JPS61121768A - 自己消弧形サイリスタのゲ−ト電源回路 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はゲートターンオフサイリスタや静電誘導サイリ
スタ等ゲート電極に負の電流を供給することにより消弧
動作を行う自己消弧形サイリスタに係り、特に各種のチ
ロツバ回路やインバータ回路など自己消弧形サイリスタ
のアノード・カソード間電圧がほぼ矩形波状となる応用
分野に適用し得る自己消弧形サイリスタのゲート電源回
路に関する。

〔従来技術とその問題点〕

自己消弧形サイリスタは、そのゲート電極に正のゲート
電流を供給することによって点弧動作をさせ、負のゲー
ト電流を供給することにより消弧動作を行えるものとな
り、正ゲート電流が極く僅かでよいのに対して、負ゲー
ト電流は消弧時の短時間ではあるがアノード電流の数分
の一程度の大きさを必要とするものが一般的である。し
たがりて、負ゲート電流を供給するためのゲート電源も
比較的大容景のものを必要としていた。

さらに、近年サイリスタのスイッチング時間を短縮して
動作周波数を上げることが容易になってきており、例え
ば靜電銹導サイリスタではＩＭＨｚに近い高周波スイッ
チング動作を行うことも可能になってきた。かような高
周波動作時には負ゲート電流を供給する頻度も上がり、
したがってますます大容量のゲート電源を必要とするこ
ととなって経済的にも構造的にも好ましくないものとな
ってしまう。

そして、かくの如きゲート電源の大型化を解消する方法
として、サイリスタのスナバ−回路のコンデンサ容量ル
￥−をゲート電源に利用する手法が知られている。

しかしながら、この種のスナバ−コンデンサエネルギー
をゲート電源に回虫させる技術においては、原理的な問
題点を有するものとなる。すなわち、スナバ−動作をさ
せるに最適なコンデンサ容量と、ゲート電源への回生動
作をさせるに最適なコンデンサ容量が一致するとは限ら
ず、前者が後者より小容量の場合ゲート電源容量の低減
効果があまり期待できないことになる。

特に、高周波動作を行う場合必然的にサイリスタにかか
るアノード拳カソード間電圧も急峻なものが必要となり
、したがってコンデンサは小容量となる傾向をもつ。一
方、ゲート電源の容量増大からスナバ−コンデンサを大
きく必要があり、このため通常最適なスナバ−コンデン
サの値が存在し得ないものとなりて十分な機能を発揮で
きないものになってしまう。

〔発明の構成〕

本発明は上述したような点に鑑みて、スナバ−回路とは
別にスナバ−動作を行うことなく主回路電源よりゲート
電源への電力回生を行う回路を配することによって問題
点の除去を図り、主回路電源からリアクトルおよびコン
デンサによる共振作用と自己消弧形サイリスタのスイッ
チング動作を用いることより、サイリスタのアノード・
カソード間電圧の変化率を徒らに低下させることなく、
しかも主回路から充分なエネルギーをゲート電源に回虫
させる如く効用可能な装置を提供せんとするものである
。以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図は本発明による一実施例の要部構成
を示す図およびその各部波形を示す図で、１は主回路電
源、２は負荷回路、ゴは自己消弧形サイリスタ、４はス
ナバ−回路、５はゲート電源、６は自己消弧形サイリス
タ３の消弧のタイミングを制御するためのスイッチング
素子、７はコンデンサ、８はリアクトル、９．１０はダ
イオード、ＹＡＫは自己消弧形サイリスタ３のアノード
・カソード間電圧、■ｏはコンデンサ７の電圧である。

ここに、スナバ−回路４は図示のようなコンデンサＣ，
ダイオードＤおよび抵抗器Ｒから構成される慣用のもの
で示されているが、他の種別のものであってもさしつか
えない。また、自己消弧形サイリスタ３には通常点弧の
ための正ゲート電流を供給するための回路が必要となる
が、ここでは直接関連しないため割愛している。

第１図に示した如き接続構成の機能はつぎの如くである
。

すなわち、第１図に示した主回路構成は簡単なチ冒ツバ
回路の一例であり、負荷回路２に印加される電圧を自己
消弧形サイリスタ３の点弧期間と消弧期間の比を変える
ことにより制御することができる。なお、ここでは説明
を簡単化するため負荷回路２を純抵抗とし、その抵抗値
はコンデンサ７やリアクトル８のインピーダンスに、比
べて十分低いものと仮定する。そして、この条件は必ず
しも必要ではなく抵抗値が大きくても、〈ライホイール
ダイオードを有する誘導性負荷でありても若干の波形変
化が伴うものの本質的な動作には影響するものでない。

さて、第１図においていまスイッチング素子６が閉路し
、自己消弧形サイリスタ３にゲート電源５より負のゲー
ト電流が供給されて自己消弧形サイリスタ３が消弧した
とする。

すると、自己消弧形サイリスタ３のアノード・カソード
間電圧ＹＡＫは負荷回路２の抵抗とスナバ−回路４の定
数により定まる傾斜を有して立ち上がり、第２図におい
て時刻Ｔｏから示される如く主回路電源１の電圧ＶＭに
まで上昇する。

ここに、負荷抵抗値が小さくスナバーコンデンサ容量も
小さいものとすると、アノード・カンード間電圧ｖλに
はほぼ階段状に上昇したとみなされ、この電圧がコンデ
ンサ７、リアクトル８およびダイオード９の直列回路に
印加されるものとなる。

すなわち、この状態を等価回路で表わすと第３図（イ）
の如くである。ここで、ダイオード９を理想的ものとみ
なせば、コンデンサ７とリアクトル８の直列回路に主回
路電源１の電圧ＶＭが階段状に加わったこととなり、こ
のときの動作は周知の如くコンデンサ７の容量をＯｒ、
’Ｊアクドル８のインダクタンスＬ１とするに、（πＶ
■ＴＣ）砂径したがって第２図において時刻Ｔ工にてコ
ンデンサ７の電圧Ｖ。

は（２Ｖｖ）　　に達するものとなる。なお、原理的に
は時刻Ｔｏから時刻Ｔｌまでの動作期間では主回路電源
１のエネルギーがコンデンサ７に移行したことであり、
これに伴う損失は零である。

そして、時刻Ｔ１以後コンデンサ７に（２ＶＭ）　にま
で充電された電荷は、 コンデンサ７→負荷回路２→主回路電源ｌ→ゲート電Ｙ
Ｊｊｐ、５→ダイオード１０→リアクトル８→コンデン
サ７ の経路で放電を始める。したがって、これを等価回路で
表わすと第３図（ロ）の如くである。

このときもダイオード１０を理想的なものとみなすと、
やはり時刻Ｔ１から（π〜へ７７石）砂径の時刻Ｔ２に
おいてコンデンサ７の電圧ＶＯは、ゲート電源５の電圧
をＶＧとするにつぎの如くとなる。

Ｖｏ　＝　２ＶＭ　−２（２ＶＭ−ＶＭ−Ｖｏ　）　＝
　２　Ｖｏ　　・−−（１）このように、時刻Ｔ１から
時刻Ｔ２の期間は第３図（０）に示す電流工の方向に流
れるため、ゲート電源５にエネルギーが回生される。

よりて、この期間に回路に流れる電流と時間の積（工・
Ｔ）はコイデンサ７の電圧Ｖａが（２ＶＭ）から（２Ｖ
Ｇ）に変化したことに着目するに、ｌ１ＩＴ＝Ｃｘ（２
Ｖｕ−２Ｖｅ）＝２Ｃｔ（％−Ｖｏ）　−−・（２）と
なるから、ゲート電源５への回生電力量は、Ｖ３　・Ｉ
　ＩＴ＝　２ＣＩ　ＶＧ（ＶＭ−ＶＧ）　　　　　・−
・−−・（３）である。このようにして、少なくとも式
（３）に相当する分だけゲート電源５の容量を減らすこ
とができる。

さらに、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の期間では第３図（イ）
の等価回路の動作となり、時刻Ｔ３にてコンデンサ７の
電圧ＶＯは、 Ｖｏ＝２Ｖｏ＋２（ＶＭ−２ＶＧ）＝２（ＶＭ−ＶＧ）
　　・−・−・・（４）となる。この期間時刻Ｔｏから
時刻ＴＩまでの期間と同様にゲート４源への電力回生が
行われないが、コンデンサ７のエネルギーが主回路電源
１より補給されるものとなる。また、時刻Ｔ３から時刻
Ｔ４の期間では再び第３図（ロ）の等価回路の動作とな
り、時刻Ｔ４におけるコンデンサ７の電圧Ｖｏは、Ｖｏ
＝２（ＶＭ−Ｖｏ）−２（２（％−Ｖｏ）−■Ｍ−Ｖｏ
）＝４Ｖ。

・・・・・・・・・・・（５） となって、ゲート電源５への電力回生が行われる。

ただし、この期間の回虫量は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の
期間に比べれば・電圧Ｖｏの変化量からも明らかなよう
にかなり小さなものとなる。さらには、このような動作
が自己消弧形サイリスタ３が消弧して間に繰り返えすこ
とになるが、第３図（ロ）の等価回路の動作の終へ時点
におけるコンデンサ７の電圧−以上になったとき、ある
いは第３図（イ）の等価回路の動作の終了時点における
電圧Ｖｏが（ＶＭ＋ＶＧ　）以下となりたときには、そ
の時点で動作が終了して電圧Ｖｏは一定値を保つものと
なる。

また、自己消弧形サイリスタ３が点弧状態となりた場合
第３図（イ）、（ロ）における主回路電源１の電圧”−
を零として同様に考えればよく、やはり同じように第３
図（イ）、（ロ）の等価回路の動作を交互に繰り返して
コンデンサ７のエネルギーをゲート電源５に回生ずる。

ただし、消弧時にコンデンサ７などの電流が主回路電源
１と負荷回路２を流れていたが、点弧時には自己消弧形
サイリスタ３を流れることとなる。そして、電圧Ｖｏが
電圧ＶＧ以下とな　　−りたとき動作を停止するのは消
弧時と同様である。

かようにして、時刻Ｔｏから１回目の回生動作が終了す
るまでの時刻Ｔ２までの期間、したがって（２πＶ訂τ
Ｇ）を主回路動作上の自己消弧形サイリスタ３の消弧期
間よりも短かくなるようＬｌ、　Ｃｔの値を定める必要
がある。そして、電力回生量がそのＣＩに比例すること
から所望の回生量に応じてコンデンサ７の容量を求め、
つぎにリアクトル８のインダクタンスの値を（２π〜へ
］τＣｔ）が適切となるよう定めるのが実用的であろう
。

なあ、上記説明では主回路例として簡単なチ璽ツバ回路
を用いて行ったが各種のインバータ回路でありてもよい
。実用化されているチ冒ツバやインバータでは通常複数
個のサイリスタを使用しており、それぞれのサイリスタ
にゲート電源が必要であることから複数個のフローティ
ングがされ、しかも相互間の高周波的通路も極力小さく
する必要が生じる。このため、一般的にこの種の電源は
複雑で高価なものになり易いことは周知である。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、スナバ−作用を行な
わぬコンデンサを介在させ主回路電源のエネルギーをゲ
ート電源へ回生可能になり、自己消弧形サイリスタの特
性に合わせてコンデンサ容量を選択することによってゲ
ート電源の容量増大を抑制し、かつ低容量化されたゲー
ト電源回路を格別に実現し得る装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明による一実施的の要部構成
を示す図およびその各部波形を示す凶、第３図は第１図
の作用を説明するため示した各画回路図である。 １°゛°°°・王回路覗銘、３・ト・′・・自己消弧形
サイリスタ、５・・・・・・ゲート成ひス、６・・・・
・・スイッチング素子、７・・・・・・コンデンサ、８
・・・・・・リアクトル、９．１０・・・・・・ダイオ
ード。 特許出、頌人 東洋側１ｊ造株式公社 代表者土井　１・ｌ 為　２　区 Ｔｏ　　　Ｔ＋　　　７’２−　　　Ｔ３Ｔ４　　Ｔｓ
′４：Ｊ３図 （イ）　　　　　　　　　　　　ｃ口）手続補正書（自
発） 昭和５９年特許願第２３９９８１号 ２、発明の名称 自己消弧形サイリスタのゲート電源回路３、補正をする
者 事件との関係　特許出願人 郵便番号　１０４ 東京都中央区八重洲二丁目７番２号 明細書の「特許請求の範囲」、「発明の詳細な説明」お
・・・・・・負ゲート電流は消弧時の」を「行えるもの
であり、正ゲート電流が極く僅かでよいのに対して、消
弧時の負ゲート電流は」に補正する。 （３）同第４頁第２行目「コンデンサ」を「スナバ−コ
ンデンサ」に訂正する。 （４）同第５頁第２行目キ唾訟奔蜂÷行台の「要部構成
」を「主要部構成」に訂正する。 （５ン　　同第６頁！１０行目「するものでない。」を
「するものではない。」に訂正する。 （６）　　同第７頁第６行目「理想的」を「理想的な」
に訂正する。 （７）同第７頁＄１０行〜第１１行の「インダクタンス
ＬｔＪを「インダクタンスをＬｓ　Ｊに訂正する。 （８）同第９頁第５行〜４６行の「この期間時刻Ｔ、か
ら・・・・・・電力回生が」を「この期間は時刻Ｔｏか
ら時刻Ｔ１までの期間と同様にゲート電源への電力回生
は」に補正する。 （９）　　同第９頁第１７行目「消弧して」を「消弧し
ている」に補正する。 （＋ｏ）　　１１　事＋ｚｉ　％　　ＺｌｊＥｌ　　’
　　竿９ｇ４」　ｔ’　　ｔｔ４Ｐｇへ」　Ｉこ訂正Ｔ
う。 特許請求の範囲 負のゲート電流を供給することにより消弧動作を行う自
己消弧形サイリスタにおいて、コンデンサとリアクトル
と自己のカソード電極が前記自己消弧形サイリスタのカ
ソードに接続された第１のダイオードの直列回路を自己
消弧形サイリスタのアノードとカソード間に具備すると
ともに、消弧タイミングを制御するスイッチング素子と
陽極が前記自己消弧形サイリスタのカソードに接続され
たゲート電源の直列回路を自己消弧形サイリスタのゲー
トとカソード間に備え、自己のカソード電極を前記第１
のダイオードのアノード電極丘工自己のアノード電極を
前記ゲート電源の陰極に接続したｇ２のダイオードを設
けて成ることを特徴とする自己消弧形サイリスタのゲー
ト電源回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 負のゲート電流を供給することにより消弧動作を行う自
   己消弧形サイリスタにおいて、コンデンサとリアクトル
   と自己のカソード電極が前記自己消弧形サイリスタのカ
   ソードに接続された第１のダイオードの直列回路を自己
   消弧形サイリスタのアノードとカソード間に具備すると
   ともに、消弧タイミングを制御するスイッチング素子と
   陽極が前記自己消弧形サイリスタのカソードに接続され
   たゲート電源の直列回路を自己消弧形サイリスタのゲー
   トとカソード間に備え、自己のカソード電極を前記第１
   のダイオードのアノード電極に自己のアノード電極を前
   記ゲート電源の陰極に接続した第２のダイオードを設け
   て成ることを特徴とする自己消弧形サイリスタのゲート
   電源回路。