JPH06284720A - 高周波スイッチング電圧変換回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロイヤー回路を使用して駆動時にコアの飽和
させずにしかも数１０ＫHzで高周波駆動することができ
る高周波スイッチング電圧変換回路を提供すること。 【構成】 トランス１３の第１の一次コイルを介して直
流電源が供給される第１のＭＯＳＦＥＴ１４ａと、トラ
ンスの第２の一次コイルを介して直流電源が供給され、
第１のＭＯＳＦＥＴ１４ａと直列に接続される第２のＭ
ＯＳＦＥＴ１４ｂと、第１のＭＯＳＦＥＴ１４ａと第２
のＭＯＳＦＥＴ１４ｂとの接続点とアース間に接続され
る抵抗ｒ６と、抵抗ｒ６の非接地側端子とアース間に設
けられた抵抗ｒ５と、抵抗ｒ５を流れる電流が所定レベ
ル以上になると導通し、第１のＭＯＳＦＥＴ１４ａと第
２のＭＯＳＦＥＴ１４ｂの導通状態を反転させるトラン
ジスタとを備え、トランス１３の二次コイル側から高周
波電圧を取り出すように構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロイヤー回路を改良し、
数１０ＫHzの高周波電圧を得ることができる高周波スイ
ッチング電圧変換回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電圧ー周波数変換回路として
ロイヤー（Royer ）回路が広く知られている。このロイ
ヤー回路はコアの飽和特性を利用して磁気マルチバイブ
レータとして機能させている。そして、入力電圧に応じ
て出力される電圧の周波数が増減する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のロイヤー回路は
コアの飽和特性を利用しているので、コア損失があり変
換効率が低下するという問題があった。また、従来のロ
イヤー回路はコアの飽和時にスイッチング素子に過大な
電流がながれてしまうという問題がある。

【０００４】また、発振周波数は入力電圧に依存するの
で、従来のロイヤー回路を用いて数１０ＫHzの周波数を
得て、高周波放電灯を点灯させるためには、大きいトラ
ンス及び入力電圧が必要とされていた。

【０００５】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、その目的はロイヤー回路を使用して駆動時にコアの
飽和させずにしかも数１０ＫHzで高周波駆動することが
できる高周波スイッチング電圧変換回路を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係わる高周波
スイッチング電圧変換回路は、トランスの第１の一次コ
イルを介して直流電源が供給される第１のスイッチング
素子と、上記トランスの第２の一次コイルを介して上記
直流電源が供給され、上記第１のスイッチング素子と直
列に接続される第２のスイッチング素子と、上記第１の
スイッチング素子と第２のスイッチング素子との接続点
とアース間に接続される第１の抵抗素子と、上記第１の
抵抗素子の非接地側端子とアース間に設けられた第２の
抵抗素子と、上記第２の抵抗素子を流れる電流が所定レ
ベル以上になると導通し、上記第１のスイッチング素子
と第２のスイッチング素子の導通状態を反転させる第３
のスイッチング素子とを具備し、上記トランスの二次コ
イル側から高周波電圧を取り出すようにしている。

【０００７】請求項２に係わる高周波スイッチング電圧
変換回路は、請求項１の第２の抵抗素子は可変抵抗であ
り、上記トランスの二次コイル側に照明負荷を接続し、
上記可変抵抗値を制御することにより上記照明負荷の調
光を制御するようにしたことを特徴とする。

【０００８】請求項３に係わる高周波スイッチング電圧
変換回路は、請求項１の第２の抵抗素子は可変抵抗であ
り、上記直流電源の電圧を検出し、この電圧値に応じて
上記可変抵抗の値を変化させる制御部を設け、上記二次
コイル側に接続される照明負荷に流れるランプ電流を一
定にするようにしたことを特徴とする。

【０００９】請求項４に係わる高周波スイッチング電圧
変換回路は、請求項１の第２の抵抗素子は可変抵抗であ
り、上記二次コイル側に接続される照明負荷のランプ電
流を検出し、このランプ電流に応じて上記可変抵抗の値
を変化させる制御部を設け、上記二次コイル側に接続さ
れる照明負荷に流れるランプ電流を一定にするようにし
たことを特徴とする。請求項５に係わる高周波スイッチ
ング電圧変換回路は、請求項２乃至請求項４の照明負荷
は冷陰極ランプであることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明は上記のように第１のスイッチング素子
あるいは第２のスイッチング素子が導通したときの電流
経路に第１の抵抗素子を設け、第１の抵抗素子の非接地
側端子とアース間に第２の抵抗素子を設け、第２の抵抗
素子を流れる電流が所定レベル以上になると導通して、
第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の導
通状態を反転させる第３のスイッチング素子を設けたの
で、第２の抵抗素子の値を可変することによりコイルを
飽和させないで発振周波数を可変させ、数１０ＫHzの高
周波電圧を得ることができる。

【００１１】

【実施例】以下図面を参照して本発明の第１実施例に係
わる高周波スイッチング電圧変換回路を提供することに
ある。図１は高周波スイッチング電圧変換回路図、図２
は一実施例の動作を説明するためのタイミングチャー
ト、図３はコアの飽和特性を示す図である。

【００１２】図１において、１１は直流電源である。こ
の直流電源１１の陽極はスイッチ１２、トランス１３の
第１の一次コイル１３ａを介して第１のＭＯＳＦＥＴ
（電界効果トランジスタ）１４ａのドレイン電極に接続
されると共に、スイッチ１２、トランス１３の第２の一
次コイル１３ｂを介して第２のＭＯＳＦＥＴ１４ｂのド
レイン電極に接続される。第１のＭＯＳＦＥＴ１４ａと
第２のＭＯＳＦＥＴ１４ｂのソース電極は互いに接続さ
れている。第１のＭＯＳＦＥＴ１４ａのドレイン電極と
アースラインｅ間にはダイオードＤ１が逆方向に接続さ
れる共に、第２のＭＯＳＦＥＴ１４ｂのソース電極とア
ースラインｅ間にはダイオードＤ２が逆方向に接続され
ている。

【００１３】また、１３ｃはトランス１３の第３の一次
コイルである。この第３の一次コイル１３ｃの一端は抵
抗ｒ１を介して第１のＭＯＳＦＥＴ１４ａのゲート電極
に接続されると共に、その他端は抵抗ｒ２を介して第２
のＭＯＳＦＥＴ１４ｂのゲート電極に接続されている。

【００１４】第１のＭＯＳＦＥＴ１４ａのゲート電極と
ソース電極の間には抵抗ｒ３が接続されると共に、第２
のＭＯＳＦＥＴ１４ｂのゲート電極とソース電極の間に
は抵抗ｒ４が接続される。

【００１５】第１のＭＯＳＦＥＴ１４ａと抵抗ｒ１との
中間位置及び第２のＭＯＳＦＥＴ１４ｂと抵抗ｒ２との
中間位置はそれぞれ逆方向に接続されたダイオードＤ３
及びＤ４を介して接続点ａに接続される。この接続点ａ
はｎｐｎ型トランジスタＱ１のコレクタ電極に接続さ
れ、そのエミッタ電極は接地されている。トランジスタ
Ｑ１のベース電極とエミッタ電極との間には抵抗ｒ５が
接続されている。

【００１６】第１のＭＯＳＦＥＴ１４ａのソース電極と
第２のＭＯＳＦＥＴ１４ｂのソース電極との接続点は抵
抗ｒ６を介してアースラインｅに接続されると共に、ダ
イオードＤ５を介してトランジスタＱ１のベース電極に
接続される。なお、第３の一次コイル１３ｃの中央位置
は抵抗ｒ７を介して前述したスイッチ１２に接続され
る。

【００１７】トランス１３の二次コイル１３ｄの両端は
それぞれダイオードＤ10，Ｄ11を介して平滑コンデンサ
Ｃ１の一端に接続され、二次コイル１３ｄの中央位置は
平滑コンデンサＣ１の他端に接続される。この平滑コン
デンサＣ１の両端はそれぞれ出力端子ｐ１，ｐ２に接続
される。

【００１８】次に、上記のように構成された本発明の第
１実施例の動作について説明する。まず、スイッチ１２
をオン（閉成）すると、第１のＭＯＳＦＥＴ１４ａと第
２のＭＯＳＦＥＴ１４ｂのうち順方向伝達コンダクタン
スが大きい方のＭＯＳＦＥＴが導通する。ここで、第２
のＭＯＳＦＥＴ１４ｂが導通したと仮定する（この時の
ＭＯＳＦＥＴ１４ｂのゲートはトランス１３ｃで抵抗ｒ
２を介して正電位（Ｖthを越えるレベル）を印加されて
いる）と、一次コイル１３ｂ、第２のＭＯＳＦＥＴ１４
ｂ、抵抗ｒ６を介してドレイン電流Ｉｄがアースライン
ｅに流入する。このドレイン電流Ｉｄはトランス１３の
インダクタンス値で決まる一次関数で増加し、抵抗ｒ６
の非接地側端子電圧も増加する。そして、抵抗ｒ６の非
接地側端子電圧が所定電圧となるとトランジスタＱ１が
導通する。この結果、トランス１３ｃの両端は抵抗ｒ
１，ｒ２、ダイオードＤ３，Ｄ４を介してアースライン
ｅと短絡され、ＭＯＳＦＥＴ１４ｂのゲートがゼロ電位
になり、ＭＯＳＦＥＴ１４ｂが急激にオフする。そし
て、トランス１３の磁界の向きが逆になり、第１のＭＯ
ＳＦＥＴ１４ａのゲート電極には正電位が印加されるこ
とになり、第１のＭＯＳＦＥＴ１４ａが導通する。以
下、同様にして一次コイル１３ａ、第１のＭＯＳＦＥＴ
１４ａ、抵抗ｒ６を介してアースラインｅに流入する。
そして、抵抗ｒ６の非接地側端子電圧が所定電圧となる
とトランジスタＱ１が導通する。この結果、第１のＭＯ
ＳＦＥＴ１４ａのゲート電極はゼロ電位となり、その時
点まで流れていたドレイン電流Ｉｄは急激に減少する。
そして、第２のＭＯＳＦＥＴ１４ｂのゲート電極には正
電位が印加されることになり、第２のＭＯＳＦＥＴ１４
ｂが導通する。このようにして、発振を繰り返すことに
なる。

【００１９】つまり、図２に示すように、ＦＥＴ１４ｂ
のドレイン・ソース電圧、ＦＥＴ１４ｂのドレイン電
流、抵抗ｒ６の両端電圧、ＦＥＴ１４ｂのゲート・ソー
ス電圧、トランジスタＱ１のコレクタ電流は変化する。
つまり、抵抗ｒ６を介して流れるドレイン電流が増加し
ていくと、ある時点でトランジスタＱ１が導通し、導通
する逆のＦＥＴが導通する。

【００２０】以上のように、第１のＭＯＳＦＥＴ１４ａ
あるいは第２のＭＯＳＦＥＴ１４ｂが導通した場合には
ドレイン電流Ｉｄは抵抗ｒ６を介してアースラインｅに
流れ、この抵抗ｒ６にドレイン電流が流れることにより
抵抗ｒ５の非接地側端子の電位の上昇によりトランジス
タＱ１の導通するタイミングが決定されるので、抵抗ｒ
５の値を適宜設定することにより、所望の周波数電圧を
得ることができ、数１０ＫHzの高周波信号も得ることが
できる。

【００２１】さらに、抵抗ｒ６とトランジスタＱ１等に
よる高周波スイッチングにより一次コイル１３ａあるい
は１３ｂを流れる電流が制限させるため、図３の実線に
示すようにトランス１３のコアが完全に飽和しない状態
で発振させることができるので、コアの損失を減少させ
ることができる（なお、図３において、破線の従来のロ
イヤー回路で使用していたコアの磁気特性を示すもの
で、Ｂmsは飽和磁束密度を示す）。さらに、トランス１
３のコアを完全に飽和させることがないので、トランス
１３を小型化することができる。

【００２２】次に、本発明の第２実施例に係わる高周波
スイッチング電圧変換回路について説明する。この第２
実施例は冷陰極ランプの調光を制御する回路に高周波ス
イッチング電圧変換回路を適用した実施例を示す。図４
において、図１の構成と構成と同一部分には同一番号を
付し、その詳細な説明については省略する。図４におい
て、ダイオードＤ３とＤ４との接続点ａはダイオードＱ
１を介して接地されているが、このトランジスタＱ１の
ベースとエミッタ間には可変抵抗２１が接続されてい
る。この可変抵抗２１の抵抗値は調光制御用コントロー
ラ（図示しない）により制御されている。また、第１の
ＭＯＳＦＥＴ１４ａと第２のＭＯＳＦＥＴ１４ｂとの接
続点とトランジスタＱ１のベース間にはダイオードＤ２
１が接続されている。また、トランス１３の二次コイル
１３ｄの両端にはチョークコイル３１及び冷陰極ランプ
３２が直列に接続されている。

【００２３】次に、第２実施例の動作について説明す
る。図示しないスイッチをオンすると、第１実施例の動
作で説明したように、第１のＭＯＳＦＥＴ１４ａと第２
のＭＯＳＦＥＴ１４ｂは交互に導通して発振し、その周
波数は可変抵抗２１（第１実施例の抵抗ｒ５に相当す
る）の抵抗値により変化する。このため、この可変抵抗
２１の抵抗値を調光制御用コントローラ（図示しない）
で制御することにより、発振周波数を可変することがで
きる。従って、トランス１３の二次コイル１３ｄに冷陰
極ランプ３２を接続しておくことにより、冷陰極ランプ
３２を調光制御することができる。

【００２４】次に、本発明の第３実施例について図５を
参照して説明する。この第３実施例は冷陰極ランプを車
載のバッテリで駆動する場合に、ランプ電流を一定とな
るように、可変抵抗２１の抵抗値を制御している。

【００２５】つまり、図５において、図４に示した同一
の構成については同一番号を付し、その詳細な説明につ
いては省略する。図において、４１は図４の直流電源と
して採用された車載バッテリである。このバッテリ４１
の陽極は入力判定回路４２にも接続されている。そし
て、この入力判定回路４２には可変抵抗４２が接続され
ている。この入力判定回路４２はバッテリ４１の電圧を
検出し、バッテリ４１の電圧に応じて可変抵抗２１の抵
抗値を可変制御する。具体的には、バッテリ４１の電圧
が下がると、発振周波数を上げるように抵抗値を下げる
ように制御している。このように可変抵抗２１の抵抗値
を下げると、トランジスタＱ１のベース電流が増加する
ため、発振周波数が上がる。

【００２６】逆に、バッテリ４１の電圧が上がると、発
振周波数を下げるように可変抵抗４２の抵抗値を上げる
ように制御している。このように、可変抵抗４２の抵抗
値を上げると、トランジスタＱ１のベース電流が減少す
るため、発振周波数が下がる。

【００２７】なお、この第３実施例においては、バッテ
リ４１の電圧を検出してトランス１３の二次側に接続さ
れた冷陰極ランプ３２のランプ電流を一定になるように
制御したが、ランプ電流を入力判定回路４２に入力して
可変抵抗２１の抵抗値を制御するようにしても良い。

【００２８】以上のように、バッテリ４１の電圧が可変
してもトランスの二次側に接続されている冷陰極ランプ
のランプ電流を一定に保つことができる。このような制
御をロイヤー回路を用い、しかもコアを飽和させないで
発振周波数を制御しているので、コア損失が少なく、高
効率でしかもトランス１３を小型化することができる。

【００２９】次に、図６を参照して本発明の第４実施例
について説明する。図６において、図１と同一部分につ
いては同一番号を付し、その詳細な説明については省略
する。図６において、ダイオードＤ３とＤ４との接続点
ａはトランジスタＱ１のコレクタに接続されると共に、
制御回路５１内のトランジスタＱ２のコレクタに接続さ
れる。このトランジスタＱ２のエミッタに接地されてい
る。この制御回路５１のGND 端子はアースラインｅに接
続されている。また、トランス１３の一次コイル１３ｅ
の一端はダイオードＤ３１を介して制御回路５１のＶcc
端子に接続され、他端はアースラインｅに接続されてい
る。ダイオードＤ３１とＶcc端子間は平滑コンデンサＣ
２を介してアースラインｅに接続されている。

【００３０】以上のように構成することにより、一次コ
イル１３ｅに発生するパルス信号を平滑コンデンサＣ２
で平滑して制御回路５１のＶcc端子に電源として供給し
ている。そして、制御回路５１は内蔵するトランジスタ
Ｑ２をオン／オフ制御することにより、第１のＭＯＳＦ
ＥＴ１４ａ及び第２のＭＯＳＦＥＴ１４ｂをスイッチン
グ素子として使用している自励発振回路の周波数を可変
することができる。なお、上記した第１乃至第４実施例
においてはスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを使用
したが、バイポーラトランジスタを使用しても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ロ
イヤー回路を使用して駆動時にコアの飽和させずにしか
も数１０ＫHzで高周波駆動することができる高周波スイ
ッチング電圧変換回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係わる高周波スイッチン
グ電圧変換回路図。

【図２】第１実施例の動作を説明するためのタイミング
チャート。

【図３】同実施例のコアの飽和特性を示す図。

【図４】本発明の第２実施例に係わる高周波スイッチン
グ電圧変換回路図。

【図５】本発明の第３実施例に係わる高周波スイッチン
グ電圧変換回路図。

【図６】本発明の第３実施例に係わる電源起動回路図。

【符号の説明】

１１…直流電源、１２…スイッチ、１３…トランス、１
４ａ…第１のＭＯＳＦＥＴ、１４ｂ…第２のＭＯＳＦＥ
Ｔ、１３ａ〜１３ｃ，１３ｅ…一次コイル、１３ｄ…二
次コイル、ｒ１〜ｒ７…抵抗、Ｃ１，Ｃ２…コンデン
サ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トランスの第１の一次コイルを介して直
   流電源が供給される第１のスイッチング素子と、 上記トランスの第２の一次コイルを介して上記直流電源
   が供給され、上記第１のスイッチング素子と直列に接続
   される第２のスイッチング素子と、 上記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子
   との接続点とアース間に接続される第１の抵抗素子と、 上記第１の抵抗素子の非接地側端子とアース間に設けら
   れた第２の抵抗素子と、 上記第２の抵抗素子を流れる電流が所定レベル以上にな
   ると導通し、上記第１のスイッチング素子と第２のスイ
   ッチング素子の導通状態を反転させる第３のスイッチン
   グ素子とを具備し、 上記トランスの二次コイル側から高周波電圧を取り出し
   たことを特徴とする高周波スイッチング電圧変換回路。
2. 【請求項２】 上記第２の抵抗素子は可変抵抗であり、
   上記トランスの二次コイル側に照明負荷を接続し、上記
   可変抵抗値を制御することにより上記照明負荷の調光を
   制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の高
   周波スイッチング電圧変換回路。
3. 【請求項３】 上記第２の抵抗素子は可変抵抗であり、
   上記直流電源の電圧を検出し、この電圧値に応じて上記
   可変抵抗の値を変化させる制御部を設け、上記二次コイ
   ル側に接続される照明負荷に流れるランプ電流を一定に
   するようにしたことを特徴とする請求項１記載の高周波
   スイッチング電圧変換回路。
4. 【請求項４】 上記第２の抵抗素子は可変抵抗であり、
   上記二次コイル側に接続される照明負荷のランプ電流を
   検出し、このランプ電流に応じて上記可変抵抗の値を変
   化させる制御部を設け、上記二次コイル側に接続される
   照明負荷に流れるランプ電流を一定にするようにしたこ
   とを特徴とする請求項１記載の高周波スイッチング電圧
   変換回路。
5. 【請求項５】 上記照明負荷は冷陰極ランプであること
   を特徴とする請求項２乃至請求項４記載の高周波スイッ
   チング電圧変換回路。