JP2887107B2 - スイッチング電源 - Google Patents

スイッチング電源

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JP2887107B2
JP2887107B2 JP13016396A JP13016396A JP2887107B2 JP 2887107 B2 JP2887107 B2 JP 2887107B2 JP 13016396 A JP13016396 A JP 13016396A JP 13016396 A JP13016396 A JP 13016396A JP 2887107 B2 JP2887107 B2 JP 2887107B2
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transistor
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憶人 斉藤
眞司 倉田
辰次 坂元
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング動作
における偏励磁を防止し、両点孤現象によるトランジス
タの破壊を防止する機能を有するスイッチング電源に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、大型スイッチング電源としては、
ハ−フブリッジ(又はプッシュプル)方式が広く採用さ
れている。
【0003】図2は、従来のスイッチング電源を示すも
のである。
【0004】1及び2は、スイッチング用のnpn型バ
イポ−ラトランジスタであり、トランジスタ1のベ−ス
には、入力信号Aが入力され、トランジスタ2のベ−ス
には、入力信号Bが入力されている。入力信号A,B
は、互いに相補的に変化する信号である。トランジスタ
1,2のエミッタは、共に接地点に接続されている。
【0005】3は、出力用のトランスであり、このトラ
ンス3の一次巻線の一端は、トランジスタ1のコレクタ
に接続され、他端は、トランジスタ2のコレクタに接続
されている。入力電圧VINは、トランス3に与えられ
ている。
【0006】トランス3の二次巻線は、整流用のダイオ
−ド4に接続されている。整流用のダイオ−ド4は、出
力用チョ−クコイル5及び平滑用のコンデンサ6を経由
して出力端子に接続されている。
【0007】上記スイッチング電源において、トランジ
スタ1がオン状態、トランジスタ2がオフ状態のとき、
電流は、電源端子40からトランス3の一方側及びトラ
ンジスタ1をそれぞれ経由して接地点に流れる。また、
トランジスタ1がオフ状態、トランジスタ2がオン状態
のとき、電流は、電源端子40からトランス3の他方側
及びトランジスタ2をそれぞれ経由して接地点に流れ
る。
【0008】従って、入力信号A,Bによりトランジス
タ1,2を交互にオンさせれば、トランス3の二次巻線
側には交流電圧が発生する。
【0009】即ち、トランス3二次巻線に生じる電流
は、整流用のダイオ−ド4によって整流され、出力用チ
ョ−クコイル5及び平滑用のコンデンサ6によって脈流
分が平滑される。これにより、出力端子41からは、直
流電圧が出力される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記スイッチング電源
は、トランス3を有しているため、スイッチング時にト
ランス3に偏励磁が生じる。この偏励磁が生じると、磁
気飽和によりトランスとしての機能を失ったり、インダ
クタンス分が失われてトランスに大電流が流れトランジ
スタが破壊されたりするため、この偏励磁を防ぐ必要が
ある。
【0011】そこで、従来では、トランジスタ1,2の
電流増幅率hfeを揃えたり、スイッチング電源をコン
デンサ結合形で構成するようにしている。
【0012】しかし、この場合、トランジスタ1,2の
選別時間が増大し、さらにコンデンサの容量及び耐圧な
どを考慮するとコンデンサが大きくなり、スイッチング
電源自体が大型化する欠点がある。
【0013】また、ハ−フブリッジ(プッシュプル)方
式のスイッチング電源では、トランジスタ1,2の両方
が一時的にオン状態になる両点弧現象が生じ易い。この
現象が生じると、消費電流が膨大となり、また、トラン
ジスタが破壊されるため、この両点弧現象を防ぐ必要が
ある。
【0014】そこで、従来では、トランジスタ1,2の
閾値のばらつきを見込んで入力信号A,Bのタイミング
を設定し、トランジスタ1,2の両方が一時的にオン状
態になることを防止している。
【0015】しかし、この場合、トランジスタ1,2の
両方がオフ状態になるデットタイムが生じるため、出力
電圧の制御範囲が狭くなったり、高周波化が難しいとい
う欠点がある。
【0016】本発明は、上記欠点を解決すべくなされた
もので、その目的は、スイッチング動作における偏励磁
を防止し、両点孤現象による消費電力の増大やトランジ
スタの破壊を防止する機能を有するスイッチング電源を
提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のスイッチング電源は、ベ−スに第1入力信
号が入力される第1トランジスタと、ベ−スに前記第1
入力信号に対し相補的な第2入力信号が入力される第2
トランジスタと、前記第1トランジスタのエミッタと第
1電源との間に接続され、前記第1トランジスタに流れ
る電流の値を制御する第1手段と、前記第2トランジス
タのエミッタと前記第1電源との間に接続され、前記第
2トランジスタに流れる電流の値を制御する第2手段
と、一次巻線が前記第1トランジスタのコレクタと前記
第2トランジスタのコレクタの間に接続され、前記一次
巻線が第2電源に接続される出力用トランスと、前記出
力用トランスの二次巻線側に設けられる出力手段と、前
記出力用トランスの三次巻線側に設けられ、前記第1及
び第2トランジスタに流れる電流を検出することにより
前記第1及び第2トランジスタに流れる電流の値を等し
くするように前記第1及び第2手段を制御する偏励磁防
止手段と、前記第1トランジスタに流れる電流を検出す
る第1電流検出用トランス及び前記第2トランジスタに
流れる電流を検出する第2電流検出用トランスをそれぞ
れ備え、前記第1及び第2トランジスタに流れる電流の
加算値が所定値を越える場合に前記第1及び第2トラン
ジスタに流れる電流を抑制するように前記第1及び第2
手段を制御する両点孤現象防止手段とを備えている。
【0018】前記第1手段は、コレクタが前記第1トラ
ンジスタのエミッタに接続され、エミッタが第1抵抗を
経由して前記第1電源に接続される第3トランジスタ
と、前記偏励磁防止手段及び前記両点孤現象防止手段の
出力信号に基づいて前記第3トランジスタのベ−スに制
御信号を与える第1ドライバとから構成される。
【0019】前記第2手段は、コレクタが前記第2トラ
ンジスタのエミッタに接続され、エミッタが第2抵抗を
経由して前記第1電源に接続される第4トランジスタ
と、前記偏励磁防止手段及び前記両点孤現象防止手段の
出力信号に基づいて前記第4トランジスタのベ−スに制
御信号を与える第2ドライバとから構成される。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明のスイッチング電源について詳細に説明する。
【0021】図1は、本発明の実施の形態に関わるスイ
ッチング電源を示すものである。
【0022】1及び2は、スイッチング用のnpn型バ
イポ−ラトランジスタである。トランジスタ1のベ−ス
には、入力信号Aが入力され、トランジスタ2のベ−ス
には、入力信号Bが入力されている。入力信号A,B
は、互いに相補的に変化する信号である。
【0023】トランジスタ1のエミッタは、npn型バ
イポ−ラトランジスタ18のコレクタに接続され、トラ
ンジスタ18のエミッタは、抵抗20を経由して接地点
に接続されている。また、トランジスタ2のエミッタ
は、npn型バイポ−ラトランジスタ19のコレクタに
接続され、トランジスタ19のエミッタは、抵抗21を
経由して接地点に接続されている。
【0024】3は、出力用のトランスである。このトラ
ンス3の一次巻線の一端は、電流検出用のトランス22
の一次巻線を経由してトランジスタ1のコレクタに接続
されている。また、トランス3の一次巻線の他端は、電
流検出用のトランス23の一次巻線を経由してトランジ
スタ2のコレクタに接続されている。入力電圧VIN
は、トランス3に与えられている。
【0025】トランス3の二次巻線は、整流用のダイオ
−ド4に接続されている。整流用のダイオ−ド4は、出
力用チョ−クコイル5及び平滑用のコンデンサ6を経由
して出力端子に接続されている。
【0026】42は、偏励磁防止回路である。偏励磁防
止回路42は、演算用のアンプ14と、演算用のアンプ
14の一方の入力端とトランス3の三次巻線との間に接
続される信号検波用ダイオ−ド7,8、フィルタ用のコ
ンデンサ9,10及び電圧合成用の抵抗11,12とを
有している。
【0027】また、演算用のアンプ14の出力端と一方
の入力端の間には、フィ−ドバック用の抵抗13が接続
され、演算用のアンプ14の他方の入力端と接地点の間
には、バイアス用の抵抗15が接続されている。
【0028】演算用のアンプ14の出力信号は、ドライ
バ16,17に与えられている。ドライバ16,17
は、演算用のアンプ14の出力信号に基づいて、偏励磁
が“0”となるようにトランジスタ18,19の動作を
制御する。
【0029】このように、偏励磁防止回路42は、トラ
ンジスタ1,2に流れるスイッチング電流を検出し、偏
励磁が生じないように、トランジスタ1,2に流れるス
イッチング電流の値を等しくする機能を有している。
【0030】43は、両点孤現象防止回路である。両点
孤現象防止回路43は、演算用のアンプ32と、演算用
のアンプ32の一方の入力端とトランス22の二次巻線
との間に接続される信号検波用ダイオ−ド25、フィル
タ用のコンデンサ27及び電圧合成用の抵抗29と、演
算用のアンプ32の一方の入力端とトランス23の二次
巻線との間に接続される信号検波用ダイオ−ド24、フ
ィルタ用のコンデンサ26及び電圧合成用の抵抗28と
を有している。
【0031】また、演算用のアンプ32の出力端と一方
の入力端の間には、フィ−ドバック用の抵抗30が接続
され、演算用のアンプ32の他方の入力端と接地点の間
には、バイアス用の抵抗31が接続されている。
【0032】演算用のアンプ32の出力信号は、ドライ
バ16,17に与えられている。ドライバ16,17
は、演算用のアンプ32の出力信号に基づいて、両点孤
現象が生じないようにトランジスタ18,19の動作を
制御する。
【0033】このように、両点孤現象防止回路43は、
トランス22の二次巻線側及びトランス23の二次巻線
側に流れる電流を電圧に変換して加算し、この値が所定
値以上になったときには、両点孤現象が生じているもの
と判断し、トランジスタ1,2に流れるスイッチング電
流を制御する機能を有している。
【0034】次に、上述のスイッチング電源の動作につ
いて説明する。
【0035】トランジスタ1がオン状態、トランジスタ
2がオフ状態のとき、電流は、電源端子40からトラン
ス3の一方側及びトランジスタ1,18をそれぞれ経由
して接地点に流れる。また、トランジスタ1がオフ状
態、トランジスタ2がオン状態のとき、電流は、電源端
子40からトランス3の他方側及びトランジスタ2,1
9をそれぞれ経由して接地点に流れる。
【0036】従って、入力信号A,Bによりトランジス
タ1,2を交互にオンさせれば、トランス3の二次巻線
側には交流電圧が発生する。
【0037】即ち、トランス3の二次巻線に生じる電流
は、整流用のダイオ−ド4によって整流され、出力用チ
ョ−クコイル5及び平滑用のコンデンサ6によって脈流
分が平滑される。これにより、出力端子41からは、直
流電圧が出力される。
【0038】一方、トランス3の三次巻線側にも交流電
圧が発生する。
【0039】トランジスタ1がオン状態のとき、トラン
ス3の三次巻線に生じる電流は、ダイオ−ド7を経由
し、コンデンサ9で平滑され、さらに抵抗11を経由し
てアンプ14に入力される。ドライバ16は、アンプ1
4の出力を検出し、トランジスタ18の状態を制御す
る。即ち、ドライバ16は、偏励磁が生じないように、
トランジスタ1に流れる電流を所定値に設定する。
【0040】また、トランジスタ2がオン状態のとき、
トランス3の三次巻線に生じる電流は、ダイオ−ド8を
経由し、コンデンサ10で平滑され、さらに抵抗12を
経由してアンプ14に入力される。ドライバ17は、ア
ンプ14の出力を検出し、トランジスタ19の状態を制
御する。即ち、ドライバ17は、偏励磁が生じないよう
に、トランジスタ2に流れる電流を所定値に設定する。
【0041】このように、トランス3の三次巻線側に生
じる交流電圧を検出し、トランジスタ1,2に流れる電
流を等しくすることで偏励磁を防止することができる。
【0042】また、トランジスタ1,2が交互にオン状
態となる場合、トランス22の二次巻線及びトランス2
3の二次巻線には、交互に電流が流れる。従って、アン
プ32には、所定値よりも大きな電圧は入力されない。
しかし、両点弧現象が生じ、トランジスタ1,2が同時
にオン状態になった場合、トランス22の二次巻線及び
トランス23の二次巻線には、同時に電流が流れるた
め、所定値よりも大きな電圧がアンプ32に入力され
る。
【0043】ドライバ16,17は、アンプ32の出力
を検出することで、両点弧時に、トランジスタ1,2に
流れる電流を抑制するように、トランジスタ18,19
の状態を制御する。これにより、トランジスタ1,2の
破壊を防止する。
【0044】上記構成のスイッチング電源によれば、ト
ランジスタ1,2に流れる電流を検出し、トランジスタ
1,2に流れる電流を等しくするような偏励磁防止回路
42を備えているため、偏励磁を“0”にすることがで
きる。また、トランジスタ1,2に流れる電流の加算値
を検出し、その加算値が所定値を越えるような場合にト
ランジスタ1,2に流れる電流を制限することで、両点
弧現象によるトランジスタ1,2の破壊を防止すること
ができる。
【0045】なお、本発明は、オ−ディオ装置のアン
プ、制御装置のモ−タ駆動回路などに適用することがで
きる。
【0046】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明のスイッ
チング電源によれば、次のような効果を奏する。
【0047】ハ−フブリッジ(プッシュプル)トランジ
スタの各々に流れる電流を検出し、これらトランジスタ
に流れる電流を等しくするような偏励磁防止回路を備え
ることにより、偏励磁を“0”にすることができる。
【0048】従って、トランジスタの電流増幅率hfe
を揃えるという作業が不必要になり、トランジスタの選
別時間の増大という問題を解決できる。また、スイッチ
ング電源をコンデンサ結合形で構成する必要もなく、ス
イッチング電源の小型化を達成できる。
【0049】また、各トランジスタに流れる電流の加算
値を検出し、その加算値が所定値を越えるような場合に
各トランジスタに流れる電流を制限することで、両点弧
現象による消費電力の増大やトランジスタの破壊を防止
することができる。
【0050】従って、トランジスタの両方がオフ状態に
なるデットタイムを設ける必要がなく、また、出力電圧
の制御範囲が狭くなったり、高周波化が難しくなったり
することもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に関わるスイッチング電源
を示す回路図。
【図2】従来のスイッチング電源を示す回路図。
【符号の説明】
1,2 :スイッチング用npn型バイポ−ラ
トランジスタ、 3 :出力用トランス、 4 :整流用ダイオ−ド、 5 :出力用チョ−クコイル、 6 :平滑用コンデンサ、 7,8 :信号検波用ダイオ−ド、 9,10 :フィルタ用コンデンサ、 11,12 :電圧合成用抵抗、 13 :フィ−ドバック用抵抗、 14 :演算用アンプ、 15 :バイアス用抵抗、 16,17 :ドライブ回路、 18,19 :電流制御用npn型バイポ−ラト
ランジスタ、 20,21 :バイアス用抵抗、 22,23 :電流検出用トランス、 24,25 :信号検出用ダイオ−ド、 26,27 :フィルタ用コンデンサ、 28,29 :電圧合成用抵抗、 30 :フィ−ドバック用抵抗、 31 :バイアス用抵抗、 32 :演算用アンプ、 40 :電源端子、 41 :出力端子、 42 :偏励磁防止回路、 43 :両点孤現象防止回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−284725(JP,A) 特開 昭51−9217(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02M 3/00 - 3/44

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベ−スに第1入力信号が入力される第1
    トランジスタと、ベ−スに前記第1入力信号に対し相補
    的な第2入力信号が入力される第2トランジスタと、前
    記第1トランジスタのエミッタと第1電源との間に接続
    され、前記第1トランジスタに流れる電流の値を制御す
    る第1手段と、前記第2トランジスタのエミッタと前記
    第1電源との間に接続され、前記第2トランジスタに流
    れる電流の値を制御する第2手段と、一次巻線が前記第
    1トランジスタのコレクタと前記第2トランジスタのコ
    レクタの間に接続され、前記一次巻線が第2電源に接続
    される出力用トランスと、前記出力用トランスの二次巻
    線側に設けられる出力手段と、前記出力用トランスの三
    次巻線側に設けられ、前記第1及び第2トランジスタに
    流れる電流を検出することにより前記第1及び第2トラ
    ンジスタに流れる電流の値を等しくするように前記第1
    及び第2手段を制御する偏励磁防止手段と、前記第1ト
    ランジスタに流れる電流を検出する第1電流検出用トラ
    ンス及び前記第2トランジスタに流れる電流を検出する
    第2電流検出用トランスをそれぞれ備え、前記第1及び
    第2トランジスタに流れる電流の加算値が所定値を越え
    る場合に前記第1及び第2トランジスタに流れる電流を
    抑制するように前記第1及び第2手段を制御する両点孤
    現象防止手段とを具備することを特徴とするスイッチン
    グ電源。
  2. 【請求項2】 前記第1手段は、コレクタが前記第1ト
    ランジスタのエミッタに接続され、エミッタが第1抵抗
    を経由して前記第1電源に接続される第3トランジスタ
    と、前記偏励磁防止手段及び前記両点孤現象防止手段の
    出力信号に基づいて前記第3トランジスタのベ−スに制
    御信号を与える第1ドライバとから構成され、前記第2
    手段は、コレクタが前記第2トランジスタのエミッタに
    接続され、エミッタが第2抵抗を経由して前記第1電源
    に接続される第4トランジスタと、前記偏励磁防止手段
    及び前記両点孤現象防止手段の出力信号に基づいて前記
    第4トランジスタのベ−スに制御信号を与える第2ドラ
    イバとから構成されていることを特徴とする請求項1記
    載のスイッチング電源。
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