JPH01298954A - チョッパ型電源回路 - 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〕 本発明は電子回路に安定した直流電圧を供給する安定化
電源回路に好適するチョッパ型電源回路の改良に関する
。

〔従来の技術〕

電子回路へ安定した直流電圧を供給する安定化電源回路
としては、電源利用効率を高めるために電源電流を断続
制御する構成が広く用いられており、特に、構成が簡単
で低価格であると言った理由から降圧方式のチョッパ型
電源回路が採用されるようになってきた。

従来、この種のチョッパ型電源回路は、第４図に示すよ
うに、マイナス側を接地した直流電源１のプラス側をＰ
ＮＰ　Ｉ−ランジスタ３のエミッタに接続し、トランジ
スタ３のコレクタとアース間にフライホイールダイオー
ドＤ１を逆方向接続するとともにコレクタをチョークコ
イルＬと平滑コンデンサＣ１からなる平滑回路５に接続
し、平滑回路５に誤差増幅回路７を介してパルス幅変調
回路９を接続し、エミッタを接地したＮＰＮ）ランジス
タ１１のベースにパルス幅変調回路９を接続し。

トランジスタ１１のコレクタをトランジスタ３のベース
に抵抗Ｒ１を介して接続した構成を有していた。

なお、第４図中符号Ｒ２はトランジスタ３のバイアス抵
抗であり、符号１３は負荷回路である。

このチョッパ型電源回路は、パルス幅変調回路７と誤差
増幅回路９によって平滑回路５からの入力電圧と所定の
基準電圧との差に応じたパルス幅を有する信号をトラン
ジスタ１１へ出力し、このパルス信号によるトランジス
タ１１のＯＮ／ＯＦＦ動作を介してトランジスタ３を断
続させ、トランジスタ３の出力を平滑回路５で平滑して
負荷回路１３と誤差増幅回路７へ加えるもので、パルス
幅を変えることによって平滑回路゛５から安定した直流
電圧を出力可能になっている。

この構成では、トランジスタ３や抵抗Ｒ，，Ｒ。

に流れる電流を断続するから、トランジスタ３のドライ
ブ電力を少なくすることが可能であると考えられている
が、トランジスタ１１のＯＮ動作時にはベースや抵抗Ｒ
２に電流が流れるから、ドライブ電力を抑える観点から
、不十分である。

一方、近年、比較的高電力用のＭ　ＯＳ　（Ｍｅｔａｌ
Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　）型の電界
効果トランジスタ（以下ＦＥＴとする）が供給されるよ
うになったので、トランジスタ３をＰチャンネルＦＥＴ
で置き換えた第５図のような構成が提案されている。

すなわち、直流電源１のプラス側をＰチャンネルＦＥＴ
１５のソースに接続し、ドレインをチョークコイルＬに
接続し、トランジスタ１１のコレクタをコンデンサＣ２
を介してゲートに接続するとともに、コンデンサＣ２の
両端とソース間に抵抗Ｒ３＊　　Ｒ４を接続した構成で
ある。

この構成では、直流電源１の電圧が高くてもＰチャンネ
ルＦＥＴ１５のゲート電圧も高くできるし、Ｐチャンネ
ルＦＥＴ１５のＯＮ動作時にはゲート電流が殆ど流れな
いから、この点ではドライブ電力を小さく抑えて、高能
率化を図ることが可能である。

（発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、このような構成のチョッパ型電源回路に
おいても、ＰチャンネルＦＥＴ１５がその特性上からＮ
チャンネルＦＥＴに比べてＯＮ動作時のドレインとソー
ス間抵抗が大きいため、ＰチャンネルＦＥＴ１５におけ
る電力消費が効率を低下させる難点がある。

そこで、第６図に示すように、ＮチャンネルＦＥＴ１７
を用いてそのドレインを直流電源１に接続するとともに
ソースを出力側として平滑回路５に接続し、電力消費を
低く抑える試みもある。

しかし、この構成では、ＮチャンネルＦＥＴｌ７をＯＮ
動作させるために、ゲート電圧をドレインのそれよりも
例えば５〜ＩＯＶ高くしなければならない。

そのため、第６図にも示すように、補助電源１９をドレ
インとゲート間に挿入してゲート電圧を高める必要が生
じて回路構成が複雑になり、構成が簡単であると言うチ
ョッパ型電源回路の特徴が十分に発揮されない問題点が
ある。

本発明はこのような状況の下になされたもので。

補助電源を用いることなくＮチャンネルＦＥＴによって
構成することが可能であり、構成が簡単かつ高効率の小
型チョッパ型電源回路を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的を達成するために本発明は、Ｎチャンネ
ルＦＥＴのドレインを電源側に接続してソースを出力側
とするとともにゲートを制御端子とし、このソースに平
滑回路を接続する一方、ＮチャンネルＦＥＴを所定の周
期でＯＮ／ＯＦＦするスイッチ回路をそのゲートに接続
し、アノードをドレインに接続したダイオードに抵抗を
直列接続してその直列回路をドレインとゲート間に接続
し、それらダイオードと抵抗の接続点とソース間に昇圧
用のコンデンサを接続して構成されている。

さらに、このような構成において、ＮチャンネルＦＥＴ
のゲート電圧を所定の電圧以上に上昇させないクリップ
回路をゲートとドレイン間に挿入してもよい。

〔作　用〕

このような手段を備えた本発明は、スイッチ回路によっ
てＮチャンネルＦＦ、ＴがＯＮ状態となると、そのソー
ス電圧が上昇してこの上昇分がコンデンサを介して接続
点に帰還されて接続点の電圧が上昇し、ゲート電圧を上
昇させる。そのためゲート電圧がドレイン電圧よりも上
昇して、最終的にドレイン電圧の２倍程度になる。

さらに、クリップ回路をゲートに接続すると。

ゲート電圧がある一定以上になるとクリップ回路に電流
が流れる。

〔実　施　例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

なお、従来例と共通する部分には同一の符号を付す。

第１図は本発明に係るチョッパ型電源回路の一実施例を
示す回路図である。

図において、マイナス側を接地した直流電源１のプラス
側はＮチャンネルＦＥＴ１７のドレインに接続されてお
り、そのソースにはフライホイールダイオードＤ、とチ
ョークコイルＬが接続されている。

このチョークコイルＬのソース側のフライホイールダイ
オードＤ、はアースに対して逆方向接続されており、チ
ョークコイルＬの出力端とアース間には平滑コンデンサ
Ｃ１が接続されて平滑回路５が形成されている。符号１
３は平滑回路５に接続される外部の負荷回路である。

ＮチャンネルＦＥＴ１７のドレインとゲート間にはダイ
オードＤ２と抵抗Ｒ６の直列回路がダイオードＤ２のア
ノードをドレイン側にして接続されている。なお、抵抗
Ｒ６は電流制限用のものである。

ダイオードＤ！と抵抗Ｒ，の接続点ＡとＮチャンネルＦ
ＥＴ１７のソース間にはコンデンサＣ３が接続されてお
り、このコンデンサＣ３は後述するようにダイオードＤ
２と抵抗Ｒ６の接続点Ａの電圧を上昇させるものである
。

平滑回路５の出力端は誤差増幅回路７にも接続されてお
り、誤差増幅回路７はパルス幅変調回路９を介してＮＰ
Ｎトランジスタ１１に接続されている。

誤差増幅回路７は例えばＯＰアンプからなり。

所定の基準電圧に対する平滑回路５からの入力電圧を比
較し、その差を制御電圧としてパルス幅変調回路９へ出
力するものである。

パルス幅変調回路９は９例えばノコギリ波発生回路を有
し、誤差増幅回路７からの制御電圧をしきい値としてそ
のノコギリ波におけるしきい値を越える期間をパルス幅
とした１００ＫＨｚ程度のパルス信号をトランジスタ１
１のベースへ出力するものであり、誤差増幅回路７から
の出力電圧が変化すると、パルス信号のパルス幅も変化
する。

トランジスタ１１のエミツタは接地され、コレクタはＮ
チャンネルＦＥＴ１７のゲートに接続されており、パル
ス幅変調回路９からのパルス信号によるトランジスタ１
１のＯＮ／ＯＦＦ動作により、Ｎチ中ンネルＦＥＴ１７
のゲートがアースに対してＯＮ／ＯＦＦ動作される。

このように誤差増幅回路７．パルス幅変調回路９、トラ
ンジスタ１１は、平滑回路５からの出力電圧をフィード
バック入力してＮチャンネルＦＥＴ　１’　７をＯＮ１
０　Ｆ　Ｆ動作させるものであり、そのＯＮ／ＯＦＦ動
作期間を変化させ、平滑された出力電圧を変化させるス
イッチ回路２１を形成している。

従って、平滑回路５からの入力電圧と基準電圧の差を小
さく又は一定に保つような制御電圧を誤差増幅回路７か
らパルス幅変調回路９へ出力するように構成すれば、平
滑回路５からの出力電圧が安定する。

次に、上述した本発明の詳細な説明する。

ＮチャンネルＦＥＴ１７のドレインに第２図中りのよう
な直流電圧■１が直流電源ｌから印加され、パルス幅変
調回路９からのパルス信号によってトランジスタ１１が
ＯＮしている周期Ｔ１では。

電源電流がダイオードＤ２　、抵抗ＲａｔＬランジスタ
１１を流れるから、ＮチャンネルＦＥＴ１７のゲートが
アースに接続された状態（第２図中Ｇ）となってＯＦＦ
状態となる。

このとき前の周期によってチョークコイルＬに蓄えられ
たエネルギーによって電流が平滑コンデンサＣ１側に流
れることにより、フライホイールダイオードＤ１がＯＮ
状態となってＮチャンネルＦＥＴ１７のソースは第２図
中Ｓのように接地電位となる。

次に、トランジスタ１１がＯＦＦ状態となる期間Ｔ２で
は、ゲート電圧がダイオードＤ２と抵抗Ｒ６によってド
レイン電圧まで上昇する。

その結果、ＮチャンネルＦＥＴ１７はＯＮ状態に移って
ソース電圧が上昇する。ソース電圧が接地電圧から上昇
すると、その電圧上昇分はコンデンサＣ３を通じてダイ
オードＤ２と抵抗Ｒ６の接続点Ａに帰還されて接続点Ａ
の電圧が第２図Ａのように上昇する。ソース電圧が第２
図Ｓのようにｖｌになると、ゲート電圧も第２図Ｇのよ
うに最終的にドレイン電圧ｖ１の２倍の電圧ｖ２まで上
昇する。

そして、ＮチャンネルＦＥＴ１７は完全にＯＮ状態とな
り、ＰチャンネルＦＥＴ１５−に比べてドレインとソー
ス間の低い内部抵抗状態で動作する。

この状態では、フライホイールダイオードＤ１はＯＦＦ
状態にあり、ＮチャンネルＦＥＴ１７のソースからの出
力電流はチョークコイルＬを流れて平滑されて出力され
る。

誤差増幅回路７ではその平滑された直流電圧が基準電圧
と比較されてその差を少なく又は一定に保つような制御
電圧がパルス幅変調回路９に出力され、パルス幅変調回
路９でその制御電圧に応じたパルス幅を有するパルス信
号を出力してトランジスタ１１をＯＮ／ＯＦＦ動作させ
、ＮチャンネルＦＥＴ１７を断続動作する。実際の動作
ではこれが繰り返される。なお、平滑出力電圧はＮチャ
ンネルＦＥＴ１７のＯＮ／ＯＦＦ動作にかかわらず一定
である。

第３図は本発明の他の実施例を示すものであり。

ＮチャンネルＦＥＴ１７のゲート電圧がドレインとゲー
ト間の定格電圧を越えるおそれがある一場合に好適する
。

すなわち、第３図は、第１図の構成においてＮチャンネ
ルＦＥＴ１７のドレインとゲート間にダイオードＤ３と
ツェナーダイオードＤ４の直列回路をクリップ回路２３
として接続したものであり。

ダイオードＤ３はゲートからドレインに対して順方向に
、ツェナーダイオードＤ４は逆方向になっている。

このような構成では、ＮチャンネルＦＥＴ１７のゲート
電圧■２がドレインとゲート間の定格電圧を越えたとき
、ツェナーダイオードＤ４に電流が流れるようにクリッ
プ回路を構成しておけば。

ゲート電圧が一定電圧以上に上昇するのを抑えることが
できる。

本発明において、上述したスイッチ回路２１は第１図の
構成に限定されず、Ｎチャンネル電界効果トランジスタ
１７をＯＮ／ＯＦＦする所定の周波数でそのゲートを制
御する無接点スイッチ構成であればよく、平滑された直
流電圧と基準電圧を比較してその差が小さく又は一定と
なるような周期でＮチャンネルＦＥＴ１７を断続動作さ
せれば。

その平滑直流電圧が安定化する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、ＮチャンネルＦＥＴのド
レインとゲート間にダイオードと抵抗の直列回路を接続
するとともに、それらダイオードと抵抗の接続点とソー
ス間に昇圧用のコンデンサを接続したから、ソース電圧
の上昇分が接続点に帰還されてその接続点の電圧を上昇
させ、それに伴ってゲート電圧が上昇し、それらダイオ
ードとコンデンサが実質的に補助電源と同等に機能する
。

そのため、補助電源を用いることなくＮチャンネルＦＥ
Ｔによって回路構成することが可能となり、構成が簡単
で小型となるうえ、ＮチャンネルＦＥＴでの消費電力を
小さく抑えることが可能となるから、ＮチャンネルＦＥ
ＴのＯＮ／ＯＦＦ周波数（チョッパ周波数）を高くして
高効率化が達成できる。

また、ＮチャンネルＦＥＴのゲートとドレイン間にクリ
ップ回路を挿入すると、そのゲート電圧を定格電圧の範
囲内で動作可能と卒っで信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るチョッパ型電源回路の一実施例を
示す回路図、第２図は第１図の主要部における信号波形
を示す図、第３図は本発明の他の実施例を示す回路図、
第４図〜第６図は従来のチョッパ型電源回路を示す回路
図である。 １・・・・・・・・・・・・・・・直流電源３．１１・
・・・・・トランジスタ ５・・・・・・・・・・・・・・・平温回路７・・・・
・・・・・・・・・・・誤差増幅回路９・・・・・・・
・・・・・・・・パルス幅変調回路１３・・・・・・・
・・・・・・・・負荷回路１５・・・・・・・・・・・
・・・・ＰチャンネルＦＥＴ１７・・・・・・・・・・
・・・・・ＮチャンネルＦＥＴ１９・・・・・・・・・
・・・・・・補助電源２１・・・・・・・・・・・・・
・・スイッチ回路２３・・・・・・・・・・・・・・・
クリップ回路ｃｍ　ｌ　　Ｃ２・・・コンデンサ Ｃ３・・・・・・・・・・・・昇圧用のコンデンサＤＩ
　ｒ　Ｄ２　＋　Ｄ３・・・・・・・・・ダイオードＤ
４・・・・・・・・・・・・ツェナーダイオードＬ・・
・・・・・・・・・・・・・チョークコイルＲ１、Ｒ１
，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ。 ・・・・・・・・・抵抗

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ドレインを直流電源側に接続するとともにソース
   を出力側とし、ゲートを制御端子としたＮチャンネル電
   界効果トランジスタと、 前記ソースからの出力信号を平滑する平滑回路と、 前記ゲートに接続され所定の周期で前記Ｎチャンネル電
   界効果トランジスタをＯＮ／ＯＦＦするスイッチ回路と
   、 前記ドレインにアノードを接続したダイオードと、 このダイオードのカソードと前記ゲート間に接続された
   抵抗と、 前記ダイオードと前記抵抗の接続点と前記ソース間に接
   続された昇圧用のコンデンサと、を具備してなることを
   特徴とするチョッパ型電源回路。
2. （２）前記ゲートの電圧を所定の電圧以上に上昇させな
   いクリップ回路が前記ゲートと前記ドレイン間に挿入さ
   れてなる請求項１記載のチョッパ型電源回路。