JPS611273A - 変成器を備えたインバータ回路装置 - 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】 本発明は、１次巻線が電子スイッチを介して直流供給電
圧のための入力端に接続され、少なくとも１つの２次巻
線が整流器を介して出力側に接続された変成器を備え、
上記電子スイッチの制御入力端がオン／オフ制御回路を
介して、例えばパルス幅制御された制御パルスを発生す
る制御装置に接続されており、該制御パルスはターンオ
ン電位を有しパルス休止期間は阻止電位にあるインバー
タ回路装置（逆変換回路装置）に関する。上記制御装置
はクロック発生器、またはクロックパルスもしくは制御
パルスに対しその持続幅を変調する制御回路を備えたク
ロック発生器とすることができる。インバータ回路装置
は特に、ブロッキング変換器である。

従来技術 このようなブロッキング変換器は、ベルリンおよびミュ
ンヘン所在の７−メンスＡＧ社１９８１１Ｅ発行のハン
スグムハルタ（ＨａｍｓＧｕｍｈａｌ　ｔｅ　ｒ　）著
の文献「ンユトローム　フェアゾルグングスシステムデ
ア　コンミュニ力チオンステヒニーク（Ｓｔｒｏｍ　ｖ
ｅｒＢｏｒｇｕｎｇｅｓｙｓｔｅｍｅｄ、ｅｒ　Ｋｏｍ
ｍｕｎｉｋａｔｉｏｎｓｔθｃｈｎｉｋ　）　Ｊ　、巻
１、頁２１５および２１９から公知である。この公知の
ブロッキング変換器は、電子スイッチとして、調整およ
び制御装置により制御されるバイポーラトランジスタを
備えている。　。

この」：うなブロッキング変換、器においてバイポーラ
トランジスタを遇力ＭＯ８亀界効果トランジスタにより
置換すると、実質に電力消費のない制御が可能となる。

さらに、高いスイッチング速度により非常に小さい切換
損失が達成される。

言うまでもなく、この種の給電装置の変成器はプロンキ
ング変換器の原理に従かい且つ巻線技術に条件付けられ
て漂遊インダクタンスおよび巻線容量を有している。本
発明と関連して行なった実験の示すところによれば、最
適に結合された巻線を有する巻線構造においても振動周
波数は数ＭＨ２台にあり、したがって、非常に高速の電
子スイッチを使用１′る場合には、振動が励起され、こ
れら信号は変成器の二次側に設けられている整流器（単
数または複数）に電圧の面で付加的に負荷を加え且つ高
周波数の妨害源となり得ることが判った。

発明の目的 本発明の課題は、高速電子スイッチを使用する当り、高
周波数の振動を効果的に回避するために、ターンオン時
間を限定的長くなるようにインバータ回路を構成するこ
とにある。

発明の構成 上の課題を解決するために、電力ＭＯＳトランジスタを
使用し該トランジスタのターンオン時間をノｒＱ　　Ｆ
容量もしくはゲート抵抗を太き（することにより制御す
ることが可能であろう。しかしながら、本発明の対象に
おいては、ターンオン時間のこのような制御は僅かな大
きさにおいてのみ可能である。

上の認識から出発して、上記の課題を解決するためのイ
ンバータ回路装置においては、電子スイッチを１次巻線
に直列に接続されたソース−ドレイン区間を有する電力
ＭＯＳトランジスタから構成し、該トランジスタのゲー
ト電極をデー１−前置抵抗器を斤してオン／オフ制御回
路に接続し、該オン７７オフ制御回路は、ゲート前置抵
抗器に前置接続されて該ケ”−ト装置抵抗器と直列に配
設された抵抗器とコンデンサとを有するＲ　Ｃ素子ケ設
け、該コンデンサは上記ＭＯＳトランジスタのゲート−
ソース区間と上記ゲート前置抵抗器との直列接続に対し
て並列に接続し、そして上記コンデンサに対し並列に、
次のように制御可能な放電回路、即ち上記オン／オフ制
御回路がクーンオン電位を出力する時には開かれそして
上記オン／オフ制御回路が阻止電位を出力する時には閉
じられるように制御可能な放電回路を設ける。

本発明の発展的実施態様においては、インバータ回路装
置は、放電回路がバイポーラトランジスタのエミツタ−
コレクタ区間によって形成されるように構成される。こ
の場合、ターンオン過程中のゲート電圧の立上りは、Ｒ
Ｃ素子の時定数により確定され、他方閉成過程における
ゲート電圧の立下りは、殆んど遅延なく実現されて、そ
れによりターンオフ損失は一定に留まる。

本発明の別の実施態様においては、ＲＣ素子の時定数は
、整流器の素子電圧の予め定められた限界値が丁度維持
される大きさに選択される。

この構成によれば、電力ＭＯＳトランジスタの低（・損
失電力の観点からそれ自体有利である短かいターンオン
時間は、本発明の課題の解決に要求される範囲内でのみ
減少されると言う利点が得られる。

合目的的には、インバータ回路装置は次のように構成す
る。即ち、ゲート前置抵抗器を、抵抗器およびそれに直
列に設けられている第１のトランジスタのコレクタ−エ
ミツタ区間を介してターンオン電位源に接続すると共に
他方また第２のトランジスタのエミツタ−コレクタ区間
を介して素子成位源に接続し、そしてＲＣ素子のコンデ
ンサに対して並列に配設された放電回路を第２のトラン
ジスタのエミツタ−コレクタ区間により形成し、オン／
オフ制御回路の第１および第２のトランジスタを制御装
置により常に一方のトランジスタが導通する時に他方の
トランジスタが不導通になるように制御可能なように構
成するのである。

変成器が複数の出力巻線を有する場合には、特に本発明
により達成される利点は重要となる。

と言うのは、整流器の阻止電圧に対する要件は、複数の
整流器に対して軽減されるからである。

一般に、多数の変成器巻線が設けられている場合には、
漂遊インダクタンスを小さくするのが困難であり、イン
バータ回路装置の出力側における振動を減衰するだめの
スイッチ手段を多重に設けなければならず、そ４のため
に費用が特に大きくなり、電力損失も太き（なる。

本発明の実施態様にお（・て、インバータ回路装置を情
報伝送区間の遠隔給電に使用する場合には、入力と出力
との間の電位差が大きいために、変成器の耐電圧性に対
し特に厳しい要件が課せられる。この結果不可避的に生
ずる漂遊インダクタンスの作用は有利な仕方で、実際上
無視し得る程度に軽減される。

実施例 図面に示したブロッキングインバータにおいて、入力直
流電圧Ｕ１カー印加される直流電源１は電力ＭＯ８電界
効果トランジスタ１７０ソース−ドレイン区間を介して
変成器２ｏの１次巻線２００１次巻線１９に供給される
。電源１の負極が入力回路の基準電位を形成しており、
電界効果トランジスタ１７のソース接続端子に接続され
ている。さらに、補助電源３の負極ならびに補助電源４
の正極が直流電源１の負極に接続されている。

変成器２００２次巻線２１には、整流器２２とコンデン
サ２３からなる直列回路が接続されている。コンデンサ
２３に対して並列に、出力端Ａ１が設けられており、該
出力端には負荷抵抗器２４が接続されている。

別の２次巻線２２には、別の出力電圧のための同様に形
成された出方回路が設けられている。

整流器２２′およびコンデンサ２３′からなる直列接続
回路が２次巻線２２に接続されている。コンデンサ２３
′には並列に第２の出力端Ａ２が設けられ、該出力端に
は別の負荷抵抗器２４′が接続されている。

さらに他の出力電圧が所要の場合には、同様の仕方で構
成された別の２次巻線を設けることができる。

電界効果トランジスタ１７のゲートには、ゲート前置抵
抗器１６が前置接続されている。この前置抵抗器１６の
ゲートとは反対側の端は、抵抗器１５とコンデンサ１８
との接続点に接続されている。抵抗器１５およびコンデ
ンサ１８は互いに直列に接続されておってＲｅ回路を形
成シており、該Ｒｅ回路はトランジスタ１ｏのエミツタ
−コレクタ区間を介して、２つの補助電源３および４の
直列接続回路に接続されている。

コンデンサ１８には並列に、バイポーラトランジスタ１
２のエミツタ−コレクタ区間が接続されている。トラン
ジスタ１２のベース−コレクタ区間には並列に、トラン
ジスタ１３のエミツタ−コレクタ区間が接続されている
。トランジスタ１３０ベースは抵抗器１４を介して補助
電源４の負極もしくは電位−ＵＨに接続されると共にト
ランジスタ１１のコレクタ−エミツタ区間を介してトラ
ンジスタ１００ベースＫｉｄされている。トランジスタ
１１のベースは抵抗器７を介して補助電源３の正極もし
くは電位＋Ｕ１（に結合されている。トランジスタ１１
０ベースは、さらに、ダイオード９を介してトランジス
タ１１のコレクタに接続されると共に抵抗器６および制
御回路５の出力端を介して電位→−ＵＨに、ダイオード
８を介して接続されている。

変成器２０は漂遊インダクタンスと巻線容量を有してい
る。最適に結合された巻線を有するを線構造の場合にも
、振動周波数は数ＭＨ２台になり得る。このような変成
器の１次側を非當に迅速に動作するスイッチを介して電
源に接続しＩｃ場合には、娯遊インダクタンスＬおよび
巻ｉ腺容叶ＣＷから形成される振動回路の特性インピー
ダンスに、７」応して゛電流が流れて振動回路を励畷す
る。４圧ばこの場合、電源の２倍の値で振動して１、変
成器２００鉄損による減衰で周期的に減衰する。この振
動過程で、２次１−〇の整流器（単数または複数）には
電圧負荷がかがり、高周波数の妨害源となる。

図面に示したブロッキングインバータも、それ自体だけ
を取上げて見た場合には、非雷に迅速に動作する電子ス
イッチ、即ち、電力ＭＯ８’ＦＪｆ。

界効果トランジスタ１７を備えている。しかしながら、
この電界効果トランジスタ１７のゲートには特殊な仕方
で構成された制御回路が前置接続されている。この制御
回路によれば、整流器２２および２２′の実効的な電圧
負荷は公称値もしくは定格値に減少され、したがって整
流器は適正な逆電圧で使用することかできる。

クロック発生器とパルス幅変調器とを含む１ｉｌＪ御回
路５から電界効果トランジスタ１７に幻するターンオン
信号（閉成信号）が印加される２−１゜トランジスタ１
１および１０は導通になる。抵抗器１４における電圧降
下によりトランジスタ１３および１４は１（目止される
。抵抗器１５を介して、コンデンサ１８は遅延を伴なし
・電圧−Ｕ１□から電圧＋ＵＨに充電される。それによ
り、電力ｒｉｏＳＩ界効果トランジスタ１７のゲート閾
電圧がゆっくりと横切られることになり、その結果、所
定の遅延を伴なって閉成もしくはターンオンされる。こ
の場合、電力ＭＯ８電界効果トランジスタ１７は電圧を
保持するので、１次巻線１９の４圧立上りｃＬｕ／ｒｉ
ｔは緩慢となり、したがって、振動回路は実際上励振さ
れることはない。

制御回路５により発生されるターンオンパルスの立下り
縁によって定められるターンオフ信号後に、トランジス
タ１１および１０は不導通になり、トランジスタ１３お
よび１２は導通になる。トランジスタ１２を介してコン
デンサ１８はｔｌとんど遅延を伴なわずに電圧−賄まで
放電し、それにより電力ＭＯ８電界効果トランジスタは
遅延なく不導通忙なる。トランジスターコヒクタ １２のエミツク区間に対■２て直列に保護抵抗器が設け
られている場合にも、電界効果トランジスタ１７の不導
通もしくは阻止は実質的に遅延を伴なうことなく実現さ
れる。

変成器巻線の良好な結合は、１次巻線および２次巻線（
単数または複数）を可能な限り多く交互に巻装すること
により達成される。変成器の１次巻線および２次巻線を
多数回交互に挾み込んで巻装すれば、特に良好な変成器
巻線の結合が達成される。ダイオード阻止電圧および／
または妨害安全性に関する所定の要件を満すためには、
電力ＩＪｉＯ８）ランジスタのゲート電圧の立上りを特
に僅かな大きさだけ減少する必要がある。

２つの補助電源３および４０代りに唯一の補助電源だけ
を設けることができる。このように１つの補助電源しか
用いない場合には、補助電源４を電気接続により置換す
る。他の点に関しては回路構成は同じである。

ＬＣ振動回路が無限に高速のスイッチにより直流電源に
開閉されるとすると、特製インピーダンス１Ｚｌ＝Ｌ／
Ｃにより制限されて電流が流れる。コンデンサの電圧は
電源の２倍の値で振動して減衰度に従がい減衰する。

このような振動回路を非周期的に減衰するための最も単
純な方法は、振動回路のエネルギを無くす直列抵抗器Ｒ
６−２・ＩＺｌを回路に挿入することである。しかしな
がら、このことは、変成器の場合には不可能である。し
かしながら、Ｒｅ減衰素子を巻線に接続することは可能
である。この場合、容量Ｃは、はぼ１ＯＸＣ，即ち巻線
容量の１０倍に等しくなるように選択して、それＫより
特性インピーダンスを実質的に係数ろだけ減少し、振動
回路に流れる′電流を相応に大きくする必要がある。こ
のようにすれば、所要の減衰抵抗器Ｒにおける損失は約
５倍も太き（なる。

同期長１゛を有する撮動回路を、時定数τ〉土・Ｔの指
敢閏教に従かい零からＵに立上る電圧を有する面流市源
に接続すれば、振動回路に流れる電流は、コンデンサ電
圧が殆んど過振動しないように制限さｆする。スイッチ
を所定の遅延でり〜ンオンする場合にも同じような結果
が達成される。この鳴合に生ずる閉成損失は直列抵抗器
Ｒ０の場合と同様小さい。即ち、外部抵抗器Ｒの電力消
費の約１／３に過ぎない。

好ましい実施例において、阻止インバータは、情報電送
区間に結成するための給電装置における砥源装置として
用いられる。好ましい実施例において、変成器には、４
．１（Ｖ台の試験交流電圧が必要とされる。変成器はこ
の場合、６つの二次巻線と、７つの１次巻線を有する。

はぼ２分１０巻線スペースは絶縁のために使われる。

変成器の共振周波数は約５　ＭＩ−１ｚ台である。

図面に示したインバータ回路の好ましい実施例において
は、ターンオン時間は２００　ｎｓ　（ナノ秒）から４
００　ｎｓに増加した。これにより、撮動は無視し得る
値に減衰する。ターンオン時間およびターンオン損失は
、例えば、１．５μ秒のターンオン時間を有するバイポ
ーラトランジスタの場合よりも相当に小さい。

発明の効果 この構成によれば、電界効果トランジスタにおける比較
的小さい付加的なターンオン損失で、整流器の電圧負荷
は、著Ｉ７＜軽減され、しだがつて整流器は、適した阻
止電圧で使用することができる。さらに、さもなくば振
動を減衰するような出力抵抗器およびコンデンサを省略
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電力ＭＯ９）ランジスタを備し阻止インバー
タとして構成された逆変換回路（インバータ回路）を示
す゛。 １・−直流電源、２，１８．２３・・コンデンサ、３．
４−補助電源、５−・−制御回路、８，９・・ダイオー
ド、１０，１１．１３・−トランジスタ、１２−・バイ
ポーラトランジスタ、６　、７　、１４゜１５−抵抗器
、１６・−ケゞ−ト前置抵抗器、１７−・＋Ｊｆｉ界効
果トランジスタ、１９−・・１次巻線、２〇−変成器、
２１・・−２次巻線、２２・・整流器２４−負荀抵抗器
。 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．１次巻線（１９）が電子スイツチを介して直流供給
   電圧（Ｕ１）のための入力端（Ｅ）に接続され、少なく
   とも１つの２次巻線（２１，２２）が整流器（２２，２
   ２′）を介して出力側（Ａ１，Ａ２）に接続された変成
   器（２０）を備え、前記電子スイツチの制御入力端が制
   御回路を介して、制御パルスを発生する制御装置に接続
   されており、該制御パルスはターンオン電位（＋Ｕ＿Ｈ
   ）を有しパルス休止期間は阻止電位（−Ｕ＿Ｈ）にある
   インバータ回路装置において、前記電子スイツチを、前
   記１次巻線（１９）に直列に接続されたソース−ドレイ
   ン区間を有する電力ＭＯＳトランジスタ（１７）から構
   成し、該トランジスタ（１７）のゲート電極（Ｇ）をゲ
   ート前置抵抗器（１６）を介して前記制御回路に接続し
   、該制御回路は、前記ゲート前置抵抗器（１６）に前置
   接続されて前記ゲート前置抵抗器（１６）と直列に配設
   された抵抗器（１５）とコンデンサ（１８）とを有する
   ＲＣ素子を備え、該コンデンサ（１８）は前記ＭＯＳト
   ランジスタ （１７）のゲート−ソース区間と前記ゲート前置抵抗器
   （１６）との直列接続に対して並列に接続し、そして前
   記コンデンサ（１８）に対し並列に、次のように制御可
   能な放電回路、即ち、前記制御回路がターンオン電位 （＋Ｕ＿Ｈ）を出力する時には遮断されそして前記制御
   回路が阻止電位（−Ｕ＿Ｈ）を出力する時には作動接続
   されるように制御可能な放電回路を設けたことを特徴と
   するインバータ回路装置。 ２．放電回路が、直列に接続された保護抵抗器を備えた
   バイポーラトランジスタのエミツタ−コレクタ区間によ
   り形成されている特許請求の範囲第１項記載のインバー
   タ回路装置。 ３．ＲＣ素子（１５，１８；１５′，１８′）の時定数
   を、整流器（２２，２２′）の阻止電圧の所与の限界値
   が丁度維持される大きさに選択した特許請求の範囲第１
   項または第２項記載のインバータ回路装置。 ４．ゲート電池抵抗器（１６）を、抵抗器 （１５）および第１のトランジスタ（１０，１０′）の
   該抵抗器（１５）に直列のコレクタ−エミツタ区間を介
   して、ターンオン電位 （＋Ｕ＿Ｈ）の電源（３）に接続する共に、第２のトラ
   ンジスタ（１２）のエミツタ−コレクタ区間を介して阻
   止電位（−Ｕ＿Ｈ）の電源に接続し、前記ＲＣ素子（１
   ５，１８；１５′１８′）のコンデンサ（１８，１８′
   ）に対して並列に設けられた放電回路を、前記第２のト
   ランジスタ（１２，１２′）のエミツタ−コレクタ区間
   により形成し、そしてオン／オフ制御回路の前記第１お
   よび第２のトランジスタ（１０，１２；１０′，１２′
   ）を制御装置により、一方のトランジスタ（１０，１２
   ；１０′，１２′）が導通し他方のトランジスタ（１２
   ，１０；１２′，１０′）が不導通になるように制御可
   能である特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか
   に記載のインバータ回路装置。 ５．変成器（２０）が複数の出力巻線（２１，２２）を
   備えている特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
   かに記載のインバータ回路装置。 ６．ブロツキング変換器を、情報伝送区間の遠隔給電用
   装置で使用する特許請求の範囲第１項ないし第５項のい
   ずれかに記載のインバータ回路装置。