JPS5820542B2 - スイツチ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ゲートターンオフ（ＧＴＯ）サイリスク、ト
ランジスタなど、制御極に加えられる制御電流極性に応
じてＯＮ、ＯＦＦ動作するスイッチ素子およびその制御
回路から成るスイッチ回路に関し、特にＧＴＯサイリス
タ用ゲート回路の改良に関する。

ＧＴＯサイリスクは、ゲート・カソード間に正極性電流
を流せばＯＮ動作し、負極性電流を流せばＯＦＦ動作す
る。

この場合、ＧＴＯサイリスタでは、ＯＮ動作させるため
のトリガゲート電流Ｉｇが大きく、その立上り傾斜ｄｉ
ｇ／ｄｔも大きいものが望ましい。

また、ＧＴＯサイリスクの特性によっては、ＯＮ動作中
にも小さなゲート電流Ｉｇａを流しつづける必要がある
。

また、ＯＦＦ動作させるためのゲート電流−１ｇが大き
くその立上り傾斜（−ｄｉ ｇ／ａｔ ）も大きくする
ことが望まれる。

これら事項から、ＧＴＯサイリスクのゲート電流は第１
図に示す波形のものが望まれる。

一方、ＧＴＯサイリスタはそのゲート逆電圧（−Ｖｇ）
が決められた値（例えば１０■）以下にｆｆ１ｌｌＪｌ
される必要があるし、ＯＮからＯＦＦへの切換わり時に
アノード・カソード間に加わる電圧の傾斜ｄ Ｖ／ｄ
ｔを小さくすることが望まれるなど、電圧に、関連した
制限もある。

これら各事項を考慮した従来のスイッチ回路を第２図に
示す。

主スィッチ素子としてのＧＴＯサイリスタＴｈをＯＮ動
作させるには、トランジスタＴｒｌをＯＮさせる。

このときのゲート電流は抵抗Ｒ２からトランジスタＴｒ
１−コンデンサＣ−サイリスタＴｈのゲートさらにカソ
ードの径路でコンデンサＣの充電電流として流れる。

その後、トランジスタＴｒ、をＯＮのままにしておけば
抵抗Ｒａを介して少ないゲート電流が流れる。

また、コンデンサＣは図示の極性でツェナーダイオード
ＺＤのツェナー電圧に制限された電圧（例えは１０■）
で充電される。

次に、サイリスタＴｈをＯＦＦ動作させるにはトランジ
スタＴｒ□をＯＮさせる。

これにより、充電されたコンデンサＣからの放電電流が
トランジスタＴ −サイリスタＴｈ２ のカソードさらにゲートへと流れてサイリスクＴｈをタ
ーンオフさせる。

この場合、ツエナーダづオードＺＤのツェナー電圧でコ
ンデンサＣの充電電圧を規定するので、ツェナーダイオ
ードＺＤがサイリスタＴｈのゲート・カソード間逆電圧
（−Ｖ、）を制限することになる。

上記の従来回路においては、抵抗Ｒ，Ｌがツェナーダイ
オードＺＤのパワ一定格によって制限されるため、サイ
リスタＴｈのＯＮゲート電流および立上り傾斜が制限さ
れる。

換言すれば、ＯＮゲート電流ｉｇを大きくかつ立上り傾
斜を太きくしようとすれは、ツェナーダイオードＺＤに
パワ一定格の大きなものを必要とする。

これは、ダイオードＺＤが高価になるし無駄な電力消費
にもなる。

また、トランジスタＴｎ 、Ｔｒ２としては、ゲート電
流の大きなピーク値（＋ ｉ ｇｐｅａｋ ） 、（−
ｉｇｐｅａｋ）に耐える定格のものを必要とし、高価な
ものを必要とする。

すなわち、トランジスタは定格電流■■ と許容パルス
電流■ｃｐの比が１対１．５程度であるため、例えはＩ
ＯＡピークを流すのに７Ａクラスの大きなトランジスタ
を必要とする。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、王スイッ
チ素子に所期の制御電流を流し、しかも電圧制御回路、
制御電流のＯＮ、ＯＦＦＦＦ制御用ライツナ素子較的小
さいパワ一定格のもので済むスイッチ回路を提供するこ
とを目的とする。

第３図は本発明の一実施例を示し、ＧＴＯサイリスクの
ＯＮ、ＯＦＦ制御に適用した場合である。

同図において、Ｓｑ、Ｓｏは第２図のトランジスタに相
当する補助サイリスタであり、これらの交互の動作でサ
イリスタＴｈをＯＮ、ＯＦＦ動作させる。

まず、サイリスタＳｑをＯＮさせると、抵抗Ｒ１−コン
デンサＣ−サイリスタＳ、という経路でコンデンサＣの
充電電流が流れ、コンデンサＣは図示の極性に充電され
る。

次に、サイリスタＳをＯＮすると、コンデンサＣの充電
電荷はサイリスタＳ −サイリスタＴｈのゲートサらに
カソードーダイオードＤ。

−コンデンサＣの経路で流れ、高いピーク電流でサイリ
スタＴｈをＯＮ動作させる。

このとき、サイリスタＳ。はそのＯＮ状態からダイオー
ドＤ。

の順電圧でターンオフする。なお、サイリスタＴｈのＯ
Ｎゲート電流および傾斜を所期のものにするには例えは
ダイオードＤ。

と直列に電流制限用抵抗を挿入することで実現できる。

コンデンサＣの放電後は抵抗Ｒ１−サイリスタＳ。

を通して抵抗Ｒ１で制限される少ないゲート電流（Ｉｇ
ａ）を流し、サイリスタＴｈをＯＮ状態に保持する。

同時に、コンデンサＣは抵抗Ｒ２−コンデンサＣ−サイ
リスタＳ −サイリスクＴｈの経路で図示とは逆の極性
に充電されるが、このときのコンデンサＣの充電電圧は
抵抗Ｒ３ダイオードＤ１ の経路でツェナーダイオード
ＺＤのツェナー電圧に制限される。

従って、サイリスタＴｈのＯＮ期間に抵抗Ｒ２によりコ
ンデンサＣを充電すれば良いので従来のものに比べて、
ツェナー電流は抵抗Ｒ２ｔ Ｒ３により充分に小さな値
に抑えることができ、ツェナーダイオードＺＤの電流容
量すなわち電力定格の小さいもので済む。

すなわち、従来の抵抗ＲＺはｉｇｐｅａｋを大きくする
ために小さい抵抗値（例えばｌＯΩ）にする必要がある
のに対して、本実施例の回路ではｉ ｇｐｅａｋを制限
する抵抗が介在しない（むしろｉｋをｐｅａ 制限するためにダイオードＤ。

に抵抗を挿入する）ので抵抗Ｒ２，Ｒ２，Ｒ３を充分大
きく設定（例えば５００Ω）できる。

次に、コンデンサＣが図示と逆極性に充電され定状態か
らサイリスタＳ、をＯＮさせると、コンデンサＣ−サイ
リスタＳｑ−サイリスタＴｈのカソードさらにゲート−
ダイオードＤ、の経路でコンデンサＣの放電電流が流れ
、サイリスタＴｈはＯＦＦ動作する。

このＯＦＦ動作においても電流匍以抵抗が介在しないの
で、充分大きな−ｉｇｐｅａｋ電流が得られる。

このとき、サイリスタＳ。はそのＯＮ状態からダイオー
ドＤ、の順電圧でターンオフする。

なお、サイリスタＴｈのＯＦＦゲート電流および傾斜を
所期のものにするには例えばダイオードＤ、と直列に電
流制限用の抵抗を挿入することで実現できる。

サイリスタＳｑはサイリスタＴｈが０ＦＦＬ、た後もＯ
Ｎ状態にあるので、コンデンサＣは抵抗Ｒ１−コンデン
サＣ−サイリスタＳ、の経路で再度図示極性に充電され
、サイリスタＴｈの次回のＯＮ制御準備がなされる。

本実施例によれば、主スィッチ素子としてのＧＴＯサイ
リスタＴｈのＯＮ又はＯＦＦゲート電流供給がＯＦＦ期
間又＆−ｔ ＯＮ期間に予め充電されたコンデンサＣの
放電によることができるため、所望のピーク電流及び傾
斜電流を流すことができる。

また、コンデンサＣはその放電に続いて逆極性に充電さ
れるが、その逆極性への充電電流もＧＴＯサイリスタＴ
ｈのゲート電流となるので、見かけ上トリガ電流の幅が
広がり、安定したＯＮ。

ＯＦＦ動作が得られる。

また、サイリスタＴｈのゲート逆バイアス電圧（−■ｇ
）を抑えるためのツェナーダイオードは、そのツェナー
電流を決める抵抗を大きい抵抗値にできるので、従来の
ものに比べて小さいパワ一定格のもので済む。

また、コンデンサＣの放電制御にはサイリスタＳ４．Ｓ
。

を使用できるので、トランジスタの場合に比べて小さい
電流定格のもので済む。

すなわち、サイリスタはサージ電流耐量が大きく、例え
はＩＯＡビークのゲート電流を制御するのに０．２Ａ程
度の定格のものを使用できる。

また、サイリスタＳ、。Ｓ はその交互のＯＮ動作で互
いにＯＦＦ動作させる機能を持ち、別個に転流手段を設
ける必要もない。

なお、本実施例においては、コンデンサＣの充電電圧制
限にツェナーダイオードＺＤ等による電圧制限回路を設
ける場合を示したが、本発明はこれに限定されるもので
なく、例えば電源がバッテリのように分圧点を取出せる
ものであれは、その分圧点を制限電圧源にすることがで
きる。

また、電圧制限回路はサイリスタＳ。

、Ｓ、に制御信号を与える発振器回路などの電源として
共用することもできる。

また、本実施例においては、ＧＴＯサイリスクをＯＮ、
ＯＦＦ制御する場合を示したが、パワートランジスタの
ＯＮ 、ＯＦＦ制御のためのベース駆動にも適用できる
。

以上間らかにしたように、本発明によるスイッチ回路は
主スィッチ素子の制御極に所期の制御電流を流し、しか
も制御回路の使用素子を小型、安価にできる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図はＧＴＯサイリスクのゲート電流を説明するため
の波形図、第２図は従来のスイッチ回路を示す図、第３
図は本発明の一実施例を示す回路図である。 Ｔ ・・・・・ＧＴＯサイリスク、Ｓ 、Ｓ ・・・・
・・補ｈ’ ｑ 。 助サイリスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 制御極に加えられる制御電流極性に応じてＯＮ、Ｏ
   ＦＦ動作する主スィッチ素子と、この主スィッチ素子に
   制御電流を供給する制御回路とを備え、上記制御回路は
   、両端が充電用抵抗を介して電源に接続されたコンデン
   サと、このコンデンサの一端と上記主スィッチ素子の制
   御極との間に正極性制御電流供給方向でかつ逆方向のダ
   イオードと並列接続で設けられる第１の補助スイッチ素
   子と、上記コンデンサの他端と上記主スィッチ素子の共
   通基準電位との間に負極性制御電流供給方向でかつ逆方
   向のダイオードと並列接続で設けられる第２の補助スイ
   ッチ素子とを備え、第１の補助スイッチ素子のＯＮ動作
   により順方向に充電されたコンデンサの放電電流を上記
   主スィッチ素子に与えて該素子をＯＮ動作させかつ該Ｏ
   Ｎ期間中に上記コンデンサを逆方向に充電し、第２の補
   助スイッチ素子のＯＮ動作により逆方向に充電された上
   記コンデンサの放電電流を上記主スィッチ素子に与えて
   該素子をＯＦＦ動作させかつ該ＯＦＦ期間中に上記コン
   デンサを順方向に充電するようにしたことを特徴とする
   スイッチ回路。 ２ 上記制御回路は上記コンデンサの充電電圧を制限す
   る電圧制限回路を備えた特許請求の範囲第１項記載のス
   イッチ回路。 ３ 上記電圧制限回路は制御回路の信号源回路電源と共
   用にした特許請求の範囲第２項記載のスイッチ回路。 ４ 上記電圧制限回路は主スイツチ素子電源の分圧点を
   制限電圧源にした特許請求の範囲第２項のスイッチ回路
   。