JPH0488887A - インバータ回路のトランジスタ駆動用負電圧発生回路 - 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」 この発明はバイポーラジャンクショントランジスタ、　
　Ｆ　Ｅ　Ｔ、　　ｌ　Ｇ　Ｂ　Ｔ　（ＩｎｓｕｌａＬ
ｅｄ　Ｇａｔ（４Ｂｉｐ。

Ｊａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　：絶縁バイポーラトラ
ンジスタ）などのトランジスタをスイッチング素子とし
て直流電力を交流電力に変換するインバータ回路におけ
るそのスイッチング素子としてのトランジスタを駆動す
るための負電圧を発生する回路に関する。

「従来の技術」 例えばブリッヂ形インバータ回路においては、スイッチ
ング素子を駆動するために、少くとも３個の互いに絶縁
された電源を必要とする。スイッチング素子を高速に動
作させ、かつスイッチング損失を低減させるためには、
スイッチング素子をオン状態からオフ状態にするのにゲ
ート（ヘース）に負電圧を印加駆動する必要がある。

すなわち第４図に示すように、スイッチング素子として
例えばＩＣ；ＢＴＩ　１−１４が用いられ、ＩＧＢＴＩ
　１及び１２が直列に接続され、ｒＧ、ＢＴｉ３及び１
４が直列に接続され、これら両直列接続の両端は、変換
されるべき直流電源Ｉ５の両端に接続され、ＩＧＢＴＩ
　ｌのゲートにはそのエミッタに対し、正の電ａ１６と
負の電源１７とが切替え接続駆動され、ＩＧＢＴＩ２の
ゲートにはそのエミッタに対し、正の電′ａ１８と負の
電源１９とが切替え接続駆動されＩＧＢＴＩ３のゲート
にはそのエミッタに対し、正の電１１．２１と負の電ｆ
Ａ２２とが切替え接続駆動され、Ｉ（１；ＢＴＩ４のゲ
ートにはそのエミッタに対し、正の電源１８と負の電源
１９とが切替え接続駆動される。

ＩＣ；ＢＴＩＩ及び１４が同時にオンとされ、この時、
ＩＧＢＴＩ２及び１３が同時にオフとされることと、Ｉ
ＣＢＴＩＩ及び１４が同時にオフとされ、この時Ｉ　Ｃ
ＢＴ　１２及び１３が同時にオンとされることとが交互
に行われ、ＩＧＢＴＩ　１１２の接続点と１ＧＢ７１３
．１４の接続点とから濾波器２３を通じて交流電力が取
出される。

ＩＧＢＴＩ２．１４はそのエミッタが同一電位であるか
ら、ＩＧＢＴＩ２．１４の各ゲートに対する駆動電源と
して正ｔａ１８と負電源１９とを共用することができる
が、［；ＢＴＩ、Ｉと１３とではエミッタ電位が別であ
り、電源１６．１７と電＃２１．２２とを互いに独立に
する必要があった。

このため駆動電源として、正、負一対の電源の互いに絶
縁されたものを３組、つまり１６．１７と、１８．１９
と、２１．２２とを必要とした。

これらの電源を作るため、従来においては第５図に示す
ように直流電Ｒ２４の出力をトランス２５の一次コイル
を介してスイッチング素子２６でスイッチングしく断続
し）、トランス２５の互いに独立した３つの２次コイル
２７〜２９のそれぞれの中点と両端との各間の誘起電圧
をそれぞれ整流して、それぞれ正及び負の各直流出力を
組とする独立した電源を得ていた。トランス２５の３次
コイルの出力を制御部３２に入力して、各直流出力端子
から一定電圧の出力が得るようにスイッチング素子２６
を制御している。

あるいは第６図に示すように、電源１５０両端に、ダイ
オード３４−抵抗器３５−ツェナダイオード３６−ツェ
ナダイオード３フーダイオード３８抵抗器４１の直列回
路が順方向に接続され、・ツェナダイオード３６．３７
とそれぞれ並列にコンデンサ４２．４３が接続され、ツ
ェナダイオード３６．３７の接続点はＩＧＢＴＩｌ、１
２の接続点と接続され、ＩＣＢＴＩＩのエミッタに対し
、コンデンサ４２に得られる正の電圧＋Ｖｃと、コンデ
ンサ４３に得られる負の電圧−Ｖｃとが、ＩＧＢＴＩＩ
のゲートに切替え印加される。またＩＧＢＴＩｌ、１２
の接続点がダイオード４４抵抗器４５−ツェナダイオー
ド４６を通じて電源１５の負側に接続され、ツェナダイ
オード４６と並列にコンデンサ４７が接続され、ＩＧＢ
ＴＩ２のエミッタに対し、コンデンサ４７に得られる正
の電圧＋Ｖｃと閣に示してない電源の負の電圧とがＩＧ
ＢＴＩ２のゲートに切替え印加される。

「発明が解決しようとする＆１題、＋ 第５図に示した構成においては、正及び負の電圧を組と
する３つの電源を独立に得ることができるが、部品点数
が多（、高価になる欠点があった。第６図に示したもの
は、構成が比較的簡単であるが、電源１５の負側に接続
されたスイッチング素子、ＩＧＢＴＩ２に対しては正の
駆動電圧±Ｖｃのみしか得られず、負の駆動電圧−ＶＣ
を別個に設ける必要があった。

「課題を解決するための手段」 この発明によれば第１コンデンサ及び第１ダイオードの
直列回路の第１コンデンサ側が５インバ一タ回路のスイ
ッチング素子としてのトランジスタのコレクタに接続さ
れ、他端の第１ダイオードのカソード側がトランジスタ
のエミッタに接続され、ツェナダイオード及び第２ダイ
オードの直列回路が第１ダイオードと並列にかつ逆極性
でそのツェナダイオードのカソードが第１ダイオードの
カソード側となるように接続され、ツェナダイオードと
並列に第２コンデンサが接続され、その第２コンデンサ
に蓄積された電荷をトランジスタ駆動用負電圧とする。

「実施例」 第１図にこの発明をブリ・ノボ形インバータ回路に適用
した実施例を示し、第４図と対応する部分に同一符号を
付けてあり、スイッチング素子としてのＩＧＢＴＩＩ〜
１４と、変換されるべき直流電源１５と出力濾波器２３
と、この発明のトランジスタ駆動用負電圧発生回路４８
とを示し、その他は省略しである。この実施例において
は、第１コンデンサ４９と第１ダイオード５１とが直列
に接続され、その直列回路の１端の第１コンデンサ４９
がＩＧＢＴ１２のコレクタに接続され、他端の第１ダイ
オード５１のカソードがｒＧＢＴ１２のエミッタに接続
され、第２ダイオード５２と抵抗器５３とツェナダイオ
ード５４とが直列に接続され、この直列回路が第１ダイ
オード５１と並列に接続される。この時、第１ダイオー
ド５１と第２ダイオード５２とは互いに逆極性とされ、
ツェナダイオード５４のカソードが第１ダイオード５１
のカソードに接続される。ツェナダイオード５４と並列
に第２コンデンサ５５が接続される。

この構成においてＩＧＢＴＩＩがオンにされると、ＩＧ
ＢＴＩＩ−第１コンデンサ４９−第１ダイオード５１を
通じて電ａ１５から充電電流ｉ、が流れ、第１コンデン
サ４９はほぼ電源１５の電圧■ａに充電される。この状
態からＩＧＢＴＩＩがオフ、ＩＧＢＴ１２がオンにされ
ると、第１コンデンサ４９−ＩＣＢＴ２ダイオード５２
−第１コンデンサ４９の閉回路において第１コンデンサ
４９の電荷の１部が第２コンデンサ５５を充電する電流
１２が流れる。この時生じる第２コンデンサ５５の電圧
はＩＧＢＴ１２のエミッタに対し、負であり、この負電
圧−ＶｃをＩＧＢＴ１２のゲート駆動用負電圧として利
用する。

いまツェナダイオード５４を除去したとすると、第１、
第２コンデンサ４９．５５の各容量をＣＣｍ、ＩＧＢＴ
１２及び／第２ダイオード５２のオン抵抗をゼロ、抵抗
器５３の抵抗値をゼロとすると、第２コンデンサ５５に
発生する電圧−ＶｃはＶｃ　＝　　　　　　　　ＸＶ。

Ｃ＋＋Ｃｚ となる。ｌ　ＧＢＴ　１２のゲート駆動に必要とする負
電圧は−５〜−１５Ｖ程度であり、１ｌｉＥ源１５の電
圧ＶＢと比較して十分少さいため、第１コンデンサ４９
の容量Ｃ１は第２コンデンサ５５の容量Ｃ２に比べ小さ
な値でよく、従って第１コンデンサ４９はＩＧＢＴｌｌ
に対して負担になることはない。第２コンデンサ５５に
電荷が残っていると、ＩＧＢＴＩｌ、１２をオンオフす
るに従って、第２コンデンサ５５の電圧が高くなるので
、ツェナダイオード５４によりＶｃは一定電圧に保持さ
れる。抵抗器５３は電流１２を所定値以下に制限するも
のである。

ＩＣＢＴＩＩオフ、１ＧＢＴ１２オン状態からＩＧＢＴ
ＩＩオン、ＩＧＢＴ１２オフになると、１（：ｌ、ＢＴ
１２のオフで発生するサージエネルギーは第１コンデン
サ４９−第１ダイオード５１に流れて、第１コンデンサ
４９に蓄積され、第１コンデンサ４９の電圧は電ｒｉｉ
源■、より高くなり、その高（なっ抗器５３−第２ダイ
オード５２−第１コンデンサ４９−ＩＧＢＴＩＩと逆並
列に接続されたダイオード５６電源１５なる閉回路を通
じて電ａ１５へ放電電流１３として流れ、この電流１３
によっても第２コンデンサ５５が充電され、この充電電
圧は負電源として用いられる。つまり、インバータ回路
ではスイッチング速度が速いのでサージ電圧が発生し易
いが、第１コンデンサ４つはサージ電圧吸収としても作
用する。

第２図にこの発明の他の例を示す。第２図は第１図に対
し、ＩＣ；ＢＴＩｌ、１２の接続点と第１コンデンサ・
４９との間にダイオード５７が接続され、ダイオード５
７と第１コンデンサ４９との接続点は抵抗器５日を通じ
て電源工５の正側に接続される。この場合はＩＧＢＴＩ
Ｉがオンの時にダイオード５７を通じて第１コンデンサ
４９が電圧■おに充電され、ｒＧＢＴ１２がオンからオ
フとなった時のサージ電圧が第１コンデンサ４９に充電
され、第１コンデンサ４９の電圧中の電圧■、より高い
分が、抵抗器５８、第２ダイオード５２、抵抗器５３、
ツェナダイオード５４、第２コンデンサ５５を通して電
源１５側に放電し、この時第２コンデンサ５５が充電さ
れ、この電圧は１ｃＢＴ１２のエミッタに対して負とな
り、これがＩＣＢＴ１２の負駆動電圧として利用される
。

この構成ではＩＧＢＴ１２がオンになった時に、ダイオ
ード５７により、第１コンデンサ４９が放電しないため
、スイッチング損失が減少する。抵抗器５３５８の一方
の抵抗値が十分大きければ、他方の抵抗値をＯΩとする
ことができる。

先に述べたようにインバータ回路ではサージ電圧が発生
するためサージ吸収回路が接続されているが、このサー
ジ吸収回路の一部を利用して負電圧を発生させることも
できる。例えば第３図に示すように、ＩＧＢＴＩＩと並
列にコンデンサ５９−ダイオードε１の直列回路が接続
され、そのダイオード６１のカソード側がＩＣ；ＢＴＩ
Ｉのエミッタ側とされ、コンデンサ５９及びダイオード
６１の接続点が抵抗器６２を通じて電Ｒ１５の負側に接
続され、Ｔ　ＣＢＴ１２と並列に、ダイオード６３−コ
ンデンサ６４の直列回路が接続され、そのダイオード６
３のアノード側がＩＣＢＴ１２のコレクタ側とされ、ダ
イオード６３及びコンデンサ６４の接続点が抵抗器６５
を通して電源１５の正側に接続されている。ｌ　ＣＢＴ
ｌｌがオフとなった時に発生するサージ電圧はコンデン
サ５９−ダイオード６１に流れて吸収され、コンデンサ
５９の電圧中の電ａ１５の電圧より高い分が抵抗器６２
を通して電＃１５側に放電する。同様にＩＣ；ＢＴ１２
がオフとなった時に発生するサージ電圧はダイオード６
３−コンデンサ６４に流れテ吸収され、コンデンサ６４
の電圧中の電源１５の電圧よりも高い分が抵抗器６５を
通して電源１５側に放電する。

このようにサージ吸収回路が構成されているが、この例
では、コンデンサ５９及びダイオード６１の接続点と抵
抗器６２との間に第２ダイオード５２が直列に挿入され
、ダイオード５２のカソードが抵抗器６２側とされ、ま
た抵抗器６２と電源１５の負側との間にツェナダイオー
ド５４及び第２コンデンサ５５の並列回路が挿入され、
ツェナダイオード５４のカソード側が電源１５の負側と
される。この構成においてＩＣＢＴＩＩがオフとなった
時、サージ電圧が発生し、これがコンデンサ５９に吸収
され、コンデンサ５９の電圧中の電源１５の電圧よりも
高い分が抵抗器６２を通じて放電する際に第２コンデン
サ５５が充電され、この第２コンデンサ５５の電圧は、
Ｉ　ＧＢＴ　１２のエミッタに対し負となり、この負電
圧＝■ｏがＩ　ＧＢＴ　ｌ　２のゲートに対する負駆動
電圧として利用される。

なお第２図においてもダイオード５７、第１コンデンサ
４９、抵抗器５８をＩ　Ｃ，ＢＴ　１２のオフ時のサー
ジ吸収回路とし、これに対して第１ダイオード５１、第
２ダイオード５２、抵抗器５３、ツェナダイオード５４
、第２コンデンサ５５を付加したとも云うことができる
。

上述ではこの発明をブリッヂ形インバータ回路に適用し
たが、他の形式のインバータ回路に適用することもでき
る。またインバータ回路を構成するスイッチング素子の
トランジスタとしてはＩ　ＣＢＴに限らず、バイポーラ
トランジスタ、ＦＥＴなどでもよい。

「発明の効果」 以上述べたようＣ二二の発明によれば、コンデンサ、ダ
イオード、ツェナダイオ−１′を用いて、インバータ回
路のスイッチング素子としてのトランジスタを駆動する
ための負電圧発生回路を簡単に構成することができる。

従ってこの負電圧発生回路と、第６図に示した回路とを
組合せれば、安価で、簡単な構成で、正、負両極性の電
圧をもつ互いに独立した３つの駆動回路を実現できる。

更にこの負電圧発生回路はサージ電圧吸収回路を兼ねて
いるため、従来のサージ電圧吸収回路の一部を兼用して
構成する。ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す接続図、第２図及び第
３図はそれぞれこの発明の他の実施例を示す接続図、第
４図はブリッヂ形インバータ回路とそのスイッチング素
子駆動用電源とを示す図、第５図は従来のインバータ回
路の駆動用電圧発生回路を示す接続図、第６図はインバ
ータ回路の駆動用電圧発生回路の他の従来例の一部を示
す接続図である。 オ λ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）トランジスタをスイッチング素子とするインバー
   タ回路におけるそのトランジスタを駆動するための負電
   圧を発生する回路であって、 第１コンデンサと第１ダイオードとの直列回路の一端の
   第１コンデンサ側が上記スイッチング素子としてのトラ
   ンジスタのコレクタに接続され、上記直列回路の他端の
   第１ダイオードのカソード側が上記トランジスタのエミ
   ッタに接続され、ツェナダイオード及び第２ダイオード
   の直列回路が上記第１ダイオードと並列にかつ逆極性で
   そのツェナダイオードのカソードが上記第１ダイオード
   のカソード側となるように接続され、 上記ツェナダイオードと並列に第２コンデンサが接続さ
   れ、 上記第２コンデンサに蓄積された電荷をトランジスタ駆
   動用負電圧とすることを特徴とするインバータ回路のト
   ランジスタ駆動用負電圧発生回路。