JPS6111543B2 - - Google Patents

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JPS6111543B2
JPS6111543B2 JP52142780A JP14278077A JPS6111543B2 JP S6111543 B2 JPS6111543 B2 JP S6111543B2 JP 52142780 A JP52142780 A JP 52142780A JP 14278077 A JP14278077 A JP 14278077A JP S6111543 B2 JPS6111543 B2 JP S6111543B2
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JP
Japan
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transistor
current
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base current
chopper
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JP52142780A
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Japanese (ja)
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JPS5475526A (en
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Katsuji Marumoto
Tsutomu Oomae
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はトランジスタチヨツパ装置に係り、特
にパワートランジスタのスイツチング動作におい
て、最適なベース電流を供給するパワートランジ
スタの駆動装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a transistor chopper device, and more particularly to a power transistor drive device that supplies an optimal base current in a power transistor switching operation.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来、直流電動機を制御するトランジスタチヨ
ツパ装置のベース電流制御方法は例えば特開昭52
−60930号公報で知られている。
Conventionally, a method for controlling the base current of a transistor chopper device that controls a DC motor has been described, for example, in JP-A-52
It is known from the publication No.-60930.

上記引例を含めて一般に変流器を用いているも
のは、負荷電流の大きさに応じて単純に比例関係
にベース電流を制御しているだけで、換言すれば
負荷電流を0から最大負荷まで比例的にベース電
流を変化させているだけでトランジスタチヨツパ
のドライブ回路の電力損失が大きくなる問題点が
ある。
In general, current transformers, including those cited above, simply control the base current in a proportional relationship according to the magnitude of the load current, in other words, the load current is controlled from 0 to the maximum load. There is a problem in that simply changing the base current proportionally increases the power loss in the drive circuit of the transistor chopper.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的はドライブ回路の電力損失を低減
できるパワートランジスタのベース電流制御装置
を提供するにある。
An object of the present invention is to provide a power transistor base current control device that can reduce power loss in a drive circuit.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明はトランジスタチヨツパにおいて、トラ
ンジスタのコレクタ、またはエミツタ電流の瞬時
値を検出し、電流がある値までは最少限必要な一
定のベース電流を流し、ある値をこえると電流を
比例的に増加させる制御を行い、また、電源電圧
の変動に応じて、ベース電流の変動を補償するよ
うな制御を行つている。
In a transistor chopper, the present invention detects the instantaneous value of the collector or emitter current of the transistor, flows the minimum necessary constant base current until the current reaches a certain value, and when the current exceeds a certain value, the current is proportionally reduced. Control is performed to increase the base current, and control is also performed to compensate for fluctuations in the base current according to fluctuations in the power supply voltage.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第1図において、Mは直巻界磁巻線Fを有する
直流電動機、1はトランジスタチヨツパ、Dはフ
ライホイルダイオード、Bはバツテリ等の直流電
源、2はドライブトランジスタ、3は電流制限抵
抗、4は通流率制御回路である。5はバツテリB
とトランジスタチヨツパ1に直列に設けられた電
流検出器7との間に設けられるベース電流制御回
路で、該制御回路の出力端は前記電流制限抵抗3
と並列接続されたベース電流制御トランジスタ6
のベースに接続されている。
In Figure 1, M is a DC motor having a series field winding F, 1 is a transistor chopper, D is a flywheel diode, B is a DC power source such as a battery, 2 is a drive transistor, and 3 is a current limiting resistor. , 4 is a conduction rate control circuit. 5 is Batsuteri B
and a current detector 7 provided in series with the transistor chopper 1, and the output terminal of the control circuit is connected to the current limiting resistor 3.
base current control transistor 6 connected in parallel with
connected to the base of.

次に第2図でベース電流制御回路の具体的実施
例を説明する。図において、1はトランジスタチ
ヨツパであり、ベース電流IBにより制御され
る。トランジスタ2はIBをON、OFF制御する
ものでコレクタはチヨツパトランジスタのベース
へ、ベース抵抗RBを介して接続し、エミツタは
電流制限抵抗3を介してバツテリ電源Bのプラス
へ接続されている。ドライブトランジスタ2は、
ベースがベース直列抵抗R13を介して通流制御回
路4へ接続されており、該通流率制御回路4の
ON、OFF信号にもとづいて、ON、OFF制御さ
れる。9は演算増幅器で、入力抵抗R10,R11
R15と帰還抵抗R12を有しており、電流検出器7の
両端の電圧を検出しトランジスタ電流ICを検出
する電流検出回路である。8はトランジスタ電流
とバツテリ電圧を検出して、トランジスタ10を
制御するための出力を発生する演算増幅器であ
る。演算増幅器8の入力の+端子は、入力抵抗5
を介してバツテリBのマイナスへ、また入力抵抗
R4を介して、バツテリBの電圧を分圧した分圧
抵抗R1とR2の中点へ接続されている。もう一方
の−端子は、帰還抵抗R6を介して出力へ接続す
るとともに、入力抵抗R3を介してトランジスタ
電流ICの検出回路用演算増幅器9の出力へ接続
される。6はベース電流制御用トランジスタで、
エミツタとコレクタを電流制限抵抗3の両端にそ
れぞれ接続する。また、コレクタ・ベース間にベ
ース並列抵抗R14を接続し、ベースはトランジス
タ10のコレクタへ接続する。トランジスタ10
のエミツタはエミツタ抵抗R9を介してバツテリ
Bのマイナスへ、また、ベースには並列抵抗R8
とベース直列抵抗R7が接続されていて、該抵抗
R7の他方はツエナーダイオードZDを介して演算
増幅器8の出力端へ接続されている。以上の回路
によつてベース電流制御回路が構成されている
が、これらの回路の動作を説明する。先ずトラン
ジスタチヨツパの電流ICの瞬時値を演算増幅器
9で検出する。その場合の演算増幅器のゲインは
R12/R10となり出力電圧VIを出力する。この出
力電圧VIとバツテリBの電圧の分圧とを加算す
ると演算増幅器8の出力電圧VCは次の関係とな
る。
Next, a specific embodiment of the base current control circuit will be explained with reference to FIG. In the figure, 1 is a transistor chopper, which is controlled by a base current I B . Transistor 2 controls I B on and off, and its collector is connected to the base of the chopper transistor via base resistor R B , and its emitter is connected to the positive terminal of battery power supply B via current limiting resistor 3. ing. The drive transistor 2 is
The base is connected to the conduction control circuit 4 via the base series resistor R13 , and the conduction rate control circuit 4 is
ON/OFF control is performed based on ON/OFF signals. 9 is an operational amplifier with input resistances R 10 , R 11 ,
It is a current detection circuit that has a feedback resistor R 15 and a feedback resistor R 12 , and detects the voltage across the current detector 7 and detects the transistor current I.sub.C. 8 is an operational amplifier that detects the transistor current and battery voltage and generates an output for controlling the transistor 10. The + terminal of the input of the operational amplifier 8 is connected to the input resistor 5.
to the negative of battery B via
It is connected via R4 to the midpoint between voltage dividing resistors R1 and R2 , which divide the voltage of battery B. The other negative terminal is connected to the output via a feedback resistor R 6 and also to the output of the operational amplifier 9 for the transistor current I C detection circuit via an input resistor R 3 . 6 is a base current control transistor;
The emitter and collector are connected to both ends of the current limiting resistor 3, respectively. Further, a base parallel resistor R 14 is connected between the collector and the base, and the base is connected to the collector of the transistor 10 . transistor 10
The emitter is connected to the negative battery B via the emitter resistor R9 , and the base is connected to the parallel resistor R8.
and the base series resistor R7 is connected, and the resistor
The other end of R7 is connected to the output terminal of the operational amplifier 8 via a Zener diode ZD . The base current control circuit is configured by the above circuits, and the operation of these circuits will be explained. First, the operational amplifier 9 detects the instantaneous value of the current I C of the transistor chopper. The gain of the operational amplifier in that case is
R 12 /R 10 and the output voltage V I is output. When this output voltage V I and the divided voltage of the battery B are added, the output voltage V C of the operational amplifier 8 has the following relationship.

C=VB・R/R+R・R/R−R
I…(1) この出力信号VCによりトランジスタ10を制
御する。すなわち、制御信号VCとトランジスタ
10のベース電流等の関係は次式となる。
V C =V B・R 2 /R 1 +R 2・R 5 /R 4 −R 6 /
R 3 V I (1) The transistor 10 is controlled by this output signal V C. That is, the relationship between the control signal V C and the base current of the transistor 10 is expressed by the following equation.

但し、トランジスタ10のエミツタ電流IE10
は、IC10+IB10とする。
However, the emitter current I E10 of the transistor 10
is I C10 + I B10 .

C=VZ+R7(IB10−VBE+IE10/R) +VBE+R9・IE10 ………(2) ここに、 VZ:ツエナー電圧 IB10:トランジスタ10のベース電流 IC10:トランジスタ10のコレクタ電流 また、コレクタ電流IC10は次式に示すように
B10のhFE(直流電流増幅率)倍である。
V C =V Z +R 7 (I B10 −V BE +I E10 R 9 /R 8 ) +V BE +R 9・I E10 ………(2) Here, V Z : Zener voltage I B10 : Base current of transistor 10 I C10 : Collector current of transistor 10 In addition, collector current I C10 is h FE (direct current amplification factor) times I B10 as shown in the following equation.

C10=hFEB10 ………(3) したがつて、制御電圧VCがツエナー電圧VZ
り十分大きい場合はベース電流IB10が多く流
れ、トランジスタ10のコレクタ・エミツタ間は
飽和しているが、制御電圧VCが低下するにした
がつてIB10が減少する。またIC10も比例的に変
化し制御される。
I C10 = h FE I B10 (3) Therefore, when the control voltage V C is sufficiently larger than the Zener voltage V Z , a large amount of base current I B10 flows, and the voltage between the collector and emitter of the transistor 10 is saturated. However, as the control voltage V C decreases, I B10 decreases. I C10 is also proportionally changed and controlled.

それから、トランジスタ10のコレクタ電流I
C8等の関係は次式となる。
Then, the collector current I of transistor 10
The relationship of C8 etc. is as follows.

B=IC10R14+VCE8+R9IE10 ……(4) ここに、 VB:バツテリ電圧 VCZ8:トランジスタ10のコレクタ・エミツタ
飽和電圧 さらに、チヨツパトランジスタ1に流れるベー
ス電流IBやベース電流制御用トランジスタ6の
コレクタ・エミツタ電圧VCE6等の関係は次式と
なる。
V B =I C10 R 14 +V CE8 +R 9 I E10 ...(4) Here, V B : Battery voltage V CZ8 : Collector-emitter saturation voltage of transistor 10 Furthermore, base current I B flowing through chopper transistor 1 The relationship between the collector-emitter voltage V CE6 of the base current control transistor 6, etc. is expressed by the following equation.

B=VCE6+VCE2BE1+VS+IBB …(5) ここに、 VCE2:トランジスタのコレクタ・エミツタ飽和
電圧 VBE1:チヨツパトランジスタのベース・エミツ
タ電圧 VS:電流検出器の電圧降下 今、(5)式で、VCE6、IBB≫VCE2、VBE1
Sとすると、(5)式は次式となる。
V B = V CE6 + V CE2 V BE1 + V S + I B R B …(5) Here, V CE2 : Collector-emitter saturation voltage of transistor V BE1 : Base-emitter voltage of chopper transistor V S : Current detector Now, in equation (5), V CE6 , I B R B ≫ V CE2 , V BE1 ,
When V S is assumed, equation (5) becomes the following equation.

B≒VCE6+IBB ………(6) したがつて、ベース電流制御トランジスタ6の
コレクタ・エミツタ電圧VCE6を変化させること
によりトランジスタチヨツパのベース電流IB
制御できることがわかる。
V B ≒ V CE6 + I B R B (6) Therefore, it can be seen that by changing the collector-emitter voltage V CE6 of the base current control transistor 6, the base current I B of the transistor chopper can be controlled. .

これらのベース電流制御回路のチヨツパ運転時
における動作波形を第3図に示す。第3図aはコ
レクタ電流が小の場合で、ベース電流IBは最小
電流状態である。bは、コレクタ電流ICがある
値をこえるとIBが比例的に増加することを現わ
している。また、cは、コレクタ電流が大きい場
合で、チヨツパ開始時からIBがICに比例して増
加する様子を表わしている。
FIG. 3 shows the operating waveforms of these base current control circuits during chopper operation. FIG. 3a shows the case where the collector current is small, and the base current I B is at the minimum current state. b indicates that when the collector current I C exceeds a certain value, I B increases proportionally. Further, c represents a case where the collector current is large, and I B increases in proportion to I C from the start of the chopper.

上記実施例において、第4図特性から解るよう
にバツテリ電圧が通常の場合b、低下した場合が
a、高い場合がcの特性となるようコレクタ電流
Cに対してベース電流IBが制御されるものであ
る。これらの特性は、基本的にはパワートランジ
スタの直流電流増幅率の逆関数の関係に近似した
特性となる。なお、ICが増加してもIBが一定と
なる範囲のベース電流IBnioは、第2図のベース
電流制御用トランジスタ6がカツトオフの状態の
ため、電流制限抵抗3(RB)とバツテリBの電
圧VBで決定されてアナログ的に変化し、次式の
値となる。
In the above embodiment, as can be seen from the characteristics in Figure 4, the base current I B is controlled with respect to the collector current I C so that the battery voltage has characteristics b when it is normal, a when it is low, and c when it is high. It is something that These characteristics basically approximate the relationship of the inverse function of the DC current amplification factor of the power transistor. Note that the base current I Bnio in the range where I B remains constant even if I C increases is due to the current limiting resistor 3 (R B ) and battery voltage because the base current control transistor 6 in FIG. 2 is in the cut-off state. It is determined by the voltage V B of B and changes in an analog manner, resulting in the value of the following equation.

Bnio=V/R ………(7) したがつて、バツテリ電圧が低下したaの特性
においては、トランジスタ1を飽和させるに必要
な最低限のベース電流を確保する必要があること
が解る。
I Bnio = V B /R B (7) Therefore, in the characteristic of a where the battery voltage has decreased, it is necessary to secure the minimum base current necessary to saturate transistor 1. I understand.

第4図の特性は、ICがある一定値をこえると
Bを比例させる場合において、バツテリ電圧変
動を補償した特性で、次のようにして得られる。
第2図においてバツテリBの電圧が低下すると、
ベース電流の一定期間においては電流制御用トラ
ンジスタ6がオフ状態にあり、トランジスタ1の
ベース電流IBは前記(7)式で示す電流となる。コ
レクタ電流ICが増加してベース電流IBが上昇す
る領域においては、ベース電流制御回路5がバツ
テリ電圧の変動に応じてトランジスタ6の導通状
態を制御する。すなわち、バツテリ電圧が低下、
あるいは上昇した場合で、コレクタ電流ICが同
じ状態にある時はベース電流IBが一定となるよ
うにトランジスタ6の導通状態を制御して第4図
の特性を得る。この制御法の特徴は、コレクタ電
流ICが大きい場合におけるIBとの関係が電源電
圧変動を影響を受けないことと、ベース電流が一
定区間において、電源電圧が低下した第4図のa
の特性のように、最少限のベース電流を確保して
いることである。
The characteristics shown in FIG. 4 are characteristics that compensate for battery voltage fluctuations when I B is made proportional when I C exceeds a certain value, and can be obtained as follows.
In Fig. 2, when the voltage of battery B decreases,
During a certain period of the base current, the current control transistor 6 is in an off state, and the base current I B of the transistor 1 becomes a current expressed by the above equation (7). In a region where the collector current I C increases and the base current I B rises, the base current control circuit 5 controls the conduction state of the transistor 6 in accordance with fluctuations in the battery voltage. In other words, the battery voltage decreases,
Alternatively, in the case where the collector current I C is in the same state, the conduction state of the transistor 6 is controlled so that the base current I B is constant, so that the characteristics shown in FIG. 4 are obtained. The characteristics of this control method are that when the collector current I C is large, the relationship with I B is not affected by fluctuations in the power supply voltage, and in the section where the base current is constant, the power supply voltage decreases (a) in Fig. 4.
The characteristic of this is that it ensures a minimum base current.

このように、トランジスタチヨツパのベース電
流をコレクタ電流に応じて制御することにより、
従来方式に比べてベース電流の消費が少なくて済
むためにベース電流供給回路の損失が小さくチヨ
ツパの効率が向上する。
In this way, by controlling the base current of the transistor chopper according to the collector current,
Since the base current consumption is lower than in the conventional method, the loss of the base current supply circuit is small and the efficiency of the chopper is improved.

以上説明した本発明の実施例によれば、トラン
ジスタチヨツパのコレクタ電流とバツテリ電圧を
検出し、その変化に応じてチヨツパ用トランジス
タのベース電流を制御し最適な状態にしているの
でトランジスタのスイツチングに必要なベース電
流は確保されている。また、軽負荷時、すなわち
コレクタ電流が小さい状態においては、ベース電
流が少なくて済むので、ベース電流制御回路の損
失が小さくチヨツパ効率が向上すると同時に、チ
ヨツパ装置の冷却構造も簡単となるなどの効果が
ある。
According to the embodiment of the present invention described above, the collector current and battery voltage of the transistor chopper are detected, and the base current of the chopper transistor is controlled in accordance with the changes in the collector current and battery voltage, so that the base current of the chopper transistor is kept in an optimal state, so that the switching of the transistor is The necessary base current is secured. In addition, when the load is light, that is, when the collector current is small, the base current is small, so the loss in the base current control circuit is small, improving chopper efficiency, and at the same time, the cooling structure of the chopper device is simplified. There is.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上本発明によればドライブ回路の電力損失を
低減できるパワトランジスタのベース電流制御装
置が提供される。
As described above, according to the present invention, there is provided a power transistor base current control device that can reduce power loss in a drive circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明のトランジスタチヨツパの装置
を用いた電動機制御回路図、第2図は第1図の要
部詳細図、第3図は、本発明の動作原理を示す要
部の出力波形図、第4図は本発明のチヨツパ運転
におけるIC−IB動作特性図である。 1……トランジスタチヨツパ、2……ドライブ
トランジスタ、3……電流制限抵抗、4……通流
率制御回路。
Fig. 1 is a motor control circuit diagram using the transistor chopper device of the present invention, Fig. 2 is a detailed view of the main part of Fig. 1, and Fig. 3 is an output of the main part showing the operating principle of the present invention. The waveform diagram and FIG. 4 are I C - I B operating characteristic diagrams in chopper operation of the present invention. 1... Transistor chopper, 2... Drive transistor, 3... Current limiting resistor, 4... Conductivity control circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 直流電源と負荷間に接続されたパワートラン
ジスタを含むトランジスタチヨツパと、パワート
ランジスタのベース電流を供給する手段とからな
るパワートランジスタのベース電流制御装置にお
いて、前記負荷に流れる電流を検出する手段と、
前記直流電源の電圧を検出する手段と、前記各々
の検出手段の出力信号を基に演算増幅してその出
力をバイアスさせる関数発生器と、該関数発生器
の出力により制御され、パワートランジスタのベ
ース電流を制御するトランジスタを制御するトラ
ンジスタと、前記トランジスタチヨツパとベース
電流制御用トランジスタとの間に設けられ、かつ
通流率制御回路の出力信号によつて制御され、前
記トランジスタチヨツパを制御するドライブトラ
ンジスタとから構成されることを特徴とするパワ
ートランジスタのベース電流制御装置。
1. In a power transistor base current control device comprising a transistor chopper including a power transistor connected between a DC power source and a load, and means for supplying a base current of the power transistor, means for detecting the current flowing through the load. and,
means for detecting the voltage of the DC power source; a function generator for operationally amplifying and biasing the output based on the output signal of each of the detection means; and a base of a power transistor controlled by the output of the function generator. A transistor that controls a transistor that controls a current, and is provided between the transistor chopper and the base current control transistor, and is controlled by an output signal of a conduction rate control circuit, and controls the transistor chopper. A base current control device for a power transistor, comprising a drive transistor to be controlled.
JP14278077A 1977-11-09 1977-11-30 Base current control device of power transistor Granted JPS5475526A (en)

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