JPS6343969B2 - - Google Patents
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- JPS6343969B2 JPS6343969B2 JP55038646A JP3864680A JPS6343969B2 JP S6343969 B2 JPS6343969 B2 JP S6343969B2 JP 55038646 A JP55038646 A JP 55038646A JP 3864680 A JP3864680 A JP 3864680A JP S6343969 B2 JPS6343969 B2 JP S6343969B2
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- Japan
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- diode
- current
- gto
- transformer
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims 1
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は電力変換装置において、半導体素子に
加わる過電圧やdv／dtを緩和する為の保護回路
（これをスナバ回路という）に関するものである。
加わる過電圧やdv／dtを緩和する為の保護回路
（これをスナバ回路という）に関するものである。
［従来の技術］
半導体素子を使用する電力変換装置において
は、半導体素子に加わる過電圧や立ち上り（以下
dv／dt）の早い電圧で半導体素子が破壊しない
ように、必らずスナバ回路を設ける。第１図は従
来から使用されているスナバ回路１で、その回路
を適用した第２図でその動作の説明を行なう。第
２図はゲートターンオフサイリスタ（以下GTO
と記す）を用いたインバータである。
は、半導体素子に加わる過電圧や立ち上り（以下
dv／dt）の早い電圧で半導体素子が破壊しない
ように、必らずスナバ回路を設ける。第１図は従
来から使用されているスナバ回路１で、その回路
を適用した第２図でその動作の説明を行なう。第
２図はゲートターンオフサイリスタ（以下GTO
と記す）を用いたインバータである。
図中１がスナバ回路でコンデンサ１１、ダイオ
ード１２及び抵抗１３から成る。２１と２２が
GTO、２３と２４がGTOと逆並列に接続された
ダイオードである。２５が負荷、２６と２７はそ
れぞれＥ／２の直流電源である。第２図の基本的
な動作は、GTO２１と２２が交互にオンとオフ
を繰り返すことでそれによつて負荷２５に交流が
印加される。GTO２１がオン、GTO２２がオフ
していて負荷２５に電流Ｉが流れているときに、
GTO２１をオフした瞬間の波形を第３図に示す。
GTOはそのゲートカソード間に逆方向に電流ig
を流すと、ターンオフしアノードカソード間に電
圧vaが図示のように加わる。図のvDはGTO２１
とスナバ１のコンデンサ１１とダイオード１２の
作る閉回路のインダクタンスｌとターンオフ直前
のアノード電流、すなわち負荷電流Ｉの大きさで
決まりｌもＩも大きい程vDは高くなる。又vpは電
源２６、GTO２１と負荷２５の閉回路及び電源
２７とダイオード２２及び負荷２５の閉回路の浮
遊インダクタンスl3と浮遊抵抗Rs及びコンデンサ
１１のキヤパシタンスＣ、負荷電流Ｉに依存し、
lsとＩは大きい程又Ｃは小さい程vpは小さくな
る。GTOを使用するうえでvDもvpも共に小さい
方が望ましく、とりわけvpが高いとそれだけ高耐
圧のGTOを使用しなければならなくなる。しか
し、vpを低下させる為にコンデンサ１１のＣを大
きくすると、GTO２１がオンオフの一周期に1/2
Ｃ（vp−Ｅ）2＋1/2CE2のエネルギーの大半が抵抗
１３に消費される。ここでＥは電源２６と２７の
電圧の和である。例を挙げると周波数を1000
Hz、Ｃ＝2μF、vp＝400V、Ｅ＝200Vとすると
80Wとなる。これは装置の効率低下をもたらすと
共に、抵抗の外形が大きくなり発熱を伴なうので
装置の小形化の妨げとなつている。
ード１２及び抵抗１３から成る。２１と２２が
GTO、２３と２４がGTOと逆並列に接続された
ダイオードである。２５が負荷、２６と２７はそ
れぞれＥ／２の直流電源である。第２図の基本的
な動作は、GTO２１と２２が交互にオンとオフ
を繰り返すことでそれによつて負荷２５に交流が
印加される。GTO２１がオン、GTO２２がオフ
していて負荷２５に電流Ｉが流れているときに、
GTO２１をオフした瞬間の波形を第３図に示す。
GTOはそのゲートカソード間に逆方向に電流ig
を流すと、ターンオフしアノードカソード間に電
圧vaが図示のように加わる。図のvDはGTO２１
とスナバ１のコンデンサ１１とダイオード１２の
作る閉回路のインダクタンスｌとターンオフ直前
のアノード電流、すなわち負荷電流Ｉの大きさで
決まりｌもＩも大きい程vDは高くなる。又vpは電
源２６、GTO２１と負荷２５の閉回路及び電源
２７とダイオード２２及び負荷２５の閉回路の浮
遊インダクタンスl3と浮遊抵抗Rs及びコンデンサ
１１のキヤパシタンスＣ、負荷電流Ｉに依存し、
lsとＩは大きい程又Ｃは小さい程vpは小さくな
る。GTOを使用するうえでvDもvpも共に小さい
方が望ましく、とりわけvpが高いとそれだけ高耐
圧のGTOを使用しなければならなくなる。しか
し、vpを低下させる為にコンデンサ１１のＣを大
きくすると、GTO２１がオンオフの一周期に1/2
Ｃ（vp−Ｅ）2＋1/2CE2のエネルギーの大半が抵抗
１３に消費される。ここでＥは電源２６と２７の
電圧の和である。例を挙げると周波数を1000
Hz、Ｃ＝2μF、vp＝400V、Ｅ＝200Vとすると
80Wとなる。これは装置の効率低下をもたらすと
共に、抵抗の外形が大きくなり発熱を伴なうので
装置の小形化の妨げとなつている。
［発明の目的］
本発明の目的はコンデンサのエネルギーの一部
を再利用することによつて装置の効率向上と小形
化を図ることができるスナバ回路を提供すること
にある。
を再利用することによつて装置の効率向上と小形
化を図ることができるスナバ回路を提供すること
にある。
［実施例］
第４図ａ，ｂが本発明のスナバ回路の構成図
で、それを適用した第５図の回路でその動作を説
明する。第５図は本発明の一実施例を示す構成図
で、第２図と同一部に同一符号を付して、その説
明を省略する。
で、それを適用した第５図の回路でその動作を説
明する。第５図は本発明の一実施例を示す構成図
で、第２図と同一部に同一符号を付して、その説
明を省略する。
第５図において、１１ａと１１ｂはコンデン
サ、１２ａと１２ｂはダイオード、１４は変成器
例えば変流器、１５はリアクトル又は抵抗（以下
インピーダンス素子と記す、１６はダイオードブ
リツジである。
サ、１２ａと１２ｂはダイオード、１４は変成器
例えば変流器、１５はリアクトル又は抵抗（以下
インピーダンス素子と記す、１６はダイオードブ
リツジである。
GTO２１がオン、GTO２２がオフしている状
態では、コンデンサ１１ａの電荷はＯ、コンデン
サ１１ｂはＥに充電されている。負荷電流ILは
電源２６→GTO２１→負荷２５のループで流れ
ている。この状態でGTO２１のゲートに負の信
号を加えGTO２１をオフすると共に、GTO２２
のゲートに正の信号を加えてGTO２２をオンす
る。これによりＵ点の電位は０点を基準として−
Ｅ／２となる。
態では、コンデンサ１１ａの電荷はＯ、コンデン
サ１１ｂはＥに充電されている。負荷電流ILは
電源２６→GTO２１→負荷２５のループで流れ
ている。この状態でGTO２１のゲートに負の信
号を加えGTO２１をオフすると共に、GTO２２
のゲートに正の信号を加えてGTO２２をオンす
る。これによりＵ点の電位は０点を基準として−
Ｅ／２となる。
負荷２５が純抵抗であれば、GTO２２を介し
て負荷電流ILが流れ、又誘導性負荷であれば負
荷電流ILは瞬時には変化しないので、ダイオー
ド２４を介して電源２７より負荷電流ILが流れ
るループが形成される。コンデンサ１１ａは
GTO２１のオフの直後、第３図に示すようにvp
に充電される。
て負荷電流ILが流れ、又誘導性負荷であれば負
荷電流ILは瞬時には変化しないので、ダイオー
ド２４を介して電源２７より負荷電流ILが流れ
るループが形成される。コンデンサ１１ａは
GTO２１のオフの直後、第３図に示すようにvp
に充電される。
一方、GTO２２のオン又はダイオード２４の
導通によりＵ点の電位が−Ｅ／２になると、コン
デンサ１１ｂの負荷は、変流器１４―インピーダ
ンス素子１５―ダイオード１２ａ―GTO２２
（又はダイオード２４）―コンデンサ１１ｂの閉
回路で放電する。放電電流は主にインピーダンス
素子１５で制限される。変流器１４の１次電流の
１／ｎ（ｎ：２次巻線／１次巻線）の電流が変流
器１４の２次巻線を介して電源２６と２７に流れ
る。即ちコンデンサ１１ａ，１１ｂのエネルギー
が電源２６，２７に回生される。この間に前述の
コンデンサ１１ａの電荷はコンデンサ１１ａ―電
源２６―電源２７―GTO２２（ダイオード２４）
―ダイオード１２ａで放電し、vpからＥに戻る。
なお、コンデンサ１１ａの放電のみを考えると、
ダイオード１２ａは、阻止方向に動作するが、コ
ンデンサ１１ｂの放電電流が流れている間はダイ
オード１２ａが順バイアスされており、その状態
が続く限り、コンデンサ１１ａは放電する。もし
ダイオード１２ａが逆バイアスされるときは、コ
ンデンサ１１ａ―電源２６―電源２７―GTO２
２（ダイオード２４）―ダイオード１２ｂ―変流
器１４―インピーダンス素子１５の閉回路で放電
することになり、いずれにせよＥになる。
導通によりＵ点の電位が−Ｅ／２になると、コン
デンサ１１ｂの負荷は、変流器１４―インピーダ
ンス素子１５―ダイオード１２ａ―GTO２２
（又はダイオード２４）―コンデンサ１１ｂの閉
回路で放電する。放電電流は主にインピーダンス
素子１５で制限される。変流器１４の１次電流の
１／ｎ（ｎ：２次巻線／１次巻線）の電流が変流
器１４の２次巻線を介して電源２６と２７に流れ
る。即ちコンデンサ１１ａ，１１ｂのエネルギー
が電源２６，２７に回生される。この間に前述の
コンデンサ１１ａの電荷はコンデンサ１１ａ―電
源２６―電源２７―GTO２２（ダイオード２４）
―ダイオード１２ａで放電し、vpからＥに戻る。
なお、コンデンサ１１ａの放電のみを考えると、
ダイオード１２ａは、阻止方向に動作するが、コ
ンデンサ１１ｂの放電電流が流れている間はダイ
オード１２ａが順バイアスされており、その状態
が続く限り、コンデンサ１１ａは放電する。もし
ダイオード１２ａが逆バイアスされるときは、コ
ンデンサ１１ａ―電源２６―電源２７―GTO２
２（ダイオード２４）―ダイオード１２ｂ―変流
器１４―インピーダンス素子１５の閉回路で放電
することになり、いずれにせよＥになる。
変流器１４の２次巻線を介してコンデンサ１１
ｂのエネルギーが回生されている期間中、変流器
１４の２次電圧はＥに保持され、従つて１次電圧
はＥ／ｎに保持される。変流器１４の励磁電流は
時間と共にほぼ直線的に増加し、２次側に伝達さ
れる電流はその分減少していき、該励磁電流の大
きさが１次電流の大きさに等しくなると２次電流
は０となる。即ち回生は終了する。変流器１４に
貯えられた励磁エネルギー分は、インピーダンス
素子１５、ダイオード１２ａ，１２ｂと変流器１
４内で消費される。
ｂのエネルギーが回生されている期間中、変流器
１４の２次電圧はＥに保持され、従つて１次電圧
はＥ／ｎに保持される。変流器１４の励磁電流は
時間と共にほぼ直線的に増加し、２次側に伝達さ
れる電流はその分減少していき、該励磁電流の大
きさが１次電流の大きさに等しくなると２次電流
は０となる。即ち回生は終了する。変流器１４に
貯えられた励磁エネルギー分は、インピーダンス
素子１５、ダイオード１２ａ，１２ｂと変流器１
４内で消費される。
GTO２２がオフ、GTO２１がオンとなる過程
でも全く相似の動作により、夫々のコンデンサ１
１ａと１１ｂのエネルギーは大部分電源に戻すこ
とが出来る。実験による回生率は55ないし70％で
あるが、定数の選定を適切に選べば更に回生率を
上げることは可能である。
でも全く相似の動作により、夫々のコンデンサ１
１ａと１１ｂのエネルギーは大部分電源に戻すこ
とが出来る。実験による回生率は55ないし70％で
あるが、定数の選定を適切に選べば更に回生率を
上げることは可能である。
第６図は本発明の他の実施例であつて、第５図
の変流器１４の代りに変圧器１４Ａを用いたもの
である。変圧器１４Ａと変流器１４の差は、変圧
器１４Ａを用いる場合、インピーダンス素子１５
は２次側（回生側）に、変流器１４を用いる場合
は１次側（スナバ側）に設けることにある。
の変流器１４の代りに変圧器１４Ａを用いたもの
である。変圧器１４Ａと変流器１４の差は、変圧
器１４Ａを用いる場合、インピーダンス素子１５
は２次側（回生側）に、変流器１４を用いる場合
は１次側（スナバ側）に設けることにある。
第６図ではエネルギーの回生先の直流電源は３
０として一般化してあるが、以下の説明では３０
は第５図と同様直流電源２６と２７として扱う。
即ち第６図のP′端子は第５図のＰ端子に、N′端
子は第５図のＮ端子に接続される。
０として一般化してあるが、以下の説明では３０
は第５図と同様直流電源２６と２７として扱う。
即ち第６図のP′端子は第５図のＰ端子に、N′端
子は第５図のＮ端子に接続される。
GTO２１がオン、GTO２２がオフしている状
態から、GTO２１をオフ、GTO２２をオンに転
ずると第５図で説明したようにコンデンサ１１ａ
と１１ｂの充電と放電が始まる。第６図において
は変圧器１４Ａを用いているので、変圧器１４Ａ
の２次巻線にはnEcの電圧が生ずる。ここで、Ec
はコンデンサ１１ｂの充電電圧で初期値はＥに等
しい。ｎは２次巻線数／１次巻線数でｎ＞１に選
ばれる。nEc＞Ｅの間ダイオードブリツジ１６が
導通しコンデンサ１１ｂのエネルギーは変圧器１
４Ａを通して電源２６と２７に回生される。２次
巻線電圧nEcと直流電圧Ｅの差をインピーダンス
素子１５のインピーダンスＺで除算した値即ち
（nEc−Ｅ）／Ｚが変圧器１４Ａの２次巻線電流
となる。コンデンサ１１ｂが放電し、ほぼEc＝
Ｅ／ｎに達するとダイオードブリツジ１６が逆バ
イアスされて非導通となる。コンデンサ１１ｂの
残余エネルギー1/2Ｃ（Ｅ／ｎ）2及び変圧器１４Ａの 励磁エネルギーは、変圧器１４Ａ、ダイオード１
２ａ、GTO２２、コンデンサ１１ｂの閉回路内
で損失となる。GTO２２がオフ、GTO２１がオ
ンとなる過程も全く同様である。
態から、GTO２１をオフ、GTO２２をオンに転
ずると第５図で説明したようにコンデンサ１１ａ
と１１ｂの充電と放電が始まる。第６図において
は変圧器１４Ａを用いているので、変圧器１４Ａ
の２次巻線にはnEcの電圧が生ずる。ここで、Ec
はコンデンサ１１ｂの充電電圧で初期値はＥに等
しい。ｎは２次巻線数／１次巻線数でｎ＞１に選
ばれる。nEc＞Ｅの間ダイオードブリツジ１６が
導通しコンデンサ１１ｂのエネルギーは変圧器１
４Ａを通して電源２６と２７に回生される。２次
巻線電圧nEcと直流電圧Ｅの差をインピーダンス
素子１５のインピーダンスＺで除算した値即ち
（nEc−Ｅ）／Ｚが変圧器１４Ａの２次巻線電流
となる。コンデンサ１１ｂが放電し、ほぼEc＝
Ｅ／ｎに達するとダイオードブリツジ１６が逆バ
イアスされて非導通となる。コンデンサ１１ｂの
残余エネルギー1/2Ｃ（Ｅ／ｎ）2及び変圧器１４Ａの 励磁エネルギーは、変圧器１４Ａ、ダイオード１
２ａ、GTO２２、コンデンサ１１ｂの閉回路内
で損失となる。GTO２２がオフ、GTO２１がオ
ンとなる過程も全く同様である。
［発明の効果］
本発明によつて得られる効果をまとめると次の
ようになる。
ようになる。
(イ) スナバ回路のコンデンサのエネルギを再利用
することにより装置の効率を数％向上させうる
こと (ロ) 発熱部が減少したことにより高密度の実装が
可能となり、装置の小形化が可能となつたこと
である。
することにより装置の効率を数％向上させうる
こと (ロ) 発熱部が減少したことにより高密度の実装が
可能となり、装置の小形化が可能となつたこと
である。
第１図は従来のスナバ回路、第２図は第１図の
回路を適用した回路、第３図は第２図のGTOの
アノード電圧とオフゲート電流との関係を示す波
形図、第４図ａ，ｂが本発明のスナバ回路のそれ
ぞれ異なる構成図、第５図および第６図はそれぞ
れ本発明のスナバ回路の一実施例および他の実施
例を示す図である。 １…スナバ回路、１１，１１ａ，１１ｂ…コン
デンサ、１２，１２ａ，１２ｂ…ダイオード、１
３…抵抗、１４…変流器、１４Ａ…変圧器、１５
…リアクトル又は抵抗、２１，２２…GTO、２
３，２４…ダイオード、２５…負荷、２６，２７
…電源、３０…直流電源。
回路を適用した回路、第３図は第２図のGTOの
アノード電圧とオフゲート電流との関係を示す波
形図、第４図ａ，ｂが本発明のスナバ回路のそれ
ぞれ異なる構成図、第５図および第６図はそれぞ
れ本発明のスナバ回路の一実施例および他の実施
例を示す図である。 １…スナバ回路、１１，１１ａ，１１ｂ…コン
デンサ、１２，１２ａ，１２ｂ…ダイオード、１
３…抵抗、１４…変流器、１４Ａ…変圧器、１５
…リアクトル又は抵抗、２１，２２…GTO、２
３，２４…ダイオード、２５…負荷、２６，２７
…電源、３０…直流電源。
Claims (1)
- １ コンデンサとこのコンデンサの充電方向に接
続されるダイオードからなり、電力変換装置を構
成する正負直流母線間に直列接続される一対の半
導体素子のそれぞれに並列接続されるスナバ回路
において、前記一方のスナバ回路のコンデンサと
ダイオードの直列接続点と、前記他方のスナバ回
路のコンデンサとダイオードの直列接続点との間
に変成器を設け、前記コンデンサの放電時前記変
成器の２次巻線を介して前記コンデンサのエネル
ギを電源へ回生するようにしたことを特徴とする
スナバ回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3864680A JPS56136173A (en) | 1980-03-26 | 1980-03-26 | Spanner circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3864680A JPS56136173A (en) | 1980-03-26 | 1980-03-26 | Spanner circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56136173A JPS56136173A (en) | 1981-10-24 |
| JPS6343969B2 true JPS6343969B2 (ja) | 1988-09-02 |
Family
ID=12531011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3864680A Granted JPS56136173A (en) | 1980-03-26 | 1980-03-26 | Spanner circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56136173A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0667176B2 (ja) * | 1981-03-27 | 1994-08-24 | 株式会社日立製作所 | ゲートターンオフサイリスタ装置 |
| JPS58130771A (ja) * | 1982-01-29 | 1983-08-04 | Origin Electric Co Ltd | スナバ回路 |
| FR2547106B1 (fr) * | 1983-05-30 | 1985-07-12 | Cem Comp Electro Mec | Dispositif d'equilibrage d'interrupteurs connectes en serie |
| JP2521698B2 (ja) * | 1987-03-31 | 1996-08-07 | 株式会社東芝 | スナバエネルギ回生回路 |
| CH674687A5 (ja) * | 1987-12-07 | 1990-06-29 | Bbc Brown Boveri & Cie | |
| JPH01303066A (ja) * | 1988-05-30 | 1989-12-06 | Toshiba Corp | 電力変換装置 |
-
1980
- 1980-03-26 JP JP3864680A patent/JPS56136173A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56136173A (en) | 1981-10-24 |
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| JPS6343969B2 (ja) | ||
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