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

KR101364913B1 - 교류 및 직류 양용 스위치 - Google Patents

교류 및 직류 양용 스위치 Download PDF

Info

Publication number
KR101364913B1
KR101364913B1 KR1020117030613A KR20117030613A KR101364913B1 KR 101364913 B1 KR101364913 B1 KR 101364913B1 KR 1020117030613 A KR1020117030613 A KR 1020117030613A KR 20117030613 A KR20117030613 A KR 20117030613A KR 101364913 B1 KR101364913 B1 KR 101364913B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power supply
electrode
switch element
bidirectional semiconductor
power
Prior art date
Application number
KR1020117030613A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120014930A (ko
Inventor
기요시 고토
Original Assignee
파나소닉 주식회사
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
Application filed by 파나소닉 주식회사 filed Critical 파나소닉 주식회사
Publication of KR20120014930A publication Critical patent/KR20120014930A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101364913B1 publication Critical patent/KR101364913B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/10—Arrangements incorporating converting means for enabling loads to be operated at will from different kinds of power supplies, e.g. from ac or dc
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/6871—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/083—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/162—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/6871—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor
    • H03K17/6874—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor in a symmetrical configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/689—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit
    • H03K17/691—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit using transformer coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/13—Modifications for switching at zero crossing
    • H03K17/133—Modifications for switching at zero crossing in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K2017/6878—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors using multi-gate field-effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0009—AC switches, i.e. delivering AC power to a load
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0081—Power supply means, e.g. to the switch driver

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 전원(2, 3)에 접속되는 제 1 입력측 단자(21)와 부하(4)에 접속되는 제 1 출력측 단자(41)와의 사이에 직렬 접속된 트랜지스터 구조의 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)와, 상기 제 1 입력측 단자(21)와 제 2 입력측 단자(22) 사이에 병렬로 접속된 정류부(6)와, 상기 정류부(6)에서의 출력 전압을 안정된 소정의 전압으로 변환하기 위한 전원부(7)와, 상기 전원부(7)에서 공급되는 전력에 의해 이 교류 및 직류 양용 스위치의 전체를 제어하는 제어부(8)와, 상기 제어부(8)로부터의 제어 신호에 따라 상기 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)를 도통시키는 구동부(9)를 구비한다. 이것에 의하면, 교류 배전 시스템 및 직류 배전 시스템의 어느것에도 이용가능하고, 직류 배전 시스템에 이용된 경우에, 아크를 발생시키지 않고 개폐가 가능하며, 또한, 용이하게 기존의 교류 배전 시스템용 스위치와의 교체가 가능한 교류 및 직류 양용 스위치를 제공한다.

Description

교류 및 직류 양용 스위치{SWITCH FOR BOTH AC AND DC USE}
본 발명은 교류 또는 직류 전력을 부하에 공급하거나, 그 전력 공급을 정지하기 위해 이용되는 교류 및 직류 양용 스위치에 관한 것이다．
종래에, 일반 가정에서는 각종 전기 기기에 전력을 공급하기 위해 상용 전원을 중심으로 한 교류 배전 시스템이 사용되었다. 최근, 일반 가정용 태양 전지(태양광 발전), 연료 전지 혹은 축전지 등을 이용한 직류 분산 전원이 보급되고 있다. 또한, 각각의 전기 기기에 있어서의 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 때의 전력 손실을 저감하기 위해, 가정용 직류 배전 시스템의 도입도 제안되고 있다. 이 경우, 종래의 교류 배전 시스템에 부가하여, 직류 배전 시스템을 병설할 필요가 있다.
교류 배전 시스템의 경우, 반주기에 한번 전류 영점 (제로 크로스 점)이 존재하기 때문에, 접점 개폐형 스위치를 이용하여 용이하게 전류를 차단할 수 있다. 그러나, 직류 배전 시스템의 경우, 전류 영점이 존재하지 않고, 비교적 저전압(예를 들면, 40V 정도)에서도 차단시에 아크가 발생하기 때문에 접점간 거리를 길게 하거나, 혹은 전자석 등의 아크 소멸 기능을 갖추거나 할 필요가 있으며, 교류 배전 시스템용의 스위치에 비교하여 직류 배전 시스템용의 스위치 자체가 대형화한다.
또한, 태양광 발전이나 연료 전지 등의 경우, 수백V의 고전압이기 때문에 전류를 유효하게 차단하기 위해서는 단지 접점 거리를 길게 하는 것만으로는 충분하지 않고, 고성능의 아크 소멸 기능이 요구된다. 그 때문에, 기존의 교류 배전 시스템용 스위치를 직류 배전 시스템용 스위치로 치환하거나, 또는 기존의 교류 배전 시스템용의 스위치에 직류 배전 시스템용의 스위치를 병설하거나 하는 것은 용이하지 않다. 또한, 크기가 다른 스위치가 혼재하는 것은 미관상 좋지 않고 인테리어 디자인 면에서도 바람직하지 못하다.
따라서, 특허문헌 1에서는 도 16에 나타내는 것과 같은 MOSFET을 이용하여 아크를 발생시키지 않는 직류 스위치가 제안되고 있다. 이 종래의 직류 스위치에서는, MOSFET Q1의 소스를 반드시 직류 전원의 부극에 접속해야 하고, 전류 경로를 분리할 수 있는 것은 부극측에 한정된다. 그런데, 감전 등으로부터의 인적 보호를 고려하면, 전류 경로를 정의 전위측에서 분리할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 직류 전원의 극성을 잘못 연결하면, MOSFET에 존재하는 다이오드를 경유하여 전류가 흐르기 때문에, 스위치로서 기능하지 않게 된다. 또한, 직류 전원이 축전지이고, 이 직류 스위치가 충방전부에 이용되었을 경우, 전압은 직류이지만, 충전시와 방전시에 전류가 흐르는 방향이 반전하기 때문에 MOSFET와 같이 개폐 기능이 한쪽만인 경우에는 스위치로서 기능이 불완전하다. 또한, 이 직류 스위치는 반주기마다 전류가 흐르는 방향이 반전하는 교류 전원 시스템에는 사용될 수 없다.
일본 특허 공개 제 2005-293317 호 공보
본 발명은, 상기 종래의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 교류 배전 시스템 및 직류 배전 시스템의 어디에도 사용 가능하고, 직류 배전 시스템에 사용되었을 경우에, 아크를 발생시킴없이 개폐가 가능하며, 또한 용이하게 기존의 교류 배전 시스템용 스위치와의 치환이 가능한 교류 및 직류 양용 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 교류 전원 또는 직류 전원과 부하 사이에 접속되고, 부하로의 전력 공급을 제어하는 교류 및 직류 양용 스위치로서, 전원에 접속되는 제 1 입력측 단자와 부하에 접속되는 제 1 출력측 단자와의 사이에 직렬 접속된 트랜지스터 구조의 쌍방향 반도체 스위치 소자와, 상기 제 1 입력측 단자와 제 2 입력측 단자 사이에 병렬로 접속된 정류부와, 상기 정류부로부터 출력 전압을 안정된 소정의 전압으로 변환하기 위한 전원부와, 상기 전원부로부터 공급되는 전력에 의해 이 교류 및 직류 양용 스위치의 전체를 제어하는 제어부와, 상기 제어부로부터의 제어 신호에 따라 상기 쌍방향 반도체 스위치 소자를 도통시키는 구동부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면， 트랜지스터 구조의 쌍방향 반도체 스위치를 이용하여 부하로의 전력 공급을 제어하므로, 입력되는 전류나 전압에 대한 방향 의존성을 가지지 않고, 교류 전원과 직류 전원 중 어디에도 접속하여 사용 가능하다. 또한, 직류 전원의 정극과 부극이 역 접속되었을 경우라도 개폐(도통/차단) 가능하여 스위치 기능이 확보된다. 또한 직류 배전 시스템에 사용되었을 경우에도, 양방향 반도체 스위치소자를 이용하고 있으므로, 아크를 발생시킴 없이 개폐가 가능하다. 또, 아크를 소멸시키기 위한 기구가 불필요하며, 또한 반도체 소자의 소형화에 의해 기존의 교류 배전 시스템용 스위치와의 치환이 가능하다.
본 발명의 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 상기 쌍방향 반도체 스위치 소자는 2개의 고내압 종형 트랜지스터 구조의 스위치 소자를 역 접속한 구조이어도 좋다.
이것에 의하면，쌍방향 반도체 스위치를 고 내압형의 종형 트랜지스터 구조의 소자를 역 접속하여 구성했으므로, 일반적인 구조의 스위치 소자, 예를 들면, 입수가 용이하고 저렴한 Si-MOSFET 등을 사용하여 쌍방향 반도체 스위치를 구성할 수 있다. 또는, 동일한 구조로 저손실의 SiC 등의 스위치 소자를 사용하면, 제어 가능한 부하의 대용량화도 가능해진다.
본 발명의 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 상기 쌍방향 반도체 스위치 소자는 제 1 입력측 단자와 제 1 출력측 단자 사이에 직렬로 접속되고, 기판 표면상에 형성된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 적어도 그 일부분이 상기 기판 표면상에 형성되며, 상기 제 1 전극의 전위 및 상기 제 2 전극의 전위에 대하여 중간 전위가 되는 중간 전위부와 적어도 그 일부분이 상기 중간 전위부 상에 접속되고, 상기 중간 전위부에 대하여 제어를 실행하기 위한 제어 전극을 구비한 횡형의 트랜지스터 구조를 가지며, 상기 중간 전위부 및 상기 제어 전극이 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 대하여 소정의 내전압을 유지할 수 있는 위치에 배치되어 있어도 좋다.
이것에 의하면， 제 1 전극 및 제 2 전극에 대하여 소정의 내 전압을 유지할 수 있는 위치에 중간 전위부를 형성함으로써, 제어 전극에 인가하는 신호의 임계값 전압을 필요 최저한의 레벨까지 저하시켜도 쌍방향 반도체 스위치 소자를 확실하게 온/오프시킬 수 있으며, 저 온저항(on-resistance)을 실현할 수 있다. 그 결과, 통전시의 발열을 낮게 억제할 수 있으며, 소형 대용량의 교류 및 직류 양용 스위치를 실현할 수 있다.
본 발명의 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 상기 쌍방향 반도체 스위치 소자는 제 1 입력측 단자와 제 1 출력측 단자 사이에 직렬로 접속되고, 기판 표면상에 형성된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 적어도 그 일부분이 상기 기판 표면상에 형성되며, 각각 독립한 제어 신호가 입력되는 제 1 제어 전극 및 제 2 제어 전극을 구비한 횡형의 듀얼 게이트 트랜지스터 구조를 가지고, 상기 제 1 제어 전극과 상기 제 2 제어 전극이 소정의 내 전압을 유지할 수 있는 위치에 배치되어도 좋다.
이것에 의하면, 제 1 제어전극과 제 2 제어전극이 소정의 내전압을 유지할 수 있는 위치에 배치되어 있어, 내압을 유지하는 개소가 1개소이므로, 손실이 적은 양방향 소자를 실현할 수 있고, 또한, 통전시 발열을 낮게 억제할 수 있어, 소형 및 대용량의 교류 및 직류 양용 스위치를 실현할 수 있다.
본 발명의 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 상기 정류부는 반파 정류 회로이며, 상기 정류부를 구성하는 다이오드 애노드가 상기 제 1 입력측 단자에 접속되고, 상기 직류 전원의 정극이 상기 제 1 입력측 단자에 접속되었을 때에만 동작 가능한 구성이어도 좋다.
이것에 의하면，정류부로서 반파 정류 회로를 이용하고 있으므로, 교류 및 직류 양용 스위치가 교류 전원에 접속되어 있을 경우, 반파 정류 회로에 의해 정류된 전력이 전원부를 거쳐 제어부에 정상적으로 전력이 공급된다. 한편, 교류 및 직류 양용 스위치가 직류 전원에 접속되어 있을 경우, 직류 전원의 정극과 부극이 반대로 오 결선되어 있으면, 반파 정류 회로에 의해 제어부에는 전력이 공급되지 않고, 이 교류 및 직류 양용 스위치는 동작하지 않으며, 부하에 전력은 공급되지 않는다. 그 결과, 배선 공사 때에 오 결선인 것을 알 수 있다.
본 발명의 교류 및 직류 양용 스위치는 상기 제 1 출력측 단자와 제 2 출력측 단자 사이에 병렬로 접속된 제 2 정류부와, 해당 제 2 정류부로부터의 출력 전압을 안정된 소정의 전압으로 변환하기 위한 제 2 전원부를 더 구비한 것이어도 좋다.
이것에 의하면，교류 및 직류 양용 스위치의 입력측과 출력측의 쌍방에 정류부와 전원부가 마련되어 있으므로 입력측과 출력측이 한정되지 않고, 어느 쪽에 부하 또는 전원을 접속해도 스위치로서 기능시킬 수 있다. 또한 예를 들면, 직류 전원으로서 축전지를 이용하고, 부하로서 모터를 제어하는 경우 등, 부하 자체가 전원이 될 수 있는 것과 같은 시스템에 적용시키는 것도 가능하다.
본 발명의 교류 및 직류 양용 스위치는, 상기 제 1 입력측 단자와 상기 제 2 입력측 단자에 접속된 전원의 종류가 교류인지 직류인지를 판별하는 전원 종류 판정부와, 판별 결과를 표시시키는 전원 종류 표시부를 더 구비하는 것이어도 좋다.
이것에 의하면，전원 종류 판정부 및 전원 종류 표시부에 의해 각각의 스위치에 접속되어 있는 전원의 종류를 식별할 수 있으며, 사용자에 의한 인식이 용이해지는 동시에, 메인터넌스시의 대응도 용이해진다.
본 발명의 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 상기 전원 종류 판정부는 교류 전압의 제로 크로스를 검출했을 때에 전원의 종류가 교류라고 판정하는 것으로 할 수도 있다.
이것에 의하면， 교류 전압의 제로 크로스가 검출되었을 때에 교류 전원에 접속되어 있다고 판단하므로, 전원 종류 판정부의 구성이 간단해지고, 또한 판단 처리도 용이해진다.
본 발명의 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 상기 전원 종류 판정부에 의해 전원의 종류가 교류라고 판단되었을 경우, 상기 제어부는 상기 전원 종류 판정부에 의한 제로 크로스 검출과 동기시켜서 상기 쌍방향 반도체 스위치 소자를 도통시키기 위한 제어 신호를 출력하는 것이어도 좋다.
이것에 의하면，전원 종류 판정부에 의한 제로 크로스 검출과 동기시켜 쌍방향 반도체 스위치 소자를 도통시키므로, 전압이 낮은 단계에서 쌍방향 반도체 스위치 소자를 도통시키기 때문에 돌입 전류를 저감시킬 수 있다.
본 발명의 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 상기 쌍방향 반도체 스위치 소자에 개폐 접점을 갖는 보조 스위치 소자가 병렬 접속되어 있는 것으로 할 수도 있다.
이것에 의하면，쌍방향 반도체 스위치 소자에 개폐 접점을 갖는 보조 스위치 소자가 병렬 접속되어 있으므로, 통전 능력이 높은 릴레이 등의 보조 스위치 소자를 병용함으로써, 부하 전류의 용량을 대폭 증대시킬 수 있다. 또한, 개폐부를 차단시킬 경우, 먼저 보조 스위치를 차단시킨 후, 쌍방향 반도체 스위치 소자를 차단시킨다. 그렇게 함으로써, 보조 스위치 소자의 개폐 접점은 양방향 반도체 스위치 소자가 도통된 상태(즉, 보조스위치 소자의 개폐접점 양단이 등전위인 상태)에서 열리므로, 직류 전원에 접속되었을 경우에 문제가 되는 아크가 발생하지 않으며, 개폐 접점의 열화에 의한 수명 단축은 발생하지 않는다.
본 발명의 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 상기 쌍방향 반도체 스위치 소자에 개폐 접점을 갖는 보조 스위치 소자가 직렬 접속되어 있는 것으로 하여도 좋다.
이것에 의하면， 쌍방향 반도체 스위치 소자에 개폐 접점을 갖는 보조 스위치 소자가 직렬 접속되어 있으므로, 교류 및 직류 양용 스위치가 오프되어 있을 때, 개폐부는 완전히 차단되어 부하에 전류는 흐르지 않는다.
본 발명의 교류 및 직류 양용 스위치는 외부 장치와의 사이에서 신호를 송수신하기 위한 통신 기능부를 더 구비하여도 좋다.
이것에 의하면，외부 장치와의 사이에서 신호를 송수신하기 위한 통신 기능부를 구비하고 있으므로, 사용자는, 예를 들면, 벽면에 마련된 조작부(벽면 스위치)를 직접 조작할 필요없이, 조명 장치 등의 부하의 온 또는 오프를 원격 제어 또는 자동 제어할 수 있다.
본 발명의 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 상기 통신 기능부는 전력선에 접속된 외부 장치로부터 전력에 중첩시켜 송신된 제어 신호를 검출할 수도 있다.
이것에 의하면， 전력선에 접속된 외부 장치로부터 제어 신호를 전력에 중첩시켜 송신하고, 신호 검출부에 의해 제어 신호를 검출하므로, 전용 통신선이나 무선 송수신기를 불필요하게 할 수 있다.
본 발명의 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 상기 제 2 입력측 단자와 제 2 출력측 단자와 사이에 직렬 접속된 제 2 쌍방향 반도체 스위치 소자를 더 구비하여도 좋다.
이것에 의하면，개폐부가 전력선 양극측에 각각 배치되어 있으므로, 교류 200V 시스템이나 직류 300V의 태양광 발전 등, 보다 높은 대지 전압을 갖고 복수 부분에서의 전력선 단로가 요구되는 전원 시스템에 적합한 스위치를 실현할 수 있다.
본 발명의 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 상기 제 1 출력측 단자와 제 2 출력측 단자는 콘센트 형상일 수도 있다.
이것에 의하면，제 1 출력측 단자와 제 2 출력측 단자가 콘센트 형상이므로, 교류 및 직류 양용 스위치를 부하에 직접 결선하지 않고, 이동 가능한 조명 장치 등, 임의의 부하의 제어가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 교류 및 직류 양용 스위치의 기본 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 상기 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서의 개폐부의 구체예로서, 고 내압형의 종형 트랜지스터 구조의 소자를 역 접속한 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 상기 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서의 개폐부의 구체예로서, 본 출원인이 제안하고 있는 신규의 쌍방향 반도체 스위치 소자를 이용한 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 도 ３에 도시된 쌍방향 반도체 스위치 소자의 구체적 구성을 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 ４에 있어서 Ａ-A 선을 따라 본 단면도이다.
도 6은 상기 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 정류부로서 반파 정류 회로를 이용한 구성예를 도시한 도면이다.
도 7은 상기 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 전원 종류 판정부 및 전원 종류 표시부를 더 구비한 구성예를 도시한 도면이다.
도 8a는 상기 전원 종류 판정부로서, 입력 전압의 제로 크로스를 검출하도록 구성된 구체예를 도시한 도면, 도 8b는 교류 전원에 접속된 경우의 입력 전압과 모니터되는 단자 전압의 파형을 도시한 도면, 도 8c는 직류 전원에 접속된 경우의 입력 전압과 모니터되는 단자 전압의 파형을 도시한 도면, 도 8d는 제로 크로스 검출에 동기하여 개폐부를 도통시킬 경우에 있어서의 각 전압의 파형을 도시한 도면이다.
도 9는 상기 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 쌍방향 반도체 스위치 소자에 기계적인 개폐 접점을 구비한 보조 스위치 소자를 병렬 접속한 구성예를 도시한 도면이다.
도 10은 상기 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 쌍방향 반도체 스위치 소자에 기계적인 개폐 접점을 구비한 보조 스위치 소자를 직렬 접속한 구성예를 도시한 도면이다.
도 11은 상기 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 외부 장치와의 사이에서 신호의 송수신이 가능한 통신 기능부를 마련한 구성예를 도시한 도면이다.
도 12는 상기 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 외부 장치로부터 전력에 제어 신호가 중첩되어 송신되고, 신호 검출부가 제어 신호를 검출하도록 한 구성예를 도시한 도면이다.
도 13은 상기 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 개폐부를 전력선의 양극에 각각 배치한 구성예를 도시한 도면이다.
도 14는 상기 교류 및 직류 양용 스위치에 있어서, 출력측 단자를 콘센트 타입으로 한 구성예를 도시한 도면이다.
도 15a 및 도 15b는 각각 교류 및 직류 양용 스위치의 입력측과 출력측에 각각 정류부 및 전원부를 마련하여, 어느쪽에 부하 또는 전원을 접속해도 스위치로서 기능하도록 한 구성예를 도시한 도면이다.
도 16은 종래의 직류 스위치 구성을 나타내는 회로도이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 교류 및 직류 양용 스위치에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 실시형태에 따른 교류 및 직류 양용 스위치(1)의 기본구성을 나타내는 블럭도이다. 도 １에 있어서, 교류 및 직류 양용 스위치(1)는 교류 전원(2) 또는 직류 전원(3)의 어느 하나와 부하(4)의 사이에 접속되어 사용된다. 교류 및 직류 양용 스위치(1)는 교류 전원(2)의 한쪽 또는 직류 전원(3)의 정극측이 접속되는 제 1 입력측 단자(21)와, 부하(4)가 접속되는 제 1 출력측 단자(41)의 사이에 직렬 접속되는 쌍방향 반도체 스위치로 구성된 개폐부(5)와, 이 제 1 입력측 단자(21)와 교류 전원(2)의 다른쪽 또는 직류 전원(3)의 부극측이 접속되는 제 2 입력측 단자(22)의 사이에 접속된 정류부(6)와, 정류부(6)로부터의 출력 전압을 안정된 소정의 전압으로 변환하기 위한 전원부(7)와, 전원부(7)로부터 공급되는 전력에 의해 교류 및 직류 양용 스위치(1)의 전체를 제어하는 제어부(8)와, 제어부(8)로부터의 제어 신호에 따라 개폐부(5)를 구동시키는 구동부(9)와, 벽면 등에 설치되어 사용자에 의해 조작되는 조작부(10) 등으로 구성되어 있다. 또, 도면부호 “42”는 부하(4)가 접속되는 제 2 출력측 단자를 나타낸다.
본 교류 및 직류 양용 스위치(1)의 내부 전원은, 정류부(6)와 전원부(7)로 구성되어 있으므로, 교류 전원(2)에 접속되어 있을 경우는 정류부(6)를 통해서, 또는 직류 전원(3)에 접속되어 있을 경우는 직류 전원(3)으로부터 직접 전원부(7)에 전력이 공급되므로, 교류 배전 시스템 또는 직류 배전 시스템 중 어디에도 사용할 수 있다. 또한, 교류 및 직류 양용 스위치(1)의 내부 전원은 이것에 한정되지 않고, 스위칭 전원 등 그 밖의 전원 구성이어도 좋다.
조작부(10)로서는, 개폐 접점을 갖는 기계적인 스위치라도 좋고, 적외선이나 전파에 의한 소전력 무선 등을 이용한 리모컨 스위치 등이라도 좋다. 또는, 조작부(10)는 초전도 효과를 이용한 인체 감지 센서 등의 센서나 타이머 등이어도 좋다. 요컨대, 조작부(10)로부터 부하(4)를 온 또는 오프시키기 위한 신호가 출력되면 좋다.
개폐부(5)로서, 입력되는 전류나 전압에 대한 방향 의존성을 갖지 않는 트랜지스터 구조의 쌍방향 반도체 스위치를 사용하고 있기 때문에, 가령 직류 전원(3)의 정극과 부극이 반대로 접속되었을 경우라도, 전류 경로를 분리할 수 있는 것은 부극측이 되지만, 개폐(도통/차단)가 가능하고 스위치 기능이 확보된다. 또한, 상기한 바와 같이, 교류 전원(2)과 직류 전원(3)의 어디에도 접속하여 사용 가능하다. 도 2는 도 1에 있어서의 개폐부(5)의 구체예로서, 쌍방향 반도체 스위치를 고내압형의 종형 트랜지스터 구조의 소자를 역접속하여 구성한 것이다.
이러한 구조에 의하면，일반적인 구조의 스위치 소자, 예를 들면, 입수가 용이하고 저렴한 Si-MOSFET 등을 사용하여 쌍방향 반도체 스위치를 구성할 수 있다. 또는, 동일한 구조로 저손실의 SiC 등의 스위치 소자를 사용하면, 제어 가능한 부하의 대용량화도 가능해진다.
도 ３은 개폐부(5)로서 본 출원인이 제안하고 있는 신규의 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)를 이용하는 구성예를 나타낸다. 이 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)는 쌍방향 제어 가능한 횡형의 싱글 게이트 트랜지스터 소자로 구성되어 있다. 도 4는 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)의 구성을 나타내는 평면도이며, 도 5a는 그의 Ａ-A선을 따라 본 단면도이다.
도 5a에 도시하는 바와 같이, 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)의 기판(120)은 도체층(120a)과 도체층(120a) 상에 적층된 GaN층(120b) 및 AlGaN층(120c)으로 구성되어 있다. 이 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)에서는 채널층으로서 AlGaN/GaN 헤테로 계면에 발생하는 2차원 전자 가스층을 이용하고 있다. 도 ４에 도시하는 바와 같이, 기판(120)의 표면(120d)에는, 전원(2) 또는 (3) 및 부하(4)에 대하여 각각 직렬로 접속된 제 1 전극(D1) 및 제 2 전극(D2)과, 제 1 전극(D1)의 전위 및 제 2 전극(D2)의 전위에 대하여 중간 전위가 되는 중간 전위부(S)가 형성되어 있다.
또한, 중간 전위부(S) 상에는, 제어 전극(게이트)(G)이 적층 형성되어 있다. 제어 전극(G)으로서, 예를 들면, 쇼트키 전극을 이용한다. 제 1 전극(D1) 및 제 2 전극(D2)은 각각 서로 평행하게 배열된 복수의 전극부(111, 112, 113) 및 (121, 122, 123)을 갖는 빗살 형상이며, 빗살 형상으로 배열된 전극부끼리 서로 대향하도록 배치되어 있다. 중간 전위부(S) 및 제어 전극(G)은, 빗살 형상으로 배열된 전극부(111, 112, 113,...) 및 (121, 122, 123,...) 사이에 각각 배치되어 있으며, 전극부 사이에 형성되는 공간의 평면 형상에 닮은 형상, 즉, 대략 물고기 등뼈 형상을 하고 있다.
다음으로, 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)를 구성하는 횡형의 트랜지스터 구조에 대하여 설명한다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 1 전극(D1)의 전극부(111)와 제 2 전극(D2)의 전극부(121)는, 그들의 폭방향에서의 중심선이 동일 선상에 위치하도록 배열되고, 중간 전위부(S)의 대응 부분 및 제어 전극(G1, G2)의 대응 부분은, 각각 제 1 전극(D1)의 전극부(111) 및 제 2 전극(D2)의 전극부(121)의 배열에 대하여 평행하게 마련되어 있다.
상기 폭방향에서의 제 1 전극(D1)의 전극부(111)와 제 2 전극(D2)의 전극부(121)와 중간 전위부(S)의 대응 부분 및 제어 전극(G1, G2)의 대응 부분의 거리는, 소정의 내전압을 유지할 수 있는 거리로 설정되어 있다. 상기 폭방향에 직교하는 방향, 즉, 제 1 전극(D1)의 전극부(111)와 제 2 전극(D2)의 전극부(121)의 길이 방향에 있어서도 마찬가지이다. 또한, 이들의 관계는 그 밖의 전극부(112, 122, 113, 123)에 대해서도 마찬가지이다. 즉, 중간 전위부(S) 및 제어 전극(G1, G2)은, 제 1 전극(D1) 및 제 2 전극(D2)에 대하여 소정의 내전압을 유지할 수 있는 위치에 배치되어 있다.
이렇게 제 1 전극(D1)의 전위 및 제 2 전극(D2)의 전위에 대하여 중간 전위가 되는 중간 전위부(S) 및 이 중간 전위부(S)에 접속되어 중간 전위부(S)에 대하여 제어를 실행하기 위한 제어 전극(G)이, 제 1 전극(D1) 및 제 2 전극(D2)에 대하여 소정의 내전압을 유지할 수 있는 위치에 배치되어 있으므로, 예를 들면, 제 1 전극(D1)이 고 전위측, 제 2 전극(D2)가 저 전위측일 경우에, 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)가 오프인 때, 즉, 제어 전극(G)에 0V의 신호가 인가되었을 때에는, 적어도 제 1 전극(D1)과, 제어 전극(G) 및 중간 전위부(S)의 사이에서 전류는 확실하게 차단된다(제어 전극(게이트)(G)의 바로 아래에서 전류가 저지된다). 한편， 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)가 온일 때, 즉, 제어 전극(G)에 소정의 임계값 이상의 전압의 신호가 인가되었을 때에는, 도 ４ 중에서 화살표로 도시하는 바와 같이, 제 1 전극(D1)(전극부(111, 112, 113,...)), 중간 전위부(S), 제 2 전극(D2)(전극부(121, 122, 123,...))의 경로로 전류가 흐른다. 반대의 경우도 마찬가지이다.
이렇게, 제 1 전극(D1) 및 제 2 전극(D2)에 대하여 소정의 내전압을 유지할 수 있는 위치에 중간 전위부(S)를 형성함으로써, 제어 전극(G)에 인가하는 신호의 임계값 전압을 필요 최저한의 레벨까지 저하시켜도, 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)를 확실하게 온/오프시킬 수 있으며, 저 온저항을 실현할 수 있다. 그리고, 이 신규의 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)를 이용하여 개폐부(5)를 구성함으로써, 제어 신호의 기준(GND)을 중간 전위부(S)와 동전위로 함으로써, 수V의 제어 신호로 구동되는 제어부(8)에 의해, 고전압의 교류 전원(2)이나 직류 전원(3)을 직접 제어할 수 있다.
또한, 채널층으로서 헤테로 계면에 발생하는 2차원 전자 가스층을 이용하고 있는 횡형의 트랜지스터 소자에 있어서는, 소자를 비도통시키는 임계값 전압의 고전위화와 도통시의 온저항은 상반 관계에 있기 때문에, 임계값 전압을 낮게 할 수 있는 것은 온 저항을 낮게 유지할 수 있는 것으로 이어지고, 교류 및 직류 양용 스위치(1)의 소형 고용량화를 실현할 수 있다.
도 6은 도 3에 나타내는 구성의 변형예를 나타낸다. 도 3에 나타내는 구성예에서는, 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)로서 쌍방향 제어 가능한 횡형의 싱글 게이트 트랜지스터 소자를 이용하고, 정류부(6)로서 전파 정류 회로를 이용하고 있지만, 도 6에 나타내는 구성예에서는, 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)로서 쌍방향 제어 가능한 횡형의 듀얼 게이트 트랜지스터 소자를 이용하고, 정류부(6)로서 반파 정류 회로를 이용하고 있다.
도 ５(b)에 도시하는 바와 같이, 횡형의 듀얼 게이트 트랜지스터 소자는, 전원(2) 또는 (3) 및 부하(3)에 대하여 각각 직렬로 접속되고, 기판 표면상에 형성된 제 1 전극(D1) 및 제 2 전극(D2)과, 적어도 그 일부분이 기판 표면상에 형성되어 각각 독립한 제어 신호가 입력되는 제 1 제어 전극(제 1 게이트 전극)(G1) 및 제 2 제어 전극(제 2 게이트 전극)(G2)을 구비하고, 제 1 제어 전극(G1)과 제 2 제어 전극(G2)이 소정의 내전압을 유지할 수 있는 위치에 배치되어 있다. 내압을 유지하는 부분이 한 부분이므로, 손실이 적은 쌍방향 소자를 실현할 수 있다. 이 구성의 소자는 드레인 전극(D1, D2)의 전압을 기준으로서 제어할 필요가 있으며, 2개의 게이트 전극(G1, G2)에 각각 다른 구동 신호를 입력할 필요가 있다(이 때문에 듀얼 게이트 트랜지스터 구조라 부른다).
또한, 직류 전원(3)의 정극이 접속되는 단자(21)에는, 다이오드(61)의 애노드가 접속되어 있다. 교류 및 직류 양용 스위치(1)가 교류 전원(2)에 접속되어 있을 경우, 정류부(6)로서 전파 정류 회로 또는 반파 정류 회로의 어느 것이 이용되더라도, 정류부(6) 및 전원부(7)를 거쳐 제어부(8)에는 정상적으로 전력이 공급된다. 한편， 교류 및 직류 양용 스위치(1)가 직류 전원(3)에 접속되어 있을 경우, 직류 전원(3)의 정극과 부극이 반대로 오결선되어 있으면, 반파 정류 회로의 경우 제어부(8)에는 전력이 공급되지 않고, 이 교류 및 직류 양용 스위치(1)는 동작하지 않으며, 부하(4)에 전력은 공급되지 않는다. 그 결과, 배선 공사시에 오결선된 것을 알 수 있다. 또, 도 6에 나타내는 변형예에서는 직류 전원(3)의 부극이 접속되는 단자(22)에도 다이오드(62)가 접속되어 있지만, 직류 전원(3)의 정극이 접속되는 단자(21)에만 다이오드(61)를 접속해도 마찬가지로 기능한다.
또한, 상기한 바와 같이 구동부(9)는 트랜스포머 등의 절연 구조를 가지고 있으며, 그 1차측이 제어부(8)에, 2차측이 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)의 제어 전극(G1, G2)에 접속되어 있다. 제어부(8)는 조작부(10)로부터의 부하(4)를 온시키기 위한 신호를 수신하면, 구동부(9)의 트랜스포머의 1차측에 소정의 전력을 공급한다. 그러면, 트랜스포머의 2차측에 소정의 전압이 발생하고, 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)의 제어 전극(G1, G2)에 제어 전압이 인가되어, 쌍방향 반도체 스위치 소자(51), 즉, 개폐부(5)가 도통한다. 트랜스포머의 1차측과 2차측 사이가 절연되어 있으므로, 제어부(8)가 파괴되지 않고 개폐부(5)에 고전압으로 대전류를 흐르게 할 수 있다. 또한, 절연 구조는 상기 트랜스포머에 한정되지 않고, 포토커플러 등의 발광 소자와 수광 소자 등을 이용해도 실현할 수 있다.
도 7은 전원 종류 판정부(71) 및 전원 종류 표시부(72)를 구비한 구성예를 나타낸다. 전원 종류 판정부(71)의 구체적인 구성이나 판별 방법은 특별히 한정되지 않지만, 입력 전압을 소정의 배율로 강압하여 얻은 아날로그 값을 제어부(8)에 의해 소정의 임계값과 비교하거나, 혹은 콘덴서나 코일 등을 이용한 직류와 교류를 분리하는 필터 등을 이용하거나 할 수 있다. 전원 종류 표시부(72)의 구체적인 구성이나 표시 방법도 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 발광색이 다른 2종류의 LED를 이용하여, 교류이냐 직류이냐에 따라 점등시킬 LED를 전환하거나, 또는 단일의 LED를 이용하여 교류이냐 직류이냐에 따라 항상 점등 또는 점멸로 전환하거나 할 수 있다. 이렇게, 전원 종류 판정부(71) 및 전원 종류 표시부(72)를 마련함으로써, 교류 전원(2)과 직류 전원(3)이 병존하는 배전 시스템이라도, 각각의 스위치에 접속되어 있는 전원의 종류를 식별할 수 있고, 사용자에 의한 파악이 용이해지는 동시에 메인터넌스시에 있어서의 대응도 용이해진다.
도 8은 전원 종류 판정부(71)로서, 입력 전압의 제로크로스를 검출하도록 구성된 구체예를 나타낸다. 즉, 도 8a에 도시하는 바와 같이, 정류부(6)로부터의 입력 전압을 저항(73, 74)에 의해 분압하고, 분압한 전압을 트랜지스터(75)의 에미터와 베이스 사이에 인가한다. 그리고, 트랜지스터(75)의 콜렉터의 단자 전압을 모니터한다. 교류 및 직류 양용 스위치(1)가 교류 전원(2)에 접속되어 있을 경우, 전원 종류 판정부(71)에는 정류부(6)에 의해 정류된 맥류가 입력되고, 입력 전압이 트랜지스터의 임계값보다도 클 때에 트랜지스터(75)가 온하고, 콜렉터의 단자 전압이 판단용 임계값보다도 낮아지고(LOW) 입력 전압이 트랜지스터의 임계값보다도 작을 때에 트랜지스터(75)가 오프하고, 콜렉터의 단자 전압이 판단용 임계값보다도 높아진다 (HIGH) (도 8b 참조). 따라서, 전원 종류 판정부(71)가 검출 신호(펄스)를 출력하는 것은 입력 전압이 제로크로스하는 전후의 일정한 시간동안이다.
한편，교류 및 직류 양용 스위치(1)가 직류 전원(3)에 접속되어 있을 경우, 입력 전압은 항상 일정하므로, 트랜지스터(75)는 항상 온되고, 콜렉터의 단자 전압은 항상 판단용 임계값보다도 낮은 채로이다(항상 LOW). 따라서, 콜렉터의 단자 전압이 임계값보다도 높은 상태(HIGH)를 정기적으로 나타내면, 교류 및 직류 양용 스위치(1)가 교류 전원(2)에 접속되어 있다고 판단할 수 있다. 이렇게 제로크로스를 검출하도록 구성하면，회로 구성을 비교적 간단히 할 수 있는 동시에, 제어부(8)에 있어서의 판단도 디지털화 된 신호에 의해 행할 수 있으며, 제어부(8)에 있어서의 처리도 용이하게 할 수 있다.
또한, 도 ８(d)에 도시하는 바와 같이, 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)를 온시키는 타이밍(구동부(9)를 구동시키는 타이밍)으로서, 조작부(10)로부터의 온 신호가 아니라, 전원 종류 판정부(71)에 의한 제로크로스 검출과 동기하도록 구성해도 좋다. 이렇게 함으로써，전압이 낮은 단계에서 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)를 도통시키기 때문에 돌입 전류를 저감시킬 수 있다.
도 9는 개폐부(5)를 구성하는 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)에 기계적인 개폐 접점을 구비한 보조 스위치 소자(52)를 병렬 접속한 구성예를 나타낸다. 보조 스위치 소자(52)로서는, 예를 들면, 릴레이 등을 이용할 수 있다. 제어부(8)는 개폐부(5)를 도통시킬 경우, 구동부(9)에 소정의 전력을 공급하거나 소정의 구동 신호를 출력하여, 개폐부(5)의 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)를 먼저 도통시킨 후, 보조 스위치 소자(52)를 도통시킨다. 이렇게, 통전 능력이 높은 릴레이 등의 보조 스위치 소자(52)를 병용함으로써, 부하 전류의 용량을 대폭 증대시킬 수 있다.
개폐부(5)를 차단시킬 경우에는, 먼저 보조 스위치 소자(52)를 차단시킨 후, 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)을 차단시킨다. 그것에 의해, 보조 스위치 소자(52)의 개폐 접점은, 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)가 도통된 상태(즉, 보조 스위치 소자(52)의 개폐 접점 양단이 등전위)인 상태에서 열리므로, 직류 전원(3)에 접속되었을 경우에 문제가 되는 아크가 발생하지 않고, 개폐 접점의 열화에 의한 수명 단축은 발생하지 않는다.
도 10은 개폐부(5)를 구성하는 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)에 기계적인 개폐 접점을 구비한 보조 스위치 소자(53)를 직렬 접속한 구성예를 나타낸다. 보조 스위치 소자(53)로서도, 예를 들면, 릴레이 등을 이용할 수 있다. 제어부(8)는 개폐부(5)를 도통시킬 경우, 구동부(9)에 소정의 전력을 공급하거나 소정의 구동 신호를 출력하여, 개폐부(5)의 보조 스위치 소자(53)의 개폐 접점을 먼저 도통시킨 후, 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)를 도통시킨다. 또한, 개폐부(5)를 차단시킬 경우, 개폐부(5)의 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)를 먼저 차단시킨 후, 보조 스위치 소자(53)를 차단시킨다. 그렇게 함으로써, 개폐부(5)는 완전히 차단되어 부하(4)에 전류는 흐르지 않는다. 즉, 이 교류 및 직류 양용 스위치(1)가 오프되어 있을 때, 부하(4)는 절연된다.
도 11은, 예를 들면, 리모컨 장치 등의 외부 장치(82)와의 사이에서 신호의 송수신이 가능한 통신 기능부(또는 신호 수신부)(81)를 구비한 구성예를 나타낸다. 또한, 도 12는 도 11의 변형예로서, 전력선에 접속된 외부 장치(83)로부터의 제어 신호가 전력에 중첩하여 송신되고, 신호 검출부(84)는 이 제어 신호를 검출하도록 구성되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 사용자는, 예를 들면, 벽면에 마련된 조작부(10)를 직접 조작할 필요없이, 조명 장치 등의 부하(4)의 온 또는 오프를 원격 제어 또는 자동 제어할 수 있다. 특히 후자의 경우에는, 전용의 통신선이나 무선 송수신기가 불필요하게 할 수 있다.
도 13은 개폐부(5)를 전력선의 양극측에 각각 배치한 구성예를 나타낸다. 이 구성에 있어서는 구동부(9)로서 상기 절연 구조를 채용함으로써, 2개의 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)에 동시에 구동 신호를 공급할 수 있고, 또한 2개의 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)의 설치 부분의 자유도를 높일 수 있다. 또한, 개폐부(5)를 두 곳에 마련함으로써, 교류 200V 시스템이나 직류 300V의 태양광 발전 등과 같이 보다 높은 대지 전압을 갖고, 복수 부분에서의 전력선의 단로가 요구되는 전원 시스템에 적합한 스위치를 실현할 수 있다. 또한, 특별히 도시하지 않지만, 예를 들면, 단상 3선이나 삼상 전원의 각 선에, 각각 쌍방향 반도체 스위치 소자에 의한 개폐부를 마련하고, 3개의 개폐부를 동시에 개폐시키도록 구성하는 것도 가능하다.
도 14는 교류 및 직류 양용 스위치(1)를 부하(4)에 직접 결선하지 않고, 이른바 콘센트 타입으로 한 구성예를 나타낸다. 이러한 구성에 의하면, 이동 가능한 조명 장치 등, 임의의 부하 제어가 가능해진다. 이 교류 및 직류 양용 스위치(1)는 기존의 콘센트에 꽂아서 사용되는 어댑터 타입이라도 좋고, 벽면에 매설되는 타입이라도 좋다. 즉, 제 1 출력측 단자(41)와 제 2 출력측 단자(42)는 범용의 콘센트 형상이면 좋다.
도 15a 및 도 15b는 교류 및 직류 양용 스위치(1)의 입력측과 출력측의 각각에 정류부(6) 및 전원부(7)을 마련한 구성예를 나타낸다. 이러한 구성에 의하면，또한 교류 및 직류 양용 스위치(1)의 입력측과 출력측이 한정되지 않고, 어느쪽에 부하 또는 전원을 접속해도 스위치로서 기능시킬 수 있다. 또한, 예를 들면, 직류 전원(3)으로서 축전지를 이용하고 부하(4)로서 모터를 제어할 경우 등, 부하 자체가 전원이 될 수 있는 시스템에 적용시키는 것도 가능하다. 즉, 통상적으로 모터는 축전지로부터의 전력으로 구동되지만, 공전시에는 발전기로서 전력을 발생시킬 수 있다. 그 때는 모터가 전원이 되고 축전지가 부하가 되어 모터에서 발전된 전력으로 축전지를 충전할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 교류 및 직류 양용 스위치(1)에 의하면, 개폐부를 구성하는 스위치 소자로서, 입력되는 전류나 전압에 대한 방향 의존성을 가지지 않는 쌍방향 반도체 스위치 소자(51)를 이용했으므로, 교류 배전 시스템 및 직류 배전 시스템 중 어디에도 사용 가능하다. 또한, 직류 배전 시스템에 사용되었을 경우라도, 양방향 반도체 스위치소자를 이용하고 있으므로, 아크를 발생시키지 않고 개폐가 가능하다. 또한, 아크를 소멸시키기 위한 기구가 불필요하고, 또한 반도체 소자의 소형화에 의해 기존의 교류 배전 시스템용 스위치와의 치환이 가능하다. 또, 본 발명은 상기한 실시 형태의 구성에 한정되는 것은 아니며, 도시된 각 구성예를 임의로 조합할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

Claims (15)

  1. 교류 전원 또는 직류 전원과 부하 사이에 접속되어, 부하로의 전력 공급을 제어하는 교류 및 직류 양용 스위치로서,
    전원에 접속되는 제 1 입력측 단자와 부하에 접속되는 제 1 출력측 단자와의 사이에 직렬 접속된 트랜지스터 구조의 쌍방향 반도체 스위치 소자와,
    상기 제 1 입력측 단자와 제 2 입력측 단자 사이에서 상기 전원에 병렬로 접속된 정류부와,
    상기 정류부로부터의 출력 전압을 안정된 소정의 전압으로 변환하기 위한 전원부와,
    상기 전원부로부터 공급되는 전력에 의해 상기 교류 및 직류 양용 스위치의 전체를 제어하는 제어부와,
    상기 제어부로부터의 제어 신호에 따라 상기 쌍방향 반도체 스위치 소자를 도통시키는 구동부와,
    상기 제 1 입력측 단자와 상기 제 2 입력측 단자에 접속된 전원의 종류가 교류인가 직류인가를 판별하는 전원 종류 판정부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 교류 및 직류 양용 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 쌍방향 반도체 스위치 소자는 두 개의 고내압 종형 트랜지스터 구조의 스위치 소자를 역접속한 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 교류 및 직류 양용 스위치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 쌍방향 반도체 스위치 소자는,
    상기 제 1 입력측 단자와 상기 제 1 출력측 단자 사이에 직렬로 접속되고, 기판 표면상에 형성된 제 1 전극 및 제 2 전극과,
    적어도 그 일부분이 상기 기판 표면상에 형성되고, 상기 제 1 전극의 전위 및 상기 제 2 전극의 전위에 대하여 중간 전위가 되는 중간 전위부와,
    적어도 그 일부분이 상기 중간 전위부 상에 접속되고, 상기 중간 전위부에 대하여 제어를 행하기 위한 제어 전극
    을 구비한 횡형의 싱글 게이트 트랜지스터 구조를 가지며,
    상기 중간 전위부 및 상기 제어 전극이, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 대하여 소정의 내전압을 유지할 수 있는 위치에 배치되어 있는 것
    을 특징으로 하는 교류 및 직류 양용 스위치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 쌍방향 반도체 스위치 소자는,
    상기 제 1 입력측 단자와 상기 제 1 출력측 단자 사이에 직렬로 접속되고, 기판 표면상에 형성된 제 1 전극 및 제 2 전극과,
    적어도 그 일부분이 상기 기판 표면상에 형성되고, 각각 독립한 제어 신호가 입력되는 제 1 제어 전극 및 제 2 제어 전극
    을 구비한 횡형의 듀얼 게이트 트랜지스터 구조를 갖고,
    상기 제 1 제어 전극과 상기 제 2 제어 전극이 소정의 내전압을 유지할 수 있는 위치에 배치되어 있는 것
    을 특징으로 하는 교류 및 직류 양용 스위치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정류부는, 반파 정류 회로로서, 상기 정류부를 구성하는 다이오드의 애노드가 상기 제 1 입력측 단자에 접속되고 상기 직류 전원의 정극이 상기 제 1 입력측 단자에 접속되었을 때에 동작 가능한 것을 특징으로 하는 교류 및 직류 양용 스위치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 출력측 단자와 제 2 출력측 단자 사이에서 상기 부하에 병렬로 접속된 제 2 정류부와,
    상기 제 2 정류부로부터의 출력 전압을 안정된 소정의 전압으로 변환하기 위한 제 2 전원부
    를 더 구비하고,
    상기 제어부는 상기 전원부 및 제 2 전원부 중 어느 하나로부터 공급되는 전력에 의해 스위치 전체를 제어하는 것을 특징으로 하는 교류 및 직류 양용 스위치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원 종류 판정부에 의한 판별 결과를 표시하는 전원 종류 표시부
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 교류 및 직류 양용 스위치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전원 종류 판정부는 교류 전압의 제로크로스를 검출했을 때에, 전원의 종류가 교류라고 판단하는 것을 특징으로 하는 교류 및 직류 양용 스위치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전원 종류 판정부에 의해 전원의 종류가 교류라고 판정된 경우, 상기 제어부는 상기 전원 종류 판정부에 의한 제로크로스 검출과 동기시켜서 상기 쌍방향 반도체 스위치 소자를 도통시키기 위한 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 교류 및 직류 양용 스위치.

  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 쌍방향 반도체 스위치 소자에 개폐 접점을 갖는 보조 스위치 소자가 병렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 교류 및 직류 양용 스위치.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 쌍방향 반도체 스위치 소자에 개폐 접점을 갖는 보조 스위치 소자가 직렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 교류 및 직류 양용 스위치.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부 장치와의 사이에서 신호를 송수신하기 위한 통신 기능부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 교류 및 직류 양용 스위치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 통신 기능부는 전력선에 접속된 외부 장치로부터 전력에 중첩되어 송신된 제어 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 교류 및 직류 양용 스위치.
  14. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 입력측 단자와 제 2 출력측 단자의 사이에 직렬 접속된 제 2 쌍방향 반도체 스위치 소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 교류 및 직류 양용 스위치.
  15. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 출력측 단자와 제 2 출력측 단자는 콘센트 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 교류 및 직류 양용 스위치.
KR1020117030613A 2009-06-17 2010-06-14 교류 및 직류 양용 스위치 KR101364913B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009144382A JP5501667B2 (ja) 2009-06-17 2009-06-17 交流・直流両用スイッチ
JPJP-P-2009-144382 2009-06-17
PCT/IB2010/001417 WO2010146433A1 (ja) 2009-06-17 2010-06-14 交流・直流両用スイッチ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120014930A KR20120014930A (ko) 2012-02-20
KR101364913B1 true KR101364913B1 (ko) 2014-02-19

Family

ID=43355937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117030613A KR101364913B1 (ko) 2009-06-17 2010-06-14 교류 및 직류 양용 스위치

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8890371B2 (ko)
EP (1) EP2445093B1 (ko)
JP (1) JP5501667B2 (ko)
KR (1) KR101364913B1 (ko)
CN (1) CN102804568B (ko)
CA (1) CA2765943C (ko)
TW (1) TWI440287B (ko)
WO (1) WO2010146433A1 (ko)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2515439A1 (en) * 2011-04-18 2012-10-24 Philips Intellectual Property & Standards GmbH Semiconductor switch with reliable blackout behavior and low control power
JPWO2013099053A1 (ja) * 2011-12-28 2015-04-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 マルチレベルインバータ装置
US20140146576A1 (en) * 2012-11-27 2014-05-29 System General Corp. Dual gate drive circuit for reducing emi of power converters and control method thereof
CN103474473B (zh) * 2013-09-10 2016-02-03 深圳市华星光电技术有限公司 一种薄膜晶体管开关及其制造方法
US10380933B2 (en) 2014-02-07 2019-08-13 Samsung Electronics Company, Ltd. Display with high transparency
CN105471233A (zh) * 2014-08-20 2016-04-06 中兴通讯股份有限公司 交流电源瞬断触发装置
TWI528714B (zh) 2014-08-25 2016-04-01 盈正豫順電子股份有限公司 閘流體直流開關之快速截止裝置及其操作方法
TWI533603B (zh) 2014-09-02 2016-05-11 盈正豫順電子股份有限公司 閘流體交流開關之快速截止裝置及其操作方法
KR102195993B1 (ko) * 2014-10-31 2020-12-30 엘지디스플레이 주식회사 표시장치 및 이를 구비한 전자제품, 외부전원장치
CN104485855A (zh) * 2014-12-24 2015-04-01 黎香林 一种电机驱动电路
US9666977B2 (en) 2015-07-29 2017-05-30 Abb Schweiz Ag Direct current socket with direct current arc protection
CN105553296A (zh) * 2015-12-16 2016-05-04 深圳市新国都支付技术有限公司 一种电源兼容电路
US9965370B2 (en) * 2015-12-24 2018-05-08 Intel Corporation Automated detection of high performance interconnect coupling
JP2017157431A (ja) * 2016-03-02 2017-09-07 富士電機機器制御株式会社 漏電遮断器
CN109314511B (zh) * 2016-05-12 2023-10-20 因特莱索有限责任公司 电子开关和调光器
KR102558973B1 (ko) 2017-01-18 2023-07-24 삼성디스플레이 주식회사 트랜지스터 표시판
KR102185036B1 (ko) * 2018-04-30 2020-12-01 엘에스일렉트릭(주) 차단기 제어 모듈
US11056981B2 (en) 2018-07-07 2021-07-06 Intelesol, Llc Method and apparatus for signal extraction with sample and hold and release
US11581725B2 (en) 2018-07-07 2023-02-14 Intelesol, Llc Solid-state power interrupters
US11671029B2 (en) 2018-07-07 2023-06-06 Intelesol, Llc AC to DC converters
US11205011B2 (en) 2018-09-27 2021-12-21 Amber Solutions, Inc. Privacy and the management of permissions
US11334388B2 (en) 2018-09-27 2022-05-17 Amber Solutions, Inc. Infrastructure support to enhance resource-constrained device capabilities
US10985548B2 (en) 2018-10-01 2021-04-20 Intelesol, Llc Circuit interrupter with optical connection
US11349296B2 (en) 2018-10-01 2022-05-31 Intelesol, Llc Solid-state circuit interrupters
CN113455105B (zh) 2018-12-17 2024-06-28 因特莱索有限责任公司 Ac驱动的发光二极管系统
US11551899B2 (en) 2019-05-18 2023-01-10 Amber Semiconductor, Inc. Intelligent circuit breakers with solid-state bidirectional switches
JP2021016269A (ja) * 2019-07-12 2021-02-12 株式会社ベネテックス 蓄電システムおよび充電方法
EP4088125A4 (en) 2020-01-21 2024-03-06 Amber Semiconductor, Inc. SMART CIRCUIT INTERRUPTION
US11670946B2 (en) 2020-08-11 2023-06-06 Amber Semiconductor, Inc. Intelligent energy source monitoring and selection control system
US12113525B2 (en) 2021-09-30 2024-10-08 Amber Semiconductor, Inc. Intelligent electrical switches

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08149826A (ja) * 1994-11-25 1996-06-07 Matsushita Electric Works Ltd 電力変換装置
JP2001157380A (ja) * 1999-11-26 2001-06-08 Densei Lambda Kk Ｕｐｓに設置した通信機能付き増設バッテリーボックス
JP2003304145A (ja) * 2002-04-12 2003-10-24 Toko Inc 双方向性直流電子スイッチ装置
JP2005006478A (ja) * 2003-06-16 2005-01-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 双方向スイッチ回路およびモータ駆動装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0124822Y2 (ko) * 1979-11-20 1989-07-26
JPS6046575B2 (ja) * 1980-06-12 1985-10-16 松下電工株式会社 出力ハイブリツド型ソリツド・ステ−ト・リレ−
CN2079393U (zh) * 1990-08-09 1991-06-19 中国环宇电子联合公司开封无线电一厂 节能宽稳压交直流黑白电视机
US5610807A (en) * 1994-10-14 1997-03-11 Matsushita Electric Works, Ltd. Power converting system with a plurality of charging capacitors
JPH08308217A (ja) * 1995-04-27 1996-11-22 Canon Inc Ｄｃ／ｄｃコンバータ
TW200525849A (en) * 2004-01-23 2005-08-01 Hewlett Packard Development Co Snubber circuit
US20050162139A1 (en) 2004-01-23 2005-07-28 Mark Hirst Alternating current switching circuit
US7465997B2 (en) * 2004-02-12 2008-12-16 International Rectifier Corporation III-nitride bidirectional switch
JP4473029B2 (ja) 2004-03-31 2010-06-02 新電元工業株式会社 直流スイッチ
JP4736862B2 (ja) * 2006-03-03 2011-07-27 トヨタ自動車株式会社 車両、電力授受方法および電気装置
US7619365B2 (en) * 2006-04-10 2009-11-17 Lutron Electronics Co., Inc. Load control device having a variable drive circuit
JP2008153748A (ja) * 2006-12-14 2008-07-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 双方向スイッチ及び双方向スイッチの駆動方法
JP2009124667A (ja) * 2007-01-25 2009-06-04 Panasonic Corp 双方向スイッチ及びその駆動方法
US7595680B2 (en) 2007-01-25 2009-09-29 Panasonic Corporation Bidirectional switch and method for driving the same
CN201039758Y (zh) * 2007-06-04 2008-03-26 王宗兴 交直流两用电暖坎肩

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08149826A (ja) * 1994-11-25 1996-06-07 Matsushita Electric Works Ltd 電力変換装置
JP2001157380A (ja) * 1999-11-26 2001-06-08 Densei Lambda Kk Ｕｐｓに設置した通信機能付き増設バッテリーボックス
JP2003304145A (ja) * 2002-04-12 2003-10-24 Toko Inc 双方向性直流電子スイッチ装置
JP2005006478A (ja) * 2003-06-16 2005-01-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 双方向スイッチ回路およびモータ駆動装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010146433A1 (ja) 2010-12-23
EP2445093A4 (en) 2014-01-15
EP2445093B1 (en) 2015-09-23
TWI440287B (zh) 2014-06-01
JP2011004493A (ja) 2011-01-06
TW201106623A (en) 2011-02-16
CN102804568A (zh) 2012-11-28
CA2765943C (en) 2015-12-15
US8890371B2 (en) 2014-11-18
EP2445093A1 (en) 2012-04-25
US20120086427A1 (en) 2012-04-12
KR20120014930A (ko) 2012-02-20
CN102804568B (zh) 2015-01-28
JP5501667B2 (ja) 2014-05-28
CA2765943A1 (en) 2010-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101364913B1 (ko) 교류 및 직류 양용 스위치
JP5634240B2 (ja) 漏電検出遮断器
KR101379157B1 (ko) 부하 제어 장치
TWI412295B (zh) 負載控制器
KR101258028B1 (ko) 부하 제어 장치
KR20130109879A (ko) 직류배전용 전자식 스위치
US8779837B2 (en) Load control device
JP5412417B2 (ja) 電子リレー
JP5358350B2 (ja) 負荷制御装置
JP5129763B2 (ja) 負荷制御装置
KR102145353B1 (ko) 수배전반의 고전압 스위치용 전원백업장치
US20160043640A1 (en) Switch mode power supply with a cascode circuit
KR101166316B1 (ko) 부하 제어 장치 및 그것을 이용하는 부하 제어 시스템
JP5853183B2 (ja) 負荷制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170103

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180104

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190107

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200107

Year of fee payment: 7