JP2022073915A - Variable capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば高電圧・高周波数用のコンデンサとして適用可能な可変コンデンサに係るものである。 The present invention relates to a variable capacitor applicable as a capacitor for high voltage and high frequency, for example.
高電圧・高周波数用のコンデンサとして適用可能な可変コンデンサの一例としては、特許文献1に示すような可変型の真空コンデンサ(以下、単に従来コンデンサと適宜称する)が知られている。
As an example of a variable capacitor applicable as a capacitor for high voltage and high frequency, a variable vacuum capacitor (hereinafter, simply referred to as a conventional capacitor) as shown in
この特許文献1の従来コンデンサは、真空容器(特許文献1中では符号10)内に、同心円状で径の異なる複数の円筒状電極板を固定電極取付導体に同心状に取り付けて形成した固定電極(特許文献1中では符号15)と、この固定電極の各円筒状電極板間に非接触状態で挿出入できるように径の異なる複数の円筒状電極板を可動電極取付導体に同心状に取り付けて形成した可動電極(特許文献1中では符号16)と、該可動電極を前記真空容器の外部から円筒状電極板の軸線方向に移動させる可動リード(特許文献1中では符号10)と、を備えている。
The conventional capacitor of
このような従来コンデンサによれば、可動リードを介して可動電極を適宜移動操作(特許文献1中では符号23の操作部を手動またはモータで回転して移動)することにより、固定電極と可動電極との両者の対向面積が変化する。すなわち、当該両者間に生ずる静電容量(コンデンサ容量)を多様な値に変更することが可能となる。
According to such a conventional capacitor, the fixed electrode and the movable electrode are moved by appropriately moving the movable electrode via the movable lead (in
従来コンデンサの静電容量を変更する場合、可動電極等を機械的(物理的)に移動させるため、当該変更に係る操作において、慣性による影響を受けることが考えられる。また、前記静電容量の変更時には、真空部分(真空容器)の体積が変化するため、当該変更に係る操作において、大気圧の影響も受けることが考えられる。 Conventionally, when the capacitance of a capacitor is changed, the movable electrode or the like is moved mechanically (physically), so that it is considered that the operation related to the change is affected by inertia. Further, since the volume of the vacuum portion (vacuum container) changes when the capacitance is changed, it is considered that the operation related to the change is also affected by the atmospheric pressure.
すなわち、従来コンデンサは、静電容量を機械的に変更する構成であり、当該変更に係る操作において所定のトルクおよび時間を要することとなる。これにより、例えば前記変更に係る操作において、高速化や高応答化等を図ることは、困難となることが考えられる。 That is, the conventional capacitor has a configuration in which the capacitance is mechanically changed, and a predetermined torque and time are required for the operation related to the change. As a result, for example, it may be difficult to increase the speed and response in the operation related to the change.
本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなされたものであって、静電容量の変更に係る操作性に貢献可能な技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of such technical problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of contributing to operability related to a change in capacitance.
この発明に係る可変型コンデンサは、前記の課題の解決に貢献できるものであり、その一態様は、互いに所定距離を隔てて位置する第1電極および第2電極と、前記第1電極および前記第2電極の両者間をそれぞれ電気的接続し、当該両者間において並列接続されている複数個の直列回路と、を備え、前記各直列回路は、誘電体と、前記誘電体に対向して設けられる半導体チップを1個以上備えている半導体スイッチと、が直列接続されており、前記各半導体スイッチの半導体チップは、当該各半導体スイッチそれぞれに接続されたドライブ回路により、前記直列回路の電流がそれぞれオン状態またはオフ状態となるように切り替え制御されることを特徴とする。 The variable capacitor according to the present invention can contribute to solving the above-mentioned problems, and one aspect thereof is a first electrode and a second electrode located at a predetermined distance from each other, and the first electrode and the first electrode. A plurality of series circuits in which both of the two electrodes are electrically connected to each other and are connected in parallel between the two electrodes are provided, and each of the series circuits is provided with a semiconductor and facing the semiconductor. A semiconductor switch having one or more semiconductor chips is connected in series, and the semiconductor chip of each of the semiconductor switches is turned on by the drive circuit connected to each of the semiconductor switches. It is characterized in that it is switched and controlled so as to be in a state or an off state.
また、前記各直列回路のうち少なくとも2個において、前記各半導体スイッチがオン状態の場合の静電容量は、それぞれ異なる値であることを特徴としても良い。 Further, in at least two of the series circuits, the capacitance when the semiconductor switch is on may be a different value.
また、前記各直列回路のうち少なくとも2個において、半導体スイッチは、それぞれ異なる個数の半導体チップが備えられていることを特徴としても良い。 Further, in at least two of the series circuits, the semiconductor switch may be characterized in that a different number of semiconductor chips are provided.
また、前記各直列回路のうち少なくとも2個において、半導体スイッチは、半導体チップにおける誘電体に対向している面による面積がそれぞれ異なることを特徴としても良い。 Further, in at least two of the series circuits, the semiconductor switch may be characterized in that the area of the surface of the semiconductor chip facing the dielectric is different.
また、前記各直列回路のうち少なくとも2個において、それぞれ異なる誘電率の誘電体を有していることを特徴としても良い。 Further, at least two of the series circuits may be characterized by having dielectrics having different dielectric constants.
また、前記各直列回路のうち少なくとも2個において、誘電体は、当該誘電体における半導体チップに対向している方向の距離がそれぞれ異なることを特徴としても良い。 Further, in at least two of the series circuits, the dielectric may be characterized in that the distances in the directions of the dielectric facing the semiconductor chip are different.
また、前記第1電極を2個備え、当該各第1電極が互いに所定距離を隔てて位置しており、前記各第1電極の間に前記第2電極が介在していることを特徴としても良い。 Further, it is also characterized in that two first electrodes are provided, the first electrodes are located at a predetermined distance from each other, and the second electrode is interposed between the first electrodes. good.
また、前記第1電極は、複数個の電極部に分離された構造であり、前記各半導体スイッチは、前記各電極部の何れかに接続されていることを特徴としても良い。 Further, the first electrode may have a structure separated into a plurality of electrode portions, and each semiconductor switch may be characterized in that it is connected to any of the electrode portions.
以上示したように本発明によれば、静電容量の変更に係る操作性に貢献することが可能となる。 As shown above, according to the present invention, it is possible to contribute to the operability related to the change of the capacitance.
本発明の実施形態による可変コンデンサは、従来コンデンサのように可動電極等を機械的に移動させて静電容量を変更する構成とは、全く異なるものである。 The variable capacitor according to the embodiment of the present invention is completely different from the conventional capacitor in which a movable electrode or the like is mechanically moved to change the capacitance.
すなわち、本実施形態の可変コンデンサは、互いに所定距離を隔てて位置する第1電極および第2電極と、前記第1電極および第2電極の両者間をそれぞれ電気的接続している複数個の直列回路と、を備えたものである。また、前記各直列回路においては、誘電体と、その誘電体に対し電気的対向して設けられる半導体チップを1個以上備えている半導体スイッチと、が直列接続されているものとする。そして、前記各半導体スイッチの半導体チップにおいて、当該各半導体スイッチそれぞれに接続されたドライブ回路により、前記各直列回路の電流がそれぞれオン状態またはオフ状態となるように切り替え制御(以下、単にオンオフ制御と適宜称する)される構成である。 That is, the variable capacitor of the present embodiment has a plurality of series in which the first electrode and the second electrode located at a predetermined distance from each other and the first electrode and the second electrode are electrically connected to each other. It is equipped with a circuit. Further, in each of the series circuits, it is assumed that the dielectric and the semiconductor switch provided with one or more semiconductor chips electrically opposed to the dielectric are connected in series. Then, in the semiconductor chip of each semiconductor switch, switching control is performed so that the current of each series circuit is turned on or off by the drive circuit connected to each semiconductor switch (hereinafter, simply referred to as on / off control). It is a configuration (referred to as appropriate).
このような構成によれば、当該各半導体スイッチそれぞれに接続されたドライブ回路により、当該各半導体スイッチの半導体チップをオンオフ制御して、静電容量(コンデンサ容量)を多様な値に変更することが可能となる。すなわち、本実施形態の可変コンデンサは、静電容量を電気的(デジタル的)に変更できる構成であり、従来コンデンサのような所定のトルクや時間を要することは無い。したがって、従来コンデンサと比較して、静電容量の変更に係る操作性(例えば静電容量の変更操作の高速化や高応答化等)に貢献できる可能性がある。 According to such a configuration, the drive circuit connected to each of the semiconductor switches can control the on / off of the semiconductor chip of each semiconductor switch to change the capacitance (capacitor capacity) to various values. It will be possible. That is, the variable capacitor of the present embodiment has a configuration in which the capacitance can be changed electrically (digitally), and does not require a predetermined torque or time unlike the conventional capacitor. Therefore, as compared with the conventional capacitor, there is a possibility that it can contribute to the operability related to the change of the capacitance (for example, speeding up of the operation of changing the capacitance, high response, etc.).
本実施形態の可変コンデンサは、前述のように静電容量を電気的に変更できる構成であれば良く、種々の分野(例えば、可変コンデンサ分野,半導体スイッチ分野,誘電体分野,ドライブ回路分野等)の技術常識を適宜適用し、必要に応じて先行技術文献等を適宜参照して設計変形することが可能であり、その一例として以下の実施例1~6が挙げられる。なお、以下の実施例1~6では、例えば重複する内容について同一符号を適用する等により、詳細な説明を適宜省略しているものとする。また、図中の誘電体においては、便宜上、濃淡による彩色を付している。 The variable capacitor of the present embodiment may have a configuration in which the capacitance can be electrically changed as described above, and may be in various fields (for example, variable capacitor field, semiconductor switch field, dielectric field, drive circuit field, etc.). It is possible to appropriately apply the technical common knowledge of the above and appropriately refer to the prior art documents and the like as necessary to modify the design, and examples 1 to 6 below are given as an example thereof. In the following Examples 1 to 6, detailed description will be omitted as appropriate, for example, by applying the same reference numerals to overlapping contents. Further, the dielectric in the figure is colored by shading for convenience.
≪実施例1≫
図1~図5は、実施例1による可変コンデンサ10Aを説明するものである。この可変コンデンサ10Aは、それぞれ平板状で互いに所定距離を隔てて位置する第1電極1および第2電極2と、第1電極1および第2電極2の両者間に位置し当該第2電極2の一端面2aに積層して設けられている平板状の誘電体3と、第1電極1および誘電体3の両者間において互いに距離を隔てて当該誘電体3の表面3aに設置されている複数個の半導体スイッチSW(図1(A)では6個の半導体スイッチSW1~SW6)と、を備えている。
<< Example 1 >>
1 to 5 show the
<半導体スイッチSWの構成例>
各半導体スイッチSWにおいては、例えば逆阻止IGBTやダイオード等の半導体素子を有してなる半導体チップ4を備え、この半導体チップ4により、半導体スイッチSWに流れる電流がオン状態またはオフ状態となるように切り替わる構成となっている。
<Semiconductor switch SW configuration example>
Each semiconductor switch SW includes a
この半導体チップ4は、種々の態様を適用することが可能であり、特に限定されるものではない。例えば、可変コンデンサ10Aが交流用途とする場合、半導体チップ4には双方向に電流(第1電極1側方向に流れる電流、および第2電極2側方向に流れる電流)が流れ得る。この場合には、図2に示す半導体チップ4のように、例えば逆阻止IGBTからなる素子4a,4bを並列接続し、前記双方向の電流がオン状態またはオフ状態に切り替わるような構成とすることが挙げられる。
Various aspects of the
素子4a,4bの並列接続構成は、種々の態様を適用することが可能であり、その一例としては図3のように半導体チップ4を構成することが挙げられる。この図3の半導体チップ4においては、素子4a,4bと誘電体3との間に、第1接続線および第2接続線を内蔵(図示省略)する接続用基板41が介在している。そして、素子aのエミッタと素子bのコレクタが第1接続線により接続され、素子aのコレクタと素子bのエミッタとが第2接続線により接続されている。さらに、第2接続線においては、第1電極1と同電位となるように、第1電極1と接続用基板41との間で延在している接続配線(ワイヤ等)Wによって、接続されている。
Various aspects can be applied to the parallel connection configuration of the
半導体チップ4は、誘電体3との間に後述のコンデンサcを形成できるように、当該誘電体3に対して対向するように設ける。例えば、図3のような半導体チップ4において、接続用基板41の底面40が端子等として機能し、誘電体3との間に後述のコンデンサcを形成し得る場合には、その底面40を誘電体3の表面3aに接触させて設けることが挙げられる。この場合、底面40は、誘電体3に対して対向している面(以下、単に対向面と適宜称する)となる。
The
このように半導体チップ4を設けることにより、各半導体スイッチSWにおいては、誘電体3に対して直列接続されて、図4(B)に示す等価回路のように第2電極2との間にコンデンサcを形成(図5では各半導体スイッチSW1~SW4においてコンデンサc1~c4を形成)し、それぞれ直列回路SCを構成(図1では半導体スイッチSW1~SW6において直列回路SC1~SC6を構成)することとなる。すなわち、第1電極1および第2電極2の両者間において、複数個の直列回路SCが並列接続された構成となる。
By providing the
各直列回路SCの半導体スイッチSWには、当該各直列回路SC毎に割り当てられたドライブ回路Dが、それぞれ接続(図1(B)では半導体スイッチSW1~SW3それぞれにドライブ回路D1~D3が接続)されている。これにより、当該各半導体スイッチSWの半導体チップ4に対し、オンオフ制御するための制御信号をそれぞれ送信できるように構成されている。
A drive circuit D assigned to each series circuit SC is connected to the semiconductor switch SW of each series circuit SC (in FIG. 1B, drive circuits D1 to D3 are connected to each of the semiconductor switches SW1 to SW3). Has been done. As a result, control signals for on / off control can be transmitted to the
このような構成によれば、各直列回路SCのドライブ回路Dをそれぞれ適宜駆動することにより、当該各直列回路SCの電流(図2の交流用途の場合は双方向の電流)を、それぞれオンオフ制御することが可能となる。 According to such a configuration, by appropriately driving the drive circuit D of each series circuit SC, the current of each series circuit SC (bidirectional current in the case of the AC application in FIG. 2) is controlled on and off. It becomes possible to do.
<誘電体3の構成例>
第1電極1および第2電極2の両者間(後述の実施例5では、更に第2電極2および第3電極5の両者間)の誘電体3においては、当該両者間を絶縁し、図4,図5に示すようなコンデンサcを形成し得るものであれば、種々の態様を適用することが可能であり、その一例としてはセラミックス等の誘電体材料等を用いてなる誘電体3が挙げられる。
<Constituent example of dielectric 3>
In the dielectric 3 between both the
また、例えば図1に示す可変コンデンサ10Aの場合、各直列回路SCにおいて1個の誘電体3を共有(後述の実施例3,4では共通誘電体30を共有)した構成となっているが、当該各直列回路SC毎に個別の誘電体3を設けた構成にしても良い。
Further, for example, in the case of the
具体例としては、まず図1に示すような平板状の誘電体3を、各直列回路SCの半導体スイッチSWに合わせた形状に加工(切断加工等)することにより、当該各直列回路SCそれぞれの誘電体片(例えば図4(A)に示すような形状の誘電体3)を形成する。そして、前記各誘電体片を第2電極2の一端面2aに分散配置し、当該各誘電体片それぞれに半導体スイッチSWを設ける構成が挙げられる。
As a specific example, first, the flat-plate-shaped
その他、例えば各直列回路SCにおいて、半導体スイッチSWと第2電極2との両者間に真空状態の空隙部(図示省略)を形成し、この空隙部を誘電体3として代用、あるいは誘電体3と共に併用することも可能である。
In addition, for example, in each series circuit SC, a vacuum state gap portion (not shown) is formed between both the semiconductor switch SW and the
<可変コンデンサ10Aの静電容量>
可変コンデンサ10Aの静電容量においては、下記式(1)を適用して算出することが可能である。なお、式(1)中のCは可変コンデンサ10Aの静電容量(単位F)、εは誘電体3の誘電率(単位F/m)、Sはオン状態になっている半導体スイッチSWにおける半導体チップ4の対向面による面積(電気的な面積;以下、単に電気的対向面積と適宜称する)の合計面積(単位m2)、dは誘電体3における半導体チップ4に対向している方向(以下、単に対向方向と適宜称する)の距離(単位m)とする。
<Capacitance of
The capacitance of the
C=ε×S/d ……(1)
例えば、各半導体スイッチSWにおける半導体チップ4の電気的対向面積がそれぞれSsw(単位m)と仮定すると、3つの半導体スイッチSW(例えば半導体スイッチSW1~SW3)がオン状態の場合には、式(1)の合計面積Sは3Sswとなる。
C = ε × S / d …… (1)
For example, assuming that the electrically opposed areas of the
したがって、可変コンデンサ10Aにおいて、各直列回路SCの半導体スイッチSWを選択的にオンオフ制御すれば、式(1)の合計面積Sを適宜変更することできる。すなわち、可変コンデンサ10Aの静電容量Cを多様な値に変更操作することが可能となる。
Therefore, if the semiconductor switch SW of each series circuit SC is selectively turned on and off in the
例えば、各直列回路SCの半導体スイッチSWにおいて、電気的対向面積が同値(例えば、それぞれSswで同値)の場合には、各半導体スイッチSWのオンオフ制御による静電容量Cの変更幅(可変値)を、均等に配分することができる。 For example, in the semiconductor switch SW of each series circuit SC, when the electrically opposed areas have the same value (for example, the same value in Sw), the change width (variable value) of the capacitance C by the on / off control of each semiconductor switch SW. Can be evenly distributed.
また、このような構成によれば、各半導体スイッチSWの全て(図1では半導体スイッチSW1~SW6の全て)がオン状態の場合、誘電体3に対する電荷は、当該各半導体スイッチSWの全ての半導体チップ4の対向面を介して、均等に分配される。このように電荷を分配することにより、可変コンデンサ10Aの使用時において、誘電体3に起こり得る熱集中による温度上昇を、抑制し易くなる。
Further, according to such a configuration, when all of the semiconductor switch SWs (all of the semiconductor switches SW1 to SW6 in FIG. 1) are in the ON state, the electric charge for the dielectric 3 is the charge for all the semiconductors of the semiconductor switch SWs. It is evenly distributed through the facing surfaces of the
<その他>
各直列回路SCにおいて、第1電極1および第2電極2(後述の実施例5では、更に第2電極2および第3電極5)に対する電気的接続は、種々の態様を適用することが可能であるが、浮遊容量を低減するように接続する必要がある。具体例としては、図1等に示すように、直列回路SCの半導体スイッチSW側と、第1電極1と、の両者を十分に離反させて配置(例えば間隙を設けるように配置)し、当該両者を接続配線Wにより接続することが挙げられる。
<Others>
In each series circuit SC, various modes can be applied to the electrical connection to the
なお、半導体スイッチSW等においても浮遊容量が存在し得るが、その浮遊容量が比較的小さいものであれば、適宜無視することが挙げられる。 Although stray capacitance may exist in the semiconductor switch SW or the like, if the stray capacitance is relatively small, it may be ignored as appropriate.
以上、本実施例1の可変コンデンサ10Aのような構成によれば、当該可変コンデンサ10Aの静電容量を多様な値に電気的に変更できるため、従来コンデンサのような所定のトルクや時間を要することが無い。これにより、従来コンデンサと比較すると、静電容量の変更操作の高速化,高応答化等に貢献し易くなる。
As described above, according to the configuration such as the
≪実施例2≫
実施例1の可変コンデンサ10Aにおいて、各直列回路SCにおける半導体スイッチSWに備えられた半導体チップ4の種類および個数が同等(電気的対向面積が同等)である場合、以下に示すことが言える。
<< Example 2 >>
In the
すなわち、可変コンデンサ10Aにおいては、各直列回路SCそれぞれの静電容量の変更幅が一定(各半導体スイッチSWによる静電容量の変更幅が一定)となる。
That is, in the
このため、可変コンデンサ10Aの変更可能な静電容量の種類は、直列回路SCの個数に応じて決まる。例えば、図5に示す4つの直列回路SC1~SC4の各半導体スイッチSW1~SW4の静電容量の変更幅を「1」と仮定すると、各々のドライブ回路Dにより当該各半導体スイッチSW1~SW4をオンオフ制御する場合、変更可能な静電容量の種類は「0,1,2,3,4」の5種類である。図5の場合、半導体スイッチSW3,SW4がオン制御されたように描写されており、静電容量は「2」となる。
Therefore, the type of changeable capacitance of the
これにより、可変コンデンサ10Aにおいて、例えば最大容量に対して約3%の精度で静電容量を設定する場合には、100/3≒32個の直列回路SC(半導体スイッチSW)が必要となる。また、1個の半導体スイッチSWに1個のドライブ回路Dを割り当てると、32個のドライブ回路Dが必要となる。
As a result, in the
そこで、本実施例2では、各直列回路SCの半導体スイッチSWにおいて、それぞれ異なる個数の半導体チップ4を備えたものを適用し、当該各直列回路SCによる静電容量の変更幅を異なるものとした。そして、各直列回路SCに割り当てられたドライブ回路Dにおいて、選択的にオンオフ制御することにより、変更可能な静電容量の種類を増加できるようにした。
Therefore, in the second embodiment, the semiconductor switch SW of each series circuit SC to which each has a different number of
図6~図8は、本実施例2による可変コンデンサ10Bを説明するためのものである。この可変コンデンサ10Bにおいて、各直列回路SCの半導体スイッチSWは、それぞれ異なる個数の半導体チップ4を有した構成となっている。
6 to 8 are for explaining the
各半導体スイッチSWが備える半導体チップ4の個数は、適宜設定することができ、その一例として図6,図7に示すように構成することが挙げられる。
The number of
図6の可変コンデンサ10Bの場合、半導体スイッチSW1,SW2,SW3において、それぞれ1個,2個,4個の半導体チップ4が備えられている。すなわち、図6による可変コンデンサ10Bにおいては、半導体スイッチSWがN個に対し、2N-1個の半導体チップ4を有した構成となっている(Nは2以上の自然数。以下同様)。この場合、各半導体チップ4の種類および電気的対向面積が同等であると仮定すると、当該各半導体スイッチSWにおける電気的対向面積の大きさの比率は、1:2:4:……:(2N-1-1):(2N-1)となる。
In the case of the
図7の可変コンデンサ10Bの場合は、半導体スイッチSW1,SW2,SW3において、それぞれ1個,2個,3個の半導体チップ4が備えられている。この場合、各半導体チップ4の種類および電気的対向面積が同等であると仮定すると、当該半導体スイッチSW1~SW3における電気的対向面積の大きさの比率は、1:2:3となる。
In the case of the
前記のように複数個の半導体チップ4を備えた半導体スイッチSWにおいて、各半導体チップ4の素子4a,4bの並列接続構成は、種々の態様を適用することが可能であり、その一例としては図8のように構成することが挙げられる。
In the semiconductor switch SW provided with a plurality of
図8の半導体スイッチSWの場合、各半導体チップ4の素子4a,4bと誘電体3との間において、図3と同様に第1接続線および第2接続線を内蔵(図示省略)した接続用基板41が、介在している。そして、各半導体チップ4において、素子aのエミッタと素子bのコレクタが第1接続線により接続され、素子aのコレクタと素子bのエミッタとが第2接続線により接続されている。さらに、第2接続線においては、第1電極1と同電位となるように、第1電極1と接続用基板41との間で延在している接続配線W(ワイヤ等)によって、接続されている。
In the case of the semiconductor switch SW of FIG. 8, the first connection line and the second connection line are built-in (not shown) between the
ここで、図6の可変コンデンサ10Bにおいて、各直列回路SC1~SC3に割り当てられたドライブ回路D1~D3は、表1に示すように選択的にオンオフ制御することが可能である。なお、可変コンデンサ10Bの各半導体チップ4それぞれの静電容量の変更幅を「1」とする。
Here, in the
この表1によると、ドライブ回路D1~D3のオンオフ制御により変更可能な静電容量の種類は、「0,1,2,3,4,5,6,7」の8種類であることが読み取れる。すなわち、図6の可変コンデンサ10Bは、直列回路SC(半導体スイッチSW)がN個に対し、2N種類の静電容量に変更できるものと言える。
According to this Table 1, it can be read that the types of capacitance that can be changed by the on / off control of the drive circuits D1 to D3 are eight types of "0,1,2,3,4,5,6,7". .. That is, it can be said that the
例えば、最大容量に対して約3%の精度で静電容量を設定することを想定した場合、図6の可変コンデンサ10Bによれば、5個の半導体スイッチSWを適宜選択的にオンオフ制御(5ビットで制御)することにより、32種類の静電容量に変更できることとなる。すなわち、実施例1の可変コンデンサ10Aと比較して、ドライブ回路Dの個数を減少(32個から5個に減少)できることが判る。
For example, assuming that the capacitance is set with an accuracy of about 3% with respect to the maximum capacitance, according to the
以上、本実施例2の可変コンデンサ10Bのような構成によれば、実施例1と同様の作用効果を奏する他に、以下に示すことが言える。すなわち、実施例1と比較すると、少ないドライブ回路Dにて多種類の静電容量に変更することができ、可変コンデンサの小型化や高分解能化に貢献できる可能性がある。
As described above, according to the configuration such as the
なお、可変コンデンサ10Bは、各直列回路SCの全てにおいて、半導体スイッチSWにおける半導体チップ4の個数をそれぞれ異なるように設定する必要はなく、適宜設定しても良い。例えば、各直列回路SCのうち少なくとも2個の半導体スイッチSWにおいて、それぞれ異なる個数の半導体チップ4が備えられていれば、ドライブ回路Dによって適宜選択的にオンオフ制御することにより、本実施例2と同様の作用効果を奏することが可能である。
The
≪実施例3≫
本実施例3では、各直列回路SCの誘電体3において、それぞれ異なる誘電率となるように構成し、各直列回路SCによる静電容量の変更幅を異なるものとした。そして、各直列回路SCに割り当てられたドライブ回路Dにおいて、選択的にオンオフ制御することにより、変更可能な静電容量の種類を増加できるようにした。
<< Example 3 >>
In the third embodiment, the
図9は、本実施例3による可変コンデンサ10Cを説明するためのものである。この可変コンデンサ10Cの各直列回路SC(図9では3つの直列回路SC1,SC2,SC3を描写)の誘電体3においては、当該各直列回路SCが共有する共通誘電体30と、それぞれ異なる誘電率の誘電体31(図9中では、それぞれ異なる誘電率の誘電体31a,31b,31c)と、を積層して構成されている。これにより、各直列回路SCにおいては、それぞれ異なる誘電率の誘電体3を備えたような構成となっている。
FIG. 9 is for explaining the
この図9の可変コンデンサ10Cの場合、例えば直列回路SC1,SC2,SC3それぞれの静電容量の変更幅を「α」,「β」,「γ」とすると、ドライブ回路D1~D3のオンオフ制御により変更可能な静電容量の種類は、「0,α,β,γ,α+β,α+γ,β+γ,α+β+γ」となり、図6の可変コンデンサ10Bと同様に8種類となる。
In the case of the
以上、本実施例3の可変コンデンサ10Cのような構成によれば、実施例2と同様の作用効果を奏する他に、以下に示すことが言える。すなわち、実施例2と比較すると、半導体スイッチSWの半導体チップ4の個数を抑制できるため、可変コンデンサの更なる小型化や低コスト化に貢献できる可能性がある。
As described above, according to the configuration such as the
なお、可変コンデンサ10Cは、各直列回路SCの全てにおいて、誘電体3の誘電率をそれぞれ異なるように設定する必要はなく、適宜設定しても良い。例えば、各直列回路SCのうち少なくとも2個の直列回路SCの誘電体3において、それぞれ異なる誘電率となるように設定すれば、ドライブ回路Dによって適宜選択的にオンオフ制御することにより、本実施例3と同様の作用効果を奏することが可能である。
The
≪実施例4≫
本実施例4では、各直列回路SCの誘電体3において、実施例3と同様に、それぞれ異なる誘電率となるように構成し、各直列回路SCによる静電容量の変更幅を異なるものとした。そして、各直列回路SCに割り当てられたドライブ回路Dにおいて、選択的にオンオフ制御することにより、変更可能な静電容量の種類を増加できるようにした。
<< Example 4 >>
In the fourth embodiment, the
図10は、本実施例4による可変コンデンサ10Dを説明するためのものである。この可変コンデンサ10Dの各直列回路SC(図10では3つの直列回路SC1,SC2,SC3を描写)の誘電体3においては、当該各直列回路SCが共有する共通誘電体30と、第2電極2の一端面2aの面方向の大きさが異なる誘電体32(図9中では、それぞれ一端面2aの面方向の大きさの異なる誘電体32a,32b)と、を積層して階段状に構成されている。
FIG. 10 is for explaining the
各直列回路SCの半導体スイッチSWにおいては、誘電体3の各階層の表面3a~3cの何れかに設けられている。これにより、各直列回路SCにおいては、それぞれ誘電体3の対向方向の距離(第2電極2と半導体スイッチSW(半導体チップ4)との間の距離)が異なっているような構成となっている。
In the semiconductor switch SW of each series circuit SC, it is provided on any of the
この図10の可変コンデンサ10Dの場合においても、例えば直列回路SC1,SC2,SC3それぞれの静電容量の変更幅を「α」,「β」,「γ」とすると、式(1)に従って、α≠β≠γとなる。さらに、ドライブ回路D1~D3のオンオフ制御により変更可能な静電容量の種類は、「0,α,β,γ,α+β,α+γ,β+γ,α+β+γ」となり、図6の可変コンデンサ10Bと同様に8種類となる。
Even in the case of the
以上、本実施例4の可変コンデンサ10Dのような構成によれば、実施例3と同様の作用効果を奏する他に、以下に示すことが言える。すなわち、実施例3と比較すると、例えば誘電体3に適用する誘電体材料の種類を減少または統一することができ、更なる低コスト化に貢献できる可能性がある。
As described above, according to the configuration such as the
なお、可変コンデンサ10Dは、各直列回路SCの全ての誘電体3の対向方向の距離において、それぞれ異なるように設定する必要はなく、適宜設定しても良い。例えば、各直列回路SCのうち少なくとも2個の直列回路SCの誘電体3の対向方向の距離が、それぞれ異なるように設定された構成であれば、ドライブ回路Dによって適宜選択的にオンオフ制御することにより、本実施例4と同様の作用効果を奏することが可能である。
The
≪実施例5≫
図11は、本実施例5による可変コンデンサ10Eを示すものであって、互いに所定距離を隔てて位置する2個の第1電極1の間に第2電極2を介在させたことにより、より多くの直列回路SCを構成できるようにしたものである。なお、以下の説明では、便宜上、2個の第1電極1のち一方を「第1電極1」とし、他方を「第3電極5」として適宜説明する。
<< Example 5 >>
FIG. 11 shows the
この可変コンデンサ10Eにおいては、第2電極2を挟んだ前記第1電極1の反対側において、当該第2電極2から所定距離を隔てた位置に、第3電極5が備えられている。
In the
前記第2電極2および前記第3電極5の両者間においては、第1電極1および第2電極の両者間と同様に、当該第2電極2の他端面2bに平板状の誘電体3が積層して設けられ、この誘電体3に対し複数個の半導体スイッチSW(図11では3個の半導体スイッチSW4~SW6が描写)が互いに距離を隔てて設置されている。
Between both the
これにより、第2電極2および第3電極5の両者間においては、第1電極1および第2電極2の両者間と同様に、複数個の直列回路SC(図11では直列回路SC4~SC6)が並列接続された構成となる。また、第1電極1および第3電極5の両者間においては、当該両者を電気的接続する導体51が介在している。
As a result, between both the
以上、本実施例5の可変コンデンサ10Eのような構成によれば、実施例1~4と同様の作用効果を奏する他に、以下に示すことが言える。すなわち、実施例1~4と比較すると、例えば第2電極2を有効に活用(図11では、例えば第2電極2の一端面2aおよび他端面2bを活用)して複数個の直列回路SCを構成することができるため、更なる低コスト化や小型化に貢献できる可能性がある。
As described above, according to the configuration such as the
なお、図11の可変コンデンサ10Eでは、第1電極1および第2電極2の両者間と、第2電極2および第3電極5の両者間と、にそれぞれ同じ個数(図11では、それぞれ3個)の直列回路SCが構成されているが、当該個数はそれぞれ適宜設定することが可能であり、特に限定されるものではない。例えば、第1電極1および第2電極2の両者間と、第2電極2および第3電極5の両者間と、には、それぞれ1個以上の直列回路SCが備えられていれば良い。
In the
≪実施例6≫
実施例1~5の可変コンデンサ10A~10Eの第1電極1(可変コンデンサ10Eの場合は第1電極1および第3電極5)においては、各図に描写するような一体構造のものに限定されるものではなく、例えば図12,図13に示すように複数個の電極部1SWに分離した分離構造を適用することも可能である。
<< Example 6 >>
The first electrode 1 (in the case of the
図12,図13は、それぞれ本実施例6による可変コンデンサ10F,10Gを示すものであって、第1電極1において、複数個の電極部1SW(図12中では直列回路SC1~SC3に対応する電極部1SW1~1SW3を描写)を有した構成となっている。
12 and 13 show the
可変コンデンサ10F,10Gの各電極部1SWは、それぞれ各直列回路SCの配列方向に分離して配置(図12,図13中では半導体スイッチSWに対向するように配置)され、当該直列回路SCの半導体スイッチSW側が接続配線Wによって接続されている。
Each
各電極部1SWは、例えば可変コンデンサ10F(または10G)の外周側に配置されている導体(共通導体等;図示省略)を介して電気的接続した構成であっても良い。
Each
また、各電極部1SWに対する半導体スイッチSWの接続個数は、特に限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。例えば、図12の可変コンデンサ10Fの電極部1SWそれぞれには、単に1個の半導体スイッチSWが接続されているが、図13の可変コンデンサ10Gの電極部1SW23のように複数個の半導体スイッチSWが接続(図13中では半導体スイッチSW2,SW3が接続)されても良い。すなわち、各直列回路SCの半導体スイッチSW側は、各電極部1SWのうち何れかに接続されていれば良い。
Further, the number of semiconductor switch SWs connected to each
以上、本実施例6の可変コンデンサ10F,10Gのような構成によれば、実施例1~5と同様の作用効果を奏する他に、以下に示すことが言える。すなわち、実施例1~5と比較すると、例えば第1電極1の設計の自由度が広くなったり、可変コンデンサ10F,10Gそれぞれの構成要素の組み付けが容易になり、更なる低コスト化や小型化に貢献できる可能性がある。
As described above, according to the configuration of the
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変更等が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変更等が特許請求の範囲に属することは当然のことである。例えば、実施例1~6は、適宜組み合わせても良い。 Although the above description has been made in detail only for the specific examples described in the present invention, it is clear to those skilled in the art that various changes and the like can be made within the scope of the technical idea of the present invention. It goes without saying that such changes belong to the scope of claims. For example, Examples 1 to 6 may be combined as appropriate.
10A~10G…可変コンデンサ
1,2,5…第1,第2,第3電極
1SW…電極部
3,30,31,32…誘電体
4…半導体チップ
4a,4b…半導体素子
51…導体
SW…半導体スイッチ
SC…直列回路
W…接続配線
c…コンデンサ
10A to 10G ...
図10は、本実施例4による可変コンデンサ10Dを説明するためのものである。この可変コンデンサ10Dの各直列回路SC(図10では3つの直列回路SC1,SC2,SC3を描写)の誘電体3においては、当該各直列回路SCが共有する共通誘電体30と、第2電極2の一端面2aの面方向の大きさが異なる誘電体32(図10中では、それぞれ一端面2aの面方向の大きさの異なる誘電体32a,32b)と、を積層して階段状に構成されている。
FIG. 10 is for explaining the
Claims (8)
前記第1電極および前記第2電極の両者間をそれぞれ電気的接続し、当該両者間において並列接続されている複数個の直列回路と、
を備え、
前記各直列回路は、
誘電体と、
前記誘電体に対向して設けられる半導体チップを1個以上備えている半導体スイッチと、
が直列接続されており、
前記各半導体スイッチの半導体チップは、当該各半導体スイッチそれぞれに接続されたドライブ回路により、前記直列回路の電流がそれぞれオン状態またはオフ状態となるように切り替え制御されることを特徴とする可変コンデンサ。 The first electrode and the second electrode, which are located at a predetermined distance from each other,
A plurality of series circuits in which both the first electrode and the second electrode are electrically connected and connected in parallel between the two, respectively.
Equipped with
Each of the series circuits is
Dielectric and
A semiconductor switch having one or more semiconductor chips provided facing the dielectric and a semiconductor switch.
Are connected in series,
The semiconductor chip of each semiconductor switch is a variable capacitor characterized by being switched and controlled so that the current of the series circuit is turned on or off by a drive circuit connected to each of the semiconductor switches.
前記各第1電極の間に前記第2電極が介在していることを特徴とする請求項1~6の何れかに記載の可変コンデンサ。 Two first electrodes are provided, and each of the first electrodes is located at a predetermined distance from each other.
The variable capacitor according to any one of claims 1 to 6, wherein the second electrode is interposed between the first electrodes.
前記各半導体スイッチは、前記各電極部の何れかに接続されていることを特徴とする請求項1~7の何れかに記載の可変コンデンサ。 The first electrode has a structure separated into a plurality of electrode portions.
The variable capacitor according to any one of claims 1 to 7, wherein each semiconductor switch is connected to any of the electrode portions.
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