JPH08322244A - Switching power unit - Google Patents

Switching power unit

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JPH08322244A
JPH08322244A JP7152700A JP15270095A JPH08322244A JP H08322244 A JPH08322244 A JP H08322244A JP 7152700 A JP7152700 A JP 7152700A JP 15270095 A JP15270095 A JP 15270095A JP H08322244 A JPH08322244 A JP H08322244A
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transistor
voltage
switching
rectifying element
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Tetsushi Otake
徹志 大竹
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Abstract

PURPOSE: To provide a switching power unit which can reduce the loss which occurs in a PNP transistor working as a synchronous rectifying element and, especially, can obtain high efficiency even when the switching frequency is raised. CONSTITUTION: One end (point a) of a choke coil L1, the other end of which is connected to an input terminal, is connected to the emitter of a PNP transistor Q2 working as a rectifying element. The base of the transistor Q2 is connected to the collector of a transistor Q3 for drive through a resistor and further connected to one end of the coil L1 on the input terminal 1 side through an auxiliary bias circuit 4 composed of a capacitor C4 and resistor R4. Therefore, the operating speed of the transistor Q2 working as a rectifying element is remarkably improved and the occurrence of losses is reduced. Even when the switching frequency rises, high efficiency is obtained and the increase of the number of parts used in a circuit element can be prevented.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、整流素子にダイオード
に代えてトランジスタを使用した、同期整流方式による
スイッチング電源装置に関し、スイッチングトランジス
タのターンオフ動作を促進し、損失を小さくするもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a synchronous rectification type switching power supply device in which a transistor is used as a rectifying element instead of a diode, and the turn-off operation of the switching transistor is promoted to reduce loss.

【0002】[0002]

【従来の技術】オン状態にあるトランジスタのコレク
タ、エミッタ間の飽和電圧はダイオードの順方向降下電
圧よりも小さいため、それぞれの素子に電流を流した時
に発生する損失は、ダイオードよりもトランジスタの方
が少ないということが知られている。そこで、スイッチ
ング電源装置の電力変換効率を向上させる一手段とし
て、その回路中に設けられる整流素子に、ダイオードに
代えてトランジスタを使用することが考えられている。
このようなトランジスタによる同期整流素子を使用した
スイッチング電源装置の一例として、本発明者は、特願
平5−307520号において図2に示すようなスイッ
チング電源装置を提案した。
2. Description of the Related Art Since the saturation voltage between the collector and emitter of a transistor in the ON state is smaller than the forward voltage drop of the diode, the loss that occurs when a current is applied to each element is greater in the transistor than in the diode. It is known that there are few. Therefore, as one means for improving the power conversion efficiency of the switching power supply device, it has been considered to use a transistor instead of a diode for the rectifying element provided in the circuit.
As an example of a switching power supply device that uses such a synchronous rectifying element using a transistor, the present inventor has proposed a switching power supply device as shown in FIG. 2 in Japanese Patent Application No. 5-307520.

【0003】図2に示す回路の構成と動作の詳細な説明
は省略するが、このスイッチング電源装置は、整流素子
にダイオードに代えてPNP型のトランジスタQ2を使
用することにより高い電力変換効率が実現されている。
さらに、このスイッチング電源装置は、トランジスタQ
2の動作を、ベースにコンデンサC3を介して制御信号
を受けるNPN型の駆動用トランジスタQ3にて制御す
ることにより、PNP型トランジスタの構造上発生する
コレクタからベースあるいはエミッタへ向かって漏洩す
る電流を防止するのと同時に、このスイッチング電源装
置を昇降圧型のコンバータとして動作させることを可能
としている。
Although a detailed description of the configuration and operation of the circuit shown in FIG. 2 is omitted, this switching power supply device realizes high power conversion efficiency by using a PNP type transistor Q2 in place of a diode as a rectifying element. Has been done.
In addition, this switching power supply device includes a transistor Q
By controlling the operation of No. 2 by the NPN type driving transistor Q3 whose base receives the control signal via the capacitor C3, the current leaking from the collector generated toward the base or the emitter due to the structure of the PNP type transistor is controlled. At the same time, the switching power supply device can be operated as a step-up / down converter.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】整流素子にダイオード
に代えてトランジスタを使用することにより、スイッチ
ング電源装置の電力変換効率を向上させることができ
る。しかし、トランジスタ素子はダイオードと異なりオ
ン、オフ制御を行う必要があり、周知のごとくトランジ
スタ素子の動作には、そのベース領域における電荷の蓄
積あるいは消滅を原因とする遅延時間が存在する。同期
整流素子のトランジスタがオン、オフ動作をしている時
に発生する損失のほとんどは、この動作の遅延時間内に
トランジスタ素子のコレクタ、エミッタ間に現れる電圧
と、そこを流れる電流によって発生するものであり、当
然、遅延時間が長い程、損失が大きくなる。
By using a transistor instead of a diode for the rectifying element, the power conversion efficiency of the switching power supply device can be improved. However, unlike the diode, the transistor element needs to be controlled to be turned on and off, and as is well known, the operation of the transistor element has a delay time due to the accumulation or disappearance of charges in its base region. Most of the loss that occurs when the transistor of the synchronous rectifying device is on and off is due to the voltage that appears between the collector and emitter of the transistor element within the delay time of this operation and the current that flows there. Of course, the longer the delay time, the larger the loss.

【0005】図2に示すスイッチング電源装置では、同
期整流素子としてのトランジスタQ2の損失を少なくす
るために、ベース電流を設定するための抵抗R5にスピ
ードアップ用のコンデンサC5を並列接続し、さらにト
ランジスタQ2のベースとアースとの間にコンデンサC
6と抵抗R6の直列回路を設けている。ここで、コンデ
ンサC6と抵抗R6の直列回路は、トランジスタQ2の
ターンオン時においてはトランジスタQ2のベース電流
を引き込みターンオン動作の速度を向上させ、また、ト
ランジスタQ2のターンオフ時においてはトランジスタ
Q2のベース領域の蓄積電荷の放電経路を形成し、蓄積
電荷の消滅を促進してターンオフ動作の速度を向上させ
るように機能する。スピードアップ用のコンデンサC5
の機能については一般的な技術であり、説明を省略す
る。
In the switching power supply device shown in FIG. 2, in order to reduce the loss of the transistor Q2 as a synchronous rectifying element, a resistor R5 for setting a base current is connected in parallel with a speed-up capacitor C5, and a transistor C2 is further connected. A capacitor C is connected between the base of Q2 and ground.
A series circuit of 6 and the resistor R6 is provided. Here, the series circuit of the capacitor C6 and the resistor R6 draws in the base current of the transistor Q2 when the transistor Q2 is turned on and improves the speed of the turn-on operation, and when the transistor Q2 is turned off, the base region of the transistor Q2 is removed. It functions to form a discharge path for the accumulated charge, promote the disappearance of the accumulated charge, and improve the speed of the turn-off operation. Capacitor C5 for speed up
Since the function of is a general technique, its description is omitted.

【0006】しかし、このコンデンサC5及びコンデン
サC6と抵抗R6の直列回路は、トランジスタQ2の動
作とその結果流れるベース電流に対して、受動的に上記
した機能を果たすものであり、トランジスタQ2の動作
遅延時間の短縮には限界があった。そのため図2に示す
ようなスイッチング電源装置では、スイッチングトラン
ジスタQ1のスイッチング周波数を高周波化した際に
は、整流手段(トランジスタQ2)に発生する損失が増
大してしまい、返って損失低減の作用が思うように行わ
れなくなる結果となっていた。従って本発明は、整流素
子にPNP型トランジスタを使用したスイッチング電源
装置において、整流素子としてのトランジスタのベース
領域の電荷の蓄積あるいは消滅を速やかに行わせること
で、スイッチング周波数を高周波化した際にも高い電力
変換効率を得ることができるスイッチング電源装置を提
供する事を目的とする。
However, the series circuit of the capacitor C5 and the capacitor C6 and the resistor R6 passively performs the above-mentioned function with respect to the operation of the transistor Q2 and the base current flowing as a result, and the operation delay of the transistor Q2 is delayed. There was a limit to the reduction of time. Therefore, in the switching power supply device as shown in FIG. 2, when the switching frequency of the switching transistor Q1 is increased, the loss generated in the rectifying means (transistor Q2) increases, which in turn has the effect of reducing the loss. As a result, it was not done. Therefore, according to the present invention, in a switching power supply device using a PNP type transistor as a rectifying element, by rapidly accumulating or eliminating charges in the base region of the transistor as the rectifying element, even when the switching frequency is increased to a high frequency. An object of the present invention is to provide a switching power supply device that can obtain high power conversion efficiency.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、スイッチング
素子がターンオフした時にチョークコイルにフライバッ
ク電圧を発生させ、該フライバック電圧が入力電圧に重
畳した電圧を整流素子を介して整流し、所定の電圧を得
るスイッチング電源装置において、PNP型のバイポー
ラトランジスタよりなり、インダクタンス要素と出力端
子との間に設けられ、整流作用を担うトランジスタ整流
素子、NPN型のバイポーラトランジスタよりなり、そ
のトランジスタ整流素子のベースとアース等の低電位点
との間に接続され、トランジスタ整流素子とインダクタ
ンス要素の接続点よりオン、オフ制御信号の供給を受け
てトランジスタ整流素子の動作を制御する駆動用トラン
ジスタ、トランジスタ整流素子のベースに接続され、ス
イッチング素子の動作に応じてトランジスタ整流素子に
印加するバイアス電圧を導く補助バイアス回路を具備す
ることを特徴とするスイッチング電源装置である。
According to the present invention, a flyback voltage is generated in a choke coil when a switching element is turned off, and a voltage in which the flyback voltage is superposed on an input voltage is rectified through a rectifying element to obtain a predetermined value. In the switching power supply device that obtains the voltage of, a PNP type bipolar transistor is provided between the inductance element and the output terminal, and a transistor rectifying element for performing a rectifying action, and an NPN type bipolar transistor are provided. A drive transistor, which is connected between the base and a low potential point such as ground, and which receives an on / off control signal from the connection point of the transistor rectifying element and the inductance element to control the operation of the transistor rectifying element, a transistor rectifying element Connected to the base of the switching element Is a switching power supply apparatus characterized by comprising an auxiliary biasing circuit for guiding the bias voltage applied to the transistor rectifying element according to work.

【0008】[0008]

【作用】スイッチングトランジスタQ1がターンオフし
た時、チョークコイルL1にはフライバック電圧が発生
し、a点の電圧は入力電圧VINにフライバック電圧を加
えた電圧値まで上昇する。この上昇したa点の電圧によ
って駆動用トランジスタQ3はオン状態となり、トラン
ジスタQ2のベース電流の電流路が開通する。また、チ
ョークコイルL1に発生したフライバック電圧は補助バ
イアス回路4によって導かれ、トランジスタQ2のベー
ス、エミッタ間に順方向バイアスを与える。この順方向
バイアスにより、より多くのベース電流が流れ、トラン
ジスタQ2は速やかにターンオンすることになる。
When the switching transistor Q1 is turned off, a flyback voltage is generated in the choke coil L1 and the voltage at point a rises to the voltage value obtained by adding the flyback voltage to the input voltage V IN . The driving transistor Q3 is turned on by the increased voltage at the point a, and the current path of the base current of the transistor Q2 is opened. The flyback voltage generated in the choke coil L1 is guided by the auxiliary bias circuit 4 to apply a forward bias between the base and emitter of the transistor Q2. Due to this forward bias, more base current flows and the transistor Q2 turns on quickly.

【0009】逆に、スイッチングトランジスタQ1がタ
ーンオンした時、a点の電圧はアース電位まで低下し、
駆動用トランジスタQ3はオフ状態となってトランジス
タQ2のベース電流の電流路を遮断する。また、チョー
クコイルL1には、自己誘導作用によりa点から入力端
子1の方向に電圧が誘起され、この誘起電圧は補助バイ
アス回路4によって導かれてトランジスタQ2のベー
ス、エミッタ間に逆バイアスを与える。この逆バイアス
により、オン状態にあった時に蓄積されたトランジスタ
Q2のベース領域の電荷は強制的に排除され、トランジ
スタQ2は速やかにターンオフすることになる。
On the contrary, when the switching transistor Q1 is turned on, the voltage at the point a drops to the ground potential,
The driving transistor Q3 is turned off to cut off the current path of the base current of the transistor Q2. A voltage is induced in the choke coil L1 in the direction from the point a to the input terminal 1 by the self-induction action, and the induced voltage is guided by the auxiliary bias circuit 4 to apply a reverse bias between the base and emitter of the transistor Q2. . Due to this reverse bias, the electric charge in the base region of the transistor Q2 accumulated when it is in the ON state is forcibly removed, and the transistor Q2 is quickly turned off.

【0010】[0010]

【実施例】同期整流素子としてのトランジスタに発生す
る損失を減少させ、特にスイッチング周波数が高周波領
域であっても高い電力変換効率が得られる、本発明によ
るスイッチング電源装置の実施例の回路を図1に示し
た。なお、図1中における図2に示されたのと同じ構成
要素に対しては、同一の符号を付与してある。図1にお
いて、本発明のスイッチング電源装置は以下のような構
成となっている。
1 is a circuit diagram of an embodiment of a switching power supply device according to the present invention, which can reduce loss generated in a transistor as a synchronous rectifying element and can obtain high power conversion efficiency even when a switching frequency is in a high frequency region. It was shown to. The same reference numerals are given to the same constituent elements shown in FIG. 1 as those shown in FIG. In FIG. 1, the switching power supply device of the present invention has the following configuration.

【0011】入力端子1にチョークコイルL1の一端を
接続し、チョークコイルL1の他端(a点)をNPN型
のスイッチングトランジスタQ1のコレクタに接続す
る。スイッチングトランジスタQ1のエミッタをアース
に接続し、ベースをPWM制御回路3のパルス出力端子
POに接続する。チョークコイルL1の他端(a点)
を、さらに同期整流素子としてのPNP型のトランジス
タQ2のエミッタに接続する。トランジスタQ2のコレ
クタを出力端子2に接続し、出力端子2とアース間に平
滑コンデンサC2を接続する。さらに出力端子2とアー
ス間には抵抗R1と抵抗R2の直列回路を接続し、抵抗
R1と抵抗R2の接続点をPWM制御回路の出力電圧検
出端子FBに接続する。
One end of the choke coil L1 is connected to the input terminal 1, and the other end (point a) of the choke coil L1 is connected to the collector of the NPN type switching transistor Q1. The emitter of the switching transistor Q1 is connected to the ground, and the base is connected to the pulse output terminal PO of the PWM control circuit 3. The other end of the choke coil L1 (point a)
Is further connected to the emitter of a PNP type transistor Q2 as a synchronous rectifying element. The collector of the transistor Q2 is connected to the output terminal 2, and the smoothing capacitor C2 is connected between the output terminal 2 and the ground. Further, a series circuit of resistors R1 and R2 is connected between the output terminal 2 and ground, and the connection point of the resistors R1 and R2 is connected to the output voltage detection terminal FB of the PWM control circuit.

【0012】トランジスタQ2のベースは抵抗R5を介
してNPN型の駆動用トランジスタQ3のコレクタに接
続し、さらにトランジスタQ2のベースを抵抗R4とコ
ンデンサC4の直列回路を介してチョークコイルL1の
入力端子1側の一端に接続する。この抵抗R4とコンデ
ンサC4の直列回路により補助バイアス回路4が形成さ
れる。駆動用トランジスタQ3のエミッタをアースに接
続し、駆動用トランジスタQ3のベースとアースとの間
にダイオードD1を、ベースとチョークコイルL1の他
端(a点)との間に抵抗R3とコンデンサC3の直列回
路を接続する。なお、図1中において、C1はコンデン
サであり、回路から除かれる場合もある。また、Eは外
部の直流電源、RLは負荷を示す。このような回路構成
としたスイッチング電源装置における同期整流素子(ト
ランジスタQ2)の動作は以下の通りである。
The base of the transistor Q2 is connected to the collector of an NPN type driving transistor Q3 via a resistor R5, and the base of the transistor Q2 is further connected via a series circuit of a resistor R4 and a capacitor C4 to an input terminal 1 of a choke coil L1. Connect to one end. The auxiliary bias circuit 4 is formed by the series circuit of the resistor R4 and the capacitor C4. The emitter of the driving transistor Q3 is connected to the ground, the diode D1 is connected between the base of the driving transistor Q3 and the ground, and the resistor R3 and the capacitor C3 are connected between the base and the other end (point a) of the choke coil L1. Connect a series circuit. In addition, in FIG. 1, C1 is a capacitor and may be removed from the circuit. E is an external DC power supply, and RL is a load. The operation of the synchronous rectifying element (transistor Q2) in the switching power supply device having such a circuit configuration is as follows.

【0013】スイッチングトランジスタQ1がオン状態
にある時、入力端子1、チョークコイルL1、スイッチ
ングトランジスタQ1の経路で電流が流れ、チョークコ
イルL1にはエネルギーが蓄積される。ここでa点の電
圧はアース電位まで低下しており、a点の電圧を抵抗R
3とコンデンサC3の直列回路を介してベースに受ける
駆動用トランジスタQ3はオフ状態となる。駆動用トラ
ンジスタQ3がオフ状態であることにより、トランジス
タQ2のベース電流の電流路は遮断された状態となる。
この時、チョークコイルL1には電流の流通による自己
誘導作用にてa点から入力端子1の方向に電圧が誘起さ
れており、この誘起電圧が抵抗R4とコンデンサC4に
よる補助バイアス回路4によって導かれ、トランジスタ
Q2のベース、エミッタ間に逆バイアスを与える。従っ
てこの時、トランジスタQ2はオフ状態となる。
When the switching transistor Q1 is in the ON state, a current flows through the path of the input terminal 1, the choke coil L1 and the switching transistor Q1, and energy is stored in the choke coil L1. Here, the voltage at point a has dropped to the ground potential, and the voltage at point a is
The driving transistor Q3 received by the base through the series circuit of the capacitor 3 and the capacitor C3 is turned off. Since the driving transistor Q3 is off, the current path of the base current of the transistor Q2 is cut off.
At this time, a voltage is induced in the choke coil L1 from the point a toward the input terminal 1 by the self-induction action due to the current flow, and this induced voltage is guided by the auxiliary bias circuit 4 including the resistor R4 and the capacitor C4. , A reverse bias is applied between the base and emitter of the transistor Q2. Therefore, at this time, the transistor Q2 is turned off.

【0014】やがてスイッチングトランジスタQ1がタ
ーンオフすると、チョークコイルL1には、それまでに
蓄えられたエネルギーによって入力端子1からa点の方
向にフライバック電圧が発生する。これによりa点の電
圧は入力電圧VINにフライバック電圧が加わった電圧値
まで上昇する。このa点の電圧は抵抗R3、コンデンサ
C3の直列回路を介して駆動用トランジスタQ3のベー
スに印加され、駆動用トランジスタQ3をオン状態へ移
行させる。駆動用トランジスタQ3がオン状態となるこ
とで、トランジスタQ2のベース電流の電流路が開通す
る。これと同時に、チョークコイルL1に発生したフラ
イバック電圧は、さらに補助バイアス回路4によって導
かれ、トランジスタQ2のベース、エミッタ間に順方向
バイアスを与える。この駆動用トランジスタQ3による
電流路の開通と、補助バイアス回路4によって導かれた
フライバック電圧の順方向バイアスとによって、トラン
ジスタQ2はターンオンすることになる。この場合には
特に、順方向バイアスを受けることでトランジスタQ2
のベース電流が増加し、ターンオン動作の速度が向上す
る。
When the switching transistor Q1 is turned off, a flyback voltage is generated in the choke coil L1 from the input terminal 1 in the direction of the point a due to the energy accumulated up to that point. As a result, the voltage at the point a rises to a voltage value obtained by adding the flyback voltage to the input voltage V IN . The voltage at the point a is applied to the base of the driving transistor Q3 via the series circuit of the resistor R3 and the capacitor C3, and the driving transistor Q3 is turned on. When the driving transistor Q3 is turned on, the current path of the base current of the transistor Q2 is opened. At the same time, the flyback voltage generated in the choke coil L1 is further guided by the auxiliary bias circuit 4 to apply a forward bias between the base and emitter of the transistor Q2. Due to the opening of the current path by the driving transistor Q3 and the forward bias of the flyback voltage guided by the auxiliary bias circuit 4, the transistor Q2 is turned on. In this case, in particular, the transistor Q2 receives the forward bias.
The base current is increased and the turn-on operation speed is improved.

【0015】スイッチングトランジスタQ1がオフ状態
にある時、入力電圧VINにフライバック電圧が加わった
a点の電圧によって駆動用トランジスタQ3はオン状態
を維持する。駆動用トランジスタQ3がオン状態である
ためトランジスタQ2のベース電流の電流路は開通状態
となる。また、補助バイアス回路4によって導かれたチ
ョークコイルL1のフライバック電圧により、トランジ
スタQ2はベース、エミッタ間に順方向バイアスを受け
る。従ってこの時、トランジスタQ2はオン状態とな
る。
When the switching transistor Q1 is in the off state, the driving transistor Q3 is kept in the on state by the voltage at the point a which is the input voltage V IN plus the flyback voltage. Since the driving transistor Q3 is on, the current path of the base current of the transistor Q2 is open. The flyback voltage of the choke coil L1 guided by the auxiliary bias circuit 4 causes the transistor Q2 to receive a forward bias between the base and the emitter. Therefore, at this time, the transistor Q2 is turned on.

【0016】次に、スイッチングトランジスタQ1がタ
ーンオンすると、a点の電圧がアース電位まで低下す
る。a点の電圧の低下によって駆動用トランジスタQ3
はオフ状態へ移行し、トランジスタQ2のベース電流の
電流路が遮断される。これと同時に、入力端子1、チョ
ークコイルL1、スイッチングトランジスタQ1の経路
で電流が流れ、チョークコイルL1には自己誘導作用に
よりa点から入力端子1の方向に電圧が誘起される。こ
の誘起電圧は補助バイアス回路4によって導かれ、トラ
ンジスタQ2のベース、エミッタ間に逆バイアスを与え
る。この駆動用トランジスタQ3による電流路の遮断
と、補助バイアス回路4によって導かれた誘起電圧の逆
バイアスとによって、トランジスタQ2はターンオフす
ることになる。この場合には特に、逆バイアスを受ける
ことでトランジスタQ2のベース領域の蓄積電荷は強制
的に排除され、ターンオフ動作の速度が向上する。
Next, when the switching transistor Q1 is turned on, the voltage at the point a drops to the ground potential. Due to the voltage drop at point a, drive transistor Q3
Turns off, and the current path of the base current of the transistor Q2 is cut off. At the same time, a current flows in the path of the input terminal 1, the choke coil L1, and the switching transistor Q1, and a voltage is induced in the choke coil L1 from the point a toward the input terminal 1 by the self-induction effect. This induced voltage is guided by the auxiliary bias circuit 4 and applies a reverse bias between the base and emitter of the transistor Q2. Due to the interruption of the current path by the driving transistor Q3 and the reverse bias of the induced voltage guided by the auxiliary bias circuit 4, the transistor Q2 is turned off. In this case, in particular, by receiving a reverse bias, the accumulated charge in the base region of the transistor Q2 is forcibly removed, and the turn-off operation speed is improved.

【0017】なお、入力電圧VINが出力電圧VO より低
い場合にはスイッチングトランジスタQ1のオンデュー
ティは大きくなり、上記したごとく、駆動用トランジス
タQ3とトランジスタQ2はスイッチングトランジスタ
Q1のスイッチング動作に合わせてオン、オフ動作をす
る。これにより、トランジスタQ2は同期整流素子とし
て動作を行う。これに対して、入力電圧VINが出力電圧
O より高い場合にはスイッチングトランジスタQ1の
オンデューティは非常に小さくなり、スイッチングトラ
ンジスタQ1がオフ状態の時、駆動用トランジスタQ3
及びトランジスタQ2は完全なオン状態とならず、非飽
和領域での導通状態となる。するとトランジスタQ2は
スイッチングトランジスタQ1のオンデューティに応じ
てコレクタ、エミッタ間の電圧を変化させ、出力電圧V
O が一定になるように制御することになる。これにより
トランジスタQ2はシリーズレギュレータに似た動作を
行う。従って、図1に示す本発明のスイッチング電源装
置は、昇降圧型のコンバータとして機能するものであ
る。
When the input voltage V IN is lower than the output voltage V O , the on-duty of the switching transistor Q1 becomes large, and as described above, the driving transistor Q3 and the transistor Q2 match the switching operation of the switching transistor Q1. Turns on and off. As a result, the transistor Q2 operates as a synchronous rectifying element. On the other hand, when the input voltage V IN is higher than the output voltage V O , the on-duty of the switching transistor Q1 becomes very small, and when the switching transistor Q1 is in the off state, the driving transistor Q3.
Also, the transistor Q2 is not turned on completely, but is turned on in the non-saturated region. Then, the transistor Q2 changes the voltage between the collector and the emitter according to the on-duty of the switching transistor Q1, and the output voltage V
O will be controlled to be constant. This causes the transistor Q2 to operate like a series regulator. Therefore, the switching power supply device of the present invention shown in FIG. 1 functions as a step-up / down converter.

【0018】図1に示す本発明のスイッチング電源装置
は、補助バイアス回路4を設けることでトランジスタQ
2の動作速度を向上させている。このため、スイッチン
グ周波数を高周波化してもトランジスタQ2に発生する
損失の増加を抑制することができるようになる。ちなみ
に、試験的に作製した回路基板にて図1と図2に示す回
路の比較実験を行ったところ、図1に示す本発明の回路
は図2に示す回路に比べて、スイッチング周波数がおよ
そ160〔kHz〕の時には約4%、スイッチング周波
数がおよそ320〔kHz〕の時には約30%もの回路
の電力変換効率の向上が確認されている。また、図1に
示す本発明のスイッチング電源装置では、補助バイアス
回路4を設けたことにより、図2に示す回路におけるス
ピードアップ用のコンデンサC5及び、抵抗R6とコン
デンサC6の直列回路が不要となり、回路素子の部品点
数が増加するのを防ぐことにも寄与する。
In the switching power supply device of the present invention shown in FIG. 1, the transistor Q is provided by providing the auxiliary bias circuit 4.
The operating speed of 2 is improved. Therefore, even if the switching frequency is increased, it is possible to suppress an increase in loss generated in the transistor Q2. By the way, when a comparative experiment of the circuits shown in FIG. 1 and FIG. 2 was conducted on a circuit board manufactured experimentally, the circuit of the present invention shown in FIG. 1 had a switching frequency of about 160 as compared with the circuit shown in FIG. It has been confirmed that the power conversion efficiency of the circuit is improved by about 4% at [kHz] and about 30% at the switching frequency of about 320 [kHz]. Further, in the switching power supply device of the present invention shown in FIG. 1, the provision of the auxiliary bias circuit 4 eliminates the need for the speed-up capacitor C5 and the series circuit of the resistor R6 and the capacitor C6 in the circuit shown in FIG. It also contributes to preventing an increase in the number of parts of the circuit element.

【0019】なお、図1に示す本発明の実施例の回路で
は、補助バイアス回路4の一端をトランジスタQ2のベ
ースに、他端をチョークコイルL1の入力端子1側の一
端に接続した構成となっているが、チョークコイルL1
にタップを有したコイル部品を使用し、そのタップに補
助バイアス回路4の他端を接続しても良い。この事項
は、チョークコイルL1を複数個接続したコイル部品に
て構成した場合にも適用される。また、図1に示す実施
例では、補助バイアス回路4を抵抗R4とコンデンサC
4の直列回路によって構成しているが、例えばコンデン
サのみで構成させる場合等もあり、この構成に限定され
るものではない。
In the circuit of the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, one end of the auxiliary bias circuit 4 is connected to the base of the transistor Q2 and the other end is connected to one end of the choke coil L1 on the input terminal 1 side. But choke coil L1
Alternatively, a coil component having a tap may be used, and the other end of the auxiliary bias circuit 4 may be connected to the tap. This matter is also applied to the case where the choke coil L1 is composed of a plurality of coil components connected to each other. Further, in the embodiment shown in FIG. 1, the auxiliary bias circuit 4 includes a resistor R4 and a capacitor C.
Although it is configured by the series circuit of No. 4, it may be configured by only a capacitor, for example, and is not limited to this configuration.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明は、PNP型トランジスタをダイ
オードに代えて整流素子として使用したスイッチング電
源装置において、その整流素子としてのトランジスタの
動作を制御する駆動用トランジスタの他に補助バイアス
回路を設け、この補助バイアス回路によって導かれるバ
イアス電圧(具体的には、チョークコイルに現れる電
圧)を整流素子としてのトランジスタに与えるものであ
る。これにより、整流素子としてのトランジスタの動作
速度は格段に向上し、発生する損失が低減され、スイッ
チング電源装置の電力変換効率は向上する。特にこの効
果は、スイッチング素子のスイッチング周波数を高周波
化した際には顕著に現れる。また、従来設けられてい
た、整流素子としてのトランジスタの動作速度を向上さ
せるための受動的な手段(スピードアップコンデンサ
等)が原則的に不要となり、回路素子の部品点数が増加
することを防止できる。
According to the present invention, in a switching power supply device using a PNP type transistor as a rectifying element instead of a diode, an auxiliary bias circuit is provided in addition to a driving transistor for controlling the operation of the transistor as the rectifying element. The bias voltage (specifically, the voltage appearing in the choke coil) guided by the auxiliary bias circuit is applied to the transistor as the rectifying element. As a result, the operating speed of the transistor as the rectifying element is remarkably improved, the generated loss is reduced, and the power conversion efficiency of the switching power supply device is improved. This effect is particularly remarkable when the switching frequency of the switching element is increased. In addition, the passive means (speed-up capacitor, etc.) for improving the operation speed of the transistor as the rectifying element, which has been conventionally provided, is basically unnecessary, and the increase in the number of parts of the circuit element can be prevented. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明によるスイッチング電源装置の実施例
の回路図。
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of a switching power supply device according to the present invention.

【図2】 特願平5−307520号(図3)において
提案されたスイッチング電源装置の回路図。
FIG. 2 is a circuit diagram of a switching power supply device proposed in Japanese Patent Application No. 5-307520 (FIG. 3).

【符号の説明】 1 入力端子 2 出力端子 3 PWM制御回路 4 補助バイアス回路 Q1 スイッチングトランジスタ Q2 同期整流素子としてのトランジスタ Q3 駆動用トランジスタ L1 チョークコイル C2 平滑コンデンサ E 外部電源 RL 負荷[Explanation of symbols] 1 input terminal 2 output terminal 3 PWM control circuit 4 auxiliary bias circuit Q1 switching transistor Q2 transistor as a synchronous rectifying element Q3 driving transistor L1 choke coil C2 smoothing capacitor E external power supply RL load

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成7年9月29日[Submission date] September 29, 1995

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Name of item to be amended] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0007[Correction target item name] 0007

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0007】[0007]

【課題を解決を解決するための手段】本発明は、スイッ
チング素子がターンオフした時にインダクタンス要素に
フライバック電圧を発生させ、そのフライバック電圧と
入力電圧が重畳した電圧を整流素子を介して整流し、所
定の電圧を得るスイッチング電源装置において、PNP
型のバイポーラトランジスタよりなり、インダクタンス
要素と出力端子との間に設けられ、整流作用を担うトラ
ンジスタ整流素子、NPN型のバイポーラトランジスタ
よりなり、トランジスタ整流素子のベースとアース等の
低電位点との間に接続され、トランジスタ整流素子とイ
ンダクタンス要素の接続点よりオン、オフ制御信号の供
給を受けてトランジスタ整流素子の動作を制御する駆動
用トランジスタおよび、トランジスタ整流素子のベース
に接続され、スイッチング素子の動作に応じてトランジ
スタ整流素子に印加するバイアス電圧を導く補助バイア
ス回路を具備することを特徴とする。補助バイアス回路
としては、好ましくは、インダクタンス要素の一端とト
ランジスタ整流素子のベースとの間に接続された抵抗素
子と容量素子の直列回路であり、この補助バイアス回路
を介してインダクタンス要素に現れる電圧がトランジス
タ整流素子にバイアス電圧として供給される。
According to the present invention, a flyback voltage is generated in an inductance element when a switching element is turned off, and a voltage in which the flyback voltage and an input voltage are superposed is rectified via a rectifying element. In a switching power supply device that obtains a predetermined voltage, a PNP
Type bipolar transistor, is provided between the inductance element and the output terminal, and is a transistor rectifying element that performs a rectifying function, and is an NPN type bipolar transistor, and is between the base of the transistor rectifying element and a low potential point such as ground. Is connected to the base of the transistor rectifier and the driving transistor that controls the operation of the transistor rectifier by receiving the on / off control signal from the connection point of the transistor rectifier and the inductance element, and the operation of the switching element. It is characterized by comprising an auxiliary bias circuit for guiding a bias voltage applied to the transistor rectifying element according to the above. The auxiliary bias circuit is preferably a series circuit of a resistance element and a capacitance element connected between one end of the inductance element and the base of the transistor rectifying element, and the voltage appearing at the inductance element via this auxiliary bias circuit is The bias voltage is supplied to the transistor rectifying element.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スイッチング素子がターンオフした時に
チョークコイルにフライバック電圧を発生させ、該フラ
イバック電圧が入力電圧に重畳した電圧を整流素子を介
して整流し、所定の電圧を得るスイッチング電源装置に
おいて、 PNP型のバイポーラトランジスタよりなり、該インダ
クタンス要素と出力端子との間に設けられ、整流作用を
担うトランジスタ整流素子、 NPN型のバイポーラトランジスタよりなり、該トラン
ジスタ整流素子のベースとアース等の低電位点との間に
接続され、該トランジスタ整流素子と該インダクタンス
要素の接続点よりオン、オフ制御信号の供給を受けて該
トランジスタ整流素子の動作を制御する駆動用トランジ
スタ、 該トランジスタ整流素子のベースに接続され、該スイッ
チング素子の動作に応じて該トランジスタ整流素子に印
加するバイアス電圧を導く補助バイアス回路を具備する
ことを特徴とするスイッチング電源装置。
1. A switching power supply device for generating a flyback voltage in a choke coil when a switching element is turned off, rectifying a voltage superposed on an input voltage by the rectifier element to obtain a predetermined voltage. , A PNP-type bipolar transistor, which is provided between the inductance element and the output terminal and has a rectifying function, and a NPN-type bipolar transistor, which has a low potential such as a base of the transistor rectifying element and ground A driving transistor connected between the transistor rectifying element and the inductance element to control the operation of the transistor rectifying element by receiving an on / off control signal from the connection point of the transistor rectifying element and the base of the transistor rectifying element. Is connected to the switching element according to the operation of the switching element. A switching power supply device comprising an auxiliary bias circuit for guiding a bias voltage applied to a transistor rectifying element.
【請求項2】 前記補助バイアス回路によって前記トラ
ンジスタ整流素子のベースに導かれるバイアス電圧が、
インダクタンス要素に現れる電圧であることを特徴とす
る請求項1に記載のスイッチング電源装置。
2. The bias voltage introduced to the base of the transistor rectifying element by the auxiliary bias circuit is:
The switching power supply device according to claim 1, wherein the switching power supply device is a voltage that appears in an inductance element.
【請求項3】 前記補助バイアス回路が、前記トランジ
スタ整流素子のベースと前記インダクタンス要素の一端
との間に接続された抵抗素子と容量素子の直列回路より
なることを特徴とするスイッチング電源装置。
3. The switching power supply device, wherein the auxiliary bias circuit comprises a series circuit of a resistance element and a capacitance element connected between the base of the transistor rectifying element and one end of the inductance element.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006230160A (en) * 2005-02-21 2006-08-31 Onkyo Corp Switching power circuit

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