JPS622863A - タ−ンオフ回路 - 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〕 この発明は自己消去能力を持つ半導体素子のターンオフ
回路に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、各種の電子機器や電力装置に対する電力供給装置
としてスイッチング回路を用いたインバータ、ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータが多く用いられている。そしてその電力転
送効率の向上および小形化を図るべく、上記スイッチン
グ回路の動作周波数の高周波化が進められている。この
高周波化に伴う大きな問題は主スィッチの損失が増大す
ることである。その損失の内訳はスイッチの投入時の遷
移損失と導通時の伝送損失、しゃ断時の遷移損失が主な
ものである。先づ第１の投入時の遷移損失は駆動パルス
の立上りを鋭くすれば低減化され、第２の伝送損失はオ
ン’ＩＬＥＥ低いバイポーラモードで働く半導体素子を
用いれば実用上はとんど問題ない程改善される。最後の
しゃ断時の遷移損失は一筋縄ではゆかない。駆動パルス
の立下りを鋭くするだけでは高効率なしゃ断は達成でき
ず、導通期間中に蓄積されていた電荷を引き出さねばな
らない。すなわちターンオフゲインが小さいのである。

このターンオンゲインとターンオフゲインの開きは素子
の電力容量が増えれば増える程大きくなる。例えば１０
０Ａ２００ＤＶ級以上の素子になるとタンオンゲイシは
１００程度あるがターンオフゲインはせいぜい４程度と
なる。その結果ターンオフ回路のスイッチ容量が２５倍
大きくなる。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなさりたもので、そ
の目的とするところは、構成の廟単な電流共振形スイッ
チ回路を採用し実用性の高いターンオフ回路を提供する
ことにある。

〔発明の概要〕

本発明は′電流帰還用ダイオードを持たないフルまたは
ハーフプリツチ構成の電流共振形スイッチ回路で変成器
の励磁インダクタンスを十分大きくし洩れインダクタン
スと寛源寛圧を分圧するコンデンサと共振させるかまた
は新たに共振コンデンサを変成器の一次巻線に直列に接
続して共振させてターンオフ電流パルスを作り、自己消
去形半導体をターンオフさせるようにしたものである。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば一次側に用意したコンデンサと
変成器の洩れインダクタンスの直列共振によってターン
オフパルを与えるために自己消去形半導体素子の蓄積電
荷を一次側の共振コンデンサに流し込むことができるの
で絶対値の大きいターンオフパルスのバックスイングで
再点弧することを防止することができる。また電流共振
を利用するためにスイッチに流れる電流は零になる。

その結果駆動回路のスイッチ素子のしゃ断電流は零とな
りサージ耐量の大きいスイッチ素子を用いれば駆動回路
は主スィッチのターンオフパルスの最大値を処理する容
量は不要であり、通常１７１０以下でことたりる。さら
に駆動回路のスイッチのｕＥ＆は主スィッチのターンオ
フパルスのくり返し周波数の半分で済むので駆動回路の
スイッチの信頼性は向上する等の効果が奏せられる。

〔発明の実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例につき説明する。第
１図は本発明の一実施例を示す回路構成図である。図中
１は駆動用電源の電圧Ｖｃを分割する機能と同時に共振
電流を得るコンデンサである。且は有限の洩れインダク
タンスを持つ変成器３は半導体スイッチで自己消去能力
はあってもなくても良い。４はダイオード、６はバイポ
ーラモードで働く半導体素子であり代表例としてトラン
ジスタを示したがＧＴＯサイリス）、Ｂ１ＦＥＴ等でも
同様の効果が得られる。７は６にターンオンパルスを供
給する回路である。

制御用電源Ｖｃに同容量値を持つコンデンサｌａとｌｂ
の直列接続回路と、スイッチ３ａと３ｂの直列接続回路
をそれぞ減並列に接続し、それぞれの中心に橋を渡たす
ように変成器旦の一次側を接続し、変成器旦の二次側の
センタータップ端を主スィッチ６のエミッタに接続し、
他端は両方ともダイオード複数［４ａ、４ｂを介して主
スィッチ６のベースに接続し、さらに主スィッチ６のＢ
−８間にはターンオンおよびオンを継続できるパルス供
給回路７を接続する。

ここで動作について第１図の主スィッチ６が今まで導通
していて、ターンオフが開始するところから等価回路を
用いて説明する。駆動回路中スイッチ３ａがターンオン
すると先づ主スィッチ６のベース領域に′１Ｍ権されて
いた電荷がダイオード４ａ１変成器ヱの洩れインダクタ
ンスｌ、ｅを通してコンデンサＩａ、１ｂに掃き出され
る。この期間の動作の等価回路を第２図に示す。

第１図のＡＡ’断面から電源（８）を見込むとテプナン
の定理から第２図ＡＡ’断面から左側に示すようにもと
の電源型［ＥＶＣのＶ２の電源とコンデンサＩａの２倍
の容ｔｌ’ａを内部インピーダンスに持つ電源と等価と
なる。また変成器ヱの励磁インダクタンスは洩れインダ
クタンスＬｅより十分大きく選ぶので第２図の等価回路
では省略できる。主スィッチのＢ−Ｂ端から見込んだ回
路はベース抵抗ｒｂｂ、ＢＥ間とＢＣ間静寛容量の和Ｃ
ｂｅとＢＥ間抵抗ｒｂｅとＢＥ間順方向１！圧降下Ｖｂ
’ｅの電池を用いて第２図Ｂ−Ｅ断面より右側のように
書ける。スイッチ６の導通期間に、Ｂ１間の等価容量ｅ
ｂｅに充電されていた電圧Ｖｃｂｅ（ｏ）は（Ｖ’ｂｅ
＋ｒｂｅ、１ｂｏ）で与えられる。この電圧Ｖｃｂｅ（
ｏ）がなくなり抵抗ｒｂｅに流れる電流がｉｂｏから１
ｃ（ｓａｔ）ｈｆｅに減るまでの期間を第３図ｔ、−ζ
間で示した。時刻ｔ！以降はスイッチ６は活性になりタ
ーンオフ期間に入る。このターンオフ期間ではＨＥ間か
ら見込んだ等価容１ｉＣｂｅは通常減小する。今その値
をＣ’ｂｅとするその結果第３図（ｂ）に示すようにベ
ース電流ｉｂは洩れインダクタンスＬｅとＣ′ｂｅで周
期の短かい振動をする。

この振動は時刻ｔ、における電流Ｐｏ、ｌｌ圧ＱＯのエ
ネルギーを初期条件としてするためにＰｏ。

ＱＯの組合せが悪いと約半周期後のＰ点、Ｑ点のような
大きなバックスイングを生じ、スイッチ６を再ターンオ
ンしてしまう併置を生ずる。

そこで第３図破線で示すようにＰ点Ｑ点が正の値になら
ないようにＰｏ点、９０点の値を適切な値にできるよう
に電源の等価容量２Ｃを選ぶ必要があるＯ しかし分割容量のＣの調整はスイッチ動作電流１ｃ（ｓ
　ａ　ｔ）の値に応じてする必要があり負荷や入力電源
の変動を全てカバーすることは困難である。

ここで第１図の駆動回路のスイッチ３ａ３ｂに一方向し
か流さないスイッチ作用を持たせれば第３図（ｂ）の８
点で示すように駆動電流ｉｂの値が逆向きになる点で第
２図のターンオフ回路はＡ点で開放状態になる。このた
めに、ｍ流ｉｂはＲ点以降零を保持する。

かくしてこのように構成されたターンオフ回路を用いれ
ば主スィッチの再点弧を誘発するようなバックスイング
のないターンオフが可能になる。

また一方向しか流さないスイッチの代表例はサイリスタ
であり、サイリスタは通常サーヂ耐量が大きく駆動回路
は十分小形化が可能である。また主スィッチの半分の動
作周波数で良いので駆動回路のスイッチにターンオフ時
間の比較的長い半導体素子を用いても高速動作ができる
。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではない
。主スィッチ６にＧＴＯサイリスタ等に置き換えても良
い。このときＧＴＯサイリスタ特有のティルミ流の吸収
等新たな効果が期待できる。

また主回路がブシュプルやプリッチのように位相をずら
せてターンオフする場合は第４図に示すような用い方を
すれば可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図。 第２図は第１図のターンオフ期間の等価回路。 第３図は動作波形図。第４図は変形例を示す図である。 １、・・・入力コンデンサ ス、・・・変成器 ３・・・制御スイッチ ４・・・ダイオード ６・・・スイッチ素子 ７・・・オン回路 ８・・・制御電源。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑（ほか１名）第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. バイポーラモードで動作する自己消去能力を持つ半導体
   スイッチにターンオフ電流を与える回路であつて、帰還
   ダイオードを持たないハーフまたはフルブリッヂ構成に
   よる、電流共振モード動作するスイッチング回路構成を
   有することを特徴とするターンオフ回路。