JP2511307B2 - パワ―トランジスタ用補償回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、パワートランジスタ用補償回路、特に、フ
ライバック出力回路内の出力トランジスタ用の補償回路
に関する。

［従来の技術］ フライバック出力回路として機能するように設計され
たパワートランジスタは、典型的には、表示システムの
陰極線管の水平偏向回路のヨーク機構の如き誘導性負荷
を駆動する高電流スイッチング素子として動作する。こ
のフライバック出力回路内の出力トランジスタは、その
ベース電極に入力電流を受けるように結合されており、
このトランジスタを導通すると、ベースに誘導蓄積電荷
を発生する。出力トランジスタのコレクタに流れる電流
が増加すると、傾斜飽和電圧がこのコレクタに生じる。
次に、逆の大電流をベース電極に供給して、このベース
電極の蓄積電荷を高速に取り去ると共に、トランジスタ
をオフにする。蓄積電荷がベース電極から除去される
と、トランジスタのコレクタ電極の電圧が例えば1.4KV
の高い値に急激に上昇する一方、このコレクタに流れる
電流がゼロに低下する。フライバック回路のダンピング
・ダイオードにより電圧スパイクがゼロ・ボルトの丁度
下にクランプされるまで、この電圧スパイクは負方向に
急激に下がる。

［発明が解決しようとする課題］ 出力トランジスタのコレクタ電流がゼロに下がり、電
圧が急激に上昇する期間中、このトランジスタは電力を
消費する。このトランジスタのベース電極への電流のみ
を増加させて、そのコレクタ電極の飽和電圧レベルを低
下させることによって、トランジスタの電力消費を減ら
そうとすると、蓄積時間が増加すると共に、トランジス
タのスイッチング速度が低下して、電力消費が増加す
る。トランジスタのベース電極への入力電流を減少する
ことにより、コレクタの飽和電圧レベルが増加して、掃
引が非直線的になると共に、再び電力が消費される。電
力消費及び蓄積時間を最低にすることにより、出力トラ
ンジスタを最大効率で、最高速度にするのに最適なベー
ス駆動電流が存在する。

しかし、現時点では、所定のフライバック出力回路を
最適にベース駆動し続けることは、非常に困難である。
温度変化と、糸巻き歪補正に関連して知られているコレ
クタ負荷の変動と、フライバック出力回路内の素子の変
動及び出力トランジスタのばらつきによるベータの変動
とが、トランジスタの出力信号の飽和に影響する。

したがって、本発明の目的は、素子及び環境の変化に
対して、トランジスタの最大速度及び最大効率を維持す
る出力トランジスタ用の可変ベース駆動回路、即ち、パ
ワートランジスタ用補償回路の提供にある。

［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明によれば、パワートランジスタ用ベース駆動補
償回路は、出力トランジスタのコレクタ電極飽和電圧レ
ベルの一部をサンプルすると共に、蓄積し、この蓄積し
た値を基準と比較して、パワートランジスタのベース電
極への入力電流を変化させる補正値を発生する。パワー
トランジスタのベース駆動を変化させることにより効率
が高くなる固定飽和電圧レベルを維持することにより、
温度変化、コレクタ出力の変動、トランジスタのばらつ
きによるベータの変動、回路内の他の素子の変動に対す
る１次補正を行う。

本発明の好適な実施例では、サンプルし、蓄積した飽
和電圧を誤差増幅器内の負方向傾斜信号と比較して、誤
差増幅器の出力端の負方向信号パルスのデュティ・サイ
クルを変化させる。負パルス信号を電源に供給して、誤
差増幅器内で発生した負パルス信号のデュティ・サイク
ルに基づく電圧を発生する。電源からの電圧をベース駆
動回路に供給する。このベース駆動回路は、出力トラン
ジスタのベース電極に電流を供給して、コレクタ電極の
飽和電圧レベルを制御する。

本発明のその他の目的、利点及び新規な特徴は、添付
図を参照した以下の詳細説明より明らかになろう。

［実施例］ 第１図は、本発明によるパワートランジスタ用補償回
路のブロック図である。出力トランジスタ（10）のコレ
クタ電極は、ゲート回路に接続されたコンデンサで構成
されるサンプリング回路（サンプリング手段）（12）に
結合されており、このサンプリング回路は、所定時間間
隔でコレクタ出力の一部を蓄積する。このサンプリング
回路（12）の出力を補正値発生手段である可変ベース駆
動電源（14）に供給する。この電源は、基準信号REFも
受ける。この基準信号とサンプリング回路（12）の出力
とを組み合わせて、コレクタ出力内の変化を表す補正値
を発生する。この補正値が可変ベース駆動電源（14）に
作用して、供給手段であるベース駆動回路（16）に供給
される出力信号を発生する。ベース駆動回路（16）は、
可変ベース駆動電源（14）の出力信号に応答して、出力
トランジスタ（10）への入力電流を変化させるので、こ
の出力トランジスタのコレクタ電極の飽和電圧レベルが
変化する。

第２図は、本発明を含むフライバック出力トランジス
タ用ベース駆動補償回路の回路図である。出力トランジ
スタ（10）のコレクタ電圧は、サンプリング回路（12）
内の抵抗器（20）を介して、ダイオード（22）のアノー
ド及びFET（24）のドレイン電極に供給される。FET（2
4）のゲート電極は、出力トランジスタ用のベース駆動
信号の如きゲート・パルスを受けるので、所定期間毎に
FET（24）はオン及びオフする。ダイオード（22）のカ
ソードをコンデンサ（26）及びブリーダ抵抗器（28）に
接続し、FET（24）がオフの期間中にコンデンサ（26）
を充電する。コンデンサ（26）及び抵抗器（28）の他端
は、FET（24）のソース電極と同様に接地する。

コンデンサ（26）の蓄積電荷は、可変ベース駆動電源
（14）内の誤差増幅器（30）の反転入力端に供給する。
傾斜信号を誤差増幅器（30）の非反転入力端子に供給す
る。誤差増幅器（30）の出力信号は、コンデンサ（26）
に蓄積されたサンプル電圧により決まるデュティ・サイ
クルの負方向パルス信号である。誤差増幅器（30）の出
力信号をスイッチング・トランジスタ（32）のベース電
極に供給する。このスイッチング・トランジスタ（32）
は、このトランジスタ、ダイオード（34）、インダクタ
（36）及びコンデンサ（38）より成るスイッチング電源
の一部である。トランジスタ（32）のエミッタ電極を電
源に結合すると共に、そのコレクタ電極はダイオード
（34）を介して接地する。インダクタ（36）の一端をト
ランジスタ（32）のコレクタ電極及びダイオード（34）
の共通接続点に接続すると共に、他端をコンデンサ（3
8）に接続する。コンデンサ（38）の他端は、接地す
る。コンデンサ（38）の電圧形式である可変ベース駆動
電源の出力電圧をベース駆動回路（16）に供給する。

動作期間中、第３図Ａは示す負方向ベース駆動信号Ａ
をベース駆動回路（16）に供給する。このベース駆動回
路は、可変ベース駆動電源（14）から供給される電圧に
基づいて、出力トランジスタ（10）のベース電極への電
流を発生する出力トランジスタ（10）を導通に駆動し
て、第３図Ｃに示す如く、正方向に傾斜する電流をその
コレクタ電極に発生する。同時に、第３図Ｂに示すよう
に、トランジスタ（10）のコレクタ電圧が正方向に上昇
する。ベース駆動回路（16）へのベース駆動信号Ａが正
方向に変化するとき、ベース電極へ流れる電流により生
じたトランジスタ（10）内の誘導蓄積電荷を放電して、
このトランジスタがオフになると共に、このトランジス
タを流れる電流がゼロに低下し、コレクタ電圧が約1.4K
Vに急激に上昇する。パワートランジスタ用ベース駆動
回路の例は、1988年11月14日に出願されたブルース・バ
ウラ発明の米国特許出願第270716号の「パワー増幅器用
高速ベース駆動回路」に開示されている。

ベース駆動信号Ａが低レベルの期間中、サンプリング
回路（12）内のFET（24）は、オフであり、ダイオード
（22）を介して電流を流し、コンデンサ（26）を充電す
る。初めは、出力トランジスタ（10）のコレクタ電極の
低い負電圧により、ダイオード（22）は逆バイアスされ
ている。トランジスタ（10）の導通期間中、そのコレク
タ電圧が傾斜上昇するので、ダイオード（22）は順バイ
アスとなり、電流がコンデンサ（26）に流れて、トラン
ジスタ（10）の飽和電圧レベルに応じた値までこのコン
デンサを充電する。ベース駆動信号Ａが高レベルになる
と、FET（24）は、オンとなり、抵抗器（20）を流れる
電流用の電流シンク（電流引き込み回路）として機能す
る。第３図Ａ及びＢの波形に示すように、トランジスタ
（10）のコレクタ電極に高振幅の電圧スパイクが開始す
る前に、サンプリング・ゲート信号として働くベース駆
動信号ＡがFET（24）をオンにする。これにより、サン
プリング期間が、トランジスタ（10）の飽和電圧出力の
線形部分に制限される。図示しない抵抗及びシャント・
ダイオードをサンプリング回路（12）の入力端に付加し
て、周知の如く、出力トランジスタ（10）のコレクタ電
極からの高電圧スパイクを制限してもよい。

トランジスタ（10）の飽和電圧レベルを表すコンデン
サ（26）の電荷による電圧を誤差増幅器（30）の反転入
力端に供給する。この誤差増幅器（30）の非反転入力端
には、第３図Ｄに示すのこぎり波信号を供給する。誤差
増幅器（30）の出力信号は、この誤差増幅器の反転入力
端の電圧で決まるデュティ・サイクルの負方向パルス信
号である。この関係を第３図Ｅ及びＦに示す。サンプリ
ング回路（12）がサンプルすると、トランジスタ（10）
の飽和電圧レベルの変化に応じて、負方向パルス信号の
デュティ・サイクルが変化する。この負方向パルス信号
をトランジスタ（32）のベースに供給する。トランジス
タ（32）の導通期間中、電流がこのトランジスタ（32）
及びインダクタ（36）を介して流れ、コンデンサ（38）
を充電する。トランジスタ（32）が非導通期間中は、イ
ンダクタ（36）に蓄積された電荷により、ダイオード
（34）に電流が流れ続ける。コンデンサ（38）の電荷に
よる電圧をベース駆動回路（16）に供給して、出力トラ
ンジスタ（10）のベース電極に供給する電流値を制御し
て、この出力トランジスタの電圧飽和レベルを制御す
る。

出力トランジスタ（10）の飽和電圧レベルのいかなる
増加又は減少も、サンプリング回路（12）により検出す
る。第３図Ｄで代表的にE1及びE2で示すサンプルした飽
和電圧の変化により、それぞれ第３図Ｅ及びＦに示すよ
うに、誤差増幅器（30）からの負方向パルス信号のデュ
ティ・サイクルは増加又は減少する。これにより、可変
ベース駆動電源の電圧出力が変化する。ベース駆動回路
（16）に供給された電源電圧は、出力トランジスタ（1
0）へのベース電流を変化させ、コレクタ電極の飽和電
圧レベルを定める。出力トランジスタ（10）のばらつき
による動作特性の変化、又は、関連回路の素子特性の変
化は、補償回路により自動的に補償する。この方法によ
り、最良の効率及び最速のスイッチングにとって最適な
動作レベルに出力トランジスタ（10）を維持する。

上述したスイッチング電源の使用は、出力トランジス
タ（10）のベース電極への電流を供給するベース駆動回
路（16）の入力端の電圧を制御するのに有効な方法であ
る。線形電源を用いて、ベース駆動回路（16）の入力端
の電圧を制御してもよい。これを実現するには、サンプ
リング回路（12）からのサンプル飽和電圧を、線形電源
の誤差増幅器に直接供給する。

［発明の効果］ 本発明のパワートランジスタ用補償回路では、パワー
トランジスタのコレクタのサンプリング電圧レベルの変
化に応じて可変電圧源の出力電圧が変化し、それに応じ
てパワートランジスタのベースに供給される電流が制御
され、トランジスタの飽和電圧レベルがトランジスタが
最大効率及び最高速度で動作する所定値に維持される。
本発明によれば、パワートランジスタの特性のばらつき
及び関連回路の素子の特性の変動のいずれの変化に対し
ても応答可能であり、また、特定のタイミングでコレク
タ電圧をサンプリングするので、正確な補償が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のパワートランジスタ用補償回路のブロ
ック図、第２図は本発明を含んだフライバック出力トラ
ンジスタ用ベース駆動補償回路の回路図、第３図は本発
明の動作を説明するための波形図である。 （10）はパワートランジスタ、（12）はサンプリング手
段、（16）はベース駆動回路、（30）は誤差増幅器、
（32），（34），（36）及び（38）は可変電圧源であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−189816（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−263581（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−207021（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−213115（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コレクタに誘導性負荷が接続されたパワー
   トランジスタと、 該パワートランジスタのコレクタに結合され、該コレク
   タの電圧レベルをサンプリングするサンプリング手段
   と、 上記サンプリングした電圧レベルをのこぎり波信号と比
   較し、比較結果に応じたデューティ・サイクルの補正用
   パルス信号を発生する誤差増幅器と、 上記補正用パルス信号のデューティ・サイクルに応じた
   出力電圧を発生する可変電圧源と、 駆動パルス信号に応じて、該可変電圧源の出力電圧に基
   づく電流を上記パワートランジスタのベースに周期的に
   供給するベース駆動回路とを具え、 上記サンプリング手段は上記駆動パルス信号により制御
   され、上記ベース駆動回路が上記パワートランジスタへ
   の電流の供給を停止するタイミングで、周期的にサンプ
   リング動作を行い、上記パワートランジスタのコレクタ
   の電圧は所定値に維持されることを特徴とするパワート
   ランジスタ用補償回路。