[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2017055465A - Dc power supply device and air conditioner with the same mounted therein - Google Patents

Dc power supply device and air conditioner with the same mounted therein Download PDF

Info

Publication number
JP2017055465A
JP2017055465A JP2015175308A JP2015175308A JP2017055465A JP 2017055465 A JP2017055465 A JP 2017055465A JP 2015175308 A JP2015175308 A JP 2015175308A JP 2015175308 A JP2015175308 A JP 2015175308A JP 2017055465 A JP2017055465 A JP 2017055465A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power supply
mosfet
signal
mosfets
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015175308A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6605887B2 (en
Inventor
亨 北山
Toru Kitayama
亨 北山
奥山 敦
Atsushi Okuyama
奥山  敦
勉 黒川
Tsutomu Kurokawa
勉 黒川
田村 建司
Kenji Tamura
建司 田村
正博 田村
Masahiro Tamura
正博 田村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Johnson Controls Hitachi Air Conditioning Technology Hong Kong Ltd
Original Assignee
Johnson Controls Hitachi Air Conditioning Technology Hong Kong Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=58287190&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP2017055465(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Johnson Controls Hitachi Air Conditioning Technology Hong Kong Ltd filed Critical Johnson Controls Hitachi Air Conditioning Technology Hong Kong Ltd
Priority to JP2015175308A priority Critical patent/JP6605887B2/en
Priority to CN201610102559.4A priority patent/CN106505884B/en
Publication of JP2017055465A publication Critical patent/JP2017055465A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6605887B2 publication Critical patent/JP6605887B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12Arrangements for reducing harmonics from ac input or output

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DC power supply device which reduces the number of components and improves circuit efficiency for a DC power supply for obtaining a high DC voltage of a DC output power source by improving a power factor of an AC power source, and an efficient air conditioner.SOLUTION: The DC power supply device comprises: a bridge rectification circuit including first and second MOSFET (Q1 and Q2) and first and second diodes D1 and D2; a reactor 12; a smoothing capacitor 13; and a control circuit 16 which repeats a turning-on/turning-off operation multiple times in such a manner that any one of the MOSFET is electrified. The MOSFET has a super junction structure in which a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer are alternately disposed in a drift region of a semiconductor and has such a property that a reverse recovery time in the case where a gate signal is being kept in an OFF signal is shorter than a reverse recovery time in the case where the gate signal is switched from an ON signal to the OFF signal when switching an application voltage from a backward voltage to a forward voltage.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換して出力する直流電源装置と、これを搭載した空気調和機に関する。   The present invention relates to a DC power supply device that converts an AC voltage of an AC power supply into a DC voltage and outputs the same, and an air conditioner equipped with the DC power supply device.

交流電源を4つのダイオードからなるブリッジ整流回路のリアクトルが接続される側でダイオードの代わり、もしくは並列にMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor:絶縁ゲート電界効果トランジスタ)を用いて所定の制御を行い、整流回路の効率向上を行う同期整流と言われる方式がある。
また、MOSFETに並列に接続されるダイオードはMOSFETの寄生ダイオードによる方法がある(特許文献1)。
Predetermined control using a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) instead of a diode on the side where the reactor of the bridge rectifier circuit consisting of four diodes is connected to the AC power supply. There is a method called synchronous rectification in which the efficiency of the rectifier circuit is improved.
In addition, there is a method using a parasitic diode of a MOSFET connected in parallel to the MOSFET (Patent Document 1).

特許第4984751号明細書Japanese Patent No. 4984751

しかしながら、特許文献1で開示された同期整流の整流回路は、ダイオードにMOSFETを並列に接続しているため回路効率を向上することできるものの、並列に部品を構成しているため、回路部品点数が増加して小型化できないという課題がある。
また、交流電源の半周期の間に一度のMOSFETのオン/オフ動作を行う方式で制御されており、昇圧できる出力電圧範囲は限定的で直流出力電源の高い出力電圧を得る整流回路を実現できないという課題がある。
また、交流電源電流に含まれる高調波電流成分も高いので入力電源の力率は低いという課題がある。
また、MOSFETに並列に接続されるダイオードをMOSFETの寄生ダイオードを用いる方法も示されているが、一般に寄生ダイオードのスイッチング速度は遅いため、それぞれのMOSFETをオン/オフするスイッチング動作を行うときに、直流出力電源をMOSFETが短絡して流れる過電流が発生するという課題がある。
このため、交流電源の半周期の間に複数回スイッチング動作を行う場合や、可聴周波数を超える、例えば15kHz以上でスイッチング動作を繰り返す場合には、スイッチング損失が増大して整流回路の回路効率が低下するという課題がある。
さらに、交流電源の半周期の間に複数回のスイッチング動作を行う場合には、2つのうち、いずれかのMOSFETに電流が通流することになり、別にダイオードを並列に接続した方式に比べてMOSFETの発熱量が大きいという課題がある。
また、寄生ダイオードに電流が流れているときにゲート信号を印加してチャネル電流を流したときには、ダイオードとしての機能を消失する点については考慮されておらず、MOSFETに並列に接続したダイオードを接続した場合に比べて、逆回復時間が増大して直流電源を短絡する短絡電流が増大すると共に、短絡時間が増大し素子の破損に至る可能性があるという課題がある。
However, although the synchronous rectification circuit disclosed in Patent Document 1 can improve the circuit efficiency because the MOSFET is connected in parallel to the diode, the number of circuit components is reduced because the components are configured in parallel. There is a problem that it cannot be reduced in size.
In addition, it is controlled by a method of performing ON / OFF operation of the MOSFET once during a half cycle of the AC power supply, and the output voltage range that can be boosted is limited and a rectifier circuit that obtains a high output voltage of the DC output power supply cannot be realized There is a problem.
Moreover, since the harmonic current component contained in the AC power supply current is high, there is a problem that the power factor of the input power supply is low.
In addition, although a method using a parasitic diode of a MOSFET as a diode connected in parallel to the MOSFET is also shown, since the switching speed of the parasitic diode is generally slow, when performing a switching operation for turning on / off each MOSFET, There is a problem in that an overcurrent that flows when a MOSFET is short-circuited with a DC output power supply occurs.
For this reason, when the switching operation is performed a plurality of times during a half cycle of the AC power supply or when the switching operation is repeated at an audio frequency exceeding 15 kHz, for example, 15 kHz or more, the switching loss increases and the circuit efficiency of the rectifier circuit decreases. There is a problem of doing.
Furthermore, when a switching operation is performed a plurality of times during a half cycle of the AC power supply, a current flows through one of the two MOSFETs, compared to a method in which a diode is connected in parallel. There exists a subject that the emitted-heat amount of MOSFET is large.
In addition, when channel current is applied by applying a gate signal while current is flowing through a parasitic diode, the point of loss of the diode function is not considered, and a diode connected in parallel to the MOSFET is connected. Compared to the case, the reverse recovery time is increased, the short-circuit current for short-circuiting the DC power supply is increased, and there is a problem that the short-circuit time is increased and the element may be damaged.

本発明は、前記した課題に鑑みて創案されたものであり、交流電源の高調波電流成分を抑制して力率を改善し、高い直流出力電源の直流電圧を得る直流電源を、少ない部品点数で高い回路効率の直流電源装置を提供すること目的とする。また、前記直流電源装置を搭載した効率のよい空気調和機を提供することを目的とする。   The present invention was devised in view of the above-described problems, and a DC power supply that improves the power factor by suppressing the harmonic current component of the AC power supply and obtains a DC voltage of a high DC output power supply has a small number of parts. An object of the present invention is to provide a DC power supply device with high circuit efficiency. Moreover, it aims at providing the efficient air conditioner carrying the said DC power supply device.

前記の課題を解決して、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
すなわち、本発明の直流電源装置は、直流出力電源の正極端子と負極端子との間に直列接続された第1、第2のMOSFETおよび前記正極端子と負極端子の間に直列接続された第1、第2のダイオードを有するブリッジ整流回路と、交流電源の一端と前記第1、第2のMOSFETの直列接続点との間に接続されたリアクトルと、前記直流出力電源の正極端子と負極端子の間に接続された平滑コンデンサと、前記交流電源の半周期内に、前記リアクトルに流れる電流を前記第1、第2のMOSFETのどちらか一方に通電する動作を複数回繰り返すように前記第1、第2のMOSFETをオン/オフさせる制御回路と、を備え、前記交流電源の他端が前記第1、第2のダイオードの直列接続点に接続され、各前記第1、第2のMOSFETは、半導体のドリフト領域においてp型半導体層とn型半導体層とを交互に配置したスーパージャンクション構造を有し、かつ、印加電圧が逆方向電圧から順方向電圧に切替わる際にゲート信号をオン信号からオフ信号に切替えたときの逆回復時間に比べて、ゲート信号をオフ信号に保ち続けているときの逆回復時間が短い特性を有する、ことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, the present invention is configured as follows.
That is, the DC power supply device of the present invention includes the first and second MOSFETs connected in series between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the DC output power supply and the first connected in series between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal. A bridge rectifier circuit having a second diode, a reactor connected between one end of an AC power source and a series connection point of the first and second MOSFETs, and a positive terminal and a negative terminal of the DC output power source A smoothing capacitor connected between the first and second MOSFETs in a half cycle of the AC power supply so that the current flowing through the reactor is passed through the first and second MOSFETs a plurality of times. A control circuit for turning on / off a second MOSFET, and the other end of the AC power supply is connected to a series connection point of the first and second diodes, and the first and second MOSFETs are connected to each other. , Having a super junction structure in which p-type semiconductor layers and n-type semiconductor layers are alternately arranged in the drift region of the semiconductor, and the gate signal is turned on when the applied voltage is switched from the reverse voltage to the forward voltage. Compared with the reverse recovery time when switching from the OFF signal to the OFF signal, the reverse recovery time when the gate signal is kept at the OFF signal is short.

また、本発明の空気調和機は、前記直流電源装置を備えることを特徴とする。   Moreover, the air conditioner of this invention is equipped with the said DC power supply device, It is characterized by the above-mentioned.

また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。   Other means will be described in the embodiment for carrying out the invention.

本発明によれば、交流電源の高調波電流成分を抑制して力率を改善し、高い直流出力電源の直流電圧を得る直流電源を、少ない部品点数で高い回路効率の直流電源装置を提供できる。また、前記直流電源装置を搭載した効率のよい空気調和機を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the direct current power supply which improves the power factor by suppressing the harmonic current component of alternating current power supply, and obtains the direct current voltage of a high direct current output power supply can provide a direct current power supply device with high circuit efficiency with a small number of parts. . In addition, an efficient air conditioner equipped with the DC power supply device can be provided.

本発明の第1実施形態に係る直流電源装置の構成例を示す図であり、(a)は直流電源装置の構成と、交流電源と負荷との接続関係を示し、(b)はMOSFETと寄生ダイオードの関連を示している。It is a figure which shows the structural example of the direct-current power supply device which concerns on 1st Embodiment of this invention, (a) shows the structure of a direct-current power supply device, and the connection relation of alternating current power supply and load, (b) is MOSFET and parasitic The relationship of the diode is shown. 図1において用いたMOSFETの断面の構造例を示す図であり、(a)はMOSFETの断面構造を示し、(b)はMOSFETのソースとゲート付近の構造を拡大して示している。It is a figure which shows the structural example of the cross section of MOSFET used in FIG. 1, (a) shows the cross-sectional structure of MOSFET, (b) has expanded and shown the structure of the source | sauce and gate vicinity of MOSFET. 本発明の第1実施形態に係るMOSFETのゲート電圧印加時の逆回復時間を測定する測定回路を示す図であり、(a)はゲート信号同時切替時の逆回復時間を測定する回路例を示し、(b)は逆回復時間測定時のGate信号1,2と逆方向電流の波形を示している。It is a figure which shows the measurement circuit which measures the reverse recovery time at the time of the gate voltage application of MOSFET concerning 1st Embodiment of this invention, (a) shows the circuit example which measures the reverse recovery time at the time of gate signal simultaneous switching , (B) show the Gate signals 1 and 2 and the reverse current waveform during the reverse recovery time measurement. 本発明の第1実施形態に係るMOSFETのゲート電圧オフ時の逆回復時間を測定する測定回路を示す図であり、(a)はQ1のゲート信号オフ時の逆回復時間を測定する回路を示し、(b)は逆回復時間測定時のGate信号1,2と逆方向電流の波形を示している。It is a figure which shows the measurement circuit which measures the reverse recovery time when the gate voltage of MOSFET which concerns on 1st Embodiment of this invention is OFF, (a) shows the circuit which measures the reverse recovery time when the gate signal of Q1 is OFF , (B) show the Gate signals 1 and 2 and the reverse current waveform during the reverse recovery time measurement. 図1に示す直流電源装置の電圧、電流波形と制御信号を示す図である。It is a figure which shows the voltage of the direct-current power supply device shown in FIG. 1, a current waveform, and a control signal. 本発明の第一実施形態に係る動作モード毎の電流通電経路を示す図であり、(a)は交流電源の電圧がリアクトルに接続する側の方が高い場合の電流経路を示し、(b)はMOSFETが共にオフのときの電流経路を示し、(c)はMOSFETをオンからオフにしたときの電流経路を示し、(d)はQ1をオフにした状態でQ2をオンしたときの電流経路を示している。It is a figure which shows the electric current conduction path | route for every operation mode which concerns on 1st embodiment of this invention, (a) shows the electric current path | route in case the side where the voltage of AC power supply is connected to a reactor is higher, (b) Indicates a current path when both MOSFETs are off, (c) indicates a current path when the MOSFET is turned off from on, and (d) indicates a current path when Q2 is on with Q1 off. Is shown. 本発明の第2実施形態に係る直流電源装置の構成例を示す図であり、(a)は直流電源装置の構成と、交流電源と負荷との接続関係を示し、(b)はMOSFETの制御信号と関連する各信号を示している。It is a figure which shows the structural example of the DC power supply device which concerns on 2nd Embodiment of this invention, (a) shows the structure of a DC power supply device, and the connection relation of AC power supply and load, (b) is control of MOSFET Each signal associated with a signal is shown. 本発明の第3実施形態に係る空気調和機の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the air conditioner which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

以下、本発明を実施するための形態(以下においては「実施形態」と表記する)を、適宜、図面を参照して説明する。   Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described with reference to the drawings as appropriate.

≪第1実施形態≫
本発明の第1実施形態の直流電源装置を、図を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る直流電源装置の構成例を示す図であり、(a)は直流電源装置の構成と、交流電源と負荷との接続関係を示し、(b)はMOSFET(Q1,Q2)と寄生ダイオードの関連を示している。
<< First Embodiment >>
A DC power supply device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a DC power supply device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A illustrates a configuration of a DC power supply device and a connection relationship between an AC power supply and a load. Indicates the relationship between MOSFETs (Q1, Q2) and parasitic diodes.

<直流電源装置の構成と動作:その1>
図1の(a)において、直流電源装置100は、n型のMOSFET(Q1:第1のMOSFET)、n型のMOSFET(Q2:第2のMOSFET)、ダイオードD1(第1のダイオード)、ダイオードD2(第2のダイオード)、リアクトル12、平滑コンデンサ13、交流電源電圧検出回路11、直流出力電圧検出回路15、電流検出回路14、制御回路16によって構成されている。
直流電源装置100の機能、動作の概要は次のとおりである。
直流電源装置100は、前記のMOSFET(Q1,Q2)とダイオードD1,D2とによるブリッジ整流回路によって、交流電圧(電力)を直流電圧(電力)に整流し、平滑コンデンサ13によって、平滑化、安定化された直流電圧(電力)を出力する。
また、リアクトル12と、交流電源電圧検出回路11と直流出力電圧検出回路15と電流検出回路14とによる電圧、電流の信号を基に制御回路16によってMOSFET(Q1,Q2)が所定の制御をされることによって、直流電源装置100は、昇圧動作をするとともに、所定の力率を確保する動作をする。
<Configuration and operation of DC power supply: Part 1>
In FIG. 1A, a DC power supply device 100 includes an n-type MOSFET (Q1: first MOSFET), an n-type MOSFET (Q2: second MOSFET), a diode D1 (first diode), and a diode. D2 (second diode), reactor 12, smoothing capacitor 13, AC power supply voltage detection circuit 11, DC output voltage detection circuit 15, current detection circuit 14, and control circuit 16 are included.
An outline of functions and operations of the DC power supply apparatus 100 is as follows.
The DC power supply device 100 rectifies AC voltage (electric power) into DC voltage (electric power) by the bridge rectifier circuit composed of the MOSFETs (Q1, Q2) and the diodes D1, D2, and smoothes and stabilizes by the smoothing capacitor 13. The converted DC voltage (electric power) is output.
Further, the MOSFET (Q1, Q2) is subjected to predetermined control by the control circuit 16 based on the voltage and current signals from the reactor 12, the AC power supply voltage detection circuit 11, the DC output voltage detection circuit 15 and the current detection circuit 14. Thus, the DC power supply device 100 performs a boosting operation and an operation for securing a predetermined power factor.

次に、直流電源装置100の各部の構成と動作について詳しく説明する。
MOSFET(Q1)のソース電極とMOSFET(Q2)のドレイン電極が接続され、MOSFET(Q1)のドレイン電極は、直流出力電源の正極端子Epに接続され、MOSFET(Q2)のソース電極は、直流出力電源の負極端子Enに接続されている。
ダイオードD1のアノードとダイオードD2のカソードが接続され、ダイオードD1のカソードは正極端子Epに接続され、ダイオードD2のアノードは負極端子Enに接続されている。
平滑コンデンサ13の正極(もしくは一端)は正極端子Epに接続され、負極(もしくは他端)は負極端子Enに接続されている。
MOSFET(Q1)のドレイン電極とMOSFET(Q2)のソース電極は、リアクトル12を介して交流電源110の一端に接続されている。
ダイオードD1のアノードとダイオードD2のカソードは、交流電源110の他端に接続されている。
Next, the configuration and operation of each part of the DC power supply device 100 will be described in detail.
The source electrode of the MOSFET (Q1) and the drain electrode of the MOSFET (Q2) are connected, the drain electrode of the MOSFET (Q1) is connected to the positive terminal Ep of the DC output power supply, and the source electrode of the MOSFET (Q2) is the DC output It is connected to the negative terminal En of the power source.
The anode of the diode D1 and the cathode of the diode D2 are connected, the cathode of the diode D1 is connected to the positive terminal Ep, and the anode of the diode D2 is connected to the negative terminal En.
The positive electrode (or one end) of the smoothing capacitor 13 is connected to the positive electrode terminal Ep, and the negative electrode (or the other end) is connected to the negative electrode terminal En.
The drain electrode of the MOSFET (Q1) and the source electrode of the MOSFET (Q2) are connected to one end of the AC power supply 110 via the reactor 12.
The anode of the diode D1 and the cathode of the diode D2 are connected to the other end of the AC power supply 110.

以上のように、所定の制御をされるMOSFET(Q1,Q2)とダイオードD1,D2とによって、ブリッジ整流回路が構成されるので、交流電源110の交流電圧(電力)が前記のブリッジ整流回路で整流されて直流電圧(電力)が平滑コンデンサ13に蓄積される。
また、正極端子Epと負極端子Enとが直流電源装置100の直流出力電源の端子となっている。
また、平滑コンデンサ13の両端子、すなわち正極端子Epと負極端子Enは、負荷120に接続されて、負荷120に直流電圧(電力)を供給する。
As described above, since the bridge rectifier circuit is configured by the MOSFETs (Q1, Q2) and the diodes D1, D2 that are subjected to predetermined control, the AC voltage (power) of the AC power supply 110 is the bridge rectifier circuit. The DC voltage (power) is rectified and accumulated in the smoothing capacitor 13.
Further, the positive terminal Ep and the negative terminal En are terminals of the DC output power supply of the DC power supply device 100.
Further, both terminals of the smoothing capacitor 13, that is, the positive terminal Ep and the negative terminal En are connected to the load 120 and supply a DC voltage (electric power) to the load 120.

<寄生ダイオード:その1>
なお、MOSFET(Q1,Q2)には、図1の(b)に示すように、ソース・ドレイン間に寄生ダイオードDpが、MOSFETの構造上、必然的に構成される。
この寄生ダイオードDpのpn接合面に形成される空乏層に蓄積される電荷によって、前記した、あるいは後記する逆回復電流が生じることになる。
この寄生ダイオードDpは、図1の(a)においては、記載を省略している。
また、寄生ダイオードDpの具体的な構成は、後記する。
<Parasitic diode: Part 1>
As shown in FIG. 1B, the MOSFET (Q1, Q2) necessarily includes a parasitic diode Dp between the source and the drain due to the structure of the MOSFET.
The charge stored in the depletion layer formed on the pn junction surface of the parasitic diode Dp causes the reverse recovery current described above or described later.
The parasitic diode Dp is not shown in FIG.
The specific configuration of the parasitic diode Dp will be described later.

<直流電源装置の構成と動作:その2>
再び、図1の(a)について説明する。
制御回路16は、交流電源110の交流電圧を交流電源電圧検出回路11と、平滑コンデンサ13の両端の直流出力電圧を検出する直流出力電圧検出回路15と、平滑コンデンサ13に充電する電流を検出する電流検出回路14と、からの入力信号を演算処理することによって、MOSFET(Q1、Q2)の駆動信号を出力する機能を備えている。
<Configuration and operation of DC power supply: Part 2>
Again, FIG. 1A will be described.
The control circuit 16 detects the AC voltage of the AC power supply 110, the AC power supply voltage detection circuit 11, the DC output voltage detection circuit 15 that detects the DC output voltage across the smoothing capacitor 13, and the current that charges the smoothing capacitor 13. It has a function of outputting drive signals for the MOSFETs (Q1, Q2) by performing arithmetic processing on the input signals from the current detection circuit.

ブリッジ整流回路(Q1,Q2,D1,D2)は、MOSFET(Q1、Q2)が共にオフ状態であるとすると、交流電源110のリアクトル12に接続される側の端子電圧が他の端子電圧より高い場合には、交流電源110から流出する電流は、リアクトル12とMOSFET(Q1)内部の半導体素子のソースとドレイン間のpn接合(寄生ダイオードDp)を通して流れる。そして平滑コンデンサ13の正極に電荷を供給する。
また、平滑コンデンサ13の負極から流出する電流は、ダイオードD2を通して交流電源110に戻る。すなわち、全波整流回路を構成している。
この際、前記のpn接合を通して流れている側のMOSFET(Q1)のゲートにオン信号を与えれば、pn接合層にMOSFETとしてのチャネル(n)が形成されてソースからドレインの方向、即ち、MOSFET(Q1)の逆方向電流を流すことができる。
なお、「逆方向電流」と表記したのはn型のMOSFETは、通常、ドレインからソースに電流を流すものであり、ソースからドレインに流すことは、逆方向に相当するからである。
In the bridge rectifier circuit (Q1, Q2, D1, D2), when the MOSFETs (Q1, Q2) are both off, the terminal voltage on the side connected to the reactor 12 of the AC power supply 110 is higher than the other terminal voltages. In some cases, the current flowing out from the AC power supply 110 flows through the pn junction (parasitic diode Dp) between the source and drain of the semiconductor element inside the reactor 12 and the MOSFET (Q1). Then, charge is supplied to the positive electrode of the smoothing capacitor 13.
Further, the current flowing out from the negative electrode of the smoothing capacitor 13 returns to the AC power source 110 through the diode D2. That is, a full-wave rectifier circuit is configured.
At this time, if an ON signal is given to the gate of the MOSFET (Q1) flowing through the pn junction, a channel (n) as a MOSFET is formed in the pn junction layer and the source to the drain, that is, the MOSFET The reverse current of (Q1) can be passed.
Note that “reverse current” is indicated because an n-type MOSFET normally flows current from the drain to the source, and flowing from the source to the drain corresponds to the reverse direction.

また、交流電源110の電圧瞬時値が平滑コンデンサ13の直流電圧より低い場合には、以下のような昇圧動作を行う。
交流電源110のリアクトル12に接続される側の電圧が高い場合、MOSFET(Q2)をオン(ON)状態にして、交流電源110をリアクトル12とMOSFET(Q2)とダイオードD2とを通して短絡し、リアクトル12にエネルギーを蓄積する。
そして、所定時間の経過後にMOSFET(Q2)をオフ(OFF)し、MOSFET(Q1)を通して(Q1の寄生ダイオードが導通)、平滑コンデンサ13に還流電流を供給(リアクトル12のエネルギーを放出)して電荷を充電する昇圧動作を行う。
この逆方向電流が流れているMOSFET(Q1)にオン信号を与えれば、MOSFET(Q1)のpn接合層にMOSFETとしてのチャネル(n)が形成されてソースからドレインの方向、すなわち、MOSFET(Q1)の逆方向に効率よく還流電流を流すことができる。
Further, when the voltage instantaneous value of the AC power supply 110 is lower than the DC voltage of the smoothing capacitor 13, the following boosting operation is performed.
When the voltage on the side connected to the reactor 12 of the AC power supply 110 is high, the MOSFET (Q2) is turned on, the AC power supply 110 is short-circuited through the reactor 12, the MOSFET (Q2), and the diode D2, and the reactor 12 stores energy.
Then, after a predetermined time has elapsed, the MOSFET (Q2) is turned off (OFF), and through the MOSFET (Q1) (the parasitic diode of Q1 is conductive), the return current is supplied to the smoothing capacitor 13 (the energy of the reactor 12 is released). A step-up operation for charging the charge is performed.
When an ON signal is given to the MOSFET (Q1) in which the reverse current flows, a channel (n) as a MOSFET is formed in the pn junction layer of the MOSFET (Q1), and the direction from the source to the drain, that is, the MOSFET (Q1 ), The reflux current can be efficiently passed in the opposite direction.

一般にpn接合層に発生する電圧降下(順方向電圧降下)よりもゲートに電圧を印加して電流を流したときのオン抵抗による電圧降下は低いので、MOSFET(Q1)に発生する損失を低減できる。
ただし、交流電源110の半周期内で複数回、MOSFET(Q1)とMOSFET(Q2)を相補的にオン/オフ(ON/OFF)動作を繰返す場合には、例えば特許文献1のような従来技術では、MOSFET(Q1)にオン信号を印加して逆方向電流が流れている状態で、次のスイッチング動作(Q1をオフ、Q2をオン)をおこなう場合、平滑コンデンサ13に蓄えられた電荷がMOSFET(Q1)とMOSFET(Q2)を通して短絡されて過大な電流(逆回復電流)が逆回復時間の間、流れてQ1またはQ2が破壊するか、あるいは効率が低下するという問題が起こる。
そのため、本実施形態では、以下に説明するような構成、構造をとる。
Generally, the voltage drop caused by the on-resistance when a voltage is applied to the gate and a current flows is lower than the voltage drop (forward voltage drop) generated in the pn junction layer, so that the loss generated in the MOSFET (Q1) can be reduced. .
However, when the on / off (ON / OFF) operation of the MOSFET (Q1) and the MOSFET (Q2) is complementarily repeated a plurality of times within a half cycle of the AC power supply 110, for example, the conventional technique as in Patent Document 1 is used. Then, when the next switching operation (Q1 is turned off and Q2 is turned on) is performed in a state where a reverse current flows by applying an ON signal to the MOSFET (Q1), the charge stored in the smoothing capacitor 13 is reduced to the MOSFET. There arises a problem that an excessive current (reverse recovery current) is short-circuited through (Q1) and the MOSFET (Q2) and flows during the reverse recovery time, causing Q1 or Q2 to be destroyed or efficiency to be reduced.
Therefore, in the present embodiment, the configuration and structure described below are adopted.

本(第1)実施形態では、後記するように、MOSFET(Q1、Q2)のMOSFETの半導体のドリフト領域において、ドレイン・ソースの電流経路の方向に対して垂直方向にp型半導体層とn型半導体層を交互に配置した構造(スーパージャンクション構造)を有し、かつ、MOSFETに印加される電圧が逆方向電圧から順方向電圧に切替わると同時に、MOSFETのゲート信号をオン信号からオフ信号に切替えたときに生じる逆回復時間に比べてMOSFETのゲート信号をオフしているときに生じる逆回復時間が短い特性を有するMOSFETを備える。
さらに、リアクトル12で電源短絡する側のMOSFETがオンする所定時間前に逆方向電流が流れている側のMOSFETをオフするようにした。この構成により、交流電源の半周期に複数回、MOSFET(Q1)をオフ、MOSFET(Q2)をオンしたとき、あるいはMOSFET(Q2)をオフ、MOSFET(Q1)をオンしたときに発生する過大な電流を抑制することが可能である。
In the present (first) embodiment, as will be described later, in the MOSFET semiconductor drift region of the MOSFET (Q1, Q2), the p-type semiconductor layer and the n-type are perpendicular to the direction of the drain / source current path. It has a structure in which semiconductor layers are arranged alternately (super junction structure), and the voltage applied to the MOSFET is switched from the reverse voltage to the forward voltage, and at the same time the gate signal of the MOSFET is changed from the on signal to the off signal. A MOSFET having a characteristic that the reverse recovery time generated when the gate signal of the MOSFET is turned off is shorter than the reverse recovery time generated when switching is provided.
Further, the MOSFET on the side where the reverse current flows is turned off a predetermined time before the MOSFET on the side where the power supply is short-circuited by the reactor 12 is turned on. With this configuration, an excessive amount is generated when the MOSFET (Q1) is turned off, the MOSFET (Q2) is turned on, or the MOSFET (Q2) is turned off and the MOSFET (Q1) is turned on multiple times in a half cycle of the AC power supply. It is possible to suppress the current.

<MOSFETの構造:その1>
本発明の第1実施形態に係るMOSFETの構造を、図2に示すMOSFET素子の断面図を参照して説明する。
図2は、図1において用いたMOSFET(Q1,Q2)の断面の構造例を示す図であり、(a)はMOSFETの断面構造を示し、(b)はMOSFETのソースとゲート付近の構造を拡大して示している。
図2で示したMOSFETは、縦型の構造のMOSFETである。以下においても縦型の構造のMOSFETを単にMOSFETと表記する。
図2の(a)および(b)において、MOSFET200は、MOSFETの一方の面(紙面の上部)にソース電極211とゲート電極212を備え、他方の面(紙面の下部)にドレイン電極213を備えている。
<MOSFET structure: Part 1>
The structure of the MOSFET according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the cross-sectional view of the MOSFET element shown in FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure example of the MOSFETs (Q1, Q2) used in FIG. 1, (a) shows the cross-sectional structure of the MOSFET, and (b) shows the structure near the source and gate of the MOSFET. It is shown enlarged.
The MOSFET shown in FIG. 2 is a MOSFET having a vertical structure. Hereinafter, a MOSFET having a vertical structure is simply referred to as a MOSFET.
2A and 2B, a MOSFET 200 includes a source electrode 211 and a gate electrode 212 on one surface (upper portion of the paper) of the MOSFET, and a drain electrode 213 on the other surface (lower portion of the paper). ing.

ソース電極211は、金属電極21Sを介してp型半導体層27とn型半導体層26に接続されている。
ゲート電極212は、金属電極であるゲート電極21Gに接続されている。ゲート電極21Gの直下(紙面の下方向)には絶縁膜(絶縁層)28を介して、n型半導体層26とp型半導体層25とn型半導体層22とでn型のMOSFETが部分的に構成されている。
すなわち、ゲート電極21Gが閾値を超えて高電位(Hレベル)になると、p型半導体層25に、電子が誘起されて、p型を形成する不純物原子の影響を凌駕し、p型半導体層25がn型に反転する。つまりチャネル(n)が形成される。そのため、n型半導体層26とn型の反転層(25)とn型半導体層22とがすべてn型で並ぶことになるので、導通(オン、ON)することになる。
また、n型半導体層26は前記したように、金属電極21Sを介してソース電極211に接続しており、またn型半導体層22は、n型半導体層24を介してドレイン電極213に接続されている。
なお、p型半導体層27は、p型半導体層25よりも、p型とする3価の不純物元素の濃度が高い。また、n型半導体層26は、n型半導体層22よりも、n型とする5価の不純物元素の濃度が高い。
The source electrode 211 is connected to the p + type semiconductor layer 27 and the n + type semiconductor layer 26 through the metal electrode 21S.
The gate electrode 212 is connected to the gate electrode 21G that is a metal electrode. The n + type semiconductor layer 26, the p type semiconductor layer 25, and the n type semiconductor layer 22 form n type MOSFETs directly below the gate electrode 21 G (downward in the drawing) via an insulating film (insulating layer) 28. It is structured.
That is, when the gate electrode 21G exceeds the threshold and becomes a high potential (H level), electrons are induced in the p-type semiconductor layer 25, surpassing the influence of the impurity atoms forming the p-type, and the p-type semiconductor layer 25 Is inverted to n-type. That is, a channel (n) is formed. Therefore, the n + type semiconductor layer 26, the n-type inversion layer (25), and the n-type semiconductor layer 22 are all arranged in the n-type, so that they become conductive (ON, ON).
Further, as described above, the n + type semiconductor layer 26 is connected to the source electrode 211 via the metal electrode 21S, and the n type semiconductor layer 22 is connected to the drain electrode 213 via the n + type semiconductor layer 24. It is connected.
Note that the p + -type semiconductor layer 27 has a higher concentration of trivalent impurity elements that are p-type than the p-type semiconductor layer 25. In addition, the n + type semiconductor layer 26 has a higher concentration of the n-type pentavalent impurity element than the n-type semiconductor layer 22.

また、ゲート電極21Gが高電位(Hレベル)になることによって、n型の反転するのは、ゲート電極21G直下近傍のp型半導体層25のみならず、p型半導体層23も、高電位が強まる(より高い電位になる)ことによって、深い層(紙面の下方向)まで、反転層が広がる。
すなわち、ゲート電極21Gが高電位になるにつれ、p型半導体層25、および、p型半導体層23がn型に反転する領域が広がり、このn型に反転した領域とn型半導体層22との接触面積が広がるにつれ、MOSFETのオン抵抗は小さくなって良好に導通する。
Further, when the gate electrode 21G becomes a high potential (H level), the n-type inversion occurs not only in the p-type semiconductor layer 25 near the gate electrode 21G but also in the p-type semiconductor layer 23. By intensifying (becomes a higher potential), the inversion layer extends to a deep layer (downward on the page).
That is, as the gate electrode 21G becomes a high potential, a region where the p-type semiconductor layer 25 and the p-type semiconductor layer 23 are inverted to the n-type spreads, and the region inverted between the n-type and the n-type semiconductor layer 22 As the contact area increases, the on-resistance of the MOSFET decreases and conducts well.

<寄生ダイオード:その2>
なお、ソース電極211は、金属電極21Sを介してp型半導体層27に接続され、p型半導体層27はp型半導体層25に接し、p型半導体層25はp型半導体層23に接している。
また、ドレイン電極213は、n型半導体層24に接続され、n型半導体層24はn型半導体層22に接している。
そして、p型半導体層23とp型半導体層25は、n型半導体層22に接している。
以上の構成から、ソース電極211−金属電極21S−p型半導体層27−p型半導体層25−p型半導体層23−n型半導体層22−n型半導体層24−ドレイン電極213の構造によって、ソース電極211とドレイン電極213との間に存在する寄生ダイオードDpとなる。
また、前記のp型半導体層23−n型半導体層22におけるpとnとの接触面が、ソース電極211とドレイン電極213との間に存在する寄生ダイオードDpの根源となる。
なお、p型半導体層25とp型半導体層23とは、製造工程に差異があるが、p拡散の不純物濃度は略等しい。
<Parasitic diode: Part 2>
The source electrode 211 is connected to the p + -type semiconductor layer 27 through the metal electrodes 21S, p + -type semiconductor layer 27 is in contact with the p-type semiconductor layer 25, p-type semiconductor layer 25 in the p-type semiconductor layer 23 Touching.
The drain electrode 213 is connected to the n + -type semiconductor layer 24, n + -type semiconductor layer 24 is in contact with the n-type semiconductor layer 22.
The p-type semiconductor layer 23 and the p-type semiconductor layer 25 are in contact with the n-type semiconductor layer 22.
From the above configuration, the structure of the source electrode 211-metal electrode 21S-p + type semiconductor layer 27-p type semiconductor layer 25-p type semiconductor layer 23-n type semiconductor layer 22-n + type semiconductor layer 24-drain electrode 213 Thus, the parasitic diode Dp existing between the source electrode 211 and the drain electrode 213 is formed.
In addition, the contact surface between p and n in the p-type semiconductor layer 23 -n-type semiconductor layer 22 is a source of the parasitic diode Dp existing between the source electrode 211 and the drain electrode 213.
The p-type semiconductor layer 25 and the p-type semiconductor layer 23 are different in manufacturing process, but the impurity concentration of p diffusion is substantially equal.

<MOSFETの構造:その2>
図2に示すn型のMOSFET200は、n型半導体層22(ドリフト領域)と表記した領域の材質の導体基板(ウェハー)を基に製造工程が構成される。
このMOSFETの半導体のドリフト領域において、紙面の左右方向(ドレイン・ソース方向に対して垂直方向)にp型半導体層23とn型半導体層22を交互に配置した構造(スーパージャンクション構造)を有している。
前記の構造を有するMOSFET200のドレイン電極213とソース電極211間に順方向電圧を加えるとn型半導体層22に広がる空乏層に、紙面の上下方向に均一な電界強度が得られるため高耐圧となる。
なお、p型半導体層23とn型半導体層24との間隔は、耐圧が低下しない程度の距離を確保する。
また、ドリフト領域のn型半導体層22のキャリア濃度を低くできるのでオン抵抗の小さいMOSFETが実現できる。
また、前記のように、p型半導体層23とn型半導体層22を交互に配置した構造をとっており、MOSFET200としてのドレイン・ソース間の対抗面積が広くなっているので、オン抵抗の小さいMOSFETが実現できる。
<MOSFET structure: Part 2>
The n-type MOSFET 200 shown in FIG. 2 has a manufacturing process based on a conductive substrate (wafer) made of a material in a region indicated as an n-type semiconductor layer 22 (drift region).
This MOSFET semiconductor drift region has a structure (superjunction structure) in which p-type semiconductor layers 23 and n-type semiconductor layers 22 are alternately arranged in the horizontal direction of the paper (perpendicular to the drain / source direction). ing.
When a forward voltage is applied between the drain electrode 213 and the source electrode 211 of the MOSFET 200 having the above-described structure, the depletion layer extending in the n-type semiconductor layer 22 has a uniform electric field strength in the vertical direction on the paper surface, resulting in a high breakdown voltage. .
Note that the distance between the p-type semiconductor layer 23 and the n + -type semiconductor layer 24 is ensured such that the breakdown voltage does not decrease.
In addition, since the carrier concentration of the n-type semiconductor layer 22 in the drift region can be lowered, a MOSFET with low on-resistance can be realized.
Further, as described above, the p-type semiconductor layer 23 and the n-type semiconductor layer 22 are alternately arranged, and the opposing area between the drain and the source as the MOSFET 200 is widened, so that the on-resistance is small. A MOSFET can be realized.

なお、スーパージャンクション構造をとると、ソースとドレイン間に構成したpn接合の面積は、p型半導体層23を設けていない縦型のMOSFETに比較して、増大するので、pn接合部の逆回復時間は増大する。
ただし、p型半導体層23に重金属を拡散させるか、あるいは、重粒子などの粒子線を照射して、pn接合部の逆回復時間を短縮する。これは、p型半導体層23内に重金属や重粒子があると、p型半導体層23に新たなエネルギー準位が設けられて、電子や正孔の移動が速やかに行われるためである。
If the super junction structure is adopted, the area of the pn junction formed between the source and the drain is increased as compared with a vertical MOSFET not provided with the p-type semiconductor layer 23. Therefore, reverse recovery of the pn junction is performed. Time increases.
However, the reverse recovery time of the pn junction is shortened by diffusing heavy metal into the p-type semiconductor layer 23 or irradiating a particle beam such as heavy particles. This is because if a heavy metal or heavy particles are present in the p-type semiconductor layer 23, a new energy level is provided in the p-type semiconductor layer 23, and electrons and holes move quickly.

本実施形態の前記構造により、高耐圧で低オン抵抗、しかも逆回復時間の短いMOSFETを構成できる。本実施形態では上記構造を有するMOSFETを備えたので、従来、MOSFETに並列に接続していたダイオードは必要がなくなり、整流回路の部品点数を低減して経済的な直流電源回路を構成することができる効果がある。   With the structure of this embodiment, a MOSFET having a high breakdown voltage, a low on-resistance, and a short reverse recovery time can be configured. In the present embodiment, since the MOSFET having the above-described structure is provided, a diode conventionally connected in parallel to the MOSFET is not necessary, and an economical DC power supply circuit can be configured by reducing the number of parts of the rectifier circuit. There is an effect that can be done.

<MOSFETの逆回復時間>
次に、MOSFETの逆回復時間について説明する。
以下においては、n型のMOSFETの場合について説明するが、p型のMOSFETの場合にはソースとドレインに流れる電流が逆になるだけで同様に考えることができる。
<Reverse recovery time of MOSFET>
Next, the reverse recovery time of the MOSFET will be described.
In the following description, the case of an n-type MOSFET will be described. However, in the case of a p-type MOSFET, the same can be considered just by reversing the current flowing through the source and drain.

n型のMOSFETにおいて、ソース電位を基準にドレイン電位が高い場合を順方向電圧と呼称し、逆にソース電位がドレイン電位より高い場合を逆方向電圧と呼称する。
また、ゲート電圧が閾値以下である場合をオフ状態、ゲート電圧が閾値以上のオン状態と呼称することにする。
また、n型のMOSFETは、前記したようにソースからドレイン方向にpn接合(寄生ダイオードDp)を備えており、逆方向電圧が印加されたときにMOSFETがオフ状態にあれば、ソースからドレインに電流が流れるが、この電流を逆方向電流と呼称する。
逆方向電流が流れている状態で、MOSFETに順方向電圧が印加されたとき、pn接合の電荷が排出されることによりドレインからソース方向に流れる電流を逆回復電流と呼称する。また、電流が流れる時間を逆回復時間という。
In an n-type MOSFET, a case where the drain potential is high with reference to the source potential is referred to as a forward voltage, and conversely, a case where the source potential is higher than the drain potential is referred to as a reverse voltage.
Further, a case where the gate voltage is equal to or lower than the threshold value is referred to as an off state, and an on state where the gate voltage is equal to or higher than the threshold value is referred to.
Further, the n-type MOSFET has a pn junction (parasitic diode Dp) in the direction from the source to the drain as described above. If the MOSFET is in the off state when a reverse voltage is applied, the n-type MOSFET is changed from the source to the drain. A current flows, and this current is called a reverse current.
When a forward voltage is applied to the MOSFET while a reverse current is flowing, the current flowing from the drain to the source by discharging the charge of the pn junction is referred to as a reverse recovery current. The time during which current flows is called reverse recovery time.

MOSFET(Q1,Q2)によって、同期整流動作を行うときには、MOSFET(Q1,Q2)のソースからドレイン方向に逆方向電流が流れているときに、高電位のゲート電圧を印加してMOSFETをオン状態とする。
また、MOSFETに順方向電圧が印加するときには同時にゲート電圧を閾値以下としてオフ状態にする。
また、MOSFET(Q1,Q2)に、逆方向電流が流れている状態で順方向電圧を印加したとき、逆方向電流から順方向電流に電流の流れる方向が変わるが、ゲート電圧を閾値以下にしているので、電流は遮断される。
しかし、電流遮断までには時間遅れが生じるので、ドレインからソース方向に電流が流れるが、この電流を逆回復電流、電流が流れる時間を逆回復時間ということにする。
When synchronous rectification is performed by the MOSFETs (Q1, Q2), a high-potential gate voltage is applied to turn on the MOSFET when a reverse current flows from the source to the drain of the MOSFET (Q1, Q2). And
In addition, when a forward voltage is applied to the MOSFET, the gate voltage is set to a threshold value or less to turn it off.
In addition, when a forward voltage is applied to the MOSFETs (Q1, Q2) while a reverse current is flowing, the direction of current flow changes from the reverse current to the forward current, but the gate voltage is set to a threshold value or less. As a result, the current is cut off.
However, since a time delay occurs until the current is cut off, a current flows in the direction from the drain to the source. This current is referred to as a reverse recovery current, and the current flowing time is referred to as a reverse recovery time.

<MOSFETの逆回復時間の試験方法>
本(第1)実施形態の直流電源装置の構成では、MOSFETの逆回復時間が回路効率に大きく影響を及ぼす。
高効率の直流電源装置を実現するためには、ゲート電圧を印加しないMOSFETがオフ状態のときの逆回復時間と、これに対して逆方向電圧から順方向電圧に切替わると同時にMOSFETのゲート信号をオン信号からオフ信号に切替えたときに生じる逆回復時間とを比較することが有効である。
<Method for testing reverse recovery time of MOSFET>
In the configuration of the DC power supply device of the present (first) embodiment, the reverse recovery time of the MOSFET greatly affects the circuit efficiency.
In order to realize a high-efficiency DC power supply device, the reverse recovery time when the MOSFET to which no gate voltage is applied is in the OFF state, and the MOSFET gate signal at the same time when the reverse voltage is switched to the forward voltage. It is effective to compare the reverse recovery time that occurs when the signal is switched from the on signal to the off signal.

《Q1,Q2のゲート信号同時切替時の逆回復時間の測定方法》
図3は、本発明の第1実施形態に係るMOSFETのゲート電圧印加時の逆回復時間を測定する測定回路を示す図であり、(a)はゲート信号同時切替時の逆回復時間を測定する回路例を示し、(b)は逆回復時間測定時のGate信号1とGate信号2と逆方向電流の波形を示している。
図3の(a)において、測定回路は、直流電源31の両極に逆回復時間を測定する供試品であるn型のMOSFET(Q1)と、MOSFET(Q1)に逆電圧を印加するためのMOSFET(Q2)を直列に接続し、MOSFET(Q1)に電流を通流するリアクトル12により構成されている。
<< Measurement method of reverse recovery time when Q1 and Q2 gate signals are switched simultaneously >>
FIG. 3 is a diagram showing a measurement circuit for measuring the reverse recovery time when the gate voltage is applied to the MOSFET according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3A shows the reverse recovery time when the gate signal is simultaneously switched. A circuit example is shown, and (b) shows the waveforms of the gate signal 1 and the gate signal 2 and the reverse current during the reverse recovery time measurement.
In FIG. 3A, the measurement circuit applies a reverse voltage to the n-type MOSFET (Q1), which is a specimen for measuring the reverse recovery time at both poles of the DC power supply 31, and the MOSFET (Q1). A MOSFET 12 (Q2) is connected in series, and the reactor 12 is configured to pass current through the MOSFET (Q1).

図3の(b)において、逆回復時間測定時のMOSFET(Q1)に印加するGate信号1とMOSFET(Q2)に印加するGate信号2の信号発生タイミングと、供試品であるMOSFET(Q1)のソースからドレインに流れる逆方向電流Isdの波形を示している。   In FIG. 3B, the signal generation timing of the Gate signal 1 applied to the MOSFET (Q1) and the Gate signal 2 applied to the MOSFET (Q2) at the time of measuring the reverse recovery time, and the MOSFET (Q1) which is the sample product 5 shows the waveform of the reverse current Isd flowing from the source to the drain.

逆回復時間の測定にあたり、まずGate信号2の電圧を立ち上げてMOSFET(Q2)をオン状態にしてリアクトル12を通して直流電源31を短絡する(図3の(b)には図示していない)。
所定の逆方向電流までリアクトル12の電流が上昇したらMOSFET(Q2)をオフして供試品としてのMOSFET(Q1)に還流電流を流す(図3の(b)の初めの状態)。
その後、図3の(b)に示すように、Gate信号1の電圧を立ち下げる信号をMOSFET(Q1)に、Gate信号2の電圧を立ち上げる信号をMOSFET(Q2)に、それぞれ加えて、MOSFET(Q1)をオフし、MOSFET(Q2)をオンする。
MOSFET(Q2)がオンすることによって、MOSFET(Q2)のドレイン電極とMOSFET(Q1)のソース電極は低電位となり、MOSFET(Q1)のソース・ドレイン間の電圧は逆方向電圧から順方向電圧に切替わる。
このときにMOSFET(Q1)に流れる逆方向電流Isdは、図3の(b)に示す波形となり、逆方向電流Isdが負の方向、即ちドレインからソースに流れる順方向電流が流れている期間が逆回復時間td1である。
In measuring the reverse recovery time, first, the voltage of the Gate signal 2 is raised to turn on the MOSFET (Q2) to short-circuit the DC power source 31 through the reactor 12 (not shown in FIG. 3B).
When the current of the reactor 12 rises to a predetermined reverse current, the MOSFET (Q2) is turned off and a reflux current is passed through the MOSFET (Q1) as the test sample (the initial state in FIG. 3B).
Thereafter, as shown in FIG. 3B, a signal for lowering the voltage of the Gate signal 1 is added to the MOSFET (Q1), and a signal for raising the voltage of the Gate signal 2 is added to the MOSFET (Q2). (Q1) is turned off and MOSFET (Q2) is turned on.
When the MOSFET (Q2) is turned on, the drain electrode of the MOSFET (Q2) and the source electrode of the MOSFET (Q1) become low potential, and the voltage between the source and drain of the MOSFET (Q1) changes from the reverse voltage to the forward voltage. Switch.
At this time, the reverse current Isd flowing through the MOSFET (Q1) has the waveform shown in FIG. 3B, and the reverse current Isd has a negative direction, that is, a period during which the forward current flowing from the drain to the source flows. The reverse recovery time td1.

《Q1のゲート信号オフ状態保持時の逆回復時間の測定方法》
図4は、本発明の第1実施形態に係るMOSFETのゲート信号オフ状態保持時の逆回復時間を測定する測定回路を示す図であり、(a)は供試品のMOSFET(Q1)のゲート信号オフ状態保持時の逆回復時間を測定する回路を示し、(b)は逆回復時間測定時のGate信号1とGate信号2と逆方向電流の波形を示している。
図4の(a)において、測定回路は、前記の図3(a)に示す回路に比べて、供試品のMOSFET(Q1)のゲート−ソース間を低抵抗で短絡していること、および図3(b)の逆回復時間の測定に際して、供試品にゲート信号をオフ状態に保持することを除いて、図3の(a)と同様である。なお、ゲート−ソース間に低抵抗を備えたのは、測定の際のノイズの影響を低減するためである。
<< Measurement Method of Reverse Recovery Time when Q1 Gate Signal is Off >>
FIG. 4 is a diagram showing a measurement circuit for measuring the reverse recovery time when the gate signal of the MOSFET according to the first embodiment of the present invention is maintained, and (a) shows the gate of the MOSFET (Q1) of the test sample. A circuit for measuring the reverse recovery time at the time of holding the signal off state is shown, and (b) shows waveforms of the gate signal 1 and the gate signal 2 and the reverse current at the time of measuring the reverse recovery time.
4A, the measurement circuit is short-circuited between the gate and the source of the MOSFET (Q1) of the test sample with a low resistance as compared with the circuit shown in FIG. 3A. 3B is the same as FIG. 3A except that the gate signal is kept in the OFF state when the reverse recovery time is measured in FIG. The reason why the low resistance is provided between the gate and the source is to reduce the influence of noise during measurement.

図4の(a)、(b)において、所定の逆方向電流までリアクトル12の電流が上昇したらMOSFET(Q2)をオフして供試品のMOSFET(Q1)のpn接合に還流電流を流す。
その後、図4(b)に示すように、Gate信号2の電圧を立ち下げるが、Gate信号1の電圧を立ち上げない。
このときMOSFET(Q2)はオンするが、MOSFET(Q1)はオフ状態のままである。
このときに供試品のMOSFET(Q1)に流れる逆方向電流Isdは図に示す波形となり、逆方向電流Isdが負の方向、即ちドレインからソースに流れる順方向電流が流れている期間が逆回復時間td2である。
4 (a) and 4 (b), when the current of the reactor 12 rises to a predetermined reverse current, the MOSFET (Q2) is turned off, and a reflux current is passed through the pn junction of the MOSFET (Q1) of the sample.
Thereafter, as shown in FIG. 4B, the voltage of the Gate signal 2 is lowered, but the voltage of the Gate signal 1 is not raised.
At this time, the MOSFET (Q2) is turned on, but the MOSFET (Q1) remains off.
At this time, the reverse current Isd flowing in the MOSFET (Q1) of the test sample has the waveform shown in the figure, and the reverse current Isd is in the negative direction, that is, the period in which the forward current flowing from the drain to the source flows reversely. It is time td2.

以上、図3における逆回復時間td1と、図4における逆回復時間td2とを比較すれば、td1>td2であることが分かる。
この逆回復時間td1と逆回復時間td2との差は、図3の(b)においては、Gate信号2がLレベルからHレベルに変わる直前まで、Gate信号1がHレベルであったこと、すなわちMOSFET(Q1)が直前までオンしていたことである。
これに対して、図4の(b)においては、Gate信号2がLレベル(低電位)からHレベル(高電位)に変わる前後において、Gate信号1がLレベルを保っていたことである。
As described above, when the reverse recovery time td1 in FIG. 3 is compared with the reverse recovery time td2 in FIG. 4, it can be seen that td1> td2.
The difference between the reverse recovery time td1 and the reverse recovery time td2 is that in FIG. 3B, the Gate signal 1 was at the H level until the Gate signal 2 changed from the L level to the H level. This means that the MOSFET (Q1) has been turned on until just before.
On the other hand, in FIG. 4B, the Gate signal 1 is kept at the L level before and after the Gate signal 2 is changed from the L level (low potential) to the H level (high potential).

<本実施形態を構成するMOSFETの逆回復時間>
本(第1)実施形態の直流電源装置100は、MOSFETに逆方向電流が流れるときにゲートに電圧を印加しない場合のpn接合層に発生する電圧降下よりもゲートに電圧を印加して電流を流したときのオン抵抗による電圧降下が低いことを利用するものである。
そのため、交流電源110の半周期の期間に複数回、2つのMOSFET(Q1,Q2)のうち一方が逆方向電流を通電しているときに、他方のMOSFET(Q1,Q2)がオンするときには逆回復電流の発生は回避できない。
そこで、本実施形態では、MOSFETのオン信号をオフ信号の切替えと同時にMOSFETに印加される電圧が逆方向電圧から順方向電圧に切替えたときに生じる逆回復時間に比べてMOSFETをオフしているときの逆回復時間が短い特性を有するMOSFETを備える。
<Reverse recovery time of MOSFET constituting this embodiment>
The direct-current power supply device 100 of the present (first) embodiment applies a voltage to the gate by applying a voltage to the gate rather than a voltage drop that occurs in the pn junction layer when no reverse current flows through the MOSFET. This utilizes the fact that the voltage drop due to the on-resistance when flowing is low.
Therefore, when one of the two MOSFETs (Q1, Q2) is energized with a reverse current multiple times during the half cycle of the AC power supply 110, the reverse occurs when the other MOSFET (Q1, Q2) is turned on. The generation of recovery current cannot be avoided.
Therefore, in the present embodiment, the MOSFET is turned off compared to the reverse recovery time that occurs when the voltage applied to the MOSFET is switched from the reverse voltage to the forward voltage simultaneously with the switching of the MOSFET on signal to the off signal. A MOSFET having a short reverse recovery time characteristic.

この特性を有するMOSFETを用いることによって、通電していない側のMOSFETがオンする所定時間前に、逆方向電流が流れている側のMOSFETのゲート信号をオフすれば、スイッチング動作を行うときには、逆方向電流が通電している側のMOSFETの半導体の前記に述べた逆回復時間の短いpn接合部を流れるようになり、短絡電流が流れる時間を短くすることができる。
この構成と方法により、直流電源装置100の回路損失を低減できる。また、交流電源110の半周期内に連続的に流れるリアクトル12の電流を、前記の2つのMOSFETのどちらか一方に通電するようにオン/オフする動作を複数回繰返すことができる。
By using the MOSFET having this characteristic, if the gate signal of the MOSFET on the reverse current side is turned off a predetermined time before the MOSFET on the non-energized side is turned on, the reverse operation is performed when performing the switching operation. The pn junction having a short reverse recovery time described above of the semiconductor of the MOSFET on the side where the directional current is energized flows and the time during which the short-circuit current flows can be shortened.
With this configuration and method, the circuit loss of the DC power supply device 100 can be reduced. Further, the operation of turning on / off the current of the reactor 12 continuously flowing in the half cycle of the AC power supply 110 so as to energize one of the two MOSFETs can be repeated a plurality of times.

<直流電源装置の動作>
第1実施形態の直流電源装置100(図1)の動作を、図5を参照して説明する。
図5は、図1に示す直流電源装置の電圧、電流波形と制御信号を示す図である。
図5において、紙面の上段から順に、交流電源110(図1)の「交流電源波形」、リアクトル12(図1)の「リアクトル電流波形」、および制御回路16(図1)の各種の信号と制御信号である「電源同期信号」、「昇圧信号」、「遅延信号」、「前倒信号」、「Gate信号1」、「Gate信号2」を表記している。また、横軸は時間(時間の推移)である。
図5における交流電源波形511は、1周期分が記載されている。交流電源波形511が正の期間の半周期において、MOSFET(Q1,Q2)を駆動するGate信号1、Gate信号2をオン/オフする動作を3回(複数回)行っている。
このMOSFET(Q1,Q2)のオン/オフ動作により、リアクトル12(図1)のリアクトル電流波形513A(513B)は、鋸波状になっている。
<Operation of DC power supply>
The operation of the DC power supply device 100 (FIG. 1) of the first embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a diagram showing voltage, current waveforms and control signals of the DC power supply device shown in FIG.
5, in order from the top of the drawing, “AC power waveform” of AC power source 110 (FIG. 1), “Reactor current waveform” of reactor 12 (FIG. 1), and various signals of control circuit 16 (FIG. 1) The control signals “power supply synchronization signal”, “boost signal”, “delay signal”, “forward signal”, “Gate signal 1”, and “Gate signal 2” are shown. The horizontal axis is time (time transition).
The AC power supply waveform 511 in FIG. 5 describes one cycle. The operation of turning on / off the Gate signal 1 and the Gate signal 2 for driving the MOSFETs (Q1, Q2) is performed three times (a plurality of times) in the half cycle of the positive period of the AC power supply waveform 511.
By the on / off operation of the MOSFETs (Q1, Q2), the reactor current waveform 513A (513B) of the reactor 12 (FIG. 1) has a sawtooth shape.

《交流電源波形が正の期間》
交流電源波形が正の期間の半周期の各信号の生成について説明する。
図5において、電源同期信号Aは、交流電源の電圧を検出する交流電源電圧検出回路11の出力から得られた交流電源の位相情報から生成される。
昇圧信号B1,B2,B3(B4,B5,B6)は、直流出力電圧を検出する直流出力電圧検出回路15と平滑コンデンサ13に充電電流を検出する電流検出回路14の情報から生成される。
昇圧信号B1,B2,B3によって、交流電源110を、リアクトル12を通して短絡する側のMOSFET(Q2)を駆動するGate信号2(C1,C2,C3)をHレベルとして生成する。
<Period during which the AC power supply waveform is positive>
The generation of each signal of a half cycle in which the AC power supply waveform is positive will be described.
In FIG. 5, the power supply synchronization signal A is generated from the phase information of the AC power source obtained from the output of the AC power source voltage detection circuit 11 that detects the voltage of the AC power source.
The boost signals B1, B2, B3 (B4, B5, B6) are generated from information of a DC output voltage detection circuit 15 that detects a DC output voltage and a current detection circuit 14 that detects a charging current in the smoothing capacitor 13.
With the boost signals B1, B2, and B3, the AC power supply 110 generates the Gate signal 2 (C1, C2, and C3) that drives the MOSFET (Q2) that is short-circuited through the reactor 12 as the H level.

また、遅延信号G1,G2,G3は、昇圧信号B1,B2,B3がそれぞれオフしてから所定の遅延時間を経過するように生成される。
また、前倒信号E2,E3は、昇圧信号B2,B3がそれぞれオンする所定の時間前に生成される。
平滑コンデンサ13(図1)に電流を供給する側のMOSFET(Q1)を駆動するGate信号1(F1,F2,F3)は、Gate信号2(C1,C2,C3)がLレベル(Low電位、低電位)の区間において、遅延信号(G1,G2,G3)と前倒信号E2,E3がHレベルでない区間(すなわちLレベルの区間)において、Hレベルとなるように生成される。
Delay signals G1, G2, and G3 are generated such that a predetermined delay time elapses after boost signals B1, B2, and B3 are turned off.
The forward signals E2 and E3 are generated a predetermined time before the boost signals B2 and B3 are turned on.
The Gate signal 1 (F1, F2, F3) that drives the MOSFET (Q1) on the side that supplies current to the smoothing capacitor 13 (FIG. 1) has the Gate signal 2 (C1, C2, C3) at the L level (Low potential, In the interval of the low potential, the delay signals (G1, G2, G3) and the forward signals E2, E3 are generated to be at the H level in the interval where the delayed signals E2, E3 are not at the H level (that is, the L level interval).

なお、Gate信号1(F1,F2,F3)を、Gate信号2(C1,C2,C3)がLレベルになってから遅延信号G1,G2,G3の所定の遅延時間の分だけ遅らせた後で、Hレベルとするのは、Gate信号2(C1,C2,C3)がHレベルであったことの影響(逆回復時間がtd1)を避けるためである。
また、Gate信号2(C2,C3)を、Gate信号1(F1,F2)がLレベルになってから前倒信号E2,E3の所定の時間の分だけ遅らせた後で、Hレベルとするのは、Gate信号1(F1,F2)がHレベルであったことの影響(逆回復時間がtd1)を避けるためである。
このように、Gate信号1(F1,F2,F3)とGate信号2(C1,C2,C3)との間で互いにHレベルとなる間に所定の時間を設けることにより、逆回復時間をtd2として、逆回復時間を短くすることができる(td2<td1)。
なお、遅延信号(G1,G2,G3)と前倒信号(E2,E3)の時間幅は略等しい。
The Gate signal 1 (F1, F2, F3) is delayed by a predetermined delay time of the delay signals G1, G2, G3 after the Gate signal 2 (C1, C2, C3) becomes L level. The H level is to avoid the influence (reverse recovery time td1) that the Gate signal 2 (C1, C2, C3) is at the H level.
In addition, the Gate signal 2 (C2, C3) is set to the H level after the gate signal 1 (F1, F2) has been delayed by a predetermined amount of time after the gate signal 1 (F1, F2) becomes the L level. This is to avoid the influence (reverse recovery time td1) that the Gate signal 1 (F1, F2) is at the H level.
In this way, by providing a predetermined time between the Gate signal 1 (F1, F2, F3) and the Gate signal 2 (C1, C2, C3) being at the H level, the reverse recovery time is set to td2. The reverse recovery time can be shortened (td2 <td1).
The time widths of the delayed signals (G1, G2, G3) and the forward signals (E2, E3) are substantially equal.

また、交流電源波形が正の期間においては、MOSFET(Q2)がリアクトル12とダイオードD2とを通して交流電源110を短絡する側のMOSFETに相当する。また、MOSFET(Q1)が平滑コンデンサ13に通流する側のMOSFETに相当する。   Further, in a period in which the AC power supply waveform is positive, the MOSFET (Q2) corresponds to the MOSFET on the side where the AC power supply 110 is short-circuited through the reactor 12 and the diode D2. Further, the MOSFET (Q1) corresponds to the MOSFET on the side that flows through the smoothing capacitor 13.

《交流電源波形が負の期間》
交流電源波形が負の期間の半周期の各信号の生成について、図5を参照して説明する。なお、正の期間の半周期と重複する説明は適宜、省略する。
図5に示す交流電源波形が負の期間の半周期において、電源同期信号AはLレベルである。この区間においては、昇圧信号B4,B5,B6によって、MOSFET(Q1)を駆動するGate信号1(F4,F5,F6)をHレベルとして生成する。
<Period when AC power supply waveform is negative>
The generation of each signal in a half cycle in which the AC power supply waveform is negative will be described with reference to FIG. In addition, the description which overlaps with the half cycle of a positive period is abbreviate | omitted suitably.
In the half cycle in which the AC power supply waveform shown in FIG. 5 is negative, the power supply synchronization signal A is at the L level. In this section, the gate signals 1 (F4, F5, F6) for driving the MOSFET (Q1) are generated at the H level by the boost signals B4, B5, B6.

また、遅延信号G4,G5,G6は、昇圧信号B4,B5,B6がそれぞれオフしてから所定の遅延時間を経過するように生成される。
また、前倒信号E5,E6は、昇圧信号B5,B6がそれぞれオンする所定の時間前に生成される。
MOSFET(Q2)を駆動するGate信号2(C4,C5,C6)は、Gate信号1(F4,F5,F6)がLレベルの区間において、遅延信号(G4,G5,G6)と前倒信号E5,E6がHレベルでない区間(すなわちLレベルの区間)において、Hレベルとなるように生成される。
Delay signals G4, G5, and G6 are generated so that a predetermined delay time elapses after boost signals B4, B5, and B6 are turned off.
The forward signals E5 and E6 are generated before a predetermined time when the boost signals B5 and B6 are turned on.
The Gate signal 2 (C4, C5, C6) for driving the MOSFET (Q2) has a delay signal (G4, G5, G6) and a forward signal E5 when the Gate signal 1 (F4, F5, F6) is at the L level. , E6 are generated so as to be at the H level in a section where the E6 is not at the H level (that is, a section at the L level).

なお、Gate信号2(C4,C5,C6)を、Gate信号1(F4,F5,F6)がLレベルになってから遅延信号G4,G5,G6の所定の遅延時間の分だけ遅らせた後で、Hレベルとするのは、Gate信号1((F4,F5,F6)がHレベルであったことの影響(逆回復時間がtd1)を避けるためである。
また、Gate信号1(F5,F6)を、Gate信号2(C4,C5)がLレベルになってから前倒信号E5,E6の所定の時間の分だけ遅らせた後で、Hレベルとするのは、Gate信号2(C4,C5)がHレベルであったことの影響(逆回復時間がtd1)を避けるためである。
このように、Gate信号1(F4,F5,F6)とGate信号2(C4,C5,C6)との間で互いにHレベルとなる間に所定の時間を設けることにより、逆回復時間をtd2として、逆回復時間を短くすることができる(td2<td1)。
なお、遅延信号(G4,G5,G6)と前倒信号(E5,E6)の時間幅は略等しい。
The Gate signal 2 (C4, C5, C6) is delayed by a predetermined delay time of the delay signals G4, G5, G6 after the Gate signal 1 (F4, F5, F6) becomes L level. The H level is set to avoid the influence (reverse recovery time td1) that the Gate signal 1 ((F4, F5, F6) is at the H level.
Further, the gate signal 1 (F5, F6) is set to the H level after the gate signal 2 (C4, C5) has been delayed by a predetermined time period after the gate signal 2 (C4, C5) becomes the L level. This is to avoid the influence (reverse recovery time td1) that the Gate signal 2 (C4, C5) is at the H level.
In this way, by providing a predetermined time between the Gate signal 1 (F4, F5, F6) and the Gate signal 2 (C4, C5, C6) that are at the H level, the reverse recovery time is set to td2. The reverse recovery time can be shortened (td2 <td1).
The time widths of the delayed signals (G4, G5, G6) and the forward signal (E5, E6) are substantially equal.

また、交流電源波形が負の期間においては、MOSFET(Q1)がリアクトル12とダイオードしD1とを通して交流電源110を短絡する側のMOSFETに相当する。また、MOSFET(Q2)が平滑コンデンサ13に通流する側のMOSFETに相当する。   Further, in the period in which the AC power supply waveform is negative, the MOSFET (Q1) corresponds to the MOSFET on the side that short-circuits the AC power supply 110 through the diode 12 and diode D1. Further, the MOSFET (Q2) corresponds to the MOSFET on the side that flows through the smoothing capacitor 13.

《ダイオードD1,D2の逆回復時間》
ダイオードD1,D2においても逆回復時間は存在するが、第1、第2のMOSFETの逆回復時間td1(図3)、td2(図4)よりも長くとも直流電源装置100(図1)の動作に支障はなく、効率も低減しない。そのため、ダイオードD1,D2は、比較的に安価なダイオードを用いることができる。
<< Reverse recovery time of diodes D1 and D2 >>
The diodes D1 and D2 also have reverse recovery times, but the operation of the DC power supply device 100 (FIG. 1) is longer than the reverse recovery times td1 (FIG. 3) and td2 (FIG. 4) of the first and second MOSFETs. There is no hindrance and efficiency is not reduced. Therefore, a relatively inexpensive diode can be used as the diodes D1 and D2.

《昇圧動作と力率改善動作の波形、タイミング作成方法》
また、前倒信号によるGate信号をオフするタイミングの作成方法は、昇圧信号をオンするタイミングをディジタル演算によって行う方式の場合において、ディジタル演算によって前倒信号に相当する時間を減算すれば昇圧信号より早い時刻で変化するGate信号を作成できる。
また、昇圧信号をオンするタイミングを変調波と被変調波を比較して行うアナログ方式の場合において、いずれかの変調信号に所定のオフセット量を加算または減算すればよい。
《Pressure and power factor correction operation waveforms and timing creation method》
In addition, in the method of creating the timing for turning off the Gate signal by the forward signal, when the boost signal is turned on by digital calculation, if the time corresponding to the forward signal is subtracted by digital calculation, A Gate signal that changes at an earlier time can be created.
Further, in the case of an analog method in which the boost signal is turned on by comparing the modulated wave and the modulated wave, a predetermined offset amount may be added to or subtracted from any one of the modulated signals.

また、図5では動作を判りやすく説明するため、交流電源の半周期の期間内に3回オン/オフのスイッチング動作を行った場合の波形を示している。
この3回オン/オフのスイッチング動作(3ショット)を行った場合の波形がリアクトル電流波形513A、513Bであるが、この場合、リアクトル12における電圧と電流における力率は85%程度である。
なお、スイッチング回数は、3回に限定されたものではない。
3回より多い複数回繰返した場合や、スイッチング周波数を、可聴周波数を超える例えば15kHz以上の周波数でスイッチングを行った場合にも本構成で実現できる。
スイッチングの回数(ショット数)を増やすことにより、リアクトル12に流れる交流電源の電流は正弦波により近づけることができるので、高調波電流を抑制することができて、力率を改善できる効果がある。なお、スイッチングの回数(ショット数)が4回の場合においては、力率は95%程度に達する。
また、スイッチングを15kHz以上の周波数で行えば、力率は100%に近づき、リアクトル電流波形513A,513Bは限りなく正弦波形に近づくとともに、直流電源装置100(図1)が、このスイッチング動作によって発生するノイズは、可聴周波数を超える15kHz以上となるので、人間には感知できない領域のノイズとなる。
Further, in FIG. 5, for easy understanding of the operation, waveforms are shown when the on / off switching operation is performed three times within a half cycle period of the AC power supply.
The waveforms when the three-time on / off switching operation (three shots) is performed are the reactor current waveforms 513A and 513B. In this case, the power factor in the voltage and current in the reactor 12 is about 85%.
Note that the number of times of switching is not limited to three.
This configuration can also be realized when the operation is repeated a plurality of times more than three times, or when switching is performed at a frequency that exceeds the audible frequency, for example, 15 kHz or more.
By increasing the number of times of switching (the number of shots), the current of the AC power source flowing through the reactor 12 can be made closer to a sine wave, so that the harmonic current can be suppressed and the power factor can be improved. When the number of times of switching (number of shots) is 4, the power factor reaches about 95%.
Further, if switching is performed at a frequency of 15 kHz or higher, the power factor approaches 100%, the reactor current waveforms 513A and 513B approach an infinitely sine waveform, and the DC power supply device 100 (FIG. 1) is generated by this switching operation. Since the noise to be transmitted is 15 kHz or more exceeding the audible frequency, it becomes noise in a region that cannot be perceived by humans.

さらに、逆方向電流が通電している側のMOSFET(Q1,Q2)のゲート信号を印加した場合でも、また印加しない場合でも、逆方向電流は連続してMOSFET(Q1,Q2)に流れるので、交流電源をリアクトル12で短絡する側のMOSFET(Q1,Q2)を駆動する昇圧信号のパルス幅は保持される。
そのため、リアクトル12に流れる電流の波形は、前記の動作によっては歪まないので、逆方向電流側のスイッチング動作の影響をうけることは無く、これによる交流電源の電流歪みは発生しない。
前記に述べた制御を制御回路16に備えれば、2つのMOSFET(Q1,Q2)のうち、リアクトル12と、ダイオードD1またはダイオードD2とを通して交流電源110を短絡する側のMOSFET(Q1,Q2)がオフしてから所定時間経過後に直流出力電源の平滑コンデンサ13に流れる側のMOSFET(Q1,Q2)をオンし、リアクトル12がダイオードD1またはダイオードD2を通して交流電源を短絡する側のMOSFET(Q1,Q2)をオンする所定時間前に平滑コンデンサ13に流れる側のMOSFET(Q1,Q2)を、オフする動作を交流電源110の半周期の期間内に複数回繰返すことができる。
Furthermore, even when the gate signal of the MOSFET (Q1, Q2) on the side where the reverse current is energized is applied or not applied, the reverse current continuously flows to the MOSFET (Q1, Q2). The pulse width of the boost signal for driving the MOSFETs (Q1, Q2) on the side where the AC power supply is short-circuited by the reactor 12 is maintained.
Therefore, since the waveform of the current flowing through the reactor 12 is not distorted by the above-described operation, it is not affected by the switching operation on the reverse current side, and the current distortion of the AC power supply due to this is not generated.
If the control circuit 16 is provided with the control described above, of the two MOSFETs (Q1, Q2), the MOSFET (Q1, Q2) on the side that shorts the AC power supply 110 through the reactor 12 and the diode D1 or the diode D2. The MOSFET (Q1, Q2) on the side that flows to the smoothing capacitor 13 of the DC output power supply is turned on after a predetermined time has elapsed after turning OFF, and the MOSFET (Q1, Q2) on which the reactor 12 short-circuits the AC power supply through the diode D1 or the diode D2 The operation of turning off the MOSFETs (Q1, Q2) flowing through the smoothing capacitor 13 a predetermined time before turning on Q2) can be repeated a plurality of times within a half cycle period of the AC power supply 110.

<スイッチング動作時の電流の通流経路>
次に。第1実施形態で用いるMOSFETがオン/オフ動作を行うスイッチング動作時の電流経路について説明する。
<Current flow path during switching operation>
next. A current path during a switching operation in which the MOSFET used in the first embodiment performs an on / off operation will be described.

図6は、本発明の第一実施形態に係る動作モード毎の電流通電経路を示す図であり、(a)は交流電源110の電圧がリアクトル12に接続する側の方が高い場合の電流経路を示し、(b)はMOSFET(Q1,Q2)が共にオフのときの電流経路を示し、(c)はMOSFET(Q1)をオンからオフにしたときの電流経路を示し、(d)はMOSFET(Q1)をオフにした状態でMOSFET(Q2)をオンしたときの電流経路を示している。   FIG. 6 is a diagram showing a current energization path for each operation mode according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6A is a current path when the voltage of the AC power supply 110 is higher on the side connected to the reactor 12. (B) shows the current path when the MOSFETs (Q1, Q2) are both off, (c) shows the current path when the MOSFET (Q1) is turned off from on, and (d) shows the MOSFET The current path when the MOSFET (Q2) is turned on with (Q1) turned off is shown.

図6の(a)において、交流電源110の電圧がリアクトル12に接続する側の方が、電位が高いとき、MOSFET(Q2)がオンして、ダイオードD2を流れる経路で電源短絡電流が流れる。
なお、換言すれば、MOSFET(Q2)がリアクトル12とダイオードD2とを通して交流電源110を短絡する。このときMOSFET(Q1)が平滑コンデンサ13に電流を通流する側のMOSFETとなる。
6A, when the potential of the side where the voltage of the AC power supply 110 is connected to the reactor 12 is higher, the MOSFET (Q2) is turned on, and a power supply short-circuit current flows through a path through the diode D2.
In other words, MOSFET (Q2) short-circuits AC power supply 110 through reactor 12 and diode D2. At this time, the MOSFET (Q1) becomes a MOSFET on the side of passing a current through the smoothing capacitor 13.

また、図6の(b)において、MOSFET(Q2)がオフしたときには、MOSFET(Q1)はオフ状態にあるので、リアクトル12に流れる電流は、MOSFET(Q1)の半導体素子内部のpn接合を通して平滑コンデンサ13に充電電流を供給する。   Further, in FIG. 6B, when the MOSFET (Q2) is turned off, the MOSFET (Q1) is in the off state, so that the current flowing through the reactor 12 is smoothed through the pn junction inside the semiconductor element of the MOSFET (Q1). A charging current is supplied to the capacitor 13.

また、図6の(c)において、(b)から遅延時間に相当する所定時間経過後、MOSFET(Q1)にGate信号を与えて内部の半導体のチャネルを通してMOSFET(Q1)に逆電流を通流させて素子の損失を低減する。そして、MOSFET(Q2)がオンする前に前倒信号に相当する所定時間前にMOSFET(Q1)のGate信号をオフしてMOSFET(Q1)内部の半導体のチャネルを閉じてpn接合部に逆電流を通流させる。   In FIG. 6C, after a predetermined time corresponding to the delay time elapses from FIG. 6B, a Gate signal is given to the MOSFET Q1, and a reverse current is passed to the MOSFET Q1 through the internal semiconductor channel. To reduce the loss of the element. Then, before the MOSFET (Q2) is turned on, the Gate signal of the MOSFET (Q1) is turned off a predetermined time corresponding to the forward signal to close the semiconductor channel inside the MOSFET (Q1), and a reverse current is applied to the pn junction. Let it flow.

また、図6の(d)において、交流電源110を、リアクトル12を介して再度短絡する場合に、MOSFET(Q1)をオフにした状態でMOSFET(Q2)をオンする動作を行う。   Further, in FIG. 6D, when the AC power supply 110 is short-circuited again via the reactor 12, the operation of turning on the MOSFET (Q2) is performed with the MOSFET (Q1) turned off.

以降において、図6の(a)、(b)、(c)、(d)に示す動作を交流電源の半周期に渡り複数回繰り返し行う。
なお、別の半周期、すなわち交流電源110の電圧がリアクトル12に接続する側の方が、電位が低いときには、MOSFET(Q1)がリアクトル12とダイオードD1とを通して交流電源110を短絡することになる。このときMOSFET(Q2)が平滑コンデンサ13に電流を通流する側のMOSFETとなる。
Thereafter, the operations shown in FIGS. 6A, 6B, 6C, and 6D are repeated a plurality of times over a half cycle of the AC power supply.
When another half cycle, that is, the side where the voltage of the AC power supply 110 is connected to the reactor 12 is lower in potential, the MOSFET (Q1) short-circuits the AC power supply 110 through the reactor 12 and the diode D1. . At this time, the MOSFET (Q2) becomes a MOSFET on the side of passing a current through the smoothing capacitor 13.

本(第1)実施形態では、MOSFETのオン信号をオフ信号の切替えと同時にMOSFETに印加される電圧が逆方向電圧から順方向電圧に切替えたときに生じる逆回復時間に比べて、MOSFETをオフしているときの逆回復時間が短い特性を有するMOSFETを備えている。そのため、図6の(d)に示す電源のリアクトル12を通して短絡する際に流れる直流電源の短絡電流が流れる時間を短くできる効果があり、これに伴って、短絡電流のピーク電流値を抑制する効果もある。
また、交流電源の半周期の間、ダイオードD1またはD2は通電状態にありスイッチングによる急激な電圧の変化は発生しない。したがって、逆回復時間はMOSFETより遅い一般的な整流ダイオードでよい。
また、本実施形態では、ダイオードの逆回復時間が、MOSFETをオフしたときの逆回復時間より長いことを特徴とするダイオードを備えている。このため、より安価な直流電源装置100(図1)を提供できる効果がある。
In the present (first) embodiment, the MOSFET is turned off in comparison with the reverse recovery time that occurs when the voltage applied to the MOSFET is switched from the reverse voltage to the forward voltage simultaneously with the switching of the MOSFET on signal to the off signal. The MOSFET has a characteristic that the reverse recovery time is short when it is in operation. Therefore, there is an effect that it is possible to shorten the time during which the short-circuit current of the DC power source that flows when short-circuiting through the reactor 12 of the power source shown in (d) of FIG. There is also.
Further, during the half cycle of the AC power supply, the diode D1 or D2 is in an energized state, and a sudden voltage change due to switching does not occur. Therefore, the reverse recovery time may be a general rectifier diode that is slower than the MOSFET.
In the present embodiment, the diode is characterized in that the reverse recovery time of the diode is longer than the reverse recovery time when the MOSFET is turned off. For this reason, there exists an effect which can provide the cheaper DC power supply device 100 (FIG. 1).

≪第2実施形態≫
本発明の第2実施形態の直流電源装置を、図を参照して説明する。
図7は、本発明の第2実施形態に係る直流電源装置100Bの構成例を示す図であり、(a)は直流電源装置の構成と、交流電源と負荷との接続関係を示し、(b)はMOSFET(Q1,Q2,Q3,Q4)の制御信号と関連する各信号を示している。
<< Second Embodiment >>
A DC power supply device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a DC power supply device 100B according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7A shows the configuration of the DC power supply device and the connection relationship between the AC power supply and the load. ) Indicates each signal related to the control signal of the MOSFET (Q1, Q2, Q3, Q4).

図7の(a)において、図1の(a)と異なるのは、MOSFET(Q3:第3のMOSFET)MOSFET(Q4:第4のMOSFET)を図1の(a)のダイオードD1、ダイオードD2の代わりにそれぞれ置き換えたことである。
また、MOSFET(Q3,Q4)は、制御回路16によって制御される。
図7の(a)の他の構成は、図1の(a)の構成と同じであるので重複する説明は省略する。
また、図7の(b)において、図5と異なるのは、Gate信号3とGate信号4が示されていることである。また、図5のリアクトル電流波形513A、513B、512は、図7の(b)においては記載を省略している。
図7の(b)の他の記載は、図5の記載と同じであるので重複する説明は省略する。
7A differs from FIG. 1A in that MOSFET (Q3: third MOSFET) MOSFET (Q4: fourth MOSFET) is replaced by diode D1 and diode D2 in FIG. Instead of.
The MOSFETs (Q3, Q4) are controlled by the control circuit 16.
The other configuration of FIG. 7A is the same as the configuration of FIG.
7B is different from FIG. 5 in that the Gate signal 3 and the Gate signal 4 are shown. Further, the reactor current waveforms 513A, 513B, and 512 in FIG. 5 are not shown in FIG. 7B.
The other description in FIG. 7B is the same as the description in FIG.

図7の(a)においては、MOSFET(Q1,Q2,Q3,Q4)によって、同期整流回路が構成されている。MOSFET(Q3)のゲートの制御信号は、図7の(b)におけるGate信号3に示すように、交流電源波形511が正の期間の半周期においてはLレベルであり、交流電源波形511が負の期間の半周期においてはHレベルである。
また、MOSFET(Q4)のゲートの制御信号は、図7の(b)におけるGate信号4に示すように、交流電源波形511が正の期間の半周期においてはHレベルであり、交流電源波形511が負の期間の半周期においてはLレベルである。
また、MOSFET(Q1)とMOSFET(Q2)は、図7の(b)に示すように、それぞれGate信号1、Gate信号2によって、図5と同様に制御される。
In FIG. 7A, a synchronous rectifier circuit is constituted by MOSFETs (Q1, Q2, Q3, Q4). The control signal for the gate of the MOSFET (Q3) is at the L level in the half cycle of the positive period of the AC power supply waveform 511, as shown by the Gate signal 3 in FIG. 7B, and the AC power supply waveform 511 is negative. It is at the H level in the half cycle of the period.
Further, the control signal of the gate of the MOSFET (Q4) is at the H level in the half cycle of the positive period, as indicated by the Gate signal 4 in FIG. Is at the L level in the half cycle of the negative period.
Further, the MOSFET (Q1) and the MOSFET (Q2) are controlled in the same manner as in FIG. 5 by the Gate signal 1 and the Gate signal 2, respectively, as shown in FIG. 7B.

以上の構成によって、前記したように、MOSFET(Q1,Q2,Q3,Q4)によって、MOSFETによる同期整流回路が構成されている。
図7の(a)における、Gate信号3、Gate信号4によって、それぞれ制御されるMOSFET(Q3)とMOSFET(Q4)は、図1の(a)のダイオードD1とダイオードD2にそれぞれ相当する。MOSFET(Q3,Q4)は、ダイオードD1,D2が有している順方向電圧降下に相当するものがなく、また抵抗値も低くすることができるので、整流回路として回路効率が高いという効果がある。
また、MOSFET(Q3,Q4)は、MOSFET(Q1,Q2)のような昇圧のためのスイッチング動作をしないので、寄生ダイオードによる逆回復時間が長いことによる影響は少ない。そのため、MOSFET(Q3,Q4)は、MOSFET(Q1,Q2)よりも低コストのMOSFETを使用することができる。
With the above configuration, as described above, the MOSFET (Q1, Q2, Q3, Q4) constitutes a synchronous rectifier circuit using MOSFETs.
The MOSFET (Q3) and the MOSFET (Q4) respectively controlled by the Gate signal 3 and the Gate signal 4 in FIG. 7A correspond to the diode D1 and the diode D2 in FIG. The MOSFETs (Q3, Q4) have nothing equivalent to the forward voltage drop of the diodes D1, D2, and the resistance value can be lowered, so that there is an effect that the circuit efficiency is high as a rectifier circuit. .
Further, since the MOSFETs (Q3, Q4) do not perform the switching operation for boosting like the MOSFETs (Q1, Q2), the influence of the long reverse recovery time due to the parasitic diode is small. Therefore, the MOSFET (Q3, Q4) can use a MOSFET having a lower cost than the MOSFETs (Q1, Q2).

≪第3実施形態≫
本発明の第3実施形態の空気調和機について説明する。第3実施形態は、第1実施形態の直流電源装置を搭載した空気調和機である。
«Third embodiment»
An air conditioner according to a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment is an air conditioner equipped with the DC power supply device of the first embodiment.

<直流電源装置を搭載した空気調和機>
図8は、本発明の第3実施形態に係る空気調和機300の構成例を示す図である。
図8において、空気調和機300は、第1実施形態の直流電源装置100(図1)に、インバータ回路81、圧縮機82、熱交換器83,85と減圧器84とを備えたものである。
インバータ回路81は、直流電源装置100(図1)の平滑コンデンサ13の出力部に接続され、直流電圧(電力)から3相交流電圧(電力)を生成している。
電動機(不図示)を備えた圧縮機82は、インバータ回路81の出力した3相交流電圧(電力)で動作する。
また、圧縮機82と熱交換器83と減圧器84と熱交換器85とによって、冷凍サイクルを構成する。
<Air conditioner with DC power supply>
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of an air conditioner 300 according to the third embodiment of the present invention.
In FIG. 8, an air conditioner 300 includes an inverter circuit 81, a compressor 82, heat exchangers 83 and 85, and a decompressor 84 in the DC power supply device 100 (FIG. 1) of the first embodiment. .
The inverter circuit 81 is connected to the output unit of the smoothing capacitor 13 of the DC power supply device 100 (FIG. 1), and generates a three-phase AC voltage (power) from the DC voltage (power).
The compressor 82 provided with an electric motor (not shown) operates on the three-phase AC voltage (electric power) output from the inverter circuit 81.
The compressor 82, the heat exchanger 83, the decompressor 84, and the heat exchanger 85 constitute a refrigeration cycle.

空気調和機300は、部屋を冷房または暖房する機能を有し、設定温度と部屋の温度に差がある場合には直流電源装置100(図1)から供給する電力は大きい。
したがって、電源ブレーカ容量の限界まで電力を必要とするモードがあり、その際、交流側の力率が高い方が最大電力を取り出すことができる。
また、直流電源装置100は、直流出力電圧が高い方が電流を少なくすることができるので、圧縮機をより高速で回転することが可能であり、空気調和機300の最大冷凍能力を引き出せる。
本(第3)実施形態では、高力率で高出力電圧を高効率で直流電源装置100を実現できるので、この直流電源装置100を搭載した空気調和機300は、最大冷凍能力を引き出せる効果があり、消費電力の少ない空気調和機を実現できる効果がある。
The air conditioner 300 has a function of cooling or heating a room. When there is a difference between the set temperature and the room temperature, the power supplied from the DC power supply device 100 (FIG. 1) is large.
Therefore, there is a mode that requires electric power up to the limit of the power breaker capacity. At that time, the higher power factor on the AC side can extract the maximum electric power.
In addition, since the DC power supply device 100 can reduce the current when the DC output voltage is higher, the compressor can be rotated at a higher speed and the maximum refrigeration capacity of the air conditioner 300 can be extracted.
In the present (third) embodiment, the DC power supply 100 can be realized with high power factor and high output voltage, and the air conditioner 300 equipped with this DC power supply 100 has the effect of drawing out the maximum refrigeration capacity. There is an effect of realizing an air conditioner with low power consumption.

11 交流電源電圧検出回路
12 リアクトル
13 平滑コンデンサ
14 電流検出回路
15 直流出力電圧検出回路
16 制御回路
100,100B 直流電源装置
110 交流電源
120 負荷
22 n型半導体層
23,25 p型半導体層
24,26 n型半導体層
27 p型半導体層
28 絶縁膜(絶縁層)
200,Q1,Q2,Q3,Q4 MOSFET
21S,21G 金属電極
211 ソース電極
212 ゲート電極
213 ドレイン電極
31 直流電源
300 空気調和機
81 インバータ回路
82 圧縮機
83,85 熱交換器
84 減圧器
D1,D2,Dp ダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 AC power supply voltage detection circuit 12 Reactor 13 Smoothing capacitor 14 Current detection circuit 15 DC output voltage detection circuit 16 Control circuit 100,100B DC power supply device 110 AC power supply 120 Load 22 N-type semiconductor layer 23, 25 p-type semiconductor layer 24, 26 n + type semiconductor layer 27 p + type semiconductor layer 28 Insulating film (insulating layer)
200, Q1, Q2, Q3, Q4 MOSFET
21S, 21G Metal electrode 211 Source electrode 212 Gate electrode 213 Drain electrode 31 DC power supply 300 Air conditioner 81 Inverter circuit 82 Compressor 83, 85 Heat exchanger 84 Decompressor D1, D2, Dp diode

Claims (8)

直流出力電源の正極端子と負極端子との間に直列接続された第1、第2のMOSFETおよび前記正極端子と負極端子の間に直列接続された第1、第2のダイオードを有するブリッジ整流回路と、
交流電源の一端と前記第1、第2のMOSFETの直列接続点との間に接続されたリアクトルと、
前記直流出力電源の正極端子と負極端子の間に接続された平滑コンデンサと、
前記交流電源の半周期内に、前記リアクトルに流れる電流を前記第1、第2のMOSFETのどちらか一方に通電する動作を複数回繰り返すように前記第1、第2のMOSFETをオン/オフさせる制御回路と、
を備え、
前記交流電源の他端が前記第1、第2のダイオードの直列接続点に接続され、
各前記第1、第2のMOSFETは、半導体のドリフト領域においてp型半導体層とn型半導体層とを交互に配置したスーパージャンクション構造を有し、かつ、印加電圧が逆方向電圧から順方向電圧に切替わる際にゲート信号をオン信号からオフ信号に切替えたときの逆回復時間に比べて、ゲート信号をオフ信号に保ち続けているときの逆回復時間が短い特性を有する、
ことを特徴とする直流電源装置。
Bridge rectifier circuit having first and second MOSFETs connected in series between a positive electrode terminal and a negative electrode terminal of a DC output power source and first and second diodes connected in series between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal When,
A reactor connected between one end of an AC power source and a series connection point of the first and second MOSFETs;
A smoothing capacitor connected between a positive electrode terminal and a negative electrode terminal of the DC output power source;
The first and second MOSFETs are turned on / off so that the operation of energizing one of the first and second MOSFETs with a current flowing through the reactor is repeated a plurality of times within a half cycle of the AC power supply. A control circuit;
With
The other end of the AC power supply is connected to a series connection point of the first and second diodes;
Each of the first and second MOSFETs has a super junction structure in which p-type semiconductor layers and n-type semiconductor layers are alternately arranged in a semiconductor drift region, and an applied voltage is changed from a reverse voltage to a forward voltage. Compared with the reverse recovery time when the gate signal is switched from the ON signal to the OFF signal when switching to the ON signal, the reverse recovery time when the gate signal is kept at the OFF signal is short.
A direct current power supply device.
請求項1において、
前記制御回路は、前記第1、第2のMOSFETのうち、前記リアクトルと前記ダイオードとを通して前記交流電源を短絡する側のMOSFETをオフし、さらに所定時間経過後に、前記平滑コンデンサに通流する側のMOSFETをオンし、前記リアクトルが前記ダイオードを通して交流電源を短絡する側のMOSFETをオンする所定時間前に前記平滑コンデンサに通流する側のMOSFETをオフする動作を、前記交流電源の半周期内に複数回繰返す、
ことを特徴とする直流電源装置。
In claim 1,
The control circuit turns off the MOSFET that short-circuits the AC power supply through the reactor and the diode of the first and second MOSFETs, and further passes the current to the smoothing capacitor after a predetermined time has elapsed. The operation of turning off the MOSFET on the side passing through the smoothing capacitor before turning on the MOSFET on the side where the reactor short-circuits the AC power supply through the diode is turned on within a half cycle of the AC power supply. Repeated several times,
A direct current power supply device.
請求項2において、
前記リアクトルと前記ダイオードを通して前記交流電源を短絡する側のMOSFETの駆動信号のパルス幅は、前記リアクトルに流れる電流と電圧との力率が85%以上となるように変調される、
ことを特徴とする直流電源装置。
In claim 2,
The pulse width of the driving signal of the MOSFET on the side that short-circuits the AC power supply through the reactor and the diode is modulated so that the power factor of the current and voltage flowing through the reactor is 85% or more.
A direct current power supply device.
請求項2において、
前記リアクトルと前記ダイオードを通して前記交流電源を短絡する側のMOSFETの駆動信号は、3ショット以上である、
ことを特徴とする直流電源装置。
In claim 2,
The driving signal of the MOSFET on the side that short-circuits the AC power supply through the reactor and the diode is 3 shots or more,
A direct current power supply device.
請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記第1、第2のダイオードの逆回復時間が、前記第1、第2のMOSFETのゲート信号をオン信号からオフ信号に切替えたときの逆回復時間よりも長い、
ことを特徴とする直流電源装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The reverse recovery time of the first and second diodes is longer than the reverse recovery time when the gate signals of the first and second MOSFETs are switched from the on signal to the off signal,
A direct current power supply device.
直流出力電源の正極端子と負極端子の間に直列接続された第1、第2のMOSFETおよび前記正極端子と負極端子の間に直列接続された第3、第4のMOSFETを有するブリッジ整流回路と、
交流電源の一端と前記第1、第2のMOSFETの直列接続点との間に接続されたリアクトルと、
前記直流出力電源の正極端子と負極端子の間に接続された平滑コンデンサと、
前記交流電源の半周期内に、前記リアクトルに連続的に流れる電流を前記第1、第2のMOSFETのどちらか一方に通電する動作を複数回繰り返すように前記第1、第2のMOSFETをオン/オフさせるとともに、前記第3、第4のMOSFETを前記交流電源の半周期ごとに交互にオン/オフさせる制御回路と、
を備え、
前記交流電源の他端が前記第3、第4のMOSFETの直列接続点に接続され、
各前記第1、第2のMOSFETは、半導体のドリフト領域においてp型半導体層とn型半導体層を交互に配置したスーパージャンクション構造を有し、かつ、印加電圧が逆方向電圧から順方向電圧に切替わる際にゲート信号をオン信号からオフ信号に切替えたときの逆回復時間に比べて、ゲート信号をオフ信号に保ち続けているときの逆回復時間が短い特性を有する、
ことを特徴とする直流電源装置。
A bridge rectifier circuit including first and second MOSFETs connected in series between a positive electrode terminal and a negative electrode terminal of a DC output power source, and third and fourth MOSFETs connected in series between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal; ,
A reactor connected between one end of an AC power source and a series connection point of the first and second MOSFETs;
A smoothing capacitor connected between a positive electrode terminal and a negative electrode terminal of the DC output power source;
The first and second MOSFETs are turned on so as to repeat the operation of energizing either one of the first or second MOSFETs with a current that continuously flows through the reactor within a half cycle of the AC power supply. A control circuit that alternately turns on / off the third and fourth MOSFETs every half cycle of the AC power supply,
With
The other end of the AC power supply is connected to a series connection point of the third and fourth MOSFETs,
Each of the first and second MOSFETs has a super junction structure in which p-type semiconductor layers and n-type semiconductor layers are alternately arranged in a semiconductor drift region, and the applied voltage is changed from a reverse voltage to a forward voltage. Compared to the reverse recovery time when the gate signal is switched from the on signal to the off signal when switching, the reverse recovery time when the gate signal is kept at the off signal has a short characteristic,
A direct current power supply device.
請求項1または請求項6において、
前記第1、第2のMOSFETのスーパージャンクション構造におけるp型半導体層に、重金属が拡散されているか、または重粒子の粒子線が照射されている、
ことを特徴とする直流電源装置。
In claim 1 or claim 6,
The p-type semiconductor layer in the super junction structure of the first and second MOSFETs is diffused with heavy metal or irradiated with heavy particle beam.
A direct current power supply device.
請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の直流電源装置を備えることを特徴とする空気調和機。   An air conditioner comprising the DC power supply device according to any one of claims 1 to 7.
JP2015175308A 2015-09-07 2015-09-07 DC power supply device and air conditioner equipped with the same Active JP6605887B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015175308A JP6605887B2 (en) 2015-09-07 2015-09-07 DC power supply device and air conditioner equipped with the same
CN201610102559.4A CN106505884B (en) 2015-09-07 2016-02-24 Continuous-current plant and the air conditioner for being mounted with the continuous-current plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015175308A JP6605887B2 (en) 2015-09-07 2015-09-07 DC power supply device and air conditioner equipped with the same

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019189638A Division JP6873207B2 (en) 2019-10-16 2019-10-16 DC power supply and air conditioner equipped with it

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017055465A true JP2017055465A (en) 2017-03-16
JP6605887B2 JP6605887B2 (en) 2019-11-13

Family

ID=58287190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015175308A Active JP6605887B2 (en) 2015-09-07 2015-09-07 DC power supply device and air conditioner equipped with the same

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6605887B2 (en)
CN (1) CN106505884B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11189439B2 (en) 2017-08-04 2021-11-30 Mitsubishi Electric Corporation Power converting apparatus, motor drive apparatus, and air conditioner

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7115127B2 (en) * 2018-08-06 2022-08-09 富士電機株式会社 switch device
JP2020137256A (en) * 2019-02-19 2020-08-31 シャープ株式会社 Rectifier circuit and power supply device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003153543A (en) * 2001-11-07 2003-05-23 Mitsubishi Electric Corp Power feeder, motor driver, and method of controlling power feeder
JP2008061412A (en) * 2006-08-31 2008-03-13 Daikin Ind Ltd Converter of air conditioner
WO2010024433A1 (en) * 2008-09-01 2010-03-04 ローム株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2011019358A (en) * 2009-07-09 2011-01-27 Nippon Soken Inc Controller of power conversion circuit
JP2011151984A (en) * 2010-01-22 2011-08-04 Mitsubishi Electric Corp Dc power supply, refrigeration cycle device equipped with the same, and air conditioner and refrigerator mounted with the same
US20140226375A1 (en) * 2013-02-13 2014-08-14 Power-One, Inc. Power converter with non-symmetrical totem pole rectifier and current-shaping branch circuits
JP2015061332A (en) * 2013-09-17 2015-03-30 Necプラットフォームズ株式会社 System and method for charger performance discrimination, mobile router and cradle

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100823923B1 (en) * 2006-04-10 2008-04-22 엘지전자 주식회사 Apparatus and method for supplying dc power source
RU2009128517A (en) * 2007-01-24 2011-01-27 Панасоник Корпорэйшн (Jp) DC POWER SUPPLY DEVICE AND AIR CONDITIONER HAVING A DC POWER SUPPLY DEVICE
US8693226B2 (en) * 2010-10-29 2014-04-08 Panasonic Corporation Synchronous rectification type inverter
CN102668348B (en) * 2010-10-29 2014-12-03 松下电器产业株式会社 Converter
US9768160B2 (en) * 2013-08-09 2017-09-19 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device, electronic circuit and method for switching high voltages

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003153543A (en) * 2001-11-07 2003-05-23 Mitsubishi Electric Corp Power feeder, motor driver, and method of controlling power feeder
JP2008061412A (en) * 2006-08-31 2008-03-13 Daikin Ind Ltd Converter of air conditioner
WO2010024433A1 (en) * 2008-09-01 2010-03-04 ローム株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2011019358A (en) * 2009-07-09 2011-01-27 Nippon Soken Inc Controller of power conversion circuit
JP2011151984A (en) * 2010-01-22 2011-08-04 Mitsubishi Electric Corp Dc power supply, refrigeration cycle device equipped with the same, and air conditioner and refrigerator mounted with the same
US20140226375A1 (en) * 2013-02-13 2014-08-14 Power-One, Inc. Power converter with non-symmetrical totem pole rectifier and current-shaping branch circuits
JP2015061332A (en) * 2013-09-17 2015-03-30 Necプラットフォームズ株式会社 System and method for charger performance discrimination, mobile router and cradle

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11189439B2 (en) 2017-08-04 2021-11-30 Mitsubishi Electric Corporation Power converting apparatus, motor drive apparatus, and air conditioner

Also Published As

Publication number Publication date
CN106505884A (en) 2017-03-15
CN106505884B (en) 2019-01-11
JP6605887B2 (en) 2019-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7116439B2 (en) DC power supply device and air conditioner equipped with the same
WO2012176403A1 (en) Boost-type ac/dc converter
JP5267616B2 (en) Drive control device
JP5835679B1 (en) Power conversion circuit and applied power conversion device
JP2017130997A (en) Insulated bidirectional dc-dc converter and control method of the same
JP2016163386A (en) Power conversion device
JP6605887B2 (en) DC power supply device and air conditioner equipped with the same
US7915879B2 (en) Switching converter including a rectifier element with nonlinear capacitance
WO2016103328A1 (en) Switching device, motor drive device, power conversion device, and switching method
JP2015082901A (en) Power conversion device
JPWO2019003270A1 (en) Power conversion device, motor drive control device, blower, compressor and air conditioner
JP5534076B2 (en) Drive control device
JP7281589B2 (en) DC power supply device and air conditioner equipped with the same
JP6678825B2 (en) AC / DC converter, motor drive controller, blower, compressor and air conditioner
JP4695961B2 (en) High voltage semiconductor switching element and switching power supply device using the same
JP2021058039A (en) Rectification circuit and power supply device
JP5668442B2 (en) Single-phase AC / DC converter and air conditioner using single-phase AC / DC converter
JP2008099348A (en) Dc-dc converter
JP6982254B2 (en) Power converter and air conditioner
CN114287104A (en) Power conversion device, motor drive device, and air conditioner
JP7162746B2 (en) DC power supplies, motor drives, blowers, compressors and air conditioners
JP7109688B2 (en) power converter
JP7162747B2 (en) DC power supplies, motor drives, blowers, compressors and air conditioners
JP2009289458A (en) Induction heating method and device
KR20180008990A (en) Power device arrangement of single phase inverter with reduced common mode noise for power loss reduction

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20160407

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20171011

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180829

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190619

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190625

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190822

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190917

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191017

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6605887

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150