KR820002238B1 - 직류-직류 변환기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

직류-직류 변환기

제1도는 본 발명의 1 실시예에 관련된 TV 전원용의 DC-DC 컨버터의 회로도.

제2도는 제1도의 각부의 파형도.

제3도는 제1도의 V_E점의 파형도.

제4도는 종래의 장치에 있어서 V_E의 파형도이다.

본 발명은 무안정 멀티바이브레이터로 스윗칭 트란지스터를 제어하는 형식의 직류(DC)-직류(DC) 변환기에 관한 것이다.

펄스폭 제어가능한 무안정 멀티바이브레이터의 출력 펄스에 의하여 스윗칭 트란지스터를 제어하는 방식은 이미 알리워져 있지만, 그 종래의 방식으로서는 무안정 멀티 바이브레이터의 방전시 정수의 저항제어로 출력펄스폭을 제어하기 때문에, 무안정 멀티바이브레이터용 트란지스터의 베이스의 전위가 제4도에 표시된 바와 같이 변화하여, 저항치의 변화와 펄스폭의 변화가 직선적 관계를 유지하는 것이 불가능하며, 출력전압제어의 안정성이 좋지 않았다.

따라서, 본 발명의 목적은, 출력전압과 무안정 멀티바이브레이터의 출력 펄스폭과의 대응관계가 좋은 직류-직류 변환기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이해를 용이하게 하기 위하여 제1도의 부호를 참조하여 설명하건데, 직류 전원(1)과 부하회로(예컨데 변압기(3)와 평활회로(10)와 부하(11)로 이루어지는 회로 또는 변압기(3)를 개입시키지 않고 접속하는 부하회로)와의 사이에 실질적으로 직열로 접속된 스윗칭 트란지스터(6)와 전기 부하회로에서 직류 출력전압을 검출하는 예컨데 저항(12), (13), (14)와 같은 출력 전압 검출회로와, 전기직류 출력전압과 비교하기 위한 기준 전압을 얻기 위한 제너 다이오드(17)와 저항(18)으로 이루어지는 기준전압 회로와, 전기 출력 전압 검출회로와 전기 기준전압 회로에 결합되어 직류 출력 전압과 기준전압과의 오차 출력을 발생하는 예컨데, 트란지스터(15)와 같은 오차 증폭회로와, 무안정 멀티바이브레이터를 구비하는 직류-직류 변환기이며, 무안정 멀티바이브레이터는, 한쪽의 직류 전원라인과 다른 쪽의 직류전원라인과의 사이게 각기 부설된 한편 각각의 에미터가 전기 다른쪽의 직류 전원 라인에 접속된 제1 및 제2트란지스터(21), (24)와, 전기 제1트란지스터(21)의 콜렉터와 한쪽의 직류 전원라인과의 사이에 접속된 제1저항(20)과 전기 제2트란지스터(24)의 콜렉터와 전기 한쪽의 직류 전원 라인과의 사이에 접속된 한편 오차증폭 회로와 출력으로 제어되게끔 전기 오차 증폭회로에 결합된 펄스폭 제어용 트란지스터(22)와, 전기 제1트란지스터(21)의 베이스와 전기 제2트란지스터(24)의 콜렉터와의 사이에 접속된 제1콘덴서(25)와, 전기 제2트란지스터(24)의 베이스와 전기 제1트란지스터(21)의 콜렉터와의 사이에 접속된 제 3콘덴서(27)과, 제2트란지스터(24)의 베이스와 한쪽의 직류전원 라인과의 사이에 접속된 제4저항(28)과 제2트란지스터(24)의 콜렉터와 전기 다른쪽의 직류 전원 라인과의 사이에 접슥된 제5저항(29)으로 이루어지고, 제1트란지스터(21) 또는 전기 제2트란지스터(24)의 콜렉터로부터 얻을 수 있는 출력에 의하여 전기 스윗칭 트란지스터(6)를 온, 오프 제어하게끔 스윗칭 트란지스터(6)의 베이스에 직접 또는 간접으르 무안정 멀티바이브레이터의 출력이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 직류-직류 변환기에 관한 것이다.

상기 본 발명에 의하면, 펄스폭 제어용 트란지스터(22)와 제5의 저항(29)으로 분압된 전압이 제2트란지스터(24)의 콜렉터에 인가되어, 그 콜렉터 전위가 펄스폭 제어용 트란지스터(22)의 저항치 변화에 의하여 변화한다. 그리고 제2트란지스터(24)의 콜렉터 전위의 변화에 의하여, 제1트란지스터(21)의 베이스 전위는 제3도에 표시된 바와 같이 변화하며, 또 무안정 멀티 바이브레이터의 출력 펄스폭도 변화한다. 이때, 제1의 발진용 트란지스터(21)의 베이스 전위는 펄스폭 제어용 트란지스터(22)의 저항치 변화에 대응하여 평행이동한 것과 같은 상태로 변화하여, 저항치 변화와 펄스폭 변화와의 대응 관계가 좋아져, 안정된 출력전압의 제어가 가능해진다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 다음과 같이 설명한다.

본 발명의 실시예 1에 따르는 TV 수상기용 DC-DC 컨버터를 도시하는 제1도에 있어 12V의 배터리에서 나오는 직류전원(1)의 일단(2)에는 컨버터 출력변압기(3)의 일차권선(4)의 일단이 접속되어 있으며 일차권선(4)의 타단과 접지, 즉 직류전원(1)의 타단(5)사이에는 고 hFE 스윗칭 트란지스터(6)가 접속되어 있다. 이 고 hFE 스윗칭 트랜지스터(6)는 상겡 전기 회사에서 제조 판매되고 있는 2SC 2198이며 hFE는 1A, 4V의 상태에서 400이며, 10A, 4V의 상태에서는 약 100이다.

변압기(3)의 일차권선(4)에 전자(電磁)적으로 결합된 2차권선(7)의 출력측에는 정류소자(8)와 콘덴서(9)로 된 출력용 정류평활회로(10)가 접속되며, 이 정류 평활회로(10)의 출력에 예시하면 TV수상기에서 되는 부하(11)가 접속되어 있다.

부하(11)에 병렬로 접속된 저항(12), (13), (14)은 출렬 전압 검출회로이며 저항(13)에는 비교 검출용 트랜지스터(15)의 베이스가 접속되어 있다. 또한 트랜지스터(15)의 베이스와 접지 사이에는 콘덴서(16)가 접속되며, 에미터와 접지 사이에 기준용 제너 다이오드(17)가 접속되고, 이 제너다이오드(17)와 정류평활회로(10)의출력 라인사이에는 저항(18)이 접속되어 있다.

점선으로 표시한 자려발진(自勵發振) 컨버터를 드라이브 하기 위한 회로(19)- 펄스폭이 제어가능한 무안정 멀티바이브레이터로 구성되어 있다.

직류 전원의 일단(2)과 접지 사이에 저항(20)과 멀티 바이브레이터 구성용의 제1트랜지스터(21)를 접속시키며, 또 펄스-제어 트랜지스터(22)와 저항(23)과를 매개체로 하여 멀티바이브레이터 구성용의 제2트랜지스터(24)를 접속시키며, 제1트랜지스터(21)의 베이스와 제2트랜지스터(24)의 콜렉터를 제1콘덴서(25)로 결합하며, 제2트랜지스터(24)의 베이스와 제1트랜지스터(21)의 콜렉터를 제2콘덴서(26)와 결합하고, 제1트랜지스터(21)의 베이스를 제1저항(27)을 매개체로 전원의 일단(2)에 접속시키면, 제2트랜지스터(24)의 베이스를 제2저항(28)을 매개체로 전원의 일단(2)에 접속시킴으로서 무안정 멀티바이브레이터를 구성하고 있다. 또한 트랜지스터(24)의 콜렉터와 접지 사이에 저항(29)이 접속되고 또한 제2트랜지스터(24)의 콜렉터에는 콘덴서(30)를 매개체로 TV수상기의 수평동기신호 인가단자(水平同期信號印加端子)(31)가 접속되며, 제어용 트랜지스터(22)의 베이스는 저항(32)을 개재시켜 비교검출용 트랜지스터(15)의 콜렉터에 접속되어 있다.

직류 전원의 일단(2)과 접지 사이에 저항(33)을 매개체로 하여 접속시킨 트랜지스터(34)의 베이스는 저항(35)을 개재시켜 멀티바이브레이터의 제1트랜지스터(21)의 콜렉터에 접속되어 있다. 멀티바이브레이터의 출력으로 온(ON)상태가 되는 트랜지스터(34)의 콜렉터는 저항(36)을 개재시킨 스윗칭 트랜지스터(6)의 베이스에 접속되어 있기 때문에 트랜지스터(34)가 오프(off)인 기간에는 스윗칭 트랜지스터(6)가 온이된다. 트랜지스터(34)에 역 병렬(逆竝列)로 보호용 다이오드(37)가 접속되며, 저항(36)에는 병렬로 콘덴서(38)가 접속되어 있다.

변압기 1차권선(4)에 전자 결합된 역 바이어스용 3차 권선(39)은 트랜지스터(6)가 온 상태일때에 저항(40)을 개재시켜 역 바이어스용 콘덴서를 충전시킬 수가 있는 극성으로 접속되어 있다. 또한 3차권선(39)과 저항(40)과 콘덴서(41)로 된 역 바이어스 회로는 트랜지스터(6)의 베이스 에미터 접합에 의하여 병렬로 베이스 에미터호로에 접속되어 있다. 42는 전원에 병렬로 접속된 콘덴서이다.

상술한 바와 같이 구성된 DC-DC 컨버터의 동작을 제2도의 파형도를 참조로하여 설명하면, 무안정 멀티바이브레이터의 제1트랜지스터(21)가 온, 제2트랜지스터(24)가 오프인 상태로 되어 있다고 가정할 때 제1도의 각부의 전압 및 전류는 제2도의 t₀-t₁의 기간의 상태로 된다. 즉 제1도의 트랜지스터(21)의 콜렉터 전압 VB는 제2b도에 표시한 바와 같이 거지 접지 상태가 되기 때문에 트랜지스터(34)는 오프가 되고 스윗칭 트랜지스터(6)는 저항(33)과 (36)을 통하여 베이스 전류를 공급받기 때문에 온이 되고 트랜지스터(6)의 콜렉터 전압 Vc는 제2c도에서 가르키는 바와 같이 대략 접지가 되고 1차 권선(4)에 전원전압이 가해진다. 이때 트랜지스터(6)의 콜렉터전류 Ic는 제2e도에 가르키는 바와 같이 흐르게 된다. t₀에서 t₁사의의 트랜지스터(6)가 온 상태인 기간에 변압기 2차권선(7)에 권선비에 응하여 전압이 발생하나 다이오드(8)로 저지되어 있기 때문에 2차 권선(7)에는 전류가 흐르지 않는다. 한편 역 바이어스용 3차 권선(39)의 V_D점에 제2d도에 표시하는 전압이 발생하고 3차권선(39), 저항(40), 콘덴서(41) 및 트랜지스터(6)의 베이스 에미터 회로로 된 폐회로로 역 바이어스용 콘덴서(41)에 충전전류가 흘러 콘덴서(41)는 도시된 극정으로 충전된다.

제2도에서 t₁시점이 되면 단자(31)에서, 제2a도에 도시된 수평동기 신호가 들어와 이제까지 온이 되었던 제1트랜지스터(21)가 오프로 전환, 제2트랜지스터(24)가 온이 된다. 제1의 트랜지스터(21)가 오프상태인 t₁-t₂의 기간에 있어서 V_B점의 전위가 제2b도에 도시된 바와 같이 전원전압이 되고 다음의 트랜지스터(34)가 온이 된다.

때문에 스윗칭 트랜지스터(6)의 전원으로부터 베이스 전류공급이 끊어져 스윗칭 트랜지스터(6)는 오프로 되며 Vc점의 전위는 제2c도에 도시된 바와 같이 거의 전원 전압으로 된다. 이때 변압기(3)에 축적된 에너지는 2차 권선(7)로 부터 다이오드(8)을 통해 방출되며 이것은 콘덴서(9)로 평활되어 부하(11)에 부여된다. 또 스윗칭 트랜지스터(6)가 오프상태인 기간에는 3차 권선(39)에 지금까지와 반대방향의 전압이 유기되어 트랜지스터(6)의 베이스-에미터 접합을 역 바이어스함과 동시에 콘덴서(41)의 충전 전압이 3차 권선(39)을 매개로 하여 트랜지스터(6)의 베이스-에미터 접합을 더욱 역 바이어스 상태로 만들어 트랜지스터(6)은 완전히 오프상태로 된다. 또 콘덴서(38)의 전압도 트랜지스터(34)를 매개로 하여 스위칭 트랜지스터(6)의 베이스-에미터에 인가되어 역 바이어스를 강하게 한다.

무안정 멀티바이브레이터의 시정수 회로에 의해 결정되는 소정시간이 경과한 t₂시점이 되면 제1트랜지스터(21)는 온으로 전환하고 제2트랜지스터(24)는 오프로 전환하여 t₀-t₁의 기간과 같은 t₂-t₃기간이 된다.

출력전압의 조정에 관하여 설명하면, 저항(12), (13), (14)으로 검출된 전압은 트랜지스터(15)의 에미터에 접속된 제너 다이오드(17)의 기준전압과 비교되어 비교검출신호가 저항(32)을 포함하는 검출 출력선으로 얻어진다. 검출 출력선은 드라이브희로(19)인 무안정 멀티바이브레이터의 제어용 트랜지스터(22)의 베이스에 접속되어 있기 때문에 출력전압이 소정치보다 낮다면 비교검출용 트랜지스터(15)의 콜렉터전류가 적어지고 그 결과 제어트랜지스터(22)의 베이스 전류가 적어진다. 베이스전류가 적어지면 제1의 트랜지스터(21)가 온 상태인 기간에 제어트랜지스터(22)와 저항(23)을 통하여 이제까지 보다 높은 픽크치로 콘덴서(25)를 충전하기가 불가능하게 되고 V_E점의 부(負)의 최대치(픽크치)는 제3도 점선으로 표시한 바와 같이 이제까지의 픽크치(-V₁)보다도 작은 픽크치(-V₂)에 제한되다. 그렇게 한 후 제1의 트랜지스터(21)가 OFF로 전환하여 제2의 트랜지스터(24)가 ON으로 전환되면 저항(27)과 콘덴서(25)와 제2의 트랜지스터(24)로서 되는 최초로 콘덴서(25)가 방전된다. 이때 출력전압이 소정치보다도 낮다고 가정할 때 제3도에서 실선으로 나타낸 방전 개시 전압의 픽크치(-V₁)보다도 낮은, 점선으로 나타낸 방전 개지 전압 픽크치(-V₂)에서 방전이 개시되어 결국 점선의 경우에는 실선의 경우보다도 빠르게 제1트랜지스터(21)를 온 상태로 전환시키는 레벨에 달한다. 그 결과 출력전압이 소정치보다 낮을 때는 제1트랜지스터(21)의 온 기간이 길어지고 제2트랜지스터(24)의 오프기간이 짧아진다. 그래서 제1트랜지스터(21)의 온 기간이 길어지면 트랜지스터(34)의 오프기간이 길어져 스윗칭 트랜지스터(6)의 온 기간이 길어진다. 따라서 출력전압이 소정치에 가깝게 된다.

제2도에서 점선으조 표시한 파형은 저하한 출력전압을 높일때의 V_B, V_C, V_D, I_C를 나타낸다.

지금까지 전압을 높일때의 동작에 대하여 서술하였으나 역므로 진압을 낮게 했을 때의 동작은 역현상으로 나타난다.

따라서 종래에는 멀티바이브레이터의 출력 펄스폭을 변경시킬때 저항(27)의 값을 변하게 하기 때문에 제4도에서 표시한 바와 같이 콘덴서(25)의 방전곡선이 변화하여 저항치 변화와 펄스폭 변화가 직선적 관계를 갖는 것이 어려웠다. 이에 대하여 본 실시예에서는 제어트랜지스터(22)의 저항치에 의하여 제어하고 있기 때문에 콘덴서(25)의 방전곡선 즉 제1의 트랜지스터(21)의 베이스 전위가 제3도에서 나타낸 바와 같이 변환하여 저항치 변화의 펄스폭변화는 직선적 관계를 갖고, 전압안정도도 양호하게 된다. 이제까지의 설명에서 명백한 바와 같이 본 실시예에 의하여 역 바이어스용 3차 권선(39)을 설치하였기 때문에 OFF기간에 트랜지스터(6)를 충분히 역 바이어스로 하여 전력 손실을 적게할 수가 있다.

또한 역 바이어스회로가 변압기(3)에 전자 결합되어 있기에 회로 구성은 간략하게 되어 있다.

또한 이 장치에서는 고 hFE 트랜지스터(6)가 사용되어 드라이브회로(19)와 트랜지스터(6)가 트랜지스터를 사용치 않고 결합되어 있기 때문에 회로 구성이 간단함은 물론 가격이 낮게 된다. 또한 드라이브회로의 전력손실이 크게 절감된다.

그리고 트랜지스터(22)를 출력검출전압으로 제어하여 출력전압이 일정하게 되게끔 멀티바이브레이터의 펄스폭을 변화시키고 있기에 출력 전압의 안정도가 높다.

또한 트랜지스터(22)에 의한 저항치의 변화에 대한 펄스폭의 변화의 직선성이 좋게되고 전압조정의 안정성이 높게된다.

이상에서 발명의 한 실시예를 진술했으나, 본 발명은 상술의 실시에에 한정됨이 없이 변형이 가능하다. 즉 예시하면 트랜지스터(6)의 온기간에 부하(11)측으로 에너지를 송치해도 된다.

단, 이때는 변압기(3)에 축적되었던 에너지를 트랜지스터(6)의 오프기간에 예를들면 전원으로 귀환하는 회로를 설치한다. 이때 비교 검출회로를 하나의 트랜지스터(15)으로 구성하지 않고 한쌍의 트랜지스터에 의하여 차동증폭(差動增幅)회로로 구성해도 좋다.

Claims (1)

1. 직류 전원(1)과 부하회로와의 사이에 실질적으로 직열로 접속된 스윗칭 트랜지스터(6)와 전기 부하회로에서 직류 출력전압을 검출하는 출력전압 검출회로와 전기 직류 전압과 비교하기 위한 기준전압을 얻기 위한 기준전압 회로와 전기출력 전압 검출회로와 전기 기준전압 회로에 결합되어 전기 직류 출력전압과 전기 기준전압과의 오차 출력을 발생하는 오차 증폭회로와 한쪽의 직류전원 라인과 다른 쪽의 직류 라인과의 사이에 각기 부설된 한편 각각의 에미터가 다른 쪽의 직류전원 라인에 접속된 제1 및 제2 트랜지스터(21), (24)와 전기 제1트랜지스터(21)의 콜렉터와 전기 한쪽의 직류전원 라인과의 사이에 접속된 제1저항(20)과 전기 제2트랜시트터(24)의 콜렉터와 한쪽의 직류전원 라인과의 사이에 접속된 한편 2차 증폭회로의 출력으로 제어되게끔 2차 증폭회로에 결합된 펄스폭 제어용 트랜지스터(22)와 제1트랜지스터(21)의 베이스와 전기 제2트랜지스터(24)의 콜렉터와의 사이에 접속된 제1콘덴서(27)와 전기 제2트랜지스터(24)의 베이스와 제1트랜지스터(21)의 콜렉터와의 사이에 접속된 제2콘덴서(26)와 전기 제1트랜지스터(21)의 베이스와 한쪽의 직류전원 라인과의 사이에 접속된 제3저항(27)과 제2트랜지스터(24)의 베이스와 한쪽의 직류전원 라인과의 사이에 접속된 제4저항(28)과 제2트랜지스터(24)의 콜렉터와 다른쪽의 직류전원 라인과의 사이에 접속된 제5저항(29)으로 이루어져 제1트랜지스터(21) 또는 전기 제2트랜지스터(24)의 콜렉터로부터 얻을 수 있는 출력에 의하여 스윗칭 트랜지스터(6)를 온. 오프 제어하게끔 스윗칭 트랜지스터(6)의 베이스에 결합된 무안정 멀티 바이브레이터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 직류-직류 변환기.

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