JPS60142716A - 電子式交流電圧可変装置 - Google Patents

電子式交流電圧可変装置

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JPS60142716A
JPS60142716A JP58251206A JP25120683A JPS60142716A JP S60142716 A JPS60142716 A JP S60142716A JP 58251206 A JP58251206 A JP 58251206A JP 25120683 A JP25120683 A JP 25120683A JP S60142716 A JPS60142716 A JP S60142716A
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voltage
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power supply
drain
resistor
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Takashi Deguchi
隆 出口
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current 
    • G05F1/12—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is AC
    • G05F1/40—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is AC using discharge tubes or semiconductor devices as final control devices
    • G05F1/44—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is AC using discharge tubes or semiconductor devices as final control devices semiconductor devices only
    • G05F1/445—Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is AC using discharge tubes or semiconductor devices as final control devices semiconductor devices only being transistors in series with the load

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は交流電源に接続される比較的軽負荷の2 ペー
ジ 電圧制御を行うもので、主として、誘導電動機の速度制
御、電灯、ヒータ等の電力制御等に適する。
従来例の構成とその問題点 従来例について第1図〜第3図を用いて説明す。
るO 第1図は一般に広く知られる出力電圧可変型単巻変圧器
(以下スライダックと呼ぶ〕全示す。1は交流電源、2
はスライダ叩り、3はスライダック2の出力タップ、4
は負荷である。いまスライダック2の入力に印加さtl
、7’(交流電源1の電源電圧vIは一出力タツブ3の
位置により比例的に減少して、負荷4に負荷電圧vLと
して印加される。
電源電圧vIと、負荷電圧VCの様子を・第3図にそれ
ぞれ実線及び破線を用いて示す。
スライダック2により交流出力電圧全可変する方式は構
造が簡単で・割合安価なため広く使用されているが・欠
点としては・重量が重く、構造が機械的であるため、シ
ステムとして制御するには不適であるということが上げ
られる。また、出力電圧を決定する要因は1機械的な接
触による為、3 ページ 長期信頼性、環境信頼性が低いという問題点もある。
次に電子式の交流電圧可変方式の一例を第2図に示す。
6.6はダイオード、7ばNPN)ランジスタ8はPN
P)ランジスタ、9け固定抵抗器%1゜は可変抵抗器で
ある。1及び4Fi第1図と共通である。固定抵抗器9
及び可変抵抗器1oにより。
NPN)ランジスタとPNP)、ランジスタ8のそれぞ
nベース電圧が決定され、エミッタの電位が決定し、従
って負荷4に印加される電圧が決まる□交流電源1の正
相及び逆相にそれぞれのトランジスタ7.8が対応し、
交流電源1と・負荷4に印加される電圧との差、即ち電
圧降下分はトランジスタ7及び8のVcEとして消費さ
れる。ダイオード5及び6はそれぞれのトランジスタ7
.8が逆バイアスさtl、た際のベースコレクタ電流を
阻止する為に必要である。
第2図の回路によっても電源電圧vI及び負荷電圧vL
の電圧波形は第3図の様になる。
特開昭GO−14271G(2) 第2図によれば、可変抵抗器10を可変することにより
負荷電圧VL2可変することができるが、主に電力消費
を行うトランジスタ7.8が2素子となること・相互の
コレクタに絶縁が必要なこと等により、小型化、低価格
化に限界がある。=1.たトランジスタ7.8のベース
に入っている可変抵抗器1oの両端には負荷電圧VLが
常に印加されており、結局、可変抵抗器10[は、交流
電源1の電圧V工相当の耐圧が必要になり、更に出方を
安全可変操作するために絶縁も必要になる。従ってこの
回路をマイクロコンピュータ等を用すてシステム化する
ためには、絶縁、高耐圧の制御素子が必要となり・コン
パクトなシステムには適合しなくなってしまう。
発明の目的 本発明は上記従来例の問題点全克服し、単純な回路構成
で、システム化も可能な比較的軽負荷を対象とした電力
コントロールを目的とするものである。
発明の構成 5ベジ 第13図に本発明の構成図を示す。
11はダイオードブリッジ、12はパr7−MO3FE
T(以下FETと略す〕である。また18はダイオード
である。すなわち本発明は、単相交流電源13より・一
端金負荷4を介し、他端を直接に、それぞれダイオード
ブリッジ11の交流入力に接続し、前記ダイオードブリ
ッジ11の直流出力に、前記パワーMO8FETのドレ
イン及びソース全接続し、前記ドレイン及びソースに並
列に、固定抵抗器及び可変抵抗器及び1個または複数個
のダイオード18の直列回路全接続し、更に前記固定抵
抗器及び可変抵抗器の接続点に前記パワーMO8FET
のゲートを接続し、前記パワーMO8FETと前記ダイ
オード18を熱結合し、前記可変抵抗器の抵抗値を可変
することにより、前記負荷に印加される電圧を可変する
構成としたものである。
実施例の説明 第6図に本発明の前程例全示し、NチャンネルのFIE
T12のドレーンソース間には電源電圧V76 ページ から負荷電圧vLを差引いた電圧が印加されており(以
下ドレイン電圧vDsと略す)、ドレイン電圧を固定抵
抗器9と・可変抵抗器1oと直流電源Vl)Qで分圧さ
れた電圧がゲートソース間に印加されている(以下ゲー
ト電圧VflrSと略す〕。
直流電源vDCはダイオード18部、固定抵抗器16、
コンデンサ16により構成されており、ゲート電圧VH
8に直流バイアスを与えている。
第7図、第8図はFE712の特性図である。第7図u
I2)S−V(、B%nkTfO’Ih常−FETKは
スレッシュホールド電圧vTHがあり、ゲルト電圧vG
sがスレッシュホールド電圧vTH’に越する、ON領
域に入ってドレイン電流よりSが流れる。
第6図に示す直流電源vD、aF1このスレ・・シュボ
ールド電圧vTHを補償するもので・適度な留金選択す
ることにより・負荷電圧vL17)波形を改善する〇第
8図は・よりS ’DS特性を示す。ゲート電圧v、s
ヲハラメータとして、ドレイン電流より8トドレイン電
圧vDsの関係がめられる。第7図中の一点鎖線が第4
図に示す回路の動作点を示している〇7 ベージ よりPはV L = V 1のときのピークドレイン電
流値を示す。vnpはVL =o即ちVDs = Vl
 ノ(!: キノピークドレイン電圧値を示す。ゲート
電圧’GSO値を上昇させるとドレイン電流”DSは増
加方向・ドレイン電圧vDsは減少方向へ動作点が移動
する。
更に電源電圧v工は交流電圧であるので、電圧位相によ
り、一点鎖線で示す動作点ラインが第7図の矢印方向に
移動する。
従って第4図に示す可変抵抗器10の値をある値にセッ
トすると、工。P ’DPe結ぶ動作点ライン上の一点
に動作黒人がめられる。電源電圧Vlの位相により、動
作点は上記動作黒人とよりsとvDSの原点を結ぶほぼ
直線上を移動することになる〇 第9図に電源電圧VIと負荷電圧VLの関係を示ス。前
述のゲートのスレッシュホールド電圧vTHを直流電源
vDcで補償しているので・負荷電圧VLはほぼ電源電
圧vIに相似している。
しかし、厳密に解析すると、第9図(a)の如く。
特開昭GO−142716(3) 直流電源vDcとが比較的高い値のときは、負荷電圧v
Lが高いときは正弦波に近いが、負荷電圧VLが低いと
きは台形波に近くなる。また直流電源VDCとが比較的
低い値のときは、第9図(b)の様に、負荷電圧VLが
低いときに正弦波に近く、高いときには三角波に近づい
てくる。これはゲートのスレッシュホールド電圧VTR
が、ドレイン電流の減少とともに低下するためである。
即ち、負荷電圧vLの低い領域は、ゲートの直流バイア
ス、つまり直流電゛源vDCの値も低くてよいという相
関がある。
ここでゲートの直流バイアスの電圧補正を実施した例を
第4図に示す。
第6図の直流電源vDcの代わりに、ダイオード部18
を入几でおり、ゲートのスレ噌シュホールド電圧vTH
の補償として・ダイオード部18の順方向降下電圧vF
を採用している。
第6図はダイオードのI F Vxi特性図でアル。
このIF Vy特性Ir!第7図に示す。FET12の
より5−vGS特性に極めてよく近似している。この近
似した両者の特性全組合せて、FET12のゲ9 ペー
ジ ートのスレッシュホールド電圧vTHの影響全打消して
いるため、電源電圧v工及び負荷電圧VLの電圧波形を
殆んど近似することができる。この様子を第10図両に
示す。
また第10図(a)、 (b)、 (c)にそれぞれド
レイン電圧VDS、ゲート電圧vGS、ダイオード18
部の順方向降下電圧vyの波形を示す。順方向降下電圧
vFO値がドレイン電圧VDSの減少とともに減少し、
ゲート電圧”GSも減少している様子を示している。
一般にFIETのゲートのスレッシュホールド電圧VT
Rは一定の範囲でバラつぐものが多いが、ダイオード1
8部のダイオードの品種及び個数を調整すれば、スレ9
シユホールド電圧VTHfl容易に補正することができ
る。
一方、FET12(d電力を制御する素子でありドレイ
ン電圧vDSとして電源電圧v工から負荷電圧V4,2
差引いた値、ドレイン電流IDSとして負荷通電電流が
流れる。従−てFET12の消費電力PDtriPD=
VDE3xよりSとhD、FEr12io 、、、、、
! か゛ら熱となって放電する。従ってFET12には負荷
に応じて放熱版を取付けるが、このときFET12のチ
ップ温度はかなり上昇する。このときFRTl 2のゲ
ートのスレッシュホールド電圧fd第11図に示す様に
温度特性を持−ており・チップ温度の上昇と共に低下す
る傾向がある0第11図(a)[F E T 12のr
ns−yes特性の温度による変化を示す。第11図(
b)Hドレイン電流を一定としたときのVGSの温度特
性を示す。
一方、第12図にダイオードの一般的な順方向降下電圧
vFの温度特性を表している。第12図(a)は温度を
パラメータとしたxy−vl特性・第12図(b)はダ
イオードの順方向電流Iy2一定としたときのvyの温
度特性を示す。
第11図、第12図かられかる様にFET12のvGS
及びダイオードのVFは同様の温度特性を示しているの
で・これら全熱結合すると・ゲートのスレッシュホール
ド電圧VTH■温度補償をすることができる0これ金行
ったのが本発明である。
第13図に本発明の一実施例による回路を示す11 、
・−ジ 回路構成は・第4図に示すものと同様であるが。
ダイオード18部のうちの一本のダイオード182 F
 W T 12と熱結合している0ここでvGSの温度
変化電圧特性とVFの温度変化電圧特性をほぼ一致する
様にダイオード18を選択する。
第14図HFET12とダイオード18の熱結合の一例
で、ダイオード18とFl!:T12のプラスチックモ
ールドのチップ上部に接着している。
この結果、第16図に示す負荷電圧特性が得らn るo
第15図(a)はFKT12とダイオード18部が熱結
合されていない場合、第16図(b)は熱結合されてい
る場合を示す。
第15図(IL)でけFKTl 2のチップ温度TQが
上昇すると、負荷電圧VLも上昇する傾向があるが、第
16図(b)で1FET12のチーブ温度TCの変化に
もかかわらず、負荷電圧VLは安定している。−発明の
効果 本発明によれば、比較的軽負荷の電力制御全コンパクト
に・安価に提供でき・システム化モ容易にできるという
すぐれた特徴を持っている。
第1の特徴は、電力制御用の素子が1素子で実現できる
ことである。
第2VC出力をコントロールする部分、即ち第4図に於
ける可変抵抗器10に印加される電圧が低いことである
。この電圧はゲート電圧VGSであるので通常の場合1
ov程度を上限として制御できる。従って・交流電源1
00Vまたけ200V系の制御を行うvcは極めて低い
制御電圧であり、フォトカプラ等を使用して、容易にマ
イクロコンピュータ等と組合せて、システム化すること
力1できる。
更に、回路構成が極めて単純であり・安価に構成できる
こと・各部品のショートオーブン等の異常時に対しても
・回路の電源側に負荷が入っていることから、安全性が
高いという利点を有している0また負荷電圧VLのひず
みも実用上支障のない範8におさめることができる。ま
た周囲温度変化、負荷変化に対しても安定した出力を得
ることができる■ 以上・種々の優t1.た効果を有しており、比較的13
、、−ジ 軽負荷の電圧制御をシステム的に行う手段として最適の
ものとなるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図はスライダック金柑いた従来例の回路図。 第2図はトランジスタを用いた従来例の回路図。 第3図は第1図、第2図の電圧制御波形図、第4図は本
発明の前程例を示す回路図・第6図はダイオードのIF
 VF特性図、第6図は第4図の回路を直流電源バイア
スで実施した回路図、第7図はPKToInS−VGS
特性図、第8図FiFICTのID5−vns特性図、
第9図は第6図の回路による電圧制御波形図、第10図
は第4図の回路による電圧制御波形図、第11図けFI
CTのV(、Bの温度特性図・第12図はダイオードの
VFの温度特性図、第13図は本発明の一実施例を示す
回路図・第14図けFIT及びダイオードを熱結合した
状態を示す構成図、第16図は熱結合の有無による負荷
電圧波形図である。 1・・・・・・交流電源、4・・・・・・負荷、9・・
・・・・固定抵抗器、10・・・・・・可変抵抗器、1
1・旧・・ダイオードブ14 /、−シ リ、ジ、12・・・・・・パワーMO5FET、18・
・・・・・ダイオード。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名WI
R城 筐 A IvI 第 5 図 VF(V) 刃 l 介 第7図 第 8 図 第9図 第10図 第11図 Vies (V) Tc (ρC) 第12図 VF/77) 7a(’(:) 第13図 第14図 (αj lb)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ダイオードブリッジの交流入力の一端は負荷を介して・
    また他端は直接それぞれ単相交流電源に接続し、前記ダ
    イオードブリッジの直流出力にはパワーMO8FETの
    ドレイン及びソースを接続し・前記ドレイン及びソース
    に並列に、固定抵抗器及び可変抵抗器及び1個ま7?:
    II′i、複数個のダイオードの直列回路を接続し、更
    に、前記固定抵抗器及び可変抵抗器の接続点に前記パワ
    ーMO3FICTのゲートを接続し・前記パワーMO8
    F!Tと前記ダイオードを熱結合し、前記可変抵抗器の
    抵抗値全可変することにより、前記負荷に印加される電
    圧を可変する構成とした電子式交流電圧可変装置0
JP58251206A 1983-12-29 1983-12-29 電子式交流電圧可変装置 Granted JPS60142716A (ja)

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JP58251206A JPS60142716A (ja) 1983-12-29 1983-12-29 電子式交流電圧可変装置

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JPH0475529B2 JPH0475529B2 (ja) 1992-12-01

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2522507A (en) * 2014-01-22 2015-07-29 Malcolm David Wright Electrical energy trap

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2522507A (en) * 2014-01-22 2015-07-29 Malcolm David Wright Electrical energy trap

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JPH0475529B2 (ja) 1992-12-01

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