JPH03297218A - パルス電源の半導体スイッチング素子故障検出方法 - Google Patents
パルス電源の半導体スイッチング素子故障検出方法Info
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- JPH03297218A JPH03297218A JP9963590A JP9963590A JPH03297218A JP H03297218 A JPH03297218 A JP H03297218A JP 9963590 A JP9963590 A JP 9963590A JP 9963590 A JP9963590 A JP 9963590A JP H03297218 A JPH03297218 A JP H03297218A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000002950 deficient Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
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。
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）
本発明は加速器やレーザ装置等の半導体スイッチング素
子を使用したパルス電源の半導体スイッチング素子故障
検出方法に関する。
子を使用したパルス電源の半導体スイッチング素子故障
検出方法に関する。
（従来の技術）
加速器やレーザ等にはしばしば高電圧を非常に速く充電
する回路を要求される。その回路の一例として倍電圧回
路として一般に知られている回路が使用されており、第
３図に倍電圧回路の一部分を示す。第３図において１は
直流電源、２は充電用リアクトル、３は充電用スイッチ
、４は極性反転用リアアクドル、５は極性反転コンデン
サ、６は半導体スイッチング素子の一例として互いに直
列接続されたサイリスタである。高電圧の回路で半導体
スイッチング素子（以下素子と記す）を使う場合、素子
１個の耐電圧が小さい為に第３図のように素子を直列に
多数個接続する必要がある。
する回路を要求される。その回路の一例として倍電圧回
路として一般に知られている回路が使用されており、第
３図に倍電圧回路の一部分を示す。第３図において１は
直流電源、２は充電用リアクトル、３は充電用スイッチ
、４は極性反転用リアアクドル、５は極性反転コンデン
サ、６は半導体スイッチング素子の一例として互いに直
列接続されたサイリスタである。高電圧の回路で半導体
スイッチング素子（以下素子と記す）を使う場合、素子
１個の耐電圧が小さい為に第３図のように素子を直列に
多数個接続する必要がある。
７はサイリスタ６の逆回復電荷の差異を平衡し過電圧を
抑制するためのスナバコンデンサであり、８は故障判定
回路、９は直流電源１の出力値の基準となる電圧基準、
１０は充電指令回路、１６は各素子の両端に印加される
電圧を検出する電圧検出器である。第３図において極性
反転コンデンサ５の電荷が０の状態で充電用スイッチ３
を閉じると充電用リアクトル２と極性反転リアクトル４
と極性反転コンデンサ５の共振により極性反転コンデン
サ５に第２図（イ）で示す電流ｉ４が流れ込み、第２図
（イ）に示す時刻ｔ２て充電用スイッチ３をオフすると
、極性反転コンデンサ５には第３図に示す極性の電圧が
充電される。サイリスタ６は、倍電圧回路において、前
述のようにして充電された極性反転コンデンサ５の電圧
の極性を、極性反転リアクトル４と極性反転コンデンサ
５の共振により反転させる為のスイッチである。
抑制するためのスナバコンデンサであり、８は故障判定
回路、９は直流電源１の出力値の基準となる電圧基準、
１０は充電指令回路、１６は各素子の両端に印加される
電圧を検出する電圧検出器である。第３図において極性
反転コンデンサ５の電荷が０の状態で充電用スイッチ３
を閉じると充電用リアクトル２と極性反転リアクトル４
と極性反転コンデンサ５の共振により極性反転コンデン
サ５に第２図（イ）で示す電流ｉ４が流れ込み、第２図
（イ）に示す時刻ｔ２て充電用スイッチ３をオフすると
、極性反転コンデンサ５には第３図に示す極性の電圧が
充電される。サイリスタ６は、倍電圧回路において、前
述のようにして充電された極性反転コンデンサ５の電圧
の極性を、極性反転リアクトル４と極性反転コンデンサ
５の共振により反転させる為のスイッチである。
かかる第３図の回路においてサイリスタ６にはしばしば
過電圧等による外的要因や素子自身の劣化等の内的要因
によって素子が故障し短絡することがある。従来は第３
図に示す電圧検出器１６を各素子に設け、電圧検出器１
６で検出されたサイリスタ６の両端の電圧値を故障判定
回路８に入力し、故障判定回路８の内部にもつ機能によ
って、充電時に正常な素子には電圧が検出され、故障し
短絡した素子には電圧が検出されないことを比較判断し
、サイリスタ６の故障を検出していた。
過電圧等による外的要因や素子自身の劣化等の内的要因
によって素子が故障し短絡することがある。従来は第３
図に示す電圧検出器１６を各素子に設け、電圧検出器１
６で検出されたサイリスタ６の両端の電圧値を故障判定
回路８に入力し、故障判定回路８の内部にもつ機能によ
って、充電時に正常な素子には電圧が検出され、故障し
短絡した素子には電圧が検出されないことを比較判断し
、サイリスタ６の故障を検出していた。
（発明が解決しようとする課題）
かかる従来の倍電圧方式回路の保護方法において、電圧
検出器１６はサイリスタ６の各素子毎に必要で直列数ｎ
が多くなると、電圧検出器１６の数も増え装置が大型・
複雑化し、コストも増大してしまう。また、電圧検出器
１６には高電圧が印加されしかも各電圧検出器１６毎に
印加される電圧が異なるので、個々の電圧検出器１６の
絶縁や、電圧検出器１６と故障判定回路８との間の信号
を絶縁する必要があり、さらに装置が大型・複雑化しコ
ストも増大する。
検出器１６はサイリスタ６の各素子毎に必要で直列数ｎ
が多くなると、電圧検出器１６の数も増え装置が大型・
複雑化し、コストも増大してしまう。また、電圧検出器
１６には高電圧が印加されしかも各電圧検出器１６毎に
印加される電圧が異なるので、個々の電圧検出器１６の
絶縁や、電圧検出器１６と故障判定回路８との間の信号
を絶縁する必要があり、さらに装置が大型・複雑化しコ
ストも増大する。
本発明は、かかる従来の欠点に鑑み、絶縁等の考慮がほ
とんど必要なくかつ少い部品で、半導体スイッチング素
子の故障検出を行い、外形、コストを小さく出来るパル
ス電源の半導体スイッチング素子故障検出方法を提供す
ることを目的とする。
とんど必要なくかつ少い部品で、半導体スイッチング素
子の故障検出を行い、外形、コストを小さく出来るパル
ス電源の半導体スイッチング素子故障検出方法を提供す
ることを目的とする。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明は半導体スイッチング素子の故障を検出する為に
、第３図において半導体スイッチング素子の直列数をｎ
１直流電源の電圧値をＥ１充電用リアクトルおよび極性
反転リアクトルの値をそれぞれり、、Ｌ２とし、また、
極性反転コンデンサおよびスナバコンデンサの値をそれ
ぞれＣ１゜Ｃ２とし、また倍電圧回路においてはＬ２の
値はり、より十分小さいのでＬ２を省略して考えると、
充電時にすべての半導体スイッチング素子が正常な時に
スナバコンデンサを流れる電絖を１１とすスナバコンデ
ンサの直列容量（Ｃ２／ ｎ ）は通常Ｃ１より十分小
さいということより式（１）を整理すると１１は式（２
）のように表わされ、一方半導体スイツチング素子の一
個が短絡した時にスナバコンデンサを流れる電流を１２
とするとｉ２は式（３）のように表わされ、 この１１と１２の差を利用して半導体スイッチング素子
の故障を検出する。その手段として充電時にスナバコン
デンサを流れる電流を測定する電流検出器と正常な時の
電流値を示す為の電流基準発生器と、電流検出器と電流
基準発生器の値を比較する為の比較器を具備したもので
ある。
、第３図において半導体スイッチング素子の直列数をｎ
１直流電源の電圧値をＥ１充電用リアクトルおよび極性
反転リアクトルの値をそれぞれり、、Ｌ２とし、また、
極性反転コンデンサおよびスナバコンデンサの値をそれ
ぞれＣ１゜Ｃ２とし、また倍電圧回路においてはＬ２の
値はり、より十分小さいのでＬ２を省略して考えると、
充電時にすべての半導体スイッチング素子が正常な時に
スナバコンデンサを流れる電絖を１１とすスナバコンデ
ンサの直列容量（Ｃ２／ ｎ ）は通常Ｃ１より十分小
さいということより式（１）を整理すると１１は式（２
）のように表わされ、一方半導体スイツチング素子の一
個が短絡した時にスナバコンデンサを流れる電流を１２
とするとｉ２は式（３）のように表わされ、 この１１と１２の差を利用して半導体スイッチング素子
の故障を検出する。その手段として充電時にスナバコン
デンサを流れる電流を測定する電流検出器と正常な時の
電流値を示す為の電流基準発生器と、電流検出器と電流
基準発生器の値を比較する為の比較器を具備したもので
ある。
（作用）
本発明によれば、半導体スイッチング素子が故障した場
合には、充電時にスナバコンデンサを流れる電流は（ｎ
−１／ ｎ ）倍に増加し、その電流を電流検出器で
測定、一方電流基準発生器より半導体スイッチング素子
が正常な時の電流値を出力させ、比較器によって電流検
出器の値と電流基準発生器の値とを比較することにより
、半導体スイッチング素子の故障が検出出来ることにな
る。
合には、充電時にスナバコンデンサを流れる電流は（ｎ
−１／ ｎ ）倍に増加し、その電流を電流検出器で
測定、一方電流基準発生器より半導体スイッチング素子
が正常な時の電流値を出力させ、比較器によって電流検
出器の値と電流基準発生器の値とを比較することにより
、半導体スイッチング素子の故障が検出出来ることにな
る。
（実施例）
本発明の一実施例を第１図に示す。
第１図において第３図と同一番号は同一構成要素を示す
。第１図において１１は電流検出器、１２は電流基準発
生器であり、基準電流値の一例として半導体素子が正常
な場合のスナバコンデンサのピーク充電電流Ｉ ｒｅｆ
を示す。Ｉｒｅｆは式（２）より導き出され、その値を
式（４）に示す。
。第１図において１１は電流検出器、１２は電流基準発
生器であり、基準電流値の一例として半導体素子が正常
な場合のスナバコンデンサのピーク充電電流Ｉ ｒｅｆ
を示す。Ｉｒｅｆは式（２）より導き出され、その値を
式（４）に示す。
ただし正常電流１ｒｅｆは充電電圧Ｅによって変化する
ので変化に応じてＩｒｅｆも変化するものとする。１３
はサンプル・ホールド回路で電流検出器１１の出力値の
中の、充電時にスナバコンデンサ７を流れる電流のピー
ク値を保持する。１４はサンプル◆ホールド回路１３に
保持タイミングを出力するタイミング回路であり、１５
はサンプル・ホールド回路１３の出力と電流基準発生器
１２の出力とを比較し、サンプル・ホールド回路１３の
出力が、電流基準発生器１２の出力以下の時は正常と、
電流基準発生器１２の出力以上の時は素子故障と判定す
る比較器である。
ので変化に応じてＩｒｅｆも変化するものとする。１３
はサンプル・ホールド回路で電流検出器１１の出力値の
中の、充電時にスナバコンデンサ７を流れる電流のピー
ク値を保持する。１４はサンプル◆ホールド回路１３に
保持タイミングを出力するタイミング回路であり、１５
はサンプル・ホールド回路１３の出力と電流基準発生器
１２の出力とを比較し、サンプル・ホールド回路１３の
出力が、電流基準発生器１２の出力以下の時は正常と、
電流基準発生器１２の出力以上の時は素子故障と判定す
る比較器である。
充電指令回路１０の指令によって充電用スイッチ３を閉
じると、「従来の技術」で説明したように極性反転コン
デンサ５には充電が行われる。
じると、「従来の技術」で説明したように極性反転コン
デンサ５には充電が行われる。
サイリスタ６が正常な時にはスナバコンデンサ７には第
１図に示す１１の向きに式（２）、および第２図の（ロ
）に実線で示される波形の電流が流れる。ここで、タイ
ミング回路１４からは第２図の（ハ）に示すように１１
がピークとなる時刻ｔ１を示す信号がサンプル・ホール
ド回路１３へ出力され、サンプル・ホールド回路１３は
１１のピーク値ｉｍｐを保持し、ｉ 、ｐｍ Ｉ ｒ
ｅ ｆとなるので比較器１５によって正常と判断される
。ここでｔｌは式（２）より導き出される式（５）で算
出される。
１図に示す１１の向きに式（２）、および第２図の（ロ
）に実線で示される波形の電流が流れる。ここで、タイ
ミング回路１４からは第２図の（ハ）に示すように１１
がピークとなる時刻ｔ１を示す信号がサンプル・ホール
ド回路１３へ出力され、サンプル・ホールド回路１３は
１１のピーク値ｉｍｐを保持し、ｉ 、ｐｍ Ｉ ｒ
ｅ ｆとなるので比較器１５によって正常と判断される
。ここでｔｌは式（２）より導き出される式（５）で算
出される。
一方、サイリスタ６の内、例えば１個の素子が短絡した
場合には式（３）および第２図の（ロ）に破線で示す波
形の電流が流れ。故障時に正常時と同様にサンプル・ホ
ールド回路１３で保持される電流ピーク値をｉｚｐとす
るとｉｚｐは式（３）より導き出される式（６）によっ
て算出される。
場合には式（３）および第２図の（ロ）に破線で示す波
形の電流が流れ。故障時に正常時と同様にサンプル・ホ
ールド回路１３で保持される電流ピーク値をｉｚｐとす
るとｉｚｐは式（３）より導き出される式（６）によっ
て算出される。
ｉ２ｐはＩｒｅｆより大きいので比較器１５によってサ
イリスタ６に短絡が発生したものと判断して素子故障が
検出出来る。
イリスタ６に短絡が発生したものと判断して素子故障が
検出出来る。
以上の説明では素子１個が短絡した場合について述べた
が、２個以上の場合ｉ２ｐの値はさらに大きくなるので
より検出しゃすい。
が、２個以上の場合ｉ２ｐの値はさらに大きくなるので
より検出しゃすい。
以上説明したように、本発明の実施例によればサイリス
タ６の故障を検出する検出器を電流検出器１１一つだけ
にすることが出来、さらに電流検出器１１は第１図に示
すように回路の低電圧部に設置出来るので絶縁や耐電圧
等をあまり考慮する必要がなく、これらのことにより外
形の小さいコストが少い回路でパルス電源の半導体スイ
ッチング素子の故障検出が出来る。
タ６の故障を検出する検出器を電流検出器１１一つだけ
にすることが出来、さらに電流検出器１１は第１図に示
すように回路の低電圧部に設置出来るので絶縁や耐電圧
等をあまり考慮する必要がなく、これらのことにより外
形の小さいコストが少い回路でパルス電源の半導体スイ
ッチング素子の故障検出が出来る。
以上の説明では半導体スイッチング素子の一例としてサ
イリスタについて述べたが、他にＧＴＯ。
イリスタについて述べたが、他にＧＴＯ。
トランジスタ、ＩＧＥＴなどの半導体スイッチング素子
でも同様の効果が得られる。
でも同様の効果が得られる。
［発明の効果］
以上述べたように、本発明によれば絶縁等の考慮がほと
んど必要なく、かつ少い部品で、半導体スイッチング素
子の故障検出を行い、外形、コストを小さく出来るパル
ス電源の半導体スイッチング素子故障検出方法を提供で
きる。
んど必要なく、かつ少い部品で、半導体スイッチング素
子の故障検出を行い、外形、コストを小さく出来るパル
ス電源の半導体スイッチング素子故障検出方法を提供で
きる。
第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は本発
明の運転時の各部波形を示す図、第３図は従来の半導体
スイッチング素子の故障検出回路の回路図である。 １・・・直流電源、２・・・充電用リアクトル、３・・
・充電圧スイッチ、４・・・極性反転リアクトル、５・
・・極性反転コンデンサ、６・・・サイリスタ、７・・
・スナバコンデンサ、８・・・故障判定回路、９・・・
電圧基準、１０・・・充電指令回路、１１・・・電流検
出器、１２・・・電流基準発生器、１３・・・サンプル
・ホールド回路、１４・・・タイミング回路、１５・・
・比較器。
明の運転時の各部波形を示す図、第３図は従来の半導体
スイッチング素子の故障検出回路の回路図である。 １・・・直流電源、２・・・充電用リアクトル、３・・
・充電圧スイッチ、４・・・極性反転リアクトル、５・
・・極性反転コンデンサ、６・・・サイリスタ、７・・
・スナバコンデンサ、８・・・故障判定回路、９・・・
電圧基準、１０・・・充電指令回路、１１・・・電流検
出器、１２・・・電流基準発生器、１３・・・サンプル
・ホールド回路、１４・・・タイミング回路、１５・・
・比較器。
Claims (1)
- 半導体スイッチング素子とスナバコンデンサを並列構成
したものを直列に接続したスイッチと負荷コンデンサと
を並列に接続したものをリアクトルおよび直流電源と直
列に接続した回路において、前記半導体スイッチング素
子が短絡した場合前記スナバコンデンサの直列容量の変
化によって発生するスナバコンデンサへの充電電流の変
化を検出して前記半導体スイッチング素子の故障を検出
することを特徴としたパルス電源の半導体スイッチグ素
子故障検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9963590A JPH03297218A (ja) | 1990-04-16 | 1990-04-16 | パルス電源の半導体スイッチング素子故障検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9963590A JPH03297218A (ja) | 1990-04-16 | 1990-04-16 | パルス電源の半導体スイッチング素子故障検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03297218A true JPH03297218A (ja) | 1991-12-27 |
Family
ID=14252529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9963590A Pending JPH03297218A (ja) | 1990-04-16 | 1990-04-16 | パルス電源の半導体スイッチング素子故障検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03297218A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003009560A (ja) * | 2001-06-20 | 2003-01-10 | Yaskawa Electric Corp | ダイナミックブレーキ回路の故障検出方法 |
| CN102290793A (zh) * | 2010-06-15 | 2011-12-21 | 西门子公司 | 用于关断具有分散的能量存储器的整流器的方法 |
-
1990
- 1990-04-16 JP JP9963590A patent/JPH03297218A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003009560A (ja) * | 2001-06-20 | 2003-01-10 | Yaskawa Electric Corp | ダイナミックブレーキ回路の故障検出方法 |
| JP4735918B2 (ja) * | 2001-06-20 | 2011-07-27 | 株式会社安川電機 | モータ制御装置 |
| CN102290793A (zh) * | 2010-06-15 | 2011-12-21 | 西门子公司 | 用于关断具有分散的能量存储器的整流器的方法 |
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