JPS62268358A - 昇圧型リンギングチヨ−クコンバ−タ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直流入力から極性の等しい直流出力を得る昇圧
型リンギングチョークコンバータに係るものであり、特
に安定な起動特性を低電力損失にて実現する方法に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来から、入力電圧と同極性の昇圧直流出力を得るだめ
に、昇圧型のチヨ・ぐ回路やリンギングチョークコンバ
ータが用いられているが、入出力電圧に関する昇圧比が
大きい場合には、スイノチングトランノスタの安定動作
上、昇圧型リンギングチョークコンバータが特に有効で
ある。

第３図は入力と出力の極性を同じくした従来の昇圧型リ
ンギングチョークコンバータの一例である。図において
１は直流入力端子、２はグランド。

３Ｃは直流出力端子、Ｑｌはスイッチングトランソスタ
、ＴＩは出力変成器であり＋　ｎ　１はベース駆動巻線
＋　ｎ　２は出力巻線＋　ｎ　３は励磁巻線である。各
巻線の極性を黒丸印で示す。またＲ１はベース抵抗、Ｒ
８は起動抵抗、ＤＩは出力ダイオード、ＣＩは出力コン
デンサ、Ｃ２はスピードアップコンデンザ、ＤＺＩは定
電圧ダイオードである。

以下に、この回路の動作を説明する。

１ず、端子１，２に直流入力が印加されると起動抵抗Ｒ
３を介してトランノスタＱ１にベースに電流が生じ変成
器Ｔ１の励磁巻線ｎ３にはＱｌのコレクタ電流に伴う励
磁電流が流れ始める。これに伴い、ベース駆動巻線ｎ１
にはＱｌのエミッタ。

ベース間を順方向にバイアスする起電圧が発生し。

ベース抵抗Ｒ１及びスピードアノノコンデンサＣ２によ
りＱｌのベース電流は急速に増大しＱｌは急速にターン
オンする。ここでＱｌのオン期間ｔｏｎ後においては、
入力電圧をＶｉｎ、励磁巻線ｎ３のインダクタンスをり
、Ｑｌのコレクタ電流ｉｎ をＴｃとすれば　■ｃ−（、−×ｔｏｎなる関係が成立
し。

またＱｌのベース電流Ｉｎについては ｎｌ、　　　　１ １Ｂ−ｖ１ｎＸコ×可として示される。従っである程度
オン期間が長くなると、Ｑｌの直流電流増幅率とＩｎの
関係からコレクタ電流の増加を継続できなくなり、励磁
巻線ｎ３は減磁動作に移行しベース駆動巻線ｎ１にばＱ
ｌのエミッタベース間を逆方向にバイアスする起電圧が
発生し始め、Ｑｌのベース電流及びコレクタ電流の減少
が正帰還モードにて生じるため、トランジスタＱ１は急
速にターンオンする。

トランジスタＱ１のオフ期間においては２図中の黒丸印
の方向に電圧が発生し、出力ダイオードＤ１の導通に伴
い、トランジスタＱ１のオン期間にトランスＴ１に蓄積
されたエネルギ−ｆ　Ｅｐ（−２Ｌ　Ｉ　ｃ　２）が出
力コンデンサｃ１に放出されトランスＴ１の磁化レベル
は初期状態に戻る。この時点で、再びトランノスタＱ１
はターンオンを開始し、以下同様の繰返しにより出力コ
ンデンサＣ１の端子電圧である出力電圧は上昇する。

ここで出力電圧をＶｏｕｔ　＋　トランジスタＱ１のオ
フ期間をｔｏｆｆとすれば磁化動作の電圧時間積分の関
係から以下の関係が成立する。

従ってトランジスタＱ１のオン時間の比率が太きければ
出力電圧が高くなることがわかる。

しかしながら２図中における定電圧ダイオードＤＺ１の
電圧レベルをＶＺｌとすればＶｏｕｔ　””　Ｖｚ　１
＋Ｖｉｎとなった時点で定電圧ダイオードＤＺＩは導通
を開始シ、トランノスタＱ１のベース電流は定電圧ダイ
オードＤＺＩを介し、出力に吸収されトランジスタＱ１
のオン時間の比率は減少する結果となる。

以上の如く、出力電圧Ｖ。ｕＬは（Ｖ、Ｌ、１＋ｖ、ｎ
）として安定化され、入力と出力の極性が等しい昇圧リ
ンギングチョークコンバータが構成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第３図に示した従来の昇圧型リンギングチョークコンバ
ータにおいては、無負荷対策として出力にダミー電流を
流す必要がないため、電力損失が極めて小さい昇圧コン
バータとしての応用効果が高いといえる。

しかしながら、従来回路に於いて、安定な起動や回路動
作を得ようとする場合には、起動電流やベース電流をか
なり余分に流す必要があり、これらに伴う固定損失の増
大や、トランジスタＱ１のスイッチング損失の増大を招
き、電力損失の軽減が計れないという欠点があった。従
って、従来の回路においては、動作が安定であり、かつ
電力損失の小さいコンバータの実現は不可能であった。

上記の巻線ｎ１及びＲ２を介してｃｌに流れ込む充電電
流は、入力投入時のＱｌの起動電流によってベース駆動
巻線ｎ１に発生する正帰還の誘起電圧及びこれに伴う順
方向ベース電流に対し逆方向に作用するため、上記充電
電流が巻線ｎｌ。

Ｒ２を流れている期間はコンバータの正帰還起動が無効
となるだけでなく、特にこの間にトランジスタＱ１がリ
ニアな動作点に落ちついだ場合には。

上記充電が完了した後においても、コンバータが起動不
可能となるという不具合も多く発生する。

更に、起動抵抗Ｒ８に流入する電流成分のうちＱｌのエ
ミッタ、ベースを介しての成分は１本来の起動電流とし
て作用し、トランジスタＱ１は励磁巻線ｎ３を励磁する
ものの、ベース駆動巻線ｎ１及びベース抵抗Ｒ１を介し
てＲ８に流入する成分は、トランジスタＱ１の起動時の
ベース電流としては全く作用しないのみならず、その電
流方向は、前記Ｑ１のエミッタ、ペースヲ介シてＲ８に
流入する電流成分による励磁巻線ｎ３への励磁に伴う、
ベース駆動巻線ｎ１の正帰還起動のベース電流の発生を
阻止する方向に作用する結果となり、起動に関する不具
合が発生する。

更にまた。リンギングチョークコンバータはあらかじめ
設計した入力電圧よりある程度低い入力電圧から発振動
作を開始する場合が多いが、入力電圧を徐々に増してい
った場合には、入力電圧を急峻に立上げた場合に比して
これまで述べてきたベース駆動巻線ｎ１への正帰還量が
小さい時間帯が長く続くため、起動不具合が発生する場
合が多い。これらの不具合に対する対策として、起動抵
抗Ｒ８を小さな値とすることが考えられるが、これに伴
い、電力損失の増大をもたらす結果となる。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は、２つのダイオードと、一つの定電圧ダイオー
ドを付加するだけで上記の問題点を解決し、低電力損失
で安定な動作をする昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを提供
するものである。

本発明によれば、　ＰＮＰ　トランジスタのエミッタお
よび出力変成器のベース駆動巻線の一端を直流入力のプ
ラス側に接続し、前記トランジスタのベースをベース抵
抗を介して上記ベース駆動巻線の他端に接続し、前記ト
ランジスタのコレクタを前記出力変成器の励磁巻線を介
して直流入力のマイナス側に接続することにより、前記
トランジスタのコレクタを流れる励磁電流がベース駆動
巻線を介して前記トランジスタのベースに対し正帰還動
作をなすよう構成し、さらに前記ベース駆動巻線の前記
他端を前記出力変成器の出力巻線、出力ダイオード、お
よび出力コンデンサの直列回路を介して前記直流入力の
マイナス側に接続し、前記トランジスタの導通時に前記
出力変成器に励磁エネルギーを蓄積し、該蓄積エネルギ
ーを該トランジスタの非導通時に前記ベース駆動巻線と
出力巻線から前記出力ダイオードを介して前記出力コン
デンサに放出し、該コンデンサの両端がら出力を得るよ
うにした昇圧型リンギングチョークコンバータにおいて
、前記直流入力のプラス側と前記出力コンデンサとの間
を、前記ベース駆動巻線、出力巻線、および出力トラン
ジスタの直列回路に並列となるように第１のダイオード
で接続したこと。

前記トランジスタのベースと前記ベース駆動巻線とを接
続する回路中に、前記ベース抵抗と直列にして第２のダ
イオードを前記トランジスタのベース側にアノードを向
けて挿入接続したこと、および前記トランジスタのベー
スを起動抵抗と定電圧ダイオードとの直列回路を介して
前記直流入力のアイナス側に接続したことを特徴とする
昇圧型リンギングチョークコンバータが得られる。

なお、前記第１のダイオードは、その順方同型圧が前記
出力ダイオートゝの順方向電圧より充分小さいものを選
ぶと良い。

また前記出力ダイオードを直列接続された２つのダイオ
ード素子で構成すると良い。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す回路図で、第３図の従
来例の回路に本発明を適用したものであり、第３図と同
様の回路素子は同一の参照符号を用いて示した。

第１図の回路は、第３図の回路に対して１本発明に従い
入力端子１と出力コンデンサ０１間をダイオードＤ２を
介して接続し、トランジスタＱ１のベースとベース駆動
巻ｍｎ］間をベース抵抗Ｒ１とダイオードＤ３の直列回
路により接続し。

また、トランジスタＱ１０ベースを起動抵抗Ｒ８と定電
圧ダイオードＤＺ２の直列回路を通してグランド端子２
に接続したものである。

以上に述べた構成によっても基本動作は第３図に示した
従来回路と同様であり、まず入力投入によって起動抵抗
Ｒ８と第２の定電圧ダイオードＤＺ２を介してトランジ
スタＱ１のベースに起動電流が流れ、これに伴うトラン
ジスタＱ１のコし／クタ電流が励磁巻線ｎ３を励磁し、
ベース駆動巻線ｎ１に誘起される電圧の正帰還作用によ
り、ベース抵抗Ｒ１とダイオードＤ３を介して流れるベ
ース電流が生じトランジスタＱ１は急速にターンオンす
る。トランジスタＱ１のターンオフについても、オン期
間の継続に伴う励磁電流の増加に限界が生じた時点で、
ベース駆動巻線ｎ１への正帰還作用によりトランジスタ
Ｑ１は急速にターンオフされる。

ここで、トランジスタＱ１のオン期間に蓄えられた励磁
エネルギはＥ　ｐ　””　２　Ｌ　Ｉ　（！　”として
示され。

トランジスタＱ］のオン期間に非導通であった出力ダイ
オードＤ１はトランジスタＱ１のオフ期間に導通し、」
二記蓄積エネルギーＥｐは出力コンデンサＣ］に放出さ
れる。これによりトランジスタＱ１は再びターンオンす
る。以上の動作の繰返しにより出力′電圧ｖ。ｕｔがＶ
。ｕｔ−Ｖｚ１＋Ｖ１ｎ　　になった時点で、トランジ
スタＱ１のベース電流は定電圧ダイオードＤｚ１を介［
７て出力に吸収され、トランジスタＱ１のオン時間の比
率が低下し＋　ｖｏｕｔはＶＺＩ　−１−Ｖｉｎ　に安
定化される。

上記の動作において、直流入力端子１と出力コンデンサ
０１間に設けたダイオードＤ２により。

入力投入直後リンギングチョークコンバータとしてトラ
ンジスタＱ１が発振を開始する以前に出力コンデンサＣ
Ｉに流入する充′亀電流のうち出力変成器Ｔ１の励磁巻
線ｎｌ＋出力巻線ｎ２を通る成分が低減される。従って
、安定な起動を実現することができる。

更に、　ｌ−ランノスタＱ１のベースとベース駆動巻線
ｎ１間に挿入されるベース抵抗Ｒ１に対しダイオードＤ
３を直列に接続しであるので、起動抵抗Ｒ８を流れる電
流成分のうち、ベース駆動巻線ｎ１及びベース抵抗Ｒ１
を介してベースへ流入しようとする成分がダイオード特
性により阻止される。これにより安定な起動特性と電力
損失の軽減が実現される。

まだ、トランジスタＱ１のベースとグランド端子２間に
設けた起動抵抗Ｒ８に対して定電圧ダイオードＤＺ２が
直列に付加されていることにより入力電圧が予め定めら
れた値に達する迄はこの定電圧ダイオードＤＺ２が導通
しないので、入力電圧が予め定められた値になって初め
て発振が開始されることになる。従って２発振開始迄の
電力損失が抑えられるとともに９発振開始を安定に行わ
せることができる。

第２図は２本発明の第２の実施例であり、特にダイオー
ドＤ２の電圧レベルを出力ダイオードに比して十分小さ
くするために出力ダイオードＤ１をＤ　１．　ａとＤ　
ｉ　ｂの２ケ直列にて構成した場合の実施例であり、そ
の他については第１図に全く同じである。

〔発明の効果〕 以上に述べた本発明の内容によれば、昇圧型リンギング
チョークコンバータの起動に関する不具合の根本的原因
が除去されるとともに起動電流やベース′−流がコンバ
ータの電力変換動作に対して全て有効に作用するだめ、
これらを設定する抵抗値を可能な限り大きな値とするこ
とが可能となり。

極めて、電力損失が少く、安定な発振動作を有する昇圧
型リンギングチョークコンバータの提供が可能となった
。

従って２本発明による昇圧型リンギングチョークコンバ
ータはバッテリー、もしくは電話局からの給電管、低電
力損失であることが極めて重要な機器に用いられる昇圧
ＤＣ−ＤＣコンバータとして極めて有益である。

しかも９本発明のコンバータは、入力と出力の極性が同
一のため昇圧された出力に接続された回路を給電電圧に
接続された制御回路系から操作するうえでも極めて有用
性が高いコンバータである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の異なる実施例を示す回路図
、第３図は従来の昇圧型リンギングチョークコンバータ
の一例を示す回路図である。 図において、ＴＩは出力変成器、Ｑｌはトランジスタ、
ＤＩ、Ｄｌａ、Ｄｌｂは出力タイオート。 Ｄ２　、Ｄ３はダイオード、ＤＺＩ、ＤＺ２は定電圧ダ
イオード、Ｃ１は出力コンデンサ、Ｃ２はスピードアッ
プコンデンサ、Ｒ１はベース抵抗。 Ｒ８は起動抵抗、■は直流入力端子、２はグランド端子
、３は直流出力端子＋ｎｌはベース駆動巻線＋　ｎ　２
は出力巻線＋ｎ３は励磁巻線である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ＰＮＰトランジスタのエミッタおよび出力変成器の
   ベース駆動巻線の一端を直流入力のプラス側に接続し、
   前記トランジスタのベースをベース抵抗を介して上記ベ
   ース駆動巻線の他端に接続し、前記トランジスタのコレ
   クタを前記出力変成器の励磁巻線を介して直流入力のマ
   イナス側に接続することにより、前記トランジスタのコ
   レクタを流れる励磁電流がベース駆動巻線を介して前記
   トランジスタのベースに対し正帰還動作をなすよう構成
   し、さらに前記ベース駆動巻線の前記他端を前記出力変
   成器の出力巻線、出力ダイオード、および出力コンデン
   サの直列回路を介して前記直流入力のマイナス側に接続
   し、前記トランジスタの導通時に前記出力変成器に励磁
   エネルギーを蓄積し、該蓄積エネルギーを、該トランジ
   スタの非導通時に前記ベース駆動巻線と出力巻線から前
   記出力ダイオードを介して前記出力コンデンサに放出し
   、該コンデンサの両端から出力を得るようにした昇圧型
   リンギングチョークコンバータにおいて、前記直流入力
   のプラス側と前記出力コンデンサとの間を、前記ベース
   駆動巻線、出力巻線、および出力トランジスタの直列回
   路に並列となるように第１のダイオードで接続したこと
   、前記トランジスタのベースと前記ベース駆動巻線とを
   接続する回路中に、前記ベース抵抗と直列にして、第２
   のダイオードを前記トランジスタのベース側にアノード
   を向けて挿入接続したこと、および前記トランジスタの
   ベースを起動抵抗と定電圧ダイオードとの直列回路を介
   して前記直流入力のアイナス側に接続したことを特徴と
   する昇圧型リンギングチョークコンバータ。 ２）特許請求の範囲第１項において、前記第１のダイオ
   ードの順方向電圧が前記出力ダイオードの順方向電圧よ
   り充分小さく選ばれていることを特徴とする昇圧型リン
   ギングチョークコンバータ。 ３）特許請求の範囲第２項において、前記出力ダイオー
   ドが直列接続された２つのダイオード素子からなること
   を特徴とする昇圧型リンギングチョークコンバータ。