JPS61115111A - 位相制御回路の多重装置 - Google Patents

位相制御回路の多重装置

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JPS61115111A JP60246121A JP24612185A JPS61115111A JP S61115111 A JPS61115111 A JP S61115111A JP 60246121 A JP60246121 A JP 60246121A JP 24612185 A JP24612185 A JP 24612185A JP S61115111 A JPS61115111 A JP S61115111A
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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〕 本発明は電源によって負荷に供給される電気エネルギー
の制御に関し、更に詳細には、負荷および電源と直列の
少なくとも１つの電　。
力制御スイッチ手段とこの少なくとも１つのスイッチ手
段を適当に作動させるための制御回路の間に要求される
部品と相互の接続の数を減少させる新規な多重装置に関
する。
〔従来の技術〕
交流電源から負荷によって消費される電力を制御するた
めに位相制御回路を使用することは知られている。この
形式の電力制御回路は各電源波形の半サイクルのある時
限にわたって電源をまたいで負荷を接続する。負荷の物
理的特性に影響されないランプ調光回路（開ループ制御
回路）の可変抵抗のような外部パラメータや、自己較正
応答（閉ループ制御回路）を得るための負荷からのフィ
ードバック情報に応答して負荷接続時間間隔の時限を制
御することは知られている。電源をまたいで負荷と直列
の少なくとも１つの固態装置で開ループあるいは閉ルー
プの負荷制御回路を構成すること、および順位相制御あ
るいは逆位相制御の状態で少なくとも１つの電力スイッ
チ装置を操作することも知られている。
順位相制御状態では、電力スイッチ装置は、特定のライ
ン電圧波形の半サイクルが始まって各ラインの電圧が零
と交叉した後しばらくの問罪導通状態にあり、零でない
ラインーライン電圧が存在するときライン電圧波形の半
サイクルの間に導通状Ｂ（オン）に制御され、次のライ
ンーライン電圧が零と交叉するとき導通状態から外され
る（オフ）。導通の終了は自己整流作用であるか（電力
スイッチ装置がＳＣＲあるいは類似の装置であれば）、
あるいは装置の外部の制御回路によって提供されるオフ
信号に応答する被駆動オフ作用である（少なくとも１つ
の電力スイッチ装置が絶縁ゲートトランジスタ（ＩＧＴ
）、バイポーラ接合トランジスタ、電力ＭＯＳ　Ｆ　Ｅ
Ｔ等のようなオフの制御可能な装置であれば）。逆位相
制御状態では、少なくとも１つの電カスインチ装置（本
出願の譲受人に譲渡され、言及することによって、ここ
で一体化される１９８３年（昭和５８年）９月６日に出
願された米国特許願第５２９　、２９６号にもっと詳細
に説明され、かつ、特許請求されている）は各ライン電
圧が零と交叉するとき導通状態に制御され、この後ある
時間の間導通を維持しく開ループあるいは閉ループの入
力に応答して）、この後零でない電圧が負荷をまたいで
存在する間導通から外れ、次のライン電圧が零と交叉す
るまで非導通を維持する。オフに駆動され得る電力スイ
ッチ装置だけが逆位相制御回路に利用できることが理解
される。
どの形式の負荷制御回路も少なくとも次の手段を必要と
する−　（ａ　）ライン電圧が零と交叉するのを判定す
る手段、その零交叉手段はライン電圧波形の正に向かう
零交叉と負に向かう零交叉を判定する一対の入力信号を
必要とする、（ｂ）少なくとも１つのスイッチ装置にオ
ンおよびオフ信号を接続する手段、（ｃ）回路共通接続
部。使用者に最大の信頼性と最小のコストを与えるため
、制御回路と負荷／スイッチ装置の組合せ間の部品の相
互接続部の数を最小に低減することが望ましい。
同じような理由により、集積回路形式で制御回路を提供
することが望ましい。しかし、負荷の閉ループ制御の提
供が、特に、負荷が加速的な欠陥におち入り易い場合に
、望ましい。
特定の負荷のパラメータが大になると、負荷のパラメー
タのフィードバック制御が負荷および／あるいはスイッ
チ装置とスイッチ装置制御回路自身の間の少なくとも１
つの追加的な相互接続を必要とする。また、ライン自身
から制御回路へ動作電力を提供することが望ましく、少
なくとも１つ（および通常は複数）の追加的な相互接続
を必要とする。他の要求、かつ、あるいは望ましい特徴
は負荷／スイ。
子装置とスイッチ制御回路間の相互接続の数を増加させ
る。スイッチ電圧の変化速度（ｄＶ／ｄｔ）が減少する
と、例えば、スイッチ操作によって生じる電磁干渉を減
少させてスイッチ装置の限度（スイッチ装置の加速的な
欠陥に影響を有する）等を越えないようにすることが必
要である。「オン」スイッチ装置が飽和状態にあって加
速的な欠陥等を生じさせる過度の電力消費をさせないよ
うにするためにスインチ装置の導通状態に制御された回
路の電圧および／あるいは電流を監視することが必要で
ある。例えば、非再発電半導体の制御スイッチは本発明
者による米国特許願第４９９゜５７９号で説明され、か
つ、特許請求されているように提供され得るし、また、
電カスインチ半導体の過度の電力消費の防止は本発明者
による米国特許願第４９９，５９０号で説明され、かつ
、特許請求されているように提供され得る。両特許出願
とも１９８３年（昭和５８年）５月３１日に出願され、
本出願の譲受人に譲渡され、言及されることによってこ
こで一体化される。
電力スイッチ半導体制御回路がこのような追加的な特徴
を含むときその間の相互接続の数および必要とされる固
体部品（抵抗、コンデンサ等）の数は無視できない。派
生するコスト、およびその追加的な欠陥率は主として全
体の負荷制御装置のコストおよび／あるいは信鯨性を決
定する。例えば、一対の電力スイッチ半導体用の集積回
路駆動手段を有する閉ループランプ制御回路は回路を完
成されるために１０個の外部抵抗と１２個の相互接続を
必要とする。スイッチ装置制御（集積）回路の外部の部
品数を減少させるための、かつ、制御（集積）回路と電
力スイッチ装置および負荷間の相互接続数を減少させる
ための何らかの手段を提供することが高く望まれる。
〔問題点を解決しようとする手段（発明の要約）本発明
による多重装置は、交流電源から負荷を介して流れる電
流を制御するために負荷に接続される少なくとも１つの
電力スイッチ装置を前記少なくとも１つのスイッチ装置
の導通を制御するための制御回路により相互接続するも
のであり、第１および第２の信号を比較して前記第２の
信号よりそれぞれ小および大である前記第１の信号に応
答して第１および第２の出力状態の１つを提供する手段
と、前記第１の信号として共通の予め選択された極性を
電源交流信号波形の両半サイクルに提供するための全波
整流器手段と、第１制御回路手段の出力の状態に応答し
て第１および第２の基準レベルの１つのレベルにおいて
前記第２の信号を提供するためのスイッチ手段と、他の
制御回路手段の出力の状態に応答して既知の要因によっ
て第１の信号を減衰させる手段を含んでいる。従って、
この多重装置は多数の相互接続と外部素子を必要とせず
に複数の異なった回路パラメータを監視するためにスイ
ッチ装置の関係する１つの装置にそれぞれ接続された少
なくとも１つの抵抗素子に関連して動作する。この多重
装置は、また、少なくとも１つの制御回路、比較器、整
流器、スイッチおよび減衰手段に動作電位を提供するた
めの電源手段を含む。
実施例においては、整流器手段は第１のコンパレータと
一対のスイッチ手段を使用する。
複数のそれぞれのスイッチ手段は少なくとも１つの導通
制御装置によって実現されて集積半導体回路の制御回路
手段により多重装置の完全な集積化を容易にする。
従って、本発明の目的は交流電源から負荷抵抗に供給さ
れるエネルギーの少なくとも１つのパラメータを制御す
る位相制御回路において少なくとも１つの電力スイッチ
装置とスイッチ装置制御手段間の相互接続と素子の数を
減少する新規な多重回路を提供することである。
本発明のこの目的および他の目的は図面を参照して以下
の詳細な説明を読むことにより明らかになる。
〔実施例〕
第１図および第１ａ図を参照すると、本発明による実施
例の多重装置１０が交流電源手段１６の第１および第２
のライン端子り、およびＬ２の間で負荷抵抗Ｒ５を有す
る負荷１４と直列に接続された少なくとも１つの電力ス
イッチ手段１２の導通および非導通の時間間隔を制御す
る制御回路手段１１に接続されている。図示上、電力ス
イッチ手段１２は一対の電カスインチ装置１２ａ−１お
よび１２ａ−２を有し、各スイッチ装置はダイオード等
の反転導通素子によって並列にされた導通制御回路を有
し、直列接続電力スイッチ装置１２ａは共通電位接続点
１２−１に接続された共通接合部を有する。
電力スイッチ装置はスイッチ制御入力１２−３の信号状
態に応答してスイッチ回路ノード１２−２ｂに（あるい
はスイッチ回路ノード１２−２ｂから）スイッチ回路ノ
ード１２−２ｂを実質的に接続したり、接続を解除する
ように働く。制御回路手段１１はオン／オフ信号（手段
１０．１１を有する同じ集積回路に含まれる負荷パラメ
ータ設定／監視手段（図示さず）から）を第１の入力端
子１１−１で受け、また、端子１１−２の多重手段１０
の入出力に応答して入力端子１１−３においてスイッチ
装置制御信号を提供する。図示されていない負荷設定回
路部は開ループあるいは閉ループ型で良く、通常入力が
集積多重／制御回路へ分離された端子において供給され
る。
電力スイッチ装置は一対のスイッチ装置の電圧サンプル
抵抗素子１２ｂ−１，１２ｂ−２を含むモジュール１２
にパフケージされる方が良く、各素子は抵抗Ｒを有し、
ノード１２−２３あるいは１２−２ｂの１つとモジュー
ル出力１２−４ａあるいは１２−４ｂの関係する１つの
間に接続されている。スイッチ装置モジュールには制御
回路の正の作動電圧＋■が提供される共通電位端子１２
−１と端子１２−５（第１ａ図）間に接続される電源フ
ィルタコンデンサ１２Ｃを有した方が良い。図示上、ス
イッチ手段１２ａ−１および１２ａ−２はそれぞれ絶縁
ゲートトランジスタ１２ａ−１ａあるいは１２−２ａを
有し、このトランジスタは、他の装置のゲート端子と並
列に、かつ、モジュール制御入力１２−３に接続さたゲ
ート端子と、回路共通電位端子１２−１に並列に接続さ
れたエミッタ電極と、スイッチモジュールノード１２−
２３あるいは１２−２ｂの１つに接続されたコレクタ電
極を有する。関連する反転導通ダイオード１２ａ−１ｂ
あるいは１２ａ−２ｂは各スイッチ装置の導通制御陽極
−陰極回路をまたいで、例えば、各ＩＧＴのエミッター
コレクタ回路をまたいで形成される。従って、制御回路
（手段１０．１１の組合せ）とスイッチモジュール１２
の間に４つの相互接続が必要であり、２つの外部抵抗（
素子１２ｂ−１，１２ｂ−２）が基本的な位相制御回路
にとって必要であり、制御回路動作電圧が負荷付勢電源
１６からも供給されると追加的な相互接続と１つの追加
外部素子（コンデンサ１２）が必要になる。制御手段入
力１１−１へ閉ループオン−オフ信号を提供するために
他の相互接続が更に必要になる。
実質的に抵抗素子の端子１２−４ａおよび１２−４ｂに
おいて利用できる情報から複数の信号（制御手段１工に
よって要求される）を提供するための多重装置は、電力
モジュールの第１のサンプル出力端子１２−４２に接続
された多重装置の第１の入力端子１Ｏ−４ａに接続され
た非反転正入力２０ａと、電力モジュールの第２のサン
プル出力端子１２−４ｂに接続された多重装置の第２の
入力端子１Ｏ−４ｂに接続された反転負入力１２ｂを有
する第１のコンパレータ手段２０を有する。第１および
第２のスイッチ手段２２．２４は多重手段のサンプル入
力端子１Ｏ−４ｂあるいは１０−４２に接続された第１
の選択接点端子２２ａあるいは２４ａを有する単極、投
入型のものである。これらの第１の２つのスイッチ手段
の第２の選択端子２２ｂあるいは２４ｂは多重手段のサ
ンプル入力端子１０−４３あるいは１Ｏ−４ｂに交叉接
続さている。第１スイッチ手段２２の共通端子２２ｃは
回路共通電位に接続され、第２スイッチ手段２４の共通
端子２４ｂは第２コンパレータ手段２６の第１入力２６
ａに接続されている。第１および第２のスイッチ手段２
２．２４のスイッチ位置制御入力２２ｄ、２４ｄは第１
のコンパレータ手段２０の出力２０Ｃに並列に一諸に接
続され、第１および第２のスイッチ手段２２．２４は多
重手段のサンプル入力端子１Ｏ−４ａあるいは１０−４
ｂのそれぞれを第１のコンパレータ手段の出力２０ｃの
論理レベルに応答して第２のコンパレータ入力２６ａあ
るいは共通電位へ交互に接続する双極、双投大型スイッ
チ手段の形状を有する。他のスイッチ手段２８は本質的
に閉回路へ接続される第１の選択端子２８ａと、抵抗素
子Ｒ′の他の抵抗素子を介して回路共通電位へ接続され
る第２の選択端子２８ｂと、第２のコンパレータ反転入
力２６ａに接続された共通接点２８ｃを有する。共通端
子２８ｃはスイッチ手段制御入力２８ｄの論理Ａ信号に
応答して閉回路端子２８ａと分路抵抗端子２８ｂ間で制
御される。スイッチ手段２８が本質的に閉回路状態と本
質的に短絡状態（端子２８ｂ、２８ｃを接続する）間で
制御される。端子２８’ｄ（回路共通電位に接続される
）と端子２８”Ｃ（直列抵抗３０、従って、コンパレー
タ入力２６ａに接続される）間に導通制御回路を有し、
論理Ａ信号が加えられる制御入力２８°ｄを有する導通
制御装置２８”が利用された。
第２コンパレータ２６の非反転正入力２６ｂは一対の基
準電圧■ｒＩおよびＶｒ２の選択された１つを受ける。
基準電圧■１．（図示されたない手段によって提供され
るが、この技術にとって周知）はスイッチ手段３２の第
１の選択端子３２ａで提供される第１の正極性電圧であ
る。
第１の基準電圧ｖｒ１はスイッチ手段１２ａが導通し始
めるラインーライン電位を実質的に設定し、例えば、零
電圧と装置１２ａの期待される最小順方向導通電圧降下
の間の小さな大きさである。第２の基準電圧■ｒ２は第
２のスイッチ手段の選択端子３２ｂの基準電圧Ｖ　（１
より大なる大きさで提供される他の正極性電圧である。
第２の基準電圧は、導通スイッチ装置が所望の電圧飽和
モードか、あるいは望ましくない動作線形モードである
かを判定するため電力スイッチ装置の「飽和」電圧の所
望のレベルを設定し、通常ｖｒｚの大きさはＩＧＴスイ
ッチ装置１２ａ　−１ａ、　１２ａ−２ａにとって約３
ボルトである。２つの基準電圧の１つはスイッチ手段制
御入力３２ｄに提供される基準電圧スイッチの論理Ｂ信
号に応答してスイッチ手段共通端子３２ｄに提供される
。各形式の単極、双投大型スイッチ素子がスイッチ手段
２２．２４および／あるいは３２に利用されるが、完全
な固態スイッチ手段が手段２２．２４．３２に利用され
ることが好ましく、集積半導体回路で完全な集積化がで
きる１つのスイッチ手段が第１ａ図に示されている。単
極、双投大型スイッチ手段は第１および第２の導通制御
素子３４．３６を有し、それぞれスイッチ手段共通端子
３２Ｃに一緒に接続される導通制御回路の１つの端子と
、スイッチ手段の第１の選択端子３２ａ　（装置３４）
あるいは第２の選択端子３２ｂ（装置３６）の１つに接
続される他の導通制御回路端子とを有する。導通制御入
力３４ａ（共通端子３２ｃと第１の選択端子３２２間に
接続された装置３４の）はスイッチ手段制御入力３２ｄ
に直接接続されるが、他の導通制御装置の制御入力３６
ａはスイッチ手段制御入力３２ｄに接続された入力を有
する論理反転手段３７の出力に接続される。第１の論理
レベル、例えば、制御入力３２ｄの高論理レベルに応答
して導通制御装置３４あるいは３６、例えば、装置３４
はその制御入力における作動（ｅｒ＋ａｂｌｅ）信号レ
ベル、例えば、入力３４ａの高論理レベルを受け、選択
端子の１つ、例えば、第１の選択端子３２ａを共通端子
３２ｃに接続するように導通し、他の装置、例えば、装
置３６はその制御入力で低論理レベル（インバータ３７
の作用で）を受け、共通端子３２ｃから他の選択端子、
例えば、第２の選択端子３２ｂを実質的に絶縁する非導
通状態にある。逆に、制御入力３２ｄの低論理レベルに
応答して装置、例えば、装置３４は作動しないで第１の
選択端子３２ａを共通端子３２ｃから実質的に絶縁する
。インバータおよび一対の導通制御装置によりなる同じ
スイッチ手段はスイッチ手段２２．２４のそれぞれに利
用できる。
ゲート制御回路手段１１（鎖線によって囲まれた）は多
重手段１０を含む同じ集積回路の一部であることが好ま
しい。正の動作電位子■（コンパレータ２０．２６、イ
ンバータ手段３７、およびゲート制御手段１１の全てに
よって要求される）を提供するため、多重装置１ｏは、
外部フィルタコンデンサ１２ｃに関連して、交流ライン
ーライン電圧から所望の極性（例えば、正極性）の直流
電圧を提供する手段３８を含む。
手段３８は、ダイオード３８ａ、３８ｂのような一対の
一方向性導通素子を有することが好ましく、各ダイオー
ドは端子１Ｏ−４ａあるいは１Ｏ−４ｂの１つに接続さ
れる陽極と、集積回路のフィルタコンデンサ端子１０−
５に一緒に結合する陰極を有し、その端子に正の動作電
圧＋Ｖが供給される。この技術にとって周知のツェナー
ダイオード３８ｃや他の回路のような手段が、必要であ
れば、動作電位子Ｖを調整するためにたよ利用される。
制御回路手段１１は制御回路端子のオン／オフ制御端子
１１−１に接続される第１の入力４゜ａを有する２入力
アンドゲート４ｏを有する（低論理「オフ」レベル、例
えば、約ｏボルトと高論理「オン」レベル、例えば、＋
Ｖボルトの間で入力１１−１を切り換えるため図示され
ない開ループあるいは閉ループ制御手段に接続するため
）。第２のゲート４０ｂは電圧Ｖ２．Ｌが表れる多重手
段の第２のコンパレータ出力１Ｏ−２ｂにそれ自身接続
される他の制御回路手段入力１ｌ−２ｂに接続さている
。ゲート出力４０ｃは前述した米国特許願第４９９゜５
７９号に開示されているゲート駆動ｄｖ／ｄｔ制御手段
４４の第１の、あるいはオン／オフ制御入力４４ａに接
続されている。この手段は多重手段出力１Ｏ−２ａのｖ
８信号を受けるように入力１ｌ−２ａに接続された第２
の、あるいはｄｖ／ｄｔフィードバック情報入力４２ｂ
を有する。
手段出力４４ｃは入力４２ａ、４２ｂの信号に応答して
集積回路端子１０−３へ従って、スイッチ装置モジュー
ル１２の制御入力端子１２−３へＩＧＴゲート電圧ｖｃ
を供給するように制御回路手段出力１１−３に接続され
ている。出力４２Ｃは実質的に一定の基準電圧Ｖ、（そ
れを越えるとＩ　ＧＴ１２ａ　−１ａおよび１２ａ−２
ａの１つが導通状態になる導通閾値電圧■いに実質的に
等しい）を受ける非反転十入力５０ｂを有する第３のコ
ンパレータ手段５０の反転−入力５０ａにも接続されて
いる。第３のコンパレータ出力５０ｃはＮＯＲゲートの
他の入力４４ｂに接続され、また、多重手段入力１Ｏ−
２ｄ、従って、スイッチ手段３２の制御入力３２ｄへ導
くため制御回路手段出力１ｌ−２ｄの論理Ｂ信号を提供
する。ＮＯＲゲート出力４４Ｃは多重手段入力１Ｏ−２
Ｃ１従って、導通制御手段２８゜の制御電極２８”ｄに
結合するため制御回路手段出力１ｌ−２ｃへ論理Ａ信号
を提供する。
第１図、第１ａ図および第２図を参照すると、実施例の
多重手段１０は、制御回路手段１１およびスイッチ装置
モジュール１２に関連して次のように動作する。初期時
間Ｌ０に先立って動作電圧＋■を提供するため調整グイ
オード３８ｃ１例えば、゛約＋１５ボルトのツェナー電
圧によって設定される最大電圧＋■にフィルタコンデン
サ１２ｃを充電するように十分なライン電圧サイクルが
発生していて整流器３８を導通させる。時間ｔ０におい
て、スイッチ装置１２ａ、例えば、ＩＧＴ１２ａ−１ａ
、１２ａ−２ａ　カｒオフ」状態である。第１のコンパ
レータ出力２０ｃは、反転入力２０ｂがもはや非反転入
力２０つの電位よりも正でないので高論理レベルへ切り
換える。出力２０ｃおよび制御入力２２ｄ、２４ｄの高
論理レベルに応答してスイッチ手段２２．２４はそれぞ
れの共通端子２２ｃ、２４ｃをそれぞれの第１選択端子
２２ａ、２４ａ（図示のように）へ接続するように動作
させられる。ラインＬ２の端子電位は、端子１Ｏ−４ｂ
、１２−４ｂがいまスイッチ手段２２の作用で共通電位
に結合されたので抵抗１２ｂ−２をまたいで表れる。こ
の電圧は非導通ダイオード１２ａ−２ｂにかかる導通電
圧降下に制限される。回路の共通、かつ、ラインＬ２の
電位に関して、正方向に増加するラインＬ、端子の電位
は多重手段出力１０−２３の■ゆ電圧として表れる。零
交叉時間ｔ０のすぐ後、また、しばらくの間電圧Ｖｘは
第２コンパレータ入力２６ｂの電圧が正極性である基準
電圧ｖ、、１あるいはＶｒＺの１つに実質的に等しいの
でその電圧より小である。それ故、第２のコンパレータ
の出力２６ｃの電圧は零交叉時間ｔ０で高論理レベルへ
低論理レベルから変わり、オン／オフ制御入力１１−１
は負荷が「オン」状態へ命令されることを示す高論理レ
ベルであれば、両アンドゲート入力４Ｑａ、４０ｂはゲ
ート出力４０Ｃも各ラインーライン電位の零交叉時間ｔ
ｏ　、ｔ、　Ｏ’、ｔ　：’）　、−−−−−−一等に
おいて高論理レベルになるように高論理レベルである。
ゲート出力４０ｃと入力４２ａの高論理レベル、および
入力４２ｂの低レベルに応答して出力４２Ｃは比較的高
い電位レベル（そこに供給される動作電位十■にほぼ等
しい）にスイッチされる。
従って、スイッチモジュール制御電圧Ｖｇは正の高論理
レベルであり、正の陽極（コレクタ／ドレイン）電圧、
即ち、装置１２ａ−１２を有する電力モジュール装置１
２ａ−１ａあるいは１２ａ−２ａの１つを導通状態ヘス
イソチする。出力４２Ｃの高論理レベルは第３のコンパ
レータ入力５０ａに表れ、第３のコンパレータの第２入
力５０ｂの基準電圧Ｖ、（スイッチ装置の導通閾値電圧
Ｖいに実質的に等しく設定される）より大であり、第３
のコンパレータ出力５０ｃを低論理レベルにさせる。こ
の低論理レベルは第３のスイッチ手段制御入力３２ｄに
加えられる論理Ｂ電圧として表れ、導通制御装置３６を
導通させて第２コンパレータの非反転入力２６ｂへ第２
の基準電圧ｖｒｚを加えさせる（一方、他の導通制御装
置３４はその制御電極３４ａで低論理レベルを受け、実
質的に非導通状態である）。第３コンパレータの出力５
０ｃの低論理レベルは他の入力４４ａでアンドゲート出
力４０Ｃから高論理レベルを受けるＮＯＲゲート、４４
の第２入力４４ｂに提供され、それに応答してＮＯＲゲ
ート出力４４Ｃは導通制御装置２８″ｄの制御入力２８
°ｄの論理Ａ信号にとって低論理レベルを提供する。そ
れ故、導通制御装置２８°は非導通状態にあり、抵抗素
子３０は入力２６ａと回路共通電位間に接続されない。
従って、正に向かう零交時間ｔ０のすぐ後、交流ライン
ーライン電圧のサイン曲線波形６０の初期の正極性部６
０ａの間、負荷１４は電源１６間に接続され、第２ａ図
の形部６２で示されるように負荷電流が流れる。同時に
、正確な全波整流器（コンパレータ２０とスイッチ手段
２２．２４によって形成される）の出力の電圧■８はサ
イン曲線（第２ｂ図）の初期部６４ａとして正方向に増
加し始める。更に、論理Ｂ信号は低論理レベルであるの
で、スイッチ手段３２は、第２Ｃ図の波形の部分６６に
よって示されるように、スイッチ手段３２から第２のコ
ンパレータ入力２６ｂにもっと大きい基準電圧Ｖｒ２を
提供するように動作する。装置１２ａ−１ａあるいは１
２ａ−２２の導通に関連するノード１２−２３あるいは
１２−２ｂの１つにおける電圧が、第２ｂ図の波形部６
４の間に示されるように、■、、２によって設定される
最大「飽和」電圧より大きくない限り、入力１１−１の
電圧が高論理レベルの「オン」状態を維持すれば、ゲー
ト信号■９は高論理レベルを維持し、導通スイッチ装置
１２ａを導通状態に保持し続ける。「オン」制御レベル
が入力１１−１に存在する間に導通しているＩＧＴの陽
極電圧が第２の基準電圧■、、２によって設定された電
圧を越えれば、第２コンパレータ２６の出力２６ｃがゲ
ート出力４０ｃと入力４２ａにおいて低論理レベルを提
供してオフにする制御シーケンスを開始させてスイッチ
装置を保護するように高論理レベルに切り換える。導通
しているＩＧＴの陽極電圧が第２の基準電圧を越えなく
とも、入力１１−１が時間１．において低論理レベルの
「オフ」制御状態に低下すると、ゲート出力４０Ｃはオ
フにする制御シーケンスを開始させる低論理レベルを入
力４２ａに提供する。
時間１．において、ゲート入力４０ａが低論理レベルへ
切り換えられる正常導通時限の終了に、あるいは第２基
準電圧Ｖｒ２によってセットされた電圧よりも大きく、
かつ、ゲート入力４０ｂで低零レベルにするスイッチ装
置陽極電圧に応答してアンドゲート出力４０ｃは低零レ
ベルに低下する。手段４２は出力４２ｃにおけるゲート
駆動信号のオフにする制御を減少させる。このオフ制御
作用が開始すると、ＮＯＲゲート４４の再入力は低零レ
ベルであり、ゲート出力４４Ｃに高論理レベルを提供す
る。
高論理レベルである論理Ａ信号に応答して導通側？ＩＩ
＋装置２８°は導通してＶや信号ノードから最も遠い抵
抗素子３０の端子を共通電位に接続し、分圧器（現在導
通している電力スイッチ装置１２ａ−１ａあるいは１２
ａ　−２ａの１つと関連するサンプル抵抗１２ｂ−１あ
るいは１２ｂ−２の１つと、抵抗素子３０より構成され
る）はノード電圧で動作して電圧ｖＸを提供する。
それ故、入力２６ａの電圧■８は、部分６８ａにおける
ように、等式■、＝　（Ｒ’／　（Ｒ＋Ｒ’））・■、
に基づく電圧に突然低下する。ここで、■４は導通ずる
スイッチ装置の陽極電圧である。初期オフ動作に続いて
、手段４２が分圧抵抗３０に関連してサンプル抵抗１２
ｂ　−１，１２ｂ−２を介して入力４２ｂヘフイードバ
ツクされるｄＶ／＋ｄｔ情報に応答してｖ９電圧を減少
させて出力４６ｃの電圧を次第に減少させる。これによ
ってスイッチ装置１２ａの導通しているところがオフに
させられる。この次第にオフにさせられる作用は破線部
６２ａによって示され（第２ａ図）、オフ制御手段４２
がないと生じる急激なオフ現象６２８′の発生を抑える
。従って、手段４２にとって前もってセットされるｄＶ
／ｄｔの最大値によって決まる時間間隔ｔはオンの開始
から終了するまで要求され、時間ｔ１において普通に命
令されるオフの開始にとって（低論理「オフ」レベルに
低下する入力１１−１における制御電圧に応答して）、
スイッチ装置の導通しているものは時間１．＋τまで完
全にオフにはならない。このとき、スイッチ装置のゲー
ト制御電圧ｖｇは第３コンパレータの入力端子５０ｂの
基準電圧■、に実質的に等しいスイッチ装置の導通閾値
電圧に実質的に等しい。それから導通を行う装置の陽極
電圧が基準電圧Ｖ、によってセットされるレベルを越え
ると時間ｔ１の前のいつでも同じ作用が生じる。従って
、オフが始まっである時間間隔でτにおいてのみ、例え
ば、時間ｔｌ　　＋τにおいて第３コンパレータの出゛
力５０ｃの電圧が前の低論理レベルから高論理レベルへ
上って２つのスイッチ作用を同時に行わせる。第１のス
イッチ作用はＮＯＲゲート出力４４Ｃに現在存在する低
論理レベルによって行われて低論理レベルＡ信号を提供
して装置２８゛　の導通を外し、それによって分圧抵抗
素子３０はもはや多重手段出力１Ｏ−２ａと回路共通電
位の間には接続されない。第２のスイッチ作用は制御入
力３２ｄの高論理レベルＢ信号に応答して第３スイッチ
手段３２に第２コンパレータの非反転入力２６ｂへもっ
と小さい基準電圧Ｖｒｌ信号を結合させる。従って、第
２コンパレータの基準電圧ｖ２６．は部分６６ａの間Ｖ
ｒｚレベルにあり、第２部分６６ｂの開始時に基準電圧
■□へ低下し、一方、第２コンパレータの入力２６ａの
電圧は、部分６８によって示されるように、実質的に、
ダイオード３８Ｃのツェナー電圧によって実現する動作
電位子Ｖのレベル、例えば、約１５ボルトまで線形に上
昇する。電源電圧が時間ｔ。′において、負極性電源波
形の半サイクルに入る前に零交叉しようとするときライ
ンーライン半サイクル波形が、部分７０　（第２ｂ図）
の間に、もっと小さい電圧に減少するまで、抵抗１２ｂ
の作用によって、部分６４ｂに示されるように、電圧ｖ
Ｘは実質的にツェナーダイオード３８ｃの電圧に維持さ
れる（現実には、ツェナーダイオード３８Ｃの電圧と導
通ダイオード３８の導通しているものの電圧に第２スイ
ッチ手段２４を介した電圧降下を加えたものに等しい電
圧）。
従って、時間ｔ０において零交叉するすぐ前では、電圧
ｖ、、は再び零レベルの大きさであり、他の第２コンパ
レータの入力（ｖ２６．）の電圧は再びｖｒＩのレベル
である。
時間も。′の負に向かう零交叉において、第１コンパレ
ータの入力２０ａ、２０ｂのｉ　性ｉ　化によって第１
および第２のスイッチ手段２２．２４は多重手段入力１
Ｏ−４ａを共通電位（スイッチ手段２２を介して）に効
果的に接続するとともに他のサンプル電圧入力端子１Ｏ
−４ｂを第２スイッチ手段の共通端子２４ｃに接続する
ように動作し、他のライン端子１２−２ａおよび回路共
通電位端子１０−１．１２−１に関して正極性信号とし
ての電圧ｖＸを再び提供する。
第２および第３のコンパレータ２６．５０、ケート４０
．４４、および手段４２の動作は正極性の半サイクルの
間その動作を繰り返し、それによって初期導通部分（第
２ａ図）はＶＸ部分（第２ｂ図）および７２６２部分（
第２ｃ図）とともに通常時間ｔ１′まで続く。全導通し
ているスイッチ装置１２ａ−２ａの陽極電圧が第２の基
準Ｖ、レベルを越えずに、かつ、通常のオフ動作が時間
ｔ１′に行われないと、急激な導通終了動作７２ａ゛は
発生せず、実質的に線形のオフ動作７２ａが行われて導
通は実質的に線形に増加する部分６８°の終了時で時限
り。
の部分６６ａ″の後の時間ｔ、′＋τ”に終了する。
各時間間隔の時限は最大選択値ｄＶ／ｄｔおよびオフ制
御動作の開始時に存在するスイッチ装置の陽極電圧に応
答するので、時限τおよびτ”は、必ずしも必要ではな
いが、等しい。
その後、基準電圧ｖｒＩは、部分６６ｂ゛に示されるよ
うに、第２コンパレータの非反転入力へ提供され、一方
、第２コンパレータの反転入力は、電源波形半サイクル
が時間ｔ、ｊの次の正に向かう零交叉の前の低下部分７
０゛を提供する振幅に低下するときに終了する実質的に
定電圧部分６４ｂ゛を迎える。このようにして、多重手
段１０は制御手段１１の協力を得て電源１６の波形の時
間ｔ０、　。′、ｔ　：％、−の零交叉を検出し、導通
する電力スイッチ装置の陽極電圧を監視し、導通してい
る装置が飽和から外されるとオフ動作を提供し、「オフ
」時間１゜あるいはその前の時間で、関連する零交叉の
後において、装置１２ａ−１３あるいは１２ａ−２ａの
導通しているものの陽極の減少電圧が前にセットされた
ｄＶ／ｄｔの最大値に効果的に開票される場合にオフ制
御動作を提供し、各電源波形の半サイクルの残りの比較
的大きな部分の間電源容量の変化を提供し、かつ、次の
電源波形の零交叉を検出して電源波形の次の半サイクル
の動作を行わせる制御多重装置を自動的に準備すること
により、電源波形の半サイクル部分の全体が終了する。
交流電源をまたいで負荷と直列の少なくとも１つの電力
スイッチ装置を制御する集積回路制御手段を利用する本
発明の多重装置の一実施例が詳細に説明されたが、多く
の変形と修正が当該技術分野の者にとって明らかである
。それ故、添付された特許請求の範囲によってのみ限定
されるものであり、実施例によって特定された詳細な説
明等によって限定されないもめである。
【図面の簡単な説明】
第１図は交流電源をまたいで負荷と直列に接続された一
対の電力スイッチ半導体と、電力スイッチ半導体装置を
制御するための電圧制御速度変化フィードバックゲート
制御回路手段と、本発明の新規な多重手段の実施例を利
用した位相制御回路の説明図。 第１ａ図は追加される回路の詳細を示し、新規な多重手
段の動作方法を理解するのに有用な第１図の装置の詳し
い説明図。 第２図は第１図および第１ａ図の回路の３つの時間的信
号波形図であり、本発明の原理を理解するのに有用な信
号波形図。 符号の説明

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）「オン」の補助制御信号が提供されたときだけ交
    流電源からの電流の流れを制御するために負荷に接続さ
    れた電力スイッチモジュールを前記スイッチモジュール
    の導通を制御するための制御回路手段により相互接続す
    るための多重装置において、 第１および第２の多重装置端子と、 前記第１および第２の装置端子の異なった１つの端子と
    、負荷−電源の直列回路の第１および第２の端部の異な
    った１つの端部との間にそれぞれ接続された第１および
    第２の実質的に抵抗性の素子と、 共通の予め選択された極性を有する第１の信号として前
    記第１および第２の装置端子の間に両半サイクルの交流
    信号波形を提供するための第１の手段と、 予め選択された極性と前記スイッチモジュールの飽和電
    圧より大きくないように選択された大きさの零でない電
    圧を有する第１の基準電位を提供するための手段と、 前記第１の信号が零でない大きさの第１の基準電位より
    小さい第１の状態において前記制御回路手段へオン駆動
    信号を提供して前記制御回路手段に導通信号を提供させ
    、電源信号波形の各半サイクルの間前記零交叉信号と前
    記「オン」補助制御信号の存在に応答して前記スイッチ
    モジュールを導通させる手段とを含むことを特徴とする
    位相制御回路の多重装置。
  2. （２）前記第１の手段は、前記第１および第２の装置端
    子の異なった１つの端子にそれぞれ接続された第１およ
    び第２の入力と、他の入力の電位よりも大きい電位の前
    記入力の１つに応答して第１および第２の状態の１つの
    状態で信号を提供する出力とを有する第１のコンパレー
    タと、第１および第２の選択端子の異なった１つの端子
    間を導通させるように前記第１コンパレータの出力の第
    １および第２の状態に応答して制御される共通端子をそ
    れぞれ有する一対のスイッチ手段とを含み、前記第１の
    スイッチ手段の第１の選択端子と前記第２のスイッチ手
    段の第２の選択端子は前記第１および第２の端子の１つ
    に並列に一緒に接続されており、前記第１のスイッチ手
    段の第２の選択端子と前記第２のスイッチ手段の第１の
    選択端子は前記装置端子の他の端子に並列に接続されて
    おり、前記スイッチ手段の１つの共通端子は回路共通電
    位に接続されており、かつ、前記第１の信号が他のスイ
    ッチ手段の共通端子に提供される特許請求の範囲第１項
    記載に基づく位相制御回路の多重装置。
  3. （３）前記オン駆動手段は、前記第１の信号を受ける第
    １の入力と、前記基準信号を受ける第２の入力と、前記
    第１の入力の信号が前記第２の入力の基準電位よりも小
    さいときオン駆動信号が前記第１の状態で提供される出
    力とを有する第２のコンパレータを含む特許請求の範囲
    第２項記載に基づく位相制御回路の多重装置。
  4. （４）前記装置に動作電位を提供するために前記装置の
    第１および第２の端子に接続された電源手段を更に含む
    特許請求の範囲第３項記載に基づく位相制御回路の多重
    装置。
  5. （５）前記電源手段は、前記制御回路手段にも動作電位
    を提供する特許請求の範囲第４項記載に基づく位相制御
    回路の多重装置。
  6. （６）前記電源手段は、変動直流電位を提供するように
    前記第１および第２の各端子の交流信号を整流する手段
    と、実質的な定直流電位を提供するように変動直流電位
    を濾波する手段を含む特許請求の範囲第４項記載に基づ
    く位相制御回路の多重装置。
  7. （７）前記整流手段は一対の一方向性導通半導体素子を
    含み、前記濾波手段はフィルタコンデンサを含む特許請
    求の範囲第６項記載に基づく位相制御回路の多重装置。
  8. （８）前記フィルタコンデンサは前記スイッチモジュー
    ル内に物理的に位置している特許請求の範囲第７項記載
    に基づく位相制御回路の多重装置。
  9. （９）動作電位の大きさを調節する手段を更に含む特許
    請求の範囲第６項記載に基づく位相制御回路の多重装置
    。
  10. （１０）前記スイッチモジュールは前記制御回路手段か
    らの前記制御信号に応答して飽和状態に制御される少な
    くとも１つのスイッチ装置を含み、前記装置は、更に、
    前記少なくとも１つのスイッチ装置の導通状態を監視し
    て前記少なくとも１つのスイッチ装置が飽和電圧導通状
    態を離れると前記制御回路手段に前記導通信号を除去さ
    せる手段を含む特許請求の範囲第３項記載に基づく位相
    制御回路の多重装置。
  11. （１１）前記制御回路手段は前記スイッチモジュールを
    導通および非導通状態にそれぞれ制御するレベルである
    前記制御回路手段からの制御信号に応答して前記第１お
    よび第２の状態の第１の論理信号を提供し、前記監視手
    段は、更に、前記少なくとも１つのスイッチ素子の飽和
    電圧の大きさに実質的に等しい大きさを有する第２の電
    源と、前記第１の論理信号の前記第１および第２のそれ
    ぞれの状態の１つの存在に応答して基準電位としての前
    記第１および第２の基準電位の１つを前記第２コンパレ
    ータの第２の入力に接続する他のスイッチ手段とを含み
    、前記第２コンパレータの出力は前記第２の基準電位を
    越える大きさの飽和電圧に応答して前記第２の状態へ変
    化させ、前記少なくとも１つのスイッチ装置が非導通状
    態にさせられる特許請求の範囲第１０項記載に基づく位
    相制御回路の多重装置。
  12. （１２）前記他のスイッチ手段は、前記第１および第２
    の基準電位の異なった１つと前記第２コンパレータの第
    ２入力の間で接続を制御される回路の電流の流れを制御
    する制御入力をそれぞれ有する一対の導通制御装置と、
    第１の基準電位に接続された装置の制御入力に直接前記
    第１の論理信号を加え、前記第２の基準電位に接続され
    た装置の制御入力に論理の反転した信号を加える手段と
    を含む特許請求の範囲第１１項記載に基づく位相制御回
    路の多重装置。
  13. （１３）前記制御回路手段がもはや前記補助信号を受信
    しなくなる状態と、あるいは前記少なくとも１つのスイ
    ッチ装置が飽和導通電圧状態を外れる状態との最初に発
    生した状態に応答して前記スイッチモジュールを介して
    流れる電流が次第にオフになる導通を提供する手段を更
    に含む特許請求の範囲第１０項記載に基づく位相制御回
    路の多重装置。
  14. （１４）前記制御回路手段が前記最初に発生する状態に
    応答して第２の論理信号を発生するとともに前記第１の
    信号の大きさの増加に応答して前記スイッチモジュール
    をオフにし、前記次第にオフにする手段は前記第２の論
    理信号の開始に応答して前記制御回路手段へ提供される
    前記第１の信号の大きさを減衰させ、かつ、前記スイッ
    チモジュールのｄＶ／ｄｔの変化を所定の最大値に作用
    的に制限する手段を含む特許請求の範囲第１３項記載に
    基づく位相制御回路の多重装置。
  15. （１５）前記減衰手段は、前記整流器手段の出力に結合
    された第１の端部、および第２の端部を有する抵抗素子
    と、前記インピーダンス素子の少なくとも１つに関して
    前記第１の信号の大きさを減少するように前記第２の論
    理信号に応答して前記抵抗素子の第２の端部を共通電位
    へ接続する他のスイッチ手段を含む特許請求の範囲第１
    ４項記載に基づく位相制御回路の多重装置。
  16. （１６）前記スイッチモジュールの次第にオフになる現
    象が終了した後各電源波形の半サイクルの残りの間前記
    第１の基準電位を前記第２コンパレータの第２の入力に
    加える手段を更に含む特許請求の範囲第１４項記載に基
    づく位相制御回路の多重装置。
  17. （１７）前記装置に動作電位を提供するために前記装置
    の第１および第２の端子に接続された電源手段を更に含
    む特許請求の範囲第１３項記載に基づく位相制御回路の
    多重装置。
  18. （１８）前記電源手段が前記制御回路手段にも動作電位
    を提供する特許請求の範囲第１７項記載に基づく位相制
    御回路の多重装置。
  19. （１９）前記電源手段は、変動直流電位を提供するよう
    に前記第１および第２の装置端子のそれぞれの交流信号
    を整流する手段と、実質的な定直流電位を提供するよう
    に変動直流電位を濾波するフィルタを含む特許請求の範
    囲第１７項記載に基づく位相制御回路の多重装置。
  20. （２０）前記整流手段は一対の一方向性導通半導体素子
    とを含み、前記濾波手段はフィルタコンデンサを含む特
    許請求の範囲第１９項記載に基づく位相制御回路の多重
    装置。
  21. （２１）フィルタコンデンサは前記スイッチモジュール
    内に物理的に位置する特許請求の範囲第２０項記載に基
    づく位相制御回路の多重装置。
  22. （２２）動作電位の大きさを調節する手段を更に含む特
    許請求の範囲第１９項記載に基づく位相制御回路の多重
    装置。
  23. （２３）前記第１および第２の実質的な抵抗素子のそれ
    ぞれは実質的に同じ大きさの抵抗Ｒである特許請求の範
    囲第１項記載に基づく位相制御回路の多重装置。
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