JPS642540Y2 - - Google Patents

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JPS642540Y2
JPS642540Y2 JP8577883U JP8577883U JPS642540Y2 JP S642540 Y2 JPS642540 Y2 JP S642540Y2 JP 8577883 U JP8577883 U JP 8577883U JP 8577883 U JP8577883 U JP 8577883U JP S642540 Y2 JPS642540 Y2 JP S642540Y2
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capacitor
voltage
diode
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junction capacitance
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Description

【考案の詳細な説明】 〔本案の技術分野〕 本考案は、ステツプアツプ形のスイツチングレ
ギユレータに関する。
Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a step-up type switching regulator.

〔考案の背景技術とその問題点〕[Background technology of the invention and its problems]

従来、小型かつ低損失の直流電源装置としてス
イツチングレギユレータが広く用いられている。
Conventionally, switching regulators have been widely used as small-sized, low-loss DC power supplies.

ところで、このようなスイツチングレギユレー
タにあつて、ステツプアツプ形のものは、一般に
第1図に示すように構成されている。すなわち、
直流電源1の両端間にコンデンサ2を接続すると
ともにコンデンサ2の両端間にインダクタンス素
子3とスイツチング素子としてのトランジスタ4
を直列に接続している。そして、トランジスタ4
のコレクタ・エミツタ間に保護用のダイオード5
を逆極性に接続し、さらに、ダイオード5の両端
間に図示極性のダイオード6とコンデンサ7とを
直列に接続し、上記コンデンサ7の両端を出力端
子8a,8bに接続している。なお、図中9はコ
ンデンサ7の両端間に接続されて上記コンデンサ
7の端子間電圧が許容レベル以上になるのを防止
するツエナーダイオードを示し、また、10は直
流電源1のインピーダンスを示している。
Incidentally, among such switching regulators, a step-up type switching regulator is generally constructed as shown in FIG. That is,
A capacitor 2 is connected between both ends of a DC power source 1, and an inductance element 3 and a transistor 4 as a switching element are connected between both ends of the capacitor 2.
are connected in series. And transistor 4
A protective diode 5 is connected between the collector and emitter of
A diode 6 and a capacitor 7 having the illustrated polarity are connected in series between both ends of the diode 5, and both ends of the capacitor 7 are connected to output terminals 8a and 8b. In addition, in the figure, 9 indicates a Zener diode connected between both ends of the capacitor 7 to prevent the voltage between the terminals of the capacitor 7 from exceeding an allowable level, and 10 indicates the impedance of the DC power supply 1. .

しかして、この装置は、トランジスタ4のベー
ス・エミツタ間に矩形波パルス列信号Pを与える
ことによつてコンデンサ7の両端、つまり出力端
子8a,8b間から直流電源1の出力電圧の数倍
から数10倍の直流電圧を得るようにしている。す
なわち、パルス列信号Pが立上るとトランジスタ
4がオン動作し、コンデンサ2〜インダクタンス
素子3〜トランジスタ4〜コンデンサ2の経路お
よび直流電源1を介した経路で電流が流れる。こ
のような状態でパルス列信号Pが立下ると、トラ
ンジスタ4が急速にオフに移行し、これに伴なつ
てインダクタンス素子3に流れている電流も急速
に減少する。今、インダクタンス素子3のインダ
クタンス値をLとし、電流減少率をdi/dtとする
と、インダクタンス素子3の両端には、図示極性
にvL=Ldi/dtなる過電圧が発生する。この電圧vL はダイオード6を介してコンデンサ7に印加され
る。したがつて、コンデンサ7は直流電源1の出
力電圧よりはるかに高い電圧に充電されることに
なる。なお、コンデンサ2は、インダクタンス素
子3に流れる電流のレベルを高め、実質的なdi/
dtを大きくするのに供される。
In this way, by applying a rectangular wave pulse train signal P between the base and emitter of the transistor 4, the output voltage from both ends of the capacitor 7, that is, between the output terminals 8a and 8b, is several times to several times the output voltage of the DC power supply 1. I'm trying to get 10 times the DC voltage. That is, when the pulse train signal P rises, the transistor 4 turns on, and current flows through the path from the capacitor 2 to the inductance element 3 to the transistor 4 to the capacitor 2 and the path via the DC power supply 1. When the pulse train signal P falls in such a state, the transistor 4 is rapidly turned off, and the current flowing through the inductance element 3 is accordingly rapidly reduced. Now, assuming that the inductance value of the inductance element 3 is L and the current reduction rate is di/dt, an overvoltage with the illustrated polarity of v L =Ldi/dt is generated across the inductance element 3. This voltage v L is applied to the capacitor 7 via the diode 6. Therefore, the capacitor 7 will be charged to a voltage much higher than the output voltage of the DC power supply 1. Note that the capacitor 2 increases the level of current flowing through the inductance element 3 and effectively reduces di/
Served to increase dt.

しかしながら、上記のように構成された従来の
スイツチングレギユレータにあつては、インダク
タンス素子3で発生したエネルギの有効利用に欠
け、この結果、コンデンサ7の充電に要する時間
が比較的長いと云う問題があつた。すなわち、ト
ランジスタ4がオフした時点の現象を考えてみる
と、この時点では前述の如くインダクタンス素子
3に図示極性のvLなる電圧が発生する。この電圧
vLはコンデンサ7とコンデンサ2との直列回路に
印加される。今、コンデンサ7の容量をC7とし、
コンデンサ2の容量をC2とし、C2>C7であつた
とすると、インダクタンス素子3で発生した電圧
vLのほとんどがコンデンサ7の両端に加わること
になる。しかして、この状態においては、ダイオ
ード5に逆極性の電圧が加わるので、ダイオード
5は接合容量C5をもつたコンデンサとみなすこ
とができる。したがつて、インダクタンス素子3
で発生したエネルギの一部がダイオード5中に貯
えられ、この貯えられたエネルギは、図中A−B
間電圧をvとしたとき1/2C5v2となる。そして、 接合容量C5に貯えられたエネルギは、次に、接
合容量C5〜インダクタンス素子3〜コンデンサ
2〜接合容量C5の経路で放出される。この場合、
A−B間の電圧が反転しようとした時点から接合
容量C5が存在していない回路に切換わる。した
がつて、今まで接合容量C5に貯えられていたエ
ネルギはコンデンサ2を充電するエネルギに供さ
れる。ここで、コンデンサ2の容量C2と接合容
量C5とはC2≫C5の関係にあるので、接合容量C5
に貯えられたエネルギの全部がコンデンサ2に移
つてもコンデンサ2の端子電圧はほとんど変化し
ない。したがつて、A−B間の電圧は第2図に示
すようにトランジスタ4がオフする都度、波高値
vの高電圧パルスが1個だけ直流電圧1の出力電
圧Eに重畳して発生する形態となる。すなわち、
接合容量C5に貯えられたエネルギはコンデンサ
7の充電に何ら寄与していないことになる。この
ためコンデンサ7の充電に長時間を要する問題が
あつた。
However, the conventional switching regulator configured as described above lacks effective use of the energy generated in the inductance element 3, and as a result, the time required to charge the capacitor 7 is relatively long. There was a problem. That is, if we consider the phenomenon at the time when the transistor 4 is turned off, at this time a voltage v L of the illustrated polarity is generated in the inductance element 3 as described above. this voltage
v L is applied to the series circuit of capacitor 7 and capacitor 2. Now, let the capacitance of capacitor 7 be C 7 ,
If the capacitance of capacitor 2 is C 2 and C 2 > C 7 , then the voltage generated in inductance element 3 is
Most of v L will be applied to both ends of capacitor 7. In this state, a voltage of opposite polarity is applied to the diode 5, so the diode 5 can be regarded as a capacitor having a junction capacitance C5 . Therefore, inductance element 3
A part of the energy generated in is stored in the diode 5, and this stored energy is
When the voltage between the two is v, it becomes 1/2C 5 v 2 . The energy stored in the junction capacitance C5 is then released through the path from the junction capacitance C5 to the inductance element 3 to the capacitor 2 to the junction capacitance C5 . in this case,
From the moment when the voltage between A and B is about to reverse, the circuit switches to a circuit in which the junction capacitance C5 does not exist. Therefore, the energy previously stored in the junction capacitor C 5 is used to charge the capacitor 2 . Here, since the capacitance C 2 of the capacitor 2 and the junction capacitance C 5 have a relationship of C 2C 5 , the junction capacitance C 5
Even if all of the energy stored in capacitor 2 is transferred to capacitor 2, the terminal voltage of capacitor 2 hardly changes. Therefore, as shown in FIG. 2, the voltage between A and B is such that every time the transistor 4 turns off, only one high voltage pulse with a peak value v is generated superimposed on the output voltage E of the DC voltage 1. becomes. That is,
This means that the energy stored in the junction capacitance C 5 does not contribute to charging the capacitor 7 at all. Therefore, there was a problem in that it took a long time to charge the capacitor 7.

〔考案の目的〕[Purpose of invention]

本考案は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、半導体スイツチ
ング素子の両端に接続される保護用ダイオードの
接合容量および漂遊容量に貯えられたエネルギを
充電用として使用でき、もつて充電時間の短縮化
を図れるステツプアツプ形のスイツチングレギユ
レータを提供することにある。
The present invention was developed in view of these circumstances, and its purpose is to use the energy stored in the junction capacitance and stray capacitance of a protective diode connected to both ends of a semiconductor switching element for charging purposes. It is an object of the present invention to provide a step-up type switching regulator that can be used and shorten charging time.

〔考案の概要〕[Summary of the idea]

本考案に係るスイツチングレギユレータはイン
ダクタンス素子とスイツチング素子との間にダイ
オードを順方向に接続したことを特徴としてい
る。
The switching regulator according to the present invention is characterized in that a diode is connected in the forward direction between the inductance element and the switching element.

〔考案の効果〕[Effect of idea]

上述した構成であると、後述する理由で出力用
コンデンサに加わる充電用高電圧の実効値を高く
することができる。すなわち、保護用ダイオード
の接合容量および漂遊容量に貯えられたエネルギ
を有効に利用して出力用コンデンサを充電するこ
とができる。したがつて、従来のものに較べて充
電時間の短縮化を図ることができる。
With the above configuration, the effective value of the charging high voltage applied to the output capacitor can be increased for reasons described later. That is, the output capacitor can be charged by effectively utilizing the energy stored in the junction capacitance and stray capacitance of the protection diode. Therefore, the charging time can be shortened compared to the conventional one.

〔考案の実施例〕[Example of idea]

以下、この考案の詳細を図示の実施例によつて
説明する。
The details of this invention will be explained below with reference to illustrated embodiments.

第3図は本考案の一実施例に係るステツプアツ
プ形のスイツチングレギユレータを示すもので、
第1図と同一部分は同一符号で示してある。した
がつて、重複する部分の説明は省略する。
FIG. 3 shows a step-up type switching regulator according to an embodiment of the present invention.
The same parts as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. Therefore, the explanation of the overlapping parts will be omitted.

この実施例においては、インダクタンス素子3
とトランジスタ4のコレクタとの間にダイオード
11を順方向に接続するとともに上記ダイオード
11とインダクタンス素子3との接続点をダイオ
ード6のアノードに接続したものとなつている。
In this embodiment, the inductance element 3
A diode 11 is connected in the forward direction between and the collector of the transistor 4, and the connection point between the diode 11 and the inductance element 3 is connected to the anode of the diode 6.

このような構成であると、パルス列信号Pが立
下つてトランジスタ4がオフした時点でインダク
タンス素子3の両端に図示極性にvL=Ldi/dtなる 電圧が発生する。この電圧vLはダイオード6を介
してコンデンサ7とコンデンサ2との直列回路に
加わるが、今、コンデンサ7の容量C7がコンデ
ンサ2の容量C2よりかなり小さいものとすると、
上記電圧vLのほとんどがコンデンサ7に加わる。
今、このときのコンデンサ7の電圧をvとする。
このようにvなる電圧が加わると、この電圧に対
してダイオード11は順方向、ダイオード5は逆
方向であるため、ダイオード5の接合容量C5
vなる電圧が充電される。つまり、接合容量C5
には1/2C5v2なるエネルギが貯えられる。次に、 上記接合容量C5に貯えられたエネルギは、接合
容量C5〜ダイオード11の接合容量C11〜インダ
クタンス素子3〜コンデンサ2〜接合容量C5
らなる振動回路に放出される。この場合、C5
C11とすると、このC5,C11に較べてコンデンサ2
の容量は、はるかに大きい。したがつて、回路的
にはコンデンサ2が短絡されていると等しい。こ
のため、接合容量C5に貯えられたエネルギは実
質的に接合容量C5〜接合容量C11〜インダクタン
ス素子3〜接合容量C5の経路で放出され、接合
容量C5,C11は半波おきに図示極性に充電される。
したがつて、C−B間の電圧は第4図に示すよう
にトランジスタ4がオフした時点からしばらくの
間、減衰自由振動することになる。この波形から
判るようにダイオード6に対して順方向の半波が
複数現われる。また、ダイオード11の存在によ
つてトランジスタ4のオフ時間が短縮され、その
結果、電流変化率が大きくなつて第1波の過電圧
波高値も従来のものより高くなる。したがつて、
これらの半波がコンデンサ7の充電に寄与するこ
とになるので、結局、従来のものに較べてコンデ
ンサ7に加わる電圧の実効値を大きくでき、それ
だけ充電時間の短縮化を図ることができる。
With such a configuration, when the pulse train signal P falls and the transistor 4 is turned off, a voltage of v L =Ldi/dt is generated across the inductance element 3 with the illustrated polarity. This voltage v L is applied to the series circuit of capacitor 7 and capacitor 2 through diode 6. Now, assuming that the capacitance C 7 of capacitor 7 is much smaller than the capacitance C 2 of capacitor 2,
Most of the voltage v L is applied to the capacitor 7.
Now, let the voltage of the capacitor 7 at this time be v.
When a voltage of v is applied in this way, since the diode 11 is in the forward direction and the diode 5 is in the opposite direction with respect to this voltage, the junction capacitance C 5 of the diode 5 is charged with the voltage of v. That is, the junction capacitance C 5
can store 1/2C 5 v 2 of energy. Next, the energy stored in the junction capacitance C 5 is released into a vibrating circuit consisting of the junction capacitance C 5 , the junction capacitance C 11 of the diode 11 , the inductance element 3 , the capacitor 2 , and the junction capacitance C 5 . In this case, C 5
Assuming C 11 , the capacitor 2 is smaller than C 5 and C 11 .
capacity is much larger. Therefore, from a circuit perspective, it is equivalent to capacitor 2 being short-circuited. Therefore, the energy stored in the junction capacitance C 5 is substantially released through the path from the junction capacitance C 5 to the junction capacitance C 11 to the inductance element 3 to the junction capacitance C 5 , and the junction capacitances C 5 and C 11 are It is charged to the polarity shown every other time.
Therefore, as shown in FIG. 4, the voltage between C and B will undergo damped free oscillation for a while after the transistor 4 is turned off. As can be seen from this waveform, a plurality of forward half waves appear for the diode 6. Further, due to the presence of the diode 11, the off time of the transistor 4 is shortened, and as a result, the current change rate becomes large and the peak value of the first wave overvoltage becomes higher than that of the conventional one. Therefore,
Since these half waves contribute to the charging of the capacitor 7, the effective value of the voltage applied to the capacitor 7 can be increased compared to the conventional case, and the charging time can be shortened accordingly.

第5図は、本考案の別の実施例を示すもので、
第3図と同一部分は同一符号で示してある。
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention,
The same parts as in FIG. 3 are indicated by the same reference numerals.

この実施例が前記実施例と異なる点は、ダイオ
ード11のカソードをダイオード6のアノードに
接続したことにある。
This embodiment differs from the previous embodiment in that the cathode of diode 11 is connected to the anode of diode 6.

このような構成であると、ダイオード11の整
流作用によつてコンデンサ7に印加される電圧、
つまり図中D−B間の電圧は第6図に示す波形と
なる。この場合、波高値v′は、第3図に示した実
施例に較べてダイオード11の分担電圧だけ低下
する。しかし、コンデンサ7に印加される電圧の
実効値は従来のものより大きくなる。したがつ
て、前記実施例と同様な効果が得られる。
With such a configuration, the voltage applied to the capacitor 7 due to the rectification action of the diode 11,
In other words, the voltage between D and B in the figure has the waveform shown in FIG. In this case, the peak value v' is lowered by the voltage shared by the diode 11 compared to the embodiment shown in FIG. However, the effective value of the voltage applied to the capacitor 7 is larger than in the conventional case. Therefore, the same effects as in the embodiment described above can be obtained.

なお、上述した各実施例の説明では漂遊容量に
ついて触れなかつたが実回路では必ず漂遊容量が
存在しているので、この容量に貯えられたエネル
ギも本考案では有効利用できる。
Although stray capacitance was not mentioned in the description of each of the above-mentioned embodiments, since stray capacitance always exists in an actual circuit, the energy stored in this capacitance can also be effectively used in the present invention.

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

第1図は従来のステツプアツプ形スイツチング
レギユレータの構成図、第2図は同レギユレータ
の高電圧発生部の出力波形を示す図、第3図は本
考案の一実施例に係るスイツチングレギユレータ
の構成図、第4図は同レギユレータにおける高電
圧発生部の出力波形を示す図、第5図は本考案の
他の実施例に係るスイツチングレギユレータの構
成図、第6図は同レギユレータにおける高電圧発
生部の出力波形を示す図である。 1……直流電源、2,7……コンデンサ、3…
…インダクタンス素子、4……トランジスタ、
5,6,11……ダイオード。
Figure 1 is a block diagram of a conventional step-up switching regulator, Figure 2 is a diagram showing the output waveform of the high voltage generator of the same regulator, and Figure 3 is a diagram of a switching regulator according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing the output waveform of the high voltage generator in the regulator, FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a switching regulator according to another embodiment of the present invention, and FIG. It is a figure which shows the output waveform of the high voltage generation part in the same regulator. 1... DC power supply, 2, 7... Capacitor, 3...
...Inductance element, 4...Transistor,
5, 6, 11...diode.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 直流電源によつて充電されるコンデンサの両端
間にインダクタンス素子と半導体スイツチング素
子とを直列に接続するとともに上記半導体スイツ
チング素子の両端間に保護用のダイオードを逆極
性に接続してなるステツプアツプ形のスイツチン
グレギユレータにおいて、前記インダクタンス素
子と前記半導体スイツチング素子との間に順方向
にダイオードを挿設してなることを特徴とするス
イツチングレギユレータ。
A step-up type switch in which an inductance element and a semiconductor switching element are connected in series between both ends of a capacitor that is charged by a DC power supply, and a protective diode is connected in opposite polarity between both ends of the semiconductor switching element. 1. A switching regulator, characterized in that a diode is inserted in a forward direction between the inductance element and the semiconductor switching element.
JP8577883U 1983-06-07 1983-06-07 switching regulator Granted JPS59191886U (en)

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