JPH0628949Y2 - ゲ−トタ−ンオフ・サイリスタのゲ−ト電源回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はゲートターンオフ・サイリスタ（以下、ＧＴＯ
と称する。）のゲート駆動用電源回路の改良に関するも
のである。

一般に、自己消弧機能を有するサイリスタとして知られ
るＧＴＯは、自己消弧に失敗すると破壊されてアノー
ド，カソード間が短絡状態となるとともに、ゲート，カ
ソード間も短絡状態となる。このために、ＧＴＯのゲー
ト駆動用電源が、ＧＴＯをオン，オフ制御するためのゲ
ート信号を作成する回路、所謂、ゲート駆動回路を通し
て短絡されることとなり、該ゲート駆動回路及びゲート
電源回路に過大電流が流れるので、その状態のまま放置
すると上記各回路の部品が破壊又は焼損するおそれがあ
る。そこで、ＧＴＯが短絡破壊した場合に、それを速や
かに検出してゲート電源を遮断するような対策が必要で
ある。

第１図は従来のＧＴＯのゲート電源回路、ゲート駆動回
路、及びＧＴＯの配列接続を示したものである。同図に
おいて、１はゲート電源回路で、この回路１はゲート駆
動回路２と共に絶縁トランス３に縦続接続されており、
ゲート駆動回路２の出力端がＧＴＯ４のゲート及びカソ
ードに接続されている。絶縁トランス３には、通常、電
圧変動が最大でも２０％程度の交流電源が接続されてい
る。ゲート電源回路１は、整流回路１１と定電圧回路１
２の縦続接続回路と、定電圧回路１２の出力側に並列接
続された電圧検出器１３とからなっている。ゲート駆動
回路２は、その制御信号入力端に外部よりのゲート制御
信号Ｓを受けてＧＴＯ４を導通又は阻止状態にするゲー
ト信号を発する回路である。

第２図は上記のゲート駆動回路２の一般的に使用されて
いる回路構成の一例を示したもので、トランジスタ２１
のコレクタとサイリスタ２３のアノードを直流正電圧入
力端（＋）に、またトランジスタ２２のコレクタとサイ
リスタ２４のカソードを直流負電圧入力端（−）にそれ
ぞれ接続し、トランジスタ２１のエミッタをサイリスタ
２４のアノードに、サイリスタ２３のカソードをトラン
ジスタ２２のエミッタにそれぞれ接続してある。そし
て、トランジスタ２１のエミッタをＧＴＯ４のゲート
に、トランジスタ２２のエミッタをＧＴＯ４のカソード
にそれぞれ接続してある。

第２図のゲート駆動回路２は、図示していない外部より
の制御信号をトランジスタ２１，２２の各ベースに加え
て両トランジスタを導通させることにより、該両トラン
ジスタを通ってＧＴＯ４のゲートよりカソードに向いＧ
ＴＯ４の点弧電流が流れてＧＴＯ４が導通する。また、
図示していない外部よりの制御信号によりトランジスタ
２１，２２を阻止状態とし、サイリスタ２３，２４を点
弧することにより、該両サイリスタを通って図示の破線
で示した経路でＧＴＯ４の消弧電流が流れてＧＹＯ４が
阻止状態になる。この阻止状態では、ＧＴＯ４のゲー
ト，カソード間のインピーダンスが高くなるので、前記
の消弧電流は流れなくなって、サイリスタ２３，２４は
自然消弧される。

上記のような動作をするゲート駆動回路２を用いた場
合、もしＧＴＯ４が消弧動作に失敗して短絡破壊される
と、そのゲート，カソード間が短絡状態のままとなるの
で、前記の消弧電流が流れ続けることとなってサイリス
タ２３，２４は消弧されない。このために、第１図のゲ
ート電源回路１には、ゲート駆動回路２を通して電源短
絡電流が流れることとなる。この短絡電流が流れ続ける
と、ゲート電源回路１及びゲート駆動回路２の部品を破
壊又は焼損させるに至る。

上記のような欠点を無くするためには、ＧＴＯ４の短絡
を速やかに検出して、その検出信号によりＧＴＯのゲー
ト電源回路１を遮断すればよい。このＧＴＯ４の短絡検
出手段として前記の電圧検出器１３が設けられている
が、この電圧検出器１３は、ＧＴＯ４のゲート，カソー
ド間の短絡によるゲート電源回路１の出力電圧の低下
と、通常の運転停止操作時における絶縁トランス３の１
次側オフ（通電停止）による該電源回路１の出力電圧低
下とに対して同様な感応動作をしないように、該ゲート
電源回路１の出力電圧低下の正常，異常を弁別する弁別
回路が必要となる欠点があった。

本考案の目的は、ゲート電源回路の出力電圧低下の正
常，異常を弁別する弁別回路を必要とせず、通常の運転
操作を支障なく行わせることができる構造簡単なＧＴＯ
のゲート電源回路を提供することにある。

以下、本考案の実施例を図面により詳細に説明する。第
３図は本考案に係るゲートターンオフ・サイリスタのゲ
ート電源回路の一実施例を示したものである。本実施例
においても、絶縁トランス３は従来と同様に電圧変動が
最大でも２０％程度の交流電源から電力供給を受けるよ
うになっている。該絶縁トランス３の出力側に接続され
たＧＴＯのゲート電源回路１は、整流回路１１の出力側
に縦続接続された定電圧回路１２に対して、その入力側
と出力側との間に、フォトカップラ１４と所定の大きさ
の電圧を受けて導通するツエナーダイオード１５と限流
抵抗１６との直列接続回路からなるバイパス回路１７を
接続してある。上記のフォトカップラ１４は、フォトト
ランジスタ１４ａと発光ダイオード１４ｂとを一つのケ
ースの中に組み込んだもので、双方の電極回路間の絶縁
が高いものである。上記のフォトトランジスタ１４ａの
コレクタ，エミッタは図示しない電源回路断路手段又は
短絡事故表示手段の駆動回路に接続される。ゲート電源
回路１の出力側はゲート駆動回路２を介してＧＴＯ４の
ゲート，カソード間に接続されている。

上記のゲート電源回路１は、ＧＴＯ４が正常に動作して
いる時は所定の定電圧の直流出力をゲート駆動回路２へ
供給しており、定電圧回路１２の入，出力端間の電位差
は上記出力電圧の約１０〜２０％程度の小電圧になって
いて、ツエナーダイオード１５は阻止状態にあり、バイ
パス回路１７には電流が流れないようになっている。従
って、この場合はフォトカップラ１４のトランジスタ１
４ａからは何らの信号も出力されない。

これに対して、ＧＴＯ４が短絡事故を起してそのゲー
ト，カソード間が短絡された場合には、ゲート電源回路
１の出力がゲート駆動回路２を通して短絡されるため、
定電圧回路１２の入，出力端間に整流電源１１の出力電
圧の略８０〜９０％程度の大きさの電圧が生ずることと
なる。この電圧はツエナーダイオード１５のツエナー電
圧以上の大きさになるので、該ツエナーダイオード１５
が導通して短絡電流はバイパス回路１７に側流される。
これにより、フォトカップラ１４の発光ダイオード１４
ｂが発光して、その光を受けたフォトトランジスタ１４
ａが導通状態になる。このトランジスタ１４ａはダイオ
ード１４ｂから電気的に十分絶縁されているので、トラ
ンジスタ１４ａを用いた二次回路を構成することによ
り、ゲート電源回路１から絶縁された二次回路に短絡検
出信号を送出できる。そこで、この短絡検出信号により
二次回路を駆動してゲート電源回路１を遮断したり、絶
縁トランス３の入力側に一般に用いられているインバー
タ装置の動作を停止させたり、更に複数のＧＴＯのうち
のいずれが短絡したかを弁別するための故障診断表示を
行なわせたりすることができる。

一方、絶縁トランス３の１次側オフ（通電停止）による
電圧低下時には、整流電源１１の出力電圧が低下するの
で、ツエナーダイオード１５が導通しない。このためゲ
ート電源回路１の出力電圧低下の正常，異常の判別を該
ツエナーダイオード１５で行うことができる。

従って、このようなＧＴＯのゲート電源回路によれば、
従来に比べて簡単な回路構成であるにも拘らず、通常の
運転操作を支障なく行わせることができる。

第４図は本考案の他の実施例を示したもので、第３図の
回路と同一部分には同符号を付してその説明を省略す
る。本実施例では、３端子レギュレータ１２１、安定化
コンデンサ１２２，１２３，１２４、及び過電流保護用
抵抗１２５により定電圧回路１２′が構成されていて、
レギュレータ１２１の入，出力端間にフォトカップラ１
４とツエナーダイオード１５を直列接続してなるバイパ
ス回路１７′を接続したものである。

本実施例の動作は第３図の実施例の動作と同様であるか
ら詳細な説明は省略する。

第５図は、第４図に示した定電圧回路１２′で用いてい
る市販の３端子レギュレータ１２１の回路例を示したも
のである。該３端子レギュレータ１２１は、入力側には
入力端子Ｉ，IIIを備え、出力側には出力端子II，IIIを
備え、端子Ｉ，II間にはトランジスタ２５のコレクタ，
ミッタ間と抵抗２６との直列回路が接続され、トランジ
スタ２５のコレクタ，ベース間にはトランジスタ２７の
コレクタ，エミッタ間が接続され、トランジスタ２７の
ベースと端子III間には、定電圧制御回路２８が接続さ
れ、抵抗２６の両端の電圧は電圧検出ライン２９ａ，２
９ｂで定電圧制御回路２８に入力されるようになってい
る。

このような３端子レギュレータにおいては、通常時は出
力端子II，III間が一定電圧になるように定電圧制御回
路２８により、トランジスタ２７のベース電流を制御す
る。トランジスタ２７のエミッタ電流がトランジスタ２
５のベース電流となっているため、トランジスタ２７の
ベース電流を制御することは、トランジスタ２５のベー
ス電流を制御することになる。トランジスタ２５の導通
状態を変えることにより、該トランジスタ２５のコレク
タ，エミッタ間電圧が変り、それによって入力電圧が変
化しても出力電圧を一定に制御することができる。

この場合、抵抗器２６は３端子レギュレータ１２１の出
力電流を検出するためのものである。該抵抗器２６に過
電流が流れると、該抵抗器２６の両端間に発生する電圧
を定電圧制御回路２８で検出し、トランジスタ２７のベ
ース電流を小さく絞ることにより、トランジスタ２５の
コレクタ，エミッタ間電圧を大きくして３端子レギュレ
ータ１２１の出力電圧を低める如く動作する。これによ
り、出力側の過電流を抑制動作する。

定電圧制御回路２８の内部構成は省略するが、抵抗器２
６で検出された検出電圧を該定電圧制御回路２８内の基
準電圧（例えば、ツエナーダイオードのアノード，カソ
ード間電圧）と比較して、検出電圧が基準電圧よりも高
ければトランジスタ２７及び２５のコレクタ，エミッタ
間電圧を大きくして検出電圧の上昇を妨げ、また検出電
圧が基準電圧よりも低ければトランジスタ２７及び２５
のコレクタ，エミッタ間電圧を小さくして、検出電圧の
低下を妨げ、いずれの場合も検出電圧即ち３端子レギュ
レータ１２１の出力電圧を一定電圧にするように、トラ
ンジスタ２７のベース電流を制御する。

このように動作する３端子レギュレータ１２１で出力端
子II，III間が短絡されると、該入力端子Ｉ，III間の電
圧が全部端子Ｉ，II間のトランジスタ２５及び抵抗器２
６に印加されることになる。この電圧が前述したように
ツエナーダイオード１５のツエナー電圧以上の大きさに
なるので、該ツエナーダイオード１５が導通して短絡電
流がバイパス回路１７に側流され、フォトカップラ１４
が作動し、前述した如き保護動作等がなされることにな
る。

このような３端子レギュレータ１２１では、電源電圧が
異常に上昇した場合には、同様の動作をして保護動作等
が行われる。

なお、前記の各実施例は絶縁トランス３の２次巻線が１
個の場合について述べたが、該トランスの２次巻線を複
数個設けて、各２次巻線に前記のようなゲート電源回路
をそれぞれ接続して、複数個のＧＴＯのゲート駆動を行
なうようにしてもよい。また、前記の各実施例で用いた
ツエナーダイオードに代えて、所定の大きさの電圧を受
けて導通するように配設したトランジスタを用いてもよ
い。

上記のように本考案のゲート電源回路は、該電源回路を
構成する定電圧回路の入力側と出力側との間に、フォト
カップラと所定の大きさの電圧を受けて導通する半導体
素子との直列接続回路を含むバイパス回路を設けたの
で、ＧＴＯが短絡した場合に定電圧回路の入，出力端間
に生ずる異常電圧により前記バイパス回路が遅延なく導
通して、ＧＴＯに流れる短絡電流を該バイパス回路に側
流させることができる。そして、バイパス回路のフォト
カップラより、ＧＴＯのゲート電源回路からは絶縁され
た短絡検出信号を送出することができる。

従って本考案によれば、従来のＧＴＯの短絡検出手段と
してゲート電源回路の出力電圧低下を検出する電圧検出
器を用いた場合のように、ゲート電源回路の出力電圧低
下の正常，異常を弁別する弁別回路を別に設ける必要が
なく、フォトカップラと所定の大きさの電圧を受けて導
通する半導体素子とを用いた簡単な回路構成によりＧＴ
Ｏの短絡検出を容易に確実に行なうことができる。そし
て、前記のフォトカップラより送出される短絡検出信号
により、ゲート電源回路からは絶縁された適宜の回路遮
断手段を駆動して短絡電流通電回路を遮断させることに
より、ゲート電源回路あるいはゲート駆動回路等の部品
の破壊，焼損を有効に防止することができる。更に、前
記の短絡検出信号を利用して、短絡したＧＴＯを判別す
るための故障診断を行なうことも容易にできる。即ち、
本考案によれば、信頼度が高く経済的で利用価値の高い
ＧＴＯの短絡検出器付きゲート電源回路を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＧＴＯのゲート駆動回路及びゲート電源回路の
従来の一例を示す接続図、第２図は一般的に使用されて
いるゲート駆動回路の構成例を示す回路図、第３図及び
第４図はそれぞれ本考案の異なる実施例をＧＴＯのゲー
ト駆動回路とともに示す接続図、第５図は第４図に示し
た定電圧回路で用いている３端子レギュレータの一例を
示す回路図である。 １……ゲート電源回路、２……ゲート駆動回路、４……
ＧＴＯ、１１……整流回路、１２，１２′……定電圧回
路、１４……フォトカップラ、１５……ツエナーダイオ
ード、１６……限流抵抗、１７，１７……バイパス回
路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源に接続される整流回路と該整流回
   路の出力側に接続された定電圧回路とを備えてゲートタ
   ーンオフ・サイリスタのゲートを駆動するゲート電源回
   路において、前記定電圧回路の入力側と出力側との間に
   フォトカップラと所定の大きさの電圧を受けて導通する
   半導体素子との直列接続回路を含むバイパス回路を設け
   たことを特徴とするゲートターンオフ・サイリスタのゲ
   ート電源回路。