JPH01291521A - 半導体スイッチング回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は高電圧に充電された回路を半導体スイッチング
素子によりスイッチングして高速大電流のパルス電流を
得る半導体スイッチング回路に関する。

（従来の技術） 従来の技術を図面を参照しながら説明する。近年パルス
状の大電流を利用してガスレーザの励起を行なったり、
パルス磁場を形成したりするいわゆるパルスパワー技術
に対する産業上の需要が高まってきている。パルス大電
流を得る方法としては高電圧に充電されたコンデンサ等
の回路をスイッチングする方法が一般的であり、スイッ
チング素子としては低圧の水素ガス等を封入したサイラ
トロンやガスギャップ等がよく使われてきた。しかしサ
イラトロンやガスギャップ等はスイッチングに放電を伴
うために電極の消もうをさけることができず、素子の寿
命が短かいという欠点があった。この欠点を解消するた
め最近では半導体素子により、必要なスイッチングを行
うという試みがなされている。

第４図は従来の半導体スイッチング回路の構成図である
。複数の半導体スイッチ素子Ｓ工〜Ｓｎは放熱器Ｒ□〜
Ｒｎ＋１と交互にはさまれて直列接続され最上部の放熱
器Ｒユから最下部の放熱器に向かって複数のリターン導
体ＩＯが全体を取りかこむように円筒形状に配置され装
置の下部においてまとめて１つのカソード端子にとして
最下部の放熱器Ｒｎ＋ｔから取り出されたアノード端子
Ａと共に並置される。

また隣接した放熱器の間にはスイッチ素子と並列にコン
デンサ、ダイオード等から成るスナバ回路２０が接続さ
れスイッチング時に生ずる過電圧を抑制する。

、このようにして構成した従来の半導体スイッチ回路で
は素子を直列接続するために耐電圧が数ｋＶ径程度半導
体素子を用いても全体として高耐圧化することができ、
また素子とリターン回路を同軸状に配置するので回路の
インダクタンスを低減することができ、結果として高速
で大電流のパルス電流を得ている。

（発明が解決しようとする課題） ところが従来の半導体スイッチング回路には次のような
欠点があった。そのことを図面を参照して説明する。第
５図は第４図に示した従来の半導体スイッチング回路の
スイッチ素子部平面図であり、Ｓはスイッチ素子、１０
はリターン導体である。

但し簡単化のためスナバ−回路は省略し、リターン回路
は円筒状に一様に広がったものとして表現している。さ
てこのように円心状に構成された場合内側のスイッチ素
子に流れる電流は一様でなくなる。即ち、表皮効果のた
め高周波では電流は外側に集中して流れることとなる。

第５図において傾線部は電流の流れる領域を表わしてい
る。

このように電流が一部に集中して流れるために素子の通
電損失が増大する。そのため、放熱器が大形化し、また
素子自体も大容量のものを使う必要が生じ、結果として
スイッチング回路も大形化せざるを得なくなる。

本発明は上に述べた従来の半導体スイッチング回路の欠
点を解消するためになされたものでその目的は小型で低
損失高速の半導体スイッチング回路を得ることにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明においては複数の半導
体スイッチング素子を直列に接続してスイッチングを行
う半導体スイッチング回路において、直列接続されたス
イッチング素子の各段を複数のスイッチング素子の並列
接続によって構成し、並列接続される複数の素子は円形
に配置し、全体として直列接続された複数素子の円筒形
状に配置したものとし、さらに同軸円筒形状のリターン
回路を設ける。

（作　用） 前記並列接続され、円形に配置された複数の半導体スイ
ッチング素子に電流が均一に分流するため、これにより
スイッチング回路の損失を低減出来る。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明による半導体スイッチング回路の側面図
、第２図は平面図である。複数の半導体スイッチＳは放
熱器Ｒと交互にはさまれて直列接続されまた直列接続さ
れた各段の中においても複数の素子の並列接続によって
構成される。並列接続される複膜の素子の配置は第２図
に示すように円周状である。このように全体として円筒
状に構成されたスイッチング素子を取り囲むようにさら
に同心円筒状のリターン導体１０を設ける。またスナバ
回路２０は中心部に設は放射状の導体１１を通じて並列
接続された各スイッチング素子に等距離に配線する。

このように構成した本発明の半導体スイッチング回路に
おいてはスイッチング素子Ｓとリターン回路１０が同軸
円筒を成しているため回路インダクタンスが小さく高速
の大電流のスイッチングが可能であるのみならず、スイ
ッチング素子が円周上に配置されているため表皮効果に
よっても第２図斜線部に示す如く電流が素子全面にわた
ってほぼ均一に流れる。

このため通電損失が不必要に増大することがなくなるの
で放熱器も小型で済み、低損失高速の半導体スイッチン
グ回路を得ることができる。

またスナバ回路は全ての素子に等距離に配線されるので
並列接続された全ての素子に対して一組のスナバ回路で
充分である。

第３図は本発明の他の実施例の構成図である。

本実施例においてはリターン回路１０はスイッチング回
路の収納タンクを兼ねる。そして内部にはスイッチング
回路を液体冷媒３０に浸して収納し、上下部に設けた出
入口より冷媒を循環させてスイッチング回路の冷却を行
う、またスイッチング素子の下端は下部でリターン回路
に接続し、上端は絶縁貫通がい子を通じてタンク外に引
き出すこの方法によれば放熱器だけでなくスイッチング
素子自体の表面からも効率よく冷却を行うことができる
ので冷却効率が向上し小型化が図れる。

また冷却媒体として絶縁油等、絶縁特性に優れたものを
用いれば絶縁距離の縮小が図れるのでさらに小型化が可
能となる。

〔発明の効果〕

以上述べた様に本発明によれば小型で低損失の半導体ス
イッチング回路を得ることができる。

なお本発明において円筒状のリターン回路とは必ずしも
完全に閉じた正円の円筒を指すものではない。結果とし
て極端に歪んだ電磁界にならなければ独立した導線を円
形に配したものでも良い。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の一実施例を示す図で第１図は
側面図、第２図は平面図、第３図は本発明の他の実施例
を示す図、第４図は従来回路の構成図、第５図は第４図
の回路の電流分布を示す図である。 Ｓ、Ｓ□〜Ｓｎ・・・スイッチング素子Ｒ，Ｒ１〜Ｒｎ
＋ｔ・・・放熱器、　Ａ・・・アノードＫ・・・カソー
ド、　　　　　　１０・・・リターン回路２０・・・ス
ナバ−回路、　　　３０・・・冷媒４０・・・絶縁貫通
がい子 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　第子丸　　　健 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の半導体スイッチング素子を直列に接続し、高電圧
   に充電された回路のスイッチングを行なうことによって
   高速大電流のパルス電流を得る半導体スイッチング回路
   において、直列接続された半導体スイッチング素子の各
   段をさらに複数の半導体素子の並列接続によって構成し
   、並列接続される複数の半導体素子は円形に配置し、全
   体として直列接続された複数の半導体素子を円筒形状に
   配置し、さらにリターン回路を設けて成る半導体スイッ
   チング回路。