JPH0247195B2 - Chokuryuuchokuryuhenkanki - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、トランジスタをオン・オフ制御して
直流電圧の制御又はレベル変換を行う直流−直流
変換器に関し、更に詳細には、リンギングチヨー
クコンバータ等の入力段における平滑用コンデン
サの突入電流を制御する回路を有する直流−直流
変換器に関する。

従来技術 従来の突入電流防止回路を有する自励式オンオ
フ型直流−直流変換器を示す第１図において、例
えば50Hzの商用交流を直流に整流するための全波
整流回路１の出力側の一対の直流電源ライン２
ａ，２ｂ間には、入力平滑電解コンデンサ３が接
続されている。このようにコンデンサ３を有する
回路で、コンデンサ３よりも電源側に設けられて
いる電源スイツチ（図示せず）を投入すれば、コ
ンデンサ３に突入電流が流れようとする。そこ
で、この突入電流を阻止するために、コンデンサ
３よりも電源側の電源ライン２ｂに、半導体スイ
ツチとして働くトライアツク構成のサイリスタ４
と突入電流制限抵抗５との並列回路が接続されて
いる。６は直流を断続するためのスイツチングト
ランジスタであり、電源ライン２ｂに直列に接続
されている。７は出力トランスであり、１次巻線
８、２次巻線９、３次巻線１０、及び４次巻線１
１を有し、１次巻線８は電源ライン２ａとトラン
ジスタ６との間に接続されている。１２は出力整
流平滑回路であり、２次巻線９に整流ダイオード
１３を介してコンデンサ１４を接続することによ
り構成され、負荷１５に電力を供給する。３次巻
線１０はベース駆動巻線であり、その一端がベー
ス電流制限抵抗１６を介してスイツチングトラン
ジスタ６のベースに接続され、その他端がエミツ
タに接続されている。１７は定電圧制御回路であ
り、定電圧制御用コンデンサ１８と、コンデンサ
充電用整流ダイオード１９と、定電圧ダイオード
としてのツエナーダイオード２０とから成る。こ
の定電圧制御回路１７におけるコンデンサ１８の
一端は３次巻線１０の下端に接続され、その他端
は整流ダイオード１９を介して３次巻線１０の上
端に接続されている。整流ダイオード１９はトラ
ンジスタ６を逆バイアスする向きの３次巻線１０
の誘起電圧に応答して導通する方向性を有してい
るので、コンデンサ１８にはトランジスタ６のオ
フ期間における３次巻線１０の電圧即ち定電圧化
された電圧が充電される。定電圧ダイオードとし
てのツエナーダイオード２０はコンデンサ１８の
他端とトランジスタ６のベースとの間に接続され
ている。なお、ツエナーダイオード２０はトラン
ジスタ６の順バイアス時に降伏して一定電圧とな
るような方向性を有して接続されている。２１は
起動用抵抗であり、スイツチングトランジスタ６
のベースと電源ライン２ａとの間に接続されてい
る。トランス７の４次巻線１１はサイリスタ４に
ゲート信号を与えるために設けたものである。こ
の４次巻線１１に整流ダイオード２３を介して接
続されたコンデンサ２２は、スイツチングトラン
ジスタ６のオフ期間に図示の極性に充填され、抵
抗２４を介してサイリスタ４に直流のゲート信号
を供給する。

次に、第１図の回路の動作を説明する。電源を
投入すれば、抵抗５を通つてコンデンサ３に充電
電流が流れ、突入電流が抑制される。この起動時
には勿論、サイリスタ４はオフに保たれている。
コンデンサ３が充電されると、起動抵抗２１を通
してスイツチングトランジスタ６のベース電流が
流れ、このトランジスタ６がオンになる。このス
イツチングトランジスタ６のオン期間においては
１次巻線８に電源電圧が印加され、これに応じて
３次巻線１０にも電圧が得られ、第２図に示すよ
うにスイツチングトランジスタ６にベース電流I_B
が供給される。これにより、トランジスタ６の導
通が維持され、コレクタ電流I_Cは第２図に示す如
く徐々に増大する。この時、２次巻線９にダイオ
ード１３をオフにする向きの電圧が発生し、エネ
ルギーの放出が阻止される。しかる後、h_FE・I_B
（但しh_FEはトランジスタ６の電流増幅率）に達
し、トランジスタ６が飽和した時点でコレクタ電
流I_Cの増大が不可能になり、トランジスタ６が未
飽和状態に移行する。この結果、１次巻線８の電
圧が低下し、ベース電流も低下し、トランジスタ
６は急激にオフに転換する。そして、トランジス
タ６のオン期間（t₁〜t₂）にトランス７に蓄えら
れたエネルギーが、トランジスタ６のオフの期間
（t₂〜t₃）に整流ダイオード１３を通して放出さ
れる。トランス７のエネルギーの放出中は３次巻
線１０にトランジスタ６を逆バイアスする向きの
電圧が発生しているので、トランジスタ６がオン
にならないが、エネルギーの放出が終了すると、
トランス７の漏れインダクタンス等によるリンギ
ングによつてトランジスタ６が再びオンになる。

上述の如く発振が開始すれば、スイツチングト
ランジスタ６のオフ期間の４次巻線１１の電圧に
よつてコンデンサ２２が所定時定数で充電され、
トライアツク構成のサイリスタ４にゲート信号が
供給され、サイリスタ４がオンになる。この結
果、抵抗５がサイリスタ４で短絡された状態とな
り、抵抗５による電力損失を伴なわないで電力が
供給される。

なお、定電圧制御回路１７においては、コンデ
ンサ１８がトランジスタ６のオフ期間の３次巻線
１０の電圧で充電される。このオフ期間の３次巻
線１０の電圧は整流平滑回路１２の出力電圧V₀
に対応した電圧であるので、出力電圧V₀の変動
に対応した電圧がコンデンサ１８に充電される。
トランジスタ６のエミツタ・ベース接合に並列に
ツエナーダイオード２０とコンデンサ１８との直
列回路が接続され、ツエナーダイオード２０はト
ランジスタ６をオンする時の電圧で降伏する方向
性を有しているので、ツエナーダイオード２０の
両端に得られる定電圧即ち基準電圧とコンデンサ
１８の充電電圧との差の電圧によりトランジスタ
６のベースバイアス即ちベース電流が制御され、
定電圧特性が得られる。今、出力電圧が高くなつ
たとすれば、オフ期間にコンデンサ１８はダイオ
ード１９を介して高い電圧に充電される。この結
果、トランジスタ６のオン期間に３次巻線１０に
発生する電圧でトランジスタ６にベース電流を供
給する際に、ツエナーダイオード２０を通して流
れる電流が増大し、トランジスタ６に流れるベー
ス電流が減少する。これにより、h_FE・I_Bで決定
されるコレクタ電流I_Cのピークを低く抑えられ、
トランス７の蓄積エネルギーが小さくなり、出力
電圧V₀が基準電圧に戻される。出力電圧V₀が基
準値よりも低い場合には上記と逆の動作となる。

上述の如く直流−直流変換器を構成すれば、比
較的簡単に定電圧化した直流出力電圧を得ること
が出来、且つコンデンサ３の突入電流を抑制する
ことが出来る。しかし、突入電流防止回路のサイ
リスタ４を制御するために、４次巻線１１、コン
デンサ２２、ダイオード２３、抵抗２４から成る
ゲート電流供給用の電源回路を設けなければなら
ず、部品点数の増加、及びこの回路における電力
損失による効率の低下を招いた。

発明の目的 そこで、本発明の目的は、コンデンサ突入電流
防止回路の簡略化、及び効率の向上が可能な直流
−直流変換器を提供することにある。

発明の構成 上記目的を達成するための本発明は、一対の直
流電源ライン間に接続された平滑用コンデンサ
と、前記コンデンサよりも負荷側において前記電
源ラインに直列に接続されたスイツチングトラン
ジスタと、少なくとも一対の主電極と制御電極と
を有し且つ前記コンデンサよりも電極側において
前記電源ラインに直列に接続されていると共に前
記スイツチングトランジスタに直列に接続され且
つ前記スイツチングトランジスタのベース・エミ
ツタ間を流れる電流の少なくとも一部が前記一対
の主電極の一方と前記制御電極との間を流れるこ
とによつてオン状態になるように接続されている
半導体スイツチと、前記半導体スイツチに並列接
続された突入電流制限抵抗と、前記スイツチング
トランジスタのベースに接続され且つ前記スイツ
チングトランジスタにオン・オフ駆動するための
ベース電流を供給する駆動信号供給回路とから成
る直流−直流変換器に係わるものである。

発明の作用効果 上記発明によれば、スイツチングトランジスタ
のベース電流を供給する回路と半導体スイツチを
オン制御する電流を供給する回路とが共通に構成
されているので、回路構成の簡略化、コストの低
減、及び効率の向上を図ることが出来る。

実施例 次に、第３図〜第１１図を参照して本発明の実
施例に係わる直流−直流変換器について述べる。
但し、第３図〜第１１図において、符号１〜１
０、及び１２〜２０で示すものは、第１図で同一
符号で示すものと実質的に同一であるので、その
説明を省略する。また、第３図〜第１１図で相互
に共通する部分にも同一符号を付し、符号が最初
に使われている実施例で共通部分を説明し、後の
実施例ではその説明を省略する。

第１の実施例 第３図に示す第１の実施例に係わる直流−直流
変換器においては、スイツチングトランジスタ６
に直列に変流器２５の１次巻線２５が接続され、
変流器２５の２次巻線２７の一端は逆流阻止用整
流ダイオード２８を介してスイツチングトランジ
スタ６のベースに接続され、２次巻線２７の他端
はサイリスタ４の制御電極に接続されている。サ
イリスタ４は第１図と同様にトライアツク構成の
ものであり、一対の主電極と制御電極（ゲート）
とを有し、一対の主電極の一方がトランジスタ６
のエミツタに接続され、他方が整流回路１に接続
されている。なお、変流器２５の巻数比は１：
h_FEに設定されている。トランス７の３次巻線１
０とトランジスタ６のベースとの間に接続されて
いる抵抗１６は、第１図の回路に比較し、３次巻
線１０から供給するベース電流が大幅に制限され
るように設定されている。

この回路で電源が投入されると、抵抗５を通つ
てコンデンサ３が充電される。しかる後、起動抵
抗２１とトランス７の３次巻線１０の働きで、第
１図の変換器と同様に起動する。そして、トラン
ジスタ６のオン期間においては、第４図に示す電
流I_B1とI_B2との合成電流I_Bがトランジスタ６のベ
ース電流となり、コレクタ電流は第４図でI_Cで示
す如く傾斜を有して増大する。なお、I_B1はトラ
ンス７の３次巻線１０から供給される一定のベー
ス電流であり、I_B2は変流器２５の２次巻線２７
から電流帰還に基づいて供給されるベース電流で
あり、電流I_B1は、電流I_B2の最大値よりも小さく
設定されている。変流器２次巻線２７の電流は、
この２次巻線２７とダイオード２８とトランジス
タ６のベース・エミツタ間とサイリスタ４の主電
極・制御電極間とから成る閉回路を流れるので、
トランジスタ６のベース電流として働くと共に、
サイリスタ４のゲート電流として働き、トランジ
スタ６がオンになれば、サイリスタ４もオンにな
る。従つて、発振が開始すると、抵抗５がサイリ
スタ４で短絡された状態となり、サイリスタ４を
通して電力が供給される。なお、入力平滑用コン
デンサ３は、50Hzの商用交流電源の全波整流出力
の周期で充放電する。これに対して、スイツチン
グトランジスタ６及びサイリスタ４は例えば２〜
10kHzのような高い繰返し周波数で継続する。こ
のため、サイリスタ４は連続して直流のゲート信
号が供給された場合と等価なオン状態となる。

この回路における定電圧制御動作は第１図と同
一であり、出力電圧が高くなつた場合には、コン
デンサ１８の充電電圧が高くなり、ツエナーダイ
オード２０を介してベース電流が分流し、トラン
ジスタ６のベースに流れ込む電流I_Bが減少し、出
力電圧が低下する。

この実施例は次の利点を有する。

(A) 変流器２次巻線２７の電流をトランジスタ６
のベース電流として使用する他に、サイリスタ
４のゲート電流としても使用するので、サイリ
スタ４のベース制御回路を特別に設けることが
不要になり、回路構成の簡略化及び効率の向上
が可能になる。

(B) スイツチングトランジスタ６のベースを変流
器２５による電流帰還で制御すると共に、トラ
ンス７の３次巻線１０による電圧帰還でも制御
するので、高効率の自励式直流−直流変換器を
提供することが出来る。

(C) 変流器２５によつてスイツチングトランジス
タ６のコレクタ電流I_Cをベースに正帰還するの
で、ベース電流I_Bがコレクタ電流I_Cの増大と共
に増大する。従つて、過剰なベース電流の供給
が抑制され、効率が向上する。

(D) トランス７の３次巻線１０に基づいて、トラ
ンジスタ６のオン開始時点に電流I_B1が電圧帰
還で供給されるので、自励発振を安定的に継続
させることが出来る。

(F) 入力電圧が増大し、これに追従してトランス
３次巻線１０の電流I_B1が増大しても、全ベー
ス電流I_Bに対するI_B1の比率が小さいので、オー
バドライブによるスイツチング損失の増大は少
ない。

第２の実施例 第５図に示す第２の実施例の変換器は、第３図
の定電圧制御回路１７を変形したものであり、ス
イツチングトランジスタ６のベースとエミツタと
の間に定電圧制御用トランジスタ２９を有する。
３０は誤差増幅器であり、整流平滑回路１２の直
流出力電圧と基準電源３１の基準電圧との差に対
応した電圧を出力し、ホトカプラー３２を介して
制御トランジスタ２９を制御する。定電圧制御回
路をこのように変形した回路においても、第３図
と全く同様な作用効果を得ることが出来る。

第３の実施例 第６図に示す第３の実施例の変換器は、第３図
の変換器のベース電流制限抵抗１６の代りに、コ
ンデンサ３３と抵抗３４とから成る微分回路を接
続し、コンデンサ３３の放電回路を形成するため
にダイオード３５をトランジスタ６のベース・エ
ミツタ間に接続したものである。この変換器で
は、変流器２５による電流帰還で、I_C／h_FEのベ
ース電流I_B2が第７図に示す如く流れると共に、
トランジスタ６のオン時及びオフ時に第７図で
I_B1で示す微分電流がコンデンサ３３を介して流
れる。即ち、I_B1とI_B2とを合成した第７図の電流
I_Bがトランジスタ６のベース電流となる。更に説
明すると、トランス７のエネルギーの放出が終了
して、３次巻線１０にトランジスタ６を順方向バ
イアスする電圧が発生した時、この電圧に基づく
微分電流I_B1がトランジスタ６に流れ込み、トラ
ンジスタ６が急速且つ確実にオン状態になる。ま
た、コレクタ電流I_Cがh_FE・I_Bに達してトランジス
タ６がオフになると、コンデンサ３３の電圧がダ
イオード３５を介して放電し、トランジスタ６に
逆バイアス電圧が印加され、トランジスタ６は急
速にオフになる。なお、第７図のI_C、I_B1、I_B2、I_B
を示す実線は入力電圧最大の状態を示し、点線は
入力電圧最小の状態を示す。この実施例では、３
次巻線１０からトランジスタ６のオン期間の全部
で電流が供給されないので、更に効率の向上が可
能になる。

第４の実施例 第８図に示す第４の実施例の変換器は、他励式
の直流−直流変換器であり、変流器２５に３次巻
線３６を設け、この３次巻線３６に他励のための
制御回路３７を接続したものである。制御回路３
７はトランジスタ６をオン・オフ制御するように
構成され、更に、トランジスタ６の導通時間（デ
ユテイ比）を制御するように構成されている。こ
のように構成された回路でも、変流器２５で正帰
還された電流がトランジスタ６とサイリスタ４と
に流れ、両方をオン制御することが出来る。

第５の実施例 第９図に示す第５の実施例の変換器は、第８図
の回路を出力トランスを設けない形式に変形した
ものであり、スイツチングトランジスタ６の出力
段には平滑回路３８を介して負荷１５が接続され
ている。この回路は第８図の回路と実質的に同一
の動作をなす。

第６の実施例 第１０図に示す第６の実施例の変換器は、第６
図のベース制御回路を変形したものであり、出力
トランス７に基づいてベース制御信号を形成せず
に、独立にベース制御回路３９を設け、トランス
４０と抵抗３４とコンデンサ３３とを介してトラ
ンジスタ６のベース制御信号を供給するように構
成されている。

第７の実施例 第１１図に示す第７の実施例の変換器は、変流
器を有していない。従つて、トランジスタ６のベ
ース電流及びサイリスタ４のゲート信号はトラン
ス７の３次巻線１０から供給される。

変形例 本発明は上述の実施例に限定されるものではな
く、例えば次の変形が可能なものである。

(A) コンデンサ３の出力段又は入力段に別の負荷
回路を接続する場合にも適用可能である。

(B) 定電圧制御回路を実施例以外の種々の回路に
置き換えることが出来る。例えば、第５図にお
いてホトカプラー３２を使用しないで、制御ト
ランジスタ２９を制御するようにしてもよい。

(C) サイリスタ４をトライアツクとせずにSCR、
トランジスタ等の半導体スイツチとしてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流−直流変換器を示す回路
図、第２図は第１図の各部の波形図、第３図は本
発明の第１の実施例に係わる直流−直流変換器の
回路図、第４図は第３図の各部の波形図、第５図
は本発明の第２の実施例の直流−直流変換器の回
路図、第６図は本発明の第３の実施例の直流−直
流変換器の回路図、第７図は第６図の各部の波形
図、第８図、第９図、第１０図、及び第１１図は
本発明の第４、第５、第６、及び第７の実施例の
直流−直流変換器をそれぞれ示す回路図である。 １……整流回路、２ａ，２ｂ……直流電源ライ
ン、３……入力平滑用コンデンサ、４……サイリ
スタ（半導体スイツチ）、５……突入電流制限抵
抗、６……スイツチングトランジスタ、７……出
力トランス、２５……変流器、２６……１次巻
線、２７……２次巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一対の直流電源ライン間に接続された平滑用
   コンデンサと、 前記コンデンサよりも負荷側において前記電源
   ラインに直列に接続されたスイツチングトランジ
   スタと、 少なくとも一対の主電極と制御電極とを有し且
   つ前記コンデンサよりも電源側において前記電源
   ラインに直列に接続されていると共に前記スイツ
   チングトランジスタに直列に接続され且つ前記ス
   イツチングトランジスタのベース・エミツタ間を
   流れる電流の少なくとも一部が前記一対の主電極
   の一方と前記制御電極との間を流れることによつ
   てオン状態になるように接続されている半導体ス
   イツチと、 前記半導体スイツチに並列接続された突入電流
   制限抵抗と、 前記スイツチングトランジスタのベースに接続
   され且つ前記スイツチングトランジスタにオン・
   オフ駆動するためのベース電流を供給する駆動信
   号供給回路と、 から成る直流−直流変換器。 ２ 前記駆動信号供給回路は、前記スイツチング
   トランジスタに直列に接続された変流器１次巻線
   と、前記変流器１次巻線の電流に対応した電流を
   前記スイツチングトランジスタのベース・エミツ
   タ間に流すと共に前記半導体スイツチの前記制御
   電極と主電極間に流す変流器２次巻線とから成る
   ものである特許請求の範囲第１項記載の直流−直
   流変換器。