Search

JP-2026077617-A - 電子回路および電子回路の操作方法

JP2026077617AJP 2026077617 AJP2026077617 AJP 2026077617AJP-2026077617-A

Abstract

【課題】電子回路および電子回路の操作方法を提供する。 【解決手段】パワーサイリスタ（２）デバイス（２）を備える電気回路（１）について記載する。パワーサイリスタデバイス（２）のゲート（２１）は、第１スイッチ（３１）を介して電気回路（１）の内部リファレンス（１０）に接続され、パワーサイリスタデバイス（２）のカソード（２２）は、第２スイッチ（３２）を介して電気回路（１）の内部リファレンス（１０）に接続される。さらには、電気回路の操作方法（１）について記載する。 【選択図】図１

Inventors

  • クリストフ・バルティスベルク
  • マヌエル・ビドマー

Assignees

  • ヒタチ・エナジー・リミテッド

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20251024
Priority Date
20241025

Claims (14)

  1. 電気回路（１）であって、 パワーサイリスタ（２）デバイス（２）を備え、 前記パワーサイリスタデバイス（２）のゲート（２１）は、第１スイッチ（３１）を介して前記電気回路（１）の内部リファレンス（１０）に接続され、 前記パワーサイリスタデバイス（２）のカソード（２２）は、第２スイッチ（３２）を介して前記電気回路（１）の前記内部リファレンス（１０）に接続される、電気回路。
  2. 前記パワーサイリスタデバイス（２）は、ゲート転流型サイリスタである、請求項１に記載の電気回路。
  3. 前記第１スイッチ（３１）および前記第２スイッチ（３２）は、ノーマリオン型半導体素子である、請求項１または２に記載の電気回路。
  4. 前記第１スイッチ（３１）および前記第２スイッチ（３２）は、デプレッションモードのｎチャネル電界効果トランジスタである、先行する請求項のいずれか１項に記載の電気回路。
  5. 放電電流を制限するように構成された抵抗器（６）が、前記カソード（２２）と前記内部リファレンス（１０）との間の前記第２スイッチ（３２）を通る電流経路に配置される、先行する請求項のいずれか１項に記載の電気回路。
  6. 前記電気回路（１）は、前記パワーサイリスタデバイス（２）の前記ゲート（２１）と、前記第１スイッチ（３１）と、前記第２スイッチ（３２）とを制御するように構成されたゲート制御部（４０）をさらに備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の電気回路。
  7. 前記電気回路（１）は、集積化ゲート転流型サイリスタとして構成される、先行する請求項のいずれか１項に記載の電気回路。
  8. 前記電気回路（１）は、第３スイッチ（３３）を介して前記ゲート（２１）に接続されるコンデンサ部（７）をさらに備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の電気回路。
  9. 前記第３スイッチ（３３）は、ノーマリオフ型半導体素子を備える、請求項８に記載の電気回路。
  10. 前記電気回路（１）は、複数の運転モードで動作可能である、請求項８または９に記載の電気回路の操作方法。
  11. 前記電気回路（１）は、開始モード（８５）で操作され、前記第１スイッチ（３１）は、前記コンデンサ部（７）が充電された後にオフ状態になる、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記第２スイッチ（３２）は、前記第１スイッチ（３１）がオフ状態になる前にオフ状態になる、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記電気回路（１）は、停止または故障モード（８７）で操作され、前記第１スイッチ（３１）および前記第２スイッチ（３２）は、前記コンデンサ部（７）が少なくともある程度、放電した時点でオン状態になる、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記第１スイッチ（３１）は、前記第２スイッチ（３２）よりも前に前記オン状態になる、請求項１３に記載の方法。

Description

本開示は、電気回路および電気回路の操作方法に関する。 サイリスタは、高電流および／または高電圧の電気信号を切り替えるために利用可能であるため、電力用途に最適である。 実施の形態に係る電気回路の概略図を示す。実施の形態に係る電気回路の概略図を示す。電気回路の操作方法の実施の形態に係る、開始モード時のパルスパターンを例示する図である。電気回路の操作方法の実施の形態に係る、停止または故障モード時のパルスパターンを例示する図である。 本開示は様々な変形例および別の形式に適用可能であるが、その詳細は図面に一例として示されており、これから詳細に説明する。しかしながら、その意図は、本開示を記載の特定の実施の形態に限定することではないことを理解されたい。むしろ、その意図は、添付の特許請求の範囲によって示される本開示の範囲に含まれるすべての変形例、均等物、および代替物を対象として含むことである。 図１の例示的な実施の形態では、電気回路１は、パワーサイリスタデバイス２を備え、パワーサイリスタデバイス２のゲート２１は、第１スイッチ３１を介して電気回路１の内部リファレンス１０に接続される。パワーサイリスタデバイス２のカソード２２は、第２スイッチ３２を介して電気回路１の内部リファレンス１０に接続される。 よって、第１スイッチ３１および第２スイッチ３２が導電性のオン状態にある場合、パワーサイリスタデバイス２のゲート２１およびカソード２２は、電気回路１の同じ内部リファレンス１０に接続される。 図１の例示的な実施の形態では、第１スイッチ３１および第２スイッチ３２は、デプレッションモードのｎチャネルＭＯＳＦＥＴなど、ノーマリオン型半導体素子である。 図１では、内部リファレンス１０は、接地電位である。しかしながら、これは必須ではない。むしろ、内部リファレンスは、接地とは電気的に分離されていてもよい。 電気回路１は、コンデンサ部７をさらに備える。電気回路１の通常動作時、コンデンサ部７は、オフチャネル線５３に配置された第３スイッチ３３がオン状態である場合にパワーサイリスタデバイス２をオフに切り替えるための電流を提供してもよい。 対照的に、第１スイッチ３１および第２スイッチ３２は、電気回路１の通常動作時にオフ状態である。 しかしながら、開始モード時、および／または停止もしくは故障モード時、第１スイッチ３１および第２スイッチ３２は、パワーサイリスタデバイス２のカソード２２とゲート２１との間を電気接続する導電性のオン状態であってもよく、これらの運転モード時にパワーサイリスタデバイスの遮断能力が保証される。 これについては、図３および図４とともにさらに詳しく説明する。 電気回路１は、電気回路１のカソード２２と内部リファレンス１０との間の第２スイッチを通る電流経路に配置された抵抗器６をさらに備える。 たとえば、抵抗器６の抵抗値は、０．１Ω～２０Ωの範囲である。 図１の説明は、図２にも当てはまる。図２は、集積化ゲート転流型サイリスタとして構成される電気回路１の詳細についてさらに示す図である。 電気回路１は、パワーサイリスタデバイス１と、ゲート制御部４０を有するゲート部４とを備える。 たとえば、ゲート制御部４０は、１つ以上の電源を備える。さらには、ゲート制御部４０は、たとえば、監視および制御ロジックならびに／もしくはドライバーならびに／もしくはトリガ回路およびバックポーチ回路を備えてもよい。電気回路１の操作時、電気回路１は、入力電力線４１を介して外部接続される。さらには、ゲート制御部４０は、入力信号４２を受信し、出力信号４３を出力するように構成される。 カソード線５２は、パワーサイリスタデバイスのカソード２２にゲート制御部４０を接続する。ゲート線５１は、パワーサイリスタデバイス２のゲート２１にゲート制御部４０を接続する。 さらには、ゲート部４は、図１とともに説明した第１スイッチ３１と、第２スイッチ３２と、第３スイッチ３３と、コンデンサ部７とを備える。特に、電気回路は、異なる運転モードで動作可能なように構成される。 第３スイッチ３３は、ノーマリオフ型半導体素子である。電気回路１の通常動作時、第３スイッチ３３のゲートにゲート電圧を印加することによってパワーサイリスタデバイス２をオフに切り替えることができる。 図３は、電気回路１の開始モード時のパルスパターンを例示する図である。 この図は、時間の経過に伴うゲート部の電力８０、第２スイッチにおける信号レベル８１、第１スイッチにおける信号レベル８２、オフチャネルの信号レベル８３、および最大電圧８４０を有するコンデンサ電圧８４を模式的に示す図である。 開始モード８５は、斜線（dashed lines）間に延在する矢印として示されている。開始モード時、コンデンサ部９が充電される。その後、電気回路は、通常運転モード８６で操作可能になる。 図３に示すように、まず、ゲート部の電力８０が有効化されてゲート制御部４０に供給される。 その後、第２スイッチ３２が、そのゲートに印加されたＨＩＧＨ信号によって遮断状態になる。コンデンサ電圧８４が示すように、コンデンサ部９は、開始モード８５時に満充電される。 オフチャネル８３は、コンデンサ部７の充電の開始前、開始時、または開始後であって、少なくともＩＧＣＴが動作状態（矢印８６）に入る前にオン（ＨＩＧＨ信号）になる。これは、斜線部分によって図示されている。その他の斜線部分は、ＩＧＣＴに対応する信号が開始モード時に適用された場合にパワーサイリスタデバイス２を通常運転モード８６の開始時に直接オンにできることを図示している。たとえば、この信号は、ファイバーを介して光信号として受信されてもよい。その後、オフチャネル８３（第３スイッチ）がオフになり、ゲート信号が適用される。たとえば、パワーサイリスタデバイス２のゲートには、トリガ電流およびバックポーチ電流が印加される。 コンデンサ部７が充電され、印加されたＨＩＧＨ信号によってオフチャネル８３（第３スイッチ）が導電モードになった後、第１スイッチ３１がオフ状態（ＨＩＧＨ信号）になる。コンデンサ部７が満充電になると、電気回路１は通常動作ができる状態になる。通常動作では、第３スイッチ３３を導通状態に切り替えることによってパワーサイリスタデバイス２がオンオフされる、またはゲート制御部４０によって任意のトリガ電流もしくはバックポーチ電流が印加されてパワーサイリスタがオン状態になるもしくはオン状態に維持される。 ゲート制御部４０がその他の機能を果たす、および／またはリトリガリング信号などその他の信号を提供してもよいことは言うまでもない。 図４は、電気回路１の停止または故障モードのパルスパターンの例を示す図である。 停止８７は、２つの斜線（dashed lines）間に延在する矢印として示されている。 停止または故障モード８７時、コンデンサ電圧８４によって示されているようにコンデンサ部７を放電させる。放電工程の開始時に、オフチャネルの信号８３は、ＨＩＧＨであってもよく、ＬＯＷであってもよい。これは、図４の斜線部分によって示されている。 コンデンサ電圧８４が一定の値まで下がると、電気回路１は、バックポーチ電流を維持もしくは送達できなくなる、またはパワーサイリスタデバイス２をオンにすることができなくなる。ゲート制御部４０は、入力信号に反応できなくなる。 パワーサイリスタデバイス２のゲート２１が印加信号によってオン状態にある場合、ゲート制御部４は、オフチャネルをオンにすることによってパワーサイリスタデバイス２をオフにする。その後、第１スイッチ３１は、導電オン状態（ＬＯＷ信号）になり、内部リファレンス１０にパワーサイリスタデバイス２のゲート２１を電気的に接続する。 第２スイッチ３２が導電オン状態（ＬＯＷ信号）に切り替わることによって、カソード２２と内部リファレンス１０との間が短絡する。これは、制御ロジックの電力損失前、電力損失中、または電力損失の少し後に発生する。この時点で、オフチャネル信号レベル８３がＬＯＷレベルに切り替わり、第３スイッチ３３がオフ状態になる。 コンデンサ部７にある残りの電荷は、第２スイッチ３２および抵抗器６を介して放電されてもよい。抵抗器６を省いてもよい。たとえば、第２スイッチ３２のゲートに適切な信号を適用することによって放電電流を制限してもよい。 異なる運転モードは、電気回路１がすべての運転モードに対して信頼できるＤＣ遮断および／またはｄＶ／ｄｔロバスト性能力を提供することを示している。 さらには、電気回路１は、様々な用途に必要なブラックスタートに完全に対応している。特に、ブラックスタート機能はいずれの電力もいずれの種類のエネルギー貯蔵も必要としない。 電気回路１は、ＨＶＤＣ用途向けに構成されてもよい。たとえば、電気回路１は、モジュラーマルチレベル変換器向けに構成されてもよい。 記載した図１～図４に示す実施の形態は、改良した電気回路および方法の例示的な実施の形態を示しているため、改良した電気回路および方法に係るすべての実施の形態の全ての一覧ではない。実際の電気回路および方法は、たとえば、配置、電機部品、および信号が図示されている実施の形態とは異なる場合がある。 参照符号 １ 電気回路 １０ 内部リファレンス ２ パワーサイリスタデバイス ２１ ゲート ２２ カソード ２３ アノード ３１ 第１スイッチ ３２ 第２スイッチ ３３ 第３スイッチ ４ ゲート部 ４０ ゲート制御部 ４１ 入力電力線 ４２ 入力信号 ４３ 出力信号 ５１ ゲート線 ５２ カソード線 ５３ オフチャネル線 ６ 抵抗器 ７ コンデンサ部 ８０ ゲート部の電力 ８１ 第２スイッチにおける信号レベル ８２ 第１スイッチにおける信号レベル ８３ オフチャネルの信号レベル ８４ コンデンサ電圧 ８４０ 最大電圧 ８５ 開始モード ８６ 通常モード ８７ 停止または故障モード