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JPS6037712B2 - gate control circuit - Google Patents
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JPS6037712B2 - gate control circuit - Google Patents

gate control circuit

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Publication number
JPS6037712B2
JPS6037712B2 JP16041778A JP16041778A JPS6037712B2 JP S6037712 B2 JPS6037712 B2 JP S6037712B2 JP 16041778 A JP16041778 A JP 16041778A JP 16041778 A JP16041778 A JP 16041778A JP S6037712 B2 JPS6037712 B2 JP S6037712B2
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JP
Japan
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gate
capacitor
diode
power
power supply
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Expired
Application number
JP16041778A
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Japanese (ja)
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JPS5586375A (en
Inventor
文康 守谷
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は整流器、チョッパ、ィンバ−夕等の半導体電力
変換装置に使用する半導体制御整流素子を駆動するゲー
ト制御回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a gate control circuit for driving semiconductor-controlled rectifying elements used in semiconductor power conversion devices such as rectifiers, choppers, and inverters.

サィリスタやトランジスタなどの半導体電力制御整流素
子は近年大容量化が進み、数百アンペア以上の電流の開
閉が行える素子が実用化されチョッパやィンバータ等の
電力変換装置に広く使用されている。
Semiconductor power control rectifying elements such as thyristors and transistors have been increasing in capacity in recent years, and elements that can switch on and off currents of several hundred amperes or more have been put into practical use and are widely used in power conversion devices such as choppers and inverters.

サイリスタやゲートターンオフサイリスタのような半導
体電力制御整流素子は、第1図に示すように素子がしや
断状態から導適状機にまたは導適状態からしや断状態に
移行する場合に、いわゆるスイッチング損失PAが発生
する。このスイッチング損失PAは高電圧、大軍流の素
子ではかなり大きな値となる。このような、スイッチン
グ損失PAの発生するモードの移行期間を短時間で完了
するようにするために充分な制御電力の供孫台が不可欠
の条件となつている。
Semiconductor power control rectifier devices, such as thyristors and gate turn-off thyristors, have so-called Switching loss PA occurs. This switching loss PA becomes a considerably large value in a high voltage, large current element. In order to complete the mode transition period in which the switching loss PA occurs in a short time, it is essential to have a supply stand that provides sufficient control power.

従来、特にこのようなモード移行時の制御電力の不足を
補うために種々の回路方式が考案されているが、例えば
第2図aに示すようなゲートドライブ回路が用いられて
いる。
Conventionally, various circuit systems have been devised to compensate for the lack of control power particularly during mode transition, and for example, a gate drive circuit as shown in FIG. 2a has been used.

第2図aのゲートドライブ回路の動作を述べる。ゲート
ドライブ回路はE,,E2なる二種類の電源(但しE,
>E2)を必要とし、直列抵抗R,,R2(但しR,>
R2)及びダイオードD,,D2を介してコンデンサC
に接続されている。電源正,は電源E2より電圧が高い
ため、トランジスタSがしや断状態においてはコンデン
サCはE,に充電されている。トランジスタSが導適状
態になると、コンデンサCの電荷はパルストランスTを
通して放電を開始する。
The operation of the gate drive circuit shown in FIG. 2a will now be described. The gate drive circuit uses two types of power supplies E, E2 (however, E,
>E2), and series resistance R,, R2 (where R, >
R2) and the capacitor C via the diodes D, , D2
It is connected to the. Since the voltage of the power supply positive is higher than that of the power supply E2, the capacitor C is charged to E when the transistor S is in the off state. When the transistor S becomes conductive, the charge on the capacitor C starts discharging through the pulse transformer T.

抵抗R,は充分大きい値に設定されているため、電源E
,からの供給電流はコンデンサCの放電電流に比較して
十分小さい。コンデンサCの端子電圧がE2と等しくな
るとパルストランス通電電流cTは電源虫2より供給さ
れ、トランジスタSが導適状態を保つ期間電流を流し続
ける。このゲート回路によって第2図bに示すように素
子がターンオンする時など、十分なゲート電力を必要と
する期間に十分なゲート電力を得られ、しかも大きなゲ
ート電力を必要としない期間には必要十分な電力を得る
ことができる。しかし、これらのゲート制御回路はE,
,E2なる二種類の制御電源を必要とする欠点があった
。特に無停電電源装層や鉄道車両用補助電源装置におい
ては、制御用直流電源は蓄電池より得られる一種類の電
源に限られるため、二種類の電源が必要となる場合には
第3図に示すようにDC/DCコンバータのような電力
変換装置を別に設けて第2の電源電圧を得なければなら
ず、信頼性の低下や装置のコスト・を高くする要因とな
っている。本発明の目的は前述の点に鑑みなされたもの
であって、信頼性の向上及びコストの低減を図ったゲー
ト制御回路を提供することにある。
Since the resistance R, is set to a sufficiently large value, the power supply E
, the supply current from the capacitor C is sufficiently small compared to the discharge current of the capacitor C. When the terminal voltage of the capacitor C becomes equal to E2, the pulse transformer current cT is supplied from the power source 2, and the current continues to flow as long as the transistor S remains conductive. With this gate circuit, as shown in Figure 2b, sufficient gate power can be obtained during periods when sufficient gate power is required, such as when the device turns on, and it is also sufficient during periods when large gate power is not required. power can be obtained. However, these gate control circuits have E,
, E2 is required. Particularly in uninterruptible power supply systems and auxiliary power supplies for railway vehicles, the control DC power source is limited to one type of power source obtained from a storage battery, so if two types of power sources are required, as shown in Figure 3. Therefore, a power conversion device such as a DC/DC converter must be separately provided to obtain the second power supply voltage, which causes a decrease in reliability and increases the cost of the device. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention has been made in view of the above-mentioned points, and it is an object of the present invention to provide a gate control circuit with improved reliability and reduced cost.

以下本発明を第4図の一実施例を示す回路を参照して説
明する。
The present invention will be explained below with reference to the circuit shown in FIG. 4, which shows one embodiment.

第4図において、Eは直流電源でこの直流電源端子間に
ダイオードD,,抵抗器R,、コンデンサCから成る直
列回路と、ダイオードD2、直流リアクトルL、トラン
ジスタSから成る直列回路を接続し、更に直流リアクト
ルLとトランジスタSの接続点と抵抗器R,とコンデン
サCの接続点に図示極性のダイオードD3を接続し、こ
のダイオードD3に並列にパルストランスTの1次巻線
を接続する。パルストランスTの二次巻線から導出され
るパルスは半導体素子SCRのゲート回路に印加される
。しかして前述のように構成された第4図において、コ
ンデンサCはEcに充電されているものと仮定すると、
トランジスタSの導通によりコンデンサCの電荷はパル
ストランスTを通って放電する。
In FIG. 4, E is a DC power supply, and a series circuit consisting of a diode D, a resistor R, and a capacitor C, and a series circuit consisting of a diode D2, a DC reactor L, and a transistor S are connected between the DC power supply terminals. Further, a diode D3 of the polarity shown is connected to the connection point between the DC reactor L and the transistor S, and the connection point between the resistor R and the capacitor C, and the primary winding of the pulse transformer T is connected in parallel to this diode D3. A pulse derived from the secondary winding of the pulse transformer T is applied to the gate circuit of the semiconductor element SCR. In FIG. 4 configured as described above, assuming that the capacitor C is charged to Ec,
Due to the conduction of the transistor S, the charge in the capacitor C is discharged through the pulse transformer T.

放電はコンデンサCの電圧が電源電圧Eと等しくなるま
で続き、その後はダイオードD.が導通して電源Eより
パルストランスTは電流けが流れる。ここで抵抗器R,
はパルストランスの蟹流‘Tの限流抵抗として作用する
。一方、トランジスタSが導適状態になった時から直流
リアクトルLに流れる電流・しは、電源Eより電流が流
れ始め第5図に示すように時間の経過と共に増加する。
トランジスタSがOFF状態になると、パルストランス
Tを流れる電流しT即ち、パルストランスTの漏れリア
クタンス分に蓄積されたエネルギーによる電流はダイオ
ードD3を通って環流し急激に減少し零になる。一方、
直流リアクトルLを流れる電流LLは、ダイオードD3
を通ってコンデンサCを充電しコンデンサCの様子電圧
を上昇させる。コンデンサCに充電される電圧Ecは、
直流IJァクトルLを流れるピーク電流によって決定す
るので、常にコンデソサCの充電電圧を一定とするため
にはトランジスタSの導適期間は一定でなければならな
い。第4図の場合、トランジスタSの導適期間をt〔秒
〕とすると次の関係が成立する。仮に、直流リアクトル
Lを流れる電流のピーク値をlpとするとおよそ次の関
係が成立する。・p=隼t Lに蓄積されたエネルギーは U=享LIP2=芸L(畠t)2=享Eき2このエネル
ギーはコンデンサCに移行するので、過充電電圧をVと
するとU=よV側 ざV2=洋 ...v:鼻声となる。
Discharging continues until the voltage on capacitor C becomes equal to power supply voltage E, after which diode D. becomes conductive, and a current flows through the pulse transformer T from the power source E. Here the resistor R,
acts as a current limiting resistance for the crab flow 'T of the pulse transformer. On the other hand, when the transistor S becomes conductive, the current flowing through the DC reactor L starts flowing from the power source E and increases with time as shown in FIG.
When the transistor S is turned off, the current flowing through the pulse transformer T, that is, the current due to the energy stored in the leakage reactance of the pulse transformer T, circulates through the diode D3 and rapidly decreases to zero. on the other hand,
The current LL flowing through the DC reactor L is the diode D3.
The capacitor C is charged through the capacitor C and the voltage of the capacitor C is increased. The voltage Ec charged to the capacitor C is
Since it is determined by the peak current flowing through the DC IJ factor L, the conduction period of the transistor S must be constant in order to always keep the charging voltage of the capacitor C constant. In the case of FIG. 4, if the conduction period of the transistor S is t [seconds], the following relationship holds true. Assuming that the peak value of the current flowing through the DC reactor L is lp, approximately the following relationship holds true.・p=Hayabusa t The energy stored in L is U=Kyo LIP2=Gei L (Hataket)2=Kyo Eki2 This energy transfers to capacitor C, so if the overcharge voltage is V, then U=YoV Side V2 = Western. .. .. v: Has a nasal voice.

ところで、コンデンサCへの過充電が始まる直前までコ
ンデソサCの端子電圧は電源電圧Eに保たれているので
、充電完了後の電圧Ecは次のような関係になる。
By the way, since the terminal voltage of the capacitor C is maintained at the power supply voltage E until immediately before overcharging of the capacitor C starts, the voltage Ec after charging is completed has the following relationship.

EC=HV=E+弟 前述説明は一般的なサィリスタのON信号を与えるゲー
ト回路を例にとって説明したが、本発明はゲート制御電
力として大電力を要するゲートターンオフサィリスタの
OFFゲート駆動回路としてその効果を最も発揮するこ
とができる。
EC=HV=E+younger brother The above explanation took as an example a gate circuit that provides an ON signal for a general thyristor, but the present invention is effective as an OFF gate drive circuit for a gate turn-off thyristor that requires a large amount of power as gate control power. can make the most of it.

第6図に、ゲートターンオフサイリスタGTOのOFF
ゲート駆動回路OFF○として使用した場合の構成を示
す。もちろん、スイッチング素子は自己消弧機能を持っ
た半導体素子であればゲートターンオフサイリスタGT
Oに限らず、例えばトランジスタでもよい。また、ゲー
トトランスTを用いず直接ゲート回路に接続してもよい
ことは、もちろんである。以上述べたように、本発明は
補助電源を必要とせず単一のゲート電源によりスイッチ
ングのモード移行時に充分な電力を与え、しかも余分な
電力損失のない高性能なゲート制御回路を得ることがで
きる。
Figure 6 shows the OFF state of the gate turn-off thyristor GTO.
The configuration when used as a gate drive circuit OFF○ is shown. Of course, if the switching element is a semiconductor element with a self-extinguishing function, it can be a gate turn-off thyristor GT.
The material is not limited to O, and may be a transistor, for example. Of course, it is also possible to connect directly to the gate circuit without using the gate transformer T. As described above, the present invention does not require an auxiliary power supply, provides sufficient power during switching mode transition with a single gate power supply, and can provide a high-performance gate control circuit without unnecessary power loss. .

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

第1図は半導体素子のモード移行時に発生する損失を表
わした説明図、第2図aは従釆のゲート制御回路図、第
2図bはその動作説明図、第3図は従来のゲート回路の
電源回路図、第4図は本発明の一実施例を示す回路図、
第5図は第4図の動作説明図、第6図は本発明をゲート
ターンオフサィリスタのOFFゲート回路として使用し
た場合の構成図である。 D,〜D3・・・・・・ダイオード、SCR・・・・・
・サイリスタ、T・・・・・・パルストランス、L・・
・・・・直流リアクトル、S……トランジスタ、C……
コンデンサ、R.・・・・・・抵抗器。 第1図 第3図 第2図 第4図 .第5図 第6図
Fig. 1 is an explanatory diagram showing the loss that occurs during mode transition of a semiconductor element, Fig. 2 a is a diagram of a subordinate gate control circuit, Fig. 2 b is an explanatory diagram of its operation, and Fig. 3 is a conventional gate circuit. FIG. 4 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention,
FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of FIG. 4, and FIG. 6 is a configuration diagram when the present invention is used as an OFF gate circuit of a gate turn-off thyristor. D, ~D3...Diode, SCR...
・Thyristor, T...Pulse transformer, L...
...DC reactor, S...transistor, C...
Capacitor, R. ······Resistor. Figure 1 Figure 3 Figure 2 Figure 4. Figure 5 Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 直流電源と、この直流電源端子間に接続された第1
のダイオードとコンデンサから成る第1の直列回路及び
第2のダイオードと直流リアクトルとスイツチング素子
とから成る第2の直列回路と、前記第1のダイオードと
コンデンサの接続点と前記直流リアクトルとスイツチン
グ素子の接続点との間に設けられた第3のダイオードを
具備し、この第3のダイオードの両端子をゲート変圧器
または半導体素子のゲート端子に接続したゲート制御回
路。
1 DC power supply and the first terminal connected between this DC power supply terminal.
a first series circuit consisting of a diode and a capacitor; a second series circuit consisting of a second diode, a DC reactor, and a switching element; and a connection point between the first diode and the capacitor and the DC reactor and switching element. A gate control circuit comprising a third diode provided between the connection point and the third diode, and both terminals of the third diode are connected to a gate transformer or a gate terminal of a semiconductor element.
JP16041778A 1978-12-25 1978-12-25 gate control circuit Expired JPS6037712B2 (en)

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JPS62112417A (en) * 1985-11-12 1987-05-23 Mitsubishi Electric Corp Gate drive circuit for semiconductor switching element

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JPS5586375A (en) 1980-06-30

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