特許 7437416 非対称サージ保護デバイス、ＤＣ回路構成、およびＤＣネットワーク

(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】

(24)【登録日】2024-02-14

(45)【発行日】2024-02-22

(54)【発明の名称】非対称サージ保護デバイス、ＤＣ回路構成、およびＤＣネットワーク

(51)【国際特許分類】

   H02H 9/04 20060101AFI20240215BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20240215BHJP

   H02H 9/06 20060101ALI20240215BHJP

【ＦＩ】

H02H9/04 A

H02M3/155 C

H02H9/06

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021564737

(86)(22)【出願日】2020-05-04

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-12

(86)【国際出願番号】 EP2020062282

(87)【国際公開番号】W WO2020221933

(87)【国際公開日】2020-11-05

【審査請求日】2022-03-01

(31)【優先権主張番号】102019111378.4

(32)【優先日】2019-05-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】522067846

【氏名又は名称】デーン エスエー

【氏名又は名称原語表記】ＤＥＨＮ ＳＥ

【住所又は居所原語表記】Ｈａｎｓ－Ｄｅｈｎ－Ｓｔｒａｓｓｅ １ ９２３１８ Ｎｅｕｍａｒｋｔ ｉ．ｄ．ＯＰｆ． Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】シュテーレ、ミヒャエル

(72)【発明者】

【氏名】ショールク、フランツ

【審査官】田中 慎太郎

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００４７７３３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０６－２４５３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９６４３８９２（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開昭５４－００８８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５４－１２０８４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｈ ９／０４

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

Ｈ０２Ｈ ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電流入力部（２６）と電流出力部（２８）とを有するＤＣ回路（１６）用の非対称サージ保護デバイスであって、該ＤＣ回路（１６）の該電流出力部（２８）に接続可能な負の側（３２）と、該ＤＣ回路（１６）の該電流入力部（２６）に接続可能な正の側（３０）と、非対称中性セクション（３４）と、ＤＣ電源（１２）と該ＤＣ回路（１６）の間に配置可能なサージ保護デバイス（１８）とを備え、該非対称中性セクション（３４）は、該正の側（３０）と該負の側（３２）の間の正電圧（Ｖ）に対する正の保護レベル（Ｖｐ）と、該正の側（３０）と該負の側（３２）の間の負電圧（Ｖ）に対する負の保護レベル（Ｖｎ）と、を有し、該正の保護レベル（Ｖｐ）は該負の保護レベル（Ｖｎ）とは異なっており、該正の保護レベル（Ｖｐ）が４００Ｖより大きく、かつ、該負の保護レベル（Ｖｎ）が１００Ｖ未満であり、
前記非対称中性セクション（３４）は、正電圧（Ｖ）を低減するための正放電分岐（５６）と、負電圧（Ｖ）を低減するための負放電分岐（５８）とを有し、
前記正放電分岐（５６）は、第１の受動放電構成要素（６０）を備える、非対称サージ保護デバイス。

【請求項2】

前記正放電分岐（５６）と前記負放電分岐（５８）とは並列であることを特徴とする、請求項１記載のサージ保護デバイス。

【請求項3】

前記正放電分岐（５６）の前記第１の受動放電構成要素（６０）は、バリスタ（６２）、スパーク・ギャップ（７２）、および／またはガス放電管（６３）であって、特に、前記正放電分岐（５６）は完全に受動的であることを特徴とする、請求項２記載のサージ保護デバイス。

【請求項4】

前記負放電分岐（５８）はスイッチング可能な構成要素（６４）を有し、前記サージ保護デバイス（１８）は該スイッチング可能な構成要素（６４）用のドライブ（６５）を有し、特に、該スイッチング可能な構成要素はＩＧＢＴ、サイリスタ、またはＭＯＳＦＥＴであり、
該ドライブ（６５）は、前記正の側（３０）と前記負の側（３２）の間の前記電圧（Ｖ）が負でありかつ前記電圧（Ｖ）の大きさが前記負の保護レベル（Ｖｎ）を超えているときに、該スイッチング可能な構成要素（６４）を相応にスイッチングするように構成されていることを特徴とする、請求項２または３記載のサージ保護デバイス。

【請求項5】

前記負放電分岐（５８）は少なくとも１つの第２の受動放電構成要素（６８）を含み、特に、前記負放電分岐（５８）は完全に受動的であることを特徴とする、請求項２または３記載のサージ保護デバイス。

【請求項6】

前記少なくとも１つの第２の受動放電構成要素（６８）はダイオード（７０）であること、または、前記第２の受動放電構成要素（６８）は複数の直列接続されたダイオード（７４）を備えることを特徴とする、請求項５記載のサージ保護デバイス。

【請求項7】

前記ＤＣ回路（１６）はコンバータ（２０）、特にインバータ（３８）またはＤＣ電圧コンバータ（４８）であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項記載のサージ保護デバイス。

【請求項8】

前記サージ保護デバイス（１８）は、少なくとも１つの第３の側（７８）と、各々が前記サージ保護デバイス（１８）の前記側（３０、３２）および該側（７８）のうちの２つを互いに接続している、少なくとも２つの中性セクション（３４）と、を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項記載のサージ保護デバイス。

【請求項9】

ＤＣ回路（１６）、特にインバータ（３８）またはＤＣ電圧コンバータ（４８）などのコンバータ（２０）と、請求項１から８のいずれか一項記載の非対称サージ保護デバイス（１８）と、を備えるＤＣ回路構成であって、
該ＤＣ回路（１６）は電流入力部（２６）と電流出力部（２８）とを有し、
前記サージ保護デバイス（１８）の前記正の側（３０）は該電流入力部（２６）に電気接続されており、前記サージ保護デバイス（１８）の前記負の側（３２）は該電流出力部（２８）に電気接続されている、ＤＣ回路構成。

【請求項10】

前記ＤＣ回路構成（１４）はＤＣ端子（３６）を備え、前記サージ保護デバイス（１８）は該ＤＣ端子（３６）と前記ＤＣ回路（１６）の間に配置されていることを特徴とする、請求項９記載のＤＣ回路構成。

【請求項11】

請求項９または１０記載のＤＣ回路構成（１４）と、第１の電極（２１）および第２の電極（２３）を有するＤＣ電源（１２）と、を備えるＤＣネットワークであって、該第１の電極（２１）は前記サージ保護デバイス（１８）の前記正の側（３０）に電気接続されており、該第２の電極（２３）は前記サージ保護デバイス（１８）の前記負の側（３２）に電気接続されている、ＤＣネットワーク。

【請求項12】

前記ＤＣ電源（１２）は少なくとも１つの第３の電極（７６）を有する多極性ＤＣ電源であり、前記サージ保護デバイス（１８）の前記少なくとも１つの第３の側（７８）は該第３の電極（７６）に接続されていることを特徴とする、請求項１１記載のＤＣネットワーク。

【請求項13】

前記サージ保護デバイス（１８）は前記ＤＣ電源（１２）と前記ＤＣ回路（１６）の間に配置されていることを特徴とする、請求項１１または１２記載のＤＣネットワーク。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非対称サージ保護デバイス、ＤＣ回路構成、およびＤＣネットワークに関する。

【背景技術】

【0002】

落雷などの特異な事例において負荷または回路の損傷を防止するために、電力ネットワークまたは負荷のサージ保護が必要である。

【0003】

ＤＣ回路およびＤＣ接続系統またはＤＣネットワーク用の電子デバイスに対する効果的なサージ保護手段は、特にＤＣ回路またはデバイスが逆極性保護ダイオードなどの逆極性保護手段を有さない場合、存在しない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

したがって、過電圧に起因する損傷を効果的に防止できるサージ保護デバイス、ＤＣ回路構成、およびＤＣネットワークを提供することが、本発明の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この目的は、電流入力部と電流出力部とを有するＤＣ回路用の非対称サージ保護デバイスであって、ＤＣ回路の電流出力部に接続可能な負の側と、ＤＣ回路の電流入力部に接続可能な正の側と、非対称中性セクションと、を備える、非対称サージ保護デバイス、によって達成される。非対称中性セクションは、正の側と負の側の間の正電圧に関する正の保護レベルと、正の側と負の側の間の負電圧に関する負の保護レベルと、を有し、正の保護レベルは負の保護レベルとは異なっている。

【0006】

正の保護レベルと負の保護レベルは異なっているので、サージ保護は非対称となるように構成され得る。このようにして、正および負の過電圧を別々に取り扱うことができ、その結果、ＤＣ回路または電気デバイスの非対称性が、および、このような過電圧に対する非対称な感度が考慮される。

【0007】

負の保護レベルは、ＤＣ回路の負の還流電圧未満であり得る。

【0008】

例えば、ＤＣ回路は逆極性保護手段を有さない。

【0009】

正の側は、単極性の直流に対して「ＤＣプラス」または「Ｌ＋」とも呼ばれる。これに対応して、負の側は、単極性の直流に対して「ＤＣマイナス」または「Ｌ－」とも呼ばれる。

【0010】

例えば、中性セクションは放電構成要素を含み、サージ保護デバイスは中性セクション用のドライブを含み、ドライブは、正の側と負の側の間の電圧が正であり、かつ電圧の大きさが正の保護レベルを超えているときに、または、電圧が負であり、かつ電圧の大きさが負の保護レベルを超えているときに、放電構成要素を相応に動作可能にする（ｒｅｌｅａｓｅ）ように構成されている。ドライブによって、保護レベルを柔軟に調整することが可能になる。

【0011】

放電構成要素は特に、パルス電流に耐えることができる。

【0012】

信頼できるサージ保護デバイスを実現するために、放電構成要素は、スパーク・ギャップ、ガス放電管、バリスタ、サイリスタ、ＩＧＢＴ、および／またはＭＯＳＦＥＴを備えてもよく、および／または、ドライブは、少なくとも１つのダイオード、ＩＧＢＴ、サイリスタ、および／またはＭＯＳＦＥＴを備えてもよい。

【0013】

一実施形態では、中性セクションは、正電圧を低減するための正放電分岐と負電圧を低減するための負放電分岐とを有し、特に、これらの分岐は並列である。このようにして、中性セクションの構造は単純な構成要素によって実現され得る。

【0014】

効率的な放電のために、正放電分岐は、第１の受動放電構成要素、特にバリスタ、スパーク・ギャップ、および／またはガス放電管を有する。

【0015】

正放電分岐は完全に受動的であってもよい。放電構成要素は特に、パルス電流に耐えることができる。

【0016】

例えば、正放電構成要素の降伏電圧または閾値電圧は、正の保護レベルである。

【0017】

ある構成では、負放電分岐はスイッチング可能な構成要素を含み、サージ保護デバイスはスイッチング可能な構成要素用のドライブを含み、特に、スイッチング可能な構成要素は、ＩＧＢＴ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ－ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）、サイリスタ、またはＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）である。ドライブは、正の側と負の側の間の電圧が負でありかつ電圧の大きさが負の保護レベルを超えているときに、スイッチング可能な構成要素を相応にスイッチングするように構成されている。このようにして、負の保護レベルが柔軟に調整され得る。

【0018】

例えば、負放電分岐は、スイッチング可能な構成要素だけを含む。しかしながら、負放電分岐が、スパーク・ギャップ、ガス放電管、および／またはバリスタなどの更なる構成要素を備えることも考えられる。

【0019】

ある構成では、負放電分岐は少なくとも１つの第２の受動放電構成要素を備え、特に、負放電分岐は完全に受動的であり、その結果、サージ保護デバイスは特に単純な方法で構成され得る。第２の受動放電構成要素は例えば、パルス電流に耐えることができる。

【0020】

負電圧についての第２の受動放電構成要素の順電圧または閾値電圧は、負の保護レベルであり得る。特に、正電圧についての降伏電圧は、正の保護レベルよりも大きい。

【0021】

例えば、中性セクションのどこにも能動構成要素またはスイッチング構成要素は存在しない。

【0022】

サージ保護デバイスを更に単純化するために、少なくとも１つの第２の受動放電構成要素はダイオードであってもよく、または、第２の受動放電構成要素は複数の直列接続されたダイオードであってもよい。

【0023】

特に、１つのダイオードまたは複数のダイオードは、それらのカソードが正の側に接続されており、それらのアノードが負の側に接続されている。

【0024】

本発明の更なる実施形態では、中性セクションは、カソードが正の側に接続されておりアノードが負の側に接続されている、少なくとも１つの単極過渡電圧抑制ダイオードを有し、特に、中性セクションは、複数の並列接続された単極性過渡電圧抑制ダイオードを有する。このようにして、中性セクションは、単一の構成要素または僅かな構成要素を有して実装され得る。

【0025】

例えば、過渡電圧抑制ダイオードの順電圧は負の保護レベルであり、降伏電圧は正の保護レベルである。

【0026】

１つの変形の実施形態では、正の保護レベルは１００Ｖよりも大きく、特に４００Ｖよりも大きく、かつ／または、負の保護レベルは１００Ｖ未満であり、この結果ＤＣ回路が確実に保護される。

【0027】

電圧データとは電圧の大きさを指す。

【0028】

高電力ＤＣ回路を保護するために、ＤＣ回路はコンバータ、特にインバータまたはＤＣ電圧コンバータであってもよい。

【0029】

この目的は、ＤＣ回路、特にインバータまたはＤＣ電圧コンバータなどのコンバータと、既に記載したようなに非対称サージ保護デバイスと、を備えるＤＣ回路構成によって、更に達成される。ＤＣ回路は電流入力部と電流出力部とを有し、サージ保護デバイスの正の側は電流入力部に電気接続され、サージ保護デバイスの負の側は電流出力部に電気接続される。

【0030】

サージ保護デバイスに関して検討される特徴および利点はＤＣ回路構成に対しても等しく当てはまり、その逆も成り立つ。

【0031】

特に、ＤＣ回路は逆極性保護手段を有さない。

【0032】

ＤＣ回路の確実な保護を可能にするために、ＤＣ回路構成はＤＣ端子を有してもよく、サージ保護デバイスはＤＣ端子とＤＣ回路の間に配置される。

【0033】

この目的は、既に記載したようなＤＣ回路構成を備えるＤＣネットワークと、正電極および負電極を有するＤＣ電源とによって、更に達成される。正電極はサージ保護デバイスの正の側に電気接続され、負電極はサージ保護デバイスの負の側に電気接続される。

【0034】

サージ保護デバイスおよびＤＣ回路構成に関して検討される特徴および利点はＤＣネットワークに対しても等しく当てはまり、その逆も成り立つ。

【0035】

例えば、ＤＣネットワークは建築物内のＤＣネットワークである。

【0036】

サージ保護デバイスは例えば、ＤＣ回路を確実に保護するために、ＤＣ電源とＤＣ回路の間に配置される。

【0037】

本発明の更なる特徴および利点が、以下の説明から、および参照される以下の添付の図面から、明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】本発明に係る非対称サージ保護デバイスを備える本発明に係るＤＣ回路構成を有する、本発明に係るＤＣネットワークのブロック図である。

【図2】本発明に係るサージ保護デバイスの、本発明に係るＤＣ回路構成の、および本発明に係るネットワークの、第２の実施形態のブロック図である。

【図3】本発明に係るサージ保護デバイスの、本発明に係るＤＣ回路構成の、および本発明に係るネットワークの、第３の実施形態のブロック図である。

【図4】本発明に係るサージ保護デバイスの、本発明に係るＤＣ回路構成の、および本発明に係るネットワークの、第４の実施形態のブロック図である。

【図5a-5c】図４に示すような本発明に係るサージ保護デバイスの様々な実施形態を示すブロック図である。

【図6a】本発明に係るサージ保護デバイスの、本発明に係るＤＣ回路構成の、および本発明に係るネットワークの、第５の実施形態のブロック図である。

【図6b】図６ａに係るサージ保護デバイスの可能な構成のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

図１は、本発明に係る、ＤＣ電源１２と、ＤＣ回路１６および非対称サージ保護デバイス１８を備えるＤＣ回路構成１４と、を有する、ＤＣネットワーク１０を示す。

【0040】

ＤＣネットワーク１０は例えば、建築物のＤＣネットワーク、電気車両用の充電インフラストラクチャのＤＣネットワーク、または任意の他のＤＣネットワークである。例えば、ＤＣネットワーク１０は単極性である。

【0041】

ＤＣ回路１６はコンバータ２０であってもよく、またはこれは、負荷などの任意の他のＤＣ回路であってもよい。

【0042】

ＤＣ電源１２は任意のＤＣ電源であってもよく、本発明の文脈では、それにはより高レベルのネットワークへの接続も含まれる。これに応じて、ＤＣ電源１２は、第１の電極２１、記載した単極性ＤＣ電源１２の場合には正電極２２と、第２の電極２３、この場合には負電極２４と、を有する。簡潔にするために、以下では正電極２２および負電極２４のみに言及するが、当然ながらこのことは、一般的に第１の電極２１および第２の電極２３も意味する。

【0043】

ＤＣ回路１６はＤＣ電源１２の電流によって動作し、したがって電流入力部２６と電流出力部２８とを含む。

【0044】

特に、ＤＣ回路１６は逆極性保護手段を有さない。

【0045】

サージ保護デバイス１８は、正の側３０と、負の側３２と、中性セクション３４と、を有する。

【0046】

サージ保護デバイス１８内で、正の側３０および負の側３２は、中性セクション３４によって互いに接続されている。

【0047】

正の側３０および負の側３２は各々、ＤＣ電源１２の正電極２２をＤＣ回路１６の電流入力部２６に、およびＤＣ回路１６の電流出力部２８をＤＣ電源１２の負電極２４に、それぞれ電気接続する、配線によって形成されている。

【0048】

この場合、サージ保護デバイス１８は、ＤＣ電源１２とＤＣ回路１６の間に配置される。

【0049】

言い換えれば、ＤＣ回路構成１４は、ＤＣ電源１２に接続されたＤＣ端子３６を有する。サージ保護デバイス１８は、ＤＣ端子３６とＤＣ回路１６の間に配置される。

【0050】

ＤＣ電源１２に面する正の側３０または負の側３２の端子がＤＣ回路構成１４のＤＣ端子３６を形成することも考えられる。

【0051】

ＤＣネットワーク１０の通常動作中、ＤＣ電源１２は正電圧を提供する。

【0052】

その結果、サージ保護デバイス１８の正の側３０の電位は負の側３２よりも高くなり、正の側３０と負の側３２の間の電圧Ｖは正になる。本発明の文脈では、この場合これは正電圧と呼ばれる。

【0053】

特別な場合には、負の側３２の電位は正の側３０よりも高くなり得る。この状況は例えば、ＤＣネットワーク１０における落雷の場合に生じ得る。この場合、電圧Ｖは負であり、これは本発明の文脈では負電圧と呼ばれる。

【0054】

中性セクション３４はここでは、２つの異なる保護レベル、すなわち正の保護レベルＶ_ｐおよび負の保護レベルＶ_ｎを提供するように構成されている。「異なる」はこの場合、異なる大きさを意味する。

【0055】

正の保護レベルＶ_ｐは正電圧Ｖに関連しており、負の保護レベルＶ_ｎは負電圧Ｖに関連している。

【0056】

このことは、正の保護レベルＶ_ｐを超える正電圧Ｖ、および負の保護レベルＶ_ｎよりも大きさの大きい負電圧Ｖが、中性セクション３４を介して低減されることを意味する。

【0057】

言い換えれば、正の保護レベルＶ_ｐおよび負の保護レベルＶ_ｎは、ＤＣ回路１６の動作範囲を－Ｖ_ｎ＜Ｖ＜Ｖ_ｐによって定める。

【0058】

例えば、正の保護レベルＶ_ｐは１００Ｖよりも大きく、例えば４００Ｖであり、負の保護レベルＶ_ｎは１００Ｖ未満、例えば８０Ｖであり、結果的に－８０Ｖから４００Ｖの安全動作範囲となる。正の保護レベルＶ_ｐが４００Ｖよりも大きく、負の保護レベルＶ_ｎが８０Ｖ未満であることも、当然ながら考えられる。

【0059】

このようにして、ＤＣ回路１６は、負および正の電圧に対するＤＣ回路１６の感度の違いを考慮に入れて、正電圧および負電圧の両方に関して電流パルスから確実に保護される。

【0060】

図２から図５には、ＤＣネットワーク１０、ＤＣ回路構成１４、およびサージ保護デバイス１８の更なる実施形態がそれぞれ図示され記載されているが、これらは図１に係る第１の実施形態と実質的に同じである。したがって、以下では相違点のみを検討し、同一の部分および機能的に同一の部分には同じ参照符号を付す。

【0061】

図２に係る実施形態では、ＤＣ回路１６はインバータ３８である。

【0062】

この実施形態では、中性セクション３４は、放電構成要素４０と、放電構成要素４０用のドライブ４２と、を有する。

【0063】

放電構成要素４０は、特に正および負の電圧に関して対称的な保護レベルで、電流パルスに耐えることができる。例えば、放電構成要素４０は、ガス放電管、スパーク・ギャップ、またはバリスタである。

【0064】

放電構成要素４０用のドライブ４２については十分に知られている。

【0065】

示されている第２の例示の実施形態では、ドライブ４２は、スイッチング素子４４と、ダイオード４５と、スイッチング素子４４を制御するように配置されている制御ユニット４６と、を含む。

【0066】

放電構成要素４０は、直接的に正の側３０に、および、スイッチング素子４４およびダイオード４５によって負の側３２に、接続されている。ダイオード４５およびスイッチング素子４４は、並列に配置されている。

【0067】

ダイオード４５は、そのアノードが負の側３２に接続されており、そのカソードが放電構成要素４０に接続されている。

【0068】

スイッチング素子４４は例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）、サイリスタ、および／またはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）である。

【0069】

制御ユニット４６は、制御のためにスイッチング素子４４に、例えばスイッチング素子４４のゲート電極に、ならびに、電圧Ｖを測定するために正の側３０および負の側３２に、接続される。

【0070】

動作中、制御ユニット４６は、電圧Ｖを連続的にまたは規則的な間隔で測定する。制御ユニット４６によって測定された電圧Ｖが正でありかつその大きさが正の保護レベルＶ_ｐを超えている場合には、制御ユニット４６は、スイッチング素子４４をスイッチングして、放電構成要素４０を介して電圧Ｖを低減する。

【0071】

正の保護レベルＶ_ｐはこの場合、制御ユニット４６に閾値として記憶され、ＤＣ回路１６に適合される。

【0072】

負の保護レベルＶ_ｎは、ダイオード４５の順電圧によって提供される。電圧Ｖが負でありかつ電圧Ｖの大きさが負の保護レベルＶ_ｎを超えているとき、ダイオード４５は導通状態となり、放電構成要素４０を動作可能にする。その結果、ダイオード４５および放電構成要素４０を通して負電圧が低減される。

【0073】

図２において点線で示されているように、スイッチング素子４４およびダイオード４５を放電構成要素４０と正の側３０の間に配置することが、当然ながら可能である。

【0074】

ダイオード４５の代わりに、制御ユニット４６によってスイッチングされる更なるスイッチング素子４７を使用することも考えられる。更なるスイッチング素子４７は、スイッチング素子４４と同様だが逆並列に設計され得る。この場合、制御ユニット４６は、制御ユニット４６によって測定された電圧Ｖが負でありかつその大きさが負の保護レベルＶ_ｎを超えているときに、更なるスイッチング素子４７をスイッチングして、放電構成要素４０を介して電圧Ｖを低減する。この場合、正の保護レベルＶ_ｐおよび負の保護レベルＶ_ｎの両方が、制御ユニット４６に閾値として記憶され得る。

【0075】

図３に示されている第３の実施形態では、ＤＣ回路１６は、概略的に示されているＤＣ電圧コンバータ４８である。

【0076】

示されている第３の例示の実施形態では、ＤＣ電圧コンバータ４８は、ＤＣ電圧コンバータ４８のおよびＤＣ回路１６の、それぞれの還流電圧Ｖ_Ｆを定める２つの基板ダイオードまたはフリーホイーリング・ダイオード５２を有する、ハーフ・ブリッジ回路５０を有する。

【0077】

同様に、ＤＣ回路１６は示されている例示の実施形態の全てを有するか、または、ＤＣ回路１６の全ては還流電圧Ｖ_Ｆを有する。還流電圧Ｖ_Ｆよりも大きい大きさを有する負電圧は、特に高電圧において、ＤＣ回路１６に損傷をもたらすことになる。

【0078】

したがって、負電圧レベルＶ_ｎは常に、還流電圧Ｖ_Ｆよりも小さくなるように選択される。

【0079】

図３に係る第３の実施形態では、中性セクション３４は単極性過渡電圧抑制ダイオード５４を有し、そのカソードは正の側３０に接続されており、そのアノードは負の側３２に接続されている。

【0080】

図３において点線の図示で示されているように、複数の単極性過渡電圧抑制ダイオード５４を並列に接続することも考えられる。

【0081】

単極性過渡電圧抑制ダイオード５４の順電圧は負の保護レベルＶ_ｎを表し、単極性過渡電圧抑制ダイオード５４の降伏電圧は正の保護レベルＶ_ｐを表す。この場合、この第３の実施形態では、スイッチング構成要素または能動構成要素が必要とされないので、中性セクション３４は完全に受動的である。特に、中性セクション３４はただ１つの、またはより多くの単極性過渡電圧抑制ダイオード５４を含む。

【0082】

図４に示す第４の実施形態では、中性セクション３４は、２つの並列の分岐、すなわち正放電分岐５６および負放電分岐５８を有する。

【0083】

正放電分岐５６は、電圧Ｖが正である場合に電圧Ｖを放電する役割を果たし、負放電分岐５８は、電圧Ｖが負である場合に電圧Ｖを放電する役割を果たす。

【0084】

例えば、第４の実施形態では、正放電分岐５６は、電流パルスに耐えることができかつ正の保護レベルＶ_ｐを形成する高い降伏電圧を有する、第１の受動放電構成要素６０だけを有する。第１の受動放電構成要素６０または正放電分岐５６の降伏電圧も対称的であり得る。

【0085】

負放電分岐５８は非対称となるように構成されている。このことは、正電圧についての負放電分岐５８の降伏電圧が、正放電分岐５６の降伏電圧を超えていることを意味する。ただし、負放電分岐５８の負電圧についての順電圧は比較して顕著に小さく、これは保護レベルＶ_ｎを表す。

【0086】

負電圧についての順電圧、およびしたがって負の保護レベルＶ_ｎは、ＤＣ回路１６の還流電圧Ｖ_Ｆ未満であり、また正放電分岐５６の対称的な降伏電圧未満でもある。

【0087】

図５ａ、図５ｂ、および図５ｃには放電分岐５６、５８の様々な構成が示されているが、放電分岐５６、５８の構成の組合せは単に例示的なものである。

【0088】

放電分岐５６、５８は当然ながら、中性セクション３４を形成するように任意の組合せで組み合わされ得る。

【0089】

図５ａに示す例示の実施形態では、第１の受動放電構成要素６０はバリスタ６２である。

【0090】

この例示の実施形態では、負放電分岐５８はスイッチング可能な構成要素６４を含み、サージ保護デバイス１８は、スイッチング可能な構成要素６４用のドライブ６５を形成する制御ユニット６６を含む。

【0091】

スイッチング可能な構成要素６４は正電圧に対して高い降伏電圧を有し、特に、電流パルスに耐えることができる。特に、負放電分岐５８は、スイッチング可能な構成要素６４だけを含む。

【0092】

スイッチング可能な構成要素６４は例えば、ＩＧＢＴ、サイリスタ、またはＭＯＳＦＥＴである。

【0093】

ドライブ４２と同様に、制御ユニット６６は、正の側３０、負の側３２に、および更に制御用のスイッチング可能な構成要素６４に接続されている。

【0094】

制御ユニット６６は、電圧Ｖを連続的にまたは規則的な間隔で測定し、電圧Ｖが負でありかつ大きさに関して負の保護レベルＶ_ｎよりも大きくなった時点で、制御ユニット６６は、電圧Ｖが負放電分岐５８を介して低減されるように、スイッチング可能な構成要素６４をスイッチングする。

【0095】

図５ｂに示す実施形態では、第１の受動放電構成要素６０はガス放電管６３である。

【0096】

この実施形態では、負放電分岐５８はスイッチング可能な構成要素６４を有さず、完全に受動的である。この場合、負放電分岐５８は第２の受動放電構成要素６８を有する。したがって、中性セクション３４全体が受動的である。

【0097】

第２の受動放電構成要素６８も、パルス電流に耐えることができる。

【0098】

この場合、数に関する単語「第２の」は、第１の受動放電構成要素６０から区別するために使用されている。この使用は、負放電分岐５８が第１の受動放電構成要素も含むことは示唆していない。

【0099】

図５ｂに示す例示の実施形態では、第２の受動放電構成要素６８は、カソードが正の側３０に接続されておりアノードが負の側３２に接続されているダイオード７０である。

【0100】

図５ｂの例示の実施形態と実質的に同じである図５ｃの例示の実施形態では、第１の受動放電構成要素６０はスパーク・ギャップ７２である。

【0101】

この実施形態では、第２の受動放電構成要素６８は、複数の直列接続されたダイオード７４を含む。

【0102】

図５ｃには３つのダイオード７４が示されているが、所望の降伏電圧および／または順電圧を達成するために、当然ながら任意の数のダイオード７４が使用され得る。

【0103】

図６ａおよび図６ｂは第５の実施形態を示す。この第５の実施形態では、ＤＣネットワーク１０は単極性ＤＣネットワークではなく多極性ＤＣネットワーク、この場合は二極性ＤＣネットワークである。

【0104】

したがって、ＤＣ電源１２はこの実施形態ではやはり多極性ＤＣ電源１２、この場合は二極性ＤＣ電源である。

【0105】

同様に、ＤＣネットワーク１０のその他の構成要素、特にＤＣ回路構成１４、ＤＣ回路１６、およびサージ保護デバイス１８も、多極性となるように構成されている。

【0106】

動作のモードについては、以下に二極性ＤＣネットワークを参照して記載するが、これは当然ながら、４つ以上の電極を有するＤＣネットワークに拡張することができる。

【0107】

第１の電極２１および第２の電極２３に加えて、ＤＣ電源１２は第３の電極７６を有する。例えば、第１の電極２１はＬ＋と呼ばれ、第２の電極はＬ－と呼ばれ、第３の電極７６はＭと呼ばれる。第３の電極７６はまた、共通のゼロ電極と呼ばれる場合もある。

【0108】

通常動作電圧は、第１の電極２１と第３の電極７６の間で４００Ｖであり得、また第３の電極７６と第２の電極２３の間でも４００Ｖであり得る（図６ｂを参照）。第１の電極２１および第２の電極２３はその場合、８００Ｖの電位差を有する。

【0109】

したがって、ＤＣ回路１６は、３つの電流入力部または電流出力部２６、２７、８０を有する。

【0110】

この実施形態では、サージ保護デバイス１８は、２つの中性セクション３４と、３つの側、すなわち正の側３０および負の側３２に第３の側７８を加えたものと、を有する。

【0111】

第１の中性セクション３４は正の側３０と第３の側７８の間に設けられ、第２の中性セクション３４は負の側３２と第３の側７８の間に設けられる。

【0112】

この第５の実施形態の中性セクション３４は、既出の実施形態に従って形成され得る。

【0113】

図６ｂに示されている例では、中性セクション３４は、図５ｂの実施形態の中性セクションに対応している。ただし他のあらゆる実施形態も考えられる。

【0114】

したがって、第５の実施形態の中性セクション３４のモード動作も、先行する実施形態の中性セクション３４の場合と同じである。第１の中性セクション３４に関して、第３の側７８は既出の実施形態の負の側に対応しており、第２の中性セクション３４に関して、第３の側７８は正の側に対応している。

【0115】

このようにして、ＤＣ回路１６を、多極性ＤＣネットワーク１０においてさえ、確実に保護することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図6a】

【図6b】