(57)【要約】故障に対する耐性を有する電源回路は直流電源及び、直流電源からの直流電流を交流負荷電流に変換するためのスイッチング素子を備える。電源回路はさらに、誘導性負荷が短絡を起こしたときに、過電圧状態から非伝導状態のスイッチング素子を保護するための保護用回路を含む。
2005500793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正及び負の直流バスを有する直流出力を備えた直流電源；
スイッチモジュールの組から成るインバーターレッグであって、前記スイッチモジュールの組の各々がスイッチ回路と直列に接続されたｄｉ／ｄｔリアクトルを備え、前記スイッチ回路の各々が逆並列ダイオードに逆並列に接続されたスイッチング素子から成り、前記スイッチモジュールの組の第１の組の前記スイッチング素子のアノードが前記スイッチモジュールの組の第１組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルに接続されており、前記スイッチモジュールの組の第２の組の前記スイッチング素子のカソードが前記スイッチモジュールの組の第２組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルに接続されており、前記スイッチモジュールの組の第１組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルが正の前記直流バスに接続されており、前記スイッチモジュールの組の第２組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルが負の前記直流バスに接続されており、前記スイッチモジュールの組が前記スイッチモジュールの組の第１組のカソードと前記スイッチモジュールの組の第２組のアノードを接続するスイッチ共通接点を有する、インバーターレッグ；
前記直流電源の前記直流出力の両端のそれぞれに、直列に接続され、かつ、コンデンサー共通接点で互いに接続された第１及び第２の整流コンデンサー；及び、
前記スイッチ共通接点と前記コンデンサー共通接点との間に接続された負荷誘導コイル、
から成る故障に対する耐性を有する電源において：
保護用回路であって：
保護用コンデンサー；
前記保護用コンデンサーと直列に接続されたカソードを持つ阻止ダイオードであって、前記阻止ダイオードと前記保護用コンデンサーとの直列結合が前記スイッチモジュールの第１組の前記スイッチ回路の前記スイッチング素子のアノードと前記スイッチモジュールの第２組の前記スイッチ回路の前記スイッチング素子のカソードに接続されている阻止ダイオード；及び、
前記保護用コンデンサーと並列に接続された放電用抵抗、
から成る保護用回路をさらに備え、
前記保護用コンデンサーが前記スイッチング素子の許容ピーク電圧より低い電圧まで充電し、前記負荷誘導コイルが少なくとも部分的に短絡し、前記保護用コンデンサーの電荷が前記スイッチング素子の前記許容ピーク電圧まで増大するときに、前記第１及び第２の整流コンデンサーから付加的な電荷を吸収し、それによって、前記短絡時に非伝導状態の前記スイッチング素子の両端の電圧が前記非伝導状態のスイッチング素子の許容ピーク電圧より低く維持されることを特徴とする、故障に対する耐性を有する電源。
【請求項２】
前記スイッチ回路の各々に対して備えられたスナバ回路であって：
スナバコンデンサー；
第１スナバ抵抗；
スナバダイオード；及び、
前記スナバダイオードと前記第１スナバ抵抗との直列結合に並列に接続された第２スナバ抵抗、
から成り、
前記スナバコンデンサー、前記スナバ抵抗、及び前記スナバダイオードの直列結合が前記スイッチ回路に並列に接続されており、前記スナバダイオードのアノードが前記スイッチング素子のアノードに接続されているスナバ回路をさらに備える、請求項１に記載の故障に対する耐性を有する電源。
【請求項３】
正及び負の直流バスを有する直流出力を備えた直流電源；
各々がスイッチモジュールの組から成る一組のインバーターレッグであって、前記スイッチモジュールの組の各々がスイッチ回路と直列に接続されたｄｉ／ｄｔリアクトルを備え、前記スイッチ回路の各々が逆並列ダイオードに逆並列に接続されたスイッチング素子から成り、前記スイッチモジュールの組の第１の組の前記スイッチング素子のアノードが前記スイッチモジュールの組の第１組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルに接続されており、前記スイッチモジュールの組の第２の組の前記スイッチング素子のカソードが前記スイッチモジュールの組の第２組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルに接続されており、前記インバーターレッグの組の各々の前記スイッチモジュールの組の第１組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルが正の前記直流バスに接続されており、前記インバーターレッグの組の各々の前記スイッチモジュールの組の第２組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルが負の前記直流バスに接続されており、前記インバーターレッグの組の各々の前記スイッチモジュールの組が前記インバーターレッグの組の各々の前記スイッチモジュールの組の第１組のカソードと前記スイッチモジュールの組の第２組のアノードを接続するスイッチ共通接点を有する、一組のインバーターレッグ；
負荷誘導コイル；
前記負荷誘導コイルと直列に接続された整流コンデンサーであって、前記負荷誘導コイルと前記整流コンデンサーとの直列結合が前記インバーターレッグの組の第１の組のスイッチ共通接点と前記インバーターレッグの組の第２の組のスイッチ共通接点との間に接続されている整流コンデンサー；
から成る故障に対する耐性を有する電源において：
前記インバーターレッグの組の各々に対する保護用回路であって：
保護用コンデンサー；
前記保護用コンデンサーと直列に接続されたカソードを持つ阻止ダイオードであって、前記阻止ダイオードと前記保護用コンデンサーとの直列結合が前記スイッチモジュールの第１組の前記スイッチ回路の前記スイッチング素子のアノードと前記スイッチモジュールの第２組の前記スイッチ回路の前記スイッチング素子のカソードに接続されている阻止ダイオード；及び、
前記保護用コンデンサーと並列に接続された放電用抵抗、
から成る保護用回路をさらに備え、
前記保護用コンデンサーが前記スイッチング素子の許容ピーク電圧より低い電圧まで充電し、前記負荷誘導コイルが少なくとも部分的に短絡し、前記保護用コンデンサーの電荷が前記スイッチング素子の前記許容ピーク電圧まで増大するときに、前記第１及び第２の整流コンデンサーから付加的な電荷を吸収し、それによって、前記短絡時に非伝導状態の前記スイッチング素子の両端の電圧が前記非伝導状態のスイッチング素子の許容ピーク電圧より低く維持されることを特徴とする、故障に対する耐性を有する電源。
【請求項４】
前記スイッチ回路の各々に対して備えられたスナバ回路であって：
スナバコンデンサー；
第１スナバ抵抗；
スナバダイオード；及び、
前記スナバダイオードと前記第１スナバ抵抗との直列結合に並列に接続された第２スナバ抵抗、
から成り、
前記スナバコンデンサー、前記スナバ抵抗、及び前記スナバダイオードの直列結合が前記スイッチ回路に並列に接続されており、前記スナバダイオードのアノードが前記スイッチング素子のアノードに接続されているスナバ回路をさらに備える、請求項３に記載の故障に対する耐性を有する電源。
【請求項５】
正及び負の直流バスを有する直流出力を備えた直流電源；
スイッチモジュールの組から成るインバーターレッグであって、前記スイッチモジュールの組の各々がスイッチ回路と直列に接続されたｄｉ／ｄｔリアクトルを備え、前記スイッチ回路の各々が逆並列ダイオードに逆並列に接続されたスイッチング素子から成り、前記スイッチモジュールの組の第１の組の前記スイッチング素子のアノードが前記スイッチモジュールの組の第１組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルに接続されており、前記スイッチモジュールの組の第２の組の前記スイッチング素子のカソードが前記スイッチモジュールの組の第２組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルに接続されており、前記スイッチモジュールの組の第１組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルが正の前記直流バスに接続されており、前記スイッチモジュールの組の第２組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルが負の前記直流バスに接続されており、前記スイッチモジュールの組が前記スイッチモジュールの組の第１組のカソードと前記スイッチモジュールの組の第２組のアノードを接続するスイッチ共通接点を有する、インバーターレッグ；
前記直流電源の前記直流出力の両端のそれぞれに、直列に接続され、かつ、コンデンサー共通接点で互いに接続された第１及び第２の整流コンデンサー；及び、
前記スイッチ共通接点と前記コンデンサー共通接点との間に接続された負荷誘導コイル、
から成る故障に対する耐性を有する電源において：
保護用コンデンサー；
前記保護用コンデンサーと直列に接続されたカソードを持つ阻止ダイオードであって、前記保護用コンデンサーと前記阻止ダイオードが第１共通接点で共通に接続されており、前記阻止ダイオードと前記保護用コンデンサーとの直列結合が前記スイッチモジュールの第１組の前記スイッチ回路の前記スイッチング素子のアノードと前記スイッチモジュールの第２組の前記スイッチ回路の前記スイッチング素子のカソードに接続されている阻止ダイオード；及び、
前記第１共通接点と正の前記直流バスとの間に接続された放電用抵抗、
をさらに備え、
前記保護用コンデンサーが前記スイッチング素子の許容ピーク電圧より低い電圧まで充電し、前記負荷誘導コイルが少なくとも部分的に短絡し、前記保護用コンデンサーの電荷が前記スイッチング素子の前記許容ピーク電圧まで増大するときに、前記第１及び第２の整流コンデンサーから付加的な電荷を吸収し、それによって、前記短絡時に非伝導状態の前記スイッチング素子の両端の電圧が前記非伝導状態のスイッチング素子の許容ピーク電圧より低く維持されることを特徴とする、故障に対する耐性を有する電源。
【請求項６】
前記スイッチ回路の各々に対して備えられたスナバ回路であって：
スナバコンデンサー；
第１スナバ抵抗；
スナバダイオード；及び、
前記スナバダイオードと前記第１スナバ抵抗との直列結合に並列に接続された第２スナバ抵抗、
から成り、
前記スナバコンデンサー、前記スナバ抵抗、及び前記スナバダイオードの直列結合が前記スイッチ回路に並列に接続されており、前記スナバダイオードのアノードが前記スイッチング素子のアノードに接続されているスナバ回路をさらに備える、請求項５に記載の故障に対する耐性を有する電源。
【請求項７】
正及び負の直流バスを有する直流出力を備えた直流電源；
各々がスイッチモジュールの組から成る一組のインバーターレッグであって、前記スイッチモジュールの組の各々がスイッチ回路と直列に接続されたｄｉ／ｄｔリアクトルを備え、前記スイッチ回路の各々が逆並列ダイオードに逆並列に接続されたスイッチング素子から成り、前記スイッチモジュールの組の第１の組の前記スイッチング素子のアノードが前記スイッチモジュールの組の第１組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルに接続されており、前記スイッチモジュールの組の第２の組の前記スイッチング素子のカソードが前記スイッチモジュールの組の第２組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルに接続されており、前記インバーターレッグの組の各々の前記スイッチモジュールの組の第１組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルが正の前記直流バスに接続されており、前記インバーターレッグの組の各々の前記スイッチモジュールの組の第２組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルが負の前記直流バスに接続されており、前記インバーターレッグの組の各々の前記スイッチモジュールの組が前記インバーターレッグの組の各々の前記スイッチモジュールの組の第１組のカソードと前記スイッチモジュールの組の第２組のアノードを接続するスイッチ共通接点を有する、一組のインバーターレッグ；
負荷誘導コイル；
前記負荷誘導コイルと直列に接続された整流コンデンサーであって、前記負荷誘導コイルと前記整流コンデンサーとの直列結合が前記インバーターレッグの組の第１の組のスイッチ共通接点と前記インバーターレッグの組の第２の組のスイッチ共通接点との間に接続されている整流コンデンサー；
から成る故障に対する耐性を有する電源において：
前記インバーターレッグの組の各々に対する保護用回路であって：
保護用コンデンサー；
前記保護用コンデンサーと直列に接続されたカソードを持つ阻止ダイオードであって、前記保護用コンデンサーと前記阻止ダイオードが第１共通接点で共通に接続され、前記阻止ダイオードと前記保護用コンデンサーとの直列結合が前記スイッチモジュールの第１組の前記スイッチ回路の前記スイッチング素子のアノードと前記スイッチモジュールの第２組の前記スイッチ回路の前記スイッチング素子のカソードに接続されている阻止ダイオード；及び、
前記第１共通接点と正の前記直流バスとの間に接続された放電用抵抗、
から成る保護用回路をさらに備え、
前記保護用コンデンサーが前記スイッチング素子の許容ピーク電圧より低い電圧まで充電し、前記負荷誘導コイルが少なくとも部分的に短絡し、前記保護用コンデンサーの電荷が前記スイッチング素子の前記許容ピーク電圧まで増大するときに、前記第１及び第２の整流コンデンサーから付加的な電荷を吸収し、それによって、前記短絡時に非伝導状態の前記スイッチング素子の両端の電圧が前記非伝導状態のスイッチング素子の許容ピーク電圧より低く維持されることを特徴とする、故障に対する耐性を有する電源。
【請求項８】
前記スイッチ回路の各々に対して備えられたスナバ回路であって：
スナバコンデンサー；
第１スナバ抵抗；
スナバダイオード；及び、
前記スナバダイオードと前記第１スナバ抵抗との直列結合に並列に接続された第２スナバ抵抗、
から成り、
前記スナバコンデンサー、前記スナバ抵抗、及び前記スナバダイオードの直列結合が前記スイッチ回路に並列に接続されており、前記スナバダイオードのアノードが前記スイッチング素子のアノードに接続されているスナバ回路をさらに備える、請求項７に記載の故障に対する耐性を有する電源。
【請求項９】
正及び負の直流バスを有する直流出力を備えた直流電源；
スイッチモジュールの組から成るインバーターレッグであって、前記スイッチモジュールの組の各々がスイッチ回路と直列に接続されたｄｉ／ｄｔリアクトルを備え、前記スイッチ回路の各々が逆並列ダイオードに逆並列に接続されたスイッチング素子から成り、前記スイッチモジュールの組の第１の組の前記スイッチング素子のアノードが前記スイッチモジュールの組の第１組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルに接続されており、前記スイッチモジュールの組の第２の組の前記スイッチング素子のカソードが前記スイッチモジュールの組の第２組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルに接続されており、前記スイッチモジュールの組の第１組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルが正の前記直流バスに接続されており、前記スイッチモジュールの組の第２組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルが負の前記直流バスに接続されており、前記スイッチモジュールの組が前記スイッチモジュールの組の第１組のカソードと前記スイッチモジュールの組の第２組のアノードを接続するスイッチ共通接点を有する、インバーターレッグ；
前記直流電源の前記直流出力の両端のそれぞれに、直列に接続され、かつ、コンデンサー共通接点で互いに接続された第１及び第２の整流コンデンサー；及び、
前記スイッチ共通接点と前記コンデンサー共通接点との間に接続された負荷誘導コイル、
から成る故障に対する耐性を有する電源において：
保護用回路であって：
保護用コンデンサー；
前記保護用コンデンサーと直列に接続されたカソードを持つ阻止ダイオードであって、前記保護用コンデンサーと前記阻止ダイオードが第１共通接点で共通に接続されており、前記阻止ダイオードと前記保護用コンデンサーとの直列結合が前記スイッチモジュールの第１組の前記スイッチ回路の前記スイッチング素子のアノードと前記スイッチモジュールの第２組の前記スイッチ回路の前記スイッチング素子のカソードに接続されている阻止ダイオード；
前記第１共通接点に接続された第１抵抗端子を備える放電用抵抗；及び、
前記放電用抵抗の第２抵抗端子に接続された第１チョーク端子、及び正の前記直流バスに接続された第２チョーク端子を備えるチョーク；
から成る保護用回路；及び、
前記スイッチ回路の各々に対するスナバ回路であって：
スナバコンデンサー；
スナバダイオード；及び、
前記スナバダイオードに並列に接続されたスナバ抵抗、
から成り、
前記スナバコンデンサー及び前記スナバダイオードの直列結合が前記スイッチ回路に並列に接続されており、前記スナバダイオードのアノードが前記スイッチング素子のアノードに接続されているスナバ回路をさらに備え、
前記保護用コンデンサーが前記スイッチング素子の許容ピーク電圧より低い電圧まで充電し、前記逆並列ダイオードが逆方向バイアスに遷移したときに前記スイッチング素子の両端の電圧オーバーシュートをクランプし、前記負荷誘導コイルが少なくとも部分的に短絡し、前記保護用コンデンサーの電荷が前記スイッチング素子の前記許容ピーク電圧まで増大するときに、前記第１及び第２の整流コンデンサーから付加的な電荷を吸収し、それによって、前記短絡時に非伝導状態の前記スイッチング素子の両端の電圧が前記非伝導状態のスイッチング素子の許容ピーク電圧より低く維持されることを特徴とする、故障に対する耐性を有する電源。
【請求項１０】
正及び負の直流バスを有する直流出力を備えた直流電源；
各々がスイッチモジュールの組から成る一組のインバーターレッグであって、前記スイッチモジュールの組の各々がスイッチ回路と直列に接続されたｄｉ／ｄｔリアクトルを備え、前記スイッチ回路の各々が逆並列ダイオードに逆並列に接続されたスイッチング素子から成り、前記スイッチモジュールの組の第１の組の前記スイッチング素子のアノードが前記スイッチモジュールの組の第１組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルに接続されており、前記スイッチモジュールの組の第２の組の前記スイッチング素子のカソードが前記スイッチモジュールの組の第２組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルに接続されており、前記インバーターレッグの組の各々の前記スイッチモジュールの組の第１組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルが正の前記直流バスに接続されており、前記インバーターレッグの組の各々の前記スイッチモジュールの組の第２組の前記ｄｉ／ｄｔリアクトルが負の前記直流バスに接続されており、前記インバーターレッグの組の各々の前記スイッチモジュールの組が前記インバーターレッグの組の各々の前記スイッチモジュールの組の第１組のカソードと前記スイッチモジュールの組の第２組のアノードを接続するスイッチ共通接点を有する、一組のインバーターレッグ；
負荷誘導コイル；
前記負荷誘導コイルと直列に接続された整流コンデンサーであって、前記負荷誘導コイルと前記整流コンデンサーとの直列結合が前記インバーターレッグの組の第１の組のスイッチ共通接点と前記インバーターレッグの組の第２の組のスイッチ共通接点との間に接続されている整流コンデンサー；
から成る故障に対する耐性を有する電源において：
前記インバーターレッグの組の各々に対する保護用回路であって：
保護用コンデンサー；
前記保護用コンデンサーと直列に接続されたカソードを持つ阻止ダイオードであって、前記保護用コンデンサーと前記阻止ダイオードが第１共通接点で共通に接続されており、前記阻止ダイオードと前記保護用コンデンサーとの直列結合が前記スイッチモジュールの第１組の前記スイッチ回路の前記スイッチング素子のアノードと前記スイッチモジュールの第２組の前記スイッチ回路の前記スイッチング素子のカソードに接続されている阻止ダイオード；
前記第１共通接点に接続された第１抵抗端子を備える放電用抵抗；及び、
前記放電用抵抗の第２抵抗端子に接続された第１チョーク端子、及び正の前記直流バスに接続された第２チョーク端子を備えるチョーク；
から成る保護用回路；及び、
前記スイッチ回路の各々に対するスナバ回路であって：
スナバコンデンサー；
スナバダイオード；及び、
前記スナバダイオードに並列に接続されたスナバ抵抗、
から成り、
前記スナバコンデンサー及び前記スナバダイオードの直列結合が前記スイッチ回路に並列に接続されており、前記スナバダイオードのアノードが前記スイッチング素子のアノードに接続されているスナバ回路をさらに備え、
前記保護用コンデンサーが前記スイッチング素子の許容ピーク電圧より低い電圧まで充電し、前記逆並列ダイオードが逆方向バイアスに遷移したときに前記スイッチング素子の両端の電圧オーバーシュートをクランプし、前記負荷誘導コイルが少なくとも部分的に短絡し、前記保護用コンデンサーの電荷が前記スイッチング素子の前記許容ピーク電圧まで増大するときに、前記整流コンデンサーから付加的な電荷を吸収し、それによって、前記短絡時に非伝導状態の前記スイッチング素子の両端の電圧が前記非伝導状態のスイッチング素子の許容ピーク電圧より低く維持されることを特徴とする、故障に対する耐性を有する電源。
【請求項１１】
故障に対する耐性を有する電源を使用して、誘導性負荷のための電力供給する方法であって：
前記電源が：
スイッチモジュールの組を備えるインバーターレッグであって：前記スイッチモジュールの組の各々がスイッチ回路と直列に接続されたｄｉ／ｄｔリアクトルを備え、前記スイッチ回路が逆並列ダイオードに逆並列に接続されたスイッチング素子から成り；前記スイッチモジュールの組の各々の前記スイッチ回路がスイッチ共通接点に接続されており、前記インバーターレッグが直流電源の直流出力の両端に接続されているインバーターレッグ；
前記直流電源の直流出力に直列に接続された、一組の整流コンデンサー；及び、
前記スイッチ共通接点と前記整流コンデンサーの組の共通接点に接続された誘導性負荷であって、前記スイッチモジュールの組の各々のスイッチング素子が前記誘導性負荷に交流電力を与えるために逆平行配置で配置されている誘導性負荷、
から成り；
前記スイッチ回路の組の両側に接続されている保護用コンデンサーを前記スイッチング素子の許容ピーク電圧より低い電圧まで充電すること；
前記誘導性負荷が少なくとも部分的に短絡したときに、前記スイッチング素子の前記許容ピーク電圧より低い電圧まで、前記整流コンデンサーの組から電荷を吸収すること、
のステップから成る方法。
【請求項１２】
前記保護用コンデンサーを前記保護用コンデンサーに並列に接続された抵抗を介して放電することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記保護用コンデンサーを前記保護用コンデンサーと前記直流電源の正の前記直流バスとの間に接続された抵抗を介して放電することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記逆並列ダイオードが逆方向バイアスに遷移したときに、前記スイッチング素子の両端の電圧オーバーシュートをクランピングすることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記保護用コンデンサーを前記保護用コンデンサーと前記直流電源の正の前記直流バスとの間に直列に接続された抵抗及びチョークを介して放電することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
故障に対する耐性を有する電源を使用して、誘導性負荷のための電力供給する方法であって：
前記電源が：
各々がスイッチモジュールの組を備える第１及び第２のインバーターレッグであって：前記スイッチモジュールの組の各々がスイッチ回路と直列に接続されたｄｉ／ｄｔリアクトルを備え、前記スイッチ回路が逆並列ダイオードに逆並列に接続されたスイッチング素子から成り；前記インバーターレッグの組の各々の前記スイッチモジュールの組の各々の前記スイッチ回路がスイッチ共通接点に接続されており、前記第１及び第２インバーターレッグが直流電源の直流出力の両端に接続されているインバーターレッグ；
整流コンデンサーに直列に接続された誘導性負荷であって、前記誘導性負荷に交流電力を与えるために、前記誘導性負荷と前記整流コンデンサーの直列結合が前記第１インバーターレッグの前記スイッチ共通接点と前記第２インバーターレッグの前記スイッチ共通接点との間に接続されている誘導性負荷；
から成り；
前記第１インバーターレッグの前記スイッチ回路の組の両側に接続されている第１保護用コンデンサーを前記スイッチング素子の許容ピーク電圧より低い電圧まで充電すること；
前記第２インバーターレッグの前記スイッチ回路の組の両側に接続されている第２保護用コンデンサーを前記スイッチング素子の許容ピーク電圧より低い電圧まで充電すること；
前記誘導性負荷が少なくとも部分的に短絡したときに、前記スイッチング素子の前記許容ピーク電圧より低い電圧まで、前記整流コンデンサーの組から前記第１保護用コンデンサーに電荷を吸収すること；及び、
前記誘導性負荷が少なくとも部分的に短絡したときに、前記スイッチング素子の前記許容ピーク電圧より低い電圧まで、前記整流コンデンサーの組から前記第２保護用コンデンサーに電荷を吸収すること、
のステップから成る方法。
【請求項１７】
前記保護用コンデンサーを前記保護用コンデンサーに並列に接続された抵抗を介して放電することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記保護用コンデンサーを前記保護用コンデンサーと前記直流電源の正の前記直流バスとの間に接続された抵抗を介して放電することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記逆並列ダイオードが逆方向バイアスに遷移したときに、前記スイッチング素子の両端の電圧オーバーシュートをクランピングすることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記保護用コンデンサーを前記保護用コンデンサーと前記直流電源の正の前記直流バスとの間に直列に接続された抵抗及びチョークを介して放電することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連する出願への参照）
本願は２００１年８月１３日に出願された米国特許出願Ｎｏ．６０／３１１，８２２の優先権を主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は例えば、誘導加熱や溶融等の用途で使用される誘導性負荷に交流電流を供給するために使用される電力供給回路または電源回路に関し、特に、電源のトポロジー（または、配置及び構成）に依存して、電源内で使用されるスイッチング素子に高レベルの故障電圧または故障電流を生じさせる短絡（または、ショート）を起こす可能性がある誘導性負荷の電源回路に関する。
【０００３】
（発明の背景）
誘導炉や実質的に誘導性のインピーダンスを持った他の負荷に対して使用される従来の直列共振直流−交流インバーター電源回路（ｓｅｒｉｅｓ−ｒｅｓｏｎａｎｔ ｄｃ−ｔｏ−ａｃ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｉｒｃｕｉｔ）は直流電源及び、１つまたは複数の直列に接続されたスイッチ回路の組を有するインバーターを含む。各スイッチ回路は誘導性のリアクトル（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｒｅａｃｔｏｒ）と、逆並列ダイオード（ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ ｄｉｏｄｅ）が両端に接続された、シリコン制御整流器（ＳＣＲ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ））等の、スイッチング素子との直列結合から成る。誘導性リアクトルはターンオン（ｔｕｒｎ−ｏｎ）されたとき（または、電流の方向が転換（ｃｏｍｍｕｔａｔｅ）したとき）、対応するＳＣＲを通って流れる電流の時間に対する変化の割合または速度を制限するので、ｄｉ／ｄｔリアクトルとも呼ばれる。インバーターの複数のＳＣＲは誘導コイル等の誘導性負荷に接続され、非伝導状態と伝導状態とを切り替えるために、交互にゲート制御される（または、トリガーされる）。この構成により、ＳＣＲの組の各ＳＣＲは電流が交互に誘導コイル内を反対方向に流れることを可能にし、結果として、コイル内を流れる交流電流を確立する。
【０００４】
並列共振直流−交流インバーター電源回路（ｐａｒａｌｌｅｌ−ｒｅｓｏｎａｎｔ ｄｃ−ｔｏ−ａｃ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｉｒｃｕｉｔ）もまた誘導性負荷と共に利用される。しかしながら、優れた制御性を有するという理由で、直列共振直流−交流インバーター電源回路の方が好まれている。しかしながら、直列共振直流−交流インバーター電源回路は誘導性負荷内で短絡（または、ショート）が発生したときに、故障を起こしやすいとうい欠点を有する。例えば、負荷が金属溶融のための電気誘導炉で使用される誘導コイルの場合、こぼれた溶融金属や炉に導入されるべき金属の破片等がコイルと接触し、２つまたはそれ以上のコイルの巻きの間に、少なくとも部分的な短絡を起こすことがある。結果として、短絡時にインバーター内の非伝導状態のスイッチング素子に生ずる瞬間的な過電圧状態（ｏｖｅｒ−ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）は素子または装置を劣化させたり破損させたりする可能性がある。この問題に対する従来の解決策は素子の両端の過電圧状態を排除するために、非伝導状態のスイッチング素子を伝導状態にトリガーさせる（または、伝導状態に瞬時に切り替える）ことである。しかしながら、この解決策はスイッチング素子に非常に大きな電流が流れることを引き起こし、素子が瞬間的に高熱を発するという欠点を有する。したがって、スイッチング素子は過電圧状態を排除するために、非常に大きな電流に耐える必要がある。スイッチング素子にこのような高いレベルの電流を流すことは素子を劣化させ、故障を招く可能性がある。
【０００５】
米国特許Ｎｏ．６，０３８，１５７には、この問題に対する解決策の１つが開示されている。この特許は図１に図示されているように、負荷の誘導コイルと直列に保護用インダクターを付加することによる、スイッチング素子に対する過電圧保護を教授している。回路１１０は整流ブリッジ回路１２０（概略的に図示）、直列フィルターインダクター（ｓｅｒｉｅｓ ｆｉｌｔｅｒ ｉｎｄｕｃｔｏｒ）１７４、及び並列フィルターコンデンサー（ｐａｒａｌｌｅｌ ｆｉｌｔｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）１７２から成る直流電源、並びに、逆平行状態に配置された、２つの固体スイッチング素子（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）１３０を含む。各スイッチング素子の１つの端子は直流電源の出力バスに接続されている。逆並列ダイオード１３２はスイッチング素子の両端に接続されている。制限ではないが、好まれるスイッチング素子はＳＣＲ（シリコン制御整流器）等の、ゲート制御式半導体素子である。ｄｉ／ｄｔリアクトル１４０は、図１に示されているように、一組のスイッチング素子の間に直列に接続されている。保護用コイル１５０の第１端子はｄｉ／ｄｔリアクトル１４０の電気的にほぼ中央の点に接続されており、第２端子は負荷誘導コイル１６０に接続されている。負荷誘導コイル１６０の第２端子は２つの直列に接続された整流コンデンサーまたはタンクコンデンサー１７０の共通接点に接続されている。そして、整流コンデンサー１７０は互いに直列に接続した状態で、直流電源の出力バスの両端に接続されている。誘導性金属溶融の場合、負荷誘導コイル１６０は通常、加熱炉等の外部に巻かれる。電源から供給される直流電流は負荷誘導コイル１６０に交流電流を供給するために、スイッチング素子１３０を介して正及び負に切り替えられる。コイル１６０を通って流れる電流は炉内の金属負荷と誘導結合する磁場を生ずる。発生した磁場は金属負荷内に渦電流を引き起こし、金属を加熱する。保護用コイル１５０は常に負荷電流の実質的に全てを流すことになるので、コイル１５０は比較的大きな電力損失を生じ、電源回路の全体的な効率を下げる。さらに、この損失は電源供給のスイッチング周波数と共に増大する。負荷誘導コイル１６０が短絡した場合、スイッチング素子１３０に印加される電圧は保護用コイル１５０及びｄｉ／ｄｔリアクトル１４０から成る分圧回路によって減少させられる。
【０００６】
本発明の目的は通常の動作時の回路の効率を下げることなく、かつ、過電圧を避けるためにスイッチング素子に高レベルの電流を流すことなく、負荷誘導コイルの短絡による過電圧状態の影響を受けることによるスイッチング素子の故障問題を解決することである。
【０００７】
（発明の要約）
１つの側面において、本発明は保護用の容量性要素（または、容量性部材）によりインバーター回路のレッグ（または、脚部）でスイッチング素子の組をまたぐ（または、迂回する）ことによって過剰な過電圧からデリケートな電力スイッチング素子を保護する、故障に対する耐性を有する、誘導性負荷のための電源回路を提供する。保護用の容量性要素は負荷回路に短絡が発生したときにスイッチング素子の両端に印加される可能性がある過電圧を抑制する。
【０００８】
もう１つの側面において、本発明は誘導性負荷が短絡したときに、非伝導状態のスイッチング素子の両端の電圧が非伝導状態のスイッチング素子の許容ピーク電圧を超えることを防止する保護用回路を備える、故障に対する耐性を有する電源回路を提供する。保護用回路は直列に接続された阻止ダイオード（ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）と保護用コンデンサー、及び、放電用抵抗（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）から成る。阻止ダイオードと保護用コンデンサーとの直列結合はスイッチ回路の組の直列結合の両端に接続される。各スイッチ回路は逆並列ダイオード（ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ ｄｉｏｄｅ）と逆並列に接続されたスイッチング素子から成る。放電用抵抗は保護用コンデンサーの両端か、または、直列接続された阻止ダイオードと保護用コンデンサーの共通接点と正の直流バスとの間に接続される。保護用回路は全ブリッジインバーター（ｆｕｌｌ−ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ）等の、スイッチ回路の複数の組と共に、電源内のスイッチ回路の各組に対して使用することができる。
【０００９】
もう１つの側面において、本発明は誘導性負荷が短絡したときに、非伝導状態のスイッチング素子の両端の電圧が非伝導状態のスイッチング素子の許容ピーク電圧を超えることを防止する保護用回路を備える、故障に対する耐性を有する電源回路を提供する。保護用回路はまた、逆並列ダイオードが逆方向バイアスに遷移したときに、スイッチング素子の両端の電圧のオーバーシュート（ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）をクランプする（または、特定の電圧に抑える）。保護用回路は直列に接続された阻止ダイオードと保護用コンデンサー、及び、直列に接続された放電用抵抗とチョーク（ｃｈｏｋｅ）から成る。放電用抵抗の一方の端子は直列に接続された阻止ダイオードと保護用コンデンサーの共通接点に接続され、もう一方の端子はチョークを介して正の直流バスに接続される。保護用回路は全ブリッジインバーター等の、スイッチ回路の複数の組と共に、電源内のスイッチ回路の各組に対して使用することができる。
【００１０】
本発明の他の特徴は以下の詳細な説明及び付随する請求の範囲に記載されている。本発明をより詳細に説明するために、目下のところ好まれる実施例を図面と共に、以下に説明する。しかしながら、本発明が実施例の配置や手段のみに限定されないことは理解されなければならない。図面において、同一または同様な構成要素は同一または同様な番号で示されている。
【００１１】
（発明の詳細な説明）
図２ａを参照すると、本発明の故障に対する耐性を有する電源回路１０の例が示されている。（制限ではないが、）好まれるものとしてＳＣＲ（シリコン制御整流器）等である、２つのスイッチング素子３０ａ及び３０ｂの各々は、それぞれ、スイッチ回路３１ａ及び３１ｂを形成するために、逆並列ダイオード３２ａ及び３２ｂと逆並列に接続されている。スイッチ回路の第１端子は、共にスイッチ共通接点９３に接続されている。ｄｉ／ｄｔリアクトル４０ａ及び４０ｂの第１端子は、それぞれ、スイッチモジュール３７ａ及び３７ｂを形成するために、スイッチ回路３１ａ及び３１ｂの第２端子に接続されている。ｄｉ／ｄｔリアクトル４０ａ及び４０ｂの第２端子は、それぞれ、直流電源２０の正及び負の直流バス（出力ライン）に接続されている。電源は選択的な直列フィルターインダクター（ｓｅｒｉｅｓ ｆｉｌｔｅｒ ｉｎｄｕｃｔｏｒ）７４を備えた整流ブリッジ（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ ｂｒｉｄｇｅ）２０（概略的に図示）及び並列フィルターコンデンサー（ｐａｒａｌｌｅｌ ｆｉｌｔｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）７２から成る。
【００１２】
保護用回路５５は図２ａに示されているように、共通接点９５と共に直列に接続された阻止ダイオード（ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）５２と保護用コンデンサー（ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）５４、及び、コンデンサー５４に並列に接続された放電用抵抗５３から成る。保護用コンデンサー５４の容量は、後で詳細に説明されるように、コンデンサー５４がスイッチング素子の許容ピーク電圧（ｐｅａｋ ａｌｌｏｗａｂｌｅ ｖｏｌｔａｇｅ）より低いピーク電圧値まで充電（または、帯電）されるように選択される。スイッチング素子の許容ピーク電圧は素子の反復性のある定格順方向阻止電圧（ｆｏｒｗａｒｄ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ）であり、すなわち、反復的に許容可能な、素子の両端に発生する順方向電圧（または、順電圧）の瞬間的な最大値である。保護用回路５５のライン９０及び９１はｄｉ／ｄｔリアクトル４０ａ及び４０ｂの第１端子に（すなわち、スイッチ回路３１ａ及び３１ｂの第２端子に）、それぞれ接続される。
【００１３】
負荷誘導コイル６０の第１端子はスイッチ共通接点９３に接続される。負荷誘導コイル６０の第２端子は２つの直列接続整流コンデンサーまたはタンクコンデンサー７０ａ及び７０ｂの間のコンデンサー共通接点９４に接続される。そして、整流コンデンサー７０ａ及び７０ｂは互いに直列接続した状態で、直流電源の正及び負の直流バスに、それぞれ接続される。整流コンデンサーは負荷電流が保持電流（ｈｏｌｄｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ）以下に下がり、スイッチング素子をオフさせるまで、負荷電流をスイッチング素子からそらす。スイッチモジュールの組は負荷誘導コイルに対して逆平行配置（ｉｎｖｅｒｓｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）で接続される。
【００１４】
ｄｉ／ｄｔリアクトルが使用される場合、通常、転流（ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ）中のスイッチング素子及び逆並列ダイオードの両端の電圧遷移、並びに、スイッチング素子の両端の電圧の時間に対する変化率（ｄｖ／ｄｔ）を制御するためにスナバ回路（ｓｎｕｂｂｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ）が使用される。（制限ではないが、）典型的なスナバ回路６５の例が図２ａに図示されている。スナバ回路は直列に接続されたコンデンサー３６、抵抗３４、及びダイオード３３、並びに、ダイオード３３と抵抗３４の直列結合に並列に接続された抵抗３５から成る。コンデンサー３６及び抵抗３４は対応するスイッチモジュールのｄｉ／ｄｔリアクトルと共に直列共振回路（ｓｅｒｉｅｓ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ）を形成する。抵抗３５は対応するスイッチ回路内のスイッチング素子を通るコンデンサー３６の放電電流を低下させるため、一般に、抵抗３４に対してかなり大きい抵抗値を有する。
【００１５】
誘導性金属溶融の場合、負荷誘導コイル６０は通常、金属負荷が積載される炉の外部に巻かれる。スイッチング素子３０ａ及び３０ｂが交互にオン・オフすることにより、電源２０からの直流出力電流は負荷誘導コイル６０を通過する交流電流を確立する。コイルを流れる交流電流は炉内の金属負荷と誘導結合する磁場を生ずる。磁場は金属負荷内に渦電流を発生し、金属を溶融する。
【００１６】
電源回路１０の動作中、保護用コンデンサー５４は直流バス電圧よりいくぶん高く、スイッチング素子３０ａ及び３０ｂの許容ピーク電圧より低いピーク電圧まで充電される。直流の充電電流は逆並列ダイオードが順方向バイアスから逆方向バイアスに遷移するときに、電源２０からダイオード５２を通って供給される。抵抗５３及びコンデンサー５４のインピーダンスの値は回路のＲＣ時定数が素子３０ａ及び３０ｂのスイッチング周波数によって確立される動作周波数の期間に対して十分大きくなるように選択される。一般に、この条件を満足させ、電力損失を最小化するために、抵抗５３はコンデンサー５４に対して少なくとも６０秒の完全な放電時間を与える程度に十分大きくなければならない。この時間は、フィルターコンデンサー（ｆｉｌｔｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）７２が使用される場合、フィルターコンデンサー７２を放電させるための時間を超えてはいけない。さらに、抵抗５３の抵抗値とコンデンサー５４の容量値の積の逆数はスイッチ回路の動作スイッチング周波数に対してかなり大きい値となるだろう。
【００１７】
保護用回路５５の動作の例において、負荷誘導コイル６０に不意の短絡が発生したときのワーストケース条件はスイッチング素子３０ａを通る電流がゼロ基準を交差し、逆並列ダイオード３２ａが導電を開始した直後に起こる。この時、負荷誘導コイル６０と整流コンデンサー７０ｂの両端の電圧は最大値となる。これらの条件に対する等価回路は、コイル６０が短絡し（従って、図示せず）、スイッチング素子３０ｂが非伝導であるとして、図３に示されている。
【００１８】
整流コンデンサー７０ｂの両端の最大電圧はダイオード３２ａ及び５２、保護用コンデンサー５４、及び、ｄｉ／ｄｔリアクトル４０ｂの両端に印加される。コンデンサーの両端の電圧は瞬時には変化しないので、コンデンサー７０ｂと保護用コンデンサー５４の間の電位差は瞬間的にｄｉ／ｄｔリアクトル４０ｂの両端に印加されるはずである。（順方向にバイアスされて電流を流しているときに無視できる程度の電圧降下を生ずるダイオード３２ａ及び５２を介して）保護用コンデンサー５４に並列に接続された非伝導状態のスイッチング素子３０ｂにも保護用コンデンサー５４と同じ電圧が印加されるだろう。保護用コンデンサー５４の容量は、短絡電流がコンデンサー５４をスイッチング素子３０ａ及び３０ｂの許容ピーク電圧を超える電圧まで充電することがないように選択される。それにより、保護用コンデンサー５４の容量はスイッチング素子３０ａ及び３０ｂの定格許容ピーク電圧より低い電圧まで、整流コンデンサー７０ａ及び７０ｂからの電荷を吸収するのに十分な程度となるだろう。
【００１９】
図２ｂは半ブリッジ整流器ではなく、全ブリッジ整流器を備えるインバーターに対する、図２ａと同様な保護機構を図示している。直列に接続された負荷誘導コイル６０と共に、単一の整流コンデンサー７０が全ブリッジの交流出力の間に配置される。保護用回路５５は全ブリッジインバーターの２つのレッグ（または、脚部）を構成する２組のスイッチモジュールの組の各々に対して備えられる。
【００２０】
図２ｃは本発明の故障に対する耐性を有する電源回路のもう１つの例を図示している。図２ｃの実施例において、保護用回路５５ａの放電用抵抗５３の第１端子は共通接点９５に接続され、放電用抵抗５３の第２端子は電源２０の正の直流バスに接続される。したがって、保護用コンデンサー５４は正の直流バスを介して放電される。図２ｄは半ブリッジ整流器ではなく、全ブリッジ整流器を備えるインバーターに対する、図２ｃと同様な保護機構を図示している。直列に接続された負荷誘導コイル６０と共に、単一の整流コンデンサー７０が全ブリッジの交流出力の間に配置される。保護用回路５５ａは全ブリッジインバーターの２つのレッグ（または、脚部）を構成する２組のスイッチモジュールの組の各々に対して備えられる。
【００２１】
図７は保護用コンデンサー５４に対する適当な容量の値（Ｃ５４）を決定するための１つの方法を図示している。図７のｙ軸は直流電源の直流電圧（Ｅ）に対する許容ピーク電圧の比として表された、スイッチング素子３０ａ及び３０ｂの両端の許容ピーク電圧（Ｖｐｋ）を表している。図７のｘ軸は、半ブリッジインバーターの場合、整流コンデンサー７０ａ及び７０ｂの容量の合計に等しく、全ブリッジインバーターの場合、単一の整流コンデンサー７０の容量に等しい、等価整流容量または等価タンク容量（Ｃｃｏｍ）に対する容量（Ｃ５４）の比として表された容量（Ｃ５４）の適当な選択を表している。図７の曲線８１、８２、８３は、直流電源の電圧（Ｅ）に対する（半ブリッジ回路の場合、実質的に同じである）コンデンサー７０ａまたは７０ｂのどちらかの両端の、あるいは、（全ブリッジ回路の場合）コンデンサー７０の両端の電圧（Ｖｔｃａｐ）の比（Ｒ＝Ｖｔｃａｐ／Ｅ）の固有の値によって規定される曲線の一群（ｆａｍｉｌｙ）を表している。比Ｒは曲線８１から８３の方向に向かって、その湾曲が増加する。図７を使用して容量（Ｃ５４）の適当な値を選択する方法を説明するために、「Ｓ」が例えば１８００Ｖ等の、許容ピーク電圧（Ｖｐｋ）に対する、許容できるｙ軸の比を表していると仮定する。このとき、Ｃ５４に対するｘ軸の比は（特定の用途に対して通常、固定された動作電圧Ｖｔｃａｐによって決定される）適当な曲線の、点線「Ｓ」の下の斜線領域にある部分から選択されなければならない。直流電源の電圧Ｅは通常、特定の動作システムに対し、実質的に一定である。
【００２２】
保護用コンデンサー５４の所望の容量に影響を与える要因は：スイッチング素子３０ａ及び３０ｂの最大許容ピーク電圧；整流コンデンサーの両端で観測されるピーク電圧；負荷誘導コイル６０の短絡の直前の、保護用コンデンサー５４の両端の電圧；及び、整流コンデンサーの容量である。例えば、コイル６０が短絡する直前の保護用コンデンサー５４の両端が１，０００Ｖであり；スイッチング素子３０ａ及び３０ｂに対する最大許容ピーク電圧が１，８００Ｖであり；さらに、整流コンデンサーの両端で観測されるピーク電圧は４，２００であるとすると、保護用コンデンサー５４の所望の容量は等価整流容量（または、整流コンデンサーの等価容量）の、少なくとも５倍である。
【００２３】
図４ａ及び図４ｂは図２ａから図２ｄに示されている、本発明の保護用コンデンサー５５の長所をグラフによって図示した図である。曲線Ｖ７０ｂは時間（この例においては、ミリ秒（ｍｓ））に対する整流コンデンサー７０ｂの両端の電圧を表している。曲線Ｖ６０は時間に対する負荷誘導コイル６０の両端の電圧を表している。曲線Ｖ３０ｂは時間に対するスイッチング素子３０ｂの両端の電圧を表している。曲線Ｖ３０ａは時間に対するスイッチング素子３０ａの両端の電圧を表している。曲線Ｖ５４は時間に対する保護用コンデンサー５４の両端の電圧を表している。図４ａ及び図４ｂにおいて、不意の短絡は時間「ＳＣ」で発生する。（保護用コンデンサー５４を備えていない）図４ｂの場合、スイッチング素子３０ｂの両端の電圧は、ほぼ４，０００Ｖまで上昇する。（保護用コンデンサー５４を備えている）図４ａの場合、時間ＳＣにおける、スイッチング素子３０ｂの両端の電圧は保護用コンデンサー５４の電圧である、約１，４５０Ｖに抑えられており、スイッチング素子３０ａ及び３０ｂに対する最大許容ピーク電圧１，８００Ｖより低い。短絡の発生の前に、保護用コンデンサー５４は約１，０００Ｖまで充電される。（短絡の発生時、）保護用コンデンサー５４の電圧は整流コンデンサー７０ｂからの充電により、付加的な４５０だけ上昇する。
【００２４】
図５ａは本発明の故障に対する耐性を有する電源回路のもう１つの例を図示している。この実施例において、スナバ回路６５ａは図２ａから図２ｄに示されているような充電用抵抗（ｃｈａｒｇｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）３４を使用しない。図５ａの保護用回路５５は共通接点９５ａと共に直列に接続されたダイオード５２ａと保護用コンデンサー５４ａを含む。放電用抵抗５３ａの第１端子は共通接点９５ａに接続されており、抵抗５３ａの第２端子はチョーク５６の第１端子に接続されている。そして、チョーク５６の第２端子は直流電源の正の直流バスに接続されている。保護用回路５５ｂのライン９０ａ及び９１ａはそれぞれ、ｄｉ／ｄｔリアクトル４０ａ及び４０ｂの第１端子（すなわち、スイッチ回路３１ａ及び３１ｂの第２端子）に接続されている。
【００２５】
図２ａから図２ｄに示されているスナバ充電用抵抗（ｓｎｕｂｂｅｒ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）３４はｄｉ／ｄｔリアクトル及び対応するスナバコンデンサー（ｓｎｕｂｂｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）３６によって形成される直列共振回路の発振を減衰させるために使用される。これはもう一方のスイッチ回路の逆並列ダイオードが逆方向バイアスに遷移したときに、対応するスイッチング素子の電圧スパイクを減少させる。しかしながら、充電用抵抗３４は対応するスイッチング素子の非伝導状態ｄｖ／ｄｔ（ｎｏｎ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｄｖ／ｄｔ）を増大させ、スイッチング周波数の増大と共に増大する電力損失を生じさせるので、充電用抵抗３４の使用はある程度の悪影響を与える。
【００２６】
図５ａに示されている故障に対する耐性を有する保護電源回路の保護用回路５５ｂはスイッチング素子３０ａ及び３０ｂの両端に接続されているので、この実施例の保護電源回路はスナバ充電用抵抗を使用せずに使用することができる。上述のように、保護用コンデンサー５４ａの使用が選択された場合、保護用コンデンサー５４ａはもう一方のスイッチ回路の逆並列ダイオードが逆方向バイアスに遷移したときに、スイッチング素子の両端に発生する電圧のオーバーシュートをクランプするために十分な容量を持つだろう。図６は図５ａに示されている保護用回路５５ｂの長所をグラフによって図示している図である。曲線Ｖ５４ａは時間（この例においては、ミリ秒（ｍｓ））に対する充電された保護用コンデンサー５４ａの両端の電圧を表している。この実施例において、その電圧は１，０００Ｖである。曲線Ｖ’３０は図２ａから図２ｄに示されている回路のスイッチング素子３０ａ及び３０ｂの両端の、時間に対する電圧を表している。曲線Ｖ３０は図５ａに示されている回路のスイッチング素子３０ａ及び３０ｂの両端の、時間に対する電圧を表している。曲線Ｉ５４ａは図５ａの保護用コンデンサー５４ａの時間に対する電流を表している。曲線Ｖ３０により図示されているように、図５のスイッチング素子３０ａ及び３０ｂの両端の電圧は保護用コンデンサー５４ａの電圧にクランプされるだろう。この曲線を図２ａから図２ｄに示されているスナバ充電用抵抗を利用した回路のスイッチング素子の両端の電圧をあらわす曲線Ｖ’３０と比較すると、電圧曲線Ｖ３０とＶ’３０との差は充電用抵抗３４の電圧降下に等しいので、スナバ充電用抵抗を備えた回路に対するｄｖ／ｄｔがスナバ充電用抵抗を備えない回路より大きいことがわかる。
【００２７】
図５ａの回路に使用されている一組の逆並列ダイオードは回路のスイッチング素子の組のスイッチング周波数で順方向バイアス（伝導状態）から逆方向バイアス（非伝導状態）にスイッチするので、Ｖ３０のクランピングは保護用コンデンサー５４ａのさらなる充電を引き起こす結果となる。この保護用コンデンサー５４ａの付加的な充電または付加的な電圧は抵抗５３ａ及びチョーク５６を介して放電されるだろう。抵抗５３ａの抵抗値及びチョーク５６ａのインダクタンスはスナバ回路６５ａから直流電源へのエネルギーの戻りを最適にし、かつ、適当なクランプ電圧が保持されるように選択される。チョーク５６と直列に接続された抵抗５３ａはさらに、保護用コンデンサー５４ａを介する放電電流Ｉ５４ａの実効値（ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ））及びジッター（ｊｉｔｔｅｒ）を減少させる。したがって、結果的に放電用抵抗５３ａの電力損失を減少させる。チョーク５６が適当な値の抵抗値を持って製造された場合、抵抗５３及びチョーク５６は単体の抵抗性／誘電性部材に置き換えられてもよい。
【００２８】
図５ａ示されているスナバ回路６５ａが図２ａから図２ｄのスナバ回路６５と同じ値のｄｖ／ｄｔ値を持つように選択された部材を含む場合、図５ａのスナバコンデンサー３６の容量は図２ａから図２ｄのスナバコンデンサー３６の容量より小さくされるだろう。したがって、結果的に図５ａのスナバ抵抗３５の電力損失は図２ａから図２ｄのスナバ抵抗より小さくなるだろう。
【００２９】
図５ｂは半ブリッジ整流器ではなく、全ブリッジ整流器を備えるインバーターに対する、図５ａと同様な保護機構を図示している。負荷誘導コイル６０と直列に接続された単一の整流コンデンサー７０が全ブリッジの交流出力の間に配置される。保護用回路５５は全ブリッジインバーターの２つのレッグ（または、脚部）を構成する２組のスイッチモジュールの組の各々に対して備えられる。
【００３０】
本発明の実施例は特定の電気部材を参照して説明されている。しかしながら、説明された部材の代わりに、同一または同様ではないが、本発明の所望の状態または結果を生ずる他の種類の部材を使用して本発明を実施できることは当業者に明白であるだろう。例えば、実施例において単一の部材が複数の部材によって実施されたり、または、逆に、複数の部材が単一の部材に置き換えられたりしてもよい。さらに、本発明の所望の状態または結果を生ずる他の構成または配置を使用して本発明を実施できることも当業者に明白であるだろう。さらに、本発明は単一の組のスイッチ回路と共に説明されてきたが、本発明を実施するために、並列に接続された複数の組のスイッチ回路が利用されてもよい。また、本発明の全ての実施例において、負荷誘導コイルの短絡はコイルの部分的な短絡であってもよい。さらに、本発明は直列共振電源の動作と共に説明されてきたが、本発明が適当な変更と共に、他の電源のトポロジー（または、配置及び構成）に対して適用されてもよいことは、当業者に明白であるだろう。
【００３１】
したがって、上述の実施例は本発明の範囲を限定するためのものではない。本発明の範囲は付随する請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来の故障に対する耐性を有する電源回路の概略的な図である。
【図２ａ】
半ブリッジインバーターを使用した、本発明に従った故障に対する耐性を有する電源回路の１つの例の概略的な図である。
【図２ｂ】
全ブリッジインバーターを使用した、本発明に従った故障に対する耐性を有する電源回路の１つの例の概略的な図である。
【図２ｃ】
半ブリッジインバーターを使用した、本発明に従った故障に対する耐性を有する電源回路の１つの例の概略的な図である。
【図２ｄ】
全ブリッジインバーターを使用した、本発明に従った故障に対する耐性を有する電源回路の１つの例の概略的な図である。
【図３】
図２ａのＳＣＲ（３０ｂ）が非伝導状態である場合に、回路内の誘導コイルに短絡が発生した直後の、本発明に従った故障に対する耐性を有する電源回路の等価回路の概略的な図である。
【図４ａ】
図２ａまたは図２ｃに示されている本発明に従った故障に対する耐性を有する電源回路によって達成される、短絡保護特性を図示している波形図である。
【図４ｂ】
図２ａまたは図２ｃに示されている本発明に従った故障に対する耐性を有する電源回路によって与えられる保護がない場合の、電源回路の短絡保護特性を図示している波形図である。
【図５ａ】
半ブリッジインバーターを使用した、本発明に従った故障に対する耐性を有する電源回路のもう１つの例の概略的な図である。
【図５ｂ】
全ブリッジインバーターを使用した、本発明に従った故障に対する耐性を有する電源回路のもう１つの例の概略的な図である。
【図６】
図５ａに示されている本発明に従った故障に対する耐性を有する電源回路によって達成される、電圧クランピング特性を図示している波形図である。
【図７】
本発明に従った故障に対する耐性を有する電源回路で使用される保護用コンデンサーの容量を選択する方法を図示するためのグラフである。
【符号の説明】
１０    故障に対する耐性を有する電源回路
２０    整流ブリッジ回路（直流電源）
３０ａ，３０ｂ  スイッチング素子
３１ａ，３１ｂ  スイッチ回路
３２ａ，３２ｂ  逆並列ダイオード
３３    ダイオード
３４    充電用抵抗
３５    抵抗
３６    コンデンサー
３７ａ，３７ｂ  スイッチモジュール
４０ａ，４０ｂ  ｄｉ／ｄｔリアクトル
５２    阻止ダイオード
５３    放電用抵抗
５４    保護用コンデンサー
５５    保護用回路
５６    チョーク
６０    負荷誘導コイル
６５    スナバ回路
７０    整流コンデンサー
７２    フィルターコンデンサー
９０，９１  保護用回路のライン
９３    スイッチ共通接点
９４    コンデンサー共通接点
９５    共通接点
１１０  電源回路（従来技術）
１２０  整流ブリッジ回路（直流電源）
１３０  スイッチング素子
１３２  逆並列ダイオード
１４０  ｄｉ／ｄｔリアクトル
１５０  保護用コイル
１６０  負荷誘導コイル
１７０  整流コンデンサー
【国際公開パンフレット】
2005500793.tif 000003
2005500793.tif 000004
2005500793.tif 000005
2005500793.tif 000006
2005500793.tif 000007
2005500793.tif 000008
2005500793.tif 000009
2005500793.tif 000010
2005500793.tif 000011
2005500793.tif 000012
2005500793.tif 000013
2005500793.tif 000014
2005500793.tif 000015
2005500793.tif 000016
2005500793.tif 000017
2005500793.tif 000018
2005500793.tif 000019
2005500793.tif 000020
2005500793.tif 000021
2005500793.tif 000022
2005500793.tif 000023
2005500793.tif 000024
2005500793.tif 000025
2005500793.tif 000026
2005500793.tif 000027
2005500793.tif 000028
2005500793.tif 000029
2005500793.tif 000030
2005500793.tif 000031
2005500793.tif 000032
2005500793.tif 000033
2005500793.tif 000034
2005500793.tif 000035
2005500793.tif 000036
2005500793.tif 000037
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005500793.tif 000038
【国際調査報告】
2005500793.tif 000039