JPH043130B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、誘導性負荷をオンオフ駆動するスイ
ツチング回路、特にバイポーラトランジスタ素子
を用いたスイツチング回路に関する。

誘導負荷をオンオフ駆動するためのスイツチン
グ回路には、バイポーラトランジスタ素子をスイ
ツチング素子として用いるものがあり、第１図は
その基本的回路を示している。リレー若しくはモ
ータ等の誘導性負荷１をトランジスタQ₁により
オンオフ駆動する回路例であり、第２図ａに示す
如く時刻t₁乃至t₃の期間駆動パルスがトランジス
タQ₁のベースへ印加されたとする。その間トラ
ンジスタQ₁はオンとなり飽和状態となる。時刻t₃
において駆動パレスが消失しても、周知の如くバ
イポーラ素子におけるベース蓄積キヤリヤのため
にトランジスタQ₁のオンからオフへの遷移が著
く遅延する。その結果、第２図ｂに示すようにト
ランジスタQ₁のV_CE（コレクタ・エミツタ間電圧）
及びI_C（コレクタ電流）は変化し、トランジスタ
Q₁におけるコレクタ損失P_Cは同図Ｃのように変
化する。尚、t₁〜t₂の期間はトランジスタQ₁のデ
イレイタイム、ライズタイムによる遅れを示し、
t₃〜t₄の期間及びt₄〜t₅の期間はそれぞれベース
蓄積効果によるストレージタイム及びフオールタ
イムによる遅れを示している。

この図Ｃから判るようにトランジスタのストレ
ージタイムに起因するコレクタ損失P_Cが著しく
増大し、オンオフを頻繁に繰返す場合にはトラン
ジスタによる損失が無視できないばかりか、トラ
ンジスタの発熱を招来してその放熱をも考慮しな
ければならない。

そこで、トランジスタQ₁のベース・エミツタ
間に低抵抗R₁を設けてベース蓄積キヤリヤを放
電しやすくする方法があるが、それだけトランジ
スタのベース駆動力を大とする必要があり好まし
くない。

第３図は、スイツチングされるべき負荷１とし
て、チヨークインプツト型の整流平滑回路を用い
た場合の例であり、L₁及びC₁が平滑用コイル及
びコンデンサを示し、Ｄがフライホイールダイオ
ードである。そして、この直流平滑出力V_Dが音
響機器における電力増幅器（R_Lとして示されて
いる）の電源等として用いられるもである。その
ために、当該電力増幅器の増幅出力レベルに応じ
たパルス幅を有するPWM信号２によりスイツチ
ングトランジスタQ₁をオンオフせしめ直流電圧
＋V_Cをチヨツパーするいわゆるチヨツパー型の
PWM電源の場合である。こうすることにより、
電力増幅器の出力信号レベルに応じた電圧レベル
を有する直流電圧V_Dが発生され、これが電力増
幅器の電圧源として用いられることにより、電力
増幅用トランジスタのP_Cを減少せしてめ高効率
のパワーアンプが実現されるものである。

しかしながら、この回路においても第１，２図
で述べたと同様にスイツチング素子Q₁によるP_C
が無視できず、そのために抵抗R₁を小としても
その分PWM駆動源２の駆動能力を増大させなけ
ればならないものである。

本発明の目的は極めて簡単な構成でかつ効果的
にスイツチングトランジスタのオフ遷移動作を向
上せしめた低損失のスイツチング回路を提供する
ことである。

本発明によるスイツチング回路は、誘導性負荷
の両端間にコンデンサと抵抗とからなる直列回路
を接続し、これらコンデンサと抵抗の接続点より
当該誘導性負荷の両端間電圧における微分出力信
号を導出し、この微分出力信号によつてスイツチ
ングトランジスタのベース・エミツタ間短絡用ト
ランジスタをオンオフ駆動するようにしたもので
ある。

以下に図面によつて本発明を説明する。

第４図は本発明の実施例の回路図であり、第１
図と同等部分は同一符号により示されている。負
荷１の端子電圧ｂの変化を検出すべく、負荷１の
端子（トランジスタQ₁のコレクタ出力端子）と
基準電源との間にコンデンサC₂及び抵抗R₃より
なる微分回路が設けられている。コンデンサC₂
と抵抗R₃との接続点における微分波形ｃが抵抗
R₄及びコンデンサC₃を介してトランジスタQ₂の
ベース入力ｄとなつている。このトランジスタ
Q₂はスイツチングトランジスタQ₁のベース・エ
ミツタ間を短絡するように設けられている。尚、
抵抗R₅は短絡用トランジスタQ₂のベース蓄積電
荷を放電するためのものであつて低抵抗とされ
る。

第５図は第４図の回路の動作波形図であり、ａ
〜ｄは第４図の回路の各部信号ａ〜２の波形を
夫々示している。トランジスタQ₁のベースに期
間t₁〜t₃の間駆動パルスａが印加された場合、ス
イツチングトランジスタQ₁はオンとなるがオフ
からオン遷移時には従来の回路と同様な動作をな
す。この時、微分回路の微分波形ｃは負レベルで
あるから短絡用トランジスタQ₂はオフのまゝで
ある。

時刻t₃にて駆動パルスａが消失すると、負荷端
子電圧ｂは低レベルから高レベルへ上昇し始め
る。従つて、微分出力ｃは高レベルへ変化する。
これがトランジスタQ₂のベース駆動入力となつ
ているから、トランジスタQ₂は時刻t₄にてオンと
なりそのベース波形はｄのようにV_BE2（トランジ
スタQ₂のベース・エミツタ間電圧）にクランプ
される。同時にトランジスタQ₁のベース蓄積電
荷がこのオン状態のトランジスタQ₂を介して瞬
時に放電されるからいわゆるストレージタイムは
従来に比し大幅に改善される。第５図ｅにスイツ
チングトランジスタQ₁のV_CE及びI_Cの変化の状態
を示し、ｆにP_Cを示している。すなわち、第１
図の従来例に比し、スイツチング特性が良好とな
ると共にトランジスタによるコレクタ損失も小と
なり発熱の問題も解決される。

また、微分出力信号を得るための手段を当該誘
導性負荷の両端間に接続されたインピーダンス素
子、すなわちC₂及びR₃の直列回路によつて実現
されているので、誘導性負荷１のターンオフの際
に生ずる残留電流を打消すことができ、該負荷の
制動特性が向上し、スイツチング特性においてさ
らに良好な回路を提供することがでる。

第６図は本発明の他の実施例の回路図であり、
第３図及び第４図と同等部分は同一符号により示
されている。すなわち、本例においてはチヨツパ
ー型のPWM電源回路に本発明を適用した場合が
示されている。この例、でも、短絡用トランジス
タQ₂が、トランジスタQ₁のオフ時に導通するか
ら、トランジスタQ₁のオフ動作が早急になされ
て、スイツチング素子Q₁のP_Cを著しく小とする
ことができる。従つて、高効率電力増幅器の電源
回路に用いて好適となるが、これに限定されるも
のではない。

上述の如く、本発明によれば、コンデンサ及び
抵抗による直列回路を誘導性負荷に並列接続し、
上記コンデンサと抵抗の接続点より微分出力信号
を導出し、この微分出力信号によつてスイツチン
グトランジスタのベース・エミツタ間短絡用トラ
ンジスタをオンオフ駆動せしめているので、当該
スイツチングトランジスタのベース蓄積キヤリヤ
を適時放電することができ、極めて簡単な構成で
かつ効果的にスイツチング特性の優れた低損失の
スイツチング回路を提供できるとともに、当該誘
導性負荷に対し、制動特性の良好なスイツチング
動作を奏しえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスイツチング回路の一例を示す
回路図、第２図は第１図の回路の特性を示す図、
第３図は従来のスイツチング回路の他の例を示す
回路図、第４図は本発明の一実施例の回路図、第
５図は第４図の回路の各部動作波形図、第６図は
本発明の他の実施例の回路図である。 主要部分の符号の説明、１……誘導性負荷、
Q₁……スイツチングトランジスタ、Q₂……短絡
用トランジスタ、C₂……微分用コンデンサ、R₃
……微分用抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 誘導性負荷をオンオフ駆動するスイツチング
   回路であつて、前記誘導性負荷に供給する電流を
   オンオフ制御するためのスイツチングトランジス
   タと、コンデンサと抵抗との直列回路を前記誘導
   性負荷の両端間に接続し前記コンデンサと前記抵
   抗との接続点から前記誘導性負荷の両端間電圧の
   微分出力信号を導出する手段と、前記スイツチン
   グトランジスタがオンからオフへ遷移するときに
   おける前記微分出力信号によつてオン駆動され前
   記スイツチングトランジスタのベース・エミツタ
   間を短絡する如く設けられた短絡用トランジスタ
   とを含むことを特徴とするスイツチング回路。