JPS5814097B2 - デンキカイヘイキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気開閉器に係わり、特に光制御可能な電気開
閉器に関する。

従来の電気制御方式の電気開閉器としては半導体開閉器
があり、代表的なものとしてゲートターンオフサイリス
ク（以下ＧＴＯサイリスタと略称する）がある。

ＧＴＯサイリスタは逆阻止３端子サイリスタであり、ゲ
ート信号によりターンオン，ターンオフの両動作ができ
る。

すなわちある極性のゲート信号でオンさせ、オンの場合
とは逆極性をもつゲート信号を与えることによりターン
オフできる。

その上自己保持特性もあるので特に直流電気開閉器とし
て使う場合、通常の逆阻止サイリスタを使う場合に必要
な転流回路が不用になり、その上、トランジスタに比べ
駆動電力が小さくてすむという利点がある。

しかし従来の電気制御方式のＧＴＯサイリスクには以下
の欠点がある。

■ ゲート制御回路部と主回路部の間の絶縁ができない
ため主回路部から制御回路部へ悪影響を及ぼし誤動作し
易い。

■ ターンオンの場合とターンオフの場合のゲート信号
の極性が異なるためゲート回路部が複雑になる。

また、光制御方式の電気開閉器としてはホトトランジス
タ、ホトサイリスタ等がある。

前者は光の照射によりターンオンし、照射停止によりタ
ーンオフするが、自己保持機能をもたない欠点があり、
後者は光照射によりターンオンし、自己保持機能をもつ
が、光照射停止によるターンオフはできない欠点がある
。

本発明は前記の欠点をすべて除去した電気開閉器を提供
するものであり、その第１の目的は、自己保持機能をも
ち、かつ光照射によってターンオフができる電気開閉器
を提供することである。

本発明の他の目的は、自己保持機能をもち、かつ光照射
によってターンオン・ターンオフの両動作ができる電気
開閉器を提供することである。

以下図面を参照して本発明を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す。

主開閉器を構成する制御電極はＰＮＰＮ素子からなる逆
阻止主ホトサイリスタ１は、負荷２および電源３と直列
に接続され、主ホトサイリスタ１の制御電極とカソード
間には抵抗４が接続される。

さらに補助ホトサイリスタ５が前記抵抗４およびバイア
ス電源６と直列に接続され、補助ホトサイリスタ５の制
御電極とカソード間には抵抗７が接続される。

８，９はそれぞれ主および補助ホトサイリスタに照射さ
れる光である。

ここで、抵抗４の値は主ホトサイリスタ１の光感度を上
げるためには大きい方がよいが、ｄｖ／ｄｔ耐量を犬と
するためには小さい方がよく、また補助ホトサイリスタ
５が所定のバイアス電源電圧でターンオンするためには
余り大きくてはならず、さらに補助ホトサイリスタがオ
ンとなったときに主ホトサイリスタ１をターンオフする
ためには小さすぎてはならない等の諸条件を考慮するほ
か、照射光の強度、バイアス電圧値、各ホトサイリスタ
の特性等も考慮して適当な値に選ばれる。

抵抗７は補助ホトサイリスタ５のｄｖ／ｄｔ耐量を大と
して誤動作を防止する作用をするが、補助ホトサイリス
タ５のｄｖ／ｄｔ耐量が大きいときは必ずしも必要では
ない。

主ホトサイリスタ１および補助ホトサイリスタ５がそれ
ぞれ電源３，６によって順バイアスされて、未だターン
オンされていない状態では、バイアス電源６の電圧はほ
とんど補助ホトサイリスタ５の両端にかかつている。

主ホトサイリスタ１に光８が照射されるとこれがオンと
なり負荷２に電流が流れる。

光８の照射を停止しても主ホトサイリスタ１の自己保持
特性によって負荷電流は流れつづける。

補助ホトサイリスタ５に光９を照射するとこれがオンと
なり、バイアス電源６の電圧の大部分は抵抗４の両端に
かかるようになる。

この電圧が主ホトサイリスタ１のｎエミツタとｐゲート
間の接合を逆バイアスするので主ホトサイリスタ１はタ
ーンオフされる。

以上のように、本実施例では光照射によって主ホトサイ
リスタ１のターンオン・ターンオフ両動作が可能となる
。

この実施例では、前述のように補助ホトサイリスタ５を
ターンオンした後光９の照射を停止しても補助ホトサイ
リスタ５は点弧しつづけるために、主ホトサイリスタ１
に再び光８を照射しても再点弧せず、結局ターンオン、
オフ動作は単発で終ってしまう。

しかし抵抗４の値をある範囲の大きさにすると補助ホト
サイリスタ５に光９を照射している間だけ補助ホトサイ
リスタ５に保持電流以上の電流が流れ、光照射を停止し
た場合には保持電流以下になりこれを消弧するようにで
きる。

すなわち光９の照射・停止により補助ホトサイリスタ５
をオン・オフできるため、光８により主ホトサイリスタ
１がオンー光８の照射停止一光９により補助ホトサイリ
スタ５がオンー主ホトサイリスタ１がオフー光９の照射
停止一補助ホトサイリスタ５がオフー光８により主ホト
サイリスタ１がオンといった動作を繰り返すことができ
る。

補助ホトサイリスタ５としてスイッチング電流が小さく
保持電流が大きい素子を用いると主ホトサイリスタ１を
流れる電流が十分大きくても制御できる。

以上では両電源３，６が直流の場合について述べたが、
電源３，６として互に極性の異なる半波もしくは全波整
流された順バイアス電圧を供給する場合や、互に位相が
πだけずれた交流電圧を供給する場合でも、照射光８，
９を所定の位相をもつパルス光とすることにより全く問
題なく光でもってターン・オフ動作ができる。

電源６がパルス電圧を供給する場合もパルス光８，９と
の位相関係を所定の関係にすることにより全く問題なく
ターンオン・ターンオフ動作ができる。

これらの動作方式としては公知の電気制御半導体装置の
駆動技術をそのままもしくは若干の変更を加えるだけで
適用できることは、その方面の専門家には自明のことで
ある。

第２図は本発明の第２の実施例を示す。

第１図と比較すれば明らかなように、第１図の補助ホト
サイリスタ５の代りに、この実施例ではホトダーリント
ントランジスタ１０を用いた点が異なるだけで、他の構
成は同じである。

その動作もほぼ同じであるが、ホトダーリントントラン
ジスタ１０は照射光９によるクーンオン後の自己保持機
能がなく、光９が照射されているときだけオンになるか
ら、第１図に関して前に述べたオン・オフの繰返し動作
が極めて簡単にできる特長がある。

第３図は本発明の第３の実施例であり、実施例１におけ
る光８および９の照射装置として発光半導体素子１１お
よび１２を用いた光結合半導体電気開閉器である。

すなわち主発光半導体素子１１と主ホトサイリスタ１お
よび補助発光半導体素子１２と補助ホトサイリスタ５と
はそれぞれ光結合半導体装置（通称ホトカプラー）１３
，１４を構成している。

１５〜１７は発光半導体素子を制御するための電源の端
子である。

その動作は第１実施例の場合と同様である。

以上に述べた本発明の電気開閉器は実質的に電気制御方
式のＧＴＯに対応する光結合電気開閉器であり、従来の
ＧＴＯおよび光制御電気開閉器がもつ前述の欠点を克服
したものである。

すなわち、制御用の発光装置と電気開閉半導体装置は光
によって結合され、電気的には完全に絶縁されているの
で、主回路から制御回路へ電気的悪影響を与えることが
ない。

また、光８，９の照射は同極性の信号で制御可能である
。

すなわち、例えば”第３図で″発光半導体素子１１を発
光させて主ホトサイリスタ１をターンオンさせる場合お
よび発光半導体素子１２を発光させて補助ホトサイリス
タ５をターンオンさせ、これによって主ホトサイリスタ
１をターンオフさせる場合のいずれにおいても、同極性
の信号で制御ができるので、制御回路部の構成が簡単に
なる。

なお、以上において説明した主ホトサイリスタ１の代り
に電気信号によってターンオンされるサイリスクを用い
てもよく、また抵抗４も一般的にはインピーダンスであ
ることができる。

また実施例１，２において光を照射する手段は太陽光で
あってもよい。

さらに、主ホトサイリスタと補助ホトサイリスタは１個
ずつが対になる必要はなく、一例を第６図、第７図に示
したようにそれぞれを１個または複数個並列状に接続し
ておき、何れか１個または複数個の補助ホトサイリスタ
のターンオンによってすべての主ホトサイリスタをター
ンオフとすることができることも、当業者にとっては自
明であろう。

つぎに第４図および第５図はそれぞれ、第１図および第
３図に示した本発明実施例を半導体装置として集積し一
体化した固体電気開閉器である。

第４図において主ホトサイリスタ１は半導体基体１８の
左端にｎｐｎｐ素子として形成され、電極１９．２０お
よび制御電極２１が設けられる。

補助ホトサイリスタ５は半導体基体１８の右端に同様に
ＰＮＰＮ素子として形成され、電極２２．２３が設けら
れる（抵抗７は省略）。

抵抗４はここでは両ホトサイリスタ１およぴ５の間にＰ
層として形成され、それぞれの領域間に所要の結線がな
されている。

なお抵抗７は省略してある。第５図においては、第４図
に示した半導体固体開閉器上にさらにＳｓ０２膜２４お
よびガラス板２５を介して、それぞれ主発光半導体素子
１１および補助発光半導体素子１２を対向して積層して
いる。

このように、本発明の電気開閉器は半導体集積回路とし
て構成することが極めて容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はそれぞれ本発明の実施例を示す回
路図、第４図は第１図の装置を集積化した一例を示す断
面図、第５図は第３図の装置を集積化した一例を示す断
面図、第６図及び第７図は本発明の他の実施例を示す回
路図である。 １……主ホトサイリスク、４……ゲート抵抗、５……補
助ホトサイリスク、８，９……光、１１，１２……発光
半導体素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光トリガー信号によってターンオンし、夕一ンオフ
   用ゲート電極を具備する少なくとも１個の主サイリスク
   と、光トリガー信号によってターンオンする少なくとも
   １個の補助開閉装置と、前記補助開閉装置に直列接続さ
   れたインピーダンス素子と、前記補助開閉装置がターン
   オンした際に前記インピーダンスの両端に表われる電圧
   を前記主サイリスクのターンオフ用ゲート電極を付与す
   る手段とを備え、これによって前記補助開閉装置がター
   ンオンされるとき前記主サイリスタがターンオフされる
   ことを特徴とする電気開閉器。