CN109950866B - 电流切断器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电流切断器，其能够进行高速的电流切断，并能够降低电流导通损耗。电流切断器(10)具备作为电流的导通部的主导通部(11)以及与其并联连接的辅助导通部(12)，主导通部(11)包括不具有自关断功能的第一半导体开关元件(1)以及与其串联连接的对导通部进行切换的导通部切换元件(2)，辅助导通部(12)包括第二半导体开关元件(3)。该电流切断器(10)具备对第一半导体开关元件(1)、导通部切换元件(2)、第二半导体开关元件(3)的接通、断开动作分别进行控制的控制电路。

Description

电流切断器

技术领域

本发明涉及一种电流切断器，更具体地说，涉及一种采用了半导体开关元件的复合半导体开关结构的电流切断器。

背景技术

作为用于在产生了短路等异常的情况下保护电路的电流切断器，就最简单的结构而言，已知有机械式的开关。然而，在机械式的开关的情况下，有可能由于弹簧等机构的反应速度而在电流切断时产生电弧，导致经由电弧而流动短路电流。作为应对方法，已知一种采用与机械式开关并联地连接半导体开关的结构的电流切断器(例如，参照专利文献1)。

在并联连接半导体开关的结构的情况下，通过在电流切断动作时使电流转流至并联连接的半导体开关侧，使得在机械式开关中不产生电弧。然而，在该结构的情况下，由于需要遵守将机械式开关断开、接着将半导体开关断开这样的顺序，因此电流切断需要比较长的时间。

因此，已知如下一种结构：并联连接多个半导体元件，使一方的元件担负开关的作用，使另一方的元件担负降低稳定时的电流导通损耗的作用。关于这种结构，还提出如下一种技术(例如，专利文献2)：配置虽然耐压低但能够进行高速开关的半导体元件，通过该半导体元件的接通、断开来将电流的导通路径切换为一方的元件或另一方的元件。另外，还提出了如下一种技术(例如，参照专利文献3至6)：例如将电流容量比较大且电流导通损耗比较小的晶闸管、三端双向交流开关(triac)用作担负降低稳定时的电流导通损耗的作用的元件，或者容许双向的电流的导通来支持交流电流。

专利文献1：日本专利第5628184号公报

专利文献2：日本特开2011-135758号公报

专利文献3：日本特开2005-192354号公报

专利文献4：日本特开2006-50697号公报

专利文献5：日本特开2008-54468号公报

专利文献6：日本特开2009-81969号公报

发明内容

发明要解决的问题

关于采用了多个半导体开关元件的结构，例如在专利文献6所记载的结构中，电流流过IGBT和MOSFET这两个半导体开关元件，因此电流导通损耗是两个半导体开关元件的损耗量，从而希望进一步降低电流导通损耗。另外，作为半导体开关元件的一般特性，开关速度与导通电阻处于折衷(trade off)的关系。因此，例如当采用开关速度快的半导体开关元件时，虽然开关损耗能够降低，但是导通电阻变大，因此电流导通损耗变大。也就是说，在现有技术中，难以兼顾高速的电流切断和电流导通损耗的降低。

本发明是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于提供一种能够进行高速的电流切断并且能够降低电流导通损耗的电流切断器。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明的一个观点所涉及的电流切断器具备作为电流的导通部的主导通部以及与所述主导通部并联连接的辅助导通部，该电流切断器的特征在于，所述主导通部包括导通部切换元件和不具有自关断功能的第一半导体开关元件，该导通部切换元件与所述第一半导体开关元件串联连接，用于通过该导通部切换元件的接通、断开动作来对导通部进行切换，所述辅助导通部包括第二半导体开关元件，所述电流切断器具备控制电路，该控制电路对所述第一半导体开关元件、所述导通部切换元件以及所述第二半导体开关元件的接通、断开动作分别进行控制。

另外，为了达到上述目的，本发明的其它观点所涉及的电流切断器具备作为电流的导通部的主导通部以及与所述主导通部并联连接的辅助导通部，该电流切断器的特征在于，在所述主导通部中，包括导通部切换元件和不具有自关断功能的第一半导体开关元件的串联电路彼此反向并联连接，在所述辅助导通部中，对第二半导体开关元件反向并联连接二极管而成的并联电路彼此反向串联连接，来形成双向导通路径，所述电流切断器具备控制电路，该控制电路对所述第一半导体开关元件、所述导通部切换元件以及所述第二半导体开关元件的接通、断开动作分别进行控制。

在以上那样的结构中，例如，第一半导体开关元件相比于第二半导体开关元件而言电流容量大且导通性高，第二半导体开关元件相比于第一半导体开关元件而言能够高速地进行开关动作。电流主要流过第一半导体开关元件侧，因此能够减小导通的损耗。在切断电流的情况下，最初将导通部切换元件断开，由此易于进行第一半导体开关元件的关断动作，使主导通部迅速地成为非导通状态。在该情况下，电流流向包括第二半导体开关元件的辅助导通部，但是由于第二半导体开关元件也是能够比较高速地进行关断的开关元件，因此就电流切断器整体而言，能够高速地切断电流。另外，根据以上那样的各半导体元件的连接关系、动作，由于能够高速地进行开关动作的导通部切换元件和第二半导体开关元件所产生的开关损耗比较小，因此能够降低开关损耗。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种能够进行高速的电流切断并且能够降低电流导通损耗的电流切断器。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的复合半导体开关的主要部分结构的电路图。

图2是表示本发明的第一实施方式所涉及的复合半导体开关的整体结构的电路图。

图3是用于对本发明的第一实施方式所涉及的复合半导体开关的动作进行说明的波形图。

图4是用于对本发明的第一实施方式所涉及的复合半导体开关的动作进行说明的概要图。

图5是表示本发明的第二实施方式所涉及的复合半导体开关的主要部分结构的电路图。

图6是用于对本发明的第二实施方式所涉及的复合半导体开关的动作进行说明的波形图。

图7是用于对本发明的第二实施方式所涉及的复合半导体开关的动作进行说明的概要图。

附图标记说明

1、1a：晶闸管(第一半导体开关元件)；2、2a：MOSFET(导通部切换元件)；3、3a：IGBT(第二半导体开关元件)；4：控制电路；5：控制装置；10：复合半导体开关(电流切断器)；11、11a：主导通部；12、12a：辅助导通部；41：保护电路；42：栅极脉冲分配电路；43：驱动电路；A：第一端子；B：第二端子；IN：输入端子；OUT：输出端子；CTL：控制端子。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式所涉及的电流切断器。本发明的特征之一在于采用了能够进行高速的电流切断并且能够降低电流导通损耗的电路结构。

(第一实施方式)

首先，参照图1至图4详细地说明本发明的第一实施方式。参照图1和图2说明本实施方式所涉及的结构，参照图3和图4说明本实施方式所涉及的动作。

(结构)

如图1和图2所示，本实施方式所涉及的电流切断器例如是被应用于工厂等的配电盘的复合半导体开关10，具备第一半导体开关元件1、导通部切换元件2、第二半导体开关元件3以及控制电路4。

第一半导体开关元件1是导通电阻比较低、电流导通损耗比较小的半导体开关元件，在本实施方式中，由他励式的晶闸管构成。以下，为了便于说明，将第一半导体开关元件1称为晶闸管1。另外，将导通部切换元件2适当地称为MOSFET 2。该晶闸管1的阳极与复合半导体开关10的输入端IN连接，阴极与MOSFET 2的漏极连接，栅极与控制电路4连接。

导通部切换元件2是与第一半导体开关元件和第二半导体开关元件相比开关速度为高速的半导体开关元件。在本实施方式中，导通部切换元件2例如是在耐压为数10V等级的情况下导通电阻为数毫欧的低耐压MOSFET，内置有体二极管或者反向并联连接有二极管。该MOSFET 2的源极与复合半导体开关10的输出端OUT连接，栅极与控制电路4连接。也就是说，MOSFET 2被配置连接于晶闸管1的阴极侧。由晶闸管1和MOSFET 2形成串联电路，该串联电路形成复合半导体开关10中的主导通部11。MOSFET 2是用于切换复合半导体开关10中的电流路径的元件，在后面记述其动作的详细内容。

第二半导体开关元件3是与晶闸管1相比开关速度为高速的半导体开关元件。为了能够进行高速开关动作，第二半导体开关元件3能够由开关损耗比较低的半导体开关元件构成，在本实施方式中，由IGBT构成。以下，为了便于说明，将第二半导体开关元件3称为IGBT 3。IGBT 3的集电极与复合半导体开关10的输入端IN连接，发射极与复合半导体开关10的输出端OUT连接。也就是说，IGBT 3与晶闸管1同MOSFET 2的串联电路并联连接，形成复合半导体开关10中的辅助导通部12。此外，IGBT 3的栅极也与控制电路4连接。IGBT 3是用于通过高速开关动作来最终切断电流的元件，在后面记述其动作的详细内容。

当总结关于开关速度和导通电阻的晶闸管1与IGBT 3的关系时，在稳定时的导通时，由低导通电阻、电流导通损耗小并且电流容量大的晶闸管1担负作用，在开关动作时，由能够高速地进行开关动作的开关损耗小的IGBT 3担负作用。而且，在电流路径的切换、也就是说作用分担的切换时，由这些元件中的最高速的MOSFET 2担负该作用。

接着，对控制电路4进行说明。控制电路4是用于控制对复合半导体开关10中的各半导体元件(晶闸管1、MOSFET 2、IGBT 3)的栅极施加电压的定时的电路，在本实施方式中，控制电路4具备保护电路41、栅极脉冲分配电路42以及驱动电路43。

保护电路41经由复合半导体开关10的控制端子CTL从外部的控制装置5被提供控制信号(接通、断开控制信号)。保护电路41检测复合半导体开关10的输入端IN侧的电流，在该电流的值为规定的过电流设定值lim以上的情况下，停止向下一级的栅极脉冲分配电路42提供控制信号。

栅极脉冲分配电路42对经由保护电路41被提供的控制信号赋予规定的延迟时间td_on、td_off以及时间差ΔT，由此使各半导体开关元件的接通、断开动作定时变动。在后面记述延迟时间td_on、td_off以及时间差ΔT。

驱动电路43在与栅极脉冲分配电路42对控制信号赋予的延迟时间td_on等相应的定时，对各半导体元件的栅极施加电压。

此外，关于保护电路41、栅极脉冲分配电路42以及驱动电路43的结构的详细内容，只要能够实现参照图3来说明的动作，则可以是任意的，能够采用任意的电路结构。

在本实施方式中，将晶闸管1、MOSFET 2、IGBT 3以及控制电路4作为一个功率模块进行封装后配置于配电盘等，通过从外部的控制装置5向控制端子CTL提供上述的一个控制信号来进行动作，但是不限于此。

(动作)

接着，参照图3和图4详细地说明采用以上结构的复合半导体开关10的电流切断动作。

如图3和图4的(I)所示，最初，从控制电路4对IGBT 3的栅极施加电压，在晶闸管1和MOSFET 2为断开的状态下，在定时t1仅将IGBT 3接通。IGBT 3是能够比较高速地进行开关动作的半导体开关元件，因此能够迅速地成为接通状态。通过最初将能够进行高速开关动作的IGBT 3接通，有助于复合半导体开关10整体的启动动作的高速化。在该情况下，由于仅IGBT 3接通，因此仅辅助导通部12导通，因而，电流流过辅助导通部12。

接着，如图3和图4的(II)所示，在对IGBT 3的栅极施加电压起的延迟时间td_on后，从控制电路4对晶闸管1和MOSFET 2各自的栅极施加电压，在定时t2将晶闸管1和MOSFET 2接通。在该情况下，由于晶闸管1与IGBT 3相比导通电阻低且导通性高，因此来自复合半导体开关10的输入端IN的电流的大部分流过导通性高的一侧的晶闸管1、也就是主导通部11。此外，关于延迟时间td_on，只要能够确保IGBT 3的开通(turn on)所需要的时间、即直到开通动作完成、稳定状态的电流流通为止的时间即可。具体地说，延迟时间td_on为1μ秒到2μ秒左右，但是不限于此。通过像这样先使IGBT 3开通，不产生晶闸管1的开通损耗。

在此，本发明人们对流向主导通部11与辅助导通部12的电流的比进行了模拟。例如，在额定为1200V、50A的条件下将半导体开关元件进行比较的情况下，关于晶闸管1，接通电压为1.4V，导通电阻为大致28毫欧。另一方面，关于IGBT 3，接通电压为1.8V，导通电阻为大致36毫欧。所采用的MOSFET 2的导通电阻为1毫欧以下，由于主导通部11侧的导通电阻低于辅助导通部12侧，因此电流容易流向主导通部11侧。也就是说，根据导通电阻的比率，能够获得流向主导通部11与辅助导通部12的电流的比，因此通过适当地选择元件的并联数，能够将该比设定为适当的值。例如，能够在主导通部11侧并联很多适当选择的元件，来将相对于辅助导通部12的导通电阻比设定为期望的适当值。或者，还可以考虑例如在辅助导通部12侧利用开关速度与导通电阻的折衷关系，使开关速度优先来选择要应用的元件，有意地提高导通电阻。

返回到电流切断动作的说明。接着，如图3和图4的(III)所示，停止从控制电路4向MOSFET 2的栅极的电压施加，来在定时t3使MOSFET 2关断。MOSFET 2例如如上述那样能够在数10ns内关断，因此在停止向栅极的电压施加后迅速地成为非导通状态。

在该阶段，晶闸管1在发生了雪崩击穿的状态下，阳极-阴极间仍保持导通，不关断(断开)。在他励式的晶闸管1中，一旦发生雪崩击穿，如果只是停止向栅极的电压施加，则雪崩击穿不会停止。然而，在本实施方式中，由于MOSFET 2先成为非导通状态，因此在MOSFET2的端子间产生的电位差作为针对晶闸管1的栅极的反向偏压来施加。通过该反向偏压，能够抽出晶闸管1的电荷。然后，在晶闸管1的电荷被抽出的状态下，在停止向MOSFET 2的栅极的电压施加起的时间差ΔT后，停止向晶闸管1的栅极的电压施加。由此，在定时t4，使晶闸管1断开，成为非导通状态。

在定时t4，由于晶闸管1和MOSFET 2为非导通状态，因此主导通部11被完全切断，电流流过辅助导通部12。在辅助导通部12中，IGBT 3为接通，为了切断电流，在定时t3使低压MOSFET 2关断起的延迟时间td_off后，停止从控制电路4向IGBT 3的栅极的电压施加，从而在定时t5使IGBT 3关断。IGBT 3是能够比较高速地进行开关动作的半导体开关元件，因此迅速地成为非导通状态。由此，辅助导通部12也被切断，进而，由复合半导体开关10整体来切断电流的动作完成。

(作用)

如以上说明的那样，根据本实施方式所涉及的结构，能够降低电流导通损耗。具体地说，MOSFET 2在额定电压为数10V等级的情况下导通电阻为数毫欧，IGBT 3能够高速地进行开关动作，从而在极短的时间内辅助导通部12成为非导通，因此关于电流导通损耗，实质上不考虑MOSFET 2、IGBT 3中的电流导通损耗，能够认为是主导通部11中的一个晶闸管1(第一半导体开关元件)的损耗量。因而，与例如由多个半导体开关元件构成串联电路的现有技术相比，复合半导体开关10整体的电流导通损耗较小。

另外，根据本实施方式所涉及的结构，能够进行高速的电流切断。具体地说，在上述的例子中，MOSFET 2能够在数10ns内关断，关于晶闸管1，也能够通过适当地设定由成为非导通的MOSFET 2产生的反向偏压的施加和来自控制电路4的向栅极的电压施加的定时，来迅速地断开。而且，IGBT 3是能够进行比较高速的开关动作的半导体开关元件，因此能够通过适当地设定使晶闸管1断开后停止向IGBT 3的栅极的电压施加的定时，来迅速地设为非导通状态。因而，复合半导体开关10整体能够高速地进行电流切断。

辅助导通部12侧在电流切断动作中电流导通的时间可以较短，因此辅助导通部12侧设置的IGBT 3的电流容量为短时间的额定的电流容量就足够了。例如，在上述的模拟的条件下，鉴于数据表中记载的开关速度，从将IGBT 3接通到将晶闸管1(和低压MOSFET 2)接通为止的延迟时间td_on为1μ秒到2μ秒左右。关于IGBT 3，仅考虑短时间的导通即可，因此能够实现元件的小型化、低成本化。

并且，根据本实施方式所涉及的结构，能够防止不具有自关断功能的晶闸管1由于残留电荷的影响所产生的误接通现象。

关于这一点，详细地进行说明。在原理上，在不具有自关断功能的晶闸管中，在一旦对栅极施加电压产生雪崩击穿而成为接通(导通)状态之后，如果只是停止向栅极的电压施加，则雪崩击穿不停止，仍旧为接通状态。关于这一点，本发明人们与上述的结构相关联地进行了各种验证，得到了以下意思的见解：即使在没有向接通状态的晶闸管(在上述结构中为晶闸管1)流通电流的状态下，也有时在没有电流流动的极短的时间内由于并联连接的IGBT 3关断时的电压被施加于晶闸管1的阳极-阴极-低压MOSFET 2一圈之间而再次开始电流的导通。以下，在本说明书中，将晶闸管1的这种现象称为误接通现象。

本发明人们进行了各种试验来进一步进行了验证，关于避免误接通现象，得到了以下见解。首先，发现了，通过与晶闸管1相比先对与晶闸管1串联连接的MOSFET 2进行断开控制，会将在MOSFET 2的端子间产生的电位差作为反向偏压施加于晶闸管1，但是如果在施加没有成为足够的大小的该反向偏压、也就是说没有成为足以抽出晶闸管1的阳极-阴极间的电荷的大小的反向偏压的状态下停止向晶闸管1的栅极的电压施加，则晶闸管1可能产生误接通现象。因此，在本发明中，设置了在将MOSFET 2断开、也就是说停止向MOSFET 2的栅极的电压施加之后直到停止向晶闸管1的栅极的电压施加为止的时间差ΔT。如果ΔT过短，则上述的反向偏压不会成为足以抽出晶闸管1的电荷的大小。另一方面，如果ΔT过长，则无法高速地切断电流。考虑到这些情况，最好根据实际用途中的规格等各条件适当地设定ΔT以能够获得足以抽出晶闸管1的电荷的反向偏压。因此，可以采用能够从外部将ΔT设定给栅极脉冲分配电路42的结构。或者，在已事先掌握实际用途中的各条件并已事先掌握ΔT的较佳的值的情况下，也可以采用在栅极脉冲分配电路42中保持较佳的值的ΔT的结构。

因而，根据本实施方式所涉及的结构，即使是使用不具有自关断功能的晶闸管1的结构，也能够通过比较简单的电路结构来防止电流切断动作中的晶闸管1的误接通现象，进而能够实现复合半导体开关10的动作的稳定化。

(第二实施方式)

在第一实施方式中，对复合半导体开关10所切断的电流为从输入端IN流向输出端OUT的直流电流的情况进行了说明。然而，在实际的用途中，能够想到希望将本发明的复合半导体开关10也应用于例如使用交流电流的配电盘的需求。在这样的情况下，最好采用设置多个主导通部11使得能够对应正、负双方的极性的结构。以下，对具有这样的结构的复合半导体开关10进行详细说明。此外，对与第一实施方式同样的结构要素附加相同的参照标记，并省略其详细说明。

(结构)

如图5所示，本实施方式所涉及的复合半导体开关10具备晶闸管1及1a、MOSFET 2及2a以及IGBT 3及3a。另外，该复合半导体开关10与第一实施方式同样地具备控制电路4(未图示)，该控制电路4与外部的控制装置5(未图示)连接。关于控制电路4和控制装置5，与第一实施方式同样地能够应用公知的技术，因此以下省略其说明。并且，该复合半导体开关10具备第一端子A和第二端子B，来代替第一实施方式中的输入端IN和输出端OUT。

与第一实施方式同样地，在本实施方式中，晶闸管1和MOSFET 2形成第一主导通部11。晶闸管1a和MOSFET 2a形成第二主导通部11a，与第一主导通部11同样地进行连接，并与第一主导通部11级联(cascode)。更具体地说，晶闸管1a和MOSFET 2a形成第二主导通部11a，该第二主导通部11a与第一主导通部11反向并联连接，电流流动的方向是与第一主导通部11相反的方向。

IGBT 3和IGBT 3a彼此串联连接来形成辅助导通部12。该辅助导通部12与第一主导通部11及第二主导通部11a并联连接。在本实施方式中，由于电流双向流动，因此关于IGBT 3和IGBT 3a，例如采用反向并联连接有二极管的IGBT。在该情况下，IGBT 3的集电极与IGBT 3a的集电极相互连接，IGBT3的发射极与第二端子B连接，IGBT 3a的发射极与第一端子A连接。从各IGBT3、3a的发射极朝向集电极连接各二极管。

第一端子A设置于第一主导通部11和第二主导通部11a中的晶闸管1和MOSFET 2a侧的端与辅助导通部12中的IGBT 3a侧的端之间。第二端子B设置于第一主导通部11和第二主导通部11a中的MOSFET 2和晶闸管1a侧的端与辅助导通部12中的IGBT 3侧的端之间。以下，为了容易地理解本发明，将电流从第一端子A流向第二端子B的情况作为正的极性、将电流从第二端子B流向第一端子A的情况作为负的极性进行说明。

(动作)

接着，参照图6和图7详细地说明采用以上那样的结构的复合半导体开关10的电流切断动作。以下，将在电流为正的极性时进行的电流切断动作作为代表例进行说明。

首先，如图6和图7的(I)所示，对IGBT 3的栅极施加电压来在定时t1将IGBT 3接通。在该情况下，电流从第一端子A朝向第二端子B流过IGBT 3a的二极管和IGBT 3。

接着，为了使电流流向第一主导通部11，如图6和图7的(II)所示，在对IGBT 3的栅极施加电压起的延迟时间td_on后，对晶闸管1和MOSFET 2的栅极施加电压来在定时t2使晶闸管1和MOSFET 2开通。由此，第一主导通部11导通，电流的大部分流过第一主导通部11。此外，在此，关于是否也对晶闸管1a和低压MOSFET 2a的栅极施加电压来使晶闸管1a和低压MOSFET 2a开通，是任意的。然而，在使晶闸管1a和低压MOSFET 2a也与晶闸管1及低压MOSFET 2同样地开通的结构的情况下，电流流动的方向与第二主导通部11a的导通方向相反，因此例如有可能由于施加相反方向的大的电流而使低压MOSFET 2a、晶闸管1a产生元件破坏，因此此处优选采用不使晶闸管1a和低压MOSFET 2a开通的控制。

接着，如图6和图7的(III)所示，在将晶闸管1断开之前，停止向MOSFET2的栅极的电压施加来在定时t3使MOSFET 2关断。使MOSFET 2比晶闸管1先关断的理由与第一实施方式同样地是为了提供足以抽出晶闸管1的电荷的反向偏压。

接着，在停止向MOSFET 2的栅极的电压施加起的时间差ΔT后，停止向晶闸管1及1a的栅极的电压施加来在定时t4使晶闸管1及1a断开。晶闸管1通过被施加的反向偏压而在时间差ΔT后被抽出电荷，因此能够与第一实施方式同样地防止误接通现象。

由于第一主导通部11成为非导通，如图6和图7的(III)所示那样，电流流过辅助导通部12。因此，在停止向低压MOSFET 2的栅极的电压施加起的td_off后，停止向IGBT 3的栅极的电压施加来在定时t5使IGBT 3关断。由此，从第一端子A朝向第二端子B流动的电流即使通过与IGBT 3a反向并联连接的二极管，也由于IGBT 3断开而因此不会到达第二端子B。因而，由复合半导体开关10整体来切断电流的动作完成。

此外，在电流从第二端子B去向第一端子A的情况下、也就是说电流为负的极性的情况下，只要以与上述的控制同样的顺序控制MOSFET 2a、晶闸管1a以及IGBT 3a的接通、断开动作即可。

如以上说明的那样，根据本实施方式，在切断对象的电流为交流电流的情况下，也能够获得与第一实施方式同样的作用、效果。

(其它实施方式)

本发明不限定于上述实施方式，能够进行各种变形和应用。例如，在上述实施方式中，以第二半导体开关元件为IGBT的情况为例进行了说明。然而，例如在相比于使用IGBT而言要求更快的开关速度但耐压可以更低的用途中，也可以使用功率MOSFET来代替IGBT。在该情况下，通过以电流从MOSFET的源极朝向漏极流动的方式将该MOSFET连接于辅助导通部12，能够期待通过所谓的同步整流效果来进一步减少电流导通损耗。

另外，在第二实施方式中，以使用反向并联连接有二极管的IGBT分别作为第二半导体开关元件3及3a的情况为例进行了说明，但是也可以使用逆阻型IGBT(RB-IGBT)。在该情况下，在第二实施方式中，将IGBT 3与3a进行了反向串联连接，但是通过反向并联连接RB-IGBT，能够获得同样的作用、效果。

并且，通过例如将由碳化硅等宽带隙材料形成的半导体开关元件用作第二半导体开关元件、将高耐压型的晶闸管等用作晶闸管1，与实施方式相比能够获得更高的耐压，也能够应对流动更大的电流的用途。

并且，在上述的实施方式中，以第一半导体开关元件1为不具有自关断功能的晶闸管的情况为例进行了说明，但是例如也可以采用GTO晶闸管。在该情况下，GTO晶闸管在原理上能够与向栅极的电压施加相应地进行接通、断开，但是，通过如上述实施方式那样先使MOSFET 2关断来向GTO晶闸管施加反向偏压，能够期待有助于GTO晶闸管的关断动作的效果。

Claims (8)

1.一种电流切断器，具备作为电流的导通部的主导通部以及与所述主导通部并联连接的辅助导通部，该电流切断器的特征在于，

所述主导通部包括导通部切换元件和不具有自关断功能的第一半导体开关元件，所述导通部切换元件与所述第一半导体开关元件串联连接，用于通过该导通部切换元件的接通、断开动作来对导通部进行切换，

所述辅助导通部包括第二半导体开关元件，

所述电流切断器具备控制电路，该控制电路对所述第一半导体开关元件、所述导通部切换元件以及所述第二半导体开关元件的接通、断开动作分别进行控制，

所述控制电路通过按所述导通部切换元件、第一半导体开关元件的顺序对所述导通部切换元件、第一半导体开关元件进行控制来使所述主导通部导通和切断，

所述控制电路在切断所述主导通部时，以预先设定的时间差ΔT对所述导通部切换元件、第一半导体开关元件进行控制，所述时间差ΔT是能够获得足以抽出所述第一半导体开关元件的电荷的反向偏压的时间。

2.根据权利要求1所述的电流切断器，其特征在于，

所述控制电路在切断所述主导通部时，对第一半导体开关元件的栅极施加反向偏压。

3.根据权利要求1或2所述的电流切断器，其特征在于，

所述控制电路在所述第一半导体开关元件、所述导通部切换元件、所述第二半导体开关元件为断开状态时，将所述第二半导体开关元件接通，接着将所述第一半导体开关元件接通。

4.根据权利要求3所述的电流切断器，其特征在于，

从外部对所述控制电路提供一个控制信号，所述控制电路通过对所述一个控制信号赋予规定的时间差，来使所述第一半导体开关元件、所述导通部切换元件以及所述第二半导体开关元件的接通、断开动作的定时分别变动。

5.根据权利要求1或2所述的电流切断器，其特征在于，

所述第一半导体开关元件、所述导通部切换元件以及所述第二半导体开关元件分别由晶闸管、MOSFET以及IGBT构成。

6.一种电流切断器，具备作为电流的导通部的主导通部以及与所述主导通部并联连接的辅助导通部，该电流切断器的特征在于，

在所述主导通部中，包括导通部切换元件和不具有自关断功能的第一半导体开关元件的串联电路彼此反向并联连接，

在所述辅助导通部中，对第二半导体开关元件反向并联连接二极管而成的并联电路彼此反向串联连接，来形成双向导通路径，

所述电流切断器具备控制电路，该控制电路对所述第一半导体开关元件、所述导通部切换元件以及所述第二半导体开关元件的接通、断开动作分别进行控制，

所述控制电路通过按所述导通部切换元件、所述第一半导体开关元件的顺序对所述导通部切换元件、所述第一半导体开关元件进行控制来使所述主导通部导通和切断，

所述控制电路在切断所述主导通部时，以预先设定的时间差ΔT对所述导通部切换元件、第一半导体开关元件进行控制，所述时间差ΔT是能够获得足以抽出所述第一半导体开关元件的电荷的反向偏压的时间。

7.根据权利要求6所述的电流切断器，其特征在于，

所述控制电路在切断所述主导通部时，对第一半导体开关元件的栅极施加反向偏压。

8.根据权利要求6或7所述的电流切断器，其特征在于，

所述第一半导体开关元件、所述导通部切换元件以及所述第二半导体开关元件分别由晶闸管、MOSFET以及IGBT构成。

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