JPS5968025A - 負荷電流制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の対象〕 本発明は、自己消弧型半導体スイッチング素子を用いた
負荷電流制御装置に係わシ、Ｉ￥ｆに自己消弧型半導体
スイッチング素子のオンオフ制御により負荷電流を小電
流域から大電流域まで連続的に制御するのに好適な負荷
電流制御装置に関する。

〔従来技術〕

第１図に従来の自己消弧型半導体スイッチング素子を用
いた負荷制御回路の１例を示す。

第１図は、直流電源１に並列接続された電源コンデンサ
２に、負荷３と自己消弧型半導体スイッチング素子５と
の直列体が接続され、自己消弧型半導体スイッチング素
子５のオンオフによる溝道幅制御によシ通流率γを調整
し、負荷電流丁ｔ、の大きさを可変制御する回路である
。負荷３にはフリーホイールダイオード４が並列接続さ
れ、負荷３の誘導性エネルギーを環流させる。１００は
前記自己消弧型半導体スイッチング素子５のターオフ時
に生ずる過電圧を抑制するスナバ回路であり、ダイオー
ド６と抵抗７との並列体とコンデンサ８とを直列接続し
た回路が自己消弧型半導体スイツチング素子５に並列接
続されている。

第１図において、負荷３が抵抗負荷か銹導負荷（あるい
は逆起電力負荷）の場合、負荷電流ＩＬは、通流率γが
大きい範囲では第２図の太実線の如く通流率ｒに比例す
るが、通流率γが小さい範囲では第２図の破線の如くな
如比例しない。従って、通流率γが小さい範囲では負荷
電流Ｉ　ｒ、をあまり小さく制御できない。

これは、第３図に示すような自己消弧型半導体スイッチ
ング素子５の通流率γが小さい時のオン、オフ動作によ
って生じる。以下にその説明を行う。

第３図（１）は自己消弧型半導体スイッチング素子５が
オン状態の時であシ、負荷電流ＩＬ、が低通流率に比例
して僅かだけ流れる。

次に、自己消弧型半導体スイッチング素子５がオフした
後を考えると、この場合にも第３図（２）のように負荷
にはスナバ回路１００のダイオード６を通してコンデン
サ８が電源コンデンサ２の電圧Ｖｇに達するまで充電電
流’Ｌｔが流れる。この充電電流ＩＬ、の通電時間ｔは
次に示す（１）式の関係で定まる。

ただし、Ｃ＝スナバ回路コンデンサ８の容量■８＝′亀
源コンデンサ２の電圧 Ｉｔ、１＝自己消弧型半導体スイッチング素子５のオン
状態の負荷電流終値。

すなわち、自己消弧型半導体スイッチング素子５の通流
率γが小さくなり、負荷電流ＩＬＩが小さくなると、（
１）式によシ前記充電々流ｉＬ！の時間ｔが長くなる。

この充電々流ｉＬ、の接続によシ、第２図のように通流
率γが小さい時には負荷電流Ｊ’　Ｌは破線の如くなる
。

このため、従来の自己消弧型半導体スイッチング索子５
のスナバ回路１００を使用すると、前記自己消弧型スイ
ッチング素子５の通流率γが小さい所では、通流率γに
対して負荷電流ＩＬが比例しなくなり、微小な負荷電流
範囲の電流制御が困難となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、自己消弧型半導体スイッチング素子を
用いた負荷制御回路において、自己消弧型半導体スイッ
チング素子の通流率が小さい範囲でも、負荷電流を通流
率にほぼ比例関係となるように制御することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、自己消弧型半導体スイッチング素子のスナバ
回路に半導体スイッチを使用し、通流率が大きい時には
オン状態にしておき、通流率が小さくなり負荷電流があ
る値以下になった時、前記半導体スイッチング素子をオ
フ状態として、スナバ回路のコンデンサの充電々流をし
ゃ断することにより通流率と負荷電流との関係がほぼ比
例関係になるようにするものである。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例を第４図に示す。第４図において、第１
図と同符号のものは同じものを示すものとする。

第４図で自己消弧型半導体スイッチング素子５に並列接
続されているスナバ回路１０１は、抵抗７とダイオード
９が直列接続された両端に、半導体スイッチング素子ｌ
Ｏが並列接続され、これらと直列にコンデンサ８が接続
されて構成されている。ここで抵抗７とダイオード９は
、コンデンサ８の放電回路用素子である。また、負荷３
の回路には、負荷電流ＩＬを検出するための電流検出器
１１が挿入され、この電流検出器１１の出力は、前記ス
ナバ回路１０１の半導体スイッチング素子１０をオン、
オフ制御するための信号発生回路１２に入力されている
。

前記信号発生回路１２の特性は、負荷電流Ｉｘ。

が設定値ＩＬＯ以上になると出力信号余発生し前記半導
体スイッチング素子１０をオンし、設定値以下であれは
出力信号が出す、前記半導体スイッチング素子１０をオ
フ状態とするように設定されている。設定値Ｉ　ｔｏは
例えば第２図の実線と破線とがほぼ交わる時の電流値と
すればよい。第４図では、負荷電施工りを検出し、その
値と設定値の比較によシ半導体スイッチング素子１０の
オンオフ制御を行っているがもちろん、負荷電流ＩＬに
相当するもの（例えは、負荷電流指令値ＩＬ１％狛荷電
流ＩＬと指令値ＩＬＩとの比較により出される通流率指
令γ。または実測される通流率γ、これらを負荷電流相
当値という）により、それに対する設定値との比較によ
り半導体スイッチング素子１０のオンオフ制御が行える
ことは言うまでもない。

以上のように構成された自己消弧型半導体スイッチング
素子を用いた負荷電流制御回路において前記スナバ回路
１０１は次のように制御される。

（１）通流率γがある程度大きく、負荷電流Ｉｒ、が前
記信号発生回路１２の設定電流値１ｈ６　よシ大きい場
合。

この条件では、負荷電流ＩＬの電流検出器１１の出力に
よシ前配信号発生回路１２は常に出力信号を発生し、前
記スナバ回路１０１の半導体スイッチング素子１０には
点弧信号が与えられている。

自己消弧型半導体スイッチング素子がオン状態の時、負
荷電流ＩＬ、は電源コンデンサ２から負荷３、前記自己
消弧型半導体スイッチング素子５の閉１目１路で流れる
。

自己消弧型半導体スイッチング素子がオフの状態の時、
前記スナバ回路１０１の半導体スイッチング索子１０は
点弧しているので、電源コンデンサ２から、負荷３、前
記スナバ回路１０１の半導体スイッチング素子１０．　
コンデンサ８を通して、前記コンデンサ８が′覗源コ／
デンサ２の成田Ｖｓに充電されるまで、充電々流’Ｌｌ
が流れる。

このため、前記自己消弧型半導体スイッチング素子がタ
ーンオフした時の過電圧は、前記スナバ回路１０１によ
って従来回路と同様に抑制される。

（２）通流率がある程度小さく、負荷電流ＩＬが前記信
号発生回路１２の設定電流ＩＫＩＬｏ　よシ小さい場合
。

この条件では、電流検出器１１の出力によっては前記信
号発生回路１２は出力信号を発生しないため、前記スナ
バ回路１０１の半導体スイッチング素子１０はオフ状態
である。

自己消弧型半導体スイッチング素子５がオン状態の時、
負荷電流’Ｌｔは（１）と同様に電源コンデンサ２から
負荷３、前記自己消弧型半導体スイッチング素子５の閉
回路で流れる。

自己消弧型半導体スイッチング素子５がオフ状態の時、
前記スナバ回路１０１の半導体スイッチング素子１０は
オフ状態であり、かつ前記スナバ回路１０１のコンデン
サ８の充電回路はダイオード９により阻止状態にあるの
で、電源コンデンサ２から負荷回路には全く電流が流れ
ない。

すなわち、この状態では前記自己消弧型半導体スイッチ
ング素子５のスナバ回路１０１は開放された状態である
が、過流率γが小さいことから負荷電流ＩＬが小さいた
め、前記自己消弧型半導体スイッチング素子５がターン
オフ時に発生する過電圧は非常に低いので特に問題にな
らない。もちろん、ダイオード９を用いない場合でも、
半導体スイッチング素子がオフ状態の（９） 時に、抵抗７で充電々流が流れるのが、従来例よりも抑
えられるので、本発明の効果は得ら扛る。

以りのように、本発明の一実施例によれば、自己消弧型
半導体スイッチング素子の逆流率γに対する負荷′電流
ＩＬは、通流率γが小さい場合でもほぼ通流率γに比例
して制御ができる。

次に、本発明の他の実施例について述べる。第４図の実
施例では、自己消弧型半導体スイッチング素子５の通流
率ｒが小さくて負荷電流ＩＬが信号発生回路１２の設定
電流値ＩＬ１１以下の時には、前記自己消弧型半導体ス
イッチング素子５のスナバ回路１０１が完全に切離され
た状態となる。この場合前記自己消弧型半導体スイッチ
ング素子５のオフすべき負荷電流Ｉｔ、が小さくとも回
路の配線インダクタンスＬが無視できないと、Ｉ、ｘｄ
ｊ／ｄｔによるスパイク状の電圧が、前記自己消弧型半
導体スイッチング素子５に加わることが考えられる。

第５図は本発明の他の一実施例であシ、上記の（１０） Ｌ−ｄｉ／ｄｉによるスパイク状の゛電圧低減を目的と
したものである。第４図と異なるところは、スナバ回路
１０２に用いられるダイオード９に抵抗１３が並列接続
さｆしている点である。なお抵抗１３は抵抗７より光分
大きく設定されている。

第５図において、自己消弧型半導体スイッチング素子５
の通流率γが小さくて負荷電流Ｉｔ、が信号発生回路１
２の設定電流値ＩＬｏ以下の時には、第４図と同様スナ
バ回路１０２の半導体スイッチング素子１０はオフ状態
にある。

この状態で、前記自己消弧型半導体スイッチング素子５
がターンオフした時、前記Ｌ−ｄｉ／ｄｔによるスパイ
ク状の電圧が発生した場合には、前記充放電回路の抵抗
１３．７とコンデンサ８から成るＲ−Ｃスナバ回路１０
２が作用しスパイク状の電圧を抑制することができる。

ナオ、スナバ（ロ）路１０２のコンデンサ８の放電条件
は、抵抗１３がダイオード９でバイパスされるため、第
４図の実施例と同一の状態となる。

第６図に直流電動機の界磁電流を自己消弧型半（１１） 導体スイッチング素子５で制御する場合の本発明の他の
実施例を示す。この図で第５図と同符号のものは同じも
のを表わす。

第６図において、直流電源１には、１個までは複数個の
電動機の電機子Ａ、〜Ａ、と直巻界磁）８・−Ｆｌを含
む電機子回路２０と電機子電流調整器（例えば′Ｒ１，
磯子チョッペ等）２１の直列回路が並列に接続されてい
る。これとは別に、直流電源ＩＫは、リアクトル３１と
コンデンサ３２から成るフィルタ３０が接続さｒしてお
り、前記コンデンサ３２の両端には、１個または複数個
の電動機界磁巻Ｈｆ＋〜ｆ１からなる分巻界磁回路４０
と自己消弧型半導体スイッチング素子５の直列回路が並
列接続されている。

この例における電動機制御は、電機子電流を前記電機子
電流調整器２１によって行われ、さらに弱め界磁による
高速制御を前記自己消弧型半導体スイッチング素子５の
通流率γによシ、前記分巻界磁回路４０の界磁電流を調
整することによって行われるが、通流率γが小さくなっ
て負荷′直流（１２） ＩＬが信号発生回路１２の設定置ＩＬ６以下になれば、
スナバ回路１０２の半導体スイッチング素子１０はオフ
状態になシ、前記スナバ回路１０２のコンデンサ８の光
電電流としや餠するため、分巻界磁電流は流れなくなる
。すなわち通流率γが小さい場合でも界磁電流は通流率
γにほぼ比例関係で制御でき電動機の広範囲の速度制御
が可能となる。またスナバ回路１０２の半導体スイッチ
ング素子１０のオフ状態になるときに自己消弧型半導体
スイッチング素子５のターンオフによシ生ずるスパイク
醒圧も抑制することができる。

ｃ本発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、自己消弧型半導
体スイッチング素子の通流率が小さい時でも負荷電流を
通流率にほぼ比例関係で制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自己消弧型半導体スイッチング素子を使
用した負荷制御回路、第２図は自己消弧型半導体スイッ
チング素子の通流率と負荷電流の（１３） Ｉ特性図、第３図の（１）は従来の自己消弧型半導体ス
イッチング素子オン状態の負荷電流径路図、同図の（２
）はオフ状態のスナバ光電々流径路図、第４図は本発明
の一実施例金示す負荷電流制御回路、第５図は本発明の
他実流側を示す負荷電流制御回路、第６図は本発明を直
流電動機の界磁電流制御に用いた回路である。 ｌ・・・直流電源、２・・・電源コンデンサ、３・・・
負荷、４・・・フリーホイルダイオード、５・・・自己
消弧型半導体スイッチング素子、６．９・・・ダイオー
ド、７．１３・・・抵抗、８・・・コンデンサ、１０・
・・半導体スイッチング素子、１１・・・電流検出器、
１２・・・信号発生回路、１００，１０１．１０２・・
・スナバ回路。 第１図 第　２　図 一通流牟ｒ 第　３図 （１） （２） 第４図 第５０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １゜自己消弧型半導体スイッチング素子により負荷電流
   の制御を行なうものにおいて、前記自己消弧型半導体ス
   イッチング素子に抵抗と半導体スイッチング素子との並
   列体にコンデンサを直列接続したスナバ回路を並列接続
   し、前記負荷電流相当値を検出する手段と、前記負荷電
   流相当値が設定値より大きい時に前記半導体スイッチン
   グ素子をオンさせ小さい時にオフさせる手段とを設けた
   ことを特徴とする負荷電流制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記抵抗に整流素
   子を直列接続したことを特徴とする負荷電流制御装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記整流素子に並
   列に抵抗を接続したことを特徴とする負荷電流制御装置
   。