JPH02202716A - パワートランジスタのベース電流調節装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はパワートランジスタのベース電流の調節装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

パワートランジスタにベース電流を供給するためのドラ
イバ回路は一方ではトランジスタの導通状態で、電流導
通ができるかぎりトランジスタの各作動状態で得られ、
また導通損失ができるかぎり小さい値にとどまるような
大きさのベース電流を供給しなければならない、このこ
とを特に、トランジスタが完全飽和または過飽和の状態
に位置するような大きさのベース電流の供給により達成
することは知られている。

しかし、パワートランジスタのこのような作動は不利で
ある。一方では駆動エネルギーの費用が相当に大きい、
なぜならば、トランジスタの飽和縁の到達の際にベース
電流のそれ以上の上昇は導通状態の改善およびトランジ
スタ出力電圧の低下をもたらさず、単に損失の増大をも
たらすからである。従って、このような作動は、パルス
変換装置回路中に使用されるパワートランジスタにおい
て、まさに導通していないパワートランジスタが不必要
に制御されるという結果をもたらす、このような場合に
逆電圧がたとえばパルス変換装置から給電される誘導性
負荷により生ずると、パワートランジスタの１つが望ま
しくないいわゆる逆作動に移行する可能性がある。その
際に転流過程における高い急峻度の突変的な出力電圧変
化に起因するトランジスタ損傷の危険が特に大きい。

過飽和または完全飽和の状態でのパワートランジスタの
作動はトランジスタのスイッチオフの際にも少なからざ
る問題を生ずる。スイッチオフ過程の開始後に負荷電流
がトランジスタを通って減衰し得るように、ベース領域
から最初にすべての電荷キャリアが取り去られ、またベ
ース−エミッタ間経路が阻止されなければならない、そ
のために必要な蓄積時間と呼ばれるむだ時間は、トラン
ジスタがスイッチオフ過程の開始前に強く飽和状態に位
置していたほど大きい、このむだ時間の継続時間はスイ
ッチオフ過程の間に生ずる損失に少なからざる影響を有
する。この理由から自己！１１節するドライバ回路が、
スイッチオンされたパワートランジスタにおいて動作点
ができるかぎり飽和縁に位置するように、すなわちでき
るかぎりいわゆる準飽和の領域に位置するように設計さ
れることは好ましい。

これについては、たとえば刊行物「エレクトリ−（ＥＬ
ＥＫＴＲＩ　Ｅ）Ｊ　、ベルリン、３９　（１９８５）
５、第１８０頁、第７図から、過飽和または完全飽和を
回避するためにいわゆる飽和防止ダイオードが使用され
る自己調節のドライバ段が知られている。これによりト
ランジスタの出力端における電圧がベース−エミッタ間
経路における電圧と飽和防止ダイオードの導通電圧との
和に制限される。こうして、トランジスタのコレクタエ
ミッタ間経路におけるトランジスタ操作要素の、飽和縁
の到達のために必要とされない過剰なベース電流成分を
導き去ることが可能である。このような回路は、連続的
に高い駆動損失が生ずるという欠点を有する。加えて、
飽和防止ダイオードが、場合によっては大きい電流を導
き得るように設計されていなければならない。

別の自己調節するドライバ段はドイツ連邦共和国特許出
願公開第３２１５００９号明細書の第３図から知られて
いる。そこでは補助電圧源と駆動すべきパワートランジ
スタのベースとの間に高速スイッチおよび電流１ＩＷＩ
器から成る直列回路が配室されている。電流調節器は、
ベースで公知の仕方で飽和防止ダイオードを介して駆動
すべきパワートランジスタの出力端と接続されている１
つのパワートランジスタを含んでいる。駆動すべきパワ
ートランジスタ中の負荷電流と直接に関係するこのよう
な自己調節するドライバ段は、ベース電流１１＃ループ
が不可避の導線インダクタンス、ベースエミッタ間キャ
パシタンスおよび駆動すべきパワートランジスタの反作
用に基づいて相当不安定であるという欠点を有する。連
続的に多かれ少なかれ強い高調波振動がベース電流中に
生ずる。このような振動は確かにパワートランジスタの
ベースへの供給路中の制動抵抗により減少され得る。し
かし、このような抵抗は飽和防止ダイオードの有効性を
減する結果をもたらす。

米国特許第４７５５７４１号明細書からその第３図によ
り１つの別のドライバ回路が知られている。これは駆動
すべきトランジスタ（３００）とそのベース電極および
第２のエミッタ電極（３０１）を介して接続されている
。第７＃第４８行ないし第８欄第５１行の説明によれば
、トランジスタ（３００）は１つの操作要素（３０６）
を介して、前段に接続されている定電流源（３１２）と
、前段に接続されており負荷電流（Ｉ　ｓｗ）の大きさ
により制御される１つの別の電流源（３１３）とにより
、負荷電流の現在の大きさと無関係に１つの動作点が飽
和または過飽和の範囲内に生ずるように駆動される。特
に飽和縁における最適な動作点での作動は、駆動エネル
ギーの過剰な部分が第２のエミッタ電１ｊ（３０１）に
よりトランジスタ（３００）のベースから導き出される
ことにより初めて近位的に可能にされる。このような装
置は、回路のエネルギー収支の悪化の状態でトランジス
タに常に過大なベース電流が提供されるという欠点を有
する。この過剰な電流は短絡の形態で一種のオーバーフ
ローとしての役割をする第２のエミッタ電極によりドラ
イバ回路に戻される（″飽和防止バイパス″）（３０５
，３０３，３４０，３１０，３０８）、従って、任意の
動作点を特に飽和縁に、またはその周りに設定すること
は可能でない。なぜならば、過剰なベース電流の導き去
りはトランジスタ（３００）の外部および内部の構成に
も関係するからである。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の課題は、上記の公知の回路の欠点を回避し、で
きるかぎり簡単に構成されかつできるかぎり簡単な仕方
で既存のドライバ回路に適合可能な装置を提供すること
である。

ｃ！ｌ！ｍを解決するための手段〕 この課題を解決するため、本発明の調節装置においては
、 １）　パワートランジスタのスイッチオンのための駆動
エネルギーをそのベース電極に供給する設定可能なドラ
イバ段と、 ｂ）　ワートランジスタの出力端における電圧を取り出
すための結合ダイオードと、 Ｃ）設定可能なドライバ段に対して並列に動作し、結合
ダイオードを介してパワートランジスタの出力端におけ
る電圧を制御偏差として供給され、それからドライバ段
を設定するための補助操作量を、パワートランジスタを
所望の飽和度で、特にｔＩ＆和縁において作動させるた
めの駆動エネルギーがドライバ段によりパワートランジ
スタに供給されるように形成する飽和度ｇ！節装置とを
含んでいる 本発明の有利な構成は請求項２以下にあげられている。

〔実施例〕

以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳
細に説明する。

第１図に示されている本発明の有利な実施例では、パワ
ートランジスタＴ１は１つの好ましくは制御される設定
可能なドライバ段ＳＴＳから適当な極性のベース電流！
、？、を供給される。そのために必要な駆動エネルギー
は、好ましくは後段に接続されている電力操作要素ＬＳ
Ｇを有する１つの操作調節器ＬＲから成る１つの調節さ
れる電力操作要素５ＬＳＧから与えられる。操作エネル
ギーＳＲは電力操作要素ＬＳＧに好ましくは１つの補助
電圧供給源Ｈ３Ｖから供給される。１つの制御装置ＳＧ
およびそれから出力される制御信号ＳＴにより、自己調
節する電力操作要素５ＬＳＧが、パワートランジスタＴ
１のスイッチオンおよびスイッチオフのためのベース電
流■、□が正しい極性で与えられるように切換えられ得
る。

本発明によれば、パワートランジスタＴｌの出力端にお
ける電圧Ｕｃ、、、は１つの特に高阻止能力の高速の結
合ダイオードＤ２を介して飽和度調節装置ＳＢＲに制御
偏差として供給される０本発明の１つの好ましい実施例
によれば、飽和度調節装置は、その出力端にパワートラ
ンジスタＴ１の所望の飽和度を生じさせる１つの補助操
作量Δ１□１をドライバ段ＳＴＳの設定のために形成す
る１つの飽和度調節器ＳＲを含んでいる。この飽和度調
節器は好ましくは比例伝達特性を有するいわゆるＰａ１
節器である。

第１図に示されている設定可能なドライバ段ＳＴＳの実
施例を基礎として、この補助操作量が調節される電力操
作要素５ＬＳＣ；のなかで本来の電力要素ＬＳＧの入力
端において操作ｔＷｍ器ＬＲから供給される操作信号に
重畳されることは特に有利である。

このような装置は、飽和度調節器ＳＲが小信号範囲内で
動作し、またパワートランジスタのように駆動エネルギ
ーの伝達のために設計されな（でよいという特別な利点
を有する０本来の駆動エネルギーを与えるドライバ段Ｓ
ＴＳとそれに対して並列に小信号範囲内ではるかに低い
エネルギーレベルで動作する飽和度調節装置ＳＢＲとの
間の本発明による分離は、飽和度調節装置がほぼパワー
トランジスタＴＩの電力部分からの反作用なしに動作す
るという特別な利点を有する。これにより、結合ダイオ
ードＤ２、飽和度調節装置ＳＢＲおよび制御されるドラ
イバ段ＳＴＳから成る第１図中に示されているパワート
ランジスタＴ１に対するベース電流調節のための装置が
あらゆる場合に振動なしに動作することが可能である。

こうして高調波振動なしのパワートランジスタＴ１の駆
動のためのベース電流１ｍ？Ｉが与え、られ得る。従っ
て、調節を特に飽和度調節器ＳＲの相応の設定によりそ
のつと使用されるパワートランジスタＴ１の電気的特性
量に適合させることが特に有利に可能である０本発明は
、そのつどの用途で望まれるパワートランジスタＴｌの
飽和度の自由な設定可能性に基づいて、できるかぎり小
さいスイッチオフ損失、できるかぎり小さい導通損失お
よびできるかぎり短い蓄積時間という部分的に相反する
要求の間の個別のかねあいが設定可能であるという特別
な利点を有する。特にパワートランジスタに、所望の飽
和度に達するために必要な大きさのベース電流のみが供
給される。これにより特にパワートランジスタを通る負
荷電流■、が零又は負に移行する際に不必要な制御が回
避される。こうして本発明による装置によれば、駆動電
力が顕著に節減される。加えて、望ましくない逆作動の
生起が防止される。

さらに、本発明による装置は既存の設備に特に簡単に後
から装備し得る点で優れている。特に飽和度調節装置Ｓ
ＢＲは小信号範囲内に位置する補助操作量に基づいて出
力端において簡単な仕方で既に好ましくは制御されるド
ライバ段ＳＴＳと接続されている１つのパワートランジ
スタＴＩに結合され得る。このことは特に、パワートラ
ンジスタＴ１がドライバ段ＳＴＳと共通に既に１つのコ
ンパクトな構成ユニットとして存在しているときに有利
である。

本発明による装置の第［図中に示されている実施例によ
り、飽和度！１ｍ器ＳＲが好ましくは高抵抗の入力端お
よび低抵抗の出力端を有する１つの付加された結合増幅
器ＡＶを介してドライバ段ＳＴＳに作用することは有利
である。この措置は本発明によるベース電流調節の一層
の安定化に寄与する。

パワートランジスタＴｌのスイッチオンまたはスイッチ
オフ状態での飽和度調節器ＳＲの能動化または阻止が、
第１図に示されているように、調節器自体のなかで行わ
れることは特に有利である。

そのためには飽和度調節器に制御装置ＳＧの制御信号Ｓ
Ｔが直接に供給される。１つの他の有利な実施例では、
そのために、好ましくは結合ダイオードＤ２と飽和度！
Ｊ！節器部器との間に配置されており制御装置ＳＧの出
力端における制御信号ＳＴを与えられる１つの分離した
調節器ロック装置Ｒ３が使用される。このような調節器
ロック装置は、それにより他の作動状態でも、特に故障
の生起の際にも飽和度調節装置ＳＢＲのロックが可能で
あるという利点を有する。たとえば、定格値よりも高い
負荷電流Ｉｔおよびそれにより惹起される電圧ＬＪｃｔ
〒ｌの上昇の際にパワートランジスタＴＩの増大する飽
和防止が生ずる。このような場合に飽和度！Ｉ！ｌｆＴ
装置はパワートランジスタＴＩの設定された飽和度を維
持するためベース電流■、７．を高くするであろう、し
かし、ベース電流のこのような制御は過電流の場合に特
に飽和度調節装置ＳＢＲのロックにより好ましくは追加
的な調節器ロック装置Ｒ３を介して回避されなければな
らない。

本発明の１つの別の有利な実施例では、パワートランジ
スタＴ１の望ましくない逆作動を回避するため、飽和度
調節器ＳＲが、負の負荷電流ＩＬの不存在または存在の
際に飽和度調節器の出力端における補助操作量が、逆作
動の生起が防止されかつ同時に負荷電流の場合によって
は生ずる突変的な新たな正方向への移行の際に通電状態
が持続されているような大きさの１つの休止電流１１？
＋をパワートランジスタのベースに生じさせるように設
定されていることは有利である。

このことは、第１図に例として示されているパワートラ
ンジスタＴ１および逆並列のフリーホイーリングダイオ
ードＤ、から成る１つのパルス変換装置のブリッジ枝路
において、正の負荷電流ＩＬが専らパワートランジスタ
ＴＩを経て、また負の負荷電流Ｉｔが専らフリーホイー
リングダイオードＤＦを経て流れるという結果をもたら
す、こうして負の負荷電流の際にはパワートランジスタ
ＴｌおよびフリーホイーリングダイオードＤＩへの電流
分配は行われない、さらに、パワートランジスタの負の
通電方向から正の通電方向への突変的な切換わりの際に
直ちに再び通電が引き継がれ得る。この場合にパワート
ランジスタが逆作動中であったならば、フリーホイーリ
ングダイオードのいわゆる阻止−回復過程、すなわち完
全阻止能力への到達までのその短時間の短絡に起因する
突変的な電圧跳躍がパワートランジスタに対する危険を
生ずるであろう。

第２図には本発明による装置の１つの有利な実施例が詳
細に示されている。その際に、制御されるドライバ段Ｓ
ＴＳのなかの調節される電力操作要素５ＬＳＧは好まし
くは、正のベース電流Ｉｇ□を形成するための電力操作
要素ＬＳＧと、それと接続されているベース電流制限調
節器ＢＳＢＲと、ディスチャージ電流制限調節器ＡＳＢ
Ｒと接続されている負のベース電流Ｉｌｌ　を与えるた
めのロック補助装置ＳＨとを含んでいる。

パワートランジスタＴ１のスイッチオンまたは導通状態
維持のための正のベース電流１　ｍＴＩを与えるための
電力操作要素ＬＳＧは好ましくは、抵抗Ｒ１を介して補
助電圧供給源ＨＳＶの正電位Ｕイと接続されている調節
トランジスタＴ２から成っている。この！ＦＪ節トラン
ジスタＴ２のベースは好ましくは別の抵抗Ｒ２と制御装
置ＳＧの制御信号ＳＴにより駆動される第１のスイッチ
ング手段Ｓｌとを介して接地基準点ＧＮＤと接続されて
いる。

スイッチング手段Ｓ１は、パワートランジスタＴ１のス
イッチオンまたは導通状態維持のために正のベース電流
１１７１が与えられなければならないときには、閉じら
れている。その制限の役割は、電力操作要素ＬＳＤに作
用する１つの追加的なベース電流制限調節器ＢＳＢＲが
する。これは好ましくは、トランジスタＴ４およびそれ
に付属のベース抵抗Ｒ５から構成された定電流源から成
っている。１ｆ流調節のために、抵抗Ｒ１の両端の電圧
が取り出される。この定電流源の電流はベース電流制限
のために好ましくは電力操作要素ＬＳＧのなかの調節ト
ランジスタＴ２の制御入力端に与えられる。

パワートランジスタＴＩのスイッチオフのための負のベ
ース電流１．？、を与える役割はロック補助装置ＳＨが
する。これは好ましくは、補助電圧供給源Ｈ３Ｖから与
えられる負の補助電圧−Ｕ。

と接続されており、また１つの抵抗Ｒ４を介してパワー
トランジスタＴ１のベースと接続されているトランジス
タＴ３から成っている。トランジスタＴ３を駆動する役
割は、好ましくは駆動ダイオードＤＩおよび第２のスイ
ッチング手段Ｓ２を介して補助電圧供給ｉｍＨｓｖの正
の電位子ＵＮと接続されているベース−コレクタ抵抗Ｒ
３がする。

このスイッチング手段は、パワートランジスタＴ１がス
イッチオフの目的で負のベース電流！、７をベースに与
えられるべきときには、閉じられている。その制限の役
割は、ロック補助装置ＳＨに作用する１つの追加的なデ
ィスチャージ電流制限調節器ＡＳＢＲがする。これが、
ベース抵抗Ｒ６を有するトランジスタＴ５から成る定電
流源の形態で構成されていることは同じく特に有利であ
る。

定電流を調節するために、トランジスタＴ３のエミッタ
抵抗Ｒ４の両端の電圧降下が検出される。

定電流は最後にトランジスタＴ３の制御入力端に与えら
れる。

飽和度調節装置ＳＢＨのなかの飽和度調節器ＳＲは、第
２図の好ましい実施例によれば、小信号範囲内で動作す
るエミッタ接続のトランジスタＴ８の形態で構成されて
いる。トランジスタＴ８にはパワートランジスタＴｌの
出力端における電圧ＵＣｆ？＋がベース抵抗Ｒ９を介し
て結合ダイオードＤ２から供給される。トランジスタＴ
８のコレクタはコレクタ抵抗Ｒ１０を介して補助電圧供
給源の正の電位子Ｕ、と接続されている。抵抗Ｒ９およ
びＲ１０の適当な選択により動作点および増幅率、すな
わち操作範囲がそのつと使用されるパワートランジスタ
Ｔ１の電気的パラメータに関係して、パワートランジス
タＴ１がスイッチオンされた状態でそのつど所望の飽和
度で作動するように設定され得る。他方では、スイッチ
オンされた状態で負荷電流Ｉ、の一時的な不存在の際に
、逆作動の生起がまさに防止されるような大きさのベー
ス休止電流が生ぜしめられ得る。

本発明の別の実施例によれば、トランジスタＴ８のコレ
クタにおける出力調節信号Ｕ、は結合増幅器ＡＶを介し
て電力操作要素ＬＳＧの制御入力端に補助操作量Δｉｓ
ｔ＋　とじて供給される。この結合増幅器ＡＶが高い入
力抵抗および低い出力抵抗を有することは好ましい、こ
のことは好ましくは、エミッタ抵抗Ｒ１１を有しインピ
ーダンス変換器として作動するトランジスタＴ９により
達成される。その際に、飽和度調節装置ＳＧＲの出力信
号としての役割をする補助操作量はトランジスタＴ９の
エミッタから取り出される。

本発明の１つの別の実施例により有利に結合ダイオード
と飽和度ＶＳＶ器との間に配置されている分離した調節
器ロック装置Ｒ３は、第２図の回路によれば、好ましく
は、それぞれ１つのコレクタ抵抗Ｒ７およびＲ８を介し
て補助電圧供給源の正の電位と接続されている２つの相
前後して接続されたスイッチングトランジスタＴ６およ
びＴ７から成っている。その際に第１のスイッチングト
ランジスタＴ６の制御入力端には制御信号ＳＴが制御装
置ＳＧから与えられている。最後に、結合ダイオードＤ
２と飽和度調節器ＳＲ中のトランジスタＴ８のベース抵
抗Ｒ９との接続点は第２のスイッチングトランジスタＴ
７のコレクタと接続されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の１つの好ましい実施例のブ
ロック回路図、第２図は本発明による装置の１つの別の
有利な実施例の詳細な回路図である。 ＡＶ・・・結合増幅器 Ｄ２・・・結合ダイオード Ｈ３Ｖ・・・補助電圧供給源 ＬＲ・・・操作調節器 ＬＳＧ・・・電力操作要素 Ｒ３・・・調節器ロック装置 ＳＢＲ・・・飽和度調節装置 ５ＬＳＧ・・・電力操作要素 ＳＲ・・・飽和度調節器 ＳＴＳ・・・ドライバ段 Ｔ１・・・パワートランジスタ ＩＧ　１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）パワートランジスタ（Ｔ１）のベース電流を調節す
   るための装置において、 ａ）パワートランジスタ（Ｔ１）のスイッチオンのため
   の駆動エネルギーをそのベース 電極に供給する設定可能なドライバ段（Ｓ ＴＳ）と、 ｂ）ワートランジスタ（Ｔ１）の出力端における電圧（
   Ｕ＿Ｃ＿Ｅ＿Ｔ＿１）を取り出すための結合ダイオード
   （Ｄ２）と、 ｃ）設定可能なドライバ段（ＳＴＳ）に対して並列に動
   作し、結合ダイオード（Ｄ２） を介してパワートランジスタの出力端にお ける電圧を制御偏差として供給され、それ からドライバ段を設定するための補助操作 量（Δｉ＿Ｓ＿Ｔ＿１）を、パワートランジスタを所望
   の飽和度で、特に飽和縁において作動 させるための駆動エネルギーがドライバ段 によりパワートランジスタに供給されるよ うに形成する飽和度調節装置（ＳＢＲ）と を含んでいることを特徴とするパワートランジスタのベ
   ース電流調節装置。 ２）飽和度調節装置（ＳＢＲ）が、ベース抵抗（Ｒ９）
   を介して結合ダイオード（Ｄ２）と、またコレクタ抵抗
   （Ｒ１０）を介して供給電圧（＋Ｕ＿Ｎ）と接続されて
   いるエミッタ接続のトランジスタ（Ｔ８）から成ってお
   り、少なくともパワートランジスタ（Ｔ１）に対する所
   望の飽和度の設定がベースおよびコレクタ抵抗（Ｒ９、
   Ｒ１０）の選択により行われ、また補助操作量がトラン
   ジスタ（Ｔ８）のエミッタにおいて出力されることを特
   徴とする請求項１記載の装置。 ３）飽和度調節装置（ＳＢＲ）に対して、故障の生起の
   際、特にパワートランジスタ内の過大な負荷電流（Ｉ＿
   Ｌ）の際に、またパワートランジスタがスイッチオフさ
   れている際に、飽和度調節が作用しないようにする調節
   器ロック装置（ＲＳ）を含んでいることを特徴とする請
   求項１または２記載の装置。 ４）調節器ロック装置（ＲＳ）が結合ダイオード（Ｄ２
   ）と飽和度調節装置（ＳＢＲ）との間に配置されている
   ことを特徴とする請求項３記載の装置。 ５）飽和度調節装置（ＳＢＲ）の出力端とドライバ段（
   ＳＴＳ）との間に、高い入力抵抗および低い出力抵抗を
   有する結合増幅器（ＡＶ）　が配置されていることを特
   徴とする請求項１ないし４の１つに記載の装置。 ６）飽和度調節装置（ＳＢＲ）の補助操作量（Δｉ＿Ｓ
   ＿Ｔ＿１）が負の負荷電流（Ｉ＿Ｌ）の不存在または存
   在の際にパワートランジスタ（Ｔ１）のスイッチオン状
   態で、パワートランジスタ（Ｔ１）において逆作動が阻
   止され、また通電状態が正方向への負荷電流の新たな移
   行の際に保持されるような大きさのベース−バイアス電
   流（Ｉ＿Ｓ＿Ｔ＿１）を生じさせることを特徴とする請
   求項１ないし５の１つに記載の装置。