JPS6062864A - 半導体スイツチのベ−ス駆動回路 - 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】 （発明の属する技術分野） 本発明は、例えば電力変換器等に使用するパワートラン
ジスタまたはゲートターンオフサイリスタ（以下ＧＴＯ
と称す）等の半導体スイッチのベース駆動回路に関する
。

（従来技術とその問題点） 電力変換器等に使用するバイポーラトランジスタ等にお
いては、そのベース駆動のために、かなり多くの電力消
費を伴うので、電力損失が少ないベース駆動回路が望ま
れる。また、トランジスタのオン電圧を低くして主回路
の損失を少なくすること、およびターンオフ時間を短く
することが望まれる。

このような要望に適したベース駆動回路の１つとして、
第１図に示されるような、変流器を利用したベース駆動
回路が、特公昭５１−１８１４４号公報に開示されてい
る。

第１図に示されるように、半導体スイッチとしてのトラ
ンジスタ３の主回路に挿入された変流器ｌの３次巻線１
３を介して、オンオフパルス発生器２から、変流器１の
２次巻線１２に正のパルス電圧を与えると、トランジス
タ３のベースに順バイアス方向にパルス電圧が与えられ
、トランジスタ３がターンオンして、トランジスタ３の
コレクタに電流ｉｃが流れる。このようにしてトランジ
スタ３の主回路に電流が流れ、変流器１の１次巻線１１
に電流が流れると、変流器ｌにおける１次巻線１１と２
次巻線１２との間の変流比をＫとすると、下記式 ％式％ で得られる電流１Ｂがトランジスタ３のベースに正帰還
の形態で流れ、トランジスタ３はオン状態を持続する。

なお、第１図において、４はトランジスタ３に電流を供
給する電源、５は電源４とトランジスタ３との間に設け
た負荷である。

一方、このようにオンしているトランジスタ３をターン
オフするには、オンオフパルス発生器２から、前記正帰
還量を打ち消すことができる大きな値の負のパルス電圧
を、変流器１の３次巻線１３から２次巻線１２に与えれ
ばよい。

オンオフパルス発生器２からのオンオフパルス電圧と、
トランジスタ３における電流ｉＢおよびｉｃとの関係の
一例を第２図に示す。

第２図からも明らかなように、第１図示のようなベース
駆動回路においては、ＧＴＯのように、パルス状のベー
ス駆動電力でトランジスタ３をターンオンおよびターン
オフすることができるので、比較的小さな電力で大きな
電流を駆動することができるという利点がある。

しかしながら、このようなベース駆動回路においては、
次のような欠点がある。

１）変流器の適正な変流比Ｋを得ることが難しい。

すなわち、変流比Ｋが過大であると、トランジスタ３の
コレクタに過大電流が流れたときにトランジスタ３の直
流電流増巾率ｈＦＥが低下するので、トランジスタ３が
ターンオフしてしまうおそれがある。一方、変流比Ｋが
過小であると、電流ｉＢが流れすぎて、トランジスタ３
が深く飽和しすぎてしまい、その結果、トランジスタ３
のターンオフに要する時間か長くなってしまう。

２）トランジスタ３の主回路に電流か継続して流れるこ
とによって、変流器１内の磁束は飽和してしまうので、
トランジスタ３を連続して長時間オンしておくことがで
きない。

（発明の目的） そこで、本発明の目的は、変流器を利用したベース駆動
回路における上述した欠点を解消し、変流器の変流比を
最大限に設定して半導体スイッチのベースを適正な値の
電流で駆動することができ、しかも短い時間で半導体ス
イッチをターンオフすることができる半導体スイッチの
ベース駆動回路を提供することにある。

（発明の要点） 本発明は、半導体スイッチの主回路に流れる電波・を、
変流器を介して半導体スイッチのベースに正帰還する第
１順バイアス電流供給手段と、第１順バイアス電流供給
手段と並列に設けられ宴巴半導体スイッチのオン電圧を
検出してこのオン電圧に見合った電流を別電源から半導
体スイッチのベースに順バイアス方向に供給する第２順
バイアス電流供給手段とを具えるように構成する。

（発明の実施例） 第３図は本発明にかかる半導体スイッチのベース駆動回
路の一実施例を示す回路図である。第３図において第１
図と同一部分は同一符号で示し、その詳細な説明は省略
する。

第３図に示されるように、６は第１順バイアス電流供給
回路、７は第２順バイアス電流供給回路、８は逆バイア
ス電流供給回路、９はオンオフで 指令れる。

第１順バイアス電流供給回路６は、半導体スイッチとし
てのトランジスタ３の主回路にその１次巻線が挿入され
た変流器８１と、ダイオード６２とを有している。変流
器６１の２次巻線ＥｉｌＢの一端は１次巻線６１Ａに接
続されている。ダイオード６２の７ノードは２次巻線ｆ
ｌｌＢの他端にカソードはトランジスタ３のベースに各
々接続されている。したがって、トランジスタ３の主回
路に流れる電流の一部は、変流器６１かも取り出され、
そしてダイオード６２を介してトランジスタ３のベース
に正帰還される。

第２順バイアス電流供給回路７は、ベース駆動用トラン
ジスタとしての順バイアス用トランジスタ７１と、ダイ
オード７２と、抵抗７３と、電源７４とを有している。

順バイアス用トランジスタ７１は、エミッタがトランジ
スタ３のベースに、コレクタが電源７４の正側端に、ベ
ースが抵抗７３の一端に各々接続されている。ダイオー
ド７２は、７ノードが順バイアス用トランジスタ７１の
ベースに、カソードかトランジスタ３のコレクタに各々
接続されている。抵抗７３の他端は、オンオフ指令器９
の出力端に接続されている。電源７４の負側端は、トラ
ンジスタ３のエミッタに接続されている。

したがって、オンオフ指令器９から正のオン信号電圧を
抵抗７３を介して順バイアス用トランジスタ７１のベー
スに印加すると、順バイアス用トランジスタ７１はオン
して、電源７４からの電流が順バイアス用トランジスタ
７１を介してトランジスタ３のベースに供給される。こ
れによってトランジスタ３は急峻にターンオンする。

そして、ターンオン直後に、トランジスタ３のコレクタ
電圧が低下して、これが順バイアス用トランジスタ７１
のベース電圧よりも低くなると、これらの電圧の差を解
消するように、抵抗７３を介して１＃４八イ７ス用トラ
ンジスタ７１のベースに供給される、オンオフ指令器９
からの電流の一部が、ダイオード７２を介してトランジ
スタ３のコレクタに流れる。これは、換言すれば、順バ
イアス用トランジスタのベースに順バイアス方向に供給
される電流の一部が、トランジスタ３のオン時にトラン
ジスタ３のオン電圧と順バイアス用トランジスタ７１の
ベース電圧との差に対応して、ダイオード７２を介して
トランジスタ３に吸収されるということである。

このようにして、トランジスタ３のオン電圧と、順バイ
アス用トランジスタ７１のベース電圧とが実質的に等し
くなったときに順バイアス用トランジスタ７１のベース
に供給される電流は、自動的に適正な値になるが、この
ときに、トランジスタ３のオン電圧が、例えば数ボルト
以下になるように、オンオフ指令器９の出力電圧、抵抗
７３の抵抗値またはダイオード７２の直列数等が調節さ
れている。

逆バイアス電流供給回路８は、逆バイアス用トランジス
タ８１と、抵抗８２と、電源８３とを有している。逆バ
イアス用トランジスタ８１は、エミッタがトランジスタ
３のベースに、コレクタが電源８３の負側端に、ベース
が抵抗８２の一端に各々接続されている。抵抗８２の他
端は、オンオフ指令器９の出力端に接続されている。電
源８３の正側端はトランジスタ３のエミッタに接続され
ている。

したがって、オンオフ指令器９から負の信号電圧を抵抗
８２を介して逆バイアス用トランジスタ８１のベースに
印加すると、逆バイアス用トランジスタ８１はオンして
、電源８３からの電流が逆バイアス用トランジスタ８１
を介してトランジスタ３のベースに逆バイアス方向に供
給される。これによってトランジスタ３は急峻にターン
オフする。

以上のような構成によって、トランジスタ３は、次のよ
うにして制御される。すなわち、オンオフ指令器９から
の正の信号電圧を、抵抗７３を介して順バイアス用トラ
ンジスタ７１のベースに電力ｌすることによって、トラ
ンジスタ３ｔ±、急峻にターンオンし、その直後に、ト
ランジスタ３のオン電圧が例えば数ボルト以下側こ低下
して＋１１１１／＜イアス用トランジスタ７１のベース
にオンオフ指令器９から供給される電流の一部がトラン
ジスタ３Ｉこ吸収され、トランジスタ３のオン電圧と順
ｌくイアス用トランジスタ７１のベース電圧とが実質的
に等しくなる。

そして、ターンオン開始後、トランジスタ３の主回路に
電流が流れることによって、その−電力ζ第１順バイア
ス電流供給回路６からトランジスタ３のベースに、トラ
ンジスタ３をオンさせやに十分な量の電流ｉＢとして正
帰還される。この電流１Ｂは、変流器６１の変流比をＫ
とし、トランジスタ３のコレクタに流れる電流を　ｉＣ
とすると、ｉＢ　＝　ｉｃ　／に で定められる。このように、第１順バイアス電流供給回
路６からトランジスタ３のベースに順バイアス方向に電
流が供給されることによって、第２順バイアス電流供給
回路７からトランジスタ３のベースに供給される電流は
消滅し、第２順バイアス電流供給回路７は電力消費しな
くなる。なお、例えばトランジスタ３の主回路に流れる
電流が急増してトランジスタ３のｈＦＥが変流器６１の
変流比によりも低下し、その結果、第１順バイアス電流
供給回路６からトランジスタ３のベースに供給される電
流の量が、トランジスタ３をオンしておくのに必要な量
より少なくなったときには、第２順バイアス電流供給回
路７から、その不足分に対応する量の電流がトランジス
タ３のベースに直ちに供給される。第４図にオンオフ指
令器９からのオンオフ信号電圧と、トランジスタ３のコ
クレタ電流ｉｃおよびベース電流を日との関係の一例を
示す。第４図において、ａは第２順バイアス電流供給回
路７からの電流、ｂは第１順バイアス電流供給回路６か
らの電流、Ｃは逆バイアス電流供給回路８からの電流を
各々示している。

このように、第１順バイアス電流供給回路６と第２順バ
イアス電流供給回路７とを併用することによって、変流
器６１の変流比を可能な限り大きくして、必要最小限の
電流でトランジスタ３をオンさせておくことができる。

そのため、変流器６１の変流比は容易に設定でき、しか
もトランジスタ３のターンオフ時間も短くすることがで
きる。

第５図は本発明にかかる半導体スイッチのベース駆動回
路の他の一実施例を示す回路図である。

第５図において、第３図と同一部分は同一符号で示し、
その詳細な説明は省略する。

第５図に示されるように、第１順バイアス電流供給回路
ｌＯは、トランジスタ３の主回路にその１次巻線が挿入
された変流器１０１と、ダイオード１０２と、リセット
用トランジスタ１０３と、電源１０４　と、リセットパ
ルス発生器１０５とを有している。変流器１０１の２次
巻線１０１Ｂの一端は１次巻線１０１Ａに接続されてい
る。ダイオード１０２のアノードは変流器１０１の２次
巻線１０１Ｂの他端に、カソードはトランジスタ３のベ
ースに各々接続されている。リセット用トランジスタ１
０３は、コレクタが変流器１０１の２次巻線１０１Ｂの
他端に、ベースがリセットパルス発生器１０５の出力端
に、エミッタが電源１０４の負側端に各々嫁続されてい
る。電源１０４の正側端はトランジスタ３のエミッタに
接続されている。電源１０４の電圧は、トランジスタ３
のオン時に変流器１０１の２次巻線１０１Ａの両端に発
生する電圧より例えば数１０倍高い。

以上のような構成によって、次のようにして変流器１０
１において発生した磁束はリセットされる。すなわち、
トランジスタ３がオンしてその”主回路に電流が流れる
と、変流器３には磁束が発生し、時間の経過につれて変
流器３内の磁束は増加する。トランジスタ３の主回路に
電流が流れているときに、リセットパルス発生器１０５
から、リセット用トランジスタ１０３のベースにリセッ
トパルス電圧が印加されると、リセット用トランジスタ
１０３はオンして、電源１０４からのパルス電流が変流
器１０１の２次巻線１０１Ｂに流れる。

その結果、２次巻線１０１Ｂの両端には、それまでとは
逆の極性であり、しかもそれまでよりはるかに高い値の
パルス電圧が印加され、変流器１０１において発生した
磁束が短時間で減少する。このようにして、トランジス
タ３の主回路に電流が流れて変流器１０１内に発生した
磁束は、リセットパルス発生器１０５からのリセットパ
ルスをリセット用ト？ンジスタ１０３に入力させること
によって短時間でリセットされる。

したがって、リセットパルス発生器１０５から、リセッ
ト用）・ランジスタ１０３に、適当な周期でリセットパ
ルスを入力させることによって、トランジスタ３のオン
中に、変流器１０１内に発生した磁束が飽和する前にこ
れをリセットすることができる。このようにして、トラ
ンジスタ３によって、負荷を連続駆動することができる
。なお、変流器１０１内の磁束がリセットされている間
、変流器１０１からトランジスタ３のベースに電流が供
給されないが、この間は、第２順バイアス電流供給回路
７からトランジスタ３のベースに必要な電流か供給され
、トランジスタ３はターンオフすることがない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、半導体スイッチ
の主回路に流れる電流を、変流器を利用して半導体スイ
ッチのベースに正帰還する第１順バイアス電流供給手段
と、半導体スイッチのオン電圧を検出してこのオン電圧
に見合った電流を別電源から半導体スイッチのベースに
順バイアス方向に供給する第２順バイアス電流供給手段
とを併用したので、変流器の変流比を可能なかぎり大き
くして、可能なかぎり少ないベース電流で半導体スイッ
チをオンさせておくことができ、しかも半導体スイッチ
のターンオフに要する時間を短くすることができる。ま
た、ベース駆動回路としての消費電力を少なくすること
ができる。さらに変流器の磁束が一時的に飽和しても第
２順バイアス電流供給手段によってオンを維持できる。

さらに加えて、半導体スイッチの主回路に電流が流れて
変流器内に生じた磁束をこれが飽和する前に減少させる
ことによって、半導体スイッチを長期間継続してオンさ
せておくことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はトランジスタの従来のベース駆動回路の一例を
示す回路図、 第２図は同駆動回路におけるオンオフパルス電圧とトラ
ンジスタのコレクタおよびベースに流れる電流との関係
の一例を示す図、 第３図は本発明にかかる半導体スイッチのベース駆動回
路の一実施例を示す回路図、 第４図は同駆動回路におけるオンオフパルス電圧と半導
体スイッチとしてのトランジスタのコレクタおよびベー
スに流れる電流との関係の一例を示す図、 第５図はこの発明にかかる半導体スイ・ンチのベース駆
動回路の他の実施例を示す回路図である。 ３・・・トランジスタ、 θ、１０・・・第１順バイアス電流供給回路、７・・・
第２順バイアス電流供給回路、８・・・逆バイアス電流
供給回路、 ９・・・オンオフ指令器、 ６１．１０１・・・変流器、 ８２．７２，１０２　・・・ダイオード、７１・・・ベ
ース駆動用トランジスタ、７４．１０４・・・電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体スイ・ンチの主回路に流れる電流。 を、変流器を介して前記半導体スイッチのベースに正帰
   還する第１順バイアス電流供給手段と、 前記第１順バイアス電流供給手段と並列に設けられ一行
   前記半導体スイッチのオン電圧を検出してこのオン電圧
   に見合った電流を別電源から前記半導体スイッチのベー
   スに順バイアス方向に供給する第２順バイアス電流供給
   手段とを具えたことを特徴とする半導体スイッチのベー
   ス駆動回路。 ２、特許請求の範囲第１項記載の半導体スイッチのベー
   ス駆動回路において、前記２８１順／ヘイアス電流供給
   手段は、前記半導体スイッチの主回路に流れる電流によ
   って前記変流器内に発生した磁束を減少させる極性の電
   圧を前記変流器に印加するリセット手段を有することを
   特徴とする半導体スイッチのベース駆動回路。 （以下、余白）