JP2664295B2 - ゲートターンオフサイリスタのゲート回路 - Google Patents

ゲートターンオフサイリスタのゲート回路

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JP2664295B2
JP2664295B2 JP3168732A JP16873291A JP2664295B2 JP 2664295 B2 JP2664295 B2 JP 2664295B2 JP 3168732 A JP3168732 A JP 3168732A JP 16873291 A JP16873291 A JP 16873291A JP 2664295 B2 JP2664295 B2 JP 2664295B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ゲートターンオフサイ
リスタのオン、オフを制御するゲート回路に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】図3は例えば特開昭63−107314
号公報に示された従来のゲートターンオフサイリスタの
ゲート回路を示す回路図である。図において、1はゲー
トターンオフサイリスタ(以下GTOと略す)であっ
て、Gはゲート電極、Kはカソード電極である。2はチ
ョッパ回路であって、オンゲート用電源3をスイッチン
グするチョッパ部スイッチ21、チョッパ回路2の出力
電流を検出する電流検出手段22および還流ダイオード
23から構成され、上記電流検出手段22は、電流検出
トランジスタ22a、電流検出用抵抗22b、順電圧の
低いバイアス用ダイオード(例えばSBD:ショットキ
バリアダイオード)22C、およびバイアス用抵抗22
dを有する。
【0003】また、30は1次巻線30aと2次巻線3
0bからなりそれら巻線間に結合作用が生じるように構
成されたリアクトル、31は第2のコンデンサ、32は
放電用ダイオード、5は抵抗、6は第1のコンデンサ、
7はチョッパ回路2及びコンデンサ6の出力電流をオン
ゲート電流としてGT01に供給するオンゲート用スイ
ッチ、42は1次巻線30aおよび2次巻線30bの共
通出力端と、第2のコンデンサ31およびダイオード3
2の接続中点との間に接続されて、その第2のコンデン
サ31の充電に用いられる第2の充電用ダイオード、4
3は抵抗5に対して並列接続されている第1の充電用
イオード、4はオフゲート用電源であり、抵抗5と第1
の充電用コンデンサ6との直列接続体及び第1の充電用
コンデンサ43により第1の充放電回路を構成するのに
対し、第2の充電用コンデンサ42と第2の充電用コン
デンサ31との直列接続体及び放電用コンデンサ32に
より第2の充放電回路を構成している。また、9はオフ
ゲート用スイッチ9aと0N/0FF指令の反転用イン
バータ9bを有するオフゲート回路で、GT01にオフ
ゲート電流を供給する。
【0004】次に動作について図4に示す波形図を参照
して説明する。オンゲート用電源3と組み合わされてオ
ンゲート電源を構成するチョッパ回路2の電流検出手段
22は、定電流制御機能を有し、ゲート電流I G を検出
してチョッパ部スイッチ21の導通比を調整することに
より、オンゲート電流の値を一定にする。還流ダイオー
ド23は、チョッパ部スイッチ21がオフのときに導通
し、リアクトル30の1次巻線30aを介してゲート電
流を連続させる働きをする。オンゲート用スイッチ7が
オフのときには、オフゲート回路9により、GTO1に
オフゲート電流が供給されている。 図4に示す時刻t 1
以前、つまり、GT01のオフ期間中は、オンゲート用
スイッチ7がオフにされ、チョッパ部スイッチ21がオ
ンオフすることにより、第1及び第2のコンデンサ6及
び31は初期充電が完了し図示極性に充電されており、
この充電電圧はオンゲート用電源3の電圧まで充電され
。時刻t1 において、オンゲート用スイッチ7をオン
すると、ゲート電流IG は第1のコンデンサ6の放電電
流Icと、第2のコンデンサ31とリアクトル30の2
次巻線30bとの振動電流Ic2の和で流れる。時刻t2
において、第2のコンデンサ31の電圧が減少して、リ
アクトル30の1次巻線30a、2次巻線30bの巻線
比の電圧まで下り、1次巻線30aに発生する電圧(電
源とは逆極性)がオンゲート用電源3の電圧よりも低く
なると、リアクトル30の2次巻線30bの電流はリア
クトル30の1次巻線30aへ転移する。
【0005】このリアクトル30の1次及び2次巻線3
0a、30bの巻線比を8:1と仮定すれば、チョッパ
回路2の出力電流IcHは、時刻t2 において、IcH=I
c2/8となって流れ始める。なお、t 1 〜t2 間に流れ
る電流はオンハイゲート電流と表現される。実際には、
このリアクトルの1次巻線30aの初期値が、チョッパ
回路2の定電流制御値と一致するように、リアクトル3
0の巻線比を決定するのが望ましい。時刻t2 以降は、
チョッパ回路2の電流検出手段22による出力電流I CH
の定電流制御機能により、ゲート電流IG はトランジス
タ22aのベースーエミッタ間電圧をVBE、ダイオード
22cの順電圧降下をVF 、抵抗22bの抵抗値Rと
すれば、IG =(VBE−VF )/Rの電流がほぼ一定の
電流となって流れる。
【0006】時刻t3 において、オンゲート用スイッチ
7をオフし、オフゲート回路9をオンすることにより、
図示のような負極性のオフゲート電流がGTO1に供給
され時刻t4 でターンオフする。
【0007】一方、チョッパ回路2から出力電流I CH
流れて、リアクトル30の1次巻線30aを介してコン
デンサ6にはダイオード43を通じ電流Ic1が、また、
コンデンサ31にはダイオード42を通じ電流Ic2の充
電電流が流れ、時刻t5 までは定電流機能が可能な領域
であり、その後は定電流機能の動作が不可能な領域で電
流は減少しつつオンゲート用電源3の電源電圧まで充電
され時刻t7 において充電電流は0となる。時刻t6
コンデンサ6、31の充電途中を示し、時刻t8 は再び
オンゲート用スイッチ7がオンの動作に入る時刻を示
す。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来のゲートターンオ
フサイリスタのゲート回路は以上のように構成されてい
るので、ゲートターンオフサイリスタが必要とするオン
ゲート電流はその素子によって設定されていて、その電
流しか充電できないので、したがって、ターンオフ(t
4 後次のターンオン(t 8 に入れるまでの時間、すな
わちターンオフミニマムが長くなるという問題点があっ
た。
【0009】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、簡単な回路でターンオフミニマ
ム時間を短くでき、GTOの通流比を大きく取れるゲー
トターンオフサイリスタのゲート回路を提供することを
目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係るゲートター
ンオフサイリスタのゲート回路は、チョッパ回路内の定
電流制御機能を有する電流検出手段を構成するバイアス
用ダイオードに並列接続されてオフ指令時に上記バイア
ス用ダイオードを短絡させる短絡手段を備え、ゲート順
電流供給用の充電電流の設定値をターンオフ時に大きく
することにより、ターンオン時に必要なハイゲート電流
の充電時間を短縮することで、GT0のゲートターンオ
フ後より次のターンオンまでの時間(ターンオフミニマ
ム)を短くするものである。
【0011】
【作用】本発明においては、ゲート順電流供給用の充電
電流の充電時間を短縮することで、主素子であるGTO
の通流比が広げられることにより、制御範囲(利用率)
を広くする。
【0012】
【実施例】実施例1. 以下、本発明の一実施例を図3の従来例と同一部分は同
一符号を付して示す図1に基づいて説明する。図におい
て、本実施例に係るチョッパ回路2は、オンゲート用電
源をスイッチングするチョッバ部スイッチ21と、チョ
ッパ回路の出力電流を検出する電流検出手段22及び還
流ダイオード23から構成されている。ここで、上記電
流検出手段22は、従来例と同様な電流検出トランジス
タ22a、電流検出用抵抗22b、順電圧降下の低い
(例えばSBD:ショットキバリアダイオード)バイア
ス用ダイオード22c及びバイアス用抵抗22dの
に、オフ指令時にバイアス用ダイオード22cを短絡さ
せる短絡手段として、バイアス用ダイオード22cの短
絡用ホトカップラ22eと、ホトカップラ22e内の発
光ダイオード電流制限抵抗22fを備えている。その他
は従来例と同様である。
【0013】次に、本実施例に係る動作について図2に
示す波形図を参照して説明する。従来例と同様に、オン
ゲート用電源3と組み合わされてオンゲート電源を構成
するチョッパ回路2の電流検出手段22は、定電流制御
機能を有し、ゲート電流I G を検出してチョッパ部スイ
ッチ21の導通比を調整することにより、オンゲート電
流の値を一定にする。還流ダイオード23は、チョッパ
部スイッチ21がオフのときに導通し、リアクトル30
の1次巻線30aを介してゲート電流を連続させる働き
をする。オンゲート用スイッチ7がオフのときには、オ
フゲート回路9により、GTO1にオフゲート電流が供
給されている。 図2に示す時刻t 1 以前、つまり、GT
01のオフ期間中は、オンゲート用スイッチ7がオフに
され、チョッパ部スイッチ21がオンオフすることによ
り、第1及び第2のコンデンサ6及び31は初期充電が
完了し図示極性に充電されており、この充電電圧はオン
ゲート用電源3の電圧まで充電される。時刻t1 におい
て、オンゲート用スイッチ7をオンすると、ゲート電流
G は第1のコンデンサ6の放電電流Ic と、第2のコ
ンデンサ31とリアクトル30の2次巻線30bとの振
動電流Ic2の和で流れる。時刻t2 において、第2のコ
ンデンサ31の電圧が減少して、リアクトル30の1次
巻線30a、2次巻線30bの巻線比の電圧まで下り、
オンゲート用電源3の電圧よりも低くなると、リアクト
ル30の2次巻線30bの電流はリアクトル30の1次
巻線30aへ転移する。
【0014】このリアクトル30の1次及び2次巻線3
0a、30bの巻線比を8:1と仮定すれば、チョッパ
回路2の出力電流IcHは、時刻t2 において、IcH=I
c2/8となって流れ始める。なお、t 1 −t2 間に流れ
る電流はオンハイゲート電流と表現される。実際には、
このリアクトルの1次巻線30aの初期値が、チョッパ
回路2の定電流制御値と一致するように、リアクトル3
0の巻線比を決定するのが望ましい。時刻t2 以降は、
チョッパ回路2の電流検出手段22による出力電流I CH
の定電流制御機能により、ゲート電流IG はトランジス
タ22aのベースーエミッタ間電圧をVBE、ダイオード
22Cの順電圧降下をVF 、抵抗22bの抵抗値Rと
すれば、IG =(VBE−VF )/Rの電流がほぼ一定の
電流となって流れる。
【0015】一方、リアクトル30の1次巻線30aに
、オンゲート用スイッチ7のオン動作時、時刻t 2
降、電流検出回路22の定電流制御機能により、チョッ
パ回路2から一定した出力電流I CH が流れ、オンゲート
用スイッチ7のオフ時期間中(時刻t 3 以降)は、オフ
指令に基づいてホトカップラ22eの1次側の発光ダイ
オードが0N(発光)することによって2次側の受光ト
ランジスタが動作し、ダイオード22cの両端を短絡す
る。この結果、例えば受光トランジスタ0N動作時のコ
レクターエミッタ間飽和電圧VCE(sat)を0とすれ
ば、トランジスタ22aのベースーエミッタ電圧を
BE、抵抗22bの抵抗値をRとした時、IG =VBE
Rの電流が流れる。この値は従来の方式と比ベ、例えば
トランジスタ22aのVBEを0.6V、ダイオード22
cのVF を0.3Vとすれば、IG (=I CH が2倍に
増加することになり、ゲート順電流供給用のコンデンサ
6及び31に対する充電電流I C1 及びI C2 の設定値をタ
ーンオフ時に大きくすることができ、ターンオン時に必
要なハイゲート電流の充電時間を短縮することで、GT
0のゲートターンオフ後より次のターンオンまでの時間
(ターンオフミニマム)を短くすることができる。結果
として図2に示す様に充電時間が従来と比べ短縮でき
る。
【0016】なお、上記実施例では、バイアス用ダイオ
ード22cの短絡用にホトカップラを利用したが、オフ
動作時にバイアス用ダイオード22cを短絡できる手段
であれば方法を問わない。
【0017】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、オフ動
作時のチョッパ回路の定電流値を増加させることによ
り、ターンオンに必要な充電が早く完了することで主素
子のGTOのターンオフミニマムを短くでき、通流比を
広げられることによって通流比制御の範囲が広くなる効
果が有る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるゲートタンオフサイリ
スタのゲート回路の回路図である。
【図2】本発明の一実施例による動作波形図である。
【図3】従来のゲートタンオフサイリスタのゲート回路
の回路図である。
【図4】従来のゲートタンオフサイリスタのゲート回路
の動作波形図である。
【符号の説明】
1 GTO 2 チョッパ回路 3 オンゲート用電源 4 オフゲート用電源 5、22b、22d、22f 抵抗 6 第一のコンデンサ 7 オンゲート用スイッチ 9 オフゲート用回路 21 チョッパスイッチ 22 定電流回路 23、32、43、22c ダイオード 30 リアクトル 22a トランジスタ 9a オフスイッチ 9b インバータ 22e ホトカップラ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゲートターンオフサイリスタのゲートに
    オンゲート電流を供給するためのオンゲート用電源と、 正極端子が上記オンゲート用電源の負極端子に接続され
    てゲートターンオフサイリスタのゲートにオフゲート電
    流を供給するためのオフゲート用電源と、 一端が上記オンゲート用電源の正極端子に接続されて該
    オンゲート用電源をスイッチングするチョッパ部スイッ
    チと、一端が上記オンゲート用電源の負極端子に接続さ
    れた電流検出用抵抗、コレクタが上記チョッパ部スイッ
    チのオン時に上記オンゲート用電源の正極端子に接続さ
    れかつエミッタが上記電流検出用抵抗の他端に接続され
    た電流検出用PNPトランジスタ、カソードが上記トラ
    ンジスタのベースに接続されかつアノードが上記電流検
    出用抵抗を介して上記トランジスタのエミッタに接続さ
    れたバイアス用ダイオード、及び一端が上記バイアス用
    ダイオードのカソードに接続されかつ他端が上記オフゲ
    ート用電源の負極端子に接続されたバイアス用抵抗でな
    り上記チョッパ部スイッチを介して流れる電流を定電流
    制御する定電流制御機能を有する電流検出手段と、カソ
    ードが上記チョッパ部スイッチの他端に接続されかつア
    ノードが上記トランジスタのエミッタに接続された還流
    ダイオードとを有するチョッパ回路と、 1次巻線及び2次巻線を有し、1次巻線の入力端子が上
    記チョッパ部スイッチを介して上記オンゲート用電源の
    正極端子に接続されると共にそれら巻線の出力端子が共
    通接続されかつそれら巻線間に結合作用が生じるように
    構成されているリアクトルと、 上記リアクトルの共通出力端子と上記トランジスタのエ
    ミッタとの間に接続された抵抗と第1のコンデンサとの
    直列接続体及び該抵抗に対し上記リアクトルの共通出力
    端子から上記第1のコンデンサに充電電流を供給する方
    向に並列接続された第1の充電用ダイオードからなる第
    1の充放電回路と、 上記リアクトルの共通出力端子と上記トランジスタのエ
    ミッタとの間に接続された第2のコンデンサと上記リア
    クトルの共通出力端子から上記第2のコンデンサに充電
    電流を供給する方向に設けられた第2の充電用ダイオー
    ドとの直列接続体及び上記第2の充電用コンデンサから
    上記リアクトルの2次巻線の入力端子に 放電電流を供給
    する方向に設けられた放電用ダイオードからなる第2の
    充放電回路と、 上記リアクトルの共通出力端子と上記ゲートターンオフ
    サイリスタのゲートとの間に設けられてオンオフ指令に
    より接点開閉してオン指令時に接点閉成して上記ゲート
    にオンゲート電流を供給するオンゲート用スイッチと、 上記オフゲート用電源の負極端子と上記ゲートターンオ
    フサイリスタのゲートとの間に設けられてオンオフ指令
    に基づいて上記オンゲート用スイッチとは逆の接点開閉
    動作をしオフ指令時に上記ゲートにオフゲート電流を供
    給するオフゲート用スイッチとを備えたゲートターンオ
    フサイリスタのゲート回路において、 上記チョッパ回路内電流検出手段のバイアス用ダイオー
    ドに並列接続されて上記オフ指令時に上記バイアス用ダ
    イオードを短絡させる短絡手段 を備えたことを特徴とす
    るゲートターンオフサイリスタのゲート回路。
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