JPS6020773A - パワ−トランジスタのベ−スドライバ−回路 - Google Patents

パワ−トランジスタのベ−スドライバ−回路

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JPS6020773A
JPS6020773A JP58126513A JP12651383A JPS6020773A JP S6020773 A JPS6020773 A JP S6020773A JP 58126513 A JP58126513 A JP 58126513A JP 12651383 A JP12651383 A JP 12651383A JP S6020773 A JPS6020773 A JP S6020773A
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transistor
power
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power transistor
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JP58126513A
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Ryuichiro Iwai
岩井 龍一郎
Shuichi Morita
森田 修市
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

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】 産業上の利用分野 本発明はパワートランジスターを使用したインバーター
に利用されるもので、同ノくワートランジぶターのペー
スドライバー回路に関する0従来例の構成とその問題点 インバーターの負荷として接続されるのは、抵抗負荷で
はなく、はとんど全てがリアクトルやモーター等の誘導
性負荷である。単相インノく一ターの一例を第1図に示
す。第1図において、Q1〜Q4はパワートランジスタ
ー、D1〜D4はノくワードランシスタ01〜Q4にそ
れぞれ逆並列に接続した高速ダイオード、Lは誘導性負
荷で、端字A、B間に直流電源を接続する0 第2図はパワートランジスター〇1〜Q4のペースをド
ライブするペースドライノく一回路の一例を示すもので
“あるO 第2図において、Q2 、D2は第1図におけるQ2.
D2と同一である。Q5.Q6.Q、7はトランジスタ
、R1,R2,R3は固定抵抗器で、トランジスタQ7
のベース端子がドライブ信号入力となる。
以上の構成において、トランジスタQ2をオンとするに
は、トランジスタQ7へのベース電流を流さずトランジ
スタQ7がオフになっている時で、トランジスタQ2の
ベース電流は直流電源Vcのプラス側より抵抗R1、ト
ランジスタQ5、パワートランジスターQ2を通じて直
流電源VCのマイナス側に流れる。
ドライブ電流は抵抗R1によって制限する。パフ l−トランジスタQ2をオフとするには、トランジスタ
Q7にベース電流を流してトランジスタaがオンになっ
ている時で、パワートランジスタQ2のベースの余剰キ
ャリアを直流電源VEのプラス側からトランジスタQ2
、トランジスタQ6、抵抗R2を通して直流電源■Eの
マイナス側に引き込み、トランジスタQ2のベース、エ
ミッター間に直流電源■Eにより逆バイ″アス電圧−■
BEを印加するものである。
この様子を第3図に示す。
第3図において、IBはパワートランジスター02のベ
ースN流、VB i’;i:ベース、エミッター間電圧
で、P点でトランジスタQ2がオン、0点でオフとなる
。Gはゼロボルトラインである。
第1図のトランジスタQ2以外の01’、Q3゜Q4の
各パワートランジスターのベースにも第2図のQ 2.
D 2に置き換えて同じベースドライバー回路が接続さ
れている。
第1図において、PWM制御にて0点の平均電圧を変え
るには、トランジスタQ1と02を交互にオン、オフさ
せ、そのオン、オフの比率を変えることにより行なうが
、実際にはトランジスタQz 、Q2のスイッチング時
間による動作遅れがあるだめにオン、オフ動作がトラン
ジスタQ1と02間で切り換わる場合、タイミング時間
Tdをとったドライバーへのドライブ信号にてトランジ
スタQ1.Q2が同時にオンとなるタイミングがないよ
うにする。トランジスタQ3.Q4のペアーでも全く同
一である。
この様子を第4図に示す。
第4図において、Qlは第1図のパワートランジスタQ
1のドライバーへのドライブ信号で、■は第1のパワー
トランジスタQ2のドライバーへのドライブ信号である
トランジスタQ1のオンからトランジスタQ2のオンあ
るいはトランジスタQ2のオンからトランジスタQ1の
オンへ交互に切換わる場合はタイミング時間Td をと
って、トランジスタQN 、Q2が同時オンにならない
ようにする。
トランジスタQ1.Q2がオン、オフを交互に繰り返え
しており、わかりやすくするためトランジスタQ4が連
続してオンの状態で、チョッパー周波数に対して負荷り
のインダクタンスが大きい場合、この時のトランジスタ
Q1.Q2のト;ライバーへのドライブ信号と、トラン
ジスタQ1.Q2のベース電流、トランジスタQ1のコ
レクター電流、高速ダイオードD2の順方向電流をチョ
ッパーの1サイクルにて考えると第6図のようになる。
第5図において、Ql、Q2は第1図のパワートランジ
スター01 、Q2のそれぞれのドライバーへのドライ
ブ信号、IBl + より2は同じくトランジスタQ1
.Q2へのベース電流、工しハ負荷りへの負荷電流、I
c1はトランジスタQ1のコレクター電流、■D2は高
速ダイオードD2の順方向電流である。
Qlのドライバーへのドライブ信号にてトランジスタQ
1がオンとなると、負荷りへの電流は電源端Aからトラ
ンジスタQ1 、負荷LトランジスタQ4を通って電源
端Bにもど)、トランジスタQ1のドライバーへのドラ
イブ信号が加わっているP、0間では、トランジスタQ
1のコレクター電流■C1が流れ、トランジスタQ1の
ドライバーへのドライブ信号がオフになると、負荷りに
だくわえられたエネルギーは電流となってパワートラン
ジスタQ4、高速ダイオードD2を通してフリーホイー
ル電流が流れる。これが第5図においてQ、1間に相当
し高速ダイオードD2の順方向電流ID2が流れる。
ここで、’D2が流れているQ、R間のトランジスタQ
2のベース電流より2は第2図のドライバ一部の構成図
において電源■cのプラス側よシ抵抗R1、トランジス
タQ5を通してパワートランジスターQ2のベースから
コレクターへ流れ負荷りを通ってパワートランジスタQ
4がらドライブ電源Vcのマイナス側へもどることにな
る。通常、パワートランジスタ01〜Q4は電流の大き
さからダーリントントランジスターが使用されることが
多く、トランジスタQ2のベースエミッター間は、約1
.4■の順方向電圧に対してベース、コレクター間は約
0.7Vの順方向電圧で、しかもコレクタがエミッター
に対してマイナスの電位になるだめ、ベースドライブ電
流がベースからコレクターへ流れる方が、ベースからエ
ミッターに流れる通常の場合よりも大きくなることにな
る。ドライブ電流が流れると、〔ドライブ電流〕×〔電
源Vcの電圧〕の損失を生じることになシ、ドライブ電
流が必要のない時にドライブ電流を流すのはドライバ一
部電源容量、および発熱の点で全くムダである。
特に負荷りが大きなもので例えば1oOAの電流を流す
場合、パワートランジスターにダーリントントランジス
ターを使用したとしてもそのHFEが現在のところ10
0倍を保証できる程度で、ベース電流として100A/
100−1Aもの電流をドライブ電流として流す必要が
あり、1Aのドライブ電流を流したとしてドライバーの
電源電圧をいi7Vに設定すると1AX7V=7Wもの
損失を生じる。
現在パワーMO8FETやSITなどドライブ電力がト
ランジスターに比べて大巾に小さくてすむパワーディバ
イスが提案され、そろそろ市場にでまわっているが、オ
ン抵抗や、価格の点でまだまだパワーダーリントントラ
ンジスターが現在のところ主流である。大電力のインバ
ーターをパワーダーリントントランジスターを使用して
構成する場合、そのベースドライブ電力も大電力化に伴
なって増加し100A以上になるとドライバー〇電源容
量2発熱も無視できない程になってくる。
発明の目的 本発明は以上のような点に鑑みてなされたもの−で、そ
の目的はパワートランジスターを使用した誘導性負荷を
制御するインバーターのドライバ一部の省エネルギー化
をはかってドライバーの電源容量と発熱の低減を見るも
のである。
発明の構成 本発明は、パワートランジスターのコレクター・エミッ
ター間に接続されたフリホイールダイオードである高速
ダイオードに順方向電流が流れることにより生ずる順方
向電圧を検出し動作する第1のスイッチ手段を具備し、
そのスイッチ手段により、高速ダイオードに順方向電圧
が生じた時にパワートランジスターにドライバー電源よ
り順方向ベースドライブ電流を供給する第2のスイッチ
手段をドライブ信号にかかわらず優先的にオフとし、パ
ワートランジスターのベースエミッター間を逆バイアス
することにある。
実施例の説明 以下、本発明の実施例をi6図を参照して説明する。第
6図の構成において、パワートランジスタQ2.トラン
ジスタQ5 、Qe 、Q7 、高速ダイオードD2.
固定抵抗器R1,R2,R3は第2図の従来例の構成と
同じで、゛トランジスターs。
Q9 、Qlo、固定抵抗器R4、R5、R6,R7、
コンデンサCと高速ダイオードD5を加えたものである
第6図において、高速ダイオードD2に順方向電流が流
れると、パワートランジスター02のコレクターには、
エミッターを基準にしてマイナスの高速ダイオードD2
の順方向電圧を生じることになシ、それ以外のトランジ
スタQ2がオン、あるいは、オフしている時はコレクタ
ー電圧はプラスの電位をもつことになる。
トランジスタQ9はドライノ(−電源VCから抵抗器R
4、R6を通してベース電流を供給されており、抵抗器
R4とR5の接続点と)くワードランシスターQ2のコ
レクターを高速ダイオードD6により接続する。
トランジスタQ9めコレクターは抵抗器R6を通してド
ライブ電源■cに接続する。トランジスター09はパワ
ートランジスターQ2のコレクター′がマイナスの電位
をもつ時、即ちフリーホイールダイオードである高速ダ
イオードD2の順方向に電流が流れている時にトランジ
スタQ9のベース電流は抵抗器R4、高速ダイオードD
5を通してバイパスされ、トランジスタQ9はオフとな
り、それ以外のパワートランジスタQ2のコレクターの
電位がプラスの極性をもつ時には1トランジスタQ9は
オンとなる。
トランジスター〇9がオフになると、トランジスタCN
oはオン、トランジスタQ8がオンとなり、パワートラ
ンジスター02へドライブ電流を供給するトランジスタ
Q5をトランジスターQ7のオン、オフにかかわらず優
先的にオフとし、トランジスタQ6をオンとしてパワー
トランジスターQ2のベースエミッター間を逆バイアス
する。
トランジスタQ9がオンの場合はトランジスタQ10゜
Q8はオフで、この場合はドライブ信号によジオンオン
するトランジスタQ7によりノくワードランシスター0
2のベースドライブ電流が制御可能となる。なお、コン
デンサCは高速ダイオードD5の逆電圧が印加されると
きの逆回復電流をノくイ・くスし、トランジスタQ9へ
過大なベース電流が流れないようにするだめのものであ
る。
この様子を第5図の従来のドライノく−によった場合の
チョッパーの1サイクルの各部の波形と対比させ、本発
明によった場合のチョツノクーの1サイクルの各部の波
形を第7図に示す。
第7図の01 、 Q2 、 IBl、IB2. IL
、 IC1゜■D2は第6図のo 1 + 02 I 
B、1 、 より 2 、 I L 。
”CI + ■D2 と同じである。第7図のQ9は第
6図のトランジスタQ9のコレクタ電圧である。第5図
、と第7図のパワートランジスタQ2へのドライブ電流
IB2.を比較すると高し゛イオードD2に順方向電流
ID2が流れているQ、Hの区間ではパワートランジス
ターQ2のドライノく−へのドライブ信号Q2が入力さ
れているにもQ1かわらず、本発明を実施した場合の第
7図ではトランジスタQ2へのベースドライブ電流IB
2が従来の構成例の第6図のように流れることはない。
以上のような構成、動作によるが、′本発明を実際の3
相誘導電動機の駆動用インバーターに実施した場合のベ
ースドライブ電流波形を第8図に示す。
使用したインバーターは不等巾PWMによるダーリント
ントランジスターを使用したもので、負荷として1.6
KW汎用3相誘導電動機を接続した。
第8図において、Aは本発明を実施する前のベースドラ
イブ電流波形、Bは本発明を実施した場合のベースドラ
イブ電流波形である。
本発明を実施する前では平均ドライブ電流が実測値で0
.31Aに対して、本発明を実施しだ場合は0.17A
となり、平均ドライブ電流が本発明を実施することによ
り0.17A10.31A=0.548で55%に低減
されている。
発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明によれば、ドライ
バ一部の電源容量を従来に比べて低減することができる
。また電源容量の低下から従来に比べてドライバ一部の
コストダウンを期待できる。
さらに、ドライバ一部の発熱量も従来に比べて低下し装
置の小型化JSはかれる。
【図面の簡単な説明】
第1図はパワートランジスタをパワースイッチに使用し
た単相インバーターの構成例を示す回路図、第2図は第
1図のパワートランジスターをドライブするだめのベー
スドライバーの構成例を示す回路図、第3図は第2図の
ペースドライバーを使用した時のパワートランジスター
のベース電流とベースエミッター間の電圧波形図、第4
図はPWM制御した時の第1図のパワートランジスター
Q1 、Q2のそれぞれのドライバーへのドライブ信号
波形図、第6図は第1図においてパワートランジスター
04をオンとし、パワートランジスター01.Q2をチ
ョッピングさせた時の各部の信号波形図、第6図は本発
明の実施例にかかる回路図、第7図は第6図のドライバ
ーを使用し、第1図においてパワートランジスタQ4を
オンとし、パワートランジスタQ1.Q2をチョッピン
グさせた時の各部の信号波形図、第8図は本発明を実施
した場合と実施しない場合のベースドライブ電流波形図
である。 Q1〜Q4・・・・・・パワートランジスタ、D1〜D
4・・・・・・フリーホイールダイオード、Q5・・・
・・トランジスタ(第2のスイッチ手段)、Q9・・・
・・・トランジスタ(第1のスイッチ手段)、R4’、
R5・・・・・・抵抗器、D5・・・・・・ダイオード
。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第6
図 第7図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)パワートランジスターのコレクターエミッター間
    に接続されたフリーホイールダイオードに順方向電流が
    流れることにより生ずる順方向電圧を検出し動作する第
    1のスイッチ手段と、前記パワートランジスターにドラ
    イバー電源よりベースドライブ電流を供給する第2のス
    イッチ手段を具備し、前記フリーホイールダイオードに
    順方向電圧が生じた時にドライブ信号にかかわらず第1
    のスイッチ手段の出力によシ第2のスイッチ手段をオフ
    トシ、前記パワートランジスターのペースエミッタT間
    を逆バイアスするよう構成したパワートランジスターの
    ペースドライバー回路。
  2. (2)第1のスイッチ手段は、ドライバー電源より直列
    に接続された第1と第2の抵抗器によυベース電流を供
    給されるトランジスタと、前記第1と第2の抵抗器の接
    続点とパワートランジスターのコレクター間に接続され
    たダイオードからなる特許請求の範囲第1項記載のノく
    ワードランシスターのペースドライバー回路。
JP58126513A 1983-07-12 1983-07-12 パワートランジスターのベースドライバー回路 Expired - Lifetime JPH0683579B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010246175A (ja) * 2009-04-01 2010-10-28 Denso Corp 電力変換回路の駆動装置

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