JPH01126017A - パワートランジスタのベース駆動回路 - Google Patents

パワートランジスタのベース駆動回路

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JPH01126017A
JPH01126017A JP62284651A JP28465187A JPH01126017A JP H01126017 A JPH01126017 A JP H01126017A JP 62284651 A JP62284651 A JP 62284651A JP 28465187 A JP28465187 A JP 28465187A JP H01126017 A JPH01126017 A JP H01126017A
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JP
Japan
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transistor
turn
signal
power transistor
power
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JP62284651A
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Osamu Sasaki
理 佐々木
Hisao Tsuji
久男 辻
Kunio Shibata
邦夫 柴田
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 A、産業上の利用分野 この発明は、高速スイッチングを要求されるパワートラ
ンジスタのベース駆動回路に関する。
B、従来技術 近時、高速スイッチングが要求されるようになってきた
パワートランジスタとして、例えばインバータ式X線装
置におけるX線管の管電圧制御回路に用いられるパワー
トランジスタがある。その−例を第5図に示して、以下
に説明する。
交流電源1の出力をダイオードブリッジ2で整流し、平
滑コンデンサ3とリアクタ4とで平滑して直流化し、イ
ンバータ5に送る。インバータ5は、それぞれがベース
駆動回路BD、〜BD、でスイッチング制御される4つ
のパワートランジスタPT、〜PT、をブリッジに構成
したものである。
ベース駆動回路BD、〜BD、は、パワートランジスタ
PT、、PT、を同時にオンし、かつ、パワートランジ
スタPT、、PT3を同時にオフする状態と、その逆の
状態とを交互に切り換える。
その結果、インバータ5から高電圧変圧器6の1次巻線
に所定周波数の交流電流が供給される。高電圧変圧器6
の2次巻線で発生した高電圧の交流出力はダイオードブ
リッジ等の高電圧整流器7で整流し、高電圧コンデンサ
8.9に蓄積することによって直流化し、その直流電圧
を管電圧VxとしてX線管10のアノード・カソード間
に印加する。
管電圧Vxは抵抗RI、R1、Rsによって検出され、
電圧比較器11に送られ、この電圧比較器11の比較出
力に基づいてベース駆動回路BD、〜BD、が駆動また
は停止される。
第6図に示すように、it源投入に伴って管電圧Vxが
急速に上昇していく、この段階ではパワートランジスタ
PT、〜PT4の交互のオン、オフ動作が行われている
第7図に示すように、電圧比較器11において管電圧V
xが第1基準電圧■、に達したことが判別されると、イ
ンバータ5におけるすべてのベース駆動回路BD、〜B
D、が不動作となってすべてのパワートランジスタPT
、〜PT、がオフし、インバータ5からの出力が停止す
る。その結果、管電圧Vxが降下し始め、電圧比較器1
1において管電圧Vxが第2基準電圧v2に達したこと
が判別されると、インバータ5におけるベース駆動回路
BD、〜BD、が再び動作してインバータ5からの出力
が再開され、管電圧Vxが上昇する。
以下、同様の動作を繰り返すため、管電圧Vxは、第1
基準電圧■1を上限とし第2基準電圧■zを下限とする
一定範囲内に維持される。
なお、インバータ5は、不動作状態から動作を再開した
ときに、前回の動作時とは逆位相で動作し、高電圧変圧
器6の鉄心の飽和が防止される。
第3図は、ベース駆動回路BD、〜BD、のうちの1つ
の具体的構成を示す、以下、このベース駆動回路の動作
を説明する。
■ まず、ターンオン時の動作を説明する。
ベース制御回路20から一定周期のパルス信号Sがフォ
トカプラ21の1次側の発光ダイオードLED1に出力
される。このパルス信号の立ち上がりがターンオン信号
S。、lであり、立ち下がりがターンオフ信号S01.
である(第4図参照)。
ターンオン信号S。、によってフォトカプラ21の1次
側の発光ダイオードLED、が発光を開始し、2次側の
フォトトランジスタPTr、が導通ずる結果、トランジ
スタTr+が導通ずる。
したがって、それまで抵抗R9を介してトランジスタT
r、のベースに供給されていた電流がダイオードD、 
 トランジスタTr、に流れるため、トランジスタTr
、がオフして電界効果トランジスタFET、がターンオ
フする。同時に、それまでオフしていたPNP型のトラ
ンジスタTr、に、抵抗Re、)ランジスタTr、を介
してベース電流が流れるため、トランジスタTr、が導
通して電界効果トランジスタFET、がターンオンする
以上の結果、直流電源E1から抵抗R?、電界効果トラ
ンジスタFET、を介してパワートランジスタPTにベ
ース電流が供給され、パワートランジスタPTがターン
オンする。
■ 次に、ターンオフ時の動作を説明する。
ターンオフ信号S OFFによってフォトカプラ21に
おける発光ダイオードLED、の発光が停止し、2次側
のフォトトランジスタPTr、が遮断される結果、トラ
ンジスタTr、がオフする。
したがって、トランジスタTr、に抵抗R,を介してベ
ース電流が供給されトランジスタTr。
がオンし、電界効果トランジスタFET、がターンオン
する。同時にトランジスタTr、のベース電流が遮断さ
れ、トランジスタTr、がオフし、電界効果トランジス
タFET、がターンオフする。
その結果、直流電源E、の頁捲に電界効果トランジスタ
FET、、抵抗R1tを介して接続されたパワートラン
ジスタPTのベースはエミッタ電位に対してマイナスに
バイアスされ、パワートランジスタPTがターンオフす
る。
C9発明が解決しようとする問題点 しかしながら、この従来のパワートランジスタのベース
駆動回路には、次のような問題がある。
ベース制御回路20から出力されるパルス信号Sの周波
数、すなわちパワートランジスタPTのスイッチング周
波数が6011z程度の低い周波数であれば問題はない
が、インバータ5の出力電圧ひいてはX線管10の管電
圧Vxを高くするためにパワートランジスタPTのスイ
ッチング周波数を数kHz程度の高い周波数に上げると
、ターンオフ信号S0,2に対する応答遅れの周期に対
する割合が大きくなり、高速スイッチングに適さなくな
るという問題である。
すなわち、パルス信号Sの周波数が数k)[z、の場合
、ターンオン信号S02.ターンオフ信号S。FFに対
するフォトトランジスタPTr+ の次段のトランジス
タTr、のベース・エミッタ間電圧Vatの応答時間特
性は第4図のようになる。
つまり、ターンオン信号S。Hに対する応答遅れ時間t
1は短いが、ベース・エミッタ間の接合容IC1のため
にターンオフ信号S。22に対する応答遅れ時間1.が
かなり長いものとなる。
このトランジスタTr+ の応答遅れの原因はフォトカ
プラ21の応答遅れにある。そして、トランジスタTr
、における応答遅れはパワートランジスタPTの応答遅
れとなって、パワートランジスタのベース駆動回路とい
う系全体の高速スイッチング動作に悪影響をもたらす。
すなわち、パワートランジスタPTによる駆動対象が前
述のX線管10である場合に、管電圧■χが第1基準電
圧V、に達して電圧比較器11からインバータ5に動作
停止信号を出力し、その瞬間にベース制御回路20から
の出力パルス信号Sが立ち下がってターンオフ信号S 
OFFがフォトカプラ21に出力されたとしても、比較
的長い応答遅れ時間り、のためにパワートランジスタP
Tのオンの状態が続き、管電圧Vxは第7図で点線で示
すように、第1基準電圧■1を超えてさらに上昇し、大
きな誤差Δ■を生じてしまう。
その結果、管電圧Vxは上限■、と下限■2との範囲で
変動して管電圧Vxが不安定になり、X線管10から放
射されるX線強度が不安定になる。
パワートランジスタPTによる駆動対象がX線管以外の
場合であっても同様の問題が生じる。このように従来例
のパワートランジスタのベース駆動回路は数kHzの高
速スイッチングに適さないことは明らかである。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、ターンオフ時の応答遅れ時間を短縮化し高速スイ
ッチングに対応できるようにすることを目的とする。
D8問題点を解決するための手段 この発明は、このような目的を達成するために、次のよ
うな構成をとる。
すなわち、この発明のパワートランジスタのベース駆動
回路は、パワートランジスタのベースを直接駆動する二
次側回路と、この二次側回路にスイッチング素子として
挿入された第1の受光素子と、この第1の受光素子とと
もに第1のフォトカプラを構成する第1の発光素子と、
前記第1の受光素子に直列接続され導通によって二次側
回路を急速遮断する第2の受光素子と、この第2の受光
素子とともに第2のフォトカプラを構成する第2の発光
素子と、前記第1の発光素子にパワートランジスタ・タ
ーンオン信号を出力するとともにパワートランジスタ・
ターンオン信号の立ち下がりに同期して立ち上がるパワ
ートランジスタ・ターンオフ信号を前記第2の発光素子
に出力する一次側回路とを備えたものである。
86作用 この発明の構成による作用は、次のとおりである。
一次側回路からターンオン信号が出力されるときにはタ
ーンオフ信号は出力されないから、第2のフォトカプラ
における第2の受光素子は遮断しており、ターンオン信
号によって第1のフォトカプラにおける第1の受光素子
が導通する。この導通によって二次側回路が駆動されパ
ワートランジスタが導通するが、このときの応答遅れ時
間は前述のとおり短い。
また、ターンオン信号の立ち下がりに同期してターンオ
フ信号が一次側回路から第2の発光素子に出力されると
第2の受光素子が導通し、二次側回路を急速に遮断し、
パワートランジスタをターンオフする。ターンオフ信号
の出力から第2の受光素子が導通するまでの応答遅れ時
間はターンオンの場合と同様に短いから、パワートラン
ジスタのターンオフの応答遅れ時間はターンオンのとき
と同程度に短いものとなる。
F、実施例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
第1図はパワートランジスタのベース駆動回路の構成図
である。
まず、パワートランジスタPTのベースを直接駆動する
二次側回路Bについて説明する。
直流電源E、、E、が直列接続され、直流電源E、の正
極と直流電源E、の負極との間に、抵抗Ra 、  R
s 、  )ランジスタTr、の直列回路と、抵抗R9
+ R11の直列回路と、抵抗Rt、電界効果トランジ
スタFET、、抵抗RIz、電界効果トランジスタFE
T、の直列回路とが互いに並列に接続されている。
電界効果トランジスタFET、を制御するPNP型のト
ランジスタTr、のエミッタは直流電源E、の正極に接
続され、ベースは抵抗R,,R。
の接続点に接続され、コレクタは抵抗R2を介して電界
効果トランジスタFET、のゲートに接続され、このゲ
ートは抵抗R6を介して電界効果トランジスタFET+
 のソースおよびパワートランジスタPTのベースに接
続されている。
直流電源E、、E、の接続点にパワートランジスタPT
のエミッタと、電界効果トランジスタFET、を制御す
るトランジスタTr3のコレクタとが接続され、トラン
ジスタTr、のベースは抵抗Rv、R++の接続点に接
続されるとともに逆流防止用のダイオードDを介してト
ランジスタTr+のコレクタに接続されている。トラン
ジスタT r sのエミッタは電界効果トランジスタF
ETtのゲートに接続され、このゲートとソースとの間
に抵抗RIffが挿入されている。
直ti電源E2の両極間に抵抗R6,第1のフォトトラ
ンジスタPTr+ 、抵抗R1゜の直列回路が接続され
、第1のフォトトランジスタP T r + のエミッ
タがトランジスタTr、のベースに接続されている。
一次側回路Aにおいては、第1のフォトトランジスタP
 T r + とともに第1のフォトカプラ21を構成
する第1の発光ダイオードLED、がベース制御回路2
0に接続されている。
以上の構成は従来例(第3図)の場合と同様である。
従来例とは以下の点において異なっている。
すなわち、二次側回路Bにおいて、第1のフォトトラン
ジスタPTr、のエミッタと直流電源Exの負極との間
に第2のフォトトランジスタP T r zが接続され
ている。
また、−次側回路Aにおいて、第2のフォトトランジス
タPTr、とともに第2のフォトカプラ22を構成する
第2の発光ダイオードLEDzがベース制御回路20に
接続されている。
−次側回路Aは、ベース制御回路20と第1.第2の発
光ダイオードLED+ 、LED*で構成されている。
ベース制御回路20は、第1の発光ダイオードLED、
に対して第2図に示すようなパルス信号S。
を出力するとともに、第2の発光ダイオードLEDtに
対してパルス信号SIと同一周期をもちパルス信号S、
の立ち下がりのタイミングで立ち上がるパルス信号S2
を出力する。
パルス信号S1の立ち上がりがターンオン信号S ON
であり、パルス信号S2の立ち上がりがターンオフ信号
S OFFである。パルス信号S2のオン時間は応答遅
れ時間tr  (第4図参照)よりも長い。
次に、この実施例の動作を説明する。
■ まず、ターンオン時の動作を説明する。
ベース制御回路20から第1のフォトカプラ21におけ
る第1の発光ダイオードLED、に出力されるパルス信
号S、の立ち上がりによって得られるターンオン信号S
oににより第17の発光ダイオードLED、の発光が開
始し、短い応答遅れ時間L1の後、第1のフォトトラン
ジスタPTr+が導通ずる。
このとき、パルス信号Stは”L″レベルあるから、第
2のフォトカプラ22の第2の発光ダイオードLED、
は発光しておらず、第2のフォトトランジスタP T 
r zは遮断状態にある。
したがって、第1のフォトトランジスタP T r +
の導通に伴ってトランジスタTr+ にベース電流が供
給され、トランジスタTr+が導通ずる。トランジスタ
Tr+ の導通によって、それまで遮断していたトラン
ジスタTr、が導通して電界効果トランジスタFET、
が導通ずるとともに、それまで導通していたトランジス
タTrsが遮断して電界効果トランジスタFET、も遮
断する。
その結果、抵抗R1,電界効果トランジスタFET、を
介して直流電源E、からパワートランジスタPTにベー
ス電流が供給され、パワートランジスタPTがターンオ
ンする。
■ 次に、ターンオフ時の動作を説明する。
ベース制御回路20から第2のフォトカプラ22におけ
る第2の発光ダイオードLED、に出力されるパルス信
号S、は、パルス信号S、の立ち下がりに同期して立ち
上がる。
パルス信号S2の立ち上がりによって得られるターンオ
フ信号S0,7により第2の発光ダイオードLED、の
発光が開始する。第1のフォトカプラ21と第2のフォ
トカプラ22の特性が同じであるとすると、第2の発光
ダイオードLEDzの発光の開始からターンオンの場合
と同じ短い応答遅れ時間も1の後、第2のフォトトラン
ジスタP T r !が導通ずる。
この第2のフォトトランジスタP T r zの導通に
よって第1のフォトトランジスタP T r l のベ
ース・エミッタ間の接合容量に蓄積された電荷が第2の
フォトトランジスタP T r tを介して急速に放出
され、トランジスタTr、に対するベース電流が遮断さ
れる。この電荷の放出は、パルス信号S!が立ち下がる
までに完了する。
すなわち、第2図に示すように、ターンオフ信号S o
yyの出力タイミングからトランジスタTr+のベース
・エミッタ間電圧■、が立ち下がるまでの応答遅れ時間
は、ターンオン信号S。Hの出力タイミングからトラン
ジスタTr+ のベース・エミッタ間電圧VIIEが立
ち上がるまでの応答遅れ時間t1と同じ短い時間となる
このようにしてトランジスタTr+ がオフすると、そ
れまで遮断していたトランジスタTr3が導通して電界
効果トランジスタFET、が導通ずるとともに、それま
で導通していたトランジスタTr、が遮断して電界効果
トランジスタFET。
も遮断する。
したがって、直流電源Etの頁捲に電界効果トランジス
タFET、、抵抗R1,を介して接続されたパワートラ
ンジスタPTのベースはエミック電位に対してマイナス
にバイアスされ、パワートランジスタPTがターンオフ
する。
以上のように、ターンオン信号S。Nから短い応答遅れ
時間t、の後にパワートランジスタPTがターンオンす
るとともに、ターンオフ信号S。、。
から同じ応答遅れ時間t、の後にパワートランジスタP
Tがターンオフする。
このように構成されたパワートランジスタのベース駆動
回路を第5図のインバータ5に組み込むと、X線管10
の管電圧VXは第7図の実線で示す第1基準電圧V、と
第2基準電圧V2との範囲内に収まり、発生するX線強
度は安定する。
なお、二次側回路Bの構成は図示のものに限る必要はな
く、第1のフォトトランジスタP T r 。
の導通によってパワートランジスタPTをターンオンし
、第2のフォトトランジスタPTr、の導通によってパ
ワートランジスタPTをターンオフするものであれば、
種々の変形のもとに実施できる。
G0発明の効果 この発明によれば、次の効果が発揮される。
第1の受光素子に直列接続され、導通によって二次側回
路を急速遮断する第2の受光素子と、この第2の受光素
子とともに第2のフォトカプラを構成する第2の発光素
子とを設けるとともに、二次側回路からターンオン信号
の立ち下がりに同期して立ち上がるターンオフ信号を第
2の発光素子に出力するように構成しであるから、第2
の受光素子の導通によって二次側回路を象、速に遮断し
パワートランジスタも急速にターンオフすることができ
る。
ターンオフ信号の出力から第2の受光素子が導通ずるま
での応答遅れはターンオンの場合と同様に短いから、パ
ワートランジスタのターンオフの応答遅れをターンオン
のときと同程度に短いものにすることができる。
すなわち、パワートランジスタのベース駆動回路という
系全体の応答性を改善することができ、高速スイッチン
グに適したパワートランジスタのベース駆動回路を得る
ことができるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はこの発明の実施例に係り、第1図
はパワートランジスタのベース駆動回路の回路図、第2
図は動作説明に供するタイムチャートである。 第3図は従来例のパワートランジスタのベース駆動回路
の回路図、第4図はその動作説明に供するタイムチャー
トである。 第5図はインバータ式X線装置の回路図、第6図は管電
圧の特性図、第7図は第6図の一部を拡大した管電圧の
特性図である。 A・・・−次側回路 B・・・二次側回路B PT・・・パワートランジスタ 21・・・第1のフォトカプラ 22・・・第2のフォトカプラ SO8・・・ターンオン信号 S01.・・・ターンオフ信号 L E D + ・・・第1の発光ダイオード(第1の
発光素子) P T r + ・・・第1のフォトトランジスタ(第
1の受光素子) LEDt・・・第2の発光ダイオード (第2の発光素子) P T r t・・・第2のフォトトランジスタ(第2
の受光素子)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)パワートランジスタのベースを直接駆動する二次
    側回路と、この二次側回路にスイッチング素子として挿
    入された第1の受光素子と、この第1の受光素子ととも
    に第1のフォトカプラを構成する第1の発光素子と、前
    記第1の受光素子に直列接続され導通によって二次側回
    路を急速遮断する第2の受光素子と、この第2の受光素
    子とともに第2のフォトカプラを構成する第2の発光素
    子と、前記第1の発光素子にパワートランジスタ・ター
    ンオン信号を出力するとともにパワートランジスタ・タ
    ーンオン信号の立ち下がりに同期して立ち上がるパワー
    トランジスタ・ターンオフ信号を前記第2の発光素子に
    出力する一次側回路とを備えたパワートランジスタのベ
    ース駆動回路。
JP62284651A 1987-11-11 1987-11-11 パワートランジスタのベース駆動回路 Pending JPH01126017A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03206710A (ja) * 1990-01-08 1991-09-10 Fuji Electric Co Ltd 光駆動半導体装置
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WO2005055676A1 (ja) * 2003-12-01 2005-06-16 Hamamatsu Photonics K.K. 電源装置及びそれを含むx線発生装置
JP2008054042A (ja) * 2006-08-24 2008-03-06 Yokogawa Electric Corp 絶縁型接点出力回路

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