JPS61203867A - 交流スイツチング回路 - Google Patents

交流スイツチング回路

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JPS61203867A
JPS61203867A JP4378185A JP4378185A JPS61203867A JP S61203867 A JPS61203867 A JP S61203867A JP 4378185 A JP4378185 A JP 4378185A JP 4378185 A JP4378185 A JP 4378185A JP S61203867 A JPS61203867 A JP S61203867A
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JP
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switching circuit
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transistor
circuit
main
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JP4378185A
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Tadamasa Nakamura
中村 忠正
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Shibaura Mechatronics Corp
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Shibaura Engineering Works Co Ltd
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    • 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
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/25Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc 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
    • H02M5/257Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc 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

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  • Power Engineering (AREA)
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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、負荷に供給する交流を、交流電源よりも高速
でスイッチングしてその通流率を変化させる交流スイッ
チング回路に関するものである。
(発明の背景) 負荷と、主スイッチング回路と、交流電源とを直列接続
して主回路を形成する一方、前記負荷にフライホイール
用スイッチング回路およびフライホイール用スイッチン
グ回路を前記交流電源より高い周波数で交互にスイッチ
ングするようにした交流スイッチング回路が考えられて
いる。
第8図は従来のこの種の回路を示す図であり、同図(A
)の回路では、負荷lと主スイッチング回路2と交流電
源3とで閉じた主回路が形成される一方、負荷1にはフ
ライホイール用スイッチング回路4が並列に接続されて
いる。ここに主スイッチング回路2およびフライホイー
ル用スイッチング回路4はダイオードDとトランジスタ
TRからなるブリッジで形成されている。また同図CB
)の回路では、主スイッチング回路2Aおよびフライホ
イール用回路4Aが、ダイオードDとトランジスタTR
の直列回路を逆並列接続して形成されている。
このような従来のスイッチング回路2 、2A 。
4.4Aの場合、主スイッチング回路2,2Aとフライ
ホイール用スイッチング回路に用いられているトランジ
スタTRの電位が異なるため、すなわちトランジスタT
Rを制御する電圧の基準電位が異なるため、これらの各
トランジスタTRを制御するための制御回路が複雑にな
るという問題があった。
(発明の目的) 本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、主
スイッチング回路およびフライホイール用スイッチング
回路の制御回路を非常に簡単に構成できるようにした交
流スイッチング回路を提供することを目的とする。
(発明の構成) 本発明によればこの目的は、負荷と、主スイッチング回
路と、交流電源とを直列接続して主回路を形成する一方
、前記負荷にフライホイール用スイッチング回路を並列
接続し、前記主スイッチング回路およびフライホイール
用スイッチング回路を前記交流電源より高い周波数で交
互にスイッチングするようにした交流スイッチング回路
において、前記主スイッチング回路およびフライホイー
ル用スイッチング回路が交流3端子高速スイッチング回
路で形成され、各スイッチング回路の基準電位側の端子
が互いに接続されていることを特徴とする交流スイッチ
ング回路により達成される。
ここに交流3端子高速スイッチング回路は、入力端が互
いに接続された2組の逆導通半導体スイッチング素子と
、一方の前記逆導通半導体スイッチング素子の出力端を
基準電位として外部制御端子から入力される制御信号に
より前記2組の逆導通半導体スイッチング素子を共にオ
ンにする制御部とを備え、前記2組の逆導通半導体スイ
ッチング素子の各出力端を前記主回路に接続することに
より構成することができる。
また交流3端子高速スイッチング回路は、主回路に接続
されて交流電圧が印加される2つの端子間に逆並列接続
されたダイオードおよび逆阻止トランジスタからなる2
組の直列回路と、前記外部入出力端子の一方を基準電位
として外部制御端子から入力される制御信号に基いて2
つの前記逆阻止トランジスタを共にオンまたはオフにす
る制御部とを備えることによって構成できる。
さらに交流3端子高速スイチング回路は、主回路に接続
されて交流電圧が印加される2つの外部入出力端子間に
直列接続されたダイオードおよび逆阻止トランジスタと
、この逆阻止トランジスタのベースと一方の端子との間
に介在する制御用トランジスタとを備え、制御信号を前
記逆阻止トランジスタのベースを他方の基準電位となる
端子に接続することによっても構成できる。
(実施例) 第1図は本発明の一実施例を示す回路図である。この図
で主スイッチング回路Aおよびフライホイール用スイッ
チング回路Bは交流3端子高速スイッチング回路で構成
され、その基準電位側の端子すが互いに接続されている
。Cは制御回路であり、基準電位側の外部入出力端子す
の電位を基準として所定電位の制御信号を主スイッチン
グ回路Aの外部制御端子Cに送出する一方、この制御信
号はN07回路りによって逆論理信号に変換されてフラ
イホイール用スイッチング回路Bの外部制御端子Cに入
力される。この結果制御回路Cは外部入出力端子Cを基
準とし、交流電源3よりも高い周波数でオン・オフ変化
する制御信号を出力するだけで、2つのスイッチング回
路A 、’Bは交互にオン・オフ制御される。従って制
御回路Cの構成が非常に簡単になる。
次に交流3端子高速スイッチング回路の構成を説明する
第2図はその第1実施例の回路図である。
この図で符号10.12は逆導通半導体スイッチング素
子としてのNチャンネルデプレッションMO3型電界効
果トランジスタ(以下FETという)である。逆導通半
導体スイッチング素子10.12は電流が入力する入力
端となるドレインD、Dと、出力端となるソースS、S
と、電流を制御する制御端となるゲー)G、Gを備える
このFETl0,12はそれぞれ逆導通ダイオード10
a、12aを同一半導体チップ上に予め備えている。こ
れらのFETl0,12の入力端であるドレインD、D
は互いに接続され、出力端であるソースS、Sはそれぞ
れ端子a、bに接続されている。
13は制御部であり、FET10の制御端であるゲート
Gとその出力端であるソースSとの間に介在する抵抗1
4と、両FETl0,12のゲートG、G間に接続され
た制御用半導体スイッチング素子としてのPNP )ラ
ンジスタ16とを備える。トランジスタ16のエミッタ
はFET12のGに直接、またそのコレクタは抵抗18
およびダイオード20を介してFETl0のゲートGに
それぞれ接続されている。またこのトランジスタ16の
ゲートは抵抗22を介して端子すに接続されている。な
お、この端子すは外部制御端子Cに入力される制御信号
の基準電位となる。この基準電位となる端子すと、外部
制御入力端子Cとは抵抗24により接続されている。
次にこの実施例の動作を説明する。まず端子aが端子す
に対して正となる交流電源の正の半周期について説明す
る。この時外部制御端子Cの制御信号が、端子すの電位
(基準電位)に略等しいか負であれば、FET12はオ
フとなり、端子aから端子す方向へは電流は流れない、
すなわちこのスイッチング回路はオフとなる。制御信号
が端子すに対して高電位になれば、抵抗24を介してF
ET12のゲート・ソース間電圧Vcsが正となりFE
T12はオンとなる。従って端子aから電流がダイオー
ドloa、FET12のドレイン書ソース間を通って端
子すに流れる。すなわちスイチング回路はオンとなる。
このよう・に電源の正の半周期では制御信号の電位が端
子すを基準として高−低電位に変化、するのに伴って、
スイッチング回路はオン・オフする。
次に端子aが端子すに対して低電位となる負の半周期で
の動作を説明する。この時に制御信号が端子すに対して
略同電位または負電位になると、FET12がオフにな
ると共に、制御用トランジスタ16もオフとなるので抵
抗14に電流が流れず、FETl0のゲート電圧は低く
なってFET10はオフとなる。従ってスイッチング回
路がオフとなる。制御信号が端子すに対して高電位にな
るとFET12はオンとなり、同時に制御用トランジス
タ16もオンとなって抵抗14には端子a方向への電流
が流れる。このためFETl0もオンとなる。従って端
子すからの電流は、ダイオード12aまたはFET12
およびFETl0を通り端子aに流れる。すなわちスイ
ッチング回路はオンとなる。このように電源の負の半周
期では制御信号の電位が端子すを基準として高・低電位
に変化するのに伴って、スイッチング回路はオン・オフ
する。
第3図はこのスイッチング回路の特性図であり、V a
 bは端子a、b間電圧電圧Vcbは端子C2b間電圧
を、またIは端子a、b間に流れる電流を示している。
第4図は第2の実施例の回路図であり、この実施例にお
けるFETl0A、12Aは逆導通ダイオードを内蔵し
ないので、別体のダイオード30.32を並列接続して
逆導通可能なスイッチング素子をFETl0A (12
A)とダイオード30(32)とで形成したものである
。また制御部13Aの半導体スイッチング素子としてP
チャンネルデプレッションFET16Aを用いている。
第5図の実施例は第3の実施例の回路図であり、この実
施例は第4図におけるFETI OA 。
12AをNPN)ランジスタIOB、12Bとし、制御
部13Bのスイッチング素子をPNPトランジスタ16
としたものである。
これら第4.5図の実施例における他の構成および動作
は、前記第2図の実施例と変らないので、同一部分に同
一符号を付し、その説明は繰り返さない。
第6図は交流3端子高速スイッチング回路のさらに他の
実施例の回路図である。この図で符号100.200は
それぞれダイオード120゜220とNPN )ランジ
スタ140,240とからなる直列回路である。これら
の直列回路too 、200は端子a、b間に逆並列に
接続されている。なお、端子a、bには外部より交流が
入力される。なお、端子すは基準電位とされる。
300は制御部であり、反基準電位側の端子aとこの端
子aに向って電流を流・す向きに接続されたトランジス
タ240のベースとの間に介在する抵抗320と1両ト
ランジスタ140,240のベース間に介在する制御用
PNPトランジスタ340とを備える。なお、このトラ
ンジスタ340のエミッタはトランジスタ140のベー
スに直接接続され、コレクタは抵抗360、ダイオード
380を介してトランジスタ240のベースに接続され
ている。また制御用トランジスタ340のベースは抵抗
400を介して基準電位側の端子すに接続されている。
外部の制御回路(図示せず)から供給される制御信号は
外部制御端子Cからトランジスタ140のベースに導か
れる。
次に本実施例の動作を説明する。まず端子a。
5間に入力される交流電圧が、端子a側で高くなる正の
半周期について説明する。この時制御信号が端子すの基
準電位に略等しいか低電位にあれば、トランジスタ14
0はオフ、従って端子aから端子すへは電流は流れない
。すなわちこのスイッチング回路はオフとなる。制御信
号が高電位になればトランジスタ140がオンとなる。
すなわちスイッチング回路はオンとなる。このように正
の半周期では制御信号の高・低電位の変化に対してトラ
ンジスタ140がオン・オフする。
交流の負の半周期で、制御信号が低電位になると、制御
用トランジスタ340はオフ、従ってトランジスタ24
0もオフとなるから、端子すからaへは電流は流れない
。制御信号が端子すの基準電位に比べて高電位になると
、制御用トランジスタ340はオンとなる。このため外
部制御端子Cからこの制御用トランジスタ340、抵抗
360、ダイオード380および抵抗320を通って、
端子aに電流が流れる。従ってトランジスタ240がオ
ンとなり、端子すからダイオード220、トランジスタ
240を通って電流が端子aに流れる。すなわちスイッ
チング回路に制御信号の高低電位への変化に対応してオ
ン・オフする。
第7図はさらに他の実施例の回路図である。
この実施例は第6図の実施例における一方の直列回路2
00を省いたものであり、対応する部分には同一符号を
付しである。
この実施例で端子a、bに入力される交流の正の半周期
では前記第6図の場合と全く同様に、制御信号が高電位
の時だけ端子aからの電流はダイオード120.hラン
ジメタ140を通って端子すに流れる。
端子a、bに入力される交流の負の半周期では、制御信
号が端子すと略同−電位の時には制御用トランジスタ3
40はオフであるが、制御信号が高電位に変化すると制
御用トランジスタ340がオンとなり、相当大きなベー
ス電流が端子すから端子a方向へ流れる。すなわちこの
実施例は制御用トランジスタ340のベース電流を利用
して交流電圧の負の半周期のスイッチングを行うもので
ある。
(発明の効果) 本発明は以上のように、交流回路の主スイッチング回路
およびフライホイール用スイッチング回路にそれぞれ交
流3端子高速スイッチング回路を用い、各スイッチング
回路の基準電位側を互いに接続するようにしたから、制
御回路が非常に簡単になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の回路図、第2゜4〜7図は
交流3端子高速スイッチング回路の実施例の回路図、第
3図は交流3端子高速スイッチング回路の特性図、また
第8図は従来の交流スイッチング、回路の回路図である
。 1・・・負荷、 3・・・交流電源、 A・・・主スイッチング回路、 B・・・フライホイール用スイッチング回路。 特許出願人 株式会社芝浦製作所 代 理 人 弁理士 山 1)文 雄 第1図 第2図 第 3 図 工 第4図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)負荷と、主スイッチング回路と、交流電源とを直
    列接続して主回路を形成する一方、前記負荷にフライホ
    イール用スイッチング回路を並列接続し、前記主スイッ
    チング回路およびフライホイール用スイッチング回路を
    前記交流電源より高い周波数で交互にスイッチングする
    ようにした交流スイッチング回路において、 前記主スイッチング回路およびフライホイール用スイッ
    チング回路が交流3端子高速スイッチング回路で形成さ
    れ、各スイッチング回路の基準電位側端子が互いに接続
    されていることを特徴とする交流スイッチング回路。
  2. (2)交流3端子高速スイッチング回路は、入力端が互
    いに接続された2組の逆導通半導体スイッチング素子と
    、一方の前記逆導通半導体スイッチング素子の出力端を
    基準電位として外部制御端子から入力される制御信号に
    より前記2組の逆導通半導体スイッチング素子を共にオ
    ンにする制御部とを備え、前記2組の逆導通半導体スイ
    ッチング素子の各出力端が前記主回路に接続されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の交流スイ
    ッチング回路。
  3. (3)逆導通半導体スイッチング素子は、トランジスタ
    と、このトランジスタに並列接続されたダイオードとで
    形成される特許請求の範囲第2項記載の交流スイッチン
    グ回路。
  4. (4)トランジスタが電界効果トランジスタである特許
    請求の範囲第3項記載の交流スイッチング回路。
  5. (5)交流3端子高速スイッチング回路は、主回路に接
    続されて交流電圧が印加される2つの端子間に逆並列接
    続されたダイオードおよび逆阻止トランジスタからなる
    2組の直列回路と、前記端子の一方を基準電位として外
    部制御端子から入力される制御信号に基いて2つの前記
    逆阻止トランジスタを共にオンまたはオフにする制御部
    とを備えることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の交流スイッチング回路。
  6. (6)交流3端子高速スイチング回路は、主回路に接続
    されて交流電圧が印加される2つの端子間に直列接続さ
    れたダイオードおよび逆阻止トランジスタと、この逆阻
    止トランジスタのベースと一方の端子との間に介在する
    制御用トランジスタとを備え、制御信号を前記逆阻止ト
    ランジスタのベースを他方の基準電位となる端子に接続
    したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の交流
    スイッチング回路。
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