(57)【要約】【課題】当該半導体スイッチモジュールが適用された機器の誤動作や自己の故障を防止できる半導体スイッチモジュールを提供する。【解決手段】外部からの駆動信号に含まれる所定幅以下のパルスを除去するフィルタ回路１２〜１６、と、フィルタ回路で所定幅以下のパルスが除去された駆動信号をゲート信号としてオン／オフする半導体スイッチ１９とを備える。【選択図】図１
2009302629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの駆動信号に含まれる第１所定幅以下のパルスを除去するフィルタ回路と、
前記フィルタ回路で前記第１所定幅以下のパルスが除去された駆動信号をゲート信号としてオン／オフする半導体スイッチと、
を備えたことを特徴とする半導体スイッチモジュール。
【請求項２】
外部からの駆動信号に含まれる第２所定幅以上のパルスを前記第２所定幅に制限するリミット回路を備え、
前記半導体スイッチは、さらに、前記リミット回路によって前記第２所定幅に制限された駆動信号をゲート信号としてオン／オフすることを特徴とする請求項１記載の半導体スイッチモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばマグネトロンやクライストロンなどといった高圧送信管に高圧パルスを供給する変調器などに好適な半導体スイッチモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の半導体スイッチモジュールの構成を示す回路図である。この半導体スイッチモジュールは、絶縁または差動回路１１と半導体スイッチ１９とを備えている。絶縁または差動回路１１は、外部から入力される駆動信号を絶縁または差動で受信し、駆動信号の波形をほぼそのまま維持してゲート信号として半導体スイッチ１９に送る。半導体スイッチ１９は、絶縁または差動回路１１から送られてくるゲート信号に応じてオン／オフし、電流の流れを制御する。
【０００３】
上記のように構成される従来の半導体スイッチモジュールの動作を、図７に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図７（ａ）の左側部分に示すように、所定のパルス幅を有する正常な駆動信号が入力された場合は、図７（ｂ）に示すように、若干の時間遅れは発生するものの、駆動信号がほぼそのままの波形でゲート信号として半導体スイッチ１９に送られる。これにより、図７（ｃ）に示すように、半導体スイッチ１９に電流が流れる。
【０００４】
また、図７（ａ）の中央部分に示すように、例えばノイズなどが駆動信号に重畳された場合のように、短いパルス幅を有する駆動信号が入力された場合は、図７（ｂ）に示すように、短いパルス幅のゲート信号が半導体スイッチ１９に送られる。この場合、図７（ｃ）に示すように、半導体スイッチ１９に短時間だけ電流が流れて、不要なパルス動作が行われる。
【０００５】
さらに、図７（ａ）の右側部分に示すように、例えば駆動信号を出力する装置の故障などにより、長いパルス幅を有する駆動信号が入力された場合は、図７（ｂ）に示すように、長いパルス幅のゲート信号が半導体スイッチ１９に送られる。この場合、図７（ｃ）に示すように、半導体スイッチ１９に電流が流れ続ける。このような異常なパルス動作は、変調器から高圧のパルス電力を送信管に送るばかりでなく半導体スイッチモジュール自体を破損させる危険性がある。
【０００６】
なお、関連する技術として、特許文献１は、短絡条件中の過電圧によるデバイスの破壊の可能性を排除することができるスイッチ駆動回路を開示している。このスイッチ駆動回路において、半導体パワースイッチのための駆動回路は、高電圧パルスをＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）のゲートＧに供給する。短絡回路過電流検出器により、ＩＧＢＴのエミッタに対するコレクタの電圧をモニタする。ＩＧＢＴのコレクタでの電圧が、ＩＧＢＴがターン・オンされるとき降下しない場合、ＩＧＢＴ駆動回路は、短絡を検出し、駆動回路内の線形積分器を起動する。線形積分器は、ＩＧＢＴのゲートの電圧を、静かに傾斜を有して低下させる。
【特許文献１】特開平８−３３５８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、従来の半導体スイッチモジュールは、駆動信号の異常に対する保護機能を備えておらず、半導体スイッチモジュールが適用されている変調器の誤動作や半導体スイッチモジュール自体の故障を引き起こす可能性がある。
【０００８】
本発明の課題は、当該半導体スイッチモジュールが適用された機器の誤動作や自己の故障を防止できる半導体スイッチモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の発明は、外部からの駆動信号に含まれる第１所定幅以下のパルスを除去するフィルタ回路と、フィルタ回路で第１所定幅以下のパルスが除去された駆動信号をゲート信号としてオン／オフする半導体スイッチとを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、外部からの駆動信号に含まれる第２所定幅以上のパルスを第２所定幅に制限するリミット回路を備え、半導体スイッチは、さらに、リミット回路によって第２所定幅に制限された駆動信号をゲート信号としてオン／オフすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、外部からの駆動信号に含まれる第１所定幅以下のパルスを除去した駆動信号をゲート信号として半導体スイッチをオン／オフさせるので、半導体スイッチの不要なパルス動作が排除され、この半導体スイッチモジュールが適用された機器の誤動作を防止することができる。
【００１２】
また、第２の発明によれば、外部からの駆動信号に含まれる第２所定幅以上のパルスを第２所定幅に制限し、この第２所定幅に制限された駆動信号をゲート信号として半導体スイッチをオン／オフするので、半導体スイッチモジュールの故障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】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、背景技術の欄で説明した従来の半導体スイッチモジュールと同一の構成要素には、背景技術の欄で使用した符号と同じ符号を付して説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１に係る半導体スイッチモジュールの構成を示すブロック図である。この半導体スイッチモジュールは、絶縁または差動回路１１、第１ワンショット回路１２、ＩＮＶ回路１３、ＡＮＤ回路１４、第２ワンショット回路１５、ＯＲ回路１６、第３ワンショット回路１７、ＡＮＤ回路１８および半導体スイッチ１９を備えている。
【００１５】
絶縁または差動回路１１は、外部から入力される駆動信号を絶縁または差動で受信し、駆動信号の波形をほぼそのまま維持して、第１ワンショット回路１２およびＡＮＤ回路１４に送る。
【００１６】
第１ワンショット回路１２は、絶縁または差動回路１１から送られてくる信号の立ち上がりエッジでトリガーされ、所定時間（最小パルス幅に対応する時間）だけハイレベル（以下、「Ｈレベル」という）になる信号を生成する。
【００１７】
所定時間は、当該半導体スイッチモジュールが適用される機器の仕様に応じて決定される。例えば、この半導体スイッチモジュールが気象レーダで使用される場合は、所定時間として０．５μＳが用いられる。第１ワンショット回路１２で生成された信号は、ＩＮＶ回路１３および第３ワンショット回路１７に送られる。この第１ワンショット回路１２は、駆動信号を所定時間だけ遅らせるディレイ回路として機能する。
【００１８】
ＩＮＶ回路１３は、第１ワンショット回路１２から送られてくる信号の位相を反転させ、ＡＮＤ回路１４に送る。ＡＮＤ回路１４は、絶縁または差動回路１１から送られてくる信号と、ＩＮＶ回路１３から送られてくる信号の論理積演算を行い、結果を第２ワンショット回路１５およびＯＲ回路１６に送る。
【００１９】
第２ワンショット回路１５は、ＡＮＤ回路１４から送られてくる信号の立ち下がりエッジでトリガーされ、所定時間（第１ワンショット回路１２から出力される信号がＨレベルになる時間とほぼ同じ時間）だけＨレベルになる信号を生成する。この第２ワンショット回路１５で生成された信号は、ＯＲ回路１６に送られる。この第２ワンショット回路１５は、第１ワンショット回路１２で駆動信号が遅延された分を補償するためのディレイ分補償回路として機能する。
【００２０】
ＯＲ回路１６は、ＡＮＤ回路１４から送られてくる信号と第２ワンショット回路１５から送られてくる信号の論理和演算を行い、結果をＡＮＤ回路１８に送る。本発明のフィルタ回路は、上述した第１ワンショット回路１２、ＩＮＶ回路１３、ＡＮＤ回路１４、第２ワンショット回路１５およびＯＲ回路１６から構成されている。
【００２１】
第３ワンショット回路１７は、第１ワンショット回路１２から送られてくる信号の立ち下がりエッジでトリガーされ、所定時間（最大パルス幅に対応する時間）だけＨレベルになる信号を生成する。所定時間は、当該半導体スイッチモジュールが適用される機器の機能的な制限および半導体スイッチ１９の許容量などに応じて決定される。例えば、この半導体スイッチモジュールが気象レーダで使用される場合は、所定時間として５μＳが用いられる。この第３ワンショット回路１７で生成された信号は、ＡＮＤ回路１８に送られる。この第３ワンショット回路１７は、本発明のリミット回路の一部として機能する。
【００２２】
ＡＮＤ回路１８は、ＯＲ回路１６から送られてくる信号と第３ワンショット回路１７から送られてくる信号の論理積演算を行い、結果をゲート信号として半導体スイッチ１９に送る。このＡＮＤ回路１８は、本発明のリミット回路の他の一部として機能する。すなわち、本発明のリミット回路は、上述した第３ワンショット回路１７およびＡＮＤ回路１８から構成されている。
【００２３】
半導体スイッチ１９は、ＡＮＤ回路１８から送られてくるゲート信号に応じてオン／オフし、電流の流れを制御する。
【００２４】
次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係る半導体スイッチモジュールの動作を説明する。
【００２５】
まず、この半導体スイッチモジュールの動作の概要を、図２に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図２（ａ）の左側部分に示すように、所定のパルス幅を有する正常な駆動信号が入力された場合は、図２（ｂ）に示すように、若干の時間遅れ（ディレイ）の後に、駆動信号がほぼそのままの波形でゲート信号として半導体スイッチ１９に送られる。これにより、図２（ｃ）に示すように、半導体スイッチ１９には、ゲート信号がアクティブ（Ｈレベル）な間だけ電流が流れる。
【００２６】
また、図２（ａ）の中央部分に示すように、例えばノイズが駆動信号に重畳された場合のように、短いパルス幅を有する駆動信号が入力された場合は、図２（ｂ）に示すように、ゲート信号は生成されない。その結果、図２（ｃ）に示すように、半導体スイッチ１９に電流が流れることはない。
【００２７】
さらに、図２（ａ）の右側部分に示すように、例えば駆動信号を出力する機器の故障などにより、長いパルス幅を有する駆動信号が入力された場合は、図２（ｂ）に示すように、所定のパルス幅（最大パルス幅）に制限されたゲート信号が生成されて半導体スイッチ１９に送られる。この場合、図２（ｃ）に示すように、半導体スイッチ１９には所定時間だけ電流が流れる。
【００２８】
次に、この半導体スイッチモジュールの動作の詳細を、図３〜図５に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００２９】
まず、定常時の動作を、図３に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。外部から、図３（ａ）に示すような所定のパルス幅を有する正常な駆動信号が入力されると、絶縁または差動回路１１は、それを絶縁または差動で受信し、駆動信号の波形をほぼそのまま維持して、第１ワンショット回路１２およびＡＮＤ回路１４に送る。第１ワンショット回路１２は、図３（ｂ）に示すように、絶縁または差動回路１１から送られてくる信号の立ち上がりエッジでトリガーされて所定時間だけＨレベルになる信号を生成し、ＩＮＶ回路１３および第３ワンショット回路１７に送る。
【００３０】
ＩＮＶ回路１３は、図３（ｅ）に示すように、第１ワンショット回路１２から送られてくる信号の位相を反転させ、ＡＮＤ回路１４に送る。ＡＮＤ回路１４は、図３（ｆ）に示すように、絶縁または差動回路１１から送られてくる信号と、ＩＮＶ回路１３から送られてくる信号の論理積演算を行い、結果を第２ワンショット回路１５およびＯＲ回路１６に送る。
【００３１】
第２ワンショット回路１５は、図３（ｃ）に示すように、ＡＮＤ回路１４から送られてくる信号の立ち下がりエッジでトリガーされて所定時間だけＨレベルになる信号を生成し、ＯＲ回路１６に送る。ＯＲ回路１６は、ＡＮＤ回路１４から送られてくる信号と第２ワンショット回路１５から送られてくる信号の論理和演算を行い、結果をＡＮＤ回路１８に送る。一方、第３ワンショット回路１７は、図３（ｄ）に示すように、第１ワンショット回路１２から送られてくる信号の立ち下がりエッジでトリガーされて所定時間だけＨレベルになる信号を生成し、ＡＮＤ回路１８に送る。
【００３２】
ＡＮＤ回路１８は、ＯＲ回路１６から送られてくる信号と第３ワンショット回路１７から送られてくる信号の論理積演算を行うことにより、図３（ｇ）に示すような、駆動信号とほぼ同じパルス幅を有するゲート信号を生成し、半導体スイッチ１９に送る。これにより、半導体スイッチ１９には、駆動信号のパルス幅とほぼ同じ期間だけ電流が流れる。
【００３３】
次に、短いパルス幅を有する駆動信号が入力された場合の動作を、図４に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図４（ａ）に示すように、外部から短いパルス幅を有する駆動信号が入力されると、絶縁または差動回路１１は、それを絶縁または差動で受信し、駆動信号の波形をほぼそのまま維持して、第１ワンショット回路１２およびＡＮＤ回路１４に送る。第１ワンショット回路１２は、図４（ｂ）に示すように、絶縁または差動回路１１から送られてくる信号の立ち上がりエッジでトリガーされて所定時間だけＨレベルになる信号を生成し、ＩＮＶ回路１３および第３ワンショット回路１７に送る。
【００３４】
ＩＮＶ回路１３は、図４（ｅ）に示すように、第１ワンショット回路１２から送られてくる信号の位相を反転させ、ＡＮＤ回路１４に送る。ＡＮＤ回路１４は、図４（ｆ）に示すように、絶縁または差動回路１１から送られてくる信号と、ＩＮＶ回路１３から送られてくる信号の論理積演算を実行するが、論理積がとれないので、低レベル（以下、「Ｌレベル」という）の信号を第２ワンショット回路１５およびＯＲ回路１６に送る。
【００３５】
第２ワンショット回路１５は、ＡＮＤ回路１４から送られてくる信号に立ち下がりエッジが存在しないのでトリガーされず、図４（ｃ）に示すように、Ｌレベルの信号をＯＲ回路１６に送る。ＯＲ回路１６は、ＡＮＤ回路１４から送られてくるＬレベルの信号と第２ワンショット回路１５から送られてくるＬレベルの信号の論理和演算を行い、これにより得られたＬレベルの信号をＡＮＤ回路１８に送る。一方、第３ワンショット回路１７は、図４（ｄ）に示すように、第１ワンショット回路１２から送られてくる信号の立ち下がりエッジでトリガーされて所定時間だけＨレベルになる信号を生成し、ＡＮＤ回路１８に送る。
【００３６】
ＡＮＤ回路１８は、ＯＲ回路１６から送られてくるＬレベルの信号と第３ワンショット回路１７から送られてくる信号の論理積演算を実行するが、論理積がとれないので、図４（ｇ）に示すように、Ｌレベルの信号をゲート信号として半導体スイッチ１９に送る。したがって、半導体スイッチ１９はオンにされず、電流は流れない。これにより、細いノイズ状の短いパルス幅を有する駆動信号が入力された場合に、その駆動信号を無視して半導体スイッチ１９が駆動されるのを抑止する機能が実現されている。
【００３７】
なお、無視の対象となる駆動信号の最小パルス幅は、第１ワンショット回路１２で生成される信号のＨレベルの期間によって決定され、このＨレベルの期間は、第１ワンショット回路１２の時定数によって決定される。
【００３８】
次に、長いパルス幅を有する駆動信号が入力された場合の動作を、図５に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。外部から、図５（ａ）に示すような駆動信号が入力されると、絶縁または差動回路１１は、それを絶縁または差動で受信し、駆動信号の波形をほぼそのまま維持して、第１ワンショット回路１２およびＡＮＤ回路１４に送る。第１ワンショット回路１２は、図５（ｂ）に示すように、絶縁または差動回路１１から送られてくる信号の立ち上がりエッジでトリガーされて所定時間だけＨレベルになる信号を生成し、ＩＮＶ回路１３および第３ワンショット回路１７に送る。
【００３９】
ＩＮＶ回路１３は、図５（ｅ）に示すように、第１ワンショット回路１２から送られてくる信号の位相を反転させ、ＡＮＤ回路１４に送る。ＡＮＤ回路１４は、図５（ｆ）に示すように、絶縁または差動回路１１から送られてくる信号と、ＩＮＶ回路１３から送られてくる信号の論理積演算を行い、結果を第２ワンショット回路１５およびＯＲ回路１６に送る。
【００４０】
第２ワンショット回路１５は、図５（ｃ）に示すように、ＡＮＤ回路１４から送られてくる信号に立ち下がりエッジが存在しないのでトリガーされず、Ｌレベルの信号をＯＲ回路１６に送る。ＯＲ回路１６は、ＡＮＤ回路１４から送られてくる信号と第２ワンショット回路１５から送られてくるＬレベルの信号の論理和演算を行い、ＡＮＤ回路１４から送られてくる信号と同様の波形を有する信号を出力してＡＮＤ回路１８に送る。一方、第３ワンショット回路１７は、第１ワンショット回路１２から送られてくる信号の立ち下がりエッジでトリガーされ、図５（ｄ）に示すように、所定時間、つまり最大パルス幅に対応する時間だけＨレベルになる信号を生成し、ＡＮＤ回路１８に送る。
【００４１】
ＡＮＤ回路１８は、ＯＲ回路１６から送られてくる信号と第３ワンショット回路１７から送られてくる信号の論理積演算を行うことにより、図５（ｇ）に示すような、最大パルス幅を有するゲート信号を生成し、半導体スイッチ１９に送る。これにより、半導体スイッチ１９には、最大パルス幅に対応する期間だけ電流が流れる。
【００４２】
このように、半導体スイッチ１９に流れる電流は、最大パルス幅によって規定される期間に制限されるので、半導体スイッチモジュールの破損を回避することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、例えばマグネトロンやクライストロンなどといった高圧送信管に高圧パルスを供給する変調器用の半導体スイッチモジュールとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体スイッチモジュールの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体スイッチモジュールの動作の概要を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施例１に係る半導体スイッチモジュールの定常時の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施例１に係る半導体スイッチモジュールに短いパルス幅を有する駆動信号が入力された場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施例１に係る半導体スイッチモジュールに長いパルス幅を有する駆動信号が入力された場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】従来の半導体スイッチモジュールの構成を示す回路図である。
【図７】従来の半導体スイッチモジュールの動作を概略的に示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１１  絶縁または差動回路
１２  第１ワンショット回路
１３  ＩＮＶ回路
１４  ＡＮＤ回路
１５  第２ワンショット回路
１６  ＯＲ回路
１７  第３ワンショット回路
１８  ＡＮＤ回路
１９  半導体スイッチ
【図１】
2009302629.tif 000003
【図２】
2009302629.tif 000004
【図３】
2009302629.tif 000005
【図４】
2009302629.tif 000006
【図５】
2009302629.tif 000007
【図６】
2009302629.tif 000008
【図７】
2009302629.tif 000009