JPS6086916A

JPS6086916A - 電子切換装置

Info

Publication number: JPS6086916A
Application number: JP59191906A
Authority: JP
Inventors: キエルド・ヘレガールド
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1983-09-17
Filing date: 1984-09-14
Publication date: 1985-05-16
Also published as: GB2146862B; DE3333653C1; US4607171A; SE8404658L; GB2146862A; FI843613A7; DK434184A; DK434184D0; SE8404658D0; GB8422974D0; FI843613A0; FI843613L

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電子切換装置に関する、その場合この電子切換
装装置には、切換素子として出力トランジスタが設けられ、コンデン
サ、それに直列接続されたダイオード。

および放電抵抗を有する〆Ｒ０１）回路が、出力トラン
ジスタのコレクターエミッタ区間に並列に設けられ、前
言１ダイオードの導通方向が前記出力トランジスタの導
通方向と一致している。捷だ誘導負荷に対して出力トラ
ンジスタを保護するフライホイール・ダイオードが設け
られている。さらに、制御信号発生器、前記出力トラン
ジスタを含む一ノ換段、および少くとも１つのダイオー
ドを含む飽和防止回路が設けられ、この飽和防止回路が
１前記Ｒ０１）回路の接続点と制御信号発生器との間に
接続されている。

このような公知の切換装置では、飽和防止回路のダイオ
ードが出力トランジスタのコレクタと直接に接続されて
いる。従って、出力トランジスタが導通ずると、そのコ
レクターエミッタ電圧が、即座にほぼゼロ捷で降下する
。これに相応して、ベース電流も急速に減少する。なぜ
なら、ベース電流の一部が、飽和防止ダイオードおよび
出力トランジスタのコレクターエミッタ区間を介して分
路するからである。この％、ダイオードの阻止には遅延
が生じるので、ベース電流は変動する。つ捷り、最初の
短い期間は非常に低い値になり、その後で始めて、出力
トランジスタを所望のＯＮ状態に保持できる値に調整さ
れるのである。

発明の解決すべき問題点このように、十分な導通制御状態に達する捷でに遅延期
間があるので、不都合な導通制御損失が生じる。また出
力トランジスタのコレクタでは、電圧が急激に高くなる
ので、コレクタと接続された飽和防止ダイオードの切換
速度をかなり太きくしなければならない。さらに、この
ダイオードは高電圧ダイオードでなければならない。以
上述べたように、最初に急峻なピークに達し、次いで一
定値になる制御電圧ないし制御電流によって切換段を、
出力トランジスタで負荷損失が殆んど生じないように制
御できない。

本発明の課題は、冒頭に述べた切換装置において、わず
かなコストで、出力トランジスタの切換損失を小さくす
ることで□ある。

問題点を解決するだめの手段本発明によれば、この課題は次のようにして解決される
。すなわち、飽和防止回路のダイオードを、ｒｔＣＩ）
回路のコンデンサと放電抵抗との接続点に接続するので
ある。

この構成に、ｆれは飽和防止回路は、Ｒ，０１）回路の
コンデンサが高い動作電圧（時によっては通常値の２倍
になる）から制御信号発生器の制御電圧を下回る低い値
まで放電、した時に、始めて作用を開始−・ｌ−るよう
になる。従って出力トランジスタは、定格切換損失が生
じる前に、所望の導通状態へ迅速に導通制御される。こ
の時、コンデンサの電圧は放電時定数に相応する速度で
減少する。従って、飽和防止ダイオードに加わる電圧も
、相応にゆっくりと低下する。そのためダイオードは、
高速グイ７′−Ｆである必要はない。さらにコンデンサ
は制御電流ｆ安定させるように作用するので、出力トラ
ンジスタが導通制御された時に、そのベース−エミッタ
電流は急速に（ただし過度に急速ではなく）減少する。

出力トランジスタのベース電流は、導通制御時の電流ピ
ークの後で、捷ず中間値に保持される。従ってベース電
流が飽和防止ダイオードによって減少する前に、出力ト
ランジスタは十分に導通制御される。この場合電流は、
飽和防止回路のダイオード、放電抵抗および出力トラン
ジスタのコレクターエミッタ区間を介して流れる。この
ようにすれば１ペース電流はかなり小さくても大丈夫で
あり、また出力トランジスタの増幅度を十分に利用する
ことができる。

本発明の実施例によれば、Ｒ，ＣＤ回路のコンデンサが
出力トランジスタのベース−エミッタ区間を介して放電
するようにすると有利である。

そうすれば、出力トランジスタを１間御するためにコン
デンサの電荷を利用することができる。

また、切換損失を小さくして出力ｌ・ランジスタを高速
で投入接続する際にも、大きな効果が得られる。

また特許請求の範囲第３項記載の発明によれば、制御ト
ランジスタを設け、該制御トランジスタのコレクターエ
ミッタ区間を、それと同一方向に極性づけられた減結合
ダイオ−１２と直列に接続し、該減結合ダイオードを出
力トランジスタのコレクタとベースの間に配置し、さら
にＲＯＤＣＤ回路電抵抗を、減結合ダイオードと制御ト
ランジスタとの接続点に接続する。この場合、コンデン
サの放雷電流が制御トランジスタのコレクターエミッタ
区間を介して制御電流負荷の軽減のために出カドラン、
ジスタのベースへ供給される。しかしその場合でも、飽
和防止回路と出力トランジスタを直接に接続する時とは
違って、く−スミ流が飽和防止回路を介して減少しても
出力トランジスタが阻止されることはない。なぜなら、
出力トランジスタのコレクターエミッタ電圧が上昇して
コンデンサの放電が不足し、その結果次に串力トランジ
スタが導通制御さノＬる“までベース電流が減少し続け
るということはないからである。さらに切換装置が誘導
性負荷を有するインバータである場合に、減結合ダイオ
ードは、フライホイール・ダイオードを一通時にコンデ
ンサの放電を防止する。

さらに本発明の実施例に工れば、制御信号伝送段を設け
、該制御信号伝送段がＲｅ素子を有し、該Ｒｅ素子が制
御信号伝送段の伝送特性を決定する。それによって出力
トランジスタは極めて迅速に導通制御される。

実施例次に５図面を参照しながら実施例について本発明の詳細
な説明する。

第１図は、本発明による電子切換装置の第１の実施例の
ブロック図である。この実施例では、切換装置が交互に
操作される２つの切換段Ｓ１゜Ｓ２を有している。切換
段ｓ１．ｓ２は同じように構成され、それぞれ制御段Ｃ
によって制御可能である。ただしここでは、図を簡単に
するため切換段β１１に対する制御段Ｃしか示していな
い。

切換段Ｓ１は、切換素子として出力トランジスタ１を有
している。出力トランジスタ１０ベースは制御端子３と
接続されている。出力トランジスタ１と直列に、誘導負
荷４が設けられている。また出力トランジスタ１と逆方
向に極性づけられたフライホイール・ダイオード５が、
このトランジスタのコレクターエミッタ区間と並列に接
続されている。負荷４と出力トランジスタ１から成る直
列回路は、作動電源６と接続され、それは約：３００　
Ｖの直流電圧ＩＪＢを発生する。

出力トランジスタ１のエミッタは第２の制御端子７と接
続されている。制御端子３，７は切換段Ｓ１の制御入力
側を形成し、そこには制御段Ｃから制御信号が供給され
る。

出力トランジスタ１のコレクターエミッタ区間と並列に
、ダイオード１ｏとコンデンサＩＩから成る直列回路が
接続されている。ここでダイオード１０は、出力トラン
ジスタ１と同一方向に極性づけられている。ダイオード
１ｏと並列に放電抵抗］２が設けられている。切換段ｓ
１の入力端子８と、抵抗１２とコンデンサ１１との接続
点２１との間に、飽和防止ダイオード２２が接続されて
いる。ダイオード２２は、そのアノードが入力端子８と
、カソードが接続点２Ｉと接続されている。

制御段Ｃは、制御信号発生器２３と制御信号伝送段２４
を有している。制御信号発生器２３は、ｔ６ｖの直流電
圧を発生する電圧源２５の中間タップから給電される。

この中間タップは、中性線２６を介して制御端子７と接
続されている。制御信号発生器２３け制御信号を発生す
る。

この制御信号は矩形波信号で、その波形は電圧源２５の
中性点に対して対称である。制御パルスのノξルス幅は
、少くとも１５μｓである。制御信号は、制御信号発生
器２３の出力側と中性線２６との間にある分圧器を介し
て、制御信号伝送段２４の入力側に供給される。ここで
分圧器は、抵抗値Ｉ　ＫΩの抵抗２７と４．７にΩの抵
抗２８から成っている。分圧器２７．２８のタップＮと
電圧源２５の正極との間には、２つのダイオ−＋ｒ２ｃ
＋、３１が同じ極性で直列接続されている。この場合、
ダイオード３１のカソードが電圧源２５の正極と接続さ
れている。ダイオード２９のカソードは、切換段Ｓ１の
入力端子８を介して飽和防止ダイオード２２のアノード
と接続されている。さらに、電圧源２５と直列に、１０
Ωの抵抗３２およびそれに並列接続された４　７０　ｎ
ｌ−のコンデンサ３３から成るＲ、Ｏ素子、２つのトラ
ンジスタ３４．３５から成るダーリントン回路、同じく
２つのトランジスタ３６．３７から成る第２のダーリン
トン回路。

および１Ωの抵抗３８が接続されている。２つのダーリ
ントン回路の制御トランジスタ３４゜３６のベースｄ１
分圧器２７．２８のタップＡと接続されている。第２の
ダーリントン回路の制御トラン、ノスタ３６はｐｎｐ　
）ランジスタである。ダーリントン回路のそれ以外のト
ランジスタ３４，３５．３７はｎｐｎ　トランジスタで
ある。

制御信号発生器２３が負のパルスを発生すると、トラン
・ノスタ３６．３７はＯＮ状態に制御され、トランジス
タ１はＯＦＩ”状態にされる。

そのためコンデンサ１１け、ダイオード１０および負荷
４を介して、直流電圧源６の電圧Ｕｌｌの２倍の電圧ま
で徐々に充電される。このコンデンサ１１によって、出
力トランジスタ１を流わる負荷電流が公称値捷で減衰す
る前に、それまで導通していたトランジスタ１のコレク
ターエミッタ電圧が緩やかに上昇する。そうでない場合
は、出力トランジスタｌに過大な損失電力が生じる。た
だしその前提として、出力トランジスタ１がまだ導通し
ている時に１コンデンサ１１を十分に放電、させなけれ
ばならない。この放電は、制御信号発生器２３の発生す
る制御信号の正のノξルスが持続している間に行なわれ
る。

このノξルスは、トランジスタ３４．３５およびＩを、
時点ｔ１（第２〜５図参照）にＯＮ状態とする。従って
コンデンサ１１は抵抗１２および出力トランジスタ１の
コレクターエミッタ区間を介して放電し、その電圧Ｕ１
１は第２図に示すように減少する。放電は正の制菌パル
スが現われると同時に開始する。なぜなら、最初の瞬間
にコンデンサ３３が実質的に短絡し、そのため出力トラ
ンジスタ１が完全に導通状態となるからである。このこ
とは、第４図に示す出力トランジスタのコレクターエミ
ッタ電圧Ｕ　ＯＥの経過から明らかである。この場合、
コンデンサ１１の電圧が、タップＡに加わる制御ノξル
スよりも大きい間は、２つのダイオード２９．２２は阻
止されている。時点ｔ２において、コンデンサ１１の電
圧Ｕ１１（接続点２Ｉの電位］が、分圧器２７゜２８の
端子Ａないし制御電圧伝送段２４の入力側における制御
ノξルスの電圧より小さくなると、ダイオード２９．２
２も導通する。ダイオード２９．２２および抵抗Ｉ２に
おける電圧降下は、全体としてトランジスタ３４．３５
のベースエミッタ区間における電、圧降下にほぼ等しい
。

つまりトランジスタ３４．３５の各々における電圧降下
は、１つのダイオードにおける電圧降下にほぼ相応して
いる。従って出力トランジスタ】のベースにおける電位
は、そのコレクタにおける電位とほぼ等しい（実際には
それより少し低い）。この時、抵抗１２における電圧降
下は、無視できるぐらい小さい。従って、出力トランジ
スタ１が飽和することはない。コンデンサ１１は、飽和
しているが過飽和にはなっていない場合の出力トランジ
スタ１のコレクターエミッタ電圧とほぼ等しい電圧まで
放電中る。時点ｔ１と１２の間で、コンデンサ１１が放
電している時、出力トランジスタ１のベース電流１Ｂは
匍１限される（第３図参照〕。なぜなら、コンデンサ３
３が一時的に充電され、ベース電流ＩＢは抵抗３２だけ
によって定められるからである。時点ｔ２でコンデンサ
１１の放電が終った時、ダイオード２９．２２が導通状
態になるので、タップＡにおける電位、従ってベース電
、流１Ｂはさらに減少する（第３図９゜次に負の蒼ルス
が現われた時、トランジスタ１は急速に遮断される。

なぜなら、そのベース層にはわずかな電荷しか蓄えられ
ておらず、それが放出されるとすぐ遮断が行なわれるか
らである。従って、コンデンサ３３を介して最初にベー
ス電流のピーク（第３図〕があり、続いてベース電流が
短時間だけ中間値に保持されるので、出力トランジスタ
１は迅速にＯＮ状態となる。さらに、ダイオード２２’
、２９を介して出力トランジスタＩの過飽和が避けられ
るので、このトランジスタは迅速に遮断される。この時
、コンデンサ１１は徐々に放電するので、ダイオ−１’
２２．２９の切換速度を特別に速くする必要はない。

第２図、第３図は、第１図の切換装置におけるコンデン
ザ電圧Ｕ？１と出力トランジスタ１のベース電流１１．
を示している。それに対して第１１図。

第５図は、飽和防止ダイオードが出力トランジスタのコ
レクタと直接接続された公知装置における、コレクター
エミッタ電圧ＵｃＥとベース電流■Ｂとを示している。

両者を比較すれば分るように、公知のように接続すると
、時点ｔ１で出力トランジスタを導通制御すると同時に
、コレクターエミッタ電圧ＵＯＩｉはほぼゼロオで降下
する（この点は本発明の場合と同じ）。そのため飽和防
止ダイオードには急激な電圧ピークが加わる。また公知
装置曖の場合には、第５図に示すベース電流１１３も飽
和防止ダイオードを介して早期に減少する。そのため出
力トランジスタは即座に阻止され、ＲＯＤ回路のコンデ
ンサも、出力トランジスタの導通期間の間に十分放電す
ることができない。これに対して、第１図に示すように
飽和防止ダイオード２２を接続点２１と接続すれば、導
通制御ノ々ルスが加わっても、ベース電流が即座に減少
することはない（第３図参照）。従ってコンデンサ１１
は十分に放電する。

また放電は急激には起らないので、ダイオード２２の切
換速度を特別に速くする必要はない、さらにコンデンサ
１１は、ベース電流が振動しないようにする。従って出
方トランジスタは効率的に導通する。

第６図は、本発明による装置の第２の実施例を示してい
る。この実施例は、第１図の実施例と次の点で異なって
いる。まず、制御端子３と出カドラン・ジスタ１のベー
スとの間に制ｔｉｌｌ　）ランジスタ２のベース−エミ
ッタ区間が接続され、２つのトランジスタはダーリント
ン回路を構成している。制御トランジスタ２のコレクタ
は減結合ダイオード１５のカソードと接続され、そのア
ノードは出力トランジスタ１のコレクタと接続されてい
る。放電抵抗１２は接続点２１と制御　）ランジスタ２
のコレクタとの間に設けられている。また制御トランジ
スタ２のぺ〜スーエミツタ区間における電圧降下を補償
するために、ダイオード２９と２２との間に別のダイオ
ード３０が設けらねている。捷だ付加的なダイオード３
９が設けられ、そのカソードは制御トランジスタ２０ベ
ースと、アノードは出力トランジスタ１０ベースと接続
されている。このダイオード３９は、出力トランジスタ
の遮断を可能にする。

との実施例では、コンデンサ１１は、出力トランジスタ
１のコレクターエミッタ区間ではなく、制御トランジス
タ２のコレクターエミッタ区間および出力トランジスタ
１のベース−エミッタ区間を介して放電する。従って、
コンデンサ１】の放電電流は出力トランジスタ１のコレ
クターエミッタ区間には加わらず、切換段ｓ１に対する
制御電流は相応に小さくなる。トランジスタ１．２のコ
レクタを直接接続する場合と違つて、減結合ダイオード
１５を設けることによシ、フライホイール・ダイオード
５が誘導負荷によって導通した時でも、このダイオード
を介してコンデンサ１１が放電することを回避できる。

さらに減結合ダイオード１５は、コンデンサ１１の放電
を行なわせること、ができる。なぜなら、トランジスタ
１．２が導通している時。

制御トランジスタ２のコレクタ電位は、減結合ダイオー
ド１５における電圧降下の分だけ、出力トランジスタ１
のコレクタ電位より低いからである。その他の点では、
第６図の実施例の動作は第１図の実施例と同じである。

２つの切換段を有する図示の２相インバータ装置では、
逆極性の電流が交互に負荷４を流れるが、これとは別に
、単相用の実施例を使用してもよい。その場合は、第２
の切換段Ｓ２とその直流電圧源６は不必要となり、代わ
りにフライホイール・ダイオード５が負荷４と並列に接
続される。

発明の効果本発明によれば、わずかなコストで、出力トランジスタ
のり換損失を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による切換装置の第１の実施例を示すブ
ロック図、第２図、第３図は本発明による切換装置の動
作を説明するだめの線図、第４図、第５図は公知の切換
装置の動作を説明する線図、第６図は本発明による切換
装置の第２の実施例を示すブロック図である。１　・出力トランジスタ、２・・・開開１トランジスタ
、３，７・・制御端子、４・・・負荷、５・・・フライ
ホイール・ダイオード、６・作動電圧源、８・・入力端
子、１５　・減結合ダイオード、２２・・飽和防止ダイ
オード、２３・・制御信号発生器、２４・・制御信弼伝
送段、２５　・電圧源、２６・・中性線、Ｓｌ、Ｓ２・
・・切換段、Ｃ・・・制御段。ヘ　の寸　唖

Claims

【特許請求の範囲】１　切換素子として出力トランジスタが設けられ、コン
デンサ、おれに直列接続されたダイオード、および放電
抵抗を有する７　ＲＣＤ回路が、出力トランジスタのコ
レクターエミッタ区間に並列に設けられ、前記ダイオー
ドの導通方向が前記出力トランジスタの導通方向と一致
し、また誘導負荷に対して出方トランジスタを保護する
フライホイール・ダイオ−１５が設けられ、さらに、制
御信号発生器、前記出力トランジスタを含む切換段、お
よび少くとも１つのダイオードを含む飽和防止回路が設
けられ、該飽和防止回路が、ｉｔ　０１）回路の接続点
と制御信号発生器との間に接続されている、電子切換装
置において、飽和防止回路（２２，２９〜３１）のダイ
オード（２２）が、ｒＬ　０１）回路（１０，１１，１
２ンのコンデンサ（１１）と放電抵抗（１２）との接続
点（２１〕に接続されている、ことを特徴とする電子切
換装置。２、Ｒ，０１）回路のコンデンサ（１１）が出力トラン
ジスタ（１）のベース−エミッタ区間を介して放電する
特許請求の範囲第１項記載の電子切換装置、３　切換素子として出力トランジスタが設けられ、コン
デンサ、それに直列接続されたダイオ−Ｉ５．および放
電抵抗を有する　Ｆｉｔ　０１）回路が、出力ｌ・ラン
ジスタのコレクターエミッタ区間に並列に設けられ、前
記ダイオードの導通方向が前記出力トランジスタの導通
方向と一致し、徒だ誘導負荷に対して出力トランジスタ
を保護するフライホイール・ダイオードが設けられ、さ
らに、制御信号発生器、前記出力トランジスタを含む切
換段、および少くとも１つのダイオードを含む飽和防止
回路が設けらネ１、該飽和防止回路が前記ＩＩ、　ＯＩ
）回路の接続点と！１ｔｌｌ　ｔ４１信号発生器との間
に接続されている、電子切換装置において、飽和防止回
路（２２，２９〜３１）のダイオード（２２）が、Ｉ’
（ＣＤ回路（１０，１１，１２）のコンデンサ（１１）
と放電抵抗（１２）との接続点（２１）に接続されてお
り、捷だ制御トランジスタ（２）が設けられ、該制御ト
ラン・ジスタのコレクターエミッタ区間が、それと同一
方向に極性づけられた減結合ダイオード（１５）と直列
に接続され、該減結合ダイオードが出力トランジスタ（
１〕のコレクタとペースの間に配置され、さらにＲ，Ｃ
Ｄ回路（１０〜１２）の放電抵抗（１２）が、減結合ダ
イオード（１５）と制御トラン、ノスタ（２）との接続
点に接続されている、ことを判徴とする電子切換装置。