JPH0242247B2 - - Google Patents

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JPH0242247B2
JPH0242247B2 JP7695683A JP7695683A JPH0242247B2 JP H0242247 B2 JPH0242247 B2 JP H0242247B2 JP 7695683 A JP7695683 A JP 7695683A JP 7695683 A JP7695683 A JP 7695683A JP H0242247 B2 JPH0242247 B2 JP H0242247B2
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0814Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit
    • H03K17/08144Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit in thyristor switches

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Thyristor Switches And Gates (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、半導体スイツチ装置に印加する過
電圧から半導体スイツチを保護する過電圧防止装
置の改良に関する。
従来、この種の装置として第1図のものがあつ
た。図において、1は直流電源、2はリアクトル
を含む負荷、3,5は電流バランス用リアクト
ル、4,6は半導体スイツチ回路で、それぞれゲ
ートターンオフサイリスタ(以下、GTOと略
す)、41,61、スナバコンデンサ42,62、
ダイオード43,63、放電用抵抗44,64か
ら構成される。7は電圧クリツパ回路である。
次に動作を第2図、3図により説明する。第2
図aに示すように時刻t0でGTO41,62に流
れている電流IA1,IA2を遮断すると、GTO4
1,61の両端電圧v1,v2は第2図cのように
電圧上昇率dv/dtをもつて上昇する。iS1,iS
はIA1,IA2の遮断後それぞれスナバコンデンサ
42,62に流入する電流を示す。負荷2の時定
数が非常に大きい場合には、v1,v2は電圧クリ
ツパ回路7のクリツパ電圧VMとなる時点t1まで
直線的に上昇する。このときの電圧の上昇率は、
遮断時の電流とスナバコンデンサ42,62の容
量Cによつて決り、第2図aに示すように、遮断
時の負荷電流IdがGTO41,61に完全に同じ
分流(Id/2づつ)している場合の電圧上昇率
dv/dtは、 dv/dt=(Id/2)/C ……(1) となる。ここで、Idは負荷電流、Cはスナバコン
デンサ42,62の容量である。
GTOの両端の電圧v1,v2がさらに上昇してク
リツパ回路7のクリツプ電圧VMより大きくなる
と、各スイツチ回路にながれる電流i1,i2は減少
し始め、電流バランス用のリアクトル3,5のエ
ネルギーが、スナバコンデンサ42,62に吸収
される時点t2まで流れ続ける。このとき、電圧ク
リツパ回路7の電流iMは、スイツチ回路に流れる
電流i1,i2の和i1+i2とiMの和が負荷電流iと等
しくなるように増加する。即ち、i=i1+i2+iM
となる。この期間t1−t2において、スナバコンデ
ンサ42,62は過充電されVpまではね上る。
Vpは次式で表わせる。
Vp=VM+ΔVp=VM+√・(1d/2)
……(2) 但し、 VM:電圧クリツパ回路のクリツプ電圧 L:バランス用リアクトル3,5のインダクタ
ンス C:スナバコンデンサの容量 Id/2:遮断前に各GTOに流れていた電流 なお、(2)式で、ΔVp=√・(Id/2)
は、リアクトル3,5のエネルギーが各々のスナ
バコンデンサ42,62に吸収されたと仮定して
計算した式である。即ち、 L/2・(Id/2)2=C/2・(ΔVp)2 ……(3) 時刻t2以降は、半導体スイツチ回路4,6に印
加する電圧v1,v2は、電圧クリツパ回路7に電
流が流れている間、即ち、主回路電流i(負荷電
流)が流れている間はクリツプ電圧VMとなり、
負荷電流iが流れなくなると電源電圧Eとなる。
したがつて、半導体スイツチ回路4,6に加わ
る最大電圧Vpは、例えば、電源電圧E=1.500ボ
ルト、クリツプ電圧VM=3.000ボルト、スナバコ
ンデンサ容量C=2.0μF、バランス用リアクトル
のインダクタンスL=20.0μH、遮断前にGTOに
流れていた電流Id/2を1.000アンペアとすると、
ΔVp=1.000×√202=3.162ボルトの電圧がリ
アクトル3,5によつてスナバコンデンサ42,
62へ過充電される。また、ピーク電圧はVp=
3.000+3.162=6.162ボルトとなる。コンデンサ容
量のみをC=2.0μFとした場合でも、ΔVp=1.000
ボルト、Vp=4.000ボルトとなる。したがつて、
半導体スイツチ回路の選定にあたつては過電圧防
止装置のクリツプ電圧VMよりも、はるかに耐圧
の大きなスイツチング素子を選ぶか、あるいは非
常に大きなスナバコンデンサを選定する必要があ
る。
これまでの説明では、各半導体スイツチ回路
4,6にそれぞれ同じ電流が流れていると仮定し
て説明したが、電流が不平衡であり、一方の
GTOに大きな電流が流れ、それを遮断する場合
は、そのGTOにはさらに過大なピーク電圧Vpが
発生することになる。
なお、上記は、電圧クリツパ回路の電圧−電流
特性は、第3図に示す理想特性であると仮定して
説明した。
以上のように、従来装置では、スナバコンデン
サで電流バランス用リアクトルに蓄えられたエネ
ルギーを吸収しなければならない為、スイツチ回
路の半導体スイツチング素子を選択するにあたつ
ては、電圧クリツパ回路のクリツプ電圧よりもは
るかに高い耐圧の素子を使用しなければならず、
又、複数のスイツチ回路に分流する電流が不平衡
になつた場合は、大きな電流を遮断した半導体ス
イツチング素子に過大な電圧がかかり、最悪の場
合は素子が破壊してしまうという欠点があつた。
この発明は、上記した従来の欠点を除去する為
になされたもので、スイツチ回路に加わる遮断時
のピーク電圧が電圧クリツパ回路のクリツプ電圧
と同程度で且つ不平衡な電流を遮断した場合でも
半導体スイツチング素子に過大な電圧が発生しな
い過電圧防止装置を提供することを目的とするも
ので、各リアクトルと半導体スイツチング素子の
接続点をそれぞれダイオードを介して共通の電圧
クリツパ回路に接続したことを特徴とする。
以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。
第4図において、8,9はダイオードで、各ス
イツチ回路4,6の電流バランス用リアクトル
3,5と半導体スイツチング素子(この例では、
GTO)との接続点に各アノードが接続され、カ
ソードは共通の電圧クリツパ回路7に接続され
る。電圧クリツパ回路7は、例えば酸化亜鉛等の
非直線抵抗からなり、その電圧−電流特性は第3
図のように理想特性を有している。その他の符号
については第1図のものと同一構成要素である。
次に、この回路の動作について第5図、第6図
の波形図を用いて説明する。第5図aに示すよう
に、時刻t0において、GTO41,61に流れる
電流iA1,iA2を遮断すると、GTO41,61の
電圧v1,v2は第5図cに示すように上昇する。
負荷2の時定数が非常に大なる場合には、電圧
v1,v2が電圧クリツパ回路7のクリツプ電圧VM
となる時点t1まで直線的に上昇する。この時の電
圧上昇率dv/dtは負荷電流IdがGTO41,61
に完全に同じに分流(i10,i20)している場合に
は前記1式と同じになる。GTOのターンオフ時
の電圧変化dv/dtは半導体スイツチング素子の
場合には、その素子に定められた値(dv/dt)
max以下になるように決定しなければならない。
例えば、(dv/dt)max=500v/μs、(Id/2)
=1.000Aの場合には、スナバコンデンサの容量C
は2μFであればよく、むやみに大きくする必要は
ない。
時刻t1でスイツチ回路4,6のGTO41,6
1の電圧v1,v2が電圧クリツパ回路7のクリツ
プ電圧VMと等しくなると、電圧v1,v2は第5図
cのようにそれ以上には上昇せず、第5図aに示
すように、それまでスナバコンデンサ42,62
に流入していた電流iS1,iS2は時刻t1で急激に
減少し、第5図bに示すようにiMなる電流がクリ
ツパ回路7に流入する。時刻t1以降においては、
負荷2のエネルギー及び電流バランス用リアクト
ル3,5のエネルギーは電圧クリツパ回路7によ
つて吸収される為、GTO41,61の電圧v1,
v2はクリツプ電圧VM以上には上昇しない。
スイツチ回路4,6の電流分担が不平衡である
場合(スイツチ回路4に流れる電流i10がスイツ
チ回路6に流れるより大きい)の動作波形を第6
図に示す。この場合、遮断時にGTO41の電圧
v1は第6図cのように立上りは早い。しかし、
両スイツチ回路4,6のGTOに加わる電圧v1,
v2はクリツプ電圧以上には上昇しない。第7図
は、この発明の他の実施例である。負荷2が電源
を含むようなものであり、スイツチ回路4,6に
逆電圧が発生するような場合で、GTO等の主ス
イツチング素子の逆耐圧が大きくない場合に、図
示のように逆電流阻止用ダイオード20を接続し
ても過電圧防止装置は有効に作用する。符号3〜
9の構成要素は第4図と同一物である。第8図
は、この発明の別の実施例を示す図で、スイツチ
装置を双方向性としたものである。図において、
10,12は電流バランス用リアクトル、11,
13はスイツチ回路4,6とは逆方向に並列接続
したスイツチ回路、14,15はダイオード、3
〜9は第4図のものと同一構成要素である。この
構成によると、双方向の過電圧を防止すると共
に、共通電圧クリツパ回路7を有効に利用するこ
とができる。この例の電圧クリツパ回路7の特性
は第3図に示すような双方向の特性を有している
ことが必要である。
上記各実施例では、電圧クリツパ回路7として
酸化亜鉛素子を用いているが、他の非線形特性を
持つ素子でよい。その特性は第3図に示すような
理想的な特性でなくてもよい。また、第8図の実
施例以外では双方向性でなく、単方向の電圧クリ
ツパ特性であつてもよい。
また、上記各実施例では、スイツチ回路の半導
体スイツチング素子としてGTOを用いた例を示
したが、トランジスタや静電誘導形サイリスタ等
の自己消弧形素子でもよいし、サイリスタのよう
な非自己消弧形素子を用いて強制転流回路を付加
してもよい。
電流バランスは平衡リアクトルであつてもよ
い。
また、電流バランス用リアクトルとスイツチ回
路との直列回路の並列数は3以上でもよいことは
云うまでもない。
以上の如く、本発明は、各リアクトルと半導体
スイツチング素子の接続点はそれぞれダイオード
を介して共通電圧クリツパ回路に接続したから、
電圧クリツパ回路によつて電流バランス用リアク
トルのエネルギーを吸収でき、スイツチ回路をタ
ーンオフする時にスイツチ回路に生じる電圧を電
圧クリツパ回路のクリツプ電圧に抑えることがで
きる。更に、並列接続したスイツチ回路の電流が
不平衡の状態であつても、スイツチ回路をターン
オフした時、上記と同様にスイツチ回路の電圧を
クリツプ電圧に抑制することができる。したがつ
て、遮断時の過電圧によるスイツチ回路の半導体
スイツチング素子を破壊から防ぐことができるか
ら、スイツチング素子自体の耐圧を小さくするこ
とができる。
また、半導体スイツチング素子を保護するスナ
バコンデンサの静電容量を必要以上に大きくする
必要がなくなるという効果も生じる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の過電圧防止装置の回路図、第2
図は第1図の動作説明図、第3図は電圧クリツプ
回路の特性図、第4図はこの発明による半導体ス
イツチの過電圧防止装置の一実施例の回路図、第
5図及び第6図は上記実施例の動作説明図、第7
図及び第8図は本発明の他の実施例の回路図であ
る。 図において、1……電源、2……負荷、3,
5,10,12……電流バランス用リアクトル、
4,6,11,13……スイツチ回路、7……電
圧クリツパ回路、41,61……半導体スイツチ
ング素子、42,62……スナバコンデンサ。な
お、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 電流バランス用リアクトルと半導体スイツチ
    ング素子の直列回路を複数並列接続した半導体ス
    イツチ装置において、上記各リアクトルと半導体
    スイツチング素子の接続点をそれぞれダイオード
    を介して共通電圧クリツパ回路に接続したことを
    特徴とする半導体スイツチの過電圧防止装置。
JP7695683A 1983-04-30 1983-04-30 半導体スイツチの過電圧防止装置 Granted JPS59202727A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7695683A JPS59202727A (ja) 1983-04-30 1983-04-30 半導体スイツチの過電圧防止装置

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JPS59202727A JPS59202727A (ja) 1984-11-16
JPH0242247B2 true JPH0242247B2 (ja) 1990-09-21

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS60111130U (ja) * 1983-12-28 1985-07-27 株式会社明電舎 半導体遮断器
JPS62272720A (ja) * 1986-05-21 1987-11-26 Fuji Electric Co Ltd 半導体しや断器
JPS62272721A (ja) * 1986-05-21 1987-11-26 Fuji Electric Co Ltd 半導体しや断器

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JPS59202727A (ja) 1984-11-16

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