开关装置、使用开关装置的太阳光发电系统及车辆驱动系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种开关装置、使用其的太阳光发电系统以及车辆驱动系统。串并联开关电路(10)构成为输入电流的第1开关(M1)与输出电流的第2开关(M2)串联连接，多个串联开关电路并联连接。多个串联开关电路的各中点结合。在串并联开关电路(10)接通时，构成串并联开关电路(10)的多个第2开关(M2)接通后，接通构成串并联开关电路(10)的多个第1开关(M1)。
【专利说明】开关装置、使用开关装置的太阳光发电系统及车辆驱动系
统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种处理大电流的开关装置、使用该开关装置的太阳光发电系统以及车辆驱动系统。
【背景技术】
[0002]近年来，蓄电系统、EV (Electric Vehicle,电动车辆)在普及，对处理大电流的开关的需求在增加。这里，EV中，包含电动汽车、混合动カ汽车、插电式混合动カ汽车、电动自行车、电动摩托车等在内。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2003-79058号公报
[0006]专利文献2:日本特开平7-213062号公报
[0007]专利文献3:日本特开2005-164381号公报
[0008]专利文献4:日本特开2008-283827号公报
[0009]发明要解决的课题
[0010]需求处理大电流的开关的功率损失的减少以及低成本化。
[0011]本发明鉴于这种状况而作出，其目的在于，提供ー种抑制大电流用的开关装置的功率损失的増大，并且实现低成本化的技术。
【发明内容】
[0012]解决课题的手段
[0013]本发明的某方式的开关装置具备多个串联开关电路，该多个串联开关电路将被输入电流的第I开关与输出电流的第2开关串联连接。多个串联开关电路并联连接，构成串并联开关电路，多个串联开关电路的各中点被结合，在串并联开关电路接通时，构成串并联开关电路的第2开关接通后，接通构成串并联开关电路的多个第I开关。
[0014]发明效果
[0015]通过本发明，能够抑制大电流用的开关装置的功率损失的増大，实现低成本化。【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是用于说明功率MOSFET的图。
[0017]图2是表示与本发明的实施方式有关的开关装置的结构的图。
[0018]图3是用于对图2的串并联开关电路的开关接通顺序(switch on sequence)进行说明的图。
[0019]图4是用于对图2的串并联开关电路的开关断开顺序(switch off sequence)进行说明的图。[0020]图5是表不图2的串并联开关电路的变形例I的图。
[0021]图6是表不图2的串并联开关电路的变形例2的图。
[0022]图7是示意性地表示被模块化了的两个并联的串并联开关电路的图。
[0023]图8是用于对通过同一进程形成图7的第I开关Mlb、第2开关M2a以及第2开关 M2b的例子进行说明的图。
[0024]图9是表示应用了与本发明的实施方式有关的开关装置的太阳光发电系统的结 构的图。
[0025]图10是表示应用了与本发明的实施方式有关的开关装置的车辆驱动系统的结构 的图。
[0026]符号说明:
[0027]100 开关装置、MO 开关、Ml，Mla，Mlb，Mlc 第 I 开关、M2，M2a，M2b，M2c 第 2 开关、 DO 体二极管、01，01&，0113，01(3第1体二极管、02，02&，0213，020 第 2 体二极管、10 串并联 开关电路、IOm开关模块、50控制部、200太阳光发电系统、21蓄电池、22 DC-DC变换器、23 太阳光模块、24功率调节器、300车辆驱动系统、31蓄电池、32 DC-DC变换器、33 AC-DC变 换器、34 AC插头、35转换器、36负载。
【具体实施方式】
[0028]现在，作为被广泛使用的开关，举例出MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属氧化层半导体场效应晶体管)。由于对应大电流的MOSFET 的通态电阻变高，因此使用并联MOSFET来使电阻的降低的手法。
[0029]在使用被并联连接的MOSFET来对大电流进行切换的情况下，希望使并联连接 的MOSFET实质上同时导通，以使得电力不集中于任一 M0SFET。但是，为此需要使对驱动 MOSFET的驱动器进行高精度化，关联到电路规模的大型化、高成本化。此外，在未对进行驱 动的驱动器进行高精度化的情况下，为了实现即使任一 MOSFET先导通，也使之不存在因电 流集中而产生的破坏地进行动作，因而必须使用最大额定电流高的M0SFET，关联到高成本 化。
[0030]本
【发明者】鉴于这样的状况，开发了对大电流用的开关装置的功率损失的增大进行 抑制，并且实现低成本化的技术。实现该开发的本发明的某个方式的开关装置如下。
[0031](I) 一种开关装置，具备:
[0032]多个串联开关电路，其将被输入电流的第I开关与输出电流的第2开关串联连接，
[0033]所述多个串联开关电路并联连接来构成串并联开关电路，
[0034]所述多个串联开关电路的各中点结合，
[0035]在所述串并联开关电路接通时，在接通构成所述串并联开关电路的多个第2开关 后，接通构成所述串并联开关电路的多个第I开关。
[0036]根据该方式，通过将多个串联开关电路的各中点结合，从而能够使串并联开关电 路整体的通态电阻降低，使功率损失降低。此外，由于能够降低各个开关的最大额定电流， 因此能够使用低成本的开关。此外，在接通所述串并联开关电路时，接通构成所述串并联开 关电路的多个第2开关后，通过接通构成所述串并联开关电路的多个第I开关，能够忽略多 个第2开关的切换速度的散差。因此，在第2开关及其驱动器可以使用低规格的部件，能够实现低成本化。
[0037](2) 一种开关装置，具备:
[0038]多个串联开关电路，其将被输入电流的第I开关与输出电流的第2开关串联连接，
[0039]所述多个串联开关电路并联连接来构成串并联开关电路，
[0040]所述多个串联开关电路的各中点結合，
[0041]在所述串并联开关电路断开时，在断开构成所述串并联开关电路的多个第I开关后，断开构成所述串并联开关电路的多个第2开关。
[0042]根据该方式，通过结合多个串联开关电路的各中点，能够使串并联开关电路整体的通态电阻降低，使功率损失降低。此外，由于能够降低各个开关的最大额定电流，因此能够使用低成本的开关。此外，在断开所述串并联开关电路时，通过在断开构成所述串并联开关电路的多个第I开关后，断开构成所述串并联开关电路的多个第2开关，从而能够忽略多个第I开关的切換速度的散差。因此，在第I开关及其驱动器能够使用低规格的部件，能够实现低成本化。
[0043](3)根据⑴所述的开关装置，其特征在于，在所述串并联开关电路断开时，在断开构成所述串并联开关电路的多个第I开关后，断开构成所述串并联开关电路的多个第2开关。
[0044]根据该方式，能够忽略多个第I开关的切換速度的偏差。因此，能够在第I开关及其驱动器使用低规格的部件，能够实现低成本化。
[0045](4)根据(3)所述的开关装置，其特征在干，
[0046]还具备控制部，其对所述多个第I开关以及所述多个第2开关的接通断开进行控制，
[0047]所述多个第I开关的至少ー个第I开关的最大额定电流设定为比剰余的第I开关以及所述多个第2开关的最大额定电流高，
[0048]所述控制部在接通所述串并联开关电路时，在接通所述多个第2开关后，接通所述最大额定电流高的第I开关，之后，接通所述剩余的第I开关，
[0049]所述控制部在断开所述串并联开关电路时，在断开所述剰余的第I开关后，断开所述最大额定电流高的第I开关，之后，断开所述多个第2开关。
[0050]根据该方式，在接通所述串并联开关电路时，接通所述多个第2开关后，接通所述最大额定电流高的第I开关，之后，接通所述剩余的第I开关。此外，在断开所述串并联开关电路时，在断开所述剰余的第I开关后，断开所述最大额定电流高的第I开关，之后，断开所述多个第2开关。由于所述最大额定电流高的第I开关能够流过大电流，因此在剩余的第I开关能够使用低规格的部件，能够实现低成本化。此外，由于这些第I开关不必同时接通，因此在该驱动器能够使用低规格的部件，实现低成本化。
[0051](5)根据⑷所述的开关装置，其特征在干，
[0052]所述最大额定电流高的第I开关，由沟槽结构的晶体管构成，所述剩余的第I开关以及所述多个第2开关，由平面(planer)结构的晶体管构成，
[0053]所述串并联开关电路被一体式模块化。
[0054]根据该方式，通过由沟槽结构的晶体管构成所述最大额定电流高的第I开关，从而能够实现高精度的切换(switching)。此外,通过由平面结构的晶体管构成所述剩余的第I开关以及所述多个第2开关，从而能够实现低成本化。
[0055](6)根据⑴至(5)的任意一项所述的开关装置，其特征在于，
[0056]所述多个第I开关以及所述多个第2开关由MOSFET(Metal-Oxide-Semiconducto r Field-Effect Transistor,金属氧化层半导体场效应晶体管)构成，
[0057]所述第I开关以及所述第2开关串联连接，以使得形成在所述MOSFET的体二极管 (body diode)的朝向互不相同。
[0058]根据该方式，能够切断经由寄生二极管的电流，能够将所述第I开关以及所述第2 开关的串联开关电路作为双向开关使用。
[0059](7) 一种开关装置，具备:
[0060]多个串联开关电路，其将被输入电流的第I开关与输出电流的第2开关串联连接，
[0061]所述多个串联开关电路并联连接来构成串并联开关电路，
[0062]所述多个串联开关电路的各中点结合，
[0063]在所述串并联开关电路接通时，在接通构成所述串并联开关电路的多个第2开关 后，接通构成所述串并联开关电路的多个第I开关，因第I开关的至少一个开关接通，故而 电流不通状态被解除。
[0064]根据该方式，通过将多个串联开关电路的各中点结合，从而能够使串并联开关电 路整体的通态电阻降低，使功率损失降低。此外，由于能够降低各个开关的最大额定电流， 因此能够使用低成本的开关。此外，在接通所述串并联开关电路时，在接通构成所述串并联 开关电路的多个第2开关后，接通构成所述串并联开关电路的多个第I开关，因第I开关的 至少一个开关接通，故而电流不通状态被解除。由此，能够忽略多个第2开关的切换速度的 偏差。因此，能够在第2开关及其驱动器使用低规格的部件，实现低成本化。此外，能够忽 略多个第I开关的切换速度的偏差。因此，能够在第I开关及其驱动器使用低规格的部件， 实现低成本化。
[0065](8) 一种太阳光发电系统,具备:
[0066]蓄电池；
[0067]太阳光模块；
[0068]DC-DC变换器，其对所述太阳光模块的输出电力以及所述蓄电池的放电电力进行 DC-DC变换；
[0069]功率调节器，其对所述DC-DC变换器的输出电力进行DC-AC变换；和
[0070]开关装置，其为连接在所述蓄电池与所述DC-DC变换器之间的权利要求(I)至(7) 的任意一项所述的开关装置。
[0071]根据该方式，能够对使用于太阳光发电系统的开关装置的功率损失的增大进行抑 制，并且实现低成本化。
[0072](9) 一种车辆驱动系统，具备:
[0073]蓄电池；
[0074]AC-DC变换器，其对来自商用系统的交流电力进行AC-DC变换；
[0075]DC-DC变换器，其对所述蓄电池的放电电力以及所述AC-DC变换器的输出电力进 行DC-DC变换；
[0076]转换器，其接收所述DC-DC变换器的输出电力，来驱动电机；和[0077]开关装置，其为连接在所述蓄电池与所述DC-DC变换器之间的权利要求⑴至(7)的任意一项所述的开关装置。
[0078]根据该方式，能够对使用于车载驱动系统的开关装置的功率损失的增大进行抑制,并且实现低成本化。
[0079]在对与本发明的实施方式有关的开关装置的整体结构进行说明前，对构成该开关装置的各个开关进行说明。下面，在本实施方式中，对使用功率MOSFET作为该开关的例子进行说明。
[0080]图1是用于说明功率MOSFET的图。图1 (a)是表示单体的功率MOSFET的图。在功率MOSFET中，在源极漏极之间形成寄生ニ极管。下面，在本说明书中将该寄生ニ极管适当地记为体ニ极管(body diode)DO0
[0081]下面，考虑将功率MOSFET作为开关MO使用的情況。首先，考虑作为用于对电池与负载之间的电流进行切換的开关而使用的情况。在这种情况下，漏极端子连接电池，源极端子连接负载。栅极端子是用于控制开关MO的接通断开的端子。在此连接方式中，若负载短路，则即使开关MO处于断开状态，也会通过体ニ极管DO从电池向负载流过无用的电流。
[0082]接下来，考虑漏极端子连接蓄电池，源极端子连接太阳光模块的情況。这种情况下，若太阳光模块短路，则也会从蓄电池向太阳光模块流过无用的电流。
[0083]此外，若操作者误将电池与负载反接，则即使开关MO处于断开的状态，也会通过体ニ极管D0，从与源极端子连接的电池向与漏极端子连接的负载流过电流，不能实现作为开关MO的功能。
[0084]图1(b)是表示将两个功率MOSFET串联的电路的图。在图1(b)中，将两个功率MOSFET的源极端子彼此连接。由此，两个功率MOSFET的寄生ニ极管的阳极彼此相对，能够回避在图1(a)的说明中列举出的问题。此外，若将两个功率MOSFET的源极端子彼此串联连接来构成串联电路，则该串联电路作为双向开关而起作用。下面，将该串联电路称为串联开关电路。此外，在本说明书中，将在附图中所画的串联开关电路的右侧的开关定义为第I开关Ml，将其左侧的开关定义为第2开关M2。
[0085]根据图1 (b)的串联开关电路，即使从第I开关Ml的漏极端子供给电流，即使从第2开关M2的漏极端子供给电流，由于第I体ニ极管Dl以及第2体ニ极管D2彼此反向，因此经由寄生ニ极管的电流被切断。因此，该串联开关电路能够作为双向开关使用。另外，也可以将两个功率MOSFET的漏极端子彼此串联连接来构成串联开关电路。这种情况下经由寄生ニ极管的电流也被切断，能够作为双向开关使用。
[0086]根据图1(b)，第2开关M2的门(gate)打开(on)，即使第I开关Ml的门未打开，电流也能够从第2开关M2的漏极端子流向第I开关Ml的漏极端子。但是，由于电流通过第I体ニ极管D1，因此产生在第I体ニ极管Dl的电压降的量的功率损失。此外，由于电池电压的可使用范围的上限下降第I体ニ极管Dl中的电压降的量，因此不能以最大电压使用电池。因此，在电流从第2开关M2的漏极端子流向第I开关Ml的漏极端子的情况下，最好打开第2开关M2与第I开关Ml两者的门。电流从第I开关Ml的漏极端子流向第2开关M2的漏极端子的情况也适用于相同的讨论。
[0087]图2是表示与本发明的实施方式有关的开关装置100的结构的图。该开关装置100具备串并联开关电路10以及控制部50。串并联开关电路10包含多个上述的串联开关电路(图2中是两个)。该多个串联开关电路并联连接，多个串联开关电路的各中点结合。 此外，在本实施方式中，将第I开关Mla以及第I开关Mlb的漏极端子结合作为电流输入端 子，将第2开关M2a以及第2开关M2b的漏极端子结合作为电流输出端子。
[0088]下面，对串并联开关电路10的基本动作进行说明。在接通串并联开关电路10时， 与上述电流输出端子分别连接的第2开关M2(图2中为第2开关M2a以及第2开关M2b) 接通后，与上述电流输入端子分别连接的多个第I开关Ml (图2中为第I开关Mla以及第 I开关Mlb)接通。
[0089]另一方面，在串并联开关电路10断开时，与上述电流输入端子分别连接的多个第 I开关Ml (图2中为第I开关Mla以及第I开关Mlb)断开后，与上述电流输出端子分别连 接的多个第2开关M2 (图2中为第2开关M2a以及第2开关M2b)断开。
[0090]多个第I开关Ml中的至少一个第I开关Ml的最大额定电流，被设定为比剩下的第 I开关Ml以及多个第2开关M2的最大额定电流高。在图2中，对第I开关Mla采用最大额 定电流(也就是说，允许电流量)最闻的闻规格的开关。对第I开关Mlb、第2开关M2a以 及第2开关M2b采用低成本的开关。因此，第I开关Mlb、第2开关M2a以及第2开关M2b 比第I开关Mla低规格。
[0091]这里，在高规格的第I开关Mla中，代替M0SFET，也可以使用具备带体二极管的 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅极双极型晶体管)、带体二极管的GaN 晶体管、带体二极管的SiC晶体管等具备整流特性的开关。另外，在不违反低成本化的主旨 的范围内，在第I开关Mlb、第2开关M2a以及第2开关M2b，代替M0SFET，也可以使用具备 该整流特性的开关。
[0092]控制部50控制多个第I开关Ml以及多个第2开关M2的接通断开。在图2中，对 第I开关Mla的门Gla、第I开关Mlb的门Gib、第2开关M2a的门G2a以及第2开关M2b 的门G2b的接通断开进行控制。另外，在图2中，虽然未图示门驱动器的详细的电路结构， 但考虑为控制部50的功能框的一部分，继续以下的说明。
[0093]图3是用于对图2的串并联开关电路10的开关接通顺序进行说明的图。图3(a) 是表示串并联开关电路10的开关接通顺序的第I状态(初始状态)的图。在第I状态中， 由于串并联开关电路10为断开(off)状态，故而第I开关Mia、第I开关Mlb、第2开关M2a 以及第2开关M2b全部都为断开的状态。
[0094]图3(b)是表不串并联开关电路10的开关接通顺序的第2状态的图。控制部50 接通第2开关M2a以及第2开关M2b。其结果，在第2状态中，第2开关M2a以及第2开关 M2b为接通状态，第I开关Mla以及第I开关Mlb为断开状态。
[0095]另外，控制部50不必将第2开关M2a以及第2开关M2b同时接通。在同时接通的 情况与设置时间差接通的情况中，只要选择门驱动器的成本低的一方即可。在第2状态中， 由于第I开关Mla以及第I开关Mlb断开，因此即使串并联开关电路10整体都为断开的状 态，串并联开关电路10依然切断电流。
[0096]图3 (C)是表不串并联开关电路10的开关接通顺序的第3状态的图。控制部50 将串并联开关电路10中最大额定电流最高的第I开关Mla接通。其结果，在第3状态中， 第I开关Mia、第2开关M2a以及第2开关M2b为接通状态，第I开关Mlb为断开状态。
[0097]在第3状态中，根据基尔霍夫电流定律，流过第I开关Mla的电流是流过第2开关M2a的电流与流过第2开关M2b的电流的和。如图2所示，由于各串联开关电路的中点结合，因此即使在第2开关M2a的最大额定电流低的情况下,第I开关Mla中也能流过较大电流。
[0098]图3(d)是表示串并联开关电路10的开关接通顺序的第4状态(最终状态)的图。 控制部50将与串并联开关电路10中最大额定电流最闻的第I开关Mla并联连接的第I开关Mlb接通。其结果，第I开关Mia、第I开关Mlb、第2开关M2a以及第2开关M2b全部为接通的状态。第4状态与第2状态相比，由于与第I开关Mla并联连接的第I开关Mlb中也流过电流，因此串并联开关电路10整体的通态电阻降低。
[0099]图4是用于对图2的串并联开关电路10的开关断开顺序进行说明的图。图4(a) 是表示串并联开关电路10的开关断开顺序的第I状态(初始状态)的图。在第I状态中， 由于串并联开关电路10为接通状态，因此第I开关Mia、第I开关Mlb、第2开关M2a以及第2开关M2b全部为接通的状态。
[0100]图4(b)是表示串并联开关电路10的开关断开顺序的第2状态的图。控制部50 将与串并联开关电路10中最大额定电流最闻的第I开关Mla并联连接的第I开关Mlb断开。其结果，在第2状态中，第I开关Mia、第2开关M2a以及第2开关M2b为接通状态，第 I开关Mlb为断开状态。在第2状态中，根据基尔霍夫电流定律，流过第I开关Mla的电流， 是流过第2开关M2a的电流与流过第2开关M2b的电流的和。如上所述，即使在第2开关 M2a的最大额定电流低的情况下，由于第I开关Mla中能够流过较大的电流，因此串并联开关电路10整体的通态电阻上升。
[0101]图4(c)是表示串并联开关电路10的开关断开顺序的第3状态的图。控制部50 将串并联开关电路10中最大额定电流最高的第I开关Mla接通。其结果，在第3状态中， 第2开关M2a以及第2开关M2b为接通状态，第I开关Mla以及第I开关Mlb为断开状态。 在第3状态中，由于第I开关Mla以及第I开关Mlb断开，因此，即使串并联开关电路10整体，也成为断开状态，串并联开关电路10切断电流。
[0102]图4(d)是表示串并联开关电路10的开关断开顺序的第4状态(最终状态)的图。 控制部50将第2开关M2a以及第2开关M2b接通。其结果，第I开关Mia、第I开关Mlb、 第2开关M2a以及第2开关M2b全部为断开状态。
[0103]图5是表不图2的串并联开关电路10的变形例I的图。图6是表不图2的串并联开关电路10的变形例2的图。图2的串并联开关电路10虽然是两个串联开关电路并联的结构，但并联连接的串联开关电路的数量不限于两个。图5的变形例I中示出将三个串联开关电路并联连接的结构。图6的变形例2中表示将n(n为4以上)个串联开关电路并联连接的结构。在任一串并联开关电路10中，并联连接的多个串联开关电路的各中点被结合 o
[0104]在图2的串并联开关电路10中，虽然对在多个第I开关Ml中设置一个高规格的开关的例子进行了说明，但在变形例1、2中，也可以设置多个高规格的开关。
[0105]下面，对串并联开关电路10整体的通态电阻进行说明。图2的串并联开关电路10 整体的通态电阻Ront2根据下述计算式I计算。另外，前提是所有的开关的通态电阻相等。
[0106]Ront2 = I/ ((l/MlaRon+l/M2abRon) + (l/MlbRon+l/M2bRon))…(计算式 I)
[0107]这里，MlaRon表示第I开关Mla的通态电阻。其他的开关也是一样的。[0108]图5的串并联开关电路10整体的通态电阻Ront3根据下述计算式2计算。
[0109]Ront3 = I/((l/MlaRon+l/M2aRon)+(l/MlbRon+l/M2bRon)+(1/MlcRon+l/M2cRon)) --?(计算式 2)
[0110]图2的两个并联的串并联开关电路10整体的通态电阻Ront2，与图5的三个并联的串并联开关电路10整体的通态电阻Ront3的关系式为下述计算式3。
[0111]Ront3 = 2/3 X Ront2...(计算式 3)
[0112]此外，两个并联的串并联开关电路10整体的通态电阻Ront2，与四个并联的串并联开关电路整体的通态电阻Ront4的关系式，为下述计算式4。
[0113]Ront4 = 1/2 X Ront2...(计算式 4)
[0114]对两个并联的串并联开关电路10整体的通态电阻Ront2，与n(2以上的整数)个并联的串并联开关电路10整体的通态电阻Rontn之间的关系进行表示的一般式，为下述计算式5。
[0115]Rontn = 2/nXRont2...(计算式 5)
[0116]这样，随着并联数的増加，串并联开关电路10整体的通态电阻降低，但电路规模増大，两者为此消彼长(trade off)的关系。但是，随着并联数増加，由于能够将各个开关的最大额定电流降低，因此能够使用低成本的开关。因此，根据由开关数的增加而引起的成本増大、与由各个开关的低規格化而引起的成本降低之间的平衡，来决定整体的成本。
[0117]与本实施方式有关的串并联开关电路10能够一体式模块化而形成。图7是示意性地表示被模块化了的两个并联的串并联开关电路10的图。图7的开关模块IOm表示将图2的串并联开关电路10ネ旲块化了的例子。在图7的开关ネ旲块IOm中，应提闻最大额定电流的第I开关Mla由能够实现高规格的沟槽结构的晶体管(例如，沟槽栅型功率M0SFET)构成，第I开关Mlb、第2开关M2a以及第2开关M2b由以较低成本能够实现的平面结构的晶体管(例如，平面栅型功率M0SFET)构成。
[0118]图8是用于对通过同一进程形成图7的第I开关Mlb、第2开关M2a以及第2开关M2b的例子进行说明的图。在图8中，将对图7的第I开关Mlb、第2开关M2a以及第2开关M2b使用平面栅型功率MOSFET的例子作为前提。
[0119]图8(a)描述了在对晶片上形成的多个平面栅型功率MOSFET进行切块(dicing)的时候，结合图7的开关模块IOm内的第I开关Mlb、第2开关M2a以及第2开关M2b的配置形状，将包含三个平面栅型功率MOSFET在内的区域作为ー个芯片来进行切块的例子。另外，作为ー个芯片进行切块的平面栅型功率MOSFET的数量不仅限于三个。例如，在图5的三个并联的串并联开关电路10的情况下，也可以将包含五个平面栅型功率MOSFET在内的区域作为ー个芯片来进行切块。另外，在图8(a)中，虽然表示了为了结合相同规格的开关的配置形状进行切块，而切块成L字状的例子，但一般来讲，按直线状进行切块是基本。例如，图7中，第I开关Mla以及第I开关Mlb的组、与第2开关M2a以及第2开关M2b的组之间，也可以直线切块。此外，也可以将第2开关M2a、第2开关M2b以及第I开关Mlb排列成一列，并将该列的三个开关作为ー个芯片来切块。
[0120]图8(b)表示由作为ー个芯片而被切块的第2开关M2a以及第2开关M2b形成的串联开关电路。该串联开关电路，虽然与图1(b)的对源极彼此进行连接的样式不同，是对漏极彼此进行连接的样式，但与到此为止说明的串并联开关电路10基本相同。[0121]如以上所说明，根据本实施方式，通过将多个串联开关电路并联连接，将多个串联 开关电路的各中点结合，从而能够抑制功率损失的增大，并且使各个开关、驱动器低成本 化。也就是说，通过将串联开关电路并联化，从而能够使串并联开关电路整体的通态电阻降 低，使功率损失降低。
[0122]此外，即使构成串并联开关电路的开关的切换速度存在散差，也能够使电流集中 于一个开关的可能性降低。更加具体来讲，在接通串并联开关电路时，通过先接通电流供给 对象侧的开关，后接通电流供给方侧的开关，则能够忽略电流供给对象侧的开关的切换速 度的散差。因此，对于电流供给对象侧的开关以及其驱动器，能够使用低规格的部件，实现 低成本化。
[0123]此外，在电流供给方侧的开关中，针对其中至少一个使用高规格的开关，将该开关 比剩余的开关先接通。由于该高规格的开关能够流过大电流，因此针对剩余的开关，能够使 用低规格的部件，实现低成本化。此外，由于不必同时接通这些开关，因此对该驱动器，能够 使用低规格的部件，实现低成本化。
[0124]接下来，对与本发明的实施方式有关的开关装置100的应用例进行说明。图9是 表示应用了与本发明的实施方式有关的开关装置100的太阳光发电系统200的结构的图。 在图9中，设想家庭用的太阳光发电系统200。太阳光发电系统200具备:蓄电池21、开关 装置100、DC-DC变换器22、太阳光模块23以及功率调节器24。
[0125]蓄电池21主要对由太阳光模块23发电的电力进行蓄电。针对蓄电池21能够采 用铅蓄电池、锂离子蓄电池等。太阳光模块23将太阳能变换为电能并输出到DC-DC变换器 22。开关装置100被连接在蓄电池21与DC-DC变换器22之间。
[0126]DC-DC变换器22对太阳光模块23的输出电力进行DC-DC变换或者对蓄电池21的 放电电力进行DC-DC变换。更加具体来讲，DC-DC变换器22将太阳光模块23的输出电力 变换为与供给对象(蓄电池21或者功率调节器24)的额定电力相应的电力。此外，DC-DC 变换器22将蓄电池21的放电电力变换为与功率调节器24的额定电力相应的电力。
[0127]功率调节器24对DC-DC变换器22的输出电力进行DC-AC变换。从功率调节器24 输出的交流电力被供给到负载(家电产品等)，或者被供给到商用系统(电力公司等)。另 外，在功率调节器24搭载着双向的DC-AC变换器的情况下，也能够将从商用系统供给的交 流电力变换为直流电力，并蓄电在蓄电池21中。
[0128]图10是表示应用了与本发明的实施方式有关的开关装置100的车辆驱动系统300 的结构的图。车辆驱动系统300，是将电能作为主要能源或者辅助能源而行使的车辆(例 如，机动车、摩托车、自行车)的驱动系统。车辆驱动系统300具备:蓄电池31、开关装置 100、DC-DC变换器32、AC-DC变换器33、AC插头34以及转换器35。
[0129]蓄电池31主要对从商用系统供给的电力进行蓄电。另外，在搭载着再生制动功 能的情况下，也对再生电力进行蓄电。AC插头34是用于从商用系统取得交流电力的插头。 AC-DC变换器33对从AC插头34取得到交流电力进行AC-DC变换。
[0130]DC-DC变换器32，对蓄电池31的放电电力以及AC-DC变换器33的输出电力进行 DC-DC变换。更加具体来讲，DC-DC变换器32，将AC-DC变换器33的输出电力变换为与蓄 电池31的额定电力相应的电力。此外，DC-DC变换器32，将蓄电池31的放电电力变换为与 AC插头34的额定电力相应的电力。另外，在从转换器35供给再生电力的情况下，DC-DC变换器32将该再生电カ变换为与蓄电池31的额定电力相应的电力。
[0131]开关装置100连接在蓄电池31与DC-DC变换器32之间。转换器35根据来自DC-DC变换器32的驱动电力，驱动电机。此外，在发动再生制动器的情况下，从电机回收再生电力，并供给到DC-DC变换器32。
[0132]以上，基于实施方式，对本发明进行了说明。此实施方式是示例，对于这些各结构要素、各处理进程的组合，存在各种变形例，并且这样的变形例也在本发明的范围内，这些是本领域的技术人员能够了解的。
[0133]例如，在上述的串并联开关电路10中，对于将第I开关Ml的漏极端子设为电流输入端子，将第2开关M2的漏极端子设为电流输出端子，电流从第I开关Ml侧流向第2开关M2侧的例子进行了说明。这一点上，串并联开关电路10也能够作为双向的串并联开关电路使用。在这种情况下，第I开关Ml的漏极端子，兼具作为电流输入端子的作用与作为电流输出端子的作用，第2开关M2的漏极端子也兼具作为电流输入端子的作用与作为电流输出端子的作用。此外，最好对多个第2开关M2中的至少ー个第2开关M2采用高规格的开关。上述说明也能够直接适用于逆方向的电流。
[0134]此外，虽然说明了对构成上述串并联开关电路10的开关，使用半导体开关的例子，但在不违反低成本化的主g的范围下，也可以对至少一部分开关使用机械继电器。
[0135]此外，在上述图9中所示的太阳光发电系统200中，也可以将功率调节器24设置在DC-DC变换器22与太阳光模块23之间。此外，也可以在上述图10所示的车辆驱动系统300中，进ー步添加太阳光模块23。这种情况下，太阳光模块23连接DC-DC变换器32。
[0136]产业上的可利用性
[0137]本发明能够利用于大电流的开关。
【权利要求】
1.一种开关装置，其中，具备: 多个串联开关电路，其将被输入电流的第I开关与输出电流的第2开关串联连接， 所述多个串联开关电路并联连接来构成串并联开关电路， 所述多个串联开关电路的各中点被结合， 在所述串并联开关电路接通时，在接通构成所述串并联开关电路的多个第2开关后，接通构成所述串并联开关电路的多个第I开关。
2.一种开关装置，其中，具备: 多个串联开关电路，其将被输入电流的第I开关与输出电流的第2开关串联连接， 所述多个串联开关电路并联连接来构成串并联开关电路， 所述多个串联开关电路的各中点被结合， 在所述串并联开关电路断开时，在断开构成所述串并联开关电路的多个第I开关后，断开构成所述串并联开关电路的多个第2开关。
3.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在干， 在所述串并联开关电路断开时，在断开构成所述串并联开关电路的多个第I开关后，断开构成所述串并联开关电路的多个第2开关。
4.根据权利要求3所述的开关装置，其特征在干， 还具备控制部，其对所述多个第I开关以及所述多个第2开关的接通断开进行控制， 所述多个第I开关中的至少ー个第I开关的最大额定电流，被设定为比剰余的第I开关以及所述多个第2开关的最大额定电流尚， 所述控制部，在接通所述串并联开关电路时，在接通所述多个第2开关后，接通所述最大额定电流高的第I开关，之后，接通所述剩余的第I开关， 所述控制部，在断开所述串并联开关电路时，在断开所述剰余的第I开关后，断开所述最大额定电流高的第I开关，之后，断开所述多个第2开关。
5.根据权利要求4所述的开关装置，其特征在干， 所述最大额定电流高的第I开关由沟槽结构的晶体管构成，所述剩余的第I开关以及所述多个第2开关由平面结构的晶体管构成， 所述串并联开关电路被一体式模块化。
6.根据权利要求1至5的任意一项所述的开关装置，其特征在干， 所述多个第I开关以及所述多个第2开关由金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)构成， 所述第I开关以及所述第2开关被串联连接，以使得形成在所述MOSFET的体二极管的朝向互不相同。
7.一种开关装置，其中，具备: 多个串联开关电路，其将被输入电流的第I开关与输出电流的第2开关串联连接， 所述多个串联开关电路被并联连接来构成串并联开关电路， 所述多个串联开关电路的各中点被结合， 在所述串并联开关电路接通时，在接通构成所述串并联开关电路的多个第2开关后，接通构成所述串并联开关电路的多个第I开关，因第I开关的至少ー个开关接通，从而电流不通状态被解除。
8.一种太阳光发电系统，具备:蓄电池；太阳光模块；DC-DC变换器，其对所述太阳光模块的输出电力以及所述蓄电池的放电电力进行 DC-DC变换；功率调节器，其对所述DC-DC变换器的输出电力进行DC-AC变换；和权利要求1至7的任意一项所述的开关装置，连接在所述蓄电池与所述DC-DC变换器之间。
9.一种车辆驱动系统,具备:蓄电池；AC-DC变换器，其对来自商用系统的交流电力进行AC-DC变换；DC-DC变换器，其对所述蓄电池的放电电力以及所述AC-DC变换器的输出电力进行 DC-DC变换；转换器，其接收所述DC-DC变换器的输出电力，来驱动电机；和权利要求1至7的任意一项所述的开关装置，连接在所述蓄电池与所述DC-DC变换器之间。`
【文档编号】B60L9/18GK103503288SQ201280022048
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年7月5日 优先权日:2011年7月29日
【发明者】渡边敬辅 申请人:三洋电机株式会社