JP2019153976A - DC circuit breaker - Google Patents

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将幸 大石
Masayuki Oishi
将幸 大石
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Abstract

To provide a dc circuit breaker capable of suppressing extension of the time required for shutdown of an electric current due to extension of current-limiting time by a voltage clamp section.SOLUTION: A semiconductor dc circuit breaker 100, that is, a dc circuit breaker connected between a dc power supply 101 and a load 102, includes: an IGBT 1; a MOSFET 2 connected in parallel to the IGBT 1 and switching at a higher speed than the IGBT 1; and a MOV 3 connected in parallel to each of the MOSFET 2 and the IGBT 1. The semiconductor dc circuit breaker 100 is configured to shut down a dc circuit by turning off the IGBT 1 after the MOSFET 2 is off.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

この発明は特に、バイポーラ型スイッチング素子とユニポーラ型スイッチング素子とが並列に接続されている直流遮断器に関する。   In particular, the present invention relates to a DC circuit breaker in which a bipolar switching element and a unipolar switching element are connected in parallel.

従来、バイポーラ型スイッチング素子とユニポーラ型スイッチング素子とが並列に接続されている高速スイッチング向けパワー半導体モジュールが知られている(たとえば、特許文献1参照)。   Conventionally, a power semiconductor module for high-speed switching in which a bipolar switching element and a unipolar switching element are connected in parallel is known (see, for example, Patent Document 1).

上記特許文献1のパワー半導体モジュールは、インバータ等の電力変換装置に用いられている。上記パワー半導体モジュールは、ユニポーラ型スイッチング素子(SiC−MOSFET)と、バイポーラ型スイッチング素子(Si−IGBT)とを備え、ユニポーラ型スイッチング素子とバイポーラ型スイッチング素子とは並列に接続されている。   The power semiconductor module disclosed in Patent Document 1 is used in a power conversion device such as an inverter. The power semiconductor module includes a unipolar switching element (SiC-MOSFET) and a bipolar switching element (Si-IGBT), and the unipolar switching element and the bipolar switching element are connected in parallel.

上記パワー半導体モジュールをオフさせる場合、まず、バイポーラ型スイッチング素子が先にオフされる。この時、ユニポーラ型スイッチング素子はオン状態である。また、バイポーラ型スイッチング素子がオフされた後に、ユニポーラ型スイッチング素子がオフされる。ユニポーラ型スイッチング素子のターンオフ損失は、バイポーラ型スイッチング素子のターンオフ損失よりも比較的小さいので、パワー半導体モジュールのターンオフ損失が比較的小さくなる。   When turning off the power semiconductor module, first, the bipolar switching element is turned off first. At this time, the unipolar switching element is on. Further, after the bipolar switching element is turned off, the unipolar switching element is turned off. Since the turn-off loss of the unipolar switching element is relatively smaller than the turn-off loss of the bipolar switching element, the turn-off loss of the power semiconductor module is relatively small.

特開2013−59190号公報JP2013-59190A

上記特許文献1の半導体スイッチを直流遮断器に適用した場合には、パワー半導体モジュールのオフ時においてパワー半導体モジュールに流れる電流を限流する(回路上の磁気エネルギーを消費し、零にする)ために、バイポーラ型スイッチング素子およびユニポーラ型スイッチング素子の各々に並列に接続される電圧クランプ部が設けられる場合がある。この場合、スイッチング素子をオフした際に、スイッチング素子から電圧クランプ部に電流が転流することにより、電圧クランプ部とユニポーラ型スイッチング素子間の寄生インダクタンスにサージ電圧が発生することが知られている。   When the semiconductor switch of Patent Document 1 is applied to a DC circuit breaker, the current flowing through the power semiconductor module is limited when the power semiconductor module is off (consumes magnetic energy on the circuit and makes it zero). In addition, there may be a voltage clamp portion connected in parallel to each of the bipolar switching element and the unipolar switching element. In this case, it is known that when the switching element is turned off, a surge voltage is generated in the parasitic inductance between the voltage clamp part and the unipolar switching element due to current flowing from the switching element to the voltage clamp part. .

また、サージ電圧と電圧クランプ部のクランプ電圧とが合わさった電圧が半導体スイッチング素子に印加されるので、半導体スイッチング素子が耐圧違反により破壊されないように、サージ電圧と電圧クランプ部のクランプ電圧との和が、半導体スイッチング素子の耐圧よりも小さい必要がある。したがって、サージ電圧が比較的大きい場合、クランプ電圧を比較的小さく設定する必要がある。   In addition, since a voltage in which the surge voltage and the clamp voltage of the voltage clamp unit are combined is applied to the semiconductor switching element, the sum of the surge voltage and the clamp voltage of the voltage clamp unit is prevented so that the semiconductor switching element is not destroyed due to the breakdown of the breakdown voltage. However, it needs to be smaller than the breakdown voltage of the semiconductor switching element. Therefore, when the surge voltage is relatively large, it is necessary to set the clamp voltage relatively small.

ここで、半導体スイッチング素子に発生するサージ電圧の大きさは、後にオフするスイッチング素子(電圧クランプ部に電流を転流させるスイッチング素子)の特性に依存し、後にオフするスイッチング素子のスイッチング速度が速いほど大きくなる。したがって、上記特許文献1のスイッチング素子を直流遮断器に適用し、電圧クランプ部を設けた場合では、スイッチング速度の遅いバイポーラ型スイッチング素子の後にスイッチング速度の速いユニポーラ型スイッチング素子がオフされるので、サージ電圧が大きくなる。このため、電圧クランプ部のクランプ電圧を小さく設定する必要がある。また、電圧クランプ部による限流時間は、電圧クランプ部のクランプ電圧が小さいほど長くなることが知られている。したがって、上記特許文献1において電圧クランプ部を設けた場合では、クランプ電圧を比較的小さくする必要があるため、電圧クランプ部による限流時間が長くなり、電流の遮断にかかる時間が長くなるという問題点がある。   Here, the magnitude of the surge voltage generated in the semiconductor switching element depends on the characteristics of the switching element that is turned off later (switching element that commutates current to the voltage clamp portion), and the switching speed of the switching element that is turned off later is high. It gets bigger. Therefore, when the switching element of Patent Document 1 is applied to a DC circuit breaker and a voltage clamp unit is provided, a unipolar switching element with a high switching speed is turned off after a bipolar switching element with a low switching speed. Surge voltage increases. For this reason, it is necessary to set the clamp voltage of a voltage clamp part small. Further, it is known that the current limiting time by the voltage clamp unit becomes longer as the clamp voltage of the voltage clamp unit is smaller. Therefore, in the case where the voltage clamp unit is provided in Patent Document 1, it is necessary to make the clamp voltage relatively small, so that the current limiting time by the voltage clamp unit becomes long, and the time taken to cut off the current becomes long. There is a point.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、電圧クランプ部による限流時間が長くなることに起因して電流の遮断にかかる時間が長くなるのを抑制することができる直流遮断器を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to reduce the time taken to cut off the current due to the fact that the current limiting time by the voltage clamp unit becomes longer. It is providing the direct-current circuit breaker which can suppress becoming long.

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による直流遮断器は、直流電源と負荷との間に接続された直流遮断器であって、バイポーラ型スイッチング素子と、バイポーラ型スイッチング素子に並列に接続されるとともに、バイポーラ型スイッチング素子よりも高速にスイッチングするユニポーラ型スイッチング素子と、ユニポーラ型スイッチング素子およびバイポーラ型スイッチング素子の各々と並列に接続される電圧クランプ部と、を備え、ユニポーラ型スイッチング素子がオフされた後に、バイポーラ型スイッチング素子がオフされることによって、直流電流を遮断するように構成されている。   In order to achieve the above object, a DC circuit breaker according to one aspect of the present invention is a DC circuit breaker connected between a DC power supply and a load, and is parallel to the bipolar switching element and the bipolar switching element. And a unipolar switching element that switches at a higher speed than the bipolar switching element, and a voltage clamp connected in parallel with each of the unipolar switching element and the bipolar switching element. After the element is turned off, the bipolar switching element is turned off to cut off the direct current.

ここで、電圧クランプ部に発生するサージ電圧の大きさは、後にオフするスイッチング素子(電圧クランプ部に電流を転流させるスイッチング素子)の特性に依存し、後にオフするスイッチング素子のスイッチング速度が速いほど大きくなる。したがって、この発明の一の局面による直流遮断器では、上記のように、ユニポーラ型スイッチング素子がオフされた後に、ユニポーラ型スイッチング素子よりも低速にスイッチングするバイポーラ型スイッチング素子がオフされることによって、電圧クランプ部に発生するサージ電圧を比較的小さくすることができる。これにより、クランプ電圧を比較的大きく設定することができる。ここで、電圧クランプ部による限流時間は、電圧クランプ部のクランプ電圧が大きいほど短くなる。これにより、電圧クランプ部による限流時間が長くなることを抑制することができる。その結果、電圧クランプ部による限流時間が長くなることに起因して直流電流の遮断にかかる時間が長くなるのを抑制することができる。なお、限流とは、電圧クランプ部に流れる電流値を所定の値(たとえばゼロ)まで低下させることを意味する。   Here, the magnitude of the surge voltage generated in the voltage clamp part depends on the characteristics of the switching element that is turned off later (the switching element that commutates current to the voltage clamp part), and the switching speed of the switching element that is turned off later is high. It gets bigger. Therefore, in the DC circuit breaker according to one aspect of the present invention, as described above, after the unipolar switching element is turned off, the bipolar switching element that switches at a lower speed than the unipolar switching element is turned off. The surge voltage generated in the voltage clamp portion can be made relatively small. Thereby, a clamp voltage can be set comparatively large. Here, the current limiting time by the voltage clamp unit becomes shorter as the clamp voltage of the voltage clamp unit is larger. Thereby, it can suppress that the current limiting time by a voltage clamp part becomes long. As a result, it is possible to suppress an increase in the time taken to cut off the direct current due to an increase in the current limiting time by the voltage clamp unit. The current limiting means that the value of the current flowing through the voltage clamp unit is reduced to a predetermined value (for example, zero).

また、限流時間が長くなることを抑制することができるので、電圧クランプ部による消費エネルギーが大きくなるのを抑制することができる。その結果、電圧クランプ部の容量が大きくなるのを抑制することができる。   Moreover, since it can suppress that current-limiting time becomes long, it can suppress that the energy consumption by a voltage clamp part becomes large. As a result, it is possible to suppress an increase in the capacity of the voltage clamp unit.

上記一の局面による直流遮断器において、好ましくは、ユニポーラ型スイッチング素子がオフされることによりユニポーラ型スイッチング素子に流れる電流値が所定の値になった後に、バイポーラ型スイッチング素子がオフされることによって、直流電流を遮断するように構成されている。このように構成すれば、ユニポーラ型スイッチング素子に比較的大きな電流が流れている状態でバイポーラ型スイッチング素子がオフされることを抑制することができる。その結果、ユニポーラ型スイッチング素子から電圧クランプ部に電流が転流するのを抑制することができるので、ユニポーラ型スイッチング素子に起因するサージ電圧が発生することをより確実に抑制することができる。   In the DC circuit breaker according to the one aspect, preferably, the bipolar switching element is turned off after the current value flowing through the unipolar switching element becomes a predetermined value by turning off the unipolar switching element. The DC current is cut off. If comprised in this way, it can suppress that a bipolar switching element is turned off in the state in which the comparatively big electric current is flowing into the unipolar switching element. As a result, it is possible to suppress the commutation of current from the unipolar switching element to the voltage clamp portion, and thus it is possible to more reliably suppress the occurrence of a surge voltage due to the unipolar switching element.

上記一の局面による直流遮断器において、好ましくは、ユニポーラ型スイッチング素子にオフする信号を送った後、予め設定された所定の時間後に、バイポーラ型スイッチング素子がオフされるように構成されている。このように構成すれば、ユニポーラ型スイッチング素子にオフする信号を送るタイミングに対して、バイポーラ型スイッチング素子を一定のタイミングでオフすることができる。その結果、バイポーラ型スイッチング素子をオフするタイミングの制御を容易に行うことができる。   The DC circuit breaker according to the above aspect is preferably configured such that the bipolar switching element is turned off after a predetermined time after sending a signal to turn off to the unipolar switching element. If comprised in this way, a bipolar type switching element can be turned off at fixed timing with respect to the timing which sends the signal which turns off to a unipolar type switching element. As a result, the timing for turning off the bipolar switching element can be easily controlled.

上記ユニポーラ型スイッチング素子に流れる電流値がゼロになった後にバイポーラ型スイッチング素子がオフされる直流遮断器において、好ましくは、ユニポーラ型スイッチング素子に流れる電流値を検出する電流センサにより、ユニポーラ型スイッチング素子に流れる電流値がゼロになったことが検出された場合に、バイポーラ型スイッチング素子がオフされるように構成されている。このように構成すれば、確実に、ユニポーラ型スイッチング素子に流れる電流値がゼロになった後に、バイポーラ型スイッチング素子をオフすることができる。   In the DC circuit breaker in which the bipolar switching element is turned off after the value of the current flowing through the unipolar switching element becomes zero, the unipolar switching element is preferably detected by a current sensor that detects the current value flowing through the unipolar switching element. The bipolar switching element is configured to be turned off when it is detected that the value of the current flowing through the terminal becomes zero. If comprised in this way, after the value of the electric current which flows into a unipolar type switching element becomes zero reliably, a bipolar type switching element can be turned off.

上記一の局面による直流遮断器において、好ましくは、バイポーラ型スイッチング素子に逆並列に接続されている逆並列バイポーラ型スイッチング素子をさらに備え、ユニポーラ型スイッチング素子がオフされた後に、逆並列バイポーラ型スイッチング素子がオフされることによって、直流電流を遮断するように構成されている。このように構成すれば、バイポーラ型スイッチング素子および逆並列バイポーラ型スイッチング素子によって、直流電流の流れる向きに関わらず、電圧クランプ部による限流時間が長くなることに起因して直流電流の遮断にかかる時間が長くなるのを抑制することができる。   The DC circuit breaker according to the above aspect preferably further includes an antiparallel bipolar switching element connected in antiparallel to the bipolar switching element, and the antiparallel bipolar switching is performed after the unipolar switching element is turned off. When the element is turned off, the direct current is cut off. With this configuration, the bipolar switching element and the anti-parallel bipolar switching element are used to cut off the direct current due to the fact that the current limiting time by the voltage clamp unit becomes longer regardless of the direction in which the direct current flows. It can suppress that time becomes long.

上記一の局面による直流遮断器において、好ましくは、ユニポーラ型スイッチング素子およびバイポーラ型スイッチング素子の両方がオンされることにより、直流電流を導通させるように構成されている。このように構成すれば、ユニポーラ型スイッチング素子およびバイポーラ型スイッチング素子のうちの一方をオンさせて直流電流を導通させる場合に比べて、直流電流の導通状態から遮断状態への移行の際に、ユニポーラ型スイッチング素子をオフした後にバイポーラ型スイッチング素子をオフする制御を容易に行うことができる。   The DC circuit breaker according to the above aspect is preferably configured to conduct a DC current when both the unipolar switching element and the bipolar switching element are turned on. According to this configuration, when one of the unipolar switching element and the bipolar switching element is turned on and the direct current is conducted, the unipolar switching is performed when the direct current is switched from the conduction state to the cutoff state. It is possible to easily control the bipolar switching element to be turned off after the type switching element is turned off.

上記一の局面による直流遮断器において、好ましくは、バイポーラ型スイッチング素子は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを含み、ユニポーラ型スイッチング素子は、電界効果トランジスタを含む。ここで、電界効果トランジスタは、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに比べて高速にスイッチングする。したがって、電界効果トランジスタおよび絶縁ゲート型バイポーラトランジスタという比較的簡易な構造の素子を用いて、直流電流の遮断にかかる時間が長くなるのを抑制することができる。   In the DC circuit breaker according to the above aspect, the bipolar switching element preferably includes an insulated gate bipolar transistor, and the unipolar switching element includes a field effect transistor. Here, the field effect transistor switches faster than the insulated gate bipolar transistor. Therefore, it is possible to suppress an increase in the time taken to cut off the direct current by using elements having a relatively simple structure such as a field effect transistor and an insulated gate bipolar transistor.

本発明によれば、上記のように、電圧クランプ部による限流時間が長くなることに起因して電流の遮断にかかる時間が長くなるのを抑制することができる。   According to the present invention, as described above, it is possible to suppress an increase in the time taken to cut off the current due to an increase in the current limiting time by the voltage clamp unit.

第1および第2実施形態による直流遮断器が配置される回路構成を示した図である。It is the figure which showed the circuit structure by which the DC circuit breaker by 1st and 2nd embodiment is arrange | positioned. 第1実施形態による直流遮断器の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the DC circuit breaker by 1st Embodiment. 第1実施形態による直流遮断器においてユニポーラ型スイッチング素子がオフされた状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state by which the unipolar type switching element was turned off in the DC circuit breaker by 1st Embodiment. 第1実施形態による直流遮断器の各スイッチング素子がオフするタイミングを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the timing which each switching element of the DC circuit breaker by 1st Embodiment turns off. 第1実施形態による直流遮断器においてユニポーラ型スイッチング素子およびバイポーラ型スイッチング素子がオフされた状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state by which the unipolar type switching element and the bipolar type switching element were turned off in the DC circuit breaker by 1st Embodiment. 第1実施形態による導通時の直流遮断器の状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of the DC circuit breaker at the time of conduction | electrical_connection by 1st Embodiment. 第1実施形態による直流遮断器におけるユニポーラ型スイッチング素子およびバイポーラ型スイッチング素子の負荷率と損失との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the load factor and loss of a unipolar type switching element and a bipolar type switching element in the DC circuit breaker by 1st Embodiment. 第2実施形態による直流遮断器の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the DC circuit breaker by 2nd Embodiment. 第1実施形態の変形例による直流遮断器におけるユニポーラ型スイッチング素子をオフさせる方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to turn off the unipolar type | mold switching element in the DC circuit breaker by the modification of 1st Embodiment.

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1〜図7を参照して、第1実施形態による半導体直流遮断器100の構成について説明する。なお、半導体直流遮断器100は、特許請求の範囲の「直流遮断器」の一例である。
[First Embodiment]
With reference to FIGS. 1-7, the structure of the semiconductor DC circuit breaker 100 by 1st Embodiment is demonstrated. The semiconductor DC circuit breaker 100 is an example of the “DC circuit breaker” in the claims.

図1に示すように、半導体直流遮断器100は、直流電源101と負荷102との間に接続されている。直流電源101は、たとえば、太陽光発電または燃料電池のように、直流電力を発電する装置である。また、直流電源101は、交流系統を整流した直流電源であってもよい。半導体直流遮断器100は、直流電源101と負荷102との間に流れる直流電流を遮断するために設けられている。また、直流電源101と半導体直流遮断器100との間には、回路の短絡電流を制限するために限流リアクトル103が設けられている。   As shown in FIG. 1, the semiconductor DC circuit breaker 100 is connected between a DC power supply 101 and a load 102. The DC power supply 101 is a device that generates DC power, such as solar power generation or a fuel cell. Further, the DC power supply 101 may be a DC power supply obtained by rectifying an AC system. The semiconductor DC circuit breaker 100 is provided to interrupt a DC current flowing between the DC power supply 101 and the load 102. In addition, a current limiting reactor 103 is provided between the DC power source 101 and the semiconductor DC circuit breaker 100 in order to limit the short circuit current of the circuit.

(半導体直流遮断器の構成)
図2に示すように、半導体直流遮断器100は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)1を備える。なお、IGBT1は、ダイオードが逆並列に接続されていてもよい。また、半導体直流遮断器100は、IGBT1に並列に接続されているMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor、電界効果トランジスタ)2を備える。また、MOSFET2は、IGBT1よりも高速にスイッチングする。なお、IGBT1およびMOSFET2は、それぞれ、特許請求の範囲の「バイポーラ型スイッチング素子」および「ユニポーラ型スイッチング素子」の一例である。
(Configuration of semiconductor DC circuit breaker)
As shown in FIG. 2, the semiconductor DC circuit breaker 100 includes an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 1. The IGBT 1 may have a diode connected in antiparallel. The semiconductor DC circuit breaker 100 includes a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 2 connected in parallel to the IGBT 1. Further, the MOSFET 2 switches at a higher speed than the IGBT 1. The IGBT 1 and the MOSFET 2 are examples of “bipolar switching element” and “unipolar switching element” in the claims, respectively.

また、MOSFET2のドレイン端子Dは限流リアクトル103(図1参照)に接続され、MOSFET2のソース端子Sは負荷102(図1参照)に接続されている。   The drain terminal D of the MOSFET 2 is connected to the current limiting reactor 103 (see FIG. 1), and the source terminal S of the MOSFET 2 is connected to the load 102 (see FIG. 1).

また、MOSFET2は、Nチャネル型のMOSFETである。なお、図示しないが、MOSFET2は、内部に寄生ダイオードを有している。具体的には、MOSFET2の寄生ダイオードは、MOSFET2のオフ時に、ドレイン端子Dからソース端子Sへの電流を遮断するように機能する。なお、MOSFET2は、Pチャネル型のMOSFETであってもよい。   The MOSFET 2 is an N-channel type MOSFET. Although not shown, the MOSFET 2 has a parasitic diode inside. Specifically, the parasitic diode of the MOSFET 2 functions to cut off the current from the drain terminal D to the source terminal S when the MOSFET 2 is turned off. The MOSFET 2 may be a P-channel type MOSFET.

また、半導体直流遮断器100は、IGBT1およびMOSFET2の各々と並列に接続されるMOV(Metal Oxide Varistor)3を備える。MOV3により回路上の磁気エネルギーを消費することによって、IGBT1およびMOSFET2のスイッチングのみにより磁気エネルギーを消費する場合に比べて、効果的に(大電流でも確実に)磁気エネルギーを消費することが可能である。なお、MOV3は、特許請求の範囲の「電圧クランプ部」の一例である。   Further, the semiconductor DC circuit breaker 100 includes a MOV (Metal Oxide Varistor) 3 connected in parallel with each of the IGBT 1 and the MOSFET 2. By consuming magnetic energy on the circuit by MOV3, it is possible to consume magnetic energy more effectively (even with a large current) more effectively than when magnetic energy is consumed only by switching of IGBT1 and MOSFET2. . MOV3 is an example of the “voltage clamp part” in the claims.

(半導体直流遮断器の動作)
次に、図3〜図7を参照して、半導体直流遮断器100の動作について説明する。第1実施形態では、直流電流が直流電源101から負荷102に向って流れている場合について説明する。
(Operation of semiconductor DC circuit breaker)
Next, the operation of the semiconductor DC circuit breaker 100 will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, a case in which a direct current flows from the direct current power source 101 toward the load 102 will be described.

(半導体直流遮断器の遮断時)
ここで、第1実施形態では、半導体直流遮断器100は、MOSFET2がオフされた後に、IGBT1がオフされることによって、直流電流を遮断するように構成されている。具体的には、図3に示すように、半導体直流遮断器100の導通時においてIGBT1およびMOSFET2の両方がオンしている状態(図6参照)から、まず、MOSFET2がオフされる。この際、MOSFET2に流れていた電流はIGBT1に転流され、IGBT1にのみ電流(破線矢印参照)が流れている状態になる。
(When semiconductor DC circuit breaker is shut off)
Here, in the first embodiment, the semiconductor DC circuit breaker 100 is configured to interrupt the DC current by turning off the IGBT 1 after the MOSFET 2 is turned off. Specifically, as shown in FIG. 3, MOSFET 2 is first turned off from a state where both IGBT 1 and MOSFET 2 are on (see FIG. 6) when semiconductor DC circuit breaker 100 is conductive. At this time, the current flowing in the MOSFET 2 is commutated to the IGBT 1, and the current (see the broken line arrow) flows only in the IGBT 1.

また、第1実施形態では、半導体直流遮断器100は、MOSFET2をオフし、MOSFET2に流れる電流値がゼロになった後に、IGBT1をオフすることによって、直流電流を遮断するように構成されている。なお、ゼロは、特許請求の範囲の「所定の値」の一例である。   In the first embodiment, the semiconductor DC breaker 100 is configured to cut off the DC current by turning off the IGBT 1 after the MOSFET 2 is turned off and the current value flowing through the MOSFET 2 becomes zero. . Note that zero is an example of a “predetermined value” in the claims.

具体的には、図4に示すように、MOSFET2にオフする信号を送った後、予め設定された時間Δt1(たとえば1μs)後に、IGBT1がオフされる。すなわち、MOSFET2に(図示しない制御部から)オフ信号が送信されてから時間Δt1後に、IGBT1に(図示しない制御部から)オフ信号が自動的に送信される。時間Δt1は、MOSFET2の特性に応じて、予め設定された値である。なお、図示しない制御部から各スイッチング素子(IGBT1およびMOSFET2)に同時にオフ信号が送信されるとともに、図示しない制御部と各スイッチング素子との間の回路によって、MOSFET2にオフ信号が入力されるタイミングに対して、IGBT1にオフ信号が入力されるタイミングを遅らせてもよい。なお、時間Δt1は、特許請求の範囲の「所定の時間」の一例である。   Specifically, as shown in FIG. 4, after sending a signal to turn off to MOSFET 2, IGBT 1 is turned off after a preset time Δt1 (eg, 1 μs). That is, an off signal is automatically transmitted to the IGBT 1 (from a control unit not shown) after a time Δt1 from the transmission of the off signal to the MOSFET 2 (from a control unit not shown). The time Δt1 is a value set in advance according to the characteristics of the MOSFET 2. An off signal is simultaneously transmitted from the control unit (not shown) to each switching element (IGBT1 and MOSFET 2), and at the timing when the off signal is input to the MOSFET 2 by a circuit between the control unit (not shown) and each switching element. On the other hand, the timing at which the off signal is input to the IGBT 1 may be delayed. The time Δt1 is an example of the “predetermined time” in the claims.

詳細には、時間t1において、MOSFET2にオフ信号が送信される。そして、時間t1から時間Δt2後の時間t2において、MOSFET2に流れる電流値がゼロになる。なお、時間t1からt2までの間に、MOSFET2からIGBT1に電流が転流されるので、IGBT1の電流値は増大する。   Specifically, an off signal is transmitted to MOSFET 2 at time t1. Then, at time t2 after time t1 from time t1, the value of the current flowing through MOSFET 2 becomes zero. Since current is commutated from MOSFET 2 to IGBT 1 from time t1 to time t2, the current value of IGBT 1 increases.

また、時間t2から時間Δt3後(時間t1から時間Δt1後)の時間t3において、IGBT1にオフ信号が送信される。そして、時間t3から時間Δt4後の時間t4においてIGBT1に流れる電流値がゼロになる。なお、図4は概略的な図であり、電流波形の形状等は実際と異なる場合がある。   Further, an OFF signal is transmitted to the IGBT 1 at time t3 after time t2 and after time Δt3 (after time t1 and after time Δt1). Then, the current value flowing through the IGBT 1 becomes zero at time t4 after time t3 from time t3. Note that FIG. 4 is a schematic diagram, and the shape and the like of the current waveform may be different from actual ones.

なお、図5に示すように、IGBT1にオフ信号が送信されたことにより、時間t3(図4参照)から時間t4(図4参照)の間にIGBT1に流れていた電流はMOV3に転流(破線矢印参照)される。そして、MOV3により、電流の限流動作が行われる。この限流動作において、MOV3により回路上の磁気エネルギーが消費され、電流の遮断が行われる。   Note that, as shown in FIG. 5, when an OFF signal is transmitted to the IGBT 1, the current flowing in the IGBT 1 from time t 3 (see FIG. 4) to time t 4 (see FIG. 4) is commutated to MOV 3 ( (See dashed arrows). Then, a current limiting operation is performed by MOV3. In this current limiting operation, the magnetic energy on the circuit is consumed by MOV3, and the current is cut off.

また、IGBT1がオフされてMOV3に電流が転流した際に、MOV3に発生するサージ電圧値は、回路のインダクタンス(IGBT1とMOV3間の配線インダクタンス)と、IGBT1における電流の時間変化率との積となる。なお、MOV3のクランプ電圧は、MOV3に発生するサージ電圧と上記クランプ電圧との和が、スイッチング素子(IGBT1およびMOSFET2)の耐圧よりも小さくなるように設定されている。   When the IGBT 1 is turned off and the current commutates to the MOV 3, the surge voltage value generated in the MOV 3 is the product of the circuit inductance (the wiring inductance between the IGBT 1 and the MOV 3) and the time rate of change of the current in the IGBT 1. It becomes. The clamp voltage of MOV3 is set so that the sum of the surge voltage generated in MOV3 and the clamp voltage is smaller than the withstand voltage of the switching elements (IGBT1 and MOSFET2).

また、MOV3による限流動作に要する時間t(電流値をゼロまで低下させるのに要する時間)は、下記の式(1)に示すように、回路のインダクタンス(L)と短絡時の最大電流(imax)との積を、MOV3のクランプ電圧(Vclamp)と直流電源101の電圧(Vdc)との差分で割った値となる。すなわち、MOV3のクランプ電圧が大きいほど、限流動作に要する時間は短くなる。

Figure 2019153976
In addition, the time t required for the current limiting operation by MOV3 (the time required for reducing the current value to zero) is the circuit inductance (L) and the maximum current (when short-circuited) as shown in the following equation (1). imax) divided by the difference between the clamp voltage (Vclamp) of MOV3 and the voltage (Vdc) of the DC power supply 101. That is, the larger the clamp voltage of MOV3, the shorter the time required for the current limiting operation.
Figure 2019153976

なお、半導体直流遮断器100では、スイッチング素子(IGBT1およびMOSFET2)の高速な(繰り返しの)スイッチングが不要であるので、スイッチング損失はほとんど無視できるほど小さい。   In the semiconductor DC circuit breaker 100, since the switching elements (IGBT1 and MOSFET2) do not require high-speed (repetitive) switching, the switching loss is almost negligible.

(半導体直流遮断器の導通時)
また、第1実施形態では、図6に示すように、半導体直流遮断器100は、MOSFET2およびIGBT1の両方がオンされることにより、直流電流を導通させるように構成されている。なお、この場合、MOSFET2およびIGBT1には同じ大きさの電圧が印加されている。
(When semiconductor DC circuit breaker is conducting)
In the first embodiment, as shown in FIG. 6, the semiconductor DC circuit breaker 100 is configured to conduct a DC current when both the MOSFET 2 and the IGBT 1 are turned on. In this case, the same voltage is applied to the MOSFET 2 and the IGBT 1.

図7において、各スイッチング素子の負荷率と損失との関係を図示する。なお、負荷率とは、スイッチング素子に定常的に流れる電流の大きさを意味する。また、損失の大きさは、電流と電圧との積の大きさで決定される。   FIG. 7 illustrates the relationship between the load factor and loss of each switching element. The load factor means the magnitude of the current that constantly flows through the switching element. The magnitude of the loss is determined by the magnitude of the product of current and voltage.

図7に示すように、MOSFET2の損失は、負荷率に対して2次関数的に変化する。また、IGBT1の損失は、負荷率に対して1次関数的に変化する。また、軽負荷の場合(負荷率がLよりも小さい場合)では、MOSFET2の損失はIGBT1の損失よりも小さくなる。また、重負荷の場合(負荷率がLよりも大きい場合)では、IGBT1の損失はMOSFET2の損失よりも小さくなる。両方の素子がオンされている間は、この2つのスイッチング素子の特性に応じて電流が分流される。   As shown in FIG. 7, the loss of MOSFET 2 changes in a quadratic function with respect to the load factor. Further, the loss of the IGBT 1 changes in a linear function with respect to the load factor. In the case of a light load (when the load factor is smaller than L), the loss of MOSFET 2 is smaller than the loss of IGBT 1. In the case of a heavy load (when the load factor is greater than L), the loss of IGBT 1 is smaller than the loss of MOSFET 2. While both elements are on, current is shunted according to the characteristics of the two switching elements.

具体的には、軽負荷の場合においては、IGBT1よりもMOSFET2の損失が小さいので、MOSFET2に比較的大きい電流が流れる。なお、IGBT1は、オンするのに必要な電圧がかかっていない場合、電流が流れない。この場合、MOSFET2にのみ電流が流れる。また、IGBT1は複数のIGBTが並列接続されている構成でもよく、MOSFET2は複数のMOSFETが複数並列接続されている構成でもよい。IGBT1とMOSFET2の素子数により分流する割合を調整してもよい。   Specifically, in the case of a light load, the loss of MOSFET 2 is smaller than that of IGBT 1, so that a relatively large current flows through MOSFET 2. Note that no current flows through the IGBT 1 when a voltage necessary to turn on the IGBT 1 is not applied. In this case, a current flows only through the MOSFET 2. Further, the IGBT 1 may have a configuration in which a plurality of IGBTs are connected in parallel, and the MOSFET 2 may have a configuration in which a plurality of MOSFETs are connected in parallel. The ratio of shunting may be adjusted according to the number of elements of IGBT1 and MOSFET2.

また、重負荷の場合においては、電流はMOSFET2とIGBT1とに分流される。この場合、重負荷において特性の優れるIGBT1に比較的大きい電流が流れる。これにより、軽負荷および重負荷の各々において、低損失な方の素子により多くの電流を流すことができるので、半導体直流遮断器100の導通損失を低減することが可能である。   In the case of a heavy load, the current is shunted between the MOSFET 2 and the IGBT 1. In this case, a relatively large current flows through the IGBT 1 having excellent characteristics under heavy load. Thereby, in each of the light load and the heavy load, a larger amount of current can flow through the element having the lower loss, so that the conduction loss of the semiconductor DC circuit breaker 100 can be reduced.

また、これにより、重負荷の場合でもMOSFET2に流れる電流値は比較的小さくなるので、MOSFET2の抵抗値を比較的大きくすることが可能である。その結果、(MOSFET2の抵抗値とMOSFET2のチップ面積とは反比例するので、)MOSFET2のチップ面積が大きくなるのを抑制することが可能である。   As a result, even in the case of a heavy load, the value of the current flowing through the MOSFET 2 becomes relatively small, so that the resistance value of the MOSFET 2 can be made relatively large. As a result, it is possible to suppress an increase in the chip area of MOSFET 2 (since the resistance value of MOSFET 2 and the chip area of MOSFET 2 are inversely proportional).

(第1実施形態の効果)
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of 1st Embodiment)
In the first embodiment, the following effects can be obtained.

第1実施形態では、上記のように、MOSFET2がオフされた後に、IGBT1がオフされることによって、直流電流を遮断するように、半導体直流遮断器100を構成する。ここで、MOV3に発生するサージ電圧の大きさは、後にオフするスイッチング素子(MOV3に電流を転流させるスイッチング素子)の特性に依存し、後にオフするスイッチング素子のスイッチング速度が速いほど大きくなる。したがって、MOSFET2がオフされた後に、MOSFET2よりも低速にスイッチングするIGBT1がオフされることによって、MOV3に発生するサージ電圧を比較的小さくすることができる。これにより、クランプ電圧を比較的大きく設定することができる。ここで、MOV3による限流時間は、MOV3のクランプ電圧が大きいほど短くなる。これにより、MOV3による限流時間が長くなることを抑制することができる。その結果、MOV3による限流時間が長くなることに起因して直流電流の遮断にかかる時間が長くなるのを抑制することができる。   In the first embodiment, as described above, the semiconductor DC circuit breaker 100 is configured to interrupt the DC current by turning off the IGBT 1 after the MOSFET 2 is turned off. Here, the magnitude of the surge voltage generated in MOV3 depends on the characteristics of a switching element that is turned off later (switching element that commutates current to MOV3), and increases as the switching speed of the switching element that turns off later increases. Accordingly, after the MOSFET 2 is turned off, the surge voltage generated in the MOV 3 can be made relatively small by turning off the IGBT 1 that switches at a lower speed than the MOSFET 2. Thereby, a clamp voltage can be set comparatively large. Here, the current limit time by MOV3 becomes shorter as the clamp voltage of MOV3 increases. Thereby, it can suppress that the current limit time by MOV3 becomes long. As a result, it is possible to suppress an increase in the time taken to cut off the direct current due to an increase in the current limiting time by MOV3.

また、限流時間が長くなることを抑制することができるので、MOV3による消費エネルギーが大きくなるのを抑制することができる。その結果、MOV3の容量が大きくなるのを抑制することができる。   Moreover, since it can suppress that current limiting time becomes long, it can suppress that the energy consumption by MOV3 becomes large. As a result, an increase in the capacity of MOV3 can be suppressed.

また、電界効果トランジスタ(MOSFET)および絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)という比較的簡易な構造の素子を用いて、直流電流の遮断にかかる時間が長くなるのを抑制することができる。   Further, it is possible to suppress an increase in the time taken to cut off the direct current by using elements having a relatively simple structure such as a field effect transistor (MOSFET) and an insulated gate bipolar transistor (IGBT).

また、第1実施形態では、上記のように、MOSFET2がオフされることによりMOSFET2に流れる電流値がゼロになった後に、IGBT1がオフされることによって、直流電流を遮断するように、半導体直流遮断器100を構成する。これにより、MOSFET2に電流が流れている状態でIGBT1がオフされることを防止することができる。その結果、MOSFET2からMOV3に電流が転流するのを抑制することができるので、MOSFET2に起因するサージ電圧が発生することをより確実に抑制することができる。   Further, in the first embodiment, as described above, after the current value flowing through the MOSFET 2 becomes zero due to the MOSFET 2 being turned off, the IGBT 1 is turned off to cut off the direct current. The circuit breaker 100 is configured. Thereby, it is possible to prevent the IGBT 1 from being turned off while a current is flowing through the MOSFET 2. As a result, current commutation from MOSFET 2 to MOV 3 can be suppressed, and generation of a surge voltage due to MOSFET 2 can be more reliably suppressed.

また、第1実施形態では、上記のように、MOSFET2にオフする信号を送った後、予め設定された時間Δt1後に、IGBT1がオフされるように、半導体直流遮断器100を構成する。これにより、MOSFET2にオフする信号を送るタイミングに対して、IGBT1を一定のタイミングでオフすることができる。その結果、IGBT1をオフするタイミングの制御を容易に行うことができる。   In the first embodiment, as described above, the semiconductor DC circuit breaker 100 is configured such that the IGBT 1 is turned off after a preset time Δt1 after sending the signal to the MOSFET 2 to be turned off. Thereby, IGBT1 can be turned off at a fixed timing with respect to the timing of sending a signal to turn off to MOSFET2. As a result, it is possible to easily control the timing at which the IGBT 1 is turned off.

また、第1実施形態では、上記のように、MOSFET2およびIGBT1の両方がオンされることにより、直流電流を導通させるように、半導体直流遮断器100を構成する。これにより、MOSFET2およびIGBT1のうちの一方をオンさせて直流電流を導通させる場合に比べて、直流電流の導通状態から遮断状態への移行の際に、MOSFET2をオフした後にIGBT1をオフする制御を容易に行うことができる。   In the first embodiment, as described above, the semiconductor DC circuit breaker 100 is configured so that a DC current is conducted when both the MOSFET 2 and the IGBT 1 are turned on. Thereby, compared with the case where one of the MOSFET 2 and the IGBT 1 is turned on and the DC current is conducted, the control for turning off the IGBT 1 after the MOSFET 2 is turned off at the time of transition from the conduction state of the DC current to the cutoff state is performed. It can be done easily.

[第2実施形態]
次に、図8を参照して、第2実施形態による半導体直流遮断器200の構成について説明する。第2実施形態の半導体直流遮断器200は、逆並列IGBT4を備える。なお、上記第1実施形態と同様の構成は、第1実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, the configuration of the semiconductor DC circuit breaker 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The semiconductor DC circuit breaker 200 of the second embodiment includes an antiparallel IGBT 4. In addition, the same structure as the said 1st Embodiment attaches | subjects and shows the same code | symbol as 1st Embodiment, and abbreviate | omits description.

(半導体直流遮断器の構成)
図8に示すように、半導体直流遮断器200は、IGBT11を備える。また、半導体直流遮断器200は、IGBT11と並列に接続されているMOSFET12を備える。MOSFET12は、互いに直列に接続されているMOSFET12aおよびMOSFET12bにより構成されている。また、MOSFET12aおよびMOSFET12bの各々は、Nチャネル型のMOSFETである。MOSFET12aおよびMOSFET12bの各々は、Pチャネル型のMOSFETであってもよい。なお、IGBT11は、特許請求の範囲の「バイポーラ型スイッチング素子」の一例である。また、MOSFET12(MOSFET12aおよびMOSFET12b)は、特許請求の範囲の「ユニポーラ型スイッチング素子」の一例である。
(Configuration of semiconductor DC circuit breaker)
As shown in FIG. 8, the semiconductor DC circuit breaker 200 includes an IGBT 11. The semiconductor DC circuit breaker 200 includes a MOSFET 12 connected in parallel with the IGBT 11. The MOSFET 12 includes a MOSFET 12a and a MOSFET 12b connected in series with each other. Each of the MOSFET 12a and the MOSFET 12b is an N-channel MOSFET. Each of MOSFET 12a and MOSFET 12b may be a P-channel type MOSFET. The IGBT 11 is an example of the “bipolar switching element” in the claims. The MOSFET 12 (MOSFET 12a and MOSFET 12b) is an example of the “unipolar switching element” in the claims.

MOSFET12aのドレイン端子Daは限流リアクトル103(図1参照)に接続され、MOSFET12bのドレイン端子Dbは負荷102(図1参照)に接続されている。また、MOSFET12aのソース端子Saと、MOSFET12bのソース端子Sbとは接続されている。   The drain terminal Da of the MOSFET 12a is connected to the current limiting reactor 103 (see FIG. 1), and the drain terminal Db of the MOSFET 12b is connected to the load 102 (see FIG. 1). Further, the source terminal Sa of the MOSFET 12a and the source terminal Sb of the MOSFET 12b are connected.

なお、図示しないが、MOSFET12aおよびMOSFET12bの各々は、内部に寄生ダイオードを有している。具体的には、MOSFET12aの寄生ダイオードは、ドレイン端子Daからソース端子Saへの電流を遮断するように機能する。また、MOSFET12bの寄生ダイオードは、ドレイン端子Dbからソース端子Sbへの電流を遮断するように機能する。   Although not shown, each of the MOSFET 12a and the MOSFET 12b has a parasitic diode therein. Specifically, the parasitic diode of the MOSFET 12a functions to cut off the current from the drain terminal Da to the source terminal Sa. The parasitic diode of the MOSFET 12b functions to cut off the current from the drain terminal Db to the source terminal Sb.

半導体直流遮断器200は、IGBT11に逆並列に接続されている逆並列IGBT4を備える。IGBT11および逆並列IGBT4の各々は、逆バイアスに対して十分な耐圧を有する逆阻止IGBT素子である。なお、逆並列IGBT4は、特許請求の範囲の「逆並列バイポーラ型スイッチング素子」の一例である。   The semiconductor DC circuit breaker 200 includes an anti-parallel IGBT 4 that is connected to the IGBT 11 in anti-parallel. Each of the IGBT 11 and the anti-parallel IGBT 4 is a reverse blocking IGBT element having a sufficient withstand voltage against the reverse bias. The anti-parallel IGBT 4 is an example of the “anti-parallel bipolar switching element” in the claims.

また、MOSFET12aおよびMOSFET12bの各々は、IGBT11および逆並列IGBT4よりも高速にスイッチングする。   Further, each of the MOSFET 12a and the MOSFET 12b switches at a higher speed than the IGBT 11 and the antiparallel IGBT4.

ここで、第2実施形態では、半導体直流遮断器200は、MOSFET12bがオフされた後に、逆並列IGBT4がオフされることによって、直流電流を遮断するように構成されている。具体的には、半導体直流遮断器200は、負荷102から直流電源101へ流れる直流電流を遮断する場合には、MOSFET12bがオフされた後に、逆並列IGBT4がオフされることによって、直流電流を遮断するように構成されている。また、半導体直流遮断器200は、直流電源101(図1参照)から負荷102(図1参照)へ流れる直流電流を遮断する場合には、MOSFET12aがオフされた後に、IGBT11がオフされることによって、直流電流を遮断するように構成されている。   Here, in the second embodiment, the semiconductor DC circuit breaker 200 is configured to interrupt the DC current by turning off the anti-parallel IGBT 4 after the MOSFET 12b is turned off. Specifically, when cutting off the direct current flowing from the load 102 to the direct current power supply 101, the semiconductor DC breaker 200 cuts off the direct current by turning off the anti-parallel IGBT 4 after turning off the MOSFET 12b. Is configured to do. Further, in the case of interrupting a direct current flowing from the DC power supply 101 (see FIG. 1) to the load 102 (see FIG. 1), the semiconductor DC breaker 200 is turned off by turning off the IGBT 11 after the MOSFET 12a is turned off. The DC current is cut off.

第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。   Other configurations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.

(第2実施形態の効果)
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of 2nd Embodiment)
In the second embodiment, the following effects can be obtained.

第2実施形態では、上記のように、MOSFET12bがオフされた後に、逆並列IGBT4がオフされることによって、直流電流を遮断するように、半導体直流遮断器200を構成する。これにより、IGBT11および逆並列IGBT4によって、直流電流の流れる向きに関わらず、MOV3による限流時間が長くなることに起因して直流電流の遮断にかかる時間が長くなるのを抑制することができる。   In the second embodiment, as described above, the semiconductor DC circuit breaker 200 is configured to interrupt the direct current by turning off the anti-parallel IGBT 4 after the MOSFET 12b is turned off. As a result, the IGBT 11 and the anti-parallel IGBT 4 can suppress an increase in the time required to cut off the direct current due to an increase in the current limiting time by the MOV3 regardless of the direction in which the direct current flows.

なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。   The remaining effects of the second embodiment are similar to those of the aforementioned first embodiment.

[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
[Modification]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications (modifications) within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

たとえば、上記第1実施形態では、ユニポーラ型スイッチング素子(MOSFET2)にオフする信号を送った後に、予め設定された所定の時間(Δt1)後に、バイポーラ型スイッチング素子(IGBT1)がオフされる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図9に示すように、半導体直流遮断器300は、電流センサ104を用いてバイポーラ型スイッチング素子(IGBT1)をオフするように構成されていてもよい。   For example, in the first embodiment, an example in which the bipolar switching element (IGBT1) is turned off after a predetermined time (Δt1) after a signal to turn off is sent to the unipolar switching element (MOSFET 2). Although shown, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9, the semiconductor DC breaker 300 may be configured to turn off the bipolar switching element (IGBT1) using the current sensor 104.

具体的には、電流センサ104は、MOSFET2に流れる電流値を検出している。そして、半導体直流遮断器300は、電流センサ104によりMOSFET2に流れる電流値がゼロになったことが検出された場合に、IGBT1がオフされるように構成されている。詳細には、電流センサ104により、MOSFET2に流れる電流値がゼロになったことが検出された場合、図示しない制御部に信号が送信される。図示しない制御部は、上記信号を受信した場合、IGBT1にオフ信号を送信する。これにより、確実に、MOSFET2に流れる電流値がゼロになった後に、IGBT1をオフすることができる。なお、第2実施形態の構成において、電流センサを用いた制御を行ってもよい。   Specifically, the current sensor 104 detects a current value flowing through the MOSFET 2. The semiconductor DC circuit breaker 300 is configured such that the IGBT 1 is turned off when the current sensor 104 detects that the value of the current flowing through the MOSFET 2 has become zero. Specifically, when the current sensor 104 detects that the value of the current flowing through the MOSFET 2 has become zero, a signal is transmitted to a control unit (not shown). A control unit (not shown) transmits an off signal to the IGBT 1 when receiving the signal. Thereby, the IGBT 1 can be reliably turned off after the value of the current flowing through the MOSFET 2 becomes zero. In the configuration of the second embodiment, control using a current sensor may be performed.

また、上記第1および第2実施形態では、ユニポーラ型スイッチング素子(MOSFET2、MOSFET12)に流れる電流値がゼロになった後に、バイポーラ型スイッチング素子(IGBT1、IGBT11)がオフされる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ユニポーラ型スイッチング素子(MOSFET2、MOSFET12)に流れる電流値がゼロに近い所定の値になった後に、バイポーラ型スイッチング素子(IGBT1、IGBT11)がオフされてもよい。   In the first and second embodiments, the example in which the bipolar switching elements (IGBT1, IGBT11) are turned off after the value of the current flowing through the unipolar switching elements (MOSFET2, MOSFET12) becomes zero has been shown. The present invention is not limited to this. For example, the bipolar switching elements (IGBT1, IGBT11) may be turned off after the value of the current flowing through the unipolar switching elements (MOSFET2, MOSFET12) becomes a predetermined value close to zero.

また、上記第1および第2実施形態では、バイポーラ型スイッチング素子が、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)であり、ユニポーラ型スイッチング素子が、電界効果トランジスタ(MOSFET)である例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、バイポーラ型スイッチング素子が、BJT(Bipolar Junction Transistor)またはGTO(Gate Turn−Off Thyristor)などであってもよい。また、たとえば、ユニポーラ型スイッチング素子が、SIT(Static Induction Transistor)などであってもよい。   In the first and second embodiments, the bipolar switching element is an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and the unipolar switching element is a field effect transistor (MOSFET). The invention is not limited to this. For example, the bipolar switching element may be a BJT (Bipolar Junction Transistor) or a GTO (Gate Turn-Off Thyristor). Further, for example, the unipolar switching element may be a SIT (Static Induction Transistor) or the like.

また、上記第1および第2実施形態では、電圧クランプ部として、MOVを用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電圧クランプ部として、ツェナーダイオードを用いてもよい。   In the first and second embodiments, the example in which the MOV is used as the voltage clamp unit has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a Zener diode may be used as the voltage clamp unit.

また、上記第1実施形態では、導通時において、ユニポーラ型スイッチング素子(MOSFET2)およびバイポーラ型スイッチング素子(IGBT1)の両方をオンする例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、導通時において、ユニポーラ型スイッチング素子(MOSFET2)およびバイポーラ型スイッチング素子(IGBT1)のいずれか一方をオンさせてもよい。   In the first embodiment, the example in which both the unipolar switching element (MOSFET 2) and the bipolar switching element (IGBT1) are turned on when conducting is shown. However, the present invention is not limited to this. For example, at the time of conduction, either one of the unipolar switching element (MOSFET 2) and the bipolar switching element (IGBT1) may be turned on.

また、上記第2実施形態では、バイポーラ型スイッチング素子(IGBT11)と、逆並列バイポーラ型スイッチング素子(逆並列IGBT4)のみが並列に接続されている例を示したが、本発明はこれに限られない。バイポーラ型スイッチング素子とダイオード素子の直列回路と、逆並列バイポーラ型スイッチング素子とダイオード素子の直列回路とが、逆並列に接続されていてもよい。   In the second embodiment, the bipolar switching element (IGBT 11) and the anti-parallel bipolar switching element (anti-parallel IGBT 4) are connected in parallel. However, the present invention is not limited to this. Absent. A series circuit of a bipolar switching element and a diode element, and a series circuit of an antiparallel bipolar switching element and a diode element may be connected in antiparallel.

1、11 IGBT(バイポーラ型スイッチング素子)
2、12、12a、12b MOSFET(ユニポーラ型スイッチング素子)
3 MOV(電圧クランプ部)
4 逆並列IGBT(逆並列バイポーラ型スイッチング素子)
100、200、300 半導体直流遮断器(直流遮断器)
101 直流電源
102 負荷
104 電流センサ
Δt1 時間(所定の時間)
1,11 IGBT (Bipolar type switching element)
2, 12, 12a, 12b MOSFET (unipolar switching element)
3 MOV (voltage clamp)
4 Reverse Parallel IGBT (Reverse Parallel Bipolar Switching Element)
100, 200, 300 Semiconductor DC circuit breaker (DC circuit breaker)
101 DC power supply 102 Load 104 Current sensor Δt1 time (predetermined time)

Claims (7)

直流電源と負荷との間に接続された直流遮断器であって、
バイポーラ型スイッチング素子と、
前記バイポーラ型スイッチング素子に並列に接続されるとともに、前記バイポーラ型スイッチング素子よりも高速にスイッチングするユニポーラ型スイッチング素子と、
前記ユニポーラ型スイッチング素子および前記バイポーラ型スイッチング素子の各々と並列に接続される電圧クランプ部と、を備え、
前記ユニポーラ型スイッチング素子がオフされた後に、前記バイポーラ型スイッチング素子がオフされることによって、直流電流を遮断するように構成されている、直流遮断器。
A DC circuit breaker connected between a DC power source and a load,
A bipolar switching element;
A unipolar switching element connected in parallel to the bipolar switching element and switching at a higher speed than the bipolar switching element;
A voltage clamp unit connected in parallel with each of the unipolar switching element and the bipolar switching element,
A DC circuit breaker configured to interrupt a direct current by turning off the bipolar switching element after the unipolar switching element is turned off.
前記ユニポーラ型スイッチング素子がオフされることにより前記ユニポーラ型スイッチング素子に流れる電流値がゼロになった後に、前記バイポーラ型スイッチング素子がオフされることによって、前記直流電流を遮断するように構成されている、請求項1に記載の直流遮断器。   The direct current is cut off by turning off the bipolar switching element after the current value flowing through the unipolar switching element becomes zero by turning off the unipolar switching element. The DC circuit breaker according to claim 1. 前記ユニポーラ型スイッチング素子にオフする信号を送った後、予め設定された所定の時間後に、前記バイポーラ型スイッチング素子がオフされるように構成されている、請求項1または2に記載の直流遮断器。   3. The DC circuit breaker according to claim 1, wherein the bipolar switching element is turned off after a predetermined time after sending a signal to turn off to the unipolar switching element. 4. . 前記ユニポーラ型スイッチング素子に流れる電流値を検出する電流センサにより、前記ユニポーラ型スイッチング素子に流れる電流値が所定の値になったことが検出された場合に、前記バイポーラ型スイッチング素子がオフされるように構成されている、請求項2に記載の直流遮断器。   When the current sensor that detects the current value flowing through the unipolar switching element detects that the current value flowing through the unipolar switching element has reached a predetermined value, the bipolar switching element is turned off. The DC circuit breaker according to claim 2, which is configured as follows. 前記バイポーラ型スイッチング素子に逆並列に接続されている逆並列バイポーラ型スイッチング素子をさらに備え、
前記ユニポーラ型スイッチング素子がオフされた後に、前記逆並列バイポーラ型スイッチング素子がオフされることによって、前記直流電流を遮断するように構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の直流遮断器。
An anti-parallel bipolar switching element connected in anti-parallel to the bipolar switching element;
5. The DC current is configured to be cut off by turning off the anti-parallel bipolar switching element after the unipolar switching element is turned off. 6. DC circuit breaker.
前記ユニポーラ型スイッチング素子および前記バイポーラ型スイッチング素子の両方がオンされることにより、前記直流電流を導通させるように構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の直流遮断器。   The DC circuit breaker according to any one of claims 1 to 5, wherein both the unipolar switching element and the bipolar switching element are turned on to conduct the DC current. 前記バイポーラ型スイッチング素子は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを含み、
前記ユニポーラ型スイッチング素子は、電界効果トランジスタを含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の直流遮断器。
The bipolar switching element includes an insulated gate bipolar transistor,
The DC breaker according to any one of claims 1 to 6, wherein the unipolar switching element includes a field effect transistor.
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