知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-12
(45)【発行日】2024-09-24
(54)【発明の名称】スイッチシステム
(51)【国際特許分類】
H03K 17/00 20060101AFI20240913BHJP
H03K 17/687 20060101ALI20240913BHJP
【ＦＩ】
H03K17/00 B
H03K17/687 A
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2021553544
(86)(22)【出願日】2020-10-23
(86)【国際出願番号】 JP2020039822
(87)【国際公開番号】W WO2021085316
(87)【国際公開日】2021-05-06
【審査請求日】2023-05-25
(31)【優先権主張番号】P 2019198640
(32)【優先日】2019-10-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2020143911
(32)【優先日】2020-08-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002527
【氏名又は名称】弁理士法人北斗特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】木下 雄介
(72)【発明者】
【氏名】石田 秀俊
(72)【発明者】
【氏名】半田 浩之
(72)【発明者】
【氏名】工藤 祐治
(72)【発明者】
【氏名】中澤 敏志
【審査官】小林 秀和
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－０３８５５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０５４３８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０６８０９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１６３１３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／０３１０７０（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０３Ｋ １７／００
Ｈ０３Ｋ １７／６８７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１ソースと、第２ソースと、前記第１ソースと前記第２ソースとの間において前記第１ソース側にあり、前記第１ソースに対応する第１ゲートと、前記第１ソースと前記第２ソースとの間において前記第２ソース側にあり、前記第２ソースに対応する第２ゲートと、を有する双方向スイッチと、前記第１ゲートに接続されている第１ゲート駆動回路と、
前記第２ゲートに接続されている第２ゲート駆動回路と、
前記第１ゲート駆動回路と前記第２ゲート駆動回路とを制御する制御部と、
前記制御部から前記第１ゲート駆動回路に前記第１ゲートをオフする信号が出力されている第１期間に、前記第１ゲートの電圧と第１閾値電圧とに基づいて前記第１ゲートの状態を判定する第１判定部と、
前記制御部から前記第２ゲート駆動回路に前記第２ゲートをオフする信号が出力されている第２期間に、前記第２ゲートの電圧と第２閾値電圧とに基づいて前記第２ゲートの状態を判定する第２判定部と、を備える、
スイッチシステム。
【請求項2】
前記双方向スイッチは、前記第１ゲートが第１ｐ型層と第１ゲート電極とを含み、前記第２ゲートが第２ｐ型層と第２ゲート電極とを含んでいる、ノーマリオフ型ＪＦＥＴであり、
前記第１ゲート駆動回路は、
前記第１ゲートに接続されている第１ゲート抵抗と、
前記第１ゲート抵抗に直列接続されおり、前記制御部によって制御される第１スイッチと、
前記第１ゲート抵抗よりも抵抗値が大きく、前記第１ゲート抵抗と第１スイッチとの直列回路に並列接続されている第２ゲート抵抗と、を有し、
前記第２ゲート駆動回路は、
前記第２ゲートに接続されている第３ゲート抵抗と、
前記第３ゲート抵抗に直列接続されており、前記制御部によって制御される第２スイッチと、
前記第３ゲート抵抗よりも抵抗値が大きく、前記第３ゲート抵抗と第２スイッチとの直列回路に並列接続されている第４ゲート抵抗と、を有する、
請求項１に記載のスイッチシステム。
【請求項3】
前記第１判定部は、前記制御部から前記第１ゲートをオンする信号と前記第１スイッチをオンする信号とが出力されているときに、前記第１ゲートの電圧が前記第１閾値電圧を下回った場合に異常と判定し、
前記制御部から前記第１ゲートをオンする信号と前記第１スイッチをオフする信号とが出力されているときに、前記第１ゲートの電圧が前記第１閾値電圧を上回った場合に異常と判定し、
前記第２判定部は、
前記制御部から前記第２ゲートをオンする信号と前記第２スイッチをオンする信号とが出力されているときに、前記第２ゲートの電圧が前記第２閾値電圧を下回った場合に異常と判定し、
前記制御部から前記第２ゲートをオンする信号と前記第２スイッチをオフする信号とが出力されているときに、前記第２ゲートの電圧が前記第２閾値電圧を上回った場合に異常と判定する、
請求項２に記載のスイッチシステム。
【請求項4】
前記第１期間と前記第２期間の少なくとも一部とが重複している、請求項１～３のいずれか一項に記載のスイッチシステム。
【請求項5】
前記第１期間と前記第２期間とのタイミングが異なる、請求項１～３のいずれか一項に記載のスイッチシステム。
【請求項6】
前記双方向スイッチを複数備え、前記第１判定部を複数備え、
前記第２判定部を複数備え、
前記複数の双方向スイッチが並列接続されており、
前記複数の第１判定部及び前記複数の第２判定部は、前記複数の双方向スイッチに一対一に対応しており、
前記スイッチシステムは、
前記複数の双方向スイッチのうち少なくとも１つの双方向スイッチを非検知対象の双方向スイッチとして前記非検知対象の双方向スイッチの第１ソースと第２ソースとの間に電流を通電させている間に、前記複数の双方向スイッチのうち検知対象の双方向スイッチの第１ゲートの状態及び第２ゲートの状態を第１判定部及び第２判定部それぞれによって判定させる、
請求項１～５のいずれか１項に記載のスイッチシステム。
【請求項7】
前記スイッチシステムは、前記複数の双方向スイッチのうち検知対象とする双方向スイッチを１つの双方向スイッチのみとし、前記検知対象の双方向スイッチ以外の双方向スイッチの全部を前記非検知対象の双方向スイッチとする、請求項６に記載のスイッチシステム。
【請求項8】
第１ソースと、第２ソースと、前記第１ソースと前記第２ソースとの間において前記第１ソース側にあり、前記第１ソースに対応する第１ゲートと、前記第１ソースと前記第２ソースとの間において前記第２ソース側にあり、前記第２ソースに対応する第２ゲートと、を有する双方向スイッチと、前記第１ゲートに接続されている第１ゲート駆動回路と、
前記第２ゲートに接続されている第２ゲート駆動回路と、
前記第１ゲート駆動回路と前記第２ゲート駆動回路とを制御する制御部と、
前記双方向スイッチに接続されている検知部と、を備え、
前記双方向スイッチと前記第１ゲート駆動回路と前記第２ゲート駆動回路と前記制御部と前記検知部とのセットを複数備え、
前記複数の双方向スイッチが並列接続されており、
前記複数の検知部の各々は、
前記複数の双方向スイッチのうち当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチ以外の少なくとも１つの双方向スイッチが導通状態のときに、
当該検知部と同じセットに含まれる制御部が当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第１ゲートをオフする信号を出力し、第２ゲートをオンする信号を出力している第１状態と、
当該検知部と同じセットに含まれる制御部が当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第２ゲートをオフする信号を出力し、第１ゲートをオンする信号を出力している第２状態と、
のそれぞれにおいて、当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチの状態を検知する、
スイッチシステム。
【請求項9】
前記複数の制御部の各々は、前記第１状態のときには当該制御部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第１ゲートに状態検知用の第１オフ電圧を印加させ、
前記第２状態のときには当該制御部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第２ゲートに状態検知用の第２オフ電圧を印加させる、
請求項８に記載のスイッチシステム。
【請求項10】
前記複数の検知部の各々は、当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第１ソースと第２ソースとの間に流れる電流と所定値とに基づいて当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチの状態の判定を行う判定部を有する、
請求項９に記載のスイッチシステム。
【請求項11】
前記複数の検知部の各々は、判定部を有し、前記複数の判定部の各々は、
当該判定部と同じセットに含まれる制御部が当該判定部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第１ゲートをオンする信号を出力し第２ゲートをオンする信号を出力している状態において、当該判定部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第１ソースと第２ソースの間に流れる電流と第１所定値とに基づいて当該判定部と同じセットに含まれる双方向スイッチの異常の有無を判定し、
当該判定部と同じセットに含まれる制御部が当該判定部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第１ゲートをオフする信号を出力し、第２ゲートをオンする信号を出力している状態と、当該判定部と同じセットに含まれる制御部が当該判定部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第２ゲートをオフする信号を出力し、第１ゲートをオンする信号を出力している状態と、のそれぞれにおいて、当該判定部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第１ソースと第２ソースの間に流れる電流と第２所定値とに基づいて当該判定部と同じセットに含まれる双方向スイッチの異常の有無を判定する、
請求項９に記載のスイッチシステム。
【請求項12】
前記複数の検知部の各々は、当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチに直列に接続されている抵抗を含む、
請求項１０に記載のスイッチシステム。
【請求項13】
前記複数の検知部の各々は、当該検知部に含まれる抵抗の両端電圧を絶対値に変換する変換回路と、
前記絶対値と所定の閾値電圧と比較する比較回路と、を含む、
請求項１２に記載のスイッチシステム。
【請求項14】
前記複数の抵抗の各々は、当該抵抗と同じセットに含まれる双方向スイッチに接続されている第１端と、
前記第１端とは反対側の第２端と、を有し、
前記複数の判定部の各々は、
前記抵抗の前記第２端の電位を基準として前記第１端の電位と前記第２端の電位とを比較する第１比較回路と、
前記抵抗の前記第１端の電位を基準として前記第２端の電位と前記第１端の電位とを比較する第２比較回路と、を含む、
請求項１２に記載のスイッチシステム。
【請求項15】
前記複数の検知部の各々の前記抵抗は、当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第１ソースに接続されている第１抵抗と、
当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第２ソースに接続されている第２抵抗と、を含み、
前記複数の検知部の各々は、
当該検知部と同じセットに含まれる制御部の前記第１状態のときに前記第１抵抗の両端電圧が第１基準電圧を上回った場合は異常と判定する第１判定回路と、
当該検知部と同じセットに含まれる制御部の前記第２状態のときに前記第２抵抗の両端電圧が第２基準電圧を上回った場合は異常と判定する第２判定回路と、を含む、
請求項１２に記載のスイッチシステム。
【請求項16】
前記複数の検知部の各々は、当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチの温度を検出する温度検出部を含み、
当該検知部と同じセットに含まれる制御部が前記第１状態のときに、前記温度検出部による検出温度が閾値温度を上回った場合は当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチを異常と判定し、
当該検知部と同じセットに含まれる制御部が前記第２状態のときに前記温度検出部による検出温度が前記閾値温度を上回った場合は当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチを異常と判定する、
請求項９に記載のスイッチシステム。
【請求項17】
前記複数の双方向スイッチの各々は、前記第１ゲートが第１ｐ型層と第１ゲート電極とを含み、前記第２ゲートが第２ｐ型層と第２ゲート電極とを含んでいる、ノーマリオフ型ＪＦＥＴであり、
前記複数の検知部の各々は、
当該検知部と同じセットに含まれる制御部が当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第２ゲートをオフする信号を出力し、第１ゲートをオンする信号を出力している状態において、第１ゲートの電圧に基づいて当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第１ソースと第２ソースとの間の通電状態を検知する第１検知部と、
当該検知部と同じセットに含まれる制御部が当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第１ゲートをオフする信号を出力し、第２ゲートをオンする信号を出力している状態において、第２ゲートの電圧に基づいて当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第１ソースと第２ソースとの間の通電状態を検知する第２検知部と、を含む、
請求項９に記載のスイッチシステム。
【請求項18】
前記複数の第１ゲート駆動回路の各々は、当該第１ゲート駆動回路と同じセットに含まれる双方向スイッチの第１ゲートに接続されている第１ゲート抵抗を含み、
前記複数の第２ゲート駆動回路の各々は、
当該第２ゲート駆動回路と同じセットに含まれる双方向スイッチの第２ゲートに接続されている第２ゲート抵抗を含み、
前記複数の第１検知部の各々は、
当該第１検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチに接続されている第１ゲート抵抗の両端電圧が第１所定電圧を上回った場合に当該第１検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチを異常と判定し、
前記複数の第２検知部の各々は、
当該第２検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチに接続されている第２ゲート抵抗の両端電圧が第２所定電圧を上回った場合に当該第２検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチを異常と判定する、
請求項１７に記載のスイッチシステム。
【請求項19】
前記複数の制御部の各々は、当該制御部と同じセットに含まれる第１ゲート駆動回路から当該制御部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第１ゲートをオフさせる信号を出力させる期間と、
当該制御部と同じセットに含まれる第２ゲート駆動回路から当該制御部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第２ゲートをオフさせる信号を出力させる期間と、
を互いに異なるタイミングで行わせる、
請求項８～１８のいずれか一項に記載のスイッチシステム。
【請求項20】
前記複数の制御部を制御するコントローラを更に備え、前記コントローラは、前記複数の検知部が互いに異なるタイミングで同じセットに含まれる双方向スイッチの状態を検知するように前記複数の制御部を制御する、
請求項８～１８のいずれか一項に記載のスイッチシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、スイッチシステムに関し、より詳細には、双方向スイッチを備えるスイッチシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１は、電源と負荷との間の通電経路上に直列に挿入される第１のトランジスタ及び第２のトランジスタと、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを診断する診断回路と、を備える半導体装置を開示している。
【0003】
診断回路は、電圧印加回路と、電圧判定回路と、を有する。電圧印加回路は、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタが共にオフに制御された状態で、第１のトランジスタと第２のトランジスタの共通接続ノードに診断用電位を印加する。電圧判定回路は、共通接続ノードに印加された診断用電位の変化を検出することで、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタのショート故障の有無を判定する。
【0004】
特許文献１に開示された半導体装置の備える診断回路は、共通接続ノードに診断用電圧を印加して診断するので、例えばデュアルゲートの双方向スイッチのような共通接続ノードのない双方向スイッチの場合は診断できない。よって、双方向スイッチの診断方法として、共通接続ノード以外を利用する方法が望まれることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１９－５４３８４号公報
【発明の概要】
【0006】
本開示の目的は、双方向スイッチの状態を検知可能なスイッチシステムを提供することにある。
【0007】
本開示に係る一態様のスイッチシステムは、双方向スイッチと、第１ゲート駆動回路と、第２ゲート駆動回路と、制御部と、第１判定部と、第２判定部と、を備える。前記双方向スイッチは、第１ソースと、第２ソースと、前記第１ソースと前記第２ソースとの間において前記第１ソース側にあり、前記第１ソースに対応する第１ゲートと、前記第１ソースと前記第２ソースとの間において前記第２ソース側にあり、前記第２ソースに対応する第２ゲートと、を有する。前記第１ゲート駆動回路は、前記第１ゲートに接続されている。前記第２ゲート駆動回路は、前記第２ゲートに接続されている。前記制御部は、前記第１ゲート駆動回路と前記第２ゲート駆動回路とを制御する。前記第１判定部は、前記制御部から前記第１ゲート駆動回路に前記第１ゲートをオフする信号が出力されている第１期間に、前記第１ゲートの電圧と第１閾値電圧とに基づいて前記第１ゲートの状態を判定する。前記第２判定部は、前記制御部から前記第２ゲート駆動回路に前記第２ゲートをオフする信号が出力されている第２期間に、前記第２ゲートの電圧と第２閾値電圧とに基づいて前記第２ゲートの状態を判定する。
【0008】
本開示に係る一態様のスイッチシステムは、双方向スイッチと、第１ゲート駆動回路と、第２ゲート駆動回路と、制御部と、検知部と、を備える。前記双方向スイッチは、第１ソースと、第２ソースと、前記第１ソースと前記第２ソースとの間において前記第１ソース側にあり、前記第１ソースに対応する第１ゲートと、前記第１ソースと前記第２ソースとの間において前記第１ソース側にあり、前記第２ソースに対応する第２ゲートと、を有する。前記第１ゲート駆動回路は、前記第１ゲートに接続されている。前記第２ゲート駆動回路は、前記第２ゲートに接続されている。前記制御部は、前記第１ゲート駆動回路と前記第２ゲート駆動回路とを制御する。前記検知部は、前記双方向スイッチに接続されている。前記スイッチシステムは、前記双方向スイッチと前記第１ゲート駆動回路と前記第２ゲート駆動回路と前記制御部と前記検知部とのセットを複数備える。前記スイッチシステムでは、前記複数の双方向スイッチが並列接続されている。前記複数の検知部の各々は、前記複数の双方向スイッチのうち当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチ以外の少なくとも１つの双方向スイッチが導通状態のときに、第１状態と、第２状態と、のそれぞれにおいて、当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチの状態を検知する。前記第１状態は、当該検知部と同じセットに含まれる制御部が当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第１ゲートをオフする信号を出力し、第２ゲートをオンする信号を出力している状態である。前記第２状態は、当該検知部と同じセットに含まれる制御部が当該検知部と同じセットに含まれる双方向スイッチの第２ゲートをオフする信号を出力し、第１ゲートをオンする信号を出力している状態である。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
（実施形態１）
以下では、実施形態１に係るスイッチシステム２０について、図１～４に基づいて説明する。
以下では、実施形態１に係るスイッチシステム２０について、図１～４に基づいて説明する。
【0011】
（１）概要
スイッチシステム２０は、図１に示すように、双方向スイッチ１を備える。双方向スイッチ１は、第１ソースＳ１と、第２ソースＳ２と、第１ソースＳ１に対応する第１ゲートＧ１と、第２ソースＳ２に対応する第２ゲートＧ２と、を有する。スイッチシステム２０は、第１外部接続端子Ｔｍ１と、第２外部接続端子Ｔｍ２と、を備えている。第１外部接続端子Ｔｍ１は、第１ソースＳ１に接続されている。第２外部接続端子Ｔｍ２は、第２ソースＳ２に接続されている。スイッチシステム２０では、第１外部接続端子Ｔｍ１と第２外部接続端子Ｔｍ２との間には、例えば、負荷と電源との直列回路を含む負荷回路が接続される。したがって、スイッチシステム２０では、双方向スイッチ１の第１ソースＳ１と第２ソースＳ２との間には、例えば、負荷と電源との直列回路を含む負荷回路が接続される。電源は、例えば、交流電源である。
スイッチシステム２０は、図１に示すように、双方向スイッチ１を備える。双方向スイッチ１は、第１ソースＳ１と、第２ソースＳ２と、第１ソースＳ１に対応する第１ゲートＧ１と、第２ソースＳ２に対応する第２ゲートＧ２と、を有する。スイッチシステム２０は、第１外部接続端子Ｔｍ１と、第２外部接続端子Ｔｍ２と、を備えている。第１外部接続端子Ｔｍ１は、第１ソースＳ１に接続されている。第２外部接続端子Ｔｍ２は、第２ソースＳ２に接続されている。スイッチシステム２０では、第１外部接続端子Ｔｍ１と第２外部接続端子Ｔｍ２との間には、例えば、負荷と電源との直列回路を含む負荷回路が接続される。したがって、スイッチシステム２０では、双方向スイッチ１の第１ソースＳ１と第２ソースＳ２との間には、例えば、負荷と電源との直列回路を含む負荷回路が接続される。電源は、例えば、交流電源である。
【0012】
スイッチシステム２０は、双方向スイッチ１の他に、制御システム１０を備える。制御システム１０は、第１ゲート駆動回路１１と、第２ゲート駆動回路１２と、制御部１３と、を備える。第１ゲート駆動回路１１は、第１ゲートＧ１に接続されている。第２ゲート駆動回路１２は、第２ゲートＧ２に接続されている。制御部１３は、第１ゲート駆動回路１１と第２ゲート駆動回路１２とを制御する。
【0013】
また、制御システム１０は、第１判定部２１と、第２判定部２２と、を更に備える。第１判定部２１は、双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１の状態を判定する。第２判定部２２は、双方向スイッチ１の第２ゲートＧ２の状態を判定する。
【0014】
（２）スイッチシステムの各構成要素
（２．１）双方向スイッチ
双方向スイッチ１は、例えば、デュアルゲート双方向スイッチである。デュアルゲート双方向スイッチは、１チップの半導体スイッチ素子である。双方向スイッチ１は、例えば、図２に示すように、基板１０２と、第１窒化物半導体層１０４と、第２窒化物半導体層１０５と、第１ソース電極１７１と、第１ゲート電極１８１と、第２ゲート電極１８２と、第２ソース電極１７２と、第１ｐ型層１９１と、第２ｐ型層１９２と、を備える。
（２．１）双方向スイッチ
双方向スイッチ１は、例えば、デュアルゲート双方向スイッチである。デュアルゲート双方向スイッチは、１チップの半導体スイッチ素子である。双方向スイッチ１は、例えば、図２に示すように、基板１０２と、第１窒化物半導体層１０４と、第２窒化物半導体層１０５と、第１ソース電極１７１と、第１ゲート電極１８１と、第２ゲート電極１８２と、第２ソース電極１７２と、第１ｐ型層１９１と、第２ｐ型層１９２と、を備える。
【0015】
双方向スイッチ１における第１ゲートＧ１は、第１ゲート電極１８１と、第１ｐ型層１９１と、を含む。また、双方向スイッチ１における第２ゲートＧ２は、第２ゲート電極１８２と、第２ｐ型層１９２と、を含む。双方向スイッチ１は、デュアルゲート型のＧａＮ系ＧＩＴ（Gate Injection Transistor）である。第１窒化物半導体層１０４は、例えば、ＧａＮ層である。第２窒化物半導体層１０５は、例えば、ＡｌＧａＮ層である。第１ｐ型層１９１は、例えば、ｐ型ＡｌＧａＮ層である。第２ｐ型層１９２は、例えば、ｐ型ＡｌＧａＮ層である。
【0016】
第１窒化物半導体層１０４は、基板１０２上に形成されている。第２窒化物半導体層１０５は、第１窒化物半導体層１０４上に形成されている。第２窒化物半導体層１０５のバンドギャップは、第１窒化物半導体層１０４のバンドギャップよりも大きい。第１ソース電極１７１は、第２窒化物半導体層１０５上に形成されている。第１ゲート電極１８１は、第２窒化物半導体層１０５上に形成されており、第１ソース電極１７１から離れている。第２ゲート電極１８２は、第２窒化物半導体層１０５上に形成されており、第１ゲート電極１８１から見て第１ソース電極１７１とは反対側において第１ゲート電極１８１から離れている。第２ソース電極１７２は、第２窒化物半導体層１０５上に形成されており、第２ゲート電極１８２から見て第１ゲート電極１８１とは反対側において第２ゲート電極１８２から離れている。第１ｐ型層１９１は、第１ゲート電極１８１と第２窒化物半導体層１０５との間に介在している。第２ｐ型層１９２は、第２ゲート電極１８２と第２窒化物半導体層１０５との間に介在している。双方向スイッチ１では、基板１０２上に、第１窒化物半導体層１０４と第２窒化物半導体層１０５と第１ｐ型層１９１及び第２ｐ型層１９２とを含む積層体１１０が形成されている。
【0017】
基板１０２は、例えば、シリコン基板である。基板１０２は、第１主面１２１と、第１主面１２１とは反対側の第２主面１２２と、を有する。双方向スイッチ１では、積層体１１０は、基板１０２の第１主面１２１上に形成されている。
【0018】
第１窒化物半導体層１０４は、バッファ層１０３を介して基板１０２上に形成されている。ここにおいて、上述の積層体１１０は、バッファ層１０３を含む。積層体１１０では、バッファ層１０３、第１窒化物半導体層１０４及び第２窒化物半導体層１０５は、基板１０２側からこの順に並んでいる。また、積層体１１０は、第２窒化物半導体層１０５上に形成されている第１ｐ型層１９１及び第２ｐ型層１９２を含んでいる。バッファ層１０３は、例えば、アンドープのＧａＮ層である。また、第１窒化物半導体層１０４を構成するＧａＮ層は、例えば、アンドープのＧａＮ層である。また、第２窒化物半導体層１０５を構成するＡｌＧａＮ層は、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ層である。バッファ層１０３、第１窒化物半導体層１０４及び第２窒化物半導体層１０５のそれぞれは、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）等による成長時に不可避的に混入されるＭｇ、Ｈ、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ等の不純物が存在してもよい。
【0019】
第１ｐ型層１９１及び第２ｐ型層１９２は、第２窒化物半導体層１０５の表面１１５の一部のみを覆っている。したがって、第２窒化物半導体層１０５の表面１１５は、第１ｐ型層１９１及び第２ｐ型層１９２に覆われている領域と、第１ｐ型層１９１及び第２ｐ型層１９２に覆われていない領域と、を含む。第１ｐ型層１９１と第２ｐ型層１９２とは、互いに離れている。
【0020】
双方向スイッチ１では、第２窒化物半導体層１０５は、第１窒化物半導体層１０４とともにヘテロ接合部ＨＪ１を構成する。第１窒化物半導体層１０４においては、ヘテロ接合部ＨＪ１の近傍に、２次元電子ガス（Two-Dimensional Electron Gas）が発生している。２次元電子ガスを含む領域（以下、「２次元電子ガス層」ともいう）は、ｎチャネル層（電子伝導層）として機能することが可能である。双方向スイッチ１では、第１ｐ型層１９１と第２窒化物半導体層１０５とｎチャネル層とで、第１ダイオード構造（第１ｐｉｎダイオード構造）を構成している。また、双方向スイッチ１では、第２ｐ型層１９２と第２窒化物半導体層１０５とｎチャネル層とで、第２ダイオード構造（第２ｐｉｎダイオード構造）を構成している。
【0021】
第１ソース電極１７１及び第２ソース電極１７２は、第２窒化物半導体層１０５の表面１１５において第１ｐ型層１９１及び第２ｐ型層１９２に覆われていない領域に形成されている。第１ソース電極１７１と第２ソース電極１７２とは、互いに離れている。第１ソース電極１７１及び第２ソース電極１７２は、ヘテロ接合部ＨＪ１と電気的に接続されている。ここにおいて、「電気的に接続されている」とはオーミック接触していることを意味する。第１ソース電極１７１及び第２ソース電極１７２の各々は、例えば、ＴｉとＡｌとを含んでいる。
【0022】
第１ゲート電極１８１は、第１ｐ型層１９１を介して第２窒化物半導体層１０５上に形成されている。また、第２ゲート電極１８２は、第２ｐ型層１９２を介して第２窒化物半導体層１０５上に形成されている。第１ゲート電極１８１と第２ゲート電極１８２との距離は、第１ｐ型層１９１と第２ｐ型層１９２との距離よりも長い。第１ゲート電極１８１及び第２ゲート電極１８２の各々は、第２窒化物半導体層１０５の表面１１５に沿った方向において、対応する第１ソース電極１７１及び第２ソース電極１７２それぞれから離れている。第１ゲート電極１８１及び第２ゲート電極１８２は、例えば、第１ｐ型層１９１及び第２ｐ型層１９２にそれぞれオーミック接触している。第１ゲート電極１８１及び第２ゲート電極１８２の各々は、例えば、ＰｄとＡｕとを含んでいる。
【0023】
双方向スイッチ１では、第２窒化物半導体層１０５の表面１１５に沿った一方向において、第１ソース電極１７１、第１ゲート電極１８１、第２ゲート電極１８２及び第２ソース電極１７２が、この順に並んでいる。第１ソース電極１７１、第１ゲート電極１８１、第２ゲート電極１８２及び第２ソース電極１７２は、上記一方向において互いに離れている。
【0024】
以下では、説明の便宜上、第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１との間に第１ソースＳ１を基準として第１閾値電圧Ｖｔｈ１（図３参照）未満の電圧が印加されている状態を、第１ゲートＧ１がオフ状態ともいう。また、第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１との間に第１ソースＳ１を基準として第１閾値電圧Ｖｔｈ１以上の電圧が印加されている状態を、第１ゲートＧ１がオン状態ともいう。また、第２ゲートＧ２と第２ソースＳ２との間に第２ソースＳを基準として第２閾値電圧Ｖｔｈ２（図３参照）未満の電圧が印加されている状態を、第２ゲートＧ２がオフ状態ともいう。また、第２ゲートＧ２と第２ソースＳ２との間に第２ソースＳ２を基準として第２閾値電圧Ｖｔｈ２以上の電圧が印加されている状態を、第２ゲートＧ２がオン状態ともいう。
【0025】
双方向スイッチ１は、ノーマリオフ型のＪＦＥＴ（Junction Field Effect Transistor）であるが、これに限らず、ノーマリオン型のＪＦＥＴであってもよい。
【0026】
双方向スイッチ１は、第１ゲートＧ１及び第２ゲートＧ２それぞれに与えられる第１ゲート電圧（第１ゲートＧ１の電圧）及び第２ゲート電圧（第２ゲートＧ２の電圧）の組み合わせに応じて、双方向オン状態と、双方向オフ状態と、第１のダイオード状態と、第２のダイオード状態と、を切替可能である。第１ゲート電圧は、第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１との間に印加される電圧である。第２ゲート電圧は、第２ゲートＧ２と第２ソースＳ２との間に印加される電圧である。双方向オン状態は、双方向（第１方向Ａ１及び第１方向Ａ１とは反対の第２方向Ａ２）の電流を通過させる状態である。双方向オフ状態は、双方向の電流を阻止する状態である。第１のダイオード状態は、第１方向Ａ１の電流を通過させる状態である。第２のダイオード状態は、第２方向Ａ２の電流を通過させる状態である。第１方向Ａ１の電流は、第１ソースＳ１から第２ソースＳ２に向かう電流である。第２方向Ａ２の電流は、第２ソースＳ２から第１ソースＳ１に向かう電流である。
【0027】
双方向スイッチ１では、第１ゲートＧ１がオン状態で、かつ第２ゲートＧ２がオン状態である場合に双方向オン状態となる。双方向スイッチ１では、第１ゲートＧ１がオフ状態で、かつ第２ゲートＧ２がオフ状態である場合に双方向オフ状態となる。双方向スイッチ１では、第１ゲートＧ１がオフ状態で、かつ第２ゲートＧ２がオン状態である場合に第１のダイオード状態となる。双方向スイッチ１では、第１ゲートＧ１がオン状態で、かつ第２ゲートＧ２がオフ状態である場合に第２のダイオード状態となる。
【0028】
（２．２）制御システム
制御システム１０は、図１に示すように、第１ゲート駆動回路１１と、第２ゲート駆動回路１２と、制御部１３と、を備える。
制御システム１０は、図１に示すように、第１ゲート駆動回路１１と、第２ゲート駆動回路１２と、制御部１３と、を備える。
【0029】
（２．２．１）第１ゲート駆動回路
第１ゲート駆動回路１１は、双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１に接続されている。第１ゲート駆動回路１１は、例えば、第１ゲートＧ１に接続されている第１ゲート抵抗Ｒｇ１（図４参照）を含む。第１ゲート駆動回路１１は、第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１との間に接続されており、第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１との間に、第１ソースＳ１を基準電位側として第１ゲートＧ１を高電位側とする第１ゲート電圧を与える。
第１ゲート駆動回路１１は、双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１に接続されている。第１ゲート駆動回路１１は、例えば、第１ゲートＧ１に接続されている第１ゲート抵抗Ｒｇ１（図４参照）を含む。第１ゲート駆動回路１１は、第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１との間に接続されており、第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１との間に、第１ソースＳ１を基準電位側として第１ゲートＧ１を高電位側とする第１ゲート電圧を与える。
【0030】
（２．２．２）第２ゲート駆動回路
第２ゲート駆動回路１２は、双方向スイッチ１の第２ゲートＧ２に接続されている。第２ゲート駆動回路１２は、例えば、第２ゲートＧ１に接続されている第２ゲート抵抗Ｒｇ２（図４参照）を含む。第２ゲート駆動回路１２は、第２ゲートＧ２と第２ソースＳ２との間に接続されており、第２ゲートＧ２と第２ソースＳ２との間に、第２ソースＳ２を基準電位側として第２ゲートＧ２を高電位側とする第２ゲート電圧を与える。
第２ゲート駆動回路１２は、双方向スイッチ１の第２ゲートＧ２に接続されている。第２ゲート駆動回路１２は、例えば、第２ゲートＧ１に接続されている第２ゲート抵抗Ｒｇ２（図４参照）を含む。第２ゲート駆動回路１２は、第２ゲートＧ２と第２ソースＳ２との間に接続されており、第２ゲートＧ２と第２ソースＳ２との間に、第２ソースＳ２を基準電位側として第２ゲートＧ２を高電位側とする第２ゲート電圧を与える。
【0031】
（２．２．３）制御部
制御部１３は、第１ゲート駆動回路１１及び第２ゲート駆動回路１２を制御する。
制御部１３は、第１ゲート駆動回路１１及び第２ゲート駆動回路１２を制御する。
【0032】
制御部１３は、動作モードとして、通常モードと、第１判定モードと、第２判定モードと、を有する。制御部１３は、通常モードでは、第１ゲート駆動回路１１に第１ゲートＧ１をオンする信号を出力するとともに、第２ゲート駆動回路１２に第２ゲートＧ２をオンする信号を出力する。第１ゲートＧ１をオンする信号は、第１ゲート駆動回路１１から第１ゲートＧ１に与える第１ゲート電圧を第１閾値電圧Ｖｔｈ１よりも大きくする電圧レベルの電圧信号である。第２ゲートＧ２をオンする信号は、第２ゲート駆動回路１２から第２ゲートＧ２に与える第２ゲート電圧を第２閾値電圧Ｖｔｈ２よりも大きくする電圧レベルの電圧信号である。
【0033】
制御部１３は、第１判定モードでは、第１ゲート駆動回路１１に第１ゲートＧ１をオフする信号を第１期間Ｔ１の間だけ出力する。第１ゲートＧ１をオフする信号は、第１ゲート駆動回路１１から第１ゲートＧ１へ与える第１ゲート電圧を第１閾値電圧Ｖｔｈ１未満とする電圧レベルの電圧信号であり、例えば、０Ｖの電圧信号である。第１ゲートＧ１の状態は、例えば、第１ゲートＧ１を正常にオフさせることができる異常なしの状態と、第１ゲートＧ１を正常にオフさせることができない異常ありの状態と、を含む。スイッチシステム２０では、第１ゲートＧ１の状態が異常ありの状態の場合、双方向スイッチ１が故障している又は第１ゲート駆動回路１１が故障している。
【0034】
また、制御部１３は、第２判定モードでは、第２ゲート駆動回路１２に第２ゲートＧ２をオフする信号を第２期間Ｔ２の間だけ出力する。第２ゲートＧ２をオフする信号は、第２ゲート駆動回路１２から第２ゲートＧ２へ与える第２ゲート電圧を第２閾値電圧Ｖｔｈ２未満とする電圧レベルの電圧信号であり、例えば、０Ｖの電圧信号である。第２ゲートＧ２の状態は、例えば、第２ゲートＧ２を正常にオフさせることができる異常なしの状態と、第２ゲートＧ２を正常にオフさせることができない異常ありの状態と、を含む。スイッチシステム２０では、第２ゲートＧ２の状態が異常ありの状態の場合、双方向スイッチ１が故障している又は第２ゲート駆動回路１２が故障している。
【0035】
制御部１３は、図３に示すように、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とのタイミングを異ならせて第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とが重複しないように、第１ゲート駆動回路１１及び第２ゲート駆動回路１２を制御する。
【0036】
制御部１３は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、１又は複数のコンピュータを有している。コンピュータシステムは、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における制御部１３の機能の少なくとも一部が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されていてもよいが、電気通信回線を通じて提供されてもよいし、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ（磁気ディスク）等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。コンピュータシステムのプロセッサは、半導体集積回路（ＩＣ）又は大規模集積回路（ＬＳＩ）を含む１乃至複数の電子回路で構成される。複数の電子回路は、１つのチップに集約されていてもよいし、複数のチップに分散して設けられていてもよい。複数のチップは、１つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に分散して設けられていてもよい。
【0037】
制御部１３は、第１ゲート駆動回路１１に接続されている第１電源と、第２ゲート駆動回路１２に接続されている第２電源と、を含んでいるが、これに限らない。
【0038】
制御部１３は、図５に示すように、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とが重なるように第１期間Ｔ１のタイミングと第２期間Ｔ２のタイミングとを揃えるように、第１ゲート駆動回路１１及び第２ゲート駆動回路１２を制御してもよい。制御部１３は、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２の少なくとも一部とが重複するように、第１ゲート駆動回路１１及び第２ゲート駆動回路１２を制御してもよい。
【0039】
第１期間Ｔ１の長さと第２期間Ｔ２の長さとは同じであるが、これに限らず、互いに異なってもよい。
【0040】
（２．２．４）第１判定部
第１判定部２１は、制御部１３から第１ゲート駆動回路１１に第１ゲートＧ１をオフする信号が出力されている第１期間Ｔ１（図３参照）に、第１ゲートＧ１の電圧である第１ゲート電圧（図３参照）と第１閾値電圧Ｖｔｈ１（図３参照）とに基づいて第１ゲートＧ１の状態を判定する。第１判定部２１は、例えば、図３の上から２段目に例示しているように、第１期間Ｔ１（図３の上から１段目参照）に第１ゲート電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１未満の場合、第１ゲートＧ１の状態に関して異常なしと判定し、図３の上から３段目に例示しているように第１期間Ｔ１に第１ゲート電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１以上の場合、第１ゲートＧ１の状態に関して異常ありと判定する。
第１判定部２１は、制御部１３から第１ゲート駆動回路１１に第１ゲートＧ１をオフする信号が出力されている第１期間Ｔ１（図３参照）に、第１ゲートＧ１の電圧である第１ゲート電圧（図３参照）と第１閾値電圧Ｖｔｈ１（図３参照）とに基づいて第１ゲートＧ１の状態を判定する。第１判定部２１は、例えば、図３の上から２段目に例示しているように、第１期間Ｔ１（図３の上から１段目参照）に第１ゲート電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１未満の場合、第１ゲートＧ１の状態に関して異常なしと判定し、図３の上から３段目に例示しているように第１期間Ｔ１に第１ゲート電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１以上の場合、第１ゲートＧ１の状態に関して異常ありと判定する。
【0041】
第１判定部２１は、例えば、第１ゲート電圧と第１閾値電圧Ｖｔｈ１に相当する第１基準電圧とを比較する第１コンパレータを含む。この場合、第１判定部２１は、例えば、第１コンパレータの反転端子に第１基準電圧が入力され、第１コンパレータの非反転端子に第１ゲート電圧が入力されるように構成される。第１判定部２１では、第１ゲート電圧が第１基準電圧以上の場合は第１コンパレータの出力信号がＨレベルとなり、第１ゲート電圧が第１基準電圧未満の場合は第１コンパレータの出力信号がＬレベルとなる。第１判定部２１では、第１期間Ｔ１に第１コンパレータの出力信号がＨレベルの場合、第１ゲートＧ１の状態に関して異常ありと判定していることを意味し、第１期間Ｔ１に第１コンパレータの出力信号がＬレベルの場合、第１ゲートＧ１の状態に関して異常なしと判定していることを意味する。スイッチシステム２０は、例えば、第１判定部２１の判定結果が制御部１３に入力されるように構成されていてもよい。
【0042】
（２．２．５）第２判定部
第２判定部２２は、制御部１３から第２ゲート駆動回路１２に第２ゲートＧ２をオフする信号が出力されている第２期間Ｔ２（図３参照）に、第２ゲートＧ２の電圧である第２ゲート電圧（図３参照）と第２閾値電圧Ｖｔｈ２（図３参照）とに基づいて第２ゲートＧ２の状態を判定する。第２判定部２２は、例えば、図３の上から５段目に例示しているように、第２期間Ｔ２（図３の上から４段目参照）に第２ゲート電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２未満の場合、第２ゲートＧ２の状態に関して異常なしと判定し、図３の上から６段目に例示しているように第２期間Ｔ２に第２ゲート電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２以上の場合、第２ゲートＧ２の状態に関して異常ありと判定する。
第２判定部２２は、制御部１３から第２ゲート駆動回路１２に第２ゲートＧ２をオフする信号が出力されている第２期間Ｔ２（図３参照）に、第２ゲートＧ２の電圧である第２ゲート電圧（図３参照）と第２閾値電圧Ｖｔｈ２（図３参照）とに基づいて第２ゲートＧ２の状態を判定する。第２判定部２２は、例えば、図３の上から５段目に例示しているように、第２期間Ｔ２（図３の上から４段目参照）に第２ゲート電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２未満の場合、第２ゲートＧ２の状態に関して異常なしと判定し、図３の上から６段目に例示しているように第２期間Ｔ２に第２ゲート電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２以上の場合、第２ゲートＧ２の状態に関して異常ありと判定する。
【0043】
第２判定部２２は、例えば、第２ゲート電圧と第２閾値電圧Ｖｔｈ２に相当する第２基準電圧とを比較する第２コンパレータを含む。この場合、第２判定部２２は、例えば、第２コンパレータの反転端子に第２基準電圧が入力され、第２コンパレータの非反転端子に第２ゲート電圧が入力されるように構成される。第２判定部２２では、第２ゲート電圧が第２基準電圧以上の場合は第２コンパレータの出力信号がＨレベルとなり、第２ゲート電圧が第２基準電圧未満の場合は第２コンパレータの出力信号がＬレベルとなる。第２判定部２２では、第２期間Ｔ２に第２コンパレータの出力信号がＨレベルの場合、第２ゲートＧ１の状態に関して異常ありと判定していることを意味し、第２期間Ｔ２に第２コンパレータの出力信号がＬレベルの場合、第２ゲートＧ２の状態に関して異常なしと判定していることを意味する。スイッチシステム２０は、例えば、第２判定部２２の判定結果が制御部１３に入力されるように構成されていてもよい。
【0044】
（３）利点
実施形態１に係るスイッチシステム２０は、双方向スイッチ１と、第１ゲート駆動回路１１と、第２ゲート駆動回路１２と、制御部１３と、第１判定部２１と、第２判定部２２と、を備える。双方向スイッチ１は、第１ソースＳ１と、第２ソースＳ２と、第１ソースＳ１と第２ソースＳ２との間において第１ソースＳ１側にあり、第１ソースＳ１に対応する第１ゲートＧ１と、第１ソースＳ１と第２ソースＳ２との間において第２ソースＳ２側にあり、第２ソースＳ２に対応する第２ゲートＧ２と、を有する。第１ゲート駆動回路１１は、第１ゲートＧ１に接続されている。第２ゲート駆動回路１２は、第２ゲートＧ２に接続されている。制御部１３は、第１ゲート駆動回路１１と第２ゲート駆動回路１２とを制御する。第１判定部２１は、制御部１３から第１ゲート駆動回路１１に第１ゲートＧ１をオフする信号が出力されている第１期間Ｔ１に、第１ゲートＧ１の電圧と第１閾値電圧Ｖｔｈ１とに基づいて第１ゲートＧ１の状態を判定する。第２判定部２２は、制御部１３から第２ゲート駆動回路１２に第２ゲートＧ２をオフする信号が出力されている第２期間Ｔ２に、第２ゲートＧ２の電圧と第２閾値電圧Ｖｔｈ２とに基づいて第２ゲートＧ２の状態を判定する。
実施形態１に係るスイッチシステム２０は、双方向スイッチ１と、第１ゲート駆動回路１１と、第２ゲート駆動回路１２と、制御部１３と、第１判定部２１と、第２判定部２２と、を備える。双方向スイッチ１は、第１ソースＳ１と、第２ソースＳ２と、第１ソースＳ１と第２ソースＳ２との間において第１ソースＳ１側にあり、第１ソースＳ１に対応する第１ゲートＧ１と、第１ソースＳ１と第２ソースＳ２との間において第２ソースＳ２側にあり、第２ソースＳ２に対応する第２ゲートＧ２と、を有する。第１ゲート駆動回路１１は、第１ゲートＧ１に接続されている。第２ゲート駆動回路１２は、第２ゲートＧ２に接続されている。制御部１３は、第１ゲート駆動回路１１と第２ゲート駆動回路１２とを制御する。第１判定部２１は、制御部１３から第１ゲート駆動回路１１に第１ゲートＧ１をオフする信号が出力されている第１期間Ｔ１に、第１ゲートＧ１の電圧と第１閾値電圧Ｖｔｈ１とに基づいて第１ゲートＧ１の状態を判定する。第２判定部２２は、制御部１３から第２ゲート駆動回路１２に第２ゲートＧ２をオフする信号が出力されている第２期間Ｔ２に、第２ゲートＧ２の電圧と第２閾値電圧Ｖｔｈ２とに基づいて第２ゲートＧ２の状態を判定する。
【0045】
実施形態１に係るスイッチシステム２０は、双方向スイッチ１の状態（故障の有無）を検知可能となる。例えば、実施形態１に係るスイッチシステム２０では、第１判定部２１により第１ゲートＧ１の状態に関して「異常あり」と判定された場合、第２判定部２２により第２ゲートＧ２の状態に関して「異常あり」と判定された場合のいずれの場合も、双方向スイッチ１が故障していると判断することが可能となる（つまり、双方向スイッチ１の状態を検知可能となる）。また、実施形態１に係るスイッチシステム２０では、第１判定部２１により第１ゲートＧ１の状態に関して「異常なし」と判定され、かつ、第２判定部２２により第２ゲートＧ２の状態に関して「異常なし」と判定された場合、双方向スイッチ１が故障していないと判断することが可能となる（つまり、双方向スイッチ１の状態を検知可能となる）。
【0046】
（実施形態２）
以下では、実施形態２に係るスイッチシステム２０ａについて、図６及び７に基づいて説明する。なお、実施形態２に係るスイッチシステム２０ａに関し、実施形態１に係るスイッチシステム２０と同様の構成要素には同一の符合を付して説明を適宜省略する。
以下では、実施形態２に係るスイッチシステム２０ａについて、図６及び７に基づいて説明する。なお、実施形態２に係るスイッチシステム２０ａに関し、実施形態１に係るスイッチシステム２０と同様の構成要素には同一の符合を付して説明を適宜省略する。
【0047】
実施形態２に係るスイッチシステム２０ａは、実施形態１に係るスイッチシステム２０における制御システム１０の代わりに、制御システム１０ａを備える。
【0048】
双方向スイッチ１は、図２に示すように、第１ゲートＧ１が第１ｐ型層１９１と第１ゲート電極１８１とを含み、第２ゲートＧ２が第２ｐ型層１９２と第２ゲート電極１８２とを含んでいる、ノーマリオフ型ＪＦＥＴである。
【0049】
制御システム１０ａでは、第１ゲート駆動回路１１ａ及び第２ゲート駆動回路１２ａの回路構成が、制御システム１０における第１ゲート駆動回路１１及び第２ゲート駆動回路１２とは相違する。制御システム１０ａは、制御システム１０における制御部１３の代わりに、制御部１３ａを備えている。
【0050】
第１ゲート駆動回路１１ａは、図６に示すように、第１ゲート抵抗Ｒ１と、第１スイッチＳＷ１と、第２ゲート抵抗Ｒ２と、を有する。第１ゲート抵抗Ｒ１は、第１ゲートＧ１に接続されている。第１スイッチＳＷ１は、第１ゲート抵抗Ｒ１に直列接続されており、制御部１３によって制御される。第２ゲート抵抗Ｒ２は、第１ゲート抵抗Ｒ１よりも抵抗値が大きい。第２ゲート抵抗Ｒ２は、第１ゲート抵抗Ｒ１と第１スイッチＳＷ１との直列回路に並列接続されている。第２ゲート抵抗Ｒ２の抵抗値は、双方向スイッチ１であるノーマリオフ型ＪＦＥＴの第１ゲートＧ１の第１ゲート電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１を下回るようなゲート電流しか供給できないように決めてある。
【0051】
第２ゲート駆動回路１２ａは、第３ゲート抵抗Ｒ３と、第２スイッチＳＷ２と、第４ゲート抵抗Ｒ４と、を有する。第３ゲート抵抗Ｒ３は、第２ゲートＧ２に接続されている。第２スイッチＳＷ２は、第３ゲート抵抗Ｒ３に直列接続されており、制御部１３によって制御される。第４ゲート抵抗Ｒ４は、第３ゲート抵抗Ｒ３よりも抵抗値が大きい。第４ゲート抵抗Ｒ４は、第３ゲート抵抗Ｒ３と第２スイッチＳＷ２との直列回路に並列接続されている。第４ゲート抵抗Ｒ４の抵抗値は、双方向スイッチ１であるノーマリオフ型ＪＦＥＴの第２ゲートＧ２の第２ゲート電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２を下回るようなゲート電流しか供給できないように決めてある。
【0052】
実施形態２に係るスイッチシステム２０ａでは、制御部１３ａが、第１ゲート駆動回路１１ａの第１スイッチＳＷ１及び第２ゲート駆動回路１２ａの第２スイッチＳＷ２を制御する。第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の各々は、例えば、ノーマリオフ型の半導体スイッチである。
【0053】
制御部１３ａは、実施形態１に係るスイッチシステム２０における制御部１３と同様、動作モードとして、通常モード、第１判定モードと、第２判定モードと、を有し、さらに、第３判定モードと、第４判定モードと、を有する。
【0054】
制御部１３ａは、通常モードでは、第１ゲート駆動回路１１ａに第１ゲートＧ１をオンする信号と第１スイッチＳＷ１をオンする信号とを出力するとともに、第２ゲート駆動回路１２ａに第２ゲートＧ２をオンする信号と第２スイッチＳＷ２をオンする信号を出力する。第１ゲートＧ１をオンする信号は、第１ゲート駆動回路１１ａから第１ゲートＧ１に与える第１ゲート電圧を第１閾値電圧Ｖｔｈ１よりも大きくする電圧レベルの電圧信号である。第２ゲートＧ２をオンする信号は、第２ゲート駆動回路１２ａから第２ゲートＧ２に与える第２ゲート電圧を第２閾値電圧Ｖｔｈ２よりも大きくする電圧レベルの電圧信号である。
【0055】
制御部１３ａは、第１判定モードでは、第１ゲート駆動回路１１ａに第１ゲートＧ１をオフする信号を第１期間Ｔ１の間だけ出力するとともに第１スイッチＳＷ１をオンする信号を出力する。第１ゲートＧ１をオフする信号は、第１ゲート駆動回路１１ａから第１ゲートＧ１へ与える第１ゲート電圧を第１閾値電圧Ｖｔｈ１未満とする電圧レベルの電圧信号であり、例えば、０Ｖの電圧信号である。第１ゲートＧ１の状態は、例えば、第１ゲートＧ１を正常にオフさせることができる異常なしの状態と、第１ゲートＧ１を正常にオフさせることができない異常ありの状態と、を含む。スイッチシステム２０ａでは、第１ゲートＧ１の状態が異常ありの状態の場合、双方向スイッチ１が故障している又は第１ゲート駆動回路１１ａが故障している。
【0056】
また、制御部１３ａは、第２判定モードでは、第２ゲート駆動回路１２ａに第２ゲートＧ２をオフする信号を第２期間Ｔ２の間だけ出力するとともに第２スイッチＳＷ２をオンする信号を出力する。第２ゲートＧ２をオフする信号は、第２ゲート駆動回路１２ａから第２ゲートＧ２へ与える第２ゲート電圧を第２閾値電圧Ｖｔｈ２未満とする電圧レベルの電圧信号であり、例えば、０Ｖの電圧信号である。第２ゲートＧ２の状態は、例えば、第２ゲートＧ２を正常にオフさせることができる異常なしの状態と、第２ゲートＧ２を正常にオフさせることができない異常ありの状態と、を含む。スイッチシステム２０ａでは、第２ゲートＧ２の状態が異常ありの状態の場合、双方向スイッチ１が故障している又は第２ゲート駆動回路１２ａが故障している。
【0057】
制御部１３ａは、第３判定モードでは、第３期間Ｔ３（図７参照）において、第１ゲートＧ１をオンする信号と第１スイッチＳＷ１をオフする信号とを出力する。
【0058】
制御部１３ａは、第４判定モードでは、第４期間Ｔ４（図７参照）において、第２ゲートＧ２をオンする信号と第２スイッチＳＷ２をオフする信号とを出力する。
【0059】
第１判定部２１は、制御部１３ａの第１判定モードにおいて制御部１３ａから第１ゲート駆動回路１１ａに第１スイッチＳＷ１をオンする信号が出力されるとともに第１ゲートＧ１をオフする信号が出力されている第１期間Ｔ１（図３参照）に、第１ゲートＧ１の電圧である第１ゲート電圧（図３参照）と第１閾値電圧Ｖｔｈ１（図３参照）とに基づいて第１ゲートＧ１の状態を判定する。第１判定部２１は、例えば、図３の上から２段目に例示しているように、第１期間Ｔ１（図３の上から１段目参照）に第１ゲート電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１未満の場合、第１ゲートＧ１の状態に関して異常なしと判定し、図３の上から３段目に例示しているように第１期間Ｔ１に第１ゲート電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１以上の場合、第１ゲートＧ１の状態に関して異常ありと判定する。
【0060】
第２判定部２２は、制御部１３ａの第２判定モードにおいて制御部１３ａから第２ゲート駆動回路１２ａに第２スイッチＳＷ２をオンする信号が出力されるとともに第２ゲートＧ２をオフする信号が出力されている第２期間Ｔ２（図３参照）に、第１ゲートＧ１の電圧である第１ゲート電圧（図３参照）と第１閾値電圧Ｖｔｈ１（図３参照）とに基づいて第１ゲートＧ１の状態を判定する。第２判定部２２は、例えば、図３の上から５段目に例示しているように、第２期間Ｔ２（図３の上から４段目参照）に第１ゲート電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１未満の場合、第１ゲートＧ１の状態に関して異常なしと判定し、図３の上から６段目に例示しているように第２期間Ｔ２に第２ゲート電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２以上の場合、第２ゲートＧ２の状態に関して異常ありと判定する。
【0061】
第１判定部２１は、制御部１３ａの第３判定モードにおいて、制御部１３ａから第１ゲートＧ１をオンする信号と第１スイッチＳＷ１をオフする信号とが出力されているとき（第３期間Ｔ３）に、図７の上から３段目のように第１ゲートＧ１の電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１を下回った場合に異常なしと判定し、図７の上から４段目のように第１ゲートＧ１の電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１を上回った場合に異常（異常あり）と判定する。
【0062】
第２判定部２２は、制御部１３ａの第４判定モードにおいて、制御部１３ａから第２ゲートＧ２をオンする信号と第２スイッチＳＷ２をオフする信号とが出力されているとき（第４期間Ｔ４）に、図７の上から６段目のように第２ゲートＧ２の電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２を下回った場合に異常なしと判定し、図７の上から８段目のように第２ゲートＧ２の電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２を上回った場合に異常（異常あり）と判定する。
【0063】
実施形態２に係るスイッチシステム２０ａは、制御部１３ａの第１判定モード及び第２判定モードにおいて、双方向スイッチ１の状態（故障の有無）を判定可能となる。
【0064】
また、実施形態２に係るスイッチシステム２０ａは、制御部１３ａの第３判定モードにおいて第１判定部２１で異常ありと判定された場合に、第１ゲートＧ１がオープン状態にある（双方向スイッチ１がショートしている状態にある）との判定が可能となる。
【0065】
また、実施形態２に係るスイッチシステム２０ａは、制御部１３ａの第４判定モードにおいて第２判定部２２で異常ありと判定された場合に、第２ゲートＧ２がオープン状態にある（双方向スイッチ１がショートしている状態にある）との判定が可能となる。
【0066】
（実施形態２の変形例）
実施形態２の変形例に係るスイッチシステム２０ａの回路構成は、図６に示した実施形態２に係るスイッチシステム２０ａの回路構成と同じなので図示及び説明を省略する。
実施形態２の変形例に係るスイッチシステム２０ａの回路構成は、図６に示した実施形態２に係るスイッチシステム２０ａの回路構成と同じなので図示及び説明を省略する。
【0067】
実施形態２の変形例に係るスイッチシステム２０ａでは、制御部１３ａが、通常モードにおいて第１判定部２１に判定動作を行わせ、通常モードにおいて第２判定部２２に判定動作を行わせる点で、実施形態２に係るスイッチシステム２０ａと相違する。
【0068】
第１判定部２１は、図８の上から１段目及び２段目に示すように、制御部１３ａから第１ゲートＧ１をオンする信号と第１スイッチＳＷ１をオンする信号とが出力されているとき（つまり、制御部１３ａが通常モードで動作しているとき）に、第１ゲートＧ１の電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１を下回った場合（図８の上から５段目参照）に第１ゲートＧ１の状態を異常（異常あり）と判定する。この場合の異常は、第１ゲートＧ１のショート不良（第１ｐｉｎダイオード構造がショートして抵抗値が小さくなっている不良）であり、双方向スイッチ１ではオープン不良である。
【0069】
第２判定部２２は、図８の上から６段目及び７段目に示すように、制御部１３ａから第２ゲートＧ２をオンする信号と第２スイッチＳＷ２をオンする信号とが出力されているとき（つまり、制御部１３ａが通常モードで動作しているとき）に、第２ゲートＧ２の電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２を下回った場合（図８の上から１０段目参照）に第２ゲートＧ２の状態を異常（異常あり）と判定する。この場合の異常は、第２ゲートＧ２のショート不良（第２ｐｉｎダイオード構造がショートして抵抗値が小さくなっている不良）であり、双方向スイッチ１ではオープン不良である。
【0070】
また、第１判定部２１は、図８の上から１段目及び２段目に示すように、制御部１３ａから第１ゲートＧ１をオンする信号と第１スイッチＳＷ１をオフする信号とが出力されているとき（第３期間Ｔ３）に、第１ゲートＧ１の電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１を上回った場合（図８の上から４段目参照）に第１ゲートＧ１の状態を異常（異常あり）と判定する。この場合の異常は、第１ゲートＧ１のオープン不良であり、双方向スイッチ１ではショート不良である。
【0071】
また、第２判定部２２は、図８の上から６段目及び７段目に示すように、制御部１３ａから第２ゲートＧ２をオンする信号と第２スイッチＳＷ２をオフする信号とが出力されているとき（第４期間Ｔ４）に、第２ゲートＧ２の電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２を上回った場合（図８の上から９段目参照）に第２ゲートＧ２の状態を異常（異常あり）と判定する。この場合の異常は、第２ゲートＧ２のオープン不良であり、双方向スイッチ１ではショート不良である。
【0072】
実施形態２の変形例に係るスイッチシステム２０ａでは、第１判定部２１において第１ゲートＧ１のショート不良を判定できるので、第１ゲートＧ１の状態がショート不良の場合、例えば、制御部１３ａにおいて、第１ゲートＧ１をオフ状態からオン状態に移行できないことを知ることが可能となる。
【0073】
また、実施形態２の変形例に係るスイッチシステム２０ａでは、第２判定部２２において第２ゲートＧ２のショート不良を判定できるので、第２ゲートＧ２の状態がショート不良の場合、例えば、制御部１３ａにおいて、第２ゲートＧ２をオフ状態からオン状態に移行できないことを知ることが可能となる。
【0074】
（実施形態３）
以下では、実施形態３に係るスイッチシステム２０ｂについて、図９に基づいて説明する。なお、実施形態３に係るスイッチシステム２０ｂに関し、実施形態１に係るスイッチシステム２０と同様の構成要素には同一の符合を付して説明を適宜省略する。
以下では、実施形態３に係るスイッチシステム２０ｂについて、図９に基づいて説明する。なお、実施形態３に係るスイッチシステム２０ｂに関し、実施形態１に係るスイッチシステム２０と同様の構成要素には同一の符合を付して説明を適宜省略する。
【0075】
スイッチシステム２０ｂは、双方向スイッチ１を複数（図示例では、３つ）備え、第１判定部２１を複数（図示例では、３つ）備え、第２判定部２２を複数（図示例では、３つ）備える。また、スイッチシステム２０ｂは、制御部１３を複数（図示例では、３つ）備える。スイッチシステム２０ｂは、複数の制御システム１０を備えている。
【0076】
スイッチシステム２０ｂでは、複数の双方向スイッチ１が並列接続されている。スイッチシステム２０ｂは、１つの第１外部接続端子Ｔｍ１１と、１つの第２外部接続端子Ｔｍ１２と、を更に備える。スイッチシステム２０ｂでは、第１外部接続端子Ｔｍ１１に、複数の双方向スイッチ１の第１ソースＳ１が接続され、第２外部接続端子Ｔｍ１２に、複数の双方向スイッチ１の第２ソースＳ２が接続されている。
【0077】
複数の第１判定部２１及び複数の第２判定部２２は、複数の双方向スイッチ１に一対一に対応している。
【0078】
スイッチシステム２０ｂでは、複数の制御システム１０は、複数の双方向スイッチ１に一対一に対応している。
【0079】
スイッチシステム２０ｂは、複数の制御部１３を制御するコントローラ８を更に備えている。
【0080】
スイッチシステム２０ｂは、通常は複数の双方向スイッチ１を同じ状態（オン状態又はオフ状態）に制御するが、複数の双方向スイッチ１の故障診断を行うときには、以下の動作を行う。
【0081】
スイッチシステム２０ｂでは、複数（例えば３つ）の双方向スイッチ１のうち少なくとも１つ（例えば、１つ又は２つ）の双方向スイッチ１を非検知対象の双方向スイッチ１として非検知対象の双方向スイッチ１の第１ソースＳ１と第２ソースＳ２との間に電流を通電させている間に、複数の双方向スイッチ１のうち検知対象の双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１の状態及び第２ゲートＧ２の状態を第１判定部２１及び第２判定部２２それぞれによって判定させる。これにより、スイッチシステム２０ｂは、第１外部接続端子Ｔｍ１１と第２外部接続端子Ｔｍ１２との間に流れる電流を遮断することなく、検知対象の双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１の状態を当該検知対象の双方向スイッチ１に対応する第１判定部２１によって判定させることが可能となるとともに、検知対象の双方向スイッチ１の第２ゲートＧ２の状態を当該検知対象の双方向スイッチ１に対応する第２判定部２２によって判定させることが可能となる。よって、スイッチシステム２０ｂは、例えば、電流遮断器として適用する場合、故障診断のために電流を遮断することなく、故障診断が可能となる。
【0082】
複数の双方向スイッチ１の数が３つ以上の場合、非検知対象の双方向スイッチ１への電流集中を抑制する観点では、検知対象とする双方向スイッチ１の数は、１つであるのが好ましい。スイッチシステム２０ｂでは、複数の双方向スイッチ１のうち検知対象とする双方向スイッチ１を１つの双方向スイッチ１のみとし、検知対象の双方向スイッチ１以外の双方向スイッチ１の全部を非検知対象の双方向スイッチ１とすることにより、非検知対象の双方向スイッチ１の熱破壊を抑制でき、複数の双方向スイッチ１それぞれの長寿命化を図ることが可能となる。
【0083】
スイッチシステム２０ｂでは、コントローラ８が、複数の双方向スイッチ１のうち非検知対象の双方向スイッチ１と検知対象の双方向スイッチ１とを決定し、複数の双方向スイッチ１に一対一に対応する複数の制御部１３を制御するが、これに限らない。例えば、複数の制御システム１０の各々が予め決められたタイムスケジュールに従って、当該制御システム１０に対応する双方向スイッチ１を検知対象の双方向スイッチ１として制御するか、対応する双方向スイッチ１を非検知対象の双方向スイッチ１として制御するか決めてもよい。
【0084】
（実施形態４）
以下では、実施形態４に係るスイッチシステム２０ｃについて、図１０に基づいて説明する。なお、実施形態４に係るスイッチシステム２０ｃに関し、実施形態３に係るスイッチシステム２０ｂと同様の構成要素には同一の符合を付して説明を適宜省略する。
以下では、実施形態４に係るスイッチシステム２０ｃについて、図１０に基づいて説明する。なお、実施形態４に係るスイッチシステム２０ｃに関し、実施形態３に係るスイッチシステム２０ｂと同様の構成要素には同一の符合を付して説明を適宜省略する。
【0085】
実施形態４に係るスイッチシステム２０ｃは、双方向スイッチ１と、第１ゲート駆動回路１１と、第２ゲート駆動回路１２と、制御部１３と、検知部１４と、を備える。検知部１４は、双方向スイッチ１に接続されている。スイッチシステム２０ｃでは、検知部１４は、双方向スイッチ１の第１ソースＳ１に接続されており、第１ソースＳ１と第２ソースＳ２との間に流れる電流を検知する。検知部１４は、例えば、図１２に示すように、双方向スイッチ１に直列に接続されている電流検出用の抵抗１６を含む。抵抗１６は、第１端１６Ａ及び第２端１６Ｂを有している。抵抗１６の第１端１６Ａは、双方向スイッチ１の第１ソースＳ１に接続されている。抵抗１６の第２端１６Ｂは、第１外部接続端子Ｔｍ１１に接続されている。これにより、検知部１４は、抵抗１６に流れる電流を抵抗１６の電圧に変換して検出することができる。
【0086】
また、検知部１４は、図１１に示すように、判定部１５を更に含む。判定部１５は、双方向スイッチ１に流れている電流が所定値未満であるか否かを判定する。判定部１５は、例えば、図１２に示すように、抵抗１６の両端電圧を絶対値に変換する変換回路１５１と、変換回路１５１から出力される絶対値と所定電圧と比較する比較回路１５２と、を含む。比較回路１５２は、例えば、コンパレータである。所定電圧は、双方向スイッチ１のオフ状態において双方向スイッチ１に流れる可能性のあるリーク電流の電流値（例えば、１ｎＡ以下）に相当する。これにより、判定部１５は、抵抗１６の両端電圧の絶対値と所定電圧とを比較することにより、双方向スイッチ１に流れている電流が所定値未満であるか否かを判定する。これにより、双方向スイッチ１に流れる電流の向きが第１方向Ａ１（図１参照）であるか第２方向Ａ２（図１参照）であるかにかかわらず、双方向スイッチ１に流れている電流が所定値未満であるか否かを判定することが可能となる。
【0087】
実施形態４に係るスイッチシステム２０ｃは、実施形態３に係るスイッチシステム２０ｂにおける第１判定部２１及び第２判定部２２の代わりに、上述の検知部１４を備えている。
【0088】
スイッチシステム２０ｃは、双方向スイッチ１と第１ゲート駆動回路１１と第２ゲート駆動回路１２と制御部１３と検知部１４とのセットを複数（図示例では、３つ）備える。スイッチシステム２０ｃは、複数（図示例では、３つ）の制御部１３を制御するコントローラ８を備える。
【0089】
複数（図示例では、３つ）の検知部１４の各々は、複数の双方向スイッチ１のうち当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１以外の少なくとも１つの双方向スイッチ１が導通状態のときに、当該検知部１４と同じセットに含まれる制御部１３の第１状態と第２状態とのそれぞれにおいて、当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の状態を検知する。第１状態は、当該検知部１４と同じセットに含まれる制御部１３が当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１をオフする信号を出力し、第２ゲートＧ２をオンする信号を出力している状態である。第２状態は、当該検知部１４と同じセットに含まれる制御部１３が当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第２ゲートＧ２をオフする信号を出力している状態である。
【0090】
以上説明した実施形態４に係るスイッチシステム２０ｃは、双方向スイッチ１と、第１ゲート駆動回路１１と、第２ゲート駆動回路１２と、制御部１３と、検知部１４と、を備える。双方向スイッチ１は、第１ソースＳ１と、第２ソースＳ２と、第１ソースＳ１に対応する第１ゲートＧ１と、第２ソースＳ２に対応する第２ゲートＧ２と、を有する。第１ゲート駆動回路１１は、第１ゲートＧ１に接続されている。第２ゲート駆動回路１２は、第２ゲートＧ２に接続されている。制御部１３は、第１ゲート駆動回路１１と第２ゲート駆動回路１２とを制御する。検知部１４は、双方向スイッチ１に接続されている。スイッチシステム２０ｃは、双方向スイッチ１と第１ゲート駆動回路１１と第２ゲート駆動回路１２と制御部１３と検知部１４とのセットを複数備える。スイッチシステム２０ｃでは、複数の双方向スイッチ１が並列接続されている。複数の検知部１４の各々は、複数の双方向スイッチ１のうち当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１以外の少なくとも１つの双方向スイッチ１が導通状態のときに、第１動作モードの状態と、第２動作モードの状態と、のそれぞれにおいて、当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の状態を検知する。第１動作モードの状態では、当該検知部１４と同じセットに含まれる制御部１３が当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１をオフする信号を出力し、第２ゲートＧ２をオンする信号を出力している。第２動作モードの状態では、当該検知部１４と同じセットに含まれる制御部１３が当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第２ゲートＧ２をオフする信号を出力し、第１ゲートＧ１をオンする信号を出力している。
【0091】
実施形態４に係るスイッチシステム２０ｃは、複数の双方向スイッチ１の状態を検知することが可能となる。
【0092】
ところで、実施形態３に係るスイッチシステム２０ｂでは、複数の双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１の状態及び第２ゲートＧ２の状態を判定している。これに対して、実施形態４に係るスイッチシステム２０ｃでは、複数の双方向スイッチ１の各々について電流遮断の可否を検知することが可能となる。スイッチシステム２０ｃでは、例えば、複数の双方向スイッチ１の各々について制御部１３が第１状態及び第２状態それぞれの場合に、検知部１４において双方向スイッチ１の第１ソースＳ１に流れる電流を検知することで双方向スイッチ１の通電の有無を検知する。通電の有無に関し、通電有りは、検知部１４において検知される電流が第１所定値以上である場合であり、通電無しは、検知部１４において検知される電流が第２所定値未満である場合である。第２所定値は、第１所定値よりも小さい。第２所定値は、例えば、１ｎＡである。
【0093】
複数の制御部１３の各々は、第１状態のときには当該制御部１３と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１に状態検知用の第１オフ電圧を印加させ、第２状態のときには当該制御部１３と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第２ゲートＧ２に状態検知用の第２オフ電圧を印加させる。第１オフ電圧の電圧レベルは、制御部１３が通常動作の場合に第１ゲートＧ１をオフさせるときの電圧の電圧レベルとは異なる。第２オフ電圧の電圧レベルは、制御部１３が通常動作の場合に第２ゲートＧ２をオフさせるときの電圧の電圧レベルとは異なる。なお、第１閾値電圧と第１オフ電圧との差分は、双方向スイッチ１の電圧差よりも大きい。第２閾値電圧と第２オフ電圧との差分は、双方向スイッチ１の電圧差よりも大きい。
【0094】
スイッチシステム２０ｃでは、複数の判定部１５の各々は、図１２の構成に限らない。例えば、複数の判定部１５の各々は、図１３に示すように、抵抗１６の第２端１６Ｂの電位を基準として第１端１６Ａの電位と第２端１６Ｂの電位とを比較する第１比較回路１７Ａと、抵抗１６の第１端１６Ａの電位を基準として第２端１６Ｂの電位と第１端１６Ａの電位とを比較する第２比較回路１７Ｂと、を含む構成であってもよい。
【0095】
第１比較回路１７Ａは、第１コンパレータを含む。第１比較回路１７Ａでは、第１コンパレータの非反転端子に抵抗１６の第１端１６Ａが接続され、第１コンパレータの反転端子に抵抗１６の第２端１６Ｂが接続されている。これにより、第１比較回路１７Ａは、制御部１３が双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１をオフする信号と第２ゲートＧ２をオンする信号とを出力しているときに、双方向スイッチ１の第２ソースＳ２から第１ソースＳ１に向かう向きに電流が流れたか否かを判定することができる。
【0096】
第２比較回路１７Ｂは、第２コンパレータを含む。第２比較回路１７Ｂでは、第２コンパレータの非反転端子に抵抗１６の第２端１６Ｂが接続され、第２コンパレータの反転端子に抵抗１６の第１端１６Ａが接続されている。これにより、第２比較回路１７Ｂは、制御部１３が双方向スイッチ１の第２ゲートＧ２をオフする信号と第１ゲートＧ１をオンする信号とを出力しているときに、双方向スイッチ１の第１ソースＳ１から第２ソースＳ２に向かう向きに電流が流れたか否かを判定することができる。
【0097】
以下では、説明の便宜上、第１外部接続端子Ｔｍ１１の電位をＶｓ１とし、第２外部接続端子Ｔｍ１２の電位をＶｓ２として説明することもある。
【0098】
実施形態４に係るスイッチシステム２０ｃは、例えば、Ｖｓ２＞Ｖｓ１の場合、制御部１３が第１ゲートＧ１をオンする信号を出力し、第２ゲートＧ２をオンする信号を出力している状態から、第２ゲートＧ２をオフする信号を出力し、第１ゲートＧ１をオンする信号を出力する第２状態に変わったときに、ソース電流の通電があれば高電位側ゲートである第２ゲートＧ２が異常と判定し、ソース電流（第２ソースＳ２から第１ソースＳ１に向かう電流）の通電がなければ第２ゲートＧ２が正常と判定することができる。
【0099】
また、実施形態４に係るスイッチシステム２０ｃは、例えば、Ｖｓ２＞Ｖｓ１の場合、制御部１３が第１ゲートＧ１をオンする信号を出力し、第２ゲートＧ２をオンする信号を出力している状態から、第１ゲートＧ１をオフする信号を出力し、第２ゲートＧ２をオンする信号を出力する第１状態に変わったときに、ソース電流の通電があれば低電位側ゲートである第１ゲートＧ１を異常と判定し、ソース電流の通電がなければ第１ゲートＧ１を正常と判定することができる。
【0100】
スイッチシステム２０ｃは、Ｖｓ２＞Ｖｓ１の場合と、Ｖｓ２＜Ｖｓ１の場合と、のそれぞれの状態に応じて通電の有無（ソース電流が流れたか否か）を検知して、双方向に電流をブロックできることを確認するのが好ましい。
【0101】
Ｖｓ２＞Ｖｓ１の場合は、低電位側ゲートである第１ゲートＧ１をオフすることで、双方向スイッチ１がソース電流をオフできる（ソース電流が所定値よりも小さくなる）か否か判定できる（ソース電流をオフできるか否かを直接判定できる）が、第２ゲートＧ２についてはダイオードモードからの間接的な判定である（ダイオードモードに移行するかどうかを判定している）。よって、Ｖｓ２＜Ｖｓ１の場合に、第２ゲートＧ２をオフすることで、双方向スイッチ１がソース電流をオフできるか否かも判定したほうが良い。要するに、Ｖｓ２＞Ｖｓ１となる場合と、Ｖｓ２＜Ｖｓ１となる場合と、のそれぞれについて、低電位側ゲートをオフすることでソース電流が所定値よりも小さくなるか否かを判定することを、１セットの判定とするのが好ましい。
【0102】
（実施形態５）
以下では、実施形態５に係るスイッチシステム２０ｄについて、図１４に基づいて説明する。なお、実施形態５に係るスイッチシステム２０ｄに関し、実施形態４に係るスイッチシステム２０ｃと同様の構成要素には同一の符合を付して説明を適宜省略する。
以下では、実施形態５に係るスイッチシステム２０ｄについて、図１４に基づいて説明する。なお、実施形態５に係るスイッチシステム２０ｄに関し、実施形態４に係るスイッチシステム２０ｃと同様の構成要素には同一の符合を付して説明を適宜省略する。
【0103】
実施形態５に係るスイッチシステム２０ｄでは、複数の検知部１４の各々が抵抗１６を２つ有する。２つの抵抗１６は、当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第１ソースＳ１に接続されている第１抵抗１６１と、当該判定部１５と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第２ソースＳ２に接続されている第２抵抗１６２と、を含む。
【0104】
実施形態５に係るスイッチシステム２０ｄでは、複数の検知部１４の各々は、第１判定回路１８Ａと、第２判定回路１８Ｂと、を含む。第１判定回路１８Ａは、当該検知部１４と同じセットに含まれる制御部１３が第１状態のときに、第１抵抗１６１の両端電圧が第１基準電圧を上回った場合は異常と判定する。第２判定回路１８Ｂは、当該検知部１４と同じセットに含まれる制御部１３が第２状態のときに、第２抵抗１６２の両端電圧が第２基準電圧を上回った場合は異常と判定する。第１状態は、当該検知部１４と同じセットに含まれる制御部１３が当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１をオフする信号を出力し、第２ゲートＧ２をオンする信号を出力している状態である。第２状態は、当該検知部１４と同じセットに含まれる制御部１３が当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第２ゲートＧ２をオフする信号を出力し、第１ゲートＧ１をオンする信号を出力している状態である。
【0105】
第１判定回路１８Ａは、例えば、第１抵抗１６１の両端電圧と第１基準電圧とを比較するコンパレータを含む。これにより、第１判定回路１８Ａは、制御部１３が双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１をオフする信号と第２ゲートＧ２をオンする信号とを出力しているときに、双方向スイッチ１の第２ソースＳ２から第１ソースＳ１に向かう向きに電流が流れたか否かを判定することができる。
【0106】
第２判定回路１８Ｂは、例えば、第２抵抗１６２の両端電圧と第２基準電圧とを比較するコンパレータを含む。これにより、第２判定回路１８Ｂは、制御部１３が双方向スイッチ１の第２ゲートＧ２をオフする信号と第１ゲートＧ１をオンする信号とを出力しているときに、双方向スイッチ１の第１ソースＳ１から第２ソースＳ２に向かう向きに電流が流れたか否かを判定することができる。
【0107】
（実施形態６）
以下では、実施形態６に係るスイッチシステム２０ｅについて、図１５に基づいて説明する。なお、実施形態６に係るスイッチシステム２０ｅに関し、実施形態５に係るスイッチシステム２０ｄと同様の構成要素には同一の符合を付して説明を適宜省略する。
以下では、実施形態６に係るスイッチシステム２０ｅについて、図１５に基づいて説明する。なお、実施形態６に係るスイッチシステム２０ｅに関し、実施形態５に係るスイッチシステム２０ｄと同様の構成要素には同一の符合を付して説明を適宜省略する。
【0108】
実施形態６に係るスイッチシステム２０ｅでは、複数の検知部１４の各々が、第１コンパレータＣＰ１と、第２コンパレータＣＰ２と、第１発光ダイオード１４１と、第２発光ダイオード１４２と、を含む。第１コンパレータＣＰ１の非反転端子は、第１抵抗１６１における第１ソースＳ１側の第１端に接続されている。第１コンパレータＣＰ１の反転端子は、第１抵抗１６１における第１端とは反対側の第２端に接続されている。第２コンパレータＣＰ２の非反転端子は、第２抵抗１６２における第２ソースＳ２側の第１端に接続されている。第２コンパレータＣＰ２の反転端子は、第２抵抗１６２における第１端とは反対側の第２端に接続されている。第１発光ダイオード１４１のアノードは、第１コンパレータＣＰ１の出力端子に接続されている。第１発光ダイオード１４１のカソードは、第１抵抗１６１の第２端に接続されている。第２発光ダイオード１４２のアノードは、第２コンパレータＣＰ２の出力端子に接続されている。第２発光ダイオード１４２のカソードは、第２抵抗１６２の第２端に接続されている。
【0109】
実施形態６に係るスイッチシステム２０ｅでは、双方向スイッチ１の第２ソースＳ２から第１ソースＳ１に向かう電流が流れているときには、第１発光ダイオード１４１が発光し、双方向スイッチ１の第１ソースＳ１から第２ソースＳ２に向かう電流が流れているときには、第２発光ダイオード１４２が発光する。実施形態６に係るスイッチシステム２０ｅでは、双方向スイッチ１に電流が流れないときには、第１発光ダイオード１４１及び第２発光ダイオード１４２のいずれも消灯する。
【0110】
（実施形態７）
以下では、実施形態７に係るスイッチシステム２０ｆについて、図１６に基づいて説明する。なお、実施形態７に係るスイッチシステム２０ｆに関し、実施形態４に係るスイッチシステム２０ｃと同様の構成要素には同一の符合を付して説明を適宜省略する。
以下では、実施形態７に係るスイッチシステム２０ｆについて、図１６に基づいて説明する。なお、実施形態７に係るスイッチシステム２０ｆに関し、実施形態４に係るスイッチシステム２０ｃと同様の構成要素には同一の符合を付して説明を適宜省略する。
【0111】
スイッチシステム２０ｆでは、複数の検知部１４の各々が、当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の温度を検出する温度検出部１９を含む。
【0112】
複数の検知部１４の各々は、当該検知部１４と同じセットに含まれる制御部１３が第１状態のときに、温度検出部１９による検出温度が閾値温度を上回った場合は当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１を異常と判定する。第１状態は、当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１をオフする信号を出力し、第２ゲートＧ２をオンする信号を出力している状態である。制御部１３の第１状態において双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１がオフされれば双方向スイッチ１の発熱量が低下する。
【0113】
複数の検知部１４の各々は、当該検知部１４と同じセットに含まれる制御部１３が第２状態のときに、温度検出部１９による検出温度が閾値温度を上回った場合は当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１を異常と判定する。第２状態は、複数の検知部１４の各々は、当該検知部１４と同じセットに含まれる制御部１３が当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１をオンする信号を出力し、第２ゲートＧ２をオフする信号を出力している状態である。制御部１３の第２状態において双方向スイッチ１の第２ゲートＧ２がオフされれば双方向スイッチ１の発熱量が低下する。
【0114】
実施形態７に係るスイッチシステム２０ｆは、双方向スイッチ１の温度変化によって双方向スイッチ１の電流に関する異常の有無を判定することが可能となる。
【0115】
（実施形態８）
以下では、実施形態８に係るスイッチシステム２０ｇについて、図１７及び１８に基づいて説明する。なお、実施形態８に係るスイッチシステム２０ｇに関し、実施形態３に係るスイッチシステム２０ｂと同様の構成要素には同一の符合を付して説明を適宜省略する。
以下では、実施形態８に係るスイッチシステム２０ｇについて、図１７及び１８に基づいて説明する。なお、実施形態８に係るスイッチシステム２０ｇに関し、実施形態３に係るスイッチシステム２０ｂと同様の構成要素には同一の符合を付して説明を適宜省略する。
【0116】
実施形態８に係るスイッチシステム２０ｇでは、複数の双方向スイッチ１の各々は、上述の図２に示すように、第１ゲートＧ１が第１ｐ型層１９１と第１ゲート電極１８１とを含み、第２ゲートＧ２が第２ｐ型層１９２と第２ゲート電極１８２とを含んでいる、ノーマリオフ型ＪＦＥＴである。
【0117】
実施形態８に係るスイッチシステム２０ｇでは、複数の検知部１４の各々は、第１検知部１４Ａと、第２検知部１４Ｂと、を含む。
【0118】
第１検知部１４Ａは、当該検知部１４と同じセットに含まれる制御部１３が第２状態のときに、第１ゲートＧ１の電圧に基づいて当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第１ソースＳ１と第２ソースＳ２との間の通電状態を検知する。第２状態は、当該検知部１４と同じセットに含まれる制御部１３が当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第２ゲートＧ２をオフする信号を出力し、第１ゲートＧ１をオンする信号を出力している状態である。
【0119】
第２検知部１４Ｂは、当該検知部１４と同じセットに含まれる制御部１３が第１状態のときに、第２ゲートＧ２の電圧に基づいて当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第１ソースＳ１と第２ソースＳ２との間の通電状態を検知する。第１状態は、当該検知部１４と同じセットに含まれる制御部１３が当該検知部１４と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１をオフする信号を出力し、第２ゲートＧ２をオンする信号を出力している状態である。
【0120】
スイッチシステム２０ｇでは、複数の第１ゲート駆動回路１１の各々は、当該第１ゲート駆動回路１１と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１に接続されている第１ゲート抵抗Ｒｇ１（図４参照）を含む。また、複数の第２ゲート駆動回路１２の各々は、当該第２ゲート駆動回路１２と同じセットに含まれる双方向スイッチ１の第２ゲートＧ２に接続されている第２ゲート抵抗Ｒｇ２（図４参照）を含む。複数の第１検知部１４Ａの各々は、当該第１検知部１４Ａと同じセットに含まれる双方向スイッチ１に接続されている第１ゲート抵抗Ｒｇ１の両端電圧が第１所定電圧（例えば、所定電圧Ｖｔｈ）を上回った場合に当該第１検知部１４Ａと同じセットに含まれる双方向スイッチ１を異常と判定する。
【0121】
複数の第２検知部１４Ｂの各々は、当該第２検知部１４Ｂと同じセットに含まれる双方向スイッチ１に接続されている第２ゲート抵抗Ｒｇ２の両端電圧が第２所定電圧（例えば、所定電圧Ｖｔｈ）を上回った場合に当該第２検知部１４Ｂと同じセットに含まれる双方向スイッチ１を異常と判定する。
【0122】
デュアルゲート型のＧａＮ系ＧＩＴにより構成される双方向スイッチ１は、例えば、ゲート（例えば、第１ゲートＧ１）とソース（例えば、第１ソースＳ１）との間に印加されるゲート電圧をＶｇとし、ゲートに流れるゲート電流をＩｇとすると、図１８に示すような電圧－電流特性を有する。図１８において、実線Ｂ２は、実線Ｂ１よりも温度が低い場合の電圧－電流特性を示している。また、図１８においては、抵抗負荷線Ｌ１を一点鎖線で示している。所定電圧Ｖｔｈは、実線Ｂ１と負荷抵抗線Ｌ１との交点に対応するゲート電圧と、実線Ｂ２と負荷抵抗線Ｌ１との交点に対応するゲート電圧と、の間の電圧である。
【0123】
（実施形態９）
以下では、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈについて、図１９～２３に基づいて説明する。なお、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈに関し、実施形態１に係るスイッチシステム２０と同様の構成要素には同一の符合を付して説明を適宜省略する。
以下では、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈについて、図１９～２３に基づいて説明する。なお、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈに関し、実施形態１に係るスイッチシステム２０と同様の構成要素には同一の符合を付して説明を適宜省略する。
【0124】
（１）スイッチシステム（遮断装置）
実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈは、半導体スイッチである双方向スイッチ１と、第１ゲート駆動回路１１と、第２ゲート駆動回路１２と、診断装置３と、を備える。スイッチシステム２０ｈは、双方向スイッチ１によって電源７から負荷９への給電路８０を開閉するように構成されている遮断装置である。
実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈは、半導体スイッチである双方向スイッチ１と、第１ゲート駆動回路１１と、第２ゲート駆動回路１２と、診断装置３と、を備える。スイッチシステム２０ｈは、双方向スイッチ１によって電源７から負荷９への給電路８０を開閉するように構成されている遮断装置である。
【0125】
電源７は、例えば、太陽電池又は蓄電池等の直流電源である。ただし、電源７は、商用の交流電源から供給される交流電力を直流電力に電力変換する電力変換装置等であってもよい。
【0126】
負荷９は、例えば、電動機及び電動機を駆動する駆動装置、あるいは、太陽電池から供給される直流電力を交流電力に電力変換するパワーコンディショナ等が好ましい。
【0127】
（２）半導体スイッチ
（２．１）半導体スイッチの構造
半導体スイッチである双方向スイッチ１は、第１方向Ａ１と、第２方向Ａ２と、の二つの方向に対して個別に電流を遮断することが可能であることが好ましい。実施形態９における半導体スイッチは、ゲートとソースの組合せを二組備えたデュアルゲート型の双方向スイッチ１である。双方向スイッチ１は、具体的には、デュアルゲート型のＧａＮ系ＧＩＴ（GIT：Gate Injection Transistor）である。
（２．１）半導体スイッチの構造
半導体スイッチである双方向スイッチ１は、第１方向Ａ１と、第２方向Ａ２と、の二つの方向に対して個別に電流を遮断することが可能であることが好ましい。実施形態９における半導体スイッチは、ゲートとソースの組合せを二組備えたデュアルゲート型の双方向スイッチ１である。双方向スイッチ１は、具体的には、デュアルゲート型のＧａＮ系ＧＩＴ（GIT：Gate Injection Transistor）である。
【0128】
双方向スイッチ１は、上述の第１ｐ型層１９１及び第２ｐ型層１９２を備えたノーマリオン型のＪＦＥＴである。双方向スイッチ１では、第１閾値電圧Ｖｔｈ１は、例えば、－８Ｖであり、第２閾値電圧Ｖｔｈ２は、例えば、－８Ｖである。双方向スイッチ１は、第１ｐ型層１９１及び第２ｐ型層１９２を備えずに、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ層により構成される第２窒化物半導体層１０５に第１ゲートＧ１及び第２ゲートＧ２のそれぞれの第１ゲート電極１８１及び第２ゲート電極１８２がショットキー接合されている構造を採用してもかまわない。
【0129】
（２．２）双方向スイッチの動作
双方向スイッチ１は、ノーマリオン型のＪＦＥＴであるので、第１ゲートＧ１及び第２ゲートＧ２が逆バイアスされたとき、すなわち、第１ソースＳ１の電位Ｖｓ１に対して第１ゲートＧ１の電位が第１閾値電圧Ｖｔｈ１未満となるように逆バイアスされるとともに第２ソースＳ２の電位に対して第２ゲートＧ２の電位が第２閾値電圧Ｖｔｈ２未満となるように逆バイアスされたときにオフする。
双方向スイッチ１は、ノーマリオン型のＪＦＥＴであるので、第１ゲートＧ１及び第２ゲートＧ２が逆バイアスされたとき、すなわち、第１ソースＳ１の電位Ｖｓ１に対して第１ゲートＧ１の電位が第１閾値電圧Ｖｔｈ１未満となるように逆バイアスされるとともに第２ソースＳ２の電位に対して第２ゲートＧ２の電位が第２閾値電圧Ｖｔｈ２未満となるように逆バイアスされたときにオフする。
【0130】
以下では、説明の便宜上、第１ソースＳ１と第１ゲートＧ１との間に第１ソースＳ１を基準として第１閾値電圧Ｖｔｈ１以上の電圧が印加されている状態（第１ゲートＧ１が逆バイアスされていない状態）を、第１ゲートＧ１のオン状態ともいう。また、第１ソースＳ１と第１ゲートＧ１との間に第１ソースＳ１を基準として第１閾値電圧Ｖｔｈ１未満の電圧が印加されている状態（第１ゲートＧ１が逆バイアスされている状態）を、第１ゲートＧ１のオフ状態ともいう。また、第２ソースＳ２と第２ゲートＧ２との間に第２ソースＳ２を基準として第２閾値電圧Ｖｔｈ２以上の電圧が印加されている状態（第２ゲートＧ２が逆バイアスされていない状態）を、第２ゲートＧ２のオン状態ともいう。また、第２ソースＳ２と第２ゲートＧ２との間に第２ソースＳ２を基準として第２閾値電圧Ｖｔｈ２未満の電圧が印加されている状態（第２ゲートＧ２が逆バイアスされている状態）を、第２ゲートＧ２のオフ状態ともいう。
【0131】
双方向スイッチ１は、第１ゲートＧ１がオン状態で、かつ第２ゲートＧ２がオン状態である場合（双方向オン状態の場合）、第１ソースＳ１と第２ソースＳ２との間において、第１方向Ａ１及び第２方向Ａ２の双方向に電流を流すことができる。より詳細には、双方向スイッチ１は、双方向オン状態の場合、第１ソースＳ１が第２ソースＳ２よりも高電位のときに第１方向Ａ１へ電流が流れる。また、双方向スイッチ１は、双方向オン状態の場合、第２ソースＳ２が第１ソースＳ１よりも高電位のときに第２方向Ａ２へ電流が流れる。
【0132】
双方向スイッチ１は、第１ゲートＧ１がオフ状態で、かつ第２ゲートＧ２がオフ状態である場合（双方向オフ状態の場合）、第１ソースＳ１と第２ソースＳ２との間において、第１方向Ａ１及び第２方向Ａ２の双方向に電流を流すことができない。より詳細には、双方向スイッチ１は、双方向オフ状態の場合、第１ソースＳ１が第２ソースＳ２よりも高電位のときに第１方向Ａ１へ流れる電流が遮断される。また、第２ソースＳ２が第１ソースＳ１よりも高電位のときに第２方向Ａ２へ流れる電流が遮断される。
【0133】
双方向スイッチ１は、第１ゲートＧ１がオン状態で、かつ第２ゲートＧ２がオフ状態である場合（第２のダイオード状態の場合）、ダイオードとして機能する。より詳細には、双方向スイッチ１は、第２のダイオード状態の場合、第２ソースＳ２が第１ソースＳ１よりも高電位のときには第２方向Ａ２に電流が流れ、かつ、第１ソースＳ１が第２ソースＳ２よりも高電位のときには第１方向Ａ１に流れる電流が遮断される。
【0134】
双方向スイッチ１は、第１ゲートＧ１がオフ状態で、かつ第２ゲートＧ２がオン状態である場合（第１のダイオード状態の場合）、ダイオードとして機能する。より詳細には、双方向スイッチ１は、第１のダイオード状態の場合、第１ソースＳ１が第２ソースＳ２よりも高電位のときには第１方向Ａ１に電流が流れ、かつ、第２ソースＳ２が第１ソースＳ１よりも高電位のときには第２方向Ａ２に流れる電流が遮断される。
【0135】
実施形態９おける双方向スイッチ１において、第１閾値電圧と第２閾値電圧は等しくてもよいし、等しくなくてもよい。
【0136】
以上説明したスイッチシステム２０ｈにより構成される遮断装置は、双方向スイッチ１がノーマリオン型であるため、電源７から負荷９への給電中に双方向スイッチ１で消費される電力をほぼゼロにすることができる。また、遮断装置は、負荷９に異常が生じた場合等に電源７から負荷９（第１方向Ａ１）に流れる電流を遮断することができる。さらに、遮断装置は、電源７と負荷９との間に接続される半導体スイッチが双方向スイッチ１であるので、例えば、電源７に異常が生じた場合等に負荷９から電源７（第２方向Ａ２）に逆流する電流を遮断することができる。
【0137】
（３）ゲート駆動回路
スイッチシステム２０ｈは、二つのゲート駆動回路、すなわち、第１ゲート駆動回路１１と第２ゲート駆動回路１２を備えている（図１９参照）。
スイッチシステム２０ｈは、二つのゲート駆動回路、すなわち、第１ゲート駆動回路１１と第２ゲート駆動回路１２を備えている（図１９参照）。
【0138】
第１ゲート駆動回路１１は、図２０に示すように、電源端子Ｔ１１、出力端子Ｔ１２、グランド端子Ｔ１３及び信号入力端子Ｔ１４等を有する集積回路で構成されている。この集積回路は、例えば、絶縁型ゲート・ドライバＩＣ（Integrated Circuit）である。第１ゲート駆動回路１１のグランド端子Ｔ１３には、第１ソースＳ１の電位Ｖｓ１と負電源４の電源電圧Ｖｅｅとの差分の電圧（Ｖｓ１－Ｖｅｅ）が入力される。第１ゲート駆動回路１１の電源端子Ｔ１１は、双方向スイッチ１の第１ソースＳ１と電気的に接続されている（図１９及び図２０参照）。つまり、第１ゲート駆動回路１１の電源端子Ｔ１１には、グランド端子Ｔ１３の電位（Ｖｓ１－Ｖｅｅ）を基準として負電源４の電源電圧Ｖｅｅが入力される（図２０参照）。第１ゲート駆動回路１１の出力端子Ｔ１２は、スイッチング素子Ｑ１を介して第１ゲートＧ１と電気的に接続されている。第１ゲート駆動回路１１の信号入力端子Ｔ１４には、後述する制御回路３２から制御信号が入力される。負電源４は、直流電源であり、第１ゲート駆動回路１１のグランド端子Ｔ１３に負極が接続され、正極が第１ソースＳ１に接続される。これにより、第１ゲート駆動回路１１は、双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１との間に第１ソースＳ１を基準として第１ゲートＧ１を低電位側とする負バイアス電圧（第１閾値電圧Ｖｔｈ１よりも小さな負電圧）を印加することができる。
【0139】
スイッチング素子Ｑ１は、エンハンスメント形のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。スイッチング素子Ｑ１のソースが第１ゲート駆動回路１１の出力端子Ｔ１２と電気的に接続されている。スイッチング素子Ｑ１のドレインが第１ゲートＧ１と電気的に接続されている。スイッチング素子Ｑ１のゲートは、制御回路３２と電気的に接続されている。スイッチング素子Ｑ１は、制御回路３２によってオン・オフ（スイッチング）される。すなわち、スイッチング素子Ｑ１がオン状態のとき、第１ゲート駆動回路１１の出力端子Ｔ１２は、スイッチング素子Ｑ１を介して第１ゲートＧ１と導通する。一方、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態のとき、第１ゲート駆動回路１１の出力端子Ｔ１２は、第１ゲートＧ１との導通をスイッチング素子Ｑ１に阻止されて第１ゲートＧ１と導通しない。
【0140】
第１ゲート駆動回路１１は、制御回路３２に制御されて、出力端子Ｔ１２の電圧（出力電圧）を、第１閾値電圧Ｖｔｈ１よりも絶対値の大きい電圧（例えば、－１０Ｖ）と、第１閾値電圧Ｖｔｈ１よりも絶対値の小さい電圧（例えば、０Ｖ）と、のいずれかに択一的に切り替える。つまり、第１ゲート駆動回路１１が出力端子Ｔ１２の出力電圧を第１閾値電圧Ｖｔｈ１よりも絶対値の小さい電圧に切り替えると、双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１がオン状態となる。一方、第１ゲート駆動回路１１が出力端子Ｔ１２から第１閾値電圧Ｖｔｈ１よりも絶対値の大きい電圧を出力すると、双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１がオフ状態となる。
【0141】
なお、第２ゲート駆動回路１２は第１ゲート駆動回路１１と共通の回路構成を有している。つまり、第２ゲート駆動回路１２は、第１ゲート駆動回路１１と同様に、制御回路３２に制御されて第２ゲートＧ２をオン状態とオフ状態に択一的に切り替えるように構成されている。
【0142】
（４）診断装置
診断装置３は、第１ゲートＧ１及び第１ソースＳ１の組の故障を診断する診断装置３Ａと、第２ゲートＧ２及び第２ソースＳ２の組の故障を診断する診断装置３Ｂとを有している（図１９参照）。ただし、これら二つの診断装置３Ａ、３Ｂは共通の構成を有しているので、以下では、第１ゲートＧ１及び第１ソースＳ１の組の故障を診断する診断装置３（３Ａ）について説明する。
診断装置３は、第１ゲートＧ１及び第１ソースＳ１の組の故障を診断する診断装置３Ａと、第２ゲートＧ２及び第２ソースＳ２の組の故障を診断する診断装置３Ｂとを有している（図１９参照）。ただし、これら二つの診断装置３Ａ、３Ｂは共通の構成を有しているので、以下では、第１ゲートＧ１及び第１ソースＳ１の組の故障を診断する診断装置３（３Ａ）について説明する。
【0143】
診断装置３は、電圧印加回路３０と、判定回路３１と、制御回路３２と、を備えている（図２０参照）。ただし、制御回路３２については、二つの診断装置３Ａ、３Ｂが共用してもかまわない。この場合、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈでは、制御回路３２が、第１ゲート駆動回路１１と第２ゲート駆動回路１２とを制御する制御部を構成する。
【0144】
（４．１）電圧印加回路
電圧印加回路３０は、集積回路３００と、ゲート抵抗としての抵抗器Ｒｇと、を備えている。集積回路３００は、図２０に示すように、電源端子Ｔ２１、出力端子Ｔ２２、グランド端子Ｔ２３及び信号入力端子Ｔ２４等を有する。
電圧印加回路３０は、集積回路３００と、ゲート抵抗としての抵抗器Ｒｇと、を備えている。集積回路３００は、図２０に示すように、電源端子Ｔ２１、出力端子Ｔ２２、グランド端子Ｔ２３及び信号入力端子Ｔ２４等を有する。
【0145】
集積回路３００は、例えば、絶縁型ゲート・ドライバＩＣで構成されることが好ましい。集積回路３００のグランド端子Ｔ２３は、第１ソースＳ１と電気的に接続されている（図２０参照）。つまり、集積回路３００のグランド端子Ｔ２３には、第１ソースＳ１の電位Ｖｓ１が入力されている。集積回路３００の電源端子Ｔ２１は、正電源５を介して双方向スイッチ１の第１ソースＳ１と電気的に接続されている（図２０参照）。つまり、集積回路３００の電源端子Ｔ２１には、グランド端子Ｔ２３の電位を基準（０Ｖ）として、正電源５の電源電圧Ｖｃｃが入力されている（図２０参照）。集積回路３００の出力端子Ｔ２２は、抵抗器Ｒｇを介して第１ゲートＧ１と電気的に接続されている。集積回路３００の信号入力端子Ｔ２４には、制御回路３２から制御信号が入力される。
【0146】
電圧印加回路３０は、制御回路３２に制御されて、第１ゲートＧ１に対して試験電圧Ｖｘを印加する（図２０参照）。集積回路３００は、信号入力端子Ｔ２４に制御回路３２から制御信号が入力されると、出力端子Ｔ２２から一定の電流（試験電流Ｉｘと呼ぶ。）を出力する。すなわち、試験電圧Ｖｘは、集積回路３００の出力端子Ｔ２２から出力される試験電流Ｉｘの大きさ（電流値）と抵抗器Ｒｇの抵抗値によって決まる。なお、試験電圧Ｖｘは、第１ゲートＧ１の第１ｐ型層１９１と第２窒化物半導体層１０５とｎチャネル層とで構成されている第１ダイオード構造（ダイオード）の順方向電圧よりも低くない電圧（順方向電圧よりも大きな電圧）であることが好ましい。試験電圧Ｖｘは、例えば、３～４Ｖである。
【0147】
（４．２）制御回路及び判定回路
制御回路３２は、マイクロコントローラを主構成要素とする。判定回路３１は、制御回路３２とマイクロコントローラを共用している。例えば、判定回路３１は、マイクロコントローラに搭載されているコンパレータを主構成要素とする。判定回路３１は、双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１に対して試験電圧Ｖｘが印加されているときの第１ソースＳ１に対する第１ゲートＧ１の電圧（ゲート電圧Ｖｇｘ）に基づいて双方向スイッチ１の故障を判定する。具体的には、判定回路３１は、ゲート電圧Ｖｇｘを判定用閾値電圧と比較することにより、双方向スイッチ１の故障の有無を判定する。なお、ゲート電圧Ｖｇｘは、アナログ電圧のままで判定回路３１に入力されてもよいし、マイクロコントローラに搭載されているＡＤ変換器によってアナログ電圧からディジタル値にＡＤ変換されて判定回路３１に入力されてもよい。以下の説明においては、判定回路３１に入力されるゲート電圧Ｖｇｘはディジタル値とする。
制御回路３２は、マイクロコントローラを主構成要素とする。判定回路３１は、制御回路３２とマイクロコントローラを共用している。例えば、判定回路３１は、マイクロコントローラに搭載されているコンパレータを主構成要素とする。判定回路３１は、双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１に対して試験電圧Ｖｘが印加されているときの第１ソースＳ１に対する第１ゲートＧ１の電圧（ゲート電圧Ｖｇｘ）に基づいて双方向スイッチ１の故障を判定する。具体的には、判定回路３１は、ゲート電圧Ｖｇｘを判定用閾値電圧と比較することにより、双方向スイッチ１の故障の有無を判定する。なお、ゲート電圧Ｖｇｘは、アナログ電圧のままで判定回路３１に入力されてもよいし、マイクロコントローラに搭載されているＡＤ変換器によってアナログ電圧からディジタル値にＡＤ変換されて判定回路３１に入力されてもよい。以下の説明においては、判定回路３１に入力されるゲート電圧Ｖｇｘはディジタル値とする。
【0148】
（４．３）判定回路の動作
正常な双方向スイッチ１において、第１ゲート駆動回路１１が第１ゲートＧ１をオン状態としている場合、第１ゲートＧ１の電位と第１ソースＳ１の電位の差（電位差）は、ほぼ０Ｖとなる。このとき、診断装置３Ａの電圧印加回路３０から第１ゲートＧ１に試験電圧Ｖｘが印加されると、第１ゲートＧ１の電位が第１ソースＳ１の電位よりも大きく（高く）なるが、第１ゲートＧ１のオン状態は維持される。また、試験電圧Ｖｘが印加されたとき、双方向スイッチ１が正常であれば、試験電流Ｉｘが、第１ゲートＧ１の第１ｐ型層１９１と第２窒化物半導体層１０５とチャネル層とを含む第１ダイオード構造に流れる（図２０参照）。したがって、判定回路３１に入力するゲート電圧Ｖｇｘは、第１ゲートＧ１のの第１ｐ型層１９１を含む第１ダイオード構造（言い換えると、第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１の間に形成されるダイオード）に試験電流Ｉｘが流れたときの順方向電圧とほぼ等しい電圧となる。
正常な双方向スイッチ１において、第１ゲート駆動回路１１が第１ゲートＧ１をオン状態としている場合、第１ゲートＧ１の電位と第１ソースＳ１の電位の差（電位差）は、ほぼ０Ｖとなる。このとき、診断装置３Ａの電圧印加回路３０から第１ゲートＧ１に試験電圧Ｖｘが印加されると、第１ゲートＧ１の電位が第１ソースＳ１の電位よりも大きく（高く）なるが、第１ゲートＧ１のオン状態は維持される。また、試験電圧Ｖｘが印加されたとき、双方向スイッチ１が正常であれば、試験電流Ｉｘが、第１ゲートＧ１の第１ｐ型層１９１と第２窒化物半導体層１０５とチャネル層とを含む第１ダイオード構造に流れる（図２０参照）。したがって、判定回路３１に入力するゲート電圧Ｖｇｘは、第１ゲートＧ１のの第１ｐ型層１９１を含む第１ダイオード構造（言い換えると、第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１の間に形成されるダイオード）に試験電流Ｉｘが流れたときの順方向電圧とほぼ等しい電圧となる。
【0149】
一方、双方向スイッチ１が故障している場合、例えば、第１ゲートＧ１の第１ｐ型層１９１を含む第１ダイオード構造が短絡故障している場合（ショート不良の場合）、ゲート電圧Ｖｇｘがほぼ０Ｖとなる。また、第１ゲートＧ１のｐｎ接合が開放故障している場合（オープン不良の場合）、ゲート電圧Ｖｇｘは不定となる。
【0150】
そこで、判定回路３１は、第１ゲートＧ１の第１ｐ型層１９１を含む第１ダイオード構造に試験電流Ｉｘが流れたときの順方向電圧よりも小さく（低く）、かつ、０Ｖよりも大きい（高い）閾値とゲート電圧Ｖｇｘを比較する。判定回路３１は、所定の診断期間（例えば、数十ミリ秒から数百ミリ秒）において、ゲート電圧Ｖｇｘが閾値以上となる期間（閾値以上となるゲート電圧Ｖｇｘのディジタル値の個数）が診断期間の９０～９５％以上であれば、双方向スイッチ１が正常と判定することが好ましい。また、判定回路３１は、診断期間において、ゲート電圧Ｖｇｘが閾値未満となる期間（閾値以上となるゲート電圧Ｖｇｘのディジタル値の個数）が診断期間の９０～９５％以上であれば、双方向スイッチ１が短絡故障していると判定することが好ましい。さらに、判定回路３１は、診断期間において、ゲート電圧Ｖｇｘが閾値以上となる期間が９０～９５％未満、かつ、ゲート電圧Ｖｇｘが閾値未満となる期間が９０～９５％未満であれば、双方向スイッチ１が開放故障していると判定することが好ましい。ただし、判定回路３１が故障（短絡故障及び開放故障）か否かの判定に使用する数値（９０～９５％等）は一例であり、例示した数値に限定されない。
【0151】
（４．４）制御回路の動作
制御回路３２は、第１ゲート駆動回路１１、電圧印加回路３０及び判定回路３１を各別に制御する。制御回路３２は、第１ゲート駆動回路１１の信号入力端子Ｔ１４に制御信号ＣＳ１を出力する（図２０参照）。制御回路３２は、制御信号ＣＳ１を出力する（制御信号ＣＳ１をＨレベルとする）ことで第１ゲート駆動回路１１に第１ゲートＧ１をオンさせ、制御信号ＣＳ１を出力しない（制御信号ＣＳ１をＬレベルとする）ことで第１ゲート駆動回路１１に第１ゲートＧ１をオフさせる（図２１参照）。なお、制御回路３２は、制御信号ＣＳ１をＨレベルとするとともに、制御信号ＣＳ３をＨレベルとしてスイッチング素子Ｑ１をオンさせることで第１ゲートＧ１をオンさせる。
制御回路３２は、第１ゲート駆動回路１１、電圧印加回路３０及び判定回路３１を各別に制御する。制御回路３２は、第１ゲート駆動回路１１の信号入力端子Ｔ１４に制御信号ＣＳ１を出力する（図２０参照）。制御回路３２は、制御信号ＣＳ１を出力する（制御信号ＣＳ１をＨレベルとする）ことで第１ゲート駆動回路１１に第１ゲートＧ１をオンさせ、制御信号ＣＳ１を出力しない（制御信号ＣＳ１をＬレベルとする）ことで第１ゲート駆動回路１１に第１ゲートＧ１をオフさせる（図２１参照）。なお、制御回路３２は、制御信号ＣＳ１をＨレベルとするとともに、制御信号ＣＳ３をＨレベルとしてスイッチング素子Ｑ１をオンさせることで第１ゲートＧ１をオンさせる。
【0152】
また、制御回路３２は、電圧印加回路３０の信号入力端子Ｔ２４に制御信号ＣＳ２を出力する（図２０参照）。制御回路３２は、制御信号ＣＳ２を出力する（制御信号ＣＳ２をＨレベルとする）ことで電圧印加回路３０から第１ゲートＧ１に試験電圧Ｖｘを印加させ、制御信号ＣＳ２を出力しない（制御信号ＣＳ２をＬレベルとする）ことで電圧印加回路３０～第１ゲートＧ１に試験電圧Ｖｘを印加させない（図２１参照）。
【0153】
さらに、制御回路３２は、スイッチング素子Ｑ１のゲートに制御信号ＣＳ３を出力する（図２０参照）。制御回路３２は、制御信号ＣＳ３を出力する（制御信号ＣＳ３をＨレベルとする）ことでスイッチング素子Ｑ１をオンさせ、制御信号ＣＳ３を出力しない（制御信号ＣＳ３をＬレベルとする）ことでスイッチング素子Ｑ１をオフさせる（図２１参照）。
【0154】
（４．５）診断装置の動作
図２１のタイミングチャートを参照して診断装置３（３Ａ）の動作を更に詳しく説明する。なお、図２１における最上段は双方向スイッチ１の状態（オン状態及びオフ状態）を示している。ただし、双方向スイッチ１のオン状態とは、双方向スイッチ１の動作モードが双方向オン状態を意味し、双方向スイッチ１のオフ状態とは、双方向スイッチ１の動作モードが双方向オフ状態を意味する。双方向オン状態では、双方向スイッチ１の抵抗が双方向オフ状態のときの双方向スイッチ１の抵抗よりも小さくなり、例えば、双方向スイッチ１の第２ソースＳ２と第１ソースＳ１との間の電圧がほぼ０Ｖである。また、図２１における上から２段目は制御信号ＣＳ１を示し、上から３段目は制御信号ＣＳ２を示し、上から４段目は制御信号ＣＳ３を示している。そして、図２１における最下段はゲート電圧Ｖｇｘを示している。
図２１のタイミングチャートを参照して診断装置３（３Ａ）の動作を更に詳しく説明する。なお、図２１における最上段は双方向スイッチ１の状態（オン状態及びオフ状態）を示している。ただし、双方向スイッチ１のオン状態とは、双方向スイッチ１の動作モードが双方向オン状態を意味し、双方向スイッチ１のオフ状態とは、双方向スイッチ１の動作モードが双方向オフ状態を意味する。双方向オン状態では、双方向スイッチ１の抵抗が双方向オフ状態のときの双方向スイッチ１の抵抗よりも小さくなり、例えば、双方向スイッチ１の第２ソースＳ２と第１ソースＳ１との間の電圧がほぼ０Ｖである。また、図２１における上から２段目は制御信号ＣＳ１を示し、上から３段目は制御信号ＣＳ２を示し、上から４段目は制御信号ＣＳ３を示している。そして、図２１における最下段はゲート電圧Ｖｇｘを示している。
【0155】
時間ｔ＝ｔ１以前において、制御回路３２は、制御信号ＣＳ３を出力してスイッチング素子Ｑ１をオンさせた状態で制御信号ＣＳ１を出力している。その結果、双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１との電位差（ゲート電圧Ｖｇｘ）が第１ゲート駆動回路１１によってほぼ０Ｖに維持されて双方向スイッチ１がオンしている。また、制御回路３２は、制御信号ＣＳ２を出力しないことで電圧印加回路３０を停止状態（電圧印加回路３０から第１ゲートＧ１に試験電圧Ｖｘを印加しない状態）に制御している。
【0156】
時間ｔ＝ｔ１になると、制御回路３２は、制御信号ＣＳ１、ＣＳ３を出力したままで制御信号ＣＳ２を出力して電圧印加回路３０を動作状態（電圧印加回路３０から第１ゲートＧ１に試験電圧Ｖｘを印加する状態）に制御する。このとき、スイッチング素子Ｑ１がオン状態であるため、電圧印加回路３０から出力される試験電流Ｉｘの一部が、スイッチング素子Ｑ１を介して第１ゲート駆動回路１１に流れる。その結果、ゲート電圧Ｖｇｘは、０Ｖから徐々に大きく（高く）なる。
【0157】
時間ｔ＝ｔ２になると、制御回路３２は、制御信号ＣＳ１、ＣＳ２を出力したままで制御信号ＣＳ３の出力を止めてスイッチング素子Ｑ１をオフする。スイッチング素子Ｑ１がオフすると、電圧印加回路３０から出力される試験電流Ｉｘの一部が第１ゲート駆動回路１１に流れなくなる。双方向スイッチ１が正常であれば、スイッチング素子Ｑ１がオフした直後にゲート電圧Ｖｇｘが試験電圧Ｖｘまで急激に立ち上がる。そして、制御回路３２は、制御信号ＣＳ３の出力を止めた後、判定回路３１を動作させる。
【0158】
時間ｔ＝ｔ３になると、制御回路３２は、制御信号ＣＳ１を出力したままで制御信号ＣＳ２の出力を止めて電圧印加回路３０に試験電流Ｉｘの出力を停止させ、かつ、制御信号ＣＳ３を出力してスイッチング素子Ｑ１をオンする。そして、制御回路３２は、時間ｔ＝ｔ２から時間ｔ＝ｔ３の期間（診断期間）において、判定回路３１が行った故障診断の結果、すなわち、故障の有無及び故障の種類（短絡故障及び開放故障）を判定回路３１から受け取る。なお、制御回路３２は、判定回路３１から受け取った故障診断の結果を、例えば、液晶ディスプレイ等の表示装置に表示させることが好ましい。あるいは、制御回路３２は、負荷９の動作を制御するシステムに対して故障診断の結果を報告してもかまわない。
【0159】
制御回路３２は、双方向スイッチ１が正常である場合において、例えば、負荷９の動作を制御するシステム（以下、負荷制御システムともいう）の指示に応じて、制御信号ＣＳ１の出力を停止することにより、第１ゲート駆動回路１１に第１ゲートＧ１をオフさせる（時間ｔ＝ｔ４）。第１ゲートＧ１がオフすれば、双方向スイッチ１がオフして電源７と負荷９の間の給電路８０が遮断される。また、制御回路３２は、双方向スイッチ１が正常である場合において、例えば、負荷制御システムの指示に応じて、制御信号ＣＳ１の出力を再開することにより、第１ゲート駆動回路１１に第１ゲートＧ１をオンさせる（時間ｔ＝ｔ５）。第１ゲートＧ１がオンすれば、双方向スイッチ１がオンして電源７と負荷９の間の給電路８０が遮断されなくなる。
【0160】
なお、制御回路３２は、一方の診断装置３Ａを動作させて第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１の組の故障を診断した後、他方の診断装置３Ｂを動作させて第２ゲートＧ２と第２ソースＳ２の組の故障を診断することが好ましい。また、制御回路３２は、上述した故障診断を定期的に行うことが好ましい。
【0161】
（５）診断装置及びスイッチシステム（遮断装置）の効果
上述のように診断装置３（３Ａ、３Ｂ）は、ソース（第１ソースＳ１、第２ソースＳ２）に対してゲート（第１ゲートＧ１、第２ゲートＧ２）が逆バイアスされていない状態において電圧印加回路３０からゲートに試験電圧Ｖｘを印加する。また、診断装置３は、試験電圧Ｖｘが印加されているときのソースに対するゲートの電圧（ゲート電圧Ｖｇｘ）に基づいて、判定回路３１によって双方向スイッチ１の故障を判定する。つまり、遮断装置を構成するスイッチシステム２０ｈは、双方向スイッチ１をオンして電源７から負荷９への給電を継続した状態で双方向スイッチ１の故障を診断することができる。したがって、双方向スイッチ１を備えるスイッチシステム２０ｈでは、双方向スイッチ１の故障を診断するために電源７から負荷９への給電を停止する必要がない。
上述のように診断装置３（３Ａ、３Ｂ）は、ソース（第１ソースＳ１、第２ソースＳ２）に対してゲート（第１ゲートＧ１、第２ゲートＧ２）が逆バイアスされていない状態において電圧印加回路３０からゲートに試験電圧Ｖｘを印加する。また、診断装置３は、試験電圧Ｖｘが印加されているときのソースに対するゲートの電圧（ゲート電圧Ｖｇｘ）に基づいて、判定回路３１によって双方向スイッチ１の故障を判定する。つまり、遮断装置を構成するスイッチシステム２０ｈは、双方向スイッチ１をオンして電源７から負荷９への給電を継続した状態で双方向スイッチ１の故障を診断することができる。したがって、双方向スイッチ１を備えるスイッチシステム２０ｈでは、双方向スイッチ１の故障を診断するために電源７から負荷９への給電を停止する必要がない。
【0162】
また、診断装置３（３Ａ）は、スイッチング素子Ｑ１をオフすることにより、試験電流Ｉｘが第１ゲート駆動回路１１の方に漏れることを防いでいる。その結果、判定回路３１に取り込まれるゲート電圧Ｖｇｘの変動を抑えて故障診断に要する時間の短縮を図り、かつ、故障診断の精度の向上を図ることができる。
【0163】
診断装置３Ａでは、診断装置３Ａの備える判定回路３１が、制御部から第１ゲート駆動回路１１に第１ゲートＧ１をオフする信号が出力されている第１期間Ｔ１に、第１ゲートＧ１の電圧と第１閾値電圧Ｖｔｈ１とに基づいて第１ゲートＧ１の状態を判定する第１判定部を構成してもよい。診断装置３Ｂでは、診断装置３Ｂの備える判定回路３１が、制御部から第２ゲート駆動回路１２に第２ゲートＧ２をオフする信号が出力されている第２期間Ｔ１に、第２ゲートＧ２の電圧と第２閾値電圧Ｖｔｈ２とに基づいて第２ゲートＧ２の状態を判定する第２判定部を構成してもよい。
【0164】
（６）診断装置の変形例
（６．１）実施形態と変形例の相違点
以下、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈの診断装置３の変形例について、図２２に基づいて説明する。変形例の診断装置３は、集積回路３００のグランド端子Ｔ２３を第１ゲート駆動回路１１のグランド端子Ｔ１３とともに負電源４の負極に電気的に接続している点で、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈの診断装置３と相違する。また、変形例の診断装置３は、集積回路３００の出力端子Ｔ２２と抵抗器（第１抵抗器）Ｒｇ１１の間にダイオード３０１が順方向に接続されている点で、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈの診断装置３と相違する。さらに、変形例の診断装置３は、スイッチング素子Ｑ１に代えて第２抵抗器Ｒｇ１２が第１抵抗器Ｒｇ１１と第１ゲート駆動回路１１の出力端子Ｔ１２の間に挿入されている点で、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈの診断装置３と相違する。なお、これらの相違点を除けば、変形例の診断装置３は、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈの診断装置３と共通の構成を有している。したがって、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈの診断装置３と共通の構成については、同一の符号を付して適宜図示及び説明を省略する。
（６．１）実施形態と変形例の相違点
以下、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈの診断装置３の変形例について、図２２に基づいて説明する。変形例の診断装置３は、集積回路３００のグランド端子Ｔ２３を第１ゲート駆動回路１１のグランド端子Ｔ１３とともに負電源４の負極に電気的に接続している点で、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈの診断装置３と相違する。また、変形例の診断装置３は、集積回路３００の出力端子Ｔ２２と抵抗器（第１抵抗器）Ｒｇ１１の間にダイオード３０１が順方向に接続されている点で、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈの診断装置３と相違する。さらに、変形例の診断装置３は、スイッチング素子Ｑ１に代えて第２抵抗器Ｒｇ１２が第１抵抗器Ｒｇ１１と第１ゲート駆動回路１１の出力端子Ｔ１２の間に挿入されている点で、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈの診断装置３と相違する。なお、これらの相違点を除けば、変形例の診断装置３は、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈの診断装置３と共通の構成を有している。したがって、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈの診断装置３と共通の構成については、同一の符号を付して適宜図示及び説明を省略する。
【0165】
（６．２）変形例の診断装置の動作
図２３のタイミングチャートを参照して変形例の診断装置３（３Ａ）の動作を詳しく説明する。なお、図２３における最上段は双方向スイッチ１の状態（オン状態及びオフ状態）を示している。また、図２３における上から２段目は制御信号ＣＳ１を示し、上から３段目は制御信号ＣＳ２を示している。そして、図２３における最下段はゲート電圧Ｖｇｘを示している。
図２３のタイミングチャートを参照して変形例の診断装置３（３Ａ）の動作を詳しく説明する。なお、図２３における最上段は双方向スイッチ１の状態（オン状態及びオフ状態）を示している。また、図２３における上から２段目は制御信号ＣＳ１を示し、上から３段目は制御信号ＣＳ２を示している。そして、図２３における最下段はゲート電圧Ｖｇｘを示している。
【0166】
時間ｔ＝ｔ１以前において、制御回路３２は、制御信号ＣＳ１を出力することにより、双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１との電位差（ゲート電圧Ｖｇｘ）を第１ゲート駆動回路１１によってほぼ０Ｖに維持させて双方向スイッチ１をオンしている。また、制御回路３２は、制御信号ＣＳ２を出力しないことで電圧印加回路３０を停止状態に制御している。
【0167】
時間ｔ＝ｔ１になると、制御回路３２は、制御信号ＣＳ１を出力したままで制御信号ＣＳ２を出力して電圧印加回路３０を動作状態に制御し、かつ、判定回路３１を動作させる。このとき、電圧印加回路３０から出力される試験電流Ｉｘの一部は、第１ゲート駆動回路１１の方にも流れようとするが、第１抵抗器Ｒｇ１１と第１ゲート駆動回路１１との間に挿入されている第２抵抗器Ｒｇ１２によって限流される。その結果、ゲート電圧Ｖｇｘは、ほぼ０Ｖから試験電圧Ｖｘまで直ちに立ち上がる。
【0168】
時間ｔ＝ｔ２になると、制御回路３２は、制御信号ＣＳ１を出力したままで制御信号ＣＳ２の出力を止めて電圧印加回路３０に試験電流Ｉｘの出力を停止させる。そして、制御回路３２は、時間ｔ＝ｔ１から時間ｔ＝ｔ２の期間（診断期間）において、判定回路３１が行った故障診断の結果を判定回路３１から受け取る。
【0169】
制御回路３２は、双方向スイッチ１が正常である場合において、例えば、負荷制御システムの指示に応じて、制御信号ＣＳ１の出力を停止することにより、第１ゲート駆動回路１１に第１ゲートＧ１をオフさせる（時間ｔ＝ｔ３）。第１ゲートＧ１がオフすれば、双方向スイッチ１がオフして電源７と負荷９の間の給電路８０が遮断される。また、制御回路３２は、双方向スイッチ１が正常である場合において、例えば、負荷制御システムの指示に応じて、制御信号ＣＳ１の出力を再開することにより、第１ゲート駆動回路１１に第１ゲートＧ１をオンさせる（時間ｔ＝ｔ４）。第１ゲートＧ１がオンすれば、双方向スイッチ１がオンして電源７と負荷９の間の給電路８０が遮断されなくなる。
【0170】
ここで、変形例の診断装置３では、第１ゲートＧ１がオフしている場合、集積回路３００の出力端子Ｔ２２の電位が第１ゲート駆動回路１１の出力端子Ｔ１２の電位（－Ｖｅｅ）と等しくなる。そのため、第１ゲートＧ１から電圧印加回路３０へ漏れ電流が流れる可能性がある。そこで、変形例の診断装置３では、集積回路３００の出力端子Ｔ２２と第１抵抗器Ｒｇ１１の間に、出力端子Ｔ２２にアノードを接続する向きでダイオード３０１を挿入することにより、電圧印加回路３０に流れる漏れ電流を阻止している。
【0171】
なお、制御回路３２は、一方の診断装置３Ａを動作させて第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１の組の故障を診断した後、他方の診断装置３Ｂを動作させて第２ゲートＧ２と第２ソースＳ２の組の故障を診断することが好ましい。また、制御回路３２は、上述した故障診断を定期的に行うことが好ましい。
【0172】
（６．３）変形例の診断装置の効果
変形例の診断装置３は、スイッチング素子Ｑ１を用いないことにより、実施形態９に係るスイッチシステム２００ｈの診断装置３に比べて、回路構成の簡素化等を図ることができる。
変形例の診断装置３は、スイッチング素子Ｑ１を用いないことにより、実施形態９に係るスイッチシステム２００ｈの診断装置３に比べて、回路構成の簡素化等を図ることができる。
【0173】
（７）スイッチシステム（遮断装置）、診断装置の参考例
次に、スイッチシステム（遮断装置）及び診断装置の参考例について図２４を参照して説明する。参考例のスイッチシステム２０ｒは、双方向スイッチ１と、双方向スイッチ１を駆動するゲート駆動回路（第１ゲート駆動回路１１、第２ゲート駆動回路１２）と、参考例の診断装置６とを備える。参考例のスイッチシステム２０ｒは、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈと同様に双方向スイッチ１によって電源７から負荷９への給電路８０を開閉するように構成されている。なお、双方向スイッチ１、電源７及び負荷９は実施形態９における双方向スイッチ１、電源７及び負荷９と共通であるから、説明を省略する。
次に、スイッチシステム（遮断装置）及び診断装置の参考例について図２４を参照して説明する。参考例のスイッチシステム２０ｒは、双方向スイッチ１と、双方向スイッチ１を駆動するゲート駆動回路（第１ゲート駆動回路１１、第２ゲート駆動回路１２）と、参考例の診断装置６とを備える。参考例のスイッチシステム２０ｒは、実施形態９に係るスイッチシステム２０ｈと同様に双方向スイッチ１によって電源７から負荷９への給電路８０を開閉するように構成されている。なお、双方向スイッチ１、電源７及び負荷９は実施形態９における双方向スイッチ１、電源７及び負荷９と共通であるから、説明を省略する。
【0174】
ここで、双方向スイッチ１の高電位側のゲートとソース（第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１）との間の第１ダイオード構造が短絡故障している場合、第２ソースＳ２の電位を基準とする第１ソースＳ１の電位（第１ソースＳ１の電位と第２ソースＳ２の電位との電位差）はほぼ０Ｖとなる。一方、双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１の間の第１ダイオード構造が正常である場合、第２ソースＳ２の電位と第１ソースＳ１の電位との電位差は、第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１との間の第１ダイオード構造の順方向電圧に応じた値となる。
【0175】
そこで、参考例の診断装置６は、第１ゲート駆動回路１１を制御して双方向スイッチ１の第１ゲートＧ１をオフさせた状態において、第２ソースＳ２の電位と第１ソースＳ１の電位との電位差を閾値と比較する。そして、参考例の診断装置６は、第２ソースＳ２の電位と第１ソースＳ１の電位との電位差が閾値以上であれば、双方向スイッチ１を正常と判定する。また、参考例の診断装置６は、第２ソースＳ２の電位と第１ソースＳ１の電位との電位差が閾値未満であれば、双方向スイッチ１（の第１ゲートＧ１）が短絡故障していると判定する。
【0176】
上述のように参考例の診断装置６は、双方向スイッチ１の高電位側のゲートとソース（第１ゲートＧ１と第１ソースＳ１）との間のダイオード構造（第１ダイオード構造）を直接的に診断することにより、より正確に双方向スイッチ１の故障を診断することができる。
【0177】
（変形例）
上記の実施形態１～９は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態１～９は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能であり、互いに異なる実施形態の互いに異なる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
上記の実施形態１～９は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態１～９は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能であり、互いに異なる実施形態の互いに異なる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【0178】
例えば、双方向スイッチ１は、第２窒化物半導体層１０５の表面１１５において第１ゲートＧ１及び第２ゲートＧ２の各々の直下にリセス構造を有していてもよい。
【0179】
また、双方向スイッチ１における第１ｐ型層１９１及び第２ｐ型層１９２の各々は、ｐ型ＡｌＧａＮ層に限らず、例えば、ｐ型ＧａＮ層であってもよいし、ｐ型金属酸化物半導体層であってもよい。ｐ型金属酸化物半導体層は、例えば、ＮｉＯ層である。ＮｉＯ層は、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム及びセシウムの群から選ばれる少なくとも１種のアルカリ金属を不純物として含んでいてもよい。また、ＮｉＯ層は、例えば、不純物として添加されたときに一価となる銀、銅等の遷移金属を含んでいてもよい。
【0180】
双方向スイッチ１の各々は、バッファ層１０３と第１窒化物半導体層１０４との間に、１層以上の窒化物半導体層を含んでいてもよい。また、バッファ層１０３は、単層構造に限らず、例えば、超格子構造を有していてもよい。
【0181】
また、双方向スイッチ１における基板１０２は、シリコン基板に限らず、例えば、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、サファイア基板等であってもよい。
【0182】
また、双方向スイッチ１は、デュアルゲート型の双方向スイッチに限らず、例えば、２つのＦＥＴのドレイン同士を接続したコモンドレイン型の双方向スイッチであってもよい。
【0183】
（態様）
以上説明した実施形態１～９等から本明細書には以下の態様が開示されている。
以上説明した実施形態１～９等から本明細書には以下の態様が開示されている。
【0184】
第１の態様に係るスイッチシステム（２０；２０ａ；２０ｂ；２０ｈ）は、双方向スイッチ（１）と、第１ゲート駆動回路（１１；１１ａ）と、第２ゲート駆動回路（１２；１２ａ）と、制御部（１３；１３ａ）と、第１判定部（２１）と、第２判定部（２２）と、を備える。双方向スイッチ（１）は、第１ソース（Ｓ１）と、第２ソース（Ｓ２）と、第１ソース（Ｓ１）と第２ソース（Ｓ２）との間において第１ソース（Ｓ１）側にあり、第１ソース（Ｓ１）に対応する第１ゲート（Ｇ１）と、第１ソース（Ｓ１）と第２ソース（Ｓ２）との間において第２ソース（Ｓ２）側にあり、第２ソース（Ｓ２）に対応する第２ゲート（Ｇ２）と、を有する。第１ゲート駆動回路（１１；１１ａ）は、第１ゲート（Ｇ１）に接続されている。第２ゲート駆動回路（１２；１２ａ）は、第２ゲート（Ｇ２）に接続されている。制御部（１３；１３ａ）は、第１ゲート駆動回路（１１；１１ａ）と第２ゲート駆動回路（１２；１２ａ）とを制御する。第１判定部（２１）は、制御部（１３；１３ａ）から第１ゲート駆動回路（１１；１１ａ）に第１ゲート（Ｇ１）をオフする信号が出力されている第１期間（Ｔ１）に、第１ゲート（Ｇ１）の電圧と第１閾値電圧（Ｖｔｈ１）とに基づいて第１ゲート（Ｇ１）の状態を判定する。第２判定部（２２）は、制御部（１３）から第２ゲート駆動回路（１２；１２ａ）に第２ゲート（Ｇ２）をオフする信号が出力されている第２期間（Ｔ２）に、第２ゲート（Ｇ２）の電圧と第２閾値電圧（Ｖｔｈ２）とに基づいて第２ゲート（Ｇ２）の状態を判定する。
【0185】
第１の態様に係るスイッチシステム（２０；２０ａ；２０ｂ；２０ｈ）は、双方向スイッチ（１）の状態を検知可能となる。
【0186】
第２の態様に係るスイッチシステム（２０ａ；２０ｂ）では、第１の態様において、双方向スイッチ（１）は、第１ゲート（Ｇ１）が第１ｐ型層（１９１）と第１ゲート電極（１８１）とを含み、第２ゲート（Ｇ２）が第２ｐ型層（１９２）と第２ゲート電極（１８２）とを含んでいる、ノーマリオフ型ＪＦＥＴである。第１ゲート駆動回路（１１ａ）は、第１ゲート抵抗（Ｒ１）と、第１スイッチ（ＳＷ１）と、第２ゲート抵抗（Ｒ２）と、を有する。第１ゲート抵抗（Ｒ１）は、第１ゲート（Ｇ１）に接続されている。第１スイッチ（ＳＷ１）は、第１ゲート抵抗（Ｒ１）に直列接続されており、制御部（１３）によって制御される。第２ゲート抵抗（Ｒ２）は、第１ゲート抵抗（Ｒ１）よりも抵抗値が大きい。第２ゲート抵抗（Ｒ２）は、第１ゲート抵抗（Ｒ１）と第１スイッチ（ＳＷ１）との直列回路に並列接続されている。第２ゲート駆動回路（１２ａ）は、第３ゲート抵抗（Ｒ３）と、第２スイッチ（ＳＷ２）と、第４抵抗（Ｒ４）と、を有する。第３ゲート抵抗（Ｒ３）は、第２ゲート（Ｇ２）に接続されている。第２スイッチ（ＳＷ２）は、第３ゲート抵抗（Ｒ３）に直列接続されており、制御部（１３）によって制御される。第４ゲート抵抗（Ｒ４）は、第３ゲート抵抗（Ｒ３）よりも抵抗値が大きい。第４ゲート抵抗（Ｒ４）は、第３ゲート抵抗（Ｒ３）と第２スイッチ（ＳＷ２）との直列回路に並列接続されている。
【0187】
第３の態様に係るスイッチシステム（２０ａ；２０ｂ）では、第２の態様において、第１判定部（２１）は、制御部（１３ａ）から第１ゲート（Ｇ１）をオンする信号と第１スイッチ（ＳＷ１）をオンする信号とが出力されているときに、第１ゲート（Ｇ１）の電圧が第１閾値電圧（Ｖｔｈ１）を下回った場合に異常と判定する。第１判定部（２１）は、制御部（１３）から第１ゲート（Ｇ１）をオンする信号と第１スイッチ（ＳＷ１）をオフする信号とが出力されているときに、第１ゲート（Ｇ１）の電圧が第１閾値電圧（Ｖｔｈ１）を上回った場合に異常と判定する。第２判定部（２２）は、制御部（１３ａ）から第２ゲート（Ｇ２）をオンする信号と第２スイッチ（ＳＷ２）をオンする信号とが出力されているときに、第２ゲート（Ｇ２）の電圧が第２閾値電圧（Ｖｔｈ２）を下回った場合に異常と判定する。第２判定部（２２）は、制御部（１３）から第２ゲート（Ｇ２）をオンする信号と第２スイッチ（ＳＷ２）をオフする信号とが出力されているときに、第２ゲート（Ｇ２）の電圧が第２閾値電圧（Ｖｔｈ２）を上回った場合に異常と判定する。
【0188】
第３の態様に係るスイッチシステム（２０ａ；２０ｂ）は、制御部（１３ａ）において、第１ゲート（Ｇ１）をオフ状態からオン状態に移行できない異常及び第２ゲート（Ｇ２）をオフ状態からオン状態に移行できない異常の発生を知ることが可能となる。
【0189】
第４の態様に係るスイッチシステム（２０；２０ａ；２０ｂ）では、第１～３の態様のいずれか一つにおいて、第１期間（Ｔ１）と第２期間（Ｔ２）の少なくとも一部とが重複している。
【0190】
第４の態様に係るスイッチシステム（２０；２０ａ；２０ｂ）は、第１期間（Ｔ１）と第２期間（Ｔ２）の少なくとも一部とが重複しない場合と比べて、双方向スイッチ（１）の状態を検知するために必要な時間を短くすることが可能となる。
【0191】
第５の態様に係るスイッチシステム（２０；２０ａ；２０ｂ）では、第１～３の態様のいずれか一つにおいて、前記第１期間（Ｔ１）と第２期間（Ｔ２）とのタイミングが異なる。
【0192】
第６の態様に係るスイッチシステム（２０ｂ）は、第１～５の態様のいずれか一つにおいて、双方向スイッチ（１）を複数備え、第１判定部（２１）を複数備え、第２判定部（２２）を複数備える。スイッチシステム（２０）では、複数の双方向スイッチ（１）が並列接続されている。複数の第１判定部（２１）及び複数の第２判定部（２２）は、複数の双方向スイッチ（１）に一対一に対応している。スイッチシステム（２０ｂ）は、複数の双方向スイッチ（１）のうち少なくとも１つの双方向スイッチ（１）を非検知対象の双方向スイッチ（１）として非検知対象の双方向スイッチ（１）の第１ソース（Ｓ１）と第２ソース（Ｓ２）との間に電流を通電させている間に、複数の双方向スイッチ（１）のうち検知対象の双方向スイッチ（１）の第１ゲート（Ｇ１）の状態及び第２ゲート（Ｇ２）の状態を第１判定部（２１）及び第２判定部（２２）それぞれによって判定させる。
【0193】
第６の態様に係るスイッチシステム（２０ｂ）は、複数の双方向スイッチ（１）のうち少なくとも１つの１つの双方向スイッチ（１）を非検知対象の双方向スイッチ（１）として非検知対象の双方向スイッチ（１）の第１ソース（Ｓ１）と第２ソース（Ｓ２）との間に電流を通電させている状態で、検知対象の双方向スイッチ（１）の第１ゲート（Ｇ１）の状態及び第２ゲート（Ｇ２）の状態を第１判定部（２１）及び第２判定部（２２）それぞれによって判定することができる。
【0194】
第７の態様に係るスイッチシステム（２０ｂ）では、第６の態様において、スイッチシステム（２０ｂ）は、複数の双方向スイッチ（１）のうち検知対象とする双方向スイッチ（１）を１つの双方向スイッチ（１）のみとし、検知対象の双方向スイッチ（１）以外の双方向スイッチ（１）の全部を非検知対象の双方向スイッチ（１）とする。
【0195】
第７の態様に係るスイッチシステム（２０ｂ）は、複数の双方向スイッチ（１）それぞれの長寿命化を図ることが可能となる。
【0196】
第８の態様に係るスイッチシステム（２０ｃ）は、双方向スイッチ（１）と、第１ゲート駆動回路（１１）と、第２ゲート駆動回路（１２）と、制御部（１３）と、検知部（１４）と、を備える。双方向スイッチ（１）は、第１ソース（Ｓ１）と、第２ソース（Ｓ２）と、第１ソース（Ｓ１）と第２ソース（Ｓ２）との間において第１ソース（Ｓ１）側にあり、第１ソース（Ｓ１）に対応する第１ゲート（Ｇ１）と、第１ソース（Ｓ１）と第２ソース（Ｓ２）との間において第２ソース（Ｓ２）側にあり、第２ソース（Ｓ２）に対応する第２ゲート（Ｇ２）と、を有する。第１ゲート駆動回路（１１）は、第１ゲート（Ｇ１）に接続されている。第２ゲート駆動回路（１２）は、第２ゲート（Ｇ２）に接続されている。制御部（１３）は、第１ゲート駆動回路（１１）と第２ゲート駆動回路（１２）とを制御する。検知部（１４）は、双方向スイッチ（１）に接続されている。スイッチシステム（２０ｃ）は、双方向スイッチ（１）と第１ゲート駆動回路（１１）と第２ゲート駆動回路（１２）と制御部（１３）と検知部（１４）とのセットを複数備える。スイッチシステム（２０ｃ）では、複数の双方向スイッチ（１）が並列接続されている。複数の検知部（１４）の各々は、複数の双方向スイッチ（１）のうち当該検知部（１４）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）以外の少なくとも１つの双方向スイッチ（１）が導通状態のときに、当該検知部（１４）と同じセットに含まれている制御部（１３）の第１状態と、第２状態と、のそれぞれにおいて、当該検知部（１４）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の状態を検知する。第１状態は、当該検知部（１４）と同じセットに含まれる制御部（１３）が当該検知部（１４）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第１ゲート（Ｇ１）をオフする信号を出力し、第２ゲート（Ｇ２）をオンする信号を出力している状態である。第２状態は、当該検知部（１４）と同じセットに含まれる制御部（１３）が当該検知部（１４）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第２ゲート（Ｇ２）をオフする信号を出力し、第１ゲート（Ｇ１）をオンする信号を出力している状態である。
【0197】
第８の態様に係るスイッチシステム（２０ｃ）は、双方向スイッチ（１）の状態を検知することが可能となる。
【0198】
第９の態様に係るスイッチシステム（２０ｃ）では、第８の態様において、複数の制御部（１３）の各々は、第１状態のときには当該制御部（１３）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第１ゲート（Ｇ１）に状態検知用の第１オフ電圧を印加させ、第２状態のときには当該制御部（１３）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第２ゲート（Ｇ２）に状態検知用の第２オフ電圧を印加させる。なお、第１閾値電圧（Ｖｔｈ１）と第１オフ電圧との差分は、双方向スイッチ（１）の電圧差よりも大きい。第２閾値電圧（Ｖｔｈ２）と第２オフ電圧との差分は、双方向スイッチ（１）の電圧差よりも大きい。
【0199】
第１０の態様に係るスイッチシステム（２０ｃ）では、第９の態様において、複数の検知部（１４）の各々は、当該検知部（１４）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第１ソース（Ｓ１）と第２ソース（Ｓ２）との間に流れる電流と所定値とに基づいて当該検知部（１４）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の状態の判定を行う判定部（１５）を有する。
【0200】
第１０の態様に係るスイッチシステム（２０ｃ）では、複数の検知部（１４）の各々において、双方向スイッチ（１）の第１ソース（Ｓ１）と第２ソース（Ｓ２）との間に流れる電流と所定値とに基づいて双方向スイッチ（１）の状態の判定を行うことができる。
【0201】
第１１の態様に係るスイッチシステム（２０ｃ）では、第９の態様において、複数の検知部（１４）の各々は、判定部（１５）を有する。複数の判定部（１５）の各々は、当該判定部（１５）と同じセットに含まれる制御部（１３）が当該判定部（１５）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第１ゲート（Ｇ１）をオンする信号を出力し第２ゲート（Ｇ２）をオンする信号を出力している状態において、当該判定部（１５）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第１ソース（Ｓ１）と第２ソース（Ｓ２）の間に流れる電流と第１所定値とに基づいて当該判定部（１５）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の異常の有無を判定する。複数の判定部（１５）の各々は、当該判定部（１５）と同じセットに含まれる制御部（１３）が当該判定部（１５）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第１ゲート（Ｇ１）をオフする信号を出力し、第２ゲート（Ｇ２）をオンする信号を出力している状態と、当該判定部（１５）と同じセットに含まれる制御部（１３）が当該判定部（１５）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第２ゲート（Ｇ２）をオフする信号を出力し、第１ゲート（Ｇ１）をオンする信号を出力している状態と、のそれぞれにおいて、当該判定部（１５）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第１ソース（Ｓ１）と第２ソース（Ｓ２）の間に流れる電流と第２所定値とに基づいて当該判定部（１５）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の異常の有無を判定する。
【0202】
第１２の態様に係るスイッチシステム（２０ｃ）では、第１０の態様において、複数の検知部（１４）の各々は、当該検知部（１４）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）に直列に接続されている抵抗（１６）を含む。
【0203】
第１２の態様に係るスイッチシステム（２０ｃ）は、双方向スイッチ（１）に流れる電流を抵抗（１６）の両端電圧により検出することができる。
【0204】
第１３の態様に係るスイッチシステム（２０ｃ）では、第１２の態様において、複数の判定部（１５）の各々は、当該判定部（１５）に含まれる抵抗（１６）の両端電圧を絶対値に変換する変換回路（１５１）と、絶対値と所定の閾値電圧と比較する比較回路（１５２）と、を含む。
【0205】
第１３の態様に係るスイッチシステム（２０ｃ）は、双方向スイッチ（１）に流れる電流の向きにかかわらず、双方向スイッチ（１）に流れている電流が所定値未満であるか否かを判定することが可能となる。
【0206】
第１４の態様に係るスイッチシステム（２０ｃ）では、第１２の態様において、複数の抵抗（１６）の各々は、当該抵抗（１６）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）に接続されている第１端（１６Ａ）と、第１端（１６Ａ）とは反対側の第２端（１６Ｂ）と、を有する。複数の判定部（１５）の各々は、抵抗（１６）の第２端（１６Ｂ）の電位を基準として第１端（１６Ａ）の電位と第２端（１６Ｂ）の電位とを比較する第１比較回路（１７Ａ）と、抵抗（１６）の第１端（１６Ａ）の電位を基準として第２端（１６Ｂ）の電位と第１端（１６Ａ）の電位とを比較する第２比較回路（１７Ｂ）と、を含む。
【0207】
第１４の態様に係るスイッチシステム（２０ｃ）は、双方向スイッチ（１）に流れる電流の向きにかかわらず電流が流れているか否か判定することが可能となる。
【0208】
第１５の態様に係るスイッチシステム（２０ｄ）では、第１２の態様において、複数の検知部（１４）の各々の抵抗（１６）は、当該検知部（１４）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第１ソース（Ｓ１）に接続されている第１抵抗（１６１）と、当該検知部（１４）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第２ソース（Ｓ２）に接続されている第２抵抗（１６２）と、を含む。複数の検知部（１４）の各々は、当該検知部（１４）と同じセットに含まれる制御部（１３）が第１状態のときに第１抵抗（１６１）の両端電圧が第１基準電圧を上回った場合は異常と判定する第１判定回路（１８Ａ）と、当該検知部（１４）と同じセットに含まれる制御部（１３）が第２状態のときに第２抵抗（１６２）の両端電圧が第２基準電圧を上回った場合は異常と判定する第２判定回路（１８Ｂ）と、を含む。
【0209】
第１５の態様に係るスイッチシステム（２０ｄ）では、制御部（１３）が双方向スイッチ（１）の第１ゲート（Ｇ１）をオフする信号と第２ゲート（Ｇ２）をオンする信号とを出力しているときに、第１判定回路（１８Ａ）において、双方向スイッチ（１）の第２ソース（Ｓ２）から第１ソース（Ｓ１）に向かう向きに電流が流れたか否かを判定することができる。また、第１５の態様に係るスイッチシステム（２０ｄ）では、制御部（１３）が双方向スイッチ（１）の第２ゲート（Ｇ２）をオフする信号と第１ゲート（Ｇ１）をオンする信号とを出力しているときに、第２判定回路（１８Ｂ）において、双方向スイッチ（１）の第１ソース（Ｓ１）から第２ソース（Ｓ２）に向かう向きに電流が流れたか否かを判定することができる。
【0210】
第１６の態様に係るスイッチシステム（２０ｆ）では、第９の態様において、複数の検知部（１４）の各々は、当該検知部（１４）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の温度を検出する温度検出部（１９）を含む。複数の検知部（１４）の各々は、当該検知部（１４）と同じセットに含まれる制御部（１３）が第１状態のときに温度検出部（１９）による検出温度が閾値温度を上回った場合は当該検知部（１４）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）を異常と判定する。複数の検知部（１４）の各々は、当該検知部（１４）と同じセットに含まれる制御部（１３）が第２状態のときに温度検出部（１９）による検出温度が閾値温度を上回った場合は当該検知部（１４）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）を異常と判定する。
【0211】
第１６の態様に係るスイッチシステム（２０ｆ）は、双方向スイッチ（１）の温度変化によって双方向スイッチ（１）の電流に関する異常の有無を判定することが可能となる。
【0212】
第１７の態様に係るスイッチシステム（２０ｇ）では、第９の態様において、複数の双方向スイッチ（１）の各々は、第１ゲート（Ｇ１）が第１ｐ型層（１９１）と第１ゲート電極（１８１）とを含み、第２ゲート（Ｇ２）が第２ｐ型層（１９２）と第２ゲート電極（１８２）とを含んでいる、ノーマリオフ型ＪＦＥＴである。複数の検知部（１４）の各々は、第１検知部（１４Ａ）と、第２検知部（１４Ｂ）と、を含む。第１検知部（１４Ａ）は、当該検知部（１４）と同じセットに含まれる制御部（１３）が当該検知部（１４）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第２ゲート（Ｇ２）をオフする信号を出力し、第１ゲート（Ｇ１）をオンする信号を出力している状態において、第１ゲート（Ｇ１）の電圧に基づいて当該検知部（１４）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第１ソース（Ｓ１）と第２ソース（Ｓ２）との間の通電状態を検知する。第２検知部（１４Ｂ）は、当該検知部（１４）と同じセットに含まれる制御部（１３）が当該検知部（１４）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第１ゲート（Ｇ１）をオフする信号を出力し、第２ゲート（Ｇ２）をオンする信号を出力している状態において、第２ゲート（Ｇ２）の電圧に基づいて当該検知部（１４）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第１ソース（Ｓ１）と第２ソース（Ｓ２）との間の通電状態を検知する。
【0213】
第１８の態様に係るスイッチシステム（２０ｇ）では、第１７の態様において、複数の第１ゲート駆動回路（１１）の各々は、当該第１ゲート駆動回路（１１）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第１ゲート（Ｇ１）に接続されている第１ゲート抵抗（Ｒｇ１）を含む。複数の第２ゲート駆動回路（１２）の各々は、当該第２ゲート駆動回路（１２）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第２ゲート（Ｇ２）に接続されている第２ゲート抵抗（Ｒｇ２）を含む。複数の第１検知部（１４Ａ）の各々は、当該第１検知部（１４Ａ）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）に接続されている第１ゲート抵抗（Ｒｇ１）の両端電圧が第１所定電圧を上回った場合に当該第１検知部（１４Ａ）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）を異常と判定する。複数の第２検知部（１４Ｂ）の各々は、当該第２検知部（１４Ｂ）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）に接続されている第２ゲート抵抗（Ｒｇ２）の両端電圧が第２所定電圧を上回った場合に当該第２検知部（１４Ｂ）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）を異常と判定する。
【0214】
第１９の態様に係るスイッチシステム（２０ｂ；２０ｃ；２０ｄ；２０ｅ；２０ｆ；２０ｇ）では、第８～１８の態様のいずれか一つにおいて、複数の制御部（１３）の各々は、当該制御部（１３）と同じセットに含まれる第１ゲート駆動回路（１１）から当該制御部（１３）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第１ゲート（Ｇ１）をオフさせる信号を出力させる期間と、当該制御部（１３）と同じセットに含まれる第２ゲート駆動回路（１２）から当該制御部（１３）と同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の第２ゲート（Ｇ２）をオフさせる信号を出力させる期間と、を互いに異なるタイミングで行わせる。
【0215】
第２０の態様に係るスイッチシステム（２０ｂ；２０ｃ；２０ｄ；２０ｅ；２０ｆ；２０ｇ）は、第８～１８の態様のいずれか一つにおいて、複数の制御部（１３）を制御するコントローラ（８）を更に備える。コントローラ（８）は、複数の検知部（１４）が互いに異なるタイミングで同じセットに含まれる双方向スイッチ（１）の状態を検知するように複数の制御部（１３）を制御する。
【0216】
また、実施形態９等から以下の態様が開示されている。
【0217】
本開示の第２１の態様に係る診断装置（３）は、半導体スイッチ（双方向スイッチ１）の故障を診断する。半導体スイッチ（双方向スイッチ１）は、少なくともゲート（第１ゲートＧ１；第２ゲートＧ２）とソース（第１ソースＳ１；第２ソースＳ２）を有し、ソースに対してゲートが逆バイアスされているときにソースに電流を流さず、ソースに対してゲートが逆バイアスされていないときにソースに電流を流すことができる常閉型である。第２１の態様に係る診断装置（３）は、ソースに対してゲートが逆バイアスされていない状態においてゲートに診断用の試験電圧（Ｖｘ）を印加する電圧印加回路（３０）を備える。第２１の態様に係る診断装置（３）は、試験電圧（Ｖｘ）が印加されているときのソースに対するゲートの電圧（ゲート電圧Ｖｇｘ）に基づいて半導体スイッチ（双方向スイッチ１）の故障を判定する判定回路（３１）を備える。
【0218】
第２１の態様に係る診断装置（３）は、電圧印加回路（３０）からゲートに試験電圧（Ｖｘ）に印加してもゲートが逆バイアスされないので、電源（７）から負荷（９）への給電を継続した状態で半導体スイッチ（双方向スイッチ１）の故障を診断することができる。
【0219】
本開示の第２２の態様に係る診断装置（３）は、第２１の態様との組合せにより実現され得る。第２２の態様に係る診断装置（３）において、試験電圧（Ｖｘ）は、半導体スイッチ（双方向スイッチ１）においてゲートとソースの間に形成されるダイオード（ｐｉｎダイオード構造）の順方向電圧よりも低くない電圧であることが好ましい。
【0220】
第２２の態様に係る診断装置（３）は、ゲートとソースの間に形成されるダイオードの順方向電圧を判定の基準とすることにより、半導体スイッチ（双方向スイッチ１）の故障をより正確に診断することができる。
【0221】
本開示の第２３の態様に係る診断装置（３）は、第２１又は２２の態様との組合せにより実現され得る。第２３の態様に係る診断装置（３）において、判定回路（３１）は、半導体スイッチ（双方向スイッチ１）の故障の有無と、故障の種類とを判定することが好ましい。
【0222】
第２３の態様に係る診断装置（３）は、故障の有無だけでなく故障の種類（例えば、短絡故障及び開放故障）を判定することで半導体スイッチ（双方向スイッチ１）の故障に対する対処を容易に行うことができる。
【0223】
本開示の第２４の態様に係る診断装置（３）は、第２１～２３の態様のいずれかとの組合せにより実現され得る。第２４の態様に係る診断装置（３）において、判定回路（３１）は、電圧印加回路（３０）が試験電圧（Ｖｘ）の印加を開始した時点から所定の待機期間（時間ｔ＝ｔ１～ｔ２）が経過した後、逆バイアス用の駆動電圧をゲートに印加するための電路を開放し、電路を開放している間に半導体スイッチ（双方向スイッチ１）の故障を判定することが好ましい。
【0224】
第２４の態様に係る診断装置（３）は、逆バイアス用の駆動電圧をゲートに印加するための電路に対して、試験電圧（Ｖｘ）の印加中に漏れ電流が流れることを防ぐことができる。
【0225】
本開示の第２５の態様に係る診断装置（３）は、第２４の態様との組合せにより実現され得る。第２５の態様に係る診断装置（３）において、駆動電圧をゲートに印加するための電路を開閉するスイッチング素子（Ｑ１）を備えることが好ましい。判定回路（３１）は、スイッチング素子（Ｑ１）を制御して電路を開放することが好ましい。
【0226】
第２５の態様に係る診断装置（３）は、電路の開放を短時間で確実に行うことができる。
【0227】
本開示の第２６の態様に係る診断装置（３）は、第２１～２３の態様のいずれかとの組合せにより実現され得る。第２６の態様に係る診断装置（３）において、電圧印加回路（３０）は、整流素子（ダイオード３０１）を介して試験電圧（Ｖｘ）をゲートに印加することが好ましい。
【0228】
第２６の態様に係る診断装置（３）は、ゲートから電圧印加回路（３０）に漏れ電流が流れることを防ぐことができる。
【0229】
本開示の第２７の態様に係る診断装置（３）は、第２６の態様との組合せにより実現され得る。第２７の態様に係る診断装置（３）において、整流素子とゲートの間に電気的に接続される第１抵抗器（Ｒｇ１１）と、第１抵抗器（Ｒｇ１１）と電気的に直列接続される第２抵抗器（Ｒｇ１２）とを有することが好ましい。第２抵抗器（Ｒｇ１２）は、逆バイアス用の駆動電圧をゲートに印加するための電路に挿入されていることが好ましい。
【0230】
第２７の態様に係る診断装置（３）は、スイッチング素子（Ｑ１）で電路を開放する場合に比べて、回路構成の簡素化を図ることができる。
【0231】
本開示の第２８の態様に係る遮断装置（スイッチシステム２０ｈ）は、電源（７）から負荷（９）への給電路（８０）を開閉する半導体スイッチ（双方向スイッチ１）と、第２１～第２７の態様のいずれかの診断装置（３）と、を備える。
【0232】
第２８の態様に係る遮断装置（スイッチシステム２０ｈ）は、電源（７）から負荷（９）への給電を継続した状態で半導体スイッチ（双方向スイッチ１）の故障を診断することができる。
【0233】
本開示の第２９の態様に係る遮断装置（スイッチシステム２０ｈ）は、第２８の態様との組合せにより実現され得る。第２９の態様に係る遮断装置（スイッチシステム２０ｈ）において、半導体スイッチ（双方向スイッチ１）は、電源（７）から負荷（９）への第１方向（Ａ１）と、負荷（９）から電源（７）への第２方向（Ａ２）の二つの方向に対して電流を遮断することが可能であることが好ましい。
【0234】
第２９の態様に係る遮断装置（スイッチシステム２０ｈ）は、電源（７）と負荷（９）の間で双方向に電流を遮断することができる。
【0235】
本開示の第３０の態様に係る遮断装置（スイッチシステム２０ｈ）は、第２９の態様との組合せにより実現され得る。第３０の態様に係る遮断装置（スイッチシステム２０ｈ）において、半導体スイッチ（双方向スイッチ１）は、ゲートとソースの組合せを二組備えたデュアルゲート型であることが好ましい。
【0236】
第３０の態様に係る遮断装置（スイッチシステム２０ｈ）は、電源（７）から負荷（９）への方向と、負荷（９）から電源（７）への方向のそれぞれに独立した半導体スイッチを設ける場合と比較して、電源（７）と負荷（９）の間で双方向に電流を遮断可能としつつ回路構成の簡素化を図ることができる。
【0237】
本開示の第３１の態様に係る遮断装置（スイッチシステム２０ｈ）は、第２８～３０の態様のいずれかとの組合せにより実現され得る。第３１の態様に係る遮断装置（スイッチシステム２０ｈ）において、電源（７）から半導体スイッチ（双方向スイッチ１）を介して負荷（９）に供給される電圧が直流電圧であることが好ましい。
【0238】
第３１の態様に係る遮断装置（スイッチシステム２０ｈ）は、半導体スイッチ（双方向スイッチ１）を用いることにより、アークを発生させずに電源（７）から負荷（９）への電路を遮断することができる。
【0239】
本開示の第３２の態様に係る診断方法は、半導体スイッチ（双方向スイッチ１）の故障を診断する診断方法である。半導体スイッチ（双方向スイッチ１）は、少なくともゲートとソースを有し、ソースに対してゲートが逆バイアスされているときにソースに電流を流さず、ソースに対してゲートが逆バイアスされていないときにソースに電流を流すことができる常閉型である。第３２の態様に係る診断方法は、ソースに対してゲートが逆バイアスされていない状態においてゲートに診断用の試験電圧（Ｖｘ）を印加する手順を有する。第３２の態様に係る診断方法は、試験電圧（Ｖｘ）が印加されているときのソースに対するゲートの電圧に基づいて半導体スイッチ（双方向スイッチ１）の故障を判定する手順を有する。
【0240】
第３２の態様に係る診断方法は、電源（７）から負荷（９）への給電を継続した状態で半導体スイッチ（双方向スイッチ１）の故障を診断することができる。
【符号の説明】
【0241】
１ 双方向スイッチ
Ｇ１ 第１ゲート
Ｓ１ 第１ソース
Ｇ２ 第２ゲート
Ｓ２ 第２ソース
８ コントローラ
１１ 第１ゲート駆動回路
１２ 第２ゲート駆動回路
１３ 制御部
１４ 検知部
１５ 判定部
１６ 抵抗
１６Ａ 第１端
１６Ｂ 第２端
１７Ａ 第１比較回路
１７Ｂ 第２比較回路
１８Ａ 第１判定回路
１８Ｂ 第２判定回路
１９ 温度検出部
２０、２０ａ、２０ｂ；２０ｃ；２０ｄ；２０ｅ；２０ｆ；２０ｇ スイッチシステム
１９１ 第１ｐ型層
１９２ 第２ｐ型層
１７１ 第１ソース電極
１７２ 第２ソース電極
１８１ 第１ゲート電極
１８２ 第２ゲート電極
Ｒ１ 第１ゲート抵抗
Ｒ２ 第２ゲート抵抗
Ｒ３ 第３ゲート抵抗
Ｒ４ 第４ゲート抵抗
ＳＷ１ 第１スイッチ
ＳＷ２ 第２スイッチ
Ｔ１ 第１期間
Ｔ２ 第２期間
Ｖｔｈ１ 第１閾値電圧
Ｖｔｈ２ 第２閾値電圧
Ｇ１ 第１ゲート
Ｓ１ 第１ソース
Ｇ２ 第２ゲート
Ｓ２ 第２ソース
８ コントローラ
１１ 第１ゲート駆動回路
１２ 第２ゲート駆動回路
１３ 制御部
１４ 検知部
１５ 判定部
１６ 抵抗
１６Ａ 第１端
１６Ｂ 第２端
１７Ａ 第１比較回路
１７Ｂ 第２比較回路
１８Ａ 第１判定回路
１８Ｂ 第２判定回路
１９ 温度検出部
２０、２０ａ、２０ｂ；２０ｃ；２０ｄ；２０ｅ；２０ｆ；２０ｇ スイッチシステム
１９１ 第１ｐ型層
１９２ 第２ｐ型層
１７１ 第１ソース電極
１７２ 第２ソース電極
１８１ 第１ゲート電極
１８２ 第２ゲート電極
Ｒ１ 第１ゲート抵抗
Ｒ２ 第２ゲート抵抗
Ｒ３ 第３ゲート抵抗
Ｒ４ 第４ゲート抵抗
ＳＷ１ 第１スイッチ
ＳＷ２ 第２スイッチ
Ｔ１ 第１期間
Ｔ２ 第２期間
Ｖｔｈ１ 第１閾値電圧
Ｖｔｈ２ 第２閾値電圧
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】