JPH0496652A - スイッチング電源用ドライブ回路 - 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〕 本発明はフライバンク型スイッチング電源に用いるドラ
イブ回路に関するものである。

〔従来の技術〕

第９図はフライバック方式による従来のスイッチング電
源用ドライブ回路を示す回路図であり、第１０図は第９
図の回路の動作波形図である。

ドライブ用型源＋Ｅ１〜−Ｅ１間には、ドライブトラン
ジスタｌ及びドライブ変圧器２か直列に接続して挿入さ
れ、ドライブ変圧器２の二次巻線間には抵抗３と抵抗４
か直列にして接続されている。抵抗の接続点には主トラ
ンジスタ５のベースが接続されている。主トランジスタ
５のエミッタは主電源−Ｅ２に接続され、この主電源−
Ｅ２には抵抗３側のドライブ変圧器２の二次巻線出力か
接続されている。また、主トランジスタ５のコレクタは
、主変圧器６の一次巻線を介して主電源子Ｅ２に接続さ
れている。主変圧器６の二次巻線には、整流用のダイオ
ード７を介して平滑用のコンデンサ８が接続されている
。

以上の構成において、主電源子Ｅ２．　　Ｅ２及びドラ
イブ用電源十Ｅ、、−Ｅ、を印加した状態でドライブト
ランジスタ１のベースにパルス電圧を印加すると、ドラ
イブトランジスタ１かオンになる。このオン動作に応じ
た電流がドライブ変圧器２の一次側に流れ、これに応じ
て二次側に電圧が誘起される。この誘起電圧により、抵
抗４→主トランジスタ５のベース→エミッタ→ドライブ
変圧器２の経路で電流が流れる。このときの主トランジ
スタ５のベース電流Ｉ８及びコレクタ’ＩＡＩ。

は次式で示される。

Ｅｌ　ニドライブ回路の電源電圧 ｎＩ　ニドライブ変圧器２の一次巻数 ｎ２　ニドライブ変圧器２の二次巻数 ■８８：主トランジスタ５のベース−エミッタ間電圧 ＲＢ　：抵抗４の抵抗値 Ｅ２　：主電源電圧 り、６：主変圧器６の一次インダクタンスＬ、２ニドラ
イブ変圧器２の一次インダクタンスｊａｎニドライブト
ランジスタ１のオン時間ｊ　＋ｌ（：主トランジスタ５
のストレージタイムＶ　ｏｕｔ　　ニドライブ変圧器２
の出力電圧以上の構成において、主トランジスタ５にへ
一ス電流Ｉ８か流れると、これに同期して同一期間（１
，。）だけ主トランジスタ５がオンになり、このオンの
開始に同期して主トランジスタ５のコレクタ電流Ｉ。か
徐々に増大する。ベース電流■８かオフになると同時に
ドライブ変圧器２の逆起電力か生じ、これによって逆方
向電流−１８か生じる。コレクタ電流Ｉ。は、ベース電
流■８が消失した一定時間後（ｔ。。終了後からｔ３．
９を経過した時点）に０になる。

第１１図は従来のスイッチング電源用ドライブ回路の他
の例を示す回路図であり、第１２図は第１１図の回路の
動作波形図である。なお、第１１図においては、第９図
と同一であるものには同一引用数字を用いたので、以下
においては重複する説明を省略する。

主電源８２間には、ベースか共通接続されたコンプリメ
ンタリ−エミッタホロワ構成のトランジスタ９，１０の
コレクタとエミッタか抵抗１１及び抵抗１２を介して接
続されている。トランジスタ９，１０のベースには、コ
ンデンサ１３を介してパルス信号か印加されている。

この構成では、パルス信号が印加されると、その極性に
応じてトランジスタ９またはトランジスタｌＯがオンに
なる。トランジスタ９かオンの時には主トランジスタ５
がオンになり、主変圧器６に電流■。か流れ始める。

この時のベース電流ＩＢ、コレクタ電流■。及び逆方向
電流−１８の各々は次のようになる。

ＥＩ　ニドライブ回路の電源電圧 ■８０主トランジスタ５のベース−エミッタ間電圧 ＲＢＩ：抵抗１１の抵抗値 Ｒ８□：抵抗１２の抵抗値 Ｅ２　：主電源電圧 り、６：主変圧器６の一次インダクタンスｔ、。ニドラ
イブトランジスタ１のオン時間ｔ８゜１　：主トランジ
スタ５のストレージタイムＶ。。、ニドライブ変圧器２
の出力電圧この構成では、第１１図に示すように、ＩＲ
の通電開始に対応してコレクタ電流Ｉ。か０より漸増し
、−１，により　　　　　　　　　　　　　し０に戻さ
れる。第９図も同様であるか、ベース電流■８は、式（
１）１式（４）から明らかなように抵抗４及び抵抗１１
によって制限され、時間的に変化の無い電流波形になる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記した従来のスイッチング電源用ドライブ回
路にあっては、コレクタ電流Ｉｃの漸増変化に対してベ
ース電流Ｉ８はＩ。、、２、に対応した１、を流すため
、Ｉｏ／ｈＦ、でなく二値的変化となり、余分なベース
電流■８が流れ、ドライブ損失を大きくしてきた。

また、第９図の構成では、ベース電流がドライブ変圧器
２の一次巻数ｎ１と二次巻数ｎ２の比と抵抗ＲＢとによ
って決まり、逆方向電流−１８がドライブ変圧器２の一
次インダクタンスＬｐ２とベース抵抗によって決定され
るため、ベース電流■８と逆方向電流のバランスを決め
難く、ストレージ時間ｔ３．１が長くなり、主トランジ
スタ５のオフ動作を急峻に行うことができない。しかも
、ベース抵抗損が発生する。

同様に、第１Ｉ図の構成では、ドライブトランジスタ１
がオフになってトランジスタ１０かオンするまでに時間
かかかるため、やはりストレージ時間ｔ８□が長くなり
、主トランジスタ５のオフ動作を急峻に行うことができ
ない。しかも、ベース抵抗損を発生する。このため、高
速動作を制限し、電源効率の悪化を招いている。

本発明の目的は、低損失化及び高速化が図れるようにし
たスイッチング電源用ドライブ回路を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、出力となる二次
巻線を有した主変圧器の一次巻線を介して電源間に接続
される主トランジスタと、この主トランジスタのベース
に制御信号に応じてベース電流を周期的に供給するドラ
イブトランジスタと、このドライブトランジスタに直列
に接続されるインダクタとを設ける構成にしている。

また、主トランジスタのオフ動作を急峻に行うために、
前記インダクタに設けた第２の巻線と、この巻線に前記
ベース電流の遮断動作によって発生するエネルギーを前
記主トランジスタへ逆ベース電流として印加する制御手
段を設けている。

〔作用〕

上記した手段によれば、主トランジスタにベーダクタン
スに逆比例し、かつドライブトランジスタのオン時間に
比例するように動作している。この結果、主トランジス
タのコレクタ電流の波形に似たベース電流波形を生じさ
せることができ、余分なベース電流を流させることがな
いと共にベース！抵抗損がなくなる。

また、インダクタに二次巻線を設け、この二次巻線に生
じたエネルギーをベース〜エミッタ間ニ逆ベース電流と
して供給している。この結果、主トランジスタのコレク
タ電流の遮断を急峻にすることが可能になり、損失を小
さくし、スイッチングスピードを向上させることができ
ると共にドライブエネルギーを主トランジスタのターン
オフに使うため、ドライブ損失の低減が可能になる。さ
らに、そのドライブエネルギーは、Ｅｌ　＋と一次イン
ダクタンスし、により決まるため、設計が容易になる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明によるスイッチング電源用ドライブ回路
の一実施例を示す回路図である。また、第２図は第１図
の実施例の動作を示す波形図である。なお、第１図にお
いては、第９図と同一であるものには同一引用数字を用
いたので、以下においては重複する説明を省略する。

本実施例では、ドライブ用トランジスタにＮＰＮ型のド
ライブトランジスタ１４を用い、そのエミッタをドライ
ブ用電源十Ｅ、に接続し、ベースにはダイオード１５及
びコンデンサ１６を介してパルス信号か印加される。ま
た、ドライブトランジスタ１４のベースとドライブ用電
源−Ｅｌとの間には、バイアス供給用の抵抗１７か接続
されている。

さらに、トランジスタ５のベースには、ドライブ変圧器
１８（インダクタ）の−次巻線１８ａ及び二次巻線１８
ｂの各一端か接続され、−次巻線１８ａの他端はドライ
ブトランジスタ１４のコレクタに接続されている。また
、二次巻線１８ｂの他端は、ダイオード１９及びダイオ
ード２０を介してドライブ用電源−Ｅｌに接続されてい
る。

以上の構成において、パルス信号が印加されない状態で
は、抵抗１７を介してドライブトランジスタ１４のベー
スにバイアスが与えられるため、ドライブトランジスタ
１４はオンになる。ドライブトランジスタ１４がオンに
なると、ドライブ用電源十Ｅ＋の電流が、ドライブトラ
ンジスタ１４のエミッタ→ドライブトランジスタ１４の
コレクタ→ドライブ変圧器１８の一次巻線１８ａ→主ト
ランジスタ５のベース→主トランジスタ５のエミッタリ
ドライブ用電源−Ｅ＋　の経路で流れ、時間の経過と共
に直線的に増加する。

この状態において、パルス信号が印加されると、ダイオ
ード１５によって整流された正の電圧がドライブトラン
ジスタ１４に与えられ、ドライブトランジスタ１４はオ
フになる。ドライブトランジスタ１４がオフになると、
ドライブ変圧器１８の一次巻線１８ａに流れる電流は急
峻に０　になり、ベース電流Ｉ８が遮断される。

この時点でドライブ変圧器１８には後記する式（１０）
のエネルギーが蓄えられている。このエネルギーは、−
次電流の遮断と同時に二次巻線１８ｂからダイオード１
９．２０を介して放出され、主トランジスタ５のベース
に負電流を与え、主トランジスタ５を急峻にオフ動作さ
せる。

以上の動作により、主トランジスタ５のコレクタ電流の
形と相似のベース電流にすることかでき、余分なベース
電流を流さずに済み、ドライブ回路の損失を少なくする
ことかできる。

また、主トランジスタ５を急峻にオフすることができる
結果、コレクタ電流の下降時間に（フォールタイム）を
少なくできると共に、主トランジスタ５のスイッチング
損失を少なくすることができる。

なお、第１図の実施例におけるベース電流ＩＢ及びコレ
クタ電流Ｉ。は次式で示される。

Ｅｌ　ニドライブ回路の電源電圧 ＶＲＥ：主トランジスタ５のベース−エミッタ間電圧 Ｅ２　：主電源電圧 Ｌｐ＋ｇ：主変圧器１８の一次インダクタンスｔ。。ニ
ドライブトランジスタ１４のオン時間ｔｉｔ（：主トラ
ンジスタ５のストレージタイム■。。、ニドライブ変圧
器１８の出力電圧式（８）〜（１０）から明らかなよう
に、ドライブトランジスタ１４のオン時の主トランジス
タ５のベース電流■８及びコレクタ電流ｆ。は、時間的
変化（１，。、ある・いはｔ。。＋ｔ８７．に依存）す
なわち第２図に示すように漸増する特性のベース電流■
８を示せるようになり、余分なベース電流を流さずに済
むようになる。

また、式（７）及び（９）から明らかなように、主トラ
ンジスタ５のベース電流１．．−Ｉ８は共に大きくする
ことが可能であり、この結果、主トランジスタ５の急峻
なオフか可能になる。

第３図は本発明によるスイッチング電源用ドライブ回路
の第２実施例を示す回路図である。また、第４図は第３
図の実施例の動作を示す波形図である。なお、本実施例
においても、第１図と同一であるものには同一引用数字
を用いたので、以下においては重複する説明を省略する
。

本実施例は、第１図の実施例がＰＮＰ型のトランジスタ
をドライブ用に用いていたのに対し、ＮＰＮ型のドライ
ブトランジスタ２１を用い、これをドライブ変圧器１８
の一次巻線１８ａと主トランジスタ５のベース間に挿入
するようにしたものである。この構成によれば、ドライ
ブトランジスタ２１のベースにパルス信号を直接入力す
ることができるため、第１図で必要としたダイオード１
５、コンデンサ■６及び抵抗Ｉ７を不要にすることがで
きる。

この実施例による動作及び効果は前記実施例と同−であ
るので、説明は省略する。

第５図は本発明によるスイッチング電源用ドライブ回路
の第３実施例を示す回路図である。また、第８図は第５
図の実施例の動作を示す波形図である。なお、本実施例
においても、第１図と同一であるものには同一引用数字
を用いたので、以下においては重複する説明を省略する
。

本実施例は、第１図の実施例において、−次巻線１８ａ
にバイアス回路２２を並列に接続する構成にしたもので
ある。このバイアス回路２２は、第６図または第７図に
示すように、抵抗とダイオードの直列接続、またはこの
２つにコンデンサを直列に接続した構成になっている。

バイアス電流回路２２を設けることにより、■）主トラ
ンジスタの電流増幅率ｈＦ８は電流の関数であるから、
直線的コレクタ電流■。の増加の過程でベース電流の増
加をり２．！に対応した形に補正する必要がある、 ２）第６図は初期電流設定回路であり、第７図は主トラ
ンジスタのターンオン時に必要な電荷量を注入する回路
である。

以上説明したように、上記実施例によれば、ドライブト
ランジスタと直列にインダクタンスを有する部材（ドラ
イブ変圧器）を挿入し、その出力によって主トランジス
タを制御するようにすることにより、そのコレクタ電流
■。の波形に対応した形のベース電流ＩＢ波形を得るこ
とが可能になり、余分なベース電流を流すことか無いの
で、損失を低減することが可能になる。

また、ドライブ変圧器に二次巻線を設け、ベース電流Ｉ
、］の消失後にこれとは逆向きの電流（１、）を生じさ
せることにより、主トランジスタ５のオフ動作を急峻に
させることが可能になる。

この結果、損失を少なくし、スイッチングスピードを速
くすることが可能になる。

〔発明の効果〕

本発明は上記の通り構成されているので、次に記載する
効果を奏する。

請求項１のスイッチング電源用ドライブ回路においては
、出力となる二次巻線を有した主変圧器の一次巻線を介
して電源間に接続される主トランジスタと、この主トラ
ンジスタのベースに制御信号に応じてベース電流を周期
的に供給するドライブトランジスタと、このドライブト
ランジスタにインダクタンス負荷として接続されるイン
ダクタとを設けるようにしたので、主トランジスタのコ
レクタ電流の波形に似たベース電流波形を生じさせるこ
とが可能になり、余分なベース電流を流させることが無
く、損失を少なくすることかできる。

請求項２のスイッチング電源用ドライブ回路においては
、前記インダクタに第２の巻線を設け、この巻線に前記
ベース電流の遮断動作によって発生するエネルギーを前
記主トランジスタへ逆ベース電流として印加する制御手
段を設けるようにしたので、主トランジスタのコレクタ
電流の遮断を急峻にすることが可能になり、損失を小さ
くし、スイッチングスピードを向上させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスイッチング電源用ドライブ回路
の一実施例を示す回路図、第２図は第１図の実施例の動
作を示す波形図、第３図は本発明によるスイッチング電
源用ドライブ回路の第２実施例を示す回路図、第４図は
第３図の実施例の動作を示す波形図、第５図は本発明に
よるスイッチング電源用ドライブ回路の第３実施例を示
す回路図、第６図及び第７図は第５図に示すバイアス回
路の詳細を示す回路図、第８図は第５図の実施例の動作
を示す波形図、第９図はフライバック方式による従来の
スイッチング電源用ドライブ回路を示す回路図、第１Ｏ
図は第９図の回路の動作波形図、第１１図は従来のスイ
ッチング電源用ドライブ回路の他の例を示す回路図であ
り、第１２図は第１１図の回路の動作波形図である。 ３．１７・・・抵抗、５・・・主トランジスタ、６・・
・主変圧器、７，１５，１９．２０・・・ダイオード、
８・・・コンデンサ、１４．２１・・・ドライブトラン
ジスタ、１６・・・コンデンサ、１８・・・ドライブ変
圧器、１８ａ・・・−次巻線、 １８ｂ ・二次巻線、 ドラ イブ変圧器。 第 ｒ負 図 第 因 第 図 弔 図 第 図 第 図 弔 図 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）出力となる二次巻線を有した主変圧器の一次巻線
   を介して電源間に接続される主トランジスタと、この主
   トランジスタのベースに制御信号に応じてベース電流を
   周期的に供給するドライブトランジスタと、このドライ
   ブトランジスタに直列に接続されるインダクタとを具備
   することを特徴とするスイッチング電源用ドライブ回路
   。
2. （２）前記インダクタに設けた第２の巻線と、この巻線
   に前記ベース電流遮断時に発生するフライバックエネル
   ギーを前記主トランジスタへ逆ベース電流として印加す
   る制御手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のス
   イッチング電源用ドライブ回路。