JPS5918860Y2 - Switching regulator - Google Patents

Switching regulator

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JPS5918860Y2
JPS5918860Y2 JP10160778U JP10160778U JPS5918860Y2 JP S5918860 Y2 JPS5918860 Y2 JP S5918860Y2 JP 10160778 U JP10160778 U JP 10160778U JP 10160778 U JP10160778 U JP 10160778U JP S5918860 Y2 JPS5918860 Y2 JP S5918860Y2
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JP
Japan
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switch element
switching
transistor
main switch
voltage
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JP10160778U
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Japanese (ja)
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JPS5519471U (en
Inventor
修三 椿原
Original Assignee
電気音響株式会社
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案はいわゆるシリーズ・スイッチングと呼ばれる方
式のスイッチング・レギュレータの改良に関する。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to an improvement in a switching regulator of a type called series switching.

従来、シリーズ・スイッチング方式のスイッチング・レ
ギュレータは例えば第1図に示すように構成されている
Conventionally, a series switching type switching regulator is configured as shown in FIG. 1, for example.

第1図において1は安定度の悪い電源を示し、その供給
電源電圧をElとする。
In FIG. 1, reference numeral 1 indicates a power supply with poor stability, and its supply voltage is designated as El.

電源1の正極は主スィッチ素子、例えばNPN型トラン
ジスタ2のコレクタ・エミッタ、ならびに電圧変換用チ
ョークコイル3を直列に介して第1の出力端子4aに接
続されている。
The positive terminal of the power supply 1 is connected to a first output terminal 4a through a main switch element, for example, the collector-emitter of an NPN transistor 2, and a voltage conversion choke coil 3 in series.

電源1の負極は直接第2の出力端子4bに接続されてい
る。
The negative pole of the power supply 1 is directly connected to the second output terminal 4b.

5は主スイツチ素子ドライブ用素子、例えばPNP型ト
ランジスタで、そのエミッタがトランジスタ2のコレク
タに接続され、そのコレクタがトランジスタ2のベース
に接続され、そのベースはスイッチング増幅器6に接続
されている。
Reference numeral 5 denotes a main switch element driving element, for example a PNP type transistor, whose emitter is connected to the collector of transistor 2, whose collector is connected to the base of transistor 2, and whose base is connected to switching amplifier 6.

スイッチング増幅器6はここでは誤差増幅器、電圧比較
器、パルス幅変換器等を含むスイッチング・レギュレー
タに必要な構成要素のうち第1図に示されていないもの
の総称である。
Switching amplifier 6 is here a general term for components not shown in FIG. 1 that are necessary for a switching regulator, including error amplifiers, voltage comparators, pulse width converters, and the like.

7はフライホイール・ダイオードでトランジスタ2がオ
ンからオフになったときにチョークコイル3に流れてい
た電流をバイパスするためのものである。
A flywheel diode 7 is used to bypass the current flowing through the choke coil 3 when the transistor 2 is turned from on to off.

8は電圧変換用コンデンサ、9および10は必要とする
安定化出力電圧らを出力端子間4 a、 4 bに得る
ための抵抗を示す。
Reference numeral 8 indicates a voltage conversion capacitor, and reference numerals 9 and 10 indicate resistors for obtaining the required stabilized output voltage between the output terminals 4a and 4b.

出力電圧E2は、抵抗9および10の抵抗値をそれぞれ
R9およびRloとし、スイッチング増幅器6の電圧比
較用基準電源11の電圧をR3とすると、一般的に次式
で表わされる。
The output voltage E2 is generally expressed by the following equation, where the resistance values of the resistors 9 and 10 are R9 and Rlo, respectively, and the voltage of the reference power supply 11 for voltage comparison of the switching amplifier 6 is R3.

R2−塾生も駆3 lO 12はスイッチングトランジスタ2のベースキャノヤの
放出をスピードアップするための抵抗である。
R2-Jukuseimo 3 lO 12 is a resistor for speeding up the discharge of the base capacitor of the switching transistor 2.

周知のように、主スィッチ素子2のスイッチング損失を
減少させるにはその電流に対して十分なドライブ電流が
必要である。
As is well known, in order to reduce the switching loss of the main switch element 2, a drive current sufficient for the current is required.

一方、主スィッチ素子2がオフに切換ったときにおける
コレクタ電流の減少と、コレクタ・エミッタ間電圧の上
昇との時間関係における変化がすみやかである必要があ
る。
On the other hand, it is necessary that the time relationship between the decrease in collector current and the increase in collector-emitter voltage when the main switch element 2 is turned off changes quickly.

すなわち、スイッチングトランジスタ2のコレクタ電流
Icならびにコレクタ・エミッタ間電圧EcEはトラン
ジスタ2のオン、オフにより第2図に示すように変化し
、第2図に示す時間tに発生する電流と電圧の積がスイ
ッチング損失となる。
That is, the collector current Ic and the collector-emitter voltage EcE of the switching transistor 2 change as shown in FIG. 2 as the transistor 2 turns on and off, and the product of the current and voltage that occurs at time t shown in FIG. This results in switching loss.

従って、トランジスタ2がオフになったときにできるだ
け急速にそのコレクタ電流Icおよびコレクタ・エミッ
タ間電圧E。
Therefore, when transistor 2 is turned off, its collector current Ic and collector-emitter voltage E decrease as quickly as possible.

Eが減少および上昇する必要がある。E needs to decrease and increase.

第1図の回路構成において、スイッチング増幅器6の出
力がドライブ用トランジスタ5をカットオフさせると、
スイッチングトランジスタ2のベースドライブ電流はト
ランジスタ5より流入しなくなり、従ってトランジスタ
2のコレクタ電流は遮断されることになるが、ベースの
キャリヤ蓄積効果により瞬時には遮断されず、ある時間
遅れを持ってかつ活性領域をゆっくり通過して遮断され
る。
In the circuit configuration shown in FIG. 1, when the output of the switching amplifier 6 cuts off the drive transistor 5,
The base drive current of switching transistor 2 will no longer flow in from transistor 5, and the collector current of transistor 2 will therefore be cut off, but due to the carrier accumulation effect in the base, it will not be cut off instantaneously, but after a certain time delay. It slowly passes through the active region and is blocked.

第2図の時間を中がこの活性領域の通過にあたる。The time in FIG. 2 corresponds to the passage through this active region.

この時間tを減少させるため、第1図の回路では抵抗1
2をトランジスタ2のベース・エミッタ間に入れ、ベー
スキャリヤの放出のスピードアップを計っている。
In order to reduce this time t, in the circuit of FIG.
2 is placed between the base and emitter of transistor 2 to speed up the release of base carriers.

しかしながら、時間tを減少させるには抵抗12の値を
小さくしなければならず、それ故ドライブ用トランジス
タ5の取扱い電流は大きくなる。
However, in order to reduce the time t, the value of the resistor 12 must be reduced, and therefore the current handled by the drive transistor 5 becomes large.

しかし、ペースキャリヤの放出をスピードアップするこ
とは、いわば、自然放電型の処理方法であるため、限度
があり、時間tがそれほど小さくならない欠点があった
However, since speeding up the release of pace carriers is a so-called spontaneous discharge type processing method, there is a limit, and there is a drawback that the time t cannot be reduced very much.

時間tをさらに減少させるには、トランジスタ2のベー
ス・エミッタ間に逆バイアスをかける必要があり、高速
、高効率スイッチングにはこの方式が取られている。
In order to further reduce the time t, it is necessary to apply a reverse bias between the base and emitter of the transistor 2, and this method is used for high-speed, high-efficiency switching.

しかし、シリーズ・スイッチング方式のスイッチング・
レギュレータに適用できる回路構成簡単な逆バイアス方
式はいまだ提案されていない。
However, the series switching method
A reverse bias system with a simple circuit configuration that can be applied to regulators has not yet been proposed.

本考案は上記諸点に鑑みなされたもので、簡単な回路構
成により主スィッチ素子に、主スイツチ素子ドライブ用
素子がオフになったときに、逆バイアスをかけ、スイッ
チング効率を一段と向上させるようにしたスイッチング
・レギュレータを提供するものである。
The present invention was developed in view of the above points, and uses a simple circuit configuration to apply a reverse bias to the main switch element when the main switch element drive element is turned off, further improving switching efficiency. It provides a switching regulator.

以下本考案の一実施例につき、第3図および第4図を参
照して説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 3 and 4.

第3図は本考案によるスイッチング・レギュレータの一
実施例を示す回路接続図で、第3図においては1は安定
度の悪い電源、2は主スィッチ素子例えばNPN型トラ
ンジスタ、4aおよび4bは出力端子、5は主スイツチ
素子ドライブ用素子例えばPNP型トランジスタ、6は
スイッチング増幅器、7はフライホイール・ダイオード
、8は電圧変換用コンテ゛ンサ、9および10は抵抗、
11はスイッチング増幅器6の電圧比較用基準電源を示
し、これら回路要素は第1図のものと同じであり、同様
に回路接続されている。
FIG. 3 is a circuit connection diagram showing an embodiment of the switching regulator according to the present invention. In FIG. 3, 1 is an unstable power source, 2 is a main switch element such as an NPN transistor, and 4a and 4b are output terminals. , 5 is a main switch element driving element such as a PNP transistor, 6 is a switching amplifier, 7 is a flywheel diode, 8 is a voltage conversion capacitor, 9 and 10 are resistors,
Reference numeral 11 indicates a reference power supply for voltage comparison of the switching amplifier 6, and these circuit elements are the same as those in FIG. 1 and are connected in the same manner.

本考案においては、電圧変換用チョークコイル14を、
ab間の巻線n1にbc間のバイアス巻線n2を設けて
構成し、これら巻線n1とn2の接続点すはスイッチン
グトランジスタ2のエミッタに接続し、バイアス巻線n
2の他端Cは図示極性のダイオード13を介してスイッ
チングトランジスタ2のベースに接続したものである。
In the present invention, the voltage conversion choke coil 14 is
A bias winding n2 between bc is provided in the winding n1 between ab and bc, and the connection point between these windings n1 and n2 is connected to the emitter of the switching transistor 2, and the bias winding n
The other end C of the switching transistor 2 is connected to the base of the switching transistor 2 via a diode 13 having the polarity shown.

本考案ではこのように構成したので、ドライブ用トラン
ジスタ5がオンすると、チョークコイルリ0・−〇・・ 14のC点の電位はb点よ n2だけ上昇すnす るが、図示極性のダイオード13により電流は流れない
Since the present invention is configured in this way, when the drive transistor 5 is turned on, the potential at point C of the choke coil 0...14 rises by n2 from point b, but the diode 13 with the polarity shown Therefore, no current flows.

従って、スイッチングトランジスタ2のベースドライブ
はドライブ用トランジスタ5のコレクタ電流によっての
み行なわれる。
Therefore, the base drive of the switching transistor 2 is performed only by the collector current of the drive transistor 5.

次に、ドライブ用トランジスタ5がオフになると、スイ
ッチングトランジスタ2のコレクタ電流Icは減少する
Next, when the drive transistor 5 is turned off, the collector current Ic of the switching transistor 2 decreases.

このため、チョークコイル14に逆起電力が生じ、フラ
イホイール、ダイオード7が順方向にバイアスされて導
通する。
Therefore, a back electromotive force is generated in the choke coil 14, and the flywheel and diode 7 are forward biased and conductive.

その結果す点の電位に対しC点の電位はスイッチングト
ランジスタ2およびフライホイールダイオードの順方向
電圧降下を無視すると、工1−n2だけ低くなる。
As a result, the potential at point C is lower than the potential at point C by 1-n2, ignoring the forward voltage drop of the switching transistor 2 and the flywheel diode.

第4図はかかる状態1 を説明するもので゛、同図aはドライブ用トランジスタ
5のオン、オフを示し、同図すの実線はb点の電位、点
線はC点の電位を示す。
FIG. 4 explains such state 1. FIG. 4A shows the on/off state of the drive transistor 5, the solid line in the figure shows the potential at point b, and the dotted line shows the potential at point C.

第3図の回路構成から明らかなように、スイッチングト
ランジスタ2はそのエミッタがb点に接続され、そのベ
ースがダイオード13を介してC点に接続されている。
As is clear from the circuit configuration of FIG. 3, the emitter of the switching transistor 2 is connected to a point B, and the base thereof is connected to a point C via a diode 13.

従って、ドライブ用トランジスタ5がオフになると、ダ
イオード13は順方向にバイアスされ、導通し、スイッ
チングトランジスタ2のベースを逆バイアスすることに
なる。
Therefore, when the drive transistor 5 is turned off, the diode 13 is forward biased and conductive, thereby reverse biasing the base of the switching transistor 2.

がくして、スイッチングトランジスタ2はドライブ用ト
ランジスタ5がオフになると瞬時にカットオフし、従っ
てコレクタ電流が瞬時に減少しかつコレクタ・エミッタ
間電圧が瞬時に上昇することになり、スイッチング損失
は激減し、スイッチング効率が格段と上昇する。
As a result, the switching transistor 2 is instantly cut off when the drive transistor 5 is turned off, so that the collector current instantly decreases and the collector-emitter voltage instantly increases, so that the switching loss is drastically reduced. Switching efficiency increases significantly.

一例として12 V I A出力のスイッチング・レギ
ュレータに本考案を適用したところ、消費電力が2Wも
減少した。
As an example, when the present invention was applied to a switching regulator with an output of 12 VIA, the power consumption was reduced by 2W.

第5図は本考案によるスイッチング・レギュレータの他
の実施例を示す回路接続図で、第3図の回路と相違する
部分は、フライホイール・ダイオード7が除かれて新た
にフライホイール・ダイオード15がチョークコイル1
4の0点とアース間に接続されている点である。
FIG. 5 is a circuit connection diagram showing another embodiment of the switching regulator according to the present invention. The difference from the circuit in FIG. 3 is that the flywheel diode 7 is removed and a new flywheel diode 15 is added. choke coil 1
This is the point connected between the 0 point of 4 and the ground.

このような回路構成によると、ドライブ用トランジスタ
5がオフしたとき、上記同様にスイッチングトランジス
タ2およびフライホイールダイオード7による電圧降下
を無視すると、チョークコイル14のb点の電位は0点
の電位より−E2−11+nz ・n2だけ高くなり、逆にドライブトランジスタ5がオ
ンしたとき、チョークコイル14の0点の電位はb点の
電位より1雫’(nt+n2)だけ上昇すす る。
According to such a circuit configuration, when the drive transistor 5 is turned off, if the voltage drop due to the switching transistor 2 and the flywheel diode 7 is ignored in the same manner as described above, the potential at point b of the choke coil 14 is - - from the potential at point 0. When the potential of the choke coil 14 at point 0 increases by 1 drop' (nt+n2) from the potential at point b, when the drive transistor 5 turns on.

すなわち、ドライブ用トランジスタ5がオフしたときに
は、スイッチングトランジスタ2のベース・エミッタ間
にn1+n2・n2の逆バイアス電圧が印加され、スイ
ッチングトランジスタ2は急速に遮断され、上記同様の
効果が得られる。
That is, when the drive transistor 5 is turned off, a reverse bias voltage of n1+n2.n2 is applied between the base and emitter of the switching transistor 2, and the switching transistor 2 is rapidly cut off, producing the same effect as described above.

このように、本考案によれば、チョークコイルの一端に
バイアス巻線の一端を接続し、チョークコイルとバイア
ス巻線の接続点を主スィッチ素子の一電極に直接接続す
ると共に、バイアス巻線の他端をダイオードを直列に介
して主スィッチ素子のベースに接続して、ドライブ用素
子がオフのとき主スィッチ素子のベースに逆バイアス電
圧を印加する如く構成してなるもので、その回路構成は
極めて簡単であり、従って製造容易、安価にしてスイッ
チング・レギュレータのスイッチング損失を低減できる
という著るしい作用効果をもたらすものである。
As described above, according to the present invention, one end of the bias winding is connected to one end of the choke coil, and the connection point between the choke coil and the bias winding is directly connected to one electrode of the main switch element. The other end is connected to the base of the main switch element through a diode in series, and the circuit configuration is such that a reverse bias voltage is applied to the base of the main switch element when the drive element is off. It is extremely simple, and therefore has the remarkable effect of being easy to manufacture, inexpensive, and capable of reducing the switching loss of the switching regulator.

なお、上記実施例では主スィッチ素子としてNPN型ト
ランジスタを使用したが、PNP型トランジスタを使用
してもよい。
In addition, in the above embodiment, an NPN type transistor was used as the main switch element, but a PNP type transistor may also be used.

ただし、この場合には相応に半導体の極性を変更する必
要がある。
However, in this case, it is necessary to change the polarity of the semiconductor accordingly.

また、必要に応じて回路構成を変更し得ることはいうま
でもない。
Furthermore, it goes without saying that the circuit configuration can be changed as necessary.

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

第1図は従来のスイッチング・レギュレータの一例を示
す回路接続図、第2図は主スィッチ素子の動作を説明す
るための波形図、第3図は本考案によるスイッチング・
レギュレータの一実施例を示す回路接続図、第4図はそ
の動作を説明するための波形図、第5図は本考案による
スイッチング・レギュレータの他の実施例を示す回路接
続図、第6図はその動作を説明するための波形図である
。 図中の2は主スィッチ素子(NPN型トランジスタ)、
3,14はチョークコイル、5は主スイツチ素子ドライ
ブ用素子(PNP型トランジスタ)、6はスイッチング
増幅器、7,15はフライホイール・ダイオード、13
は逆バイアス用ダイオードである。
Fig. 1 is a circuit connection diagram showing an example of a conventional switching regulator, Fig. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the main switch element, and Fig. 3 is a switching regulator according to the present invention.
A circuit connection diagram showing one embodiment of the regulator, FIG. 4 is a waveform diagram for explaining its operation, FIG. 5 is a circuit connection diagram showing another embodiment of the switching regulator according to the present invention, and FIG. FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation. 2 in the figure is the main switch element (NPN type transistor),
3 and 14 are choke coils, 5 is a main switch element drive element (PNP type transistor), 6 is a switching amplifier, 7 and 15 are flywheel diodes, 13
is a reverse bias diode.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 電源と、該電源から供給される電力を制御する主スィッ
チ素子と、該素子を通して供給される電源からの電力を
電圧変換する電圧変換用チョークコイル及び電圧変換用
コンデンサと、出力電圧の変動に応じて動作するスイッ
チング増幅器と、該増幅器から供給される信号によって
前記主スィッチ素子を動作させる主スィッチ素子のベー
スに一電極が接続されたドライブ用素子と、前記主スィ
ッチ素子がオフになったとき前記チョークコイルに流れ
ている電流をバイパスするバイパスダイオードとからな
るスイッチング・レギュレータに於て、前記チョークコ
イルの一端にバイアス巻線の一端を接続し、該チョーク
コイルとバイアス巻線の接続点を前記主スィッチ素子の
一電極に直接接続すると共に、前記バイアス巻線の他端
をダイオードを直列に介して前記主スィッチ素子のベー
スに接続して、前記ドライブ用素子がオフのとき前記主
スィッチ素子のベースに逆バイアス電圧を印加する如く
構成したスイッチング・レギュレータ。
A power supply, a main switch element that controls the power supplied from the power supply, a voltage conversion choke coil and a voltage conversion capacitor that convert the power from the power supply supplied through the element into voltage, and a voltage conversion capacitor that responds to fluctuations in the output voltage. a switching amplifier that operates when the main switch element is turned off; a drive element that operates the main switch element with a signal supplied from the amplifier; In a switching regulator comprising a bypass diode that bypasses the current flowing through a choke coil, one end of a bias winding is connected to one end of the choke coil, and the connection point between the choke coil and the bias winding is connected to the main The bias winding is connected directly to one electrode of the switch element, and the other end of the bias winding is connected to the base of the main switch element through a diode in series, so that when the drive element is off, the base of the main switch element A switching regulator configured to apply a reverse bias voltage to.
JP10160778U 1978-07-24 1978-07-24 Switching regulator Expired JPS5918860Y2 (en)

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JPS5519471U JPS5519471U (en) 1980-02-07
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