JPH0634575B2 - 昇圧型チョッパ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、昇圧型チョッパに係り、特にはその高効率化
に関する。

（従来の技術） 第３図は従来例の昇圧型チョッパの回路図である。第３
図において、Ｅは直流電源、Ｓは電源スイッチ、Ｃ１は
平滑コンデンサである。ＴＲ１はベースに与えられる正
帰還電圧により所定の発振周波数で発振駆動されるスイ
ッチングトランジスタ、Ｔは電源スイッチＳを介して一
端が直流電源Ｅの入力端子（正極部）に接続され、か
つ、他端がスイッチングトランジスタＴＲ１のコレクタ
と整流ダイオードＤ１の一極部とに接続された主巻線Ｌ
１、およびスイッチングトランジスタＴＲ１のベースに
直流阻止コンデンサＣ２を介して前記正帰還電圧を供給
する帰還巻線Ｌ２を備えたコンバータトランス、Ｄ２は
整流ダイオードＤ１の他極部における出力端子ＯＵＴに
一極部を接続されたツェナーダイオード、ＴＲ２はツェ
ナーダイオードＤ２の他極部にベースを接続されるとと
もに、コレクタ（出力部）をスイッチングトランジスタ
ＴＲ１のベースに接続され、かつエミッタを接地された
制御トランジスタ、Ｒ１は電源スイッチＳをオンして直
流電源Ｅの投入時にスイッチングトランジスタＴＲ１の
ベースに起動電流を与えるとともに、スイッチングトラ
ンジスタＴＲ１の発振動作の継続に必要なベース電流を
供給する起動抵抗、Ｒ２はバイアス抵抗、Ｃ３は平滑コ
ンデンサである。

上記構成を有する従来例の昇圧型チョッパの動作につい
て説明する。

まず、電源スイッチＳがオンにされると、直流電源Ｅか
ら起動抵抗Ｒ１に起動電流Ｉｂ１が流れる。この起動電
流Ｉｂ１はスイッチングトランジスタＴＲ１のベース電
流ＩｂとしてスイッチングトランジスタＴＲ１のベース
に与えられる。これにより、スイッチングトランジスタ
ＴＲ１が導通し、その結果、コンバータトランスＴの主
巻線Ｌ１にスイッチングトランジスタＴＲ１のコレクタ
電流Ｉｃが流れる。そうすると、そのコンバータトラン
スＴの帰還巻線Ｌ２には正帰還電圧が発生し、その正帰
還電圧により直流阻止コンデンサＣ２に流れる電流Ｉｂ
２がスイッチングトランジスタＴＲ１のベースに与えら
れる。これにより、スイッチングトランジスタＴＲ１の
導通度が深くなり、スイッチングトランジスタＴＲ１の
コレクタ電流Ｉｃが増大し、上記作用により帰還巻線Ｌ
２における正帰還電圧も増大する。このようにして、ス
イッチングトランジスタＴＲ１が完全に導通して飽和す
る。なお、このスイッチングトランジスタＴＲ１の導通
状態においてはそのスイッチングトランジスタＴＲ１の
ベースには起動抵抗Ｒ１からの電流Ｉｂ１が実質的にそ
のベース電流Ｉｂとして供給される。そして、スイッチ
ングトランジスタＴＲ１が飽和し、その飽和が保てなく
なると、次はそれのコレクタ電流Ｉｃが減少するから、
今度は前記とは逆に帰還巻線Ｌ２の正帰還電圧が小さく
なり、スイッチングトランジスタＴＲ１が非導通方向に
状態変化する。このようにして、スイッチングトランジ
スタＴＲ１が導通・非導通に変化して発振動作する。

そして、スイッチングトランジスタＴＲ１のコレクタに
接続された主巻線Ｌ１にはそのスイッチングトランジス
タＴＲ１の発振周波数に応じた量の磁気エネルギが蓄積
され、その蓄積磁気エネルギは整流ダイオードＤ１を介
して出力端子ＯＵＴから直流電圧（出力電圧Ｖ０）とし
て出力される。

この場合、出力端子ＯＵＴからの出力電圧Ｖ０が例えば
大きくなると、その出力端子ＯＵＴに接続されたツェナ
ーダイオードＤ２を流れるツェナー電流Ｉ_Ｚが増大し、
これと同時に制御トランジスタＴＲ２のコレクタ電流が
増大する。制御トランジスタＴＲ２のコレクタ電流が増
大すると、スイッチングトランジスタＴＲ１のベース電
流が減少する結果、そのコレクタ電流も減少するから、
主巻線Ｌ１における蓄積磁気エネルギも減少し、その結
果、出力端子ＯＵＴからの出力電圧Ｖ０が小さくなる方
向に制御される。上記とは逆に出力端子ＯＵＴにおける
出力電圧Ｖ０が小さくなると、その出力電圧Ｖ０は大き
くなる方向に制御される。このようにして、この昇圧型
チョッパにおける出力電圧Ｖ０はツェナーダイオードＤ
２のツェナー電圧Ｖ_Ｚと制御トランジスタＴＲ２のベー
ス・エミッタ電圧Ｖｂｅとの和の値で一定となるように
制御される。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記の構成および動作を有する従来例の昇圧
型チョッパにあって、出力端子ＯＵＴから大きな出力電
流を得るには、スイッチングトランジスタＴＲ１に十分
なベース電流Ｉｂを供給する必要があるが、そのために
は、起動抵抗Ｒ１の抵抗値を小さく設定しておく必要が
ある。

しかるに、起動抵抗Ｒ１の抵抗値を小さくした場合に
は、その抵抗値が固定であるために無負荷のように出力
電流がなくなるか、または小さくなっているときには起
動抵抗Ｒ１に大きな電流を流してスイッチングトランジ
スタに大きなベース電流を供給する必要がないが、その
ような場合にも、スイッチングトランジスタＴＲ１の発
振動作の継続のために抵抗値の小さい起動抵抗Ｒ１には
大きな電流が流れ、その結果、直流電源Ｅが無駄に消費
されてしまうことになる。このような消費は、昇圧型チ
ョッパの効率〔コンバートされる前の入力電力（直流電
源Ｅの供給電力）対コンバートされた後の出力電力（出
力端子ＯＵＴから出力される電力）の比率〕を極端に低
下させるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、無負荷時のように出力電流が小さくなった場合の無
駄な電力消費を抑えて上記の効率を改善する一方で、大
きな出力が得られるようにスイッチングトランジスタの
ベース電流の供給を制御できるようにすることを目的と
している。

（問題点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、本発明の昇圧型チョ
ッパは、ベースに与えられる正帰還電圧により所定の発
振周波数で発振駆動されるスイッチングトランジスタ
と、一端が前記直流電源の入力端子に接続され、かつ、
他端が前記スイッチングトランジスタのコレクタと整流
ダイオードの一極部とに接続された主巻線、および前記
スイッチングトランジスタのベースに直流阻止コンデン
サを介して前記正帰還電圧を供給する帰還巻線を備えた
コンバータトランスと、前記整流ダイオードの他極部に
おける出力端子に一極部を接続されたツェナーダイオー
ドと、前記ツェナーダイオードの他極部にベースを接続
された制御トランジスタと、前記直流電源の入力端子と
前記スイッチングトランジスタのベースとの間に接続さ
れてその直流電源投入時におけるそのスイッチングトラ
ンジスタの起動およびそのスイッチングトランジスタの
発振動作の継続を行う起動手段とを備え、 前記起動手段は、前記直流電源の入力端子に一端を、ま
た、前記制御トランジスタの出力部に他端を接続された
起動抵抗と、前記起動抵抗の他端と前記制御トランジス
タの出力部との接続部に直接または間接にベースを接続
されるとともに、そのコレクタ・エミッタを前記直流電
源の入力端子と前記スイッチングトランジスタのベース
との間に接続された起動トランジスタとで構成されたこ
とを特徴としている。

（作用） この構成によれば、無負荷のように出力電流が小さくな
る場合には制御トランジスタのコレクタ電流が増大し、
その結果、起動抵抗を介して起動トランジスタのベース
に供給されるベース電流が減少し、これによりその起動
トランジスタのコレクタ電流が減少する。そして、この
コレクタ電流が減少するとスイッチングトランジスタの
ベース電流も減少する。したがって、この構成では、起
動抵抗の抵抗値を大きく設定しておいても大きな出力を
得ることができる一方、スイッチングトランジスタのベ
ースに大きなベース電流を流す必要がない場合には、起
動抵抗の抵抗値が大きいために、その起動抵抗における
電力消費が小さくなることと、起動トランジスタのコレ
クタ電流も小さくなってスイッチングトランジスタには
それの発振動作に必要な最小限のベース電流を供給する
ことで電力消費を小さく抑えることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。第１図は本発明の実施例に係る昇圧型チョッパの回
路図であり、第３図と対応する部分には同一の符号を付
している。第１図において、Ｅは直流電源、Ｓは電源ス
イッチ、Ｃ１，Ｃ３は平滑コンデンサ、ＴＲ１はスイッ
チングトランジスタ、Ｔは主巻線Ｌ１および帰還巻線Ｌ
２からなるコンバータトランスである。また、この主巻
線Ｌ１を一次巻線、二次巻線に分離してその二次巻線か
ら出力を取り出す、いわゆる絶縁型トランスとして構成
してもよく、そのような構成も本発明は含むものであ
る。

Ｄ１は整流ダイオード、Ｄ２はツェナーダイオード、Ｔ
Ｒ２は制御トランジスタ、Ｒ２はバイアス抵抗である。

本実施例は上記構成に加えて次の構成を具備することに
特徴を有している。すなわち、本実施例の昇圧型チョッ
パは、直流電源Ｅの入力端子である正極部とスイッチン
グトランジスタＴＲ１のベースとの間に接続されてその
直流電源投入時におけるそのスイッチングトランジスタ
ＴＲ１の起動とその発振動作の継続とに用いられる起動
手段ＫＭを備える。

起動手段ＫＭは、直流電源Ｅの入力端子である正極部に
電源スイッチＳを介して一端を、また、制御トランジス
タＴＲ２の出力部であるコレクタに他端を接続された起
動抵抗Ｒ１と、起動抵抗Ｒ１の他端と制御トランジスタ
ＴＲ２のコレクタとの接続部にベースを接続されるとと
もに、そのコレクタ・エミッタを直流電源Ｅの正極部と
スイッチングトランジスタＴＲ１のベースとの間に接続
された起動トランジスタＴＲ３とで構成されている。

このような構成を有する本実施例の昇圧型チョッパの基
本動作は従来例とほぼ同様であるから、その動作の詳細
の説明は省略する。

この実施例の昇圧型チョッパにおいて、無負荷時のよう
に出力電流が小さくなる場合には、ツェナーダイオード
Ｄ２を介して制御トランジスタＴＲ２のベースに供給さ
れるベース電流量が増大し、その結果、その制御トラン
ジスタＴＲ２のコレクタ電流が増大するから、起動抵抗
Ｒ１を介して起動トランジスタＴＲ３のベースに供給さ
れるベース電流量が減少する。起動トランジスタＴＲ３
のベース電流量が減少すると、その起動トランジスタＴ
Ｒ３のコレクタ電流が減少してスイッチングトランジス
タＴＲ１のベース電流も減少する。したがって、この昇
圧型チョッパにおける起動抵抗Ｒ１は、起動トランジス
タＴＲ３を駆動することができる電流をそのベースに供
給できればよいから、その抵抗値を大きく設定しておく
ことが可能となる。そして、起動抵抗Ｒ１の抵抗値を大
きく設定しておけることから、無負荷の場合における起
動抵抗Ｒ１での電力消費を抑えることができるととも
に、その場合には起動トランジスタＴＲ３のコレクタ電
流が小さくなるから、この場合もそこでの電力消費を抑
えることができる。

第２図は本発明の他の実施例に係る昇圧型チョッパの回
路図であり、第１図と対応する部分には同一の符号を付
している。この実施例で特徴とする構成は、起動手段Ｋ
Ｍにおける起動トランジスタＴＲ３が第１図の実施例の
それがＮＰＮ形であったのに対し、ＰＮＰ形であり、し
かも、その起動トランジスタＴＲ３はもう１つの起動ト
ランジスタＴＲ４のコレクタ・ベースを介して起動抵抗
Ｒ１に接続され、その起動トランジスタＴＲ４のエミッ
タが接地された構成になっていることである。

上記の構成によれば、直流電源Ｅの正極部と接地間にお
ける電位差が、起動トランジスタＴＲ３のコレクタ・エ
ミッタ間電圧と、スイッチングトランジスタＴＲ１のベ
ース・エミッタ間電圧との和であるから、直流電源Ｅに
用いられる電池としては、０．９Ｖ以上で１．７Ｖ以下
の電池、つまり１本の電池で済む。これは第１図の実施
例では、直流電源Ｅの正極部と接地間の電位差が起動ト
ランジスタＴＲ３のベース・エミッタ間電圧と、スイッ
チングトランジスタＴＲ１のベース・エミッタ間電圧と
の和であるために１．８Ｖ以上の電池、つまり２本以上
の電池が必要となるのにくらべて、一層の低電圧駆動に
適している。

なお、入力電圧１．４Ｖ、出力電圧５Ｖ、出力電流６ｍ
Ａとした場合の効率は従来例では７０％であったのが、
第２図の実施例では８０％となり、また、入力電圧１．
４Ｖ、出力電圧５Ｖ、出力電流０ｍＡとした場合の無負
荷時の直流電源Ｅからの入力電流は、来例では１ｍＡで
あったのが、第２図の実施例では３００μＡとなった。
したがって、いずれの場合も本実施例の方が、従来例よ
りも効率で１０％、無負荷時の入力電流量で１／３程度
に改善される結果、本実施例の昇圧型チョッパを、電池
電源で駆動される携帯用機器に適用した場合には、その
電池電源の寿命を大幅に長くすることができる。

（効果） 以上説明したことから明らかなように本発明によれば、
無負荷時のように出力電流が小さくなった場合の無駄な
電力消費を抑えて上記の効率を改善する一方で、大きな
出力が得られるようにスイッチングトランジスタのベー
ス電流の供給を制御できる昇圧型チョッパを提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る昇圧型チョッパの回路
図、第２図は他の実施例に係る昇圧型チョッパの回路図
である。 第３図は従来例に係る昇圧型チョッパの回路図である。 Ｅ……直流電源、Ｓ……電源スイッチ、ＴＲ１……スイ
ッチングトランジスタ、ＴＲ２……制御トランジスタ、
ＴＲ３，ＴＲ４……起動トランジスタ、Ｒ１……起動抵
抗、Ｔ……コンバータトランス、Ｌ１……主巻線、Ｌ２
……帰還巻線、Ｃ２……直流阻止コンデンサ、Ｄ１……
整流ダイオード、Ｄ２……ツェナーダイオード。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベースに与えられる正帰還電圧により所定
   の発振周波数で発振駆動されるスイッチングトランジス
   タと、 一端が前記直流電源の入力端子に接続され、かつ、他端
   が前記スイッチングトランジスタのコレクタと整流ダイ
   オードの一極部とに接続された主巻線、および前記スイ
   ッチングトランジスタのベースに直流阻止コンデンサを
   介して前記正帰還電圧を供給する帰還巻線を備えたコン
   バータトランスと、 前記整流ダイオードの他極部における出力端子に一極部
   を接続されたツェナーダイオードと、 前記ツェナーダイオードの他極部にベースを接続された
   制御トランジスタと、 前記直流電源の入力端子と前記スイッチングトランジス
   タのベースとの間に接続されてその直流電源投入時にお
   けるそのスイッチングトランジスタの起動およびそのス
   イッチングトランジスタの発振動作の継続を行う起動手
   段とを備え、 前記起動手段は、 前記直流電源の入力端子に一端を、また、前記制御トラ
   ンジスタの出力部に他端を接続された起動抵抗と、 前記起動抵抗の他端と前記制御トランジスタの出力部と
   の接続部に直接または間接にベースを接続されるととも
   に、そのコレクタ・エミッタを前記直流電源の入力端子
   と前記スイッチングトランジスタのベースとの間に接続
   された起動トランジスタ とで構成されたことを特徴とする昇圧型チョッパ。
2. 【請求項２】前記起動トランジスタは、そのベースを前
   記起動抵抗と前記制御トランジスタの出力部との接続部
   に接続された他の起動トランジスタのコレクタに接続さ
   れることで前記接続部に間接に接続されるとともに、当
   該他の起動トランジスタはそのエミッタを接地されてい
   る前記特許請求の範囲第（１）項に記載の昇圧型チョッ
   パ。