JPS607467B2 - 周波数変換装置 - Google Patents

周波数変換装置

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JPS607467B2
JPS607467B2 JP53079902A JP7990278A JPS607467B2 JP S607467 B2 JPS607467 B2 JP S607467B2 JP 53079902 A JP53079902 A JP 53079902A JP 7990278 A JP7990278 A JP 7990278A JP S607467 B2 JPS607467 B2 JP S607467B2
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JP
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thyristor
voltage
comparator
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gate
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芳生 荻野
巧 水川
裕一 義田
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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
    • H02M7/505Conversion 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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515Conversion 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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/523Conversion 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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with LC-resonance circuit in the main circuit

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサィリスタを用いた周波数変換装置において、
最大の問題である転流失敗を防止するために、サイリス
タのトリガ信号に同期してゲート逆バイアス信号を発生
させると同時に、負荷の変動に対して自動的に追尾し、
安定な制御を実行するゲート回路を簡単な構成で、かつ
低損失動作をさせることを目的としたものである。
周波数変換装置の基本構成の1例を第1図に示す。
交流電源1は全波整流器2によって母線3〜4間に直流
電圧を供給し、コンデンサ13によって平滑される。正
極母線3からは、さらにチョークコイル5を介して高周
波動作側の正極母線6に電力が供給され、母線6−4間
には、サィリス夕7、帰還ダイオード8が互いに逆並列
接続されると同時に、サィリスタ7の転流回路を形成す
るコンデンサ9と出力コイル10の直列共振回路が接続
されている。
サィリスタ7の駆動は、ゲート回路12によって行なわ
れ高周波動作の開始、停止は起動・停止回路によって制
御される。サィリスタのゲートに逆バイアスを印加する
ことは、素子のターンオフタィムを短かくする効果が大
きいことから一般に実施されていることでその主な従来
例について説明する。第2図は第1の従来例の具体回路
であり、第3図に各部の電圧波形を示す。
第2図のゲート回路12は、目走マルチパイプレータ1
5と、正負の極性を持つ増中トランジスタから構成され
る。目走マルチパイプレータ16の出力トランジスタT
rl,Tr2のコレクターェミッタ電圧(以下Vc耳と
いう)を第3図のc,dに示す。サィリスタ7のトリガ
電圧はトランジスタTr2のVc耳を微分したパルスで
作成されコンデンサ16によりVc8の立上り時にトラ
ンジスタTr3を導通させ、同時にトランジスタTr4
が導適する。一方トランジスタTrlのコレクタに接続
されたゼナーダィオード17のゼナー電圧を負電源電圧
より大きくし、正負電源電圧の和より少なく選んでおけ
ばトランジスタTrlがオフした時にゼナーダイオード
17はブレークオーバし、トランジスタTr5を導通さ
せる。トランジスタTr4とTr5の出力はサィリスタ
のゲート様子で合成されてそれぞれトリガ電圧、逆バイ
アス電圧となる(第3図e)。よってトリガ電圧でサィ
リスタ7は導通し「第3図aの電流が流れる。この時負
電流はダイオード8を通る帰還電流である。帰還電流が
流れている間がサィリスタ7の転流余裕時間で電流がな
くなればサィリスタに順方向電圧(第3図b)が印加さ
れる。サィリスタの逆バイアス効果が大きいのは帰還電
流の流れる時間(サィリスタの転流失敗防止)と順方向
電圧が印加された前縁(日頃方向電圧上昇率−dv/d
t)であって、それ以外の時間における逆バイアスは無
益である。ところがこの従来例では逆バイアスの印加時
間がトリガ電圧の直前まで続くため、■電力損失が大き
い、■トランジスタTr5の蓄積時間のためトランジス
タTr4とTr5が同時に導適するため、トランジスタ
が破壊する危険性があると同時に、サィリスタ7のトリ
ガ電圧の立上りがなまってしまい、サィリスタ7のスイ
ッチングロスが増大する等の問題点があった。また、そ
れらの対策として、トランジスタTr5の導適時間(逆
バイアス時間)をトランジスタTrlの信号を微分して
一定の時間だけ印加する等のことも考えられているが、
■回路構成が複雑になる、■負荷変動等に対して帰還電
流のタイミングが変動した時に追従しない等の問題が残
されていた。また、別の従来例としてパルストランスを
用いたものについて説明する。
第4図がその回路図で、トランジスタTr3は抵抗18
を介して第1の従来例と全く同じ出力の目走マルチパイ
プレータのトランジスタTr2により駆動される。
そして、トランジスタTr2がオンするまでパルストラ
ンスの一次側を励磁して2次側に正電圧を発生しトラン
ジスタTr2がオンすると同時に2次側に逆電圧を発生
させそれぞれをトリガ電圧、逆バイアス電圧としてサィ
リスタ7のゲートへ印加する。この例では回路構成は簡
単であるが、■トリガ電圧は不必要に長時間印加される
ので電力損失が大きい、■逆バイアス電圧は、パルスト
ランスのィンダクタンスに蓄えられた電磁ェネルギであ
るので逆バイアス時間を長くとったりできない。■サイ
リスタのゲートインピーダンスにより、逆バイアスが大
きく左右される。という問題が残っていた。本発明にか
かる問題を一挙に解決したゲート回路に関するものであ
る。第5図は第4図の回路の場合の第3図eに相当する
波形である。本発明の一実施例を第6図に示す。
基本構成は第1図と同一であり、ゲート回路12はサィ
リスタのオン・オフに応じて充放電する充放電回路20
と、第1および第2の比較器21,22と、その出力を
増中するパルス増中回路とから成っている。
起動停止手段11は同図ではスイッチ23であり、これ
をONにしていると、サィリスタ7ののオフ検知トラン
ジスタTrloのベース電流が零となりトランジスタT
rloはサィリスタのオン・オフに無関係にオフとなる
(第7図c)。よって次段のトランジスタTrllはオ
ンしたままとなり、コンデンサ29の端子電圧ecは零
のままである。よって第1の比較器21の出力は基準電
圧竿,とecを比較して“Lo’’のままであり、トラ
ンジスタTr12,Tr13は共にオフのままでありサ
ィリスタ7にはトリガ電圧が発生せず発振しない。起動
させるためにスイッチ23をオフにすると、トランジス
タTrlo,11は抵抗24,25で分圧されたサイリ
スタ7の端子電圧VFに従う。即ち、サィリスタ7はオ
フしているのでVFは所定の電源電圧が発生しており、
トランジスタTrl0はオン、トランジスタTrllは
オフとなる。そこでコンデンサ29は抵抗27,28を
通して電源から充電され所定の時定数で端子電圧が上昇
する。ecが第1の比較器21の基準電圧e,に達する
と比較器21の出力は“凶”から“Hi’’に反転し、
トランジスタTr1 2,1 3を順次ONさせてサイ
リスタ7へゲート電圧を送る。ゲート電圧により、サイ
リスタ7が“ON”し、VFが零になると、トランジス
タTrl oがオフするのでトランジスタTrl lが
オンし、コンデンサ29の電荷を抵抗28を介して放電
させる。するとecはe,以下となり比較器21の出力
は再び功となりゲート電圧は零となる。一方、第2の比
較器22の基準電圧e2をe,より低くしておくと、e
cが上昇した直後から放電しきる直前まで出力は“Hr
になり、トランジスタTr14,15が共にオフとなり
逆バイアス電圧が発生しない。よってコンデンサ29が
放電する時定数と、基準電圧e2を適当に選べば、逆バ
イアス効果の大きい帰還電流が流れている転流余裕時間
と、順方向電圧の立上り時のみに選択的に逆バイアス信
号を発生させることができる。以上、第1サイクルにつ
いて説明したが、以後のサイクルでの動作は全く同一で
ある。実施例において、逆バイアスが印加されるのは充
放電回路の時定数とe,で決るが、逆バイアスが終るの
はサィリスタ7が転流してオフし、VFが充分立上った
後であるので、負荷変動等による共振状態が変化しても
自動的に追尾し、極めて安定で、かつ電力損失が非常に
少ない特徴を得ることができる。上記では第1の比較器
21の出力によって基準電圧e,に負帰還をかけていな
いのでゲート電圧は、サイリスタ7がオンすると同時に
なくなるが電源電圧の零点近辺等ではサィリスタ7がオ
ンしても、順方向電流が非常に少なくなることがある。
特にサィリスタ7のラッチング電流と同程度の順方向電
流時には、ラッチング電流以上になるまでは、ゲート電
圧を連続して供給しないと、ラッチできないのでゲート
パルス中を広げる必要が生じる。一実施例(特許請求の
範囲第2項)として第8図に、トランジスタTr12の
コレク夕と抵抗30と31の接続点の間にダイオード4
6と抵抗45の直列回路を挿入し、負帰還をかけている
ものを示す。各部の波形は第9図a〜dである。動作を
説明するとecが所定の時定数で第9図bのごとく上昇
してe,の設定値になると比較器21の出力はHiにな
りトランジスタTr12が○Nし、ダイオード46、抵
抗45を介して基準回路から電流を流してe,の値を低
下させる。よってec>e,の時間がe,のヒステリシ
ス中で設定できるのでサィリスタの確実なトリガが可能
である。なお、第8図では第2の基準電圧e2はヒステ
リシスの必要がないので抵抗32の代わりにゼナーダィ
オード32′を用いているためe2は一定である。今ま
で述べたことでも理解される通り、ゲート信号と逆バイ
アス信号はe,,e2,ecの相対的なしベルの大小関
係で作られる。即ちe,=Ke2(K>1の定数)の関
係が守られなければゲート信号と逆バイアス信号が同時
に発生する危険性があり、出力トランジスタTr13,
Tr15の破壊へと至る可能性がある。そこでe,をさ
らに抵抗31,32で分圧することにより、(特許請求
の範囲第3項)e,=Ke2は完全に守られることにな
り、抵抗27〜32、コンデンサ29のどれがいかなる
故障をしても出力トランジスタやサィリスタ7への2次
故障へと波及しない、信頼性の高い設計が達成される。
第7図の説明でも明らかなごとく、発振停止した場合e
cioとなるのでec<e2となり第2の比較器22の
出力は常に“山”であり、トランジスタTr1 4,T
r1 5をONさせて、サイリスタに常に逆バイアスを
印加している。
これは、低電力損失の面から見ても、信頼性の面からで
も、不必要な逆バイアスなので、発振が停止中は逆バイ
アスを禁止することが望ましい。これを目的とした実施
例を第10図に示す(特許請求の範囲第4項)。第11
図は起動時の波形で第12図は停止時の波形である。第
10図において起動停止手段58が上記目的を達成する
ためのものである。起動時はスイッチ23,23′を同
時にOFFにすれば第7図のごとく起動する。その時、
TTLまたはC−MOSのバッファゲート51の出力電
圧をcに示す。その出力が“Hi’’にプルアツプされ
た時、コンデンサの端子電圧e3はコンデンサ52ーバ
ツフア51ーダィオード57一抵抗55とコンデンサ5
2ーバツフア51一抵抗56の回路で放電して行くdが
バッファ51の出力が電源電圧と同電位になるため、ダ
イオード57のカソードは(十E,一0.7V)になる
。ダイオード54の順方向電圧も、ほぼ0.7Vである
から、トランジスタTr16のベース・ェミツタ電圧は
零となりコンデンサ52の電荷に無関係にスイッチがO
FFになるとトランジスタTr16もOFFとなり起動
時の1サイクル目から逆バイアスが印加される。一方、
停止の方は、スイッチ2−3′がオンになつても、1サ
イクルは自由振動が続くので、逆バイアス信号は、スイ
ッチ23′がオンして一定時間後に禁止されなければな
らない。スイッチ23′がON‘こなるとバッファ51
の出力はプルダウンされるのでコンデンサ52−抵抗5
6の時定数回路が充電される。よってトランジスタTr
16のベース電流eはコンデンサ52が1.4V以上充
電しないと流れ出さず、そのためトランジスタTr1
4,Tr1 5が、トランジスタTr1 6によつて禁
止されることはない。以上の様に本発明によれば、サイ
リスタのゲート電力、逆バイアス電力を必要最少限に抑
えながり、一方では負荷変動や、部品の故障に対しても
極めて安定な信頼性の高いゲート回路が達成される。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の周波数変換装置の基本構成図、第2図は
第1図の要部の具体回路図、第3図は策2図の回路各部
の波形図、第4図は従来の他の例における一部回路図、
第6図は第4図の回路における波形図、第6図は本発明
の一実施例における周波数変換装置の回路図、第7図は
第6図の回路各部の波形図、第8図は本発明の他の実施
例による要部回路図、第9図は第8図の回路による回路
各部の波形図、第10図は本発明のさらに他の実施例に
よる回路図、第11図、第12図は第10図の回路各部
の波形図である。 7……サイリスタ、8……ダイオード、9……コンデン
サ「 10…・・・コイル、11……起動停止手段、1
2・・・・・・ゲート回路、21・・・・・・第1の比
較器、22……第2の比較器、29・…・・コンデンサ
、30〜32・・・・・・抵抗、45・・・・・・抵抗
、46・・・…ダイオード(負帰還)、58・・・・・
・起動・停止手段、Trl o,Trl l,Tr1
2,Tr1 3,Tr14,Tr1 5……トランジス
タ。 第2図 第1図 第3図 第4図 第5図 図 〇 船 第7図 第8図 第9図 第10図 第11図 第12図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 LC共振回路とそれを励振するサイリスタと、起動
    ・停止手段を有する周波数変換装置において、前記サイ
    リスタのオン・オフに応じて作動する充放電回路の充放
    電電圧信号を入力端子を共通接続した第1及び第2の電
    圧比較器に印加し、前記第1,第2の電圧比較器の他端
    の入力端子は夫々異なる基準電圧を印加し、前記第1の
    比較器の出力により前記サイリスタのトリガ信号を、前
    記第2の比較器の出力により逆バイアス信号を前記サイ
    リスタのゲートに供給するゲート回路を有することを特
    徴とする周波数変換装置。 2 ゲート回路には、第1の比較器の出力により、同比
    較器の基準電圧に負帰還を与え、ヒステリシス特性を持
    たせたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の周
    波数変換装置。 3 第2の比較器の基準電圧は第1の比較器の基準電圧
    を抵抗分割した値とすることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の周波数変換装置。 4 充放電時定数が大きく異なる遅延特性を有し、停止
    信号に同期して大なる時定数の遅れ後、逆バイアス信号
    を禁止し、起動信号に対しては、小なる時定数で禁止を
    解除する起動・停止手段を有することを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の周波数変換装置。
JP53079902A 1978-06-30 1978-06-30 周波数変換装置 Expired JPS607467B2 (ja)

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DE2925756A DE2925756C2 (de) 1978-06-30 1979-06-26 Steuersatz für Frequenzumsetzer
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