JP3302808B2 - Switching power supply - Google Patents

Switching power supply

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JP3302808B2
JP3302808B2 JP31528793A JP31528793A JP3302808B2 JP 3302808 B2 JP3302808 B2 JP 3302808B2 JP 31528793 A JP31528793 A JP 31528793A JP 31528793 A JP31528793 A JP 31528793A JP 3302808 B2 JP3302808 B2 JP 3302808B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、各種電子機器に使用さ
れるスイッチング電源装置に関するものであり、特に電
力変換トランス1次側のスイッチング回路素子の高速駆
動に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching power supply device used for various electronic devices, and more particularly to a high-speed driving of a switching circuit element on a primary side of a power conversion transformer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、各種電子機器の電源装置に於いて
は、電力変換効率向上と装置の小型化のため、交流入力
電力を整流して直流化した電力とし、その直流電力をも
とに電力半導体素子などを用いて断続することで高周波
電力に変換して小型の電力変換トランスにて電力転送を
行い直流出力をとりだす所謂スイッチング電源装置が広
く用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, in power supply devices for various electronic devices, in order to improve power conversion efficiency and reduce the size of the device, AC input power is rectified into DC power, and the DC power is used as a basis. 2. Description of the Related Art A so-called switching power supply device is widely used in which power is converted into high-frequency power by intermittent use of a power semiconductor element or the like, and power is transferred by a small power conversion transformer to obtain a DC output.

【0003】そして、電力変換効率を向上させるため、
制御信号を時比率(以下、PWMという)信号として電
力半導体素子に与えるPWM電力制御方法が一般的にな
っている。
In order to improve power conversion efficiency,
A PWM power control method in which a control signal is given to a power semiconductor element as a duty ratio (hereinafter, referred to as PWM) signal has become common.

【0004】この様な電源装置に於いては制御信号発生
部と、電力制御部の電位が大幅に異なっていることが多
く、電気的絶縁を施す必要がある。そのための技術とし
ては、光学的絶縁手段であるホトカプラにより信号転送
を行う方法も使用されているが、ホトカプラのホトトラ
ンジスタ部が高速応答しにくく、通常信号転送速度とし
ては10KHz程度であった。ところが電力制御装置の
高精度化や小型化、そして低騒音化を進めるためには、
そのPWM信号転送速度を上げれば上げるだけ良くなる
ためホトカプラの信号伝達速度では不十分になってきて
いた。
In such a power supply device, the potential of the control signal generating section and the potential of the power control section are often significantly different, and it is necessary to provide electrical insulation. As a technique therefor, a method of performing signal transfer using a photocoupler, which is an optical insulating means, is also used. However, the phototransistor section of the photocoupler is difficult to respond at high speed, and the signal transfer speed is usually about 10 KHz. However, in order to improve the precision and size of the power control device and reduce noise,
The higher the PWM signal transfer rate, the better the increase. Therefore, the signal transmission speed of the photocoupler has become insufficient.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】そのために、信号伝達
手段として図6の従来のスイッチング電源装置の回路図
に示すように、絶縁トランスT1を制御回路と電力制御
回路の間に挿入する回路が考案されている。
To this end, as shown in the circuit diagram of the conventional switching power supply of FIG. 6, a circuit for inserting an isolation transformer T1 between a control circuit and a power control circuit has been devised as a signal transmission means. Have been.

【0006】この回路では1次回路と2次回路の絶縁用
に信号伝達トランスを用いているので、トランスの磁性
材料を高周波領域で損失の少ないものを用い、また、巻
線構造や巻数を工夫することで必要とされる高周波信号
伝達特性を得ることが可能になる。
In this circuit, a signal transmission transformer is used to insulate the primary circuit and the secondary circuit. Therefore, a magnetic material having a low loss in a high frequency region is used for the transformer, and the winding structure and the number of windings are devised. This makes it possible to obtain the required high-frequency signal transmission characteristics.

【0007】この様にPWM信号転送用に絶縁トランス
を使用することにより比較的簡単に高速PWM信号転送
回路が実現できる。
As described above, by using an insulating transformer for transferring a PWM signal, a high-speed PWM signal transfer circuit can be realized relatively easily.

【0008】しかしPWM信号を転送しないときなど
は、TR5のトランジスタがカットオフしてしまうため
トランスT1は高インピーダンス状態になってしまいT
R2とTR3のトランジスタのバイアスが不安定になり
TR4のMOS−FET(Metal Oxide Semiconductor
Field Effect Transistor )が誤動作してしまう等の欠
点があった。
However, when the PWM signal is not transferred, for example, the transistor of TR5 is cut off, so that the transformer T1 is in a high impedance state, and
The bias of the transistor of R2 and TR3 becomes unstable, and the MOS-FET (Metal Oxide Semiconductor) of TR4
There were drawbacks such as the malfunction of the Field Effect Transistor).

【0009】またPWM信号を転送している時にも、駆
動インピーダンスが高いためTR2とTR3のトランジ
スタの蓄積電荷が放電しきれないために、スイッチング
スピードが低くスイッチング周波数を下げざるを得ない
等の問題もあった。
Further, even when transferring the PWM signal, the driving impedance is high, so that the accumulated charges in the transistors TR2 and TR3 cannot be completely discharged, so that the switching speed is low and the switching frequency has to be lowered. There was also.

【0010】本発明は、上記従来技術の問題点を解消す
るために成されたもので、電力変換トランス1次側のス
イッチングスピードをより高速化したスイッチング電源
装置を提供することを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to provide a switching power supply device in which the switching speed of the primary side of a power conversion transformer is further increased. It is.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、スイッチング電源装置を次の(1)の
とおりに構成する。 (1)信 号伝達トランスと電力変換トランスとを備え電
力変換トランスの1次側に備えた電力半導体素子に時比
率信号を入力して電力変換トランス2次側からの出力の
制御を行うスイッチング電源装置であって、時比率信
を前記信号伝達トランスの1次側巻線に入力する時比率
信号発振制御回路と、時比率信号を前記信号伝達トラン
スの2次側巻線から入力し前記電力半導体素子の制御端
に出力する電力増幅回路を有する電力半導体素子駆動
回路と、前記信号伝達トランスの2次側巻線と前記電力
増幅回路に接続されて前記電力増幅回路および前記電力
半導体素子の作動を制御する制御手段とを備え、 前記制
御手段は、電界効果トランジスタによって構成され、前
記信号伝達トランスの1次側巻線への時比率信号の入力
状態により前記信号伝達トランスの2次側巻線を短絡状
態としたりしなかったりするものであるスイッチング電
源装置。
In order to achieve the above object,
Therefore, according to the present invention, the switching power supply device is described in the following (1).
Configure as follows. (1) switching power supply enter the duty ratio signal to the power semiconductor device having the primary side of the power conversion transformer and a signal transmission transformer and the power conversion transformer for controlling the output from the power conversion transformer secondary side an apparatus, the ratio signal oscillation control circuit when entering the time ratio No. Ritsushin into the primary side winding of the signaling transformer, a duty ratio signal inputted from the secondary winding of the signal transmission transformer the power semiconductor element drive circuit and the signal the power amplifier circuit connected to said power amplifier circuit and the secondary side winding of the transmitting transformer and the power semiconductor device having a power amplifier for power output to the control terminal of the power semiconductor element Bei and control means for controlling the operation example, the system
The control means is constituted by a field effect transistor.
Input of the duty ratio signal to the primary winding of the signal transmission transformer
Depending on the condition, the secondary winding of the signal transmission transformer is short-circuited
Switching power that may or may not
Source equipment.

【0012】[0012]

【作用】以上の構成により、信号伝達トランスに時比率
駆動信号の駆動レベル入力がないときは、制御手段によ
って信号伝達トランスの出力側を短絡状態にすることに
より、電力半導体駆動回路および電力半導体素子の誤動
作の発生を防止でき、電力変換トランスを従来以上に高
速に駆動して出力することができる。
According to the above arrangement, when there is no drive level input of the duty ratio drive signal in the signal transmission transformer, the output side of the signal transmission transformer is short-circuited by the control means, so that the power semiconductor drive circuit and the power semiconductor element Can be prevented, and the power conversion transformer can be driven and output at a higher speed than before.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明に係るスイッチング電源装置を
実施例により説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a switching power supply according to the present invention will be described with reference to embodiments.

【0014】(第1実施例)図1は本発明の第1実施例
を示す回路図である。なお後記実施例の回路図(図2〜
図5)で示す同一符号は同一構成部分を示している。
(First Embodiment) FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention. The circuit diagram of the embodiment described later (FIGS.
The same reference numerals shown in FIG. 5) indicate the same components.

【0015】図1において、T1はPWM信号伝達を行
う絶縁トランスであり、TR1はトランスの巻線短絡用
の接合型FETである。D1は信号伝達トランスT1の
逆起電圧クランプ用ダイオードであり、R1は信号伝達
トランスT1の逆起電力を吸収するダンピング抵抗であ
る。TR2とTR3はTR4のMOS−FETをドライ
ブするトランジスタでありその駆動波形によりTR4は
電力スイッチングを行いその電力はT2に印加される。
In FIG. 1, T1 is an insulating transformer for transmitting a PWM signal, and TR1 is a junction FET for short-circuiting a winding of the transformer. D1 is a diode for clamping a back electromotive voltage of the signal transmission transformer T1, and R1 is a damping resistor for absorbing the back electromotive force of the signal transmission transformer T1. TR2 and TR3 are transistors for driving the MOS-FET of TR4, and TR4 performs power switching according to the driving waveform, and the power is applied to T2.

【0016】T2は電力変換する絶縁トランスであり、
その出力をD3およびD4のダイオードにより整流しチ
ョークコイルCH1とコンデンサC3によるフィルタに
より直流出力を得る。
T2 is an insulating transformer for power conversion,
The output is rectified by diodes D3 and D4, and a DC output is obtained by a filter including a choke coil CH1 and a capacitor C3.

【0017】C2は、電源リップル吸収用の電解コンデ
ンサである。R5とR6は出力端子に接続された電圧分
圧抵抗であり、その中点は出力電圧検出フィードバック
素子であるIC1の検出端子に接続されIC2に示すP
WM発振制御回路に検出電圧が印加される。
C2 is an electrolytic capacitor for absorbing power supply ripple. R5 and R6 are voltage-dividing resistors connected to the output terminal, and the midpoint thereof is connected to the detection terminal of IC1 which is an output voltage detection feedback element and connected to P2 shown in IC2.
A detection voltage is applied to the WM oscillation control circuit.

【0018】IC2は鋸波発生回路を持ちフィードバッ
ク電圧に見合ったパルスを発生しその出力は、TR5の
トランジスタのベースに接続されている。トランジスタ
TR5のコレクタは信号伝達トランスT1の1次巻線に
接続され主スイッチング素子TR4への駆動波形を転送
する。
IC2 has a sawtooth wave generating circuit and generates a pulse corresponding to the feedback voltage, and its output is connected to the base of the transistor of TR5. The collector of the transistor TR5 is connected to the primary winding of the signal transmission transformer T1, and transfers the drive waveform to the main switching element TR4.

【0019】次に動作について説明する。Next, the operation will be described.

【0020】DC130V入力端子と補助電源入力端子
に各入力電圧が印加されるとPWM発振制御回路IC2
が動作し、TR5のトランジスタのベースにPWM波形
が印加されトランジスタTR5がスイッチングし信号伝
達トランスT1の1次巻線に流れる電流をON−OFF
し、トランスT1の2次巻線に電圧が発生する。
When each input voltage is applied to the DC 130 V input terminal and the auxiliary power input terminal, the PWM oscillation control circuit IC2
Operates, a PWM waveform is applied to the base of the transistor of TR5, the transistor TR5 switches, and the current flowing through the primary winding of the signal transmission transformer T1 is turned on and off.
Then, a voltage is generated in the secondary winding of the transformer T1.

【0021】トランスT1の2次巻線に発生した電圧は
抵抗R1を経由してトランジスタTR2のベースに印加
される。また入力電圧は抵抗R2を経由してコンデンサ
C1に電荷を蓄積するため、コンデンサC1の両端には
トランジスタTR2およびTR3が動作するに十分な電
圧が発生しているので、TR4のパワーMOS−FET
のゲートに規定のパルス幅が印加されMOS−FETが
ON−OFFし電力変換するT2のコンバータトランス
の1次巻線にチョッピング電流が流れる。これにより2
次巻線の両端にチョッピング電圧が発生しD3およびD
4のダイオードにより整流されチョークコイルCH1お
よびコンデンサC3のLCフィルターにより平滑され直
流電圧となり、出力端子間に電圧が発生する。
The voltage generated in the secondary winding of the transformer T1 is applied to the base of the transistor TR2 via the resistor R1. Since the input voltage accumulates electric charge in the capacitor C1 via the resistor R2, a voltage sufficient to operate the transistors TR2 and TR3 is generated at both ends of the capacitor C1, so that the power MOS-FET of the TR4 is generated.
A predetermined pulse width is applied to the gate of the MOS-FET, the MOS-FET is turned on and off, and a chopping current flows through the primary winding of the T2 converter transformer for power conversion. This gives 2
A chopping voltage is generated at both ends of the next winding and D3 and D
4 is rectified by the diode 4 and smoothed by the LC filter of the choke coil CH1 and the capacitor C3 to be a DC voltage, and a voltage is generated between the output terminals.

【0022】ここで発生した電圧は抵抗R5とR6によ
る分圧回路からIC1の電圧検出素子に入力され、その
誤差信号がPWM発振制御回路のIC2にフィードバッ
クされ出力電圧が高いときはパルス幅を狭くし、出力電
圧が低いときはパルス幅を広げるように制御され、出力
電圧が安定化される。
The voltage generated here is input from the voltage dividing circuit composed of resistors R5 and R6 to the voltage detecting element of IC1, and the error signal is fed back to IC2 of the PWM oscillation control circuit. When the output voltage is high, the pulse width becomes narrow. When the output voltage is low, the pulse width is controlled to be widened, and the output voltage is stabilized.

【0023】トランスT2の第2の1次巻線にはトラン
スT2の第1の1次巻線との巻線比分の電圧が発生し、
その電圧をダイオードD2により整流してコンデンサC
1に充電しトランジスタTR2とTR3の動作電圧とし
て供給する。
In the second primary winding of the transformer T2, a voltage corresponding to the winding ratio with respect to the first primary winding of the transformer T2 is generated.
The voltage is rectified by the diode D2 and the capacitor C
1 and supplied as the operating voltage of the transistors TR2 and TR3.

【0024】ここでPWM信号が高電位になるとトラン
ジスタTR5がオンし信号伝達トランスT1の1次巻線
に電圧が印加され、トランスT1の2次巻線に電圧が発
生する。この電圧は抵抗R1を通じてPch−FETで
あるTR1のゲート電圧を正電位に持上げTR1は逆バ
イアスされ、接合型FETであるTR1は高インピーダ
ンス状態になり、抵抗R1を通る電流はトランジスタT
R2のベースに流れ込む。
Here, when the PWM signal becomes high potential, the transistor TR5 is turned on, a voltage is applied to the primary winding of the signal transmission transformer T1, and a voltage is generated in the secondary winding of the transformer T1. This voltage raises the gate voltage of the Pch-FET TR1 to a positive potential through the resistor R1, and the TR1 is reverse-biased, the junction FET TR1 enters a high impedance state, and the current passing through the resistor R1 is the transistor T1.
It flows into the base of R2.

【0025】トランジスタTR2は、ベース電流がトラ
ンスT1から流れ込むためトランジスタTR2のエミッ
タ電圧がトランスT1の2次巻線発生電圧とほぼ等しく
なるまで持上げられ、その電圧は抵抗R3を通じてTR
4のMOS−FETのゲート電圧を持上げTR4のMO
S−FETはオン状態になりドレイン電流が流れる。
Since the base current flows from the transformer T1, the transistor TR2 is raised until the emitter voltage of the transistor TR2 becomes substantially equal to the voltage generated by the secondary winding of the transformer T1.
The gate voltage of MOS-FET No. 4 is raised and MO of TR4 is raised.
The S-FET is turned on and a drain current flows.

【0026】またPWM信号が低電位になるとトランジ
スタTR5のベース電流が無くなりTR5がオフしトラ
ンスT1の1次巻線の電流が遮断され、トランスT1の
2次巻線は正電位から反転して逆方向の電位が発生す
る。この電位によりD1のダイオードがオンし抵抗R1
を経由して回生電流が流れる。この時流れる電流により
抵抗R1の電位は負電位に固定されTR1のゲート電位
も負電位となり、Pch−FETであるTR1はオン
し、トランジスタTR2およびTR3のベース電位を強
制的に接地電位にする。
When the PWM signal becomes low potential, the base current of the transistor TR5 disappears, the transistor TR5 is turned off, the current of the primary winding of the transformer T1 is cut off, and the secondary winding of the transformer T1 is inverted from the positive potential and inverted. A potential in the direction is generated. With this potential, the diode of D1 turns on and the resistor R1
A regenerative current flows via the. The current flowing at this time fixes the potential of the resistor R1 at a negative potential, the gate potential of the TR1 also becomes a negative potential, turns on the Pch-FET TR1 and forcibly sets the base potentials of the transistors TR2 and TR3 to the ground potential.

【0027】そのためトランジスタTR3は、トランジ
スタTR4のゲートに充電されていた電荷を抵抗R3を
通じてエミッタに吸込みTR4のMOS−FETのゲー
ト−ドレイン間電圧を急速に放電してTR4をオフさせ
ドレイン電流を遮断する。
For this reason, the transistor TR3 sucks the charge charged in the gate of the transistor TR4 into the emitter through the resistor R3, rapidly discharges the gate-drain voltage of the MOS-FET of the transistor TR4, turns off the transistor TR4, and cuts off the drain current. I do.

【0028】この様な動作を繰返して主スイッチ素子で
あるMOS−FETのTR4をオン−オフさせることで
出力電力制御を行っている。
The above operation is repeated to turn on / off the TR4 of the MOS-FET which is the main switch element, thereby controlling the output power.

【0029】上記実施例の電源装置に於いて、外部制御
信号等により出力を停止しようとするときはPWM信号
を停止することにより主スイッチ素子の電力スイッチン
グTR4を停止させる。
In the power supply device of the above embodiment, when the output is to be stopped by an external control signal or the like, the PWM signal is stopped to stop the power switching TR4 of the main switch element.

【0030】次に本実施例の作用と効果について説明す
る。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.

【0031】図6に示したような従来例においては、ト
ランジスタTR5のスイッチング動作が停止した後で、
トランスT1の励磁電流により逆起電圧が発生し、ダイ
オードD1がオンしトランスT1の励磁電流はダイオー
ドD1を経由して放電される。
In the conventional example shown in FIG. 6, after the switching operation of the transistor TR5 is stopped,
A back electromotive voltage is generated by the exciting current of the transformer T1, the diode D1 is turned on, and the exciting current of the transformer T1 is discharged via the diode D1.

【0032】そのためトランスT1の2次巻線側では、
ダイオードD1の励磁電流が流れ続けいている間は逆起
電圧によりトランジスタTR2とTR3は逆バイアスが
印加されている。そして励磁電流は放電し続け、励磁電
流が最終的に無くなると各巻線の端子間には電位差が無
くなり、信号転送トランスT1はトランス自身のインダ
クタンスが持つインピーダンスとなり、1次2次巻線共
に非常に高インピーダンス状態になる。
Therefore, on the secondary winding side of the transformer T1,
While the exciting current of the diode D1 continues to flow, a reverse bias is applied to the transistors TR2 and TR3 by the back electromotive force. Then, the exciting current continues to be discharged, and when the exciting current finally disappears, the potential difference between the terminals of each winding disappears, and the signal transfer transformer T1 becomes the impedance of the transformer's own inductance, and both the primary and secondary windings are very low. The state becomes high impedance.

【0033】この現象は信号伝達トランスT1の特性が
良ければよいほど無信号時にインピーダンスの上昇が顕
著である。そのためトランスT1の2次巻線に接続され
るTR2とTR3のトランジスタのベース端子はフロー
テング状態となり外部からの誘導などを受けやすい状態
になる。スイッチング電源装置などでは1次側スイッチ
電圧が数百Vに及びその電位がフローテング状態のトラ
ンジスタTR2とTR3のベース回路に誘導するとトラ
ンジスタTR2とTR3のエミッタにノイズ電圧が発生
する。
In this phenomenon, the better the characteristics of the signal transmission transformer T1, the more the impedance rises when there is no signal. As a result, the base terminals of the transistors TR2 and TR3 connected to the secondary winding of the transformer T1 are in a floating state and are susceptible to external induction. In a switching power supply or the like, when the primary side switch voltage reaches several hundred volts and the potential is induced to the base circuit of the transistors TR2 and TR3 in a floating state, a noise voltage is generated at the emitters of the transistors TR2 and TR3.

【0034】そのノイズ電圧によりTR4のMOS−F
ETのゲートが駆動されTR4が誤動作しTR4のドレ
イン電圧がノイズにより振動する現象が発生する。この
TR4の電力スイッチ素子のドレイン電圧が振動するこ
とでノイズが発生し、また高インピーダンス状態のトラ
ンジスタTR2とTR3のベース回路に誘導する。この
様なノイズ誘導ループができ上がり外部制御入力により
PWM信号を停止したにもかかわらずノイズループによ
り回路が異常発振し回路動作が止まらないといった問題
が従来装置では発生する。
The noise voltage of the MOS-F of TR4
The ET gate is driven, TR4 malfunctions, and the drain voltage of TR4 oscillates due to noise. Oscillation of the drain voltage of the power switch element of the transistor TR4 generates noise, and the noise is guided to the base circuit of the transistors TR2 and TR3 in a high impedance state. Such a noise induction loop is completed, and the conventional apparatus has a problem that the circuit is abnormally oscillated by the noise loop and the operation of the circuit is not stopped even though the PWM signal is stopped by the external control input.

【0035】しかし、本発明の実施例においては、図1
に示すようにトランジスタTR2とTR3のベース回路
にTR1のPch−FETを抵抗R7を介してソースを
接続し、TR1のドレインは接地し、ゲートは抵抗R1
に接続した構成により、トランスT1が動作状態時の正
電位の信号に対しては、TR1のPch−FETのゲー
トが逆バイアスされると、TR1のFETのドレイン−
ソース間はトランスT1と抵抗R1に対して高インピー
ダンス状態になり、トランスT1の2次巻線に発生した
信号はトランジスタTR2とTR3のベースに伝達され
る。
However, in the embodiment of the present invention, FIG.
As shown in the figure, the source of the Pch-FET of the transistor TR1 is connected to the base circuit of the transistors TR2 and TR3 via the resistor R7, the drain of the transistor TR1 is grounded, and the gate is the resistor R1.
When the gate of the Pch-FET of the TR1 is reverse-biased with respect to the signal of the positive potential when the transformer T1 is in the operating state, the drain of the FET of the TR1
A high impedance state is established between the sources with respect to the transformer T1 and the resistor R1, and the signal generated in the secondary winding of the transformer T1 is transmitted to the bases of the transistors TR2 and TR3.

【0036】そして、トランジスタT1の駆動信号が低
電位のときは、TR1のFETゲート電位がゼロバイア
スとなり、TR1のドレイン−ソース間が低抵抗状態に
なりトランスT2とトランジスタTR3のベース電位を
ほぼ接地電位にし、トランジスタTR3が電流を吸込み
TR4に充電した電荷を放電する。
When the drive signal of the transistor T1 is at a low potential, the FET gate potential of the TR1 becomes zero bias, the resistance between the drain and the source of the TR1 becomes low, and the base potentials of the transformer T2 and the transistor TR3 are almost grounded. The transistor TR3 sinks the current to discharge the electric charge charged in the transistor TR4.

【0037】また、外部からの発振停止信号によりトラ
ンスT1にPWM信号が供給されなくなるとトランスT
1の2次巻線間の電圧が発生しなくなるためTR1のP
ch−FETのゲート電位はゼロバイアス状態となりT
R1のドレイン−ソース間は低インピーダンス状態にな
り、TR4のドライブトランジスタであるTR2とTR
3のベース回路を低インピーダンスで接地状態にでき
る。
When the PWM signal is no longer supplied to the transformer T1 due to an external oscillation stop signal, the transformer T1 is turned off.
Since the voltage between the secondary windings of No. 1 is no longer generated,
The gate potential of the ch-FET becomes zero bias and T
A low impedance state is established between the drain and source of R1, and the drive transistors TR2 and TR2 of TR4 are driven.
3 can be grounded with low impedance.

【0038】トランスT1のPWM入力停止時の2次巻
線のインピーダンスに対して、TR1のFETのゼロバ
イアスにおけるベース回路の接地インピーダンスは非常
に低く、動作停止状態において外部からのノイズ注入な
どの現象が発生してもトランジスタTR2とTR3のベ
ース回路の電位が殆ど変動せず、そのためTR4のゲー
ト電位もほぼ接地電位に固定され、TR4のMOS−F
ETのゲート電位が変動しないため、誤動作の発生も防
止できる。
With respect to the impedance of the secondary winding when the PWM input of the transformer T1 is stopped, the ground impedance of the base circuit at the zero bias of the FET of the TR1 is very low. Occurs, the potentials of the base circuits of the transistors TR2 and TR3 hardly fluctuate, so that the gate potential of the transistor TR4 is almost fixed to the ground potential.
Since the gate potential of the ET does not fluctuate, occurrence of a malfunction can be prevented.

【0039】(第2実施例)図2は、本発明の第2実施
例の回路図である。
(Second Embodiment) FIG. 2 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention.

【0040】図1に示す第1実施例ではPWM信号の立
上り時等はTR1のFETが完全には逆バイアスされて
おらず電位が安定するまで信号伝達トランスT1からT
R1のFETに電流が流れてしまいPWM駆動トランジ
スタTR5の電力損失増加とT1のトランス容量の増加
を招いていた。
In the first embodiment shown in FIG. 1, when the PWM signal rises or the like, the FET of TR1 is not completely reverse-biased and the signal transmission transformers T1 to T1 until the potential is stabilized.
A current flows through the FET of R1, resulting in an increase in power loss of the PWM drive transistor TR5 and an increase in the transformer capacity of T1.

【0041】そのため、第2実施例ではTR1のPch
−FETのゲート信号を抵抗R1の手前側から取ること
でTR1のFETのゲートに印加される信号をソース側
よりも早く印加できPWM信号の電位が切換わるのと同
時にFETの導通状態が変化し抵抗R1からの電流は直
接トランジスタTR2とTR3のベース回路に印加され
る。
Therefore, in the second embodiment, the Pch of TR1 is
-By taking the gate signal of the FET from the front side of the resistor R1, the signal applied to the gate of the FET of TR1 can be applied earlier than the source side, and the conduction state of the FET changes at the same time the potential of the PWM signal is switched. The current from the resistor R1 is directly applied to the base circuits of the transistors TR2 and TR3.

【0042】また高電位から低電位に切換わる瞬間にお
いては、TR1のゲートが先に順バイアスされるため抵
抗R1を経由してトランジスタTR2とTR3のベース
電流を引抜こうとしているのを、TR1のソースから直
接高速にベース電流を引抜けるためにトランジスタTR
2とTR3のスイッチング時間を第1実施例よりも短縮
することが可能になる。
At the moment when the potential is switched from the high potential to the low potential, the gate of TR1 is forward-biased first, so that the base current of the transistors TR2 and TR3 is drawn through the resistor R1. Transistor TR to extract base current directly from source at high speed
2 and the switching time of TR3 can be made shorter than in the first embodiment.

【0043】上記のように接続することで、TR5から
のPWM駆動信号を効率よくトランジスタTR2とTR
3に転送することができ、またトランジスタTR5とト
ランスT1の電力損失を低減できる。
By connecting as described above, the PWM drive signal from TR5 can be efficiently transferred to transistors TR2 and TR2.
3 and the power loss of the transistor TR5 and the transformer T1 can be reduced.

【0044】(第3実施例)図3は、駆動周波数を上げ
た第3実施例の回路図である。
(Third Embodiment) FIG. 3 is a circuit diagram of a third embodiment in which the driving frequency is increased.

【0045】トランジスタTR5からのPWM駆動信号
に対してはFETのTR1を追加することでベース回路
の電圧は高速に追従することができるが、トランジスタ
TR2とTR3はバイポーラトランジスタでありベース
電流の蓄積時間分の出力電圧切替速度低下を招く。
The voltage of the base circuit can follow the PWM drive signal from the transistor TR5 at a high speed by adding the transistor TR1. However, the transistors TR2 and TR3 are bipolar transistors, and the base current accumulation time. The output voltage switching speed is reduced.

【0046】そのため本実施例では図3に示すようにダ
イオードD6,D7を追加することでトランジスタTR
2を不飽和駆動して蓄積時間の短縮化を行い、トランジ
スタTR3に関してもダイオード5を追加することで不
飽和駆動を行いトランジスタTR2の速度に合うように
構成してある。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 3, by adding diodes D6 and D7, the transistor TR is added.
2, the storage time is shortened by driving the transistor TR2 in an unsaturated manner, and the diode TR5 is also added to the transistor TR3 to perform the unsaturated drive and match the speed of the transistor TR2.

【0047】スイッチング速度の高速化を行いデバイス
としてバイポーラトランジスタが高電位から低電位に切
換わる瞬間においては、トランジスタTR2のベース電
位よりもトランジスタTR1のゲートが先に順バイアス
され、抵抗R1を経由してトランジスタTR3のベース
電流は抵抗R1を経由せずに、FETのTR1のソース
から直接にベース電流が流れるために、トランジスタT
R3のスイッチング時間を短縮でき、TR4のMOS−
FETのゲート駆動波形を高速化できる。
At the moment when the switching speed is increased and the bipolar transistor is switched from a high potential to a low potential as a device, the gate of the transistor TR1 is forward-biased earlier than the base potential of the transistor TR2, and passes through the resistor R1. Therefore, the base current of the transistor TR3 does not pass through the resistor R1 but flows directly from the source of the FET TR1.
The switching time of R3 can be reduced, and the MOS-
The gate drive waveform of the FET can be speeded up.

【0048】(第4実施例)図4は、本発明の第4実施
例の回路図である。
(Fourth Embodiment) FIG. 4 is a circuit diagram of a fourth embodiment of the present invention.

【0049】図3に示す第3実施例においては、トラン
ジスタTR3側にFETのTR1による高速化回路が追
加されたため、トランスT1の2次巻線に発生する信号
が高電位から低電位に切換わる瞬間においてはTR1の
動作によりトランジスタTR2のオフよりトランジスタ
TR3が早くオンしてしまいトランジスタTR2の蓄積
電荷が抜け切れず、トランジスタTR2からトランジス
タTR3に貫通電流が流れてしまう懸念があり、本実施
例はこれを無くすためにトランジスタTR2のベース回
路にダイオードD8を追加し、トランスT1の出力電位
が低下する時はトランジスタTR2のベースから蓄積電
荷を抵抗R1を経由してトランスT1側に引抜くように
して、トランジスタTR3のオンよりトランジスタTR
2のオフを高速化し貫通電流が流れないようにし、TR
4のMOS−FETの駆動周波数を上げても電力損失が
増加しないように構成してある。
In the third embodiment shown in FIG. 3, since a high-speed circuit by the FET TR1 is added to the transistor TR3, the signal generated in the secondary winding of the transformer T1 switches from a high potential to a low potential. At this moment, there is a concern that the transistor TR3 is turned on earlier than the transistor TR2 is turned off by the operation of the transistor TR1 so that the accumulated charge in the transistor TR2 cannot be completely discharged and a through current flows from the transistor TR2 to the transistor TR3. In order to eliminate this, a diode D8 is added to the base circuit of the transistor TR2, and when the output potential of the transformer T1 decreases, the accumulated charge is drawn from the base of the transistor TR2 to the transformer T1 side via the resistor R1. From the turning on of the transistor TR3, the transistor TR
2 is turned off to prevent a through current from flowing, and TR
The power loss is not increased even if the drive frequency of the MOS-FET No. 4 is increased.

【0050】(第5実施例)図5は、本発明の第5実施
例の回路図である。
(Fifth Embodiment) FIG. 5 is a circuit diagram of a fifth embodiment of the present invention.

【0051】本実施例では、トランジスタTR1の素子
としてPch−FET素子に限定されることなく、電圧
駆動型で、かつディプレッション+エンハンスト型(ノ
ーマリーオン型)の素子もあるPch−MOS−FET
を採用したものであり、動作的にはJ−FETと同様で
ある。
In this embodiment, the element of the transistor TR1 is not limited to a Pch-FET element, but is a Pch-MOS-FET having a voltage-driven type and a depletion + enhanced type (normally-on type).
And the operation is the same as that of the J-FET.

【0052】TR1にMOS−FETを使用することで
TR1の順バイアス時の順方向電流がゲートから流れ出
すのを防止でき、トランジスタTR5とトランスT1の
駆動電力の低減ができ、T1トランスやTR5のトラン
ジスタが小型化できる。
By using a MOS-FET for TR1, a forward current at the time of forward bias of TR1 can be prevented from flowing out from the gate, the driving power of the transistor TR5 and the transformer T1 can be reduced, and the transistor of the T1 transformer or TR5 can be reduced. Can be downsized.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
PWM信号伝達トランスの2次側巻線と電力半導体素子
の駆動回路との間にFETによる巻線短絡を行う制御回
路を備えたことにより、入力信号の状態でトランスの2
次巻線を高速度でかつ自動的に短絡状態に、或は短絡の
開放状態に出来るため、電力半導体素子を駆動する回路
のスイッチングスピードの高速化が出来る。
As described above, according to the present invention,
By providing a control circuit for short-circuiting the winding by the FET between the secondary winding of the PWM signal transmission transformer and the drive circuit of the power semiconductor element, the transformer of the transformer can be used in the state of the input signal.
Since the next winding can be automatically short-circuited or open-circuited at a high speed, the switching speed of the circuit for driving the power semiconductor element can be increased.

【0054】また、PWM信号が停止した時には、信号
伝達トランスの2次側巻線を自動的に短絡状態にするこ
とが可能なため、外部からのノイズ信号注入が為された
時等でも、電力半導体素子が誤動作することを防止でき
安定した電源回路を構成できる効果がある。
Further, when the PWM signal is stopped, the secondary winding of the signal transmission transformer can be automatically short-circuited. There is an effect that a malfunction of the semiconductor element can be prevented and a stable power supply circuit can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1実施例の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】 第2実施例の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a second embodiment.

【図3】 第3実施例の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a third embodiment.

【図4】 第4実施例の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of a fourth embodiment.

【図5】 第5実施例の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a fifth embodiment.

【図6】 従来のスイッチング電源装置の回路図であ
る。
FIG. 6 is a circuit diagram of a conventional switching power supply device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

C1 バイパスコンデンサ C2 平滑コンデンサ C3 平滑コンデンサ D1 逆バイアスダイオード D2 整流ダイオード D3,D4 出力電圧整流ダイオード D5〜D8 高速化ダイオード CH1 電圧平滑チョークコイル IC1 出力電圧検出素子 IC2 PWM発振制御回路 R1 ドライブ段駆動抵抗 R2 起動抵抗 R3 駆動抵抗 R4〜R6 電圧検出抵抗 R7 電流制限抵抗 T1 信号伝達する絶縁トランス T2 電力変換する絶縁トランス TR1 巻線短絡素子(Pch J−FET,MOS−
FET) TR2 ドライブトランジスタ TR3 ドライブトランジスタ TR4 電力スイッチングをするMOS−FET TR5 PWM駆動信号スイッチングトランジスタ
C1 bypass capacitor C2 smoothing capacitor C3 smoothing capacitor D1 reverse bias diode D2 rectifier diode D3, D4 output voltage rectifier diode D5 to D8 speed-up diode CH1 voltage smoothing choke coil IC1 output voltage detection element IC2 PWM oscillation control circuit R1 drive stage drive resistance R2 Starting resistance R3 Driving resistance R4 to R6 Voltage detection resistance R7 Current limiting resistance T1 Insulation transformer for signal transmission T2 Insulation transformer for power conversion TR1 Winding short-circuit element (Pch J-FET, MOS-
FET) TR2 drive transistor TR3 drive transistor TR4 MOS-FET for power switching TR5 PWM drive signal switching transistor

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 信号伝達トランスと電力変換トランスと
を備え電力変換トランスの1次側に備えた電力半導体素
子に時比率信号を入力して電力変換トランス2次側から
の出力の制御を行うスイッチング電源装置であって、 時比率信号を前記信号伝達トランスの1次側巻線に入力
する時比率信号発振制御回路と、時比率信号を前記信号
伝達トランスの2次側巻線から入力し前記電力半導体素
子の制御端子に出力する電力増幅回路を有する電力半導
素子駆動回路と、前記信号伝達トランスの2次側巻線
と前記電力増幅回路に接続されて前記電力増幅回路およ
前記電力半導体素子の作動を制御する制御手段とを備
え、 前記制御手段は、電界効果トランジスタによって構成さ
れ、前記信号伝達トランスの1次側巻線への時比率信号
の入力状態により前記信号伝達トランスの2次側巻線を
短絡状態としたりしなかったりするものである ことを特
徴とするスイッチング電源装置。
1. A switching device comprising a signal transmission transformer and a power conversion transformer, wherein a time ratio signal is input to a power semiconductor element provided on a primary side of the power conversion transformer to control output from a secondary side of the power conversion transformer. the power supply device, the ratio signal oscillation control circuit when entering the time ratio No. Ritsushin into the primary side winding of the signaling transformer, a duty ratio signal inputted from the secondary winding of the signal transmission transformer the power and the power semiconductor element drive circuit having a power amplifier for output power to the control terminal of the semiconductor element, wherein the secondary winding of the signal transmission transformer and the connected to the power amplifier circuit power amplifier circuit and the power semiconductor Control means for controlling the operation of the element.
The control means is constituted by a field effect transistor.
And a duty ratio signal to the primary winding of the signal transmission transformer.
The secondary winding of the signal transmission transformer according to the input state of
A switching power supply characterized in that the switching power supply is or may not be short-circuited .
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