JPH04117125A - 半導体遮断器限流駆動装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は直流電力ラインの過電流を検出して高速応答
で限流動作を行う半導体遮断器の限流駆動装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 従来のこの種の半導体遮断器駆動装置として第３図の構
成のものがあった。

第３図において（１）は駆動回路、（２）は電流検出器
、（３）は入力端子、（４）は出力端子、（５）は被遮
断ライン、　（ＩＬＩは被遮断電流、　（ＶＳＩは基準
電圧、　　（ＶＩ）は電流検出信号、　ｆＱｌｌ〜（Ｑ
ｎ）は電界効果トランジスタで構成される遮断素子、　
（Ｒ１１〜（Ｒｎｌは抵抗である。

次に動作について説明する。被遮断ライン（５）におい
て、入力端子（３）は電力供給源側のラインに接続され
、出−万端子（４）は電力の供給を受ける負荷側に接続
される。

遮断素子（Ｑｌ）〜（Ｑｎ）は通常飽和領域でオン状態
となっており、入力端子（３）から出力、端子（４）へ
被遮断電流（ＩＬＩが流れ、負荷へ電力が供給される。

この状態において電流検出器（２）は被遮断電流（ＩＬ
Ｉの値に比例した電流検出信号ｔｖｒ＋を出力する。

電流検出信号ｆＶＩｌは、被遮断電流ｆｌＬｌが半導体
遮断器の電流上限設定レベルすなわち限流設定レベルに
ほぼ等しい値になったときに、予め設定された基準電圧
（ＶＳ）に等しくなるように設定されている。駆動回路
（１１は反転型差動増幅器で構成されており、基準電圧
（ＶＳ）と電流検出信号（ＶＩ）を比較してゲート電圧
（ＶＧａｌを出力し、遮断素子ｆＱｌ）〜（Ｑｎｌに流
れる被遮断電流ｆＩＬ）が半導体遮断器の限流設定レベ
ルを越えないように負帰還制御するように構成されてい
る。

被遮断電流（ＩＬＩが半導体遮断器の限流設定レベル以
下の状態においては、基準電圧（ＶＳＩ　＞電流検出信
号（ＶＩ）となり、駆動回路［１１は負帰還制御動作に
より遮断素子ｆＱ１１〜ｆＱｎｌを飽和領域でオン状態
とするのに十分なゲート電圧（ＶＧａ）を出力して遮断
素子（Ｑｌ）〜ｆＱｎｌをオン状態にする。

負荷側に異常が生じ、被遮断電流は）が半導体遮断器の
限流設定レベルを越えるような動きに転じた場合、駆動
回路（１）はゲート電圧１ＶＧａ）を制御して遮断素子
１Ｑｌｌ〜ｆＱｎ）を非飽和領域で駆動することにより
、被遮断電流＋ＩＬ）の上昇を押さえ限流設定レベルに
保持するように負帰還制御動作を行う。

負荷側の異常が解けて被遮断電流ｆＩＬ＋が半導体遮断
器の限流設定レベル以下の状態にもどれば。

再び遮断素子（Ｑｌ）〜（Ｑｎｌは飽和領域でオン状態
に復帰する。

遮断素子（Ｑｌ）〜（Ｑｎ）は、飽和領域でオン状態に
なっているときの被遮断電流（ＩＬＬによる電圧降下を
低減して半導体遮断器としての電力損失を押さえる必要
から、多数並列に接続して用いられる。

なお、遮断素子（Ｑｌ）〜（Ｑｎｌに用いられる電解効
果トランジスタの入力静電容量への充放電電流のピーク
値を抑制するための一般的手段として遮断素子（Ｑｌ）
　〜（Ｑｎ）のゲートに抵抗［Ｒ１）〜（Ｒｎｌが挿入
される。

以上の動作において、負荷の異常には短絡モードのよう
な急激な電流の上昇を伴う場合が多く。

負荷短絡時にはおよそ５〜２０Ａ／μｓの電流上昇率と
なる。この急激な電流上昇に高速に応答して被遮断電流
げＬ）を負帰還制御することで電流の上昇を押さえ、遮
断素子ｆＱ１１〜（Ｑｎｌ及び電力供給源側の機器を過
電流による破壊から保護する必要がある。

しかし、遮断素子（Ｑｌ）〜（Ｑｎｌは多数並列接続さ
れており、各々の遮断素子（Ｑｌ）〜（Ｑｎ）に用いら
れている電界効果トランジスタのゲート、ソース間電圧
とドレイン電流の関係にはバラツキがあるため、高速応
答動作において各々の動作状態を均一に駆動制御するこ
とはできず、被遮断電流ｆＩＬｌの急激な電流上昇に対
して各々の遮断素子（Ｑｌ）〜ｆＱｎｌの動作状態が相
互に干渉し、被遮断電流（ＩＬ）はオーバーシュートを
伴った不安定な継続振動を伴う。以上の動作状態を第４
図の（（）　、　ｆＯ）に示す。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の半導体遮断器限流駆動装置は以上のように構成さ
れているので、負荷異常時の急激な被遮断電流の上昇に
たいして高速に応答して電流の上昇をおさえることがで
きず、被遮断電流はオーバシュートを伴った不安定な継
続振動を伴うため、半導体遮断器の限流設定レベルを大
きく越えたピーク電流が繰り返して流れ、遮断素子にか
かるストレスが大きくなり半導体遮断器の信頼性を低下
させるとともに、電流の振動に伴う伝導雑音を電力供給
源側に伝搬するために、電力供給源側から電力の供給を
受けている他の負荷にたいして過大な雑音を与え９機器
の誤動作を引き起こすなどの問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、負荷異常時の急激な被遮断電流の上昇にたいし
て高速に応答して電流の上昇をおさえることを可能にし
、遮断素子にかかるストレスを小さくして半導体遮断器
の信頼性を向上させるとともに、限流動作時に他の機器
の誤動作を引き起こさないように電力供給源側に伝搬す
る伝導雑音レベルを低下させた半導体遮断器限流駆動装
置を得ることを目的とする。

Ｅ課題を解決するための手段］ この発明に係る半導体遮断器限流駆動装置は。

半導体遮断器の電流遮断部において、被遮断ラインの電
流検出信号と既定値に設定された基準電圧との差により
遮断素子を電流上限制限駆動すなわち限流駆動するよう
になした駆動回路の出力を。

ｎ個の並列接続された遮断素子の内の１個の遮断素子の
ゲートに抵抗を介して接続し、またその駆動回路の８カ
を、キャパシタと並列接続された定電圧ダイオードのカ
ソードに接続し、その定電圧ダイオードのアノードを他
のｎ−１個の遮断素子の各々のゲートに抵抗を介して接
続したものである。

［作用］ この発明における半導体遮断器限流駆動装置は、限流駆
動動作を行うとき、並列に接続されたｎ個の遮断素子の
内、駆動回路の出力が抵抗のみを介してゲートに接続さ
れた１個の遮断素子が限流駆動され、このとき他のｎ−
１個の遮断素子はそれらのゲートと駆動回路の間に介在
する定電圧ダイオードの働きによりオフ状態に駆動され
る。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例について説明する。

第１図において（１）は駆動回路、（２）は電流検出器
、（３）は入力端子、（４）は出力端子、（５）は被遮
断ライン、　　（ＩＬ）は被遮断電流、　　ｔｖｓ＋は
基準電圧、　（Ｑｌ）〜（Ｑｎ）は遮断素子、　ｆＲｌ
）〜１Ｒｎ）は抵抗。

（ＲＧ）は抵抗、（Ｄ）は定電圧ダイオード、（Ｃ）は
キャパシタ、　（ＶＩ）は電流検出信号、　１ＶＧａ）
はゲート電圧、　（ＶＧｂ）はゲート電圧、　ｆＶＺ）
は定電圧である。

次に動作について説明する。

駆動回路（１）、遮断素子（Ｑｌ）〜（Ｑｎ）　、及び
抵抗（Ｒ１）〜（Ｒｎｌ　、電流検出器（２）、電流検
出信号（ＶＩＩ、基準電圧ｆＶｓ）　、入力端子（３）
、出力端子（４）、被遮断ライン（５）、被遮断電流（
ＩＬ）　、ゲート電圧（ＶＧａｌ　とから成る動作は従
来の構成と同じである。

被遮断電流（ＩＬＩが限流設定レベル以下の状態におい
ては、基準電圧（ＶＳＩ　＞電流検出器（ＶＩ）となり
、負帰還制御動作により駆動回路ｆｌ）はゲート電圧（
ＶＧａ）を最大出力電圧で出力する。このときゲート電
圧＋ＶＧｂｌはゲート電圧（ＶＧａｌから定電圧ダイオ
ード（Ｄ）の定電圧（ＶＺ）を差し引いた値となる。そ
こでゲート電圧（ＶＧｂ）が遮断素子（Ｑｌ）〜（Ｑｎ
−１１を飽和領域でオン状態とするのに十分な値となる
ようにゲート−電圧（ＶＧａ）と定電圧（ＶＺ）の値が
設定されており、遮断素子（Ｑｌ）〜ｆＱｎ）は全て飽
和領域でオン状態となる。

負荷側に異常が生じ、被遮断電流（ＩＬ）が半導体遮断
器の限流設定レベルを越えるような動きに転じた場合、
駆動回路（１）は基準電圧（ＶＳＩ≦電流検出信号（Ｖ
Ｉ）を検出してゲート電圧（ＶＧａ）を制御して遮断素
子（Ｑｎｌを非飽和領域で駆動することにより、被遮断
電流（ＩＬ）の上昇を押さえ限流設定レベルに保持する
ように負帰還制御動作を行う。このときのゲート電圧（
ＶＧａｌ　は通常６〜７Ｖ程度であり、定電圧＋ＶＺ＋
をこれにおよそ等しい値に選ぶことにより、ゲート電圧
（ＶＧｂｌ　は約ｏｖとなり、遮断素子（Ｑｌ）〜（Ｑ
ｎ　−１１はオフ状態となる。以上の動作状態を第２図
の（（ｌ　、　（ロ）に示す。

負荷側の異常が解けて被遮断電流（ＩＬＩが半導体遮断
器の限流設定レベル以下の状態にもどれば。

駆動回路け）は、基準電圧ｆＶｓｌ＞電流検出信号（Ｖ
Ｉ）を検出して再び遮断素子ｆＱｌ）〜（Ｑｎｌを飽和
領域でオン状態に駆動する。

なお、抵抗（ＲＧＩは定電圧（ＶＺ）を確保するために
、定電圧ダイオード＋Ｄｌ　にバイアス電流を流すこと
を目的として挿入したものである。

また、キャパシタ（Ｃ１は遮断素子ｆＱ１）〜（Ｑｎ−
１）に用いられる電界効果トランジスタの人力静電容量
への充放電電流が定電圧ダイオード（Ｄｌ　に流れてス
トレスをかけることを防止すると共に、定電圧（ＶＺ）
の過渡的な変動を押さえるために設けである。

従って、限流駆動動作時は定電圧ダイオード（Ｄｌの働
きにより遮断素子（Ｑｎ）のみが限流動作を行い、遮断
素子ｆＱｌｌ〜（Ｑｎ−１）はオフ状態になっているた
め、負荷異常時に急激な被遮断電流［Ｌ）の上昇があっ
ても遮断素子（Ｑｌ）〜（Ｑｎ　ｌの動作状態が相互に
干渉することが無く高速に応答して電流の上昇をおさえ
ることができる。

［発明の効果１ 以上のように、この発明によれば負荷異常時の急激な被
遮断電流の上昇にたいして高速に応答して電流の上昇を
おさえることを可能にしたので。

遮断素子にかかるストレスを小さくして半導体遮断器の
信顆性を向上させるとともに、限流動作時に他の機器の
誤動作を引き起こさないように電力供給源側に伝搬する
伝導雑音レベルを低下させることができるという効果が
有る。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例による半導体遮断器限流駆
動装置を示す接続図、第２図（イ）〜（ロ）はこの発明
の一実施例による半導体遮断器限流駆動装置における各
部の動作状態を示す記号図、第３図は従来の半導体遮断
器限流駆動装置を示す接続図、第４図（イ）〜（０）は
従来の半導体遮断器限流駆動装置における各部の動作状
態を示す記号図である。 （１）は駆動回路、（２）は電流検出器、（３）は入力
端子、（４）は出力端子、（５）は被遮断ライン。 （ＩＬＩは被遮断電流、　＋ＶＳ＋は基！１！電圧、　
ｆＱｌ）〜（Ｑｎｌは遮断素子、　（Ｒ１１〜（Ｒｎｌ
は抵抗、　　（ＲＧＩは抵抗。 （Ｄ）は定電圧ダイオード、（Ｃ）はキャパシタ。 （ＶＧａ）はゲート電圧、　（ｖｃｂ）はゲート電圧、
　（ＶＩ）は電流検出信号、　　ｆＶＺｌは定電圧であ
る。 なお１図中同一行号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　遮断素子として電解効果トランジスタを用い、ｎ個の
   遮断素子の各々のドレインを相互に接続して被遮断ライ
   ンの入力端とし、各々のソースを相互に接続して被遮断
   ラインの出力端とする半導体遮断器の電流遮断部におい
   て、被遮断ラインの電流を検出する電流検出器を設け、
   その電流検出信号と既定値に設定された基準電圧との差
   により遮断素子を電流上限制限駆動すなわち限流駆動す
   るようになした駆動回路の出力を１個の遮断素子のゲー
   トに抵抗を介して接続し、またその駆動回路の出力を、
   キャパシタと並列接続された定電圧ダイオードのカソー
   ドに接続し、その定電圧ダイオードのアノードを他のｎ
   −１個の遮断素子の各々のゲートに抵抗を介して接続し
   たことを特徴とする半導体遮断器限流駆動装置。