JPH05102571A - 高電圧パルス発生装置 - Google Patents
高電圧パルス発生装置Info
- Publication number
- JPH05102571A JPH05102571A JP3256168A JP25616891A JPH05102571A JP H05102571 A JPH05102571 A JP H05102571A JP 3256168 A JP3256168 A JP 3256168A JP 25616891 A JP25616891 A JP 25616891A JP H05102571 A JPH05102571 A JP H05102571A
- Authority
- JP
- Japan
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- protective
- high voltage
- semiconductor switch
- overvoltage
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- Lasers (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
- Thyristor Switches And Gates (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、複数の半導体スイッチを直列接続
して成る半導体スイッチ装置と、半導体スイッチを駆動
するゲ―ト駆動回路と、このゲ―ト駆動回路に制御信号
を送信する総合制御装置と、半導体スイッチ装置を高電
圧に充電する高電圧直流充電装置を備えた高電圧パルス
発生装置において、半導体スイッチを過電圧から保護す
ることを目的とする。 【構成】 前記構成からなる高電圧パルス発生装置にお
いて、複数の半導体スイッチ並列に保護用半導体スイッ
チが接続され、この保護用半導体スイッチのアノ―ド端
子とゲ―ト端子の間に非線形抵抗を接続し、保護用半導
体スイッチのゲ―ト端子とカソ―ド端子の間に発光素子
が接続された過電圧保護回路と、発光素子の光信号を検
出して高電圧直流充電装置及び前記総合制御装置に停止
信号を送信する異常検出装置を備えたことを特徴とする
高電圧パルス発生装置。
して成る半導体スイッチ装置と、半導体スイッチを駆動
するゲ―ト駆動回路と、このゲ―ト駆動回路に制御信号
を送信する総合制御装置と、半導体スイッチ装置を高電
圧に充電する高電圧直流充電装置を備えた高電圧パルス
発生装置において、半導体スイッチを過電圧から保護す
ることを目的とする。 【構成】 前記構成からなる高電圧パルス発生装置にお
いて、複数の半導体スイッチ並列に保護用半導体スイッ
チが接続され、この保護用半導体スイッチのアノ―ド端
子とゲ―ト端子の間に非線形抵抗を接続し、保護用半導
体スイッチのゲ―ト端子とカソ―ド端子の間に発光素子
が接続された過電圧保護回路と、発光素子の光信号を検
出して高電圧直流充電装置及び前記総合制御装置に停止
信号を送信する異常検出装置を備えたことを特徴とする
高電圧パルス発生装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高効率で高い繰返し周波
数を有する立上がりの速い高電圧を発生する装置に係
り、特に半導体スイッチを複数個直列接続し、半導体ス
イッチのタ―ンオンにより高電圧を発生する高電圧パス
発生装置に関する。
数を有する立上がりの速い高電圧を発生する装置に係
り、特に半導体スイッチを複数個直列接続し、半導体ス
イッチのタ―ンオンにより高電圧を発生する高電圧パス
発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、パルス状の大電流を利用してガス
レ―ザの励起を行ったり、パルス磁場を形成したりする
いわゆるパルスパワ―技術に対する産業上の需要が高ま
ってきている。パルス電流を得る方法としては高電圧に
充電されたコンデンサ等の回路をスイッチングする方法
が一般的であり、スイッチング素子としては低圧の水素
ガスなどを封入したサイラトロンが良く使われてきた。
しかしサイラトロンはスイッチングに放電を伴なうた
め、電極の消耗を避けることができず、素子の寿命が短
く高繰返しのパルス発生装置への応用が困難であるとい
う欠点があった、この欠点を解消するため、最近では半
導体素子により、スイッチング動作を行うという試みが
なされている。パルスパワ―用のスイッチには、数十キ
ロボルト、数キロアンペアという高電圧大電流の定格が
要求されるが、現在のところこのような定格を満たす単
独の半導体スイッチは存在せず、耐電圧は高々数キロボ
ルトしかない。このため、複数個の半導体スイッチを直
列に接続する必要が生ずる。ところがこの複数個に接続
された素子の内１個乃至数個になんらかの理由により故
障が生じて短絡状態になったとすると、スイッチ全体に
規定の電圧が印加されたとき故障のない健全な阻止にも
ｎ／（ｎ−１）倍の過電圧が印加されることになり（ｎ
は全体の素子直列数）、健全な素子も含めた全ての素子
が破壊に至るという欠点がある。この問題を解決する方
法として、直列接続された各段の素子の電圧をモニタ―
して異常を判定することが考えられる。
レ―ザの励起を行ったり、パルス磁場を形成したりする
いわゆるパルスパワ―技術に対する産業上の需要が高ま
ってきている。パルス電流を得る方法としては高電圧に
充電されたコンデンサ等の回路をスイッチングする方法
が一般的であり、スイッチング素子としては低圧の水素
ガスなどを封入したサイラトロンが良く使われてきた。
しかしサイラトロンはスイッチングに放電を伴なうた
め、電極の消耗を避けることができず、素子の寿命が短
く高繰返しのパルス発生装置への応用が困難であるとい
う欠点があった、この欠点を解消するため、最近では半
導体素子により、スイッチング動作を行うという試みが
なされている。パルスパワ―用のスイッチには、数十キ
ロボルト、数キロアンペアという高電圧大電流の定格が
要求されるが、現在のところこのような定格を満たす単
独の半導体スイッチは存在せず、耐電圧は高々数キロボ
ルトしかない。このため、複数個の半導体スイッチを直
列に接続する必要が生ずる。ところがこの複数個に接続
された素子の内１個乃至数個になんらかの理由により故
障が生じて短絡状態になったとすると、スイッチ全体に
規定の電圧が印加されたとき故障のない健全な阻止にも
ｎ／（ｎ−１）倍の過電圧が印加されることになり（ｎ
は全体の素子直列数）、健全な素子も含めた全ての素子
が破壊に至るという欠点がある。この問題を解決する方
法として、直列接続された各段の素子の電圧をモニタ―
して異常を判定することが考えられる。
【０００３】図４はこのような例として、ＭＯＳＦＥＴ
を用いた従来の高電圧パルス発生装置の構成図を示して
いる。コンデンサＣ1 は高圧直流充電装置１０により充
電される。半導体スイッチ装置は、ｍ並列ｎ直列に接続
されたｍ・ｎ個のＦＥＴにより構成されており、各ＦＥ
Ｔは総合制御装置２０からの光信号を受けて動作するゲ
―ト駆動回路ＧＵからのゲ―ト駆動信号によりタ―オン
する。全てのＦＥＴがタ―ンオンすると、コンデンサＣ
1 の電荷が放電してコンデンサＣ2 に移行され放電負荷
３０にエネルギ―が注入されるという基本動作について
は周知の技術であるからここでは詳しく説明しない。こ
の高電圧パルス発生装置においては半導体スイッチの保
護は次のようにして行われる。
を用いた従来の高電圧パルス発生装置の構成図を示して
いる。コンデンサＣ1 は高圧直流充電装置１０により充
電される。半導体スイッチ装置は、ｍ並列ｎ直列に接続
されたｍ・ｎ個のＦＥＴにより構成されており、各ＦＥ
Ｔは総合制御装置２０からの光信号を受けて動作するゲ
―ト駆動回路ＧＵからのゲ―ト駆動信号によりタ―オン
する。全てのＦＥＴがタ―ンオンすると、コンデンサＣ
1 の電荷が放電してコンデンサＣ2 に移行され放電負荷
３０にエネルギ―が注入されるという基本動作について
は周知の技術であるからここでは詳しく説明しない。こ
の高電圧パルス発生装置においては半導体スイッチの保
護は次のようにして行われる。
【０００４】即ち、直列接続されたＦＥＴの各段に並列
に過電圧保護回路４０を接続する。この過電圧保護回路
４０はツェナ―ダイオ―ドと保護用ＦＥＴから成り、ツ
ェナ―ダイオ―ドの定電圧性により、スイッチ素子であ
るＦＥＴを過電圧から保護する。また過電圧検出回路４
１が各段の過電圧を検出してスイッチのトリガ―信号を
発生する総合制御装置２０に異常信号を伝送している。
に過電圧保護回路４０を接続する。この過電圧保護回路
４０はツェナ―ダイオ―ドと保護用ＦＥＴから成り、ツ
ェナ―ダイオ―ドの定電圧性により、スイッチ素子であ
るＦＥＴを過電圧から保護する。また過電圧検出回路４
１が各段の過電圧を検出してスイッチのトリガ―信号を
発生する総合制御装置２０に異常信号を伝送している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の高電
圧パルス発生装置においては、直列接続された半導体ス
イッチを過電圧から保護することはできるものの次のよ
うな欠点を有している。即ち、過電圧から半導体スイッ
チを保護する過電圧保護回路と、過電圧を検出して装置
の運転を停止を行う過電圧検出回路が各段にそれぞれ接
続されているため過電圧検出回路の接続が複雑なること
である。
圧パルス発生装置においては、直列接続された半導体ス
イッチを過電圧から保護することはできるものの次のよ
うな欠点を有している。即ち、過電圧から半導体スイッ
チを保護する過電圧保護回路と、過電圧を検出して装置
の運転を停止を行う過電圧検出回路が各段にそれぞれ接
続されているため過電圧検出回路の接続が複雑なること
である。
【０００６】本発明は以上のような従来の高電圧パルス
発生装置の欠点を除去するためになされたもので、半導
体スイッチに過電圧が加わったことを容易に検出でき、
半導体スイッチ装置を過電圧から保護し、高圧直流充電
装置及び前記総合制御装置の停止などの保護手段を講じ
ることのできる高電圧パルス発生装置を提供することを
目的とする。
発生装置の欠点を除去するためになされたもので、半導
体スイッチに過電圧が加わったことを容易に検出でき、
半導体スイッチ装置を過電圧から保護し、高圧直流充電
装置及び前記総合制御装置の停止などの保護手段を講じ
ることのできる高電圧パルス発生装置を提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、複数の半導体スイッチ並列に保護用半導体
スイッチを接続し、この保護用半導体スイッチのアノ―
ド端子とゲ―ト端子の間に非線形抵抗を接続し、前記保
護用半導体スイッチのゲ―ト端子とカソ―ド端子の間に
発光素子を接続した過電圧保護回路と、前記発光素子の
光信号を検出して前記高電圧直流充電装置及び前記総合
制御装置に停止信号を送信する異常検出装置を備えたこ
とを特徴とするものである。
するために、複数の半導体スイッチ並列に保護用半導体
スイッチを接続し、この保護用半導体スイッチのアノ―
ド端子とゲ―ト端子の間に非線形抵抗を接続し、前記保
護用半導体スイッチのゲ―ト端子とカソ―ド端子の間に
発光素子を接続した過電圧保護回路と、前記発光素子の
光信号を検出して前記高電圧直流充電装置及び前記総合
制御装置に停止信号を送信する異常検出装置を備えたこ
とを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】前述のように構成することにより、半導体スイ
ッチに過電圧が印加された場合には非線形抵抗の抵抗値
が変化して半導体スイッチにかかる電圧を制限し、非線
形抵抗に流れる電流が保護用の半導体スイッチのゲ―ト
に流入するために保護用半導体スイッチが自動的にタ―
ンオンして分担電圧を零にするので、主回路の半導体ス
イッチは過電圧から保護される。又、発光素子に電流が
流れるため光信号が異常検出装置に送信される。異常が
検出されると異常検出装置は直に高電圧直流充電装置及
び前記総合制御装置に停止信号を送信し装置の運転を停
止する。
ッチに過電圧が印加された場合には非線形抵抗の抵抗値
が変化して半導体スイッチにかかる電圧を制限し、非線
形抵抗に流れる電流が保護用の半導体スイッチのゲ―ト
に流入するために保護用半導体スイッチが自動的にタ―
ンオンして分担電圧を零にするので、主回路の半導体ス
イッチは過電圧から保護される。又、発光素子に電流が
流れるため光信号が異常検出装置に送信される。異常が
検出されると異常検出装置は直に高電圧直流充電装置及
び前記総合制御装置に停止信号を送信し装置の運転を停
止する。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、従来のものと同
一部には同一符号を付して示す、図１を参照して説明す
る。
一部には同一符号を付して示す、図１を参照して説明す
る。
【００１０】本発明は、図１に示すように、半導体スイ
ッチ装置は、電力用サイリスタＴｈｙをｎ個直列接続し
て構成され、各サイリスタと並列に保護用のＦＥＴが接
続される。保護用ＦＥＴのアノ―ドとゲ―ト間にはアバ
ランシェダイオ―ドＤが接続される。アバランシェダイ
オ―ドＤのブレ―クダウン電圧はサイリスタの定常アノ
―ド・カソ―ド間電圧より高く、サイリスタの許容電圧
よりも低い値とする。又、保護用ＦＥＴのゲ―ト端子と
カソ―ド端子の間には、発光素子ＬＥＤと抵抗Ｒが接続
されている。発光素子ＬＥＤの光出力は光ファイバ―ケ
―ブルＬＧにより異常検出装置５０に導かれる。異常検
出装置５０内部において、各段の発光素子ＬＥＤからの
光信号は光／電変換器５１により、それぞれ電気信号に
変換された後ＯＲ回路５２に入力され、ＯＲ回路５２の
出力が異常検出装置５０の出力となる。異常検出装置５
０の出力は高圧直流充電装置１０並に総合制御装置２０
の非常停止入力信号となる。
ッチ装置は、電力用サイリスタＴｈｙをｎ個直列接続し
て構成され、各サイリスタと並列に保護用のＦＥＴが接
続される。保護用ＦＥＴのアノ―ドとゲ―ト間にはアバ
ランシェダイオ―ドＤが接続される。アバランシェダイ
オ―ドＤのブレ―クダウン電圧はサイリスタの定常アノ
―ド・カソ―ド間電圧より高く、サイリスタの許容電圧
よりも低い値とする。又、保護用ＦＥＴのゲ―ト端子と
カソ―ド端子の間には、発光素子ＬＥＤと抵抗Ｒが接続
されている。発光素子ＬＥＤの光出力は光ファイバ―ケ
―ブルＬＧにより異常検出装置５０に導かれる。異常検
出装置５０内部において、各段の発光素子ＬＥＤからの
光信号は光／電変換器５１により、それぞれ電気信号に
変換された後ＯＲ回路５２に入力され、ＯＲ回路５２の
出力が異常検出装置５０の出力となる。異常検出装置５
０の出力は高圧直流充電装置１０並に総合制御装置２０
の非常停止入力信号となる。
【００１１】次に前述の構成から成る本発明の動作を説
明する。今、なんらかの原因により直列接続されたサイ
リスタの内１素子乃至複数の素子に故障が発生して短絡
状態に至り、残りの健全な素子に過電圧が印加されたと
する。前記過電圧の値が並列に接続されたアバランシェ
ダイオ―ドＤのブレ―ダウン電圧を超えるとアバランシ
ェダイオ―ドＤは降伏領域に入る。アバランシェダイオ
―ドＤの代表的な電圧電流特性を図２に示す。電圧がブ
レ―ダウン電圧より大きくなるとアバランシェダイオ―
ドＤは降伏領域に入り、抵抗値が激減し大きな電流が流
れてる。この電流は、健全なサイリスタに並列接続され
た保護用ＦＥＴのゲ―トに流れ込み、ＦＥＴはタ―ンオ
ンするので健全なサイリスタの分担電圧は零になり過電
圧から保護される。一方、アバランシェダイオ―ドＤの
降伏電流は発光素子ＬＥＤに流れるため光信号が光ファ
イバ―ケ―ブルＬＧを通して異常検出装置５０に送信さ
れる。異常が検出されると異常検出装置５０は直に高圧
直流充電装置１０及び総合制御装置２０に停止信号を発
信し、装置の運転を停止する。
明する。今、なんらかの原因により直列接続されたサイ
リスタの内１素子乃至複数の素子に故障が発生して短絡
状態に至り、残りの健全な素子に過電圧が印加されたと
する。前記過電圧の値が並列に接続されたアバランシェ
ダイオ―ドＤのブレ―ダウン電圧を超えるとアバランシ
ェダイオ―ドＤは降伏領域に入る。アバランシェダイオ
―ドＤの代表的な電圧電流特性を図２に示す。電圧がブ
レ―ダウン電圧より大きくなるとアバランシェダイオ―
ドＤは降伏領域に入り、抵抗値が激減し大きな電流が流
れてる。この電流は、健全なサイリスタに並列接続され
た保護用ＦＥＴのゲ―トに流れ込み、ＦＥＴはタ―ンオ
ンするので健全なサイリスタの分担電圧は零になり過電
圧から保護される。一方、アバランシェダイオ―ドＤの
降伏電流は発光素子ＬＥＤに流れるため光信号が光ファ
イバ―ケ―ブルＬＧを通して異常検出装置５０に送信さ
れる。異常が検出されると異常検出装置５０は直に高圧
直流充電装置１０及び総合制御装置２０に停止信号を発
信し、装置の運転を停止する。
【００１２】前記実施例においては、保護用の半導体ス
イッチとしてＦＥＴを使用した場合について説明した
が、サイリスタ等の他の半導体スイッチを用いても何等
問題はない。又、非線形抵抗としてアバランシェダイオ
―ドを例にとって説明したが、図３に示したような特性
を持つシリコンブレ―クオ―バ―ダイオ―ドを用いた場
合でも本発明の作用に何等変りはない。シリコンブレ―
クオ―バ―ダイオ―ドでは、端子間電圧がブレ―クオ―
バ―電圧（ＢＯＶ）を超えると非線形領域に移行し、電
流が急増する。このため、アバランシェダイオ―ドを用
いた場合と同等の効果を得ることができる。
イッチとしてＦＥＴを使用した場合について説明した
が、サイリスタ等の他の半導体スイッチを用いても何等
問題はない。又、非線形抵抗としてアバランシェダイオ
―ドを例にとって説明したが、図３に示したような特性
を持つシリコンブレ―クオ―バ―ダイオ―ドを用いた場
合でも本発明の作用に何等変りはない。シリコンブレ―
クオ―バ―ダイオ―ドでは、端子間電圧がブレ―クオ―
バ―電圧（ＢＯＶ）を超えると非線形領域に移行し、電
流が急増する。このため、アバランシェダイオ―ドを用
いた場合と同等の効果を得ることができる。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば半導
体スイッチ過電圧が加わったことを、容易に検出でき、
半導体スイッチ装置を過電圧から保護し、装置の停止な
どの保護手段を講じることのできる高電圧パルス発生装
置を提供することができる。
体スイッチ過電圧が加わったことを、容易に検出でき、
半導体スイッチ装置を過電圧から保護し、装置の停止な
どの保護手段を講じることのできる高電圧パルス発生装
置を提供することができる。
【図１】本発明の一実施例を示す高電圧パルス発生装置
の構成図。
の構成図。
【図２】アバランシェダイオ―ドの動作特性図。
【図３】シリコンブレ―クオ―バ―ダイオ―ドの動作特
性図。
性図。
【図４】従来の高電圧パルス発生装置の構成図。
１０…直流充電電源 ２０…総合制御
装置 ３０…放電負荷 ５０…故障検出
装置
装置 ３０…放電負荷 ５０…故障検出
装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｍ 9/04 Ｚ 8325−5Ｈ Ｈ０３Ｋ 17/08 Ｅ 9184−5Ｊ 17/10 9184−5Ｊ 17/73 7827−5Ｊ Ｈ０３Ｋ 17/73 Ｆ
Claims (1)
- 【請求項１】 複数の半導体スイッチを直列接続し
て成る半導体スイッチ装置と、前記半導体スイッチを駆
動するゲ―ト駆動回路と、このゲ―ト駆動回路に制御信
号を送信する総合制御装置と、前記半導体スイッチ装置
を高電圧に充電する高電圧直流充電装置を備えた高電圧
パルス発生装置において、前記複数の半導体スイッチ並
列に保護用半導体スイッチが接続され、この保護用半導
体スイッチのアノ―ド端子とゲ―ト端子の間に非線形抵
抗を接続し、前記保護用半導体スイッチのゲ―ト端子と
カソ―ド端子の間に発光素子が接続された過電圧保護回
路と、前記発光素子の光信号を検出して前記高電圧直流
充電装置及び前記総合制御装置に停止信号を送信する異
常検出装置を備えたことを特徴とする高電圧パルス発生
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3256168A JPH05102571A (ja) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | 高電圧パルス発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3256168A JPH05102571A (ja) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | 高電圧パルス発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05102571A true JPH05102571A (ja) | 1993-04-23 |
Family
ID=17288854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3256168A Pending JPH05102571A (ja) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | 高電圧パルス発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05102571A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000004059A (ja) * | 1998-06-16 | 2000-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ用電源装置 |
| DE102006046040A1 (de) * | 2006-09-28 | 2008-04-03 | Siemens Ag | Thyristorventil einer HGÜ-Anlage |
| KR20180033879A (ko) * | 2016-09-26 | 2018-04-04 | 기초과학연구원 | 복수개의 직렬 연결 방식 트랜지스터 스위치의 과전압 방지 회로 |
| JP6469910B1 (ja) * | 2018-02-22 | 2019-02-13 | 東京電子株式会社 | 過電圧保護回路 |
| JP2019041500A (ja) * | 2017-08-25 | 2019-03-14 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電力変換装置の検査方法 |
| JP2019213169A (ja) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | 株式会社ダイヘン | 負荷駆動装置 |
-
1991
- 1991-10-03 JP JP3256168A patent/JPH05102571A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000004059A (ja) * | 1998-06-16 | 2000-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ用電源装置 |
| US6304475B1 (en) | 1998-06-16 | 2001-10-16 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Switching power supply for gas laser |
| DE19917591B4 (de) * | 1998-06-16 | 2007-06-21 | Mitsubishi Denki K.K. | Laser-Stromversorgungsgerät |
| DE102006046040A1 (de) * | 2006-09-28 | 2008-04-03 | Siemens Ag | Thyristorventil einer HGÜ-Anlage |
| KR20180033879A (ko) * | 2016-09-26 | 2018-04-04 | 기초과학연구원 | 복수개의 직렬 연결 방식 트랜지스터 스위치의 과전압 방지 회로 |
| JP2019041500A (ja) * | 2017-08-25 | 2019-03-14 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電力変換装置の検査方法 |
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| JP2019213169A (ja) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | 株式会社ダイヘン | 負荷駆動装置 |
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