(57)【要約】【課題】  電気回路の確実な切り換えを行うことができる回路装置を提供する。【解決手段】  電気回路の確実な切り換えを行うための回路装置は、２つの直列経路と、直列経路の一方で互いに並列に配置された２つのスイッチ素子とを備えており、スイッチ素子のスイッチ入力部は、直列経路の入力点に接続され、スイッチ素子のスイッチ出力部は、変圧器のそれぞれの巻線の入力側に接続されている。前記変圧器の前記巻線は、前記変圧器（変圧器１０）内の負荷電流（１４）の２つの成分電流（１５、１６）の磁界強度（１７、１８）が互いに逆向きに作用するようにして具現され、コンデンサ（１３）が、前記直列経路（１、２）の前記出力点（６、７）間で有効である。
2005510167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流負荷（３）に通じたリード線に設けられて、第１入力点（４、５）を第１出力点（６、７）に電気接続する第１直列経路（１、２）、及び第２入力点（４、５）を第２出力点（６、７）に電気接続する第２直列経路（１、２）を備えた、電気回路を確実に切り換えるための回路装置であって、少なくとも２つのスイッチ素子（１１、１２）が、前記直列経路（１、２）の少なくとも一方内で互いに並列に配置されており、前記スイッチ素子のスイッチ入力部（２０）が、前記直列経路の前記入力点（４、５）に接続され、前記スイッチ素子のスイッチ出力部（２１）が、変圧器（変圧器１０）のそれぞれの巻線（８、９）の入力側に接続され、また、該巻線（８、９）の出力側は、互いに、かつ前記直列経路の前記出力点（６、７）に接続されており、前記変圧器の前記巻線は、前記変圧器（変圧器１０）内の負荷電流（１４）の２つの成分電流（１５、１６）の磁界強度（１７、１８）が互いに逆向きに作用するようにして具現され、コンデンサ（１３）が、前記直列経路（１、２）の前記出力点（６、７）間で有効であることを特徴とする回路装置。
【請求項２】
前記直列経路（１、２）の少なくとも一方内で、コンデンサ（１９）が負荷に直列に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
【請求項３】
前記スイッチ素子（１１、１２）の少なくとも一方は、制御入力部（２３）を有し、該制御入力部は、作動時に前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間の接続を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載の回路装置。
【請求項４】
前記スイッチ素子（１１、１２）の少なくとも一方は、前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間に位置するヒューズを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の回路装置。
【請求項５】
前記スイッチ素子（１１、１２）の少なくとも一方は、前記直列経路（１、２）に導電接続されるさらなる入力部（２２）を有し、また、該入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間に位置する少なくとも１つの非線形素子（２４）を含むことを特徴とする請求項３に記載の回路装置。
【請求項６】
前記非線形素子（２４）は、前記スイッチ出力部（２１）での電圧極性が、前記スイッチ入力部（２０）での極性と逆になった場合に導通することを特徴とする請求項５に記載の回路装置。
【請求項７】
前記非線形素子（２４）は、前記スイッチ出力部（２１）での電圧の大きさが、前記スイッチ入力部（２０）での電圧の大きさを超えた場合に導通することを特徴とする請求項５に記載の回路装置。
【請求項８】
前記スイッチ素子（１１、１２）の前記制御入力部（２３）は、適当なデバイスによってほぼ同時に作動されることを特徴とする請求項３に記載の回路装置。
【請求項９】
前記スイッチ素子（１１、１２）の前記制御入力部（２３）は、互いに接続されており、また、少なくとも１つの適当なデバイスによってほぼ同時に作動されることを特徴とする請求項８に記載の回路装置。
【請求項１０】
前記スイッチ素子（１１、１２）の少なくとも一方は、制御入力部（２３）を有し、該制御入力部は、作動時に前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間の接続を遮断して、前記直列経路（１、２）に導電接続されたさらなるスイッチ入力部（２２）に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の回路装置。
【請求項１１】
前記スイッチ素子（１１、１２）の前記制御入力部（２３）は、互いに接続されており、また、少なくとも１つの適当なデバイスによってほぼ同時に作動されることを特徴とする請求項１０に記載の回路装置。
【請求項１２】
前記スイッチ素子（１１、１２）の少なくとも一方は、制御入力部（２６、３０）を有する可制御構成部品（２５、２９）を含み、これにより、前記スイッチ素子の前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間の接続及び遮断を行うことができることを特徴とする請求項１または２に記載の回路装置。
【請求項１３】
前記スイッチ素子（１１、１２）の少なくとも一方は、制御入力部（２８、３２）を有する可制御構成部品（２７、３１）を含み、これにより、前記スイッチ素子の前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の接続及び遮断を行うことができることを特徴とする請求項１または２に記載の回路装置。
【請求項１４】
前記スイッチ素子（１１、１２）の少なくとも一方は、それぞれ制御入力部（２６、２８）及び（３０、３２）を有する可制御構成部品（２５、２７）及び（２９、３１）を含み、これにより、前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間、及び前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の接続及び遮断を行うことができることを特徴とする請求項１または２に記載の回路装置。
【請求項１５】
前記可制御構成部品は、少なくとも１つのリレー接点を有することを特徴とする請求項１２、１３または１４に記載の回路装置。
【請求項１６】
前記可制御構成部品は、少なくとも１つのトランジスタを有することを特徴とする請求項１２、１３または１４に記載の回路装置。
【請求項１７】
前記可制御構成部品は、少なくとも１つのサイリスタを有することを特徴とする請求項１２、１３または１４に記載の回路装置。
【請求項１８】
前記構成部品（２５、２７、２９、３１）の前記制御入力部（２６、２８、３０、３２）は、制御装置（３３）につながっており、該制御装置は、状態１及び状態２の少なくとも２つの状態をとることができ、少なくとも１つの制御入力部（３６）を有することを特徴とする請求項１４に記載の回路装置。
【請求項１９】
前記制御装置（３３）は状態１において、前記スイッチ素子（１１、１２）の前記スイッチ入力部（２０）を前記スイッチ出力部（２１）に導電接続するように構成部品（２５、２９）を駆動し、また、前記スイッチ素子（１１、１２）の前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の接続を遮断するように構成部品（２７、３１）を駆動することを特徴とする請求項１８に記載の回路装置。
【請求項２０】
前記制御装置（３３）は状態２において、前記スイッチ素子（１１、１２）の前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間の接続を遮断するように前記構成部品（２５、２９）を駆動し、また、前記スイッチ素子（１１、１２）の前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間を導電接続するように前記構成部品（２７、３１）を駆動することを特徴とする請求項１８に記載の回路装置。
【請求項２１】
前記制御装置（３３）は、前記制御入力部（３６）を介して状態１から状態２に切り換えられ、また、前記制御装置（３３）は、この状態遷移時に、前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間の接続を遮断するように前記構成部品（２５、２９）をほぼ同時に駆動し、その後、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間を接続するように前記構成部品の一方（２７）または（３１）を駆動し、それから、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の電圧がほぼゼロになった場合、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間が導通するように、第２構成部品（２７）または（３１）をそれの制御入力部（２８）または（３２）を介して駆動することを特徴とする請求項１８ないし２０に記載の回路装置。
【請求項２２】
前記制御装置（３３）は、前記制御入力部（３６）を介して状態２から状態１に切り換えられ、この状態遷移時に、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の接続を遮断するように前記構成部品（２７、３１）をほぼ同時に駆動し、その後、前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間を接続するように前記構成部品の一方（２５）または（２９）を駆動し、それから、前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間の電圧がほぼゼロになった場合、前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間が導通するように、第２構成部品（２５）または（２９）をそれの制御入力部（２６）または（３０）を介して駆動することを特徴とする請求項１８ないし２０に記載の回路装置。
【請求項２３】
前記制御装置（３３）は、前記制御入力部（３６）を介して状態１から状態２に切り換えられ、この状態遷移時に、前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間の接続を遮断するように前記構成部品（２５、２９）をほぼ同時に駆動し、その後、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の電圧がほぼゼロになった場合、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間を接続するように前記構成部品の一方（２７）または（３１）を駆動し、それから、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の電圧がほぼゼロになった場合、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間が導通するように、第２構成部品（２７）または（３１）をそれの制御入力部（２８）または（３２）を介して駆動することを特徴とする請求項１８ないし２０に記載の回路装置。
【請求項２４】
前記制御装置（３３）は、前記制御入力部（３６）を介して状態２から状態１に切り換えられ、この状態遷移時に、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の接続を遮断するように前記構成部品（２７、３１）をほぼ同時に駆動し、その後、前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間の電圧がほぼゼロになった場合、前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間を接続するように前記構成部品の一方（２５）または（２９）を駆動し、それから、前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間の電圧がほぼゼロになった場合、前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間が導通するように、第２構成部品（２５）または（２９）をそれの制御入力部（２６）または（３０）を介して駆動することを特徴とする請求項１８ないし２０に記載の回路装置。
【請求項２５】
たとえば、交流電源電圧、変圧器の二次巻線、モード切り換え式電源変圧器の二次巻線などの交番極性を有する電圧源が、前記入力点（４、５）に接続されることを特徴とする請求項１８ないし２０に記載の回路装置。
【請求項２６】
前記制御装置（３３）は、前記直列経路（１）に接続されたさらなる制御入力部（３４）を有することを特徴とする請求項２５に記載の回路装置。
【請求項２７】
前記制御装置（３３）は、前記直列経路（２）に接続されたさらなる制御入力部（３５）を有することを特徴とする請求項２５に記載の回路装置。
【請求項２８】
前記スイッチ装置（３３）における状態２から状態１への遷移は、前記入力点（４）及び前記入力点（５）間の電圧が正になった時に前記制御入力部（３４）または（３５）によって開始され、状態１から状態２への遷移は、前記制御入力部（３６）によって開始されることを特徴とする請求項２１ないし２７に記載の回路装置。
【請求項２９】
前記スイッチ装置（３３）における状態２から状態１への遷移は、前記入力点（４）及び前記入力点（５）間の電圧が負になった時に前記制御入力部（３４）または（３５）によって開始され、状態１から状態２への遷移は、前記制御入力部（３６）によって開始されることを特徴とする請求項２１ないし２７に記載の回路装置。
【請求項３０】
たとえば、交流電源電圧、変圧器の二次巻線、またはモード切り換え式電源変圧器の二次巻線などの交番極性を有する第２電圧源が、前記入力点（５）及びさらなる入力点（４０）に接続され、それにより、該入力点（４０）が、前記入力点（４）と逆の極性を有することを特徴とする請求項２５ないし２７に記載の回路装置。
【請求項３１】
前記スイッチ素子（１１、１２）はそれぞれ、さらなる直列経路（４２）を介して前記入力点（４０）に接続されたさらなるスイッチ入力部（４１）を有し、それぞれが、制御入力部（４５、４６）を有する少なくとも１つのさらなる可制御構成部品（４３、４４）を備えており、該可制御構成部品を駆動することによって、前記スイッチ入力部（４１）及び前記スイッチ出力部（２１）間を導電接続することができることを特徴とする請求項３０に記載の回路装置。
【請求項３２】
前記制御装置（３３）は、さらなる制御出力部（４７）を介して前記構成部品（４３）の前記制御入力部（４５）に、さらなる制御出力部（４８）を介して前記構成部品（４４）の前記制御入力部（４６）に、また、さらなる入力部（４９）を介して前記直列経路（４２）に接続されていることを特徴とする請求項３１に記載の回路装置。
【請求項３３】
前記制御装置（３３）は、前記入力部電圧（４、５）の上昇中、前記スイッチ入力部（２０）を前記スイッチ出力部（２１）に導電接続し、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の導電接続を遮断するように前記構成部品（２５、２７、２９、３１）を駆動し、また、前記入力部電圧（４０、５）の上昇中、前記スイッチ入力部（４１）を前記スイッチ出力部（２１）に導電接続し、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の導電接続を遮断するように前記構成部品（２７、３１、４３、４４）を駆動し、さらに、前記制御装置（３３）の前記制御入力部（３６）の適当な信号により、前記構成部品（２５、２９、４３、４４）は、前記スイッチ入力部（２０、４１）及び前記スイッチ出力部（２１）間の導電接続を遮断するように駆動され、前記構成部品（２７、３１）は、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間を導電接続するように駆動されることを特徴とする請求項３２に記載の回路装置。
【請求項３４】
前記制御装置（３３）は、前記入力部電圧（４、５）の低下中、前記スイッチ入力部（２０）を前記スイッチ出力部（２１）に導電接続し、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の導電接続を遮断するように前記構成部品（２５、２７、２９、３１）を駆動し、また、前記入力部電圧（４０、５）の低下中、前記スイッチ入力部（４１）を前記スイッチ出力部（２１）に導電接続し、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の導電接続を遮断するように前記構成部品（２７、３１、４３、４４）を駆動し、さらに、前記制御装置（３３）の前記制御入力部（３６）の適当な信号により、前記構成部品（２５、２９、４３、４４）は、前記スイッチ入力部（２０、４１）及び前記スイッチ出力部（２１）間の導電接続を遮断するように駆動され、前記構成部品（２７、３１）は、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間を導電接続するように駆動されることを特徴とする請求項３２に記載の回路装置。
【請求項３５】
前記制御装置（３３）は、前記入力部電圧（４、５）の上昇中、前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）で測定した電圧がほぼゼロである時、それらを導電接続し、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の導電接続を遮断するように前記構成部品（２５、２７、２９、３１）を駆動し、また、前記入力部電圧（４０、５）の上昇中、前記スイッチ入力部（４１）及び前記スイッチ出力部（２１）で測定した電圧がほぼゼロである時、それらを導電接続し、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の導電接続を遮断するように前記構成部品（２７、３１、４３、４４）を駆動し、さらに、前記制御装置（３３）の前記制御入力部（３６）での適当な信号により、前記構成部品（２５、２９、４３、４４）は、前記スイッチ入力部（２０、４１）及び前記スイッチ出力部（２１）間の導電接続を遮断するように駆動され、そして前記構成部品（２７、３１）は、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）で測定した電圧がほぼゼロである場合、それらの間を導電接続するように駆動されることを特徴とする請求項３２に記載の回路装置。
【請求項３６】
前記制御装置（３３）は、前記入力部電圧（４、５）の低下中、前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）での電圧がほぼゼロである時、それらを導電接続し、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の導電接続を遮断するように前記構成部品（２５、２７、２９、３１）を駆動し、また、前記入力部電圧（４０、５）の低下中、前記スイッチ入力部（４１）及び前記スイッチ出力部（２１）での電圧がほぼゼロである時、それらを導電接続し、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の導電接続を遮断するように前記構成部品（２７、３１、４３、４４）を駆動し、さらに、前記制御装置（３３）の前記制御入力部（３６）での適当な信号により、前記構成部品（２５、２９、４３、４４）は、前記スイッチ入力部（２０、４１）及び前記スイッチ出力部（２１）間の導電接続を遮断するように駆動され、そして前記構成部品（２７、３１）は、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）で測定した電圧がほぼゼロである場合、それらの間を導電接続するように駆動されることを特徴とする請求項３２に記載の回路装置。
【請求項３７】
前記入力点（４）及びさらなる入力点（５０）間に、交番極性を有する電圧源、たとえば、変圧器の二次巻線などが接続されており、該電圧源は、電圧分割用の追加タッピング、たとえば、変圧器の二次巻線の中央タップなどを有し、該追加タッピングは、本発明で請求する回路装置の前記入力点（５）に接続されていることを特徴とする請求項１８ないし２０に記載の回路装置。
【請求項３８】
前記入力点（５０）は、さらなる直列経路（５１）によって前記スイッチ素子（１１、１２）の前記スイッチ入力部（２２）及び前記制御装置（３３）の前記入力部（３５）に接続されていることを特徴とする請求項２５、２６および３７に記載の回路装置。
【請求項３９】
前記制御装置（３３）は、それの制御入力部（３６）での適当な信号によって、前記入力点（４、５０）での入力電圧の第１半サイクル中に状態１に、入力電圧の第２半サイクル中に状態２に切り換えられ、入力電圧のゼロ交差中、それぞれの存在状態１または２が維持されることを特徴とする請求項３８に記載の回路装置。
【請求項４０】
前記制御装置（３３）は、状態２から状態１への遷移時に、前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間の電圧がほぼゼロになった場合、前記スイッチ入力部（２０）及び前記スイッチ出力部（２１）間を導通接続するように前記構成部品（２５、２９）を駆動することを特徴とする請求項１９および２０に記載の回路装置。
【請求項４１】
前記制御装置（３３）は、状態１から状態２への遷移時に、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間の電圧がほぼゼロになった場合、前記スイッチ入力部（２２）及び前記スイッチ出力部（２１）間を導通接続するように前記構成部品（２７、３１）を駆動することを特徴とする請求項１９および２０に記載の回路装置。
【請求項４２】
前記制御装置（３３）は、集積回路として具現されることを特徴とする請求項１８、３２および３８に記載の回路装置。
【請求項４３】
前記制御装置（３３）は、電子アセンブリとして具現されることを特徴とする請求項１８、３２および３８に記載の回路装置。
【請求項４４】
前記制御装置（３３）は、ポットモジュールとして具現されることを特徴とする請求項１８、３２および３８に記載の回路装置。
【請求項４５】
前記制御装置（３３）は前記可制御構成部品（２５、２７、２９、３１、４３、４４）と組み合わせて、集積回路として具現されることを特徴とする請求項１８、３１、３２および３８に記載の回路装置。
【請求項４６】
前記制御装置（３３）は前記可制御構成部品（２５、２７、２９、３１、４３、４４）と組み合わせて、電子アセンブリ、ハイブリッド回路、厚膜回路または薄膜回路として具現されることを特徴とする請求項１８、３１、３２および３８に記載の回路装置。
【請求項４７】
前記制御装置（３３）は前記可制御構成部品（２５、２７、２９、３１、４３、４４）と組み合わせて、ポットモジュール、またはハウジングに封入されたモジュールとして具現されることを特徴とする請求項１８、３１、３２および３８に記載の回路装置。
【請求項４８】
前記変圧器（１０）の２つの巻線（８、９）は、印刷回路の２本の平行配置された線路または導体トラックとして具現されて、本発明で請求する回路装置の前記スイッチ素子（１１、１２）及び前記出力点（６）に接続され、それにより、前記負荷電流（１４）の前記成分電流（１５、１６）は、逆向きにそれらを流れることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
【請求項４９】
前記コンデンサ（１３）は、印刷回路の２本の平行配置された線路または導体トラックから形成されることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
【背景技術】
【０００２】
電気回路を開閉するために、たとえば、鉄道車両の集電器または電気モータ内の整流子の場合などの滑り接点またはヒュージブルリンクなどの機械的接点、及びトランジスタ、サイリスタ及び半導体リレーなどの半導体スイッチの両方が利用されている。
【０００３】
電気回路の開路中、これらのスイッチ素子はすべて、電気回路全体に誘導的に蓄えられているエネルギの急速低下の結果として、高い自己誘導電圧にさらされる。
【０００４】
この自己誘導電圧は、半導体スイッチ素子及び保護回路を加熱して破損させ、接点領域での材料のマイグレーション及び溶着を引き起こして、接点領域間のアーク放電の結果として電気回路の遮断を妨害する可能性がある。
【０００５】
電気回路の閉路中、回路内に存在するコンデンサを急速に充電する必要があり、これは瞬間的に大きいスイッチオン電流をもたらす。
【０００６】
このスイッチオン電流は、まだ完全には閉じていない接点領域で材料のマイグレーションを引き起こし、局部的な熱的過負荷によって半導体スイッチを破損する可能性がある。
【０００７】
スイッチ素子が導通状態から遮断状態に、また、遮断状態から導通状態に遷移する間、電流及び電圧の同時存在のため、スイッチ素子に電力損失が発生し、この電力損失を切り換え電力と呼ぶ。
【０００８】
頻繁に切り換え動作が行われる場合、この切り換え電力によって、スイッチ素子及び隣接した構成部品が加熱され、それにより、装置及び設備全体の信頼できる動作が脅かされる。
【０００９】
スイッチ素子を自己誘導電圧の有害作用から保護するために、ＲＣ回路が使用されるが、これは、切り換えが高頻度である場合、大幅に加熱される。
【００１０】
転流ダイオードとしてやはり既知であるダイオード回路は、応答時間後だけスイッチ素子を自己誘導電圧から保護するが、交流電圧では使用することができず、また、切り換え動作の度に電力損失を引き起こし、これは、電圧コンバータまたはモード切り換え式電源などの高頻度切り換え回路装置の効率を制限すると共に、それの加熱及び破損を招く。
【００１１】
さらに、バリスタ回路が知られており、これは、スイッチを超高自己誘導電圧から保護する。しかし、バリスタは急速に加熱され、したがって、高切り換え頻度及び高圧の場合や、半導体構成部品を保護するために過電圧を低い値に正確に制限するには不適当である。
【００１２】
電気回路の開路中のスイッチ素子の自己誘導電圧及び加熱は、スイッチ素子に並列の負荷などに並列に接続されたコンデンサによって効果的に制限することができることも既知である。しかし、この回路には、スイッチ素子の閉鎖中に、コンデンサを短絡させるか、急速に充電しなければならず、これは、非常に高いスイッチオン電流、高い切り換え損失、及びスイッチ素子の激しい磨耗を引き起こし、そのため、コンデンサのキャパシタンスが非常に低い値に制限されたままとなり、したがって、それの有効性が大きく制限されるという欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
これを出発点として考え、本発明の目的は、電気回路の確実な切り換えを行うことができる回路装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、本発明によれば、特許請求の範囲の請求項１の特徴を有する回路装置によって達成される。
【発明の実施の形態】
【００１５】
本発明に従った回路装置は、遮断すべき電気負荷回路から電流を瞬間的に受け取るコンデンサによって、高自己誘導電圧の発生を防止し、また、それの放電動作によって、変圧器の巻線及びそれに直列に接続された開放状態のスイッチ素子間の急激な電圧上昇を防止する。
【００１６】
この場合、通電中のスイッチ素子の本発明に従った確実なスイッチオフ動作は、電圧スパイク、電力損失及び加熱を回避することによって達成される。
【００１７】
本発明に従ったスイッチオフ動作中の電力損失を回避することによって、電気機械式スイッチ素子及びヒュージブルリンクの場合のアークの発生が防止され、それにより、それらを本発明に従って確実にスイッチオフすることができる。
【００１８】
電気負荷回路内に大量のエネルギが存在する場合、本発明に従った回路装置は、電圧源から切り離した後に負荷を短絡させて、エネルギを電気負荷回路内に保持するように構成することができる。
【００１９】
電気回路を閉路する間、本発明に従った回路装置によって、インダクタとして機能する変圧器巻線を介して負荷が電圧源に接続され、それにより、電気負荷回路内で低速制御された電流上昇及び低速制御されたキャパシタンス充電を生じる。インダクタを介して負荷電流をオンに切り換える時のスイッチ素子の低速制御電流上昇及び小さい電力損失により、本発明に従ってスイッチ素子を確実に閉じることができる。
【００２０】
変圧器巻線での電圧が第２巻線に変圧され、これにより、電気負荷回路のキャパシタンスを電圧源の電圧まで充電する時、第２スイッチ素子が無電圧状態になり、この状態では、本発明に従って、電力損失がほとんどない状態でそれを確実に閉じることができる。
【００２１】
本発明に従った回路装置は、電力損失をほぼ回避することによって、確実な切り換え動作を行うことができるので、相当に高い切り換え頻度が可能になるため、本発明は、直流電圧コンバータ、モード切り換え式電源、モータ駆動装置などの高頻度切り換え装置の小型化及びコスト削減に大いに役立つことができる。
【００２２】
切り換え動作中の電力損失を減少させることは、環境保護にも重要な貢献をする。
【００２３】
本発明に従った回路装置は、有害な電圧及び有害な急速電流上昇を制限するために、１つの変圧器、及び通常は非常に小さいコンデンサだけを使用するので、この回路装置は、直流電圧及び正弦波または矩形波交流電圧に使用することができる。
【実施例】
【００２４】
本発明の例示的な実施形態を図面に示し、以下にさらに詳細に説明する。
【００２５】
本発明に従った回路装置は、２つの直列経路１及び２を有し、これらは、負荷３に通じたリード線上に位置し、電圧源の接続用の２つの接続点４及び５と、負荷３の接続用の２つの接続点６及び７とを備えている。
【００２６】
直列経路１は、２つのさらなる直列経路に分割され、その各々は、それぞれ変圧器１０の巻線８及び９と、スイッチ素子１１及び１２とを含む。
【００２７】
変圧器１０の下流側で、２つの巻線８及び９は互いに、また接続点６に接続されている。
【００２８】
コンデンサ１３が、直列経路１及び２間で負荷に並列に接続されている。コンデンサ１３は、低速切り換え回路装置または高負荷電流の場合は非常に大きく、また、急速切り換え回路装置の場合、１及び２間の線路キャパシタンスが、所望の保護効果を得るのに十分である程度に小さく選択することができる。
【００２９】
直列経路１からの負荷電流１４は、成分電流１５及び１６に分割され、それにより、変圧器１０のコア内のそれの磁界強度１７及び１８が互いに逆向きに作用して、互いに相互補償する。
【００３０】
巻線８及び９内の２つの成分電流１５及び１６が同一の大きさである場合、負荷電流１４は、変圧器コア内にエネルギを蓄積することができない。
【００３１】
成分電流１５がスイッチ素子１１によって遮断されると、それの補償磁界強度１７が省かれ、その結果として、変圧器コアがまだ磁化されないので、残った通電中の巻線９がインダクタとして作用して、他方の成分電流１６を瞬間的に遮断する。したがって、成分電流１５の遮断直後に、負荷電流１４がコンデンサ１３から完全に引き出され、そのため、本発明によれば、残りの第２スイッチ素子１２を、電力損失がほとんどないほぼ無電流かつ無電圧状態で確実に開くことができる。
【００３２】
コンデンサ１３は、スイッチ素子１１の開放後に負荷電流１４によって放電され、その結果として、コンデンサ電圧が低下し、変圧器巻線９の両端に電圧が発生し、それが変圧器巻線８に変圧される。変圧器巻線８の電圧は、コンデンサ１３の両端の電圧と合わさって、本発明に従って、電力損失をほとんど伴わないほぼ無電圧状態でスイッチ素子１１を確実に開くことができる。
【００３３】
最も単純な場合、スイッチ素子１１及び１２は、スイッチ接点、ヒュージブルリンクまたはトランジスタを含むことができ、これらは、電気回路が遮断された時、同時に、またはわずかな遅れで、非導通状態に遷移する。スイッチ素子１１及び１２はまた、切換接点、プッシュプルまたはＣＭＯＳトランジスタステージとして形成してもよく、これらは、直列経路１を電圧源の接続点４から切り離した後、直列経路２に接続して、それにより、負荷電流１４を流し去り、負荷３内に蓄積されていたエネルギを電気負荷回路内に保持する。
【００３４】
電気回路内に蓄えられていたエネルギを流し去るために、スイッチ素子１１及び１２には、電圧源から切り離した後に負荷電流１４を直列経路２に流し去るダイオードを設けることもできる。
【００３５】
さらなる可能性として、電圧測定装置によってスイッチ素子の両端の電圧を測定して、測定電圧がゼロになった時、直列経路２を可制御スイッチ素子に接続し、それにより、本発明に従った確実で低損失の閉動作を無電圧状態で行うことができる。
【００３６】
スイッチ素子１１及び１２の一方だけ、または両方が直列経路２との接続を遮断し、それから一方のスイッチ素子だけが対応の変圧器巻線を直列経路１に接続することによって、負荷を電圧源に再び接続することができ、それにより、変圧器１０の巻線インダクタンスを介してコンデンサ１３が充電される。この場合、本発明によれば、巻線インダクタンスが、充電電流の急激な上昇を防止し、したがって、本発明によれば、ほぼ無電流状態でスイッチ素子の確実な低損失閉鎖を行うことができる。コンデンサ１３が完全に充電されると、第２スイッチ素子が同様に、本発明に従って、低損失のほぼ無電圧状態で確実に電圧源に接続され、その結果、変圧器の巻線内の成分電流１５及び１６が互いに一致する。
【００３７】
本発明に従った回路のさらなる実施形態は、負荷３が、直列に接続されたコンデンサ１９を介して直列経路１または２に接続されることにある。その結果、負荷内に交番電流方向が生じ、これにより、スイッチオン時に、負荷電流によってコンデンサ１３を電圧源の電圧まで充電することができる。その場合、２つのスイッチ素子１１及び１２は、エネルギを変圧器１０に供給することなく、無電流及び無電圧状態で電圧源に接続することができる。
【００３８】
本発明に従った回路は、交番極性の電圧源にも同様に使用して、電流を整流し、電圧源から引き出される電力を調整することができる。この場合、正の半サイクルの開始時に、変圧器１０がスイッチ素子１１及び１２によって直列経路１を介して電圧源に接続され、正の半サイクル中の、適当な調整デバイスによって決定される時間後に、電圧源の中性線、直列経路２に再び接続されて、負荷用の正の整流電流を発生する。負の半サイクルの開始時に、変圧器１０がスイッチ素子１１及び１２によって直列経路１を介して電圧源に接続され、負の半サイクル中の、適当な調整デバイスによって決定される時間後に、電圧源の中性線、直列経路２に再び接続されて、負荷用の負の整流電流を発生する。
【００３９】
本発明に従った回路はさらに、中性線を有する交番極性の電圧源、たとえば、中央タップを有する変圧器の二次巻線などにも使用して、電流を整流し、電圧源から引き出される電力を調整することができる。この場合、正の半サイクルの開始時に、変圧器１０は、スイッチ素子１１及び１２によって電圧源の、この時点で正の端子に接続されたままであり、正の半サイクル中の、適当な調整デバイスによって決定される切り換え時点で、スイッチ素子１１及び１２を介して電圧源の、この時点で負の端子に接続される。この接続は、この半サイクルの終了まで持続し、電圧源の極性反転により、次の半サイクルに入る。このように、切り換え時点を画定することによって、切り換え時点が半サイクルの第２半分にある場合、負荷に正電流を供給し、切り換え時点が半サイクルの第１半分にある場合、負荷に負電流を供給し、切り換え時点が半サイクルの中央にある場合、まったく電流を供給しないことが可能である。
【００４０】
図６は、本出願に記載された回路を有効インピーダンスとしていかに使用することができるかを示している。それにより、電流制限用のオーム抵抗器の代替として、それを非常に簡単に使用することができる。この場合、回路は完全に封入されており、簡単なインピーダンスのように、２つの端子を備えているだけである。したがって、１つの経路が接続されていない。
【００４１】
この回路は、オーム特性を獲得し、電圧源または電流源として具現されるか、電位差計または電力コントローラとして追加制御入力部で動作することができ、それぞれの場合、発生する電力損失が非常に低い。
【００４２】
図６ｂに示された回路の場合、電力損失は、約０．０５＊Ｕ＊Ｉになる、すなわち、図６ａのオーム抵抗器で発生する電力損失の約５％である。インピーダンスの値は、インダクタンスＬ１０及びキャパシタンスＣ１３の値によって決まる。
【００４３】
従属請求項は、本発明のさらなる改良に関する。この場合、明白な例が記載されていないそのような特徴の組み合わせも、請求されているとみなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に従った回路装置の例示的な第１実施形態を示す図である。
【図２】負荷内の交番電流方向の例を示す図である。
【図３】トランジスタ及び制御装置３３を備えた例を示す図である。
【図４】２つの電圧源からの本発明に従った回路装置の動作の例を示す図である。
【図５】中央タップを有する変圧器巻線から形成された１つの交流電圧源からの本発明に従った回路装置の動作の例を示す図である。
【図６ａ】本発明に従った回路装置の例示的な用例の１つを示す図である。
【図６ｂ】本発明に従った回路装置の例示的な用例の他のものを示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１、２  直列経路
３  負荷
４、５、６、７  接続点
８、９  巻線
１０  変圧器
１１、１２  スイッチ素子
１３  コンデンサ
１４  負荷電流
１５、１６  成分電流
１７、１８  磁界強度
Ｌ１０  インダクタンス
Ｃ１３  キャパシタンス
【図１】
2005510167.tif 000003
【図２】
2005510167.tif 000004
【図３】
2005510167.tif 000005
【図４】
2005510167.tif 000006
【図５】
2005510167.tif 000007
【図６ａ】
2005510167.tif 000008
【図６ｂ】
2005510167.tif 000009
【国際調査報告】
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2005510167.tif 000012
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