JPS5986922A - スイツチングトランジスタのための制御装置 - 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】 本発明は、制御装置の制御入力端とスイッチングトラン
ジスタのベースとの間に設けられたベース制御回路を有
し、該ベース制御回路を介して制御電圧により上記スイ
ッチングトランジスタを交互に閉成および開成可能して
、該スイッチングトランジスタのコレクターエミッタ区
間と直列に駆動電源に接続されている消費装置を閉成お
よび開成し、上記ベース制御回路に少なくとも１つのダ
イオードを設け、該ダイオードの導通方向を上記スイッ
チングトランジスタのペース−エミッタ区間と同方向の
極性にし、さらに上記制御入力端と上記スイッチングト
ランジスタのコレクタとの間に飽和制御回路を設け、該
飽和制御回路は、上記スイッチングトランジスタのコレ
クターエミッタ区間と同方向の導通方向を有するような
極性で接続さｆｔた少なくとも１つのダイオードを有す
る上記スイッチングトランジスタのための制御装置に関
する。

上述の種類の公知の制御装置にお〜・てＱま、飽和制御
回路は飽和阻止ダイオードだけを有しており、そしてベ
ース制御回路も１つのダイオードだけを有しておって、
これらりゞイオードの閉成もしくはターンオン電圧はほ
ぼ等しく選※了れている。制御装置の制御入力端に開成
もしくはターンオン制御電圧が印加されろと、先ず、ベ
ース制御回路のダイオードおよびスイッチングトランジ
スタのペース−エミッタ区間を介してだけ電流が流れる
。ベース電流での導通制御により、スイッチングトラン
ジスタのコレクターエミッタ電圧が、制御電圧よりも飽
和阻止ダイオードのターンオン電圧分だけ低くなるほど
に減少すると直ちに、ベース回路から電流が飽和阻止ダ
イオードおよびスイッチングトランジスタのコレクター
エミッタ区間を介して分流し、その結果ベース電流は減
少して平衡状態となり、エミッタ電位に対するペースお
よびコレクタ電位はほとんど等しくなる。その時のトラ
ンジスタの動作点は飽和節点の直ぐ下に位置する。

このように飽和を回避すゐことにより、導通状態ニする
トランジスタのペース空間に過度に多数のキャリヤが蓄
積されることが阻止される。

これらキャリヤは、スイッチングトランジスタを再び開
状態に戻すためにその前に取払わなければならないもの
であり、このために生ずる開成（ターンオフ）遅延時間
は、全体的に、スイッチングトランジスタのスイッチン
グ速度を減少することになる。

飽和領域をさらに確実に回避するために、飽和制御回路
には１つの飽和阻止ダイオードだけを設け、それに対し
ベース制御回路には２つ同方向に直列に接続されたダイ
オードを設けることも既に知られている。この場合、全
べてのダイオードのターンオン電圧をほぼ同じにしたと
仮定すると、閉成状態においては、ベース電位は、コレ
クタ電位よりもベース制御回路の１つのダイオードの導
通電圧降下分だけ低くなる。

しかしながら、スイッチングトランジスタにおいて飽和
を回避すると、特に高電力用のスイッチングトランジス
タで高い駆動電圧を用いる場合、大きなスイッチング損
失が生じ得る。

本発明の課題は、特に高電力高電圧用のスイッチングト
ランジスタにおいて、閉成もしくはターンオン損失を低
減した冒頭に述べた形式の制御回路を提供することにあ
る。

本発明によれば、上記の課題は、飽和制御回路に第１の
ダイオードと同方向に直列に接続された少な（とも１つ
の第２のダイオードを設け、そして飽和制御回路を、制
御入力端に閉成制御電圧を印加した場合にスイッチング
トランジスタのベース−エミッタ電圧がスイッチングト
ランジスタのコレクターエミッタ電圧よりもほぼダイオ
ードの導通電圧降下分だけ高くなるように構成すること
により解決される。

上述の構成によれば、スイッチングトランジスタは閉成
時に飽和にまで強制的に駆動される０これにより該トラ
ンジスタにおける閉成時損失（ターンオン損失）は低減
する。しかしなが　　。

ら、飽和制御ダイオードが導通になると、ベース制御回
路からベース電流の′一部が取出される。この結果コレ
クタ電圧は制限されて、それにより、トランジスタが過
度に大きく飽和領域に駆動されることが阻止される。し
たがってスイッチングトランジスタは電力スイッチング
トランジスタとして充分に迅速に開成（ターンオフ）す
ることができる。言い換えるならばベース領域もしくは
空間に過度に太さた量のキャリヤの蓄積が回避される。

２つの同方向に直列に接続されたダイオードを飽和制御
回路で用いることにより、さらに、通常のダイオードの
阻止電圧よりも高い駆動電圧をも切換できることが保証
される。と言うのは、２つのダイオードの阻止電圧の和
が許容駆動電圧の大きさを決定するからである。

したがって、飽和制御回路における１つのダイオードを
高電圧ダイオードとすることができる。このようにすれ
ば、さらに高い駆動電圧を許容できる。

したがってこの場合、飽和制御回路の第２のダイオード
を（通常の）低電圧ダイ万一ドとすることができる。

制御装置がベース電流回路に制御増幅器を有する場合に
は、コレクタ側の第１のダイオードを高電圧ダイオード
とし７て構成し、飽和制御回路の第１および第２のダイ
オードの接続点とコレクタの極性に対応する低電圧電源
の極との間に、上記接続点に過電圧が印加された場合に
導通になるダイオ−ドを設けるのが好ましい。高電圧ダ
イオードは、電圧跳躍または妨害パルスを導通する比較
的高い切換容量を有している。

特に、消費装置のための高電圧を発生する駆動電源にお
げろように高電圧の切換に際しては、特に電流増幅器を
使用した場合、この容量を介して容易に上述のような電
圧跳躍または妨害パルスがスイッチングトランジスタの
ベースに伝達され得る。これと関連して、上述の第２の
ダイオードがその阻止作用によりこのような電圧跳躍ま
たは妨害パルスのスイッチングトランジスタのベースへ
の伝達を阻止する働きをなす。

しかしながら、第１および第２の飽和制御ダイオードの
接続点と低電圧電源との間に投げたダイオードを介して
、同時に上記接続点の電位を低電圧電源、好ましくは制
御装置の固有の駆動電圧電源の電位に制限し過電圧を取
出すようにするのが好ましい。このような過電圧はまた
、誘導性の消費装置の切換に際しても現われ得るしたが
って、制御電圧は矩形波交流電圧とし、飽和制御回路の
第２のダイオードおよびベース制御回路で用いられるダ
イオードに対して１つの共通の第１の抵抗を前置接続し
、ベース制御回路に設けられるダイオードを電流増幅器
の入力端に前置接続し、スイッチングトランジスタのエ
ミッタと電流増幅器の入力端との間に第２の抵抗を設け
、そして制御装置の制御入力端と電流増幅器入力端との
間にさらに他の閉成（ターンオン〕制御電圧阻止ダイオ
ードを設けるようにすることができる。この構成によれ
ば、２つの抵抗は、作用制御電圧を、用いられている電
力トランジスタに適合することを可能にする分圧器とし
ての作用をなす。さらに加えて、閉成（ターンオン）制
御電圧阻止ダイオードならびに制御電圧として矩形波電
圧を使用することにより、スイッチングトランジスタが
導通状態にある時にそのベース領域に蓄積されるキャリ
ヤを開成（ターンオフ）時に基準電位（アース電位）に
関し閉成（ターンオン）制御電圧と比較して逆の極性で
作用する開成（ターンオフ）制御電圧により迅速に取出
される。したがって、スイッングトランジスタは相応に
迅速に開成状態に切換される。

以下添付図面を参照し本発明の好ましい実施如 例について詳細な説明する。

第１図には消費装置１と直列に駆動電源に接続された高
電力用スイッチングトランジスタ３が示されており、該
トランジスタ３０ベースは、矩形波交流電圧発生器５を
含む本発明による制御装置４を介して制御電圧を印加さ
れる。スイッチングトランジスタ３は２、たがって、消
費装置１もしくは消費電流を交互に開閉する。駆動電源
２は、逆弐変換装置を介して例えば６８０ボルトの非同
期モータの駆動に必要とされるような約６００ないし８
００ボルトの高電圧を発生する。

制御装置４は、制御入力端７とスイッチングトランジス
タ３のベースとの間にベース制御回路６を有している。

さらに、制御装置４は制御入力端７とスイッチングトラ
ンジスタ３のコレクタとの間に飽和制御回路８を備えて
いる。

飽和制御回路８は、２つの同方向に直列に接続されたダ
イオード、即ち低電圧ダイオード９および高いスイッチ
ング周波数に適した高電圧ダイオード１０を有している
。ダイオード１０のカソードはスイッチングトランジス
タ３のコレクタに接続されており、そしてダイオード９
のアノードは前置抵抗１１を介し２て制御入力端７に接
続されている。

ダイオード９と１０の接続点にはダイオード１２のアノ
ードが接続されており、そして該ダイオード１２０カソ
ードは１−２ボルトの低電圧電源２ａの正極に接続され
ている。なお、該有電圧電源２ａは矩形波交流発生器５
に給電を行なうためのものである。ベース制御回路６に
おいて、抵抗１１およびダイオード９の接続点とスイッ
チングトランジスタ３０ベースとの間でダイオード１３
および電流増幅器１４が直列に接続されている。ダイオ
ード１３が電流増幅器１４の入力端に前置接続されてお
り、そして慾そのカソードが該電流増幅器の入力端に接
続されている。電流増幅器１４は「１」の電圧増幅率を
有しており、スイッチングトランジス、り３のベースが
発生器５にさほどの負荷をかけないようにして制御電圧
を検出するのに用いられる電源２ａは増幅器１４にも給
電を行なう。

電流増幅器１４０入力端とスイッチングトランジスタ３
０ベースとの間にはさらに抵抗１５が接続されている。

制御入力端７と電流増幅器入力端との間にダイオード１
６が接続されており、該ダイオードのカソードは制御入
力端７に接続され、そしてそのアゾニドは電流増幅器入
力端に接続されている。

制御入力端７に制御電圧の正の半波が現われると、それ
により抵抗１１、ダイオード１３および電流増幅器１４
を介して電流即ちベース電流がスイッチングトランジス
タ３のベース−エミッタ区間を流れる。その結果スイッ
チングトランジスタ３は導通になる。（スイッチングト
ランジスタ３のエミッタ電位もしくは駆動電源力 ２の負極の電位にする）コレクタ電位が、抵抗１１およ
びダイオード９間の接続点の電位よりもダイオード９お
よび１０のターン−オン電圧の和だけ低くなると直ちに
ダイオード９および１０は導通になる。した力じて制御
電圧は、籠抗１１、ダイオード９および１ｏならびにス
イッチングトランジスタ３のコレクターエミッタ区間を
介して流れる付加的な電流を発生する。

導通方向におけるダイオード９，１ｏおよび１３の電圧
降下はほぼ等しく、他方、電流増幅器１４における（電
圧増幅率「１」に由る）電圧降下は無視し得るほどに小
さいと見做すことができるので、コレクタ電位はベース
電位よりもダイオード９および１０の電圧降下分だけ低
くなる。言い換えるならば、スイッチングトランジスタ
３のベース−エミッタ電圧はコレクターエミッタ電圧よ
りもダイオード（！３または１゜）の電圧降下分だけ高
い。ダイオード９および１０が導通になると、それ以前
にベースを経て流れていた電流の一部はダイオード９お
よび１０ならびにコレクターエミッタ区間を経て流れ、
抵抗１１とダイオード９の接続点の電圧は抵抗１１およ
び発生器５の内部抵抗による電圧降下に起因して減少す
るので、ベース電流は減少し、その結果スイッチングト
ランジスタ３の導通度も再び若干減少し、コレクターエ
ミッタ電圧は相応に増大する。そこで、ダイオード９お
よび１０は不導通状態となり、ベース電流が相応に再上
昇せしめられる。このようにして、スイッチングトラン
ジスタ３の動作点は安定化され、そのベース−エミッタ
電圧は、コレクターエミッタ電圧よりも１つのダイオー
ドのほぼ導通電圧降下分だけ高くなる。このようにして
、スイッチングトランジスタ３は閉成（ターンオン）時
に常に飽和状態にまで制御されるが、しかしながら飽和
領域内に過度に深く駆動されることはない。したがって
、閉成時（ターンオン）損失は小さい。また、スイッチ
ングトランジスタ３の開成（ターンオフ）時には、飽和
中にベース領域に蓄積されたキャリヤの比較的迅速な取
出しが行なわれる。と言うのは、上述のように飽和が制
限されているからである。

アース電位もしくはエミッタ電位に対して負の制御電圧
を用いて開成が行なわれ、しかもこの制御電圧はダイオ
ード１６が設けられているためにスイッチングトランジ
スタ３のベースに実質的に完全に作用するので、飽和状
態にあるスイッチングトランジスタ３のベース領域モし
くはベース空間からのキャリヤの放出は、≠と正の閉成
制御電圧を取払う場合よりも迅速に行なわれる。その結
果として、スイッチングトランジスタの開成（阻止）は
応分に迅速になる。

抵抗１１および１５は、正の閉成制御電圧に関し、該制
御電圧をスイッチングトランジスタ３の所望の制御に適
合させる分圧器の作用をなす。

導通電圧降下がコレクターベース電圧に関して補償され
るダイオード９および１３：、ま、単に（低い）飽和を
達成するための目的だけからは省略（短絡）することが
できよう。しかしながら、通常のダイオードの阻止電圧
よりも高い電圧に対し消費装置１をスイッチングトラン
ジスタで開閉しようとする場合にはダイオード９は設け
ろのが望ましい。場合によっては、駆動電圧をベースか
ら分離するのに、２つのダイオード９，１００阻止電圧
で充分である。また、例えば逆変換装置を介して約６０
０ないし８００ポル・、トの電源から給電される６８０
ボルトの非同期モータのような高電圧で１駆動される消
費装置１を開閉する場合に必要とされるように「高速」
高電圧ダイオード１０を用いる場合にもダイオード９は
設けるのが、望ましい。このような高電圧ダイオード１
０は比較的高い漂遊容量もしくは開閉容量を有しておっ
て、その結果、スイッチングトランジスタのコレクタに
印加される高い正電圧跳躍または他の高い妨害パルスが
スイッチングトランジスタのベースに現われることがあ
り得る。第２のダイオード９はこのような現象を阻止し
、その場合ダイオード１２は付加的に、ダイオード９の
カソードに現われる過電圧（％に誘導性消費装置の場合
に現われる）を駆動電源２に戻す働きをなし、その結果
ダイオード９は単純な低電圧ダイオードから形成するこ
とができる。

ダイオード１３を用いないで第２のダイオ−ド９を用い
る場合には、スイッチングトランジスタ３の閉成時にベ
ース−エミッタ電圧がコレクターエミッタ電圧よりも２
つの夕ゞイオード９および１０の導通電圧降下分だけ高
くなり得る。それにより、スイッチングトランジスタ３
が飽和領域に深く駆動されてしまう可能性がある。ダイ
オード１３を付加すれば、ダイオード９の電圧降下が補
償され、その結果コレクターベース電位間の差はダイオ
ード１０の導通電圧降下だけに対応することになる。

飽和制御回路８においてダイオード９，１０と同方向に
直列に接続した１つまたは複数のさらに他のダイオード
を用いてさらに高い電圧を開閉しようとする場合には、
１つのダイオード１３０代りに２つまたは６つ以上の同
方向に直列に接続されたダイオードを用いて、飽和制御
回路における第２のダイオードまたは他のダイオードに
おける電圧降下をそれぞれ補償し、それによりエミッタ
電位を、常にアース電位（エミッタ電位）に対するコレ
クタ電位よりも、飽和制御回路の唯１つのダイオードに
おける電圧降下分だけ高くなるようにすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスイッチングトランジスタの制御
装置の１実施例を示す回路図である１・・・・・・消費
装置、２・・・・・・電源、３・・・・・・スイッチン
グトランジスタ、４・・・・・・制御装置、５・・・・
・・矩形波交流電圧発１器、６・・・・・ベース制御回
路、７．・・・・制御入力端、８・・・・・・飽和制御
回路、９・・・・・・低電圧ダイオード、１０　・・・
高電圧ダイオード、１１・・・・・前置抵抗、１２・・
・・・ダイオード、１３・・・・・・ダイオード、１４
・・・・・・電流増幅器、１５・・・・・・抵抗、１６
・・・・・ダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 土　制御装置の制御入力端とスイッチングトランジスタ
   のベースとの間に設けられたベース制御回路を有し、該
   ベース制御回路を介して制御電圧により前記スイッチン
   グトランジスタを交互に閉成および開放可能にして、該
   スイッチングトランジスタのコレクターエミッタ区間と
   直列に駆動電源に接続されている消費装置を閉成および
   開放し、前記ベース制御回路に少なくとも１つのダイオ
   ードを設け、該ダイオードの導通ないし順方向を前記ス
   イッチングトランジスタのベース−エミッタ区間と同方
   向の極性にし、さらに前記制御入力端と前記スイッチン
   グトランジスタのコレクタとの間に飽和制御回路を設げ
   、該飽和制御回路は、前記スイッチングトランジスタの
   コレクターエミッタ区間と同方向の導通方向な有するよ
   うな極性で接続された少なくとも１つのダイオードを有
   する前記スイッチジグトランジスタのための制御装置に
   おいて、前記飽和制御回路（８）は、前記第１のダイオ
   ード（１０）と同方向に直・列に接続された少なくとも
   １つの第２のダイオード（９）を有し、前記飽和制御回
   路は、前記制御入力端（７）に閉成（ターン・オン）制
   御電圧を印加した場合に、前記スイッチングトランジス
   タ（３）のベース−エミッタ電圧を、前記スイッチング
   トランジスタ（３）のコレクターエミッタ電圧よつもほ
   ぼダイオード（９；１０）の導通ないし順方向電圧降下
   分だけ高くするように構成されていることを特徴とする
   スイッチングトランジスタのための制御装置。 ２６　　飽和制御回路（８）の１つのダイオード（１０
   ）が高電圧ダイオードである特許請求の範囲第１項記載
   のスイッチングトランジス、りのための制御装置。 ６、飽和制御回路（８）の第２のダイオード（９）が低
   電圧ダイオードである特許請求の範囲第２項記載のスイ
   ッチングトランジスタのための制御装置。 ４、　ベース制御回路に電流増幅器を有し、コレクタ側
   の第１のダイオード（１０）が高電圧ダイオードであり
   、飽和制御回路（８）の前記第１および第２のダイオー
   ド（９；１０）の接続点と、コレクタの極性に対応の低
   電圧電源（２ａ）の極（＋）との間に、前記接続点に過
   電圧が印加された時に導通になるダイオード（１２）を
   設けた特許請求の範囲第２項または第３項記載のスイッ
   チングトランジスタのための制御装置。 ５、制御電圧が矩形波交流電圧であり、飽和制御回路（
   ８）の第２のダイオード（９）とベース制御回路（６）
   に設けられているダイオード（１３）に共通の第１の抵
   抗（１１）を前置接続し、ベース制御回路に設けられて
   いるダイオード（１３）を電流増幅器（１４）の入力端
   に前置接続し、電流増幅器（１４）のエミッタとの間に
   第２の抵抗（１５）を設け、そして制御装置（４）の制
   御入力端（７）と電流増幅器入力端との間に閉成制御電
   圧を阻止する別のダイオード（１６）を設けた特許請求
   の範囲第４項記載のスイッチングトランジスタのために
   制御装置。