(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の直列接続バリスタ対と、
互いに反対の極性で接続された第一の直列接続ダイオード対と、
第一端が前記第一の直列接続バリスタ対の間に接続され、第二端が前記第一の直列接続ダイオード対の間に接続された第一のスイッチング素子とを含む
サージ保護回路を備える
サージ保護デバイス。
【請求項２】
前記第一のスイッチング素子は、前記第一のスイッチング素子が作動している時に、前記第一のスイッチング素子の前記第一端から前記第二端の方向に電流を流す
請求項１に記載のサージ保護デバイス。
【請求項３】
前記第一のスイッチング素子はサイリスタ型の半導体である
請求項１に記載のサージ保護デバイス。
【請求項４】
電圧サージに応答して、前記第一のスイッチング素子を作動させる駆動回路をさらに備える
請求項１に記載のサージ保護デバイス。
【請求項５】
前記サージ保護回路は
第二の直列接続バリスタ対と、
第一端が第一の直列接続ダイオード対の間に接続され、第二端が第二の直列接続バリスタ対の間に接続された第二のスイッチング素子と
をさらに備える
請求項１に記載のサージ保護デバイス。
【請求項６】
前記第一のスイッチング素子は、前記第一のスイッチング素子が作動している時に、前記第一のスイッチング素子の前記第一端から前記第二端の方向に電流を流し、
前記第二のスイッチング素子は、前記第二のスイッチング素子が作動している時に、前記第二のスイッチング素子の前記第二端から前記第一端の方向に電流を流す
請求項５に記載のサージ保護デバイス。
【請求項７】
前記第一のスイッチング素子は、前記第一のスイッチング素子が作動している時に、前記第一のスイッチング素子の前記第二端から前記第一端の方向に電流を流し、
前記第二のスイッチング素子は、前記第二のスイッチング素子が作動している時に、前記第二のスイッチング素子の前記第一端から前記第二端の方向に電流を流す
請求項５に記載のサージ保護デバイス。
【請求項８】
前記第二のスイッチング素子は、サイリスタ型の半導体である
請求項５に記載のサージ保護デバイス。
【請求項９】
電圧サージに応答して前記第一および第二のスイッチング素子を作動させる駆動回路をさらに備える
請求項５に記載のサージ保護デバイス。
【請求項１０】
３つの直列接続バリスタと、
第一および第三の直列接続ダイオードと、
第一端が前記第一の直列接続ダイオードに接続され、第二端が前記第三の直列接続ダイオードに接続されており、前記第一および第三の直列接続ダイオードの極性とは反対の極性をもつ第二の直列接続ダイオードと、
第一端が前記第一および第二の直列接続ダイオードの間に接続され、第二端が第一および第二の直列接続バリスタの間に接続された第一のスイッチング素子と、
第一端が第二および第三の直列接続バリスタの間に接続され、第二端が前記第二および第三の直列接続ダイオードの間に接続された第二のスイッチング素子と、
を含む第一のサージ保護回路
を備えるサージ保護デバイス。
【請求項１１】
前記第一および第三の直列接続バリスタの最大連続電圧定格は、前記第二の直列接続バリスタの最大連続電圧定格の半分である
請求項１０に記載のサージ保護デバイス。
【請求項１２】
前記第一のスイッチング素子は、前記第一のスイッチング素子が作動している時に、前記第一のスイッチング素子の前記第一端から前記第二端の方向に電流を流し、
前記第二のスイッチング素子は、前記第二のスイッチング素子が作動している時に、前記第二のスイッチング素子の前記第一端から前記第二端の方向に電流を流す
請求項１０に記載のサージ保護デバイス。
【請求項１３】
電圧サージに応答して前記第一および第二のスイッチング素子を作動させる駆動回路をさらに備える
請求項１０に記載のサージ保護デバイス。
【請求項１４】
前記第一のサージ保護回路のミラー回路である第二のサージ保護回路をさらに備える
請求項１０に記載のサージ保護デバイス。
【請求項１５】
前記第二のサージ保護回路は、前記第一のサージ保護回路の隣に位置し、前記第一、第二、第三の直列接続ダイオードまたは前記第一、第二、第三の直列接続バリスタを前記第一のサージ保護回路と共有する
請求項１４に記載のサージ保護デバイス。
【請求項１６】
交互に配列した複数の第一および第二のサージ保護回路を備え、
隣り合う第一および第二のサージ保護回路は、第一、第二、第三の直列接続ダイオードまたは第一、第二、第三の直列接続バリスタを共有する
請求項１４に記載のサージ保護デバイス。
【請求項１７】
前記第一および第三の直列接続バリスタの最大連続電圧定格は、前記第二の直列接続バリスタの最大連続電圧定格の半分である
請求項１４に記載のサージ保護デバイス。
【請求項１８】
電圧サージに応答して、前記第一および第二のサージ保護回路の前記第一および第二のスイッチング素子を作動させる駆動回路をさらに備える
請求項１４に記載のサージ保護デバイス。
【請求項１９】
第一の直列接続バリスタ対と、
第二の直列接続バリスタ対と、
互いに反対の極性で接続された第一の直列接続ダイオード対と、
第一端が前記第一の直列接続バリスタ対の間に接続され、第二端が前記第一の直列接続ダイオード対の間に接続された第一のスイッチング素子と、
第一端が前記第一の直列接続ダイオード対の間に接続され、第二端が前記第二の直列接続バリスタ対の間に接続された第二のスイッチング素子とを含み、
前記第一および第二のスイッチング素子は反対の極性をもつ
第一のサージ保護回路を備えるとともに、
他の第一の直列接続バリスタ対と、
他の第二の直列接続バリスタ対と、
互いに反対の極性で接続され、前記第一のサージ保護回路の前記第一の直列接続ダイオード対とは逆の極性をもつ他の第一の直列接続ダイオード対と、
第一端が前記他の第一の直列接続バリスタ対の間に接続され、第二端が前記他の第一の直列接続ダイオード対の間に接続された他の第一のスイッチング素子と、
第一端が前記他の第一の直列接続ダイオード対の間に接続され、第二端が前記他の第二の直列接続バリスタ対の間に接続された他の第二のスイッチング素子とを含み、
前記他の第一および他の第二のスイッチング素子は反対の極性をもち、前記第一のサージ保護回路の前記第一および第二のスイッチング素子とは逆の極性をもつ
第二のサージ保護回路を備え、
複数の前記第一のサージ保護回路は、複数の前記第二のサージ保護回路と交互に接続され、隣り合う第一および第二のサージ保護回路は、前記第一の直列接続バリスタ対および前記他の第一の直列接続バリスタ対におけるバリスタの一つを共有し、前記第二の直列接続バリスタ対および前記他の第二の直列接続バリスタ対におけるバリスタの一つを共有し、前記第一の直列接続ダイオード対および前記他の第一の直列接続ダイオード対におけるダイオードの一つを共有する
サージ保護デバイス。
【請求項２０】
電圧サージに応答して、前記第一および第二のサージ保護回路の、前記第一および第二のスイッチング素子と、前記他の第一および他の第二のスイッチング素子とを作動させる
駆動回路をさらに備える
請求項１９に記載のサージ保護デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にはサージ保護の分野、より具体的にはバリスタを含んだサージ保護デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのサージ保護デバイスが、産業用配電機器に関連した電気的外乱をそらすための主な部品としてバリスタ（電圧依存抵抗器、またはＶＤＲとしても知られている）を利用している。バリスタは、“ダイオードのような”非線形の電流―電圧特性をもった電気部品である。バリスタの基本機能は、回路を保護するために残留電圧を制限している間に、電圧が過度になった場合、電流を著しく増加させることである。バリスタは過大な過渡電圧から回路を保護することによく用いられる。バリスタは、高電圧によって生じた電流が流れだすときに、その電流を繊細な部品から遠ざけるように回路に組み込まれる。
【０００３】
最も一般的なバリスタのタイプは金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）である。ＭＯＶは、二つの金属板（電極）によって挟まれた、金属酸化物（少量のビスマス、コバルト、マンガンなど）の母材の中に、酸化亜鉛のセラミック粒子の集合物を含んでいる。粒子とその隣の粒子との境界は、電流を一方向のみに流すダイオード接合を形成している。ランダムに方向付けられた粒子の集合物は、背中合わせのダイオードペアのネットワークと電気的に等価であり、各ダイオードペアは他の多くのペアと平行に配置される。電極間に低電圧が印加されたときは、ダイオード接合に逆漏れ電流が起こるため、小さな電流しか流れない。よって、ＭＯＶは開回路のようになる。電極間に印加される電圧が、ＭＯＶの“最大連続電圧定格”（ＭＣＯＶ）を超えたとき、ダイオード接合は熱電子放出と電子のトンネル効果との組み合わせによって崩壊し、大きな電流が流れる。このように振る舞う結果、高非線形の電流―電圧特性をもたらす。すなわち、ＭＯＶは低電圧時には絶縁体（高抵抗）となり、過渡電圧がＭＯＶの最大連続使用電圧を超えたときは導電体（低抵抗）となる。
【０００４】
最大連続電圧定格は、ＭＯＶの導通が始まる前に印加される交流または直流電圧の最大値として定義する。一度最大連続電圧定格を超えれば、ＭＯＶは導電体として電流を流し、発熱し始める。この状態では、ＭＯＶは最終的に熱暴走によって致命的な不良となる。この問題に対処するために、サージ保護デバイス（ＳＰＤ）の製造者は、ＭＯＶが故障する前に、ＭＯＶと供給電圧とを切断する熱機械的切断システムの組み込みを行っている。しかしながら、印加できる過電圧の大きさに関連して、熱機械的切断システムの使用には制限がある。もし、電圧が十分に高い場合は、ＭＯＶの発熱は非常に素早く、熱機械的切断システムは反応できない。これは、伝導電流の上昇率（di/dt）に起因している。この点で、電流がＭＯＶと“ホットスポット”と称される、ＭＯＶの中で電流密度が集中するエリアを介して消費され、それによってＭＯＶを破壊する。
【０００５】
さらに、ＭＯＶが低いコストで、相対的に高い過渡エネルギー吸収能力を提供していても、ＭＯＶは反復的なストレスによって徐々に劣化する。よって、ＭＯＶは、より頻繁に作動することで早く劣化することとなる。典型的なサージ保護デバイスにおいて、少なくとも１つのＭＯＶが保護のモード毎に採用され、時にはより高いサージ電流定格を達成するために２つ以上の並列したＭＯＶが用いられる。ＭＯＶの最大連続電圧定格は、最大限の保護を提供するために選択される。しかしながら、ＭＯＶの最大連続電圧定格は系統電圧に対して非常に高いことが必要であり、サージが起こったときにＭＯＶのみが作動することができる。サージが起こらずにＭＯＶが作動すると、ＭＯＶは疲労してより早く劣化する。一般的な設計では、意図しない作動を避けるために公称系統電圧１１５％のＭＯＶの最大連続電圧定格を選択している。
【０００６】
本発明は新しく、改善されたサージ保護デバイスであって、上記問題を解決し、例えば、ガス放電管（ＧＤＴｓ）または、ツェナーダイオードとシリコン制御整流子（ＳＣＲｓ）（サイリスタとしても知られている）を備えるクローバ回路を使用することなどの、従来技術における解決策の欠点を解決するものである。
【０００７】
本発明は上記問題の新しい解決策を提供し、既存の先行技術にはない効果をもたらす。
【発明の概要】
【０００８】
本発明によれば、第一の直列接続バリスタ対と、互いに反対の極性で接続された第一の直列接続ダイオード対と、第一端が前記第一の直列接続バリスタ対の間に接続され、第二端が前記第一の直列接続ダイオード対の間に接続された第一のスイッチング素子とを含むサージ保護回路を備えるサージ保護デバイスを提供する。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、３つの直列接続バリスタと、第一および第三の直列接続ダイオードと、第一端が前記第一の直列接続ダイオードに接続され、第二端が前記第三の直列接続ダイオードに接続され、前記第一および第三の直列接続ダイオードとは反対の極性をもつ第二のダイオードと、第一端が前記第一および第二の直列接続ダイオードの間に接続され、第二端が第一および第二の直列接続バリスタの間に接続された第一のスイッチング素子と、第一端が第二および第三の直接接続バリスタの間に接続され、第二端が前記第二および第三の直列接続ダイオードの間に接続された第二のスイッチング素子を含む第一のサージ保護回路を備えるサージ保護デバイスを提供する。
【００１０】
本発明のさらに別の態様によれば、（１）第一の直列接続バリスタ対と、第二の直列接続バリスタ対と、反対の極性で接続された第一の直列接続ダイオード対と、第一端が前記第一の直列接続バリスタ対の間に接続され、第二端が前記第一の直列接続ダイオード対の間に接続された第一のスイッチング素子と、第一端が前記第一の直列接続ダイオード対の間に接続され、第二端が前記第二の直列接続バリスタ対の間に接続された第二のスイッチング素子とを含み、前記第一および第二のスイッチング素子は反対の極性をもつ第一のサージ保護回路と、（２）第一の直列接続バリスタ対と、第二の直列接続バリスタ対と、反対の極性で接続され、前記第一のサージ保護回路の前記第一のダイオード対とは逆の極性をもつ第一の直列接続ダイオード対と、第一端が第一の前記直列接続バリスタ対の間に接続され、第二端が前記第一の直列接続ダイオード対の間に接続された第一のスイッチング素子と、第一端が前記第一の直列接続ダイオード対の間に接続され、第二端が前記第二の直列接続バリスタ対の間に接続された第二のスイッチング素子とを含み、前記第一および第二のスイッチング素子は反対の極性をもち、前記第一のサージ保護回路の前記第一および第二のスイッチング素子とは逆の極性をもつ第二のサージ保護回路とを備えるサージ保護デバイスを提供する。
【００１１】
本発明の効果は、過渡過電圧から負荷を保護するサージ保護デバイスを提供することである。
【００１２】
本発明の他の効果は、後続電流がないサージ保護デバイスを提供することである。
【００１３】
また、本発明の他の効果は、既定のトリップレベル、要求される電圧または最大電流容量、および可変サージ電流レベルに対処することに適したサージ保護デバイスを提供することである。
【００１４】
また、本発明の他の効果は、バリスタの疲労を最小にするサージ保護デバイスを提供することである。
【００１５】
さらに、本発明の他の効果は、従来のようにＭＯＶが単独で備えられた場合と比較して、ＭＯＶ最大連続ＡＣ電圧定格に対するＭＯＶクランプ電圧定格の割合を改善するサージ保護デバイスを提供することである。
【００１６】
さらに、本発明の他の効果は、基本セル設計を組み合わせることにより、高電圧、高放電電流、高エネルギーに容易に適用できる基本セル設計を有するサージ保護デバイスを提供することである。
【００１７】
また、本発明のさらなる効果は、必要な電圧または最大電流容量を達成するための、直列または並列に配列されたモジュラー回路を含むサージ保護デバイスを提供することである。これにより、製造コストの削減を求めるシステム設計者により高い柔軟性を提供する。
【００１８】
これらの効果および他の効果は、以下の明細書、付随の図面、添付の特許請求の範囲の記載を参照することで明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本発明は、明細書において詳細に記載され、本明細書の一部を形成した図面によって示される実施の形態に係る特定の部品および部品の配置の物理的形態をとることができる。
【００２０】
図１は、実施の形態１に係るサージ保護回路を有する静的サージ保護デバイスを示す概略図である。
【００２１】
図２（Ａ）は、９０度で正の電圧サージが起こった場合のＡＣ電圧の波形を示す。
【００２２】
図２（Ｂ）は、９０度で負の電圧サージが起こった場合のＡＣ電圧の波形を示す。
【００２３】
図３は、実施の形態２に係るサージ保護回路を有する静的サージ保護デバイスを示す概略図であって、実施の形態２は、エネルギー分散能力を向上させるために、実施の形態１を拡張したものである。
【００２４】
図４は、図３に示す静的サージ保護回路を交互に配列した回路を有する静的サージ保護デバイスを示す概略図である。
【００２５】
図５は、実施の形態３に係るサージ保護回路を有する静的サージ保護デバイスを示す概略図である。
【００２６】
図６は、実施の形態４に係るサージ保護回路を有する静的サージ保護デバイスを示す概略図であって、実施の形態４は、エネルギー分散能力を向上させるために、実施の形態３を拡張したものである。
【００２７】
図７は、実施の形態５に係るサージ保護回路を有する静的サージ保護デバイスを示す概略図であって、実施の形態５は、図４に示す交互に配列した回路を拡張したものであって、実施の形態５はエネルギー分散能力が向上する。
【発明の詳細な説明】
【００２８】
図面は単に本発明の実施の形態を図示する目的のために示すものであって、本発明はこれに限られない。図１は、駆動回路１０と実施の形態１に係るサージ保護回路２１とで構成された静的サージ保護デバイス２を示す。デバイス２はＡＣ回路（電源）とサージ保護が必要な負荷との間に接続されている。
【００２９】
本発明の一つの実施の形態では、駆動回路１０は過電圧クローバ検知回路を形成している。
【００３０】
回路２１は、一般的に直列接続バリスタ対４０ａ、４０ｂと、直列接続ダイオード対５０ａ、５０ｂと（反対の極性で接続されている）、バリスタ４０ａ、４０ｂとダイオード５０ａ、５０ｂとの間に接続された（サイリスタ３１の形態である）スイッチング素子とで構成されている。より具体的には、サイリスタ３１は第一端が直列接続バリスタ対４０ａ、４０ｂの間に接続され、第二端が直列接続ダイオード対５０ａ、５０ｂの間に接続されている。駆動回路１０は、後述するようにサイリスタ３１を作動させる（すなわちオンする）ために用いられる。
【００３１】
前述したように、図示の実施の形態においてはスイッチング素子がサイリスタ型の半導体（シリコン制御整流子またはＳＣＲとも称される）の形態をしている。しかし、スイッチング素子は、ガス放電管（ＧＤＴ）やツェナーダイオードとＳＣＲを有するクローバ回路などの別の適切な形態であってもよく、これらの形態に限られない。サイリスタの種類の中から、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）や逆導通サイリスタ（ＲＣＴ）、ＭＯＳ制御サイリスタなどのサイリスタ型の半導体を選択することが好ましいが、これらの形態に限られない。
【００３２】
サイリスタはゲートとアノードとカソードを有している。ゲートに少量の電流が流れたときは、アノードからカソードへ大きな電流が流れる。たとえゲートへの電流が止まったときでも、サイリスタはアノードからカソードへと電流を流し続ける。より具体的には、サイリスタが通常の“オフ”状態の場合、漏れ電流（すなわち０．１ｍＡ未満）に制限される。ゲート―カソード間電圧が特定のしきい値を超えると、サイリスタは“オン”（すなわち、作動状態）となり、アノードからカソードへと電流を流す。サイリスタは、たとえゲート電流が取り除かれた後であっても、サイリスタを流れる電流が“保持電流”以上を維持する限り“オン”状態を維持する。保持電流はサイリスタを“オン”状態に保持する負荷電流量の最小値である。適切な期間に電流が一度保持電流を下回ると、サイリスタは“オフ”となる。典型的な保持電流の値の範囲は１ｍＡ〜５０ｍＡ、またはそれ以上である。
【００３３】
図示の実施の形態において、バリスタ４０ａ、４０ｂは金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）の形態をとっている。小さな電圧または適度な電圧がバリスタの電極間に印加されると、バリスタを小さな電流のみが流れる。大きな電圧がバチスタの電極間に印加されると、バリスタを大きな電流が流れる。よって、バリスタは高非線形の電流―電圧特性をもち、低電圧の場合は高抵抗となり、高電圧の場合は低抵抗となる。バリスタが導通状態のときは、サージエネルギーは吸収され、バリスタにかかる電圧が、計測されたサージ電流の大きさに関連した所定の電圧レベルに制限される。すなわち“クランプ”される。
【００３４】
次にデバイス２の動作について詳細に説明する。通常動作状態中は、ＡＣ回路においてバリスタ４０ａ、４０ｂが直列であると“みれる”。バリスタ４０ａ、４０ｂは高抵抗モードであり、そのため開回路のようになる。駆動回路１０が、図２（Ａ）に示す（９０度の地点が描かれているが、波形のどの点においてもサージは起こりうる）正の電圧サージ（Ｓ１）を検出すると、駆動回路１０はサイリスタ３１をオンする。結果として電流は、電流経路Ａに示すように、バリスタ４０ａとサイリスタ３１とダイオード５０ａとを流れる。このとき、ＡＣ回路電圧がバリスタ最大連続電圧（ＭＣＯＶ）に等しいかそれ以上であるため、バリスタ４０ａに電流が流れる。順方向バイアスであるため、ダイオード５０ａにも電流が流れる。電流は抵抗が最低となる経路を通過するため、バリスタ４０ｂには電流が流れない。サイリスタ３１に流れる電流が０、または０付近となったとき、サイリスタ３１は自動的にオフする。結果として、ＡＣ回路は再びバリスタ４０ａ、４０ｂが直列であると“みれる”。
【００３５】
回路２１は、駆動回路１０が、図２（Ｂ）に示す（９０度の地点が描かれているが、波形のどの点においてもサージは起こりうる）負の電圧サージ（Ｓ２）を検出すると、同様の方法で応答する。このとき、駆動回路１０は、サイリスタ３１をオンし、電流は電流経路Ｂに示すように、バリスタ４０ｂとサイリスタ３１とダイオード５０ｂとを流れる。ＡＣ回路電圧がバリスタ最大連続電圧（ＭＣＯＶ）に等しいかそれ以上であるため、バリスタ４０ｂに電流が流れ、順方向バイアスであるため、ダイオード５０ｂにも電流が流れる。電流は抵抗が最低となる経路を通過するため、バリスタ４０ａには電流が流れない。サイリスタ３１に流れる電流が０、または０付近となったとき、サイリスタ３１は自動的にオフして、ＡＣ回路は再びバリスタ４０ａ、４０ｂが直列であると“みれる”。
【００３６】
回路２１は電流経路Ａまたは電流経路Ｂを通して過渡電流サージを逃がす。サージが発生している間は、二つのバリスタ４０ａ、４０ｂのどちらか一方のみが作動する。それによって、バリスタ４０ａ、４０ｂの疲労それぞれを少なくすることができる。換言すると、正の電圧サージが起こった場合はバリスタ４０ａのみが作動し、バリスタ４０ｂは負の電圧サージが起こった場合のみ作動するため、バリスタ４０ａ、４０ｂとで疲労が分けられている。そのため、正と負の電圧サージが現れるごとに、二つのバリスタ４０ａ、４０ｂのどちらか一方のみが作動する。よって、二つのバリスタ（すなわちバリスタ４０ａ、４０ｂ）が直列である通常動作時は、疲労がなく、電圧サージなどが検出された場合は、スイッチング素子（すなわちサイリスタ３１）が引き金となり、“クランピング”を提供するために、ただ一つのバリスタ（すなわちバリスタ４０ａまたはバリスタ４０ｂ）をオンする。
【００３７】
次に図３を参照する。図３は、駆動回路１０と実施の形態２に係るサージ保護回路２２Ａとで構成された静的サージ保護デバイス２Ａを示す。回路２２Ａは回路２１を拡張したものであり、分散することができるエネルギー量を増加させたものである。回路２２Ａは、一般的に、第一の直列接続バリスタ対４０ａ、４０ｂおよび第二の直列接続バリスタ対４２ａ、４２ｂと、直列接続ダイオード対５０ａ、５０ｂ（反対の極性で接続されている）と、サイリスタ３１、３２の形態としてのスイッチング素子とで構成されている。サイリスタ３１は、バリスタ４０ａ、４０ｂとダイオード５０ａ、５０ｂとの間に接続されており、サイリスタ３２は、ダイオード５０ａ、５０ｂとバリスタ４２ａ、４２ｂとの間に接続されている。より具体的には、サイリスタ３１は、第一端が第一の直列接続バリスタ対４０ａ、４０ｂの間に接続され、第二端が直列接続ダイオード対５０ａ、５０ｂの間に接続されている。サイリスタ３２は、第一端が直列接続ダイオード対５０ａ、５０ｂの間に接続され、第二端が第二の直列接続バリスタ対４２ａ、４２ｂに接続されている。
【００３８】
次に回路２２Ａの動作について詳細に説明する。通常動作状態時は、ＡＣ回路は直列接続バリスタ４０ａ、４０ｂと直列接続バリスタ４２ａ、４２ｂとが並列であると“みれる”。駆動回路１０が、図２（Ａ）に示す正の電圧サージ（Ｓ１）を検出すると、駆動回路１０はサイリスタ３１、３２をオンする。その結果、電流経路Ａに示すように、（１）バリスタ４０ａ、サイリスタ３１、ダイオード５０ａおよび（２）バリスタ４２ａ、サイリスタ３２、ダイオード５０ａに電流が流れる。よって、サージ電流がバリスタ４０ａと４２ａとで分割される。サイリスタ３１、３２に流れる電流が０または０付近となったとき、サイリスタ３１、３２は自動的にオフする。その結果、ＡＣ回路は再び直列接続バリスタ４０ａ、４０ｂと直列接続バリスタ４２ａ、４２ｂとが並列であると“みれる”。
【００３９】
駆動回路１０が、図２（Ｂ）に示す負の電圧サージ（Ｓ２）を検出した場合、回路２２Ａは同様の方法で応答する。この場合に、駆動回路１０はサイリスタ３１、３２をオンして、電流経路Ｂに示すように（１）バリスタ４０ｂ、サイリスタ３１、ダイオード５０ｂおよび（２）バリスタ４２ｂ、サイリスタ３２、ダイオード５０ｂに電流を流す。よって、サージ電流はバリスタ４０ｂと４２ｂとで分割される。サイリスタ３１、３２に流れる電流が０または０付近となったとき、サイリスタ３１、３２は自動的にオフし、ＡＣ回路は再び直列接続バリスタ４０ａ、４０ｂと直列接続バリスタ４２ａ、４２ｂとが並列であると“みれる”。
【００４０】
電圧サージ中にバリスタ対の間で電流を分割することにより、回路２２Ａ（図３）によって分散されるエネルギー量は、最大連続電圧定格が同じバリスタを全てに用いれば、回路２１（図１）によって分散されるエネルギー量の２倍となる。
【００４１】
図４は、サージ保護回路２２Ｂをもつ静的サージ保護デバイス２Ｂを示す。サージ保護回路２２Ｂは、図３に示すサージ保護回路２２Ａの回路構成を変更したものである。ここで、回路２２Ｂは、サイリスタ３１、３２の極性が逆であることと、ダイオード５０ａ、５０ｂの配置が変更されている（極性が逆となる）こととを除いては、回路２２Ａと同じ構成をもっている。その結果、ダイオード５０ａ、バリスタ４０ｂ、４２ｂを通過する電流経路Ａおよびダイオード５０ｂ、４０ａ、４２ａを通過する電流経路Ｂに電流が流れる。
【００４２】
次に図５を参照する。図５は、実施の形態３に係るサージ保護回路２３と、駆動回路１０とを備える静的サージ保護デバイス３を示す。回路２３は一般的には、直列接続バリスタ８０ａ、８０ｂ、８０ｃと、直列接続ダイオード７０ａ、７０ｂ、７０ｃと、サイリスタ６１、６２の形態のスイッチング素子とで構成されている。ダイオード７０ａはダイオード７０ｂ、７０ｃと反対の極性で接続されている。サイリスタ６１、６２は、バリスタ８０ａ〜８０ｃとダイオード７０ａ〜７０ｃの間に、並列に接続されている。より具体的には、サイリスタ６１は第一端がダイオード７０ａと７０ｂとの間に接続され、第二端がバリスタ８０ａと８０ｂとの間に接続されている。図示の実施の形態において、バリスタ８０ｂと８０ｃの最大連続電圧定格はそれぞれ、バリスタ８０ａの最大連続電圧定格の半分に略等しい。バリスタ８０ａ、８０ｂ、８０ｃは全て同じピーク電流定格である。よって、共に用いられるバリスタ８０ｃとバリスタ８０ｂとの最大連続電圧定格は、単独で用いられるバリスタ８０ａの最大連続電圧定格と略等しい。
【００４３】
正の電圧サージが起こった場合、駆動回路１０は、サイリスタ６１、６２をオンして、電流経路Ａに示すように、ダイオード７０ｂ、サイリスタ６１、バリスタ８０ａ、ダイオード７０ｃに電流を流す。同様に、負の電圧サージが起こった場合、駆動回路１０は、サイリスタ６１、６２をオンして、電流経路Ｂ示すように、ダイオード７０ａ、直列接続バリスタ８０ｃ、８０ｂに電流を流す。バリスタ８０ｂ、８０ｃの最大連続電圧定格はそれぞれ、バリスタ８０ａの最大連続電圧定格のほぼ半分であるため、一緒に用いられるバリスタ８０ｂ、８０ｃの最大連続電圧定格の合計は、単独で用いられるバリスタ８０ａの最大連続電圧定格とおよそ等しい。サイリスタ３１、３２に流れる電流が０または０付近となったとき、サイリスタ３１、３２は自動的にオフし、ＡＣ回路は再びバリスタ８０ａ、８０ｂ、８０ｃが直列であるように“みれる”。この構成によれば、サージ電圧が正の場合はバリスタ８０ａのみが作動し、サージ電圧が負の場合はバリスタ８０ｂと８０ｃのみが作動するため、バリスタにかかる圧力を低減することができる。電圧サージが起こった各時間において、バリスタ８０ａ、８０ｂ、８０ｃが全て作動することはなく、そのため、個々のバリスタに対して、作動サイクルのストレスを軽減することができる。
【００４４】
図６に実施の形態４に係るサージ保護回路１２３の概略図を示す。回路１２３は回路２３（図５参照）を拡張したものであり、そのためエネルギー分散能力を増加させる。静的サージ保護デバイス４は回路１２３と関連スイッチ駆動回路１０とで構成されている。
【００４５】
回路１２３は前述した回路２３の複合である。特には、回路１２３は、隣り合う複数のミラー回路２３（図６の回路２３Ａ）を“重ね合わせた”多数の回路２３で構成されている。換言すると、回路１２３は、回路２３と回路２３Ａとを交互に直列した構成である。また、隣り合う回路２３と２３Ａは直列接続ダイオード７０ａ、７０ｂ、７０ｃまたはバリスタ８０ａ、８０ｂ、８０ｃを共有する。
【００４６】
通常動作時は、ＡＣ回路は、回路２３、２３Ａのそれぞれの直列接続バリスタ８０ｂ、８０ａ、８０ｃが並列であるとして“みれる”。正のサージ電圧が起こった場合は、駆動回路１０は回路１２３のサイリスタ６１、６２をオンし、電流経路Ａに示すダイオード７０ｂ、サイリスタ６１、６２、バリスタ８０ａ、ダイオード７０ｃに電流を流す。同様に、負のサージ電圧が起こった場合も、駆動回路１０は回路１２３のサイリスタ６１、６２をオンし、電流経路Ｂに示すバリスタ８０ｂ、８０ｃ、サイリスタ６１、６２、ダイオード７０ａに電流を流す。サイリスタ６１、６２に流れる電流が０または０付近となったとき、サイリスタ６１、６２は自動的にオフし、ＡＣ回路は再び、回路１２３の多数の直列接続バリスタ８０ｂ、８０ａ、８０ｃを“みれる”。
【００４７】
回路１２３は、単独で用いられる回路２３と比較してバリスタの数を増加した。その結果、回路１２３は、電圧サージ時により多くのエネルギー（より高い電圧）を分散する。さらに、電流経路ＡおよびＢは、それぞれ並列の電流経路であって、正および負の電圧サージに応答するものであるため、回路１２３はバリスタのストレスを軽減する。よって、過電圧が起こった場合でも多数のバリスタによってサージ電流を分割することができる。
【００４８】
図７に実施の形態５に係る静的サージ保護回路１２２の概略図を示す。回路１２２は基本的に回路２２Ａ、２３Ｂ（図３、図４）を拡張したものであり、これによって、エネルギー分散能力を増加する。静的サージ保護デバイス５は回路１２２と関連スイッチ駆動回路１０とで構成されている。
【００４９】
回路１２２は基本的に前述した回路２２Ａと２２Ｂの複合である。特には、回路１２２は、図７に示すように、多数の回路２２Ａと多数の回路２２Ｂとが隣り合って重なっている構成である。換言すると、回路１２２は回路２２Ｂと２２Ａとが交互に直列接続された構成であり、隣り合う回路２２Ｂと２２Ａとでバリスタ４０、ダイオード５０ａまたは５０ｂ、バリスタ４２を共有する。通常動作時は、ＡＣ回路は、回路２２Ａ、２２Ｂの直列接続バリスタ４０と直列接続バリスタ４２を“みれる”。
【００５０】
正の電圧サージが起こった場合は、駆動回路１０はサイリスタ３１、３２および回路１２２を全てオンし、電流経路Ａに示すように電流を流す。同様に、負のサージ電圧が起こった場合は、駆動回路１０はサイリスタ３１、３２および回路１２２を全てオンし、電流経路Ｂに示すように電流を流す。サイリスタ３１、３２に流れる電流が０または０付近となったとき、サイリスタ３１、３２は自動的にオフし、ＡＣ回路は再び、複数の直列接続バリスタ４０と直列接続バリスタ４２の並列であるように“みえる”。
【００５１】
図７に示す実施の形態では、六個の直列接続バリスタ４０、六個の直列接続バリスタ４２がある。よって、サイリスタ３１、３２がオンとなる時、三個の直列接続バリスタ４０と三個の直列接続バリスタ４２に電流が流れる。すべてのサイリスタ３１、３２がオフとなるとき、ＡＣ回路は六個の直列接続バリスタ４０が六個の直接接続バリスタ４２と並列であるように“みれる”。そのため、Ｎ個直列接続バリスタ４０とＮ個直列接続バリスタ４２に拡張した回路１２２は、サイリスタ３１、３２をオンすることで、Ｎ／２個の直接接続バリスタ４０とＮ／２個の直接接続バリスタ４２に電流を流す。サイリスタ３１、３２が全てオフになると、ＡＣ回路はＮ個の直接接続バリスタ４０がＮ個の直接接続バリスタ４２と並列であるように“みれる”。
【００５２】
回路１２２は、図３および図４にそれぞれ示される回路２２Ａ、２２Ｂと比較して、バリスタの数を増やしている。よって、回路１２２は電圧サージ時により多くのエネルギー（より高い電圧）を分散する。さらに、電流経路ＡおよびＢはそれぞれ並列の電流経路であって、正および負のサージ電圧に対する応答であるため、回路１２２はバリスタにかかるストレスを軽減する。これにより、過電圧が起こっても、多数のバリスタでサージ電流を分割する。
【００５３】
前述した各実施の形態において、バリスタを追加してサージ保護回路を拡張してもよい。さらに、各バリスタの最大連続電圧定格はサージ保護を十分に達成できるように選択されることが望ましい。
【００５４】
前述した説明には本発明の実施の形態の一例を記載した。これらの実施の形態は例示の目的のみのために記載されており、本発明の範囲と精神から離れることなしに、多数の代替と変更が当業者によって行われる。変更と代替は全て、クレームされた発明の範囲またはそれと均等な範囲に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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