JPS6013329B2 - 大電力スイッチングトランジスタの駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は大電力スイッチングトランジスタの駆動装置に
関し、特にＤＣ一ＤＣコンバータなどにおいて大電力ス
イッチングトランジスタのコレクタに負荷状態によって
その最大電流以上または設定電流以上の電流が流れよう
とする場合にすみやかにこのトランジスタをオフにして
保護するようにした大電力スイッチングトランジスタの
駆動装置に関する。

以下、本発明の実施例につき添付図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は本発明の−実施例を示す回路接続図で、ＴＲ，
は大電力スイッチングトランジスタを示す。

このトランジスタＴＲ，のコレクタは出力トランスＴ，
の１次巻線Ｆ，を介して電源Ｅ，に接続され、そのェミ
ッタは抵抗Ｒ２を介して接地されている。また、ベース
は抵抗Ｒ３とコンデンサＣ，の並列回路を介してドライ
ブ用トランスＴ２の２次巻線Ｓ２の一端に接続され、こ
の２次巻線Ｓ２の他端は接地されている。出力トランス
Ｔ，の１次巻線Ｆ，には抵抗Ｒ７とコンデンサＣ２の直
列回路が接続され、また２次巻線Ｓ，は負荷Ｌに接続さ
れている。ドライブ用トランスＴ２の１次巻線Ｆ２の一
端は抵抗Ｒ，を介して電源Ｅ２の一端に接続され、また
１次巻線Ｆ２の他端は大電力スイッチングトランスＴＲ
，のベースドライブ用トランジスタＴＲ２のコレクタ、
ＳＣＲのアノードおよびツエナーダイオード、バリス夕
等の電圧に対する抵抗値が急激に低下する素子Ａにそれ
ぞれ接続されている。ベースドライブ用トランジスタＴ
Ｒ２のベースは抵抗Ｒ４を介してドライブ源ＰＲの一端
に接続されるとともに抵抗Ｒ５を介してドライブ源ＤＲ
の他端に接続される。電源Ｅ２の他端とドライブ源ＤＲ
の他端は共通に接続され、またトランジスタＴＲ２のェ
ミッタおよびＳＣＲのカソード‘まドライブ源ＤＲの他
端に接続され、さらに素子Ａは抵抗Ｒ６を介してドライ
ブ源ＤＲの他端に接続されている。ドライブ用トランス
Ｔ２の１次巻線Ｆ２には抵抗Ｒ８とコンデンサＣ３の直
列回路が接続されている。ドライブ用トランスＬの結線
極性は図示するようにオンーオフ方式（１次側トランジ
スタＴＲ２がオンのとき２次出力がオフになる）である
。次に動作について説明する。

まず大電力スイッチングトランジスタＴＲ，のェミッタ
抵抗Ｒ２が○、すなわちトランジスタＴＲ，のェミツタ
が直接接地されている場合の動作について説明する。

トランジスタＴＲ２のドライブ源ＤＲより第２図Ａに示
すドライブ出力が発生されると、トランジスタＴＲ２の
コレク夕電圧波形（第１図ａ点の波形）は第２図Ｂに示
すようになる。いま、時亥岬，でトランジスタＴＲ２が
オン、時刻ｔ２でオフであるとすると、ドライブ用トラ
ンスＴ２の１次側電流ｉ，は第２図Ｃに示すように、時
刻ｔ，〜らの時間で増加し「時刻ｔ２において１，２に
達する。時刻ｔ２においてトランジスタＴＲ２がオフす
るためトランスＴ２の１次側電流ｉ，もオフとなり、従
ってトランスＴ２に蓄えられた磁束によりＮ．・ｊ，２
＝Ｎ２・ｊ２２を満足するようにトランスＴ２の２次側
に時刻ｔ２で電流ｔ２２が流れる。トランスＴ２の２次
側電流ｉ２は第２図Ｄに示す通りとなる。なお、Ｎ，お
よびＮ２はトランスＴ２の１次巻線および２次巻線Ｆ２
およびＳ２のそれぞれ巻数である。かくして時刻らでト
ランスＴ２は定電流源となり、その結果トランジスタＴ
Ｒ２のコレクタの電圧（ａ点の電圧）は次式に示すよう
になる。ＶａｉＥ２十母（〉斑・十Ｖ・〉 ………‘１
）ここでＥ２はドライブ電源電圧、また（Ｖ８Ｅ，十Ｖ
，）はｉ２が流れることによる２次側の電位降下分であ
る。

次に、大電力スイッチングトランジスタＴＲ，にェミッ
タ抵抗Ｒ２を図示のように挿入すると、抵抗Ｒ２にはト
ランジスタＴＲ，のコレクタ電流ｉｃとべ−スドラィブ
電流ｉ２の合計の電流が流れる。

しかしこの場合にも時刻ｔ２において１次側電流ｊ，は
１，２に達するから、上記した場合と同様にＮ．・ｉ，
２＝Ｎ２・ｉ２２を満足する電流ｉ２２がトランスＴ２
の２次側に流れる。その結果ｍ式は次のようになる。Ｖ
ａ′＝Ｅ２十母｛Ｖ．十ＶＢＥ十Ｒ２くｉ２十ｉＣ）｝
‐‐‐‐‐・‐・‐‘２｝いま、ｉ
ｃの変動によるＶＢ８を無視すると、ｖａ′＝｛Ｅ２十
母（ｖ，十ｖＢＥ＋Ｒ２ｉ２）｝十王書・ｉＣ＝Ｋ・十
Ｋ２・ｉＣ ……イ３’ここにＫ，；Ｅ２十母Ｗ．
十ＶＢＥ＋Ｒ２‐ｉ２）Ｋ２＝Ｎぜである。

すなわち、ェミッ夕抵抗Ｒ２を入れることでａ点の電圧
（トランジスタＴＲ２のコレク夕電圧）はｉｃの１次関
数となる。この関係を示せば、第３図の如くである。こ
のことはトランジスタＴＲ，のコレクタ電流ｉｃがドラ
イブトランスＴ２の１次側における電圧として表われる
ということを意味している。本発明はこの点に着目した
もので、第１図に示す実施例ではドライブ用トランジス
タＴＲ２のコレクタとヱミッ夕間に抵抗Ｒ６を直列に介
してッェナーダイオード、バリスタ等の電圧に対する抵
抗値がある点で急激に低下する素子Ａを挿入し、この素
子ＡによりスイッチングトランジスタＴＲ，のコレク夕
霞流ｉｃがあらかじめ設定された値以上流れたことを検
出してドライブ用トランジスタＴＲ２を等価的にオンさ
せ、それによってスイッチングトランジスタＴＲ，をオ
フミせてこのスイッチングトランジスタＴＲ，を保護す
るようにしたものである。

第１図の実施例では大電力スイッチングトランジスタＴ
Ｒ，のコレク夕霞流ｉｃがあらかじめ定められた設定値
を越えたときのド‐ライブ用トランジスタＴＲ２のコレ
クタ電圧Ｖａ′で素子Ａがその抵抗値を急激に低下させ
るすなわち導適するように素子Ａを選定してあるので、
素子Ａの導通により抵抗Ｒ６の両端間に電圧が発生し、
この電圧でＳＣＲをオンさせる。

ＳＣＲがオンすることはドライブ用トランジスタＴＲ２
がオンしたのと等価であるから、ドライブトランスＴ２
の２次側出力電圧の極性が反転し、大電力スイッチング
トランジスタＴＲ，はオフとなる。かくしてスイッチン
グトランジスタＴＲ，は保護される。ドライブ源ＤＲか
らの次のドライブパルスでドライブ用トランジスタＴＲ
２がオンすると、ＳＣＲはオフとなり自動的に元の状態
に復帰する。なお、抵抗Ｒ，はトランス１次側電流ｉ，
の電流制限抵抗である。第４図は本発明をスイッチング
レギュレータに適用した場合の一例を示すもので、図中
点線で囲んだ部分Ｂは誤差増中器およびパルス幅変換回
路である。

この回路部分Ｂの動作は周知であるのでその説明を省略
する。この実施例では、スイッチングトランジスタ（図
示せず）のコレクタ電流ｉｃがあ設定値以上流れると、
素子Ａが導適するからトランジスタＴＲ５がオンとなる
。トランジスタＴＲｓのオンでコンデンサＣが短絡する
ためトランジスタＴＲ３がオフし、ドライブ用トランジ
スタＴＲ２がオンする。それによって前記したようにド
ライブ用トランスＴ２の２次側出力電圧の極性が反転し
、スイッチングトランジスタがオフとなり、保護される
。このように本発明によれば、大電力スイッチングトラ
ンジスタのコレクタ電流の変化がドライブ用トランジス
タのコレク夕電圧の変化として表われることに着目して
電圧に対する抵抗値が急激に低下するッェナーダィオー
ド、バリス夕等の素子によりこの電圧の変化を検出し、
等価的にドライブ用トランジスタをオンミせて大電力ス
イッチングトランジスタをオフさせるものであるから、
大軍力スイッチングトランジスタを確実に保護すること
ができる。

また、単に、電圧に対する抵抗値が急激に変化する素子
を使用するだけであるから、製造上の問題もなく、安価
になり、さらに既製の装置にも簡単に適用できるなどの
多くの顕著な利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による大電力スイッチングトランジスタ
の駆動装置の一実施例を示す回路接続図第２図は第１図
の回路の動作を説明するための各種波形図、第３図は第
１図における大電力スイッチングトランジスタのコレク
夕電流とドライブ用トランジスタのコレクタ電圧との関
係を示す特性図、第４図は本発明の他の実施例を示す回
路接続図である。 図中のＴＲ，は大電力スイッチングトランジスタ、ＴＲ
２はドライブ用トランジスタ、Ｔ，は出力トランス、Ｌ
はドライブ用トランス、Ｌは負荷、Ａは電圧に対する抵
抗値が急激に低下する素子、ＤＲはドライブ源、Ｒ２は
大電力スイッチングトランジスタのヱミッタ抵抗である
。 第１図 第３図 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ドライブ用トランジスタと、ベースに入力する信号
   に応じてオン或はオフ動作する大電力スイツチングトラ
   ンジスタと、前記ドライブ用トランジスタが１次側に接
   続され且つ前記大電力スイツチングトランジスタが２次
   側電圧で動作すると共に、前記ドライブ用トランジスタ
   がオンのとき前記大電力スイツチングトランジスタがオ
   フとなるように極性が選択されたドライブ用トランスと
   、前記ドライブ用トランジスタのコレクタ電圧が前記大
   電力スイツチングトランジスタの所定の設定値を越えた
   コレクタ電流値に相当する電圧となったとき急激に動通
   して前記コレクタ電圧を低下させる素子回路とから構成
   することを特徴とする大電力スイツチングトランジスタ
   の駆動装置。