JPH052585U - 自励型ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直流出力を安定化するツエナーダイオードに
異常電流が流れて発熱するのを防止することによって、
直流出力電圧を安定化するものである。 【構成】 トランスの一次側巻線に接続された発振制御
回路と、該トランスの二次側巻線に接続された整流平滑
回路からなる自励型ＤＣ−ＤＣコンバータであって、該
発振制御回路がダーリントン接続された第１と第２のト
ランジスタと、該トランスの第三次巻線から得られる正
の誘導起電圧を該第２のトランジスタに供給する電流路
と、該第三次巻線から得られる負の誘導起電圧（逆起電
圧）によって正バイアスされることによって該第１と第
２のトランジスタをオフ状態とする第３のトランジスタ
とを具備し、該整流平滑回路と該第１のトランジスタの
ベースとの間に直流出力電圧を安定化する為のツエナー
ダイオードが接続されたものである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、自励発振及び直流出力電圧の安定化が計られた自励型ＤＣ−ＤＣコ ンバータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図２は、従来の自励型ＤＣ−ＤＣコンバータの一例を示す回路図である。図に 於いて、入力端子１に平滑用コンデンサＣ₁ が接続されると共に、抵抗Ｒ₁ とト ランスＴの一次巻線Ｎ₁ が接続され、抵抗Ｒ₁ の他端が発振制御回路３に接続さ れている。発振制御回路３を形成するトランジスタＱ_1,Ｑ₂ は、ダーリントン接 続され、トランジスタＱ_1,Ｑ₂ の共通接続されたコレクタがトランスＴの一次巻 線Ｎ₁ に接続されている。トランジスタＱ₂ のエミッタとトランジスタＱ₁ のベ ースとの接続点は、ダイオードＤ₂ のアノードと抵抗Ｒ₂ に接続されている。ト ランスＴの二次巻線Ｎ₂ の一端は、整流用のダイオードＤ₁ のカソードに接続さ れ、そのアノードが平滑コンデンサＣ₂ に接続されて整流平滑回路４を形成し、 出力端子２に接続されている。二次巻線Ｎ₂ と三次巻線Ｎ₃ との接続点（中間タ ップ）は、コンデンサＣ₅ が接続され、その他端に抵抗Ｒ₆ が接続されてトラン ジスタＱ₂ のベースとダイオードＤ₂ のカソードと抵抗Ｒ₁ に接続されている。 ツエナー・ダイオードＺＤのカソードは、トランジスタＱ₂ のベースに接続され ると共に、そのアノードは、出力端子２に接続されている。又、コンデンサＣ_1, Ｃ₂ ，抵抗Ｒ₂ の他端，トランジスタＱ₁ のエミッタ及び三次巻線Ｎ₃ の他端は 共に接地されている。

【０００３】 図２の自励型ＤＣ−ＤＣコンバータは、電源が投入されると、抵抗Ｒ₁ を介し てトランジスタＱ₂ にベース電流が供給され、抵抗Ｒ₂ にエミッタ電流が流れ込 み、その端子間電圧によってトランジスタＱ₁ がバイアスされ、トランジスタＱ _2, Ｑ₁ のコレクタ電流が一次巻線Ｎ₁ を介して引き込まれる。トランジスタＱ_1, Ｑ₂ が飽和状態になると、トランジスタＱ_1,Ｑ₂ は、オフ状態に移行し始める。 その際、三次巻線Ｎ₃ には逆起電圧が発生しトランジスタＱ₂ の順方向ベース電 流を阻止するべく交流帰還回路が形成され、トランジスタＱ₂ は、一層、急激に 遮断されるようになされている。一方、トランジスタＱ₁,Ｑ₂ がオフ状態に移行 し始めると二次巻線Ｎ₂ にも逆起電圧が発生して、ダイオードＤ₁ を介して整流 され、コンデンサＣ₂ によって平滑されて負の直流電圧Ｖ₀ が出力端子２より負 荷へ供給される。負荷にエネルギが供給され、逆起電圧が消滅すると、再び、ト ランジスタＱ₂ にベース電流が流れ込み、自励発振が継続される。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

図２の自励型ＤＣ−ＤＣコンバータは、その発振制御回路３に自励発振の為に 必要な交流帰還と直流出力電圧の安定を図る為の直流帰還が夫々トランジスタＱ ₂ のベースに戻されている。トランスＴの三次巻線Ｎ₃ に発生するエネルギの多 くは、トランジスタＱ₂ のベースドライブに必要なエネルギと抵抗Ｒ₆ で消費さ れるエネルギとして用いられる。トランスＴの三次巻線Ｎ₃ から得られるトラン ジスタＱ_1,Ｑ₂ がオン状態となるのに必要な正極性のエネルギと、トランジスタ Ｑ_1,Ｑ₂ がオフ状態に移行する際に必要なエネルギ、即ち、トランジスタＱ₁ の ベース領域に蓄積された大量の電荷を放電させて一気に消滅させるのに必要なエ ネルギは、トランジスタＱ_1,Ｑ₂ がダーリントン接続されている為、オフ時の方 が格段に多くのエネルギを必要とする。しかしながら、三次巻線Ｎ₃ に誘起され るエネルギ量は、正，負両極とも同じである為、トランジスタＱ₂ をオフ状態と するのに充分なエネルギを三次巻線Ｎ₃ から供給しようとすると、結果的に正極 性エネルギの余剰分がツエナー・ダイオードＺＤに流れ込み消費されて多大な発 熱を生じる欠点がある。

【０００５】 因みに、従来の自励型ＤＣ−ＤＣコンバータは、負の直流出力電圧をＶ₀ とす ると、以下のように表される。 Ｖ₀ ＝ Ｖ_ZD − （Ｖ_BE2 ＋ Ｖ_BE1 ） …………(1) （但し、Ｖ_ZDは、ツエナー・ダイオードＺＤのツエナー電圧，Ｖ_BE1 は、トラ ンジスタＱ₁ のベース・エミッタ間電圧，Ｖ_BE2 は、トランジスタＱ₂ のベース ・エミッタ間電圧） 通常、トランジスタＱ₁ とＱ₂ のベース・エミッタ間電圧Ｖ_BE1 ，Ｖ_BE2 は、 Ｖ_BE2 ≒ Ｖ_BE1 ≪ Ｖ_ZD …………(2) の関係となる。従って、(2) 式の関係は、以下のような関係で表される。 Ｖ₀ ≒ Ｖ_ZD …………(3)

【０００６】 又、ツエナー・ダイオードＺＤの電力損失Ｐ_ZXは、以下のように表される。 Ｐ_ZX ＝ Ｖ_ZD ・Ｉ_ZD ≒ Ｖ₀ ・Ｉ_ZD …………(4) (4) 式の結果から明らかなように、ツエナー・ダイオードＺＤの電力損失Ｐ_ZX は、直流出力電圧Ｖ₀ に略比例しており、直流出力電圧Ｖ₀ が大きくなれば、ツ エナーダイオードＺＤの発熱も大きくなって、直流出力電圧Ｖ₀ のドリフトも大 きくなる欠点がある。 本考案の主な目的は、ツエナー・ダイオードの発熱を抑えることによって、ド リフトの少ない安定した直流出力電圧が得られ、信頼性の高い自励型ＤＣ−ＤＣ コンバータを提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案の自励型ＤＣ−ＤＣコンバータは、一次乃至三次巻線からなるトランス と、該一次巻線に接続された発振制御回路と、該二次巻線に接続され所定の直流 出力を得る整流平滑回路とからなる自励型ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、該発 振制御回路のダーリントン接続された第１と第２のトランジスタの共通接続され たコレクタが該一次巻線に接続され、該整流平滑回路と該第２のトランジスタＱ ₂ のベースとの間に出力を安定化するためのツエナー・ダイオードＺＤ₂ が接続 され、該第３次巻線からの誘起電圧に基づいて該第２のトランジスタＱ₂ の順方 向ベース電流を制限する抵抗Ｒ₄ を具えると共に、第１のトランジスタＱ₁ がオ ンとなった時に、トランジスタのベース領域に蓄積された電荷をトランジスタＱ ₁ がオフ時に一気に消滅させる第３のトランジスタＱ₃ を備えたものである。

【０００８】

【実施例】 図１は、本考案に係る自励型ＤＣ−ＤＣコンバータの一実施例を示す回路図で ある。図に於いて、１は入力端子、２は出力端子、３はトランスＴに接続された 発振制御回路、４はトランスＴから得られる出力を直流出力電圧Ｖ₀ とする整流 平滑回路である。トランスＴの一次巻線Ｎ₁ は、一端が入力端子１に接続され、 その他端がダーリントン接続されたトランジスタＱ_1,Ｑ₂ の共通接続されたコレ クタに接続されている。トランジスタＱ₂ のエミッタは、トランジスタＱ₁ のベ ースとトランジスタＱ₃ のエミッタ、ダイオードＤ₂ のアノード及び抵抗Ｒ₅ に 接続される。ダイオードＤ₂ のカソードは、トランジスタＱ₂ のベースに接続さ れると共に、電流制限用の抵抗Ｒ₄ 及びスピードアップ用のコンデンサＣ₄ に接 続され、抵抗Ｒ₄ とコンデンサＣ₄ の他端が抵抗Ｒ₁ に接続されて入力端子１に 接続されている。トランジスタＱ₃ のベースは、抵抗Ｒ₅ の他端とツエナー・ダ イオードＺＤ₁ のカソードに接続されている。ツエナー・ダイオードＺＤ₁ のア ノードは、抵抗Ｒ₃ とコンデンサＣ₃ に接続され、コンデンサＣ₃ の他端が抵抗 Ｒ₁ ，Ｒ₄ 及びコンデンサＣ₄ の夫々の他端に接続され、抵抗Ｒ₃ の他端が二次 巻線Ｎ₂ と三次巻線Ｎ₃ との接続点（中間タップ）に接続されている。中間タッ プに接続された抵抗Ｒ₃ とその他端に接続されたコンデンサＣ₃ 及び抵抗Ｒ₄ と 、ツエナー・ダイオードＺＤ₁ を介してトランジスタＱ₃ に接続された夫々の電 流経路は、トランジスタＱ_1,Ｑ₂ を制御する為の交流帰還回路である。ツエナー ・ダイオードＺＤ₂ のカソードは、トランジスタＱ₂ のベースに接続され、その アノードは、整流平滑回路４のダイオードＤ₁ のアノードに接続され、ツエナー ・ダイオードＺＤ₂ によって直流帰還を行って直流出力電圧を安定化している。 コンデンサＣ_1,Ｃ₂ の他端とトランジスタＱ₁ のエミッタ，トランジスタＱ₃ の コレクタ及び三次巻線Ｎ₃ の他端が共に接地されている。

【０００９】 次に、図１に基づきその動作について説明する。入力端子１から電源が投入さ れると、抵抗Ｒ_1,Ｒ₄ を介してトランジスタＱ₂ のベースにベース電流が供給さ れ、トランジスタＱ₂ が導通状態になるとトランジスタＱ₁ にもベース電流が供 給されて導通状態となり、これらのコレクタ電流が一次巻線Ｎ₁ を介して引き込 まれる。やがてトランジスタＱ₁ のコレクタ電流が飽和状態に達すると、トラン ジスタＱ_1,Ｑ₂ は導通状態を保てなくなり、遮断状態に移行し始める。すると二 次，三次巻線Ｎ_2,Ｎ₃ には、負の誘導起電圧（逆起電圧）が発生する。この逆起 電圧がダイオードＤ₁ によって整流されて導出され、コンデンサＣ₂ によって平 滑されて負の直流出力電圧Ｖ₀ が得られる。一方、発振制御回路３では、トラン ジスタＱ_1,Ｑ₂ が遮断し始めると、三次巻線Ｎ₃ から発生する逆起電圧によって トランジスタＱ₃ がより深く正バイアスされてオン状態となり、一気に、トラン ジスタＱ_1,Ｑ₂ が遮断状態に達する。負荷にエネルギが供給されて逆起電圧が消 滅すると、再びトランジスタＱ_2,Ｑ₁ のベース電流が流れ込み、自励発振が継続 される。

【００１０】 更に、発振制御回路３と三次巻線Ｎ₃ に誘起する誘導起電圧の関係について詳 細に説明する。先ず、トランジスタＱ_1,Ｑ₂ が導通し、トランスの一次巻線Ｎ₁ に直線的に増加する電流が流れると三次巻線Ｎ₃ には、正極性の誘導起電圧が発 生して、抵抗Ｒ₃ ，コンデンサＣ₃ 及び抵抗Ｒ₄ からなる帰還回路を介してトラ ンジスタＱ₂ に正帰還が掛るので、トランジスタＱ₂ のベースに正バイアス電流 が流れ込み、トランジスタＱ_1,Ｑ₂ を一層導通状態となる。この状態は、トラン ジスタＱ_1,Ｑ₂ が飽和状態に達するまで続き、トランジスタＱ_1,Ｑ₂ が飽和状態 に達すると、一次巻線Ｎ₁ に流れる電流の増加がなくなり、該トランジスタＱ_1, Ｑ₂ は導通状態を保てなくなり、遮断状態に移行を開始する。

【００１１】 該トランジスタＱ_1,Ｑ₂ が遮断すると、三次巻線Ｎ₃ には、逆起電圧が発生し 始めて抵抗Ｒ₁ を介してトランジスタＱ₂ のベースに流れ込んでいた電流が逆に コンデンサＣ₃ ，抵抗Ｒ₃ を介して三次巻線Ｎ₃ に流れ込む。従って、トランジ スタＱ₂ は、負帰還が掛り急激に遮断状態に向かう。一方、三次巻線Ｎ₃ に発生 した逆起電圧は、ツエナー・ダイオードＺＤ₁ ，抵抗Ｒ₃ を介してトランジスタ Ｑ₃ を正バイアスする為に、トランジスタＱ₃ は導通状態となり、トランジスタ Ｑ₂ のエミッタ電流を引込む。この際に、トランジスタＱ₃ は、トランジスタＱ ₁ がオン時にそのベース領域に蓄積した電荷を同時に引き込む為、トランジスタ Ｑ₁ も急激に遮断状態へ移行する。このようにしてトランジスタＱ_1,Ｑ₂ が遮断 状態になり、二次巻線Ｎ₂ には逆起電圧が発生し、ダイオードＤ₁ と平滑コンデ ンサＣ₂ によって負の直流出力電圧が端子２から得られる。

【００１２】 以上、説明したように本考案の自励型ＤＣ−ＤＣコンバータは、発振作用に必 要な交流帰還をトランジスタＱ_1,Ｑ₂ がオン時とオフ時では別々の電流経路、即 ち、オン時は、コンデンサＣ_3,抵抗Ｒ₄ を介して供給され、オフ時は、ツエナー ・ダイオードＺＤ₁ を介して供給されており、夫々最適な電流値を独立で設定で きる為、抵抗Ｒ₄ を高抵抗値に設定することによってツエナー・ダイオードＺＤ ₁ には異常な大電流が流れることがなく、従って、ツエナー・ダイオードＺＤ₁ の異常発熱によるドリフトが発生することがなく直流出力電圧Ｖ₀ を安定するこ とができる。一方、抵抗Ｒ₃ は低抵抗に設定できるので、トランジスタＱ₃ に流 れ込むベース電流を大きな値とすることができるので、トランジスタＱ₁ を一気 にオフ状態にすることが可能である。

【００１３】

【考案の効果】

本考案の自励型ＤＣ−ＤＣコンバータは、トランスの三次巻線Ｎ₃ に発生する 誘導起電圧によって発振制御回路のダーリントン接続されたトランジスタＱ_1,Ｑ ₂ をオン状態とする電流経路と、三次巻線Ｎ₃ の負の誘導起電圧（逆起電圧）に よって動作するトランジスタＱ₃ により、トランジスタＱ_1,Ｑ₂ をオフ状態とす る電流経路を夫々分けることによって、直流出力電圧Ｖ₀ を安定化するツエナー ・ダイオードに異常に電流が流れ込むことがないので、ツエナー・ダイオードの 異常発熱がなくなり、直流出力電圧のドリフトが少ない安定した直流出力が得ら れる極めて効果的なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の自励型ＤＣ−ＤＣコンバータの一実施
例を示す回路図である。

【図２】従来の自励型ＤＣ−ＤＣコンバータの一例を示
す回路図である。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ 出力端子 ３ 発振制御回路 ４ 整流平滑回路 Ｔ 一次巻線Ｎ₁ 〜三次巻線Ｎ₃ からなるトランス Ｃ_1,Ｃ_2,Ｃ₃ コンデンサ Ｑ_1,Ｑ_2,Ｑ₃ トランジスタ Ｒ_1,Ｒ₃ 〜Ｒ₅ 抵抗 Ｄ_1,Ｄ₂ ダイオード ＺＤ_1,ＺＤ₂ ツエナー・ダイオード

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次乃至三次巻線からなるトランスと、
   該一次巻線に接続された発振制御回路と、該二次巻線に
   接続され直流出力を得る整流平滑回路とからなる自励型
   ＤＣ−ＤＣコンバータに於いて、該発振制御回路が該一
   次巻線を介して電流を引き込むダーリントン接続された
   第１と第２のトランジスタと、該第三次巻線から得られ
   る誘導起電圧によって該第２のトランジスタを正バイア
   スする帰還回路系と、該第三次巻線から得られる逆起電
   圧によって正バイアスされ、該第１のエミッタ電流を引
   込み、該第２のトランジスタを遮断状態とする第３のト
   ランジスタとからなり、該整流平滑回路と該第２のトラ
   ンジスタのベースとの間に直流出力電圧を安定化する為
   のツエナー・ダイオードが接続されてなることを特徴と
   する自励型ＤＣ−ＤＣコンバータ。
2. 【請求項２】 一次乃至三次巻線からなるトランスと、
   該一次巻線に接続された発振制御回路と、該二次巻線に
   接続され直流出力を得る整流平滑回路とからなる自励型
   ＤＣ−ＤＣコンバータに於いて、該発振制御回路がそれ
   らのコレクタを共通接続されて該一次巻線に接続されて
   いるダーリントン接続された第１と第２のトランジスタ
   と、該第三次巻線から得られる誘導起電圧を第１の抵抗
   とコンデンサ及び第２の抵抗を介して該第２のトランジ
   スタのベースに接続することによって該第２のトランジ
   スタをバイアスする帰還回路系と、該第三次巻線から得
   られる逆起電圧が該第１の抵抗の他端にそのカソードが
   接続された第１のツエナーダ・イオードを介して供給さ
   れることによって該第１と該第２のトランジスタを遮断
   状態とする第３のトランジスタとからなり、該整流平滑
   回路と該第２のトランジスタのベースとの間に直流出力
   電圧を安定化する為の第２のツエナー・ダイオードが接
   続されてなることを特徴とする自励型ＤＣ−ＤＣコンバ
   ータ。