JP2021170893A - Cutoff device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、直流電流を遮断する遮断装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to a breaking device that cuts off a direct current.
再生可能エネルギーで発電した電力を大容量の蓄電池に蓄え、蓄電池に蓄えた電力を利用する直流給電システムが注目されている。直流給電システムは、蓄電池などの直流電源と、直流電源から電源線を介して給電される負荷と、直流電源と負荷との間に設けられた遮断装置とを備える。遮断装置は、短絡が発生した際に、直流電源から負荷に供給される直流電流を遮断する。 A DC power supply system that stores the power generated by renewable energy in a large-capacity storage battery and uses the power stored in the storage battery is drawing attention. The DC power supply system includes a DC power source such as a storage battery, a load supplied from the DC power source via a power supply line, and a cutoff device provided between the DC power source and the load. The breaker cuts off the direct current supplied from the direct current power supply to the load when a short circuit occurs.
例えば、直流を給電する場合、蓄電池に接続された電源線に対し、複数の負荷が並列に接続される場合がある。ある負荷で短絡などの故障が発生した場合、遮断装置を用いて直流電源と負荷とを高速で遮断し、故障が発生していない負荷や直流電源を保護する必要がある。 For example, when supplying direct current, a plurality of loads may be connected in parallel to the power supply line connected to the storage battery. When a failure such as a short circuit occurs in a certain load, it is necessary to use a breaking device to cut off the DC power supply and the load at high speed to protect the load and the DC power supply that have not occurred.
直流給電回路は、交流給電回路と異なり、電源から供給される電流の電流値がゼロになるタイミングがない。直流給電回路に機械式のサーキットブレーカを用いた場合、直流電源と負荷とを高速に遮断することが困難である。このため、ある回路に故障が発生した場合に、他の回路を保護できない場合がある。よって、大電流を高速に遮断するための保護回路が必要である。 Unlike an AC power supply circuit, a DC power supply circuit does not have a timing at which the current value of the current supplied from the power supply becomes zero. When a mechanical circuit breaker is used for the DC power supply circuit, it is difficult to cut off the DC power supply and the load at high speed. Therefore, when a failure occurs in a certain circuit, it may not be possible to protect another circuit. Therefore, a protection circuit for cutting off a large current at high speed is required.
本発明が解決しようとする課題は、直流電流を遮断することが可能な遮断装置を提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide a breaking device capable of breaking a direct current.
実施形態に係る遮断装置は、直流電源と負荷との間に設けられた遮断装置であって、前記直流電源の正極に接続された第１端子と、前記負荷に接続された第２端子との間に接続された第１スイッチング素子と、前記第１端子と、前記直流電源の負極に接続された第３端子との間に接続され、直列接続された第１コンデンサ及び第１抵抗を有するスナバ回路と、前記第１端子と、前記第１コンデンサと前記第１抵抗との接続ノードとの間に接続され、直列接続された第１ダイオード、第２コンデンサ、及び第２抵抗を有し、前記第１ダイオードのアノードは、前記第１端子に接続される、サージクランプ回路とを具備する。 The breaking device according to the embodiment is a breaking device provided between the DC power supply and the load, and has a first terminal connected to the positive electrode of the DC power supply and a second terminal connected to the load. A snubber having a first capacitor and a first resistor connected between a first switching element connected between them, the first terminal, and a third terminal connected to the negative electrode of the DC power supply and connected in series. It has a first diode, a second capacitor, and a second resistor connected between the circuit, the first terminal, and a connection node between the first capacitor and the first resistor, and connected in series. The anode of the first diode includes a surge clamp circuit connected to the first terminal.
以下、実施形態について図面を参照して説明する。以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Some embodiments shown below exemplify devices and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is specified by the shape, structure, arrangement, etc. of the component parts. It is not something that is done. In the following description, elements having the same function and configuration are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
［１］ 第１実施形態
［１−１］ 遮断装置１の構成
図１は、第１実施形態に係る遮断装置１の回路図である。遮断装置１は、直流電源２と負荷３との間に接続され、例えば負荷３に短絡が発生した場合に、直流電源２と負荷３とを電気的に遮断するとともに、直流電源２及び負荷３を保護する機能を有する。
[1] First Embodiment [1-1] Configuration of Breaking Device 1 FIG. 1 is a circuit diagram of the breaking device 1 according to the first embodiment. The cutoff device 1 is connected between the
直流電源２は、直流電流を発生する。直流電源２は、例えば蓄電池などを用いて構成される。直流電源２の正極（Ｐ）は、正極側電源線（以下、正極線という）４を介して、遮断装置１の端子Ｔ１に接続され、直流電源２の負極（Ｎ）は、負極側電源線（以下、負極線という）５を介して、遮断装置１の端子Ｔ２に接続される。直流電源２に接続された正極線４は、寄生インダクタンス６を有する。
The direct
負荷３は、電力を消費する機器である。負荷３の一例としては、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）用の充電器（ＥＶチャージャーともいう）が挙げられる。負荷３は、並列接続された複数の負荷であってもよい。負荷３の正極は、正極線７を介して、遮断装置１の端子Ｔ３に接続され、負荷３の負極は、負極線８を介して、遮断装置１の端子Ｔ４に接続される。負荷３に接続された正極線７は、寄生インダクタンス９を有する。
The load 3 is a device that consumes electric power. An example of the load 3 is a charger (also referred to as an EV charger) for an electric vehicle (EV). The load 3 may be a plurality of loads connected in parallel. The positive electrode of the load 3 is connected to the terminal T3 of the breaking device 1 via the positive electrode wire 7, and the negative electrode of the load 3 is connected to the terminal T4 of the breaking device 1 via the
遮断装置１は、スイッチング素子群１０、スナバ回路１３、サージクランプ回路１６、放電回路２０、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器２１、制御回路２２、電圧検知回路２３、複数のダイオード群２４、及び端子Ｔ１〜Ｔ４を備える。前述したように、端子Ｔ１、Ｔ２は、直流電源２に接続され、端子Ｔ３、Ｔ４は、負荷３に接続される。また、端子Ｔ１は、正極線２６−１に接続され、端子Ｔ２は、正極線２６−２に接続される。端子Ｔ３及び端子Ｔ４は、負極線２７によって接続される。
The breaking device 1 includes a
スイッチング素子群１０は、端子Ｔ１と端子Ｔ３とを電気的に切断する機能を有する。スイッチング素子群１０は、複数のスイッチング素子１１、及び複数のダイオード１２を備える。スイッチング素子１１は、機械式の素子に比べて高速動作が可能な半導体素子で構成れ、例えば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）で構成される。
The
スイッチング素子１１の一端（ドレイン）は、正極線２６−１に接続され、スイッチング素子１１の他端（ソース）は、正極線２６−２に接続される。ダイオード１２は、対応するスイッチング素子１１に逆並列接続される。すなわち、ダイオード１２のアノードは、スイッチング素子１１のソースに接続され、ダイオード１２のカソードは、スイッチング素子１１のドレインに接続される。
One end (drain) of the
複数のスイッチング素子１１は、並列接続される。スイッチング素子１１の数は、任意に設定可能であり、１個であってもよいし、２個以上であってもよい。複数のスイッチング素子１１を並列接続することで、遮断装置１が通流させる電気エネルギーを大きくすることができる。
The plurality of
スナバ回路１３は、正極線２６−１と負極線２７との間に接続される。スナバ回路１３は、コンデンサ１４、及び抵抗１５を備える。コンデンサ１４の一方の電極は、正極線２６−１に接続され、コンデンサ１４の他方の電極は、ノードＮ１を介して抵抗１５の一端に接続される。抵抗１５の他端は、負極線２７に接続される。
The
スナバ回路１３は、遮断時に発生するスパイク電圧（ノイズともいう）からスイッチング素子群１０を保護する機能を有する。具体的には、スナバ回路１３に含まれるコンデンサ１４は、遮断時に寄生インダクタンス６に起因して発生するスパイク電圧を低減する機能を有する。スナバ回路１３に含まれる抵抗１５は、寄生インダクタンス６とコンデンサ１４との共振を抑制する機能を有する。
The
サージクランプ回路１６は、正極線２６−１と、スナバ回路１３のノードＮ１との間に接続される。サージクランプ回路１６は、ダイオード１７、コンデンサ１８、及び抵抗１９を備える。ダイオード１７のアノードは、正極線２６−１に接続され、ダイオード１７のカソードは、コンデンサ１８の一方の電極に接続される。コンデンサ１８の他方の電極は、抵抗１９の一端に接続される。抵抗１９の他端は、スナバ回路１３のノードＮ１に接続される。
The
サージクランプ回路１６は、雷サージからＤＣ／ＤＣ変換器２１を保護することができ、遮断装置１の動作を継続できる。具体的には、サージクランプ回路１６は、正極線に発生した雷サージを、ダイオード１７、コンデンサ１８、抵抗１９、及び抵抗１５を経由して、負極線に流す。
The
放電回路２０は、コンデンサ１８の両端に接続される。放電回路２０は、コンデンサ１８に充電された電荷を放電する機能を有する。放電回路２０は、例えば抵抗で構成される。遮断装置１のメンテナンスなどを行う際に、コンデンサ１８に電荷が充電されていると危険である。放電回路２０がコンデンサ１８に充電された電荷を放電することで、メンテナンスを安全に行うことができる。
The
絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器２１は、コンデンサ１８の両端に接続される。絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器２１は、入力と出力とが（例えば入力側のコイルと出力形のコイルとが）絶縁されたＤＣ／ＤＣ変換器である。ＤＣ／ＤＣ変換器２１は、第１直流電圧を、第１直流電圧と異なる第２直流電圧に変換する回路である。具体的には、ＤＣ／ＤＣ変換器２１は、コンデンサ１８に充電された電圧を用いて、後述する制御回路２２が必要な電圧を生成する。
The isolated DC /
制御回路２２は、ＤＣ／ＤＣ変換器２１から所望の電圧を受ける。制御回路２２は、スイッチング素子群１０に含まれる全てのスイッチング素子１１のゲートおよびソースに接続され、スイッチング素子１１のオン及びオフを制御する。また、制御回路２２は、ＤＣ／ＤＣ変換器２１から供給される電圧を用いて、スイッチング素子１１をオン及びオフさせるためのゲート電圧を生成する。
The
電圧検知回路２３は、スイッチング素子群１０の両端に接続され、スイッチング素子群１０の両端の電圧（スイッチング素子群１０のオン電圧）を監視する。電圧検知回路２３は、スイッチング素子群１０に過電流（例えば、スイッチング素子１１の定格電流の２倍以上）が流れた際の電圧上昇を検知し、この検知結果に基づいて遮断信号ＣＳを生成する。電圧検知回路２３により生成された遮断信号ＣＳは、制御回路２２に送られる。制御回路２２は、遮断信号ＣＳが活性化された場合に、スイッチング素子群１０をオフさせる。
The
複数のダイオード群２４は、負極線２７と正極線２６−２との間に並列に接続される。本実施形態では、２個のダイオード群２４（第１ダイオード群２４−１、及び第２ダイオード群２４−２）を一例として示している。ダイオード群２４の数は、２個に限定されず、１個であってもよいし、３個以上であってもよい。
The plurality of diode groups 24 are connected in parallel between the
第１ダイオード群２４−１は、複数のダイオード２５が直列接続されて構成される。ダイオード２５のアノードは、負極線２７に接続され、ダイオード２５のカソードは、正極線２６−２に接続される。本実施形態では、１個のダイオード群２４が２個のダイオード２５を備える構成を一例として示している。１個のダイオード群２４に含まれるダイオード２５の数は、２個に限定されず、１個であってもよいし、３個以上であってもよい。第２ダイオード群２４−２の構成は、第１ダイオード群２４−１と同じである。
The first diode group 24-1 is configured by connecting a plurality of
第１ダイオード群２４−１、及び第２ダイオード群２４−２は、遮断時、寄生インダクタンス９に基づく起電力により発生する電流を、寄生インダクタンス９側に還流する。この電流は、配線抵抗などによって電気エネルギーが消費されて、徐々に減少する。 When the first diode group 24-1 and the second diode group 24-2 are cut off, the current generated by the electromotive force based on the parasitic inductance 9 is returned to the parasitic inductance 9 side. This current gradually decreases as electrical energy is consumed by wiring resistance and the like.
ダイオード群２４を複数のダイオード２５を直列接続して構成することで、ダイオード群２４の耐電圧を高くすることができる。また、複数のダイオード群２４を並列接続することで、還流する電流を大きくできる。このため、寄生インダクタンス９などで消費される電気エネルギーを大きくすることができる。
By configuring the diode group 24 by connecting a plurality of
［１−２］ 遮断装置１の動作
上記のように構成された遮断装置１の動作について説明する。図２（ａ）は、遮断装置１の各種電圧のタイミング図である。図２（ａ）の縦軸は、電圧（任意単位）であり、図２の横軸は、時間（任意単位）である。図２（ｂ）は、遮断装置１の各種電流のタイミング図である。図２（ｂ）の縦軸は、電流（任意単位）であり、図２（ｂ）の横軸は、時間（任意単位）である。図２（ａ）と図２（ｂ）との時間軸は対応している。
[1-2] Operation of the breaking device 1 The operation of the breaking device 1 configured as described above will be described. FIG. 2A is a timing diagram of various voltages of the breaking device 1. The vertical axis of FIG. 2A is a voltage (arbitrary unit), and the horizontal axis of FIG. 2 is time (arbitrary unit). FIG. 2B is a timing diagram of various currents of the breaking device 1. The vertical axis of FIG. 2B is an electric current (arbitrary unit), and the horizontal axis of FIG. 2B is time (arbitrary unit). The time axes of FIGS. 2 (a) and 2 (b) correspond to each other.
図２（ａ）において、“ＭＯＳＦＥＴゲート電圧”は、スイッチング素子１１のゲートに印加される電圧である。“ＭＯＳＦＥＴ端子間電圧”は、スイッチング素子１１の両端子間（ソース−ドレイン間）の電圧である。“Ｃ１電圧”は、スナバ回路１３に含まれるコンデンサ１４の電圧である。図２（ｂ）において、“ＭＯＳＦＥＴ電流”は、スイッチング素子１１に流れる電流である。“短絡電流”は、負荷３が短絡した場合に、正極線７と負極線８との間に負荷３を介して流れる電流である。“Ｃ１電流”は、スナバ回路１３に含まれるコンデンサ１４に流れる電流である。“Ｌ１電流”は、寄生インダクタンス６に流れる電流である。
In FIG. 2A, the “MOSFET gate voltage” is the voltage applied to the gate of the switching
以下に素子の数値の一例を説明する。例えば、正極線４の寄生インダクタンス６は、６μＨ程度である。正極線７の寄生インダクタンス６は、２μＨ〜５０μＨ程度であり、遮断装置１と負荷３とを接続する電源線（正極線７）が長くなるほど、寄生インダクタンス６が大きくなる。スナバ回路１３のコンデンサ１４の容量は、３μＦ程度である。スナバ回路１３の抵抗１５の抵抗値は、３Ω程度である。スイッチング素子群１０は、８個のスイッチング素子１１を並列接続して構成される。スイッチング素子１１は、シリコン炭化物（ＳｉＣ）を用いたＭＯＳＦＥＴである。ＭＯＳＦＥＴの定格電圧は、６５０Ｖである。
An example of the numerical value of the element will be described below. For example, the
給電時、制御回路２２は、スイッチング素子群１０をオンさせる。具体的には、制御回路２２は、スイッチング素子１１のゲートに、正のゲート電圧を印加する。この正のゲート電圧は、スイッチング素子１１の閾値電圧以上である。これにより、遮断装置１は、直流電源２により生成された直流電流を、負荷３に供給する。制御回路２２は、ユーザの指示に応じて給電を開始する。
At the time of power supply, the
また、ＤＣ／ＤＣ変換器２１は、コンデンサ１８に充電された電圧を、所定の電圧に変換し、この変換された電圧を制御回路２２に供給する。制御回路２２は、ＤＣ／ＤＣ変換器２１から供給された電圧を用いて、ゲート電圧を生成する。
Further, the DC /
時刻ｔ１において、負荷３に短絡が発生したものとする。すると、図２（ｂ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ電流が急激に大きくなる。電圧検知回路２３は、ＭＯＳＦＥＴ電流の上昇に起因するＭＯＳＦＥＴ端子間電圧の上昇を検知する。例えば、電圧検知回路２３は、ＭＯＳＦＥＴの定格電流の２倍以上のＭＯＳＦＥＴ電流が流れた場合の電圧上昇を検知する。そして、電圧検知回路２３は、活性化された遮断信号ＣＳを制御回路２２に送る。
It is assumed that a short circuit has occurred in the load 3 at time t1. Then, as shown in FIG. 2B, the MOSFET current suddenly increases. The
時刻ｔ２において、遮断信号ＣＳが活性化され、制御回路２２は、スイッチング素子群１０をオフさせる。具体的には、遮断時、制御回路２２は、スイッチング素子１１のゲートに、例えば０Ｖを印加する。これにより、ＭＯＳＦＥＴ電流は、ゼロになる。
At time t2, the cutoff signal CS is activated, and the
また、遮断時、スナバ回路１３に含まれるコンデンサ１４は、寄生インダクタンス６に起因して発生するスパイク電圧を低減する。スナバ回路１３に含まれる抵抗１５は、寄生インダクタンス６とコンデンサ１４との共振を抑制する。
Further, at the time of interruption, the
複数のダイオード群２４は、遮断時、寄生インダクタンス９に基づく起電力により発生する電流を、寄生インダクタンス９側に還流する。この電流は、ダイオードの順方向電圧に応じて電気エネルギーが消費されて、徐々に減少する。また、短絡電流も徐々に減少していき、所定時間後にゼロになる。 The plurality of diode groups 24 return the current generated by the electromotive force based on the parasitic inductance 9 to the parasitic inductance 9 side at the time of interruption. This current gradually decreases as electrical energy is consumed according to the forward voltage of the diode. In addition, the short-circuit current gradually decreases and becomes zero after a predetermined time.
このようにして、遮断装置１は、短絡が発生した場合でも、直流電源２と負荷３とを安全に切り離すことができる。
In this way, the cutoff device 1 can safely disconnect the
遮断装置１は、例えば、屋外で使用することを想定している。よって、雷サージを受ける可能性がある。例えば負荷３に雷サージが発生した場合、遮断装置１は、この雷サージを、スイッチング素子群１０に含まれるダイオード１２、サージクランプ回路１６、及び抵抗１５を経由して負極線に流す。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換器２１を保護し、遮断装置１の動作を継続することができる。
The blocking device 1 is assumed to be used outdoors, for example. Therefore, there is a possibility of receiving a lightning surge. For example, when a lightning surge occurs in the load 3, the breaking device 1 causes the lightning surge to flow through the negative electrode wire via the
還流用のダイオード群２４−１、２４−２の耐電圧は、スイッチング素子１１の耐電圧より高く設定される。スイッチング素子１１は、通常は常時オン状態であり、正極−負極間にサージ電圧が発生した場合には影響を受けないが、導通時に雷サージ等が発生した場合にダイオード群２４−１、２４−２が故障するのを防ぐために、上記のようにダイオード群２４−１、２４−２の耐電圧が設定される。
The withstand voltage of the diode groups 24-1 and 24-2 for reflux is set higher than the withstand voltage of the switching
スナバ回路１３の耐電圧は、スイッチング素子１１の耐電圧より高く設定される。スイッチング素子１１は通常は常時オン状態であり、正極−負極間にサージ電圧が発生した場合には影響を受けないが、導通時に雷サージ等が発生した場合にスナバ回路１３が故障するのを防ぐために、上記のようにスナバ回路１３の耐電圧が設定される。スナバ回路１３の耐電圧は、スナバ回路１３に含まれるコンデンサ１４及び抵抗１５それぞれの耐電圧を意味する。
The withstand voltage of the
［１−３］ 第１実施形態の効果
第１実施形態によれば、例えば負荷３に短絡が発生して、スイッチング素子１１に過電流（スイッチング素子１１の定格電流の２倍以上の電流）が流れた場合に、スイッチング素子群１０は、直流電流を遮断することができる。これにより、直流電源２及び負荷３を保護することが可能である。
[1-3] Effect of First Embodiment According to the first embodiment, for example, a short circuit occurs in the load 3 and an overcurrent (current more than twice the rated current of the switching element 11) is applied to the switching
また、スイッチング素子１１は、ＭＯＳＦＥＴからなる半導体素子で構成される。よって、スイッチング素子１１は、機械式のサーキットブレーカに比べて、高速に直流電流を遮断することができる。また、機械式のサーキットブレーカに比べて、損失を低減できる。
Further, the switching
また、スナバ回路１３は、遮断時、寄生インダクタンス６に起因して発生するスパイク電圧を低減することができる。
Further, the
また、サージクランプ回路１６は、雷サージが発生した場合に、雷サージを負極線２７に流すことができる。これにより、遮断装置１は、雷サージからＤＣ／ＤＣ変換器２１を保護することができ、遮断装置１の動作を継続できる。遮断装置１、直流電源２、及び負荷３は、屋外で使用することを想定しており、この場合、雷サージを受ける可能性がある。本実施形態によれば、雷サージから回路を保護することができる。
Further, the
また、制御回路２２は、ＤＣ／ＤＣ変換器２１によって変換された電圧を用いて、スイッチング素子群１０を制御するゲート電圧を生成することができる。これにより、遮断装置１は、ゲート電圧用の電圧発生回路を備える必要がない。
Further, the
また、遮断装置１は、負極線２７と正極線２６−２との間に並列接続された複数のダイオード群２４を備える。複数のダイオード群２４は、より多くの直流電流を寄生インダクタンス９側に還流できる。これにより、短絡電流をより速くゼロにすることができる。
Further, the breaking device 1 includes a plurality of diode groups 24 connected in parallel between the
［２］ 第２実施形態
第２実施形態は、短絡時に発生する短絡電流の他の検知方法に関する構成例である。
[2] Second Embodiment The second embodiment is a configuration example relating to another detection method of a short circuit current generated at the time of a short circuit.
図３は、第２実施形態に係る遮断装置１の回路図である。遮断装置１は、第１実施形態で説明した電圧検知回路２３に代えて、電流検知回路２８を備える。
FIG. 3 is a circuit diagram of the breaking device 1 according to the second embodiment. The break device 1 includes a
電流検知回路２８の一端は、正極線２６−２に接続され、電流検知回路２８の他端は、端子Ｔ３に接続される。電流検知回路２８は、スイッチング素子１１に流れる過電流を検知する。過電流は、例えば、スイッチング素子１１の定格電流の２倍以上の電流である。例えば、電流検知回路２８は、インダクタを含み、インダクタの電圧変化に応じて過電流を検知する。
One end of the
電流検知回路２８は、過電流を検知した場合、この検知結果に基づいて遮断信号ＣＳを生成する。電流検知回路２８により生成された遮断信号ＣＳは、制御回路２２に送られる。制御回路２２は、遮断信号ＣＳが活性化された場合に、スイッチング素子群１０をオフさせる。
When the
その他の構成及び動作は、第１実施形態と同じである。第２実施形態によれば、第１実施形態と同じ効果を得ることができる。 Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. According to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
［３］ 第３実施形態
第３実施形態は、遮断装置１の構造に関する実施例であり、ダイオード群２４に含まれる各ダイオード２５の構成例である。
[3] Third Embodiment The third embodiment is an example relating to the structure of the breaking device 1, and is a configuration example of each
図４は、遮断装置１の一部領域の断面図である。遮断装置１は、半導体チップ３０、主基板３１、配線３２、３３、及びボンディングワイヤ３４、３５を備える。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a part of the blocking device 1. The breaking device 1 includes a
半導体チップ３０は、ダイオード２５を構成する。半導体チップ３０は、主基板３１上に接着材３６によって接着される。
The
主基板３１上には、配線３２、３３が設けられる。半導体チップ３０は、ボンディングワイヤ３４、３５を用いて配線３２、３３に電気的に接続される。ボンディングワイヤ３４、３５としては、金（Ａｕ）、又は銅（Ｃｕ）などが用いられる。
図示は省略するが、半導体チップ３０は、絶縁樹脂、又は絶縁性のゲルで封止される。
Although not shown, the
前述したように、半導体チップ３０は、ダイオード２５を構成する。ダイオード２５のアノードは、ボンディングワイヤ３４を介して配線３２に電気的に接続される。ダイオード２５のカソードは、ボンディングワイヤ３５を介して配線３３に電気的に接続される。
As described above, the
本実施形態では、ボンディングワイヤ３４、３５にヒューズとしての機能も持たせる。あるダイオード２５が故障した場合、ボンディングワイヤが溶融して切断される。本実施形態では、複数のダイオード群２４が並列接続される。よって、故障したダイオード２５を含むダイオード群２４以外のダイオード群２４が電流を還流する機能を維持することができる。
In the present embodiment, the
また、ダイオード２５と同様に、スイッチング素子１１は、半導体チップ３０で構成される。スイッチング素子１１のソース及びドレインは、複数のボンディングワイヤを用いて主基板３１の複数の配線に電気的に接続される。スイッチング素子１１が故障した場合、ボンディングワイヤが溶融して切断される。本実施形態では、複数のスイッチング素子１１が並列接続される。よって、故障したスイッチング素子１１以外のスイッチング素子１１がスイッチング機能を維持することができる。
Further, like the
複数のスイッチング素子１１に対応する複数の半導体チップは、同一の金属製熱拡散プレート（図示せず）上に設けられる。これにより、スイッチング素子１１が熱により故障するのを抑制できる。
A plurality of semiconductor chips corresponding to the plurality of switching
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
１…遮断装置、２…直流電源、３…負荷、４，７…正極線、５，８…負極線、６，９…寄生インダクタンス、１０…スイッチング素子群、１１…スイッチング素子、１２…ダイオード、１３…スナバ回路、１４…コンデンサ、１５…抵抗、１６…サージクランプ回路、１７…ダイオード、１８…コンデンサ、１９…抵抗、２０…放電回路、２１…ＤＣ／ＤＣ変換器、２２…制御回路、２３…電圧検知回路、２４…ダイオード群、２５…ダイオード、２６−１，２６−２…正極線、２７…負極線、２８…電流検知回路、３０…半導体チップ、３１…主基板、３２，３３…配線、３４，３５…ボンディングワイヤ、３６…接着材、Ｔ１〜Ｔ４…端子。 1 ... Breaking device, 2 ... DC power supply, 3 ... Load, 4, 7 ... Positive wire, 5, 8 ... Negative wire, 6, 9 ... Parasitic inductance, 10 ... Switching element group, 11 ... Switching element, 12 ... Diode, 13 ... Snubber circuit, 14 ... Capacitor, 15 ... Resistance, 16 ... Surge clamp circuit, 17 ... Diode, 18 ... Condenser, 19 ... Resistance, 20 ... Discharge circuit, 21 ... DC / DC converter, 22 ... Control circuit, 23 ... Voltage detection circuit, 24 ... Diode group, 25 ... Diode, 26-1, 26-2 ... Positive wire, 27 ... Negative wire, 28 ... Current detection circuit, 30 ... Semiconductor chip, 31 ... Main board, 32, 33 ... Wiring, 34, 35 ... Bonding wire, 36 ... Adhesive, T1 to T4 ... Terminal.
Claims (12)
前記直流電源の正極に接続された第１端子と、前記負荷に接続された第２端子との間に接続された第１スイッチング素子と、
前記第１端子と、前記直流電源の負極に接続された第３端子との間に接続され、直列接続された第１コンデンサ及び第１抵抗を有するスナバ回路と、
前記第１端子と、前記第１コンデンサと前記第１抵抗との接続ノードとの間に接続され、直列接続された第１ダイオード、第２コンデンサ、及び第２抵抗を有し、前記第１ダイオードのアノードは、前記第１端子に接続される、サージクランプ回路と、
を具備する遮断装置。 It is a cutoff device installed between the DC power supply and the load.
A first switching element connected between a first terminal connected to the positive electrode of the DC power supply and a second terminal connected to the load.
A snubber circuit having a first capacitor and a first resistor connected in series between the first terminal and the third terminal connected to the negative electrode of the DC power supply.
The first diode has a first diode, a second capacitor, and a second resistor connected between the first terminal and a connection node between the first capacitor and the first resistor and connected in series. The anode of the surge clamp circuit, which is connected to the first terminal,
A blocking device provided with.
前記電圧検知回路により前記第１スイッチング素子の電圧が第１電圧以上であることが検知された場合に、前記第１スイッチング素子をオフさせる制御回路と、
をさらに具備する請求項１に記載の遮断装置。 A voltage detection circuit that detects the voltage across the first switching element and
A control circuit that turns off the first switching element when the voltage detection circuit detects that the voltage of the first switching element is equal to or higher than the first voltage.
The blocking device according to claim 1, further comprising.
前記電流検知回路により前記第１スイッチング素子の電流が第１電流以上であることが検知された場合に、前記第１スイッチング素子をオフさせる制御回路と、
をさらに具備する請求項１に記載の遮断装置。 A current detection circuit connected between the first switching element and the second terminal and detecting the current of the first switching element, and a current detection circuit.
A control circuit that turns off the first switching element when the current detection circuit detects that the current of the first switching element is equal to or greater than the first current.
The blocking device according to claim 1, further comprising.
前記制御回路は、前記ＤＣ／ＤＣ変換器により変換された電圧を用いて、前記第１スイッチング素子をオン及びオフさせるゲート電圧を生成する
請求項２又は３に記載の遮断装置。 A DC / DC converter connected to both ends of the second capacitor and converting the voltage of the second capacitor is further provided.
The breaker according to claim 2 or 3, wherein the control circuit uses a voltage converted by the DC / DC converter to generate a gate voltage for turning on and off the first switching element.
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の遮断装置。 The breaking device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a discharge circuit connected in parallel to the second capacitor and discharging the charged charge of the second capacitor.
前記第１ダイオード群のアノードは、前記第３端子に接続される
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の遮断装置。 A group of first diodes connected between the second terminal and the third terminal and configured by connecting a plurality of diodes in series is further provided.
The breaking device according to any one of claims 1 to 5, wherein the anode of the first diode group is connected to the third terminal.
前記第２ダイオード群のアノードは、前記第３端子に接続される
請求項６に記載の遮断装置。 A second diode group configured by being connected in parallel to the first diode group and having a plurality of diodes connected in series is further provided.
The breaking device according to claim 6, wherein the anode of the second diode group is connected to the third terminal.
請求項６に記載の遮断装置。 The interruption according to claim 6, wherein one diode included in the first diode group is composed of a semiconductor chip and includes a bonding wire connecting the anode or cathode of the diode and the wiring provided on the substrate. Device.
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の遮断装置。 The breaking device according to any one of claims 1 to 8, wherein the first switching element is composed of a FET (Field Effect Transistor).
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の遮断装置。 The breaking device according to any one of claims 1 to 9, further comprising a second diode connected in antiparallel to the first switching element.
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の遮断装置。 The breaking device according to any one of claims 1 to 10, further comprising a second switching element connected in parallel to the first switching element.
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の遮断装置。 The first item according to any one of claims 1 to 11, wherein the first switching element is composed of a semiconductor chip and includes a bonding wire that connects one end of the first switching element and a wiring provided on a substrate. Breaking device.
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