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公開番号2023016095
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-02-02
出願番号2021120163
出願日2021-07-21
発明の名称交流スイッチ回路のスイッチング制御法
出願人個人
代理人
主分類H02M 1/00 20070101AFI20230126BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】交流電源を負荷回路に投入・遮断する交流スイッチ回路のスイッチング制御法を提供する。
【解決手段】スナバ回路とスイッチ回路を兼ね備えた電圧形インバータの回路構成による交流スイッチ回路200において、スイッチング制御法は、交流電源電圧の電圧位相情報とスナバ用キャパシタ220の端子電圧の充電状態の情報をもとに、逆導通ダイオードと半導体スイッチ素子とで構成される4個のスイッチングアーム210のスイッチング回数をできるだけ抑えて、スナバ用キャパシタによる損失をできるだけ抑えながら、負荷の軽重に関係なく安定に動作できる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
スイッチング素子に逆導通ダイオードを並列に接続したスイッチングアーム４個をブリッジ接続して、直流側にキャパシタを接続して構成する電圧形インバータの交流側端子間を交流電源と負荷の間に直列に接続して、スイッチの動作をさせる交流スイッチ回路において、
前記交流スイッチ回路をオンするときは、オフしたときに前記キャパシタに蓄えられた電荷を前記負荷に給電できるように対角関係にある２個の前記スイッチングアームにのみにオン信号を与え、前記キャパシタの端子電圧が低下し、ほぼ放電状態に至ったときは、前記電圧形インバータの上アームまたは下アームの２個の前記スイッチングアームにオン信号を与えて前記交流電源と前記負荷間で通電経路を形成することにより前記交流スイッチ回路をオン状態とし、
次に前記交流スイッチ回路をオフするときは、４個の前記スイッチングアームを全てオフすることにより、前記スイッチングアームの逆導通ダイオードブリッジ回路を介して交流回路に流れる電流による交流負荷や配線による交流回路のインダクタンスに蓄えられたエネルギーを前記キャパシタに吸収充電し、前記交流スイッチ回路にかかるスパイク電圧の発生を抑えて、前記交流スイッチ回路をオフ状態に移した後も４個の前記スイッチングアーム全てをオフ状態に保ち、前記交流スイッチ回路にオン指令が来るまでオフ状態のまま待機するスイッチングシーケンスにより、
前記交流スイッチ回路のオン、オフ動作時における前記交流回路インダクタンスによる転流エネルギーによる過電圧の発生を抑えると共に、前記転流エネルギー損失を抑制することができることを特徴とする交流スイッチ回路のスイッチング制御法。
続きを表示（約 950 文字）【請求項２】
請求項１記載の交流スイッチ回路のスイッチング制御法において、前記キャパシタに直列に電流制限用抵抗を挿入し、前記交流スイッチ回路をオンするときは、オフしたときに前記キャパシタに蓄えられた電荷を前記負荷に給電できるように対角関係にある２個の前記スイッチングアームにのみにオン信号を与え前記キャパシタの端子電圧が低下し、ほぼ放電状態に至ったときは、前記電圧形インバータ回路を構成する４個のスイッチ回路を全てオンすることにより、
交流スイッチ回路がオン動作時のスイッチ切り換え動作を無くすことにより、スイッチング回数の低減と、前記交流電源と前記負荷間の通電損失を低く抑えることを特徴とする交流スイッチ回路のスイッチング制御法。
【請求項３】
請求項１および２記載の交流スイッチ回路のスイッチング制御法において、前記交流電源の電圧位相が９０度を超え交流負荷回路に変圧器が接続されていても変圧器鉄心が飽和に至らない位相で、前記交流スイッチ回路にオン信号を与えることを特徴とする交流スイッチ回路のスイッチング制御法。
【請求項４】
請求項１から３記載の交流スイッチ回路のスイッチング制御法において、前記交流スイッチ回路へのスイッチ投入信号をスイッチング制御信号の発生に用いる前記交流電源の電圧位相と同期させることにより、前記スイッチングアームのスイッチング回数が低減できることを特徴とする交流スイッチ回路のスイッチング制御法。
【請求項５】
請求項１から４記載の交流スイッチ回路を用いて、前記交流電源に対して２つ以上の複数の各負荷をスイッチ切り換えることにより、１個の電源から複数個の前記各負荷に交流電力を供給することができ、前記各負荷へのスイッチ周期に対するスイッチ投入期間を変えることにより、前記各負荷への供給電力を制御することができることを特徴とする交流スイッチ回路のスイッチング制御法。
【請求項６】
請求項１から５記載の交流スイッチ回路を用いて、２組以上の複数組の交流電源から１個の負荷にスイッチ切り換えることにより、前記負荷へ加える電圧波形を制御することができることを特徴とする交流スイッチ回路のスイッチング制御法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源を負荷回路に投入・遮断する交流スイッチ回路のスイッチング制御法に関するものである。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
交流電源を負荷回路に投入・遮断する交流スイッチは、一般には交流負荷のインダクタンスや配線インダクタンスのため、交流スイッチをオフするときに交流スイッチに大きなサージ電圧がかかるので、それを抑制する対策が必要となる。
【０００３】
交流電源の投入など交流スイッチのオンオフ回数が限られている場合や流れる電流が小さい場合は、交流スイッチ回路の両端にスナバ回路を接続することで実用に供することができる。
【０００４】
しかし、誘導負荷の力率や扱う電流が大きく転流エネルギーが大きい場合や、交流スイッチを交流位相制御や交流チョッパ制御あるいは交流電源電圧をスイッチ切り換えするマトリクスコンバータなど頻繁にオンオフ動作を繰り返す用途への適用においては、交流スイッチのオフ動作ごとに発生するスナバ回路損失が大きくなるので、その対策が課題となっている。
【０００５】
また、交流電源の周波が極めて高い誘導加熱用電源などに対して負荷の切り換え用としてあるいは出力制御用として交流スイッチが用いられる場合など、交流電源の高周波化に伴い、交流スイッチ動作に伴う根本的な転流エネルギー処理対策が課題になってくると思われる。
【０００６】
そして、このように高頻度でスイッチ制御をかけるためには、交流スイッチとしては半導体スイッチで構成する必要があるが、交流スイッチ回路を半導体デバイスで構成する場合は、回路構成や用いるデバイスによって通電時の電圧降下のための通電損失も課題となってくる。
【０００７】
さらには、交流回路における交流スイッチ動作においては、変圧器が含まれる場合は交流スイッチの投入位相によっては、変圧器の磁束飽和を伴う恐れもある。
【０００８】
交流スイッチ回路のうち半導体デバイスを用いて構成したものには、１）自己自己消弧機能を有さないサイリスタを逆並列に接続して構成するものから、２）、ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴなど自己自己消弧機能を有するデバイスと必要に応じてダイオードと組み合わせて構成したもの、３）あるいはこれらスイッチ回路とスナバ回路を組み合わせたものなど数多くの交流スイッチ回路があり実用に供されているものもあるが、それぞれにスイッチング動作や通電状態での課題などが指摘されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特願１９８３－１７０１９９号
特願２００９－０８１９６９号
特願２０１３－１４４０４４号－
特許３６３４９８２号
特願２０１４－２１５９５２号
特願２００５－０３７６０１号
特願２００６－０６９０１５号
【００１０】
特許文献１は、上記１）によるサイリスタを用いた交流スイッチ回路例であり、オフ時点動作としてはサイリスタはゲート信号を除き、交流電流が零になった時点でオフに移行するため、線路インダクタンスによる転流エネルギー処理の問題は生じず、サイリスタがオン状態のときに並列に接続した電磁接触器をオンすることで通電損失を抑えることができるが、自己消弧機能は有していないため制御応答性に課題がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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