JP2556003B2 - ３端子可制御電気弁の駆動ユニツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、３端子可制御電気弁、例えば、トランジ
スタや電界効果形トランジスタ、ゲートターンオフサイ
リスタ等を駆動するためのON信号、OFF信号を作成する
駆動ユニツトに関する。

〔従来の技術〕

第12図は、例えば、〔'84三菱半導体データブツク、
パワーモジユール／パワーモジユールスタツク編、頁６
−３〜６−８〕（昭和59年４月、発行元：誠文堂新光
社）に記載された３端子可制御電気弁（以下、電気弁と
略記する）の従来の駆動ユニツトをブロツク化して示し
たものである。同図において、30は交流電源、31は電源
トランス、32は整流・平滑回路であつて、これらにより
駆動用電源回路が構成されている。33は駆動回路、36は
３端子可制御電気弁であつて、この例では、電界効果形
MOSトランジスタが示されている。電源トランス31は交
流電源30の交流電力を降圧して整流・平滑回路32に供給
する。整流・平滑回路32は交流電源30の交流電力を正負
の直流電力に変換して駆動回路33に供給する。駆動回路
33はトランジスタT1、T2とフオトカプラー34を有し、ト
ランジスタT1のベースにはフオトカプラー34のフオトト
ランジスタTpのコレクタ出力が反転素子35を介して与え
られ、トランジスタT2のベースにはフオトトランジスタ
Tpのコレクタ出力が直接与えられる。このフオトカプラ
ー34には電気弁36のON動作、OFF動作を指令するためのO
N/OFF制御信号Ｐが図示しない制御装置、例えば、駆動
ユニツトがPWMインバータ用である場合には、インバー
タのPWM制御装置から供給される。

このユニットでは、ON/OFF制御信号が正のレベル（Ｈ
レベル）になると、その期間、トランジスタT1が導通し
て電気弁36のゲート・ソース間に駆動電圧が加わり該電
気弁36がONし電気弁36が接続されている図示しない電源
から図示しない負荷に電力を供給する。次いで、ON/OFF
制御信号が０のレベル（Ｌレベル）になると、その期
間、トランジスタT2が導通して電気弁36のゲート・ソー
ス間に逆極性の駆動電圧が加わり該電気弁36がOFFして
上記負荷に供給していた電力を遮断する。

このように、整流・平滑回路32により正負の直流電源
を備え、電気弁36をON/OFFさせるためのゲート信号を正
極性および負極性の信号（正極性および零の信号ではな
く）としたのは、ノイズに対する誤動作を防止して動作
の信頼度を向上させることと、特にターンオフ動作の高
速化を目的とするものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような動作をする従来の駆動ユニツトでは、ON/O
FF制御信号を、絶縁機能を持つフオトカプラー34を介し
て主回路即ち駆動回路33に結合することにより入力−出
力間を絶縁しているが、周知のように、フオトカプラー
34は高温にさらされるとその寿命が低下するので、周囲
環境が高温となるような用途、例えば、インバータであ
る場合、ユニツトの寿命が短く、信頼性が低下するとい
う問題がある上、電気弁36のスイツチングサージがフオ
トカプラー34のストレイキヤパシタンスを通して低圧回
路である前記制御装置側へ侵入するので、これが制御装
置のノイズとなつて該制御装置を誤動作させる場合があ
り、これも信頼性を低下させることになるという問題が
あつた。

また、電気弁36側が高電圧回路にある場合には、低圧
電源である交流電源30と主回路間にある電源トランス31
に高い絶縁耐力を持たせなくてはならなくなり、その所
要耐圧の確保が簡単でなくなるという問題があつた。

この発明は上記した従来の問題を解消するためになさ
れたもので、従来に比して、寿命が長く、信頼性を高め
ることができる３端子可制御電気弁の駆動ユニツトを提
供することを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

この発明は上記目的を達成するため、高周波電力をON
/OFF制御信号で変調して駆動回路側へ電磁結合回路部を
介して伝送し、駆動回路側では変調波からON/OFF制御信
号を復調して該ON/OFF制御信号を再生する他、整流・平
滑して直流電力に変換し、該直流電力を駆動用電力とし
て用いる構成としたものである。

〔作用〕

この発明では、ON/OFF制御信号が高周波電力と合成さ
れて電磁結合回路部を通し駆動回路側へ搬送され、駆動
回路側では、ON/OFF制御信号を再生し、高周波電力を駆
動回路に必要な正負の直流電力に変換する。変調波を送
出する低圧回路側とこれを受信する駆動回路側間にはフ
オトカプラーが無いので、電気弁のスイツチングサージ
の低圧回路側への侵入は抑制もしくは防止され、また、
ユニツトの長期使用が可能となる。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の第１の実施例を示したものであ
る。図において、１は第１の高周波電力発振回路（発振
周波数fa）、２は第２の高周波電力発振回路（発振周波
数fb＜fa）であつて、両発振回路の発振出力は切換スイ
ツチ３を通して電力増幅回路４に切換入力される。該切
換スイツチ３は図示しない前記制御装置から供給される
ON/OFF制御信号Ｐに応答して切換動作を行う。１〜４に
より変調回路部が構成されている。５は第１のタンク回
路（同調回路）、６は第２のタンク回路（同調回路）、
７は第３のタンク回路（同調回路）であつて、これらは
電磁結合回路部を構成している。なお、説明の便宜上、
これらタンク回路のコイルとコンデンサは符号を共通と
してそれぞれＷとＣで示してある。第１のタンク回路５
は電力増幅回路４の出力端子間に接続され、第２のタン
ク回路６は検波回路（周波数弁別回路）８の入力端子間
に接続され、第３のタンク回路７はセンタータツプを有
し、電力変換回路部10の入力部に接続されている。検波
回路８と再生回路９により復調回路部が構成されてお
り、再生回路９の出力は駆動回路11に信号入力される。
電力変換回路部（整流・平滑回路）10は駆動回路11に正
負の直流電力を供給する。この駆動回路11は第12図の駆
動回路33のフオトカプラー34を内蔵しない点において該
駆動回路33と異なるが他の構成は同じである。12は前記
電気弁36と同じ３端子可制御電気弁である。

次に、この駆動ユニットの動作を第２図に示す動作波
形図を参照して説明する。

第１の高周波電力発振回路１が送出する高周波電圧Va
（振幅Ao）の発振周波数faと第２の高周波発振回路２の
高周波電圧Vb（振幅Ao）の発振周波数fbは電気弁12のス
イツチング周波数従つてON/OFF制御信号ＰのON/OFF周波
数の最大周波数よりはるかに高い周波数を有している。
両周波数faとfbには周波数差を持たせてあり、例えば、
周波数fa＝51MHzである場合、周波数fb＝50MHzに選択さ
れる。第１の高周波電力発振回路１の出力Vaと第２の高
周波電力発振回路２の出力VbはON/OFF制御信号Ｐにより
切換制御されて、換言すれば、周波数推移変調されて電
力増幅回路４に供給される。即ち、第１の高周波電力発
振回路１の出力Vaは、ON/OFF制御信号ＰのＨレベル期間
の間、電力増幅回路４に結合され、第２の高周波電力発
振回路２の出力VbはON/OFF制御信号ＰのＬレベル期間の
間、電力増幅回路４に結合される。電力増幅回路４に供
給された変調波Vabは該電力増幅回路４で電力増幅され
たのち ンク回路５に送出され該タンク回路５の同調周
波数（共振周波数）foと共振する。この共振周波数foは
fo＝（fa＋fb）/2となるように、即ち、変調波Vabの中
心周波数となるように設定してある。

タンク回路５を通して送出された変調波Vabは該タン
ク回路５と電磁的に結合されている第２のタンク回路６
と第３のタンク回路７を通して受信される。第２のタン
ク回路６の共振周波数及び第３のタンク回路７の共振周
波数は共に上記foに設定してある。第２のタンク回路６
を通過した変調波Vabは検波回路８により包絡線検波さ
れる。検波回路８としては、例えば、刊行物〔発振、変
復調回路の考え方、頁136〜140〕（昭和58年12月10日、
発行元：オーム社）に記載されているフオスターシーレ
形周波数弁別回路や比率検波回路を使用する。検波回路
８は周波数fa（＞fo）の入力信号に対しては正の信号＋
Ｖを出力し、周波数fb（＜fo）の入力信号に対しては負
の信号−Ｖを出力する。この検波回路８の出力の正の期
間はON/OFF制御信号ＰのＨレベル期間に等しく、負の期
間はON/OFF制御信号ＰのＬレベル期間に等しい。再生回
路９は検波回路８の上記出力を整流・波形整形して出力
する。従つて、ON/OFF制御信号ＰのＨレベルの間は正レ
ベルにあり、Ｌレベルの間は０レベルである信号を送出
し、ON/OFF制御信号を再生する。再生回路９としては、
例えば、高周波用ダイオード整流回路や、３端子可制御
電気弁を使用して同期整流する回路を使用する。この再
生ON/OFF制御信号は駆動回路11のトランジスタT1、T2の
ベースに供給される。

他方、タンク回路７を通過した変調波Vabは電力変換
回路部10を通して正極性と負極性の直流に変換され駆動
用電力として駆動回路11に供給されるとともに、受信側
回路で、作動電源を必要とする回路の該作動用電源とし
て供給される。なお、タンク回路７の共振周波数は上記
したように中心周波数foに設定して受信電力差を無くす
ようにしている。

駆動回路11は、再生ON/OFF信号を受けてトランジスタ
T1、T2が交互にON動作し、トランジスタT1のON時には、
電力変換回路部10から供給される正極性の電圧を電気弁
12のゲート・ソース間に、トランジスタT2のON時には、
電力変換回路部10から供給される負極性の電圧を電気弁
12のゲート・ソース間に供給する。

このように、本実施例では、駆動用電力を高周波とし
これを搬送波としてON/OFF制御信号を送信し、これを駆
動回路11側で受信してON/OFF制御信号の再生と直流電力
への変換を行うものであり、送信側と受信側とをタンク
回路５、６及び７からなる電磁結合回路部を通して電磁
的に結合している。

従つて、本実施例によれば、信号入力、電力受電に対
し個別に耐圧処理を考慮する必要がなくなる利点があ
る。

また、本実施例では、フオトカプラーを使用しないの
で、低圧側へのノイズ移行の原因となるストレイキヤパ
シタンスも従来に比して低減されることになり、電気弁
12のスイツチングサージ等に起因する前記した制御装置
の誤動作を防止して信頼性を高めることができる。

また、フオトカプラーを使用しないので、周囲環境が
高温となる用途の場合でも、長期使用が可能となり信頼
性が向上する。

本実施例には、上記ユニツトの信頼性を向上させる利
点の他、ユニツトの耐圧、及び実装組立に関し、下記に
述べる大きな利点がある。即ち、本実施例では、変調波
を送出する送出側と、該変調波を受信する受信側とを電
磁結合回路部で電磁的に結合しているが、この結合は機
械的には、非接触であるため、電磁的に結合するタンク
回路のコイル−コイル相互間やフエライトコア相互対向
空間を拡げてその間に絶縁シートを介在させるだけで、
また、両者を個別にモールドすることにより、絶縁耐力
を簡単に高めることができるので、電気弁12側が高電圧
回路であつても、必要な耐圧を容易に得ることができ
る。

更に、この実施例では、変調回路部と、復調回路部及
び電力変換回路部との結合が非接触な電磁結合であり、
配線、コネクタ等により結合する必要はなく、空間的に
分離することができるので、ユニツト組立が容易とな
る。

また、本実施例では、上記電磁的結合が非接触である
ため、従来のように、電気弁12のスイツチングサージが
電源トランス31の１次、２次間ストレイキヤパシタンス
を通して低圧側へ移行する、といつた現象を無くすこと
ができるので、より一層、信頼性を向上することができ
る。

第３図に、上記実施例のユニツトの実装配列構造の一
例を示しておく。この配列構造では、電気弁12上に２段
収容棚を組立て、上段収容棚21に変調回路部を構成する
回路１〜４とタンク回路５をまとめて搭載し、下段収容
棚22には、タンク回路６、７と復調回路部を構成する回
路８、９と電力変換回路部10、駆動回路11をまとめて搭
載することにより、コンパクトな設計となつている。23
は冷却フイン、24、25はカバー、26は棚脚である。

第４図はこの発明の他の実施例を示したものであつ
て、電磁結合回路部として、高周波トランス13を用いて
いる点において前記実施例のものと相違する。

この高周波トランス13は鉄心Ｆに巻回された入力側コ
イルWiと、該入力側コイルWiと疎結合された２つの出力
側コイルWa、Wbを有し、入力側コイルWiはコンデンサCi
と同調回路５を構成しており、出力側コイルWaとコンデ
ンサCaと同調回路６を構成し、出力側コイルWbはコンデ
ンサCbと同調回路７を構成している。

この第２の実施例は、前記第１の実施例の場合と同様
に、駆動用電力を高周波としこれを搬送波としてON/OFF
制御信号を作成し、これを駆動回路11側で受信してON/O
FF制御信号の再生と直流電力への変換を行う動作をする
が、上記第１の実施例と異なり、送出側と受信側とを高
周波トランス13で電磁的に結合している。この結合は前
記第１の実施例におけるような非接触電磁結合ではない
が、入力側コイルWiと２つの出力側コイルWa、Wbを疎結
合とすることにより、電気弁12が高電圧回路を構成する
場合でも、所要の耐圧をユニツトに持たせることは可能
である。

また、第１の実施例の場合と同様、フオトカプラーを
使用しないこともあつて、電気弁12のスイツチングサー
ジ等に起因する前記した制御装置の誤動作を低減するこ
とができ、従来に比し、長期間の使用が可能となり、信
頼性が向上する利点がある。

なお、第５図に、この実施例のユニットの実装配列構
造の一例を示しておく。

なお、上記第１及び第２の実施例では、２つの高周波
発振回路１と２及び切換スイツチ３を用いて周波数推移
変調信号を作成しているが、第６図に示す第３の実施例
及び第７図に示す第４の実施例のように、可変周波数の
高周波電力発振回路14を使用し、該発振回路14の発振周
波数をON/OFF制御信号Ｐにより制御して周波数変調を行
う構成としても同様の効果を得ることができる。この場
合、ON/OFF制御信号ＰのＨレベル期間は発振周波数がf
a、Ｌレベル期間は発振周波数fbとなるように発振回路1
4が制御され、復調回路部では周波数偏移差を検出してO
N/OFF制御信号を再生する。

また、上記第１〜第４の実施例では、ON/OFF制御信号
で周波数推移変調もしくは周波数変調する方式となつて
いるが、第８図に示す第５の実施例及び第９図に示す第
６の実施例のように、位相変調回路15を設け、高周波電
力をON/OFF制御信号Ｐで位相変調し、位相検波回路16に
より検波する構成としてもよい。この場合、高周波電力
発振回路１は発振周波数foの高周波電圧を送出し、位相
変調回路15はON/OFF制御信号ＰのＨレベルに対して位相
φａ（例えば、０°）、Ｌレベルに対して位相φｂ（例
えば、180°）の位相変調波を発生する。検波回路16と
しては、例えば、前掲オーム社版刊行物頁145〜148に記
載のベクトル合成位相弁別回路やスイツチ形位相弁別回
路を使用する。

また、第10図及び第11図に示すように、振幅変調回路
17を用い、高周波電力発振回路１の出力をON/OFF制御信
号Ｐで振幅変調する方式としてもよい。この場合、高周
波電力発振回路１の発振周波数はfoである。振幅変調回
路17は、ON/OFF制御信号のＬレベル時、高周波電力発振
回路１の出力が、Ｈレベル時、高周波電力発振回路１の
出力に振幅信号が重畳された信号を送出する。検波回路
18は、例えば、前掲オーム社版刊行物頁88〜89に記載さ
れた包短線検波方式の検波回路であつて、検波出力のレ
ベル差を再生回路９により再生する。

なお、この発明の適用対象は前掲した電気弁に限定さ
れるものではなく、本発明により駆動可能な全ての３端
子可制御電気弁を含む。

また、本発明を構成する各回路部の構成、具体回路も
実施例に示した構成、具体回路に限定されるものではな
い。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通り、駆動回路に必要な電力
を高周波電力としてこれをON/OFF制御信号で変調して送
出し、これを受信する駆動回路側で復調してON/OFF制御
信号を再生するとともに必要な正負の直流電源を作成
し、送出側と受信側とを電磁的に結合する構成としたこ
とにより、耐圧に考慮を払わねばならない回路部分は上
記送信側と受信側との結合部だけで済み、該結合部は電
磁的結合回路部としたから、従来に比し、ユニツトの寿
命を大幅に延ばすことができる上、電気弁のスイツチン
グサージに起因する誤動作を抑制もしくは防止して信頼
性を大幅に高めることができ、上記電磁的結合回路部を
非接触形とすることにより、ユニツトの耐圧を容易にし
かも大幅に高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示すブロツク図、第
２図は上記実施例の各部動作波形図、第３図は上記実施
例の実装構造例を示す側面図、第４図はこの発明の他の
実施例を示すブロツク図、第５図は上記他の実施例の実
装構造例を示す平面図、第６図〜第11図は、それぞれ、
この発明の更に他の実施例を示すブロツク図、第12図は
３端子可制御電気弁の従来の駆動ユニツトを示すブロツ
ク図である。 図において、１、２、14……高周波電力発振回路、３…
…切換スイツチ、４……電力増幅回路、５、６、７……
タンク回路（同調回路）、８……検波回路（周波数弁別
回路）、９……再生回路、10……電力変換回路部、11…
…駆動回路、13……高周波トランス、15……位相変調回
路、16……位相弁別回路、17……振幅変調回路、18……
振幅検波回路。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正負の直流電力を電源として動作しON/OFF
   制御信号に同期して３端子可制御電気弁にON信号・OFF
   信号を供給する駆動回路を備えた３端子可制御電気弁の
   駆動ユニットにおいて、 高周波電力を上記ON/OFF制御信号により変調する変調回
   路部、入力変調波を復調して上記ON/OFF制御信号を再生
   する復調回路部、入力変調波を整流・平滑して正負の直
   流電力に変換する電力変換回路部、および上記変調回路
   部の出力を電磁的に上記復調回路部と上記電力変換回路
   部に結合する電磁結合回路部を備え、上記駆動回路は、
   上記電力変換回路部が出力する直流電力を電源として動
   作し上記復調回路部が出力する再生ON/OFF制御信号に同
   期して上記３端子可制御電気弁にON信号・OFF信号を供
   給することを特徴とする３端子可制御電気弁の駆動ユニ
   ット。
2. 【請求項２】電磁結合回路部が、変調回路部、復調回路
   部及び電力変換回路部を物理的には非接触であるが電磁
   的に結合することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の３端子可制御電気弁の駆動ユニット。
3. 【請求項３】電磁結合回路部が、１つの入力巻線と２つ
   の出力巻線を有する高周波トランスであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の３端子可制御電気弁の
   駆動ユニット。
4. 【請求項４】変調回路部が、高周波電力をON/OFF制御信
   号により周波数推移変調し、復調回路部が入力変調波の
   周波数推移差を検出して上記ON/OFF制御信号を再生する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項ま
   たは第３項記載の３端子可制御電気弁の駆動ユニット。
5. 【請求項５】変調回路部が、高周波電力をON/OFF制御信
   号により周波数変調し、復調回路部が入力変調波の周波
   数偏移差を検出して上記ON/OFF制御信号を再生すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項または
   第３項記載の３端子可制御電気弁の駆動ユニット。
6. 【請求項６】変調回路部が、高周波電力をON/OFF制御信
   号により位相変調し、復調回路部が入力変調波の位相偏
   移差を検出して上記ON/OFF制御信号を再生することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項または第３
   項記載の３端子可制御電気弁の駆動ユニット。
7. 【請求項７】変調回路部が、高周波電力をON/OFF制御信
   号により振幅変調し、復調回路部が入力変調波の振幅の
   大小を検出して上記ON/OFF制御信号を再生することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項または第３
   項記載の３端子可制御電気弁の駆動ユニット。