JPS60229526A - 電流スイツチング回路 - 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】 本発明は、バイポーラトランジスタのエミッタ・コレク
タ通路を流れる電流をスイッチングする電流スイッチン
グ回路であって、前記トランジスタのベースにスイッチ
ング信号発生器からこれに直列接続した誘導リアクタン
スを含む２端子網を介してほぼ方形波状信号を供給して
前記１〜ランジスタを交互に導通状態及び非導通状態に
づる電流スイッチング回路に関する。

かかる電流スイッチング回路は゛ハントブツフ・シャル
トトランジスト−レン（ト１ａｎｄｂｌｌｃｈＳｃｈａ
ｌｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｅｎ　）　（−スイッチング
１ヘランジスタマニユアル）”、１９７９年トムソンー
ツ工−・ニスやエフ　ゲー・エム・べ−・バー（Ｔｈｏ
ｍｓｏｎ−Ｃ３Ｆ　Ｇｍｂｔ−１）社刊行、セクション
５．５．第１０１頁等から既知である。これに記載され
た電流スイッチング回路はｎｐｎスイッチングトランジ
スタを備え、そのベースはインダクタを介してスイッチ
の第１接点に接続されている。

このスイッチの第１接点は適宜第２又は第３接点に接続
することができる。第２接点はトランジスタの丁ミッタ
に対し正である電圧をこの接点に供給ηる電源に接続し
、一方、第３接点はトランジスタのエミッタに対し角で
ある電圧をこの接点に供給する第２の電源に接続する。

これら２つの電圧はスイッチ及びインダクタを介してト
ランジスタのベースに交互に供給することができる。

第１及び第２接点が相互接続されるスイッチの位置にお
いでは、スイッチオン過渡状態が消滅した後定常状態に
おいて］・ランジスタのベースに正電圧が供給される。

従ってトランジスタのベースを介して正電流が流れ、こ
れに応動してトランジスタが飽和状態に調整される。こ
の状態ではトランジスタは特に高導通状態になるので、
即ちトランジスタの］レクタ及びエミッタ間の電圧が特
に小さくなるので、トランジスタにおける消散損が最小
に低減される。その場合トランジスタは低い熱負荷にお
いてそのエミッタ・コレクタ通路に大電流を流すことが
できる。

飽和した状態即ち１〜ランジスタの高導通状態において
は、特にトランジスタの］レクタ領域において高濃度の
少数電荷キャリアが生じる。１・−ノンジスタが導通状
態から非導通状態へ切換えられた場合これら少数電荷キ
ｔ・リアは再結合し４０」ればならない。少数電荷キャ
リアの再結合には、１〜）ンジスタのエミッタ・コレク
タ通路に１に熱電流が流れる所定期間を必要とするが、
同＋１．’ｌにかなりの］レクタ・エミッタミルが既に
発生するおイれがある。その場合に起る消散損によりト
ランジスタが熱的に破壊されるおそれがある。

トランジスタを導通状態から非導通状態へｌ、ｒＪ換え
る際のトランジスタにお（）る消散損は、エミッタによ
って注入されるコレクタ電流が依然流れている限り、従
ってコレクタにおいてかなりの電［［降下が生じる以前
にエミッタ・−’ｉレクタ通路からの少数電荷キャリア
の可能な最大部分を除去Ｊｌることによって低減づるこ
とができる。少数用（＝：＋　−ｆヤリアはベースに負
電圧を供給づることによ−）で、従って負ベース電流に
Ｊ：つで除去される。この電流はエミッタ・ベース通路
が導通状態に維持されるよう選定されており、これはエ
ミッタが］レクタ電流の注入を継続することを意味して
いる。負ベース電流としては開始時には小さく、かつ少
数電荷キャリアの大部分が除去された後に大きくなる負
ベース電流が特に効果的である。この目的のため、ベー
ス電流を徐々に負値に変化せしめる冒Ｏｎに述べたイン
ダクタを、従来の電流スイッチング回路ではスイッチと
トランジスタのベースとの間に設けている。この徐々の
電流変化に当り少数電荷キャリアは再結合できる。その
場合トランジスタのベース・エミッタ接合は導通状態に
維持され、少数電荷キャリアの再結合の結果トランジス
タが飽和状態から活性状態に変化するまでしゃ断されな
い。ベース電流の変化開始時から活性状態に到達するま
での時間は蓄積時間と呼ばれる。

コレクタ電流の減少はトランジスタの活性状態に当りい
わゆる下降時間内に起る。この下降時間内にほぼ全消散
損がトランジスタにおいて起る。

従って、消散損従ってトランジスタの熱負荷を低減する
にう下降時間をできるだけ減少することが所望される。

蓄積時間の終りには残留少ｖＩ電夕１１−ヤリアが１〜
ランジスタに依然存在し、これは大きい負ベース電流パ
ルスによって効果的に除去される。これにより、コレク
タ電流による残留少数電荷キャリアの再結合によって決
まる下ＩＩ＃時間がかなり減少する。

蓄積時間の終りに大きい負電流パルスを使用でることに
よって下１１１時間を減少させる電流スイッチング回路
は前記゛′ハントブッフ・シャ暦１へ１〜ランジストー
レン″の特に、例えば、第１０６頁の第１７ａ図又は第
１３０頁の第２４図から既知である。しかしこれに記載
された電流スイッチング回路は極めて複雑かつ高価であ
り、更に、大きい占有容積を必要とする。

本発明の目的は、大きい占有容積を必要とけず、電流に
つき最小下降時間を有するバイポーラトランジスタのミ
ッタ・コレクタ通路を流れる電流をスイッチングするた
めの簡単で安ｌｉ＃ｉな電流スイッチング回路を提供す
るある。

かかる目的を達成するため本発明の電流スイッヂング回
路は、２端子網を、２端子網を流れる電流が増大した場
合誘導リアクタンスの値が減少するよう構成したことを
特徴とする。

本発明による構造の２端子網は小電流においては大電流
に対するより大きい誘導リアクタンスを有するが、この
リアクタンスは逐次電流変化に対し非直線１件で変化す
る。２端子網を流れる小電流は最初高い誘導リアクタン
スの抵抗作用を受けるので、時間に対する電流の変化は
僅かである。電流が増大すると誘導リアクタンスが減少
し、時間に対する電流の変化が大きくなる。本発明の電
流スイッチング回路ではトランジスタのベース電流がか
かる２端子網を流れる。トランジスタが導通状態にある
場合には最初比較的小さいベース電流が流れる。ベース
に供給づるスイッチング信号の値が変化した場合、２端
子網の高い誘導リアクタンスのためベース電流は最初極
く緩慢にこの変化に従前する。所定期間の経過後に初め
てベース電流が所定量だけ増大し、誘導リアクタンスが
減少し、ベース電流の一層急速な上昇が起る。

本発明の電流スイッチング回路は、２端子網を流れる電
流が基本的に小さく、僅かしか変化しない期間がトラン
ジスタの蓄積時間に対応するようにし、即ち供給された
ベース電流によって少数電荷キャリアが低減される期間
に対応するＪ、うに４ると好適である。その場合、この
期間後に追随づるベース電流の急峻な増大はトランジス
タが活性状態になる瞬時に正確に一致する。その場合ト
ランジスタは迅速に非導通状態に調整され、即ら１ヘラ
ンジスタのコレクタ電流は極めて短い下降時間を有する
ことになる。

本発明の電流スイッチング回路の実施例においては、２
端子網を磁化可能材料のコアを有Ｊる］イルを以って構
成し、該コアをトランジスタのベースに流れる電流によ
って飽和状態に磁化ＪるＪ、う構成したことを特徴とす
る。コイルは開成されたフェライト環状］アトに巻装す
ると好適である。

かかる環状コアの寸法、その磁気特性及び巻装導体巻数
を適切に選定することにより、かかる構造のコイルを電
流スイッチング回路の残りの部分の配置寸法に容易に整
合させることができる。更に、上記コイルは簡甲な態様
で有利な価格において作製することができ、極めて小形
になる。

次に図面につき本発明の詳細な説明する。

第１図においてＧはスイッチング信号発生器の等価回路
図を示す。このスイッチング信号発生器は正電圧Ｕ１及
びＵ２を矢印で示した方向において供給づる２個の直流
電源を備えている。抵抗Ｒ１は直流電源Ｕ１の内部抵抗
を示す。直流電圧Ｕ１及びＵ　２はスイッチＳを介して
誘導リアクタンスを有する２端子網りの第１端子に随時
供給し、この２端子網の第２端子はｎｐｎ形トランジス
タＴのベースに接続する。トランジスタＴのベース電流
１ａは正電流方向で２端子網を介して１ヘランジスタＴ
のベースに流れる。直流電源Ｕ１及びＵ２の１１（抗Ｒ
１及びスイッチＳとは反対側端子はそれぞれ接地される
。

またトランジスタＴはそのエミッタを接地し、かつその
コレクタを負荷抵抗ＲＬを介して第３の直流電源Ｕ３の
正端子に接続し、この第３直流電源は直流電圧Ｕ３を発
生しかつその角端子は接地される。第３直流電源Ｕ３に
は矢印で示した正電流方向において負荷抵抗ＲＬ及び１
〜ランジスタＴのエミッタ・コレクタ通路を介して電流
１ｃが流れる。電流１ｃの値は］−ランジスタＴのベー
スに流入する電流Ｉ８によって制御される。その場合ス
イッチＳは図示の位置にあり、即ちトランジスタＴのベ
ースは２端子網１−及び抵抗Ｒ１を介して正電圧Ｕ１に
結合される。

第２図には電流ＩＢ及びｌｃの時間に対づる変化並びに
トランジスタＴのエミッタ・］レクタ間電圧ＵＣＥの時
間に対する変化を示しである。スイッチＳをターンオン
した際に起るスイッチオン現象が消滅した後、定常状態
が得られ、この状態においては電流Ｉｓ及びｌｃ並びに
電圧ｊｌｃ〔は一定である。

瞬時ｔ１にスイッチＳが切換えられ、トランジスタＴの
ベースは２端子網りを介して直流電源Ｕ２に結合される
。瞬時ｔ１にはｉ〜ランジスタＴは飽和状態にある。ス
イッチＳを切換えることにより、電流Ｉ８の極性を反転
する逆極性の電圧が２端子網１−に結合される。２端子
網１−の誘導リアクタンスのため電流Ｉ８の値は正から
負の値へ徐々に変化する。図示の例においては２端子網
し、例えば、フェライトリングコアを有するコイルはヒ
ステリシス特性を有している。またヒステリシス曲線全
体の一部だ番プにおける駆動の場合には、１Ｊプループ
と呼ばれる新たなヒステリシス曲線が得られる。図示の
例では２端子網の特性のサブループのみ、トランジスタ
Ｔの飽和状態における正のベース電流値及びこれと比べ
て高い負のベース電流値の間の範囲において駆動される
。従って極性反転に当り電流１ａは瞬時ｔ１の直後に迅
速に小さい蛸に減少する。一層小さい電流値の範囲にお
いては、十分高い負値に到達する際に電流１ａにおける
迅速な変化が再び開始されるまで、電流Ｉ、の緩慢な変
化だけが得られる。

回路素子、特に抵抗ＲＬ及び２端子網りの誘導リアクタ
ンスを適切に選定して、電流１ｇの時間に対する第２の
迅速な変化が瞬時ｔ１から時間ｔだけ離間された瞬時ｔ
２の領域において起るにうにする。この状態において［
８はトランジスターの蓄積時間を示し、蓄積時間におい
てはトランジスタＴが飽和状態から活性状態に調整され
る範囲まで１−ランジスタＴにおける少数キャリア電荷
密度が減少する。

電流１ａにおける後続の迅速な増大においてはトランジ
スタＴは極めて短期間に活性状態を介ししゃ断状態へ駆
動される。これは瞬時Ｉ２及び（３の間の時間間隔であ
る下降時間ｔｆｎに行われる。下降時間’ｆｎにおいて
はトランジスタＴのＴｌレクタ電流ＩＣは瞬時ｔ１にお
ける値の９０％から１０％に減少する。コレクタ電流Ｉ
Ｃが減少すると電流１ａも減少してゼロになる。ｆ１時
に、トランジスタＴのエミッタ・コレクタ通路間の電圧
ＵｃＥ　は最終値Ｕ３に増大する。第２図に示した信号
変化ではこの増大が、１〜ランジスタＴの−ｒミッタ・
コレクタ通路に並列接続した保護コンデンサ（第１図に
図示せず）に起因して比較的平１１ｊな曲線と共に起る
。

更に、第２図には比較のため、一定すアクタンス叩ら電
流に左右されないリアクタンスを有するコイルを２端子
網りとして使用した場合を破線によって示しである。そ
の場合時間に対しほぼ直線性である電流ＩＢの変化が得
られ、これを破線曲線１Ｂで示しである。電流ｆＢ′は
トランジスタＴが活性状態に到達するまで一様に変化し
、次いでＵ口に減少する。この場合トランジスタＴは著
しく緩慢に非導通状態へ調整され、〕レクタ電流は時間
に対し破線曲線１ｃ’で示したように変化づる。この］
レクタ電流１ｃ’　は瞬時１．において初めて瞬時［１
における値の１０％に到達する。

従って下降時間”ｆｌ即ち瞬時ｔ２及びｔ４の間の時間
間隔は下降時間’ｆｎに比べて著しく長くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電流スイッチング回路を示す基本回路
図、 第２図は第１図の作動説明図である。 Ｇ・・・スイッチング信号発生器 Ｕｌ、Ｕ２．Ｕ３・・・直流電源 Ｓ・・・スイッチ　１−・・・２端子組特許出願人　エ
ヌ・べ−・フィリップス・フルーイランペンファブリケ
ン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、バイポーラトランジスタのエミッタ・コレクタ通路
   を流れる電流をスイッチングする電流スイッチング回路
   であって、前記トランジスタのベースにスイッチング信
   号発生器からこれに直列接続した誘導リアクタンスを含
   む２端子網を介してほぼ方形波状信号を供給して前記ト
   ランジスタを交互に導通状態及び非導通状態にする電流
   スイッチング回路において、２端子網を、２端子網を流
   れる電流が増大した場合誘導リアクタンスの値が減少す
   るよう構成したことを特徴とする電流スイッチング回路
   。 ２．２端子網を磁化可能材料のコアを有するコイルを以
   って構成し、該コアをトランジスタ（Ｔ）のベースに流
   れる電流によって飽和状態に磁化する特許請求の範囲第
   １項記載の電流スイッチング回路。