JPH05159670A - 直流遮断器 - Google Patents
直流遮断器Info
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- JPH05159670A JPH05159670A JP34915191A JP34915191A JPH05159670A JP H05159670 A JPH05159670 A JP H05159670A JP 34915191 A JP34915191 A JP 34915191A JP 34915191 A JP34915191 A JP 34915191A JP H05159670 A JPH05159670 A JP H05159670A
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- Japan
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- circuit breaker
- voltage
- switch
- limiting diode
- circuit
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- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型かつ簡素な構成で電力損失を発生せずに
直流大電流の遮断を行う。 【構成】 ＰＮ接合面の近傍の薄い部分の不純物濃度を
ステップ状に高くした電荷制限ダイオード１と並列に遮
断器３１が接続され、直流電源３２の正極が電荷制限ダ
イオード１のカソード１Ｋに、負極が負荷３３の正極入
力端子に結線され、直流電源３２の負極が負荷の負極入
力端子に接続されている。遮断器３１を開いた瞬間に電
荷制限ダイオード１の接合面の空乏層に電流が流れ込
み、遮断器３１では電流零点が発生するので遮断が行わ
れ、次に電荷制限ダイオード１の充電電流が急激に減少
して遮断が完了する。
直流大電流の遮断を行う。 【構成】 ＰＮ接合面の近傍の薄い部分の不純物濃度を
ステップ状に高くした電荷制限ダイオード１と並列に遮
断器３１が接続され、直流電源３２の正極が電荷制限ダ
イオード１のカソード１Ｋに、負極が負荷３３の正極入
力端子に結線され、直流電源３２の負極が負荷の負極入
力端子に接続されている。遮断器３１を開いた瞬間に電
荷制限ダイオード１の接合面の空乏層に電流が流れ込
み、遮断器３１では電流零点が発生するので遮断が行わ
れ、次に電荷制限ダイオード１の充電電流が急激に減少
して遮断が完了する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、直流大電流の遮断を行
うための直流遮断器に関するものである。
うための直流遮断器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、大電流の遮断は主として交流回路
において行われており、開いた接点間に発生したアーク
が、交流の極性の反転時の電流が零になる時点で消滅す
ることを利用している。この場合に、アークの再点弧を
防止するために接点間の高温の電離気体を急速に冷却す
ればよい。
において行われており、開いた接点間に発生したアーク
が、交流の極性の反転時の電流が零になる時点で消滅す
ることを利用している。この場合に、アークの再点弧を
防止するために接点間の高温の電離気体を急速に冷却す
ればよい。
【０００３】直流回路の場合は電流零点がないため、ア
ークを引き伸してアーク電圧を回路電圧より高くした
り、インダクタ等を利用して強制的に電流零点を作りだ
したりすることにより遮断を行う。また、真空容器中に
接点を封入した真空遮断器は絶縁回復時間が極めて短い
ため、電流零点を作ることができれば遮断を行うことが
可能であると考えられる。
ークを引き伸してアーク電圧を回路電圧より高くした
り、インダクタ等を利用して強制的に電流零点を作りだ
したりすることにより遮断を行う。また、真空容器中に
接点を封入した真空遮断器は絶縁回復時間が極めて短い
ため、電流零点を作ることができれば遮断を行うことが
可能であると考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では、大電流を遮断する際のアークの消弧のために複
雑な機構や特殊な接点などを必要とし、長寿命化や小型
化が困難であったり、アークの発生を防止するための転
流回路において電力の損失が生ずることや、その駆動に
特殊な回路が必要で複雑化する等の問題がある。
例では、大電流を遮断する際のアークの消弧のために複
雑な機構や特殊な接点などを必要とし、長寿命化や小型
化が困難であったり、アークの発生を防止するための転
流回路において電力の損失が生ずることや、その駆動に
特殊な回路が必要で複雑化する等の問題がある。
【０００５】本発明の目的は、上述の欠点を解消し、小
型かつ簡素な構成で、大電流の遮断時に殆どアークの発
生がなく、電力損失が殆ど生じない直流遮断器を提供す
ることにある。
型かつ簡素な構成で、大電流の遮断時に殆どアークの発
生がなく、電力損失が殆ど生じない直流遮断器を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明に直流遮断器は、ＰＮ接合面を挟むＰ、Ｎ両
領域の薄い部分の不純物濃度を略ステップ状に高くし、
前記薄い部分に隣接する外側の領域のうち少なくとも一
方の不純物濃度を低くしたＰＮ接合ダイオードを電気的
接続を断にする遮断器に並列に接続したことを特徴とす
るものである。
めに本発明に直流遮断器は、ＰＮ接合面を挟むＰ、Ｎ両
領域の薄い部分の不純物濃度を略ステップ状に高くし、
前記薄い部分に隣接する外側の領域のうち少なくとも一
方の不純物濃度を低くしたＰＮ接合ダイオードを電気的
接続を断にする遮断器に並列に接続したことを特徴とす
るものである。
【０００７】
【作用】上述の構成を有する直流遮断器は、遮断器が導
通から遮断に移行する過渡状態において、ＰＮ接合ダイ
オードの逆バイアス容量に電流が吸収されるため、遮断
器の両端の電圧の上昇が遅く、遮断器の絶縁が充分にな
った時点で逆バイアス容量が小さくなるために吸収され
る電流が急峻に減少して電圧が急上昇し、遮断が完了す
る。
通から遮断に移行する過渡状態において、ＰＮ接合ダイ
オードの逆バイアス容量に電流が吸収されるため、遮断
器の両端の電圧の上昇が遅く、遮断器の絶縁が充分にな
った時点で逆バイアス容量が小さくなるために吸収され
る電流が急峻に減少して電圧が急上昇し、遮断が完了す
る。
【０００８】
【実施例】本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明
する。図１は電荷制限ダイオードの構成図を示し、この
電荷制限ダイオード１はＰＮ接合ダイオードの一種であ
り、中心部においてＰＮ接合面２が形成され、両側に電
極が取り付けられた半導体から成っている。ＰＮ接合の
接合面２はほぼ平面となっており、接合面２の両側は不
純物濃度がほぼ同程度にステップ状に高くされ、厚さが
例えば０．１μｍ程度の内層３、４が形成され、境界面
５、６を挟んで、その外側は不純物濃度がほぼ同程度に
低く、厚さが数μｍ程度の中間層７、８が形成されてい
る。中間層７、８の外側には、オーム性接触を実現する
ために不純物濃度を特に高くした外層９、１０を挟ん
で、電極１１、１２が設けられている。内層３、中間層
７、外層９は何れもＰ型半導体であり、内層４、中間層
８、外層１０はＮ型半導体である。従って、電極１１が
アノード１ａ、電極１２がカソード１ｋとなる。
する。図１は電荷制限ダイオードの構成図を示し、この
電荷制限ダイオード１はＰＮ接合ダイオードの一種であ
り、中心部においてＰＮ接合面２が形成され、両側に電
極が取り付けられた半導体から成っている。ＰＮ接合の
接合面２はほぼ平面となっており、接合面２の両側は不
純物濃度がほぼ同程度にステップ状に高くされ、厚さが
例えば０．１μｍ程度の内層３、４が形成され、境界面
５、６を挟んで、その外側は不純物濃度がほぼ同程度に
低く、厚さが数μｍ程度の中間層７、８が形成されてい
る。中間層７、８の外側には、オーム性接触を実現する
ために不純物濃度を特に高くした外層９、１０を挟ん
で、電極１１、１２が設けられている。内層３、中間層
７、外層９は何れもＰ型半導体であり、内層４、中間層
８、外層１０はＮ型半導体である。従って、電極１１が
アノード１ａ、電極１２がカソード１ｋとなる。
【０００９】この電荷制限ダイオード１の縦断面に沿っ
た不純物濃度分布は図２に示すようになっている。ここ
で、X5は内層３と中間層７との境界面５の座標、X2は接
合面２の座標、X6は内層４と中間層８との境界面６の座
標であり、縦軸は不純物濃度を示している。
た不純物濃度分布は図２に示すようになっている。ここ
で、X5は内層３と中間層７との境界面５の座標、X2は接
合面２の座標、X6は内層４と中間層８との境界面６の座
標であり、縦軸は不純物濃度を示している。
【００１０】この電荷制限ダイオード１に逆方向電圧Vr
を印加すると、電圧Vrが十分小さい時には、接合面２を
中心に電圧Vrの平方根に比例した厚さの空乏層が内層
３、４内に生ずるが、空乏層の厚さはまた不純物濃度の
平方根に反比例するので、空乏層が境界面５、６の外側
に達すると、印加電圧の増加に対する空乏層の拡がり方
は急になる。このとき、空乏層中のＮ型領域はドナーイ
オンが多いためにプラスに帯電し、Ｐ型領域はアクセプ
タイオンが多いためにマイナスに帯電しているので、こ
の電荷制限ダイオード１はコンデンサと見做すことがで
きる。
を印加すると、電圧Vrが十分小さい時には、接合面２を
中心に電圧Vrの平方根に比例した厚さの空乏層が内層
３、４内に生ずるが、空乏層の厚さはまた不純物濃度の
平方根に反比例するので、空乏層が境界面５、６の外側
に達すると、印加電圧の増加に対する空乏層の拡がり方
は急になる。このとき、空乏層中のＮ型領域はドナーイ
オンが多いためにプラスに帯電し、Ｐ型領域はアクセプ
タイオンが多いためにマイナスに帯電しているので、こ
の電荷制限ダイオード１はコンデンサと見做すことがで
きる。
【００１１】そして、電荷制限ダイオード１に印加した
逆方向電圧Vrと接合容量Cjの関係は図３に示す特性図の
ようになる。即ち、電圧Vrが増加すると容量Cjは減少
し、その減少の割合は一部で不連続に変化する。空乏層
の厚さが内層３、４の厚さに等しくなる電圧を閾値電圧
Vth とすると、電圧Vrの増加につれてVr＜Vth では容量
Cjは少しずつ減少するが、Vr＝Vth において減少の割合
が急増し、Vr＞Vth では容量Cjは最初は急激に減少し、
逆方向電圧Vrの増加につれて容量Cjの減少の割合が小さ
くなる。なお、ここでは容量を、電気量を電圧で微分し
たものとして考えているので、容量と電圧の積は電気量
とは等しくはならない。
逆方向電圧Vrと接合容量Cjの関係は図３に示す特性図の
ようになる。即ち、電圧Vrが増加すると容量Cjは減少
し、その減少の割合は一部で不連続に変化する。空乏層
の厚さが内層３、４の厚さに等しくなる電圧を閾値電圧
Vth とすると、電圧Vrの増加につれてVr＜Vth では容量
Cjは少しずつ減少するが、Vr＝Vth において減少の割合
が急増し、Vr＞Vth では容量Cjは最初は急激に減少し、
逆方向電圧Vrの増加につれて容量Cjの減少の割合が小さ
くなる。なお、ここでは容量を、電気量を電圧で微分し
たものとして考えているので、容量と電圧の積は電気量
とは等しくはならない。
【００１２】電荷制限ダイオード１は逆方向電圧を印加
すると充電され、電荷量が一定値Ｑo を超えると、電圧
が急激に立ち上がり、充電される電荷量はほぼ一定値Ｑ
o に制限されるという特性を有する。この電荷量Ｑo
は、Ｑo ＝ｅ・Ｎ・Ｘ・Ｓから定まる。ただし、Ｓは接
合面の面積、Ｎは内層３、４での不純物濃度つまりＮ領
域でのアクセプタイオン濃度及びＰ領域でのドナーイオ
ン濃度、Ｘは内層３、４のそれぞれの厚さである。そし
て、境界面５、６での不純物濃度の変化はできるだけ大
きくかつ鋭く変化する方が、電荷制限特性は急峻にな
る。
すると充電され、電荷量が一定値Ｑo を超えると、電圧
が急激に立ち上がり、充電される電荷量はほぼ一定値Ｑ
o に制限されるという特性を有する。この電荷量Ｑo
は、Ｑo ＝ｅ・Ｎ・Ｘ・Ｓから定まる。ただし、Ｓは接
合面の面積、Ｎは内層３、４での不純物濃度つまりＮ領
域でのアクセプタイオン濃度及びＰ領域でのドナーイオ
ン濃度、Ｘは内層３、４のそれぞれの厚さである。そし
て、境界面５、６での不純物濃度の変化はできるだけ大
きくかつ鋭く変化する方が、電荷制限特性は急峻にな
る。
【００１３】図４はこの電荷制限ダイオード１を用いた
遅延回路を示し、入力電圧Vin は抵抗Ｒを介してダイオ
ード１のカソードに印加されるよう接続され、出力電圧
Voutはダイオード１から直接取り出すように接続されて
いて、ダイオード１のアノードが共通端子GND に接地さ
れている。入力電圧Vin として、ダイオード１の閾値電
圧Vth に比べて充分に大きい電圧Ｖを図５に示すように
ステップ状に入力すると、一定の遅延時間Trの後に出力
電圧Voutは急激に立ち上がって電圧Ｖに達する。この遅
延時間Trは近似的にはTr≒ＲＱo ／Ｖで表される。
遅延回路を示し、入力電圧Vin は抵抗Ｒを介してダイオ
ード１のカソードに印加されるよう接続され、出力電圧
Voutはダイオード１から直接取り出すように接続されて
いて、ダイオード１のアノードが共通端子GND に接地さ
れている。入力電圧Vin として、ダイオード１の閾値電
圧Vth に比べて充分に大きい電圧Ｖを図５に示すように
ステップ状に入力すると、一定の遅延時間Trの後に出力
電圧Voutは急激に立ち上がって電圧Ｖに達する。この遅
延時間Trは近似的にはTr≒ＲＱo ／Ｖで表される。
【００１４】図６は別の遅延回路を示し、ダイオード１
を介して抵抗Ｒに入力電圧Vin が印加されるように接続
され、ダイオード１のアノードが入力側に接続され、抵
抗Ｒから直接に出力電圧Voutが取り出されるようになっ
ている。この回路に入力Vinとして、図７に示すように
ステップ状に電圧Ｖを印加すると、出力電圧Voutは電圧
Vin と共に立ち上がり、遅延時間Trの後に急速に立ち下
がる。
を介して抵抗Ｒに入力電圧Vin が印加されるように接続
され、ダイオード１のアノードが入力側に接続され、抵
抗Ｒから直接に出力電圧Voutが取り出されるようになっ
ている。この回路に入力Vinとして、図７に示すように
ステップ状に電圧Ｖを印加すると、出力電圧Voutは電圧
Vin と共に立ち上がり、遅延時間Trの後に急速に立ち下
がる。
【００１５】このように、この電荷制限ダイオード１は
充電電荷が所定の電荷量Ｑo に達すると急激に充電電流
が減少するため、スイッチング特性を伴った遅延動作を
実現することができる。
充電電荷が所定の電荷量Ｑo に達すると急激に充電電流
が減少するため、スイッチング特性を伴った遅延動作を
実現することができる。
【００１６】図８は図４の回路の抵抗Ｒをインダクタン
スＬに置き換えたものであり、遅延時間Tr’はTr’≒
（２Ｑo Ｌ／Ｖ）1/2 で表される。この回路では、図９
に示すようなステップ状に電圧Ｖになる入力電圧Vin を
印加すると、遅延時間Tr’後に出力電圧Voutは急激に立
ち上がり、かなり高いオーバーシュートのピークを生じ
た後に電圧Ｖに落ち着く。
スＬに置き換えたものであり、遅延時間Tr’はTr’≒
（２Ｑo Ｌ／Ｖ）1/2 で表される。この回路では、図９
に示すようなステップ状に電圧Ｖになる入力電圧Vin を
印加すると、遅延時間Tr’後に出力電圧Voutは急激に立
ち上がり、かなり高いオーバーシュートのピークを生じ
た後に電圧Ｖに落ち着く。
【００１７】図１０は大電流の直流回路の遮断器への実
施例の回路図を示し、遮断器３１の固定接点３１ａが直
流電源３２の正極及び電荷制限ダイオード１のカソード
１ｋに結線され、遮断器３１の可動接点３１ｂが負荷３
３の正極入力端子及び電荷制限ダイオード１のアノード
１ａに結線されていて、負荷３３の負極入力端子は直流
電源３２の負極に接続されている。
施例の回路図を示し、遮断器３１の固定接点３１ａが直
流電源３２の正極及び電荷制限ダイオード１のカソード
１ｋに結線され、遮断器３１の可動接点３１ｂが負荷３
３の正極入力端子及び電荷制限ダイオード１のアノード
１ａに結線されていて、負荷３３の負極入力端子は直流
電源３２の負極に接続されている。
【００１８】このような回路において、遮断器３１が開
いている時は、電荷制限ダイオード１には、カソード１
ｋを正とし、アノード１ａを負として、直流電源３２と
同じ電圧が印加されているが、ＰＮ接合に対し逆バイア
スの電圧であるため電流は流れず、遮断器３１を閉じる
と遮断器３１に電流が流れる。閉じている遮断器３１を
開くと、回路の導線及び負荷３３のインダクタンスのた
めに電流が流れ続けようとするが、この電流は電荷制限
ダイオード１の接合容量に吸収される。固定接点３１ａ
と可動接点３１ｂが充分に離れた時点で、電荷制限ダイ
オード１の逆方向電圧Vrが電圧Vth を超えて急速に上昇
し、流れる電流は急峻に減少してやがて零になる。
いている時は、電荷制限ダイオード１には、カソード１
ｋを正とし、アノード１ａを負として、直流電源３２と
同じ電圧が印加されているが、ＰＮ接合に対し逆バイア
スの電圧であるため電流は流れず、遮断器３１を閉じる
と遮断器３１に電流が流れる。閉じている遮断器３１を
開くと、回路の導線及び負荷３３のインダクタンスのた
めに電流が流れ続けようとするが、この電流は電荷制限
ダイオード１の接合容量に吸収される。固定接点３１ａ
と可動接点３１ｂが充分に離れた時点で、電荷制限ダイ
オード１の逆方向電圧Vrが電圧Vth を超えて急速に上昇
し、流れる電流は急峻に減少してやがて零になる。
【００１９】このような構成においては、遮断器３１を
開く際に固定接点３１ａと可動接点３１ｂの間に高電圧
が発生し難く、火花やアーク放電が生じ難いため、消弧
機構の簡略化が可能であり、また接点の摩耗や蒸発が減
少して寿命が延びると共に損傷し難くなる。また、電荷
制限ダイオード１はダイオードの性格を有し、逆方向に
は充電されないため、回路のインダクタンスと直列にな
っても激しいオーバーシュートは直ちに収まり、雑音の
発生も抑えられる。
開く際に固定接点３１ａと可動接点３１ｂの間に高電圧
が発生し難く、火花やアーク放電が生じ難いため、消弧
機構の簡略化が可能であり、また接点の摩耗や蒸発が減
少して寿命が延びると共に損傷し難くなる。また、電荷
制限ダイオード１はダイオードの性格を有し、逆方向に
は充電されないため、回路のインダクタンスと直列にな
っても激しいオーバーシュートは直ちに収まり、雑音の
発生も抑えられる。
【００２０】なお、実施例では遮断器３１は回路中に１
設けられているが、１個でなく例えば複数個を直列に接
続して用いるものとしてもよい。また、電荷制限ダイオ
ード１は主回路の遮断器３１が開く際にこれに並列に接
続されていればよく、他の開閉器を介して接続されてい
るものとしてもよい。
設けられているが、１個でなく例えば複数個を直列に接
続して用いるものとしてもよい。また、電荷制限ダイオ
ード１は主回路の遮断器３１が開く際にこれに並列に接
続されていればよく、他の開閉器を介して接続されてい
るものとしてもよい。
【００２１】図１１は第２の実施例の回路図を示し、電
荷制限ダイオード１のカソード１ｋに開閉器２１の可動
接点２１ｂと抵抗器２２の一端が結線され、抵抗器２２
の他端は開閉器２３を介して電荷制限ダイオード１のア
ノード１ａに接続されている。開閉器２１の固定接点２
１ａは遮断器２４の固定接点２４ａに結線され、遮断器
２４の可動接点２４ｂは電荷制限ダイオード１のアノー
ド１ａに結線されている。このような構成の直流遮断器
には、遮断器２４の固定接点２４ａに直流電源２５の正
極が接続され、可動接点２４ｂには負荷２６の正極入力
端子が接続され、負荷２６の負極入力端子は直流電源２
５の負極に接続されている。
荷制限ダイオード１のカソード１ｋに開閉器２１の可動
接点２１ｂと抵抗器２２の一端が結線され、抵抗器２２
の他端は開閉器２３を介して電荷制限ダイオード１のア
ノード１ａに接続されている。開閉器２１の固定接点２
１ａは遮断器２４の固定接点２４ａに結線され、遮断器
２４の可動接点２４ｂは電荷制限ダイオード１のアノー
ド１ａに結線されている。このような構成の直流遮断器
には、遮断器２４の固定接点２４ａに直流電源２５の正
極が接続され、可動接点２４ｂには負荷２６の正極入力
端子が接続され、負荷２６の負極入力端子は直流電源２
５の負極に接続されている。
【００２２】このような回路において、負荷２６に直流
電源２５より電力を供給する場合には、開閉器２１を開
いたまま遮断器２４を閉じ次に開閉器２１を閉じる。こ
の供給を遮断する際には、開閉器２１が閉じていて電荷
制限ダイオード１が遮断器２４に並列に接続されている
状態で、遮断器２４を開き遮断動作を行わせる。遮断器
２４を開いてから、一定の時間をおいて開閉器２１を開
き、次に開閉器２３を閉じ、電荷制限ダイオード１を放
電させてから開閉器２３を開く。
電源２５より電力を供給する場合には、開閉器２１を開
いたまま遮断器２４を閉じ次に開閉器２１を閉じる。こ
の供給を遮断する際には、開閉器２１が閉じていて電荷
制限ダイオード１が遮断器２４に並列に接続されている
状態で、遮断器２４を開き遮断動作を行わせる。遮断器
２４を開いてから、一定の時間をおいて開閉器２１を開
き、次に開閉器２３を閉じ、電荷制限ダイオード１を放
電させてから開閉器２３を開く。
【００２３】このような操作により負荷２６への電力の
投入と遮断を行うが、この構成によって遮断器２４を単
独で用いた場合よりも大電流又は高電圧又は高負荷の直
流供給の遮断を行うことができる。即ち、遮断器２４の
接点が離れた瞬間から接点間の絶縁が完了するまでの過
渡期間には、遮断器２４は抵抗性負荷として働き、接点
間距離及び接点間の物質の状態で決まる電圧を越える電
圧が印加されると、アーク放電等の放電が生じて遮断が
失敗することになる。しかし、この実施例では並列に接
続されている電荷制限ダイオード１の接合容量に電流が
流れ、この接合容量Cjが充分に大きいので遮断器２４の
遮断が完了するまでは電圧があまり上昇しない。しか
も、電荷制限ダイオード１の接合容量Cjは閾値電圧Vth
以上では小さいので、遮断器２４の遮断完了後に電荷制
限ダイオード１の電圧が閾値電圧Vth を越えると流れ込
む電流は急峻に減少するので、短時間後に開閉器２１を
開くことができる。開閉器２１を開くことにより、電荷
制限ダイオード１の放電を可能にすると同時に電荷制限
ダイオード１の負担の軽減も行える。抵抗器２２は充分
な電力の低抵抗のもので、閾値電圧Vth 以下の放電が短
時間で行えるようにされている。なお、開閉器２１の代
りに他の遮断器を用いてもよいが、電荷制限ダイオード
１が電圧を負担するため、開閉器でも充分であると考え
られる。また、開閉器２３と開閉器２１が同時に閉じる
と危険なので、開閉器２３をノーマリオフ型の押しボタ
ン式としているが、これを開閉器２１と連動にしてもよ
い。
投入と遮断を行うが、この構成によって遮断器２４を単
独で用いた場合よりも大電流又は高電圧又は高負荷の直
流供給の遮断を行うことができる。即ち、遮断器２４の
接点が離れた瞬間から接点間の絶縁が完了するまでの過
渡期間には、遮断器２４は抵抗性負荷として働き、接点
間距離及び接点間の物質の状態で決まる電圧を越える電
圧が印加されると、アーク放電等の放電が生じて遮断が
失敗することになる。しかし、この実施例では並列に接
続されている電荷制限ダイオード１の接合容量に電流が
流れ、この接合容量Cjが充分に大きいので遮断器２４の
遮断が完了するまでは電圧があまり上昇しない。しか
も、電荷制限ダイオード１の接合容量Cjは閾値電圧Vth
以上では小さいので、遮断器２４の遮断完了後に電荷制
限ダイオード１の電圧が閾値電圧Vth を越えると流れ込
む電流は急峻に減少するので、短時間後に開閉器２１を
開くことができる。開閉器２１を開くことにより、電荷
制限ダイオード１の放電を可能にすると同時に電荷制限
ダイオード１の負担の軽減も行える。抵抗器２２は充分
な電力の低抵抗のもので、閾値電圧Vth 以下の放電が短
時間で行えるようにされている。なお、開閉器２１の代
りに他の遮断器を用いてもよいが、電荷制限ダイオード
１が電圧を負担するため、開閉器でも充分であると考え
られる。また、開閉器２３と開閉器２１が同時に閉じる
と危険なので、開閉器２３をノーマリオフ型の押しボタ
ン式としているが、これを開閉器２１と連動にしてもよ
い。
【００２４】図１２は第３の実施例の回路図を示し、電
荷制限ダイオード１には並列に遮断器４１が接続され、
抵抗器４２と開閉器４３を直列に結線したものが、同様
に並列に接続されており、電荷制限ダイオード１のカソ
ード１ｋには開閉器４４の可動接点４４ｂが接続されて
いる。そのような構成の直流遮断器には、開閉器４４の
固定接点４４ａに直流電源４５の正極が、電荷制限ダイ
オード１のアノード１ａには負荷４６の正極入力が結線
され、直流電源４５の負極と負荷４６の負極入力が結線
されている。
荷制限ダイオード１には並列に遮断器４１が接続され、
抵抗器４２と開閉器４３を直列に結線したものが、同様
に並列に接続されており、電荷制限ダイオード１のカソ
ード１ｋには開閉器４４の可動接点４４ｂが接続されて
いる。そのような構成の直流遮断器には、開閉器４４の
固定接点４４ａに直流電源４５の正極が、電荷制限ダイ
オード１のアノード１ａには負荷４６の正極入力が結線
され、直流電源４５の負極と負荷４６の負極入力が結線
されている。
【００２５】電源投入は遮断器４１と開閉器４４を閉じ
て行い、遮断は開閉器４３が開いている状態で、遮断器
４１を開いて行う。第２の実施例と同様に過渡電流が電
荷制限ダイオード１に吸収され、この電流が減少した後
に開閉器４４を開いて電荷制限ダイオード１と直流電源
４５の接続を断ち、開閉器４３を一度閉じて放電を行
う。
て行い、遮断は開閉器４３が開いている状態で、遮断器
４１を開いて行う。第２の実施例と同様に過渡電流が電
荷制限ダイオード１に吸収され、この電流が減少した後
に開閉器４４を開いて電荷制限ダイオード１と直流電源
４５の接続を断ち、開閉器４３を一度閉じて放電を行
う。
【００２６】図１３は第４の実施例の回路図を示し、電
荷制限ダイオード１には並列に、遮断器５１と抵抗器５
２とが接続され、カソード１ｋには開閉器５３の可動接
点５３ｂが結線されている。以上の構成の直流遮断器に
は、開閉器５３の固定接点５３ａに直流電源５４の正極
が接続され、電荷制限ダイオード１のアノード１ａには
負荷５５の正極入力が接続されており、直流電源５４の
負極が負荷５５の負極入力に接続されている。
荷制限ダイオード１には並列に、遮断器５１と抵抗器５
２とが接続され、カソード１ｋには開閉器５３の可動接
点５３ｂが結線されている。以上の構成の直流遮断器に
は、開閉器５３の固定接点５３ａに直流電源５４の正極
が接続され、電荷制限ダイオード１のアノード１ａには
負荷５５の正極入力が接続されており、直流電源５４の
負極が負荷５５の負極入力に接続されている。
【００２７】負荷５５に電力を供給する際は投入前に遮
断器５１を閉じ、次に開閉器５３を閉じる。遮断する際
は先ず遮断器５１を開き、一定の時間後に開閉器５３を
開く。
断器５１を閉じ、次に開閉器５３を閉じる。遮断する際
は先ず遮断器５１を開き、一定の時間後に開閉器５３を
開く。
【００２８】この回路でも、遮断時の過渡期間の電流は
殆ど電荷制限ダイオード１に吸収され、遮断器５１の絶
縁が充分になった後にその電圧が急峻に上昇する。この
電圧が開閉器５３での遮断が行える程度に上昇したら、
開閉器５３を開いて遮断を完了する。このとき、第３の
実施例と異なることは、開閉器５３を開く際には必ず抵
抗器５２を経て電流が流れているということで、そのた
めこの開閉器５３には僅かながら遮断能力も要求され
る。開閉器５３を開いた後は、電荷制限ダイオード１に
蓄積された電荷が抵抗器５２を通して放電される。抵抗
器５２による電力損失を減少させるために、遮断器５１
を開いた後は電流が充分に減り次第、早めに開閉器５３
を開くものとする。このような構成においては、開閉器
の数が１個少ないため、前記実施例よりも操作が簡略化
される。
殆ど電荷制限ダイオード１に吸収され、遮断器５１の絶
縁が充分になった後にその電圧が急峻に上昇する。この
電圧が開閉器５３での遮断が行える程度に上昇したら、
開閉器５３を開いて遮断を完了する。このとき、第３の
実施例と異なることは、開閉器５３を開く際には必ず抵
抗器５２を経て電流が流れているということで、そのた
めこの開閉器５３には僅かながら遮断能力も要求され
る。開閉器５３を開いた後は、電荷制限ダイオード１に
蓄積された電荷が抵抗器５２を通して放電される。抵抗
器５２による電力損失を減少させるために、遮断器５１
を開いた後は電流が充分に減り次第、早めに開閉器５３
を開くものとする。このような構成においては、開閉器
の数が１個少ないため、前記実施例よりも操作が簡略化
される。
【００２９】図１４は電荷制限ダイオード１’の他の実
施例を示し、この電荷制限ダイオード１’は先の実施例
における不純物濃度の低いＰ型である中間層７を無くし
たものである。この場合に、逆方向電圧Vrが閾値電圧Vt
h を超えると、中間層８内に空乏層が広がることにより
接合容量が急激に小さくなる。このような構造において
も、先の実施例の電荷制限ダイオード１と同等の機能が
実現でき、かつ高不純物濃度の層が低不純物濃度の層の
外側にあるために、先の実施例のものより製造が容易で
ある。何故なら、低不純物濃度の基板の外側に高不純物
濃度の層を形成することは容易であり、合金法などで通
常行われているが、その逆の構造は製造が困難であるか
らである。
施例を示し、この電荷制限ダイオード１’は先の実施例
における不純物濃度の低いＰ型である中間層７を無くし
たものである。この場合に、逆方向電圧Vrが閾値電圧Vt
h を超えると、中間層８内に空乏層が広がることにより
接合容量が急激に小さくなる。このような構造において
も、先の実施例の電荷制限ダイオード１と同等の機能が
実現でき、かつ高不純物濃度の層が低不純物濃度の層の
外側にあるために、先の実施例のものより製造が容易で
ある。何故なら、低不純物濃度の基板の外側に高不純物
濃度の層を形成することは容易であり、合金法などで通
常行われているが、その逆の構造は製造が困難であるか
らである。
【００３０】このように、接合面２の両側に不純物濃度
の高い薄層を設け、その少なくとも一方の外側に不純物
濃度の低い層を設けた電荷制限ダイオード１、１’は、
逆電圧を印加する場合に図３に示すような非線形特性を
示すため、回路遮断時の過渡電流の吸収に有効である。
の高い薄層を設け、その少なくとも一方の外側に不純物
濃度の低い層を設けた電荷制限ダイオード１、１’は、
逆電圧を印加する場合に図３に示すような非線形特性を
示すため、回路遮断時の過渡電流の吸収に有効である。
【００３１】なお、上述の実施例では電極１１、１２の
内側に不純物濃度の特に高い外層９、１０を設けたが、
オーム性接触が得られればこれらを除いてもよい。ま
た、内層３、４又は中間層７、８は互いに濃度が等しく
なくてもよい。また、内層３、４の厚さは必ずしも等し
くなくてもよいが、接合容量Cjの初期値を大きくするた
めには同等にすることが好ましい。そして、内層３、４
と中間層７、８の境界面５、６は明確なものでなくても
よく、つまり境界面５、６の近傍における不純物の濃度
差が充分であれば、連続的な濃度変化をするものとして
もよい。
内側に不純物濃度の特に高い外層９、１０を設けたが、
オーム性接触が得られればこれらを除いてもよい。ま
た、内層３、４又は中間層７、８は互いに濃度が等しく
なくてもよい。また、内層３、４の厚さは必ずしも等し
くなくてもよいが、接合容量Cjの初期値を大きくするた
めには同等にすることが好ましい。そして、内層３、４
と中間層７、８の境界面５、６は明確なものでなくても
よく、つまり境界面５、６の近傍における不純物の濃度
差が充分であれば、連続的な濃度変化をするものとして
もよい。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る直流遮
断器は、遮断器の過渡電流を前述のＰＮ接合ダイオード
に吸収し、遮断を容易にするとともに、吸収する電流が
急峻に減少することにより遮断の完了が速い。
断器は、遮断器の過渡電流を前述のＰＮ接合ダイオード
に吸収し、遮断を容易にするとともに、吸収する電流が
急峻に減少することにより遮断の完了が速い。
【図１】電荷制限ダイオードの構成図である。
【図２】不純物濃度分布の説明図である。
【図３】接合容量と電圧の特性図である。
【図４】遅延機能を有する回路図である。
【図５】入出力電圧の過渡応答の説明図である。
【図６】遅延機能を有する回路図である。
【図７】入出力電圧の過渡応答の説明図である。
【図８】遅延機能を有する回路図である。
【図９】入出力電圧の過渡応答の説明図である。
【図１０】第１の実施例の回路図である。
【図１１】第２の実施例の回路図である。
【図１２】第３の実施例の回路図である。
【図１３】第４の実施例の回路図である。
【図１４】実施例の電荷制限ダイオードの構成図であ
る。
る。
１、１’ 電荷制限ダイオード ２ 接合面 ３、４ 内層 ５、６ 境界面 ７、８ 中間層 ９、１０ 外層 １１、１２ 電極 ２５、３２、４５、５４ 直流電源 ２１、２３、４３、４４、５３ 開閉器 ２２、４２、５２、抵抗器 ２４、３１、４１、５１ 遮断器 ２６、３３、４６、５５ 負荷
Claims (5)
- 【請求項１】 ＰＮ接合面を挟むＰ、Ｎ両領域の薄い部
分の不純物濃度を略ステップ状に高くし、前記薄い部分
に隣接する外側の領域のうち少なくとも一方の不純物濃
度を低くしたＰＮ接合ダイオードを電気的接続を断にす
る遮断器に並列に接続したことを特徴とする直流遮断
器。 - 【請求項２】 前記ＰＮ接合ダイオードと直列に開閉器
を挿入した請求項１に記載の直流遮断器。 - 【請求項３】 前記ＰＮ接合ダイオードに並列に第２の
開閉器と負荷との直列回路を接続した請求項２に記載の
直流遮断器。 - 【請求項４】 前記ＰＮ接合ダイオードを前記遮断器に
並列に接続したものに直列に第２の遮断器を接続して構
成された請求項１に記載の直流遮断器。 - 【請求項５】 開閉器と負荷とを直列に接続しものを前
記ＰＮ接合ダイオードに並列に接続した請求項４に記載
の直流遮断器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03349151A JP3140819B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 直流遮断器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03349151A JP3140819B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 直流遮断器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05159670A true JPH05159670A (ja) | 1993-06-25 |
| JP3140819B2 JP3140819B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=18401823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03349151A Expired - Fee Related JP3140819B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 直流遮断器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3140819B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008270171A (ja) * | 2007-02-07 | 2008-11-06 | Yyl:Kk | 限流遮断器 |
-
1991
- 1991-12-06 JP JP03349151A patent/JP3140819B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008270171A (ja) * | 2007-02-07 | 2008-11-06 | Yyl:Kk | 限流遮断器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3140819B2 (ja) | 2001-03-05 |
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