JPS6149653A - 電子切換装置 - 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、直流電圧源から給電される誘導負荷を交互に
作動接続および遮断するための切換素子として作動する
、少なくとも１つの半導体と前記切換素子のスイッチン
グ区間に並列に設けられている第１ダイオードとそれに
直列に接続されている第１コンデンサおよび該コンデン
サに対する放電抵抗を有する切換負荷軽減回路と、負荷
に対して有利には並列に接続されているフライホイール
ダイオードとを備えており、前記ダイオードおよび切換
素子は同じ順方向を有している、電子切換装置に関する
。

従来の技術 この形式の公知の切換装置において（ドイツ連邦共和国
特許出願公告第２６３２３８１号公報）切換素子はトラ
ンジスタである。トランジスタが導通制御されるとき、
コンデンサはトランジスタおよびコンデンサに直列接続
されている放電抵抗を介して放電される。それからトラ
ンジスタが再び遮断されるとき、コンデンサは直流電圧
源の電圧にそれに同じく直列接続されている第１ダイオ
ードを介して充電される。これによって、コレクターエ
ミッタ電流が減衰する前にトランジスタのコレクターエ
ミッタ電圧が一気に負荷の作動直流電圧に上昇すること
がないようにすることができる。これにより遮断の際の
トランジスタの損失電力が低減される。

発明が解決しようとする問題点 しかし切換装置と直流電圧源との間の接続線および／ま
たは直流電圧源自体が高い固有インダクタンスを有する
とき、遮断過程の終了時にトランジスタに過電圧が発生
するおそれがある。

このような過電圧は不都合である。その理由はそのため
に相応に高く負荷可能なトランジスタが必要だからであ
る。この過電圧は、切換負荷軽減回路の固有インダクタ
ンスとキャパシタンスとの比の平方根にほぼ比例するの
で、過電圧・を低減する／ζめにコンデンサのキャパシ
タンスを比較的大きく選択することができる。しかしこ
の場合コンデンサにおいて相応に高いエネルギーが蓄積
されることになり、そのためにコンデンサの放電の際放
電抵抗を介して相応に高い損失電力が放電抵抗のみなら
ず、放電電流を導くトランジスタにも生じる結果となる
。

本発明の課題は、切換素子が過負荷されずかつ出来るだ
け高い効率を得ることができるようにした、冒頭に述べ
た形式の電子切換装置を提供することである。

問題点を解決するための手段 本発明によればこの課題は次のようにして解決される。

すなわち第１コンデ／すの放電電流の開始を、切換素子
の作動接続過程および負荷電流の、フライホイールダイ
オードから切換素子への転流が殆んど終了するときまで
の間遅延するようにする。

このようにすれば、切換素子の作動接続損失が低減され
かつ過負荷が回避される。

このことは次のようにすれば特別簡単に実現される。す
なわちフライホイールダイオードに直列に少なくとも１
つの転流用チョークを設けかつ放電抵抗を一方において
転流用チョークと７ライホイールグイオードとの間に接
続しかつ他方において第１コンデンサと第１ダイオード
との間に接続する。この配置構成において、転流用チョ
ークは次のように作用する。一方において、切換素子の
作動接続の際なおフライホイール電流が負荷に並列であ
るフライホイールダイオードを介して流れるとき、切換
素子を介して流れる電流はフライホイールダイオードの
遮断遅延時間期間中フライホイールダイオードを介して
遮断方向に流れることができず、このことは転流用チョ
ークがない場合フライホイールダイオードの遮断遅延時
間期間中切換素子の著・　　しく過負荷を来たすおそれ
がある。他方において、切換負荷軽減回路のコンデンサ
は、フライホイールダイオードが遮断されているとき、
すなわちフライホイールダイオードを介して流れる、負
荷のフライホイール電流が減衰するときようやく放電さ
れる。したがって転流用チヨ−りによって生じる、フラ
イホイール電流の減衰過程の遅延に基いて、コンデンサ
の放電過程も荷されない。

それから切漏素子のスイッチング素子に並列に、第２コ
ンデンサと第２ダイオードとから成る直列接続を設けか
つ第２コンデンサが充電電圧源から常時少なくとも前場
って決められた電圧まで充電状態が維持されかつ切換素
子の遮断後回びこの電圧まで放電されるようにすること
ができる。この場合固有インダクタンスに基いて切換素
子の遮断の際第２コンデンサの充電電圧を上回る電圧が
切換素子に生じるとき、第２ダイオードは導通状態にな
り、その結果第２コンデンサは実際に第１コンデンサに
対して並列に接続されかつ切換負荷軽減回路のキャパシ
タンスは全体として相応に高められる。これによシ生じ
る過電圧も相応に僅かになる。それは過電圧はキャパシ
タンスの増大に伴って低減されるからである。これによ
って第１コンデンサの充電電圧が低減されるだめ、第１
放電抵抗の損失電力も一層僅かになる。さらに第２コン
デンサは完全に放電されず、充電電圧源の電圧が維持さ
れるので、第２コンデンサにおいて過電圧のみを除去す
ればよい。その結果場合に応じて第２コンデンサによっ
て惹起される放電損失も比較的僅かである。さらに第１
コンデンサのキャパシタンスは比較的低い値に保持する
ことができかつ障害となる過電圧を、切換素子が放電電
流によって過負荷されることなし７に、制限することが
できる。

有利には充電電圧源の電圧は負荷の作動電圧に等しい。

殊に直流電圧源は第２コンデンサの充電電圧源を形成す
ることができる。この場合別個の充電電圧源が省略され
る。

それから第２コンデンサとＷＪ２ダイオードとの接続、
＆！を第２抵抗を介して直流電圧源の、切換素子に隣接
していない方の極に接続するこ七ができる。この場合直
流電圧源の電圧は常時、第２コンデンサと第２抵抗とか
ら成る直列回路に接続されており、その結果第２コンデ
ンサは直流電圧源の電圧以下に放電することはできない
。

付加的な損失を転流用コイルに並列なフライホイール回
路によって回避するために、転流用チョークに蓄積され
たエネルギーをダイオードを介して給電のために用いる
ことができる。この場合直流電圧源は第６ダイオードを
介して転流用チョークの２次巻線に接続することができ
、その結果転流用チョークのエネルギーは直流電圧源に
戻される。給電装置の蓄積コンデンサを第６ダイオード
を介してフライホイールダイオードのカソードに接続す
ることもできる。この場合転流用チョークの２次巻線は
省略される。

しだがって第１コンデンサの放電の際転流用ヂ甲−りに
蓄積されたエネルギーは少なくとも部分的に有効利用さ
れ、その結果切換負荷軽減回路によって生じる損失も相
応に低減される。

実施例 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説
明する。

第１図の給電装＠に、直流電圧源１お・よび本発明の切
換装置２を含んでおり、その際誘導負荷３は切換装置２
を介して断続的に直流電圧源１に接続される。この目的
のために切換装置は制御段４の制御パルスによって周期
的に接続および遮断される。

直流電圧源１は、バッテリー等、例えば交流配電網から
給電される整流器、およびバッファコンデンサまたは平
滑コンデンサ６を含んでいる。切換装置２は、直流電圧
源１のプラス極（＋）と負荷３との間に設けられており
かつトランジスタ（−場合に応じてダーリン回路におけ
る複数のトランジスタまたはサイリスタ、例えばＧＴＯ
サイリスタの）形の制御可能な切換素子７と、コンデン
サ９およびダイオー−１０を有する切換負荷軽減回路８
とを有する。その際コンデンサおよびダイオードは直列
に接続されておりかつ切換素子７のスイッチング区間（
ト設けられている。さらに切換負荷軽減回路８ば、負荷
３に並列である、フライホイールダイオード１１と転流
用チョーク１２とから成る直列回路を含んでいる。コン
デンサ９に対する負荷軽減抵抗１３１−１：、一方にお
いてコンデンサ９とダイオード１０との間に接続されて
おり、他方においてフリーホイールダイオード１１と転
流用チョーク１２との間に接続されている。さらにスイ
ッチング区間に並列に、第２コンデンサ１４と第２ダイ
オード１５との直列回路が設けられており、その際この
コンデンサとダイオードとの接続点は第２オーミツク抵
抗１６を介して直流電圧源１の切換素子７とは隣接して
いない方の電極、この場合はマイナス極（−）に接続さ
れている。それから転流用チョーク１２に並列に、オー
ミック抵抗１７と別のフライホイールダイオード１８と
の直列回路が設けられている。

負荷３は、コイル１９の損失を表わすオーミック抵抗と
直列な、例えば電気モータのコイル１９を含んでいる。

□切換素子７と負荷３との間にさらに、平滑チョーク２
１を設けることができる。

直流電圧源１と切換装置２との間の接続線は、コイル２
２として図示されている固有インダクタンスを有する。

このコイル２２は場合によってはまた直流電圧源１に含
まれている変圧器巻線およびチョークコイルのインダク
タンス並びにそれらの漂遊インダクタンスを表わす。

制御段４も直流電圧／＃ｉ１から作動電流が供給される
。

以下第１図の回路の動作を詳細に説明する。

トランジスタ７がオン状態である限り、電流はそのコレ
クターエミッタ間を介して負荷３に流れる。トランジス
タ７をオン状態に維持する、制御段４の制御パルスが消
失するや否や、コレクターエミッタ間を介して流れる電
流はほぼ直線的に減少する。同時にコイル１９からフラ
イホイールダイオード１１および転流用チョーク１２を
介して並びに抵抗１７およびフライホイールダイオード
１８を介して電流が流れ始める。

コンデンサ９はトランジスタγがオン状態にある間トラ
ンジスタ７、転流用チョーク１２および抵抗１３を介し
て放電したが今や、ダイオード１０および抵抗１３を介
して作動電圧Ｕまで充電され始める。これにより、コレ
クターエミッタ電流がまだ減衰していない間は、トラン
ジスタ７のコレクターエミッタ電圧が徐々にしか上昇せ
ずかつトランジスタ７の過負荷が妨げられることが保証
されている。コンデンサ１４はまだ作動電圧Ｕに充電さ
れている。というのはこのコンデンサは抵抗１６を介し
て常時直流電圧源１に接続されているからであり、その
結果トランジスタがオン状態の場合でもこのコンデンサ
はトランジスタ７を介して作動電圧Ｕ以下に放電するこ
とはない。コンデ／す１４は切換負荷軽減回路８の全キ
ャパシタンスを高める。

これにより、コンデンサ９における電圧、ひいてはトラ
ンジスタ７のコレクターエミッタ間における電圧も作動
電圧Ｕを殆んど上回ることがないように保証される。コ
ンデンサ１４、ダイオ−１−１５および抵抗１６がない
場合、インダクタンス２２およびコンデンサ９を有する
振動回路が、コンデンサ９に比較的高い過電圧を生せし
める可ｆｊヒ性がある。この過電圧は、コンデンサ９の
容ｆｆｌ　ｅ大きくすることで低減することができるが
、そうすれば充電過程の都度相応に高いエネルギーがコ
ンデンサに蓄積されかつ放電の際抵抗１３において無駄
に消費することになる。これに対してコンデンサ１４は
、万が一過電圧が作動電圧Ｕから充電されることがあっ
ても、再び作動電圧Ｕに放電され、かつこれにより抵抗
１６にて変換される損失電力は、素子１４ないし１６が
省略されておりかつコンデンサ９のキャパシタンスが、
過電圧が、素子１４ないし１６が設けられているときと
同じ低い値を有する値だけ高められるとき、抵抗１３に
おいて、付加的に変換される損失電力より僅かであるこ
とが認められている。

コンデンサ９が充電された後、トランジスタ７は制御段
４の次の制御パルスによって再び導通制御される。負荷
３の放電電流がこの時点までにまだ減衰しておらず、す
なわちまだフライホイール電流がフライホイールダイオ
ード１１を介して流れているとき、転流用チョーク１２
のない場合フライホイールダイオード１１の遮断遅延時
間期間中このダイオードを介して比較的高い遮断遅延電
流が遮断方向に流れることがアリ、これによりトランジ
スタ７の付加的な負荷および場合に応じて過負荷を来た
すことがある。したがってこの形式の遮断遅延電流を阻
止（２かつフライホイールダイオード１１からトランジ
スタ７への負荷電流の相応に緩慢な転流を行うために転
流用チョーク１２が設けられているのである。

さらにコンデンサ９は、一部が転流用チョーク１２を介
して流れる、負荷３の放電電流が実質的にまたは完全に
減衰して、はじめて放電することができる。というのは
コンデンサ９の放電電流は、転流チョーク１２を介して
負荷３の放電電流とは反対方向に流れようとするからで
ある。

このことは、コンデンサ９の放電電流は、フライホイー
ルダイオード１１を介して流れる、負荷３め放電電流が
大幅に減衰しかつトランジスタ７が完全に導通している
ときはじめて生じることを意味する。しだがってトラン
ジスタ７が、その遮断状態から完全な導通状態への移行
期間中コンデンサ９の付加的な放電電流によって過負荷
されることは同様に回避される。

コンデンサ９が転流用チョーク１２を介して放電するや
否や、−転流用チョーク１２に蓄積されたエネルギーは
実質的にフライホイールダイオード１８および抵抗１７
を介して消失する。

というのは抵抗１３の抵抗値は抵抗１７の抵抗値より著
しく高いからである。

第２図の実施例は第１図の実施例とは次の点で相異して
いるにすぎない。すなわち切換装置２′の切換負荷軽減
回路８′は抵抗１７の代わりに、転流用チョーク１２に
電磁結合されている２次巻線２３を有し、この巻線はこ
＼で整流器として作用するダ□イオード１８を介して直
流電圧源１に接続されておシ、その結果コンデンサ９の
放電エネルギーは給電のために使用される。

しかし、転流用チョークのエネルギーを直接ダイオ−ｒ
・を介して蓄積コンデンサに伝送し□、このコンデンサ
のすを実質的に回路、例えば′制御段４の給電のために
のみ使用するようにすることもできる。この場合相応の
始動回路による作動開始の際にのみ蓄積コンデンサを初
期光□電しさえ子ればよい。その後は給電は更に転流用
チョークの放電エネルギーによって行なわれる。

切換装置２および２′は、多重に構成して多相インバー
タにも使用することができる。

発明の効果 本発明によれば、第１コンデンサの放電電流の開始を、
切換素子の作動接続および負荷電流の、フライホイール
ダイオードから切換素子への転流が殆んど終了するまで
遅延することによって、切換素子の作動接続４ｊ失が低
減されかつ過負荷が回避されかつ高い効率が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、チョッパとして作動される本発明の切換装置
を有する給電装置の基本ブロック回路図であり、第２図
は、本発明の切換装置の第２実７Ｏｉ例を有する給電装
置の基本ブロック回路図である。 １・・・直流電圧源、２　、２’・・・切換装置、３・
・・負荷、４・・・制御段、７・・・切換素子、８，８
′・・・切換負荷軽減回路、１１・・・フライホイール
ダイオード、１２・・・チョーク、２３・・・２次巻線
つの

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直流電圧源から給電される負荷を交互に接続および
   遮断するための切換素子として作動する、少なくとも１
   つの半導体と、前記切換素子のスイッチング区間に並列
   に設けられており第１ダイオードとそれに直列な第１コ
   ンデンサおよび該コンデンサに対する放電抵抗を有する
   切換負荷軽減回路と、負荷に接続されているフライホイ
   ールダイオードとを備えており、前記ダイオードおよび
   切換素子は同じ順方向を有している、電子切換装置にお
   いて、前記第１コンデンサ（９）の放電電流の開始が、
   前記切換素子（７）の作動接続過程および負荷電流の、
   フライホイールダイオード（１１）から切換素子（７）
   への転流が殆んど終了するときまでの間遅延されるよう
   にしたことを特徴とする電子切換装置。 ２、フライホイールダイオード（１１）に直列に少なく
   とも１つの転流用チョーク（１２）が設けられておりか
   つ放電抵抗（１３）は一方において前記転流用チョーク
   （１２）とフライホイールダイオード（１１）との間に
   接続されており、他方において第１コンデンサ（９）と
   第１ダイオード（１０）との間に接続されている特許請
   求の範囲第１項記載の電子切換装置。 ３、切換素子（７）のスイッチング区間に並列に、第２
   コンデンサ（１４）と第２ダイオード（１５）とから成
   る別の直列回路が設けられておりかつ第２コンデンサ（
   １４）は充電電圧源から常時少なくとも前以つて決めら
   れた電圧まで充電状態が保持されかつ切換素子（７）の
   遮断後再び上記電圧まで放電される特許請求の範囲第１
   項または第２項記載の電子切換装置。 ４、充電電圧源の電圧は、負荷（３）の作動電圧（Ｕ）
   である特許請求の範囲第３項記載の電子切換装置。 ５、第２コンデンサ（１４）および第２ダイオード（１
   ５）の接続線は第２抵抗（１６）を介して、切換素子（
   ７）に隣接していない方の、直流電圧源（１）の極（−
   ）に接続されている特許請求の範囲第３項または第４項
   に記載の電子切換装置。 ６、転流用チョーク（１２）に蓄積されたエネルギーは
   、第３ダイオード（１８）を介して電流供給のために用
   いられる特許請求の範囲第２項から第５項までのいづれ
   か１項記載の電子切換装置。 ７、直流電圧源（１）は第３ダイオード（１８）を介し
   て転流用チョーク（１２）の２次巻線（２３）に接続さ
   れている特許請求の範囲第６項記載の電子切換装置。 ８、電流供給装置の蓄積コンデンサは第３ダイオード（
   １８）を介してフライホイールダイオード（１１）のカ
   ソードに接続されている特許請求の範囲第６項記載の電
   子切換装置。