JPS596146B2 - 直流・直流変換回路 - Google Patents

直流・直流変換回路

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JPS596146B2
JPS596146B2 JP9928779A JP9928779A JPS596146B2 JP S596146 B2 JPS596146 B2 JP S596146B2 JP 9928779 A JP9928779 A JP 9928779A JP 9928779 A JP9928779 A JP 9928779A JP S596146 B2 JPS596146 B2 JP S596146B2
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JP
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voltage
winding
transistor
switch element
main switch
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JP9928779A
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JPS5625375A (en
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佳彦 福原
一男 塚本
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • 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
    • H02M3/325Conversion 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 using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion 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 using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/338Conversion 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 using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a self-oscillating arrangement

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は入出力電圧の地気が絶縁され、かつ出力電圧を
一定に保つ直流・直流変換回路に関するものである。
従来のこの種の回路は第1図に示したように構成されて
いる。
第1図において、1は入力電源、2はトランジスタ、3
は変成器、4は抵抗、5はコンデンサ、6は抵抗、Tは
トランジスタ、8は抵抗、9はコンデンサ、10、11
は整流器、12は寒流線輪、13はコンデンサ、14は
出力負荷、15は整流器、16はトランジスタ、17は
誤差増幅器、18は基準電圧源である。このように構成
された従来の回路は、直流電源1と変成器3の第1の巻
線n4と主スイッチ素子であるトランジスタ2が直列に
接続され、トランジスタ2が導通した時、変成器3の第
2の巻線n2に発生する電圧を整流器10で整流し、寒
流線輪12とコンデンサ13で平滑して出力負荷14に
供給し、トランジスタ2が遮断した時、寒流線輪12に
流れていた電流が転流するように整流器11が第2の巻
線n。
の片端と整流器10のカソード間に接続され、トランジ
スタ2が導通時に、変成器3の第3の巻線n3に発生す
る電圧を抵抗6とコンデンサ5の並列接続素子を通して
トランジスタ2の制御電極、すなわちベースに供給する
ように接続し、第3の巻線n3に抵抗8とコンデンサ9
を直列に接続し、トランジスタTのベースが抵抗8とコ
ンデンサ9の接続点に接続され、トランジスタ7のコレ
クタとエミッタが各々トランジスタ2のベースとエミッ
タ間に接続され、変成器3の第4の巻線n4と整流器1
5と可変インピーダンス素子であるトランジスタ16が
直列に接続され、コンデンサ13の端子電圧と基準電圧
源18を入力とする誤差増幅器ITの出力がトランジス
タ16のベースに接続されている。第2図は第1図の動
作を説明するための動作波形であり、第2図Aはトラン
ジスタ2のベース・エミッタ間電圧、第2図Bはトラン
ジスタ7のベース・エミッタ間電圧、第2図Cはトラン
ジスタ2のコレクタ・エミツタ間電圧、第2図Dは第4
の巻線N4に流れる電流である。
第2図において、t=t1で入力電源1とトランジスタ
2のベース間に接続された抵抗4よりトランジスタ2に
ベース電流が供給され、トランジスタ2にコレクタ電流
が流れると、変成器3の第1の巻線N,を介して第3の
巻線N3にトランジスタ2のベース電流をさらに増加さ
せるような電圧が発生し、トランジスタ2は正帰還動作
により直ちに飽和状態に移行する。変成器3の第3の巻
線N3に誘起した電圧は抵抗8とコンデンサ9で第2図
Bの波形のように積分され、トランジスタ7のベース・
エミツタ間電圧がトランジスタを導通させる電圧VBE
2に達すると、TO:一T2の時刻にトランジスタ7が
導通し、トランジスタ2のベースを短絡するため、トラ
ンジスタ2が遮断する。トランジスタ2の遮断期間に、
変成器3の第4の巻線N4には整流器5を導通させる方
向に逆起電圧が発生し、可変インピーダンス素子である
トランジスタ16のコレクタ・エミツタ間インピーダン
スにより第2図Dの波形のように、変成器3の励磁りセ
ツト電流が流れる。この期間に、トランジスタ2のコレ
クタ・エミツタ間電圧は、第2図Cの波形のように入力
電源1の端子電圧VINより高い値となり、変成器3の
第3の巻線N3にはトランジスタ2を遮断させる電圧が
誘起するため、トランジスタ2のベース・エミツタ間電
圧は、第2図Aの波形のようにトランジスタ2を導通さ
せる場合と逆極性の電圧が印加される。t−T3で変成
器3の励磁電流が第4の巻線N4を通して放出し終ると
、トランジスタ2のベース・エミツタ間電圧は零にもど
り、直ちに抵抗4を通してトランジスタ2を再度導通さ
せる動作を繰返す。トランジスタ2が導通した時、変成
器3の第2の巻線N2に発生する電圧を整流平滑するこ
とにより、コンデンサ13の両端に出力電圧が得られ、
出力負荷14に供給される。コンデンサ13の両端で得
られる出力電圧が基準電圧源18の電圧より上昇すると
、誤差増幅器17の出力は上昇し、トランジスタ16に
より多くのベース電流を供給する。この状態において、
トランジスタ16のコレクタ・エミツタ間のインピーダ
ンスは低下するため、第2図におけるTt2からt=T
3までの期間が増加する。このため、主スイツチ素子で
あるトランジスタ2の遮断期間が増加し、トランジスタ
2の導通周期に対する導通期間の割合、すなわち動作デ
ユーテイ比が低下するため、前記出力電圧は低下する。
出力電圧が基準電圧源18の電圧より低下すると上記動
作と逆の動作がおこなわれ、出力負荷14には一定の出
力電圧が供給される。以上説明した従来の直流・直流変
換回路を実現する場合、変成器3の4個の巻線間の結合
をいかに良好に得るかという問題がある。
すなわち、比較的大きい出力電力を出力負荷14に供給
する場合、第1の巻線N,と第2の巻線N2の間の結合
を密にしておかないと、第1の巻線N,側から第2の巻
線N2側を見た漏洩インダクタンスに蓄積されるエネル
ギーが増加し、電力損失が増加する。一方、第1の巻線
N,と第2の巻線N2の結合を密にすると、第1の巻線
n1と第4の巻線N4間の結合は疎になる。この場合、
第1の巻線n1から第4の巻線N4を見た漏洩インダク
タンスの増加するため、トランジスタ2がt=t1から
Tt2の期間、すなわち導通期間に第1の巻線n1に蓄
積された励磁電流はt=T2で、トランジスタ2が遮断
した瞬間に第4の巻線N4を通して流れないため、第1
の巻線N,に極めて高いサージ電圧が発生する。このサ
ージ電圧がトランジスタ2のコレクタ・エミツタ間に印
加されるため、トランジスタ2には高耐圧のトランジス
タ素子を用いねばならぬ欠点を生ずる。本発明は、上記
従来例の欠点を除去するために、従来の回路で用いた変
成器の第4巻線を除去すると共に、従来の回路で用いた
整流器を電界効果トランジスタに置換した全く新規な直
流・直流変換回路を提供するものである。
以下、図面により実施例を詳細に説明する。第3図は、
本発明の1実施例を示したもので、第1図と同一符号の
ものは同一の部分を示しており、また21は変成器、2
2は電界効果トランジスタ、23,24は整流器、25
は抵抗である。
電界効果トランジスタ22のソースSが出力端子の片側
、すなわち出力負荷14の片側に接続され、電界効果ト
ランジスタのドレインDが変成器21の第2の巻線Nl
2の片端に接続され、電界効果トランジスタのゲートG
にはソースSとの間に抵抗25、上記第2の巻線Nl2
の他端との間に整流器24、誤差増幅器17の出力との
間に整流器23が各々接続されている。変成器21の第
1の巻線Nllと第2の巻線N,2と第3の巻線N,3
は各々第1図における変成器3の第1の巻線N,、第2
の巻線N2、第3の巻線N3と全く同一である。本実施
例で用いた電界効果トランジスタ22は、Nチヤネルエ
ンハンスメント形MOS電界効果トランジスタ(以下単
にMOSFETと略す)であり、その動作特性を第4図
により説明する。第4図は、この種のMOSFETのド
レイン電流1Dとドレイン・ソース間電圧VD,の関係
をゲート・ソース間電圧(以下単にゲート電圧と略す)
VGSをパラメータとして表わしたものであり、第1象
現はDsが正極性で通常のトランジスタ動作特性を示す
。すなわち、ゲート電圧VGSを0からVGSl,′V
QS,,・・・・・・,VGSnと変えると、ドレイン
電流1Dが変化する。第3象現はDSが負極性の動作特
性を示し、ゲート電圧GSに十分大きなバイアス電圧V
GSnを印加すると、第1象現の特性と原点対象な特性
が得られる。すなわち十分大きなバイアス電圧GSnの
印加により、MOSFFTのドレインとソース間は単な
る抵抗体となることを示す。第3象現でゲート電圧VG
SをOとすると、ドレインとソース間は単なるPN接合
整流器となり、点線で示す特性になる。ゲート電圧VG
Sに十分大きなバイアス電圧VGSOを印加しても、ド
レイン電流の負極性方向の増加と共に、上記PN接合整
流器の特性と交わると(この時のドレイン電流IDをI
Fとする)、ドレイン電流1Dはより順方向電圧が低い
PN接合ダイオードの方に流れてしまうため、ドレイン
電流1DがIF以上の領域ではゲート電圧VGSがOの
場合の特性と同一となる。第3図の実施例において、主
スイツチ素子であるトランジスタ2が導通すると、変成
器21の第2の巻線Nl2を通してMOSFET22の
ソースSに対してドレインDに負極性の電圧が印加され
る。
この場合、ソースSに対してドレインDの電圧は第4図
の点線で示すPN接合整流器の順方向電圧以上にならな
いため、変成器21の第2の巻線Nl2に発生する電圧
はほとんど整流器11の端子間に印加されることになる
。この時、変成器21の第2の巻線Nl2の巻始め方向
(・印で示す)に接続された整流器24を通してMOS
FET22のゲートGに十分大きなバイアス電圧を印加
フできるため、MOSFET22の動作状態は第4図に
おける第3象現のVGS二GSnの特性直線上にある。
従つて、変成器21の第2の巻線Nl2から塞流線輪1
2を通してコンデンサ13または出力負荷14に電流が
流れ、MOSFET22のソースSからドレインDに上
記電流がもどる。この時、MOSFET22のドレイン
電流1Dを第4図に示すIF以下の値で動作させれば、
通常のPN接合整流器を用いる場合より順方向電圧降下
値が小さいため、整流器で消費する電力が低下すること
は明らかである。次に、主スイツチ素子であるトランジ
スタ2が遮断すると、変成器21の第2の巻線Nl2に
負極性の電圧、すなわちMOSFET22のドレインD
に対して整流器11のカソードに負極性の電圧が発生す
る。
このため、塞流線輪12に流れていた電流は整流器11
を通して継続する。この時、整流器11のアノードに対
してカソードの電位は整流器11の順方向電圧値となる
ため、MOSFET22のゲートGには整流器24を通
してバイアス電圧を印加することはない。さらにMOS
FET22のソースSに対してドレインDには正極性の
電圧が印加されるため、MOSFET22は第4図に示
す第1象現の特性で動作する。この状態で、もし出力負
荷14に印加する出力電圧が基準電圧源18の電圧より
高くなると、誤差増幅器17の出力より整流器23を通
してMOSFET22のゲートGに高いバイアス電圧を
印加するため、MOSFET22のドレイン・ソース間
のインピーダンスが低下し、変成器21の第2の巻線N
,2からMOSFETのドレインD、ソースS、整流器
11を通して第2の巻線Nl2に流れる変成器21の励
磁りセツト電流が全部放出されるまでの期間が増加し、
もし出力負荷14に印加する出力電圧が基準電圧源18
の電圧より低くなると、上記と逆の動作により上記励磁
りセツト電流が全部放出されるまでの期間が減少する。
この動作は第1図に示す従来の回路の動作と全く同一で
あることは明らかである。以上説明したように、本発明
によれば、従来の回路で用いていた第4の巻線を必要と
しないため、変成器の第1の巻線と第2の巻線の間の結
合を密にすれば、従来の回路で問題となる欠点をすべて
解決できるのみならず、電界効果トランジスタを整流器
として用いることにより電力損失を小さくすることが可
能となり、さらに上記電界効果トランジスタを主スイツ
チ素子の遮断期間を決める可変インピーダンス素子とし
て兼用することができるため、本発明により高性能でか
つ回路構成部品数が少ない直流・直流変換回路を実現で
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の直流・直流変換回路の回路図、第2図は
第1図の動作を説明するための動作波形を示した図、第
3図は本発明の1実施例の回路図、第4図は本発明に用
いた電界効果トランジスタの動作を説明するための特性
を示した図である。 1・・・・・・入力電源、2,7・・・・・・トランジ
スタ、3,21・・・・・・変成器、4,6,8,25
・・・・・・抵抗、5,9,13・・・・・・コンデン
サ、11,23,24・・・・・・整流器、12・・・
・・・塞流線輪、14・・・・・・出力負荷、17・・
・・・・誤差増幅器、18・・・・・・基準電圧源、2
2・・・・・・電界効果トランジスタ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 変成器の第1の巻線と主スイッチ素子と入力電源を
    直列に接続し、上記主スイッチ素子が導通時に上記変成
    器の第2の巻線に発生する電圧を整流平滑して出力電圧
    を得る直流・直流変換回路において、上記変成器の第3
    の巻線に発生する電圧により上記主スイッチ素子の制御
    電極に正帰還をかけ、上記主スイッチ素子が導通してか
    ら所定の期間後に、上記主スイツチ素子の制御電極に印
    加された電圧を遮断する機能を設け、上記変成器の第2
    の巻線の一方の端子と出力端子の一方の端子に電界効果
    トランジスタのドレインとソースを各々接続し、上記主
    スイッチ素子が導通時に上記電界効果トランジスタのゲ
    ートに十分に大きいバイアス電圧を印加し、上記主スイ
    ッチ素子が遮断時に上記出力電圧に応じて上記電界効果
    トランジスタのゲート電圧を可変することを特徴とする
    直流・直流変換回路。
JP9928779A 1979-08-03 1979-08-03 直流・直流変換回路 Expired JPS596146B2 (ja)

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JPS5625375A JPS5625375A (en) 1981-03-11
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JPS62166777A (ja) * 1986-01-16 1987-07-23 Sanken Electric Co Ltd 直流−直流変換器
JPS6387171A (ja) * 1986-09-29 1988-04-18 Shindengen Electric Mfg Co Ltd リンギングチョークコンバータ
JPS6387170A (ja) * 1986-09-29 1988-04-18 Shindengen Electric Mfg Co Ltd リンギングチョークコンバータ

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