JPS61247273A - Switching transistor driving system - Google Patents

Switching transistor driving system

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JPS61247273A
JPS61247273A JP8682885A JP8682885A JPS61247273A JP S61247273 A JPS61247273 A JP S61247273A JP 8682885 A JP8682885 A JP 8682885A JP 8682885 A JP8682885 A JP 8682885A JP S61247273 A JPS61247273 A JP S61247273A
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JP
Japan
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voltage
coil
transistor
current
transformer
Prior art date
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Pending
Application number
JP8682885A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Shimada
一男 島田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS61247273A publication Critical patent/JPS61247273A/en
Pending legal-status Critical Current

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

Abstract

PURPOSE:To effectively switch a switching transistor driving system by generating a voltage by the collector current of a transistor flowing to the primary coil of a transformer to an auxiliary coil, and supplying a base current from this, thereby reducing a power loss. CONSTITUTION:To drive a switching transistor (Tr1), an auxiliary coil NP2 in provided at the primary side of the transistor Tr1 and wound in the same direction as the primary side coil NP1. A voltage V2 generated in the coil NP2 is supplied as the base current of the Tr1 by the collector current Ic of the Tr1 flowing to the coil NP1. Thus, the base current Ib of the Tr1 is supplied by the voltage v1 of the primary side coil NP3 of the transformer Tr to start a collector current Ic flowing. As a result, a voltage V2 proportional to the operating time of the Tr1 and the winding ratio of the coil NP1:NP2 is generated in the auxiliary coil NP2, thereby controlling the base current Ib.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 スイッチングトランジスタ駆動方式であって、直流電圧
をスイッチングトランスを介してスイッチングトランジ
スタ(以下Trと称する)によりオン/オフ制御を行う
場合、前記トランスに流れる電流により前記Trのベー
ス電流を制御するように構成し、前記Trのターンオン
/オフ損失の改善を行い、発熱の少ない効率的なスイッ
チングを可能とする。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] In a switching transistor drive system, when on/off control is performed by a switching transistor (hereinafter referred to as Tr) of a DC voltage via a switching transformer, the current flowing through the transformer causes the It is configured to control the base current of the Tr, improve the turn-on/off loss of the Tr, and enable efficient switching with less heat generation.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、効率的なスイッチングを行うスイッチングト
ランジスタ駆動方式に関する。
The present invention relates to a switching transistor drive method that performs efficient switching.

最近のほとんどの電子機器用直流定電圧電源として広く
使用されている方式として、Tr又はサイリスタの通電
期間制御或いは動作周波数制御で出力電圧を安定化する
方式がある。
A method widely used as a direct current constant voltage power supply for most of recent electronic devices is a method of stabilizing the output voltage by controlling the conduction period or operating frequency of a transistor or thyristor.

かかるスイッチングレギュレータ方式に対して、より電
力損失が少なく、効率的なものが求められるようになっ
て来た。
There has been a demand for a switching regulator system that is more efficient and has less power loss.

〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕第4図
は従来のスイッチングトランジスタ駆動方式を説明する
回路図、第5図は第4図における動作波形図をそれぞれ
示す。
[Prior art and problems to be solved by the invention] FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a conventional switching transistor drive system, and FIG. 5 is an operating waveform diagram in FIG. 4.

第4図はスイッチングレギュレータの1例であるフォワ
ードコンバータ型スイッチングレギュレータのTr駆動
方法を示し、第5図にはその動作波形を示している。
FIG. 4 shows a method for driving a transistor of a forward converter type switching regulator, which is an example of a switching regulator, and FIG. 5 shows its operating waveform.

尚、Vin、Vs、Voutは直流電源電圧、Vceは
Triのコレクターエミッタ間の電圧、Ibはベース電
流。
Note that Vin, Vs, and Vout are DC power supply voltages, Vce is the collector-emitter voltage of Tri, and Ib is the base current.

Icはコクタ電流をそれぞれ示す。Ic indicates the coctor current, respectively.

又、トランスT1.T2のコイルの黒印はコイルの巻始
めを、NPIはトランスT1の1次側、NSIはトラン
スT1の2次側、NF2はトランスT2の1次側、NS
3はトランスT2の2次側をそれぞれ示す。
Also, transformer T1. The black mark on the T2 coil indicates the beginning of winding of the coil, NPI indicates the primary side of transformer T1, NSI indicates the secondary side of transformer T1, NF2 indicates the primary side of transformer T2, NS
3 indicates the secondary side of the transformer T2.

直流電源電圧VsがTr2のオン/オフによりパルス化
され、これによりNF2に所定電圧が誘起されTriの
ベースに印加される。Trlはこれにより第5図(A)
に示すようなベース電流Ibが流れる。
The DC power supply voltage Vs is pulsed by turning on/off the Tr2, and thereby a predetermined voltage is induced in the NF2 and applied to the base of the Tri. Trl is now shown in Figure 5 (A).
A base current Ib flows as shown in FIG.

更に、このベース電流1bによってTriがオン/オフ
制御され、第5図(B)に示すコレクタ電流1cが流れ
る。この時のコレクターエミッタ間電圧Vceは第5図
(C)に示す波形となる。
Furthermore, Tri is on/off controlled by this base current 1b, and a collector current 1c shown in FIG. 5(B) flows. The collector-emitter voltage Vce at this time has a waveform shown in FIG. 5(C).

尚、抵抗器R2はTrlのベース電流Ibを制限する抵
抗であり、ダイオードD1はTriを遮断する時ベース
領域の少数キャリアを引き抜き、Trlの蓄積時間、タ
ーンオフ時間の短縮を目的とするものである。又、抵抗
器R3,コンデンサCI、ダイオードD2はトランスT
1のリセット回路を構成しているものである。
Note that the resistor R2 is a resistor that limits the base current Ib of Trl, and the diode D1 is intended to pull out minority carriers from the base region when cutting off Tri, thereby shortening the accumulation time and turn-off time of Trl. . Also, resistor R3, capacitor CI, and diode D2 are transformer T.
This constitutes the No. 1 reset circuit.

トランスT1のNSIには電源電圧VinをTriのオ
ン/オフ(例えば、50 K Hzの周波数でオン/オ
フする)によって所定の交流電圧が取り出され、これを
ダイオードD3.D4 、チョークコイルCI、及びコ
ンデンサC2により整流・平滑して希望する直流定電圧
Voutを負荷側に供給する。
A predetermined AC voltage is taken out from the NSI of the transformer T1 by turning the power supply voltage Vin on and off (for example, turned on and off at a frequency of 50 KHz), and this voltage is applied to the diode D3. D4, choke coil CI, and capacitor C2 to rectify and smooth the desired DC constant voltage Vout to the load side.

しかし、第5図(B)、  (C)に示すようにTri
が飽和状態から遮断状態となる過渡期(ターンオフ時間
)において、(al ’ 、 (a)部のように電流/
電圧波形共に波形の「ナマリ」が発生する。このような
「ナマリ」が発生すると、この区間で多大な電力損失と
なり、Triの発熱や安全動作領域が問題となる。
However, as shown in Figures 5(B) and (C), Tri
In the transition period (turn-off time) when the current changes from the saturated state to the cut-off state, (al', as shown in part (a), the current /
Waveform "namari" occurs in both voltage waveforms. When such a "slug" occurs, a large amount of power is lost in this section, causing problems with the heat generation of the Tri and the safe operating area.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

第1図は本発明に係るスイッチングトランジスタ駆動方
式の原理を説明する回路図を示す。
FIG. 1 shows a circuit diagram illustrating the principle of a switching transistor drive system according to the present invention.

第1図は第4図に示す構成部分と、 トランスT1の一次側にコイルNPIと同一巻方向の補
助コイルNP2と、 コイルNPIに流れるトランジスタTriのコレクタ電
流1cにより補助コイルNP2に発生する電圧v2をト
ランジスタTriのベース電流Ibとして供給する供給
手段Xと、 から構成されている。
Figure 1 shows the components shown in Figure 4, an auxiliary coil NP2 on the primary side of the transformer T1 that has the same winding direction as the coil NPI, and a voltage v2 generated in the auxiliary coil NP2 by the collector current 1c of the transistor Tri flowing through the coil NPI. supply means X for supplying the base current Ib of the transistor Tri;

〔作用〕[Effect]

コイルNP3に発生する電圧VlによりトランジスタT
riのベース電流1bを供給し、これによりコレクタ電
流Icが流れ始める。このためトランスT1の補助コイ
ルNP2にはトランジスタTriの動作時間及びコイル
NPI:NP2の巻数比に比例した電圧v2が発生し、
この電圧v2によってベース電流Ibを制御する。
The voltage Vl generated in the coil NP3 causes the transistor T
The base current 1b of ri is supplied, and the collector current Ic starts to flow. Therefore, a voltage v2 proportional to the operating time of the transistor Tri and the turns ratio of the coil NPI:NP2 is generated in the auxiliary coil NP2 of the transformer T1.
The base current Ib is controlled by this voltage v2.

これにより、トランジスタTriの(al、 (aビ部
分の「ナマリ」が改善され電力損失の少ない効率的なス
イッチングが可能となる。
This improves the ``slug'' of the transistor Tri's (al, (a) portions) and enables efficient switching with less power loss.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明の要旨を第2図、第3図に示−W施例により
具体的に説明する。
The gist of the present invention will be explained in detail below with reference to the -W embodiment shown in FIGS. 2 and 3.

第2図は本発明に係る一実施例を説明する図、第3図は
本発明に係る他i施例を説明する図をそれぞれ示す。尚
、企図を通じて同一符号は同一対象物を示す。
FIG. 2 is a diagram for explaining one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention. Note that the same reference numerals refer to the same objects throughout the plan.

次に、本実施例の動作を説明する。尚、第2図(A)及
び第3図(A)は本実施例の回路図、第2図(B)及び
第3図(B)は本実施例のベース電流1bの特性図をそ
れぞれ示す。又、第2図の実施例はベース電流rbのタ
ーンオン時とターンオフ時とを改善した場合を示し、第
3図の実施例はターンオフ時のみ改善した場合を示す。
Next, the operation of this embodiment will be explained. 2(A) and 3(A) are circuit diagrams of this embodiment, and FIG. 2(B) and 3(B) are characteristic diagrams of the base current 1b of this embodiment, respectively. . Further, the embodiment shown in FIG. 2 shows a case where the base current rb is improved at turn-on and turn-off times, and the embodiment shown in FIG. 3 shows a case where only the turn-off time is improved.

第2図、第3図の本実施例の供給手段Xはその一端を補
助コイルNP2の巻始側と、もう一端をトランジスタT
riのベース側と接続される。更に、補助コイルNP2
の巻終わり側は線輪T2 (ドライブトランス)の出力
側のコイルNP3の巻終わり側と接続される。
The supply means X of this embodiment shown in FIGS. 2 and 3 has one end connected to the winding start side of the auxiliary coil NP2, and the other end connected to the transistor T.
Connected to the base side of ri. Furthermore, auxiliary coil NP2
The winding end side of is connected to the winding end side of coil NP3 on the output side of wire ring T2 (drive transformer).

又、第2図の実施例は供給手段XとしてコンデンサCと
抵抗器Rを直列に接続して構成した実施例であり、第3
図の実施例はダイオードDと抵抗器Rを直列に接続して
構成した実施例である。
The embodiment shown in FIG. 2 is an embodiment in which a capacitor C and a resistor R are connected in series as the supply means X, and the third
The illustrated embodiment is an embodiment in which a diode D and a resistor R are connected in series.

尚、第3図の実施例の場合はターンオフの時のみベース
に電流が流れるようにベースと接続されている抵抗器R
と接続される側を(+)側とじてダイオードDを接続し
ている。
In the case of the embodiment shown in FIG. 3, the resistor R is connected to the base so that current flows to the base only when turned off.
Diode D is connected with the side connected to the (+) side as the (+) side.

ドライブトランスT2の入力側NS3に接続されている
トランジスタTr2がオンとなることにより、出力側N
P3端子には電圧V1が発生する。この電圧V1により
抵抗器R2を介してトランジスタTriへベース電流r
bが供給され、コレクタ電流1cが流れ始める。
By turning on the transistor Tr2 connected to the input side NS3 of the drive transformer T2, the output side N
A voltage V1 is generated at the P3 terminal. This voltage V1 causes a base current r to flow through the resistor R2 to the transistor Tri.
b is supplied, and collector current 1c begins to flow.

このコレクタ電流1cによって線輪T1に新たに設けた
補助コイルNP2の両端には、トランジスタTrlの動
作時間比(デユーティ比と称する)及びコイルNPI対
NP2の巻数比に比例した電圧v2が発生する。尚、電
圧v2はトランジスタTriのデユーティ比に比例した
ものとなる。
This collector current 1c generates a voltage v2 across the auxiliary coil NP2 newly provided in the wire T1, which is proportional to the operating time ratio (referred to as duty ratio) of the transistor Trl and the turns ratio of the coil NPI to NP2. Note that the voltage v2 is proportional to the duty ratio of the transistor Tri.

この電圧v2を用いてトランジスタTriのベース電流
1bを制御する。即ち、トランジスタTriのコレクタ
電流Icでベース電流1bを制御することになる。
This voltage v2 is used to control the base current 1b of the transistor Tri. That is, the base current 1b is controlled by the collector current Ic of the transistor Tri.

第2図の実施例の場合は第2図(B)に示すようにター
ンオンの時は実線で示すようにオーバドライブして立ち
上がりを早くするように制御され、ターオフの時はベー
スに混在している少数キャリアの引抜きを大きくするこ
とになる。これにより、ターンオン時、ターンオフ時の
「ナマリ」が改善゛  される。尚、点線は改善前の特
性を示す。
In the case of the embodiment shown in Fig. 2, as shown in Fig. 2 (B), when the turn-on is turned on, the control is performed to overdrive to speed up the start-up, as shown by the solid line, and when the turn-off is turned on, the control is performed such that the start-up is accelerated, and when the turn-on is turned on, the control is performed so that the rise is accelerated. This will increase the recruitment of the minority carriers currently in the workforce. This improves the ``slug'' at turn-on and turn-off. Note that the dotted line indicates the characteristics before improvement.

第3図の実施例は第3図(B)に示すようにダイオード
Dの特性によりターオフの時のみベースに混在している
少数キャリアの引抜きを大きくするように制御してター
ンオフ時の「ナマリ」を改善する実施例である。この方
法により、トランジスタTriの蓄積時間及びターンオ
フ(ターンオン)時間が短縮出来、トランジスタTri
の発熱を少なくすることが可能となる。
In the embodiment shown in FIG. 3, as shown in FIG. 3(B), the characteristics of the diode D are controlled to increase the extraction of minority carriers mixed in the base only during turn-off, thereby reducing the "Namari" effect at turn-off. This is an example for improving. By this method, the storage time and turn-off (turn-on) time of the transistor Tri can be shortened, and the transistor Tri
This makes it possible to reduce heat generation.

(発明の効果〕 以上のような本発明によれば、トランジスタのスイッチ
ング時のターンオン/ターンオフ部分の「ナマリ」が改
善され電力損失の少ない効率的なスイッチングが出来る
と言う効果がある。
(Effects of the Invention) According to the present invention as described above, there is an effect that "sluggishness" in the turn-on/turn-off portion during transistor switching is improved, and efficient switching with less power loss is possible.

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

第1図は本発明に係るスイッチングトランジスタ駆動方
式の原理を説明する回路図、 第2図は本発明に係る一実施例を説明する図、第3図は
本発明に係る他i施例を説明する図、第4図は従来のス
イッチングトランジスタ駆動方式を説明する回路図、 第5図は第4図における動作波形図、 をそれぞれ示す。 第1図〜第4図において、 C,CI、C2はコンデンサ、C1lはチョークコイル
、D、Di〜D5はダイオード、R,R1−R3は抵抗
器、T1.T2は線輪、 Trl、Tr2はトランジスタ、 をそれぞれ示す。 (rl)03 0H 革2図(A)    輩3図(A) 草2回(B) 蕃3−図(B)
FIG. 1 is a circuit diagram explaining the principle of a switching transistor drive system according to the present invention, FIG. 2 is a diagram explaining one embodiment according to the present invention, and FIG. 3 is a diagram explaining another embodiment according to the present invention. FIG. 4 is a circuit diagram explaining a conventional switching transistor driving method, and FIG. 5 is an operation waveform diagram in FIG. 4. 1 to 4, C, CI, and C2 are capacitors, C1l is a choke coil, D, Di to D5 are diodes, R, R1-R3 are resistors, T1. T2 is a coil, Trl and Tr2 are transistors, respectively. (rl)03 0H Leather 2 figure (A) Senior 3 figure (A) Grass 2 times (B) Bush 3- figure (B)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 直流電圧をトランジスタ(Tr1)のオン/オフ制御に
より交流電圧に変換し、前記交流電圧を所定巻線比の一
次側コイル(NP1)、二次側コイル(NS1)を有す
るトランス(T1)にて所定交流電圧に変換し、 前記所定交流電圧を整流して安定な直流電圧を供給する
装置において、 前記トランス(T1)の前記一次側コイル(NP1)と
同一巻方向の補助コイル(NP2)と、 前記一次側コイル(NP1)に流れる前記トランジスタ
(Tr1)のコレクタ電流(Ic)により前記補助コイ
ル(NP2)に誘起される電圧(V2)を前記トランジ
スタ(Tr1)のベース電流(Ib)として供給する手
段(X)とを設け、 前記トランジスタ(Tr1)の該ベース電流(Ib)を
該コレクタ電流(Ic)により制御することを特徴とす
るスイッチングトランジスタ駆動方式。
[Claims] A DC voltage is converted into an AC voltage by on/off control of a transistor (Tr1), and the AC voltage is converted to an AC voltage by a primary coil (NP1) and a secondary coil (NS1) with a predetermined winding ratio. In a device that converts into a predetermined AC voltage in a transformer (T1) and rectifies the predetermined AC voltage to supply a stable DC voltage, an auxiliary winding direction in the same direction as the primary coil (NP1) of the transformer (T1) is provided. The voltage (V2) induced in the auxiliary coil (NP2) by the collector current (Ic) of the transistor (Tr1) flowing through the coil (NP2) and the primary coil (NP1) is the base current of the transistor (Tr1). (Ib); and means (X) for supplying the transistor (Ib) as the base current (Ib) of the transistor (Tr1) is controlled by the collector current (Ic).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013168614A (en) * 2012-02-17 2013-08-29 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and cooling system therefor

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013168614A (en) * 2012-02-17 2013-08-29 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and cooling system therefor
US9283850B2 (en) 2012-02-17 2016-03-15 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device and cooling system for semiconductor device

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