JP3140819B2 - DC circuit breaker - Google Patents

DC circuit breaker

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JP3140819B2
JP3140819B2 JP03349151A JP34915191A JP3140819B2 JP 3140819 B2 JP3140819 B2 JP 3140819B2 JP 03349151 A JP03349151 A JP 03349151A JP 34915191 A JP34915191 A JP 34915191A JP 3140819 B2 JP3140819 B2 JP 3140819B2
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寛 小林
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、直流大電流の遮断を行
うための直流遮断器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC circuit breaker for interrupting a large DC current.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、大電流の遮断は主として交流回路
において行われており、開いた接点間に発生したアーク
が、交流の極性の反転時の電流が零になる時点で消滅す
ることを利用している。この場合に、アークの再点弧を
防止するために接点間の高温の電離気体を急速に冷却す
ればよい。
2. Description of the Related Art Conventionally, interruption of a large current is mainly performed in an AC circuit, and the fact that an arc generated between open contacts is extinguished when the current at the time of reversal of the polarity of the AC becomes zero. are doing. In this case, the hot ionized gas between the contacts may be rapidly cooled in order to prevent re-ignition of the arc.

【0003】直流回路の場合は電流零点がないため、ア
ークを引き伸してアーク電圧を回路電圧より高くした
り、インダクタ等を利用して強制的に電流零点を作りだ
したりすることにより遮断を行う。また、真空容器中に
接点を封入した真空遮断器は絶縁回復時間が極めて短い
ため、電流零点を作ることができれば遮断を行うことが
可能であると考えられる。
In the case of a DC circuit, since there is no current zero point, the arc is extended by extending the arc to make the arc voltage higher than the circuit voltage, or by forcibly creating a current zero point using an inductor or the like. . In addition, since a vacuum circuit breaker in which a contact is sealed in a vacuum vessel has an extremely short insulation recovery time, it is considered that if a current zero point can be created, it is possible to perform the interruption.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では、大電流を遮断する際のアークの消弧のために複
雑な機構や特殊な接点などを必要とし、長寿命化や小型
化が困難であったり、アークの発生を防止するための転
流回路において電力の損失が生ずることや、その駆動に
特殊な回路が必要で複雑化する等の問題がある。
However, in the above conventional example, a complicated mechanism or a special contact is required for extinguishing the arc when interrupting a large current, and it is difficult to extend the life and reduce the size. There is a problem that power is lost in a commutation circuit for preventing the occurrence of an arc, and a special circuit is required for driving thereof, which complicates the operation.

【0005】本発明の目的は、上述の欠点を解消し、小
型かつ簡素な構成で、大電流の遮断時に殆どアークの発
生がなく、電力損失が殆ど生じない直流遮断器を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a DC circuit breaker which solves the above-mentioned drawbacks, has a small and simple structure, hardly generates an arc when a large current is interrupted, and hardly causes a power loss. .

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明に直流遮断器は、PN接合面を挟むP、N両
領域の薄い部分の不純物濃度を略ステップ状に高くし、
前記薄い部分に隣接する外側の領域のうち少なくとも一
方の不純物濃度を低くしたPN接合ダイオードを電気的
接続を断にする遮断器に並列に接続したことを特徴とす
るものである。
In order to achieve the above-mentioned object, a DC breaker according to the present invention increases the impurity concentration in a thin portion of both P and N regions sandwiching a PN junction surface in a substantially step-like manner.
A PN junction diode in which at least one of the outer regions adjacent to the thin portion has a low impurity concentration is connected in parallel to a circuit breaker for breaking electrical connection.

【0007】[0007]

【作用】上述の構成を有する直流遮断器は、遮断器が導
通から遮断に移行する過渡状態において、PN接合ダイ
オードの逆バイアス容量に電流が吸収されるため、遮断
器の両端の電圧の上昇が遅く、遮断器の絶縁が充分にな
った時点で逆バイアス容量が小さくなるために吸収され
る電流が急峻に減少して電圧が急上昇し、遮断が完了す
る。
In the DC breaker having the above-described structure, in the transient state where the breaker shifts from conduction to cut-off, the current is absorbed by the reverse bias capacitance of the PN junction diode. Later, when the insulation of the circuit breaker becomes sufficient, the reverse bias capacity becomes small, so that the absorbed current decreases sharply, the voltage rises sharply, and the interruption is completed.

【0008】[0008]

【実施例】本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明
する。図1は電荷制限ダイオードの構成図を示し、この
電荷制限ダイオード1はPN接合ダイオードの一種であ
り、中心部においてPN接合面2が形成され、両側に電
極が取り付けられた半導体から成っている。PN接合の
接合面2はほぼ平面となっており、接合面2の両側は不
純物濃度がほぼ同程度にステップ状に高くされ、厚さが
例えば0.1μm程度の内層3、4が形成され、境界面
5、6を挟んで、その外側は不純物濃度がほぼ同程度に
低く、厚さが数μm程度の中間層7、8が形成されてい
る。中間層7、8の外側には、オーム性接触を実現する
ために不純物濃度を特に高くした外層9、10を挟ん
で、電極11、12が設けられている。内層3、中間層
7、外層9は何れもP型半導体であり、内層4、中間層
8、外層10はN型半導体である。従って、電極11が
アノード1a、電極12がカソード1kとなる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 shows a configuration diagram of a charge limiting diode. The charge limiting diode 1 is a kind of PN junction diode, and is formed of a semiconductor having a PN junction surface 2 formed at a center portion and electrodes attached to both sides. The junction surface 2 of the PN junction is substantially flat, and the both sides of the junction surface 2 are stepwise increased to substantially the same impurity concentration, and the inner layers 3 and 4 having a thickness of, for example, about 0.1 μm are formed. Intermediate layers 7 and 8 having an impurity concentration as low as about the same level and a thickness of about several μm are formed outside the boundary surfaces 5 and 6 therebetween. Electrodes 11 and 12 are provided outside the intermediate layers 7 and 8 with the outer layers 9 and 10 having a particularly high impurity concentration interposed therebetween to realize ohmic contact. The inner layer 3, the intermediate layer 7, and the outer layer 9 are all P-type semiconductors, and the inner layer 4, the intermediate layer 8, and the outer layer 10 are N-type semiconductors. Therefore, the electrode 11 becomes the anode 1a and the electrode 12 becomes the cathode 1k.

【0009】この電荷制限ダイオード1の縦断面に沿っ
た不純物濃度分布は図2に示すようになっている。ここ
で、X5は内層3と中間層7との境界面5の座標、X2は接
合面2の座標、X6は内層4と中間層8との境界面6の座
標であり、縦軸は不純物濃度を示している。
FIG. 2 shows an impurity concentration distribution along a vertical section of the charge limiting diode 1. As shown in FIG. Here, X5 is the coordinates of the boundary surface 5 between the inner layer 3 and the intermediate layer 7, X2 is the coordinates of the bonding surface 2, X6 is the coordinate of the boundary surface 6 between the inner layer 4 and the intermediate layer 8, and the vertical axis is the impurity concentration. Is shown.

【0010】この電荷制限ダイオード1に逆方向電圧Vr
を印加すると、電圧Vrが十分小さい時には、接合面2を
中心に電圧Vrの平方根に比例した厚さの空乏層が内層
3、4内に生ずるが、空乏層の厚さはまた不純物濃度の
平方根に反比例するので、空乏層が境界面5、6の外側
に達すると、印加電圧の増加に対する空乏層の拡がり方
は急になる。このとき、空乏層中のN型領域はドナーイ
オンが多いためにプラスに帯電し、P型領域はアクセプ
タイオンが多いためにマイナスに帯電しているので、こ
の電荷制限ダイオード1はコンデンサと見做すことがで
きる。
The reverse voltage Vr is applied to the charge limiting diode 1.
When the voltage Vr is sufficiently small, a depletion layer having a thickness proportional to the square root of the voltage Vr is formed in the inner layers 3 and 4 around the junction surface 2, but the thickness of the depletion layer also depends on the square root of the impurity concentration. When the depletion layer reaches the outside of the boundary surfaces 5 and 6, the expansion of the depletion layer with an increase in the applied voltage becomes steep. At this time, the N-type region in the depletion layer is positively charged due to the large amount of donor ions, and the P-type region is negatively charged due to the large amount of acceptor ions. Can be

【0011】そして、電荷制限ダイオード1に印加した
逆方向電圧Vrと接合容量Cjの関係は図3に示す特性図の
ようになる。即ち、電圧Vrが増加すると容量Cjは減少
し、その減少の割合は一部で不連続に変化する。空乏層
の厚さが内層3、4の厚さに等しくなる電圧を閾値電圧
Vth とすると、電圧Vrの増加につれてVr<Vth では容量
Cjは少しずつ減少するが、Vr=Vth において減少の割合
が急増し、Vr>Vth では容量Cjは最初は急激に減少し、
逆方向電圧Vrの増加につれて容量Cjの減少の割合が小さ
くなる。なお、ここでは容量を、電気量を電圧で微分し
たものとして考えているので、容量と電圧の積は電気量
とは等しくはならない。
The relationship between the reverse voltage Vr applied to the charge limiting diode 1 and the junction capacitance Cj is as shown in the characteristic diagram of FIG. That is, when the voltage Vr increases, the capacitance Cj decreases, and the rate of the decrease changes partly discontinuously. The threshold voltage is a voltage at which the thickness of the depletion layer becomes equal to the thickness of the inner layers 3 and 4.
Assuming that Vth, as Vr increases Vr <Vth, capacitance
Cj decreases little by little, but when Vr = Vth, the rate of decrease sharply increases, and when Vr> Vth, the capacitance Cj rapidly decreases at first,
As the reverse voltage Vr increases, the rate of decrease in the capacitance Cj decreases. Here, since the capacity is considered as a value obtained by differentiating the electric quantity with the voltage, the product of the capacity and the voltage is not equal to the electric quantity.

【0012】電荷制限ダイオード1は逆方向電圧を印加
すると充電され、電荷量が一定値Qo を超えると、電圧
が急激に立ち上がり、充電される電荷量はほぼ一定値Q
o に制限されるという特性を有する。この電荷量Qo
は、Qo =e・N・X・Sから定まる。ただし、Sは接
合面の面積、Nは内層3、4での不純物濃度つまりN領
域でのアクセプタイオン濃度及びP領域でのドナーイオ
ン濃度、Xは内層3、4のそれぞれの厚さである。そし
て、境界面5、6での不純物濃度の変化はできるだけ大
きくかつ鋭く変化する方が、電荷制限特性は急峻にな
る。
The charge limiting diode 1 is charged when a reverse voltage is applied, and when the charge amount exceeds a fixed value Qo , the voltage rises sharply, and the charged charge amount becomes almost constant value Qo.
It has the property of being restricted to o . This charge amount Qo
Is determined from Q o = eNXS. Here, S is the area of the bonding surface, N is the impurity concentration in the inner layers 3 and 4, that is, the acceptor ion concentration in the N region and the donor ion concentration in the P region, and X is the thickness of each of the inner layers 3 and 4. The change in the impurity concentration at the boundary surfaces 5 and 6 is as large and sharp as possible, and the charge limiting characteristic becomes steeper.

【0013】図4はこの電荷制限ダイオード1を用いた
遅延回路を示し、入力電圧Vin は抵抗Rを介してダイオ
ード1のカソードに印加されるよう接続され、出力電圧
Voutはダイオード1から直接取り出すように接続されて
いて、ダイオード1のアノードが共通端子GND に接地さ
れている。入力電圧Vin として、ダイオード1の閾値電
圧Vth に比べて充分に大きい電圧Vを図5に示すように
ステップ状に入力すると、一定の遅延時間Trの後に出力
電圧Voutは急激に立ち上がって電圧Vに達する。この遅
延時間Trは近似的にはTr≒RQo /Vで表される。
FIG. 4 shows the use of the charge limiting diode 1.
1 shows a delay circuit in which an input voltage Vin is
The output voltage is connected to be applied to the cathode of
Vout is connected to take out directly from diode 1.
And the anode of diode 1 is connected to the common terminal GND.
Have been. As the input voltage Vin, the threshold voltage of the diode 1
As shown in FIG. 5, a voltage V that is sufficiently larger than the voltage Vth
When input in steps, output after a certain delay time Tr
The voltage Vout rises rapidly and reaches the voltage V. This late
Delay time Tr is approximately Tr ≒ RQo  / V.

【0014】図6は別の遅延回路を示し、ダイオード1
を介して抵抗Rに入力電圧Vin が印加されるように接続
され、ダイオード1のアノードが入力側に接続され、抵
抗Rから直接に出力電圧Voutが取り出されるようになっ
ている。この回路に入力Vinとして、図7に示すように
ステップ状に電圧Vを印加すると、出力電圧Voutは電圧
Vin と共に立ち上がり、遅延時間Trの後に急速に立ち下
がる。
FIG. 6 shows another delay circuit, in which a diode 1
Is connected so that the input voltage Vin is applied to the resistor R, the anode of the diode 1 is connected to the input side, and the output voltage Vout is directly extracted from the resistor R. When a voltage V is applied to this circuit as an input Vin in a stepwise manner as shown in FIG. 7, the output voltage Vout becomes
It rises with Vin and falls quickly after the delay time Tr.

【0015】このように、この電荷制限ダイオード1は
充電電荷が所定の電荷量Qo に達すると急激に充電電流
が減少するため、スイッチング特性を伴った遅延動作を
実現することができる。
As described above, since the charge current of the charge limiting diode 1 rapidly decreases when the charge reaches the predetermined charge Qo , a delay operation with switching characteristics can be realized.

【0016】図8は図4の回路の抵抗Rをインダクタン
スLに置き換えたものであり、遅延時間Tr’はTr’≒
(2Qo L/V)1/2 で表される。この回路では、図9
に示すようなステップ状に電圧Vになる入力電圧Vin を
印加すると、遅延時間Tr’後に出力電圧Voutは急激に立
ち上がり、かなり高いオーバーシュートのピークを生じ
た後に電圧Vに落ち着く。
FIG. 8 shows the circuit of FIG. 4 in which the resistance R is replaced with an inductance L, and the delay time Tr ′ is Tr ′ ≒.
(2Q o L / V) 1/2 . In this circuit, FIG.
When the input voltage Vin which becomes the voltage V in a step-like manner as shown in FIG. 4 is applied, the output voltage Vout rises rapidly after the delay time Tr ′, and settles to the voltage V after generating a considerably high overshoot peak.

【0017】図10は大電流の直流回路の遮断器への実
施例の回路図を示し、遮断器31の固定接点31aが直
流電源32の正極及び電荷制限ダイオード1のカソード
1kに結線され、遮断器31の可動接点31bが負荷3
3の正極入力端子及び電荷制限ダイオード1のアノード
1aに結線されていて、負荷33の負極入力端子は直流
電源32の負極に接続されている。
FIG. 10 is a circuit diagram of an embodiment of a circuit breaker of a high current DC circuit. A fixed contact 31a of a circuit breaker 31 is connected to a positive electrode of a DC power supply 32 and a cathode 1k of a charge limiting diode 1, and the circuit breaks. The movable contact 31b of the vessel 31 has the load 3
The negative input terminal of the load 33 is connected to the negative input terminal of the DC power supply 32.

【0018】このような回路において、遮断器31が開
いている時は、電荷制限ダイオード1には、カソード1
kを正とし、アノード1aを負として、直流電源32と
同じ電圧が印加されているが、PN接合に対し逆バイア
スの電圧であるため電流は流れず、遮断器31を閉じる
と遮断器31に電流が流れる。閉じている遮断器31を
開くと、回路の導線及び負荷33のインダクタンスのた
めに電流が流れ続けようとするが、この電流は電荷制限
ダイオード1の接合容量に吸収される。固定接点31a
と可動接点31bが充分に離れた時点で、電荷制限ダイ
オード1の逆方向電圧Vrが電圧Vth を超えて急速に上昇
し、流れる電流は急峻に減少してやがて零になる。
In such a circuit, when the circuit breaker 31 is open, the charge limiting diode 1 is connected to the cathode 1
The same voltage as that of the DC power supply 32 is applied with k being positive and the anode 1a being negative. However, no current flows because the voltage is reverse-biased with respect to the PN junction. Electric current flows. When the closed circuit breaker 31 is opened, current continues to flow due to the circuit conductors and the inductance of the load 33, but this current is absorbed by the junction capacitance of the charge limiting diode 1. Fixed contact 31a
When the movable contact 31b and the movable contact 31b are sufficiently separated from each other, the reverse voltage Vr of the charge limiting diode 1 rapidly rises above the voltage Vth, and the flowing current decreases sharply and eventually becomes zero.

【0019】このような構成においては、遮断器31を
開く際に固定接点31aと可動接点31bの間に高電圧
が発生し難く、火花やアーク放電が生じ難いため、消弧
機構の簡略化が可能であり、また接点の摩耗や蒸発が減
少して寿命が延びると共に損傷し難くなる。また、電荷
制限ダイオード1はダイオードの性格を有し、逆方向に
は充電されないため、回路のインダクタンスと直列にな
っても激しいオーバーシュートは直ちに収まり、雑音の
発生も抑えられる。
In such a configuration, when the circuit breaker 31 is opened, a high voltage is hardly generated between the fixed contact 31a and the movable contact 31b, and a spark or arc discharge is hardly generated. It is possible, and the wear and evaporation of the contacts are reduced, so that the service life is extended and the contacts are hardly damaged. Further, since the charge limiting diode 1 has the characteristics of a diode and is not charged in the reverse direction, even if the charge limiting diode 1 is connected in series with the inductance of the circuit, a severe overshoot is immediately stopped and generation of noise is suppressed.

【0020】なお、実施例では遮断器31は回路中に1
設けられているが、1個でなく例えば複数個を直列に接
続して用いるものとしてもよい。また、電荷制限ダイオ
ード1は主回路の遮断器31が開く際にこれに並列に接
続されていればよく、他の開閉器を介して接続されてい
るものとしてもよい。
In the embodiment, the circuit breaker 31 is connected to one in the circuit.
Although it is provided, it is also possible to use not one but, for example, a plurality of them connected in series. The charge limiting diode 1 may be connected in parallel with the circuit breaker 31 of the main circuit when the circuit breaker 31 is opened, and may be connected via another switch.

【0021】図11は第2の実施例の回路図を示し、電
荷制限ダイオード1のカソード1kに開閉器21の可動
接点21bと抵抗器22の一端が結線され、抵抗器22
の他端は開閉器23を介して電荷制限ダイオード1のア
ノード1aに接続されている。開閉器21の固定接点2
1aは遮断器24の固定接点24aに結線され、遮断器
24の可動接点24bは電荷制限ダイオード1のアノー
ド1aに結線されている。このような構成の直流遮断器
には、遮断器24の固定接点24aに直流電源25の正
極が接続され、可動接点24bには負荷26の正極入力
端子が接続され、負荷26の負極入力端子は直流電源2
5の負極に接続されている。
FIG. 11 is a circuit diagram of the second embodiment. The movable contact 21b of the switch 21 and one end of the resistor 22 are connected to the cathode 1k of the charge limiting diode 1, and the resistor 22
Is connected to the anode 1a of the charge limiting diode 1 via the switch 23. Fixed contact 2 of switch 21
1a is connected to the fixed contact 24a of the circuit breaker 24, and the movable contact 24b of the circuit breaker 24 is connected to the anode 1a of the charge limiting diode 1. In the DC breaker having such a configuration, the positive contact of the DC power supply 25 is connected to the fixed contact 24a of the breaker 24, the positive input terminal of the load 26 is connected to the movable contact 24b, and the negative input terminal of the load 26 is DC power supply 2
5 is connected to the negative electrode.

【0022】このような回路において、負荷26に直流
電源25より電力を供給する場合には、開閉器21を開
いたまま遮断器24を閉じ次に開閉器21を閉じる。こ
の供給を遮断する際には、開閉器21が閉じていて電荷
制限ダイオード1が遮断器24に並列に接続されている
状態で、遮断器24を開き遮断動作を行わせる。遮断器
24を開いてから、一定の時間をおいて開閉器21を開
き、次に開閉器23を閉じ、電荷制限ダイオード1を放
電させてから開閉器23を開く。
In such a circuit, when power is supplied from the DC power supply 25 to the load 26, the circuit breaker 24 is closed with the switch 21 open, and then the switch 21 is closed. When the supply is cut off, the circuit breaker 24 is opened to perform a breaking operation while the switch 21 is closed and the charge limiting diode 1 is connected in parallel with the circuit breaker 24. After opening the circuit breaker 24, the switch 21 is opened after a certain time, then the switch 23 is closed, the charge limiting diode 1 is discharged, and then the switch 23 is opened.

【0023】このような操作により負荷26への電力の
投入と遮断を行うが、この構成によって遮断器24を単
独で用いた場合よりも大電流又は高電圧又は高負荷の直
流供給の遮断を行うことができる。即ち、遮断器24の
接点が離れた瞬間から接点間の絶縁が完了するまでの過
渡期間には、遮断器24は抵抗性負荷として働き、接点
間距離及び接点間の物質の状態で決まる電圧を越える電
圧が印加されると、アーク放電等の放電が生じて遮断が
失敗することになる。しかし、この実施例では並列に接
続されている電荷制限ダイオード1の接合容量に電流が
流れ、この接合容量Cjが充分に大きいので遮断器24の
遮断が完了するまでは電圧があまり上昇しない。しか
も、電荷制限ダイオード1の接合容量Cjは閾値電圧Vth
以上では小さいので、遮断器24の遮断完了後に電荷制
限ダイオード1の電圧が閾値電圧Vth を越えると流れ込
む電流は急峻に減少するので、短時間後に開閉器21を
開くことができる。開閉器21を開くことにより、電荷
制限ダイオード1の放電を可能にすると同時に電荷制限
ダイオード1の負担の軽減も行える。抵抗器22は充分
な電力の低抵抗のもので、閾値電圧Vth 以下の放電が短
時間で行えるようにされている。なお、開閉器21の代
りに他の遮断器を用いてもよいが、電荷制限ダイオード
1が電圧を負担するため、開閉器でも充分であると考え
られる。また、開閉器23と開閉器21が同時に閉じる
と危険なので、開閉器23をノーマリオフ型の押しボタ
ン式としているが、これを開閉器21と連動にしてもよ
い。
With such an operation, power is supplied to and cut off from the load 26. With this configuration, a DC supply of a large current, a high voltage, or a high load is cut off as compared with the case where the circuit breaker 24 is used alone. be able to. That is, in the transition period from the moment when the contacts of the breaker 24 are separated to the time when the insulation between the contacts is completed, the breaker 24 acts as a resistive load, and generates a voltage determined by the distance between the contacts and the state of the material between the contacts. When a voltage exceeding the voltage is applied, discharge such as arc discharge occurs, and the interruption fails. However, in this embodiment, a current flows through the junction capacitance of the charge limiting diode 1 connected in parallel, and since this junction capacitance Cj is sufficiently large, the voltage does not increase so much until the breaker 24 is completely cut off. Moreover, the junction capacitance Cj of the charge limiting diode 1 is equal to the threshold voltage Vth
Since the above is small, when the voltage of the charge limiting diode 1 exceeds the threshold voltage Vth after the circuit breaker 24 is completely shut off, the current flowing in sharply decreases, so that the switch 21 can be opened after a short time. By opening the switch 21, the discharge of the charge limiting diode 1 is enabled, and at the same time, the load on the charge limiting diode 1 can be reduced. The resistor 22 has a low resistance with sufficient power so that the discharge at the threshold voltage Vth or less can be performed in a short time. It should be noted that another circuit breaker may be used instead of the switch 21, but the switch is considered to be sufficient because the charge limiting diode 1 bears the voltage. Further, since it is dangerous if the switch 23 and the switch 21 are closed at the same time, the switch 23 is a normally-off type push button type, but this may be linked with the switch 21.

【0024】図12は第3の実施例の回路図を示し、電
荷制限ダイオード1には並列に遮断器41が接続され、
抵抗器42と開閉器43を直列に結線したものが、同様
に並列に接続されており、電荷制限ダイオード1のカソ
ード1kには開閉器44の可動接点44bが接続されて
いる。そのような構成の直流遮断器には、開閉器44の
固定接点44aに直流電源45の正極が、電荷制限ダイ
オード1のアノード1aには負荷46の正極入力が結線
され、直流電源45の負極と負荷46の負極入力が結線
されている。
FIG. 12 shows a circuit diagram of the third embodiment. A circuit breaker 41 is connected in parallel to the charge limiting diode 1,
A resistor 42 and a switch 43 connected in series are similarly connected in parallel, and a movable contact 44 b of a switch 44 is connected to the cathode 1 k of the charge limiting diode 1. In the DC breaker having such a configuration, the positive contact of the DC power supply 45 is connected to the fixed contact 44a of the switch 44, the positive input of the load 46 is connected to the anode 1a of the charge limiting diode 1, and the negative input of the DC power supply 45 is connected to the negative input. The negative input of the load 46 is connected.

【0025】電源投入は遮断器41と開閉器44を閉じ
て行い、遮断は開閉器43が開いている状態で、遮断器
41を開いて行う。第2の実施例と同様に過渡電流が電
荷制限ダイオード1に吸収され、この電流が減少した後
に開閉器44を開いて電荷制限ダイオード1と直流電源
45の接続を断ち、開閉器43を一度閉じて放電を行
う。
The power is turned on by closing the circuit breaker 41 and the switch 44, and the power is turned off by opening the circuit breaker 41 while the switch 43 is open. As in the second embodiment, the transient current is absorbed by the charge limiting diode 1, and after this current decreases, the switch 44 is opened to disconnect the charge limiting diode 1 from the DC power supply 45, and the switch 43 is closed once. To discharge.

【0026】図13は第4の実施例の回路図を示し、電
荷制限ダイオード1には並列に、遮断器51と抵抗器5
2とが接続され、カソード1kには開閉器53の可動接
点53bが結線されている。以上の構成の直流遮断器に
は、開閉器53の固定接点53aに直流電源54の正極
が接続され、電荷制限ダイオード1のアノード1aには
負荷55の正極入力が接続されており、直流電源54の
負極が負荷55の負極入力に接続されている。
FIG. 13 shows a circuit diagram of the fourth embodiment. A circuit breaker 51 and a resistor 5
The movable contact 53b of the switch 53 is connected to the cathode 1k. The positive terminal of the DC power supply 54 is connected to the fixed contact 53 a of the switch 53, the positive input of the load 55 is connected to the anode 1 a of the charge limiting diode 1, and the DC power supply 54 Is connected to the negative input of the load 55.

【0027】負荷55に電力を供給する際は投入前に遮
断器51を閉じ、次に開閉器53を閉じる。遮断する際
は先ず遮断器51を開き、一定の時間後に開閉器53を
開く。
When supplying power to the load 55, the circuit breaker 51 is closed before the power is turned on, and then the switch 53 is closed. When shutting off, first, the circuit breaker 51 is opened, and after a certain time, the switch 53 is opened.

【0028】この回路でも、遮断時の過渡期間の電流は
殆ど電荷制限ダイオード1に吸収され、遮断器51の絶
縁が充分になった後にその電圧が急峻に上昇する。この
電圧が開閉器53での遮断が行える程度に上昇したら、
開閉器53を開いて遮断を完了する。このとき、第3の
実施例と異なることは、開閉器53を開く際には必ず抵
抗器52を経て電流が流れているということで、そのた
めこの開閉器53には僅かながら遮断能力も要求され
る。開閉器53を開いた後は、電荷制限ダイオード1に
蓄積された電荷が抵抗器52を通して放電される。抵抗
器52による電力損失を減少させるために、遮断器51
を開いた後は電流が充分に減り次第、早めに開閉器53
を開くものとする。このような構成においては、開閉器
の数が1個少ないため、前記実施例よりも操作が簡略化
される。
In this circuit as well, almost all the current during the transitional period at the time of interruption is absorbed by the charge limiting diode 1, and the voltage rises sharply after the insulation of the circuit breaker 51 becomes sufficient. When this voltage rises to such an extent that the switch 53 can be turned off,
The switch 53 is opened to complete the cutoff. At this time, the difference from the third embodiment is that the current always flows through the resistor 52 when the switch 53 is opened. Therefore, the switch 53 is required to have a slight interruption capability. You. After the switch 53 is opened, the charge stored in the charge limiting diode 1 is discharged through the resistor 52. In order to reduce the power loss due to the resistor 52,
After opening the switch, as soon as the current decreases sufficiently, the switch 53
Shall be opened. In such a configuration, since the number of switches is one less, the operation is simplified as compared with the above embodiment.

【0029】図14は電荷制限ダイオード1’の他の実
施例を示し、この電荷制限ダイオード1’は先の実施例
における不純物濃度の低いP型である中間層7を無くし
たものである。この場合に、逆方向電圧Vrが閾値電圧Vt
h を超えると、中間層8内に空乏層が広がることにより
接合容量が急激に小さくなる。このような構造において
も、先の実施例の電荷制限ダイオード1と同等の機能が
実現でき、かつ高不純物濃度の層が低不純物濃度の層の
外側にあるために、先の実施例のものより製造が容易で
ある。何故なら、低不純物濃度の基板の外側に高不純物
濃度の層を形成することは容易であり、合金法などで通
常行われているが、その逆の構造は製造が困難であるか
らである。
FIG. 14 shows another embodiment of the charge limiting diode 1 ', in which the P-type intermediate layer 7 having a low impurity concentration in the previous embodiment is eliminated. In this case, the reverse voltage Vr becomes the threshold voltage Vt
When h is exceeded, the depletion layer spreads in the intermediate layer 8 and the junction capacitance is rapidly reduced. Even in such a structure, the same function as that of the charge limiting diode 1 of the previous embodiment can be realized, and the layer with the high impurity concentration is outside the layer with the low impurity concentration. Easy to manufacture. This is because it is easy to form a layer with a high impurity concentration outside the substrate with a low impurity concentration, and this is usually performed by an alloy method or the like, but the reverse structure is difficult to manufacture.

【0030】このように、接合面2の両側に不純物濃度
の高い薄層を設け、その少なくとも一方の外側に不純物
濃度の低い層を設けた電荷制限ダイオード1、1’は、
逆電圧を印加する場合に図3に示すような非線形特性を
示すため、回路遮断時の過渡電流の吸収に有効である。
As described above, the charge limiting diodes 1 and 1 ′ each having the thin layer having a high impurity concentration provided on both sides of the bonding surface 2 and having the layer having a low impurity concentration provided outside at least one of the thin layers,
Since a non-linear characteristic as shown in FIG. 3 is shown when a reverse voltage is applied, it is effective in absorbing a transient current at the time of circuit interruption.

【0031】なお、上述の実施例では電極11、12の
内側に不純物濃度の特に高い外層9、10を設けたが、
オーム性接触が得られればこれらを除いてもよい。ま
た、内層3、4又は中間層7、8は互いに濃度が等しく
なくてもよい。また、内層3、4の厚さは必ずしも等し
くなくてもよいが、接合容量Cjの初期値を大きくするた
めには同等にすることが好ましい。そして、内層3、4
と中間層7、8の境界面5、6は明確なものでなくても
よく、つまり境界面5、6の近傍における不純物の濃度
差が充分であれば、連続的な濃度変化をするものとして
もよい。
In the above-described embodiment, the outer layers 9 and 10 having a particularly high impurity concentration are provided inside the electrodes 11 and 12.
These may be removed if ohmic contact is obtained. Further, the inner layers 3, 4 or the intermediate layers 7, 8 may not have the same concentration. Although the thicknesses of the inner layers 3 and 4 are not necessarily equal, it is preferable to make them equal in order to increase the initial value of the junction capacitance Cj. And the inner layers 3, 4
The boundary surfaces 5 and 6 between the and the intermediate layers 7 and 8 do not have to be clear, that is, if there is a sufficient difference in impurity concentration in the vicinity of the boundary surfaces 5 and 6, it is assumed that the concentration changes continuously. Is also good.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る直流遮
断器は、遮断器の過渡電流を前述のPN接合ダイオード
に吸収し、遮断を容易にするとともに、吸収する電流が
急峻に減少することにより遮断の完了が速い。
As described above, the DC breaker according to the present invention absorbs the transient current of the breaker into the above-mentioned PN junction diode, thereby facilitating the interruption and reducing the absorbed current sharply. The shut-off is completed quickly.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】電荷制限ダイオードの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a charge limiting diode.

【図2】不純物濃度分布の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of an impurity concentration distribution.

【図3】接合容量と電圧の特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram of junction capacitance and voltage.

【図4】遅延機能を有する回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram having a delay function.

【図5】入出力電圧の過渡応答の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a transient response of an input / output voltage.

【図6】遅延機能を有する回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram having a delay function.

【図7】入出力電圧の過渡応答の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a transient response of an input / output voltage.

【図8】遅延機能を有する回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram having a delay function.

【図9】入出力電圧の過渡応答の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a transient response of an input / output voltage.

【図10】第1の実施例の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of the first embodiment.

【図11】第2の実施例の回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of a second embodiment.

【図12】第3の実施例の回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram of a third embodiment.

【図13】第4の実施例の回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram of a fourth embodiment.

【図14】実施例の電荷制限ダイオードの構成図であ
る。
FIG. 14 is a configuration diagram of a charge limiting diode of an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1’ 電荷制限ダイオード 2 接合面 3、4 内層 5、6 境界面 7、8 中間層 9、10 外層 11、12 電極 25、32、45、54 直流電源 21、23、43、44、53 開閉器 22、42、52、抵抗器 24、31、41、51 遮断器 26、33、46、55 負荷 1, 1 'charge limiting diode 2 junction surface 3, 4 inner layer 5, 6 boundary surface 7, 8 intermediate layer 9, 10 outer layer 11, 12 electrode 25, 32, 45, 54 DC power supply 21, 23, 43, 44, 53 Switches 22, 42, 52, resistors 24, 31, 41, 51 Circuit breakers 26, 33, 46, 55 Load

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−296624(JP,A) 特開 昭54−140176(JP,A) 特開 昭61−78020(JP,A) 特開 昭49−128249(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01H 33/59 H01H 33/66 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-61-296624 (JP, A) JP-A-54-140176 (JP, A) JP-A-61-78020 (JP, A) JP-A-49-1979 128249 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01H 33/59 H01H 33/66

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 PN接合面を挟むP、N両領域の薄い部
分の不純物濃度を略ステップ状に高くし、前記薄い部分
に隣接する外側の領域のうち少なくとも一方の不純物濃
度を低くしたPN接合ダイオードを電気的接続を断にす
る遮断器に並列に接続したことを特徴とする直流遮断
器。
1. A PN junction wherein the impurity concentration of a thin portion of both P and N regions sandwiching a PN junction surface is increased in a substantially step-like manner, and the impurity concentration of at least one of an outer region adjacent to the thin portion is reduced. A DC circuit breaker, wherein a diode is connected in parallel with a circuit breaker for disconnecting electrical connection.
【請求項2】 前記遮断器は前記PN接合ダイオードと
開閉器の直列回路に対して並列に接続した請求項1に記
載の直流遮断器。
2. The circuit breaker includes a PN junction diode and
The DC breaker according to claim 1, wherein the DC breaker is connected in parallel to a series circuit of the switch.
【請求項3】 前記PN接合ダイオードに並列に第2の
開閉器と抵抗器との直列回路を接続した請求項2に記載
の直流遮断器。
3. The DC circuit breaker according to claim 2, wherein a series circuit of a second switch and a resistor is connected in parallel with said PN junction diode.
【請求項4】 前記PN接合ダイオードを前記遮断器に
並列に接続したものに直列に開閉器を接続した請求項1
に記載の直流遮断器。
4. A switch is connected in series with the PN junction diode connected in parallel to the circuit breaker.
3. The DC circuit breaker according to claim 1.
【請求項5】 前記PN接合ダイオードに並列に第2の
開閉器と抵抗器との直列回路を接続した請求項4に記載
の直流遮断器。
5. A second power supply in parallel with said PN junction diode.
The DC circuit breaker according to claim 4, wherein a series circuit of a switch and a resistor is connected.
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