JPS5833793B2 - トランジスタインバ−タのトランジスタ駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は１８０度通電形トランジスタインバータのトラ
ンジスタ駆動装置、特にトランジスタの駆動手段として
発光ダイオードとホトトランジスタとよりなるホトカプ
ラを使用したものに関する。

第１図は単相のトランジスタインバータの原理図であり
、Ｅは直流電源、Ｑｌ、 Ｑ２． Ｑａ 、 Ｑ４は主
トランジスタ、Ｌは負荷である。

１８０度通電形インパークとは直列に接続した主トラン
ジスタＱ１とＱ２、主トランジスタＱ３とＱ４とを互い
に１８０度づつ位相が異なって通電するものであり、第
２図にそのタイムチャートを示す。

第２図において、Ｑｌ、 Ｑ２． Ｑ３． Ｑ４は主ト
ランジスタＱ１゜Ｑ２．Ｑ３．Ｑ４の導通、非導通期間
を示し、ＩＬは負荷りに流れる負荷電流を示す。

この図からも明らかなように、直列に接続した主トラン
ジスタＱ１とＱ２、または主トランジスタＱ３とＱ４の
導通、非導通の関係は逆の関係にあるので、原理的に直
列に接続した主トランジスタＱ１とＱ２、Ｑ３とＱ４と
は同時に導通ずることはなく、電源短絡にはならない。

ところが、例えば主トランジスタＱ１が非導通状態にな
る時点から主トランジスタＱ２が導通状態に転流する過
程において、主トランジスタＱ１のキャリア消滅までの
蓄積時間内に主トランジスタＱ２のベースに導通信号が
加わると、極めて短時間ではあるが、電源が短絡し、ト
ランジスタが破壊されてしまう。

一方、この種のインバータにおいては、トランジスタの
駆動手段としてパルストランスが一般的に使用されてい
るが、近年、これに替り、発光ダイオードとホトトラン
ジスタとで構成したホトカプラが使用されるようになっ
て来た。

このホトカプラはパルストランスに比べ小形、軽量、安
価、かつ伝送周波数帯域が広い等、種々の利点を有して
いる。

第３図は発光ダイオードＰＤとホトトランジスタＰＴｒ
とで構成したホトカプラＰＣの一例を示したものであり
、第４図はこのフォトカプラＰＣのパルス応答波形を示
し、Ｉｄは発光ダイオードＰＤに流す電流波形を示し、
ＶｃｅはホトトランジスタＰＴｒのコレクタとエミッタ
間の電圧波形を示す。

ここで、ｔｏｎはターンオン時間であり、これは遅延時
間ｔｄと上昇時間ｔｒとからなり、ｔｏｆｆはターンオ
フ時間であり、これは蓄積時間ｉｓと下降時間ｉｆとか
ら成る。

第５図および第６図はこのホトカプラＰＣの特性の一例
を示したものであり、この図に示すようにホトカプラＰ
Ｃの上昇時間ｔｒ（！：下降時間ｔｆはホトトランジス
タＰＴｒの負荷側に挿入する抵抗Ｒ７によって、またホ
トカプラＰＣのターンオン時間ｔｏｎとターンオフ時間
ｔｏｆｆはホトトランジスタＰＴｒのベースとエミッタ
間に挿入する抵抗Ｒｂの値により大きく変化する。

また、このホトカプラＰＣの特徴は、ターンオフ時間ｔ
ｏｆ ｆが一般のトランジスタに比べかなり長いことで
ある。

これは、ホトトランジスタＰＴｒのベースの面積が大き
く、等価的にベースとエミッタ間に接合容量があり、ス
イッチングのスピードが遅くなるためである。

本発明はターンオフ時間が長いというホトカプラの特徴
に着目し、この特徴を有効利用することによって、簡単
な構成で、電源短絡を防止できるトランジスタインバー
タのトランジスタ駆動回路を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するため本発明の特徴とするところは
、２つの主トランジスタを直列に接続して１つのアーム
を構成し、このアームを直流電源母線間に接続し、前記
２つの主トランジスタのそれぞれに発光ダイオードとホ
トトランジスタとで構成したホトカプラを対応させ、こ
の２つのホトカプラを交互に導通、非導通制御すること
によって前記主トランジスタを交互に導通、非導通制御
するようにしたものにおいて、前記それぞれのホトカプ
ラの導通により当該ホトカプラと対応する主トランジス
タを非導通制御し、前記それぞれのホトカプラの非導通
により当該ホリカプラと対応する主トランジスタを導通
制御するようにして成るトランジスタインバータのトラ
ンジスタ１駆動装置にある。

以下、第７図に示す本発明の一実施例について説明する
。

この図はトランジスタインバータの１相分を示したもの
であり、Ｐ、Ｎは直流電源母線、ＴＲ１，ＴＲ２は主ト
ランジスタである。

主トランジスタＴＲ１，ＴＲ２は直列に接続し、この直
列回路は電源母線Ｐ、Ｎ間に接続する。

主トランジスタＴＲ１，ＴＲ２の共通接続点は負荷りに
接続するようにする。

ＰＣｌは発光ダイオードＰＤ、とホトトランジスタＰＴ
ｒ１とから成るホトカプラ、ＰＣ２は発光ダイオードＰ
Ｄ２とホトトランジスタＰＴｒ２とから成るホトカプラ
である。

ＥＤは発光ダイオードＰＤ１．ＰＤ２の駆動用の直流電
源であり、発光ダイオードＰＤ１は直流調整用の抵抗Ｒ
ｄ１とスイッチングトランジスタＴｒ、を介して直流電
源ＥＤに接続し、発光ダイオードＰＤ２は電流調整用の
抵抗Ｒｄ２とスイッチングトランジスタＴｒ２を介して
直流電源ＥＤに接続する。

ＦＦは図示しない適当なパルス源ＰＬからのパルスを分
周し、その出力端子Ｑ、Ｑから互いに位相が１８０度異
ｎ６信号を出力するフリップフロップ回路であり、出力
端子Ｑからの信号はスイッチングトランジスタＴｒ１の
ベースに、出力端子Ｑからの信号はスイッチングトラン
ジスタＴｒ２のベースに印加するようにする。

ＥＳｌ、ＥＳ２は主トランジスタＴＲ１，ＴＲ２の駆動
用の直流電源であり、直流電源ＥＳ１の一端はベース電
流調整用の抵抗ＲＢ１とスイッチングトランジスタＴｒ
３を介して主トランジスタＴＲ１のベースに接続し、他
端は主トランジスタＴＲ１のエミッタに接続する。

ホトトランジスタＰ Ｔ ｒ １は負荷抵抗１１１を介
して電源ＥＳ１の両端に接続し、ホトトランジスタＰＴ
ｒ１のコレクタとスイッチングトランジスタＴｒ２のベ
ースとを接続する。

すなわち、ホトトランジスタＰ Ｔ ｒ １とスイッチ
ングトランジスタＴｒ３との関係を、ホトトランジスタ
ＰＴｒ１が導通したことによりスイッチングトランジス
タＴｒ３が非導通となり、ホトトランジスタＰＴｒ１が
非導通したことによりスイッチングトランジスタＴｒ３
が導通ずるようにする。

なお、Ｒｂ、はホトトランジスタＰＴｒ、のベースとエ
ミッタ間に挿入した抵抗である。

また、同様に、直流電源ＥＳ２の一端はベース電流調整
用の抵抗ＲＢ２とスイッチングトランジスタＴｒ４を介
して主トランジスタＴＲ２のベースに接続し、他端は主
トランジスタＴＲ２のエミッタに接続する。

ホトトランジスタＰＴｒ２は負荷抵抗Ｒ１１２を介して
電源ＥＳ２の両端に接続し、ホトトランジスタＰ Ｔ
ｒ ２のコレクタとスイッチングトランジスタＴｒ４の
ベースとを接続する。

すなわち、ホトトランジスタＰＴｒ２とスイッチングト
ランジスタＴｒ４との関係を、ホトトランジスタＰ Ｔ
ｒ ２が導通したことによりスイッチングトランジス
タＴｒ４が非導通となり、ホトトランジスタＰ Ｔ’
ｒ ２が非導通したことによりスイッチングトランジス
タＴｒ４が導通ずるようにする。

なお、Ｒｂ２はホトトランジスタＰＴｒ２のベースとエ
ミッタ間に挿入した抵抗である。

第８図は互いに１８０度位相の異なるフリップフロップ
回路ＦＦの出力端子Ｑ、Ｑの出力信号に対する発光ダイ
オードＰＤ１．ＰＤ２、ホトトランジスタＰＴｒ 、
ＰＴｒ、、、主トランジスタＴ Ｒ１゜ＴＲ２の導通、
非導通状態を示すタイムチャートである。

以下、この図を参照して動作を説明する３なお、説明に
当り、発光ダイオードＰＤ１．ＰＤ７、スイッチングト
ランジスタＴｒ 、Ｔｒ 、ＴＲ３゜２ Ｔｒ４のターンオフ時間、ターンオン時間、および主ト
ランジスタＴＲ１，ＴＲ２のターンオン時間は、ホトカ
プラＰＣ１，ＰＣ２のターンオン時間、ターンオフ時間
、および主トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のターンオフ時
間に比べれば極めて短いものであるため、これらは無視
する。

ｔｏ時点においては、フリップフロップ回路ＦＦの出力
端子Ｑの出力信号は論理的に「Ｏ」、出力端子Ｑの出力
信号は論理的に「１」である。

したがって、スイッチングトランジスタＴｒ１は非導通
、スイッチングトランジスタＴｒ２は導通となり、発光
ダイオードＰＤ１は非導通、発光ダイオードＰＤ２は導
通となっている。

これにより、ホトトランジスタＰ Ｔ ｒｌは非導通と
なり、スイッチングトランジスタＴｒ３が導通して、主
トランジスタＴＲ１は導通している。

また、ホトトランジスタＰＴｒ２は導通していて、スイ
ッチングトランジスタＴｒ４は非導通し、主トランジス
タＴＲ２は非導通となっている。

４１時点でフリップフロップ回路ＦＦの出力端子Ｑ、Ｑ
の出力信号が互いに反転すると、発光ダイオードＰＤ１
は導通し、発光ダイオードＰＤ２は非導通となる。

ところが、ホトトランジスタＰＴｒ。ＰＴｒ２はこれに
追従してすぐにはその状態を変化せず、ホトトランジス
タＰＴｒ１はターンオン時間ｔｏｎ経過後の４２時点で
導通し、更に主トランジスタＴＲ１は４２時点よりもそ
のクーンオフ時間Ｑｔｏｆｆ経過後のｔ３時点で非導通
する。

ホトトランジスタＰ Ｔ ｒ２は更に遅れ、１１時点か
らクーンオフ時間ｔｏｆｆ経過後の４４時点て初めて非
導通となり、主トランジスタＴＲ１はほぼ４４時点で導
通する。

はぼ同様にして、１ 、７時点でフリップフロップ回路
ＦＦの出力端子Ｑ、Ｑの出力信号が更に互いに返転する
と、発光ダイオードＰＤ２は導通し、発光ダイオードＰ
Ｄ１は非導通となる。

ところが、ホトトランジスタＰＴｒ１゜ＰＴｒ２はこれ
に追従してすぐにはその状態を変化せず、ホトトランジ
スタＰＴｒ２はターンオン時間ｔｏｎ経過後の１２７時
点で導通し、更に主トランジスタＴＲ２は１２７時点よ
りもそのターンオフ時間Ｑｔｏｆｆ経過後の１２７時点
で非導通する。

ホトトランジスタＰＴｒ１は更に遅れ、１．７時点から
ターンオフ時間ｔｏｆｆ経過後のｔ４′時点で初めて非
導通となり、主トランジスタＴ Ｒ’はほぼ１４７時点
で導通ずる。

以下、同様、以上の繰り返しとなる。

このようにすれば、主トランジスタＴ Ｒ，、Ｔ曳の′
Ｊ）ずれか一方が非導通となり、他の一方が導通するま
での間に、いずれの主サイリスクＴＲ１゜ＴＲ２も導通
しないという非負なり時間を設けることができ、電源短
絡をより確実に防止することができる。

従来、この種のトランジスタインバータにおいては、ホ
トカプラＰＣ１，ＰＣ２の導通により、対応する主トラ
ンジスタＴＲ，、ＴＲ２を導通し、ホトカプラＰＣ１，
ＰＣ２の非導通により、対応する主トランジスタＴＲ１
，ＴＲ２を非導通とするようにしたものであった。

したがって、電源短絡を防止するため、例えは抵抗とコ
ンデンサ等で構成した遅延回路を追加し、主トランジス
タ’Ｉ”Ｒ１，ＴＲ２の導通を遅らせるようにしていた
が、これによると遅延回路というような特殊な回路の追
加を必要とし、構造が複雑化していた。

この点、本発明はターンオフ時間が一般０トランジスタ
のそれよりもかなり長いというホトカプラＰＣ１，ＰＣ
２の特質を有効に利用し、ホトカプラＰＣ１，ＰＣ２の
導通により、対応する主トランジスタＴＲ１，ＴＲ２を
非導通制御し、ホトカプラＰＣ１，ＰＣ２の非導通によ
り、対応する主トランジスタＴＲ１，ＴＲ２を導通側倒
することにより電源短絡を未然に防止するようにしたも
のであり、側ら特殊な回路の追加を必要とせず、その構
成は極めて簡単なものである。

以上の説明から明らかなように、本発明はターンオフ時
間が一般のトランジスタのそれよりもかなり長いという
ホトカプラの特質を有効に利用し、ホトカプラの導通に
より対応する主トランジスタを非導通制御し、ホトカプ
ラの非導通により対応する主トランジスタを導通制御す
るようにしているため、簡単な構成により、より確実に
１８０度通電形のトランジスタインバータに起こりやす
い電源短絡を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は単相トランジスタインバータの原理図、第２図
は第１図の各部の動作を示すタイムチャート、第３図は
ホトカプラを示す回路図、第４図はホトカプラの応答波
形図、第５図および第６図はホトカプラの特性図、第７
図は本発明の一実施例を示す結線図、第８図は第７図の
各部の動作を示すタイムチャートである。 ＴＲ１，ＴＲ２；主トランジスタ、ＰＣｌ、ＰＣ２；ホ
トカプラ、Ｐ、Ｎ；直流電源母線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １２つの主トランジスタを直列に接続して１つのアーム
   を構成し、このアームを直流電源母線間に接続し、前記
   ２つのトランジスタのそれぞれに発光ダイオードとホト
   トランジスタとで構成したホトカプラを対応させ、この
   ２つのホトカプラを交互に導通、非導通制御することに
   よって前記主トランジスタを交互に導通、非導通制御す
   るようにしたものにおいて、前記それぞれのホトカプラ
   の導通により当該ホトカプラと対応する主トランジスタ
   を非導通制御し、前記それぞれのホトカプラの非導通に
   より当該ホトカプラと対応する主トランジスタを導通制
   御するようにして成るトランジスタインバータのトラン
   ジスタ駆動装置。