CN111834980A - 电流断路装置及晶体管选定方法 - Google Patents

Abstract

目的是提供一种电流断路装置及晶体管选定方法。本发明的实施方式涉及电流断路装置及晶体管选定方法。电流断路装置具备：常闭的第1晶体管，切换是否将电流路径断路；以及控制器，控制上述第1晶体管的栅极电压，以使得在上述电流路径中没有流过过电流的情况下使上述第1晶体管在放大区域中动作，在上述电流路径中流过过电流的情况下使上述第1晶体管在饱和区域中动作，将上述电流路径断路。

Description

电流断路装置及晶体管选定方法

本申请基于日本专利申请(日本特愿2019－81127，申请日：4/22/2019)主张优先权。通过参照该申请而引用该申请的全部内容。

技术领域

本发明涉及电流断路装置及晶体管选定方法。

背景技术

由于可再生能量及蓄电池的普及等，电力网络有复杂化的趋向，流过电力网络上的电流路径中的电流也增大。在电力网络上的电流路径中连接着电流断路装置，以免在发生了短路事故时流过大电流而破坏设备。

在电流断路装置中，通常使用MCCB(Molded Case Circuit Breaker，断路器)或熔断器。MCCB可以举出以下问题：需要长的时间(ms水平)才能将一定规格的短路电流断路、从机械触点的可靠性的观点不保证再投入后的第2次的短路电流断路。熔断器的断路时间与MCCB相比是较快的(几百μs)，但问题是熔断器溶断需要额定电流的10倍以上的电流、因为溶断而不能再投入。在复杂化的电力网络中，作为能够再投入、能够高速(几μs)地断路以使短路电流不变大的电流断路装置，半导体电流断路装置受到关注。

电流断路装置例如能够由功率晶体管和电感器构成。电感器为了抑制在电流路径的短路等事故时流过的浪涌电流的上升(di/dt)而设置，但为了使在事故时进行断路的电流值变小，必须也增大电感器的尺寸，成为妨碍电流断路装置的小型化及成本降低的重要原因。此外，电感器越大，电力损耗也越增大。

发明内容

本发明的一个方式提供一种能够小型化、并且电力效率优良的电流断路装置及晶体管选定方法。

根据本技术方案，提供一种电流断路装置，具备：常闭的第1晶体管，切换是否将电流路径断路；以及控制器，控制上述第1晶体管的栅极电压，以使得在上述电流路径中没有流过过电流的情况下使上述第1晶体管在放大区域中动作，在上述电流路径中流过过电流的情况下使上述第1晶体管在饱和区域中动作，在将过电流限流后将上述电流路径断路。

附图说明

图1是表示第1实施方式的电流断路装置的概略结构的框图。

图2是第1晶体管的IV特性图。

图3是对图1的电流断路装置追加了电压检测部和电压判定部的框图。

图4是表示控制器的处理动作的一例的流程图。

图5是在实验中使用的电路图。

图6(a)～图6(c)是栅极电压、漏极电流、漏极－源极间电压的波形图。

图7是表示第1晶体管的安全动作区域的图。

图8是第2实施方式的电流断路装置的框图。

图9是在模拟中使用的电路图。

图10(a)和图10(b)是漏极电流和漏极－源极间电压的波形图。

图11是表示具备第3晶体管的电流断路装置的概略结构的框图。

图12是将第3晶体管用n个晶体管构成的框图。

图13是表示甄别第1或第2实施方式的电流断路装置内的第1晶体管的处理顺序的流程图。

图14是表示SiC－BJT的漏极－源极间电压与漏极电流的关系的图。

图15是表示SiC－BJT的漏极电流与接通电阻的关系的图。

图16是表示SiC－JFET的漏极－源极间电压与漏极电流的关系的图。

图17是表示SiC－JFET的漏极电流与接通电阻的关系的图。

标号说明

1电流断路装置；2第1晶体管；3控制器；4电流路径；5电压检测部；6电压判定部；7电阻；8短路模拟开关；9直流电源；11第2晶体管；12电阻；13短路模拟开关；14直流电源；15第3晶体管；16二极管。

具体实施方式

以下，参照附图对电流断路装置的实施方式进行说明。以下，以电流断路装置的主要的构成部分为中心进行说明，但在电流断路装置中可以存在没有图示或说明的构成部分或功能。

(第1实施方式)

图1是表示第1实施方式的电流断路装置1的概略结构的框图。图1的电流断路装置1具备常闭的第1晶体管2和控制器3。

第1晶体管2连接在规定的电流路径4上，切换是否将电流路径4断路。不限制连接着第1晶体管2的电流路径4的具体的位置及用途，但考虑有可能由于短路事故而流过大电流的电流路径4。第1晶体管2例如是硅的功率MOSFET(Metal－Oxide－SemiconductorField Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)或碳化硅的BJT(BipolarJunction Transistor，双极性晶体管)。在图1中进行了省略，但第1晶体管2在其器件构造上有时内置有连接在第1晶体管2的源极与漏极间的二极管。

所述的常闭，是指在将第1晶体管2的栅极电压设为例如0V而对第1晶体管2给出了断开指令的情况下，在第1晶体管2的漏极－源极间不流过电流。

控制器3对第1晶体管2的栅极电压进行控制。更具体地讲，控制器3通过以下方式对第1晶体管2的栅极电压进行控制：在电流路径4中不流过过电流的情况下，使第1晶体管2在放大区域中动作、在电流路径4中发生了短路事故等流过过电流的状况的情况下，使第1晶体管2在饱和区域中动作，向第1晶体管2施加一定的栅极电压而对由事故带来的电流进行限流，在对由事故带来的电流进行限流后，将电流路径4断路。控制器3例如既可以由半导体IC构成，也可以由分立(discrete)电路构成。

控制器3在使第1晶体管2在放大区域中动作的情况下和使其在饱和区域中动作的情况下，将栅极电压设定为相同。更具体地讲，控制器3根据在电流路径4中流过过电流的情况下容许流过电流路径4的最大电流容许值设定栅极电压，即使在电流路径4中没有流过过电流的情况下也向第1晶体管2的栅极施加所设定的栅极电压。

图2是第1晶体管2的IV特性图。图2的横轴是第1晶体管2的漏极－源极间电压Vds[V]，纵轴是第1晶体管2的漏极电流Id[A]。在图2中，图示了分别不同的栅极电压Vgs下的多个IV曲线。

本实施方式的控制器3将与多个IV曲线中的特定的IV曲线对应的栅极电压向第1晶体管2的栅极施加。例如，如果假设在电流路径4中没有流过过电流的通常动作时的动作点是图2的A点，则在电流路径4中流过过电流的情况下，动作点从A点移动到相同IV曲线上的B点。A点和B点所处的IV曲线，例如栅极电压Vgs是5V，放大区域中的漏极电流Id是从0A至不到15A的范围，饱和区域中的漏极电流Id是15A左右。

这样，在本实施方式中，在通常动作时和流过过电流的异常动作时，由于使动作点在相同的IV曲线上移动，所以在异常动作时漏极电流Id不会急增，能够进行约15A的限流动作。

在实际的晶体管中，如图2那样，多个IV曲线的放大区域中的斜率一致的情况很少，根据各个IV曲线，放大区域的斜率大幅不同的情况不少。在放大区域中的斜率根据IV曲线而大幅不同的情况下，例如当选择了栅极电压Vgs5V的IV曲线时，由于不能流过希望的漏极电流Id，或晶体管的接通电阻增加而晶体管中的发热变大，有可能不能作为断路装置使用。相对于此，在本实施方式中，以使用图2那样的放大区域中的斜率一致的晶体管作为第1晶体管2为前提。

图3是对图1的电流断路装置1追加了电压检测部5和电压判定部6的框图。电压检测部5检测第1晶体管2的漏极－源极间的电压。控制器3基于由电压检测部5检测到的电压，判断在电流路径4中是否流过过电流。

电压判定部6判定由电压检测部5检测到的电压是否超过了规定的阈值。如果电压判定部6判定为超过，则控制器3调整栅极电压以使第1晶体管2关闭。电压判定部6也可以内置在控制器3中。

图4是表示控制器3的处理动作的一例的流程图。在初始状态下，在第1晶体管2的栅极上施加与图2所示的特定的IV曲线对应的栅极电压(例如5V)(步骤S1)。该栅极电压如上述那样，根据在电流路径4中流过过电流时容许流过电流路径4的最大电流容许值来设定。

将栅极电压设定为例如5V，是指在预先缩小了栅极电压的状态下将第1晶体管2驱动。以往的电流断路装置1为了在通常动作时尽可能降低晶体管的接通电阻，将栅极电压提高到15V左右，但在本实施方式中，对于放大区域中的斜率一致的晶体管，在通常动作时故意将栅极电压抑制为5V左右而驱动。通过在缩小了栅极电压的状态下对放大区域中的斜率一致的晶体管进行驱动，与在缩小了栅极电压的状态下会成为接通电阻比较高的状态的以往的电流断路装置1不同，不会使接通电阻增加，而通过饱和特性将流过电流路径4的电流限制为最大容许电流。

如果将栅极电压设定为5V左右，则在通常动作时，第1晶体管2在放大区域中动作，第1晶体管2的漏极－源极间电压Vds成为1～2V左右(步骤S2)。

电压检测部5持续地监视第1晶体管2的漏极－源极间电压Vds(步骤S3)。如果流过电流路径4的电流因为事故等而增加，则第1晶体管2的动作点自动地从放大区域移动到饱和区域(步骤S4)。在饱和区域中，漏极电流Id成为比通常动作时大一些的限流动作时的值。

电压判定部6判定第1晶体管2的漏极－源极间电压Vds是否超过了规定的阈值(步骤S5)。持续步骤S3～S4的处理，直到由电压判定部6判定为第1晶体管2的漏极－源极间电压Vds超过阈值。在短路事故等情况下，由于动作点从图2的A点转移到B点，所以第1晶体管2的漏极－源极间电压Vds急剧地增大，超过阈值。如果判定为超过了阈值，则控制器3将栅极电压设定为0V，使第1晶体管2断开(步骤S6)。

本发明者进行了在通常动作时使第1晶体管2在放大区域中动作、在流过过电流的异常动作时使其在饱和区域中动作的实验。图5是在实验中使用的电路图。图5是在串联连接着第1晶体管2、用于模拟短路电流的1.6Ω的电阻7和短路模拟开关8的电路上连接了48V的直流电源9的电路。另外，图5的电路不拥有检测第1晶体管2的漏极―源极间电压而对栅极电压进行控制的功能。

图6是表示在将第1晶体管2的栅极电压设定为15V或6V的状态下将短路模拟开关8接通使成为短路状态、然后使栅极电压变化为0V的情况下的漏极电流Id和漏极－源极间电压Vds的波形的图，图7是表示第1晶体管2的安全动作区域的图。

图6(a)～图6(c)的横轴是时间。图6(a)的纵轴是栅极电压即栅极－源极间电压Vgs，图6(b)的纵轴是漏极电流Id，图6(c)的纵轴是漏极－源极间电压Vds。

图6(a)～图6(c)的虚线波形表示栅极电压为15V的栅极电压Vgs波形、漏极电流Id波形及漏极－源极间电压Vds波形，实线波形表示栅极电压为6V的栅极电压Vgs波形、漏极电流Id波形及漏极－源极间电压Vds波形。

图6(a)～图6(c)表示，在时刻t0将短路模拟开关8设为接通状态之后，当栅极电压为15V时，漏极电流不被限流而增加到23A(将48V除以1.6Ω的电阻7与第1晶体管2的接通电阻约0.5Ω的和得到的值)，当栅极电压为6V时，由于在饱和区域中动作，所以不增加到23A而被限流为最大10A。示出了在时刻t1开始降低第1晶体管2的栅极电压，在时刻t3栅极电压成为0V。在栅极电压是15V的情况下，时刻t1～t2的漏极电流Id是23A，时刻t2以后的漏极电流Id成为0A。此外，时刻t1～t2的漏极－源极间电压Vds是约0V，时刻t2以后的漏极－源极间电压Vds成为约48V。另一方面，在栅极电压是6V的情况下，时刻t1以前的漏极电流Id是10A，时刻t1以后的漏极电流Id成为0A。此外，时刻t1以前的漏极－源极间电压Vds由于在饱和区域中动作，所以增加到约25V，时刻t1以后的漏极－源极间电压Vds成为约48V。

在将栅极电压设为15V的以往的电流断路装置1中，例如在漏极电流Id超过20A的时刻判断为是事故，经过控制延迟等，在时刻t1使栅极电压下降到0V。在将栅极电压设为6V的情况下，例如在漏极－源极间电压Vds超过5V的时刻判断为是事故，经过控制延迟等，在时刻t1使栅极电压下降到0V。由于电压检测比电流检测迅速、与从15V降低到0V相比从6V降低到0V时降低的电位差小，所以能够以比以往的电流断路装置短的时间将短路事故等的过电流断路。

图7是表示第1晶体管2的安全动作区域的图，横轴是漏极－源极间电压Vds[V]，纵轴是漏极电流Id[A]。图7的虚线波形是栅极电压为15V的波形，实线波形是栅极电压为6V的波形。如图7所示，由于栅极电压为6V的情况与15V相比波形的范围较窄，所以可知其更安全地动作。

这样，在第1实施方式的电流断路装置1中，由于使常闭的第1晶体管2在通常动作时在特定的IV曲线上的放大区域中动作，在流过过电流的异常动作时使其在相同的IV曲线上的饱和区域中动作，所以在异常动作时漏极电流Id不会急增，不需要用来抑制在异常动作时增加的漏极电流Id的电流增加率(di/dt)的大型的电感器。由此，能够使电流断路装置1小型化，并且也不产生由电感器带来的功率损失，所以能够提高电力效率。

特别是，在本实施方式的电流断路装置1中，配合在异常动作时容许流过电流路径4的最大容许电流值而选择特定的IV曲线，在通常动作时也向第1晶体管2的栅极施加与所选择的IV曲线对应的栅极电压。通过使图2那样的放大区域的斜率一致的晶体管以与预先选择的IV曲线对应的缩小的栅极电压动作，能够不增加晶体管的发热而抑制异常动作时的漏极电流Id的急增。

(第2实施方式)

第2实施方式的电流断路装置1是将常开的第2晶体管与常闭的第1晶体管2共源共栅连接的装置。

图8是第2实施方式的电流断路装置1的框图。图8的电流断路装置1为对图1的电流断路装置1新追加了常开的第2晶体管11的结构。第2晶体管11与第1晶体管2共源共栅连接。第2晶体管11的栅极与第1晶体管2的源极连接。所述的常开，是指在对第2晶体管11施加0V的栅极电压的情况下，流过漏极电流Id，在施加负电压(例如－15V)的栅极电压的情况下，不再流过电流。第2晶体管11例如是SiC－JFET(Junction Field Effect Transistor)。

使第2晶体管11的耐压比第1晶体管2的耐压大。在对第2晶体管11的漏极与第1晶体管2的源极之间施加大的电压的情况下，将第1晶体管2的耐压不足的量的电压施加在第2晶体管11的漏极－源极间，使得第1晶体管2的漏极－源极间不被施加超过第1晶体管2的耐压的电压。由此，与第1实施方式的电流断路装置1相比能够进一步提高耐压。

图8的电流断路装置1的控制器3与图1的控制器3同样，设定栅极电压，以使得在通常动作时使第1晶体管2在放大区域中动作、在流过过电流的异常动作时在饱和区域中动作。更具体地讲，基于流过在异常动作时容许的最大电流容许值漏极电流Id的特定的IV曲线，设定栅极电压。由此，在该IV曲线上，通常动作时和异常动作时的动作点移动，所以使得在异常动作时漏极电流Id不会急增。

本发明者通过模拟验证了图8的电流断路装置1的特性。图9是在模拟中使用的电路图。图9是在串联连接着共源共栅连接的第1晶体管2及第2晶体管11、用于模拟短路电流的1.0Ω的电阻12和短路模拟开关13的电路上连接了200V的直流电源14的电路。

图10是表示图8的电路的模拟结果的图。图10(a)和图10(b)的横轴是时间[msec]。图10(a)的纵轴是第1晶体管2及第2晶体管11的漏极电流Id，图10(b)的纵轴是第1晶体管2的漏极－源极间电压Vds与第2晶体管11的漏极－源极间电压Vds。图10(b)的虚线是常开晶体管(第2晶体管11)的波形，实线是常闭晶体管(第1晶体管2)的波形。

图10(a)和图10(b)表示，在时刻0以后总是将第1晶体管2的栅极电压设为3.5V、并且在时刻t0＝10msec时将短路模拟开关13接通而设为短路状态的情况下的波形。

在该例中，由于将第1晶体管2的栅极电压缩小为3.5V，所以即使将短路模拟开关13接通而设为短路状态，也不会流过作为短路电流的200A(＝200V/1Ω)，第1晶体管2的漏极电流Id流过约12A左右。

在时刻t0以后，在第2晶体管11的漏极与第1晶体管2的源极之间施加约200V的电压，但如图10(b)所示，在第1晶体管2的漏极－源极间仅施加10V左右的电压，其余的190V左右施加在第2晶体管11的漏极－源极间。在模拟了事故的t0以后，流过第1晶体管2和第2晶体管11的电流增加，但由于将第1晶体管2的栅极电压缩小为3.5V，所以电流被限流为12A，第1晶体管2在饱和区域中动作。由于第1晶体管2在饱和区域中动作从而漏极源极电压Vds增加，但在漏极源极电压Vds达到了10V的时刻，在第2晶体管11施加－10V的栅极电压，第2晶体管11截止。由于第2晶体管11使用耐压高的元件，所以除了施加在第1晶体管2上的10V以外的190V施加在第2晶体管11上。

在仅1个第2晶体管11耐压不足的情况下，如图11的电路图所示，可以设置在第2晶体管11进一步共源共栅连接第3晶体管的电流断路装置1。

图11的电流断路装置1具备与第2晶体管11共源共栅连接的第3晶体管15和二极管(整流元件)16。该二极管16的阳极与第2晶体管11的栅极连接，阴极与第3晶体管15的栅极连接。

第3晶体管15与第2晶体管11同样，拥有比第1晶体管2高的耐压。通过在第2晶体管11的栅极与第3晶体管15的栅极之间连接二极管16，如果随着第1晶体管2的栅极电压控制漏极源极间电压Vds确定，则第2晶体管11的栅极电压确定，并且第3晶体管15的栅极电压也能够确定。由此，不再需要单独地控制第2晶体管11的栅极电压和第3晶体管15的栅极电压，第2晶体管11和第3晶体管15的控制变得容易。

图11表示了连接单体的第3晶体管15的例子，但也可以如图12所示那样，具有第3晶体管15共源共栅连接的n个(n是2以上的整数)晶体管群17。n的值越大，越能够提高第3晶体管15的耐压。此外，在n个晶体管群17的各栅极间朝向一致地连接着二极管16。由此，如果第1晶体管2的源极电压确定，则能够确定第2晶体管11和构成第3晶体管15的n个晶体管群17的全部的栅极电压，不再需要单独地控制n个晶体管群17的栅极电压。

另外，图8、图11及图12的电流断路装置1也可以具有与图3同样的电压检测部5和电压判定部6。

这样，在第2实施方式的电流断路装置1中，由于设置与第1晶体管2共源共栅连接的第2晶体管11，所以与第1晶体管2单体相比能够提高耐压，在第1晶体管2的漏极－源极间不会被施加超过第1晶体管2的耐压的电压。此外，通过将第2晶体管11的栅极与第1晶体管2的源极连接，无需控制第2晶体管11的栅极电压，即使设置第2晶体管11，控制器3的动作也不会变得复杂。

此外，通过在第2晶体管11进一步共源共栅连接第3晶体管15，与不设置第3晶体管15的情况相比能够进一步提高耐压。通过在第3晶体管15的栅极与第2晶体管11的栅极之间连接二极管16，无需控制第3晶体管15的栅极电压。此外，通过调整第3晶体管15的晶体管段数，能够与施加的电压相应地调整耐压。

(第3实施方式)

以下说明的第3实施方式，涉及选定第1或第2实施方式的电流断路装置1内的第1晶体管2的处理顺序。

图13是表示甄别第1或第2实施方式的电流断路装置1内的第1晶体管2的处理顺序的流程图。首先，决定电流断路装置1的额定电压Vin和额定功率Pout(步骤S11)。这里，作为一例而设为Vin＝384V，Pout＝5000W。

接着，根据容许损耗，决定作为半导体断路元件的第1晶体管2的容许接通电阻(步骤S12)。这里，作为一例，假设容许损耗为0.15％，容许接通电阻Ron＝44.2mΩ。

接着，根据额定电流Id决定容许最大电流Ip(步骤S13)。这里，作为一例，假设额定电流Id＝13A，容许最大电流Ip为额定电流Id的150％的Ip＝19.5A。另外，额定电流是将额定功率除以额定电压所得的值，是13A≈5000/384。

接着，从第1晶体管2的选定候选之中选择一个晶体管(步骤S14)。计算与第1晶体管2的并联数N对应的、所选择的晶体管的额定电流Id1和容许最大电流Ip1(步骤S15)。Id1和Ip1用Id1＝Id/N，Ip1＝Ip/N表示。

接着，决定在步骤S14中选择的晶体管单体的栅极电压Vgs(步骤S16)。接着，决定在步骤S14中选择的晶体管单体的接通电阻ron1(步骤S17)。

接着，决定并联数N个的晶体管的接通电阻ron(步骤S18)。由ron＝ron1/N表示。

接着，判定接通电阻ron是否不到容许接通电阻Ron(步骤S19)。如果是ron<Ron，则将在步骤S14中选择的晶体管选定为第1晶体管2，并且将该时刻的N选定为并联数(步骤S20)，之后结束处理。

如果是ron≧Ron，则判断为晶体管的并联数不足，将N增加1(步骤S21)。接着，判定N是否不到最大限制数Nmax(步骤S22)，如果不是N<Nmax，则判断为不存在符合的晶体管(步骤S23)，结束处理。如果是N<Nmax，则重复步骤S15以后的处理。

以下，按照图13的流程图，说明从SiC－BJT中选定希望的BJT作为第1晶体管2的例子。图14及图15是表示SiC－BJT的静特性的图。图14的横轴是漏极－源极间电压[V]，纵轴是漏极电流[A]。图15的横轴是漏极电流[A]，纵轴是接通电阻[Ω]。

在图13的步骤S14中，例如选择拥有图14的特性的BJT。在图13的步骤S16中，例如将栅极电压Vgs决定为3.09V。在设为栅极电压Vgs＝3.09V的情况下，根据图15，BJT的接通电阻ron1成为32mΩ(步骤S17)。如图14所示，以Ip1＝18A限流。接通电阻ron1不到容许接通电阻44.2mΩ(步骤S19)，被选定为第1晶体管2(步骤S20)。

图16及图17是表示SiC－JFET的静特性的图。图16的横轴是漏极－源极间电压[V]，纵轴是漏极电流[A]。图17的横轴是漏极电流[A]，纵轴是接通电阻[Ω]。

在图14的步骤S14中，从JFET中选择一个。在并联数N＝2的情况下，是Id1＝6.5A，Ip1＝9.75A。该JFET由于向栅极施加负电压，所以在图14的步骤S16中决定的栅极电压Vgs成为Vgs＝－10V。如图16所示，用Ip1＝11A限流，成为额定电流Id1＝6.5A下的接通电阻ron1＝140mΩ(步骤S17)。该接通电阻ron1比容许接通电阻44.2mΩ大，不适合。对于N＝2以外的并联数也进行了研究，但没有找到满足条件的N，所以不采用SiC－JFET。

这样，在第3实施方式中，当选定第1晶体管2时，一边使作为选定候选的晶体管的并联数N为可变，一边选定接通电阻不到容许接通电阻的晶体管作为第1晶体管2。通过将放大区域中的斜率一致的晶体管作为第1晶体管2的候选，能够选择在缩小了栅极电压Vgs的情况下也满足容许接通电阻的晶体管。由此，在第1晶体管2由N个并联连接的晶体管构成的情况下，也只要各并联连接的晶体管的电气特性一致，就能够使其在通常动作时在特定的IV曲线上的放大区域中动作，在流过过电流的异常动作时在相同IV曲线上的饱和区域中动作。

另外，可以将上述的实施方式总结为以下的技术方案。

技术方案1

一种电流断路装置，具备：常闭的第1晶体管，切换是否将电流路径断路；以及控制器，控制上述第1晶体管的栅极电压，以使得在上述电流路径中未流过过电流的情况下，使上述第1晶体管在放大区域中动作，在上述电流路径中流过过电流的情况下，使上述第1晶体管在饱和区域中动作，在将过电流限流后，将上述电流路径断路。

技术方案2

在技术方案1所记载的电流断路装置中，上述控制器在使上述第1晶体管在放大区域中动作的情况下和在使其在饱和区域中动作的情况下，将上述栅极电压设定为相同。

技术方案3

在技术方案1或2所记载的电流断路装置中，上述控制器根据在上述电流路径中流过过电流的情况下容许流过上述电流路径的最大电流容许值来设定上述栅极电压。

技术方案4

在技术方案1至3的任一项所记载的电流断路装置中，具备检测上述第1晶体管的漏极－源极间的电压的电压检测部；上述控制器基于由上述电压检测部检测到的电压，判断在上述电流路径中是否流过过电流。

技术方案5

在技术方案4所记载的电流断路装置中，具备判定由上述电压检测部检测到的电压是否超过了规定的阈值的电压判定部；如果上述电压判定部判定为超过，则上述控制器调整上述栅极电压以使上述第1晶体管断开。

技术方案6

在技术方案1至5的任一项所记载的电流断路装置中，上述控制器在上述电流路径中流过过电流的情况和未流过的情况下，在表示处于预先设定的上述栅极电压下的上述第1晶体管的漏极电流与漏极－源极间电压的对应关系的IV曲线上使动作点移动。

技术方案7

在技术方案1至6的任一项所记载的电流断路装置中，具备与上述第1晶体管共源共栅连接的常开的第2晶体管；上述第2晶体管的栅极与上述第1晶体管的源极连接。

技术方案8

在技术方案7所记载的电流断路装置中，上述第2晶体管的耐压比上述第1晶体管的耐压高。

技术方案9

在技术方案7或8所记载的电流断路装置中，具备：常开的第3晶体管，与上述第2晶体管共源共栅连接；以及整流元件，连接在上述第3晶体管的栅极与上述第2晶体管的栅极之间。

技术方案10

在技术方案9所记载的电流断路装置中，上述整流元件的阳极与上述第2晶体管的栅极连接；上述整流元件的阴极与上述第3晶体管的栅极连接。

技术方案11

在技术方案9或10所记载的电流断路装置中，上述第3晶体管的耐压比上述第1晶体管的耐压高。

技术方案12

在技术方案9至11的任一项所记载的电流断路装置中，上述第3晶体管的源极与上述第2晶体管的漏极连接；上述第2晶体管的源极与上述第1晶体管的漏极连接。

技术方案13

在技术方案9至12的任一项所记载的电流断路装置中，上述第3晶体管具有共源共栅连接的n个(n是2以上的整数)的晶体管群；通过上述n的值来调整耐压。

技术方案14

在技术方案13所记载的电流断路装置中，上述n个的晶体管群中的一端侧的晶体管的源极与上述第2晶体管的漏极连接。

技术方案15

在技术方案13或14所记载的电流断路装置中，在上述n个的晶体管群的各栅极间分别单独地连接着上述整流元件。

技术方案16

晶体管选定方法，是选择具备切换是否将电流路径断路的常闭的第1晶体管和控制器的电流断路装置中的上述第1晶体管的晶体管选定方法，所述控制器控制上述第1晶体管的栅极电压，以使得在上述电流路径中未流过过电流的情况下，使上述第1晶体管在放大区域中动作，在上述电流路径中流过过电流的情况下，使上述第1晶体管在饱和区域中动作，在将过电流限流后，将上述电流路径断路，具备：决定上述电流断路装置的额定电压及额定功率的工序；根据容许损耗决定上述第1晶体管的容许接通电阻的工序；基于与上述额定功率及上述额定电压对应的额定电流决定容许最大电流的工序；从作为上述第1晶体管的选定候选的多个晶体管中选择一个的工序；将选择出的上述晶体管的并联数设为N，N是1以上的整数，计算选择出的上述晶体管单体的额定电流及容许最大电流的工序；基于上述额定电流及容许最大电流决定选择出的上述晶体管单体的栅极电压的工序；决定选择出的上述晶体管单体的接通电阻的工序；决定并联数N的选择出的上述晶体管的接通电阻的工序；判定并联数N的选择出的上述晶体管的接通电阻是否比上述容许接通电阻小的工序；以及在判定为并联数N的选择出的上述晶体管的接通电阻比上述容许接通电阻小的情况下，选定并联数N的选择出的上述晶体管作为上述第1晶体管的工序。

技术方案17

在技术方案16所记载的晶体管选定方法中，还具备在判定为并联数N的选择出的上述晶体管的接通电阻不比上述容许接通电阻小的情况下、进一步增大上述并联数N的工序；反复进行计算选择出的上述晶体管单体的额定电流及容许最大电流的工序、决定选择出的上述晶体管单体的栅极电压的工序、决定选择出的上述晶体管单体的接通电阻的工序、决定并联数N的选择出的上述晶体管的接通电阻的工序、和判定并联数N的选择出的上述晶体管的接通电阻是否比上述容许接通电阻小的工序，直到上述并联数N达到规定的基准次数。

说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，不限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种各样的形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种各样的省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。

Claims (10)

1.一种电流断路装置，

具备：

常闭的第1晶体管，切换是否将电流路径断路；以及

控制器，控制上述第1晶体管的栅极电压，以使得在上述电流路径中未流过过电流的情况下，使上述第1晶体管在放大区域中动作，在上述电流路径中流过过电流的情况下，使上述第1晶体管在饱和区域中动作，在将过电流限流后，将上述电流路径断路。

2.如权利要求1所述的电流断路装置，

上述控制器在使上述第1晶体管在放大区域中动作的情况下和在使其在饱和区域中动作的情况下，将上述栅极电压设定为相同。

3.如权利要求1或2所述的电流断路装置，

上述控制器根据在上述电流路径中流过过电流的情况下容许流过上述电流路径的最大电流容许值来设定上述栅极电压。

4.如权利要求1～3中任一项所述的电流断路装置，

具备检测上述第1晶体管的漏极－源极间的电压的电压检测部；

上述控制器基于由上述电压检测部检测到的电压，判断在上述电流路径中是否流过过电流。

5.如权利要求4所述的电流断路装置，

具备判定由上述电压检测部检测到的电压是否超过了规定的阈值的电压判定部；

如果上述电压判定部判定为超过，则上述控制器调整上述栅极电压以使上述第1晶体管断开。

6.如权利要求1～5中任一项所述的电流断路装置，

上述控制器在上述电流路径中流过过电流的情况和未流过的情况下，在表示处于预先设定的上述栅极电压下的上述第1晶体管的漏极电流与漏极－源极间电压的对应关系的IV曲线上使动作点移动。

7.如权利要求1～6中任一项所述的电流断路装置，

具备与上述第1晶体管共源共栅连接的常开的第2晶体管；

上述第2晶体管的栅极与上述第1晶体管的源极连接。

8.如权利要求7所述的电流断路装置，

上述第2晶体管的耐压比上述第1晶体管的耐压高。

9.如权利要求7或8所述的电流断路装置，

具备：

常开的第3晶体管，与上述第2晶体管共源共栅连接；以及

整流元件，连接在上述第3晶体管的栅极与上述第2晶体管的栅极之间。

10.一种晶体管选定方法，

是选择具备切换是否将电流路径断路的常闭的第1晶体管和控制器的电流断路装置中的上述第1晶体管的晶体管选定方法，所述控制器控制上述第1晶体管的栅极电压，以使得在上述电流路径中未流过过电流的情况下，使上述第1晶体管在放大区域中动作，在上述电流路径中流过过电流的情况下，使上述第1晶体管在饱和区域中动作，在将过电流限流后，将上述电流路径断路，

该晶体管选定方法具备：

决定上述电流断路装置的额定电压及额定功率的工序；

根据容许损耗决定上述第1晶体管的容许接通电阻的工序；

基于与上述额定功率及上述额定电压对应的额定电流决定容许最大电流的工序；

从作为上述第1晶体管的选定候选的多个晶体管中选择一个的工序；

将选择出的上述晶体管的并联数设为N，计算选择出的上述晶体管单体的额定电流及容许最大电流的工序，其中N是1以上的整数；

基于上述额定电流及容许最大电流决定选择出的上述晶体管单体的栅极电压的工序；

决定选择出的上述晶体管单体的接通电阻的工序；

决定并联数N的选择出的上述晶体管的接通电阻的工序；

判定并联数N的选择出的上述晶体管的接通电阻是否比上述容许接通电阻小的工序；以及

在判定为并联数N的选择出的上述晶体管的接通电阻比上述容许接通电阻小的情况下，选定并联数N的选择出的上述晶体管作为上述第1晶体管的工序。

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