(57)【要約】  【課題】電力系回路を遮断する際のアークの発生を防止しつつ、回路遮断部を含む装置全体の小型化を図ることができる回路遮断装置を提供する。  【解決手段】回路遮断装置２０は、電力系回路２１を遮断する回路遮断部２２を備えている。この回路遮断部２２は、電力系回路２１を直接遮断する窒化物半導体デバイス２３を含んで構成される。この窒化物半導体デバイス２３の材料としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮなどが好適に用いられる。また、この回路遮断部２２は、動力用電力系回路や電気自動車用電力系回路を遮断するために好適に用いられる。  【選択図】  図２
2005260613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と負荷との間の電力系回路を遮断する回路遮断部を備えた回路遮断装置であって、
前記回路遮断部は、前記電力系回路を直接遮断する窒化物半導体デバイスを含んで構成されていることを特徴とする回路遮断装置。
【請求項２】
前記電力系回路は動力用電力系回路であることを特徴とする、請求項１記載の回路遮断装置。
【請求項３】
前記電力系回路は電気自動車用電力系回路であることを特徴とする、請求項１または請求項２記載の回路遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系回路を遮断する回路遮断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力系回路を備えた自動車、例えばハイブリッド自動車や電気自動車（以下、電気を動力源とする自動車を総称して単に「電気自動車」とする。）等の開発が進んでいる。これらの電気自動車等の電源（バッテリー等）と負荷との間の動力用電力系回路などには、事故時やメンテナンス中の感電防止を目的として回路遮断手段が設けられている。
【０００３】
この回路遮断手段の具体例として、電力系回路を機械的に遮断する手段が知られている。例えばスイッチを開いたりプラグを抜いたりして回路を遮断する手段としてブレーカ装置（特許文献１参照）や回路遮断装置（特許文献２参照）、コイルに電流を流して電磁的にスイッチを開いて回路を遮断する手段として電源遮断部（特許文献３参照）などが知られており、さらに復帰用のスイッチを備えた回路遮断手段（特許文献４参照）も知られている。また、電力系回路を機械的に遮断すると、遮断箇所においてアークが発生することが知られているが、特許文献１および特許文献２には、回路を遮断する際のアークを抑制することも記載されている。
【０００４】
ところで、電気自動車等のように電源電圧が数十Ｖ〜数百Ｖとなると、電力系回路を機械的に遮断する限り、アークの発生を完全に防止することは困難である。アークが発生すると、電源から大電流が流れ、電力系回路の遮断箇所の劣化・損傷が発生し、また電源として蓄電池（バッテリ）を使用する場合には無駄な放電やそれに伴う劣化が発生するなどの悪影響がある。この問題点を解決するために、電力系回路を遮断する手段として半導体素子を用いることで、回路を遮断する際のアークの発生が防止されることも知られている（特許文献５参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９８７０５号公報
【特許文献２】特開２００２−３１９３３５号公報
【特許文献３】特開平１０−３２２８８０号公報
【特許文献４】特開平１０−９４１０１号公報
【特許文献５】特開平１０−３０２５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前述の各特許文献に記載された回路遮断手段は、下記の課題を有する。特許文献１〜２に記載された技術を用いた場合、回路遮断後に抜かれたプラグの管理が必要となる。また、各特許文献に記載された回路遮断手段について、電源電圧が数十Ｖ〜数百Ｖとなると大型化する傾向にある。なお、特許文献５に記載された半導体素子を用いた回路遮断手段について、半導体素子自体は特許文献１〜４に記載された回路遮断手段より小型となるが、半導体素子の放熱のために放熱手段が必要となり、放熱手段を含めると特許文献１〜４に記載された回路遮断手段より大きくなってしまうという問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明は、電力系回路を遮断する際のアークの発生を防止しつつ、回路遮断部を含む装置全体の小型化を図ることができる回路遮断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、電源と負荷との間の電力系回路を遮断する回路遮断部を備えた回路遮断装置であって、前記回路遮断部は、前記電力系回路を直接遮断する窒化物半導体デバイスを含んで構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記電力系回路は動力用電力系回路であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記電力系回路は電気自動車用電力系回路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の回路遮断装置は、電力系回路を直接遮断する窒化物半導体デバイスを含んで構成されているため、電力系回路を遮断する際にアークが発生せず、さらに回路遮断部における発熱が小さくなるため、回路遮断装置を小型化することができる。
【００１２】
また、本発明の回路遮断装置を動力用電力系回路のように大電流が流れる回路の遮断に用いた場合には、回路遮断装置の小型化の点で特に利点がある。
【００１３】
また、本発明の回路遮断装置を電気自動車用電力系回路の遮断に用いた場合には、回路遮断装置における回路遮断時のノイズの発生が抑制されるため、負荷装置や回路遮断装置自身の誤動作を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る回路遮断装置が好適に使用される負荷電力供給システムの一例を示す説明図である。図１において、負荷電力供給システム１０は、電源１１、負荷１２の各構成を備え、電源１１と負荷１２との間の電力系回路に回路遮断装置１３が配置されて構成されている。なお、負荷１２には、その内部に制御手段が含まれることもあるが、本明細書では制御手段も含めて負荷１２として取り扱うこととする。
【００１６】
また、図１において、回路遮断装置１３は、電源１１のメンテナンスまたは負荷１２のメンテナンスを行う場合などに好適に用いられる。この観点から、回路遮断装置１３は、電源１１の近傍に設けられていることが望ましい。
【００１７】
次に、本発明の実施形態に係る回路遮断装置の具体例を説明する。図２は、本発明の実施形態に係る回路遮断装置の第１例を示す説明図である。図２において、回路遮断装置２０は、電力系回路２１を遮断する回路遮断部２２を備えている。この回路遮断部２２は、電力系回路２１を直接遮断する窒化物半導体デバイス２３を含んで構成される。
【００１８】
図２において、窒化物半導体デバイス２３としてＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）の回路記号が示されているが、窒化物半導体デバイス２３はＦＥＴには限られない。また、窒化物半導体デバイス２３の材料としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮなどが好適に用いられる。これらの半導体材料は一般にバンドギャップエネルギーが大きく、これらの材料で形成されたデバイスは、一般に耐圧が数百Ｖ程度と高く、また２００℃程度の高温雰囲気下でも安定して動作するため、窒化物半導体デバイス２３の放熱構造を簡略化または省略することが可能となり、回路遮断部２２の小型化を容易に実現することができる。
【００１９】
図２において、回路遮断装置２０は回路遮断部２２を制御する制御部２４を備えている。この制御部２４は回路遮断部２２に電力系回路２１を遮断する動作をさせるために設けられており、目的に応じて自由に構成することが可能である。ここで、制御部２４として採用され得る構成を下記（１）〜（３）に例示するが、制御部２４の構成はこれらの構成には限られない。
【００２０】
（１）スイッチ（図示せず）を切り替えて制御部２４の出力電圧を変化させることにより回路遮断部２２が動作するような構成。
（２）あらかじめ準備した制御プログラムにしたがって制御部２４の出力電圧を変化させることにより回路遮断部２２が動作するような構成。
（３）回路遮断装置２０の外部からの制御信号である外部制御信号２５を入力可能としてこの外部制御信号２５に基づいて制御部２４の出力電圧を変化させることにより回路遮断部２２が動作するような構成。
【００２１】
このように、図２に示された回路遮断部２２は、電力系回路２１を直接遮断する窒化物半導体デバイス２３を含んで構成されているため、回路遮断部２２における回路遮断時のノイズの発生が抑制され、図１に示された負荷１２や回路遮断装置１３自身の誤動作を防止することができる。このため、本発明の実施の形態に係る回路遮断装置は、例えば電気自動車用電力系回路の遮断に好適に用いることができる。
【００２２】
ところで、本発明の実施の形態に係る回路遮断装置は、図２に例示された回路遮断装置２０そのものには限られない。例えば、回路遮断部における窒化物半導体デバイスの配置について変形例が考えられる。
【００２３】
図３は、本発明の実施形態に係る回路遮断装置の第２例を示す説明図である。図３において、回路遮断装置３０は、電力系回路３１を遮断する回路遮断部３２を備え、この回路遮断部３２は、電力系回路３１を直接遮断する窒化物半導体デバイス３３を複数含んで構成される。また、図３において、回路遮断装置３０は回路遮断部３２を制御する制御部３４を備えている。制御部３４は図２に例示される制御部２４と同様の機能を備えているため、ここでは説明を省略する。
【００２４】
図３において、窒化物半導体デバイス３３として４個のデバイス３３ａ〜３３ｄが用いられている。窒化物半導体デバイス３３ａ、３３ｂが並列接続され、窒化物半導体デバイス３３ｃ、３３ｄが並列接続され、これら並列接続された構成が直列に接続されて回路遮断部３２を構成している。このように回路遮断部３２を構成すると、回路遮断部３２のフェイルセーフを図ることができる。
【００２５】
例えば、窒化物半導体デバイス３３ａが故障した場合を例示する。窒化物半導体デバイス３３ａが短絡状態で故障した場合でも、窒化物半導体デバイス３３ｂ〜３３ｄが遮断状態となれば、回路遮断部３２としては正常に動作することとなる。また、窒化物半導体デバイス３３ａが開放状態で故障した場合でも、窒化物半導体デバイス３３ｂ〜３３ｄが導通状態となれば、回路遮断部３２としては正常に動作することとなる。ここで、窒化物半導体デバイス３３ａが正常であって、窒化物半導体デバイス３３ｂ〜３３ｄのいずれか１つが故障した場合でも、同様の結果が得られる。
【００２６】
以上、本発明の実施形態に係る回路遮断装置について説明したが、本発明の回路遮断装置の実施の形態は、上述の具体的な形態には限られない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る回路遮断装置が好適に使用される負荷電力供給システムの一例を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る回路遮断装置の第１例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る回路遮断装置の第２例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  負荷電力供給システム
１１  電源
１２  負荷
１３  回路遮断装置
２１、３１  電力系回路
２２、３２  回路遮断部
２３、３３（３３ａ〜３３ｄ）  窒化物半導体デバイス
２４、３４  制御部
２５、３５  外部制御信号
【図１】
2005260613.tif 000003
【図２】
2005260613.tif 000004
【図３】
2005260613.tif 000005