JPS6145896B2 - - Google Patents

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JPS6145896B2
JPS6145896B2 JP55024849A JP2484980A JPS6145896B2 JP S6145896 B2 JPS6145896 B2 JP S6145896B2 JP 55024849 A JP55024849 A JP 55024849A JP 2484980 A JP2484980 A JP 2484980A JP S6145896 B2 JPS6145896 B2 JP S6145896B2
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JP
Japan
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thyristor
gate
circuit
terminal
control signal
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JP55024849A
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Hiroshi Fukui
Arata Kimura
Kenichi Onda
Hisao Amano
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/72Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region
    • H03K17/73Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region for dc voltages or currents
    • 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thyristor Switches And Gates (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、サイリスタのゲート回路に係り、特
に狭幅オンゲート方式のサイリスタのゲート回路
に関する。
〔従来の技術〕
第1図に示す如きモータ駆動用インバータのゲ
ート方式は通常、広幅オンゲート方式が用いられ
ている。理由は負荷が遅れ力率の場合、インバー
タを構成するサイリスタに電圧が遅れてかかるた
め、狭幅オンゲート方式ではサイリスタを点弧で
きないという結果を生じることがあるからであ
る。しかしながら、広幅オンゲート方式は、オン
ゲート信号のパルス幅だけサイリスタをオンさせ
るものであるから、オンゲート信号によつて長い
期間ゲート電流を通電することになる。このた
め、ゲートの消費電力が大きく、ゲート回路のコ
ストが高くなるという欠点を有していた。そこ
で、狭幅オンゲート方式を用いることが考えられ
た。この狭幅オンゲート方式は従来、サイリスタ
のアノード・カソード間電圧が順電圧になつたこ
とを検出して、狭幅ゲートをサイリスタに供給す
るものである。この狭幅オンゲート方式は、ゲー
ト電流の通電期間が短かくでき、ゲートの消費電
力を小さくすることができる。そして、このサイ
リスタに供給される狭幅ゲート信号のオン信号と
して実際に必要なゲートパルス幅はサイリスタの
ターンオン時間の数マイクロ秒あれば充分であ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、従来の狭幅オンゲート方式にあつて
は、狭幅ゲート信号として通常サイリスタが充分
ターンオンできるよう数十マイクロ秒のパルスが
供給されている。これは、サイリスタをオンさせ
るために必要なターンオン期間が回路素子のパラ
ツキや通電条件依存性を有しているためである。
したがつて、従来の狭幅オンゲート方式は、必要
以上のパルス幅を持つゲート信号をサイリスタに
供給し過剰の電力を消費しているという欠点を有
していた。
本発明の目的は、サイリスタに供給するオンゲ
ート電流の通流期間を必要最小限にしうるサイリ
スタのゲート回路を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
一般にサイリスタのゲート回路は、そのゲー
ト・カソード間に、オンゲート電流を供給するた
めの電源と、その電流をオン・オフするためのス
イツチング回路とを直列接続して構成される。こ
のスイツチング回路は、外部からのオン制御信号
によつて制御される。
このようなゲート回路において、本発明は、前
述の目的を達成するために、スイツチング回路の
オン制御信号入力端子とサイリスタのアノード端
子間に、そのアノード端子の方向が順方向となる
ようにダイオードを接続したものである。
〔作用〕 このダイオードは、サイリスタが導通したとき
に、上記スイツチング回路を導通させているオン
制御信号を上記サイリスタのアノード側にバイパ
スする。従つてスイツチング回路は、もはやオン
制御信号を入力せず非導通となる。この結果、オ
ンゲート電流の通流期間は必要最小限となる。
〔実施例〕
以下、本発明の原理について説明する。
第2図は、本発明に係るサイリスタのゲート回
路の原理図である。
図において、サイリスタ1のアノードAには比
較器2の一方の入力端子が接続されており、この
比較器2の他方の入力端子には、サイリスタ1の
アノード電圧がいくら下つたときにサイリスタ1
のゲート電流をオフさせるかの設定電圧Vrefが
入力されている。この比較器2の出力端には
AND回路の一方の入力端子3が接続されてお
り、このAND回路3の他の入力端にはゲート点
弧信号発生回路5からの出力ゲート信号が入力す
るように構成されている。このAND回路3の出
力端にはパルス増幅回路4が接続されており、こ
のパルス増幅回路4についてAND回路3から出
力されるパルス信号は増幅されてサイリスタ1の
ゲートにゲート電流として供給される。
このように構成されるものであるから、いま、
第3図Aに示す如く、サイリスタ1のアノード電
圧が充分高い時には、比較器2からは第3図Bに
示す如くオンパルスすなわちハイレベルの信号が
出力されている。そこで、ゲート点弧信号発生回
路5より第3図Cに示す如くゲート点弧信号が出
力されると、時刻t1でAND回路3から第3図Dに
示す如くハイレベルの出力信号が出力され、パル
ス増幅回路4を介してサイリスタ1のゲートにゲ
ート電流が供給され、サイリスタ1はターンオン
する。サイリスタ1がターンオンすると、サイリ
スタ1のアノード電圧は、第3図Aに示す如く電
圧降下を生じ、時刻t2で比較器2の入力端子に供
給される設定電圧Vrefより下がると比較器2か
らの出力信号は、第3図Bに示す如くローレベル
となる。したがつて、AND回路3にゲート点弧
信号発生回路5より第3図Cに示す如くゲート点
弧信号がハイレベルになつていてもサイリスタ1
のゲートに供給されるゲート電流は第3図Dに示
す如く狭幅パルス信号として出力されることにな
る。これは、通常の点弧動作の場合を示してい
る。
次に、遅れ力率負荷の場合の点弧動作について
説明する。
遅れ力率負荷の場合、第4図Cに示す如くゲー
ト点弧信号がハイレベルであつても、時刻t1以前
ではサイリスタ1のアノード電圧が第4図Aに示
す如く設定電圧Vrefより低いため、比較器2よ
り出力される信号が第4図Bに示す如くローレベ
ルとなつている。しかし、時刻t1で、第4図Aに
示す如くサイリスタ1のアノード電圧が設定電圧
Vrefより高くなると、第3図Bのとおり比較器
2からの出力信号がハイレベルとなり、AND回
路3からの出力もハイとなる。従つて第4図Dに
示す如きゲート電流がサイリスタ1のゲートに供
給される。サイリスタ1がターンオンすると第4
図Aに示す如くサイリスタ1のアノード電圧は電
圧降下を生じ時刻t2で設定電圧Vrefより低下する
と第3図Bのとおり比較器2の出力がローレベル
となり、AND回路3からの出力もローレベルと
なる。従つて、サイリスタ1のゲートに供給され
るゲート電流は第4図Dに示す如く狭幅パルス信
号となる。
第5図は、本発明の一実施例を示す回路図であ
る。
図において、サイリスタ1のアノードAにはダ
イオードD1のカソードが接続されており、この
ダイオードD1のアノードには、抵抗R1を介し
て電源EpNが、また、ダイオードD2のアノード
及びトランジスタTr1のコレクタがそれぞれ接
続されている。ダイオードD2のカソードにはト
ランジスタTr2のベースが接続されている。こ
のトランジスタTr2のコレクタには抵抗R2を
介して電源Eが、またエミツタにはサイリスタ1
のゲートGがそれぞれ接続されている。また、ト
ランジスタTr1のエミツタはサイリスタ1のカ
ソードKに接続されており、このサイリスタ1の
カソードには電源Eが接続されている。また、ト
ランジスタTr1のベースには図示されていない
ゲート点弧信号発生回路よりゲート点弧信号が入
力される。そして、トランジスタTr2を導通さ
せるオン制御信号がスイツチング回路のオン制御
信号入力端子となる接続点20に印加される。
このように構成されるものであるから、いま、
サイリスタ1がオフ状態で順電圧阻止状態にある
時、ダイオードD1には逆電圧が印加されてい
る。ゲート点弧信号がトランジスタTr1にはい
つて、トランジスタTr1がオフ状態になると、
抵抗R1を通じてトランジスタTr2にベース電
流即ち、オン制御信号がはいる。すると、トラン
ジスタTr2はオン状態となり、「E―R2―Tr2
―G―1―K―E」の継路でオンゲート電流が供
給される。サイリスタ1がターンオンして、アノ
ード電圧が下ると、上記オンゲート電流、即ちオ
ン制御信号はゲートGには流入せず、「接続点2
0―D1―A」を通つてバイパスされるので、ト
ランジスタTr2はオフする。即ち、ゲート電流
の供給がとまる。
したがつて、本実施例によれば、サイリスタ1
のアノード・カソード間電圧を検出しアノード電
圧の電圧降下をとらえてゲート電流をしや断して
いるため消費電力を最小限にすることができる。
また、本実施例によれば遅れ力率負荷の場合で
あつても点弧ミスを生じることがない。
さらに、本実施例によれば、サイリスタのアノ
ード電圧が設定電圧Vrefよりも高いか低いかに
よつてサイリスタのゲート電流の出力をするた
め、ゲート電流はサイリスタのターンオンに要す
る時間と同程度の必要最小限のパルス幅にするこ
とができる消費電力を極力小さくすることができ
る。
第6図には、本発明の別な実施例が示されてい
る。
本実施例は第5図図示実施例のダイオードD2
とトランジスタTr1に代えて、PNPトランジス
タTr3を用いたものである。
図において、サイリスタ1のアノードAにはダ
イオードD1のカソードが接続されており、この
ダイオードD1のアノードには、トランジスタ
Tr3のコレクタ及びトランジスタTr2のベース
がそれぞれ接続されている。このトランジスタ
Tr2のコレクタには抵抗R2を介して電源Eが
またエミツタにはサイリスタ1のゲートGがそれ
ぞれ接続されている。また、トランジスタTr3
のエミツタは抵抗R1を介して電源Eが接続され
ている。また、トランジスタTr3のベースには
図示されていないゲート点弧信号発生回路よりゲ
ート点弧信号が入力される。そして、トランジス
タTr2を導通させるオン制御信号がスイツチン
グ回路のオン制御信号入力端子となる接続点20
に印加される。
このように構成されるものであるから、いま、
サイリスタ1がオフ状態で順電圧阻止状態にある
時、ダイオードD1には逆電圧が印加されてい
る。ゲート点弧信号がトランジスタTr3にはい
つて、トランジスタTr1がオン状態になると、
抵抗R1を通してトランジスタTr2にベース電
流即ち、オン制御信号がはいる。すると、トラン
ジスタTr2はオン状態となり、「E―R2―Tr2
―G―1―K―E」の継路でオンゲート電流が供
給される。サイリスタ1がターンオンして、アノ
ード電圧が下ると上記オンゲート電流即ち、オン
制御信号はゲートGには流入せず、「接続点20
―D1―A」を通つてバイパスされるので、トラ
ンジスタTr2はオフする。即ち、ゲート電流の
供給がとまる。
したがつて、本実施例によれば、第5図図示実
施例と同様の効果を得ることができる。
なお、上記実施例は、サイリスタを対象として
述べてきたが、ゲート電流でアノード電流をしや
断できるゲートターンオフサイリスタについても
同様に適用できる。ゲートターンオフサイリスタ
の最小点弧電流はサイリスタに比較して大きい。
従つて、狭幅パルスによるゲート回路の消費電力
低減の効果はより大きい。
たとえば、ゲートターンオフサイリスタの最小
点弧ゲート電流IGT、オンゲート電圧をEG、通
電期間TON、前期をTとすると、ゲート回路の消
費電力Pは、 PG=I×E×TON/T となる。狭幅パルスではTONが数μsとなる。従
つて、周波数1kHzで通電比率50%としてTON
500μとすると、パルス通電比率としては1/100
に減少する。但し、最終段Trを駆動するベース
電流の損失があるため、実際に本発明に係る狭幅
パルスの回路を広幅ゲートパルスの回路に変えて
用いると、ゲートの消費電力は約1/20に抵減さ
れる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、サイリ
スタに供給されるゲート電流の消費電力を小さく
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はインバータ回路図、第2図は本発明の
原理を示す回路図、第3図は第2図に示す回路の
通常の点弧動作の波形図、第4図は第2図に示す
回路の遅れ力率負荷の点弧動作の波形図、第5図
は本発明の一実施例を示す回路図、第6図は本発
明の別な実施例を示す回路図である。 1…サイリスタ、2…比較器、3…AND回
路、4…パルス増幅回路、5…ゲート点弧信号発
生回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 サイリスタのゲート・カソード間に、オンゲ
    ート電流を供給するための電源と、そのオンゲー
    ト電流をオンオフするためのスイツチング回路と
    を直列接続して成るサイリスタのゲート回路にお
    いて、前記サイリスタがターンオンしたときに、
    前記スイツチング回路を非導通にするために、前
    記スイツチング回路のオン制御信号入力端子と前
    記サイリスタのアノード端子との間に前記アノー
    ド端子が順方向となるように接続されたダイオー
    ドを含むことを特徴とするサイリスタのゲート回
    路。 2 特許請求の範囲第1項記載の発明において、
    上記スイツチング回路はトランジスタであり、そ
    のエミツタ端子は上記サイリスタのゲート端子に
    接続され、そのコレクタは上記電源の正極端子
    に、そのベース端子は上記オン制御信号入力端子
    にそれぞれ接続されることを特徴とするサイリス
    タのゲート回路。 3 特許請求の範囲第2項記載の発明に於て、上
    記サイリスタのカソード端子と上記オン制御信号
    入力端子との間に接続されたスイツチング素子
    と、上記電源の正極端子と上記オン制御信号入力
    端子との間に接続された抵抗器とを付加し、上記
    スイツチング素子をオン・オフするようにしたこ
    とを特徴とするサイリスタのゲート回路。 4 特許請求の範囲第2項記載の発明に於て上記
    電源の正極端子と上記オン制御信号入力端子との
    間に、スイツチング素子と抵抗器の直列接続体を
    付加し、上記スイツチング素子をオン・オフする
    ようにしたことを特徴とするサイリスタのゲート
    回路。
JP2484980A 1980-02-28 1980-02-28 Gate circuit for thyristor Granted JPS56121363A (en)

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EP81300812A EP0035379B1 (en) 1980-02-28 1981-02-26 A gate circuit for a thyristor and a thyristor having such a gate circuit
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