JPH01198273A - 電流可逆チョッパ回路 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明ヲ：、直流チ冒ツバ回路のうちの力行動作と回生
動作とが可能な電流可逆チ冒ツバ回路、特にスイッチン
グ素子のターン・オン損失が少なく、かつスナバ回路の
損失が少なく、かつ部品点数が少ない予電ツバ回路に関
する。

〔従来の技術〕

第４図は従来の′亀流可逆千曹２バ回路の構成図である
。図においτ、ｌは入力される第１制御信号２によって
ベース電圧が制御され℃信号２に応じた回路開閉動作を
行う第１スイッチング素子としての第１トランジスタ、
３は入力される第２制御信号４によってベース電圧が制
御され″Ｃ信号４に応じた回路開閉動作を行う第２スイ
ッチング素子とし℃の第２トランジスタ、５は第１トラ
ンジスタ１と該トランジスタに逆並列に接続された第１
環流ダイオード６とからなる第【並列回路で。

７は第２トランジスタ３と該トランジスタに逆並列に接
続された第２環流ダイオード８とからなる第２並列回路
である。図においては、電圧Ｅを有する直流電源９の正
極にトランジスタ１のコレクタが接続され、トランジス
タ１のエミッタにトランジスタ３のコレクタが接続され
、トランジスタ３のエミッタに電源９の負極が接続され
℃いる。

ｌＯは第１並列回路５に並列に接続された第１ＲＣＤス
ナバ回路、１１は第２並列回路７に並列に接続された第
２　Ｂ、　ＣＤスナバ回路、１４は平滑リアクトル１２
と平滑コンデンサ１３とで構成されエスナバ回路１１に
並列に接続された電流平滑回路で、１５は平滑回路１４
の出力端子１６ａ、１６ｂ間に接続された負荷とじ℃の
直流回転機である。

１７は後述する態様で第１及び第２制御信号２゜４を出
力する制御部である。

次に、第４図において電源９から電力を回転機１５に与
えて該回転機に電動機としての動作をさせる。電流可逆
チーツバ回路の力行動作を、第５図をも参照して説明す
る。すなわち、この場合、まず、時刻１１１で第１制御
像号２Ｖｃよつ℃トランジスタｌをオンにする。すると
、電源９から電法王、がトランジスタＩＶｃ流れこみ、
この電流がさらに平滑リアクトル１２にＩｔとじ電流れ
こんで回転機１５に電力が供給され、この結果該回転機
が直流ｖＬ＃１機とし℃動作する。この時、並列回路５
０両端電圧は４２ぼ零になるので、並列回路７０両端電
圧Ｖ、は図示したようにＥになる。続いて時Ｍ　ｔ　１
２で信号２によつ℃トランジスタ１をオフにする。する
と、電圧Ｖ、がほぼ零になるので電流Ｘｔが回転機１５
．ダイオード８を順次通り℃環流し、以後電流Ｉｔは徐
々に減衰するが１回転機１５はこの電法王ｔによつ℃依
然とＬ℃駆動される。時刻ｔ１３で再びトランジスタ１
をオンにすると、再び経時的に増大する電流Ｉｔがリア
クトル１２に流れて回転機１５に電力が供給され、以後
同様な動作の繰り返しによって、トランジスタｌのオン
時間Ｔｏｎと該トランジスタのオフ時間Ｔｏｆｆとに応
じた直流電力が回転機１５に与えられる。

以上は、第４図のチーツバ回路が行う力行動作の説明で
あったが、この回路に回生動作を行わせる場合には、た
とえば、第６図に示したように。

時刻ｔ２１でトランジスタ３をオンにする。すると。

回転機１５０発電動作に伴う電流Ｉｔがリアクトル１２
％　トランジスタ３を順次通つ工環流する。

そうしＣ１次に時刻１２２でトランジスタ３をオフにす
る。すると、リアクトル１２に溜められ℃いたエネルギ
ーがダイオード６を介して電源９に放出され、電流Ｉｊ
はその絶対値が逐次減少する。

以後、引き続いてトランジスタ３をオン、オフさせると
上述の現象が繰り返されるので、トランジスタ３０オン
時間及びオフ時間を適宜設定することによってこれらの
時間に対応したエネルギーが回転機１５から電源９に回
生されることになる。

〔発明が解決しようとすする課題〕

第４図においては、上述のようにして力行並びに回生の
動作が行われるが、この場合トランジスタ１．３がター
ン・オフする際これらのトランジスタに連なる配線のイ
ンダクタンスによつ℃各トランジスタのコレクタ・エミ
ッタ間にスパイク電圧が発生し、このためトランジスタ
ｌ及びダイオード６、あるいはトランジスタ３及びダイ
オード８が破壊される恐れがある。このため、第４図に
おいてはスナバ回路ｔｏ、ｔｔを設け℃これらの回路に
前記スパイク電圧を吸収させ、これによっ℃トランジス
タ１．３．ダイオード６．８の保護を行うようにしてい
るのであるが、スナバ回路ｌｏ。

１１でスパイク電圧の吸収を行わせる際電流が回路ｔｏ
、ｔｔに設けられた抵抗を流れるので、第４図のチーツ
バ回路にはスナバ回路における損失（以後この損失なス
ナバ損失ということがある。）が大きいという問題点が
ある。また、この場合、各スナバ回路に抵抗とコンデン
サとダイオードとが必要であるので、チーツバ回路の部
品点数が多いという問題点もある。

さらに、第４図においＣは、力行艶作の場合にトランジ
スタ１をオンにした時、その直前ではダイオード８がオ
ンになつ℃いるので電源９がトランジスタ１とダイオー
ド８とを介して短絡されたことになり、この結果短絡電
流がダイオード８に逆回復電流とじ工流入する。第５図
に示した。たとえば時刻ｔ１３における電法王、のひげ
状バフレスはこの逆回復電流を示し℃い℃、この場合こ
のパルス状電流により℃大きい損失がトランジスタ１に
発生する。以後この損失をターン・オン損失ということ
がある。以上の説明は力行動作にかかわる説明であった
が１回生動作の場合もトランジスタ３をオンにするとダ
イオード６とトランジスタ３とを介し″ｃ電源９が短絡
されるので、この場合もやはりトランジスタ３に大きい
ターン・オン損失が発生する。したがつ″１．第４図の
チ曹ツバ回路には、カ行１回生のいずれの動作の場合に
も大きいターン・オン損失が発生するという問題点があ
ることになる。

本発明の課題は、上述したトランジスタのようなスイッ
チング素子のターン・オン動作の際微小な電流しか流れ
ないようにし℃、ターン・オン損失の低減を図ることに
ある。また、スナバ回路をコンデンサのみで構成するこ
とにより、スナバ損失を少な（すると共にスナバ回路の
構成部品数の減少を図ることにある。

〔課題権を解決するための手段〕

上記課題点を解決するために１本発明によれば。

入力される第１制＠信号に応じた回路開閉動作を行う有
極性の第１スイッチング素子と前記第１スイッチング素
子に逆並列に接続された第１環流ダイオードとからなる
第１並列回路と、入力される第２制御何号に応じた回路
開閉動作７行う有極性の第２スイッチング素子と前記第
２スイッチング素子に逆並列に接続された第２環流ダイ
オードとからなる第２並列回路と、前記第１及び第２制
御信号を出力する制御部と、平滑リアクトルが設けられ
かつ前記第２並列回路に並列に接続された電流平滑回路
とを備え、前記第１並列回路と前記第２並列回路と直流
電源とを直列に接続しかつ前記電流平滑回路の出力端子
間に負萌を接続した状態で前記制御部から前記第１及び
第２制御信号を出力させることにより力行動作または回
生動作をさせるものにおい″Ｃ１前記第１及び第２並列
回路の各々にコンデンサのみからなるスナバ回路をそれ
ぞれ並列に接続し″ＣＣ電流可逆チクツバ回路構成する
ものとする。

〔作用〕

上記のように構成すると、一方のスイッチング素子がオ
ンになった時、該スイッチング素子と他方のスイッチン
グ素子に並列接続された環流ダイオードとを介して直流
電源が短絡されるということはなくなり、かつスイッチ
ング素子のターン・オン動作の際該素子には微小な電流
しか流れなくなるので、スイッチング素子に発生するタ
ーン・オン損失が非常に少なくなる。また、この場合。

スナバ回路はコンデンサだけで構成されて、従来のチ璽
ツバ回路で使用されているＲ、ＣＤスナバ回路の抵抗と
ダイオードとが不要になるので、千冒ツバ回路を構成す
る部品の点数の減少とスナバ損失の低減とが図れること
になる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成図である。図においｃ
、１８．１９．はそれぞれ第４図の並列回路５，７の各
々に対応したいずれもＭＯ８＠ＦＥＴで、ＦＥＴ１８は
等価的に図示の接続となるスイッチング素子とし℃の本
体部１８ａと寄生ダイオードｔａｂとで開成され、ＦＥ
Ｔ１９も、同様に１本体部ｔ９ａと寄生ダイオードｔ９
ｂとで構成され℃いる。２０は第４図の制御部１７に対
応した制御部で、この制御部は第４図の信号２．４の各
々に対応した第１制御信号２１及び第２制御信号２２ヲ
Ｉｆｌ力Ｌ−Ｃ１ＦＥＴ本体部１８ａ、１９ａの各オン
。

オフ動作を制御するようになつ℃いる。２３はＦＥＴ１
８に並列ｖｃ接続されたスナバコンデンサ、２４はＦＥ
Ｔ１９に並列に接続されたスナバコンデンサで、この場
合、電流平滑回路１４が図示のように接続され℃いる。

次に第１図の千四ツバ回路の動作を第２図の波形説明図
及び該第２図における要部を拡大した第３図を参照して
説明する。

すなわち、第１制御他号２１によつ工時側ｔ３０でＦＥ
Ｔ本体部ｔｅａがオン状態にされ、同時刻に第２制＠信
号２２によってＦＥＴ本体部１９ａがオフ状態にされて
いたとする。したがつＣ１この時１１ｆ＝Ｉｚな６ｍ流
がＦＥＴ本体ｍ１８ａ、リアクトル１２を順次通つ℃流
れ工電力が回転機１５に供給され℃おり、ＦＥＴ１８の
両端電圧Ｖ、はほぼ零、ＦＥＴ１９の両端電圧Ｖ！はほ
ぼＥになつ℃いろ。そこで、制御信＠２１により時刻ｔ
３１でＦＥＴ本体ｇ（１１８ａをオフにすると、コンデ
ンサ２３゜リアクトル！２を通し℃充電電流ｒｔｓが図
示のように流れ℃コンデンサ２３が充電されると共に。

それまで電圧Ｅに充電され℃いたコンデンサ２４から（
Ｌｉ）の放電１１流がリアクトル１２を通しＣ流れ℃コ
ンデンサ２４が放電される。したがつ℃、電圧Ｖ、　、
　Ｖ、及びリアクトル電流Ｘｔが図示のような経時変化
する。

やがて１時刻ｔ３２になるとコンデンサ２４が充分に放
電し″′Ｃ電圧Ｖ、がほぼ零になる。するとダイオード
１９ｂがオン状態になるので、リアクトルｔ１ＭＩｚが
回転機１５を経由した後該ダイオードを通して流れる。

そうして、この時、Ｉｔはりアクドル１２の誘導起電力
にもとづく電流で経時的に減衰する電流であるから、Ｆ
ＥＴ１９の通電電流Ｉｚｆとし℃のダイオード１９ｂＹ
通る電流の波形は図示したような減衰波形となる。時刻
ｔ３２の後１時刻ｔ３３で信号２２によりＦＥＴ本体部
１９３Ｆ、−オン状態にする。そうしＣ１この時刻ｔ３
３は減衰する電流Ｘｔが零になる時刻ｔ３４に一致する
時刻かまたはそれよりも前の時刻であるように設定され
℃いる。そうして１時刻ｔ３４になるまでは本体部１９
ａには僅かな逆電圧が加えられろことになるので、この
本体部１９ａを時刻ｔ３３でオンにし℃も該本体部に電
流が流れろことはない。

さ℃、リアクトル１２を流れるｔ流Ｉｔは、ＦＥＴ本体
部１８ａがオフにされた時本来振動的に変化しようとす
る電流であるから１時刻ｔ３４で零になった後は逆の方
向に増大も始めるが、この時読にＦ１３Ｔ本体部ｔ９ａ
がオンにされ℃いるので。

逆向きの電流Ｉｔが今度は本体部１９ａ１回転機１５を
逐次通って環流する。そこで、時刻ｔ３５に至って本体
部１９ａをオフにすると、逆向きの電法王ｔが今度はコ
ンデンサ２４の充電電流Ｌ４となると共に、コンデンサ
２３から（Ｉｔりの放電電流が流出して電源９１回転機
１５、リアクトル１２を順次経由しＣ５ｆすれるので、
　ｔ　ＩＥＶ　ｔが低下すると共に電圧Ｖ、が上昇し℃
、電流Ｉｔの絶対値が減少し始める。そうし℃１時時刻
３６に至つ℃電圧ｖ１が零になると、今度はダイオード
ｔａｂがオンになるので、　Ｉｔがダイオード１８ｂを
流れて、この結果ＦＢＴ１８の通電電流Ｉｔｆが図示し
た波形になる。

次に、Ｉｔが零になる時刻ｔ３８よりも前の時刻ｔ　３
７になるとＦＥＴ本体部１８ａをオンにする。

ところが、この時、まだ電流Ｉｘｆがダイオード１８ｂ
を流れているから１本体ｆｆＢ　ｌ　８　ａを時刻ｔ３
７でオンにしても電流Ｉｌｆが該本体部を流れることは
ない。時刻ｔ３７は時刻ｔ３Ｂよりも前の時刻であると
したが、１３８に一致する時刻であるとし℃も差し支え
ない。さ℃１時時刻３８になると遂に電流１１ｆが零に
なる。すると、この時本体部１８ａがオンになつ℃いる
ので電源９から該本体部を通し”（ＩＩアクドル１２に
電流が供給される。したがって。

時刻ｔ３８以１４８１［＋ＩｔＩｔｆ及びＩｔが逐次増
大し℃図示した波形となる。時刻１３９で本体部１８ａ
をオフにすると１時刻ｔ３１で本体ＨＢ　１８　ａをオ
フにした時と同様な動作が行わ名る。

第１図では各部が上述のような動作をするので。

ＦＥＴ本体部ｔＳａ及びＦＥＴ本体部１→ａの各オン時
間をそれぞれＴ＋ｓ＋　ＴＩＧとした時、Ｔ１．を長く
してＴＩＧを短（するとりアクドル電流Ｉｔは経時的平
均値が右向きとたつ″ｃＩＦ、源９から電力が回転機１
５に供給されｋ　Ｔ’＋ａを短くしてＴ１．を長くする
とＩｔ１７）経時的平均１直が左向きとなっ℃回転機１
５から電力が電源９に回生されることになる。

つまり、前者の場合チョッパ回路は力行動作を行い、後
者の場合千Ｍツバ回路は回生動作を行うことになるが、
前述した所から明らかなように、このチツッパ回路にお
いては、一方のＦＥＴ本体部をオンにした時他方のＦＥ
Ｔの寄生ダイオードを介し℃直流電源９が短絡されろと
いうことをヱな（。

かつＦＥＴ本体部のダーツ・オン時刻本体部に流れる電
流は零かまたは微小な電流であるから、チ曹ツバ回路を
第１図のように構成すると、ターン・オン損失の少ない
チロツバ回路が得られることになる。また、この場合、
コンデンサ２３．２４がスナバ動作を行うことは明らか
で、したかつ″Ｃ１第１図においＣはスナバ回路がコン
デンサのみで構成され℃いるわけであるから、第１図の
ように千１ツバ回路を構成すると、従来のＲＣＤスナバ
回路を採用したチロツバ回路に比べてスナバ損失が少な
くかつ部品点数の少ないチロツバ回路が得られることに
なる。なお、第１図に示したダイオードｔａｂ、ｔ９ｂ
はいずれもｌ”ＥＴ１８．１９の各寄生ダイオードで、
笑４図に示したダイオード６．８のような電子部品とし
てのダイオードではない。故に、このような面からもチ
冒ツバを第１図のように構成すると部品点数が少な（な
る。

第１図におい℃は、ＦＥＴ　１８，１９のかわりに前述
したトランジスタ１．３を採用してもよい。

ただし、この場合、第４図におけると同様にダイオード
６．８を接続する必要がある。

〔発明の効果〕

上述したように１本発明におい℃は、入力される第１制
御信号に応じた回路開閉動作を行う有極性の第１スイツ
チンク素子と第１スイッチング素子に逆並列に接続され
た第１−流ダイオードとからなる第１並列回路と、入力
される第２制ｍ信号に応じた回路開閉動作を行う有極性
の第２スイッチング素子と第２スイッチング素子に逆並
列に接続された第２用流ダイオードとからなる第２並列
回路と、第１及び第２制＠僧号を出力する制御部と、平
滑リアクトルが設けられかつ第２並列回路に並列に接続
された電流平滑回路とを備え、第１並列回路と第２並列
回路とｍ＝電源とな直列に接続しかつ電流平滑回路の出
力端子間に負荷′１２ｒ：接続した状態で制御部から第
１及び第２制（財）信号を出力させることにより力行動
作または回生動作をさせろものにおい″Ｃ１第１及び第
２並列回路の各々にコンデンサのみからなるスナバ１回
路をそれぞれ並列に接続し″Ｃ電流可逆チ１１ツバ回路
を構成した。

このため、上記のように構成すると、−万のスイッチン
グ素子がオンになった時、このスイッチング素子と他方
のスイッチング素子に並列に接続された環流ダイオード
とを介して直流電源が短絡されるということはなくなり
、かつスイッチング素子のターン・オン動作の際該素子
には微小な電流しか流れなくなるので、本発明にヲユス
イッチング素子に生じるターンｅオン損失が少なくなる
効果がある。また、上述のようにチロツバ回路を構成す
ると、スナバ回路はコンデンサだけで構成されることに
なるので１本発明には、Ｒ，ＣＤスナバ回路を採用し℃
いた従来のチロツバ回路に比べて。

部品点数の減少とスナバ損失の低減とが図れる効　果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は第１図に
おける要部の波形説明図、第３図は第２図における要部
を拡大した波形説明図、第４図は従来の電流可逆子１ツ
バ回路の構成図、第５図は第４図に示したチロツバ回路
の力行動作説明図。 第６図は第４図に示したチロツバ回路の回生動作説明図
である。 ｌ・・・・・・第１トランジスタ％　２．２１・・・・
・・第１制御信号、３・・・・・・第２トランジスタ、
４．２２・・・・・・第２制御信号％　５・・・・・・
第１並列回路、６・・・・・・第１環流ダイオード、７
・・・・・・第２並列回路、８・・・・・・第２環流ダ
イオード、９・・・・・・＠流電源、１０．１１・・・
・・・ＲＣＤスナバ回路、１２・・・・・・平滑リアク
トル、１４・・・・・・電流平滑回路。 １５・・・・・・直流回転機、１６ａ、１６ｂ・・・・
・・出力端子、１７゜２０−−・−・・制御部、　　ｌ
　８．　ｌ　９−・−・ＭＯＳ　−ＦＥＴ、　１８　ａ
。 １９ａ・・・・・・ＦＥＴ本体ｓ、ｔｓｂ、ｔ９ｂ−・
・・・・寄生ダイオゝ°′う、ノ 篠　　２　　図 ′第　　３　　口 ｎ　　４　　口 箋　　５Ｉ２１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）入力される第１制御信号に応じた回路開閉動作を行
   う有極性の第１スイッチング素子と前記第１スイッチン
   グ素子に逆並列に接続された第１環流ダイオードとから
   なる第１並列回路と、入力される第２制御信号に応じた
   回路開閉動作を行う有極性の第２スイッチング素子と前
   記第２スイッチング素子に逆並列に接続された第２環流
   ダイオードとからなる第２並列回路と、前記第１及び第
   ２制御信号を出力する制御部と、平滑リアクトルが設け
   られかつ前記第２並列回路に並列に接続された電流平滑
   回路とを備え、前記第１並列回路と前記第２並列回路と
   直流電源とを直列に接続しかつ前記電流平滑回路の出力
   端子間に負荷を接続した状態で前記制御部から前記第１
   及び第２制御信号を出力させることにより力行動作また
   は回生動作をさせるものにおいて、前記第１及び第２並
   列回路の各々にコンデンサのみからなるスナバ回路をそ
   れぞれ並列に接続したことを特徴とする電流可逆チヨツ
   パ回路。