特開 2023-23630 過電圧保護装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023023630

(43)【公開日】2023-02-16

(54)【発明の名称】過電圧保護装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/00 20070101AFI20230209BHJP

   H02M 1/08 20060101ALI20230209BHJP

   H03K 17/082 20060101ALI20230209BHJP

   H03K 17/567 20060101ALN20230209BHJP

   H03K 17/08 20060101ALN20230209BHJP

【ＦＩ】

H02M1/00 F

H02M1/08 A

H03K17/082

H03K17/567

H03K17/08 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021129314

(22)【出願日】2021-08-05

(71)【出願人】

【識別番号】390026088

【氏名又は名称】富士電子工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 弘子

(72)【発明者】

【氏名】吉川 和樹

【テーマコード（参考）】

5H740

5J055

【Ｆターム（参考）】

5H740BA11

5H740BB08

5H740BB10

5H740BC01

5H740BC02

5H740JA01

5H740JB01

5H740KK01

5H740MM01

5J055AX33

5J055AX34

5J055BX16

5J055CX03

5J055CX14

5J055DX09

5J055DX59

5J055EY05

5J055EY07

5J055EY10

5J055EY13

5J055EY14

5J055EY26

5J055EY28

5J055EZ15

5J055EZ16

5J055EZ62

5J055FX04

5J055FX13

5J055GX01

5J055GX02

5J055GX03

(57)【要約】

【課題】スイッチング素子だけでなく駆動回路も過電圧に起因する破損から保護することができる過電圧保護装置を提供する。
【解決手段】過電圧保護装置は、ＩＧＢＴ３０と、ＩＧＢＴ３０のコレクタ端子３０ｃとエミッタ端子３０ｅとの間に電気的に接続されたツェナーダイオード３２と、ツェナーダイオード３２と電気的に直列に接続され、ＩＧＢＴ３０に過電圧が印加された際に光信号を出力する発光ダイオード３４と、ＩＧＢＴ３０を駆動するための駆動回路８と、発光ダイオード３４からの光信号を受信可能であり、受信した光信号に基づいて、駆動回路８に第１の制御信号を出力する制御回路１０とを備える。駆動回路８は、第１の制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ３０のゲート端子３０ｇに電圧を供給することにより、ＩＧＢＴ３０を導通させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の端子と、第２の端子と、第３の端子と、を有し、前記第３の端子に入力される電圧又は電流に応じて、前記第１の端子と前記第２の端子との間の導通が制御されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の前記第１の端子と前記第２の端子との間に電気的に接続された定電圧素子と、
前記定電圧素子と電気的に直列に接続され、前記スイッチング素子に過電圧が印加された際に光信号を出力する発光素子と、
前記スイッチング素子を駆動するための駆動回路と、
前記発光素子からの前記光信号を受信可能であり、受信した前記光信号に基づいて、前記駆動回路に第１の制御信号を出力する制御回路と、を備え、
前記駆動回路は、前記第１の制御信号に基づいて、前記スイッチング素子の前記第３の端子に電圧又は電流を供給することにより、前記スイッチング素子を導通させる
過電圧保護装置。

【請求項2】

前記過電圧保護装置は、さらに、
前記スイッチング素子を複数含み、電源からの電力が供給されるインバータ回路と、
前記電源から前記インバータ回路への電力の供給を許容する第１の状態と、前記電源から前記インバータ回路への電力の供給を遮断する第２の状態とに切り替え可能な切替スイッチと、を備え、
前記制御回路は、前記発光素子からの前記光信号に基づいて、前記切替スイッチに第２の制御信号を出力し、
前記切替スイッチは、前記第２の制御信号に基づいて、前記第１の状態から前記第２の状態に切り替えられる
請求項１に記載の過電圧保護装置。

【請求項3】

前記過電圧保護装置は、さらに、前記発光素子からの前記光信号を前記制御回路へ導く光ファイバを備える
請求項１又は２に記載の過電圧保護装置。

【請求項4】

前記定電圧素子は、カソード側が前記スイッチング素子の前記第１の端子に電気的に接続され、且つ、アノード側が前記発光素子を介して前記スイッチング素子の前記第２の端子に電気的に接続されたツェナーダイオードである
請求項１～３のいずれか１項に記載の過電圧保護装置。

【請求項5】

前記定電圧素子は、バリスタである
請求項１～３のいずれか１項に記載の過電圧保護装置。

【請求項6】

前記発光素子は、アノード側が前記定電圧素子を介して前記スイッチング素子の前記第１の端子に電気的に接続され、且つ、カソード側が前記スイッチング素子の前記第２の端子に電気的に接続された発光ダイオードである
請求項１～５のいずれか１項に記載の過電圧保護装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スイッチング素子を過電圧から保護するための過電圧保護装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子を過電圧から保護するためのアクティブクランプ回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。アクティブクランプ回路は、ＩＧＢＴのコレクタ端子とゲート端子との間に電気的に接続されたツェナーダイオードを備えている。また、ＩＧＢＴのゲート端子には、ＩＧＢＴを駆動するための駆動回路が電気的に接続されている。

【0003】

このアクティブクランプ回路では、ＩＧＢＴのターンオフ時に、電源ラインのインダクタンス成分により、過電圧（サージ電圧）がＩＧＢＴのコレクタ端子に印加される。この過電圧がツェナーダイオードの降伏電圧を超えると、ツェナーダイオードが導通して、ＩＧＢＴのコレクタ端子からツェナーダイオードを介してＩＧＢＴのゲート端子に電圧が入力される。これにより、ＩＧＢＴが強制的にターンオンされ、ＩＧＢＴのコレクタ端子とエミッタ端子との間に電流が流れる。その結果、ＩＧＢＴがインダクタンス成分のエネルギーから解放され、ＩＧＢＴを過電圧から保護することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－１６６７３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述したアクティブクランプ回路では、ＩＧＢＴ自体は過電圧から保護されるものの、ＩＧＢＴのコレクタ端子からツェナーダイオードを介して駆動回路に電流が流れ込み、駆動回路が破損するおそれが生じる。

【0006】

本発明は、上述した課題を解決しようとするものであり、その目的は、スイッチング素子だけでなく駆動回路も過電圧に起因する破損から保護することができる過電圧保護装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る過電圧保護装置は、第１の端子と、第２の端子と、第３の端子と、を有し、前記第３の端子に入力される電圧又は電流に応じて、前記第１の端子と前記第２の端子との間の導通が制御されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子の前記第１の端子と前記第２の端子との間に電気的に接続された定電圧素子と、前記定電圧素子と電気的に直列に接続され、前記スイッチング素子に過電圧が印加された際に光信号を出力する発光素子と、前記スイッチング素子を駆動するための駆動回路と、前記発光素子からの前記光信号を受信可能であり、受信した前記光信号に基づいて、前記駆動回路に第１の制御信号を出力する制御回路と、を備え、前記駆動回路は、前記第１の制御信号に基づいて、前記スイッチング素子の前記第３の端子に電圧又は電流を供給することにより、前記スイッチング素子を導通させる。

【0008】

本態様によれば、スイッチング素子の第１の端子と第２の端子との間には、定電圧素子及び発光素子が電気的に直列に接続されている。スイッチング素子に過電圧が印加された際には、発光素子は光信号を制御回路に出力する。制御回路は、発光素子からの光信号に基づいて、駆動回路に第１の制御信号を出力することにより、スイッチング素子を導通させる。これにより、スイッチング素子に過電圧を吸収させることができ、スイッチング素子を過電圧から保護することができる。また、スイッチング素子に過電圧が印加された際に、上述したアクティブクランプ回路のように駆動回路に過大な電流が流れ込むことが無いので、駆動回路が破損するのを回避することができる。

【0009】

例えば、前記過電圧保護装置は、さらに、前記スイッチング素子を複数含み、電源からの電力が供給されるインバータ回路と、前記電源から前記インバータ回路への電力の供給を許容する第１の状態と、前記電源から前記インバータ回路への電力の供給を遮断する第２の状態とに切り替え可能な切替スイッチと、を備え、前記制御回路は、前記発光素子からの前記光信号に基づいて、前記切替スイッチに第２の制御信号を出力し、前記切替スイッチは、前記第２の制御信号に基づいて、前記第１の状態から前記第２の状態に切り替えられるように構成してもよい。

【0010】

本態様によれば、制御回路は、発光素子からの光信号に基づいて、切替スイッチに第２の制御信号を出力することにより、切替スイッチを第１の状態から第２の状態に切り替える。これにより、インバータ回路への通電が停止されるので、スイッチング素子を過電圧からより確実に保護することができる。

【0011】

例えば、前記過電圧保護装置は、さらに、前記発光素子からの前記光信号を前記制御回路へ導く光ファイバを備えるように構成してもよい。

【0012】

本態様によれば、スイッチング素子と制御回路との距離が離れている場合であっても、発光素子からの光信号を、光ファイバを介して制御回路へ容易に導くことができる。

【0013】

例えば、前記定電圧素子は、カソード側が前記スイッチング素子の前記第１の端子に電気的に接続され、且つ、アノード側が前記発光素子を介して前記スイッチング素子の前記第２の端子に電気的に接続されたツェナーダイオードであるように構成してもよい。

【0014】

本態様によれば、定電圧素子としてツェナーダイオードを用いることができる。

【0015】

例えば、前記定電圧素子は、バリスタであるように構成してもよい。

【0016】

本態様によれば、定電圧素子としてバリスタを用いることができる。

【0017】

例えば、前記発光素子は、アノード側が前記定電圧素子を介して前記スイッチング素子の前記第１の端子に電気的に接続され、且つ、カソード側が前記スイッチング素子の前記第２の端子に電気的に接続された発光ダイオードであるように構成してもよい。

【0018】

本態様によれば、発光素子として発光ダイオードを用いることができる。

【0019】

なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

【発明の効果】

【0020】

本発明の一態様に係る過電圧保護装置によれば、スイッチング素子だけでなく駆動回路も過電圧に起因する破損から保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施の形態に係る誘導加熱装置の回路構成を示す図である。

【図2】実施の形態に係る誘導加熱装置のＩＧＢＴ及びその周辺回路を示す図である。

【図3】実施の形態に係る誘導加熱装置の動作の流れを示すフローチャートである。

【図4】比較例に係るアクティブクランプ回路を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

【0023】

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、特許請求の範囲を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0024】

また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。

【0025】

（実施の形態）
［１．誘導加熱装置の回路構成］
まず、図１及び図２を参照しながら、実施の形態に係る誘導加熱装置２（過電圧保護装置の一例）の回路構成について説明する。図１は、実施の形態に係る誘導加熱装置２の回路構成を示す図である。図２は、実施の形態に係るＩＧＢＴ３０及びその周辺回路を示す図である。

【0026】

図１に示すように、誘導加熱装置２は、被加熱物４を誘導加熱するための主回路６と、主回路６のインバータ回路２６（後述する）を駆動するための駆動回路８と、駆動回路８等を制御するための制御回路１０とを備えている。

【0027】

誘導加熱装置２は、被加熱物４を例えば数ｋＨｚ～数百ｋＨｚの高周波で誘導加熱（いわゆる、高周波焼き入れ）するための装置である。なお、高周波焼き入れとは、高周波の電磁誘導を起こすことにより、被加熱物４の各表面を加熱させて焼き入れを行う熱処理である。被加熱物４は、例えば車両又は工作機械等に用いられる管状の金属部品等である。

【0028】

図１に示すように、主回路６は、切替スイッチ１２と、電源回路１４と、整合回路１６と、誘導コイル１７とを有している。

【0029】

切替スイッチ１２は、例えばマグネットスイッチであり、電源１８と電源回路１４との間に電気的に接続されている。切替スイッチ１２は、電源１８から電源回路１４への交流電力の供給を許容する第１の状態と、電源１８から電源回路１４への交流電力の供給を遮断する第２の状態とに切り替え可能である。なお、電源１８は、例えば商用電源等の３相交流電源であり、３相６０Ｈｚ（又は５０Ｈｚ）の交流電力を供給する。

【0030】

電源回路１４は、所定の周波数の高周波電流を出力するための発振器である。電源回路１４は、整流回路２０と、チョークコイル２２，２４と、インバータ回路２６とを有している。

【0031】

整流回路２０は、例えば６個のサイリスタ２８を用いた全波整流回路であり、電源１８からの交流電力を直流電力に変換する。

【0032】

チョークコイル２２，２４は、整流回路２０の出力側（直流側）に電気的に接続されており、整流回路２０からの直流電力を平滑化する。

【0033】

インバータ回路２６は、チョークコイル２２，２４を介して整流回路２０の出力側に電気的に接続されている。インバータ回路２６は、例えば４個のＩＧＢＴ３０（スイッチング素子の一例）を用いた単相フルブリッジ型のインバータ回路であり、４個のＩＧＢＴ３０を高速でオン・オフさせることにより、平滑化された直流電力を単相の高周波電力に変換する。これにより、電源回路１４は、所定の周波数の高周波電流を生成する。

【0034】

各ＩＧＢＴ３０は、コレクタ端子３０ｃ（第１の端子の一例）と、エミッタ端子３０ｅ（第２の端子の一例）と、ゲート端子３０ｇ（第３の端子の一例）とを有しており、ゲート端子３０ｇに入力される電圧に応じて、コレクタ端子３０ｃとエミッタ端子３０ｅとの間の導通が制御される。

【0035】

各ＩＧＢＴ３０のコレクタ端子３０ｃとエミッタ端子３０ｅとの間には、ツェナーダイオード３２（定電圧素子の一例）及び発光ダイオード３４（発光素子の一例）が電気的に直列に接続されている。

【0036】

ツェナーダイオード３２のカソード側は、ＩＧＢＴ３０のコレクタ端子３０ｃに電気的に接続され、ツェナーダイオード３２のアノード側は、発光ダイオード３４を介してＩＧＢＴ３０のエミッタ端子３０ｅに電気的に接続されている。

【0037】

発光ダイオード３４のアノード側は、ツェナーダイオード３２を介してＩＧＢＴ３０のコレクタ端子に電気的に接続され、発光ダイオード３４のカソード側は、ＩＧＢＴ３０のエミッタ端子に電気的に接続されている。発光ダイオード３４は、当該発光ダイオード３４に電気的に接続されたＩＧＢＴ３０のコレクタ端子３０ｃに過電圧が印加された際に、発光することにより光信号を出力する。

【0038】

なお、本実施の形態では、スイッチング素子としてＩＧＢＴ３０を用いたが、これに限定されず、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はバイポーラトランジスタ等を用いてもよい。ＭＯＳＦＥＴは、ドレイン端子（第１の端子の一例）と、ソース端子（第２の端子の一例）と、ゲート端子（第３の端子の一例）とを有しており、ゲート端子に入力される電圧に応じて、ドレイン端子とソース端子との間の導通が制御される。また、バイポーラトランジスタは、コレクタ端子（第１の端子の一例）と、エミッタ端子（第２の端子の一例）と、ベース端子（第３の端子の一例）とを有しており、ベース端子に入力される電流に応じて、コレクタ端子とエミッタ端子との間の導通が制御される。

【0039】

整合回路１６は、電源回路１４により生成された有効電力を高効率で誘導コイル１７に供給するためのものである。整合回路１６の入力側は、インバータ回路２６の交流側に電気的に接続されている。整合回路１６は、コンデンサ３８及び整合トランス４０で構成された並列共振回路である。

【0040】

誘導コイル１７は、整合回路１６の出力側に電気的に接続されている。誘導コイル１７は、被加熱物４を誘導加熱するためのものであり、被加熱物４の周囲を覆うように配置される。電源回路１４からの高周波電流が整合回路１６を介して誘導コイル１７に供給されることにより、被加熱物４が誘導加熱される。

【0041】

駆動回路８は、主回路６のインバータ回路２６を駆動するための回路であり、駆動基板に実装されている。図２に示すように、駆動回路８は、各ＩＧＢＴ３０のゲート端子３０ｇ及びエミッタ端子３０ｅに電気的に接続されており、各ＩＧＢＴ３０を駆動する。具体的には、駆動回路８は、各ＩＧＢＴ３０のゲート端子３０ｇに電圧を供給することにより、各ＩＧＢＴ３０を導通（ターンオン）させる。また、駆動回路８は、各ＩＧＢＴ３０のゲート端子３０ｇへの電圧の供給を遮断することにより、各ＩＧＢＴ３０を非導通（ターンオフ）にさせる。

【0042】

なお、説明の都合上、図２では、駆動回路８は、１個のＩＧＢＴ３０のゲート端子３０ｇ及びエミッタ端子３０ｅに電気的に接続されているが、実際には、残りの３個のＩＧＢＴ３０のゲート端子３０ｇ及びエミッタ端子３０ｅにも電気的に接続されている。

【0043】

制御回路１０は、駆動回路８及び切替スイッチ１２を制御するための回路であり、制御基板に実装されている。図２に示すように、制御回路１０は、受光素子４２と、信号出力部４４とを有している。受光素子４２と発光ダイオード３４との間には、発光ダイオード３４からの光信号を受光素子４２へ導くための光ファイバ４６が配置されている。

【0044】

受光素子４２は、例えばフォトダイオードであり、光ファイバ４６を介して、発光ダイオード３４からの光信号を受信可能である。受光素子４２は、受信した光信号を信号出力部４４に出力する。

【0045】

信号出力部４４は、受光素子４２からの光信号に基づいて、駆動回路８に第１の制御信号を出力し、且つ、切替スイッチ１２に第２の制御信号を出力する。駆動回路８は、第１の制御信号に基づいて、光信号を出力した発光ダイオード３４に対応するＩＧＢＴ３０のゲート端子３０ｇに電圧を供給することにより、当該ＩＧＢＴ３０を導通（ターンオン）させる。また、切替スイッチ１２は、第２の制御信号に基づいて、第１の状態から第２の状態に切り替えられる。

【0046】

［２．誘導加熱装置の動作］
次に、図３を参照しながら、実施の形態に係る誘導加熱装置２の動作について説明する。図３は、実施の形態に係る誘導加熱装置２の動作の流れを示すフローチャートである。

【0047】

被加熱物４を誘導コイル１７により誘導加熱する際には、制御回路１０は、切替スイッチ１２を第１の状態に切り替えるように制御し、且つ、インバータ回路２６を駆動するように駆動回路８を制御する。

【0048】

これにより、電源１８からの交流電力は、切替スイッチ１２を介して電源回路１４の整流回路２０に供給される。整流回路２０は、電源１８からの交流電力を直流電力に変換し、当該直流電力を、チョークコイル２２，２４を介してインバータ回路２６に出力する。インバータ回路２６は、整流回路２０からの直流電力を高周波電力に変換し、当該高周波電力を、整合回路１６を介して誘導コイル１７に出力する。これにより、被加熱物４が誘導加熱される。

【0049】

以下、上述のように被加熱物４が誘導加熱されている状態で、４個のＩＧＢＴ３０うちいずれかのＩＧＢＴ３０が意図せず非導通（ターンオフ）になった場合について説明する。

【0050】

この場合、電源回路１４のインダクタンス成分（例えば、チョークコイル２２，３４）に起因する過電圧（サージ電圧）が発生し、当該過電圧が非導通になった上記ＩＧＢＴ３０のコレクタ端子３０ｃに印加される（Ｓ１０１）。この過電圧がツェナーダイオード３２の降伏電圧を超えると、ツェナーダイオード３２が導通して（Ｓ１０２）、ツェナーダイオード３２に逆方向電流が流れるようになる。これにより、ツェナーダイオード３２に電気的に直列に接続された発光ダイオード３４に電流が流れて、発光ダイオード３４が光信号を出力する（Ｓ１０３）。

【0051】

発光ダイオード３４からの光信号は、光ファイバ４６を介して制御回路１０の受光素子４２へ導かれる。これにより、制御回路１０の受光素子４２は、発光ダイオード３４からの光信号を受信し（Ｓ１０４）、受信した光信号を信号出力部４４に出力する。信号出力部４４は、受光素子４２からの光信号に基づいて、駆動回路８に第１の制御信号を出力し、且つ、切替スイッチ１２に第２の制御信号を出力する（Ｓ１０５）。

【0052】

駆動回路８は、信号出力部４４からの第１の制御信号に基づいて、過電圧が印加されたＩＧＢＴ３０を導通（ターンオン）させる（Ｓ１０６）。これにより、ＩＧＢＴ３０のコレクタ端子３０ｃとエミッタ端子３０ｅとの間に電流が流れて、ＩＧＢＴ３０にインダクタンス成分のエネルギーを吸収させることができ、ＩＧＢＴ３０を過電圧から保護することができる。

【0053】

また、切替スイッチ１２は、信号出力部４４からの第２の制御信号に基づいて、第１の状態から第２の状態に切り替えられる（Ｓ１０７）。これにより、電源１８から電源回路１４への交流電力の供給が遮断され、インバータ回路２６への通電が停止される。

【0054】

なお、信号出力部４４が第１の制御信号を出力してから駆動回路８がＩＧＢＴ３０を導通させるまでの応答時間Ｔ１と、信号出力部４４が第２の制御信号を出力してから切替スイッチ１２が第２の状態に切り替えられるまでの応答時間Ｔ２との間には、タイムラグ（Ｔ１＜Ｔ２）がある。そのため、駆動回路８がＩＧＢＴ３０を導通させてから少し遅れて、切替スイッチ１２が第２の状態に切り替えられるようになる。

【0055】

［３．効果］
ここで、図４を参照しながら、比較例に係るアクティブクランプ回路について説明する。図４は、比較例に係るアクティブクランプ回路を示す図である。

【0056】

図４に示すように、比較例に係るアクティブクランプ回路では、ＩＧＢＴ１００のコレクタ端子１００ｃとゲート端子１００ｇとの間に、ツェナーダイオード１０２が電気的に接続されている。また、ＩＧＢＴ１００のゲート端子１００ｇ及びエミッタ端子１００ｅには、ＩＧＢＴ１００を駆動するための駆動回路１０４が電気的に接続されている。

【0057】

このアクティブクランプ回路では、ＩＧＢＴ１００のターンオフ時に、電源ラインのインダクタンス成分により、過電圧がＩＧＢＴ１００のコレクタ端子１００ｃに印加される。この過電圧がツェナーダイオード１０２の降伏電圧を超えると、ツェナーダイオード１０２が導通して、ＩＧＢＴ１００のコレクタ端子１００ｃからツェナーダイオード１０２を介してＩＧＢＴ１００のゲート端子１００ｇに電圧が入力される。これにより、ＩＧＢＴ１００が強制的にターンオンされ、ＩＧＢＴ１００のコレクタ端子１００ｃとエミッタ端子１００ｅとの間に電流が流れる。その結果、ＩＧＢＴ１００がインダクタンス成分のエネルギーから解放され、ＩＧＢＴ１００が過電圧から保護される。

【0058】

しかしながら、上述したアクティブクランプ回路では、ＩＧＢＴ１００自体は過電圧から保護されるものの、ＩＧＢＴ１００のコレクタ端子１００ｃからツェナーダイオード１０２を介して駆動回路１０４に電流が流れ込み、駆動回路１０４が破損するおそれが生じる。また、駆動回路１０４は、ＩＧＢＴ１００に過電圧が印加されたことを感知しないため、故障するまで動作し続けるおそれが生じる。

【0059】

これに対して、本実施の形態では、ＩＧＢＴ３０のコレクタ端子３０ｃとエミッタ端子３０ｅとの間には、ツェナーダイオード３２及び発光ダイオード３４が電気的に直列に接続されている。ＩＧＢＴ３０のコレクタ端子３０ｃに過電圧が印加された際には、発光ダイオード３４は光信号を制御回路１０に出力する。

【0060】

制御回路１０は、発光ダイオード３４からの光信号を受信することにより、ＩＧＢＴ３０に過電圧が印加されていると判定し、ＩＧＢＴ３０をターンオンさせる。これにより、ＩＧＢＴ３０がインダクタンス成分のエネルギーから解放され、ＩＧＢＴ３０を過電圧から保護することができる。

【0061】

さらに、制御回路１０は、切替スイッチ１２を第１の状態から第２の状態に切り替える。これにより、インバータ回路２６への通電が停止されるので、ＩＧＢＴ３０を過電圧からより確実に保護することができる。

【0062】

また、ツェナーダイオード３２及び発光ダイオード３４は、ＩＧＢＴ３０のゲート端子３０ｇに電気的に接続されていない。そのため、ＩＧＢＴ３０のコレクタ端子３０ｃに過電圧が印加された際に、上述したアクティブクランプ回路のように駆動回路８に電流が流れ込むことが無く、駆動回路８が破損するのを回避することができる。

【0063】

（変形例等）
以上、本発明の１つ又は複数の態様に係る過電圧保護装置について、上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の１つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

【0064】

上記実施の形態では、定電圧素子としてツェナーダイオードを用いたが、これに限定されず、例えばバリスタを用いてもよい。

【0065】

また、上記実施の形態では、過電圧保護装置を誘導加熱装置２に適用したが、これに限定されず、例えば産業用機械又は家電機器等の各種装置に適用してもよい。

【0066】

上記実施の形態における制御回路１０は、専用の電子回路によって実現されてもよい。専用の電子回路は、１個のチップ上に集積されてもよいし、複数のチップ上に形成されてもよい。また、制御回路１０は、汎用プロセッサと、ソフトウェアプログラム又はインストラクションが格納されたメモリとによって実現されてもよい。この場合、ソフトウェアプログラム又はインストラクションが実行されたときに、プロセッサは、制御回路１０として機能する。

【0067】

また、本発明の一態様は、このような誘導加熱装置２だけではなく、誘導加熱装置２に含まれる特徴的な構成要素をステップとする方法であってもよい。また、本発明の一態様は、上記方法に含まれる特徴的な各ステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであってもよい。また、本発明の一態様は、そのようなコンピュータプログラムが記録された、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体であってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本発明に係る過電圧保護装置は、例えば金属部品の高周波焼き入れを行うための誘導加熱装置等に適用することができる。

【符号の説明】

【0069】

２ 誘導加熱装置
４ 被加熱物
６ 主回路
８，１０４ 駆動回路
１０ 制御回路
１２ 切替スイッチ
１４ 電源回路
１６ 整合回路
１７ 誘導コイル
１８ 電源
２０ 整流回路
２２，２４ チョークコイル
２６ インバータ回路
２８ サイリスタ
３０，１００ ＩＧＢＴ
３０ｃ，１００ｃ コレクタ端子
３０ｅ，１００ｅ エミッタ端子
３０ｇ，１００ｇ ゲート端子
３２，１０２ ツェナーダイオード
３４ 発光ダイオード
３８ コンデンサ
４０ 整合トランス
４２ 受光素子
４４ 信号出力部
４６ 光ファイバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】