JPS6055855A - スイツチングレギユレ−タの信頼性を向上させる制御方法及び回路 - Google Patents

スイツチングレギユレ−タの信頼性を向上させる制御方法及び回路

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JPS6055855A
JPS6055855A JP16182883A JP16182883A JPS6055855A JP S6055855 A JPS6055855 A JP S6055855A JP 16182883 A JP16182883 A JP 16182883A JP 16182883 A JP16182883 A JP 16182883A JP S6055855 A JPS6055855 A JP S6055855A
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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

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、定電圧電源としてのスイッチングレギュレー
タにおける、過電流垂下時に、スイッチング素子を保護
することによってスイッチングレギュレータの信頼性を
向上させる方法及び回路に関するものである。
直流電圧を20 kHzないし50 kH2の変換周波
数を経て再び整流し、安定化直流を得るスイッチングレ
ギュレータは周知である。さらに、最近はスイッチング
レギュレータの小型化の要請から変換周波数は100 
k)lz以上のものも実用されている。かかるスイッチ
ングレギュレータの安定化のためには、変換周波数を固
定し、スイッチング素子のオン時間の長さを制御するパ
ルス幅変調方式が多く使用される。パルス幅変調方式に
よる変換波数の高いスイッチングレギュレータでは、ス
イッチング素子の最小オン時間幅が狭くなり、自動復帰
型の過電流保護回路を有するものでは、スイッチング素
子の信頼性に欠ける欠点があった。
これは、過電流特に出力短絡状態においてはスイッチン
グ素子の最小オン時間幅が数μs以下となり、スイッチ
ング素子のドライブが充分でないことから損失が多くな
り、過電流保護動作が長時間継続すると発熱が著しくな
って回路素子の損傷につながるためである。すなわち、
かかる垂下時には、スイッチング素子のオン時間が短縮
するに伴い、オン時間におけるキャリヤ蓄積時間の占め
る割合が極めて大きくなり、ベース電流が正方向に流れ
る時間が非常に短くなる。このため、スイッチング素子
のコレクタエミッタ間電圧が充分に飽和することができ
な(なり、スイッチング損失が非常に大きくなる。この
損失によってスイッチング素子の温度上昇が顕著となり
、長時間の過電流垂下動作においてはスイッチング素子
したがってスイッチングレギュレータの信頼性が低下す
るという欠点がある。この傾向は、近時の変換周波数の
高い装置において特に著しい。
本発明は、上述の従来技術の欠点を解消し、最大の過電
流たる出力短絡時における過電流垂下が長時間継続して
も、スイッチング素子の発熱を低減し、該スイッチング
素子したがってスイッチングレギュレータの信頼性を向
上させる方法及び回路を提供することを目的とする。
この目的は、特許請求の範囲に記載の構成にかかる方法
及び回路によって達成される。すなわちスイッチングレ
ギュレータの過電流垂下時に、出力電圧が前以って設定
された電圧以下になったことを検出し、該検出に応じて
スイッチング素子内の損失を軽減するために、スイッチ
ング周波数を低下せしめることによって達成される。さ
らに、特許請求の範囲に記載の構成にかかる回路、すな
わち、スイッチングレギュレータ回路の出力電圧を基準
電圧と比較し、前記出力電圧が前以って設定された値よ
り小さくなった場合又は前記出力電圧が前以って設定さ
れた値より大きくなった場合に、その出力状態をOから
1又はその逆に変換するヒステリシス回路と、該スイッ
チングレギュレータのスイッチング素子をパルス幅制御
するための制御回路であって、その制御出力周波数が前
記ヒステリシス回路の出力に応じて切り換えられるよう
に構成された制御回路とを具備する回路によって達成さ
れる。
本発明にかかる制御方法によれば、たとえ出力の短絡状
態が継続しても、スイッチング素子の発熱による損傷は
生ぜず、したがってスイッチングレギュレータの信頼性
が向上する。また、本発明にかかる回路によれば、上述
の制御方法が有利に実施され、所期の目的が達せられる
以下、実施例を示す添付図を参照しつつ本発明を開示す
る。
第1図は、従来技術にかかるスイッチングレギュレータ
に一点鎖線で囲まれた本発明にかかる回路を付加した回
路である。
主回路は、スイッチング用トランジスタTrと出カドラ
ンスTからなる直列回路によって、0及び十〇Cの直流
入力を変換周波数で断続し、該出カドランスTの二次出
力をダイオードD、D及び平滑回路り、Cによって整流
および平滑し、安定化された直流出力Voを得るもので
ある。スイッチング用トランジスタTrはパルストラン
スPu、Tを介してベースに印加される制御出力a1に
よっておこなわれる。
比較器1および2、ダイオード3および4、比較器5な
らびにのこぎり波発生回路6からなる過電流保護回路を
含む制御回路は、主回路のスイソチング用トランジスタ
Trをオン・オフ制御するために、基準電圧■旧と出力
電圧Voとを比較してスイッチング用トランジスタTr
をオン・オフ制御し、かつ基準電圧vreIと直流出力
とを比較して被保護状態を検出しスイッチング用トラン
ジスタTrの保護を行うものである。
一点鎖線で囲まれた本発明にかかる回路は、ヒステリシ
ス比較器7を有する。このヒステリシス比較器7の一方
の入力には、出力電圧Voを分圧器8.9によって分圧
した電圧が印加される。ヒステリシス比較器7の出力は
分圧器10.11で分圧された後トランジスタ12のベ
ースに印加される。トランジスタ12の出力は抵抗13
を介してヒステリシス比較器7の他方の入力に印加され
る。また、トランジスタ12の出力はアンドゲート14
の一方の入力に印加される。アンドゲート14の他方の
入力には、制御回路の比較器5の出力が分周器15を介
して印加される。
比較器5の出力c1とアンドゲート14の出力c2とは
ノアゲート16の入力にそれぞれ印加される。このノア
ゲート16の出力d1はパルストランスPu、Tの一次
側回路に直列接続されているトランジスタ17のゲート
に印加される。
第1図の回路の動作は以下の通りである。
スイッチングレギュレータの定常動作時においては、過
電流検出の信号は存在しないので、比較器1、ダイオー
ド3の出力はOである。のこぎり波発生回路6の出力は
、比較器5において、出力電圧Voと基準電圧vre+
との差を検出した比較器2の出力と比較される。この比
較器5の出力は、パルス幅変調されており、分周器15
及びノアゲート16の両者に印加される。この分周器1
5で分周された信号はアンドゲート14に入るが、前述
の通りスイッチングレギュレータの定常動作時には、ア
ンドゲート14の他方の入力にはトランジスタ12によ
って0が入力されるように回路が構成されているため、
アンドゲート14の出力は0となる。したがって、ノア
ゲート16の出力信号の周波数は、比較器5の出力信号
周波数と同一である。トランジスタ17はノアゲート1
6の出力信号d1に同期してパルストランスPu、Tを
介してスイッチングトランジスタTrを駆動する。スイ
ッチングトランジスタTrのオン・オフ動作によって0
〜+DC間の直流入力は交流に変換され、出カドランス
Tによって適宜昇降圧された後二次回路り、D、C,L
によって整流及び平滑され、安定化された直流出力が得
られる。
もし、比較器1が出力側の過電流を検出すると過電流の
大きさに従って比較器1の出力も変化する。比較器1の
出力が比較器2の出力よりも大となると、比較器5によ
って、スイッチングトランジスタTrのオン時間を短く
するようにパルス幅変調され、出力電圧■0が低下する
。出力電圧■0が前辺ワて設定された値以下になるとヒ
ステリシス比較器7の出力が1から0に反転し、トラン
ジスタ12はオフとなる。その結果、アントゲ−1−1
4の一方の入力レベルが1になるため出力信号は分周器
15によって分周された周波数となる。
したがって、ノアゲー)16の出力信号周波数は分周さ
れた周波数と等しくなる。以上のような動作により、過
電流垂下時の任意の出力電圧VOにおいてスイッチング
周波数を数分の1にすることが可能となる。過電流垂下
が少なくなり、出力電圧■0が設定値以上に上昇すれば
、上述とは逆の動作によってスイッチング周波数は元の
状態に復帰する。
以下、各部の信号波形を示す第2図及び第3図を参照し
て、本発明の詳細な説明する。第2図は従来技術にかか
る回路の、そして第3図は本発明にかかる回路の、スイ
ッチングトランジスタTrの各部の波形を示すもので、
上側a1はベース電流を、そして下側b1はコレクタエ
ミソク間電圧、同b2はコレクタ電流を、それぞれ示す
ものである。第2図では、過電流垂下時にはパルス幅変
調により制御されたスイッチングトランジスタTrのベ
ース電流a1が正方向に流れる時間は非常に短くなる。
このため、スイッチングトランジスタTrのコレクタエ
ミンク間電圧■σmuは、該Trのオン時間内に十分飽
和することができず、斜線部P1のようにスイッチング
損失が大となる。その結果、スイッチングトランジスタ
Trの温度上昇が顕著となり、長時間にわたる過電流垂
下動作におし)でスイッチングトランジスタTrの信頼
性が低下する。
これに対して、本発明にかかる回路によれ1、過電流垂
下時には変換周波数は数分の1、例え番ヨ1/2に低下
せしめられるから、第3図のようにスイッチングトラン
ジスタTrのベース電流a1もドライブするのに十分な
時間流れることになる。
したがって、スイッチング損失P2も第3図下側の斜線
部のようになる。第2図及び第3図の斜線部P1とP2
とを単純に比較するとPI<P2であるが、第3図は周
波数が数分の1、例えば1/2に低下せしめられている
ので、1秒間における損失は小となり、発熱も小さくな
る。そのため、スイッチングトランジスタTrは保護さ
れることになり、信頼性が向上する。、 第4図は、ノアゲート16の入出力信号波形である。
本発明にかかる回路の設定点を、垂下の探し)状態に置
けば、変換周波数が低下したことによる部品定数への影
響は、扱う電力が定言動作時に比して小さいので、無視
することができる。
以上のように、本発明にかかる回路を付加することによ
って、スイッチングトランジスタTrL、たがってスイ
ッチングレギュレータの信頼性を大幅に向上させること
ができる。なお、第1図の実施例は、−石フイードフォ
ワード方式スイッチングレギュレータ回路を示すもので
あるが、他方式においても応用可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明にかかるスイッチングレギュレータの
実施例を示す回路である。 第2図は、従来技術にかかる回路の、第3図は本発明に
かかる回路の、スイッチング]・ランジスタ各部の波形
である。 第4図は、ノアゲートの入出力波形である。 図中、主な参照符号の対応は、以下の通りである。 1.2.5:比較器 6:のこぎり波発生回路 7;ヒステリシス比較器 14:アンドゲート 15;分周器 16:ノアゲート 17;トランジスタ Trニスイツチングトランジスタ Pu、T:パルストランス T:出カドランス D;ダイオード L二チョークコイル C;コンデンサ Vo:出力電圧 [セ) 代理人江崎光好゛・・4ら7 す。 代理人江崎光史゛1−

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 直流電源を一旦任意周波数の交流に変換した後
    再度安定した直流出力に変換するスイッチングレギュレ
    ータの制御方法において、該スイッチングレギュレータ
    の過電流垂下時に、出力電圧が前以って設定された電圧
    以下になったことを検出し、該検出に応じてスイッチン
    グ素子内の損失を軽減するために、スイッチング周波数
    を低下せしめることを特徴とするスイッチングレギュレ
    ータの信頼性を向上させる方法。
  2. (2) 特許請求の範囲第1項記載のスイッチングレギ
    ュレータの信頼性を向上させる制御方法において、 前記スイッチング周波数の低下が、数分の1であるもの
  3. (3)直流電源を一旦任意周波数の交流に変換した後再
    度安定した直流出力に変換するスイッチングレギュレー
    タ回路において、 該スイッチングレギュレータ回路の出力電圧を基準電圧
    と比較し、前記出力電圧が前以って設定された値より小
    さくなった場合又は前記出力電圧が前以って設定された
    値より大きくなった場合に、その出力状態を0から1又
    はその逆に変換するヒステリシス回路と、該スイッチン
    グレギュレータのスイッチング素子をパルス幅制御する
    ための制御回路であって、その制御出力周波数が前記ヒ
    ステリシス回路の出力に応じて切り換えられるように構
    成された制御回路とを具備することを特徴とするスイッ
    チングレギュレータ回路。
JP16182883A 1983-09-05 1983-09-05 スイツチングレギユレ−タの信頼性を向上させる制御方法及び回路 Granted JPS6055855A (ja)

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