JPS5826568A - 電力用スイッチング・トランジスタ用のスナッバ回路 - Google Patents
電力用スイッチング・トランジスタ用のスナッバ回路Info
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、・インバータやチョッパ等のような電力用
スイッチング轡トランジスタを用いた回路に関し、さら
に詳しくは、これら電力用スイッチングΦトランジスタ
用のスナツパ(5nubber )回路の改良に関する
。
スイッチング轡トランジスタを用いた回路に関し、さら
に詳しくは、これら電力用スイッチングΦトランジスタ
用のスナツパ(5nubber )回路の改良に関する
。
バイポーラ・トランジスタの負荷線を制御する従来の方
法は、第1図に示すように有極性のスナツパ回路をトラ
ンジスタのコレクタから工ζツタへ接続している。 詳
しく述べると、(NPN)トランジスタ11がベース駆
動回路12によって制御されて交互にターンオンおよび
ターンオフし、負荷13(ここではインダクタとして示
されている)に電流を流しあるいは阻止する。 スナツ
パ回路は、トランジスタ11のコレクタ端子とエミッタ
端子との間に直列に接続されたダイオード14および牛
、ヤパシタ15と、ダイオード14およびキャパシタ1
5の接続点とトランジスタ11のコレクタ端子との間に
接続された抵抗16とを有する。 このような構成にお
いて、ベース駆動回路の電源17(蓄電池として示され
ている)は、トランジスタ11をターンオンするのに必
要なベース駆動を増大するために、充分な電圧を供給し
なければならない。
法は、第1図に示すように有極性のスナツパ回路をトラ
ンジスタのコレクタから工ζツタへ接続している。 詳
しく述べると、(NPN)トランジスタ11がベース駆
動回路12によって制御されて交互にターンオンおよび
ターンオフし、負荷13(ここではインダクタとして示
されている)に電流を流しあるいは阻止する。 スナツ
パ回路は、トランジスタ11のコレクタ端子とエミッタ
端子との間に直列に接続されたダイオード14および牛
、ヤパシタ15と、ダイオード14およびキャパシタ1
5の接続点とトランジスタ11のコレクタ端子との間に
接続された抵抗16とを有する。 このような構成にお
いて、ベース駆動回路の電源17(蓄電池として示され
ている)は、トランジスタ11をターンオンするのに必
要なベース駆動を増大するために、充分な電圧を供給し
なければならない。
ダイオード14、キーヤパシタ15および抵抗16から
なるスナツパ回路の主目的は、ターンオフの際にトラン
ジスタ11の電圧が上昇する前にコレクタ電流をダイオ
ード14を介してキャパシタ15に転流することによっ
て、トランジスタ11を保護することである。 これに
よってトランジスタ11のスイッチング電力損が減少す
る。
なるスナツパ回路の主目的は、ターンオフの際にトラン
ジスタ11の電圧が上昇する前にコレクタ電流をダイオ
ード14を介してキャパシタ15に転流することによっ
て、トランジスタ11を保護することである。 これに
よってトランジスタ11のスイッチング電力損が減少す
る。
トランジスタ11が次にターンオフする前にスナツパ回
路のキャパシタ15を放電しておく必要がある。 この
放電は、トランジスタ11のタージオン時に抵抗16を
介して行なわれる。
路のキャパシタ15を放電しておく必要がある。 この
放電は、トランジスタ11のタージオン時に抵抗16を
介して行なわれる。
このようなスナツパ回路に伴なう問題点のひとつは、ス
ナツパ回路がトランジスタの容量性負荷となるため、こ
のスイッチング・トランジスタがオンに転じる間スイッ
チング損失が増加することである。 と云うのは、トラ
ンジスタがターンオン時に負荷電流とスナツパ回路の放
電電流との両者を負担しなければならないからである。
ナツパ回路がトランジスタの容量性負荷となるため、こ
のスイッチング・トランジスタがオンに転じる間スイッ
チング損失が増加することである。 と云うのは、トラ
ンジスタがターンオン時に負荷電流とスナツパ回路の放
電電流との両者を負担しなければならないからである。
誘導性負荷がクランプされている場合、トランジスタ
はクランプ・ダイオード20の逆回復電流をも負担する
必要がある。
はクランプ・ダイオード20の逆回復電流をも負担する
必要がある。
プッシュプル回路において発生する典型的なコレクタ電
流波形が第2図に示されている。 ターンオン時の大き
なピークコレクタ電流のためトランジスタの飽和を維持
するにはよシ大きなベース電流駆動が必要とされる。
一般の電力用トランジスタはコレクタ電流値が大きいと
甚しくその電流増幅率(β)が減少するので上述したベ
ース駆動電流に対する必要条件が一層厳しいものとなる
。
流波形が第2図に示されている。 ターンオン時の大き
なピークコレクタ電流のためトランジスタの飽和を維持
するにはよシ大きなベース電流駆動が必要とされる。
一般の電力用トランジスタはコレクタ電流値が大きいと
甚しくその電流増幅率(β)が減少するので上述したベ
ース駆動電流に対する必要条件が一層厳しいものとなる
。
大きいコレクタ電流による低利得を補償するために必要
なベース駆動電流のピーキングは、通常、ベース端子に
直列に接続された並列R,C回路によつで与えられてい
る。
なベース駆動電流のピーキングは、通常、ベース端子に
直列に接続された並列R,C回路によつで与えられてい
る。
従って本発明の目的は、電力用スイッチング1トランジ
スタに用いる改良されたスナ・ツバ回路を提供すること
である。
スタに用いる改良されたスナ・ツバ回路を提供すること
である。
本発明の別な目的は、ベース駆動電流の立上シ時間を一
層速くする、電力用スイッチング・トランジスタ用の改
良されたスナツパ回路を提供することである。
層速くする、電力用スイッチング・トランジスタ用の改
良されたスナツパ回路を提供することである。
本発明のさらに別々目的は、ベース駆動回路電源の必要
条件を緩和するために1通常は消費されていた電力の一
部を再利用することによって電力用スイッチング・トラ
ンジスタのスナツパ回路の効率を改善することである。
条件を緩和するために1通常は消費されていた電力の一
部を再利用することによって電力用スイッチング・トラ
ンジスタのスナツパ回路の効率を改善することである。
さらに本発明の別な目的は、スナツパ回路な各半サイク
ル毎に切シ離すことによってプッシュプル形電力用トラ
ンジスタ・スイッチング回路の効率を改善することであ
る。
ル毎に切シ離すことによってプッシュプル形電力用トラ
ンジスタ・スイッチング回路の効率を改善することであ
る。
本発明の上述の目的及び他の目的は、従来のスナツパ回
路を変更し、スナツパ回路のキャパシタの放電を電力用
スイッチング・トランジスタのコレクタを経由しないで
ベース・ターンオン回路を経由して行うようにすること
によって達成される。 本発明では、スナツパ回路のキ
ャパシタに蓄積されたエネルギを用いてベース駆動回路
に必要とされる余分々電力を供給し、もってベース電流
を増大(ブースト)させることによシ、タージオンの瞬
間に於ける電流利得を減少させる大きなコレクタ電流を
補償する。 このベース駆動増大用の電力の全ては、通
常熱として発散されていたスナツパ回路のエネルギから
取り出しているので。
路を変更し、スナツパ回路のキャパシタの放電を電力用
スイッチング・トランジスタのコレクタを経由しないで
ベース・ターンオン回路を経由して行うようにすること
によって達成される。 本発明では、スナツパ回路のキ
ャパシタに蓄積されたエネルギを用いてベース駆動回路
に必要とされる余分々電力を供給し、もってベース電流
を増大(ブースト)させることによシ、タージオンの瞬
間に於ける電流利得を減少させる大きなコレクタ電流を
補償する。 このベース駆動増大用の電力の全ては、通
常熱として発散されていたスナツパ回路のエネルギから
取り出しているので。
システム全体の効率が上がる。 ベース駆動増大用電力
を供給するために、各々トランジスタのエミッタを基準
とした実効的なスナツパ電源とベース・ターンオン電源
とを組み合わせる。
を供給するために、各々トランジスタのエミッタを基準
とした実効的なスナツパ電源とベース・ターンオン電源
とを組み合わせる。
ベース・ターンオン電源の電圧レベルは、普通、ベース
回路の浮遊容量とターンオン時の損失を最小にするのに
必要な立上り時間とによって決定される。 この電圧
はトランジスタの飽和を維持するのに必要な電圧よりも
かなり高く、過分な電力がベース回路においてオン時に
はy消費されてしオう。 簡単な駆動回路においては、
駆動レベルが高くなるとベースに過剰な電荷が蓄積され
、このためターンオフの遅延が大きくなる。 本発明の
電力帰還技術を用いることによって、トランジスタをタ
ーンオンするのに必要な全エネルギを供給するために高
電圧源(スナツパ回路の電荷)が利用できる。 このた
め、ベース拳ターンオン電源の電圧レベルを、トランジ
スタ飽和後のベース駆動レベルを維持するのに充分なレ
ベルに寸で下げることができる。
回路の浮遊容量とターンオン時の損失を最小にするのに
必要な立上り時間とによって決定される。 この電圧
はトランジスタの飽和を維持するのに必要な電圧よりも
かなり高く、過分な電力がベース回路においてオン時に
はy消費されてしオう。 簡単な駆動回路においては、
駆動レベルが高くなるとベースに過剰な電荷が蓄積され
、このためターンオフの遅延が大きくなる。 本発明の
電力帰還技術を用いることによって、トランジスタをタ
ーンオンするのに必要な全エネルギを供給するために高
電圧源(スナツパ回路の電荷)が利用できる。 このた
め、ベース拳ターンオン電源の電圧レベルを、トランジ
スタ飽和後のベース駆動レベルを維持するのに充分なレ
ベルに寸で下げることができる。
本発明の特質ならびに他の目的、特徴、利用および利点
は、以下の説明および添付の図面から明らかになろう。
は、以下の説明および添付の図面から明らかになろう。
図面の第3図において、第1図の従来のスナツパ回路に
示したの°と同一もしくは類似の素子には同一の参照数
字が付されている。 第3図を参照して具体的に説明す
ると、抵抗16が、ダイオード14およびキャパシタ1
5の接続点とベース駆動回路12との間に接続されてい
る。 従って、スナツパ回路のキャパシタ15の放電は
、トランジスタ11のコレクタ・エミツタ路ではなくベ
ース駆動回路12を介して行われる。 ダイオード1B
を電源17とベース駆動回路12との間に挿入して、電
源17をスナツパ回路のキャパシタ15の高電圧放電か
ら隔離している。 ベース駆動増大用電力の全てがスナ
ツパ回路のキャパシタ15の放電によって供給されるの
で、電源17は第7図に示した従来の回路に用いられる
電源17よシもかなり小さくできる。 この結果生じる
コレクタ電流の波形を第9図に示す。 図から、ターン
オン時のピーク・コレクタ電流■。が減少し、ターンオ
ン時にトランジスタ11を飽和させるベース駆動電流が
少なくてすむことがわかる。
示したの°と同一もしくは類似の素子には同一の参照数
字が付されている。 第3図を参照して具体的に説明す
ると、抵抗16が、ダイオード14およびキャパシタ1
5の接続点とベース駆動回路12との間に接続されてい
る。 従って、スナツパ回路のキャパシタ15の放電は
、トランジスタ11のコレクタ・エミツタ路ではなくベ
ース駆動回路12を介して行われる。 ダイオード1B
を電源17とベース駆動回路12との間に挿入して、電
源17をスナツパ回路のキャパシタ15の高電圧放電か
ら隔離している。 ベース駆動増大用電力の全てがスナ
ツパ回路のキャパシタ15の放電によって供給されるの
で、電源17は第7図に示した従来の回路に用いられる
電源17よシもかなり小さくできる。 この結果生じる
コレクタ電流の波形を第9図に示す。 図から、ターン
オン時のピーク・コレクタ電流■。が減少し、ターンオ
ン時にトランジスタ11を飽和させるベース駆動電流が
少なくてすむことがわかる。
ここで第2図を参照する。 第2図には本発明の特定の
実施例の回路図が示されている。 スイッチング・トラ
ンジスタ111はダーリントン形式の/対のトランジス
タとして示されているが。
実施例の回路図が示されている。 スイッチング・トラ
ンジスタ111はダーリントン形式の/対のトランジス
タとして示されているが。
このトランジスタ111Fi、用途に応じて、スイッチ
を形成するように接続された任意の数のトランジスタで
構成し得る。 スナツパ回路は、トランジスタ111の
コレクタとエミッタ端子間に接続されたダイオード11
4およびキャパシタ115を有すると共に、ダイオード
114とキャパシタ115の接続点に一端が接続され、
他端がベース駆動およびターンオン・スイッチ・トラン
ジスタ121と隔離ダイオード118の接続点に接続さ
れた抵抗116を有する。
を形成するように接続された任意の数のトランジスタで
構成し得る。 スナツパ回路は、トランジスタ111の
コレクタとエミッタ端子間に接続されたダイオード11
4およびキャパシタ115を有すると共に、ダイオード
114とキャパシタ115の接続点に一端が接続され、
他端がベース駆動およびターンオン・スイッチ・トラン
ジスタ121と隔離ダイオード118の接続点に接続さ
れた抵抗116を有する。
トランジスタ121は、電流制限抵抗122を介してト
ランジスタ111にベース駆動電流を供給する。 ト
ランジスタ121はNPNバイポーラ・トランジスタと
して表わされているが、特定の用途に応じて、単極スイ
ッチを形成するように接続された任意の種類の任意の数
のデバイスで構成してもよい。 電力用スイッチング−
トランジスタ111をターンオフしてオフ状態に維持す
るためにターンオフ回路123が設けられている。 タ
ーンオン・スイッチ・トランジスタ121とターンオフ
回路123とを動作させる適当な信号を供給するために
制御信号回路124が設けられている。 ターンオフ回
路123と制御信号回路124の特定の構成は本発明の
実施にとって無関係である。 所期の機能を実施する構
成は5本明細書に於ける説明から当業者が容易に考えら
れよう。
ランジスタ111にベース駆動電流を供給する。 ト
ランジスタ121はNPNバイポーラ・トランジスタと
して表わされているが、特定の用途に応じて、単極スイ
ッチを形成するように接続された任意の種類の任意の数
のデバイスで構成してもよい。 電力用スイッチング−
トランジスタ111をターンオフしてオフ状態に維持す
るためにターンオフ回路123が設けられている。 タ
ーンオン・スイッチ・トランジスタ121とターンオフ
回路123とを動作させる適当な信号を供給するために
制御信号回路124が設けられている。 ターンオフ回
路123と制御信号回路124の特定の構成は本発明の
実施にとって無関係である。 所期の機能を実施する構
成は5本明細書に於ける説明から当業者が容易に考えら
れよう。
電力用スイッチング働トランジスタ111がオフ状態で
ある間、ダイオード118が逆バイアスされ、かつトラ
ンジスタ121が制御信号回路によってオフに維持され
ているので、スナツパ回路のキャパシタ115は充電さ
れた状態に留まる。 この期間の間、制御信号はターン
オフ回路123を付勢し続け、電力用スイッチング・ト
ランジスタ111をオフ状態に保持する。
ある間、ダイオード118が逆バイアスされ、かつトラ
ンジスタ121が制御信号回路によってオフに維持され
ているので、スナツパ回路のキャパシタ115は充電さ
れた状態に留まる。 この期間の間、制御信号はターン
オフ回路123を付勢し続け、電力用スイッチング・ト
ランジスタ111をオフ状態に保持する。
外部もしくは内部からのターンオン制御信号が発生する
と、制御信号回路はターンオフ回路123を不作動にす
るとともに、トランジスタ121に充分なベース駆動電
流を供給してこれを飽和させる。 トランジスタ12
1がターンオンすると。
と、制御信号回路はターンオフ回路123を不作動にす
るとともに、トランジスタ121に充分なベース駆動電
流を供給してこれを飽和させる。 トランジスタ12
1がターンオンすると。
スナツパ回路のキャパシタ115を抵抗116および1
22を介して電力用スイッチング・トランジスタ111
のベース・エミッタ接合に向けて放電させる。
22を介して電力用スイッチング・トランジスタ111
のベース・エミッタ接合に向けて放電させる。
スナツパ回路のキャパシタの充電電位が電源117の電
位に下がると、ダイオード118が順方向バイアスとな
シ、その後の定常状態のベース駆動電流な電源117か
ら供給させる。 この時点ではスナツパ回路のキャパシ
タ115からはそれ以上電流が流れず、キャパシタ11
5の残留電荷は、電源117の電位とはソ同一の電位に
とどまる。
位に下がると、ダイオード118が順方向バイアスとな
シ、その後の定常状態のベース駆動電流な電源117か
ら供給させる。 この時点ではスナツパ回路のキャパシ
タ115からはそれ以上電流が流れず、キャパシタ11
5の残留電荷は、電源117の電位とはソ同一の電位に
とどまる。
ターンオン制御信号が取り除かれると、制御信号回路1
24はトランジスタ121へのベース駆動を除去し、タ
ーンオフ回路123を付勢する。 この動作は抵抗11
6を放電路から切り離し、トランジスタ111をターン
オフする。 電力用スイッチング・トランジスタ111
がターンオフすると、キャパシタ115Fi従来のスナ
ツパ回路と同じくダイ軌 オード114を介して再び充電さヅる。 こゆ新しい
充電電荷は電力用スイッチング・トランジスタ111が
次にターンオンされるまでキャパシタ115に保持され
、前述した過程を繰シかえず。
24はトランジスタ121へのベース駆動を除去し、タ
ーンオフ回路123を付勢する。 この動作は抵抗11
6を放電路から切り離し、トランジスタ111をターン
オフする。 電力用スイッチング・トランジスタ111
がターンオフすると、キャパシタ115Fi従来のスナ
ツパ回路と同じくダイ軌 オード114を介して再び充電さヅる。 こゆ新しい
充電電荷は電力用スイッチング・トランジスタ111が
次にターンオンされるまでキャパシタ115に保持され
、前述した過程を繰シかえず。
第!図は本発明の好ましい特定の実施例を示す。 ダー
リントン形式のトランジスタ対として示されている電力
用スイッチング・トランジスタ111は、用途によって
は、7個もしくは複数個の並列駆動トランジスタによっ
て駆動される複数個の並列の出力トランジスタで構成し
てもよい。
リントン形式のトランジスタ対として示されている電力
用スイッチング・トランジスタ111は、用途によって
は、7個もしくは複数個の並列駆動トランジスタによっ
て駆動される複数個の並列の出力トランジスタで構成し
てもよい。
スナツパ回路は、電力用スイッチング・トランジスタ1
11のコレクタ端子とエミッタ端子との間に直列に接続
されたダイオード114およびキャパシタ115t!:
有すると共に、ダイオード114とキャパシタ115と
の接続点に一端が接続された抵抗116を有する。 負
荷113と電源119とは、電力用スイッチング番トラ
ンジスタ111のコレクタ端子とエミッタ端子との間に
接続されている。
11のコレクタ端子とエミッタ端子との間に直列に接続
されたダイオード114およびキャパシタ115t!:
有すると共に、ダイオード114とキャパシタ115と
の接続点に一端が接続された抵抗116を有する。 負
荷113と電源119とは、電力用スイッチング番トラ
ンジスタ111のコレクタ端子とエミッタ端子との間に
接続されている。
ベース駆動回路の電源は、電力用スイッチング・トラン
ジスタ111のエミッタ端子を基準として端子117a
と117bとの間に接続されている。
ジスタ111のエミッタ端子を基準として端子117a
と117bとの間に接続されている。
さらに詳しく述べると、端子117aには電圧中Vが印
加され、端子117bKは電圧−■が印加されている。
加され、端子117bKは電圧−■が印加されている。
電力用スイッチング・トランジスタ111ノエミツタ
端子に接続されたゼロ・ボルトの線が両端子117aお
よび117bに印加された電圧の中間にある。 電圧降
下用抵抗121.ツェナーダイオード122およびキャ
パシタ123Fi光学カプラ124用の安定な電圧源と
して使用されている。
端子に接続されたゼロ・ボルトの線が両端子117aお
よび117bに印加された電圧の中間にある。 電圧降
下用抵抗121.ツェナーダイオード122およびキャ
パシタ123Fi光学カプラ124用の安定な電圧源と
して使用されている。
比較的短い立上りおよび立下シ時間を持つパルス幅変調
された形式のスイッチング制御信号が、当業者によって
周知の信号源(図示せず)から供給され、電力用スイッ
チング・トランジスタ111のターンオンおよびターン
オフを制御するために光学カプラの入力端子125aお
よび125bに印加される。 抵抗726によって上記
ゼロ・ボルトの線に接続された光学カプラ124の出力
は、論理ゲート127の入力に供給される。 論理ゲー
ト127ハその開放コレクタ出力が−V端子117bを
基準とする電力用ナンド(NAND)バッファである。
された形式のスイッチング制御信号が、当業者によって
周知の信号源(図示せず)から供給され、電力用スイッ
チング・トランジスタ111のターンオンおよびターン
オフを制御するために光学カプラの入力端子125aお
よび125bに印加される。 抵抗726によって上記
ゼロ・ボルトの線に接続された光学カプラ124の出力
は、論理ゲート127の入力に供給される。 論理ゲー
ト127ハその開放コレクタ出力が−V端子117bを
基準とする電力用ナンド(NAND)バッファである。
論理ゲート127の出力は、同様にナンド・バッファで
ある第2の論理ゲート128に供給されるとともに、第
一の論理ゲート128の入力を保護するためのダイオー
ド129によって最大ゼロ・ボルトの電位にクランプさ
れている。 論理ゲート128の出力端子は、電力用電
界効果トランジスタ(FET)1300ゲート端子に接
続されている。 F’ET 130はトランジスタ11
1を制御するスイッチとして動作する。 FET13
0のドレイン端子はトランジスタ111のベース端子に
接続され、ソース端子は電流制限抵抗143を介して一
■端子117bに接続されている。 7個の並列のトラ
ンジスタ段134a、 134b、 134cおよび1
34dよシ成るベース電流源が、トランジスタ111の
ベース端子と+V端子117aとの間に接続されている
。 各トラン ′ラスタ134のエミッタ端子は、対
応するエミッタ抵抗147を介してトランジスタ111
のベース端子に接続されている。 各トランジスタ13
4のコレクタは共通接続点に接続され、さらに逆電流阻
止ダイオード118を介して+V端子11’ra K接
続されている。
ある第2の論理ゲート128に供給されるとともに、第
一の論理ゲート128の入力を保護するためのダイオー
ド129によって最大ゼロ・ボルトの電位にクランプさ
れている。 論理ゲート128の出力端子は、電力用電
界効果トランジスタ(FET)1300ゲート端子に接
続されている。 F’ET 130はトランジスタ11
1を制御するスイッチとして動作する。 FET13
0のドレイン端子はトランジスタ111のベース端子に
接続され、ソース端子は電流制限抵抗143を介して一
■端子117bに接続されている。 7個の並列のトラ
ンジスタ段134a、 134b、 134cおよび1
34dよシ成るベース電流源が、トランジスタ111の
ベース端子と+V端子117aとの間に接続されている
。 各トラン ′ラスタ134のエミッタ端子は、対
応するエミッタ抵抗147を介してトランジスタ111
のベース端子に接続されている。 各トランジスタ13
4のコレクタは共通接続点に接続され、さらに逆電流阻
止ダイオード118を介して+V端子11’ra K接
続されている。
FET130 ノドレイン・ソース端子を介してトラ
ンジスタ111のベース端子とエミッタ端子との間に直
列に接続された電荷スイーピング(sweeping
)キャパシタ140とダンピング抵抗141とによって
、トランジスタ111のターンオフ時間は減少する。
すなわち、FET130が導通すると、キャパシタ14
0に蓄積された逆電荷によってトランジスタ111のエ
ミッタ・ベース接合を介して逆電流が流れて、急速にト
ランジスタ111を非導通にする。 抵抗141は/Ω
以下の抵抗値でよく、振動電流をダンピング(減衰)す
るように作用する。 抵抗142は、低電圧ベース駆動
電源が付勢されていない間に高電圧源119が作動され
た時の、トランジスタ11丁のベース接合のための漏洩
電流路を提供する。 −FET137とFET136と
より成るゲート回路が、ベース電流源のトランジスタ1
34に供給されるベース駆動電流を制御する。
ンジスタ111のベース端子とエミッタ端子との間に直
列に接続された電荷スイーピング(sweeping
)キャパシタ140とダンピング抵抗141とによって
、トランジスタ111のターンオフ時間は減少する。
すなわち、FET130が導通すると、キャパシタ14
0に蓄積された逆電荷によってトランジスタ111のエ
ミッタ・ベース接合を介して逆電流が流れて、急速にト
ランジスタ111を非導通にする。 抵抗141は/Ω
以下の抵抗値でよく、振動電流をダンピング(減衰)す
るように作用する。 抵抗142は、低電圧ベース駆動
電源が付勢されていない間に高電圧源119が作動され
た時の、トランジスタ11丁のベース接合のための漏洩
電流路を提供する。 −FET137とFET136と
より成るゲート回路が、ベース電流源のトランジスタ1
34に供給されるベース駆動電流を制御する。
FET137のドレイン端子は+V端子117aに接続
され、ソース端子は電流制限抵抗131を介して論理ゲ
ート127の出力端子に接続されている。 FET13
7のゲート端子は、電流制限抵抗145を介してダイオ
ード139とキャパシタ138との間の接続点に接続さ
れている。 ダイオード139とキャパシタ138がF
ET137のドレインおよびソース端子間に直列に接続
されていて、ダイオード139の極性は、キャパシタ1
38を+V端子117aから充電する向きになっている
。 並列接続されたスピードアップ・キャパシタ133
と電流設定抵抗132とを介して、駆動電流がFET1
37のソース端子からトランジスタ134のベース端子
に結合書れる。
され、ソース端子は電流制限抵抗131を介して論理ゲ
ート127の出力端子に接続されている。 FET13
7のゲート端子は、電流制限抵抗145を介してダイオ
ード139とキャパシタ138との間の接続点に接続さ
れている。 ダイオード139とキャパシタ138がF
ET137のドレインおよびソース端子間に直列に接続
されていて、ダイオード139の極性は、キャパシタ1
38を+V端子117aから充電する向きになっている
。 並列接続されたスピードアップ・キャパシタ133
と電流設定抵抗132とを介して、駆動電流がFET1
37のソース端子からトランジスタ134のベース端子
に結合書れる。
FET137は、ゲート・ソース端子間に接続されたF
ET136によって制御される。 好ましくは、FET
135は接合型FETであって、逆ゲート・バイアスが
かからない場合にはそのソース・トレイン間インピーダ
ンスは比較的低い。 FET136は、ダイオード13
5す介して論理ゲート128からFET136のゲート
端子に結合される信号によって非導通にされる。 プル
アップ抵抗144は、ケート128の出力が開放回路と
なった時にダイオード135が逆バイアスされるように
するためのものである。
ET136によって制御される。 好ましくは、FET
135は接合型FETであって、逆ゲート・バイアスが
かからない場合にはそのソース・トレイン間インピーダ
ンスは比較的低い。 FET136は、ダイオード13
5す介して論理ゲート128からFET136のゲート
端子に結合される信号によって非導通にされる。 プル
アップ抵抗144は、ケート128の出力が開放回路と
なった時にダイオード135が逆バイアスされるように
するためのものである。
光学カプラ124に制御信号が印加されていない時、第
1の論理ゲート127は飽和し、第2の論理ゲート12
8は開放となる。 従って、電力用FET130のゲー
ト電位が電源電圧+Vにまで引上げられ、とのFET1
30がターンオンする。 第1の論理ゲート127は、
抵抗131と、並列接続された抵抗132およびキャパ
シタ133とを介して、ダ個の並列の駆動トランジスタ
段134a、 134b。
1の論理ゲート127は飽和し、第2の論理ゲート12
8は開放となる。 従って、電力用FET130のゲー
ト電位が電源電圧+Vにまで引上げられ、とのFET1
30がターンオンする。 第1の論理ゲート127は、
抵抗131と、並列接続された抵抗132およびキャパ
シタ133とを介して、ダ個の並列の駆動トランジスタ
段134a、 134b。
134c、および134dのベースを負電位に保つ。
さらに、論理ゲート127および128の論理状態がダ
イオード135の逆バイアスを維持し、このためFET
136のゲートバイアスをゼロとする。 このゼロ・
ゲートバイアスはFET136をオンに維持しそしてV
−MOS形の駆動F’ET137をオフ状態に保つ。
イオード135の逆バイアスを維持し、このためFET
136のゲートバイアスをゼロとする。 このゼロ・
ゲートバイアスはFET136をオンに維持しそしてV
−MOS形の駆動F’ET137をオフ状態に保つ。
トランジスタのベース駆動を行うために、光学カプラ1
24の入力端子125aおよび125bにスイッチング
電流が印加される。 この結果、論理ゲートの出力はそ
の論理状態を変える。 論理ゲート128の出力は−V
電源電圧に引き下げられて、ただちにFET130をタ
ーンオフするとともに、FET136 に負のゲートバ
イアスを印加してこれをターンオフする。 FET1
36が開放されると、キャパシタ138の電荷の一部が
FET137の入力容量に放出されてこのFETをター
ンオンする。 FET137がターンオンすると、そ
のゲートは、逆バイアスされるダイオード139によっ
てブートストラップ作用で電源電圧以上に高くな、!0
.FET137をオン状態に維持する。 キャパシタ1
33はスピードアップ・キャパシタであって、電流設定
抵抗132をバイパスすることによって、ターンオンの
際、駆動段134a、 134b、 134c、および
134dに一層大きなベース電流を供給する。 このス
ピードアップ回路の時定数は、スナツパ回路の放電時定
数と等しいかあるいはそれよ多少し長めに設定されてい
る。 このため、電力用スイッチング・トランジスタ1
11のターンオン時の立上シ時間が改善され、かつ、駆
動トランジスタ134aがら134dでの損失が減少す
る。
24の入力端子125aおよび125bにスイッチング
電流が印加される。 この結果、論理ゲートの出力はそ
の論理状態を変える。 論理ゲート128の出力は−V
電源電圧に引き下げられて、ただちにFET130をタ
ーンオフするとともに、FET136 に負のゲートバ
イアスを印加してこれをターンオフする。 FET1
36が開放されると、キャパシタ138の電荷の一部が
FET137の入力容量に放出されてこのFETをター
ンオンする。 FET137がターンオンすると、そ
のゲートは、逆バイアスされるダイオード139によっ
てブートストラップ作用で電源電圧以上に高くな、!0
.FET137をオン状態に維持する。 キャパシタ1
33はスピードアップ・キャパシタであって、電流設定
抵抗132をバイパスすることによって、ターンオンの
際、駆動段134a、 134b、 134c、および
134dに一層大きなベース電流を供給する。 このス
ピードアップ回路の時定数は、スナツパ回路の放電時定
数と等しいかあるいはそれよ多少し長めに設定されてい
る。 このため、電力用スイッチング・トランジスタ1
11のターンオン時の立上シ時間が改善され、かつ、駆
動トランジスタ134aがら134dでの損失が減少す
る。
ターンオン時に、スナツパ回路のキャパシタ115ハ、
a抗iia、IE動段134a、 134b、134c
。
a抗iia、IE動段134a、 134b、134c
。
および134d、 兼びに電力用スイッチング・トラ
ンジスタ111のベース−エミッタ接合を介して放電す
る。 スナツパ回路のキャパシタ115が放電している
間、ダイオード118は逆バイアスされている。 電荷
が減少するに従ってベース電流の電源はスナツパ回路の
キャパシタ115がら+vt源電圧電圧行する。
ンジスタ111のベース−エミッタ接合を介して放電す
る。 スナツパ回路のキャパシタ115が放電している
間、ダイオード118は逆バイアスされている。 電荷
が減少するに従ってベース電流の電源はスナツパ回路の
キャパシタ115がら+vt源電圧電圧行する。
光学カプラ124への制御信号が除かれると。
論理ゲート127Fiターンオンし、論理ゲート128
はターンオフする。 その結果、FET130はただち
にターンオンする。 FET135もターンオンしてF
ET137のゲートバイアス電圧を短絡するので。
はターンオフする。 その結果、FET130はただち
にターンオンする。 FET135もターンオンしてF
ET137のゲートバイアス電圧を短絡するので。
FET137をターンオフする。 そこでブートストラ
ップ用キャパシタ138が再びダイオード139を介し
て電源電圧にまで充電される。 キャパシタ133け駆
動段のターンオフを早めるのに役立つ。
ップ用キャパシタ138が再びダイオード139を介し
て電源電圧にまで充電される。 キャパシタ133け駆
動段のターンオフを早めるのに役立つ。
FET130のソース回路に接続されたキャパシタ14
0は、ターンオフ遷移期間中の電流路を提供する。 こ
のキャパシタは、電力用スイッチング・トランジスタ1
11がオン状態であり、 FET130がオフ状態にな
っている間、抵抗141を介して再び充電される。
0は、ターンオフ遷移期間中の電流路を提供する。 こ
のキャパシタは、電力用スイッチング・トランジスタ1
11がオン状態であり、 FET130がオフ状態にな
っている間、抵抗141を介して再び充電される。
トランジスタ111がターンオフする前にキャパシタ1
15を放電して常にバイアス電源電圧にまで下げておき
、次に繰フ返される同様のスナツパ機能を確実にするよ
うなスナツパ放電時定数を選定する必要がある。
15を放電して常にバイアス電源電圧にまで下げておき
、次に繰フ返される同様のスナツパ機能を確実にするよ
うなスナツパ放電時定数を選定する必要がある。
第4Aおよび48図は、プッシュプル形電力スイッチを
形成するために同じ回路を2個用いた基本的な電力スイ
ッチ回路を示す。 各々のベース駆動回路212aおよ
び212b には交互の半サイクル毎にスイッチング信
号が供給される。 画業者にとって、第≦Aおよび6B
図に示される構成は半ブリツジ形であり、また電源のセ
ンタータップな別な2個の電力スイッチ回路に置きかえ
ることによって全ブリッジ形にすることもできることが
理解されるであろう。 このようなプッシュプル構成は
、パルス幅変調(PWM)システムに使用されている。
形成するために同じ回路を2個用いた基本的な電力スイ
ッチ回路を示す。 各々のベース駆動回路212aおよ
び212b には交互の半サイクル毎にスイッチング信
号が供給される。 画業者にとって、第≦Aおよび6B
図に示される構成は半ブリツジ形であり、また電源のセ
ンタータップな別な2個の電力スイッチ回路に置きかえ
ることによって全ブリッジ形にすることもできることが
理解されるであろう。 このようなプッシュプル構成は
、パルス幅変調(PWM)システムに使用されている。
誘導性負荷を駆動する場合、変調周波数が基本周波数
よ)もかなシ高ければ、負荷は定電流源とみなされる。
よ)もかなシ高ければ、負荷は定電流源とみなされる。
ある半サイクルのとき、負荷電流は、一方のトランジ
スタとその対応するクランプ・ダイオード路220との
間で交互にスイッチングされ、他方のトランジスタとそ
の対応するクランプ・ダイオード220 jd導通しな
い。
スタとその対応するクランプ・ダイオード路220との
間で交互にスイッチングされ、他方のトランジスタとそ
の対応するクランプ・ダイオード220 jd導通しな
い。
第6A図に示された従来のスナツパ回路を用いたプッシ
ュプル形電力スイッチにおいては、交互のスナツパ回路
は負荷に接続されたま\であり。
ュプル形電力スイッチにおいては、交互のスナツパ回路
は負荷に接続されたま\であり。
各PWMサイクルの間の各フリーホイール(freew
heel ing )期間の間、交互のスナツパ回路は
放電抵抗を介して負荷に放電される。 変調されるトラ
ンジスタが再びターンオンすると、交互のスナツパ回路
が再度充電されるまで、大きなピークコレクタ電流が該
スナツパ回路を介して流れる。
heel ing )期間の間、交互のスナツパ回路は
放電抵抗を介して負荷に放電される。 変調されるトラ
ンジスタが再びターンオンすると、交互のスナツパ回路
が再度充電されるまで、大きなピークコレクタ電流が該
スナツパ回路を介して流れる。
このため基本周波数の両手サイクルにおいて放電抵抗は
大きな電力を消費する。 さらに、大きなピーク充電電
流のため、スナツパ回路のキャパシタとして過大な定格
のものを使用しなければならない。
大きな電力を消費する。 さらに、大きなピーク充電電
流のため、スナツパ回路のキャパシタとして過大な定格
のものを使用しなければならない。
第にB図に示されるように、本発明の改良されたスナツ
パ回路を使用することによシ、スナツパ回路のダイオー
ド214を経由する漏洩電流を除けば、スナツパ回路の
キャパシタ215は自動的に半サイクルの間負荷から切
シ離される。 交互のスナツパ回路キャパシタおよび変
調されるトランジスタの両者から大き々ピーク電流が排
除される。
パ回路を使用することによシ、スナツパ回路のダイオー
ド214を経由する漏洩電流を除けば、スナツパ回路の
キャパシタ215は自動的に半サイクルの間負荷から切
シ離される。 交互のスナツパ回路キャパシタおよび変
調されるトランジスタの両者から大き々ピーク電流が排
除される。
スナツパ回路の抵抗216は半サイクルの間だけ電力を
消費し、損失を!θチ減らす。 第ざ図は、PWMの7
サイクルにおけるスナツパ回路のキャパシタ電流の概略
を例示している。 第を図の左半分はチョッピングの半
サイクルであり、右半分はオフの半サイクルである。
一点鎖線の正弦波は平均負荷電流をあられす。 チョッ
ピングおよびオフの両手サイクルの間のパルス電流は、
従来のスナツパ回路に固有のものである。 本発明の新
しいスナツパ回路を用いることによって、オフ 3の
半サイクルに示されているパルス電流は排除される。
オフの半サイクルの間の大きな正のピーク電流スパイク
が排除されることによシ、スナツパ回路の部品および電
力用スイッチング拳トランジスタに及ぼすストレスが少
なくなる。
消費し、損失を!θチ減らす。 第ざ図は、PWMの7
サイクルにおけるスナツパ回路のキャパシタ電流の概略
を例示している。 第を図の左半分はチョッピングの半
サイクルであり、右半分はオフの半サイクルである。
一点鎖線の正弦波は平均負荷電流をあられす。 チョッ
ピングおよびオフの両手サイクルの間のパルス電流は、
従来のスナツパ回路に固有のものである。 本発明の新
しいスナツパ回路を用いることによって、オフ 3の
半サイクルに示されているパルス電流は排除される。
オフの半サイクルの間の大きな正のピーク電流スパイク
が排除されることによシ、スナツパ回路の部品および電
力用スイッチング拳トランジスタに及ぼすストレスが少
なくなる。
第3図のプッシュプル構成は、多相システムに適用でき
、その−例が第7図に示されている。
、その−例が第7図に示されている。
具体的に云うと、第7図は三相システムを示し、これは
容易にn相システムに拡張できる。 この構成において
も、第3図に示した簡単なプッシュプル構成と同様の利
点がある。
容易にn相システムに拡張できる。 この構成において
も、第3図に示した簡単なプッシュプル構成と同様の利
点がある。
第7図は従来のスナツパ回路の回路図。
第2図は第1図に示す従来のスナツパ回路のコレクタ電
流波形を示す波形図、 第3図は本発明のスナツパ回路の回路図。 第9図は第3図に示す本発明のスナツパ回路のコレクタ
電流波形を示す波形図。 第!図は本発明−め゛特定の好ましい実施例を示す回路
図。 第1a図は第1図に示す従来のスナツパ回路を用いたプ
ッシュプル構成の簡略化した回路図。 第、<b図は第3図に示す回路を用いたプッシュプル構
成の簡略化した回路図、 第7図は第に図に示すプッシュプル構成を三相負荷に適
用した回路図、 第ざ図はチョッピング動作モードで動作するプッシュプ
ル・システムにおげろ、基本周波数波形の/サイクルの
間にスナツパ回路のキャパシタに流入および流出する電
流の概略を示す波形図。 そして。 第2図は、本発明の特定の実施例の回路図である。 11、111.211a、 211b −−−トランジ
スタ、12゜212a、’212b −−−ベース駆動
回路、13.113゜213−−一負荷、 14.11
4.214a、 214b −−−ダイオード、 1
5.115.215&=、 215b −−−キャzf
シタ、16.116.216a、 216b −−一抵
抗、 17.19゜119、11,7a、 117b、
217a、 217b、 219a、 219+)
−m−電源、 18.118.218a、 218b
−−−ダイオード、20.120.220a、 220
b−−−クランプ・ダイオード。 「■〔霞 [−ε3 −62 IC4
流波形を示す波形図、 第3図は本発明のスナツパ回路の回路図。 第9図は第3図に示す本発明のスナツパ回路のコレクタ
電流波形を示す波形図。 第!図は本発明−め゛特定の好ましい実施例を示す回路
図。 第1a図は第1図に示す従来のスナツパ回路を用いたプ
ッシュプル構成の簡略化した回路図。 第、<b図は第3図に示す回路を用いたプッシュプル構
成の簡略化した回路図、 第7図は第に図に示すプッシュプル構成を三相負荷に適
用した回路図、 第ざ図はチョッピング動作モードで動作するプッシュプ
ル・システムにおげろ、基本周波数波形の/サイクルの
間にスナツパ回路のキャパシタに流入および流出する電
流の概略を示す波形図。 そして。 第2図は、本発明の特定の実施例の回路図である。 11、111.211a、 211b −−−トランジ
スタ、12゜212a、’212b −−−ベース駆動
回路、13.113゜213−−一負荷、 14.11
4.214a、 214b −−−ダイオード、 1
5.115.215&=、 215b −−−キャzf
シタ、16.116.216a、 216b −−一抵
抗、 17.19゜119、11,7a、 117b、
217a、 217b、 219a、 219+)
−m−電源、 18.118.218a、 218b
−−−ダイオード、20.120.220a、 220
b−−−クランプ・ダイオード。 「■〔霞 [−ε3 −62 IC4
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 / 少なくとも/個O電力用トランジスタを含み、負荷
と電源との接続および切断を交互に行うために制御信号
に応じて該トランジスタを導通と非導通状態との間で急
速にスイッチングする形式のスイッチング・トランジス
タ回路に使用される改良スナツパ回路であって。 (a) 前記トランジスタのベース端子とエミ・ツタ
端子との間に接続されたベース駆動回路と。 (b) 前記トランジスタのコレクタ端子とエミッタ
端子との間に直列に接続されたダイオードならびにキャ
パシタと、これらダイオードとキャパシタの接続点に一
端が接続された・抵抗と、(C) 前記抵抗の他端を
前記ベース駆動回路に接続する手段とを有し、前記トラ
ンジスタが導通状態に切換えられた時、前記抵抗が前記
キャパシタの放電路を形成して、前記トランジスタにベ
ース駆動増大電力を供給するようにしたスナツパ回路。 λ、前記電力用トランジスタがダーリントン形式に接続
された複数個のトランジスタである前記特許請求の範囲
第1項記載のスナツパ回路。 3 前記ベース駆動回路に接続された電源電圧を前記キ
ャパシタの放電から隔離する第2のダイオードを有する
前記特許請求の範囲第7項記載のスナツパ回路。 Q (a) 各々ベース、コレクタおよびエミッタ
を有し、当該館1のバイポーラ・トランジスタのエミッ
タが当該館コのバイポーラ・トランジスタのコレクタに
接続されている第1および第2のバイポーラ・トランジ
スタと。 (b) 前記第1および第2のバイポーラ・トランジ
スタのベースとエミッタとの間に夫々接続されていて、
交互の半サイクル中にパルス源に応答して該第7および
第2のバイポーラ−トランジスタをオンおよびオフに切
換える第1および第コのベース駆動回路と。 (C) 前記第1のバイポーラ・トランジスタのエミ
ッタと前記第一のバイポーラ・トランジスタのコレクタ
との接続点に接続された負荷と、(d) 前記第7お
よび第2のバイポーラ・トランジスタに対し夫々設けら
れた第7及び第一のスナツパ回路であって、各スナツパ
回路が、対応するバイポーラ・トランジスタのコレクタ
とエミッタとの間に直列に接続されたダイオードおよび
キャパシタと、これらダイオードとキャパシタの接続点
に一端が接続された抵抗とを有する。第1および第2の
スナツパ回路と。 (e) 前記第1および第2のスナツパ回路の夫々の
前記抵抗の他端を前記第1および第2のベース駆動回路
に夫々接続する第1および第一の手段とを有し、前記第
1および第一のバイポーラ会トランジスタの内の一方の
トランジスタが導通状態に切換えられた時、前記第1お
よび第一のスナツパ回路の内の対応する前記抵抗が前記
キャパシタの放電路を形成して、該トランジスタにベー
ス駆動増大電力を供給するようにした。電力用スイッチ
ング・トランジスタ回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/283,219 US4414479A (en) | 1981-07-14 | 1981-07-14 | Low dissipation snubber for switching power transistors |
| US283219 | 1981-07-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5826568A true JPS5826568A (ja) | 1983-02-17 |
| JPH0328847B2 JPH0328847B2 (ja) | 1991-04-22 |
Family
ID=23085066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57120700A Granted JPS5826568A (ja) | 1981-07-14 | 1982-07-13 | 電力用スイッチング・トランジスタ用のスナッバ回路 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP0070158B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5826568A (ja) |
| DE (1) | DE3270984D1 (ja) |
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- 1982-07-13 JP JP57120700A patent/JPS5826568A/ja active Granted
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