JP5661504B2 - スイッチング回路 - Google Patents
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Description
そこで、本発明に係る実施例では、電力効率を低下させずに高速動作可能なスイッチング回路を提供する。
入力電圧を第1の電圧に変換して、前記第1の電圧を第1端子と第2端子との間の電圧として出力する、入力側と出力側とが電気的に絶縁された第1の絶縁型DC/DCコンバータと、
制御信号に応じて、入力された前記第1の電圧を出力するか否か切り替える第1のスイッチ回路と、
前記第1のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御して、過渡特性が制御された電圧を出力する第1の制御回路と、
高圧側電源に一端が接続され、出力端子に他端が接続され、制御端子と前記他端との間に加えられた、前記第1の制御回路から出力された電圧に応じてオンまたはオフに制御される第1の能動素子と、
前記第1のスイッチ回路がオンの時に前記第1の能動素子の前記制御端子と前記他端とを電気的に開放し、前記第1のスイッチ回路がオフの時に前記第1の能動素子の前記制御端子と前記他端とを電気的に接続する第2のスイッチ回路と、
前記入力電圧を第2の電圧に変換して、前記第2の電圧を第3端子と第4端子との間の電圧として出力する、入力側と出力側とが電気的に絶縁された第2の絶縁型DC/DCコンバータと、
前記制御信号に応じて、前記第1のスイッチ回路とは相補的に、入力された前記第2の電圧を出力するか否か切り替える第3のスイッチ回路と、
前記第3のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御して、過渡特性が制御された電圧を出力する第2の制御回路と、
前記出力端子に一端が接続され、低圧側電源に他端が接続され、制御端子と前記他端との間に加えられた、前記第2の制御回路から出力された電圧に応じてオンまたはオフに制御される第2の能動素子と、
前記第3のスイッチ回路がオンの時に前記第2の能動素子の前記制御端子と前記他端とを電気的に開放し、前記第3のスイッチ回路がオフの時に前記第2の能動素子の前記制御端子と前記他端とを電気的に接続する第4のスイッチ回路と、を備える
ことを特徴とする。
前記第1の制御回路が前記第1のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御して、前記第2の制御回路が前記第3のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御することで、前記出力端子から出力されるパルス信号のスルーレートが制御されても良い。
前記第1の制御回路と前記第2の制御回路は、それぞれ、電圧入力端子と、基準端子と、電圧出力端子とを有しており、前記電圧入力端子と前記基準端子との間の電圧の過渡特性を制御して、過渡特性が制御された電圧を前記電圧出力端子と前記基準端子との間から出力し、
前記第1のスイッチ回路は、前記第1の絶縁型DC/DCコンバータの前記第1端子と、前記第1の制御回路の前記電圧入力端子との間に接続され、
前記第1の能動素子の前記他端は、前記第1の絶縁型DC/DCコンバータの前記第2端子と、前記第1の制御回路の前記基準端子とに接続され、
前記第1の能動素子の前記制御端子は、前記第1の制御回路の前記電圧出力端子に接続され、
前記第3のスイッチ回路は、前記第2の絶縁型DC/DCコンバータの前記第3端子と、前記第2の制御回路の前記電圧入力端子との間に接続され、
前記第2の能動素子の前記他端は、前記第2の絶縁型DC/DCコンバータの前記第4端子に接続され、
前記第2の能動素子の前記制御端子は、前記第2の制御回路の前記電圧出力端子に接続されても良い。
前記第1の制御回路と前記第2の制御回路は、ローパスフィルタであっても良い。
前記第1の能動素子と前記第2の能動素子は、バイポーラトランジスタ、MOSFETまたはIGBTであっても良い。
前記第1のスイッチ回路と、前記第2のスイッチ回路と、前記第3のスイッチ回路と、前記第4のスイッチ回路とは、フォトカプラまたはフォトMOSであっても良い。
前記入力電圧を第3の電圧に変換して、前記第3の電圧を第5端子と第6端子との間の電圧として出力する、入力側と出力側とが電気的に絶縁された第3の絶縁型DC/DCコンバータと、
前記制御信号に応じて、入力された前記第3の電圧を出力するか否かを切り替える第5のスイッチ回路と、
前記第5のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御して、過渡特性が制御された電圧を出力する第3の制御回路と、
前記高圧側電源と前記第1の能動素子の前記一端との間に一端と他端とが接続され、制御端子と前記他端との間に加えられた、前記第3の制御回路から出力された電圧に応じてオンまたはオフに制御される第3の能動素子と、
前記第5のスイッチ回路がオンの時に前記第3の能動素子の前記制御端子と前記他端とを電気的に開放し、前記第5のスイッチ回路がオフの時に前記第3の能動素子の前記制御端子と前記他端とを電気的に接続する第6のスイッチ回路と、
前記入力電圧を第4の電圧に変換して、前記第4の電圧を第7端子と第8端子との間の電圧として出力する、入力側と出力側とが電気的に絶縁された第4の絶縁型DC/DCコンバータと、
前記制御信号に応じて、前記第1のスイッチ回路とは相補的に、入力された前記第4の電圧を出力するか否かを切り替える第7のスイッチ回路と、
前記第7のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御して、過渡特性が制御された電圧を出力する第4の制御回路と、
前記第2の能動素子の前記他端と前記低圧側電源との間に一端と他端とが接続され、制御端子と前記他端との間に加えられた、前記第4の制御回路から出力された電圧に応じてオンまたはオフに制御される第4の能動素子と、
前記第7のスイッチ回路がオンの時に前記第4の能動素子の前記制御端子と前記他端とを電気的に開放し、前記第7のスイッチ回路がオフの時に前記第4の能動素子の前記制御端子と前記他端とを電気的に接続する第8のスイッチ回路と、をさらに備えても良い。
前記第1の制御回路が前記第1のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御して、前記第2の制御回路が前記第3のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御して、前記第3の制御回路が前記第5のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御して、前記第4の制御回路が前記第7のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御することで、前記出力端子から出力されるパルス信号のスルーレートが制御されても良い。
前記第1の制御回路、前記第2の制御回路、前記第3の制御回路および前記第4の制御回路は、ローパスフィルタであっても良い。
前記第1の能動素子、前記第2の能動素子、前記第3の能動素子および前記第4の能動素子は、バイポーラトランジスタ、MOSFETまたはIGBTであっても良い。
前記第1のスイッチ回路、前記第2のスイッチ回路、前記第3のスイッチ回路、前記第4のスイッチ回路、前記第5のスイッチ回路、前記第6のスイッチ回路、前記第7のスイッチ回路、前記第8のスイッチ回路は、フォトカプラまたはフォトMOSであっても良い。
前記出力端子に容量性負荷が接続されても良い。
前記出力端子と前記容量性負荷との間に、誘導性負荷が直列に接続されても良い。
前記高圧側電源は正の高圧側電圧を出力し、前記低圧側電源は負の低圧側電圧を出力しても良い。
前記高圧側電圧と前記低圧側電圧は、絶対値が等しくても良い。
前記高圧側電圧と前記低圧側電圧は、絶対値が異なっても良い。
前記高圧側電源は正の高圧側電圧を出力し、前記低圧側電源は前記高圧側電圧より低い正の低圧側電圧を出力しても良い。
また、本実施例では、第1の制御回路D1及び第2の制御回路D2は、ローパスフィルタである。これらの回路構成の詳細について、以下に説明する。
第1のスイッチ回路C1は、制御信号に応じてオン又はオフに制御されて、端子C1cに入力された第1の電圧V1を、端子C1dから出力するか否か切り替える。
また、本実施例においては、第1の能動素子A1と第2の能動素子A2は、等しい電気的特性を有しているものとする。
時刻t1において、制御信号がローレベルからハイレベルに変化すると、第1のスイッチ回路C1の端子C1cと端子C1dとの間は、非導通状態から導通状態になる。また、時刻t1において、制御信号の反転信号(図示せず)がハイレベルからローレベルに変化すると、第2のスイッチ回路C2の端子C2cと端子C2dとの間は、導通状態から非導通状態になる。従って、制御回路D1の電圧入力端子D1aと基準端子D1cとの間に加えられる電圧Vi1は、時刻t1において、ゼロから第1の電圧V1に立ち上がる。
時刻t4において、制御信号がハイレベルからローレベルに変化すると、第1のスイッチ回路C1の端子C1cと端子C1dとの間は、導通状態から非導通状態になる。また、時刻t1において、制御信号の反転信号がローレベルからハイレベルに変化すると、第2のスイッチ回路C2の端子C2cと端子C2dとの間は、非導通状態から導通状態になる。従って、電圧Vi1は、時刻t4において、第1の電圧V1からゼロに立ち下がる。
第5のスイッチ回路C5は、制御信号に応じてオン又はオフに制御されて、端子C5cに入力された第3の電圧V3を、端子C5dから出力するか否か切り替える。
本実施例においては、第1の能動素子A1、第2の能動素子A2、第3の能動素子A3および第4の能動素子A4は、等しい電気的特性を有しているものとする。
時刻t1において、制御信号がローレベルからハイレベルに変化すると、第1のスイッチ回路C1の端子C1cと端子C1dとの間、および、第5のスイッチ回路C5の端子C5cと端子C5dとの間は、非導通状態から導通状態になる。また、時刻t1において、制御信号の反転信号がハイレベルからローレベルに変化すると、第2のスイッチ回路C2の端子C2cと端子C2dとの間、および、第6のスイッチ回路C6の端子C6cと端子C6dとの間は、導通状態から非導通状態になる。
時刻t4において、制御信号がハイレベルからローレベルに変化すると、第1のスイッチ回路C1の端子C1cと端子C1dとの間、および、第5のスイッチ回路C5の端子C5cと端子C5dとの間は、導通状態から非導通状態になる。また、時刻t1において、制御信号の反転信号がローレベルからハイレベルに変化すると、第2のスイッチ回路C2の端子C2cと端子C2dとの間、および、第6のスイッチ回路C6の端子C6cと端子C6dとの間は、非導通状態から導通状態になる。
また、第1から第4の制御回路D1〜D4を、外部からの時定数制御信号によって時定数を制御可能なように構成しても良い。
A2 第2の能動素子
A3 第3の能動素子
A4 第4の能動素子
B1 第1の絶縁型DC/DCコンバータ
B2 第2の絶縁型DC/DCコンバータ
B3 第3の絶縁型DC/DCコンバータ
B4 第4の絶縁型DC/DCコンバータ
C1 第1のスイッチ回路
C2 第2のスイッチ回路
C3 第3のスイッチ回路
C4 第4のスイッチ回路
C5 第5のスイッチ回路
C6 第6のスイッチ回路
C7 第7のスイッチ回路
C8 第8のスイッチ回路
D1 第1の制御回路
D2 第2の制御回路
D3 第3の制御回路
D4 第4の制御回路
10 インバーター
Claims (12)
- 入力電圧を第1の電圧に変換して、前記第1の電圧を第1端子と第2端子との間の電圧として出力する、入力側と出力側とが電気的に絶縁された第1の絶縁型DC/DCコンバータと、
制御信号に応じて、入力された前記第1の電圧を出力するか否か切り替える第1のスイッチ回路と、
前記第1のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御して、過渡特性が制御された電圧を出力する第1の制御回路と、
高圧側電源に一端が接続され、出力端子に他端が接続され、制御端子と前記他端との間に加えられた、前記第1の制御回路から出力された電圧に応じてオンまたはオフに制御される第1の能動素子と、
前記入力電圧を第2の電圧に変換して、前記第2の電圧を第3端子と第4端子との間の電圧として出力する、入力側と出力側とが電気的に絶縁された第2の絶縁型DC/DCコンバータと、
前記制御信号に応じて、前記第1のスイッチ回路とは相補的に、入力された前記第2の電圧を出力するか否か切り替える第3のスイッチ回路と、
前記第3のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御して、過渡特性が制御された電圧を出力する第2の制御回路と、
前記出力端子に一端が接続され、低圧側電源に他端が接続され、制御端子と前記他端との間に加えられた、前記第2の制御回路から出力された電圧に応じてオンまたはオフに制御される第2の能動素子と、
前記入力電圧を第3の電圧に変換して、前記第3の電圧を第5端子と第6端子との間の電圧として出力する、入力側と出力側とが電気的に絶縁された第3の絶縁型DC/DCコンバータと、
前記制御信号に応じて、入力された前記第3の電圧を出力するか否かを切り替える第5のスイッチ回路と、
前記第5のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御して、過渡特性が制御された電圧を出力する第3の制御回路と、
前記高圧側電源と前記第1の能動素子の前記一端との間に一端と他端とが接続され、制御端子と前記他端との間に加えられた、前記第3の制御回路から出力された電圧に応じてオンまたはオフに制御される第3の能動素子と、
前記入力電圧を第4の電圧に変換して、前記第4の電圧を第7端子と第8端子との間の電圧として出力する、入力側と出力側とが電気的に絶縁された第4の絶縁型DC/DCコンバータと、
前記制御信号に応じて、前記第1のスイッチ回路とは相補的に、入力された前記第4の電圧を出力するか否かを切り替える第7のスイッチ回路と、
前記第7のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御して、過渡特性が制御された電圧を出力する第4の制御回路と、
前記第2の能動素子の前記他端と前記低圧側電源との間に一端と他端とが接続され、制御端子と前記他端との間に加えられた、前記第4の制御回路から出力された電圧に応じてオンまたはオフに制御される第4の能動素子と、を備える
ことを特徴とするスイッチング回路。 - 前記第1のスイッチ回路がオンの時に前記第1の能動素子の前記制御端子と前記他端とを電気的に開放し、前記第1のスイッチ回路がオフの時に前記第1の能動素子の前記制御端子と前記他端とを電気的に接続する第2のスイッチ回路と、
前記第3のスイッチ回路がオンの時に前記第2の能動素子の前記制御端子と前記他端とを電気的に開放し、前記第3のスイッチ回路がオフの時に前記第2の能動素子の前記制御端子と前記他端とを電気的に接続する第4のスイッチ回路と、
前記第5のスイッチ回路がオンの時に前記第3の能動素子の前記制御端子と前記他端とを電気的に開放し、前記第5のスイッチ回路がオフの時に前記第3の能動素子の前記制御端子と前記他端とを電気的に接続する第6のスイッチ回路と、
前記第7のスイッチ回路がオンの時に前記第4の能動素子の前記制御端子と前記他端とを電気的に開放し、前記第7のスイッチ回路がオフの時に前記第4の能動素子の前記制御端子と前記他端とを電気的に接続する第8のスイッチ回路と、を備える
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング回路。 - 前記第1の制御回路が前記第1のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御して、前記第2の制御回路が前記第3のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御して、前記第3の制御回路が前記第5のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御して、前記第4の制御回路が前記第7のスイッチ回路から出力された電圧の過渡特性を制御することで、前記出力端子から出力されるパルス信号のスルーレートが制御される
ことを特徴とする請求項2に記載のスイッチング回路。 - 前記第1の制御回路、前記第2の制御回路、前記第3の制御回路および前記第4の制御回路は、ローパスフィルタである
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のスイッチング回路。 - 前記第1の能動素子、前記第2の能動素子、前記第3の能動素子および前記第4の能動素子は、バイポーラトランジスタ、MOSFETまたはIGBTである
ことを特徴とする請求項2から請求項4の何れかに記載のスイッチング回路。 - 前記第1のスイッチ回路、前記第2のスイッチ回路、前記第3のスイッチ回路、前記第4のスイッチ回路、前記第5のスイッチ回路、前記第6のスイッチ回路、前記第7のスイッチ回路、前記第8のスイッチ回路は、フォトカプラまたはフォトMOSである
ことを特徴とする請求項2から請求項5の何れかに記載のスイッチング回路。 - 前記出力端子に容量性負荷が接続される
ことを特徴とする請求項1から請求項6の何れかに記載のスイッチング回路。 - 前記出力端子と前記容量性負荷との間に、誘導性負荷が直列に接続される
ことを特徴とする請求項7に記載のスイッチング回路。 - 前記高圧側電源は正の高圧側電圧を出力し、前記低圧側電源は負の低圧側電圧を出力する
ことを特徴とする請求項1から請求項8の何れかに記載のスイッチング回路。 - 前記高圧側電圧と前記低圧側電圧は、絶対値が等しい
ことを特徴とする請求項9に記載のスイッチング回路。 - 前記高圧側電圧と前記低圧側電圧は、絶対値が異なる
ことを特徴とする請求項9に記載のスイッチング回路。 - 前記高圧側電源は正の高圧側電圧を出力し、前記低圧側電源は前記高圧側電圧より低い正の低圧側電圧を出力する
ことを特徴とする請求項1から請求項8の何れかに記載のスイッチング回路。
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