JPH09251038A - 半導体スイッチ素子の電圧検出回路及びゲート駆動回路 - Google Patents

半導体スイッチ素子の電圧検出回路及びゲート駆動回路

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JPH09251038A
JPH09251038A JP5880696A JP5880696A JPH09251038A JP H09251038 A JPH09251038 A JP H09251038A JP 5880696 A JP5880696 A JP 5880696A JP 5880696 A JP5880696 A JP 5880696A JP H09251038 A JPH09251038 A JP H09251038A
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JP
Japan
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switch element
current
semiconductor switch
thyristor
light emitting
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JP5880696A
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English (en)
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Yutaka Sato
佐藤  裕
Ikuo Yamato
育男 大和
Ryuji Iyotani
隆二 伊予谷
Hidefumi Shirahama
秀文 白濱
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】サイリスタの電圧検出回路の検出感度を向上す
る。 【解決手段】サイリスタ11に印加される逆方向電圧に
より充電し、LED51にバイアス電流を供給するよう
にコンデンサ41を接続する。サイリスタに順方向電圧
が印加されるとこの電流に加えて抵抗21を流れる電流
がLED51に流れる。この二つに電流によりLEDが
発光し、その光を光ファイバ61により伝送し光電変換
手段71により電気信号に変換することにより電圧を検
出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体スイッチ素子
の電圧検出回路、及びゲート駆動回路、また本発明のゲ
ート駆動回路を適用した電力変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】大容量の電力変換器では、半導体スイッ
チ素子として一般にサイリスタを用いる。従って以下は
サイリスタを例にとって説明する。
【0003】サイリスタを用いた電力変換装置では、サ
イリスタのゲート駆動系の高効率化,高寿命化のため、
一般にサイリスタがオンすべき期間に順方向電圧が印加
されると、数十μs幅のパルス状ゲート信号を出力する
狭幅ゲート駆動方式を採用している。このためサイリス
タに順方向電圧が印加されたことを検出するために、電
圧検出回路が用いられる。従来の電圧検出回路として図
8に示す様な回路が知られている。サイリスタ11には
抵抗21及びツェナーダイオード31が並列接続されツ
ェナーダイオード31には抵抗22及びLED(発光ダ
イオード)51が並列に接続されている。サイリスタ1
1に順方向電圧が印加されるとLED51に電流が流れ
発光する。このLED51の発光を光ファイバ61で伝
送し、光電変換手段71にて電気信号に変換することに
より、サイリスタの順方向電圧を検出している。
【0004】またサイリスタのゲート駆動回路では一般
に、サイリスタの電圧検出回路を用い、サイリスタに順
電圧が印加されていることを示す電圧検出信号と、サイ
リスタがオンすべき期間を指定するオン信号の論理合成
をとりサイリスタを点弧させるための点弧パルスを発生
させている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記構成ではサイリス
タに印加される電圧が大きくなるほど、LEDに流れる
電流が増加し、LEDの発光量は大きくなる。そしてツ
ェナーダイオード31で決まるある値以上の電圧がサイ
リスタ11に印加されると、LEDに流れる電流が一定
となり、発光量も一定となる。LED51の発光を検出
し電気信号に変換する光電変換手段71は、一定量以上
の光が入力されないと光を検出できない。したがって、
電圧検出回路ではサイリスタにある一定値以上の電圧が
印加され、LED51が光電変換手段71の受光感度以
上の光を発光するまで電圧を検出できない。
【0006】また従来からの電圧検出回路を用いたサイ
リスタのゲート駆動回路ではある値以上の電圧がサイリ
スタに印加されるまで電圧を検出できない。このためサ
イリスタに印加される電圧が低下した場合等には、サイ
リスタがオンすべき期間であっても点弧パルスを発生さ
せることができず、安定に動作させることが困難であ
る。
【0007】本発明の目的は、より検出感度の高いサイ
リスタの電圧検出回路を提供することにある。
【0008】また本発明の他の目的はサイリスタの印加
電圧が低い場合でも安定に動作するサイリスタのゲート
駆動回路を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は電流が流れることにより光を出力する発光
手段と、前記発光手段から出力された光を検出し電気信
号を出力する光電変換手段と、サイリスタに印加される
順方向電圧の大きさに応じて前記発光手段に電流を通流
する第1の電流供給手段よりなる従来のサイリスタの電
圧検出回路において、前記発光手段に前記光電変換手段
の検出感度以下の発光量となる電流を通流する第2の電
流供給手段を設けた。
【0010】本発明によるサイリスタの電圧検出回路で
は、第2の電流供給手段から発光手段に電流が供給され
る。このためサイリスタに電圧が印加されると、第1電
流供給手段からのサイリスタに印加される電圧の大きさ
に応じた電流に加えて、第2の電流供給手段からもバイ
アス電流となる電流が、発光手段に供給される。したが
ってサイリスタに印加される電圧が低く第1電流供給手
段からの電流だけでは発光手段から光電変換手段の検出
感度以上の発光が得られないような場合でも、十分な発
光が得られ、電圧を検出することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。
【0012】図1に本発明の第1の実施例であるサイリ
スタの電圧検出回路の構成を示す。サイリスタ11には
抵抗21,22,23,ツェナーダイオード31,3
2,ダイオード33,34,コンデンサ41及びLED
51が図のように接続される。LED51の発光は光フ
ァイバ61により伝送され、光電変換手段71で電気信
号に変換される。
【0013】図2に本発明の第1の実施例である図1の
構成のサイリスタの電圧検出回路の動作説明図を示す。
同図には比較のため図7に示した従来技術の場合の動作
も示してある。サイリスタに逆方向電圧が印加されると
ダイオード33,34によりコンデンサ41はダイオー
ド33側が正にダイオード34側が負に充電される。充
電されたコンデンサ41は放電電流をバイアス電流とし
てLED51に供給する。サイリスタに順方向電圧が印
加されるとこの電流に加えて抵抗21を流れる電流がL
ED51に流れる。この二つに電流によりLEDが発光
し、その光を光ファイバ61により伝送し光電変換手段
71により電気信号に変換することにより電圧を検出す
る。コンデンサ41からのバイアス電流があるため、サ
イリスタ11に印加される順方向電圧が低くても電圧を
検出することができる。
【0014】これに比べ従来技術ではLED51には抵
抗21を流れる電流のみが流れるため、より高い電圧が
印加されないと検出できない。このように本発明により
電圧検出感度が大幅に向上できる。
【0015】この実施例では発光手段としてLEDを用
いたが、LEDの代わりにLD(レーザーダイオード)
を用いても同様の効果が得られる。またバイアス電流の
供給源としてコンデンサ41を用いたが,2次電池を用
いても同様な効果が得られる。
【0016】図3に本発明の第2の実施例であるサイリ
スタの電圧検出回路の構成を示す。サイリスタ11には
抵抗21,22,23,ツェナーダイオード31,3
2,ダイオード33,34,コンデンサ41及びLED
51が図のように接続される。サイリスタに逆方向電圧
が印加されるとダイオード33,34によりコンデンサ
41はダイオード33側が正にダイオード34側が負に
充電される。充電されたコンデンサ41は放電電流をバ
イアス電流としてLED51に供給する。サイリスタに
順方向電圧が印加されるとこの電流に加えて抵抗21を
流れる電流がLED51に流れる。この二つに電流によ
りLEDが発光し、その光を光ファイバ61により伝送
し光電変換手段71により電気信号に変換することによ
り電圧を検出する。コンデンサ41からのバイアス電流
があるため、サイリスタ11に印加される順方向電圧が
低くても検出することができる。
【0017】この実施例ではコンデンサ41からのバイ
アス電流は抵抗23だけを通りLED51に供給され
る。このためバイアス電流が抵抗22及び抵抗23を通
りLED51に供給される本発明の第1の実施例に比べ
回路定数の設定がより容易である。
【0018】またこの実施例では発光手段としてLED
を用いたが、LEDの代わりにLDを用いても同様の効
果が得られる。またバイアス電流の供給源としてコンデ
ンサ41を用いたが,2次電池を用いても同様な効果が
得られる。
【0019】図4に本発明の第3の実施例であるサイリ
スタのゲート駆動回路の構成を示す。サイリスタ11に
は抵抗21,22,23,ツェナーダイオード31,3
2,ダイオード33,34,コンデンサ41及びLED
51が図のように接続される。LED51の発光は光フ
ァイバ61により伝送され、光電変換手段71で電気信
号に変換される。この光電変換手段71からの電圧検出
信号と制御オン信号とのAND信号がAND回路72よ
り出力され、パルス発生装置73よりサイリスタの点弧
パルスが出力される。
【0020】図5に本発明の第3の実施例である図4の
構成のサイリスタのゲート駆動回路の動作説明図を示
す。サイリスタに逆方向電圧が印加されるとダイオード
33,34によりコンデンサ41はダイオード33側が
正にダイオード34側が負に充電される。充電されたコ
ンデンサ41は放電電流をバイアス電流としてLED51
に供給する。サイリスタに順方向電圧が印加されるとこ
の電流に加えて抵抗21を流れる電流がLED51に流
れる。この二つに電流によりLEDが発光し、その光は
光ファイバ61により伝送し光電変換手段71により電
気信号に変換される。コンデンサ41からのバイアス電
流があるため、サイリスタ11に印加される電圧が低く
ても、光電変換手段71より電圧ありの信号が出力され
る。AND回路72はこの光電変換手段71からの電圧
検出信号とサイリスタがオンすべき期間を示す制御オン
信号とのAND信号を出力し、パルス発生装置73はこ
の出力の立ち上がり時点にサイリスタの点弧パルスを出
力する。これによりサイリスタがオンすべき期間に、サ
イリスタに順方向電圧が印加されるとパルス発生装置7
3よりサイリスタの点弧パルスが出力される。
【0021】したがって、サイリスタに印加される順方
向電圧が低下した場合等でも、制御オン信号があると点
弧パルスが出力されサイリスタを点弧させることがで
き、サイリスタを安定に駆動することができる。
【0022】この実施例では発光手段としてLEDを用
いたが、LEDの代わりにLDを用いても同様の効果が
得られる。またバイアス電流の供給源としてコンデンサ
41を用いたが,2次電池を用いても同様な効果が得ら
れる。
【0023】本実施例において抵抗22は本発明の第1
の実施例と同様の配置としたが、本発明の第2の実施例
と同様の配置としても同様な効果が得られる。
【0024】本実施例ではサイリスタの点弧パルスはパ
ルスが必要な期間にのみ出力される。このためサイリス
タが光サイリスタである場合には特に、点弧のための発
光素子の負担を軽減することができ長寿命化,高信頼化
がはかれる。
【0025】図6に本発明の第4の実施例であるサイリ
スタ変換器の構成を示す。交流電源101にサイリスタ
スイッチ201〜206をブリッジ接続し、リアクトル
301,負荷401を接続する。またサイリスタスイッチ2
01〜206には本発明の第3の実施例であるサイリス
タのゲート駆動回路を有する。
【0026】サイリスタ変換器では、サイリスタスイッ
チの点弧角を制御することにより所定の負荷側出力が得
られるよう運転される。サイリスタスイッチは本発明の
第3の実施例であるサイリスタのゲート駆動回路を有す
るので、先に説明したようにサイリスタに印加される電
圧が低下した場合等でも、制御オン信号があると点弧パ
ルスが出力されサイリスタを点弧させることができ、シ
ステムを安定に運転することができる。
【0027】図7に本発明の第5の実施例であるサイリ
スタの電圧検出回路の構成を示す。サイリスタ11には
抵抗21,22,23,ツェナーダイオード31,3
2,ダイオード33,34,コンデンサ41及びLED
51が図のように接続される。サイリスタに順方向電圧
が印加されるとダイオード33,34によりコンデンサ
41はダイオード33側が正にダイオード34側が負に
充電される。充電されたコンデンサ41は放電電流をバ
イアス電流としてLED51に供給する。サイリスタに
逆方向電圧が印加されるとこの電流に加えて抵抗21を
流れる電流がLED51に流れる。この二つに電流によ
りLEDが発光し、その光を光ファイバ61により伝送
し光電変換手段71により電気信号に変換することによ
り電圧を検出する。コンデンサ41からのバイアス電流
があるため、サイリスタ11に印加される逆方向電圧が
低くても検出することができる。
【0028】この実施例では発光手段としてLEDを用
いたが、LEDの代わりにLDを用いても同様の効果が
得られる。またバイアス電流の供給源としてコンデンサ
41を用いたが,2次電池を用いても同様な効果が得ら
れる。
【0029】また、この実施例では抵抗22を図1に示
す本発明の第1の実施例と同様としたが、図2に示す本
発明の第2の実施例と同様としてもよい。
【0030】
【発明の効果】本発明のサイリスタの電圧検出回路で
は、コンデンサからバイアス電流をLEDに供給してい
る。このため従来に比べより低い電圧がサイリスタ11
に印加された時点で電圧を検出することができ、電圧検
出感度が向上できる。
【0031】また本発明によるサイリスタのゲート駆動
回路では、サイリスタに印加される電圧が低下した場合
等でも、制御オン信号があると点弧パルスが出力されサ
イリスタを点弧させることができ、サイリスタを安定に
駆動することができる。
【0032】また本発明によるサイリスタ変換器では、
サイリスタに印加される電圧が低下した場合等でも、制
御オン信号があると点弧パルスが出力されサイリスタを
点弧させることができ、システムを安定に動作すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例であるサイリスタの電圧
検出回路図。
【図2】本発明の第1の実施例であるサイリスタの電圧
検出回路図。
【図3】本発明の第2の実施例であるサイリスタの電圧
検出回路図。
【図4】本発明の第3の実施例であるサイリスタのゲー
ト駆動回路図。
【図5】本発明の第3の実施例であるサイリスタのゲー
ト駆動のタイミングチャート。
【図6】本発明の第4の実施例であるサイリスタ変換器
の回路図。
【図7】本発明の第5の実施例であるサイリスタの電圧
検出回路図。
【図8】従来技術によるサイリスタの電圧検出回路図。
【符号の説明】 11…サイリスタ、21〜23…抵抗、31,32…ツ
ェナーダイオード、33,34…ダイオード、41…コ
ンデンサ、51…LED、61…光ファイバ、71…光
電変換手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白濱 秀文 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体スイッチ素子のアノードとカソード
    端子間に接続され、電流が流れることにより光を出力す
    る発光手段と、前記発光手段から出力された光を検出し
    電気信号を出力する光電変換手段と、前記半導体スイッ
    チ素子に印加される順方向電圧の大きさに応じて前記発
    光手段に電流を通流する第1の電流供給手段よりなる半
    導体スイッチ素子の電圧検出回路において、前記発光手
    段に前記光電変換手段の検出感度以下の発光量となる電
    流を通流する第2の電流供給手段を設けたことを特徴と
    する半導体スイッチ素子の電圧検出回路。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記第2の電流供給手
    段内に電力蓄積手段を設け、半導体スイッチ素子に逆方
    向電圧が印加されている期間に前記電力蓄積手段に電力
    を蓄積し、蓄積した電力を放電することにより前記発光
    手段に電流を供給するようにした半導体スイッチ素子の
    電圧検出回路。
  3. 【請求項3】半導体スイッチ素子のアノードとカソード
    端子間に接続され、電流が流れることにより光を出力す
    る発光手段と、前記発光手段から出力された光を検出し
    電気信号を出力する光電変換手段と、前記半導体スイッ
    チ素子に印加される順方向電圧の大きさに応じて前記発
    光手段に電流を通流する第1の電流供給手段と、前記光
    電変換手段の出力と半導体スイッチ素子が点弧すべき期
    間を指定するオン信号とを論理合成する論理合成手段
    と、前記論理合成手段からの出力信号の立ち上がりある
    いは立ち下がり時点に半導体スイッチ素子の点弧パルス
    を発生するパルス発生手段よりなり、前記半導体スイッ
    チ素子のオン指定期間に順方向電圧が印加された時点で
    半導体スイッチ素子の点弧パルスを発生するように構成
    された半導体スイッチ素子のゲート駆動回路において、
    前記発光手段に前記光電変換手段の検出感度以下の発光
    量となる電流を通流する第2の電流供給手段を設けたこ
    と特徴とする半導体スイッチ素子のゲート駆動回路。
  4. 【請求項4】請求項3において、前記半導体スイッチ素
    子が光サイリスタである半導体スイッチ素子のゲート駆
    動回路。
  5. 【請求項5】半導体スイッチ素子のアノードとカソード
    端子間に接続され、電流が流れることにより光を出力す
    る発光手段と、前記発光手段から出力された光を検出し
    電気信号を出力する光電変換手段と、前記半導体スイッ
    チ素子に印加される逆方向電圧の大きさに応じて前記発
    光手段に電流を通流する第1の電流供給手段よりなる半
    導体スイッチ素子の電圧検出回路において、前記発光手
    段に前記光電変換手段の検出感度以下の発光量となる電
    流を通流する第2の電流供給手段を設けたことを特徴と
    する半導体スイッチ素子の電圧検出回路。
  6. 【請求項6】請求項5において、前記第2の電流供給手
    段内に電力蓄積手段を設け、半導体スイッチ素子に順方
    向電圧が印加されている期間に前記電力蓄積手段に電力
    を蓄積し、蓄積した電力を放電することにより前記発光
    手段に電流を供給するようにしたことを特徴とする半導
    体スイッチ素子の電圧検出回路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2007094287A1 (ja) * 2006-02-17 2007-08-23 Advantest Corporation 測定装置および測定方法
CN112763784A (zh) * 2020-12-20 2021-05-07 复旦大学 一种电流探测装置及方法

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