JPH0195623A

JPH0195623A - 高圧用スイツチング装置

Info

Publication number: JPH0195623A
Application number: JP25234587A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kobayashi; 進小林
Original assignee: Koito Industries Ltd
Current assignee: Koito Industries Ltd
Priority date: 1987-10-08
Filing date: 1987-10-08
Publication date: 1989-04-13
Anticipated expiration: 2012-12-08
Also published as: JP2686748B2

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〕この発明は、電車用架線電圧のような高電圧をオン・オ
フする高圧用スイッチング装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、電車に搭載されているコンプレッサは架線電圧
によって直接駆動しておシ、このコンプレッサへの通電
制御はマグネットスイッチによって行なっていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらこのような装置に用いるマグネットスイッ
チは特殊なものであるため経済性が悪く、また可動部分
および接点部分があるため、マグネットスイッチの寿命
も限られていた。この欠点を除去するには、サイリスタ
またはトランジスタによってコンプレッサ電像のオン・
オフをすることが考えられる。しかし、大電力用のサイ
リスタは消弧回路が大がかシになるため形状が大きくな
り、従来のマグネットスイッチのスペースに入シきらな
い。またトランジスタのベース電流をオン０オフさせる
信号を高圧回路から絶縁する場合、フォトカップラを用
いることが考えられるが、フォトカップラはスイッチン
グスピードが遅い。一方、高圧回路をトランジスタによ
ってオン万フするためにはトランジスタを複数個直列に
する必要がある。これらのトランジスタはベース電流が
供給されることによってオンするが、オンさせるための
ペース電流は各々のトランジスタによってバラツキがあ
る。このためスイッチングスピードが遅い素子でベース
回路の制御を行なうと電流増巾率の高いトランジスタは
電流増巾率の低いトランジスタよシ先にオンするため、
オフ状態にあるトランジスタのコレクタエミッタ間電圧
が許容値を越えてしまう。このためリアクトルにパルス
信号を供給し、そこで立上りの早い放電電流を発生させ
るコトニよってスイッチング用トランジスタを一斉にオ
ンさせている。ところがこの方法によるとオン時の立上
シ条件は満足するものの、トランジスタのペースに流す
順方向電流は周期的に断続する電流となってしまうので
、コンデンサによって平滑して断続を防止しなければな
らず、早い立上ｐ信号を得てもこのコンデンサによって
トランジスタのオン時の立上シは遅くなってしまってい
た。

〔問題点を解決するだめの手段〕

このような問題を解決するためにこの発明は、ある位相
のパルス信号によって発生する第１０放電電流をトラン
ジスタに供給する手段と、第１の放電電流によってベー
ス電流が供給されている期間に第２の放電電流を発生し
第１の放電電流と合成する手段とを備えたものでおる。

〔作　用〕

互いに位相の異なる電流波形が合成され、ペース電流が
断たれないようになる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図である。図に
おいて１は制御回路、２，３はリアクトル駆動回路、４
〜７はリアクトル充放電回路、１００〜１０３はトラン
ジスタ、１０４〜１０９　はダイオード、１１０〜１１
６は抵抗、１１７〜１２０はコンデンサ、１２１　は電
流検出器、１２２はコア７’レツサ、１２４〜１２７は
バリスタである。

リアクトル駆動回路２，３はトランジスタ２ａ〜２ｆ　
、３ａ〜３ｆ、抵抗２ｇ、　２ｈ　、　３ｇ　、　３ｈ
、　：ｌ：１ンデンサ２１＊２ｊ１３１　＋３ｊｓバリ
スタ２ｋ。

２１．３ｋ　、３ｔから構成されている。リアクトル充
放電回路４はリアクトル４ａ〜４ｄ、　　ダイオード４
ｅ〜４により構成されておｐｌ　電流源回路５〜７も同
一構成となっている。

制御回路１は端子１ａ、１ｂから送出される信号が牛サ
イクルの位相差を有し、端子１ｃ、１ｄから送出される
信号も午サイクルの位相差を１している。また端子１ｃ
、ｌｄから送出される信号はトランジスタ１００〜１０
３をオンさせる期間中にわたって発生している。端子１
ａ、１ｂから出力される信号はトランジスタ１００〜１
０３　をオフさせるに十分な期間中にわたって発生し、
その後は発生しないようになっている。また、端子１ｅ
　、　１ｆにコンプレッサ１２２に流れる電流が１５ア
ンペアになったことを表わす検出信号が供給されたとき
は、端子１ａ　、１ｂからトランジスタ１００〜１０３
をオフさせる信号を送出し、その制御によって１５アン
ペア流れていた電流が１０アンペアになったとき端子１
ｃ　、　１ｄからトランジスタ１００〜１０３をオンさ
せる信号を送出するようになっている〇このように構成
された装置について、先ずトランジスタ１００〜１０３
をオンさせるときの動作について説明する。このときは
制御回路１の端子１Ｃから第２図（ａ）に示すパルスが
、端子１ｄから第２図（ｂ）に示すパルスが出力される
。（ａ）に示すパルスはトランジスタ３ａ〜３Ｃを介し
てリアクトル４ｃに供給されるので、パルスの継続時間
すなわち時点ｔｌから時点ｔ２まで、リアクトル４ｃ　
の１次側に充電電流が流れる。第２図（Ｃ）はりアクド
ル４ｃの２次側放電電流波形であり、この電流はダイオ
ード４ｈがろるため、時点ｔ２まで流れない。

時点ｔ２になるとりアクドル４Ｃの１次ｌ！ｉｌＩ電流
が急にオフとなるので、リアクトル４Ｃに逆起電力が発
生し、（Ｃ）に示すように立上りの鋭どい放電電流が流
れる。この放電電流はダイオード４ｈ　。

４ｊを介してトランジスタ１００　のペースにペース電
流として供給される。また、他のトランジスタ１０１〜
１０３にも同様にして立上シの鋭どいペース電流が供給
される。このことによりトランジスタ１００〜１０３　
がオンとなる。

前述したようにトランジスタ１００〜１０３　がオンと
なるために必要なペース電流はバラツキがあシ、それが
例えば第３図の記号イル二で示したものであるとする。

このようなトランジスタに点線で示すような立上）の遅
いベース電流を供給すると、各トランジスタがオンとな
る時刻はａ、ｂ。

ｃ、ｄのように大きくバラツキ、オフとなっているトラ
ンジスタのコレクタ・エミッタ間電圧が許容値を超過す
る。しかし、実線のように立上シの鋭い電流であれば各
トランジスタがオンとなる時刻のバラツキは第３図に時
刻ｅ−ｆで示す間に収まり、この時間が十分短かければ
この時間内でのオン時刻に多少のバラツキがあってもオ
フとなっているトランジスタの損失は許容値以内に納ま
シ、破損することがない。

この装置ではベース電流の立上シをリアクトルの充電電
流が遮断されたときに発生する放電電流によって得てい
る。一般にリアクトルは充電電流を高速で遮断したとき
に極めて立上りの早い波形を発生することが知られてお
り、この立上りを利゛用してトランジスタ１００〜１０
３をオンさせているので、この装置はベース電流のオン
・オフ制御をフォトカップラで行なうときに比べて約１
０倍のスピードで行なうことができる。またリアクトル
は１次側と２次側が直流的に絶縁されているので、オン
オフ制御のための信号と架線電圧のアイソレーションも
確保される。

しかし、この装置では放電電流を得るためにパルス信号
を用いているので、ベース電流は第３図（Ｃ）に示すよ
うに零となる時期を生じ、そのときはトランジスタ１０
０〜１０３がオンからオフになってしまう。このため第
２図（ａ）のパルスに対して牛サイクル位相差をＭする
第２図（ｂ）に示すパルスを制御回路１の端子１ｄから
送出し、リアクトル４ｄかも第２図（ｄ）に示す波形の
ベース電流をトランジスタ１００〜１０３に供給してい
る。第２図（Ｃ）。

（ｄ）に示す電流は合成されるようになっているので、
ベースに供給される電流は第２図（ｅ）のようになシ、
（ａ）　、　（ｂ）で示すパルスが発生している限りベ
ース電流が零となることはない。トランジスタ１００〜
１０３のベースに供給される電流は第２図（ａ）　、　
（ｂ）のパルスが発生する度、すなわちリアクトル４ｃ
。

４ｄに電流が供給されている期間は（ｅ）に示すように
低下するが、このときの最低値が第２図（ｅ）に−点鎖
線で示すような値、すなわちトランジスタ１００〜１０
３をオンさせるために必要なベース電流のうち、最大の
ものよりも大きければ、トランジスタ１００〜１０３は
第２図（ａ）　、　（ｂ）に示すパルスが繰返し供給さ
れている期間、継続してオン状態となる。したがって、
この条件さえ満たせれば第２図（ａ）　、　（ｂ）に示
すパルスの位相差は牛サイクルである必要はない。

リアクトル４ｃ、４ｄは電流源としてトランジスタ１０
０〜１０３にベース電流を供給している。このためリア
クトル４ｃ、４ｄによって発生する電流はそのまま加算
することができ、またベースに電流制限抵抗を挿入する
必要もなくなる。この回路に電流制限抵抗を用いるとす
れば、その抵抗の電力容量は大きなものとしなげればな
らないが、この抵抗を省略できることによって部品費が
少なくなるだけでなく、形状も小さくすることができる
。

トランジスタ１００〜１０３がオンになるとコンプレッ
サ１２２に電流が供給されるが、停止状態のものに電流
が供給されるのでその突入電流は非常に大きなものにな
シ、トランジスタ１００〜１０３はこの突入電流に耐え
る必要があシ、また大電流が流れることによって電圧降
下の増加その他の障害が発生するようになる。このため
、この装置では電流検出器１２１　によってコンプレッ
サ１２２に流れる電流を検出し、その検出出力を制御回
路１の端子１ｅ’、１ｆに供給している。そして、制御
回路１は検出信号が１５アンペアを表わす状態になった
ときトランジスタ１００〜１０３をオフとするように制
御するようになっている。

このように構成しておくとコンプレッサ１２２の起動時
は非常に大きな突入電流が流れるので、この電流が１５
アンペアとなったときに電源が遮断される。

電源が遮断されると今まで流れていた電流はダイオード
１０８，１０９、抵抗１１６、コンプレッサ１２２の回
路に流れることによってそのエネルギが消費され、やが
て１０アンペアまで低下する。

制御回路１は検出信号が１０アンペア以下となったとキ
、トランジスタ１００〜１０３を再びオンさせる信号を
送出するように構成されているので、再びコンプレッサ
１２２に電流が供給されるが、その電流が１５アンペア
に達したところで再び電流が遮断される。したがって第
４図に示すように、１５アンペアと１０アンペアの間で
電流のオンオフが繰返される。このようにオンオフを繰
返すうちにコンプレッサ１２２の回転数が上昇し、逆起
電力が増加するので流れる電流はやがて１５アンペアに
達しなくなシ、その後は回転数の増加にともなう逆起電
力の増加とともに低下し、定格値で平衡する。

このように、電流が１５アンペアになったときその電流
を遮断し、１０アンペア以下となったとき通電するよう
にすれば、第４図の一点鎖線で示すような大きな突入電
流を発生させることなくコンプレッサを起動するソフト
スタートを実現することができる。そして、ソフトスタ
ートとするととによって使用部品は定格の小さなものが
使用でき、また大きな突入電流による障害も発生しなく
なる。そして、電流値を検出して制御を行なっているこ
とから、コンプレッサを′Ｓ類の異なるものと変換して
も再調整などを行なうことなく、今までどうりに使用す
ることができる。

次にトランジスタ１００〜１０３　をオフさせるときの
動作について説明する。このときは制御回路１ｃ　、ｌ
ｄ　から送出されているオンのだめのパルス信号を停止
させ、代って端子１ａ、１　ｂ　からオフの次めのパル
ス信号を送出する。このオフのためのパルス信号が送出
されることＫよって前述したオンのときと同様の動作に
よって、リアクトル４ａ、４ｅから　トランジスタ１０
０　にベース電流を供給する。しかし、このときの電流
の向きはオンのときと反対向である。第２図＜ｅ）の時
点ｔ３の直前においてこの状態になったとき、トランジ
スタ１００に＋１方向のベース電流が供給されており、
この電流値は小さくはなっているもののトランジスタ１
００のオン状態を継続するように作用している。しかし
、時点ｔ３において逆方向のベース電流が供給され、そ
の電流値はそのとき流れている順方向の電流よシ大きく
なシ、かつトランジスタが確にオフとなる値に設定しで
ある。このためベース電流は順方向のものと逆方向のも
のが２１１１′にされ、（ｅ）に示すように逆方向に流
れるようになる。

そしてこのときもリアクトルの放Ｘｔ流を用いているの
で、ベース電流は急速に立下が９、トランジスタ１００
が直ちにオフとなる。トランジスタ１０１〜１０３　も
同様にしてトランジスタ１００と略同時に直ちにオフと
なシ、特定のトランジスタが過負荷になることがない。

なお、逆方向のベース電流はトランジスタをオフさせる
に十分な期間供給した後は遮断されるようになっている
。従来は順方向電流を一度逍断し友後でないと逆方向電
流を供給できなかったが、この例では順方向、逆方向と
もに、電流源から供給するようにしているので、電流の
合成ができ、構成が簡単になる。

順方向のベース電流が流れるとき、その電流ループに対
してリアクトル４ａ、４ｂが並列になっており、逆方向
のベース電流が流れるときはりアクドル４ｃ、４ｄ　が
並列になっているので、そのままでは電流のまわシこみ
が生ずる。このため、トランジスタ１００のエミッタペ
ース間電圧より順電圧の高いダイオード４ｇ、４ｊ　を
挿入し、まわり込みを防止している。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明は、互いに位相の異なる電
流波形を合成してベース電流が断たれることを防止して
いるので、パルスによって立上すの鋭どいキック電流を
発生させても発生した電流が断たれることがなく、安定
してトランジスタをオンさせることができるという効果
を宥する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図は各
部波形図、第３図はトランジスタのオン時刻のバラツキ
を示すグラフ、第４図はコンプレッサに流れる電流波形
を示すグラフである。１・・・・制御回路、２．３・・−命すアクドル駆動回
路、４〜γ・・・・リアクトル充放電回路、１００〜１
０３　・・・魯　トランジスタ、１２１・・・・電流検
出器。特許出願人　　小糸工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

　リアクトルにパルス信号を供給してそこに発生する放
電電流によつてトランジスタをオンさせる高圧用スイッ
チング装置において、ある位相のパルス信号によつて発
生する第１の放電電流をトランジスタに供給する手段と
、第１の放電電流によつてベース電流が供給されている
期間に第２の放電電流を発生し第１の放電電流と合成す
る手段とを備えたことを特徴とする高圧用スイッチング
装置。