JPS5965422A - 高周波大電流回路用コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、大電流が高速度でス・ｒソチングする回路に
適したコンデンサに関する。

静電誘導サイリスタ（５ＩＴｂｙ）　、バイポーラモー
ド静電誘導トランジスタ（１３ｓＩＴ　）　等の半導体
デバイスにより、大電流の高速度スイッチングが可能に
なってきている。たとえば、Ｓ　Ｉ　Ｔ　ｈｙであれば
、数１０ＯＡのスイッチングが、１μｓｅｃ程度で行な
われており、Ｂ　Ｓ　Ｉ　Ｔであれば数１０ＯＡのスイ
ッチングが数１０μ灘で行えている。ところで、細いリ
ード線だと、１ｃＴＬ当り５〜１０ｎＨ程度のインダク
タンスを持ってしまう。インダクタンスＬとすると、電
流元が時間変化するときにＬの両端に現われる電圧降下
ｖｄは、 となる。ｔは時間である。たとえば、Ｌ＝２０ｎＨと５
して５００Ａの電流が、０．１ｐｓｅｃの時間でオン、
オフすると、その時のＶｄは、１００ｖになる。すなわ
ち、たとえ小さなインダクタンスであっても、大電流が
高速に変化すると、非常に大きな電圧降下を起す。した
がって、大電流高速スイッチング用の回路では、回路内
部に不要タインダクタンスを持たせないようにすること
が必須である。

一方、高速、高周波大電流用回路では、所望の動作を安
定に実現するために、取り扱っている高周波電力Ｐ。′
ｕもの１０〜３０倍程度の容量のコンデンサを回路内に
持たせることになる。たとえば、１００　ｋＷの高周波
電力を発生する回路内テハ、たとえば１０００　ＫＶＡ
　カラ８０００’ＫＶＡ程度のコンデンサを持たせるわ
けである。したがって、回路（装置）内に多量のコンデ
ンサが配置されるわけである。従来の大電力用コンテ゛
ンサの形状の概略を、第１図に示す。容量を構成する主
要部はケース１１中におさめられていて、端子１２．１
３が上面に設けられている。耐圧を向上させる場合には
、コンデンサの電極間の絶縁物の厚さを厚くすると同時
に、端子には碍子が設けられる。

このような形状のコンデンサを大電流高速スイッチング
回路に用いると、たとえ端子部のところまで幅の広い銅
板で配線しても、コンデンサの端子部が細くなっている
ために電流が細くしぼられて流れることになって、イン
ダクタンスが生じてくるわけである。実質的１２：　ｔ
ａ流が十分に拡がって流れるのでなければ、スイソヂン
グ速度の速い電流波形、電圧波形は得られない。

本発明の目的は、大電流高速スイッチング、あるいは大
電流高周波電力を得ることのできる装置に適した高周波
大電流用コンデンサを提供することである。

以下図面を参照しながら本発明を説明する。

第２図及び＠３図は、本発明のコンデンサの概観図を示
す。第２図、第３図で、２１はコンデンサを内包するケ
ースであり、２２．２３は端子である。この場合、ケー
ス２１は絶縁物で構成されている。あるいは少な（とも
、２２．２３が短絡しないように、一部は絶縁物になさ
れている。第２図、第３図から分るように、端子２２．
２３は、第１図とは異なり、コンデンサの一端の全面を
使って構成されている。第２図では、略々矩形状に形成
されたコンデンサの両端の平面に略々平行に端子電極２
２．２３が□設けられている。端子電極２２．２３はコ
ンデンサケース２１より、さらに外側につき出た部分を
含んでおり、その部分にねじどめができるように穴が設
けられている。この例では４個の穴が設けられている。

この例では、コンデンサを外部回路に接続するねじ大の
ある部分が片側にだけ突き出ているが、外部回路との接
着性をよくするためには、ねじ穴を持った電極を反対側
にも突き出しておくとよい。

第３図では、コンデンサ両端部に平行に設けられた電極
が、上下方向に折り曲げられた構造になって、外に吠き
出ている。この部分に外部回路との接続を容易にするた
めのねじ穴が設けられている。もちろん、外部回路との
接続を半田付けで行う場合ｔとは、必ずしもねじ穴は必
要ではない。第３図で、端子電極上下方向に曲げる位置
が、コンデンサケースの端面に沿っている必要はない。

コンデンサの両端の端子全面に略々沿う形状に端子電極
が設けられていることがポイントである。同時に、コン
デンサの形状も、たてり５、よこし７、高さり、の寸法
のうち、Ｌ、がもっとも長く構成されることが望ましい
。

装置内に、本発明のコンデンサを配Ｉｎするときには、
高周波電流やパルス電流の流れる方向に対して％　　Ｌ
＋の方向が垂直になるように配置する０ ケース内に収容されるコンデンサの形状について次に述
べておく。

第４図に、本発明のコンデンサを構成する一興体例を示
す。３１．８３は薄い絶縁′体フィルムである。８２．
８４はそれぞれ絶縁体フィルム８１．３８上に蒸着ある
いはスパッタなどによりて設けられたアルミニウム（Ａ
Ｊ）等の金属膜である。金属膜３２は、フィルム３１の
左端側面にも付着しているが、３１の右端側にはういて
いない。３４は逆で、フィルム３３の右端側面上には設
けられているが、左端側には設けられていない。金属膜
の厚さは、通常絶縁体フィルムより薄くなされている。

１μｍ程度から数μｍの厚さに設計される。絶縁体フィ
ルムの厚さｄは、必要とする耐圧から決定する。フィル
ムの絶縁破壊電界Ｅａ（Ｖ／ｍ）とすると、ｄ＞Ｎ Ｂ というように設胴する。ｖ６は所望の耐圧である。たと
えば、Ｅ８−１０００ＫＶ／ＣＴＬであるとスレば、耐
圧１０００　Ｖ、アルイハ７ｏｏＯＶを必要とするとき
は、フィルム厚さｄはそれぞれ１０μ！ｎ、７０μｍ以
上にする。絶縁体フィルム強度は、当然のことながら、
抵抗率比誘電率及び絶縁破壊強度ができるだけ高く、高
周波での損失ができるｔごけ小さく、かつ機械的強度が
強くて、高温に耐えるものが望ましい。ポリイミドフィ
ルムなどが優れているわけである。ポリエチレンフィル
ム、ポリスチレンフィルム、ポリエステルフィルムなど
が使われる。

第４図に示されるように、片面に金属膜が設けられた絶
縁体フィルムの帯を、フィルムと同じ幅Ｌ４の薄い絶縁
体のスペーサに連続的に巻きつける。スペーサは、通常
第２因や第３図のようにＬｌを長く構成するためにフィ
ルムの幅Ｌ４より奥行きの長いものにする。たとえば、
フィルムの幅Ｌ４が１０（ｍのものを、１間厚さのスペ
ーサに、略々１ｃｆｒＬ厚さ巻きつけたとする（全体の
厚さは略々２１’　ｍｍになる）。スペーサの奥行き２
０１　、絶縁体フィルムｓ１、ｓ、ｓの厚さ５０μｍ１
比誘電率５としたときの容量は、略々７μＦになる。す
なわち、Ｌ、中２２ｃｍ。

Ｌ、中２２　Ｃｍ、　Ｌｌ＊　１０　ＣＩｒＬ程度の大
きさのコンデンサで、耐圧５０００　Ｖ程度、容量７μ
Ｆのコンデンサが形成される。所望の厚さに巻かれたコ
ンデンサは、内部に、外気が侵入して湿度のために耐圧
か低下しないように密封される。端子電極は、低溶点半
田などを使って接着される。

第４図に示すようをこフィルムの側面にも、アルミニウ
ムなどの金属膜が設けられているから、端子電極の接着
は容易である。

たとえば、第４図のように絶縁体フィルム左右側面に端
子電極との接着を容易にする金属膜が設けられたものを
、絶縁物のスペーサ（その幅はフィルムの幅と一致させ
ておく方が、端子電極の接着が容易になる）を中心にし
て所要の長さ巻き終った後に、その左右をこ端子電極を
半田付けなど接着するわけである。もちろん、端子電極
の接続の仕方は、各種の方法があるわけであるが、半田
付けで接着する場合には、第５図に示すように、コンデ
ンサ本体と接着する端子電極の部分に、細長いスリット
を設けておくと接着し易い。第５図で、２５と□示され
１５部分である。ここでは概略図であるため、８本のス
リットを示したが、これ＋ｉ使用する一半田の種類や、
コンデンサの大きさに従って、スリ２ツトの幅およびそ
の本数は適宜きめればよい。２４はねし穴である。第５
図は、かなり大型のコンデンサの場合に用いられる構造
であり、端子電極が両側に突き出ていて、両側で装置に
ねし止めできるようになっている。第２図、第３図の構
造も同様に、このようにスリン１−を入れることができ
る。コンデンサ本体と接着させる部分の端子電極に入れ
るスリットの方向は、装置に装着されたとき、高周波電
流がスリットの長手方向に沿って流れるような向きにす
る。すなわち、スリットを横切って電流が流れないよう
に構成する。通常の場合は、端子電極を突き出す方向と
同一方向にスリットを入れることが有効である。第５図
に示すようなスリットに限らず、矩形５円形、橢円形の
穴を聞けることでも、端子電極の接着は容易になる。

第２．３．５図で、端子電極は、コンテ゛ンサケースの
大きさと同じ幅を持つよう（こ描も）てあ　　　゛るが
、必ずしもこうする必要はなＬ″１゜大型のコンデンサ
になツ１こ場合などは、端子電極を、コンデンサ本体の
ケースに機械的Ｇこ固定することなども必要になる。所
望の耐圧、所望の容Ｂｉこぶって、絶縁体フィルムの厚
さ、スペーサの大きさ、巻数を決、定する。第４図Ｇと
示すような高分子フィルム上へのＡＩ！などのス／ｆ　
７り＋、ｔ、ｉ在力技術では、きわめて速くかつ高速を
こ力〉つ均一に行なわれる。

本発明のコンデンサを、大電流の高速スイ・ノチング回
路に適用した例について述へる。第６図に、高速スイソ
チンク評価回路の一例を示す。

ＣＩ・・・・・・Ｃフはコンデンサ、Ｒ１・・・・・・
Ｒ，、Ｒｇ。

ＲＬ　、　Ｒ＝　＋ｉ　抵抗、Ｖｐ　＋　、　Ｖ、ｐ−
１ｖｎ　＋　ｓ　Ｖｎ　ｔ　ｓＶａは電源である。Ｖ　
ｉ　ｎは、負の入力／クルレスである。Ｔ、はＰＩＶ［
０８ＦＥＴ、Ｔ、はｎ　Ｍ　ＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔ　。

Ｔ、はｔことえば大電流高速スイ・ノチンクの行えるＢ
ＳＩＴである。Ｏ８Ｃとあるのは、オシロスコープ測定
端子である。ＶｉｎがｏＶＱ）ときは、ｎ　Ｍ　ＯＳ　
Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｔ　ｌは導通状態にあり、ｐ　Ｍ　ＯＳ　
Ｆ　Ｅ　Ｔ　Ｔ−は遮断状態にある。すなわちＢＳＩＴ
　Ｔ、のゲートに負電圧（Ｖｎ　＋　−ＶＬＩ＋ｎ　）
が加わっていて、ＢＳＩＴは遮断状１ルにある。

Ｖ　ｔ　ＩＮ　ｎはｎＭＯ８ＦＥＴの閾値電圧である。

Ｖｉｎが負電圧になると、Ｔ、は遮断し、′ｒｓが導通
する。ＢＳＩＴＯケートには正電圧が印加されて、ＢＳ
ＩＴは導通する。ＢＳ工Ｔ８４断するためには、Ｖｉｎ
ｅＯＶに戻−４ｔばヨ＋＋’　。Ｖｌｌ　＋、Ｖｌｌ　
、＋；ｉ　ソｔＬぞれ、Ｔ、、Ｔ、の闇値電圧を考慮し
て、ＢＳＩＴが、遮断状態、導通状態になるように設定
する。

ｖＰ＝（’）値ハ、少、ｆｌ　＜　トモ、ｖｐ　＋、、
、＋　Ｖｌ、ｈｐ　ヨｔ）高くする。Ｖ　ｔ　ｌ＋　ｐ
は、Ｔ、の闇値電圧である。入力パルスを、５０Ωの電
源から供給する場合には、Ｒ，十Ｒ，、Ｒ，−４−Ｒｊ
ヲ略々５０Ω程度ニナルよウニ−ｊ　、７＋。Ｒ′／Ｒ
１、／Ｒ，の値と入力パルス電圧の値で、Ｔ８、Ｔ、に
加わるゲート電に値を決める。Ｒｇは、ゲートに流れる
一流を□測定するための抵抗であり、０．０１〜０．０
２Ω程度にしである。これはゲートに流れる電流と、ｖ
ｎｌ、及びオシロの感度などから決める。Ｒｉは、負荷
ＲＬを流れる電流を測定するための抵抗であり、たとえ
ばｏ、ｏｉΩとする。Ｒは負荷である。大電流が流れる
通路は、ＢＳＩＴ　Ｔ。

が導通状態にある時のＴ、　−ＲＬ−Ｃ，−’Ｒｉであ
り、ＢＳＩＴが遮断される時のＴ、のゲーｈ　　Ｒｇ−
Ｔビくβである。したがって、Ｃ８とＣ２に本発明のト
ランジスタを使用する。８００Ｖ、　１００Ａの高速ス
イッチングを行なった時の各素子の値は、たとえば以下
のようなものである。

ＣＩ＝Ｃｊ＝　ｌｏμＦ ｃ、＝ｃ、＝　３ｏμＦ Ｃグー５０μＦ、Ｃ，＝１００μＦ Ｃ、＝　　３００μＦ Ｒ，、＝Ｒ，＝ＱΩ Ｒｔ＝Ｒ，＝５ＱΩ Ｒｇ　＝　０．０２Ω、Ｒｉ　＝　０−０１ΩＲ’＝＝
ＢΩ である。Ｃマは、第５図の形状の本発明のコンデンサで
、Ｌ＋−２５６ｒｒＬ　、　Ｌｔ　＝５６ｎＬ　、　Ｌ
ｓ　”＝　５ｃｒｒＬ。

絶縁体フィルムの厚さ１０μｍのもの、２個並列に用い
た。

第７図に、第６図の回路のうち高速大電流が流れるＴ’
、−ＲＬ−Ｃ，−Ｒｉの部分の立体構成図を示す。４　
ｍｍ厚さの絶縁板の両面に７０μｍ厚さの銅膜が全面に
設けられた板５１，５２を２枚用いて構成している。５
１．５２の側面に銅膜は設けられていない。５２の上面
の所定の個所の銅膜を除去し、ＲＬ（５８）、Ｃ−（５
４）、Ｒｉ（５５）を接続する。５６はＢＳＩＴであり
、その一部が描かれている。５７は、！３　Ｓ　Ｉ　Ｔ
のソース電極、５８はドレイン電極である。ＢＳＩＴが
のせられている５１の一部は、実際にはくり抜かれてい
て、薄い絶縁体を介して放熱フィン（描かれていない）
につながっている。５９は、５２のソース電極部電位と
５１の左下方表面の電位を共通電位とするための接続用
の幅の広い銅の薄板である。点、点が描かれている６ｏ
の部分は、５１の表面の銅膜が除去された部分を意味す
る。実際には、左下方に、ゲートドライブ用回路がくる
わけであるが、ここでは簡単のために描いてない。５１
の下面はＢＳＩＴのソース電極電位と同電位に設定され
ている。５１の右上方側面は、薄い銅板により上下面間
が接続されている。５１．５２の幅は、略々５０ｃｎＬ
である。第５図に示されるコンデンサで電極が両側に突
き出た構造のものが、２個並列に銅板６１．６２に接続
されている。ＲＬ（’５８）、Ｒｉ５５５）％インダク
タンスを減少させるために板状の抵抗を用いている。こ
こでは、１個の抵抗として描いであるが、もちろん複数
個並列でもよい。負荷Ｒは、電力消費が大きいので、コ
ンデンサと同じように構成し、銅板６３．６４に接続し
ている。ＢＳＩＴのソース電極から流れ出す電流は、Ｒ
人（５５）、Ｃ丁（５４）、ＲＬ（５３）、ＢＳＩＴの
トレイン電極へと幅広く流れ、電流が細（しぼられると
ころがない。−きわめて、インダクタンスの少ない回路
構成になっている。電源の負電極端子は５２の下面の銅
膜に接続され、正電極端子は、負荷抵抗５８とコンデン
サ５４の間の、５２表面の銅膜に接続されている。ｎｚ
源端子からの配線も、幅の広い薄い銅板で作られている
。電源内部の平滑回路のコンデンサも本発明のコンデン
サにより構成されている。この回路構成によって実際に
得られるスイッチング波形を第８図に示す。１００Ａを
流す時の電流利得ｈｒｅは３０、その時のオン電圧は０
．６■である。くり返し、２５０ＫＨｚの周波数で、　
８００Ｖ、　　１００Ａのスイッチングを行なったとき
の、ゲート電圧、ドレイン電圧、ドレイン電流波形が示
されている。ターンオンなっている。逆ケニトバイアス
がＯＶのときのストレージ時間６００ｎｓｅｃ、ターン
オフ時間１００ｆｉ　Ｓｅｃである。逆ゲートバイアス
を、−１ｏｖにすれば、ストレージ時間は、２００ｎｒ
、ｃ以下になる。この動作時の、高周波電力は４ｋＷ程
度、効率は９７％を越えている。この回路で、コンデン
サをさらに多段に積むなどすれば、１０００Ａ程度まで
のスイッチングが行える。１０００　Ａ程度のスイッチ
ングを、略々５０（１”ｌｌｌの幅の回路で行う時には
、５１．５２の両面に設けられる銅膜の厚さを５００μ
ｍ程度にする。銅の中を流れる電流密度を３００〜５０
０Ａ／ｍ程度に設定するためである。

ドレイン電圧Ｖｄ、　　ドレイン電流Ｉｄ１　オン電圧
Ｖｏｎ、ターンオン時間’ｒｏｎ、ターンオフ時間Ｔｏ
ｒｆとしたときの、高周波電力Ｐｒｆ　、オン状態損失
ｐＯｎ、スイッチング損失Ｐ　ｓ　ｗは、近似的に以下
のように与えられる。

Ｐｒｒ−＝’　ＶｄＩｄ Ｐ（１１１出１１ｄ　Ｖｏｎ Ｐｓｗ中１　干ＶｄＩｄ　（Ｔｏｎ　＋Ｔｏｆｆ　）に の回路を、第１図のような従来のコンデンサで構成する
と、第８図のようなスイッチング速度の速い波形はまっ
たく得られない。本発明のように、端子電極が板状に、
コンデンサの両端面にほぼ平行もしくは、垂直に設けら
れた構造チングｉよ得られない。すなわち、高速スイッ
チング電流が烹い領域にしぼられることなく、広く拡が
って流れる回路構成が可能だからである。

本発明のコンデンサの外観形状が、第２図、第３図及び
第５図のものに限られないことはもちろんである。矩形
状だけでなく、楕円状、円筒状その他、目的に合った構
造に構成すればよい。ただ、多数個並列に並べるときに
は、直方体形状に構成されている方が、一定体積内に多
数のコンデンサを並べられる。いずれにしても、コンデ
ンサの端子電極を相対向する両端から取り出し、両端面
に平行かもしくは垂直に出しておけばよいのである。コ
ンデンサの容量、耐圧等は任意に設計でき、小さなもの
から大きなものまで、製作できる。

大電力の分野で、あるいは通常各家庭や小規模の産業上
の利用分野においても、トランス、コンデンサ、インダ
クタンス等の回路部品を小型・軽量イ腎し、かつ、効、
率を良くして行くために、数１０ＫＨｚ以上の高速スイ
ッチング回路がきわめて有効である。たとえば、５０　
Ｈｚで使われるトランスと、１０ＫＨ７で使われるトラ
ンスであれば、同じ電力を扱・っても、その重量は１／
１０以下に軽くでき□る。インダクタンスも同じである
。しかも、そ、のスイッチング周波数は可聴周波数以上
に設定、されることが望ましい。

人間に不快な音が聞え゛ないからである。高周波大電力
スイッチング回路は、今後非常に大きな分野に発展する
。その時、本発明のコンデンサはきわめて有効であり、
その工業的価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のコンデンサの形状を示す図、第２図及び
第３図は本発明のコンデンサの概観図、第４図はコンデ
ンサの構成要素、第５図は本発明のコンデンサ、第６図
は高速大電流スイ□ ソチング回路、第７図は高速大電流スイッチング回路の
立体構成図、簗８図は動作時のゲート電圧、ドレイン電
圧、ドレイン電流波形である。 特許出願人 館２図 、３図 絡４図 第５ｒｍ 手　　続　　補　　正　　店 １事件の表示　　昭和５７年特ＬしＦ願第１７５９６４
号 ２発明の名称　　高周波用コンデンサ及び高周波用回路 ３補正を覆る晋 事イ１１との関係　特Ｒ１出願人 住　所　　宮城県仙台市川内（番地、’、＊　シ’　）
５補正の対中 「明細書の発明の詳細な説明の 欄」 ６補正の内容 別紙のとおり （補正の対象の欄に記載しｌご事項以外は内容に変更な
し） 全文訂正明細書 １、発明の名称　高周波用コンデンサ及び高周波用回路 ２、特許請求の範囲 （１）　　相対向する両端面に板状の端子金属、ＷＩ極
が設けられ、前記平板状端子金属電極が前記両端面に平
行もしくは垂直に外部に向って突き出た部分を有するこ
とを特徴とする高周波用コンデンサ。 （２）　　相対向する両端面に平板状の端子金、属電極
が設けられ、前記平板状端子金属電極が前記両端面に平
行もしくは垂直に外部に向って突き出た部分も有した高
周波用コンデンサを一部に含み、かつ流れる高周波電流
が前記平板状端子金属電極が外部に向って突き出た方向
に沿って流れるべく前記高周波用コンデンサを配置し、
インダクタンス、１−ランス以外の部分の高周波電流が
流れる電流通路の幅が、回路内に配置される半導体デバ
イスのいずれの電極幅よりも広く構成されたことを特徴
とする高周波１ｆ１目酪。゛ ３、発明の詳細な説明 本発明は、大電流が高速度でスイッチングすを用いた回
路に関する。 静電誘導サイリスタ（ＳＩＴｂｙ）、バイポーラモード
静電誘導サイリスタ（’ＢＳＩＴ）等の半導体デバイス
により、大電流の高速度スイッチングが可能・になって
きている。たとえば、５ＩＴｈｙ、であれば、数１０Ｏ
Ａのスイッチングが。 １μ式程゛度で行□、なわれており、ＢＳＩ’Ｔであれ
ば数１０ＯＡのスイッチングが数１．’Ｏｎ　ｓｅｅで
行えている。・と、ころで１．細いリード線だと、’１
ｃｒｆＬ当り５〜１０”１１！ツゆ。イ、、、つ２．ユ
や持、、−Ｃ１，よう。インダクタンスＬとすると、電
流ｉが時間変化するときにＬの両端に現われる電圧降下
ｖｄは、 Ｖ　　＝Ｌ旦 　　　ａｔ となる。Ｌは時間である。たとえば、Ｌ＝２０ｎＨとし
て５００Ａの電流が、０．１μ減の時間でオン、オフす
ると、その時のｖｄは、１００Ｖになる。すなわち、た
とえ小さなインダクタンスであっても、大電流が高速に
変化すると、非常に大きな電圧降下を起す。したがって
、大電流、　　高速スイッチング用の回路では１回路内
部に不要なインダクタンスを持たせないようにすること
が必須である。 一方、高速、高周波大電流用回路では、所望の動作を安
定に実現するために、取り扱っている高周波電力Ｐ。ｕ
Ｌの１０〜３０倍程度の容量のコンデンサを回路内に持
たせることになる。たとえば、ＩＱＯｋＷＯ高周波電力
を発生する回路内”ｒ　ハ、タトエば１０００ｋｖＡか
ら３０００ｋｖ八程度のコンデンサを持たせるわけであ
る。したがって、回路（装置）内に多量のコンデンサが
配置されるわけである。従来の大電力用コンデンサの形
状の概略を、第１図に示す。容量を構成する主要部はケ
ース１１中におさめられていて、端子１２．１３が上面
に設けられている。耐圧を向上させる場合には、コンデ
ンサの電極間の絶縁物の厚さを厚くすると同時に、端子
には碍子が設けられる。 このような形状のコンデンサを大電流高速スイッチング
回路に用いると、たとえ端子部のところまで幅の広い銅
板で配線しても、コンデンサの端子部が細くなっている
ために電流が細くしぼられて流れることになって、イン
タフタンスが生じてくるわけである。実質的に電流が十
分に拡がって流れるのでなければ、スイッチング速度の
速い電流波形、電圧波形は得られない。 本発明の目的は、大電流高速スイッチング、あるいは大
電流高周波電力を得ることのできる装置に適した高周波
大電流用コンデンサ及びそれを用いた回路を提供するこ
とである。 以下図面を参照しながら本発明を説明する。 第２図及び第３図は、本発明のコンデンサの概観図を示
す。第２図、第３図で、２１はコンデンサを内包するケ
ースであり、２２．２３　は端子である。この場合、ケ
ース２１は絶縁物で構成されている。あるいは少なくと
も、２２．２８が短絡しないように、一部は絶縁物にな
されている。第２図、第３図から分るように、端子２２
．２８は、第１図とは異なり、コンデンサの一端の全面
を使って構成されている。第２図では、略々矩形状に形
成されたコンデンサの両端の平面に略々平行に端子電極
２２％　２３が設けられている。端子電極２２％　２３
はコンデンサケース２１より、さらに外側につき出た部
分を含んでおり、その部分にねじどめができるように穴
が設けられている。この例では４個の穴が設けられてい
る。この例では、コンテ′ンサを外部回路に接続するね
じ穴のある部分が片側にだけ突き出ているが、外部回路
との接着性をよくするためには、ねじ穴を持った電極を
反対側にも突き出しておくとよい。 第３図では、コンデンサ両端部に平行に設けられた電極
が、上下方向に折り曲げられた構造になって、外に突き
出ている。この部分に外部回路との接続を容易にするた
めのねし穴が設けられている。もちろん、外部回路との
接続を半田付、けで行う場合には、必ずしもねし穴は必
要ではない。第３図で、端子電極上下方向に曲げる位置
が、コンデンサケースの端面に沿っている必要はない。 コンデンサの両端の端子全面に略々沿う形状に端子電極
が設けられていることがポイントである。装置を構成す
るさいに、組みたて易い構造であればよい。たとえば、
電極２２．２８を端面中心に沿って上下方向に突き出さ
せてもよいわけである。同時に、コンデンサの形状も、
たてり、、よこし２、高さり、の寸法のうち、Ｌ、がも
っとも長く構成されることが望ましい。装置内に、本発
明のコンデンサを配置するときには、高周波電流やパル
ス電流の流れる方向に対して％Ｌ１の方向が垂直になる
ように配置する。 ・ケース内に収容されるコンデンサの形状について次に
述べておく。 第４図に１本発明のコンデンサを構成する−具体例を示
す。３１．３３は薄い絶縁体フィルムである。３２．８
４はそれぞれ絶縁体フィルム８１．８８上に蒸着あるい
はスパッタなどによって設けられたアルミニウム（Ａｅ
）等の金属膜である。金属膜３２は、フィルム３１の左
端側面にも付着しているが、３１の右端側にはついてい
ない。３４は逆で、フィノ１ム３３の右端側面上には設
けられているが、左端側には設けられていない。金属膜
の厚さは、通常絶縁体フィルムより薄くなされている。 １μｍ程度から数μｍの厚さに設計される。絶縁体フィ
ルムの厚さく１は、必要とする耐圧から決定する。フィ
ルムの絶縁破壊電界ＥＢ（Ｖ／ｃｒｒＬ）とすると、と
いうように設計する。ＶＢは所望の耐圧である。たとえ
ば、Ｅ　Ｂ＝　１０００　ｋ、Ｖ／Ｑ’！　テするとす
れば、耐圧１０００ｖ、アルイハ７０（）ＯＶヲ必要と
するときは、フィルム厚さくｌはそれぞれ１０μｍ、７
０μｍ以上にする。絶縁体フィルム強度は、当然のこと
ながら、抵抗率、比誘電率及び絶縁破壊強度ができるｔ
ごけ高く、高周波での損失ができるだけ小さく、かつ機
械的強度が強くて、高温に耐えるものが望ましい。ポリ
イミドフィルムなどが優れているわけである。ポリエチ
レンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリエステルフ
ィルムなどが使われる。 第４図に示されるように、片面に金属膜が設けられｔこ
絶縁体フィルムの帯を、フィルムと同じ幅Ｌ４の薄い絶
縁体のスペーサに連続的に巻きつける。スペーサは１通
常第２図や第３図のようにり、を長く構成するためにフ
ィルムの幅Ｌ４より奥行きの長いものにする。たとえば
、フィルムの幅Ｌ４が１０ＣｒｆＬＯものを、１ｍｍ厚
さのスペーサに、略々１ｃｒｒＬ厚さ巻きつけたとする
（全体の厚さは略々２１罷になる）。スペーサの奥行き
２０　ｃｍ　、絶縁体フィルム８１．８８の厚さ５０μ
ｍ、比誘電率５としたときの容量は、略々７μＦになる
。すなわち、ＬＩ中２２　ｃｒｎ　。 Ｌ、中２．１ＣＩＩＬ’、　Ｌｌ中１０ｃｍ程度の大き
さく７）　コンデンサで、耐圧５０００Ｖ程度、容量７
μＦのコンデンサが形成される。所望の厚さに巻かれた
コンデンサは、内部に、外気が侵入して湿度のために耐
圧が低下しないように密封される。端子電極は、低溶点
半田などを使って接着される。 第４図に示すようにフィルムの側面にも、アルミニウム
などの金属膜が設けられているから、端子電極の接着は
容易である。半田付けで端子電極との接続を行う時には
、Ａ７？の上に半Ｈ３が容易な金属をさらにスパッタ等
でイ」けておけばよい。 たとえば、第４図のように絶縁体フィルム左右側面に端
子電極との接着を容易にする金属膜が設けられたものを
、絶縁物のスペーサ（その幅はフィルムの幅と一致させ
ておく方が、端子電極の接着が容易になる）を中心にし
て所要の子電極の接続の仕方は、各種の方法があるわけ
であるが、半田付けで接着する場合には、第５図に示す
ように、コンデンサ本体と接着する端子電−の部分に、
細長いスリ・７トを設けておくと接着し易い。−５図で
、２５と示された部分である。ここでは概略図であるた
め、８木のスリットを示したが、これは使用する半田の
種類や、コンデンサの大きさに従って、スリットの幅お
よびその本数は適宜、きめればよい。２４はねし穴であ
る。第５図は、かなり大型のコンデンサの場合に用いら
れる構造であり、端子電極が両端面に平行に両側に突き
出ていて、両側で装置にねじ止めできるようになってい
る。第２図、第３図の構造も同様に、このようにスリッ
トを入れることができる。コンデンサ本体と接着させる
部分の端子電極に入れるスリ７１−の方向は、装置に装
着されｔコとき、高周波電流がスリットの長手方向に沿
って流れるような向きにする。すなわち、スリットを横
切って電流が流れないように構成する。通常の場合は、
端子電極を突き出す方向と同一方向にスリットを入れる
ことが有効である。第５図に示すようなスリノドに限ら
ず、矩形、円形、橢円形の穴を開けることでも、端子電
極の接着は容易になる。 第２．３．５図で、端子電極は、コンデンサケースの大
きさと同じ幅を持つように描いてあ゛るが、必ずしもこ
うする必要はない。大型のコンデンサになった場合など
は、端子電極を、コンデンサ本体のケースに機械的に固
定することなども必要になる。所望の耐圧、所望の容量
によって、絶縁体フィルムの厚さ、スペーサの大きさ、
巻数を決定する。第４図に示す、１：うな高分子フィル
ム上へのＡＩなどのスバンタは、墨在の技術ては、　　
　　゛　　　高速にかつ有−に行なわれる。コンデンサ
の容蹴部の構成層絶縁フィルムに金属被膜を何けたもの
について述べてきたが、本発明の端子電極の構造はその
他のものにも、もちろん有効である。 本発明のコンデンサを、大電流の高速スイッチング回路
に適用した例について述べる。第６図に、高速スイッチ
ング評価回路の一例を示す。 Ｃ１・・・・・・Ｃ７はコンデンサ、Ｒ，・・・―・・
Ｒ，、Ｒｇ。 ＲＬ、Ｒｉは抵抗、Ｖｐｔ　、　Ｖｐｔ　％Ｖｎ＋、Ｖ
　ｎ　ｒ、Ｖａは電源である。Ｖｉｎは、負の入力パル
スである□ＴｓはｐＭＯ８ＦＥＴ、ＴＩはｎ　ＭＯＳ　
Ｆ　Ｅ　Ｔ　。 Ｔ１はたとえば大電流高速スイッチングの行えるＢＳＩ
Ｔである。Ｏ８Ｃとあるのは、オシロスコープ測定端子
である。Ｖ　ｉ　ｎがＯＶのときは、ｎＭＯ３ＦＥＴＴ
＝は導通状態にあり、ｐＭＯ８ＦＥＴＴ、は遮断状態に
ある。すなわちＢＳＩＴ　Ｔ、のケートに負電圧Ｖｎ＋
が加わっていて、ＢＳＩＴは遮断状態にある。Ｖ　ｔ　
ＩｌｎはｎＭＯ８Ｆ’ＥＴの閾値電圧である。Ｖｉｎが
負電圧になると、Ｔ２は遮断し、Ｔ、が導通する。ＢＳ
ＩＴのゲートには正電圧が印加されて、ＢＳＩＴは導通
する。ＢＳＩＴを遮断するためには、Ｖｉｎｊ、２０Ｖ
に戻せばよい。 Ｖｎｌ、ｖｐｌはそれぞれ、Ｔ、、Ｔ、の閾値電圧を考
慮して、ＢＳＩＴが、遮断状態、導通状態になるように
設定する。ｖｐ、の値は、少なくとも、Ｖｐ　、　−１
−Ｖ　Ｌ　ｈ　ｐ　ヨり高＜スル。ＶｔＪｐハ、Ｔｓ　
ノ閾値電圧である。入力パルスを、５０Ωの電源から供
給する場合には、Ｒ；４−Ｒ＋、ＲｇｉＲ＊　　を略々
５０Ω程度になるようにする。Ｒ，／Ｒ，、Ｒ，／　Ｒ
，の値と入力パルス電圧の値で、Ｔ１、Ｔ、に加わるゲ
ート電圧値を決める。Ｒｇｉよ、ゲートに流れる電流を
測定するための抵抗であり、０．０１〜０．０２Ω程度
にしである。これはゲートに流れる電流と、Ｖｎｌ、及
びオシロの感度などから決める。Ｒｉは、負荷ＲＬを流
れる電流を測定するための抵抗であり、たとえば０．０
１Ωとする。ＲＬは負荷である。大電流が流れる通路は
、ＢＳＩＴ　Ｔ、が導通状態にある時のＴＩ−ＲＬ−Ｃ
，−Ｒｉであり、ＢＳＩＴが遮断される時のＴ、のゲー
ト−Ｒｇ−Ｔ、−Ｃ，である。したがって、Ｃ８とＣ０
に本発明のトランジスタを使用する。もちろん、他のコ
ンデンサ部に本発明０）コンデンサを用いてよいことは
もちろんである。 第６図の回路で、Ｒｇ％　ＲＬが設けられているのは、
グー１〜電流、ドレイン電流を正確番と測定するためで
あって、実際の装置に組むときは、まったく必要ない。 また、ＭＯ８ＦＥＴ駆動用に４個の独立な電源ｖｐ、、
Ｖｐ　Ｉ、　Ｖｎ　、、Ｖｎｌが描かれているが、これ
もＢＳｌ、ＴＴ、の性能を細かく評価するためにのり必
要なのであって、実際の装置に組むとき導は、４個の独
立電源を必要とするわけでは、ない。その他、ＢＳＩＴ
　Ｔ、の高速スイッチング性を十分に生かすための回路
パラメータは、次のように決定する。 Ｒ＊Ｃｇｐ＜７１ Ｒ４Ｃｇｎ　＜　’ｌ：　− （Ｒ，、ｌ、＋　、、Ｒ，、、）　、　Ｃ雪）７（Ｒ，
＋、Ｒ，）　Ｃ，）ｒ ここで、７．はｐＭＯ８Ｔ、のターンオン時間、ＴＩは
・ｎＭＯ８Ｔ＝のターンオン時間、■はパルス幅ｃｇｐ
はｐＭＯ８Ｔ、のゲート容ｉ、Ｃｇｎはｎ　Ｍ　ＯＳＴ
、のゲート容量である。８００　Ｖ　、　　１００　Ａ
の高速スイッチングを行なった時の各素子の値は、た・
とえば以下のようなものである。 ＣＩ＝　Ｃ−、＝　１０μＦ Ｃｔ＝Ｃ４＝８０μＦ Ｃ，＝５０μＦ　、　　Ｃ＠＝　１００ＩｔＦＣ，：ｌ
：　５００μＦ Ｒ，＝　Ｒ，ニ〇Ω Ｒ，＝　Ｒ，＝５０Ω Ｒｇ　＝　０．０２Ω、　Ｒｉ　＝　０．０１ΩＲＬ　
　＝　　８Ω である。ＣＴは、第５図の形状の本発明のコンデンサで
、Ｌ＋　＝＝　２５　ｃｎＬ％Ｌ＋−５０ｍ、　、　Ｌ
ｍ　””　５　Ｃｍ。 絶縁体フィルムの厚さ１０μｍのもの、２個並列に用い
た。 第７図に、第６図の回路のうち高速大電流が流れるＴ　
Ｉ−ＲＬ　−Ｃ−−Ｒ＋の部分の立体構成図を示す。４
　ｍｍ厚さの絶縁板の両面に７０　／１Ｚｆｆｌ厚さの
銅膜が全面に設けられた板５１．５２を２枚用いて構成
している。５１．５２の側面に銅膜は設けられていない
。５２の上面の所定の個所の銅膜を除去し、ＲＬ（５８
）、　ＣＴ（５４）、Ｒｉ（５５）を接続する。５６は
ＢＳＴＴであり、その一部が描かれている。５７は、Ｂ
ＳＩＴのソース電極、５８はドレイン電極である。ＢＳ
ＩＴがのせられている５１の一部は、実際にはくり抜か
れていて、薄い絶縁体を介して放熱フィン（描かれてい
ない）につながっている。５９は、５２のソース電極部
電位と５１の左下方表面の電位を共通電位とするための
接続用の幅の広い銅の薄板である。点、点が描かれてい
る６０の部分は、５１の表面の銅膜が除去された部分を
意味する。実際には、左下方に、ゲートドライブ用回路
がくるわけであるが、ここでは簡単のために描いてない
。５１の下面はＢＳＩＴのソース電極電位と同電位に設
定されている。５２の右上方側面は、薄い銅板により上
下面間が接続されている。５１．５２の幅は、略々５０
ｃＩＩＬである。５２裏面銅膜及び５１表面の銅膜が互
いに接触しながら、ＢＳＩＴのドレイン電極５８の電流
を負荷抵抗ＲＬに導いている。第５図に示されるコンデ
ンサで電極が両側に突き出た構造のものが、２個並列に
銅板６１．．６２に接続されている。ＲＬ　（５３）　
、Ｒｉ　（５５）もインダクタンスを減少させるために
板状の抵抗を用いている。ここでは、１個の抵抗として
描いであるが、もちろん複数個並列でもよい。負荷ＲＬ
は。 電力消費が大きいので、コンデンサと同じように構−成
し、銅板６８．６４に接続している。 ＢＳＩＴのソース電極から流れ出す電流は、Ｒ１（５５
）、ＣＴ（５４）、Ｒｔ　（５８）、ＢＳＩＴのドレイ
ン電極へと幅広く流れ、電流が細くしぼられるところが
ない。きわめて、インダクタンスの少ない回路構成にな
っている。電源Ｖａの負電極端子は５２の下面の銅膜も
しくは５１表面のソース電極近傍に接続され、正電極端
□子は、負荷抵抗５３とコンデンサ５４の間の、５２表
面の銅膜に接続されている。ｗｌ源端子からの配線も、
幅の広い薄い銅板で作られている。電源内部の平滑回路
のコンデンサも本発明のコンデンサにより構成されてい
る。 第７図の実体回路は、概略図であるから、−見ＢＳＩＴ
の横幅より薄い銅板５９の方が幅が狭く見えるが、実際
には銅板５９の幅の方が広い。 ＢＳＩＴのドレイン電極の長さは８ｃＩｎに対し、５９
の幅は１５ＣｒｒＬ程度である。高速スイッチングを行
う半導体デバイスのパッケージは、第７図に示されるよ
うに幅の広い電極になるように構成することが重要であ
る。デバイスのパッケージ部に細い電極部があると、そ
の場所で電流通路が細く絞られインダクタンスによる電
圧降下を生じて高速スイッチング波形は得られなくなる
。 ゲート駆動回路部も、第７図と同様に、特にＢＳＩＴを
遮断する時に高速大電流が流れる部分は、電流が細く絞
り込まれることのないように、構成する。本回路構造で
は、高周波電流が流れる部分でもっとも細くなるのはデ
バイスのパッケージ部分においてである。回路内にイン
ダクタンスや、トランスを組み込む場合にも、インダク
タンス、トランスの巻線はなるべく幅の広いもので構成
するが、インダクタンス、トランスに限っては、デバイ
スのパッケージ電極幅より狭いもので構成する場合があ
る。 本発明のコンデンサを筑７図のように実際の回路にねじ
止めで組み込む時には、銅板６１゜６２とコンデンサの
Ｗ！、８ｉｉが全面で十分に接続されるように、やわら
かいクッションメタル板を間にはさむことが有効である
。クッションメタル板は、薄いＡＪＩ’の板や、銅の細
線で構成されたメタル板などが有効である。この回路構
成によって実際に得られるスイッチング波形を第８図に
示す。１ｏＯＡを流す時の電流利得１＋　ｒ　ｅは３０
、その時のオン電圧は０．６　Ｖである。くり返し、２
５０ｋＨｚ（１）周波数テ、　８００　Ｖ　、　　１０
０　Ａのスイッチングを行なったときの、ゲート電圧、
ドレイン電圧、ドレイン電流波形が示されてる。ターン
オン時間９０　Ｔｌ　ｓｅｃ％ターノフ時間ｎ５ｃｃ、
ストレージ時間８００ｎｓｃｃである。ＢＳＩ’Ｉ’の
ゲートは、ターンオフ時−５ｖまで逆バイアスするよう
になっている。逆ゲートバイアスがＯＶのときの、スト
レージ時間６００ｎｓｅｃ、ターンオフ時間１００　ｎ
５ｅｃである。逆ゲートバイアスを、−１０Ｖ＋ｃすれ
ば、ストレージ時間は。 ２００ｎｓｅｃ以下になる。この動作時の、高周波ｍ力
は４１（Ｗ程度、効率は９７％を越えている。 この回路で、コンデンサをさらに多段に積むなどすれば
、１００ＯＡ程度までのスイッチングが行える。１００
０　Ａ程度のスイッチングを、略々５０ＣｎＬの幅の回
路で行う時には、５１．５２の両面に設けられる銅膜の
厚さを５００μｍ程度にする。銅の中を流れる電流密度
を３ｏＯ〜５００Ａ／ｄ程度に設定するためである。 ドレイン電圧Ｖｄ、　　ドレイン電流Ｉｄ、オン電圧Ｖ
Ｏｎ、ターンオン時間Ｔｏｎ、ターンオフ時間Ｔｏｆｆ
としたときの、高周波電力Ｐｒｆ、オン状態損失Ｐｏｎ
　、スイッチング損失Ｐｓｗは、近似的に以下のように
与えられる。 Ｐｏｎ　−！；　−ＩｄＶｏｎ Ｐｓｗ　−＝　’　ｆＶｄＩｄ　（Ｔｏｎ　＋　Ｔｏｆ
ｆ　）に の回路を、第１図のような従来のコンデンサで構成する
と、第８図のようなスイッチング速度の速い波形はまっ
たく得られない。′本発明のように、端子電極が板状に
、コンデンサの両端面にほぼ平行もしくは、垂直に設け
られた構造のコンデンサでなければ、大電流の高速スイ
ッチングは得られない。すなわち、高速スイッチング電
流が狭い領域にしぼられることなく、広く拡がって流れ
る回路構成が可能だからである。 ここで説明した実施例では、現在大電流領域でもっとも
高速のスイッチングが行えるＢＳＩＩ”について述べた
が、５ＩＴｈｙでも、またノくイポーラ１、ランジスタ
ＭＯ８ＦＥＴ％ＧＴＯ等の半導体デバイスにも適用でき
ることはいうまでもない。 本発明のコンデンサの外観形状が、第２図。 第３図及び第５図のものに限られｔ、ｆいことはもちろ
んである。矩形状だけでなく、楕円状、円筒状その他、
目的に合った構造に構成すればよい。ただ１、多数個並
列に並べるときには、直方体形状に構成されている方が
、一定体積内に多数のコンデンサを並べられる。いずれ
にしても、コンデンサの端子電極を相対向する両端から
取り出し、両端面に平行かもしくは匝直に出して　よお
けばよいのである。コンデンサの容量、耐圧等は任意に
設計でき、小さなものから大きなものまで製作できる。 大電力の分野で、あるいは通常各家庭や小規模の産業上
の利用分野においても、トランス。 コンデンサ、インダクタンス等の回路部品を小型・軽量
化し、かつ効率を良くして行くために、数１０ｋＨｚ以
上の高速スイッチング回路がきわめて有効である。たと
えば、５０Ｈｚで使われるトランスと、１０ｋＨｚで使
われるトランスであれば、同じ電力を扱っても、その重
量は１／１０以下に軽くできる。インダクタンスも同じ
である。しかも、そのスイッチング周波数は可聴周波数
以上に設定されることが望ましい。 人間に不快な音が聞えないからである。高周波大電カス
イツチング回、路は、今後非常に大きな分野に発展する
。その時、本発明のコンデンサ及びそれを用いた回路は
きわめて有効であり、その工業的価値は高い。 １　図面の簡単な説明 第１図は従来のコンデンサの形状を示す図、第２図及び
第３図は本発明のコンデンサの概観図、第４図はコンテ
′ンサの構成要素、Ｍ５図は本発明のコンデンサ、第６
図は高速大電流スインチング回路、第７図は高速大電流
スイッチング回路の立体構成図、第８図は動作時のゲー
ト電圧、ドレイン電圧、ドレイン電流波形である。 特許出願人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 相対向する両端面に板状の端子金属電極が設けられ、前
   記端子金属電極が前詰両端面に平行もしくは垂直に外部
   に向って突き出た部分を有することを特徴とする高周波
   用コンデンサ。