JPH04364357A - チョッパの保護方式 - Google Patents
チョッパの保護方式Info
- Publication number
- JPH04364357A JPH04364357A JP16339291A JP16339291A JPH04364357A JP H04364357 A JPH04364357 A JP H04364357A JP 16339291 A JP16339291 A JP 16339291A JP 16339291 A JP16339291 A JP 16339291A JP H04364357 A JPH04364357 A JP H04364357A
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- Japan
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- capacitor
- reactor
- switching element
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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。
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気車用補助電源等に用
いられる直流−直流変換装置、すなわち昇降圧チョッパ
装置に関するものである。
いられる直流−直流変換装置、すなわち昇降圧チョッパ
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】本発明者が先に提案した特開平３−８２
３６４ 号公報記載の昇降圧チョッパ装置の主回路接続
図を図３に示す。この昇降圧チョッパ装置は、直流電源
１の正極と負極間に充電抵抗１３と並列接続された逆阻
止形サイリスタ１４と第１のリアクトル２と第１のスイ
ッチング素子５と第２のリアクトル９及び第２のスイッ
チング素子６を直列接続し、前記第１のスイッチング素
子５のアノードと第２のスイッチング素子６のカソード
間に第１，第３及び第２のコンデンサ３，１０及び４を
直列接続し、前記第１のスイッチング素子５のカソード
にカソード側を、第１と第３のコンデンサ３と１０の接
続点にアノード側を配置して第１のダイオード７を接続
し、また第２のスイッチング素子６のアノードにアノー
ド側を、第３と第２のコンデンサ１０と４の接続点にカ
ソード側を配置して第２のダイオード８を接続すると共
に、前記第３のコンデンサ１０の両端から出力を取り出
すものである。この昇降圧チョッパ装置の動作の詳しい
説明は省略するが、該回路の主な特徴は、入力直流電圧
ＶＬ に対して第３のコンデンサの両端である直流出力
電圧Ｖ０ を昇圧することも降圧することもできること
、及び出力電圧Ｖ０ の極性が第１及び第２のコンデン
サ３と４の極性と逆になっていることである。
３６４ 号公報記載の昇降圧チョッパ装置の主回路接続
図を図３に示す。この昇降圧チョッパ装置は、直流電源
１の正極と負極間に充電抵抗１３と並列接続された逆阻
止形サイリスタ１４と第１のリアクトル２と第１のスイ
ッチング素子５と第２のリアクトル９及び第２のスイッ
チング素子６を直列接続し、前記第１のスイッチング素
子５のアノードと第２のスイッチング素子６のカソード
間に第１，第３及び第２のコンデンサ３，１０及び４を
直列接続し、前記第１のスイッチング素子５のカソード
にカソード側を、第１と第３のコンデンサ３と１０の接
続点にアノード側を配置して第１のダイオード７を接続
し、また第２のスイッチング素子６のアノードにアノー
ド側を、第３と第２のコンデンサ１０と４の接続点にカ
ソード側を配置して第２のダイオード８を接続すると共
に、前記第３のコンデンサ１０の両端から出力を取り出
すものである。この昇降圧チョッパ装置の動作の詳しい
説明は省略するが、該回路の主な特徴は、入力直流電圧
ＶＬ に対して第３のコンデンサの両端である直流出力
電圧Ｖ０ を昇圧することも降圧することもできること
、及び出力電圧Ｖ０ の極性が第１及び第２のコンデン
サ３と４の極性と逆になっていることである。
【０００３】図３において、１２は装置を直流電源から
切り離すための開閉器であり、充電抵抗１３は開閉器１
２がオンした時に第１，第２のコンデンサ３，４への急
激な大きい充電電流を抑制するためのものであり（第３
のコンデンサ１０は図示しない並列ダイオードによって
図３に示す極性と逆方向には充電されない）、逆阻止形
サイリスタ１４は第１，第２のコンデンサ３，４が充電
するとターンオンして充電抵抗１３を短絡するものであ
る。
切り離すための開閉器であり、充電抵抗１３は開閉器１
２がオンした時に第１，第２のコンデンサ３，４への急
激な大きい充電電流を抑制するためのものであり（第３
のコンデンサ１０は図示しない並列ダイオードによって
図３に示す極性と逆方向には充電されない）、逆阻止形
サイリスタ１４は第１，第２のコンデンサ３，４が充電
するとターンオンして充電抵抗１３を短絡するものであ
る。
【０００４】図３の回路で第１及び第２のスイッチング
素子５及び６を交互にオン・オフさせ、その導通率を制
御することにより、直流出力電圧である第３のコンデン
サ１０の両端の電圧Ｖ０ を一定にすることが可能であ
る。 入力直流電圧をＶＬ とすると第１及び第２のコンデン
サ３及び４の両端の電圧ＶＣ１及びＶＣ２は次式のよう
になる。 ＶＣ１＝ＶＣ２＝（ＶＬ ＋Ｖ０ ）／２
素子５及び６を交互にオン・オフさせ、その導通率を制
御することにより、直流出力電圧である第３のコンデン
サ１０の両端の電圧Ｖ０ を一定にすることが可能であ
る。 入力直流電圧をＶＬ とすると第１及び第２のコンデン
サ３及び４の両端の電圧ＶＣ１及びＶＣ２は次式のよう
になる。 ＶＣ１＝ＶＣ２＝（ＶＬ ＋Ｖ０ ）／２
【０００５】
この回路において負荷側の原因で直流出力側に過電流が
流れると、それに比例して第１及び第２のスイッチング
素子５及び６に流れる電流も大きくなり、それがスイッ
チング素子の電流遮断能力以上となった場合にはスイッ
チング素子を破壊する。それを防止するため、遮断能力
以上の電流が流れた場合、スイッチング素子５，６の遮
断を阻止し、オン状態を継続する。これにより、直流電
源１→開閉器１２→逆阻止サイリスタ１４→リアクトル
２→スイッチング素子５→リアクトル９→スイッチング
素子６→直流電源の経路で電流が流れ、リアクトル２及
び９の鉄心の磁気飽和によるインダクタンスの低下によ
り、急速に大きな電流となる。
この回路において負荷側の原因で直流出力側に過電流が
流れると、それに比例して第１及び第２のスイッチング
素子５及び６に流れる電流も大きくなり、それがスイッ
チング素子の電流遮断能力以上となった場合にはスイッ
チング素子を破壊する。それを防止するため、遮断能力
以上の電流が流れた場合、スイッチング素子５，６の遮
断を阻止し、オン状態を継続する。これにより、直流電
源１→開閉器１２→逆阻止サイリスタ１４→リアクトル
２→スイッチング素子５→リアクトル９→スイッチング
素子６→直流電源の経路で電流が流れ、リアクトル２及
び９の鉄心の磁気飽和によるインダクタンスの低下によ
り、急速に大きな電流となる。
【０００６】この大きな電流は開閉器１２で遮断するこ
とになるが、開閉器１２は電流が更に大きくなる前に早
期に遮断動作を開始し、且つ短時間内に遮断を完了する
高速度のものでなければならない。また、スイッチング
素子５，６は、この遮断が完了するまでの電流に耐えら
れるものを選択する必要がある。
とになるが、開閉器１２は電流が更に大きくなる前に早
期に遮断動作を開始し、且つ短時間内に遮断を完了する
高速度のものでなければならない。また、スイッチング
素子５，６は、この遮断が完了するまでの電流に耐えら
れるものを選択する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の保護の方法では
、スイッチング素子５，６自身の過電流耐量を大きくし
なければならず、不必要な大容量のスイッチング素子を
使用せざるを得ない。また、大きい電流を開閉器１２で
遮断するため、開閉器の接点の荒損が発生し、その手入
れに時間と技術を要することになる。
、スイッチング素子５，６自身の過電流耐量を大きくし
なければならず、不必要な大容量のスイッチング素子を
使用せざるを得ない。また、大きい電流を開閉器１２で
遮断するため、開閉器の接点の荒損が発生し、その手入
れに時間と技術を要することになる。
【０００８】更に、直流電源１である変電所の保護シス
テムと、開閉器１２の遮断性能との協調が良くないと、
変電所が先に遮断してしまい、他の健全な機器にまで影
響を及ぼしてしまう欠点があった。
テムと、開閉器１２の遮断性能との協調が良くないと、
変電所が先に遮断してしまい、他の健全な機器にまで影
響を及ぼしてしまう欠点があった。
【０００９】本発明の目的は、上述した欠点を解消する
ために、この回路の動作の特徴を利用した優れた保護方
式を提供することである。
ために、この回路の動作の特徴を利用した優れた保護方
式を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】負荷過電流や直流出力過
電圧等の不具合発生時に、第３のコンデンサ１０に充電
された電荷を急速に放電させるようにする。
電圧等の不具合発生時に、第３のコンデンサ１０に充電
された電荷を急速に放電させるようにする。
【００１１】
【作用】電圧Ｖ０ に充電された第３のコンデンサを急
速に放電させると、第１及び第２のコンデンサ３及び４
に充電された電圧〔（ＶＬ ＋Ｖ０ ）／２〕は各コン
デンサに容量が大きいものを使用していることもあり、
急速には変化しない。従って、第３のコンデンサ１０が
放電されてコンデンサ１０の電圧が零になると、スイッ
チング素子５のアノードとスイッチング素子６のカソー
ドとの間の電圧（これはＶＣ１−Ｖ０ ＋ＶＣ２で、正
常動作時はＶＣ１−Ｖ０ ＋ＶＣ２＝ＶＬ となる）は
Ｖ０ ＋ＶＬ となり、リアクトル２には図３に示す極
性に電圧Ｖ０ が印加される。従って、リアクトル２に
流れる電流、つまり直流入力電流が急速に減少して零と
なり、逆阻止サイリスタ１４は自然消弧する。この後に
開閉器を無電流で開とすることで、確実に直流電源１か
らチョッパ回路を切り離すことが可能となる。
速に放電させると、第１及び第２のコンデンサ３及び４
に充電された電圧〔（ＶＬ ＋Ｖ０ ）／２〕は各コン
デンサに容量が大きいものを使用していることもあり、
急速には変化しない。従って、第３のコンデンサ１０が
放電されてコンデンサ１０の電圧が零になると、スイッ
チング素子５のアノードとスイッチング素子６のカソー
ドとの間の電圧（これはＶＣ１−Ｖ０ ＋ＶＣ２で、正
常動作時はＶＣ１−Ｖ０ ＋ＶＣ２＝ＶＬ となる）は
Ｖ０ ＋ＶＬ となり、リアクトル２には図３に示す極
性に電圧Ｖ０ が印加される。従って、リアクトル２に
流れる電流、つまり直流入力電流が急速に減少して零と
なり、逆阻止サイリスタ１４は自然消弧する。この後に
開閉器を無電流で開とすることで、確実に直流電源１か
らチョッパ回路を切り離すことが可能となる。
【００１２】
【実施例】本発明に基づくチョッパの保護方式の一実施
例を図面を用いて説明する。図１は本発明による保護方
式を適用した昇降圧チョッパ装置を示すが、図３と同一
機能のものには同一符号を付してある。
例を図面を用いて説明する。図１は本発明による保護方
式を適用した昇降圧チョッパ装置を示すが、図３と同一
機能のものには同一符号を付してある。
【００１３】第３のコンデンサ１０の放電手段として、
コンデンサ１０と並列にリアクトル１６とサイリスタ１
５との直列回路を接続する。保護時にサイリスタ１５を
ターンオンさせると、コンデンサ１０とリアクトル１６
とによる振動電流がコンデンサ１０から流れ、急速に放
電してコンデンサ１０の電圧は零となり、前述のように
逆阻止サイリスタ１４をターンオフさせることができる
。
コンデンサ１０と並列にリアクトル１６とサイリスタ１
５との直列回路を接続する。保護時にサイリスタ１５を
ターンオンさせると、コンデンサ１０とリアクトル１６
とによる振動電流がコンデンサ１０から流れ、急速に放
電してコンデンサ１０の電圧は零となり、前述のように
逆阻止サイリスタ１４をターンオフさせることができる
。
【００１４】本発明の他の実施例を図２に示す。図２は
直流負荷として電圧形インバータ１７（単相あるいは三
相以上のいずれでも可）を接続した場合で、電圧形イン
バータ１７の交流出力側に交流変圧器１８が接続される
場合もある。図２において、保護時に電圧形インバータ
１７内の直列接続されたスイッチング素子群（例えば図
２に示すＧＴＵ とＧＴＸ ）の一つあるいはそれ以上
を同時にターンオンさせると、図１の場合と同様にコン
デンサ１０とリアクトル１６との振動電流が流れ、コン
デンサ１０の電圧を零とすることができる。
直流負荷として電圧形インバータ１７（単相あるいは三
相以上のいずれでも可）を接続した場合で、電圧形イン
バータ１７の交流出力側に交流変圧器１８が接続される
場合もある。図２において、保護時に電圧形インバータ
１７内の直列接続されたスイッチング素子群（例えば図
２に示すＧＴＵ とＧＴＸ ）の一つあるいはそれ以上
を同時にターンオンさせると、図１の場合と同様にコン
デンサ１０とリアクトル１６との振動電流が流れ、コン
デンサ１０の電圧を零とすることができる。
【００１５】また、電圧形インバータ１７の交流側に変
圧器１８が接続されている場合には、保護動作が始まる
瞬間のその電圧形インバータの各スイッチング素子の動
作状態を維持する（電圧形インバータ１７が三相である
場合は、正極側で２個、負極側で１個、あるいはその逆
で、いずれかのスイッチング素子が導通する）。例えば
図２の電圧形インバータのスイッチング素子のうち、Ｇ
ＴＵ， ＧＴＶ， ＧＴＺ が導通しているとすると、
保護時に引き続きこれらのスイッチング素子の導通を継
続させると、変圧器１８の一次巻線に直流電圧が印加さ
れ、変圧器の鉄心が急速に磁気飽和をきたし、低インピ
ーダンス（一次側漏れインダクタンス）となり、コンデ
ンサ１０から大きい電流が流れてコンデンサ１０を急速
に放電させる。この場合、変圧器の飽和時の一次側イン
ピーダンスがリアクトル１６の役割を果たすので、図２
におけるリアクトル１６は必要なくなる。
圧器１８が接続されている場合には、保護動作が始まる
瞬間のその電圧形インバータの各スイッチング素子の動
作状態を維持する（電圧形インバータ１７が三相である
場合は、正極側で２個、負極側で１個、あるいはその逆
で、いずれかのスイッチング素子が導通する）。例えば
図２の電圧形インバータのスイッチング素子のうち、Ｇ
ＴＵ， ＧＴＶ， ＧＴＺ が導通しているとすると、
保護時に引き続きこれらのスイッチング素子の導通を継
続させると、変圧器１８の一次巻線に直流電圧が印加さ
れ、変圧器の鉄心が急速に磁気飽和をきたし、低インピ
ーダンス（一次側漏れインダクタンス）となり、コンデ
ンサ１０から大きい電流が流れてコンデンサ１０を急速
に放電させる。この場合、変圧器の飽和時の一次側イン
ピーダンスがリアクトル１６の役割を果たすので、図２
におけるリアクトル１６は必要なくなる。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、コンデンサ１０の充電
された電荷を急速に放電させることで、入力側の逆阻止
サイリスタを非導通にすることにより、保護時に確実に
チョッパ回路を直流電源１から切り離すことができる。
された電荷を急速に放電させることで、入力側の逆阻止
サイリスタを非導通にすることにより、保護時に確実に
チョッパ回路を直流電源１から切り離すことができる。
【図１】図１は本発明の保護方法の一実施例を示す回路
図である。
図である。
【図２】図２は本発明の保護方法の他の実施例を示す回
路図である。
路図である。
【図３】図３は本発明の保護方法を適用する昇降圧チョ
ッパ装置の主回路図である。
ッパ装置の主回路図である。
１ 直流電源
２ 第１のリアクトル
３ 第１のコンデンサ
４ 第２のコンデンサ
５ 第１のスイッチング素子
６ 第２のスイッチング素子
７ 第１のダイオード
８ 第２のダイオード
９ 第２のリアクトル
１０ 第３のコンデンサ
１１ 負荷
１２ 開閉器
１３ 充電抵抗
１４ 逆阻止サイリスタ
１５ 短絡用サイリスタ
１６ 保護用リアクトル
１７ 電圧形インバータ
１８ 交流変圧器
Claims (4)
- 【請求項１】 直流電源の正極と負極間に充電抵抗と
並列接続された逆阻止形サイリスタと第１のリアクトル
と第１のスイッチング素子と第２のリアクトル及び第２
のスイッチング素子を直列接続し、前記第１のスイッチ
ング素子のアノードと第２のスイッチング素子のカソー
ド間に第１，第３及び第２のコンデンサを直列接続し、
前記第１のスイッチング素子のカソードにカソード側を
、第１と第３のコンデンサの接続点にアノード側を配置
して第１のダイオードを接続し、また第２のスイッチン
グ素子のアノードにアノード側を、第３と第２のコンデ
ンサの接続点にカソード側を配置して第２のダイオード
を接続すると共に、前記第３のコンデンサの両端から出
力を取り出す昇降圧チョッパ装置において、装置の異常
動作時に第３のコンデンサの電荷を急速に放電させるこ
とにより、前記逆阻止形サイリスタを強制的にターンオ
フさせることを特徴とするチョッパの保護方式。 - 【請求項２】 前記第３のコンデンサの電荷を急速に
放電させる手段として第３のコンデンサと並列に保護用
リアクトルと短絡用サイリスタとの直列回路を接続し、
保護時に該短絡用サイリスタをターンオンすることを特
徴とする請求項１記載のチョッパの保護方式。 - 【請求項３】 前記第３のコンデンサの両端に電圧形
インバータを負荷として接続したものにおいて、保護時
に該電圧形インバータのスイッチング素子を全てターン
オンさせ、第３のコンデンサを急速に放電させることを
特徴とする請求項１記載のチョッパの保護方式。 - 【請求項４】 前記第３のコンデンサの両端に、出力
側に交流変圧器を有する電圧形インバータを負荷として
接続したものにおいて、保護時に該電圧形インバータを
その瞬間における動作状態に維持し、前記交流変圧器を
直流勵磁させてこれを磁気飽和に到らしめ、該変圧器の
一次巻線を低インピーダンスとすることにより、第３の
コンデンサを急速に放電させることを特徴とする請求項
１記載のチョッパの保護方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16339291A JPH072006B2 (ja) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | チョッパの保護方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16339291A JPH072006B2 (ja) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | チョッパの保護方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04364357A true JPH04364357A (ja) | 1992-12-16 |
| JPH072006B2 JPH072006B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=15773019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16339291A Expired - Fee Related JPH072006B2 (ja) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | チョッパの保護方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH072006B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8063597B2 (en) | 2006-09-21 | 2011-11-22 | Secop Gmbh | Electric circuit providing protection from transients |
| JP2017200249A (ja) * | 2016-04-25 | 2017-11-02 | 岩崎電気株式会社 | 直流電源装置及びｌｅｄ点灯装置 |
-
1991
- 1991-06-10 JP JP16339291A patent/JPH072006B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8063597B2 (en) | 2006-09-21 | 2011-11-22 | Secop Gmbh | Electric circuit providing protection from transients |
| JP2017200249A (ja) * | 2016-04-25 | 2017-11-02 | 岩崎電気株式会社 | 直流電源装置及びｌｅｄ点灯装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH072006B2 (ja) | 1995-01-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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