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JPS5937896B2 - AC power semiconductor switch device control circuit - Google Patents
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JPS5937896B2 - AC power semiconductor switch device control circuit - Google Patents

AC power semiconductor switch device control circuit

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Publication number
JPS5937896B2
JPS5937896B2 JP12061177A JP12061177A JPS5937896B2 JP S5937896 B2 JPS5937896 B2 JP S5937896B2 JP 12061177 A JP12061177 A JP 12061177A JP 12061177 A JP12061177 A JP 12061177A JP S5937896 B2 JPS5937896 B2 JP S5937896B2
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JP
Japan
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gate
semiconductor switch
circuit
switch device
field effect
Prior art date
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JP12061177A
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Inventor
智之 大久保
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Power Conversion In General (AREA)
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  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、負荷への交流電力の供給および遮断を行なう
半導体スイッチ装置Iこ対する制御回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a control circuit for a semiconductor switch device I that supplies and cuts off alternating current power to a load.

交流電力用スイッチとして半導体スイッチを用いるのが
有利であること、Sよび、そのようなスイッチのターン
オンおよびターンオンを電圧瞬時値が零点を通過すると
きlこ行なうことにより無線周波障害を排除し得ること
が知られている。
It is advantageous to use semiconductor switches as switches for alternating current power, and by turning on and turning off such switches when the instantaneous voltage value passes through zero, radio frequency interference can be eliminated. It has been known.

また、そのようなスイッチの制御回路に対するオン・オ
フ制御信号の結合lこ光学的結合を用いれば完全な直流
的絶縁が得られるためノイズ等1こよる装置の誤動作が
防止できるので有利であることも知られている。
In addition, optical coupling of on/off control signals to the control circuit of such a switch is advantageous because complete direct current isolation can be obtained and malfunction of the device due to noise etc. can be prevented. is also known.

従来lこおいて、上述したようにオン・オフ制御信号の
結合1こ光学的結合を用いかつスイッチのターンオンお
よびターンオフを電圧瞬時値が零点を通過するときに行
なうようlこした半導体スイッチ装置制御回路が種々提
案されているが、それ11G)ずれも多数の回路部品を
必要とし構成が複雑である欠点を有する。
Conventionally, as described above, a semiconductor switch device control method uses optical coupling of on/off control signals and turns the switch on and off when the instantaneous voltage value passes through the zero point. Although various circuits have been proposed, all of them have the drawback of requiring a large number of circuit components and having a complicated configuration.

包発明の目的(ハ、必要な回路部品数が少なく構成の簡
飢な交流電力用半導体スイッチ装置制御回路を提供する
ことである。
OBJECT OF THE INVENTION (iii) It is to provide a control circuit for an AC power semiconductor switch device that requires a small number of circuit components and has a simple configuration.

以下本発明をその好ましい実施例を示す図面を参照しな
がら説明する。
The present invention will be described below with reference to the drawings showing preferred embodiments thereof.

第1図は本発明の基本回路を示す図で、これは図示され
たように接続された抵抗R1、発光ダイオードLED、
保護ダイオードD1、受光素子である光可変抵抗素子P
C,抵抗R2、NPN トランジスタTR1,PNPI
−ランリスクTR2、後述するような特性を有する特性
素子A、 sよび、ゲート制御半導体装置としてのトラ
イアックTRIACからなる。
FIG. 1 is a diagram showing the basic circuit of the present invention, which includes a resistor R1, a light emitting diode LED, and a light emitting diode LED connected as shown.
Protection diode D1, optical variable resistance element P which is a light receiving element
C, resistor R2, NPN transistor TR1, PNPI
- It consists of a run risk TR2, characteristic elements A and s having characteristics as described below, and a triac TRIAC as a gate control semiconductor device.

なお、TI 、T2はトライアックの端子を、Gはトラ
イアックのゲートを、P。
Note that TI and T2 are the terminals of the triac, G is the gate of the triac, and P.

Nは直流入力端子を、ACl、AC2は交流電源端子を
示し、これらの交流電源端子の一方は負荷(図示せず)
を通して交流電源の一端子に接続される。
N indicates a DC input terminal, ACl and AC2 indicate AC power terminals, and one of these AC power terminals is a load (not shown).
Connected to one terminal of the AC power supply through the

発光ダイオードLEDと光可変抵抗素子PCとはフォト
カプラーを形成する。
The light emitting diode LED and the optical variable resistance element PC form a photocoupler.

ゲート制御半導体スイッチ装置としてトライアック以外
でも双方向性を有しかつゲート電流によりオン・オフを
制御される半導体装置であれば任意のものを用いること
ができ、例えば、逆並列に接続されたサイリスクの組合
せ等を用いることもできる。
As the gate control semiconductor switch device, any semiconductor device other than a TRIAC can be used as long as it has bidirectionality and is turned on and off by a gate current. Combinations etc. can also be used.

特性素子Aは第2図に示すよう;こ、電圧Vを印加する
と最初は電圧の絶対値の増加と共1こ電流■を増すが、
電流■。
As shown in Fig. 2, the characteristic element A is such that when a voltage V is applied, the current increases by 1 as the absolute value of the voltage increases, but
Current■.

まで達するとそれ以上は増げに今度は電圧の絶対値の増
加と共に減少し、電圧の絶対値が■。
Once it reaches 1, the voltage increases beyond that point, but then decreases as the absolute value of the voltage increases, and the absolute value of the voltage becomes ■.

以上では殆んど電流を流さず非導通となるという電圧−
電流特性をもつ素子である。
At a voltage higher than that, almost no current flows and the voltage becomes non-conductive.
It is an element with current characteristics.

この第2図の特性をもつ素子としては、例えば、第3図
1こ示すよう1こ、接合型電界効果トランジスタを4個
組み合わせること1こよって実現できる。
An element having the characteristics shown in FIG. 2 can be realized, for example, by combining four junction field effect transistors as shown in FIG. 3.

第3図IこSいてDεよびSは4つの接合型電界効果ト
ランジスタFET1 、FET2 、FET3 。
In FIG. 3, Dε and S represent four junction field effect transistors FET1, FET2, FET3.

FET4のそれぞれのドレイン電極およびソース電極を
示す。
The respective drain and source electrodes of FET 4 are shown.

なお、後の第1図の回路の説明からも理解されるように
、特性素子Aの特性は厳格なものでti IJ: <
、一般的に云えば、成る値よりも低い正または負の印加
電圧1こ対してはそれぞれ正または負の電流を流すが構
成る値以上の正または負の印加電圧1こ対しては電流を
流さないような電圧−電流特性をもち、そしてその流さ
れる電流はゲート制御半導体スイッチ装置をオン状態l
こ切換えるlこ充分なだけの大きさをもつものであれば
よい。
Note that, as will be understood from the explanation of the circuit shown in FIG. 1 later, the characteristics of the characteristic element A are strict, and ti IJ: <
, generally speaking, a positive or negative current will flow for an applied positive or negative voltage that is lower than that value, but no current will flow for an applied positive or negative voltage that is greater than or equal to that value. It has a voltage-current characteristic such that no current flows, and the current that flows turns the gate-controlled semiconductor switch device into an on state.
It is sufficient if the size is large enough for switching.

次rこ第1図の回路の動作を説明する。Next, the operation of the circuit shown in FIG. 1 will be explained.

端子Pに直流入力信号が加えられていないときは、発光
ダイオードLEDは発光せず、光可変抵抗素子PCは光
を受けないので高抵抗状態1こあり、トランジスタTR
I、TR2はそれぞれ交流電源の正および負の半サイク
ルの期間中抵抗R2を通してベース電流を流すのでオン
状態lこなり、従って、特性素子A1こ電流が流れたと
してもその電流はトライアックTRIAC側に流れずl
こトランジスタTR1,TR21こ流れ、トライアック
TRIACはターンオンせず、負荷1こは交流電力は供
給されない。
When no DC input signal is applied to terminal P, the light emitting diode LED does not emit light, and the optical variable resistance element PC does not receive light, so there is a high resistance state 1, and the transistor TR
I and TR2 conduct base current through the resistor R2 during the positive and negative half cycles of the AC power supply, so they remain in the on state. Therefore, even if current flows through the characteristic element A1, the current flows to the TRIAC side. No flow
As the transistors TR1 and TR21 flow, the triac TRIAC does not turn on, and AC power is not supplied to the load 1.

次に、端子Pに直流入力信号が加んられしかもトライア
ックTRI ACiこ加わる交流電圧が第2図に示す+
Voまたは−■謔り低い場合は、特性素子Aは第2図に
示す電圧特性により電流を流し、一方、発光ダイオード
LEDは発光し、光可変抵抗PCはその光を受けて低抵
抗状態となるのでトランジスタTR1,TR2のベース
電流は流れず、従って、これらのトランジスタTR1、
TR2はオフ状態1こなり、特性素子Aからの電流はト
ライアックTRIACのゲート1こ流れてそれをターン
オンさせ、負荷に交流電力を供給する。
Next, a DC input signal is applied to the terminal P, and the AC voltage applied to the triac TRI ACi is + as shown in Fig. 2.
When Vo or -■ is low, characteristic element A flows current according to the voltage characteristics shown in Figure 2, while the light emitting diode LED emits light, and the optical variable resistor PC receives the light and enters a low resistance state. Therefore, the base currents of transistors TR1 and TR2 do not flow, and therefore these transistors TR1 and TR2 do not flow.
TR2 remains in the off state, and current from characteristic element A flows through the gate of the triac TRIAC, turning it on and providing AC power to the load.

交流電圧が+Voまたは−V。AC voltage is +Vo or -V.

以上の場合には、特性素子Aが直流を流さないので、直
流入力信号の供給1こよりトランジスタTR1,TR2
がオフ状態lこあったとしても、トライアックTRIA
Cのゲート1こは電流が供給されず、従ってトライアッ
クTRIACはターンオンしない。
In the above case, since the characteristic element A does not conduct direct current, the transistors TR1 and TR2 are supplied with a direct current input signal.
Even if there is an off state, the triac TRIA
No current is supplied to the gate 1 of C, so the triac TRIAC does not turn on.

以上のように、トライアックTRIACがターンオンす
る条件は電流入力信号が加えられしかも交流電圧が第2
図の+■oまたは−V。
As mentioned above, the conditions for the TRIAC to turn on are that the current input signal is applied and the AC voltage is applied to the second
+■o or -V in the diagram.

よりも低い場合であり、このよう1こして、交流電圧の
瞬時値が+■oと−Voとの間のいずれかの値をとる時
点、すなわち零点またはそれに近い点をとる間lこのみ
トライアックTRIACをターンオフさせるという所期
の目的を達成することができる。
TRIAC TRIAC TRIAC The intended purpose of turning off can be achieved.

トライアックはゲート電流が流されない状態においてそ
の端子間電流が最小保持値以下になると自動的1こター
ンオフするので、これを利用してトライアックのターン
オフも電圧瞬時値の零点通過時に行なうことができる。
Since the triac automatically turns off when the current between its terminals becomes less than the minimum holding value in a state where no gate current is applied, the triac can be turned off when the instantaneous voltage value passes the zero point.

第4図は実際上用いられる半導体スイッチ装置制御回路
の回路図で、ここでは、第1図の回路Iこ比して、電流
利得を上げるため1こトランジスタTR1iこ対しては
トランジスタTR38よび抵抗R3が付加され、トラン
ジスタTR,2に対してはトランジスタTR48よび抵
抗R4が付加され、才だ、トライアックTRIACiこ
対するノアズマージンを上げそのオン・オフを確実なら
しめるため1こダイオードD2〜D4の組合せが付加さ
れている。
FIG. 4 is a circuit diagram of a semiconductor switch device control circuit that is actually used. Here, in order to increase the current gain, one transistor TR1i is replaced with a transistor TR38 and a resistor R3. A transistor TR48 and a resistor R4 are added to the transistor TR,2, and a combination of diodes D2 to D4 is added to increase the noise margin for the triac TRIAC and ensure its on/off operation. It has been added.

第5図は特性素子Aの実際の特性を例示する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the actual characteristics of the characteristic element A.

以上の説明から理解されるように、本発明は、必要な回
路部品数が少なく構成の簡単な交流電力用半導体スイッ
チ装置制御回路を提供するものである。
As understood from the above description, the present invention provides a control circuit for an AC power semiconductor switching device that requires a small number of circuit components and has a simple configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の半導体スイッチ装置制御回路の基本回
路を示す図、第2図は特性素子の電圧−電流特性の一例
を示す図、第3図は第2図1こ示した電圧−電流特性を
与える特性素子の構成例を示す図、第4図は半導体スイ
ッチ装置制御回路の実際回路の例を示す図、第5図は特
性素子の実際の特性を例示する図である。 ACI、AC2・・・・・・交流電源端子、TRIAC
・・・・・・トライアック、TI、T2・・・・・・ト
ライアックの端子、G・・・・・・トライアックのゲー
ト、A・・・・・・特性素子、Trl・・・・・・NP
Pトランジスタ、Tr2・・・PNP トランジスタ、
PC・・・・・・光可変抵抗素子、LED・・・・・・
発光ダイオード、
FIG. 1 is a diagram showing the basic circuit of the semiconductor switch device control circuit of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of voltage-current characteristics of a characteristic element, and FIG. 3 is a diagram showing the voltage-current shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing an example of an actual circuit of a semiconductor switch device control circuit, and FIG. 5 is a diagram illustrating actual characteristics of the characteristic element. ACI, AC2... AC power supply terminal, TRIAC
...Triac, TI, T2...Triac terminal, G...Triac gate, A...Characteristic element, Trl...NP
P transistor, Tr2...PNP transistor,
PC... Optical variable resistance element, LED...
light emitting diode,

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 交流入力電源lこ負荷を介して直列に接続した双方
向性のゲート制御半導体スイッチと、成る値よりも低い
正または負の印加電圧lこ対してはそれぞれ正または負
の電流を流すが前記成る値以上の正または負の印加電圧
に対しては電流を流さないような電圧−電流特性を有し
、前記ゲート制御半導体スイッチ装置の一方の端子との
間に接続される特性素子と、前記ゲート制御半導体スイ
ッチ装置の他方の端子とゲートとの間に接続されるスイ
ッチング回路とを備え、該スイッチング回路は、コレク
タ、エミッタ端子同志がそれぞれ接続されたPNP、E
よびNPNトランジスタと、制御入力回路に設けられた
発光素子と光結合された光可変抵抗素子と固定抵抗との
直列回路とを有し、前記pNpsよびNPNトランジス
タのコレクタ、エミッタ端子が前記ゲート制御半導体ス
イッチ装置の他方の端子ゲートとの間1こ接続され、前
記直列回路が前記ゲート制御半導体スイッチ装置に対し
て並列接続され、前記制御入力回路に設けられた発光素
子からの光に応じる前記光可変抵抗素子の端子間電圧に
よ−って前記PNPaよびNPN トランジスタのオン
・オフが制御されるものであって、前記制御入力回路に
人力信号が加えられたとき前記スイッチング回路をオフ
状態に切換え、交流入力電源電圧が前記成る値以下のと
き1こ前記特性素子からの電流を前記半導体スイッチ装
置のゲートに流入させ、前記半導体スイッチ装置を導通
させるようにしたことを特徴とする交流電力用半導体ス
イッチ装置制御回路。 2、特許請求の範囲第1項記載の制御回路において、ゲ
ート制御半導体スイッチ装置がトライアックからなるよ
うlこした交流電力用半導体スイッチ装置制御回路。 3 特許請求の範囲第1項または第2項のいずれかの項
fこ記載の制御回路lこおいて、特性素子が、4つの接
合型電界効果トランジスタを内側2つの電界効果トラン
ジスタはドレイン電極同志が接続された外側2つの電界
効果トランジスタの各々はそれlこ隣接する電界効果ト
ランジスタとソース電極同志が接続されるようlこ直列
接続し、内側2つの電界効果トランジスタのドレイン電
極を外側2つの電界効果トランジスタのゲート電極にそ
れぞれ接続し、内側2つの電界効果トランジスタの各各
のゲート電極をそれの外側に隣接する電界効果トランジ
スタのドレイン電極lこ接続すると共にそのドレイン電
極から特性素子の端子を引き出したものからなるように
した交流電力用半導体スイッチ装置制御回路。
[Scope of Claims] 1. A bidirectional gate-controlled semiconductor switch connected in series through an AC input power supply and a positive or negative applied voltage lower than the value of the load. The gate-controlled semiconductor switch device is connected between one terminal of the gate-controlled semiconductor switch device and has a voltage-current characteristic such that a current flows through the gate, but no current flows in response to a positive or negative applied voltage equal to or higher than the above value. and a switching circuit connected between the other terminal and the gate of the gate-controlled semiconductor switching device, and the switching circuit includes a PNP, an E-type transistor, and a switching circuit connected between the gate and the other terminal of the gate-controlled semiconductor switching device.
and an NPN transistor, and a series circuit of an optical variable resistance element optically coupled to a light emitting element provided in a control input circuit, and a fixed resistor, wherein the collector and emitter terminals of the pNps and NPN transistors are connected to the gate control semiconductor. The light variable circuit is connected between the other terminal gate of the switch device, the series circuit is connected in parallel to the gate control semiconductor switch device, and the light variable circuit is responsive to light from a light emitting element provided in the control input circuit. The on/off of the PNPa and NPN transistors is controlled by the voltage between the terminals of the resistive element, and when a human power signal is applied to the control input circuit, the switching circuit is switched to an off state; A semiconductor switch for AC power, characterized in that when an AC input power supply voltage is below the value, a current from the characteristic element flows into the gate of the semiconductor switch device, thereby rendering the semiconductor switch device conductive. Device control circuit. 2. A control circuit for an alternating current power semiconductor switch device, in which the gate control semiconductor switch device is composed of a triac in the control circuit according to claim 1. 3. Claims 1 or 2 (f) In the control circuit described herein, the characteristic elements include four junction field effect transistors, and the two field effect transistors have drain electrodes adjacent to each other. The two outer field effect transistors connected to each other are connected in series so that the source electrodes of the adjacent field effect transistors are connected to each other, and the drain electrodes of the inner two field effect transistors are connected to the outer two electric fields. The gate electrodes of the two inner field effect transistors are connected to the drain electrodes of the adjacent field effect transistors, and the terminals of the characteristic elements are drawn out from the drain electrodes. A semiconductor switch device control circuit for AC power.
JP12061177A 1977-10-07 1977-10-07 AC power semiconductor switch device control circuit Expired JPS5937896B2 (en)

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