JPS5997224A - 電子切換装置 - 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】 発明の関連する技術分野 本発明は、制御段知よって制御される、スイッチング電
子としてのノソワトランジスタと、遮断時の負荷軽減回
路とを備え、該負荷軽減回路は、コンデンサおよび前記
・ξワトランジスタと同方向に極性付けらｔたダイオー
ドから成る直列Ｗ　続と前記ノワトランジスタのコレク
ターエミッタ間を迂回する放電区間とを有し、該放電区
間はコンデンサに対する放電抵抗と前記ノξワトランジ
スタと同時に導通制御される放電トランジスタとを備え
ており、その際前記コンデンサとダイオードとから成る
直列接続が前記、（＋ワトランジスタのコレクターエミ
ッタ間に並列に接続さ汎ており、かつ場合に応じて、ノ
クワトランジスタの順方向とは逆に極性付けられている
フリーホイールダイオードを具備している電子切換装置
に関する。

この形式の公知の切換装置では放電抵抗は、コンデンサ
に並列である放電トランジスタに直列に設けられている
変成器である。コンデンサが　、５ワトランジスタの遮
断の際所望の遮断負荷軽減作用を行なうことができるよ
うに、コンデンサは遮断の前に放電されていなければな
らない。

しかし遮断後コンデンサは電圧を有する。従ってコンデ
ンサを、次の遮断の前に再び放電しなけｔばならない。

このことは、）？ワトランジスタ（７）　ＯＮ　　の際
変成器および放電トランジスタのコレクターエミッタ間
を介して行なゎゎる、従って放電電流は、別の公知の場
合におけるようにノぐワトランジスタのスイッチング区
間（コレクターエミッタ間）を介しては流れず、その結
果スイッチング区間は放電電流によっては付加的に負荷
さｎずかつノξワトランジスタの損失電力は僅かに保持
される。変成器の２次側の電圧に再び動作電圧源に供給
されて、コンデンサの放電によるエネルギ損失が大幅に
回避される発明の課題 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の切換装置を損失が
一層大＠に低減されるように改良することである。

発明の構成 本発明によればこの課題は、コンデンサの放電電流ヲノ
ξワトランジスタのベース−エミッタ間を介して導くよ
うにすることによって解決される。

発明の効果 本発明のこの構成においては・ぐワトランジスタのＯＮ
　の際顕著なベース電流パルスの発生のためにコンデン
サの電荷が利用され、パワトランジスタが迅速に導通制
御されかつこれによシスイツチング区間の損失電力が低
減される。

この電流・ξシス後ベース電流は通常の制御信号に相応
する経過を有する。

さもなければ、ＯＮ制御電流・ξシスは別のエネルギ源
から取出さねばならないので、コンデンサ電荷の利用に
よって制御回路におけるエネルギが節約され、従って比
較的簡単な回路における全効率が高めらｎる・ 本発明の実施例においてノξワトランジスタのベース−
エミッタ間をコンデンサの放電区間に設ければ特別有利
である１、殊に放電トランジスタのコレクターエミッタ
間をパワトランジスタのベースおよびコレクタの間に接
続することができる８この場合コンデンサ電荷を直接ベ
ース電流として利用することができかつコストのがかる
変成器を省略することができる。

更に／ξワトランジスタを制御トランジスタと、殊に高
電圧に対してダーリントン回路に接続形成することがで
きかつ制御トランジスタの順方向に極性付けられたダイ
オードを介して・ξワトランジスタのコレクタに接続す
ることができる　この場合制御トランジスタは同時にコ
ンデンサに対する放電トランジスタを形成し、一方制御
トランジスタの、順方向に極性付けられた、両ｌ・ラン
ジスタのコレクタ間に設けられたダイオードは一方にお
いて／ξワトランジスタを介するコンデンサの放電を妨
げ、他方においてコンデンサ放電が投入制御信号の終わ
りの前に完了してしまったとき、制御トランジスタを通
る電流の流れを維持する、この場合もコンデンサの放を
電流は制御トランジスタのペースＭ、Ｈの少なくとも一
部を形成し、こ扛はペース電流を初期に高めるので、ノ
ξワトランジスタは迅速に導通制御される、 その次にノξワトランジスタはコンデンサの充Ｎ状ＭＫ
依存して、・ξワトランジスタがコンデンサの放電時に
のみ遮断可能であるように、コンデンサの充電状態に依
存して制御することができる４、このようにして、コン
デンサがノξワトランジスタの遮断の前に確実に十分に
放電されるように保証される。

この場合比較器の一方の入力側にコンデンサの電圧を印
加し、かつ他方の入力側に基準電圧を印加し、かつ・々
ワトランジスタの制御入力側に供給される信号を比較器
出力信号および・々ワトランジスタに対する制御信号の
ＯＲ論理結合から導出することができる０、それからノ
ξワトランジスタの遮断のために、コンデンサが放電す
る前にＯＮ制御信号が消失するとき、パワトランジスタ
はコンデンサが十分に放電するまでの間導通状蔗にとど
まる５、従ってＯＮ制御信号は、コンデンサの十分な放
電１で維持する必要がない、むしろ短いＯＮ　　制御・
ぐシスで十分である１、それにも拘わらず・ξワトラン
ジスタの導通状態は十分な放電まで維持される。このよ
うにす訛ば、比較的僅か力制御電力で足りる。他方にお
いてコンデンサの放電時間が、ＯＮ制御・ξシスの持続
時間に相応する時間よシ短い場合、・ぐワトランジスタ
の導通状態ＨｏＮ制御・′？ルシス終了までも維持さ扛
る。

実施例の説明 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説
明する。

第１図の実施例において、切換装置はスイッチング素子
として・♀ワトランジスタ１を有するりノぐワトランジ
スタ１０ベースは、、　制ｉ？＋　）ランジスタ２のエ
ミッタに接続されており、また・ξワトランジスタ１の
コレクタは制御トランジスタのコレクタに接続されてお
り、制御トランジスタのペース（は制御端子３に接続さ
れている。

・ξワトランジスタｌに直列に、誘導負荷４が接続さｎ
ており、この負荷にはフリーホイールダイオード５が並
列に接続されている。負荷４および・ξワトラン、ジス
タ１から成る直列接続は、直流電圧ＵＢ　を発生する動
作電圧源６に接続されている２、パワトランジスタ１の
エミッタは、第２制御端子７に接続されており、その際
制御端子３および７は、トランジスタ１および２の制御
入力側を形成する１、これら制御端子には、図示されて
いない制御段から矩形・ξシスの形式の制御信号が供給
される。

）ξワトランジスタ１のコレクターエミッタ間に並列に
、ダイオ−Ｐｌｏおよびコンデンサ１１から成る直列回
路が設けられており、その際ダイオードはノ々ワトラン
ジスタ１と同じ方向に極性付１すられている。コンデン
サ１１と・ぐワトランジスタ１のベース−エミッタ間と
から成る直列接続に並列に、放電区間が設けられている
・この放電区間は、オーミンクな放電抵抗１２とそれに
直列に接続された放電トランジスタ１３＋７）：］］レ
フター−１１１ツタとを有する７、放電トランジスタ１
３のベースは、前置抵抗１４を介して制御端子３に接続
さ汎ている。。

導通しているトランジスタ１．２おｘｏ＝１３が、入力
側３．７からのＯＮ制御パルスの消失によって゛遮断″
（阻止）されると、コンデンサ１１は負荷４およびダイ
オード１０を介して、コレクタ電流が減衰する間、緩慢
に動作電圧ＵＢ　　に充電さ九る。この充電は、動作電
圧ＵＢに相応する電圧より著［７く低いコンデンサ１１
の充電電圧においてノξワトランジスタ１のコレクタ電
流が零まで減衰されかつ・ξワトランジスタ１が完全に
阻止されるように、緩慢に行なわれる。従ってコレクタ
電流の減衰接続時間の間ノ？ワトランジスタ１ｒで変換
される電力は、コンデンサ１１なしの場合に比べて著し
く僅かである一、コンデンサ１１がなければ、制御入力
側３．７からのＯＮ　制御ノξシスの消失の際、ノξワ
トランジスタ１のコレクターエミッタ電圧は実際に遅延
されずに上昇する、その理由は負荷電流が負荷４のイン
ダクタンスに基いて非常に迅速にフリーホイールダイオ
ード５ｒ転流するからである。コレクタ電流が殆んど低
減されていないうちにノぞワトランジスタ１のコレクタ
ーエミッタ電圧が突然上昇すると、・ξワトランジスタ
ｌは相応に高く負荷されることになるウコンデンザ１１
１は、パワトランジスタ１のコレクターエミッタ電圧の
突然の上昇、従ってこのノξワトランジスタの過負荷を
防止する。、シかしコンデンサ１１はその充電により電
圧上昇を遅延することがあるので、コンデンサをその前
に放電しなければならない。このことは、パワトランジ
スタのＯＮの際入力側５．７における○Ｊす制御ノξ／
Ｉ／　ス（７よって行なわたる。このパルスは、放電ト
ランジスタ１３のベースにも供給されるので、スヘての
トランジスタ１．２およヒ１３は直ちにｌ　ＯＮ　ＩＩ
　（導通制御）される。その際コンデンサ１１は、公知
の場合におけるように）ノ？ワトランジスタ１のスイッ
チング区間を介して放電さ扛るのではなく、放電抵抗１
２、放電トランジスタ］、３およびパワトランジスタ１
のベース−エミッタ区間を介して放電される３゜従って
放電電流はまだ、パワトランジスタｌのコレクターエミ
ッタ間を介する負荷電流に対して付加的に流れず、パワ
トランジスタｌのスイッチング区間を付加的Ｖて負荷す
ることなく、独自の放電区間を介して流れる。放電電流
はむしろ付加的にパワトランジスタ１のベース−エミッ
タ間を流れる、従ってそのベース電流ＩＢは、第３図に
図示のように、コンデンサの放電期間中ＯＮ制御・ξシ
スの開始時に著しく高くなる。この初期のベース電流ノ
ξシスば、ノξワトランシスタ１が迅速に導通制御され
かつこれによりその損失が低減されるようにする。更に
制御段の制御電力を相応に低減することができる。

第２図は、第１図の切換装置を２相インバータに使用し
た実施例の回路略図である１、この場合、２つのノξワ
トランジスタ１は制御端子３゜７を介して交互に゛ＯＮ
制御され″、その結果負荷電流は上の方の動作電圧源お
よび下の方の動作電圧源６から交互に、交番する方向に
おいて負荷４を流れる。１７リーホイールダイオード５
は、パワトランジスタ１のコレクターエミッタ間に並列
に設けられている１、短絡を回避するために、一方のノ
ξワトランジスタの遮断に続いてすぐに他方のトランジ
スタをＯＮにすることは許されないので、誘導負荷４は
一方の・ξワトランジスタの遮断後他方のノξワトラン
ジスタに並列に設けられたフリーホイールダイオード５
を介して、他方のパワトランジスタが遮断（阻止）され
ている限り、フリーホイール電流または帰還電流を流す
１、 この実施例において、一方のスイッチング区間の阻止状
態の間他方のスイッチング区間を′。

脈動的“に流すようｒする、即ち高い制御・ξシス周波
数によって交互にｏＮ　および○ＦＦ’を繰返して、負
荷電流の平均値を調整するようにトランジスタ１．２を
制御することもできる。この形式の制御ではコンデンサ
１１の放電を、スイッチング区間に無関係な放電区間を
介して行なうと特別有利である。その理由は、その都度
阻止さ汎ているパワトランジスタＩＫ並列に設けられた
コンデンサ１１は、このコンデンサ１１に並列に設けら
汎ているフリーホイールダイオード５を介して流れるフ
リーホイールＮ流によっては充電されないからである１
−１放電トランジスタ１３およびダイオ−ｒｌｏに並列
に設けられた放電抵抗１２が設けられていなければ、フ
リーホイール電流が流れるフリーホイールダイオ−１５
に並列に設けられたコンデンサ１１は、この７リーポイ
ールダイオー１２５の順電圧降下に基いて、即ち所望の
極性とは反対方向に充電される、その際所望の極性への
再充電は、丁度°゛脈動的″′に流れる別のパワトラン
ジスタを流れる電流によって保証されなければならず、
このためにこのパワトランジスタの熱損失を著しく高め
ることになる。

第４図の実施例においては、第１図、第２図に図示の実
施例で設けられていた付加的な放電トランジスタ１３が
省略さｎている。その代わりに放電抵抗１２は、制御ト
ランジスタ２のコレクタに接続されておりかつトランジ
スタ１お」：び２の間のコレクタ間に減結合ダイオード
１５が挿入されており、その結果制御トランジスタ２は
、コンデンサ１１に対する放電トランジスタを形成する
。１ 第５図の実施例は、第４図の実施例とは次の点でのみ異
なっている。、即ちダイオード１０のアノ−１２ハノξ
ワトランジスタ１のコレクタではす＜　、制？ａｌｌ　
）ランジスク２のコレクタに接続さｎている。従って）
ｅワトランジスタｌを介するコンデンサ１１の放電はダ
イオ−ｐ　１５　Ｖｃよって大幅に阻止され、一方反対
に充電も２つのダイオード１０および１５の直列接続を
介して行なわれる。

第６図の実施例は、第１図の実施例とは、一方において
次のように異なっている。即ち制御トランジスタ２に代
わって、演算または差動増幅器１６が比較器として設け
られており、この、［Ｊ［器の出力側は放電トランジス
タ１３のベースに接続されており、また抵抗１７を介し
てその非反転入力側（＋）に接続されている。従って増
幅器１６は、正帰還されている１、増幅器１６の反転入
力側（−）に、約ｕ　／　２の・々イアスミ圧が加わり
、その際Ｕは増幅器１６の動作電圧である。増幅器１６
の非反転入力側における電圧Ｕが増幅器１６の反転入力
側における電圧Ｕ／２を上回るや否や、増幅器１６の出
力電圧Ｕ、６は跳躍的にＵに変化する。これに対して非
反転入力側（＋）における電圧Ｕ　が、反転入力側だお
ける電圧Ｕ　／　２を下回っているとき、増幅器１６の
出力電圧Ｕ１６は跳躍的に零に変化する。他方において
コンデンサ１１における電圧Ｕ、１が演算捷たは差動増
幅器１８の形式の別の比較器の非反転入力側（＋）に供
給され、この増幅器の反転入力側（−）には基準電圧Ｕ
　　が加わる。基準電ｒθｆ 圧Ｕｒｅｆは、コンデンサ１１が少なくとも放電される
はずである値と等しく選択されている。

増幅ｉ１８の出力電圧Ｕ１８も、コンデンサ電圧Ｕ１１
がＵｒｅｆ　より大きいかまたは小さいかに応じて、値
Ｕまたは値零のいづれかをとる。ただしＵｒｅｆは零近
傍にあり、即ちＵより著しく小さい。

トランジスタ１および１３が阻止されており、コンデン
サ１１の電圧Ｕ　がＵ　　より太き１１　　　　　　ｒ
ｅｆ くかつＵと等しい投入制御電圧ＵＳｔが生じるものとす
れば、増幅器１８の出力電圧Ｕ１８もＵでありかつ増幅
器１６の非反転入力側（＋）における電圧Ｕ。は、その
出力電圧Ｕ、６がまだ零である限り、２Ｕ／３に等しい
−、従ってＵ８　がＵ／２より大きいので、増幅器１６
は切換えら九４、その結果Ｕ１６はＵに等しくなる１、
これにより、Ｕ。

もＵへ上昇しかつ同時にトランジスタ１および１３を導
通制御するよう作用する１、従ってコンデンサ１１は抵
抗１２、トランジスタ１３およびノξワトランジスタ１
のペース−エミッタ間を介して放電することができる１
、コンデンサ電圧Ｕ、１が基準電圧Ｕｒｅｆ　を下回る
や否や、Ｕ１８は同じく零になる。更に制御接続端子３
ＶＣおける制御電圧Ｕ８ｔが同じくＵであるとき、ＩＪ
８　は再び２Ｕ／３まで降下するので、Ｕ１６は引続き
値Ｕを維持しかつ２つのトランジスタは導通状態にとど
まる。制御電圧Ｕｓｔが消失、即ち零になって漸く、Ｕ
８　がＵ　／　３まで低下し、その結果Ｕ　はｕ／２よ
り小さくなりかつ増幅器１６は元の状態に切換えら九、
即ちＵ１６は零に等しくなり、従ってＵ　も同様零にな
る１、１そこで２つのトランジスタ１および１３は遮断
され、かつコンデンサ１１は再びダイオ−１１０および
（第６図に図示されていない）負荷を介して動作電圧に
充電される。その際Ｕ１１は再びＵｒｅｆ　を上回り、
かつＵＩＢ　ｕ再び値Ｕをとる。

ＵｓｔおよびＵ１６がまだ零である限シ、もしくはＵ　
およびＵ１６はまだ零であるので、Ｕ　はｔ Ｕ　／　３　ｉでしか上昇せず、その結果バイアスＵ／
２を上回ることはなく、増幅器１６は切換わらない、１
再度Ｕｓｔが生じ、■１ち値Ｕをとったとき漸＜Ｕ、６
も再び値Ｕをとり、その結果トランジスタ１および１３
は再び導通制御されかつコンデンサ１１は再び放電され
る。、、Ｕｓｔは、コンデンサ１１がその電圧Ｕ　が値
Ｕ　　を下回る１１　　　　　　　　　ｒθｆ 程度に放電される前に、消失するようになっているとき
、Ｕ　ば２　ｕ　／　３１で降下するがＵ　／２よりは
大きいので、引続きＵ１６はＵに等しくかつコンデンサ
１１は更にＵ　　以下Ｋｎで放電ｅｆ することができる、そこで漸＜Ｕ１６は消失しかつトラ
ンジスタ１および１３は再び遮断される、このようにし
て、コンデンサ１１は、Ｕに等しいその都度のＯＩＪ制
御信号Ｕｓｔの接続時間に無関係に、放電トランジスタ
１３が遮断される前に、少なくとも所望の電圧Ｕ　　ま
で放電さｅｆ れるよう保証されている。他方において・ξワトランジ
スタ１も、コンデンサ１１が少なくともＵｒｏｆ　　に
放電される寸での間導通状態にとど壕る１、ＯＮ　　制
御電圧が放電過程より長く持続するとき、コンデンサ１
１ばＵｒｅｆ　を越えて放電することがある。、　ＯＮ
　制御電圧の消失後コンデンサ］−１がＵｒｅｆ　　に
放電されるまでノξワトランジスタ１を導通状態を維持
することで、次のことが保証さ九る４、即ちＯＮ制御電
圧の持続時間より長く放電が続くようなことがあっても
ノξワトランジスタｌの許容投入負荷を上回らない１．
他方において、コンデンサ１］の放電時間よシ短いＯＮ
　制御・ξシスＵｓｔによって作動させることができる
１、それにも拘わらず、・ξワトランジスタはコンデン
サ１１が十分に放電さｎるまでの間は導通状態にとどま
る。

従って放電トランジスタ１３もノξワトランジスタ１も
、Ｕ　がＵｒｅｆ　　よシ大きいがまたは１ ＵｓｔがＵと等しいがまたは両方の条件が満たされるに
十分な長さの間導通状態に保た扛る。第６図の、コンデ
ンサ１１の充電状態を監視する比軸装置は、その他の実
施例にも設けることができる。

【図面の簡単な説明】

第１１図は、単相の負荷に使用さ扛る、本発明の切換装
置の１実施例の回路図であり、第２図は２相のインバー
タｒおいて使用される、第１図の実施例に相応する回路
図であり、第３図はパワトランジスタのベース電流の経
過を時間に依存して示している電流波形図であり、第４
図は本発明の切換装置の第３実施例を示す回路図であり
、第５図は本発明の切換装置の第４実施例を示す回路図
であり、第６図は本発明の切換装置の第５実施例の回路
図である、。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御段によって制御さ汎る、スイッチング素子とし
   ての・ξワトランジスタと、遮断時の負荷軽減回路とを
   備え、該負荷軽減回路は、コンデンサおよび前記パワト
   ランジスタと同方向に極性付けられたダイオードから成
   る直列接続と前記ノξワトランジスタのコレクターエミ
   ッタ間を迂回する放電区間とを有し、該放電区間はコン
   デ〉すに対する放電抵抗と前記・ξワトランジスタと同
   時に導通制御される放電トランジスタとを備えており、
   その際前記コンデンサとダイオードとから成る直列接続
   が前記ノξワトランジスタのコレクターエミッタ間に並
   列に接続されている電子切換装置において、コンデンサ
   〔１１〕の放電電流がノξワトランジスタ（１）のベー
   ス−エミッタ間を介して導かれるようにしたことを特徴
   とする電子切換装置。 ２、　　ノξワトランジスタ（１）のベース−エミッタ
   間は、コンデンサ（１１）の放電区間に設けられている
   特許請求の範囲第１項記載の電子切換装置。 ３、放電トランジスタ（１３）のコレクターエミッタ間
   は、パワトランジスタ（１）のコレクタとベースとの間
   にあり、また放電抵抗（１２）はオーミック抵抗である
   特許請求の範囲第１項またＩ′ｉ第２項のいずれか１つ
   に記載の切換装置。 ４、　ノぐワトランジスタは放電トランジスタをも形成
   する制御トランジスタ（２）とダーＩＪ　＞トン回路に
   接続形成されかつ放電抵抗（１２）は一方で前記制御ト
   ランジスタ（２）のコレクタに直接接続され、また他方
   で制御トランジスタ（２）の順方向に極性付けられてい
   ルタイオーｒ（１５）を介して・ξワトランジスタ（１
   ）のコレクタに接続され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切換装置。 ５．　パワトランジスタ（１）は、コンデンサ（１１）
   の充電状態に依存して、前記ノξワトランジスタ（１）
   がコンデンサの放電状態においてのみ遮断可能であるよ
   うに制御される特許請求の範囲第１項ないし第４項のい
   ずれかに記載の切換装置。