JPH066674Y2 - 自励型コンバ−タの過電流保護回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、トランスのベース巻線に過電流保護動作のた
めの補助巻線を巻き足し、ベース巻線と補助巻線の両端
間に抵抗とコンデンサの直列回路を接続して、該コンデ
ンサの端子電圧で過電流を検出し保護トランジスタによ
りスイッチングトランジスタのベース電流を引き抜くよ
うにした自励型コンバータの過電流保護回路に関するも
のである。

［従来の技術］ 過電流保護回路を組み込んだ自励型コンバータの一例を
第３図に示す。コンバータの一次側はブロッキング発振
器そのものであり、トランスＴの一次巻線Ｎ_１と直列に
スイッチングトランジスタＱ_１が接続され、該スイッチ
ングトランジスタＱ_１のベースにはトランスＴのベース
巻線Ｎ_３の誘起電圧が抵抗Ｒ_１とコンデンサＣ_１を介し
て印加される。抵抗Ｒ_２はスイッチングトランジスタＱ
_１のベースバイアス用である。

コンバータの一次側は自励発振し、トランスＴの二次巻
線Ｎ_２に出力が誘起される。この出力は整流ダイオード
Ｄで整流され平滑コンデンサＣで平滑化される。自励型
コンバータ自身は出力電圧の制御性を有しないが、他の
制御性を有する回路と組み合わせることによって定電圧
化が図られる。

さて従来の過電流保護回路１０は、スイッチングトラン
ジスタＱ_１のエミッタに接続された低抵抗値の過電流検
出用抵抗Ｒ_３と、前記スイッチングトランジスタＱ_１の
ベース回路に接続された保護トランジスタＱ_２とからな
り、該トランジスタＱ_２を前記過電流検出用抵抗Ｒ_３の
端子電圧でオン−オフ制御するように構成されていた。
つまりスイッチングトランジスタＱ_１のエミッタ電流を
抵抗Ｒ_３の電圧降下として検出し、その端子電圧と保護
トランジスタＱ_２のベース−エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥとを
比較するものであり、過大な電流が流れると抵抗Ｒ_３の
電圧降下が大きくなり保護トランジスタＱ_２が導通して
スイッチングトランジスタＱ_１のベース電流を引き抜き
コレクタ電流の尖頭値を一定にし内部回路を保護するも
のである。

［考案が解決しようとする問題点］ ところがこのような過電流保護回路では、過負荷時に保
護トランジスタＱ_２が導通してトランジスタＱ_１のベー
ス電流を引き抜くことによりコレクタ電流の尖頭値は一
定となるが過負荷になるに伴い出力電圧が低下するため
出力電流は増していくこととなる。

このためコンバータの出力電圧−負荷電流特性は第４図
に示すように過負荷になると「ヘ」の字型になり、負荷
短絡時に最大出力電流Ｉの２倍以上の短絡電流Ｉ_ｓが流
れる。このように負荷短絡時に過大な電流Ｉ_ｓが流れス
イッチングトランジスタＱ_１あるは整流ダイオードＤ等
が発熱するため、従来技術ではそれらスイッチングトラ
ンジスタや整流ダイオード等の電子部品について十分な
余裕をもたせるべく必要以上に容量の大きなものを使用
しなければならず、コストアップの要因となっていた。

本考案の目的は上記のような従来技術の欠点を解消し、
負荷短絡時の過大な電流を最大出力電流よりも小さく抑
えることができ、そのため異常発生時における主要な部
品の発熱を抑え、また部品点数もさほど多くならず小型
で且つ安価な自励型コンバータを得ることができる過電
流保護回路を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記のような目的を達成することのできる本考案は、コ
ンバータトランスの一次巻線と直列にスイッチングトラ
ンジスタを接続し、該スイッチングトランジスタのベー
スとエミッタとの間にコンバータトランスのベース巻線
を接続し自励発振させ、コンバータトランスの二次巻線
に出力を誘起させる自励型コンバータにおいて、スイッ
チングトランジスタを駆動するための前記ベース巻線に
補助巻線を巻き足し、ベース巻線と補助巻線の両端間に
抵抗とコンデンサとの直列回路を接続すると共に前記抵
抗に並列にダイオードを設け、スイッチングトランジス
タのベースと補助巻線端子との間に保護トランジスタを
配置し、該保護トランジスタのベースに前記コンデンサ
の端子電圧が印加されるように接続した過電流保護回路
である。

ここでより好ましい実施態様としては抵抗とコンデンサ
との接続点と保護トランジスタのベースとの間にダイオ
ードを接続し、該ダイオードを介してコンデンサの端子
電圧を印加する構成である。

［作用］ コンバータの自励発振動作に応じて抵抗とコンデンサか
らなる時定数回路は充放電を繰り返す。スイッチングト
ランジスタが導通している期間、コンデンサの端子電圧
は徐々に上昇する。このコンデンサの端子電圧の充放電
の初期値は出力電圧に応じて変化し、出力電圧が小さく
なるとコンデンサ端子電圧の絶対値は小さくなる。その
ため保護トランジスタが導通するまでの期間（スイッチ
ングトランジスタが導通している期間）が短くなり、出
力電流は低下する。

ベース巻線に巻き足した補助巻線は出力電圧−負荷電流
特性を「フ」の字特性にする作用を果たす。もしこの補
助巻線が無いとすると、過電流が検出され保護トランジ
スタが導通しても、そのコレクタ−エミッタ間飽和電圧
（約０．４Ｖ）が残るためスイッチングトランジスタは
瞬時にはオフしきれず、損失が生じ出力電流を低減しき
れない。しかし本考案のように補助巻線を設けると、ス
イッチングトランジスタのベース−エミッタ間に逆バイ
アスを印加でき、それを瞬時にオフ状態にできる。この
ため負荷電流特性は「フ」の字型になる。

［実施例］ 第１図は本考案に係る過電流保護回路を組み込んだ自励
型オン−オフ式コンバータの一実施例を示す回路図であ
る。コンバータ自身は基本的には第３図に示す従来技術
と同様であってよいので、対応する部分には同一符号を
付し、それらについての説明は省略する。

さて本考案に係る過電流保護回路２０は破線で囲んだ部
分である。コンバータトランスのベース巻線Ｎ_３に更に
補助巻線Ｎ_４を巻き足し、該ベース巻線Ｎ_３と補助巻線
Ｎ_４の両端子ａ−ｂ間に抵抗Ｒ_４とコンデンサＣ_２との
直列回路を接続すると共に前記抵抗Ｒ_４に並列に第１の
ダイオードＤ_１をそのカソート側が端子ａを向くように
接続する。またスイッチングトランジスタＱ_１のベース
と補助巻線Ｎ_４の端子ｂとの間に保護トランジスタＱ_３
を設け、該保護トランジスタＱ_３のベースに前記コンデ
ンサＣ_２の端子電圧が印加されるように接続する。この
実施例では第２のダイオードＤ_２を介して接続してい
る。

正常動作時にはブロッキング発振の原理に基づきスイッ
チングトランジスタＱ_１は自励発振し、それによってト
ランスＴの二次巻線Ｎ_２には出力が誘起される。この出
力は整流ダイオードＤで整流され平滑コンデンサＣで平
滑化される。

コンデンサＣ_２の端子電圧（抵抗Ｒ_４とコンデンサＣ_２
との接続点Ａの電圧）Ｖ_Ａは、出力電圧をＥ_ｓとする
と、保護トランジスタＱ_３のエミッタを基準としてスイ
ッチングトランジスタＱ_１がオフの時には、 となる。スイッチングトランジスタＱ_１が導通すると、
コンデンサＣ_２の端子電圧Ｖ_ＡはコンデンサＣ_２と抵抗
Ｒ_４との時定数に応じて充電する。このように充電の初
期値、即ちスイッチングトランジスタＱ_１がオンした直
後のコンデンサＣ_２の端子電圧は出力電圧に応じて変化
することになる。負荷短絡事故等が生じて出力電圧Ｅ_ｓ
が低下すると、充電の初期値の絶対値は小さくなる。

コンデンサの充電が進行し、その端子電圧が保護トラン
ジスタＱ_３のベース−エミッタ間電圧Ｖ_ＢＥと第２のダ
イオードＤ_２の順方向電圧降下Ｖ_Ｆ２との和を越えると
保護トランジスタＱ_３が導通する。これによってスイッ
チングトランジスタＱ_１のベース電流を引き込み出力を
垂下させる。一般にトランジスタのコレクタ飽和電圧は
０．４Ｖ程度であり、ベース−エミッタ間電圧は０．７
Ｖ程度である。ベース巻線Ｎ_３に巻き足した補助巻線Ｎ
_４はスイッチングトランジスタＱ_１のエミッタ電位に対
して保護トランジスタＱ_３のエミッタ電位を負側にバイ
アスする作用を果たす。従って保護トランジスタＱ_３の
導通時にそのエミッタを基準としてコレクタ電圧は約
０．４Ｖであるが、スイッチングトランジスタＱ_１のエ
ミッタは高く、逆バイアスの状態となり、完全にオフ状
態にしてコレクタ電流を阻止することができるのであ
る。このため出力電圧に対する負荷電流特性は第２図に
示すように「フ」の字型となる。それ故、本考案は大き
な電流容量のコンバータに対して特に有効である。

補助巻線Ｎ_４はこのフの字特性の傾斜を決める大きな要
因となる。実際には１〜２ターン程度の巻数で十分な効
果が得られている。

なお第２のダイオードＤ_２は、最小のオンタイムを設定
する機能と保護トランジスタＱ_３のベース−エミッタ間
に過大な逆バイアスが印加するのを防ぐ機能を果たす。
この第２のダイオードＤ_２は場合によっては省略するこ
ともできるし、また最小のオンタイムを長くしたい場合
にはツェナーダイオードを使用することも可能である。

［考案の効果］ 本考案は上記のようにベース巻線に補助巻線を巻き足
し、それによって保護トランジスタの導通時にスイッチ
ングトランジスタのベース−エミッタ間に逆バイアスが
印加されるから、短絡電流を最大出力電流よりも小さく
し、フの字型の負荷電流特性を実現させることができる
効果がある。

従って、本考案によればコンバータの主要部品であるス
イッチングトランジスタや整流ダイオード等の発熱の問
題が解消され、装置を小型化し得るばかりでなく容量の
小さな部品を使用でき小型化低廉化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案にかかる過電流保護回路を組み込んだ自
励型コンバータの一実施例を示す回路図、第２図はその
出力電圧−負荷電流特性線図、第３図は従来技術の一例
を示す回路図、第４図はその出力電圧−負荷電流特性線
図である。 １０，２０……過電流保護回路、Ｔ……トランス、Ｎ_１
……一次巻線、Ｎ_２……二次巻線、Ｎ_３……ベース巻
線、Ｎ_４……補助巻線、Ｑ_１……スイッチングトランジ
スタ、Ｑ_３……保護トランジスタ、Ｄ_１……第１のダイ
オード、Ｄ_２……第２のダイオード、Ｃ_２……コンデン
サ、Ｒ_４……抵抗。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】コンバータトランスの一次巻線と直列にス
   イッチングトランジスタを接続し、該スイッチングトラ
   ンジスタのベースとエミッタとの間にコンバータトラン
   スのベース巻線を接続して自励発振させ、コンバータト
   ランスの二次巻線に出力を誘起させる自励型コンバータ
   において、前記ベース巻線に補助巻線を巻き足し、ベー
   ス巻線と補助巻線の両端間に抵抗とコンデンサとの直列
   回路を接続すると共に前記抵抗に並列にダイオードを設
   け、スイッチングトランジスタのベースと補助巻線端子
   との間に保護トランジスタを配置し、該保護トランジス
   タのベースに前記コンデンサの端子電圧が印加されるよ
   うに接続した自励型コンバータの過電流保護回路。