JPH05335920A - ゲートドライブ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、鉄心の容積を大きくすることな
くその飽和を防ぎ、高周波トランスの小形化が可能なス
イッチ回路のゲートドライブ回路である。 【構成】 ゲートターンオフサイリスタ１，２のゲート
１ａ，２ａおよびカソード１ｂ，２ｂとトランス３の出
力巻線３ｂ，３ｃとの間に、コンデンサＣと、このコン
デンサＣに並列に接続される少なくとも一個の第一のダ
イオードＤ１と、第一のダイオードＤ１とは逆方向にコ
ンデンサＣに並列に接続される少なくとも一個の第二の
ダイオードＤ２が挿入される構成になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、サイリスタ，ゲート
ターンオフサイリスタ等をオン・オフ制御するためのゲ
ートドライブ回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エキシマレーザ等の励起用には高電圧の
パルス電源が必要である。図３は、このような電源の初
段スイッチ回路に用いられる、従来のゲートターンオフ
サイリスタの直列接続スイッチ回路（同図では２個直列
接続）とそのゲートドライブ回路である。

【０００３】同図において、１および２はゲートターン
オフサイリスタで、それぞれが直列に接続されている。
１ａ，２ａはゲートターンオフサイリスタ１，２のゲー
ト端子で、また、１ｂ，２ｂはカソード端子である。

【０００４】これらゲートターンオフサイリスタ１，２
はカソード端子１ｂ，２ｂよりゲート端子１ａ，２ａに
対して正極性の電圧が印加された場合に、それぞれのゲ
ートに電流が流れ込んでオン動作となり、反対にカソー
ド端子１ｂ，２ｂよりゲート端子１ａ，２ａに対して負
極性の電圧が印加された場合に、それぞれのゲートから
電流を引き出されてオフ動作になるものである。

【０００５】これらの動作時において、ゲートターンオ
フサイリスタ１，２のオン動作時における最初の数１０
［μ sec］の間はオン動作起動のため大きなゲート電流
が必要であるが、その後は小さい保持電流でオン状態が
保持される。一方、オフ動作時はインピーダンスが高い
のでゲート電流は小さい値である。

【０００６】このような、ゲートターンオフサイリスタ
１のゲート端子１ａ，カソード端子１ｂおよびゲートタ
ーンオフサイリスタ２のゲート端子２ａ，カソード端子
２ｂはそれぞれ高周波トランス３の二次巻線３ｂ，３ｃ
の所定の巻線極性方向に接続されている。

【０００７】高周波トランス３の鉄心３ｄに巻回され
た、一次巻線３ａと二つの二次巻線３ｂ，３ｃとの巻数
比は等しい巻数比、例えばｎになっており、さらに、一
次巻線３ａはパルス電圧発生器４に接続されている。

【０００８】このパルス電圧発生器４は高周波トランス
３の一次巻線３ａおよび二次巻線３ｂ，３ｃを介して、
ゲートターンオフサイリスタ１，２のゲート端子１ａと
カソード端子１ｂおよびゲート端子２ａとカソード端子
２ｂ間に所定のパルス電圧を印加するためのものであ
る。

【０００９】また、５は外部からの指示信号に基づい
て、パルス電圧発生器４に対して所定のパルス電圧を発
生させるための指令信号を送出する等の制御を行う制御
回路である。

【００１０】このように構成されたスイッチ回路におい
て、制御回路５からの指令により、パルス電圧発生器４
は高周波トランス３の一次巻線３ａに所定のパルス電圧
を出力する。このパルス電圧によって、二次巻線３ｂお
よび３ｃには巻数比ｎにより定まる大きさのパルス電圧
が発生する。

【００１１】通常、この巻数比ｎは一次巻線３ａ側で、
数百［Ｖ］の高電圧に、二次巻線３ｂ，３ｃ側で１０
［Ｖ］以下の低電圧になるように設定されており、この
ような巻数比ｎを設定することで、オン動作において、
ゲートターンオフサイリスタ１，２を制御するに必要な
急峻で大きな電流のゲート電流をゲート端子１ａ，２ａ
に流すことができる。

【００１２】図４は、パルス電圧発生器４から発生する
繰り返しパルス電圧による、ゲートターンオフサイリス
タ１，２のゲート端子１ａ，カソード端子１ｂまたはゲ
ート端子２ａ，カソード端子２ｂ間の電圧と、これらゲ
ートターンオフサイリスタ１，２の繰り返しのオン、オ
フ動作をを示すものである。

【００１３】Ｖon1 はオン動作を起動する最初の数１０
［μ sec］の間のオン電圧で、Ｖon2 電圧はオン動作保
持状態におけるオン電圧であり、Ｖ offはオフ動作時に
おけるオフ電圧である。また、Ｔonはオン動作の作動時
間で、Ｔoff はオフ動作の作動時間を示している。

【００１４】このようなスイッチ回路によりエキシマレ
ーザ等を励起する場合、オフ動作Ｔoff の間に図示しな
い励起用コンデンサに充電が行われ、オン動作Ｔonの間
に、このコンデンサに蓄えられたエネルギーがレーザ電
極に注入されて、レーザ光を発生させるものである。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このような回路構成に
なっているので、オン動作時において、最初の最初の数
１０［μ sec］以降もオン動作起動時と同じ電圧がゲー
ト端子１ａ，２ａとカソード端子１ｂ，２ｂ間に印加さ
れるので、この期間は不必要に大きなゲート電流が流入
する。

【００１６】また、このような目的のスイッチ回路にお
いて、コンデンサへの充電を十分にして充電精度をよく
するためには、コンデンサへの充電時間であるオフ動作
Ｔoff の時間をできるだけ長くする必要がある。

【００１７】しかしながら、オフ動作Ｔoff の時間を長
くすると、この時間におけるゲート端子１ａ，２ａから
カソード端子１ｂ，２ｂに引き出す電流・時間積と、オ
ン動作Ｔonの時間におけるカソード端子１ｂ，２ｂから
ゲート端子１ａ，２ａに流入させる電流・時間積との差
が大きくなりアンバランスを生じる。

【００１８】このオン動作Ｔonとオフ動作Ｔoff の電流
・時間積のアンバランスによる直流成分により、高周波
トランス３の鉄心３ｄは偏磁束状態になり、さらに、ア
ンバランスが大きくなると鉄心３ｄが磁束飽和状態にな
り、高周波トランス３はトランスとして動作しなくな
る。

【００１９】このことは、パルス電圧発生器４からみる
と、負荷が短絡したような状態になり、パルス電圧発生
器４の出力回路を構成する半導体素子を損傷するおそれ
があった。

【００２０】このため従来の技術では、鉄心３ｄに大き
いギャップを設けるとともに、その断面積を大きくし、
全体的な容積を大きくすることにより、鉄心３ｄの飽和
を防いでいた。

【００２１】しかし、このような方法は、製品の小形軽
量化の妨げになるだけでなく、大形化によって漏洩イン
ダクタンスが大きくなり、高周波トランス３の高周波特
性を悪くしていた。

【００２２】スイッチ素子として、ゲートターンオフサ
イリスタの代わりに通常のサイリスタを使用しても、充
電時におけるサイリスタの誤動作（正常オフ動作）を防
ぐため、オフ動作は必要であり同様な問題があった。

【００２３】この発明は、上記したような問題を解決す
るためになされたもので、鉄心の容積を大きくすること
なくその飽和を防ぎ、高周波トランスの小形化が可能な
スイッチ回路のゲートドライブ回路を提供することを目
的としている。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この発明のゲートドライ
ブ回路は、サイリスタまたはゲートターンオフサイリス
タをそのゲートおよびカソードを介してトランスの出力
巻線の電圧によりオン・オフ制御するゲートドライブ回
路であって、

【００２５】ゲートおよびカソードとトランスの出力巻
線との間に、コンデンサと、このコンデンサに並列に接
続される少なくとも一個の第一のダイオードと、第一の
ダイオードとは逆方向に前記コンデンサに並列に接続さ
れる少なくとも一個の第二のダイオードを、挿入するこ
とを特徴としている。

【００２６】

【作用】このように構成することにより、コンデンサを
介してオン動作時における初期ゲート電流を流し、第一
および第二のダイオードのそれぞれの種類選択とその組
合わせ数により、オン動作時の保持ゲート電流と時間積
をオフ動作時のゲート電流と時間積に等しく設定し、制
御用トランスの鉄心の偏磁を防ぎ、偏磁による鉄心の飽
和を防止する。

【００２７】

【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明の一実施
例を説明する。図１は第一の実施例の回路図である。

【００２８】同図において、１および２はゲートターン
オフサイリスタで、それぞれが直列に接続されている。
１ａ，２ａはゲートターンオフサイリスタ１，２のゲー
ト端子で、また、１ｂ，２ｂはカソード端子である。

【００２９】これらゲートターンオフサイリスタ１，２
はカソード端子１ｂ，２ｂよりゲート端子１ａ，２ａに
対して正極性の電圧が印加された場合に、それぞれのゲ
ートに電流が流れ込んでオン動作となり、反対にカソー
ド端子１ｂ，２ｂよりゲート端子１ａ，２ａに対して負
極性の電圧が印加された場合に、それぞれのゲートから
電流を引き出されてオフ動作になるものである。

【００３０】これらゲートターンオフサイリスタ１，２
のゲート端子１ａ，２ａは、高周波特性のよいポリプロ
ピレン等の材質のコンデンサＣと，このコンデンサＣに
並列に接続される、順方向電圧降下が１．２〜１．３
［Ｖ］である４個のダイオードの直列接続になるダイオ
ードＤ１およびこのダイオードＤ１と逆方向に並列に接
続される、順方向電圧降下が約０．６［Ｖ］であるダイ
オードＤ２を介して、高周波トランス３の二次巻線３
ｂ，３ｃの所定巻線極性方向の一方端子に接続されてい
る。また、ゲートターンオフサイリスタ１，２のカソー
ド端子１ｂ，２ｂは、高周波トランス３の二次巻線３
ｂ，３ｃの他方の端子に接続されている。

【００３１】なお、ダイオードＤ１はゲート端子１ａ，
２ａに向かって順方向に接続され、したがってダイオー
ドＤ２はゲート端子１ａ，２ａに向かって逆方向に接続
に接続されている。

【００３２】高周波トランス３の鉄心３ｄに巻回され
た、一次巻線３ａと二つの二次巻線３ｂ，３ｃとの巻数
比は等しい巻数比、例えばｎになっており、さらに、一
次巻線３ａはパルス電圧発生器４に接続されている。

【００３３】このパルス電圧発生器４は高周波トランス
３の一次巻線３ａおよび二次巻線３ｂ，３ｃを介して、
ゲートターンオフサイリスタ１，２のゲート端子１ａと
カソード端子１ｂおよびゲート端子２ａとカソード端子
２ｂ間に所定のパルス電圧を印加するためのものであ
る。

【００３４】また、５は外部からの指示信号に基づい
て、パルス電圧発生器４に対して所定のパルス電圧を発
生させるための指令信号を送出する等の制御を行う制御
回路である。

【００３５】このように構成されたスイッチ回路におい
て、パルス電圧発生器４から高周波トランス３の一次巻
線３ａおよび二次巻線３ｂ，３ｃを介して送られるパル
ス電圧により、ゲートターンオフサイリスタ１，２がオ
ン，オフに制御される。

【００３６】ゲートターンオフサイリスタ１，２のオン
動作におけるゲート端子１ａ，２ａとカソード端子１
ｂ，２ｂとの間のオン電圧Ｖonは、ゲート電流が流れ込
み始めるオン動作開始時の初期の数１０［μ sec］以下
の間は１０〜２０［Ｖ］程度であるが、その後は０．７
［Ｖ］程度のオン動作保持のクランプ電圧となる。

【００３７】一方、オフ動作時は、オフ動作時の誤動作
を防ぐためゲート端子１ａ，２ａとカソード端子１ｂ，
２ｂとの間には、ゲートから電流を引き抜く方向に５
［Ｖ］の電圧を印加する必要があるが、このオフ動作時
においては、ゲート端子１ａ，２ａとカソード端子１
ｂ，２ｂ間は高インピーダンスになっているので、二次
巻線３ｂ，３ｃに発生する電圧がそのままに近い値が印
加される。

【００３８】この状態において、オン動作時の初期の数
１０［μ sec］の間は、オン動作の駆動パルス波形の急
峻な立上がりで、主としてコンデンサＣを介してゲート
電流が流れてゲートターンオフサイリスタ１，２をオン
状態に起動し、その後の保持状態においては、ダイオー
ドＤ１を通してゲート電流がゲート端子１ａ，２ａに流
入する。

【００３９】この保持状態においては、ダイオードＤ１
が４個のダイオードの直列接続になるので、１個のダイ
オードの順方向電圧降下を１．２〜１．３［Ｖ］とする
と、約５［Ｖ］の電圧がダイオードＤ１による電圧降下
になり、０．７［Ｖ］程度のオン動作保持のクランプ電
圧に加算されて、二次巻線３ｂ，３ｃの電圧として約
５．７［Ｖ］が必要になる。

【００４０】この保持状態においては、ダイオードＤ１
による順方向電圧によりゲート電流が制限されて、ゲー
トターンオフサイリスタ１，２のオン動作保持に必要な
最少限の保持電流に制限することができる

【００４１】一方、オフ動作時は、前記したようにゲー
トターンオフサイリスタ１，２のオフ動作させる電圧を
例えば、５．１［Ｖ］とし、ダイオードＤ２の順方向電
圧降下０．６［Ｖ］を加算すると約５．７［Ｖ］にな
る。

【００４２】つまり、オフ動作時とオフ動作時における
二次巻線３ｂ，３ｃの所要電圧値を同じにするととも
に、オン動作時保持状態におけるオン保持電流をダイオ
ードＤ１の順方向電圧降下分で制限して、保持状態に必
要ななゲート電流に制限するので、電流値においてもオ
フ動作時とオフ動作時は略同じ値になり、オフ動作時間
とオフ動作時間を共に例えば、同じ１［ｍsec ］とした
場合、電流・時間積を同じ値にすることができる。

【００４３】電流・時間積をオフ動作時とオフ動作時で
同じにすることで、高周波トランス３の鉄心３ｄの偏磁
束状態は起こらず、したがって鉄心３ｄの飽和を防ぐこ
とができる。

【００４４】図２は、第二の実施例を示す回路図であ
る。この実施例はコンデンサＣ、ダイオードＤ１および
ダイオードＤ２をゲートターンオフサイリスタ１，２の
カソード端子１ｂ，２ｂと高周波トランス３の二次巻線
３ｂ，３ｃとの間に設けた実施例で、原理的に第一の実
施例と同じであり、その作用効果も同じである。なお、
この発明は上記実施例に限定されるものではなく、要旨
を変更しない範囲で変形して実施できる。

【００４５】上記実施例はダイオードＤ１は、順方向電
圧降下が１．２〜１．３［Ｖ］である４個のダイオード
の直列接続になるものを、ダイオードＤ２は、順方向電
圧降下が約０．６［Ｖ］のものを１個設けたもの説明し
たが、電流・時間積を同一にするため、ダイオードの種
類とその組み合わせ個数を必要に応じて選ぶことができ
る。また、上記実施例はゲートターンオフサイリスタで
説明したが、通常のサイリスタでも同様に実施できる。

【００４６】

【発明の効果】この発明によれば、サイリスタまたはゲ
ートターンオフサイリスタのオン動作時とオフ動作時に
おける、高周波トランスの出力の電流・時間積を同一に
することができるので、偏磁束による鉄心の飽和を防ぐ
ことができ、高周波トランスの鉄心断面積を必要最少限
に小さくすることができる。このことにより、高周波ト
ランスの漏洩磁束も最少限に抑えられるので、このトラ
ンスの高周波特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第一の実施例の構成を示す回路図。

【図２】第二の実施例の構成を示す回路図。

【図３】従来のゲートドライブの回路図。

【図４】従来のゲートドライブ回路のオン・オフ動作の
説明図。

【符号の説明】

１，２…ゲートターンオフサイリスタ、１ａ，２ａ…ゲ
ート端子 １ｂ，２ｂ…カソード端子、３…高周波トランス、３ａ
…一次巻線、３ｂ，３ｃ…二次巻線、３ｄ…鉄心 ４…パルス電圧発生器、５…制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 7827−5Ｊ Ｈ０３Ｋ 17/73 Ａ 7827−5Ｊ Ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サイリスタまたはゲートターンオフサイリ
   スタのゲートとカソード間にトランスの出力巻線の電圧
   を印加して、このサイリスタまたはゲートターンオフサ
   イリスタをオン・オフ制御するゲートドライブ回路にお
   いて、 前記ゲートおよびカソードと前記トランスの出力巻線と
   の間に、 コンデンサと、 このコンデンサに並列に接続される少なくとも一個の第
   一のダイオードと、 第一のダイオードとは逆方向に前記コンデンサに並列に
   接続される少なくとも一個の第二のダイオードが、 挿入されることを特徴としたゲートドライブ回路。