JPH06196986A - 電子スイッチ - Google Patents

電子スイッチ

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JPH06196986A
JPH06196986A JP5256525A JP25652593A JPH06196986A JP H06196986 A JPH06196986 A JP H06196986A JP 5256525 A JP5256525 A JP 5256525A JP 25652593 A JP25652593 A JP 25652593A JP H06196986 A JPH06196986 A JP H06196986A
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JP
Japan
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inductance
electronic switch
current
control voltage
voltage
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Application number
JP5256525A
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English (en)
Inventor
Hermann Zierhut
チールフート ヘルマン
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Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
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Publication date
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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
    • H03K17/08142Modifications 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 field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/6871Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor
    • H03K17/6874Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor in a symmetrical configuration

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 定格を大きくすることなく、大きな電流上昇
率を持つ飽和短絡にも耐えられる電子スイッチを提供す
る。 【構成】 電子スイッチの負荷電流が流れる電流路に通
常動作時には飽和短絡している小さい値のインダクタン
スを挿入し、負荷電流が著しく上昇したときその負荷電
流に応じて制御電圧2の僅かの部分だけが半導体素子1
に作用するように、インダクタンス7を制御電圧2に接
続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、制御電極にある定ま
った制御電圧が、そして電流の流れ方向の下流側にある
動作電極に動作電圧が加わっているときその内部抵抗が
小さい値を持ち、動作電極に加わる電圧が上昇するに連
れ飛躍的にその内部抵抗が上昇する半導体素子により動
作する電子スイッチ、特に線路保護遮断器に関する。
【0002】
【従来の技術】この発明の基礎となるこの種の電子スイ
ッチは、ヨーロッパ特許出願(EP91120 690.2)明細
書に記載されている。この電子スイッチは線路保護遮断
器として構成され、簡単な手段と半導体素子とを備え、
特にこの半導体素子は定格を大きくとる必要がないので
コストを押し上げることがないという利点を有してい
る。このために半導体素子に電気的に並列にリレーとし
て動作する構成部品の釈放部が接続され、この釈放部が
線路中の遮断接点を開放するように結合されている。こ
の構成においては電流回路に飽和短絡が発生すると非常
に大きな電流上昇率di/dt が生ずることがある。この場
合短絡電流を制御する制御回路の応動時間は数10乃至10
0 nsの範囲にあるので、短絡電流は制御が始まる前に望
ましくない高い値をとってしまうことがある。このよう
な短絡を伴う電流回路が非常に好ましくなく構成されて
いるときには、その回路中に存在する半導体スイッチと
して形成された電子スイッチもしくは線路保護遮断器
は、それに対応して充分な定格に設定されていないと破
壊されることがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】それゆえ、この発明の
課題は簡単でかつコスト的にも好ましい方法で、電子ス
イッチ、特に線路保護遮断器を、その定格を大きくする
ことなく大きな電流上昇率を伴う飽和短絡にも耐えられ
るように形成することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、この発明においては、制御電極にある定まった制御
電圧が加わり、電流の流れ方向の下流側にある動作電極
に動作電圧が加わっているときその内部抵抗が小さい値
を持ち、動作電極に加わる電圧が上昇するに連れ飛躍的
にその内部抵抗が上昇する半導体素子により動作する電
子スイッチ、特に線路保護遮断器において、負荷電流が
流れる電流路に、通常動作時には飽和短絡している小さ
な値のインダクタンスが接続され、かつこのインダクタ
ンスが、負荷電流が著しく、特に短絡に起因して上昇し
たとき、その負荷電流に応じて制御電圧の僅かの部分し
か半導体素子に作用しないように、制御電圧を接続する
ための第二の制御電極に接続されている。
【0005】定格電流が10乃至16 Aに設定されているス
イッチに対しては、インダクタンスの値を10乃至100 nH
とするのが特に有利である。この発明の特に簡単でかつ
コスト的に有利な構成は、半導体素子を極性を異にして
直列接続された二つの電界効果トランジスタ( 以下FE
Tという)で構成し、そのゲートに共通な制御電圧を加
えるようにする。更にまた、インダクタンスを少なくと
も二つの部分インダクタンスの直列接続として構成し、
FETの各ソース電極に一つの部分インダクタンスを接
続し、その部分インダクタンスの共通接続点を制御電圧
の負側の端子とするのが有効である。部分インダクタン
スにはそれぞれ一つのダイオードを並列接続し、そのカ
ソードをそれぞれ二つのFETのソース電極に接続する
とき、ゲート・ソース区間の保護が簡単に保障される。
これにより逆方向の電流が加わったときに生ずる制御電
圧の増大が阻止される。というのは、電流上昇によっ
て、逆電流を流す側のFETの制御逆電圧が生じても、
これは一つのダイオードによって橋絡され、無効となる
からである。更に好ましい構成として部分インダクタン
スの代わりに変流器を設け、この変流器の一次回路のイ
ンダクタンスを部分インダクタンスの値に設定し、二次
回路を制御装置に接続することもできる。なおまた、一
つのインダクタンスを二つのFETのソース電極の間に
接続し、各FETに対してそれぞれ別の制御電圧を用意
する場合には、インダクタンスはただ一つでもよい。さ
らにまた、制御電圧の負側端子を電流方向に関連して切
り換え得るようにする手段を設ける場合には、ただ一つ
のインダクタンスとただ一つの制御電圧だけでも済ませ
ることができる。この為には、二つの平行アームにダイ
オードを、対角線に一つのオーム抵抗を備えたブリッジ
回路を設け、このブリッジ回路をインダクタンスに並列
接続し、そのオーム抵抗を制御電圧の負側端子に接続す
るのが有効である。さらにまた、この発明の簡単で同時
に合目的的な構成としてインダクタンスを電流もしくは
電圧変成器の一次回路インダクタンスとして構成するこ
ともできる。
【0006】
【作用】この電子スイッチにおいては負荷電流が流れる
スイッチの電流路に通常運転時には飽和短絡となる値の
小さなインダクタンスが挿入されている。短絡に起因し
て高い電流上昇率di/dt が生じても、インダクタンスに
おいて大きな電圧降下が生じ、この電圧降下は時間的に
遅れなく半導体スイッチの制御電圧を低減し、その結果
制御の始まる前に障害となる尖頭電流を截断する。この
インダクタンスはその値が小さく、通常の50或いは60 H
z の電流に対しては飽和短絡しているので、スイッチの
通常運転には何らの影響も与えない。
【0007】
【実施例】以下に実施例に基づいてこの発明を詳しく説
明する。図1はインダクタンスを直列接続した電子スイ
ッチを、図2は極性を逆にして直列接続されてバイポー
ラスイッチに構成された二つのMOS−FETと、イン
ダクタンスによる電流制限要素とを備えた電子スイッチ
を、図3は図2による電子スイッチで、部分インダクタ
ンスの保護要素を備えたものを、図4は図3による電子
スイッチで、部分インダクタンスを変流器で置き換えた
ものを、図5は一つのインダクタンスと、二つの制御電
圧を備えた電子スイッチを、図6はただ一つのインダク
タンスと制御電圧を備えた電子スイッチを、図7は変流
器を備え図6と同様な回路を構成した電子スイッチを示
す。
【0008】図1には半導体素子1として一つのFET
6を備えた電子スイッチを示し、このFETには制御電
極3を介して制御電圧2が加えられている。FET6の
内部抵抗はある定まった制御電圧2及び電流の流れ方向
にある動作電極5に動作電圧4が加わったとき低い値を
とる。負荷回路及び制御回路に共通な半導体素子1、特
にMOS−FET6として構成されている半導体素子の
電極に直列に値の小さなインダクタンス7が接続されて
いる。短絡もしくはその他の望ましくない過電流パルス
に起因して電流上昇が起こると、インダクタンスには誘
導原理に従った電圧降下u=L*di/dt が生ずる。これ
により時間的に遅れなく半導体素子1の制御電圧が減少
し、かくして電流制御の始まる迄に障害となる尖頭電流
が截断される。
【0009】図2は、極性を逆にして直列接続されてバ
イポーラスイッチに構成された二つのMOS−FET6
を備えた半導体スイッチを示す。この回路では電流制限
インダクタンスは互いに直列接続された二つの部分イン
ダクタンス8よりなり、それぞれ二つのFET6のソー
ス電極10に接続されている。二つの部分インダクタン
ス8の共通接続点は制御電圧2の負側の端子を形成して
いる。二つのFET6のゲート・ソース区間の保護のた
め、図3に示すように、それぞれ各一つのダイオード1
1が各部分インダクタンス8を介して接続される。ダイ
オート11の接続回路の極性は、この場合、そのカソー
ドがそれぞれFET6のソース電極10側になるように
定められており、これにより逆方向電流の際に生ずる制
御電圧の増大を阻止している。ダイオートは、電流上昇
によって生ずる、逆電流を流す側のFET6の制御逆電
圧がダイオード11によって橋絡され、そして無効とな
るように接続されている。図4による電子スイッチが図
3による電子スイッチと異なる点は、図4の回路におい
ては部分インダクタンス8の代わりに変流器12が使用
されていることである。この場合、インダクタンスは変
流器12の一次回路によって形成される。二次回路は、
ここでは、必要な制御電圧を供給する制御装置13に接
続されている。
【0010】二つのMOS−FET6によりバイポーラ
スイッチ形の電子スイッチを構成する場合、図5に示す
ように、ただ一つのインダクタンス7でも可能である。
この場合インダクタンス7は二つのFET6のソース電
極10間に接続される。勿論この構成においては二つの
別個の制御電圧2が必要である。図6はこの構成の変形
例を示し、この場合インダクタンス7の他にただ一つの
制御電圧2が存在する。インダクタンス7に並列に四つ
のダイオード14からなるブリッジ回路が接続され、こ
れらのダイオードのうち各アームの二つは逆直列に、互
いに平行するアームにある二つのダイオードは互いに逆
並列に接続されている。このブリッジ回路の二つの平行
アームの対角線にはオーム抵抗15が接続され、この抵
抗の一端は制御電圧2の負側端子に導かれている。図7
はこのような電子スイッチで、インダクタンス7の代わ
りに変流器12を備えたものの例を示す。
【0011】
【効果】この発明によれば、インダクタンスを接続する
ことにより電子スイッチもしくは線路保護遮断器におけ
る短絡電流制限の応動時間が短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図1】インダクタンスを直列接続した電子スイッチの
回路図。
【図2】極性を逆にして直列接続されてバイポーラスイ
ッチに構成された二つのMOS−FETと、インダクタ
ンスによる電流制限要素とを備えた電子スイッチの回路
図。
【図3】部分インダクタンスの保護要素を備えた図2に
よる電子スイッチの回路図。
【図4】部分インダクタンスを変流器で置き換えた図3
による電子スイッチの回路図。
【図5】一つのインダクタンスと、二つの制御電圧を備
えた電子スイッチの回路図。
【図6】ただ一つのインダクタンスと制御電圧を備えた
電子スイッチの回路図。
【図7】変流器で図6と同様な回路を構成した電子スイ
ッチの回路図。
【符号の説明】
1 半導体素子 2 制御電圧 3 制御電極 4 作動電圧 5 作動電極 6 MOS−FET 7 インダクタンス 8 部分インダクタンス 9 ゲート 10 ソース電極 11 ダイオード 12 変流器 13 制御装置 14 ダイオード 15 抵抗

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】制御電極(3)にある定まった制御電圧
    (2)が加わり、電流の流れ方向にある動作電極(5)
    に動作電圧(4)が加わっているときその内部抵抗が小
    さい値を持ち、動作電極(5)に加わる電圧が上昇する
    に連れ飛躍的にその内部抵抗が上昇する半導体素子
    (1)により動作する電子スイッチにおいて、負荷電流
    が流れる電流路に、通常動作時には飽和短絡している小
    さな値のインダクタンス(7)が接続され、かつこのイ
    ンダクタンスが、負荷電流が著しく、特に短絡に起因し
    て上昇したとき、その負荷電流に応じて制御電圧(2)
    の僅かの部分しか半導体素子(1)に作用しないよう
    に、制御電圧(2)を接続するための第二の制御電極に
    接続されていることを特徴とする電子スイッチ。
  2. 【請求項2】インダクタンス(7)が10乃至100 nHの値
    を持っていることを特徴とする請求項1記載の電子スイ
    ッチ。
  3. 【請求項3】半導体素子(1)がFET(6)であるこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の電子スイッチ。
  4. 【請求項4】半導体素子(1)がその極性を逆にして直
    列接続された二つのFET(6)からなり、そのゲート
    (9)が共通の制御電圧(2)に接続されていることを
    特徴とする請求項1又は2記載の電子スイッチ。
  5. 【請求項5】インダクタンス(7)が少なくとも二つの
    部分インダクタンス(8)からなる直列回路として構成
    され、FET(6)の各ソース電極(10)にそれぞれ
    一つの部分インダクタンス(8)が接続され、これら部
    分インダクタンス(8)の共通接続点が制御電圧(2)
    の負側端子を形成していることを特徴とする請求項4記
    載の電子スイッチ。
  6. 【請求項6】部分インダクタンス(8)にはそれぞれ一
    つのダイオード(11)が並列に接続され、そのカソー
    ド側はそれぞれ二つのFET(6)のソース電極(1
    0)に接続されていることを特徴とする請求項5記載の
    電子スイッチ。
  7. 【請求項7】部分インダクタンス(8)の代わりに変流
    器(12)が接続され、その一次回路のインダクタンス
    が部分インダクタンス(8)の大きさに設定され、その
    二次回路が制御装置(13)に接続されていることを特
    徴とする請求項6記載の電子スイッチ。
  8. 【請求項8】インダクタンス(7)が二つのFET
    (6)のソース電極(10)の間に接続され、各FET
    (6)に対してそれぞれ別個の制御電圧(2)が設けら
    れていることを特徴とする請求項3記載の電子スイッ
    チ。
  9. 【請求項9】制御電圧(2)の負側端子を電流方向に関
    連して切り換える手段(14、15)が設けられている
    ことを特徴とする請求項3記載の電子スイッチ。
  10. 【請求項10】二つの平行アームにダイオード(14)
    を、対角線にオーム抵抗(15)を備えたブリッジ回路
    がインダクタンス(7)に並列に接続され、このオーム
    抵抗(15)に制御電圧(2)の負側端子が接続されて
    いることを特徴とする請求項9記載の電子スイッチ。
  11. 【請求項11】インダクタンス(7)が電流もしくは電
    圧変成器(12)の一次回路インダクタンスとして構成
    されていることを特徴とする請求項8、9又は10記載
    の電子スイッチ。
JP5256525A 1992-09-24 1993-09-20 電子スイッチ Pending JPH06196986A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP92116358A EP0590167B1 (de) 1992-09-24 1992-09-24 Leistungsschalter mit strombegrenzender Induktivität
AT92116358.0 1992-09-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06196986A true JPH06196986A (ja) 1994-07-15

Family

ID=8210047

Family Applications (1)

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JP5256525A Pending JPH06196986A (ja) 1992-09-24 1993-09-20 電子スイッチ

Country Status (5)

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EP (1) EP0590167B1 (ja)
JP (1) JPH06196986A (ja)
AT (1) ATE155297T1 (ja)
AU (1) AU669927B2 (ja)
DE (1) DE59208693D1 (ja)

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Publication number Publication date
AU4757993A (en) 1994-03-31
EP0590167B1 (de) 1997-07-09
ATE155297T1 (de) 1997-07-15
AU669927B2 (en) 1996-06-27
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A02 Decision of refusal

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Effective date: 20030220