JPH01194857A

JPH01194857A - ベース駆動回路

Info

Publication number: JPH01194857A
Application number: JP1461788A
Authority: JP
Inventors: Fumiyasu Moriya; 守谷　文康; Hirotada Kira; 浩忠吉良
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-01-27
Filing date: 1988-01-27
Publication date: 1989-08-04

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、ベース駆動回路に関する。

（従来の技術）インバータやチョッパ等の電力変換装置の主半導体スイ
ッチ素子として用いられる電界効果形トランジスタ、絶
縁ゲート形バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ＞等の半
導体スイッチであって、電圧信号によりオン／オフを制
御する電力用半導体スイッチのベース駆動回路として、
従来、第４図に示すようなものが知られている。

この従来のベース駆動回路は、トランス１に対してダイ
オード整流回路２が接続され、平滑コンデンサ３を介し
てトランジスタ４〜６が接続され、トランジスタ５，６
の接続中点がＩＧＢＴ）ランジスタフのベースに接続さ
れている。さらに、トランジスタ４のベースに対してフ
ォトカプラ８が接続されている。９．１０は抵抗器であ
る。

このようなベース駆動回路では一般に、主半導体スイッ
チ素子７のオン、オフによりベース回路の電位が変化す
るなめに、ベース電源とベース制御信号発生回路とは電
気的に絶縁する必要がある。

そこで、従来のベース駆動回路では、ベースの電力はト
ランス１により絶縁する構成がとられており、ベース信
号はフォトカプラ８により絶縁するようにしている。

この従来の回路では、トランス１には外部電源より交流
電力が常に印加されており、ダイオード整流回路２によ
り整流されてコンデンサ３に直流電圧が蓄えられている
。

そこで、フォトカプラ８に信号が与えられていない状態
では、トランジスタ４がオフ状態になっており、トラン
ジスタ６ｆｆｌ！Ｉがオンしている。従って、主半導体
スイッチ素子７はベース・エミッタ間が逆バイアスされ
た状態となり、オフ状態となる。

フォトカプラ８のダイオード側に信号電流が与えられて
、トランジスタ４がオンすると、トランジスタ６は逆バ
イアスされてオフし、トランジスタ５１１ＩＩがオン状
態になる。

トランジスタ５がオンとなると、主半導体スイッチ素子
７のベースはエミッタに対して正電位となり、オン状態
になる。

このようにして、フォトカプラ８のダイオード側のオン
、オフ動作により大電流の流れる主半導体スイッチ素子
７のオン、オフが制御されるのである。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来のベース駆動回路では、
ベース回路が比較的複雑である課題が残っていた。また
、インバータやチョッパ等の自動変換装置に用いる場合
には、変換装置の制御電源として直流電源のみが用いら
れ、ベース電源として使用する交流電源が容易に得られ
ない場合も多く、このような場合にはベース電源として
別にインバータが必要となり、ベース回路の構成がさら
に複雑なものとなる課題が残れさていた。

この発明は、このような従来の技術的な課題を解決する
ためになされたもので、比較的簡単な回路構成で得られ
るベース駆動回路を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明のベース駆動回路は、主半導体スイッチ素子の
ベースに対してこの主半導体スイッチ素子をターンオン
するのに十分な起電力を発生する第１の光電変換素子と
、この第１光電変換素子とは逆向きに起電力を発生する
ように接続された第２の光電変換素子と、これらの各光
電変換素子に対して起電力を与えるための光信号を伝達
する光信号伝達手段と、前記第１光電変換素子に対する
光信号伝達手段に光信号を入力する第１光信号発生手段
と、前記第２光電変換素子に対する光信号を入力する第
２光信号発生手段と、これら第１、第２光信号発生手段
を互いに反対論理で駆動する論理手段とを備えたもので
ある。

（作用）この発明のベース駆動回路では、第１、第２光信号発生
手段に互いに反対論理の駆動信号が与えられると、この
第１、第２光信号発生手段が光信号伝達手段を介して第
１、第２光電変換素子を交互に逆向きに駆動する。

従って、主半導体スイッチ素子のベースに第１光電変換
素子により正バイアス電位が印加されることによりこの
スイッチ素子をオンし、逆に第２光電変換素子により逆
バイアス電位が印加されることによりオフし、主半導体
スイッチ素子のオン、オフ制御を行なうことができる。

（実施例）以下、この発明の実施例を図に基づいて、詳説する。

第１図はこの発明の一実施例であり、主半導体スイッチ
素子の駆動指令信号Ａを与える論理手段として論理素子
１１と、この論理素子１１の出力信号を互いに反対論理
で入力する論理素子１２゜１３を備えている。

第１、第２光信号発生手段として各論理素子１２．１３
のＨ”、“Ｌ″出力よりオン、オフ制御される発光ダイ
オード駆動用トランジスタ１４．１５と、これらのトラ
ンジスタ１４．１５により駆動される発光ダイオード１
６．１７を備えている。

各発光ダイオード１６．１７からの光信号の伝達手段と
して光ファイバー１８．１９が設けられている。

主半導体スイッチ素子としてＩＧＢＴトランジスタ２０
が用いられており、このＩＧＢＴトランジスタ２０のベ
ースに正バイアス電圧を印加するだめの第１光電変換素
子として多段フォトダイオード２１、逆バイアス電圧を
印加するための第２光な変換素子として多段フォトダイ
オード２２が設けられ、また抵抗器２３．２４が設けら
れている。

前記多段フォトダイオード２１．２２は、単位フォトダ
イオードを適数段に直列接続して数Ｖの光起電力が生起
できる性能を有するものである。

上記の構成のベース駆動回路の動作を、次に説明する。

このベース駆動回路に対するＩＧＢＴトランジスタ２０
のオン、オフ制御信号が論理制御部（図示せず）から論
理素子１１に与えられるものとし、論理素子１１には、
スイッチ素子２０をオンとする期間は“Ｈ”レベル信号
が入力され（第２図）、オフとする期間は“Ｌ”レベル
信号が入力される（第３図）。

今、第２図に示すように論理素子１１に“Ｈ”信号が入
力されると、論理素子１２の入力は“１■”、論理素子
１３の入力は“Ｌ″となり、第１発光ダイオード駆動用
のトランジスタ１４がオンし、第２発光ダイオード駆動
用のトランジスタ１５はオフとなる。

この結果、第１トランジスタ１４ｆ１１の発光ダイオー
ド１６が発光し、その光信号を光ファイバー１８を介し
て第１光電変換素子としての多段フォトダイオード２１
に与える。

多段フォトダイオード２１は、この光信号を受けてＩＧ
ＢＴトランジスタ２ｏのベース・エミッタ間に正バイア
ス電圧を与える向きの起電力を生じ、これによりＩＧＢ
Ｔトランジスタ２ｏがオンとなる。

この状態の時、論理素子１３の出力は“し”であり、第
２トランジスタ１５はオフ状態にあって発光ダイオード
１７を駆動することがなく、従って第２多段フォトダイ
オード２２はオフ状態に置かれる。

次に第３図に示すように、論理素子１１に“Ｌ″信号入
力されると、論理素子１２の出力は“Ｌ″となり、逆に
論理素子１３の出力は“Ｈ”となる。

従って、第２トランジスタ１５側がオンとなり、第２発
光ダイオード１７が発光する。

この光信号は、光ファイバー１９を介して光信号が第２
多段フォトダイオード２２側に与えられ、この第２多段
フォトダイオード２２に起電力を生じ、ＩＧＢＴトラン
ジスタ２０のベース・エミッタ間に逆バイアス電圧を印
加し、ＩＧＢＴトランジスタ２０のベース層の残留キャ
リャヲ払い出し、トランジスタ２０を高速度でオフとす
る。

この時、第１トランジスタ１４側はオフとなるため、第
１発光ダイオード１６は発光せず、第１多段フォトダイ
オード２１を駆動することはない。

この後、再び第２図に示すように論理素子１１に“Ｈ”
信号が入力されると、上記と同様にしてＩＧＢＴトラン
ジスタ２０がオンし、論理素子１１に“Ｌ”信号が入力
されるとＩＧＢＴトランジスタ２０がオフする。

このようにして、論理素子１１に入力される制御信号の
“Ｈ”、“Ｌ“レベル信号により主半導体スイッチ素子
としてのＩＧＢＴ）−ランジスタ２０を高速度でオン、
オフ制御することができるのである。

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば論理手段としての論理素子１１Ｉ、〜１３は、
論理制御信号に対して互いに発光ダイオード１６．１７
を反対論理でオン、オフする構成であれば、他の論理回
路で置き換えることができる。

また、光信号発生手段とし発光ダイオ−・ドを用いずに
、単なる白熱電球やネオンランプのよう杓・・放電灯を
用いることもできる。

さらに、光伝達手段は光ファイバーに限定されることは
なく、ライトガイド一般が用いられろ。

またさらに、光電変換素子としてフォＩ〜ダイオ−ドに
限らず、電圧駆動形半導体スイッチ素子を駆動するのに
十分な起電力が得られる他の種類の光電変換素子を利用
することもできる。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、主半導体スイッチ素子
のベースに対するオン、オフ制御信号の印加のなめに光
信号発生手段と光信号伝達手段とを用い、光な変換素子
により光信号をスイッチ素子のベース電圧に変換するよ
うにしているため、回路構成が簡単化され、従来のよう
にベース駆動電力を絶縁してベース回路に送るための交
流電源やトランスを必要とせず、小形化、低価格化が実
現できる。

４、図面の簡単な説明　　　　゛第１図はこの発明の一実施例の回路図、第２図は上記実
施例において主半導体スイッチ素子をオンさせる時の動
作を示す動作説明図、第３図は上記実施例において主半
導体スイッチ素子をオフさせる時の動作を示す動作説明
図、第４図は従来例の回路図である。

１１〜１３・・・論理素子１４．１５・・・トランジスタ１６．１７・・・発光ダイオード１８．１９・・・光ファイバー２０・・・ＩＧＢＴトランジスタ２１．２２・・・フォトダイオード２３．２４・・・抵抗器

Claims

【特許請求の範囲】

主半導体スイッチ素子のベースに対してこの主半導体ス
イッチ素子をターンオンするのに十分な起電力を発生す
る第１の光電変換素子と、この第１光電変換素子とは逆
向きに起電力を発生するように接続された第２の光電変
換素子と、これらの各光電変換素子に対して起電力を与
えるための光信号を伝達する光信号伝達手段と、前記第
１光電変換素子に対する光信号伝達手段に光信号を入力
する第１光信号発生手段と、前記第２光電変換素子に対
する光信号を入力する第２光信号発生手段と、これら第
１、第２光信号発生手段を互いに反対論理で駆動する論
理手段とを備えて成るベース駆動回路。