JPS6016838B2 - 直流交流変換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体素子のみを用いて入力直流電力を出力交
流電力に変換する装置に関し、更に詳しくいえば測定器
や無線通信機の電源として使用する直流交流変換器に関
する。

ェミッタ・ベース間が抵抗−ィンダクタンス回路網で結
合される２個の主トランジスタと、２個の抵抗およびヱ
ミツタ回路に接続される温度感知抵抗素子（ｔｈｅｒｍ
ｏｒｅｓｉｓｂｒ）とで構成されるトランジスタマルチ
パイプレータを用いる直流交流変換器であって、前記温
度抵抗の一方の端子は直流電源の一方の電極に接続され
、直流電源の他方の電極は出力トランスの１次巻線の中
心タップに接続され、前記１次巻線の端子はトランジス
タのコレクタに接続されている直流交流変換器が知られ
ている（ソ連邦発明者証第１８１７２４号参照）。

しかし、マルチパイプレータの求められている動作効率
が、出力トランスと抵抗を介してトランジスタのベース
に加えられる直流電源の電圧がかなり変動する（２０〜
３０％）場合に、低下する。温度が−４ぴ○から＋５０
ｑ０変動すると、トランジスタマルチパイプレータの動
作周期が変化する。その理由は、出力トランスの１次巻
線のインピーダンスと、直流交流変換器のパラメータの
安定度を低下させる温度感知抵抗素子の能動抵抗値との
温度係数が異なるからである。その結果として、出力の
安定度が低下するとともに、ある場合には交流が発生さ
れなくなることもある。

従来の直流交流変換器の動作の安定度を、広い温度範囲
にわたって、かつ直流電源の電圧がかなり変化する条件
の下で高く保つために、直流電源は独立した直流電圧安
定器を介して直流交流変換器の入力端子に接続される。

しかし、そのような直流電圧安定器はかなり電力を消費
し、しかも電圧が高くなると消費電力が増大し（特に大
電流の場合に）、そのために直流交流変換器の効率が低
下することになる。本発明の目的は、直流電源の出力電
圧と温度とが広い範囲で変化しても、直流交流変換器の
安定度が低下しないようにすることである。

本発明の別の目的は、直流交流変換器の効率を向上させ
ることである。

これらの目的は、ェミッタ回路に温度抵抗を有するトラ
ンジスタマルチバイブレ−夕を用いる直流交流変換器で
あって、温度抵抗の一方の端子は直流電源の一方の電極
に接続され、この直流電源の他方の電極は直流交流変換
器の出力トランスの１次巻線の中心タップに接続される
直流交流変換器において、安定化直流電源を備え、トラ
ンジスタマルチパイプレータは２個の主トランジスタを
含み、これらのトランジスタのコレクタは抵抗−容量回
路網を介して他方のトランジスタのベースに結合され、
各主トランジスタのェミツタ回路にはスイッチングトラ
ンジスタと抵抗が含まれ、スイッチングトランジスタの
ベースと抵抗の一方の端子は主トランジスタのェミッタ
に接続され、その抵抗の他方の端子は温度感知抵抗素子
の一方の端子に接続され、スイッチングトランジスタの
ェミッ外ま温度感知抵抗素子の他方の端子に接続され、
スイッチングトランジスタのコレクタは出力トランスの
１次巻線の端子に接続されることを特徴とする直流交流
変換器によって達成される。

この直流交流変換器の温度感知抵抗素子の他方の端子と
出力トランスの１次巻線の中心タップとの間に非直線電
圧制御器を接続することが好ましし、。以下、図面を参
照して本発明を詳細に説明する。

本発明の直流交流変換器は抵抗−容量結合形トランジス
タマルチパイプレータを用いている。

このマルチバイブレーターは主トランジスタ２，３と、
トランジスタ２，３のコレクタにそれぞれ接続される抵
抗４，５と、トランジスタ２，３のベースにそれぞれ接
続される抵抗６，７と、スイッチングトランジスタ１０
，１１と、トランジスタ２のコレクタとトランジスタ３
のベースとの間に接続されるコンデンサ８と、トランジ
スタ３のコレクタとトランジスタ２のベースとの間に接
続されるコンデンサ９と、スイッチングトランジスタ１
０，１１のェミッタと直流電源の正端電極端子２３との
間に接続される温度感知抵抗素子１４とを有する。スイ
ッチングトランジスタ１０のベースは主トランジスタ２
のェミツタに直結され、スイッチングトランジスター１
のベースは主トランジスタ３のェミッタに直結される。
トランジスタ３のヱミツタとトランジスタ１１のベース
との接続点１５は抵抗１３を介して電源端子２３に接続
され、トランジスタ２のェミツタとトランジスタ１０の
ベースとの接続点１０は抵抗１２を介して電源端子２３
に接続される。スイッチングトランジスタ１０，１１の
コレクタは出力トランス１９の１次巻線１８の異なる端
子にそれぞれ接続される。１次巻線１８の中心タップ２
１は直流電源の負端子２２に接続される。

主トランジスタ２，３のコレク夕回路には直流安定化電
源２５が接続される。

この直流安定化電源２５は抵抗２６とッェナーダィオー
ド（ｓねｂｉｌｉｔＭｎ）２７とで構成され、このッェ
ナーダィオードの一方の端子は主トランジスタ２，３の
コレクタに抵抗４，５をそれぞれ介して接続され、他方
の端子は電源端子２３に接続される。

抵抗２６の一方の端子も抵抗４，５をそれぞれ介して主
トランジスタ２，３のコレクタに接続され、他方の端子
は負電源端子２２に接続される。第２図はスイッチング
トランジスタ１０，１１のェミツタの共通接続点１７が
非直線電圧制御器を介して、出力トランス１９の１次巻
線１８の中心タップ２１に接続されている例を示す。こ
の非直線電圧制御器は抵抗２８と、ダイオード２９と、
基準電圧源３０とを直列に接続して構成される。ダイオ
ード２９の接続極性は直流電源の極性に応じて決められ
る。非直線電圧制御器は抵抗２８とツェナーダイオード
（ｓｔａｂｉｌｉｔｒｏｎ）３１とを直列に接続して構
成することもできる（第３図）。

次に本発明の直流交流変換器の動作を説明する。

直流電源の電圧が１０〜１５％変化（上昇）すると、ス
イッチングトランジスタ１０，１１のコレクタにかかる
電圧と、安定化直流電源２５の入力端子における電圧も
上昇するが、直流安定化電源の出力電圧つまり端子２３
と抵抗４，５，６，７の接続点の間の電圧は不変である
。

トランジスタ２，３のコレクタ回路に含まれる抵抗４，
５と、ベース回路に含まれる抵抗６，７と、コンデンサ
８，９とで構成される時間設定回路の動作状況は乱され
ないから、マルチパイプレータ１の周期は一定のまま保
たれる。

また、スイッチングトランジスタ１０，１１のベース・
ヱミッタ接合を流れる主トランジスタ２，３のコレクタ
電流も一定に保たれる。スイッチングトランジスタ１０
，１１のコレクタ電圧上昇は次のようにして補償される
。

第１の半周期では第１のスイッチングトランジスタ１０
を夕−ンオンさせ、第２の半周期では第２のスイッチン
グトランジスタ１１をターンオンさせる。

そのときの電流はスイッチングトランジスタ１０と１１
を通して反対位相に流れるから、温度感知抵抗素子１４
は低い振幅ののこぎり歯成分が童畳した直流成分からな
る全電流を流通させる。しかし前記のこぎり歯成分は回
路動作には影響がない。最初の値に比べて直流電源出力
が変化するときは、スイッチングトランジスタ１０と１
１のそれぞれを通して一方のコレクタ電流が流れ始める
。その結果２つの回路で共有された温度感知抵抗素子１
４が流通する全コレクタ電流は温度感知抵抗素子１４の
直流電圧降下を変える。このように直流電源の電圧出力
が高くなれば温度感知抵抗素子１４の電圧降下（すなわ
ち直流成分）を増加させる。温度感知抵抗１４による増
加した電圧降下（すなわち直流成分）は、抵抗１２と１
３を通して、スイッチングトランジスタ１０と１１のベ
ース・ェミツタ接合に与えられる。

このことはベース・ェミッタ接合に逆バイアスを加える
結果となる。この電圧にトランジスタ１０と１ １のベ
ース・ェミッタ接合での電圧降下が加えられ、マルチバ
イブレーターの主トランジスタ２と３のそれぞれのェミ
ツタに与えられるから、主トランジスタ２と３のコレク
タ・ェミッタ接合の電圧は温度感知抵抗１４における直
流成分の電圧降下によって変化する。このようなことが
生起すると、出力電圧半サイクルによるターンオンされ
たスイッチングトランジスタ１０あるいは１１のベース
電流は、供給電圧に対して反対の位相を持つ、すなわち
、トランジスタ１０あるいは１１のベース電流は供給電
圧の増加により減少し、逆に供聯合電圧の減少により増
加し、このようにスイッチングトランジスタ１０と１１
の出力電流を制御する。その結果、スイッチングトラン
ジスタ１０と１１のコレクタ回路に不整な供給電圧が与
えられても、出力電圧の安定性はかなり高められる。さ
きの例において、温度感知抵抗１４はありふれた抵抗要
素として作用する。

しかし、周囲温度のどのような変化でも、温度感知抵抗
１４の抵抗値に対応する変化を生じさせ、結果的には温
度感知抵抗１４は回路要素の特質上の変化を補償する。
とくに、温度上昇によるトランジスタ１０と１１の増加
した利得は、正の温度係数を持つ温度感知抵抗１４の増
加した抵抗値によって補償される。正の温度係数を持つ
抵抗の機能は、所謂、銅の巻線抵抗によって十分に達成
される。本質的に１個のッェナーダィオードである調整
された電圧源２５はマルチパイプレータ１のトランジス
タ２と３のコレクター供給電圧を調節していることに留
意されるべきである。

無調整の電圧源出力のいかなる変化も調整器２５の出力
に全く変化を起こさせないので、その調整器２５はベー
ス電流のスイッチングトランジスタ１０と１１の安定性
を確実にしている。他方では、さきに述べたように、無
調整の電圧源出力での変化はマルチバイブレーターの主
トランジスタ２と３を通して流れるベース電流のそれに
対応した変化を起こさせるが、この変化は調整された電
圧源２５の出力によって決まる作用点あたりのスイッチ
ングトランジスタ１０と１１のベース電流の限られた範
囲で起こる。主トランジスタ２，３のェミッタ電流によ
りスイッチングトランジスター０，１１が交互にスイッ
チングされている間に温度感知抵抗素子１４の端子間に
生ずる電圧降下は、スイッチングトランジスタ１０，１
１のコレクタ電圧が上昇すると大きくなる。

抵抗１２．１３を介してスイッチングトランジスタ１０
，１１のベース・ェミツタ接合に加えられる温度感知抵
抗素子１４の電圧が低下し続けると、前記ベース・ェミ
ツタ接続が逆向きにバイアスされるから、与えられた半
サイクルの時に導適状態となっているスイッチングトラ
ンジスタ１０，１１のうちの一方のベース・ェミッタ接
合を流れる全軍流が減少する。

そのためにスイッチングトランジスタ１０，１１のコレ
クタ電圧の上昇が補償される。

本発明の直流交流変換器は、周囲温度が上昇した場合も
直流電源電圧の上昇の場合と同様に動作する。

この場合には、大電流スイッチングモードで動作してい
るスイッチングトランジスタ１０，１１の初期ベース電
流が増加するから、それらのコレクタ電流も増加する。

温度感知抵抗素子１４はスイッチングトランジスタ１０
，１１のベース・ェミツタ接合に加えられる電圧降下を
特徴とする。スイッチングトランジスタ１０，１１のう
ち与えられた半サイクルの時に導通している方のべ−ス
・ェミッタ接合を流れる全軍流は減少すると同時に、ス
イッチングトランジスタ１０，１１のうち与えられた半
サイクルの時に非導適状態となっている方のベースに加
えられている阻止電圧も上昇する。

直流電源電圧が変動がかなり大きい（約２０〜３０％）
時にも、非直線電圧制限器によってこのィンバータの交
流出力安定度は更に向上する。

基準電源３０（第２図）の電圧は直流電源が最低電圧の
時に、ダイオード２９を非導適状態に保つように選択さ
れる。

直流電源の電圧が基準電源３０の電圧よりも高くなると
ダイオード２９は導適状態となり、温度感知抵抗素子１
４に補償電流が流れてスイッチングトランジスタ１０，
１１のベース・ェミッタ電圧を更に逆バイアスさせる。

その結果、トランジスタ１０，１１のコレクタ・ェミッ
タ接合をスイッチングする電流が減少して、直流電源の
上昇電圧を補償する。抵抗２８の抵抗値は、直流電源の
上昇電圧が直流交流変換器の出力電流に及ぼす影響を、
温度感知抵抗素子１４を流れる電流が補償するように選
択される。

第３図に示す直流交流変換器は、ッェナーダィオード３
１の安定化電圧により定められる直流電源電圧において
非直線電圧制限器が動作を開始することを除いて、第２
，３図に示す直流交流変換器と同様に動作する。

スイッチングトランジスタ１０，１１の主動作モードを
決めるそれらのトランジスタのベース電流を安定化し、
トランジスタ１０，１１のベース・ェミツタ回路に与え
られ員帰還によりコレクタ電流を調整することによって
、直流電源電圧と周囲温度との変動に起因する不安定な
作用を補償するとにより、本発明の直流電源電圧変動と
周囲温度変化に対する安定度が向上する。

これにより、電力の大部分を消費するスイッチングトラ
ンジスタ１０，１１に非安定化直流電源から電力を供給
できることになる。

大電力の電圧安定器を用いる場合に従釆の直流交流変換
器で避けられなかった電力損失がなくなり、そのために
直流交流変換器効率は向上した。

抵抗−容量コレクタ・ベース結合回路でトランジスタマ
ルチパイプレータを構成することにより、直流電源の電
圧変動によってマルチパイプレータの動作周期が変化す
ることがなくなり、また周囲温度の広範囲な変動により
マルチパイプレータの動作周期が大幅に変化することが
なくなるから、ィンバータの交流出力の安定度が高くな
る。本発明の直流交流変換器は測定器における交流発生
器として有利に使用できる。とくに、この直流交流変換
器を微小抵抗計用の電流設定器として用いると、次のよ
うな良い結果を生ずる。

直流電源として用いている電池の出力電圧が１１Ｖから
８Ｖまで低下したとすると（電圧低下率２７％）、スイ
ッチングトランジスタ１０，１１のコレクタ電流は０．
６Ｍから０．船（すなわち９％）へ減少する。

非直線電圧制限器が端子１７と２１の間に接続されると
、スイッチングトランジスタのコレクタ電流は０．５％
以上は変化しない。

これら２つの場合において、インバータの所要のパラメ
ータは、周囲温度が−５０〜十５０午０の範囲にわたっ
て保たれた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による直流交流変換器の一実施例を示す
回路図、第２図は第１図の直流交流変換器に非直線電圧
制限器を設けた実施例を示す回路図、第３図は第１図の
直流交流変換器と別の非直線電圧制限器を設けた実施例
を示す回路図である。 １……トランジスタマルチパイプレータ、２，３……マ
ルチバイブレーターの主トランジスタ、１０，１１””
“スイッチングトランジスタ、１４・・・・・・温度感
知抵抗素子、１９・・・・・・出力トランス、２５…・
・・安定化直流電源。 “佐．〆 凡Ｇ・夕 凡Ｇ．Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２個の主トランジスタ２，３のコレクタ・ベースが
   抵抗−容量回路で結合されて構成されるトランジスタマ
   ルチバイブレータ１と、主トランジスタ２，３のコレク
   タ回路に接続される安定化直流電源２５と、主トランジ
   スタ２，３のエミツタ回路に接続されるマルチバイブレ
   ータ１の２個のスイツチングトランジスタ１０，１１お
   よび２個の抵抗１２，１３と、マルチバイブレータ１の
   温度感知抵抗素子１４と、出力トランス１９とを備え、
   温度感知抵抗素子１４の第１端子は抵抗１２，１３の第
   １端子に接続され、出力トランス１９の１次巻線１８の
   端子はスイツチングトランジスタ１０，１１のコレクタ
   に接続され、１次巻線１８の中心タツプ２１は直流電源
   の一方の電極に接続され、直流電源の他方の電極は温度
   感知抵抗素子１４の第１端子に接続され、温度感知素子
   １４の第２の端子はスイツチングトランジスタ１０，１
   １のエミツタに接続され、抵抗１２，１３の第２端子は
   スイツチングトランジスタ１０，１１のベースと主トラ
   ンジスタ２，３のエミツタとにそれぞれ接続されること
   を特徴とする直流交流変換器。 ２ 特許請求の範囲の第１項に記載の直流交流変換器に
   おいて、温度感知抵抗素子１４の第２端子と出力トラン
   ス１９の１次巻線１８の中心タツプ２１との間に接続さ
   れる非直線電圧制限器を備えることを特徴とする直流交
   流変換器。