JPS63262059A - Control system for 2-element forward switching regulator - Google Patents

Control system for 2-element forward switching regulator

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JPS63262059A
JPS63262059A JP9606987A JP9606987A JPS63262059A JP S63262059 A JPS63262059 A JP S63262059A JP 9606987 A JP9606987 A JP 9606987A JP 9606987 A JP9606987 A JP 9606987A JP S63262059 A JPS63262059 A JP S63262059A
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JP
Japan
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switching
slow
fast
turn
regulator
Prior art date
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Pending
Application number
JP9606987A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuya Hirachi
平地 克也
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Yuasa Corp
Original Assignee
Yuasa Battery Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS63262059A publication Critical patent/JPS63262059A/en
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Abstract

PURPOSE:To inexpensively enhance the efficiency by providing a difference at the switching velocities of two switching elements, delaying faster turn-ON and delaying a slower turn-OFF. CONSTITUTION:A 2-element forward type switching regulator has two switching elements 2 driven ON, OFF by a controller 11, and supplies power through its transformer 4 to a load. In this case, the elements 2 use an element 2-1 having fast switching velocity like an FET, and an element 2-2 having a slow switching velocity like a triple diffused bipolar transistor. The ON signal of the element 2-1 is delayed by the controller 11, and the OFF signal of the element 2-2 is delayed. Thus, the regulator can be inexpensively operated in high frequency.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は2石フォワード形スイッチングレギエレータの
制御方式に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a control system for a two-stone forward switching regiator.

従来技術とその問題点 スイッチングレギュレータの回路方式には種々のものが
あるが、近年は高入力電圧に適して大容量出力が得られ
、しかも小型化しやすい2石フォワード方式が多くなっ
てきている。この2石フォワード方式のスイッチングレ
ギュレータは第3図に示す如く、直流電源1の端子間に
スイッチング素子2′−1とダイオード3−1との直列
回路およびスイッチング素子2′−2とダイオード3−
2との直列回路を接続し、各直列回路のスイッチング素
子とダイオードとの接続点間にトランス4の1次巻線4
−1を接続し、各スイッチング素子2’−1,2’−2
には制御回路11′より同時にオン、オフさせる信号を
印加し、1次巻線4−1に矩形波電圧を発生させ、1次
巻線4−1との巻数比に応じた矩形波電圧を2次巻線4
−2に得るものである。こうして得られた矩形波電圧を
ダイオード5で整流し、リアクトA/6とコンデンサ7
とからなる平滑回路と、帰還ダイオード8とによって所
望の直流電圧を出力端子919′間に得ている。なお1
0はダミーロードである。このような2石フォワード方
式のスイッチングレギュレータは、第4図のように制御
回路11より2個のスイッチング素子に同時にオン−オ
フさせる信号を印加するため、スイッチング周波数を高
くして小型化しやすいという利点がある反面、スイッチ
ング損失を低減させるためにFETのような高速のスイ
ッチング素子を用いなければならず、高価になるという
欠点があった。
PRIOR ART AND THEIR PROBLEMS There are various circuit systems for switching regulators, but in recent years the two-stone forward system has become more popular as it is suitable for high input voltages, provides a large capacity output, and is easy to downsize. As shown in FIG. 3, this two-stone forward type switching regulator has a series circuit of a switching element 2'-1 and a diode 3-1 and a series circuit of a switching element 2'-2 and a diode 3-1 between the terminals of a DC power supply 1.
2, and connect the primary winding 4 of the transformer 4 between the connection points of the switching elements and diodes of each series circuit.
-1 and each switching element 2'-1, 2'-2
A signal to turn on and off simultaneously is applied from the control circuit 11' to generate a rectangular wave voltage in the primary winding 4-1, and a rectangular wave voltage according to the turns ratio with the primary winding 4-1. Secondary winding 4
-2. The rectangular wave voltage obtained in this way is rectified by diode 5, and then connected to reactor A/6 and capacitor 7.
A desired DC voltage is obtained between the output terminals 919' by the smoothing circuit consisting of the above and the feedback diode 8. Note 1
0 is a dummy load. Such a two-stone forward type switching regulator has the advantage of increasing the switching frequency and making it easier to downsize, since the control circuit 11 applies a signal to turn on and off two switching elements at the same time, as shown in Figure 4. However, in order to reduce switching loss, it is necessary to use a high-speed switching element such as an FET, which has the disadvantage of being expensive.

発明の目的 本発明は王妃欠点を解消するもので、2石フォワード方
式のスイッチングレギュレータに用いられる2個のスイ
ッチング素子のスイッチング速度に差をもたせ、スイッ
チング速度の速いスイッチング素子のターンオンを遅延
させるとともにスイッチング速度の遅いスイッチング素
子のターンオフを遅延させることにより、スイッチング
速度の速いスイッチング素子でのみスイッチング損失を
発生させるようにして安価で効率の高い2石フォワード
形スイッチングレギエレータの制御方式を得ることを目
的とする。
OBJECT OF THE INVENTION The present invention solves the disadvantages of a two-stone forward type switching regulator by providing a difference in the switching speeds of two switching elements used in a two-stone forward type switching regulator, thereby delaying the turn-on of the switching element with a faster switching speed, and increasing the switching speed. The purpose of this invention is to obtain an inexpensive and highly efficient control method for a two-stone forward type switching regiator by delaying the turn-off of slow switching elements so that switching losses occur only in switching elements with fast switching speeds. shall be.

発明のH4成 本発明の2石フォワード形スイッチングレギエレータの
制御方式は、同時にオン伊オフする2個のスイッチング
素子の一方にスイッチング速度の速い素子を、他方にス
イッチング速度の遅い素子を用い、スイッチング速度の
速い鉄子のターンオンを遅延させるとともにスイッチン
グ速度の遅い素子のターンオフを遅延させるものである
The control system for the two-stone forward switching regiator of the present invention uses an element with a fast switching speed as one of two switching elements that turn on and off at the same time, and an element with a slow switching speed as the other. This delays the turn-on of fast-speed iron elements and the turn-off of slow-switching devices.

実施例 以下実施例により説明する。第1図は本発明の2石フォ
ワード形スイッチングレギュレータの制御方式を説明す
るための回路図で、第3図と同じ機能を有するものには
同じ符号を付している。第1図において、2−1はスイ
ッチング速度の速い素子(以下単に「速い素子」という
。X2−2はスイッチング速度の遅い素子(以下単に「
遅い素子」という。)である。速い素子2−1としては
、FITやリングエミッタ形のバイポーラトランジスタ
があり、そのターンオン時間、ターンオフ時間が短かく
1高いスイッチング周波数であってもスイッチング損失
を小さくさせることができるが、高価である。一方、遅
い素子2−2としては、三重拡散形やエピタキシャル形
のバイポーラトランジスタがあり、そのターンオン時間
、ターンオフ時間は速い素子2−1に比べて1桁程度長
い。本発明の制御方式は、制御回路11により速い素子
2−1に対するオン信号を遅延させるとともに遅い素子
に対するオフ信号を遅延させるようにする。その制御回
路11を第2図により説明する。第2図において、20
はパルス発生器で、スイッチングレギュレータ制御用I
Oのパルス幅制御された出力から抵抗21,22、コン
デンサ23からなる積分回路およびインバータ24 、
25 。
EXAMPLES The present invention will be explained below using examples. FIG. 1 is a circuit diagram for explaining the control system of the two-stone forward switching regulator of the present invention, and parts having the same functions as those in FIG. 3 are given the same reference numerals. In FIG. 1, 2-1 is an element with a fast switching speed (hereinafter simply referred to as a "fast element"). X2-2 is an element with a slow switching speed (hereinafter simply referred to as "a fast element").
"Slow element". ). As the fast element 2-1, there is an FIT or a ring emitter type bipolar transistor, which has short turn-on time and turn-off time and can reduce switching loss even at a switching frequency that is one higher, but is expensive. On the other hand, the slow element 2-2 is a triple diffusion type or epitaxial type bipolar transistor, and its turn-on time and turn-off time are about one order of magnitude longer than the fast element 2-1. In the control method of the present invention, the control circuit 11 delays the ON signal for the fast element 2-1 and delays the OFF signal for the slow element. The control circuit 11 will be explained with reference to FIG. In Figure 2, 20
is a pulse generator, and I is used to control the switching regulator.
From the pulse width controlled output of
25.

26.27 、NANDゲー)28、NORゲート 2
9を介して増幅器30.31に入力される。増幅器30
の出力は速い素子2−1に、増幅器31の出力は遅い素
子2−2にそれぞれ入力されるようにすれば、前述した
制御方式を実現することができる。この4個のインバー
タ24 、25 。
26.27, NAND game) 28, NOR gate 2
9 to the amplifier 30.31. amplifier 30
The above-described control system can be realized by inputting the output of the amplifier 31 to the fast element 2-1 and inputting the output of the amplifier 31 to the slow element 2-2. These four inverters 24 and 25.

26e27.1個のHANDゲート28.1個の1+ NORゲート29は、16ピンの工0内に収納されたも
のが市販されているので、制御回路11はこの1個のI
Oを追加するだけで構成することができる。
26e27. One HAND gate 28. One 1+ NOR gate 29 housed in the 16-pin circuit 0 is commercially available, so the control circuit 11 is connected to this one I
It can be configured by simply adding O.

上記の如く構成された制御回路11のオン信号はまず遅
い素子2−2に印加されるので、遅い素子2−2が先に
オンすなわちコレクタ、エミッタ間の抵抗が低くなる。
Since the ON signal of the control circuit 11 configured as described above is first applied to the slow element 2-2, the slow element 2-2 is turned on first, that is, the resistance between the collector and emitter becomes low.

そしてこの抵抗が十分低くなった時に速い素子2−1に
制御回路11からオン信号が印加され、直流電源1から
速い素子2−1→トランス401次巻線4−1→遅い素
子2−2なる経路で電流が流れる。スイッチング損失は
、スイッチング素子がオンからオフまたはオフからオン
に移行する時の電圧と電流の立ち上がりと立ち下がりで
発生するが、遅い素子2−2が先にオンになる時には電
流が流れていないため、遅い素子2−2のオン時のスイ
ッチング損失は発生せず、速い素子2−1がオンになっ
て電流が流れ始める時に速い素子2−1でのみスイッチ
ング損失が発生するものの、このスイッチング損失はき
わめて小さいものである。次に制御回路11のオフ信号
がまず速い素子2−1に印加されるので、速い素子2−
1の電圧の立ち上がりと電流の立ち下がりとによりスイ
ッチング損失が発生するものの、スイッチング損失はき
わめて小さいものである。
When this resistance becomes sufficiently low, an on signal is applied from the control circuit 11 to the fast element 2-1, and the DC power source 1 changes the speed from the fast element 2-1 to the transformer 40 primary winding 4-1 to the slow element 2-2. Current flows in the path. Switching loss occurs when the voltage and current rise and fall when the switching element transitions from on to off or from off to on, but when the slow element 2-2 turns on first, no current is flowing. , switching loss does not occur when the slow element 2-2 is turned on, and switching loss occurs only in the fast element 2-1 when the fast element 2-1 turns on and current begins to flow. However, this switching loss is It is extremely small. Next, the off signal of the control circuit 11 is first applied to the fast element 2-1, so the fast element 2-1 is first applied to the fast element 2-1.
Although switching loss occurs due to the rise of the voltage and the fall of the current, the switching loss is extremely small.

この時遅い素子2−2は引き続きオンしているが、速い
素子2−1のオフによって電流は遮断されてしまうため
、その後遅い素子2−2にオフ信号が印加されても、遅
い素子2−2には後述する循環電流によるスイッチング
損失が発生するのみである。一方、速い素子2−1が先
にオフして電流が遮断されると、トランス4の1次巻線
4−1の励磁エネルギーによって1次巻線4−1に図示
された極性の電圧が発生するが、遅い素子2−2がオン
している間はこの遅い素子2−2とダイオード3−1と
を介して循環電流が流れるため、オフしている速い素子
2−1のドレイン、ソース間に印加される電圧は直流電
源電圧にダイオード3−1の順方向電圧を加算した値よ
り高くなることはない。その後遅い素子2−2がオフに
なると、遅い素子2−2に流れていた循環電流が遮断さ
れる時にスイッチング損失が発生するが、流れている電
流が小さいため、スイッチング損失もきわめて小さい。
At this time, the slow element 2-2 remains on, but the current is cut off by the fast element 2-1 being turned off, so even if an off signal is applied to the slow element 2-2, the slow element 2- 2, only switching loss due to circulating current, which will be described later, occurs. On the other hand, when the fast element 2-1 turns off first and the current is cut off, the excitation energy of the primary winding 4-1 of the transformer 4 generates a voltage of the polarity shown in the primary winding 4-1. However, while the slow element 2-2 is on, a circulating current flows through the slow element 2-2 and the diode 3-1, so that the current flows between the drain and source of the fast element 2-1, which is off. The voltage applied to the diode 3-1 never becomes higher than the sum of the DC power supply voltage and the forward voltage of the diode 3-1. When the slow element 2-2 is then turned off, switching loss occurs when the circulating current flowing through the slow element 2-2 is cut off, but since the flowing current is small, the switching loss is also extremely small.

この時トランス401次巻線4−1の励磁エネルギーが
残存していると、トランス4の1次巻線4−1に発生す
る電圧はさらに高くなろうとするが、ダイオード3−2
→直流電源1→ダイオード3−1なる経路で電流が流れ
始めることにより、速い素子2−1のドレイン、ソース
間、遅い素子のコレクタ、エミッタ間に印加される電圧
は、直流電源電圧にダイオード5−1.3−2の順方向
電圧を加算した値まで上昇してクランプされる。そして
前記経路で流れる電流はトランス4の1次巻線4−1の
励磁エネルギーの消失とともに流れなくなり、次のオン
信号が印加されるのを待って前述した動作を反復する。
At this time, if the excitation energy of the primary winding 4-1 of the transformer 40 remains, the voltage generated in the primary winding 4-1 of the transformer 4 tends to become even higher, but the diode 3-2
As a current begins to flow through the path → DC power supply 1 → diode 3-1, the voltage applied between the drain and source of the fast element 2-1 and between the collector and emitter of the slow element increases from the DC power supply voltage to the diode 5. The voltage rises to the sum of the forward voltage of -1.3-2 and is clamped. Then, the current flowing through the path stops flowing as the excitation energy of the primary winding 4-1 of the transformer 4 disappears, and the above-described operation is repeated after waiting for the next ON signal to be applied.

上記の如き制御方式であるから、ターンオシ遅延させる
スイッチング素子でのみスイッチング損失が発生し、こ
のスイッチング素子にスイッチング速度の速い素子を用
いれば、効率を高めることができる。またターンオフを
遅延させるスイッチング素子ではほとんどスイッチング
損失が発生しないので、このスイッチング素子にスイッ
チング速度の遅い素子を用いても、効率を低下させるこ
となく装置を安価に構成することができる。
Since the control method is as described above, switching loss occurs only in the switching element that delays turn-off, and if an element with a high switching speed is used as the switching element, efficiency can be increased. Further, since almost no switching loss occurs in a switching element that delays turn-off, even if an element with a slow switching speed is used as the switching element, the device can be constructed at low cost without reducing efficiency.

発明の効果 冥施例において詳述した如く、本発明の2石フォワード
形スイッチングレギュレータの制御方式は、2個のスイ
ッチング素子のうち1個でのみスイッチング損失を発生
させることができるので1この1個のスイッチング素子
にFITのようなスイッチング速度の速い素子を用い、
他のスイッチング素子に三重拡散形パイポーフトランジ
スタのようなスイッチング速度の遅い素子を用いれば、
価格がパイボーラトフンジスタの3倍程度のlFETを
1個にして2石フォワード形スイッチングレギュレータ
の高周波化を図ることができる。
Effects of the Invention As described in detail in the embodiment, the control method of the two-stone forward switching regulator of the present invention can generate switching loss in only one of the two switching elements. Using a fast switching speed element such as FIT as the switching element,
If you use an element with a slow switching speed such as a triple diffused Paipov transistor as the other switching element,
It is possible to increase the frequency of a two-stone forward type switching regulator by using one lFET whose price is about three times that of a piebolat fungistor.

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

第1図は本発明の2石フォワード形スイッチングレギエ
レータの制御方式を説明するための回路図、第2図はそ
の制御回路図、第3図は従来の2石フォワード形スイッ
チングレギュレータの制御方式を説明するための回路図
1第4図はその制御回路の出力波形図である◎ 1・・・直流電源   11−11′・・・制御回路2
0・・・パルス発生器
Fig. 1 is a circuit diagram for explaining the control system of the two-stone forward type switching regulator of the present invention, Fig. 2 is its control circuit diagram, and Fig. 3 is the control system of the conventional two-stone forward type switching regulator. Circuit diagram 1 for explaining Figure 4 is an output waveform diagram of the control circuit◎ 1...DC power supply 11-11'...Control circuit 2
0...Pulse generator

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)直流電源端子間にスイッチング素子とダイオード
との直列回路を2組接続し、各スイッチング素子とダイ
オードとの接続点間にトランスの1次巻線を接続し、前
記各スイッチング素子を同時にオン、オフさせることに
よって2次巻線に誘起される矩形波電圧を整流、平滑し
、所望の直流電圧を得る2石フォワード形スイッチング
レギュレータの制御方式において、2個のスイッチング
素子の一方にスイッチング速度の速い素子を、他方にス
イッチング速度の遅い素子を用い、スイッチング速度の
速い素子のターンオンを遅延させるとともにスイッチン
グ速度の遅い素子のターンオフを遅延させることを特徴
とする2石フォワード形スイッチングレギュレータの制
御方式。
(1) Connect two series circuits of a switching element and a diode between the DC power supply terminals, connect the primary winding of a transformer between the connection points of each switching element and the diode, and turn on each switching element at the same time. In the control method of a two-wheel forward type switching regulator, which rectifies and smoothes the rectangular wave voltage induced in the secondary winding by turning it off to obtain the desired DC voltage, one of the two switching elements has a switching speed control. A control method for a two-stone forward type switching regulator, characterized in that a fast element is used and an element with a slow switching speed is used, and the turn-on of the fast-switching speed element is delayed, and the turn-off of the slow-switching speed element is delayed.
(2)スイッチング速度の速い素子はFETまたはリン
グエミッタ形のバイポーラトランジスタ、スイッチング
速度の遅い素子は三重拡散形またはエピタキシャル形の
バイポーラトランジスタであることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の2石フォワード形スイッチングレ
ギュレータの制御方式。
(2) The element with a fast switching speed is a FET or a ring emitter type bipolar transistor, and the element with a slow switching speed is a triple diffusion type or epitaxial type bipolar transistor. Control method for stone forward type switching regulator.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010045967A (en) * 2008-08-15 2010-02-25 Power Integrations Inc Switching circuit for use in power converter, and method of controlling output from power converter

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JPS60144143A (en) * 1984-01-05 1985-07-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Dc voltage converter circuit

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