JPH0715213Y2 - スイッチングトランジスタの駆動回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、スイッチングトランジスタを他励駆動する回
路に関し、更に詳しくは、主トランスに設けた帰還巻線
からの矩形波出力と制御回路から発生する正負のタイミ
ングパルス信号との合成信号でトランジスタをスイッチ
ングさせる駆動回路に関する。

［従来の技術］ 他励式スイッチング電源では、主トランスの一次巻線を
流れる電流をオン・オフするスイッチングトランジスタ
は外部に設けられた駆動回路によって制御されるが、そ
の際スイッチングトランジスタを駆動するのに必要なエ
ネルギーはすべて外部回路から供給している。

従来技術について１石式のスイッチング電源を例にとっ
て第４図により簡単に説明する。電源の一次側主回路は
主トランスT₁の一次巻線並びにそれと直列に接続された
スイッチングトランジスタQ₁を備え、二次側主回路は二
次側巻線とそれに接続された整流平滑回路10とから構成
される。交流入力は補助トランスT₃と整流ダイオードD₁
並びに平滑コンデンサC₁からなる補助電源12によって直
流に変換され、各種制御駆動回路に供給される。その電
力の大部分は制御トランジスタQ₄のスイッチングにより
パルストランスT₄を介して前記スイッチングトランジス
タQ₁を駆動するのに用いられる。

スイッチングトランジスタQ₁を流れるコレクタ電流I_cに
対して、1/h_feのベース電流I_Bを流すことが必要である
が、このベース電流のエネルギーはすべて交流入力から
補助トランスT₃およびパルストランスT₄を通るルートで
供給される。制御トランジスタQ₄のオン・オフ動作によ
って、そのタイミングで前記スイッチングトランジスタ
Q₁のオン・オフ動作が制御される。

［考案が解決しようとする問題点］ ところが従来技術では、もともとスイッチング電源の一
次側に必要なエネルギーのすべてを補助トランスT₃で二
次側にして更にパルストランスT₄で一次側に戻している
ため、それらを構成する部品はパワーの大きなものが必
要となる。補助電源12で作られる電力はスイッチング電
源の定電圧制御等のためにも用いられるが、従来技術で
はスイッチングトランジスタQ₁のベース電流を供給する
割合が極めて大きい。

このため従来技術では駆動制御回路における部品がどう
しても大型化し、広い実装スペースが必要となるばかり
でなく高価なものとなるという欠点があった。

本考案の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消
し、スイッチングトランジスタを他励制御するため外部
から供給するエネルギーを低減でき、そのため使用する
部品の小型化を図ることができ実装スペースの削減と低
廉化を実現できるようなスイッチングトランジスタの駆
動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］ 本考案はスイッチング電源におけるスイッチングトラン
ジスタの駆動回路を、スイッチングを引き起こすタイミ
ングを規定する正負パルス信号を発生する制御回路と、
スイッチングトランジスタの導通状態を維持し続けるた
めのパワーを供給する回路とを別々にして並列に組み合
わせ、それらの合成された信号で前記スイッチングトラ
ンジスタを駆動するように構成したものである。そして
前記のパワー供給回路はスイッチング電源の主トランス
に設けた帰還巻線を含む回路であり、該帰還巻線で誘起
される矩形波出力を使用するように構成される。また制
御回路は、パルストランスを備え、その二次巻線から直
流成分を阻止するコンデンサを介して正負のタイミング
パルス信号を発生する構成である。

［作用］ スイッチングトランジスタは制御回路から生じる正負の
タイミングパルス信号によってオン・オフ動作する。制
御回路からのパルス信号によってスイッチングトランジ
スタの制御端子が順バイアスされると、スイッチングト
ランジスタはオンして主トランスの一次巻線に電流が流
れる。それによって帰還巻線に電圧が誘起されスイッチ
ングトランジスタの制御端子に印加されるから、該トラ
ンジスタは導通状態を維持し続ける。

次に制御回路から逆のパルスが供給され、前記スイッチ
ングトランジスタの制御端子が逆バイアスされると、該
トランジスタはオフとなり主トランスの一次巻線に流れ
ていた電流が遮断され、帰還巻線への誘起電圧も生じな
くなり、前記トランジスタはオフ状態を保つ。

このように制御回路から供給される信号はパルス信号で
あり直流は流れないし、スイッチングトランジスタが導
通し続けるために必要なエネルギーは主トランスから直
接供給されるため、制御回路やそれを駆動するための補
助電源等の電流容量は極めて小さなもので済む。

［実施例］ 第１図は本考案に係るスイッチングトランジスタの駆動
回路を組み込んだ一石式スイッチング電源の一実施例を
示す回路図であり、第２図はその駆動回路におけるべー
ス電流波形図である。スイッチング電源の主回路は第４
図に示すような従来のものと同様であってよい。主トラ
ンスT₁の一次側は一次巻線N₁₁とスイッチングトランジ
スタQ₁との直列回路を備え、二次側は二次巻線N₁₂とそ
れに接続された整流平滑回路10から構成される。

さて本考案が従来技術と顕著に相違する第１の点は、他
励式スイッチング電源であるにもかかわらず主トランス
T₁に更に別の帰還巻線N₁₃が設けられ、その出力がダイ
オードD₂および抵抗R₁を介してスイッチングトランジス
タQ₁のベースに接続されている点である。ここで帰還巻
線N₁₃とダイオードD₂および抵抗R₁，R₂がパワー供給回
路14を構成する。

本考案が従来技術と顕著に相違する第２の点は、スイッ
チングトランジスタQ₁のベースに正負のタイミングパル
ス信号を供給する制御回路16が前記パワー供給回路14と
並列に接続される点である。この制御回路16は、主とし
て補助電源12に接続されるパルストランスT₂と２個の制
御トランジスタQ₂，Q₃とから構成される。パルストラン
スT₂の巻線N₂₁が制御トランジスタQ₂と接続され、巻線N
₂₂が制御トランジスタQ₃と接続される。パルストランス
T₂の二次巻線N₂₃は直流成分を阻止するコンデンサC₂を
介してスイッチングトランジスタQ₁のベース−エミッタ
間に接続される。なお第１図において主トランスT₁とパ
ルストランスT₂の各巻線に付した黒丸印は、それぞれの
トランス巻線の極性を表わしている。

このように構成したスイッチング電源の動作は次の如く
である。まず制御回路16を除いたスイッチング電源本体
の主回路は、周知のブロッキング発振によるコンバータ
とほぼ同様の回路構成であり、ダイオードD₂をコンデン
サに置き換えて起動抵抗を付加すれば原理的には自励発
振する。即ち、スイッチングトランジスタQ₁のベース−
エミッタ間が順方向バイアスされたとすると、そのコレ
クタ電流によってトランスの各巻線に誘起電圧が発生
し、ベース巻線の誘起電圧はトランジスタのベースに正
帰還される。この結果、再生作用が生じてトランジスタ
はオンし続ける（但し、I_c≦h_FE・I_Bを満たしている期
間）。コレクタ電流が更に増加すると、ベース電流不足
となり、逆方向の再生作用が生じてトランジスタはオフ
する。このオン・オフの動作周波数は、基本的にはトラ
ンスのインダクタンスとその浮遊容量や巻線抵抗なども
含めたコンバータの回路定数で決まり、また入力条件や
出力条件によって変動する。

本考案の制御回路16は、コンバータのオン・オフの切り
換えのタイミングを、コンバータの回路定数で決めるの
ではなく、外部からの正負のタイミングパルス信号を決
める機能を果たすものである。制御トランジスタQ₂，Q₃
のベースは、図示されていないが定電圧動作のための制
御パルス発生器に接続されており、そこで生じる出力に
より交互にオン・オフ状態を繰り返すよう制御される。
さて制御トランジスタQ₂がオンになったとするとパルス
トランスT₂のN₂₁巻線に電流が流れ、それによって巻線N
₂₃に誘起する電圧によりベース電流I_B2が流れる。この
ベース電流I_B2はコンデンサC₂によって直流成分が阻止
されるため第２図に示すように狭幅の正パルス34であ
る。正パルスであるためスイッチングトランジスタQ₁の
ベース−エミッタ間は順バイアスされてオンとなり、主
トランスT₁の一次巻線N₁₁にコレクタ電流I_cが流れる。
このコレクタ電流I_cによって帰還巻線N₁₃に電圧が誘起
し、ダイオードD₂および抵抗R₁を通ってベース電流I_B1
が流れる。すると、このベース電流I_B1によってコレク
タ電流I_c（＝h_EF・I_B1）が流れる。これは前述したブロ
ッキング発振と同様の再生作用である。この再生作用に
よって、スイッチングトランジスタQ₁がI_c≦h_FE・I_B1を
満足している期間は、該スイッチングトランジスタQ₁は
オンし続ける。つまり帰還巻線N₁₃から前記スイッチン
グトランジスタQ₁をオン状態に保持し続けるための電力
が供給され続けるのである。

次にスイッチングトランジスタQ₁がオンし続けている期
間中、制御トランジスタQ₃がオンになると、パルストラ
ンスT₂の巻線N₂₂に電流が流れ、されによって巻線N₂₃に
電圧が生じる。この電圧は前記制御トランジスタQ₂がオ
ンした時とは逆の極性である。従ってベース電流I_B2は
狭幅の負パルス36となる。この負パルスによってベース
電流I_B1の存在にもかかわらずスイッチングトランジス
タQ₁のベース−エミッタ間は逆バイアスされつまり負パ
ルス36によってベース電流I_B1も同時に引き込まれ、ス
イッチングトランジスタQ₁はベース電流不足によりオフ
する。従ってコレクタ電流I_cは零となり帰還巻線N₁₃に
は電圧は誘起せず前記スイッチングトランジスタQ₁はオ
フ状態を保ち続けることになる。

このようにして制御トランジスタQ₂，Q₃が交互にオン・
オフを繰り返すのに対応して、スイッチングトランジス
タQ₁のベースには制御回路16によって生じるベース電流
I_B2とパワー供給回路14によって生じるベース電流I_B1と
が合成された電流I_Bが供給されオン・オフ状態をつまり
本考案では、ブロッキング発振のオン・オフの切り換え
のタイミングを、コンバータの回路定数によって決める
のではなく、外部からの正負のタイミングパルス信号で
定めているのである。第２図の動作波形図からも判るよ
うに、スイッチングトランジスタQ₁を駆動するのに必要
なエネルギーの大部分は帰還巻線N₁₃含むパワー供給回
路14から供給され、制御回路16で作る信号は狭幅のパル
ス信号であり直流成分が流れないため極く僅かのエネル
ギーしか取り扱わなくてよい。大部分のエネルギーは補
助トランスT₃およびパルストランスT₂を全く通らないた
め、それらの回路を著しく小型化することができ、電力
損失も低く抑えることができる。

以上一石式のスイッチング電源の場合を例にとって説明
したが、本考案はそれ以外のスイッチング電源、例えば
ハーフブリッジ方式の電源等にも同様に適用することが
できる。ハーフブリッジ方式の電源に適用した例を第３
図に示す。基本的な回路構成やその動作は第１図に示し
たものと同様であるから、詳細な説明は省略する。ここ
で符号T₅は主トランス、N₅₁はその一次巻線、N₅₂は二次
巻線、N₅₃，N₅₄はそれぞれ帰還巻線であり、Q₅，Q₆はス
イッチングトランジスタ、T₆，T₇はそれぞれパルストラ
ンスである。また符号24はパワー供給回路、符号26は制
御回路を示す。

［考案の効果］ 本考案は主トランスに設けた帰還巻線を含むパワー供給
回路と正負のタイミングパルス信号を発生する制御回路
を並列に組み合わせてスイッチングトランジスタの制御
端子に接続するように構成したから、スイッチングトラ
ンジスタのオン状態を維持し続けさせるために必要な比
較的大きなエネルギーは主トランスから直接供給され、
制御回路では直流を供給する必要がなく立ち上がりおよ
び立ち下がり時の正負のタイミングパルスを印加するだ
けでよいため、制御回路ならびに補助電源は必要な電力
が大幅に低減するという優れた効果がある。

その結果、小型化が可能となり実装スペースが削減でき
るし、安価な部品を使用することができる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る駆動回路を組み込んだ一石式スイ
ッチング電源の一例を示す回路図、第２図はその駆動回
路の動作波形図、第３図は本考案の他の実施例を示す回
路図、第４図は従来技術の一例を示す回路図である。 10……整流平滑回路、12……補助電源、14,24……パワ
ー供給回路、16,26……制御回路、T₁……主トランス、Q
₁……スイッチングトランジスタ、T₂……パルストラン
ス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−56528（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−164753（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭58−43935（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】スイッチング電源の主トランスの一次側巻
   線を流れる電流をオン・オフするスイッチングトランジ
   スタを他励駆動する回路において、前記主トランスに設
   けた帰還巻線を含み矩形波出力を発生するパワー供給回
   路と、第１の制御トランジスタを介しパルストランスに
   補助電源電圧を印加し該トランスの二次巻線から直流成
   分を阻止するコンデンサを介して正極性のタイミングパ
   ルス信号を発生し、且つ第２の制御トランジスタを介し
   前記パルストランスに補助電源電圧を印加し該トランス
   の二次巻線から直流成分を阻止するコンデンサを介して
   負極性のタイミングパルス信号を発生する制御回路と、
   上記スイッチングトランジスタの制御端子に前記パワー
   供給回路の出力と前記制御回路の正負のタイミングパル
   ス信号を並列に印加することを特徴とするスイッチング
   トランジスタの駆動回路。