(57)【要約】【課題】スイッチング動作に伴ってスイッチング素子に生じるサージ電圧を確実に検出することのできる簡易な構成のサージ電圧検出装置を提供する。【解決手段】オン・オフ動作して入力電圧をスイッチングするスイッチング素子と、このスイッチング素子に並列接続されたギャップアレスタと、このギャップアレスタの近傍に設けられて該ギャップアレスタに生じた放電光を検出する受光素子と、この受光素子による受光検知出力からオン・オフ動作に伴って前記スイッチング素子に生じたサージ電圧を検出する検出器とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オン・オフ動作して入力電圧をスイッチングするスイッチング素子と、
このスイッチング素子に並列接続されたギャップアレスタと、
このギャップアレスタの近傍に設けられて該ギャップアレスタに生じた放電光を検出する受光素子と、
この受光素子による受光検知出力から、オン・オフ動作に伴って前記スイッチング素子に生じたサージ電圧を検出する検出器と
を備えたことを特徴とするサージ電圧検出装置。
【請求項２】
前記ギャップアレスタは、過電流保護用の抵抗を介して前記スイッチング素子に並列接続されるものである請求項１に記載のサージ電圧検出装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子は、ＩＧＢＴまたはパワーＭＯＳ-ＦＥＴからなり、
前記ギャップアレスタは、ＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間、または前記パワーＭＯＳ-ＦＥＴのソース・ドレイン間に並列接続されるものである請求項１に記載のサージ電圧検出装置。
【請求項４】
前記ギャップアレスタは、複数個のスイッチング素子のそれぞれに対応して前記複数個のスイッチング素子に個別に並列接続されるものであって、
前記受光素子は、これらの複数個のギャップアレスタにそれぞれ生じた放電光の全てを検出し得る位置に設けられるものである請求項１に記載のサージ電圧検出装置。
【請求項５】
前記複数個のギャップアレスタは、前記受光素子の周りにそれぞれ配置されるものである請求項４に記載のサージ電圧検出装置。
【請求項６】
前記複数個のギャップアレスタは、前記受光素子を中心とする所定の半径の円周ラインに沿ってそれぞれ配置されて前記受光素子と一体にモジュール化されている請求項５に記載のサージ電圧検出装置。
【請求項７】
前記受光素子、並びに前記複数個のギャップアレスタがそれぞれ備える一対の電極は、密閉容器内に収納されて一体にモジュール化されたものである請求項６に記載のサージ電圧検出装置。
【請求項８】
前記複数個のギャップアレスタがそれぞれ備える一対の電極の一方は針状の電極からなり、
他方の電極は、前記針状の電極先端から所定の間隙を隔てた円弧状の電極面を有し、前記受光素子に対峙する側を開放した半カップ状電極からなる請求項７に記載のサージ電圧検出装置。
【請求項９】
オン・オフ動作して入力電圧をスイッチングするスイッチング素子と、
このスイッチング素子をオン・オフ制御する制御回路と
前記スイッチング素子に並列接続されたギャップアレスタと、
このギャップアレスタの近傍に設けられて該ギャップアレスタに生じた放電光を検出する受光素子と、
この受光素子による受光検知出力から前記スイッチング素子に生じたサージ電圧を検出して前記制御回路に保護信号を出力する検出器と
を具備したことを特徴とするスイッチング電源装置。
【請求項１０】
前記スイッチング素子は、所定の位相角で直流の入力電圧をスイッチングして交流の出力電圧を生成するインバータを構築するものである請求項９に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１１】
前記スイッチング素子は、インダクタを介してダイオードに流れる電流をオン・オフ制御して、直流の入力電圧から所定の直流の出力電圧を生成するチョッパ回路を構築するものである請求項９に記載のスイッチング電源装置。
【請求項１２】
前記スイッチング素子は、トランスの一次巻線を介して直流の入力電圧をスイッチングし、前記トランスの二次巻線に生起される電圧を整流・平滑して所定の直流の出力電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータを構築するものである請求項９に記載のスイッチング電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング動作に伴ってスイッチング素子に生じるサージ電圧を簡易に、しかも確実に検出することのできるサージ電圧検出装置、およびこのサージ電圧検出装置を備えたスイッチング電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オン・オフ動作して入力電圧をスイッチングするスイッチング素子を用いたスイッチング電源装置は、例えば直流の入力電圧を任意の周波数の交流の出力電圧に変換するインバータや、入力電圧の大きさを変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータ器等として各種の産業機器に用いられている。図４はモータＭの回転速度制御に用いられるスイッチング電源装置としてのインバータ１の概略構成を示している。このインバータ１は、３組のハーフブリッジ回路を形成したスイッチング素子２ａ〜２ｆを並列に備える。このインバータ１は、スイッチング素子２ａ〜２ｆにより直流の入力電圧Ｖinをそれぞれ所定の位相角でスイッチングすることで、Ｕ相,Ｖ相およびＷ相からなる３相交流の出力電圧Ｖoutを各ハーフブリッジ回路の中点から得るように構成される。
【０００３】
これらのスイッチング素子２ａ〜２ｆとしては、専ら、入力電圧Ｖinが高い場合にはＩＧＢＴが用いられ、また入力電圧Ｖinが低い場合にはパワーＭＯＳ-ＦＥＴが用いられる。ＩＧＢＴやパワーＭＯＳ-ＦＥＴは、いずれも高いスイッチング周波数でオン・オフ動作可能な電圧駆動型素子である。
【０００４】
ところでスイッチング電源装置の低損失化を図るには、例えばスイッチング素子２ａ〜２ｆのオン電圧を低くしたり、更にはスイッチング素子２ａ〜２ｆでのスイッチング損失を低減することが不可欠である。ちなみにオン電圧を低く抑えるには、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳ-ＦＥＴに流れる電流の電流密度を増加させることが必要である。またスイッチング損失を低減するには、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳ-ＦＥＴのオン・オフ動作時における電流変化率ｄi／ｄt、および電圧変化率ｄv／ｄtを高めることが要求される。
【０００５】
しかしながらこのような要求を満たした上でＩＧＢＴやパワーＭＯＳ-ＦＥＴをスイッチングすると、例えばＩＧＢＴをターンオフさせて大電流を高速遮断すると、図５に示すようにＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間に加わる電圧Ｖceとして大きなサージ電圧が発生することが否めない。このサージ電圧のピーク値Ｖcepは、専ら、オフ時にＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間に加わる直流電圧成分Ｖdcと、ＩＧＢＴの浮遊インダクタンスＬと、ターンオフ時におけるＩＧＢＴの電流変化率ｄi／ｄtとに依存し、
Ｖcep＝Ｖdc＋（Ｌ×ｄi／ｄt）
として求められる。従ってサージ電圧のピーク値Ｖcepを低く抑える観点からは、スイッチング損失を低減する場合とは逆に、ＩＧＢＴの電流変化率ｄi／ｄtを小さくすることが要求される。
【０００６】
一方、ＩＧＢＴの絶縁規格を満たすには、サージ電圧のピーク値Ｖcepを該ＩＧＢＴの素子耐圧電圧（耐電圧値）以下に抑えることが必要である。しかしＩＧＢＴを高速スイッチングした場合、サージ電圧のピーク値Ｖcepがオフ時における直流電圧成分Ｖdcの２倍以上に跳ね上がることもあり、その絶縁設計が困難となっている。そこで従来においては、例えばスナバ回路を用いてサージ電圧を抑えたり、或いはターンオフ時におけるＩＧＢＴのゲート抵抗値を制御することが行われている。
【０００７】
また、例えば特許文献１に開示されるように、種々の電圧検出回路を用いてＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間に加わる電圧Ｖceを検出してＩＧＢＴを絶縁破壊から保護する等のサージ電圧対策を講じることが提唱されている。しかしこのようなサージ電圧対策では、サージ電圧の跳ね上がりを根本的に回避することはできない。
【０００８】
他方、ＩＧＢＴにおける、例えば図６に示すようなサージ電圧の浮遊インダクタンス依存性（図中、Ｖcepはコレクタ・エミッタ間ピーク電圧，Ｖakpはアノード・カソード間ピーク電圧）や、図７に示すようなサージ電圧のゲート抵抗依存性を示すデータを用いてサージ電圧の跳ね上がりの程度を推定することも試みられている。しかし前述したサージ電圧対策を施した場合、サージ電圧対策に伴う様々の要因が重なるので、却ってサージ電圧の跳ね上がりを推定することが困難となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２３６３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところでＩＧＢＴをサージ電圧から確実に絶縁保護するには、ＩＧＢＴをインバータ（スイッチング電源装置）１に組み込み、インバータ１に負荷を接続した状態でＩＧＢＴの素子耐圧電圧を超えるサージ電圧が発生していないかを定常的に評価・監視することが必要となる。しかしサージ電圧は高速スイッチング動作に伴って発生する高周波電圧であり、その測定には高価な測定装置と測定技術が必要となる。
【００１１】
ちなみにインバータ１の開発試験時や出荷試験時には、例えばオシロスコープ等の測定器を用いてＩＧＢＴに加わるサージ電圧を検出することは可能である。しかしインバータ１の運転（運用）現場においてオシロスコープ等の測定器を用いて、定常的にＩＧＢＴに加わるサージ電圧を監視することは現実的には困難である。
【００１２】
また、例えばＩＧＢＴの数十ＫＨzオーダーのスイッチング動作周波数や、１０ｋＶ以上にも達する高電圧のサージ電圧等を考慮して、そのサージ電圧を容易に検出する電圧検出回路を実現することも一般的には困難である。しかもその構成が、相当大掛かりで大規模になることも否めない。これ故、この種の電圧検出回路をスイッチング電源装置に一体に組み込むことも困難である。ちなみに上述したスイッチング動作周波数でオンオフするＩＧＢＴの立上がりにおけるサージの周波数は数十ＭＨzのオーダーとなる。
【００１３】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳ-ＦＥＴ等のスイッチング素子のスイッチング動作に伴って該スイッチング素子に生じるサージ電圧を簡易に、しかも確実に検出することのできるサージ電圧検出装置、並びにこのサージ電圧検出装置を備えたスイッチング電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した目的を達成するべく本発明に係るサージ電圧検出装置は、オン・オフ動作して入力電圧をスイッチングするスイッチング素子と、このスイッチング素子に並列接続されたギャップアレスタと、このギャップアレスタの近傍に設けられて該ギャップアレスタに生じた放電光を検出する受光素子と、この受光素子による受光検知出力から、オン・オフ動作に伴って前記スイッチング素子に生じたサージ電圧を検出する検出器とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
好ましくは前記ギャップアレスタは、過電流保護用の抵抗を介して前記スイッチング素子に並列接続される。ちなみに前記スイッチング素子がＩＧＢＴからなる場合、前記ギャップアレスタはＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間に並列接続して設けられる。或いは前記スイッチング素子がパワーＭＯＳ-ＦＥＴからなる場合には、前記ギャップアレスタはパワーＭＯＳ-ＦＥＴのソース・ドレイン間に並列接続して設けられる。
【００１６】
好ましくは前記ギャップアレスタは、例えば複数個のスイッチング素子のそれぞれに対応してこれらの各スイッチング素子に個別に並列接続される。そして前記受光素子はこれらの複数個のギャップアレスタにそれぞれ生じた放電光の全てを検出し得る位置に設けられる。換言すれば複数個のギャップアレスタは、例えば前記受光素子の周りにそれぞれ配置される。好ましくは前記複数個のギャップアレスタは、前記受光素子を中心とする所定の半径の円周ラインに沿ってそれぞれ配置されて前記受光素子と一体にモジュール化される。
【００１７】
更に好ましくは前記受光素子、並びに前記複数個のギャップアレスタをそれぞれ構成する一対の電極は、密閉容器内に収納されて一体にモジュール化される。密閉容器内に収納されて一体にモジュール化される複数個のギャップアレスタがそれぞれ備える一対の電極としては、例えば一方の電極は針状の電極からなり、他方の電極は、前記針状の電極先端から所定の間隙を隔てた円弧状の電極面を有し、前記受光素子に対峙する側を開放した半カップ状電極として実現される。
【００１８】
また本発明の係るスイッチング電源装置は、オン・オフ動作して入力電圧をスイッチングするスイッチング素子と、このスイッチング素子をオン・オフ制御する制御回路と、前記スイッチング素子に並列接続されたギャップアレスタと、このギャップアレスタの近傍に設けられて該ギャップアレスタに生じた放電光を検出する受光素子と、この受光素子による受光検知出力から前記スイッチング素子に生じたサージ電圧を検出して前記制御回路に保護信号を出力する検出器とを具備したことを特徴としている。
【００１９】
ちなみに前記スイッチング素子は、例えば所定の位相角で直流入力電圧をスイッチングして交流電力を生成して負荷に給電するインバータをスイッチング電源装置として構築する。或いは前記スイッチング素子は、インダクタを介してダイオードに流れる電流をオン・オフ制御して直流の入力電圧から直流の所定の出力電圧を生成するチョッパ回路をスイッチング電源装置として構築する。若しくは前記スイッチング素子は、トランスの一次巻線を介して直流入力電圧をスイッチングし、前記トランスの二次巻線に生起される電圧を整流・平滑して所定の直流出力電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータをスイッチング電源装置として構築する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るサージ電圧検出装置によれば、スイッチング素子に並列接続されたギャップアレスタの近傍に設けられて該ギャップアレスタに生じた放電光を受光素子にて検出し、この受光素子による受光検知出力から、オン・オフ動作に伴って前記スイッチング素子に生じたサージ電圧を検出するだけである。従って簡易な構成でありながらスイッチング素子に加わる過大なサージ電圧を確実に検出することができる。
【００２１】
特にスイッチング素子に並列接続されたギャップアレスタは、スイッチング素子に過大なサージ電圧が加わったときにだけアーク放電して放電光を発する。従ってこの放電光を受光する受光素子による受光検知出力を監視するだけで、前記スイッチング素子のスイッチング動作条件に拘わることなく、スイッチング動作に伴って該スイッチング素子に生じた過大なサージ電圧を簡易に検出することができる。
【００２２】
しかも本発明に係るサージ電圧検出装置は、基本的にはスイッチング素子に並列接続されたギャップアレスタと、このギャップアレスタに生じた放電光を受光する受光素子とにより構成されるのでその構成が簡単であり、これらを一体的にモジュール化することも容易である。従って上述した如く構成されたサージ電圧検出装置を、各種のスイッチング電源装置に組み込むことも容易であり、スイッチング電源装置を稼動しながら過大なサージ電圧の発生を検出してスイッチング素子を絶縁保護することができる。故に、その実用的利点が多大である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るサージ電圧検出装置の概略構成図。
【図２】サージ電圧検出装置における複数のギャップアレスタと受光素子との配置例を示す図。
【図３】複数のギャップアレスタと受光素子を一体にモジュール化した構成例を示す図。
【図４】スイッチング電源装置の一例としてのインバータの概略構成を示す図。
【図５】ターンオフ時におけるＩＧＢＴのコレクタ電流の変化とＣＥ間電圧の変化を示す図。
【図６】ＩＧＢＴに生じるサージ電圧の浮遊インダクタンス依存性の一例を示す図。
【図７】ＩＧＢＴに生じるサージ電圧のゲート抵抗依存性の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るサージ電圧検出装置と、このサージ電圧検出装置を組み込んで構築されるスイッチング電源装置について説明する。
【００２５】
図１は本発明の一実施形態に係るサージ電圧検出装置１０の要部概略構成図であり、図中２は前述したインバータ１等のスイッチング電源装置に組み込まれて入力電圧Ｖinをスイッチングするスイッチング素子である。このスイッチング素子２は、例えばＩＧＢＴからなり、制御回路３から発せられる制御信号をゲートに受けてオン・オフ動作する。スイッチング素子２のオン・オフ動作によって、該スイッチング素子（ＩＧＢＴ）２のコレクタ・エミッタ間に印加される入力電圧Ｖinがスイッチングされる。
【００２６】
尚、特に図示しないがスイッチング素子２としてパワーＭＯＳ-ＦＥＴが用いられる場合には、スイッチング素子２のオン・オフ動作によって該スイッチング素子（パワーＭＯＳ-ＦＥＴ）２のソース・ドレイン間に印加される入力電圧Ｖinがスイッチングされる。
【００２７】
ここで本発明に係るサージ電圧検出装置１０が特徴とするところは、スイッチング素子２の両端間、具体的にはＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間にギャップアレスタ４を並列接続して設けた点にある。具体的にはギャップアレスタ４に流れる電流を制限する電流保護抵抗５を介して、ギャップアレスタ４をスイッチング素子２に並列接続したことを特徴としている。
【００２８】
ギャップアレスタ４は、例えばＳＦ６等の絶縁ガスが充填されたガラス製の透明密閉容器４ａ内に針状電極４ｂとその対向電極４ｃとからなる一対の電極を所定のギャップ（間隙）を隔てて設けた構造を有する。このギャップアレスタ４は、針状電極４ｂと対向電極４ｃとからなる一対の電極間に一定値以上の電圧が印加されたときに針状電極４ｂと対向電極４ｃとの間で放電し、電圧が低下した場合には放電を停止させて針状電極４ｂと対向電極４ｃと間の放電路を遮断と、初期の開放状態に復帰する。
【００２９】
具体的にはギャップアレスタ４は、放電開始電圧Ｖ２を超える電圧（サージ電圧）が印加されたときにアーク放電を開始する。このアーク放電は、紫外線から可視光に至る波長域の強い発光を伴う。ギャップアレスタ４の放電開始電圧Ｖ２は、スイッチング素子（ＩＧＢＴ）２の素子耐圧レベルに合わせて選定すれば良い。換言すればスイッチング素子２に並列接続するギャップアレスタ４として、放電開始電圧レはＶ２がＩＧＢＴに加わる直流電圧成分Ｖdc以上かつＩＧＢＴの素子耐圧レベルであるものを選定する。例えばＩＧＢＴの素子耐圧レベルが１２００Ｖである場合には、放電開始電圧Ｖ２が略１２００Ｖのギャップアレスタ４を用いる。このような放電特性を有するギャップアレスタ４をスイッチング素子２に並列接続したサージ電圧検出装置１０によれば、スイッチング素子２が通常運転状態でオン・オフ動作するときにはギャップアレスタ４は開放状態に保たれる。そしてスイッチング素子２のオン・オフ動作に伴って、特にターンオフ時に素子耐圧レベルを超えるサージ電圧が加わったときにギャップアレスタ４に強い発光を伴うアーク放電が発生することになる。
【００３０】
ギャップアレスタ４の近傍に設けられた受光素子６は、ギャップアレスタ４に生じるアーク放電光を検出するものであり、この受光素子６による受光検知出力は、例えばデジタル回路として構築される検出器７に与えられる。ちなみにスイッチング素子２のスイッチング動作周波数は数十ｋＨzオーダーで、スイッチング素子２のターンオフ時に加わるサージ電圧周波数は数十ＭＨzオーダーに達する。これ故、ギャップアレスタ４では数十ＭＨzオーダーのサージ電圧に応じたアーク放電光が数十ＫＨz間隔で発生することとなる。
【００３１】
デジタル回路からなる検出器７は、このようなアーク放電光を検出して受光素子６が出力する受光検知出力を計数し、所定期間に亘る計数値が所定の閾値を超えたときにスイッチング素子２に連続的にサージ電圧が発生しているとして検出する。そして検出器７は、サージ電圧によるスイッチング素子２の絶縁破壊を防ぐべく、例えば制御回路３に保護信号（アラーム情報）を出力してスイッチング素子２のオン・オフ動作を停止させる。尚、受光素子６が出力する受光検知出力が単発的である場合には、検出器７はこれを高周波ノイズであるとして判定する。従ってこの場合、検出器７は上述した保護信号を出力することはない。
【００３２】
かくしてこのように構成されたサージ電圧検出装置１０によれば、スイッチング素子２に並列接続したギャップアレスタ４が発する放電光を、ギャップアレスタ４の近傍に設けた受光素子６にて検出する構成なので、スイッチング素子２側と受光素子６側とを電気的に完全に絶縁することができる。そして受光素子６よる受光検知出力をデジタル回路からなる検出器７において計数してサージ電圧の発生を検出するので、高周波ノイズの影響を受けることなく、また低電圧回路でサージ電圧の検出を行うことが可能となる。従って従来のような高価で大掛かりな構成の電圧検出装置等を用いることなく、安価で簡易な構成で高電圧や高周波の影響を受けることなくサージ電圧を確実に検出することができる。
【００３３】
ところでスイッチング電源装置の一例として示したインバータ１は、図４を参照して説明したように６個のスイッチング素子２ａ〜２ｆを備えて構成される。図１に示したサージ電圧検出装置１０は、基本的には、例えばインバータ１における６個のスイッチング素子２ａ〜２ｆのそれぞれに対応して個別に設けられる。そして本発明に係るスイッチング電源装置は、上述した如く構成されたサージ電圧検出装置１０を備えたものとして実現される。
【００３４】
しかしこのようにしてスイッチング電源装置に組み込まれるサージ電圧検出装置１０を次のように実現することも可能である。図２はスイッチング電源装置に組み込まれるサージ電圧検出装置１０の要部、具体的にはインバータ１における複数個（６個）のスイッチング素子２ａ〜２ｆのそれぞれに個別に並列接続される６個のギャップアレスタ４１〜４６と、これらのギャップアレスタ４１〜４６が発する放電光を受光する受光素子６とを一体的にモジュール化したサージ電圧検出モジュール２０の構造例を示している。
【００３５】
このサージ電圧検出モジュール２０は、図２(ａ)に平面図を、また図２(ｂ)に矢視Ａ-Ａの断面図を示すように、例えば絶縁基板２１の表面中心部に受光素子６を設けると共に、この受光素子６を中心とする所定の半径の円周ライン上に６個のギャップアレスタ４１〜４６を等角度間隔に配置して構成される。換言すれば６個のギャップアレスタ４１〜４６がそれぞれ発する放電光の全てを、１個の受光素子６にて受光し得るように、ギャップアレスタ４１〜４６および受光素子６が絶縁基板２１上に配置される。
【００３６】
尚、これらのギャップアレスタ４１〜４６は、スイッチング素子２ａ〜２ｆのそれぞれに並列接続されるものである。また絶縁基板２１の表面には、６個のギャップアレスタ４１〜４６を囲んで所定高さの円筒状の遮光壁２２が設けられる。この遮光壁２２は、外来光を遮断することで受光素子６によるギャップアレスタ４１〜４６の放電光の検出を確実なものとする役割を担う。
【００３７】
そして受光素子６による受光検知出力を絶縁基板２１の裏面側に装着した検出器７に直接的に導き、この検出器７が出力する保護信号（アラーム情報）をスイッチング電源装置における制御回路３に与えるように構成される。尚、図２における符号４ｄ,４ｅは、ギャップアレスタ４１〜４６の一対の電極にそれぞれ接続され、ギャップアレスタ４１〜４６の電極をスイッチング素子２ａ〜２ｆに個々に並列接続する為のリード線である。
【００３８】
サージ電圧検出装置１０におけるギャップアレスタ４（４１〜４６）、受光素子６、並びに検出器７を上述した如く一体的にモジュール化したサージ電圧検出モジュール２０によれば、既存の各種のスイッチング電源装置に組み込むことが容易であり、前述したサージ電圧検出装置１０による効果と相俟って、その実用的利点が多大である。
【００３９】
またサージ電圧検出モジュール２０を、例えば図３に示すように１つのサージ電圧検出デバイス３０として構築することも可能である。尚、図３(ａ)はサージ電圧検出デバイス３０の平面構成を一部切欠して示したものであり、図３(ａ)はサージ電圧検出デバイス３０の矢視Ｂ-Ｂの断面構造を示している。
【００４０】
このサージ電圧検出デバイス３０は、円筒状の絶縁性を有する密閉容器３１内に受光素子６を設けると共に、この受光素子６を囲んで複数個のギャップアレスタ４１〜４６における一対の電極、具体的には針状電極４ｂと対向電極４ｃをそれぞれ配置する。密閉容器３１は、遮光性を有する絶縁部材からなる円筒体３１ａと、この円筒体３１ａの両端を、遮光性を有する絶縁部材からなる上面板３１ｂおよび下面板３１ｃにてそれぞれ封止した構造を有する。そして密閉容器３１内に絶縁性ガスを充填することでサージ電圧検出デバイス３０が構成される。
【００４１】
ちなみに複数個のギャップアレスタ４１〜４６における一対の電極は、受光素子６を中心とする所定の半径の円周ライン上に等角度間隔で設けられる。特に各ギャップアレスタ４１〜４６における針状電極４ｂは、密閉容器３１の上面側から該密閉容器３１の軸方向に延びるように設けられ、対向電極４ｃは針状電極４ｂの先端に所定のギャップを隔てて対向するように設けられる。
【００４２】
好ましくは対向電極４ｃは、針状電極４ｂの先端から所定の間隙を隔てた円弧状の電極面を有し、受光素子６に対峙する側の面、即ち、密閉容器３１の軸中心に向う面側を切り欠いて開放した半カップ状の電極形状を有する。従ってギャップアレスタ４１〜４６における上述した電極形状の針状電極４ｂと対向電極４ｃとの間に生じるアーク放電に伴う放電光は、密閉容器３１の内部において、主として受光素子６が設けられた中心部に向けて発せられることになる。故に受光素子６において、複数のギャップアレスタ４１〜４６のアーク放電をそれぞれ確実に検出することが可能となる。
【００４３】
また上述した如くモジュール化された構造のサージ電圧検出デバイス３０によれば、ギャップアレスタ４１〜４６における一対の電極と、受光素子６との間にガラス管等の光学的な遮蔽物が存在しないので、複数のギャップアレスタ４１〜４６におけるアーク放電に伴う放電光の受光素子６による検出感度が高めることができる。故にサージ電圧検出デバイス３０におけるアーク放電の検出動作特性の向上を図ることができる。更には省スペース化によるサージ電圧検出デバイス３０の小型化が可能となり、スイッチング電源装置に組み込むことも容易となる等の効果が奏せられる。
【００４４】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えばサージ電圧検出デバイス３０における密閉容器３１内に封入するガスとしては、不活性ガスであるアルゴンや窒素を用いたり、更には不活性ガスに水銀やナトリウム等の微量原子を混合してアーク放電に伴う発光量を高めるようにしても良い。
【００４５】
またここではスイッチング電源装置としてインバータ１を例に説明したが、インダクタを介してダイオードに流れる電流をオン・オフ制御して、直流の入力電圧から所定の直流の出力電圧を生成するチョッパ回路を構築するスイッチング電源装置にも同様に適用することができる。更にはトランスの一次巻線を介して直流の入力電圧をスイッチングし、前記トランスの二次巻線に生起される電圧を整流・平滑して所定の直流の出力電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータを構築するスイッチング電源装置にも適用可能である。要は従来より提唱されている種々スイッチング電源装置で用いられるスイッチング素子に生じるサージ電圧を検出する上で、その仕様に合わせて本発明を適用することができる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  インバータ（スイッチング電源装置）
２,２ａ,２ｂ,２ｃ,２ｄ,２ｅ,２ｆ  スイッチング素子（ＩＧＢＴ）
３  制御回路
４,４１,４２,４３,４４,４５,４６  ギャップアレスタ
４ａ  透明密閉容器
４ｂ  針状電極
４ｃ  半カップ状電極（対向電極）
５  過電流保護抵抗
６  受光素子
７  検出器
１０  サージ電圧検出装置
２０  サージ電圧検出モジュール
２１  絶縁基板
２２  遮光壁
３０  サージ電圧検出デバイス
３１  密閉容器
【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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