JPS5885631A - Switching circuit - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To reduce an electric power loss of a switching circuit, by differentiating the terminal voltage of a load, turning on a transistor by its differential waveform, and short-circuiting the base and the emitter of a switching transistor for driving a load. CONSTITUTION:Between a terminal of a load 1 and a reference electric power supply, a differentiating circuit consisting of a capacitor C2 and resistance R3 is provided, a differential waveform (c) from this circuit becomes a base input (d) of a transistor TRQ2 through a resistance R4 and capacitor C3, and the TRQ2 short-circuits the base and the emitter of a switching TRQ1 for driving the load 1. During a period t1-t3, a driving pulse (a) is applied to the base of the TRQ1, and the TRQ1 is turned on, but since the waveform (c) is in a negative level, the TRQ2 remains off. When the pulse (a) disappears, load terminal voltage (b) starts to rise to a high level, and the waveform (c) is varied to a high level. The TRQ2 turns on at the time t4, the base waveform (d) is clamped by the base-emitter voltage VBE2, simultaneously, base stored charge of the TRQ1 is discharged instantaneously through the TRQ2, and a collector loss PC of the TRQ1 is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスイッチング回路に関し、特“にバイポーラト
ランジスタ素子を用いたスイッチング回路に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a switching circuit, and particularly to a switching circuit using bipolar transistor elements.

所肇負荷をオンオフ駆動するためのスイッチング回路に
は、バイポーラトランジスタ素子をスイッチング素子と
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（α）に示す如く時刻ｔｌ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において駆動パルスが消失しても、周知の如くバ
イポーラ素子におけるベース蓄積キャリヤのためにトラ
ンジスタＱ１のオンからオフへの遷移が著く遅延する。Some switching circuits for turning on and off a load use a bipolar transistor element as a switching element, and FIG. 1 shows the basic circuit thereof. This is an example of a circuit in which an inductive load 1 such as a relay or a motor is turned on and off by a transistor Q1, and it is assumed that a driving pulse is applied to the base of the transistor Q1 during a period from time tl to t3 as shown in FIG. 2 (α). During this time, transistor Q1 is turned on and becomes saturated. Even if the drive pulse disappears at time t3, the transition from on to off of transistor Q1 is significantly delayed due to the base accumulated carriers in the bipolar device, as is well known.

その結果、第２図（ｂ）に示すようにトランジスタＱ、
のＶＣＥ（コレクタ・エミッタ間電圧）及びＩＣ（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ＰＣは同図（Ｃ）のように変化する。As a result, as shown in FIG. 2(b), the transistor Q,
VCE (collector-emitter voltage) and IC (collector current) change, and the collector loss PC in transistor Q1 changes as shown in FIG.

尚、ｔ１〜ｔ２の期間はトランジスタＱ、のディレィタ
イム、ライズタイムによる遅れを示し、ｔ３〜ｔ４の期
間及びｔ４〜ｔ、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ォールタイムによる遅れを示
している。Note that the period from t1 to t2 indicates the delay due to the delay time and rise time of the transistor Q, and the period from t3 to t4 and the period from t4 to t indicate the delay due to the storage time and fall time due to the base accumulation effect, respectively. There is.

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ＰＣ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。As can be seen from this figure (C), the collector loss PC due to the storage time of the transistor increases significantly, and when the transistor is turned on and off frequently, the loss due to the transistor cannot be ignored, and it also causes the transistor to generate heat and dissipate the heat. must also be taken into account.

そこで、トランジスタＱ、のベース・エミ・フタ間に低
抵抗Ｉｔ、を設けてベース蓄積キャ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
力を犬とする必要があり好ましくない０ 第３図は、スイッチングされるべき負荷１として、チョ
ークインプット型の整流平滑回路を用いた場合の例であ
り、Ｌ、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。が音響機器における電力増幅器（九と
して示され、ている）の電源等として用いられるもので
ある。そのために、当該電力増幅器の増幅出力レベルに
応・じたノくルス幅を有するＰＷＭ信号２によりスイッ
チ／グトランジスタＱ、ｔ−オンオフせしめ直流電圧＋
■ｃをデョッパーするいわゆるチョヴパー型の品Ｎ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光が発
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ＰＣヲ減少せしめ
て高効率のパワーアンプが実現されるものである。Therefore, there is a method to make it easier to discharge the base accumulated carriers by providing a low resistance It between the base, emitter, and lid of the transistor Q, but this requires the base driving force of the transistor to be as strong as possible, which is undesirable. FIG. 3 shows an example in which a choke input type rectifying and smoothing circuit is used as the load 1 to be switched, where L and C1 represent a smoothing coil and a capacitor, and %D represents a flywheel diode. And this DC smoothed output V. is used as a power source for power amplifiers (indicated by number 9) in audio equipment. For this purpose, a PWM signal 2 having a Norms width corresponding to the amplified output level of the power amplifier is used to turn on and off the switching transistor Q and the DC voltage +
■This is the case of a so-called chopper type product N power supply that drains c. By doing this, a DC voltage light having a voltage level corresponding to the output signal level of the power amplifier is generated, and by using this as a voltage source of the power amplifier, the PC of the power amplification transistor is reduced and high efficiency is achieved. A power amplifier is realized.

しかしながら、この回路においても第１，２図で述べた
と同様にスイッチング素子Ｑ１によるＰＣが無視できず
、そのために抵抗に、を小としてもＰＷＭ駆動源２の駆
動能力を増大する必要が生じるものである。However, in this circuit as well, as described in FIGS. 1 and 2, the PC caused by the switching element Q1 cannot be ignored, and therefore, even if the resistance is small, it is necessary to increase the driving capacity of the PWM drive source 2. be.

本発明の目的は極めて簡単な構成でかつ効果的にスイッ
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・ソチング回路を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a low-loss switching circuit which has an extremely simple configuration and effectively improves the off-transition operation of a switching transistor.

本発明によるスイッチング回路は、負荷端子電圧の微分
状波形を儒分手段により得て、この微分状波形により別
に設けたトランジスタを駆動してスイッチングトランジ
スタのベース・エミッタ間を短絡するようにしたもので
ある。The switching circuit according to the present invention obtains a differential waveform of the load terminal voltage using a differential means, and uses this differential waveform to drive a separately provided transistor to short-circuit between the base and emitter of the switching transistor. be.

以下に図面によって本発明を説明する。The present invention will be explained below with reference to the drawings.

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ｌの端子電圧
（Ａ）の変化を検出すべく、負荷ｌの端子（トランジス
タＱ、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Ｒ８よりなる微分回路が設けら７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（Ｃ１が抵抗Ｒ４及びコンテンサＣｓ’ｆｒ介し
てトランジスタＱ２のベース入力（ｃＬ）となっている
。この上ランジスタＱ２はスイッチングトランジスタＱ
、のベース・エミッタ間を短絡するように設けられてい
る。尚、抵抗Ｒ３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って低抵抗とされる。FIG. 4 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, and parts equivalent to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. In order to detect changes in the terminal voltage (A) of load l, a differentiating circuit consisting of a capacitor C2 and a resistor R8 is provided between the terminal of load l (collector output terminal of transistor Q) and the reference power supply. There is. Differential waveform at the connection point between capacitor C2 and resistor R3 (C1 is the base input (cL) of transistor Q2 via resistor R4 and capacitor Cs'fr. Furthermore, transistor Q2 is connected to switching transistor Q
is provided to short-circuit the base and emitter of the . Note that the resistor R3 is for discharging the base accumulated charge of the short-circuiting transistor Q2, and has a low resistance.

第５図は第４図の回路の動作波形図・であり、（α）〜
（ｄ）は第４図の回路の各部信号（ａｌ〜（ｄ）の波形
を夫々示している。トランジスタＱ、のベースに”期間
１゜〜ｔ３の開駆動パルス（α）が印加された場合、ス
イッ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＼である。Figure 5 is an operating waveform diagram of the circuit in Figure 4, and (α) ~
(d) shows the waveforms of the various signals (al to (d)) of the circuit in FIG. , the switching transistor Q1 is turned on, but when it transitions from off to on, it operates like a conventional circuit.At this time,
Since the differential waveform (C) of the differential circuit is at a negative level, the shorting transistor Q2 remains off.

時刻ｔ、にて駆動パルス（α）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。When the drive pulse (α) disappears at time t, the load terminal voltage (b) begins to rise from a low level to a high level.

従って、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のベース駆動人力となっているから、
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■ＢＥ２（トランジスタＱ２のベ
ース・エミッタ間電圧）に゛クラ／プされる。Therefore, the differential output (C) changes to a high level. This is the power that drives the base of transistor Q2, so
Transistor Q2 turns on at time t4, and its base waveform is collapsed to BE2 (base-emitter voltage of transistor Q2) as shown in (d).

同時にトランジスタＱ、のペ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太幅に改善される
。第５図（ｅ）にスイッチングトランジスタＱ、の■。At the same time, the charge accumulated in the transistor Q is instantaneously discharged through the transistor Q2 in the on state, so that the so-called storage time is greatly improved compared to the conventional case. Figure 5(e) shows the switching transistor Q.

。及びＩＣの変化の状態を示し、（イ）にＰＣを示して
いる。すなわち、第１図の従来例に比し、スイッチング
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
失も小となジ発熱の問題も解決される。. and shows changes in the IC, and (a) shows the PC. That is, compared to the conventional example shown in FIG. 1, the switching characteristics are improved, the collector loss due to the transistor is small, and the problem of heat generation is solved.

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、本例においてはチョッパー型のＷ■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、スイッチング素子Ｑ、のＰｃを著しく小とする
ことができる。従って、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。FIG. 6 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention, in which parts equivalent to those in FIGS. 3 and 4 are designated by the same reference numerals. That is, this example shows a case where the present invention is applied to a chopper type W2 power supply circuit. In this example as well, since the shorting transistor Q2 is conductive when the transistor Q1 is turned off, the transistor Q1 is quickly turned off, and the Pc of the switching element Q can be significantly reduced. Therefore, it is suitable for use in a power supply circuit of a high-efficiency power amplifier, but is not limited thereto.

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

第１図は従来のスイッチング回路の１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
スイッ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・・・負荷 Ｑｌ・・・スイッ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・・・微分用抵抗出
願人　パイオニア株式会社 代理人　　弁理士　藤村元　彦 尾、閾　　　　　　　　　尾２図 毛４図 第、５図 【FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a conventional switching circuit.
FIG. 2 is a diagram showing the characteristics of the circuit in FIG. 1, FIG. 3 is a circuit diagram showing another example of a conventional switching circuit, FIG. 4 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is an operational waveform diagram of each part of the circuit, and FIG. 6 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention.・. Explanation of symbols for main parts 1...Load Ql...Switching transistor Q2...Short-circuiting transistor C2...Differential capacitor R3...Differential resistor Applicant Pioneer Co., Ltd. Agent Patent attorney Hikoo Fujimura Hajime , Threshold Tail 2 Fig. 4 Fig. 5 [

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）所定負荷をオンオフ駆動するスイッチング回路で
あって、前記負荷をスイッチングするためのスイッチン
グトランジスタと、前記負荷の端子電圧の微分波形を導
出する手段と、この微分波形によりオンオフ駆動され前
記スイッチングトランジスタのベース−エミッタ間を短
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
を特徴とするスイッチング回路。(1) A switching circuit that drives a predetermined load on and off, including a switching transistor for switching the load, means for deriving a differential waveform of a terminal voltage of the load, and a switching transistor that is driven on and off by the differential waveform. 1. A switching circuit comprising: a short-circuiting transistor provided to short-circuit between the base and emitter of the switching circuit. （２）前記所定負荷は誘導性であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のスイッチング回路０(2) The switching circuit 0 according to claim 1, wherein the predetermined load is inductive.