JPH03272218A - Switching power supply circuit - Google Patents

Switching power supply circuit

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JPH03272218A
JPH03272218A JP2072679A JP7267990A JPH03272218A JP H03272218 A JPH03272218 A JP H03272218A JP 2072679 A JP2072679 A JP 2072679A JP 7267990 A JP7267990 A JP 7267990A JP H03272218 A JPH03272218 A JP H03272218A
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JP
Japan
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switching
transistor
capacitor
power supply
turn
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JP2072679A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiji Kimura
木村 恵爾
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reduce the loss of a switching transistor(TR) by providing a charging circuit for a capacitor as a drive means for the switching TR and a resistor giving a reverse bias between a base and an emitter of the switching TR. CONSTITUTION:The circuit is provided with a capacitor 21 connected to a base limit resistor 22 and a switching TR 2, a discharge TR 23 to discharge the capacitor 21 and bias resistors 24, 25 for the discharge TR 23. When the switching TR 2 is turned on, a path charging the capacitor 21 is formed to accelerate turning on of the TR 2 and when the switching TR 2 is turned off, a path discharging the charge in the capacitor 21 is formed via the discharge TR 23 and the bias resistors 24, 25 to reverse-bias the base and emitter of the TR 2. Thus, the turn-on and turn-off time of the switching TR 2 are reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、チョッパ形のトランジスタを有するスイッチ
ング電源回路に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a switching power supply circuit having a chopper type transistor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第5図は従来のチョッパ形スイッチング電源回路であり
、第5図において、1は入力の直流電圧Vl、2は入力
の直流電圧V、1をスイッチングして負荷に伝えるスイ
ッチングトランジスタ(以下TR,と記す)、3はスイ
ッチング制御部、4はスイッチング制御部からの信号に
より、TR。
Fig. 5 shows a conventional chopper-type switching power supply circuit. 3 is a switching control section, and 4 is a TR by a signal from the switching control section.

2をON10 F Fさせる駆動用トランジスタ(以下
T Rzと記す)、5はTR,2のベース電流制限用抵
抗(以下R0と記す)、6はTR,2に蓄積されたキャ
リアを放電させる抵抗(以下R2と記す)、7および8
はTR,2でスイッチングされた電圧を平滑するための
コイル(以下L1と記す)およびコンデンサ(以下C1
と記す)、9はフライホイールダイオード、10.11
は出力電圧VO12をスイッチング制御部3に伝えるた
めの分圧抵抗(以下、各々R3,R4と記す)である。
5 is a resistor for limiting the base current of TR (hereinafter referred to as R0); 6 is a resistor (hereinafter referred to as R0) for discharging the carriers accumulated in TR, 2; (hereinafter referred to as R2), 7 and 8
is a coil (hereinafter referred to as L1) and a capacitor (hereinafter referred to as C1) for smoothing the voltage switched by TR,2.
), 9 is a flywheel diode, 10.11
are voltage dividing resistors (hereinafter referred to as R3 and R4, respectively) for transmitting the output voltage VO12 to the switching control section 3.

次に第5図、第6図、第7図を用いて、動作について説
明する。入力の直流電圧Vi  1がTR。
Next, the operation will be explained using FIG. 5, FIG. 6, and FIG. 7. The input DC voltage Vi 1 is TR.

2のエミッタに接続されており、この状態でスイッチン
グ制御部3からのコントロール信号aにより、TR,4
がオン、オフし、R+5を介してTR,2のベースを′
コントロールし、TR12をオン、オフさせる。
In this state, the control signal a from the switching control section 3 causes the TR, 4 emitter to be connected to the emitter of TR, 4.
turns on and off, and transmits the base of TR,2 through R+5'
control and turn TR12 on and off.

また、R,6はTR,2の蓄積キャリアをオフ時に放電
させる抵抗である。ここでTR,2のオン時はVlはコ
イルL17、コンデンサC,8に供給され、TR,2が
オフの時はコイルL、7に蓄積されていたエネルギーが
フライホイールダイオード9を介して負荷に供給される
。ここで、出力電力■。12を分圧抵抗R310,R4
11で分圧し、スイッチング制御部3に帰還をかけて、
スイッチング制御部3でコントロール信号aのデユーテ
ィサイクルを変え、出力電圧■。12を一定に保つ。
Further, R,6 is a resistor that discharges the accumulated carriers of TR,2 when it is off. Here, when TR,2 is on, Vl is supplied to coil L17 and capacitors C,8, and when TR,2 is off, the energy stored in coil L,7 is sent to the load via flywheel diode 9. Supplied. Here, the output power ■. 12 as voltage dividing resistor R310, R4
11 to divide the voltage, apply feedback to the switching control section 3,
The switching control unit 3 changes the duty cycle of the control signal a to obtain the output voltage ■. Keep 12 constant.

次にTR,2の動作に注目すると、コントロール信号a
に対するTR,2のベース電流b、コレクタ電流C5コ
レクタ・エミッタ間電圧dは第6図のようになる。さら
にTR,2のオフからオン、オンからオフの過渡期を拡
大した波形は第7図に示すようになる。これらの図から
TR,2の損失は、 (1)オン期間の損失をPonとすると、1   ゛ ’、      −Vcl:(sat)   (Ic+
+Icz)  ・ toNT となる。          Ic4+Icz但し、I
c=      とした。
Next, paying attention to the operation of TR,2, the control signal a
The base current b of TR,2 and the collector-emitter voltage d of the collector current C5 are as shown in FIG. Furthermore, the waveform obtained by enlarging the transition period from OFF to ON and from ON to OFF of TR,2 is shown in FIG. From these figures, the loss of TR,2 is: (1) If the loss during the on period is Pon, then 1 ゛', -Vcl: (sat) (Ic+
+Icz) ・toNT. Ic4+IczHowever, I
It was set as c=.

なお、Tはスイッチング周期、Vct(sat)はTR
,のコレクタ飽和電圧、Ic、、 Ic、はTR,のコ
レクタ電流の最小値と最大値、tONはTR,の本来の
オン期間である。
Note that T is the switching period, and Vct (sat) is TR.
, Ic, is the collector saturation voltage of , Ic is the minimum and maximum value of the collector current of TR, and tON is the original on-period of TR.

(2)オフからオンの過渡期の損失をターンオン損失P
trとすると ここで、trはTR,の立上り時間である。
(2) Turn-on loss P is the loss during the transition period from off to on.
Here, tr is the rise time of TR.

(3)オンからオフの過渡期の損失をターンオフ損失P
toffとすると、 ここで、tsはTR,の蓄積時間、tfはTR。
(3) Turn-off loss P is the loss during the transition period from on to off.
Assuming toff, where ts is the accumulation time of TR, and tf is TR.

の立下り時間である。is the fall time of

TR,の全損失PTRは P t++= P ON+ P tr+ P toff
となる。
The total loss PTR of TR is P t++= P ON+ P tr+ P toff
becomes.

一方、スイッチング電源としては平滑用のコイルL17
、コンデンサ0.8をできるだけ小形化するため、スイ
ッチング周波数を高くする。そのため、上記PT、lの
中でP tr、  P toff、特にPtoffが損
失の大きな割合を占めるようになり、TR。
On the other hand, as a switching power supply, smoothing coil L17
, the switching frequency is increased in order to make the capacitor 0.8 as small as possible. Therefore, among the above PT and l, P tr and P toff, especially Ptoff, account for a large proportion of the loss, and TR.

のコレクタ損失増加、さらにスイッチング電源の効率低
下といった問題がでてくる。このPtoffを小さくす
るには、ターンオフ時間toff(=ts+tf)を短
くする必要がある。しかるにこのtoffを短くするた
めの蓄積キャリア放電用抵抗R2は、TR12のオン時
の無効電流の増加の関係から下式を満足する必要がある
Problems such as an increase in collector loss and a decrease in the efficiency of switching power supplies arise. In order to reduce this Ptoff, it is necessary to shorten the turn-off time toff (=ts+tf). However, the stored carrier discharge resistor R2 for shortening this toff needs to satisfy the following equation from the relationship of increase in reactive current when TR12 is on.

111+ 但し、VIIEはTR,のベース・エミッタ間電圧、1
111はオン時のベース電流である。
111+ However, VIIE is the base-emitter voltage of TR, 1
111 is the base current when on.

この式より判るように、R2はあまり小さな抵抗値を選
択できず、従ってターンオフ時間toffは短かくでき
ないものである。
As can be seen from this equation, it is not possible to select a very small resistance value for R2, and therefore the turn-off time toff cannot be shortened.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

従来のスイッチング電源は以上のように槽底されている
ので、スイッチングトランジスタのターンオン ターン
オフの時間が長くなり、スイッチングトランジスタの損
失が大きい、スイッチング電源の効率が悪い、またスイ
ッチング周波数を高くできず小形化しに(いという問題
点があった。
Conventional switching power supplies have a tank bottom as described above, so the turn-on and turn-off times of the switching transistor are long, the loss of the switching transistor is large, the efficiency of the switching power supply is poor, and the switching frequency cannot be increased, making it difficult to downsize. There was a problem.

本発明は、上記のような問題点を解消するためになされ
たものであって、スイッチングトランジスタのターンオ
ン時間、ターンオフ時間を短かくでき、高効率でしかも
簡単に実現できるスイッチング電源回路を提供すること
を目的とするものである。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and provides a switching power supply circuit that can shorten the turn-on time and turn-off time of switching transistors, has high efficiency, and can be easily realized. The purpose is to

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明に係るスイッチング電源回路は、スイッチング
トランジスタの駆動手段として、ターンオン時のスピー
ドアップを兼ねた抵抗、コンデンサの充電回路と、ター
ンオフ時に上記コンデンサの充電電圧をスイッチングト
ランジスタのベース・エミッタ間に逆バイアスとして加
えるようにする抵抗、トランジスタによるスイッチを構
成したものである。
The switching power supply circuit according to the present invention includes, as a driving means for the switching transistor, a charging circuit of a resistor and a capacitor that also serves to speed up when turning on, and a charging voltage of the capacitor that is reverse biased between the base and emitter of the switching transistor when turning off. It consists of a switch using a resistor and a transistor to add as much as possible.

〔作用〕[Effect]

この発明におけるスイッチングトランジスタの駆動回路
は、スイッチングトランジスタのターンオン時はコンデ
ンサの充電電流によりターンオン時間を小さくし、ター
ンオフ時にはコンデンサの充電電圧を抵抗、トランジス
タによるスイッチでスイッチングトランジスタの蓄積キ
ャリアの放出ルートを形成すると共にスイッチングを加
速し、ターンオフ時間を小さくし、スイッチングトラン
ジスタの損失を軽減すると共にスイッチング電源の効率
を改善する。
In the switching transistor drive circuit of the present invention, when the switching transistor is turned on, the turn-on time is shortened by the charging current of the capacitor, and when the switching transistor is turned off, the charging voltage of the capacitor is applied to the resistor, and a switch by the transistor forms a release route for the accumulated carriers of the switching transistor. At the same time, it accelerates switching, reduces turn-off time, reduces losses in switching transistors, and improves efficiency of switching power supplies.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の実施例を図について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例によるスイッチング電源回路
の要部の槽底を示す回路図で、第2図はその全体の回路
図を示している。図において、上記第5図で説明した従
来例と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、その
詳しい説明は省略する。
FIG. 1 is a circuit diagram showing the bottom of a main part of a switching power supply circuit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram of the entire circuit. In the figure, the same or equivalent parts as those of the conventional example explained in FIG. 5 are given the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.

21はTR,2のスピードアップ用のコンデンサC2,
22はTR,2のベース電流制限抵抗R5,23はTR
,22のオフ時にコンデンサC221の放電経路を作る
スイッチ用のトランジスタTRff、24.25はTR
323のバイアス用の抵抗R6,R7である。
21 is a capacitor C2 for speeding up TR, 2,
22 is TR, 2 base current limiting resistor R5, 23 is TR
, 22 is off, the switch transistor TRff creates a discharge path for the capacitor C221, 24.25 is TR
323 bias resistors R6 and R7.

上記構成において、入力電源電圧V、1をスイッチング
トランジスタTR,2でスイッチングし、フライホイー
ルダイオード9を含むコイルL、  7コンデンサC,
8で平滑し出力電圧■。12を得る。また、その出力電
圧V012を分圧抵抗R310、R411を介してスイ
ッチング制御部3に帰還し、コントロール信号を発生し
、このコントロール信号によりドライバートランジスタ
T R24を介してスイッチングトランジスタTR,2
のオン、オフデユーティサイクルを制御し、出力電圧V
012の安定を計る動作は従来例で説明した動作と同じ
である。
In the above configuration, the input power supply voltage V,1 is switched by the switching transistor TR,2, and the coil L including the flywheel diode 9, 7 capacitors C,
Smooth the output voltage with 8■. Get 12. Further, the output voltage V012 is fed back to the switching control unit 3 via the voltage dividing resistors R310 and R411 to generate a control signal, and this control signal causes the switching transistors TR and 2 to be connected via the driver transistor TR24.
control the on/off duty cycle of the output voltage V
The operation for measuring the stability of 012 is the same as that described in the conventional example.

以下、第1図、第2図、第3図、および第3図のターン
オン、オフ部の拡大図である第4図に基づいてスイッチ
ングトランジスタTR,2のオン。
Hereinafter, the switching transistor TR,2 will be turned on based on FIGS. 1, 2, 3, and 4, which is an enlarged view of the turn-on and turn-off parts of FIG.

オフ動作を中心に説明する。The explanation will focus on the off operation.

スイッチング制御部3からのコントロール信号m、(第
4図にrとして示す)によりTR24がオンになると、
R522、R+5を介してTR。
When the TR 24 is turned on by the control signal m, (shown as r in FIG. 4) from the switching control section 3,
TR via R522, R+5.

2をオンにするベース電流1s+n(第4図にSとして
示す)を流す。一方、コンデンサC221はR522,
R725,TR+ 2を介して充電される。この時コン
デンサC221の充電電流はTR02がオフからオンに
なる直後の過渡期には第3図のAに示すように上記I□
に加算されて流れることになり、TR,2のターンオン
時間のスピードアップに寄与する。TR,がオンしたと
きには次のような関係が必要である。
A base current 1s+n (shown as S in FIG. 4) is applied to turn on the transistor. On the other hand, capacitor C221 is R522,
Charged via R725, TR+2. At this time, the charging current of the capacitor C221 is changed to the above I□ as shown in A in FIG.
This contributes to speeding up the turn-on time of TR,2. When TR is turned on, the following relationship is required.

0 ■ R+  +Rs  ”=  (Vi   VEE+
  )  / In+但し、Vlll!l はTR,飽
和動作時のベース・エミッタ間電圧、■、はTR,に流
すコレクタ電流に対して、コレクタ・エミッタ飽和電圧
を十分小さくするために必要なベース電流である。
0 ■ R+ +Rs ”= (Vi VEE+
) / In+However, Vllll! 1 is the base-emitter voltage of the TR during saturation operation, and 2 is the base current necessary to make the collector-emitter saturation voltage sufficiently small with respect to the collector current flowing through the TR.

■、R,、R5O比はR7を含めた分圧比による電位が
TR,23のベース・工ξツタ間逆耐圧VE!+03よ
り低い値にすることが必要で、計算式で表わすと下式に
なる。
■, R,, R5O ratio is the reverse breakdown voltage VE between base and ξ ivy of TR, 23, which is the potential due to the partial voltage ratio including R7! It is necessary to set it to a value lower than +03, which can be expressed as the following formula.

VEIIO+> R4・R7 R4・ R,+  R,・ R5+  R7・ R5次
に、スイッチング制御部3からのコントロール信号mに
よりTR,4がオフになると、cz 21に充電されて
いた電圧により、R,5,R624、R? 25を介し
てTR323にバイアスが加わり、TR,23がオンに
なる。このことにより上記C221の電圧は、R322
を介してTR。
VEIIO+> R4・R7 R4・R, + R, · R5+ R7・R5 Next, when TR, 4 is turned off by the control signal m from the switching control section 3, R, 5, R624, R? Bias is applied to TR 323 via 25, turning TR 23 on. As a result, the voltage of C221 is changed to R322.
via TR.

2のベース・エコツタに逆バイアスとなって加わり、T
R,2の蓄積キャリアの放出を加速する形でベース電流
5のIB□として電流を流し、TR。
It is added to the base eco-vine of 2 as a reverse bias, and T
A current is applied as IB□ with a base current of 5 to accelerate the release of accumulated carriers in R,2, and TR.

2のターンオフ特命を短くする。Shorten the turn-off mission of 2.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明に係るスイッチング電源回路に
よれば、スイッチングトランジスタのターンオン時にコ
ンデンサの充電電流を流し、ターンオンのスピードアッ
プを計り、かつターンオフ時にはコンデンサの充電電圧
が別のトランジスタを介してスイッチングトランジスタ
のベース・エミッタ間に逆バイアスとして加わり蓄積キ
ャリアを急速に放出しターンオフ時間のスピードアップ
を計るようにしたので、スイッチングトランジスタの損
失の軽減、スイッチング電源の効率向上が得られる効果
がある。
As described above, according to the switching power supply circuit according to the present invention, when the switching transistor is turned on, the charging current of the capacitor flows to speed up the turn-on, and when the switching transistor is turned off, the charging voltage of the capacitor is switched through another transistor. Since a reverse bias is applied between the base and emitter of the transistor to rapidly release accumulated carriers and speed up the turn-off time, it has the effect of reducing loss in switching transistors and improving efficiency of switching power supplies.

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

第1図は本発明の一実施例によるスイッチング電源回路
の要部回路図、第2図は第1図の全体の回路図、第3図
、第4図は第1図および第2図の1 2 動作波形図、第5図は従来のスイッチング電源回路図、
第6図、第7図は第5図の動作波形図である。 図において、1は人力電源電圧、2はスイッチングトラ
ンジスタ、3はスイッチング制御部、4はドライバート
ランジスタ、5,22,24.25は抵抗、21はコン
デンサ、23はトランジスタである。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a circuit diagram of a main part of a switching power supply circuit according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an overall circuit diagram of FIG. 1, and FIGS. 2. Operating waveform diagram, Figure 5 is a conventional switching power supply circuit diagram,
6 and 7 are operation waveform diagrams of FIG. 5. In the figure, 1 is a human power supply voltage, 2 is a switching transistor, 3 is a switching control section, 4 is a driver transistor, 5, 22, 24, 25 are resistors, 21 is a capacitor, and 23 is a transistor. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)直流電源からの電圧をスイッチングして負荷に電
源を供給するスイッチングトランジスタと、このスイッ
チングトランジスタをオン、オフ駆動するドライバート
ランジスタと、 このドライバートランジスタを制御するスイッチング制
御部とを備えたスイッチング電源回路において、 上記スイッチングトランジスタのベース制限抵抗を分割
して接続されたコンデンサと、 上記コンデンサを放電するための放電用トランジスタと
、 この放電用トランジスタのバイアス抵抗とを備え、 上記スイッチングトランジスタのオン時に上記コンデン
サを充電する経路を形成して該トランジスタのターンオ
ンを加速し、 上記スイッチングトランジスタのオフ時に上記放電用ト
ランジスタおよび上記バイアス抵抗を介して上記コンデ
ンサの電荷を放電する経路を形成し、該トランジスタの
ベース・エミッタ間を逆バイアスすることを特徴とする
スイッチング電源回路。
(1) A switching power supply that includes a switching transistor that switches voltage from a DC power supply to supply power to a load, a driver transistor that turns on and off this switching transistor, and a switching control section that controls this driver transistor. The circuit includes a capacitor connected by dividing the base limiting resistance of the switching transistor, a discharging transistor for discharging the capacitor, and a bias resistor for the discharging transistor, and when the switching transistor is turned on, the above-mentioned forming a path for charging the capacitor to accelerate turn-on of the transistor; forming a path for discharging the charge in the capacitor via the discharging transistor and the bias resistor when the switching transistor is turned off;・Switching power supply circuit characterized by reverse bias between emitters.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004336533A (en) * 2003-05-09 2004-11-25 Toyota Industries Corp Driving circuit for voltage driven device
CN111030432A (en) * 2018-10-09 2020-04-17 株式会社电装 Drive circuit for a switch

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