JPS62172816A - 半導体スイツチング素子用オンゲ−ト回路 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、インバータ電源などに用いられるサイリスク
、ゲートターンオフサイリスク（ＧＴＯ）等の半導体ス
イッチング素子をターンオンさせるためのオンゲート回
路に関する。

〔発明の技術的背景〕

この種の従来の半導体スイッチング素子用オンゲート回
路は、主回路に接続されている半導体スイッチング素子
をターンオンさせるときのオンゲート電流として、第３
図に示すように最初にピーク電流の高いゲート電流（ハ
イアゲート電流）ＩＨを供給し、その後は半導体スイッ
チング素子をオン状態に維持するためにピーク電流が抑
制された直流電流（定常オングー）％流）Ｉｃを上記ス
イッチング素子のオン期間にわたってそのゲートに供給
している。このオン状態を維持するための定常オンゲー
ト電流Ｉａは、たとえばＧＴＯはターンオン後において
主回路電流が保持電流以下になるとターンオフするので
、これを避けるために供給している。このようなオンゲ
ート電流を流すために、従来のオンゲート回路は第２図
に示すようにゲート電流出力用トランジスタ２１の出力
側にコンデンサＣ９抵抗Ｒの並列回路を介して半導体ス
イッチング素子（たとえばＧＴＯ２ｚ　）のゲートを接
続している。

〔背景技術の問題点〕

ところで、半導体スイッチング素子をブリッジ接続して
モータ駆動電流を制御する場合などにおいて、スイッチ
ング素子の負荷の状態や負荷変動などが原因で、第４図
に示すようにハイアゲート電流ＩＩが供給されたときに
スイッチング素子に所定のアノード・カソード間電圧が
印加されておらず（したがって、主回路電流が流れず）
、定常オンゲート電流Ｉｃが供給されているときにスイ
ッチング素子に主回路電流が流れ始める場合がある。し
かし、この場合、主回路電流の立ち上がりの時間微分値
に応じた電圧がスイッチング素子の両電極間（アノード
・カソード間）に生じてオン状態に移行できなかったり
、あるいはオン状態に移行しようとする間に上記両電極
間電圧と主回路電流との積による電力損失によりスイッ
チング素子が破壊するおそれがあった。

〔発明の目的〕

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、スイッチ
ング素子のオンゲート期間にそのアノード　カソード間
に所定の電圧が印加されている場合とか生じようとして
いる場合には安全にオン状態へ移行させることができ、
スイッチング素子の破壊の防止が可能であり、しかも定
常オングー）ｋ流の値を抑制でき、消費電力の低減が可
能な半導体スイッチング素子用オンゲート回路を提供す
るものである。

〔発明の概要〕

本発明の半導体スイッチング素子用オンゲート回路は、
定常オンゲート電流発生部とハイアゲート電流発生部と
からなり、定常オンゲート′厄流発生部はスイッチング
素子のオンゲート期間に対応して与えられる制御パルス
信号の入力期間に所定の直流電流を半導体スイッチング
素子のゲートに供給するように回路を構成し、ハイアゲ
ート電流発生部は上記半導体スイッチング素子のアノー
ド・カソード間が所定値以上のときにフォトカプラの入
力側の発光ダイオードに発光を流を流し、このフォトカ
プラの出力側素子がオン状態のときにオン駆動される電
流出力用トランジスタを介して直流電源から所定の電流
を半導体スイッチング素子のゲートに供給するように回
路を構成してなることを特徴とするものである。

これによって、半導体スイッチング素子のオンゲート期
間にそのアノード・カソード間に所定の電圧が印加され
ていると、あるいは所定値以上の電圧が生じるとハイア
ゲート電流がスイッチング素子のゲートに供給されるよ
うになってスイッチング素子は安全にオン状態に移行す
ることが可能になる。

〔発明の実施例〕 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。

第１図において、１はスイッチング素子、たとえばゲー
トターンオフサイリヌタ（ＧＴＯ）であって主回路に接
続されており、その他の部分はオンゲート回路であって
、定常オンｒ−）電流発生部２とハイアゲート電流発生
部３とからなる。上記定常オンゲート電流発生部２は、
前記ＧＴＯＪのゲート・カソード間に電流制限用抵抗４
、電流出力用トランジスタ５、直流電源６が直列に接続
され、上記トランシフタ５のゲートに制御パルス発生回
路７から制御パルスが印加されるようになっている。一
方、前記ハイアゲート電流発生部３は、ＧＴＯＪのゲー
ト・カソード間に直列にコンデンサ８．電流出力用トラ
ンジスタ９、直流電源１０が接続され、ＧＴＯＪのカソ
ード・ゲート間に直列に電流制限用抵抗１１、基準電圧
検知素子であるツェナーダイオード１２、フォトカプラ
（たとえばフォトトランジスタカグラ）１３の入力側で
ある発光ダイオード１４が接続され、このフォトカプラ
１３の出力側であるフォトトランジスタ１５とペース電
流制限用抵抗１６とが直列に前記トランジスタ９のペー
、ヌと前記定常オングー）Ｋ流発生部２のトランジスタ
５の出力側（エミッタ）との間に接続されている。

次に、上記オンゲート回路の動作を説明する。

制御パルス発生回路７から制御・ぞルヌが発生すると、
このパルス期間中はトランジスタ５がオン状態になって
直流電源６→トランジヌタ５→抵抗４の経路で一定の直
流電流がＧＴＯＪのゲートに供給される。このとき、Ｇ
ＴＯ１のアノード・カソード間に所定の電圧（ツェナー
ダイオード１２のツェナー電圧以上の電圧）が印加され
ていると、抵抗１１、ツェナーダイオード１２、発光ダ
イオード１４の経路に’ｆＸ流が流れ、発光ダイオード
１４の光出力がフォトトランジスタ１５のペースに伝達
されてフォトトランジスタ１５がオン状態になり、トラ
ンジスタ９は所要のペース電流が供給されてオン状態に
なり、直流電源１０→上記トランジスタ９→コンデンサ
８の経路で電流が腑れ、この電流は定常オンゲート電流
発生部２からの電流に重畳されてＩ・イアゲート電流と
なってＧＴＯＪのゲートに供給される。これによって、
ＧＴＯ１が正常にターンオンして主回路電流が流れると
、ＧＴＯＪのアノード・カソード間電圧が低下するので
ツェナーダイオード１２がオフ状態になり、これにより
フォトカプラ１３がオフ状態、トランジスタ１５がオフ
状態になり、以後は定常オンゲート電流発生部２からの
電流のみが定常オンゲート電流となってＧＴＯ１のゲー
トに流れる。

一方、前記制御パルスが発生して定常オンゲート電流発
生部２からの電流が流れ始めたときに、ＧＴＯ１のアノ
ード・カソード間に所定の電圧が未だ印加されていなか
ったとしても、こののち上記制８−Ｊ？ルヌの期間中に
ＧＴＯＪに主回路電流が流れ始めたときにその立ち上が
りの時間微分値に応じた電圧がＧＴＯＪの両電極間に生
じると、この両電極間電圧よりツェナーダイオード１２
のツェナー電圧を低く選定しておけはツェナーダイオー
ド１２がオン状態となり、前述したと同様にＧＴＯＪが
正常にターンオンするようになる。したがって、このと
き、ＧＴＯ１はその両極間電圧と主回路電流との積で決
まる電力損失による破壊をまねくおそれもなく、安全に
オン状態に移行する。

即ち、上記オンゲート回路によれば、スイッチング素子
をオフ状態からオン状態へ移行させる通常のオンゲート
の場合だけでなく、スイッチング素子に定常オンゲート
電流が流れているが主回路電流が流れていない状態から
、主回路電流が流れ始めてＧＴＯの両電極間に電圧を生
じようとしている場合にもハイアケ゛−ト電流を供給す
ることができ、ＧＴＯを安全にターンオンさせることが
できる。また、このようにＧＴＯを確実にオン状態に移
行できるので、ＧＴＯをオン状態に維持するための定常
オンゲ−ト回路の値はＧＴＯをオン状態に維持し得る極
力小さな電流に抑制することができ、定常オンゲート電
流発生部ひいてはオンゲート回路の消費電力を抑制する
ことかできる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明の半導体スイッチング素子用オン
ゲート回路によれば、サイリスタやＳＣＲ等のスイッチ
ング素子を安全にオン状態に移行できるようにしたので
スイッチング素子の破壊を防止でき、しかも定常オンゲ
ート電流の抑制ひいては消費電力の低減を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体スイッチング素子用オンゲート
回路の一実施例を示す回路図、第２図は従来のオンゲー
ト回路を示す回路図、第３図は通常のオンゲート信号を
示す波形図、第４図は従来のＳＣＨにおいてオンゲート
信号の定常オンゲート信号期間に主回路電流が流れ始め
たときにターンオンしなかった場合の動作波形を示す図
である。 １・・・ＧＴＯ１２・・・定常オンゲート電流発生部、
３・・・ハイアゲート電流発生部、５．９・・・電流出
力用トランジスタ、７・・・制御パルス発生回路、８・
・・コンデンサ、１２・・・ツェナーダイオード、１３
・・・フォトカプラ、１４・・・発光ダイオード、１５
・・・フォトトランジスタ。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第３図 第４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）制御パルス信号入力期間に所定の直流電流を出力
   して半導体スイッチング素子のゲートに供給する定常オ
   ンゲート電流発生部と、上記半導体スイッチング素子の
   アノード・カソード間が所定値以上のときに入力側の発
   光ダイオードに発光電流が供給されるフォトカプラと、
   このフォトカプラの出力側素子がオン状態のときにオン
   駆動される電流出力用トランジスタを介して直流電源か
   ら所定の電流を前記半導体スイッチング素子のゲートに
   供給するハイアゲート電流発生部とからなることを特徴
   とする半導体スイッチング素子用オンゲート回路。
2. （２）前記電流出力用トランジスタに直列にコンデンサ
   が接続されており、このトランジスタおよびコンデンサ
   の直列回路が前記半導体スイッチング素子のゲートに接
   続されてなることを特徴とする前記特許請求の範囲第１
   項記載の半導体スイッチング素子用オンゲート回路。
3. （３）前記ハイアゲート電流発生部の出力電流を定常オ
   ンゲート電流発生部の出力電流に重畳するようにしてな
   ることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の半導体スイッチング素子用オンゲート回路。
4. （４）前記半導体スイッチング素子のアノード・カソー
   ド間に、前記フォトカプラの入力側の発光ダイオードお
   よびツェナーダイオードが直列に接続されてなることを
   特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の半導体スイ
   ッチング素子用オンゲート回路。
5. （５）前記ハイアゲート電流発生部の電流出力用トラン
   ジスタは、前記定常オンゲート電流発生部の電流出力用
   トランジスタの出力電流の一部が前記フォトカプラの出
   力側素子を介してベースに供給されることを特徴とする
   前記特許請求の範囲第１項記載の半導体スイッチング素
   子用オンゲート回路。