JPS63263916A - スイッチングトランジスタのスイッチ−オン電流ピークを制限する回路配置 - 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】 本発明は制御入力端子に同一高さの方形スイッチングパ
ルスを供給して、スイッチングトランジスタのスイッチ
−オン電流ピークを制限する回路配置に関するものであ
る。

この種回路配置は例えばドイツ国特許出願ＤＥ−３５１
８９１３号明細書から既知である。この既知の回路配置
のスイッチングトランジスタ、即ち、電界効果トランジ
スタをクロックパルス制御直流電圧変換器の１次回路に
設けている。この場合、パルス幅変調器によって電界効
果トランジスタの過渡時間を制御してこれをトランジス
タのゲート及びソース接続部間に長さが変化する矩形波
スイッチングパルスを供給するようにしている。これが
ため、スイッチングトランジスタの接点通路、即ち、ド
レイン供給導線に直列にスイッチ−オン電流ピークを制
限する可飽和チョークを配列する。

可飽和チョークを用いないでトランジスタをスインチー
オンして導通状態にすると、そのドレインーソース通路
の両端間の全入力電圧が降下するようになる。即ち、こ
のトランジスタの電流ピークが高くなり（８Ａ以上）、
従って電力消費が大きくなり、その結果、トランジスタ
が破壊し得るようにもなる。これがため、チョークを用
いて電流ピークを制限して飽和状態とし、これによりス
イッチングパルス中変換器の他の特性に影響を与えない
ようにする。

しかし、トランジスタのスイッチ−オン瞬時にトランジ
スタの作動回路に上述したようなチョークを配置してい
るため、直流電圧変換器の入力電圧の大きさの電圧差が
このチョークで小さくなる。

これがため、かかるチョークの大きさを適宜定めて、何
らの損傷なく、上記大きさの故障による電圧差に耐え得
るようにする必要がある。直流電圧変換器の入力電圧は
用途に応じて数ボルト或いは数百ボルトにもなる。従っ
て、大きさを不必要に大きくする必要のない場合には各
用途毎に既知の保護回路を設計し直す必要がある。

本発明の目的はスイッチングトランジスタの作動回路の
電圧条件に従って設計する必要のない上述した種類のス
イッチングトランジスタのスイッチ−オン電流ピークを
制限する回路配置を提供せんとするにある。

本発明は制御入力端子に同一高さの方形スイッチングパ
ルスを供給して、スイッチングトランジスタのスイッチ
−オン電流ピークを制限する回路配置において、前記ス
イッチングトランジスタの接続リード線にはコイルを設
け、このコイルを経て前記スイッチングトランジスタの
動作電流を流し、前記コイルの自己誘導によって発生す
る電圧により前記スイッチングトランジスタの制御電圧
を打消し、前記コイルの自己インダクタンスを適宜定め
て、スイッチ−オン電流ピークの発生によってのみ前記
スイッチングトランジスタの制御電圧を有効に減少し得
るようにしたことを特徴とする。

上述したコイルを本発明に従って配列する場合には、磁
気的に飽和し得るコアを用いる必要はない。接続部間に
生じ得る最大電圧差はスイッチングトランジスタのスイ
ッチングパルスの振幅と同程度に大きい。即ち、コイル
の磁気断面及び巻回数はこの負荷に従って設計する必要
がある。この巻回数は総ての用途で小さく選定してコイ
ルの巻線の容量が実際上零となり得るようにする。

本発明の好適な例では、前記コイルに第１減磁ダイオー
ドを並列に接続するようにする。又前記コイルを電流変
換器の１次コイルとし、電流変換器の２次回路には整流
ダイオード及び負荷としての第１抵抗を設け、この第１
抵抗を直列接続の可飽和チョーク及び第２負荷抵抗に並
列に接続し、第１負荷抵抗の抵抗値を第２負荷抵抗の抵
抗値よりも充分大きくするようにする。更に、可飽和チ
ョークに第２減磁ダイオードを並列に接続するようにす
る。本発明の更に他の例ではクロックパルス制御直流電
圧変換器のスイッチングトランジスタを流れる動作電流
をモニタする回路配置を設ける。かように電力変換の大
きな直流電圧変換器では動作電流がオーム測定抵抗を流
れるモニタ回路の場合よりも電力損失が少なくなる利点
がある。

図面につき本発明を説明する。

入力端子Ｅ゛及びＥ−に入力電圧ＵＢが供給される本発
明による直流電圧変換器の１次回路には、並列接続のコ
ンデンサＣＬ及び変成器Ｕの１次コイルと、電界効果ト
ランジスタＴの接点３Ｉｉ路とを設け、この電界効果ト
ランジスタのドレイン接続部りを上記並列接続回路に接
続し、ソース接続部Ｓを他のコイルＰＷを経て入力電圧
源の負端子Ｅ−に接続する。コイル四には減磁ダイオー
ドＤＥＩを逆並列に接続する。電界効果トランジスタＴ
にはパルス幅変調器ＰＷＭから制御パルスＵＳＴを供給
する。

この制御パルスｌｌ５Ｔの電圧はゲート接続部Ｇ及び入
力電圧源の負端子ε−間で降下する。電界効果トランジ
スタＴが導通状態にある場合には上記制御電圧ＵＴＳは
１５Ｖであるが、このトランジスタＴが非導通状態にあ
る場合にはこの制御電圧ＵＴＳは零■となる。コンデン
サＣＬを１次側に伝達された変圧器Ｕの巻線容量とする
。直流電圧変換器の出力回路である変圧器Ｕの２次回路
には第１整流ダイオードＧＲＩ及び出力電圧が降下する
出力コンデンサＣＡを設ける。中心口出しタップをパル
ス幅変調器ＰＷＨの入力側に接続した分圧器Ｒ１，Ｒ２
をコンデンサＣＡに並列に接続する。

電界効果トランジスタＴが遮断状態にある場合にはその
ドレイン及びソース接続部間の全入力電圧ＦＩＢが降下
する。電界効果トランジスタＴが導通状態にある場合に
はコイルＣＬはスイッチ−オン瞬時に短絡回路として作
用し、制御電圧ＵＢはドレイン接続部り及び入力電圧源
の負端子Ｅ−間に供給されて、電界効果トランジスタＴ
の低オームドレイン−ソース通路及びコイル四の直列接
続回路の両端間で降下する。

これがため、コイル四によって電流Ｉが急激に増大する
のを防止し、これにより可飽和コアを必要とせず、電界
効果トランジスタＴのゲート−ソース電圧をほぼ零■に
減少する。これがため、電界効果トランジスタＴを流れ
る電流を制御してコイルｐｈの両端で、１５Ｖ以上の電
圧差が生じ得ないようにする。従って、コイルのインダ
クタンスの値のみを適宜設定して電界効果トランジスタ
Ｔは電流■の動作範囲で導通状態に保持したままとする
。電流■のスイッチ−オン電流ピークに含まれるエネル
ギーはコイルＰＫに磁気エネルギーとして蓄えられ、電
流Ｉの減衰時に減磁ダイオードＤＥＬを経て熱に変換さ
れる。

上述した所ではコイルＰＷを電流変換器ＳＴＨの１次コ
イルとすることについて何等考慮しなかった。

その理由は、後述するように電流変換器ＳＴＷの２次コ
イルを高オーム抵抗値として電流変換器ＳＴＨの１次回
路の２次回路に与える影響を実際上無視し得るようにす
るからである。

電流変換器ＳＴＷの２次回路によって、はぼ一定の可変
速度で増大する電流ｉが臨界値以上となる場合に電界効
果トランジスタＴのスイッチ−オン時間をパルス幅変調
器ＰＥＭを経て短縮する。即ち、パルス幅変調器はスイ
ッチ−オン瞬時に上述した処理によって何等影響を受け
ないようにする必要がある。

この理由で、電流変調器ＳＴＨの２次コイルＳ−の両端
間に直列接続の第２整流ダイオードＧＲ２及び第１負荷
抵抗ＲＢＩ　（負荷）を接続し、この第１負荷抵抗ＲＢ
Ｉに直列接続のチョークＤＲ及び第２負荷抵抗１２Ｂ２
を接続する。このチョークＤＩ？を第２減磁ダイオード
Ｄ［！２によって分路する。上記２次回路の出力接続部
を第２負荷抵抗ＲＢ２の両端の接続部とする。これら接
続部間の電圧をパルス幅変調器ＰＷＭの電流モニタ接続
部（本例では集積素子ＵＣｌ３４６）に供給する。チョ
ークＤＲは可飽和特性を有するものとし、即ち、そのコ
アを動作条件で磁気飽和し得る材料で造る。

電界効果トランジスタＴを導通状態にすると、２次巻線
ＳＨの両端の接続部間の電圧、又は第１負荷抵抗ＲＢＩ
の両端間の電圧が降下し、この電圧はまず最初零から出
発するピークを有し、次いで制限値まで均等に増大する
ようになる。第１負荷抵抗１２Ｂ１の抵抗値を適宜選定
して、直流電圧変換器の１次回路に流れる電流ｉの時間
変化に対する第１負荷抵抗の両端間の電圧降下の時間変
化の割合が著しく類イ以し得るようにする。この類似特
性を用いて、第１負荷抵抗ＲＢＩの両端間の電圧が前記
ピーク以外で臨界値以上になると直ちに電界効果トラン
ジスタＴのスイッチ−オン時間を短縮し得るようにする
。この目的のため、可飽和チョークＤＲと抵抗値が第１
負荷抵抗ＲＢＩの抵抗値のほぼ１／１００である第２負
荷抵抗ＲＢ２とを具える分圧器を用いる。この分圧器を
流れる電流は前記チョーク１）Ｉ？により抑圧された電
流ピークを除き第１負荷抵抗ＲＢＩの両端間の電圧と共
に増大する。これがため、チョークＤＲを流れる電流が
チョークＤＲＯ値に依存するスレシホルド値以上になる
と、チ剛−りが磁気飽和となるようにする。このプロセ
スによってチョークＤＩ？を流れる電流の増加、従って
、第２負荷抵抗ＲＢ２の間の電圧増加が著しく迅速とな
る。これがため、チョークＤＲは電流−依存抵抗として
作用する。即ち、チョークＤＲが飽和しない場合には２
次コイルＳＷに接続された全負荷が小さくなると共にチ
ョークＤＲが飽和すると、この負荷が増大する。全負荷
が増大することによって電流変換器ＳＴＨの１次側でそ
の寄生インダクタンスのみが有効となる。これは大きな
動作電流が流れ得る場合に１次コイルＰＳのインダクタ
ンスを決めるうえで特に有利である。電流Ｉが更に増大
すると、第２負荷抵抗ＲＢ２を流れる電流、従って、そ
の両端間の電圧に対しても上述した所と同様のことが適
用される。最終的に、この電圧がパルス幅変調器ＰＷＭ
で調整し得るスレシホルドで印加される場合には電界効
果トランジスタＴが直ちに遮断状態となり、この状態が
次のスイッチングパルスの発生時まで継続されるように
なる。

上述したように、第１及び第２負荷抵抗ＲＢＩ及びＲＢ
２の値を適宜選定することによって第１負荷抵抗ＲＢＩ
の抵抗値を第２負荷抵抗ＲＢ２の抵抗値よりも著しく大
きく　（約１００倍）することができる。

更に、コイルＰＷの作動の上述した説明を良好に保持す
るために、第１負荷抵抗ＲＢＩの抵抗値を巻線（コイル
）ＰＨ及びＳＷのオーム抵抗値よりも大きくする必要が
ある。制御電圧ＵＴＳが１５Ｖの場合には電流変換器Ｓ
ＴＷを適宜構成して第１−負荷抵抗ＲＢＩの値が数百オ
ーム、第２負荷抵抗ＲＢ２の値が数オームとなるように
する。

＝１２−

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明スイッチングトランジスタのスイッチ−
オン電流ピークを制限する回路配置を用いるクロックパ
ルス制御直流電圧変換器の構成を示す回路図である。 Ｔ・・・電界効果トランジスタ Ｄ・・・ドレイン接続部　　Ｓ・・・ソース接続部Ｇ・
・・ゲート接続部　　　ＣＬ、　ＣＡ・・・コンデンサ
Ｕ・・・変成器 Ｒ１，Ｒ２，ＲＢＩ、　ＲＢ２・・・抵抗ＰＨト・・パ
ルス幅変調器　ＳＴＷ・・・直流電圧変換器Ｐト・１次
コイル　　　　Ｓ−・・・２次コイルＤＰＩ、　ＤＥ２
．　Ｇｉ？２・・・ダイオードＤＲ・・・チョーク（可
飽和コア） ｔｌＢ・・・入力電圧　　　　　ＵＡ・・・出力電圧Ｕ
ＳＴ・・・制御パルス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御入力端子に同一高さの方形スイッチングパルス
   を供給して、スイッチングトランジスタのスイッチ−オ
   ン電流ピークを制限する回路配置において、前記スイッ
   チングトランジスタ（Ｔ）の接続リード線にはコイルを
   設け、このコイルを経て前記スイッチングトランジスタ
   の動作電流を流し、前記コイルの自己誘導によって発生
   する電圧により前記スイッチングトランジスタ（Ｔ）の
   制御電圧を打消し、前記コイル（ＰＷ）の自己インダク
   タンスを適宜定めて、スイッチ−オン電流ピークの発生
   によってのみ前記スイッチングトランジスタの制御電圧
   を有効に減少し得るようにしたことを特徴とするスイッ
   チングトランジスタのスイッチ−オン電流ピークを制限
   する回路配置。 ２、前記コイル（ＰＷ）に第１減磁ダイオード（ＤＥ１
   ）を並列に接続するようにしたことを特徴とする請求項
   １に記載のスイッチングトランジスタのスイッチ−オン
   電流ピークを制限する回路配置。 ３、前記コイル（ＰＷ）を電流変換器（ＳＴＷ）の１次
   コイルとし、電流変換器の２次回路には整流ダイオード
   （ＧＲ２）及び負荷としての第１抵抗（ＲＢ１）を設け
   、この第１抵抗を直列接続の可飽和チョーク（ＤＲ）及
   び第２負荷抵抗（ＲＢ２）に並列に接続し、第１負荷抵
   抗（ＲＢ１）の抵抗値を第２負荷抵抗（ＲＢ２）の抵抗
   値よりも充分大きくするようにしたことを特徴とする請
   求項１又は２に記載のスイッチングトランジスタのスイ
   ッチ−オン電流ピークを制限する回路配置。 ４、可飽和チョーク（ＤＲ）に第２減磁ダイオード（Ｄ
   Ｒ２）を並列に接続するようにしたことを特徴とする請
   求項３に記載のスイッチングトランジスタのスイッチ−
   オン電流ピークを制限する回路配置。