JPS61281420A - 蓄積電荷形電力トランジスタを用いた固体回路遮断器 - 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】 アークの発生をなくすと共に、接点の損傷を防止する為
に、電気回路の分離し得る１対の接点の両端に半導体素
子を使うことは既に公知である。

接点が離れる前に、半導体をターンオンして、アークの
発生がなくなる程度まで、接点の隔たりが増加すると共
に接点の温度が下がる様にするのに十分な時間の間、半
導体が接点から回路の電流を切換えることが出来る様に
する種々の回路が提案されている。一旦接点が分離され
たら、過大な回路電流によって半導体素子が過熱して損
傷を受けるのを防止する為に、半導体をターンオフする
他の回路も提案されている。

係属中の米国特許出願通し番号節６１０，９４７号には
、半導体素子と並列の電圧依存性素子が記載されており
、この電圧依存性素子が半導体から回路の電流を切換え
る。更に、半導体のベース−コレクタ回路にコンデンサ
を設けて半導体をターンオンすると共に、ベース・エミ
ッタ回路に可飽和鉄心変流器を設けて、半導体をターン
オフし、回路の電流を電圧依存性素子に切換えることも
記載されている。遮断程度の間の回路の電圧及び回路の
電流の間の関係について、この米国特許出願によく説明
されているので、必要があれば参照されたい。

１対の接点の間にあるバイポーラ争トランジスタのベー
ス・コレクタ回路にコンデンサを使って接点を開路した
時にトランジスタをターンオンすることは米国特許第４
．４３８．４７２号に記載されている。トランジスタの
ベースΦエミッタ回路にあるダイオードが、接点が回路
する時にコンデンサを放電させる。住宅用及び工業用電
力回路内にこの様な回路装置を使うには、必要なコンデ
ンサ及びダイオードが大きくなりすぎて、この様な構成
は商業的に実現性がないと考えられる。

米国特許第３．６０１，６２２号には、１対の接点の間
に電荷蓄積ダイオードを使って、接点のアークを防止す
ることが記載されている。接点が開路する時、ダイオー
ドが接点を短絡して、ダイオードに蓄積された電荷が欠
乏するまで、アークを防止する。その発明は、自動車の
点火装置の様な小電力回路に使う場合が説明されている
。

この発明の１つの目的は、接点が分離する時、トランジ
スタがターンオンして、接点から電流を切換えて、アー
クの発生をなくす様に、分離し得る１対の接点の間に接
続された電力トランジスタ、　　に電荷を蓄積する低置
で実用的な手段を提供することである。この発明の別の
目的は、一旦接点が分離したら、トランジスタをターン
オフして、電流を電圧依存性素子に切換え、こうしてト
ランジスタを損傷することなく、電流を遮断することで
ある。

発明の要約 被保護電力系内の分離し得る１対の接点に対し、電力ト
ランジスタ及び制御トランジスタが回路接続される。電
力トランジスタが接点の間に接続され、回路を遮断する
時のアークの発生をなくすと共に、制御トランジスタは
電力トランジスタに別個のｆｆｉ源を接続して、蓄積電
荷を供給する。接点が十分な距離だけ離れた後、電源を
遮断する。

発明の詳細な説明 前掲米国特許出願通し番号第６１０，９４７号に記載さ
れている様に、接点が離れるや否や、並列の電力トラン
ジスタをターンオンし、接点が離れることが出来る様に
するのに十分な予定の時間の間、導電状態に保ち、電力
トランジスタをターンオフすると共にオフに保つことに
より、電圧依存性素子が導電して、トランジスタから電
圧依存性素子へ回路の電流を切換える何等かの手段が必
要である。これによって、回路のエネルギが電圧依存性
素子の中で散逸されると共に、この素子によって遮断さ
れることが保証されるだけでなく、住宅用及び工業用電
力系内で、大きな故障電流を開閉する時、過渡的な電圧
によって電力トランジスタがＩＭ傷を受けない様に保護
される。電力トランジスタに蓄積電荷を供給する為に、
別個に開閉される電源及び制御トランジスタを使うこと
により、蓄積電荷の持続時間の間だけ、電力トランジス
タをターンオンすることが出来、この蓄積電荷は、この
後コレクタ電流により、電力トランジスタから掃引され
る。電力トランジスタが導電する時点に、電源及び制御
トランジスタがターンオフになる。電力トランジスタの
電荷蓄積特性は、予定の期間内に電力トランジスタをタ
ーンオフする様に選ばれ、この期間の後、電圧制御素子
が導電する。

好ましい実施例の説明 適当な蓄積電荷供給口路１０が第１図では電力母線１４
に接続されることが示されている。この電力母線は、接
点１２．１３を通る回路の電流を接続並びに遮断する為
の彼制御開閉器１１を持っている。電力トランジスタＱ
２が接点の間に接続されて、回路の電流を接点から切換
え、接点が熱電子放出より低い温度まで冷却することが
出来る様にすると共に、アークの再発を防止するのに十
分な時間の間分離したま＼でいる様にするが、これは前
掲米国特許出願通し番号第６１０，９４７号に記載され
ている通りである。並列接続された電圧制御の炭化シリ
コン又は金属酸化物のバリスタ４２のクランプ電圧を越
えた時、系統に貯蔵されたエネルギが散逸され且つ系統
の電圧がクランブ電圧より低くなるまで、バリスタが導
電し、クランプ電圧より低くなった時、バリスタを通る
電流が急速にゼロまで下がる。接点が離れる瞬間に電力
トランジスタがターンオンする様に保証する為、制御ト
ランジスタＱ１がＱ２のベース・コレクタ回路に接続さ
れている。Ｑｌのコレクタが導体１５を介して、Ｑ２の
コレクタと開閉器１１の片側の電力母線１４とに接続さ
れている。Ｑｌのベースが限流抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して
、Ｑ２のベースに接続される。Ｑ２のエミッタが導体１
６を介して開閉器１１の反対側に接続されている。Ｑｌ
及びＱ２の両方に動作電力を供給する為、直流電源１８
が導体２３を介してＱｌのエミッタに接続されると共に
、スイッチ２０及び導体１９を介してＲ１及びＲ２に接
続されている。スイッチ２０はトランジスタに対するベ
ース駆動電流を通すだけであるから、接点２１．２２は
電力母線の接点１２．１３に較べて非常に小さくするこ
とが出来る。Ｑｌによって回路の電流を開閉するのでは
ないから、ＱｌはＱ２よりもずっと小型にすることが出
来る。

開閉器１１を開路する前に、スイッチ２０が閉じている
と、電源１８からスイッチ２０．Ｒ１及びＱｌのエミッ
タを介して電源１８に戻る第１の回路が設定される。Ｑ
ｌのベース・エミッタ電流が実効的にＱｌを飽和させ、
電源１８からスイッチ２０．Ｒ２，Ｑ２のベース・コレ
クタ接合、導体１５及びＱｌのコレクターエミッタ接合
を介して電源１８に戻る第２の導電路を作り、Ｑｌ及び
Ｑ２の両方のベース・コレクタ接合に電荷を蓄積する。

Ｑｌ及びＱ２のベース及びコレクタを通って電流が輸送
されることにより、開閉器１１を開路した時、回路の電
流を遮断する為の予定の時間の間、Ｑｌ、Ｑ２を導電状
態に保つのに十分な蓄ｖ４電荷が得られる。スイッチ２
０は、開閉器１１と同時に開路して、Ｑｌ及びＱ２内に
残っている電荷がコレクタ電流の輸送により、導体１６
を介して開閉器１１の反対側へ掃引される様にすること
が好ましい。母線１４を通る電流を回復させたい時、開
閉器１１及びスイッチ２０を閉じて、再びＱｌ及びＱ２
に蓄積電荷を供給する。

交流回路に対する完全な遮断″ａ２４が第２図に示され
ている。この回路では、開閉器２５が電力母線２８の接
点２６．２７の間の導電を制御する。

ダイオードＤ１乃至Ｄ４で構成されたブリッジ整流器が
導体３１．３２に直流回路電流を通す。制御トランジス
タＱ３に対するベース駆動は、電源３８から導体３７．
スイッチ３９及び抵抗Ｒ３を介してＱ３のベース・エミ
ッタに対して加えられる。前に第１図について述べたの
と同じ様に、スイッチ３９の接点４０．４１は開閉器２
５の接点２６．２７よりもずっと小型であり、制御トラ
ンジスタＱ３の定格は電力トランジスタＱ４よりもずっ
と小さい。Ｑ４に対する蓄積電荷は、電源３８から、ス
イッチ３９、抵抗Ｒ４，Ｑ４のベース・コレクタ及び導
体３３を介してＱ３のコレクタ・エミッタから導体３６
を通って電源３８に戻る通路に沿って電流を輸送するこ
とによって行なわれる。Ｒ３，Ｒ４，及びＱ３及びＱ４
の電荷蓄積特性を正しく選ぶことにより、開閉器２５．
スイッチ３９が開路した時のＱ４を通る電流の輸送は、
開閉器２５が電圧クランプ・バリスタ４２の両端の電圧
に安全に耐えることが出来る時に、Ｑ４をターンオフす
る様に調時することが出来る。電力トランジスタをター
ンオフすると、バリスタの両端の電圧がそのクランプ電
圧に達し、直ちに導体２９及びバリスタ４２を通る回路
の電流を導体４３．３０を介して母線２８に切換える。

この時、バリスタを通る回路の電流が急速にゼロまで減
衰して、回路を遮断するが、これは前掲米国特許出願通
し番号節６１０，９４７号に記載されている通りである
。

直流用途で蓄積電荷を供給する２番目の回路構成が第３
図の４４に示されている。開閉器４６が直流電力母線４
５の導電を１対の接点４７．４８によって作動的に制御
する。電力トランジスタＱ５が接点の両端に接続されて
いて、前に第１図及び第２図について述べたのと同様に
、離れる接点から回路の電流を方向転換する。これまで
の実施例と異なり、開閉器４６及びスイッチ５４が閉路
している時、所要の蓄積電４ｊを発生する為に、電力ト
ランジスタＱ５のベース・コレクタを通って電流を輸送
する為に制御トランジスタを必要としない。別個の電源
５２が抵抗Ｒ５，接点５５．５６を介して導体５１から
Ｑ５のベースに電流を供給し、Ｑ５のベース・コレクタ
から導体４９．接点４７．４８及び導体５０．５３を通
って電源５２に戻る。開閉器４６が閉路している時、ダ
イオードＤ５がＱ５のベース・エミッタに電流が流れる
ことを禁１１−する。スイッチ５４は開閉器４６が開路
するのと同時に開路することが好ましく、これによって
、Ｑ５の蓄積電荷が、この蓄積電荷が欠乏するまで、電
流を開閉器４６から導体５０に切換えることが出来る様
にし、蓄積電荷が欠乏した時、Ｑ５がターンオフし、電
源電圧よりも実質的に高い電圧で、電流が電圧依存性索
子４２に切換わる。こうして強制的に電流を急速にゼロ
まで下げる。

従って、電力母線回路の分路し得る接点の間に接続され
たバイポーラ・トランジスタのベース・コレクタ接合に
蓄積電荷を加えて、接点を開路した時に直ちにトランジ
スタをターンオンし、回路の電流を遮断することが出来
ることが理解されよう。電力トランジスタを通る電流が
急速に蓄積電荷を欠乏させ、トランジスタを遮断して、
トランジスタが過大な電流によって１ｊｉｉを受けるこ
とを防止することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は直流回路内にこの発明の遮断器を用いた時の１
つの蓄積電荷回路の回路図、第２図は交流回路内にこの
発明の遮断器を用いた時の回路図、第３図は直流回路内
の遮断器に用いられる別の蓄積電荷回路の回路図である
。 主な符号の説明 １２．１３：接点 Ｑ２ニアＩｉカトランジスタ １８：電源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）分離し得る１対の接点の間に接続されて、該接点が
   初めて離れる時、該接点から回路の電流を切換える電力
   トランジスタと、前記分離し得る接点を閉じた時、前記
   電力トランジスタのベース・コレクタ接合に蓄積電荷を
   供給する電源とを有する遮断器。 ２）特許請求の範囲１）に記載した遮断器に於て、前記
   電力トランジスタのコレクタ及び前記電源に接続されて
   いて、該電源及び前記電力トランジスタの間の導電路を
   作る制御トランジスタを含む遮断器。 ３）特許請求の範囲２）に記載した遮断器に於て、前記
   制御トランジスタのベース及び前記電源の間に、前記制
   御トランジスタに対するベース駆動電流を制限する第１
   の抵抗を接続した遮断器。 ４）特許請求の範囲３）に記載した遮断器に於て、前記
   電力トランジスタのベース及び前記電源の間に、該電力
   トランジスタに対するベース駆動電流を制限する第２の
   抵抗を接続した遮断器。 ５）特許請求の範囲１）に記載した遮断器に於て、前記
   分離し得る接点と作動的に接続された開閉器を含み、前
   記接点を開路すると前記スイッチが開路し、前記接点を
   閉路すると前記スイッチが閉路する様にした遮断器。 ６）特許請求の範囲２）に記載した遮断器に於て、前記
   制御トランジスタのエミッタが前記電源に接続されて、
   該制御トランジスタのベースとエミッタの間で該制御ト
   ランジスタを通る導電路を作る遮断器。 ７）特許請求の範囲１）に記載した遮断器に於て、前記
   電力トランジスタの両端に接続された電圧依存性素子が
   、前記蓄積電荷が欠乏した時、前記電力トランジスタか
   ら回路の電流を切換える遮断器。 ８）被保護交流回路内にある分離し得る１対の接点の間
   に接続されていて、該接点が初めて分離する時に該接点
   から回路の電流を切換える電力トランジスタと、開閉器
   及び制御トランジスタを介して前記電力トランジスタの
   ベースに接続されていて、前記開閉器及び接点を閉じた
   時に前記電力トランジスタのベース・コレクタ接合に蓄
   積電荷を供給して、前記接点が初めて分離する時に電力
   トランジスタをターンオンする電源手段と、前記分離し
   得る接点に回路接続されていて、前記接点が分離した時
   、前記電力トランジスタ及び前記制御トランジスタに直
   流電流を供給する整流器手段と、前記電力トランジスタ
   の両端に接続されていて、前記接点が分離した時、且つ
   前記蓄積電荷が欠乏した後、前記電力トランジスタから
   回路の電流を切換える電圧依存性手段とを有する遮断器
   。 ９）特許請求の範囲８）に記載した遮断器に於て、前記
   制御トランジスタ及び前記電力トランジスタのベースが
   限流抵抗を介して前記電源手段に接続されている遮断器
   。 １０）特許請求の範囲８）に記載した遮断器に於て、前
   記電源手段が前記制御トランジスタのエミッタとベース
   の間に接続されていて、該制御トランジスタを導電させ
   る為に該制御トランジスタにベース・エミッタ電流を供
   給する遮断器。 １１）特許請求の範囲８）に記載した遮断器に於て、前
   記制御トランジスタのコレクタが前記電力トランジスタ
   のコレクタに接続されて、該制御トランジスタを介して
   電力トランジスタのベース及びコレクタに通ずる導電路
   を作り、電力トランジスタのベース・コレクタ接合に前
   記蓄積電荷を供給する遮断器。 １２）ダイオードを介して分離し得る１対の接点の間に
   接続され、該接点が初めて離れる時、該接点から回路の
   直流電流を切換える電力トランジスタと、開閉器を介し
   て前記電力トランジスタのベース及び一方の分離し得る
   接点に接続されていて、該電力トランジスタにベース・
   コレクタ電流を供給して、前記分離し得る接点及び前記
   開閉器を閉路した時、前記電力トランジスタのベースに
   蓄積電荷を供給する電源手段とを有し、この為、前記接
   点が初めて分離する時に前記電力トランジスタがターン
   オンして、前記接点から前記回路の電流を切換えると共
   に、前記接点が分離して前記開閉器を開路した時、前記
   電力トランジスタからの蓄積電荷が欠乏することにより
   、該電力トランジスタがターンオフする様にした遮断器
   。 １３）特許請求の範囲１２）に記載した遮断器に於て、
   前記電力トランジスタを通るベース・コレクタ電流を制
   限する抵抗を前記導電路に設けた遮断器。 １４）特許請求の範囲１２）に記載した遮断器に於て、
   前記分離し得る接点及び前記開閉器が同時に開閉する様
   に作動的に接続されている遮断器。 １５）特許請求の範囲１２）に記載した遮断器に於て、
   前記電力トランジスタの両端に接続されていて、前記電
   力トランジスタがターンオフする時、該電力トランジス
   タから回路の電流を切換える電圧依存性素子を有する遮
   断器。