JPS59228421A - 直列接続スイツチ用の等化回路 - Google Patents

直列接続スイツチ用の等化回路

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JPS59228421A
JPS59228421A JP59108278A JP10827884A JPS59228421A JP S59228421 A JPS59228421 A JP S59228421A JP 59108278 A JP59108278 A JP 59108278A JP 10827884 A JP10827884 A JP 10827884A JP S59228421 A JPS59228421 A JP S59228421A
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JP
Japan
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series
switch
capacitor
switches
diode
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JP59108278A
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ベルナ−ル・アンヌヴアン
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SE U EMU CO EREKUTOROOMEKANIKU
SE U EMU CO EREKUTOROOMEKANIKU E CO SOC
Original Assignee
SE U EMU CO EREKUTOROOMEKANIKU
SE U EMU CO EREKUTOROOMEKANIKU E CO SOC
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Publication date
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    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
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    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電圧源と負荷との間に直列に接続され、その
夫々が等化コンデンサおよびグイオ−ドに並列に接続さ
れて成るスイッチのだめの等化回路に係る。
チョッパまたはインバータのような電気エネルギ変換器
で使用される電子スイッチは、通例では、サイリスタト
ランジスタまたは２−ト切断サイリスタのような半導体
部品である。
現在、半導体デバイスが耐え得る最大電圧は、トランジ
スタについては数百ボルト、サイリスタや２−ト切断サ
イリスタの場合は数千ボルトである。
電気エネルギ変換器の供給電圧を、使用する半導体デバ
イスの耐えつる電圧よシ高くする必要がある場合は、こ
れらの半導体デ、？イスのうち数個を直列に接続しなけ
ればならない。
本発明の好ましい適用例は、トランジスタまたはダート
切断サイリスクを直列に接続することである。
トランジスタま７’（は２−ト切断サイリスタを直列に
接続するには大きな障害がある。この種の半導体デバイ
スの製造公差は、とくにスイッチを開く指令を受けた時
とスイッチが有効π開く時との間の経過時間に関して、
かなυ寛容である。
従って、２個のトランジスタか２個のデート切断サイリ
スタがどんな注意も払わす忙直列接続された場合、より
早い切断作動をするデバイスＦｉ１時的に供給電圧の全
量にさらされて破損してしまう。
この障害をのシこえるため、種々の回路が存在している
。とくにＧ、Ｅ、Ｃ０Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　５ｃｉｅ
ｎｃｅ　ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌＯｇｙ″誌１９８１年第
４７巻　Ｎｏ３　　．１２１〜１２２頁には、トランジ
スタに適用可能なこの種の回路の工つが記載されておシ
、また、東芝社の’　Ｇ　Ｔ　ＯＡｐｐｌｉｃａｔｉｏ
ｎ　Ｎｏｔｏ”　と題するｚ１７　ン７レットの１７頁
には、２−ト切断サイリスクに適用可能なこの種の回路
が紹介されている。どちらの場合もスイッチ装置と並列
にコンデンサが接続されている。
しかし、これらの回路にはさらに２つの障害がある。
第一に、よシ早い切断作動をするデバイスと結合したコ
ンデンサは、よシ遅い切断作動をするデ／セイスと結合
したコンデンサより充電量が多いから、２つのスイッチ
の間では電圧が正確に等化されない。その結果、任意の
特定回路内の両方のデバイスは、他の場合よシも高い特
定最大許容電圧をもたなければならない。
第二に、この等化不良を許容限界内に維持するため、比
較的高い容量のコンデンサが使用されなければならない
。それ故、これらのコンデンサ内に蓄積されたエネルギ
は比較的高く、またこのエネルギはスイッチが切られる
たびごとに抵抗器内で消失するから、効率が減退し、こ
の種の構造の電気エネルギ変換器は強い冷却を必要とす
る。
切断特性・ｋ整合する２↓う・トランジスタまたはデー
ト切断サイリスタを選択し使用すれば、１つの改善が得
られるだろう。そしてそのためＫは整合デバイスを密接
に直列接続するだけでよい。しかしこれは製造を複雑に
し、デ・ｉイスのコストをあげ、さらにこのような整合
デフ９イスを用いて構成されるエネルギ変換器の保守を
むずがしくする。
本発明の好ましい具体例は、直列接続されたトランジス
タまたは２−ト切断サイリスタを横切る電圧の等化性を
改良するが、これらのデバイスが整合特性をもつ必要は
なく、さらに先行技術の回路に比してエネルギ損失が低
い。
本発明は、電圧源と負荷との間に直列に接続され、その
夫々が夫々のダイオードを介して夫々の等化コンデンサ
に並列に接続されて成るスイッチのための等化回路にお
いて、前記回路が、夫々のダイオードと夫々直列に接続
された複数のコイルをもつ変圧器を含み、夫々のスイッ
チがこれと並列に接続された夫々のコイル・ダイオード
直列結線を有し、従ってコンデンサ内に初めに蓄積され
た電気エネルギは、スイッチが閉じている時はコイルに
よって磁力の形態で蓄積されるべく伝達され、スイッチ
が開いている時は全部のコンデンサが最大充電コンデン
サの電圧に達するまで、充電量のよシ少ないコンデンサ
の充電を促進するため再使用されることによって改良さ
れた等化量としての回路を提供する。
これらのコンデンサはこれらのスイッチの夫々と並列に
接続されており、従ってスイッチを横切って印加される
電圧が等化される。
等化コンデンサが充電された後に残る磁気エネルギはす
べて電源に戻されるから有利である。
回路は好ましくは２個のスイッチを直列接続して含むが
、３個以上のスイッチを直列接続することもできる。こ
の場合夫々のスイッチはそれ自身のコイルと並列に接続
され、そしてすべてのコイルは同一の変圧器の一部を成
す。
等化回路の１特定適用例では、夫々の等化回路によって
等化されたスイッチを直列接続することによって構成さ
れる半位相の１つでインバータが形成される。
本発明のいくつかの具体例につき、添付図面を参照して
以下に例として説明する。
第１図は、直列に接続されたスイッチとしてトランジス
タ３０．３１を用いた先行技術の回路図である。夫々の
トランジスタは夫々の充電ダイオード３８．３９を介し
て並列に接続された大容量コンデンサ３２．３３をもつ
、これらのスイッチが閉じるたびに、夫々のコンデンサ
内に蓄積された比較的大きなエネルギは、これらのダイ
オード３８．３９と並列に接続された抵抗３４．３５内
でそれぞれ消費される。
第２図は、直列に接続されたスイッチとして２−ト切断
サイリスタ４０．４１を用いた同様の先行技術の回路図
である。夫々のサイリスタは、これと並列に接続された
大容量コンデンサ４２．４３をもつ。第１図のトランジ
スタ回路と同様、各周期ととにスイッチが閉じると、比
較的大きなエネルギが消費される。このエネルギは夫々
の抵抗必及び４５内で消失する。
第３図は、本発明装置の回路図である。直列接続スイッ
チ４及び１１は、ここでは機械的スイッチとして描かれ
ているが、選択によってトランジスタでも２−ト切断サ
イリスタでもあシうる半導体デバイスでもよい。先行技
術と同様、夫々のスイッチ４．１１は、夫々の充電ダイ
オード７及び８を介してスイッチと並列に接続された夫
々のコンデンサ２．９をもつ。これらのコンデンサは容
量値が等しく、ダイオード７．８は理想的であると仮定
する。前記先行技術回路との第１の差異は、スイッチが
相互連絡する共通点に両方のダイオードが接続されてい
ることである。夫々の等値抵抗３及び１０は、コンデン
サ２及び９と並列に接続されておシ、スイッチ４及び１
１を横切る静電圧の等化をおこなう役割を果す。上記先
行技術回路とは違って、夫々のスイッチ４．１１はさら
に、これと並列に接続された変圧器２０の夫々のコイル
６．１３をもつ。夫々のコイルは、これらのコイルが、
抵抗３及び１０によっておこなわれる静電圧等化に影響
を及ばずのを防ぐため、夫々のダイオードと直列に接続
される。各コイルとダイオードとの直列結線は、関連す
るコンデンサを他のスイッチと並列に接続する充電ダイ
オード７または８を介して対応するスイッチと並列に接
続されておシ、ダイオード７及び８が両方共スイッチの
直列結線の共通点に接続されるのはこのためである。コ
イルは同じ巻数をもち、かつ理想的である、つま夛結合
が完全で、抵抗が無視しうる程度であると仮定する。
第３図のスイッチ回路は、たとえば電圧チョッノｔの１
部として、つｔ、ｂ負荷１６、チョークフィルタ１５、
直流電源２１と直列に接続される。チョーク１５と負荷
１６は、フライホイールダイオード１４によってパイノ
９スをつケラれている。
この種の回路の作動は、当業者によく知られておシ、第
４図及び第５図の波形図を直接参照しうる。
出発時ｔ１において、先行技術の回路動作は、電流１１
５を、フライホイールダイオード１４、チョーク１５、
負荷１６を通って流れさせる。両方のスイッチ４及び１
１はオフ状態にあシ、またコンデンサ２及び９は、供給
電圧Ｖの半分に両方共等しい、すなわちＶ２＋Ｖ９＝Ｖ
である電圧Ｖ２及びＶ９になるまでそれぞれ充電される
。
この出発時点ｔ１でスイッチ４及び１１は閉じている。
ついで電流１１５がスイッチ４及び１１を通過し、それ
からダイオード１４は導通を止める。
コンデンサ２及び９は放電を開始するが、この場合コン
デンサ２については両方のスイッチ４及び１１を介して
、さらにダイオード１２と直列のコイル１３を介して電
流工２を生起させ、コンデンサ９については両方のスイ
ッチ４及び１１を介して、さらにコイル６及びこれと直
列に接続されたダイオード５を介して電流工９を生起さ
せる。
時点ｔ２でコンデンサ２及び９は放電を完了する。これ
らのコンデンサは自己のエネルギをコイル１３及び６に
それぞれ伝達する。このエネルギは磁場として蓄積され
、コイル６がダイオード５、スイッチ４、グイ・オーｒ
８に電流工６を流し、コイル１３がダイオード１２、ダ
イオード７、スイッチ１１に電流１１３を流すという形
であられれる。
コイル６及び１３は同じ巻数をもつから、電流工６と電
流１１３は等しい。
時点ｔ３で、スイッチ４及び１１を開くことを指示する
信号が送出される。作動特性の許容性のために、スイッ
チ４は時点ｔ４で効果的に開き、スイッチ１１は別の時
点ｔ５で開く。
時点ｔ４で、スイッチ４は切れたと考えうる。
スイッチ４を通過していた電流ｌ４（１１５＋Ｉ６に等
しい）は中断する。この電流はコンデンサ結合するコイ
ル１３がまだオン状態のスイッチ１１によシ依然として
短絡されているため、ゼロに等しい！まである。
ダイオード５は導通を停止し、電流工６は中断する。従
ってコンデンサ２は電流１１５によってだけ充電される
。
コイル６及び１３のアンペア回数の維持は、集子１２．
７．１１を通って流れ続ける電流１１３を増加させる。
時点ｔ５では、スイッチ１１は開き、このスイッチ１１
を通過していた電流Ｉ　１１　（Ｉ　１５＋１１３に等
しい）は中断する。この電流は充電を開始するコンデン
サ９を介して分流される。
コイル１３の端子を横切る電圧は、この；イル１３と結
合するコイル６が、時点ｔ４から開いているスイッチ４
によって短絡されないから、増加することができる。従
ってダイオード１２は導通を継続し、電流１１３はコイ
ル１３、ダイオード１２、ダイオード７、ダイオ−ｒ８
、コンデンサ９を通って流れ続ける。従ってコンデンサ
９は電流Ｉ　１５＋１１３によって充電される。
従って、フィル１３内に蓄積された磁気エネルギ（損失
を無視しうる程度とすれば、時点ｔ３でコイル６及び１
３内に蓄積されたエネルギの合計に等しい）は、時点ｔ
５から出発して、コンデンサ２の充電よシ速い速度でコ
ンデンサ９を充電するのに役立つことがわかる。
時点ｔ６で、コンデンサ９を横切る電圧ｖ９は、コンデ
ンサ２を横切る電圧Ｖ２に等しくなシ、時点ｔ５で存在
する等化誤差が補正される。これは本発明の目的の１部
である。
時点ｔ６で、ダイオ−Ｐ５は導通を再開し、電流工６は
ダイオード５、コンデンサ２、ダイオ−）７、ダイオー
ド８を経由して再び流れはじめる。
電圧ｖ２及びＶ９は醇しく、コイル６及び１３は同じ巻
数だから、電流Ｉ６と電流１１３も等しい。コンデンサ
２及び９は両方共同じ速度で充電する。つまシコンデン
サ２への充電電流■１５＋Ｉ６は、ｌ６＝１１３を考慮
すれば、コンデンサ９への充電電流１１５＋１１３に等
しい。
時点ｔ７では、Ｖ２＋Ｖ９＝２ＸＶ２＝２ＸＶ９＝Ｖで
ある。従ってダイオード１４は再び導通を開始し、コン
デンサ２及び９の充電を止める電流１１５を分流する。
時点ｔ７では、Ｖ　２　＝Ｖ　９はダイオード１４が導
通性であるためＶよシ大とはなシえないから、コンデン
サ２及び９の充電を止める。
従って、ｔ５及びｔ４（スイッチ４及び１１の開く別々
の瞬間）の間に存在する時間的隔たシにもかかわらず、
スイッチ４及び１１の端子電圧Ｖ４及びｖｌｌ（対応す
るコンデンサ２及び９の端子電圧Ｖ２及びｖ９に等しい
）が等化され、かつ供給電圧Ｖの半分を決して越えない
ことがわかる。
時点ｔ７で、初期磁気エネルギの大部分はまだコイル６
及び１３内に蓄積されておシ、フライホイールダイオー
ド１４、コイル１３、ダイオード１２、ダイオード７、
ダイオード８、コイル６、ダイオ−ｒ５及び電源を通過
する電流１６−１１３の形であられれる。
コイル内に蓄積された残〕の磁気エネルギは電源に戻さ
れ、電流ｌ６＝Ｉ　１３は時間の関数として一次線形に
減少し、時点ｔ８でゼロとなる。
時点ｔ１でコンデンサ２及び９に蓄積され九電力は、時
点ｔ２及びｔ５の間でコイル６及び１３内に蓄積され、
次に時点ｔ５及びｔ７の間でコンデンサ２及び９を再充
電するためにその１部が使用され、同時に電圧ｖ２及び
ｖ９は等しいま＼であシ、従って電圧ｖ４及びＶｌｌが
等しく、残シの電力は時点ｔ７と時点ｔ８の間で電源に
戻されることが認められる。
時点ｔ８では、回路は時点ｔｌと同じ条件に呆シ、そし
て前記周期と同じ周期が、たとえば時点ｔ９でスタート
することができる。
第６図は、４個のスイッチ５０，５１．５２及び５３の
直列接続形に対して本発明の回路を適用した場合をあら
れす、コイル６０．６１．６２．６３の巻数はすべて同
じであシ、全体が共通の磁気回路、たとえば変圧器６４
上に相互結合されている。静電等化量抵抗（図示しない
）は各々のコンデンサまたは各々のスイッチと並列に接
続される。
第７図は、本発明の回路を単相インバータに適用した具
体例で、直列に接続した２ｆｌ！］のスイッチ７０．７
１または７２．７３を半位相ごとに備えた形をあられし
ている。静電等化抵抗（図示しない）は夫々のコンデン
サまたは夫々のスイッチと並列に接続されている。
本発明の範囲は、任意の数の直列接続スイッチ（ただし
好ましくは偶数の）を使用すること、およびこのような
直列接続スイッチを必要とする適用をおこなうことに及
ぶ。
【図面の簡単な説明】
第１図は、スイッチとしてトランジスタを用いた先行技
術の回路図、第２図は、スイッチとしてゲート切断サイ
リスタを用いた先行技術の回路図、第３図は、本発明の
回路図で、機械スイッチに代へてトランジスタまたはゲ
ート切断サイリスタが用いられている具体例の回路図、
第４図および第５図は、スイッチの１完全開閉周期中に
主要回路部品に加わる電圧と電流の変化をあられす波形
図、第６図は、４飼のデバイスを直列に接続しで構成し
た本発明装置の回路図、第７図は、インバータ回路に適
用した本発明装置の回路図である。 ２．９・・・コンデンサ、３．１０・・・抵　抗、４．
１１・・・スイッチ、５，１２・・・ダイオード、６．
１３・・・コイル、７．８・・・ダイオード、１４・・
・ダイオード、１５・・・チョーク、１６・・・負荷、
　　　２１・・・電圧源。 中、願人ソンエプもり工へ−クシ八０ニエレ２ｔＤ−ノ
カニクエっンｌζニ１９− ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）電圧源と負荷との間に直列に接続され、その夫々
    が夫々のダイオードを介して夫々の等化コンデンサに並
    列に接続されて成るスイッチのための等化回路において
    、前記回路が、夫々のダイオードと夫々直列に接続され
    た複数のコイルをもつ変圧器を含み、夫々のスイッチが
    これと並列に接続された夫Ａのコイル・ダイオード直列
    結線を有し、それによってコンデンサ内に最初に蓄積さ
    れた電気エネルギは、スイッチが閉じている時はコイル
    によって磁力の形で蓄積されるため伝達され、スイッチ
    が開いている時は全部のコンデンサが最大充電コンデン
    サの電圧に達するまで、充電量のよυ少ないコンデンサ
    の充電を促進するため再使用されるととＫよって改良さ
    れた等化回路。
  2. （２）　　コンデンサを横切る電圧の静電等化を確保す
    るための抵抗を含む特許請求の範囲第１項に記載の等化
    回路。
  3. （３）直列に接続された２個のスイッチをもつ特許請求
    の範囲Ｍ１項に記載の等化回路。
  4. （４）直列に接続された少くとも３個のスイッチをもち
    、夫々のスイッチがこれらに慎列に接続された夫々のコ
    イルをもち、さらに全部のコイルが単一の変圧器に属す
    る、特許請求の範囲第１項に記載の等化回路。
  5. （５）直列接続スイッチによって夫々の半位相が形成さ
    れる、特許請求の範囲第１項に記載の等化回路を含むイ
    ンバータ。
JP59108278A 1983-05-30 1984-05-28 直列接続スイツチ用の等化回路 Pending JPS59228421A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8308891 1983-05-30
FR8308891A FR2547106B1 (fr) 1983-05-30 1983-05-30 Dispositif d'equilibrage d'interrupteurs connectes en serie

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JPS59228421A true JPS59228421A (ja) 1984-12-21

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59108278A Pending JPS59228421A (ja) 1983-05-30 1984-05-28 直列接続スイツチ用の等化回路

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US (1) US4555754A (ja)
EP (1) EP0135672B1 (ja)
JP (1) JPS59228421A (ja)
AT (1) ATE34259T1 (ja)
CA (1) CA1207386A (ja)
DE (1) DE3471215D1 (ja)
ES (1) ES8503452A1 (ja)
FI (1) FI842134A (ja)
FR (1) FR2547106B1 (ja)

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