(57)【要約】  本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置及び消弧装置は電気分野に属し、特に電気式消弧装置に適用するパワーデバイスを駆動するための消弧用パワーデバイスの駆動装置である。駆動されるパワーデバイスと、消弧される機械スイッチとが並列接続される消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧検出スイッチを備え、前記第１の電圧検出スイッチの入力端子は、前記パワーデバイスの両端子に接続され、 前記第１の電圧検出スイッチは、前記パワーデバイスの駆動回路に直列接続され、前記第１の電圧検出スイッチは、前記パワーデバイスの両端子に電位差があると検出した場合にオンになり、前記第１の電圧検出スイッチは、駆動信号を前記パワーデバイスに伝達して、前記パワーデバイスをオンに駆動し、前記第１の電圧検出スイッチは、非自己消弧型スイッチ、又は、閾値が前記パワーデバイスのオン電圧よりも小さい自己消弧型スイッチである。本発明は、高耐圧の半導体デバイスを不要とし、機械スイッチの切断をリアルタイムに検出可能で、駆動消費エネルギーが少ないという利点がある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動されるパワーデバイスと、消弧される機械スイッチとが並列接続される消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧検出スイッチを備え、前記第１の電圧検出スイッチの入力端子は、前記パワーデバイスの両端子に接続され、 前記第１の電圧検出スイッチは、前記パワーデバイスの駆動回路に直列接続され、前記第１の電圧検出スイッチは、前記パワーデバイスの両端子に電位差があると検出した場合にオンになり、前記第１の電圧検出スイッチは、駆動信号を前記パワーデバイスに伝達して、前記パワーデバイスをオンに駆動し、前記第１の電圧検出スイッチは、非自己消弧型スイッチ、又は、閾値が前記パワーデバイスのオン電圧よりも小さい自己消弧型スイッチであることを特徴とする消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２】
前記第１の電圧検出スイッチの入力回路と、前記第１の電圧検出スイッチの出力回路と、前記パワーデバイスとの間は、絶縁分離されないことを特徴とする請求項１に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３】
前記第１の電圧検出スイッチは、第２の電流制限素子と、半導体スイッチとを備え、前記パワーデバイスの両端子の電位差の信号は、前記第２の電流制限素子を介して前記半導体スイッチの制御端子に伝達され、前記半導体スイッチは、前記駆動回路に直列接続され、前記第２の電流制限素子は、抵抗又はコンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項４】
前記半導体スイッチは、トランジスタでサイリスタ等価回路を駆動する回路、又は、サイリスタ等価回路、又は、サイリスタであることを特徴とする請求項３に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項５】
前記サイリスタ等価回路又は前記サイリスタは、前記駆動回路に直列接続されていることを特徴とする請求項４に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項６】
前記サイリスタ等価回路は、ＰＮＰ型トランジスタと、ＮＰＮ型トランジスタとを備え、前記ＰＮＰ型トランジスタのベースは、前記ＮＰＮ型トランジスタのコレクタに接続され、前記ＰＮＰ型トランジスタのコレクタは、前記ＮＰＮ型トランジスタのベースに接続され、前記ＰＮＰ型トランジスタのエミッタ及び前記ＮＰＮ型トランジスタのエミッタは、前記駆動回路に直列接続されていることを特徴とする請求項５に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項７】
第１のコンデンサを備え、前記第１の電圧検出スイッチの制御端子は、前記パワーデバイスの第１の端子に接続され、前記第１のコンデンサは、前記第１の電圧検出スイッチ、前記パワーデバイスの第２の端子、第３の端子を介して駆動回路を形成し、前記第１のコンデンサは、前記第１のコンデンサに充電するためのスイッチ又は第１の電流制限素子に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項８】
前記第１の電圧検出スイッチは、第１の電圧検出スイッチの最小オン電流になるまでに前記第１のコンデンサに放電させることを特徴とする請求項７に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項９】
前記パワーデバイスは、単方向サイリスタ、又は、双方向サイリスタであり、前記消弧用パワーデバイスの駆動装置は、単方向導通素子と、第１の電圧安定化素子とをさらに備え、前記第１の電流制限素子、前記単方向導通素子及び前記第１のコンデンサは直列接続されて直列回路が形成され、前記直列回路の一端は、給電電源に接続され、前記直列回路の他端は、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第１のコンデンサは、前記第１の電圧検出スイッチ、前記パワーデバイスの第２の端子及び前記パワーデバイスの第３の端子を介して駆動回路を形成し、前記第１の電圧安定化素子は、前記第１のコンデンサに並列接続されているか、又は前記第１の電圧安定化素子は、前記単方向導通素子を介して前記第１のコンデンサに並列接続されていることを特徴とする請求項７に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１０】
前記第１の電圧検出スイッチは、全波電圧検出回路であることを特徴とする請求項９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１１】
前記給電電源は、前記パワーデバイスが配置された電力網により非絶縁的に供給されることを特徴とする請求項９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１２】
前記給電電源は、中性線である、又は、前記パワーデバイスの第３の端子に対して別の相の電源であることを特徴とする請求項９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか１項に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置を備え、前記パワーデバイスと、第１のピンと、第２のピンと、第３のピンとをさらに備え、前記消弧用パワーデバイスの駆動装置及び前記パワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、前記第１のピン、前記第２のピンはそれぞれ、前記パワーデバイスの第１の端子、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第３のピンは、前記直列回路の第１の電流制限素子端に接続されていることを特徴とする消弧装置。
【請求項１４】
第２のコンデンサと、第１の光電スイッチとをさらに備え、前記第１の電圧検出スイッチは、電圧ゼロクロス検出スイッチであり、前記第１のコンデンサは、前記第１の光電スイッチ、前記第１の電圧検出スイッチ、前記パワーデバイスの第２の端子及び前記パワーデバイスの第３の端子を介して駆動回路を形成し、前記機械スイッチが閉じられる前に、前記第１の光電スイッチがオンになり、前記第１のコンデンサの電荷が前記第１の光電スイッチを介して前記第２のコンデンサに蓄積され、前記第１の電圧検出スイッチがオンになるとき、第１のコンデンサの電荷が、前記第１の光電スイッチ及び前記第１の電圧検出スイッチを介して、前記パワーデバイスをオンに駆動し、その後、前記機械スイッチが閉じられ、前記第１の電圧検出スイッチがオフになり、前記機械スイッチにより遮断する場合、前記第１の光電スイッチがオフになり、前記第１の電圧検出スイッチがオンになり、前記第２のコンデンサが前記第１の電圧検出スイッチを介して、前記パワーデバイスをオンに駆動することを特徴とする請求項９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１５】
前記第１の光電スイッチの制御端子は、電流制限素子を介して前記機械スイッチの制御端子に接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１６】
第２の光電スイッチを備え、前記第２の光電スイッチは、サイリスタ出力付きのフォトカプラ、又はフォトカプラでサイリスタ等価回路を駆動するものであり、前記第２の光電スイッチの制御端子は、前記第１の電圧検出スイッチに接続され、前記第２の光電スイッチの出力端子は、前記機械スイッチの制御コイルに直列接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１７】
前記パワーデバイスは、サイリスタであり、前記第１の電圧検出スイッチは、第２の電流制限素子と、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタとを備え、前記第２のトランジスタのエミッタは、前記第３のトランジスタのベースに接続され、前記第２のトランジスタのベースは、前記第３のトランジスタのエミッタに接続され、前記第２のトランジスタのコレクタは、前記第１のトランジスタのベースに接続され、前記第４のトランジスタのベースは、前記第３のトランジスタのコレクタに接続され、前記第４のトランジスタのコレクタは、前記第２のトランジスタのエミッタに接続され、前記第４のトランジスタのエミッタは、前記第１のトランジスタのベースに接続され、前記第２のトランジスタのベースは、前記第２の電流制限素子を介して前記パワーデバイスの第１の端子に接続され、前記第２のトランジスタのエミッタは、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第１のトランジスタのエミッタ及び前記第１のトランジスタのコレクタは、前記駆動回路に直列接続されていることを特徴とする請求項１に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１８】
第５のトランジスタをさらに備え、前記第５のトランジスタのベースは、前記第１のトランジスタのコレクタに接続され、前記第５のトランジスタのコレクタは、前記第１のトランジスタのベースに接続され、前記第５のトランジスタのエミッタは、前記駆動回路に直列接続されていることを特徴とする請求項１７に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１９】
前記パワーデバイスは、サイリスタであり、前記第１の電圧検出スイッチは、第２の電流制限素子と、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタとを備え、前記第２のトランジスタのエミッタは、前記第３のトランジスタのベースに接続され、前記第２のトランジスタのベースは、前記第３のトランジスタのエミッタに接続され、前記第２のトランジスタのコレクタは、前記第１のトランジスタのベースに接続され、前記第４のトランジスタのベースは、前記第３のトランジスタのコレクタに接続され、前記第４のトランジスタのコレクタは、前記第２のトランジスタのエミッタに接続され、前記第４のトランジスタのエミッタは、前記第１のトランジスタのベースに接続され、前記第２のトランジスタのベースは、前記第２の電流制限素子を介して前記パワーデバイスの第１の端子に接続され、前記第１のトランジスタのコレクタは、前記第２のトランジスタのベースに接続され、前記第２のトランジスタのエミッタは、前記パワーデバイスの第２の端子に接続され、前記第１のトランジスタのエミッタ及び前記第２のトランジスタのエミッタは、前記パワーデバイスの駆動回路に直列接続されていることを特徴とする請求項１に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２０】
第２の電圧検出スイッチをさらに備え、
前記第１の電圧検出スイッチ、前記パワーデバイスの第２の端子及び前記パワーデバイスの第３の端子は、前記パワーデバイスの駆動回路を形成し、
前記第１の電圧検出スイッチの制御端子は、前記パワーデバイスの第１の端子に接続され、
前記第２の電圧検出スイッチの両端子はそれぞれ、前記パワーデバイスの第２の端子、前記パワーデバイスの第３の端子に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２１】
前記第２の電圧検出スイッチは、前記第１の電圧検出スイッチに直列接続されて第１の直列回路が形成され、前記第２の電圧検出スイッチの制御端子は、前記第１の直列回路の第１の電圧検出スイッチ端に接続されていることを特徴とする請求項２０に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２２】
前記第２の電圧検出スイッチは、前記駆動信号の電圧により前記パワーデバイスが飽和状態にならない場合に、オンになることを特徴とする請求項２０に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２３】
前記第２の電圧検出スイッチは、抵抗と、トランジスタとを備えることを特徴とする請求項２０に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２４】
前記第２の電圧検出スイッチは、第３の電圧安定化素子と、第６のトランジスタと、第７のトランジスタと、第１１の抵抗と、第１２の抵抗と、第１３の抵抗とを備え、前記第６のトランジスタのコレクタは、前記第７のトランジスタのベースに接続され、前記第６のトランジスタのコレクタは、前記第１２の抵抗を介して前記第７のトランジスタのコレクタに接続され、前記第７のトランジスタのコレクタ及び第７のトランジスタのエミッタは、前記第２の電圧検出スイッチの主回路端であり、前記第１３の抵抗、前記第３の電圧安定化素子及び前記第６のトランジスタのベースは前記第６のトランジスタのエミッタに直列接続されて第４の直列回路が形成され、前記第４の直列回路は、前記第１のコンデンサに並列接続され、前記第１１の抵抗の両端はそれぞれ、前記第６のトランジスタのベース、前記第６のトランジスタのエミッタに接続され、前記第６のトランジスタのエミッタは、前記第７のトランジスタのエミッタに接続されていることを特徴とする請求項２０に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２５】
前記第２の電圧検出スイッチは、第３の電圧安定化素子と、第６のトランジスタと、第７のトランジスタと、第１１の抵抗と、第１２の抵抗と、第１３の抵抗と、第４のコンデンサとを備え、前記第６のトランジスタのコレクタは、前記第７のトランジスタのベースに接続され、前記第６のトランジスタのコレクタは、前記第１２の抵抗を介して前記第７のトランジスタのコレクタに接続され、前記第７のトランジスタのコレクタ及び前記第７のトランジスタのエミッタは、前記第２の電圧検出スイッチの主回路端であり、前記第１３の抵抗、前記第３の電圧安定化素子及び前記第６のトランジスタのベースは前記第６のトランジスタのエミッタに直列接続されて直列回路が形成され、前記直列回路は、前記第２の電圧検出スイッチの主回路端に並列接続され、前記第１１の抵抗の両端はそれぞれ、前記第６のトランジスタのベース、前記第６のトランジスタのエミッタに接続され、前記第６のトランジスタのエミッタは、前記第７のトランジスタのエミッタに接続され、前記第４のコンデンサの両端はそれぞれ、前記第７のトランジスタのベース、前記第７のトランジスタのエミッタに接続されていることを特徴とする請求項２０に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２６】
第１の半導体スイッチと、第１の電流制限素子と、第１のコンデンサとを備え、前記第１の半導体スイッチ、前記第１のコンデンサ及び前記第１の電流制限素子は順次直列接続されて第２の直列回路が形成され、前記第２の直列回路は、前記機械スイッチの負荷に並列接続され、前記第２の直列回路の前記第１の半導体スイッチ端は、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第１の半導体スイッチと前記第１のコンデンサとの共通端は、前記パワーデバイスの第２の端子に接続され、前記第１の半導体スイッチ及び前記第１のコンデンサが直列接続されてなる第３の直列回路は、前記第１の電圧検出スイッチに並列接続されていることを特徴とする請求項２０に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２７】
第１の電圧安定化素子を備え、前記第１の電圧安定化素子は、前記第１のコンデンサに並列接続されているか、又は前記第１の電圧安定化素子は、前記第１の半導体スイッチを介して前記第１のコンデンサに並列接続されていることを特徴とする請求項２６に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２８】
前記第１の半導体スイッチは、ダイオードであり、前記ダイオードのカソードは、前記第１のコンデンサに接続され、前記パワーデバイスは、直流の消弧に用いられることを特徴とする請求項２６に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２９】
前記第１の電圧検出スイッチは、トリガスイッチと、トランジスタと、第３のコンデンサとを備え、前記トリガスイッチは、前記第３の直列回路に並列接続され、前記パワーデバイスの第３の端子と前記パワーデバイスの第１の端子との間の電位差の信号は、前記第３のコンデンサ及び前記トランジスタにより増幅された後に前記トリガスイッチのトリガ極に伝達されることを特徴とする請求項２６に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３０】
前記トリガスイッチは、サイリスタ、又は、サイリスタ等価回路であることを特徴とする請求項２９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３１】
請求項２６〜３０のいずれか１項に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置を備え、前記パワーデバイスと、第１のピンと、第２のピンと、第３のピンとをさらに備え、前記消弧用パワーデバイスの駆動装置及び前記パワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、前記第１のピン、前記第２のピンはそれぞれ、前記パワーデバイスの第１の端子、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第３のピンは、前記第２の直列回路の第１の電流制限素子端に接続されていることを特徴とする消弧装置。
【請求項３２】
前記第１の電圧検出スイッチをイネーブルにするためのフォトカプラをさらに備え、前記フォトカプラの制御端子は、前記機械スイッチの制御端子に接続されていることを特徴とする請求項２６〜３０のいずれか１項に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３３】
請求項３２に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置を備え、前記パワーデバイスと、第１のピンと、第２のピンと、第３のピンと、第４のピンと、第５のピンとをさらに備え、前記フォトカプラ、前記消弧用パワーデバイスの駆動装置及び前記パワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、前記第１のピン、前記第２のピンはそれぞれ、前記パワーデバイスの第１の端子、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第３のピンは、前記第２の直列回路の第１の電流制限素子端に接続され、前記第４のピン及び前記第５のピンは、前記フォトカプラの制御端子に接続されていることを特徴とする消弧装置。
【請求項３４】
制御ユニットと、第１のフォトカプラと、第２のフォトカプラとをさらに備え、前記第１のフォトカプラの出力端子及び前記第２のフォトカプラの制御端子は、前記第１の電圧検出スイッチに接続され、前記第２のフォトカプラの出力信号は、前記制御ユニットに出力され、前記第１のフォトカプラの制御端子は、前記制御ユニットに接続されていることを特徴とする請求項１又は２０に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３５】
前記パワーデバイスは、電圧制御型デバイスであることを特徴とする請求項２０に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３６】
前記パワーデバイスは、電界効果トランジスタ、又は、ＩＧＢＴであることを特徴とする請求項３５に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３７】
前記パワーデバイスは、直流の消弧に用いられ、前記消弧用パワーデバイスの駆動装置は、第１の半導体スイッチと、第１の電流制限素子と、第１のコンデンサとを備え、前記第１の半導体スイッチ、前記第１のコンデンサ及び前記第１の電流制限素子は順次直列接続されて第２の直列回路が形成され、前記第２の直列回路は、前記機械スイッチの負荷に並列接続され、前記第２の直列回路の第１の半導体スイッチ端は、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第１の半導体スイッチと前記第１のコンデンサとの共通端は、前記パワーデバイスの第２の端子に接続され、前記第１の半導体スイッチ及び前記第１のコンデンサが直列接続されてなる第３の直列回路は、前記第１の電圧検出スイッチに並列接続されていることを特徴とする請求項１に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３８】
前記第１の電圧検出スイッチは、トリガスイッチと、トランジスタと、第３のコンデンサとを備え、前記トリガスイッチは、前記第３の直列回路に並列接続され、前記パワーデバイスの第３の端子と前記パワーデバイスの第１の端子との間の電位差の信号は、前記第３のコンデンサ及び前記トランジスタにより増幅された後に前記トリガスイッチのトリガ極に伝達されることを特徴とする請求項３７に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３９】
前記トリガスイッチは、サイリスタ、又は、サイリスタ等価回路であることを特徴とする請求項３７に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項４０】
前記第１の半導体スイッチは、ダイオードであり、前記ダイオードのカソードは、前記第１のコンデンサに接続されていることを特徴とする請求項３７に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項４１】
第１の電圧安定化素子を備え、前記第１の電圧安定化素子は、前記第１のコンデンサに並列接続されているか、又は前記第１の電圧安定化素子は、前記第１の半導体スイッチを介して前記第１のコンデンサに並列接続されていることを特徴とする請求項３７に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項４２】
前記第２の電圧検出スイッチをさらに備え、
前記第１の電圧検出スイッチ、前記パワーデバイスの第２の端子及び前記パワーデバイスの第３の端子は、前記パワーデバイスの駆動回路を形成し、
前記第１の電圧検出スイッチの制御端子は、前記パワーデバイスの第１の端子に接続されており、
前記第２の電圧検出スイッチの両端子はそれぞれ、前記パワーデバイスの第２の端子、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、 前記第２の電圧検出スイッチは、前記駆動信号の電圧により前記パワーデバイスが飽和状態にならない場合に、オンになることを特徴とする請求項３７に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項４３】
前記パワーデバイスは、電圧制御型デバイスであることを特徴とする請求項４２に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項４４】
前記パワーデバイスは、電界効果トランジスタ、又は、ＩＧＢＴであることを特徴とする請求項４３に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項４５】
請求項３７〜４４のいずれか１項に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置を備え、前記パワーデバイスと、第１のピンと、第２のピンと、第３のピンとをさらに備え、前記消弧用パワーデバイスの駆動装置及び前記パワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、前記第１のピン、前記第２のピンはそれぞれ、前記パワーデバイスの第１の端子、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第３のピンは、前記第２の直列回路の第１の電流制限素子端に接続されていることを特徴とする消弧装置。
【請求項４６】
前記第１の電圧検出スイッチをイネーブルにするためのフォトカプラをさらに備え、前記フォトカプラの制御端子は、前記機械スイッチの制御端子に接続されていることを特徴とする請求項３７〜４４のいずれか１項に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項４７】
請求項４６に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置を備え、前記パワーデバイスと、第１のピンと、第２のピンと、第３のピンと、第４のピンと、第５のピンとをさらに備え、前記フォトカプラ、前記消弧用パワーデバイスの駆動装置及び前記パワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、前記第１のピン、前記第２のピンはそれぞれ、前記パワーデバイスの第１の端子、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第３のピンは、前記第２の直列回路の第１の電流制限素子端に接続され、前記第４のピン及び前記第５のピンは、前記フォトカプラの制御端子に接続されていることを特徴とする消弧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置及び消弧装置は、電気分野に属し、特に機械スイッチの電気式消弧装置に適用するパワーデバイスを駆動するための消弧用パワーデバイスの駆動装置及び機械スイッチの消弧に用いられる消弧装置である。
【背景技術】
【０００２】
現在、電気制御システムにおいて、リレー等の機械スイッチで負荷を遮断制御するとき、遮断時のアークが大きいため、機械スイッチの電気寿命が非常に短いという欠点がある。このため、パワーデバイスと機械スイッチとを並列接続する電気式消弧装置が登場した。例えば、特許番号がＣＮ０１２０１９０７．０で、名称が「電気式消弧装置」である特許文献と、特許番号がＣＮ２００９１０３０６６０８．６で、名称が「光カプラに基づく混合式交流接触器パッシブスイッチ駆動制御装置」である特許文献との２つの特許文献に開示されたように、サイリスタ（パワーデバイス）と接触器の機械スイッチとが並列接続され、制御回路が接触器の制御コイルに接続される。接触器の機械スイッチで遮断する前に、サイリスタをオンにする制御信号が与えられて、接触器の制御コイルは電力供給が遮断される。機械スイッチを切断するとき、サイリスタがオンになり、制御回路のフィルタコンデンサの放電により、オンしたサイリスタをオフする制御信号が遅れ、サイリスタがオフになり、アーク無しの遮断が完了する。
【０００３】
前記電気式消弧装置は、下記の欠点を有する。
【０００４】
接触器の機械スイッチを切断する前に、制御回路から、サイリスタをオンにする制御信号を予め与える必要がある。
【０００５】
サイリスタ（パワーデバイス）の駆動信号が、その主回路から半導体スイッチを介して与えられるので、半導体スイッチは、耐圧要求が高く、信頼性が低く、破壊されやすい。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、従来の電気式の消弧用パワーデバイスの駆動の不足に対して、耐圧要求がなく、機械スイッチの切断をリアルタイムに検出可能で、コストパフォーマンスの高い消弧用パワーデバイスの駆動装置及び消弧装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の目的は、以下の技術的手段により達成される。
【０００８】
駆動されるパワーデバイスと、消弧される機械スイッチとが並列接続される消弧用パワーデバイスの駆動装置であって、第１の電圧検出スイッチを備え、第１の電圧検出スイッチの入力端子は、パワーデバイスの両端子に接続され、 第１の電圧検出スイッチは、パワーデバイスの駆動回路に直列接続され、第１の電圧検出スイッチは、パワーデバイスの両端子に電位差があると検出した場合にオンになり、第１の電圧検出スイッチは、駆動信号をパワーデバイスに伝達して、パワーデバイスをオンに駆動し、第１の電圧検出スイッチは、非自己消弧型スイッチ、又は、閾値がパワーデバイスのオン電圧よりも小さい自己消弧型スイッチである消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【０００９】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧検出スイッチの入力回路と、第１の電圧検出スイッチの出力回路と、パワーデバイスとの間は、絶縁分離されない。
【００１０】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧検出スイッチは、第２の電流制限素子と、半導体スイッチとを備え、パワーデバイスの両端子の電位差の信号は、第２の電流制限素子を介して半導体スイッチの制御端子に伝達され、半導体スイッチは、駆動回路に直列接続され、第２の電流制限素子は、抵抗又はコンデンサである。
【００１１】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、半導体スイッチは、半導体スイッチは、トランジスタでサイリスタ等価回路を駆動する回路、又は、サイリスタ等価回路、又は、サイリスタである。
【００１２】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、サイリスタ等価回路又はサイリスタは、駆動回路に直列接続されている。
【００１３】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、サイリスタ等価回路は、ＰＮＰ型トランジスタと、ＮＰＮ型トランジスタとを備え、ＰＮＰ型トランジスタのベースは、ＮＰＮ型トランジスタのコレクタに接続され、ＰＮＰ型トランジスタのコレクタは、ＮＰＮ型トランジスタのベースに接続され、ＰＮＰ型トランジスタのエミッタ及びＮＰＮ型トランジスタのエミッタは、駆動回路に直列接続されている。
【００１４】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１のコンデンサを備え、第１の電圧検出スイッチの制御端子は、パワーデバイスの第１の端子に接続され、第１のコンデンサは、第１の電圧検出スイッチ、パワーデバイスの第２の端子、第３の端子を介して駆動回路を形成し、第１のコンデンサは、第１のコンデンサに充電するためのスイッチ又は第１の電流制限素子に接続されている。
【００１５】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧検出スイッチは、第１の電圧検出スイッチの最小オン電流になるまでに第１のコンデンサに放電させる。
【００１６】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、パワーデバイスは、単方向サイリスタ、又は、双方向サイリスタであり、消弧用パワーデバイスの駆動装置は、単方向導通素子と、第１の電圧安定化素子とをさらに備え、第１の電流制限素子、単方向導通素子及び第１のコンデンサは直列接続されて直列回路が形成され、直列回路の一端は、給電電源に接続され、直列回路の他端は、パワーデバイスの第３の端子に接続され、第１のコンデンサは、第１の電圧検出スイッチ、パワーデバイスの第２の端子及びパワーデバイスの第３の端子を介して駆動回路を形成し、第１の電圧安定化素子は、第１のコンデンサに並列接続されているか、又は第１の電圧安定化素子は、単方向導通素子を介して第１のコンデンサに並列接続されている。
【００１７】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧検出スイッチは、全波電圧検出回路である。
【００１８】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、給電電源は、パワーデバイスが配置された電力網によりから非絶縁的に供給される。
【００１９】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、給電電源は、中性線である、又は、パワーデバイスの第３の端子に対して別の相の電源である。
【００２０】
前記のいずれかに記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置を備え、パワーデバイスと、第１のピンと、第２のピンと、第３のピンとをさらに備え、消弧用パワーデバイスの駆動装置及びパワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、第１のピン、第２のピンはそれぞれ、パワーデバイスの第１の端子、パワーデバイスの第３の端子に接続され、第３のピンは、直列回路の第１の電流制限素子端に接続されている消弧装置。
【００２１】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第２のコンデンサと、第１の光電スイッチとをさらに備え、第１の電圧検出スイッチは、電圧ゼロクロス検出スイッチであり、第１のコンデンサは、第１の光電スイッチ、第１の電圧検出スイッチ、パワーデバイスの第２の端子及びパワーデバイスの第３の端子を介して駆動回路を形成し、機械スイッチが閉じられる前に、第１の光電スイッチがオンになり、第１のコンデンサの電荷が第１の光電スイッチを介して第２のコンデンサに蓄積され、第１の電圧検出スイッチがオンになるとき、第１のコンデンサの電荷が、第１の光電スイッチ及び第１の電圧検出スイッチを介して、パワーデバイスをオンに駆動し、その後、機械スイッチが閉じられ、第１の電圧検出スイッチがオフになり、機械スイッチにより遮断する場合、第１の光電スイッチがオフになり、第１の電圧検出スイッチがオンになり、第２のコンデンサが第１の電圧検出スイッチを介して、パワーデバイスをオンに駆動する。
【００２２】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の光電スイッチの制御端子は、電流制限素子を介して機械スイッチの制御端子に接続されている。
【００２３】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第２の光電スイッチを備え、第２の光電スイッチは、サイリスタ出力付きのフォトカプラ、又はフォトカプラでサイリスタ等価回路を駆動するものであり、第２の光電スイッチの制御端子は、第１の電圧検出スイッチに接続され、第２の光電スイッチの出力端子は、機械スイッチの制御コイルに直列接続されている。
【００２４】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、パワーデバイスは、サイリスタであり、第１の電圧検出スイッチは、第２の電流制限素子と、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタとを備え、第２のトランジスタのエミッタは、第３のトランジスタのベースに接続され、第２のトランジスタのベースは、第３のトランジスタのエミッタに接続され、第２のトランジスタのコレクタは、第１のトランジスタのベースに接続され、第４のトランジスタのベースは、第３のトランジスタのコレクタに接続され、第４のトランジスタのコレクタは、第２のトランジスタのエミッタに接続され、第４のトランジスタのエミッタは、第１のトランジスタのベースに接続され、第２のトランジスタのベースは、第２の電流制限素子を介してパワーデバイスの第１の端子に接続され、第２のトランジスタのエミッタは、パワーデバイスの第３の端子に接続され、第１のトランジスタのエミッタ及び第１のトランジスタのコレクタは、駆動回路に直列接続されている。
【００２５】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第５のトランジスタをさらに備え、第５のトランジスタのベースは、第１のトランジスタのコレクタに接続され、第５のトランジスタのコレクタは、第１のトランジスタのベースに接続され、第５のトランジスタのエミッタは、駆動回路に直列接続されている。
【００２６】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、パワーデバイスは、サイリスタであり、第１の電圧検出スイッチは、第２の電流制限素子と、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタとを備え、第２のトランジスタのエミッタは、第３のトランジスタのベースに接続され、第２のトランジスタのベースは、第３のトランジスタのエミッタに接続され、第２のトランジスタのコレクタは、第１のトランジスタのベースに接続され、第４のトランジスタのベースは、第３のトランジスタのコレクタに接続され、第４のトランジスタのコレクタは、第２のトランジスタのエミッタに接続され、第４のトランジスタのエミッタは、第１のトランジスタのベースに接続され、第２のトランジスタのベースは、第２の電流制限素子を介してパワーデバイスの第１の端子に接続され、第１のトランジスタのコレクタは、第２のトランジスタのベースに接続され、第２のトランジスタのエミッタは、パワーデバイスの第２の端子に接続され、第１のトランジスタのエミッタ及び第２のトランジスタのエミッタは、パワーデバイスの駆動回路に直列接続されている。
【００２７】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第２の電圧検出スイッチをさらに備え、第１の電圧検出スイッチ、パワーデバイスの第２の端子及びパワーデバイスの第３の端子は、パワーデバイスの駆動回路を形成し、第１の電圧検出スイッチの制御端子は、パワーデバイスの第１の端子に接続され、第２の電圧検出スイッチの両端子はそれぞれ、パワーデバイスの第２の端子、パワーデバイスの第３の端子に接続されている。
【００２８】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第２の電圧検出スイッチは、第１の電圧検出スイッチに直列接続されて第１の直列回路が形成され、第２の電圧検出スイッチの制御端子は、第１の直列回路の第１の電圧検出スイッチ端に接続されている。
【００２９】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第２の電圧検出スイッチは、駆動信号の電圧によりパワーデバイスが飽和状態にならない場合に、オンになる。
【００３０】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第２の電圧検出スイッチは、抵抗と、トランジスタとを備える。
【００３１】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第２の電圧検出スイッチは、第３の電圧安定化素子と、第６のトランジスタと、第７のトランジスタと、第１１の抵抗と、第１２の抵抗と、第１３の抵抗とを備え、第６のトランジスタのコレクタは、第７のトランジスタのベースに接続され、第６のトランジスタのコレクタは、第１２の抵抗を介して第７のトランジスタのコレクタに接続され、第７のトランジスタのコレクタ及び第７のトランジスタのエミッタは、第２の電圧検出スイッチの主回路端であり、第１３の抵抗、第３の電圧安定化素子及び第６のトランジスタのベースは第６のトランジスタのエミッタに直列接続されて第４の直列回路が形成され、第４の直列回路は、第１のコンデンサに並列接続され、第１１の抵抗の両端はそれぞれ、第６のトランジスタのベース、第６のトランジスタのエミッタに接続され、第６のトランジスタのエミッタは、第７のトランジスタのエミッタに接続されている。
【００３２】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第２の電圧検出スイッチは、第３の電圧安定化素子と、第６のトランジスタと、第７のトランジスタと、第１１の抵抗と、第１２の抵抗と、第１３の抵抗と、第４のコンデンサとを備え、第６のトランジスタのコレクタは、第７のトランジスタのベースに接続され、第６のトランジスタのコレクタは、第１２の抵抗を介して第７のトランジスタのコレクタに接続され、第７のトランジスタのコレクタ及び第７のトランジスタのエミッタは、第２の電圧検出スイッチの主回路端であり、第１３の抵抗、第３の電圧安定化素子及び第６のトランジスタのベースは第６のトランジスタのエミッタに直列接続されて直列回路が形成され、直列回路は、第２の電圧検出スイッチの主回路端に並列接続され、第１１の抵抗の両端はそれぞれ、第６のトランジスタのベース、第６のトランジスタのエミッタに接続され、第６のトランジスタのエミッタは、第７のトランジスタのエミッタに接続され、第４のコンデンサの両端はそれぞれ、第７のトランジスタのベース、第７のトランジスタのエミッタに接続されている。
【００３３】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の半導体スイッチと、第１の電流制限素子と、第１のコンデンサとを備え、第１の半導体スイッチ、第１のコンデンサ及び第１の電流制限素子は順次直列接続されて第２の直列回路が形成され、第２の直列回路は、機械スイッチの負荷に並列接続され、第２の直列回路の第１の半導体スイッチ端は、パワーデバイスの第３の端子に接続され、第１の半導体スイッチと第１のコンデンサとの共通端は、パワーデバイスの第２の端子に接続され、第１の半導体スイッチ及び第１のコンデンサが直列接続されてなる第３の直列回路は、第１の電圧検出スイッチに並列接続されている。
【００３４】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧安定化素子を備え、第１の電圧安定化素子は、第１のコンデンサに並列接続されているか、又は第１の電圧安定化素子は、第１の半導体スイッチを介して第１のコンデンサに並列接続されている。
【００３５】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第第１の半導体スイッチは、ダイオードであり、ダイオードのカソードは、第１のコンデンサに接続され、パワーデバイスは、直流の消弧に用いられる。
【００３６】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧検出スイッチは、トリガスイッチと、トランジスタと、第３のコンデンサとを備え、トリガスイッチは、第３の直列回路に並列接続され、パワーデバイスの第３の端子とパワーデバイスの第１の端子との間の電位差の信号は、第３のコンデンサ及びトランジスタにより増幅された後にトリガスイッチのトリガ極に伝達される。
【００３７】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、トリガスイッチは、サイリスタ、又は、サイリスタ等価回路である。
【００３８】
前記消弧用パワーデバイスの駆動装置を備え、パワーデバイスと、第１のピンと、第２のピンと、第３のピンとをさらに備え、消弧用パワーデバイスの駆動装置及びパワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、第１のピン、第２のピンはそれぞれ、パワーデバイスの第１の端子、パワーデバイスの第３の端子に接続され、第３のピンは、第２の直列回路の第１の電流制限素子端に接続されている消弧装置。
【００３９】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧検出スイッチをイネーブルにするためのフォトカプラをさらに備え、フォトカプラの制御端子は、機械スイッチの制御端子に接続されている。
【００４０】
前記消弧用パワーデバイスの駆動装置を備え、パワーデバイスと、第１のピンと、第２のピンと、第３のピンと、第４のピンと、第５のピンとをさらに備え、フォトカプラ、消弧用パワーデバイスの駆動装置及びパワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、第１のピン、第２のピンはそれぞれ、パワーデバイスの第１の端子、パワーデバイスの第３の端子に接続され、第３のピンは、第２の直列回路の第１の電流制限素子端に接続され、第４のピン及び第５のピンは、フォトカプラの制御端子に接続されている消弧装置。
【００４１】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、制御ユニットと、第１のフォトカプラと、第２のフォトカプラとをさらに備え、第１のフォトカプラの出力端子及び第２のフォトカプラの制御端子は、第１の電圧検出スイッチに接続され、第２のフォトカプラの出力信号は、制御ユニットに出力され、第１のフォトカプラの制御端子は、制御ユニットに接続されている。
【００４２】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、パワーデバイスは、電圧制御型デバイスである。
【００４３】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、パワーデバイスは、電界効果トランジスタ、又は、ＩＧＢＴである。
【００４４】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、パワーデバイスは、直流の消弧に用いられ、消弧用パワーデバイスの駆動装置は、第１の半導体スイッチと、第１の電流制限素子と、第１のコンデンサとを備え、第１の半導体スイッチ、第１のコンデンサ及び第１の電流制限素子は順次直列接続されて第２の直列回路が形成され、第２の直列回路は、機械スイッチの負荷に並列接続され、第２の直列回路の第１の半導体スイッチ端は、パワーデバイスの第３の端子に接続され、第１の半導体スイッチと第１のコンデンサとの共通端は、パワーデバイスの第２の端子に接続され、第１の半導体スイッチ及び第１のコンデンサが直列接続されてなる第３の直列回路は、第１の電圧検出スイッチに並列接続されている。
【００４５】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧検出スイッチは、トリガスイッチと、トランジスタと、第３のコンデンサとを備え、トリガスイッチは、第３の直列回路に並列接続され、パワーデバイスの第３の端子とパワーデバイスの第１の端子との間の電位差の信号は、第３のコンデンサ及びトランジスタにより増幅された後にトリガスイッチのトリガ極に伝達される。
【００４６】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、トリガスイッチは、サイリスタ、又は、サイリスタ等価回路である。
【００４７】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の半導体スイッチは、ダイオードであり、ダイオードのカソードは、第１のコンデンサに接続されている。
【００４８】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧安定化素子を備え、第１の電圧安定化素子は、第１のコンデンサに並列接続されているか、又は第１の電圧安定化素子は、第１の半導体スイッチを介して第１のコンデンサに並列接続されている。
【００４９】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第２の電圧検出スイッチをさらに備え、第１の電圧検出スイッチ、パワーデバイスの第２の端子及びパワーデバイスの第３の端子は、パワーデバイスの駆動回路を形成し、第１の電圧検出スイッチの制御端子は、パワーデバイスの第１の端子に接続されており、第２の電圧検出スイッチの両端子はそれぞれ、パワーデバイスの第２の端子、パワーデバイスの第３の端子に接続され、 第２の電圧検出スイッチは、駆動信号の電圧によりパワーデバイスが飽和状態にならない場合に、オンになる。
【００５０】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、パワーデバイスは、電圧制御型デバイスである。
【００５１】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、パワーデバイスは、電界効果トランジスタ、又は、ＩＧＢＴである。
【００５２】
前記消弧用パワーデバイスの駆動装置を備え、パワーデバイスと、第１のピンと、第２のピンと、第３のピンとをさらに備え、消弧用パワーデバイスの駆動装置及びパワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、第１のピン、第２のピンはそれぞれ、パワーデバイスの第１の端子、パワーデバイスの第３の端子に接続され、第３のピンは、第２の直列回路の第１の電流制限素子端に接続されている消弧装置。
【００５３】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧検出スイッチをイネーブルにするためのフォトカプラをさらに備え、フォトカプラの制御端子は、機械スイッチの制御端子に接続されている。
【００５４】
前記消弧用パワーデバイスの駆動装置を備え、パワーデバイスと、第１のピンと、第２のピンと、第３のピンと、第４のピンと、第５のピンとをさらに備え、フォトカプラ、消弧用パワーデバイスの駆動装置及びパワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、第１のピン、第２のピンはそれぞれ、パワーデバイスの第１の端子、パワーデバイスの第３の端子に接続され、第３のピンは、第２の直列回路の第１の電流制限素子端に接続され、第４のピン及び第５のピンは、フォトカプラの制御端子に接続されている消弧装置。
【００５５】
消弧用パワーデバイスの駆動装置において、図１に示すように、駆動されるパワーデバイスＴＲ１と、消弧される機械スイッチＫ１とが並列接続され、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）を備え、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）の入力端子は、パワーデバイスＴＲ１の両端子に接続され、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、パワーデバイスＴＲ１の駆動回路に直列接続され、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、パワーデバイスＴＲ１の両端子に電位差があると検出した場合にオンになり、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、駆動信号をパワーデバイスＴＲ１に伝達して、パワーデバイスＴＲ１をオンに駆動し、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、非自己消弧型（ｓｅｍｉ−ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ）スイッチ、又は、閾値がパワーデバイスＴＲ１のオン電圧よりも小さい自己消弧型（ｆｕｌｌｙ−ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ）スイッチである。
【００５６】
動作原理：Ｐ４端に駆動信号が入力され、機械スイッチＫ１の閉状態において、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）がオフになり、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、パワーデバイスＴＲ１の両端子には電位差があると検出した場合にオンになり（すなわち、機械スイッチＫ１の切断をリアルタイムに検出した場合にオンになる）、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、駆動信号をパワーデバイスＴＲ１に伝達して、パワーデバイスＴＲ１をオンに駆動する。パワーデバイスＴＲ１をリアルタイムにオンに駆動して消弧する目的を達成し、駆動エネルギーを予め供給する必要がなく、駆動信号による動作エネルギーを低減する。ここで、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）としては、非自己消弧型スイッチを用いてもよいし、閾値がパワーデバイスＴＲ１のオン電圧よりも小さい自己消弧型スイッチを用いてもよい。
【００５７】
本発明は、設計が合理的である。本発明は、高耐圧の半導体デバイスを不要とし、機械スイッチの切断をリアルタイムに検出可能で、駆動消費エネルギーが少ないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置の回路原理図である。
【図２】図２は、本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置及び消弧装置の実施例１の回路原理図１である。
【図３】図３は、本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置の第１の電圧検出スイッチの回路原理図１である。
【図４】図４は、本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置の第１の電圧検出スイッチの回路原理図２である。
【図５】図５は、本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置及び消弧装置の実施例１の回路原理図２である。
【図６】図６は、本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置の第１の電圧検出スイッチの回路原理図３である。
【図７】図７は、本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置の第１の電圧検出スイッチの回路原理図４である。
【図８】図８は、本発明に係る消弧装置の封止の概念図１である。
【図９】図９は、本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置及び消弧装置の実施例２の回路原理図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置のフォトカプラでサイリスタ等価回路を駆動する原理図である。
【図１１】図１１は、本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置及び消弧装置の実施例３の回路原理図である。
【図１２】図１２は、本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置の第１の電圧検出スイッチの回路原理図５である。
【図１３】図１３は、本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置のサイリスタ等価回路原理図である。
【図１４】図１４は、本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置の第２の電圧検出スイッチの回路原理図１である。
【図１５】図１５は、本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置の第２の電圧検出スイッチの回路原理図２である。
【図１６】図１６は、本発明に係る消弧装置の封止の概念図２である。
【図１７】図１７は、本発明に係る消弧装置の実施例４の回路原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置の実施例１は、図２に示すようなものである。
【００６０】
駆動されるパワーデバイスＴＲ１（双方向サイリスタ）と、消弧される機械スイッチＫ１とが並列接続される消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）と、第１の電流制限素子Ｒ１（抵抗）と、第１のコンデンサＣ１と、単方向導通素子Ｄ１（ダイオード）と、第１の電圧安定化素子Ｚ１（ツェナーダイオード）とを備え、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）の制御端子は、パワーデバイスＴＲ１の第１の端子（第２のアノード）に接続され、第１の電流制限素子Ｒ１、単方向導通素子Ｄ１及び第１のコンデンサＣ１は直列接続されて直列回路が形成され、直列回路の一端は、給電電源（給電電源は、中性線であってもよいし、パワーデバイスＴＲ１の第 ３の端部に対して別の相の電源であってもよい）に接続され、直列回路の他端は、パワーデバイスＴＲ１の第３の端子（第１のアノード）に接続され、第１のコンデンサＣ１は、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）、パワーデバイスＴＲ１の第２の端子（トリガ極）、パワーデバイスＴＲ１の第３の端子を介して駆動回路を形成し、第１の電圧安定化素子Ｚ１は、単方向導通素子Ｄ１を介して第１のコンデンサＣ１に並列接続されている（第１の電圧安定化素子Ｚ１は、第１のコンデンサＣ１に直接に並列接続されてもよいが、単方向導通素子Ｄ１に対する耐圧要求を高める必要がある）。
【００６１】
第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、図３、図４に示す回路に基づいて選択することができる。
【００６２】
図３に示すように、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、４端子回路で、かつ全波電圧検出回路である。第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、非自己消弧型スイッチであり（第５のトランジスタＱ５を省略するとき、閾値がパワーデバイスＴＲ１のオン電圧よりも小さい自己消弧型スイッチである）、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、第２の電流制限素子Ｒ２（抵抗）と、第１のトランジスタＱ１と、第２のトランジスタＱ２と、第３のトランジスタＱ３と、第４のトランジスタＱ４と、第５のトランジスタＱ５と、第４の抵抗Ｒ４と、第５の抵抗Ｒ５と、第６の抵抗Ｒ６と、第７の抵抗Ｒ７と、第８の抵抗Ｒ８とを備え、第２のトランジスタＱ２のエミッタは、第３のトランジスタＱ３のベースに接続され、第２のトランジスタＱ２のベースは、第３のトランジスタＱ３のエミッタに接続され、第２のトランジスタＱ２のコレクタは、第１のトランジスタＱ１のベースに接続され、第４のトランジスタＱ４のベースは、第３のトランジスタＱ３のコレクタに接続され、第４のトランジスタＱ４のコレクタは、第２のトランジスタＱ２のエミッタに接続され、第４のトランジスタＱ４のエミッタは、第１のトランジスタＱ１のベースに接続され、第２のトランジスタＱ２のベースは、第２の電流制限素子Ｒ２を介してパワーデバイスＴＲ１の第１の端子に接続され、第２のトランジスタＱ２のエミッタは、パワーデバイスＴＲ１の第３の端子に接続され、第１のトランジスタＱ１のエミッタ及び第１のトランジスタＱ１のコレクタは、パワーデバイスＴＲ１の駆動回路に直列接続され、第５のトランジスタＱ５のベースは、第１のトランジスタＱ１のコレクタに接続され、第５のトランジスタＱ５のコレクタは、第１のトランジスタＱ１のベースに接続され、第５のトランジスタＱ５のエミッタは、パワーデバイスＴＲ１の駆動回路に直列接続されている。第４の抵抗Ｒ４の両端はそれぞれ、第２のトランジスタＱ２のベース、第２のトランジスタＱ２のエミッタに接続され、第５の抵抗Ｒ５の両端はそれぞれ、第１のトランジスタＱ１のベース、第１のトランジスタＱ１のエミッタに接続され、第６の抵抗Ｒ６の両端はそれぞれ、第５のトランジスタＱ５のベース、第５のトランジスタＱ５のエミッタに接続され、第７の抵抗Ｒ７の両端はそれぞれ、第４のトランジスタＱ４のベース、第４のトランジスタＱ４のエミッタに接続され、第８の抵抗Ｒ８は、電流制限に用いられる。第４の抵抗Ｒ４、第５の抵抗Ｒ５、第６の抵抗Ｒ６、第７の抵抗Ｒ７及び第８の抵抗Ｒ８は、必要に応じて選択できる。第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、第２の電流制限素子Ｒ２（抵抗であり、コンデンサを用いてもよい）と、半導体スイッチ（図３においてトランジスタ回路であり、双方向サイリスタを用いてもよいし、図４に示すトランジスタ回路を用いてもよい）とを備える。パワーデバイスＴＲ１の両端子の電位差の信号は、第２の電流制限素子Ｒ２を介して半導体スイッチの制御端子に伝達され、半導体スイッチは、駆動回路に直列接続されていて、第１のトランジスタＱ１、第２のトランジスタＱ２、第３のトランジスタＱ３、第４のトランジスタＱ４及び第５のトランジスタＱ５が接続されてなる回路は、トランジスタでサイリスタ等価回路を駆動する回路であり、第１のトランジスタＱ１（ＮＰＮ型トランジスタ）及び第５のトランジスタＱ５（ＰＮＰ型トランジスタ）が接続されてなるサイリスタ等価回路は、パワーデバイスＴＲ１の駆動回路に直列接続されている。
【００６３】
図４に示すように、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、３端子回路で、かつ全波電圧検出回路であり、第２の電流制限素子Ｒ２（抵抗）と、第１のトランジスタＱ１と、第２のトランジスタＱ２と、第３のトランジスタＱ３と、第４のトランジスタＱ４と、第４の抵抗Ｒ４と、第５の抵抗Ｒ５と、第７の抵抗Ｒ７とを備える。第２のトランジスタＱ２のエミッタは、第３のトランジスタＱ３のベースに接続され、第２のトランジスタＱ２のベースは、第３のトランジスタＱ３のエミッタに接続され、第２のトランジスタＱ２のコレクタは、第１のトランジスタＱ１のベースに接続され、第４のトランジスタＱ４のベースは、第３のトランジスタＱ３のコレクタに接続され、第４のトランジスタＱ４のコレクタは、第２のトランジスタＱ２のエミッタに接続され、第４のトランジスタＱ４のエミッタは、第１のトランジスタＱ１のベースに接続され、第２のトランジスタＱ２のベースは、第２の電流制限素子Ｒ２を介してパワーデバイスＴＲ１の第１の端子に接続され、第１のトランジスタＱ１のコレクタは、第２のトランジスタＱ２のベースに接続され、第２のトランジスタＱ２のエミッタは、パワーデバイスＴＲ１の第２の端子に接続され、第１のトランジスタＱ１のエミッタ及び第２のトランジスタＱ２のエミッタは、パワーデバイスＴＲ１の駆動回路に直列接続されている。第４の抵抗Ｒ４の両端はそれぞれ、第２のトランジスタＱ２のベース、第２のトランジスタＱ２のエミッタに接続され、第５の抵抗Ｒ５の両端はそれぞれ、第１のトランジスタＱ１のベース、第１のトランジスタＱ１のエミッタに接続され、第７の抵抗Ｒ７の両端はそれぞれ、第４のトランジスタＱ４のベース、第４のトランジスタＱ４のエミッタに接続され、第４の抵抗Ｒ４、第５の抵抗Ｒ５及び第７の抵抗Ｒ７は、必要に応じて選択できる。第１のトランジスタＱ１（ＮＰＮ型トランジスタ）及び第２のトランジスタＱ２（ＰＮＰ型トランジスタ）が接続されてなるサイリスタ等価回路は、パワーデバイスＴＲ１の駆動回路に直列接続されている。
【００６４】
動作原理：機械スイッチＫ１が閉じられると、負荷ＲＬが電力供給され、負荷ＲＬの両端の電圧が、第１の電流制限素子Ｒ１、単方向導通素子Ｄ１を介して、第１の電圧安定化素子Ｚ１の電圧安定値と略等しくなるまでに第１のコンデンサＣ１に充電される。機械スイッチＫ１で遮断する過程中、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、パワーデバイスＴＲ１の両端子に電位差があると検出した場合にオンになり（すなわち、機械スイッチＫ１の切断をリアルタイムに検出した場合にオンになる）、第１のコンデンサＣ１は、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）、パワーデバイスＴＲ１の第２の端子（トリガ極）、パワーデバイスＴＲ１の第３の端子（第１のアノード）を介して駆動回路を形成し、パワーデバイスＴＲ１をオンに駆動する。第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）を流れる電流がその最小保持電流よりも小さい場合に、自動的にオフになり、すなわち、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）の最小オン電流になるまでに第１のコンデンサＣ１に急速放電させ、パワーデバイスＴＲ１は、電流がゼロになる際に自動的にオフになる。パワーデバイスＴＲ１がリアルタイムに駆動されて消弧し、かつオン時間が短いという目的が達成される。
【００６５】
図２に示すように、パワーデバイスは、双方向サイリスタである。単方向サイリスタを用いる場合、図５に示すように、関連素子の極性を調整すればよい。第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）については、図６、図７に示す回路を参照することができる。図６、図７に示す回路と図３、図４に示す回路とは、関連のＰＮＰ型トランジスタをＮＰＮ型トランジスタに変更し、ＮＰＮ型トランジスタをＰＮＰ型トランジスタに変更することだけで異なり、動作原理が全く同じである。逆並列接続された単方向トランジスタを駆動する場合、２つの本発明に係る駆動装置を配置すればよい。第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）が全波電圧検出回路であるため、機械スイッチＫ１による遮断時に消弧するたびに、１つの単方向サイリスタがオンすればよい。発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置の一では、機械スイッチＫ１のノーマルオープン状態において、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）により第１のコンデンサＣ１に放電状態を維持させて、対応するパワーデバイスがオンになることを防止する。
【００６６】
消弧装置は、前記消弧用パワーデバイスの駆動装置を加えて、パワーデバイスと、第１のピンと、第２のピンと、第３のピンとをさらに備え、消弧用パワーデバイスの駆動装置及びパワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、第１のピン、第２のピンはそれぞれ、パワーデバイスの第１の端子、パワーデバイスの第３の端子に接続され、第３のピンは、第１の電流制限素子Ｒ１、単方向導通素子Ｄ１及び第１のコンデンサＣ１の直列回路の第１の電流制限素子Ｒ１端（備考：第１の電流制限素子Ｒ１端は、第１のコンデンサＣ１に対する位置である）に接続されている。封止概念図は、図８をご参照ください。当該消弧装置は、使用が便利で、普及しやすい利点がある。
【００６７】
前記実施例では、機械スイッチＫ１が切断される前にパワーデバイス駆動用エネルギーを供給する必要がない。第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）が機械スイッチＫ１の切断をリアルタイムに検出することにより、第１のコンデンサＣ１に対する容量要求を大幅に低減し、第１のコンデンサＣ１の充電及び放電の速度を向上させ、電気式消弧装置の消弧応答時間を早くし、パワーデバイスの消弧時のオン時間を短縮する（オン時間を半サイクルよりも短くすることができる）。第１のコンデンサＣ１は、セラミックチップコンデンサが採用されてもよく、体積が小さく、コストが低く、高耐熱性、集積化モールド成形プロセスに適することができる。実際の使用時に、第１のコンデンサＣ１の放電回路に電流制限抵抗を直列接続してもよく、また必要に応じて、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）に、定電流回路を採用してもよい。２２０Ｖの交流システムでは、数十アンペアのサイリスタを駆動するために、第１の電圧安定化素子の電圧安定値を２０Ｖに、第１のコンデンサＣ１の容量を１〜５μＦに、第１の電流制限素子Ｒ１の抵抗値を３３０ＫΩ（消費電力は０.１４７Ｗのみである）に設定することができる。サイリスタの駆動信号は、直接に交流電力網を介して第１の電流制限素子Ｒ１により電流制限され、単方向導通素子Ｄ１により整流され、第１のコンデンサＣ１に蓄積されて供給されるため、サイリスタの駆動にトリガトランスを不要とし、高圧電子スイッチを不要とし、信頼性が高く、回路が簡単で、占有空間が小さく、コストパフォーマンスが高い利点がある。特に、交流電力自体にゼロ点がある場合、同期信号を不要とし、３端子回路により、消弧を急速かつ正確に行う目的を達成でき、接続線が少なく、使用が便利である。本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置を用いる消弧装置は、押しボタンスイッチやストロークスイッチなどの、制御コイルのない機械スイッチの消弧にも適用することができ、適用範囲が広い利点がある。
【００６８】
本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置の実施例２は、図９に示すようなものである。
【００６９】
駆動されるパワーデバイスＴＲ１（双方向サイリスタ）は、消弧される機械スイッチＫ１に並列接続される消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）と、第１の電流制限素子Ｒ１（抵抗）と、第１のコンデンサＣ１と、単方向導通素子Ｄ１（ダイオード）と、第１の電圧安定化素子Ｚ１（ツェナーダイオード）と、第２のコンデンサＣ２と、第１の光電スイッチＯＰＴ１と、第２の光電スイッチＯＰＴ２とを備え、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）の制御端子は、パワーデバイスＴＲ１の第１の端子に接続され、第１の電流制限素子Ｒ１、単方向導通素子Ｄ１及び第１のコンデンサＣ１は直列接続されて直列回路が形成され、直列回路の一端は、給電電源（給電電源は、中性線であってもよいし、パワーデバイスＴＲ１の第３の端子に対して別の相の電源であってもよい）に接続され、直列回路の他端は、パワーデバイスＴＲ１の第３の端子に接続され、第１の電圧安定化素子Ｚ１は、単方向導通素子Ｄ１を介して第１のコンデンサＣ１に並列接続され（第１の電圧安定化素子Ｚ１は、第１のコンデンサＣ１に直接に並列接続されてもよいが、単方向導通素子Ｄ１に対する耐圧要求を高める必要がある）。第１のコンデンサＣ１は、第１の光電スイッチＯＰＴ１、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）、パワーデバイスＴＲ１の第２の端子、パワーデバイスＴＲ１の第３の端子を介して駆動回路を形成し、第１の光電スイッチＯＰＴ１の制御端子は、電流制限素子Ｒ１０を介して機械スイッチＫ１の制御端子に接続され、第２の光電スイッチＯＰＴ２は、サイリスタ出力付きのフォトカプラであり、又は図１０に示すフォトカプラでサイリスタ等価回路を駆動するものが採用される。第２の光電スイッチＯＰＴ２の制御端子は、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）に接続され、第２の光電スイッチＯＰＴ２の出力端子は、機械スイッチＫ１の制御コイルに直列接続されている。備考：第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２は、説明の便宜のために区別され、実際の使用時に交互に定義することができる。
【００７０】
第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、電圧ゼロクロス検出スイッチであってもよい。
【００７１】
動作原理：電源は、第１の電流制限素子Ｒ１、単方向導通素子Ｄ１を介して、第１の電圧安定化素子Ｚ１の電圧安定値と略等しくなるまでに第１のコンデンサＣ１に充電する。機械スイッチＫ１が閉じられる前に、機械スイッチＫ１が制御信号を入力し、第１の光電スイッチＯＰＴ１がオンし、第１のコンデンサＣ１の電荷は、第１の光電スイッチＯＰＴ１を介して第２のコンデンサＣ２に蓄積される。第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）がゼロクロスでオンになる場合、第１のコンデンサＣ１、第２のコンデンサＣ２の電荷は、第１の光電スイッチＯＰＴ１、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）を介してパワーデバイスＴＲ１をオンに駆動し、第２の光電スイッチＯＰＴ２がオンになり、機械スイッチＫ１が閉じられ、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）がオフになる。機械スイッチＫ１で遮断する場合、第１の光電スイッチＯＰＴ１がオフになり、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）がオンになり、第２のコンデンサＣ２は、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）を介してパワーデバイスＴＲ１をオンに駆動し、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）を流れる電流がその最小保持電流よりも小さい場合に自動的にオフになる。パワーデバイスＴＲ１がリアルタイムに駆動されて消弧し、かつパワーデバイスＴＲ１のオン時間が短いという目的が達成される。
【００７２】
本実施例は、リレー等のゼロクロスでオンする機械スイッチの電気式消弧装置の駆動に適用することができる。第２の光電スイッチＯＰＴ２により、パワーデバイスＴＲ１がゼロクロスでオンになる前に機械スイッチＫ１が閉じられることを避ける点に有利である。機械スイッチＫ１の動作速度が半サイクルよりも長い場合、第２の光電スイッチＯＰＴ２を省略してもよい。第１の光電スイッチＯＰＴ１により、機械スイッチＫ１による遮断時の消弧に対するパワーデバイスＴＲ１のオン時間を低減し、本装置の２次応答速度を速める点に有利である。また、ゼロクロスでオンになるとき、２つのコンデンサによりパワーデバイスＴＲ１の駆動エネルギーが同時に供給するため、機械スイッチＫ１が閉じられる前に、パワーデバイスＴＲ１の駆動エネルギーが中断しないことを確保できる。第２のコンデンサＣ２の容量は、第１のコンデンサＣ１の容量よりはるかに大きく、少なくとも１０倍大きい。本実施例では、必要に応じて集積化してもよく、第２のコンデンサＣ２を外部に配置してもよい。
【００７３】
本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置の実施例３は、図１１に示すようなものである。
【００７４】
駆動されるパワーデバイスＱＡ（電界効果トランジスタであり、ＩＧＢＴなどの電圧制御型デバイスを用いてもよい）は、消弧される機械スイッチＫ１に並列接続される消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）と、第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）と、フォトカプラＯＰＴ１と、第１の半導体スイッチＤ１（ダイオード）と、第１の電流制限素子Ｒ１と、第１のコンデンサＣ１と、第１の電圧安定化素子Ｚ１（ツェナーダイオード）と、第３の抵抗Ｒ３とを備え、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）、パワーデバイスＱＡの第２の端子及びパワーデバイスＱＡの第３の端子は、パワーデバイスＱＡの駆動回路を形成する。第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）の制御端子は、パワーデバイスＱＡの第１の端子に接続されている。第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）の両端子はそれぞれ、パワーデバイスＱＡの第２の端子、パワーデバイスＱＡの第３の端子に接続され、第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）及び第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は直列接続されて第１の直列回路が形成され、第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）の制御端子は、第１の直列回路の第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）端に接続されている。第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）は、駆動信号の電圧によりパワーデバイスＱＡが飽和状態にならない場合に、オンになる。フォトカプラＯＰＴ１は、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）をイネーブルにするためのものであり、フォトカプラＯＰＴ１の制御端子は、機械スイッチＫ１の制御端子に接続されている。第１の半導体スイッチＤ１、第１のコンデンサＣ１及び第１の電流制限素子Ｒ１は順次直列接続されて第２の直列回路が形成され、第２の直列回路は、機械スイッチＫ１の負荷ＲＬに並列接続され、第２の直列回路の第１の半導体スイッチＤ１端は、パワーデバイスＱＡの第３の端子に接続され、第１の半導体スイッチＤ１と第１のコンデンサＣ１との共通端は、パワーデバイスＱＡの第２の端子に接続され、第１の半導体スイッチＤ１及び第１のコンデンサＣ１が直列接続されてなる第３の直列回路は、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）に並列接続されている。第１の電圧安定化素子Ｚ１は、第１の半導体スイッチＤ１を介して第１のコンデンサＣ１に並列接続されている（第１の電圧安定化素子Ｚ１は、第１のコンデンサＣ１に直接に並列接続されてもよい）。第１の半導体スイッチＤ１のカソードは、第１のコンデンサＣ１に接続されている。機械スイッチＫ１の動作周波数が高くない場合、フォトカプラＯＰＴ１を省略してもよい。第３の抵抗Ｒ３は、両端がそれぞれパワーデバイスＱＡの第２の端子、パワーデバイスＱＡの第３の端子に接続され、第１のコンデンサＣ１の放電経路を提供し、パワーデバイスＱＡに抵抗が内蔵された場合に省略してもよい。
【００７５】
第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、図１２に示すように、トリガスイッチＴＧ１と、第８のトランジスタＱ８と、第３のコンデンサＣ３と、第２の抵抗Ｒ２と、第９の抵抗Ｒ９と、ダイオードＤ２とを備え、トリガスイッチＴＧ１は、第１の半導体スイッチＤ１及び第１のコンデンサＣ１が直列接続されてなる第３の直列回路に並列接続され、パワーデバイスＱＡの第３の端子とパワーデバイスＱＡの第１の端子との間の電位差信号は、第２の抵抗Ｒ２、第３のコンデンサＣ３及び第８のトランジスタＱ８により増幅された後にトリガスイッチＴＧ１のトリガ極に伝達され、第９の抵抗Ｒ９は、ダイオードＤ２に並列接続され、ダイオードＤ２は、第８のトランジスタＱ８のベース及び第８のトランジスタＱ８のエミッタに逆並列接続されている。第２の抵抗Ｒ２は、電流制限用のものであり、第９の抵抗Ｒ９は、回路の耐干渉能力を向上させるためのものであり、第２の抵抗Ｒ２、第９の抵抗Ｒ９は必要に応じて選択することができる。トリガスイッチＴＧ１は、サイリスタ又は図１３に示すサイリスタ等価回路を用いることができる。
【００７６】
第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）は、図１４に示すように、抵抗及びトランジスタからなり、第３の電圧安定化素子Ｚ３と、第６のトランジスタＱ６と、第７のトランジスタＱ７と、第１１の抵抗Ｒ１１と、第１２の抵抗Ｒ１２と、第１３の抵抗Ｒ１３とを備え、第６のトランジスタＱ６のコレクタは、第７のトランジスタＱ７のベースに接続され、第６のトランジスタＱ６のコレクタは、第１２の抵抗Ｒ１２を介して第７のトランジスタＱ７のコレクタに接続され、第７のトランジスタＱ７のコレクタ及び第７のトランジスタＱ７のエミッタは、第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）の主回路端であり、第１３の抵抗Ｒ１３、第３の電圧安定化素子Ｚ３、第６のトランジスタＱ６のベース及び第６のトランジスタＱ６のエミッタは直列接続されて第４の直列回路が形成され、第４の直列回路は、第１のコンデンサＣ１に並列接続され、第１１の抵抗Ｒ１１の両端はそれぞれ、第６のトランジスタＱ６のベース、第６のトランジスタＱ６のエミッタに接続され、第６のトランジスタＱ６のエミッタは、第７のトランジスタＱ７のエミッタに接続されている。
【００７７】
第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）には２端子回路を用いる場合、図１５に示すように、第３の電圧安定化素子Ｚ３と、第６のトランジスタＱ６と、第７のトランジスタＱ７と、第１１の抵抗Ｒ１１と、第１２の抵抗Ｒ１２と、第１３の抵抗Ｒ１３と、第４のコンデンサＣ４とを備え、第６のトランジスタＱ６のコレクタは、第７のトランジスタＱ７のベースに接続され、第６のトランジスタＱ６のコレクタは、第１２の抵抗Ｒ１２を介して第７のトランジスタＱ７のコレクタに接続され、第７のトランジスタＱ７のコレクタ及び第７のトランジスタＱ７のエミッタは、第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）の主回路端であり、第１３の抵抗Ｒ１３、第３の電圧安定化素子Ｚ３、第６のトランジスタＱ６のベース及び第６のトランジスタＱ６のエミッタは直列接続されて直列回路が形成され、当該直列回路は、第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）の主回路端に並列接続され （すなわち、第７のトランジスタＱ７のコレクタ、第７のトランジスタＱ７のエミッタに並列接続されている）、 第１１の抵抗Ｒ１１の両端はそれぞれ、第６のトランジスタＱ６のベース、第６のトランジスタＱ６のエミッタに接続され、第６のトランジスタＱ６のエミッタは、第７のトランジスタＱ７のエミッタに接続され、第４のコンデンサＣ４の両端はそれぞれ、第７のトランジスタＱ７のベース、第７のトランジスタＱ７のエミッタに接続されている。
【００７８】
消弧装置は、前記消弧用パワーデバイスの駆動装置（フォトカプラＯＰＴ１を省略した場合）を加えて、パワーデバイスＱＡと、第１のピンＰＡと、第２のピンＰＢと、第３のピンＰＣとを備え、消弧用パワーデバイスの駆動装置及びパワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、第１のピンＰＡ、第２のピンＰＢはそれぞれ、パワーデバイスの第１の端子、パワーデバイスの第３の端子に接続され、第３のピンＰＣは、第２の直列回路の第１の電流制限素子Ｒ１端に接続されている。封止概念図は、図８をご参照ください。
【００７９】
フォトカプラＯＰＴ１を備える場合、第４のピンＰＤと、第５のピンＰＥとをさらに備え、第１のピンＰＡ、第２のピンＰＢはそれぞれ、パワーデバイスの第１の端子、パワーデバイスの第３の端子に接続され、第３のピンＰＣは、第２の直列回路の第１の電流制限素子端 （給電電源端）に接続され、第４のピンＰＤ、第５のピンＰＥは、フォトカプラＯＰＴ１の制御端子に接続されている。封止概念図は、図１６をご参照ください。
【００８０】
動作原理：機械スイッチＫ１が給電されて閉じられ、電源が第１の電流制限素子Ｒ１、第１の半導体スイッチＤ１を介して、第１の電圧安定化素子Ｚ１の電圧安定値と略等しくなるまでに第１のコンデンサＣ１に充電する。機械スイッチＫ１の閉状態において、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）がオフになり、第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）がオフになる。機械スイッチＫ１への電力供給が切断された場合、フォトカプラＯＰＴ１がオフになり、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）がイネーブルされ、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）がパワーデバイスＱＡの両端子に電位差があると検出した（すなわち、機械スイッチＫ１の切断をリアルタイムに検出した）場合に、トリガスイッチＴＧ１がトリガされオンになり、第１のコンデンサＣ１の電荷が第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）を介してパワーデバイスＱＡに伝達され、パワーデバイスＱＡをオンに駆動する。第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）は、駆動信号の電圧によりパワーデバイスＱＡが飽和状態にならない場合にオンになり、第１のコンデンサＣ１の放電を速め、パワーデバイスＱＡを急速にオフさせる。パワーデバイスＱＡをリアルタイムにオンに駆動して消弧する目的が達成される。
【００８１】
本実施例に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置は、以下の利点がある。
【００８２】
第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）により、パワーデバイスが増幅領域で動作することを防止し、パワー管の過負荷耐量を高め、温度上昇を低減する。第１のコンデンサＣ１の放電速度及び第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）のオフを速めることにより、消弧装置の応答速度を速める。パワーデバイスＱＡは、直流の消弧に用いられる。第１のコンデンサＣ１の充電には、ダイオードを直列接続する（すなわち、第１の半導体スイッチＤ１及び第１のコンデンサＣ１が直列接続されてなる第３の直列回路は、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）に並列接続される）形態を採用し、第１のコンデンサＣ１のプルアップ電流によりパワーデバイスＱＡをオンに駆動し、負極に負荷が接続されたＮＰＮ型トランジスタ、Ｎチャネル効果トランジスタ、ＩＧＢＴの駆動に有利である。また、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、容量（第３のコンデンサＣ３）と結合する形態が採用され、機械スイッチＫ１の切断状態における消費電力はゼロであり、自動車等の場合に有利に適用できる。そして、本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置を用いる消弧装置は、同期信号を不要とし、押しボタンスイッチ、舟型スイッチ、ストロークスイッチなどの、制御コイルのない機械スイッチの消弧に適用でき、適用範囲が広い利点がある。
【００８３】
本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置の実施例４は、図１７に示すようなものである。
【００８４】
駆動されるパワーデバイスＱＡ（電界効果トランジスタであり、ＩＧＢＴ等の電圧制御型デバイスを用いてもよい）は、消弧される機械スイッチＫ１に並列接続される消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）と、第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）と、第１の電流制限素子Ｒ１と、第１のコンデンサＣ１と、第１の電圧安定化素子Ｚ１（ツェナーダイオード）と、第３の抵抗Ｒ３と、制御ユニット（Ｃ）と、第１のフォトカプラＯＰＴ１と、第２のフォトカプラＯＰＴ２とを備え、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）の制御端子は、パワーデバイスＱＡの第１の端子に接続され、第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）の両端子はそれぞれ、パワーデバイスＱＡの第２の端子、パワーデバイスＱＡの第３の端子に接続され、第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）は第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）に直列接続されて第１の直列回路が形成され、第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）の制御端子は、第１の直列回路の第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）端に接続され、第１のフォトカプラＯＰＴ１の出力端子、第２のフォトカプラＯＰＴ２の制御端子は、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）に接続され、第１のフォトカプラＯＰＴ１、パワーデバイスＱＡの駆動電源は、ＰＣ端電源が第１の電流制限素子Ｒ１を介して、第１のコンデンサＣ１に蓄積して供給され、第２のフォトカプラＯＰＴ２の出力信号は、制御ユニット（Ｃ）に伝達され、第１のフォトカプラＯＰＴ１の制御端子は、制御ユニット（Ｃ）に接続され、第１の電圧安定化素子Ｚ１は、第１のコンデンサＣ１に並列接続されている。第３の抵抗Ｒ３は、両端がそれぞれパワーデバイスＱＡの第２の端子、パワーデバイスＱＡの第３の端子に接続され、第１のコンデンサＣ１の放電経路を提供し、パワーデバイスＱＡに抵抗が内蔵された場合に省略してもよい。備考：図１７に示すように、第１のフォトカプラＯＰＴ１の出力端子、第２のフォトカプラＯＰＴ２の制御端子及び第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）は、パワーデバイスＱＡの駆動回路に直列接続され、実際の適用時に第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）の内部回路に接続されてもよい。
【００８５】
動作原理：本装置は給電され、電源は、第１の電流制限素子Ｒ１を介して、第１の電圧安定化素子Ｚ１の電圧安定値と略等しくなるまでに第１のコンデンサＣ１に充電する。機械スイッチＫ１の閉状態において、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）がオフになり、第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）がオフになる。機械スイッチＫ１への電力供給が切断された場合、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）がパワーデバイスＱＡの両端子に電位差があると検出した場合に（すなわち、機械スイッチＫ１の切断をリアルタイムに検出した場合に）オンになり、第１のコンデンサＣ１の電荷が第１のフォトカプラＯＰＴ１、第２のフォトカプラＯＰＴ２の制御端子、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）を介してパワーデバイスＱＡに伝達され、パワーデバイスＱＡをオンに駆動する。第２のフォトカプラＯＰＴ２の出力信号は、制御ユニット（Ｃ）に伝達され、制御ユニット（Ｃ）は、第１のフォトカプラＯＰＴ１を介して第１のコンデンサＣ１の放電が停止するように制御する。第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）は、駆動信号の電圧によりパワーデバイスＱＡが飽和状態にならない場合にオンになり、パワーデバイスＱＡの結合容量に放電させ、パワーデバイスＱＡを急速にオフにさせる。、パワーデバイスＱＡがリアルタイムに駆動されて消弧し、かつパワーデバイスＱＡのオン時間が短いという目的が達成される。備考：パワーデバイスＱＡがサイリスタである場合、第２の電圧検出スイッチ（Ａ２）を省略してもよい。
【００８６】
本実施例では、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）により、パワーデバイスＱＡをリアルタイムにオンに駆動して消弧をする。第２のフォトカプラＯＰＴ２は、信号を制御ユニット（Ｃ）にフィードバックし、さらに制御ユニット（Ｃ）は、第１のフォトカプラＯＰＴ１を介してパワーデバイスＱＡのオフを制御することにより、パワーデバイスＱＡの消弧速度が速く、かつパワーデバイスＱＡの消弧オン時間が短い利点がある。
【００８７】
前記実施例では、必要に応じて、コンデンサに抵抗が直列接続されてもよいし、コンデンサに定電流回路が直列接続されてもよい。パワーデバイスなどの非自己消弧型又は自己消弧型デバイスの駆動端に、抵抗が直列接続又は並列接続されてもよい。本発明の封止概念図では、ピンに符号が付けされないのは、ピンの配列順序と対応する回路との接続関係はプロセス及び外部のセット製品に応じて任意に設定でき、またその外形も限定されず、従来の封止外形及びピン形態を採用できるからである。
【００８８】
以上より、本発明に係る第１の電圧検出スイッチは、機械スイッチの切断をリアルタイムに検出し、パワーデバイスを駆動するための駆動エネルギーを大幅に低減できる。第１の電圧検出スイッチの制御エネルギーは、パワーデバイスの両端子から供給され、第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）の入力回路と第１の電圧検出スイッチ（Ａ１）の出力回路とパワーデバイスの間は、絶縁分離されないため、コストが低く、体積が小さい利点がある。本発明の実施例に係る駆動エネルギーは、パワーデバイスが配置された電力網により非絶縁的に供給され、コンデンサでエネルギーが蓄積され、コンデンサから第１の電圧検出スイッチ（機械スイッチの切断をリアルタイムに検出する）を介して放電する形態により、パワーデバイスをオンに駆動し、コンデンサの容量に対する要求が低い（数μＦでよい）。コンデンサは、セラミックチップコンデンサが採用されてもよく、回路が簡単で、消費電力が小さく、コストが低く、応答速度が速く、パワーデバイスのオン時間が少なく、集積化しやすい利点がある。集積化した消弧用パワーデバイス駆動集積回路にすることができ、電気式消弧技術の普及に有利である。また、本発明に係る消弧用パワーデバイスの駆動装置を用いる消弧装置によれば、ゼロクロスでのオンが不要な場合、同期信号を不要とし、押しボタンスイッチ、ストロークスイッチなどの、制御コイルのない機械スイッチの消弧に適用でき、適用範囲が広い利点がある。本発明に係るパワーデバイスを備えた消弧装置は、体積が小さく、使用が便利な利点がある。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月24日(2018.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動されるパワーデバイスと、消弧される機械スイッチとが並列接続される消弧用パワーデバイスの駆動装置において、第１の電圧検出スイッチを備え、前記第１の電圧検出スイッチの入力端子は、前記パワーデバイスの両端子に接続され、 前記第１の電圧検出スイッチは、前記パワーデバイスの駆動回路に直列接続され、前記第１の電圧検出スイッチは、前記パワーデバイスの両端子に電位差があると検出した場合にオンになり、前記第１の電圧検出スイッチは、駆動信号を前記パワーデバイスに伝達して、前記パワーデバイスをオンに駆動し、前記第１の電圧検出スイッチは、非自己消弧型スイッチ、又は、閾値が前記パワーデバイスのオン電圧よりも小さい自己消弧型スイッチであることを特徴とする消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２】
前記第１の電圧検出スイッチの入力回路と、前記第１の電圧検出スイッチの出力回路と、前記パワーデバイスとの間は、絶縁分離されないことを特徴とする請求項１に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３】
前記第１の電圧検出スイッチは、第２の電流制限素子と、半導体スイッチとを備え、前記パワーデバイスの両端子の電位差の信号は、前記第２の電流制限素子を介して前記半導体スイッチの制御端子に伝達され、前記半導体スイッチは、前記駆動回路に直列接続され、前記第２の電流制限素子は、抵抗又はコンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項４】
前記半導体スイッチは、トランジスタでサイリスタ等価回路を駆動する回路、又は、サイリスタ等価回路、又は、サイリスタであることを特徴とする請求項３に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項５】
前記サイリスタ等価回路又は前記サイリスタは、前記駆動回路に直列接続されていることを特徴とする請求項４に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項６】
前記サイリスタ等価回路は、ＰＮＰ型トランジスタと、ＮＰＮ型トランジスタとを備え、前記ＰＮＰ型トランジスタのベースは、前記ＮＰＮ型トランジスタのコレクタに接続され、前記ＰＮＰ型トランジスタのコレクタは、前記ＮＰＮ型トランジスタのベースに接続され、前記ＰＮＰ型トランジスタのエミッタ及び前記ＮＰＮ型トランジスタのエミッタは、前記駆動回路に直列接続されていることを特徴とする請求項５に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項７】
第１のコンデンサを備え、前記第１の電圧検出スイッチの制御端子は、前記パワーデバイスの第１の端子に接続され、前記第１のコンデンサは、前記第１の電圧検出スイッチ、前記パワーデバイスの第２の端子、第３の端子を介して駆動回路を形成し、前記第１のコンデンサは、前記第１のコンデンサに充電するためのスイッチ又は第１の電流制限素子に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項８】
前記第１の電圧検出スイッチは、第１の電圧検出スイッチの最小オン電流になるまでに前記第１のコンデンサに放電させることを特徴とする請求項７に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項９】
前記パワーデバイスは、単方向サイリスタ、又は、双方向サイリスタであり、前記消弧用パワーデバイスの駆動装置は、単方向導通素子と、第１の電圧安定化素子とをさらに備え、前記第１の電流制限素子、前記単方向導通素子及び前記第１のコンデンサは直列接続されて直列回路が形成され、前記直列回路の一端は、給電電源に接続され、前記直列回路の他端は、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第１のコンデンサは、前記第１の電圧検出スイッチ、前記パワーデバイスの第２の端子及び前記パワーデバイスの第３の端子を介して駆動回路を形成し、前記第１の電圧安定化素子は、前記第１のコンデンサに並列接続されているか、又は前記第１の電圧安定化素子は、前記単方向導通素子を介して前記第１のコンデンサに並列接続されていることを特徴とする請求項７に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１０】
前記第１の電圧検出スイッチは、全波電圧検出回路であることを特徴とする請求項９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１１】
前記給電電源は、前記パワーデバイスが配置された電力網により非絶縁的に供給されることを特徴とする請求項９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１２】
前記給電電源は、中性線である、又は、前記パワーデバイスの第３の端子に対して別の相の電源であることを特徴とする請求項９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１３】
第２のコンデンサと、第１の光電スイッチとをさらに備え、前記第１の電圧検出スイッチは、電圧ゼロクロス検出スイッチであり、前記第１のコンデンサは、前記第１の光電スイッチ、前記第１の電圧検出スイッチ、前記パワーデバイスの第２の端子及び前記パワーデバイスの第３の端子を介して駆動回路を形成し、前記機械スイッチが閉じられる前に、前記第１の光電スイッチがオンになり、前記第１のコンデンサの電荷が前記第１の光電スイッチを介して前記第２のコンデンサに蓄積され、前記第１の電圧検出スイッチがオンになるとき、第１のコンデンサの電荷が、前記第１の光電スイッチ及び前記第１の電圧検出スイッチを介して、前記パワーデバイスをオンに駆動し、その後、前記機械スイッチが閉じられ、前記第１の電圧検出スイッチがオフになり、前記機械スイッチにより遮断する場合、前記第１の光電スイッチがオフになり、前記第１の電圧検出スイッチがオンになり、前記第２のコンデンサが前記第１の電圧検出スイッチを介して、前記パワーデバイスをオンに駆動することを特徴とする請求項９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１４】
前記第１の光電スイッチの制御端子は、電流制限素子を介して前記機械スイッチの制御端子に接続されていることを特徴とする請求項１３に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１５】
第２の光電スイッチを備え、前記第２の光電スイッチは、サイリスタ出力付きのフォトカプラ、又はフォトカプラでサイリスタ等価回路を駆動するものであり、前記第２の光電スイッチの制御端子は、前記第１の電圧検出スイッチに接続され、前記第２の光電スイッチの出力端子は、前記機械スイッチの制御コイルに直列接続されていることを特徴とする請求項１３に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１６】
前記パワーデバイスは、サイリスタであり、前記第１の電圧検出スイッチは、第２の電流制限素子と、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタとを備え、前記第２のトランジスタのエミッタは、前記第３のトランジスタのベースに接続され、前記第２のトランジスタのベースは、前記第３のトランジスタのエミッタに接続され、前記第２のトランジスタのコレクタは、前記第１のトランジスタのベースに接続され、前記第４のトランジスタのベースは、前記第３のトランジスタのコレクタに接続され、前記第４のトランジスタのコレクタは、前記第２のトランジスタのエミッタに接続され、前記第４のトランジスタのエミッタは、前記第１のトランジスタのベースに接続され、前記第２のトランジスタのベースは、前記第２の電流制限素子を介して前記パワーデバイスの第１の端子に接続され、前記第２のトランジスタのエミッタは、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第１のトランジスタのエミッタ及び前記第１のトランジスタのコレクタは、前記駆動回路に直列接続されていることを特徴とする請求項１に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１７】
第５のトランジスタをさらに備え、前記第５のトランジスタのベースは、前記第１のトランジスタのコレクタに接続され、前記第５のトランジスタのコレクタは、前記第１のトランジスタのベースに接続され、前記第５のトランジスタのエミッタは、前記駆動回路に直列接続されていることを特徴とする請求項１６に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１８】
前記パワーデバイスは、サイリスタであり、前記第１の電圧検出スイッチは、第２の電流制限素子と、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタとを備え、前記第２のトランジスタのエミッタは、前記第３のトランジスタのベースに接続され、前記第２のトランジスタのベースは、前記第３のトランジスタのエミッタに接続され、前記第２のトランジスタのコレクタは、前記第１のトランジスタのベースに接続され、前記第４のトランジスタのベースは、前記第３のトランジスタのコレクタに接続され、前記第４のトランジスタのコレクタは、前記第２のトランジスタのエミッタに接続され、前記第４のトランジスタのエミッタは、前記第１のトランジスタのベースに接続され、前記第２のトランジスタのベースは、前記第２の電流制限素子を介して前記パワーデバイスの第１の端子に接続され、前記第１のトランジスタのコレクタは、前記第２のトランジスタのベースに接続され、前記第２のトランジスタのエミッタは、前記パワーデバイスの第２の端子に接続され、前記第１のトランジスタのエミッタ及び前記第２のトランジスタのエミッタは、前記パワーデバイスの駆動回路に直列接続されていることを特徴とする請求項１に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項１９】
第２の電圧検出スイッチをさらに備え、
前記第１の電圧検出スイッチ、前記パワーデバイスの第２の端子及び前記パワーデバイスの第３の端子は、前記パワーデバイスの駆動回路を形成し、
前記第１の電圧検出スイッチの制御端子は、前記パワーデバイスの第１の端子に接続され、
前記第２の電圧検出スイッチの両端子はそれぞれ、前記パワーデバイスの第２の端子、前記パワーデバイスの第３の端子に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２０】
前記第２の電圧検出スイッチは、前記第１の電圧検出スイッチに直列接続されて第１の直列回路が形成され、前記第２の電圧検出スイッチの制御端子は、前記第１の直列回路の第１の電圧検出スイッチ端に接続されていることを特徴とする請求項１９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２１】
前記第２の電圧検出スイッチは、前記駆動信号の電圧により前記パワーデバイスが飽和状態にならない場合に、オンになることを特徴とする請求項１９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２２】
前記第２の電圧検出スイッチは、抵抗と、トランジスタとを備えることを特徴とする請求項１９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２３】
前記第２の電圧検出スイッチは、第３の電圧安定化素子と、第６のトランジスタと、第７のトランジスタと、第１１の抵抗と、第１２の抵抗と、第１３の抵抗とを備え、前記第６のトランジスタのコレクタは、前記第７のトランジスタのベースに接続され、前記第６のトランジスタのコレクタは、前記第１２の抵抗を介して前記第７のトランジスタのコレクタに接続され、前記第７のトランジスタのコレクタ及び第７のトランジスタのエミッタは、前記第２の電圧検出スイッチの主回路端であり、前記第１３の抵抗、前記第３の電圧安定化素子及び前記第６のトランジスタのベースは前記第６のトランジスタのエミッタに直列接続されて第４の直列回路が形成され、前記第４の直列回路は、前記第１のコンデンサに並列接続され、前記第１１の抵抗の両端はそれぞれ、前記第６のトランジスタのベース、前記第６のトランジスタのエミッタに接続され、前記第６のトランジスタのエミッタは、前記第７のトランジスタのエミッタに接続されていることを特徴とする請求項１９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２４】
前記第２の電圧検出スイッチは、第３の電圧安定化素子と、第６のトランジスタと、第７のトランジスタと、第１１の抵抗と、第１２の抵抗と、第１３の抵抗と、第４のコンデンサとを備え、前記第６のトランジスタのコレクタは、前記第７のトランジスタのベースに接続され、前記第６のトランジスタのコレクタは、前記第１２の抵抗を介して前記第７のトランジスタのコレクタに接続され、前記第７のトランジスタのコレクタ及び前記第７のトランジスタのエミッタは、前記第２の電圧検出スイッチの主回路端であり、前記第１３の抵抗、前記第３の電圧安定化素子及び前記第６のトランジスタのベースは前記第６のトランジスタのエミッタに直列接続されて直列回路が形成され、前記直列回路は、前記第２の電圧検出スイッチの主回路端に並列接続され、前記第１１の抵抗の両端はそれぞれ、前記第６のトランジスタのベース、前記第６のトランジスタのエミッタに接続され、前記第６のトランジスタのエミッタは、前記第７のトランジスタのエミッタに接続され、前記第４のコンデンサの両端はそれぞれ、前記第７のトランジスタのベース、前記第７のトランジスタのエミッタに接続されていることを特徴とする請求項１９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２５】
第１の半導体スイッチと、第１の電流制限素子と、第１のコンデンサとを備え、前記第１の半導体スイッチ、前記第１のコンデンサ及び前記第１の電流制限素子は順次直列接続されて第２の直列回路が形成され、前記第２の直列回路は、前記機械スイッチの負荷に並列接続され、前記第２の直列回路の前記第１の半導体スイッチ端は、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第１の半導体スイッチと前記第１のコンデンサとの共通端は、前記パワーデバイスの第２の端子に接続され、前記第１の半導体スイッチ及び前記第１のコンデンサが直列接続されてなる第３の直列回路は、前記第１の電圧検出スイッチに並列接続されていることを特徴とする請求項１９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２６】
第１の電圧安定化素子を備え、前記第１の電圧安定化素子は、前記第１のコンデンサに並列接続されているか、又は前記第１の電圧安定化素子は、前記第１の半導体スイッチを介して前記第１のコンデンサに並列接続されていることを特徴とする請求項２５に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２７】
前記第１の半導体スイッチは、ダイオードであり、前記ダイオードのカソードは、前記第１のコンデンサに接続され、前記パワーデバイスは、直流の消弧に用いられることを特徴とする請求項２５に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２８】
前記第１の電圧検出スイッチは、トリガスイッチと、トランジスタと、第３のコンデンサとを備え、前記トリガスイッチは、前記第３の直列回路に並列接続され、前記パワーデバイスの第３の端子と前記パワーデバイスの第１の端子との間の電位差の信号は、前記第３のコンデンサ及び前記トランジスタにより増幅された後に前記トリガスイッチのトリガ極に伝達されることを特徴とする請求項２５に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項２９】
前記トリガスイッチは、サイリスタ、又は、サイリスタ等価回路であることを特徴とする請求項２８に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３０】
前記第１の電圧検出スイッチをイネーブルにするためのフォトカプラをさらに備え、前記フォトカプラの制御端子は、前記機械スイッチの制御端子に接続されていることを特徴とする請求項２５〜２９のいずれか１項に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３１】
制御ユニットと、第１のフォトカプラと、第２のフォトカプラとをさらに備え、前記第１のフォトカプラの出力端子及び前記第２のフォトカプラの制御端子は、前記第１の電圧検出スイッチに接続され、前記第２のフォトカプラの出力信号は、前記制御ユニットに出力され、前記第１のフォトカプラの制御端子は、前記制御ユニットに接続されていることを特徴とする請求項１又は１９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３２】
前記パワーデバイスは、電圧制御型デバイスであることを特徴とする請求項１９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３３】
前記パワーデバイスは、電界効果トランジスタ、又は、ＩＧＢＴであることを特徴とする請求項３２に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３４】
前記パワーデバイスは、直流の消弧に用いられ、前記消弧用パワーデバイスの駆動装置は、第１の半導体スイッチと、第１の電流制限素子と、第１のコンデンサとを備え、前記第１の半導体スイッチ、前記第１のコンデンサ及び前記第１の電流制限素子は順次直列接続されて第２の直列回路が形成され、前記第２の直列回路は、前記機械スイッチの負荷に並列接続され、前記第２の直列回路の第１の半導体スイッチ端は、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第１の半導体スイッチと前記第１のコンデンサとの共通端は、前記パワーデバイスの第２の端子に接続され、前記第１の半導体スイッチ及び前記第１のコンデンサが直列接続されてなる第３の直列回路は、前記第１の電圧検出スイッチに並列接続されていることを特徴とする請求項１に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３５】
前記第１の電圧検出スイッチは、トリガスイッチと、トランジスタと、第３のコンデンサとを備え、前記トリガスイッチは、前記第３の直列回路に並列接続され、前記パワーデバイスの第３の端子と前記パワーデバイスの第１の端子との間の電位差の信号は、前記第３のコンデンサ及び前記トランジスタにより増幅された後に前記トリガスイッチのトリガ極に伝達されることを特徴とする請求項３４に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３６】
前記トリガスイッチは、サイリスタ、又は、サイリスタ等価回路であることを特徴とする請求項３５に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３７】
前記第１の半導体スイッチは、ダイオードであり、前記ダイオードのカソードは、前記第１のコンデンサに接続されていることを特徴とする請求項３４に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３８】
第１の電圧安定化素子を備え、前記第１の電圧安定化素子は、前記第１のコンデンサに並列接続されているか、又は前記第１の電圧安定化素子は、前記第１の半導体スイッチを介して前記第１のコンデンサに並列接続されていることを特徴とする請求項３４に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項３９】
前記第２の電圧検出スイッチをさらに備え、
前記第１の電圧検出スイッチ、前記パワーデバイスの第２の端子及び前記パワーデバイスの第３の端子は、前記パワーデバイスの駆動回路を形成し、
前記第１の電圧検出スイッチの制御端子は、前記パワーデバイスの第１の端子に接続されており、
前記第２の電圧検出スイッチの両端子はそれぞれ、前記パワーデバイスの第２の端子、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、 前記第２の電圧検出スイッチは、前記駆動信号の電圧により前記パワーデバイスが飽和状態にならない場合に、オンになることを特徴とする請求項３４に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項４０】
前記パワーデバイスは、電圧制御型デバイスであることを特徴とする請求項３９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項４１】
前記パワーデバイスは、電界効果トランジスタ、又は、ＩＧＢＴであることを特徴とする請求項３９に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項４２】
前記第１の電圧検出スイッチをイネーブルにするためのフォトカプラをさらに備え、前記フォトカプラの制御端子は、前記機械スイッチの制御端子に接続されていることを特徴とする請求項３４〜４１のいずれか１項に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置。
【請求項４３】
請求項９〜１２のいずれか１項に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置を備え、前記パワーデバイスと、第１のピンと、第２のピンと、第３のピンとをさらに備え、前記消弧用パワーデバイスの駆動装置及び前記パワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、前記第１のピン、前記第２のピンはそれぞれ、前記パワーデバイスの第１の端子、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第３のピンは、前記直列回路の第１の電流制限素子端に接続されていることを特徴とする消弧装置。
【請求項４４】
請求項２５〜２９のいずれか１項に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置を備え、前記パワーデバイスと、第１のピンと、第２のピンと、第３のピンとをさらに備え、前記消弧用パワーデバイスの駆動装置及び前記パワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、前記第１のピン、前記第２のピンはそれぞれ、前記パワーデバイスの第１の端子、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第３のピンは、前記第２の直列回路の第１の電流制限素子端に接続されていることを特徴とする消弧装置。
【請求項４５】
請求項３０に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置を備え、前記パワーデバイスと、第１のピンと、第２のピンと、第３のピンと、第４のピンと、第５のピンとをさらに備え、前記フォトカプラ、前記消弧用パワーデバイスの駆動装置及び前記パワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、前記第１のピン、前記第２のピンはそれぞれ、前記パワーデバイスの第１の端子、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第３のピンは、前記第２の直列回路の第１の電流制限素子端に接続され、前記第４のピン及び前記第５のピンは、前記フォトカプラの制御端子に接続されていることを特徴とする消弧装置。
【請求項４６】
請求項３４〜４１のいずれか１項に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置を備え、前記パワーデバイスと、第１のピンと、第２のピンと、第３のピンとをさらに備え、前記消弧用パワーデバイスの駆動装置及び前記パワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、前記第１のピン、前記第２のピンはそれぞれ、前記パワーデバイスの第１の端子、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第３のピンは、前記第２の直列回路の第１の電流制限素子端に接続されていることを特徴とする消弧装置。
【請求項４７】
請求項４６に記載の消弧用パワーデバイスの駆動装置を備え、前記パワーデバイスと、第１のピンと、第２のピンと、第３のピンと、第４のピンと、第５のピンとをさらに備え、前記フォトカプラ、前記消弧用パワーデバイスの駆動装置及び前記パワーデバイスは、絶縁材料に封止されており、前記第１のピン、前記第２のピンはそれぞれ、前記パワーデバイスの第１の端子、前記パワーデバイスの第３の端子に接続され、前記第３のピンは、前記第２の直列回路の第１の電流制限素子端に接続され、前記第４のピン及び前記第５のピンは、前記フォトカプラの制御端子に接続されていることを特徴とする消弧装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
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【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
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【国際調査報告】
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