JP2528422B2 - スイッチング半導体素子の駆動回路 - Google Patents

スイッチング半導体素子の駆動回路

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JP2528422B2 JP4216279A JP21627992A JP2528422B2 JP 2528422 B2 JP2528422 B2 JP 2528422B2 JP 4216279 A JP4216279 A JP 4216279A JP 21627992 A JP21627992 A JP 21627992A JP 2528422 B2 JP2528422 B2 JP 2528422B2
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亮治 斉藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は,各種電源回路などにお
けるスイチングトランジスタ又はGTOのようなスイッ
チング半導体素子の駆動回路に関する。
【従来の技術】従来,比較的効率の良いスイッチング半
導体素子の駆動回路として第4図に示すような電流帰還
を利用したものがある(例えば特開昭51ー70181
号公報)。この回路について説明すると,1は主スイッ
チング半導体素子として用いられる主トランジスタ,2
は主トランジスタ1をオン,オフするための駆動スイッ
チ,3は第1の巻線である短絡用巻線N1 ,第2の巻線
である駆動巻線N2 ,第3の巻線である帰還巻線N3
有する駆動変成器で,図示黒点は各巻線の同一極性端を
示す。さらに,4は駆動スイッチ2の導通初期に導通し
て短絡ループを形成するダイオード,5は駆動変成器3
の励磁電流を流す抵抗器,6,6’は制御電源入力端
子,7,7’は直流入力端子,8は駆動変成器3の帰還
巻線N3 に直列に接続された電流帰還巻線Na と電流出
力巻線Nb とを有する変流器,10は逆電流防止用のダ
イオードであり,15は1次巻線NP と2次巻線NS
を有する主トランス,16および17は2次巻線NS
の電圧を整流する整流器,18,19は平滑回路を構成
するリアクトル,コンデンサ,20,20’は直流出力
端子である。先ず,導通状態にある主トランジスタ1を
ターンオフさせるために駆動スイッチ2をオンさせる
と,主トランジスタ1のベースに蓄積されていたキャリ
アは駆動変成器3の駆動巻線N2 と短絡巻線N1 の変成
器作用により,駆動スイッチ2,ダイオード4および短
絡巻線N1 の閉回路を流れる。すなわち,短絡巻線N1
は短絡状態になり,駆動巻線N2 と帰還巻線N3 の変成
器作用は失われ, 帰還巻線N3 から駆動巻線N2 へ供給
していたベース電流も短絡巻線N1 側に吸いだされる。
さらにまた,駆動スイッチ2のオンに伴い,変流器8の
電流帰還巻線Naを流れていた主回路電流が電流出力巻
線Nb ,ダイオード10および駆動スイッチ2からなる
閉ループにも電流帰還巻線Na と電流出力巻線Nb の巻
数比に反比例した電流,すなわち主回路に依存する大き
さの電流が流れるので,駆動変成器3の短絡用巻線N1
にはこれら電流の和に等しい大きさの電流が流れる。こ
れに伴い駆動巻線N2 には無印側を正,黒印側を負とす
る電圧が誘起され,この電圧は主トランジスタ1のベー
ス・エミッタ間を逆バイアスするよう作用する。
【発明が解決しようとする問題点】しかし斯かる従来の
回路にあっては,主スイッチング半導体素子であるトラ
ンジスタをターンオフするときに主電流路を流れる電流
に依存する電流が駆動変成器3の駆動巻線N1 に誘起さ
れるので,有利な点といえば蓄積時間の短縮だけである
が,主回路電流の立下がり時間(フォールタイム)の短
縮には,帰還される電流も主回路電流に比例して低下す
るので余り効果がない。この立下がり時間中も効率よく
主トランジスタ1のベースに蓄積されていたキャリアを
吸いだすことが必要である。特に高周波駆動するときに
はこのようなことが要求される。
【問題を解決するための手段】本発明では斯かる従来の
欠点を除去するため,前記直列接続されたスイッチング
半導体素子1と変成器8の1次巻線とに跨がって互いに
直列接続されたサージ吸収回路と放電用素子とを並列に
接続し,これらサージ吸収回路と放電用素子との接続点
と,前記直列接続されたスイッチング半導体素子1と変
成器8の1次巻線の接続点との間に,前記サージ吸収回
路にサージ電流が流れ込む方向にダイオードを接続して
おり,スイッチング半導体素子1の立下がり中に発生さ
れスイッチング半導体素子1に印加されるサージエネル
ギを駆動用の変成器3の短絡巻線N1 に供給し,立下が
り中も十分な逆バイアスがスイッチング半導体素子1に
印加されるようにしている。
【実施例】先ず第1図及び第2図により本発明の一実施
例を説明する。第1図において,第4図に相当する部材
については同一記号にて示し,変成器8は主スイッチン
グ半導体素子である主トランジスタ1の主電流路に直列
接続された第1の巻線Naとこれと電磁的に結合された
第2の巻線Nb とを有し, 電流帰還手段を構成する。第
2の巻線Nb は逆流防止用のダイオード9と駆動変成器
3の第3の巻線N3と外部の制御回路(図示せず)から
の信号により開閉制御されるスイッチ素子S1 と閉ルー
プを構成する。電流帰還巻線Nb に並列に,励磁エネル
ギの放電用素子として,例えばダイオード,抵抗,ツェ
ナーダイオードなどで構成される回路11を接続し,ま
た逆流防止用のダイオード10を介して電流帰還巻線N
b と巻線N1 を接続して,巻線Nb を共有する形で正帰
還路と負帰還路を構成する。主トランジスタ1のコレク
タ・エミッタ間にはコンデンサなどを含む通常のスナバ
回路,つまりサージ吸収回路12とダイオード13を直
列接続したものが並列に接続される。また,変成器8の
第1の巻線Na にはダイオード13を介して放電用素子
14が並列に接続されている。放電用素子14は放電用
素子11と同様なものである。ここでスイッチ素子S1
が通常の制御整流器のような一方向性のスイッチング半
導体素子からなる場合には,逆流阻止用ダイオード9は
省略できる。今,時刻t1 前では駆動スイッチ2が閉じ
た状態にあり,主トランジスタ1はオフしているものと
する。第2図において,時刻t1 で今まで閉じていた駆
動スイッチ2を開くと(同図(c)),それまで入力巻
線N1 及び駆動スイッチ2などを介して流れていた電流
により駆動変成器3に蓄えられたエネルギが, 駆動巻線
2 から主トランジスタ1を順バイアスする極性で放出
され,主トランジスタ1のベースに順ベース電流(同図
(b))が流れる。一方,時刻t1 でスイッチ素子S1
を閉じておくことにより正帰還路が形成される。従って
主トランジスタ1がオンし始めると,電流帰還手段8の
巻線Na を流れる電流In により電流帰還手段8,ダイ
オード9,第3の巻線N3 及びスイッチ素子S1 を介し
て主トランジスタ1のベースに正帰還が与えられる。こ
の実施例では,主トランジスタ1のターンオフ時に,主
トランス17の1次巻線を流れていた電流はサージ吸収
回路12とダイオード13,電流帰還手段8の巻線Na
とを介して主端子7’に流れ,サージ吸収回路12に電
荷を蓄積している。そしてこの蓄積電荷は,主トランジ
スタ1の立上がりと共にサージ吸収回路12から主トラ
ンジスタ1→巻線Na →放電用素子14→サージ吸収回
路12の閉ループで流れるので,この放電電流による分
だけ電流帰還手段8の巻線Naを流れる電流In は一時
的に増加し,正帰還電流は急速に立上がる。したがっ
て,主トランジスタ1の立上がりは従来より速くなり,
サージ吸収回路12のエネルギを有効に利用できる。次
に主トランジスタ1をターンオフさせる場合について説
明する。2図(c),(d)に示すように時刻t2 で駆
動スイッチ2を閉じると共に,今まで閉じていたスイッ
チ素子S1 を開く。これに伴い電流帰還巻線Nb に流れ
ていた電流はダイオード10,入力巻線N1 及び駆動ス
イッチ2を介して主トランジスタ1のベース端子に負帰
還が加わり,逆ベース電流IB2を流す。そして,主トラ
ンジスタ1が立下がり時間に入ると,主トランジスタ1
のインピーダンスの増大に伴い,主電流の一部分がサー
ジ吸収回路12にエネルギを蓄えながらダイオード13
を通って変成器8の巻線Na に流れる。つまり,サージ
吸収回路12とダイオード13を通って巻線Na に流れ
る分だけ負帰還電流の立下がりが主回路電流の立下がり
よりも遅れ,したがって主回路電流の立下がり時間中も
負帰還電流が十分に供給されるので,立下がり時間はさ
らに改善される。この付加回路は,サージ吸収の作用
と,主トランジスタ1の立下がり時間を改善し,さらに
サージ吸収回路12に蓄えられたエネルギで立上がり時
間も改善するという特徴をもち,サージ吸収回路として
は,主トランジスタ1に対して並列に接続でき,配線距
離を短くできるという特徴をもつ。次に,主トランジス
タ1の立上がり時間,立下がり時間をさらに改善できる
場合の実施例を第3図により説明する。電流帰還手段で
ある変成器8に巻線NC ,NC'を追加する。巻線NC
ダイオード13に直列接続され,サージ吸収回路12と
ダイオード13と巻線NC とを直列接続したものが主ト
ランジスタ1のコレクタ・エミッタ間に並列に接続され
る。また,巻線NC'は放電用素子14と直列に接続さ
れ,変成器8に巻線Na の一端に接続される。この実施
例でも,主トランジスタ1のオフ期間にサージ吸収回路
12に予め蓄えられたエネルギが,主トランジスタ1の
立上がりと共にサージ吸収回路12から主トランジスタ
1→巻線Na →巻線NC'→放電用素子14→サージ吸収
回路12の閉ループで流れ,また主トランジスタ1が立
下がり時間に入ると,主電流の一部分の電流がサージ吸
収回路12にエネルギを蓄えながらダイオード13及び
巻線NC を通って巻線Na に流れる。したがって,主ト
ランジスタ1の立上がりと立下がりをより急峻にするこ
とができ,更に一層,スイッチング半導体素子のスイッ
チングを改善することができる。
【発明の効果】以上述べたように,本発明によればスイ
ッチング半導体素子のサージ保護を行うことが出来ると
同時に,そのエネルギを利用してスイッチング半導体素
子の立上がりと立下がりをさらに急峻にできるので,更
にいっそうスイッチング半導体素子のスイッチングを改
善することができる。また,スイッチング半導体素子が
ターンオフの期間中,主回路に大きなノイズが印加され
ても,サージ吸収回路12,ダイオード13,巻線Na
を通り,負帰還経路を介してスイッチング半導体素子に
逆バイアスが与えられるので,誤動作することはない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るスイッチング半導体素子の駆動回
路の一実施例を示す図,第2図はその動作を説明するた
めの波形図,第3図は本発明の他の実施例を示す図,第
4図は従来回路を示す図である。
【符号の説明】
1・・・主スイッチング半導体素子 2・・・駆動スイッチ 3・・・駆動変成器 4・・・短絡用のダイオード 5・・・電流制限用素子 6・・・逆バイアス源 7,7’・・・主電流端子 8・・・電流帰還用の変成器 9,10・・・逆電流防止ダイオード 11,14・・・放電素子を含む回路 12・・・サージ吸収回路 13・・・ダイオード 15・・・主トランス S1 ・・・スイッチ素子 NC ,NC'・・・付加された巻線

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電流制限素子5を介して直流電源6に一
    端が接続された1次巻線とスイッチング半導体素子1の
    制御端子に接続された2次巻線と正帰還用の巻線とを有
    する第1の変成器3と,スイッチング半導体素子1の主
    電流路に直列に挿入された1次巻線とこれに電磁的に結
    合された2次巻線とをもつ第2の変成器8とを備えた回
    路において, 前記直列接続されたスイッチング半導体素子1と変成器
    8の1次巻線に跨がって互いに直列接続されたサージ吸
    収回路と放電用素子とを並列に接続し, これらサージ吸収回路と放電用素子との接続点と,前記
    直列接続されたスイッチング半導体素子1と変成器8の
    1次巻線の接続点との間に,前記サージ吸収回路にサー
    ジ電流が流れ込む方向にダイオードを接続することを特
    徴とするスイッチング半導体素子の駆動回路。
  2. 【請求項2】 電流制限素子5を介して直流電源6に一
    端が接続された1次巻線とスイッチング半導体素子1の
    制御端子に接続された2次巻線と正帰還用の巻線とを有
    する第1の変成器3と,スイッチング半導体素子1の主
    電流路に直列に挿入された1次巻線とこれに電磁的に結
    合された2次巻線とをもつ第2の変成器8とを備えた回
    路において, 前記直列接続されたスイッチング半導体素子1と変成器
    8の1次巻線に跨がって互いに直列接続されたサージ吸
    収回路と放電用素子とを並列に接続し, これらサージ吸収回路と放電用素子との接続点と,前記
    直列接続されたスイッチング半導体素子1と変成器8の
    1次巻線の接続点との間に,前記サージ吸収回路にサー
    ジ電流が流れ込む方向にダイオードを接続し, 第2の変成器8に1つ以上の巻線を付加し,該巻線が前
    記放電用素子と前記ダイオードと第2の変成器8の1次
    巻線と閉ループを構成するよう接続されたことを特徴と
    するスイッチング半導体素子の駆動回路。
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