JP2911118B2 - サイリスタバルブ - Google Patents
サイリスタバルブInfo
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Description
は、直流を交流に変換する変換装置の主要部分を構成す
るサイリスタバルブに関する。
を示す。図において、LTTは光直接点弧サイリスタ
(以下、単にサイリスタと記す)、C,Rは直列サイリ
スタの電圧分担を均等化するために各サイリスタLTT
に並列接続されたコンデンサCと抵抗Rの直列回路から
なる分圧回路、Lはサイリスタがターンオンした時の突
入電流を制限するためのリアクトルで、外来サージ電圧
vs が印加された時、サイリスタLTTに加わるサージ
電圧の立上がり俊度を緩和する役目もする。LEDF,
LEDRは各々発光ダイオードで、サイリスタLTTに
順電圧、逆電圧が印加された時に発光する。RDは抵抗
で発光ダイオードLEDF及びLEDRの電流を制限す
る。各発光ダイオードLEDF,LEDRの光出力はラ
イトガイドLGSにより大地電位に設置されたパルス発
生装置PGに伝送される。この信号はパルス発生装置P
Gに設けられている光電変換器LECにより順電圧信号
FV,逆電圧信号RVに変換され、ゲートパルスのタイ
ミングを決定するのに用いる。パルス発生装置PG内の
LEDは発光ダイオードでサイリスタLTTの直列数と
同じ数だけ直列接続され、スイッチングデバイスS1,
直列インピーダンスZ1を通して電源Eに接続される。
スイッチングデバイスS1をオンすることにより直列接
続の発光ダイオードLEDに電流I1が流れ、各発光ダ
イオードLEDが同時に発光する。この発光出力はライ
トガイドLGを通して各サイリスタLTTのゲートに入
力される。即ち、スイッチングデバイスS1をオンする
ことにより、直列接続されたサイリスタLTTを同時に
ターンオンさせることができる。LG1,AMP1は夫
々スイッチングデバイスS1を制御するためのロジック
回路と増幅器である。Arはアレスタであり、外来サー
ジ電圧vs の波高値を制限し、サイリスタLTTの耐電
圧(VDRM)との絶縁協調を図っている。
流波形とゲートパルスの関係を示す波形図である。この
波形図は、図2のサイリスタバルブを図示していない三
相ブリッジ接続し、インバータ運転をした場合について
示している。
サイリスタ電流ITを示す。Bはサイリスタ電流が切れ
た後、順電圧耐量が定格値VDRMまで回復するまでの
過渡耐電圧を示している。サイリスタLTTは電流が切
れてから、逆電圧期間T1 内にサイリスタLTTがター
ンオフし、(一般に、ターンオフタイム+余裕時間=逆
電圧期間T1 となるように設計されている。)順方向耐
電圧を完全に回復し、VDRMに耐えるようになるまで
に所定の時間TFPが必要である。通常の運転ではB>
Aになるように設計されているので問題ない。しかし、
このTFP期間にBを越えるような過電圧がサイリスタ
LTTに印加されると、サイリスタLTTはその電圧に
耐えることができず、破壊する場合がある。
パルス発生装置PG内のロジック回路LG1に入力され
るゲートパルス指令PHSである。 (3) はサイリスタLTTの順電圧信号FV, (4) はサイリスタLTTの逆電圧信号RV、 (5) はゲートパワーを発生させるための発光ダイオード
LEDに流れる電流I1 である。
LG1によりゲートパルス指令PHSと順電圧信号FV
のAND条件によりスイッチングデバイスS1をオンさ
せ、図3のto にて電流I1 を流し、発光ダイオードL
EDの光出力を各サイリスタLTTのゲートに同時に入
力することによってサイリスタLTTをターンオンさ
せ、サイリスタ電流ITを流す。電流ITが切れてから
期間T1の間にサージ電圧vs1が印加されるとvs1>B
の場合、サイリスタLTTはサージ電圧vs1に耐えるこ
とができず破壊する場合がある。従来、サイリスタバル
ブを保護するために(2) のゲートパルス指令PHSと、
(3) の順電圧信号FVのAND条件により、時刻t1 に
て電流I1 を流しサイリスタLTTに保護ゲートパワー
を入力し全直列サイリスタLTTをターンオンさせるこ
とが行われている。しかし、期間T2 にvs2が印加され
た場合に保護ゲートパワーを入力することは次の理由で
極めて困難であり、実用化されていない。
電圧であり、この期間T2 でゲートパワーを与えるとサ
イリスタLTTがターンオンしてしまい通常の運転がで
きなくなってしまう。vs2に対する保護のためにはvs2
>A+ΔA(ΔAは電圧の裕度)の条件で全サイリスタ
LTTに保護ゲートパワーを入力する必要がある。但
し、A+ΔA<BになるようΔAを定めなければサイリ
スタLTTは保護できない。BはサイリスタLTTによ
る固有差があるため、全サイリスタLTT個別に保護ゲ
ートパワーを入力すべきかどうかの判断機能を設けなけ
ればならない。特に光直接点弧サイリスタLTTの場
合、大地電位側に設けられているパルス発生装置PGと
高電位側のサイリスタLTTのゲート部とは直接ライト
ガイドLGで結ばれ、高電位側のサイリスタLTTのゲ
ート部には電子回路を設ける必要がないのが特徴であ
り、高信頼度でシンプルなサイリスタバルブの実現を可
能にしているので、サイリスタバルブに複雑な保護回路
を設けることは光直接点弧サイリスタLTTの利点を失
ってしまう。サイリスタ自身にT2 領域における順電圧
に対する自己保護機能を内蔵させる試みはなされている
が現状では成功していない。
は定格値VDRMまで回復しているのでアレスタArの
保護レベルと協調を図っておけば、何等保護は必要な
い。光直接点弧サイリスタバルブにおいて、期間T2 の
順方向過電圧保護を実現することは極めて困難であり、
実現されていない。
流が切れた後、順方向耐電圧が定格値に回復するまでの
過渡期間に、その耐電圧を越える順方向過電圧が印加さ
れた場合、サイリスタLTTは過電圧に耐えることがで
きず、再びオンしてしまう。この現象は次のように説明
できる。サイリスタLTTの電流が切れた後、内部接合
部にキャリアが残存する。残存キャリアが主として再結
合により消滅してゆく、サイリスタの順方向耐電圧は残
存キャリアの量に依存し、キャリアが消滅すると定格電
圧に耐えるようになる。残存キャリアの接合面における
分布はランダムであり過電圧印加時には最も耐電圧の低
い部分(残存キャリアの多い部分)からオンする。この
場合オン時の通電に充分なキャリアが補給されないと局
部加熱が起こり破壊に至る。
Tの電流が切れた後、順方向耐電圧が定格値まで回復す
るまでの過渡期間に、その耐電圧を越える順方向過電圧
が印加された場合、サイリスタLTTが破壊しないこと
を特徴とするサイリスタバルブを提供することにある。
後、所定期間、サイリスタLTTのゲート部にキャリア
を与える。こうすることによりサイリスタの順方向電圧
が定格値まで回復する過渡期間中にゲート部にわずかな
キャリアを存在させ、接合面内における順方向耐電圧の
最も低い部分がゲート部になるようにすることができ
る。この状態でサイリスタLTTに順方向過電圧が印加
されると、サイリスタLTTは必ずゲート部からターン
オンすることになる。ゲート部からオンするとゲート電
流の増幅作用によりキャリアが増大し安全に導通状態に
に移行し破壊を免れることができる。
参照して説明する。図1において、図2と同同一符号を
付したのは、同一機能を備えたものであり、ここでは、
その説明を省略する。
るパルス発生装置で光直接点弧サイリスタLTTに光ゲ
ートパルスを与える。ゲートパワーの光源である発光ダ
イオードLEDの直列回路をスイッチングデバイスS
1,S2で電源Eに入り切りして夫々電流I1 ,I2 を
流し、光ゲートパワーを出力する。Z1 ,Z2 はそれぞ
れ電流I1 ,I2 を決定するための直列インピーダンス
である。LG1 ,LG2はそれぞれスイッチングデバイ
スS1,S2を動作させるためのロジック回路、AMP
1,AMP2はそれぞれロジック回路LG1 ,LG2 の
出力信号を増幅する増幅器でありその出力によりスイッ
チングデバイスS1,S2を駆動する。
順電圧,逆電圧が印加されていることを示す順電圧信号
及び逆電圧信号であり、スイッチングデバイスS1,S
2の駆動条件を決めるためロジック回路LG1 ,LG2
に取込まれる。
流波形と本発明に関するゲートパルスの関係を示す。サ
イリスタ電流ITが切れてサイリスタLTTに逆電圧が
現れると(4) に示す逆電圧信号RVが検出され、図1の
ロジック回路LG2 に入力される。ロジック回路LG2
でこの信号は引延ばされて(6) に示す保護期間設定信号
STFPを出力する。STPFは図1の増幅器AMP2
で増幅されスイッチングデバイスS2をオンして発光ダ
イオードLEDに電流I2 を流す。直列インピーダンス
Z2 により電流I2 は電流I1 に比較して充分低い値に
制限されるのでTPFの期間に限ってサイリスタLTT
に所望の弱い光ゲートパワーを入力することができる。
図3の(1) に示すCCは電流I2 による第2のゲートパ
ワーを与えた場合のサイリスタLTTの順方向耐圧回復
経緯を示す。CCは第2のゲートパワーなしの場合の順
方向耐電圧Bに比較し低下する。これは弱いゲートパワ
を入力した結果、ゲート部の耐圧が低下した結果であ
る。しかしCCの特徴は、耐圧がやぶれてもゲート部か
らターンオンするためサイリスタLTTが破壊しないこ
とである。CC>A+ΔAになるように電流I2 を設定
すれば通常の運転はI2 が存在してもまったく問題なく
行われる。TFP期間後、電流I2 をオフすることによ
ってサイリスタLTTは急速に順方向耐電圧の定格値V
DMRまで耐圧を回復する。例えば、t=t2 にてCC
を越えるサージ電圧vs2が印加されるとサイリスタLT
Tは電流I2 の効果によりゲート部からオンし破壊から
まぬがれる。又、t=t1 にてvs1が印加された場合も
同様にして保護されるが、従来の保護方式によりT1 の
期間ゲートパルス指令PHSと順電圧信号FVのAND
条件によりスイッチングデバイスS1を駆動し電流I1
を流し、第1のゲートパワーをサイリスタに入力すれ
ば、より安全に保護することができる。区間T3 ではt
=t3 でvs3が印加されてもアレスタArによりサイリ
スタの順方向耐電圧の定格値VDRM以下に制限するの
で特別な保護は不用である。
圧が十分に回復していない状態であるが、本発明によれ
ばこの期間にその耐圧を越える過電圧が印加された場合
サイリスタLTTが見掛上ブレークオーバーするが破壊
されずに保護される。
生装置PGに図1に示すインピーダンスZ2 、スイッチ
ングデバイスS2、ロジック回路LG2 、増幅器AMP
2 を追加するのみでサイリスタ電流が切れた後、順方向
耐電圧が定格値VDRMまで回復するまでの過渡期間に
その耐電圧を越える順方向過電圧が印加された場合にも
サイリスタLTTが破壊しないことを特徴とするサイリ
スタバルブを実現することができる。
回復する過程はサイリスタの接合温度Tjとサイリスタ
電流ITに依存する。IT,Tjが大きくなる程回復時
間がより長くなるので、保護期間設定信号STFPもよ
り長くし、又、IT,Tjが小さくなればSTFPを短
くすればより合理的な保護ができる。
流IT,サイリスタ接合温度Tj,に夫々リンクする信
号ITS,TjS,を取込み、これをロジック回路LG
2 に入力し、その信号によりTFPを可変にすることに
より、より合理的な保護機能を備えたサイリスタバルブ
を実現することができる。
での過渡期間に、サイリスタのゲート部にキャリアを与
えておくことによってサイリスタの耐圧を越える順方向
過電圧が印加された場合、サイリスタは必ずゲート部か
らターンオンし、サイリスタは破壊されずに保護され
る。高い信頼性のサイリスタバルブをゲート入力の工夫
のみによって簡単に実現することができる。このサイリ
スタバルブにより高信頼度の交直変換装置を実現でき、
パワーエレクトロニクス装置の信頼度向上に貢献でき
る。
ートパルスの関係を示した図。
イッチングデバイス Z1 ……インピーダンス AMP1……増
幅器 LG1 ……ロジック回路 ITS ……サ
イリスタ電流信号 TjS ……サイリスタ温度信号 LTT ……光
直接点弧サイリスタ C,R ……分圧回路 L ……リ
アクトル LEDF……順電圧検出用ダイオード LEDR……逆
電圧検出用ダイオード RD ……抵抗 LGS ……ラ
イトガイド LEC ……光電変換器 LED ……発
光ダイオード pg ……パルス発生装置 S2 ……ス
イッチングデバイス Z2 ……インピーダンス E ……電
源 AMP2……増幅器 LG2 ……ロ
ジック回路 vs ……外来サージ Ar ……ア
レスタ FV ……順電圧検出信号 RV ……逆
電圧検出信号 PHS ……ゲートパルス指令
Claims (1)
- 【請求項1】 サイリスタバルブの電流が切れた後、
所定の期間、サイリスタのゲート部にキャリアを与える
ことを特徴とするサイリスタバルブ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11630498A JP2911118B2 (ja) | 1998-04-27 | 1998-04-27 | サイリスタバルブ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11630498A JP2911118B2 (ja) | 1998-04-27 | 1998-04-27 | サイリスタバルブ |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7210315A Division JP2854821B2 (ja) | 1995-08-18 | 1995-08-18 | サイリスタバルブ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10309074A JPH10309074A (ja) | 1998-11-17 |
JP2911118B2 true JP2911118B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=14683710
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11630498A Expired - Lifetime JP2911118B2 (ja) | 1998-04-27 | 1998-04-27 | サイリスタバルブ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2911118B2 (ja) |
-
1998
- 1998-04-27 JP JP11630498A patent/JP2911118B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10309074A (ja) | 1998-11-17 |
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