(57)【要約】【課題】ショットキーダイオードを有するスイッチング素子のバッテリ逆接続サージ電圧耐量を向上させる電気回路のスイッチング装置。【解決手段】第１主電極、第２主電極、第１制御電極、第１主電極にカソードが接続された第１ダイオードD1及びアノードが第１ダイオードのアノードに接続されカソードが第２主電極に接続されたショットキーダイオードD2を有するスイッチング素子Q1と、一端が第１主電極に接続され他端が制御電極に接続され且つ第２制御電極を有し、第１主電極と第１制御電極とを短絡する保護スイッチ部Q2,Q3と、第２制御電極に接続され、スイッチング素子に逆方向電圧が印加されたときに保護スイッチ部をオンさせる保護スイッチ制御部D3,D4と、第１制御電極と第２主電極との間に設けられ、スイッチング素子にサージ電圧が印加されたときにスイッチング素子をオンさせるスイッチング素子制御部ZD1〜ZD5とを備える。【選択図】図１
2016115967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主電極、第２主電極、第１制御電極、前記第１主電極にカソードが接続された第１ダイオード、及びアノードが前記第１ダイオードのアノードに接続されカソードが前記第２主電極に接続されたショットキーダイオードを有するスイッチング素子と、
一端が前記スイッチング素子の前記第１主電極に接続され他端が前記スイッチング素子の前記制御電極に接続され且つ第２制御電極を有し、前記スイッチング素子の前記第１主電極と前記第１制御電極とを短絡する保護スイッチ部と、
前記保護スイッチ部の前記第２制御電極に接続され、前記スイッチング素子に逆方向電圧が印加されたときに前記保護スイッチ部をオンさせる保護スイッチ制御部と、
前記スイッチング素子の前記第１制御電極と前記スイッチング素子の前記第２主電極との間に設けられ、前記スイッチング素子にサージ電圧が印加されたときに前記スイッチング素子をオンさせるスイッチング素子制御部と、
を備えることを特徴とする電気回路のスイッチング装置。
【請求項２】
前記ショットキーダイオードは、前記スイッチング素子がオンした後に、降伏することを特徴とする請求項１記載の電気回路のスイッチング装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子制御部は、直列に接続された複数のツェナーダイオードからなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電気回路のスイッチング装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子制御部は、一端が前記スイッチング素子の前記第２主電極に接続された第１抵抗と、
一端が前記１抵抗の他端に接続され他端が前記スイッチング素子の前記第１制御電極に接続された第２抵抗と、
第３主電極が前記第１抵抗の一端に接続され第４主電極が前記第２抵抗の他端に接続され第３制御電極が前記第１抵抗の他端と前記第２抵抗の一端とに接続されたトランジスタと、
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電気回路のスイッチング装置。
【請求項５】
前記トランジスタは、バイポーラトランジスタ又は電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項４記載の電気回路のスイッチング装置。
【請求項６】
前記電界効果トランジスタのドレインとソース間には、第２ダイオードが接続され、ソースと前記スイッチング素子の前記第２主電極との間には第３ダイオードが接続されていることを特徴とする請求項５記載の電気回路のスイッチング装置。
【請求項７】
前記スイッチング素子制御部は、前記スイッチング素子の前記第２主電極と前記第１制御電極とに接続された第３抵抗を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電気回路のスイッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路のスイッチング装置に関し、特に、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥＴ）とこれを保護するための保護スイッチとを含む電気回路のスイッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気回路のスイッチング装置として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。スイッチング装置は、逆方向電流を阻止するショットキーバリアダイオード（以下、ショットキーダイオードと略称する。）を内蔵するＩＧＦＥＴと、保護スイッチ部と、保護スイッチ制御部とを有する。
【０００３】
保護スイッチ部は、ＩＧＦＥＴのドレインとゲートとの間に接続されている。保護スイッチ制御部は、バッテリの逆接続によりＩＧＦＥＴに逆方向電圧が印加された時に保護スイッチ部をオンにする。これにより、ＩＧＦＥＴが逆方向電圧から保護される。
【０００４】
上記スイッチング装置を簡略化した回路図を図６（ａ）に示す。Ｎ型のＩＧＦＥＴＱ１のドレインとソース間には、バッテリＥが逆接続されている。ＩＧＦＥＴＱ１のドレインＤには、ダイオードＤ１のカソードが接続され、ＩＧＦＥＴＱ１のソースＳには、ショットキーダイオードＤ２のカソードが接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、ショットキーダイオードＤ２のアノードに接続されている。ショットキーダイオードＤ２は、逆方向電流を阻止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２４９３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図６に示すスイッチング装置の実使用環境において、バッテリＥの逆接続状態が発生した時には、ワイヤーハーネス等の寄生インダクタンスとパスコンデンサとの過渡現象により、逆接続保護機能付きのＩＧＦＥＴＱ１の耐圧を超えるサージ電圧が発生する場合がある。このような場合には、サージ電圧により、図６（ａ）に示すように、バッテリＥの正極→ショットキーダイオードＤ２→ダイオードＤ１→バッテリＥの負極の経路で電流が流れる。このとき、図６（ｂ）に示すように、チップ１０ａ内の、ショットキーダイオードＤ２が配置されたチップ外周部１１のみに電流が流れてしまう。このため、サージ電圧がショットキーダイオードＤ２の耐圧を超えて、ショットキーダイオードＤ２が破壊することがある。
【０００７】
本発明の課題は、ショットキーダイオードを有するスイッチング素子のバッテリ逆接続サージ電圧耐量を向上させることができる電気回路のスイッチング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電気回路のスイッチング装置は、第１主電極、第２主電極、第１制御電極、前記第１主電極にカソードが接続された第１ダイオード、及びアノードが前記第１ダイオードのアノードに接続されカソードが前記第２主電極に接続されたショットキーダイオードを有するスイッチング素子と、一端が前記スイッチング素子の前記第１主電極に接続され他端が前記スイッチング素子の前記制御電極に接続され且つ第２制御電極を有し、前記スイッチング素子の前記第１主電極と前記第１制御電極とを短絡する保護スイッチ部と、前記保護スイッチ部の前記第２制御電極に接続され、前記スイッチング素子に逆方向電圧が印加されたときに前記保護スイッチ部をオンさせる保護スイッチ制御部と、前記スイッチング素子の前記第１制御電極と前記スイッチング素子の前記第２主電極との間に設けられ、前記スイッチング素子にサージ電圧が印加されたときに前記スイッチング素子をオンさせるスイッチング素子制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、スイッチング素子制御部は、スイッチング素子にサージ電圧が印加されたときにスイッチング素子をオンさせるので、ショットキーダイオードを破壊することなく、スイッチング素子のバッテリ逆接続サージ電圧耐量を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係る電気回路のスイッチング装置の回路構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る電気回路のスイッチング装置の概略回路構成図とチップ全体を示す図である。
【図３】本発明の実施例２に係る電気回路のスイッチング装置の回路構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例３に係る電気回路のスイッチング装置の回路構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例４に係る電気回路のスイッチング装置の回路構成を示す図である。
【図６】従来の電気回路のスイッチング装置の回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図６に示す従来の電気回路のスイッチング装置と同一構成には、従来技術で使用した符号と同じ符号を付する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例１に係る電気回路のスイッチング装置の回路構成を示す図である。図1に示すスイッチング装置は、以下のように構成される。
【００１３】
Ｎ型のＩＧＦＥＴＱ１は、本発明のスイッチング素子に対応し、ドレイン（第１主電極）、ソース（第２主電極）、ゲート（第１制御電極）、ドレインにカソードが接続された第１ダイオードＤ１、及びアノードが第１ダイオードＤ１のアノードに接続されカソードがソースに接続されたショットキーダイオードＤ２を有する。
【００１４】
Ｎ型のＭＯＳＦＥＴＱ２のソースと抵抗Ｒ１の一端は、ＩＧＦＥＴＱ１のドレインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴＱ２のドレインはＮ型のＭＯＳＦＥＴＱ３のドレインに接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ３のソースは抵抗Ｒ２の一端とＩＧＦＥＴＱ１のゲートに接続されている。
【００１５】
抵抗Ｒ１の他端とダイオードＤ３のカソードとはＭＯＳＦＥＴＱ２のゲートに接続されている。抵抗Ｒ２の他端とダイオードＤ４のカソードとはＭＯＳＦＥＴＱ３のゲートに接続されている。ＭＯＳＦＥＴＱ２，Ｑ３、抵抗Ｒ１，Ｒ２は、スイッチ保護部を構成する。スイッチ保護部は、ＩＧＦＥＴＱ１のドレインとゲートとを短絡する。
【００１６】
ダイオードＤ３のアノードとダイオードＤ４のアノードとは、抵抗Ｒ３を介してグランドに接続されている。ダイオードＤ３，Ｄ４、抵抗Ｒ３は、保護スイッチ制御部を構成する。保護スイッチ制御部は、ＭＯＳＦＥＴＱ２，Ｑ３のゲートに接続され、ＩＧＦＥＴＱ１に逆方向電圧が印加されたときに保護スイッチ部をオンさせる。
【００１７】
ＩＧＦＥＴＱ１のゲートとソース間には、抵抗Ｒ４が接続されている。また、ＩＧＦＥＴＱ１のゲートとソース間には、複数のツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ５が直列に接続されている。複数のツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ５は、逆アクティブクランプ電圧値を設定するためのツェナーダイオードであり、ＩＧＦＥＴＱ１に逆方向サージ電圧が印加されたときにＩＧＦＥＴＱ１をオンさせるスイッチング素子制御部を構成する。
【００１８】
ツェナーダイオードＺＤ１のカソードはＩＧＦＥＴＱ１のゲートに接続され、ツェナーダイオードＺＤ１のアノードはツェナーダイオードＺＤ２のカソードに接続され、ツェナーダイオードＺＤ２のアノードはツェナーダイオードＺＤ３のカソードに接続されている。ツェナーダイオードＺＤ３のアノードはツェナーダイオードＺＤ４のアノードに接続され、ツェナーダイオードＺＤ４のカソードはツェナーダイオードＺＤ５のアノードに接続され、ツェナーダイオードＺＤ５のカソードはＩＧＦＥＴＱ１のソースに接続されている。
【００１９】
次にこのように構成された実施例１の電気回路のスイッチング装置の動作を説明する。
【００２０】
まず、ＩＧＦＥＴＱ１に対して、図１に示すように、バッテリＥが逆接続されたとする。即ち、バッテリＥの負極がＩＧＦＥＴＱ１のドレインに接続され、バッテリＥの正極がＩＧＦＥＴＱ１のソースに接続される。
【００２１】
すると、バッテリＥの正極→抵抗Ｒ３→ダイオードＤ３→抵抗Ｒ１→バッテリＥの負極の経路で電流が流れて、ＭＯＳＦＥＴＱ２がオンする。また、バッテリＥの正極から抵抗Ｒ３とダイオードＤ４を介してＭＯＳＦＥＴＱ３のゲートに電圧が印加されて、ＭＯＳＦＥＴＱ３がオンする。従って、ＩＧＦＥＴＱ１のドレインとゲート間が短絡されて、ＩＧＦＥＴＱ１がオフする。
【００２２】
さらに、逆方向電圧よりも大きく且つＩＧＦＥＴＱ１の耐圧を超える逆方向サージ電圧がＩＧＦＥＴＱ１に印加されると、複数のツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ５がブレイクダウン（降伏）して、複数のツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ５に電流が流れ、その電流は、ＭＯＳＦＥＴＱ２とＭＯＳＦＥＴＱ３を流れる。
【００２３】
このため、ＩＧＦＥＴＱ１のドレインとゲート間に電位差が発生し、ＩＧＦＥＴＱ１がオンする。このため、図２（ａ）に示すように、バッテリＥの正極→ＩＧＦＥＴＱ１→バッテリＥの負極の経路で電流が流れる。このときの電流は、図２（ａ）に示すように、チップ１０の内のセル部１２（ＩＧＦＥＴＱ１に相当する部分）に流れる。
【００２４】
逆方向サージ電圧がさらに大きい場合には、図２（ａ）に示すように、バッテリＥの正極→ショットキーダイオードＤ２→ダイオードＤ１→バッテリＥの負極の経路で電流が流れる。このとき、図２（ｂ）に示すように、ショットキーダイオードＤ２が配置されたチップ外周部１１に電流が流れる。
【００２５】
即ち、チップ外周部１１とセル部１２とを含むチップ１０全体で逆方向サージ電圧を吸収するので、逆方向サージ電圧がショットキーダイオードＤ２の耐圧を超えなくなり、ショットキーダイオードＤ２が破壊しなくなる。従って、スイッチング素子のバッテリ逆接続サージ電圧耐量を向上させることができる。
【実施例２】
【００２６】
図３は、本発明の実施例２に係る電気回路のスイッチング装置の回路構成を示す図である。図３に示す実施例２に係る電気回路のスイッチング装置は、図１に示す実施例１に係る電気回路のスイッチング装置の複数のツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ５に代えて、抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタＱ４を設けたことを特徴とする。
【００２７】
抵抗Ｒ５の一端は、ＩＧＦＥＴＱ１のゲートとバイポーラトランジスタＱ４のエミッタに接続され、抵抗Ｒ５の他端は、抵抗Ｒ６の一端とバイポーラトランジスタＱ４のベースに接続されている。抵抗Ｒ６の他端は、バイポーラトランジスタＱ４のコレクタとＩＧＦＥＴＱ１のソースに接続されている。
【００２８】
次に、このように構成された実施例２に係る電気回路のスイッチング装置の動作を説明する。ここでは、抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタＱ４の動作のみを説明する。
【００２９】
まず、逆方向電圧よりも大きく且つＩＧＦＥＴＱ１の耐圧を超える逆方向サージ電圧がＩＧＦＥＴＱ１に印加されると、その電圧は抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ５とにも印加される。その電圧により抵抗Ｒ５の両端間に発生する電圧がバイポーラトランジスタＱ４のベース−エミッタ間の順方向電圧Ｖｆを超えると、バイポーラトランジスタＱ４がオンして電流が流れ、その電流は、ＭＯＳＦＥＴＱ２とＭＯＳＦＥＴＱ３とを流れる。
【００３０】
このため、ＩＧＦＥＴＱ１のドレインとゲート間に電位差が発生し、ＩＧＦＥＴＱ１がオンする。このため、図２（ａ）に示すように、バッテリＥの正極→ＩＧＦＥＴＱ１→バッテリＥの負極の経路で電流が流れる。このときの電流は、図２（ａ）に示すように、チップ１０の内のセル部１２に流れる。
【００３１】
逆方向サージ電圧がさらに大きい場合には、図２（ａ）に示すように、バッテリＥの正極→ショットキーダイオードＤ２→ダイオードＤ１→バッテリＥの負極の経路で電流が流れる。このとき、図２（ｂ）に示すように、ショットキーダイオードＤ２が配置されたチップ外周部１１に電流が流れる。
【００３２】
従って、実施例２に係る電気回路のスイッチング装置においても、実施例１に係る電気回路のスイッチング装置の効果と同様な効果が得られる。
【実施例３】
【００３３】
図４は、本発明の実施例３に係る電気回路のスイッチング装置の回路構成を示す図である。図４に示す実施例３に係る電気回路のスイッチング装置は、図１に示す実施例１に係る電気回路のスイッチング装置の複数のツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ５に代えて、抵抗Ｒ７、抵抗Ｒ８、ＭＯＳＦＥＴＱ５、ダイオードＤ５，Ｄ６を設けたことを特徴とする。
【００３４】
抵抗Ｒ７の一端は、ＩＧＦＥＴＱ１のゲートとＭＯＳＦＥＴＱ５のドレインに接続され、抵抗Ｒ７の他端は、抵抗Ｒ８の一端とＭＯＳＦＥＴＱ５のゲートに接続されている。抵抗Ｒ８の他端は、ＩＧＦＥＴＱ１のソースとダイオードＤ５のアノードに接続されている。
【００３５】
ダイオードＤ５のカソードは、ＭＯＳＦＥＴＱ５のソースとダイオードＤ６のカソードに接続され、ダイオードＤ６のアノードはＭＯＳＦＥＴＱ５のドレインに接続されている。
【００３６】
次に、このように構成された実施例３に係る電気回路のスイッチング装置の動作を説明する。ここでは、抵抗Ｒ７、抵抗Ｒ８、ＭＯＳＦＥＴＱ５、ダイオードＤ５，Ｄ６の動作のみを説明する。
【００３７】
まず、逆方向電圧よりも大きく且つＩＧＦＥＴＱ１の耐圧を超える逆方向サージ電圧がＩＧＦＥＴＱ１に印加されると、その電圧は抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８にも印加される。その電圧により抵抗Ｒ７の両端間に発生する電圧がＭＯＳＦＥＴＱ５のドレイン−ソース間のしきい電圧Ｖthを超えると、ＭＯＳＦＥＴＱ５がオンしてダイオードＤ５からＭＯＳＦＥＴＱ５に電流が流れ、その電流は、ＭＯＳＦＥＴＱ２とＭＯＳＦＥＴＱ３とを流れる。
【００３８】
このため、ＩＧＦＥＴＱ１のドレインとゲート間に電位差が発生し、ＩＧＦＥＴＱ１がオンする。このため、図２（ａ）に示すように、バッテリＥの正極→ＩＧＦＥＴＱ１→バッテリＥの負極の経路で電流が流れる。このときの電流は、図２（ａ）に示すように、チップ１０の内のセル部１２に流れる。
【００３９】
逆方向サージ電圧がさらに大きい場合には、図２（ａ）に示すように、バッテリＥの正極→ショットキーダイオードＤ２→ダイオードＤ１→バッテリＥの負極の経路で電流が流れる。このとき、図２（ｂ）に示すように、ショットキーダイオードＤ２が配置されたチップ外周部１１に電流が流れる。
【００４０】
従って、実施例３に係る電気回路のスイッチング装置においても、実施例１に係る電気回路のスイッチング装置の効果と同様な効果が得られる。
【実施例４】
【００４１】
図５は、本発明の実施例４に係る電気回路のスイッチング装置の回路構成を示す図である。図５に示す実施例４に係る電気回路のスイッチング装置は、図１に示す実施例１に係る電気回路のスイッチング装置の複数のツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ５に代えて、抵抗Ｒ９を設けたことを特徴とする。
【００４２】
抵抗Ｒ９の一端は、ＩＧＦＥＴＱ１のゲートに接続され、抵抗Ｒ９の他端は、ＩＧＦＥＴＱ１のソースに接続されている。
【００４３】
次に、このように構成された実施例４に係る電気回路のスイッチング装置の動作を説明する。ここでは、抵抗Ｒ９、スイッチ保護部の動作のみを説明する。
【００４４】
まず、逆方向電圧よりも大きく且つＩＧＦＥＴＱ１の耐圧を超える逆方向サージ電圧がＩＧＦＥＴＱ１に印加されると、その電圧は抵抗Ｒ９とスイッチ保護部にも印加される。その電圧によりスイッチ保護部の両端間（ＭＯＳＦＥＴＱ２のソースとＭＯＳＦＥＴＱ３のソースとの間）に発生する電圧がＩＧＦＥＴＱ１のドレイン−ゲート間のしきい電圧Ｖthを超えると、ＩＧＦＥＴＱ１がオンする。
【００４５】
このため、図２（ａ）に示すように、バッテリＥの正極→ＩＧＦＥＴＱ１→バッテリＥの負極の経路で電流が流れる。このときの電流は、図２（ａ）に示すように、チップ１０の内のセル部１２に流れる。
【００４６】
逆方向サージ電圧がさらに大きい場合には、図２（ａ）に示すように、バッテリＥの正極→ショットキーダイオードＤ２→ダイオードＤ１→バッテリＥの負極の経路で電流が流れる。このとき、図２（ｂ）に示すように、ショットキーダイオードＤ２が配置されたチップ外周部１１に電流が流れる。
【００４７】
従って、実施例４に係る電気回路のスイッチング装置においても、実施例１に係る電気回路のスイッチング装置の効果と同様な効果が得られる。
【符号の説明】
【００４８】
Ｑ１  ＩＧＦＥＴ
Ｑ２，Ｑ３，Ｑ５  ＭＯＳＦＥＴ
Ｑ４  バイポーラトランジスタ
Ｄ１，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６  ダイオード
Ｄ２  ショットキーダイオード
ＺＤ１〜ＺＤ５  ツェナーダイオード
Ｒ１〜Ｒ１０  抵抗
Ｅ  バッテリ
１０，１０ａ  チップ
１１  チップ外周部
１２  セル部
【図１】
2016115967.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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