JPH06112791A - 半導体スイッチ回路 - Google Patents

半導体スイッチ回路

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JPH06112791A
JPH06112791A JP25767392A JP25767392A JPH06112791A JP H06112791 A JPH06112791 A JP H06112791A JP 25767392 A JP25767392 A JP 25767392A JP 25767392 A JP25767392 A JP 25767392A JP H06112791 A JPH06112791 A JP H06112791A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
turn
circuit
semiconductor switch
gto
control
Prior art date
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Pending
Application number
JP25767392A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Hirose
尚 広瀬
Masayuki Tani
政幸 谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体スイッチ素子のスイッチング損失を低
減し、また素子の選定、設計を容易にする。 【構成】 ターンオフ動作専用のGTO51とターンオ
ン動作専用のGTO52を直列接続し、オン動作にはG
TO51をターンオンさせた後にGTO52のターンオン
によって通電を得、オフ動作にはGTO51をターンオ
フさせて、しゃ断を得た後にGTO52をターンオフさ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電力制御用半導体スイ
ッチ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】インバータ等の電力変換装置やしゃ断器
等の電力スイッチには、トランジスタ、サイリスタ、G
TO、IGBT等の半導体スイッチが多用されている。
【0003】図5はGTOによるスイッチ回路を示し、
直流電源1から制御用抵抗2とGTO3を介して負荷4
に電力供給する。GTO3はゲート制御によってオン・
オフ制御され、通電と電流しゃ断を行う。
【0004】図6にはGTO3のスイッチ動作波形を示
す。しゃ断期間Aから通電期間Bへ移行するターンオン
動作期間ABでは電流の上昇と共に電圧が低下する。逆
に、通電期間Bからしゃ断期間Cへ移行するターンオフ
動作期間BCでは電流の低下と共に電圧が上昇する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体スイッチ
は、素子自体の耐電圧、可制御電流等の電気的性能から
適用回路が制約されるほか、ターンオン動作時の臨界オ
ン電流上昇率di/dt及びターンオフ動作時の臨界オ
フ電圧上昇率dv/dtからも制約され、これら制約条
件に合うよう回路設計がなされると共に素子自体の選
定、設計がなされる。
【0006】回路設計上ではスナバ回路の並設や電流立
上り抑制用リアクトルの挿入がなされるが、これらはタ
ーンオン動作及びターンオフ動作に素子のスイッチング
損失を高くすると共に装置の電力損失を高くする。
【0007】一方、素子自体の設計は、ターンオン動作
とターンオフ動作の関係がトレードオフの関係にあり、
di/dt耐量を高めた素子構造ではdv/dt耐量が
悪くなるなどの関係がある。このため、適用する回路条
件に合わせて素子を選定することになるが、ターンオン
動作とターンオフ動作共に条件を満足する素子の選定は
困難となる。
【0008】本発明の目的は、半導体スイッチ素子のス
イッチング損失を低減し、また素子の選定、設計を容易
にする半導体スイッチ回路を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るため、ターンオフ動作専用の第1の半導体スイ
ッチ素子と、この半導体スイッチ素子を有する回路に直
列に設けられるターンオン動作専用の第2の半導体スイ
ッチ素子と、前記回路のオン制御には前記第1の半導体
スイッチ素子のオン制御後に第2の半導体スイッチ素子
をオン制御し、該回路のオフ制御には前記第1の半導体
スイッチ素子のオフ制御後に第2の半導体スイッチ素子
をオフ制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
【0010】
【作用】回路のオン動作には第1の半導体スイッチ素子
を予めオンさせておき、ターンオン動作専用の第2の半
導体スイッチ素子のターンオンで通電を得る。
【0011】逆に、回路のオフ動作にはターンオフ動作
専用の第1の半導体スイッチ素子のターンオフで電流し
ゃ断した後に第2の半導体スイッチ素子をターンオフさ
せる。
【0012】
【実施例】図1は本発明の一実施例を示すスイッチ回路
図である。半導体スイッチ回路5は、ターンオフ動作専
用のGTO51と、これに直列接続したターンオン専用
のGTO52と、両GTO51、52に夫々並列に設けら
れるスナバ回路53、54と、両GTO51、52を個別に
オン・オフ制御するゲート制御回路55、56によって構
成される。
【0013】GTO51はターンオフ動作に高い臨界オ
フ電圧上昇率dv/dtを許容する素子構造を持つもの
に設計及び選定され、GTO52はターンオン動作に高
い臨界オン電流上昇率di/dtを許容する素子構造を
持つものに設計及び選定される。
【0014】スナバ回路53、54は、夫々GTO51
2に許容される臨界オフ電圧上昇率dv/dt及び臨
界オン電流上昇率di/dtに近くかつこれを越えない
範囲で転流動作及び放電動作を得る回路定数にされる。
【0015】ゲート制御回路55、56はGTO51、52
を異なる位相でターンオン制御とターンオフ制御し、G
TO51のターンオンがほぼ完了した後にGTO52をタ
ーンオン制御することで半導体スイッチ回路5のオン制
御を行う。逆に、GTO51のターンオフがほぼ完了し
た後にGTO52をターンオフ制御することで半導体ス
イッチ回路5のオフ制御を行う。
【0016】本実施例におけるオン・オフ動作は、図2
に示す波形図を参照して説明する。
【0017】まず、回路のオン動作を説明する。ゲート
制御回路55によってGTO51にオンゲート信号が入力
されると、GTO51のスナバ回路53のコンデンサCか
ら放電抵抗Rを通してGTO51に放電電流iが流れ、
GTO51がオン状態になる。
【0018】このとき、GTO52はオフ状態にあって
回路の主電流I(負荷電流)は流れず、また主電源電圧
EもGTO52によって保持されているため、GTO51
はスイッチング損失を殆ど発生することなくターンオン
動作を行い、またターンオンゲート制御も容易にする。
【0019】次に、ゲート制御回路56によってGTO
2オンゲート信号が入力されると、ターンオン動作専
用になるGTO52が回路のターンオン動作を行う。こ
のとき、GTO52はターンオン動作専用であるため、
臨界オン電流上昇率di/dtが高く、主回路電流Iの
立上り時間を短くしてオンスイッチング損失を少なくす
る。
【0020】次に、回路のオフ動作を説明する。ゲート
制御回路55によってGTO51にオフゲート信号が入力
されると、ターンオフ動作専用になるGTO51が回路
のターンオフ動作を行い、主回路電流Iをしゃ断する。
このとき、GTO51はターンオフ動作専用であるた
め、臨界オフ電圧上昇率dv/dtが高く、主回路電圧
の立上り時間を短くしてオフスイッチング損失を少なく
する。
【0021】この後、ゲート制御回路56によってGT
O52にオフゲート信号が入力され、GTO52がターン
オフ動作する。このとき、GTO52のしゃ断電流は殆
ど零にあってスイッチング損失は殆ど発生することが無
く、またターンオフゲート制御も容易にする。
【0022】従って、本実施例によれば、回路のオン・
オフ動作にターンオン動作専用及びターンオフ動作専用
のGTO52、51による分離したターンオン及びターン
オフになり、ターンオン時及びターンオフ時のスイッチ
ング損失を低減できる。
【0023】また、GTO51はターンオフ動作専用の
ため臨界オン電流上昇率di/dtの制約を少なくした
構造の素子設計で済み、逆にGTO52はターンオン動
作専用のため臨界オフ電圧上昇率dv/dtの制約を少
なくした構造の素子設計で済み、これらGTO51、52
の設計を容易にし、また素子選定を容易にする。
【0024】また、回路のオン・オフのためのスイッチ
ング損失の低減により、電力損失上から、許容動作周波
数を高くすることができる。
【0025】さらに、回路の実際の通電、しゃ断はター
ンオン及びターンオフ動作専用の半導体スイッチ素子の
オン・オフ動作時になり、これらのスイッチ動作を従来
の素子よりも高速にし得ることで高速スイッチ動作を得
ることができる。
【0026】図3は、本発明の他の実施例を示すスイッ
チ回路図であり、高周波電力発生装置に適用した場合で
ある。
【0027】本実施例は、電圧形インバータ構成にさ
れ、ブリッジ接続のGTO61〜64に夫々還流用ダイオ
ード71〜74が逆並列接続され、出力端に得る正負パル
ス電圧はコンデンサ8と出力トランス9を介して負荷1
0に高周波電力を供給する。
【0028】このためのGTO61〜64のオン・オフ制
御は、GTO61、64のオン制御期間にはGTO62
3をオフ制御し、GTO62、63のオン制御期間には
GTO61、64をオフ制御し、トランス9の一次側両端
に交番電流iを得る。
【0029】ここで、GTO61とGTO62はターンオ
フ動作専用のものにされ、GTO63、64はターンオン
動作専用のものにされる。そして、GTO61〜64のオ
ン・オフ制御は図4に示すように、互いに異なる位相で
ゲート制御される。
【0030】即ち、GTO61と64のオン制御にはGT
O61のオン制御後にGTO64のオン制御を行い、主回
路電流iの転流通電にはターンオン動作専用のGTO6
4で行う。逆に、GTO61と64のオフ制御にはターン
オフ動作専用のGTO61のオフ制御によって主回路電
流iを転流しゃ断した後にGTO6のオフ制御を行う。
GTO62、63のオン・オフ制御も同様に行われる。
【0031】本実施例によれば、装置構成がGTO61
〜64の対の素子のオン・オフ制御になることを利用す
ることにより、半導体スイッチ回路単体としてターンオ
フ動作専用素子とターンオン動作専用の2つの素子の直
列回路を不要にし、回路素子やゲート制御回路の個数を
倍増することなくスイッチング損失の低減等を図った装
置構成にできる。
【0032】なお、前述までの実施例は、半導体スイッ
チ素子としてGTOを使用する場合を示すが、IGBT
やサイリスタなど他の半導体スイッチ素子を使用して同
等の作用効果を得ることができる。また、半導体スイッ
チ素子を電力制御用スイッチとする種々の半導体電力制
御装置に適用できる。
【0033】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、ターン
オフ動作専用の半導体スイッチ素子とターンオン動作専
用の半導体スイッチ素子を対とし、オフ動作にはターン
オフ動作専用の半導体スイッチのターンオフによって主
回路しゃ断を得、オン動作にはターンオン動作専用の半
導体スイッチ素子のターンオンによって主回路通電を得
るようにしたため、半導体スイッチ素子のスイッチング
損失を低減したオン・オフ制御ができると共に、素子の
設計及び選定を容易にする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すスイッチ回路図。
【図2】実施例の動作波形図。
【図3】他の実施例のスイッチ回路図。
【図4】他の実施例のゲートタイムチャート。
【図5】従来の半導体スイッチ回路図。
【図6】半導体スイッチ動作波形図。
【符号の説明】
4…負荷 5…半導体スイッチ回路 51、52…GTO 53、54…スナバ回路 55、56…ゲート制御回路 61、64…GTO

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ターンオフ動作専用の第1の半導体スイ
    ッチ素子と、この半導体スイッチ素子を有する回路に直
    列に設けられるターンオン動作専用の第2の半導体スイ
    ッチ素子と、前記回路のオン制御には前記第1の半導体
    スイッチ素子のオン制御後に第2の半導体スイッチ素子
    をオン制御し、該回路のオフ制御には前記第1の半導体
    スイッチ素子のオフ制御後に第2の半導体スイッチ素子
    をオフ制御する制御回路とを備えたことを特徴とする半
    導体スイッチ回路。
JP25767392A 1992-09-28 1992-09-28 半導体スイッチ回路 Pending JPH06112791A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019130892A1 (ja) * 2017-12-26 2019-07-04 株式会社デンソー 負荷駆動装置
CN112335162A (zh) * 2019-03-05 2021-02-05 东芝三菱电机产业系统株式会社 电源装置

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