(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子と複数の出力端子とを備え、前記入力端子から入力される所定周波数の交流電力を前記複数の出力端子のいずれかから出力する電気経路切替器であって、
前記入力端子を前記複数の出力端子のそれぞれに接続する複数の電気経路と、
前記電気経路のそれぞれに設けられた、接地電位を基準として動作する９０度移相器と、
前記９０度移相器と前記出力端子との間において、前記電気経路のそれぞれに設けられた地絡手段と
をさらに備え、
前記地絡手段は、前記電気経路と前記接地電位との間に設けられた少なくとも１つの半導体スイッチ素子を含み、
前記交流電力を出力すべきではない出力端子のための前記電気経路の前記地絡手段が当該出力端子を地絡させると、当該電気経路の前記９０度移相器の前記入力端子から見た前記所定周波数におけるインピーダンスが地絡させていないときの１０倍以上になる
ことを特徴とする電気経路切替器。
【請求項２】
前記９０度移相器は、π型のフィルタ回路を含んでいる
ことを特徴とする請求項１に記載の電気経路切替器。
【請求項３】
前記９０度移相器は、前記交流電力の波長の１／４の長さの同軸ケーブルを含んでいる
ことを特徴とする請求項１に記載の電気経路切替器。
【請求項４】
前記地絡手段は、
前記電気経路にアノードが接続された第１ダイオードと、
前記電気経路にカソードが接続された第２ダイオードと、
ドレインが前記第１ダイオードのカソードに接続されるとともにソースが前記接地電位に接続されたＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴと、
ドレインが前記第２ダイオードのアノードに接続されるとともにソースが前記接地電位に接続されたＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴと
を含んでいる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気経路切替器。
【請求項５】
前記地絡手段は、
前記電気経路にアノードが接続された第１ダイオードと、
前記電気経路にカソードが接続された第２ダイオードと、
コレクタが前記第１ダイオードのカソードに接続されるとともにエミッタが前記接地電位に接続されたＮＰＮ型のトランジスタと、
コレクタが前記第２ダイオードのアノードに接続されるとともにエミッタが前記接地電位に接続されたＰＮＰ型のトランジスタと
を含んでいる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気経路切替器。
【請求項６】
前記地絡手段は、
カソードが前記電気経路に接続されるとともにアノードが前記接地電位に接続された第１サイリスタと、
アノードが前記電気経路に接続されるとともにカソードが前記接地電位に接続された第２サイリスタと
を含んでいる、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気経路切替器。
【請求項７】
前記地絡手段は、
一方の端子が前記電気経路に接続されるとともに他方の端子が前記接地電位に接続されたトライアックを含んでいる、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気経路切替器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力端子から入力される交流電力を複数の出力端子のいずれかから出力する電気経路切替器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気経路を比較的高速に切り替えるために、真空リレーやＰＩＮダイオードを用いた電気経路切替器が利用されている。表１に示すように、真空リレーおよびＰＩＮダイオードには一長一短がある。例えば、真空リレーは、大電力を通電することができるが、応答性が悪く、切替回数（寿命）が短い。一方、ＰＩＮダイオードは、大電力の通電には不向きであるが、応答性に優れ、寿命も長い。
【表１】
0006966110.tif 000002
【０００３】
なお、ＰＩＮダイオードを用いた電気経路切替器は、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−４５０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、真空リレーを用いた場合に得られる利点とＰＩＮダイオードを用いた場合に得られる利点とを併せ持った電気経路切替器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る電気経路切替器は、入力端子と複数の出力端子とを備え、入力端子から入力される所定周波数の交流電力を複数の出力端子のいずれかから出力するものであって、入力端子を複数の出力端子のそれぞれに接続する複数の電気経路と、電気経路のそれぞれに設けられた、接地電位を基準として動作する９０度移相器と、９０度移相器と出力端子との間において電気経路のそれぞれに設けられた地絡手段とをさらに備え、地絡手段は、電気経路と接地電位との間に設けられた少なくとも１つの半導体スイッチ素子を含み、交流電力を出力すべきではない出力端子のための電気経路の地絡手段が当該出力端子を地絡させると、当該電気経路の９０度移相器の入力端子から見た所定周波数におけるインピーダンスが地絡させていないときの１０倍以上になることを特徴とする。
【０００７】
９０度移相器の具体的な構成としては、例えば、（１）π型のフィルタ回路を含んだものや、（２）入力端子から入力される交流電力の波長の１／４の長さの同軸ケーブルを含んだものが考えられる
【０００８】
また、地絡手段の具体的な構成としては、例えば、（１）電気経路にアノードが接続された第１ダイオードと、電気経路にカソードが接続された第２ダイオードと、ドレインが第１ダイオードのカソードに接続されるとともにソースが接地電位に接続されたＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴと、ドレインが第２ダイオードのアノードに接続されるとともにソースが接地電位に接続されたＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴとを含んだものや、（２）電気経路にアノードが接続された第１ダイオードと、電気経路にカソードが接続された第２ダイオードと、コレクタが第１ダイオードのカソードに接続されるとともにエミッタが接地電位に接続されたＮＰＮ型のトランジスタと、コレクタが第２ダイオードのアノードに接続されるとともにエミッタが接地電位に接続されたＰＮＰ型のトランジスタとを含んだものや、（３）カソードが電気経路に接続されるとともにアノードが接地電位に接続された第１サイリスタと、アノードが電気経路に接続されるとともにカソードが接地電位に接続された第２サイリスタとを含んだものや、（４）一方の端子が電気経路に接続されるとともに他方の端子が接地電位に接続されたトライアックを含んだものが考えられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、真空リレーを用いた場合に得られる利点とＰＩＮダイオードを用いた場合に得られる利点とを併せ持った電気経路切替器、すなわち、大電力の通電が可能で、応答性に優れ、かつ長寿命な電気経路切替器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例に係る電気経路切替器の回路図である。
【図２】図１に示した電気経路切替器の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】図１に示した９０度移相器の変形例を示す図である。
【図４】図１に示した地絡手段の変形例を示す図である。
【図５】本発明の変形例に係る電気経路切替器の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る電気経路切替器の実施例について説明する。
【００１２】
［実施例］
図１に、本発明の実施例に係る電気経路切替器１０を示す。電気経路切替器１０は、高周波電源装置２０が出力する所定周波数ｆｉｎ［Ｈｚ］の高周波電力を２つの負荷装置３０Ａ，３０Ｂのいずれかに選択的に供給するためのもので、高周波電源装置２０に接続される入力端子１１と、第１の負荷装置３０Ａに接続される第１の出力端子１２Ａと、第２の負荷装置３０Ｂに接続される第２の出力端子１２Ｂとを備えている。
【００１３】
電気経路切替器１０は、入力端子１１を第１の出力端子１２Ａに接続する第１の電気経路１３Ａと、第１の電気経路１３Ａの途中に設けられたＧＮＤ基準の第１の９０度移相器１４Ａと、第１の９０度移相器１４Ａと第１の出力端子１２Ａとの間において第１の電気経路１３Ａに設けられた第１の地絡手段１５Ａとを備えている。
【００１４】
電気経路切替器１０は、入力端子１１を第２の出力端子１２Ｂに接続する第２の電気経路１３Ｂと、第２の電気経路１３Ｂの途中に設けられたＧＮＤ基準の第２の９０度移相器１４Ｂと、第２の９０度移相器１４Ｂと第２の出力端子１２Ｂとの間において第２の電気経路１３Ｂに設けられた第２の地絡手段１５Ｂとを備えている。
【００１５】
第１の９０度移相器１４Ａは、第１の電気経路１３Ａに介装された第１のインダクタＬ１と、第１のインダクタＬ１の一端とＧＮＤとの間に設けられた第１のコンデンサＣ１と、第１のインダクタＬ１の他端とＧＮＤとの間に設けられた第２のコンデンサＣ２とからなるπ型のフィルタ回路を含んでいる。
【００１６】
第１のインダクタＬ１のインダクタンスをＬ［Ｈ］、第１のコンデンサＣ１のキャパシタンスをＣ［Ｆ］とすると、上記所定周波数ｆｉｎ、インダクタンスＬおよびキャパシタンスＣの間には、次式の関係がある。
【数１】
0006966110.tif 000003
すなわち、第１のインダクタＬ１のインダクタンスＬおよび第１のコンデンサＣ１のキャパシタンスＣは、第１のインダクタＬ１と第１のコンデンサＣ１とを並列に接続した回路の共振周波数が、高周波電源装置２０が出力する高周波電力の周波数ｆｉｎに一致するように設計されている。第２のコンデンサＣ２のキャパシタンスは、第１のコンデンサＣ１のキャパシタンスＣと同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００１７】
第１の地絡手段１５Ａは、第１の電気経路１３Ａにアノードが接続された第１のダイオードＤ１と、第１の電気経路１３Ａにカソードが接続された第２のダイオードＤ２と、ドレインが第１のダイオードＤ１のカソードに接続されるとともにソースがＧＮＤに接続されたＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴからなる第１の半導体スイッチ素子Ｓ１と、ドレインが第２のダイオードＤ２のアノードに接続されるとともにソースがＧＮＤに接続されたＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴからなる第２の半導体スイッチ素子Ｓ２とを含んでいる。
【００１８】
外部からのゲート制御信号により第１の半導体スイッチ素子Ｓ１をＯＮさせると、第１の電気経路１３Ａ→第１のダイオードＤ１→第１の半導体スイッチ素子Ｓ１→ＧＮＤの電流経路が形成される。また、外部からのゲート制御信号により第２の半導体スイッチ素子Ｓ２をＯＮさせると、ＧＮＤ→第２の半導体スイッチ素子Ｓ２→第２のダイオードＤ２→第１の電気経路１３Ａの電流経路が形成される。このため、２つの半導体スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２の両方をＯＮさせれば、第１の電気経路１３Ａの電位がＧＮＤ電位よりも高い場合および低い場合の両方において、第１の電気経路１３Ａ（および第１の出力端子１２Ａ）を地絡させることができる。
【００１９】
第１の地絡手段１５Ａが第１の電気経路１３Ａを地絡させると、第１の９０度移相器１４Ａの第２のコンデンサＣ２が短絡され、第１の９０度移相器１４Ａは、第１のインダクタＬ１と第１のコンデンサＣ１との並列回路となる。また、前述の通り、この並列回路の共振周波数は、高周波電源装置２０が出力する高周波電力の周波数ｆｉｎに一致している。すなわち、第１の地絡手段１５Ａが第１の電気経路１３Ａを地絡させると、第１の９０度移相器１４Ａが周波数ｆｉｎにおける並列共振回路として機能するようになる。そして、その結果、入力端子１１から見た第１の９０度移相器１４Ａのインピーダンスは無限大となり、高周波電力は第１の出力端子１２Ａから出力されなくなる。
【００２０】
第２の９０度移相器１４Ｂは、第１の９０度移相器１４Ａと同一の構成を有している。また、第２の地絡手段１５Ｂは、第１の地絡手段１５Ａと同一の構成を有している。
【００２１】
図２に示すように、第１の地絡手段１５Ａの２つの半導体スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２がＯＦＦし、かつ第２の地絡手段１５Ｂの２つの半導体スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２がＯＮしているとき、入力端子１１から見た第１の９０度移相器１４Ａのインピーダンスは通常のインピーダンス（例えば、５０［Ω］）のままで、入力端子１１から見た第２の９０度移相器１４Ｂのインピーダンスは無限大なので、入力端子１１から入力される高周波電力は第１の出力端子１２Ａのみから出力される。反対に、第１の地絡手段１５Ａの２つの半導体スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２がＯＮし、かつ第２の地絡手段１５Ｂの２つの半導体スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２がＯＦＦしているとき、入力端子１１から見た第２の９０度移相器１４Ｂのインピーダンスは通常のインピーダンス（例えば、５０［Ω］）のままで、入力端子１１から見た第１の９０度移相器１４Ａのインピーダンスは無限大なので、入力端子１１から入力される高周波電力は第２の出力端子１２Ｂのみから出力される。なお、半導体スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２のＯＮ／ＯＦＦは、高周波電力の休止期間Ｔoff中に切り替えられることが好ましい。
【００２２】
表２に示すように、半導体スイッチ素子は、大電力の通電が可能で、応答性に優れ、かつ長寿命である。このため、半導体スイッチ素子により電気経路を切り替えることとした本実施例によれば、真空リレーを用いた場合に得られる利点とＰＩＮダイオードを用いた場合に得られる利点とを併せ持った電気経路切替器を実現することができる。
【表２】
0006966110.tif 000004
【００２３】
［変形例］
以上、本発明の実施例について説明してきたが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。
【００２４】
例えば、９０度移相器１４Ａ，１４Ｂは、電気経路１３Ａ，１３Ｂに介装された第３のコンデンサＣ３と、第３のコンデンサＣ３の一端とＧＮＤとの間に設けられた第２のインダクタＬ２と、第３のコンデンサＣ３の他端とＧＮＤとの間に設けられた第３のインダクタＬ３とからなるπ型のフィルタ回路を含んでいてもよいし（図３（Ａ）参照）、入力される高周波電力の波長の１／４の長さを有する同軸ケーブルＣＣであってもよい（図３（Ｂ）参照）。ただし、いずれの構成を採用する場合においても、９０度移相器１４Ａ，１４Ｂは、地絡手段１５Ａ，１５Ｂが電気経路１３Ａ，１３Ｂ（出力端子１２Ａ，１２Ｂ）を地絡させたときに、入力端子１１から見たインピーダンスが周波数ｆｉｎにおいてＨｉｇｈインピーダンス（例えば、通常の１０倍以上、好ましくは１００倍以上のインピーダンス）になる必要がある。
【００２５】
また、地絡手段１５Ａ，１５Ｂは、電気経路１３Ａ，１３Ｂにアノードが接続された第３のダイオードＤ３と、電気経路１３Ａ，１３Ｂにカソードが接続された第４のダイオードＤ４と、コレクタが第３のダイオードＤ３のカソードに接続されるとともにエミッタがＧＮＤに接続されたＮＰＮ型のトランジスタからなる第３の半導体スイッチ素子Ｓ３と、コレクタが第４のダイオードＤ４のアノードに接続されるとともにエミッタがＧＮＤに接続されたＰＮＰ型のトランジスタからなる第４の半導体スイッチ素子Ｓ４とを含んでいてもよい（図４（Ａ）参照）。あるいは、地絡手段１５Ａ，１５Ｂは、一方の端子が電気経路１３Ａ，１３Ｂに接続されるとともに他方の端子がＧＮＤに接続されたトライアックからなる第５の半導体スイッチ素子Ｓ５を含んでいてもよい（同図（Ｂ）参照）。あるいは、地絡手段１５Ａ，１５Ｂは、カソードが電気経路１３Ａ，１３Ｂに接続されるとともにアノードがＧＮＤに接続されたサイリスタからなる第６の半導体スイッチ素子Ｓ６と、アノードが電気経路１３Ａ，１３Ｂに接続されるとともにカソードがＧＮＤに接続されたサイリスタからなる第７の半導体スイッチ素子Ｓ７とを含んでいてもよい（同図（Ｃ）参照）。いずれの構成を採用する場合においても、外部からの制御信号により半導体スイッチ素子Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７をＯＮさせることにより、地絡状態を作り出すことができる。
【００２６】
また、本発明に係る電気経路切替器は、図５に示す電気経路切替器１０’のように、３つ以上の出力端子１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ・・・と、３つ以上の電気経路１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ・・・と、３つ以上の９０度移相器１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ・・・と、３つ以上の地絡手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ・・・とを備えていてもよい。この構成によれば、高周波電源装置２０が出力する高周波電力を３つ以上の負荷装置３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ・・・のいずれかに選択的に供給することができる。なお、９０度移相器１４Ｃ・・・は、９０度移相器１４Ａ，１４Ｂと同一の構成とすることができる。同様に、地絡手段１５Ｃ・・・は、地絡手段１５Ａ，１５Ｂと同一の構成とすることができる。
【００２７】
また、本発明に係る電気経路切替器の入力端子１１には、高周波とは言えないような周波数の交流電力が入力されてもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１０，１０’    電気経路切替器
１１    入力端子
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ    出力端子
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ    電気経路
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ    ９０度移相器
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ    地絡手段
２０    高周波電源装置
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ    負荷装置
【図１】
0006966110.tif 000005
【図２】
0006966110.tif 000006
【図３】
0006966110.tif 000007
【図４】
0006966110.tif 000008
【図５】
0006966110.tif 000009