JPS63204814A - パワートランジスタ駆動回路 - Google Patents

パワートランジスタ駆動回路

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JPS63204814A
JPS63204814A JP63028625A JP2862588A JPS63204814A JP S63204814 A JPS63204814 A JP S63204814A JP 63028625 A JP63028625 A JP 63028625A JP 2862588 A JP2862588 A JP 2862588A JP S63204814 A JPS63204814 A JP S63204814A
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transistor
turn
capacitor
drive
base
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JP63028625A
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ラルフ・ドナルド・ジェッセ
ジョセフ・マイケル・ウリシュ
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Westinghouse Electric Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Publication date
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    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
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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】 本発明は、パワートランジスタ・スイッチング回路に関
し、特に、パワーインバータのような装置の出力段に使
用される、上記回路に関する。
スイッチング・モードで動作するパワートランジスタ駆
動回路は、オン状態の時に低い電圧降下が生じるように
十分な駆動電流を供給しなければならず、またパワート
ランジスタのターンオフを早める手段を備えなければな
らない。
高電流スイッチングモードで動作しているトランジスタ
にベース駆動電流を制御可能な態様で且つ信頼性をもっ
て流す公知の方法は電流制御式フィードバック変圧器駆
動回路を使用する方法である。しかしながら、かかる駆
動回路では、比較的高い駆動電流が必要でありまたター
ンオフを迅速にする回路設計が必要なので、その結果と
して回路構成が大規模にりこのため漂遊インダクタンス
によりスイッチング特徴しい電圧スパイクを生じること
がある。電子インバータは通常、ブリッジ形に接続され
た複数の出力トランジスタ・スイッチを含む。一対の直
流導体の間に直列に電気接続された一対のパワースイッ
チングトランジスタの間に出力パワー極が形成されてい
る。単一のインバータ出力パワー極に接続されたトラン
ジスタをスイッチングするときには片方のトランジスタ
が導通できる間はもう片方のトランジスタがターンオン
しないように用心することが重要である。これは制御信
号をアンダラップ（ｕｎｄｅｒｌａｐ）することによっ
て行なう場合がある。この方法はかなり効果的ではある
が、極が導通せず、したがって電圧がふらついた状態に
ある期間を生ぜしめる場合がある。
本発明の目的は、いずれか一方のトランジスタが確実に
オフ状態になるまで他方のトランジスタのターンオンを
阻止するインターロックを提供することにある。
本発明の回路は必要なターンオン特性及び迅速なターン
オフ特性を有し、コンパクトに構成でき、それにより回
路の高電流部分のリード線の長さを最少限に抑えると共
に漂遊インダクタンスを小さくすることができる。イン
バータ出力回路で使用する場合には簡単な電流クロス・
フィード構成を利用し、単一のインバータ出力極と関連
した２つのパワートランジスタが同時に導通するのを防
ぐ。
本発明に従って構成された回路はベース、エミッタ及び
コレクタを有するパワースイッチングトランジスタを含
む、駆動トランジスタはダーリントン回路を構成するよ
うにパワースイッチングトランジスタに接続され、駆動
トランジスタのコレクタはスイッチングトランジスタの
ベースに接続される。駆動変圧器によりターンオン・パ
ルス及びターンオフ・パルスが発生されるコンデンサが
駆動変圧器に接続され、ターンオン・パルスの発生中に
充電される。ターンオフ・パルスの発生中、ソリッドス
テート・スイッチング素子によりコンデンサが駆動トラ
ンジスタのベースとスイッチングトランジスタのエミッ
タとの間に接続され、コンデンサ上の電圧が駆動トラン
ジスタ及びスイッチングトランジスタのターンオフを早
める。駆動トランジスタはスイッチングトランジスタよ
りも早くターンオフすると考えられるので、駆動トラン
ジスタのターンオフよりも後であるがスイッチングトラ
ンジスタのターンオフ前にコンデンサの電流の流れを持
続させるための手段が設けられる本発明をインバータの
出力回路に使用する場合、パワースイッチングトランジ
スタの一方のものと関連したコンデンサを流れる電流を
表す信号を発生する手段が設けられる。この信号を使用
して第１のスイッチングトランジスタが確実にターンオ
フするまでターンオン・パルスが相補スイッチングトラ
ンジスタに印加されるのを阻止する。
本発明は、添付の図面に例示するその好ましい実施例に
ついての以下の説明から容易に明らかになろう。
［好ましい実施例の説明コ 図面を参照すると、第１図は本発明の一実施例としての
パワートランジスタ駆動回路の略図である。この回路で
は、駆動トランジスタＱ１がダーリントン回路を構成す
るようにパワースイッチングトランジスタＱ２に接続さ
れ、したがってトランジスタＱ１のコレクタはトランジ
スタＱ２のコレクタに接続され、トランジスタＱ１のエ
ミッタはトランジスタＱ２のベースに接続されている。
トランジスタＱ１、Ｑ２のターンオフを迅速にするため
に、電界効果トランジスタＱ３コンデンサＣ１，及びダ
イオードＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３を有するスイッチング
可能なエネルギー蓄積回路１０が設けられている。変圧
器Ｔ１が駆動電流をトランジスタＱ１に、制御電圧をト
ランジスタＱ３に充電電流をコンデンサＣ１に流すよう
に接続されている。変圧器Ｔ１はまた、パワー回路と制
御回路と隔離させている。ＤＣｉｊ源１２が限流回路１
４を介して変圧器Ｔ１の一次巻線Ｎ１、Ｎ２に接続され
、限流回路１４はトランジスタＱ４、抵抗Ｒ１、Ｒ２及
びダイオード列ＣＲ６を有している。制御信号源１６が
制御パルスをインバータ列Ｕ１に与え、このインバータ
列はトランジスタＱ５、Ｑ６を交互に駆動するのに使用
される。
次に、第１図の回路の動作を説明するが、まず最初に、
トランジスタＱ６がオンであり、トランジスタＱ４を介
して限流電源から電流が流れ、また変圧器Ｔ１が飽和状
態にあるものとする。駆動電流は流れていないのでトラ
ンジスタＱ１、Ｑ２はオフ状態にある。制御信号を論理
・ハイレベルにするとトランジスタＱ５はターンオフす
るがトランジスタＱ６はタン−オンする。これにより、
変圧器は飽和状態から離脱し、制御された量の電流がト
ランジスタＱ１のベースに流れてそのトランジスタをタ
ーンオンする。このためパワートランジスタＱ２のベー
スに電流が流れ、ダーリントン接続によりこのトランジ
スタもターンオンする。　一方、電界効果トランジスタ
Ｑ３は、変圧器の二次巻線Ｎ４の出力に現れた負電圧に
よりオフに保たれる。正しい動作を行うためには、変圧
器がオン方向に飽和する前に回路をターンオフしなけれ
ばならない。もしそうだとすると論理ローレベルの制御
信号がトランジスタＱ５をターンオフし、トランジスタ
Ｑ６をターンオンすると変圧器の二次側は極性が逆転し
て正電圧を出し、この正電圧により電界効果トランジス
タＱ３がターンオンする。変圧器の二次巻線Ｎ３を流れ
る逆方向電流はダイオードＣＲ４で止められるので二次
巻線の短絡が回避される。もし短絡すると、ターンオン
電圧を電界効果トランジスタＱ３に印加することになる
電圧が二次巻線Ｎ４に生じることがない。トランジスタ
ｑ３をターンオンすることにより、常態では飽和したコ
ンデンサＣ１からトランジスタＱ２、Ｑｌの両方のエミ
ッタ・ベース接続点を介する回路が完成する。その結果
生じた逆方向電流はトランジスタＱ１の迅速なターンオ
フを助け、トランジスタＱ２がターンオフするまで引続
ぎダイオードＣＲ３を流れる。
逆方向のベース電流がパワートランジスタＱ２からキャ
リアを除去し、そのターンオフ速度を著しく高める。タ
ーンオフ期間中、コンデンサを流れる電流は変圧器の巻
線Ｎ４からダイオードＣＲＩ、ＣＲ２を通って流れてき
た電流によって増量する。この電流はトランジスタＱ２
がターンオフした後も引続き流れて、コンデンサＣ１を
再充電する。コンデンサの最大電圧はダイオードＣＲＩ
のツェナー電圧及びトランジスタＱ４のコレクタのとこ
ろに現われる限流電源の無負荷電圧によって決まる。ダ
イオードＣＲＩにより正しい電圧レベルが電界効果トラ
ンジスタＱ３のゲートとコンデンサＣ１の両方に現れる
。変圧器はその後飽和し、回路をその初期状態に復帰さ
せる。その時、トランジスタＱ１、Ｑ２はベース駆動電
流がないので、制御信号は再びハイレベルになるまでＯ
ＦＦ状態を保つ。本発明のもりと完全な理解を得るため
に、第１図の回路の構成に利用される部品の一覧表を表
１に示す。
表１ 第１図の回路のための部品の仕様 Ｑ　１　　　　　　　　　　　　　　シリトロン（Ｓｏ
ｌｆｔｒｏｎ）ＤＥＩＪ１０７Ｑ　２　　　　　　　　
　　　　ウェストコード（ＷＥＳＴＣＯＤＥ）　　ＷＴ
５８０５Ｑ　３　　　　　　　　　　　ＩＲＦ　１５１
Ｑ　４　　　　　　　　　　２Ｎ３７４１Ｑ　５　　　
　　　　　　　２Ｎ３０１９Ｑ　６　　　　　　　　　
　２Ｎ３０１９Ｕ　Ｉ　　　　　　　　　　　ＭＣ１４
０４９ＢＣ１１００ｕｆｄ ｃ　　２　　　　　　　　　　　　　　　　ａ２０ｐｆ
ｄＲ１７，５Ω Ｒ２２，４Ｋ Ｒ３１５０Ω Ｒ４１，０ｋ Ｒ５１，ＯＫ Ｎ　　１　　　　　　　　　　　　　　　　　　１４０
丁Ｎ　　２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　７
０ＴＮ　　３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
ＬＯＴＮ　　４　　　　　　　　　　　　　　　　　　
３２ＴＣＲ１５，８Ｖ ＣＲ２ｌＮ５８１５ ＣＲ３ｔＪＥｓｌｌｏｌ ＣＲ４ｌＮ５８２０ ＣＲ５ＭＲ８７Ｂ ＣＲ８ＧＥ　　Ｒ７９４ ＣＲ７ＧＥＲ７９４ ＣＲ８ＧＥＲ７９４ 第２図は本発明の変形例としてのインバータ極出力回路
の略図である。外部電源によりＤＣ電力が端子１８．２
２に給電される。この回路には、パワートランジスタＱ
２Ａ％Ｑ２Ｂが同時に導通するのを防ぐために簡単な電
流クロス・フィード構成が利用されている。一旦ターン
オフ信号が生じると、関連のパワートランジスタのベー
ス電流が少くなってそのトランジスタがＯＦＦになるま
で電流がコンデンサＣＩＡ又はＣＩＢに一方向を流れて
る。すると、再充電時コンデンサ電流が逆方向に流れる
。第２図の回路の動作を説明するために、トランジスタ
Ｑ２Ｂが当初ＯＦＦ状態にあり、トランジスタＱ２Ａが
ＯＮ状態にあり、正電圧が端子２０を経て負荷に印加さ
れているものとする。今、制御信号源１６の出力を論理
・ハイレベルから論理ローレベルまで変化させる。この
結果、トランジスタＱ５Ａはターンオフするが、コンデ
サＣ２Ａの電圧によってターオフが早めらされる。トラ
ンジスタＱ６Ａ、Ｑ５Ｂがターンオフする。トランジス
タＱ６Ｂはターンオフ信号を受取るが、このトランジス
タＱ６Ｂは飽和“オン”状態にあり且つそのキャリア電
荷はそのベース抵抗Ｒ５Ｂを通って逃げ出さなければな
らないのでトランジスタＱ６Ｂのターンオフが遅れる。
トランジスタＱ６Ｂ　（又はＱ７Ｂ）がオン状態である
限り、ベース電流はトランジスタＱＩＢに流れることが
出来ず、したがってトランジスタＱ２Ｂはオフ状態を保
つ。一方、トランジスタＱ２ＡはコンデンサＣＩＡの放
電によりターンオフされている。
このコンデンサの放電電流は変流器ＣＴＩＡにより検出
されるが、変流器ＣＴＩＡはトランジスタＱ７Ｂをター
ンオンする信号を出し、それによって変圧器ＴＩＢの一
次側を短絡状態に保ってトランジスタＱＩＢへのベース
電流の流入を禁じる。
次に、トランジスタＱ６Ｂがターンオフするがトランジ
スタＱ７Ｂは依然としてオン状態にある。
一旦トランジスタＱ２Ａがオフ状態になるとコンデンサ
ＣＩＡの電流が反対に流れ、トランジスタＱ７Ｂがタン
−オフしてトランジスタＱ２Ｂをターンオンさせること
ができる。勿論、同様の動作がトランジスタＱ２Ｂをタ
ーンオフし、トランジスタＱ２Ａをターンオンする際に
起る。かくして、制御信号源からの単一の制御信号によ
って「シュート・スルー（５ｈｏｏｔ　ｔｈｒｏｕｇｈ
）　Ｊ状態を生ぜしめないでインバータ極を動作させる
ことができる本発明を現時点においてその好ましい実施
例と考えられる態様で説明したが当業者であれば本発明
の範囲から逸脱しないで種々の変更を行なうことができ
るのが明らかである。例えば、適当な変流器の出力信号
をトランジスタＱ６Ａ又はＱ８Ｂのベースに入力するこ
とによりトランジスタＱ６Ａ、Ｑ７Ｂ又はＱ８Ｂ、Ｑ７
Ｂの機能を組合わせかくしてトランジスタＱ７Ａ又はＱ
７Ｂの必要性をなくしてもよい、また、変圧器の一次側
に接続されるトランジスタに代えて電界効果トランジス
タのような他の型式のスイッチを使用してもよいことが
明らかであろう。したがって特許請求の範囲はかかる修
正を包含する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施例としてのパワートランジス
タ駆動回路の略図である。 第２図は、本発明の変形例としてのインバータ出力パワ
ー極回路の一部の略図である。 １０・・・・・・開閉エネルギ番積回路１２・・・・・
・ＤＣ電源 １４・・・・・・限流回路 １６・・・・・・制御信号源

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ベース、エミッタ及びコレクタを有するパワース
    イッチングトランジスタと、ベース、エミッタ及びコレ
    クタを有する駆動トランジスタとを含み、駆動トランジ
    スタのコレクタがスイッチングトランジスタのコレクタ
    に接続され、駆動トランジスタのエミッタがスイッチン
    グトランジスタのベースに接続されており、さらにター
    ンオン・パルス及びターンオフ・パルスを発生する手段
    と、前記ターンオン・パルスを前記駆動トランジスタの
    ベースに結合させる手段と、コンデンサと、前記ターン
    オン・パルスが存在しているときに前記コンデンサを前
    記駆動トランジスタのベースと前記スイッチングトラン
    ジスタのエミッタの間に接続する手段とを含み、前記コ
    ンデンサ上の電圧が前記駆動トランジスタ及び前記スイ
    ッチングトランジスタのターンオフを早め、さらに又、
    前記駆動トランジスタのターンオフ後であるが前記スイ
    ッチングトランジスタのターンオフ前に前記コンデンサ
    の電流の流れを持続させる手段と、前記スイッチングト
    ランジスタのターンオフ後に前記コンデンサを充電する
    手段とを含むことを特徴とするパワートランジスタ駆動
    回路。
  2. （２）電流の流れを持続させる前記手段は前記駆動トラ
    ンジスタのベースと前記駆動トランジスタのベースと前
    記駆動トランジスタのエミッタとの間に接続されたダイ
    オードから成ることを特徴とする請求項第（１）項記載
    のパワートランジスタ駆動回路。
  3. （３）前記コンデンサの第１の端子が前記スイッチング
    トランジスタのエミッタに接続され、前記コンデンサを
    接続する前記手段は前記コンデンサの第２の端子と前記
    駆動トランジスタのベースとの間に接続されたソリッド
    ステート・スイッチング素子から成ることを特徴とする
    請求項第（１）項記載のパワートランジスタ駆動回路。
  4. （４）ターンオン・パルス及びターンオフ・パルスを発
    生させる前記手段は、一次巻線、第１の二次巻線及び第
    ２の二次巻線を有する変圧器を含み、前記コンデンサを
    充電する前記手段は前記第１の二次巻線と、前記コンデ
    ンサと直列に接続された単方向デバイスと、を含むこと
    を特徴とするパワートランジスタ駆動回路。
  5. （５）前記第２の二次巻線及び前記駆動トランジスタと
    直列に接続されたダイオードをさらに含むことを特徴と
    する請求項第（４）項記載のパワートランジスタ駆動回
    路。
  6. （６）前記第１の二次巻線及び前記コンデンサと直列に
    接続されたツェナーダイオードをさらに含むことを特徴
    とする請求項第（４）項記載のパワートランジスタ駆動
    回路。
  7. （７）反対の極性の電流パルスを前記一次巻線の部分に
    与える手段をさらに含むことを特徴とする請求項第（４
    ）項記載のパワートランジスタ駆動回路。
  8. （８）前記コンデンサを接続する前記手段は、前記コン
    デンサと直列に電気接続され、ターンオン・パルスに応
    答するソリッドステート・スイッチから成ることを特徴
    とする請求項第（１）項記載のパワートランジスタ駆動
    回路。
  9. （９）ベース、エミッタ及びコレクタを有する第１のパ
    ワースイッチングトランジスタと、ベース、エミッタ及
    びコレクタを有する第１の駆動トラトジスタと、を含み
    、第１の駆動トランジスタのコレクタがスイッチングト
    ランジスタのコレクタに接続され、第１の駆動トランジ
    スタのエミッタが第１のスイッチングトランジスタのベ
    ースに接続されており、さらに、第１のターンオン・パ
    ルス及び第１のターンオフ・パルスを発生する手段と、
    前記第１のターンオン・パルスを前記第１の駆動トラン
    ジスタのベースに結合させる手段と、第１のコンデンサ
    と、前記第１のターンオン・パルスが存在しているとき
    に前記第１のコンデンサを前記第１の駆動トランジスタ
    のベースと前記第１のスイッチングトランジスタのエミ
    ッタとの間に接続する手段とを含み、前記第１のコンデ
    ンサ上の電圧が前記第１の駆動トランジスタ及び前記第
    １のスイッチングトランジスタのターンオフを早め、さ
    らに又、前記駆動トランジスタのターンオフ後であるが
    前記第１のスイッチングトランジスタのターンオフ前に
    前記第１のコンデンサの電流の流れを持続させる手段と
    、前記第１のスイッチングトランジスタのターンオフ後
    に前記第１のコンデンサを充電する手段と、ベース、エ
    ミッタ及びコレクタを有する第２のパワースイッチング
    トランジスタと、ベース、エミッタ及びコレクタを有す
    る第２の駆動トランジスタと、を含み、前記第２の駆動
    トランジスタのコレクタが前記第２スイッチングトラン
    ジスタのコレクタに接続さされ、前記第２の駆動トラン
    ジスタのエミッタが前記第２のスイッチングトランジス
    タのベースに接続されており、さらに、第２のターンオ
    ン・パルス及び第２のターンオフ・パルスを発生する手
    段と、前記第２のターンオン・パルスを前記第２の駆動
    トランジスタのベースに結合させる手段と、第２コンデ
    ンサと、前記第２のターンオフ・パルスが存在している
    ときに前記第２のコンデンサを前記第２の駆動トランジ
    スタのベースと前記第２のスイッチングトランジスタの
    エミッタの間に接続する手段とを含み、前記第２のコン
    デンサ上の電圧が前記第２の駆動トランジスタ及び前記
    第２のスイッチングトランジスタのターンオフを早め、
    さらに又、前記第２の駆動トランジスタのターンオフ後
    であるが前記第２のスイッチングトランジスタのターン
    オフ前に前記第２のコンデンサの電流の流れを持続させ
    る手段と、前記第２のスイッチングトランジスタの ^ーンオフ後に前記第２のコンデンサを充電する手段と
    を含むことを特徴とするトランジスタ駆動回路。
  10. （１０）前記第１のコンデンサを所定方向に電流が流れ
    ているときには前記第２のターンオン・パルスの発生を
    阻止する手段をさらに含むことを特徴とする請求項第（
    ９）項記載のトランジスタ駆動回路。
  11. （１１）第２のターンオン・パルスの発生を阻止する前
    記手段は、前記第１コンデンサを流れている電流を表わ
    す信号を発生させる変流器を含むことを特徴とする請求
    項第（１０）項記載のトランジスタ駆動回路。
  12. （１２）第２のターオン・パルスの発生を阻止する前記
    手段は、前記第１のコンデンサを流れている電流を表わ
    す前記信号に応答するソリッドステート・スイッチング
    素子をさらに含むことを特徴とする請求項第（１１）項
    記載のトランジスタ駆動回路。
JP63028625A 1987-02-09 1988-02-09 パワートランジスタ駆動回路 Pending JPS63204814A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US012,774 1987-02-09
US07/012,774 US4728817A (en) 1987-02-09 1987-02-09 Power transistor drive circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS63204814A true JPS63204814A (ja) 1988-08-24

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