JPH0667212B2 - 半導体を有する静的電気エネルギ変換装置 - Google Patents

半導体を有する静的電気エネルギ変換装置

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JPH0667212B2
JPH0667212B2 JP58146743A JP14674383A JPH0667212B2 JP H0667212 B2 JPH0667212 B2 JP H0667212B2 JP 58146743 A JP58146743 A JP 58146743A JP 14674383 A JP14674383 A JP 14674383A JP H0667212 B2 JPH0667212 B2 JP H0667212B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は仏国特許第78.32428号又は米国特許第4330819
号に記載されている静的電気エネルギ変換装置の改良に
関する。
これらの特許には、第１図に示されるように全体を以下
に符号「「」によつて示された変換装置が示されてい
る。この変換装置は実質的な利点として始動の際のエネ
ルギ損失を全く排除することである。この変換装置は、
前述の特許においてパワートランジスタとして示されて
いる遮断指令のための半導体を有するパワー素子を利用
するもので、さらに適した用語を得るために以下におい
てこの素子を静的遮断指令スイツチ（interrupteurs s
taiqnes blocage command）によつて示すが、
この用語は以下の定義に対応する総ての素子を意図する
ものである。
すなわち以下に「ベース」（用語を簡単化するため及び
トランジスタにて使用される用語を参照して）により示
される指令電極（ベース，トリガ一グリッド……）と、
以下に「エミツタ」として示されるパワー電極（エミツ
タ、ソース、陰極……）と、以下に「コレクタ」として
示される第二のパワー電極（コレクタ、ドレイン、陽極
……）とを有し、 ２つの状態すなわちコレクタ及びエミツタの間の僅かな
電圧降下（VCE）を特徴とする導電状態と、エミツタ及
びコレクタの間の弱い漏洩電流を特徴とする遮断状態を
有するようになつていて、 その状態の変化がベースからの指令によつて生ずるよう
になつている、 ような静的電子素子である。
よく判るように多くの場合これはパワートランジスタ
（バイポーラ又はM.O.S.）であるが、同様にサイリスタ
又はその他の素子となし得る。注目されることは、装置
が使用可能の電圧範囲を（電流の効率を低下させずに）
広げるために既述の特許に記載されているように電圧V
CEOより大きい電圧VCEXを有するトランジスタを使用す
るのが有利である。こゝに電圧VCEXはコレクタ電流が零
でベースが負極性に対するトランジスタの電圧として定
義され、また電圧VCEOはベースが開かれた時の電圧とし
て定義される。
本発明が改良しようと企図しているコンバータ（「）は
実質的に、 それぞれコレクタと、ベースと、エミツタとを有する２
つの静的遮断指令スイツチと、それぞれの静的スイツチ
に組合されてその遮断切換の間にコレクタ電流を誘導す
る切換補助回路とを設けられ、これら２つの静的スイッ
チが電源（＋E,−Ｅ）のタミナルに半ブリツジ接続され
ている少くとも１つのパワーステージと、 それぞれの静的スイツチに対して変換を行わせるに適し
た形態の指令信号SCを与えるようになされた指令ステー
ジと、 それぞれの静的スイツチに組合され、指令ステージに接
続されて信号SCを受取る入力部と、パワーステージに接
続されて当該静的スイツチのコレクタ／エタミツク電圧
VCEを検出する他の入力部と、前記静的スイッチのベー
スに接続されて切換を行わせる出力部とを有し、指令信
号SCが導電状態に対応する値を有し電圧VCEが零に近い
ような場合にのみ１回スイツチを導電状態になし、また
その他の場合には総てスイツチを閉塞するために前記の
スイツチのベースを逆極性になすようにスイツチのベー
スを制御する処理中間ステージと、を含んでいる。
このようなコンバータをさらに詳しく知るのに前述の特
許が参照される。
第１図はこのようなコンバータの全体構造を示してい
る。第１図には符号７で示されるような２つの静的遮断
指令スイツチを設けられたパワーステージ５と、それぞ
れのスイツチ７に組合される処理中間ステージ４と、そ
れぞれの静的スイツチに対して信号SCを供給する指令ス
テージ１とが示されている。この信号SCは当該静的スイ
ツチの遮断指令及び引続く導電指令を示すパルス列の形
態を有する。
パワーステージのそれぞれの静的スイツチにはエネルギ
回収ダイオード８及び遮断切換の間に静的スイツチのコ
レクタ電流を誘導する切換補助回路が組合されていて、
この切換補助回路はスイツチ７のエミツタとコレクタと
の間に並列に配置されるコンデンサ９によつて構成され
ることができる。
既述の特許に記載されているコンバータの実施形態によ
ればそれぞれの中間ステージ４は特に、 当該静的スイツチに接続されて、２つの状態すなわち一
つの状態が零に近い電圧VCEで他の状態がこれと異なる
電圧になされるような信号を生ずる電圧VCEの状態を作
る回路MVと、 ２つの状態すなわち一つの状態が導電状態の値に対応す
る状態で他の状態が指令信号の遮断状態の値に対応する
状態になされる信号を生ずるに適した指令信号SCの状態
を作る回路MCと、 前記両方の回路MV及びMCに接続され、２つの状態すなわ
ち零に近いスイツチの電圧VCE及び導電状態の値を有す
る信号SCに対する静的スイツチの導電状態に対応する状
態１と、上述の２つの状態の内の前記１つの状態が満足
されない場合の前記スイツチの遮断に対応する状態２の
信号を生ずるに適した論理ユニツトETと、 前記論理ユニツトET及び当該スイツチのベースに接続さ
れ、前記ベースに電源電流を与えて前記スイツチが導電
性ならば論理ユニツトから状態１に対する信号を生じ、
また遮断状態の時には状態２に対する信号を生ずるよう
になされた順応回路Ａと、 を含んでいる。
本発明は上述したようなコンバータを改良することを企
図するものである。
このようなコンバータにおいては、静的スイツチの強制
的な起動（公知のコンバータにおいて生ずるような）で
はなく、反対に電圧VCEが零になされる時の自然の起動
が行われるのである。このような特性は切換の時のエネ
ルギ損失を排除する。
しかし、このような特性を得るためにコンバータは静的
スイッチの切換を許す誘導特性を有するように負荷を附
勢しなければならない。例えば容量型の負荷の場合には
電圧VCEが各サイクル毎に自然に零になることがないか
らこの装置は切換を行い得ない。
本発明の実質的な目的はコンバータによつて附勢される
負荷が如何なるものであつても総ての場合にコンバータ
の機能を可能となすことである。このようにしてコンバ
ータは甚だ多くの種類の負荷すなわちその性質（例えば
cosinφ進相負荷）や要求される附勢の態様（例えば変
調パルス巾、交流又は直流附勢）にて作動するに適して
いるのである。
本発明の他の目的は過負荷の場合にコンバータ「の機能
の安全性を著しく向上させることである。
本発明によつて、出力補助ステージが既述のような１つ
又は複数のコンバータ「と附勢される負荷との間に挿入
され、この補助ステージがコンバータ「のパワーステー
ジの出力に静的スイツチの各切換毎に符号を変化する交
流を生じさせ、この交流が各交代毎に各静的スイツチの
コレクタ／エミツタ電流の順方向に対応する符号を、指
令信号SC内に前記静的スイツチの遮断指令が生ずる瞬間
に与えるようになつている。
このようにして構成された変換装置は負荷の性質が容量
型でも、誘導型でも抵抗型であっても総ての負荷にその
負荷の性質に適した所望の電気的波形を与えるのを可能
となす。このようにして以下の機能を満たす変換装置が
得られるのである。すなわち、 −調整可能の振巾の直流電圧を供給する直流チヨツパ
（hacheur courant continu）、 −若干位相差を有する負荷に交流を供給する電圧波形器
（onduleur de tension）、 −変調パルス巾の電圧波形を供給する電圧波形成形器。
これらの総ての応用面において、補助ステージは負荷単
独ではコンバータが附勢を不可能となすような切換状態
でも、それぞれのコンバータΓに切換を与えるものであ
って、実際上負荷電流が上述の切換に適合しない時にも
この補助ステージがコンバータ「の出力に対をなす静的
スイツチの共通点Ｃの位置で）切換を許すのに適当な方
向のそれぞれの電圧切換に対する符号の変化する電流を
与えるのである。
本発明は、制限的でないその種々の実施形態を示す添付
図面を参照して行われる以下の説明によりさらによく理
解できる。
第２図に実施例として示された変換装置は既述の構造の
コンバータ「20と、負荷22を附勢する出力補助ステージ
21とを含んでいる。
このステージ21は、 −コンバータ「のパワーステージ５の出力に対して（例
えば半ブリツジ接続のパワートランジスタである静的ス
イツチの対の共通点Ｃで）接続されるタミナルと、負荷
22に接続される、変換装置の出力部Ｓを構成する他のタ
ミナルを有するインダクタンス23と、 −それぞれ装置の出力部Ｓ及びコンバータ「の電源のタ
ミナル＋Ｅ及び−Ｅの間に接続される２つのコンデンサ
24及び25と、 を含んでいる。
注目すべきことは、コンデンサ24及び25が電源に対して
電圧の他の基準点に接続できることである。さらに特に
電源が理想的な電圧源と考えられる場合には一つのコン
デンサしか設けないことも可能である。
ステージ21はコンバータ「の出力に波形電流を生じさ
せ、インダクタンス及びコンデンサはこの電流がコンバ
ータの引続く各切換に対して符号を変化する交流となる
ようになされた値を有する。
そのために、 −インダクタンス23はコンバータ「の切換周波数に対し
て交流の符号の変化を生じさせるに適した弱い値のイン
ピーダンスを有し、 −コンデンサ24,25はコンバータ「の切換周波数に対す
るそのインピーダンスが負荷のインピーダンスに対して
無視できるような高い値の容量を有する。
第3a図，第3b図，及び第3c図は負荷22を流れる電流IC、
インダクタンス23を流れる電流Il、コンバータ「の出力
部における電圧Vm、変換装置の出力部ＳにおけるVC、及
びインダクタンスのタミナルにおける電圧Vlの可能な形
状を示す。
この電圧Vlは平均値零を有する交流電圧で、この電圧は
インダクタンス23内でコンバータ「の各切換毎に符号を
変化する交筒電流Ilに対応し、この電流Ilの平均値は負
荷ICの電流ICの平均値と同様である。
このようにして、コンバータ「の機能は負荷の性質及び
通される電流の正確な形状には無関係である。実際上コ
ンバータ「から補助ステージ21を通される負荷は総て上
述のコンバータ「の切換状態と適合するようになる。
さらに又注目すべきことはコンバータ「が負荷に生ずる
恐れのある過電圧を起さないように自動的に保護するこ
とである。実際上電流ICが過度に増大する場合には電流
Il（この場合ICは平均値である）は符号の変化を示さ
ず、コンバータ「の作動は遮断され、これにより諸構成
部分が保護されるのである。
上述の変換装置は特に可逆又は非可逆のチヨツパ（hach
eur）の機能を満足させる。
この装置は負荷に対して同様の一つ又は多数の装置とと
もにブリツジ接続され、特に低周波数波形成形器（ondu
leur basse frequence）の機能を満足させる。
さらに、第４図は例えば負荷28に対して単相にてブリツ
ジ接続された２つの同じ変換装置26及び27によつて構成
された変換装置組立体を示している。
それぞれの装置26,27はコンバータ「29及び出力補助ス
テージ30を含んでいる。この補助ステージは既述のよう
に配置されたインダクタンス31及び２つのコンデンサ32
及び33を含んでいる。
さらに、この補助ステージは、 −変換装置の出力部（Ｓ′）に接続される陽極及び電源
の正のタミナル（＋Ｅ）に接続される陰極を有する第一
のダイオード34と、 −電源の負のタミナル（−Ｅ）に接続される陽極及び変
換装置の出力部（Ｓ′）に接続される陰極を有する第二
のダイオード35と、 を含んでいる。
既述のものと同様にインダクタンス31の値は交流の符号
の変化を生ずるのに充分な弱い値である。
この実施形態では既述のものとは反対にコンデンサは既
述のものよりも甚だ弱くなし得る。何故ならばこの組立
体ではコンデンサの作動は実質的にコンバータ「の出力
における電圧Vmの切換に対して出力電圧VCの切換を遅延
させることであるからである（これに反し既述の組立体
ではコンデンサは平滑化するために出力の全電圧を有す
る）。
第5a図，第5b図，第5c図及び第5d図は負荷28を通る電流
IC、インダクタンス31の通る電流Il、コンバータ「の出
力部における電圧Vm、変換装置の出力部Ｓ′における電
圧VC及びインダクタンス31のタミナルにおける電圧Vlの
可能な形態を示す。
これらの説明には既述と同じ説明が当てはまる。
コンデンサ32及び33はさらに弱い値となすことができ、
このような装置は、変調又は無変調の高周波数の波形成
形器の作用を行い得るように甚だ短くなし得る応答時間
を有するのである。
このような２つの装置26及び27によつて構成される変換
装置組立体は周波数が甚だ広い範囲にわたつて変化可能
な波形成形器を構成することができる。
さらに、第６図は既述と同様に符号36（第６図には唯１
つのみ示す）のような２つの変換装置組立体によつて構
成された変換装置組立体の他の形態を示す。
それぞれの装置は、既述の補助ステージと同様の機能を
有する出力補助ステージ39のタミナルにブリツジ接続さ
れて配置される２つのコンバータ「37及び38を含んでい
る。
この実施例ではステージ39はブリツジの対角線に組込ま
れたインダクタンス40を含み、このインダクタンスの両
端又は中間点が負荷に接続される装置の出力部（Ｓ″）
を形成する。
インダクタンス40はコンバータ「の切換周波数に対して
交流の符号の変化を生じさせるに適した弱い値のインピ
ーダンスを有する。
この組立体においては第二のコンバータ「38は既述の組
立体のコンデンサ32及び33と同様の役目を行うが、この
コンバータ38は２つのコンバータ「37及び38の出力部に
おける電圧Vm1及びVm2の間の切換え遅延を決定する。
第7a図，第7b図，第7c図及び第7d図はIC,Il,Vm1,Vm2及
びVlの大きさを示す。２つのコンバータ「の間の切換の
遅延を決定する上述の可能性は上述のコンバータのパワ
ーステージを通る電流Ｉの振巾を制限するのを可能にな
す。負荷の種類及び過電圧に関する前述の説明がこの組
立体についても当てはまる。
種々の応用面は前述のものと同じであるがパワー半導体
の電流の大きさは著しく低減される。
【図面の簡単な説明】
第１図は既述の特許に記載されているような基本コンバ
ータ「の全体構造を示す回路図。 第２図は本発明の変換装置の第一の実施形態の概略的電
気回路図。 第3a図，第3b図及び第3c図は本発明の装置の波形特性を
示す線図。 第４図は本発明の他の実施形態を示す概略的電気回路
図。 第5a図，第5b図，第5c図及び第5d図は前述の他の実施形
態における種々の波形を示す線図。 第６図は第三の実施形態の電気回路図。 第7a図，第7b図，第7c図及び第7d図は前記第三の実施形
態における種々との波形を示す線図。 １……指令ステージ ４……処理中間ステージ ５……パワーステージ ７……静的遮断指令スイツチ ８……エネルギ回収ダイオード ９……コンデンサ 20,37,38……コンバータ「 21,30……出力補助ステージ 22,28……負荷 23,31,40……インダクタンス 24,25,32,33……コンデンサ 26,27……変換装置 34,35……ダイオード 36……変換装置組立体 39……補助ステージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヤツク・ル− フランス共和国31200トウル−ズ・ル− ト・ダルビ23 (56)参考文献 特開 昭51−20533（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−133836（ＪＰ，Ａ) 米国特許4330819（ＵＳ，Ａ) 米国特許3875496（ＵＳ，Ａ)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】それぞれコレクタ、ベースおよびエミッタ
    を有する２つの静的遮断指令スイッチと、それぞれの静
    的遮断スイッチに組合わされてその遮断切換の間にコレ
    クタ電流を誘導する切換補助回路が設けられ、前記２つ
    の静的遮断スイッチが電源（＋Ｅ、−Ｅ）のタミナルに
    半ブリッジ接続されている少くとも１つのパワーステー
    ジと、 それぞれの静的遮断スイッチに変換を行わせるに適した
    形態の指令信号SCを与える指令ステージと、 それぞれの静的遮断スイッチに組合わされ、前記指令ス
    テージに接続されて信号SCを受取る一つの入力部と、前
    記パワーステージに接続されて当該静的遮断スイッチの
    コレクタ／エミッタ電圧VCEを検出する他の入力部と、
    前記静的遮断スイッチのベースに接続されて切換を行わ
    せる出力部とを有し、電圧VCEが零に近い場合にのみ前
    記スイッチを１回導電性となし、他の場合には総て前記
    スイッチを遮断するようにそのベースに反対極性を与え
    るように前記スイッチのベースを制御するに適した処理
    中間ステージと、 より成る少くとも１つのコンバータ（Γ）を含む半導体
    を有する静的電気エネルギ変換装置において、 該静的電気エネルギ変換装置は、前記のコンバータ
    （Γ）に出力補助ステージ（21、30）が設けられ、これ
    がパワーステージ（５）の出力に静的遮断スイッチ
    （７）の各切換毎に符号が変化する交流を与え、この交
    流が符号の交代毎にそれぞれの静的遮断スイッチのコレ
    クタ／エミッタ電力の順方向に対応する符号を、前記指
    令信号SC内に前記スイッチの遮断の指令が生じた瞬間に
    生じるようになっていることを特徴とする静的電気エネ
    ルギ変換装置。
  2. 【請求項２】前記出力補助ステージ（21、30）が、 パワーステージ（５）の出力部に、半ブリッジ接続の２
    つの静的遮断スイッチ（７）の共通点（Ｃ）にて接続さ
    れる一つのタミナルと、負荷に接続される装置の出力部
    （Ｓ、Ｓ′）を構成する他のタミナルを有するインダク
    タンス（23、31）と、 それぞれの出力部（Ｓ、Ｓ′）及び電源（＋Ｅ、−Ｅ）
    に対して選ばれた基準電圧点に接続される少くとも１つ
    のコンデンサ（24、25、32、33）と、 を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の静
    的電気エネルギ変換装置。
  3. 【請求項３】それぞれの前記コンデンサ（24、25、32、
    33）が電源のタミナルの１つによって構成される基準点
    に接続されていることを特徴とする特許請求の範囲第２
    項記載の静的電気エネルギ変換装置。
  4. 【請求項４】前記インダクタンス（23、31）がコンバー
    タ（Γ）の切換周波数に対して交流の符号の変化を生じ
    させるに適した弱い値のインピーダンスを有することを
    特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項の何れか１
    項に記載の静的電気エネルギ変換装置。
  5. 【請求項５】前記コンデンサ（24、25）が、コンバータ
    （Γ）の切換周波数に対するインピーダンスが負荷のイ
    ンピーダンスに対して無視できるような大きい値の容量
    を有することを特徴とする特許請求の範囲第２項、第３
    項又は第４項の何れか１項に記載の静的電気エネルギ変
    換装置。
  6. 【請求項６】前記出力補助ステージ（30）が、 出力部（Ｓ′）に接続される陽極と電源の正のタミナル
    （＋Ｅ）に接続される陰極とを有する第一のダイオード
    と、 電源の負のタミナル（−Ｅ）に接続される陽極と出力部
    （Ｓ′）に接続される陰極とを有する第二のダイオード
    と、 を含むことを特徴とする特許請求の範囲第２項、第３項
    又は第４項の何れか１項に記載の静的電気エネルギ変換
    装置。
  7. 【請求項７】コレクタと、ベースと、エミッタとをそれ
    ぞれ有する２つの静的遮断指令スイッチ及び前記静的遮
    断指令スイッチに組合わされて遮断切換の間にコレクタ
    電流を誘導する切換補助回路が設けられ、前記２つの静
    的遮断スイッチが電源（＋Ｅ、−Ｅ）のタミナルに半ブ
    リッジ接続されている少くとも１つのパワーステージ
    と、 それぞれの静的遮断スイッチに変換を行わせるに適した
    形態の指令信号SCを与える指令ステージと、 それぞれの静的遮断スイッチに組合わされ、前記指令ス
    テージに接続されて指令信号SCを受取る一つの入力部
    と、前記パワーステージに接続されて当該静的遮断スイ
    ッチのコレクタ／エミッタ電圧VCEを検出する他の入力
    部と、前記静的遮断スイッチのベースに接続されて切換
    を行わせる出力部とを有し、前記指令信号SCが導電状態
    に対応する値を有し、電圧VCEが零に近い場合にのみ１
    回前記スイッチを導電性となし、他の場合には総てスイ
    ッチを遮断性とするために該スイッチの前記ベースを反
    対極性とするように前記スイッチのベースを制御する処
    理中間ステージと、 をそれぞれ有する少くとも２つのコンバータ（Γ）を含
    む半導体を有する静的電気エネルギ変換装置において、 該静的電気エネルギ変換装置は、前記２つのコンバータ
    （Γ）に共通な出力補助ステージ（39）が設けられ、こ
    れがパワーステージの出力に対して静的遮断スイッチ
    （７）の切換毎に符号を変化する交流を与え、この交流
    が符号の交代毎にそれぞれの静的遮断スイッチのコレク
    タ／エミッタ電力の順方向に対応する符号を、前記指令
    信号SC内に前記スイッチの遮断の指令が生じた瞬間に生
    じるようになっていることを特徴とする静的電気エネル
    ギ変換装置。
  8. 【請求項８】前記出力補助ステージ（39）がブリッジ回
    路の対角線に配置されたインダクタンス（40）を有し、
    このインダクタンスのタミナルの１つ又は中間部が負荷
    に接続されるようになされた装置の出力部（Ｓ″）を構
    成していることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載
    の静的電気エネルギ変換装置。
  9. 【請求項９】前記インダクタンス（40）がコンバータ
    （Γ）の切換周波数に対して交流の符号の変化を生じさ
    せるに適した弱い値のインピーダンスを有することを特
    徴とする特許請求の範囲第８項記載の静的電気エネルギ
    変換装置。
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