JPS5881331A - 負荷駆動用電気回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電気増幅器１そして特に矩形波信号を増幅し
て１可飽和増幅ステージを有する非直線負荷を駆動する
ための直線電流増幅器に関するものである。

電気モータなどの負荷を駆動するための増幅器は１しば
しば飽和状態、すなわち導通状態とカットオフ、すなわ
ち非導通状態との間で駆動されるトランジスタ増幅ステ
ージを採用することがある。負荷に加えられる電力は負
荷の直前のトランジスタ増幅ステージにおいて比較的大
量の電力が消費される場合にはトランジスタ増幅ステー
ジが過熱状態となり、破損する程度の大きさとして与え
られる。飽和状態及び非導通状態において、トランジス
タには最小の電力が消費される。したがってスイッチモ
ードにおいて作動する増幅ステージのトランジスタは飽
和状態と非導通状態との間でスイッチングされ、そのト
ランジスタにおける過大な熱消費を行々うことなく負荷
に大電力を加えることができる。

このようにして負荷に加えられた信号は矩形波又はディ
ジタル信号としての波形を持っている。信号の連続した
パルスにおける各振Ｉｌ＠ｌＦｉすべて等しいものであ
る。負荷に加えられる電力の変更は矩形波信号のパルス
幅変調を行なって負荷に加えられるべき所望の電力と吊
り合ったデユーティサイクルを提供することにより達せ
られる。負荷に電力を加えるためのシステムは、増幅器
のほかに矩形波信号を発生する発振器と、所望のデユー
ティサイクルを指定する振幅を有するアナログ信号源、
及びそのアナログ信号に応答して矩形波信号のパルス持
続時間を変更することにより所望のデユーティサイクル
を提供するためのパルス幅変調器を具備している。負荷
に加えられる信号のパルス繰返し周波ｌ＆は、負荷回路
の周波数応答、すなわちモータの誘導回路のカットオフ
周波数−、もしくは容量型負荷における容量性負荷のカ
ットオフ周波数よりも゛士分高＜シ゛である。かくして
負荷はパルス列信号を疫、波することによりその平均値
に等しい電流又は電圧を抽出するものである。平均値は
デユーティサイクルに比例するため、負荷は所望の電力
を受容する。

負荷、の直前に位置するステージに加えて、増幅器及び
他のステージのすべてにも電力を維持するためにトラン
ジスタを飽和状態と非導通状態との間でスイッチングす
るようにしたトランジスタ回路が構成される。すなわち
このような増幅器はスイッチモード忙おいて作動する直
列接続されたトランジスタからなるものである。

このような回路はトランジスタの電力消費を減少させる
という利益を有するものであり、これによって経済的な
低電力トランジスタの使用を可能にするものである。

しかしながら、負荷の直前に位置するスイッチモードト
ランジスタを駆動し、かつ他の非Ｍ線向路を駆動するた
めに直列的なスイッチモードトランジスタ回路を用いる
場合１好ましくない多くの不規則性が生ずるものである
。

一つの問題は負荷の直前に位置するトランジスタ増幅ス
テージへの電流を駆動するために限流抵抗全接続したス
イッチモードトランジスタの直列回路を用いると七から
生ずるものである。

負荷の直前における一過飽和ドライバの一例として構成
されるスイッチモードトランジスタ増幅ステージは飽和
状態を誘導し、維持するために流すべき正のベース電流
を要求する。この正のベース電流の大きさは効率的なス
イッチモード動作を確保するために過飽和トランジスタ
ドライバステージにおける所望のコレクタ電流に対し一
定のパーセンテージを有しなければならない。限流抵抗
の単純な使用はドライバ条件を変化することに関連して
なされる飽和ドライバトランジスタの正確な制御を妨害
するものである。

これらのドライバ条件は特に限定されたものではないが
、たとえばドライバ温度の変化、□コレクタ電流の変化
、電圧変動及び並列ドライバ動作におけるエミッタバラ
スト抵抗の電圧降下を含むものである。

直列のスイッチモードトランジスタ回路の誤動作に基づ
く問題は、変調された矩形波信号の各パルスの前縁及び
後縁においてそれぞれ立ち上がり時間及び立ち下がり時
間を維持することに関連する。その結果、立ち上がり時
間及び立ち下がり時間は各増幅ステージにおいて漸進的
に長くなり丸したがって矩形波信号は梯形信号に変形さ
れる。したがって負荷の前ステージに位置する増幅ステ
ージは、その回路中のトランジスタが飽和状態又は非導
通状態のいずれにも属さない時間周期を含むことになる
。過大な熱が発生すると、スイッチモード動作の目的を
阻害することになる。立ち上がり時間及び立ち下がり時
間をよりよく維持することができるより応答性のよいト
ランジスタを用いてこのような状況の修正を行うことは
、それらが比較的高価であるため、実際的ではないと考
えられる。

上述した問題点は、本発明において直線ドライバ及び非
直線ドライバを含むシステムを採用することにより克服
され、かつ特有の利益がもたらされる０直線ドライバは
負荷への電力供給を行なう非直線ドライバを付勢するも
のである。

この直線ドライバは典型的には飽和状態と非導通状態と
の間で、スイッチモードにおいて動作するようにしたト
ランジスタを含むものである。

しかしながら、このドライバは過飽和リアクトルを用い
た不り気増幅器などの非直線動作を行なう別の回路要素
からなることもできる。これらの直線ドライバ及び非直
線ドライバはいずれもパルス幅変調された矩形波を有す
るドライブ信号に応答して動作するものである。ドライ
ブ信号の振幅は非直線ドライバ中に初期飽和、適度な飽
和、又は深い飽和などの対応する飽和状態を誘導するの
に必要な所定の大きさを有するものである。

たとえばトランジスタの場合１初期飽和は動作特性にお
ける次のよづな部分を規定するものである。すなわちト
ランシフ１□の強制的なゲインが減少し、しかもベース
電流がベース・エミッタ接合の実効容量における実質的
な変化を誘起しない程度に十分小さいという条件が指定
される。かくしてエミッターコレクタ端子対には小さな
電圧が現われ、このトランジスタには小電力が消費され
ることになる。さらにトランジスタの応答時間において
はきわめて小さな変化しか発生しない。これに対し、深
い飽和によればベース−エミッタ接合には、その接合の
静電容量に比例して大きく、又トランジスタの周波数応
答に比例して小さくなる実質的な電荷が蓄積される。初
期飽和の状態は、ベース電流の減少により飽和がそれ以
上存在しなくなり、又、ベース電流の増大により適度な
飽和から深い飽和へ進行することを考慮して、ベース電
流の正確な制御を要求するものである。

本発明の好ましい実施例において、非直線ドライバは初
期飽和状態と非導通状態との間におけるスイッチモード
で動作するトランジスタを含むものである。直線ドライ
バはパルス幅変調されたパルス列信号を提供するもので
ある。このパルス幅変調は負荷に加えられるべき電力量
を指定する制御信号の振幅に比例した平均値を持つよう
に行なわれる。０この直線ドライバの出力端子はトラン
ジスタのベース端子に結合され、そのトランジスタにベ
ース電流を提供するものである。ベース電流のパルスの
開始はトランジスタにおける飽和状態を誘起するもので
ある。

電流パルスの終了はそのトランジスタを非導通状態にす
るものである。

本発明によれば直線ドライバは相互フンダク々ンス帰還
増幅器からなっている。この増幅器は出力電流のある大
ききを帰還させて、それを入力電圧信７号に加えること
によりトランジスタに加えられるベース電流が入力信号
の振幅に直接比例した振幅を有するようにしたものであ
る。

入力信号はパルス幅変調された矩形波からなっている。

ベース端子に供給された電流は同様にパルス幅変調され
た矩形波を有する。直線増幅器は正及び負の電源に対称
的に結合された出力ステージを備えている。これにより
直線増幅器はＰ　Ｎ　ＩＦ　）ランジスタ及びＮＰＮ　
）ランジスタのいずれをも駆動する正及び負の電流を供
給することができる。この電流の方向は入力ドライブ電
圧の方向に応じたものである。電流パルスの大きさにつ
いてはパルス間の電流の振幅を調整して飽和状態及び非
導通状態を正確に制御するようにした回路を装備するの
が望ましい。これによりベース電流のデユーティサイク
ル、波形。

及び振幅はトランジスタの飽和状態又は非導通状態に関
する何らかの効果とは独立して正確に制御される。

本発明の重要な様相によれば、直線ドライバはパルス幅
変調波形の各パルスにおける立ち上がり時間及び立ち下
がり時間を正確に再現するに十分な帯域幅及び電力を有
するものである。

再現された立ち上がり時間及び立ち下がり時間ハ、非直
線ドライバのスイッチモードトランジスタに供給される
制御信号の電流パルスとして現れる。これによりスイッ
チモードトランジスタにおける飽和状態と非導通状態と
の間の遷すは、所望の平均電力レベルを得るためにトラ
ジスタの過大な熱を発生しない程用′・パ−行なわれる
ことができる。飽和トランジスタドライバの直列回路を
用いる代わりに直線ドライバを使用すると、そのような
飽和ドライバの直列回路に関して比例した熱発生及び波
形歪みの問題を克服することができる。

トランジスタにおける飽和電流のターンオン及びターン
オフ時間をさらに短縮するためにはベース電流波形をさ
らに改良する必要があり、このためにけ相互コンダクタ
ンス増幅器の前にパルス成形器を配置し、各飽和期間及
び各非導通期間の開始時において前縁スパイクを挿入す
るのが望ましい。ベース電流におけるこのスパイクは、
トランジスタにおける容量及び電荷蓄積効果を凌駕して
飽和状態と非導通状態との間のより迅速な遷移を行なわ
せるものである。

前述した回路は異なった電気特性を有する種々の負荷を
駆動するために有利に用いられるが、回路が所定の電気
特性の単一なセットを有する負荷のみを駆動すべく用い
られる場合には、こ−１の回路を単純化して利用するこ
とができる。たとえば負荷の電流、電圧及びインピーダ
ンスが予めセットされ、かつ他のある種の負荷を駆動す
るために前述の回路を用いることが企図されていない場
合には、異なったインピーダンスの負荷に対する異なっ
た大きさの電流の供給を行なうために前述の回路を大き
く単純化することは要求されない。したがって前述した
回路め大部分は実質上数個の電気要素しか用いない低価
格の回路と置換することができる。この選択的に単純化
された回路は相補性トランジスタドライブ回路を用い、
この回路のベース電流が一対のツェナーダイオード、及
び一つの電子スイッチング回路により供給されるように
したものである。このスイッチング回路は前記相補性ド
ライブ回路を付勢して非直線ドライバに交互に正負パル
ス電流を供給するものである。これにより上記実施例党
、！還回路及びパルス成形回路は削除することができ１
これに伴って電子回路の複雑性及びコストを実質的に抑
制することができる。

ｆＪ１図を参照すると、信号源Ｉ２蜀からの制御信号に
従って負荷（財）に電力を供給するためのシステム（３
）が示されている。本発明によればシステム−は信号源
（財）からライン？樽に載せられたアナログ信号の７オ
ーマツトをライン国土のパルス幅変調信号に変形するた
めの信号変換器−を具備している。システム□□□はさ
らに直線相互フンダクタンス増幅器ｒ３２及び過飽和ド
ライバーを具備しており、これらにより変換器（イ）か
らのパルス幅変調信号を負荷（財）に結合するものであ
る。

本発明の特徴的構成によれば、ドライバ（財）は非直線
モードにおいて動作し、一方、増幅器（９）はライン関
におけるその出力電流の大きさとラインーにおけるその
増幅器（３２への入力電圧の大きさとの間の直線関係を
提供するものである。

たとえばドライバ（財）はトランジスタ（ハ）及びこの
トランジスターのベース−エミッタ接合間に直列接合さ
れ、かつそのベース−エミッタ接合の向きと反対の極性
を有するようにした一対のダイオード顛を具備した典型
的な回路構成とじて示されている。ライン図上のパルス
幅変調信号の電流パルスはトランジスタ怒にベースドラ
イブ信号として供給される。ライン国に電流パルスが発
生する度にトランジスタ（ハ）は飽和状態に入る。ライ
ン（至）における各電流パルスが終了すると、トランジ
スタ怒はカットオフされ、非導通状態に移行する。これ
によりトランジスタ（支）には必要な最小の電力が消費
され、一方、負荷（２２には最大の電力が結合される。

負荷（社）は典型的なモータのステータ巻線であり、こ
の巻線はバッテリー−として示された電源によりトラン
ジスターのエミッタ端子及びコレクタ端子の間に直列接
続されたインダクタンス素子＠り及び抵抗■からなるも
のとして略示されている。増幅器（資）の直線動作特性
はトランジスタ鰻へのベースドライブ電流の前縁及び後
縁がライン国におけるパルス信号の対応する前後縁忙正
確に従うようにするものである。これによりトランジス
タの飽和状態と非導通状態との間の移行はトランジスタ
ー内の消費電力を最小にするように急速に行なわれるも
のである。

図において変換器−のブロック内に示されたグラフ囮を
参照するＬｌその上部のグラフはライン■の状態として
共形的なパルス幅変調信号の波形を描いたものである。

グラフ囮の上から２番目の曲線は負荷盤を流れる電流の
理想的な４、波済み波形を描いたものであり、さらに第
３の曲線は信号源（２りからライン（社）に載せられた
典型的な制御信号の波形を示すものである。たとえば信
号源■はポテンショメータ（図示せず）及びバッテリー
（図示せず）を含んでおり）これによってラインρ均上
のアナログ電圧をグラフ囮の３番目の曲線により示され
た波形に従って手操作で変化させることができる。負荷
（イ）による電流パルスの２賽波を達成するためには、
ラインー上のパルス列の繰返し周波数を、なるべくなら
負荷の邊波カットオフ１１・周波数の少なくとも２又は
３倍にすることが望ましい。当然ながら負荷によるフィ
ルタ機能はインダクタンス（４２及び抵抗０４からなっ
ている。これにより負荷盤を流れる電流は増幅器（社）
からラインーに現れる電流パルス列の平均値に比例する
こととなる。

変換器１２ＩＩＩｉ矩形波発生器団、パルス幅変調器−
及び（パルス成形器−からなり、ライン（２〜の制御信
号に応答してラインーにパルス幅変調信号を供給するも
のである。矩形波発生器−は変調器１１に対し等しい時
間幅の矩形波パルス列を供給するものである。この変調
器６巧はライン６１！〜上の信号電圧に応答して次々に
発生するパルスの時間幅をライン（至）上の電圧の大き
さに比例して変化させる。したがって変調器１２の出方
端子におけるパルス列信号のデユーティサイクル及びラ
インーに現れるパルス列信号のデユーティサイクルはラ
イン例における制御信号の電圧値に比例する。パルス成
形器−は第２図との関連で後述するが１パルス列信号の
、振幅を所定のセット値に設定するためのリミッタ、及
び各パルスに前縁スパイクを加えてドライバ（財）にお
ける飽和状態及び非導通状態の間の遷移速度を増大させ
るための回路を具備している。

増幅器Ｇ４は５個の抵抗−〜Ｕと２個のトランジスタ■
、−及び演算増幅器−を備えている。

抵抗ｏｌｉ７１はラインー上の入力信号を演算増幅器−
の負入力端予知結合する。抵抗−は増幅器−の正入力端
子を接地電位に接続するものである。

ラインー上の入力信号ｕグラフは稀において＋Ａ及び−
Ａとして示す等しい振幅の正負電圧間で変化し、一方う
イン国土の出力電流は正及び負の電流の等しいピーク値
の間で同様に変化するものである。これに対しライン例
の電流に応答してトランジスタ怒のフレフタ端子を流れ
る電流はトランジスタは８）がラインーの負電流期間に
おいて遮断されるため、一方向にしか流れないことに留
意すべきである。負の電流はダイオード顛によら接地電
位からラインーに結合される。

トランジスター及び−のエミッタは互いに接続され、通
常の方法において提供される＋■及び−Ｖの電圧間にお
ける対称的な電力ドライブを発生するものである。増幅
器−の出力端子はトランジスター及び−にベース電流を
供給するものである０増幅器−の出力端子における電圧
変動及びトランジスター及び−を流れる電流の変調は十
分率さいため、増幅器−及びトランジスター、−はそれ
らの直線動作モードの範囲内でのみ動作する。

本発明の１つの特徴は演算増幅器−の負及び正の入力端
子にそれぞれ結合された２個の帰還抵抗−１−を用いる
点にある。抵抗−、關は互いに等しい抵抗値を有する。

抵抗−１−の関係も同様である。抵抗Ｉｌｌの一方の端
子から抵抗箔９）Ｋよって帰還した電圧は抵抗Ｉυの他
方の端子から抵抗−により帰還した電圧とは相違してお
り、この電圧差は抵抗６００両端における電圧降下に等
しいものである。抵抗■は抵抗かη〜−の値に比してか
なり小さい抵抗値を有するものであり、抵抗ＩＩの両端
における電圧降下がライン例の電流値に比例することを
利用した検流抵抗の働きをするようになっている。抵抗
−、−が比較的大きい値にされたことはライン例の電流
のうち、無視し得る程度の微量のみを増幅器−の入力端
子に帰還結合するためである。ドライバーの入力インピ
ーダンスと直列に接続された抵抗参りはトランジスター
、−のエミッタ回路のためのエミッタインピーダンスと
して働くものである。

増幅器−〇差動入力端子に対する抵抗Ｉυを、横切った
電圧降下の結合によりこの増幅器の出力電圧はそのよう
な大きさで駆動され、これによりラインー上の電流ヲ相
互フンダクタンス増幅器の２の入力端子におけるライン
ー上の電圧信号の波形に正確に追随させるものである。

したがってライン国の１、流はう、イン−〇すべての値
における電圧波形に直線的に追随し、その直線関係は増
幅器−及びトランジスター、−の直線性の範囲内におけ
る前述した動作により確保される。

これに対しドライバーの前述した非直線動作は、トラン
ジスタ（至）の飽和期間においてのみ、そのトランジス
タのフング［り回路に電流を通じ、したがってトランジ
スターはグラフ（ロ）の一番目の曲線で描いた波形の負
の部分においてはカットオフされる。トランジスタ■が
カットオフされる時間周期において、インダクタンス素
子（４壜を流れる電流はトランジスタ（財）を迂回した
ダイオード四によりバイパスされる。負荷電流の平滑化
された値はグラフ顛の第２部分を参照して前述した通り
グラフ囮の第１の波形の正の部分のみの順列の平均値を
表わしている。直線増幅器１すなわち増幅器（財）によ
りトランジスタ（ト）にベース駆動電流を供給すると、
トランジスタＧ８）の連続して発生する飽和状態はドラ
イバ（財）の回路における温度変化や電圧変動とは独立
して正確に制御される。

第２図を参照すると、ベース電流の関数としてのコレク
タエミッタ端子間の電圧及び飽和状態を表わすグラフが
示されている。特に深い飽和状態においては、コレクタ
エミッタ電圧の十分な変化がなくてもベース電流の大き
さが実質的に変化することに留意すべきである。しかし
ながら初期飽和においてはベース電流における比較的小
さな減少が飽和状態を終了させ、コレクタエミッタ電圧
の急激な上昇が発生する。したがって相互フンダクタン
ス増幅器によって形成されるどのような正確な電流制御
は本発明の動作の基本をなすものである。

第３図を参照すると、パルス成形器（財）は変調器＠壜
からラインｆ７２に載せられたパルス幅変・調信号を受
は取って、第１図のグラフ囮に描かれたようなライン（
財）上のパルス幅変調信号出力を発生するものである。

パルス成形器（財）はラインー上のパルス信号の、振幅
を所定の大きさに調整しつつ、このパルス幅変調のデユ
ーティサイクルを維持するようにしたものである。さら
にパルス成形器（財）は第１図のドライバ（財）の改良
された動作のためにライン関上の各パルスの前縁に前縁
スハイクを提供するものである。

パルス成形器（財）は光学的アイソレータ（７４及び３
個の演算増幅器ση〜−を具備している。光学的アイソ
レータ閥は２個のダイオード−１−と抵抗−及びトラン
ジスターからなっている。ダイオード参り、（財）は光
線−により光学的に結合されたホトダイオードであり、
そのうちの一方１ＢＩｌは光線（財）をライン（７２上
の正パルスの発生に応答して伝導し、ダイオード（財）
は光線−の各発生に応答してトランジスターにベース電
流を供給するものである０　トランジスターは電圧＋Ｖ
及び−Ｖを提供する２個の電圧源により付勢され１これ
らの電圧源は典型的なバッチＩＪ　−＠ｌ）　、□□□
として示されている。

回路動作時において、アイソレータ閥はラインＮ上にラ
イン（７２上の矩形波信号に等しいデユーティサイクル
を有する矩形波パルス信号を発生する。このラインー上
の信号は図においてラインーに近接したグラフ−におい
て図示されている。各パルス光の発生によりトランジス
タイＱけ飽和状態に駆動され、そのコレクタ電流は抵抗
−といずれも接地電位に結合された２個のバッテリーＩ
υ１（転）とからなる直列回路を流通する。

パルス光が終了すると、ダイオードＶ＠はトランジスタ
ーへのベース電流を終了させ１したがってこのトランジ
スタを非導通状態におくものである。これによりコレク
タ端子の電圧は接地電位に関して交互に＋Ｖ及び＝Ｖの
値となる。その結果、ライン（財）上の矩形波信号はバ
ッチＩＪ−＠１）、（５）の電圧により大きさを制限さ
れる。これによりアイソレータσ尋はノぜルス成形器−
内における電圧レベルを変調器１ｆ５内に現れた電圧レ
ベルから切り離すとともに、ラインー上の矩形波信号の
正及び負の振幅を制限するという二重の機能を提供する
ものである。

増幅器−は帰還回路−により単位利得（増幅率ｌ）を有
する。このような単位利得増幅ステージの構成は周知の
通りである。これにより増幅器σηはライン図上の信号
波形を保持するインピーダンスアイソレーションを提供
スるトトモに、パルス成形器（財）の後続のステージを
士分な電力で駆動するものである。

増幅器−はこの増幅器−の出力端子と負入力端子との間
に結合された抵、抗−からなる帰還回路を有する。増幅
器ｆｆｌの負入力端子はコンデンサ（１０２）及び抵抗
（１０４）の並列接続を介して増幅器（ロ）の出力端子
に結合される。増幅器（ハ）の正入力端子は接地電位に
接続される。増幅器部の利得は抵抗（２）及び（１０４
）の抵抗値の比率に従って固定される。コンデンサ（１
０２）の静電容量は抵抗（１０４）及び（１００）と組
み合わされたコンデンサ（１０２）により形成される時
定数がラインー上の矩形波信号のパルス幅より小さくな
るように選択される。

コンデンサ（１０２）の効果は各正のパルスの前縁及び
各員のパルスの前縁において瞬間オーバーシュート、す
なわちスパイクを生成することである。このオーバーシ
ュートは図の増幅器ヴη及びｆｆｓの各出力端子にそれ
ぞれ近接して描かれたグラフ（１０６）及び（１０８）
を参照することにより明らかに理解されるであろう。す
なわちグラフ（１０８）における波形はスパイクを示し
ているが、グラフ（１０６）においてはそのようなスパ
イクは存在しない。

増幅器−はその増幅器−の出力端子と負入力端子との間
に結合されたポテンショメータ（１１０）からなる帰還
回路を有する。増幅器−の負入力端子は抵抗（１１２）
を介して増幅器−の出力端子に結合されている。ポテン
ショメータ（１１０）の一方の端子はその摺動接点に接
続されており、これによりこの帰還回路の抵抗値を変化
することができる。周知の通り、この増幅ステージの利
得はポテンショメータ（１１０）が具現する帰還抵抗と
、抵抗（１１２）の値との比率に左右される。したがっ
て増幅器−は可変利得増幅ステージとして用いられ、ラ
イン（３０）上のパルス幅変調信号の所望の大きさはポ
テンショメータ（１１０）を調節することにより所定の
値にセットされる。再び第１図を参照すると、ラインー
上の信号の大きさはトランジスタ（ト）及びドライバー
の限流特性に従って選択され、飽和状態に移行するため
に比較的大きいベース電流を要求するトランジスタの場
合には、ライン関上に比較的大きい値の信号が選択され
、一方比較的小さいベース電流で飽和するトランジスタ
については、ラインー上の信号は比較的小さなものに選
択される。

したがって回路動作中において増幅器−の利得の選定と
結合され゛たアイソレータ篩の制限作用は相互フンダク
タンス増幅器１３２　（第１図）によりトランジスタｆ
ｆｌに供給されるベース電流の最適な値を提供し、これ
により交互に飽和状態及び非導通状態を実現させるもの
である。増幅器−（第３図）の直前におけるコンデンサ
（１０２）はパルスの前縁において電圧スパイクを供給
し、これらの電圧スパイクは相互コンダクタンス増幅器
（財）により電流スパイクに変換される。これらの電流
スパイクはトランジスタ（ハ）の飽和状態と非導通状態
との間の遷移時間を短縮するものである。パルス成形器
（財）により生成された信号波形は、増幅器（９）の直
線性により維持され１その結果、非直線ドライバーから
負荷□□□に至る電力結合を最大にするとともに、ドラ
イバ（財）における電力消費を最小にするものである。

パルス成形器図はなるべくならパルスの存在期間におい
てラインー上の信号の値をオフセットＣ変位）するため
の回路を有することにより、増幅器（社）の出力端子と
してのライン（ト）（第１図）の電流における対応的な
ずれを生ずることが望ましい。、これにより、トランジ
スタコレクタ回路における電流の遮断はトランジスター
のベース端子への、いわゆるゼロ電流供給より達するこ
とができる。選択的に比較的小さな値の（電流パルスの
大きさに比較して）正又は負の電流をベース端子に供給
することにより、コレクタ電流を終了させることができ
る。そのような値はドライバ＠４において利用されるト
ランジスタの特性に従って選択されるべきである。

オフセット回路は増幅器−の負入力端子において、抵抗
（１１２）から供給された信号に抵抗（１１４）を介し
てオフセット電圧を加えるように構成される。このオフ
セット回路はバッテリ一部０、−の電圧＋■及び−■の
間において抵抗（１１８）及び（１２０）と直列接続さ
れたポテンショメータ（１１６）　全具備している。抵
抗（１１４）はポテンショメータ（１１６）の中央端子
に接続されζポテンショメータ（１１６）がその中央端
子の移動により所望のオフセット位置、に調整されたと
き、そのオフセット電圧を抵抗（１１２）からの信号電
圧に加算するものである。ここで相互フンダクタンス増
幅器鵜はそのオフセット電圧をトランジスタ例のだめの
所望のペース電流値に変換する。

第４図を参照すると１第１図に関してすでに述べたドラ
イバ（財）に対する選択的な実施例であるドライバ（３
４Ａ）が示されている。ドライバＣ３４Ａ）は並列に接
続された複数個のトランジスタ１この場合、３個のトラ
ンジスタ（支）を含むものであり、各エミッタ端子とバ
ッテリー（ハ）との間にはエミッタ抵抗（１２２）がそ
れぞれ接続されている。

ダイオード−は３つのベース端子の節点と、バッテリー
−の負端子との間に直列に接続され、ダイオードｆｆｌ
は３つのコレクタ端子の節点とバッテリー顛の正端子と
′の間に結合されている。

すなわちこれらのダイオードは第１図のダイオード−及
びｆ７１に対応するものである。ドライバ（３４Ａ）の
動作はド・・：ライバ（財）の動作と類似したものであ
るが１その動作は増幅器＠ηがもライン関を介して供給
される電流パルスの所定の大きさに基づき、３個のトラ
ンジスタ（２）は抵抗（１２２）を単純化することによ
りそれらのトランジスタのいくつかのパラメータが変動
した場合における過電流条件から容易に保護される。抵
抗値はトランジスタのペース−エミッタ抵抗値にほぼ等
しく選定され、トランジスターの飽和中にこれらの抵抗
（１２２）を通じて約１．５　Ｖの電圧降下を提供し、
実際の電圧値がトランジスタ（至）中において均一飽和
状態を具現するためにそれらのパラメータの差に従って
変化するようにしたものである０ 第５図を参照すると、そこには第１図の回路におけるよ
うな多面性が要求されない状況において、第１図のドラ
イバ（財）を付勢するのに好ましく用いられる選択的な
、かつ単純化された回路実施例が示されている。第５図
の回路（１３０）は第１図のパルス成形器制及び相互フ
ンダクタンス増幅器（３２の直列結合を別のものと置換
したものである。すなわち回路（１３０）はライン（ハ
）とドライバ（財）の入力端子との間を接続するもので
ある。

回路（１３０）は光線−により結合された２個のホトダ
イオードのり、（財）とトランジスター及び抵抗（財）
からなる第３図に関してすでに説明した回路部分を含ん
でいる。回路（１３０）はさらに出力ライン（ト）上に
電流を供給するための補対出力回路を具備しており、こ
の回路は第１図のトランジスタ＠、ｖｉａについて説明
したと同様な態様で動作する２個のトランジスタ（６５
Ａ八（６６Ａ）を用いるものである。

２個のトランジスタ（６５Ａ）　、（６６Ａ３のための
ペース電流は、相補的に接続された２個のトランジスタ
（１３３）、（１３４）のセットにより提供される。す
なわチトランジスタ（１３３）、（ｌｉ４）のコレクタ
端子はそれぞれ抵抗（１３７）、（１３８）を介してト
ランジスタ（６５Ａ）　、　（６６Ａ）のベース端子に
結合される。トランジスタ（６５Ａ）、（６６Ａ）の接
続はそれらのコレクタ端子が一括して出力うイン国に接
続された点において、第１図のトランジスター、斜の接
続上は相違するものである。トランジスタ（６５Ａ）、
（６６Ａ）のためのエミッタ電流はそれぞれ電圧＋■及
び−■に結合された抵抗（１４１）、（１４２）によっ
て供給される。又、トランジスタ（６５Ａ）、（６６Ａ
）の各ベース端子と電圧＋■及び−■との間にはそれぞ
れツェナーダイオード（１４５）、（１４６）が接続さ
れる。トランジスタ（１３３）、（１３４）のエミッタ
端子は接地電位に接続される。トランジスタ（１３３）
のベース端子はトランジスタ　−のコレクタ端子に直結
されるが、トランジスタ（１３４）のベース端子は抵抗
（１４８）を介してトランジスターのコレクタ端子に接
続される。

したがってトランジスターはその回路動作においてライ
ン（３）に現れたパルス信号に応答して第３図のグラフ
翰に描かれたようなパルス信号を発生し、この信号はラ
イン（１５０）からトランジスタ（！３３）Ｎ　（１３
４）のベース端子に加えられる。トランジスタ（，１３
３）はＮＰＮ型であるが、トランジスタ（１３４）はＰ
ＮＰ型である。したがってライン（１５２）正のパルス
が出現すると、トランジスタＣ１３３）は導通状態に駆
動され、逆にトランジスタ（１３４）は非導通状態に駆
動される。同様にライン（１５０）に負のパルスが出現
すると、トランジスタ（１３３）Ｉｒｉ非導通状態に駆
動されるが、トランジスタ（１３４）は導通状態に駆動
される。トランジスタ（１３４）のベース回路における
抵抗（１４８）は典型的には１．５Ω程度の比較的小さ
い値であり、たとえばトランジスタ（１３３）がタイプ
２Ｎ３９０４でありトランジスタ（１３４）がタイプ２
Ｎ３９０６である場合において各トランジスタへのベー
ス駆動、効果を均等化するものである。

□　第５図の回路を第１図の回路と比較すると、第５図
の回路においては増幅器（３２の抵抗＠υが存在しない
ことに留意すさきである。しかしながらトランジスタ（
６５Ａ）　％　（６６Ａ）の各々において、電流調整は
それぞれ抵抗（１４１）及びツェナーダイオード（１４
５）からなる帰還回路、及び・抵抗（１４２）及びツェ
ナーダイオード（１４６）から々る帰還回路によって達
せられる。すなわち前者の帰還回路はトランジスタ（６
５Ａ）のベース−エミッタ接合に結合され、後者の帰還
回路はトランジスタ（６６Ａ）のベース−エミッタ接合
に接続されるものである。

抵抗（１４１）、（１４２）は各々２Ωの値を有し、ト
ランジスタ（，６５Ａ）、（６６Ａ）の各ベース−エミ
ッタ接合のための動作点を確立するものである。

トランジスタ（６５Ａ）はトランジスタ（１３３）によ
り抵抗（１３７）を介してベース電流を引き出したとき
島導通ずる直線動作型として配置される。トランジスタ
（６５Ａ）の°導通はトランジスタ（１３３）の導通が
終了したときに終了する。同様にトランジスタＣ日罎の
付勢は抵抗（１３８）を介してトランジスタ（（６６Ａ
）にベース電流を供給するものである。ツェナーダイオ
ード（１４５）為（１４６）はトランジスタ（６５Ａ）
、（６６Ａ）をその直線導通モードに維持するためのク
ランプ回路として働くものである。ツェナーダイオード
（１４５）　、（１４６）について選定された後件値及
び抵抗（１４１）　、（１４２）について選定された抵
抗値はライン（ト）上の直線的に調整される電流の大き
さを支配的に規定するものであり、この電流は飽和ドラ
イバ（２）を付勢するものである。　トランジスタ（６
５Ａ）、（６６Ａ）の交互直線モードに基づいて回路（
１３０）は比較的広い帯域幅及び速い応答時間を具現す
る。これにより回路（１３０）は負荷（社）を動作させ
るために第１図のドライバ（財）を効果的に駆動するこ
とができる。

第６図を参照すると、そこには第５図の回路（１３０）
に２個ノインタクタンス素子（２００）、（２０１）及
び２個のコンデンサ（２０２）、（２０３）を含むパル
ス成形回路網を加えた回路（１３１）が示されている。

インダクタンス素子（２００）、（２０１）はそれぞれ
ダイオード（１４５）　、（１４６）と直列に接続され
ている。コンデンサ（２０２）、（２０３）はそれぞれ
抵抗（１３７）、（１３８）と並列に接続されてｂる。

このパルス成形回路網は図において回路（１３１）に付
随して描かれたグラフ（２０６）から明らかな通り、ラ
イン（支）における電流波形のパルス前縁及び後縁にオ
ーバーシュート、すなわちスパイク電流を導入するもの
である０グラフ（２０６）　Ｋ描かれた波形は誘導性入
力インピーダンスを有する負荷を駆動する場合に利益的
である。インダクタンス素子（２００）、（２０１）及
びコンデンサ（２０２）　、（２０３）のそれぞれのイ
ンダクタンス及び容量値はドライバ（Ａを介して反射さ
れた負荷（財）（第１図）のインピーダンスに基づいて
基本的に決定することができる。

−・・・・・・・・・・・・パルス成形器

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成されたシステムの一部ブロ
ック線図を含む回路図、第２図はトランジスタの飽和状
態を表わすグラフ、第３図は第１図のシステムにおける
パルス成形器の回路図、第４図は第１図の非直線ドライ
バの代替的な実施例として並列回路接続されたトランジ
　　　゛′スタを示す回路図、第５図は第１図の非直線
ドライバを駆動するための選択的な、かつ単純化された
回路を示す回路図、第６図は第５図の回路に別のパルス
成形回路を付加した構成を示す回路図である。 （社）・・・・・・・・・・・・スイッチング増幅シス
テム（２）・・・・・・・・・・・・負　荷（財）・・
・・・・・・・・・・制御信号回路（至）・・・・・・
・・・・・・信号変換器０壜・・・・・・・・・・・・
相互コンダクタンス増幅器（財）・・・・・・・・・・
・飽和ドライバー・・・・・・・・・・・矩形波発生器
−・・・・・・・・・・・・パルス幅変ｓ器特許出願人
　　　　　コルモーゲンテクノロジイズコーホレイショ
ン代理人　新　実　健　部 （外１名） 手続補正書 昭和５７年１１月２２日 特許庁長官 ｌ・事件の表示　昭和５７年特許願第１８６６６８号２
・発明の名称　負荷スイッチング用ｌｌＮｌ１ｓ電流増
幅器３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 氏名（名称）　　　　　　コンモーゲン　テクノロジイ
ス°　コーボレイション４、代理人　　　　〒６０４ ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象　明細書全文 ８、補正の内容 （１１明細書の浄書。（内容に変更なし）９添附書類の
目録

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉｌｌ　　第１のドライバと 前記第１のドライバにより駆動される負荷駆動用の第２
   のドライバとを備え、 前記第１のドライバは前記第２のドライバの端子に所定
   の大きさの電流を加えるための相互コンダクタンス直線
   増幅器を含み１ 前記第２のドライバは前記負荷傾電力を供給であること
   を特徴とする負荷電気１駆動用システム０ （２）前記電流をパルス的に発生するために前記増幅器
   に結合された手段を備え、前記電流パルスの振幅が前記
   所定の大きさに等しくなるようはしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第′テ１）項記載のシステム。 （３）前記電力供給手段がトランジスタを含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第（２）項記載のシステム。 （４）前記電力供給手段が磁気リアクトルを含むもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の
   システム。 （６）前記電力供給手段が並列接続された複数のトラン
   ジスタ回路を含み、前記トランジスタ回路の各々Ｆｉ１
   個のトランジスタとそのトランジスタのエミッタ端子に
   結、合された抵抗とを具備し、前記抵抗の値を前記トラ
   ンジスタのペースエミッタ間抵抗にほぼ等しくなるよう
   にしたことにより、前記相互フンダクタンス増幅器かう
   前記各トランジスタに供給された電流に基づいて１前記
   各トランジスタが飽和する際に前記各トランジスタ間の
   パラメータの相違を補償するようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第（２）項記載のシステム。 （６）前記電力供給手段が前記負荷への電力のオン−オ
   フ制御を行なうために、前記電流パルスにより前記所゛
   定レベルでの飽和と電流カットオフ状態との間で駆動さ
   れるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第（３
   ）項ないしく６１項のいずれかに記載のシステム〇 （７）前記第１のドライバがさらに前記端子に供給され
   る前記電流の大きさを調整して、前記第２のドライバに
   おける前記電力供給手段の所定レベルにおける飽和を確
   立するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第（
   ２）項記載のシステム０ （８）前記調整手段が抵抗回路及び帰還回路を含むこと
   を特徴とする特許請求の範囲第（７）項記載のシステム
   。 （９）　　負荷に電力を供給するためのドライバを門み
   、前記ドラ≧バをその端子に供給された駆動信号の大き
   さに従った範囲において飽和させるようにし、前記ドラ
   イバには前記駆動信号を繰返しパルスとして供給するた
   めの手段を接続することにより前記ドライバにより印加
   される電力を繰返し変化させるようにし、前記パルス供
   給手段は前記ドライバを作動させるに十分な電力を生成
   するための直線増幅器を含み、前記パルス供給手段はさ
   らに前記増幅器の入力端子に結合されて前記入力信号の
   パルスの振幅を所定の大きさに維持するための手段を含
   むものであることを特徴とする負荷駆動用システム。 ＋ｌａｌ　　前記振幅維持手段が前記ドライバの所定の
   飽和度に対応する大きさを選択するための手段を含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（９）項記載のシステ
   ム。 （１１）前記ドライバが前記負荷に電力をパルス供給す
   るために、前記所定の度合における飽和状態とカットオ
   フ状態との間で前記駆動信号を脈動させることにより交
   互に駆動される電気回路素子を有することを特ｌ１２１
   １！：する特許請求の範囲第（ｌＯ）項記載のシス、・
   テム。 θ乃　前記増幅器が相互フンダクタンス増幅器からなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１１）項記載のシ
   ステム。 （１坤　　前記ト；ライバがそれに供給された電流によ
   り飽和状態となる電気回路素子を有し、前記駆動信号が
   前記増幅器の前記入力端子における電圧信号に応答して
   、前記相互フンダクタンス直線増幅器によって前記回路
   素子に供給された電流からなるようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第０４項記載のシステム。 （１４）　　前記増幅器が前記駆動信号の電流を計測す
   るための手段、及び前記入力信号に加算するために前記
   電流に比例した電圧を帰還させるべく前記計測手段に結
   合された手段を有することを特徴とする特許請求の範囲
   第（１１項記載のシステム。 θ均　特許請求の範囲第（１坤項に記載したシステムが
   、さらに前記第２の回路素子を含み、前記第１及び第２
   の回路素子の各々がトランジスタからなり、前記駆動信
   号電流が前記トランジスタの対応するペースエミッタ接
   合を通じて分′流し、前記負荷のための電力が対応する
   前記トランジスタのコレクタ端子を介して結合され、前
   記トランジスタの各々がその工ぐツタ回路において抵抗
   を接続したこ七により、前記電流によってそれらのトラ
   ンジスタが飽和したときのトランジスタ間のパラメータ
   の相違を補償するようにしたことを特徴とするシステム
   。 θ四　前記パルス供給手段が、パルス電源と前記パルス
   の幅を変調することにより前記負荷に供給される電力の
   平均値を変化させるだめのパルス幅変調器とを具備した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第０１項記載のシステ
   ム。 （ＩｆＩ　　前記パルス供給手段が前記パルスの振幅を
   制限するためのリミッタを具備したものであることを特
   徴とする特許請求の範囲第（Ｉ四項記載のシステム。 （ＩＳ　　前記パルス供給手段が、前゛記パルス電源か
   らのパルス波形をその各々の前縁及び後縁においてスパ
   イクを含む波形に変換するだめの手段を具備したもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第Ｈ項記載のシス
   テム。 −負荷に電力供給するために所定の度合で飽和すること
   ができる負荷ドライバ、及び 前記ドライバを前記所定の度合の飽和状態に繰返し移行
   させるための飽和手段であって、入力信号に直接比例し
   たＳ＠を有する出力信号を発生してこれを前記ドライバ
   の入力端子に結合するようにした直線増幅器を含む前記
   飽和手段を備えたことを特徴とする負荷に電力供給する
   ためのパルス幅変調システムにおけるドライブ回路。 翰　前記負荷ドライバがトランジスタ７＞−ラフｋ　リ
   、前記増幅器がその飽和状態を生じるために前記トラン
   ジスタに出力電流を供給するようにした相互コンダクタ
   ンス直線増幅器からなることを特徴とする特許請求の範
   囲第０１項記載のドライブ回路。 シｌ）特許請求の範囲ｉＪ例項に記載したドライブ回路
   がさらに、前記システムのパルス幅変調信号の波形をそ
   のパルス幅変調信号の各パルスにおける前縁及び後縁に
   スパイクを導入することにより変形するために前記増幅
   器に１合された手段を含むことを特徴とする前記２ドラ
   イブ回路。 翰　前記負荷ドライバが、各ベース端子を前記ドライバ
   の入力端子に結合した複数のトランジスタを有し、前記
   各トランジスタのエミッタ端子を抵抗補償回路に接続し
   たことにより前記各トランジスタが飽和した際の各パラ
   メータの相違を補償するようにし、さらに前記相互フン
   ダクタンス増幅器が前記ドライバの入力端子に電流を供
   給して前記トランジスタの各々を飽和状態に至らせるよ
   うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第一項記載の
   ドライブ回路。 （至）負荷に電力供給するため忙所定の度合で飽和する
   ことができる負荷ドライバ、及び 前記ドライバを前記所定の飽和度に繰返し移行させるた
   めの飽和手段であって、一定の撫輻と前記スイッチング
   回路へのパルス入力信号に従って変化するパルス幅とを
   有する出方信号を発生するためのパルス成形回路を含む
   前記飽和手段 を備えたことを特徴とする、負荷に電力供給するための
   パルス幅変調システムにおけるドライブ回路。 シ４）　　前記飽和手段が前記負荷ドライバに交互の向
   きで調整された電流を供給するように構成されたトラン
   ジスタ手段からなる補対回路を有するものであることを
   特徴とする特許請求の範囲第（至）項記載のドライブ回
   路。 し均　　前記スイッチング回路が前記トランジスタ手段
   を駆動するように結合された補対回路素子のセットから
   なることを特徴とする特許請求の範囲第（財）項記載の
   ドライブ回路。