JPS61199324A - トランジスタ・スイツチリング回路 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、パワーエレクトロニクス機器、スイッチン
グレギュレータ等で使用するトランジスタ・スイツチン
グ回路に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は４例えば特開昭５１−１８１４４号公報に示さ
れた従来のトランジスタ・スイツチング回路を示す電気
的な概略図であり、（１）は主電流を開閉するスイッチ
ングトランジスタ、（２）は変成器、（３）は変成器（
２）の第１巻線、（４）は変成器（２）の第２巻線。

（５）は駆動信号発生器、（６）は制御用電源、（７）
は外部負荷、（８）は外部負荷用電源、（９）は変成器
（２）の制御用巻線、α１は制御用トランジスタ、αυ
は制御用ダイオード、αのは制御用抵抗である。第４図
は、第３図の回路の各部の状態を示す図であり、横軸は
時間を、縦軸は電圧、を流、状態を示す。

従来の装置の動作について、第３図および第４図を用い
て以下に説明する。

駆動信号発生器（５）は、主電流開閉用スイッチング・
トランジスタ（１）のオン期間を決定するためのもので
ある。第４図のタイミング（イ）において駆動信号発生
器（５）の出力信号により、トランジスタ０１がオンの
状態にあると、制御用電源（６）、抵抗ｆｉｎ。

変成器（２）の巻線（９１，）ランジスタＱ（１，グラ
ウンド。

の経路を電流が流れ、変成器（２）の磁心の磁界はＨ−
にリセットされる。第４図中のタイミング（ロ）におい
て駆動信号発生器（５）の出力信号により、トランジス
タＯＩがオフとなると上記電流はゼロとなり。

変成器（２）の各巻線には反転電圧が発生する。この反
転電圧は第３図でドツト（・）で示した側が正電圧とな
る。巻線（３）に現われる反転電圧によりトランジスタ
ｆ１＋がオンとなり、トランジスタ（１）のコレクタ電
流が流れ始める。このコレクタ電流が巻線（４）を流れ
ること釦より、さらにベース電流を増加させる正帰還電
圧が巻線（３）に誘起され、トランジスタ（１）は導通
に至る。このとき、トランジスタ＋１＞のコレクタ電流
なＩ。、ベース電流なＩＢ９巻線（３）のターン数をＮ
１巻線（４）のターン数をＮ２で表わすと。

１−−”　Ｉ　　トｔｘる。なお、「Ｎ１　＜　）ラン
ジスタ（１）のＢ−Ｎ１ＯＮ２ 直流電流増幅率」となるよつＮ１．Ｎ２は選択される。

変成器（２）の磁心の磁界はやがてＨ＋に達する。

第４図中のタイミング（ハ）においてトランジスタ１１
が、駆動信号発生器（５）の出力信号により、オンする
と９巻線（３）が巻線（９Ｌ　　）ランジスタ員、ダイ
オード（ＩＩ）Ｋよりなる経路により短絡され、トラン
ジスタｆｌ）のベースから蓄積電荷が引き抜かれ、この
電流が上記経路中を流れて、トランジスタ（１）はター
ンオフする。

第４図中のタイミングに）において、トランジスタ（１
）のターンオフ後、ダイオードａＩｌは非導通となり、
制御用電源（６）、抵抗αの、変成器の巻線＋９１．　
　）ンジスタｕ１．グラウンドの経路を変成器（２）の
磁心をリセットするごとく電流が流れ始める。抵抗部の
抵抗値孔９巻線（９）のインダクタンス値をＬで表わす
と、この電流は時定数いで増加する。この期間中トラン
ジスタ（］）のオフが保持される。

第４図中のタイミング（イ）忙おいて、上記経路を流れ
る電流値が一定値に達すると、変成器（２）磁心はす七
ツ与され、磁心中の磁界は再びＨＫ保持される。この期
間中もトランジスタ（１）のオフは保持されろ。このよ
うにして、トランジスタ（１）のスイッチングをするこ
とが可能であり、駆動信号発生器（５）の出力信号のパ
ルス幅を変化させることにより。

トランジスタｆ１＋のオン期間を変化させることができ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来のトランジスタ・スイツチング回路において
は、上記トランジスタ（１）がオフの期間中は、常に上
記制御用電源（６）より電流を供給をせねばならず、こ
の電流による回路損失が支配的であるため制御用電力損
失が大きくなると言う問題点がめった。特に、トランジ
スタ（１）のオン期間が短い場合には、この制御用電力
損失が犬きくなる傾向があった。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかるトランジスタスイッチング回路は、ス
イッチングトランジスタのオン期間を決定するパルス信
号を発生するための第１の駆動信号発生器と、この第１
の駆動信号発生器のパルス信号消失後一定期間のパルス
信号を発生する第２の駆動信号発生器、さらにこの第２
の駆動信号発生器のパルス信号消失時に、このパルス信
号の微分性波形を得るための波形変換回路を備え、スイ
ッチング・トランジスタを制御する変成器には。

制御用の第３．第４の巻線を備え、第３の巻線の一端に
は制御用電源を、他端には上記一定期間のパルス信号を
発生する上記第２の駆動信号発生器により、駆動される
制御用の第２のトランジスタ。

および上記波形変換回路出力により駆動されかっエミッ
タ電流路に抵抗をもった制御用の第３トランジスタに接
続され、第４の巻線は上記オン期間を決定するパルス信
号を発生するための上記第１の駆動信号発生器により駆
動される制御用の第４のトランジスタおよびダイオード
とにより閉回路を形成するように接続されたものである
。

〔作用〕

この発明においては、制御用電源からの電流は変成器の
第３巻線のみを、スイッチング・トランジスタのオン期
間の時間幅にかかわらず、上記第２の駆動信号発生器に
よって定められる一定期間のみに流れるから、制御用電
力損失が常に一定となる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例を示す電気的な概略図で
あり、（１）〜（８）は上記従来の装置と全く同一のも
のである。ａ３は上記変成器（２）の第３巻線。

α４は上記変成器（２）の第４巻線、霞は上記第１の駆
動信号発生器（５）の駆動信号消失後一定期間のパルス
信号を発生する第２の駆動信号発生器、αｅは上記第２
の駆動信号発生器（９）のパルス信号消失時に緩やかに
減衰するパルス信号を発生するための波形変換回路、ｆ
ｌηは制御用の第２トランジスタ、Ｊｌは制御用の第３
のトランジスタ、α場は上記トランジスタｆｉｌのエミ
ッタ電流を制限する抵抗、ｃ！０は制御用の第４のトラ
ンジスタ、Ｑυは上記第４巻線（１４に発生する負電圧
を阻止するダイオードである。

第２図は、第１図の回路の各部の状態を示す図であり、
横軸は時間を、縦軸は電圧、を流、状態を示す。

次にこの発明のトランジスタ・スイツチング回路の動作
を第１図および第２図を用いて説明する。

第２図中のタイミング（イ）において、駆動信号発生器
（５）の駆動信号はローレベルにありトランジスタ■は
オン状態にあり９巻線Ｉ、ダイオードＱυ、トランジス
タ■より成る閉回路に循環電流が流れているものとする
。このとき巻線は、極性が第１図においてドツト（・）
で示した方向が正で、大きさが「トランジスタｊのコレ
クタ・エミッタ間飽和電圧＋ダイオードＣ１１の順方向
電圧」なる電圧でクランプされている。巻線α４間の電
圧は、約１ｖとなる。

以下巻線（３）の巻数をＮ１９巻線（４）の巻数をＮ２
１巻線巻線巻数をＮ３９巻線住４の巻数なＮ４で表わす
と。

主電流を開閉するスイッチング・トランジスタ（１）の
ベース・エミッタ間に接続されている巻線（３）には。

の電圧が現われる。Ｎ５＝Ｎ４〉Ｎ１〉Ｎ２なるように
各巻数を選択すると、このタイミング（イ）において。

巻線（３）間の電圧はトランジスタ（１）のベース・エ
ミッタオン電圧よりも十分低い値にクランプされてトラ
ンジスタ（１）のオフが保持される。変成器（２）の磁
心中の磁界はＨ−に保持されている。

第２図中のタイミング（ロ）において、第１の駆動信号
発生器（５）の出力信号がノ・イレベルとなり、上記ト
ランジスタ園はオフとなり９巻線０４中の循環電流は消
滅する。この循環電流をさらに流そうとする極性の起電
力が各巻線に誘起される。この起電力は、第１図中ドツ
ト（・）で示した方向が正電圧となる。トランジスタ（
１７）、　　トランジスタ住梯、およびトランジスタ■
はオフしているので、この起電力によりトランジスタ（
１）がオンとなり、トランジスタ（１）のコレクタ電流
が流れ始める。このコレクタ電流が巻線（４）を流れる
ことにより、さらにベース電流を増加させる正帰還電圧
が巻線（３）に誘起され、トランジスタ（１）は導通に
至る。なお、「−μ−くトランジスタ（１）の直流電流
増幅率」となるようＮ１゜Ｎ２を選択する。トランジス
タ（１）がオンしているとき、トランジスタ（１）のコ
レクタ電流を工。、ベース電流を■　で表わすと、工８
＝守工。である。変成器（２）の磁心の磁界はやかてＨ
＋に達する。

第２図中のタイミング（ハ）において、上記第１の駆動
信号発生器（５）の出力信号がローレベルになるのと同
期して第２の駆動信号発生器住９よりパルス信号が出力
されてトランジスタαηがオンとなる。

このトランジスタαηがオンとなるとにより９巻線（３
）が制御用電源（６）９巻線ａ３．トランジスタ（Ｉ７
）、グラウンドよりなる経路により短絡され、トランジ
スタ（１）のベースから蓄積電荷が引き抜かれ、この電
流が上記経路中を流れて、トランジスタ（１）はターン
オフする。

第２図中のタイミングに）において上記第２の駆動信号
発生器α９のパルス信号はなお持続しており。

トランジスタａηを流れる電流により変成器（２）の磁
心はＨ−にリセットされ、トランジスタ（１）のオフは
保持される。各巻線に誘起される電圧極性は第１図にお
いてドツト（・）で示した方向が負電圧となる。

このとき、トランジスタ■はタイミング（ハ）よりすで
にオンとなっているが、ダイオード（２Ｂの働きにより
巻線０４には電流は流れない。なお、上記第２の駆動信
号発生器（Ｉ！９より発生する信号のパルス時間幅は、
トランジスタ（１）の蓄積時間の約３倍の一定値に設定
しておく。

第２図中のタイミング（ホ）において、上記第２の駆動
信号発生器α９のパルス信号消失と同期して立上りはス
テップ状に、立下りは緩かに変化するパルス信号が波形
変換回路α４より発生しトランジスタＨがオンする。ト
ランジスタα咎がオンする瞬間。

抵抗αｅによりトランジスタ０・のコレクタ電流即ち巻
線αりの電流は制限されるので９巻線（１３の電流はタ
イミング（ロ）のときよりも減少するため、各巻線には
第１図中ドツト（・）で示した方向が正電圧となる起電
力が発生する。この結果２巻線α４．ダイオードＯＤ、
　　）ランジスタ■よりなる閉回路に循環電流が流れは
じめる。上記波形変換回路αｅの出力が緩やかに減衰す
るに伴ない９巻線（１１を流れる電流は減衰するので、
変成器（２）の磁心内の磁束を保存するように、上記巻
線α荀を流れる閉回路循環電流は増加する。

タイミング（イ）では９巻線０Ｊを流れる電流はゼロと
なり９巻線ａ４を含む閉回路を流れる電流のみが残る。

変成器（２）の磁心中の磁界は再び■（に保持される。

このようにして、トランジスタ＋１１のスイッチングを
することが可能であり駆動信号発生器（５）の出力信号
のパルス時間幅を変化することにより、トランジスタ（
１）のオン期間を変化させることができる。主電流を開
閉する主スィッチング・トランジスタ（１）を制御する
ために、制御用電源（６）より電流を供給する時間は、
第２図中のタイミングρ→、に）。

（ホ）の期間のみ釦限られ、トランジスタ（１）の蓄積
時間の約３倍の時間に設定される。従って、制御用電力
を主スイツチングトランジスタ（１）のオン時間幅に依
存せず、小電力の一定値にできる利点がある。

ところで上記説明では９便宜上この発明を第１図を用い
て述べたが、主スイツチングトランジスタ、制御用トラ
ンジスタにＮＰＮトランジスタ、　ＰＮＰトランジスタ
の種々の組み合わせを用いた場合にも利用できることは
いうまでもない。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、トランジスタのスイッ
チング制御用変成器に２個の制御用巻線を備え、制御電
源からの電力は一方の巻線にのみ供給することにより、
制御用電力を主電流を開閉するトランジスタのオン時間
幅に依存せず、小電力の一定値にできるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す電気的な概略図、
第２図は、第１図で示した本発明による回路の各部の状
態を示す図、第３図は、従来のトランジスタ・スイツチ
ング回路の電気的な概略図。 第４図は、第３図で示した従来の回路の各部の状態を示
す図である。 図において、（１）は第１のトランジスタ、（２）は変
成器、（３）は変成器の第１巻線、（４）は変成器の第
２巻線、（５）は第１の駆動信号発生器、（６）は制御
用電源、（７）は外部負荷、（８）は外部負荷用電源、
（９）は変成器の制御用巻線、０１は制御用トランジス
タ、αυは制御用ダイオード、　Ｑ６は制御用抵抗、　
＜１１は変成器の第３巻線、Ｉは変成器の第４巻線、　
＋１４９は第２の駆動信号発生器、０ｅは波形変換回路
、α力は第２のトランジスタ、０８は第３のトランジス
タ、　ｆｉ！Ｉは抵抗、■は第４のトランジスタ、Ｑυ
はダイオードである。 なお２図中同一群号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主電流をスイツチングする第１のトランジスタ、第１の
   トランジスタのオン期間を決定するパルス信号発生のた
   めの第１の駆動信号発生器、上記第１の駆動信号発生器
   のパルス信号消失後一定期間のパルス信号を発生する第
   ２の駆動信号発生器、上記第２の駆動信号発生器のパル
   ス信号消失時に上記第２の駆動信号発生器のパルス信号
   の微分性波形を得るための波形変換回路、上記第２の駆
   動信号発生器により駆動される第２のトランジスタ、ベ
   ースが上記波形変換回路出力に接続された第３のトラン
   ジスタ、ベースが上記第１の駆動信号発生器出力に接続
   された第４のトランジスタ、上記第３のトランジスタの
   エミツタ電流路に直列に接続された抵抗、上記第４のト
   ランジスタのエミツタ電流路またはコレクタ電流値に設
   けたダイオード、第１巻線が上記第１のトランジスタの
   ベースとエミツタ間に接続され、第２巻線が上記第１の
   トランジスタのエミツタ電流路またはコレクタ電流路に
   接続され、第３巻線の一端が上記第２および第３のトラ
   ンジスタのコレクタまたはエミツタに接続され、第４巻
   線が上記の直列に接続された第４のトランジスタおよび
   ダイオードの両端に接続されている変成器、そして上記
   変成器の第３巻線の他端に接続された制御用電源により
   構成されることを特徴とするトランジスタ・スイツチン
   グ回路。