JPH09147733A - 半導体電力変換装置 - Google Patents
半導体電力変換装置Info
- Publication number
- JPH09147733A JPH09147733A JP7310289A JP31028995A JPH09147733A JP H09147733 A JPH09147733 A JP H09147733A JP 7310289 A JP7310289 A JP 7310289A JP 31028995 A JP31028995 A JP 31028995A JP H09147733 A JPH09147733 A JP H09147733A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuse
- fuses
- parallel
- conversion device
- power conversion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Power Conversion In General (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ヒューズの自然溶断や事故時の電力変換装置の
保護に問題を生じない大電力の半導体電力変換装置を実
現すること。 【解決手段】半導体素子に直列接続されるヒューズを内
蔵し複数のヒューズを並列接続してなる大電力の半導体
電力変換装置において、並列接続されたヒューズのそれ
ぞれの周囲に磁性体を配置する。 【効果】並列接続されたヒューズそれぞれはほぼ同じイ
ンピーダンスとすることができ複数のヒューズに流れる
電流はバランスするため、ヒューズの自然溶断や事故時
の電力変換装置の保護に問題を生じない大電力の半導体
電力変換装置を実現できる。
保護に問題を生じない大電力の半導体電力変換装置を実
現すること。 【解決手段】半導体素子に直列接続されるヒューズを内
蔵し複数のヒューズを並列接続してなる大電力の半導体
電力変換装置において、並列接続されたヒューズのそれ
ぞれの周囲に磁性体を配置する。 【効果】並列接続されたヒューズそれぞれはほぼ同じイ
ンピーダンスとすることができ複数のヒューズに流れる
電流はバランスするため、ヒューズの自然溶断や事故時
の電力変換装置の保護に問題を生じない大電力の半導体
電力変換装置を実現できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子に直列接
続されるヒューズを内蔵する半導体電力変換装置に係
り、特に大電力の変換装置で複数のヒューズを並列接続
して用いる場合に好適な半導体電力変換装置に関する。
続されるヒューズを内蔵する半導体電力変換装置に係
り、特に大電力の変換装置で複数のヒューズを並列接続
して用いる場合に好適な半導体電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴ
Ｏ）などの半導体素子を用いた電力変換装置の大容量化
が進んでいる。これらの電力変換装置では事故時の過電
流保護が必要であり、特開平6−78561号公報などに記載
されるように半導体素子と直列にヒューズが接続され
る。このヒューズは電力変換装置に異常が生じ、電力変
換装置内の直流回路が短絡した場合の事故電流を遮断
し、事故回路を切り離すために設けられている。ところ
で、近年の電力変換装置の大容量化に伴い用いられる半
導体素子の電流容量も大きなものになっているため、ヒ
ューズも大電流定格のものが求められる。しかし、単独
で大容量のヒューズが無いため、複数のヒューズを並列
接続して用いることが一般に行われている。この場合並
列接続ヒューズ間の電流バランスをとることが重要であ
り、並列接続するヒューズの抵抗値を合わせることが一
般に行われている。
Ｏ）などの半導体素子を用いた電力変換装置の大容量化
が進んでいる。これらの電力変換装置では事故時の過電
流保護が必要であり、特開平6−78561号公報などに記載
されるように半導体素子と直列にヒューズが接続され
る。このヒューズは電力変換装置に異常が生じ、電力変
換装置内の直流回路が短絡した場合の事故電流を遮断
し、事故回路を切り離すために設けられている。ところ
で、近年の電力変換装置の大容量化に伴い用いられる半
導体素子の電流容量も大きなものになっているため、ヒ
ューズも大電流定格のものが求められる。しかし、単独
で大容量のヒューズが無いため、複数のヒューズを並列
接続して用いることが一般に行われている。この場合並
列接続ヒューズ間の電流バランスをとることが重要であ
り、並列接続するヒューズの抵抗値を合わせることが一
般に行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＧＴＯなどの自己遮断
能力を持つ半導体素子を用いた電力変換装置では、半導
体素子がターンオフする時に発生する電圧を抑制するた
めにスナバ回路と称するコンデンサを用いた回路が半導
体素子と並列に接続されている。このため半導体素子に
直列に接続されるヒューズには、半導体素子のスイッチ
動作時にスナバ回路に流れる電流も流れることになる。
このスナバ回路に流れる電流はピーク値の大きな高周波
成分をもつ電流であり、これが並列接続されたヒューズ
に流れると高周波であるためにヒューズの自己インダク
タンスと並列接続されたヒューズ間及びヒューズへの接
続バーの相互インダクタンスによるインピーダンスがヒ
ューズの抵抗値よりも大きくなり、ヒューズの抵抗値を
揃えても並列ヒューズ間の電流バランスがとれないとい
う問題を生じる。電流がバランスしないと特定のヒュー
ズに電流が集中しこのヒューズが自然溶断する問題が生
じ、自然溶断を防止するためにヒューズの並列数を増加
したり溶断しにくいヒューズを用いたりすると事故時の
電力変換装置の保護がとりにくいという問題を生じる。
能力を持つ半導体素子を用いた電力変換装置では、半導
体素子がターンオフする時に発生する電圧を抑制するた
めにスナバ回路と称するコンデンサを用いた回路が半導
体素子と並列に接続されている。このため半導体素子に
直列に接続されるヒューズには、半導体素子のスイッチ
動作時にスナバ回路に流れる電流も流れることになる。
このスナバ回路に流れる電流はピーク値の大きな高周波
成分をもつ電流であり、これが並列接続されたヒューズ
に流れると高周波であるためにヒューズの自己インダク
タンスと並列接続されたヒューズ間及びヒューズへの接
続バーの相互インダクタンスによるインピーダンスがヒ
ューズの抵抗値よりも大きくなり、ヒューズの抵抗値を
揃えても並列ヒューズ間の電流バランスがとれないとい
う問題を生じる。電流がバランスしないと特定のヒュー
ズに電流が集中しこのヒューズが自然溶断する問題が生
じ、自然溶断を防止するためにヒューズの並列数を増加
したり溶断しにくいヒューズを用いたりすると事故時の
電力変換装置の保護がとりにくいという問題を生じる。
【０００４】本発明の目的は、ヒューズの自然溶断や事
故時の電力変換装置の保護に問題を生じない大電力の半
導体電力変換装置を実現することにある。
故時の電力変換装置の保護に問題を生じない大電力の半
導体電力変換装置を実現することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では上記電流アンバランスの原因が並列接続
されたヒューズ間及びヒューズへの接続バーの相互イン
ダクタンスであることに着目し、相互インダクタンスに
比べ自己インダクタンスを大きくするため、並列接続さ
れたヒューズのそれぞれの周囲に磁気シールドを行うた
めの磁性体を配置した。
め、本発明では上記電流アンバランスの原因が並列接続
されたヒューズ間及びヒューズへの接続バーの相互イン
ダクタンスであることに着目し、相互インダクタンスに
比べ自己インダクタンスを大きくするため、並列接続さ
れたヒューズのそれぞれの周囲に磁気シールドを行うた
めの磁性体を配置した。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１に本発明による大電力の半導
体電力変換装置の並列接続されたヒューズとその周囲に
磁性体を配置した一実施例を示す。
体電力変換装置の並列接続されたヒューズとその周囲に
磁性体を配置した一実施例を示す。
【０００７】本例ではヒューズ２１，２２，２３を３本
平行に並べて並列接続したものを例に説明する。四角柱
状のヒューズの両端にある電極５は接続ボルト６などで
導体１に接続される。図のようにヒューズの両電極に接
続される導体を互いに反対方向に引き出すことはヒュー
ズの電流バランスをとる方法として一般に行われてい
る。この等価回路は図２に示すように、各ヒューズの内
部抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に直列にヒューズの内部インダ
クタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３が存在するばかりでなく、平
行に配置されたヒューズ相互間の相互インダクタンスＭ
１２，Ｍ２３，Ｍ１３が存在する。回路には接続導体の
インダクタンスＬＢ１，ＬＢ２及びこれらとヒューズ間
の相互インダクタンスなども存在するが、説明を簡単に
するためこれらの影響は無視して以下の説明をする。
平行に並べて並列接続したものを例に説明する。四角柱
状のヒューズの両端にある電極５は接続ボルト６などで
導体１に接続される。図のようにヒューズの両電極に接
続される導体を互いに反対方向に引き出すことはヒュー
ズの電流バランスをとる方法として一般に行われてい
る。この等価回路は図２に示すように、各ヒューズの内
部抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に直列にヒューズの内部インダ
クタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３が存在するばかりでなく、平
行に配置されたヒューズ相互間の相互インダクタンスＭ
１２，Ｍ２３，Ｍ１３が存在する。回路には接続導体の
インダクタンスＬＢ１，ＬＢ２及びこれらとヒューズ間
の相互インダクタンスなども存在するが、説明を簡単に
するためこれらの影響は無視して以下の説明をする。
【０００８】従来ヒューズに流れる電流の周波数成分が
あまり高くなかった用途ではヒューズの電流バランスは
抵抗分が支配的であり、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を合わせるこ
とによりバランスがとられていた。しかしながら近年の
半導体電力変換装置ではゲートターンオフサイリスタ
（ＧＴＯ）などが採用されるようになり、回路動作が高
周波大電力となりつつある。このためヒューズに高周波
電流を流すと抵抗分よりもインダクタンス分の影響をよ
り大きく受けるようになる。図１のようにヒューズを配
置した例ではそれぞれのヒューズには同一方向の電流が
流れるので相互インダクタンスは内部インダクタンスに
加算される方向に作用する。ここで隣同士の相互インダ
クタンスＭ１２，Ｍ２３に比べて離れているヒューズ間
の相互インダクタンスＭ１３は小さいので、電流は中央
に配置されたヒューズには流れにくくなりＩ１，Ｉ３よ
りもＩ２が小さくなり電流が均一に流れなくなる。これ
は周波数成分が高くなるほど顕著であり、ＧＴＯを用い
た電力変換装置でヒューズに流れるスナバ回路の充放電
電流のようなスパイク電流は両脇のヒューズに集中する
ことになり、特定のヒューズの寿命劣化が加速されるな
どの不具合を生じる。図１の実施例ではこれを解決する
ために、それぞれのヒューズの周りに磁性体３を配置し
支持材４によりこれを押さえている。磁性体３は珪素鋼
板などが用いられる。本例では珪素鋼板を４分割しヒュ
ーズの周りに配置しているが、これらの間には珪素鋼板
が磁気飽和するのを防ぐためにギャップを設ける。ギャ
ップの大きさと珪素鋼板の厚みはヒューズに流れる電流
の周波数成分に対してヒューズの抵抗値よりもこの磁性
体によるインダクタンスの影響が大きくなるように選定
する。このようにすれば磁性体のシールド効果により他
のヒューズからの相互インダクタンスの影響は軽減さ
れ、それぞれのヒューズに流れる電流はバランスする。
ここでは近接する他の導体からの影響について説明を省
略したが、本実施例によれば他の導体からの影響につい
てもシールド効果が得られるので、ヒューズに近接する
バーの構造の制約も緩和され、変換装置の設計も容易に
なる。
あまり高くなかった用途ではヒューズの電流バランスは
抵抗分が支配的であり、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を合わせるこ
とによりバランスがとられていた。しかしながら近年の
半導体電力変換装置ではゲートターンオフサイリスタ
（ＧＴＯ）などが採用されるようになり、回路動作が高
周波大電力となりつつある。このためヒューズに高周波
電流を流すと抵抗分よりもインダクタンス分の影響をよ
り大きく受けるようになる。図１のようにヒューズを配
置した例ではそれぞれのヒューズには同一方向の電流が
流れるので相互インダクタンスは内部インダクタンスに
加算される方向に作用する。ここで隣同士の相互インダ
クタンスＭ１２，Ｍ２３に比べて離れているヒューズ間
の相互インダクタンスＭ１３は小さいので、電流は中央
に配置されたヒューズには流れにくくなりＩ１，Ｉ３よ
りもＩ２が小さくなり電流が均一に流れなくなる。これ
は周波数成分が高くなるほど顕著であり、ＧＴＯを用い
た電力変換装置でヒューズに流れるスナバ回路の充放電
電流のようなスパイク電流は両脇のヒューズに集中する
ことになり、特定のヒューズの寿命劣化が加速されるな
どの不具合を生じる。図１の実施例ではこれを解決する
ために、それぞれのヒューズの周りに磁性体３を配置し
支持材４によりこれを押さえている。磁性体３は珪素鋼
板などが用いられる。本例では珪素鋼板を４分割しヒュ
ーズの周りに配置しているが、これらの間には珪素鋼板
が磁気飽和するのを防ぐためにギャップを設ける。ギャ
ップの大きさと珪素鋼板の厚みはヒューズに流れる電流
の周波数成分に対してヒューズの抵抗値よりもこの磁性
体によるインダクタンスの影響が大きくなるように選定
する。このようにすれば磁性体のシールド効果により他
のヒューズからの相互インダクタンスの影響は軽減さ
れ、それぞれのヒューズに流れる電流はバランスする。
ここでは近接する他の導体からの影響について説明を省
略したが、本実施例によれば他の導体からの影響につい
てもシールド効果が得られるので、ヒューズに近接する
バーの構造の制約も緩和され、変換装置の設計も容易に
なる。
【０００９】図３は本発明のヒューズの一実施例の断面
図を示す。本例ではヒューズ断面は四角形をしており、
内部には４つのヒューズエレメント７がヒューズボディ
９の各辺に平行して配置され並列接続されている。ヒュ
ーズエレメントとヒューズボディの間には消弧剤８が充
填されている。このような構成のヒューズが複数並列接
続されると、相互インダクタンスの作用によりヒューズ
エレメント間もまた電流不平衡を生じることになる。本
実施例ではヒューズボディの各辺の外側に磁性体３を密
着配置し、角部４か所に磁気飽和を防止するためのギャ
ップ１０を設けている。これらの磁性体をヒューズに密
着させるために磁性体の外側を支持材４で押さえてい
る。本実施例によれば、ヒューズ内部のエレメントと磁
性体の相対位置を同じにできるので、ヒューズ内部エレ
メントの電流分担も均一にできる。また、周囲に磁性体
が配置されるので、複数のヒューズを並列に接続しても
他のヒューズによる影響も受けにくいという効果があ
る。
図を示す。本例ではヒューズ断面は四角形をしており、
内部には４つのヒューズエレメント７がヒューズボディ
９の各辺に平行して配置され並列接続されている。ヒュ
ーズエレメントとヒューズボディの間には消弧剤８が充
填されている。このような構成のヒューズが複数並列接
続されると、相互インダクタンスの作用によりヒューズ
エレメント間もまた電流不平衡を生じることになる。本
実施例ではヒューズボディの各辺の外側に磁性体３を密
着配置し、角部４か所に磁気飽和を防止するためのギャ
ップ１０を設けている。これらの磁性体をヒューズに密
着させるために磁性体の外側を支持材４で押さえてい
る。本実施例によれば、ヒューズ内部のエレメントと磁
性体の相対位置を同じにできるので、ヒューズ内部エレ
メントの電流分担も均一にできる。また、周囲に磁性体
が配置されるので、複数のヒューズを並列に接続しても
他のヒューズによる影響も受けにくいという効果があ
る。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば、並列接続されたヒュー
ズそれぞれはほぼ同じインピーダンスとすることができ
複数のヒューズに流れる電流はバランスするため、ヒュ
ーズの自然溶断や事故時の電力変換装置の保護に問題を
生じない大電力の半導体電力変換装置を実現できる。
ズそれぞれはほぼ同じインピーダンスとすることができ
複数のヒューズに流れる電流はバランスするため、ヒュ
ーズの自然溶断や事故時の電力変換装置の保護に問題を
生じない大電力の半導体電力変換装置を実現できる。
【図１】本発明による大電力の半導体電力変換装置の並
列接続されたヒューズとその周囲に磁性体を配置した一
実施例を示す配置図。
列接続されたヒューズとその周囲に磁性体を配置した一
実施例を示す配置図。
【図２】本発明の動作を説明するための等価回路図。
【図３】本発明のヒューズの一実施例を示す断面図。
１…接続導体、３…磁性体、４…支持材、５…ヒューズ
の電極、６…接続ボルト、７…ヒューズエレメント、８
…消弧剤、９…ヒューズボディ、１０…ギャップ、２
１，２２，２３…ヒューズ。
の電極、６…接続ボルト、７…ヒューズエレメント、８
…消弧剤、９…ヒューズボディ、１０…ギャップ、２
１，２２，２３…ヒューズ。
Claims (5)
- 【請求項１】半導体素子に直列接続されるヒューズを内
蔵し、複数のヒューズを並列接続してなる大電力の半導
体電力変換装置において、並列接続された前記複数のヒ
ューズのそれぞれの周囲に磁性体を配置したことを特徴
とする半導体電力変換装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の半導体電力変換装置にお
いて、前記複数のヒューズのそれぞれの周囲に配置した
前記磁性体を分割配置し、磁気飽和を防止するためのギ
ャップを設けたことを特徴とする半導体電力変換装置。 - 【請求項３】請求項２に記載の半導体電力変換装置にお
いて、前記ギャップの大きさと前記磁性体の厚みを、前
記ヒューズに流れる電流の周波数成分に対して、前記ヒ
ューズの抵抗値よりも前記磁性体のインダクタンスによ
るインピーダンスの方が大きくなるように選定したこと
を特徴とする半導体電力変換装置。 - 【請求項４】請求項１ないし請求項３に記載の半導体電
力変換装置において、前記ヒューズは角柱状の形状と
し、内部のヒューズエレメントを各辺に平行に４分割配
置し、前記磁性体をヒューズのボディの各辺に密着配置
し、前記磁性体のギャップを角部に設けたことを特徴と
する半導体電力変換装置。 - 【請求項５】半導体保護用ヒューズであって、ボディが
角柱状の形状であり、内部のヒューズエレメントを前記
ボディの各辺に平行に４分割配置し、磁性体を前記ボデ
ィの各辺に密着配置し、前記磁性体のギャップを前記ボ
ディの角部に設けたことを特徴とする半導体保護用ヒュ
ーズ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7310289A JPH09147733A (ja) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | 半導体電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7310289A JPH09147733A (ja) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | 半導体電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09147733A true JPH09147733A (ja) | 1997-06-06 |
Family
ID=18003436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7310289A Pending JPH09147733A (ja) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | 半導体電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09147733A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11220888A (ja) * | 1998-01-30 | 1999-08-10 | Mitsubishi Electric Corp | インバータ装置 |
| JP2009152151A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | ヒューズ及び半導体電力変換装置 |
| JP2015503893A (ja) * | 2011-12-29 | 2015-02-02 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | ヒューズ保護を有するインバータおよび電力システム |
-
1995
- 1995-11-29 JP JP7310289A patent/JPH09147733A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11220888A (ja) * | 1998-01-30 | 1999-08-10 | Mitsubishi Electric Corp | インバータ装置 |
| JP2009152151A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | ヒューズ及び半導体電力変換装置 |
| JP2015503893A (ja) * | 2011-12-29 | 2015-02-02 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | ヒューズ保護を有するインバータおよび電力システム |
| US9553443B2 (en) | 2011-12-29 | 2017-01-24 | General Electric Company | Inverter and power system with fuse protection |
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