JPH043590Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （考案の属する技術分野） 本考案は電源電圧や負荷の変動に対して一定の
出力電圧を得るとともに負荷の過電流を保護する
DC−DCコンバータに関する。

（従来技術とその問題点） 直流安定化電源を得るために変圧器の一次コイ
ルに断続直流電流を流し、この変圧器の二次コイ
ルに得られる電圧で出力コンデンサを充電し、こ
の充電電圧を利用するDC−DCコンバータが用い
られている。このようなDC−DCコンバータの従
来例を第３図に示す。ここで１は直流電源で、こ
の直流電源１の両端に変圧器２の一次コイル２ａ
とトランジスタ３の直列回路が接続されている。
このトランジスタ３のベースは一端がトランジス
タ３に接続された一次コイル２ａの他端に始動抵
抗４を介して接続されている。変圧器２は一次コ
イル２ａのほかに制御コイル２ｂ、二次コイル２
ｃを有し、制御コイル２ｂにはダイオード５、コ
ンデンサ６の直列回路が接続され、制御コイル２
ｂの一端はダイオード７とコンデンサ８の並列回
路に抵抗９を直列に接続した回路を介してトラン
ジスタ３のベースに接続されている。またトラン
ジスタ３のベース・エミツタ間にトランジスタ１
０が接続され、２個のホトカプラのそれぞれのホ
トトランジスタ１１ａ，１２ａ側の並列回路の両
端にそれぞれ抵抗１３，１４を直列に接続した回
路がコンデンサ６と並列に接続され、この両ホト
トランジスタ１１ａ，１２ａと抵抗１４の接続点
が抵抗１５を介してトランジスタ１０のベースに
接続されている。両ホトトランジスタ１１ａ，１
２ａは後に説明する両発光ダイオードとそれぞれ
ホトカプラ１１，１２を構成している。二次コイ
ル２ｃの両端には出力ダイオード１６と出力コン
デンサ１７の直列回路が接続され、この出力コン
デンサ１７の両端に負荷１８と電流検出抵抗１９
の直列回路が接続され、出力コンデンサ１７の充
電電圧で負荷１８に出力電圧V_Oの出力電流I_Lを供
給する。DC−DCコンバータの電圧制御回路２０
と過電流保護回路２１は次のように接続されてい
る。すなわち電圧制御回路２０はホトトランジス
タ１１ａと組み合わせたホトカプラ１１の発光ダ
イオードと電圧検出回路２２を直列に接続して出
力電圧V_Oで駆動され、出力電圧V_Oが分圧抵抗２
３，２４で分圧された電圧を入力とし、その出力
でホトカプラ１１の発光ダイオードを制御する。
また過電流保護回路２１はホトトランジスタ１２
ａと組み合わせたホトカプラ１２の発光ダイオー
ド、抵抗２５、トランジスタ２６の直列回路が出
力コンデンサ１７の両端の電圧で駆動され、電流
検出抵抗１９の電圧降下が抵抗２７を介してベー
スに接続されて制御される。

電源電圧が印加され、トランジスタ３に抵抗４
を介してベース電流が流れると、トランジスタ３
が導通し始める。すると制御コイル２ｂと二次コ
イル２ｃに電圧が誘起する。この制御コイル２ｂ
の電圧でトランジスタ３のベース電流がさらに増
加し、トランジスタ３は正帰還作用により瞬時に
完全な導通状態になる。このため一次コイル２ａ
の電流は直線的に増加し、変圧器２に電磁エネル
ギーを蓄える。電流が最大値に達し変圧器鉄心が
磁気飽和を起こすと制御コイル２ｂと二次コイル
２ｃの誘起電圧は零になるからトランジスタ３は
瞬時に不導通になる。このとき変圧器２に蓄えら
れたエネルギーはダイオード１６を介して出力コ
ンデンサ１７に蓄積される。ダイオード１６の極
性はこの動作をするように接続されている。こう
して変圧器２の蓄積エネルギーが放出し終ると最
初に戻り、トランジスタ３が導通し始め、電源１
の電力は変圧器２を介して出力コンデンサ１７に
蓄積され、負荷１８に出力電圧V_Oを印加して出
力電圧I_Lを流す。

ここで負荷１８に印加される出力電圧V_Oが高
くなると電圧制御回路２０の入力電圧が上昇し、
ホトカプラ１１の発光ダイオードが発光する。こ
のためホトトランジスタ１１ａが導通し、トラン
ジスタ１０が導通する。したがつてトランジスタ
３のベース電流が短絡されるからトランジスタ３
は不導通になる。こうして一次コイル２ａの通電
時間が短縮され、一次コイル２ａから二次コイル
２ｃに伝達されるエネルギーが減少して出力電圧
V_Oは低下して元に戻る。出力電圧V_Oが低下する
とホトカプラ１１がオフして出力電圧V_Oは一定
に保持される。

過電流保護回路２１において過電流が流れない
通常時電流検出抵抗１９の電圧降下ではトランジ
スタ２６は導通せず、ホトカプラ１２の発光ダイ
オードは発光しない。ここでもし負荷１８が短絡
などを起こして出力電流I_Lが増大すると、電流検
出抵抗１９の電圧降下が増大するから、この電圧
でトランジスタ２６が導通し、ホトカプラ１２の
発光ダイオードを発光させる。するとホトトラン
ジスタ１２ａが導通し、トランジスタ１０を導通
させようとする。ここでトランジスタ１０が完全
に導通すれば、トランジスタ３が不導通になるか
ら、一次コイル２ａの通電は断たれ二次コイル２
ｃに伝達されるエネルギーは低下するが、ここで
負荷１８が短絡されたために出力電圧V_Oが第４
図破線で示す電圧V_Olのように低下するから、電
圧制御回路２０の入力電圧とホトカプラ１１の駆
動電圧が低下し、ホトカプラ１１の発光ダイオー
ドは発光せず、ホトトランジスタ１１ａは導通し
ない。このためトランジスタ１０は導通せず、ト
ランジスタ３はそれまでの動作を続ける。また出
力電圧V_Oが低下することは出力コンデンサ１７
の充電電圧が低下することで当然過電流保護回路
２１の駆動電圧も低下するからホトカプラ１２の
発光ダイオードも発光しなくなる。したがつて、
トランジスタ１０は導通せず、この点からもトラ
ンジスタ３はそれまでの動作を続ける。このため
一次コイル２ａを介して二次コイル２ｃに伝達さ
れるエネルギーは余り低下しないから出力電圧
V_Oは電圧V_Olのように低下していくが出力電流を
絞りきることができず過大電流が二次側の出力回
路を流れ、特に負荷１８が短絡したときは定格電
流の２〜３倍の電流が流れるという欠点がある。
これに対処するためには出力ダイオード、電流検
出抵抗、変圧器二次コイル、配線などの電流容量
を大きくしておかなければならないので高価にな
るという欠点がある。

（考案の目的） 本考案の目的は、負荷の短絡などで出力電流が
増大しようとすると二次コイルに伝達する電力を
低減し、出力電流を所要範囲内に抑制するDC−
DCコンバータを提供することにある。

（考案の要点） 本考案の要点は、変圧器の一次コイルにスイツ
チングトランジスタを接続し、このスイツチング
トランジスタにより一次コイルに断続直流電流を
流してこの変圧器の二次コイルに誘起する電圧の
半波で出力コンデンサを充電し、この出力コンデ
ンサの電圧を負荷に供給し、二次側に接続された
電圧制御回路と過電流保護回路からの検出信号を
一次側に帰還してスイツチングトランジスタを制
御し出力電圧を定電圧化するDC−DCコンバータ
において、前記出力コンデンサを充電する二次側
出力電圧と逆相の半波電圧で充電される駆動コン
デンサを備え、この駆動コンデンサの充電電圧で
前記過電流保護回路を駆動するようにした点にあ
り、出力コンデンサを充電する出力電圧と逆相の
半波電圧で駆動コンデンサを充電すれば、この駆
動コンデンサの充電電圧は常時では出力コンデン
サの充電電圧に比例するが、たとえ負荷側が短絡
しても駆動コンデンサの電圧は低下しないことに
着目し、駆動コンデンサの充電電圧を過電流保護
回路の駆動電圧とするものである。なお出力電圧
制御回路のホトカプラを過電流保護回路のホトカ
プラと共用するとホトカプラが節約でき、回路が
簡単化し、さらに駆動コンデンサの充電電圧を有
効に利用できる。

（考案の実施例） 以下本考案の実施例を第１図と第２図に基づい
て詳細に説明する。ここで第３図と同一の部品に
ついては同一の符号を付してその詳細な説明を省
略する。第１図において、変圧器２は従来のもの
と同様に一次コイル２ａ、制御コイル２ｂ、二次
コイル２ｃを有し、一次コイル２ａはトランジス
タ３と直列に接続して直流電源１に接続されてい
る。また始動抵抗４と制御コイル２ｂの誘起電圧
でトランジスタ３を介して一次コイル２ａの電流
を断続し、電源１の電力を二次コイル２ｃに伝達
する。また二次コイル２ｃに誘起する電圧の半波
で出力コンデンサ１７を充電し、負荷１８に電力
を供給するが、このときの出力電圧の高低を検出
し電圧制御回路２０、トランジスタ１０を介して
トランジスタ３を制御し、出力電圧を一定に保
つ。また出力電流が負荷の短絡などで過大になる
と過電流保護回路２１、トランジスタ１０を介し
てトランジスタ３を制御し、この過電流を抑制す
る。しかしながらこのDC−DCコンバータは過電
流保護回路２１の駆動電圧が出力コンデンサ１７
を充電する二次コイル２ｃの半波電圧の次の逆方
向の半波電圧とされている点が従来のものと異な
る。すなわち、二次コイル２ｃの両端には出力コ
ンデンサ１７と同じようにダイオード２８を介し
て充電される駆動コンデンサ２９が接続されてい
る。そしてダイオード２８の通電方向はダイオー
ド１６と逆であり、二次コイル２ｃの交流電圧の
一方向の半波電圧で出力コンデンサ１７を充電
し、他方向の半波電圧で駆動コンデンサ２９を充
電する。そしてホトカプラ１２の発光ダイオー
ド、抵抗２５、トランジスタ２６の直列回路をこ
の駆動コンデンサ２９の充電電圧で駆動するよう
に接続されている。そしてトランジスタ２６は電
流検出抵抗１９の両端の電圧で制御されホトカプ
ラ１２の発光ダイオードを制御する。このDC−
DCコンバータの出力電圧V_Oの制御は従来のもの
と全く同じであるからこの説明は省略するが、負
荷１８の短絡などで出力電流I_Lが増大した場合、
出力コンデンサ１７の電圧はこれに応じきれず低
下するが、駆動コンデンサ２９の充電電圧は低下
しない。したがつて出力電流I_Lが増大してトラン
ジスタ２６が導通し、ホトカプラ１２の発光ダイ
オードが発光するとホトトランジスタ１２ａが導
通する。このとき電圧制御回路２０の入力電圧と
駆動電圧は出力電圧V_Oとともに低下し、ホトカ
プラ１１の発光ダイオードは発光せずホトトラン
ジスタ１１ａは導通しないが、ホトトランジスタ
１２ａが導通するためにトランジスタ１０が導通
し、トランジスタ３が不導通になる時間は長くな
る。したがつて一次コイル２ａの通電時間は非常
に短くなり、一次側の電力が二次側に伝達される
量は急減するから出力電圧V_Oは第４図実線で示
す電圧V_O2と急減し、出力電流I_Lも電流I_L2に抑制
される。このようにしてこのDC−DCコンバータ
は過電流から防護される。

なお第１図ではトランジスタ２６にPNP形を
用いたが、このトランジスタ２６にNPN形を用
いる場合は第２図に示すようにコンデンサ２９、
ダイオード２８、トランジスタ２６を接続して過
電流保護回路２１を形成すればよい。

次に第２図は第１図と異なる実施例を示す。こ
の実施例が第１図と異なる点は電圧制御回路２０
の電圧変動を一次側に伝達するホトカプラ１１と
過電流保護回路２１の過電流を一次側に伝達する
ホトカプラ１２が使用されて１個にされているこ
とである。すなわちダイオード２８と駆動コンデ
ンサ２９の直列回路は二次コイル２ｃの両端に接
続されて出力コンデンサ１７を充電する半波電圧
と方向が異なる半波電圧で駆動コンデンサ２９を
充電し、ホトカプラ１２の発光ダイオード、抵抗
２５、NPN形トランジスタ２６の直列回路は駆
動コンデンサ２９と出力コンデンサ１７を直列に
接続した電圧で駆動されるように接続され、トラ
ンジスタ２６のベースには電流検出抵抗１９の電
圧降下が抵抗２７を介して印加されるように接続
されている。また電圧制御回路２０は電圧検出回
路２２の入力が従来通り負荷１８の両端の出力電
圧V_Oを分圧抵抗２３，２４で分圧し印加される
がこの電圧検出回路２２の出力端はホトカプラ１
２の発光ダイオードと抵抗２５の接続点に接続さ
れている。

このような回路構成では、出力電圧V_Oの変動
は電圧検出回路２１によるホトカプラ１２の発光
ダイオードの駆動することとなり、従来のものと
同様に一次コイル２ａの電流を制御して出力電圧
V_Oを一定に保つ。また出力回路に大電流I_Lが流れ
ようとすると出力コンデンサ１７の電圧は低下す
るが駆動コンデンサ２９の電圧は低下しないから
ホトカプラ１２の発光ダイオードは駆動コンデン
サ２９の電圧により発光し、ホトトランジスタ１
２ａを導通させてトランジスタ１０を導通させ、
トランジスタ３を一時不導通にしてトランジスタ
３の導通時間を短縮し二次側に伝達される一次側
電力を低下させる。このようにして出力電流I_Lが
増大しようとすると一次側から二次側へ伝達され
る電力は低減し、出力電流の増大は抑制されて過
電流から防護される。

（考案の効果） 本考案によれば、出力コンデンサを充電する変
圧器二次コイルの半波電圧と方向の異なる次の半
波電圧で駆動コンデンサを充電し、この電圧で過
電流保護回路を駆動するようにしたから負荷に短
絡などが発生して過電流が流れても、駆動電圧が
低下することなく、過電流保護回路が確実に動作
して、一次電流の通電時間を短くし、二次側に伝
達される一次電力を低減する。したがつて、過電
流を確実に抑制することができるので安全であ
り、負荷側に接続される出力ダイオード、変圧器
の二次コイル、配線などはこのDC−DCコンバー
タの定格容量に近いものでよく、安価にできると
いう効果を有する。また電圧制御用と過電流保護
用のホトカプラを供用すればホトカプラが節約さ
れ回路が簡単になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ本考案によるDC−
DCコンバータの実施例を示し、第１図はホトカ
プラを２個用いた結線図、第２図は１個のホトカ
プラを電圧制御回路と過電流保護回路に共用した
結線図、第３図は従来のDC−DCコンバータの一
例を示す結線図、第４図は従来例と本実施例との
特性の相違を示す電圧電流特性曲線図である。 ２……変圧器、２ａ……一次コイル、２ｃ……
二次コイル、１７……出力コンデンサ、１１，１
２……ホトカプラ、２９……駆動コンデンサ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 変圧器の一次コイルにスイツチングトランジ
   スタを接続し、このスイツチングトランジスタ
   により一次コイルに断続直流電流を流してこの
   変圧器の二次コイルに誘起する電圧の半波で出
   力コンデンサを充電し、この出力コンデンサの
   電圧を負荷に供給し、二次側に接続された電圧
   制御回路と過電流保護回路からの検出信号を一
   次側に帰還してスイツチングトランジスタを制
   御し出力電圧を定電圧化するDC−DCコンバー
   タにおいて、前記出力コンデンサを充電する二
   次側出力電圧と逆相の半波電圧で充電される駆
   動コンデンサを備え、この駆動コンデンサの充
   電電圧で前記過電流保護回路を駆動することを
   特徴とするDC−DCコンバータ。 (2) 実用新案登録請求の範囲第１項記載のDC−
   DCコンバータにおいて、出力電圧制御回路の
   ホトカプラが過電流保護回路のホトカプラと共
   用されていることを特徴とするDC−DCコンバ
   ータ。