JPS5833792B2 - 変換弁の保護回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ブリッジ結線された変換弁と、各変換弁に並
列接続されたフライホイールダイオードとからなる変換
装置において個々の変換弁を保護するための回路に関す
る。

例えばパワートランジスタの如き変換弁はしばしばスイ
ッチング動作で用いられる。

このスイッチング動作の場合に、・トランジスタにおい
て損失が生じるが、これは導通期間中に生じる静的な損
失と、投入中およびしゃ断中に生じる動的な損失とに分
けることができる。

動的な損失は高い尖頭損失パワーにより特徴づけられ、
したがって高周波動作時には全損失パワーの大きな部分
を占める。

スイッチング動作をするトランジスタの投入およびしゃ
断時にはトランジスタが安全な動作範囲にとどまるよう
に配慮すべきである。

投入時損失は、比較的簡単な制御技術で、例えば短時間
のトランジスタの過剰制御により低減することができる
。

しゃ断時損失を抑制するためにダイオードとコンデンサ
との直列回路を保護すべき変換弁に並列接続し、ダイオ
ードに並列に放電抵抗を接続することは公知である。

このような抵抗とコンデンサとダイオードとで構成され
る保護回路はしばしばＲＣＤスナバ回路と呼ばれる。

このＲＣＤスナバ回路の場合にはトランジスタのしゃ断
時にコレクク電流はダイオードを介してコンデンサに転
流される。

したがって、コンデンサはしゃ断時におけるトランジス
タの急速な電圧上昇に反対作用をするので、しゃ断過程
開始前にまだ少なからぬトランジスタ電流にもか＼わら
ず発生損失は限界内にとどまる。

電流回路中に含まれるインダクタンスのためにコンデン
サはしゃ断接トランジスタに生じる電圧の値以上に充電
される。

これは第２図に超過電圧△Ｕとして示されている。

トランジスタの次の導通期間においてコンデンサは放電
抵抗およびそのトランジスタを介して放電する。

その際にコンデンサに蓄積されていた電気エネルギーは
熱エネルギーに変換される。

コンデンサの放電はトランジスタの導通期間中にしか行
われない。

したがって、放電抵抗の大きさおよびコンデンサ容量に
よって決まる時定数には上限がある。

かかるＲＣＤスナ八回へによりしゃ断損失は経験上著し
く減らすことができる。

コンデンサに生じる超過電圧は電流回路中に存在するイ
ンダクタンスとコンデンサ容量とに依存する。

コンデンサの全電圧がトランジスタの阻止期間中トラン
ジスタに印加されるために、十分高い阻止電圧耐力を有
するトランジスタを使用する必要がある。

それ故、超過電圧の低減は安価なトランジスタの使用を
可能にする。

コンデンサの容量を大きくすれば、そのような超過電圧
は小さくなる。

しかしながら、このようなやり方をすれば、放電時定数
が大きくなってしまい、そのために制御周波数が高くな
るとコンデンサが十分に放電されなくなる。

その上、このように大きなコンデンサは直列接続関係に
ある別のトランジスタの導通開始時に阻止状態のトラン
ジスタの短絡し、そのために別のトランジスタは導通開
始時に破壊に至るような許容できない大きな電流を流し
込まれる。

本発明の目的は、変換弁の阻止状態移行時にコンデンサ
に生じる超過電圧を、コンデンサ容量を増大しなくても
小さくできるようにすることにある。

この目的は、本発明によれば、特許請求範囲に記載の構
成を有する保護回路によって達成される。

本発明による保護回路は、単独使用時にも、変換弁のし
ゃ断時のはね上がり電圧を抑制する効果があるが、従来
のＲＣＤスナバ回路と併用することが好ましい。

そうすればこのＲＣＤスナバ回路の利点を発揮させなが
ら、それの欠点を相殺することができる。

この場合にＲＣＤスナバ回路のコンデンサ（第１のコン
デンサ）に比べて本発明による保護回路内のコンデンサ
（第２のコンデンサ）は著しく大きく選ぶことができる
。

なぜならば、第２のコンデンサは電源電圧の大きさにま
で放電しさえすればよく、しかもこの放電のための時間
としては変換弁の導通期間に比べて著しく大きな周期を
使用できるからである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細
に説明する。

第１図は、変換装置として、個々のトランジスタＴ１〜
Ｔ４に付属して保護回路に備えたトランジスク式直流極
性切換器またはインバータの回路図を示す。

この場合に符号のサフイクスの最初の数字はそれぞれ付
属のトランジスタの数字と一致させである。

鎖線枠で囲まれ、かつ１にて示された回路装置部分は従
来のトランジスタ式変換回路を示し、この変換回路では
変換弁としてトランジスタＴ１〜Ｔ４が用いられ、これ
らは単相ブリッジ結線されている。

直流電源の正極および負極はそれぞれＰ。Ｎで示されて
いる。

各トランジスタにはフライホイールダイオードＤ１〜Ｄ
４が逆並列接続されている。

つまり、例えばトランジスタＴ１はフライホイールダイ
オードＤ１によって、そしてトランジスタＴ２はフライ
ホイールダイオードＤ２によって橋絡されている。

２つの互いに斜めに対向しているトランジスタＴ１およ
びＴ２、もしくはＴ３およびＴ４はそれぞれ同時に導通
して、端子Ｐ、Ｎに印加されている電源電圧を交互に誘
導性負荷（例えば直流モータ）に接続する。

図示のブｊツジ回路が直流極性切換器として用いられる
かインパークとして用いられるかは、単にトランジスタ
Ｔ１〜Ｔ４の制御に依存するにすぎない。

トランジスタＴ１〜Ｔ４のオン、オフは制御装置を介し
てトランジスタのベース・エミツク回路に印加される電
圧Ｕ１〜Ｕ４によって定められる。

トランジスタＴ１〜Ｔ４のそれぞれには従来のＲＣＤス
ナバ回路が接続されている。

個々のトランジスタＴ１〜Ｔ４のスナバ回路は同じであ
るためトランジスタＴ１に付属したものについてのみ詳
述する。

このトランジスタＴ１は第１のダイオードＤ１０と第１
のコンデンサＣ１０との直列回路によって橋絡されてい
る。

ダイオードＤ１０に並列に放電抵抗Ｒ１０が接続されて
いる。

このＲＣＤスナバ回路の作用説明のために第２図が示さ
れているトランジスタＴ１が時点ｔ１でオフ状態に移行
する際に電流■Ｔ１はゆっくりと低下する。

この際に電流はダイオードＤ１０とコンデンサＣ１０と
の直列回路に転流される。

コンデンサＣ１０はゆるやかにしか充電されない。

これはトランジスタＴ１に生じる電圧ＵＴ、のゆるやか
な電圧上昇をもたらす。

電流路にあるインダクタンスはしゃ断過程の終了後にト
ランジスタＴ１に生じる電源電圧Ｕｏに対する超過電圧
△Ｕ、）強いる。

この超過電圧△Ｕはトランジスタにより高い阻止電圧耐
力を持たせざるを得ない原因となる。

超過電圧△Ｕの大きさはコンデンサＣ１０の容量増加と
ともに減少する。

トランジスタＴ１の次のオン期間ではコンデンサＣ１０
は放電抵抗Ｒ１０並びに今や導通状態にあるトランジス
タを介して放電する。

コンデンサＣ１０の容量増加にともなってコンデンサＣ
１０と放電抵抗ＲＩＯとで構成されるＲＣ要素の時定数
が上昇するので、これによりトランジスタＴ１のオンの
接続時間の下限が決まる。

しかしながら、ＲＣＤスナバ回路のコンデンサのあまり
にも大きな容量はオン移行時にトランジスタの破壊を招
くことがある。

例えばトランジスタＴ１が導通状態にあるときには、ト
ランジスタＴ３のＲＣＤスナバ回路は、コンデンサＣ３
０はフライホイールダイオードＤ３の導通期間に放電さ
れたために電源負極に向けて短絡路を形成するので、そ
れによって生ぜしめられる大きな電流がトランジスタＴ
１の過負荷を招く。

この理由からもＲＣＤスナバ回路のコンデンサの容量増
加は固有の限界がある。

この困難性は本発明による保護回路によって除去される
。

全トランジスタＴ１〜Ｔ４のための本発明による保護回
路は同じであるが、トランジスタＴ１のもの関してのみ
説明する。

トランジスタＴ１には第２のコンデンサＣ１１と第２の
ダイオードＤ１１との直列回路が並列接続されている。

このコンデンサＣ１１の一方の端子１１は電源の正極Ｐ
に接続されている。

コンデンサＣ１１の他方の端子には抵抗Ｒ１１を介して
電源の負極Ｎに接続されている。

これによってコンデンサＣ１１はＰ。Ｎ間の電源電圧で
充電される。

トランジスタＴ１がオフ状態に移行するとき、トランジ
スタ電流はまずダイオードＤ１０を介してコンデンサＣ
１０へ転流する。

コンデンサＣ１０が電源電圧Ｕｏまで充電され、そして
それにともない超過電圧△Ｕの形成が開始されたときは
じめて、コンデンサＣ１１およびダイオードＤ１１によ
って形成される並列路が電流を引き取り始める。

コンデンサＣ１１の容量の大きさに関して既に述べた限
界はもはや当てはまらず、したがって、このコンデンサ
は非常に大きくすることができるので、超過電圧△Ｕは
著しく減少する。

したがって、トランジスタＴ１には第２図に鎖線で示し
た電圧経過が生じる。

本発明による保護回路では、高い阻止電圧耐力を有する
トランジスタを使用する必要性がなくなる。

したがって、安価なトランジスタを使用することによる
コストメリットが達せられる。

本発明は、保護回路においてトランジスタに並列な第２
のコンデンサを設けて、適当な回路技術手段によりトラ
ンジスタしゃ断時に超過電圧△Ｕの形成が開始されたと
きはじめてそのコンデンサが電流を引き取るようにする
ならば著しい作用効果が達せられるという認識に基づい
ている。

第２のコンデンサにおける僅かばかりの超過電圧の引き
下げには全体の制御周期の時間幅を利用することができ
る。

本回路装置においては、従来のＲＣＤスナバ回路のコン
デンサＣ１０を大きくする必要性がないので個々のトラ
ンジスタのオン期間の時間幅についての自由変が増し、
導通開始時のトランジスタの過負荷の危険もなくなる。

本発明による付加的な保護回路は、場合によっては従来
のＲＣＤスナバ回路と組み合せることなしに単独に使用
したとしても、トランジスタしゃ断時のはねかえり電圧
、即ち超過電圧△Ｕの抑制効果を奏することができる。

以上の説明では、問題点並びに解決策として変換弁とし
てトランジスタを使用したものを例にして述べたが、そ
の問題点並びに本発明解決策はサイリスクを変換弁とし
て使用する場合にも当てはまる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は本発
明の詳細な説明するための電圧、電流波形図である。 Ｔ１〜Ｔ４・・・・・・変換弁（トランジスタ）、Ｄ１
〜Ｄ４・・・・・・フライホイールダイオード、Ｄ１０
〜Ｄ４０・・・・・・第１のダイオード、Ｃ１０〜Ｃ４
０・・・・・・第１のコンデンサ、Ｒ１０〜Ｒ４０・・
・・・・第１の抵抗、Ｄ１１〜Ｄ４１・・・・・・第２
のダイオード、Ｃ１１〜Ｃ４１・・・・・・第２のコン
デンサ、Ｒ１１〜Ｒ４１・・・・・・第２の抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ブリッジ結線された変換弁と各変換弁に逆並列接続
   されたフラホイールダイオードとからなる変換装置にお
   いて、各変換弁の保護のために、各変換弁にコンデンサ
   とダイオードとの直列回路をそれぞれ並列接続し、その
   際に各直列回路においてコンデンサは電源側に位置する
   ように配置し、各直列回路におけるコンデンサとダイオ
   ードとの接続点を、その直列回路が所属する変換弁が接
   続されている電源端子とは反対側の電源端子に抵抗を介
   して接続したことを特徴とする変換弁の保護回路。