特開 2022-81242 スイッチングモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022081242

(43)【公開日】2022-05-31

(54)【発明の名称】スイッチングモジュール

(51)【国際特許分類】

   H03K 17/16 20060101AFI20220524BHJP

   H03K 17/687 20060101ALI20220524BHJP

   H03K 17/04 20060101ALI20220524BHJP

   H03K 17/0412 20060101ALI20220524BHJP

   H03F 3/217 20060101ALI20220524BHJP

   H02M 1/08 20060101ALI20220524BHJP

【ＦＩ】

H03K17/16 H

H03K17/687 A

H03K17/04 E

H03K17/0412

H03F3/217 130

H02M1/08 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020192669

(22)【出願日】2020-11-19

(71)【出願人】

【識別番号】000001292

【氏名又は名称】株式会社京三製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001151

【氏名又は名称】あいわ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】國玉 博史

(72)【発明者】

【氏名】吉田 卓矢

【テーマコード（参考）】

5H740

5J055

5J500

【Ｆターム（参考）】

5H740BA12

5H740BC01

5H740BC02

5H740JA01

5H740JB01

5H740KK01

5J055AX02

5J055AX25

5J055AX44

5J055AX55

5J055AX56

5J055AX64

5J055BX16

5J055CX03

5J055CX07

5J055DX13

5J055DX19

5J055DX56

5J055DX59

5J055EX04

5J055EX06

5J055EX07

5J055EX17

5J055EX29

5J055EX30

5J055EY01

5J055EY05

5J055EY07

5J055EY10

5J055EY14

5J055EY29

5J055EZ25

5J055EZ51

5J055GX01

5J055GX02

5J500AA01

5J500AA66

5J500AC41

5J500AC62

5J500AC92

5J500AF04

5J500AF20

5J500AH09

5J500AH25

5J500AH33

5J500AH35

5J500AH44

5J500AK03

5J500AK33

5J500AK48

5J500AM09

5J500AM22

5J500AS00

5J500AT01

(57)【要約】

【課題】 簡易かつ安価な構成であっても、ＧａＮ－ＦＥＴによる高速スイッチングを実現できるスイッチングモジュールを提供する。
【解決手段】 基板上に実装されたＧａＮ－ＦＥＴと、このＧａＮ－ＦＥＴのゲート電極にゲート抵抗を介して接続されたドライバ回路と、このドライバ回路に駆動電圧を与えるドライバ電源と、を含むスイッチングモジュールであって、ドライバ回路は、複数のロジックＩＣ回路が並列に接続された構成を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に実装されたＧａＮ－ＦＥＴと、このＧａＮ－ＦＥＴのゲート電極にゲート抵抗を介して接続されたドライバ回路と、このドライバ回路に駆動電圧を与えるドライバ電源と、を含むスイッチングモジュールであって、
前記ドライバ回路は、複数のロジックＩＣ回路が並列に接続された構成を有することを特徴とするスイッチングモジュール。

【請求項2】

前記ロジックＩＣ回路は、ＴＴＬ素子又はＣＭＯＳ素子からなることを特徴とする請求項１に記載のスイッチングモジュール。

【請求項3】

前記ドライバ電源は、空芯コイルを有するコアレストランスを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチングモジュール。

【請求項4】

前記ドライバ電源は、発光素子と、前記発光素子からの光を変換する光電変換器と、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチングモジュール。

【請求項5】

前記発光素子と前記光電変換器とは、光ファイバで接続されていることを特徴とする請求項４に記載のスイッチングモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ｄ級増幅器等に適用されるスイッチングモジュールに関し、特に、基板上に実装されたＧａＮ－ＦＥＴと、このＧａＮ－ＦＥＴのゲート電極にゲート抵抗を介して接続されたドライバ回路と、このドライバ回路に駆動電圧を与えるドライバ電源と、を含むスイッチングモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

高周波電源は、超音波発振や誘導電力の発生あるいはプラズマの発生等の電源として適用されており、Ｄ級増幅器によるスイッチング動作により、直流を高周波交流に変換する機能を有する電源である。このようなスイッチング動作を行うＤ級増幅器は、電力効率が高く、発熱量が少ないことが特徴であり、そのスイッチング動作を行うパワー半導体を含むモジュールとして、ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）を用いたものが知られている。

【0003】

こうしたスイッチング動作を実施し得るＦＥＴとして、接合型ＦＥＴとＭＯＳ型ＦＥＴが知られており、ゲート電極への信号入力に応じてソース電極とドレイン電極との電極間を流れる電流を高速で制御できる。近年では、スイッチング動作のさらなる高速化（高周波スイッチング）を意図して、ＧａＮ（窒化ガリウム）を用いたＧａＮ－ＦＥＴ素子が適用されつつある。

【0004】

このようなＧａＮ－ＦＥＴを用いたスイッチングモジュールとして、例えば特許文献１には、入力信号の波形に基づき送信増幅器をエンベロープトラッキング駆動するスイッチング電源において、入力信号が一時側に入力されるトランスと、トランスの二次側に接続される第１乃至第３のスイッチング部と、並列接続される抵抗およびコンデンサを備えるスピードアップ回路と、アノード接地のショットキーダイオードと、ゲートが抵抗に接続されソースがショットキーダイオードのカソードに接続される電源用ＦＥＴとを具備し、第１乃至第３のスイッチング部は、ゲートおよびソースがトランスの二次側に接続される回路内ＦＥＴと、カソードが回路内ＦＥＴのゲートに接続される回路内ショットキーダイオードと、回路内ショットキーダイオードに逆極性で直列接続されカソードが回路内ＦＥＴのソースに接続されるツェナーダイオードと、ツェナーダイオードに並列接続されるコンデンサと、をそれぞれ備え、第１のスイッチング部の回路内ＦＥＴのソースと、第２のスイッチング部の回路内ＦＥＴのドレインと、抵抗とを接続し、第３のスイッチング部の回路内ＦＥＴのドレインおよびソースを、スピードアップ回路に並列接続し、上記電源用ＦＥＴは、ショットキー接合のゲートを持つノーマリーオフ動作のＮチャネル型ＧａＮ－ＦＥＴである構成のものが開示されている。このようなスイッチング電源では、高効率な高周波送信機用の高速・大振幅スイッチング電源およびスイッチング方法を提供することができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２－１８６５６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ＧａＮ－ＦＥＴに用いられるＧａＮ材料は、一般的なＭＯＳ－ＦＥＴのシリコンに比べてバンドギャップが広く、オン抵抗が低いという特性があり、さらにスイッチング素子としては、高速かつ高温での動作が可能である点で優位である。その一例として、ＧａＮ－ＦＥＴは、通常のＭＯＳ－ＦＥＴに対して、電圧変化（dV/dt）においては４倍以上、電流変化（dI/dt）においては１０倍以上の高速動作が可能とされている。

【0007】

スイッチング動作を高速化する場合、ゲート電極に入力されるゲート電流の立上りあるいは立下りが急峻となる。このような急峻な変化を伴うゲート電流は、ＦＥＴが有する寄生成分の影響を受けやすく、サージやリンギングを発生させる原因となる。

【0008】

こうしたことから、ＧａＮ－ＦＥＴをスイッチングモジュールとして適用する場合には、高速化に伴うサージやリンギング等の発生を抑制するために、ゲート電流を適正なタイミングで入力するための特別なゲートドライブ回路を設計する必要がある。例えば、特許文献１においても、ゲート電流を発生する広帯域ドライバとスイッチング素子との間に、トランスとショットキーダイオードとツェナーダイオードとコンデンサとを含む特別な回路が介在した構成となっている。

【0009】

しかしながら、ドライバからの信号を整流するためにダイオードを用いる場合、例えばショットキーダイオードは高温でリーク電流が発生してしまうため、動作環境温度を下げる必要がある。一方、ツェナーダイオードは逆方向の特性を有するため、応答速度を速めるためにはコンデンサと並列接続する必要がある。これらのことから、ＧａＮ－ＦＥＴを駆動するためのゲートドライブ回路は複雑な構成となってしまうという問題があった。

【0010】

本発明は、上記した従来の問題点を解決するためになされたものであって、簡易かつ安価な構成であっても、ＧａＮ－ＦＥＴによる高速スイッチングを実現できるスイッチングモジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記の課題を解決するために、本発明の代表的な態様の１つは、基板上に実装されたＧａＮ－ＦＥＴと、このＧａＮ－ＦＥＴのゲート電極にゲート抵抗を介して接続されたドライバ回路と、このドライバ回路に駆動電圧を与えるドライバ電源と、を含むスイッチングモジュールであって、前記ドライバ回路は、複数のロジックＩＣ回路が並列に接続された構成を有することを特徴とする。

【0012】

このような構成を備えた本発明によれば、ＧａＮ－ＦＥＴのゲート電極にゲート電流を入力するドライバ回路を複数のロジックＩＣ回路が並列に接続された構成とすることにより、簡易かつ安価な構成であっても、ＧａＮ－ＦＥＴによる高速スイッチングを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施例１によるスイッチングモジュールを増幅器に適用した高周波電源装置のブロック図である。

【図2】図１に示したスイッチングモジュールのモジュール近傍における等価接続回路を示す回路図である。

【図3】図１に示したドライバ電源及びドライバ回路の概要を示すブロック図である。

【図4】実施例２によるスイッチングモジュールのドライバ電源及びドライバ回路の概要を示すブロック図である。

【図5】実施例３によるスイッチングモジュールのドライバ電源及びドライバ回路の概要を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明によるスイッチングモジュールの代表的な具体例を図１～図５を用いて説明する。

【0015】

＜実施例１＞
図１は、本発明の代表的な一例である実施例１によるスイッチングモジュールを増幅器に適用した高周波電源装置のブロック図である。また、図２は、図１に示したスイッチングモジュールのモジュール近傍における等価接続回路を示す回路図である。さらに、図３は、図１に示したドライバ電源及びドライバ回路の概要を示すブロック図である。このような高周波電源装置は、例えば、増幅器の出力が１ｋＷ以上で、出力周波数が０．３ＭＨｚ以上の半導体製造装置向けの高周波電源装置等に適用される。

【0016】

図１に示すように、実施例１によるスイッチングモジュールを適用した高周波電源装置１は、その一例として、スイッチングされる直流電圧を供給する直流供給電源１０と、当該直流供給電源１０の一方側（ハイ側）の入力端に接続されたスイッチングモジュール１００Ｈと、直流供給電源１０の他方側（ロー側）の入力端に接続されたスイッチングモジュール１００Ｌと、これらのスイッチングモジュール１００Ｈ、１００Ｌに駆動信号を出力する制御ユニット２０と、を含む。

【0017】

ここで、図１では、一対のスイッチングモジュールを含むいわゆるハーフブリッジ回路の構成による高周波電源装置を例示しているが、二対のスイッチングモジュールを含むフルブリッジ回路の構成による高周波電源装置としてもよい。なお、スイッチングモジュール１００Ｈと１００Ｌとは同一の構成を備えるため、以後の具体的な実施態様については、ハイ側のスイッチングモジュールの構成のみ説明を行い、ロー側のスイッチングモジュールについてはその説明を省略する。

【0018】

実施例１によるスイッチングモジュール１００Ｈは、基板１１０Ｈ上に実装されたＧａＮ－ＦＥＴ１２０Ｈと、このＧａＮ－ＦＥＴ１２０Ｈのゲート電極Ｇに接続配線１４０Ｈを介して接続されたドライバ回路１３０Ｈと、このドライバ回路１３０Ｈに駆動電圧を与えるドライバ電源１５０Ｈと、を含む。図１に示すように、制御ユニット２０は、信号線２２Ｈ、２２Ｌを介してハイ側のドライバ回路１３０Ｈ及びロー側のドライバ回路１３０Ｌと電気的に接続されており、これらのドライバ回路１３０Ｈ、１３０Ｌに駆動信号ＤｓＨ、ＤｓＬをそれぞれ出力する。

【0019】

基板１１０Ｈは、その一例として、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の熱伝導性の良い材料で形成される。これにより、モジュールを駆動した際に発生した熱を効果的に放散あるいは排出することができる。

【0020】

ＧａＮ－ＦＥＴ１２０Ｈは、電流の流れる経路をＧａＮで形成した電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）デバイスの一種であって、ゲート電極Ｇ、ソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄがそれぞれ同一面に位置する「横型」の構造を有するパワー半導体として構成される。このような構造により、ＧａＮ－ＦＥＴ１２０Ｈは一般的なＭＯＳＦＥＴより高速でのスイッチング動作が可能となる。

【0021】

ドライバ回路１３０Ｈは、その一例として図３に示すように、複数のＴＴＬ素子１３２Ｈ_１、１３２Ｈ_２、１３２Ｈ_３からなるロジックＩＣ回路が並列に接続された構成を有する。なお、図３では、３つのＴＴＬ素子１３２Ｈ_１～１３２Ｈ_３を有する場合を例示しているが、本発明においては、複数を並列に接続したものであれば、ロジックＩＣ回路の数は任意の数を採用できる。

【0022】

接続配線１４０Ｈは、その一例として、例えば金、銅又はアルミニウム製のワイヤからなるボンディングワイヤＢＷとゲート抵抗Ｒｇとを含む構成を有している。このような接続配線１４０Ｈは、図３に示すように、電気的な等価接続回路として、ゲート抵抗Ｒｇと浮遊インダクタンスＬｓ及び抵抗成分Ｒｓを内含する構成として模擬される。このとき、ゲート抵抗Ｒｇの抵抗値をＧａＮ－ＦＥＴ１２０Ｈの寄生容量に基づいて選択することにより、ゲート電極Ｇから印加されるゲート・ソース電圧Ｖｇｓの減衰率を制御できる。

【0023】

ドライバ電源１５０Ｈは、その一例として、直流電源ＤＣからの入力を交流に変換するインバータ１５２Ｈと、インバータ１５２Ｈからの交流を変圧するトランス１５４Ｈと、トランス１５４Ｈからの交流入力を直流に再変換するコンバータ１５６Ｈと、を含む。コンバータ１５６Ｈからの出力電流は、ドライバ回路１３０ＨのＴＴＬ素子１３２Ｈ_１～１３２Ｈ_３のそれぞれに並列に入力される。

【0024】

本発明によるスイッチングモジュール１００Ｈでは、スイッチング素子としてＧａＮ－ＦＥＴ１２０Ｈを用いることにより、そのゲート電極Ｇに入力されるドライバ回路１３０Ｈからのゲート電流ＩｇＨを、例えば一般的なＭＯＳＦＥＴに比べて小さくすることができる。その一例として、従来のシリコン基板を用いたＭＯＳＦＥＴでは、入力容量Ｃｉｓｓが大きく（約６００～３０００ｐＦ）、また素子を高周波帯域（例えば１３．５６ＭＨｚ）の飽和領域で使用するために必要なゲート電圧Ｖｇｓも高くなる（例えば１２Ｖ以上）ため、ドライバ回路を駆動するためのドライバ電源の供給電力も大きく（例えば１０Ｗ以上）する必要があった。

【0025】

これに対して、実施例１に適用されるＧａＮ－ＦＥＴ１２０Ｈは、一般のＭＯＳＦＥＴに比べて小さく（約１５０～３００ｐＦ）、また飽和領域で使用するために必要なゲート電圧Ｖｇｓも５Ｖ以下となるため、ドライバ電源１５０Ｈの供給電圧を１～２Ｗ程度とすることができる。さらに、ＧａＮ－ＦＥＴは従来のシリコン基板を用いたＭＯＳＦＥＴよりも高速での駆動が可能とされているため、ドレイン・ソース電圧Ｖｄｓの変位電圧傾斜（ｄＶ／ｄｔ）が大きくなる（例えば１００Ｖ／ｎｓ）。これにより、高速駆動する際のハイサイド側でスイッチングの誤作動が生じることがあるため、ゲート電圧を供給するドライバ電源の結合容量ができるだけ小さい方（例えば５ｐＦ以下）が望ましい。

【0026】

そこで、実施例１においては、ドライバ電源１５０Ｈのトランス１５４Ｈを、図３に示すように、一対の空芯コイル１５５Ｈ１、１５５Ｈ２を有するコアレストランスとして形成する。これにより、トランス１５４Ｈのサイズを小さくして供給電力を低減するとともに、電源の結合容量を小さくすることができる。そして、その結果として、トランス電源全体の占有領域（面積）を削減することが可能となる。

【0027】

次に、図１～図３に示した実施例１によるスイッチングモジュール１００Ｈにおける、ＧａＮ－ＦＥＴのスイッチング動作を説明する。

【0028】

例えば、図１に示す高周波電源装置１において、スイッチングモジュール１００Ｈあるいは１００Ｌのいずれか一方をオンとして切り換えることにより、直流供給電源１０からの入力を高周波電圧ＶＦとして出力する。このとき、制御ユニット２０は、スイッチングモジュール１００Ｈ、１００Ｌをオン駆動するための駆動信号ＤｓＨあるいはＤｓＬを、信号線２２Ｈ、２２Ｌを介していずれか一方のモジュールに送信する。

【0029】

図２に示すように、ドライバ回路１３０Ｈは、駆動信号ＤｓＨを受信している間に接続配線１４０Ｈを介してゲート電流ＩｇＨを出力する。このゲート電流ＩｇＨをゲート電極Ｇで受信したＧａＮ－ＦＥＴ１２０Ｈはオン状態となり、入力端子Ｖｉｎから入力した電力を出力端子Ｖｏｕｔに出力する。このような動作を繰り返すことにより、ハイ側とロー側でのスイッチングモジュール１００Ｈ、１００Ｌのスイッチング動作が実行される。

【0030】

図３に示すように、実施例１によるドライバ回路１３０Ｈにおいて、ドライバ電源１５０Ｈからの電圧が接続されたＴＴＬ素子１３２Ｈ_１～１３２Ｈ_３が並列に設けられることにより、ロジックＩＣ回路を形成している。このとき、制御ユニット２０からの駆動信号ＤｓＨは並列接続されたＴＴＬ素子１３２Ｈ_１～１３２Ｈ_３に入力されて、それぞれの素子からゲート電流Ｉｇ_１～Ｉｇ_３が出力される。これらのゲート電流Ｉｇ_１～Ｉｇ_３が後段側で合流してゲート電流ＩｇＨとなる。

【0031】

これにより、個々のＴＴＬ素子１３２Ｈ_１～１３２Ｈ_３からのゲート電流Ｉｇ_１～Ｉｇ_３の出力レベルが小さいとしても、複数のゲート電流の合成電流として、ドライバ回路１３０Ｈから出力されるゲート電流ＩｇＨは所望のレベルとすることができる。なお、ロジックＩＣ回路を構成する論理回路としては、ＡＮＤ回路、ＯＲ回路やバッファ回路等の任意の種類を適用できる。

【0032】

実施例１によるスイッチングモジュール１００Ｈの具体的な構成としては、以下のようなものを例示できる。

【0033】

例えば、スイッチング周波数を１３．５６ＭＨｚとした場合、実施例１で例示したＧａＮ－ＦＥＴ１２０Ｈのスイッチング動作に必要なゲート駆動電力はおよそ０．１Ｗ程度となる。このようなゲート駆動電力を得るためには、図３に示したＴＴＬ素子１３２Ｈ_１～１３２Ｈ_３を２～３個程度並列に接続すれば足りることになる。

【0034】

一方、上記のとおり、ＧａＮ－ＦＥＴ１２０Ｈのゲート駆動電力は大きくても数Ｗ程度の大きさで済むため、ドライバ回路１３０Ｈに駆動電力を供給するドライバ電源１５０Ｈに用いられる絶縁用トランスも、例えば空芯コイル１５５Ｈ_１、１５５Ｈ_２を誘電率ε＝１の材料を用いて、コイル直径２０ｍｍ、コイル間隔１ｍｍ程度のサイズに抑制することが可能となる。これにより、空芯コイル１５５Ｈ_１、１５５Ｈ_２の巻線間の静電容量ＣｔＨを５ｐＦ以下に抑制することができる。

【0035】

なお、空芯コイル１５５Ｈ_１、１５５Ｈ_２の材料として誘電率εが１より高いものを用いれば、コイル直径をさらに小さくすることが可能となる。また、図３では、空芯コイル１５５Ｈ_１、１５５Ｈ_２として円形のものを例示しているが、コイルの形状は多角形のものでも良く、さらに巻数比も任意に選択することができる。

【0036】

上記のような構成を備えることにより、実施例１によるスイッチングモジュール１００Ｈ、１００Ｌは、ＧａＮ－ＦＥＴ１２０Ｈ、１２０Ｌのゲート電極Ｇにゲート電流ＩｇＨ、ＩｇＬを入力するドライバ回路１３０Ｈ、１３０Ｌを、複数のＴＴＬ素子１３２Ｈ_１～１３２Ｈ_３からなるロジックＩＣ回路が並列に接続された構成とすることにより、簡易かつ安価な構成であっても、ＧａＮ－ＦＥＴによる高速スイッチングを実現できる。

【0037】

＜実施例２＞
図４は、実施例２によるスイッチングモジュールのドライバ電源及びドライバ回路の概要を示すブロック図である。ここで、実施例２によるスイッチングモジュールにおいて、実施例１と同一あるいは同様の構成を備えるものについては、実施例１と同一の符号を付して再度の説明を省略する。

【0038】

実施例２によるスイッチングモジュール１００Ｈにおいて、ドライバ回路２３０Ｈは、その一例として図４に示すように、複数のＣＭＯＳ素子２３２Ｈ_１、２３２Ｈ_２、２３２Ｈ_３からなるロジックＩＣ回路が並列に接続された構成を有する。なお、実施例１の場合と同様に、図４では３つのＣＭＯＳ素子２３２Ｈ_１～２３２Ｈ_３を有する場合を例示しているが、複数を並列に接続したものであれば、ロジックＩＣ回路の数は任意の数を採用してもよい。

【0039】

実施例２によるドライバ回路２３０Ｈにおいて、ドライバ電源１５０Ｈからの電圧が接続されたＣＭＯＳ素子２３２Ｈ_１～２３２Ｈ_３が並列に設けられることにより、ロジックＩＣ回路を形成している。このとき、制御ユニット２０からの駆動信号ＤｓＨは並列接続されたＣＭＯＳ素子２３２Ｈ_１～２３２Ｈ_３に入力されて、それぞれの素子からゲート電流Ｉｇ_１～Ｉｇ_３が出力される。これらのゲート電流Ｉｇ_１～Ｉｇ_３が後段側で合流してゲート電流ＩｇＨとなる。

【0040】

これにより、図３の場合と同様に、個々のＣＭＯＳ素子２３２Ｈ_１～２３２Ｈ_３からのゲート電流Ｉｇ_１～Ｉｇ_３の出力レベルが小さいとしても、複数のゲート電流の合成電流として、ドライバ回路２３０Ｈから出力されるゲート電流ＩｇＨは所望のレベルとすることができる。このとき、一般的なＣＭＯＳ素子は、同程度の出力を得るための消費電力がＴＴＬ素子よりも小さいため、この変形例によるドライバ回路２３０Ｈを用いることにより、ドライバ電源１５０Ｈの能力をより小さくすることが可能となる。

【0041】

上記のような構成を備えることにより、実施例２によるスイッチングモジュール１００Ｈ、１００Ｌは、実施例１のスイッチングモジュールで得られた効果に加えて、ロジックＩＣ回路をＣＯＭＳ素子で構成することにより、ドライバ電源の構造をより簡素化できるため、結果としてスイッチングモジュール全体のサイズを小型化することが可能となる。

【0042】

＜実施例３＞
図５、実施例３よるスイッチングモジュールのドライバ電源及びドライバ回路の概要を示すブロック図である。ここで、実施例２の場合と同様に、実施例３よるスイッチングモジュールにおいて、実施例１と同一あるいは同様の構成を備えるものについては、実施例１と同一の符号を付して再度の説明を省略する。

【0043】

実施例１において説明したとおり、ＧａＮ－ＦＥＴは高速駆動する際のハイサイド側でスイッチングの誤作動が生じることがあるため、ゲート電圧を供給するドライバ電源の結合容量ができるだけ小さい方（例えば５ｐＦ以下）が望ましい。そこで、実施例３においては、ドライバ電源として、発光素子と光電変換器とを組合せた光給電デバイスを用いる。

【0044】

すなわち、図５に示すように、実施例３によるスイッチングモジュール１００Ｈにおいて、ドライバ電源３５０Ｈは、その一例として、直流電源ＤＣからの入力により光を発する発光素子３５２Ｈと、当該発光素子３５２Ｈから発せられた光を伝送する伝送機構３５４Ｈと、伝送された光を電力に変換する光電変換器３５６Ｈと、を含む。そして、光電変換器３５６Ｈから出力される電力は、ドライバ回路１３０ＨのロジックＩＣ回路として複数並列に接続されたＴＴＬ素子１３２Ｈ_１～１３２Ｈ_３にそれぞれ入力される。

【0045】

発光素子３５２Ｈは、その一例として、半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）の通電時に光を発する素子で構成される。これにより、ドライバ電源３５０Ｈのさらなる小型化とともに、直流電源ＤＣを省力化できる。なお、後述する光電変換器３５６Ｈの構成に応じて、発光素子３５２Ｈは、ランプ等の発光手段を適用してもよい。

【0046】

伝送機構３５４Ｈは、例えば伝送される光が上記したレーザ光のように指向性の高い光である場合には、光路上に配置したミラー等の光学系や光ファイバ等の伝送路を適用できる。特に、伝送機構３５４Ｈを光ファイバで構成した場合、そのファイバ長さを調整することにより発光素子３５２Ｈと光電変換器３５６Ｈとの間の静電容量ＣｔＨを１ｐＦ以下に抑制した絶縁電源を構築することができる。また、光ファイバで光を伝送する方式を採用することにより、発光素子３５２Ｈをスイッチングモジュール１００Ｈとは別体として構成できるため、モジュール全体の構成をより簡素化することが可能となる。

【0047】

光電変換器３５６Ｈは、その一例として、フォトダイオードやフォトトランジスタ等の半導体素子、あるいは光電池等の入力された光エネルギを電力に変換できるものとして構成される。このとき、発光素子３５２Ｈと光電変換器３５６Ｈとの距離を近くに配置することにより、伝送機構３５４Ｈを省略して両者の間の空間を介して電力の伝送を行ってもよい。

【0048】

上記のような構成を備えることにより、実施例３によるスイッチングモジュール１００Ｈ、１００Ｌは、実施例２のスイッチングモジュールで得られた効果に加えて、ドライバ電源１５０Ｈ、１５０Ｌを光給電デバイスとして構成することにより、ドライバ電源自体の駆動電力を小さくできるため、結果としてスイッチングモジュール全体のサイズをさらに小型化することが可能となる。また、発光素子３５２Ｈと光電変換器３５６Ｈとの距離を調整することにより、両者の間の給電容量（静電容量）を極小化できるため、ＧａＮ－ＦＥＴ１２０Ｈの誤作動を抑制することが可能となる。

【0049】

なお、上記した各実施例における記述は、本発明に係るスイッチングモジュールの一例であって、本発明は各実施例の実施形態に限定されるものではない。また、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形を行うことが可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

【符号の説明】

【0050】

１ 高周波電源装置
１０ 直流供給電源
２０ 制御ユニット
２２Ｈ、２２Ｌ 信号線
１００Ｈ、１００Ｌ スイッチングモジュール
１１０Ｈ、１１０Ｌ 基板
１２０Ｈ、１２０Ｈ ＧａＮ－ＦＥＴ
１３０Ｈ、１３０Ｌ、２３０Ｈ ドライバ回路
１３２Ｈ_１、１３２Ｈ_２、１３２Ｈ_３ ＴＴＬ素子
１４０Ｈ、１４０Ｌ 接続配線
１５０Ｈ、１５０Ｌ、３５０Ｈ ドライバ電源
２３２Ｈ_１、２３２Ｈ_２、２３２Ｈ_３ ＣＭＯＳ素子
３５２Ｈ 発光素子
３５４Ｈ 伝送機構
３５６Ｈ 光電変換器
Ｇ ゲート電極
Ｄ ドレイン電極
Ｓ ソース電極
Ｒｇ ゲート抵抗
ＩｇＨ、ＩｇＬ ゲート電流
Ｖｇｓ ゲート・ソース電圧
ＤｓＨ、ＤｓＬ 駆動信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】