(57)【要約】【課題】電力の伝送効率を向上することができる駆動回路およびそれを用いた半導体装置を提供する。【解決手段】トランス２は、電気的に絶縁された一次巻線２１および二次巻線２２を有している。変換回路３は、一対の入力端１１，１２間に電気的に接続され、一対の入力端１１，１２に印加される直流電圧を交流電圧に変換して一次巻線２１に印加する。整流回路４は、二次巻線２２の両端電圧を整流する。平滑コンデンサ５は、整流回路４の出力を平滑化する。インピーダンス回路６は、一対の入力端１１，１２間において変換回路３と電気的に直列に接続されている。インピーダンス回路６は、一対の入力端１１，１２間に流れる電流を平滑化するように、インダクタ６１を含む受動素子で構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に絶縁された一次巻線および二次巻線を有するトランスと、
一対の入力端間に電気的に接続され、前記一対の入力端に印加される直流電圧を交流電圧に変換して前記一次巻線に印加する変換回路と、
前記二次巻線の両端電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力を平滑化する平滑コンデンサと、
前記一対の入力端間において前記変換回路と電気的に直列に接続されており、前記一対の入力端間に流れる電流を平滑化するように、インダクタを含む受動素子で構成されたインピーダンス回路とを備える
ことを特徴とする駆動回路。
【請求項２】
前記インピーダンス回路は、キャパシタと前記インダクタとの組み合わせで構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
前記平滑コンデンサに電気的に接続され、前記平滑コンデンサの両端電圧に応じて制御信号を出力する制御回路をさらに備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の駆動回路。
【請求項４】
請求項３に記載の駆動回路と、
前記制御回路に電気的に接続され、前記制御信号に応じてオン、オフが切り替わる半導体スイッチとを備える
ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、駆動回路およびそれを用いた半導体装置に関し、より詳細には、電気的に絶縁された一次側回路から二次側回路へと電力を伝送して半導体スイッチを駆動する駆動回路およびそれを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の駆動回路としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトダイオードとを備え、光結合方式で一次側回路（発光ダイオード）から二次側回路（フォトダイオード）へ電力を伝送するフォトカプラが知られている。しかし、フォトカプラでは、一次側回路から二次側回路への電力の伝送効率が十分でない場合がある。
【０００３】
これに対して、トランスを用いた磁気結合方式を採用することにより、電力の伝送効率を向上させることが提案されている。磁気結合方式の駆動回路は、トランスの一次巻線に交流電圧を印加して、トランスの二次巻線の両端電圧を整流、平滑化することにより、電力の伝送を行う。磁気結合方式の駆動回路は、一次巻線に交流電圧を印加するために、直流電圧を交流電圧に変換する変換回路（発振回路）を備えている。
【０００４】
変換回路としては、たとえば一対のトランジスタをクロスカップリングして相互にスイッチング動作を行うマルチバイブレータが用いられる（たとえば特許文献１参照）。特許文献１に記載のマルチバイブレータには、電源電圧変動に対して安定した発振特性を維持するように、定電流回路（定電流源）が直列に接続されている。定電流回路は、一般的に定電流駆動を行うトランジスタのような能動素子によって構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２４０９８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、トランジスタのような能動素子を用いた定電流回路は、電気エネルギーを熱として消費するので、比較的大きな損失が生じることになる。このような定電流回路を一次側回路に用いた駆動回路は、一次側回路でのエネルギーの損失が大きくなり、電力の伝送効率の低下につながる可能性がある。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されており、電力の伝送効率を向上することができる駆動回路およびそれを用いた半導体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】
本発明の駆動回路は、電気的に絶縁された一次巻線および二次巻線を有するトランスと、一対の入力端間に電気的に接続され、前記一対の入力端に印加される直流電圧を交流電圧に変換して前記一次巻線に印加する変換回路と、前記二次巻線の両端電圧を整流する整流回路と、前記整流回路の出力を平滑化する平滑コンデンサと、前記一対の入力端間において前記変換回路と電気的に直列に接続されており、前記一対の入力端間に流れる電流を平滑化するように、インダクタを含む受動素子で構成されたインピーダンス回路とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この駆動回路において、前記インピーダンス回路は、キャパシタと前記インダクタとの組み合わせで構成されていることが望ましい。
【００１０】
この駆動回路において、前記平滑コンデンサに電気的に接続され、前記平滑コンデンサの両端電圧に応じて制御信号を出力する制御回路をさらに備えることがより望ましい。
【００１１】
本発明の半導体装置は、上記の駆動回路と、前記制御回路に電気的に接続され、前記制御信号に応じてオン、オフが切り替わる半導体スイッチとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、インピーダンス回路が、インダクタを含む受動素子で構成されているので、駆動回路は、たとえばトランジスタのような能動素子を用いた定電流回路を採用する場合に比べて、一次側回路でのエネルギーの損失を低減できる。その結果、駆動回路およびそれを用いた半導体装置は、電力の伝送効率を向上することができる、という利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る駆動回路を示す回路図である。
【図２】実施形態に係る駆動回路の一次側回路の等価回路を示す回路図である。
【図３】実施形態に係る駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】比較例に係る駆動回路を示す回路図である。
【図５】実施形態の電力の伝送効率、および比較例の電力の伝送効率を示すグラフである。
【図６】実施形態に係る駆動回路の共振周波数と電力の変換効率との関係を示すグラフである。
【図７】図７Ａはインピーダンス回路の構成例を示す回路図、図７Ｂはインピーダンス回路の他の構成例を示す回路図である。
【図８】実施形態に係る半導体装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施形態の駆動回路１は、図１に示すように、トランス２と、変換回路３と、整流回路４と、平滑コンデンサ５と、インピーダンス回路６とを備えている。
【００１５】
トランス２は、電気的に絶縁された一次巻線２１および二次巻線２２を有している。変換回路３は、一対の入力端１１，１２間に電気的に接続され、一対の入力端１１，１２に印加される直流電圧を交流電圧に変換して一次巻線２１に印加する。整流回路４は、二次巻線２２の両端電圧を整流する。平滑コンデンサ５は、整流回路４の出力を平滑化する。
【００１６】
インピーダンス回路６は、一対の入力端１１，１２間において変換回路３と電気的に直列に接続されている。インピーダンス回路６は、一対の入力端１１，１２間に流れる電流を平滑化するように、インダクタを含む受動素子（図１の例ではインダクタ６１およびキャパシタ６２）で構成されている。
【００１７】
この構成によれば、インピーダンス回路６が、インダクタを含む受動素子で構成されているので、駆動回路１は、たとえばトランジスタのような能動素子を用いた定電流回路を採用する場合に比べて、一次側回路でのエネルギーの損失を低減できる。その結果、駆動回路１は、電力の伝送効率を向上することができる、という利点がある。
【００１８】
以下、本実施形態の駆動回路１について詳しく説明する。以下に説明する駆動回路１は、本発明の一例に過ぎず、本発明は、下記実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【００１９】
＜駆動回路の構成＞
本実施形態の駆動回路１は、図１に示すように、トランス２、変換回路３、整流回路４、平滑コンデンサ５、およびインピーダンス回路６に加え、後述する共振コンデンサ７を備えている。
【００２０】
トランス２は、一次巻線２１と二次巻線２２との間が磁気的に結合されている。そのため、駆動回路１は、電気的に絶縁されたトランス２の一次巻線２１と二次巻線２２との間でエネルギーの授受が可能である。以下、一次巻線２１に電気的に接続された回路を「一次側回路」と称し、二次巻線２２に電気的に接続された回路を「二次側回路」と称する。本実施形態の駆動回路１は、一対の入力端１１，１２に直流電源９が電気的に接続され、直流電源９から入力される電力を、電気的に絶縁された一次側回路から二次側回路へと伝送する。
【００２１】
まず、一次側回路の構成について説明する。一次側回路は、一対の入力端１１，１２間に電気的に直列に接続された変換回路３およびインピーダンス回路６と、共振コンデンサ７とを有している。トランス２の一次巻線２１は、変換回路３から交流電圧が印加されるように、変換回路３の一対の出力端間に電気的に接続されている。共振コンデンサ７は、変換回路３の一対の出力端間において、トランス２の一次巻線２１と電気的に並列に接続されている。
【００２２】
変換回路３は、フルブリッジ接続された第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を有している。第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング素子Ｑ２は、一対の入力端１１，１２間において直列に接続され、第１アーム３１を構成している。また、第３のスイッチング素子Ｑ３および第４のスイッチング素子Ｑ４は、一対の入力端１１，１２間において直列に接続され、第２アーム３２を構成している。第１アーム３１と第２アーム３２とは、一対の入力端１１，１２間に並列に接続されている。本実施形態では、第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４はそれぞれエンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いて構成されている。
【００２３】
第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のうち、直流電源９の高電位側（正極側）となる第１のスイッチング素子Ｑ１および第３のスイッチング素子Ｑ３は、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のうち、直流電源９の低電位側（負極側）となる第２のスイッチング素子Ｑ２および第４のスイッチング素子Ｑ４は、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。
【００２４】
第１のスイッチング素子Ｑ１のドレインおよび第２のスイッチング素子Ｑ２のドレインは互いに電気的に接続され、第１アーム３１の出力端を構成する。第３のスイッチング素子Ｑ３のドレインおよび第４のスイッチング素子Ｑ４のドレインは互いに電気的に接続され、第２アーム３２の出力端を構成する。また、第１のスイッチング素子Ｑ１のゲートおよび第２のスイッチング素子Ｑ２のゲートは、互いに電気的に接続され、且つ第２アーム３２の出力端と電気的に接続されている。第３のスイッチング素子Ｑ３のゲートおよび第４のスイッチング素子Ｑ４のゲートは、互いに電気的に接続され、且つ第１アーム３１の出力端と電気的に接続されている。
【００２５】
第１のスイッチング素子Ｑ１のソースおよび第３のスイッチング素子Ｑ３のソースは互いに電気的に接続され、変換回路３の高電位側の入力端を構成する。変換回路３の高電位側の入力端は、一対の入力端１１，１２のうち直流電源９の正極に接続された入力端１１と、電気的に接続されている。また、第２のスイッチング素子Ｑ２および第４のスイッチング素子Ｑ４のソースは互いに電気的に接続され、変換回路３の低電位側の入力端を構成する。変換回路３の低電位側の入力端は、一対の入力端１１，１２のうち直流電源９の負極に接続された入力端１２と、インピーダンス回路６を介して電気的に接続されている。
【００２６】
これにより、変換回路３は、変換回路３における高電位側の入力端と低電位側の入力端との間に直流電源９から直流電圧が印加されると、第１アーム３１の出力端と第２アーム３２の出力端との間に交流電圧を発生する。つまり、変換回路３は、一対の入力端１１，１２に印加される直流電圧を交流電圧に変換して出力する構成であって、発振回路あるいはインバータ回路とも呼ばれる回路構成である。
【００２７】
なお、第１アーム３１と第２アーム３２とは対称の関係にある。ただし、直流電源９からの直流電圧が第１アーム３１および第２アーム３２に印加されると、素子ばらつきなどにより一方のアームの低電位側のスイッチング素子がオンし、他方のアームの低電位側のスイッチング素子がオフする。その後、変換回路３は、第１アーム３１の出力端と第２アーム３２の出力端とで、ＨレベルとＬレベルとが交互に入れ替わるように継続的に発振する。このような変換回路３の動作は、いわゆる自励発振である。
【００２８】
変換回路３の一対の出力端間には、トランス２の一次巻線２１と共振コンデンサ７とが電気的に並列に接続されている。これにより、変換回路３と一次巻線２１と共振コンデンサ７とは、いわゆるクロスカップルＬＣ回路を構成する。すなわち、共振コンデンサ７は、トランス２の一次巻線２１と共にＬＣ回路を構成している。そのため、駆動回路１は、一次巻線２１に印加される電圧波形が正弦波状になり、たとえば矩形波状の交番電圧が一次巻線２１に印加される場合に比べ、高効率で一次巻線２１から二次巻線２２への電力伝送が可能である。
【００２９】
インピーダンス回路６は、変換回路３の低電位側の入力端（第２のスイッチング素子Ｑ２および第４のスイッチング素子Ｑ４のソース）と、一対の入力端１１，１２のうち直流電源９の負極に接続された入力端１２との間に電気的に接続されている。つまり、インピーダンス回路６は、一対の入力端１１，１２間において変換回路３と直列に接続されている。インピーダンス回路６は、図１の例では一対の入力端１１，１２間において、電気的に並列に接続されたインダクタ６１とキャパシタ６２とで構成されている。インピーダンス回路６の詳細については、後の「本実施形態の特徴」の項で説明する。
【００３０】
なお、共振コンデンサ７は必須の構成ではなく、適宜省略可能である。また、変換回路３は、一対の入力端１１，１２に印加される直流電圧を交流電圧に変換して一次巻線２１に印加する構成であればよく、上記構成に限定する趣旨ではない。たとえば、変換回路３を構成する第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、バイポーラトランジスタが用いられていてもよい。
【００３１】
次に、二次側回路の構成について説明する。二次側回路は、トランス２の二次巻線２２の両端間に電気的に接続された整流回路４と、整流回路４の一対の（直流）出力端間に電気的に接続された平滑コンデンサ５とを有している。
【００３２】
整流回路４は、図１の例ではダイオードブリッジからなり、一対の交流入力端間に二次巻線２２が電気的に接続され、一対の直流出力端間に平滑コンデンサ５が電気的に接続されている。これにより、整流回路４は、トランス２の二次巻線２２の両端電圧を全波整流して平滑コンデンサ５に出力する。言い換えれば、整流回路４は、二次巻線２２の両端電圧の絶対値に相当する脈流電圧を出力する。
【００３３】
平滑コンデンサ５は、整流回路４の出力する脈流電圧を平滑化し、電圧変動を低減した直流電圧を生成する。ここでは、平滑コンデンサ５の高電位側（正極側）の端子を駆動回路１の高電位側の出力端１３とし、平滑コンデンサ５の低電位側（負極側）の端子を駆動回路１の低電位側の出力端１４とする。駆動回路１は、一対の出力端１３，１４間に発生する直流電圧（平滑コンデンサ５の両端電圧）を出力電圧とする。
【００３４】
これにより、駆動回路１は、一対の入力端１１，１２に直流電圧が印加されると、この直流電圧を変換回路３で一旦交流電圧に変換し、トランス２を通して一次側回路から二次側回路へと電力の伝送を行う。さらに、駆動回路１は、二次側回路において交流電圧の整流、平滑を行うことにより、一対の出力端１３，１４間に直流の出力電圧を発生する。したがって、駆動回路１は、電気的に絶縁された一次側回路（一対の入力端１１，１２）と二次側回路（一対の出力端１３，１４）との間で電力の伝送を行うことができる。
【００３５】
なお、二次側回路においても、一次側回路と同様に共振コンデンサが設けられていてもよい。つまり、整流回路４の一対の交流入力端間には、トランス２の二次巻線２２と共振コンデンサとが電気的に並列に接続されていてもよい。言い換えれば、二次側回路の共振コンデンサは、トランス２の二次巻線２２の両端間に電気的に接続されることになる。
【００３６】
＜本実施形態の特徴＞
上記構成の駆動回路１においては、一次側回路の等価回路は図２に示すように表される。図２における「３０」は、変換回路３と一次巻線２１と共振コンデンサ７とで構成されるクロスカップルＬＣ回路を表している。
【００３７】
すなわち、変換回路３は、第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチング動作に応じて、一次巻線２１および共振コンデンサ７の並列回路に対して正弦波状の交流電流を供給する。そのため、変換回路３と一次巻線２１と共振コンデンサ７とで構成されるクロスカップルＬＣ回路３０は、時間経過に伴い電圧の大きさが変動する脈流電圧を発生する脈流発生源とみなすことができる。したがって、一次側回路は、直流電源９の両端間において、脈流発生源であるクロスカップルＬＣ回路３０とインピーダンス回路６とが直列に接続された回路構成とみなすことができる。なお、図２では、脈流発生源としてのクロスカップルＬＣ回路３０を一種の発振回路とみなし交流電源の回路記号で表している。
【００３８】
ここで、クロスカップルＬＣ回路３０が電圧変動に対しても安定した発振動作を実現できるように、インピーダンス回路６は、クロスカップルＬＣ回路３０に流れる電流Ｉ１を平滑化する機能を有している。言い換えれば、インピーダンス回路６は、一対の入力端１１，１２間に流れる電流Ｉ１を平滑化する機能を有している。本実施形態では、インピーダンス回路６は、交流成分の電流を遮断し、直流成分の電流を通過させる性質を持ったインダクタを含む受動素子のみで構成されており、これにより脈流成分の平滑化を実現している。
【００３９】
しかも、本実施形態では、インピーダンス回路６は、単体のインダクタではなく、キャパシタとインダクタとの組み合わせで構成されている。一例として、インピーダンス回路６は、図１に示すように、一対の入力端１１，１２間に並列に接続されたインダクタ６１とキャパシタ６２とで構成される。この例では、インピーダンス回路６は、インダクタ６１とキャパシタ６２とで構成されるＬＣ並列回路を採用しているので、インダクタのみでは十分なインピーダンスを得られない場合でも、十分に大きなインピーダンスを得ることが可能になる。
【００４０】
図３は、本実施形態の駆動回路１の動作を示すタイミングチャートである。図３では、上段から順に、インピーダンス回路６に印加される電圧Ｖ１、一次巻線２１の両端電圧Ｖ２、第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンオフ状態を示している。なお、図３の横軸は一次巻線２１の両端電圧Ｖ２の位相（度）を表している。
【００４１】
すなわち、インピーダンス回路６に印加される電圧Ｖ１は、直流電源９が出力する直流電圧と、脈流発生源（クロスカップルＬＣ回路３０）が発生する脈流電圧との差分に相当する。そのため、インピーダンス回路６に印加される電圧Ｖ１は、図３に示すように、クロスカップルＬＣ回路３０の発生する脈流電圧を反転した波形となる。つまり、電圧Ｖ１は、図３に示すように、第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のいずれかがオンの期間に正方向に凸となり、第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の全てがオフの期間に負方向に凸となる形状の電圧波形である。
【００４２】
ここにおいて、脈流発生源（クロスカップルＬＣ回路３０）の発生する脈流電圧は、一次巻線２１の両端電圧（つまり、変換回路３の出力電圧）Ｖ２の発振周波数の２倍の周波数で振動することになる。そのため、インピーダンス回路６に印加される電圧Ｖ１についても、図３に示すように、一次巻線２１の両端電圧Ｖ２の発振周波数の２倍の周波数が主成分となる。したがって、インピーダンス回路６は、インダクタ６１とキャパシタ６２とで構成されるＬＣ並列回路の共振点（共振周波数）を、一次巻線２１の両端電圧Ｖ２の発振周波数の２倍付近に設定することが好ましい。これにより、インピーダンス回路６は、インピーダンスの極大点付近で動作することになり、一対の入力端１１，１２間に流れる電流を平滑化する作用が顕著になる。
【００４３】
＜比較例との対比＞
図４に示す比較例としての駆動回路１００は、能動素子であるトランジスタ１０２，１０３を用いた定電流回路１０１をインピーダンス回路６に代えて備えている点で、本実施形態の駆動回路１と相違する。すなわち、比較例の駆動回路１００は、能動素子を用いた一般的な定電流回路１０１を採用し、この定電流回路１０１によって、一対の入力端１１，１２間に流れる電流を平滑化するように構成されている。その他の構成および機能は、本実施形態の駆動回路１とで同様である。
【００４４】
比較例における定電流回路１０１は、図４に示すように、第１のトランジスタ１０２と、第２のトランジスタ１０３と、第１の抵抗１０４と、第２の抵抗１０５とを有している。第１のトランジスタ１０２および第２のトランジスタ１０３は、いずれもｎｐｎ型のバイポーラトランジスタで構成されている。
【００４５】
第１のトランジスタ１０２のコレクタは、変換回路３の低電位側の入力端（第２のスイッチング素子Ｑ２および第４のスイッチング素子Ｑ４のソース）と電気的に接続されている。第１のトランジスタ１０２のエミッタは、第１の抵抗１０４を介して入力端（直流電源９の負極）１２と電気的に接続されている。第１のトランジスタ１０２のベースは、第２の抵抗１０５を介して、入力端（直流電源９の正極）１１と電気的に接続されている。
【００４６】
第２のトランジスタ１０３のコレクタは、第１のトランジスタ１０２のベースと電気的に接続されている。第２のトランジスタ１０３のエミッタは、入力端（直流電源９の負極）１２と電気的に接続されている。第２のトランジスタ１０３のベースは、第１のトランジスタ１０２のエミッタと電気的に接続されている。
【００４７】
上述した構成により、定電流回路１０１は、直流電源９から第２の抵抗１０５および第１の抵抗１０４を介して第１のトランジスタ１０２にベース電流が流れることにより、第１のトランジスタ１０２にコレクタ電流を流して変換回路３に電流を流す。この状態で、第２のトランジスタ１０３は、第１の抵抗１０４の両端電圧に応じたベース電流が流れることにより、第１のトランジスタ１０２のベース電圧を下げるように作用する。これにより、定電流回路１０１は、第１の抵抗１０４の両端電圧、つまり第１の抵抗１０４を流れる電流を一定に保つように機能する。結果的に、定電流回路１０１は、一対の入力端１１，１２間に流れる電流を平滑化する機能を有している。
【００４８】
しかしながら、トランジスタのような能動素子を用いた定電流回路１０１は、平滑化する際、電気エネルギーを熱として消費するため、平滑化に伴って比較的大きな損失を生じることになる。そのため、本比較例の駆動回路１００は、このような定電流回路１０１を一次側回路に用いたことにより、一次側回路での平滑化に伴うエネルギーの損失が大きくなり、電力の伝送効率が低くなる可能性がある。
【００４９】
これに対して、本実施形態の駆動回路１は、受動素子（インダクタ６１およびキャパシタ６２）のみで構成されるインピーダンス回路６を、一対の入力端１１，１２間に流れる電流の平滑化に用いている。インダクタ６１やキャパシタ６２のような受動素子は、電気エネルギーの蓄積と放出とを繰り返すことにより平滑化を行うので、受動素子で構成されるインピーダンス回路６は、能動素子を用いた定電流回路１０１に比べて平滑化に伴う損失を低減できる。そのため、本実施形態の駆動回路１は、このようなインピーダンス回路６を一次側回路に用いたことにより、一次側回路での平滑化に伴うエネルギーの損失を低減でき、電力の伝送効率の向上を図ることができる。
【００５０】
図５は、本実施形態の駆動回路１における電力の伝送効率と、比較例の駆動回路１００における電力の伝送効率とを表している。ここでいう電力の伝送効率は、一対の入力端１１，１２間に直流電源９が接続され、一対の出力端１３，１４間に抵抗負荷が接続された状態での、駆動回路１の入力電力Ｗ１に対する出力電力Ｗ２の割合（Ｗ２／Ｗ１）を百分率で表した値である。入力電力Ｗ１は一対の入力端１１，１２から入力される電力、出力電力Ｗ２は一対の出力端１３，１４から出力される電力である。
【００５１】
図５では、横軸を駆動回路１の出力電圧（平滑コンデンサ５の両端電圧）、縦軸を電力の伝送効率として、本実施形態の駆動回路１の特性を「Ｘ１」で示し、比較例の駆動回路１００の特性を「Ｘ２」で示している。図５によれば、出力電圧が２〔Ｖ〕〜５〔Ｖ〕の範囲において本実施形態の伝送効率が比較例の伝送効率を上回っており、とくに出力電圧が３．５〔Ｖ〕付近では本実施形態の伝送効率は比較例の伝送効率の３倍程度である。
【００５２】
＜効果＞
以上説明した本実施形態の駆動回路１によれば、インピーダンス回路６が、インダクタを含む受動素子で構成されているので、トランジスタのような能動素子を用いた定電流回路を採用する場合に比べて、一次側回路でのエネルギーの損失を小さく抑えられる。すなわち、インダクタなどの受動素子は、電気エネルギーの蓄積と放出とを繰り返すことにより平滑化を行う。そのため、本実施形態の駆動回路１は、一対の入力端１１，１２間に流れる電流を平滑化する構成として、能動素子を用いた定電流回路に代えて、受動素子で構成されたインピーダンス回路６を採用したことで、一次側回路での平滑化に伴う損失を低減できる。その結果、駆動回路１は、電力の伝送効率を向上することができ、低消費電力化にもつながる、という利点がある。
【００５３】
ところで、特許文献１に記載された変換回路（マルチバイブレータ）は、無線送受信機等に用いられる発信器であるため、能動素子を用いた定電流回路（定電流源）は、主にノイズを低減するために設けられている。これに対して、本実施形態の駆動回路１は、電気的に絶縁された一次側回路から二次側回路へと電力を伝送するための回路であり、トランス２を駆動するために変換回路３にて直流電圧を交流電圧に変換している。だからこそ、本実施形態の駆動回路１は、一次側回路での損失の低減が電力の伝送効率の向上につながるのであって、このような駆動回路１において、能動素子を用いた定電流回路に代えてインピーダンス回路６を採用することはとくに有用である。
【００５４】
また、インピーダンス回路６は、本実施形態のように、キャパシタ６２とインダクタ６１との組み合わせで構成されていることが好ましい。この構成によれば、インピーダンス回路６は、インダクタのみで構成される場合に比べて、大きなインピーダンスを得ることができ、一対の入力端１１，１２間に流れる電流を平滑化する作用が顕著になる。
【００５５】
さらに、本実施形態のように、インピーダンス回路６がインダクタ６１とキャパシタ６２とで構成されるＬＣ並列回路である場合、インピーダンス回路６の共振点（共振周波数）は、一次巻線２１の両端電圧Ｖ２の発振周波数の２倍であることが好ましい。これにより、インピーダンス回路６は、インピーダンスの極大点で動作することになり、一対の入力端１１，１２間に流れる電流を平滑化する作用がより顕著になる。
【００５６】
図６は、インピーダンス回路６の共振周波数と、電力の伝送効率との関係を示している。図６において、横軸は共振周波数の割合、縦軸は電力の伝送効率を表している。ただし、図６における共振周波数の割合は、一次巻線２１の両端電圧Ｖ２の発振周波数の２倍の周波数を基準周波数として、基準周波数に対する共振周波数の割合（百分率）を表す値である。図６における電力の伝送効率は、電力の伝送効率（百分率）の最大値を「１．０」として正規化された値である。
【００５７】
図６によれば、インピーダンス回路６の共振周波数が基準周波数（一次巻線２１の両端電圧Ｖ２の発振周波数の２倍の周波数）であれば、電力の伝送効率は最大値となり、インピーダンス回路６の共振周波数が基準周波数から離れるほど電力の伝送効率は低下する。ただし、インピーダンス回路６の共振周波数が基準周波数の±１５％の範囲にあれば、電力の伝送効率は、最大値からの下げ幅を１割以内に収まることになる。また、インピーダンス回路６の共振周波数が基準周波数の±２０％の範囲にあれば、電力の伝送効率は、最大値からの下げ幅を２割以内に収まることになる。
【００５８】
＜変形例＞
本実施形態の変形例として、一対の入力端１１，１２間において変換回路３と電気的に直列に接続されるインピーダンス回路６は、インダクタ６１およびキャパシタ６２のＬＣ並列回路以外の構成であってもよい。
【００５９】
たとえば、インピーダンス回路６は、図７Ａに示すように、インダクタ６３のみで構成されていてもよい。この構成によれば、駆動回路１は、キャパシタを用いない分だけインピーダンス回路６の部品点数を減らすことができる。なお、インダクタ６３は、複数のインダクタが電気的に直列に接続されて構成されていてもよい。
【００６０】
また、他の例として、インピーダンス回路６は、図７Ｂに示すように、（第１の）インダクタ６４と、キャパシタ６５と、（第２の）インダクタ６６とで構成されていてもよい。この例では、一対の入力端１１，１２間において、インダクタ６４とキャパシタ６５とは電気的に並列に接続され、インダクタ６６はインダクタ６４およびキャパシタ６５の並列回路と電気的に直列に接続されている。この構成によれば、駆動回路１は、インピーダンス回路６のインピーダンスをより大きくできる。
【００６１】
すなわち、インピーダンス回路６は、一対の入力端１１，１２間に流れる電流を平滑化するように、インダクタを含む受動素子で構成されていればよく、本実施形態並びに上記変形例に限らず、種々の構成を採用可能である。
【００６２】
＜半導体装置＞
本実施形態の駆動回路１は、図８に示すように、平滑コンデンサ５に電気的に接続され、平滑コンデンサ５の両端電圧に応じて制御信号を出力する制御回路８をさらに備えていてもよい。この場合、駆動回路１の一対の出力端１３，１４は、制御回路８を介して平滑コンデンサ５の両端に電気的に接続されることになる。
【００６３】
この構成によれば、駆動回路１は、半導体スイッチ１５を駆動するためのドライバ（駆動装置）として用いることができる。そして、この駆動回路１は、制御回路８の出力（制御信号）によって駆動される半導体スイッチ１５と共に半導体装置１０を構成する。半導体スイッチ１５は、制御回路８に電気的に接続され、制御信号に応じてオン、オフが切り替わるように構成されている。
【００６４】
半導体装置１０は、たとえば半導体リレーとして用いられる。半導体リレーは、メカニカルリレーのような可動接点を持たない無接点リレーであり、たとえばセキュリティ機器、アミューズメント機器、医療機器や蓄電池システム、ヒータ、ＤＣモータの各種の制御など、種々の用途がある。半導体リレーでは、半導体スイッチ１５が、メカニカルリレーにおける接点の機能を果たすことになる。
【００６５】
図８の例では、半導体スイッチ１５はｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴからなる。半導体スイッチ１５のゲートは駆動回路１の高電位側の出力端１３と電気的に接続され、半導体スイッチ１５のソースは駆動回路１の低電位側の出力端１４と電気的に接続されている。すなわち、半導体スイッチ１５は、ゲート−ソース間に制御回路８の出力端（一対の出力端１３，１４）が電気的に接続され、制御回路８の出力（制御信号）により、半導体スイッチ１５のドレイン−ソース間がオンオフされる。
【００６６】
また、図８に示す駆動回路１において、制御回路８は、ディプレッション型で且つｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴからなる放電用のスイッチ素子８１と、スイッチ素子８１のゲート−ソース間に電気的に接続された抵抗８２とを備える。スイッチ素子８１のドレインは半導体スイッチ１５のゲートと電気的に接続され、スイッチ素子８１のソースは半導体スイッチ１５のソースと電気的に接続されている。また、スイッチ素子８１のゲートは、平滑コンデンサ５の低電位側の端子と電気的に接続されている。
【００６７】
すなわち、抵抗８２に電流が流れている状態では、スイッチ素子８１においてゲート−ソース間電圧が十分に低くなることでドレイン−ソース間がハイインピーダンスになる。この状態では、平滑コンデンサ５の両端電圧がほぼそのまま半導体スイッチ１５のゲート−ソース間に入力され、これによって半導体スイッチ１５はオン駆動される。また、駆動回路１の出力が停止し、抵抗８２に電流が流れなくなると、スイッチ素子８１がオンする。すると、スイッチ素子８１のドレイン−ソース間がローインピーダンスになることで、半導体スイッチ１５のゲート電荷がスイッチ素子８１を通じて放電される。すなわち、制御回路８のスイッチ素子８１がゲート電荷の放電経路となることで、半導体スイッチ１５の速やかなオフ駆動が達成される。
【００６８】
このように構成される半導体装置１０は、駆動回路１へ直流電力が供給されていないときには、半導体スイッチ１５がオフである。一方、駆動回路１に直流電力が供給されて変換回路３が発振動作すると、トランス２の二次巻線２２に発生する誘導起電力により、制御回路８が半導体スイッチ１５をオンする。すなわち、半導体装置１０は、駆動回路１の駆動に伴い半導体スイッチ１５のオン、オフを切り替えて、半導体スイッチ１５の両端間の導通、非導通を切り替える。
【００６９】
なお、図８の例に限らず、半導体装置１０に用いられる半導体スイッチ１５は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）など、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ以外のスイッチング素子であってもよい。
【００７０】
ところで、上記実施形態においてトランス２の具体的な形態は特に限定されず、たとえば巻線トランス、空芯トランス、プリント基板上に導体パターンにて形成されたコイルを用いたいわゆる平面トランス、マイクロデバイスなどから適宜選択される。とくに、平面トランスをトランス２として用いれば、半導体装置１０は、小型化および低コスト化を図ることが可能である。
【００７１】
なお、部品点数の削減や小型化のためには、トランス２と、変換回路３と、整流回路４と、平滑コンデンサ５と、インピーダンス回路６とのうち、一部または全部は、１チップに集積化されることが望ましい。トランス２が集積化される場合、トランス２としてはマイクロデバイスなどの微小な構造が用いられることが好ましい。
【符号の説明】
【００７２】
１  駆動回路
１０  半導体装置
１１，１２  入力端
１５  半導体スイッチ
２  トランス
２１  一次巻線
２２  二次巻線
３  変換回路
４  整流回路
５  平滑コンデンサ
６  インピーダンス回路
６１，６３，６４，６６  インダクタ
６２，６５  キャパシタ
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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