JPH0426360A - スイッチング電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、チョンバ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。

〔従来の技術〕

第５図は従来のチョッパ形スイッチング電源回路図であ
り、第５図において、■、は入力の直流電圧、ＴＲ，は
入力の直流電圧Ｖ、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、３はスイッチング制御部、Ｔ
Ｒ，はスイッチング制御部３からの信号ａによりトラン
ジスタＴＲ。

をＯＮ１０　Ｆ　Ｆさせる駆動用トランジスタ、Ｒ３は
トランジスタＴＲ，のベース電流制限用抵抗、Ｒ８はト
ランジスタＴＲ，に蓄積されたキャリアを放電させる抵
抗、Ｌ、、Ｃ，はトランジスタＴＲ，でスイッチングさ
れた電圧を平滑するためのコイル及びコンデンサ、９は
フライホイールダイオード、Ｒｓ、Ｒａは出力電圧Ｖ０
をスイッチング制御部３に伝えるための分圧抵抗である
。又ａはスイッチング制御部３が出力するコントロール
信号であり、出力電圧ｖ０は図示しない負荷に与えられ
ている。

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■、がスイッチングトランジス
タＴ　Ｒ＋　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
、駆動用トランジスタＴＲ，がオン、オフし、抵抗Ｒ１
を介してトランジスタＴＲ，のベース電流をコントロー
ルし、トランジスタＴＲ，をオフ、オンさせる。また、
抵抗Ｒ２はトランジスタＴＲ，の蓄積キャリアをオフ時
に放電させる。ここで、トランジスタＴ　Ｒｒのオン時
は入力電圧■ｉはコイルＬｌ、コンデンサＣＩへ供給さ
れ、トランジスタＴ　Ｒ＋がオフ時はコイルし、に蓄積
されていたエネルギーはフライホイールダイオード９を
介して負荷へ供給される。ここで、出力電圧ｖ０を分圧
抵抗Ｒ３，Ｒ。

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ｖ０を一定に保つ。

つぎに、トランジスタＴＲ，の動作に注目すると、コン
トロール信号ａに対するトランジスタＴＲ，のベース電
流す、コレクタｘ流Ｃ，：ｒレクタ・エミッタ間電圧ｄ
は第６図の様になる。さらに、トランジスタＴ　ＲＩの
オンからオフ、オフからオンの過渡期を拡大した波形は
第７図になる。

これらの図からトランジスタＴＲ，の損失は、（１）オ
ン期間の損失をＰ　ｏｎとするとＴ ここで、Ｔはスイッチング周期、ＶＣｘ（ｓａ＆＋　　
はトランジスタＴＲＩのコレクタ飽和電圧、ＩＣ１＋Ｘ
ＣＺはトランジスタＴＲ，のコレクタ電流の最小値と最
大値、ｔ、、はトランジスタＴ　Ｒｒの本来のオン期間
である。

オフからオンの過渡期の損失をターンオン損失Ｐいとす
ると （ＩＣ，・ １゜ に こで、 １゜ はトランジスタＴ　Ｒ＋ の立上り時間 である。

オンからオフの過渡期の損失をターンオフ損失Ｐ、。ｆ
、とすると ｔｏｔｔ　　＝　ｔｒ　　”　ｔｇ ここで、ｔ、はトランジスタＴＲＩの蓄積時間、１、は
トランジスタＴＲ，の立下り時間である。

トランジスタＴ　Ｒｌの全損失Ｐ□は Ｐ　ｔｍ　＝　Ｐ　ｏｎ　”　Ｐ　ｔｒ　＋　Ｐ　ｔｏ
ｒｆとなる。一方電子装置の小型化に伴いスイッチング
電源となる平滑用のコイルＬＩ＋　コンデンサＣ３には
出来るだけ小さな物（小形化するため）を使うために、
スイッチング周波数を高く　（周期Ｔを小さく）する必
要がある。そのため、上記損失Ｐ□の中で２％１．Ｐｌ
。１．特にＰｌ。、ｆが損失の大きな割合いを占める様
になり、トランジスタ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
下といった問題が出てくる。このＰ、。ｔｒを小さくす
るには、ターンオフ時間Ｌｏｔｒ　　（Ｌｍ　＋ｔｔ）
を短かくする必要がある。しかるにこのｔ　Ｏｆｆを短
くするための蓄積キャリア放電用抵抗Ｒ２は、トランジ
スタＴＲ，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。

この式より判るように、Ｒｔはあまり小さな抵抗値を選
択出来ず、従ってターンオフ時間ｅ　ｏｆｆを短かく出
来ないという欠点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のスイッチング電源は以上のように構成されている
ので、スイッチングトランジスタのターンオン、ターン
オフ時間が長くなり、そのためスイッチングトランジス
タの損失が大きい、従ってスイッチング電源の効率が悪
く、このままではスイッチング周波数を高く出来ず、小
型化しにくいと云う問題点があった。

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し、電源が高効率で、し
かも小型化が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。

〔課題を解決するための手段〕

この発明においては、直流電源からの電圧Ｖ、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ＴＲ，と、このスイッチングトランジスタＴ　ＲＩ
　をオンオフ駆動するドライバートランジスタＴ　Ｒｚ
と、このドライバートランジスタＴＲ，を制御するスイ
ッチ制御部３とを具備するスイッチング電源において、
上記スイッチングトランジスタＴ　Ｒｔのベース電流制
限用抵抗を分割し、これら抵抗Ｒ，，Ｒ，の間にコンデ
ンサＣ３を接続し、電圧Ｖ、から抵抗Ｒ＆　Ｉ　Ｒ１ｌ
Ｒ７を介してオフセット電圧を加えた第３のトランジス
タＴＲ，を設け、スイッチングトランジスタＴＲ，の立
上りにはこの第３のトランジスタＴＲ，又スイッチング
トランジスタＴＲ，の立下りにはオフセント用の抵抗Ｒ
７及び分割した抵抗Ｒ３を介してコンデンサＣ２を放電
させるようにした。

〔作用〕

この発明によるスイッチングトランジスタＴＲ。

の駆動回路は、スイッチングトランジスタＴＲ。

のターンオン（立上り）時はコンデンサＣ２の充電電流
によりターンオン（立上り）時間を小さくし、ターンオ
フ（立下り）時にはコンデンサＣ２の充電電圧を抵抗Ｒ
１，Ｒ７で放電し、トランジスタＴＲ，によるスイッチ
でスイッチングトランジスタＴＲ，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（立下り）時間を小さくし、スイッチングトラン
ジスタＴＲ，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。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１図は要部を示す回路図、第２図は全体の回路図を示
している。同図において、Ｖｉは入力の直流電圧、ＴＲ
，は入力の直流電圧Ｖ、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、３はスイッチング制御部
、ＴＲ，はスイッチング制御部３からの信号ｍにより、
トランジスタＴＲ，を０Ｎ１０ＦＦさせる駆動用トラン
ジスタ、Ｒ１はトランジスタＴＲ，のベース電流制限用
抵抗、Ｌ＋、Ｃ＋　はトランジスタＴＲ，でスイッチン
グされた電圧を平滑するためのコイル及びコンデンサ、
９はフライホイールダイオード、Ｒ３゜Ｒ４は出力電圧
ｖ０をスイッチング制御部３に伝えるための分圧抵抗で
ある。又ｍはスイッチング制御部３が出力するコントロ
ール信号であり、出力電圧Ｖ０は図示外の負荷に与えら
れている。

Ｃ２はトランジスタＴＲ，のスピードアンプ用のコンデ
ンサ、Ｒ３はトランジスタＴＲ，のベース電流制限抵抗
、ＴＲ，はトランジスタＴＲ，のオフ時にコンデンサＣ
２の放電経路を作るスイ。

チ用のトランジスタＲｈ　、Ｒｔ　、Ｒｓはトランジス
タＴＲ，のバイアス用の抵抗である。

上記構成において、入力電源電圧Ｖ、をスイッチングト
ランジスタＴＲ，でスイッチングし、フライホイールダ
イオード９．コイルＬｌ、コンデンサＣ１で平滑し、出
力電圧Ｖ０を得る。また、その出力電圧ｖ０を分圧抵抗
Ｒ１とＲ１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ｍを発生する。このコントロール信号ｍ
によりドライバー駆動用トランジスタＴ　Ｒｚを介して
スイッチングトランジスタＴＲ，のオン／オフデユーテ
ィ−サイクルを制御し、出力電圧■。の安定化を計る。

ここではスイッチングトランジスタＴＲ，のオン／オフ
動作を中心に第１図、第２図、第３図。

第４図に基づいて説明する。

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
駆動用トランジスタＴＲＩがオフになると、電流制限抵
抗ＲｓとＲ４を介してトランジスタＴＲ，をオンにする
ベース電流ｉｍ＋（ｎ）が流れる。一方、コンデンサＣ
□は抵抗Ｒｓ、バイアス用の抵抗Ｒ１，トランジスタＴ
Ｒ，を介して充電される。第４図は第３図を拡大したも
ので、特にトランジスタＴＲ，のオンからオフ、オフか
らオンの過渡期を拡大した波形が第４図である。

このとき、コンデンサＣ２の充電電流はトランジスタＴ
　Ｒｌがオフからオンになる直後の過渡期には、第３．
４図のＡに示すように、上記ｒ□に加算されて流れる事
になりトランジスタＴ　Ｒｒの立上り時間１．を短かく
し、即ちターンオン時間のスピードアンプに寄与する。

次に、コンデンサＣ２の充電の初期状態にトランジスタ
Ｔ　Ｒｓのベース・エミッタ間に加わる逆バイアスを緩
和するために、抵抗Ｒ８及びＲ６で分圧された電圧をト
ランジスタＴＲ，のベースに加えている。

トランジスタＴＲ，がオンするときには次のような関係
が必要である。

■　Ｒ１＋Ｒ１＃　（Ｖｉ　−Ｖｍｔ＋　）　／　Ｉｍ
＋ただし、 ＶＩＩＥ＋　はトランジスタＴＲ，の飽和時のペースエ
ミッタ間電圧。

１８１はトランジスタＴＲ，に流すコレクタ電流に対し
てコレクタ・エミッタ間飽和電圧を充分小さくするため
に必要なベース電流。

■　抵抗Ｒ，，Ｒ，の比は抵抗Ｒ７を含めた分圧比によ
る電位と抵抗Ｒ１１，Ｒ６の分圧電位の差が、トランジ
スタＴＲユのベース・エミッタ間逆耐圧Ｖｏｏ□より小
さな値にする事が必要で、計算式で表わすと下式になる
。

つぎに、スイッチング制御部３からのコントロール信号
ｍによりトランジスタＴＲ，がオンになると、コンデン
サＣ！に充電されていた電圧を放電することにより、抵
抗Ｒ５とＲ４及びＲ？を介してトランジスタＴＲ，にバ
イアスが加わり、トランジスタＴＲ，がオンになる。こ
の事によりコンデンサＣオの電圧は、抵抗Ｒ１を介して
トランジスタＴＲ，のベース・エミッタに逆バイアスと
なって加わり、トランジスタＴ　Ｒｒの蓄積キャリアの
放出を加速する形でベース電流Ｓの■、！とじて電流を
流し、トランジスタＴＲ，のターンオフ時間ｔａｒｔ　
＝ｔ　＊　＋　ｉ　ｔを短くする。

トランジスタＴＲＩの損失の式 ％式％ ターンオン時間１．及びターンオフ時間Ｌ　ｏｆｆ−１
，＋１．を短かくしたので損失を小さくできる。これに
より電源のスイッチング周波数を高くし、電源部品の小
型化が実現できる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたようにこの発明によれば、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ｆｌｌＮするスイッチ制御部
を具備するスイッチング電源において、スイッチングト
ランジスタのベース電流制限用抵抗を分割し、これら抵
抗の間にコンデンサを接続し、電圧から抵抗を介してオ
フセント電圧を加えた第３のトランジスタを設け、スイ
ッチングトランジスタの立上りにはこの第３のトランジ
スタのエミッタを介して上記コンデンサを充電し、又ス
イッチングトランジスタの立下りにはオフセント用の抵
抗及び分割した抵抗を介してコンデンサを放電させるよ
うにして、スイッチングトランジスタのターンオン及び
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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の要部回路図、第２図は本発明の全体の
回路図、第３図は同上の動作波形図、第４図は第３図の
部分拡大図、第５図は従来のスイッチング電源回路図、
第６図は従来の動作波形図、第７図は第６図の部分拡大
図である。 Ｖ、は入力電源電圧、ＴＲ，はスイッチングトランジス
タ、３はスイッチング制御部、ＴＲ，はドライバートラ
ンジスタ、Ｒ＋　、Ｒｓ　、Ｒａ　。 Ｒｓ　、Ｒ６、Ｒ？　、Ｒｅは抵抗、Ｃ１，Ｃｚはコン
デンサ、ＴＲＩはトランジスタ。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　　弁理士　　宮園　純− ｖ、；入力電源電圧 ３；スイッチング制御部 ＴＲＩ；　　ドライバートランジスタ Ｒ１，Ｒａ；抵抗 ＣＩ；コンデンサ 平成 ３年 ２月 、ｊ′口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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
   制御部とを具備するスイッチング電源において、上記ス
   イッチングトランジスタのベース電流制限用抵抗を分割
   し、これら抵抗の間にコンデンサを接続し、前記電圧か
   ら抵抗を介してオフセット電圧を加えた第３のトランジ
   スタを設け、上記スイッチングトランジスタの立上りに
   はこの第３のトランジスタのエミッタを介して上記コン
   デンサを充電し、又上記スイッチングトランジスタの立
   下りには上記オフセット用の抵抗及び上記分割した抵抗
   を介して上記コンデンサを放電させるようにしたことを
   特徴とするスイッチング電源回路。