JP2009194976A - Step-up switching power supply circuit of ringing choke type - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、直流低電圧を直流高電圧に電圧変換するリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路に関し、前記直流低電圧を発生する電力発生装置として、例えば1つの太陽電池セルに適用して好適なリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路に関する。 The present invention relates to a ringing choke step-up switching power supply circuit that converts a DC low voltage to a DC high voltage, and is suitable for application to, for example, one solar battery cell as a power generator for generating the DC low voltage. The present invention relates to a ringing choke step-up switching power supply circuit.
従来から、外部クロックが不要でトランスとトランジスタとで自励発振動作を行わせるリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路が利用されている。 Conventionally, a boosting switching power supply circuit of a ringing choke method that uses a self-excited oscillation operation with a transformer and a transistor without using an external clock has been used.
図7は、一般的なリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路2の回路図である。この昇圧型スイッチング電源回路2では、入力電圧Vinを発生する電力発生装置4が、入力端子6、8間に接続され、出力電圧Voが発生する出力端子12、14間に負荷10が接続される。
FIG. 7 is a circuit diagram of a general boosting switching power supply circuit 2 of a ringing choke method. In this step-up switching power supply circuit 2, a
この昇圧型スイッチング電源回路2では、始動時に抵抗Rgを通ってトランジスタTrのベースに電流Igが流れるとトランジスタTrがONする。トランジスタTrがONすると、1次側の第1巻線Np間に入力電圧Vinが印加される。 In the step-up switching power supply circuit 2, the transistor Tr is turned on when a current Ig flows through the resistor Rg to the base of the transistor Tr at the start. When the transistor Tr is turned on, the input voltage Vin is applied between the primary windings Np on the primary side.
このときトランスTを介し1次側の同極性の第2巻線Nbに発生する誘起電圧Vin×Nb/Np=Vnbによる定電流Ib(Ib=(Vnb−VBE)/Rb、ただしVBEは、トランジスタTrのベースエミッタ間電圧)がトランジスタTrのベースに供給される。なお、このとき、2次側の巻線Nsは逆極性となっておりダイオードDが逆バイアスとなるので2次電流Isは流れない。 At this time, a constant current Ib (Ib = (Vnb−VBE) / Rb by an induced voltage Vin × Nb / Np = Vnb generated in the second winding Nb of the same polarity on the primary side via the transformer T, where VBE is a transistor Tr-base-emitter voltage) is supplied to the base of the transistor Tr. At this time, since the secondary winding Ns has a reverse polarity and the diode D is reverse biased, the secondary current Is does not flow.
トランジスタTrがONしていると1次電流(コレクタ電流)Icが直線的に増加するが、ベース電流Ibが不足となる時点でトランジスタTrがOFFになる。 When the transistor Tr is ON, the primary current (collector current) Ic increases linearly, but the transistor Tr is turned OFF when the base current Ib becomes insufficient.
トランジスタTrがOFFになったとき、第1巻線Npに発生する逆起電力が巻線比(Ns/Np)に応じた電圧で2次巻線Nsに誘起し、ダイオードDをONさせ2次電流IsによりコンデンサC2を充電するとともに、負荷10に負荷電流Io、電圧Voの電力が供給される。
When the transistor Tr is turned off, a back electromotive force generated in the first winding Np is induced in the secondary winding Ns with a voltage corresponding to the winding ratio (Ns / Np), and the diode D is turned on to turn on the secondary. The capacitor C2 is charged by the current Is, and the
2次巻線Nsへの誘起電圧が低下しダイオードDがOFFになると、コンデンサC2から負荷に電力が供給されるとともに、2次巻線Nsに発生する逆起電力が巻線比(Nb/Ns)に応じた電圧で1次巻線の第2巻線Nbに誘起し、トランジスタTrがONする。以下、トランジスタTrがON、OFF動作を繰り返す。 When the induced voltage to the secondary winding Ns decreases and the diode D is turned off, power is supplied from the capacitor C2 to the load, and the counter electromotive force generated in the secondary winding Ns is converted to the winding ratio (Nb / Ns ) Is induced in the second winding Nb of the primary winding at a voltage corresponding to (), and the transistor Tr is turned on. Thereafter, the transistor Tr repeats ON and OFF operations.
図8は、図7に示す一般的なリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路2の1次電流Ic(1次側第1巻線Npに流れる電流)と、2次電流Is(2次巻線Nsに流れる電流)の各波形を示している。 FIG. 8 shows a primary current Ic (current flowing through the primary first winding Np) and a secondary current Is (secondary winding) of the general ringing choke boost switching power supply circuit 2 shown in FIG. Each waveform of (current flowing through Ns) is shown.
スイッチング周期Tswは、トランジスタON期間Tr_onとトランジスタOFF期間Tr_offとからなり、トランジスタON期間Tr_onにトランスTの第1巻線Npに1次電流Icが流れてリアクトルである第1巻線Npにエネルギが蓄積される。このトランジスタON期間Tr_onと1次電流通電期間TIc_onとが等しい。 The switching cycle Tsw is composed of a transistor ON period Tr_on and a transistor OFF period Tr_off. During the transistor ON period Tr_on, the primary current Ic flows in the first winding Np of the transformer T, and energy is supplied to the first winding Np that is a reactor. Accumulated. The transistor ON period Tr_on is equal to the primary current conduction period TIc_on.
その一方、トランジスタOFF期間Tr_offにトランスTの2次巻線Nsから2次電流Isが流れ出し、エネルギを放出しつくす。このトランジスタOFF期間Tr_offと2次電流Isの通電期間(2次電流通電期間)TIs_onとが等しい。 On the other hand, the secondary current Is flows out from the secondary winding Ns of the transformer T during the transistor OFF period Tr_off, and the energy is completely discharged. The transistor OFF period Tr_off and the energization period of the secondary current Is (secondary current energization period) TIs_on are equal.
ところで、リンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路2の電力発生装置4として、直流低電圧を発生する、例えば1つの太陽電池セルの利用を考えた場合、1つの太陽電池セルのOCV(開放回路電圧:Open Circuit Voltage)は、0.6[V]程度であり、トランジスタTrのON閾値電圧は、それより僅かに低い電圧である。
By the way, when considering the use of, for example, one solar cell that generates a DC low voltage as the
したがって、図7に示したリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路2の電力発生装置4として1つの太陽電池セルを接続した場合には、抵抗Rgを通じてトランジスタTrに電流Igが流れ、トランジスタTrをONしようとするが、太陽電池セルが電流Igを供給しているため、前記太陽電池セルの内部抵抗による電圧降下によりトランジスタTrのベース電圧がトランジスタTrのON閾値電圧を下回ることになりトランジスタTrをONすることができないという不都合が発生する。
Therefore, when one solar cell is connected as the
この問題を解決するために、トランジスタのON閾値電圧を低下させるSOI(Silicon On Insulator)技術を採用することが考えられる(特許文献1)。 In order to solve this problem, it is conceivable to employ SOI (Silicon On Insulator) technology that lowers the ON threshold voltage of a transistor (Patent Document 1).
しかしながら、SOI技術は、製造工程が複雑でありコストが高いという問題がある。 However, the SOI technology has a problem that the manufacturing process is complicated and the cost is high.
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、廉価なトランジスタを用いて1つの太陽電池セル等、低電圧を発生する電力発生装置であっても、スイッチングを安定して継続させることを可能とするリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such problems. Even in a power generation device that generates a low voltage such as one solar cell using an inexpensive transistor, switching is stably continued. It is an object of the present invention to provide a ringing choke type boosting switching power supply circuit that makes it possible.
この発明に係るリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路は、電力発生装置で発生された電圧が入力電圧として印加される1次側に、第1巻線と第2巻線が設けられ、2次側に、負荷が接続される出力巻線が設けられたトランスと、前記入力電圧のホット側が一端側に接続される前記第1巻線の他端側にコレクタが接続され、エミッタが前記入力電圧のコールド側に接続されたトランジスタと、前記入力電圧のホット側と前記トランジスタのベース間に接続された抵抗と、一端側が前記エミッタに接続される前記第2巻線の他端側と、前記ベースとの間に接続されたコンデンサと、を備えることを特徴とする。 The ringing choke boosting switching power supply circuit according to the present invention includes a first winding and a second winding on the primary side to which the voltage generated by the power generator is applied as an input voltage. A transformer provided with an output winding to which a load is connected, a collector connected to the other end of the first winding to which a hot side of the input voltage is connected to one end, and an emitter connected to the input voltage A transistor connected to the cold side, a resistor connected between the hot side of the input voltage and the base of the transistor, the other end of the second winding having one end connected to the emitter, and the base And a capacitor connected between the two.
この発明では、トランジスタのベースに接続される1次側第2巻線のホット側と前記ベース間にコンデンサを接続し、該コンデンサを入力電圧のホット側と該コンデンサとの間に接続される抵抗により充電するという特徴的な構成を採用している。このように構成すれば、スイッチング周期毎にこのコンデンサが充電され、この充電電圧によりトランジスタをONさせることができるので、この充電電圧がトランジスタのON閾値電圧より僅かでも高ければ、トランジスタを継続してONさせることができる。 In the present invention, a capacitor is connected between the hot side of the primary side second winding connected to the base of the transistor and the base, and the capacitor is connected between the hot side of the input voltage and the capacitor. It adopts the characteristic configuration of charging by. With this configuration, the capacitor is charged every switching cycle, and the transistor can be turned on by the charging voltage. Therefore, if the charging voltage is slightly higher than the ON threshold voltage of the transistor, the transistor is continued. It can be turned on.
この発明によれば、前記電力発生装置の開放電圧が、前記トランジスタのON閾値電圧を下回らない電圧である場合には、トランジスタを継続して(連続して)ONさせることができる。 According to this invention, when the open circuit voltage of the power generator is a voltage that does not fall below the ON threshold voltage of the transistor, the transistor can be continuously turned on (continuously).
なお、前記トランジスタは、前記抵抗を通じて充電される前記コンデンサの両端電圧が前記ON閾値電圧を上回るとONするが、ONすると前記1次側第1巻線間に前記入力電圧が印加され、前記1次側第1巻線間に前記入力電圧が印加されると、前記1次側第2巻線に電圧が誘起し、誘起した第2巻線間電圧が前記コンデンサの両端電圧に加算されて前記トランジスタがさらにON方向に動作する際の、前記第2巻線間電圧が前記ON閾値電圧を下回る電圧となるように前記トランスが製作されているように構成することで、トランスを含めたリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路の電力損失を抑制することができる。 The transistor is turned on when the voltage across the capacitor charged through the resistor exceeds the ON threshold voltage. When the transistor is turned on, the input voltage is applied between the primary side first windings. When the input voltage is applied between the secondary first windings, a voltage is induced in the primary secondary winding, and the induced second winding voltage is added to the voltage across the capacitor, The ringing choke including the transformer is configured such that the transformer is manufactured so that the voltage between the second windings becomes a voltage lower than the ON threshold voltage when the transistor further operates in the ON direction. The power loss of the step-up type switching power supply circuit can be suppressed.
前記電力発生装置が、1つの太陽電池セルであるとき、この発明を好適に適用することができる。 This invention can be applied suitably when the said electric power generation apparatus is one photovoltaic cell.
この発明によれば、1つの太陽電池セル等、低電圧を発生する電力発生装置であっても、廉価なトランジスタを用いて入力電圧よりも出力電圧を高くすることができるスイッチング動作を安定して継続させることができる。 According to the present invention, even in a power generation device that generates a low voltage, such as a single solar cell, a switching operation that can increase an output voltage higher than an input voltage using an inexpensive transistor can be stably performed. Can continue.
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に参照する図面において、上記図7、図8に示したものと対応するものには同一の符号を付ける。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings to be referred to below, the same reference numerals are given to the components corresponding to those shown in FIGS.
図1は、この発明の一実施形態に係るリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路20の回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a ringing choke boosting switching
この昇圧型スイッチング電源回路20では、入力電圧Vinを発生する電力発生装置4が1次側の入力端子6、8間に接続され、負荷10が、出力電圧Voが発生する2次側の出力端子12、14間に接続される。
In this step-up switching
電力発生装置4として、この実施形態では1つの太陽電池セルを用いているが、電力発生装置4としては、1つの太陽電池セルに限定されることはない。
Although one solar cell is used as the
電力発生装置4が発生する1次電圧である入力電圧Vinを2次電圧である出力電圧Voに変換するために、この実施形態に係るリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路20は、基本的には、ON/OFFするトランジスタTrと、1個のトランスTとを備える。
In order to convert the input voltage Vin, which is the primary voltage generated by the
トランジスタTrとして、この実施形態ではバイポーラNPN型トランジスタを用いているが、バイポーラ型トランジスタに限定されることはない。 In this embodiment, a bipolar NPN transistor is used as the transistor Tr. However, the transistor Tr is not limited to the bipolar transistor.
トランスTのコア22の1次側に第1巻線Npと第2巻線Nbが巻かれ、トランスTの2次側に出力巻線Nsが巻かれている。
A first winding Np and a second winding Nb are wound on the primary side of the
出力巻線Nsには、ダイオードDと平滑コンデンサC2とからな整流回路が接続されている。出力電圧Voは平滑コンデンサC2の両端電圧として得られる。 A rectifier circuit including a diode D and a smoothing capacitor C2 is connected to the output winding Ns. The output voltage Vo is obtained as a voltage across the smoothing capacitor C2.
1次側の第1巻線Npの一端は、端子6を介して電力発生装置4のホット側(この実施形態では電流ソース側)に接続され、第1巻線Npの他端は、トランジスタTrのコレクタに接続されている。
One end of the first winding Np on the primary side is connected to the hot side (current source side in this embodiment) of the
トランジスタTrのベースと電力発生装置4のホット側との間に抵抗Rgが接続されている。
A resistor Rg is connected between the base of the transistor Tr and the hot side of the
トランジスタTrのエミッタは接地され、端子8を介して電力発生装置4のコールド側(この実施形態では電流シンク側)に接続されている。
The emitter of the transistor Tr is grounded and connected to the cold side (current sink side in this embodiment) of the
1次側の第2巻線Nbの一端は接地されている。1次側の第2巻線Nbの他端と、トランジスタTrのベースと前記抵抗Rgの接続点と、の間に抵抗RbとコンデンサCbの直列回路が接続されている。 One end of the second winding Nb on the primary side is grounded. A series circuit of a resistor Rb and a capacitor Cb is connected between the other end of the second winding Nb on the primary side and a connection point between the base of the transistor Tr and the resistor Rg.
抵抗Rbは、ダンピング抵抗(制動抵抗)であり、トランジスタTrのON及びOFF時に第2巻線Nbのホット側に発生するスパイク電圧によりトランジスタTrのベースエミッタ間に過大な逆電圧がかからないような値(小抵抗値)に設定される。なお、抵抗Rbは、小抵抗値であるので、以下の説明において、理解の容易化を考慮し、抵抗Rbの両端に発生する電圧は0[V]として説明する。また、抵抗Rbは、スパイク電圧を低減する目的で挿入されているので、スパイク電圧の周波数を低減するビーズコア等(スパイク電圧の周波数での抵抗成分が高く、直流では抵抗成分がゼロ値となる素子)に代替する(抵抗と併用する)ことも可能である。 The resistor Rb is a damping resistor (braking resistor), and has such a value that an excessive reverse voltage is not applied between the base and emitter of the transistor Tr due to a spike voltage generated on the hot side of the second winding Nb when the transistor Tr is turned on and off. (Small resistance value) is set. Since the resistance Rb has a small resistance value, in the following description, the voltage generated at both ends of the resistance Rb is described as 0 [V] in consideration of easy understanding. Further, since the resistor Rb is inserted for the purpose of reducing the spike voltage, a bead core or the like for reducing the frequency of the spike voltage (an element having a high resistance component at the spike voltage frequency and a zero resistance component in the direct current) It is also possible to substitute (in combination with a resistor).
図2は、この実施形態に係る1つの太陽電池セルである電力発生装置4の温度に対する開放電圧Vocv[V]の変化特性と、トランジスタTrの温度に対するベースエミッタ間のON閾値電圧Vth[V]の変化特性を示している。電力発生装置4の開放電圧Vocvの特性は、日射量が500[W/m2]のときの開放電圧Vocv2の特性と、日射量が1000[W/m2]のときの開放電圧Vocv1の特性を示している。同一温度では、日射量が大きいときの方が開放電圧Vocvが高いことが分かる(Vocv1>Vocv2)。
FIG. 2 shows a change characteristic of the open-circuit voltage Vocv [V] with respect to the temperature of the
1つの太陽電池セルからなる電力発生装置4によりトランジスタTrをONにするためには、その開放電圧Vocvが、トランジスタTrのON閾値電圧Vthを下回らない電圧となっていることが必要である(Vth≦Vocv)。
In order to turn on the transistor Tr by the
例えば、温度40[℃]において、トランジスタTrのON閾値電圧Vthは、約0.5[V]であり、開放電圧Vocv1は、約0.55[V]であると読み取れる。以下、この実施形態の理解を容易にするため、特に断らない限り、トランジスタTrのON閾値電圧Vthは、Vth=0.5[V]、電力発生装置4の開放電圧Vocvは、Vocv=0.55[V]であるものとして説明する。
For example, at a temperature of 40 [° C.], it can be read that the ON threshold voltage Vth of the transistor Tr is about 0.5 [V] and the open circuit voltage Vocv1 is about 0.55 [V]. Hereinafter, unless otherwise specified, the ON threshold voltage Vth of the transistor Tr is Vth = 0.5 [V], and the open-circuit voltage Vocv of the
この実施形態に係るリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路20は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作について説明する。
The ringing choke boosting switching
図3に示すように、トランジスタTrがOFF、ダイオードDがOFFのときに、電力発生装置4から電流Igが流れ出し、抵抗Rg、コンデンサCb、抵抗Rb、及び第2巻線Nbの経路でコンデンサCbに徐々に充電される。なお、継続発振中(自励発振中)には、ダイオードDがOFFのときに、コンデンサC2から負荷電流Ioが負荷10に供給される。
As shown in FIG. 3, when the transistor Tr is OFF and the diode D is OFF, the current Ig flows out from the
1次側において、電力発生装置4からコンデンサCbに電流Igが流れることで、電力発生装置4の内部抵抗による電圧降下を原因として、入力電圧(電力発生装置4の発生電圧)Vinが一旦低下するが、コンデンサCbが徐々に充電されるにつれて、充電電圧Vcbが増加することから入力電圧Vinは開放電圧Vocv=0.55[V]に近づいていく。
On the primary side, the current Ig flows from the
さらに、コンデンサCbが充電されるにつれ、トランジスタTrのベース電圧が、開放電圧Vocv=0.55[V]に近づき、トランジスタTrのベースの電圧がON閾値電圧Vth=0.5[V]に達したとき、トランジスタTrはOFFからONになる。 Further, as the capacitor Cb is charged, the base voltage of the transistor Tr approaches the open circuit voltage Vocv = 0.55 [V], and the base voltage of the transistor Tr reaches the ON threshold voltage Vth = 0.5 [V]. Then, the transistor Tr is turned from OFF to ON.
図4に示すように、トランジスタTrがONになると、入力電圧Vinが1次側の第1巻線Np間に印加され、この第1巻線Np(リアクトルと考えることができる。)にエネルギが蓄積される。 As shown in FIG. 4, when the transistor Tr is turned on, the input voltage Vin is applied between the primary windings Np, and energy is supplied to the first winding Np (which can be considered as a reactor). Accumulated.
このとき、トランスTを介して1次側の第2巻線Nbに電圧Vnb(Vnb=Vin×Nb/Np)が発生するので、トランジスタTrのベースの電圧が急速に上昇する。 At this time, the voltage Vnb (Vnb = Vin × Nb / Np) is generated in the second winding Nb on the primary side via the transformer T, so that the voltage at the base of the transistor Tr rapidly increases.
結果、トランジスタTrのベースの電圧は、充電電圧Vcbと電圧Vnbの合成電圧(Vcb+Vnb)となり、トランジスタTrをさらにON方向にする。 As a result, the base voltage of the transistor Tr becomes a combined voltage (Vcb + Vnb) of the charging voltage Vcb and the voltage Vnb, and the transistor Tr is further turned on.
トランジスタTrがONし続けると、コンデンサCbの充電電荷がトランジスタTrをONするために消費され、充電電圧Vcbが低下する。 When the transistor Tr continues to be turned on, the charge of the capacitor Cb is consumed to turn on the transistor Tr, and the charge voltage Vcb is lowered.
充電電圧Vcbが低下して合成電圧(Vcb+Vnb)がトランジスタTrのON閾値電圧Vthを下回るとトランジスタTrはOFFする。 When the charging voltage Vcb decreases and the combined voltage (Vcb + Vnb) falls below the ON threshold voltage Vth of the transistor Tr, the transistor Tr is turned off.
図5に示すように、トランジスタTrがOFFすると、1次側第1巻線Npに逆起電力Vin´が発生するとともに、2次側の巻線Nsに巻線比(Ns/Np)に応じた起電力による電圧Vnsが誘起する。 As shown in FIG. 5, when the transistor Tr is turned off, a back electromotive force Vin ′ is generated in the primary first winding Np, and the secondary winding Ns corresponds to the winding ratio (Ns / Np). A voltage Vns due to the electromotive force is induced.
このとき、図5に示すように、ダイオードDがONし、2次側の巻線Nsから2次電流Isが流れ出し、コンデンサC2を充電するとともに、負荷10に電圧Voで負荷電流Ioを供給する。
At this time, as shown in FIG. 5, the diode D is turned ON, the secondary current Is flows out from the secondary winding Ns, charges the capacitor C2, and supplies the
2次側の巻線Ns(リアクトルと考えることができる。)からエネルギが放出されると、図3を参照して説明した最初の動作にもどり、再びコンデンサCbが充電開始され、以降、同一の自励発振動作を繰り返す(継続する)。 When energy is released from the secondary winding Ns (which can be considered as a reactor), the operation returns to the first operation described with reference to FIG. 3, and the capacitor Cb starts to be charged again. Repeats (continues) self-oscillation operation.
図6は、この実施形態に係るリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路20の1次電流Ic(1次側第1巻線Npに流れる電流)と、2次電流Is(2次巻線Nsに流れる電流)の各波形を示している。
FIG. 6 shows a primary current Ic (current flowing in the primary side first winding Np) and a secondary current Is (in the secondary winding Ns) of the ringing choke type boosting switching
スイッチング周期Tswは、時点t0〜t1の間のトランジスタON期間Tr_onと時点t1〜t3のトランジスタOFF期間Tr_offとからなり、トランジスタON期間Tr_onにトランスTの第1巻線Npに1次電流Icが流れ、リアクトルである第1巻線Npにエネルギが蓄積される。そして、トランジスタON期間Tr_onと1次電流通電期間TIc_onとが等しい。 The switching cycle Tsw includes a transistor ON period Tr_on between time points t0 and t1, and a transistor OFF period Tr_off between time points t1 and t3. The primary current Ic flows in the first winding Np of the transformer T during the transistor ON period Tr_on. Energy is stored in the first winding Np that is a reactor. The transistor ON period Tr_on is equal to the primary current conduction period TIc_on.
その一方、トランジスタOFF期間Tr_offの初期期間である時点t1〜t2の2次電流通電期間TIs_onにトランスTの2次巻線Nsから2次電流Isが流れ、エネルギを放出しつくす。 On the other hand, the secondary current Is flows from the secondary winding Ns of the transformer T during the secondary current energization period TIs_on between the time points t1 and t2, which is the initial period of the transistor OFF period Tr_off, and energy is completely discharged.
時点t2〜t3のコンデンサ充電期間Tchの間でコンデンサCbに対し電流Igにより電荷が充電される。 During the capacitor charging period Tch between time points t2 and t3, the capacitor Cb is charged with current Ig.
このように、この実施形態では、図8に示した従来技術に比較して、トランジスタOFF期間Tr_offと2次電流通電期間TIs_onとは等しくない。 Thus, in this embodiment, the transistor OFF period Tr_off and the secondary current energization period TIs_on are not equal as compared with the conventional technique shown in FIG.
以上説明したように、この実施形態に係るリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路20は、1つの太陽電池セルの発生電圧を入力電圧Vinとして昇圧するリンギングチョーク方式のスイッチング電源回路といえる。
As described above, the ringing choke type boosting switching
このリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路20は、基本的には、入力電圧Vinを発生する電力発生装置4から電力が供給される1次側に第1巻線Npと第2巻線Nbが設けられ、2次側に整流回路を介して負荷10が接続される巻線Nsが設けられたトランスTと、入力電圧Vinのホット側(電圧発生側)が一端側に接続される第1巻線Npの他端側にコレクタが接続され、エミッタが入力電圧Vinのコールド側(接地側)に接続されたトランジスタTrと、入力電圧Vinのホット側とトランジスタTrのベース間に接続された抵抗Rgと、一端側がトランジスタTrの接地されているエミッタに接続される第2巻線Nbの他端側とトランジスタTrのベースとの間に接続されたコンデンサCbと、を備える。
The ringing choke boosting switching
このように、トランジスタTrのベースに接続される1次側第2巻線Nbと、前記ベースとの間にコンデンサCbを接続し、該コンデンサCbを入力電圧Vinのホット側と該コンデンサCbとの間に接続される抵抗Rgにより充電するという特徴的な構成を採用している。このように構成すれば、図6に示したスイッチング周期Tsw毎に、コンデンサ充電期間TchでこのコンデンサCbが充電され、充電電圧Vcb(図3参照)によりトランジスタをONさせることができるので、この充電電圧VcbがトランジスタTrのON閾値電圧Vthより僅かでも高ければ、トランジスタTrを継続してONさせることができる。 Thus, the capacitor Cb is connected between the base side second winding Nb connected to the base of the transistor Tr and the base, and the capacitor Cb is connected to the hot side of the input voltage Vin and the capacitor Cb. A characteristic configuration in which charging is performed by a resistor Rg connected therebetween is employed. With this configuration, the capacitor Cb is charged in the capacitor charging period Tch every switching cycle Tsw shown in FIG. 6, and the transistor can be turned on by the charging voltage Vcb (see FIG. 3). If the voltage Vcb is slightly higher than the ON threshold voltage Vth of the transistor Tr, the transistor Tr can be continuously turned on.
換言すれば、電力発生装置4の開放電圧Vocvが、トランジスタTrのON閾値電圧Vthを下回らない電圧である場合に、トランジスタTrを継続してONさせることができる。
In other words, when the open voltage Vocv of the
すなわち、リンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路20を自励発振させることができる。
That is, the ringing choke step-up switching
なお、トランジスタTrは、抵抗Rgを通じて充電されるコンデンサCbの両端電圧VcbがON閾値電圧Vthを上回るとONするが、ONすると1次側第1巻線Np間に入力電圧Vinが印加され、1次側第1巻線Np間に入力電圧Vinが印加されると、1次側第2巻線Nbに電圧Vnbが発生し、発生した第2巻線間電圧VnbがコンデンサCbの両端電圧Vcbに加算(Vnb+Vcb)されてトランジスタTrがさらにON方向に動作する際の第2巻線間電圧VnbがON閾値電圧Vthより小さくなるようにトランスTを製作することで、トランスTを含めたリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路20の電力損失を抑制することができる。
The transistor Tr is turned on when the voltage Vcb across the capacitor Cb charged through the resistor Rg exceeds the ON threshold voltage Vth. However, when the transistor Tr is turned on, the input voltage Vin is applied between the primary side first windings Np. When the input voltage Vin is applied between the secondary side first winding Np, a voltage Vnb is generated in the primary side second winding Nb, and the generated voltage Vnb between the second windings becomes a voltage Vcb across the capacitor Cb. Ringing choke method including the transformer T by manufacturing the transformer T so that the second inter-winding voltage Vnb when the transistor Tr further operates in the ON direction by addition (Vnb + Vcb) is smaller than the ON threshold voltage Vth. The power loss of the step-up switching
電力発生装置4が、1つの太陽電池セルであると、この発明を好適に適用することができる。実際上、図1のリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路20により太陽電池セルを使用し、−40〜+80[℃]の範囲で動作を確認することができた。
If the
このように、この発明によれば、1つの太陽電池セル等、低電圧を発生する電力発生装置4であっても、廉価なトランジスタTrを用いてスイッチングを安定して継続させることができる。
As described above, according to the present invention, even with the
また、上述した実施形態においては、トランジスタTrとしてNPN型のバイポーラトランジスタを使用しているが、この明細書の記載内容に基づき、PNP型のバイポーラトランジスタに変更すること、あるいは、電力発生装置4を太陽電池セルではなく燃料電池セルに変更すること、またはこれらの電力発生装置4が直列に接続されて使用される場合に、バイポーラトランジスタではなく、MOSFETやIGBTを用いること等、種々の構成を採り得る。
In the above-described embodiment, an NPN bipolar transistor is used as the transistor Tr. However, based on the description in this specification, the transistor Tr can be changed to a PNP bipolar transistor, or the
2、20…リンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路
4…電力発生装置 10…負荷
Cb…コンデンサ Nb…1次側第2巻線
Np…1次側第1巻線 Ns…2次側巻線(2次巻線、出力巻線)
T…トランス Tr…トランジスタ
Rb、Rg…抵抗 Vin…入力電圧
Vo…出力電圧
2, 20 ... Ringing choke type step-up switching
T ... Transformer Tr ... Transistors Rb, Rg ... Resistance Vin ... Input voltage Vo ... Output voltage
Claims (4)
前記入力電圧のホット側が一端側に接続される前記第1巻線の他端側にコレクタが接続され、エミッタが前記入力電圧のコールド側に接続されたトランジスタと、
前記入力電圧のホット側と前記トランジスタのベース間に接続された抵抗と、
一端側が前記エミッタに接続される前記第2巻線の他端側と、前記ベースとの間に接続されたコンデンサと、
を備えることを特徴とするリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路。 A primary winding and a secondary winding are provided on the primary side to which the voltage generated by the power generator is applied as an input voltage, and an output winding to which a load is connected is provided on the secondary side. With a transformer,
A transistor having a collector connected to the other end of the first winding, the hot side of the input voltage connected to one end, and an emitter connected to the cold side of the input voltage;
A resistor connected between the hot side of the input voltage and the base of the transistor;
A capacitor connected between the other end of the second winding whose one end is connected to the emitter and the base;
A step-up switching power supply circuit using a ringing choke system.
前記電力発生装置の開放電圧が、前記トランジスタのON閾値電圧を下回らない電圧である
ことを特徴とするリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路。 The step-up switching power supply circuit according to claim 1.
A ringing choke step-up switching power supply circuit characterized in that the open circuit voltage of the power generator is a voltage that does not fall below the ON threshold voltage of the transistor.
前記トランジスタは、前記抵抗を通じて充電される前記コンデンサの両端電圧が前記ON閾値電圧を上回るとONするが、ONすると前記1次側第1巻線間に前記入力電圧が印加され、前記1次側第1巻線間に前記入力電圧が印加されると、前記1次側第2巻線に電圧が誘起し、誘起した第2巻線間電圧が前記コンデンサの両端電圧に加算されて前記トランジスタがさらにON方向に動作する際の、前記第2巻線間電圧が前記ON閾値電圧を下回る電圧となるように前記トランスが製作されている
ことを特徴とするリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路。 The step-up switching power supply circuit according to claim 1 or 2,
The transistor is turned on when the voltage across the capacitor charged through the resistor exceeds the ON threshold voltage, but when turned on, the input voltage is applied between the primary side first winding, and the primary side When the input voltage is applied between the first windings, a voltage is induced in the primary side second winding, and the induced second winding voltage is added to the voltage across the capacitor, so that the transistor The ringing choke step-up switching power supply circuit is characterized in that the transformer is manufactured such that the voltage between the second windings is lower than the ON threshold voltage when operating in the ON direction.
前記電力発生装置が、1つの太陽電池セルである
ことを特徴とするリンギングチョーク方式の昇圧型スイッチング電源回路。 The step-up switching power supply circuit according to any one of claims 1 to 3,
The power generation device is one solar battery cell. A ringing choke type boosting switching power supply circuit.
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JPH01248961A (en) * | 1988-03-29 | 1989-10-04 | Toshiba Corp | Switching power supply device |
JP2006288058A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Sanyo Electric Co Ltd | Boosting drive circuit |
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2008
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