特許7250266IP Force 特許公報全文掲載

技術分野

直流電流の遮断装置に関し、特に、金属接点と半導体スイッチを並列接続したハイブリッドスイッチ構成において、半導体スイッチを複数並列に接続して大電流の直流電流の遮断を可能にした直流電流遮断装置

要約特許出願時に添付された[要約書]

【課題】直流電流を金属接点と複数のIGBTを並列接続したハイブリッドスイッチで投入電流を減流制御し、アークなしに電流を遮断する。
【解決手段】金属接点1の電流を開極時のアーク電圧で並列のIGBT4に転流して、補助接点2の信号でIGBT4で電流を遮断するが、並列接続した各IGBT4のエミッタにエミッタ抵抗5を直列接続して、ゲート電圧に負帰還させることで並列IGBT4の電流分流を補正し、投入時もIGBT4のゲートをPWM制御して突入電流を減流する。
【選択図】 図1


発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

特許文献1に開示された金属接点と半導体スイッチの並列の直流電流の開閉装置は、a接点が閉極する前にb接点の開極で半導体スイッチが通電を開始して、a接点が閉極すると、通電はa接点で行い、接点抵抗が十分低いので、半導体スイッチには電流が流れない。 特に、IGBTはオン状態ではスレッショルド電圧が1Vから2V程度あるが、金属接点間の電圧はこれより低いのでIGBTには電流が流れない。 次に、遮断の場合は、まずa接点が開極すると、その時すでに半導体スイッチがオン状態であるので、半導体スイッチに電流が流れ、金属接点間電圧は半導体スイッチによって決まる。非特許文献1によると、金属接点間にアークが発生するには、10V~20V程度の接点間電圧と数A以上の電流が大気圧中でのアークプラズマを維持するために必要である。 電流が半導体スイッチに流れて、半導体スイッチ回路が10V以下の電圧では、電流は半導体スイッチに、短時間、インダクタンス×電流÷10Vの時間で転流が完了、結局、アークは維持できずに短時間に消滅する。 その後、a接点の開極が進んで数msから10ms後、a接点の開極完了のタイミングとして(連動する)b接点の閉極によって、半導体スイッチをゲート電圧減にして、直流電流を遮断することができる。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

本発明は、直流電源と負荷との間に挿入される直流電流遮断装置に関し、本発明の目的は、前記直流電源側に接続される第一の端子と前記負荷側に接続される第二の端子とを備え、前記第一の端子と前記第二の端子の間には、a接点である金属接点が接続され、前記金属接点と並列に、複数の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以下「IGBT」という。)が、前記各IGBTのコレクタが前記第一の端子に、前記各IGBTのエミッ・・・ 続きを知財ポータルサイト IP Force にログインして見る

発明の効果[発明の詳細な説明]から抜粋

金属接点と半導体スイッチを用いた直流電流遮断装置に、短時間通電耐量が大きいIGBTを並列に用いて、大電流接点の閉極に先立って導通を開始して、開極時の遮断アークの発生を抑えることで、接点の損耗を防ぎ、並列接続したIGBTに金属接点の電流を短時間に転流して、最終的に直流電流をIGBTのゲート制御で同時遮断することで大電流高電圧の遮断が可能になる。

この特許の権利範囲[特許請求の範囲]

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】 本発明のIGBTを並列に複数接続した直流電流遮断装置の構成図である。
【図2】 半導体スイッチIGBTの通電電流特性(温度特性)を示す図である。
【図3】 本発明の直流電流遮断装置の投入と遮断の時間シーケンスを示す図である。
【図4】 IGBTのゲート電圧をパラメータにコレクタ電圧とコレクタ電流の特性を示す図である。
【図5】 本発明の直流電流遮断装置のゲート制御回路の一実施例である。
【図6】 本発明の直流電流遮断装置を複数個直列接続した応用例である。
【図7】 本発明の直流電流遮断装置を用いて突入電流共振を回避する実施例である。

代表図 図1本件の代表的な図

1:金属接点(a接点) 2:補助接点(b接点) 3:連動機構 4: IGBT 5:エミッタ抵抗Re(分流抵抗) 6: ゲート抵抗Rg 7:CRサージアブソーバ 8:バリスタ 9:ゲート制御回路 10:コンデンサ 11:抵抗Rs 12:逆圧保護ダイオード(Diode2) 13:逆流防止ダイオード(Diode1) 14:絶縁電圧源 15:出力電流制限抵抗

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