JP2000358359A - スナバーエネルギーを回生する電流順逆両方向スイッチ - Google Patents
スナバーエネルギーを回生する電流順逆両方向スイッチInfo
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Abstract
能で、かつスナバーエネルギーを回生するスイッチ。 【構成】 P−MOSFETのような逆導通半導体デバ
イスをブリッジ接続し中点にスナバーコンデンサを結合
する回路。 【効果】 逆阻止能力の無い半導体デバイスに逆阻止能
力を持たせ、電流の方向によらずオン・オフできるスイ
ッチである。かつ電流遮断に伴う過電圧を吸収するため
接続したスナバーコンデンサのエネルギーを損失するこ
と無く負荷に回生できる。
Description
SFETや、逆導通ダイオードを並列接続したトランジ
スタ等の逆阻止能力を持たないが順方向制御が可能なオ
ン抵抗の低い4素子を用いて、順逆両方向の電流をゲー
トの制御のみでオン・オフ可能なスイッチで、かつ遮断
時の電流の持つ磁気エネルギーをスナバーコンデンサに
蓄積し、次回オンするときに負荷側に放出することによ
ってエネルギーのロスなく制御できるスイッチを提供し
ようとするものである。
導エネルギー蓄積コイルの電流を制御する場合、特に電
流を減少させる場合、コイルに負の電圧を印加する必要
がある。電流の磁気エネルギーを電源に回生する必要が
ある場合、整流器は逆電圧を発生して電流を減少させ
る。
謂えども電流の極性を運転中に逆転する場合もある。産
業分野の直流電力応用もしばしば電流の方向を逆転する
場合がある。
半導体の電力制御素子であり、それは電流に対して逆方
向の電圧に対して耐電圧が十分ある逆阻止能力があるか
らである。しかし、半導体デバイスの動向は電圧型イン
バータへの適用が進み、IGBTやP−MOSFET、
GTOサイリスタなど逆阻止能力を持たないデバイスが
主流になっている。
バイスの4つをブリッジ結合して、総合して両方向の電
流の逆方向耐電圧を、すなわち電流の順逆、かつ電圧の
順逆の4象限の制御を可能にするスイッチで電流遮断時
のスナバーコンデンサの電力回生も可能な構成を提供し
ようとするものである。
特性を持つものは市場に出ているものは少ない。例え
ば、コイル電流を大電流でオン、オフさせるためには、
GTOサイリスタとダイオードを直列に接続して行って
いる。図1(a)参照。
に付随して発生するスナバーコンデンサのエネルギーを
回生するために、このGTOサイリスタとダイオードの
直列回路を2回路並列にして、ただし他方はGTOとダ
イオードの順序は逆にするがその中点にスナバーコンデ
ンサを結合することによって遮断後電流がダイオードを
介して、コンデンサを充電して、磁気エネルギーを吸収
し電流が停止する。次にオンするときに充電されたコン
デンサのエネルギーが負荷に放電する。この方式はGT
Oに逆阻止能力を持たせるとともにスナバーエネルギー
をロス無く回生する優れた方式であり、すでに直流送電
用に開発が進められている。
単で、近年オン抵抗がダイオードの約半分程度のP−M
OSFETの開発がすすみ電流容量が増大してきた。例
えばこれを4つ用いて、それぞれ方向の異なる逆直列
を、並列にブリッジ接続した4つのデバイスのゲート制
御を行うことによって電流をどちらの方向にも流せるス
イッチが2並列できる。図2参照。
直列にする方法は、ソースとソースどおしを接続した回
路とドレンとドレンどおしを接続した回路が2つでき
る。ブリッジの中点どおしをスナバーコンデンサで結合
する。
的に働いて、ゲート制御により順方向電流がオフするこ
とにより、遮断された回路の残留磁気エネルギーがスナ
バーコンデンサに蓄積され、次回オンするときにそのエ
ネルギーが負荷側に回生される。
・オフできる。電流オフ時のスナバーエネルギーを中間
に接続したコンデンサに蓄積させる。電流遮断時のスナ
バーエネルギーを次回オンするときに負荷にそのエネル
ギーを放出する。スナバー回路に抵抗を使わずにスナバ
ーエネルギーを負荷側に放電するので損失がない。
るスイッチの説明をする。図2の回路を用いて説明す
る。まず、電流を上から下へ流す場合はP−MOSFE
Tの2と3のゲートに信号を送り、2と3をオン状態に
する。説明図3の(a)。1と4へのゲートには電圧を
印加しないが、その方向に流れる寄生ダイオードが自動
的にオンする。説明の図3の(b)。しかしP−MOS
FETの、寄生ダイオードの性能が十分でない場合、電
流を流さないように寄生ダイオードがオンする場合にも
自動的に1と4のゲートに信号を送ることは、オン抵抗
などを小さくすることもあるため望ましい。以下、ここ
ではこれは省略して説明している。逆にスイッチに電流
を下から上に流す場合はP−MOSFETの1と4のゲ
ートに信号を送り、1と4をオン状態にする。このよう
に、たすき掛けに導通状態にすることによりどちらの方
向にも電流が流せる。
を制御することにより順方向導通していたデバイスを非
導通にすると、その電流はスナバーコンデンサに転流
し、電流がゼロになるまでコンデンサは充電される。こ
のエネルギーが電流遮断回路の磁気エネルギーである。
コンデンサ電流がゼロになるところまで電圧が上昇し、
ダイオードによりスイッチの電流は自動的に遮断され電
流の遮断は完了する。
制御電圧を印加するとコンデンサの電荷が導通したP−
MOSFETを通して負荷側に放電し、コンデンサのエ
ネルギーが主回路に回生される。
デバイスの選択のみで電流の順逆両方両方向のスイッチ
が可能になる。
よる磁気エネルギーがブリッジの中点を結ぶスナバーコ
ンデンサに充電される形で遮断完了し、次回通電する際
にスナバコンデンサのエネルギーを負荷に回生する事の
出来るスナバー損失のないスイッチである。
ダイオードを直列にした電流スイッチの図である。
MOSFETの2、P−MOSFETの3、P−MOS
FETの4を4つの逆直列逆並列にした回路図である。
中点にスナバーコンデンサが結合されている。
実施例の動作説明図である。 (a)電流通電開始、ゲートの信号を入れる。 (b)通電状態、 2並列で通電。 (c)ゲート遮断 電流がコンデンサに流れ始める (d)スナバー動作 スナバーコンデンサに電流が流
れ、コンデンサ電流がゼロになるところまで電圧が上昇
し、遮断完了。 (e)電流通電開始 充電されたスナバーコンデンサの
放電
0)
Claims (1)
- 【請求項1】 P−MOSFETや、逆導通ダイオード
を並列接続したトランジスタ等の逆阻止能力を持たない
半導体デバイスの4素子をブリッジ接続し、電位の上下
をスナバーエネルギー吸収用のコンデンサにより結合
し、中点間を電流スイッチとした電流順逆両方向スナバ
ーエネルギー回生方式スイッチの構成。
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