特許 6284827 開閉器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6284827

(24)【登録日】2018年2月9日

(45)【発行日】2018年2月28日

(54)【発明の名称】開閉器

(51)【国際特許分類】

   H01H 33/59 20060101AFI20180215BHJP

【ＦＩ】

   H01H33/59 D

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-111503(P2014-111503)

(22)【出願日】2014年5月29日

(65)【公開番号】特開2015-225812(P2015-225812A)

(43)【公開日】2015年12月14日

【審査請求日】2017年4月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】508296738

【氏名又は名称】富士電機機器制御株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161562

【弁理士】

【氏名又は名称】阪本 朗

(72)【発明者】

【氏名】佐竹 修平

(72)【発明者】

【氏名】恩地 俊行

(72)【発明者】

【氏名】山内 芳准

【審査官】 澤崎 雅彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０３８７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１０６８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０００７９９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−０４１７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２１４４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２１６０５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｈ ３３／５９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流系統の主回路に接続した機械式スイッチの主回路接点に半導体スイッチを並列接続し、前記機械式スイッチの開極動作時に主回路電流を半導体スイッチに転流して機械式スイッチの主回路接点間に発生したアークを消滅させた上で、半導体スイッチに転流した主回路電流を半導体スイッチのＯＦＦ制御により遮断するようにした開閉器において、
前記半導体スイッチを、逆直列接続した２個の半導体スイッチング素子と、各半導体スイッチング素子に逆並列接続したＦＷＤ（free-wheeling diode）からなる双方向スイッチとして前記機械式スイッチの主回路接点に並列接続した上で、ゲートドライブ回路を介して前記機械式スイッチの開極動作時にその主回路接点間に発生するアーク電圧を半導体スイッチング素子のゲートに印加して半導体スイッチをＯＮ／ＯＦＦ制御させるようにするとともに、前記ゲートドライブ回路には機械式スイッチの開極後に半導体スイッチング素子がターンオフした状態で、前記半導体スイッチング素子のゲートに主回路の電源電圧が順方向に印加されるのを阻止するダイオードを接続したことを特徴とする開閉器。

【請求項2】

請求項１に記載の開閉器において、半導体スイッチのゲートドライブ回路は、その信号入力端と前記半導体スイッチの両端との間に分圧抵抗をＴ字接続してなる分圧回路と、該分圧回路のＴ字接続点を挟んで半導体スイッチの両端との間に逆直列接続した一対の逆阻止ダイオードとからなるとを特徴とする開閉器。

【請求項3】

請求項１に記載の開閉器において、機械式スイッチには、１極当たり２個の固定接点と橋絡可動子からなる双接点形の主回路接点を備え、該主回路接点の橋絡可動子に前記ゲートドライブ回路の信号入力端を接続したことを特徴とする開閉器。

【請求項4】

請求項１に記載の開閉器において、機械式スイッチには、２極に分けてその間を直列接続した２組の主回路接点を備え、その主回路接点相互間の接続部位に前記ゲートドライブ回路の信号入力端を接続したことを特徴とする開閉器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直流系統の電源回路などに適用する双方向の電流遮断機能を備えた開閉器に関する。

【背景技術】

【0002】

昨今、太陽光発電システム，蓄電池を用いた非常電源システムなどの普及に伴い、これらシステムに適用する直流開閉機器の研究，開発が進んでいる。

【0003】

ところで、従来における直流用の開閉機器（電磁接触器，配線用遮断器，漏電遮断器などの機械式スイッチ）は、開閉動作に伴いその主回路接点間に発生するアークの影響により接点の消耗が進んで動作不良を引き起こすことから、開閉機器の長寿命化，信頼性を高めるためにもアークの消弧対策が重要課題となっている。

【0004】

すなわち、前記の機械式スイッチを直流系統の回路に適用した場合には、スイッチの開極動作によりその接点間に発生した直流アークは交流アークに較べて消弧し難いために、従来から様々なアーク消弧方式が提案されている。その一例として、機械式スイッチを主回路接点としてこの主回路接点に無接点式の半導体スイッチを並列接続し、機械式スイッチの開極動作時に主回路電流を半導体スイッチに転流させて機械式スイッチの主回路接点間に生じたアークを瞬時に消滅させた上で、この半導体スイッチをＯＦＦ制御して主回路電流を完全に遮断するようにした開閉器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

この開閉器によれば、機械式スイッチにアーク消滅用の付加的な消弧室（消弧グリッド板）を設ける必要無しに、直流の主回路電流を半導体スイッチに転流させて遮断することができる。

【0006】

ところで、特許文献１に開示の開閉器では、半導体スイッチをＯＮ，ＯＦＦ制御するゲートドライブ回路に独立した駆動電源が必要である。そこで、発明者等は前記ゲートドライブ回路の駆動電源部を省略し、その代わりに機械式スイッチの開極動作時にその主回路接点間に発生したアーク電圧を半導体スイッチのゲートに印加して半導体スイッチをターンオフ遷移させるようにした開閉器を先に提案しており（特許文献２参照）、その回路構成を図５に示す。

【0007】

図５の回路図において、１は直流電源と負荷（不図示）との間に配線した主回路（直流回路）、２は主回路１に接続した電磁接触器などの機械式スイッチ、３は機械式スイッチ２に並列接続した無接点式の半導体スイッチであり、図中の（＋），（−）は主回路電源の極性を表している。ここで、機械式スイッチ２には、一極当たり一対の固定接点２ａ，２ｂと橋絡可動子２ｃからなる双接点形の主回路接点２１を備え、後記するスイッチ操作器（図６に示す電磁接触器の操作用電磁石）により主回路接点２１の橋絡可動子２ｃを開極，閉極位置に駆動するようにしている。

【0008】

一方、半導体スイッチ３は、ＩＧＢＴ，ＭＯＳ−ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子４（図示例では半導体スイッチングにＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いており、以下“ＩＧＢＴ”と呼称する）と、抵抗５，６からなる分圧回路、過電圧保護用のツェナーダイオード７、およびコンデンサ８を図示のように組み合わせて構成したＩＧＢＴ４のゲートドライブ回路９からなり、ゲートドライブ回路９の信号入力端（ゲート抵抗５）を機械式スイッチ２の橋絡可動子２ｃに接続している。

【0009】

また、図６は前記の機械式スイッチ２に適用する電磁接触器の構成図であり、この電磁接触器の頂部に前記半導体スイッチ３の組立体を搭載して電磁接触器の主回路端子に接続するようにしている。なお、図６において、２４は電磁接触器のフレーム、２５は操作電磁石、２６は接圧ばね２６ａを有する可動子支え、２７は前記機械式スイッチの双接点形主回路接点２１に対応する主回路端子である。

【0010】

次に、図５に示した開閉器の電流遮断動作を図７（ａ）〜（ｄ）に基づき説明する。すなわち、機械式スイッチ２（電磁接触器）を閉極した通電状態では、図７（ａ）の実線矢印で示すように主回路１に流れる主回路電流(直流)が（＋）極側から機械式スイッチ２の主回路接点２１を経て（−）極側に流れる。なお、この状態ではＩＧＢＴ４はＯＦＦである。この主回路電流の通電状態から機械式スイッチ２を開極すると、図７（ｂ）で示すように固定接点２ａ，２ｂと橋絡可動子２ｃとの間に直流アークａｒｃが生じてその接点間にアーク電圧が発生する。なお、このアーク電圧は接点材料と接点間のギャップ長により決まるが、開極動作開始直後のアーク電圧は約３０Ｖであり、開極ギャップの拡大に伴ってアーク電圧も増加する。

【0011】

そして、この開極動作に伴って主回路接点間に発生したアーク電圧により、ＩＧＢＴ４のゲートドライブ回路９（図５参照）を通じて図示点線矢印で表す制御電流が流れ、これによりＩＧＢＴ４のゲートに接続したコンデンサ８が抵抗５，６により分圧された電圧で充電されてゲート電位が上昇する。ここで、コンデンサ８の充電電圧が所定のゲートしきい値を超えるとＩＧＢＴ４がターンオンして導通状態に切り換わり、いままで機械式スイッチ２の主回路接点２１に流れていた主回路電流は、図７（ｃ）の実線矢印で示すようにＩＧＢＴ４に転流する。

【0012】

これにより、機械式スイッチ２の接点間に生じていたアークは瞬時に消滅する。また、アークの消滅に伴い機械式スイッチ２の接点間に生じていたアーク電圧も消失するので、コンデンサ８の充電電荷は図７（ｃ）の点線矢印で表すようにゲートドライブ回路９の分圧抵抗６を通じて放電される。その結果、ＩＧＢＴ４のゲート−エミッタ間のゲート電圧が低下してＩＧＢＴ４がターンオフ遷移し、図７（ｄ）で示すように主回路電流が完全に遮断されることになる。

【0013】

この開閉器では、機械式スイッチ２の開極動作時に発生する接点間のアーク電圧をＩＧＢＴ４のゲートに加えてＯＮ／ＯＦＦ制御させるようにしているので、先記した特許文献１のように独立したゲート駆動電源、およびその電源制御が不要となって半導体スイッチの制御回路を簡略化できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】特開平８−１０６８３９号公報

【特許文献2】特開２０１３−４１７８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

ところで、前記特許文献２に開示されている開閉器は、半導体スイッチ３として主回路１の通電方向に極性を合わせた１個のＩＧＢＴ４を機械式スイッチ２に並列接続し、機械式スイッチ２の開極動作時に発生する接点間のアーク電圧をゲートドライブ回路に加えて半導体スイッチ３のＯＮ,ＯＦＦ制御を行うようにしている。

【0016】

これにより、半導体スイッチ３には独立したゲート駆動電源が不要となってその制御回路を簡略化できるものの、主回路電流および半導体スイッチ３の通電方向は一方向に限定される。

【0017】

一方、頭記した非常電源システムに適用する蓄電池の充放電回路のように蓄電池の充電時と放電時とで回路電流が逆方向に切り替わる直流回路、あるいは太陽光発電などの分散型直流電源の系統連係で電力の逆潮流を行う直流系統の回路に適用する開閉器には双方向の電流遮断機能が要求される。しかしながら、前記の特許文献２に開示されている開閉器では、双方向の電流遮断機能が要求される直流回路に適用できない。

【0018】

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は図５，図６で述べた開閉器（特許文献２）の回路構成を改良し、主回路の機械式スイッチに並列接続した半導体スイッチに双方向の通電，遮断機能を付加して蓄電池の充放電回路、あるいは太陽光発電装置間の電力潮流システムなどにも適用できるようにし、さらに加えて主回路電流の遮断直後に半導体スイッチに印加される主回路の電源電圧により半導体スイッチが誤点弧して主回路電流の遮断不能となる不具合を簡易な手段で確実に防止できるように改良した開閉器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0019】

上記目的を達成するために、本発明によれば、直流系統の主回路に接続した機械式スイッチの主回路接点に半導体スイッチを並列接続し、前記機械式スイッチの開極動作時に主回路電流を半導体スイッチに転流して機械式スイッチの主回路接点間に発生したアークを消滅させた上で、半導体スイッチに転流した主回路電流を半導体スイッチのＯＦＦ制御により遮断するようにした開閉器において、
前記半導体スイッチを、逆直列接続した２個の半導体スイッチング素子と、各半導体スイッチング素子に逆並列接続したＦＷＤ（free-wheeling diode）からなる双方向スイッチとして前記機械式スイッチの主回路接点に並列接続した上で、ゲートドライブ回路を介して前記機械式スイッチの開極動作時にその主回路接点間に発生するアーク電圧を半導体スイッチング素子のゲートに印加して半導体スイッチをＯＮ／ＯＦＦ制御させるようにするとともに、前記ゲートドライブ回路には機械式スイッチの開極後に半導体スイッチング素子がターンオフした状態で、前記半導体スイッチング素子のゲートに主回路の電源電圧が順方向に印加されるのを阻止するダイオードを接続するものとし（請求項１）、ここでゲートドライブ回路、および機械式スイッチの主回路接点は具体的に次記のような態様で構成することができる。
（１）半導体スイッチのゲートドライブ回路は、その信号入力端と前記半導体スイッチの両端との間に分圧抵抗をＴ字接続した分圧回路と、該分圧回路のＴ字接続点を挟んで半導体スイッチの両端との間に逆直列接続した一対の逆阻止ダイオードとから構成する（請求項２）。
（２）一方、前記機械式スイッチには、１極当たり２個の固定接点と橋絡可動子からなる双接点形の主回路接点を備え、該主回路接点の橋絡可動子に前記ゲートドライブ回路の信号入力端を接続する（請求項３）。
（３）また、前項２と別な形態として、機械式スイッチには、２極に分けて直列接続した２組の主回路接点を備え、その主回路接点相互間の接続部位に前記ゲートドライブ回路の信号入力端を接続する（請求項４）。

【発明の効果】

【0020】

上記構成の開閉器によれば、次記の効果を奏することができる。
（１）先ず、機械式スイッチの主回路接点に並列接続した半導体スイッチを、逆直列に接続した２個のスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）と、各スイッチング素子に逆並列接続したＦＷＤからなる双方向半導体スイッチとし、さらに機械式スイッチの開極動作時にその主回路接点に発生したアーク電圧をゲート入力信号として半導体スイッチをＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、主回路に流れる主回路電流（直流）の通電方向に左右されることなく、しかも半導体スイッチング素子のゲート制御に独立した駆動電源を備える必要なしに、機械式スイッチの開極動作に同期して主回路電流を機械式スイッチの主回路接点から半導体スイッチに転流させた上で、半導体スイッチのゲート制御により主回路電流を完全に遮断させることができる。
（２）また、前記ゲートドライブ回路には機械式スイッチの開極後に半導体スイッチング素子がターンオフした状態で、前記半導体スイッチング素子のゲートに主回路の電源電圧による順方向のバイアス電圧が印加されるのを阻止するように逆直列接続した一対の逆阻止ダイオードを接続することで、電流遮断後に半導体スイッチング素子のゲートが誤点弧するのを防止して開閉器の動作信頼性を高めることができる。
（３）一方、機械式スイッチの主回路接点は、双接点形接点としてその橋絡可動子にゲートドライブ回路の信号入力端を接続するか、もしくは２極に分け直列接続した２組の主回路接点相互間の接続部位にゲートドライブ回路の信号入力端を接続することができ、ここで２組の主回路接点を直列接続した後者の方式を採用することにより、ゲートドライブ回路の信号入力配線が機械式スイッチの開極，閉極動作の動きを妨げるおそれなしに、機械式スイッチの主回路接点から外部に引き出した開閉器の接続端子を使って簡単に配線できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施例１に係わる開閉器の回路図である。

【図2】図１による主回路電流の遮断動作説明図であって、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ機械式スイッチが閉極している主回路電流の通電状態、機械式スイッチの開極動作開始直後の通電状態、半導体スイッチへの転流状態、および主回路電流遮断後の各状態における通電経路を表す図である。

【図3】本発明の実施例２に対応する開閉器の回路図である。

【図4】本発明の実施例３に対応する開閉器の回路図である。

【図5】特許文献２に開示されている開閉器の回路図である。

【図6】図１〜図５に示した開閉器の機械式スイッチに電磁接触器を適用した開閉器の組立構成図である。

【図7】図５の動作説明図であって、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ機械式スイッチが閉極している主回路電流の通電状態、機械式スイッチの開極動作開始直後の通電状態、半導体スイッチへの転流状態、および主回路電流遮断後の各状態における通電経路を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明による実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。なお、図示実施例の図中で図５，図６に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。

【0023】

まず、本発明の実施例１に対応する開閉器の回路構成を図１に示す。図１において直流の主回路１に接続する機械式スイッチ２には例えば図６に示した電磁接触器を適用し、その固定接点２ａ，２ｂと橋絡可動子２ｃからなる双接点形の主回路接点２１を電磁接触器の操作器により閉極，開極位置に切り換え操作する。

【0024】

また、前記機械式スイッチ２の主回路接点２１を挟んでスイッチの主回路端子１１と１２（図６における電磁接触器の主回路端子２７に対応）の間に並列接続した半導体スイッチ３は、逆直列接続したＩＧＢＴ４−１，４−２と、各ＩＧＢＴ４−１，４−２にそれぞれ逆並列接続したＦＷＤ（free-wheeling diode）１０−１，１０−２とで双方向半導体スイッチ３を構成しており、図示回路ではＩＧＢＴ４−１のコレクタとＩＧＢＴ４−２のコレクタを直列に接続し、ＩＧＢＴ４−１とＩＧＢＴ４−２のエミッタをそれぞれ主回路端子１１，１２に接続している。

【0025】

なお、図示回路では、ＩＧＢＴ４−１と４−２のコレクタ同士を相互接続し、各ＩＧＢＴのエミッタを機械式スイッチ２の両端から分岐した主回路に接続しているが、これとは逆にエミッタ同士を相互接続した上で、ＩＧＢＴ４−１と４−２を機械式スイッチ２の両端に並列接続して半導体スイッチ回路を構成するようにしてもよい。

【0026】

また、ＩＧＢＴ４−１，４−２の各ゲートｇ１，ｇ２と機械式スイッチ２の橋絡可動子２ｃとの間には、機械式スイッチ２の橋絡可動子２ｃに接続した信号入力端側の分圧抵抗５と、該分圧抵抗５にＴ字接続してＩＧＢＴ４−１，４−２の各エミッタに接続した分圧抵抗６−１，６−２からなる分圧回路と、前記分圧抵抗５とのＴ字接続点を挟んで分圧抵抗６−１と６−２の間に逆極性に直列接続した逆阻止ダイオード１３−１，１３−２と、および分圧抵抗６−１，６−２に並列接続した定電圧素子のツェナーダイオード７からなるゲートドライブ回路９を構築し、後記のように機械式スイッチ２の開極動作時に固定接点２ａ，２ｂと橋絡可動子２ｃとの間に発生したアーク電圧を、前記ゲートドライブ回路９を通じてＩＧＢＴ４−１，４−２のゲートｇ１，ｇ２に印加して半導体スイッチ３のＩＧＢＴ４−１，４−２をＯＮ／ＯＦＦ制御するようにしている。なお、図示のゲートドライブ回路９では、前記の逆阻止ダイオード１３−１，１３−２は、アノード同士を向かい合わせに接続し、カソードをそれぞれ分圧抵抗６−１，６−２に接続している。

【0027】

次に、図１に示した開閉器の電流遮断動作を図２（ａ）〜（ｄ）により説明する。なお、図示回路では主回路端子１１を（＋）極（電源側）、主回路端子１２を（−）極（負荷側）として通電している。

【0028】

まず、図２（ａ）は機械式スイッチ２を閉極した主回路１の通電状態を表し、この状態では主回路１に流れる主回路電流が（＋）極側から（−）極側に向けて実線矢印のように機械式スイッチ２の主回路接点２１を通じて流れる。なお、この状態では半導体スイッチ３の各ＩＧＢＴ４−１，４−２はいずれもＯＦＦ状態である。

【0029】

図２（ａ）の通電状態から機械式スイッチ２が開極すると、その固定／可動接点の開離に伴い、図２（ｂ）で示すように主回路接点２１の固定接点２ａ，２ｂと橋絡可動子２ｃとの間にはアークａｒｃが生じてその接点間にアーク電圧が発生し、ここで固定接点２ｂ／橋絡可動子２ｃ間のアーク電圧が該可動子２ｃに接続されたゲートドライブ回路９を経てＩＧＢＴ４−２のゲートｇ２／エミッタ間に順バイアスとして印加される。これにより、分圧抵抗５，６−２を経由する分圧回路、およびＩＧＢＴ４−２の入力容量（ゲート／エミッタ間のキャパシタンス）との時定数にしたがってＩＧＢＴ４−２のゲート電位が上昇し、そのゲート電位がツェナーダイオード７で制限される電圧値（ツェナーダイオード７の制限電圧はＩＧＢＴのゲートしきい値電圧に合わせて１５〜１８Ｖに設定）まで上昇するとＩＧＢＴ４−２はターンオン遷移してＯＮ状態に切り換わる。

【0030】

そして、ＩＧＢＴ４−２がＯＮ状態になると、図２（ｃ）で示すように、いままで機械式スイッチ２の主回路接点２１に流れていた主回路電流は、半導体スイッチ３に転流し、図示のように主回路電流が主回路１の分岐点ＡからＩＧＢＴ４−１に逆並列接続したＦＷＤ１０−１、ＩＧＢＴ４−２を通じて主回路の分岐点Ｂに戻るように転流し、これに伴っていままで機械式スイッチ２の主回路接点２１に生じていたアークは瞬時に消滅する。

【0031】

また、アーク消滅に伴い主回路接点２１の接点間に発生していたアーク電圧も消失するので、ＩＧＢＴ４−２のゲートｇ２に印加される電圧は、図中のＣ1−Ｃ2間に発生する電圧と、分圧抵抗６−１，６−２の分圧比から決まる電圧のみになる。なお、この場合にＣ１−Ｃ２間の電圧はＩＧＢＴ４−１に逆並列接続したＦＷＤ１０−１の順方向電圧と、ＩＧＢＴ４−２のＯＮ電圧（飽和電圧）との和で、その値は２〜４Ｖ程度の低い電圧である。そのため、ＩＧＢＴ４−２の入力容量に蓄えられていた電荷は分圧抵抗６−２に放電されてＩＧＢＴ４−２のゲート電位が低下し、それに伴いＩＧＢＴ４−２がターンオフに遷移してＯＦＦ状態に切り替わり、その結果として半導体スイッチ３に転流した主回路電流が遮断されることになる（図２（ｄ）参照）。

【0032】

ところで、この場合に図示実施例のゲートドライブ回路９に接続した逆阻止ダイオード１３−１，１３−２が無いとすると、ＩＧＢＴ４−２のＯＦＦ動作により、前記Ｃ１−Ｃ３間には主回路１の電源電圧が印加されることになる。このために、ＩＧＢＴ４−２のゲートｇ２には順バイアスが加わってゲート電位が再び高まり、その結果、ＩＧＢＴ４−２が誤点弧（ターンオン）して半導体スイッチ３に転流した主回路電流が遮断されなくなるおそれがある。

【0033】

かかる点、図示回路のようにゲートドライブ回路９における分圧抵抗６−１と６−２との間に逆阻止ダイオード１３−１，１３−２を互いに逆極性に直列接続したことにより、主回路１の電源電圧はダイオード１３−１に阻止されてＩＧＢＴ４−２のゲートｇ２に印加されることはない。したがって、ＩＧＢＴ４−２の入力容量に蓄えられていた電荷は放電を継続してゲートｇ２の電位が低下し、そのゲート電位が０ＶになってＩＧＢＴ４−２が完全にＯＦＦ状態となる。これにより、半導体スイッチ３に転流した主回路電流が完全に遮断されて開閉器の一連の遮断動作が完了することになる。

【0034】

なお、図２（ａ）〜（ｄ）の動作説明は直流回路１の主回路端子１１が（＋）極、端子１２が（−）極として通電する場合について述べたが、これとは逆に主回路電流の方向が主回路端子１２から１１に向けて通電する場合（主回路端子１２が（＋）極、主回路端子１１が（−）極）には、前記と逆に機械式スイッチ２の開極動作過程で主回路接点間に発生したアーク電圧のうち、固定接点２ａ／可動接触子２ｃ間に発生したアーク電圧がダイオード１３−１を通じてＩＧＢＴ４−１のゲートｇ１／エミッタ間に印加され、これによりＩＧＢＴ４−１がターンオンして主回路電流が半導体スイッチ３に転流する。

【0035】

上記のように機械式スイッチ２の開極動作時には、そのときの主回路電流方向に合わせてＩＧＢＴ４−１，４−２のいずれか一方をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、機械式スイッチ２に通流する主回路電流の方向に左右されることなく、双方向の電流をアーク発生なしに遮断することができる。

【0036】

次に、前記ゲートドライブ回路９の設定について補足説明する。すなわち、機械式スイッチ２の開極動作時にＩＧＢＴ４−１，４−２をターンオンさせて主回路電流を半導体スイッチ３に転流させる際には、ＩＧＢＴ４−１，４−２のゲートｇ１，ｇ２に印加される電圧（順バイアス）が機械式スイッチ２の主回路接点２１間に発生するアーク電圧と、ゲートドライブ回路９における分圧抵抗５，６−１，６−２の抵抗値、およびその分圧比により決まる。そこで、この分圧抵抗５，６−１，６−２の抵抗値，およびその分圧比は、機械式スイッチ２の接点間に発生したアーク電圧を受けてＩＧＢＴ４−１，４−２のゲート電位が所定のしきい値電圧に上昇するよう設定する。具体的には機械式スイッチ２の主回路接点２１間に発生するアーク電圧が３０Ｖの場合、抵抗５と抵抗６−１，６−２の抵抗比が約１：１か、それ以上となるように設定する。

【0037】

また、ＩＧＢＴ４−１，４−２がＯＦＦの状態からＯＮ状態に遷移するターンオン時間は、ＩＧＢＴの入力容量と、充電抵抗として機能するゲートドライブ回路９の各分圧抵抗との時定数により決定されることから、このターンオン時間が例えば数十μsec〜数百μsec程度の範囲に納まるようにゲート抵抗値を設定し、機械式スイッチ２の開極動作開始から約数百μsec以内にＩＧＢＴ４−２のターンオンが完了するように設定する。

【0038】

次に、本発明の応用実施例として、実施例２，実施例３の回路構成を図３，図４に示す。先記した実施例１では、機械式スイッチ２（図１参照）の主回路接点２１が一対の固定接点２ａ，２ｂと橋絡可動子２ｃからなる双接点形接点であり、その橋絡可動子２ｃに半導体スイッチ３のゲートドライブ回路９に通じる信号入力端を接続して機械式スイッチ２の開極動作時に発生する接点間のアーク電圧を取り出すようにしている。

【0039】

これに対して、図３，図４に示す実施例で２，実施例３では、機械式スイッチ２の主回路接点を２極に分けてその相互間を直列接続した２組の接点２１−１と２１−２を備え、その接点相互間の接続部（図中のＤ点）にゲートドライブ回路９の信号入力端（分圧抵抗５）を接続するようにしている。なお、実施例２（図３参照）では２組の接点２１−１，２１−２が片切形接点、実施例（図４参照）では２組の接点２１−１，２１−２が双接点形接点である。

【0040】

すなわち、実施例１（図１参照）では、主回路接点２１の橋絡可動子２ｃ（可動部材）にゲートドライブ回路９の信号入力側端子を接続していることから、電磁接触器などの小形な機械式スイッチを採用した場合は、その接点組立構造の制約から主回路接点２１の橋絡可動子にゲートドライブ回路９の信号入力端を接続配線することが困難となるほか、その接続リード線が干渉して主回路接点の開極，閉極動作の動きを阻害するおそれもある。

【0041】

これに対して、実施例２，実施例３（図３，図４参照）のように機械式スイッチの主回路接点を２組の接点２１−１，２１−２に分けた上で、この機械式スイッチに例えば図６に示した汎用電磁接触器（２〜３極型）や配線用遮断器（単相用）を採用すれば、この開閉器から外部に引き出した各極の主回路端子（ねじ端子）を利用して接点間の直列接続、およびゲートドライブ回路に通じる信号線の配線を容易に行うことができるほか、実施例１（図１参照）のように、ゲートドライブ回路９に通じるリード線が接点の開閉動作に干渉してその動きを妨げるおそれも無い。

【符号の説明】

【0042】

１ 主回路
１１，１２ 主回路端子
２ 機械式スイッチ
２１，２１−１，２１−２ 主回路接点
３ 半導体スイッチ
４−１，４−２ ＩＧＢＴ（半導体スイッチング素子）
５，６−１，６−２ 分圧抵抗
７ ツェナーダイオード
９ ゲートドライブ回路
１３−１，１３−２ ダイオード
１０−１，１０−２ ＦＷＤ
ｇ１，ｇ２ ＩＧＢＴのゲート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】