JPS6040218B2 - switching circuit - Google Patents

switching circuit

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JPS6040218B2
JPS6040218B2 JP55077567A JP7756780A JPS6040218B2 JP S6040218 B2 JPS6040218 B2 JP S6040218B2 JP 55077567 A JP55077567 A JP 55077567A JP 7756780 A JP7756780 A JP 7756780A JP S6040218 B2 JPS6040218 B2 JP S6040218B2
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JP
Japan
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switching transistor
transistor
switching
winding
current
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JP55077567A
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Japanese (ja)
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JPS573425A (en
Inventor
康秀 井口
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EASTERN STEEL
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EASTERN STEEL
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04Modifications for accelerating switching

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  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスイッチング素子としてトランジスタを用いた
スイッチング回路のスイッチング速度の改善に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to improving the switching speed of a switching circuit using a transistor as a switching element.

飽和した「オン」状態にあるスイッチングトランジスタ
の速やかなターンオフは、ベースに注入されたストレー
ジキヤ1」アを速やかに放出させることにより達せられ
る。従来スイッチング速度を遠くする目的でこの考え方
に基づいて構成されたスイッチング回路が種々存在する
が、第1図の回路図はその1例である。
Rapid turn-off of a switching transistor in a saturated "on" state is achieved by rapidly releasing the storage carrier injected into the base. Conventionally, there are various switching circuits constructed based on this idea for the purpose of increasing the switching speed, and the circuit diagram shown in FIG. 1 is one example thereof.

第1図において、QIはスイッチングトランジスタ、Q
2は制御トランジスタ、TIはドライブトランス、RI
‘まスイッチングトランジスタQ1のベース電流制限用
抵抗、RLは負荷であり、又1,2は夫々直流電圧Vc
c,Vcが供給される電源用端子、3は電流又は電圧の
パルスとして供給される制御信号が入力される端子、4
は接地用端子である。第1図のスイッチング回路の動作
を制御信号と電流波形を示す図である第2図により説明
する。
In Figure 1, QI is a switching transistor, Q
2 is a control transistor, TI is a drive transformer, RI
The base current limiting resistor RL of the switching transistor Q1 is a load, and 1 and 2 are DC voltages Vc, respectively.
c, a power supply terminal to which Vc is supplied, 3 a terminal to which a control signal supplied as a current or voltage pulse is input, 4
is the grounding terminal. The operation of the switching circuit shown in FIG. 1 will be explained with reference to FIG. 2, which is a diagram showing control signals and current waveforms.

時刻Toで制御信号のレベルが上昇して制御トランジス
タQ2が「オン」すると、ドライブトランスT1、ベー
ス電流制限用抵抗RIを介してスイッチングトランジス
タQIのベース電流iBが流れスイッチングトランジス
タQIは「オン」する。制御信号により制御トランジス
タQ2が「オン」している時間Tcに、励磁電流により
ドライブトランスTIは励磁され続ける。そして時刻t
lに制御信号のレベルが下降して制御トランジスタQ2
が「オフ」するとドライブトランスTIからのベース電
流iBはなくなると共に、ドライブトランスTIに蓄積
された励磁エネルギーがフライバック電圧を生じ、スイ
ッチングトランジスタQIのベース電位をェミッタ電位
に比較して負にする。この結果スイッチングトランジス
タQIのベースのストレージキャリアが引き抜かれ、時
刻tlから時刻t2でスイッチングトランジスタQIが
「オフ」してコレクタ・電流icがなくなるまでの時間
、すなわちストレージ時間Tstが短縮されてスイッチ
ング速度が速くなる。しかし第1図のスイッチング回路
ではストレージ時屑肘st‘ま、制御信号により制御ト
ランジスタQ2が「オン」している時間Tcに影響され
る。
When the level of the control signal rises at time To and the control transistor Q2 turns on, the base current iB of the switching transistor QI flows through the drive transformer T1 and the base current limiting resistor RI, turning the switching transistor QI on. . The drive transformer TI continues to be excited by the excitation current during the time Tc when the control transistor Q2 is turned on by the control signal. and time t
The level of the control signal falls to l, and the control transistor Q2
When QI is "off", the base current iB from the drive transformer TI disappears, and the excitation energy stored in the drive transformer TI generates a flyback voltage, making the base potential of the switching transistor QI negative compared to the emitter potential. As a result, the storage carrier at the base of the switching transistor QI is pulled out, and the time from time tl to time t2 when the switching transistor QI is turned off and the collector current IC disappears, that is, the storage time Tst, is shortened and the switching speed is increased. It gets faster. However, in the switching circuit of FIG. 1, the storage time st' is influenced by the time Tc during which the control transistor Q2 is "on" by the control signal.

すなわち励磁電流が流れるドライブトランスTIの巻線
のィンダクタンスをLIとすると、ドライブトランスT
Iに蓄積される励磁エネルギーEtは次の式で表わされ
る。Et=V牛第三従って制御トランジスタが「オン」
している時間Tcが短かし、場合には、励磁エネルギー
が小さくなりストレージキャリアを引抜く効果も弱まる
からストレージ時間Tstが長くなる。スイッチングレ
ギュレータ等の電源装置にスイッチング回路が用いられ
る場合には、制御信号の条件、例えばデューティレシオ
は時間と共に種々変化するからこのようなことは望まし
くない。
In other words, if the inductance of the winding of the drive transformer TI through which the excitation current flows is LI, then the drive transformer T
The excitation energy Et stored in I is expressed by the following formula. Et=V cow 3rd therefore the control transistor is “on”
In this case, the storage time Tst becomes longer because the excitation energy becomes smaller and the effect of pulling out the storage carrier becomes weaker. When a switching circuit is used in a power supply device such as a switching regulator, this is not desirable because the conditions of the control signal, for example, the duty ratio, vary over time.

本発明は制御信号がどのよう変化しても定まったストレ
ージ時間Tstに設定することができ、しかも高速のス
イッチング動作を可能にしたスイッチング回路を提供す
る。本発明のスイッチング回路は3巻線を有するトラン
スの1次巻線にスイッチングトランジスタのコレクタ・
ヱミッタ間と負荷と電源が直列に接続され、2次巻線と
3次巻線間に制御トランジスタのコレク夕・ェミッ夕間
とターーィオートが直列接続されると共にそのェミツタ
がスイッチングトランジスタのベースに接続されており
、制御トランジスタのベースに入力される制御信号によ
りスイッチングトランジスタがターンオンする時は該1
次巻線と該2次巻線によりスイッチングトランジスタを
「オン」する方向に帰還がかかり、又ターンオフする時
は該1次巻線によりスイッチングトランジスタを「オフ
」する方向に帰還がかかるように構成されたことを特徴
とする。
The present invention provides a switching circuit that can set a fixed storage time Tst no matter how the control signal changes, and that also enables high-speed switching operation. The switching circuit of the present invention has a collector of a switching transistor and a primary winding of a transformer having three windings.
The emitter, the load, and the power source are connected in series, and the collector and emitter of the control transistor are connected in series between the secondary and tertiary windings, and the emitter is connected to the base of the switching transistor. 1 when the switching transistor is turned on by the control signal input to the base of the control transistor.
Feedback is applied in the direction of turning the switching transistor "on" by the next winding and the secondary winding, and feedback is applied in the direction of turning the switching transistor "off" by the primary winding when turning off. It is characterized by:

以下、本発明のスイッチング回路の実施例を示す回路図
である。
The following is a circuit diagram showing an embodiment of a switching circuit of the present invention.

第3図により説明する。なお第3図において第1図を同
一部分は同じ符号を付与してある。第3図においてT2
は電流トランスであり、電流トランスT2には3個の巻
線が設けられている。
This will be explained with reference to FIG. In FIG. 3, the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals. T2 in Figure 3
is a current transformer, and the current transformer T2 is provided with three windings.

1次巻線NIの一端は負荷RLを介して電源用端子に接
続され、他端はスイッチングトランジスタQIのコレク
タに接続される。
One end of the primary winding NI is connected to a power supply terminal via a load RL, and the other end is connected to the collector of a switching transistor QI.

2次巻線N2と3次巻線N3は直列に接続されており、
2次巻線N2の一端は制御トランジスタQ2のコレクタ
、3次巻線N3の一端はダイオートDを介して制御トラ
ンジスタQ2のェミッタに接続される。
The secondary winding N2 and the tertiary winding N3 are connected in series,
One end of the secondary winding N2 is connected to the collector of the control transistor Q2, and one end of the tertiary winding N3 is connected to the emitter of the control transistor Q2 via a diode D.

又制御トランジスタQ2のェミツタはスイッチングトラ
ンジスタQIのベースに接続され、2次巻線N2と3次
巻線N3の接続点はスイッチングトランジスタQIのェ
ミッタと接地用端子4に接続される。そして制御トラン
ジスタQ2のベースに端子3から制御信号が入力される
。又帰還のループゲインを1以上にするためにスイッチ
ングトランジスタQIの電流増幅率hM,1次巻線N,
,2次巻線N2の夫々の巻数NI1,N22で表せば、
その巻数比rlはr1=N22/NII<hfe,の関
係にしてある。このように構成された本発明のスイッチ
ング回路の動作を、制御信号と電流、電圧の波形を示す
図である第4図を参照しながら説明する。第4図におい
て機軸は共通に時間tを表し、縦軸は制御信号、電圧v
N2、電圧vN3、スイッチングトランジスタQIのベ
ース電流iBとコレク夕霞流icを表す。まず時刻ので
制御トランジスタQ2のベースに入力される制御信号の
のレベルが上昇すると、そのベース・ェミツタを介して
スイッチングトランジスタQIのベース電流iBが供給
される。従って電流トランスTIの1次巻線NIにはコ
レクタ電流icが流れ始め、2次巻線N2には電圧vN
2が誘起される。電圧vN2は「オン」状態にある制御
トランジスタQ2のコレクタ電圧となり、スイッチング
トランジスタQIには一層大きなベース電流iBが流れ
る。このような正帰還動作は時刻ので一瞬に行われ、ス
イッチングトランジスタQIは急速にターンオンして飽
和する。なお2次巻線N2にコレクタ電流icによる電
圧vN2が謙起される時、3次巻線N3にも電圧vN3
が発生するがダィオートDによりレベルシフトされ電流
は流れないようにしてある。次に時刻tlで制御信号の
レベルが下降し、制御トランジスタQ2が「オフ」する
と、スイッチングトランジスタQIのベース電流iBの
供給が停止されると共に各巻線の誘起電圧は上昇する。
Further, the emitter of the control transistor Q2 is connected to the base of the switching transistor QI, and the connection point between the secondary winding N2 and the tertiary winding N3 is connected to the emitter of the switching transistor QI and the ground terminal 4. A control signal is input from terminal 3 to the base of control transistor Q2. In addition, in order to make the feedback loop gain more than 1, the current amplification factor hM of the switching transistor QI, the primary winding N,
, the number of turns NI1 and N22 of the secondary winding N2, respectively.
The turns ratio rl is in the relationship r1=N22/NII<hfe. The operation of the switching circuit of the present invention configured as described above will be explained with reference to FIG. 4, which is a diagram showing control signals, current, and voltage waveforms. In Fig. 4, the axis commonly represents time t, and the vertical axis represents the control signal, voltage v.
N2, voltage vN3, base current iB of switching transistor QI, and collector Yuka current IC. First, when the level of the control signal input to the base of the control transistor Q2 rises at a certain time, the base current iB of the switching transistor QI is supplied through its base emitter. Therefore, the collector current ic begins to flow through the primary winding NI of the current transformer TI, and the voltage vN flows through the secondary winding N2.
2 is induced. The voltage vN2 becomes the collector voltage of the control transistor Q2 in the "on" state, and a larger base current iB flows through the switching transistor QI. Such a positive feedback operation is performed instantaneously, and the switching transistor QI is rapidly turned on and saturated. Note that when the voltage vN2 due to the collector current IC is applied to the secondary winding N2, the voltage vN3 is also applied to the tertiary winding N3.
occurs, but the level is shifted by Dioto D so that no current flows. Next, at time tl, the level of the control signal decreases and the control transistor Q2 is turned off, stopping the supply of the base current iB of the switching transistor QI and increasing the induced voltage in each winding.

この状態でダィオートDは順方向にバイアスされ、スイ
ッチングトランジスタQIのベースに注入されたストレ
ージキヤリアはダイオートD、3次巻線N3を介して引
き抜かれる。従って3次巻線N3と1次巻線NIの間で
スイッチングトランジスタQIを「オフ」する方向に帰
還がかかり、スイッチングトランジスタQIは急速にタ
ーンオフしてコレク夕電流icはなくなる。スイッチン
グトランジスタQIのストレージ時間Tstは1次巻線
NIと3次巻線N3の巻数比r2により設定される。
In this state, the diode D is biased in the forward direction, and the storage carrier injected into the base of the switching transistor QI is extracted through the diode D and the tertiary winding N3. Therefore, a feedback is applied between the tertiary winding N3 and the primary winding NI in the direction of turning off the switching transistor QI, and the switching transistor QI is quickly turned off and the collector current IC disappears. The storage time Tst of the switching transistor QI is set by the turns ratio r2 between the primary winding NI and the tertiary winding N3.

1次巻線N1,3次巻線N3の巻数を夫々NI1,N3
3で表せばu2=N33/NIlの値が小さいほどスト
レージ時間Tstは短縮される。
The numbers of turns of the primary winding N1 and tertiary winding N3 are NI1 and N3, respectively.
Expressed as 3, the smaller the value of u2=N33/NIl, the shorter the storage time Tst.

かくして本発明によればスイッチングトランジスタQI
がターンオンする時は、1次巻線NIと2次巻線N2の
間でスイッチングトランジスタQIを「オン」する方向
に帰還がかかり、又ターンオフする時は1次巻線NIと
3次巻線N3の間でスイッチングトランジスタQIを「
オフ」する方向に帰還がかかる。
Thus, according to the invention, the switching transistor QI
When turns on, feedback is applied between the primary winding NI and the secondary winding N2 in the direction of turning on the switching transistor QI, and when it turns off, the feedback is applied between the primary winding NI and the tertiary winding N3. Switching transistor QI between
The return takes place in the direction of "off".

従って単にドライブトランスTIのフライバックエネル
ギーを利用してスイッチングトランジスタQIをターン
オフする第1図の従来のスイッチング回路とは異り、制
御トランジスタQ2の「オン」している時間Tcに無関
係に巻線比r2だけでストレージ時間可stを設定でき
、制御信号の条件に関係なく高速のスイッチング動作を
行い得る。又スイッチングトランジスタQIがターンオ
ンする時は正帰還を利用しているために制御信号に必要
な電力を少なくできる利点もある。このような本発明の
スイッチング回路の応用範囲はきわめて広く、スイッチ
ングレギュレータ等の電源装置をはじめとして種々の装
置に利用して好適である。
Therefore, unlike the conventional switching circuit of FIG. 1, which simply utilizes the flyback energy of the drive transformer TI to turn off the switching transistor QI, the turns ratio is independent of the "on" time Tc of the control transistor Q2. The storage time st can be set using only r2, and high-speed switching operation can be performed regardless of the control signal conditions. Further, since positive feedback is used when the switching transistor QI is turned on, there is an advantage that the power required for the control signal can be reduced. The application range of the switching circuit of the present invention is extremely wide, and it is suitable for use in various devices including power supplies such as switching regulators.

【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回路の1例を示す回路図で
あり、第2図は第1図のスイッチング回路の制御信号と
電流波形を示す図であり、第3図は本発明のスイッチン
グ回路の実施例を示す回路図であり、第4図は第3図の
スイッチング回路の制御信号と電流・電圧波形を示す図
である。 1,2:電源端子、3:制御信号が入力される端子、4
:接地用端子、T2:電流トランス、NI:1次巻線、
N2:2次巻線、N3:3次巻線、QI:スイッチング
トランジスタ、Q2:制御用トランジスタ、RL:負荷
。 静’図 第2図 第3図 第4図
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a conventional switching circuit, FIG. 2 is a diagram showing control signals and current waveforms of the switching circuit of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram of the switching circuit of the present invention. FIG. 4 is a circuit diagram showing an embodiment, and FIG. 4 is a diagram showing control signals and current/voltage waveforms of the switching circuit of FIG. 3. 1, 2: Power supply terminal, 3: Terminal to which a control signal is input, 4
: Grounding terminal, T2: Current transformer, NI: Primary winding,
N2: Secondary winding, N3: Tertiary winding, QI: Switching transistor, Q2: Control transistor, RL: Load. Figure 2 Figure 3 Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 3巻線を有するトランスの1次巻線にスイツチング
トランジスタのコレクタ・エミツタ間と負荷と電源が直
列に接続され、2次巻線と3次巻線間に制御トランジス
タのコレクタ・エミツタ間とダイオートが直列接続され
ると共にそのエミツタがスイツチングトランジスタのベ
ースに接続されており、制御トランジスタのベースに入
力される制御信号によりスイツチングトランジスタがタ
ーンオンする時は該1次巻線と該2次巻線によりスイツ
チングトランジスタを「オン」する方向に帰還がかり、
又ターンオフする時は該1次巻線と該3次巻線によりス
イツチングトランジスタを「オフ」する方向に帰還がか
かるように構成されたことを特徴とするスイツチング回
路。
1 The collector-emitter of the switching transistor is connected to the primary winding of a transformer having three windings, the load and the power supply are connected in series, and the collector-emitter of the control transistor is connected between the secondary winding and the tertiary winding. The diodes are connected in series and their emitters are connected to the base of the switching transistor, and when the switching transistor is turned on by a control signal input to the base of the control transistor, the primary winding and the secondary winding are connected. The wire provides feedback in the direction of turning on the switching transistor,
The switching circuit is characterized in that, when the switching transistor is turned off, feedback is applied by the primary winding and the tertiary winding in the direction of turning off the switching transistor.
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