JPH0475529B2 - - Google Patents

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JPH0475529B2
JPH0475529B2 JP25120683A JP25120683A JPH0475529B2 JP H0475529 B2 JPH0475529 B2 JP H0475529B2 JP 25120683 A JP25120683 A JP 25120683A JP 25120683 A JP25120683 A JP 25120683A JP H0475529 B2 JPH0475529 B2 JP H0475529B2
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JP
Japan
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voltage
load
power supply
diode
fet
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JP25120683A
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English (en)
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JPS60142716A (ja
Inventor
Takashi Deguchi
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current
    • G05F1/12Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac
    • G05F1/40Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using discharge tubes or semiconductor devices as final control devices
    • G05F1/44Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using discharge tubes or semiconductor devices as final control devices semiconductor devices only
    • G05F1/445Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using discharge tubes or semiconductor devices as final control devices semiconductor devices only being transistors in series with the load

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は交流電源に接続される比較的負荷の電
圧制御を行うもので、主として、誘導電動機の速
度制御、電灯.ヒータ等の電力制御等に適する。
従来の構成とその問題点 従来例について第1図〜第3図を用いて説明す
る。
第1図は一般に広く知られる出力電圧可変型単
巻変圧器(以下スライダツクと呼ぶ)を示す。1
は交流電源、2はスライダツク、3はスライダツ
ク2の出力タツプ、4は負荷である。いまスライ
ダツク2の入力に印加された交流電源1の電源電
圧VIは、出力タツプ3の位置により比例的に減
少して、負荷4に負荷電圧VLとして印加される。
電源電圧VIと、負荷電圧VCの様子を、第3図に
それぞれ実線及び破線を用いて示す。
スライダツク2により交流出力電圧を可変する
方式は構造が簡単で、割合安価なため広く使用さ
れているが、欠点としては、重量が重く、構造が
機械的であるため、システムとして制御するには
不適であるということが上げられる。また、出力
電圧を決定する要因は、機械的な接触による為、
長期信頼性、環境信頼性が低いという問題点もあ
る。
次に電子式の交流電圧可変方式の一例を第2図
に示す。
5,6はダイオード、7はNPNトランジスタ
8はPNPトランジスタ、9は固定抵抗器、10
は可変抵抗器である。1及び4は第1図と共通で
ある。固定抵抗器9及び可変抵抗器10により、
NPNトランジスタとPNPトランジスタ8のそれ
ぞれベース電圧が決定され、エミツタの電位が決
定し、従つて負荷4に印加される電圧が決まる。
交流電源1の正相及び逆相にそれぞれのトランジ
スタ7,8が対応し、交流電源1と、負荷4に印
加される電圧との差、即ち電圧降下分はトランジ
スタ7及び8のVCEとして消費される。ダイオー
ド5及び6はそれぞれのトランジスタ7,8が逆
バイアスされた際のベースコレクタ電流を阻止す
る為に必要である。
第2図の回路によつても電源電圧VI及び負荷
電圧VLの電圧波形は第3図の様になる。
第2図によれば、可変抵抗器10を可変するこ
とにより負荷電圧VLを可変することができるが、
主に電力消費を行うトランジスタ7,8が2素子
となること、相互のコレクタに絶縁が必要なこと
等により、小型化、低価格化に限界がある。また
トランジスタ7,8のベースに入つている可変抵
抗器10の両端には負荷電圧VLが常に印加され
ており、結局、可変抵抗器10には、交流電源1
の電圧VI相当の耐圧が必要になり、更に出力を
安全可変操作するために絶縁も必要になる。従つ
てこの回路をマイクロコンピユータ等を用いてシ
ステム化するためには、絶縁、高耐圧の制御素子
が必要となり、コンパクトなシステムには適合し
なくなつてしまう。
発明の目的 本発明は上記従来例の問題点を克服し、単純な
回路構成で、システム化も可能な比較的軽負荷を
対象とした電力コントロールを目的とするもので
ある。
発明の構成 第13図に本発明の構成図を示す。
11はダイオードブリツジ、12はパワー
MOS FET(以下FETと略す)である。また18
はダイオードである。すなわち本発明は、単相交
流電源13より、一端を負荷4を介し、他端を直
接に、それぞれダイオードブリツジ11の交流入
力に接続し、前記ダイオードブリツジ11の直流
出力に、前記パワーMOS FETのドレイン及び
ソースを接続し、前記ドレイン及びソースに並列
に、固定抵抗器及び可変抵抗器及び1個または複
数個のダイオード18の直列回路を接続し、更に
前記固定抵抗器及び可変抵抗器の接続点に前記パ
ワーMOS FETのゲートを接続し、前記パワー
MOS FETと前記ダイオード18を熱結合し、
前記可変抵抗器の抵抗値を可変することにより、
前記負荷に印加される電圧を可変する構成とした
ものである。
実施例の説明 第6図に本発明の前程例を示し、Nテヤンネル
のFET12のドレインソース間には電源電圧VI
から負荷電圧VLを差引いた電圧が印加されてお
り(以下ドレイン電圧VDSと略す)、ドレイン電
圧を固定抵抗器9と、可変抵抗器10と直流電源
VDCで分圧された電圧がゲートソース間に印加さ
れている(以下ゲート電圧VGSと略す)。
直流電源VDCはダイオード18部、固定抵抗器
15、コンデンサ16により構成されており、ゲ
ート電圧VGSに直流バイアスを与えている。第7
図、第8図はFET12の特性図である。第7図
はIDS−VGS特性を示す。通常、FETにはスレツシ
ユホールド電圧VHTがあり、ゲート電圧VGSがス
レツシユホールド電圧VTHを越する、ON領域に
入つてドレイン電流IDSが流れる。
第6図に示す直流電源VDCはこのスレツシユホ
ールド電圧VTHを補償するもので、適度な値を選
択することにより、負荷電圧VLの波形を改善す
る。第8図は、IDS−VDS特性を示す。ゲート電圧
VGSをパラメータとして、ドレイン電流IDSとドレ
イン電圧VDSの関係が求められる。第7図中の一
点鎖線が第4図に示す回路の動作点を示してい
る。IDPはVL==VIのときのピークドレイン電流
値を示す。VDPはVL=0即ちVDS=VIのときのピ
ークドレイン電圧値を示す。ゲート電圧VGSの値
を上昇させるとドレイン電流IDSは増加方向、ド
レイン電圧VDSは減少方向へ動作点が移動する。
更に電源電圧VIは交流電圧であるので、電圧
位相により、一点鎖線で示す動作点ラインが第7
図の矢印方向に移動する。
従つて第4図に示す可変抵抗器10の値をある
値にセツトすると、IDP−VDPを結ぶ動作点ライン
上の一点に動作点Aが求められる。電源電圧VI
の位相により、動作点は上記動作点AとIDSとVDS
の原点を結ぶほぼ直線上を移動することになる。
第9図に電源電圧VIと負荷電圧VLの関係を示
す。前述のゲートのスレツシユホールド電圧VTH
を直流電源VDCで補償しているので、負荷電圧VL
はほぼ電源電圧VIに相似している。
しかし、厳密に解析すると、第9図aの如く、
直流電源VDCとが比較的高い値のときは、負荷電
圧VLが高いときは正弦波に近いが、負荷電圧VL
が低いときは台形波に近くなる。また直流電源
VDCとが比較的低い値のときは、第9図bの様
に、負荷電圧VLが低いときに正弦波に近く、高
いときには角波に近づいてくる。これはゲートの
スレツシユホールド電圧VTHが、ゲート電流の減
少とともに低下するためである。即ち、負荷電圧
VLの低い領域は、ゲートの直流バイアス、つま
り直流電源VDCの値も低くてよいという相関があ
る。
ここでゲートの直流バイアスの電圧補正を実施
した例を第4図に示す。
第6図の直流電源VDCの代わりに、ダイオード
部18を入れており、ゲートのスレツシユホール
ド電圧VTHの補償として、ダイオード部18の順
方向降下電圧VFを採用している。
第5図はダイオードのIF−VF特性図である。こ
のIF−VF特性は第7図に示す。FET12のIDS
VGS特性に極めてよく近似している。この近似し
た両者の特性を組合せて、FET12のゲートの
スレツシユホールド電圧VTHの影響を打消してい
るため、電源電圧VI及び負荷電圧VLの電圧波形
を殆んど近似することができる。この様子を第1
0図dに示す。
また第10図a,b,cにそれぞれドレイン電
圧VDS、ゲート電圧VGS、ダイオード18部の順
方向降下電圧VFの波形を示す。順方向降下電圧
VFの値がドレイン電圧VDSの減少とともに減少
し、ゲート電圧VGSも減少している様子を示して
いる。
一般にFETのゲートのスレツシユホールド電
圧VTHは一定の範囲でバラつくものが多いが、ダ
イオード18部のダイオードの品種及び個数を調
整すれば、スレツシユホールド電圧VTHは容易に
補正することができる。
一方、FET12は電力を制御する素子であり
ドレイン電圧VDSとして電源電圧VIから負荷電圧
VLを差引いた値、ドレイン電流IDSとして負荷通
電電流が流れる。従つてFET12の消費電力PD
はPD=VDS×IDSとなり、FET12から熱となつて
放電する。従つてFET12には負荷に応じて放
熱板を取付けるが、このときFET12のチドプ
温度はかなり上昇する。このときFET12のゲ
ートのスレツシユホールド電圧は第11図に示す
様に温度特性を持つており、チツプ温度の上昇と
共に低下する傾向がある。第11図aはFET1
2のIDS−VGS特性の温度による変化を示す。第1
1図bはドレイン電流を一定としたときのVGS
温度特性を示す。
一方、第12図にダイオードの一般的な順方向
降下電圧VFの温度特性を表している。第12図
aは温度をパラメータとしたIF−VF特性、第12
図bはダイオードの順方向電流IFを一定としたと
きのVFの温度特性を示す。
第11図、第12図からわかる様にFET12
のVGS及びダイオードのVFは同様の温度特性を示
しているので、これらを熱結合すると、ゲートの
スレツシユホールド電圧VTHの温度補償をするこ
とができる。これを行つたのが本発明である。
第13図に本発明の一実施例による回路を示す
回路構成は、第4図に示すものと同様であるが、
ダイオード18部のうちの一本のダイオード18
をFET12と熱結合している。ここでVGSの温度
変化電圧特性とVFの温度変化電圧特性をほぼ一
致する様にダイオード18を選択する。
第14図はFET12とダイオード18の熱結
合の一例で、ダイオード18とFET12のプラ
スチツクモールドのチツプ上部に接着している。
この結果、第15図に示す負荷電圧特性が得ら
れる。第15図aはFET12とダイオード18
部が熱結合されていない場合、第15図bは熱結
合されている場合を示す。
第15図aではFET12のチツプ温度TCが上
昇すると、負荷電圧VLも上昇する傾向があるが、
第15図bではFET12のチツプ温度TCの変化
にもかかわらず、負荷電圧VLは安定している。
発明の効果 本発明によれば、比較的軽負荷の電力制御をコ
ンパクトに、安価に提供でき、システム化も容易
にできるというすぐれた特徴を持つている。
第1の特徴は、電力制御用の素子が1素子で実
現できることである。
第2に出力をコントロールする部分、即ち第4
図に於ける可変抵抗器10に印加される電圧が低
いことである。この電圧はゲート電圧VGSである
ので通常の場合10V程度を上限として制御でき
る。従つて、交流電源100Vまたは200V系の制御
を行うには極めて低い制御電圧であり、フオトカ
プラ等を使用して、容易にマイクロコンピユータ
等と組合せて、システム化することができる。
更に、回路構成が極めて単純であり、安価に構
成できること、各部品のシヨートオープン等の異
常時に対しても、回路の電源側に負荷が入つてい
ることから、安全性が高いという利点を有してい
る。また負荷電圧VLのひずみも実用上支障のな
い範囲におさめることができる。また周囲温度変
化、負荷変化に対しても安定した出力を得ること
ができる。
以上、種々の優れた効果を有しており、比較的
軽負荷の電圧制御をシステム的に行う手段として
最適のものとなるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図はスライダツクを用いた従来例の回路
図、第2図はトランジスタを用いた従来例の回路
図、第3図は第1図、第2図の電圧制御波形図、
第4図は本発明の前程例を示す回路図、第5図は
ダイオードのIF−VF特性図、第6図は第4図の回
路を直流電源バイアスで実施した回路図、第7図
はFETのIDS−VGS特性図、第8図はFETのIDS
VDS特性図、第9図は第6図の回路による電圧制
御波形図、第10図は第4図の回路による電圧制
御波形図、第11図はFETのVGSの温度特性図、
第12図はダイオードのVFの温度特性図、第1
3図は本発明の一実施例を示す回路図、第14図
はFET及びダイオードを熱結合した状態を示す
構成図、第15図は熱結合の有無による負荷電圧
波形図である。 1……交流電源、4……負荷、9……固定抵抗
器、10……可変抵抗器、11…ダイオードブリ
ツジ、12……パワーMOSFET、18……ダイ
オード。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ダイオードブリツジの交流入力の一端は負荷
    を介して、また他端は直接それぞれ単相交流電源
    に接続し、前記ダイオードブリツジの直流出力に
    はパワーMOS FETのドレイン及びソースを接
    続し、前記ドレイン及びソース間に、固定抵抗器
    及び可変抵抗器及び1個または複数個のダイオー
    ドを直列に配置したゲートバイアス回路を接続
    し、更に、前記固定抵抗器及び可変抵抗器の接続
    点に前記パワーMOS FETのゲートを接続し、
    前記パワーMOS FETと前記ダイオードを熱結
    合し、前記可変抵抗器の抵抗値を可変することに
    より、前記負荷に印加される電圧を可変する構成
    とした電子式交流電圧可変装置。
JP25120683A 1983-12-29 1983-12-29 電子式交流電圧可変装置 Granted JPS60142716A (ja)

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JP25120683A JPS60142716A (ja) 1983-12-29 1983-12-29 電子式交流電圧可変装置

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JPS60142716A JPS60142716A (ja) 1985-07-27
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JPS60142716A (ja) 1985-07-27

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