KR20010033341A - 자계 에너지를 전계 에너지로 변환시키기 위한 전기 회로 - Google Patents

자계 에너지를 전계 에너지로 변환시키기 위한 전기 회로 Download PDF

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KR20010033341A
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Abstract

자계 에너지(M)를 전계 에너지(E)로 변환시키기 위한 전기 회로(G)는 자계 에너지(M)용 적어도 하나의 제 1 어큐뮬레이터 소자(L), 전계 에너지(E)용 제 2 어큐뮬레이터 소자(C), 반도체 밸브 소자(D) 및 전기 스위칭 소자(S)를 포함한다. 본 발명에 따라, 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료는 적어도 2 eV의 밴드 갭(VB) 및 적어도 5*10^5 V/㎝의 브레이크다운 필드 강도(EK)를 갖는다. 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료는 특히 실리콘 탄화물(SiC), 갈륨 질화물(GaN) 또는 다이아몬드(Cdia)를 포함한다. 반도체 밸브 소자(D)는 특히 반도체 다이오드, 바람직하게는 쇼트키 다이오드이다. 본 발명에 따른 반도체 밸브 소자(D)의 적은 다이내믹 스위칭 손실로 인해, 작은 부품을 가진 전기 회로(G)가 높은 동작 전압 및 높은 스위칭 주파수에도 사용될 수 있다.

Description

자계 에너지를 전계 에너지로 변환시키기 위한 전기 회로 {ELECTRICAL CIRCUIT ARRANGEMENT FOR TRANSFORMING MAGNETIC FIELD ENERGY INTO ELECTRIC FIELD ENERGY}
자계 에너지를 전계 에너지로 변환시키기 위한 이러한 방식의 공지된 전기 회로의 약점은 특히 반도체 밸브 소자이다: 에너지 변환 과정마다 반도체 밸브 소자가 도통 방향으로 거의 회로 입력 전압의 높이로 심한 전압 변동에 노출된다. 게다가, 반도체 밸브 소자는 차단 방향으로 회로 입력 전압의 수배까지의 전압 강도를 가져야 한다. 반도체 밸브 소자는 도통 상태와 차단 상태 사이에서 높은 부하 변동을 겪는다. 따라서, 반도체 밸브 소자의 파워가 전체 회로의 파워를 제한한다.
종래의 반도체 밸브 소자는 일반적으로 실리콘(Si)으로 제조된다. 이것은 높은 차단 전압이 반도체 밸브 소자내의 두꺼운 반도체 접합 층에 의해서만 얻어질 수 있다는 단점을 갖는다. 그러나, 두꺼운 반도체 접합 층은 높은 다이내믹 스위칭 손실을 갖는다는 단점이 있다. 다이내믹 반도체 손실은 주로 반도체 밸브 소자를 차단 상태로부터 도통 상태로 그리고 그 역으로 바꿀 때 특히, 소수 캐리어 또는 다수 캐리어의 형성 및 감소에 의해 발생된다. 다이내믹 스위칭 손실은 반도체 밸브 소자를 불안정하게 할 수 있는 높은 열 손실을 야기시킨다. 또한, 반도체 밸브 소자로부터 최대로 유출 가능한 파워 손실은 그것의 최대 내열성으로 인해 회로의 스위칭 소자의 스위칭 주파수 및 그것의 파워를 제한한다. 자계 에너지용 제 1 어큐뮬레이터 소자 및 전계 에너지용 제 2 어큐뮬레이터 소자가 클록 주파수에 반비례하게 설계될 수 있다. 스위칭 주파수가 높아짐에 따라, 스위칭 소자의 크기가 감소된다.
본 발명은 자계 에너지용 적어도 하나의 제 1 어큐뮬레이터 소자, 전계 에너지용 제 2 어큐뮬레이터 소자, 반도체 밸브 소자, 및 적어도 하나의 제 1 및 제 2 스위칭 상태를 취할 수 있는 전기 스위칭 소자를 포함하고, 상기 소자들은 스위칭 소자의 제 1 스위칭 상태에서 자계 에너지가 제 1 어큐뮬레이터 소자에 저장될 수 있으며 스위칭 소자의 제 2 스위칭 상태에서 제 1 어큐뮬레이터 소자로부터 자계 에너지가 반도체 밸브 소자를 통해 안내되고, 제 2 어큐뮬레이터 소자에서 전계 에너지로 변환되도록 서로 접속된, 자계 에너지를 전계 에너지로 변환시키기 위한 전기 회로에 관한 것이다.
도 1은 자계 에너지를 전계 에너지로 변환시키기 위한, 본 발명에 따른 전기 회로,
도 2는 금속 쇼트키 접점에 대한 접합을 가진 반도체 밸브 소자의 반도체 재료의 적어도 2 eV의 밴드 갭,
도 3은 반도체 밸브 소자의 반도체 재료의 적어도 5*10^5 V/㎝의 브레이크다운 필드 강도,
도 4는 본 발명에 따른 전기 회로를 가진 고전류 설정기 회로,
도 5는 본 발명에 따른 전기 회로를 가진 저전류 설정기 회로,
도 6은 본 발명에 따른 전기 회로를 가진 플로우 변환기 회로,
도 7은 본 발명에 따른 전기 회로를 가진 파워 팩터 콘트롤러 회로를 나타낸다.
본 발명의 목적은 전술한 단점이 현저히 감소되도록 구성된, 자계 에너지를 전계 에너지로 변환시키기 위한 전기 회로를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 제 1항, 5항, 7항 및 9항에 제시된 전기 회로, 및 청구항 제 15항 내지 20항에 따라 사용된 전기 회로에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 전기 회로의 장점은 반도체 밸브 소자의 반도체 재료가 적어도 2 eV의 밴드 갭 및 적어도 5*10^5 V/㎝의 브레이크다운 필드 강도를 갖는다는 것이다.
본 발명에 따른 전기 회로의 다른 실시예의 장점은 반도체 밸브 소자의 반도체 재료가 실리콘 탄화물, 갈륨 질화물 또는 다이아몬드를 포함한다는 것이다.
본 발명에 따른 또다른 전기 회로의 장점은 반도체 밸브 소자의 반도체 재료가 실리콘 탄화물을 포함하고 특히 약 3 eV의 밴드 갭 및 약 25*10^5 V/㎝의 브레이크다운 필드 강도를 갖는다는 것이다.
본 발명에 따른 또다른 전기 회로의 장점은 반도체 밸브 소자의 반도체 재료가 갈륨 질화물을 포함하고 특히 약 3.2 eV의 밴드 갭 및 약 30*10^5 V/㎝의 브레이크다운 필드 강도를 갖는다는 것이다.
본 발명에 따른 또따른 전기 회로의 장점은 반도체 밸브 소자의 반도체 재료가 다이아몬드를 함유하고 특히 약 5.5 eV의 밴드 갭 및 약 100*10^5 V/㎝의 브레이크다운 필드 강도를 갖는다는 것이다.
반도체 밸브 소자의 반도체 재료의, 실리콘 보다 큰 밴드 갭에 의해, 본 발명에 따른 회로는 반도체 밸브 소자가 큰 열적 안정성을 갖게 한다. 따라서, 반도체 밸브 소자가 높은 동작 온도에서도 완전히 동작할 수 있고 안정한 동작 상태를 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 전기 회로는 반도체 밸브 소자의 반도체 재료의, 실리콘 보다 높은 브레이크다운 필드 강도에 의해, 높은 동작 온도에서도 동작할 수 있다. 이로 인해, 본 발명에 따른 전기 회로가 바람직하게는 높은 차단 전압을 가진 파워 회로로도 동작할 수 있다.
높은 브레이크다운 필드 강도에 의해, 특히 반도체 밸브 소자의 반도체 재료 두께가 감소될 수 있다. 이로 인해, 반도체 밸브 소자에서 다이내믹 및 열 손실이 감소된다. 한편으로는 반도체 밸브 소자가 적은 부하에 노출되고, 다른 한편으로는 전기 회로의 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 높아질 수 있다. 높은 스위칭 주파수에 의해, 부품, 바람직하게는 자계 에너지용 제 1 어큐뮬레이터 소자 및 전계 에너지용 제 2 어큐뮬레이터 소자가 현저히 작게 설계될 수 있다. 따라서, 한편으로는 전체 전기 회로의 파워가 증가된다. 다른 한편으로는 전기 회로의 크기가 작아진다.
본 발명의 실시예에서 반도체 밸브 소자가 다이오드, 특히 쇼트키 다이오드인 것이 특히 바람직하다. 전술한 특성을 가진 반도체 재료를 포함하는 쇼트키 다이오드가 많은 장점을 갖는다. 상기 쇼트키 다이오드는 적어도 기술적 특성에 있어서 오버 설계를 필요로 하지 않거나 또는 적은 오버 설계만을 필요로 한다. 쇼트키 다이오드의 차단 전압이 충분히 높기 때문에, 본 발명에 따른 전기 회로가 높은 동작 전압에도 사용될 수 있다. 또한, 쇼트키 다이오드의 반도체 금속 접합이 높은 차단 전압 부하 능력에도 불구하고 얇게 설계될 수 있으므로, 스위칭 소자의 높은 스위칭 주파수에서도 다이내믹 손실이 작다. 이로 인해, 높은 동작 전압 및 높은 스위칭 주파수에서도 쇼트키 다이오드의 바람직한 특성이 본 발명에 따른 전기 회로의 반도체 밸브 소자로서 사용될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 본 발명에 따른 회로가 고전류 설정기 회로, 저전류 설정기 회로, 플로우 변환기 회로 또는 파워 팩터 콘트롤러 회로에 사용된다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시예는 청구범위 종속항에 제시된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명한다.
도 1에는 자계 에너지(M)를 전계 에너지(E)로 변환(W)시키기 위한 본 발명에 따른 전기 회로(G)가 도시된다. 특히 입력 전압(UE)이 상기 전기 회로(G)에 공급되고, 상기 회로는 자계 에너지(M)용 적어도 하나의 제 1 어큐뮬레이터 소자 및 전계 에너지(E)용 제 2 어큐뮬레이터 소자(C)를 포함한다. 또한, 전기 회로(G)는 반도체 밸브 소자(D) 및 전기 스위칭 소자(S)를 갖는다. 전기 스위칭 소자(S)는 적어도 하나의 제 1 및 제 2 스위칭 상태(S1 또는 S2)를 취한다. 제 1 어큐뮬레이터 소자(L), 제 2 어큐뮬레이터 소자(C), 반도체 밸브 소자(D) 및 전기 스위칭 소자(S)는 스위칭 소자(S)의 제 1 스위칭 상태(S1)에서 자계 에너지(M)가 제 1 어큐뮬레이터 소자(L)에 저장될 수 있으며 스위칭 소자(S)의 제 2 스위칭 상태(S2)에서는 제 1 어큐뮬레이터 소자(L)로부터 나온 자계 에너지(M)가 제 2 어큐뮬레이터 소자(C)에서 전계 에너지(E)로 변환될 수 있도록 서로 접속된다. 자계 에너지(M)를 전계 에너지(E)로 변환시킬 때 나타나는 에너지 흐름은 반도체 밸브 소자(D)를 통해 안내된다. 반도체 밸브 소자(D)는 특히 도통 방향 및 차단 방향을 가짐으로써, 도통 방향에서는 자계 에너지(M)로부터 전계 에너지(E)로의 변환이 가능하지만, 차단 방향에서는 제 2 어큐뮬레이터 소자(C)에 저장된 전계 에너지(E)가 제 1 어큐뮬레이터 소자(L)에 작용할 수 없다.
도 1의 실시예에서는 스위칭 소자(S)의 제 1 스위칭 상태(S1)에서 입력 전압(UE)으로부터 공급된 전류(I1)가 제 1 어큐뮬레이터 소자(L)를 통해 흐름으로써, 제 1 어큐뮬레이터 소자(L)에 자계 에너지(M)가 형성된다. 입력 전압(UE)은 교류 전압 또는 직류 전압일 수 있다. 스위칭 소자(S)가 제 2 스위칭 상태(S2)로 전환됨으로써 전류(I1)가 차단되고, 그로 인해 적어도 제 1 어큐뮬레이터 소자(L)로부터 공급되며 반도체 밸브 소자(D)를 통해 그 도통 방향으로 흐르는 전류(I2)가 형성된다. 전류(I2)는 제 2 어큐뮬레이터 소자(C)로 흐르고, 상기 제 2 어큐뮬레이터 소자에서 특히 전압(UC)의 형태로 전계 에너지(E)를 형성시킨다.
도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 제 1 어큐뮬레이터 소자(L)가 바람직하게는 예컨대 코일과 같은 유도성 소자이다. 본 발명의 다른 실시예에서는 제 2 어큐뮬레이터 소자(C)가 바람직하게는 커패시터와 같은 용량성 소자이다. 본 발명의 또다른 실시예에서는, 전기 스위칭 소자(S)가 바람직하게는 전계 효과 트랜지스터와 같은 반도체 스위칭 소자이다. 본 발명의 또다른 실시예에서는 적어도 하나의 부가 반도체 밸브 소자, 특히 동일한 방식의 반도체 밸브 소자(D')가 상기 반도체 밸브 소자(D)에 병렬 접속된다. 병렬 접속은 다른 부가 조치 없이도 가능한데, 그 이유는 하기에 상세히 설명되는 반도체 밸브 소자(D) 또는 (D')의 온도 계수가 양의 값을 갖기 때문이다. 반도체 밸브 소자는 특히 다이오드의 형태, 바람직하게는 쇼트키 다이오드의 형태이다. 하기에서는 본 발명이 여기에 예시적으로 제시된 소자로 설명된다.
도 2 및 도 3에는 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료가 본 발명에 따라 적어도 2 eV(전자 볼트)의 밴드 갭(VB) 및 적어도 5*10^5 V/cm(볼트 퍼 센티미터)의 브레이크다운 필드 강도를 갖는 것이 예시적으로 도시된다. "10^5"는 "1E+5"에 상응한다.
도 2에는 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료의 밴드 갭(VB)이 적어도 2 eV인 것이 도시된다. 밴드 갭(VB)은 가전자대(EV)의 에너지 레벨과 전도대(EC)의 에너지 레벨 사이의 에너지 차이다. 부가로, 페르미 준위의 에너지 레벨이 도시된다. 도 2는 예컨대 세로 좌표의 방향에서 금속 쇼트키 접점에 대한 반도체 접합에 관련된다. 도 3에는 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료의 브레이크다운 필드 강도가 적어도 5*10^5 V/㎝인 것이 도시된다. 도 3의 가로 좌표에는 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료의 1/㎝^3에서의 도핑 값이 도시된다. 상기 도핑의 값은 예시적으로 선택된 값만을 나타낸다.
본 발명에 따른 전기 회로(G)의 여러 실시예에서, 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료는 특히 실리콘 탄화물(SiC), 갈륨 질화물(GaN) 또는 다이아몬드(Cdia), 즉 다이아몬드 결정 격자 구조를 가진 탄소를 포함한다. 상기 반도체 재료는 적어도 2 eV의 밴드 갭(VB) 및 적어도 5*10^5 V/㎝의 브레이크다운 필드 강도(EK)를 갖는다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료는 특히 실리콘 탄화물(SiC), 갈륨 질화물(GaN) 또는 다이아몬드(Cdia)를 포함한다.
본 발명에 따른 전기 회로(G)의 실시예 또는 본 발명의 변형예의 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료가 실리콘 탄화물(SiC)을 포함하면, 이것은 도 2 및 3에 예시적으로 도시된 바와 같이 특히 약 3 eV의 밴드 갭(VB) 및 약 25*10^5 V/㎝의 브레이크다운 필드 강도(EK)를 갖는다.
본 발명에 따른 전기 회로(G)의 실시예 또는 본 발명의 변형예의 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료가 갈륨 질화물(GaN)을 포함하면, 이것은 도 2 및 3에 예시적으로 도시된 바와 같이 특히 약 3.2 eV의 밴드 갭(VB) 및 약 30*10^5 V/㎝의 브레이크다운 필드 강도(EK)를 갖는다.
본 발명에 따른 전기 회로(G)의 실시예 또는 본 발명의 변형예의 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료가 다이아몬드(Cdia)를 포함하면, 이것은 도 2 및 3에 예시적으로 도시된 바와 같이 특히 약 5.5 eV의 밴드 갭(VB) 및 약 100*10^5 V/㎝의 브레이크다운 필드 강도(EK)를 갖는다.
도 4 내지 7에는 본 발명이 적용된 바람직한 회로가 도시된다.
도 4에는 본 발명에 따른 전기 회로(G)를 가진 고전류 설정기 회로(H)가 예시적으로 도시된다. 고전류 설정기 회로(H)에는 입력 전압(UE1)이 공급되며, 상기 회로는 출력 전압(UA1)을 출력한다. 고전류 설정기 회로(H)는 예컨대 코일(L11), 전계 효과 트랜지스터(S11), 반도체 다이오드, 특히 쇼트키 다이오드, 및 커패시터(C11)를 포함한다. 코일(L11)은 입력 전압(UE1)과 직렬 접속된다. 전계 효과 트랜지스터(S11) 및 커패시터(C11)는 입력 전압(UE1)에 대해 병렬로 코일(L11) 뒤에 배치된다. 반도체 다이오드(D11)는 전계 효과 트랜지스터(S11)와 커패시터(C11) 사이에 코일(L11)과 직렬로 도통 방향으로 배치된다. 반도체 다이오드(D11)는 본 발명에 따라 본 발명에 따른 반도체 재료를 포함한다. 전계 효과 트랜지스터(S11)의 접속 및 차단시, 코일(L11)로부터 나온 자계 에너지가 커패시터(C11)에서 전계 에너지로 변환된다.
도 5에는 본 발명에 따른 전기 회로(G)를 가진 저전류 설정기 회로(T)가 도시된다. 저전류 설정기 회로(T)에는 입력 전압(UE2)이 공급되고, 상기 회로는 출력 전압(UA2)을 출력한다. 저전류 설정기 회로(T)는 예컨대 코일(L21), 전계 효과 트랜지스터(S21), 반도체 다이오드(D21), 특히 쇼트키 다이오드, 및 커패시터(C21)를 포함한다. 전계 효과 트랜지스터(S21)는 입력 전압(UE2)과 직렬 접속된다. 반도체 다이오드(D21) 및 커패시터(C21)는 입력 전압(UE2)과 병렬로 전계 효과 트랜지스터(S21) 뒤에 배치된다. 코일(L21)은 반도체 다이오드(D21)와 커패시터(C21) 사이에 전계 효과 트랜지스터(S21)와 직렬로 배치된다. 반도체 다이오드(D21)는 본 발명에 따라 본 발명에 따른 반도체 재료를 포함한다. 전계 효과 트랜지스터(S11)의 접속 및 차단시, 코일(L21)로부터 나온 자계 에너지가 커패시터(C21)에서 전계 에너지로 변환된다.
도 6에는 본 발명에 따른 전기 회로(G)를 가진 플로우 변환기 회로(DW)가 도시된다. 플로우 변환기 회로(DW)에는 입력 전압(UE3)이 공급되고 상기 회로는 출력 전압(UA3)을 출력한다. 플로우 변환기 회로(DW)의 1차 회로(DW1) 및/또는 2차 회로(DW2)는 본 발명에 따른 전기 회로(G)를 포함한다. 1차 및 2차 회로(DW1) 또는 (DW2)는 바람직하게는 트랜스포머(T3)에 의해 서로 분리된다. 1차 회로(DW1)는 예컨대 제 1 커패시터(C31), 제 1 코일(L31), 제 1 반도체 다이오드(D31), 특히 쇼트키 다이오드, 및 제 1 전계 효과 다이오드(S31)를 포함한다. 일반적으로 제 1 코일(L31)은 트랜스포머(T3)의 1차 코일 권선의 부분 권선, 소위 감자 권선이다. 2차 회로(DW2)는 예컨대 제 2 반도체 다이오드(D32), 특히 쇼트키 다이오드, 제 3 반도체 다이오드(D33), 제 2 코일(L32) 및 제 2 커패시터(C32)를 포함한다. 전계 효과 트랜지스터(S31)의 접속 및 차단시, 제 1 코일(L31)로부터 나온 자계 에너지가 제 1 커패시터(C31)에서 전기 에너지로 변환된다.
1차 회로(DW1)에서는 커패시터(C31), 제 1 반도체 다이오드(D31)와 직렬로 그리고 차단 방향으로 접속된 제 1 코일(L31), 및 트랜스포머(T3)의 1차측과 직렬 접속된 제 1 전계 효과 트랜지스터(S31)가 입력 전압(UE3)과 병렬로 배치된다. 전계 효과 트랜지스터(S31)의 접속 및 차단시, 제 1 코일(L31)로부터 나온 자계 에너지가 제 1 커패시터(C31)에서 전계 에너지로 변환된다.
2차 회로(DW2)에서는 제 3 반도체 다이오드(D33)가 트랜스포머(T3)의 2차측에 대해 직렬로 도통 방향으로 배치된다. 제 2 반도체 다이오드(D32) 및 제 2 커패시터(C32)는 트랜스포머(T3)의 2차측에 대해 병렬로 제 3 반도체 다이오드(D33) 뒤에 차단 방향으로 배치된다. 제 2 코일(L32)은 제 2 반도체 다이오드(D32)와 제 2 커패시터(C32) 사이에 제 3 반도체 다이오드(D33)와 직렬로 배치된다. 전계 효과 트랜지스터(S31)의 접속 및 차단시 제 2 코일(L32)로부터 나온 자계 에너지가 제 2 커패시터(C32)에서 전계 에너지로 변환된다.
제 1 및/또는 제 2 반도체 다이오드(D31) 또는 (D32)는 본 발명에 따른 반도체 재료를 포함한다. 제 3 반도체 다이오드(D33)도 본 발명에 따른 반도체 재료를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 전기 회로(G)의 파워 팩터 콘트롤러 회로(PFC)를 예시적으로 도시한다. 파워 팩터 콘트롤러 회로에는 입력 전압(UE4)이 공급되고, 상기 회로는 출력 전압(UA4)를 출력한다. 파워 팩터 콘트롤러 회로(PFC)는 소위 "Power-Factor-Controller" 회로라 한다. 파워 팩터 콘트롤러 회로(PFC)의 외부 캐스케이드 회로(PA) 및/또는 내부 캐스케이드 회로(PI)는 본 발명에 따른 전기 회로(G)를 포함한다. 외부 캐스케이드 회로(PA)는 예컨대 제 1 코일(L41), 제 1 전계 효과 트랜지스터(S41) 및 제 1 반도체 다이오드(D41), 특히 쇼트키 다이오드를 포함한다. 내부 캐스케이드 회로(PI)는 예컨대 제 2 코일(L42), 제 2 반도체 다이오드(D42), 특히 쇼트키 다이오드, 및 제 3 반도체 다이오드(D43)를 포함한다. 외부 및 내부 캐스케이드 회로(PA) 또는 (PI)는 하나의 공통 커패시터(C41)를 포함한다. 제 1 및 제 2 전계 효과 트랜지스터(S41) 또는 (S42)의 접속 및 차단시, 제 1 코일(S41) 또는 (S42)로부터 나온 자계 에너지가 커패시터(C41)에서 전계 에너지로 변환된다.
외부 캐스케이드 회로(PA)에서 제 1 코일(L41)은 입력 전압(UE4)과 직렬 접속된다. 제 1 전계 효과 트랜지스터(S41) 및 커패시터(C41)는 입력 전압(UE4)과 병렬로 제 1 코일(L41) 뒤에 배치된다. 제 1 반도체 다이오드(D41)는 제 1 전계 효과 트랜지스터(S41)와 커패시터(C41) 사이에 제 1코일(L41)과 직렬로 도통 방향으로 배치된다. 제 1 전계 효과 트랜지스터(S41)의 접속 및 차단시, 제 1 코일(L41)로부터 나온 자계 에너지가 커패시터(C41)에서 전계 에너지로 변환된다.
내부 캐스케이드 회로(PI)에서 제 2 코일(L42)은 제 1 코일(L41), 제 1 전계 효과 트랜지스터(S41) 및 제 1 반도체 다이오드(D41) 사이의 공통 노드점에 접속된다. 도통 방향으로 접속된 제 3 반도체 다이오드(D43)와 직렬 배치된 제 2 전계 효과 트랜지스터(S42) 및 커패시터(C41)는 제 1 전계 효과 트랜지스터(S41)와 병렬로 제 2 코일(L42) 뒤에 배치된다. 제 2 반도체 다이오드(D42)는 제 2 전계 효과 트랜지스터(S42)와 커패시터(C41) 사이에 제 2 코일(L42)과 직렬로 도통 방향으로 배치된다.
제 1 및/또는 제 2 반도체 다이오드(D41), (D42)는 본 발명에 따른 반도체 재료를 포함한다. 제 3 반도체 다이오드(D43)도 본 발명에 따른 반도체 재료를 포함할 수 있다.

Claims (21)

  1. 자계 에너지(M)용 적어도 하나의 제 1 어큐뮬레이터 소자(L), 전계 에너지(E)용 제 2 어큐뮬레이터 소자(C), 반도체 밸브 소자(D), 및 적어도 하나의 제 1 및 제 2 스위칭 상태(S1, S2)를 취할 수 있는 전기 스위칭 소자(S)를 포함하고,
    a) 상기 소자들은
    a1) 스위칭 소자(S)의 제 1 스위칭 상태(S1)에서 자계 에너지(M)가 제 1 어큐뮬레이터 소자(L)에 저장될 수 있고,
    a2) 스위칭 소자(S)의 제 2 스위칭 상태(S2)에서 제 1 어큐뮬레이터 소자(L)로부터 나온 자계 에너지(M)가 반도체 밸브 소자(D)를 통해 안내되고, 제 2 어큐뮬레이터 소자(C)에서 전계 에너지(E)로 변환되도록
    서로 접속된, 자계 에너지(M)를 전계 에너지(E)로 변환시키기 위한 전기 회로(G)에 있어서,
    b) 상기 반도체 밸브 소자(D)가 적어도 2 eV의 밴드 갭(VB) 및 적어도 5*10^5 V/㎝의 브레이크다운 필드 강도(EK)를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료가 실리콘 탄화물(SiC)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료가 갈륨 질화물(GaN)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료가 다이아몬드(C-다이아몬드)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  5. 자계 에너지(M)용 적어도 하나의 제 1 어큐뮬레이터 소자(L), 전계 에너지(E)용 제 2 어큐뮬레이터 소자(C), 반도체 밸브 소자(D), 및 적어도 하나의 제 1 및 제 2 스위칭 상태(S1, S2)를 취할 수 있는 전기 스위칭 소자(S)를 포함하고,
    a) 상기 소자들은
    a1) 스위칭 소자(S)의 제 1 스위칭 상태(S1)에서 자계 에너지(M)가 제 1 어큐뮬레이터 소자(L)에 저장될 수 있고,
    a2) 스위칭 소자(S)의 제 2 스위칭 상태(S2)에서 제 1 어큐뮬레이터 소자(L)로부터 나온 자계 에너지(M)가 반도체 밸브 소자(D)를 통해 안내되고, 제 2 어큐뮬레이터 소자(C)에서 전계 에너지(E)로 변환되도록
    서로 접속된, 자계 에너지(M)를 전계 에너지(E)로 변환시키기 위한 전기 회로(G)에 있어서,
    b) 상기 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료가 실리콘 탄화물(SiC)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  6. 제 1항, 2항 또는 5항에 있어서,
    상기 반도체 밸브 소자(D)가 약 3 eV의 밴드 갭(VB) 및 약 25*10^5 V/㎝의 브레이크다운 필드 강도(EK)를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  7. 자계 에너지(M)용 적어도 하나의 제 1 어큐뮬레이터 소자(L), 전계 에너지(E)용 제 2 어큐뮬레이터 소자(C), 반도체 밸브 소자(D), 및 적어도 하나의 제 1 및 제 2 스위칭 상태(S1, S2)를 취할 수 있는 전기 스위칭 소자(S)를 포함하고,
    a) 상기 소자들은
    a1) 스위칭 소자(S)의 제 1 스위칭 상태(S1)에서 자계 에너지(M)가 제 1 어큐뮬레이터 소자(L)에 저장될 수 있고,
    a2) 스위칭 소자(S)의 제 2 스위칭 상태(S2)에서 제 1 어큐뮬레이터 소자(L)로부터 나온 자계 에너지(M)가 반도체 밸브 소자(D)를 통해 안내되고, 제 2 어큐뮬레이터 소자(C)에서 전계 에너지(E)로 변환되도록
    서로 접속된, 자계 에너지(M)를 전계 에너지(E)로 변환시키기 위한 전기 회로(G)에 있어서,
    b) 상기 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료가 갈륨 질화물(GaN)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  8. 제 1항, 3항 또는 7항에 있어서,
    상기 반도체 밸브 소자(D)가 약 3.2 eV의 밴드 갭(VB) 및 약 30*10^5 V/㎝의 브레이크다운 필드 강도(EK)를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  9. 자계 에너지(M)용 적어도 하나의 제 1 어큐뮬레이터 소자(L), 전계 에너지(E)용 제 2 어큐뮬레이터 소자(C), 반도체 밸브 소자(D), 및 적어도 하나의 제 1 및 제 2 스위칭 상태(S1, S2)를 취할 수 있는 전기 스위칭 소자(S)를 포함하고,
    a) 상기 소자들은
    a1) 스위칭 소자(S)의 제 1 스위칭 상태(S1)에서 자계 에너지(M)가 제 1 어큐뮬레이터 소자(L)에 저장될 수 있고,
    a2) 스위칭 소자(S)의 제 2 스위칭 상태(S2)에서 제 1 어큐뮬레이터 소자(L)로부터 나온 자계 에너지(M)가 반도체 밸브 소자(D)를 통해 안내되고, 제 2 어큐뮬레이터 소자(C)에서 전계 에너지(E)로 변환되도록
    서로 접속된, 자계 에너지(M)를 전계 에너지(E)로 변환시키기 위한 전기 회로(G)에 있어서,
    b) 상기 반도체 밸브 소자(D)의 반도체 재료가 다이아몬드(C-다이아몬드)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  10. 제 1항, 4항 또는 9항에 있어서,
    상기 반도체 밸브 소자(D)가 약 5.5 eV의 밴드 갭(VB) 및 약 100*10^5 V/㎝의 브레이크다운 필드 강도(EK)를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  11. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자계 에너지(M)용 제 1 어큐뮬레이터 소자(L)가 유도성 소자(L), 특히 코일인 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  12. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전계 에너지(E)용 제 1 어큐뮬레이터 소자(C)가 용량성 소자(C), 특히 커패시터인 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  13. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 스위칭 소자(S)가 반도체 스위칭 소자(S), 특히 전계 효과 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  14. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 부가 반도체 밸브 소자(D')가 상기 반도체 밸브 소자(D)와 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  15. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    반도체 밸브 소자(D) 및/또는 부가 반도체 밸브 소자(D')가 쇼트키 다이오드인 것을 특징으로 하는 전기 회로.
  16. 고전류 설정기 회로(H, D11) 내에 상기 항들 중 어느 한 항에 따른 전기 회로의 용도.
  17. 저전류 설정기 회로(T, D21) 내에 상기 항들 중 어느 한 항에 따른 전기 회로의 용도.
  18. 플로우 변환기 회로(DW)의 1차 회로(DW1, D31) 내에 상기 항들 중 어느 한 항에 따른 전기 회로의 용도.
  19. 플로우 변환기 회로(DW)의 2차 회로(DW2, D32) 내에 상기 항들 중 어느 한 항에 따른 전기 회로의 용도.
  20. 파워 팩터 콘트롤러 회로(PFC)의 외부 캐스케이드 회로(PA, D41) 내에 상기 항들 중 어느 한 항에 따른 전기 회로의 용도.
  21. 파워 팩터 콘트롤러 회로(PFC)의 내부 캐스케이드 회로(PI, D42) 내에 상기 항들 중 어느 한 항에 따른 전기 회로의 용도.
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