JPH0683043B2 - Switching circuit - Google Patents
Switching circuitInfo
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- JPH0683043B2 JPH0683043B2 JP60246054A JP24605485A JPH0683043B2 JP H0683043 B2 JPH0683043 B2 JP H0683043B2 JP 60246054 A JP60246054 A JP 60246054A JP 24605485 A JP24605485 A JP 24605485A JP H0683043 B2 JPH0683043 B2 JP H0683043B2
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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、スイッチング回路に関し、詳しくは駆動回路
が簡単で、スイッチング速度が速く、かつ電圧降下も小
さい変流器を用いたスイッチング回路に関するものであ
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a switching circuit, and more particularly to a switching circuit using a current transformer having a simple drive circuit, a high switching speed, and a small voltage drop. Is.
直流電圧を異なる極性、あるいは異なる電圧値に変換す
る場合、DC−DCコンバータでは、トランジスタ等のスイ
ッチング素子を用いて一旦直流電圧を方形波の交流電圧
に変換し、トランスにより入出力を絶縁するとともに、
必要な電圧値に昇圧あるいは降圧し、方形波交流電圧を
整流、平滑して再び直流電圧を得る方式が一般に用いら
れている。When converting a DC voltage to different polarities or different voltage values, in a DC-DC converter, a switching element such as a transistor is used to temporarily convert the DC voltage into a square wave AC voltage, and the transformer is used to isolate the input and output. ,
Generally used is a method of stepping up or stepping down to a required voltage value, rectifying and smoothing a square wave AC voltage to obtain a DC voltage again.
また、DC−DCコンバータでは、直流電圧を交流電圧に変
換する際の変換周波数を高くすることにより、トラン
ス、平滑回路のインダクタ、コンデンサを小形、軽量化
できるので、高周波化の検討が盛んに行われている。し
かし、高周波化においては、スイッチング素子のオン・
オフ回数が増加するため、スイッチング損失が増大し、
DC−DCコンバータの効率が低下するのみならず、スイッ
チング素子の放熱フインが大形化し、トランス、インダ
クタ、コンデンサの小形軽量化の効果を相殺する。Also, in the DC-DC converter, the transformer and the inductor and capacitor of the smoothing circuit can be made smaller and lighter by increasing the conversion frequency when converting the DC voltage to the AC voltage. It is being appreciated. However, at higher frequencies, switching elements
Since the number of off times increases, switching loss increases,
Not only does the efficiency of the DC-DC converter decrease, but the heat dissipation fins of the switching element also become larger, which offsets the effects of reducing the size and weight of the transformer, inductor, and capacitor.
スイッチング素子には、バイポーラトランジスタあるい
はMOSトランジスタが一般に用いられている。バイポー
ラトランジスタは、耐圧を高くするに伴つてスイッチン
グ速度が遅くなり、現在800Vバイポーラトランジスタを
用いた出力1KW程度のDC−DCコンバータでは、変調周波
数は20〜40KHzが限界とされている。一方、MOSトランジ
スタは、バイポーラトランジスタと比較すると、スイッ
チング速度は速く、かつ蓄積時間が無いという利点を有
するが、耐圧800VのMOSトランジスタではオン抵抗が0.3
V程度であり、オン抵抗による損失が大きいため、使用
できない状況にある。A bipolar transistor or a MOS transistor is generally used as the switching element. The switching speed of the bipolar transistor becomes slower as the breakdown voltage becomes higher. Currently, the modulation frequency of the DC-DC converter using an 800V bipolar transistor and having an output of about 1 KW is limited to 20 to 40 KHz. On the other hand, MOS transistors have the advantages of faster switching speed and shorter storage time than bipolar transistors, but MOS transistors with a breakdown voltage of 800 V have an on-resistance of 0.3.
Since it is about V and the loss due to the on-resistance is large, it cannot be used.
このため、バイポーラトランジスタとMOSトランジスタ
を組合せたスイッチング速度が速く、オン電圧降下の小
さいスイッチング回路が提案されている。Therefore, there has been proposed a switching circuit in which a bipolar transistor and a MOS transistor are combined with a high switching speed and a small on-voltage drop.
第２図は、従来、提案されているスイッチング回路の構
成図である。第２図においては、バイポーラトランジス
タ８とMOSトランジスタ９を並列に接続したスイッチン
グ回路12が示されている。この回路の動作は、先ず、MO
Sトランジスタ９をゲート11に信号を送つてターンオン
させ、負荷電流を流す。次に、バイポーラトランジスタ
８をベース10に信号を送つてターンオンさせ、MOSトラ
ンジスタ９をターンオフさせる。これにより、負荷電流
はMOSトランジスタ９から電圧降下の低いバイポーラト
ランジスタ８に移行する。スイッチング回路12をオフさ
せるには、再びMOSトランジスタ９をターンオンさせる
とともに、バイポーラトランジスタ８のベース10に逆に
バイアスを加えて、ターンオフさせる。負荷電流は、バ
イポーラトランジスタ８からMOSトランジスタ９に移行
する。ここで、MOSトランジスタ９をターンオフさせる
と、負荷電流は高速で遮断される。FIG. 2 is a block diagram of a conventionally proposed switching circuit. FIG. 2 shows a switching circuit 12 in which a bipolar transistor 8 and a MOS transistor 9 are connected in parallel. The operation of this circuit is as follows:
The S-transistor 9 sends a signal to the gate 11 to turn it on, causing a load current to flow. Next, the bipolar transistor 8 is turned on by sending a signal to the base 10, and the MOS transistor 9 is turned off. As a result, the load current shifts from the MOS transistor 9 to the bipolar transistor 8 having a low voltage drop. To turn off the switching circuit 12, the MOS transistor 9 is turned on again, and the base 10 of the bipolar transistor 8 is reversely biased and turned off. The load current shifts from the bipolar transistor 8 to the MOS transistor 9. Here, when the MOS transistor 9 is turned off, the load current is cut off at high speed.
第２図に示す従来のスイッチング回路では、バイポーラ
トランジスタ８のベース10にベース電流や逆バイアスを
与える駆動回路と、MOSトランジスタ９の駆動回路が、
それぞれ必要となるため、駆動回路が大形化、複雑化す
るという問題がある。In the conventional switching circuit shown in FIG. 2, the drive circuit for applying a base current or reverse bias to the base 10 of the bipolar transistor 8 and the drive circuit for the MOS transistor 9 are
Since each is required, there is a problem that the drive circuit becomes large and complicated.
本発明の目的は、このような問題を改善し、高速のオン
・オフ特性とオン電圧降下の低い特性を備え、かつトラ
ンジスタの駆動信号が不要なスイッチング回路を提供す
ることにある。An object of the present invention is to provide a switching circuit that solves such problems, has high-speed on / off characteristics and low on-voltage drop characteristics, and does not require a drive signal for a transistor.
上記目的を達成するため、本発明のスイッチング回路
は、バイポーラトランジスタ６と第１のMOSトランジス
タ５を並列に接続したスイッチング回路において、この
並列回路を構成するバイポーラトランジスタ６のコレク
タおよび第１のMOSトランジスタ５のドレイン側に直列
に接続される１次巻線とこの１次巻線に流れる電流に比
例する正電流をバイポーラトランジスタ６のベースに帰
還させる２次巻線からなる変流器３と、この変流器３の
２次巻線とバイポーラトランジスタ６のベース間の接続
オン・オフ制御を、第１のMOSトランジスタ５のゲート
に相互接続されたゲートへの制御信号に基づき行う第２
のMOSトランジスタ４と、第１、第２のMOSトランジスタ
５、４のゲートとバイポーラトランジスタ６のベース間
に接続され、このバイポーラトランジスタ６のベースに
負電圧を印加するダイオードとを設けることを特徴とす
る。In order to achieve the above object, the switching circuit of the present invention is a switching circuit in which a bipolar transistor 6 and a first MOS transistor 5 are connected in parallel, and the collector of the bipolar transistor 6 and the first MOS transistor which form the parallel circuit. 5, a current transformer 3 including a primary winding connected in series to the drain side of the bipolar winding 5 and a secondary winding for feeding back a positive current proportional to the current flowing in the primary winding to the base of the bipolar transistor 6, A second ON / OFF control for connection between the secondary winding of the current transformer 3 and the base of the bipolar transistor 6 is performed based on a control signal to a gate interconnected to the gate of the first MOS transistor 5.
And a diode that is connected between the gates of the first and second MOS transistors 5 and 4 and the base of the bipolar transistor 6 and applies a negative voltage to the base of the bipolar transistor 6. To do.
本発明においては、負荷電流に比例した電流をバイポー
ラトランジスタのベースに帰還させる変流器と、この変
流器の２次巻線の電流（ベース電流）を遮断するMOSト
ランジスタを用い、バイポーラトランジスタとMOSトラ
ンジスタと変流器との共同動作によりスイッチングを行
う。先ず、MOSトランジスタによりターンオンを行い、
スイッチング損失を低減させるとともに、MOSトランジ
スタによりバイポーラトランジスタのターンオン・ター
ンオフも行つて、バイポーラトランジスタの駆動回路を
簡略化する。特に、DC−DCコンバータに好適である。In the present invention, a current transformer that feeds back a current proportional to a load current to the base of a bipolar transistor and a MOS transistor that shuts off the current (base current) in the secondary winding of this current transformer are used as a bipolar transistor. Switching is performed by the joint operation of the MOS transistor and the current transformer. First, turn on with a MOS transistor,
The switching loss is reduced and the bipolar transistor is turned on and off by the MOS transistor to simplify the bipolar transistor drive circuit. In particular, it is suitable for a DC-DC converter.
以下、本発明の実施例を、図面により詳細に説明する。
第１図は、本発明の一実施例を示すスイッチング回路の
接続図である。第１図において、１は直流電流、２は負
荷、３は負荷電流に比例した電流をバイポーラトランジ
スタに帰還させるための変流器、5,4は第１および第２
のMOSトランジスタ、６はバイポーラトランジスタ、７
はダイオードである。図示された波形は、第1,第２のMO
Sトランジスタ5,4のゲートに印加される正極性と負極性
の制御電圧である。本実施例では、このようにMOSトラ
ンジスタ5,4のゲートに供給する駆動信号のみでよく、
バイポーラトランジスタ６の駆動信号は不要である。正
極性電圧を供給することによりスイッチング回路をター
ンオンさせ、負極性電圧でターンオフさせる。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a connection diagram of a switching circuit showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a direct current, 2 is a load, 3 is a current transformer for feeding back a current proportional to the load current to a bipolar transistor, 5 and 4 are first and second
MOS transistor, 6 is bipolar transistor, 7
Is a diode. The waveform shown is for the first and second MO
These are positive and negative control voltages applied to the gates of the S transistors 5 and 4. In the present embodiment, only the drive signal supplied to the gates of the MOS transistors 5 and 4 as described above is required,
The drive signal for the bipolar transistor 6 is unnecessary. The switching circuit is turned on by supplying the positive voltage and turned off by the negative voltage.
次に、回路の動作を述べる。第２のMOSトランジスタ４
と第１のMOSトランジスタ５の各ゲートに正の信号を与
えると、MOSトランジスタ4,5はターンオンし、直流電源
１は負荷２に印加されて、負荷電流ILが変流器３の１次
巻線N1とMOSトランジスタ５の直列回路に流れる。同時
に、バイポーラトランジスタ６のベースには、変流器３
の２次巻線N2,MOSトランジスタ４の直列回路を介してベ
ース電流IB＝（n1/n2）・ILが流れる。ただし、n1は変
調器３の１次巻線のターン数、n2は２次巻線のターン数
である。この結果、このスイッチング回路のターンオン
特性はターンオン特性の優れたMOSトランジスタ５の特
性となり、かつオン特性はオン電圧降下の小さいバイポ
ーラトランジスタの特性となる。次に、MOSトランジス
タ４とMOSトランジスタ５のゲートに負の信号を与える
と、MOSトランジスタ4,5はターンオフする。これによつ
て、バイポーラトランジスタ６のベース電流IBは、MOS
トランジスタ４により遮断される。バイポーラトランジ
スタ６には、ベースの蓄積電荷のため負荷電流ILが流れ
続けるが、バイポーラトランジスタ６のベースはダイオ
ード７を介して負の電圧が印加されるので、ベースの蓄
積電荷は急速に消滅し、バイポーラトランジスタ６は高
速にターンオフする。すなわち、このスイッチング回路
では、負荷電流ILに比例した電流を変流器３によりバイ
ポーラトランジスタ６のベースに帰還しているにもかか
わらず、バイポーラトランジスタ６の蓄積時間の間はベ
ース電流が帰還されないので、バイポーラトランジスタ
６を高速でターンオフさせることが可能となる。Next, the operation of the circuit will be described. Second MOS transistor 4
When a positive signal is applied to each gate of the first MOS transistor 5 and the MOS transistors 4 and 5, the MOS transistors 4 and 5 are turned on, the DC power source 1 is applied to the load 2, and the load current I L becomes the primary current of the current transformer 3. It flows in the series circuit of the winding N 1 and the MOS transistor 5. At the same time, the current transformer 3 is connected to the base of the bipolar transistor 6.
A base current I B = (n 1 / n 2 ) · I L flows through a series circuit of the secondary winding N 2 and the MOS transistor 4. However, n 1 is the number of turns of the primary winding of the modulator 3, and n 2 is the number of turns of the secondary winding. As a result, the turn-on characteristic of this switching circuit becomes that of the MOS transistor 5 having excellent turn-on characteristics, and the on-characteristic becomes that of a bipolar transistor having a small on-voltage drop. Next, when a negative signal is applied to the gates of the MOS transistors 4 and 5, the MOS transistors 4 and 5 are turned off. As a result, the base current I B of the bipolar transistor 6 is
It is cut off by the transistor 4. The load current I L continues to flow to the bipolar transistor 6 due to the accumulated charge in the base, but since a negative voltage is applied to the base of the bipolar transistor 6 via the diode 7, the accumulated charge in the base disappears rapidly. The bipolar transistor 6 turns off at high speed. That is, in this switching circuit, although the current proportional to the load current I L is fed back to the base of the bipolar transistor 6 by the current transformer 3, the base current is not fed back during the accumulation time of the bipolar transistor 6. Therefore, the bipolar transistor 6 can be turned off at high speed.
〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、ターンオン特性
はMOSトランジスタの高速性に従い、一方オン電圧降下
はバイポーラトランジスタの低電圧特性に従つており、
またターンオフ特性はバイポーラトランジスタのベース
電流を遮断して、逆バイアスを加えることにより、高速
性が得られる。さらに、駆動回路においては、従来必要
であつたバイポーラトランジスタの駆動信号が不要とな
り、MOSトランジスタを駆動する信号のみですむため、
駆動回路の簡易化が可能となる。As described above, according to the present invention, the turn-on characteristic follows the high-speed characteristic of the MOS transistor, while the on-voltage drop follows the low-voltage characteristic of the bipolar transistor.
Further, the turn-off characteristic can be obtained at high speed by blocking the base current of the bipolar transistor and applying a reverse bias. Furthermore, in the drive circuit, the drive signal for the bipolar transistor, which was required in the past, is no longer needed, and only the signal for driving the MOS transistor is required.
The drive circuit can be simplified.
第１図は本発明の一実施例を示すスイッチング回路の接
続図、第２図は従来のバイポーラトランジスタとMOSト
ランジスタを並列に接続したスイッチング回路の接続図
である。 1:直流電流、2:負荷、3:変流器、5,4:第１および第２の
MOSトランジスタ、6,8:バイポーラトランジスタ、7:ダ
イオード、9:MOSトランジスタ、10:ベース、11:ゲー
ト、12:スイッチング回路。FIG. 1 is a connection diagram of a switching circuit showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a connection diagram of a conventional switching circuit in which a bipolar transistor and a MOS transistor are connected in parallel. 1: DC current, 2: Load, 3: Current transformer, 5,4: First and second
MOS transistor, 6, 8: bipolar transistor, 7: diode, 9: MOS transistor, 10: base, 11: gate, 12: switching circuit.
Claims (1)
ンジスタを並列に接続したスイッチング回路において、
上記並列回路を構成するバイポーラトランジスタのコレ
クタおよび第１のMOSトランジスタのドレイン側に直列
に接続される１次巻線と該１次巻線に流れる電流に比例
する正電流を上記バイポーラトランジスタのベースに帰
還させる２次巻線からなる変流器と、該変流器の２次巻
線と上記バイポーラトランジスタのベース間の接続のオ
ン・オフ制御を、上記第１のMOSトランジスタのゲート
に相互接続されたゲートへの制御信号に基づき行う第２
のMOSトランジスタと、上記第１、第２のMOSトランジス
タのゲートと上記バイポーラトランジスタのベース間に
接続され、該ベースに負電圧を印加するダイオードとを
設けることを特徴とするスイッチング回路。1. A switching circuit in which a bipolar transistor and a first MOS transistor are connected in parallel,
A primary winding connected in series to the collector of the bipolar transistor and the drain side of the first MOS transistor forming the parallel circuit, and a positive current proportional to the current flowing through the primary winding are used as the base of the bipolar transistor. A current transformer consisting of a secondary winding for feedback and on / off control of the connection between the secondary winding of the current transformer and the base of the bipolar transistor are interconnected to the gate of the first MOS transistor. Second based on the control signal to the gate
And a diode connected between the gates of the first and second MOS transistors and the base of the bipolar transistor and applying a negative voltage to the base.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60246054A JPH0683043B2 (en) | 1985-11-01 | 1985-11-01 | Switching circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60246054A JPH0683043B2 (en) | 1985-11-01 | 1985-11-01 | Switching circuit |
Publications (2)
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|---|---|
| JPS62105523A JPS62105523A (en) | 1987-05-16 |
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Family Applications (1)
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| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0683043B2 (en) |
Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
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1985
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Also Published As
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