JPS5840797Y2 - DC-DC converter - Google Patents

DC-DC converter

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JPS5840797Y2
JPS5840797Y2 JP1974085776U JP8577674U JPS5840797Y2 JP S5840797 Y2 JPS5840797 Y2 JP S5840797Y2 JP 1974085776 U JP1974085776 U JP 1974085776U JP 8577674 U JP8577674 U JP 8577674U JP S5840797 Y2 JPS5840797 Y2 JP S5840797Y2
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JP
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output
voltage
power supply
time constant
circuit
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JP1974085776U
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長門 佐貫
一郎 北村
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オリジン電気 (株)
オリジンエンジニアリング (株)
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Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、直流出力電圧の変化に応じて受光素子のイ
ンピーダンスを変化させることにより、該素子を含む時
定数回路の時定数を自動的に変化させ、これによってス
イッチングトランジスタの導通時間を制御して直流出力
を安定化することを特徴とする直流安定化電源装置の回
路構成に関する。
[Detailed description of the invention] This invention automatically changes the time constant of the time constant circuit including the element by changing the impedance of the light-receiving element in accordance with changes in the DC output voltage, and thereby The present invention relates to a circuit configuration of a DC stabilized power supply device characterized in that the DC output is stabilized by controlling the conduction time of the DC power supply.

入出力側を互いに直流的に絶縁している従来のDC−D
Cコンバータにあっては、出力側の検出回路と入力側の
制御回路をパルストランス等を用いて交流的に結合し、
直流出力電圧の変動に応じて入力側制御回路の出力を可
変してスイッチングトランジスタの制御を行っていた。
Conventional DC-D in which the input and output sides are electrically isolated from each other
In the C converter, the detection circuit on the output side and the control circuit on the input side are coupled in an alternating current manner using a pulse transformer, etc.
The switching transistors were controlled by varying the output of the input-side control circuit in response to fluctuations in the DC output voltage.

斯かる従来のコンバータにおいては入力側のノイズが出
力側に悪影響を与えるので、出力特性の極めて安定な装
置が得難かった。
In such conventional converters, noise on the input side adversely affects the output side, making it difficult to obtain a device with extremely stable output characteristics.

本考案はこの様な欠点を除去することを目的として時定
数回路と光結合素子とを組合せることにより、ノイズに
極めて安定であって且つ回路構成を極めて簡単にした信
頼性の高い直流安定化電源装置を提供するにある。
The present invention aims to eliminate these drawbacks by combining a time constant circuit and an optical coupling element to create highly reliable DC stabilization that is extremely stable against noise and has an extremely simple circuit configuration. There is a power supply provided.

以下図面に従って本考案を説明すると、第1図において
変圧器T の1次巻線N□に直列接続されているスイッ
チング素子、ここではトランジスタQ□が導通状態にあ
るとすれば、変圧器T□に夫々巻装されている1次巻線
N□、消磁巻線N3.2次巻線N 及び検出回路用電源
巻線N4には電圧が誘起されており、該2次巻線に誘起
された交流電圧は整流器D2によって直流に変換され、
次にインダクタL とコンデンサC2より成る平滑回路
を介して平滑化されてリップル分の小さい直流電圧とし
て出力端子o 、 o’ に現出する。
The present invention will be explained below with reference to the drawings. In FIG. 1, if the switching element connected in series to the primary winding N□ of the transformer T, here the transistor Q□, is in a conductive state, then the transformer T□ Voltage is induced in the primary winding N□, the degaussing winding N3, the secondary winding N, and the detection circuit power supply winding N4, which are respectively wound on the secondary winding. The alternating current voltage is converted to direct current by rectifier D2,
Next, it is smoothed through a smoothing circuit consisting of an inductor L and a capacitor C2, and appears at the output terminals o and o' as a DC voltage with a small ripple.

他方検出回路用電源巻線N4間の交流電圧は整流・平滑
回路Bを介して、出力電圧を検出する検出回路Cの電源
電圧として印加される。
On the other hand, the AC voltage between the detection circuit power supply winding N4 is applied via the rectification/smoothing circuit B as the power supply voltage of the detection circuit C that detects the output voltage.

そしてスイッチングトランジスタQ0が非導通に到ると
、出力側の整流器D2は非導通になるが、該整流器の導
通期間中にインダクタL0に蓄えられたエネルギがフリ
ーホイーリングダイオードD3を介して負荷Fに放出さ
れるので、負荷電流は第2図dに示すように持続される
When the switching transistor Q0 becomes non-conductive, the output rectifier D2 becomes non-conductive, but the energy stored in the inductor L0 during the rectifier's conductive period is transferred to the load F via the freewheeling diode D3. As the load current is discharged, the load current is sustained as shown in FIG. 2d.

この時消磁巻線N3にはダイオードD0を順バイアスす
るような電圧が誘起されるから、該巻線N 入力直流
電源E□、ダイ3 ) オードD3を介して電流が通流して、エネルギを直流電
源E に返還すると共に変圧器T□の鉄心に蓄えられた
エネルギを吸収し、これによって鉄心の磁気飽和を防止
している。
At this time, a voltage that forward biases the diode D0 is induced in the degaussing winding N3, so a current flows through the demagnetizing winding N3 through the diode D3, and the energy is transferred to the DC. It returns the energy to the power source E and also absorbs the energy stored in the core of the transformer T□, thereby preventing magnetic saturation of the core.

以上トランジスタQ0の導通、非導通に伴う主回路の動
作について述べたが、次に第2図を用いながら制御動作
と検出動作等について詳述する。
The operation of the main circuit accompanying the conduction and non-conduction of the transistor Q0 has been described above. Next, the control operation, detection operation, etc. will be described in detail with reference to FIG.

Aは例えばマルチバイブレータのような発振器であり、
その出力端子A。
A is an oscillator such as a multivibrator,
Its output terminal A.

の発振電圧は第2図aに示すような矩形波になる。The oscillation voltage becomes a rectangular wave as shown in FIG. 2a.

そしてこの発振器AはコンデンサC0と抵抗R1と可変
インピーダンスを与える受光素子Q5とからなる時定数
回路Iとで可変パルス幅発振器を構成し、これはトラン
ジスタQ2のような半導体素子と駆動回路を構成してい
る。
This oscillator A constitutes a variable pulse width oscillator with a time constant circuit I consisting of a capacitor C0, a resistor R1, and a light receiving element Q5 that provides variable impedance, and this constitutes a drive circuit with a semiconductor element such as a transistor Q2. ing.

今時間1=0に於いては、発振器Aの出力端子Aoの電
圧は直流バイアス電源E2の電圧e2にほぼ等しい状態
にあり、コンデンサC工は端子Ao側が正極性、点X側
が負極性でほぼ電圧e2に充電されているものとする。
At time 1=0, the voltage at the output terminal Ao of the oscillator A is almost equal to the voltage e2 of the DC bias power supply E2, and the terminal Ao side of the capacitor C has a positive polarity and the point X side has a negative polarity. Assume that it is charged to voltage e2.

この状態では直流電源E2から抵抗R0及び点Xを介し
てトランジスタQ2のベースに駆動電流が十分通流して
いる。
In this state, a sufficient drive current is flowing from the DC power source E2 through the resistor R0 and point X to the base of the transistor Q2.

従って該トランジスタQ2は飽和状態にあり、そのコレ
クタ電圧は同図Cに示すようにほぼ零電位にあるから、
トランジスタQ0は非導通状態にある。
Therefore, the transistor Q2 is in a saturated state, and its collector voltage is at almost zero potential as shown in FIG.
Transistor Q0 is in a non-conducting state.

尚このとき点Xの電圧はトランジスタQ2のベース電位
にある。
At this time, the voltage at point X is at the base potential of transistor Q2.

次に時間1=1.において発振器Aの出力端子A。Next time 1=1. At output terminal A of oscillator A.

が接地されてその電圧が零点に降下すると、前述のよう
な極性でほぼ電圧e2に充電されているコンデンサC0
の正極性側が零電位になるから、その負極性側つまり点
Xの電圧はほぼ−02になる。
is grounded and its voltage drops to zero, the capacitor C0, which is charged to approximately the voltage e2 with the polarity described above,
Since the positive polarity side of is zero potential, the negative polarity side, that is, the voltage at point X is approximately -02.

従ってトランジスタQ2は非導通になり、該トランジス
タQ2のコレクタ電圧は同図Cに示すようにほぼ直流電
源E□の電圧e□迄上昇する。
Therefore, the transistor Q2 becomes non-conductive, and the collector voltage of the transistor Q2 rises to approximately the voltage e□ of the DC power supply E□, as shown in FIG.

従ってスイッチングトランジスタQ□は導通し、飽和状
態になる。
Therefore, the switching transistor Q□ becomes conductive and becomes saturated.

又コンデンサC0は時定数回路Iの積分時定数で、点X
が端子A。
Also, capacitor C0 is the integration time constant of time constant circuit I, and the point
is terminal A.

に対して正になるように充電されるから、点Xの電圧は
次第に上昇し、時間t−t2においてトランジスタQ2
のベース・エミッタ間飽和電圧E を越えると、該トラ
ンジスタが導通してトランジスタQ1を非導通にする。
, the voltage at point X gradually rises, and at time t-t2 transistor Q2
When the base-emitter saturation voltage E 2 of Q1 is exceeded, the transistor becomes conductive, rendering transistor Q1 non-conductive.

そして時間1=1 になって発振器Aの出力端子A。Then, at time 1=1, the output terminal A of oscillator A.

の電圧がほぼe2に上昇しても、前記状態は保持される
Even if the voltage increases to approximately e2, the above state is maintained.

入力側におい文は前述のような制御動作を行っている一
方、直流出力側においては検出回路Cの抵抗R6tR7
が出力電圧を検出し、定電圧ダイオードD の基準電圧
と抵抗R6の両端の電圧時下、即ち検出電圧とを比較し
た結果、その偏差電圧に基づいてトランジスタQ4に直
列接続されている発光ダイオードのような発光素子D5
に通流する電流を変化させている。
On the input side, the sensor performs the control operation as described above, while on the DC output side, the resistor R6tR7 of the detection circuit C
detects the output voltage and compares the reference voltage of the constant voltage diode D with the voltage across the resistor R6, that is, the detected voltage. Based on the deviation voltage, the light emitting diode connected in series to the transistor Q4 A light emitting element D5 like
changing the current flowing through the

今出力電圧が増大して定電圧ダイオードD40基準電圧
に較べて抵抗R6の電圧降下の方が大きくなると、トラ
ンジスタQ4は導通し、発光素子D5を介して電流が通
流する。
When the output voltage increases and the voltage drop across the resistor R6 becomes larger than the reference voltage of the constant voltage diode D40, the transistor Q4 becomes conductive and current flows through the light emitting element D5.

この発光素子は駆動回路におけるフォトトランジスタの
ような受光素子Q5と光結合されており、通常これを通
流する電流に比例する光信号を発生する。
This light-emitting element is optically coupled to a light-receiving element Q5, such as a phototransistor, in the drive circuit, and typically generates an optical signal proportional to the current flowing through it.

従ってこの発光素子D5は直流出力電圧の検出値と上記
基準電圧との偏差値にほぼ比例する光信号を受光素子Q
5に送出する。
Therefore, this light emitting element D5 sends an optical signal approximately proportional to the deviation value between the detected value of the DC output voltage and the above reference voltage to the light receiving element Q.
Send to 5.

該受光素子は通常光信号の大きさに応じてそのインピー
ダンスを変化させるから、出力電圧の上昇に伴って受光
素子Q5のインピーダンスは減少する。
Since the light receiving element usually changes its impedance depending on the magnitude of the optical signal, the impedance of the light receiving element Q5 decreases as the output voltage increases.

従って抵抗R1、受光素子Q5及びコンデンサC0から
なる時定数は小さくなり、コンデンサC0の充電が速め
られる。
Therefore, the time constant formed by the resistor R1, the light receiving element Q5, and the capacitor C0 becomes small, and the charging of the capacitor C0 is accelerated.

これに伴って第2図すに示すようにトランジスタQ2の
導通時刻t5が早められるので、結局トランジスタQ0
の導通期間は短くなり、出力電圧を下げる。
Along with this, the conduction time t5 of the transistor Q2 is advanced as shown in FIG.
conduction period becomes shorter, lowering the output voltage.

又逆に出力電圧が設定値より低くなった場合も、前述す
よ5な動作を行うことにより、トランジスタQ0の導通
期間を長くして出力電圧を上昇させている。
Conversely, even when the output voltage becomes lower than the set value, the above-described operation is performed to lengthen the conduction period of the transistor Q0 and increase the output voltage.

このような動作を繰返すことにより、安定した直流出力
電圧を負荷に供給している。
By repeating such operations, a stable DC output voltage is supplied to the load.

ここで抵抗R0は最大パルス幅を決定する。Here, resistor R0 determines the maximum pulse width.

以上述べたようにこの考案は、入力側と直流的に絶縁し
た出力側に設けた発光素子が直流出力の変動に応じて生
ずる発光信号をもって、時定数回路の時定数を変化させ
ることにより、半導体素子Q2のオン・オフを制御し、
スイッチング素子の導通期間を制御して直流出力電圧の
安定化を達していることが特徴であり、電気的に独立し
ている発光信号によって時定数回路の時定数を制御して
駆動信号のパルス幅を可変にしであるのでノイズに対し
極めて安定であり、且つ時定数回路と光結合素子を組合
せて制御しているので回路部品を少なく出来、信頼性が
極めて向上した等の効果も得られる。
As mentioned above, this invention uses a light emitting element provided on the output side, which is DC isolated from the input side, to change the time constant of the time constant circuit using a light emitting signal generated in response to fluctuations in DC output. Controls on/off of element Q2,
It is characterized by stabilizing the DC output voltage by controlling the conduction period of the switching element, and by controlling the time constant of the time constant circuit using an electrically independent light emission signal to adjust the pulse width of the drive signal. Since it is made variable, it is extremely stable against noise, and since it is controlled by a combination of a time constant circuit and an optical coupling element, the number of circuit components can be reduced and reliability can be extremely improved.

従って、この直流安定化電源装置はコンピュータ等の情
報機器用電源として非常に適している。
Therefore, this DC stabilized power supply device is very suitable as a power supply for information equipment such as computers.

尚、実施例においては一層トランジスタインバータを用
いて説明したが、勿論複数のトランジスタを用いてなる
他励式インバータでも良い。
Although the embodiment has been described using a single transistor inverter, a separately excited inverter using a plurality of transistors may of course be used.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案に係る直流安定化電源装置の一実施例を
示し、第2図は各部の電圧波形を示している。 A・・・・・・発振器、C・・・・・・検出回路、■・
・・・・・時定数回路、Q ・・・・・・スイッチング
素子、Q5・・・・・・受光素子、D ・・・・・・発
光素子、T□・・・・・・変圧器。
FIG. 1 shows an embodiment of a DC stabilized power supply device according to the present invention, and FIG. 2 shows voltage waveforms at various parts. A: Oscillator, C: Detection circuit, ■
... Time constant circuit, Q ... Switching element, Q5 ... Light receiving element, D ... Light emitting element, T□ ... Transformer.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 出力変圧器の1次巻線に接続されるスイッチング素子、
発振器を備えて該スイッチング素子に駆動信号を与える
駆動回路及び上記変圧器によりその入力側と直流的に絶
縁される直流出力側に直流出力を検出する検出回路とを
備えた直流電源装置において、上記直流出力の検出値と
基準値との偏差値に相応する光信号を発する発光素子を
上記検出回路に設けると共に、時定数回路を有する上記
駆動回路に上記光信号を受けて該光信号の強さに応じて
インピーダンスが変化する受光素子を設け、該受光素子
のインピーダンスの変化によって上記時定数回路の時定
数を自動的に変化させろことにより、上記偏差値に応じ
て上記発振器の発振信号のパルス幅を可変して上記スイ
ッチング素子の導通期間を制御することを特徴とする直
流安定化電源装置。
a switching element connected to the primary winding of the output transformer;
In the DC power supply device, the DC power supply device includes a drive circuit that includes an oscillator and applies a drive signal to the switching element, and a detection circuit that detects DC output on a DC output side that is DC-isolated from the input side of the transformer. The detection circuit is provided with a light emitting element that emits an optical signal corresponding to the deviation value between the detected value of the DC output and the reference value, and the drive circuit having a time constant circuit receives the optical signal and determines the intensity of the optical signal. By providing a light receiving element whose impedance changes according to the change in impedance of the light receiving element, and automatically changing the time constant of the time constant circuit according to the change in the impedance of the light receiving element, the pulse width of the oscillation signal of the oscillator can be changed according to the deviation value. A DC stabilized power supply device characterized in that the conduction period of the switching element is controlled by varying the period of time of the switching element.
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JPS4831434A (en) * 1971-08-30 1973-04-25

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