JP2529659B2 - 自己消弧形スイッチング素子のスナバ回路 - Google Patents
自己消弧形スイッチング素子のスナバ回路Info
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- JP2529659B2 JP2529659B2 JP4351199A JP35119992A JP2529659B2 JP 2529659 B2 JP2529659 B2 JP 2529659B2 JP 4351199 A JP4351199 A JP 4351199A JP 35119992 A JP35119992 A JP 35119992A JP 2529659 B2 JP2529659 B2 JP 2529659B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はゲートターンオフサイリ
スタ,静電誘導サイリスタなどの自己消弧形サイリスタ
(以下単にサイリスタという)や、トランジスタ,IG
BTなどの自己消弧形スイッチング素子を用いたブリッ
ジインバータに係り、特にスナバ回路の電力を電源に返
還して回路損失を低減した自己消弧形スイッチング素子
のスナバ回路に関するものである。
スタ,静電誘導サイリスタなどの自己消弧形サイリスタ
(以下単にサイリスタという)や、トランジスタ,IG
BTなどの自己消弧形スイッチング素子を用いたブリッ
ジインバータに係り、特にスナバ回路の電力を電源に返
還して回路損失を低減した自己消弧形スイッチング素子
のスナバ回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は一般に使用されているサイリスタ
スナバ回路例を示し、1は直流電源、2は電源ラインに
含まれるリアクトル、3はサイリスタ41,42,43,44に
よって構成されるインバータに接続された負荷、51,5
2,53,54はエネルギー帰還のためのダイオードであ
る。ここに、サイリスタ41,44およびサイリスタ42,43
がそれぞれ同時にオンオフを繰り返し、負荷3に交流電
力を供給するという動作を行う。
スナバ回路例を示し、1は直流電源、2は電源ラインに
含まれるリアクトル、3はサイリスタ41,42,43,44に
よって構成されるインバータに接続された負荷、51,5
2,53,54はエネルギー帰還のためのダイオードであ
る。ここに、サイリスタ41,44およびサイリスタ42,43
がそれぞれ同時にオンオフを繰り返し、負荷3に交流電
力を供給するという動作を行う。
【0003】図4において、61,62,63,64はダイオー
ド、71,72,73,74はコンデンサ、81,82,83,84は抵
抗である。ここに、ダイオード61,62,63,64とコンデ
ンサ71,72,73,74と抵抗81,82,83,84は、サイリス
タ41,42,43,44の保護のために接続されたスナバ回路
を構成するそれぞれスナバダイオード,スナバコンデン
サおよびスナバ抵抗である。
ド、71,72,73,74はコンデンサ、81,82,83,84は抵
抗である。ここに、ダイオード61,62,63,64とコンデ
ンサ71,72,73,74と抵抗81,82,83,84は、サイリス
タ41,42,43,44の保護のために接続されたスナバ回路
を構成するそれぞれスナバダイオード,スナバコンデン
サおよびスナバ抵抗である。
【0004】ここで、サイリスタ41が時刻T1 でオンし
ていた状態からオフの状態に移行した場合を図5に示
す。サイリスタ41がターンオフすると、サイリスタ41に
流れていた電流It はダイオード61およびコンデンサ71
を通って流れ(電流Isp)、サイリスタ41のスイッチン
グ損失を低減させるとともに、サイリスタ41に印加され
る電圧の急激な上昇を防止し、過電圧を抑制する。時刻
T2 でサイリスタ41がターンオンすると、ターンオフ時
に充電されていたコンデンサ71の電荷Vspが抵抗81とサ
イリスタ41を通して放電され、そのエネルギーがスナバ
抵抗により消費されて熱に変わる。
ていた状態からオフの状態に移行した場合を図5に示
す。サイリスタ41がターンオフすると、サイリスタ41に
流れていた電流It はダイオード61およびコンデンサ71
を通って流れ(電流Isp)、サイリスタ41のスイッチン
グ損失を低減させるとともに、サイリスタ41に印加され
る電圧の急激な上昇を防止し、過電圧を抑制する。時刻
T2 でサイリスタ41がターンオンすると、ターンオフ時
に充電されていたコンデンサ71の電荷Vspが抵抗81とサ
イリスタ41を通して放電され、そのエネルギーがスナバ
抵抗により消費されて熱に変わる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この種の従来回路にお
いては、スナバコンデンサの電荷はサイリスタのオンオ
フに応じて充放電を繰り返す。このときスナバ抵抗で発
生する損失P(W)は、スナバコンデンサの容量をC,
充電電圧をV(V),動作周波数をF(Hz )とする
と、およそ次式で表すことができる。
いては、スナバコンデンサの電荷はサイリスタのオンオ
フに応じて充放電を繰り返す。このときスナバ抵抗で発
生する損失P(W)は、スナバコンデンサの容量をC,
充電電圧をV(V),動作周波数をF(Hz )とする
と、およそ次式で表すことができる。
【0006】 P=(1/2)CV2 F・・・・・・・・(1)
【0007】そして、スナバ抵抗による損失は、特に電
圧,周波数が大きな場合、またインバータが大型化して
インダクタンスが大きく,容量Cを大きくしなければな
らない場合などには急速に増大し、発生する熱量が大き
くなって熱処理に問題を生じる。
圧,周波数が大きな場合、またインバータが大型化して
インダクタンスが大きく,容量Cを大きくしなければな
らない場合などには急速に増大し、発生する熱量が大き
くなって熱処理に問題を生じる。
【0008】本発明は上述したような不具合点を除去し
てなるものであり、スナバ回路における電力損失を効果
的に低減し得る自己消弧形スイッチング素子のスナバ回
路を提供することを目的とする。
てなるものであり、スナバ回路における電力損失を効果
的に低減し得る自己消弧形スイッチング素子のスナバ回
路を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】しかして、本発明にかか
る回路構成はつぎの如くである。正極側の第1の自己消
弧形スイッチング素子のアノード側に第1のスナバダイ
オードを接続し、かつカソード側に第1のスナバコンデ
ンサを接続した第1のスナバ回路と、負極側の第2の自
己消弧形スイッチング素子のアノード側に第2のスナバ
コンデンサを接続し、かつカソード側に第2のスナバダ
イオードを接続した第2のスナバ回路と、第1のスナバ
ダイオードと第1のスナバコンデンサの接続点と、第2
のスナバコンデンサと第2のスナバダイオードの接続点
との間に設けたコンデンサと、
る回路構成はつぎの如くである。正極側の第1の自己消
弧形スイッチング素子のアノード側に第1のスナバダイ
オードを接続し、かつカソード側に第1のスナバコンデ
ンサを接続した第1のスナバ回路と、負極側の第2の自
己消弧形スイッチング素子のアノード側に第2のスナバ
コンデンサを接続し、かつカソード側に第2のスナバダ
イオードを接続した第2のスナバ回路と、第1のスナバ
ダイオードと第1のスナバコンデンサの接続点と、第2
のスナバコンデンサと第2のスナバダイオードの接続点
との間に設けたコンデンサと、
【0010】このコンデンサの正極と電源ラインの正極
との間、およびコンデンサの負極と電源ラインの負極と
の間に、それぞれ抵抗あるいはダイオードとリアクトル
からなる直列接続体とを備えたものである。
との間、およびコンデンサの負極と電源ラインの負極と
の間に、それぞれ抵抗あるいはダイオードとリアクトル
からなる直列接続体とを備えたものである。
【0011】
【作用】かかる回路構成において、スナバコンデンサに
充電された電荷を一旦コンデンサに移行させ、コンデン
サと電源ラインの正極または負極との間に、コンデンサ
の電圧が電源電圧と2倍の抵抗(あるいはダイオ−ド)
の電圧降下の和以上になると、電源へ返還させることが
できる。そして、スナバダイオードに並列接続されるス
ナバ抵抗を除去できるものである。
充電された電荷を一旦コンデンサに移行させ、コンデン
サと電源ラインの正極または負極との間に、コンデンサ
の電圧が電源電圧と2倍の抵抗(あるいはダイオ−ド)
の電圧降下の和以上になると、電源へ返還させることが
できる。そして、スナバダイオードに並列接続されるス
ナバ抵抗を除去できるものである。
【0012】
【実施例】図1は本発明の一実施例の要部構成を示すも
ので、91A,92A,93A,94Aは抵抗、101 ,102 ,10
3 ,104 はリアクトル、111 ,112 はコンデンサであ
る。図中、図4と同符号の部分は同じ機能を有する部分
を示す。
ので、91A,92A,93A,94Aは抵抗、101 ,102 ,10
3 ,104 はリアクトル、111 ,112 はコンデンサであ
る。図中、図4と同符号の部分は同じ機能を有する部分
を示す。
【0013】すなわち、サイリスタ41およびサイリスタ
43のスナバ回路構成部においては、サイリスタ41のアノ
ード側にダイオード61を接続し、カソード側にコンデン
サ71を接続した第1のスナバ回路が構成されている。ま
た、サイリスタ43のアノード側にコンデンサ73を接続
し、カソード側にダイオード63を接続した第2のスナバ
回路が構成されている。
43のスナバ回路構成部においては、サイリスタ41のアノ
ード側にダイオード61を接続し、カソード側にコンデン
サ71を接続した第1のスナバ回路が構成されている。ま
た、サイリスタ43のアノード側にコンデンサ73を接続
し、カソード側にダイオード63を接続した第2のスナバ
回路が構成されている。
【0014】さらに、ダイオード61とコンデンサ71の接
続点と、コンデンサ73とダイオード63の接続点との間
に、コンデンサ111 が設けられてなる。そして、コンデ
ンサ71,72,73,74に充電した電荷を、一旦、コンデン
サ111 ,112 に移行し得る。
続点と、コンデンサ73とダイオード63の接続点との間
に、コンデンサ111 が設けられてなる。そして、コンデ
ンサ71,72,73,74に充電した電荷を、一旦、コンデン
サ111 ,112 に移行し得る。
【0015】さらにまた、コンデンサ71の正極と電源ラ
インの正極との間に、抵抗91Aとリアクトル101 の直列
接続体が接続され、コンデンサ73の負極と電源ラインの
負極との間に、抵抗93Aとリアクトル103 の直列接続体
が接続されてなる。そして、コンデンサ111 の電圧が電
源電圧と2倍の抵抗の電圧降下の和以上になると、前述
のコンデンサに移行された電荷を抵抗およびリアクトル
を介して電源に返還し得るものである。
インの正極との間に、抵抗91Aとリアクトル101 の直列
接続体が接続され、コンデンサ73の負極と電源ラインの
負極との間に、抵抗93Aとリアクトル103 の直列接続体
が接続されてなる。そして、コンデンサ111 の電圧が電
源電圧と2倍の抵抗の電圧降下の和以上になると、前述
のコンデンサに移行された電荷を抵抗およびリアクトル
を介して電源に返還し得るものである。
【0016】かように本実施例は、コンデンサ111 ,11
2 と抵抗91A,92A,93A,94Aおよびリアクトル101
,102 ,103 ,104 からなる直列回路を、付加したこ
とにより、図4に示される抵抗81,82,83,84が除去さ
れてスナバ電力を損失なく巧みに処理できたものであ
る。この動作をさらに図3を参照して詳細説明する。
2 と抵抗91A,92A,93A,94Aおよびリアクトル101
,102 ,103 ,104 からなる直列回路を、付加したこ
とにより、図4に示される抵抗81,82,83,84が除去さ
れてスナバ電力を損失なく巧みに処理できたものであ
る。この動作をさらに図3を参照して詳細説明する。
【0017】図3は図5に類して表した図1の動作説明
図である。さて、負荷電流がサイリスタ41を通して流れ
ていた状態から、〔このときコンデンサ71,73の電圧V
sp,Vsnは、(Vsp=2Vz ),(Vsn=V)〕、時刻
T1 でサイリスタ41がターンオフしたとすると、いまま
でサイリスタ41に流れていた電流は、ダイオード61およ
びコンデンサ71を通って流れ、サイリスタ41に印加され
る電圧の急激な上昇を防止し、また過電圧となるのを抑
制する。
図である。さて、負荷電流がサイリスタ41を通して流れ
ていた状態から、〔このときコンデンサ71,73の電圧V
sp,Vsnは、(Vsp=2Vz ),(Vsn=V)〕、時刻
T1 でサイリスタ41がターンオフしたとすると、いまま
でサイリスタ41に流れていた電流は、ダイオード61およ
びコンデンサ71を通って流れ、サイリスタ41に印加され
る電圧の急激な上昇を防止し、また過電圧となるのを抑
制する。
【0018】このとき、コンデンサ111 の電圧Vc は一
定の電圧(Vc =V+2Vz )と仮定でき、コンデンサ
71は(Vsp=2Vz )を初期値として充電される。同時
に、(Vsp+Vsn>Vc )になり、コンデンサ73の電荷
は、 コンデンサ73→コンデンサ71→コンデンサ111 →コンデンサ73 の経路で放電し、コンデンサ73の電荷はコンデンサ111
に移行する。ここで、コンデンサ73の電荷は、 コンデンサ73→サイリスタ43→リアクトル103 →抵抗93A→コンデンサ73 の経路でも放電するが、リアクトル103 のため、この放
電は前者に比べ非常に遅く無視できる。
定の電圧(Vc =V+2Vz )と仮定でき、コンデンサ
71は(Vsp=2Vz )を初期値として充電される。同時
に、(Vsp+Vsn>Vc )になり、コンデンサ73の電荷
は、 コンデンサ73→コンデンサ71→コンデンサ111 →コンデンサ73 の経路で放電し、コンデンサ73の電荷はコンデンサ111
に移行する。ここで、コンデンサ73の電荷は、 コンデンサ73→サイリスタ43→リアクトル103 →抵抗93A→コンデンサ73 の経路でも放電するが、リアクトル103 のため、この放
電は前者に比べ非常に遅く無視できる。
【0019】さて、(Vsp=V),(Vsn=2Vz )に
なると、負荷電流はダイオード53を通して流れ、転流が
完了する。(このときのコンデンサ71,73の電荷がつぎ
の転流の初期値となる。)
なると、負荷電流はダイオード53を通して流れ、転流が
完了する。(このときのコンデンサ71,73の電荷がつぎ
の転流の初期値となる。)
【0020】つぎに、負荷電流がダイオード53を通して
流れている状態から、時刻T2 でサイリスタ41がターン
オンすると、電流が、 サイリスタ41→コンデンサ73→ダイオード63 の経路で流れ、コンデンサ73が充電される。
流れている状態から、時刻T2 でサイリスタ41がターン
オンすると、電流が、 サイリスタ41→コンデンサ73→ダイオード63 の経路で流れ、コンデンサ73が充電される。
【0021】同時に(Vsp+Vsn>Vc )のため、コン
デンサ71の電荷は、 コンデンサ71→コンデンサ111 →コンデンサ73→コンデンサ71 の経路で放電し、サイリスタ41のターンオフ時に充電し
たコンデンサ71の電荷はコンデンサ111 に移行する。
デンサ71の電荷は、 コンデンサ71→コンデンサ111 →コンデンサ73→コンデンサ71 の経路で放電し、サイリスタ41のターンオフ時に充電し
たコンデンサ71の電荷はコンデンサ111 に移行する。
【0022】一方、ここでもコンデンサ71の電荷は、 コンデンサ71→抵抗91A→リアクトル101 →サイリスタ41→コンデンサ71 の経路でも放電するが、リアクトル101 のためこの放電
は前者に比べ非常に遅いため無視できる。
は前者に比べ非常に遅いため無視できる。
【0023】(Vsn=V)、(Vsp=2Vz )となり、
負荷電流がサイリスタ41を通して流れ転流が完了する。
(このときのコンデンサ71、73の電圧がつぎの転流の初
期値となる。)コンデンサ111 に移行した電荷は、動作
中(Vc >V+2Vz )となれば、常に、 コンデンサ111 →抵抗91A→リアクトル101 →直流電源1→ リアクトル103 →抵抗93A→コンデンサ111 の経路で電源へ返還される。Vc の値が高く抵抗を流れ
る電流は小さく、このときの抵抗での損失は小さい。以
下、この動作が繰り返される。
負荷電流がサイリスタ41を通して流れ転流が完了する。
(このときのコンデンサ71、73の電圧がつぎの転流の初
期値となる。)コンデンサ111 に移行した電荷は、動作
中(Vc >V+2Vz )となれば、常に、 コンデンサ111 →抵抗91A→リアクトル101 →直流電源1→ リアクトル103 →抵抗93A→コンデンサ111 の経路で電源へ返還される。Vc の値が高く抵抗を流れ
る電流は小さく、このときの抵抗での損失は小さい。以
下、この動作が繰り返される。
【0024】ここで、抵抗91A,92A,93A,94Aは前
述の動作から解るように、スナバ電力を常にコンデンサ
111 ,112 から直流電源1の向きに返還させるために必
要なものである。この抵抗が無い場合、スナバ電力は例
えば、(抵抗→リアクトル101 )を循環したり、あるい
はコンデンサ111 と直流電源1の間を、循環することと
なる。
述の動作から解るように、スナバ電力を常にコンデンサ
111 ,112 から直流電源1の向きに返還させるために必
要なものである。この抵抗が無い場合、スナバ電力は例
えば、(抵抗→リアクトル101 )を循環したり、あるい
はコンデンサ111 と直流電源1の間を、循環することと
なる。
【0025】コンデンサ111 の電圧Vc は(V+2
Vz )で、コンデンサ111 ,112 の値をCo ,コンデン
サ71,72,73,74の値をCs とすると、Co はCs に対
して極めて大きいため、定電圧と考えられる。また、リ
アクトル101 ,102 ,103 ,104 に流れる電流の平均値
Io は、次式の関係がある。
Vz )で、コンデンサ111 ,112 の値をCo ,コンデン
サ71,72,73,74の値をCs とすると、Co はCs に対
して極めて大きいため、定電圧と考えられる。また、リ
アクトル101 ,102 ,103 ,104 に流れる電流の平均値
Io は、次式の関係がある。
【0026】 Io ・(V+2Vz ) =(1/2)Cs ・V2 ・F・2・・・(2)
【0027】そして、〔V=600 (V)〕,〔VZ =5
(V)〕,〔Cs =0.022 (μF)〕,〔F=10(k H
z )〕とすると、〔Io =0.13(A)〕となる。ここ
で、(Vz >0)であれば常に(Vc >V)となって、
コンデンサ111 ,112 のエネルギーを直流電源1に返還
できるため、抵抗91A,92A,93A,94Aはダイオード
でもよい。これを図2に示す。
(V)〕,〔Cs =0.022 (μF)〕,〔F=10(k H
z )〕とすると、〔Io =0.13(A)〕となる。ここ
で、(Vz >0)であれば常に(Vc >V)となって、
コンデンサ111 ,112 のエネルギーを直流電源1に返還
できるため、抵抗91A,92A,93A,94Aはダイオード
でもよい。これを図2に示す。
【0028】図2は本発明の他の実施例の要部構成を示
すもので、91B,92B,93B,94Bはダイオ−ドであ
る。図中、図1と同符号の部分は同じ機能を有する部分
を示す。すなわち、図2の構成例は、図1の構成例にお
ける抵抗91A,92A,93A,94Aに代え、ダイオ−ド91
B,92B,93B,94Bを設けてなるものである。
すもので、91B,92B,93B,94Bはダイオ−ドであ
る。図中、図1と同符号の部分は同じ機能を有する部分
を示す。すなわち、図2の構成例は、図1の構成例にお
ける抵抗91A,92A,93A,94Aに代え、ダイオ−ド91
B,92B,93B,94Bを設けてなるものである。
【0029】かようにして、本実施例のものは、従来ス
ナバ抵抗で消費していたスナバ電力〔P=(1/2)・
CV2 F〕は、損失なく電源に返還されるため、回路電
圧,周波数が大きくなったとしても、スナバ損失を増加
させ回路性能を損うことはない。
ナバ抵抗で消費していたスナバ電力〔P=(1/2)・
CV2 F〕は、損失なく電源に返還されるため、回路電
圧,周波数が大きくなったとしても、スナバ損失を増加
させ回路性能を損うことはない。
【0030】なお、リアクトル101 ,102 ,103 ,104
は抵抗の内部インダクタンスまたは配線のインダクタン
スで置き換えることもできる。そのリアクトル101 ,10
2 ,103 ,104 がない場合、前述したように、コンデン
サ73の電荷が、 コンデンサ73→サイリスタ43→抵抗93A→コンデンサ73 の経路のでも放電するため、スナバ電力の一部は抵抗93
Aで損失となるが、従来のスナバ回路と比べその損失は
小さく、リアクトルは省略してもその効果は大である。
は抵抗の内部インダクタンスまたは配線のインダクタン
スで置き換えることもできる。そのリアクトル101 ,10
2 ,103 ,104 がない場合、前述したように、コンデン
サ73の電荷が、 コンデンサ73→サイリスタ43→抵抗93A→コンデンサ73 の経路のでも放電するため、スナバ電力の一部は抵抗93
Aで損失となるが、従来のスナバ回路と比べその損失は
小さく、リアクトルは省略してもその効果は大である。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
ナバ電力を電源に返還する無損失に近い簡便な構成の装
置を提供でき、高電圧、大容量または高周波動作を行う
インバータに用いる実用上の効果は極めて大である。
ナバ電力を電源に返還する無損失に近い簡便な構成の装
置を提供でき、高電圧、大容量または高周波動作を行う
インバータに用いる実用上の効果は極めて大である。
【図1】図1は本発明の一実施例の要部構成を示す回路
図である。
図である。
【図2】図2は本発明の他の実施例の要部構成を示す回
路図である。
路図である。
【図3】図3は図1の各部波形を示す波形図である。
【図4】図4は従来例を示す回路図である。
【図5】図5は図4の各部波形を示す波形図である。
1 直流電源 41 サイリスタ 43 サイリスタ 61 ダイオード 63 ダイオード 71 コンデンサ 73 コンデンサ 91A 抵抗 93A 抵抗 91B ダイオ−ド 93B ダイオ−ド 101 リアクトル 103 リアクトル 111 コンデンサ 112 コンデンサ
Claims (1)
- 【請求項1】 自己消弧形スイッチング素子からなるイ
ンバータにおいて、正極側の第1の自己消弧形スイッチ
ング素子に並列に第1のスナバダイオードと第1のスナ
バコンデンサとが直列接続される第1のスナバ回路と、
負極側の第2の自己消弧形スイッチング素子に並列に第
2のスナバダイオードと第2のスナバコンデンサとが直
列接続される第2のスナバ回路とを設け、前記第1のス
ナバダイオードと第1のスナバコンデンサの第1の接続
点と、前記第2のスナバダイオードと第2のスナバコン
デンサの第2の接続点との間にコンデンサを接続し、前
記第1の自己消弧形スイッチング素子のアノード側と前
記第1の接続点の間に、第1のリアクトルと第1の抵抗
あるいはダイオードからなる第1の直列回路を接続する
とともに、前記第2の自己消弧形スイッチング素子のカ
ソード側と前記第2の接続点の間に、第2のリアクトル
と第2の抵抗あるいはダイオードからなる直列回路を接
続するようにしたことを特徴とする自己消弧形スイッチ
ング素子のスナバ回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4351199A JP2529659B2 (ja) | 1992-12-07 | 1992-12-07 | 自己消弧形スイッチング素子のスナバ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4351199A JP2529659B2 (ja) | 1992-12-07 | 1992-12-07 | 自己消弧形スイッチング素子のスナバ回路 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3057949A Division JPH074068B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 自己消弧形スイッチング素子のスナバ回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05260758A JPH05260758A (ja) | 1993-10-08 |
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