JPH0213263A - スイッチングレギュレータ - 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〕 本発明はスイッチングレギュレータの改良に関する、特
に、オフ・オン方式のスイッチングレギュレータにおい
て、変圧器に蓄積される磁気エネルギーを有効に使用し
うるようにする改良に関する。

〔従来の技術〕

直流チッッパー制御方式と変圧器とを組み合わせて、原
始直流電源の電圧値とは異なる値の一定の電圧を、負荷
の変動に拘らず、安定に供給しうる直流電源としてスイ
ッチングレギュレータが知られており、電子装置等に使
用される電源として広く使用されている。

従来技術に係るスイッチングレギュレータには、オン・
オフ方式とオフ・オン方式とがあるが、本発明はオフ・
オン方式のスイッチングレギュレータの改良である。

第２図参照 従来技術に係るオフ・オン方式のスイッチングレギュレ
ータの１例を図示する０図において、Ｔは減極性の変圧
器であり、その１次巻線Ｔ１には、トランジスタ等のス
イッチング手段Ｑ１を介して直流電圧が印加される。ま
た、１次巻線Ｔ、はキャパシタＣＩと抵抗Ｒ３との並列
回路と逆方向に接続されたダイオードＤ、との直列回路
によってバイパスされている。また、変圧器Ｔの２次巻
線Ｔ！は、ダイオードＤ、とキャパシタＣ１とが直列に
接続され、スイッチングレギュレータの出力電圧は、こ
のキャパシタＣ３の両端の電位差である。出力電圧を制
御するには、出力電圧と基準電圧との偏差に応答して決
定されるオン・オフ比をもってスイッチング手段Ｑ１を
オン・オフする。

ところで、変圧器Ｔは減極性であるから、スイッチング
手段Ｑ１がオンして変圧器Ｔの１次電流が増加している
期間には２次巻線Ｔ、には電流が流れないが、スイッチ
ング手段Ｑ、がオフして１次電流が急減するとき、２次
巻線Ｔ！に電流が流れてキャパシタＣＩが充電され、こ
のキャパシタＣ８に蓄積されたエネルギーが直流的に出
力されて出力エネルギーとなる。

変圧器Ｔの１次巻線Ｔ、をバイパスするキャパシタＣＩ
と抵抗Ｒ１、との並列回路とダイオードＤ、との直列回
路の機能は、スイッチング手段Ｑ、がオフしたとき、変
圧器Ｔの１次巻線Ｔ１に発生するスパイクエネルギーを
キャパシタｃ１に蓄積し、これを抵抗Ｒ，中において熱
に転換させることにある。さもないと、変圧器Ｔや特に
スイッチング手段Ｑ、の絶縁が脅かされるがらである。

〔発明が解決しようとする課題〕

スイッチングレギュレータの定格出力が大きくなると、
付属する変圧器も大きくなり、漏洩磁束のない変圧器を
作り得ない以上スパイクエネルギーは相対的に大きくな
り、抵抗の中で失われるエネルギーが看過できなくなる
と云う欠点がある。

本発明の目的は、この欠点を解消することにあり、オフ
・オン方式のスイッチングレギュレータにおいて、変圧
器の１次回路中で消費されるエネルギーを減らし、変圧
器に蓄積される磁気エネルギーをを効に使用しうるよう
に改良したスイッチングレギュレータを提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、下記のいずれによっても達成される。

第１の手段は、減極性の変圧器（Ｔ）と、この変圧器（
Ｔ）の１次巻線（Ｔ２）と直列に接続されるスイッチン
グ手段（Ｑ２）と、前記の変圧器（Ｔ）の１次巻線（’
ｒ＋）をバイパスする、キャパシタ（Ｃ１）と抵抗（Ｒ
１）との並列回路と、エミッタとベースとが接続されコ
レクタは前記の並列回路の１端と接続され前記のエミッ
タとベースとの接続点は前記のスイッチング手段（Ｑ１
）と前記の変圧器（Ｔ）の１次巻線（Ｔ２）の１端との
接続点と接続されているＮＰＮ型バイポーラトランジス
タ（Ｃ３）との直列回路と、前記の変圧器（Ｔ）の２次
巻線（Ｔ２）と直列に接続されるダイオード（Ｄ２）と
キャパシタ（Ｃ２）とを具備し、このキャパシタ（Ｃ＊
　）の両端がら出力する構成のスイッチングレギュレー
タである。

第２の手段は、減極性の変圧器（Ｔ）と、この変圧器（
Ｔ）の１次巻線（Ｔ２）と直列に接続されるスイッチン
グ手段（Ｑ２）と、前記の変圧器（Ｔ）の１次５ＩｌＩ
Ｉ（Ｔ１）をバイパスする、キャパシタ（Ｃｔ　）と抵
抗（Ｒ１）との並列回路と、エミッタとベースとが接続
されコレクタは前記のスイッチング手段（Ｑ２）と前記
の変圧器（Ｔ）の１次巻線（Ｔ１）の１端との接続点と
接続され前記の工槌ツタとベースとの接続点は前記の並
列回路の１端と接続されているＰＮＰ型バイポーラトラ
ンジスタ（Ｑ！）との直列回路と、前記の変圧器（Ｔ）
の２次巻線（Ｔ２）と直列に接続されるダイオード（Ｄ
よ）とキャパシタ（Ｃｔ　）とを具備し、このキャパシ
タ（Ｃ２）の両端から出力する構成のスイッチングレギ
エレータである。

〔作用〕

ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタでもＰＮＰ型のバイ
ポーラトランジスタでも、エミッタとベースとを接続す
ると、ＮＰＮ型の場合はエミッタからコレクタに向かう
方向を順方向とするダイオードとして機能し、ＰＮＰ型
の場合はコレクタからエミッタに向かう方向を順方向と
するダイオードとして機能することは周知である。換言
すれば、このように接続されたＮＰＮ型のバイポーラト
ランジスタのエミッタに、または、ＰＮＰ型のバイポー
ラトランジスタのコレクタに、正電圧を印加したときは
、その電圧印加方向が本来的には逆方向であるにか−わ
らず、上記のとおり、このトランジスタはダイオードと
して機能して導通する。そして印加される電圧が逆転す
れば、不導通化する。しかし、このダイオードは、本質
的にはバイポーラトランジスタであるから、電圧が逆転
した後も、ベース蓄積時間終了までは不導通化せず、こ
の期間には、正逆いづれの方向にも電流が流れうろこと
も周知である。

本発明は、この性質を積極的に活用したものである。

本発明の実施例を示す第１ａ図と第１ｂ図とにおいて、
それまでオンしていたスイッチング手段Ｑ、がオフする
と、本発明の要旨に係るバイポーラトランジスタＱ８と
変圧器Ｔの１次巻線Ｔ、の１端との接続点（ＮＰＮ型ト
ランジスタを使用する第１ａ図においてはエミッタと変
圧器Ｔの１次巻線Ｔ、の１端との接続点であり、ＰＮＰ
型トランジスタを使用する第１ｂ図においてはコレクタ
と変圧器Ｔの１次巻線Ｔ１の１端との接続点である。）
の電位が上昇してこのバイポーラトランジスタＱ８のコ
レクタ・エミッタ間の電位が逆転し、変圧器Ｔ中に磁気
的に蓄積されていたエネルギーによって、電流が、第１
ａ図、第１ｂ図に矢印Ａをもって示した方向に流れて、
キャパシタＣ＋　を充電する。そして、バイポーラトラ
ンジスタＱｔのコレクタ・エミッタ間の電位が再び反転
すると矢印Ａの方向の電流の流れは停止する。しかし、
蓄積時間の間は、バイポーラトランジスタＱ、はオフし
ないので、キャパシタＣ９に充電されていたエネルギー
が矢印Ｂの方向に流れて、２次巻線にエネルギー伝播が
なされる。

以上の作用は、従来技術をもってすれば抵抗Ｒ８中で消
費されてしまった筈のエネルギーのかなりな部分が、変
圧器Ｔの２次巻線Ｔ、に伝播されて育効利用されるとと
もに、抵抗Ｒ，の容量も小さくすることを許すことにな
り、上記の目的を達する。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつ一２本発明の一実施例に係るスイ
ッチングレギエレータについて、さらに説明する。

第１ａ図、′ｌ４ｔｂ図参照 第１ａ図は、ＮＰＮ型トランジスタを使用した例であり
、第１ｂ図はＰＮＰ型トランジスタを使用した例である
が、いづれも、本質的には、全く同一の動作をなす。

図において、Ｔは減極性の変圧器であり、その１次巻線
Ｔ、には、スイッチング手段としてのトランジスタＱ、
を介して直流電圧が印加されている。また、１次巻線Ｔ
、はキャパシタＣ１と抵抗Ｒ０との並列回路とエミッタ
とベースとが抵抗Ｒ３を介して接続されてダイオードと
して動作するバイポーラトランジスタＱ、（本発明の要
旨に係る部材）との直列回路（バイポーラトランジスタ
Ｑ□のコレクタが上記並列回路の１端と接続される）に
よってバイパスされている。また、変圧器Ｔの２次巻線
Ｔ、は、ダイオードＤ、とキャパシタＣｔとが直列に接
続され、スイッチングレギュレータの出力電圧はこのキ
ャパシタＣ１の両端の電位差である。

第１ｂ図のスイッチングレギュレータが第１ａ図のスイ
ッチングレギュレータと異なる点は、本発明の要旨に係
るバイポーラトランジスタＱ８がＰＮＰ型トランジスタ
であり、そのエミッタとベースとが抵抗Ｒ８を介して接
続されて、コレクタからエミッタに向う方向を順方向と
するダイオードとして機能すること−されており、また
、そのエミツタではなくコレクタが、変圧器Ｔの１次巻
線Ｔ、のｌ端とスイッチング手段としてのトランジスタ
Ｑ１との接合点と接続されていることのみである。

上記ｌ１ｉＩのスイッチングレギュレータは、スイッチ
ング手段Ｑ１をオン・オフし、そのオン・オフ比に対応
する出力電圧をキャパシタＣ！の両端から取り出すが、
上記のとおり、変圧器Ｔは減橿性であるから、スイッチ
ング手段Ｑ１がオンして変圧器Ｔの１次電流が増加して
いる期間には２次巻線Ｔ、には電流が流れないが、スイ
ッチング手段Ｑ＋がオフして急減するとき、２次巻線Ｔ
２に電流が流れてキャパシタＣ２が充電され、このキャ
パシタＣ３に蓄積されたエネルギーが直流出力エネルギ
ーとなる。

ところで、バイポーラトランジスタは、そのエミッタと
ベースとを接続すると、第１ａ図、第１ｂ図に示す矢印
Ａの方向が順方向であるダイオードとして機能するから
、本発明の各実施例においては、それまでオンしていた
スイッチング手段Ｑ＋がオフすると、変圧器Ｔの１次巻
線Ｔ、とスイッチング手段Ｑ１との接続点の電位が上昇
するから、矢印Ａのように電流が流れて、キャパシタＣ
５が十分充電される。キャパシタＣＩが充電されて電位
が逆転すれば矢印Ａ方向の電流は停止するが、蓄積時間
の間は、バイポーラトランジスタＱ、はオフしないので
、キャパシタＣ７に充電されていたエネルギーが矢印Ｂ
の方向に流れて、変圧器Ｔの２次＠ｍＴｘにエネルギー
伝播がなされる。

本発明の各実施例に係るスイッチングレギュレータは以
上のように動作して、従来技術をもってすれば抵抗Ｒ，
中で消費されてしまった筈のエネルギーのかなりな部分
が、変圧器Ｔの２次巻線Ｔ２に伝播されて有効使用され
るとともに、抵抗Ｒ４の容量も小さくなる。

〔発明の効果〕

以上、説明せるとおり本発明に係るスイッチングレギュ
レータは、それまでオンしていたスイッチング手段がオ
フしたとき発生するスパイクエネルギーをキャパシタに
供給するダイオードに代えて、エミッタとベースとが接
続されてダイオードとしてＷ１能するようにされたＮＰ
Ｎ型バイポーラトランジスタ、または、エミッタとベー
スとが接続されてダイオードとして機能するようにされ
たＰＮＰ型バイポーラトランジスタが使用されているの
で、それまでオンしていたスイッチング手段がオフした
とき、スパイクエネルギーは、このダイオードとして機
能するＮＰＮ型バイポーラトランジスタ、または、ＰＮ
Ｐ型バイポーラトランジスタを介して、キャパシタに供
給され、このダイオードとして機能するＮＰＮ型バイポ
ーラトランジスタが、電圧反転にもとすいてオフした後
、僅かの期間（蓄積時間）、キャパシタから電流が逆流
することになり、この電流が、変圧器（Ｔ）の２次１に
！Ｉに伝播することになり、従来技術をもってすれば抵
抗中で消費されてしまった筈のエネルギーのかなりな部
分が、変圧器の２次巻線に伝播されて有効使用されると
ともに、スパイクエネルギーを熱に転換する抵抗の容量
も小さくなる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、本発明の１実施例（ＮＰＮトランジスタを
ダイオードとして動作するように接続した例）に係るス
イッチングレギュレータの回路図である。 第１ｂ図は、本発明の他の実施例（ＰＮＰトランジスタ
をダイオードして動作するように接続した例）に係るス
イッチングレギュレータの回路図である。 第２図は、従来技術に係るスイッチングレギュレータの
回路図である。 Ｔ・・・変圧器、 Ｔ、・・・変圧器の１次巻線、 Ｔ２　・・・変圧器の２次巻線、 Ｃ，、Ｃ，・・・キャパシタ、 Ｒ，、Ｒ，・・・抵抗、 Ｄ＋　　、Ｄｔ　　・　・　・ダイオード、Ｑｌ　・・
・スイッチング手段、 Ｑ、・・・バイポーラトランジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］減極性の変圧器（Ｔ）と、 該変圧器（Ｔ）の１次巻線（Ｔ＿１）と直列に接続され
   るスイッチング手段（Ｑ＿１）と、 前記変圧器（Ｔ）の１次巻線（Ｔ＿１）をバイパスする
   、キャパシタ（Ｃ＿１）と抵抗（Ｒ＿１）との並列回路
   と、エミッタとベースとが接続されコレクタは前記並列
   回路の１端と接続され前記エミッタとベースとの接続点
   は前記スイッチング手段（Ｑ＿１）と前記変圧器（Ｔ）
   の１次巻線（Ｔ＿１）の１端との接続点と接続されてい
   るＮＰＮ型バイポーラトランジスタ（Ｑ＿２）との直列
   回路と、前記変圧器（Ｔ）の２次巻線（Ｔ＿２）と直列
   に接続されるダイオード（Ｄ＿２）とキャパシタ（Ｃ＿
   ２）とを有し、 該キャパシタ（Ｃ＿２）の両端から出力することを特徴
   とするスイッチングレギュレータ。 ［２］減極性の変圧器（Ｔ）と、 該変圧器（Ｔ）の１次巻線（Ｔ＿１）と直列に接続され
   るスイッチング手段（Ｑ＿１）と、 前記変圧器（Ｔ）の１次巻線（Ｔ＿１）をバイパスする
   、キャパシタ（Ｃ＿１）と抵抗（Ｒ＿１）との並列回路
   と、エミッタとベースとが接続されコレクタは前記スイ
   ッチング手段（Ｑ＿１）と前記変圧器（Ｔ）の１次巻線
   （Ｔ＿１）の１端との接続点と接続され前記エミッタと
   ベースとの接続点は前記並列回路の１端と接続されてい
   るＰＮＰ型バイポーラトランジスタ（Ｑ＿２）との直列
   回路と、前記変圧器（Ｔ）の２次巻線（Ｔ＿２）と直列
   に接続されるダイオード（Ｄ＿２）とキャパシタ（Ｃ＿
   ２）と を有し、 該キャパシタ（Ｃ＿２）の両側から出力することを特徴
   とするスイッチングレギュレータ。