JPS6311066A - トランジスタ直流変換器 - 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、ビデオ機器、オーディオ機器等の直流電源回
路に使用するためのトランジスタ直流変換器に関するも
のである。

〔従来の技術〕

第７図に示す如く、直流電源（１）にトランス（２）の
１’ｆ巻ａ（３＋とスイッチングトランジスタ（４）と
の直列回路χ接続し、トランス（２）の２次巻線（５）
にダイオード（６）とコンデンサ（７）とから成る整流
回路ン接続し、更にベース駆動のためにトランス（２）
にベース駆動巻線としての３次巻線（９）を設け、この
３次巻線（９）を抵抗ａＯＩＶ介してトランジスタ（４
ンのベースに接続し、更にトランジスタ（４）のベース
に？電圧制御回路圓を接続し、出力端子（１２１に定電
圧を得るスイッチングレギュレータは公知である。なお
、０３は商用交流電源であり、整流回路から成る直流Ｎ
源（ＩＩＫ接続されている。０．１Ｊは起動抵抗であり
、直流ｔ　源［ｉｌとトランジスタ（４）のベースとの
間に接続されている。定電圧制御回路α１１ｒｒｉ、ス
イッチングトランジスタ（４）のベース・エミッタ間に
接続されたベース電流バイパス用トランジスタ（１５１
と、これを制御する７’（ぬのダイオードＯｅ、コンデ
ンサｆｆ７１、及ヒツエナーダイオード（１８）とから
成り、トランジスタ（４）のオフ時の３次巻線（９）の
電圧（出力電圧に等価）をコンデンサαｎに充電し、こ
の電圧とツェナーダイオードα＆の基準電圧との比較に
基づいてトランジスタ＜１５１を制御するように構成さ
れている。

上述のスイッチングレギュレータにお１ハて、直流電力
の供給を開始すると、起動抵抗Ｑ４）を通って起動電流
が流ｆｉ＝発振が開始する。トランジスタ（４）のオン
時には、１次巻線ｆ３Ｎｃ電源（１）の常圧が印加ぜれ
、３次巻線ｆ９）　［Ｉ！：　電流に応じた電圧が発生
し、この巻線（９）からトランジスタ（４）にベース市
流へが供給される。しかる後、トランジスタ（４）のコ
レクタ電流が飽和すると、オフに転換し、このオフ期間
にダイオード責６）がオンになり、トランス（２）のエ
ネルギが出力側に放出てれる。出力電圧の制御は、３次
巻線（９）の電流１１の一部がトランジスタ（１５１に
バイパスきせることによって行う。この種の動作は公知
であるので、説明を省略する。

ところで、この装置で電源（１）の電圧Ｅ工、が増大丁
れば、１次巻線（３１の電圧、及び３次巻ｍ（９；の電
圧及び電流も増大する。第７図のスイッチングレギュレ
ータは定電圧制御回路ａ１１を有するので、３次巻線（
９）の電流工１の全部はトランジスタ（４）に供給され
ス、％′圧制御トランジヌタＱＳにバイパスされる。バ
イパス電流１２はトランジスタ（４）の駆動に無関係な
ものであるので、結局、電力損失になる。

この問題は、機器を接続する交流電流源雷電圧例えば１
００ｖから２２０ＶＫ変わった時に顕蓄になる。我が国
の】００ｖの交流電源で使用する場合と、外国の２２０
Ｖの交流電源で使用する場合とのいずれにも対処するこ
とが出来るように、交流電諒市圧の変化に応じて電源回
路の切換えビ行うように構成することも考えられるが、
回路構成が複雑になり、且つ切換え操作が面倒になるば
かりでなく、切換えを忘れるおそれも生じる。このよう
な問題は、交流電＠電圧が変化する場合に限らず、直流
電源電圧が伺んらかの理由で変化するあらゆる場合に生
じる。

上述の如き問題点を解決する之めに、本件出願人け、特
願昭６０−４５１８７号、特願昭６〇−２２１６７０号
及び実願昭６）−３７１１３号でスイッチングトランジ
スタ（４）のオフ時に３次巻線（９）に誘起するほぼ一
足の１′圧で充電されるコンデンサを設け、このコンデ
ンサの電荷でスづツチングトランジスタのベース電流を
供給する方式を提案し次。この方式によれば、入力電圧
が高い場合における効率を大幅に＠Ｊ上きせることがで
きる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上述の如く構成された回路であっても、入力電
圧が高くなると、スイッチングトランジスタ（４）にお
ける電圧降下分を大きくするために、制御トランジスタ
（Ｊ５に対するベース電流のバイパス量を大きくしなけ
ればならず、これｒｇづ〈電力損失が必然的に大きくな
った。

そこで、本発明の目的は、入力電圧が高い惟域での電力
損失を更に低減はせることができるトランジスタ直流変
換器を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決する乏めの本発明は、実施例を示す図
面の符号を参照して説明すると、直流電源（１）に接続
されたトランス（２）とスイッチングトランジスタ（４
）との直列回路と、前記トランス（２）の出力端子に接
続され、前記スイッチングトランジスタ（４）のオフ時
にオンになるダイオード（６）を含んでいろ整流回路（
８）と、前記トランス（２）に［８結合され且つ前記ス
イッチングトランジスタ（４）０ベースとエミッタとの
間ｌＣ接続された駆動用巻線（９）と、前記スイッチン
グトランジスタ（４）０ベース電流をバイパスきせるた
めのベース電流バイパス用トランジスタ０９を含む定電
圧制御回路（１１ａ）と、前記駆り用巻線（９）と前記
スイッチングトランジスタ（４）との間に接続されたコ
ンデンサ（２０）と、前記スイッチングトランジスタ（
４）のオン時に前記駆動用巻線（９）に誘起する電圧で
オフになる極性を有して前記駆動用巻線（９）と前記コ
ンデンサ■との間に接続された逆充電阻止用ダイオード
（１９と、前記スイッチングトランジスタ（４）のオフ
時における前記トランス（２）の電圧で前記コンデンサ
（イ）を充電する充電回路と、前記コンデンサ（イ）と
前記スイッチングトランジスタ（４）のベース・エミッ
タ間との直列回路に対して並列に接続された放電回路形
成素子と、前記コンデンサ（２０）と前記スイッチング
トランジスタ（４）のベース・エミッタ間と前記放電回
路形成回路素子とから成る閉回路中に位置し且つ前記コ
ンデンサ艶と前記ベース電流バイパス用トランジスタＯ
９との間に位置するように接続された放電制御用トラン
ジスタ（２３１と、前記放電制御用トランジスタのの抵
抗値を前記直流電源（１１の電圧に比例的に変化きせる
ベース制御回路とを備えていることｔ特徴とするトラン
ジスタ直流変換器に係わるものである。

〔作　用〕

制御用トランジスタ（ハ）は可変抵抗として機能し、入
力電圧即ち電源電圧に比例的に抵抗値が大きくなる。こ
のため、入力電圧が高い時にはコンデンサ■の放電回路
の抵抗が大きくなり、放ｔｔｒ流が減少する。放ｔＸ流
が減少すると、ベース電流バイパス用トランジスタＱ５
１にバイパスきせる電流暑さほど大キくシなくても、ス
イッチングトランジスタ（４）のベース電流を低くてろ
ことができる。こ）結果、コンデンサ■のエネルギの無
駄な消費が少なくなり、効率が良くなる。

〔第１の実施例〕 次に、第１図を参照して本発明の第１の実施例Ｋｆ／、
−ｂるスイッチングレギュレータについて述べる。但し
、符号（１１〜（９）、α２−（１５１で示すものは第
７図で同一符号で示したものと実質的に同一であるので
、その説明を省略する。この実施例では、ベース駆動巻
線即ち３次巻線（９）の一端とスイッチングトランジス
タ（４）のベースとの′間に逆充電阻止用ダイオードα
９を介して第１のコンデンサ■と放電制御用トランジス
タ（ハ）とが接続されている。逆充電阻止用ダイオード
（１９は３次巻線（９）の一端と第１のコンデンサ■の
一端（右端）との間に接続され、スイッチングトランジ
スタ（４）のオフ時に３次巻線（９）に誘起する電圧で
オンになる極性を有している。

第１のコンデンサ■の充電回路を構成するために、３次
巻線（９；の他端（下端）と第１のコンデンＶ艶の他端
（左端）との間に充電用ダイオード２１）が接続されて
いる。この充電用ダイオードＱ１）は、スイッチングト
ランジスタ（４）のオフ時にオンになる極性を有てる。

第１のコンデンサ■の放電回路を形成するための抵抗Ｑ
２は、コンデンサ■の一端（右端）とスイッチングトラ
ンジスタ（４）のエミッタとの間に接続されている。

逆充電阻止用ダイオードα９と第】のコンデンサ醸と放
電制御用トランジスタＣ３との直列回路に抵抗ノヲ介し
て並列接続されている第２のコンデンサＣ２４）は、３
次巻線（９）からスイッチングトランジスタ（４）Ｋス
ピードアップ用の微分電流を併給するｔのである。

本発明に従う放電制御用トランジスタ（ハ）のベースは
抵抗■と逆流阻止用ダイオード（ハ）とを介して３次巻
線（９）の一端に接続されていると共に抵抗（財）を介
して３次巻線（９）の他端に接続され、エミッタはコン
デンサｃ２Ｇに接続され、コレクタはスイッチングトラ
ンジスタ（４）のベースに接続されている。

定電圧制御回路（１１ａ）は、トランス（２）の４次を
線■と、ここに接続された整流平滑回路（２０）と、こ
こに接続され比誤差信号形成回路のと、ここから得られ
る誤差信号に応答するトランジスタα９とから成る。誤
差信号形成回路翰は、ここに内蔵されているツェナーダ
イオードによって与えられる基準電圧と、平滑回路□□
□から得られる検出電圧とをトランジスタで比較し、検
出電圧と基準電圧との差に対応する電流を電圧制御用ト
ランジスタいのベースに流丁ように形成され几公知の回
路である。

■は過電流検出抵抗であり、スイッチングトランジスタ
（４）に直列に接続されている。スイッチングトランジ
スタ（４）のベースと過電流検出用抵抗例の左端との間
には過電流制限用トランジスタロυが接続さハ、このベ
ースが抵抗Ｃ３２＋を介して過電流検出用抵抗（至）の
右端に接続されている。

第１図において、放電制御用トランジスタ（ハ）のベー
ス制御回路が抵抗缶とダイオード（至）と抵抗（２）と
で構成され、且つトランジスタｔ２３１がｐｎｐ型にナ
リ、このエミッタがコンデンサ■に接続されている漬が
、実願昭６）−３７］１３号の回路と相違している。

〔動　作〕

第】図の回路で、電源スィッチ（図示せず）がオンにな
ると、起動抵抗α４Ｉを通してスイッチングトランジス
タ（４）のベース電流が供給され、スイッチングトラン
ジスタ（４）がオンになる。しかる後、スイッチングト
ランジスタ（４）が飽和してオフに転換すると、ダイオ
ード（６）がオンになり、スイッチングトランジスタ（
４）のオン時にトランス（２）に蓄えられたエネルギが
放出され、この放出が終了すると、再びスイッチングト
ランジスタ（４）がオンになる。

ところで、スイッチングトランジスタ１４）のオフ期間
には、３次巻線（９）Ｋ電源電圧Ｅ工、に無関係のほぼ
一定の電圧が発生する。この電圧は、スイッチングトラ
ンジスタ（４）のオン時の電圧と逆向キの電圧であるの
で、充電用ダイオード１２ＩＪがオン忙なり、３次巻線
（９）、充電用ダイオードＱυ、第】のコンデンサー、
及び逆光Ｊ＃ｉ阻止用ダイオードα９から成る閉回路が
形成ざｔ、コンデンサ■が定電圧充電される。

スイッチングトランジスタ（４）のオン時には、抵抗（
ハ）と第２のコンデンサＣ）４）とｔ通ってスイッチン
グトランジスタ（４）のベースに微分電流が流れ込むと
同時に、放電制御用トランジスタののベースが３次巻線
（９）の電圧を抵抗（至）と抵抗（財）とで分割し次１
＠でバイアスされてオンになる。これにより、第１のコ
ンデンサ■、放電制御用トランジスタ（ハ）、スイッチ
ングトランジスタ（４）、及びｍＷ用抵抗ノから成る閉
回路が形成され、第１のコンデンサωのＭ　ｔ　ｍ’流
によってスイッチングトランジスタ（４）のベース電流
が供給される。

この回路で交流電源電圧が、例えば１００■から２２０
ＶＩＣ変化し次場合、スイッチングトランジスタ（４）
のオン時に３次巻線（９）の電圧も高くなるが、逆充電
阻止用ダイオードａ９がオフになるｔめ、３次巻線（９
：の電圧による第１のコンデンサ（２０１〕充ｔ＃′ｉ
阻止される。３次巻＃　（９）の高い電圧に基づいて第
２のコンデンサＣ’４）’Ｙ通ってベース′￥＆流が供
給されるが、第２のコンデン？（２４）の容ｆｉｔが小
さいので、スイッチングトランジスタ（４）のオンの立
上り後はここを介してほとんどベース電流が供給されな
い。

ところで、を源電圧が変動すると、オン時における３次
巻線（９）の電圧も変化し、この結果、放電制御用トラ
ンジスタののベース電圧％、腎化し、放電制御用トラン
ジスタ（ハ）の抵抗値が変化する。即ち、１源電圧が高
くなると、放電制御用トランジスタのの抵抗値が大にな
り、スイッチングトランジスタ（４）のベース電流が減
少する。このため、バイパス用トランジスタ０５１にベ
ース電流をバイパスさせる値が小さくなり、電力損失が
少なくなる。

今、コンデンサ醸の放ｉｉ電流をｌＤ、コンデンサ■の
両端電圧をＶ。、放電制御用トランジスタ■のコレクタ
・エミッタ間電圧をＶ　　スイッチングト（Ｊ− ランジスタ（４）のベース・エミッタ間電圧をＶＢ！　
−抵抗（２Ｚの値をＲと丁れば、放を常流ＩＤＹ次式で
示上記式から明らかな如く、ＶｏＦ、Ｆｉ電淵雷圧に比
例するため、ＩＤは常源市圧に反比例でる。

〔第２の実施例〕 次に、第２の実施例のスイッチングレギュレータを示す
第２図乞説明する。但し、この第２図及び更に第３〜６
図において、第１図と共通する部分には同一の符号を付
してその説明を省略する。

第２図の回路では、抵抗（２）と３次巻線（９）の下端
との間にｎｐｎ形トランジスタＧつが接続され、このベ
ースが抵抗（至）を介して３次巻線（９）の上端に接続
されている。オン期間に３次巻線（９）に正常の電圧が
発生している時には、トランジスタ田がオンになり、第
１図の回路と同一動作になる。−万、出力端子（１２１
が短絡状態になると、３次巻線（９）の電圧が低下する
か又は零になる。このため、トランジスタ（ト）がオフ
になつ、放電制御用トランジスタののオンが阻止され、
第】のコンデンサ■の放１゛も阻止され、スイッチング
トランジスタ（４）がオン駆動さすＬない。トランジス
タＣ３５＋を有ざない第１図の回路では、負荷短絡時に
、第１のコンデンサ■の電圧で放電制御用トランジスタ
（ハ）がオン駆動され、スイッチングトランジスタ（４
）がオン状態になり、破壊する恐れがあるが、第２図の
回路ではこれが防止されている。

〔第３の実施例〕 第３図の回路では、第１図の抵抗（財）の代りに、放ｔ
　制ｆｉ１１用トランジスタ（ハ）のベース・コレクタ
間に抵抗（３４ａ）が接続されている。この様に構成し
ても、オン時の３次巻線（９）の電圧が抵抗ωと抵抗（
３４ａ）とで分割てれて放電制御用トランジスタ１２３
１のベースに加わり、ベース電圧が′Ｈ源雷電圧比例し
て変化する。

〔第４の実施例〕 第４の実施例は、第３図で説明しｆｃ電圧分割用抵抗（
３４ａ）に直列に、第２図と同様にトランジスタＧ５１
　’ｖ　ｉ続し、このトランジスタＣ３５のベースを抵
抗（ト）を介して３次巻線（９）の上端に接続したもの
であ“る。この回路においては、負荷が短絡した時には
、トランジスタ■のがオフになり、コンデンサ（イ）の
放電が阻止さｉる。

〔第５の実施例〕 第５の実施例を示す第５図においては、抵抗（イ）と抵
抗（３４ａ）との電圧分割点がコンデンサＧηを介して
放電制御用トランジスタ（ハ）のベースに接続され、ま
たトランジスタ（ハ）のベース・エミッタ間ニ抵抗（至
）が接続されている。この第５図の回路でオン時に３次
巻線（９）に正常な電圧が発生している時には、この分
割電圧がトランジスタののベース電圧として加えられ、
比較的小ざなベース電流がコンデンサＣ３７＋、抵抗（
３４ａ）の回路に流れ続ける。この時、電流が小さいの
で、コンデンサＧηの充ｔ′！１流はオン期間中流れ続
け、トランジスタ（ハ）のオンが維持される。一方、負
荷が短絡して３次巻線（９）の電圧が実質的に零になる
と、抵抗Ｃ９（３４ａ）の分割点の電位が下るため、ト
ランジスタのに大きなベース電流が流れ、コンデンサｌ
３７）が急速に充！され、しかる後光１ｉ１１流が減少
し、トランジスタ（ハ）がオフになり、スイッチングト
ランジスタ（４；モオフに転換する。これにより、スイ
ッチングトランジスタ（４）の保護が達成される。

〔第６の実施例〕 第６図の第６の実施例では、第５図の逆流阻止用ダイオ
ード（の代りにコンデンサ０９が接続されている。オン
時におけるコンデンサＣ３１の充電電流は、３次巻＃ｉ
！（９）に正常な電圧が発生している時には小ブな値で
流れ続けるが、負荷短絡で３次巻線の電圧が零になった
時には、コンデンサ■の電圧で急速に充！され、しかる
後流れなくなる。また、オフ時の３次巻線（９）の電圧
により、ダイオード（２１１、トランジスタＩ２３１の
エミッタ・ベース間、コンデンサＧ力、抵抗（支）、コ
ンデンサ（３９の回路でコンデンサ（３！ｌの充ｔ′ｆ
Ｍ流が流れるが、直ちに所定値まで充電され、しかる後
実質的に流れなくなる。

〔変形例〕

本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、変形可
能なものである。例えば、第１図の定電圧制御回路（１
］ａ）ン第７図の定電圧制御回路（１１１Ｋ　ｆｔき換
えてもよい。ま之、定型圧制御のための出力方圧の検出
を出力端子（１２１によって行ってもよい。

ま次、トランス＋２１に４次巻線を設け、ここに得られ
るオフ時の５出で第１のコンデンサ（２０）を充電して
もよい。また、トランス（２１における各巻線ｆ３１（
５！（９）（２７）を単巻構成としてもよい。また、第
１のコンデンサ醸、ダイオードα３等を３次巻線（９）
の下端とスイッチングトランジスタ（４）のエミッタと
の間に移してもよい。寸た、トランジスタ０５１をトラ
ンジスターのベース回路に接続する代りＫ、トランジス
タ（ハ）に直列に接続し、これを３次巻線（９）のオン
時の電圧で駆動するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

上述から明らかな如く、本発明では放電制御用トランジ
スタのベース電圧が電源電圧に対応して変化するので、
電源電圧が高くなると、放電制御用トランジスタのコレ
クタ・エミッタ間の電圧が高くなり、放′ｌｒ電流が低
下する。このため、電源電圧が高い時であってもスイッ
チングトランジスタのベース電流のバイパス量を低く保
つことが可能になり、効率向上が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は不発明の第】の実施例に係わるスイッチングレ
ギュレータを示す回路図、 第２図、第３図、ＷＬ、４図、第５図、第６図は本発明
の第２、第３、第４、第５、第６の実施例のスイッチン
グレギュレータ乞夫々示す回路図、第７図は従来のスイ
ッチングレギュレータン示す回路図である。 （１）・・・電源、（２）・・・トランス、【３）・・
・１次巻線、（４）・・・スイッチングトランジスタ、
（５：・・・２次ｔｌｊ、（８１・・・整流回路、１９
）・・・３次巻線、α９・・・逆光Ｎ困止用ダイオード
、■・・・第１のコンデンサ、Ｃａ１ｌ・・・充電用ダ
イオード、囚・・・抵抗、の・・・放雷制御用トランジ
スタ、ｃ！滲・・・第２　ｑ）コンデンサ、■（財）・
・・抵抗。 代　　理　　人　　　高　　野　　則　　次第７図 手続補正書（自発） 昭和６）年１０月３０已

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流電源（１）に接続されたトランス（２）とス
   イッチングトランジスタ（４）との直列回路と、前記ト
   ランス（２）の出力端子に接続され、前記スイッチング
   トランジスタ（４）のオフ時にオンになるダイオード（
   ６）を含んでいる整流回路（８）と、前記トランス（２
   ）に電磁結合され且つ前記スイッチングトランジスタ（
   ４）のベースとエミッタとの間に接続された駆動用巻線
   （９）と、 前記スイッチングトランジスタ（４）のベース電流をバ
   イパスさせるためのベース電流バイパス用トランジスタ
   （１５）を含む定電圧制御回路（１１ａ）と、前記駆動
   用巻線（９）と前記スイッチングトランジスタ（４）と
   の間に接続されたコンデンサ（２０）と、前記スイッチ
   ングトランジスタ（４）のオン時に前記駆動用巻線（９
   ）に誘起する電圧でオフになる極性を有して前記駆動用
   巻線（９）と前記コンデンサ（２０）との間に接続され
   た逆充電阻止用ダイオード（１９）と、前記スイッチン
   グトランジスタ（４）のオフ時における前記トランス（
   ２）の電圧で前記コンデンサ（２０）を充電する充電回
   路と、 前記コンデンサ（２０）と前記スイッチングトランジス
   タ（４）のベース・エミッタ間との直列回路に対して並
   列に接続された放電回路形成回路素子と、前記コンデン
   サ（２０）と前記スイッチングトランジスタ（４）のベ
   ース・エミッタ間と前記放電回路形成回路素子とから成
   る閉回路中に位置し且つ前記コンデンサ（２０）と前記
   ベース電流バイパス用トランジスタ（１５）との間に位
   置するように接続された放電制御用トランジスタ（２３
   ）と、 前記放電制御用トランジスタ（２３）の抵抗値を前記直
   流電源（１）の電圧に比例的に変化させるベース制御回
   路と を備えていることを特徴とするトランジスタ直流変換器
   。