JPS6236915A - スイツチングトランジスタ駆動回路 - 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〕 本発明は、例えばモータ制御用トランジスタチョッパに
適用されるスイッチングトランジスタ駆動回路に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来のものは、第１０図に示すように、入力信号が入力
される入力端子１１と、トランジスタ２のベースとの間
にダイオード３が接続されている。

そして、第１２図ｔａｌに示す入力信号の矩形波の立ち
上がりで、トランジスタ１．２がＯＮするが、その時に
、トランジスタ１．２のベースにそれぞれ過剰キャリア
が蓄積される。次に、入力信号の矩形波の立ち下がりで
、トランジスタ１．２が０ＦＦＬ、それぞれトランジス
タ１．２のベースに蓄積された過剰キャリアが、ダイオ
ード３を介して負電圧とした入力端子１１を通って、抜
けるようにしている。

また、第１１図に示すように、第１０図に示す上述した
例に加えて、入力端子１１とトランジスタ１のコレクタ
との間、入力端子１１とトランジスタ１のベースとの間
にそれぞれダイオード８゜６が接続されている。つまり
、ダイオード８．６により、トランジスタ１のコレクタ
電位かベース電圧よりも下がらないので、トランジスタ
１を不飽和領域で動作させることとなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが上述した前者の従来例では、トランジスタ１．
２のベースに蓄積されたキャリアを、急激に入力端子１
１より抜くことが困難で、第１２図（ｂｌに示すように
、第１２図（ａｌに示す入力信号の矩形波の立ち下がり
で、トランジスタ１．　２は０ＦＦＬ、ようとするが、
ベースの蓄積キャリアのために、トランジスタの導通時
間が増してしまい、入力信号に対応するトランジスタ１
．２の正確なＯＮ、ＯＦＦ制御を行うことができないと
いう問題点がある。

そこで、単にトランジスタ１のＯＮ時間を短くする方法
が考えられるが、低デユーティ時に問題がある。以下に
その問題を示すと、トランジスタ１のベースに蓄積され
たキャリアの放電時間をｔ。

出力における１ランジスタ１のＯＮ時間をＴとする。こ
の方法は、始めから、トランジスタｌのベース信号を（
Ｔ−ｔ）の間、ＯＮ信号として加える方法である。この
方法は、Ｔをｔよりも短くすることが不可能であり、Ｔ
”−ｉｔ付近でのデユーティの安定性にも問題がある。

ところが、上述した後者の従来例では、トランジスタ１
，２を不飽和領域で動作させているので、トランジスタ
１．２のベースには過剰キャリアが蓄積されることがな
く、第１２図（Ｃ１に示すように、第１２図ｔａ＋に示
す入力信号の矩形波の立ち下がりに対応して、トランジ
スタ１が速やかにＯＦＦずす。しかしながら、トランジ
スタ１，２のＯＮ朋間中は、トランジスタ１のコレクタ
ーエミッタ間電圧ＶＣ［！がＶＣ［！＝０とならず、Ｖ
ＣＢ＃　ＶＢＥ　＜ヘ−スーエミソタ間電圧）＃０．７
Ｖとなり、トランジスタ２のＶＣＥはトランジスタ１の
ＶＣＨにトランジスタ２のＶＢＥが加わり、１．５Ｖ程
度となるため、トランジスタｌ、２での損失が大となり
、回路効率の悪化、発熱等の問題が発生してしまうとい
う問題点がある。

そこで、本発明は上述した問題点を解決し、トランジス
タのターンオフ時のスイッチング時間の短縮を行うスイ
ッチングトランジスタ駆動回路を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

入力信号に応じて、ＯＮ、ＯＦＦするトランジスタと、
前記入力信号により、前記トランジスタをＯＦＦさせる
直前に、前記トランジスタを飽和状態から不飽和状態に
切り換える切り換え手段とを有するスイッチングトラン
ジスタ駆動回路とするとである。

〔作用〕

トランジスタがＯＮＬ、てから、ＯＦＦする直前まで、
飽和状態として、トランジスタの発熱等を押さえ、ＯＦ
　Ｆする直前に不飽和状態とすることで、入力信号に応
じたトランジスタの速やかなターンオフを行おうとして
いる。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図において、１はＮＰＮ形の第１のトランジスタで
あり、エミッタが、ＮＰＮ形の第２のトランジスタ２の
ベースに接続されている。また、第１、第２のトランジ
スタ１．２のコレクタには、負荷抵抗１０が接続され、
この負荷抵抗１０の一端には、図示しない電源電圧が印
加される電源端子１３が設けられている。さらに、矩形
波の入力信号が得られる入力端子１１と第１のトランジ
スタ１のベースとの間には、入力端子１１側にアノード
側が接続された第１の駆動用ダイオード６が接続され、
また、入力端子１１と第２のトランジスタ２との間には
、入力端子側にカソード側が接続された２つの蓄積キャ
リア抜き取り用ダイオード７．３が接続されている。ま
た、第１のトランジスタ１のベース・エミッタ間には、
第１の蓄積キャリア放電用抵抗４、第２のトランジスタ
２のベース・エミッタ間には、第２の蓄積キャリア放電
用抵抗５がそれぞれ接続されている。そして、９は第１
のトランジスタ１の不飽和、飽和切換用のＮＰＮ形のト
ランジスタであり、ベースに、切換え信号を入力する切
換用端子１２が接続され、また、コレクタは入力端子１
１に、エミッタは第１のトランジスタ１のコレクタに接
続された第２の駆動用ダイオード８のアノード側に接続
されている。

次に、上記構成においてその作動を説明する。

第２図１ａｌ、　ｌｂｌ、　（ｃｌにおいて、（ａｌは
入力端子に入力される入力信号を示す矩形波、ｌｂｌは
第１図におけるＡ点の電圧波形、Ｉｃ）は切換用端子１
２に印加される電圧の矩形波である。

そして、第２図１ａｌにおける入力信号の矩形波の立ち
上がり（１＋時）で、第１のトランジスタ１が導通する
と共に、第２のトランジスタ２が導通する。すると、電
源端子１３より、負荷抵抗ｌＯを介して、第２のトラン
ジスタ２のコレクタ・エミッタ間に電流が流れる。この
時、切換トランジスタ９はＯＦＦ状態であり、トランジ
スタ１．２は飽和領域で使用されている。

次に、第２図（ａｌに示すように、入力信号の矩形波の
立ち下がり（ｔ３時）の一定時間前である第２図（Ｃ１
に示す矩形波の立ち上がり（ｔｉ時）時に、切換用トラ
ンジスタ９が導通する。すると、第１゜第２の駆動用ダ
イオード６．８により、第１のトランジスタ１が不飽和
状態に切り換わる時に、第定時間（ｊ３　　ｔｚ待時間
は、トランジスタ１が飽和状態から不飽和状態に切り換
わるのに要する時間程度、またはそれ以上である。

そして、入力信号の矩形波の立ち下がり（ｔ３時）で、
第１のトランジスタ１をＯＦＦする時には、第１のトラ
ンジスタ１を不飽和状態で使っているために、過剰キャ
リアがなく、第２図（ｂｌに示すように、第２図１ａｌ
における入力端子１１の矩形波の立ち下がりに対応して
、速やかに第１．第２のトランジスタ１．２がＯＦＦす
る。

従って、上述したように、入力信号の矩形波の立ち上が
りから、立ち下がりの直前までは、第１゜第２のトラン
ジスタ１．２を飽和状態にして使い、トランジスタの発
熱等を押さえて、入力信号の矩形波の立ち下がりの時に
は、第１．第２のトランジスタ１．２を不飽和状態にし
て使っているため、トランジスタのベースに過剰キャリ
アが蓄積されていないので、矩形波の立ち下がりに応じ
て、速やかに第１．第２のトランジスタ１．２をＯＦＦ
することができる。

また、切換用トランジスタ９のＯＦＦは、第２図（ａｌ
に示す入力信号の矩形波の立ち下がり（ｔ３時）から立
ち上がり（ｔａ時）時の間に行えばよい。

さらに、切換用トランジスタ９をオンするベース電位（
端子１２の電位）を電源端子１３の電位よりも低くして
おけば、第１．第２のトランジスタ１．２がターンオフ
すると、Ａ点の電位が上昇して、切換用端子１２の電位
以上になるので、切換用トランジスタ９もターンオフす
る。次に入力端子１１にＯＮ信号を入力するまでに、切
換用端子１２の電位をＬＯＷにして、Ａ点の電位がほぼ
０となってもＯＮしないようにしておく。このようにし
て良好なトランジスタのスイッチングを行なうことがで
きる。

以上のようなダーリントン接続は、どの場合においても
、第２のトランジスタ２は不飽和状態で動作している。

従って、第２のトランジスタ２の過剰キャリアの放電時
間は問題とならない。

しかし、第１のトランジスタ１が０ＦＦＬ、た後でない
とＯＦＦできないので、トランジスタｌの動作が支配的
になっている。本発明は、このトランジスタｌの動作を
飽和、不飽和と切り換えて制御しているのである。

次に、切換用トランジスタ９のベース信号（切換用端子
１２印加電圧信号）および入力信号にっいて説明する。

ここで、第３図に示す回路で、入力端子１１および切換
用端子１２に加える信号を作る。また、第４図は第３図
における各部の電圧波形である。

そして、第３図において、単安定マルチバイブレータ２
３．２４は、入力信号（第４図（ａ）、　ｆｂｌニ示す
矩形波）の立ち上がりを検出して、第４図（Ｃ）。

（ｄｌに示す如く、ＬＯＷパルスを出力し、そのパルス
幅を、切換用トランジスタ９のＯＮの立ち上がりを第１
のトランジスタ１のＯＮ立ち下がり（ＯＦＦさせたい時
）より一定時間（第２図における（ｔｚ　　ｔｚ）時間
）前に動作させる際の時間差（（ｔｚ−ｔり時間）とな
るように設定する。

また、単安定マルチバイブレータ２５．２６は、それぞ
れ単安定マルチバイブレータ２３．２４の立ち上がり信
号を検出し、第４図ｔｅｌ、　（ｆ）に示す如く、正の
パルスを出力し、その時間幅はＴ形フリッププロップ２
８が動作する範囲で、短（設定する。このようにすると
、端子２９の出力は、第４図（ｇｌに示す如く、端子２
１の信号に比較し、屯安定マルチバイブレータ２３．２
４のパルス幅だけ遅れた波形となる。逆に言うと、端子
２１の波形は、端子２９の波形より一定時間（（ｔｚ−
ｔ２）時間）前に変化している。

したがって、第１図の入力端子１１に第３図の端子２９
の信号を、第１図の切換用端子１２には、切換用トラン
ジスタ９のタイプ（この場合、ＮＰＮ形）に合わセで、
第３図の端子２１の信号を反転した信号を出力する端子
３０の信号を加えればよい。すなわち、第４図（ｇ）に
示す入力信号をなす矩形波の立ち下がりよりも、一定時
間（ｔｚ　　ｔｚ）前に立ち上がる第４図ｆｂｌに示す
矩形波を得ることができる。つまり、前述した第１のト
ランジスタ１の飽和、不飽和状態を得ることができる。

また、第１のトランジスタ１のＯＮパルスが前述した一
定時間より短い場合は、第１のトランジスタ１がＯＮす
る時点から、切換用トランジスタ９もＯＮＬ、即ち第１
のトランジスタ１が常に不飽和状態で駆動できるように
なっており、低デユーティ時も良好に制御できる。

さらに、トランジスタチョッパにおいて、第５図に示す
ように、第１０図に示す従来例では、第１のトランジス
タｌの過剰キャリアの放電時間の影響で、入力信号のＯ
Ｎ時間よりも、第１のトランジスタ１の出力のＯＮ時間
が長くなってしまい、出力のデユーティ−はキャリアの
放電時間の影響が発生する所で、非直線となり制御性が
よくない。

本発明を用いると同図破線のように、直線的に良好に制
御できる。

なお、第３図に示す回路のほかに、入力信号のＯＮパル
ス幅をマイコン等で計算して出力する場合、つまりター
ンＯＮ信号出力（立ち上がり）の時点で、次にターンＯ
ＦＦ　（立ち下がり）するまでの時間が既知の場合は、
ターンＯＦＦの一定時間前に切換用端子１２に信号を加
えればよく、その場合にはマイコン等のタイマを用いて
、信号を出力すれば良い。

つまり、本発明の要旨である第１のトランジスタ１を飽
和状態から不飽和状態に使うための回路構成としては、
第６図から第８図に示す回路が、ポイントとなる。

ここで、第６図では、変換用トランジスタ９をＰＮＰ形
としてあり、入力端子１１にエミッタ。

第２の駆動用ダイオード８のアノードにコレクタをそれ
ぞれ接続している。

また、第７図では、第１のトランジスタ１をＰＮＰ形と
し、第１の駆動用ダイオード６は、アノード側が第１の
トランジスタｌのベースに、カソード側が入力端子１１
に接続され、第２の駆動用ダイオード８は、アノード側
が第１のトランジスタ１のコレクタに、カソード側が切
換用トランジスタ９のコレクタに接続されている。

さらに、第８図では、第１のトランジスタ１および切換
用トランジスタ９をＰＮＰ形とし、第１の駆動用ダイオ
ード６のカソード側が入力端子に、第２の駆動用ダイオ
ード８のカソード側が切換用トランジスタ９のエミッタ
に接続されている。

そして、上述した第６図から第８図に示す回路に、入力
端子１１および切換用端子１２にそれぞれ第１のトラン
ジスタ１が飽和状態から不飽和状態に移るように、任意
の信号を入力すればよい。

また第９図に示すような、トランジスタブリッジ、アン
プ等に用いられるトランジスタの構成、つまり、トラン
ジスタ４０のエミッタにトランジスタ５０のコレクタが
接続されている構成で、例えば、トランジスタ４０．５
０がそれぞれＯＮ。

ＯＦＦの状態からＯＦＦ、ＯＮの状態にスイッチる際、
トランジスタ４０のベースに蓄積された過剰キャリアの
放電のため、トランジスタ４０のＯＦＦが遅れ、両トラ
ンジスタ４０．５０共、ＯＮ状態となる危険があるが、
これに対しても本発明を適用すれば、大きな効果がある
。

なお、キャリア抜き取り用ダイオード３，７、放電用抵
抗４，５は必ずしも全て必要ではない。

場合によって、ダイオード３．７または、抵抗４゜５を
省略してもよい。

また、本説明ではダーリントン接続のトランジスタにつ
いて説明したが、単独のトランジスタに対しても適用で
きる。

さらに、切換用トランジスタ９を、入力端子１１と第１
のトランジスタ１との間に接続したが、第１のトランジ
スタ１のベースに接続して、ベースに流れる電流を所定
量バイパスさせるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以」二述べたように本発明においては、トランジスタを
ＯＦＦする直前に、トランジスタを飽和状態から不飽和
状態に切り換えるようにしたから、入力信号によって、
トランジスタをＯＦＦさせようとする時には、不飽和状
態であり、速やかにトランジスタがＯＦＦすると共に、
トランジスタがＯＦＦする直前までは、トランジスタを
飽和状態で使用しているので、トランジスタの発熱等を
押さえることができ、良好なトランジスタのスイ・ノチ
ングを行なうことができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明スイッチングトランジスタ駆動回路の一
実施例の要部を示す電気回路図、第２図は第１図におけ
る各部電圧波形図、第３図は第１図に示す回路を駆動す
る信号を発生するための回路図、第４図は第３図におけ
る各部の波形図、第５図はベース信号デユーティに対す
るチョッパ出力デユーティを示す特性図、第６図ないし
第８図は本発明スイッチングトランジスタ駆動回路の他
の実施例の要部を示す電気回路図、第９図はトランジス
タの回路図、第１０図および第１１図は従来のスイッチ
ングトランジスタ駆動回路を示す電気回路図、第１２図
は第１０図および第１１図における各部の波形図である
。 １・・・第１のトランジスタ、６・・・第１の駆動用ダ
イオード、８・・・第２の駆動用ダイオード、９・・・
切換用トランジスタ、１０・・・負荷抵抗、１１・・・
入力端子、１２・・・切換用端子、１３・・・電源端子
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号に応じて、ＯＮ、ＯＦＦするトランジス
   タと、前記入力信号により、前記トランジスタをＯＦＦ
   させる直前に、前記トランジスタを飽和状態から不飽和
   状態に切り換える切り換え手段とを有するスイッチング
   トランジスタ駆動回路。
2. （２）前記切り換え手段は、 入力信号と前記トランジスタのベースとの間に接続され
   た第１のダイオードと、前記入力信号と前記トランジス
   タのコレクタとの間に、それぞれ接続された半導体スイ
   ッチング素子と、第２のダイオードと、 前記半導体スイッチング素子を前記入力信号により前記
   トランジスタをＯＦＦさせる直前に、ＯＮさせる導通手
   段と、 を備えた特許請求の範囲第１項記載のスイッチングトラ
   ンジスタ駆動回路。