JP4612259B2 - 誘導負荷に接続された電力用半導体出力段の保護装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、制御信号に依存して誘導負荷を直流供給電圧に接続し、またこの直流供給電圧から遮断する、電力用半導体出力段の保護装置に関する。
【０００２】
電力用半導体出力段と誘導負荷からなるこのような直列回路は、様々な用途に使用される。その場合には損失電力を可能な限り小さく維持するために、制御信号によって電力用半導体出力段は常に完全に制御される。電力用半導体出力段を遮断する際には、誘導負荷に遮断エネルギＷ＝1/2Ｌｌ^２が生じる。この遮断エネルギは、電力用半導体出力段から遠ざけられるべきである。何故ならばこの遮断エネルギは、電力用半導体出力段の寄生ダイオードを介してそれ自体に電流通流を生じさせる可能性があるからである。この電流通流は、電力用半導体の過負荷か、または破損に繋がるおそれがある。これを回避するために、負荷にはいわゆるフリーホイーリングダイオードが並列に接続されるが、このフリーホイーリングダイオードは電力用ダイオードとして、直列回路が接続されている電力に適合化されるものであり、したがって非常に高価である。
【０００３】
WO 96/09683に記載されているように、電子的に整流可能なモータでは、励磁巻線のフリーホイーリング回路にそれぞれ、後続の電流を流すべき励磁巻線を取り入れ、そのようにして既にバイアス磁化が達成されるようにすることも公知である。しかしながらこのような装置でも依然として、励磁巻線の間に結合ダイオードとしてのフリーホイーリングダイオードを必要としている。
【０００４】
本発明の課題は、冒頭で述べたような装置が、フリーホイーリングダイオードを要せずとも誘導負荷の遮断エネルギＷ＝1/2Ｌｌ^２を、電力用半導体出力段から遠ざけそして排除できるようにすることである。
【０００５】
この課題は本発明により、遮断の際に誘導負荷に生じた誘導電圧を、トランス作用により付加的なインダクタンスに伝達することによって解決される。この付加的なインダクタンスは抵抗よって負荷がかけられているか、または逆電流方向で直流供給電圧に接続されている。
【０００６】
遮断エネルギは、直列回路を遮断する際に付加的なインダクタンス、すなわち直列回路とは別個の回路に伝達され、この回路において負荷によって排除される。その際には付加的なインダクタンスを相応に結合することによって、解放されたエネルギを、直流供給電圧に帰還的に伝達することもできる。誘導負荷としては、スイッチングリレー、接触器、電子的に整流可能なモータなどが考えられる。
【０００７】
スイッチングリレー及び接触器では、設計をより簡単にするために、誘導負荷と付加的なインダクタンスは、共通の磁気回路を有する互いに逆方向に巻かれたコイルとして構成されている。
【０００８】
電子的に制御可能なモータでは、電流の流れるエネルギ巻線に対する付加的なインダクタンスはそれぞれ、整流周期において後続の電流が逆方向に流れる励磁巻線である。電力用半導体出力段としてＮチャネルＭＯＳＦＥＴがローサイド回路に使用されていれば、これは殊に簡単な回路となる。
【０００９】
本発明を図面の実施例に基づき以下詳細に説明する。ここで図１は、電力用半導体出力段を介して接続されたスイッチングリレーを備えた装置である。図２は、４つの極と励磁巻線としての２つの巻線を有する、電子的に整流可能なモータを備えた装置である。
【００１０】
図１の実施例では、誘導負荷Ｌを接続及び遮断するために、符号Ｔで表されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴを使用する。制御信号ｓｔによって制御が開始され、この制御信号ｓｔの印加により電力用半導体出力段Ｔは完全に導通制御され、それによってこの電力用半導体出力段Ｔの損失電力自体は限りなく小さくなり、最大電流が負荷抵抗ＲＬを有する負荷Ｌに流れるようになる。その際負荷Ｌにおいては、直流供給電圧Ｕｂａｔｔ全体が実質的に降下する。電力用半導体出力段Ｔが、制御信号ｓｔの遮断によりもはや制御されなくなると、この電力用半導体出力段Ｔは高抵抗の切換状態になる。この状態においては、負荷Ｌの誘導電圧に対して、電力用半導体出力段の寄生ダイオードが電流回路を形成する可能性がある。
【００１１】
電流通流れをさらに大幅に減少させるために、誘導電圧は付加的なインダクタンスＬｚに伝達され、この付加的なインダクタンスＬｚはトランス的に負荷Ｖと結合されている。すなわち、負荷Ｌと付加的なインダクタンスＬｚは、共通の磁気回路を有する、互いに逆方向に巻かれた巻線である。付加的なインダクタンスＬｚが抵抗Ｒで負荷されていれば、誘導エネルギはしたがって減衰される。しかしながらまたこのエネルギを、（図１の破線で示したように）逆電流方向において、平滑コンデンサＣが並列に接続されている直流供給電圧に帰還的に伝達することもできる。
【００１２】
図２の回路図には、誘導負荷Ｌ１、Ｌ２として、電子的に整流可能なモータの２つの励磁巻線が示されている。整流周期においては負荷Ｌ１、Ｌ２に交互に電流が流れ、この場合ステップ毎に励磁巻線に流れる電流の方向が変化する。何故ならば励磁巻線は、逆方向に巻かれた巻線を有する直列回路に取り入れられているからである。電力用半導体出力段Ｔ１及びＴ２には整流周期において、順次連続した制御信号ｓｔ１、ｓｔ２、ｓｔ１、ｓｔ２...が印加される。負荷Ｌ１に電流が流れる場合には、トランス的に結合された負荷Ｌ２が付加的なインダクタンスＬｚとして機能し、それに対して負荷Ｌ２に電流が流れる場合には、負荷Ｌ１が付加的なインダクタンスＬｚの機能を受け継ぐ。各電流通流フェーズおいては、図２の回路は図１の回路のように動作するので、ここでもまた負荷Ｌ１及びＬ２、すなわちモータの励磁巻線にはフリーホイーリングダイオードは必要なく、また電力用半導体出力段Ｔ１及びＴ２は遮断の際に生じる誘導電圧から保護されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 電力用半導体出力段を介して接続されたスイッチングリレーを備えた装置である。
【図２】 ４つの極と励磁巻線としての２つの巻線を有する、電子的に整流可能なモータを備えた装置である。

Claims (3)

1. 電力用半導体出力段（Ｔ）が直列に接続されている少なくとも１つの励磁巻線（Ｌ）を備えた、電子的に整流可能なモータにおいて、
   前記励磁巻線（Ｌ）は、共通の磁気回路を有するインダクタンス（Ｌｚ）を有し、かつ、
   前記インダクタンス（Ｌｚ）は、負荷抵抗（Ｒ）を有し、
   前記電力用半導体出力段（Ｔ）が導通後に遮断されるときに、前記励磁巻線（Ｌ）に発生する遮断エネルギ（Ｗ＝１／２・Ｌｌ²）が、前記インダクタンス（Ｌｚ）に磁気的に伝達され、かつ、前記負荷抵抗（Ｒ）で消費される、
   ことを特徴とするモータ。
2. 電力用半導体出力段（Ｔ）が直列に接続されている少なくとも１つの励磁巻線（Ｌ）を備えた、電子的に整流可能なモータにおいて、
   前記励磁巻線（Ｌ）は、共通の磁気回路を有するインダクタンス（Ｌｚ）を有し、ただし、前記共通の磁気回路に対する前記励磁巻線と前記インダクタンスの巻方向は逆であり、
   かつ、
   前記電力用半導体出力段（Ｔ）と前記励磁巻線（Ｌ）との直列回路に並列接続されたコンデンサ（Ｃ）を備え、
   前記電力用半導体出力段（Ｔ）が導通後に遮断されるときに、前記励磁巻線（Ｌ）に発生する遮断エネルギ（Ｗ＝１／２・Ｌｌ²）が、前記インダクタンス（Ｌｚ）に磁気的に伝達された後、前記コンデンサ（Ｃ）に回生される、
   ことを特徴とするモータ。
3. 電力用半導体出力段（Ｔ１，Ｔ２）が直列に接続されている励磁巻線（Ｌ１，Ｌ２）を少なくとも２つ備えた、電子的に整流可能なモータにおいて、
   一方の励磁巻線（Ｌ１）および他方の励磁巻線（Ｌ２）は、共通の磁気回路を有し、ただし、共通の磁気回路に対する各巻線の巻方向は逆であり、
   かつ、
   前記電力用半導体出力段（Ｔ１，Ｔ２）と前記励磁巻線（Ｌ１，Ｌ２）との直列回路に並列接続されたコンデンサ（Ｃ）を備え、
   一方の電力用半導体出力段（Ｔ１）と他方の電力用半導体出力段（Ｔ２）を交互に導通および遮断することによって、
   前記一方の電力用半導体出力段（Ｔ１）が導通後に遮断されるときに、前記一方の励磁巻線（Ｌ１）に発生する遮断エネルギ（Ｗ＝１／２・Ｌｌ²）が、前記他方の励磁巻線（Ｌ２）に磁気的に伝達された後、前記コンデンサ（Ｃ）に回生される、
   または、
   前記他方の電力用半導体出力段（Ｔ２）が導通後に遮断されるときに、前記他方の励磁巻線（Ｌ２）に発生する遮断エネルギ（Ｗ＝１／２・Ｌｌ²）が、前記一方の励磁巻線（Ｌ１）に磁気的に伝達された後、前記コンデンサ（Ｃ）に回生される、
   ことを特徴とするモータ。

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