JPH09331668A - スイッチ装置の保護装置および保護方法 - Google Patents

スイッチ装置の保護装置および保護方法

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JPH09331668A
JPH09331668A JP1305297A JP1305297A JPH09331668A JP H09331668 A JPH09331668 A JP H09331668A JP 1305297 A JP1305297 A JP 1305297A JP 1305297 A JP1305297 A JP 1305297A JP H09331668 A JPH09331668 A JP H09331668A
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JP
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thyristor
switch device
voltage
overvoltage
reverse
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JP1305297A
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Allan David Crane
アラン デイビッド クレイン
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GE Power Resources Management Ltd
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Cegelec Controls Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置が高電圧電力供給におけるこのような装
置の直列接続された装置の一部であるような、過電圧状
態に対するスイッチ装置の保護のための保護装置を得
る。 【解決手段】 サイリスタは、保護されるためのスイッ
チ装置における主電流伝送端末に並列に接続される。サ
イリスタは、サイリスタにおける順方向電流の方向が、
スイッチ装置の通常作動の間、主電流伝送の端末の間を
流れる電流の方向と同じとなるように接続される。サイ
リスタは、通常のパラメータの率が超過する場合、逆行
できない効果的短絡回路を提供するように配列される。
保護装置は特に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉ
ＧＢＴ’ｓ）に適し、むしろ保護サイリスタとしての圧
力パッケージ非対称的サイリスタ（ＡＳＣＲ）を使用す
る。ＡＳＣＲは、スイッチ装置を経る電圧の通常（緩衝
器−制限）ｄＶ／ｄｔに抵抗するよう選択され得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチ装置の保
護装置に関し、特に（専らという意味ではないが）、絶
縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のための
保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体スイッチは、通常、誘導または同
期モータのような負荷に供給する高電圧の直流のインタ
ーフェースに用いられる。典型的な配列は、図５に示さ
れるブリッジ構成である。この構成において、ブリッジ
の各アーム１０、２０、３０、４０は、可飽和インダク
タンス１２、２２、３２、４２に直列に接続されてい
る、半導体スイッチ装置１１、２１、３１、４１を含
む。可飽和インダクタンスは、２個の高電圧直流パワー
レール５１、５２の１つに次々に連結される。コンデン
サ５３は直流レール５１、５２の間に接続される。この
コンデンサへの接続は、漂遊インダクタンス５４の電源
を構成する。直列に接続された、多数のダイオード１３
−１．．．１３−ｎ、２３−１．．．２３−ｎ、３３−
１．．．３３−ｎ、４３−１．．．４３−ｎは、各イン
ダクタンス１２、２２、３２、４２に並列に接続され
る。各ダイオードは従来、ダイオードの保護の提供のた
め、酸化金属バリスタ１４−１．．．１４−ｎ、２４−
１．．．２４−ｎ、３４−１．．．３４−ｎ、４４−
１．．．４４−ｎにより分路されている。負荷５５は、
アーム１０、２０と３０、４０の間に接続されている。
【０００３】スイッチ装置１１、２１、３１、４１は、
負荷５５に交流ドライブを提供するために適切なシーケ
ンスにおいてスイッチされる。インダクタンス１２、２
２、３２、４２の目的は、使用される装置の安全レベル
のため、スイッチ装置を通過するスイッチング電流（ｄ
Ｉ／ｄｔ）の増加率を制限することである。また、各ス
イッチ装置が多数の直列スイッチを含む場合は、最初の
スイッチを入れた後と最後のスイッチを入れる前の期間
内で、アーム電圧を維持するためでもある。これは、全
アーム電圧が最後のスイッチに適用されないためであ
る。ダイオード１３−１．．．１３−ｎ、等は、無効電
流をスイッチ装置を通って流れるようにする。また、こ
の点で、各アームを通過する電流が方向を逆方向にする
時に、ほんの瞬間、遊ぶようになる。しかしながら、定
常状態の下では、アーム電流は、結合されたインダクタ
ンス１２、２２、３２、４２を通って優先的に流れる。
【０００４】スイッチ装置は、通常は、各々、半導体ス
イッチ装置における直列の配列を含む。そして、それは
例えば、サイリスタ（ＳＣＲ’ｓ）、ゲート分岐点サイ
リスタ（ＧＴＯ’ｓ）、絶縁ゲートバイポーラトランジ
スタ（ＩＧＢＴ’ｓ）、あるいは、ＭＯＳ制御サイリス
タ（ＭＣＴ’ｓ）であり得る。直列連鎖における各リン
クは、利用可能な、負荷への駆動電流を増加させるため
に、並列に接続された多数のスイッチ装置から構成され
る。スイッチ装置における直列配列が必要である。それ
は、使用される個々の装置が、それが故障する前に、あ
る一定のオフ電圧に抵抗するように設計されているだけ
だからである。また、このようなブリッジ回路で使用さ
れる直流電圧レールは、この故障電圧よりも何倍も大き
くなり得る。このような装置の過電圧による故障におけ
る脆弱性を考慮すると、処置は通常、トランジスタまた
はサイリスタをスイッチする何れもオフ電圧の最大率よ
り多くには従わないことを確実にするために、講じられ
る。これは重要なことである。何故なら、多くの、使用
される、例えばＩＧＢＴ’ｓのようなスイッチ装置は、
故障時には、近辺の回路へ金属破片を撒き散らしなが
ら、事実上爆発するからである。さらに、このような装
置は、交換するのに費用が嵩む傾向がある。付加的手段
は、この電圧の増加率（ｄＶ／ｄｔ）がある一定レベル
より下であるように維持されることを確実にし、また、
スイッチ装置を経る逆方向電圧がある一定レベルを超え
ないことを確実にするために講じられる。最初の付加的
手段において、緩衝器装置が包含され、スイッチ装置に
並列に接続される。また、次の手段において、対並列ダ
イオードは、また、各スイッチ装置に並列に接続され
る。
【０００５】その中で緩衝器コンデンサが直列にダイオ
ードに接続されている、有極緩衝器は、使用されること
をしばしば要求される。しかし、このことにより、スイ
ッチ装置の電圧がスイッチオフにて直流パワーレールよ
り上へと行き過ぎさせることになり得る。図５に見られ
るダイオードは、この点で有益である。何故なら、これ
らは、この行き過ぎ電圧を抑制するのに役立ち得るから
である。しかしながら、この抑制動作の効果は、漂遊イ
ンダクタンス５４の存在により制限される。この結果、
スイッチ装置は、まだ、過電圧による損傷に陥りやすく
され得る。
【０００６】先に述べた保護手段における他の危険領域
は、緩衝器が故障し得るという可能性である。これによ
り、スイッチ装置を経るｄＶ／ｄｔにおける制御を取り
除き、また、対並列ダイオードも故障し得る（例えば、
そのワイヤボンドのヒューズが切れ得る）。結果とし
て、スイッチ装置の露出となり、逆方向電圧を損傷す
る。他の起こり得る、スイッチ装置の故障の原因は、タ
ーンオンするためのスイッチ装置１１、２１、３１、４
１を構成する、直列に接続されたスイッチ装置のうちの
一つの故障である。それは、そのスイッチ装置に与えら
れる駆動回路における問題のためであり得る。または、
装置に与えられる「オンコマンド」信号における問題の
ためでもある。連鎖における他の装置が、うまくターン
オンした場合、対応していない装置は、致命的な過電圧
に陥りやすくなり得る。他の、並列接続された多数のス
イッチ装置が連鎖における各リンクで使用されている場
合のトラブルの原因は、これらの装置のうちの一つの断
線である。さらに、このような断線は、装置に与えてい
るワイヤボンドのヒューズがとんだためであり得る。こ
のような断線は、結果として連鎖リンクにおける飽和電
圧の増加を生じ得る。また、過度の電力消失のため、他
の作業装置の故障の可能性へと次々に導かれる。明らか
に、このことは、１個以上の装置がリンクの破裂となっ
た場合、特に危険である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、スイッチ装
置のための保護装置を提供することを目的とする。ま
た、スイッチ装置は、高電圧電力の供給におけるこのよ
うな装置の、直列接続構成の一部分として使用され得
る。また、保護は、例えば、緩衝器の故障のため過度に
順方向か逆方向の電圧または過度にｄＶ／ｄｔのよう
な、先に述べた故障状態の１個またはそれ以上における
電位の損傷レベルに対しての保護となるように要求され
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の形態によ
ると、保護されるためのスイッチ装置における主電流伝
送端末に並列に接続される、１対の主電流伝送端末を有
するサイリスタを有し、前記サイリスタは、サイリスタ
における順方向電流の方向が、スイッチ装置の通常作動
の間、前記主電流伝送の端末の間を通過する電流の方向
と同じとなるように接続され、前記保護装置は、スイッ
チ装置を経る電圧状態が前記スイッチ装置に電位的損傷
となる場合、サイリスタが故障するようにされ、前記ス
イッチ装置を経る逆方向反転できない低インピーダンス
を提供する、スイッチ装置の保護装置が提供される。
【０００９】本発明の主要な概念は、従来の保護装置に
おいて、保護を提供するサイリスタは、安全レベルに保
護されるように装置の作動電圧を抑制するよう、低イン
ピーダンスを提供するところにある。しかし、それ自
体、逆方向反転できないような故障をしなければ、その
ように作動する。本発明の保護装置において、サイリス
タは、故意に故障され、回復不可能な低インピーダンス
（すなわち効果的には短絡回路）を供給される。このこ
との利点は、スイッチ装置が、このような装置の直列連
鎖の部分から保護されている場合、連鎖における残りの
スイッチ装置は、必要な時間の長さのため、正常に機能
を果たし続けることが認められ得る。一方で、危険作動
状態から保全されてきた装置は、故障したＳＣＲによ
り、安全に分路されている。この装置において、保護が
偶発的に取り除かれ得るという危険はない。実際に、こ
れらのスイッチ装置に接続された、論理回路または論理
電力は、これがサイリスタ保護装置の作動と相違を生じ
ることがなければ、うまく故障できる。このことは、ほ
とんど言われ得ないことだが、保護機能を実行している
装置も含んだ従来の装置は、分路モードにおいて、単に
一時的に位置づけられ、分路の効果を維持するために、
駆動回路に関連づけられた、継続的な故障なしの作動を
要求する。
【００１０】この利点はまた、いわば、ショートされた
サイリスタを含む、ブリッジ回路のアームが、一時的に
供給から除かれる（それへの全電力が絶たれる）場合、
また、この時、再接続される（電力が復元される）場合
に現れる。これは、最初の位置においてショートの原因
となった漏電がまだ存在する状態においてである。本発
明の保護装置で、ショートしたサイリスタを含むリンク
は、再接続上、まだ、ショートした状態で現れる。先の
電力の除去は、この状態に何ら相違を生じさせない。従
って、２回目には、サイリスタが、緩めず、保護を提供
できない、という危険はなくなる。
【００１１】サイリスタは、圧力パッケージサイリスタ
であり得る。これの１つの利点は、後者の故障上のサイ
リスタの低インピーダンス状態が、スイッチ装置を経る
電圧が安全な低レベルで維持されているということ、及
び、故障に続く故障サイリスタの電力の消失が過度とな
らないということを保証するために、とても低くされて
いる、ということである。他の利点は、故障の事象の
間、サイリスタペレットから放たれた物質が、パッケー
ジの中に含まれていることである。これにより、近辺の
回路への損傷の危険が取り除かれる。圧力パッケージ
が、上記の利益を得るための唯一の方法ではないにもか
かわらず（例えば、ペレットは両面とも金属化され、大
領域のはんだづけされた接続がなされ、機械的に維持さ
れた程度を与えている。しかし、圧縮パッケージの全特
徴なしである）、その優れた動作の点から見て、好まし
い方法である。
【００１２】サイリスタは、また、非対称なサイリスタ
である。このタイプのサイリスタは、いくつかの利点を
有している。その中でも、スイッチングの速度と大変低
い逆方向故障電圧である。
【００１３】緩衝器手段は、スイッチ装置に並列に接続
され得る。非対称サイリスタは、機能的緩衝器手段の存
在において、スイッチ装置を経る電圧の変化の通常比率
に抵抗できるように選択されている。
【００１４】クリップ回路手段は、非対称サイリスタに
並列に接続され得る。クリップ回路手段は、スイッチ装
置を経る過電圧状態の存在を感知し、過電圧制御出力で
の対応する過電圧制御信号を供給するための過電圧感知
手段と、過電圧制御出力に接続されたサイリスタトリガ
ー手段とを有する。サイリスタトリガー手段は、前記過
電圧状態の間、サイリスタを伝導へトリガーするために
提供する。
【００１５】保護装置は、スイッチ装置を有し、スイッ
チ手段は、クリップ回路手段における過電圧制御出力と
スイッチ装置の制御端末との間に接続される。過電圧制
御出力とサイリスタトリガー出力との間の接続および過
電圧制御出力とスイッチ装置との間の接続は、スイッチ
装置が、通常の作動の間、その通常のターンオン信号を
受ける場合、サイリスタのトリガーを保護するように
し、スイッチ装置の前記過電圧状態の下で、スイッチ装
置がサイリスタに優先して作動することを保証するよう
にする。
【００１６】この手段の利点は、スイッチ装置の、この
ような他のターンオンが、まだ可能性があるような状況
では、スイッチ装置が、過電圧保護の最初のレベルとし
て、むしろサイリスタよりも、他のルートによりターン
オンされることを許すことである。他のスイッチングが
実行できないような、故障が存在する場合は、サイリス
タは、過電圧保護の第２のレベルとして、代わりにター
ンオンする。
【００１７】過電圧感知手段は、アバランシェダイオー
ドと、スイッチ装置を通って直列に接続される抵抗とを
有する。過電圧制御出力は、アバランシェダイオードと
抵抗との分岐点を有する。サイリスタトリガー手段は、
過電圧制御出力とサイリスタのゲートとの間のダイオー
ドに直列に接続される、ツェナーダイオードを有し得
る。ツェナーダイオードの故障電圧は、スイッチ装置が
オン状態へと駆動されるのを超える、閾値電圧より大き
い。
【００１８】スイッチ装置は、絶縁ゲートバイポーラト
ランジスタであり得る。この装置は、高周波数で駆動さ
れ得、スイッチングのロスを低くできるという利点を有
する。
【００１９】本発明の第２の形態によると、電源への負
荷における接続のためのスイッチモジュールが提供され
る。これは、上述したスイッチ装置と保護装置を有す
る。
【００２０】保護装置のサイリスタは、関連回路に関し
て配列され得る。これは、故障した場合に容易に変えら
れるようにするためである。保護機能を実行するために
使用されるサイリスタが、標準であり、故障モードに入
ったとき、代替が安価である、かなり低い程度の装置で
あり得るということは、本発明の主要な利点である。こ
の点で、開回路状態よりむしろ短絡回路に「ヒューズが
とぶ」ヒューズであるにもかかわらず、サイリスタはあ
る種のヒューズとして作用し、そしてまた、容易に接近
できる、容易に代替され得る位置に、有利に位置づけら
れる。
【００２１】本発明の第３の形態によると、電源への負
荷における接続のための高電圧ブリッジ配列が提供され
る。これについて、ブリッジの各アームは、複数の直列
接続された、上述したような、スイッチモジュールを有
する。
【００２２】本発明の第４の形態によると、損傷した、
順方向の過電圧に対するスイッチ装置の保護方法が提供
される。スイッチ装置は、スイッチ装置の通常の作動の
間、サイリスタの順方向電流の方向が主電流伝送端末の
間を通過する電流の方向と同じになるようにサイリスタ
に並列に接続された主電流伝送端末を有する。この方法
は、次の工程を有する。 （ａ）スイッチ装置における主電流伝送端末を経る過電
圧の存在を感知する。 （ｂ）工程（ａ）から過電圧制御信号を形成する。 （ｃ）過電圧制御信号によりスイッチ装置をオン状態へ
とスイッチすることを試みる。 （ｄ）工程（ｃ）における試みが失敗した場合に過電圧
制御信号により順方向の伝導状態へとサイリスタをトリ
ガーする。 （ｅ）サイリスタを故障させ、逆方向反転できない低イ
ンピーダンス状態へ入れさせ、これにより、スイッチ装
置を経る電圧を安全な低レベルに抑制させる。
【００２３】本発明の第５の形態によると、損傷した、
逆方向の過電圧に対するスイッチ装置の保護方法が提供
される。スイッチ装置は、スイッチ装置の通常の作動の
間、サイリスタの順方向電流の方向が、主電流伝送端末
の間を通過する電流の方向と同じになるようにサイリス
タに並列に接続された主電流伝送端末を有する。この方
法は、次の工程を有する。 （ａ）サイリスタにおける定格逆方向故障電圧より大き
いがスイッチ装置における定格逆方向故障電圧より小さ
い、逆方向電圧のレベルの存在において、サイリスタを
その逆方向故障モードに入れさせる。 （ｂ）逆方向故障モードのため、サイリスタを故障さ
せ、逆方向反転できない低インピーダンス状態へ入れさ
せ、これにより、スイッチ装置を経る逆方向電圧を安全
な低レベルに抑制させる。
【００２４】この場合において、工程（ａ）は、スイッ
チ装置を経る逆方向電圧を制限するため、スイッチ装置
を通って接続される、対並列ダイオードの故障に従う。
【００２５】本発明の第６の形態によると、損傷した、
電圧の増加率（ｄＶ／ｄｔ）に対するスイッチ装置の保
護方法が提供される。スイッチ装置は、スイッチ装置の
通常の作動の間、サイリスタの順方向電流の方向が、主
電流伝送端末の間を通過する電流の方向と同じになるよ
うにサイリスタに並列に接続された主電流伝送端末を有
する。この方法は、次の工程を有する。 （ａ）サイリスタにおけるｄＶ／ｄｔのターンオン率よ
り大きいがスイッチ装置を損傷し得るｄＶ／ｄｔのター
ンオン率より小さい、電圧増加率の存在において、サイ
リスタを過度なｄＶ／ｄｔのためターンオンさせる。 （ｂ）サイリスタに、電流の増加率の損傷または熱によ
る過負荷の損傷を経験させる。 （ｃ）電流の増加率の損傷または熱による過負荷の損傷
のため、サイリスタを故障させ、逆方向反転できない低
インピーダンス状態へ入れさせ、これにより、スイッチ
装置を経る電圧を安全な低レベルに抑制させる。
【００２６】工程（ａ）は、スイッチ装置を経る電圧増
加率を制限するため、スイッチ装置を通って接続され
る、緩衝器装置の故障に従う。
【００２７】上述した様々な工程はもちろん、過電圧状
態または過度な電圧増加率の状態の原因を除去し、故障
したサイリスタを故障していないサイリスタで代替する
付加的な工程があり得る。これにより、通常作動状態と
待機状態のため、各々、スイッチ装置および保護装置を
修復する。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明の実施例について、添付の
図面を参照して説明する。
【００２９】まず、図５および図６を参照すると、図５
に示される各スイッチ１１、２１、３１、４１は一連の
連鎖スイッチモジュール、１００−１、１００−２、…
１００−ｍから成る。各モジュールは、同一で、且つ多
数の並列接続絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧ
ＢＴ'S）１０１を有する。並列接続絶縁ゲートバイポー
ラトランジスタのうち３つを示すが、実際は、これより
かなり多く、例えば１０個位である。並列接続絶縁ゲー
トバイポーラトランジスタは、駆動および保護処理ブロ
ック２００の駆動回路に適用されるオンコマンド信号１
０２（および、もちろん、同入力上のオフコマンド信号
に対する）が現出してすぐ、駆動および保護処理ブロッ
ク２００（後述）を経由して、並列で駆動される。保護
ブロック３００（同様に後述）は、ＩＧＢＴに接続され
る。連続した連鎖１００−１…１００−ｍにおけるＩＧ
ＢＴ１０１は、連鎖を経て現れるオフ電圧を共用する。
電圧は、典型的応用においては、およそ８ｋＶ位でもよ
く、また、連鎖におけるモジュール数は、５個でもよ
く、結果としてオフ電圧においては各モジュールを経て
１６００Ｖになる。
【００３０】ＩＧＢＴは、スイッチング損失が少ないの
で好んで他装置に使用される。そのため、ＩＧＢＴは、
エネルギー損失が非常に少ない低スイッチ周波数か、あ
るいは、他装置から予想される損失に比べエネルギー損
失がいくぶん多い高スイッチ周波数（例えば２ｋＨｚ）
で使用され得る。
【００３１】さて、図１を参照して、保護ブロック３０
０および保護処理ブロック２００がより詳細に示され
る。
【００３２】保護ブロック３００は、多数の構成要素か
あるいはＩＧＢＴ１０１を経て互いに分路接続される構
成要素群を有する。構成要素は、対並列ダイオード３０
１、並列接続ダイオード３０４および抵抗器３０５に連
続接続されるコンデンサ３０３から成る有極緩衝器３０
２、分担抵抗器３０６、および非対称サイリスタ（ＡＳ
ＣＲ）３０７および抵抗器３０９に連続接続されるツェ
ナーあるいはアバランシェダイオード３０８から成るク
リッパ装置３１０を有する。
【００３３】対並列ダイオード３０１は、それ自体周知
の手段で、ＩＧＢＴを経てダイオード自体の低レベル
の、すなわち順方向バイアス電圧に現れるいかなる逆方
向電圧をも抑制するのに役立つ。有極緩衝器は、やはり
技術上周知だが、これによってＩＧＢＴのスイッチが切
られる時、ダイオード３０４を経るコンデンサ３０３か
らの緩衝作用が完全になされるが、しかし、また放電通
路として抵抗器３０５を含むことによってＩＧＢＴがオ
ンの間中、過度の緩衝放電電流から保護する。分担抵抗
器３０６は、零入力電流が各モジュールの中のＩＧＢＴ
の漏れ電流を抑制する連鎖において全ての抵抗器３０６
が通過可能になるような値である。このことにより、仮
に、電圧が全てのモジュールにおいて同じ値を持つなら
ば、連鎖における各モジュールによるオフ電圧の共用が
確実になる。クリッパ装置３１０の機能については、後
に説明される。
【００３４】ＡＳＣＲは、本発明によって予見される保
護機能に特に良く役立つので、本発明の好ましい実施例
における保護装置として使用され、特に、保護機能はＩ
ＧＢＴスイッチ装置の保護に適用される。２つの型のＡ
ＳＣＲの構成は図２（ｂ）および（ｃ）において図式で
示される。従来の‘対称’サイリスタは、図２（ａ）に
おいて示される。従来の装置は、図示されるように様々
な層に接続される装置の３つの端子（アノード、カソー
ドおよびゲート）を伴う４つの層Ｐ1,Ｎ1 , Ｐ2,Ｎ2 か
ら構成される。非対称サイリスタにおいては、予備層、
すなわち図２（ｂ）において示されるバージョンの‘固
有’（Ｉ）層あるいは、図２（ｃ）において示されるバ
ージョンのＮ＋層がある。予備層があり、そのためスイ
ッチ操作をする装置を最大活用する機会が与えられるこ
とにより、ＡＳＣＲは、本願において望ましい従来のＳ
ＣＲに関連するいくつかの特徴を有する。これらの特徴
というのは、以下の通りである。 高ｄＶ／ｄｔ率。これによって、装置がＩＧＢＴを
保護するために使用され得る。ＩＧＢＴは、他のスイッ
チ装置より高い周波数で作動されがちである。 低逆方向電圧率。これによって、ＡＳＣＲが、それ
自体低逆方向放電破壊比率を持つスイッチ装置を保護す
るために使用され得る。 速さ。ＡＳＣＲは、保護されるスイッチ装置がＳＣ
Ｒがオンになる前に危険な作動状態に達するという恐れ
などなく、非常に信頼性の高い保護を提供する。
【００３５】ＡＳＣＲは、オンされていない状態でもＩ
ＧＢＴを経る電圧の通常の緩衝限度ｄＶ／ｄｔに耐え得
るように、また、確実に、ＩＧＢＴがオフ状態の間は、
不要にオンされないように選択される。ＡＳＣＲについ
てさらに言及する点としては、説明は後になるが、圧力
パッケージでもあるということである。
【００３６】駆動および保護処理ブロック２００（図１
参照）は、出力時、シュミットトリガー２０２に接続さ
れる２入力ＯＲゲート２０１を有し、シュミットトリガ
ー２０２の出力は、各駆動抵抗器２０３によって３つの
ＩＧＢＴ１０１のゲートを供給する。ＯＲゲート２０１
の１つの入力２０４は、もう１つの２入力ＯＲゲート２
１７の入力から供給され、１つの入力は、２番目のシュ
ミットトリガー２０５の出力に接続され、２番目の入力
は、フィードバックライン２２１上の不飽和保護および
ラッチング論理ブロック２１０の出力２２３に接続され
る。シュミットトリガー２０５の入力は、共にクリッパ
３１０を形成するツェナー（あるいはアバランシェ）ダ
イオード３０８および抵抗器３０９に連結する接合点３
１１に接続される。ＯＲゲート２０１の２番目の出力２
０６は、光ファイバー連結（図示せず）により入力ライ
ン２１８上でオン／オフコマンド信号を供給される。ク
リッパ３１０の接合点３１１もまた、連続して接続され
るツェナーダイオード２０７およびダイオード２０８に
よりＡＳＣＲ３０７のゲートに接続される。抵抗器２０
９は、直接、接合点３１１とＡＳＣＲ３０７のゲートと
の間に接続される。抵抗器は、ＡＳＣＲのゲートにおい
て電流の流れを明確にするのに役立つ。
【００３７】不飽和保護およびラッチング論理ブロック
２１０は、ＩＧＢＴ１０１および保護処理ブロック２０
０の様々な部分から信号を受信し、他の物の中で、１つ
あるいは多分それ以上のＩＧＢＴがある理由により開回
路に消え去ってしまうという、過度の電力散逸から残存
ＩＧＢＴを保護するように作動する。これについては、
後に詳細を述べる。
【００３８】これから、本発明の保護装置の操作につい
て説明する。
【００３９】クリッパ３１０は、ＩＧＢＴ１０１に対す
る最初のレベルの過電圧保護として作動し、また、ＩＧ
ＢＴにとって危険であると思われるレベルより に低
く、且つ、ほんの短時間である過電圧に対する抑制作用
を供給する。前記の機能を果たすように選択された装置
は、次のような特性を備えているべきであり、それは、
ＩＧＢＴに対する抑制効果が弱められないようにするた
めの破壊電圧以上の低動的スロープ抵抗と、故障発生以
前に、不十分な電流が検出抵抗器３０９を通過し、前記
の保護回路を始動させる破壊電圧以下の低漏れ電流と、
および、クリッピング電圧の低温度係数である。ラッチ
ング型ブレークオーバダイオードは、この応用には適さ
ない。
【００４０】より高い電圧（および／あるいは、より長
時間の過電圧）に対しては、これから説明するように、
多数の保護レベルの１つが作用する。
【００４１】仮に、１つの特別なモジュールにおけるＩ
ＧＢＴのゲートが、連鎖するゲートに適用される“オ
ン”信号を、例えば、信号をブロック２００に供給する
光連結の非一貫性のために受信できないが、しかし、ブ
ロック２００の中の回路は充分に作動し、また、緩衝器
３０２も同様に機能するという１つ起こり得る故障モー
ドを設定する。明らかに、もし、連鎖における残存モジ
ュールが、予想通りスイッチが入れられるならば、まだ
オンになっていないモジュールにおけるＩＧＢＴは、過
電圧損傷、すなわち、モジュール全体に渡る全アーム電
圧の出現という状況に置かれるであろう。これらの状況
において、未スイッチのＩＧＢＴを通過する電圧は、上
昇し始めるが、しかし、ＡＳＣＲ３０７がｄＶ／ｄｔ作
動によりオンしないように緩衝器３０２によって制御さ
れる率でのことである。電圧がツェナーダイオード３０
８のツェナー電圧を超過する時、抵抗器３０９は、電流
を通過し始める。これは、オンサイクルの割合を超えて
累進的に起こる。ある点で、この状態は、クリッパ３１
０のみによって効果的に抑制され得る単なる一時的なも
のではないので、抵抗器３０９を通過する電圧は、シュ
ミット段階２０５のトリガーしきい値を超過し、オン信
号をＯＲゲート２１７および２０１およびシュミット段
階２０２によりＩＧＢＴのゲートに適用させるであろ
う。（しきい値は、ＡＳＣＲ３０７をオンにするしきい
値であることに注意。）その結果、モジュールにおける
ＩＧＢＴは、上昇していく電圧が装置を故障させるであ
ろうレベルに達する前にオンになる。
【００４２】ＯＲゲート２１７の出力でのオン信号は、
フィードバックライン２２１上のゲート２１７に入るラ
ッチング信号によりラッチされる。ラッチング信号は、
図３に示されるように、不飽和保護およびラッチング論
理ブロック２１０内の論理から引き出される。
【００４３】図３では、不飽和保護およびラッチングブ
ロック２１０の詳細部分を単に図式で示すが、Ｒ−Ｓラ
ッチ２２４は、“セット”入力２２５上に論理ブロック
２１０の入力２２０でオン信号を受信する。オン信号が
現れると、ラッチ２２４のＱ出力２２６を高め、代わり
に、ラッチ２２４のＱ出力２２６は、論理ブロック２１
０およびフィードバックライン２２１の出力２２３によ
りＯＲゲート２１７をラッチする。同時に、ラッチ２２
４のＱ出力での高信号は、“トリップ／診断符号化”ブ
ロック２２７において符号化され、論理ブロック２１０
の出力２２８で適当な“診断”信号を供給する。診断信
号は、関連するモジュールへの通常の駆動連結に失敗し
た結果、ＩＧＢＴがオンになったという供給人事につい
ての情報を与える信号を供給するような符号化された形
態における光ファイバー連結（図示せず）へのライン２
１４周辺の出力である。
【００４４】保護モードは、未スイッチのＩＧＢＴを相
違する通路を経てオンされることによる障害から保護す
る。保護モードは、モジュールにおけるＩＧＢＴのラッ
チされた抑制作用が、ただ単にモジュールを論理電源か
ら切り離すことによって除去可能なので、第２レベル過
電圧保護として作動し、それは、原状復帰可能な状態で
ある。“オン”／“オフ”コマンド光連結故障の修復後
の再接続は、当該ＩＧＢＴへの通常の未ラッチオフ状態
駆動という結果になる。このことは、ラッチ２２４の
“リセット”入力２３０を駆動する“パワーアップリセ
ット”装置２２９を供給することにより確実となる。パ
ワーアップリセットブロック２２９は、論理電源と論理
接地との間に連結される従来の抵抗器−コンデンサ網の
形態を取ってもよく、抵抗器とコンデンサの分岐点はＲ
−Ｓラッチ２２４の入力２３０に取り入れられてもよ
い。
【００４５】２番目に起こり得る故障モードとして、や
はり、連鎖の１つのモジュールにおけるＩＧＢＴゲート
への駆動信号通路における故障があるが、今回は、ブロ
ック２００あるいはブロック２００への論理的給電にお
ける電子工学上の故障である。このような状況では、上
記保護作用は、ＩＧＢＴがオンできないので起こり得な
い。再度、緩衝器３０２が機能すると仮定すると、ＡＳ
ＣＲ３０７は、ｄＶ／ｄｔ作用によってはオンしない
が、一旦、ツェナーダイオード３０８のツェナー電圧が
到達し、ＯＲゲート２０１および結合構成要素によりＩ
ＧＢＴをオンしようとすると、抵抗器３０９を経る電圧
は、累進的に上昇する。このようなことは、駆動回路に
おける上記問題点により不可能であり、次のステップ
は、クリッパ３１０の接合点３１１上の上昇電圧がＡＳ
ＣＲゲートのスイッチングしきい値に達し、しきい値が
ツェナーダイオード２０７のツェナー電圧を適切に選択
することによりシュミット段階のしきい値よりも大きく
なるように配置されることである。ＡＳＣＲ３０７は、
スイッチを入れ始め、ＡＳＣＲを通過する電流の結果的
大増加のために装置は故障する。このことは、第３レベ
ル過電圧保護と名づけられる。
【００４６】プロセスにおけるＡＳＣＲの故障を助長す
る２つの要因がある。第１に、使用されたサイリスタ
は、そのｄＩ／ｄｔ耐性能力が通常の意味において、お
そらく装置を通過する負荷電流の過度のｄＩ／ｄｔによ
り故障するであろうというようなオン状況に最大活用さ
れなかったものである。第２に、サイリスタは、ヒート
シンクされないか、あるいは、良くても少しだけヒート
シンクされて、装置を通過する負荷電流の継続通過によ
り装置における過度の電力散逸を引き起こし、このため
過度のｄＩ／ｄｔによる故障が先行しては起こらないＡ
ＳＣＲの故障が確実となる。
【００４７】装置が修復不可能なほど故障したので、よ
り従来的なクローバー図案とは対照的に電気伝導へのサ
イリスタゲートの持続的駆動は必要ない。
【００４８】先に述べたように、ＡＳＣＲは、圧力パッ
ケージ装置である。この意義は、図４を参照して説明す
る。
【００４９】図４において、アノード、カソードおよび
ゲートの３接続部を伴う接続部分において示される基本
サイリスタユニット４０１を有する圧力パッケージサイ
リスタ装置が、図解される。ユニットは、１２００Ｖよ
り大きい電圧を阻止し、２００Ａより大きい電流を導き
入れる能力を持つ高電力装置である。アノード接続部４
０２およびカソード接続部４０３は、基本ユニット４０
１に対する適用圧力（矢印参照）を受ける銅ポール片の
形態を取る。圧力負荷は、典型的に１５ＭＮ／ｍ2 の配
列である。また、実際に、サイリスタ装置の開部分は、
電気的隔離およびハーメチックシールの両方を供給する
セラミックエンクロージャ（図示せず）内に取り囲まれ
る。圧力は、サイリスタの両側から装置において適用さ
れるため、装置は、共通に“両側圧力パッケージ”とし
て知られている。
【００５０】圧力パッケージ技術は、他の従来パッケー
ジ技術に対して２つの主な利点がある。第１に、サイリ
スタユニットが故障した時、アノードおよびカソード間
に超低抵抗を生成し、第２に、パッケージ全体内で起き
た故障により放たれる内的廃棄物を保有する傾向にあ
り、よって、周辺機器への損傷を防ぐ。大部分の故障
は、ポール片４０２、４０３（例えば、４０４領域参
照）の間で発生し、基本サイリスタユニット４０１を伴
うポール片の融着を引き起し、よって、アノードおよび
カソード間の望ましい低抵抗を生み出す。故障がポール
片（例．４０５領域内における）の接触領域外で起こる
場合、物質が放出されるが、この物質がセラミックエン
クロージャを破損させる圧力を生み出すことはない。た
とえ故障がサイリスタユニットの外地域で起こる場合で
も、故障は、ポール間で伝播し、上記低抵抗を生成す
る。
【００５１】圧力パッケージ技術のおかげで、また、Ａ
ＳＣＲが破損することなく短絡回路電流に耐えるように
選択されると仮定すれば、全体のモジュールは、ＡＳＣ
Ｒが故障する時、残る連鎖への永久的短絡回路として現
れ、連鎖が残存モジュールの基盤として必要である限り
安全に機能し続けるであろう。このことは、いくぶん残
存ＩＧＢＴをより強調するものであろうが、しかしなが
ら、仮に、装置が続いて起こる高オフ状態電圧に耐える
ように査定されるなら、短絡回路モジュールにおいてＩ
ＧＢＴが貢献しない継続作動は、完全に可能であろう。
これにより、供給人事は、充分な時間を得て、装置を故
障させ、攻撃モジュールを除去し、適所で、最初に過電
圧状況を生み出す故障を修復し、そして、消去されたＡ
ＳＣＲを新しい装置に置き換えることができる。
【００５２】ＡＳＣＲをオンにする上記過程は、ＡＳＣ
Ｒのゲートスイッチング通路が多少壊れた場合、失敗す
る可能性があり、例えば、クリッパ３１０（ツェナー３
０８開回路）あるいはクリッパをＡＳＣＲ（例．ツェナ
ーダイオード２０７あるいはダイオード２０８の開回
路）に連結する受動回路が故障した場合である。前記の
ような状況においては、もし、順方向ブレークオーバ電
圧がＩＧＢＴの定格破壊電圧を下回るようにＡＳＣＲ３
０７が選択されるなら、第４レベルの電圧保護が与えら
れる。ＡＳＣＲがいずれのゲートも駆動することなくた
だ単に自己破壊した場合は、ＡＳＣＲは、結果的に故障
モードになり、それは他の保護レベルで起こるが、一方
ＩＧＢＴを保護する。
【００５３】注意する事として、ＡＳＣＲは、また、接
合点３１１で適当な過電圧感知信号を搬送できるという
意味ではなく、例えば、抵抗器３０９が開回路になるた
め、偽感知信号を搬送するという意味においてクリッパ
が故障した場合、保護を与えるということである。前記
のような事が起きた場合、ＡＳＣＲがゲートトリガーリ
ング作用によりオンになり、ショート故障モードになる
可能性がある。
【００５４】上記４つの保護レベルは、特別モジュール
における１つ以上のＩＧＢＴが、いかなる理由にせよ、
“オン”コマンドを受け入れない状況に応用されるばか
りではなく、１モジュールにおけるＩＧＢＴはオンにな
るが、１つ以上のＩＧＢＴが偽“オフ”コマンドを受け
入れるという状況にも応用される。
【００５５】第４の可能故障モードにおいては、機能が
停止する緩衝器３０２に問題があると想定される。これ
は、ダイオード３０４か抵抗器３０５あるいはコンデン
サ３０３の故障によるものとも思われる。このような状
況下で、ＩＧＢＴを通過する電圧のｄＶ／ｄｔは、超高
レベル（ＩＧＢＴは高周波数で良く作動することに留
意）まで上昇し、その結果ＡＳＣＲ３０７は、周知のｄ
Ｖ／ｄｔ作用によりオンになる。（これは、アノードと
アノード上のいかなる高速上昇電圧をも通過しゲートに
至るＡＳＣＲのゲートとの間に存在するミラーコンデン
サによる。）仮に、ＡＳＣＲがオンになるｄＶ／ｄｔレ
ベルがＩＧＢＴが故障するレベルより低いとするなら、
ＡＳＣＲは、再び、最後のケースのように、アノード電
流の急増加のため復帰不可能な程ショートし、モジュー
ルは、残存連鎖への短絡回路として現れるが、ＩＧＢＴ
は、前例のように救出されるであろう。
【００５６】第５の可能故障モードにおいては、対並列
ダイオード３０１は、例えば、ワイヤー結合破損のため
開回路になると想定する。そして、ＡＳＣＲは、自身を
対故障モード状態にする非制限逆方向電圧を体験する。
この故障状況は、再び、ＡＳＣＲの復帰不可能ショート
状態を引き起し、その結果は、前例同様である。仮に、
ＡＳＣＲがＩＧＢＴ定格逆方向電圧より低い逆方向電圧
で故障するとするなら、ＡＳＣＲは犠牲となるであろう
が、ＩＧＢＴは、損傷から保護されるであろう。実際、
２０Ｖ位の対故障定格は、いかなるＡＳＣＲも達成可能
で、充分ＩＧＢＴの対応最大定格内である。
【００５７】第６の可能故障モードにおいては、過電流
は、言わば、図５のブリッジ装置の１つのアームにおけ
るＩＧＢＴを通過させられる。これは、短絡回路の負荷
端子への適用のため、あるいはブリッジにおける斜向か
いのアームのショートによるためである（例．クローバ
作用あるいはアーム全体へ影響を及ぼす電子機能不良の
ため）。その結果、ＩＧＢＴのコレクタエミッタ電圧は
上昇し、装置が飽和から生じ、過電力散逸が続いて起こ
るであろう。
【００５８】このような状況下で、不飽和保護およびラ
ッチング論理ブロック２１０は、まず最初に、関連する
アームにおける全ＩＧＢＴをオフにしようとするように
作用し、次のようになる。
【００５９】ＩＧＢＴを経る不飽和“オン”状態電圧の
存在は、不飽和保護の入力２１３およびラッチングブロ
ック２１０で感知される。入力信号は、２つの比較器２
３２、２３３を有するウィンド比較器２３１に供給され
る。入力２１３上に現れるＩＧＢＴ電圧は、両比較器の
非反転入力に供給され、一方、基準電位Ｖref1およびＶ
ref2は、それぞれ比較器２３３および２３２の反転入力
に供給される。Ｖref1は、入力２１３上の電圧がＩＧＢ
Ｔ“不飽和”領域内にある場合、比較器２３３の出力２
３４が高くなるように選択され、またＶref2は、入力２
１３上の電圧が超高システム電圧にある場合（ＩＧＢＴ
のスイッチが切られる場合に予想されるように）、比較
器２３２の出力２３５が高くなるように選択される。
【００６０】比較器２３３、２３２の出力は、最初に２
入力ＯＲゲート２３６に供給され、次に同時計数検出器
２３９および２４０の入力２４１、２４２にそれぞれ供
給される。同時計数検出器２３９および２４０の各入力
２４１、２４２は、通常論理ブロック２１０の入力２３
７、２３８から供給される。入力２１９も、またさらな
る同時計数検出器２４４の第２入力２４３を供給し、第
１入力２４５は、そのＯＲゲート２３６の出力に結合さ
れる。同時計数検出器２３９および２４４の出力は、ト
リップ／診断符号器ブロック２２７の各入力２４６、２
４７に運ばれる。
【００６１】入力２１９上で“オン”信号状態の間、Ｉ
ＧＢＴ電圧が不飽和領域にある場合、同時計数検出器２
３９の両入力２３７、２４１は高く、ゆえに検出器２３
９は、ライン２４８周辺で信号をトリップ／診断符号器
ブロック２２７の入力２４６に出力する。ブロックは、
代わりに、適切に符号化された“トリップ”信号を出力
２２８で供給し、そして、信号はライン２１４を経て光
ファイバー連結（図示せず）周辺に出力される。関係す
るアームにおける全モジュールからの出力である種々の
“トリップ”信号は、整理して“オフ”コマンド信号を
種々のモジュールの入力２１８に適用することにより、
全アームのオフ状態を導く。
【００６２】これは、第１レベルの不飽和保護で、迅速
に作用する。通常、アームにおけるモジュールは、オフ
にすることによって応答するが、しかし、ＩＧＢＴへの
ゲート回路が通常に機能する場合のみである。ある１つ
の特別のモジュールにおいて前記のことが適用しない場
合、あるいは、他のあらゆる理由により、特別モジュー
ルのＩＧＢＴを持続する不飽和状態から抜け出させるこ
とが不可能な場合、第２レベルの不飽和保護がモジュー
ルのために作動する、即ちＡＳＣＲクローバの発射であ
る。このことは、論理ブロック２１０が入力２１９上の
“オフ”コマンド（例．“トリップ”コマンド）と入力
２１３上のＩＧＢＴコレクタ・エミッタ状態を比較し、
モジュールにおけるＩＧＢＴのスイッチが切られなかっ
たということを発見した場合、起こる。状況下で、同時
計数検出器２４０は、一方でライン２１９上の“オフ”
駆動コマンドにより、他方で比較器２３２の出力上の論
理的低状態による２つの入力の論理的低状態を見、状態
は、ＩＧＢＴのオフ状態において、通常高い。それゆ
え、同時計数器２４０は、ライン２４９周辺に、論理ブ
ロック２１０の出力２１５を経て、ＡＳＣＲをオンに起
動させるのに役立つ信号を発する。
【００６３】出力２１５は、ダイオード２１６（図１参
照）を経てＡＳＣＲ３０７のゲートに接続される。ダイ
オード２１６は、ブロック２１０の出力２１５をクリッ
パ３１０の接合点３１１から隔離するのに役立ち、よっ
て、クリッパあるいは不飽和論理出力のいずれかからの
ＡＳＣＲの独立スイッチングが可能になる。
【００６４】ＩＧＢＴのオフが不可能になる１つ考えら
れる理由は、コレクタとゲート間のＩＧＰＴチップの故
障であり、それゆえ、低インピーダンスは、２点間に存
在する。モニターライン２２２は、ＩＧＢＴの各ゲート
を不飽和保護およびラッチング論理ブロック２１０の入
力に接続する駆動および保護ブロック２００に含まれ
る。入力は、供給人事に関連するモジュールにおけるコ
レクタゲート故障問題の存在を警告する出力ライン２１
４上に適切な“診断”信号を送らせるのに使用可能であ
る。
【００６５】あらゆる特別モジュールにおける別の不飽
和の原因は、例えば、ワイヤー結合の溶解あるいはチッ
プ自体の破損による１つあるいはそれ以上の並列接続さ
れたＩＧＢＴの故障である。その結果、モジュールを経
る“オン”電圧の上昇となり、それは、つまり、より大
きな作動電流がモジュールの残存ＩＧＢＴにより統御さ
れた状態での、各残存装置における高電力散逸を意味す
る。明らかに、もし散逸が大き過ぎるなら、残存装置も
また、容易に故障し得る。不飽和保護およびラッチング
論理ブロック２１０は、上記のように、過電流故障状況
に対するのと同様に状況に対応する。
【００６６】更に考えられる不飽和の原因は、ＩＧＢＴ
１０１のゲート上の弱駆動信号の存在である。再度、不
飽和保護およびラッチング論理ブロック２１０の対応
は、この場合確かに不飽和の他原因に対するのと同様で
ある。
【００６７】不飽和論理ブロック２１０は、また、故障
ＡＳＣＲの存在を供給人事に伝えるために使用される。
ＡＳＣＲ“抑制”（故障）状況の検出は、同時計数検出
器２４４内で成され、入力２１９上の駆動コマンド信号
の“オフ”状態および入力２１３の“不飽和”状態の同
時検出に基づく。ＩＧＢＴが飽和状態の場合、ウィンド
比較器２３１の両出力２３４、２３５は、論理的低で、
ゆえに、ＯＲゲート２３６の出力は同様に低である。検
出器２４４は、入力２４３、２４５上の同時低状態を検
出し、“ＡＳＣＲ故障”信号をトリップ／診断符号化ブ
ロック２２７の入力２４７に送る。ブロックは、供給人
事にモジュールにおけるＡＳＣＲが復帰不可能な故障モ
ードになったという事実を気づかせるように符号化され
る診断信号をライン２１４上に出力する。診断信号に、
供給人事に攻撃モジュールの除去の必要性を気づかせる
ための警告信号（聴覚的および／あるいは視覚的）を操
作させることは可能である。
【００６８】上記実施例が先に列挙した利点の観点から
のＡＳＣＲの使用に基づいていた一方、この局面でＧＴ
Ｏを含むより従来的、対称的なＳＣＲを、少ない利点
（特に、ｄＶ／ｄｔ耐性能力および逆方向ブロック能力
に関する制限）で利用することは可能である。
【００６９】上記保護装置は、ＩＧＢＴ（両エピタキシ
ャルおよびフロートゾーン派生物）にばかりでなく、以
下のスイッチング装置（いずれにせよ、ワイヤー結合、
埋め込みゲート、平面あるいはメサ構成である）にも適
切である−ＧＴＯ（ゲートオフサイリスタ）、ＭＣＴ
（ＭＯＳ制御サイリスタ）、ＦＣＴ（フィールド制御サ
イリスタ）、ＳＩＴ（静電誘導サイリスタ）、ＩＧＴ
（絶縁ゲートサイリスタ）。
【００７０】
【発明の効果】本発明の大きな効果は、使用されるＡＳ
ＣＲが、実際、高品質装置である必要はなく、大部分の
パラメータに関する限り排除され得るということであ
る。望ましい装置に対する基準は、装置が使用されるス
イッチング回路の通常の（緩衝限度）ｄＶ／ｄｔに耐え
得るということである。もし、装置が排除として記憶さ
れた装置においてでさえ２０Ｖより小さい対故障定格を
持つなら、実際には達成可能であるのだが、それは、利
点である。
【００７１】ＡＳＣＲは、本発明において、その保護モ
ードで機能する時、故障するようになされているので、
ＡＳＣＲが供給人事により積極的に換えられ得る保護回
路の他の構成要素に関係する位置に置かれるべきであ
る。それゆえ、装置を装置自体が一部となっているモジ
ュールの外に配置することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスイッチモジュールの１つの回路図で
ある。
【図２】本発明の２つの型の非対称サイリスタの構成を
従来の型のサイリスタの構成と比較して示す図式図であ
る。
【図３】図１の不飽和保護およびラッチング論理ブロッ
クの図である。
【図４】圧力パッケージサイリスタの部分図である。
【図５】多数の半導体スイッチ装置を用いる周知のブリ
ッジ回路の図である。
【図６】図５で示されるスイッチ装置の１つを構成する
多数のスイッチモジュールを示す図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１、４１ スイッチ １０１ 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢ
Ｔ） １０２ オンコマンド信号 ２００ 駆動および保護処理ブロック ２０１、２１７、２３６ ＯＲゲート ２０２、２０５ シュミットトリガー ２０３ 駆動抵抗器 ２０４ ＯＲゲートの入力 ２０５ シュミット段階 ２０６ ＯＲゲートの出力 ２０７ ツェナーダイオード ２０８、２１６ ダイオード ２０９ 抵抗器 ２１０ 不飽和保護およびラッチング論理ブロック ２１４ 出力ライン ２１５、２２３、２２８ 不飽和保護およびラッチング
論理ブロックの出力 ２１８ 入力ライン ２１３、２１９、２４５ 入力 ２２１ フィードバックライン ２２２ モニターライン ２２４ Ｒ−Ｓラッチ ２２５ セット入力 ２２６ Ｑ出力 ２２７ トリップ／診断符号化ブロック ２２８ トリップ／診断符号化ブロックの出力 ２２９ パワーアップリセット装置 ２３０ Ｒ−Ｓラッチの入力 ２３１ ウィンド比較器 ２３２、２３３ 比較器 ２３４、２３５ 比較器の出力 ２３７、２３８ 不飽和保護およびラッチング論理ブロ
ックの入力 ２３９、２４０、２４４ 同時計数検出器 ２４１、２４２、２４３ 同時計数検出器の入力 ２４６、２４７ トリップ／診断符号化ブロックの入力 ２１４、２４８、２４９ ライン ３００ 保護ブロック ３０１ 対並列ダイオード ３０２ 有極緩衝器 ３０３ コンデンサ ３０４ 並列接続ダイオード ３０５、３０９ 抵抗器 ３０６ 分担抵抗器 ３０７ 非対称サイリスタ（ＡＳＣＲ） ３０８ ツェナーあるいはアバランシェダイオード ３０９ 検出抵抗器 ３１０ クリッパ装置 ３１１ 接合点 ４０１ 基本サイリスタユニット ４０２ アノード接続部 ４０３ カソード接続部 ４０４、４０５ 領域 Ｖref1、Ｖref2 基準電位
フロントページの続き (71)出願人 597012208 ＢＯＵＧＨＴＯＮ ＲＯＡＤ，ＲＵＧＢ Ｙ，ＷＡＲＷＩＣＫＳＨＩＲＥ ＣＶ21 １ＢＵ，ＥＮＧＬＡＮＤ (72)発明者 クレイン アラン デイビッド イギリス，シーブイ23 ０ビーエイチ，ウ ォリックシア，ラグビイ，クリフトン‐ア ポン‐ダンズモー，メイン ストリート 24

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 保護されるためのスイッチ装置における
    主電流伝送端末に並列に接続される、１対の前記主電流
    伝送端末を有するサイリスタを有し、 前記サイリスタは、前記サイリスタにおける順方向電流
    の方向が、前記スイッチ装置の通常作動の間、前記主電
    流伝送端末の間を通過する電流の方向と同じとなるよう
    に接続され、 前記保護装置は、前記スイッチ装置を経る電圧状態が前
    記スイッチ装置に電位的損傷となる場合、前記サイリス
    タが故障するようにされ、 前記スイッチ装置を経る逆方向反転できない低インピー
    ダンスを提供することを特徴とするスイッチ装置の保護
    装置。
  2. 【請求項２】 前記スイッチ装置に並列に接続された緩
    衝器手段を有し、 前記サイリスタは、機能的緩衝器手段の前記存在におい
    て、前記スイッチ装置を経る電圧の変化の前記通常比率
    に抵抗できるように選択されていることを特徴とする請
    求項１に記載の保護装置。
  3. 【請求項３】 前記サイリスタに並列に接続されるクリ
    ップ回路手段を有することを特徴とする請求項１または
    ２に記載の保護装置。
  4. 【請求項４】 前記クリップ回路手段は、前記スイッチ
    装置を経る過電圧状態の前記存在を感知し、過電圧制御
    出力での反応する過電圧制御信号を供給するための過電
    圧感知手段と、 前記過電圧制御出力に接続されたサイリスタトリガー手
    段とを有し、 前記サイリスタトリガー手段は、前記過電圧状態の間、
    前記サイリスタを伝導へトリガーするために用いられる
    ことを特徴とする請求項３に記載の保護装置。
  5. 【請求項５】 スイッチ装置を有し、 スイッチ手段は、前記クリップ回路手段における前記過
    電圧制御出力と前記スイッチ装置の制御端末との間に接
    続され、 前記過電圧制御出力と前記サイリスタトリガー出力との
    間の前記接続および前記過電圧制御出力と前記スイッチ
    装置との間の前記接続は、前記スイッチ装置が、通常の
    作動の間、その通常のターンオン信号を受ける場合、前
    記サイリスタのトリガーを保護するようにし、前記スイ
    ッチ装置の前記過電圧状態の下で、前記スイッチ装置が
    前記サイリスタに優先して作動することを保証するよう
    にすることを特徴とする請求項４に記載の保護装置。
  6. 【請求項６】 前記過電圧感知手段は、アバランシェダ
    イオードと、前記スイッチ装置を通って直列に接続され
    る抵抗とを有し、 前記過電圧制御出力は、前記アバランシェダイオードと
    前記抵抗との前記分岐点を有し、 前記サイリスタトリガー手段は、前記過電圧制御出力と
    前記サイリスタの前記ゲートとの間のダイオードに直列
    に接続される、ツェナーダイオードを有し、 前記ツェナーダイオードの故障電圧は、前記スイッチ装
    置がオン状態へと駆動されるのを超える、閾値電圧より
    大きいことを特徴とする請求項５に記載の保護装置。
  7. 【請求項７】 前記サイリスタは、圧力パッケージサイ
    リスタであることを特徴とする請求項１から６のいずれ
    かに記載の保護装置。
  8. 【請求項８】 前記サイリスタは、非対称サイリスタで
    あることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載
    の保護装置。
  9. 【請求項９】 前記スイッチ装置は、絶縁ゲートバイポ
    ーラトランジスタであることを特徴とする請求項１から
    ８のいずれかに記載の保護装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１から９のいずれかに記載のス
    イッチ装置および保護装置を有し、 前記保護装置の前記サイリスタは、故障した場合に容易
    に変えられるように関連回路に関して配列されることを
    特徴とする電源への負荷における前記接続のためのスイ
    ッチモジュール。
  11. 【請求項１１】 前記ブリッジの各アームは、複数の直
    列接続されたスイッチモジュールを有することを特徴と
    する請求項１０に記載の電源への負荷における前記接続
    のための高電圧ブリッジ配列。
  12. 【請求項１２】 前記スイッチ装置は、前記スイッチ装
    置の通常の作動の間、前記サイリスタの順方向電流の方
    向が主電流伝送端末の間を通過する電流の方向と同じに
    なるようにサイリスタの前記主電流伝送端末に並列に接
    続された前記主電流伝送端末を有し、 前記方法は、前記工程すなわち、 前記スイッチ装置における前記主電流伝送端末を経る過
    電圧の前記存在を感知し、 前記工程から過電圧制御信号を形成し、 前記過電圧制御信号により前記スイッチ装置をオン状態
    へとスイッチすることを試み、 前記試みが失敗した場合に前記過電圧制御信号により順
    方向の伝導状態へと前記サイリスタをトリガーし、 前記サイリスタを故障させ、逆方向反転できない低イン
    ピーダンス状態へ入れさせ、これにより、前記スイッチ
    装置を経る前記電圧を安全な低レベルに抑制させる工程
    を有することを特徴とする、損傷した、順方向の過電圧
    に対するスイッチ装置の保護方法。
  13. 【請求項１３】 前記スイッチ装置は、前記スイッチ装
    置の通常の作動の間、前記サイリスタの順方向電流の方
    向が主電流伝送端末の間を通過する電流の方向と同じに
    なるようにサイリスタの前記主電流伝送端末に並列に接
    続された前記主電流伝送端末を有し、 前記方法は、前記工程すなわち、 前記サイリスタにおける前記定格逆方向故障電圧より大
    きいが前記スイッチ装置における前記定格逆方向故障電
    圧より小さい、逆方向電圧のレベルの前記存在におい
    て、前記サイリスタを逆方向故障モードに入れさせ、 前記逆方向故障モードのため、前記サイリスタを故障さ
    せ、逆方向反転できない低インピーダンス状態へ入れさ
    せ、これにより、前記スイッチ装置を経る前記逆方向電
    圧を安全な低レベルに抑制させる工程を有することを特
    徴とする、損傷した、逆方向の過電圧に対するスイッチ
    装置の保護方法。
  14. 【請求項１４】 前記サイリスタにおける前記定格逆方
    向故障電圧より大きいが前記スイッチ装置における前記
    定格逆方向故障電圧より小さい、逆方向電圧のレベルの
    前記存在において、前記サイリスタを逆方向故障モード
    に入れさせる工程は、前記スイッチ装置を経る前記逆方
    向電圧を制限するため、前記スイッチ装置を通って接続
    される、対並列ダイオードの前記故障に従うことを特徴
    とする請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記スイッチ装置は、前記スイッチ装
    置の通常の作動の間、前記サイリスタの順方向電流の方
    向が主電流伝送端末の間を通過する電流の方向と同じに
    なるようにサイリスタの前記主電流伝送端末に並列に接
    続された前記主電流伝送端末を有し、 前記方法は、前記工程すなわち、 前記サイリスタにおける前記ｄＶ／ｄｔのターンオン率
    より大きいが前記スイッチ装置を損傷し得る前記ｄＶ／
    ｄｔのターンオン率より小さい、電圧増加率の前記存在
    において、前記サイリスタを過度なｄＶ／ｄｔのためタ
    ーンオンさせ、 前記サイリスタに、電流の増加率の損傷または熱による
    過負荷の損傷を経験させ、 前記電流の増加率の損傷または熱による過負荷の損傷の
    ため、前記サイリスタを故障させ、逆方向反転できない
    低インピーダンス状態へ入れさせ、これにより、前記ス
    イッチ装置を経る前記電圧を安全な低レベルに抑制させ
    る工程を有することを特徴とする、損傷した、電圧の増
    加率（ｄＶ／ｄｔ）に対するスイッチ装置の保護方法。
  16. 【請求項１６】 前記サイリスタにおける前記ｄＶ／ｄ
    ｔのターンオン率より大きいが前記スイッチ装置を損傷
    し得る前記ｄＶ／ｄｔのターンオン率より小さい、電圧
    増加率の前記存在において、前記サイリスタを過度なｄ
    Ｖ／ｄｔのためターンオンさせる工程は、前記スイッチ
    装置を経る前記電圧の増加率を制限するため、前記スイ
    ッチ装置を通って接続される、緩衝器装置の前記故障に
    従うことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記過電圧状態または前記過度な電圧
    増加率の状態の前記原因を除去し、前記故障したサイリ
    スタを故障していないサイリスタで代替する前記付加的
    な工程を有し、これにより、通常作動状態と待機状態の
    ため、各々、前記スイッチ装置および保護装置を修復す
    ることを特徴とする請求項１２から１６のいずれかに記
    載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記サイリスタは圧力パッケージ非対
    称サイリスタであることを特徴とする請求項１２から１
    ７のいずれかに記載の方法。
  19. 【請求項１９】 電位的に損傷した過電圧状態からスイ
    ッチ装置を保護するための非対称サイリスタの使用。
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