JPS6026463A - Switching regulator - Google Patents
Switching regulatorInfo
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- JPS6026463A JPS6026463A JP13437283A JP13437283A JPS6026463A JP S6026463 A JPS6026463 A JP S6026463A JP 13437283 A JP13437283 A JP 13437283A JP 13437283 A JP13437283 A JP 13437283A JP S6026463 A JPS6026463 A JP S6026463A
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS 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
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
力電圧を調整するスイッ・チング・レギーレータに関す
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a switching regirator for regulating power voltage.
従来のスイッチング・レギーレータは，高圧側にスイッ
チングトランジスタおよび出力チョークコイルを直列に
接続し，この接続する部分とグランドの間に転流ダイオ
ードを接続し一，出力チョークコイルの出力線とグラン
ドの間に出力コンデンサを接続した構成を有している。A conventional switching regirator connects a switching transistor and an output choke coil in series on the high voltage side, connects a commutating diode between this connecting part and ground, and connects a commutator diode between the output line of the output choke coil and ground. It has a configuration in which an output capacitor is connected.
そしてこの種のスイッチングレギーレータが，スイッチ
ング時においてターンオン損失，ターンオフ損失，およ
びオン損失の３つの損失を生じることはよく知られてい
る。これら３つの損失のうちオン損失は比較的に小さい
ので問題にはならないが，ターンオン損失およびターン
オフ損失は比較的に大きく，あとに詳しく説明するが，
入力電圧が高い時や出力電流が大きいときには相当大き
な値にな９，その＆
結果として効率を低下させ，スイッチングトランジスタ
の温度を上昇させスイッチングレギーレータとしての信
頼性を劣化させる。It is well known that this type of switching regulator generates three losses during switching: turn-on loss, turn-off loss, and on-loss. Of these three losses, on-loss is relatively small and does not pose a problem, but turn-on loss and turn-off loss are relatively large and will be explained in detail later.
When the input voltage is high or the output current is large, the value becomes considerably large9, resulting in a decrease in efficiency, an increase in the temperature of the switching transistor, and deterioration in reliability as a switching regulator.
したがって本発明の目的は信頼性の高いスイノチンダレ
ギュレータを得ようとするものである。Therefore, an object of the present invention is to obtain a highly reliable Suinochinda regulator.
よシ具体的にいえば、スイッチングトランジスタ効率よ
く且つ温度を上昇させないようなスイッチンクレギーレ
ータを得ようとするものである。More specifically, the objective is to obtain a switching regulator that has efficient switching transistors and does not cause temperature rise.
本発明は上記の目的を達成するためにトランスノ
および電圧タランプ用ダイオードを用いてターンオン時
にスイッチングトランジスタのエミッタ・コレクタ間に
かかる電圧を低くしてターンオン時の損失を減らすよう
にしたものである。In order to achieve the above object, the present invention uses a transformer and voltage ramp diode to lower the voltage applied between the emitter and collector of a switching transistor at turn-on, thereby reducing loss at turn-on.
本発明によれば、高電圧側にスイッチングトランジスタ
および出力チョークコイルを直列に接続し、この接続す
る部分とグランドの間に転流ダイオードを配設し、前記
出力チョークコイルの出力線とグランドの間に出力コン
デンサを接続したスイッチング・レギュレータにおいて
、−次コイルを前記転流ダイオードとクランドの間に接
続し二次コイルの一端をグランドに接続したトランスと
。According to the present invention, a switching transistor and an output choke coil are connected in series on the high voltage side, a commutating diode is arranged between this connecting part and the ground, and a commutation diode is arranged between the output line of the output choke coil and the ground. In the switching regulator, an output capacitor is connected to the transformer, the secondary coil is connected between the free-wheeling diode and the ground, and one end of the secondary coil is connected to the ground.
前記二次コイルの他端と前記出力線の間に接続した電圧
タランプ用ダイオードとを付加して成ることを特徴とす
るスイッチング・レギュレータが得次に図面を参照して
詳細に説明する。A switching regulator characterized in that it further includes a voltage ramp diode connected between the other end of the secondary coil and the output line will now be described in detail with reference to the drawings.
第１図は従来のスイッチングレギーレータの回路構成を
示した図である。第１図において、１はスイッチングト
ランジスタ、２は内部電圧降下が約０７ボルトの転流ダ
イオード、３は出力チョークコイル、４は出力コンデン
サ８５は電圧がＶＩＮで示される直流電源を示す。Ｖ６
るいは工で示される記号については次に説明する。FIG. 1 is a diagram showing the circuit configuration of a conventional switching regulator. In FIG. 1, 1 is a switching transistor, 2 is a commutation diode with an internal voltage drop of about 0.7 volts, 3 is an output choke coil, and 4 is an output capacitor 85, which is a DC power supply whose voltage is indicated by VIN. V6
The symbols shown in ``Ruiha'' will be explained next.
第２図は第１図の回路の動作を説明するだめのタイムチ
ャートをあられした図である。なお波形は一部誇張して
画いである。以下第１図および第２図を併用して菓１図
の回路におけるターンオン時（時刻ｔ１ からｔ２寸で
）の動作について説明すると、スイッチングトランジス
タ１のコレタタミ流■。は（１）に示すように零から出
力電流値まで直線的に急激に増加していく。この時出力
チョークコイル３に流れる電流■１．は連続であるから
、転流ダイオード２に流れる電流ＩＤは、（２）に示す
ように。FIG. 2 is a diagram showing a time chart for explaining the operation of the circuit of FIG. 1. Note that some of the waveforms are exaggerated. The operation of the circuit shown in FIG. 1 at turn-on (from time t1 to time t2) will be explained below using FIGS. 1 and 2. As shown in (1), the current value rapidly increases linearly from zero to the output current value. At this time, the current flowing through the output choke coil 3■1. Since is continuous, the current ID flowing through the commutation diode 2 is as shown in (2).
ＩＤ−ＩＬ−工。なる関係に従って急激に減少し、コレ
クタ電流工。が出力電流値に達するとき（ｔ２）に零に
なる。しかしこの時点まで転流ダイオード２は電流値の
大小はあってもオン状態にあるので。ID-IL-Eng. The collector current decreases rapidly according to the relationship. becomes zero when it reaches the output current value (t2). However, until this point, the free-wheeling diode 2 is in the on state regardless of the magnitude of the current value.
その両端間電圧ＶＤは（３）に示すように、約０．７ボ
ルトとなっている。一方スイッチ／グトランジスタ１の
エミッタには入力電圧”ＩＮが印加されておシ。The voltage VD between both ends is approximately 0.7 volts, as shown in (3). On the other hand, input voltage "IN" is applied to the emitter of switching transistor 1.
このだめそのエミッタ・コレフタ間電圧■Ｅ’Ｃは（４
）に示すようにＶＸＮ−０，７（ｋＶＩＮ）の電圧を呈
している。従ってスイッチングトランジスタ１には上記
の電流■。と電圧ＶＸＮの積に相当するターンオン損失
Ｕが（５）に示すように生じる。従って先にも述べたよ
うにトランジスタ１自体の温度を上昇させ装置の信頼性
を低下させるものでなる。なお似たような損失はｔ３と
ｔ４の間にターンオフ損失として生じるが、この部分に
ついてはこれから説明する本発明の及ばないところであ
る。The emitter-corefter voltage ■E'C is (4
), it exhibits a voltage of VXN-0.7 (kVIN). Therefore, the switching transistor 1 has the above current ■. A turn-on loss U corresponding to the product of and voltage VXN occurs as shown in (5). Therefore, as mentioned above, the temperature of the transistor 1 itself increases and the reliability of the device decreases. Note that a similar loss occurs as a turn-off loss between t3 and t4, but this portion is beyond the scope of the present invention, which will be described below.
第３図は本発明の一実施例の構成をあられした図である
。第３図において、第１″図におけると同じ参照数字を
伺した構成要素は第１図におけると同じものをあられし
ておシ、また１１および１２は本発明において特に設け
たトランスお′よび電圧クランプ用ダイオードをそれぞ
れあられしている。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. In FIG. 3, the components bearing the same reference numerals as in FIG. 1'' are the same as in FIG. Clamp diodes are used separately.
第４図は第３図の回路の動作を説明するだめのタイムチ
ャートをあられした図である。以下第３図および第４図
を併用して本実施例のターンオン時の動作を説明する。FIG. 4 is a diagram showing a temporary time chart for explaining the operation of the circuit of FIG. 3. The turn-on operation of this embodiment will be described below with reference to FIGS. 3 and 4.
時刻ｔ１においてスイッチングトランジスタ１がオンに
なると、コレタタミ流Ｉ。ば（１）に示すように急激に
増加し、転流ダイオード２に流れる電流ＬＤは（２）に
示すように急激に減少し時刻ｔ２で零になる（ここまで
は先に説明した従来回路と同じ）。この転流ダイオード
に流れる電流工。はトランス１１の一次側にも流れるの
で。When the switching transistor 1 is turned on at time t1, the current I is generated. As shown in (1), the current LD flowing through the commutating diode 2 suddenly decreases as shown in (2), and reaches zero at time t2. same). The current flowing through this commutation diode. also flows to the primary side of transformer 11.
トランス１１の両端間には、−次コイルのインダクタン
スをｒ、ｔとすると＋ ”７１”” Ｌ ｌｄ Ｉ ｎ
／ａ’ｒ であられされるトランス−次側電圧ｖＴｌが
生じる。ここぼ等しくすることができ、これによシスイ
ツチングトランジスタ１のエミ、り・コレクジ間電圧ｖ
ＥＣをほぼ零にすることができる。従ってスイッチ／グ
）・ランジスク１のターンオン時の損失はほとんど零と
なる。なおトランス１１の二次コイルは次に述へるよう
にターンオフ時における損失が従来のものよＱ大きくな
るのを防止するだめのものであるが、ターンオン時に生
じる二次コイルに生じる電圧■Ｔ２が（４）に示すよう
に相尚大きな正電圧になるので、電圧フランジダイオー
ド１２がオフとなって出力側あるいはスイッチングトラ
ンジスタ１のコレクタ側に影響を与えない。Between both ends of the transformer 11, if the inductance of the -order coil is r and t, + ``71'''' L ld I n
A transformer-next-side voltage vTl is generated which is applied at /a'r. This makes the voltage between the emitter and the collector of the switching transistor 1 v
EC can be reduced to almost zero. Therefore, the loss when the switch/disk 1 is turned on becomes almost zero. As described below, the secondary coil of the transformer 11 is intended to prevent the loss at turn-off from becoming Q larger than the conventional one, but the voltage T2 generated in the secondary coil at turn-on is As shown in (4), since the voltage becomes a relatively large positive voltage, the voltage flange diode 12 is turned off and does not affect the output side or the collector side of the switching transistor 1.
以上のようにトランス１１の一次側のインダクタンスＬ
１を挿入することによシターンオン時における損失はほ
とんど零に近くカるが、とのｉｔではターンオフ時には
従来よシ大き々損失が生じる。As mentioned above, the inductance L on the primary side of the transformer 11
By inserting 1, the loss when the switch is turned on becomes almost zero, but when it is turned on, a large loss occurs when the switch is turned off compared to the conventional case.
すなわちターンオフ時にはインダクタンスＬ、にはター
ンオン時とは逆に入力電圧”ＩＮにほぼ等しイｉＥの電
圧を発生ずるので、スイッチングトランジスタ１のエミ
ッタ・コレクタ間電圧ＶＥＣが約２■ＸＮに増加し、損
失はほぼ倍増することになる。That is, at turn-off, the inductance L generates a voltage iE that is almost equal to the input voltage IN, contrary to when it is turned-on, so the emitter-collector voltage VEC of the switching transistor 1 increases to about 2×N, Losses will almost double.
とれを防止するだめに用いられたのがトランスの二次側
コイルである。The secondary coil of the transformer was used to prevent this.
いまトランスの一次側の巻数をｎｌ ＋二次側の巻数を
ｎｚとし、二次側の電圧をｖＴ２とすると（−次側電圧
はｖＴ□）、二次側コイルにはｖＴｌ×ｎ２／ｎｌであ
られされる電圧”Ｔ２が発生する。この時電圧フランジ
用ダイオード１２はオンになるので、二次側の電圧■１
゜は（４）で示されるように出力電圧Ｖ。でフランジさ
れる。その結果、前記トランスの一次側の電圧ＶＴ１は
Ｖ。Ｘ ｎ ｔ／ｎ ２．なる電圧でフランジされる。Now, if the number of turns on the primary side of the transformer is nl + the number of turns on the secondary side is nz, and the voltage on the secondary side is vT2 (the voltage on the - secondary side is vT□), then the voltage on the secondary side is vTl x n2/nl. A hail voltage "T2" is generated. At this time, the voltage flange diode 12 is turned on, so the voltage on the secondary side is
° is the output voltage V as shown in (4). flanged with. As a result, the voltage VT1 on the primary side of the transformer is V. X n t/n 2. flanged at a voltage of
ここでｎ＋＜ｎｚにとっておくと。Here, if we take n+<nz.
トランスの一次側の電圧ＶＴ□は（３）に示すように小
さな値と力る。よってスイッチングトランジスタ１のコ
レクタ電圧すなわち転流ダイオード２の順方向電圧（約
０７ボルト）と前記ｌ・ランスの一次側の電圧ＶＴｌの
和は、従来のスイッチングレギュレータのコレクタ電圧
とほぼ等しくなる。その結果、スイッチングトランジス
タ１のターンオフ損失は従来のスイッチングレギュレー
タの場合と実質的に同じである。The voltage VT□ on the primary side of the transformer has a small value as shown in (3). Therefore, the sum of the collector voltage of the switching transistor 1, that is, the forward voltage of the free-wheeling diode 2 (approximately 0.7 volts) and the voltage VTl on the primary side of the lance is approximately equal to the collector voltage of the conventional switching regulator. As a result, the turn-off losses of the switching transistor 1 are substantially the same as in conventional switching regulators.
以上説明したように本発明によって、スイッチングトラ
ンジスタのターンオン時の損失を著しく減らすことがで
き、而もターンオフ時の損失の増加は最小限に止めるこ
とができる。その結果として、スイッチングトランジス
タのスイッチング損失を減少させることができ、スイッ
チングトランジスタの温度上昇を抑えることができ、ス
イッチングトランジスタの信頼性が向上する。更に損失
が減った分、ラジェターなどを小さくできるので。As explained above, according to the present invention, the loss when the switching transistor is turned on can be significantly reduced, and the increase in the loss when the switching transistor is turned off can be kept to a minimum. As a result, the switching loss of the switching transistor can be reduced, the temperature rise of the switching transistor can be suppressed, and the reliability of the switching transistor is improved. Furthermore, since the loss is reduced, the radiator etc. can be made smaller.
電源の小型化に対しても効果がある。更にまた先の実施
例は負電源を用いているが、この代りに正電源の場合で
もよい。但しこの場合はスイッチングトランジスタをＮ
ＰＮ型からＰＮＰ型にし、転流ダイオード及び電圧タラ
ンプ用夕ゝイオードのアノードとカソードを逆にし、出
力のコンデンサの極性を逆にする必要がある。It is also effective in downsizing the power supply. Furthermore, although the previous embodiment uses a negative power source, a positive power source may be used instead. However, in this case, the switching transistor is
It is necessary to change from PN type to PNP type, reverse the anode and cathode of the free-wheeling diode and voltage ramp diode, and reverse the polarity of the output capacitor.
第１図は従来のスイッチングレギュレータの回路イ」・
）成図、第２図は第１図の回路の動作を説明するだめの
タイムチャートをあられす図、第３図は本発明の一実施
例の回路１１ＬＶ成図、第４図は第３図の回路の動作を
説明するためのタイムチャートをあられす図である。
記号の説明：１はスイッチングトランジスタ。
２は転流ダイオード、３は出力チョークコイル。
４は出力コンテ゛ンサ、５は直流電源、１１はトランス
、１２は電圧タランプ用夕ゝイオード、■ｏはコレタタ
ミ流、工。はダイオード電流、ＶＤはダイオード電圧、
■。。はエミッタ・コレクタ間電圧。
Ｖ、はトランス−次側電圧＋■Ｔ２はトランス二次側電
圧をそれぞれあられしている。
第１図
第４図Figure 1 shows the circuit of a conventional switching regulator.
), FIG. 2 is a time chart for explaining the operation of the circuit in FIG. 1, FIG. 3 is a circuit 11LV diagram of an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing a time chart for explaining the operation of the circuit. Explanation of symbols: 1 is a switching transistor. 2 is a commutation diode, and 3 is an output choke coil. 4 is the output capacitor, 5 is the DC power supply, 11 is the transformer, 12 is the diode for the voltage ramp, and ■o is the current flow. is the diode current, VD is the diode voltage,
■. . is the emitter-collector voltage. V and T2 represent the transformer secondary side voltage and the transformer secondary side voltage, respectively. Figure 1 Figure 4
Claims (1)
力チョークコイルを直列に接続し、この接続する部分と
グランドの間に転流ダイオードを配設し、前記出力チョ
ークコイルの出力線とグランドの間に出力コンデンサを
接続したスイッチング・レギュレータにおいて、−次コ
イルを前記転流ダイオードとクランドの間に接続し二次
コイルの一端をグランドに接続したトランスと、前記二
次コイルの他端と前記出力線の間に接続した電圧フラン
ジ用ダイオードとを伺加して成ることを特徴とするスイ
ッチング・レギーレーク。, 1. A switching transistor and an output choke coil are connected in series on the high voltage side, a commutation diode is arranged between this connecting part and the ground, and an output capacitor is connected between the output line of the output choke coil and the ground. In a switching regulator, a transformer has a secondary coil connected between the free-wheeling diode and the ground, and one end of the secondary coil is grounded, and a voltage connected between the other end of the secondary coil and the output line. A switching leggy rake characterized by being made by adding a diode for a flange.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13437283A JPS6026463A (en) | 1983-07-25 | 1983-07-25 | Switching regulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13437283A JPS6026463A (en) | 1983-07-25 | 1983-07-25 | Switching regulator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6026463A true JPS6026463A (en) | 1985-02-09 |
Family
ID=15126842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13437283A Pending JPS6026463A (en) | 1983-07-25 | 1983-07-25 | Switching regulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6026463A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1806843A1 (en) * | 2006-01-10 | 2007-07-11 | Minebea Co., Ltd. | DC-DC Converter |
-
1983
- 1983-07-25 JP JP13437283A patent/JPS6026463A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1806843A1 (en) * | 2006-01-10 | 2007-07-11 | Minebea Co., Ltd. | DC-DC Converter |
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