JPS6243214A - 固体回路遮断器用のゲ−ト・タ−ンオフ制御回路 - Google Patents

固体回路遮断器用のゲ−ト・タ−ンオフ制御回路

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JPS6243214A
JPS6243214A JP61161005A JP16100586A JPS6243214A JP S6243214 A JPS6243214 A JP S6243214A JP 61161005 A JP61161005 A JP 61161005A JP 16100586 A JP16100586 A JP 16100586A JP S6243214 A JPS6243214 A JP S6243214A
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circuit breaker
semiconductor element
gated semiconductor
current
circuit
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エドワード・ケイス・ホーウェル
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General Electric Co
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の背景］ 本発明は固体回路遮断器用のゲート・ターンオフ制御回
路に関する。
回路遮断装置における接点のアークを除去するために固
体回路を使用することは、従来、経済的に実現できるも
のはなかった。開閉可能な回路素子を使用した場合、固
体回路素子をターンオンして、開離している接点から直
ちに金属酸化物バリスタのような電圧制御素子へ電流を
転移させるために複雑な回路を追加することが必要であ
る。
開離している接点から電流を転移させるためにシリコン
制御整流器を使用した例が英国特許明細書第１０７２２
６７号に開示されている。また、ゲート回路に接続され
た電圧依存性抵抗をそなえたトライアックを使用した例
が英国特許第１１５２９０３号に開示されている。
また、米国特許第３７８３３０５号には、サイリスタの
制御電極に接続され、接点開離時にトリガ・パルスを発
生してサイリスタに供給する論理回路が記載されている
。
また、１９８４年１０月２９日に出願された米国特許出
願箱６．６５８４１号には、開離する接点間に並列に接
続された正の温度係数素子およびバリスタを使用するこ
とが開示されている。正の温度係数素子はその温度応答
特性によって電流を接点からバリスタへ転移させること
ができる。
また、１９８４年１２月１４日に出願された米国特許出
願第６８１４７８号には、固体スイッチのゲート回路に
ツェナーダイオードを使用して、一対の開離した接点間
のアーク電圧が所定の電圧に達した時に固体スイッチを
ターンオンさせることが記載されている。コンデンサが
バリスタに並列に接続されていて、バリスタのクランプ
電圧に急速に充電されて、電流を固体スイッチからバリ
スタへ転移させる。
また、米国特許第６１０９４７号には、バイポーラ電力
トランジスタを利用して、電流を開離する接点から金属
酸化物バリスタへ切り換えることが記載されている°。
このトランジスタは最初にコレクタとベースとの間に接
続されたコンデンサによって供給される電流パルスによ
ってターンオンされる。このトランジスタの回路に設け
られている可飽和磁心電流変成器（変流器）がトランジ
スタに対して再生ベース駆動信号を供給し、変成器の磁
心が飽和すると直ちにトランジスタはターンオフする。
また、バイポーラ電力トランジスタの代りに、電界効果
トランジスタ、電界制御トランジスタおよびサイリスタ
のようなゲートターンオフ素子を使用することも開示さ
れている。
本発明の目的は、最小の回路部品を用いて、開離する接
点から電流を短時間で金属酸化物バリスタへ急速に転移
させる手段を提供することにある。
［発明の概要］ 本発明は、一対の開離し得る接点間にゲート・ターンオ
フ・サイリスタ（ＧＴＯ）を設けて、接点の開離時に電
流を接点から転移させて接点アーりの発生を実質的にな
くす。接点の開離時に、ＧＴｏは瞬時にターンオンし、
それからターンオフして電流をバリスタのような電圧ク
ランプ素子に転移させる。バリスタはＧＴＯの両端間に
接続され、可飽和磁心を有する電流変成器がＧＴＯのオ
ンおよびオフ状態を適切に制御するようにＧＴＯの回路
に接続される。
［好適実施例の説明］ 第１図に示す固体回路遮断器１０は、鉱山の爆発性雰囲
気におけるようにアークを発生しない開閉を必要とする
ような用途や、高感度の電子機器内におけるように「雑
音のない」スイッチングを必要とする用途に適用される
。導体１１および１２から成る電源母線には一対の固定
接点１４，１５および可動ブリッジ接点１６から成る直
列のスイッチ１３が設けられている。回路遮断器が回路
保護装置として使用される場合には、米国特許第４１１
５８２９号および米国特許第４００１７４２号に記載さ
れているような、電流変成器のような電流センサおよび
動作機構が使用され、過電流状態が発生した時にスイッ
チを迅速に開放する。
高速の回路遮断動作および電流制限動作が必要な場合に
は、１９８４年１２月２０日に出願された米国特許出願
第６８４３０７号に記載されているような、高速の接点
駆動装置を使用して、ブリッジ接点１６を固定接点１４
．１５がら開離することができる。アークを発生しない
遮断を行なうために、ゲート・ターンオフ回路１７が導
体１８および１９を介してスイッチ１３の両端間に接続
される。このゲート・ターンオフ回路は以下ＧＴＯと称
するゲート・ターンオフ・サイリスタ２０および金属酸
化物バリスタまたは炭化ケイ素バリスタ２５を有する。
このバリスタ２５はＧＴＯのアノードとゲートとの間に
接続される。ＧＴＯのカソードは一対の回復の早い低電
圧ダイオードＤ１およびＤ２を介して電流変成器２１の
一次巻線２３に接続される。バリスタ２５は二次巻線２
４に直列に接続されると共に、ＧＴＯのゲートに共通に
接続される。変成器の磁心２２は所定の値の電流および
時間において飽和するように選択されている。スイッチ
の接点が閉じた状態においては、ＧＴＯはオフ状態にあ
り、電流は接点１４および１５の間を通る。接点が開放
されると、電圧はバリスタの両端間に接続されているコ
ンデンサＣに供給され、このため導体２７を介して正の
ゲート電流が生じてＧＴＯをターンオンし、接点から電
流を転移すなわちバイパスする。回路設計によっては、
コンデンサＣは除去することができ、バリスタ自身の固
有の容量がＧＴＯをターンオンするのに十分な場合があ
る。代りとして、バリスタ２５を導体１８とＧＴＯのカ
ソード、ダイオードＤ１またはＤ２のカソード、または
導体１９との間に接続してもよい。ＧＴＯの設計によっ
ては、ＧＴｏの両端間の電圧上昇速度が制限し、「スナ
ツパ−」として動作させるために、コンデンサＣを導体
１８とＧＴＯのカソード、またはダイオードＤ１または
Ｄ２のカソードとの間に接続することが有利である。Ｇ
ＴＯがターンオンすると、電流はＧＴＯ，ダイオードＤ
１およびＤ２、−次巻線２３を通って流れる。電流変成
器は、ぞの磁心２２が飽和するまで、正の再生方向のゲ
ート電流をＧＴＯに供給し続ける。飽和状態になると、
電流変成器の誘起電圧力（なくなり、負の電流がＧＴＯ
のゲートから流れ出し、電流変成器の磁心を更に飽和状
態に駆動する。電流変成器の飽和インピーダンスは、全
ての電流がＧＴＯのゲートから流れ出し、電圧降下がゲ
ート・カソードおよびダイオードＤ１、Ｄ２の導通電圧
より低くなり、これによってＧＴＯをターンオフするよ
うに設計されている。ＧＴＯが一度ターンオフすると、
電流がバリスタ２５に転移し、バリスタの両端間の電圧
は所定のクランプ電圧になる。クランプ電圧が装置の電
圧を超えるので、電流は急速に低下し、スイッチ１３の
両端間の電圧は装置の電圧まで低下する。用途によって
は、補助制御回路２８を、導体２７およびダイオードＤ
３を介してＧＴＯのゲートに接続し、導体２９を介して
電流変成器の一次巻線に接続することができる。この制
御回路２８はＧＴＯにゲート電流を供給してＧＴＯをタ
ーンオンさせる。変成器が飽和すると、負のゲート電流
によってＧＴＯをターンオフさせる。ゲート電流を制御
する制御回路の一例が、１９８５年４月２４日に出願さ
れた米国特許出願第７２６５４６号に示されている。多
くの用途においては、この制御回路２８は除去すること
ができ、バリスタ２５および／またはコンデンサＣを介
して変成器２１に供給される容量性電流によりターンオ
ン機能を完全に行うことができ、このターンオフ機能は
変成器の磁心２２の飽和特性を適切に設計することによ
って得ることができる。
以上説明したように、接点が開離すると直ちに回路電流
をＧＴＯに自動的に転移させるゲート・ターンオフ制御
回路によって、実質的にアークを発生しない回路遮断動
作を達成することができる。
この場合、ＣＴＯがターンオフすると電流は金属酸化物
バリスタに転移され、装置に蓄積されたエネルギーがバ
リスタで消費されたとき電流はゼロになる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるゲート・ターンオフ・サイリスタ
制御回路の回路図である。 １０９９．固体回路遮断器、１３・・・スイッチ、１７
・・・ゲート・り＝ンオフ回路、２０・・・ゲート・タ
ーンオフ・サイリスタ、２１・・・電流変成器、２２・
・・変成器の磁心、２３・・・−次巻線、２４・・・二
次巻線、２５・・・バリスタ、Ｃ・・・コンデンサ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、電子回路内に直列に接続される一対の開離し得る接
    点と、 前記接点間に接続され、該接点の開離時に回路電流を該
    接点から転移させるゲート付き半導体素子と、 前記ゲート付き半導体素子と回路を成すように設けられ
    、前記接点の開離時に直ちに前記ゲート付き半導体素子
    をターンオンさせ、かつ所定時間後に前記ゲート付き半
    導体素子をターンオフさせる制御手段と、 を有する回路遮断器。 ２、特許請求の範囲第１項記載の回路遮断器において、
    前記ゲート付き半導体素子が４層サイリスタで構成され
    ている回路遮断器。 ３、特許請求の範囲第１項記載の回路遮断器において、
    前記ゲート付き半導体素子の両端間に接続され、前記ゲ
    ート付き半導体素子がターンオフされた時に電流路を形
    成し、該ゲート付き半導体素子の両端間の電圧を制限す
    る電圧制御素子を有する回路遮断器。 ４、特許請求の範囲第１項記載の回路遮断器において、
    前記ゲート付き半導体素子のアノードとゲートとの間に
    接続され、前記接点の開離時に前記ゲートに電流を供給
    して、前記ゲート付き半導体素子をターンオンさせる容
    量性素子を有する回路遮断器。 ５、特許請求の範囲第１項記載の回路遮断器において、
    前記ゲート付き半導体素子が少なくとも１つのダイオー
    ドを介して前記接点間に接続されている回路遮断器。 ６、特許請求の範囲第１項記載の回路遮断器において、
    前記ゲート付き半導体素子に直列に接続された電流変成
    器を有する回路遮断器。 ７、特許請求の範囲第６項記載の回路遮断器において、
    前記電流変成器の二次巻線が前記ゲート付き半導体素子
    のゲートに再生ゲート電流を供給するように前記ゲート
    付き半導体素子のカソードとゲートとの間に接続されて
    いる回路遮断器。 ８、特許請求の範囲第７項記載の回路遮断器において、
    前記電流変成器が、所定の遅延時間後に前記ゲート付き
    半導体をターンオフするように前記ゲート電流を遮断す
    るための可飽和磁心を有する回路遮断器。 ９、特許請求の範囲第３項または第８項記載の回路遮断
    器において、前記回路電流が所定の遅延時間後に電圧依
    存性素子に転移する回路遮断器。 １０、特許請求の範囲第１項記載の回路遮断器において
    、前記ゲート付き半導体素子と回路をなすように設けら
    れ、前記接点の開離時に直ちに前記ゲート付き半導体素
    子をターンオフさせ、所定の時間後に前記ゲート付き半
    導体素子をターンオフさせる制御手段を有する回路遮断
    器。 １１、特許請求の範囲第１項記載の回路遮断器において
    、前記ゲート付き半導体素子のアノードとカソードとの
    間に接続され、前記ゲート付き半導体素子をターンオフ
    させ、前記ゲート付き半導体素子の両端間の電圧上昇速
    度を制限する容量性素子を有する回路遮断器。
JP61161005A 1985-07-11 1986-07-10 固体回路遮断器用のゲ−ト・タ−ンオフ制御回路 Pending JPS6243214A (ja)

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US754032 1996-12-03

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