(57)【要約】【課題】  高周波信号電圧用いて回路が作り出す高周波バイアス電圧をわずかに変えるだけの電圧制御を計り、この信号電圧によりトランジスタの負帰還容量を電圧として供給しベース電流を供給制御するという負帰還容量の電圧制御を計る為に、エミッタ極に主回路極を縦続直結接続した高周波スイッチ回路を構成して高周波スイッチ機能を得る事を課題とする。【解決手段】  自己バイアス抵抗がＣＲ回路に直流電圧を供給しＣＲ回路が高周波電圧をベース極とゲート極間に供給すると，トランジスタがこの高周波電圧を利用して内部抵抗を無視し得るベース漏れ電流を供給してサイリスタ高抵抗により電界を形成し，この電界に応じるゲート漏れ電流を供給してＣＲ回路を充放電しサイリスタが高周波バイアス電圧を通電したことから，信号電圧がトランジスタの負帰還容量を電圧制御して直流電圧を断続制御する高周波スイッチ制御回路。【選択図】        図４
2005020710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＰＮ型ＴＲのエミッタ極にＴＣの主回路極を縦続直結接続しＣＲ回路をベース極とゲート極間にバイアス抵抗をコレクタ極とベース極間に接続し、このＴＣの正帰還作用とＣＲ回路を利用して直流電圧の負帰還容量を遮断し、この負帰還容量をゲート漏れ電流として供給する回路を構成する一方，コレクタ極と陰極間に直流電圧を供給しＣＲ回路が高周波電圧を出力すると，この高周波電圧を利用してＴＲが自らの内部抵抗を無視し得るベース漏れ電流を直結接続下のＴＣに供給しＴＣ高抵抗を利用して電界を形成し，この電界に応じてサイリスタトリガモードがゲート漏れ電流をＣＲ回路に供給し、ＣＲ回路が充放電して高周波電圧を出力すると、この高周波電圧によりＴＣがベース漏れ電流を自由電荷に変換しながら陰極Ｋから主回路極に通流して高周波バイアス電圧を通電した事から，この電圧に同期し重畳する高周波信号電圧が残留電荷を利用してＴＣをオンして負帰還容量をＴＲに供給しベース電流を供給制御する事により、負帰還容量を電圧制御するトランジスタ縦続直結接続サイリスタを用いた高周波スイッチ制御回路
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
本願発明は、ＮＰＮ型ＴＲのエミッタ極にＴＣの主回路極を縦続直結接続してこのベース極とゲート極間にＣＴを用いたＣＲ回路を接続する。このＴＣとＣＴの接続容量を利用して直流電圧の陰極Ｋからの負帰還容量を遮断し、ＴＣ正帰還作用とＣＴを利用して負帰還容量をゲート漏れ電流として供給しＴＣが高周波バイアス電圧を通電し振動をして高周波スイッチ機能を確立する回路を構成する。この回路に直流電圧を供給してＣＲ回路が高周波電圧を出力すると、この高周波電圧の振動周波にＴＲが自らの内部抵抗を無視し得るベース漏れ電流を直結接続下のＴＣに供給しＴＣ高抵抗を利用して電界を形成する。この電界の強さに応じるゲート漏れ電流をＴＣトリガモードが通流してＣＲ回路に充放電電流として供給する。この充放電電流の供給を受けＣＲ回路が充放電し高周波電圧を出力するとＴＣがベース漏れ流を自由電荷に変換しながら高周波バイアス電圧を通電して振動をする。この高周波バイアス電圧によって自由電荷と残留電荷と充電電荷が所定量になるとＴＣがトリガしオンするサイリスタ特性を発見する。この特性を更に開発し高周波バイアス電圧の振動周波に応じて残留電荷を形成し、タイムラグを得て所定量の残留電荷を形成する残留電荷がＴＣのオフ動作するヒステリシス特性を創出してチャタリング防止効果を生じる。
【０００２】  他方、この高周波バイアス電圧に同期し重畳する負帰還容量で作られた高周波信号電圧をＧから供給してＴＣをオンすると充電電荷がＴＣを導通状態に維持し、信号電圧αがＴＲに負帰還容量を供給しベース電流を供給制御する高周波スイッチ機能を得る。このベース電流でＴＲが飽和利用域の直流電流増幅率利得のコレクタ電流を出力してＴＣ保持電流を供給制御し、直流電圧の電流をＴＲが制御しこの電圧をＴＣが制御してスイッチする事を特徴とするトランジスタ縦続直結接続サイリスタを用いた高周波スイッチ制御回路。
【技術分野】
【０００３】  本発明は、トランジスタ縦続直結接続サイリスタを用いた回路に直流電圧を供給すると、トランジスタベース漏れ電流とサイリスタゲート漏れ電流を利用してＣＲ回路が充放電駆動し、この充放電電流を利用してサイリスタがベース漏れ電流を高周波バイアス電圧に変換しながら通電した事から、信号電圧を用いてトランジスタの負帰還容量の電圧制御を計りベース電流を供給制御して、直流電圧を断続制御する高周波スイッチ機能を確立した高周波スイッチ制御回路に関する。
【背景技術】
【０００４】  従来，高周波電流のスイッチ素子としてトランジスタやサイリスタ等の半導体素子がある。トランジスタを用いる高周波電流のスイッチ制御法の場合は，スイッチしてオフさせる為に様々な回路を必要とした。その中で信号電圧の電圧零点を利用してオフさせる為にはパルス回路が用いられる。パルス回路には発振回路を用いて信号電圧を変調し波形補正を図った上で復調する回路が必要であり，又，この回路を駆動するにはドライブ回路やバイアス回路、増幅回路等も必要となる。更に，チャタリングを防止する保護回路や放熱回路等も必要となる。このように電力変換にかかわる回路を個別に必要として回路自体が複雑となった。
他方、サイリスタを用いる高周波スイッチ制御法の場合は，一度オンしたサイリスタをオフさせる為にはトランジスタと同様の複雑な信号を作り出す回路が必要となるが，この問題に加え，機械式接点と同様のスイッチ制御を計っていた為，電源電圧の開閉に伴い順変換回路で転流が終了すると急激にスイッチが解放され異常電流を通流し過電圧を生じていた。その為雑音吸収回路を接続する必要性があるが、この過電圧とサイリスタに滞留する電荷が複雑に絡み合い勝手にオンしたりオフできない事故等が生じ、一定以上のスイッチ機能の信頼性が得られない。
この問題に対し，ＣＲ回路を制御極間に接続したトランジスタ縦続接続サイリスタを用いた回路がある。この使い方は電流量を多くする事でサイリスタを振動し信号電圧をかけていたが、この信号電圧はサイリスタをオンする為のトリガ電圧としての使い方だけで、サイリスタがオンするとコンデンサ充電電荷を利用してベース電流を供給しトランジスタを駆動していた。この使い方では基本的に電流制御を計る低周波スイッチ回路であるから，その回路では異常電流や雑音ノイズ等の影響を受けて電流量を変え易く勝手にオンする等の誤動作を引き起こす。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  高周波信号電圧を印加しサイリスタをトリガしてオンさせ，この信号電圧を用いてトランジスタの負帰還容量を電圧制御する事によりベース電流を供給制御し，且つ，その信号の電圧や電流を変えて供給する事で可変ベース電流を供給しトランジスタを駆動する。その結果、異常電流や雑音ノイズ等に左右される事が無くなる。よって，高周波信号電圧を用いてサイリスタが作り出す高周波バイアス電圧をわずかに変えるだけで電圧制御を計るという，エミッタ極に主回路極を縦続直結接続した高周波スイッチ制御回路を構成し，前記種々の必要とされていた回路をなくし且つ異常電流をなくして自らがオンしてオフできる素子を創出し、従来のスイッチ制御思想に無い高周波スイッチ機能を得ることを課題とする。
【課題を解決する為の手段】
【０００６】  ＮＰＮ型トランジスタのエミッタ極にサイリスタの主回路極を縦続直結接続してＣＲ回路とバイアス抵抗を接続し、トランジスタの負帰還容量をゲート漏れ電流として通流する回路を構成する。この回路は等価的にスイッチとスイッチを直結しこれを構成するトランジスタに高周波電圧を印加しても，ベース抵抗がかなり高いベース電流では素子が振動しない。が，数あるトランジスタの中で、「高周波の振動周波により内部抵抗を無視し得るベース漏れ電流を通流するトランジスタ」を発見、これを利用する為に主題の回路が自己バイアス抵抗を利用してＣＲ回路に直流電圧を供給する。ＣＲ回路が高周波電圧をベース極とゲート極間に供給すると，この高周波電圧をトランジスタがベース漏れ電流として主回路極に印加しサイリスタ高抵抗を利用して電界を成し、サイリスタがこの電界に応じるゲート漏れ電流を通流してＣＲ回路を充放電駆動して前記課題を解決する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】  発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１は、従来のＣＲ回路をベース極とゲート極間に接続したトランジスタ縦続接続サイリスタを用いたスイッチ制御回路の基本動作要約図である。
従来回路でＴＣ高抵抗が電界ｂ−‐ｂを成しＴＣがゲート漏れ電流▲２▼を通流して電流▲５▼を通流する場合は、ベース漏れ電流▲１▼に対してＴＲの内部抵抗値がかなり高くエミッタ極と主回路極間に滞留する電荷γを生じる為，直流振動電圧ａの振動エネルギーを利用するも所要とする電界ｂ−‐ｂが得られなく十分なゲート漏れ電流▲２▼が流れなかった。その為、電流▲５▼を通流する度に滞留する電荷γが徐々に増えこれが電界形成を邪魔しＣＴが減衰的に充放電を停止していた。この問題に対し、図１に示す様に電解コンデンサＣＴを用いてコンデンサ容量を大きくし抵抗（ロ）を接続してＣＲ回路を構成した上で，ＴＣ高抵抗に電界を長く強く供給しそれによって滞留する電荷γを無くし電流▲５▼を通流していた。この電流▲５▼に同期する高周波信号電圧αをＧから供給しても，信号電圧αはＣＴ容量に吸引し吸収されスイッチＳＷをトリガしＴＣをオンするだけであって，このスイッチにより充電電荷βが電界ｃ−‐ｃを形成してベース電流▲６▼を供給し、充電電荷βを可変するとこのβに応じたベース電流▲６▼を供給する事で目的の可変するコレクタ電流▲７▼を得ていた。従って、この従来回路はＴＲの負帰還容量を充電する電荷βを用いた「電流制御」を計るという低周波スイッチ制御回路である。【０００８】  図２は、本願発明の高周波スイッチ制御回路の充電動作流れ図である。
バイアス抵抗（イ）がオンして直流電圧ａをＣＲ回路に供給すると、ＣＲ回路が電圧ａを受けて高周波電圧ｂ−‐ｂを出力する。この高周波電圧を【０００６】記載の今回発見したＴＲに通電した場合は、このＴＲの内部抵抗を無視し得るベース漏れ電流▲１▼が通流しＴＣ高抵抗を利用してＣＲ回路からの出力電圧ｂと同様の電圧ｂを主回路極に印加し、この電圧ｂを主回路極に印加しそれに応じる電圧−ｂをゲート極Ｇに印加する。この高周波電圧でＴＣ高抵抗は電界ｂ＝‐ｂを成しこの電界の強さに応じる負帰還容量を陰極Ｋからゲート漏れ電流▲２▼としてＣＴに供給し充電電流として通流する。ＴＣはこの電流▲２▼に応じて電圧ｂを自由電荷に変換しながら電流▲５▼を主回路極に通流し反対にバイアス電圧を陰極Ｋに通電する。ＣＴが充電完了し電圧ａ＜電圧ｂとなり抵抗（イ）がオフし電流▲２▼，▲５▼が停止した結果、充電電荷βを形成しＴＣ自体に微少な滞留電荷γを生じると共に、図３の充電電荷βが高周波電圧ｃと‐ｃを供給する事でＣＴが放電転流する。【０００９】  図３は、本願発明の高周波スイッチ制御回路の放電動作流れ図である。
前記充電電荷βが高周波電圧ｃ−‐ｃを供給し、この高周波電圧の振動周波に対しＴＲが自らの内部抵抗を無視し得るベース漏れ電流▲４▼を通流し、この電流▲４▼がＴＣ高抵抗を利用してＣＲ回路からの出力電圧ｃと同様の電圧ｃを主回路極に印加する。これによってＴＣ高抵抗は電界ｃ＝‐ｃを成し、ＴＣ自らのトリガモードを利用して電界の強さに応じるゲート漏れ電流▲３▼を通流して電圧ｃを自由電荷に変換しがら電流▲５▼を主回路極に通流し反対にバイアス電圧を陰極Ｋに通電する。
この電流▲５▼によって滞溜電荷γを掃出しながら充電電荷βが消滅し電流▲５▼▲３▼を停止しＣＴの放電を完了する。同時に電圧ａ＞電圧ｂとなり抵抗（イ）がオンして図２の電圧ａをＣＲ回路に供給する事でＣＴが充電転流する。【００１０】  図４は、本願発明の高周波スイッチ制御回路のスイッチ動作流れ図である。
前記図２から図３の充放電を高周波で繰り返す。図２のＴＣがゲート漏れ電流▲２▼をＣＲ回路に充電し，図３のＴＣがこの充電電荷をＣＲ回路の放電電流としてＴＣに供給しＴＣ高抵抗がゲート漏れ電流▲３▼を通流する。この高周波の充放電電流によってＴＣはベース漏れ電流▲１▼，▲４▼を高周波の電流▲５▼に変換しながら自由電荷を主回路極に通流して高周波バイアス電圧を陰極Ｋに通電する。この高周波バイアス電圧が電流▲５▼を主回路極に通流して、電流▲５▼による自由電荷と充電電荷βと滞留電荷γを生じさせる。この高周波バイアス電圧が通電され，「自由電荷と電荷β，電荷γが所定量に達した場合にＴＣがトリガしオンする」というサイリスタ特性と、高周波バイアス電圧を通電しＴＣがトリガしオンした場合ＴＣのゲート極と主回路極間の内部抵抗がほとんど零になり、このＴＣ導通抵抗を利用して高周波信号電圧αがロスなくＧからＴＲに通電しＴＲの負帰還容量を電圧で供給してベース電流を供給制御するという使い方を開発する。【００１１】  これによって、これらの自由電荷と電荷βとγの合計電荷が閾値寸前に達する高周波バイアス電圧を供給した時、ＣＲ回路のＣＴとＳＷの連携動作によりこの高周波電圧に重畳する高周波信号電圧αをＧからＴＣに供給する制御を可能とした。この信号電圧αを供給しない場合では、ＣＴとＳＷによる積分時定数のバランスが保たれているが、このほんのわずかな電圧αが加わる事によって積分時定数のバランスが崩される為に、電界ｂ−‐ｂを遮断してＣＴがオンスイッチし充電電荷βをスイッチ電流としてｃ−‐ｃに通流する。このスイッチ電流が滞留電荷γを利用してＴＣをオンすると共にＴＣの保持電流を供給する事によってＴＣをオン状態に維持して信号電圧αがロス無くＴＲに通電し供給される。この時の信号電圧αに応じる電流を自己バイアス抵抗（イ）が電圧ａからＴＲにベース電流▲６▼として供給し、この電流▲６▼に応じてＴＲが電圧ａを飽和領域の直流電流増幅率利得のコレクタ電流▲７▼に変換しながら出力してＴＣの保持電流を供給する。と同時にＴＲがオンしたことから抵抗（イ）がオフしベース電流▲６▼を供給停止する。【００１２】  このベース電流▲６▼がＴＲ内部で消滅しコレクタ電流▲７▼の供給を停止し、前記充電電荷βの消滅と合わせてＴＣの保持電流がオフ制御され、更にＴＲをオフさせる。この事により信号電圧αを変える事で目的のコレクタ電流▲７▼を可変出力して、直流電圧ａの電圧はＴＣが制御し直流電圧ａの電流はＴＲが夫々制御する。この制御と同時にコレクタ電流▲７▼に応じる滞溜電荷γがＴＣ自体に生じ、電流▲７▼が消滅して回路が直流電圧ａをオフし機械式接点と同様の遮断効果を得る。この断続動作に続き，ＴＲがオフして電圧ａ＞ｂとなり抵抗（イ）がオンして電圧ａをＣＲ回路に供給して高周波バイアス電圧を通電し素子に回復時間を与える。この時再度信号電圧αを供給すると電圧αの供給に応じて可変するコレクタ電流▲７▼を出力し断続駆動をして高周波スイッチ制御回路を構成し、ＴＲの負帰還容量を電圧制御する高周波スイッチ機能を確立する。尚，電源がバッテリー電源等の直流電圧に対してもＣＲ回路に本発明の等価的なパルス発振回路等を接続すれば電界の強さを供給して各種直流電圧源に対応した高周波スイッチ機能が得られる。
【発明の効果】
【００１３】  トランジスタの負帰還容量を電圧制御するという高周波スイッチ機能を発明した本願発明は，大は高速且つ高耐圧大電流制御回路から少は信号電圧を作るパルス発振回路まで、制御目的に対応した種々のサイリスタを用いるトランジスタ縦続直結接続サイリスタの基本制御回路として提出する。今までの正帰還容量制御を用いたスイッチ素子の制御用法とを比較すると、制御自体を非常に簡単にし簡素化する高周波スイッチ機能を発明した事により下記▲１▼−▲６▼の効果を得る。
▲１▼負帰還容量の電圧制御法が制御を容易に簡単にし制御自体の信頼性を得る。
▲２▼増幅回路等電力変換にかかわる従来回路を大幅に削減でき極少化が計れる。
▲３▼高集積化する場合サイリスタ寄生効果によるオンラッチ誤動作を防止する。
▲４▼素子自らがターンオフ時間を十分に得てチャタリング防止効果を得る。
▲５▼無効電流や発熱をなくし電力変換効率を極めて高める。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のトランジスタ縦続接続サイリスタを用いたスイッチ回路の動作要約図。
【図２】本願発明の高周波スイッチ制御回路の充電動作流れ図である。
【図３】本願発明の高周波スイッチ制御回路の放電動作流れ図である。
【図４】本願発明の高周波スイッチ制御回路のスイッチ動作流れ図である。
【符号の説明】
ＴＲ              トランジスタ
ＴＣ              サイリスタ
ＣＲ              高周波ＣＲ回路
ＣＴ              コンデンサ
ＳＷ              スイッチ
Ｃ                コレクタ極
Ｇ                ゲート
Ｋ                陰極
α                信号電圧
β                充電電荷
γ                滞留電荷
▲１▼、▲４▼    ベース漏れ電流
▲２▼、▲３▼    ゲート漏れ電流
▲５▼            自由電荷を通流する電流
▲６▼            ベース電流
▲７▼            コレクタ電流
（イ），（ロ）    各抵抗器。
ａ，ｂ，ｃ        各電圧である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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