JPH02211066A

JPH02211066A - 電力スイッチング回路

Info

Publication number: JPH02211066A
Application number: JP1304561A
Authority: JP
Inventors: Alain Gousset; アラン　グセー; Jean Lafontaine; ジャン　ラフォンテーヌ
Original assignee: La Telemecanique Electrique SA
Current assignee: Telemecanique SA
Priority date: 1988-11-22
Filing date: 1989-11-22
Publication date: 1990-08-22
Also published as: AU4539589A; DK170193B1; FI895540A7; ATE81237T1; ES2034715T3; HK38594A; EP0370896B1; EP0370896A1; FR2639489B1; DK572689D0; BR8905873A; DK572689A; FI895540A0; DE68903093D1; US4992924A; KR910010856A; FR2639489A1; ZA898861B; AU630131B2; DE68903093T2

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）本発明は全体としてパワートランジスタの制御に関する
ものであり、更に詳しくは、それのみに限定されるもの
ではないが、たとえば、直流−直線変換器または電動機
の回転速度を制御するための周波数変換器のインバータ
に設けられるブリッジ回路中のパワートランジスタの制
御に関するものである。

（従来の技術）従来の周波数変換器は、それが単相回路または三相回路
であっても、整流ブリッジを有し、その整流ブリッジの
出力がインノ、（−タへ加えられる。

インバータは供給すべき相の数と同数のスイッチングア
ームを有し、各スイッチングアームは高いレールトラン
ジスタと、この高いレールトランジスタと直列の低いレ
ールトランジスタとを有する。

各トランジスタに再生ダイオードが接続される。

トランジスタの間の中間点が電動機の電力巻線の１つに
接続される。

（発明が解決しようとする課題）この種の変換器における周知の問題は再生ダイオードの
一方、たとえば高いレールダイオード、を通って電流が
流れている間に同じアーム中の両方のトランジスタが同
時にオフ状態になったとすると、高いレールトランジス
タのコレクターエミッタ回路に、そのダイオードのしき
い値電圧に等しい負電圧が加えられることである。した
がって、そとトランジスタのベース−コレクタ接合が順
バイアスされるために、電荷が蓄積されることになる。

インバータの正しい動作の妥協を避けるためにはその電
荷をある方法で逃さなければならない。

低いレールダイオードが導通状態にある時に低いレール
のトランジスタにもそれと同じ問題が起る。

その問題はＭＯＳ型パワートランジスタにより容易に解
決される。その理由は、電荷が多数キャリヤであり、電
荷が蓄積されているゲート−ソース間容量を単に放電さ
せれば十分だからである。

それが、小電力周波数変換器においてスイッチングのた
めにこのＭＯ８型トランジスタが一般に用いられている
理由である。

しかし、もっと大きな電力で動作させたい場合には、Ｍ
ＯＳトランジスタが高価であることが大きな経済的な要
因になワてくるから、より安価なバイポーラトランジス
タが好ましい。しかし、そうすると上記の問題が再び全
部起こるから、ベース−コレクタ接合に蓄積される電荷
を放電させるためにはトランジスタのベースに負のバイ
アスをかける必要がある。この場合の蓄積電荷は少数キ
ャリヤである。

この問題に対するどのような解決法も、低いレールトラ
ンジスタのエミッタが固定電位を基準とし、高いレール
トランジスタのエミッタが浮動電位を基準とするという
事実を考慮に入れなければならない。

希望の負バイアスを加える従来の解決法は費用がかさみ
、かつかさばることが欠点である。とくに、トランスを
使用すると漂遊容量が生ずる。漂遊容量は変換器の正し
い動作を害し、とくに高いスイッチング周波数における
動作を妨げる。

（課題を解決するための手段）本発明はトランスを用いることを避け、バイポーラパワ
ートランジスタの制御電極、またはそのトランジスタを
含んでいる電力段の制御電極へ、簡単、小型、安価およ
び集積化でき、漂遊容量が非常に小さい電子回路により
、求められている正のバイアスまたは負のバイアスを加
えるスイッチング回路を導入することにより従来の技術
の諸欠点を軽くしようとするものである。

そのために、本発明は、少くとも１つのバイポーラトラ
ンジスタ段と、このトランジスタ段のための制御回路と
を含み、この制御回路は、第１の時間間隔中に前記トラ
ンジスタ段へ順バイアスを加える第１のバイアス手段と
、第２の時間間隔中に前記トランジスタ段へ逆バイアス
を加える第２のバイアス手段とを含み、前記逆バイアス
は、逆バイアス電圧が加えられている間はトランジスタ
中での電荷の蓄積を阻止することを意図したものである
電力スイッチング回路を提供するものである。第１のバ
イアス手段は第１のコンデンサと、この第１のコンデン
サを第１の時間間隔の外で直流電源により選択的に充電
し、かつ第１のコンデンサを前記トランジスタ段の制御
入力端子に放電させるための第１のスイッチング回路と
を備え、第２のバイアス手段は第２のコンデンサと、こ
の第２のコンデンサを第２の時間間隔の外で直流電源か
ら選択的に充電し、かつ第２のコンデンサを前記トラン
ジスタ段の制御入力端子に放電させるための第２のスイ
ッチング回路とを備える。

したがって、順バイアスするための電源と同じ電源によ
り充電される１個のコンデンサを用い、かつ適切な時刻
にコンデンサを放電するだけで、トランジスタのコレク
ターエミッタ間電圧が負になる全ての期間中に保護の目
的で、トランジスタにより要求される逆バイアスをかけ
ることを本発明は可能にするものである。

本発明の電力スイッチング回路の好適な面は次の通りで
ある。

第１のコンデンサは、電源と電力段の制御入力端子へ選
択的に接続できる第１の端子と、電力段の電流出力端子
へ接続される第２の端子とを有し、第１のスイッチング
回路は第１のコンデンサが充電中はその第１のコンデン
サの第１の端子を制御入力端子から分離する第１のコン
デンサの第１の端子を制御入力端子から分離する第１の
スイッチと、少くとも第１の時間間隔の間は電源を第１
のコンデンサの第１の端子から分離する第１の阻止手段
とを備える。

第２のコンデンサは、電源と電力段の電流出力端子へ選
択的に接続できる第１の端子と、電力段の電流出力端子
と電力段の制御入力端子へ選択的に接続される第２の端
子とを有し、第２のスイッチング回路は、第１のコンデ
ンサが充電中に、その第１のコンデンサの第１の端子を
電力段の電流出力端子から分離し、かつ第２のコンデン
サの第２の端子を前記段の制御入力端子から分離する第
２のスイッチと第３のスイッチと、第２の時間間隔の間
は第２のコンデンサの第１の端子を電源から分離し、第
２のコンデンサの第２の端子を電流出力端子から分離す
る第２の阻止手段および第３の阻止手段とを備える。

第１のスイッチと第３のスイッチは同じトランジスタス
イッチで構成され、このトランジスタスイッチへの制御
入力は制御信号により制御され、そのトランジスタスイ
ッチのコレクタがまず第１のコンデンサの第１の端子へ
抵抗を介して接続され、第２の電力段の制御入力端子へ
接続され、トランジスタのエミッタは第２のコンデンサ
の第２の端子へ接続される。

第１の阻止手段と第２の阻止手段は第１のダイオードを
備え、この第１のダイオードは電源と、第１のコンデン
サおよび第２のコンデンサのそれぞれの第１の端子との
間に接続される。

第１の阻止手段と第２の阻止手段はそれぞれ第２のダイ
オードと第３のダイオードも備え、それらのダイオード
は第１のダイオードと、第１のコンデンサと第２のコン
デンサの第１の端子との間に接続される。

電力段がインバータの高いレール段の時は、その高いレ
ール段は、高いレール導体と低いレール導体の間で低い
レール段と直列に接続され、電源は低いレール導体を基
準にしており、第１の阻止手段と第２の阻止手段は電源
の入力点と高いレール導体の電流出力端子の間の電位差
の符号の変化により制御される。

第２のスイッチはトランジスタを備え、このトランジス
タの制御入力は第４のスイッチに組合わされ、この第４
のスイッチ自体は電位の変化により制御され、それの電
流入力端子は第２のコンデンサの第１の端子へ接続され
、それの電流出力端子が電力段の電流出力端子へ接続さ
れる。

第４のスイッチはトランジスタを備え、このトランジス
タの制御入力端子は分圧器ブリッジの出力端子へ接続さ
れ、この分圧器ブリッジは第１のコンデンサの端子間に
接続される。

第３の阻止手段はダイオードを備え、このダイオードは
第２のコンデンサの第２の端子と電力段の電流出力端子
の間に接続される。

制御信号は光結合器を介して第１のスイッチと第３のス
イッチを制御し、その光結合器のフォトトランジスタが
トランジスタスイッチの制御入力端子へまず接続され第
２に第２のコンデンサの第２の端子へ接続される。

第２のスイッチはＭＯＳトランジスタを備え、そのＭＯ
Ｓトランジスタのゲート−ソース間容量は、ゲート端子
と直列に接続されている抵抗とともに、ＭＯ５）ランジ
スタが導通状態にある時間を固定する時定数を決定する
。

（実　施　例）以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

まず第１図を参照して、静止周波数変換器回路、とくに
非同期電動機の速度を制御するための静止周波数変換器
回路が単相または三相の交流電源へ接続される。この場
合にはその電源は三相交流電源である。

この変換器は電圧波型であって、三相整流回路ｌＯとイ
ンバータ２０を含む。直流電力を高いレール導体３１と
低いレール導体３２を介してインバータへ供給するよう
に、整流回路ＩＯは電源の相へ接続された６ダイオード
整流ブリツジＰと、平滑コンデンサＣとにより構成され
る。

インバータ２０の入力端子は２本の導体３１と３２へ接
続され、それの出力端子は非同期電動機Ｍの三相導体Ｕ
、　Ｖ、　Ｗへ接続される。その非同期電動機Ｍは同期
された非同期電動機とすることもできる。

インバータ２０はグラッツ（Ｇｒａｔｚ）ブリッジ回路
！接続された６個の制御静止スイッチを備え、バイポー
ラトランジスタのようなトランジスタＴ１〜Ｔ６により
通常構成される。トランジスタのエミッターコレクタ端
子はそれぞれ再生ダイオードすなわち「フリーホイール
」ダイオードＤ１〜Ｄ６へ並列に接続される。

ブリッジの各アームは一対のトランジスタ、すなわち、
「高いレール」トランジスタＴＩ、Ｔ３゜またはＴ５と
、「低いレール」トランジスタＴ２゜Ｔ４またはＴ６を
有する。各トランジスタ対の中点は電動機Ｍの固定子イ
ンピーダンス（詳しくは示されていな（リヘ接続される
。

電動機の回転速度を周知のやり方で制御するために、ト
ランジスタＴ１〜Ｔ６のベースはそれぞれの関連する６
つの制御回路０１〜Ｃ６により制御される。それらの制
御回路はパルス幅変調された（ＰＷＭ）制御信号を前記
ベースへ加えるために適当な種類である。最後に、制御
装置、たとえばマイクロプロセッサを含む制御装置Ｕが
適切な制御信号ＣＢＩ〜ＣＢ６を制御回路０１〜Ｃ６へ
供給する。

第２図は第１図に示されているインバータの１つの段を
示すもので、本発明により解決される問題を示すもので
ある。この図において、高いレールトランジスタおよび
ダイオードは参照符号ＴＨとＤＢにより示され、低いレ
ールトランジスタとダイオードは参照符号ＴＢとＣＢに
より示されている。同様に、高いレール制御回路と低い
レールの制御はそれぞれＣＨ，ＣＢで示されている。整
流器により供給される直流電圧は電圧Ｖ＋を供給する発
生器により示されている。

電圧が低いレール導体３２の電位（０ボルト）を基準に
しているとすると、トランジスタ対の中点（線３３上）
に存在する電圧ｖ１１はほぼ０（トランジスタＴＢまた
はダイオードＤＢが導通状態にある）か、はぼＶ＋に等
しい（トランジスタＴＨまたはダイオードＤＨが導通状
態にある）かである。

このことは、トランジスタＴＨのエミッタに接続されて
いる制御回路ＣＨの基準電圧が浮動しているのに、トラ
ンジスタＴＢのエミッタに接続されている制御回路ＣＢ
の基準電圧が一定であることを意味する。実際に、これ
は、各制御回路ＣＭに個々の浮動電源を必要とするのに
、制御回路ＣＢへ低いレール導体３２を基準とする共通
電源から電力を供給できることを意味する。

次に第３図を参照して本発明の制御回路を詳しく説明す
る。

ここで説明している回路はインバータの高いレールパワ
ートランジスタに組合わされた回路Ｃ５である。正の直
流電圧、たとえば約１５ボルト、がこの回路へ加えられ
る。この電圧は電源線３４と変換器の低いレール導体３
２の間に加えられる。そのレール導体３２は接地されて
いると仮定する。回路Ｃ５の入力端子ＣＢＳにトランジ
スタＴ５の制御信号が供給される。

入力端子ＣＢ５は、抵抗Ｒ１５Ｂへ並列に接続されてい
る光結合器ＰＨ３の発光ダイオード（ＬＥＤ）を介して
直流電圧Ｖｐへ接続される。電源線３４は直列接続され
ているダイオードＤ　１４９と、抵抗Ｒ１２４と、別の
ダイオードＤ　１２Ｇとを介して正バイアスコンデンサ
Ｃ１０８の正端子へ接続される。

その正バイアスコンデンサの負端子はトランジスタＴ５
とＴ６の間の中点３３へ接続される。その中点に電圧ｖ
１が現われる。

電源線３４は直列接続されているダイオードＤ１４９と
、抵抗Ｒ１２（と、ダイオードＤ　１１９とを介してＭ
Ｏ５）ランジスタＴ　１１４のドレインＤと、負バイア
スコンデンサＣ１０７の正端子とへ接続される。その負
バイアスとコンデンナの負端子がとくに光結合器ＰＨ３
のフォトトランジスタのエミッタへ接続される。

また、２個の抵抗Ｒ１２５とＲ１３２がダイオードＤ１
４９のカソードと基準電圧Ｖｓの線３３の間に直列接続
されて、ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１１１のベー
スをバイアスする分圧ブリッジを構成する。そのトラン
ジスタＴ　１１１のエミッタは線３３へ接続され、トラ
ンジスタＴ　ｉｌｌのコレクタはコレクタ抵抗Ｒ１２Ｂ
を介してダイオードＤ１２０のカソードへまず接続され
、次に並列接続されている抵抗Ｒ１３１とダイオードＤ
１２２を介してＭＯＳトランジスタ７、１１４のゲート
へ接続される。

光結合器ＰＨ３のフォトトランジスタのベースがダイオ
ードを介して抵抗Ｒ１２７へ接続される。

その抵抗はダイオード１２０のカソードと保護ツェナー
ダイオードＤ　１２３のカソードへ接続される。

また、光結合器ＰＨ３のフォトトランジスタはコレクタ
がトランジスタＴ　１１２のベースへ接続される。その
トランジスタＴ　１１３とともにダーリントン対を構成
する。抵抗Ｒ１２８がトランジスタＴ１１２のベースを
ダイオード１２０のカソードへ接続する。抵抗Ｒ１２９
がトランジスタＴ　１１２とＴ１１３のコレクタをダイ
オードＤ　１２０のカソードへ接続する。

光結合器ＰＨ３のフォトトランジスタのエミッタがツェ
ナーダイオードＤ　１２３のアノードとトランジスタ７
１１３のエミッタへ接続されるとともに、ダーリントン
対Ｔ１１２−Ｔ１１３のエミッターベース接続部へ接続
される。先に説明したように、コンデンサＣ１０７の負
端子はフォトトランジスタのエミッタとトランジスタＴ
１１３のエミッタの共通接続点へも接続される。

その共通接続点と線３３の間にダイオードＤ１２３が接
続される。その線３３はトランジスタＴ１１４のソース
へも接続される。

ダーリントン対トランジスタＴ１１２−Ｔ１１３のコレ
クタが、まずコンデンサＣ１０９を介して、第２に逆直
列接続されているツェナーダイオードＤ１２４とダイオ
ードＤ１２５を介して線３３へ接続されるとともに、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ１１５のゲートへも接続される。そ
のトランジスタＴ１１５はトランジスタＴ５を制御し、
それとともにＭＯＳバイポーラ電力段を構成する。

更に詳しくいえば、トランジスタＴ１１５のソ−スが接
続点Ｂ５を介してトランジスタＴ５のベースへ接続され
るとともに、ダイオードＤ　Ｉ２７を介してトランジス
タＴ１１５のゲートへ接続される。

トランジスタＴ５のエミッタが接続点Ｅ５を介して基準
線３３へ接続されるとともに、関連する再生ダイオード
Ｄ５のアノードへ接続される。スイッチングトランジス
タＴ５と電動機Ｍの相Ｗに関連するスイッチングトラン
ジスタＴ５とＩ６の間の中点であるその点はトランジス
タＴ６のコレクタと再生ダイオードＤ６のカソードへも
接続され、図示していないやり方で被制御電動機の関連
する相へ接続される。高いレール導体３１に存在する電
圧Ｖ＋がＭＯＳトランジスタＴ　１１５のドレインと、
トランジスタＴ５のコレクタと、ダイオードＤ５のカソ
ードとへ接続される。

コンデンサＣ１０８が電圧源を構成する。このコンデン
サはトランジスタが非導通状態にある時に充電され、そ
れからそのトランジスタを導通状態にするためにそのト
ランジスタへ正バイアスを加えるために用いられる。

また、光結合器ＰＨ３と、トランジスタＴ１１２゜７１
１３と、抵抗Ｒ１３０と、ダイオードＤ１２３とで構成
されている回路部分はＭＯＳバイポーラ電力段Ｔ１１５
−Ｉ５のための制御回路を構成して、コンデンサＣ１Ｇ
ＢとともにトランジスタＴ５を導通状態と非導通状態の
間で交番させる。

次にこの回路の動作を説明する。

端子ＣＢＳへ制御信号を加えることによりトランジスタ
Ｔ５は制御される。トランジスタＴ５を非導通状態にす
るために、制御信号はＶｐより低いレベル、たとえば０
ボルト、をとる。トランジスタＴ５を導通状態にするた
めに制御信号はレベルＶｐをとる。

下記のような相補制御サイクルを行うためにトランジス
タＴ５とＩ６は制御されることを思い出されたい。

時間ｔ１の間は、トランジスタＴ５は非導通状態である
。

たとえば約１５μｓ持続する短い保護時間ｔ２の間は、
トランジスタＴ５とＩ６はともに非導通状態にあり、そ
れにより高いレール導体３１と低いレール導体３２が短
絡する危険を避ける。

次の時間ｔ３の間は、トランジスタＴ５は導通状態にあ
り、トランジスタＴ６は非導通状態にある。

保護時間ｔ２と同じ機能を果す第２の保護時間ｔ４の間
は、トランジスタＴ５とＩ６は非導通状態にある。

時間ｔ１の間は、トランジスタＴ６は導通状態にあり、
トランジスタＴ５とＩ６の間の中点と線３３は０ボルト
にある。また、信号ＣＢ５が低いレベルにあるから、光
結合器ＰＨ３のフォトトランジスタは非導通状態にある
。その結果、トランジスタＴ１１２のベースは抵抗Ｒ１
２８を通じて正バイアスされるから、ダーリントン対ト
ランジスタＴ１１２とＴ１１３は導通状態にある。

この時には線３３と３４の間の電位差は正であり、実際
にはＶｐに等しいから、正バイアスコンデンサＣ１０８
はダイオードＤ　１４９と、Ｄ１２４と、Ｄ１２０を通
じて再び充電される。線３４を流れる電流は抵抗Ｒ１２
９と、トランジスタＴ１１３と、ダイオードＤ１２３と
を通るからトランジスタＴ１１５とＩ５は非導通状態の
ままである。これに関して、この状況においては、（ト
ランジスタＴ１１３とダイオードＤ１２３の組合わされ
たしきい値電圧にほぼ等しくり正電圧がそれでもトラン
ジスタＴ１１５のゲートＧへ加えられるが、この電圧は
トランジスタＴ　１１５のしきい値電圧より低く、シた
がってそのトランジスタを導通状態にすることはない。

したがって、ここでは、トランジスタＴ　１１５を、回
路中の種々の部品中で起る電圧降下を補償するしきい値
装置として用いることができるから有利である。

また、ｖｐ−Ｖｌが正であるから、ｖｐを分圧ブリッジ
Ｒ１２５−Ｒｌ３２で分圧した値にほぼ等しい電圧がト
ランジスタＴｉ１ｌのベースへ加えラレるから、そのト
ランジスタは導通状態になる。直列接続されている抵抗
Ｒ１２６とトランジスタＴ１２３を含む回路が導通状態
にあるから、トランジスタＴ　１１４は非導通状態にな
る。したがって、負バイアスコンデンサＣ１０７がダイ
オードＤ　１４９と抵抗Ｒ１２３と、ダイオードＤ　１
１９と、Ｄ１２３とを通じて充電される。この充電が行
われている間は、ダイオードＤ　１２３は何ら特定の機
能は行わないことがわかる。

時間ｔ１からｔ２へ移る時にトランジスタＴ６は非導通
状態になる。

それから電圧Ｖｌが急上昇する。電圧Ｖ■がＶｐを越え
ると、ダイオードＤ１４９　、Ｄ１１９　、　Ｄ１２０
がただちに非導通状態になる。したがって、電流はもは
やトランジスタＴ　１１１のベースへ流れることはでき
ず、そのためにそのトランジスタは非導通状態になる。

したがって、トランジスタＴ１１４のゲートへは、コン
デンサｃ　ｔｏａの端子間電圧が抵抗Ｒ１２Ｂとダイオ
ードＤ　１２２を介して加えられる。そのためにトラン
ジスタＴ１１４は導通状態になるが、コンデンサＣ１０
８は非常に僅かに放電させるだけである。この状況にお
いては、ダイオードＤ１２２はトランジスタＴ１１４の
ゲートへ流れこむ電流を過度に制限することを避けるこ
とを可能にするから、そのトランジスタのゲート−ソー
ス間容量はできるだけ迅速に充電され、トランジスタＴ
１１４は非常に短い反応時間で導通状態になるから、以
下に述べるように電力段を保護することができる。

トランジスタＴ　１１１のベースは論理回路りにより制
御できる。

時間ｔ２の間は、信号ＣＢ５が低レベルを維持するから
、ダーリントン対トランジスタＴ１１２゜Ｔ１１３は上
記のように導通状態を保つ。したがって、コンデンサＣ
１０７の正端子と、トランジスタＴ１１４と、トランジ
スタＴ５のエミッターベース回路と、ダイオードＤ１２
７と、抵抗Ｒ１３３と、トランジスタＴ　１１３と、コ
ンデンサＣ１０７の負端子とによりループ回路が構成さ
れる。このループ回路は、トランジスタＴ１１３とＴ１
１４が導通状態を続けている限り維持される。したがっ
て、時間ｔ２の間はトランジスタＴ５のベース−エミッ
タ間に負バイアスが加えられる。そのバイアス電圧は充
電されているコンデンサＣ１０７により供給される。時
間ｔ２の間はダイオードＤ１２２は逆バイアスされる。

要約すると、時間ｔ１の間にコンデンサＣ１０７は正電
圧Ｖｐ−Ｖｍを充電され、それから、とくにトランジス
タＴ　１１３と７１１４で構成されている適切なスイッ
チング手段により放電させられる。

コンデンサＣ１０７の負電極がトランジスタＴ５のベー
スへ接続され、それの正電極がトランジスタＴ５のエミ
ッタへ接続される。

この負バイアスは電動機の電流が再生ダイオードＤ５を
流れている間に、トランジスタＴ５に電荷が蓄積される
（トランジスタＴ６が非導通状態にある場合に普通であ
る）ことを避ける。

トランジスタＴ５の負バイアス電流を減少したい時には
、トランジスタＴ　１１５のソースとゲートの間に接続
されているダイオードＤ１２７と直列に抵抗（図示せず
）を接続して、それの抵抗値を抵抗Ｒ１３３の抵抗値に
加えて、−緒にその電流の値を決定する。

時間ｔ１から時間ｔ３へ移った時に、トランジスタＴ５
を非導通状態にするために制御信号ＣＢ５は高いレベル
にされる。したがって、光結合器ＰＨ３の発光ダイオー
ドが発光してフォトトランジスタを導通状態にする。そ
うするとトランジスタＴ　１１２のベース−エミッタ間
電圧がゼロの近くにされるから、ダーリントン対トラン
ジスタＴ１１２、Ｔ１１３は非導通状態にされる。その
ために上記負バイアス回路は直に遮断される。

また、トランジスタＴ　１１３が非導通状態にあるから
、正バイアスコンデンサＣｌＯ３の正端子から得られる
電流はいまは抵抗Ｒ１２９とＲ１３３を通ってトランジ
スタＴ　１１５のゲートへ流れることができる。ＭＯＳ
バイポーラトランジスタ段Ｔ１１５−Ｔ５が正バイアス
されてトランジスタＴ５が導通状態になる。コンデンサ
Ｃ１０８の容量が適度であるとしても、ＭＯＳトランジ
スタＴ　１１５のゲートの電流消費量が非常に少いなら
ば、時間ｔ３全体を通じてそのバイアスを維持するのに
コンデンサＣ１０８は適当である。

この点で、トランジスタＴ１１４が電流がコンデンサＣ
１０７の正端子へ流れこむことを阻止するならば、時間
ｔ３の間はコンデンサＣ１０７はＶ■とＶｐの間の電位
差により再充電されることはない。

それと同時、ダイオードＤ１２３はこのコンデンサが放
電することを阻止する。

時間ｔ３からｔ４へ移る間に、信号ＣＢＳはそれの低い
レベルへ戻るから、ダーリントン対トランジスタＴ１１
２　、　Ｔ１１３は再び導通状態になる。

これにより２つの大きい結果が得られる。第１に、コン
デンサＣＬｏｇはトランジスタＴ　１１３とダイオード
Ｄ１２３を通じて放電するから、トランジスタＴ　１１
５へ加えられる正バイアスは無くなる。第２に、時間ｔ
２の間に構成された負バイアス回路が設定されてトラン
ジスタＴ５へ再び加えられる。

この場合には、理論的には再生電流がダイオードＤ６を
流れ、ダイオードＤ５には流れない。したがって、この
新しい逆バイアスは不必要であるようである。しかし、
それは邪魔ではなく、この解決法は付加スイッチング手
段による回路が複雑になることを避けられるという利点
を有する。もちろん、そのようなバイアスを避けるため
に当業者はそのような付加スイッチング手段を設計でき
る。

サイクルが再び始ると、次の時間ｔｌ、ｔ３゜ｔ４の間
にトランジスタＴ５に適切なバイアスをかけるためにコ
ンデンサＣ１０７とＣ１Ｇｇが再充電される。

本発明の変更例においては、コンデンサ０１０８はコン
デンサＣ１０７を再充電できる。更に詳しくいえば、ダ
イオードに接続されている抵抗（いずれも図示せず）を
ダイオードＤ　１２０とＤ　１１９のそれぞれのカソー
ドの間に接続でき、それにより、コンデンサ０１０７の
再充電中にそのコンデンサＣ１０７にコンデンサ０１０
８が少くとも部分的に放電できるようにする。

抵抗Ｒ１２６とＲ１３１のために選択される抵抗値は特
殊な考察に依存することがわかるであろう。

更に詳しくいえば、コンデンサＣ１０７が放電中に負バ
イアスをトランジスタＴ５にかけるためには、バイアス
回路をオフ状態にすることを避けるためにはトランジス
タＴ１１４を非導通状態にすることを避けることがとく
に重要であることがわかる。

この場合には、ダイオードＤ１４９　、　Ｄ１１９　、
　Ｄ１２０が非導通状態になっているために電圧Ｖｐを
もはや利用できないとすると、抵抗Ｒ１１１とトランジ
スタＴ１１４のゲートソース間容量とは、トランジスタ
Ｔ１１４のゲートにおける電圧降下を遅（するための時
定数として機能する。また、抵抗Ｒ１２Ｂの抵抗値、た
とえば抵抗Ｒ１３１の抵抗値の約１０分の１、を十分に
低くして、上記のようにトランジスタＴ　１１４をでき
るだけ迅速に導通状態にするようにしなければならない
。

実際には、上記時定数が、トランジスタＴ６が非導通状
態になった時から導通状態になるまでの時間より長くな
るように、抵抗Ｒ１３１の抵抗値をトランジスタＴ１１
４に用いるＭＯＳトランジスタの種類の待人の関数とし
て選択する。

ツェナーダイオードＤ１２３の目的は、とくに、■−の
値の急変中および種々のスイッチング動作中に、フォト
トランジスタのエミッタとコレクタの間に現われること
があるどのような電圧ピークもクリップすることにより
光結合器ＰＨ３を保護することである。また、ダイオー
ドＤ１２３が存在するために、コンデンサＣ１０７へ大
きい充電電流を供給する前記抵抗を避けるように、抵抗
Ｒ１２７の抵抗値を比較的高くすることが必要である。

本発明の制御回路を設けられた周波数変換器に電力が供
給されると、正のバイアスコンデンサと負のバイアスコ
ンデンサを充電する必要がある。

この充電は、全ての低いレールトランジスタを最初に導
通状態にすることにより行われるから有利である。全て
の低いレールトランジスタが導通状態にされるのは、そ
れらのコンデンサが再充電される各相における時間ｔ１
に対応する。

本発明はＭＯＳバイポーラトランジスタ段に応用できる
ばかりでなく、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉ
ＧＢＴ）、またはバイポーラトランジスタ自体あるいは
ダーリントン接続されているバイポーラトランジスタを
制御するためにも応用できる。この場合には、入力ＭＯ
９トランジスタＴ　１１５により行われる「しきい値装
置」機能をある方法または別の方法で再構成することで
ある。

１つの可能性は１つまたは複数のダイオードをそのバイ
ポーラトランジスタのベースまたは対となっているその
ようなトランジスタの第１のトランジスタのベースに直
列接続することである。

本発明の回路は、浮動電位を基準にしているトランジス
タを制御するために最も有利に用いられるが、固定電位
を基準にしているトランジスタにももちろん用いること
ができる。

本発明は周波数変換器のインバータブリッジに応用でき
るばかりでなく、直流−直線変換器のブリッジにも応用
でき、更に詳しくいえば、各場合に、数十ＫＨｚという
ように高い周波数でパワートランジスタを制御でき、非
導通状態にある時に負のコレクターエミッタ間電圧を受
ける危険を避けるものである。

また、トランジスタＴ　１１５とＴ５の少くとも１つを
別のやり方で保護できる。すなわち、抵抗Ｒ１３３を、
直列接続されたダイオードＤ１２４とＤ１２５の共通接
続点から上流側に抵抗Ｒ１３３を配置し、トランジスタ
Ｔ　１１５とダイオードＤ　１２５の代りにツェナーダ
イオードを用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を応用できる周波数変換器のブロック図
、第２図は本発明により解決される問題を示す、第１図
に示されている回路の一部の回路図、第３図は本発明の
制御回路の詳しい回路図である。Ｃ１０７・・・第２のコンデンサＣ１０８・・・第１のコンデンサＤ１１９　、　Ｄ１２３　、　Ｔ１１Ｂ　、　Ｔ１１４
・・・第２のスイッチング回路を構成するダイオードお
よびトランジスタＤ１２０　、　Ｔ１１３・・・第１のスイッチング回路を構成するダイオードお
よびトランジスタＴ１１５．Ｔ５・・・電力スイッチング回路ＰＨ３・・
・光結合器　　　　２０・・・インバータ３１・・・低
いレール導体　　　３２・・・高いレール導体１゜事件の表示平成０１年特許願第３０４，５６１号２、発明の名称電力スイッチング回路３゜補正をする者事件との関係

Claims

【特許請求の範囲】１）少くとも１つのバイポーラトランジスタ段（Ｔ５）
と、このトランジスタ段のための制御回路とを含み、こ
の制御回路は、第１の時間間隔（ｔ３）中に前記トラン
ジスタ段へ順バイアスを加える第１のバイアス手段と、
第２の時間間隔（ｔ２、ｔ４）中に前記トランジスタ段
へ逆バイアスを加える第２のバイアス手段とを含み、前
記逆バイアスは、逆バイアス電圧が加えられている間は
トランジスタ中での電荷の蓄積を阻止することを意図し
たものである電力スイッチング回路（Ｔ１１５、Ｔ５）
において、第１のバイアス手段は第１のコンデンサ（Ｃ１０８）と
、この第１のコンデンサを第１の時間間隔の外の時間中
に直流電源により選択的に充電し、かつ第１のコンデン
サを前記トランジスタ段の制御入力端子に放電させるた
めの第１のスイッチング回路（Ｄ１２０、Ｔ１１３）と
を備え、第２のバイアス手段は第２のコンデンサ（Ｃ１０７）と
、第２のコンデンサを第２の時間間隔の外で直流電源か
ら選択的に充電し、かつ第２のコンデンサを前記トラン
ジスタ段の制御入力端子に放電させるための第２のスイ
ッチング回路（Ｄ１１９、Ｄ１２３、Ｔ１１３、Ｔ１４
）とを備えることを特徴とする電力スイッチング回路（
Ｔ１１５、Ｔ５）。２）前記第１のコンデンサ（Ｃ１０８）は、電源（Ｖｐ
）と電力段の制御入力端子（Ｔ１１５−Ｇ）へ選択的に
接続できる第１の端子と、電力段の電流出力端子（Ｅ５
）へ接続される第２の端子とを有し、前記第１のスイッ
チング回路は前記第１のコンデンサが充電中はその第１
のコンデンサの第１の端子を制御入力端子から分離する
第１のスイッチ（Ｔ１１３）と、少くとも第１の時間間
隔（ｔ３）の間は電源（Ｖｐ）を前記第１のコンデンサ
の第１の端子から分離する第１の阻止手段（Ｄ１２０）
とを備えることを特徴とする請求項１記載の回路。３）前記第２のコンデンサ（Ｃ１０７）は、電源（Ｖｐ
）と電力段の電流出力端子（Ｅ５）へ選択的に接続でき
る第１の端子と、電力段の電流出力端子（Ｅ５）と電力
段の制御入力端子（Ｔ１１５−Ｇ）へ選択的に接続され
る第２の端子とを有し、前記第２のスイッチング回路は
、前記第１のコンデンサが充電中に、その第１のコンデ
ンサの第１の端子を電力段の電流出力端子から分離し、
かつ前記第２のコンデンサの第２の端子を前記段の制御
入力端子から分離する第２のスイッチと第３のスイッチ
（Ｔ１１４、Ｔ１１３）と、前記第２の時間間隔の間は
前記第２のコンデンサの第１の端子を電源から分離し、
前記第２のコンデンサの第２の端子を電流出力端子から
分離する第２の阻止手段および第３の阻止手段（Ｄ１１
９、Ｄ１２３）とを備えることを特徴とする請求項２記
載の回路。４）前記第１のスイッチと前記第３のスイッチは同じト
ランジスタスイッチ（Ｔ１１２、Ｔ１１３）で構成され
、このトランジスタスイッチへの制御入力は制御信号（
ＣＢ５）により制御され、そのトランジスタスイッチの
コレクタがまず前記第１のコンデンサ（Ｃ１０８）の第
１の端子へ抵抗（Ｒ１２９）を介して接続され、第２に
電力段の制御入力端子（Ｔ１１５−Ｇ）へ接続され、ト
ランジスタのエミッタは前記第２のコンデンサ（Ｃ１０
７）の第２の端子へ接続されることを特徴とする請求項
３記載の回路。５）前記トランジスタスイッチがダーリントントランジ
スタ対（Ｔ１１２、Ｔ１１３）を備えることを特徴とす
る請求項４記載の回路。６）前記第１の阻止手段と前記第２の阻止手段は第１の
ダイオード（Ｄ１４９）を備え、この第１のダイオード
は電源（Ｖｐ）と、前記第１のコンデンサおよび前記第
２のコンデンサ（Ｃ１０８、Ｃ１０７）のそれぞれの第
１の端子との間に接続されることを特徴とする請求項３
〜５いずれか１項記載の回路。７）前記第１の阻止手段と前記第２の阻止手段はそれぞ
れ第２のダイオードと第３のダイオード（Ｄ１２０、Ｄ
１１９）も備え、それらのダイオードは第１のダイオー
ド（Ｄ１４９）と、前記第１のコンデンサと前記第２の
コンデンサ（Ｃ１０８、Ｃ１０７）の第１の端子との間
に接続されることを特徴とする請求項６記載の回路。８）電力段（Ｔ１１５、Ｔ５）がインバータ（２０）の
高いレール段であって、その高いレール段は、高いレー
ル導体（３１）と低いレール導体（３２）の間で低いレ
ール段（Ｔ６）と直列に接続され、電源（Ｖｐ）は低い
レール導体（３２）を基準にしており、前記第１の阻止
手段と前記第２の阻止手段（Ｄ１４９、Ｄ１２０、Ｄ１
１９）は電源の入力点（Ｖｐ）と高いレール導体の電流
出力端子（Ｅ５）の間の電位差（Ｖｐ−Ｖｍ）の符号の
変化により制御されることを特徴とする請求項６または
７記載の回路。９）前記第２のスイッチはトランジスタ（Ｔ１１４）を
備え、このトランジスタの制御入力（Ｇ）は第４のスイ
ッチ（Ｔ１１１）に組合わされ、この第４のスイッチ自
体は電位の変化により制御され、それの電流入力端子（
Ｔ１１４−Ｄ）は前記第２のコンデンサ（Ｃ１０７）の
第１の端子へ接続され、それの電流出力端子（Ｔ１１４
−Ｓ）が電力段の電流出力端子へ接続されることを特徴
とする請求項８記載の回路。１０）前記第４のスイッチはトランジスタ（Ｔ１１１）
を備え、このトランジスタの制御入力端子は分圧器ブリ
ッジ（１２５、Ｒ１３２）の出力端子へ接続され、この
分圧器ブリッジは前記第１のコンデンサ（Ｃ１０８）の
端子間に接続されることを特徴とする請求項９記載の回
路。１１）前記第３の阻止手段はダイオード（Ｄ１２３）を
備え、このダイオードは前記第２のコンデンサ（Ｃ１０
７）の第２の端子と電力段の電流出力端子（Ｅ５）の間
に接続されることを特徴とする請求項８〜１０いずれか
１項記載の回路。１２）制御信号（ＣＢ５）が光結合器（ＰＨ３）を介し
て前記第１のスイッチと前記第３のスイッチを制御し、
その光結合器のフォトトランジスタがトランジスタスイ
ッチ（Ｔ１１２、Ｔ１１３）の制御入力端子へまず接続
され、次に前記第２のコンデンサ（Ｃ１０７）の第２の
端子へ接続されることを特徴とする請求項４記載の回路
。１３）前記第２のスイッチはＭＯＳトランジスタ（Ｔ１
１４）を備え、そのＭＯＳトランジスタのゲート−ソー
ス間容量は、ゲート端子と直列に接続されている抵抗（
Ｒ１３１）とともに、ＭＯＳトランジスタが導通状態に
ある時間を固定する時定数を決定することを特徴とする
請求項９記載の回路。