JP3031080B2 - 直流半導体遮断器 - Google Patents

直流半導体遮断器

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JP3031080B2
JP3031080B2 JP4254463A JP25446392A JP3031080B2 JP 3031080 B2 JP3031080 B2 JP 3031080B2 JP 4254463 A JP4254463 A JP 4254463A JP 25446392 A JP25446392 A JP 25446392A JP 3031080 B2 JP3031080 B2 JP 3031080B2
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敏男 岡村
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、直流電力ラインの過
電流を検出して高速応答で定電流制御を伴う遮断(以後
限流遮断という)を行う直流半導体遮断器の遮断特性の
設定及びその回路方式に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の直流半導体遮断器として
図5に示す構成のものがあった。図において、1は直流
電力ラインの被遮断電流IL を遮断する遮断部、2はこ
の遮断部1をオン/オフ及び限流駆動する限流駆動回
路、3は被遮断電流IL を検出する電流検出部、4は電
流検出信号VL に基準信号VB を減算するバイアス回
路、5はこのバイアス回路4の出力信号VA を時間で積
分する積分回路、6はこの積分回路5の出力電圧VI と
基準電圧VS の大小関係を比較するコンパレータ、VC
はこのコンパレータ6から出力される遮断部オン/オフ
制御信号である。
【0003】従来の直流半導体遮断器は上記のように構
成され、被遮断電流IL がこの直流半導体遮断器の連続
通電電流許容範囲(IDC)内のときは遮断部1は限流駆
動回路2によりオン状態に駆動されている。遮断部Iは
電界効果トランジスタ(以後FETという)等の能動素
子によって構成されており、オン状態駆動においては飽
和駆動状態となっている。電流検出部3により被遮断電
流IL は常時モニタされており、電流検出信号VL は被
遮断電流IL に比例した電圧または電流値で表され、バ
イアス回路4に入力される。バイアス回路4においてこ
の電流検出信号VL から一定の値の基準信号VB が減算
される。ここで基準信号VB は連続通電電流許容範囲
(IDC)に相当するレベルに設定されており、被遮断電
流IL が直流半導体遮断器の連続通電電流許容範囲(I
DC)内のときはバイアス回路4の出力信号VA はゼロま
たは負レベルとなっている。積分回路5は負入力に対し
ては積分動作を行わず、積分回路出力電圧VI は約0V
となっている。この状態においては積分回路出力電圧V
I は基準電圧VS より低く、コンパレータ6の出力であ
る遮断部オン/オフ制御信号VC はハイレベルとなって
おり、限流駆動回路2は遮断部1を常時オン状態として
駆動する。
【0004】被遮断電流IL がこの直流半導体遮断器の
連続通電電流許容範囲(IDC)を越えたときはバイアス
回路4の出力信号VA は正の値となり、積分回路5によ
って時間積分され、積分回路出力電圧VI は式(1)で
表され時間の経過とともに上昇する。 VI =A×∫(IL −IDC)dt …(1) ここで、Aは電流検出部3における被遮断電流IL と電
流検出信号VL の比例定数を伴う積分定数、tは時間を
示す。
【0005】そこで積分回路出力電圧VI が基準電圧V
S を越えた時点で遮断部オン/オフ制御信号VC はロー
レベルとなり、限流駆動回路2は遮断部1をオフ駆動、
すなわち遮断する。このときの被遮断電流IL 対遮断時
間tの関係は式(2)で表される。 t=1/A×VS /(IL −IDC) …(2)
【0006】この直流半導体遮断器の下流に接続される
負荷のインピーダンスが低下し被遮断電流IL が直流半
導体遮断器の限流電流(ILlimit)を越える状態になっ
た場合は、限流駆動回路2は被遮断電流IL が直流半導
体遮断器の限流電流(ILlimit)に等しい値になるよう
に遮断部1を定電流制御すなわち限流駆動する。このと
き遮断部1の能動素子は非飽和状態で動作するため、能
動素子に発生する電圧降下と直流半導体遮断器の限流電
流(ILlimit)の積による消費電力により過渡的な温度
上昇を伴う。この温度上昇を能動素子が許容する値以下
に押える必要から限流駆動状態の許容継続時間に制限が
生じる。基準電圧VS と積分定数Aの値はこの限流駆動
状態の許容継続時間の制限範囲内となるように設定され
る。
【0007】以上の動作における各部の信号及び電圧電
流の変化を、時間の経過に対応して示したものを図6に
示す。また、以上の動作に基づく直流半導体遮断器の遮
断特性を図7に示す。
【0008】なお、説明において信号または電圧レベル
に関して正負またはハイ/ローの表現を用いているもの
は相対的な概念であり、正負反転して構成しても同様の
機能が得られる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記のような直流半導
体遮断器では、限流動作時の遮断部1の能動素子許容温
度上昇の制限から遮断特性の設定範囲に制限が生じ、連
続通電電流許容範囲(IDC)を越えた過渡的な通電領域
を任意に広く設定することができず、この直流半導体遮
断器の下流に接続される負荷の起動時等における過渡的
な過電流の許容継続時間に制限が生じていた。例えば、
過渡的な過電流継続時間の長い負荷が接続される場合
は、それを十分カバーできる遮断特性を有する定格電流
容量の大きい直流半導体遮断器を用いなければならず、
この場合直流半導体遮断器の重量寸法が増すと共に連続
通電電流許容範囲(IDC)においては過大定格となり負
荷の特性に適合せず保護機能の役割が十分に発揮できな
いという問題点があった。
【0010】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、限流動作時の遮断部の能動素子
許容温度上昇の制限にかかわらず、連続通電電流許容範
囲(IDC)を越えた過渡的な通電領域を任意に広く設定
出来、負荷の特性に適合し得る直流半導体遮断器を得る
ことを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明に係る直流半導
体遮断器においては、限流駆動回路から限流駆動状態信
号を取りだし、それを時間で積分する第2の積分回路を
設け、その第2の積分回路出力電圧を基準電圧と比較す
る第2のコンパレータを設け、その第2のコンパレータ
の出力を第1のコンパレータの出力と結合し、遮断部オ
ン/オフ信号としたものである。
【0012】
【作用】上記のように構成された直流半導体遮断器は、
限流動作を行っているときは第2の積分回路の積分定数
と基準電圧との関係で限流遮断時間が決定され、限流動
作に至らない過電流状態で動作しているときは第1の積
分回路の積分定数と基準電圧との関係で被遮断電流IL
対遮断時間tの関係が決定されるため、遮断特性の設定
においては限流遮断時間の制限にかかわらず、連続通電
電流許容範囲(IDC)を越えた過渡的な通電領域を任意
に広く設定して、負荷の特性に適合させることができ
る。
【0013】
【実施例】実施例1.図1はこの発明の一実施例を示す
図であり、1〜6及びIL 、VA 、VB 、VC 、VL 、
VS 、VI 、VV は従来装置と全く同一のものである。
7は限流駆動回路2から出力される限流駆動状態信号V
D を時間で積分する第2の積分回路、8はこの積分回路
2の出力電圧VV と基準電圧VS の大小関係を比較する
第2のコンパレータである。
【0014】前記のように構成された直流半導体遮断器
において、限流動作を行っているときは限流駆動回路2
の回路動作状態から限流動作状態を、例えば限流駆動時
特有の信号レベルの変化を見る等容易な方法で検出して
限流駆動状態信号VD を取りだし、それを第2の積分回
路7によって時間積分する。第2の積分回路出力電圧V
V は式(3)で表され時間の経過と共に上昇する。 VV =B×t …(3) ここで、Bは第2の積分回路の積分定数、tは時間を示
す。
【0015】そこで第2の積分回路出力電圧VV が基準
電圧VS を越えた時点で遮断部オン/オフ制御信号VC
はローレベルとなり、限流駆動回路2は遮断部1をオフ
駆動、すなわち遮断する。このときの限流遮断時間は式
(4)で表される。 t=VS /B …(4)
【0016】以上のように構成されているため基準電圧
VS と積分定数Bの値は限流駆動状態の許容継続時間の
制限範囲内となるように設定される。従って積分定数A
と基準電圧VS の関係は限流駆動状態の許容継続時間と
は無関係に任意の値に設定できることになる。
【0017】以上の動作における各部の信号及び電圧電
流の変化を、時間の経過に対応して示したものを図2及
び図3に示す。また、以上の動作に基づく直流半導体遮
断器の遮断特性を図4に示す。
【0018】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果がある。
【0019】限流駆動回路から限流駆動状態信号を取り
だし、それを時間で積分する第2の積分回路を設けるこ
とにより限流動作時の限流遮断時間を設定できるように
したため、限流動作を伴わない遮断特性の設定において
は限流駆動状態の許容継続時間とは無関係に任意の値に
設定でき、過渡的な通電領域を任意に広く設定して負荷
の特性に適合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す機能ブロック図であ
る。
【図2】この発明の実施例における各部の動作状態を示
すタイムチャートである。
【図3】この発明の実施例における各部の動作状態を示
すタイムチャートである。
【図4】この発明の実施例における直流半導体遮断器の
遮断特性図である。
【図5】従来の直流半導体遮断器を示す機能ブロック図
である。
【図6】従来の直流半導体遮断器の各部の動作状態を示
すタイムチャートである。
【図7】従来の直流半導体遮断器の遮断特性図である。
【符号の説明】
1 遮断部 2 限流駆動回路 3 電流検出部 4 バイアス回路 5 第1の積分回路 6 第1のコンパレータ 7 第2の積分回路 8 第2のコンパレータ IL 被遮断電流 VA バイアス回路の出力信号 VB 基準信号 VC 遮断部オン/オフ制御信号 VD 限流駆動状態信号 VG 遮断部駆動信号 VI 第1の積分回路出力電圧 VL 電流検出信号 VS 基準電圧 VV 第2の積分回路出力電圧
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02H 3/093 G05F 1/10 304 H02H 3/087 H02H 9/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電力ラインの被遮断電流を遮断する
    半導体遮断部と、上記被遮断電流に比例した電流検出信
    号を出力する電流検出部と、上記電流検出信号から基準
    信号を減算するバイアス回路と、上記バイアス回路の出
    力信号を積分する第1の積分回路と、上記第1の積分回
    路の出力電圧と基準電圧の大小関係を比較する第1のコ
    ンパレータと、上記限流駆動回路の限流駆動状態信号を
    積分する第2の積分回路と、上記第2の積分回路の出力
    電圧と上記基準電圧の大小関係を比較する第2のコンパ
    レータと、第1のコンパレータと第2のコンパレータの
    出力が遮断部オン/オフ制御信号として入力される限流
    駆動回路とを具備したことを特徴とする直流半導体遮断
    器。
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