TW201106623A - Switch usable for AC and DC power source - Google Patents

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201106623 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種交流-直流兩用開關，特別是有關 於一種用來將交流或直流電力供應至負载、且可停止負载 的電力供應的交流-直流兩用開關。 【先前技術】 先前，一般家庭中為了將電力供應至各種電氣機5|， 使用以商用電源為中心的交流配電系統。近年，利用 家庭用的太陽電池(太陽光發電）、燃料電池或蓄電池等的 直流分散電源已逐漸普及。又，為了使各別的電氣機器中 的交流電力轉換為直流電力時的電力損失減低，亦建議導 入家庭用直流配電系統。此種情況下，除了先前的交流配 電系統以外，也需要同時設置直流配電系統。 在交流配電系統的情況下，由於半週期中存在一次電 流零點（零穿越(zer〇 cr〇ss)點）’使用一種使接點開閉之類型 的可容易地切斷電流。然而’在直流配電系統中， 電流零點不存在，由於在比較低壓(例如，40V左右)下切 斷時會發生電汰(arc)，所以須使接點輯變長、或具備電 =等的消弧功能；在與交流配電系_ _ _較下， 電系統用的開關本身需大型化。又，在太陽光發電 i效場合，由於是具魏百簡的高電壓，若要 切斷H只有使接點轉變長是喊的，亦要求 ^的’肖弧功能。因此，現存的交流配電系統用的開關 *置換成J：流gn统用的開關，或直流配電系統用 4 201106623 的開，不^併設至現存的交流配電系制的開關 外，混合μ同大小的開_使外觀的 設計的觀點而言亦不佳。 耳田門。15 此處’專利文獻1中建議—插 關，JL估田Α氣種不發生電弧的直流開 關，、使用如圖16所不的金屬氧化石夕電 (觀㈣）。此種先前的直流開關中，m〇sfet=3 極必須連接至錢f源的_，U在貞極射可將^ 流路徑切離ϋ若考慮由於感料需要對人 護，則較佳是可在具有電鱗徑的電位側將電流路徑切 離。又，若錯誤地將直流電源的極性予以誤連接，由 流將經由M〇SFET部中所存在的二極體而流動，則= MOSFET部在功能上不能用作開關。又，直流電源是蓄電 池，並且，使用在此直流開關進行充放電的位置時，雖然 電壓是直流，但由於充電和放電時電流的流動方向相反^ 則MOSFET之類的開關功能只有在單側進行，作為開關時 功能不完全。又，此種直流開關不能使用在每個半週期中 電流的流動方向相反的交流電源系統。 【專利文獻1】日本專利特開2005-293317號公報 【發明内容】 本發明是為了解決上述先前例的問題而設計，目的是 提供一種交流-直流兩用開關，可使用在交流配電系統和直 流配電系統的任一種。使用在直流配電系統時，可不發生 電弧而開閉，且可容易地與現存的交流配電系統用開關進 行置換。 201106623 為了達成上述目的，本發明提供一種交流-直流兩用開 關’連接在交流電源或直流電源和負載之間，以控制對該 負載的電力供應。此交流-直流兩用開關包括：電晶體構造 的雙向半導體開關元件，串聯在連接至電源的第1輸入侧 端子和連接至負載的第1輸出側端子之間；整流部，並聯 在所述第1輸入側端子和第2輸入側端子之間；電源部， 將由所述整流部而來的輸出電壓轉換成穩定的規定的電 壓；控制部，藉由所述電源部所供應的電力，以控制該交 流-直流兩用開關的全體；以及驅動部，依據由所述控制部 而來的控制信號，使所述雙向半導體開關元件導通。 依據本發明’由於使用電晶體構造的雙向半導體開關 來控制對負載的電力供應，因此，對輸入的電流或電壓的 方向依存性並不存在，可連接至交流電源和直流電源的任 一個來使用。又，即使直流電源的正極和負極反接時，亦 可開閉（導通/切斷），以確保開關的功能。又，即便使用在 直流配電系統中時’由於使用雙向半導體開關元件，則亦 可不發生電弧而進行開閉。又，並不需要用來消除電弧的 機構，且藉由半導體元件的小型化，則可與現有的交流配 電系統用開關進行置換。 一本發明的交流-直流兩用開關中，上述雙向半導體開關 元件亦可具有.由2個高耐壓縱型電晶體構造的開關元件 反向連接而成的構造。 _依據此種發明，由於將高耐壓型的縱型電晶體構造的 凡件反向連接來構成雙向半導體關，則可使用—般構造 6 201106623 的開關元件，例如，可使用容易取得且便宜的矽-m〇sfet 等，以構成雙向半導體開關。或是，同樣的構造下，若使 用低損耗的sic等的開關元件’則可控制的負载亦可大容 量化。 本發明的交流-直流兩用開關中，上述雙向半導體開關 元件具有橫型的電晶體構造，包括：第！電極和第2電極， 串聯在第1輸入侧端子和第1輸出側端子之間且形成在基 板表面上；巾間電㈣’至少-部舞成在所述基板表二 上’且對所述第1電極的電位和所述第2電極的電位成為 中間電位；以及控制電極，至少一部份連接至所述中間電 位部上，且用來進行對所述中間電位部的控制。所述中間 電位部和所述控制電極配置在對所述第丨電極和所述第2 電極維持在規定的耐電壓的位置處。 據此，由於中間電位部形成在對第丨電極和第2電極 ，持在規定的耐電壓的位置處，則即使施加至控制電極的 L號的門限(threshold)值電壓下降至所需的最低限的位準 ，止，亦可確實地使雙向半導體開關元件導通或關閉，可 實現低的導通電阻。結果是，可將導通時的發熱量抑制成 較低，可實現小型·大容量的交流-直流兩用開關。 本發明的交流-直流兩用開關中，上述雙向半導體開關 元件亦可具有橫型的雙閘極(dual gate)電晶體構造，包括： 第1電極和第2電極，分別串聯至電源和負載且形成在基 板表面上，以及第1控制電極和第2控制電極，至少一部 份形成在所述基板表面上，且各別輸入有獨立的控制信 201106623 ί定：ίϊ 1控制電極和所述第2控魏極配置在可維持 規疋的耐電壓的位置處。 心目ί此’由於第1控制電極和第2控制電極配置在可維 ”電壓的位置處’且維持耐壓的場所位於一個場 ㈣貫現損失少的雙向元件。又，通電時的發熱量可 抑制^低’:實現小型.大容量的交流·直流兩用開關。 、.發明的交流直流兩用開關中，亦可形成為如下的構 成.即’所述整流部是半波整流電路，構成所述整流部的 二極體的陽極連接至所述第i輸人側端子，所述直流電源 的正極只有在連接至所述第1輸入側端子時才可動作。 據此，由於使用半波整流電路作為整流部，在交流_ 直流兩用開關連接至交流電源時，由半波整流電路所整流 的電力經由電源部而正常地將電力供應至控制部。另一方 面，在父流-直流兩用開關連接至直流電源時，若直流電源 的正極和負極反向地誤連接，則藉由半波整流電路而使電 力不供應至控制部，使該交流·直流兩用開關不動作，電力 未供應至負載。結果是，可知道配線過程時的誤連接。 本發明的父流-直流兩用開關亦可更包括：第2整流 部，並聯在所述第1輸出側端子和一第2輸出側端子之間； 以及弟2電源部’將該第2整流部而來的輸出電壓轉換成 穩定的規定的電壓。 據此’由於整流部和電源部設置在交流-直流兩用開關 的輸入側和輸出側的雙方，則輸入侧和輸出側不受限定， 負載或電源連接至任一側都可達成開關的功能。又，例如， 8 201106623 在使用蓄f池作為直流_，且 達的情況等，本發明亦可負載而控制馬 的系統中。 肖於負载本身成為電源而得到 本發明的交流.直流兩㈣關亦 所述第1輸入側端子和第二 出判別結果。 …及電源種類顯示部’顯示 據此，藉由電__別部和電源種類顯示部 ，則可 判別連接至各職_電源_類，使用者可容易地認識 電源且維護時的應對亦變得容易。 本發明的交流直流兩用開關中，所述電源種類判別部 在偵測出交流電源的零穿越時’將電源的種類判斷成交流。 據此，由於偵測出交流電源的零穿越時判斷成連接至 交流電源，貞彳㈣麵剩部的構錢成_單，且判斷 處理亦較容易。 本發明的父流-直流兩用開關中，藉由所述電源種類判 別部而判斷電源的種類為交流時，所述控制部輸出一控制 4 3虎，所述控制彳§ 5虎與所述電源種類判別部所進行的零穿 越偵測為同步、且用來使所述雙向半導體開關元件導通。 據此’由於與所述電源種類判別部所進行的零穿越偵 測同步地使雙向半導體開關元件導通，則在電壓是低的階 段時、雙向半導體開關元件導通，這樣可使突入電流減低。 本發明的交流-直流兩用開關中，具有開閉接點的輔助 開關元件亦可並聯至所述雙向半導體開關元件。 9 201106623 半導=關關聯至雙向 等的辅助繼件，可大_加貞 f開閉部斷開的情況下，首先將輔助開關 向半導體開關元件斷開。藉此，由於輔 …、後將又 接點在雙向半導體開關元件導通的狀態(： 的開閉接點兩端為等電位的狀態)下打 、開關兀件 源的情況下成為問綱祕不會發生，^則連接至直流電 造成的壽命縮短亦不會發f @閉接點的劣化所 本發明的交流-直流兩用開關中， 開關元件亦可串聯至所述雙向半導體=:接點的辅助 據此，由於具有開閉接點的輔助 哔疋全斷開’電流不流經負載。 丁闹閉 本發明的交流-直流兩用開關中， 部，與外部裝置之間進行發信和受信。已括1^功能 據此，由於具備用來與外部裝 的通信功能部，則使歸不用直接操=進行發信和受信 操作部(壁面開關)’即可對照明裝置壁面的 閉進行遙控或自動控制。裝置相負載的導通或關 發送的控』i 装置而來之重疊在電力上而 據此’由連接至電力線的外部裝置將電力重疊而發送 201106623 ，制信號，藉由信號偵測部來偵測該控制信號，因此可不 需要專用的通信線或無線收發信器。 一本發明的交流-直流兩用開關中，亦可更包括第2雙向 半導體開關元件，其串聯在所述第2輸入側端子和一第2 輸出側端子之間。 —據此，由於開閉部各別配置在電力線的兩極側，則可 實，一種具有交流2 〇 〇伏(V)系統或直流3 〇 〇伏的太陽光發 電等、更高的對地電壓的開關，其適用於多個場所之電力 、線的斷路所要求的電源系統。 本發明的交流-直流兩用開關中，所述第i輸出側端子 洋第2輸出侧端子亦可具有共同中心(concentric type)的形 狀。 據此’第1輸出側端子和第2輸出側端子由於具有共 同中心的形狀，則交流-直流兩用開關不直接連接至負載， 可控制能移動的照明裝置等任意的負載。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 【實施方式】 以下’將參照圖面來說明本發明之一實施形式的交流-直流兩用開關。圖1顯示本發明之一實施形式的交流-直流 兩用開關1的基本構成的方塊圖。在圖1中，交流-直流兩 用開關1連接在交流電源2或直流電源3的任一方和負載 4之間來使用。交流-直流兩用開關1在構成上包括：開閉 201106623 部5，其由串聯在連接有交流電源2的一方或直流電源3 的正極側的第1輸入側端子2卜和連接有負載4的第！輸 出側端子41之間的雙向半導體開關所構成；整流部6，其 連接在該第1端子2卜和連接有交流電源2的另一方或直 流電源3的負極側的第2輸入側端子22之間；電源部7， 其將由整流部6而來的輸出電壓轉換成穩定的規定的電 壓；控制部8，藉由電源部7所供應的電力，以控制該交 流-直流兩用開關1的全體；驅動部9，依據由控制部8而 來的控制信號，使開閉部5受到驅動；以及操作部1〇，設 置在壁面等且由使用者來操作。又，符號42表示連接有負 載4的第2輸出側端子。 該交流·直流兩用開關1的内部電源是由整流部6和電 源部7所構成。當連接至交流電源2時，經由整流部6而 供應電力至電源部7 ;或，當連接至直流電源3時，由直 流電源3直接將電力供應至電源部7，因此，該交流-直流 兩用開關1可使用在交流配電系統或直流配電系統的任一 方。又，該交流-直流兩用開關丨的内部電源不限定於上述 形式，亦可由切換式(switching)電源等的其它電源來構\ 作為操作部10,其可以是具有開閉接點的機 = 關、亦可以是利用了由紅外線或電磁波的小型電盔^ 的遙控開關等。或是，操作部10亦可以是利用了 =筹 (pyro-electric)效果的人體感測式感測器等的二*1 器(timer)等。重要的是，可由操作部1〇輪田5定Θ 導通或關閉的信號即可。 來使負栽< 12 201106623 作為開閉部5,由於使用對輸入的電流或電壓不具有 方向依存性的電晶體構造的雙向半導體開關，則即使假設 ^机電源3的正極和負極反向連接，亦可將電流路徑切 離，在變為負極側時仍然可開閉（導通/斷開），以確保開關 功此。又’如上所述，使用時可連接至交流電源2和直流 電源3的任一方。圖2顯示將高耐壓型的縱型電晶體構造 的元件反向連接而構成雙向半導體開關，以作為圖1的開 閉部5的具體例。依據此種構造，可使用一般構造的開關 元件’例如，容易取得且便宜的矽_河〇81?^1，以構成雙向 半導體開關。歧，同樣的構造下若使用低損耗的SiC等 的開關元件，則可控制的負載亦可大容量化。 圖3顯示使用本案申請人所提出的新穎的雙向半導體 開關元件51的構成例，以作為開閉部5。該雙向半導體開 關兀件51是以可雙向控制的橫型之單閘極電晶體元件來 構成。圖4是雙向半導體開關元件51的構成的平面圖。圖 5(a)是圖4中沿A-A方向的切面圖。 如圖5(a)所示，雙向半導體開關元件51的基板12〇是 由導體層120a、以及積層在導體層12〇a上的（^]^層12〇b 與AlGaN層120c所構成。該雙向半導體開關元件51中， 使用AlGaN/GaN異質(hetero)界面中所生成的2維電子氣 體層來作為通道(channel)層。如圖4所示，基板12〇的表 面120d上形成有：第1電極D1和第2電極D2，其分別 串聯於電源2或3以及負載4 ;以及中間電位部s，其相 對於第1電極D1的電位和第2電極D2的電位而成為中間 13 201106623 電位。又，中間電位部s上以積層形式形成有控制電極(閘 極)G。例如，使用蕭特基(Schottky)電極作為此控制電極 G。第1電極D1和第2電極D2呈現梳齒狀，其具有多個 分別互相平行而排列的電極部111、112、113...和121、 122、123".，且第1電極D1和第2電極D2配置成使排列 成梳齒狀的電極部相互之間互相對向。中間電位部S及控 制電極G分別配置在排列成梳齒狀的電極部Hi、u2、 U3.·.和12卜122、123…之間，且具有與形成在電極部之 間的空間的平面形狀相似的形狀(大致成魚背骨狀）。 其次’對構成雙向半導體開關元件5丨之橫型的電晶體 構造進行說明。如圖4所示，第1電極D1的電極部U1 和第2電極D2的電極部121配置成使其寬度方向中的中 心線定位在同—線上’且巾間電位部S的對應部份及控制 電極G的對應部份分別對第1電極D1的電極部⑴和第 2電極D2的電極部121白勺排列成平行而設置著。上述寬度 f向中’第1電極D1的電極部m、第2電極D2的電極 P 121巾間電位部s的對應部份、以及控制電極〇的對 應部份的距離是：設定成可維持規定的耐電壓的距離。與 上述寬度方向正交的方向，即，第丨電極〇1的電極部川 和第2電極D2的電極部121的長度方向，亦屬同樣情况。 士，這些關係就其它的電極部m和m、II3和123·..而 §亦相同。即，中間電位部S和控制電極G相對於第1電 極D1和第2電極D2而言，亦配置在可維持規定的耐電壓 的位置。 201106623 於是，對第1電極D1的電位和第2電極D2的電位成 為中間電位的中間電位部S、以及連接至該中間電位部s 的用來控制該中間電位部S的控制電極G，相對於第1電 極D1和第2電極D2而言，配置在可維持規定的耐電壓的 位置’因此，例如在第1電極D1處於高電位側、且第2 電極D2處於低電位侧的情況下，雙向半導體開關元件51 關閉時’即，〇伏的信號施加至該控制電極G時，至少第 1電極D卜控制電極g以及中間電位部s之間，電流確實 地被切斷（電流在控制電極（閘極)G的下方被阻止）。另一方 面，雙向半導體開關元件51導通時，即，施加規定的門限 值（threshold value)以上的電壓的信號至控制電極g時， 如圖4的箭頭所示，第1電極Dl(電極部in、112、113…）、 中間電位部S、第2電極D2(電極部12卜122、123...)的 路控中有電流流動。即使相反的情況下亦相同。 於是’藉由將中間電位部S形成在對第丨電極D1和 第2電極D2而言可維持規定的财電壓的位置，則即使將 施加至控制電極G的信號的門限值電壓下降至必要的最低 限度的位準，雙向半導體開關元件51仍可確實地導通/斷 開，可貫現低導通電阻。然後，使用該新賴的雙向半導體 開關元件51來構成開閉部5，使控制信號的基準(gnd)成 為與中間電位部S同電位，於是，藉由數伏的控制信號所 驅動的控制部8 ’可直接控制南電壓的交流電源2或直流 電源3。又，橫型的電晶體元件利用異質界面中所生的2 維電子氣體層以作為通道層，此種橫型的電晶體元件中， 15 201106623 由於使元件不導通的門限值電壓的高電位化和導通時的導 通電阻具有相反關係，則可使門限值電壓變低，這是指： 可將導通電阻維持於較低值，以實現交流_直流兩用開關j 的小型高容量化。 圖6是圖3所示的構成的變形例。在圖3所示的構成 例中，使用可雙向控制的橫型的單閘極電晶體元件作為雙 向半導體開關元件51，且使用全波整流電路作為整流部 6;然而，圖6所示的構成例中，亦可使用可雙向控制的橫 型的雙閘極電晶體元件作為雙向半導體開關元件51，且使 用半波整流電路作為整流部6。如圖5(b)所示，橫型的雙 閘極電晶體元件具備：第丨f#D1和第2電極M，其^ 別串聯至電源2或3和負載4且形成於基板表面上；以^ 第1控制電極(第i閘極)(31和第2控制電極(第2間極)必 其至少-部份形成在基板表面上，且分職人有獨立的巧 制信號，第1控制電極G1和第2控制電極G2配 = 持規定的耐電壓的位置。由於可維持_的場所是一個p 所’因此可實現損耗少的雙向元件。此種構成的元件須要 D2的電壓作為基準來進行控制，須將不同的 爾入至2個_ G1、G2(因此稱為雙問極電 又’直流電源3的正極所連接的端子21連 61的陽極。在交流_直流兩用開 一。豆 亦可―部6和電源部7而正常地將電=== 201106623 制部8。另一方面，在交流-直流兩用開關i連接至直流電 源3時，若直流電源3的正極和負極相反地形成錯誤連接， 則在半波整流電路的情況下，電力將不供應至控制部8， 該父流-直流兩用開關1不動作，電力未供應至負載4。結 果，可知道配線過程時的錯誤連接。又，在圖6所示的變 形例中，直流電源3的負極所連接的端子22亦連接著二極 體62，但亦可只將二極體61連接至直流電源3的正極所 連接的端子21，此時功能相同。 又，如上所述，驅動部9具有變壓器等的絕緣構造， 支壓器的1 -人側連接至控制部8，而2次侧連接至雙向半 導體開關元件51的控制電極（n、G2。控制部8若接收由 操作部10而來的、用來使負载4導通之信號，則規定的電 力將供應至驅動部9之變壓器的1次侧。這樣，變壓器的 2次側將產生規定的電壓，控制電壓將施加至雙向半導體 開關元件51的㈣電極⑴、G2，錢向半導關關元件 51(即，開關部5)導通(閉合）。變壓器的i次側和2次側之 間由於已絕緣，則控制部8未被破壞。開閉部5中存在高 電麗且可流過大電流。又’絕緣構造不限於上述變壓器， 亦可使用光搞合器（photo CGUpler)等的發光 元件等來眚規。 77 判別部71和電源種類顯示部 =的構成例。電源種類判別冑71的具體構成或判別方法 然未特麻定，但可以使輸人·下降至蚊的倍 藉由控制部8而將類比值與規㈣門限值作比較，^使用 201106623 滤波器等而將使用了電谷器或線圈的直流或交流予以八 離。電源種類顯示部72的具體構成或顯示方法雖然未特S 限定’但可使用發光色不同的2種類的led，依據直流^ 交流而將已點燈的LED切換，或使用單一的LED，且二 據直流或交流而經常點燈或點滅地進行切換。因此，藉^ 設置電源種類判別部71和電源種類顯示部72，則即3在 交μ電源2和直電源3併存的配電系統中，亦可識別連 接至各別開關的電源的種類，使用者容易地認識電源，且 維護時的應對變得容易。 圖8(a)至圖8(d)顯示作為電源種類判別部71以偵測出 輸入電壓的零穿越而構成的具體例。即，如圖8(a)所示， 由整流部6而來的輸入電壓藉由電阻73、74而被分壓，且 分壓後的電壓施加至電晶體75之射極(emitter)和基極(base) 之間。然後，監視該電晶體75之集極(c〇nector)的端子電 壓。在交流-直流兩用開關1連接至交流電源2的情況下， 藉由整流部6而整流後的脈流輸入至電源種類判別部， 輸入電壓較電晶體的門限值大時，電晶體75導通，且集極 的端子電壓成為較判斷用門限值還低(L〇w);輸入電壓較 電晶體的Η限值小時，電晶體75關閉，且集極的端子電壓 成為較判斷用門限值還高(HIGH)(請參閱圖8(b))。因此， 電源麵期部7丨^在輸人電壓在零穿越的前後的一定 時間中才將債測信號(脈波)輸出。另一方面，在交流-直流 ，用開關1連接至直流電源3的情況下，由於輸入電壓經 韦為一定，電晶體75因此經常導通，集極的端子電壓經常 201106623 較判斷用Π限值還低(經常L0W)。因此，集極的端子電壓 若定期地顯示較門限值還鬲的狀態(high)，則可判斷該交 流-直流兩用開關1連接至交流電源2。這樣，依據可债測 出零穿越的構成，則可較簡單地實現電路構成，且亦可藉 由已數位化的信號來進行該控制部8中的判斷，可使該控 制部8中的處理變得容易。 又，如圖8(d)所示，作為使雙向半導體開關元件51 導通的時序(使驅動部9驅動的時序），其不是由操作部1〇 而來的導通㈣、而是亦可構成為與電源種顧別部71 所進行的零穿越偵測同步。這樣，由於電壓在低階段時使 雙向半導體開關元件51導通，則可使突人電流下降。 圖9疋具備機械式開閉接點的辅助開關元件％並列連 接至構成_部5的雙向半導體開關元件51而得到的構成 例。例如’可使用繼電器㈣ay)等以作為輔助開關元件52。 在«閉部5導通時’㈣部8將規定的電力供應至驅動 部9或輸出規定的驅動信號，且在開閉部5的雙向半導體 開關;^件51首先導通之後，輔助開關元件52才導通。這 樣’藉由併用通電能力高的繼電器等的輔助開關元件52， 可使負載電朗容量大巾|地增大。在該開閉部5切斷時， ，先將輔蘭關元件52切斷之後，使雙向半導體開關元件 51切斷。於是，輔助開關元件52的開閉接點在雙向半導 件導通的㈣（即’輔助開關元件的開閉接點兩端 ^專電位的狀態)下打開，因此，連接至直流電源3時，有 問題的電54會發生’賴接點之由於劣化所造成的壽命 201106623 縮短亦不會發生。 圖1 〇是具備機械式開閉接點的輔助開關元件53串聯 連接至構成開閉部5的雙向半導體開關元件51而得到的構 成例。例如，可使用繼電器等以作為輔助開關元件53。在 使開閉部5導通時，控制部8將規定的電力供應至驅動部 9或輸出規定的驅動信號’且在開閉部5的輔助開關元件 53的開閉接點首先導通之後，雙向半導體開關元件η才 導通。又，在該開閉部5切斷時’首先將開閉部5的雙向 半導體開關元件51切斷之後’使輔助開關元件53切斷。 於是，開閉部5完全切斷，電流未流至負載4。即，交流_ 直流兩用開關1關閉時，負載4被絕緣。 圖11顯示具備可與例如遙控裝置等的外部裝置82之 間進行信號的收發信的通信功能部（或信號接收部)81的構 成例。又，圖12是圖11的變形例，其構成為：由連接至 電力線的外部裝置83將控制信號重疊至電力而進行發 送，且藉由信號偵測部84來偵測出控制信號。依據此種構 成，使用者不用直接操作例如設置在壁面上的操作部1〇， 而可遠端控制或自動控制照明裝置等的負載4的導通或關 閉。特別是，在自動控制的情況下，專用的通信線式盔砼 收發信器可以不需要。 —^ 圖13顯示電力線的兩側分別配置開閉部5而得到的構 成例。此種構成中，採用上述絕緣構造作為驅動部9，藉 此可同時將驅動信號供應至2個雙向半導體開關元件51 : 且可使2個雙向半導體開關元件51的設置場所的自由度提 20 201106623 南。又’藉由將開閉部5設置在2個場所，則可實現一種 有交流2GG伏(v)系統或直流3⑻伏的太陽 的斷路所要求口=壓又，用於多個場所之電力線 , L ^ 原糸統。又，特別是圖13雖然未顯示， Λ可為例如單相3線或三相電賴各線可分別 二邱又向半導體開關元件來操作的開閉部，使3個開 閉部可同時開閉。 ^ 14顯TF上述交流·直流兩用開關i未直接連接至負 構成例’其成為所謂共同中心(concentric)型的構成 ^ = 康此種構成’能控制可移動的照明裝置等任意的負 «亥交机直流兩用開關i亦可為插入至現有的共同中心 =使用的配接H(a(laptei·)類型、或亦可為埋設於壁面的類 51。即’第1輸出側端子41和第2端子42亦可具有通用 的共同中心形狀。 %圖15(a)和圖l5(b)分別顯示將整流部6和電源部7分 別。又置在父流-直流兩用開關丨的輸入側和輸出側而得到 的構成例。依據此種構成，交流—直流兩用開關1的輸入側 和輸出側並未受到限定’即使將負載或電源連接至任一側 亦可達成開關的功能。又，例如，在使用蓄電池作為直流 電源3，且以馬達作為負载4來控制該馬達的情況等，此 種構成亦可適用於負載本身成為電源而得到的系統中。 卩通常，馬達是由蓄電池而來的電力所驅動，但馬達空 轉時可用作發電機而產生電力。此時，馬達成為電源，蓄 電池成為負載’馬達發電而得的電力可對蓄電池進行充電。 21 201106623 μ /像以上所說明者，依據本實施形式的交流-直流兩用 开ΛΑ泰’作為構成開閉部的開關元件，由於使用了對所輸 ί 用電向依存性的雙向半導體開關元件 乂机配電系統和直流配電系統的任一方。 便使用在直流配電系統時，由於使用雙向半導體開 弧二槿，，行不會發生電弧的開閉°又’用來消除電 規右^不需要’且藉由半導體元件的小·，則可虚 配ί系統用開關進行置換。又，本發明不岐 組合ρ ι的構成’圖式t的各構成例當然可任意地 =本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 和^圍1二任何熟習此技藝者’在不脫離本發明之精神 ，虽可作些許之更動與潤飾，因此本發明之伴, ，圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。保4 【圖式簡單說明】 的基ϋτ的m㈣—實施形式的交流_直流兩用開關 圖2顯示將高耐壓型的縱型電晶 =:構成’《作為上述交流韻_二= 案半導體 部的具體例。 乂爪直机兩用開關中的開閉 圖4是圖3的雙向半導體開關元件的具體構成的平面 22 201106623 圖％)和圖5(b)是圖4中沿A-A方向的切面圖。 μ I6是上述交流_錢兩關射使料波整流電路 作為整流部的構成例的圖。 圖7疋上述父流-直流兩用開關中另具備電源種類判 別部和電源種類顯示部的構成例的圖。 、 。Θ 8(a)疋作為上述電源種類判別部以偵測出輸入電壓 的零穿越而構成的具體例的圖；圖8(b)是連接至交流電源 時的輸入電壓和受監視的端子電壓的波形的圖；圖8(c)是 連接至直流電源時的輸入電壓和受監視的端子電壓的波形 的圖；圖8(d)是與零穿越偵測同步地使開閉部導通時的各 電壓的波形的圖。 圖9是上述交流_直流兩用開關中具備機械式開閉接 點的輔助開關元件並列連接至雙向半導體開關元件而得到 的構成例的圖。 圖10是上述交流-直流兩用開關中具備機械式開閉接 ‘點的辅助開關元件串聯連接至雙向半導體開關元件而得到 的構成例的圖。 圖11是上述交流-直流兩用開關中具備可與外部裝置 之間進行信號的收發信的通信功能部的構成例的圖。 圖12是上述交流-直流兩用開關中由外部裝置將電力 重疊而發送控制信號以便藉由信號偵測部來偵測該控制信 號而形成的構成例的圖。 圖13是上述交流-直流兩用開關中在電力線的兩側分 23 201106623 別配置開閉部而得到的構成例的圖。 圖14是上述交流_直流兩用開關中輸出側端子作成共 同中心塑而得到的構成例的圖。 圖15(a)和圖i5(b)分別顯示將整流部和電源部分別設 置在父々IL直机兩用開關的輸入侧和輸出侧，以便即使將負 載或電源連接至任-側亦可達成開_功能之構成例的 圖。 圖16顯示先前的直流開關的構成的電路圖。 【主要元件符號說明】 1 :交流-直流兩用開關 2 :交流電源 3 :直流電源 4:負載 5 :開閉部 6 :整流部 7 :電源部 8 :控制部 9 :驅動部 10 =操作部 21 :第1輸入侧端子 22 :第2輸入側端子 41 :第1輸出侧端子 42 :第2輸出侧端子 51 .雙向半導體開關元件 24 201106623 52、53 :輔助開關元件 61、62 :半波整流電路的二極體 71 :電源種類判別部 72 :電源種類顯示部 73、74 :電阻 75 :電晶體 81 :通信功能部 82、83 :外部裝置 84 :信號偵測部 111、112、1Π、121、122、123 :電極部 120 :基板 120a :導體層 120b : GaN 層 120c : AlGaN 層 120d :基板的表面 D1 :第1電極 D2 :第2電極 G、G卜G2 :控制電極 S :中間電位部 25

Claims (1)

1. 201106623 七、申請專利範圍： 1. 一種交流·直流兩用開關’連接在交流電源或直流電 源和負載之間’以控制對所述負載的電力供應，該交流· 直流兩用開關包括： 電晶體構造的雙向半導體開關元件’串聯在連接至電 源的第1輸入側端子和連接至負載的第1輸出側端子之間； 整流部，並聯在所述第1輸入側端子和一第2輸入侧 端子之間， 電源部，將由所述整流部而來的輸出電壓轉換成穩定 的規定的電壓； 控制部，藉由所述電源部所供應的電力，以控制所述 交流-直流兩用開關的全體；以及 驅動部’依據由所述控制部而來的控制信號，使所述 雙向半導體開關元件導通。 2. 如申請專利範圍第1項所述的交流_直流兩用開關， 其中所述雙向半導體開關元件具有：由2個高耐壓縱型電 晶體構造的開關元件反向連接而成的構造。 3. 如申凊專利範圍第1項所述的交流-直流兩用開關， 其中所述雙向半導體開關元件具有橫型的單贿電晶體構 造’包括： 一笛第1電極和第2電極，串聯在所述第1輸入側端子和 一第1輸出侧端子之間且形成在基板表面上； 、t間電位部’至少一部份形成在所述基板表面上，且 、’〔第1 f極的電位和所述第2 f極的電位成為中間電 26 201106623 位；以及 用來ίίίί部份連接至所述中間電位部上，且 、ΐ所24中間電位部的控制， ，迷中間電位部和所述控制電極配置在對於所述第1 ""4 :述第2電極維持在規定的耐電壓的位置處。 兑中4.如申1青專利範圍® 1項所述的交流-直流兩用開關， "所述雙向半導體開關元件具有橫型的雙閘極電晶體構 造，包括： 第1電極和第2電極，分別串聯至電源和負載且形成 在基板表面上；以及 、第1控制電極和帛2控制電極，至少一部份形成在所 C基板表面上，且各別輸入有獨立的控制信號， 所述第1控制電極和所述第2控制電極配置在維持規 定的耐電壓的位置處。 5. 如申請專利範圍第i至4項中任—項所述的交流_直 流兩用Μ，其巾所述整流部是半波整流電路，構成所述 整流部的二極體的陽極連接至所述第1輸人綱子，所述 直流電源的正極只有在連接賴述第#人侧端子時才4 動作。 6. 如申明專利％ 11第1項所述的交流直流兩用開關， 更包括： 第2整流部’並聯在所述第i輸出側端子和一第2輸 出側端子之間；以及 第2電源部’將所述第2整流部而來的輸出電壓轉換 27 201106623 成穩定的規定的電壓。 項所述的交流-直流兩用開關， 7.如申請專利範圍第 更包括： 電源種類判別部， 所述第2輸入側端子的 電源種類顯示部， 的判別結果。 判別連接至所述第1輸入側端子和 電源的種類是交流或直流；以及 顯示出所述電源種類判別部所作成 8·如中請專利範圍第7項所述的交流·直流兩用開關， 、中所述電源種類咖部在賴出交流電源的零穿， 將電源的種類判斷成交流。 复9^口申請專利範圍第8項所述的交流-直流兩用開關， ，、中藉由所述電源種類判別部而判斷電源的種類為交流 時所述控制部輪出—控制信號，該控制信號與所述電源 種類判別部所進行的零穿越偵測為同步、且用來使所述雙 向半導體開關元件導通。 10.如申請專利範圍第丨項所述的交流_直流兩用開 ，其中具有開閉接點的輔助開關元件並聯至所述雙向半 導體開關元件。 如申清專利範圍第1項所述的交流-直流兩用開 關，其中具有開閉接點的輔助開關元件串聯至所述雙向半 導體開關元件。 12.如申請專利範圍第丨項所述的交流-直流兩用開 關’更包括： 通信功能部，與外部裝置之間進行發信和受信。 28 201106623 13. 如申請專利範圍第12項所述的交流-直流兩用開 關，其中所述通信功能部偵測出由連接至電力線的外部裝 置而來之重疊在電力上而發送的控制信號。 14. 如申請專利範圍第1項所述的交流-直流兩用開 關，更包括： 第2雙向半導體開關元件，串聯在所述第2輸入側端 子和一第2輸出側端子之間。 15. 如申請專利範圍第1項所述的交流-直流兩用開 關，其中所述第1輸出側端子和第2輸出側端子具有共同 中心的形狀。 29