JP6884186B2 - 双方向スイッチ - Google Patents
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Description
シリコンを材料とした比較例に係る双方向ACスイッチの個々のセルにおいて、逆並列ダイオードは金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET:Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)のソース側に正電圧が印加された場合に、MOSFET部でなく、動作電流に対するオン抵抗がより低いダイオード部に電流を流すことを目的として接続されている。
第1の実施の形態に係る双方向ACスイッチ100の模式的回路構成は、図1に示すように表される。
第2の実施の形態に係る双方向ACスイッチ102の模式的回路構成は、図8に示すように、双方向ACスイッチ102の各セル111ijの第1ドレインD1ijおよび第2ドレインD2ij間に接続されたサージキラー回路26ijを備える。
第3の実施の形態に係る双方向ACスイッチ104の模式的回路構成は、図9に示すように表され、双方向ACスイッチ104を構成する単位セル202ijの模式的回路構成は、図10に示すように表される。
第4の実施の形態に係る双方向ACスイッチ106の模式的回路ブロック構成は、図11に示すように、第1の実施の形態に係る双方向ACスイッチ100のスイッチ出力端子の外側に直列に接続された断路器107をさらに備える。ここで、断路器107は、電磁式スイッチ等により構成可能である。また、双方向ACスイッチ100と断路器107との間には、制御回路109を備えていても良い。制御回路109は、双方向ACスイッチ100の電流遮断信号を受信し、断路器107のオフ動作のトリガ信号を断路器107に供給する動作を行っている。
―SiC−DIMOSFET―
第1〜第3の実施の形態に係る双方向ACスイッチに適用可能な半導体デバイス200の例であって、SiC−DI(Double Implanted)MOSFETの模式的断面構造は、図12に示すように表される。
第1〜第3の実施の形態に係る双方向ACスイッチに適用可能な半導体デバイス200の例であって、SiC−TMOSFETの模式的断面構造は、図13に示すように表される。
上記のように、第1〜第3の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
1211、1212、…、12mn…FETドライバ
1311、1312、…、13mn、151、152、…、15m…ゲート駆動回路
141、142、…、14m…O/E変換器
161、162、…、16m…絶縁型DC/DC変換器
171、172、…、17m…光ファイバー
18A、18B…入力端子
221、222、…、22m…E/O変換器
24…負荷
261、262、…、26m、2611、2612、…、26mn…サージキラー回路
100、102、104、106…双方向ACスイッチ
107…断路器
108…配線
109…制御回路
11011、11012、…、110mn、11111、11112、…、111mn、20211、20212、…、202mn…セル(単位セル)
124…n+SiC基板
126、126N…n-ドリフト層
128…pボディ領域
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132…ゲート絶縁膜
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136…ドレイン電極
138、138TG…ゲート電極
144、144U、144B…層間絶縁膜
200、Q111、Q112、…、Q1mn、Q211、Q212、…、Q2mn…半導体デバイス(SiC−MOSFET)
S111、S112、…、S1mn、S211、S212、…、S2mn…ソース
G111、G112、…、G1mn、G211、G212、…、G2mn…ゲート
D111、D112、…、D1mn、D211、D212、…、D2mn…ドレイン
BD111、BD112、…、BD1mn、BD211、BD212、…、BD2mn…ボディダイオード
T1、T2…スイッチ出力端子
Vac…交流電圧
Claims (10)
- 第1ゲート、第1ソースおよび第1ドレインを有する第1SiC−MOSFETと、
前記第1ゲートと短絡された第2ゲート、および前記第1ソースと短絡された第2ソースを有し、かつ第2ドレインを有する第2SiC−MOSFETと、
互いに短絡された前記第1ゲートおよび前記第2ゲートを外部から入力される信号により制御するように構成された電気的絶縁回路を備えたゲート駆動回路と
を備えた双方向スイッチであって、
前記第1SiC−MOSFETと前記第2SiC−MOSFETと前記ゲート駆動回路とを備えるセルが複数直並列に接続され、各セルは前記ゲート駆動回路に入力される前記信号により共通制御され、
前記双方向スイッチのスイッチ出力端子間の通電時の定格電流が、前記第1ソース側に正電圧が印加された場合に前記第1SiC−MOSFETのチャネル部と前記第1SiC−MOSFETのボディダイオード部に流れる電流を比較して、前記チャネル部側を流れる電流の方が大きくなる電流範囲内に設定された、双方向スイッチ。 - 前記定格電流が、前記第1ソース側に正電圧が印加された場合に前記第1SiC−MOSFETのボディダイオード部側に流れる電流が全体の1%以下になる電流範囲内に設定された、請求項1に記載の双方向スイッチ。
- 前記定格電流が流れた場合に前記第1SiC−MOSFETの前記第1ゲートをオンさせた状態における前記第1ドレインと前記第1ソースとの間に掛かる電圧の絶対値が1.0V以下になるように設定された、請求項1または2に記載の双方向スイッチ。
- 前記双方向スイッチの前記第1ドレインおよび前記第2ドレイン間に1つ以上接続されたサージキラー回路を備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の双方向スイッチ。
- 前記サージキラー回路は、互いにカソードを向かい合わせに接続した第1アバランシェブレークダウンダイオードおよび第2アバランシェブレークダウンダイオードを備える、請求項4に記載の双方向スイッチ。
- 前記第1SiC−MOSFETおよび前記第2SiC−MOSFETは、
第1導電型のSiC基板と、
前記SiC基板上に形成された第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の表面側に形成された第2導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域の表面に形成された第1導電型のソース領域と、
前記ボディ領域の前記ドリフト層の表面上に配置されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に配置されたゲート電極と、
前記ソース領域および前記ボディ領域に電気的に接続されたソース電極と、
前記SiC基板の、前記ドリフト層と反対側の表面に電気的に接続されたドレイン電極と
をそれぞれ備える、請求項1に記載の双方向スイッチ。 - 前記第1SiC−MOSFETおよび前記第2SiC−MOSFETは、
第1導電型のSiC基板と、
前記SiC基板上に形成された第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の表面側に形成された第2導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域の表面に形成された第1導電型のソース領域と、
前記ボディ領域を貫通し、前記ドリフト層まで形成されたトレンチの内にゲート絶縁層および層間絶縁膜を介して形成されたトレンチゲート電極と、
前記ソース領域および前記ボディ領域に接続されたソース電極と、
前記SiC基板の、前記ドリフト層と反対側の表面に電気的に接続されたドレイン電極と
をそれぞれ備える、請求項1に記載の双方向スイッチ。 - 前記第1SiC−MOSFETの前記ボディダイオード部は、前記第1ソースと前記第1ドレインとの間に内蔵されたボディダイオードである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の双方向スイッチ。
- 前記第1SiC−MOSFETの前記ボディダイオード部は、前記ボディ領域と前記ドリフト層との間に内蔵されたボディダイオードである、請求項6または7に記載の双方向スイッチ。
- 前記電気的絶縁回路は光電変換回路を備え、
前記第1ゲートおよび前記第2ゲートは、前記ゲート駆動回路に入力される前記信号を前記光電変換回路により変換した信号により制御される、請求項1に記載の双方向スイッチ。
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