JPH0628510B2 - Dc−dcコンバ−タ - Google Patents

Dc−dcコンバ−タ

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JPH0628510B2
JPH0628510B2 JP61146307A JP14630786A JPH0628510B2 JP H0628510 B2 JPH0628510 B2 JP H0628510B2 JP 61146307 A JP61146307 A JP 61146307A JP 14630786 A JP14630786 A JP 14630786A JP H0628510 B2 JPH0628510 B2 JP H0628510B2
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voltage
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switching transistor
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    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
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    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、そのコレクタ−エミッタ区間が電流変圧器お
よび電力変圧器のそれぞれの1次巻線と直列に接続さ
れ、かつ第1のDC電源の端子に接続されているスイッ
チングトランジスタと、 前記スイッチングトランジスタのエミッタと、前記1次
巻線の接続点との間に接続されている転流コンデンサ
と、 前記電流変圧器の2次巻線を含み、かつ前記スイッチン
グトランジスタのベースに接続されているベーシ駆動回
路と、 前記電流変圧器の2次巻線に並列に接続され、かつ2次
巻線のインダクタンスと共に並列共振回路または発振回
路を形成するものである同調コンデンサと、 を有するスイッチングモード電源を備えたDC−DCコ
ンバータであって、 前記並列共振回路または発振回路の共振周期の半周時期
間は、電力変圧器の1次巻線のインダクタンスと転流コ
ンデンサのキャパシタンスとによる共振周期の半周期時
間よりも短くなるように構成されたDC−DCコンバー
タに関する。
従来の技術 上記のようなDC−DCコンバータは、フランス特許出
願公開公報第2486326号から公知である。このコ
ンバータでは、電力変圧器の1次巻線のインダクタンス
と転流コンデンサのキャパシタンスとによる共振周期の
半分の周期時間を並列共振回路の共振周期の半分の周期
時間に比例させることにより、スイッチングトランジス
タのオフ時間の比較的大きな変動およびこのスイッチン
グトランジスタのデューティサイクル(オン時間/(オ
ン時間+オフ時間))の大きな変動(約1/3から4/
5まで変化する)を許容し得る回路が得られる。実際に
はフライバック時間すなわちオフ時間は、2次巻線に依
存しないで別の手段により設定することができ、この2
次巻線の電圧に影響されずに広範囲で変化させることが
できる。発振回路は高周波に同調されており、2次巻線
のパルスの持続時間は短いから、このパルスの振幅は増
大することができる。
しかしこのような回路には次の問題がある。すなわち、
2次巻線がスイッチングトランジスタのベースと接続さ
れているから、このスイッチングトランジスタのベース
/エミッタ区間がフライバック期間中、2次巻線に作用
を及ぼし、そのためこの短いパルスの振幅が制限されて
しまい十分に上昇できないのである。
発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、上記の問題点を回避し、2次巻線のパ
ルスの振幅が、この2次巻線に接続されているスイッチ
ングトランジスタの特性に依存しないで増大し得るよう
なDC−DCコンバータを提供することである。
課題を解決するための手段 上記課題は本発明により、電流変圧器の2次巻線の第1
端子とスイッチングトランジスタのベースとの間にダイ
オードが挿入接続されており、該ダイオードの導通方向
は前記トランジスタのベース−エミッタ区間の導通方向
と同じであるように構成して解決される。
本発明によるダイオードは、フライバック期間中、2次
巻線をスイッチングトランジスタから分離し、それによ
り前記の短いパルスの振幅がスイッチングトランジスタ
のベース/エミッタ区間に依存しないので増大すること
ができ、その振幅の制限されることがない。
本発明の別の実施例においては、電子制御スイッチとし
てのトランジスタが設けられており、この電子制御スイ
ッチは1つの制御入力電極と、2つの出力電極を有して
いる。これらの電極はそれぞれ、前記スイッチングトラ
ンジスタのベースおよびエミッタに接続されている。こ
の電子制御スイッチは、例えばMOS電界効果トランジ
スタであり、スイッチングトランジスタのフライバック
時間またはオフ時間を決定する。この電子制御スイッチ
のための制御電圧は有利にはスイッチングトランジスタ
の出力から得る。このようにすれば、スイッチングトラ
ンジスタのコレクタ電圧がゼロもしくはほとんどゼロに
なるときにスイッチングトランジスタがターンオンする
ようになる。
特許請求の範囲第1項および第2項に記載した構成を組
み合わせると、極めて有利である。この手段により2つ
の機能が明確にされる。すなわち、一方ではスイッチン
グトランジスタの順導通時間すなわちオン時間と、他方
ではフライバック時間すなわちオフ時間とが明確にされ
るようになる。スイッチングトランジスタのオン時間
は、前記電流変圧器の2次巻線によって、この変圧器内
に蓄積された磁気エネルギを使用して制御される。この
2次巻線はスイッチングトランジスタのオン時間中、こ
れにベース電流を送出する。このオン時間中、電子制御
スイッチとしてのトランジスタは動作せず、スイッチン
グトランジスタの導通に影響しない。フライバック時間
中は、前記電流変圧器の2次巻線が本発明のダイオード
によってスイッチングトランジスタのベースから分離さ
れる。それにより、2次巻線がこのフライバック時間中
にスイッチングトランジスタに影響しないようになり、
オフ時間を前記電子制御スイッチによってのみ定めるこ
とができる。電子制御スイッチは有利には、コンバータ
の出力電圧によって、特別な制御回路を介して制御され
る。
実施例 以下添付図面を参照しつつ実施例について本発明を説明
するが、それによって本発明の他の目的、特徴、利点が
よりよく理解されよう。しかし実施例は短なる例示であ
ることを断っておく。
第1図は本発明による高電圧DC-DC コンバータとその制
御回路の好適な実施例の概略構成図である。第2図は第
1図に示した回路の種々異なる点における電圧と電流を
示すタイムチャートである。第3図は持続波マグネトロ
ンの性能特性図である。
第1図は、単安定マルチバイブレータ形の簡単な制御回
路を含んだ、本発明の高電圧スイッチモード電源の概略
回路図である。第1図の回路は、電力変圧器5と、ベー
ス駆動電流のための電流変圧器すなわちフィードバック
変圧器と、NPN 形双極接合電力スイッチングトランジス
タ9と、第1の抵抗すなわちベースバイアス用抵抗140
とを含んでいる。またさらに、ダイオード13と、それに
並列に接続された並列コンデンサ10と、電流変圧器2次
側巻線16とそれに並列接続された同調用コンデンサ18か
らなる並列回路に直列接続された第2抵抗すなわち電流
測定用抵抗17と、バイアス電圧源40と、スイッチングト
ランジスタ9のコレクタ電流が流れなくなった時に2次
側巻線16をスイッチングトランジスタ9のベースから分
離させるダイオード31と、スイッチングトランジスタ9
をターンオフさせるための制御トランジスタ39とが含ま
れている。制御トランジスタ39はこの実施例では金属酸
化物半導体(MOS) フィールド効果トランジスタ(FET) す
なわちMOSEFTである。
ここで使用する制御トランジスタとしては電力スイッチ
ング用MOSFETの方が、双極接合スイッチングトランジス
タよりも好ましい。というのは後者を飽和状態で駆動さ
せるのに必要な電力が大きく、そのターンオフを遅延さ
せてしまう蓄積時間のためである。実際問題として、双
極接合トランジスタのベース駆動電流はその最大コレク
タ電流に比例せねばならず、スイチングトランジスタ9
の蓄積時間中コレクタ電流によって電流変圧器2次側巻
線16に誘起される逆ベース電流を必然的に伴うというこ
とである。このことは、スイッチングトランジスタ9の
オフ期間中制御トランジスタのベースに相対的に高い電
力を印火しなければならないということを示しており、
この印加は付加的な駆動段によろねばならない。このこ
とは、蓄積時間によるターンオフ遅延のない、そして全
く微かな電流での十分なゲート電圧スイングのみを必要
とし、したがって実質上電力を必要としないで導通状態
に作動されうる。Nチャンネル、常時オフ形、エンハン
スメントモード電力MOSFET39を使用することによって克
服されている。たとえば、MOSFET39 をターンオンさせ
るためには、3ボルトのしきい値VGS(th)の約2倍のゲ
ート・電源間バイアスをMOSFET39 に与えるだけで十分
である。このようなMOSFETはさらにまた、スイッチング
トランジスタ9のターンオフに先立つてその蓄積時間中
に前述の短い高電流パルスを導くためにも、より適して
いる。
MOSFET制御トランジスタ39は、ここでは、ダイオード31
のカソードと、ツェナーダイオード41のカソードと、電
解コンデンサ42のアノードとに接続されており、電解コ
ンデンサ42のカソードの方はツェナーダイオード41のア
ノードとスイッチングトランジスタ9のベースとに接続
されている。その結果、トランジスタ9のオン期間中に
トランジスタ9のベース駆動電流によってコンデンサ42
が充電されるツェナー電圧は、制御トランジスタ39がオ
ンしている時にはトランジスタ9の逆ベースバイアス電
圧になる。抵抗値RDS(on)であるMOSFET39 のドレイン
電源間抵抗が不十分な時には、小電流制限用抵抗43(約
0.5 Ω)をMOSFET39 のドレインと、ダイオード31およ
び電圧源40の接続点との間に挿入してもよい。スイッチ
ングトランジスタ9のベースは第3の抵抗すなわちベー
ス抵抗44(約1KΩ)を介してそのエミッタに接続され
ている。
電力変圧器の2次側巻線の出力端子7,8はそれぞれピ
ーク対ピーク整流器45の2つの入力端子に接続されてい
る。この整流器は第1フィルタ用コンデンサ46を含んで
いるのであるが、そのコンデンサ46の一方の端子は2次
側巻線の第1出力端子8に接続され、他方の端子は第1
整流器ダイオード47のアノードと第2整流器ダイオード
48のカソードとに接続されている。第1整流器ダイオー
ド47のカソードは、2次側巻線の第2出力端子7と、第
2フィルター用コンデンサ49の一方の端子と、整流器の
正出力端子50とに接続され、そして端子50は(図示され
ていないマグネトロンのアノードに接続されて)接地さ
れている。第2整流器ダイオード48のアノードと第2コ
ンデンサ49の他方の端子とは、共に整流器の(マグネト
ロンのカソードに接続される)負出力端子51に接続され
ている。順ダイオードと呼びうる第1ダイオード47は、
スイッチングトランジスタ9のオン期間、電源電圧V
に比例した電圧まで第1コンデンサ46を充電させる。フ
ライバックダイードと呼びうる第2ダイオード48は、ト
ランジスタ9とダイオード13が共にオフしている期間、
スイッチングトランジスタ9のコレクタ・エミッタ間電
圧VCE9のピーク対ピーク値VPPに比例した電圧まで直
列接続された第1コンデンサ46を放電させて第2コンデ
ンサ49を充電させる。この比例関係は1次側巻線に対す
る2次巻線の巻数比NG/N4 によって決まる。
制御MOSFET39 はそのゲートに制御回路60の出力52から
印加される周期方形電圧波形によって制御されるが、そ
の制御回路60は、それぞれDC電源57の正端子55と負端子
56とに接続されている正入力54と負入力54とを有してい
る。高圧電源3と低圧電源57の各負端子2、56は共に共
通の接地58に接続されている。低圧電源57の正端子55
は、入力53と出力59とを介して第1抵抗すなわち始動用
抵抗140 に接続されて、制御MOSFET39 がオフされた時
に、スイッチイングトランジスタ9のベースに正バイア
スろ印加してその導通を開始する。
この始動用抵抗140 は、高圧電源3の正端子1に接続す
ることもできる。しかし、後に説明する理由から、制御
回路60の正電源入力53とバイアス用出力59との間にPNP
形双極接合トランジスタ80を挿入すれば、高圧電源3
と低圧電源57のスイッチが投入されている時にコンバー
タが偶発的に誤動作するのを阻止することができて有利
である。このトランジスタ80は、所望の時点以前にスイ
ッチングトランジスタ9に順バイアスが印加されないよ
うにしている。
制御回路60は、さらに、始動用入力61と、再トリガ用入
力62と、電流制御用入力63とを含んでおり、始動用入力
61は、コンバータの電源を動作させたい時に、正方向に
遷移する外部発生ワンショット始動用パルスを受けと
る。再トリガ入力62は、第4抵抗64を介してトランジス
タ9のコレクタに、クランピングダイオード65を介して
正電源入力53に接続され、そして PNP形の第2双極接合
トランジスタ66のベースに接続されている。
第2トランジスタ66は、エミッタが正電源入力53に接続
され、コレクタが直列の第5、第6抵抗によって負電源
入力54に接続され、そしてベースが第7抵抗69を介して
この負電源入力54に接続されている。このベースはさら
に第8抵抗70を介して NPN形の第3双極接合トランジス
タ71に接続されており、この第3トランジスタ71は、エ
ミッタが負電源入力54に接続され、ベースが始動用入力
61に接続されている。第2トランジスタ66のコレクタ回
路内の2つの直列抵抗67、68の接続点72は、結合用コン
デンサ73の一方の端子に接続され、その他方端子は、 P
NP形の第4双極接合トランジスタ74のベースに接続さ
れ、可変抵抗75を介して負電源入力54に接続されてい
る。第4トランジスタ74のエミッタは正電源入力53に接
続され、コレクタは、第10抵抗76を介して負入力54に接
続されるとともに、MOSFET39 に接続している制御回路
出力52にも接続されている。
スイッチングトランジスタ9を破壊や損傷から守るため
に、そのコレクタの最大電流を制限する目的で、2つの
直列抵抗67、68の接続点72がNPN形の第5双極接合トラ
ンジスタ77のコレクタに接続されている。第5トランジ
スタ77のベースは負電源入力54に接続され、エミッタは
第11抵抗78を介して負電源入力54に接続されるととも
に、第12抵抗79を介して制御回路60の電流制限用入力63
にも接続されている。制御回路60の電流制限用入力63
は、第2抵抗すなわち測定用抵抗17と、電流変圧器2次
側巻線16と、その並列同調用コンデンサ18との共通接続
点に接続されている。
以下さらに説明するように、第1図に示した本発明のベ
ース駆動回路は、スイッチングトランジスタ9をターン
オンさせるのに十分な大きさのベース駆動電流を、該ベ
ースを始動用抵抗140 を介してDC電源3、57のうちの一
方の電源の正端子と固定接続することなく、回路の通常
の周期的動作の間電流トランス2次側巻線16を介してス
イッチングトランジスタ9のベースに印加することがで
きる。そのためには、制御回路60の正電源入力53と出力
59の間に PNP形の第6双極接合トランジスタ80を挿入す
ると有利であり、むしろ好ましい。出力59は第1抵抗す
なわち始動用抵抗140 の一方の端子と接続されており、
抵抗140 の他方の端子は、ダイオード31のカソード、M
OSFET39 のドレイン、および逆バイアス源40の正端子
に接続されている。第6トランジスタ源80のエミッタは
正電源入力53に、コレクタは出力59に、それぞれ接続さ
れており、通常はオフ状態に維持されるようにベースが
第13抵抗81を介して入力53とエミッタとの接続点に接続
されている。第6トランジスタ80のベースは、第14抵抗
82を介して第3の、すなわち始動用トランジスタ71(NP
N)のコレクタにも接続されており、第3トランジスタ71
がそのベースに入力61から印加される始動用パルスによ
ってターンオンする時、第6トランジスタ80もターンオ
ンする。第6トランジスタ80の周期作動を阻止するため
に、第3トランジスタ71のコレクタが第8抵抗70を介し
て第2トランジスタ66のベースにも接続されているが、
第2トランジスタ66のベース電圧の変動がV55−VFD
55+VFDの間におさまるように電圧分割器を形成する
抵抗81,82の値を適宜選択しなければならない。この抵
抗81,82の値は実質的に同一にし、しかも第8抵抗70の
値以下であるように選択すればよい。すなわち、抵抗81
の値は、抵抗70、82、81の合計値の3分の1以下でなけ
ればならない。この付加的回路80〜82の実際上の役割
は、コンバータの作動開始時のみ、つまり通常の安定状
態の作動に達する前にのみスイッチングトランジスタ9
のベースに始動用抵抗140 を介して順バイアスを印加す
ることと、入力61に始動用パルスが印加されない限り如
何なる種類の自始動も誤始動も阻止することである。
上述した第1図の回路の種々異なる点における電圧電流
波形を示している第2図を参照しながら、回路動作を以
下に説明する。
低圧電源57と高圧電源3の両方のスイッチが同時に投入
されてほぼ同時にそれらの通常電圧(約12VDCと 300V
DC)に到達すると、第4トランジスタ74とそれによって
駆動される制御MOSFET39 の初期導通によってダイオー
ド31とツェナーダイオード41の各カソード間の接続が保
持されるので、第1のトランジスタ、すなわちスイッチ
ングトランジスタ74はオフされたままである。従ってス
イッチングトランジスタ9のコレクタには高圧電源電圧
に等しい正の高DC電圧が現われ、それが直列接続さ
れた第4抵抗64と第7抵抗69とを介してトランジスタ66
のベースに印加される。これらの抵抗64、69の接続点に
接続されているダイオード65は、第2トランジスタ66の
エミッタ−ベース間の逆方向電圧を約0.7 ボルトのダイ
オード順電圧降下VFDにクランプする。この逆電圧は、
第1抵抗すなわち始動用抵抗140 がDC電源3、57のうち
のどちらかの電源の正端子に接続されているとしても、
トランジスタ66をオフしておくのに十分な値である。
正の始動パルスが制御回路60の入力61に印加されると、
第3トランジスタ71がターンオンされ、第2トランジス
タ66もターンオンさせるのに十分なように抵抗70を介し
てトランジスタ66のベースを引き下げる。同時に、スイ
ッチングトランジスタ9のベースが、始動用抵抗140 、
未充電逆バイアス電源40、およびスイッチングトランジ
スタのベース・エミッタ間接合に並列の抵抗44からなる
直列回路を介して正電源入力53に接続され、それによっ
て第6トランジスタ80のベースが抵抗82を介して引き下
げられ第6トランジスタ80をターンオンする。第2トラ
ンジスタ66がターンオンした後、そのコレクタ電流は直
列接続された抵抗67、68を介して流れ、その結果それら
の接続点72における電圧は、V55を低圧電源57の出力電
圧とすると、約V55・R68/(R67+R68)まで上昇す
る。この電圧の急上昇は結合用コンデンサ73を介して第
4トランジスタ74のベースに印加さるが、ベースにはす
でに可変抵抗75を介して電圧が印加されておりバイアス
電圧がVB74 =V55−VFDとなってすでに導通状態にあ
ったものである。このバイアス電圧に付加される正電圧
段差V72は第4トランジスタ74をターンオフさせ、その
ためそのコレクタ電圧はゼロに下がる。この結果、制御
MOSFET39 はターンオフする。
制御MOSFET39 がオフし、第6トランジスタ80がオンす
ると、逆バイアス電圧源40のコンデンサ42は、直列の抵
抗140 、44を介して、コンデンサ42に並列接続されてい
るツェナーダイオードのツェナー降伏電圧に達するまで
充電される。その後、始動電流がツェナーダイオード41
とスイッチングトランジスタ9のベース・エミッタ接合
を介して流れトランジスタ9がオンし、高圧電源電圧V
がほとんどそのまま電力変圧器5の1次側巻線4側に
現われるようになる。それに応じて、対応した電圧V78
=V・N6/N4が電力変圧器の2次側巻線6の端子7、
8間に生じ、第1整流器ダイオード47をオンさせ、第1
フィルタ用コンデンサ46を振動的に充電する。その共振
周波数は2次側巻線6のリーケージインダクタンスと静
電容量C46によって決定される。コンデンサ46が始めに
完全に放電されていてリーケージインダクタンスが相対
的に小さいので、スイッチングトランジスタ9のコレク
タ電流は、コレクタの負荷が純粋に容量性であるかのよ
うに極めて急速に上昇する。この電流の急上昇が電流変
圧器2次側巻線16に送られて、同波形のベース駆動電流
が直列接続された測定用抵抗17、ダイオード31、電源40
を介して、接地およびスイッチングトランジスタのベー
ス・エミッタ接合へ流れ込む。測定用抵抗17の端子間電
圧降下は第5トランジスタ77をオンさせ、そのコレクタ
電流は結合用コンデンサ73によって転送され、抵抗67、
68の接続点における電圧V72を低下させる。この負への
電圧遷移によって、結合用コンデンサ73が可変抵抗75を
介して通常に放電してしまう前に、第4トランジスタ74
が十分にオンする。第4トランジスタ74がターンオンす
ると、そのコレクタにゲートが接続されている制御MOSF
ET39 がオンし、スイッチングトランジスタ9をターン
オフさせる。このスイッチングトランジスタ9がオフす
ると、コンデンサ10が電力変圧器5の1次側巻線4のイ
ンダクタンスとの共振によって高圧電源電圧Vの2倍
以下まで充電され、そのスイチングトランジスタ9のコ
レクタ電圧は上昇する。その結果電力変圧器の2次側巻
線6の端子間に誘起される電圧は、第2整流器ダイオー
ド48を介して第2コンデンサ49を充電し、第1コンデン
サ46を部分的に放電させる。最大値に達した後、コレク
タ電圧は振動を始める。始動用トランジスタ71が導通し
ている間は分圧比が変化するために、第2トランジスタ
66と第1トランジスタ9は、後者のコレクタ電圧が所定
の大きさの正のレベルまで低下した時に、ほとんど同時
に両者がオンし、ダイオード13の導通が避けられる。ス
イッチングトランジスタのコレクタ電流の急上昇と、電
流制限用回路77〜79によって起こるその遮断と、引続い
て生じるコレクタ電流の振動性変化とは、第1ダイオー
ド46を流れる振動性電流が電流制限用トランジスタ77を
オフにしておくのに十分なほど低下するまで周期的に繰
返されるのであるが、このことは、ピーク対ピーク整流
器45のコンデンサ46、49の両方が十分放電されること
と、微分回路73、75の時定数R75・C73がスイッチング
トランジスタ9のオン継続期間を決定する要因になるこ
とを意味している。そして、この時以後、コンバータの
通常の安定状態である周期的動作が確立されることにな
る。
第1図の回路の通常動作を、以下第2図を参照しながら
説明する。
第2図のAはスイッチングトランジスタのコレクタ電圧
C9(t) の波形を、Bは PNP形スイッチングトランジ
スタ66のベース電圧VB66(t) の波形を、Cは PNP形ト
ランジスタ66のコレクタ電圧vC66(t) の波形を、Dは
PNP形トランジスタ74のベース電圧波形vB74(t) の波
形を、Eは制御MOSFET39 のゲート電圧vG39(t) でも
あるトランジスタ74のコレクタ電圧vC74(t) の波形
を、Fは電力変圧器1次側巻線4を流れる電流i4 (t)
の波形を、Gはスイッチングトランジスタコレクタ電
流iC9(t) の波形を、Hはスイッチングトランジスタ
ベース電圧vB9(t) の波形を、Iは電流変圧器2次側
巻線16とその並列同調用コンデンサ18間の電圧v16(t)
の波形を、Jは電流変圧器2次側巻線電流i16(t)
の波形を、Kはダイオード13の電流i13(t) の波形
を、Lは第1整流器ダイオード47の電流i47(t) の波
形を、そしてMは第2整流器ダイオード48の電流i
48(t) の波形をそれぞれ示している。
時間tにおいて、波形Aに示されたスイッチングトラ
ンジスタコレクタ電圧vC9が低圧電源57によって与えら
れる電圧V55より低下すると、クランピング用ダイオー
ド65はオフされ、波形Bに示されているように第2トラ
ンジスタをオンさせるに十分なほど第2トランジスタの
ベース電圧vB66 を抵抗69によって低下させる。こうし
て、波形Cに示されている第2トランジスタ(PNP)66 の
コレクタ電圧vC66 はほとんど低圧電源電圧V55まで急
上昇し、そのコレクタ回路の抵抗による電圧分割器67〜
68の接続点72における電圧v72はV55・R68/(R67
68)まで上昇することになる。このほとんど瞬時の電
圧上昇は結合用コンデンサ73を介して第4トランジスタ
74(PNP) のベースに転送され、その初期ベース電圧値で
あるVB74 =V55−VFDに付加され、その結果時間t
におけるそのベース電圧は第4トランジスタ74(PNP) を
オフにするVB74(t)=V55{1+R68/(R67
68)}−VFDに等しくなる。これによって波形Dに示
されたそのコレクタ電圧vC74はゼロに降下して制御MOS
FET39 もまたオフされる。同時に、後に説明するが、電
流変圧器2次側巻線16から直列に配されたダイオード3
1、抵抗43、そしてMOSFET39 を通って接地点に流れ込む
電流は、ツェナーダイオード41に並列なコンデンサ42と
第1トランジスタ9(NPN) のベース・エミッタ接合に並
列な抵抗44に流れ込む。コンデンサ42がダイオード41の
ツェナー降伏電圧(3ボルト)まで充電されると、後者
は、トランジスタ9をさせるためトランジスタ9のベー
スに流れ込む逆電流を導き始める。そのベース電圧vB9
は第2図のHに、コレクタ電流iC9はGに図示されてい
る。波形図AのスイッチングトランジスタコレクタvC9
がゼロの値より下に落ちると、ダイオード13がオンさせ
られて、波形図Kに示されたその電流i13はtにおい
て流れ始め、それによって、クランピングダイオードは
逆バイアスに維持され、第2図の波形図B、Cに示され
ているように、第2トランジスタのベースに順バイアス
が維持されて第2トランジスタ66の導通が維持される。
ダイオード13はt以後その負のピーク値からゼロヘト
徐々に増加する電流を導通させ、時間tにおいて中止
する。
ダイオード13がtにおいてオンすると高圧電源電圧V
がそのまま電力変圧器5の1次側巻線4に印加され、
その結果その2次側巻線6の端子7、8間に反対の極性
を持った電圧が現われる。時間tにおいて、この2次
側電圧v78は、高圧電源電圧Vと1次側に対する2次
側の巻数比N6/N4との積、つまりv78(t)=−V
・N6/N4に等しく、直列の第1整流器ダイオード
47と第1フィルタ用コンデンサ46間に現われる。この電
圧は、第1コンデンサ46がダイオード順電圧降下VFD
り小さいv78(t)まで充電されるまでt以後第1ダ
イオード47を導通させておけるだけでの正確な極性を持
っている。この第1ダイオード47を通して流れる充電用
電流は実質的に正弦波形を持ち、それは第2図の波形図
Lに示されている。2次側電流のこの正弦波形は、リー
ケージインダクタンスに起因するのこぎり歯波に正弦波
を重ねた波形図Fの電流iを流す1次側巻線に、第1
ダイオードの導通期間電力変圧器5のコアを介して反射
する。ダイオード13とトランジスタ9とがオフの間導通
しているこのダイオード47は「順」ダイオードと呼ぶこ
とができる。
時間tにダイオード13が導通を中止してしまうと、電
流変圧器2次側巻線16から、直列に接続されたダイオー
ド31、抵抗44、17を介して流れる電流が、スイッチング
トランジスタ9に初期ベース電流を用意するのに十分な
ほど逆バイアス電圧源40のコンデンサ41を充電するの
で、そのためトランジスタ9はオンして、直列の電力変
圧器1次側巻線4と電流変圧器1次側巻線11とを介して
流れる電流を引継ぎ、トランジスタ9のベースを駆動す
るのに使用される波形図Jの電流i16を後者の2次側巻
き線16に誘導する。
時間tに第1コンデンサ46がv78(t)−VFDまで充
電されると、ダイオード47は遮断され、1次側巻線4に
は容量性の負荷がなくなりほとんど純粋な誘導負荷とし
てふるまい始める。このようにして、それぞれ波形図
F、Gに示した電流iとスイッチングトランジスタコ
レクタ電流iは、t以後、オン期間中コアに蓄積さ
れたエネルギーがオフ期間中に整流器とフイルタ用コン
デンサ部を介して負荷に送られるフライバック型のスイ
ッチ方式電源におけるように、直線的に増加する電流に
なる。
第4トランジスタ74を時間tに遮断する結合用コンデ
ンサ73は、可変抵抗75とRC微分回路を形成して、実質的
にR75・C73に等しい時定数Tで後者の抵抗75を通し
て指数的に放電する。抵抗75がトランジスタ74のベース
と接地間に接続されているので、時間tにおいてトラ
ンジスタのベース電圧V74がそのターンオン電圧V55
FDに達するまで、そのベース電圧は実質的に直線的に
減少する。これは第2図の波形Dに示されている。この
減少の傾斜は抵抗75の値を変えることで調整可能であ
り、したがってこれによってスイッチングトランジスタ
9のターンオン時を調整し、負荷に印加される電力を調
整することができる。
トランジスタ74がtにターンオンすると、波形Eに示
したそのコレクタ電圧VC74 は再び高になって制御MOSF
ET39 をターンオンさせる。このMOSFET39 がバイアス電
圧源40の正端子を実質的接地点に接続させると、波形H
に示したスイッチングトランジスタベース電圧vB9は、
負になって、少数チャージキャリヤーをベースから除去
する時間である蓄積時間を短くする。時間tにおいて
この蓄積時間が経過すると、電力変圧器5と電流変圧器
12のそれぞれの1次側巻線4、11と、トランジスタ9の
コレクタ・エミッタ回路とを通じて流れる電流は急に遮
断される。
時間tからtまでの期間、すなわち蓄積時間T
期間電流変圧器2次側巻線16に誘起される電流は、この
ときの巻線16に負荷されている直列のダイオード31、抵
抗43、MSFET39 、抵抗17に流れる。この電流i16(t)は
第2図の波形Jに示されており、t〜tの期間直線
的上昇を続け時間tにおいてピーク値に達している。
その時電流i16(t)はI16MAXである。時間tにおい
て、波形Gのコレクタ電流IC9と1次側電流iは同時
に中断し、電力変圧器5と電流電圧器12の各1次巻線
4、11と各2次巻線6、16の端子間の諸電圧は、それら
の極性が瞬時に反転させられる。この電流変圧器12の2
次側巻線16の電圧反転は、ダイオード31に逆バイアスを
印加して、協働して並列共振あるいは振動回路を形成し
ている並列同調コンデンサ18とのみ接続するようにす
る。
スイッチングトランジスタ9がターンオフになった時間
において電流変圧器2次側巻線16を流れる電流i16
の値を求めるには、1次側巻線11のリーケージインダク
タンスの2次側に転換された磁化インダクタンスとをも
つ理想変圧器を含む電流変圧器12の等価回路を考えるの
が最も簡単な方法である。この理想変圧器の2次側巻線
端子間に1次側巻線11のリーケージインダクタンスに直
列に接続されている磁化インダクタンスが、緩慢に直線
的に減少する誘導性の電流を引出すのであるが、この電
流は、理想変圧器の1次側巻線を流れるスイッチングト
ランジスタコレクタ電流iC9によってその2次側巻線に
誘起される電流に対して、反対方向に流れる。この磁化
あるいは誘導性電流は、磁化インダクタンスが大きいの
で、緩慢に、すなわちおだやかな傾斜で変化し、しかも
それは平均値すなわち直流電流成分を持っていない。こ
うして、時間tにおいてスイッチングトランジスタが
遮断された時、第2図の波形図Jに示された負の磁化電
流−Imag は、2次側巻線のインダクタンスL16に蓄え
られたエネルギに一致し、それに並列接続されているコ
ンデンサ18へと共振電流として流れ始める。振動回路16
〜18のこの共振は、波形図Iの電圧v16の負へ遷移する
正弦波半波をtで開始させ、tで数十ボルトの負の
ピーク値に到達させ、そしてtでわずかに正のレベル
まで復帰させる。同時に、2次側巻線16を流れる電流i
16は、−Imag からゼロへと増加し、tでゼロに達
し、それ以後時間tにおいて約+Imag の正の値をと
るまで増加する。この共振周期の半分の時間中の電流波
形は余弦波形をしている。波形Jに示してるように、時
間tにおける磁化電流の共振反転は、並列コンデンサ
18の存在に起因しており、電流変圧器12に蓄えられたエ
ネルギを、始動用抵抗140 を正の電源端子1、55のうち
の1つに固定接続することなしに、MOSFT39がターンオ
フになった後スイッチングトラジスタ9のベースに順バ
イアスを印加するために使用できるようにしている。振
動回路16〜18間の電圧がtで正になった時、ダイオー
ド31が再び順バイアスになって、2次側巻線16からの磁
化電流は、MSFETT39 がtでターンオフにされるまで
直線的に減少しながら、2次側巻線と、制御MOSFET39
と直列測定用抵抗17とに流れる。
波形図Iに示された、2次側巻線16の端子間負ピーク
電圧、−V16MAXは、振動回路16〜18の並列共振周
波数によって定まる。この共振周波数が高ければ高いほ
ど、つまり周期が短ければ短いほど、ピーク電圧は高く
なる。本発明の分利トランジスタ31を用いることによ
って、このピーク電圧を、スイッチングトランジスタ9
のベース−エミッタ接合のなだれ降伏逆電圧(この降伏
逆電圧は電源40から給電される逆バイアス電圧−V
241により低減される)を越えないように制限すること
を考慮しなくてもよくなり、従って、ピーク電圧の振幅
が制限されない。第1図に示された本発明の回路は、後
で説明するマグネトロンの非線形性に起因してスイッチ
ングトランジスタ9のオフ時間に顕著な変動が生じて
も、これを許容する。負のピーク電圧、−V16Maxを分
離ダイオード31の降伏逆電圧を上回るようにするのが
有利であるが、しかしこれは、約200Vの定格ピーク
逆電圧(VRM)を有するスイッチングダイオード(例
えばBAX17型)を使用することができるので、現実
的な制約ではない。
後述するように、スイチングトランジスタ9のターンオ
フ時間が最も短いのは、整流器組立体45の出力が電流を
出さない時、すなわち、負荷が印加されていない時であ
る。このターンオフ時間は、コンデンサ10と電力変圧器
1次側巻線4のインダクタンスLとの共振によって決
まる。このことによって、電流変圧器2次側巻線のイン
ダクタンスL16とその並列静電容量C18から成る振動回
路の共振周波数を選択する上で、あまり制限を与えない
ですむ。
スイッチングトランジスタターンオフ中のコレクタ電圧
C9の波形は、負荷の特性に依存する。第1図のスイッ
チモード電源の負荷としての持続波マグネトロンの動作
を以下第3図を参照しながら説明する。
第3図は、持続波マグネトロンの実行特性、すなわち、
電力出力の変化(曲線P)と、アノード・カソード間
電圧(曲線VAK)と、Vを電源電圧、Iを電源から
出される電流とすると電力入力がP=V・Iの関
数であるような装置の効率(曲線E)とを図示してい
る。曲線VAKは実践で、曲線Pは長点破線で、曲線E
は短点破線で示されている。
アノード・カソード間電圧VAKは、入力電力Pが約50
〜70ワットに達するまで急傾斜に沿って実質的に直線的
に上昇するが、その時まで効率Eと出力電力Pはとも
にゼロである。これは、供給された全電力が未だマグネ
トロンのアノード電流を発生しておろず、マグネトロン
は遮断されたままであって、全入力電力Pは電源自身
で消費されていることを意味する。VAK電圧曲線は、お
よそP=P=60ワットでVAK=4kVの時に曲がり始
め、それ以降は、増加するPに対してあまり変化しな
い。この電圧の時、電場がそれと通常の(直交の)方向
にある磁場より優勢になって、アノード電流がマグネト
ロンに流れ始める。効率Eは急上昇して、入力電力P
=20 Wでアノード・コソード間電圧VAKが約4.5kV
の時に70%に達する。出力電力Pは、効率が70%のピ
ークに値付近でわずかに上下する時、P=0.2kW以
上の入力電力入力Pに対しては実質的に比例して増加
する。
これらの曲線から、電圧調整器としてのダイオードの電
圧に類似して、始動後のマグネトロンは実質的に一定の
電圧を維持しつつ、マイクロ波電圧出力を増加するため
にDC電力入力の増加とともにアノード電流を増加させる
ということにすぐに気付くはずである。こうしてコンバ
ータの負荷回路中のマグネトロンの動作は、電圧調整器
としての、ダイオード(ツェナーあるいはアバランシュ
ダイオード)の動作に似ている。
第2図に戻って、波形図Aからは、tでコレクタ電流
C9(波形G)と電力変圧器1次側巻線i(波形F)
が中断した時、電力変圧器5の両巻線間の電圧が反転さ
れ、スイッチングトランジスタコレクタ電圧vC9が並列
コンデンサ10の静電容量と電力変圧器5の1次側巻線4
のインダクタンスとによって決まる傾斜で実質的に直線
的に上昇し始める、ということがわかるはずである。こ
の直線的上昇は、コレクタ電圧が時間tにマグネトロ
ン動作電圧VAKO に近似的に対応する値VPPに達するま
で続く。すなわち、vC9(t)=VPP=VAKO ・N
(但しNは1次側巻数、Nは2次側巻線)であ
る。
時間tからtまでの期間にコレクタ電圧vC9が電源
電圧Vを越えると、波形Mに示すように第2整流器ダ
イオード49は、導通し始め、第2フィルタ用コンデンサ
40を2次側巻線6の端子7、8間の電圧波形のおよそピ
ーク対ピーク値に対応する電圧まで、つまりマグネトロ
ンの電圧調整効果により制限されている約VPP・N
まで充電する。マグネトロン動作電圧VAKO が時間
に達成されると、見かけの負似インピーダンスは減
少する。ダイオード48が導く電流は時間tまで減少し
(波形M)、コレクタ電流vc9(波形A)の平均値は時
間tからtまでだいたい一定である。ダイオード電
流i48がtに中断すると、コレクタ電圧vC9は、(−
FDに等しい)わずかに負の値に達するまで共振的降下
(fres =1/2 L・C10)を始めて、時間tにダイ
オード13をターンオンさせる。波形Kに示したこの並列
ダイオード電流i13は、時間tに負のピーク値を持ち
漸増してt10でゼロに達し、その後は、スイッチングト
ランジスタ9が(波形Aの)コレクタ電圧vC9なしにタ
ーンオンできるようになる。こうしてダイオード13は、
高コレクタ・エミッタ間電圧でコンバータが正常に周期
的に動作している間、トランジスタ9をターンオンさせ
ないようにしている。現実には、(波形Aの)コレクタ
電圧vC9の最終パルスに付加されている点線で示されて
いるように、コンデンサ10に対する1次側巻線リーケー
ジインダクタンスの振動に起因する減衰振動がt14から
17までの期間その最終パルスに重畳されている。
スイッチングトランジスタコレクタ電圧vC9が低圧電源
57によって供給される電圧V55に達する前に、クランピ
ングダイオード65が遮断されて、波形図B、Cに示すよ
うに、第2トランジスタ66(PNP) のベース電圧VB66
コレクタ電圧vC9とともに低下され、その結果時間t
にこのトランジスタ66が再びターンオンし、そのコレク
タ電圧vC9がおよそV55まで上昇する。このことによっ
て、前述したのであるが、第4トランジスタ74(PNP) の
ベースvB74 とコレクタvC74の各電圧波形を示す図
D、Eにあるように、第4トランジスタ74のターンオフ
が制御されている。こうして制御MOSFET39 は時間t
にターンオフされ、スイッチングトランジスタベース電
圧vB9(波形H)を−VZ41 から+VFD(約0.7ボル
ト)まで上昇させる。
時間tからt10までの期間スイッチングトランジスタ
コレクタ電流iC9が流れないので、電流変圧器の2次側
巻線16は、変圧器12に蓄えられた磁性エネルギに起因す
る誘起電流のみを供給している。時間t10にダイオード
電流i13(波形K)が中断すると、初期コレクタ電流i
C9が電流変圧器12の1次側巻線11からコレクタに、そし
て2次側巻線16からダイオード31に流れる。しかし、こ
の2次巻線16に並列接続されているコンデンサ18は、ベ
ース駆動電流が供給されないうちに、少なくともダイオ
ード31の順電圧降下VFD31とツェナーダイオード41の逆
降伏電圧VZ41 とスイッチングトランジスタ9のベース
・エミッタ接合の順電圧降下VFDとの総計に等しい電圧
になるまで充電されなければならない。もし容量C18
大きいならば、それを充電するための時間が、ダイオー
ド電流i18(波形K)を無効にしてスイッチングトラン
ジスタ9を飽和させるのを遅延させてしまうことにな
る。この遅延が、スイッチングトランジスタが飽和する
前にスイッチングトランジスタコレクタ電圧波形vC9
短いパルスあるいは「ブリップ」を出現させるかも知れ
ず、スイッチ損失を不必要に増加させることになる。容
量C18をうまく選択すれば、このブリップは除去するこ
とができる。第3図のベース駆動回路にはダイオード31
があるために、2次側巻線インダクタンスL16とその並
列容量C18の選択は大きい自由度を有し、それら両者の
値は、ダイオード13のターンオンフとスイッチングトラ
ンジスタ9のターンオンとの間の遅延をなくすために、
ダイオード電流i13(波形K)が中断する前に並列コン
デンサ18と逆バイアス電圧源40の並列コンデンサ42の両
者を再充電するのに十分のピーク振幅を持った磁化電流
を用意できるだけの小さいものに選択することができ
る。
ここで注意すべきことは、時間tにおいて、ダイオー
ド13が導通し始めると、高圧電源電圧Vが電力変圧器
1次側巻線の端子間に印加され、その時その2次側巻線
の端子7、8間には、第1整流器ダイオード47をターン
オンさせる、−V・N/Nにほぼ等しい電圧V78
が誘起される、ということである。時間tからt11
での期間のダイオード電流i47の正弦波形が第2図のL
に示されている。
第1図の回路は、このように、スイッチングトランジス
タ9のオン期間中は第1整流器ダイオード47が導通し、
オフ期間中は第2ダイオード48が導通するので、組合せ
順方向フライバック切換えモード電源である。第1整流
器ダイオード47のターンオフ後(時間t、t11におい
て)、電力変圧器1次側巻線4がこの時ほとんど純粋な
誘導性負荷となっているので、コレクタ電流は直線的に
増大しながら流れ続ける。可変抵抗75の抵抗R75を増加
させると、スイッチングトランジスタ9のターンオン時
間も増加して、そのコレクタ電流IC9MAX と蓄積エネル
ギLIC9MAX/2の各ピーク値を持つ。この蓄積エネル
ギはターンオフ期間中に、電力変圧器2次側巻線6、第
1コンデンサ46、および第2整流器ダイオード48を介し
て、第2フィルタ用コンデンサ49と(図示していない)
マグネトロンに転送される。なお、このマゲネトロン
は、アノードが正の出力端子50に、カソードが負の出力
端子51に接続されている。(波形Mの)電流I48は、第
2コンデンサ49とそれに並列に接続された端子50、51間
の負荷とに同時に流れる。
RC微分回路の抵抗R75を増加させて(時間tからt
までの)ターンオン期間を長くすると、電力変圧器1次
側巻線i(第2図の波形F)とスイッチングトランジ
スタコレクタ電流iC9(図G)と電流変圧器2次側電流
16(図J)との直線的上昇部分、すなわちtからt
までの時間間隔の期間もまた長くなって、コレクタと
ベースへの各ピーク電流が増加する。tからtにお
いて、電流変圧器2次側電流i16がダイオードを介して
スイッチングトランジスタ9のベースに、あるいは制御
MOSFET39 のチャネルに流れ込んでいる時、その電流i
16はまた、この巻線16と並列の測定用抵抗17へも流れ、
そこでスイッチングトランジスタ9のベース駆動電流に
比例し、それゆえそのコレクタ電流に比例した電圧降下
を生じる。この電圧降下R17・I16は、時間tからt
までの期間、接地に対して負方向に増加する。この電
圧の所定の一部分が、直列接続の第11抵抗78と第12抵抗
79からなる分圧器に印加されて、ベースが接地されてい
る第5トランジスタ77(PNP) のエミッタ順バイアスを印
加する。このNPNトランジスタ77の増加する負のエミッ
タ・ベース間バイアスが、第2トランジスタ66(PNP)
の直列接続コレクタ負荷抵抗67、68間の接続点から出る
トランジスタ77のコレクタ電流の増加を引起こす。
第6抵抗68に並列接続されている第5トランジスタ77を
流れるコレクタ電流によって、第2トランジスタ68のコ
レクタ電流が増加し、その結果第5抵抗67の電圧降下が
増大する。これによって接点72の電圧が減少するのであ
るが、この電圧は、結合用コンデンサ73を介して第4ト
ランジスタ74のベースに印加され、時定数T−R75
73によってのみ決まる時間t以前に導通に復帰させ
る。こうして、抵抗17、79、78、67、68とトランジスタ
77からなる回路はスイッチングトランジスタ9のピーク
コレクタ電流を制限している。トランジスタ77のエミッ
タにバイアスを印加する分圧器の抵抗78、79の値を適当
に選べば、採用するスイッチングトランジスタ9の定格
に許容ピークコレクタ電流IC9MAX を合わせることがで
きる。
以前に述べたように、コンバータの初期始動期間中、ス
イッチングトランジスタコレクタ電流iC9が順方向ダイ
オード47の導通時中に定格ピーク値を越えて上昇するの
で、第1コンデンサ46が所望電圧に達する前にそのダイ
オードの反復導通期間が数回必要になる。電流制限装置
17、77〜79は、コンデンサ46を充電する電流が通常動作
中にこのような上昇を起こす時にも動作可能となって、
スイッチングトランジスタ9をターンオフする。この始
動期間中、電流電圧器12に蓄えられたエネルギがスイッ
チングトランジスタ9に順バイアスをかけるのに不十分
であることもあるかもしれないが、例えば、負の電流パ
ルスi13(波形K)が現れた時に、あるいは2次側巻線
電圧パルスi16や電圧パルスv16(それぞれ波形Iおよ
びJ)の出現が所定の負の初期値より下がった時に、あ
るいはコンデンサ46が充電されている間過度的にスイッ
チングトランジスタのコレクタとベースの駆動電流が消
滅した時に、(これらは抵抗17で測定されているもので
あるが、)入力61に印加される始動パルスは尻尾をつけ
られて長くされ、ターンオンしているトランジスタ80に
バイアスを印加し続けやすいようになっている。
トランジスタ9のオン時間(tからtまで)を可変
抵抗75の抵抗R75を減ずることで減少させると、マグネ
トロンの入力電力Pとその出力電力Pはともに減少
する。このターンオン期間をそろに減少させると、スイ
ッチングトランジスタのオフ期間はもちろんピーク対ピ
ーク整流器45の出力電流も減少する。ピース対ピーク底
流器の出力電圧がマグネトロンの始動電圧VAKSより下
がると、マグネトロンは電流を出すのを止めて動作を中
止し、整流器は無負荷状態になる。ピーク対ピーク整流
器45の出力端子50、51間に負荷がなくなると、スイッチ
ングトランジスタ9のオフ期間(tからt)は、高
圧電源3の端子1、2間に直列接続されている電力変圧
器1次側巻線4のインダクタンスLと並列コンデンサ
10の容量C10との間の共振によって主として決まる時間
間隔まで減少させられる。第1図のコンバータの待機動
作中の最小オフ期間は、約2(t−t)である。電
流変圧器2次側インダケタンスL16とそれに並列の同調
用コンデンサ18の各最高値は、スイッチングトランジス
タ9のこの最小ターンオフ時間の後ターンオンを反復で
きるように選択せねばならない。このことによって、コ
ンバータを完全にターンオフしてしまうことなく、動作
周期を変えることによって、オーブンに供給されるマグ
ネトロンの電力出力を制御することができるようにな
る。このような動作周期調整を得る一つの方法は、手動
調整による可変抵抗75を、電圧制御による抵抗(BJ7やFE
T)に代えることによって単安定マルチバイブレータ66〜
69、73〜76の高レベル出力状態を断続的に変化させる方
法であり、その電圧制御による抵抗は、制御入力として
動作周期を可変する方形電圧波形を別の単安定マルチバ
イブレータから受けとるものである。
ここ注意すべきことは、第1図のベース駆動回路は、フ
ライバック型コンバータや、(たとえば米国電子工学設
計雑誌、1974年9月13日発行、第19号、158 〜163 ペー
ジ、及び、同、1978年3月29日発行、第7号、72〜74ペ
ージの論文に説明されているような)複数個の直列ピー
ク対ピーク整流器からなる電圧倍増器を副次的回路とし
てもつコンバータにも使用可能である。
本発明のDC−DCコンバータあるいはスイッチモード電源
では次のことがらが許容される。
(a)スイッチングトランジスタ9の導通時間を調整する
ことでその動作の反復周期と出力電力を制御すること、 (b)抵抗17とトランジスタ77によってスイッチングトラ
ンジスタ9のピークコレクタ電流を制限すること、そし
て (c)スイッチングトランジスタ9のコレクタと(第1図
の62の)制御回路再トリガ入力との間に接続された並列
ダイオード13と再トリガ用抵抗64とによって、トランジ
スタ9のコレクタ・エミッタ間電圧が低電圧源57から
供給される電圧V55に低下した後にトランジスタ9をタ
ーンオンさせること。
さらに言えば、第2図の波形図A、Mからわかるのであ
るが、スイッチングトランジスタピークコレクタ電圧V
PPとスイッチングトランジスタ9の持続期間(tから
まで、あるいはt14からt17まで)は、ピーク対ピ
ーク整流器45の出力電圧がマグネトロンのアノード・カ
ソード間電圧の始動あるいは動作しきい値を越えた時に
は、トランジスタ9のターンオン時間の関数として変化
する。このしきい値を下まわっている時は、トランジス
タ9のターンオン時間の変化が、主としてそのピークコ
レクタ電圧の変化とそしてその結果としての整流器45の
出力電圧の変化とを引起こす。これは、たとえば陰極線
管のような抵抗特性をもつ負荷がマグネトロンの代わり
に使われた場合も同じであるが、その場合には、自動デ
ューティ・サイクル変化によるフィードバック電圧調整
が必要である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による高電圧DC-DC コンバータとその制
御回路の好適な実施例の概略構成図、第2図は第1図に
示した回路の種々異なる点における電圧と電流を示すタ
イムチャート、第3図は持続波マグネトロンの性能特性
図である。 (符号の説明) 3……第1DC電源、 5……電力変圧器、 9……スイッチングトランジスタ、 10……転流用コンデンサ、 12……電流変圧器、 17……測定用抵抗、 18……同調コンデンサ、 31……ダイオード、 39……単1方向導通電子制御スイッチ、 57……第2DC電源、 60……制御回路、 80……電子スイッチ。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】そのコレクタ−エミッタ区間が電流変圧器
    (12)および電力変圧器(5)のそれぞれの1次巻線
    (11、4)と直列に接続され、かつ第1のDC電源
    (3)の端子(1、2)に接続されているスイッチング
    トランジスタ(9)と、 前記スイッチングトランジスタ(9)のエミッタと、前
    記1次巻線(4、11)の接続点との間に接続されてい
    る転流コンデンサ(10)と、 前記電流変圧器(12)の2次巻線(16)を含み、か
    つ前記スイッチングトランジスタ(9)のベースに接続
    されているベース駆動回路と、 前記電流変圧器(12)の2次巻線(16)に並列に接
    続され、かつ2次巻線(16)のインダクタンスと共に
    並列共振回路または発振回路(16,18)を形成する
    ものである同調コンデンサ(18)と、 を有するスイッチングモード電源を備えたDC−DCコ
    ンバータであって、 前記並列共振回路または発振回路(16、18)の共振
    周期の半周期時間は、電力変圧器(5)の1次巻線
    (4)のインダクタンスと転流コンデンサ(10)のキ
    ャパシタンスとによる共振周期の半周期時間よりも短く
    なるように構成されたDC−DCコンバータにおいて、 前記電流変圧器(12)の2次巻線(16)の第1端子
    と前記スイッチングトランジスタ(9)のベースとの間
    にダイオード(31)が挿入接続されており、該ダイオ
    ード(31)の導通方向は前記スイッチングトランジス
    タ(9)のベース−エミッタ区間の導通方向と同じであ
    ることを特徴とするDC−DCコンバータ。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載のDC−DCコ
    ンバータにおいて、第1のトランジスタ(39)が設け
    られており、該第1のトランジスタ(39)は前記スイ
    ッチングトランジスタ(9)のベースに接続された1つ
    の制御入力電極、および該スイッチングトランジスタ
    (9)のエミッタに接続された2つの出力電極を有する
    ことを特徴とするDC−DCコンバータ。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第2項記載のDC−DCコ
    ンバータにおいて、前記スイッチングトランジスタ
    (9)を遮断するよう逆バイアスする電圧をベースに印
    加するための電圧源(40)が、該ベースと、前記ダイ
    オード(32)および前記第1のトランジスタ(39)
    の接続点との間に設けられており、さらに当該DC−D
    Cコンバータの始動時に、前記スイッチングトランジス
    タ(9)を導通するよう前記ベースに順バイアスをかけ
    るための手段が設けられていることを特徴とするDC−
    DCコンバータ。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第1項から第3項までのい
    ずれか1項記載のDC−DCコンバータにおいて、前記
    電流変圧器の2次巻線(16)の第2端子と前記スイッ
    チングトランジスタ(9)のエミッタとの間に測定抵抗
    (17)が設けられており、該測定抵抗(17)によ
    り、前記スイッチングトランジスタの導通期間中、その
    コレクタ電流にほぼ比例する電圧降下が生ずることを特
    徴とするDC−DCコンバータ。
  5. 【請求項5】特許請求の範囲第2項から第4項までのい
    ずれか1項記載のDC−DCコンバータにおいて、前記
    第1のトランジスタ(39)は、常時オフ形、Nチャネ
    ルエンハンスメントモード形の金属酸化物半導体電界効
    果スイッチングトランジスタ(MOSFET)であり、
    該第1のトランジスタ(39)は矩形ゲート電圧により
    制御され、それにより前記スイッチングトランジスタ
    (9)の遮断時に導通されることを特徴とするDC−D
    Cコンバータ。
  6. 【請求項6】特許請求の範囲第5項記載のDC−DCコ
    ンバータにおいて、単安定マルチバイブレータ(66〜
    69、73〜76)を含む制御回路(60)が設けられ
    ており、 該単安定マルチバイプレータ(66〜69、73〜7
    6)はトリガ入力側(62)と、該単安定マルチバイブ
    レータの高レベル出力状態の期間を定める可変時定数結
    合回路(73、75)と、出力側(52)とを有し、 該出力側(52)は前記第1のトランジスタ(39)の
    ゲートに接続されており、当該第1のトランジスタ(3
    9)を前記単安定マルチバイブレータの高レベル出力状
    態の間、導通状態に維持することを特徴とするDC−D
    Cコンバータ。
  7. 【請求項7】特許請求の範囲第6項記載のDC−DCコ
    ンバータにおいて、前記制御回路(60)はさらに抵抗
    (70)および第2のトランジスタ(71)を有してお
    り、該抵抗および第2のトランジスタは前記単安定マル
    チバイブレータ(66〜69、73〜76)のトリガ入
    力側(62)と接続されており、 当該DC−DCコンバータと制御回路(60)の両方に
    電圧が印加されているが、それらが動作状態にないと
    き、前記単安定マルチバイブレータ(66〜69、73
    〜76)はその高レベル出力状態へ外部で形成された始
    動パルスに応答して制御され、該始動パルスは前記単安
    定マルチバイブレータの入力側(60)に供給されるこ
    とを特徴とするDC−DCコンバータ。
  8. 【請求項8】特許請求の範囲第6項または第7項記載の
    DC−DCコンバータにおいて、前記単安定マルイバイ
    ブレータ(66〜69、73〜76)のトリガ入力側
    (62)はさらに、前記スイッチングトランジスタ
    (9)のコレクタに接続されており、 該コレクタの電圧が高い正電圧にあるとき、前記単安定
    マルチバイブレータ(66〜69、73〜76)は高レ
    ベル出力状態に保持され、 該コレクタの電圧が所定の正の閾値電圧を下回るとき、
    前記単安定マルチバイブレータ(66〜69、73〜7
    6)は高レベル出力状態にトリガされることを特徴とす
    るDC−DCコンバータ。
  9. 【請求項9】特許請求の範囲第6項から第8項までのい
    ずれか1項記載のDC−DCコンバータにおいて、前記
    制御回路(60)はさらに電流制限段(77〜79)を
    有しており、 該電流制限段は、前記測定抵抗(17)と前記電流変圧
    器2次巻線(16)の第2端子との接続点に接続された
    入力側(63)と、前記可変時定数結合回路(73、7
    5)の入力側と接続された出力側とを有し、 ベース駆動電流、すなわちスイッチングトランジスタ
    (9)のコレクタ電流が所定の閾値を上回るとき負に変
    化する電圧が前記結合回路(73、75)に印加され、
    それにより前記単安定マルチバイブレータ(66〜6
    9、73〜76)は高レベル出力状態に復帰制御される
    ことを特徴とするDC−DCコンバータ。
  10. 【請求項10】特許請求の範囲第7項から第9項までの
    いずれか1項記載のDC−DCコンバータにおいて、前
    記制御回路(60)は第2DC電源(57)から給電さ
    れており、さらに該制御回路(60)には別の電子スイ
    ッチ(80)が設けられており、該別の電子スイッチ
    (80)は前記抵抗(70)および第2のトランジスタ
    (71)により制御され、前記スイッチングトランジス
    タ(9)のベースにはバイアス抵抗(140)を介して
    始動パルスが出力されている間、順方向バイアスが印加
    されることを特徴とするDC−DCコンバータ。
  11. 【請求項11】特許請求の範囲第6項から第10項まで
    のいずれか1項記載のDC−DCコンバータにおいて、
    前記電力変圧器(5)の2次巻線(6)は、その端子
    (7、8)に接続された清流器組立体を有することを特
    徴とするDC−DCコンバータ。
  12. 【請求項12】特許請求の範囲第11項記載のDC−D
    Cコンバータにおいて、前記整流器組立体は1つのダイ
    オードと1つのコンデンサを有する直列回路であり、該
    ダイオードは前記スイッチングトランジスタの遮断時間
    の間、導通することを特徴とするDC−DCコンバー
    タ。
  13. 【請求項13】特許請求の範囲第12項記載のDC−D
    Cコンバータにおいて、前記整流器組立体は2つのダイ
    オード(47、48)と2つのコンデンサ(46、4
    9)を有するピーク対ピーク整流器(45)であり、前
    記2つのダイオードのうちの一方のダイオード(47)
    は、スイッチングトランジスタ(9)が導通状態にある
    とき導通し、他方のダイオード(48)はスイッチング
    トランジスタ(9)が遮断状態にあるとき導通すること
    を特徴とするDC−DCコンバータ。
  14. 【請求項14】特許請求の範囲第11項から13項まで
    のいずれか1項記載のDC−DCコンバータにおいて、
    前記整流器組立体の出力端子間に接続される負荷が持続
    波マグネトロンであることを特許とするDC−DCコン
    バータ。
  15. 【請求項15】特許請求の範囲第14項記載のDC−D
    Cコンバータにおいて、前記単安定マルチバイブレータ
    (66〜69、73〜76)の高レベル出力状態の期間
    によって制御される前記整流器組立体の出力電圧が前記
    マグネトロンの始動閾値電圧よりも高くなったとき、当
    該高レベル出力状態の期間を延長することにより、前記
    整流器組立体の出力電力と、前記スイッチングトランジ
    スタ(9)の遮断時間とが増大され、その際整流器組立
    体の出力電圧は実質的に変化しないことを特徴とするD
    C−DCコンバータ。
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