JPS6227027Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本案は主スイツチング用トランジスタの高速な
ターンオフ動作を、少ない駆動電力により可能と
する電圧駆動型トランジスタ電力変換装置の駆動
回路に関するものである。

電力用スイツチングトランジスタを用いて、例
えば直流を交流に変換して負荷に電力を供給する
インバータのような電力変換装置においては、変
換周波数を高くする程主スイツチングトランジス
タのターンオフ動作の高速化が要求される。そこ
で駆動回路を電圧駆動型としたものにおいては、
その制御用トランジスタのOFF時に生ずる駆動
トランスの励磁エネルギを利用して、これにより
主スイツチングトランジスタのベースに充分な逆
バイアス電流を流して、その蓄積時間、降下時間
の短縮とスイツチング損失の低減などを行う。

しかしこのためには制御用トランジスタON
時、駆動電源から駆動トランスに所望の逆バイア
ス電流を流すための励磁電力を供給する必要があ
る。しかも駆動回路の駆動電源は低電圧であるた
め、特に次の第１図によつて示す従来例のように
直流駆動型の場合には、駆動電源を得るに当つて
主直流電源を抵抗分割したり、変換回路により直
流−直流変換して、低電圧の駆動電源を作るよう
にしているため変換損失を生じ、その量は駆動ト
ランスの励磁電力の供給量が大となるに伴い大と
なり、これが駆動トランスの供給励磁電力量に加
わることになる。このため電力変換回路としての
効率を、充分高くすることができない難点があ
る。

即ち第１図の回路における主スイツチングトラ
ンジスタ１は、駆動回路Ａの制御用トランジスタ
２を制御信号入力端子３に加えられるオン信号に
よりONして、駆動電源４が加えられる駆動トラ
ンス５の出力により、抵抗６とスピードアツプ用
コンデンサ７により定まる正方向ベース電流を流
してONされるが、そのOFFはオフ信号により制
御用トランジスタ２をOFFにすることによつて
行われる。即ち制御用トランジスタ２がOFFさ
れると、駆動トランス５の励磁エネルギは、帰還
巻線５Ｃと帰還用ダイオード８を介してリセツト
され、１次および２次巻線５ａ，５ｂに逆方向の
フライバツク電圧を発生する。このため主スイツ
チングトランジスタ１のベースには、この逆バイ
アス電圧が供給され、また制御用トランジスタ２
のON時充電されたスピードアツプ用コンデンサ
７の放電電流により、逆バイアス電流を供給され
てOFFとなる。しかしこの回路の駆動トランス
５は、以上の説明から明らかなように一方向性励
磁のトランスであることから、主スイツチングト
ランジスタ１のターンオフ動作の高速化に当つて
の条件として、オフ時間とフライバツク電圧の積
の値が、オン時間において駆動トランス５から与
えられる電圧との積より充分大となるように、オ
ン期間に充分な励磁電流を駆動トランス５に流し
てフライバツク電圧を大としたり、オン期におい
てベース抵抗６に生ずる電圧降下、即ちコンデン
サ７の充電電圧を大として放電電流を大とする方
法などを講ずることが必要である。しかしこのよ
うな方法では例えば変換周波数を100KHz以上と
したとき、順バイアス電流の３〜５倍の尖頭逆バ
イアス電流を流す必要があり、駆動電力としても
順逆ほぼ同程度の大きな電力となる。このため一
方向性励磁の駆動トランスを用いた回路では、高
変換周波数の電力変換装置の実現は困難である。

本案は少ない駆動電力により、必要とする充分
な逆バイアス電流を主スイツチングトランジスタ
に供給して、高速なスイツチ動作を可能とする電
圧駆動型電力変換装置の提供を目的とするもので
あつて、次に図面を用いてその詳細を説明する。

第２図は本案の一実施例を示す回路図であつ
て、図において２は制御用トランジスタ、３は制
御信号入力端子、４は駆動電源、５は駆動トラン
ス、５ａ，５ｂ，５ｃは１次巻線、２次巻線、帰
還巻線、８は帰還用ダイオードであつて、その構
成は前記第１図に示した従来の駆動回路Ａと同様
である。６はベース抵抗、７はスピードアツプ用
コンデンサ、１は主スイツチングトランジスタ、
９は極性選択ダイオード、１０は主直流電源、１
１は出力トランス、１１ａ，１１ｂはその１次お
よび２次巻線１２は負荷回路であつて、これらの
構成はベース回路に極性選択ダイオード９を設け
て、フライバツク電圧発生時駆動トランス５の２
次巻線５ｂの回路インピーダンスを高くして、逆
バイアス電流を流すことなく逆バイアス電圧のみ
が主スイツチングトランジスタ１のベースに加え
られるようにした点が異なる。１３および１４は
上記極性選択ダイオード９と共に、本案のために
新たに設けられた逆バイアス制御用スイツチ回路
および逆バイアス電圧取得回路である。逆バイア
ス制御用スイツチ回路１３において、１５はスイ
ツチ起動信号取得巻線であつて、駆動トランス５
に図中「・」極性で巻かれる。１６は極性選択ダ
イオード、１７は抵抗、１８は高速かつ高入力イ
ンピーダンスのスイツチング素子、例えば電界効
果型スイツチングトランジスタ、１９は抵抗、２
０はコンデンサである。また逆バイアス電圧取得
回路１４において、２１は出力トランス１１に新
たに図中「・」極性で巻かれた逆バイアス電圧取
得巻線、２２は極性選択ダイオード、２３は電圧
保持用コンデンサ、２４は電流制限抵抗であつ
て、コンデンサ２０の電圧は逆バイアス制御用ス
イツチ回路１３を介して、主スイツチングトラン
ジスタ１のベース・エミツタ間に接続されるもの
で、要するに本案は上記の構成により次の動作を
行わせることを特徴とするものである。

即ち主スイツチングトランジスタ１のON時、
逆バイアス電圧取得回路１４により逆バイアス電
圧取得巻線２１に生ずる電圧から、逆バイアス電
圧を作つて保持しておく。そしてこれを主スイツ
チングトランジスタ１のOFF操作時、スイツチ
起動信号取得巻線１５に生ずるフライバツク電圧
により、逆バイアス制御用スイツチ回路１３を
ON状態とすることにより、主スイツチングトラ
ンジスタ１のベースとエミツタ間に加えるように
接続する。そしてこれにより駆動電源４から電力
を得ることなく主電源１０から電力を得て充分な
逆バイアス電流を供給できるようにすると同時
に、極性選択ダイオード９により阻止して高イン
ピーダンスとした駆動トランス５の２次巻線によ
つて、逆バイアス電流を流すことなく逆バイアス
電圧のみを加えるようにして、ターンオフ動作の
高速化を図るようにしたことを特徴とするもので
ある。次に本案回路の動作をさらに詳細に説明す
る。

制御信号入力端子３に供給されたオン信号によ
り制御用トランジスタ２がONとなり、第１図に
よつて前記したと同一要領により主スイツチング
トランジスタ１がON状態になると、出力トラン
ス１１に設けた逆バイアス電圧取得巻線２１に
ON期間中電圧が発生する。そしてこれは抵抗２
４と極性選択ダイオード２２を介して、電圧保持
用コンデンサ２３を一方向極性で充電して、図示
極性の逆バイアス電圧を保持する。一方このとき
スイツチ起動信号取得巻線１５に生ずる電圧は、
極性選択ダイオード１６により阻止されて、電界
効果型スイツチングトランジスタ１８のゲートに
は加えられず、これをOFF状態に維持する。

次いで入力端子３に加えられたオフ信号により
制御用トランジスタ２がOFFされると、駆動ト
ランス５の２次巻線５ｂと、スイツチ起動信号取
得巻線１５には、第１図によつて前記したと同様
にフライバツク電圧が現われる。そして２次巻線
５ａの出力電圧は極性選択ダイオード９により阻
止されて２次巻線５ａの回路を高インピーダンス
とし、電流を流すことなく主スイツチングトラン
ジスタ１のベースを即座に逆電位に保持する。一
方巻線１５に生じたフライバツク電圧は、このと
き順方向となる極性選択ダイオード１６を介して
電界効果型スイツチングトランジスタ１８のゲー
トに加えられる。このため正電位側が主スイツチ
ングトランジスタ１のエミツタに接続され、負電
位側が電界効果型スイツチングトランジスタ１８
のソースに接続された電圧保持用コンデンサ２３
と、抵抗１９とコンデンサ２０の並列回路を介し
てドレン極が主スイツチングトランジスタ１のベ
ースに接続された電界効果型スイツチングトラン
ジスタ１８とからなる直列回路はONとなる。そ
の結果駆動トランス５の２次巻線５ｂにより即座
に行われる逆バイアス電圧の供給と同時に、電圧
保持用コンデンサ２３による充分な逆バイアス電
流の供給が行われ、また抵抗１９の電圧降下によ
り生ずるコンデンサ２０の電圧が逆バイアス電圧
を与える。

以上のように本案では主スイツチングトランジ
スタ１のターンオフ時、駆動トランス５の２次巻
線５ａの回路を極性選択ダイオードにより高イン
ピーダンス化することにより、逆バイアス電流を
流すことなく逆バイアス電圧のみをベースに与え
るようにして、フライバツク電圧を発生させる駆
動トランス５の小さな励磁エネルギを直接逆バイ
アス電流として流さないようにすると共に、必要
とする逆バイアス電流のエネルギを、駆動電源４
の電力を殆ど増すことなく動作する、入力インピ
ーダンスの高い電界効果型スイツチングトランジ
スタ１８による制御により、出力トランス１１の
逆バイアス電圧取得巻線２１を介して主直流電源
１０から供給している。従つて従来の駆動回路の
ように駆動トランスの励磁エネルギを大とするた
め励磁電流を大とするような、大きな駆動電力を
必要とする手段を用いることなく、少ない駆動電
力によりターンオフの高速化に必要とする充分な
逆バイアス電流を流すことができる。従つて駆動
回路の電力を小さくでき、また主電源から駆動電
源を得る場合に生ずる変換損失を少なくできるの
で、電力変換回路の効率を向上できる。

また本案では第１図の回路の駆動トランスの励
磁エネルギにより逆バイアス電流を供給する場合
のように、逆バイアス電流の流通回路に巻線を有
しないので、その浮遊インダクタンスによるベー
ス電位のリンキングがないので安定な動作が可能
となる。また本案においては主スイツチングの降
下時間以降も主スイツチングトランジスタ１のベ
ースをコンデンサ２０の充電電圧によつて逆電位
に維持することから降下時間の短縮が図られ、損
失の少ない高速スイツチング動作が可能となる。

なお以上では逆バイアス制御用スイツチ回路１
３のスイツチング素子として電界効果型トランジ
スタを用いたが、高速であると同時に高入力イン
ピーダンス回路を形成できるものであれば公知の
素子を用いることができ、例えばバイポーラ型ト
ランジスタなどを用いることができる。また以上
においてはインバータ回路について説明したが、
コンバータ回路にも適用できる。

以上の説明から明らかなように、本案によれば
駆動電力の少ない電力変換回路の駆動回路を提供
しうるもので、特に高い変換周波数の電力変換回
路の駆動回路として大きな効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回路例図、第２図は本案の一実
施例回路図である。 １……主スイツチングトランジスタ、Ａ……駆
動回路、２……制御用トランジスタ、４……駆動
電源、５……駆動トランス、５ａ，５ｂ，５ｃお
よび１５……１次、２次、帰還およびスイツチ起
動信号取得巻線、６……ベース抵抗、７……スピ
ードアツプ用コンデンサ、８……帰還用ダイオー
ド、９……極性選択回路（ダイオード）、１０…
…主直流電源、１１……出力トランス、１１ａ，
１１ｂ，２１……１次、２次、逆バイアス電圧取
得巻線、１２……負荷回路、１６……極性選択ダ
イオード、１７……抵抗、１８……高速高入力イ
ンピーダンスのスイツチング素子、１９……抵
抗、２０……コンデンサ、２２……極性選択ダイ
オード、２３……逆バイアス電圧保持用ダイオー
ド、２４……抵抗。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電圧駆動型トランジスタ電力変換回路において
   主スイツチングトランジスタのベースに接続され
   る駆動トランスの２次巻線と直列に極性選択回路
   を設けると共に、出力トランスに設けた逆バイア
   ス電圧取得巻線により主スイツチングトランジス
   タのオン期間において主電源から逆バイアス電圧
   を作つて保持する逆バイアス電圧取得回路と、上
   記駆動トランスに設けたスイツチ起動信号取得巻
   線により検出された制御用トランジスタのオフ時
   駆動トランスに生ずるフライバツク電圧によりオ
   ンして、上記逆バイアス電圧取得回路の保持逆バ
   イアス電圧を主スイツチングトランジスタのベー
   スとエミツタ間に接続する高入力インピーダンス
   の逆バイアス制御用スイツチ回路を設けて、上記
   極性選択回路により駆動回路の制御用トランジス
   タオフ時駆動トランスの２次巻線回路を高インピ
   ーダンスとしてフライバツク電圧により主スイツ
   チングトランジスタに逆バイアス電圧のみを供給
   し、上記逆バイアス電圧取得回路の保持電圧によ
   り逆バイアス電流を供給するようにして、主スイ
   ツチングトランジスタをターンオフさせることを
   特徴とする電圧駆動型トランジスタ電力変換回
   路。