JPH0760755B2

JPH0760755B2 - トランジスタインバータ装置

Info

Publication number: JPH0760755B2
Application number: JP61005242A
Authority: JP
Inventors: 太志岡本; 明則平松; 晃司山田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1986-01-14
Filing date: 1986-01-14
Publication date: 1995-06-28
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: JPS62163291A

Description

【発明の詳細な説明】［技術分野］本発明は、直流電源を入力とし、スイッチング用の主ト
ランジスタと、インダクタ要素、コンデンサ、及び負荷
よりなる振動回路と、この振動回路の帰還出力を上記主
トランジスタのベース・エミッタ間に与えて主トランジ
スタを交互にオンオフさせる帰還信号源とを有する自励
式インバータ回路を備え、上記主トランジスタのベース
・エミッタ間に制御用の副トランジスタを接続し、副ト
ランジスタのベース・エミッタ間に、当該副トランジス
タをオンさせて上記主トランジスタを強制的にオフさせ
る副トランジスタ制御用の信号発生部を接続したトラン
ジスタインバータ装置に関するものである。

［背景技術］トランジスタインバータ装置においては、直流電源を入
力とし、スイッチング用の種トランジスタと、インダク
タ要素、コンデンサ、及び負荷よりなる振動回路と、こ
の振動回路の帰還出力を上記主トランジスタのベース・
エミッタ間に与えて主トランジスタを交互にオンオフさ
せる帰還信号源とを有する自励式インバータ回路を備
え、主トランジスタのベース・エミッタ間に副トランジ
スタを接続し、この副トランジスタのオンによって主ト
ランジスタのオフ時刻を強制的に早め、出力を制御する
ことが行なわれている。

この種のトランジスタインバータ装置は、例えば放電灯
点灯装置として用いられ、副トランジスタによる出力制
御により放電灯を調光点灯させるものがある。

その放電灯点灯装置の一例を、第６図及び第８図に示
す。第６図及び第８図の放電灯点灯装置は、自励式イン
バータ回路として２つの主トランジスタを用いて構成し
たハーフブリッジ形のものを用い、両主トランジスタを
共に副トランジスタでオフ時点を強制的に早めるものを
第６図に示し、片方の主トランジスタを副トランジスタ
でオフ時点を強制的に早めるものを第８図に示す。

第６図に示す放電灯点灯装置は、直流電源Ｅを入力と
し、インバータ回路１を主トランジスタQ₁，Q₂、ダイオ
ードD₁，D₂、カレントトランスである駆動トランスT₁、
及びコンデンサC₁，C₂にて構成し、チョークコイルL₁，
コンデンサC₃、及び負荷である放電灯LAよりなる振動回
路にて構成している。駆動トランスT₁の１次巻線n₁は振
動回路と直列に挿入されており、振動回路に流れる電流
にて極性の異なる２次巻線n₂，n₃に誘起される電圧をト
ランジスタQ₁，Q₂の帰還入力端子としてのベースに印加
して、トランジスタQ₁，Q₂を交互にスイッチングする。
このインバータ回路１には直流電源Ｅが供給されたとき
インバータ回路１を起動するための起動回路STを備えて
いる。さらにトランジスタQ₁，Q₂のベース・エミッタ間
には副トランジスタQ₃，Q₄が接続され、このトランジス
タQ₃，Q₄のベースには負荷電流を検出するカレントトラ
ンスT₂，T₃が調光用スイッチSW₁，SW₂を介して接続さ
れ、この調光用スイッチSW₁，SW₂を切り換えることによ
り、全点灯と調光とを切り換えるもので、オンすれば調
光、オフすれば全点灯となる。

以下、全点灯時及び調光状態について説明する。まず、
スイッチSW₁，SW₂をオフした全点灯時には、第７図
（ａ）に示すようにインバータ回路１のトランジスタ
Q₁，Q₂は、ある一定のスイッチング周期で交互にオンオ
フし、放電灯LAの点灯状態を保っている。図中のI_Q1，I
_Q2は各トランジスタQ₁，Q₂のコレクタ電流であり、
I_D1，I_D2は各ダイオードD₁，D₂を流れる電流である。

次にスイッチSW₁，SW₂をオンにして調光状態にすると、
トランジスタQ₁のオン期間において、カレントトランス
T₂からダイオードD₃を介してトランジスタQ₃のベースに
電流が供給され、トランジスタQ₃がオンする。このた
め、今まで流れていたトランジスタQ₁のベース電流がカ
ットされ、同時にトランジスタQ₁のベース・エミッタ間
の浮遊容量に蓄積されていた電荷が副トランジスタQ₃に
流れるので、トランジスタQ₁は急速にオフする。同様に
他方のトランジスタQ₂のオン期間においても、トランジ
スタQ₄がオンすることにより、トランジスタQ₂が急速に
オフする。ここで、駆動トランスT₁とカレントランス
T₂，T₃では電流位相がずれているため、上述のようにト
ランジスタQ₃，Q₄がトランジスタQ₁，Q₂よりも遅れてオ
ンする。その結果同図（ｂ）に示すように、インバータ
回路１の発振周波数が同図（ａ）に示す全点灯の場合よ
り高くなり、誘導性の振動回路のインピーダンスが高く
なって調光が行なわれる。同図（ｃ）はこのときの状態
をさらに詳細に示した図であり、（イ）はスイッチS
W₁，SW₂がオフの状態、つまり全点灯状態のトランジス
タQ₁，Q₂のスイッチング状態を示しており、（ロ）はス
イッチSW₁，SW₂をオンした瞬間のトランジスタQ₃のスイ
ッチング状態を示している。トランジスタQ₃がオンする
と、τ時間遅れてトランジスタQ₁がオフする。そのため
にトランジスタQ₁のオンオフの周期は（ハ）に示すよう
に短くなる。このときトランジスタQ₃，Q₄のオン信号は
負荷電流から得ているために、トランジスタQ₃，Q₄のオ
ンオフ周期も、（ハ）に示すようにトランジスタQ₁，Q₂
のオンオフ周期に同期することになる。したがって調光
状態においては、同図（ｂ）に示したように発振周波数
が高くなる。

次にランプ電流i_LAが変動した場合について説明する。
いま放電灯LAの電流が何等かの原因で増加したとする
と、カレントトランスT₂，T₃で検出される負荷電流i_Lが
大きくなるので、トランジスタQ₃，Q₄のバイアス電流が
上がってトランジスタQ₃，Q₄がオンするタイミングが早
くなり、このため周波数が高くなってランプ電流i_LAを
抑制する。またランプ電流i_LAが何等かの原因で減少し
た場合には、上記と逆の動作を行うものである。

次に、第８図の放電灯点灯装置について説明する。この
放電灯点灯装置では、インバータ回路１としてはコンデ
ンサC₂がなく、トランジスタQ₂側だけにトランジスタQ₃
を設けて調光を行うようにしたものである。第９図
（ａ）はスイッチSW₁をオフした全点灯時の各部波形を
示し、同図（ｂ）はスイッチSW₁をオンした調光時の各
部の波形を示す。そして、（イ）はチョークコイルL₁に
流れる負荷電流i_Lを示し，図中I_Q1，I_Q2はトランジスタ
Q₁，Q₂に流れるコレクタ電流であり、I_D1，I_D2はダイオ
ードD₁，D₂に流れる電流である。（ロ）はトランジスタ
Q₂に流れるコレクタ電流I_Q2、（ハ）はトランジスタQ₂
のベース電流I_B2，（ニ）は駆動トランスT₁の２次巻線n
₃の両端電圧V_n3、（ホ）はトランジスタQ₂のベース・エ
ミッタ間電圧V_BE2、（ヘ）はトランジスタQ₃のコレクタ
・エミッタ間電圧V_CE3、（ト）はトランジスタQ₃のコレ
クタ電流I_Q3、（チ）はトランジスタQ₃のベース電流I_B3
を示す。尚、第８図においてトランジスタQ₃のベース電
流が適当であり、トランジスタQ₃のベース・エミッタ間
の耐圧に問題がなければ、抵抗R₄，R₁₀及びダイオードD
₃はなくても良い。またカレントトランスT₂の一端から
トランジスタQ₃のベース端間に、トランジスタQ₃をトラ
ンジスタQ₂よりも遅らせてオンさせる時点を調整するチ
ョークコイルやコンデンサなどからなる移相素子を接続
しても良い。

スイッチSW₁がオフした同図（ａ）の場合、トランジス
タQ₁，Q₂は駆動トランスT₁によって帰還された電流にて
第６図の回路と同様に交互にオンオフし、インバータ回
路１出力がコンデンサC₂、チョークコイルL₁、放電灯LA
からなる振動回路に印加され、放電灯LAに所定の電流が
供給され、全点灯状態となる。

次に、スイッチSW₁がオンされたとき、第９図（ｂ）に
示すように、トランジスタQ₂のオン期間（図中t₂〜t₃の
期間）においてカレントトランスT₂からダイオードD₃を
介してトランジスタQ₃に電流が供給され、トランジスタ
Q₃がオンする。つまりは、駆動トランスT₁とカレントト
ランスT₂では電流位相がずれているため、上述のように
トランジスタQ₃がトランジスタQ₂よりも遅れてオンとな
る。このため、今まで流れていたトランジスタQ₂のベー
ス電流I₂がカットされ、同時にトランジスタQ₂のベース
・エミッタ間の浮遊容量に蓄えられていた電荷がトラン
ジスタQ₃に流れるので、トランジスタQ₂は急速にオフす
る。したがって、スイッチSW₁をオンすることによっ
て、トランジスタQ₃がオンオフすると、トランジスタQ₂
のオン期間が短くなり、放電灯LAに流れる電流は小さく
なる。

ところで、上述のようにトランジスタQ₃でトランジスタ
Q₂を強制的にオフさせたときには、駆動トランスT₁の２
次巻線n₃には第９図（ｂ）の（ニ）に示すように負の電
圧が発生し、この負の電圧がトランジスタQ₃のエミッタ
・コレクタ間に印加される。さらに詳しくは、駆動トラ
ンスT₁の２次巻線n₃の負の電圧はトランジスタQ₃のコレ
クタ・エミッタ間に印加されると同時に２次巻線n₃の終
端からカレントトランスT₂、ダイオードD₃、スイッチ
SW₁、抵抗R₄、トランジスタQ₃のベース・コレクタ、抵
抗R₃、２次巻線n₃の始端、あるいは終端、抵抗R₅、
トランジスタQ₃のベース・コレクタ、抵抗R₃、始端
（もしくは終端、トランジスタQ₃のベース・エミッタ
間の浮遊容量、トランジスタQ₃のベース・コレクタ、抵
抗R₃，始端）を介してトランジスタQ₃のベース・コレ
クタに若干の電流が流れる。すなわち、エミッタ・コレ
クタ間に逆電圧が印加されていると、トランジスタQ₃の
ようなNPN型のトランジスタでは、ベース・コレクタに
流れる電流がベース電流として、エミッタからコレクタ
に逆コレクタ電流が流れることが知られている。このた
め、２次巻線n₃の終端、トランジスタQ₃のエミッタ・
コレクタ、抵抗R₃、２次巻線n₃の始端と、第９図
（ｂ）の（ト）の斜線にて示すように、トランジスタQ₃
のエミッタからコレクタに逆コレクタ電流が流れる。従
って、トランジスタQ₃には逆電圧が印加され、逆電流が
流れるために、損失が著しく、発熱が大きくなり、破壊
を生じる問題があった。

そこで、２次巻線n₃の終端、トランジスタQ₃のエミッ
タ・コレクタ、抵抗R₃、２次巻線n₃の始端を介して流
れる電流をカットするために、この電流をカットする方
向で抵抗R₃と直列にダイオードを挿入すれば、上記問題
は解除されるが、スイッチSW₁がオフしたとき、トラン
ジスタQ₂のベース・エミッタ間の浮遊容量を急速に消去
するための、トランジスタQ₂のエミッタからベースに流
れる逆ベース電流が流れなくなり、トランジスタQ₂のス
イッチングロスが大きくなる問題があった。

また、上記逆電流をカットする他の方法としては、トラ
ンジスタQ₃のコレクタに直列にダイオードを挿入するこ
とも考えられる。しかし、この場合にもトランジスタQ₃
の上記ダイオドとのオン電圧が、トランジスタQ₂をオン
するバイアス電圧に近付き、トランジスタQ₃がオンし、
トランジスタQ₂がオフすべき動作をする筈のところが、
トランジスタQ₂がオンしてしまうおそれがある。これは
駆動トランスT₁の２次巻線n₃の巻数が少なく、２次巻線
n₃の電圧が小さいとき、あるいはベース抵抗R₂，R₃の値
が小さいときに、特に起こりやすい。

［発明の目的］本発明は上述の点に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、副トランジスタに逆コレクタ電流が
流れないようにして、スイッチング損失を低減できるト
ランジスタインバータ装置を提供することにある。

［発明の開示］（実施例１）第１図は本発明の一実施例を示す図であり、回路構成的
には従来例の第８図回路とほぼ同様の構成であるから、
本実施例の特徴とする部分についてのみ説明する。本実
施例では駆動トランスT₁の始端側をカソードとして、抵
抗R₄とスイッチSW₁との接続点と駆動トランスT₁の始端
との間にダイオードD₄を接続し、主トランジスタQ₂の逆
バイアス時に副トランジスタQ₃のベース・コレクタ間に
流れる電流をバイパスさせる電流バイパス回路を構成し
てある。ここで、ダイオードD₄は副トランジスタQ₃のベ
ース・コレクタ間と並列関係に接続されることになる。

なお、本実施例では抵抗R₄とスイッチSW₁との接続点と
トランジスタQ₃のエミッタとの間に電圧分配素子として
の抵抗R₆を接続しており、さらにスイッチSW₁及びダイ
オードD₃と直列に抵抗R₇を挿入してある。なお、振動回
路の帰還出力を主トランジスタQ₁，Q₂のベース・エミッ
タとの間に与えて主トランジスタQ₁，Q₂を交互にオンオ
フさせる帰還信号源は、駆動トランスT₁の２次巻線n₂，
n₃で構成してある。また、副トランジスタQ₃のベース・
エミッタ間に接続され、この副トランジスタQ₃をオンさ
せて主トランジスタQ₂を強制的にオフさせる副トランジ
スタQ₃の制御用の信号発生部は、カレントトランスT₂、
抵抗R₇，ダイオードD₃及びスイッチSW₁で構成してあ
る。

以下、動作について説明する。尚、第２図はスイッチSW
₁をオンし調光した時の波形を示し、スイッチSW₁をオフ
し全点灯した時の波形は第９図（ａ）と同様の波形とな
る。本実施例においても、トランジスタQ₂のオン期間
に、カレントトランスT₂からダイオードD₃を介してトラ
ンジスタQ₃にベース電流が供給されると、従来例と同様
にしてトランジスタQ₃がオンする。つまりは、駆動トラ
ンスT₁とカレントトランスT₂では電流位相がずれている
ため、上述のようにトランジスタQ₃がトランジスタQ₂よ
りも遅れてオンとなり、トランジスタQ₂のオフ時点を強
制的に早めることにより、ランプ電流i_LAが抑制され
る。

いま、駆動トランスT₁の２次巻線n₃に負の電圧（終端
側が高電位）が誘起されている時、この負電圧はトラン
ジスタQ₃のエミッタ・コレクタ、抵抗R₃の経路に印加さ
れると同時に、２次巻線n₃の終端、カレントトランス
T₂、抵抗R₅、ダイオードD₃、スイッチSW₁、ダイオードD
₄、２次巻線n₃の始端を介し、あるいは終端、抵抗R
₆（又はトランジスタQ₃のベース・エミッタ間の浮遊容
量等を介して）、ダイオードD₄、始端の経路に印加さ
れる。ここで、ダイオードD₄を介して流れる方が電流は
流れやすいから、駆動トランスT₁の２次巻線n₃の負電圧
により主にダイオードD₄を介して電流が流れる。このた
め、第２図（ト）に示すようにトランジスタQ₃のベース
・コレクタには電流が流れない。つまり、トランジスタ
Q₃には逆電圧が印加されるが、トランジスタQ₃のエミッ
タからコレクタへの逆コレクタ電流が流れないから、損
失が少なって発熱が減り、トランジスタQ₃が破壊された
りすることがなくなるものである。

（実施例２）第３図は本発明の他の実施例を示す図であり、調光用の
トランジスタQ₃，Q₄をトランジスタQ₁，Q₂の両方に接続
したものであり、従来例の第６図回路に本発明を適用し
たものである。この場合も第１図と同様の効果を得るこ
とができる。尚、図中破線枠にて示すＡ部分は第４図に
示すように構成してもよい。この第４図回路は、２次巻
線n₃、カレントトランスT₂、抵抗R₇、ダイオードD₃、ス
イッチSW₁、ダイオードD₄、２次巻線n₃を介して流れる
方が電流が流れやすい。このため、第１の実施例と同様
の効果がある。また、破線にて示した抵抗R₁₀（あるい
はコンデンサC₄）を接続すれば、抵抗R₁₀（あるいはコ
ンデンサC₄）を介して上記電流をダイオードD₄に流すこ
ともできる。

（実施例３）第５図は本発明をプッシュプル型のインバータ回路１′
に用いた実施例を示すものであり、出力トランスOTの２
次側に直列振動回路を形成したものである。本実施例の
構成に関する詳細な説明は省略する。また、動作におい
ても上述の実施例に於ける説明と同様であるので説明は
省略する。

尚、本実施例においてはトランジスタQ₁，Q₂へのフィー
ドバック信号と調光用のトランジスタQ₃，Q₄のフィード
バック信号とが同相になっているので、トランジスタ
Q₃，Q₄への帰還回路にチョークコイルL₂，L₃よりなる移
相素子（コンデンサでも良い）を挿入し、第７図（ｃ）
で説明したと同様に、トランジスタQ₁，Q₂の波形とトラ
ンジスタQ₃，Q₄の波形との位相差を適当な値に設定して
いる。また、このチョークコイルL₂，L₃は第１図，及び
第３図の回路にも適用でき、その場合には上述の位相差
を任意に且つ容易に設定することができる。また第１
図、及び第３図の回路においては調光用信号を取り出す
カレントトランスT₂は放電灯LAと直列に接続されている
が、チョークコイルL₁と直列に接続してもよい。この場
合には移相素子をチョークコイルL₁に直列に接続する
か、カレントトランスT₂の２次側に直列に接続すればよ
い。さらに、本実施例においてはトランジスタQ₃，Q₄の
ベースに直接にダイオードD₄，D₅のアノードを接続して
いるが、トランジスタQ₃，Q₄のベースに抵抗やダイオー
ドを介して接続したものと何等効果的な差異はないもの
である。また、トランジスタQ₁，Q₂の一方に調光用のト
ランジスタQ₃を設けても良い。さらに、上記実施例に示
すハーフブリッジ、プッシュプル形のインバータ回路以
外に一右式のインバータ回路１にも本発明を適用するこ
とができる。さらに、上述の説明では放電灯点灯装置に
いて調光制御を行なう場合を例として実施例の説明を行
なったが、負荷に特に限定されるものではなく、また副
トランジスタで出力制限以外の動作を行なうために用い
た場合にも本発明を適用できることは言うまでもない。
さらにまた、振動回路の帰還出力を主トランジスタのベ
ース・エミッタ間に与えて主トランジスタを交互にオン
オフさせる帰還信号源、また副トランジスタのベース・
エミッタ間に接続され、この副トランジスタをオンさせ
て主トランジスタを強制的にオフさせる副トランジスタ
制御用の信号発生部、及び副トランジスタのベース・コ
レクタ間と並列関係に、主トランジスタの逆バイアス時
に副トランジスタのベース・コレクタ間に流れる電流を
バイパスさせる電流バイパス回路の構成も上述した実施
例の構成に限定されるわけではない。とは言うでもな
い。

［発明の効果］本発明は上述のように、直流電源を入力とし、スイッチ
ング用の主トランジスタと、インダクタ要素、コンデン
サ、及び負荷よりなる振動回路と、この振動回路の帰還
出力を上記主トランジスタのベース・エミッタ間に与え
て主トランジスタをオンオフさせる帰還信号源とを有す
る自励式インバータ回路を備え、上記主トランジスタの
ベース・エミッタ間に制御用の副トランジスタを接続
し、副トランジスタのベース・エミッタ間に、当該副ト
ランジスタをオンさせて上記主トランジスタを強制的に
オフさせて副トランジスタ制御用の信号発生部を接続し
てなるトランジスタインバータ装置において、副トラン
ジスタのベース・コレクタ間と並列関係に、主トランジ
スタの逆バイアス時に副トランジスタのベース・コレク
タ間に流れる電流をバイパスさせる電流バイパス回路を
接続してあるので、逆電圧により副トランジスタにベー
ス電流が流れ、副トランジスタに逆コレクタ電流が流れ
ることを電流バイパス回路にて防止することができ、こ
のため副トランジスタのスイッチング損失が減少して発
熱を少なくすることができ、副トランジスタが破壊する
ことを防止できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第２図は
同上の調光時の動作説明図、第３図は本発明の他の実施
例を示す回路構成図、第４図は同上の要部の他の回路構
成を示す回路図、第５図は本発明の更に他の実施例を示
す回路構成図、第６図は従来例を示す回路構成図、第７
図（ａ）は同上の全点灯時の動作説明図、同図（ｂ）は
調光時の動作説明図、同図（ｃ）は同上のトランジスタ
Q₃の動作状態を示す説明図、第８図は他の従来例を示す
回路構成図、第９図（ａ）は同上の全点灯時の動作説明
図、同図（ｂ）は調光時の動作説明図である。Ｅは直流電源、1,1′はインバータ回路、Q₁〜Q₄はトラ
ンジスタ、T₁は駆動トランス、T₂，T₃はカレントトラン
ス、SW₁，SW₂は調光用のスイッチ、L₁はチョークコイル
L₁、C₁〜C₃はコンデンサ、D₄，D₅はダイオード、R₁〜R
₁₂は抵抗、n₁は１次巻線、n₂，n₃は２次巻線である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−192296（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−39494（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−76192（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−8779（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源を入力とし、スイッチング用の主
トランジスタと、インダクタ要素、コンデンサ、及び負
荷よりなる振動回路と、この振動回路の帰還出力を上記
主トランジスタのベース・エミッタ間に与えて主トラン
ジスタをオンオフさせる帰還信号源とを有する自励式イ
ンバータ回路を備え、上記主トランジスタのベース・エ
ミッタ間に制御用の副トランジスタを接続し、副トラン
ジスタのベース・エミッタ間に、当該副トランジスタを
オンさせて上記主トランジスタを強制的にオフさせる副
トランジスタ制御用の信号発生部を接続してなるトラン
ジスタインバータ装置において、副トランジスタのベー
ス・コレクタ間と並列関係に、主トランジスタの逆バイ
アス時に副トランジスタのベース・コレクタ間に流れる
電流をバイパスさせる電流バイパス回路を接続したこと
を特徴とするトランジスタインバータ装置。