JPH0257376B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は静電誘導サイリスタをゲート駆動する
ものに係り、特にスナバダイオードの逆回復時に
発生する変位電流による不具合を除去する静電誘
導サイリスタの変位電流補償装置に関する。 〔従来技術とその問題点〕 静電誘導サイリスタ（以下SIサイリスタと称す
る）は大電力、高速スイツチングを行えるサイリ
スタとしてゲートターンオフサイリスタなどと同
様に自己消弧機能を有するサイリスタである。こ
のSIサイリスタをゲート信号により制御すると
き、SIサイリスタの特長の一つに順方向の阻止電
圧が素子ゲート・カソード間に印加する逆バイア
スを電圧の値によつて決まる特性があるため、ゲ
ートターンオフサイリスタを制御する時を違つた
注意が必要となる。つぎに、SIサイリスタを駆動
する基本的な方法を第３図を用いて説明する。 第３図はインダクタンス負荷を開閉するSIサイ
リスタを用いた直流スイツチ回路の構成例を示す
もので、１はSIサイリスタ、２は主電源、３は負
荷である。 ここに、主電源２に対して負荷３とSIサイリス
タ１が直列に接続されている。ただし、４は配線
のインダクタンス、５はフリーホイルダイオード
を示している。 また、６はダイオード、７は抵抗器、８はコン
デンサであり、抵抗器７を並列に接続したダイオ
ード６とコンデンサ８からなる直列回路により、
その直列回路がSIサイリスタ１に並列接続されて
SIサイリスタ１のスナバ回路を形成している。 さらにまた、SIサイリスタ１のゲートとカソー
ドの間には、抵抗器９、スイツチ１０を介してゲ
ートに順電流を供給すべく補助電源１１が接続さ
れ、スイツチ１２を介してゲートに逆電流を供給
すべく補助電源１３が接続されている。ただし、
１４は配線のインピーダンスを示している。 かくの如き接続構成の直流スイツチ回路におけ
るSIサイリスタ１を動作させるにはつぎのように
して行う。 すなわち、SIサイリスタ１を阻止状態に保つに
は、スイツチ１０をオフにしてスイツチ１２はオ
ンさせSIサイリスタ１のゲートに逆バイアス電圧
を印加する。また、阻止状態のSIサイリスタ１オ
ンさせるにはスイツチ１２をオフしてスイツチ１
０をオンする。ここに、SIサイリスタの順阻止電
圧はゲートの逆バイアス電圧により決まるため、
オフからオンの切換速度は充分速くする必要があ
る。 さらに、導通状態にあるSIサイリスタ１をオフ
するには、予めスイツチ１０をオフしたのちスイ
ツチ１２をオンさせてSIサイリスタ１のゲートと
カソード間に再度逆電圧を印加する。このとき、
SIサイリスタ１のゲートにはカソードからゲート
に向うゲート電流がゲート・カソード間の接合が
逆回復するまで流れる。そのゲート・カソード間
の接合が回復するとカソード電流がしや断され、
アノード電流の大部分はダイオード６とコンデン
サ８を経由して流れる。よつて、コンデンサ８が
充電されてSIサイリスタ１のアノード電流が上昇
する。またアノード電流の一部は、 主電源２→負荷３→インダクダンス４→SIサイ
リスタ１（アノード〜ゲート）→インピーダンス
１４→補助電源１３→スイツチ１２→SIサイリス
タ１→（カソード）→主電源２ の経路で流れ続けける。この電流はテイル電流と
呼ばれている。そして、ターンオフ時にゲート・
カソード間の接合が逆回復したあとはアノード電
圧が上昇しているので、ゲートの逆バイアス電圧
が十分に確立していないとSIサイリスタの順阻止
能力の低下をきたす。かようなSIサイリスタのス
イツチグ動作時の波形は第４図と第５図に示す如
くである。 第４図および第５図はSIサイリスタのスイツチ
ング動作のターンオフ時およびターンオフ時の波
形を示すもので、V_AKはアノード・カソード間電
圧、I_Aはアノード電流、V_GKはゲート電圧、I_Gは
ゲート電流である。 つぎに、かくの如きSIサイリスタのスイツチン
グ動作において、SIサイリスタがオフする時のス
ナバダイオードの逆回転電流が素子に与える影響
について記述する。以下、第３図〜第５図を参照
して設明する。 さて、SIサイリスタ１のターンオフ時にゲー
ト・カソード間が逆回復してアノード電流I_Aが減
少すると、負荷電流がダイオード６を経由して流
れてコンデンサ８の電圧を上昇させる。 したがつて、第５図においてアノード・カソー
ド間電流V_AKが上昇して電源電圧E_Sに等しくなる
時刻T_Oにてフリーホイル電流I_Dが流れ始める。こ
のとき、ダイオード６の電流I_Sは直ちに零にはな
らず回路のインダクトタンス分の影響でI_D，I_Sと
もに流れ、その期間は時刻T_Oと時刻T₁の間であ
る。時刻T₁にて電流I_Sが零になると同時にアノー
ド・カソード間電圧V_AKが最高値に達し、そ値は
電源電圧E_Sよりも大きくなる。その結果、時刻
T₁から時刻T₂の間はコンデンサ８のの電荷が主
電源２に向つて放電されることになり、つぎの経
路でダイオード６の逆回復電流が流れる。すなわ
ち、 コンデンサ８→ダイオード６→インダクタンス
４→フリーホイルダイオード５→主電源２→コン
デンサ８ この電流はダイオード６が逆回復する瞬間に零
になるが、そのときインダクタンス４に誘起する
電圧V_Pにより、アノード・カソード間電圧V_AKに
はサージ電圧が発生してオフ電圧が低下する。 一方、ゲート・カソード間の接合が逆回復した
のちアノード・カソード間電圧V_AKの上昇ととも
に、SIサイリスタの内部には空乏層と呼ばれるキ
ヤリアの存在しない領域が生成される。この空乏
層は素子のアノード電極とゲート電極に挟まれて
平板なコンデンサを形成し、前述したようにアノ
ード・カソード間電圧V_AKが急変すると、コンデ
ンサの充電電流（以下変位電流という）がゲート
の逆バイアス回路を経由して流れ素子に悪影響を
与える。この現象を第６図を用いてさらに説明す
る。 第６図は変位電流がゲート逆バイアス回路に及
ぼす影響を説明するため示したもので、G_AGは前
述のSIサイリスタ１の空乏層による奇生コンデン
サ、Ｉはアノード・カソード間電圧V_AKが急上昇
することにより生じる変位電流、ΔV_Gは変位電流
Ｉとゲート回路のインピーダンスしたがつてイン
ピーダンス１４により生じる電圧降下である。図
中、第３図と同符号のものは同じ機能を有する部
分を示す。すなわち、SIサイリスタ１のアノー
ド・カソード間電流が急上昇すると、 SIサイリスタ１（アノード〜ゲート）→インピ
ーダンス１４→補助電源１３→スイツチ１２→SI
サイリスタ１（カソード） の経路で変位電流Ｉが流れ、インピーダンス１４
により図示の極性で電圧降下ΔV_Gを生じる。そし
て、この電圧降下ΔV_Gはゲートの逆バイアスの電
圧E_Gを減少させるので、ターンオフ時のスナバ
ダイオードの逆回復電流により生じるアノード電
流・カソード間電圧の急変などように、アノー
ド・カソード間電圧V_AKが高電圧を阻止している
とき素子がブレークダウンする場合があり不具合
を生じる。 〔問題点の解決手段と作用〕 本発明は上述したような点に鑑みて、SIサイリ
スタがターンオフするときスナバダイオードの逆
回復電流でアノード電流・カソード間電圧が急変
した際に生じる変位電流をゲート・カソード間で
効果的に側路させ、ゲートに逆バイアスを与える
回路への流入を防止して配線へのインピーダンス
による電圧降下に伴うゲート逆バイアスの電圧値
の低下を防ぐようにしたものである。 しかして、本発はゲート回路に有害な変位電流
の発生がスナバダイオードの逆回復電流と主回路
のインダクタンスにより生じる電圧成分であるこ
とに着眼し、スナバダイオードの逆回復電流を変
成器により検出してその出力を補償用リアクトル
の両端に印加し、補償用リアクトル両端に発生し
た電圧をダイオードを介してSIサイリスタのゲー
ト・カソード間に印加することにより、ゲートに
逆バイアスを与える如く作用させるものである。 〔実施例〕 第１図は本発明による一実施例の要部構成を示
すもので、１５は変成器、１６はリアクトル、１
７はダイオードである。図中、第３図と同符号の
ものは同じ機能を有する部分を示す。かかる回路
構成の機能はつぎの如くである。ここで、第３図
と同じ構成部分についての詳細説明を省略する。 すなわち、SIサイリスタ１がターンオフすると
主電流はスナバ回路に転流し、ダイオード６が導
通するとともにコンデンサ８の電圧が上昇する。
ここに、ダイオード６のカソード側に変成器１５
が配されていて変成器１５の負荷にリアクトル１
６が接続されているため、ダイオード６にコンデ
ンサ８の充電電流が流れると変成器１５の二次側
には、 変成器１５のａ端子→リアクトル１６（ｄ端子
〜ｃ端子）→変成器１５のｂ端子 の経路で電流が流れる。このときリアクトル１６
の両端には図示の電圧E_Cが発生し、この電圧E_C
がダイオード１７を介してSIサイリスタ１のゲー
ト・カソード間に逆バイアス電圧と同じ方向に印
加される。これより、通常主電流がスナバ回路に
転流する際にはスナバ回路のインダクタンス成分
の影響より、SIサイリスタのアノードに大きなス
パイク電圧が発生し、このときの電圧上昇率はか
なり大きくその変位電流もスナバダイオードの逆
回復電流と同じくゲート回路に悪影響を及ぼすの
であるが、リアクトル１６の両端に発生している
電圧E_C以下にゲート逆バイアスが減少すること
はない。 また、コンデンサ８の充電が進んで最高値に達
すると、スナバダイオードに逆回復電流が流れ
る。そのスナバダイオードの逆回復電流が増加し
ているとき、変成器１５には 変成器１５のｂ端子→リアクトル１６（ｃ端子
〜ｄ端子）→変成器１５のａ端子 の経路で電流が流れ、リアクトル１６の両端には
第１図に示した電圧E_Cとは逆方向の電圧が発生
するが、この電圧はダイオード１７に阻止されて
SIサイリスタ１ゲート・カソード間には印加され
ない。この後スナバダイオードが逆回復してきて
ダイオード６の逆回復電流が減少するときはリア
クトル１６の電流も急速に減少するため、リアク
トル１６の両端には再度図示の電圧E_Cと同じ極
性の電圧が発生する。その電圧は、ダイオード６
の逆回復電流とインダクタンス４により発生する
SIサイリスタ１のアノード・カソード間電圧V_AK
の変化およびそれによる変位電流がゲート回路に
流れることから、インピーダンス１４の電圧降下
により生じる逆バイアス回路電圧の減少を妨げる
働きとする。すなわち、 SIサイリスタ１（アノード〜ゲート）→リアク
トル１６（ｃ端子〜ｄ端子）→ダイオード１７→
SIサイリスタ１（カソード） の経路で変位電流を側路するとともに、SIサイリ
スタ１の逆バイアス電圧の値を確保する。 第２図は本発明による他の実施例の要部構成を
示すもので、１５′は変成器、１６′はリアクト
ル、１７′はダイオード、１８は抵抗器、１９は
補助電源である。図中、第１図および第３図と同
符号のものは同じ機能を有する部分を示す。ここ
に、かくの如き回路接続を第１図に示したものと
同様に第３図と対比すれば、スナバダイオードの
逆回復電流を検出するための変成器１５′をコン
デンサ８に直列に接続し、変成器１５′の負荷に
リアクトル１６を接続してこれに直列接続される
ダイオード１７′を配してなる。さらに、変成器
１５′に第３次巻線を備えて抵抗器１８を介して
補助電源１９から常時バイアス電流を流すように
構成される。 すなわち、かくの如く示されるものもスナバダ
イオードの逆回復電流はスナバコンデンサを経由
して流れるため、第１図に示したものと同等の機
能を有することが明らかである。また、変成器１
５′にバイアス電流を流してその鉄心を飽和させ
ておくことから、スナバ回路に電流が転流する際
のスナバ回路のインダクタンスを小さくでき、SI
サイリスタのアノードに発生するスパイク電圧を
低くすることができる。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、スナバダ
イオードの逆回復時に発生する変位電流をゲート
回路に流入させて逆バイアス電圧の低下を防止し
得る簡便な構成の装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例の要部構成を示
す回路図、第２図は本発明による他の実施例の要
部構成を示す回路図、第３図はSIサイリスタを用
いた直流スイツチ回路の構成例を示す接続図、第
４図および第５図はSIサイリスタのスイツチング
動作のターンオン時およびターンオフ時の波形を
示す図、第６図は変位電流がゲートの逆バイアス
回路に及ぼす影響を説明するため示した説明図で
ある。 １……静電誘導サイリスタ（SIサイリスタ）、
２……主電源、３……負荷、４……インダクタン
ス、５，６，１７，１７′……ダイオード、８…
…コンデンサ、１０，１２……スイツチ、１１，
１３，１９……補助電源、１４……インピーダン
ス、１５，１５′……変成器、１６，１６′……リ
アクトル、G_AG……奇生コンデンサ、Ｉ……変位
電流。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 静電誘導サイリスタのゲートとカソードの間
   に、該静電誘導サイリスタのスナバダイオードの
   逆回復電流を検出する変成器にリアクトルを接続
   するとともに、該リアクトルと直列にダイオード
   を接続した直列接続体を設け、逆回復電流停止時
   に前記リアクトルの発生電圧により静電誘導サイ
   リスタのゲートに逆バイアスを与えるようにした
   ことを特徴とする静電誘導サイリスタの変位電流
   補償装置。