JP3614832B2 - Self-excited step-down switching power supply - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自励式降圧型スイッチング電源装置に係るもので、トランスの構成を簡単にできる回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
能動素子2石の自励式降圧型スイッチング電源として、図2に示した回路が知られている。この回路では、NPNトランジスタQ1、Q2をダーリントン接続して必要な電流利得を得るとともに、トランスの3次巻線LFに発生した帰還信号を抵抗R1、コンデンサC1を介してトランジスタQ2のベースに印加して自励発振させている。
【0003】
一方、トランスの2次巻線LSの一端をグラウンドに接続し、他端をダイオードD1を介してトランジスタQ1のエミッタに接続するとともに、出力端子VOに接続している。これによって、2次巻線LSに発生したフライバック電圧をダイオードD1で整流し、コンデンサC2で平滑して出力を得て、自励式降圧型スイッチング電源装置を構成している。
【0004】
このような構成上、上記の回路においては、
▲1▼トランスには少なくとも3次巻線まで必要となり、トランスが複雑となるほか、1次巻線LPと2次巻線LSは基本的に同じ巻数とする必要があり、トランスの設計自由度がない。
▲2▼2次巻線LSを用いて1次巻線LPに発生したフライバック電圧をダイオードD1を介して出力に導くために、1次巻線LP、2次巻線LS間に発生する漏れインダクタンスと各種分布容量によって多大なスパイク電圧を発生し、ノイズの問題やトランジスタQ1、Q2の耐圧破壊問題が生じる。
▲3▼トランジスタのダーリントン接続によってスイッチングスピードが鈍化し、それによる効率の悪化、発熱、トランジスタQ1の破壊といった問題が生じる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、トランスの2次巻線を不要として上記の問題、すなわち、トランスの仕様の簡素化と設計自由度の確保、ノイズの低減、高効率化が可能な自励式降圧型スイッチング電源装置を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、スイッチング素子を相補型の構成とすることによって、上記の課題を解決するものである。
【0007】
すなわち、入出力端子間に電力制御素子とインダクタンス部品が直列に接続された自励式降圧型スイッチング電源装置において、
主電力制御素子のコレクタまたはドレインとその主電力制御素子の駆動素子のエミッタまたはソースがインダクタンス部品の主巻線を介して接続されて相補型ダーリントン接続の電力制御素子が構成され、そのインダクタンス部品の帰還信号検出巻線の一端がその主電力制御素子の入力端子側に接続され、帰還信号検出巻線の他端がその主電力制御素子のベースまたはゲートに接続されて帰還回路を構成したことに特徴を有するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明のポイントは、
▲1▼NPNトランジスタとPNPトランジスタ(あるいはN型MOSFETとP型MOSFET)をダーリントン接続し、
▲2▼自励発振を行うために帰還信号検出巻線に発生した信号を主電力制御素子のベースあるいはゲートに正帰還させる、
ことにある。
【0009】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図1は、本発明の実施例を示す回路図であり、同一の機能を果たす素子は図2と同一の符号が付してある。入力端子VINと出力端子VOの間に主スイッチング素子Q1とトランスの1次巻線LPが直列に接続されている。もっとも、この1次巻線は単なるインダクタンス素子としての機能を果たすものである。
【0010】
トランジスタQ1はPNPトランジスタで構成され、その駆動用トランジスタQ2はNPNトランジスタで構成され、トランジスタQ1のベースとトランジスタQ2のコレクタが接続されたダーリントン接続となっている。トランジスタQ2のエミッタは出力端子VOとコンデンサC2間に接続されている。
【0011】
トランスの帰還信号検出巻線LFの一端は、トランジスタQ1の入力側に接続され、他端はコンデンサC1、抵抗R1を介してトランジスタQ1のベースに接続される。なお、トランジスタQ2のベースとグラウンド間に定電圧ダイオードZDが接続されている。このように、降圧型のスイッチング電源としての基本構成は従来と変わりがないが、スイッチング素子の構成と帰還信号の印加の方法が従来と異なる。
【0012】
このような回路構成を採用することによって、従来とは作用が異なることになり、前記の課題を解決する点について説明する。図2で示した従来の回路では、トランジスタQ1、Q2に各々同極(NPN同士)の素子を用いて、等価的に電流増幅率の大きい、見かけ上1つのNPNトランジスタを作ることになる。このコレクタに1次巻線LPを接続し、エミッタフォロア出力で2次巻線LSのエネルギーを合成して出力電圧を得ていた。
【0013】
本発明においては、トランジスタQ1、Q2を相補極性(PNPとNPN)を用いながら、見かけ上1つのNPNトランジスタを構成した。これによって、従来のエミッタ出力からコレクタ出力に変えたため、従来用いていた2次巻線LSが不要となる。2次巻線が不要となることで、スパイク電圧を皆無とすることが可能となり、トランスの構造を簡略化することができるとともに設計の自由度が大きくなる。
【0014】
また、帰還信号検出巻線LFに発生した信号により自励発振のための帰還電圧をトランジスタQ1のベースに印加したので、トランジスタQ1のオフ移行時にトランジスタQ1のベース・エミッタ間には逆電圧が印加されることになる。これによって、スイッチングスピードが向上して、高効率化が可能になる。
【0015】
上記の例ではトランジスタをバイポーラ素子としたが、MOSFETを用いても同様に構成することができる。また、有極性部品をすべて逆極性とすることによって、マイナス入力、マイナス出力に対応することもできる。さらに、図1の例では出力電圧はツェナーダイオードZDによってほぼ決定されてしまうことになるが、そのツェナーダイオードZDの代わりにシャントレギュレータ ICと抵抗RA、RBを3図のように接続すれば、任意の値にすることができ、あるいは可変とすることができる。
【0016】
【発明の効果】
本発明によれば、トランジスタ(スイッチング素子)に相補型素子を用いたために出力形態がコレクタフォロアとなり、トランスの2次巻線を不要とすることができるので、トランスの構造の簡略化と設計の自由度の確保が容易となる。また、それによって、スパイク電圧の発生が皆無となり、ノイズの問題や素子の破壊の問題が解消される。
【0017】
また、発振のための帰還信号を主スイッチング素子の制御端子に正帰還させるようにしたので、スイッチング素子のスイッチングスピードが向上し、発熱の問題を解消するとともに、高効率化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す回路図
【図2】従来の自励式降圧型スイッチング電源を示す回路図
【図3】本発明の他の実施例を示す回路図
【符号の説明】
Q1、Q2:トランジスタ
LP:トランスの1次巻線
LF:トランスの検出巻線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a self-excited step-down switching power supply apparatus and relates to a circuit that can simplify the configuration of a transformer.
[0002]
[Prior art]
A circuit shown in FIG. 2 is known as a self-excited step-down switching power supply using two active elements. In this circuit, along with obtaining a NPN transistor Q 1, the current gain required for Q 2 Darlington connected transistor Q via the resistor R 1, a capacitor C 1 to feedback signals generated in the third winding L F of the transformer 2 is applied to the base of No. 2 to cause self-excited oscillation.
[0003]
On the other hand, to connect one end of the secondary winding L S of the transformer to ground, with the other end is connected to via a diode D 1 to the emitter of the transistor Q 1, is connected to the output terminal V O. Thus, the flyback voltage generated in the secondary winding L S is rectified by the diode D 1 and smoothed by the capacitor C 2 to obtain an output, thereby constituting a self-excited step-down switching power supply device.
[0004]
In such a configuration, in the above circuit,
▲ 1 ▼ requires at least 3 winding the transformer, in addition to the transformer is complicated, the primary winding L P and the secondary winding L S is required to be essentially the same number of turns, the transformer design There is no freedom.
▲ 2 ▼ flyback voltage generated in the primary winding L P with the secondary winding L S to direct the output through a diode D 1, the primary winding L P, the secondary winding L S A large spike voltage is generated by the leakage inductance generated in the meantime and various distributed capacitances, resulting in noise problems and breakdown voltage breakdown problems of the transistors Q 1 and Q 2 .
▲ 3 ▼ switching speed is slowed by the Darlington connection of the transistor, deterioration in efficiency due it, fever, problems such destruction of the transistor Q 1 is generated.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a self-excited step-down switching power supply device that eliminates the need for a secondary winding of a transformer, that is, simplification of transformer specifications, ensuring design freedom, noise reduction, and high efficiency. It is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above-mentioned problems by adopting a complementary configuration for the switching element.
[0007]
That is, in a self-excited step-down switching power supply device in which a power control element and an inductance component are connected in series between input and output terminals,
The collector or drain of the main power control element and the emitter or source of the drive element of the main power control element are connected via the main winding of the inductance component to form a complementary Darlington connection power control element. One end of the feedback signal detection winding is connected to the input terminal side of the main power control element, and the other end of the feedback signal detection winding is connected to the base or gate of the main power control element to constitute a feedback circuit. It has characteristics.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The point of the present invention is that
(1) Darlington connection between NPN transistor and PNP transistor (or N-type MOSFET and P-type MOSFET)
(2) Positive feedback of the signal generated in the feedback signal detection winding to perform self-excited oscillation to the base or gate of the main power control element,
There is.
[0009]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and elements having the same functions are denoted by the same reference numerals as those in FIG. The primary winding L P of the main switching element Q 1, the transformer between the input terminal V IN and the output terminal V O are connected in series. However, the primary winding functions as a simple inductance element.
[0010]
Transistor Q 1 is formed of a PNP transistor, the driving transistor Q 2 is formed of a NPN transistor, and a Darlington connection collector base and the transistor Q 2 of the transistor Q 1 is connected. The emitter of the transistor Q 2 is connected between the output terminal V O and the capacitor C 2.
[0011]
One end of the feedback signal detector winding L F of the transformer is connected to the input side of the transistor Q 1, the other end is connected via a capacitor C 1, resistors R 1 to the base of the transistor Q 1. The constant voltage diode ZD is connected between the transistor Q 2 based and ground. As described above, the basic configuration of the step-down switching power supply is the same as the conventional one, but the configuration of the switching element and the method of applying the feedback signal are different from the conventional one.
[0012]
By adopting such a circuit configuration, the operation will be different from the conventional one, and the point to solve the above problem will be described. In the conventional circuit shown in FIG. 2, by using elements of the same polarity (NPNs) for each of the transistors Q 1 and Q 2 , an apparently one NPN transistor having a large current amplification factor is produced. . The collector is connected to the primary winding L P, it had gained synthesized and output voltage energy of the secondary winding L S in the emitter follower output.
[0013]
In the present invention, an apparently one NPN transistor is configured using the transistors Q 1 and Q 2 having complementary polarities (PNP and NPN). As a result, since the conventional emitter output is changed to the collector output, the conventionally used secondary winding L S becomes unnecessary. By eliminating the need for the secondary winding, it is possible to eliminate the spike voltage, simplify the transformer structure, and increase the degree of design freedom.
[0014]
Further, since the feedback voltage for the self-excited oscillation by the feedback signal detector winding signal generated L F is applied to the base of the transistor Q 1, when the off-going of the transistor Q 1 between the base and emitter of the transistor Q 1 is A reverse voltage is applied. As a result, the switching speed is improved and high efficiency can be achieved.
[0015]
In the above example, the transistor is a bipolar element, but the same configuration can be achieved using a MOSFET. Further, by making all the polar parts have opposite polarities, it is possible to cope with negative input and negative output. Furthermore, in the example of FIG. 1, the output voltage is almost determined by the Zener diode ZD, but if the shunt regulator IC and the resistors RA and RB are connected as shown in FIG. Or can be variable.
[0016]
【The invention's effect】
According to the present invention, since a complementary element is used for the transistor (switching element), the output form becomes a collector follower and the secondary winding of the transformer can be eliminated, so that the structure of the transformer can be simplified and the design can be simplified. It is easy to secure the degree of freedom. This also eliminates the occurrence of spike voltages, eliminating noise problems and device destruction problems.
[0017]
In addition, since the feedback signal for oscillation is positively fed back to the control terminal of the main switching element, the switching speed of the switching element is improved, the problem of heat generation is solved, and high efficiency can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing a conventional self-excited step-down switching power supply. FIG. 3 is a circuit diagram showing another embodiment of the invention.
Q 1 , Q 2 : Transistor L P : Primary winding L F of transformer: Detection winding of transformer
Claims (3)
主電力制御素子のコレクタとその主電力制御素子を駆動する駆動素子のエミッタがインダクタンス部品の主巻線を介して接続されて相補型ダーリントン接続の電力制御素子が構成され、
そのインダクタンス部品の帰還信号検出巻線がその主電力制御素子の入力端子側に接続され、帰還信号検出巻線の他端がその主電力制御素子のベースに接続されて帰還回路を構成した
ことを特徴とする自励式降圧型スイッチング電源装置。In a self-excited step-down switching power supply in which a power control element and an inductance component are connected in series between input and output terminals,
The collector of the main power control element and the emitter of the drive element that drives the main power control element are connected via the main winding of the inductance component to form a complementary Darlington connection power control element,
The feedback signal detection winding of the inductance component is connected to the input terminal side of the main power control element, and the other end of the feedback signal detection winding is connected to the base of the main power control element to constitute a feedback circuit. A self-excited step-down switching power supply device.
主電力制御素子のドレインとその主電力制御素子を駆動する駆動素子のソースがインダクタンス部品の主巻線を介して接続されて相補型ダーリントン接続の電力制御素子が構成され、
そのインダクタンス部品の帰還信号検出巻線がその主電力制御素子の入力端子側に接続され、帰還信号検出巻線の他端がその主電力制御素子のゲートに接続されて帰還回路を構成した
ことを特徴とする自励式降圧型スイッチング電源装置。In a self-excited step-down switching power supply in which a power control element and an inductance component are connected in series between input and output terminals,
The drain of the main power control element and the source of the drive element that drives the main power control element are connected via the main winding of the inductance component to form a complementary Darlington connection power control element,
The feedback signal detection winding of the inductance component is connected to the input terminal side of the main power control element, and the other end of the feedback signal detection winding is connected to the gate of the main power control element to constitute a feedback circuit. A self-excited step-down switching power supply device.
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