JPS6366156B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、切換モード電力供給のための出力
ステージに関する。

切換モード電力供給においては、A.C.ユーテ
イリテイ主母線の電圧が、整流されかつ平滑され
て、発振器駆動型切換電力出力ステージにより制
御される電気負荷にエネルギを供給するための
D.C.電力源を与えるというのが一般的である。

出力ステージは、一般に、飽和を達成しかつ電
力損失を最小化するために、かなりのベース電流
を必要とするトランジスタを備える。その高いベ
ース電流を調整するためにD.C.電力源からの電圧
を低下することにより、エネルギが浪費されかつ
多くの熱の発生を抑えることが困難であり、切換
出力ステージの特性は、最も不所望なものとな
り、他の方法の良好な熱効率とは対称的である。

出力トランジスタを飽和するために必要な高い
ベース電流には、出力ステージを作動するために
多くのエネルギが与えられなければならない。出
力ステージ駆動発振器は一般に、オーバワーク型
ベース駆動トランジスタを用いている。

台形状、好ましくは鋸歯状のような出力ステー
ジにおける出力電流対時間波形を与えるのが普通
であり、そのためそこに接続された任意の変圧器
の二次側におけるピーク電流は、その電流の中間
値により接近し得、二次回路における整流器およ
び平滑コンデンサにより与えられる応力を最小化
する。この台形の波形を達成することは、多くの
付加的なコンポーネントを使用することによつて
なされてきた。出力トランジスタのストレージ時
間は、そのようなステージが、小さな一次電流衝
撃係数で正しく作動しないということを意味し
た。このように作動しないと、出力トランジスタ
が加熱することになる。

したがつて、発振器からの低いエネルギの信号
で駆動されることができ、D.C.電力源からのエネ
ルギの大きな量の損失を生じず、かつ構成の簡単
さにもかかわらず低い衝撃係数においてさえ台形
の電流対時間波形で変圧器の一次側に作動する切
換モード電力供給のための出力ステージを提供す
ることが望まれる。

この発明は、切換モード電力供給のための出力
ステージにあり、そこでは、出力装置は、前記装
置の制御ポート内に流れる第２の電流を与えるこ
とに応答して、第１の電流が負荷内に流れるよう
に選択的に作動可能であり、前記出力ステージ
は、前記第２の電流の流れのためのエネルギが、
前記負荷への前記第１の電流と、外部制御信号に
応答して選択的に操作可能である前記第２の電流
とにより、前記制御ポートへ供給されるエネルギ
の一部分として取出されることにより特徴づけら
れる。

この発明の好ましい実施例において、出力トラ
ンジスタが、D.C.電力供給からの変圧器の一次巻
線を駆動する。二次巻線は好ましくは、その端部
の第１のもので、第１のダイオードおよび定電流
源を介してインダクタの第１の端部に接続され
る。インダクタの第２の端部は、好ましくは出力
トランジスタのベースに接続される。第２のダイ
オードは好ましくは、インダクタの第１の端部を
接地する。シヤントトランジスタが、好ましく
は、パワートランジスタのベースに接続されたコ
レクタと接続しかつ接地されたエミツタと接続す
る。シヤントトランジスタのベースは好ましく
は、パワートランジタスのベースが、外部制御信
号の印加に応答して制御可能に電気的に接地され
ることができるように、発振器のような外部制御
信号ソースに接続される。変圧器の二次巻線の第
２の端部は好ましくは、パワートランジスタのエ
ミツタに接続する。パワートランジスタのエミツ
タは好ましくは、抵抗器により接地される。その
回路は好ましくは、シヤントトランジスタが非導
電性であるとき、定電流が、パワートランジスタ
のベースを介してインダクタにより維持される
が、しかしシヤントトランジスタが導電性のと
き、誘電子において維持された定電流は、第２の
ダイオード、インダクタおよびシヤントトランジ
スタからなるループで維持されるように、作動す
る。その回路は好ましくは、パワートランジスタ
のベース−エミツタ結合を放電するために、シヤ
ントトランジスタが導電性にされるので、パワー
トランジスタのベースエミツタ結合を逆バイアス
する。

この発明は、添付の図面とともに、例として、
以下の説明からさらに説明される。

第１図は、好ましい実施例の概略図である。

npnパワートランジスタ１０のコレクタは、変
圧器１４の一次巻線１２の第１の端部に接続され
る。一次巻線１２の第２の端部は、電気ユーテイ
リテイ主母線の整流および平滑により生じた正の
D.C.電力を変圧器１４に与えるための電力供給接
続１６として設けられる。

変圧器１４の電力巻線１８は、切換モード電力
供給の出力として整流および平滑のためのA.C.
電力を与える。バイアス巻線２０は、第１のダイ
オード２２のアノードに接続された第１の端部
と、パワートランジスタ１０のエミツタに接続さ
れた第２の端部とを有する。バイアス巻線２０の
感度は、パワートランジスタ１０および一次巻線
１２を介する電流が増加するとき、第１のダイオ
ード２２が導通するようなものである。

第１のダイオードのカソードは、産業界におい
て知られた任意の種類のものであつてよい定電流
源２４に接続される。

その定電流源２４は、インダクタ２６の第１の
端部と、第２のダイオード２８のカソードとに接
続される。第２のダイオード２８のアノードは、
接地される。インダクタの第２の端部は、パワー
トランジスタ１０のベースに接続される。

抵抗器３０は、パワートランジスタ１０のエミ
ツタを接地する。npnシヤントトランジスタ３２
のコレクタは、パワートランジスタ１０のベース
に接続される。シヤントトランジスタ３２のエミ
ツタは、接地される。シヤントトランジスタ３２
のベースは、外部制御ライン３４に接続される。

第２図は、パワートランジスタ１０が導電性で
ある間の電流の流れを示す。

この間、シヤントトランジスタ３２は、非導電
性であり、外部制御ライン上の信号は、0.7ボル
トよりも小さくかつ０よりも大きい。

パワートランジスタ１０は、変圧器の一次巻線
１２を介して増加中の電流３６を通す。増加中の
パワートランジスタの電流３６は、バイアス巻線
２０に電磁力を誘導し、そのためダイオード２２
が導通し、かつ定電流発生器２４により定められ
る大きさを有しかつインダクタ２６により“貯え
られる”ループ電流３８が、パワートランジスタ
１０のベース−エミツタ結合を介して流れて、パ
ワートランジスタ１０をオンにし、かつパワート
ランジスタ１０のエミツタを介してバイアス巻線
２０に戻る。

第３Ａ図は、時間に対して作成されたパワート
ランジスタ１０に関するコレクタ電流波形を示
す。第２図の回路の動作は、第３Ａ図の立上がり
中の電流部分４１に対応する。

第３Ｂ図は、時間に対して作成されたパワート
ランジスタ１０に関するベース電流波形を示す。
第２図により示される回路の動作の部分は、第３
Ｂ図の立上がり中のベース電流の部分４２に対応
する。

第４図は、シヤントトランジスタ３２が、第１
図の外部制御ライン３４に、接地よりも正である
0.7ボルトの範囲の電圧を加えることによつて切
換えられる回路の動作を示す。

シヤントトランジスタ３２をオンにすること
は、パワートランジスタ１０をオフにし、かつ第
３Ａ図のコレクタ電流４３の立下がり領域と第３
Ｂ図のオーバシユート４５および急激な立下がり
４４の領域に対応する。

シヤントトランジスタ３２がオンにされると、
第２図のループ電流３８は、接地されかつ抵抗器
３０を介してバイアス巻線２０に戻されて、第４
図のスイツチング−オフ信号４６になる。電流４
６は、インダクタ２６が与える慣性によつてその
値を維持する。

図示されるように抵抗器３０を介して流れるス
イツチングオフ電流４６は、非導電性になること
に応答するパワートランジスタ１０のエミツタ−
ベース結合を逆バイアスする。パワートランジス
タ１０のベース蓄積電荷は、シヤントトランジス
タ３２を介して急速に大地に放電され、第４図の
ベース−放電電流４８を示す第３Ｂ図の逆ベース
−電流オーバシユート４５を生ずる。

第５図は、パワートランジスタ１０がオフにさ
れたのちに生ずる状態を示す。

シヤントトランジスタ３２は、第１図の外部制
御ライン３４上の連続信号に応答してオンにされ
たままである。その電流は、バイアス巻線２０、
第１のダイオード２２および定電流源２４の組合
わせによつて停止する。なぜならば変圧器１４に
エネルギが与えられていないからである。その代
わりその電流は、維持電流５０として第２のダイ
オード２８とインダクタ２６とシヤントトランジ
スタ３２からなるループを流れる。インダクタ２
６の慣性によつて、維持電流５０は、定電流源２
８により予め制御された値から変わることはな
い。インダクタ２６の時定数は、維持電流５０
が、パワートランジスタ１０の導電性の期間の間
の任意の正常な間隔の間に実質的に低下しないま
まであるように選択される。第２のダイオード２
８は、維持電流５０を流すとき以外は非導電性で
ある。この回路の動作におけるこのステージは、
第３Ａ図のゼロコレクタ電流部分５２と第３Ｂ図
のゼロバイアス電流部分５３とに対応する。

第６図は、第３Ａ図の立上がり中のコレクタ電
流部分５４と第３Ｂ図の立上がり中のベース電流
部分５５とに対応して、パワートランジスタ１０
がオンに戻されるときに生ずる状態を示す。

第１図のシヤントトランジスタ３２がオフにさ
れる。第５図の維持電流５０が、パワートランジ
スタ１０のベース−エミツタ結合を介して瞬間に
流れて、迅速なスイツチオンを起こす。その後、
動作状態が第２図などに示されるこれらを介して
循環する。

この回路の動作の上述の説明は、回路が既に作
動しているものと仮定してなされた。当業者は、
その回路が、始動されなければならず、かつその
ような始動は、パワートランジスタ１０のベース
に小さなバイアス電流をゆつくりと与えることに
よつて達成され、エネルギが定電流源２８の制御
動作により制限されるまではインダクタ２６にか
つ変圧器１４のバイアス巻線２０にエネルギを蓄
積するために、パワートランジスタ１０のための
制御の切換可能なソースとしてシヤントトランジ
スタ３２が用いられ得るということが理解できる
であろう。始動バイアス電流はそれから、必要に
応じ除去されまたはそのままにされることができ
る。

定電流源２６は、能動半導体回路、またはバレ
ツタ、正温度係数抵抗装置もしくはその種のもの
のような非直線導電回路のいずれでもよい。電流
の制御は、その回路の残りの部分へ注入される変
圧器１４からのエネルギが非常に大きくなること
を防止するのに要求されるものよりもより正確で
ある必要はない。定電流源２４の或る形式は、電
流を一方方向に流すだけであり、かつしたがつて
第１のダイオード２２は不要になる。

上述した例は、パワートランジスタ出力ステー
ジを参考して述べられてきた。しかしながら、簡
単な変更によつて、その回路は、プツシユプル対
の出力トランジスタをサポートするようにされる
ことができ、または１つもしくはそれ以上のサイ
ラトロン、トライアツクもしくはその種のものを
駆動するようにできる。

パワートランジスタ１０のベースへのおよびそ
こからの電流の切換えは、シヤントトランジスタ
３２を用いて説明された。しかしながら、他の構
成が、そのように電流を切換えるために用いら
れ、かつこの発明に応用可能であることも理解で
きる。

この発明が一部として示された電力供給の出力
は、変圧器１４の電力巻線１８から取出されるも
のとして説明されてきた。しかしながら、変圧器
１４は、バイアス巻線２０を励起するためにのみ
用いられる電力巻線１８を有している必要はな
く、かつ他の電気負荷が、パワートランジスタ１
０のコレクタに接続されることができるというこ
とを理解すべきである。

好ましい実施例の出力ステージが、外部発振器
により駆動されて示された。しかしながら、その
ようなステージは、自己発振されることができる
ということは、当業者が理解できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、好ましい実施例である切換モード電
力供給出力ステージの概略図を示す。第２図は、
パワートランジスタのコレクタが電流を運ぶとき
に導通している第１図のこれらの部分を示す。第
３Ａ図は、パワートランジスタに関するコレクタ
電流対時間の関係を示す。第３Ｂ図は、パワート
ランジスタに関するベース電流対時間の関係を示
す。第４図は、パワートランジスタがオフにされ
た瞬間において電流を運ぶ第１図のこれらの部分
を示す。第５図は、パワートランジスタが完全に
オフにされたときに電流を運ぶ第１図のこれらの
部分を示す。第６図は、パワートランジスタがオ
ンにされた瞬間において電流を運ぶ第１図のこれ
らの部分を示す。 図において、１０はパワートランジスタ、１４
は変圧器、２０はバイアス巻線、２６はインダク
タを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 切換モード電源のための出力ステージであつ
   て、前記出力ステージはエミツタが接地されたパ
   ワートランジスタ１０とトランス１４とを備え、
   前記トランスは前記パワートランジスタのコレク
   タから第１の電流３６を受けるように接続された
   １次巻線１２とさらに２次巻線２０を含み、その
   ２次巻線の第１の端は前記パワートランジスタの
   エミツタに接続されていて第２の端は前記第１の
   電流が増大するときに前記パワートランジスタを
   導通させるように働く或る与えられた方向の第２
   の電流３８を与えるために前記パワートランジス
   タのベースにインダクタを介して接続されてお
   り、前記出力ステージはさらに前記パワートラン
   ジスタの導通を終了させるように与えられる信号
   ３４に応答して前記第２の電流を前記パワートラ
   ンジスタのベースから接地へ反らせるように接続
   されたシヤントトランジスタ３２を備え、前記出
   力ステージは、前記与えられた方向にのみ所定の
   値の電流が流れるように制御するために前記２次
   巻線の第２の端に直列に接続された電流調整器２
   ４をさらに備えたことを特徴とし、さらに前記イ
   ンダクタと前記電流調整器との間の共通点は電流
   蓄積ダイオード２８によつて接地されていて、前
   記シヤントトランジスタが導通されて前記第２の
   電流を前記パワートランジスタの前記ベースから
   反らせる場合に前記第２の電流は前記インダク
   タ、前記シヤントトランジスタ、および前記電流
   蓄積ダイオードを含む電流維持ループ５０内に蓄
   えられ、前記シヤントトランジスタが再び非導通
   にされた場合に前記蓄えられた第２の電流を再び
   前記パワートランジスタの前記ベースに利用可能
   にすることを特徴とする出力ステージ。 ２ 前記電流調整器は前記第２の電流が前記与え
   られた方向にのみ流れることを確実にするために
   互いに直列の一連のダイオード２２を含むことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の出力ステ
   ージ。 ３ 前記パワートランジスタの前記エミツタは抵
   抗器３０を介して接地されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項に記載の出
   力ステージ。 ４ 前記トランスはそこからパワー出力を提供す
   るためのパワー巻線１８を含むことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかの
   項に記載された出力ステージ。