JP3057175B2 - スイッチング回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、オン電圧を大きくせずに「その
１構成要素となる自己ターン・オフ機能（＝自己消弧機
能）を持つスイッチング手段に与える逆バイアス電圧」
を大きくすることができる、３端子スイッチ機能を持つ
スイッチング回路に関する。また、その下位概念の発明
（請求項２記載のスイッチング回路に対応する発明）で
は前記スイッチング手段をオフ制御するときはいつも逆
バイアス電圧をそれに供給することができる。その逆バ
イアス電圧の供給はそのスイッチング手段の漏れ電流対
策あるいは誤ターン・オン対策などに役に立つ。尚、本
発明を使うと、例えば、直流電源と負荷を含む閉回路を
形成したり、その負荷だけを含む閉回路を形成したり、
することができる。従って、本発明は、スイッチング手
段の駆動回路、電力変換回路、論理回路、あるいは、容
量性負荷の駆動回路（例えば、ガス放電表示パネル又は
エレクトロ・ルミネッサンス表示パネル等の表示回路、
圧電素子の駆動回路など。）等に役に立つ。

【０００２】

【背景技術】従来技術として、３端子スイッチ機能を持
つスイッチング回路を図２〜図７に６つ示す。各従来回
路では１つ又は複数のダイオード５が定電圧手段の役割
を果たす。各スイッチ３はオン・オフ機能を持つスイッ
チなら、半導体スイッチを含め、どんな種類の可制御ス
イッチング手段でも構わない。先ず、図２の回路を基に
動作説明する。図２の回路ではスイッチ３がトランジス
タ４のオン、オフを制御し、スイッチ３がオフのとき
「トランジスタ４と抵抗８の接続体」が両端子ｔ６・ｔ
４間を導通させ、一方、スイッチ３がオンのとき「ダイ
オード５とスイッチ３の直列回路」が両端子ｔ４・ｔ７
間を導通させる。

【０００３】スイッチ３がオフのとき「端子ｔ４と端子
ｔ６又はｔ７の間に接続される負荷など（図示せず。）
の電流」に応じて抵抗８がトランジスタ４にベース順バ
イアス電流を供給する。ここで、スイッチ３がターン・
オンすると、スイッチ３が抵抗８の電流をバイパスし
て、抵抗８によるトランジスタ４のオン制御を停止させ
る。同時に、電源短絡電流がトランジスタ４、ダイオー
ド５及びスイッチ３を流れ、この電源短絡電流がダイオ
ード５に生じる電圧降下（順電圧）がトランジスタ４の
ベース逆バイアス電圧となり、しかも、スイッチ３がそ
のベース電位を引き下げるので、トランジスタ４はオフ
制御されてターン・オフする。

【０００４】ただし、ダイオード６が接続されていない
場合スイッチ３がオンであっても端子ｔ４の電位が端子
ｔ７の電位より低くなって、トランジスタ４のベース・
エミッタ間電圧がそのオン・オフしきい値電圧以上にな
ると、トランジスタ４のベース電流が直流電源１から抵
抗８、トランジスタ４のベース・エミッタ間を経て「端
子ｔ４等に接続される負荷など」へ流れるので、トラン
ジスタ４を完全にオフ制御することはできない。しか
し、ダイオード６を接続して端子ｔ４の電位を端子ｔ７
の電位にクランプしてそうならない様にすれば、スイッ
チ３のオン期間中トランジスタ４を完全にオフ制御する
ことができる。この事は図３〜図６の各従来回路につい
ても同様に言える。

【０００５】また、スイッチ３のオン期間中、「端子ｔ
４等に接続される負荷など」からダイオード５とスイッ
チ３に電流が流れると、ダイオード５の順電圧がトラン
ジスタ４を逆バイアスするので、トランジスタ４のオフ
は完全となる。この事は図３〜図７の各従来回路につい
ても同様に言える。

【０００６】図３の回路ではゲート順バイアス電圧供給
用に直流電源１０が追加接続されている。ツェナー・ダ
イオード１２とダイオード１３はゲート過電圧対策であ
るが、この２つとダイオード５を１つのパワー・ツェナ
ー・ダイオードで置き換えることができる。図３の回路
においてＭＯＳ・ＦＥＴであるトランジスタ１１の代わ
りにノーマリィ・オフで、電圧駆動型の可制御スイッチ
ング手段なら何でも使うことができる。例えば、ＦＥ
Ｔ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ＧａｔｅＢｉｐｏ
ｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＳＩＴ（静電誘導型
トランジスタ）、ＳＩサイリスタ、Ｂｉ−ＭＯＳ複合デ
バイス等である。

【０００７】図４の回路ではトランジスタ４、１５がサ
イリスタの等価回路を構成する。図５〜図７の各従来回
路ではスイッチ３がオンのとき、各半導体可制御スイッ
チング手段に電圧降下による大きな逆バイアス電圧を供
給するために、定電圧手段として複数のダイオード５が
直列接続されている。ただし、サイリスタ１８はＧＴＯ
（ゲート・ターン・オフ・サイリスタ）で、トランジス
タ１９はノーマリィ・オン型ＳＩＴ（静電誘導型トラン
ジスタ）である。

【０００８】図７の回路の様にノーマリィ・オン型の可
制御スイッチング手段を使う場合、以下の動作説明の様
にダイオード６の有無に関係無くトランジスタ１９を完
全にオフ制御することはできない。スイッチ３のオン期
間中に電流が「端子ｔ５等に接続される負荷など（図示
せず。）」から定電圧手段（複数のダイオード５）に流
れ込まないとき、漏れ電流がトランジスタ１９、その定
電圧手段およびスイッチ３に流れ、この漏れ電流がその
定電圧手段に電圧降下を生じる。仮に、その漏れ電流が
大きくなると、その電圧降下と共にそのゲート逆バイア
ス電圧も大きくなって、その漏れ電流を小さくしようと
する作用が働く。逆に、その漏れ電流が小さくなると、
そのゲート逆バイアス電圧も小さくなって、今度はその
漏れ電流を大きくしようとする作用が働く。その結果、
「その漏れ電流がその定電圧手段に生じるゲート逆バイ
アス電圧」と「その漏れ電流」が釣り合ったところでト
ランジスタ１９の状態が決まるが、その状態がどうであ
れ、トランジスタ１９は完全なオフにならない。

【０００９】また、「端子ｔ５等に接続される負荷など
の電流」が小さくて、「その電流が定電圧手段（複数の
ダイオード５）に生じる電圧降下」がトランジスタ１９
に対して充分大きなゲート逆バイアス電圧とならなけれ
ば、やはり漏れ電流がトランジスタ１９、その定電圧手
段およびスイッチ３に流れてしまい、トランジスタ１９
は完全なオフとならない。しかし、「端子ｔ５等に接続
される負荷などの電流」が定電圧手段（複数のダイオー
ド５）に充分大きな電圧降下を生じ、トランジスタ１９
に対して充分大きなゲート逆バイアス電圧を供給できれ
ば、トランジスタ１９は完全なオフとなる。

【００１０】しかしながら、『逆バイアス電圧を大きく
しようとすると、オン電圧も大きくなってしまう』とい
う問題点が有る。 （問題点）図５〜
図７の各従来回路の様に電圧降下による逆バイアス電圧
を大きくするために、定電圧手段（複数のダイオード５
の直列回路）の電圧を大きくすると、その定電圧手段と
スイッチ３の直列回路によるオン電圧も大きくなってし
まう。

【００１１】そこで、本発明は『オン電圧を大きくせず
に逆バイアス電圧を大きくできる』スイッチング回路を
提供することを目的としている。 （発明の目的）

【００１２】

【発明の開示】即ち、本発明は、自己ターン・オフ機能
を持つ第１のスイッチング手段の制御端子と両主端子を
制御端子ｃｔ、主端子ｍｔａ及び主端子ｍｔｂと呼び、
その駆動信号入力用に制御端子ｃｔと主端子ｍｔａが対
を成すとしたときに、制御端子ｃｔ・主端子ｍｔａ間の
順バイアス方向に非可制御スイッチを主端子ｍｔａに接
続し、制御端子ｃｔ・主端子ｍｔａ間の逆バイアス方向
に逆バイアス電圧供給手段を制御端子ｃｔと前記非可制
御スイッチの開放端の間に接続し、直流電圧を供給する
直流電源手段の両電源端子間に主端子ｍｔｂ・主端子ｍ
ｔａ間部分、前記非可制御スイッチ、及び、オン・オフ
機能を持つ第２のスイッチング手段を直列接続し、前記
第１のスイッチング手段にオン信号を供給するオン信号
供給手段を設けたスイッチング回路である。

【００１３】このことによって、前記第２のスイッチン
グ手段のオン期間中、このスイッチング回路に接続され
る負荷などの電流が前記非可制御スイッチに流れて電圧
降下（＝順電圧）を生じさせるとき、前記非可制御スイ
ッチはオン状態となるから、前記逆バイアス電圧供給手
段が前記非可制御スイッチを介して、そして、その順電
圧も加えて制御端子ｃｔ・主端子ｍｔａ間に逆バイアス
電圧を供給する。そのため、その順電圧以上の大きさの
逆バイアス電圧を制御端子ｃｔ・主端子ｍｔａ間に供給
することができる。しかも、前記第２のスイッチング手
段のオン期間中このスイッチング回路のオン電圧は「前
記第２のスイッチング手段と前記非可制御スイッチの直
列回路」の電圧降下であるため、図５〜図７の各従来回
路の様にオン電圧は大きくならない。その結果、『オン
電圧を大きくせずに逆バイアス電圧を大きくできる』と
いう効果が本発明に有る。
（効果）

【００１４】一方、前記第２のスイッチング手段がオフ
のとき、前記オン信号供給手段が前記第１のスイッチン
グ手段にオン信号を供給するため、前記第１のスイッチ
ング手段はオンである。従って、前記第２のスイッチン
グ手段がオンであれば「前記第２のスイッチング手段と
前記非可制御スイッチの直列回路」側がオンであり、前
記第２のスイッチング手段がオフであれば前記第１のス
イッチング手段側はオンであるから、このスイッチング
回路は３端子スイッチ機能を持つ。

【００１５】本発明が請求項２記載のスイッチング回路
に対応する場合、前記第２のスイッチング手段がオンの
時はいつも前記逆バイアス電圧供給手段が前記第２のス
イッチング手段と同項記載中の通流手段を介して制御端
子ｃｔ・主端子ｍｔａ間に逆バイアス電圧を供給するの
で、前記第１のスイッチング手段はノーマリィ・オフ
型、ノーマリィ・オン型に関係無く完全なオフとなる。
（追加効果）この完全なオフ制御は、前記非可制御スイ
ッチを流れる「前述した負荷などの電流」の有無に関係
無く、前記第２のスイッチング手段がオンのとき常に行
われるので、「図７の従来回路の様に漏れ電流が前記第
１のスイッチング手段などに流れなくなったり、あるい
は、前記第１のスイッチング手段の誤ターン・オンがし
難くなったり」することに結び付く。

【００１６】

【発明を実施するための最良の形態】本発明をより詳細
に説明するために、以下添付図面に従ってこれを説明す
る。図１の実施例においてダイオード６が接続されてい
なければ、図１の実施例は請求項１記載のスイッチング
回路に対応し、ダイオード６が接続されていれば、図１
の実施例は請求項１又は２記載のスイッチング回路に対
応する。図１の実施例では以下の通りそれぞれが前述し
た各構成要素などに相当する。 ａ）直流電源１が前述した直流電源手段に。 ｂ）トランジスタ４が前述した第１のスイッチング手段
に。 ｃ）トランジスタ４のベース端子、エミッタ端子および
コレクタ端子が前述した制御端子ｃｔ、主端子ｍｔａお
よび主端子ｍｔｂに。 ｄ）スイッチ３が前述した第２のスイッチング手段に。 ｅ）ダイオード５が前述した非可制御スイッチに。 ｆ）直流電源２と抵抗９の直列回路が前述した逆バイア
ス電圧供給手段に。 ｇ）抵抗８が前述したオン信号供給手段に。 ｈ）ダイオード６が請求項２記載中の通流手段に。

【００１７】尚、トランジスタ４の代わりにＧＴＯ、ノ
ーマリィ・オン型ＳＩサイリスタ、ノーマリィ・オン型
ＳＩＴ、あるいは、ノーマリィ・オン型ＦＥＴ等を使っ
ても構わない。スイッチ３はオン・オフ機能を持つ可制
御スイッチング手段なら何でも良い。

【００１８】その作用は次の通りである。ダイオード６
が接続されていない場合スイッチ３のオン期間中「端子
ｔ２・端子ｔ１又はｔ３間に接続される負荷などの電
流」がダイオード５に流れて電圧降下（＝順電圧）を生
じさせるとき、ダイオード５はオン状態となるから、
「直流電源２と抵抗９の直列回路」がダイオード５を介
して、そして、その順電圧も加えてベース・エミッタ間
にベース逆バイアス電圧を供給する。そのため、その順
電圧以上の大きさのベース逆バイアス電圧をベース・エ
ミッタ間に供給することができる。しかも、スイッチ３
がオンのとき両端子ｔ２・ｔ３間のオン電圧は「ダイオ
ード５とスイッチ３の直列回路」の電圧降下となるた
め、図５〜図７の各従来回路の様にオン電圧は大きくな
らない。その結果、『オン電圧を大きくせずに逆バイア
ス電圧を大きくできる』という効果が図１の実施例を含
め本発明に有る。 （効果）

【００１９】ダイオード６が接続されている場合、スイ
ッチ３がオンのとき常に「直流電源２と抵抗９の直列回
路」がスイッチ３とダイオード６を介してトランジスタ
４にベース逆バイアス電圧を供給するから、トランジス
タ４は完全にオフとなる。 （追加効果） このため、「端子ｔ２・端子ｔ１又はｔ３間に接続され
る負荷などの電流」がダイオード５に流れなくても、ト
ランジスタ４のベース逆バイアスは常に行われるので、
トランジスタ４が誤ターン・オンし難くなったり、ある
いは、漏れ電流がトランジスタ４、ダイオード５及びス
イッチ３に流れるのをより強く阻止できたりする。

【００２０】一方、スイッチ３がオフのとき、ダイオー
ド６の接続の有無に関係無く「直流電源２と抵抗９の直
列回路」がトランジスタ４にベース逆バイアス電圧を供
給するのをダイオード５が阻止し、電流が抵抗８に流れ
るとこれがトランジスタ４のベース順バイアス電流とな
るので、「トランジスタ４と抵抗８の接続体」が両端子
ｔ１・ｔ２間を導通状態にする。

【００２１】尚、前述の通流手段としてダイオード６を
用いたが、その代わりに抵抗を用いても良い。端子ｔ２
・ｔ３間に負荷が接続されていれば、その種類によって
はその負荷がその代わりになる。また、２つのツェナー
・ダイオード７は逆過電圧対策であるが、直流電源２の
電圧がトランジスタ４のベース・エミッタ間の逆耐電圧
より小さければ、両ツェナー・ダイオード７は必要無
い。さらに、抵抗９の値はゼロの場合も有る。それか
ら、ダイオード５について言えば、その両端に印加され
る電圧の範囲に対して非可制御スイッチとして働くな
ら、ダイオード５の代わりにツェナー・ダイオードを含
め何でも用いることができる。

【００２２】図８の実施例ではノーマリィ・オン型ＳＩ
Ｔであるトランジスタ１９が使われており、そのゲート
端子、ソース端子およびドレイン端子が前述した制御端
子ｃｔ、主端子ｍｔａおよび主端子ｍｔｂにそれぞれ相
当する。ダイオード６が接続されていれば、図８の実施
例は請求項２記載のスイッチング回路にも対応する様に
なる。「直流電源１０と抵抗２０の直列回路」は前述し
たオン信号供給手段に相当し、トランジスタ１９にゲー
ト順バイアス電圧とゲート順バイアス電流を供給する。
それ以外の作用は図１の実施例の場合と同様である。ト
ランジスタ１９の代わりに自己ターン・オフ機能を持つ
可制御スイッチング手段なら何でも使うことができる。
バイポーラ・トランジスタでも、ＧＴＯでも構わない。

【００２３】図９の実施例ではトランジスタ４とサイリ
スタ１８がカスケード接続されている。ダイオード６が
接続されていれば、図９の実施例は請求項２記載のスイ
ッチング回路にも対応する様になる。図９の実施例では
以下の通りそれぞれが前述した各構成要素などに相当す
る。 ａ）直流電源２３が前述した直流電源手段に。 ｂ）サイリスタ１８が前述した第１のスイッチング手段
に。 ｃ）サイリスタ１８のゲート端子、カソード端子および
アノード端子が前述した制御端子ｃｔ、主端子ｍｔａお
よび主端子ｍｔｂに。 ｄ）「ダイオード２５とスイッチ３の直列回路」が前述
した第２のスイッチング手段に。 ｅ）ダイオード５が前述した非可制御スイッチに。 ｆ）直流電源２２と抵抗９の直列回路が前述した逆バイ
アス電圧供給手段に。 ｇ）「直流電源２１、２２、トランジスタ４、ダイオー
ド２５、スイッチ３、抵抗８、９、２９が形成するスイ
ッチング回路」が前述したオン信号供給手段に。 ｈ）ダイオード６が請求項２記載中の通流手段に。尚、
直流電源２１の電圧は直流電源２２の電圧より大きく、
その電圧差がほぼトランジスタ４のベース逆バイアス電
圧になる。

【００２４】

【先行技術】（１）バイポーラ・トランジスタを用いた
スイッチング回路： ａ）特開昭４７−３１５６８号 ｂ）実開昭４７−
１４０５２号 ｃ）特開昭６１−１４２８１９号 （２）サイリスタを用いたスイッチング回路： ａ）実開昭５３−５９３５８号 ｂ）特開昭５３−
１２３０６０〜２号 ｃ）特開昭５５−５７２２５号 ｄ）特開昭６０−
２０８１１９号 （３）ＭＯＳ・ＦＥＴを用いたスイッチング回路： ａ）特開昭５５−３２５９号 ｂ）特開昭５５−
１３６７２７号 ｃ）特開昭５８−１２４３２４号 ｄ）特開昭５８−
２１９２０号 ｅ）特開昭５８−３６０２０号

【００２５】（４）ダーリントン接続回路を用いたスイ
ッチング回路： ａ）特開昭５１−３８０１９号 ｂ）特開昭５４−
１３２７２７号 ｃ）特開昭５５−４３９０７号 ｄ）実開昭５６−
１７６５３６号 ｅ）特開昭５８−１２３３６５号 ｆ）特開昭５８−
１２３３６７号 （５）コンデンサとコイルを組み合わせた回路： ａ）実開昭５１−３８６２３号 ｂ）特開昭５５−
５７２２５号 （６）本発明者の関連特許： ａ）（特願昭６３−４３３３４号） ｂ）特願平１−１
９９３２６号

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示す回路図である。

【図２】従来のスイッチング回路を示す回路図である。

【図３】従来のスイッチング回路を示す回路図である。

【図４】従来のスイッチング回路を示す回路図である。

【図５】従来のスイッチング回路を示す回路図である。

【図６】従来のスイッチング回路を示す回路図である。

【図７】従来のスイッチング回路を示す回路図である。

【図８】本発明の１実施例を示す回路図である。

【図９】本発明の１実施例を示す回路図である。

【符号の説明】

１８ サイリスタ（ゲート・ターン・オフ型） １９ トランジスタ（ノーマリィ・オン型ＳＩＴ） ｔ１〜ｔ５ 端子

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自己ターン・オフ機能を持つ第１のスイ
   ッチング手段の制御端子と両主端子を制御端子ｃｔ、主
   端子ｍｔａ及び主端子ｍｔｂと呼び、その駆動信号入力
   用に制御端子ｃｔと主端子ｍｔａが対を成すとしたとき
   に、制御端子ｃｔ・主端子ｍｔａ間の順バイアス方向に非可
   制御スイッチを主端子ｍｔａに接続し、 制御端子ｃｔ・主端子ｍｔａ間の逆バイアス方向に逆バ
   イアス電圧供給手段を制御端子ｃｔと前記非可制御スイ
   ッチの開放端の間に接続し、 直流電圧を供給する直流電源手段の両電源端子間に主端
   子ｍｔｂ・主端子ｍｔａ間部分、前記非可制御スイッ
   チ、及び、オン・オフ機能を持つ第２のスイッチング手
   段を直列接続し、 前 記第１のスイッチング手段にオン信号を供給するオン
   信号供給手段を設けたことを特徴とするスイッチング回
   路。
2. 【請求項２】 前記第２のスイッチング手段が前記非可
   制御スイッチの側に接続され、 前記非可制御スイッチと前記第２のスイッチング手段の
   直列回路に通流手段を並列接続し、 前記第２のスイッチング手段がオンのとき、前記逆バイ
   アス電圧供給手段が前記第２のスイッチング手段と前記
   通流手段を介して制御端子ｃｔ・主端子ｍｔａ間に逆バ
   イアス電圧を供給する ことを特徴とする請求項１記載の
   スイッチング回路