JP2001165966A - 電圧電流極性検出装置 - Google Patents
電圧電流極性検出装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 双方向スイッチの両端子の電圧電流極性を電
圧が高い時にも低い時にも常に検出できる電圧電流極性
検出装置を提供する。 【解決手段】 電流が双方向に流せる半導体スイッチ１
１の両端(x、y)に印加される電圧の極性を検出する検出
装置において、特定の両端子(a、b)の間の電圧を制限す
る電圧制限回路１２の前記端子(a、b)の少なくとも一方
の端子を抵抗５と直列に接続して前記半導体スイッチの
両端(x、y)と並列に接続すると共に、前記両端子(a、b)
の間の電圧の極性に基づいて、前記半導体スイッチ１１
の両端(x、y)に印加される電圧の極性を判別する電圧極
性判別回路１３の両端を前記電圧制限回路１２の前記両
端子(a、b)に接続したものである。
圧が高い時にも低い時にも常に検出できる電圧電流極性
検出装置を提供する。 【解決手段】 電流が双方向に流せる半導体スイッチ１
１の両端(x、y)に印加される電圧の極性を検出する検出
装置において、特定の両端子(a、b)の間の電圧を制限す
る電圧制限回路１２の前記端子(a、b)の少なくとも一方
の端子を抵抗５と直列に接続して前記半導体スイッチの
両端(x、y)と並列に接続すると共に、前記両端子(a、b)
の間の電圧の極性に基づいて、前記半導体スイッチ１１
の両端(x、y)に印加される電圧の極性を判別する電圧極
性判別回路１３の両端を前記電圧制限回路１２の前記両
端子(a、b)に接続したものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力変換装置に双方
向半導体スイッチの両端に印加される電圧の極性および
双方向半導体スイッチに流れる電流方向を検出すること
に関する。
向半導体スイッチの両端に印加される電圧の極性および
双方向半導体スイッチに流れる電流方向を検出すること
に関する。
【０００２】
【従来の技術】電力変換装置、または半導体スイッチ、
特に電流が双方向に流せる半導体スイッチ(双方向スイ
ッチと略す)を制御したりあるいは保護するために、双
方向スイッチの両端に印加される電圧の極性および双方
向スイッチの電流方向を検出する必要がある。図３に４
種類の双方向スイッチを示す。一般的に図６に示すよう
な電圧極性検出回路が使用されている。図６において、
22は双方向スイッチ、101、102は発光ダイオード、10
3、104は抵抗である。発光ダイオード101が発光するか
発光ダイオード102が発光するかによって双方向スイッ
チ22の両端の電圧極性を判別する。しかし、上述の電圧
極性検出回路では、双方向スイッチ22の両端に高い電圧
がある場合には、抵抗104は高抵抗ではなければならな
い。抵抗104の抵抗値は高いと、双方向スイッチ22の両
端の低電圧極性を検出することができないという問題が
あった。そのため、本出願人は双方向スイッチ22の両端
の電圧極性の検出について、この電圧が広範囲に変化し
ても、この電圧が高い時にも低い時にも、この電圧極性
を常に検出できる電圧極性検出装置を発明した（特願平
１０−１６８１９５号）。図４にこの電圧極性検出装置
の回路を示す。図４中符号22は双方向スイッチ、201、2
02、203、204はダイオード、205、 206、 207、 208、
211、212は抵抗、213、215、216は直流電源、214は比較
器である。a、b両端子の電圧極性がx、y両端子の電圧極
性と同じで、端子zの電圧レベルよりa、b両端子の電圧
極性、すなわち、x、y両端子の電圧極性を検出する。前
記特願平１０−１６８１９５号より図3(d)に示す双方向
スイッチの両端子の電圧極性を検出する場合の回路図を
図5に示す。この場合には、ダイオード201、202は双方
向スイッチのダイオード39、40と共用で、直流電源21
3、215、216は半導体素子41或いは半導体素子42のゲー
トドライバ回路の正負直流電源と共用である。双方向ス
イッチを持ち、この双方向スイッチの両端に印加される
電圧の極性および双方向スイッチの電流方向を検出して
双方向スイッチを制御するＰＷＭサイクロコンバータの
一例を図７に示す。図において７１〜７９は双方向スイ
ッチ、２５はこれら双方向スイッチを駆動するゲートド
ライバ回路である。
特に電流が双方向に流せる半導体スイッチ(双方向スイ
ッチと略す)を制御したりあるいは保護するために、双
方向スイッチの両端に印加される電圧の極性および双方
向スイッチの電流方向を検出する必要がある。図３に４
種類の双方向スイッチを示す。一般的に図６に示すよう
な電圧極性検出回路が使用されている。図６において、
22は双方向スイッチ、101、102は発光ダイオード、10
3、104は抵抗である。発光ダイオード101が発光するか
発光ダイオード102が発光するかによって双方向スイッ
チ22の両端の電圧極性を判別する。しかし、上述の電圧
極性検出回路では、双方向スイッチ22の両端に高い電圧
がある場合には、抵抗104は高抵抗ではなければならな
い。抵抗104の抵抗値は高いと、双方向スイッチ22の両
端の低電圧極性を検出することができないという問題が
あった。そのため、本出願人は双方向スイッチ22の両端
の電圧極性の検出について、この電圧が広範囲に変化し
ても、この電圧が高い時にも低い時にも、この電圧極性
を常に検出できる電圧極性検出装置を発明した（特願平
１０−１６８１９５号）。図４にこの電圧極性検出装置
の回路を示す。図４中符号22は双方向スイッチ、201、2
02、203、204はダイオード、205、 206、 207、 208、
211、212は抵抗、213、215、216は直流電源、214は比較
器である。a、b両端子の電圧極性がx、y両端子の電圧極
性と同じで、端子zの電圧レベルよりa、b両端子の電圧
極性、すなわち、x、y両端子の電圧極性を検出する。前
記特願平１０−１６８１９５号より図3(d)に示す双方向
スイッチの両端子の電圧極性を検出する場合の回路図を
図5に示す。この場合には、ダイオード201、202は双方
向スイッチのダイオード39、40と共用で、直流電源21
3、215、216は半導体素子41或いは半導体素子42のゲー
トドライバ回路の正負直流電源と共用である。双方向ス
イッチを持ち、この双方向スイッチの両端に印加される
電圧の極性および双方向スイッチの電流方向を検出して
双方向スイッチを制御するＰＷＭサイクロコンバータの
一例を図７に示す。図において７１〜７９は双方向スイ
ッチ、２５はこれら双方向スイッチを駆動するゲートド
ライバ回路である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ＰＷＭサイ
クロコンバータの構成（図７）には双方向スイッチ７１
〜７９が９個あるが、この双方向スイッチの各々につい
て、スイッチの両端に印加される電圧の極性または電流
方向を検出する電圧もしくは電流検出装置が必要であ
る。ところがゲートドライバ回路の直流電源は、半導体
素子のエミッタ端子電圧とグランドを接続している。こ
のため前記特願平１０−１６８１９５号では、図3(a)、
(b)、(c)に示す双方向スイッチの両端子の電圧極性を検
出する場合には、直流電源213、215、216を半導体素子
のゲートドライバ回路の直流電源と共用することができ
ないので、別の直流電源が必要のため、スペースがかか
り、コストが高くなるという欠点があった。そこで、本
発明は図3(a)、(b)、(c)に示す双方向スイッチの両端子
の電圧極性を検出することについて、この電圧が広い範
囲に変化しても、この電圧が高い時にも低い時にも、こ
の電圧極性および双方向スイッチの電流方向を検出で
き、また半導体素子のゲートドライバ回路の直流電源と
共用できる電圧電流極性検出装置を提供することを目的
とする。
クロコンバータの構成（図７）には双方向スイッチ７１
〜７９が９個あるが、この双方向スイッチの各々につい
て、スイッチの両端に印加される電圧の極性または電流
方向を検出する電圧もしくは電流検出装置が必要であ
る。ところがゲートドライバ回路の直流電源は、半導体
素子のエミッタ端子電圧とグランドを接続している。こ
のため前記特願平１０−１６８１９５号では、図3(a)、
(b)、(c)に示す双方向スイッチの両端子の電圧極性を検
出する場合には、直流電源213、215、216を半導体素子
のゲートドライバ回路の直流電源と共用することができ
ないので、別の直流電源が必要のため、スペースがかか
り、コストが高くなるという欠点があった。そこで、本
発明は図3(a)、(b)、(c)に示す双方向スイッチの両端子
の電圧極性を検出することについて、この電圧が広い範
囲に変化しても、この電圧が高い時にも低い時にも、こ
の電圧極性および双方向スイッチの電流方向を検出で
き、また半導体素子のゲートドライバ回路の直流電源と
共用できる電圧電流極性検出装置を提供することを目的
とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は電流が双方向に流せる半導体スイッチの両
端(x、y)に印加される電圧の極性を検出する検出装置に
おいて、 特定の両端子(a、b)の間の電圧を制限する電
圧制限回路の前記端子(a、b)の少なくとも一方の端子を
抵抗と直列に接続して前記半導体スイッチの両端(x、y)
と並列に接続すると共に、前記両端子(a、b)の間の電圧
の極性に基づいて、前記半導体スイッチの両端(x、y)に
印加される電圧の極性を判別する電圧極性判別回路の両
端を前記電圧制限回路の前記両端子(a、b)に接続したこ
とを特徴とするものである。また、請求項２記載の発明
において前記電圧制限回路は、負極が前記端子bに接続
される第１の直流電源と、正極が前記端子bに接続され
る第２の直流電源と、アノードが前記端子aに接続さ
れ、カソードが前記第１の直流電源の正極に接続される
第１のダイオードと、カソードが前記端子aに接続さ
れ、アノードが前記第２の直流電源の負極に接続される
第２のダイオードとを有すことを特徴とするものであ
る。また、請求項３記載の発明において前記電圧制限回
路の前記第１の直流電源または前記第２の直流電源を前
記半導体スイッチのゲートドライバの直流電源と共用す
ることを特徴とするものである。また、請求項４記載の
発明において電流が双方向に流せる半導体スイッチに流
れる電流の方向を検出する検出装置において、前記電圧
電流極性検出装置から出力された電圧極性に基づいて前
記半導体スイッチに流れる電流の方向を判別することを
特徴とするものである。また請求項５記載の発明におい
て前記電圧制限回路の前記第１の直流電源または前記第
２の直流電源をＰＷＭサイクロコンバータの主回路半導
体スイッチのゲートドライバ回路の直流電源と共用した
ことを特徴とするものである。
め、本発明は電流が双方向に流せる半導体スイッチの両
端(x、y)に印加される電圧の極性を検出する検出装置に
おいて、 特定の両端子(a、b)の間の電圧を制限する電
圧制限回路の前記端子(a、b)の少なくとも一方の端子を
抵抗と直列に接続して前記半導体スイッチの両端(x、y)
と並列に接続すると共に、前記両端子(a、b)の間の電圧
の極性に基づいて、前記半導体スイッチの両端(x、y)に
印加される電圧の極性を判別する電圧極性判別回路の両
端を前記電圧制限回路の前記両端子(a、b)に接続したこ
とを特徴とするものである。また、請求項２記載の発明
において前記電圧制限回路は、負極が前記端子bに接続
される第１の直流電源と、正極が前記端子bに接続され
る第２の直流電源と、アノードが前記端子aに接続さ
れ、カソードが前記第１の直流電源の正極に接続される
第１のダイオードと、カソードが前記端子aに接続さ
れ、アノードが前記第２の直流電源の負極に接続される
第２のダイオードとを有すことを特徴とするものであ
る。また、請求項３記載の発明において前記電圧制限回
路の前記第１の直流電源または前記第２の直流電源を前
記半導体スイッチのゲートドライバの直流電源と共用す
ることを特徴とするものである。また、請求項４記載の
発明において電流が双方向に流せる半導体スイッチに流
れる電流の方向を検出する検出装置において、前記電圧
電流極性検出装置から出力された電圧極性に基づいて前
記半導体スイッチに流れる電流の方向を判別することを
特徴とするものである。また請求項５記載の発明におい
て前記電圧制限回路の前記第１の直流電源または前記第
２の直流電源をＰＷＭサイクロコンバータの主回路半導
体スイッチのゲートドライバ回路の直流電源と共用した
ことを特徴とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は本発明の実施例の回路図であ
る。図１中符号11は双方向スイッチ、x、yは双方向スイ
ッチ11の両端子、35、38はダイオード、36、37は半導体
素子である。5は抵抗である。12は電圧制限回路、(a、
b)は電圧制限回路12の両端子、1、2は直流電源、3、4は
ダイオードである。13は電圧極性判別回路、5、6、7は
抵抗、8は比較器、9、10は直流電源である。端子a、b、
x、y、zの電位をそれぞれVa、Vb、Vx、Vy、Vzとする。
抵抗5の抵抗値はVx、Vyおよびx、y両端子の間の電流の
影響が無視できるように高くなければならない。ダイオ
ード3、4の順電圧をそれぞれVF3、VF4とする。ダイオー
ド3、4の逆耐圧はx、y両端子の最大電圧より高いことが
必要である。電圧制限回路12によりa、b両端子の間の電
圧(Va-Vb)を(-E2-VF4)と(E1+VF3)の間に制限する。x、y
両端子の間の電圧(Vx-Vy)と(Va-Vb)との関係を図２に示
す。図２より(Va-Vb)の極性と(Vx-Vy)の極性が同じであ
る。電圧極性判別回路13により(Va-Vb)の極性を判別で
きる。つまり、Vzの電位より双方向スイッチ11の両端の
電圧極性を判別できる。
基づいて説明する。図１は本発明の実施例の回路図であ
る。図１中符号11は双方向スイッチ、x、yは双方向スイ
ッチ11の両端子、35、38はダイオード、36、37は半導体
素子である。5は抵抗である。12は電圧制限回路、(a、
b)は電圧制限回路12の両端子、1、2は直流電源、3、4は
ダイオードである。13は電圧極性判別回路、5、6、7は
抵抗、8は比較器、9、10は直流電源である。端子a、b、
x、y、zの電位をそれぞれVa、Vb、Vx、Vy、Vzとする。
抵抗5の抵抗値はVx、Vyおよびx、y両端子の間の電流の
影響が無視できるように高くなければならない。ダイオ
ード3、4の順電圧をそれぞれVF3、VF4とする。ダイオー
ド3、4の逆耐圧はx、y両端子の最大電圧より高いことが
必要である。電圧制限回路12によりa、b両端子の間の電
圧(Va-Vb)を(-E2-VF4)と(E1+VF3)の間に制限する。x、y
両端子の間の電圧(Vx-Vy)と(Va-Vb)との関係を図２に示
す。図２より(Va-Vb)の極性と(Vx-Vy)の極性が同じであ
る。電圧極性判別回路13により(Va-Vb)の極性を判別で
きる。つまり、Vzの電位より双方向スイッチ11の両端の
電圧極性を判別できる。
【０００６】直流電源1、9は半導体素子36のゲートドラ
イバ回路の直流正電源と同一の電源でも良い。同様に、
直流電源2、10は半導体素子36のゲートドライバ回路の
直流負電源と同一の電源でも良い。また、直流電源1お
よび直流電源2はなくても良いが、少なくても一個はあ
った方が良い。
イバ回路の直流正電源と同一の電源でも良い。同様に、
直流電源2、10は半導体素子36のゲートドライバ回路の
直流負電源と同一の電源でも良い。また、直流電源1お
よび直流電源2はなくても良いが、少なくても一個はあ
った方が良い。
【０００７】図３に示す４種類の双方向スイッチに電流
ixy(漏れ電流を除く)が一方向に流れると、双方向スイ
ッチの両端に一定極性の電圧Vxyが存在し、電流ixy(漏
れ電流を除く)の方向が逆に変わると、電圧Vxyの極性も
逆になる。本発明によって図３に示す４種類の双方向ス
イッチに流れている電流ixy(漏れ電流を除く)の方向を
検出することもできる。
ixy(漏れ電流を除く)が一方向に流れると、双方向スイ
ッチの両端に一定極性の電圧Vxyが存在し、電流ixy(漏
れ電流を除く)の方向が逆に変わると、電圧Vxyの極性も
逆になる。本発明によって図３に示す４種類の双方向ス
イッチに流れている電流ixy(漏れ電流を除く)の方向を
検出することもできる。
【０００８】本発明により、図３に示す４種類の双方向
スイッチの両端電圧の極性あるいは電流方向を検出でき
るが、図３(d)の双方向スイッチの場合には、ゲートド
ライバ回路のグランドと接続される半導体素子のエミッ
タ端子(x、y)が両端にないので、検出回路の直流電源
1、2および9、10は半導体素子のゲートドライバ回路の
直流電源と共用できない。図３(a)、(b)、(c)の双方向
スイッチの場合には、ゲートドライバ回路のグランドと
接続される半導体素子の一方のエミッタ端子が両端(x、
y)にあるので、上述ように検出回路の直流電源1、2およ
び9、10は半導体素子のゲートドライバ回路の直流電源
と共用できる。
スイッチの両端電圧の極性あるいは電流方向を検出でき
るが、図３(d)の双方向スイッチの場合には、ゲートド
ライバ回路のグランドと接続される半導体素子のエミッ
タ端子(x、y)が両端にないので、検出回路の直流電源
1、2および9、10は半導体素子のゲートドライバ回路の
直流電源と共用できない。図３(a)、(b)、(c)の双方向
スイッチの場合には、ゲートドライバ回路のグランドと
接続される半導体素子の一方のエミッタ端子が両端(x、
y)にあるので、上述ように検出回路の直流電源1、2およ
び9、10は半導体素子のゲートドライバ回路の直流電源
と共用できる。
【０００９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば図3
(a)、(b)、(c)に示す双方向スイッチの両端子の電圧が
広い範囲に変化しても、高い時にも低い時にも、この電
圧極性および双方向スイッチの電流方向(漏れ電流を除
く)を検出でき、しかも半導体素子のゲートドライバ回
路の直流電源を共用できる。したがってその分だけ電力
変換装置を小形、軽量、低コストにできる。特に、ＰＷ
Ｍサイクロコンバータに本発明を適用すれば、双方向ス
イッチング素子の数が９個あり、この分の直流電源を新
たに設ける必要がなくなるため、装置の小形・軽量化だ
けでなく装置全体の信頼性を向上できる。
(a)、(b)、(c)に示す双方向スイッチの両端子の電圧が
広い範囲に変化しても、高い時にも低い時にも、この電
圧極性および双方向スイッチの電流方向(漏れ電流を除
く)を検出でき、しかも半導体素子のゲートドライバ回
路の直流電源を共用できる。したがってその分だけ電力
変換装置を小形、軽量、低コストにできる。特に、ＰＷ
Ｍサイクロコンバータに本発明を適用すれば、双方向ス
イッチング素子の数が９個あり、この分の直流電源を新
たに設ける必要がなくなるため、装置の小形・軽量化だ
けでなく装置全体の信頼性を向上できる。
【図１】本発明の双方向スイッチの両端電圧の極性およ
び電流方向を検出する回路図である。
び電流方向を検出する回路図である。
【図２】双方向スイッチの両端電圧と電圧制限回路の両
端電圧との関係図である。
端電圧との関係図である。
【図３】双方向スイッチの構成図である。
【図４】従来の双方向スイッチの両端電圧の極性および
電流方向を検出する回路図である。
電流方向を検出する回路図である。
【図５】従来の特定な双方向スイッチの両端電圧の極性
および電流方向を検出する回路図である。
および電流方向を検出する回路図である。
【図６】従来の半導体スイッチの両端電圧の極性を検出
する回路図である。
する回路図である。
【図７】双方向スイッチを用いたＰＷＭサイクロコンバ
ータの構成図。
ータの構成図。
1、2、9、10、213、215、216 直流電源 3、4、32、35、38、39、40、203、204 ダイオード 5、6、7、103、104 抵抗 205、206、207、208、211、212 抵抗 8、214 比較器 11、22 双方向スイッチ 12 電圧制限回路 13 電圧極性判別回路 31、36、37、41、42 半導体素子IGBT 33、34 逆耐圧できる半導体素子GTO 101、102 発光ダイオード a、b、x、y、z 端子 Va、Vb、Vx、Vy、VZ 端子の電位 25 ゲートドライバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 英則 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内 (72)発明者 夏 暁戎 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内 Ｆターム(参考） 2G035 AB02 AC12 AD04 AD10 AD20 AD23 5H740 AA08 BA02 BA11 BB01 BB03 BB08 MM02
Claims (5)
- 【請求項１】 電流が双方向に流せる半導体スイッチの
両端(x、y)に印加される電圧の極性を検出する検出装置
において、 特定の両端子(a、b)の間の電圧を制限する電圧制限回路
の前記端子(a、b)の少なくとも一方の端子を抵抗と直列
に接続して前記半導体スイッチの両端(x、y)と並列に接
続すると共に、 前記両端子(a、b)の間の電圧の極性に基づいて、前記半
導体スイッチの両端(x、y)に印加される電圧の極性を判
別する電圧極性判別回路の両端を前記電圧制限回路の前
記両端子(a、b)に接続したことを特徴とする電圧電流極
性検出装置。 - 【請求項２】 前記電圧制限回路は、 負極が前記端子bに接続される第１の直流電源と、 正極が前記端子bに接続される第２の直流電源と、 アノードが前記端子aに接続され、カソードが前記第１
の直流電源の正極に接続される第１のダイオードと、カ
ソードが前記端子aに接続され、アノードが前記第２の
直流電源の負極に接続される第２のダイオードとを有す
ことを特徴とする請求項１に記載の電圧電流極性検出装
置。 - 【請求項３】 前記電圧制限回路の前記第１の直流電源
または前記第２の直流電源を前記半導体スイッチのゲー
トドライバの直流電源と共用することを特徴とする請求
項１に記載の電圧電流極性検出装置。 - 【請求項４】 電流が双方向に流せる半導体スイッチに
流れる電流の方向を検出する検出装置において、 前記電圧電流極性検出装置から出力された電圧極性に基
づいて前記半導体スイッチに流れる電流の方向を判別す
ることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の電
圧電流極性検出装置。 - 【請求項５】 前記電圧制限回路の前記第１の直流電源
または前記第２の直流電源をＰＷＭサイクロコンバータ
の主回路半導体スイッチのゲートドライバ回路の直流電
源と共用したことを特徴とする請求項２ないし３に記載
の電圧電流極性検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35094599A JP4355873B2 (ja) | 1999-12-10 | 1999-12-10 | 電圧電流極性検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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