JP2686748B2 - 高圧用スイツチング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電車用架線電圧のような高電圧をオン・
オフする高圧用スイツチング装置に関するものである。 〔従来の技術〕 一般に、電車に搭載されているコンプレツサは架線電
圧によつて直接駆動しており、このコンプレツサへの通
電制御はマグネツトスイツチによつて行なつていた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながらこのような装置に用いるマグネツトスイ
ツチは特殊なものであるため経済性が悪く、また可動部
分および接点部分があるため、マグネツトスイツチの寿
命も限られていた。この欠点を除去するには、サイリス
タまたはトランジスタによつてコンプレツサ電源のオン
・オフをすることが考えられる。しかし、大電力用のサ
イリスタは消弧回路が大がかりになるため形状が大きく
なり、従来のマグネツトスイツチのスペースに入りきら
ない。またトランジスタのベース電流をオン・オフさせ
る信号を高圧回路から絶縁する場合、フオトカツプラを
用いることが考えられるが、フオトカツプラはスイツチ
ングスピードが遅い。一方、高圧回路をトランジスタに
よつてオンオフするためにはトランジスタを複数個直列
にする必要がある。これらのトランジスタはベース電流
が供給されることによつてオンするが、オンさせるため
のベース電流は各々のトランジスタによつてバラツキが
ある。このためスイツチングスピードが遅い素子でベー
ス回路の制御を行なうと電流増巾率の高いトランジスタ
は電流増巾率の低いトランジスタより先にオンするた
め、オフ状態にあるトランジスタのコレクタエミツタ間
電圧が許容値を越えてしまう。このためリアクトルにパ
ルス信号を供給し、そこで立上りの早い放電電流を発生
させることによつてスイツチング用トランジスタを一斉
にオンさせている。ところがこの方法によるとオン時の
立上り条件は満足するものの、トランジスタのベースに
流す順方向電流は周期的に断続する電流となつてしまう
ので、コンデンサによつて平滑して断続を防止しなけれ
ばならず、早い立上り信号を得てもこのコンデンサによ
つてトランジスタのオン時の立上りは遅くなつてしまつ
ていた。い 〔問題点を解決するための手段〕 このような問題を解決するためにこの発明は、オンさ
せる期間中にわたって第１のパルス信号およびこの第１
のパルス信号に対してその位相が異なる第２のパルス信
号を対として周期的に発生するパルス信号発生手段と、
第１のパルス信号の立ち下がり毎にその２次側に鋭どく
立ち上がった後徐々に低下する放電々流を生じる第１の
リアクトルと、第２のパルス信号の立ち下がり毎にその
２次側に鋭どく立ち上がった後徐々に低下する放電々流
を生じる第２のリアクトルと、第１のリアクトルの２次
側に生じる放電々流と第２のリアクトルの２次側に生じ
る放電々流との合成放電々流を順方向のベース電流とし
て継続してオンとされるトランジスタとを備えたもので
ある。 〔作用〕 この発明によれば、第１のパルス信号の立ち下がり毎
に第１のリアクトルの２次側に鋭どく立ち上がった後徐
々に低下する放電々流が生じ、第２のパルス信号の立ち
下がり毎に第２のリアクトルの２次側に鋭どく立ち上が
った後徐々に低下する放電々流が生じ、第１のリアクト
ルの２次側に生じる放電々流と第２のリアクトルの２次
側に生じる放電々流との合成放電々流を順方向のベース
電流として、トランジスタが継続してオンとされる。 〔実施例〕 第１図はこの発明の一実施例を示す回路図である。図
において１は制御回路、2,3はリアクトル駆動回路、４
〜７はリアクトル充放電回路、100〜103はトランジス
タ、104〜109はダイオード、110〜116は抵抗、117〜120
はコンデンサ、121は電流検出器、122はコンプレツサ、
124〜127はバイスタである。リアクトル駆動回路2,3は
トランジスタ2a〜2f,3a〜3f、抵抗2g,2h,3g,3h、コンデ
ンサ2i,2j,3i,3j、バリスタ2k,2l,3k,3lから構成されて
いる。リアクトル充放電回路４はリアクトル4a〜4d、ダ
イオード4e〜4kより構成されており、電流源回路５〜７
も同一構成となつている。 制御回路１は端子1a,1bから送出される信号が半サイ
クルの位相差を有し、端子1c,1dから送出される信号も
半サイクルの位相差を有している。また端子1c,1dから
送出される信号はトランジスタ100〜103をオンさせる期
間中にわたつて発生している。端子1a,1bから出力され
る信号はトランジスタ100〜103をオフさせるに十分な期
間中にわたつて発生し、その後は発生しないようになつ
ている。また、端子1e,1fにコンプレツサ122に流れる電
流が15アンペアになつたことを表わす検出信号が供給さ
れたときは、端子1a,1bからトランジスタ100〜103をオ
フさせる信号を送出し、その制御によつつて15アンペア
流れていた電流が10アンペアになつたとき端子1c,1dか
らトランジスタ100〜103をオンさせる信号を送出するよ
うになつている。 このように構成された装置について、先ずトランジス
タ100〜103をオンさせるときの動作について説明する。
このときは制御回路１の端子1cから第２図（ａ）に示す
パルスが、端子1dから第２図（ｂ）に示すパルスが出力
される。（ａ）に示すパルスはトランジスタ3a〜3cを介
してリアクトル4cに供給されるので、パルスの継続時間
すなわち時点t1から時点t2まで、リアクトル4cの１次側
に充電電流が流れる。第２図（ｃ）はリアクトル4cの２
次側放電電流波形であり、この電流はダイオード4hがあ
るため、時点t2まで流れない。 時点t2になるとリアクトル4cの１次側電流が急にオフ
となるので、リアクトル4cに逆起電力が発生し、（ｃ）
に示すように立上りの鋭どい放電電流が流れる。この放
電電流はダイオード4h,4jを介してトランジスタ100のベ
ースにベース電流として供給される。また、他のトラン
ジスタ101〜103にも同様にして立上りの鋭どいベース電
流が供給される。このことによりトランジスタ100〜103
がオンとなる。 前述したようにトランジスタ100〜103がオンとなるた
めに必要なベース電流はバラツキがあり、それが例えば
第３図の記号イ〜ニで示したものであるとする。このよ
うなトランジスタに点線で示すような立上りの遅いベー
ス電流を供給すると、各トランジスタがオンとなる時刻
はa,b,c,dのように大きくバラツキ、オフとなつている
トランジスタのコレクタ・エミツタ間電圧が許容値を超
過する。しかし、実線のように立上りの鋭い電流であれ
ば各トランジスタがオンとなる時刻のバラツキは第３図
に時刻ｅ−ｆで示す間に収まり、この時間が十分短かけ
ればこの時間内でのオン時刻に多少のバラツキがあつて
もオフとなつているトランジスタの損失は許容値以内に
収まり、破損することがない。 この装置ではベース電流の立上りをリアクトルの充電
電流が遮断されたときに発生する放電電流によつて得て
いる。一般にリアクトルは充電電流を高速で遮断したと
きに極めて立上りの早い波形を発生することが知られて
おり、この立上りを利用してトランジスタ100〜103をオ
ンさせているので、この装置はベース電流のオン・オフ
制御をフオトカツプラで行なうときに比べて約10倍のス
ピードで行なうことができる。またリアクトルは１次側
と２次側が直流的に絶縁されているので、オンオフ制御
のための信号と架線電圧のアイソレーシヨンも確保され
る。 しかし、この装置では放電電流を得るためにパルス信
号を用いているので、ベース電流は第３図（ｃ）に示す
ように零となる時期を生じ、そのときはトランジスタ10
0〜103がオンからオフになつてしまう。このため第２図
（ａ）のパルスに対して半サイクル位相差を有する第２
図（ｂ）に示すパルスを制御回路１の端子1dから送出
し、リアクトル4dから第２図（ｄ）に示す波形のベース
電流をトランジスタ100〜103に供給している。第２図
（ｃ），（ｄ）に示す電流は合成されるようになつてい
るので、ベースに供給される電流は第２図（ｅ）のよう
になり、（ａ），（ｂ）で示すパルスが発生している限
りベース電流が零となることはない。トランジスタ100
〜103のベースに供給される電流は第２図（ａ），
（ｂ）のパルスが発生する度、すなわちリアクトル4c,4
dに電流が供給されている期間は（ｅ）に示すように低
下するが、このときの最低値が第２図（ｅ）に一点鎖線
で示すような値、すなわちトランジスタ100〜103をオン
させるために必要なベース電流のうち、最大のものより
も大きければ、トランジスタ100〜103は第２図（ａ），
（ｂ）に示すパルスが繰返し供給されている期間、継続
してオン状態となる。したがつて、この条件さえ満たせ
れば第２図（ａ），（ｂ）に示すパルスの位相差は半サ
イクルである必要はない。 リアクトル4c,4dは電流源としてトランジスタ100〜10
3にベース電流を供給している。このためリアクトル4c,
4dによつて発生する電流はそのまま加算することがで
き、またベースに電流制限抵抗を挿入する必要もなくな
る。この回路に電流制限抵抗を用いるとすれば、その抵
抗の電力容量は大きなものとしなければならないが、こ
の抵抗を省略できることによつて部品費が少なくなるだ
けでなく、形状も小さくすることができる。 トランジスタ100〜103がオンになるとコンプレツサ12
2に電流が供給されるが、停止状態のものに電流が供給
されるのでその突入電流は非常に大きなものになり、ト
ランジスタ100〜103はこの突入電流に耐える必要があ
り、また大電流が流れることによつて電圧降下の増加そ
の他の障害が発生するようになる。このため、この装置
では電流検出器121によつてコンプレツサ122に流れる電
流を検出し、その検出出力を制御回路１の端子1e,1fに
供給している。そして、制御回路１は検出信号が15アン
ペアを表わす状態になつたときトランジスタ100〜103を
オフとするように制御するようになつている。 このように構成しておくとコンプレツサ122の起動時
は非常に大きな突入電流が流れるので、この電流が15ア
ンペアとなつたときに電源が遮断される。 電源が遮断されると今まで流れていた電流はダイオー
ド108,109、抵抗116、コンプレツサ122の回路に流れる
ことによつてそのエネルギが消費され、やがて10アンペ
アまで低下する。制御回路１は検出信号が10アンペア以
下となつたとき、トランジスタ100〜103を再びオンさせ
る信号を送出するように構成されているので、再びコン
プレツサ122に電流が供給されるが、その電流が15アン
ペアに達したところで再び電流が遮断される。したがつ
て第４図に示すように、15アンペアと10アンペアの間で
電流のオンオフが繰返される。このようにオンオフを繰
返すうちにコンプレツサ122の回転数が上昇し、逆起電
力が増加するので流れる電流はやがて15アンペアに達し
なくなり、その後は回転数の増加にともなう逆起電力の
増加とともに低下し、定格値で平衡する。 このように、電流が15アンペアになつたときその電流
を遮断し、10アンペア以下となつたとき通電するように
すれば、第４図の一点鎖線で示すような大きな突入電流
を発生させることなくコンプレツサを起動するソフトス
タートを実現することができる。そして、ソフトスター
トとすることによつて使用部品は定格の小さなものが使
用でき、また大きな突入電流による障害も発生しなくな
る。そして、電流値を検出して制御を行なつていること
から、コンプレツサを種類の異なるものと交換しても再
調整などを行なうことなく、今までどうりに使用するこ
とができる。 次にトランジスタ100〜103をオフさせるときの動作に
ついて説明する。このときは制御回路1c,1dから送出さ
れているオンのためのパルス信号を停止させ、代つて端
子1a,1bからオフのためのパルス信号を送出する。この
オフのためのパルス信号が送出されることによつて前述
したオンのときと同様の動作によつて、リアクトル4a,4
bからトランジスタ100にベース電流を供給する。しか
し、このときの電流の向きはオンのときと反対向であ
る。第２図（ｅ）の時点t3の直前においてこの状態にな
つたとき、トランジスタ100に順方向のベース電流が供
給されており、この電流値は小さくはなつているものの
トランジスタ100のオン状態を継続するように作用して
いる。しかし、時点t3において逆方向のベース電流が供
給され、その電流値はそのとき流れている順方向の電流
より大きくなり、かつトランジスタが確実にオフとなる
値に設定してある。このためベース電流は順方向のもの
と逆方向のものが加算され、（ｅ）に示すように逆方向
に流れるようになる。そしてこのときもリアクトルの放
電電流を用いているので、ベース電流は急速に立下が
り、トランジスタ100が直ちにオフとなる。トランジス
タ101〜103も同様にしてトランジスタ100と略同時に直
ちにオフとなり、特定のトランジスタが過負荷になるこ
とがない。なお、逆方向のベース電流はトランジスタを
オフさせるに十分な期間供給した後は遮断されるように
なつている。従来は順方向電流を一度遮断した後でない
と逆方向電流を供給できなかつたが、この例では順方
向，逆方向ともに、電流源から供給するようにしている
ので、電流の合成ができ、構成が簡単になる。 順方向のベース電流が流れるとき、その電流ループに
対してリアクトル4a,4bが並列になつており、逆方向の
ベース電流が流れるときはリアクトル4c,4dが並列にな
つているので、そのままでは電流のまわりこみが生ず
る。このため、トランジスタ100のエミツタベース間電
圧より順電圧の高いダイオード4g,4jを挿入し、まわり
込みを防止している。 〔発明の効果〕 以上説明したようにこの発明によれば、第１のパルス
信号の立ち下がり毎に第１のリアクトルの２次側に鋭ど
く立ち上がった後徐々に低下する放電々流が生じ、第２
のパルス信号の立ち下がり毎に第２のリアクトルの２次
側に鋭どく立ち上がった後徐々に低下する放電々流が生
じ、第１のリアクトルの２次側に生じる放電々流と第２
のリアクトルの２次側に生じる放電々流との合成放電々
流を順方向のベース電流として、トランジスタが継続し
てオンとされるものとなり、素早く且つ安定してトラン
ジスタをオンさせることができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図は各
部波形図、第３図はトランジスタのオン時刻のバラツキ
を示すグラフ、第４図はコンプレツサに流れる電流波形
を示すグラフである。 １……制御回路、2,3……リアクトル駆動回路、４〜７
……リアクトル充放電回路、100〜103……トランジス
タ、121……電流検出器。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．オンさせる期間中にわたって第１のパルス信号およ
   びこの第１のパルス信号に対してその位相が異なる第２
   のパルス信号を対として周期的に発生するパルス信号発
   生手段と、 前記第１のパルス信号の立ち下がり毎にその２次側に鋭
   どく立ち上がった後徐々に低下する放電々流を生じる第
   １のリアクトルと、 前記第２のパルス信号の立ち下がり毎にその２次側に鋭
   どく立ち上がった後徐々に低下する放電々流を生じる第
   ２のリアクトルと、 前記第１のリアクトルの２次側に生じる放電々流と前記
   第２のリアクトルの２次側に生じる放電々流との合成放
   電々流を順方向のベース電流として継続してオンとされ
   るトランジスタと を備えたことを特徴とする高圧用スイッチング装置。