JPH0127428Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、リンギングチヨーク形の直流−直流
変換器（DC―DCコンバータ）に関するものであ
る。

［従来技術］ リンギングチヨーク形直流−直流変換器は、基
本的には、発振トランジスタとトランスとを備え
て入力電流電圧が印加されたときに発振する自励
トランジスタ発振回路と、該トランスの出力側に
設けられた整流回路とからなつているが、この種
の直流−直流変換器では、入力直流電圧の変動に
より発振トランジスタのベース電流が大幅に変化
するため、電力効率が悪くなる欠点があつた。

第１図に示した従来のリンギングチヨーク形直
流−直流変換器では、プラス側入力端子ｕにベー
ス電流制限用抵抗Ｒ１を介してエミツタが接続さ
れた発振トランジスタＱ１と、プラス側入力端子
ｕに１次巻線Ｎ１の一端が接続されたトランスＴ
の１次巻線Ｎ１の他端とトランジスタＱ１のベー
スとの間に接続された時定数決定用コンデンサＣ
１と、トランジスタＱ１のベースとマイナス側入
力端子ｖとの間に接続された時定数決定用抵抗Ｒ
２とにより、入力直流電圧Eiが印加されたときに
発振する自励トランジスタ発振回路１が構成され
ている。２はコレクタが１次巻線Ｎ１とコンデン
サＣ１との接続点に接続され、エミツタがマイナ
ス側入力端子ｖに接続された駆動トランジスタＱ
２からなる駆動回路で、トランジスタＱ２のベー
スは発振トランジスタＱ１のコレクタに接続され
ている。またトランスＴの２次巻線Ｎ２の一端に
ダイオードＤ１のアノードが接続され、該ダイオ
ードのカソードとトランスの２次巻線の他端との
間に平滑用コンデンサＣ２が接続されている。ダ
イオードＤ１とコンデンサＣ２とにより整流回路
３が構成され、コンデンサＣ２の両端からプラス
側出力端子Ｕ及びマイナス側出力端子Ｖが引出さ
れている。トランジスタＱ２のベースエミツタ間
に制御用トランジスタＱ３のコレクタエミツタ間
回路が並列接続され、該制御用トランジスタＱ３
のベースはツエナーダイオードDzと抵抗Ｒ３と
を介して整流回路２のプラス側出力端に接続され
ている。トランジスタＱ３、ツエナーダイオード
Ｄ２及び抵抗Ｒ３により出力電圧制御回路４が構
成されている。

上記の直流−直流変換器においては、直流電源
から直流電圧Eiが印加されると、抵抗Ｒ１及びＲ
２を通してトランジスタＱ１にベース電流が流
れ、該トランジスタＱ１が導通状態になる。トラ
ンジスタＱ１が導通状態になると、駆動トランジ
スタＱ２のベースに電流が流れ、該トランジスタ
Ｑ２が導通状態になる。トランジスタＱ２が導通
状態になると、直流電源から１次巻線Ｎ１とトラ
ンジスタＱ２のコレクタエミツタ間とを通して電
流が流れ、トランスＴに電磁エルギーが蓄えられ
ていく。トランジスタＱ２が導通するとコンデン
サＣ１が所定の時定数で図示の極性に充電されて
いき、このコンデンサの電圧によりトランジスタ
Ｑ１のベースが逆バイアスされていく。コンデン
サＣ１の充電がある程度進むとトランジスタＱ１
が遮断状態になり、これによりトランジスタＱ２
も遮断状態になる。このときトランスの１次電流
が遮断されるため、１次巻線Ｎ１にはそれまで流
れていた１次電流を流し続けようとする向きの電
圧が発生し、トランスの２次巻線Ｎ２には図示の
ダイオードＤ１のアノード側が正になる向きの電
圧が誘起する。トランジスタＱ２が遮断するとコ
ンデンサＣ１が所定の時定数で放電していき、こ
の放電がある程度進むと、トランジスタＱ１に所
定のベース電流が流れ得るようになつて該トラン
ジスタＱ１が再び導通する。以下同様な動作が繰
返されてトランジスタＱ１，Ｑ２が導通と遮断と
を繰返すためトランスの１次電流が周期的に断続
され、これにより２次巻線Ｎ２に交流電圧が誘起
する。この電圧はダイオードＤ１により整流さ
れ、更にコンデンサＣ２により平滑されて出力端
子UVから直流電圧Eoとして出力される。

出力電圧が設定値以上になると、ツエナーダイ
オードDzが降伏してトランジスタＱ３にベース
電流が流れ、該トランジスタが能動状態ないしは
導通状態になるため、トランジスタＱ２のベース
電流の一部がトランジスタＱ３を通してトランジ
スタＱ２から側路されるようになる。そのためト
ランスの１次電流の遮断値が小さくなり、２次巻
線Ｎ２に誘起する電圧は設定値におさえられる。

［考案が解決しようとする課題］ 上記の直流−直流変換器において、ベース電流
制限用抵抗Ｒ１及びトランスＴは、入力電源電圧
が最小の場合でも充分希望の出力電圧と立ち上が
り特性が得られるように選定されているため、最
高入力電圧が供給された場合には駆動トランジス
タＱ２のベース電流の大部分が制御トランジスタ
Ｑ３側に流れ、このときトランジスタＱ２は能動
領域で動作するため電力損失が大きくなつて電力
効率が低下する欠点があつた。また上記従来の変
換器では、入力電圧が変動したときの発振トラン
ジスタＱ１の出力電流の変動が大きく、従つて駆
動トランジスタＱ２のベース電流の変動が大きい
ため、入力電圧の変動幅が大きくなると制御トラ
ンジスタにより制御しきれなくなつて電圧変動が
大きくなる欠点があつた。

また環境温度が低下するとトランジスタの特性
から、駆動トランジスタＱ２のベースエミツタ間
電圧が上昇してベース電流が小さくなり、環境温
度が上昇すると駆動トランジスタＱ２のベースエ
ミツタ間電圧が減少してベース電流が大きくな
り、環境温度の変化によつても電圧変動が大きく
なる欠点があつた。

本考案の目的は、電力効率を高めることがで
き、且つ入力電圧の変動に対する出力電圧の変動
を小さくすることができるようにしたリンギング
チヨーク型の直流−直流変換器を提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ 本考案は上記課題を解決するために、図面に示
した実施例に見られるように、発振トランジスタ
Ｑ１とトランスＴとを備えて直流電源５から入力
端子ｕに入力直流電圧が印加されたときに所定の
周波数で発振する自励トランジスタ発振回路１
と、発振トランジスタＱ１の導通によりベース電
流が供給されて導通しトランスＴの一次側に電流
を流す駆動トランジスタＱ２と、トランスＴの２
次側に設けられた整流回路３とを備えたリンギン
グチヨーク形直流−直流変換器において、入力直
流電圧が変化した時の発振トランジスタＱ１のベ
ース電流の変化を抑制する定電流化手段６を設け
る。特に本考案においては、定電流化手段６を発
振トランジスタＱ１のエミツタと前記入力端子ｕ
との間に接続されたベース電流制限抵抗Ｒ１と、
アノードを入力端子側ｕに向け且つ電流制限抵抗
Ｒ１を介して発振トランジスタＱ１のエミツタベ
ース間に接続されたダイオードＤ３，Ｄ４とから
構成した。

［作用］ 本考案では発振トランジスタのベース電流の変
化を抑制する定電流化手段を設けたので、入力電
圧が変化したときの発振回路の出力の変動を小さ
くすることができ、出力電圧の変動を小さく抑え
ることができる。また出力電圧の制御を行う場
合、入力電圧が増大した時でも各トランジスタを
最適動作領域で動作させることができるため回路
で生じる損失の増加をおさえることができ、電力
効率を高めることができる。

特に、定電流化手段をベース電流制限用抵抗Ｒ
１とダイオードＤ３，Ｄ４とから構成すると、ダ
イオードの温度補償機能により、駆動トランジス
タＱ２の温度特性による電圧変動を小さく抑える
ことができる。具体的には、環境温度が上昇する
と、ダイオードＤ３，Ｄ４のアノード・カソード
間電圧が低下して発振トランジスタＱ１のベース
電流を減少させるため、環境温度の上昇に伴なつ
て駆動トランジスタＱ２のベース電流が増加する
傾向を補償する。また逆に環境温度が低下する
と、ダイオードＤ３，Ｄ４のアノード・カソード
間電圧が増加して発振トランジスタＱ１のベース
電流が増加し、環境温度の低下に伴なう駆動トラ
ンジスタＱ２のベース電流の減少傾向を補償す
る。

更に、本考案で用いる定電流化手段によれば、
直流電源電圧がダイオードＤ３及びＤ４を導通さ
せる電圧に達するまでは、ベース電流制限用抵抗
Ｒ１の抵抗値のみによつて発振トランジスタＱ１
のベース電流が定まるため、ベース電流制限用抵
抗Ｒ１の抵抗値を適宜に設定すれば、低い電源投
入時の電圧の立ち上がり特性を改善して、しかも
出力電圧の変動を小さく抑えることができる。

［実施例］ 以下添附図面を参照して本考案の実施例を説明
する。

第２図は第１図の形式の直流−直流変換器に本
考案を適用した実施例の一般的構成を示したもの
で、同図において、１は発振トランジスタとその
付属回路とを含む発振用トランジスタ回路１０１
とトランスＴ１とにより構成された自励トランジ
スタ発振回路、２は駆動回路、３は整流回路、４
は出力電圧制御回路、５は入力端子ｕ，ｖ間に直
流電圧Eiを印加する直流電源である。本考案にお
いては、定電流化手段６が設けられ、この定電流
化手段により、入力直流電圧Eiが変化したときの
発振トランジスタのベース電流の変動が抑制され
ている。

第３図は上記第２図の構成を具体化した実施例
を示したもので、同図において第１図の例と相違
するのは、プラス側入力端子ｕと発振トランジス
タＱ１のベースとの間にダイオードＤ３とＤ４の
直列回路が接続され、これらのダイオードとベー
ス電流制限用抵抗Ｒ１とにより定電流化手段６が
構成されている点である。

このように構成すると、発振トランジスタＱ１
のエミツタからベースを通して流れる電流が安定
化され、入力直流電圧Eiが変化しても発振トラン
ジスタＱ１から駆動トランジスタＱ２のベースに
与えられる電流はほとんど変化しないため、入力
電圧が高くなつたときに制御用トランジスタＱ３
により駆動トランジスタＱ２のベースから側路さ
れる電流は従来より大幅に減少する。従つて入力
直流電圧Eiが高い場合にも、トランジスタＱ２を
最適動作領域で動作させることができ、電力効率
を高めることができる。電力効率ηは、入力電力
をPi、出力電力をPoとすると、η＝（Po／Pi）×
100（％）で定義されるが、本考案によれば、この
電力効率ηは従来の1.5倍乃至２倍に増大する。

実験によると、第１図の回路においては入力電
圧Eiを1.5Vから6.5Vまで変化させた場合に抵抗
Ｒ１を流れる電流が15mAから65mAまで変動し
た。この場合入力電圧を比較的高い電圧4.5V〜
6.5Vとして使用した場合の電力効率は約30〜40
％であつた。これに対して、第３図の実施例にお
いては、入力電圧Eiを1.5Vから6.5Vまで変化さ
せた場合の抵抗Ｒ１を流れる電流の変動は15mA
〜22mAであり、従来の回路に比べて電流の変動
幅が大幅に小さくなることが確認された。その結
果、4.5V〜6.5Vの比較的高い入力電圧で使用し
た場合の電力効率は約50〜55％であつた。

また従来の回路において入力電圧Eiを1.5Vか
ら6.5Vまで変化させると出力電圧Eoは第４図の
曲線ａのようになり、5.95Vから6.3Vまで変動し
たが、本考案においては、同じ入力電圧の変化に
対する出力電圧Eoの変動は第４図の曲線ｂに示
すように5.95Vから6.1Vとなり、従来の変換器に
比べて出力電圧の変動が大幅に小さくなることが
明らかになつた。なお第４図の実験においては、
従来の場合も本考案の場合も負荷電流を45mA
（一定）とした。

また、定電流化手段をベース電流制限用抵抗Ｒ
１とダイオードＤ３，Ｄ４とから構成すると、ダ
イオードＤ３，Ｄ４の温度補償機能により、駆動
トランジスタＱ２の温度特性による電圧変動を小
さく抑えることができる。これは、環境温度が上
昇すると、ダイオードＤ３，Ｄ４のアノード・カ
ソード間電圧が低下して発振トランジスタＱ１の
ベース電流を減少させるため、環境温度の上昇に
伴なつて駆動トランジスタＱ２のベース電流が増
加する傾向を補償することができ、また逆に環境
温度が低下すると、ダイオードＤ３，Ｄ４のアノ
ード・カソード間電圧が増加して発振トランジス
タＱ１のベース電流が増加し、環境温度の低下に
伴なう駆動トランジスタＱ２のベース電流の減少
傾向を補償することができるためである。

更に本実施例においては、直流電源電圧がダイ
オードＤ３及びＤ４を導通させる電圧に達するま
では、ベース電流制限用抵抗Ｒ１の抵抗値のみに
よつて発振トランジスタＱ１のベース電流が定ま
る。従つてベース電流制限用抵抗Ｒ１の抵抗値を
適宜に設定すれば、低い電源投入時の電圧の立ち
上がり特性を改善して、しかも出力電圧の変動を
小さく抑えることができる。

［考案の効果］ 以上のように本考案によれば、ダイオードを用
いた簡単な構成の定電流化手段を発振トランジス
タのベース電流の変化を抑制するために設けたの
で、簡単な回路構成で入力電圧が変化したときの
発振回路の出力の変動を小さくすることができ、
出力電圧の変動を小さくおさえることができる。
また出力電流の調整を行う場合、入力電圧が増大
した時でも各トランジスタを完全に飽和領域で動
作させることができるため回路で生じる損失の増
加をおさえることができ、電力効率を高めること
ができる。

特に本考案のように、定電流化手段をベース電
流制限用抵抗とダイオードとから構成すると、ダ
イオードの温度補償機能により、駆動トランジス
タの温度特性による電圧変動を小さく抑えること
ができる利点がある。また、直流電源電圧がダイ
オードを導通させる電圧に達するまでは、ベース
電流制限用抵抗の抵抗値のみによつて発振トラン
ジスタのベース電流が定まるため、ベース電流制
限用抵抗の抵抗値を適宜に設定すれば、低い電源
投入時の電圧の立ち上がり特性を改善して、しか
も出力電圧の変動を小さく抑えることができる利
点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流−直流変換器の一例を示し
た回路図、第２図は本考案の一実施例の一般的な
構成を示した回路図、第３図は第２図の構成を具
体化した本考案の実施例を示したブロツク図、第
４図は本考案の効果を示す実験結果を示す線図で
ある。 １……自励トランジスタ発振回路、２……駆動
回路、３……整流回路、４……出力電圧制御回
路、５……直流電源、６……定電流化手段、Ｔ…
…トランス、Ｑ１……発振トランジスタ、Ｑ２…
…駆動トランジスタ、Ｑ３……制御用トランジス
タ、Ｄ１〜Ｄ２……ダイオード、Ｃ１〜Ｃ２……
コンデンサ、Dz……ツエナーダイオード、Ｒ１
〜Ｒ３……抵抗。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 発振トランジスタとトランスとを備えて直流電
   源から入力端子に入力直流電圧が印加されたとき
   に所定の周波数で発振する自励トランジスタ発振
   回路と、 前記発振トランジスタの導通によりベース電流
   が供給されて導通し前記トランスの一次側に電流
   を流す駆動トランジスタと、 前記トランスの２次側に設けられた整流回路と
   を備えたリンギングチヨーク形直流−直流変換器
   において、 前記入力直流電圧が変化した時の前記発振トラ
   ンジスタのベース電流の変化を抑制する定電流化
   手段が設けられ、 前記定電流化手段が前記発振トランジスタのエ
   ミツタと前記入力端子との間に接続されたベース
   電流制限抵抗と、アノードを前記入力端子側に向
   け且つ前記電流制限抵抗を介して前記発振トラン
   ジスタのエミツタベース間に接続されたダイオー
   ドとからなることを特徴とする直流−直流変換
   器。