JP2655206B2 - 高電圧スイッチ及び高電圧スイッチのスイッチング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高電圧を放電させるため
の高電圧スイッチに関し、例えば静電塗装装置において
接地された被塗装物品が高電圧電極に接近した際に生じ
る火花放電を抑制するため、高電圧電源装置と接地との
間に介在させた高電圧スイッチ及び高電圧スイッチのス
イッチング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】静電塗装装置において従来使用されてい
る高電圧スイッチについて説明する。カップ式静電塗装
法の静電塗装装置としては、図３に示すように、可変直
流高電圧発生器Ｅ等から成る直流高圧電源装置１と、高
電圧電極となる椀型のカップ２と、高電圧電極側と低電
圧端子（接地）間に接続された高電圧スイッチ３とを具
備している。前記高電圧スイッチ３は、逆阻止３端子サ
イリスタ（以下、単にサイリスタと呼ぶ）Ｓを複数個
（数十個）直列に接続して構成され、サイリスタＳのゲ
ートＧには点弧装置４が接続されている。図中、抵抗Ｒ
はそれぞれ電流制限用の抵抗である。そして、カップ２
に直流高圧電源装置１による高電圧を印加するととも
に、カップ２を高速度で回転させてカップ２の中央より
塗料を流出させると、塗料が遠心力によってカップ周囲
から荷電量をもった塗料粒子として噴霧し、この塗料粒
子が接地された被塗装物５にクーロン力により収着され
る。

【０００３】前記高電圧スイッチ３の点弧装置４として
は、例えば図４に示すように、磁気結合による同時点弧
で行なう方式が提案されている。点弧エネルギ伝達用の
磁芯としては棒状のフェライトコア４０を使用し、この
フェライトコア４０の一端にトリガ巻線４１が巻回され
る一方、他端側に各サイリスタＳのゲートＧとカソード
Ｋ側との間を接続する点弧巻線４２が巻回されている。
トリガ巻線４１にパルスが印加されると各点弧巻線４２
に磁気的に点弧エネルギが伝達され、各サイリスタＳを
オン状態として高電圧スイッチ３全体をオンさせること
ができる。

【０００４】すなわち塗装時において、直流高圧電源装
置１に設けられた火花放電発生予知回路８が電流検出回
路７からの検出信号に基づいて火花放電発生予知信号を
生じさせると、駆動回路９により駆動パルスが前記点弧
装置４のトリガ巻線４１に印加され、高電圧スイッチ３
を閉じる。高電圧スイッチ３が閉じると、直流高圧電源
装置１の出力端子Ｏと静電塗装用ガンの入力端子Ｉ間を
接続する高圧ケ−ブル６が有する対地容量Ｃ1 に充電さ
れた電荷、カップ２と被塗装物及びカップと対地間に形
成される容量Ｃ2 に充電された電荷が前記高電圧スイッ
チ３を介して放電される。上記した高電圧スイッチの構
造の点弧装置によれば、各サイリスタＳのゲ−トＧにそ
れぞれパルスを印加する方式に比較して、簡単な構造で
複数サイリスタの同時点弧を行なうことができるという
利点がある。

【０００５】しかしながら上記構造の高電圧スイッチに
よると、点弧装置４としてフェライトコア４０を使用し
ているので、トリガ巻線４１に印加されるパルスによる
点弧巻線４２への点弧エネルギの伝達は、トリガ巻線４
１からの距離が遠い程遅れが生じる。従って、サイリス
タＳを１２０個程度接続した耐圧１００ｋＶ程度の高電
圧スイッチでは、前記伝達の遅れはスイッチの動作速度
に関しては支障がないが、次のような問題点があった。

【０００６】すなわち、サイリスタＳは、その断面構造
を図５に示すように、ｐ型半導体層，ｎ型半導体層，ｐ
型半導体層，ｎ型半導体層を積層し、中央部側のｐ型半
導体層にゲートＧを設けて構成されている。そして、ゲ
ートＧに電圧が印加された直後は、ｐ型半導体層とｎ型
半導体層との界面全面において電子が移動するのでな
く、ゲートＧに近い部分がチャネルとなり、その後順次
チャネル面積が拡がっていく。従って、高電圧スイッチ
がオン状態となった直後においては、トリガ巻線４１か
ら距離が遠い点弧巻線４２がゲートＧに接続されたサイ
リスタＳのチャネル面積は、他のサイリスタＳのチャネ
ル面積に比較して小さくなり、この部分を大電流が流れ
ようとするので、いわいるホットスポットが生じて劣化
をまねくという問題点があった。

【０００７】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、高耐圧化及び高速度化を図るとともに、信頼性が高
く且つ簡単な構造で実現できる高電圧スイッチ及びその
スイッチング方法を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記従来例の問題点を解
決するため請求項１記載の高電圧スイッチは、ｐ型半導
体層とｎ型半導体層とを組み合わせて成る半導体スイッ
チを複数個直列に接続した第１の半導体スイッチ群と、
同じくｐ型半導体層とｎ型半導体層とを組み合わせて成
る半導体スイッチを複数個直列に接続した第２の半導体
スイッチ群とを、互いの動作方向が一致するよう接続
し、その両端を高電圧側及び基準電位側にそれぞれ接続
する高電圧スイッチであって、次の構成を含むものであ
る前記第１の半導体スイッチ群と第２の半導体スイッチ
群との接続部分に、半導体スイッチの接続個数が少ない
一方の半導体スイッチ群をブレークオーバーさせ得る電
圧を印加する電圧印加手段を具備している。前記一方の
半導体スイッチ群のブレークオーバーにより生じる他方
の半導体スイッチ群の両端の電圧変化によって、前記他
方の半導体スイッチ群がブレークオーバー可能な個数の
半導体スイッチにより構成されている。

【０００９】請求項２記載の高電圧スイッチは、ｐ型半
導体層とｎ型半導体層とを組み合わせて成る半導体スイ
ッチを複数個直列に接続した第１の半導体スイッチ群
と、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを組み合わせるとと
もにゲート部を形成して成る半導体スイッチを、前記第
１の半導体スイッチ群を構成する半導体スイッチの接続
個数より少ない個数直列に接続した第２の半導体スイッ
チ群とを、互いの動作方向が一致するよう接続し、その
両端を高電圧側及び基準電位側にそれぞれ接続する高電
圧スイッチであって、次の構成を含むものである。前記
第２の半導体スイッチ群を構成する各半導体スイッチの
ゲート部に同時にパルスを印加する点弧回路を具備して
いる。前記第２の半導体スイッチ群の点弧により生じる
前記第１の半導体スイッチ群 の両端の電圧変化によっ
て、前記第１の半導体スイッチ群がブレークオーバー可
能な個数の半導体スイッチにより構成されている。

【００１０】請求項３記載の高電圧スイッチのスイッチ
ング方法は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを組み合わ
せて成る半導体スイッチを複数個直列に接続した第１の
半導体スイッチ群と、同じくｐ型半導体層とｎ型半導体
層とを組み合わせて成る半導体スイッチを複数個直列に
接続した第２の半導体スイッチ群とを、互いの動作方向
が一致するよう接続し、その両端を高電圧側及び基準電
位側にそれぞれ接続する高電圧スイッチのスイッチング
方法であって、前記第１の半導体スイッチ群と第２の半
導体スイッチ群との接続部分に、半導体スイッチの接続
個数が少ない一方の半導体スイッチ群をブレ−クオ−バ
−させ得る電圧を印加して、前記一方の半導体スイッチ
群を導通させ、続いて、他方の半導体スイッチ群の両端
の電圧変化により、前記他方の半導体スイッチ群をブレ
−クオ−バ−させて導通させることを特徴としている。

【００１１】請求項４記載の高電圧スイッチのスイッチ
ング方法は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを組み合わ
せて成る半導体スイッチを複数個直列に接続した第１の
半導体スイッチ群と、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを
組み合わせるとともにゲ−ト部を形成して成る半導体ス
イッチを、前記第１の半導体スイッチ群を構成する半導
体スイッチの接続個数より少ない個数直列に接続した第
２の半導体スイッチ群とを、互いの動作方向が一致する
よう接続し、その両端を高電圧側及び基準電位側にそれ
ぞれ接続する高電圧スイッチのスイッチング方法であっ
て、前記第２の半導体スイッチ群を構成する各半導体ス
イッチのゲ−ト部に同時にパルスを印加することによ
り、前記第２の半導体スイッチ群を導通させ、続いて、
前記第１の半導体スイッチ群の両端の電圧変化により、
前記第１の半導体スイッチ群をブレ−クオ−バ−させて
導通させることを特徴としている。

【００１２】請求項５記載の高電圧スイッチは、請求項
１又は請求項２に記載の高電圧スイッチにおいて、第１
の半導体スイッチ群及び第２の半導体スイッチ群を構成
する各半導体スイッチと並列に、抵抗値の等しい分圧抵
抗を接続することを特徴としている。

【００１３】

【作用】請求項１記載の高電圧スイッチによれば、両端
を高電圧側及び基準電位側に接続し、第１の半導体スイ
ッチ群と第２の半導体スイッチ群とにそれぞれ高電圧を
分圧して印加した状態において、第１の半導体スイッチ
群と第２の半導体スイッチ群との接続部分に電圧印加手
段より電圧を印加すると、２つの半導体スイッチ群のう
ち半導体スイッチの接続個数が少ない方の一方の半導体
スイッチ群がブレークオーバーにより導通する。これに
より、高電圧スイッチ全体に印加される電圧が他方の半
導体スイッチ群の両端に印加されるが、他方の半導体ス
イッチ群はこの電圧変化によってブレークオーバー可能
な個数により構成されているためブレークオーバーによ
り導通し、高電圧スイッチ全体が導通状態となる。

【００１４】請求項２記載の高電圧スイッチによれば、
両端を高電圧側及び基準電位側に接続し、第１の半導体
スイッチ群と第２の半導体スイッチ群とにそれぞれ高電
圧を分圧して印加した状態において、点弧回路から第２
の半導体スイッチ群の各ゲート部に同時にパルスを印加
すると、第２の半導体スイッチ群が導通し、これにより
高電圧スイッチ全体に印加される電圧が第１の半導体ス
イッチ群の両端に印加されるが、第１の半導体スイッチ
群はこの電圧変化によってブレークオーバー可能な個数
により構成されているためブレークオーバーにより導通
し、高電圧スイッチ全体が導通状態となる。

【００１５】請求項３記載の高電圧スイッチのスイッチ
ング方法によれば、両端を高電圧側及び基準電位側に接
続し、第１の半導体スイッチ群と第２の半導体スイッチ
群とにそれぞれ高電圧を分圧して印加した状態におい
て、第１の半導体スイッチ群と 第２の半導体スイッチ群
との接続部分に、２つの半導体スイッチ群のうち半導体
スイッチの接続個数が少ない方の一方の半導体スイッチ
群をブレークオーバーさせ得る電圧を電圧印加手段より
印加することにより、前記一方の半導体スイッチ群をブ
レークオーバーにより導通させることができる。これに
より 高電圧スイッチ全体に印加される電圧が他方の半
導体スイッチ群の両端に印加されるので、この電圧変化
によって他方の半導体スイッチ群をブレークオーバーに
よって導通させ、高電圧スイッチ全体を導通状態とする
ことができる。

【００１６】請求項４記載の高電圧スイッチのスイッチ
ング方法によれば、両端を高電圧側及び基準電位側に接
続し、第１の半導体スイッチ群と第２の半導体スイッチ
群とにそれぞれ高電圧を分圧して印加した状態におい
て、第２の半導体スイッチ群の各ゲート部に同時にパル
スを印加することにより、第２の半導体スイッチ群を導
通させ、これにより高電圧スイッチ全体に印加される電
圧が第１の半導体スイッチ群の両端に印加されるので、
この電圧変化によって第１の半導体スイッチ群をブレー
クオーバーにより導通させ、高電圧スイッチ全体を導通
状態とすることができる。

【００１７】請求項５記載の高電圧スイッチによれば、
各半導体スイッチに等しい分圧を与えることができるの
で、各半導体スイッチの導通に要する時間を平均化で
き、高電圧スイッチ全体の動作を安定させることができ
る。

【００１８】

【実施例】本発明の一実施例について図面を参照しなが
ら説明する。図１は高電圧スイッチの等価回路を示すも
のであり、例えば図３に示した静電塗装装置の高電圧短
絡用として使用される。

【００１９】高電圧スイッチは、９０個の半導体スイッ
チ１０を直列に接続した第１の半導体スイッチ群１１
と、３０個の半導体スイッチ１０を直列に接続した第２
の半導体スイッチ群１２と、第１の半導体スイッチ群１
１と第２の半導体スイッチ群１２との接続部分（Ｃ点）
に電圧を印加する電圧印加手段１３とを具備して構成さ
れている。第１の半導体スイッチ群１１の端部の端子Ａ
は例えば静電塗装装置の直流高圧電源装置の高電圧側
（−９０ｋＶ）に接続され、第２の半導体スイッチ群１
２の端部の端子Ｂは接地されている。この状態におい
て、第１の半導体スイッチ群１１と第２の半導体スイッ
チ群１２には、それぞれの抵抗値に応じて高電圧を分圧
した電圧が印加されており、Ｃ点の電位は−２２．５ｋ
Ｖである。

【００２０】各半導体スイッチ１０は、前記端子Ａ側に
順方向となるサイリスタＳと、サイリスタＳのゲートＧ
とカソードＫとの間に接続されたゲート抵抗ＲＧＫとか
ら構成される。ゲート抵抗ＲＧＫは、サイリスタＳの耐
圧値を最大にするために設けられている。各サイリスタ
Ｓの耐圧値は９００Ｖ程度なので、サイリスタＳを直列
に１２０個接続したスイッチ全体では１０８ｋＶ程度の
耐圧とすることができる。また、各半導体スイッチ１０
には、短絡電流が流れた際に電流値を制限してサイリス
タＳを保護する電流制限抵抗Ｒ１がそれぞれ接続されて
いる。また、各半導体スイッチ１０及び電流制限抵抗Ｒ
１に対して並列となるように、分圧抵抗Ｒ２が接続さ
れ、各サイリスタＳにかかる電圧を一定にしている。

【００２１】サイリスタＳのブレークオーバー電圧は耐
圧よりも僅かに大きい値であり、サイリスタＳの構造な
どに依存する。ここで用いたサイリスタＳは、耐圧９０
０Ｖ程度に対してブレークオーバー電圧９７０Ｖ程度の
ものである。ブレークオーバー電圧は、その性質上個々
のサイリスタＳによりバラツキが生じてしまう。従っ
て、分圧抵抗Ｒ２を接続することにより、各サイリスタ
Ｓにかかる電圧を、いずれかのサイリスタＳをブレーク
オーバーさせる電圧より小さい一定電圧に設定して各サ
イリスタＳの安定化を図っている。

【００２２】電圧印加手段１３は、パルストランス１４
と、パルストランス１４の一次側に電圧を供給する直流
電源１５と、スイッチング素子１６とを具備している。
パルストランス１４の二次側の一端は、前記第１の半導
体スイッチ群１１と第２の半導体スイッチ群１２との接
続部分であるＣ点に接続されている。パルストランス１
４の二次側の他端は、端子Ａ−Ｂ間に印加される高電圧
を抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とで分圧したＤ点に接続されてい
る。抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４は、Ｒ３：Ｒ４の値を３：１
とすることにより、Ｃ点とＤ点の電位を同電位（−２
２．５ｋＶ）として通常の場合には、パルストランス１
４の二次側の両端に電位差が生じないようになってい
る。

【００２３】電圧印加手段１３によって印加する電圧
は、２つの半導体スイッチ群のうち接続個数の少ない方
の半導体スイッチ群をブレークオーバさせ得る電圧であ
る。従って、第２の半導体スイッチ群１２に印加されて
いる電圧−２２．５ｋＶに対して、第２の半導体スイッ
チ群１２のブレークオーバー電圧２９．１ｋＶ（９７０
Ｖ×３０）との不足電圧分−６．６ｋＶ以上の電圧をパ
ルストランス１４において発生させる必要がある。

【００２４】上述のような構造の高電圧スイッチを図３
に示した静電塗装装置に適用すると、駆動回路９からの
信号がスイッチング素子１６のゲ−トに印加され、この
スイッチング素子１６をオン状態として直流電源１５か
らの電圧がパルストランス１４の一次側に印加されて電
流が流れる。そして、磁気結合によりパルストランス１
４の二次側に−１０ｋＶ程度の電圧を発生させる。その
結果、Ｃ点の電位が−３２．５ｋＶ程度となり、第２の
半導体スイッチ群１２の有するブレ−クオ−バ−電圧で
ある２９．１ｋＶを越えるので、第２の半導体スイッチ
群１２の各サイリスタＳがブレ−クオ−バ−して短絡状
態となる。

【００２５】第２の半導体スイッチ群１２が短絡状態と
なるとＣ点が０Ｖとなるので、第１の半導体スイッチ群
１１の両端には−９０ｋＶがかかる。この電圧は、第１
の半導体スイッチ群１１全体のブレークオーバー電圧８
７．３ｋＶ（９７０Ｖ×９０）を越えるので、第１の半
導体スイッチ群１１の各サイリスタＳがブレークオーバ
ーして短絡状態となり、スイッチ全体が導通状態とな
る。

【００２６】上記実施例によれば、複数個の半導体スイ
ッチを直列に接続して高電圧スイッチとするので高耐圧
化を図ることができ、さらに、電圧印加手段より電圧を
印加して第２の半導体スイッチ群をブレークオーバーに
より導通させ、これをトリガとして第１の半導体スイッ
チ群をブレークオーバーにより導通させ、高電圧スイッ
チ全体を導通状態とするので、スイッチ動作の高速化を
図ることができる。ブレークオーバーによる導通は、ｐ
型半導体とｎ型半導体との界面の全部に亘って一瞬に電
子が流れようとするので、従来例で述べたようなホット
スポットが生じることがなく、複数個の半導体スイッチ
を直列に接続した高電圧スイッチの信頼性の向上を図る
ことができる。さらに、各半導体スイッチに、抵抗値の
等しい分圧抵抗を並列に接続して等しい分圧を与えるの
で、各半導体スイッチの導通に要する時間を平均化で
き、高電圧スイッチ全体の動作を安定させることができ
る。

【００２７】また 高電圧スイッチを２つの半導体スイ
ッチ群により構成し、その接続部分に電圧印加手段１３
より電圧を印加するため、以下のような効果がある。先
ず、図１のＡ点またはＢ点に電圧を印加して、高電圧ス
イッチを構成する全半導体スイッチを同時にブレークオ
ーバーさせる場合、パルストランス１４において発生さ
せるべき電圧は最大となり、パルストランス１４の巻線
を増加させて印加電圧を大きくする必要があり、装置が
大型化するとともに巻線間の容量によって遅延時間が増
大する。これに対して上記実施例の構成によれば、装置
を小型化でき、また、スイッチ動作を高速化できるとい
う効果がある。次に、サイリスタＳは、ゲートに信号を
加えない状態において高い電圧上昇率をもった順電圧が
印加されると、その電圧値がブレークオーバー電圧以内
であってもターンオンするという特性があり、例えば電
圧上昇率（ｄｖ／ｄｔ）が１ｋＶ／μｓｅｃの場合、通
常のブレークオーバー電圧の１／３以下の電圧によって
ブレークオーバーすることが公知となっている。従っ
て、上記実施例の構成において第２の半導体スイッチ群
１２がブレークオーバーにより導通した場合、第１の半
導体スイッチ群１１の両端の電圧は、−６７．５ｋＶか
ら−９０ｋＶへ瞬時 に変化するので、通常のブレークオ
ーバー電圧（８７．３ｋＶ）の１／３以下の電圧（２
９．１ｋＶ）によってブレークオーバーすることができ
るので、Ｃ点の位置をさらにＢ点側へ移動し、電圧印加
手段１３によって印加する電圧を減少させた場合でも同
様な動作を行わせることができ、装置の小型化およびス
イッチ動作の高速化を図ることが可能である。逆に、上
記実施例において、パルストランス１４にて発生させる
電圧を、例えば−１５ｋＶ程度に設定すれば、−６０ｋ
Ｖ〜−９０ｋＶの高電圧電源装置に対応させて同様の動
作を行わせることができ、適用範囲が拡大する。

【００２８】上記実施例においては、第１の半導体スイ
ッチ群１１及び第２の半導体スイッチ群１２を構成する
半導体スイッチ１０の個数を９０個及び３０個とした
が、半導体スイッチ１０の個数の配分、つまり、Ｃ点の
位置は、以下の点を考慮した範範囲において変更可能で
ある。第１の半導体スイッチ群１１は、高電圧スイッチ
の両端に印加される電圧をＶ１とすると、第１の半導
体スイッチ群１１と第２の半導体スイッチ群１２の耐圧
の和はＶ１より大きく、第１の半導体スイッチ群１１
のブレークオーバー電圧（電圧変化率を考慮した場合の
値）はＶ１よりも小さい、という条件を満たす個数の半
導体スイッチ１０により構成する。さらに、第２の半導
体スイッチ群１２を構成する半導体スイッチ１０の接続
個数が少ないほどパルストランス１４により発生させる
電圧を減少できるので、この点を考慮して個数の配分を
調整する。

【００２９】上記実施例では、半導体スイッチ１０とし
てサイリスタＳを使用したが、２方向２端子サイリスタ
（ＳＳＳ）を使用してもよい。この場合、図１において
サイリスタＳの部分に２方向２端子サイリスタを接続
し、また、２方向２端子サイリスタはゲート端子がない
ので、本実施例におけるゲート抵抗ＲＧＫを省略するこ
とができる。

【００３０】また、パルストランス１４の二次側のＤ点
に、Ｃ点と同じ電位を与える構成として、上記実施例に
おいては高電圧スイッチに印加される高電圧を分圧して
得ているが、Ｃ点と同じ電位を与える外部の直流電源を
直接接続した構成であってもよい。また、静電塗装装置
の電源である直流高圧電源装置１（図３）から変圧して
得るようにしてもよい。

【００３１】図２は本発明の他の実施例を示すもので、
図１における第２の半導体スイッチ群１２を、各半導体
スイッチ１０のゲ−トＧに同時にパルスを印加すること
によりオン状態とするものである。図中、図１と同一構
成部分は同一符号を付している。

【００３２】すなわち、第１の半導体スイッチ群１１を
構成する半導体スイッチ１０は、２方向２端子サイリス
タ（ＳＳＳ）で構成されている。また、第２の半導体ス
イッチ群１２を構成する半導体スイッチ１０はサイリス
タで構成され、各サイリスタのゲ−トＧは点弧回路１７
に接続されている。点弧回路１７としては、静電塗装装
置の駆動回路９（図３）からの信号により、各ゲ−トＧ
に同時にパルスを与えるものを用いる。

【００３３】上述のような構造の高電圧スイッチを図３
に示した静電塗装装置に適用すると、駆動回路９からの
信号に応じて、点孤回路１７から第２の半導体スイッチ
群１２の各半導体スイッチ１０のゲ−ト部へ同時にパル
スが与えられ、第２の半導体スイッチ群１２が導通して
短絡状態となる。このとき、各ゲ−ト部へ与えられるパ
ルスには時間差が生じないので、ホットスポットは生じ
ない。第２の半導体スイッチ群１２が短絡状態となると
Ｃ点が０Ｖとなり、図１の実施例の場合と同様第１の半
導体スイッチ群１１の各サイリスタＳがブレ−クオ−バ
−して導通し、スイッチ全体が導通状態となる。

【００３４】上記実施例によれば、複数個の半導体スイ
ッチを直列に接続して高電圧スイッチとするので高耐圧
化を図ることができ、さらに、点弧回路により第２の半
導体スイッチ群を構成する各半導体スイッチのゲート部
に同時にパルスを与えて導通させ、これをトリガとして
第１の半導体スイッチ群をブレークオーバーにより導 通
させ、高電圧スイッチ全体を導通状態とするので、スイ
ッチ動作の高速化を図ることができる。ブレークオーバ
ーによる導通、及び、上記実施例の点弧回路による導通
は、従来例で述べたようなホットスポットが生じること
がなく、複数個の半導体スイッチを直列に接続した高電
圧スイッチの信頼性の向上を図ることができる。さら
に、各半導体スイッチに、抵抗値の等しい分圧抵抗を並
列に接続して等しい分圧を与えるので、各半導体スイッ
チの導通に要する時間を平均化でき、高電圧スイッチ全
体の動作を安定させることができる。また、高電圧スイ
ッチを、２つの半導体スイッチ群により構成し、半導体
スイッチの接続個数の少ない第２の半導体スイッチ群を
点弧回路により先に導通させることにより、第１の半導
体スイッチ群は、両端に印加される電圧変化に応じて通
常のブレークオーバー電圧以下の電圧によってブレーク
オーバーされるので、上記構成によって、−６０ｋＶ〜
−９０ｋＶの高電圧電源装置に対応させて使用すること
ができる。

【００３５】尚、図２において、第２の半導体スイッチ
群１２を構成する半導体スイッチ１０を、光信号パルス
をゲートに印加する光サイリスタで構成し、点弧回路１
７を光信号発生器とすれば、第２の半導体スイッチ群１
２のスイッチング動作を超高速で行なうことができ、高
電圧スイッチ全体のスイッチング速度を向上させること
ができる。また、ゲート信号として光信号を用いるの
で、点弧回路１７における高電圧装置からの絶縁性の向
上を図ることができる。

【００３６】また、上記実施例では静電塗装装置に使用
される高電圧スイッチを例として説明したが、静電塗装
装置に限定されることなく高電圧電源を用いる装置にお
いて、短絡が必要な部分に適用することができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、複数個の半導体スイッ
チを直列に接続した２つの半導体スイッチ群を接続して
高電圧スイッチを構成し、半導体スイッチの接続個数の
少ない 方の一方の半導体スイッチ群をブレークオーバー
させ得る電圧を印加するか、または、前記一方の半導体
スイッチ群の各半導体スイッチを同時に点弧させること
により、前記一方の半導体スイッチ群を導通させ、これ
をトリガとして他方の半導体スイッチ群をブレークオー
バーさせ、高電圧スイッチ全体を導通状態とするので
高耐圧化及び高速度化を図るとともに、信頼性が高い高
電圧スイッチを得ることができる。さらに、各半導体ス
イッチと並列に、抵抗値の等しい分圧抵抗を接続するこ
とにより、スイッチ動作を安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の高電圧スイッチの一実施例を示す等
価回路図である。

【図２】 本発明の高電圧スイッチの他の実施例を示す
等価回路図である。

【図３】 静電塗装装置の全体を示す等価回路図であ
る。

【図４】 従来の高電圧スイッチの構造を示す説明図で
ある。

【図５】 サイリスタの構造を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 半導体スイッチ １１ 第１の半導体スイッチ群 １２ 第２の半導体スイッチ群 １３ 電圧印加手段 １４ パルストランス １５ 直流電源 １６ スイッチング素子 Ｓ サイリスタ

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを組み合
   わせて成る半導体スイッチを複数個直列に接続した第１
   の半導体スイッチ群と、 同じくｐ型半導体層とｎ型半導体層とを組み合わせて成
   る半導体スイッチを複数個直列に接続した第２の半導体
   スイッチ群とを、 互いの動作方向が一致するよう接続し、その両端を高電
   圧側及び基準電位側にそれぞれ接続する高電圧スイッチ
   であって、 前記第１の半導体スイッチ群と第２の半導体スイッチ群
   との接続部分に、半導体スイッチの接続個数が少ない一
   方の半導体スイッチ群をブレ−クオ−バ−させ得る電圧
   を印加する電圧印加手段を具備し、 前記一方の半導体スイッチ群のブレ−クオ−バ−により
   生じる他方の半導体スイッチ群の両端の電圧変化によっ
   て、前記他方の半導体スイッチ群がブレ−クオ−バ−可
   能な個数の半導体スイッチにより構成されていることを
   特徴とする高電圧スイッチ。
2. 【請求項２】 ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを組み合
   わせて成る半導体スイッチを複数個直列に接続した第１
   の半導体スイッチ群と、 ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを組み合わせるとともに
   ゲ−ト部を形成して成る半導体スイッチを、前記第１の
   半導体スイッチ群を構成する半導体スイッチの接続個数
   より少ない個数直列に接続した第２の半導体スイッチ群
   とを、 互いの動作方向が一致するよう接続し、その両端を高電
   圧側及び基準電位側にそれぞれ接続する高電圧スイッチ
   であって、 前記第２の半導体スイッチ群を構成する各半導体スイッ
   チのゲ−ト部に同時にパルスを印加する点弧回路を具備
   し、 前記第２の半導体スイッチ群の点孤により生じる前記第
   １の半導体スイッチ群の両端の電圧変化によって、前記
   第１の半導体スイッチ群がブレ−クオ−バ−可能な個数
   の半導体スイッチにより構成されていることを特徴とす
   る高電圧スイッチ。
3. 【請求項３】 ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを組み合
   わせて成る半導体スイッチを複数個直列に接続した第１
   の半導体スイッチ群と、同じくｐ型半導体層とｎ型半導
   体層とを組み合わせて成る半導体スイッチを複数個直列
   に接続した第２の半導体スイッチ群とを、互いの動作方
   向が一致するよう接続し、その両端を高電圧側及び基準
   電位側にそれぞれ接続する高電圧スイッチのスイッチン
   グ方法であって、 前 記第１の半導体スイッチ群と第２の半導体スイッチ群
   との接続部分に、半導体スイッチの接続個数が少ない一
   方の半導体スイッチ群をブレ−クオ−バ−させ得る電圧
   を印加して、前記一方の半導体スイッチ群を導通させ、 続いて、他方の半導体スイッチ群の両端の電圧変化によ
   り、前記他方の半導体スイッチ群をブレ−クオ−バ−さ
   せて導通させることを特徴とする高電圧スイッチのスイ
   ッチング方法。
4. 【請求項４】 ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを組み合
   わせて成る半導体スイッチを複数個直列に接続した第１
   の半導体スイッチ群と、ｐ型半導体層とｎ型半導体層と
   を組み合わせるとともにゲ−ト部を形成して成る半導体
   スイッチを、前記第１の半導体スイッチ群を構成する半
   導体スイッチの接続個数より少ない個数直列に接続した
   第２の半導体スイッチ群とを、互いの動作方向が一致す
   るよう接続し、その両端を高電圧側及び基準電位側にそ
   れぞれ接続する高電圧スイッチのスイッチング方法であ
   って、 前 記第２の半導体スイッチ群を構成する各半導体スイッ
   チのゲ−ト部に同時にパルスを印加することにより、前
   記第２の半導体スイッチ群を導通させ、 続いて、前記第１の半導体スイッチ群の両端の電圧変化
   により、前記第１の半導体スイッチ群をブレ−クオ−バ
   −させて導通させることを特徴とする高電圧スイッチの
   スイッチング方法。
5. 【請求項５】 第１の半導体スイッチ群及び第２の半導
   体スイッチ群を構成する各半導体スイッチと並列に、抵
   抗値の等しい分圧抵抗を接続することを特徴とする請求
   項１又は請求項２に記載の高電圧スイッチ。