタＣ１２の他端は、直流電圧発生源１４の負極に接続されている。このスイッチング電源１０には、キャパシタＣ１２と並列に負荷Ｌが接続される。
【００１６】
以下、より詳細にスイッチング電源１０の構成について説明する。図１に示すように、トランジスタＴｒ２の第１端子は中点Ｎ１０に接続されており、トランジスタＴｒ２の第２端子は、直流電圧発生源１４の負極に接続されている。トランジスタＴｒ２は、ゲート信号発生器Ｇ２からのゲート信号によって制御される。このゲート信号発生器Ｇ２は、直流電圧発生源１４の負極に接続された第２端子の電圧を基準にゲート信号を、トランジスタＴｒ２に与える。
【００１７】
一実施形態においては、トランジスタＴｒ２は、Ｎチャネル接合型トランジスタ又はＭＯＳトランジスタであり得る。この場合に、トランジスタＴｒ２の第１端子はドレイン端子であり、第２端子はソース端子である。より詳細には、トランジスタＴｒ２は、縦型又は横型のＮチャネル接合型トランジスタ又はＭＯＳトランジスタで有り得る。Ｎチャネルトランジスタを構成するワイドバンドギャップ半導体としては、ＳｉＣやＧａＮといった半導体が例示される。
【００１８】
一方、トランジスタＴｒ１の第１端子は、直流電圧発生源１４の正極に接続されており、トランジスタＴｒ１の第２端子は、中点Ｎ１０に接続されている。トランジスタＴｒ１は、ゲート信号発生器Ｇ１からのゲート信号によって制御される。このゲート信号発生器Ｇ１は、直流電圧発生源１４の正極に接続された第１端子の電圧を基準にゲート信号を、トランジスタＴｒ１に与える。
【００１９】
本スイッチング電源１０においては、トランジスタＴｒ１は、トランジスタＴｒ２とは異なるワイドバンドギャップ半導体から構成されている。一実施形態においては、トランジスタＴｒ１は、Ｐチャネルの接合型トランジスタ又はＭＯＳトランジスタであり得る。この場合に、トランジスタＴｒ１の第１端子はドレイン端子であり、第２端子は、ソース端子である。Ｐチャネルトランジスタを構成するワイドバンドギャップ半導体としては、ダイヤモンド又はｃＢＮ（立方晶窒化硼素）が例示される。それぞれのトランジスタは縦型及び横型の何れであってもよい。
【００２０】
このスイッチング電源１０では、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２が、ゲート信号発生器Ｇ１及びゲート信号発生器Ｇ２からのゲート信号それぞれによって、交互に導通される。これにより、キャパシタＣ１２には、略直流の電圧が発生し、負荷Ｌに直流電力が与えられる。
【００２１】
かかる構成のスイッチング電源１０においては、直流電圧発生源１４の正極に接続された第１のトランジスタＴｒ１のゲート端子には、当該正極に接続された端子の電圧を基準にゲート電圧が与えられる。したがって、フォトカプラやトランスを介することなく、基準の安定したゲート電圧を第１のトランジスタＴｒ１に与えることが可能である。故に、このスイッチング電源１０は高速動作が可能である。
【００２２】
また、第２のトランジスタＴｒ２に一般的に用いられる半導体材料と異なるワイドバンドギャップ半導体を用いることにより、正極に接続された電圧を基準に駆動可能な第１のトランジスタを実現するこが可能となっている。より詳細に説明すれば、Ｓｉといった半導体から構成された従来のＰチャネルＭＯＳトランジスタ又は接合型トランジスタは、定格ドレイン電流が小さい、即ち、電流容量が小さいという特性のために、高速動作を必要とするスイッチング電源に対しては適切でなかった。一方、ダイヤモンド又はｃＢＮといった第２のトランジスタＴｒ２とは異なるワイドバンドギャップ半導体を用いることにより、高速動作を必要とするスイッチング電源１０において、正極に接続された端子の電圧を基準に駆動可能な第１のトランジスタＴｒ１を実現可能である。
【００２３】
以下、別の実施形態に係るスイッチング電源について説明する。図２は、別の実施形態のスイッチング電源の回路図である。図２に示すスイッチング電源２０は、第１のトランジスタＴｒ１及び第２のトランジスタＴｒ２に加えて、第３のトランジスタＴｒ３及び第４のトランジスタＴｒ４を更に備えている。
【００２４】
また、スイッチング電源２０は、スイッチング電源１０のキャパシタＣ１０と同様のキャパシタＣ２０を備え得る。このキャパシタＣ２０は、直流電圧発生源２４と並列に接続されている。
【００２５】
トランジスタＴｒ１は、直流電圧発生源２４の正極に接続されており、トランジスタＴｒ２は、直流電圧発生源２４の負極とトランジスタＴｒ１との間に接続されている。トランジスタＴｒ２は、トランジスタＴｒ１を構成する半導体とは異なるワイドギャップ半導体から構成されている。一実施形態においては、トランジスタＴｒ１は、横型のＰチャネル接合型トランジスタであり、トランジスタＴｒ２は、横型のＮチャネル接合型トランジスタであり得る。Ｎチャネル接合型トランジスタは、ＳｉＣやＧａＮといった半導体材料から構成することができ、横型のＰチャネル接合型トランジスタは、ダイヤモンド又はｃＢＮといった半導体材料から構成することができる。
【００２６】
ゲート信号発生源Ｇ１は、直流電圧発生源２４の正極に接続されたトランジスタＴｒ１の端子の電圧を基準にトランジスタＴｒ１にゲート信号を与える。また、ゲート信号発生源Ｇ２は、直流電圧発生源２４の負極に接続されたトランジスタＴｒ２の端子の電圧を基準にトランジスタＴｒ２にゲート信号を与える。
【００２７】
トランジスタＴｒ３は、トランジスタＴｒ１と並列に設けられており、直流電圧発生源２４の正極に接続されている。トランジスタＴｒ４は、トランジスタＴｒ２と並列に設けられており、直流電圧発生源２４の負極とトランジスタＴｒ３との間に接続されている。
【００２８】
トランジスタＴｒ３は、トランジスタＴｒ４を構成する半導体とは異なるワイドギャップ半導体から構成されている。一実施形態においては、トランジスタＴｒ３は、縦型のＰチャネルＭＯＳトランジスタであり、トランジスタＴｒ４は、縦型又は横型のＮチャネル接合型トランジスタ又はＭＯＳトランジスタであり得る。Ｎチャネルトランジスタは、ＳｉＣやＧａＮといった半導体材料から構成することができ、ＰチャネルＭＯＳトランジスタは、ダイヤモンド又はｃＢＮといった半導体材料から構成することができる。
【００２９】
より具体的には、トランジスタＴｒ３の第１端子（例えば、ドレイン端子）は、直流電圧発生源２４の正極に接続されており、トランジスタＴｒ３の第２端子（例えば、ソース端子）は、トランジスタＴｒ３とトランジスタＴｒ４の間の中点Ｎ２２に接続されている。トランジスタＴｒ３のゲート端子には、直流電圧発生源２４の正極に接続されたトランジスタＴｒ３の第１端子の電圧を基準にゲート信号発生器Ｇ３からのゲート信号が与えられる。
【００３０】
一方、トランジスタＴｒ４の第１端子（例えば、ドレイン端子）は、中点Ｎ２２に接続されており、トランジスタＴｒ４の第２端子（例えば、ソース端子）は、直流電圧発生源２４の負極に接続されている。トランジスタＴｒ４のゲート端子には、直流電圧発生源２４の負極に接続されたトランジスタＴｒ４の第２端子の電圧を基準にゲート信号発生器Ｇ４からのゲート信号が与えられる。
【００３１】
このスイッチング電源２０においては、トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２の間の中点Ｎ２０と中点Ｎ２２との間に負荷Ｌ２（本例では、インダクタ）が接続される。スイッチング電源２０においては、トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ４が導通されている期間においては、トランジスタＴｒ２及びトランジスタＴｒ３の導通が停止されるよう、ゲート信号発生器Ｇ１〜Ｇ４からゲート信号が与えられる。一方、トランジスタＴｒ２とトランジスタＴｒ３が導通されている期間においては、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ４の導通が停止されるよう、ゲート信号発生器Ｇ１〜Ｇ４からゲート信号が与えられる。これにより、負荷Ｌ２に交流の電圧が与えられる。
【００３２】
スイッチング電源２０においても、直流電圧発生源２４の正極に接続されたトランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ３に、当該正極に接続された端子の電圧を基準にゲート信号が与えられる。したがって、フォトカプラやトランスを介することなく、基準の安定したゲート電圧をトランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ３に与えることが可能である。故に、このスイッチング電源２０は高速動作が可能である。
【００３３】
また、ダイヤモンド又はｃＢＮといったトランジスタＴｒ２及びトランジスタＴｒ４とは異なるワイドバンドギャップ半導体を用いることにより、高速動作を必要とするスイッチング電源２０において、正極に接続された端子の電圧を基準に駆動可能なトランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ３を実現可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０，２０…スイッチング電源、１４，２４…直流電圧発生源，Ｃ１０…キャパシタ、Ｃ１２…キャパシタ、Ｃ２０…キャパシタ、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４…ゲート信号発生器、Ｌ…負荷、Ｌ１０…インダクタ、Ｌ２…負荷（インダクタ）、Ｎ１０，Ｎ２０，Ｎ２２、Ｔｒ１…第１のトランジスタ、Ｔｒ２…第２のトランジスタ、Ｔｒ３…第３のトランジスタ、Ｔｒ４…第４のトランジスタ。
【図１】
0005664180.tif 000002
【図２】
0005664180.tif 000003