JP2906844B2 - 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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JP2906844B2 JP4195274A JP19527492A JP2906844B2 JP 2906844 B2 JP2906844 B2 JP 2906844B2 JP 4195274 A JP4195274 A JP 4195274A JP 19527492 A JP19527492 A JP 19527492A JP 2906844 B2 JP2906844 B2 JP 2906844B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、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4は例えば特開平1−120912号
に示された従来のゲート回路の主要部分であり、図にお
いて1はゲートターンオフサイリスタ(以下、GTOと
いう)であって、Gはゲート電極、Kはカソード電極で
ある。2はチョッパー回路であって、オンゲート電源3
をスイッチングするチョッパー部スイッチ14、チョッ
パー回路2の出力電流を検出する電流検出手段16及び
還流ダイオード15から構成されている。11は結合リ
アクトルであって、1次巻線11aと2次巻線11bか
ら成る。8は第1のコンデンサ、9は第2のコンデン
サ、10は電流制限抵抗、5,36は放電用ダイオード
である。12はオンゲート用スイッチであって、チョッ
パー回路2及び第1のコンデンサ、第2のコンデンサの
出力電流をオンゲート電流としてGTO1に供給する。
7はダイオードで、第1のコンデンサ8の充電用であ
り、6はダイオードで、第2のコンデンサ9の充電用で
ある。又18は第2のスイッチであって、第1,第2の
コンデンサの充電用スイッチである。13はオフゲート
用スイッチであってGTO1にオフゲート電流を供給す
る。20はオン,オフ信号のインターフェース回路であ
り、19は極性反転用インバータである。
【0003】次に動作について説明する。図5において
オンゲート電源3との組み合わせでオンゲート電源3を
構成するチョッパー回路2は、定電流制御の機能を有
し、ゲート電流Igを電流検出回路16により検出し、
チョッパー部スイッチ14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
15は、チョッパー部スイッチ14がオフの時に導通
し、リアクトル11を介してゲート電流を連続させる働
きをする。オンオフ指令によってインターフェース回路
20より送出された信号がオフの時には、オフゲート用
スイッチ13よりGTO1にオフゲート電流が供給され
る。
【0004】オンゲート用スイッチ12をオン,オフす
る場合について図5に示す動作波形を参考にして説明す
る。時刻t1 以前は、オンゲート用スイッチ12及び第
1のターンオンパルス発生用のスイッチ17はオフ、第
2の充電用スイッチ18及びオフゲート用スイッチ13
がオン、チョッパー部スイッチ14がオン,オフ状態で
第1,第2のコンデンサ8,9が図示極性に充電されて
いるものとする。時刻t1 においてオンゲート用スイッ
チ12と第1のターンオンパルス発生用スイッチ17を
オンすると、ゲート電流Igは第1のコンデンサ8の放
電電流Icと第2のコンデンサ9及びリアクトル11の
2次巻線11bによる振動電流Iccとの和で流れる。
【0005】時刻t2 において、第2のコンデンサ9の
電圧Ecqが減少して、リアクトル11の1次巻線11
aに発生する電圧(1:nの比で電源の逆極性で発生)
がオンゲート電源3の電圧よりも低くなるとリアクトル
11の2次巻線11bの電流は1次巻線11aへ転流
(移)する。このリアクトル11の1次巻線11a及び
2次巻線11bの巻線比を例えば8:1と仮定すればチ
ョッパー回路2の出力電流ICHは時刻t2 において、I
CH=Icc/8となって流れ始める。実際はこのリアクト
ル11の1次巻線11aの初期値がチョッパー回路2の
定電流値と一致するようにリアクトル11の巻数比を決
定するのが望ましい。
【0006】時刻t2 以降は、ゲート電流Igはチョッ
パー回路2の定電流制御の機能により、ほぼ一定の電流
となって流れる。時刻t3 において、オンゲート用スイ
ッチ12と第1のターンオンパルス発生用スイッチ17
をオフし、オフゲート用スイッチ13と第2の充電用ス
イッチ18をオンすることにより、第1と第2のコンデ
ンサ8,9の共通部分Xが負電位となり、第1の充電用
ダイオード7、第2の充電用ダイオード6を通じ、第
1,第2のコンデンサがそれぞれオフゲート電源電圧ま
で瞬時に充電される。時刻t4 以降はICHは流れない。
つまり、第1のコンデンサ8および第2のコンデンサ9
はオフゲート電流供給時に瞬時に大きく充電される。
【0007】
【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
るので第2の充電用スイッチが必要であり、また、GT
Oのオン動作時すなわち正のゲート順電流が流れている
時に、外部要因によりゲート電位が逆方向にバイアスさ
れた場合再点孤信号が必要にもかかわらず、オンのパル
ス電流が流せなく、GTOが破損するという問題点があ
った。
【0008】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたたものであり、第2の充電用スイッチをオ
フゲート用スイッチと共用し、電流制限素子として抵抗
又はリアクトルを入れると共に、第2のターンオンパル
ス発生回路をオン状態でかつゲート電位が負になった時
再度GTOに対しターンオンパルス電流を流せるように
したものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明に係るゲート回
路は、第1,第2のコンデンサの共通部よりダイオード
と電流制限素子の直列体をオフゲート用スイッチに接続
し、充電回路の共用化と、第2のオンパルス発生の回路
を第3のコンデンサとリアクトルの振動電流と第4のコ
ンデンサと抵抗の放電電流の和の電流をゲート信号がオ
ン状態でかつ、ゲート電位が負になった時ゲート再点弧
電流として発生させると共に、第3,第4のコンデンサ
の充電電圧を電流制限素子として抵抗を用いるかリアク
トルを使用し、共振状態で充電させるようにしたもので
ある。
【0010】
【作用】この発明におけるオンパルス電流用の充電はオ
フゲート用スイッチがオンの時第1,第2,第3,第4
のコンデンサの一端を抵抗を用いるかリアクトルとの共
振状態で負電位にすることにより、0電位より充電用ダ
イオードを通じて行うと共に、順ゲート電流を印加中外
部要因により、この電流が0になることがあれば強制的
に再度オンパルス電流を流すようにしている。
【0011】
【実施例】実施例1.以下、この発明の実施例1を図に
基づいて説明する。なお、従来と同一の構成部分は同一
符号を付して、その重複する説明を省略する。図1にお
いて、25は第3のコンデンサ、26は第4のコンデン
サ、21はリアクトル、23は電流制限用抵抗、22,
24は放電用ダイオードである。28は第3の充電用ダ
イオード、37は第4の充電用ダイオードである。ダイ
オード29はコンデンサ25,26の共通部Yに接続さ
れた充電用で、この出力端へは従来回路の第1のコンデ
ンサ8、第2のコンデンサ9の共通部Xより充電用ダイ
オード27が接続されていて、この共通部分は電流制限
素子(抵抗)30を通じ、オフゲート用スイッチ(=オ
ンゲート用スイッチ=GTOのG端子)に接続されてい
る。
【0012】又、第3,第4のコンデンサ25,26の
共通部Yより0電圧(=GTOのK端子)間に第2のタ
ーンオンパルス発生用スイッチ33が接続され、このス
イッチの駆動条件として、ゲート電圧検出用比較器35
の非反転入力端子はゲート出力端子G(=ターンオン用
スイッチ12、ターンオフ用スイッチ13の共通点)に
接続され、反転入力端子は0電位(=ゲート出力端子
K)を正電位とするバイアス電源34が接続されてい
る。この比較器35出力とインターフェース回路出力の
AND回路が31であり、この出力にワンショットマル
チ32が接続され前述のスイッチ33の駆動信号となっ
ている。
【0013】次に動作について説明する。時刻t1 より
3 までの動作については従来と同一なので省略する。
但し、従来は第2の充電スイッチ18は本発明において
は無く(オフゲート用スイッチ13が共用)している。
時刻t3 以降の動作についてはオンゲート用スイッチ1
2と第1のターンオンパルス発生用スイッチ17をオフ
し(第2のターンオンパルス発生用スイッチ33はワン
ショット動作後オフしている)、オフゲート用スイッチ
13をオンすることにより(=オフ動作に入る)第1,
第2のコンデンサの共通部分Xが充電用ダイオード6,
7とダイオード27、電流制限素子(抵抗)30を通
じ、負電位となり第1のコンデンサ、第2のコンデンサ
はオフゲート電圧まで充電される。又このモードにおい
ては第3のコンデンサ25、第4のコンデンサ26は時
刻t1 以降オン指令時、第2のターンオンパルス発生用
スイッチ33が動作しないので放電せず充電作用は行わ
れない。
【0014】次に引き続きオン指令が入り前述のとうり
1 より以降と同じ動作(図3ではt1 ′と記入)の後
ゲート電流Igが一定の電流を流し続けている時、外部
要因例えば、GTO1がオンモードで並列に接続される
フライホイールダイオードの逆回復時や直列接続時の他
アーム動作によりGTO1のゲート、カソード間に振動
電流が流れゲート,カソード間が逆バイアスされる(=
ゲート順電流が流れなくなる)。その後、ゲート順電流
として、オンのハイゲート電流を印加しなければGTO
のゲート電流不足となりGTO1が破損する。この為、
任意の点でGTO1のゲート端子Gがゲート端子Kより
負電位になった時刻t6 の電圧をバイアス電圧34と比
較器35にて比較し、規定の電圧より大きくなったこと
と、オン動作中とのAND条件でワンショットマルチ3
2を作動させ、第2のターンオンパルス発生用スイッチ
33を一定期間オンさせる。この結果、第3のコンデン
サ25とリアクトル21との振動波形と、第4のコンデ
ンサと抵抗23の放電電流の和としてオンパルス電流I
gが再度GTO1に流れる。
【0015】その後オフ指令が入るとt8 の時刻より第
1,第2,第3,第4のコンデンサが放電しているの
で、第1,第2のコンデンサは共通部Xよりダイオード
27、第3,第4のコンデンサは共通部Yよりダイオー
ド29をおのおの通じ電流制限素子(抵抗)30を通じ
てオフゲート用スイッチ13より充電されt9 の状態と
なる。
【0016】実施例2.なお上記実施例では30を電流
制限素子(抵抗)と表現したが、図2に示すように、こ
の電流制限素子30は、リアクトルでもよく、この場合
は第1,第2,第3,第4のコンデンサはリアクトルと
の共振作用でオフゲート電圧4の2倍まで充電されるこ
とになり、このオフゲート電圧4が低く、第1,第2の
ターンオンパルス電流が小さい場合やより多くのターン
オン電流を流すことが必要な場合に有効な手段である。
【0017】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、 (1)第1のオンパルス発生用第1,第2のコンデンサ
充電用スイッチをオフゲート用スイッチと共用にしたの
で回路が簡単になった(通常オンパルスは数十A流すの
でスイッチとしてこれに耐えるスイッチが必要だったが
オフゲート用は元々数百A流すスイッチなので共用して
もパワー的に問題ない。) (2)GTOがオン状態の時、ゲート電位が負になった
ことを検出し、再度オンパルスを発生さす為の第2のタ
ーンオンパルス発生用スイッチと周辺回路を追加したの
でGTOの破損が無くなった。 (3)第1,第2のオンパルス発生さす為の第1,2,
3,4のコンデンサの充電手段としてリアクトルを用い
共振させることで2倍の電源電圧まで充電が可能になり
大きなパルス電流が発生出来ると共に抵抗による制限と
比べ損失が少さくなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1を示す。
【図2】この発明の実施例2を示す。
【図3】実施例1,2の動作波形を示す。
【図4】従来の実施例を示す。
【図5】従来の動作波形を示す。
【符号の説明】
1 GTO(ゲートターンオフサイリスタ) 2 チョッパー回路 3 オンゲート電源 4 オフゲート電源 5,22,24,36 放電用ダイオード 6,7,27,28,29,37 充電用ダイオード 8 第1のコンデンサ 9 第2のコンデンサ 10,23 電流制限抵抗 11 結合リアクトル 12 オンゲート用スイッチ 13 オフゲート用スイッチ 14 チョッパー部スイッチ 15 チョッパー部還流ダイオード 16 電流検出回路 17 第1のターンオンパルス発生用スイッチ 18 第2の充電用スイッチ 19 インバータ 20 インターフェース回路 21 リアクトル 25 第3のコンデンサ 26 第4のコンデンサ 30 電流制限素子 31 AND回路 32 OSM(ワンショットマルチ) 33 第2のターンオンパルス発生用スイッチ 34 バイアス電源 35 比較器 38 リアクトル

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1次巻線および2次巻線からなり、該1
    巻線および2次巻線のそれぞれの出力端同士が接続さ
    れ、かつ該1次巻線および2次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と、定電流制御の機能を
    有し、第1の直流出力端が上記リアクトルの1次巻線の
    入力端に接続されているオンゲート電源と、上記オンゲ
    ート電源と直列接続されたオフゲート電源と、上記1次
    巻線および2次巻線の共通接続された出力端にその一端
    を接続したオンゲート用スイッチと、該オンゲート用ス
    イッチの他端にその一端に接続し、その他端を上記オフ
    ゲート電源に接続したオフゲート用スイッチと、上記オ
    ンゲート電源の第2の直流出力端及び上記リアクトルの
    1次巻線および2次巻線の共通出力端との間に接続され
    た第1のスイッチ、第1のコンデンサ、抵抗、ダイオー
    ドからなる第1の直列接続体と、上記リアクトルの2次
    巻線の片端と第1のスイッチ間に接続された第2のコン
    デンサ、ダイオードからなる第2の直列接続体と、上記
    第1のコンデンサ、抵抗との中点よりオンゲート電源の
    第2出力端、及び第2のコンデンサ、ダイオードの中点
    よりオンゲート電源の第2出力端に接続された第1,第
    2の充電用ダイオードと、上記第1,第2のコンデンサ
    と第1のスイッチとの共通点に接続され、かつオフゲー
    ト用スイッチとオンゲート用スイッチの共通点とゲート
    ターンオフサイリスタのゲート電極とに接続されたダイ
    オードと電流制限素子との第3の直列接続体とを備え、
    上記オンゲート用スイッチからオンゲート電流を、又は
    上記オフゲート用スイッチからオフゲート電流を、ゲー
    トターンオフサイリスタに供給するようにしたゲートタ
    ーンオフサイリスタのゲート回路。
  2. 【請求項2】 上記オンゲート電源の第2の直流出力端
    に一端を接続した第2のスイッチと、上記オンゲート用
    スイッチ入力端及び上記第2のスイッチの他端間に接続
    されたリアクトル、ダイオード、第3のコンデンサから
    なる第4の直列接続体並びに抵抗、ダイオード、第4の
    コンデンサからなる第5の直列接続体と、上記第4の直
    列接続体の第3のコンデンサとダイオードとの中点とオ
    ンゲート電源の第2の出力端間に接続された第3の充電
    用ダイオ−ドと、上記第5の直列接続体の第4のコンデ
    ンサとダイオードとの中点とオンゲート電源の第2の出
    力端間に接続された第4の充電用ダイオ−ドと、上記第
    4の直列接続体の第2の スイッチと第3のコンデンサと
    の接点と上記電流制限素子との間に接続されたダイオー
    ドと、所定のバイアス電源の電圧とゲートターンオフサ
    イリスタのゲート電圧とを比較する比較器と、上記第2
    のスイッチの動作条件を、上記ゲート電圧が正より負に
    変化した際の上記比較器の出力信号とインターフェース
    信号からのON信号とのAND条件で駆動する回路とを
    備えた請求項1記載のゲートターンオフサイリスタのゲ
    ート回路。
  3. 【請求項3】 上記AND条件で駆動する回路のあとに
    一定時間ON状態を発生するワンショットマルチを備え
    た請求項2記載のゲートターンオフサイリスタのゲート
    回路。
  4. 【請求項4】 上記電流制限素子がリアクトルで構成さ
    れた請求項1又は2記載のゲートターンオフサイリシタ
    のゲート回路。
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