(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２のスイッチ（Ｔ１；Ｔ２）を含むハーフブリッジ装置と、少なくとも１つの誘導分（Ｌ）を有しハーフブリッジ装置の中点に接続された負荷回路（Ｌ；ＲＬ）とを備え、各スイッチ（Ｔ１；Ｔ２）が作動電極と基準電極との間にそれぞれのスイッチ（Ｔ１；Ｔ２）の主電流流れ方向に対して逆並列に接続された内部ダイオード（ＤＢ１；ＤＢ２）及び内部容量（ＣOSS１；ＣOSS２）を有し、主電流流れ方向においてそれぞれのスイッチ（Ｔ１；Ｔ２）に対して直列に、直列ダイオード（ＤＳ１；ＤＳ２）が主電流流れ方向の電流の流れを可能にするように配置され、スイッチ（Ｔ１；Ｔ２）と直列ダイオード（ＤＳ１；ＤＳ２）とから成るそれぞれの直列回路に対してフリーホイーリングダイオード（ＤＦ１；ＤＦ２）が並列に接続されている回路装置において、各直列ダイオード（ＤＳ１；ＤＳ２）に対して並列に負荷軽減容量（ＣＥ１；ＣＥ２）が接続されていることを特徴とする回路装置。
【請求項２】
ハーフブリッジ装置における第１及び第２のスイッチ（Ｔ１；Ｔ２）がＭＯＳＦＥＴによって実現され、それぞれの内部ダイオードがそれぞれのボディダイオード（ＤＢ１；ＤＢ２）によって、及びそれぞれの内部容量がそれぞれの出力容量（ＣOSS１；ＣOSS２）によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の回路装置。
【請求項３】
各負荷軽減容量（ＣＥ１；ＣＥ２）は、回路装置の作動時に負荷軽減容量（ＣＥ１；ＣＥ２）と内部容量（ＣOSS１；ＣOSS２）とから主として形成されたそれぞれの分圧器におけるその負荷軽減容量（ＣＥ１；ＣＥ２）に降下する電圧がそれぞれの直列ダイオード（ＤＳ１；ＤＳ２）の阻止電圧より常に小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の回路装置。
【請求項４】
負荷軽減容量（ＣＥ１；ＣＥ２）が１００ｐＦ〜１０ｎＦであることを特徴とする請求項３記載の回路装置。
【請求項５】
ハーフブリッジ装置と２つの別のスイッチとがフルブリッジ装置を形成し、その中点間に負荷回路（Ｌ；ＲＬ）が接続されていることを特徴とする請求項１記載の回路装置。
【請求項６】
ハーフブリッジ装置と４つの別のスイッチとが３相ブリッジを形成し、その３相ブリッジに負荷が接続されていることを特徴とする請求項１記載の回路装置。
【請求項７】
請求項１乃至５の１つに記載の回路装置を備えた降圧回路。
【請求項８】
請求項１乃至５の１つに記載の回路装置を備えた直流電動機用電力変換装置。
【請求項９】
請求項１乃至６の１つに記載の回路装置を備えた３相電動機用電力変換装置。
【請求項１０】
放電ランプを点灯するために請求項７に記載の降圧回路を備えた安定器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１及び第２のスイッチを含むハーフブリッジ装置と、少なくとも１つの誘導分を有しハーフブリッジ装置の中点に接続された負荷回路とを備え、各スイッチが作動電極と基準電極との間にそれぞれのスイッチの主電流流れ方向に対して逆並列に接続された内部ダイオード及び内部容量を有し、主電流流れ方向においてそれぞれのスイッチに対して直列に、直列ダイオードが主電流流れ方向の電流の流れを可能にするように配置され、スイッチと直列ダイオードとから成るそれぞれの直列回路に対してフリーホイーリングダイオードが並列に接続されている回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術から知られているこの種の回路装置が図１に示されている。本発明の基礎をなす問題点をこの図１を参照して説明する。
【０００３】
図１は、電子回路の種々の分野（例えば、降圧回路、直流電動機用電力変換装置並びに３相電動機用電力変換装置、等等）において見ることのできる回路装置の、本発明に関係する部分を示す。この回路装置は２つのスイッチＴ１、Ｔ２（この場合ＭＯＳＦＥＴトランジスタ）を備えたハーフブリッジ装置を含み、このハーフブリッジ装置は例えば中間回路電圧の直流電源ＵGから給電される。図１に示された回路に関する検討を理解するために、図１に示された回路は、最初に、スイッチＴ１、Ｔ２に対して直列に配置された直列ダイオードＤＳ１、ＤＳ２と、これらの直列ダイオード及びスイッチから成るそれぞれの組み合わせに対して並列に接続されたフリーホイーリングダイオードＤＦ１、ＤＦ２とを備えていない回路部分について考察する。ハーフブリッジの中点には誘導分を有する負荷回路が接続されており、この負荷回路は例えば負荷電流ＩLが通流しインダクタンスＬと抵抗ＲＬとから成る直列回路として概略的に示されている。負荷回路はさらに２つの直列接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２の中点に接続されており、これらのコンデンサＣ１、Ｃ２はハーフブリッジスイッチＴ１、Ｔ２に対して並列に配置されている。ハーフブリッジスイッチＴ１、Ｔ２は概略的に示されている制御装置Ｓによって駆動される。図２はＭＯＳＦＥＴの等価回路図を示し、この図２によれば、ドレインＤとソースＳとの間には、ドレインＤからソースＳへの主電流流れ方向に対して逆並列に配置されたいわゆるボディダイオードＤＢと、これに対して並列に配置された出力コンデンサＣOSSとが存在している。図３は例えば制御装置Ｓによってハーフブリッジ装置を駆動するための負荷電流ＩLの時間経過を示す。期間▲１▼の間、トランジスタＴ２はオフにされ、トランジスタＴ１が交互にオン及びオフにされ、一方これは期間▲２▼においては逆となる。拡大して示されている部分期間１ａ中、電流は経路ＵG−Ｔ１−Ｌ−ＲＬ−Ｃ２において流れ、部分期間１ｂ中、負荷電流はスイッチＴ１の遮断後に（その場合、スイッチＴ２はさらにオフにされ続けているので）負荷回路の誘導分に基づいて引き続いて経路Ｌ−ＲＬ−Ｃ２−Ｔ２において流れる。これはスイッチＴ２のボディダイオードＤＢによって可能である。トランジスタＴ２に固有のボディダイオードＤＢはその電気特性に関しては遮断時間が非常に長いこと及び順方向電圧が低いことを特徴とする。今スイッチＴ１が部分期間１ｂ後に再びオンにされると、すなわちハーフブリッジ中点に電圧Ｕμ（＝ＵG）が印加されると、短時間の間トランジスタＴ２のボディダイオードＤＢを介して電流（短絡電流と呼ぶことができる）が流れ、これによってトランジスタ内で変換された高い損失電力が生ずる。これにより、この種の回路装置にＥＭＣ範囲の内部及び外部擾乱が発生する。
【０００４】
この種の回路の信頼性を改善するために、及び擾乱を抑制するためのシールドの必要性を回避するために、従来の技術においては、各スイッチに対して直列に直列ダイオードＤＳ１、ＤＳ２を、特にショットキーダイオードによって実現して（というのはこのダイオードは低い順方向電圧に適しているので）配置することが提案されている。直列ダイオードＤＳ１、ＤＳ２は、それぞれのスイッチの主電流流れ方向への電流の流れを可能にするように向けられている。それゆえ、それぞれの直列ダイオードＤＳ１、ＤＳ２とそれに所属するボディダイオードＤＢ１、ＤＢ２（このために図４も参照）とは逆直列に接続され、それゆえそれぞれのボディダイオードを通る電流の流れはフリーホイーリング（図３の部分期間１ｂ）中は阻止される。それゆえＭＯＳＦＥＴに固有のボディダイオードの機能はそれぞれの直列ダイオードによって阻止されるので、この組み合わせに対して並列に配置されたフリーホイーリングＤＦ１、ＤＦ２が設けられ、これらのフリーホイーリングダイオードがそれぞれのボディダイオードの本来の機能を引き受けなければならない。
【０００５】
しかしながら、実際上今や、この種の回路装置において２つの直列ダイオードの内の一方の直列ダイオードＤＳ１又はＤＳ２がしばしば故障することが明らかになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の課題は、図１に示されているような冒頭で述べた種類のこの種の回路装置を、直列ダイオードＤＳ１、ＤＳ２の故障率が減少するように改善することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、各直列ダイオードが負荷軽減容量を並列に接続されることによって解決される。
【０００８】
機能を以下において詳細に説明するこの手段によれば、直列ダイオードＤＳ１、ＤＳ２の故障率が明らかに減少すると共に、回路内で変換された損失電力が減少する。この手段によって、直列ダイオードＤＳ１、ＤＳ２用として小形の、従って安価なダイオードを使用することができるようになる。
【０００９】
本発明による解決策は特にスイッチがＭＯＳＦＥＴによって実現されているハーフブリッジ装置において適用することができ、その場合上述したように、それぞれの内部ダイオードがそれぞれのボディダイオードによって、及びそれぞれの内部容量がそれぞれの出力容量によって形成される。それにも拘わらず、本発明による解決策は、ＭＯＳＦＥＴに寄生しているこのデバイスが他の組み合わせによって実現されているような回路装置においても使用することができる。
【００１０】
各負荷軽減容量は、回路装置の作動時に負荷軽減容量と内部容量とから主として形成されたそれぞれの分圧器におけるその負荷軽減容量に降下する電圧がそれぞれの直列ダイオードの阻止電圧より常に小さくなるように設定されていると好ましい。負荷軽減容量が１００ｐＦ〜１０ｎＦであると好ましい。
【００１１】
本発明の適用は勿論ハーフブリッジ装置に限定されず、２つの別のスイッチを使用してフルブリッジ装置において実現することもでき、その場合スイッチの中点間に負荷回路が接続される。
【００１２】
本発明による解決策はハーフブリッジ装置に４つの別のスイッチを追加して３相ブリッジにおいて実現することもでき、この３相ブリッジに負荷回路が接続される。それゆえ多数の使用分野が存在し、例えば、放電ランプを点灯するための安定器内で使用される降圧回路、直流電動機用電力変換装置、並びに３相電動機用電力変換装置が挙げられる。
【００１３】
本発明の他の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下において本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図４は本発明による回路装置を示し、この回路装置において図１及び図２の等価回路図における部品と同一部品には同一符号が付されている。直列ダイオードＤＳ１、ＤＳ２に対して並列に負荷軽減容量ＣＥ１、ＣＥ２が接続されているが、これらは以下の検討において最初はまだ問題にされるべきではいない。トランジスタＴ１もしくはＴ２のスイッチング及び負荷回路の誘導分に基づいて、ハーフブリッジ中点の電位Ｕμは＋ＵGとアースとの間を行ったり来たりする。この際、トランジスタＴ１、Ｔ２のそれぞれのドレイン端子は作動電極として、それぞれのソース端子は基準電極として作用する。
【００１６】
電位Ｕμが０からＵGへ移行する際のスイッチング立ち上がり縁は過渡電流ＩDSCE2と容量ＣOSS２の充電とを生ずる。この電流ＩDSCE2は、図１の場合にはショットキーダイオードＤＳ２のみを通って流れ、それに対して図４の場合にはダイオードＤＳ２と負荷軽減容量ＣＥ２とから成る並列回路を通って流れる。電位Ｕμは数百ボルト又はそれ以上の大きさに成り得るので、この場合には相当大きい電流ＩDSCE2が流れる（図５参照）。しかしながら、問題は、電位ＵμがＵGに等しい状態から電位Ｕμが０に等しい状態への移行である。この場合、負の電流ＩDSCE2が出力容量ＣOSS２の放電のために流れる、すなわち図１の場合にはダイオードＤＳ２がいわゆるアバランシェモードで作動される。アバランシェモードとは、ダイオードＤＳ２にこのダイオードの阻止電圧より大きい電圧が阻止方向に印加され、それによりダイオードＤＳ２が阻止方向への電流の流れ（負の電流ＩDSCE2、図５参照）を生ずることを意味する。アバランシェモードにおいてはダイオードにそれに固有の阻止電圧が降下する。
【００１７】
アバランシェモードは直列ダイオードの故障の一次原因であるように見なせる。さらに、直列ダイオードのこの作動様式はこのダイオードにおける損失電力（つまりダイオードＤＳ２の阻止電圧と電流ＩDSCE2との積）の変換をも生ぜしめる。
【００１８】
本発明により追加された負荷軽減コンデンサＣＥ１、ＣＥ２は以下のように作用する。負の電流ＩDSCE2は直列ダイオードＤＳ２に対して並列に位置する負荷軽減コンデンサＣＥ２を所定の立ち上がり勾配で充電する。コンデンサＣＥ２が適当に設定されている場合、このコンデンサはダイオードＤＳ２の降伏電圧に達するのを防止する。それゆえ、直列ダイオードＤＳ２のアバランシェモードは起らない。次に電位Ｕμがアースから＋ＵGへ電圧跳躍すると、負荷軽減コンデンサＣＥ２が再び放電する。
【００１９】
上記の説明は同様に直列ダイオードＤＳ１及び負荷軽減コンデンサＣＥ１に対しても当てはまる。
【００２０】
それぞれの負荷軽減コンデンサＣＥを設定するために、直列ダイオードＤＳ、負荷軽減コンデンサＣＥ、ボディダイオードＤＢ及び出力容量ＣOSSから成るそれぞれの組み合わせは、両ダイオードが阻止状態にあるので、負荷軽減コンデンサＣＥと出力容量ＣOSSとから成る直列回路に簡単化される。その場合、負荷軽減コンデンサＣＥと出力容量ＣOSSとから構成される分圧器は、負荷軽減コンデンサＣＥに降下する最大電圧が負荷軽減コンデンサＣＥに対して並列に位置する直列ダイオードＤＳの阻止電圧以下となるように有利に設定されている。この場合に考慮することは出力容量ＣOSSの電圧依存性である。
【００２１】
意図した効果つまり直列ダイオードの故障率の減少の他に、本発明によれば、さらに、今や直列ダイオードにおいて有効電力が変換されないだけでなく、無効電力だけが負荷軽減コンデンサと出力容量ＣOSSとの間を行ったり来たりさせられる。これによって回路装置の熱発生が減少し、この減少に伴う利点も生ずる。
【００２２】
この回路はｎチャネルＭＯＳＦＥＴを備えたハーフブリッジ装置を例として説明されているが、しかしながら専門家にとっては良く知られているように、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴを使用して実現することもできる。コンデンサＣ１、Ｃ２をスイッチによって置換することにより、この回路は容易にフルブリッジ装置に適用することができる。専門家にとっては良く分かるように、この回路は３相電動機用電力変換装置においても適用することができ、その場合特に４個の別のスイッチがハーフブリッジ装置に追加される。
【００２３】
本発明の機能にとっては、直列ダイオードＤＳと負荷軽減容量ＣＥとから成る組み合わせが作動電極側又は基準電極側で所属スイッチに接続されるか否かはどうでも良いことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術から公知である回路装置を示す回路図
【図２】ＭＯＳＦＥＴの等価回路図
【図３】図１による回路装置を駆動する際の負荷電流の時間的経過を示す波形図
【図４】本発明による解決策を実現する回路装置を示す回路図
【図５】図１及び図４による回路装置を駆動する際の電圧及び電流の時間的経過を示す波形図
【符号の説明】
Ｔ１、Ｔ２          スイッチ
ＤＳ１、ＤＳ２      直列ダイオード
ＣＥ１、ＣＥ２      負荷軽減コンデンサ
ＤＦ１、ＤＦ２      フリーホイーリングダイオード
ＣOSS１、ＣOSS２  出力容量
ＤＢ１、ＤＢ２      ボディダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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