JPH0254030B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ビデオ機器、オーデイオ機器等の直
流電源回路に使用するためのトランジスタ直流変
換器に関するものである。

〔従来の技術〕

第７図に示す如く、電流電源１にトランス２の
１次巻線３とスイツチングトランジスタ４との直
列回路を接続し、トランス２の２次巻線５にダイ
オード６とコンデンサ７とから成る整流回路を接
続し、更にベース駆動のためにトランス２にベー
ス駆動巻線としての３次巻線９を設け、この３次
巻線９を抵抗１０を介してトランジスタ４のベー
スに接続し、更にトランジスタ４のベースに定電
圧制御回路１１を接続し、出力端子１２に定電圧
を得るスツチングレギユレータは公知である。な
お、１３は商用交流電源であり、整流回路から成
る直流電源１に接続されている。１４は起動抵抗
であり、電流電源１とトランジスタ４のベースと
の間に接続されている。定電圧制御回路１１は、
スイツチングトランジスタ４のベース・エミツタ
間に接続されたベース電流バイパス用トランジス
タ１５と、これを制御するためのダイオード１
６、コンデンサ１７、及びツエナーダイオード１
８とから成り、トランジスタ４のオフ時の３次巻
線９の電圧（出力電圧に等価）をコンデンサ１７
に充電し、この電圧とツエナーダイオード１８の
基準電圧との比較に基づいてトランジスタ１５を
制御するように構成されている。

上述のスイツチングレギユレータにおいて、直
流電力の供給を開始すると、起動抵抗１４を通つ
て起動電流が流れ、発振が開始する。トランジス
タ４のオン時には、１次巻線３に電源１の電圧が
印加され、３次巻線９にこれに応じた電圧が発生
し、この巻線９からトランジスタ４にベース電流
I_Bが供給される。しかる後、トランジスタ４のコ
レクタ電流が飽和すると、オフに転換し、このオ
フ期間にダイード６がオンになり、トランス２の
エネルギが出力側に放出される。出力電圧の制御
は、３次巻線９の電流I₁の一部がトランジスタ１
５にバイパスさせることによつて行う。この種の
動作は公知であるので、説明を省略にする。

ところで、この装置で電源１の電圧E_INが増大
すれば、１次巻線３の電圧、及び３次巻線９の電
圧及び電流も増大する。第７図のスイツチングレ
ギユレータは定電圧制御回路１１を有するので、
３次巻線９の電流I₁の全部はトランジスタ４に供
給されず、電圧制御トランジスタ１５にバイパス
される。バイパス電流I₂はトランジスタ４の駆動
に無関係なものであるので、結局、電力損失にな
る。この問題は、機器を接続する交流電源電圧が
例えば100Vから220Vに変わつた時に顕蓄にな
る。我が国の100Vの交流電源で使用する場合と、
外国の220Vの交流電源で使用する場合とのいず
れにも対処することが出来るように、交流電源電
圧の変化に応じて電源回路の切換えを行うように
構成することが考えられるが、回路構成が複雑に
なり、且つ切換え操作が面倒になるばかりでな
く、切操えご忘れるおそれも生じる。このような
問題は、交流電源電圧が変化する場合に限らず、
直流電源電圧が何んらかの理由で変化するあらゆ
る場合に生ずる。

上述の如き問題点を解決するために、本件出願
人は、特願昭60−45187号、特願昭60−221670号
及び実願昭61−37113号でスイツチングトランジ
スタ４のオフ時に３次巻線９に誘起するほぼ一定
の電圧で充電させるコンデンサを設け、このコン
デンサの電荷でスイツチングトランジスタのベー
ス電流を供給する方式を提案した。この方式によ
れば、入力電圧が高い場合における効率を大幅に
向上させることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上述の如く構成された回路であつて
も、入力電圧が高くなると、スイツチングトラン
ジスタ４のオン時間幅を狭くする必要があり、制
御トランジスタ１５に対するベース電流のバイパ
ス量を大きくしなければならず、これに基づく電
力損が必然的に大きくなつた。

そこで、本発明の目的は、入力電圧が高い領域
での電力損失を更に低減させることができるトラ
ンジスタ直流変換器を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するための本発明は、実施例
を示す図面の符号を参照して説明すると、直流電
源１に接続されたトランス２とスイツチングトラ
ンジスタ４との直列回路と、前記トランス２の出
力端子に接続され、前記スイツチングトランジス
タ４のオフ時にオンになるダイオード６を含んで
いる整流回路８と、前記トランス２に電磁結合さ
れ且つ前記スイツチングトランジスタ４のベース
とエミツタとの間に接続された駆動用巻線９と、
前記スイツチングトランジスタ４のベース電流を
バイパスさせるためのベース電流バイパス用トラ
ンジスタ１５を含む定電圧制御回路１１ａと、前
記駆動用巻線９と前記スイツチングトランジスタ
４とのに接続されたコンデンサ２０と、前記スイ
ツチングトランジスタ４のオン時に前記駆動用線
９に誘起する電圧でオフになる極性を有して前記
駆動用巻線９と前記コンデンサ２０との間に接続
された逆充電阻止用ダイオード１９と、前記スイ
ツチングトランジスタ４のオフ時における前記ト
ランス２の電圧で前記コンデンサ２０を充電する
充電回路と、前記コンデンサ２０と前記スイツチ
ングトランジスタ４のベース・エミツタ間との直
列回路に対して並列に接続された放電回路形式素
子と、前記コンデンサ２０と前記スツチングトラ
ンジスタ４のベース・エミツタ間と前記放電回路
形成回路素子とから成る閉回路中に位置し且つ前
記コンデンサ２０と前記ベース電流バイパス用ト
ランジスタ１５との間に位置するように接続され
た放電制御用トランジスタ２３と、前記放電制御
用トランジスタ２３の抵抗値を前記直流電源１の
電圧に比例的に変化させるベース制御回路とを備
えていることを特徴とするトランジスタ直流変換
器に係わるものである。

〔作用〕

制御用トランジスタ２３は可変抵抗として機能
し、入力電圧即ち電源電圧に比例的に抵抗値が大
きくなる。このため、入力電圧が高い時にはコン
デンサ２０の放電回路の抵抗が大きくなり、放電
電流が減少する。放電電流が減少すると、ベース
電流バイパス用トランジスタ１５にバイパスさせ
る電流をさほど大きくしなくても、スイツチング
トランジスタ４のベース電流を低くすることがで
きる。この結果、コンデンサ２０のエネルルギの
無駄な消費が少なくなり、効率が良くなる。

〔第１の実施例〕 次に、第１図を参照して本発明の第１の実施例
に係わるスイツングトギユレータについ述べる。
但し、符号１〜９，１２〜１５で示すものは第７
図で同一符号で示したものと実質的に同一である
ので、その説明を省略する。この実施例では、ベ
ース駆動巻線即ち３次巻線９の一端とスイツチン
グトランジスタ４のベースとの間に逆充電阻止用
ダイオード１９を介して第１のコンデンサ２０と
放電制御用トランジスタ２３とが接続されてい
る。逆充電阻止用ダイオード１９は３次巻線９の
一端と第１のコンデンサ２０の一端（右端）との
間に接続され、スイツチングトランジスタ４のオ
フ時に３次巻線９に誘起する電圧でオンになる極
性を有している。

第１のコンデンサ２０の充電回路を構成するた
めに、３次巻線９の他端（下端）と第１のコンデ
ンサ２０の他端（左端）との間に充電用ダイオー
ド２１が接続されている。この充電用ダイオード
２１は、スイツチングトランジスタ４のオフ時に
オンとなる極性を有する。

第１のコンデンサ２０の放電回路を構成するた
めの抵抗２２は、コンデンサ２０の一端（右端）
とスイツチングトランジスタ４のエミツタとの間
に接続されている。

逆充電阻止用ダイオード１９と第１のコンデン
サ２０と放電制御用トランジスタ２３との直列回
路に抵抗２５を介して並列接続されている第２の
コンデンサ２４は、３次巻線９からスイツチング
トランジスタ４にスピードアツプ用の微分電流を
供給するものである。

本発明に従う放電制御用トランジスタ２３のベ
ースは抵抗２６と逆流阻止用ダイオード３３とを
介して３次巻線９の一端に接続されていると共に
抵抗３４を介して３次巻線９の他端に接続され、
エミツタはコンデンサ２０に接続され、コレクタ
はスイツチングトランジスタ４のベースに接続さ
れている。

定電圧制御回路１１ａは、トランス２の４次巻
線２７と、ここに接続された整流平滑回路２８
と、ここに接続された誤差信号形成回路２９と、
ここから得られる誤差信号に応答するトランジス
タ１５とから成る。誤差信号形成回路２９は、こ
こに内蔵されているツエナーダイオードによつて
与えられる基準電圧と、平滑回路２８から得られ
る検出電圧とをトランジスタで比較し、検出電圧
と基準電圧との差に対応する電流を電圧制御用ト
ランジスタ１５のベースに流すように形成された
公知の回路である。

３０は過電流検出抵抗であり、スイツチングト
ランジスタ４に直列に接続されている。スイツチ
ングトランジスタ４のベースと過電流検出用抵抗
３０の左端との間には過電流制御用トランジスタ
３１が接続され、このベースが抵抗３を介して過
電流検出用抵抗３０の右端に接続されている。

第１図において、放電制御用トランジスタ２３
のベース抵抗回路が抵抗２６とダイオード３３と
抵抗３４とで構成され、且つトランジスタ２３が
pnp型になり、このエミツタがコンデンサ２０に
接続されている点が、実願昭61−37113号の回路
と相違している。

〔動作〕

第１図の回路で、電源スイツチ（図示せず）が
オンになると、起動抵抗１４を通してスイツチン
グトランジスタ４のベース電流が供給され、スイ
ツチングトランジスタ４がオンになる。しかる
後、スイツチングトランジスタ４が飽和してオフ
に転換すると、ダイオード６がオンになり、スイ
ツチングトランジスタ４のオン時にトランス２に
蓄えられたエネルギが放出され、この放出が終了
すると、再びスイツチングトランジスタ４がオン
になる。

ところで、スイツチングトランジスタ４のオフ
期間には、３次巻線９に電源電圧E_INに無関係の
ほぼ一定の電圧が発生する。この電圧は、スイツ
チングトランジスタ４のオン時の電圧と逆向きの
電圧であるので、充電用ダイオード２１がオンに
なり、３次巻線９、充電用ダイオード２１、第１
のコンデンサ２０、及び逆充電阻止用ダイオード
１９から成る閉回路が形成され、コンデンサ２０
が定電圧充電される。

スイツチングトランジスタ４のオン時には、抵
抗２５と第２のコンデンサ２４とを通つてスイツ
チングトランジスタ４のベースに微分電流が流れ
込むと同時に、放電制御用トランジスタ２３のベ
ースが３次巻線９の電圧を抵抗２６の抵抗３４と
で分割した値でバイアスされてオンになる。これ
により、第１のコンデンサ２０、放電制御用トラ
ンジスタ２３、スイツチングトランジスタ４、及
び放電用抵抗２２から成る閉回路が形成され、第
１のコンデンサ２０の放電電流によつてスイツチ
ングトランジスタ４のベース電流が供給される。

この回路で交流電源電圧が、例えば100Vから
220Vに変化した場合、スイツチングトランジス
タ４のオン時に３次巻線９の電圧も高くなるが、
逆充電阻止用ダイオード１９がオフになるため、
３次巻線９の電圧による第１のコンデンサ２０の
充電は阻止される。３次巻線９の高い電圧に基づ
いて第２のコンデンサ２４を通つてベース電流が
供給されるが、第２のコンデンサ２４の容量が小
さいので、スイツチングトランジスタ４のオンの
立上り後はここを介してほとんどベース電流が供
給されない。

ところで、電源電圧が変動すると、オン時にお
ける３次巻線９の電圧も変化し、この結果、放電
制御用トランジスタ２３のベース電圧も変化し、
放電制御用トランジスタ２３の抵抗値が変化す
る。即ち、電源電圧が高くなると、放電制御用ト
ランジスタ２３の抵抗値が大になり、スイツチン
グトランジスタ４のベース電流が減少する。この
ため、バイパス用トランジスタ１５にベース電流
をバイパスさせる値が小さくなり、電力損失が少
なくなる。今、コンデンサ２０の放電電流をI_D、
コンデンサ２０の両端電圧をV_C、放電制御用ト
ランジスタ２３のコレクタ・エミツタ間電圧を
V_CE、スイツチングトランジスタ４のベース・エ
ミツタ間電圧をV_BE、抵抗２２の値をＲとすれ
ば、放電電流I_Dを次式で示すことができる。

I_D＝V_C−（V_CE＋V_BE）／R₂ 上記式から明らかな如く、V_CEは電源電圧に比
例するため、I_Dは電源電圧に反比比例する。

〔第２の実施例〕 次に、第２の実施例のスイツチングレギユレー
タを示す第２図を説明する。但し、この第２図及
び更に第３〜６図において、第１図と共通する部
分には同一の符号を付してその説明を省略する。
第２図の回路では、抵抗３４と３次巻線９の下端
との間にnpn形トランジスタ３５が接続され、こ
のベースが抵抗３６をして３次巻線９の上端に接
続されている。オン期間に３次巻線９の正常の電
圧が発生している時には、トランジスタ３５がオ
ンになり、第１図の回路と同一動作になる。一
方、出力端子１２が短絡状態になると、３次巻巻
線９の電圧が低下するか又は零になる。このた
め、トランジスタ３５がフになり、放電制御用ト
ランジスタ２３のオンが阻止され、第１のコンデ
ンサ２０の放電も阻止され、スイツチングトラン
ジスタ４がオン駆動されない。トランジスタ３５
を有さない第１図の回路では、負荷般短絡時に、
第１のコンデンサ２０の電圧で放電制御用トラン
ジスタ２３がオン駆動され、スイツチングトラン
ジスタ４がン状態になり、破壊する恐れがある
が、第２図の回路ではこれが防止されている。

〔第３の実施例〕 第３図の回路では、第１図の抵抗３４の代り
に、放電制御用トランジスタ２３のベース・コレ
クタ間に抵抗３４ａが接続されている。この様に
構成しても、オン時の３次巻線９の電圧が抵抵抗
２６と抵抗３４ａとで分割されて放電制御用トラ
ンジスタ２３のベースに加わり、ベース電圧が電
源電圧に比例して変化する。

〔第４の実施例〕 第４の実施例は、第３図で説明した電圧分割用
抵抗３４ａに直列に、第２図と同様にトランジス
タ３５を接続し、このトランジスタ３５のベース
を抵抗３６を介して３次巻線９の上端に接続した
ものである。この回路においては、負荷般が短絡
した時には、トランジスタ３５，２３がオフにな
り、コンデンサ２０の放電が阻止される。

〔第５の実施例〕 第５の実施例を示す第５図においては、抵抗２
６と抵抗３４ａとの電圧分割点がコンデンサ３７
を介して放電制御用トランジスタ２３のベースに
接続され、またトランジスタ２３のベース・エミ
ツタ間に抵抗３８が接続されている。この第５図
の回路でオン時に３次巻線９に正常な電圧が発生
している時には、この分割電圧がトランジスタ２
３のベース電圧として加えられ、比較べ的小さな
ベース電流がコンデンサ３７、抵抗３４ａの回路
に流れ続ける。この時、電流がさいので、コンデ
ンサ３７の充電電流はオン期間中に流れ続け、ト
ランジスタ２３のオンが維持される。一方、負荷
が短絡して３次巻線９の電圧が実質的に零になる
と、抵抗２６，３４ａの分割点の電位が下るた
め、トランジスタ２３に大きなベース電流が流
れ、コンデンサ３７が急速に充電され、しかる後
充電電流が減少し、トランジスタ２３がオフにな
り、スイツチングトランジスタ４もオフに転換す
る。これにより、スイざツチングトランジスタ４
の保護が達成される。

〔第６の実施例〕 第６図の第６の実施例では、第５図の逆流阻止
用ダイオード３３の代りにコンデンサ３９が接続
されている。オン時におけるコンデンサ３９の充
電電流は、３次巻線９に正常な電圧が発生してい
る時には小さな値で流れ続けるが、負荷短絡で３
次巻線の電圧に零になつた時には、コンデンサ２
０の電圧で急速に充電され、しかる後流れなくな
る。また、オフ時の３次巻線９の電圧により、ダ
イオード２１、トランジスタ２３のエミツタ・ベ
ース間、コンデンサ３７、抵抗２６、コンデンサ
３９の回路でコンデンサ３９の充電電流が流れる
が、直ちに所定値まで充電され、しかる後実質的
に流れなくなる。

〔変形例〕

本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、変形可能なものである。例えば、第１図の定
電圧制御回路１１ａを第７図の定電圧制御回路１
１に置き換えてもよい。また、定電圧制御のため
の出力電圧の検出を出力端子１２によつて行つて
もよい。また、トランス２に４次巻線を設け、こ
こに得られるオフ時の電圧が第１のコンデンサ２
０を充電してもよい。また、トランス２における
各巻線３，５，９，２７を単巻構成としてもよ
い。また、第１のコンデンサ２０、ダイオード１
９等を３次巻線９の下端とスイツチングトランジ
スタ４のエミツタとの間に移してもよい。また、
トランジスタ３５をトランジスタ２３のベース回
路に接続する代りに、トランジスタ２３に直列に
接続し、これを３次巻線９のオン時の電圧で駆動
するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

上述から明らかな如く、本発明では放電制御用
トランジスタのベース電圧が電源電圧に対応して
変化するので、電源電圧が高くなると、放電制御
用トランジスタのコレクタ・エミツタ間の電圧が
高くなり、放電電流が低下する。このため、電源
電圧が高い時であつてもスイツチングトランジス
タのベース電流のバイパス量を低く保つことが可
能になり、効率向上が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わるスイツ
チングレギユレータを示す回路図、第２図、第３
図、第４図、第５図、第６図は本発明の第２、第
３、第４、第５、第６の実施例のスイツチングレ
ギユレータを夫々示す回路図、第７図は従来のス
イツチングレギユレータを示す回路図である。 １……電源、２……トランス、３……１次巻
線、４……スイツチングトラジスタ、５……２次
巻線、８……整流回路、９……３次巻線、１９…
…逆充電阻止用ダイオード、２０……第１のコン
デンサ、２１……充電用ダイオード、２２……抵
抗、２３……放電制御用トランジスタ、２４……
第２のコンデンサ、２６，３４……抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流電源１に接続されたトランス２とスイツ
   チングトランジスタ４との直列回路と、 前記トランス２の出力端子に接続され、前記ス
   イツチングトランジスタ４のオフ時にオンになる
   ダイオード６を含んでいる整流回路８と、 前記トランス２に電磁結合され且つ前記スイツ
   チングトランジスタ４のベースとエミツタとの間
   に接続された駆動用巻線９と、 前記スイツチングトランジスタ４のベース電流
   をバイパスさせるためのベース電流バイパス用ト
   ランジスタ１５を含む定電圧制御回路１１ａと、 前記駆動用巻線９と前記スイツチングトランジ
   スタ４との間に接続されたコンデンサ２０と、 前記スイツチングトランジスタ４のオン時に前
   記駆動用巻線９に誘起する電圧でオフになる極性
   を有して前記駆動用巻線９と前記コンデンサ２０
   との間に接続された逆充電阻止用ダイオード１９
   と、 前記スイツチングトランジスタ４のオフ時にお
   ける前記トランス２の電圧で前記コンデンサ２０
   を充電する充電回路と、 前記コンデンサ２０と前記スイツチングトラン
   ジスタ４のベース・エミツタ間との直列回路に対
   して並列に接続された放電回路形成回路素子と、 前記コンデンサ２０と前記スイツチングトラン
   ジスタ４のベース・エミツタ間と前記放電回路形
   成回路素子とから成る閉回路中に位置し且つ前記
   コンデンサ２０と前記ベース電流バイパス用トラ
   ンジスタ１５との間に位置するように接続された
   放電制御用トランジスタ２３と、 前記放電制御用トランジスタ２３の抵抗値を前
   記直流電源１の電圧に比例的に変化させるベース
   制御回路と を備えていることを特徴とするトランジスタ直流
   変換器。