JP5157011B2 - Surge voltage suppression circuit of the switching device - Google Patents

Surge voltage suppression circuit of the switching device

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JP5157011B2 JP2008117103A JP2008117103A JP5157011B2 JP 5157011 B2 JP5157011 B2 JP 5157011B2 JP 2008117103 A JP2008117103 A JP 2008117103A JP 2008117103 A JP2008117103 A JP 2008117103A JP 5157011 B2 JP5157011 B2 JP 5157011B2
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貴義 遠藤
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Description

本発明は、半導体素子の動作時に発生するサージ電圧を抑制する回路に関し、特に電圧変動する蓄電池に接続された電力用IGBTの高速スイッチング動作時に発生するサージ電圧を抑制する回路に関する。 The present invention relates to suppressing circuit surge voltage generated during the operation of the semiconductor device, for suppressing circuit surge voltage generated particularly during high-speed switching operation of the voltage varying IGBT power connected to the battery.

ハイブリッド建設機械は、短時間内での繰り返し作業が多く、モータ等の電動装置に対する負荷が大幅に、急激に、しかも頻繁に変動する。 The hybrid construction machine, the repetitive tasks within a short time often significantly the load on the electric device such as a motor, abruptly, yet frequently varies.

モータ等の電動装置を駆動するために、IGBTを用いたスイッチング素子を使用している。 To drive the electric device such as a motor, using a switching element using the IGBT. このIGBTにおいては高速スイッチングを行った場合、素子がターンオフするとき高いdV/dtから大きなサージ過電圧が発生する。 When performing the fast switching in this IGBT, a large surge overvoltages from high dV / dt is generated when the device is turned off. ハイブリッド建設機械では負荷変動の激しいモータ等の電動装置を高電圧で駆動するためにサージ過電圧の現象が顕著となる。 Phenomenon of surge overvoltages to drive the electric device intense motor or load variation in the high voltage becomes remarkable in a hybrid construction machine.

なお以下において、本願発明ではハイブリッド電源システムから電力が供給される電動装置は本質的でないのでその説明を省略する。 In the following, since the present invention the electric device with power from a hybrid power supply system is supplied not essential omitted.

図9は、建設機械用ハイブリッド電源システムの構成例である。 Figure 9 is a configuration example of a construction machine for a hybrid power system.

図9において、ハイブリッド電源システム1は主電源10と副電源50とからなる。 9, it consists of a hybrid power supply system 1 is the main power source 10 and the sub power source 50.. 主電源10(発電電動機により発生した電力をドライバーを介して供給されるのであるが、等価的に電池11として表現している。)は電池11(電圧V0)を有しており、正極ライン12および負極ライン13を介して副電源50と接続される。 (Although being supplied through the electric power generated by the generator motor driver, is expressed equivalently as a battery 11.) The main power source 10 has a battery 11 (voltage V0), the positive electrode line 12 and it is connected to the auxiliary power source 50 via the negative line 13. 副電源50は、ACリンク双方向DC−DCコンバータ50Aとエネルギー蓄積装置である蓄電池30(電圧V1)とで構成される。 The subsidiary power supply 50 is configured de battery 30 (voltage V1) is an AC link bidirectional DC-DC converter 50A and an energy storage device. ACリンク双方向DC−DCコンバータ50Aは、低圧側インバータ50Bと高圧側インバータ50Cと変圧器50Dとで構成される。 AC link bidirectional DC-DC converter 50A is composed of a low-pressure side inverter 50B and the high pressure side inverter 50C and the transformer 50D.

低圧側インバータ50Bと、高圧側インバータ50Cは、低圧側インバータ50Bの正極と高圧側インバータ50Cの負極とが加極性となるように電気的に直列接続されている。 And the low-pressure side inverter 50B, the high-pressure side inverter 50C is composed of a negative electrode of the positive electrode and the high-pressure side inverter 50C of the low-pressure side inverter 50B are electrically connected in series such that the additive polarity.

低圧側インバータ50Bは、変圧器50Dのコイル50dにブリッジ接続された4つのIGBT51、52、53、54と、IGBT51、52、53、54それぞれに並列に極性が逆向きに接続されたダイオード151、152、153、154を含んで構成されている。 Low voltage side inverter 50B is a transformer and 50D four bridge-connected IGBT51,52,53,54 the coil 50d of, IGBT51,52,53,54 connected polarity in parallel in opposite directions to each diode 151, It is configured to include a 152, 153, 154. IGBTとは絶縁ゲートバイポーラトランジスタのことで、高速スイッチング用半導体素子として使用される。 IGBT that is, from the insulated gate bipolar transistor, is used as a semiconductor element for high-speed switching. IGBT51、52、53、54は、ゲートにスイッチング信号が印加されることによりオンされ、コレクタからエミッタに電流が流れる。 IGBT51,52,53,54 is turned on by the switching signal is applied to the gate, current flows from the collector to the emitter.

蓄電池30の正極端子30aは、正極ライン31を介してIGBT51のコレクタに電気的に接続されている。 The positive terminal of the battery 30 30a is the collector of the IGBT51 via a positive electrode line 31 are electrically connected. IGBT51のエミッタはIGBT52のコレクタに電気的に接続されている。 The emitter of IGBT51 is electrically connected to the collector of the IGBT 52. IGBT52のエミッタは、負極ライン32を介して蓄電池30の負極端子30bに電気的に接続されている。 The emitter of the IGBT52 is electrically connected to the negative terminal 30b of the battery 30 via the negative line 32.

同様に、蓄電池30の正極端子30aは、正極ライン31を介してIGBT53のコレクタに電気的に接続されている。 Similarly, positive terminal 30a of the battery 30 is the collector of the IGBT53 via a positive electrode line 31 are electrically connected. IGBT53のエミッタはIGBT54のコレクタに電気的に接続されている。 The emitter of IGBT53 is electrically connected to the collector of the IGBT 54. IGBT54のエミッタは、負極ライン32を介して蓄電池30の負極端子30bに電気的に接続されている。 The emitter of the IGBT54 is electrically connected to the negative terminal 30b of the battery 30 via the negative line 32.

IGBT51のエミッタ(ダイオード151のアノード)およびIGBT52のコレクタ(ダイオード152のカソード)は、変圧器50Dのコイル50dの一方の端子に接続されているとともに、IGBT53のエミッタ(ダイオード153のアノード)およびIGBT54のコレクタ(ダイオード154のカソード)は、変圧器50Dのコイル50dの他方の端子に接続されている。 (Diode 152 cathode) IGBT 51 the emitter collector of and IGBT 52 (the anode of diode 151), a transformer 50D together is connected to one terminal of the coil 50d of the IGBT53 emitter (diode 153 the anode) and IGBT54 of collector (the cathode of the diode 154) is connected to the other terminal of the coil 50d of the transformer 50D.

IGBT51、54の組とIGBT52、53の組は交互にオン、オフされる。 IGBT51,54 set and IGBT52,53 set of alternately turned on and off.

高圧側インバータ50Cは、変圧器50Dのコイル50eにブリッジ接続された4つのIGBT55、56、57、58と、IGBT55、56、57、58それぞれに並列に極性が逆向きに接続されたダイオード155、156、157、158を含んで構成されている。 High pressure side inverter 50C is a transformer 50D 4 single and IGBT55,56,57,58 which are bridge-connected to the coil 50e of, IGBT55,56,57,58 connected polarity in parallel in opposite directions to each diode 155, It is configured to include a 156, 157, 158. IGBT55、56、57、58は、ゲートにスイッチング信号が印加されることによりオンされ、コレクタからエミッタに電流が流れる。 IGBT55,56,57,58 is turned on by the switching signal is applied to the gate, current flows from the collector to the emitter.

IGBT55、57のコレクタは、正極ライン12を介して主電源10の電池11に電気的に接続されている。 The collector of IGBT55,57 is electrically connected to the battery 11 of the main power source 10 via the positive line 12. IGBT55のエミッタはIGBT56のコレクタに電気的に接続されている。 The emitter of IGBT55 is electrically connected to the collector of the IGBT56. IGBT57のエミッタはIGBT58のコレクタに電気的に接続されている。 The emitter of IGBT57 is electrically connected to the collector of the IGBT58. IGBT56、58のエミッタは、正極ライン31、つまり低圧側インバータ50BのIGBT51、53のコレクタに電気的に接続されている。 The emitter of IGBT56,58 are positive line 31, that is electrically connected to the collector of IGBT51,53 the low pressure side inverter 50B.

IGBT55のエミッタ(ダイオード155のアノード)およびIGBT56のコレクタ(ダイオード156のカソード)は、変圧器50Dのコイル50eの一方の端子に電気的に接続されているとともに、IGBT57のエミッタ(ダイオード157のアノード)およびIGBT58のコレクタ(ダイオード158のカソード)は、変圧器50Dのコイル50eの他方の端子に電気的に接続されている。 IGBT55 emitter collector of and IGBT56 (anode of diode 155) (the cathode of the diode 156), together are electrically connected to one terminal of the coil 50e of the transformer 50D, the emitter of the IGBT57 (anode of the diode 157) and the collector of the IGBT58 (cathode of the diode 158) is electrically connected to the other terminal of the coil 50e of the transformer 50D.

IGBT55、58の組とIGBT56、57の組は交互にオン、オフされる。 IGBT55,58 set and IGBT56,57 set of alternately turned on and off.

IGBT55、57のコレクタが接続される正極ライン12とIGBT56、58のエミッタが接続される正極ライン31の間にはキャパシタ33が電気的に接続されている。 Capacitor 33 between the positive electrode line 31 are electrically connected to positive line 12 and the emitter of IGBT56,58 collector of IGBT55,57 is connected is connected. キャパシタ33はサージ吸収用であり小容量キャパシタでよい。 Capacitor 33 may be a small-capacity capacitor is for surge absorption.

変圧器50Dは、一定値Lの漏れインダクタンス(図9ではコイル50d側にL/2、コイル50e側にL/2となるように分割している)を有している。 Transformer 50D has a leakage inductance of a fixed value L (L / 2 in the coil 50d side in FIG. 9, is divided so that L / 2 in the coil 50e side).

上記構成のハイブリッド電源システム1によれば、電動装置の負荷が大幅、急激、かつ頻繁に変動したとしても、副電源50から主電源10の電力容量を補う電力供給を行うことができる。 According to the hybrid power supply system 1 having the above configuration, the load of the electric device is significantly sharp and often even vary, power can be supplied to compensate for the power capacity of the main power supply 10 from the subsidiary power supply 50. 一方、副電源50の蓄電池30は大きな電圧変動を伴う。 On the other hand, the storage battery 30 of the auxiliary power supply 50 with large voltage fluctuations.

具体的には、ハイブリッド建設機械では、主電源の電圧V0は600V程度の高電圧に維持される。 Specifically, in the hybrid construction machine, the voltage V0 of the main power source is maintained at a high voltage of about 600V. 一方、副電源の蓄電池30の電圧V1は300V程度以下の低電圧であり、たとえば150V〜270Vの大きな電圧変動範囲で使用される。 On the other hand, the voltage V1 of the battery 30 of the sub-power supply is a low voltage below about 300 V, for example, is used in a large voltage fluctuation range of 150V~270V.

ところでハイブリッド電源システム1の場合、IGBTをオン状態からオフ状態にスイッチすると(以下ターンオフという)、オン状態で流れていた大電流が急に遮断されるため、たとえば蓄電池30とIGBT51を接続する配線等に起因する浮遊インダクタンス(以下リードインダクタンスという)により、IGBTのコレクタとエミッタ間の電圧が蓄電池30の電圧に重畳してはね上がる。 However the case of a hybrid power supply system 1, when the switch turns off the IGBT from the on state (referred to as turn-off hereinafter), since the large current flowing in the on state is blocked suddenly, for example, wires for connecting the battery 30 and IGBT51 the resulting floating inductance (hereinafter referred to lead inductance), the jump voltage between the collector and emitter of the IGBT is superimposed on the voltage of the battery 30. このはね上がった電圧はターンオフサージ電圧(以下単にサージ電圧Vsという)といわれる。 This soared voltage is referred to as the turn-off surge voltage (hereinafter referred to simply as surge voltage Vs).

次にターンオフで発生するサージ電圧について説明する。 It will now be described a surge voltage generated at turn-off.

図10は図9のIGBT51近傍の部分回路である。 Figure 10 is a partial circuit near IGBT51 in FIG.

図10において、蓄電池30の正極端子30aとIGBT51のコレクタ51Cは正極ライン31を介して接続されている。 10, the collector 51C of the positive electrode terminal 30a and IGBT51 of battery 30 is connected via a positive line 31. 図10はリードインダクタンスをL0として示している。 Figure 10 shows a lead inductance as L0.

図11は図10の部分回路に発生したサージ電圧波形の模式図である。 Figure 11 is a schematic diagram of the surge voltage waveform generated in the partial circuit of Fig. 10.

図11の横軸はIGBT51をオン、オフする時間軸である。 The horizontal axis on the IGBT51 in FIG 11, the time axis to off. 縦軸はIGBT51のコレクタとエミッタ間の電圧Vc-eである。 The vertical axis represents the voltage Vc-e between the collector of IGBT51 and the emitter.

IGBT51がオンのときはコレクタ51Cとエミッタ51E間が導通するのでVc-eはゼロであるが、たとえば時間t1でIGBT51をターンオフすると、蓄電池30の電圧V1とリードインダクタンスL0に起因するL0(di/dt)の大きさのサージ電圧Vsを合計した電圧(=V1+Vs)がコレクタ51Cに印加される。 When IGBT51 is although Vc-e because the collector 51C and emitter 51E are conductive when on is zero, turning off the IGBT51 example at time t1, L0 due to the voltage V1 and the lead inductance L0 of the storage battery 30 (di / the magnitude of the surge voltage Vs the summed voltage dt) (= V1 + Vs) is applied to the collector 51C. iはリードインダクタンスL0を流れる電流値である。 i is the current flowing through the lead inductance L0. サージ電圧は電流iの時間的変化率に比例するため、IGBT51のスイッチング速度が大きくなるほどサージ電圧Vsも大きくなる。 Since the surge voltage is proportional to the time rate of change of the current i, it is also increased surge voltage Vs as the switching speed of the IGBT51 increases.

時間t1にIGBT51をターンオフすると、サージ電圧Vsは最大電圧Vsmaxに到達し、その後蓄電池30の電圧V1に重畳して高速減衰振動する。 When turning off the IGBT51 to time t1, the surge voltage Vs reaches the maximum voltage Vsmax, fast decaying oscillation was subsequently added to the voltage V1 of the battery 30. 高速減衰振動による高周波ノイズ(以下放射ノイズという)は有害電波として周囲に放射される。 High frequency noise caused by a fast decay vibration (hereinafter referred to as radiation noise) is emitted to the ambient as harmful radio waves. 時間t2におけるIGBT51のターンオフでも同じことが行われる。 The same is also performed at the turn-off of the IGBT51 in time t2. 上記したことはターンオフで大きなサージ電圧を発生する他のIGBTにも同様にあてはまる。 The above also applies similarly to the other IGBT of generating a large surge voltage in turn-off.

そこで従来、ターンオフで発生するIGBTのサージ電圧を抑制する方法として、各IGBTにスナバ回路を付けてサージ電圧を吸収する方法がある。 Therefore, conventionally, as a method of suppressing the surge voltage of the IGBT to be generated in the turn-off, there is a method of absorbing the surge voltage with a snubber circuit to each IGBT. スナバ回路の場合、RC回路を用いるためスイッチング速度が高くなるとスナバ回路の損失が顕著になる。 If the snubber circuit, the loss of snubber circuits becomes remarkable when the switching speed is high because of using an RC circuit.

スナバ回路の欠点を克服する回路が下記特許文献1に開示されている。 Circuit which overcomes the disadvantages of the snubber circuit is disclosed in Patent Document 1.

図12は特許文献1におけるサージ電圧抑制回路の原理を説明する図である。 Figure 12 is a diagram for explaining the principle of a surge voltage suppressing circuit in Patent Document 1.

なお特許文献1では、複数のツェナーダイオードを並列して設けた回路としている。 Note that in Patent Document 1, the circuit provided in parallel a plurality of Zener diodes. ここでは特許文献1における基本原理が分かればよいので、以下では説明を簡単にするためにツェナーダイオードの数を1個とした。 Here it is sufficient know the basic principle in Patent Document 1 has a number of zener diodes and one in order to simplify the explanation below.

図12が図10と異なるところは、ツェナーダイオード70Tのアノード側がIGBT51のゲート51Gと接続され、ツェナーダイオード70Tのカソード側が抵抗90Rを介してIGBT51のコレクタ51Cと接続されることである。 Where Figure 12 differs from Figure 10, the anode side of the Zener diode 70T is connected to the gate 51G of the IGBT 51, it is that the cathode side of the Zener diode 70T is connected to the collector 51C of IGBT 51 through a resistor 90R.

上記サージ電圧抑制回路により以下の動作が行われる。 The following operations are performed by the surge voltage suppressing circuit.

(1)IGBT51のコレクタ51Cとゲート51G間の電圧Vc-gがツェナーダイオード70Tのツェナー電圧Vtより大きくなると、IGBT51のゲート51Gにツェナーダイオード70Tを介して電流が流れIGBT51のゲート51Gがオンされる。 (1) When the voltage Vc-g between the collector 51C and the gate 51G of the IGBT51 is greater than the Zener voltage Vt of the Zener diode 70T, current is turned on the gate 51G of the flow IGBT51 through the Zener diode 70T to the gate 51G of the IGBT51 .

(2)すると、IGBT51のコレクタ51Cとエミッタ51E間が導通してコレクタ電圧Vcが急激に低下する。 (2) Then, the collector voltage Vc suddenly drops by conduction between the collector 51C and emitter 51E of the IGBT 51.

(3)コレクタ電圧Vcが急激に低下し、コレクタ51Cとゲート51G間の電圧Vc-gがツェナー電圧Vt以下になると、コレクタ51Cとゲート51G間は遮断されゲート51Gはオフになる。 (3) the collector voltage Vc decreases rapidly, the voltage Vc-g between the collector 51C and the gate 51G falls below the Zener voltage Vt, gate 51G is interrupted between a collector 51C and the gate 51G is turned off.

上記(1)〜(3)の動作により、大きなサージ電圧Vsが発生しても、コレクタ51Cとゲート51G間の電圧Vc-gが、コレクタ51Cとゲート51G間に設けたツェナーダイオード70Tのツェナー電圧Vt以上になることが抑制される。 (1) by the operation of the - (3), even if a large surge voltage Vs is generated, the voltage Vc-g between the collector 51C and the gate 51G is, the Zener voltage of the Zener diode 70T provided between a collector 51C and the gate 51G it is suppressed to become more vt.

図13はツェナーダイオード70Tでサージ電圧が抑制された場合の電圧波形を説明するための図である。 Figure 13 is a diagram for explaining a voltage waveform when the surge voltage is suppressed by Zener diodes 70T. ここでは蓄電池30の電圧を270Vとし、ツェナー電圧を280Vとした場合を想定している。 Here and 270V the voltage of the battery 30 is assumed to be a case where the Zener voltage and 280V.

なお、コレクタ51Cとエミッタ51E間の電圧Vc-eとコレクタ51Cとゲート51G間の電圧Vc-gは厳密には異なるが、両者の電圧差は小さく、本願発明ではその違いは本質的ではないので、以下ではVc-eとVc-gを近似的に同じものとして説明する。 The voltage Vc-g between the voltages Vc-e and collector 51C and the gate 51G of the collector 51C and emitter 51E are different in a strict sense, but the voltage difference between the two is small, because the difference is not essential in the present invention in the following described as approximately the same as the Vc-e and Vc-g.

図13の場合、時間t1にIGBT51をターンオフすると、蓄電池30の電圧(V1=270V)にリードインダクタンスを起因として発生したサージ電圧Vsが重畳される。 For Figure 13, when turning off the IGBT51 to time t1, the surge voltage Vs generated as due to lead inductance in the voltage of the storage battery 30 (V1 = 270V) is superimposed.

図13の時間軸のt1〜t11間(領域R1)は、サージ電圧Vsが280Vで抑制される。 Between t1~t11 the time axis of FIG. 13 (region R1), the surge voltage Vs is suppressed by 280 V. その後280Vで抑制されたサージ電圧Vsは急激に減衰して(時間軸のt11〜t12間:領域R2)、高速振動することなく蓄電池30の270Vの電圧波形に重畳される。 Then surge voltage Vs is suppressed by 280V is rapidly attenuated (between t11~t12 time axis: region R2), is superimposed on the voltage waveform of 270V battery 30 without a high speed vibration. すなわち、サージ電圧は最大10Vの大きさで抑制される。 That is, the surge voltage is suppressed by the size of the maximum 10V. これにより、サージ電圧による放射ノイズの発生が抑制される。 Thus, the occurrence of radiation noise due to the surge voltage is suppressed. 上記動作は時間t2におけるターンオフにおいても同様である。 The above operation is the same in the turn-off at time t2.
特開平11−178318号公報 JP 11-178318 discloses

ところで、建設機械用ハイブリッド電源システムでは副電源の蓄電池の電圧変動が大きい。 By the way, the voltage fluctuation of the secondary power supply of the battery is large in the construction machinery for hybrid power supply system. そのため、特許文献1に開示されたサージ電圧抑制回路をハイブリッド電源システム1に適用すると以下の問題が生じる。 Therefore, the following problem arises as to apply a surge voltage suppression circuit disclosed in Patent Document 1 to the hybrid power supply system 1.

すでに説明したように、図12において、ツェナーダイオード70Tのツェナー電圧を280Vに設定した場合、蓄電池30の電圧が270V程度であれば蓄電池30の電圧より約10V高い280Vを上限値としてサージ電圧抑制回路が効果的に作動する。 As already described, in FIG. 12, the Zener diode when the zener voltage of 70T was set to 280V, the surge voltage suppression circuit about 10V higher 280V than the voltage of the storage battery 30 be about voltage of the storage battery 30 is 270V as the upper limit value There effectively operate. すなわちサージ電圧は最大でも10Vの大きさで抑制され、結果として放射ノイズの発生が抑制される。 That surge voltage is suppressed by the size of 10V at most, generation of radiation noise is suppressed as a result.

一方、図12において、ツェナー電圧を280Vに設定しておき、蓄電池30が電圧変動して150Vになった場合を想定する。 On the other hand, in FIG. 12, may be set Zener voltage is 280 V, it is assumed that the battery 30 has become 150V and voltage fluctuation.

この場合はツェナーダイオード70Tのツェナー電圧が280Vであるので、蓄電池30の電圧150Vから280Vに存在するサージ電圧Vsは特に抑制されることがない。 Since Zener voltage in this case zener diode 70T is at 280V, the surge voltage Vs present on 280V from a voltage 150V of the storage battery 30 will not be particularly suppressed.

図14はツェナーダイオード70Tでサージ電圧Vsが抑制されないときの電圧波形を説明するための図である。 Figure 14 is a diagram for explaining a voltage waveform when a surge voltage Vs is not suppressed by Zener diodes 70T.

時間t1にターンオフされると、コレクタ51Cとエミッタ51E間の電圧Vc-eは蓄電池30の電圧V1(=150V)+サージ電圧Vsとなる。 When turned off to the time t1, the voltage Vc-e between the collector 51C and emitter 51E is a voltage V1 (= 150V) + surge voltage Vs of the battery 30.

ところが図14に示すように、ツェナーダイオード70Tのツェナー電圧Vtを280Vに設定しているため、150V〜280V間に存在するサージ電圧Vsは全く抑制できない。 However, as shown in FIG. 14, since the set Zener voltage Vt of the Zener diode 70T to 280 V, a surge voltage Vs present between 150V~280V can not be suppressed at all. 言い換えると、130Vの最大電圧Vsmaxをもつサージ電圧による放射ノイズが発生する。 In other words, the radiation noise is generated due to a surge voltage having a maximum voltage Vsmax of 130 V. この放射ノイズはたとえば周囲にあるラジオに対して有害電波となる。 This radiation noise becomes harmful radio wave to the radio in the surroundings, for example.

以上のように、蓄電池に大きな電圧変動がある場合、特許文献1に開示されたサージ電圧抑制回路ではターンオフにより発生するサージ電圧を効果的に抑制できない。 As described above, when there is a large voltage variation in battery, it can not be effectively suppressed surge voltage generated by the turn-off surge voltage suppression circuit disclosed in Patent Document 1.

上記問題に鑑み、本願発明の目的は、電圧変動する蓄電池の上流側とIGBTのコレクタが接続されるスイッチング装置において、IGBTの動作時に発生するリードインダクタンスを起因とするサージ電圧を効果的に抑制するサージ電圧抑制回路を提供することである。 In view of the above problems, an object of the present invention is the switching device collectors of the upstream and IGBT battery to voltage variation is coupled, effectively suppressing the surge voltage originating from lead inductance generated during operation of the IGBT to provide a surge voltage suppressing circuit.

以上のような目的を達成するために、第1発明は、 To achieve the above object, the first invention,
電圧変動する蓄電池と接続された複数のIGBTを有するサージ電圧抑制回路であって、 A surge voltage suppression circuit having a plurality of IGBT connected to the battery to voltage fluctuations,
前記IGBTのスイッチング回路は、少なくとも2つのIGBTが直列に接続された第1の回路と、前記第1の回路と同様な構成の第2の回路が並列に接続され、 The switching circuit of the IGBT, a first circuit in which at least two IGBT are connected in series, the first of the second circuit of the circuit the same configuration are connected in parallel,
前記第1の回路、第2の回路に設けられたそれぞれのIGBTのコレクタとベース間に、ツェナーダイオードとスイッチング素子が配され、 It said first circuit, between the collector and base of each of the IGBT provided in the second circuit, a Zener diode and a switching element is arranged,
前記ツェナーダイオードのカソード側が前記IGBTのコレクタに接続され、 Cathode of the Zener diode is connected to the collector of the IGBT,
前記ツェナーダイオードのアノード側は前記スイッチング素子のコレクタに接続され、 The anode side of the Zener diode is connected to the collector of the switching element,
前記スイッチング素子のエミッタは第1の抵抗と第1のダイオードを介して前記IGBTのベースに接続され、かつ、前記スイッチング素子のベースは第2の抵抗と第2のダイオードを介して前記蓄電池の上流側に接続されてなり、 The emitter of the switching element is connected to the base of the IGBT via a first resistor and a first diode, and the base of the switching element is upstream of the accumulator through a second resistor and a second diode it is connected to the side,
前記IGBTの動作時に、前記IGBTのコレクタ電圧が、前記蓄電池の電圧と前記ツェナーダイオードのツェナー電圧の合計より大きくなると、前記スイッチング素子がオンされることを特徴とする。 During operation of the IGBT, the collector voltage of the IGBT becomes larger than the sum of the voltage of the storage battery and the zener voltage of the zener diode, wherein the switching element is turned on.

第2発明は、 The second aspect of the present invention,
電圧変動する蓄電池と接続された複数のIGBTを有するサージ電圧抑制回路であって、 A surge voltage suppression circuit having a plurality of IGBT connected to the battery to voltage fluctuations,
前記IGBTのスイッチング回路は、少なくとも2つのIGBTが直列に接続された第1の回路と、前記第1の回路と同様な構成の第2の回路が並列に接続され、 The switching circuit of the IGBT, a first circuit in which at least two IGBT are connected in series, the first of the second circuit of the circuit the same configuration are connected in parallel,
前記第1の回路、第2の回路に設けられたそれぞれのIGBTのベースと前記蓄電池の上流側端子間にツェナーダイオードが配され、 The first circuit, the Zener diode is arranged between the upstream side terminal of each of the base and the battery of the IGBT provided in the second circuit,
前記IGBTのコレクタとベース間にスイッチング素子が配され、 The switching element is arranged between the collector and the base of the IGBT,
前記スイッチング素子のコレクタは前記IGBTのコレクタと接続され、 The collector of the switching element is connected to the collector of the IGBT,
前記ツェナーダイオードのカソード側が第1の抵抗を介して前記スイッチング素子のベースに接続され、 Cathode of the Zener diode is connected to the base of the switching element via a first resistor,
前記スイッチング素子のエミッタは第1の抵抗と第1のダイオードを介して前記IGBTのベースに接続され、かつ、前記ツェナーダイオードのアノード側は第1のダイオードを介して前記蓄電池の上流側に接続されてなり、 The emitter of the switching element is connected to the base of the IGBT via a first resistor and a first diode, and the anode side of the Zener diode is connected upstream of the storage battery through a first diode becomes Te,
前記IGBTの動作時に、前記IGBTのコレクタ電圧が、前記蓄電池の電圧と前記ツェナーダイオードのツェナー電圧の合計より大きくなると、前記スイッチング素子がオンされることを特徴とする。 During operation of the IGBT, the collector voltage of the IGBT becomes larger than the sum of the voltage of the storage battery and the zener voltage of the zener diode, wherein the switching element is turned on.

上記請求項1、2に係わる発明は基本的なサージ電圧抑制の動作は同じであるので、ここでは第1発明における場合を図2を用いて説明する。 Since the invention according to the claims 1 and 2 the operation of the basic surge voltage suppression is the same, it will now be described with reference to Figure 2. When in the first invention.

図2のサージ電圧抑制回路60では、IGBT51の動作に伴い以下の動作が行われる。 In the surge voltage suppressing circuit 60 in FIG. 2, the following operation is performed with the operation of the IGBT 51.

(1)IGBT51がターンオフする。 (1) IGBT51 is turned off.

(2)ターンオフ後、リードインダクタンスL0を起因とするサージ電圧Vsが発生する。 (2) after the turn-off, a surge voltage Vs to due lead inductance L0 is generated.

(3)サージ電圧の発生によりIGBT51のコレクタ電圧Vcが上昇する。 (3) the collector voltage Vc of the IGBT51 is increased due to the generation of the surge voltage.

(4)コレクタ電圧Vcが蓄電池30の電圧V1とツェナーダイオード70Tのツェナー電圧Vtの合計電圧値より大きくなると、すなわち、Vc>V1+Vtになると、ツェナーダイオード70Tに逆電流70Tiが流れる。 (4) when the collector voltage Vc is greater than the total voltage value of the Zener voltage Vt of the voltage V1 and the Zener diode 70T of the battery 30, i.e., Vc> V1 + becomes a Vt, reverse current 70Ti flows through the Zener diode 70T.

(5)すると、スイッチング80のオン電流がIGBT51のゲート51G側に流れ込み、ゲート51Gはオン状態になる。 (5) Then, the on-current of the switching 80 flows into the gate 51G side of the IGBT 51, the gate 51G is turned on.

(6)IGBT51がオン状態になると、コレクタ51Cの電圧Vcは急激に低下する。 (6) When the IGBT51 is turned on, the voltage Vc of the collector 51C decreases rapidly.

(7)コレクタ51Cの電圧Vcは蓄電池30の電圧V1とツェナー電圧Vtとの合計以上になることが抑制される。 (7) the voltage Vc of the collector 51C it is suppressed to be greater than or equal to the sum of the voltage V1 and the Zener voltage Vt of the battery 30.

同様に図1のほかのIGBTのサージ電圧抑制回路60、60Aについても同じことがいえる。 Similarly same is true for the surge voltage suppressing circuit 60,60A the other IGBT of FIG.

第3発明は、 The third aspect of the present invention,
電圧変動する蓄電池と接続された複数のIGBTを有するサージ電圧抑制回路であって、 A surge voltage suppression circuit having a plurality of IGBT connected to the battery to voltage fluctuations,
前記IGBTのスイッチング回路は、少なくとも2つのIGBTが直列に接続された第1の回路と、前記第1の回路と同様な構成の第2の回路が並列に接続され、 The switching circuit of the IGBT, a first circuit in which at least two IGBT are connected in series, the first of the second circuit of the circuit the same configuration are connected in parallel,
前記第1の回路、第2の回路に設けられたそれぞれのIGBTのコレクタとベース間に、ツェナーダイオードとスイッチング素子が配され、 It said first circuit, between the collector and base of each of the IGBT provided in the second circuit, a Zener diode and a switching element is arranged,
前記ツェナーダイオードのカソード側が前記IGBTのコレクタに接続され、 Cathode of the Zener diode is connected to the collector of the IGBT,
前記ツェナーダイオードのアノード側は前記スイッチング素子のコレクタに接続され、 The anode side of the Zener diode is connected to the collector of the switching element,
前記IGBTのコレクタが第1の抵抗とコンデンサを介して前記蓄電池の下流側に接続され、 The collector of the IGBT is connected to the downstream side of the battery via a first resistor and a capacitor,
前記スイッチング素子のエミッタは第2の抵抗と第1のダイオードを介して前記IGBTのベースに接続され、かつ、前記スイッチング素子のベースは第3の抵抗と第2のダイオードを介して前記第1の抵抗の端子と前記コンデンサの端子の間の導体経路に接続されてなり、 The emitter of the switching element is connected to the base of the IGBT via a second resistor and a first diode, and the base of the switching element the first through the third resistor and a second diode connected resistor terminal and the conductor path between the terminals of the capacitor becomes, the
前記IGBTの動作時に、前記IGBTのコレクタ電圧が、前記蓄電池の電圧と前記ツェナーダイオードのツェナー電圧の合計より大きくなると、前記スイッチング素子がオンされることを特徴とする。 During operation of the IGBT, the collector voltage of the IGBT becomes larger than the sum of the voltage of the storage battery and the zener voltage of the zener diode, wherein the switching element is turned on.

第3発明を図7を用いて説明する。 The third invention will be described with reference to FIGS.

図7のサージ電圧抑制回路60Bでは、IGBT51の動作に伴い以下の動作が行われる。 In the surge voltage suppressing circuit 60B in FIG. 7, the following operation is performed with the operation of the IGBT 51.

(1)IGBT51がターンオフする。 (1) IGBT51 is turned off.

(2)ターンオフ後、リードインダクタンスL0を起因とするサージ電圧Vsが発生する。 (2) after the turn-off, a surge voltage Vs to due lead inductance L0 is generated.

(3)サージ電圧の発生によりIGBT51のコレクタ電圧Vcが上昇する。 (3) the collector voltage Vc of the IGBT51 is increased due to the generation of the surge voltage.

(4)コレクタ電圧Vcを平滑回路110で平滑する。 (4) the collector voltage Vc is smoothed by the smoothing circuit 110. 平滑点110Aの平滑電圧をVhとする。 The smoothed voltage of the smoothing point 110A and Vh. 平滑電圧Vhは近似的にコレクタ51Cに印加された蓄電池30の電圧V1で表される。 Smoothed voltage Vh is expressed by the voltage V1 of the battery 30 applied to approximately collector 51C. 言い換えれば平滑回路110における蓄電池30の正極とコンデンサ110Cの正極は同電位である。 The positive electrode of the positive electrode and the capacitor 110C of the storage battery 30 in the smoothing circuit 110 in other words at the same potential.

(5)コレクタ電圧Vcが蓄電池30の電圧V1とツェナーダイオード70Tのツェナー電圧Vtの合計電圧値より大きくなると、すなわち、Vc>V1+Vtになると、ツェナーダイオード70Tに逆電流70Tiが流れる。 (5) when the collector voltage Vc is greater than the total voltage value of the Zener voltage Vt of the voltage V1 and the Zener diode 70T of the battery 30, i.e., Vc> V1 + becomes a Vt, reverse current 70Ti flows through the Zener diode 70T.

(6)すると、スイッチング80のオン電流がIGBT51のゲート51G側に流れ込み、ゲート51Gはオン状態になる。 (6) Then, the on-current of the switching 80 flows into the gate 51G side of the IGBT 51, the gate 51G is turned on.

(7)IGBT51がオン状態になると、コレクタ51Cの電圧Vcは急激に低下する。 (7) When the IGBT51 is turned on, the voltage Vc of the collector 51C decreases rapidly.

(8)コレクタ51Cの電圧Vcは蓄電池30の電圧V1とツェナー電圧Vtとの合計以上になることが抑制される。 (8) the voltage Vc of the collector 51C it is suppressed to be greater than or equal to the sum of the voltage V1 and the Zener voltage Vt of the battery 30.

同様に図6のほかのIGBTのサージ電圧抑制回路60Bについても同じことがいえる。 Similarly same is true for other surge voltage suppressing circuit 60B of the IGBT of FIG.

第1発明乃至第3発明によれば、蓄電池の電圧が大きく変動しても、IGBTの動作時に発生するリードインダクタンスを起因とするサージ電圧を効果的に抑制することができ、有害な放射ノイズを周囲に放射させることがない。 According to the first invention to third invention, be varied greatly voltage of storage battery, it is possible to effectively suppress the surge voltage and resulting lead inductance generated during operation of the IGBT, the harmful radiation noise not be emitted to the ambient.

また、定格の小さいツェナーダイオードを用いてサージ電圧を抑制できるので、サージ電圧抑制回路の構成を小型にでき、サージ電圧抑制回路の製造コストを低減できる。 Further, it is possible to suppress the surge voltage using a small zener diode rated for, can the configuration of the surge voltage suppressing circuit small, it is possible to reduce the cost of manufacturing the surge voltage suppressing circuit.

以下、本願発明のスイッチング装置のサージ電圧抑制回路の実施例について図を参照しながら説明する。 Hereinafter, will be described with reference to the drawings an embodiment of the surge voltage suppressing circuit of the switching device of the present invention.

図1は、実施例1において本願発明を適用した建設機械用ハイブリッド電源システムの図である。 1 is a diagram of the construction machine for a hybrid power system according to the present invention in Example 1.

図1において、ハイブリッド電源システム1は、主電源10と副電源50とからなる。 In Figure 1, the hybrid power supply system 1 is comprised of a main power source 10 and the sub power source 50.. 主電源10(発電電動機により発生した電力をドライバーを介して供給されるのであるが、等価的に電池11として表現している。)は電池11(電圧V0)を有しており、正極ライン12および負極ライン13を介して副電源50と接続される。 (Although being supplied through the electric power generated by the generator motor driver, is expressed equivalently as a battery 11.) The main power source 10 has a battery 11 (voltage V0), the positive electrode line 12 and it is connected to the auxiliary power source 50 via the negative line 13. 副電源50は、ACリンク双方向DC−DCコンバータ50Aとエネルギー蓄積装置である蓄電池30(電圧V1)とで構成される。 The subsidiary power supply 50 is configured de battery 30 (voltage V1) is an AC link bidirectional DC-DC converter 50A and an energy storage device. ACリンク双方向DC−DCコンバータ50Aは、低圧側インバータ50B1と高圧側インバータ50C1と変圧器50Dとで構成される。 AC link bidirectional DC-DC converter 50A is composed of a low-pressure side inverter 50B1 and high pressure side inverter 50C1 a transformer 50D.

低圧側インバータ50B1と、高圧側インバータ50C1は、低圧側インバータ50B1の正極と高圧側インバータ50C1の負極とが加極性となるように電気的に直列接続されている。 A low-pressure side inverter 50B1, high pressure side inverter 50c1 is composed of a negative electrode of the positive electrode and the high-pressure side inverter of the low-pressure side inverter 50B1 50c1 are electrically connected in series such that the additive polarity.

低圧側インバータ50B1は、変圧器50Dのコイル50dにブリッジ接続された4つのIGBT51、52、53、54と、IGBT51、52、53、54それぞれに並列に極性が逆向きに接続されたダイオード151、152、153、154を含んで構成されている。 Low-voltage side inverter 50B1 is a transformer and 50D four bridge-connected IGBT51,52,53,54 the coil 50d of, IGBT51,52,53,54 connected polarity in parallel in opposite directions to each diode 151, It is configured to include a 152, 153, 154. IGBTとは絶縁ゲートバイポーラトランジスタのことで、高速スイッチング用半導体素子として使用される。 IGBT that is, from the insulated gate bipolar transistor, is used as a semiconductor element for high-speed switching. IGBT51、52、53、54は、ゲートにスイッチング信号が印加されることによりオンされ、コレクタからエミッタに電流が流れる。 IGBT51,52,53,54 is turned on by the switching signal is applied to the gate, current flows from the collector to the emitter.

蓄電池30の正極端子30aは、正極ライン31を介してIGBT51のコレクタに電気的に接続されている。 The positive terminal of the battery 30 30a is the collector of the IGBT51 via a positive electrode line 31 are electrically connected. IGBT51のエミッタはIGBT52のコレクタに電気的に接続されている。 The emitter of IGBT51 is electrically connected to the collector of the IGBT 52. IGBT52のエミッタは、負極ライン32を介して蓄電池30の負極端子30bに電気的に接続されている。 The emitter of the IGBT52 is electrically connected to the negative terminal 30b of the battery 30 via the negative line 32.

同様に、蓄電池30の正極端子30aは、正極ライン31を介してIGBT53のコレクタに電気的に接続されている。 Similarly, positive terminal 30a of the battery 30 is the collector of the IGBT53 via a positive electrode line 31 are electrically connected. IGBT53のエミッタはIGBT54のコレクタに電気的に接続されている。 The emitter of IGBT53 is electrically connected to the collector of the IGBT 54. IGBT54のエミッタは、負極ライン32を介して蓄電池30の負極端子30bに電気的に接続されている。 The emitter of the IGBT54 is electrically connected to the negative terminal 30b of the battery 30 via the negative line 32.

IGBT51のエミッタ(ダイオード151のアノード)およびIGBT52のコレクタ(ダイオード152のカソード)は、変圧器50Dのコイル50dの一方の端子に接続されているとともに、IGBT53のエミッタ(ダイオード153のアノード)およびIGBT54のコレクタ(ダイオード154のカソード)は、変圧器50Dのコイル50dの他方の端子に接続されている。 (Diode 152 cathode) IGBT 51 the emitter collector of and IGBT 52 (the anode of diode 151), a transformer 50D together is connected to one terminal of the coil 50d of the IGBT53 emitter (diode 153 the anode) and IGBT54 of collector (the cathode of the diode 154) is connected to the other terminal of the coil 50d of the transformer 50D.

IGBT51、54の組とIGBT52、53の組は交互にオン、オフされる。 IGBT51,54 set and IGBT52,53 set of alternately turned on and off.

高圧側インバータ50C1は、変圧器50Dのコイル50eにブリッジ接続された4つのIGBT55、56、57、58と、IGBT55、56、57、58それぞれに並列に極性が逆向きに接続されたダイオード155、156、157、158を含んで構成されている。 High pressure side inverter 50C1 is a transformer 50D 4 single and IGBT55,56,57,58 which are bridge-connected to the coil 50e of the diode 155 whose polarity in parallel IGBT55,56,57,58 each connected in reverse, It is configured to include a 156, 157, 158. IGBT51、52、53、54は、ゲートにスイッチング信号が印加されることによりオンされ、コレクタからエミッタに電流が流れる。 IGBT51,52,53,54 is turned on by the switching signal is applied to the gate, current flows from the collector to the emitter.

IGBT55、57のコレクタは、正極ライン12を介して主電源10の電池11に電気的に接続されている。 The collector of IGBT55,57 is electrically connected to the battery 11 of the main power source 10 via the positive line 12. IGBT55のエミッタはIGBT56のコレクタに電気的に接続されている。 The emitter of IGBT55 is electrically connected to the collector of the IGBT56. IGBT57のエミッタはIGBT58のコレクタに電気的に接続されている。 The emitter of IGBT57 is electrically connected to the collector of the IGBT58. IGBT56、58のエミッタは、正極ライン31、つまり低圧側インバータ50BのIGBT51、53のコレクタに電気的に接続されている。 The emitter of IGBT56,58 are positive line 31, that is electrically connected to the collector of IGBT51,53 the low pressure side inverter 50B.

IGBT55のエミッタ(ダイオード155のアノード)およびIGBT56のコレクタ(ダイオード156のカソード)は、変圧器50Dのコイル50eの一方の端子に電気的に接続されているとともに、IGBT57のエミッタ(ダイオード157のアノード)およびIGBT58のコレクタ(ダイオード158のカソード)は、変圧器50Dのコイル50eの他方の端子に電気的に接続されている。 IGBT55 emitter collector of and IGBT56 (anode of diode 155) (the cathode of the diode 156), together are electrically connected to one terminal of the coil 50e of the transformer 50D, the emitter of the IGBT57 (anode of the diode 157) and the collector of the IGBT58 (cathode of the diode 158) is electrically connected to the other terminal of the coil 50e of the transformer 50D.

IGBT55、58の組とIGBT56、57の組は交互にオン、オフされる。 IGBT55,58 set and IGBT56,57 set of alternately turned on and off.

IGBT55、57のコレクタが接続される正極ライン12とIGBT56、58のエミッタが接続される正極ライン31の間にはキャパシタ33が電気的に接続されている。 Capacitor 33 between the positive electrode line 31 are electrically connected to positive line 12 and the emitter of IGBT56,58 collector of IGBT55,57 is connected is connected. キャパシタ33はサージ吸収用であり小容量キャパシタでよい。 Capacitor 33 may be a small-capacity capacitor is for surge absorption.

変圧器50Dは一定値Lの漏れインダクタンス(図1ではコイル50d側にL/2、コイル50e側にL/2となるように分割している)を有している。 Transformer 50D has a leakage inductance of a fixed value L (FIG. 1 L / 2 in the coil 50d side in, are divided so that L / 2 in the coil 50e side). インバータの高速スイッチング制御を用いて、漏れインダクタンスに一時的に蓄積させた電力を副電源50あるいは主電源10へ伝送する。 Using a high-speed switching control of the inverter, for transmitting power which has temporarily stored in the leakage inductance to the secondary power source 50 or the main power source 10.

詳しくは、力行モード(蓄電池30から主電源10への電力伝送時)の場合、低圧側インバータ50B1の位相を高圧側インバータ50C1に対し進み位相とする。 Specifically, when the power running mode (during power transmission from the battery 30 to the main power source 10), and phase advance the phase of the low-pressure side inverter 50B1 to high-voltage side inverter 50c1. その際、変圧器50Dを介して、低圧側インバータ50B1は蓄電池30の電圧V1の約2倍の高電圧の電力を主電源10側に伝送する。 At that time, via a transformer 50D, a low-pressure side inverter 50B1 transmits a power of about 2 times higher than the voltage of the voltage V1 of the battery 30 to the main power supply 10 side.

回生モード(主電源10から蓄電池30への電力伝送時)の場合、低圧側インバータ50Bの位相を高圧側インバータ50C1に対し遅れ位相とする。 For regeneration mode (power transmission from the main power supply 10 to the storage battery 30), and delayed phase relative to the high-pressure side inverter 50C1 phase of the low-pressure side inverter 50B. その際、変圧器50Dを介して、主電源10は電池11の電圧V0の略半分の低電圧の電力を蓄電池30側に伝送する。 At that time, via a transformer 50D, the main power source 10 to transmit power substantially half of the low voltage of the voltage V0 of the battery 11 to the battery 30 side.

また、図1の低圧側インバータ50B1および高圧側インバータ50C1には、それぞれのIGBTの近傍にサージ電圧抑制回路60が設けられる。 Further, the low-pressure side inverter 50B1 and the high-pressure side inverter 50C1 in FIG. 1, the surge voltage suppression circuit 60 is provided in the vicinity of each of the IGBT.

以上のように、ハイブリッド電源システム1によれば、電動装置の負荷が大幅、急激、かつ頻繁に変動したとしても、副電源50から主電源10の電力容量を補う電力供給を行うことができる。 As described above, according to the hybrid power supply system 1, significant load of the electric device, rapid, and often even vary, power can be supplied to compensate for the power capacity of the main power supply 10 from the subsidiary power supply 50. これにより、電動装置を一定の高電圧範囲内で効率よく駆動することができる。 This makes it possible to drive efficiently the electric device within a predetermined high voltage range. 一方、副電源50の蓄電池30は大きな電圧変動を伴う。 On the other hand, the storage battery 30 of the auxiliary power supply 50 with large voltage fluctuations.

具体的には、ハイブリッド建設機械では、主電源10の電圧V0は600V程度の高電圧に維持される。 Specifically, in the hybrid construction machine, the voltage V0 of the main power source 10 is maintained at a high voltage of about 600V. 一方、副電源50の蓄電池30の電圧V1は300V程度以下の低電圧であり、たとえば150V〜270Vの大きな電圧変動範囲で使用される。 On the other hand, the voltage V1 of the battery 30 of the auxiliary power supply 50 is a low voltage below about 300 V, for example, is used in a large voltage fluctuation range of 150V~270V.

これから実施例1のサージ電圧抑制回路60の構成およびその作用について詳しく説明する。 It will now be described in detail the structure and operation of the surge voltage suppression circuit 60 of the first embodiment. なお、図1の8個のサージ電圧抑制回路60は構成およびその動作が基本的に同じであるため、以下では低圧側インバータ50B1のIGBT51側のサージ電圧抑制回路を代表させて説明する。 Incidentally, eight surge voltage suppressing circuit 60 in FIG. 1 for configuration and operation are basically the same, in the following description as a representative of the surge voltage suppressing circuit IGBT51 side of the low-pressure side inverter 50B1.

(サージ電圧抑制回路60の構成) (Configuration of the surge voltage suppression circuit 60)
図2はIGBT51側のサージ電圧抑制回路60の部分図である。 Figure 2 is a partial view of the surge voltage suppression circuit 60 of the IGBT51 side.

すなわち、スイッチング素子80のエミッタ80Eとツェナーダイオード70Tのアノードが接続される。 That is, the anode of emitter 80E and the Zener diode 70T of the switching element 80 is connected. スイッチング素子80のベース80Bが抵抗90R1およびダイオード100D1を介して蓄電池30の正極端子30aに接続される。 Base 80B of the switching element 80 is connected to the positive terminal 30a of the battery 30 via the resistor 90R1 and diode 100D1. スイッチング素子80のコレクタ80Cが抵抗90R2およびダイオード100D2を介してIGBT51のゲート51Gに接続される。 Collector 80C of the switching element 80 is connected to the gate 51G of the IGBT51 through the resistor 90R2 and diode 100D2. ツェナーダイオード70TのカソードがIGBT51のコレクタ51Cに接続される。 The cathode of the Zener diode 70T is connected to the collector 51C of IGBT 51. ツェナーダイオード70TのアノードとIGBT51のゲート51Gが抵抗90R3で接続される。 The gate 51G of the Zener diode 70T of the anode and IGBT51 are connected by the resistor 90R3. 抵抗90R1は電流制限用抵抗であり、正極端子30aとスイッチング素子80の間にあればどこでもよい。 Resistor 90R1 is a current limiting resistor may wherever there between positive terminal 30a and the switching element 80. また、蓄電池30の正極端子30aとIGBT51のコレクタ51C間にはリードインダクタンスL0が示されている。 Further, between the collector 51C of the positive terminal 30a and the IGBT51 of battery 30 has been shown lead inductance L0.

(サージ電圧抑制回路60の動作) (Operation of surge voltage suppression circuit 60)
次ぎにサージ電圧抑制回路60の動作について説明する。 Next to the operation of the surge voltage suppression circuit 60.

図2のサージ電圧抑制回路60では、IGBT51の動作に伴い以下の動作が行われる。 In the surge voltage suppressing circuit 60 in FIG. 2, the following operation is performed with the operation of the IGBT 51.

(1)IGBT51がターンオフする。 (1) IGBT51 is turned off.

(2)ターンオフ後、リードインダクタンスL0を起因とするサージ電圧Vsが発生する。 (2) after the turn-off, a surge voltage Vs to due lead inductance L0 is generated.

(3)サージ電圧の発生によりIGBT51のコレクタ電圧Vcが上昇する。 (3) the collector voltage Vc of the IGBT51 is increased due to the generation of the surge voltage.

(4)コレクタ電圧Vcが蓄電池30の電圧V1とツェナーダイオード70Tのツェナー電圧Vtの合計電圧値より大きくなると、すなわち、Vc>V1+Vtになると、ツェナーダイオード70Tに逆電流70Tiが流れる。 (4) when the collector voltage Vc is greater than the total voltage value of the Zener voltage Vt of the voltage V1 and the Zener diode 70T of the battery 30, i.e., Vc> V1 + becomes a Vt, reverse current 70Ti flows through the Zener diode 70T.

(5)すると、スイッチング80のオン電流がIGBT51のゲート51G側に流れ込み、ゲート51Gはオン状態になる。 (5) Then, the on-current of the switching 80 flows into the gate 51G side of the IGBT 51, the gate 51G is turned on.

(6)IGBT51がオン状態になると、コレクタ51Cの電圧Vcは急激に低下する。 (6) When the IGBT51 is turned on, the voltage Vc of the collector 51C decreases rapidly.

(7)コレクタ51Cの電圧Vcは蓄電池30の電圧V1とツェナー電圧Vtとの合計以上になることが抑制される。 (7) the voltage Vc of the collector 51C it is suppressed to be greater than or equal to the sum of the voltage V1 and the Zener voltage Vt of the battery 30.

図3は蓄電池の電圧が150V、ツェナー電圧が10Vの場合のサージ電圧抑制を説明する図である。 Figure 3 is a diagram voltage of the storage battery is 150 V, the Zener voltage is described a surge voltage suppression in the case of 10V. 横軸はIGBTのオン、オフする時間である。 The horizontal axis on the IGBT, it is time to turn off. 縦軸はIGBTのコレクタ51Cとエミッタ51E間の電圧Vc-eである。 The vertical axis is a voltage Vc-e between the collector 51C of the IGBT and emitter 51E.

図3において、蓄電池30の電圧V1は150Vであり、IGBT51が時間t1にターンオフされると、リードインダクタンスL0を起因としたサージ電圧Vsが発生し、コレクタ51Cの電圧VcはV1(=150V)+Vsまで上がろうとする。 3, the voltage V1 of the battery 30 is 150 V, the IGBT51 is turned off to the time t1, it occurs surge voltage Vs where the lead inductance L0 and caused the voltage Vc of the collector 51C is V1 (= 150 V) + Vs When you throw its hat to.

次ぎにコレクタ51Cの電圧Vcが160V以上になると、ツェナーダイオード70Tに逆電流70Tiが流れるため、IGBT51がオン状態になる。 When the voltage Vc of the next to the collector 51C is equal to or higher than 160 V, for reverse current 70Ti flows through the Zener diode 70T, IGBT 51 is turned on. IGBT51がオンするとコレクタ51Cとエミッタ51Eは導通する。 IGBT51 is turned on collector 51C and emitter 51E is conductive. そのため電圧Vc-eは急激に低下する。 Therefore the voltage Vc-e decreases rapidly. これにより電圧Vc-eは160V以上になることがない。 Thus the voltage Vc-e never be more than 160 V. すなわち、サージ電圧Vsは時間t11まで最大10Vの大きさで抑制され、それ以後急激に減衰し時間t12にサージ電圧はゼロとなる。 That is, the surge voltage Vs is suppressed by the size of the maximum 10V to time t11, the thereafter rapidly damped surge voltage is zero time t12. 結果としてIGBT51が放射ノイズを放射することがない。 As a result IGBT51 is not able to emit radiation noise. 時間t2におけるターンオフでも同様である。 The same applies to the turn-off at time t2.

同様に図1の低圧側インバータ50B1の他の3つのIGBT側のサージ電圧抑制回路60についても同じことがいえる。 Similarly same is true for the low-pressure side surge voltage suppression circuit 60 of the other three IGBT of the inverter 50B1 in Fig.

また図1の高圧側インバータ50C1のサージ電圧抑制回路60の場合は、スイッチング素子80のベース80Bが抵抗90R1およびダイオード100D1を介してキャパシタ33の正極端子33a(=電池11の電圧V0)に接続される。 In the case of the surge voltage suppression circuit 60 of the high-pressure side inverter 50C1 in FIG. 1 is connected the base 80B of the switching element 80 via a resistor 90R1 and a diode 100D1 to the positive terminal 33a (= voltage V0 of the battery 11) of the capacitor 33 that. すなわち、サージ電圧抑制回路60の上記(1)〜(7)の動作説明において、蓄電池30の電圧V1をキャパシタ33の電圧、すなわち電池11の電圧V0に置き換えればよい。 That is, in the operation description of the surge voltage suppressing circuit 60 (1) to (7) may be replaced with the voltage V1 of the battery 30 voltage of the capacitor 33, that is, the voltage V0 of the battery 11. したがって、高圧側インバータ50C1のサージ電圧抑制回路60の動作は、低圧側インバータ50B1のサージ電圧抑制回路60の動作と基本的に同じであるのでその説明を省略する。 Accordingly, operation of the surge voltage suppression circuit 60 of the high-pressure side inverter 50C1 will be omitted since the operation is basically the same as the surge voltage suppressing circuit 60 of the low-pressure side inverter 50B1.

このように、実施例1では、それぞれのIGBTのコレクタの電圧Vcと蓄電池30の電圧V1または電池11の電圧V0の相対的な電圧差に基づきサージ電圧を抑制している。 Thus, embodiments in Example 1, thereby suppressing the surge voltage based on the relative voltage difference between the voltage V0 of the voltage V1 or the battery 11 voltage Vc and the storage battery 30 of the collector of each of the IGBT.

以上説明したように、実施例1によれば、電圧変動する蓄電池の正極側電極とIGBTのコレクタ側が接続された高速スイッチング装置において、IGBTの動作時に発生するリードインダクタンスを起因とするサージ電圧を効果的に抑制することができる。 As described above, according to Example 1, the high-speed switching device, the collector side of the positive electrode side electrode and the IGBT of the battery to voltage fluctuations being connected, effect a surge voltage originating from lead inductance generated during operation of the IGBT it is possible to suppress.

また、実施例1のサージ電圧抑制回路は相対的な電圧に基づく抑制回路であるため、回路に使用するツェナーダイオードの定格を小さくすることができる。 Moreover, the surge voltage suppression circuit of the first embodiment, since a suppression circuit based on relative voltage, it is possible to reduce the rating of the Zener diode used in the circuit. これにより、サージ電圧抑制回路の小型化および製造コスト低減が可能となる。 This allows size and manufacturing cost of the surge voltage suppressing circuit.

次ぎに本願発明の実施例2について説明する。 Next to the second embodiment of the present invention will be described.

実施例2の場合も、図1のハイブリッド電源システム1に適用した場合について説明する。 In the case of Example 2, a case of applying the hybrid power supply system 1 of Figure 1.

図1の低圧側インバータ50B1および高圧側インバータ50C1には、それぞれのIGBTの近傍に本願発明のサージ電圧抑制回路60が設けられている。 The low-voltage side inverter 50B1 and the high-pressure side inverter 50C1 in FIG. 1, the surge voltage suppressing circuit 60 of the present invention is provided in the vicinity of each of the IGBT. 以下では実施例2のサージ電圧抑制回路60をサージ電圧抑制回路60Aと呼ぶ。 Hereinafter referred to the surge voltage suppressing circuit 60 of Example 2 and the surge voltage suppressing circuit 60A. なお、図1の8個のサージ電圧抑制回路60Aは構成およびその動作が基本的に同じであるため、以下では低圧側インバータ50B1のIGBT51側のサージ電圧抑制回路を代表させて説明する。 Incidentally, eight surge voltage suppressing circuit 60A in FIG. 1 for configuration and operation are basically the same, in the following description as a representative of the surge voltage suppressing circuit IGBT51 side of the low-pressure side inverter 50B1.

(サージ電圧抑制回路60Aの構成) (Configuration of the surge voltage suppressing circuit 60A)
図4はIGBT51側のサージ電圧抑制回路60Aの部分図である。 Figure 4 is a partial view of the surge voltage suppressing circuit 60A of IGBT51 side.

図4において、スイッチング素子80のベース80Bが抵抗90R1およびダイオード100D1を介してツェナーダイオード70Tのカソードに接続される。 4, the base 80B of the switching element 80 is connected to the cathode of the Zener diode 70T via the resistor 90R1 and diode 100D1. 抵抗90R1は電流制限用抵抗であり、正極端子30aとスイッチング素子80の間にあればどこでもよい。 Resistor 90R1 is a current limiting resistor may wherever there between positive terminal 30a and the switching element 80. スイッチング素子80のエミッタ80EがIGBT51のコレクタ51Cに接続される。 The emitter 80E of the switching element 80 is connected to the collector 51C of IGBT 51. スイッチング素子80のコレクタ80Cが抵抗90R2およびダイオード70D2を介してIGBT51のゲート51Gに接続される。 Collector 80C of the switching element 80 is connected to the gate 51G of the IGBT51 through the resistor 90R2 and a diode 70D2. ツェナーダイオード70Tのアノードが蓄電池30の正極端子30aに接続される。 The anode of the Zener diode 70T is connected to the positive terminal 30a of the battery 30. また、蓄電池30の正極端子30aとIGBT51のコレクタ51C間にはリードインダクタンスL0が示されている。 Further, between the collector 51C of the positive terminal 30a and the IGBT51 of battery 30 has been shown lead inductance L0.

(サージ電圧抑制回路60Aの動作) (Operation of surge voltage suppressing circuit 60A)
次ぎにサージ電圧抑制回路60Aの動作について説明する。 Next to the operation of the surge voltage suppressing circuit 60A.

図4のサージ電圧抑制回路60Aでは、IGBT51の動作に伴い以下の動作が行われる。 In the surge voltage suppressing circuit 60A in FIG. 4, the following operation is performed with the operation of the IGBT 51.

(1)IGBT51がターンオフする。 (1) IGBT51 is turned off.

(2)ターンオフ後、リードインダクタンスL0を起因とするサージ電圧Vsが発生する。 (2) after the turn-off, a surge voltage Vs to due lead inductance L0 is generated.

(3)サージ電圧の発生によりIGBT51のコレクタ電圧Vcが上昇する。 (3) the collector voltage Vc of the IGBT51 is increased due to the generation of the surge voltage.

(4)コレクタ電圧Vcが蓄電池30の電圧V1とツェナーダイオード70Tのツェナー電圧Vtの合計電圧値より大きくなると、すなわち、Vc>V1+Vtになると、ツェナーダイオード70Tに逆電流70Tiが流れる。 (4) when the collector voltage Vc is greater than the total voltage value of the Zener voltage Vt of the voltage V1 and the Zener diode 70T of the battery 30, i.e., Vc> V1 + becomes a Vt, reverse current 70Ti flows through the Zener diode 70T.

(5)すると、スイッチング80のオン電流がIGBT51のゲート51G側に流れ込み、ゲート51Gはオン状態になる。 (5) Then, the on-current of the switching 80 flows into the gate 51G side of the IGBT 51, the gate 51G is turned on.

(6)IGBT51がオン状態になると、コレクタ51Cの電圧Vcは急激に低下する。 (6) When the IGBT51 is turned on, the voltage Vc of the collector 51C decreases rapidly.

(7)コレクタ51Cの電圧Vcは蓄電池30の電圧V1とツェナー電圧Vtとの合計以上になることが抑制される。 (7) the voltage Vc of the collector 51C it is suppressed to be greater than or equal to the sum of the voltage V1 and the Zener voltage Vt of the battery 30.

図5は蓄電池の電圧150V、ツェナー電圧10Vの場合のサージ電圧抑制を説明する図である。 Figure 5 is a diagram for explaining a voltage 150 V, surge voltage suppression in the case of the Zener voltage of 10V of the battery. 横軸はIGBTのオン、オフする時間である。 The horizontal axis on the IGBT, it is time to turn off. 縦軸はIGBTのコレクタ51Cとエミッタ51E間の電圧Vc-eである。 The vertical axis is a voltage Vc-e between the collector 51C of the IGBT and emitter 51E.

図5において、蓄電池30の電圧V1は150Vであり、時間t1にIGBT51がターンオフされるとサージ電圧Vsが発生し、コレクタ51Cの電圧は150+Vsになろうとする。 5, the voltage V1 of the battery 30 is 150 V, the surge voltage Vs is generated and the time t1 IGBT 51 is turned off, the voltage of the collector 51C is trying to be 0.99 + Vs. 次ぎにコレクタ電圧Vcが160V以上になると、ツェナーダイオード70Dに逆電流70Tiが流れるため、IGBT51がオン状態になる。 When next the collector voltage Vc becomes equal to or higher than 160 V, for reverse current 70Ti flows through the Zener diode 70D, IGBT 51 is turned on. IGBT51がオンするとコレクタ51Cとエミッタ51Eは導通する。 IGBT51 is turned on collector 51C and emitter 51E is conductive. そのためコレクタ電圧Vcは急激に低下する。 Therefore the collector voltage Vc decreases rapidly. これにより電圧Vc-eは160V以上になることがない。 Thus the voltage Vc-e never be more than 160 V. すなわち、サージ電圧Vsは時間t11まで最大10Vの大きさで抑制され、それ以後急激に減衰し時間t12にサージ電圧はゼロとなる。 That is, the surge voltage Vs is suppressed by the size of the maximum 10V to time t11, the thereafter rapidly damped surge voltage is zero time t12. 結果として結果としてIGBT51が放射ノイズを放射することがない。 Consequently resulting IGBT51 is never emit radiation noise. 時間t2におけるターンオフでも同様である。 The same applies to the turn-off at time t2.

同様に図1の低圧側インバータ50B1の他の3つのIGBT側のサージ電圧抑制回路60Aについても同じことがいえる。 Similarly same is true for the other three IGBT side of the surge voltage suppressing circuit 60A of the low-pressure side inverter 50B1 in Fig.

また図1の高圧側インバータ50C1のサージ電圧抑制回路60Aの場合は、ツェナーダイオード70Tのアノードがキャパシタ33の正極端子33a(=電池11の電圧V0)に接続される。 In the case of a surge voltage suppressing circuit 60A of the high-pressure side inverter 50C1 in FIG. 1, the anode of the Zener diode 70T is connected to (voltage V0 of = battery 11) positive terminal 33a of the capacitor 33. すなわち、サージ電圧抑制回路60Aの上記(1)〜(7)の動作説明において、蓄電池30の電圧V1をキャパシタ33の電圧、すなわち電池11の電圧V0に置き換えればよい。 That is, in the description of the operation of the surge voltage suppressing circuit 60A (1) to (7) may be replaced with the voltage V1 of the battery 30 voltage of the capacitor 33, that is, the voltage V0 of the battery 11. したがって、高圧側インバータ50C1のサージ電圧抑制回路60Aの動作は、低圧側インバータ50B1のサージ電圧抑制回路60Aの動作と基本的に同じであるのでその説明を省略する。 Accordingly, operation of the surge voltage suppressing circuit 60A of the high-pressure side inverter 50C1 will be omitted since the operation is basically the same as the surge voltage suppressing circuit 60A of the low-pressure side inverter 50B1.

以上説明したように、実施例2によれば、電圧変動する蓄電池の正極電極側とIGBTのコレクタ側が接続される高速スイッチング装置において、IGBTの動作中に生じるサージ電圧を効果的に抑制することができる。 As described above, according to the second embodiment, the high-speed switching device, the collector side of the positive electrode side and the IGBT of the battery to voltage fluctuations being connected, is possible to effectively suppress a surge voltage occurring during operation of the IGBT it can.

また、実施例2のサージ電圧抑制回路は相対的な電圧に基づく抑制回路であるため、回路に使用するツェナーダイオードの定格を小さくすることができる。 Moreover, the surge voltage suppression circuit of the second embodiment, since a suppression circuit based on relative voltage, it is possible to reduce the rating of the Zener diode used in the circuit. これにより、サージ電圧抑制回路の小型化および製造コスト低減が可能となる。 This allows size and manufacturing cost of the surge voltage suppressing circuit.

実施例1と実施例2は、IGBTのコレクタ電圧Vcと蓄電池30の電圧V1の電圧差を利用する回路構成であった。 Embodiment Example 1 Example 2 were circuit configuration utilizing a voltage difference between the voltage V1 of the collector voltage Vc and the storage battery 30 of the IGBT.

それに対して実施例3は、IGBTのコレクタ電圧Vcとコレクタ電圧Vcを平滑した電圧Vhの電圧差を利用する回路構成である。 Exemplary contrast Example 3 is a circuit configuration of the collector voltage Vc and the collector voltage Vc of the IGBT using the voltage difference smoothing the voltage Vh.

実施例3の場合も、ハイブリッド電源システムに適用した場合について説明する。 In the case of Example 3, it is described as applied to a hybrid power system.

図6は、実施例3において本願発明を適用した建設機械用ハイブリッド電源システムの図である。 6 is a diagram of the construction machine for a hybrid power system according to the present invention in Example 3.

図1と異なるところは、低圧側インバータ50B1が低圧側インバータ50B2となっており、高圧側インバータ50C1が高圧側インバータ50C2なっていることである。 Figure 1 differs from the low-pressure side inverter 50B1 has become a low-pressure side inverter 50B2, is that the high-pressure side inverter 50C1 becomes high-pressure side inverter 50C2. 低圧側インバータ50B2および高圧側インバータ50C2のそれぞれのIGBTの近傍には実施例3のサージ電圧抑制回路60Bが設けられている。 In the vicinity of each of the IGBT of a low-pressure side inverter 50B2 and the high-pressure side inverter 50C2 surge voltage suppressing circuit 60B of the third embodiment is provided. 8個のサージ電圧抑制回路60Bは同じ構造であり、その動作も基本的に同じである。 8 surge voltage suppressing circuit 60B are the same structure, the operation is also basically the same. なお、図1の8個のサージ電圧抑制回路60Bは構成およびその動作が基本的に同じであるため、以下では低圧側インバータ50B2のIGBT51側のサージ電圧抑制回路を代表させて説明する。 Incidentally, eight surge voltage suppressing circuit 60B in FIG. 1 for configuration and operation are basically the same, in the following description as a representative of the surge voltage suppressing circuit IGBT51 side of the low-pressure side inverter 50B2.

(サージ電圧抑制回路60Bの構成) (Configuration of the surge voltage suppressing circuit 60B)
図7はIGBT51側のサージ電圧抑制回路60Bの部分図である。 Figure 7 is a partial view of the surge voltage suppressing circuit 60B of IGBT51 side.

すなわち、スイッチング素子80のエミッタ80Eがツェナーダイオード70Tのアノードに接続される。 That is, the emitter 80E of the switching element 80 is connected to the anode of the Zener diode 70T. スイッチング素子80のベース80Bが抵抗90R1およびダイオード100D1を介して、平滑回路110の平滑点110Aに接続される。 Base 80B of the switching element 80 via a resistor 90R1 and a diode 100D1, is connected to the smoothing point 110A of the smoothing circuit 110. スイッチング素子80のコレクタ80Cが抵抗90R2およびダイオード100D2を介してIGBT51のゲート51Gに接続される。 Collector 80C of the switching element 80 is connected to the gate 51G of the IGBT51 through the resistor 90R2 and diode 100D2. ツェナーダイオード70TのカソードがIGBT51のコレクタ51Cに接続される。 The cathode of the Zener diode 70T is connected to the collector 51C of IGBT 51. 抵抗110Rの一端がIGBT51のコレクタ51Cに接続され、他端がコンデンサ110Cの一端に接続される。 One end of the resistor 110R is connected to the collector 51C of IGBT 51, the other end connected to one end of the capacitor 110C. コンデンサ110Cの他端が蓄電池30の負極側と接続される。 The other end of the capacitor 110C is connected to the negative side of the battery 30. 抵抗90R1は電流制限用抵抗である。 Resistance 90R1 is a current limiting resistor. 抵抗90R1の配置は、平滑点110Aとスイッチング素子80の間にあればどこでもよい。 Arrangement of the resistor 90R1 is good wherever there between smooth point 110A and the switching element 80. また、蓄電池30とIGBT51のコレクタ51C間にはリードインダクタンスL0が示されている。 Further, between the collector 51C of the storage battery 30 and IGBT51 are shown lead inductance L0.

(サージ電圧抑制回路60Bの動作) (Operation of surge voltage suppressing circuit 60B)
次ぎに上記サージ電圧抑制回路60Bの動作について説明する。 Next the operation of the surge voltage suppressing circuit 60B is described.

図7のサージ電圧抑制回路60Bでは、IGBT51の動作に伴い以下の動作が行われる。 In the surge voltage suppressing circuit 60B in FIG. 7, the following operation is performed with the operation of the IGBT 51.

(1)IGBT51がターンオフする。 (1) IGBT51 is turned off.

(2)ターンオフ後、リードインダクタンスL0を起因とするサージ電圧Vsが発生する。 (2) after the turn-off, a surge voltage Vs to due lead inductance L0 is generated.

(3)サージ電圧の発生によりIGBT51のコレクタ電圧Vcが上昇する。 (3) the collector voltage Vc of the IGBT51 is increased due to the generation of the surge voltage.

(4)コレクタ電圧Vcを平滑回路110で平滑する。 (4) the collector voltage Vc is smoothed by the smoothing circuit 110. 平滑点110Aの平滑電圧をVhとする。 The smoothed voltage of the smoothing point 110A and Vh. 平滑電圧Vhは近似的にコレクタ51Cに印加された蓄電池30の電圧V1で表される。 Smoothed voltage Vh is expressed by the voltage V1 of the battery 30 applied to approximately collector 51C. 言い換えれば平滑回路110における蓄電池30の正極とコンデンサ110Cの正極は同電位である。 The positive electrode of the positive electrode and the capacitor 110C of the storage battery 30 in the smoothing circuit 110 in other words at the same potential.

(5)コレクタ電圧Vcが蓄電池30の電圧V1とツェナーダイオード70Tのツェナー電圧Vtの合計電圧値より大きくなると、すなわち、Vc>V1+Vtになると、ツェナーダイオード70Tに逆電流70Tiが流れる。 (5) when the collector voltage Vc is greater than the total voltage value of the Zener voltage Vt of the voltage V1 and the Zener diode 70T of the battery 30, i.e., Vc> V1 + becomes a Vt, reverse current 70Ti flows through the Zener diode 70T.

(6)すると、スイッチング80のオン電流がIGBT51のゲート51G側に流れ込み、ゲート51Gはオン状態になる。 (6) Then, the on-current of the switching 80 flows into the gate 51G side of the IGBT 51, the gate 51G is turned on.

(7)IGBT51がオン状態になると、コレクタ51Cの電圧Vcは急激に低下する。 (7) When the IGBT51 is turned on, the voltage Vc of the collector 51C decreases rapidly.

(8)コレクタ51Cの電圧Vcは蓄電池30の電圧V1とツェナー電圧Vtとの合計以上になることが抑制される。 (8) the voltage Vc of the collector 51C it is suppressed to be greater than or equal to the sum of the voltage V1 and the Zener voltage Vt of the battery 30.

実施例3におけるサージ電圧抑制の態様は、実施例1の図3および実施例2の図5に説明した内容と基本的に同じである。 Aspect of the surge voltage suppression in Example 3 is the same are basically the same as described in FIG. 5 in FIG. 3 and Example 2 Example 1. また実施例3で得られる効果も実施例1および実施例2の場合と全く同じである。 The effects obtained in Example 3 is also exactly the same as in Example 1 and Example 2. したがって、これらの説明については省略する。 Therefore, it omitted for these descriptions.

同様に図6の低圧側インバータ50B2の他の3つのIGBT側のサージ電圧抑制回路60Bについても同じことがいえる。 Similarly same is true for the other three IGBT side of the surge voltage suppressing circuit 60B of the low-pressure side inverter 50B2 in Fig.

また図6の高圧側インバータ50C2のサージ電圧抑制回路60Bの動作は、低圧側インバータ50B2のサージ電圧抑制回路60Bの動作と基本的に同じであるのでその説明を省略する。 The operation of the surge voltage suppressing circuit 60B of the high-pressure side inverter 50C2 in Fig. 6 will be omitted since the operation is basically the same as the surge voltage suppressing circuit 60B of the low-pressure side inverter 50B2.

以上説明したように、本願発明によれば、電圧変動する蓄電池の正極電極側とIGBTのコレクタ側が接続される高速スイッチング装置において、IGBTの動作中に生じるサージ電圧を効果的に抑制することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible in the high-speed switching device, the collector side of the positive electrode side and the IGBT of the battery to voltage fluctuations being connected, to effectively suppress a surge voltage occurring during operation of the IGBT .

また、本願発明のサージ電圧抑制回路は相対的な電圧に基づく抑制回路であるため、回路に使用するツェナーダイオードの定格を小さくすることができる。 Moreover, the surge voltage suppressing circuit of the present invention for a suppression circuit based on a relative voltage, it is possible to reduce the rating of the Zener diode used in the circuit. これにより、サージ電圧抑制回路の小型化および製造コスト低減が可能となる。 This allows size and manufacturing cost of the surge voltage suppressing circuit.

なお、上記実施例ではハイブリッド電源システム用高速スイッチング素子としてIGBTを想定したが、パワーMOSFET等の電力用スイッチング素子であってもよい。 In the above embodiments it is assumed IGBT as high-speed switching element for hybrid power supply system may be a power switching element such as a power MOSFET.

上記実施例では本願発明を建設機械用ハイブリッド電源システムに適用して説明したが、本願発明は電圧変動の大きい蓄電池に接続されたスイッチング素子のサージ電圧抑制回路として一般的に適用できる。 Has been described by applying the present invention to the construction machine for a hybrid power system in the above embodiment, the present invention is generally applicable as a surge voltage suppressing circuit of the switching elements connected to a large battery voltage fluctuation.

また上記実施例では、IGBTを使用した昇圧器の回路を用いて説明したが、昇圧器以外であってもたとえばモータドライバーであっても同様な作用効果をもたらすことができる。 In the above embodiment has been described using the circuit of the booster using IGBT, even also for example motor driver be other than the booster can provide same effect.

図8は、3相のモータを駆動するドライバー回路にサージ電圧抑制回路を適用した例である。 Figure 8 is an example of applying the surge voltage suppressing circuit to the driver circuit for driving a three-phase motor. ドライバー回路200は、2つのIGBTが直列に接続された第1の回路201と、第1の回路と同様な第2の回路202および第3の回路203が並列に接続され、前記直列に接続されたIGBTのエミッタとコレクタ間の導体経路にモータの信号線204,205,206が接続されているものである。 The driver circuit 200 includes a first circuit 201 in which two IGBT are connected in series, the first circuit similar to the second circuit 202 and the third circuit 203 are connected in parallel, are connected in the series motor signal lines 204, 205, 206 to the conductor path between the IGBT emitter and the collector was one in which are connected. 図中のコイルAAはモータのコイルを表している。 Coil AA in the figure represent the coils of the motor.

図8に示すドライバー回路200の場合であっても、図に示すように本願実施例のサージ電圧抑制回路60を接続すればサージ電圧を抑制することが可能である。 Even when the driver circuit 200 shown in FIG. 8, it is possible to suppress the surge voltage by connecting the surge voltage suppression circuit 60 of the present embodiment, as shown in FIG.

図1は、実施例1において本願発明を適用した建設機械用ハイブリッド電源システムの図である。 1 is a diagram of the construction machine for a hybrid power system according to the present invention in Example 1. 図2はIGBT51側のサージ電圧抑制回路60の部分図である。 Figure 2 is a partial view of the surge voltage suppression circuit 60 of the IGBT51 side. 図3は蓄電池の電圧150V、ツェナー電圧10Vの場合のサージ電圧抑制を説明する図である。 Figure 3 is a diagram for explaining a voltage 150 V, surge voltage suppression in the case of the Zener voltage of 10V of the battery. 図4はIGBT51側のサージ電圧抑制回路60Aの部分図である。 Figure 4 is a partial view of the surge voltage suppressing circuit 60A of IGBT51 side. 図5は蓄電池の電圧150V、ツェナー電圧10Vの場合のサージ電圧抑制を説明する図である。 Figure 5 is a diagram for explaining a voltage 150 V, surge voltage suppression in the case of the Zener voltage of 10V of the battery. 図6は、実施例3において本願発明を適用した建設機械用ハイブリッド電源システムの図である。 6 is a diagram of the construction machine for a hybrid power system according to the present invention in Example 3. 図7はIGBT51側のサージ電圧抑制回路60Bの部分図である。 Figure 7 is a partial view of the surge voltage suppressing circuit 60B of IGBT51 side. 図8は3相のモータを駆動するドライバー回路にサージ電圧抑制回路を適用した例である。 Figure 8 is an example of applying the surge voltage suppressing circuit to the driver circuit for driving a three-phase motor. 図9は建設機械用ハイブリッド電源システムの構成例である。 Figure 9 shows an example of the configuration of the construction machine for a hybrid power system. 図10は図9のスイッチング素子51近傍の部分回路である。 Figure 10 is a partial circuit of the switching element 51 near the FIG. 図11は図10の部分回路に発生したサージ電圧波形の模式図である。 Figure 11 is a schematic diagram of the surge voltage waveform generated in the partial circuit of Fig. 10. 図12は特許文献1におけるサージ電圧抑制回路の原理を説明する図である。 Figure 12 is a diagram for explaining the principle of a surge voltage suppressing circuit in Patent Document 1. 図13はツェナーダイオード70Tでサージ電圧が抑制された場合の電圧波形を説明するための図である。 Figure 13 is a diagram for explaining a voltage waveform when the surge voltage is suppressed by Zener diodes 70T. 図14はツェナーダイオード70Tでサージ電圧が抑制されない場合の電圧波形を説明するための図である。 Figure 14 is a diagram for explaining a voltage waveform when the surge voltage is not suppressed by Zener diodes 70T.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

V1 蓄電池の電圧L 変圧器の漏れインダクタンスL0 リードインダクタンス10 主電源30 蓄電池50 副電源50A ACリンク双方向DC−DCコンバータ50B、50B1、50B2 低圧側インバータ50C、50C1、50C2 高圧側インバータ60 サージ電圧抑制回路70T ツェナーダイオード80 スイッチング素子110 平滑回路 V1 battery voltage L transformer leakage inductance L0 lead inductance 10 Mains 30 battery 50 of the secondary power supply 50A AC link bidirectional DC-DC converter 50B, 50B1 and 50B2 low pressure side inverter 50C, 50c1 and 50c2 high pressure side inverter 60 surge voltage suppression circuit 70T Zener diode 80 the switching device 110 the smoothing circuit

Claims (3)

  1. 電圧変動する蓄電池と接続された複数のIGBTを有するサージ電圧抑制回路であって、 A surge voltage suppression circuit having a plurality of IGBT connected to the battery to voltage fluctuations,
    前記IGBTのスイッチング回路は、少なくとも2つのIGBTが直列に接続された第1の回路と、前記第1の回路と同様な構成の第2の回路が並列に接続され、 The switching circuit of the IGBT, a first circuit in which at least two IGBT are connected in series, the first of the second circuit of the circuit the same configuration are connected in parallel,
    前記第1の回路、第2の回路に設けられたそれぞれのIGBTのコレクタとベース間に、ツェナーダイオードとスイッチング素子が配され、 It said first circuit, between the collector and base of each of the IGBT provided in the second circuit, a Zener diode and a switching element is arranged,
    前記ツェナーダイオードのカソード側が前記IGBTのコレクタに接続され、 Cathode of the Zener diode is connected to the collector of the IGBT,
    前記ツェナーダイオードのアノード側は前記スイッチング素子のコレクタに接続され、 The anode side of the Zener diode is connected to the collector of the switching element,
    前記スイッチング素子のエミッタは第1の抵抗と第1のダイオードを介して前記IGBTのベースに接続され、かつ、前記スイッチング素子のベースは第2の抵抗と第2のダイオードを介して前記蓄電池の上流側に接続されてなり、 The emitter of the switching element is connected to the base of the IGBT via a first resistor and a first diode, and the base of the switching element is upstream of the accumulator through a second resistor and a second diode it is connected to the side,
    前記IGBTの動作時に、前記IGBTのコレクタ電圧が、前記蓄電池の電圧と前記ツェナーダイオードのツェナー電圧の合計より大きくなると、前記スイッチング素子がオンされることを特徴とするスイッチング装置のサージ電圧抑制回路。 During operation of the IGBT, the collector voltage of the IGBT is the the voltage of the battery to be larger than the sum of the Zener voltage of the Zener diode, the surge voltage suppressing circuit of the switching device, wherein the switching element is turned on.
  2. 電圧変動する蓄電池と接続された複数のIGBTを有するサージ電圧抑制回路であって、 A surge voltage suppression circuit having a plurality of IGBT connected to the battery to voltage fluctuations,
    前記IGBTのスイッチング回路は、少なくとも2つのIGBTが直列に接続された第1の回路と、前記第1の回路と同様な構成の第2の回路が並列に接続され、 The switching circuit of the IGBT, a first circuit in which at least two IGBT are connected in series, the first of the second circuit of the circuit the same configuration are connected in parallel,
    前記第1の回路、第2の回路に設けられたそれぞれのIGBTのベースと前記蓄電池の上流側端子間にツェナーダイオードが配され、 The first circuit, the Zener diode is arranged between the upstream side terminal of each of the base and the battery of the IGBT provided in the second circuit,
    前記IGBTのコレクタとベース間にスイッチング素子が配され、 The switching element is arranged between the collector and the base of the IGBT,
    前記スイッチング素子のコレクタは前記IGBTのコレクタと接続され、 The collector of the switching element is connected to the collector of the IGBT,
    前記ツェナーダイオードのカソード側が第1の抵抗を介して前記スイッチング素子のベースに接続され、 Cathode of the Zener diode is connected to the base of the switching element via a first resistor,
    前記スイッチング素子のエミッタは第1の抵抗と第1のダイオードを介して前記IGBTのベースに接続され、かつ、前記ツェナーダイオードのアノード側は第1のダイオードを介して前記蓄電池の上流側に接続されてなり、 The emitter of the switching element is connected to the base of the IGBT via a first resistor and a first diode, and the anode side of the Zener diode is connected upstream of the storage battery through a first diode becomes Te,
    前記IGBTの動作時に、前記IGBTのコレクタ電圧が、前記蓄電池の電圧と前記ツェナーダイオードのツェナー電圧の合計より大きくなると、前記スイッチング素子がオンされることを特徴とするスイッチング装置のサージ電圧抑制回路。 During operation of the IGBT, the collector voltage of the IGBT is the the voltage of the battery to be larger than the sum of the Zener voltage of the Zener diode, the surge voltage suppressing circuit of the switching device, wherein the switching element is turned on.
  3. 電圧変動する蓄電池と接続された複数のIGBTを有するサージ電圧抑制回路であって、 A surge voltage suppression circuit having a plurality of IGBT connected to the battery to voltage fluctuations,
    前記IGBTのスイッチング回路は、少なくとも2つのIGBTが直列に接続された第1の回路と、前記第1の回路と同様な構成の第2の回路が並列に接続され、 The switching circuit of the IGBT, a first circuit in which at least two IGBT are connected in series, the first of the second circuit of the circuit the same configuration are connected in parallel,
    前記第1の回路、第2の回路に設けられたそれぞれのIGBTのコレクタとベース間に、ツェナーダイオードとスイッチング素子が配され、 It said first circuit, between the collector and base of each of the IGBT provided in the second circuit, a Zener diode and a switching element is arranged,
    前記ツェナーダイオードのカソード側が前記IGBTのコレクタに接続され、 Cathode of the Zener diode is connected to the collector of the IGBT,
    前記ツェナーダイオードのアノード側は前記スイッチング素子のコレクタに接続され、 The anode side of the Zener diode is connected to the collector of the switching element,
    前記IGBTのコレクタが第1の抵抗とコンデンサを介して前記蓄電池の下流側に接続され、 The collector of the IGBT is connected to the downstream side of the battery via a first resistor and a capacitor,
    前記スイッチング素子のエミッタは第2の抵抗と第1のダイオードを介して前記IGBTのベースに接続され、かつ、前記スイッチング素子のベースは第3の抵抗と第2のダイオードを介して前記第1の抵抗の端子と前記コンデンサの端子の間の導体経路に接続されてなり、 The emitter of the switching element is connected to the base of the IGBT via a second resistor and a first diode, and the base of the switching element the first through the third resistor and a second diode connected resistor terminal and the conductor path between the terminals of the capacitor becomes, the
    前記IGBTの動作時に、前記IGBTのコレクタ電圧が、前記蓄電池の電圧と前記ツェナーダイオードのツェナー電圧の合計より大きくなると、前記スイッチング素子がオンされることを特徴とするスイッチング装置のサージ電圧抑制回路。 During operation of the IGBT, the collector voltage of the IGBT is the the voltage of the battery to be larger than the sum of the Zener voltage of the Zener diode, the surge voltage suppressing circuit of the switching device, wherein the switching element is turned on.
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