電荷移送方式を用いて構成した非接地系スイッチとその応用に関する研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650338
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 原田 一考 熊本大学, 教育学部, 教授 (60040044)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大田 一郎 熊本電波工業高等専門学校, 助教授 (60149995) ; 杉谷 賢一 熊本大学, 総合情報処理センター, 助教授 (60171162)
• Keywords: フローティングスイッチ / 非接地系スイッチ / MOSFET / スイッチトキャパシタ / SC / チャージポンプ方式 / 半導体スイッチ

Research Abstract

接地電位から常時浮いた(接地電位から絶縁された)状態で使用されるスイッチ(フローティング・スイッチ)について調査し整理しました.大別すると,MOSFETスイッチを接地レベルから直接駆動する方式と,フローティング電源を構成し,トランジスタや論理素子,専用ドライバーを用いて駆動する方式とに分けられます.前者は,(1)パルストランス方法,(2)キャパシタ電圧とPチャネルMOSFETスイッチ方式,(3)MOSFETと抵抗器によるレベルシフト方式,(4)フォトボル直接駆動方式です.後者は,フローティング電源の構成法により,(1)電池,(2)フォトボル,(3)ピエゾ素子を用いて発電する方式,(4)蓄電キャパシタを接地し充電する方式,(5)蓄電キャパシタへ電荷を移送し充電する方式,に分けられることが明らかになりました.直接駆動方式の特長は簡単な回路構成にありますが,回路動作状態に敏感であり信頼性に難点が見受られます.フローティング電源方式は回路の少々の複雑さを除けば,格段の高速スイッチング・高信頼性が実現されることが見込まれます.フローティング電源方式から代表的な3種を選び,ディスクリート部品を用いて構成し,実際に測定し,シミュレーションで回路動作・特性を明らかにしました.それらを回路構成の容易さ・効率・使用上の制約などを分類整理し検討しました.それらのスイッチは,正電圧ライン用(IR2115ハイサイドドライバを用いた回路),長時間ON動作・高速スイッチング可能なもの(MOSFETトーテムポール回路を採用した回路),正負の電圧がかかる(交流)ライン用(MOSFET2個を逆向きに直列に接続し,両方向の電流制御ができる回路)のスイッチです.次年度はこれらを用いて,直流回路及び商用電源回路の高速スイッチの応用例に取り組むつもりです.これらのスイッチを用いて構成されたDC-DCコンバータを論文並びに国際学会に発表しました.

Research Products

• [Publications] 原 憲昭: "プログラマブルリング形スイッチトキャパシタDC-DCコンバータ" 電子情報通信学会論文誌C-II. J82-C-II・2. 56-68 (1999)
• [Publications] IKKO HARADA: "Lighting Circuit for Fluorescent Lamps by Using a Series Capacitor" Proceedings of the 1998 International Technical Conference on Cirouits/Systems,Computers and Communications. II. 1465-1468 (1998)
• [Publications] IKKO HARADA: "Multi-Output SC Type DC-DC Converter Using a Flexible Capacitor Ring Operation" Proceedings of The 21st International Telecommunications Energy Conference. (発表予定)(コペンハーゲン、H11年6月).