JPH0728532B2 - Peak voltage removal circuit - Google Patents

Peak voltage removal circuit

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JPH0728532B2
JPH0728532B2 JP63104676A JP10467688A JPH0728532B2 JP H0728532 B2 JPH0728532 B2 JP H0728532B2 JP 63104676 A JP63104676 A JP 63104676A JP 10467688 A JP10467688 A JP 10467688A JP H0728532 B2 JPH0728532 B2 JP H0728532B2
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transistor
diode
pulse transformer
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peak voltage
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ピーク電圧の除去回路に関し、特にフォワー
ドタイプのDC−DCコンバータのスイッチング素子にかか
るピーク電圧を除去するためのピーク電圧除去回路に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a peak voltage removing circuit, and more particularly to a peak voltage removing circuit for removing a peak voltage applied to a switching element of a forward type DC-DC converter. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

フォワード型のDC−DCコンバータは、スイッチング素子
がONのときに出力に電力を送るようにしたDC−DCコンバ
ータであり、スイッチング電源におけるDC−DC変換部と
して適用できるものの一つである。
A forward type DC-DC converter is a DC-DC converter that sends power to an output when a switching element is ON, and is one of those applicable as a DC-DC converter in a switching power supply.

かかるコンバータは、基本的には、スイッチング素子
と、高周波用のトランスと、整流ダイオードと、チョー
クコイルと、出力コンデンサ等から構成される。
Such a converter is basically composed of a switching element, a high frequency transformer, a rectifying diode, a choke coil, an output capacitor and the like.

第3図は、その一例の回路構成を示しており、高周波用
トランスとしてのパルストランス3の1次側の巻線N1に
はスイッチング素子としてのスイッチング駆動されるト
ランジスタ2が接続され、また、2次側の巻線N2側に
は、整流ダイオード4a,4b、チョークコイル5及び出力
コンデンサ6が設けられている。更に、パルストランス
3の1次側には、巻線N3とダイオード7とを直列に接続
して成る直列回路が接続されている。このダイオード7
は、パルストランス3がリセットするように電流を流す
ためのものであって、トランジスタ2のコレクタ電圧が
所定値以上になるとダイオード7が導通することによっ
て、トランジスタ2の端子間電圧、すなわちコレクタ・
エミッタ間電圧がクランプされるようになっている。
FIG. 3 shows a circuit configuration of an example thereof, in which a switching driven transistor 2 as a switching element is connected to a primary winding N 1 of a pulse transformer 3 as a high frequency transformer, and Rectification diodes 4a and 4b, a choke coil 5, and an output capacitor 6 are provided on the secondary winding N 2 side. Further, the primary side of the pulse transformer 3 is connected with a series circuit formed by connecting a winding N 3 and a diode 7 in series. This diode 7
Is for flowing a current so that the pulse transformer 3 is reset, and when the collector voltage of the transistor 2 becomes a predetermined value or more, the diode 7 becomes conductive, so that the terminal voltage of the transistor 2, that is, the collector voltage.
The voltage between the emitters is clamped.

トランジスタ2は、高周波の入力パルス信号で駆動され
る。
The transistor 2 is driven by a high frequency input pulse signal.

第3図にその基本構成を示したDC−DCコンバータは、ス
イッチング用のトランジスタ2をドライブするための回
路構成が簡易である上、小型軽量化が図れ、広い入力電
圧に容易に対応できる等の利点があるため、直流電圧を
使用することの多い通信装置の電源や、乾電池等の直流
電源を使用する移動体、可搬型の装置のDC−DCコンバー
タとして多用されている。
The DC-DC converter whose basic configuration is shown in FIG. 3 has a simple circuit configuration for driving the transistor 2 for switching, is small in size and light in weight, and can easily handle a wide input voltage. Because of its advantages, it is often used as a DC-DC converter for a power supply of a communication device that often uses a DC voltage, a mobile body that uses a DC power supply such as a dry battery, and a portable device.

すなわち、入力DCから所要の出力DCを得るにあたり、ト
ランジスタ2がスイッチングモードで動作するため、基
本的に電力損失が少なく、また、DC−AC変換部の使用ト
ランスもパルストランス3であって高周波用の小型軽量
のもので済むため、小型で低損失のスイッチング電源を
得ることが可能である。
That is, when the required output DC is obtained from the input DC, the transistor 2 operates in the switching mode, so basically there is little power loss, and the transformer used in the DC-AC converter is also the pulse transformer 3 for high frequencies. It is possible to obtain a small-sized and low-loss switching power supply because it is small and lightweight.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

ところが、このようにトランジスタ2のスイッチング駆
動によりパルスを得、これをパルストランジスタ3を介
して2次側に伝達する場合、トランジスタ2のOFF時に
生ずるピーク電圧が問題であり、これを除去する必要が
ある。すなわち、トランジスタ2が所定周波数(例えば
数10kHz)でON,OFF駆動されている場合において、ON状
態からOFF状態となった瞬間に、トランジスタ2の端子
間(コレクタ・エミッタ間)にいわゆる電圧スパイクが
発生する。
However, when a pulse is obtained by the switching drive of the transistor 2 and is transmitted to the secondary side through the pulse transistor 3, the peak voltage generated when the transistor 2 is turned off is a problem, and it is necessary to remove it. is there. That is, when the transistor 2 is driven ON and OFF at a predetermined frequency (for example, several tens of kHz), a so-called voltage spike is generated between the terminals (collector-emitter) of the transistor 2 at the moment when the transistor is switched from ON to OFF. Occur.

そこで、従来、この種のピーク電圧を除去するために、
波形の鈍ったパルス信号をスイッチング素子としてのト
ランジスタ2に加えスイッチングスピードを遅くしてい
た。
Therefore, conventionally, in order to remove this kind of peak voltage,
A pulse signal having a blunt waveform was added to the transistor 2 as a switching element to slow the switching speed.

すなわち、第3図に示すように、トランジスタ2の駆動
制御部8としては、トランジスタ2のベースに印加すべ
きパルス信号波形を鈍らした信号を生成するようなもの
を設け、かかる信号波形のパルスによってトランジスタ
2を駆動するようにしていた。第4図は、このような従
来構成による場合のトランジスタ2の端子間電圧の様子
を示している。
That is, as shown in FIG. 3, the drive control unit 8 of the transistor 2 is provided with a device for generating a blunted pulse signal waveform to be applied to the base of the transistor 2, and a pulse having such a signal waveform is used. It was designed to drive the transistor 2. FIG. 4 shows the state of the voltage between the terminals of the transistor 2 in the case of such a conventional configuration.

しかし、上述した従来のピーク電圧の除去方法にあって
は、スイッチングスピードの低下を招き、スイッチング
スピードが遅いのでスイッチング素子としてのトランジ
スタ2内でのスイッチングロスが大きくなり、コンバー
タ全体の効率が悪くなるという欠点がある。
However, in the above-described conventional method of removing the peak voltage, the switching speed is lowered, and the switching speed is slow, so that the switching loss in the transistor 2 as a switching element becomes large and the efficiency of the entire converter deteriorates. There is a drawback that.

本発明の目的は、スイッチングスピードを低下させるこ
となく、従って低損失,高能率の利点を損なうことな
く、スイッチング素子の端子間のピーク電圧を除去する
ことのできるピーク電圧除去回路を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a peak voltage removing circuit capable of removing the peak voltage between the terminals of the switching element without lowering the switching speed, and thus without losing the advantages of low loss and high efficiency. is there.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

上記目的を達成するために、本発明は、パルストランス
の1次側の巻線の一端を入力端の一方に接続し、パルス
トランスの1次側の巻線の他端をトランジスタを介して
入力端の他方に接続し、パルストランスの2次側の巻線
の一端をチョークコイルを介して出力端の一方に接続
し、パルストランスの2次側の巻線の他端を第1整流ダ
イオードのカソード及びダイオードのアノードに接続
し、第1整流ダイオードのアノードを第2整流ダイオー
ドのアノード及び出力端の他方に接続し、第2整流ダイ
オードのカソードをパルストランスの2次側の巻線の一
端に接続し、ダイオードのカソードを出力端の一方に接
続し、出力コンデンサを出力端の両端に接続したもので
ある。
In order to achieve the above object, the present invention connects one end of a primary side winding of a pulse transformer to one of input ends and inputs the other end of a primary side winding of a pulse transformer through a transistor. The other end of the pulse transformer, one end of the secondary winding of the pulse transformer is connected to one of the output ends via a choke coil, and the other end of the secondary winding of the pulse transformer is connected to the first rectifying diode. Connect to the cathode and the anode of the diode, connect the anode of the first rectifier diode to the anode of the second rectifier diode and the other of the output terminals, and connect the cathode of the second rectifier diode to one end of the secondary winding of the pulse transformer. In this connection, the cathode of the diode is connected to one of the output ends, and the output capacitor is connected to both ends of the output end.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例に係るピーク電圧除去回路を
有するフォワードタイプのDC−DCコンバータの構成を示
し、また、第2図はそのスイッチング素子の端子間電圧
の様子を示す波形図である。
FIG. 1 shows a configuration of a forward type DC-DC converter having a peak voltage removing circuit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a waveform diagram showing a state of a voltage between terminals of the switching element. is there.

このDC−DCコンバータは、巻線N1,N2,N3を有する高周
波トランスとしてのパルストランス3と、スイッチング
素子としてのトランジスタ2と、整流ダイオード4a,4b
と、チョークコイル5と、出力コンデンサ6とを備える
と共に、パルストランス3の1次側にパルストランス3
がリセットするように電流を流すダイオード7を備えて
いる。
This DC-DC converter includes a pulse transformer 3 as a high frequency transformer having windings N 1 , N 2 and N 3 , a transistor 2 as a switching element, and rectifying diodes 4a and 4b.
And a choke coil 5 and an output capacitor 6, and the pulse transformer 3 is provided on the primary side of the pulse transformer 3.
Is provided with a diode 7 that allows a current to flow.

これらの構成部分については、第3図の場合と同様のも
のであってよい。
These components may be the same as in the case of FIG.

すなわち、例えばトランジスタ2については、これは高
周波数のパルス信号でスイッチング駆動されるものであ
って、パルストランス3の1次側に印加されているDC入
力を断続し、巻線N1にパルスを発生させるものであり、
また、2次側の巻線N2の一端とDC出力側の一端との間に
挿入されたチョークコイル5はリップル除去等の機能を
有し、高周波用で小型軽量のものである。
That is, for example, with respect to the transistor 2, this is switching-driven by a high-frequency pulse signal, and the DC input applied to the primary side of the pulse transformer 3 is interrupted to apply a pulse to the winding N 1. Is to generate
The choke coil 5 inserted between one end of the secondary winding N 2 and one end on the DC output side has a function of removing ripples and the like, and is for high frequencies and is small and lightweight.

また、DC出力端間に接続された出力コンデンサ6も高周
波用で小型軽量のものである。
Further, the output capacitor 6 connected between the DC output terminals is also for high frequencies and is small and lightweight.

更に、整流ダイオード4aと4bのうち、巻線N2の他端とDC
出力側の他端との間に図示の極性で接続されたダイオー
ド4aは、整流用のものであるが、他方のダイオード4b
は、いわゆる転流用のものであり、トランジスタ2がOF
Fのとき導通し、チョークコイル5に残っていたエネル
ギーを出力に送るようになっている。
Furthermore, among the rectifier diode 4a and 4b, the other end of the winding N 2 and DC
The diode 4a connected to the other end on the output side with the polarity shown is for rectification, but the other diode 4b
Is for so-called commutation, and transistor 2 is OF
When it is F, it conducts and sends the energy remaining in the choke coil 5 to the output.

第1図のDC−DCコンバータは、前記構成に加えて、パル
ストランス3のリーケージインダクタンスに貯えられた
エネルギーを放出するようにするダイオード1を有す
る。このダイオード1は、アノードが2次側の巻線N2の
他端に、またカソードが出力コンデンサ6のチョークコ
イル5側の接続端に、それぞれ接続される回路構成でパ
ルストランス3の2次側に設けられており、トランジス
タ2がOFF状態のとき、パルストランス3のリーケージ
インダクタンスに貯えられたエネルギーを放出するよう
になっている。
The DC-DC converter of FIG. 1 has, in addition to the above-described configuration, a diode 1 for discharging the energy stored in the leakage inductance of the pulse transformer 3. The diode 1 has a circuit configuration in which the anode is connected to the other end of the winding N 2 on the secondary side and the cathode is connected to the connection end of the output capacitor 6 on the choke coil 5 side. Is provided in the pulse transformer 3 to release the energy stored in the leakage inductance of the pulse transformer 3 when the transistor 2 is in the OFF state.

更に、トランジスタ2のための駆動制御部9としては、
第3図の場合のものと異なり、波形を鈍らすことのない
パルス信号を印加する構成の駆動制御部をそのまま用い
ている。
Further, as the drive control unit 9 for the transistor 2,
Unlike the case of FIG. 3, the drive control unit configured to apply the pulse signal without blunting the waveform is used as it is.

かかる駆動制御部としては、具体的には、例えばパルス
幅制御回路(P.W.M)及び駆動回路であってよい。
As the drive control unit, specifically, for example, a pulse width control circuit (PWM) and a drive circuit may be used.

また、DC−DCコンバータへのDC入力としては、乾電池等
からの直流電圧が直接に、またAC電源を整流器を介して
整流して得た直流電圧が供給される構成であってよい。
Further, as the DC input to the DC-DC converter, a DC voltage from a dry battery or the like may be directly supplied, or a DC voltage obtained by rectifying an AC power source through a rectifier may be supplied.

上述のように、フォワードタイプのDC−DCコンバータに
おいて、パルストランス3と出力コンデンサ6をダイオ
ード1で接続し、パルストランス3のリーケージインダ
クタンスに貯えられたエネルギーを放出する回路を有す
るスイッチング素子の端子間ピーク電圧除去回路が設け
られている。
As described above, in the forward type DC-DC converter, the pulse transformer 3 and the output capacitor 6 are connected by the diode 1 and the terminals of the switching element having the circuit for releasing the energy stored in the leakage inductance of the pulse transformer 3 are connected. A peak voltage removal circuit is provided.

前記構成において、DC−DC変換は、次のようにして行わ
れ、DC出力が取り出される。
In the above configuration, the DC-DC conversion is performed as follows, and the DC output is taken out.

すなわち、駆動制御部9からパルス信号が印加され、ト
ランジスタ2がこれによりスイッチング駆動されると、
トランジスタ2はON,OFFを繰り返し、入力パルス信号の
パルス幅に比例したパルスをパルストランス3に与え、
出力電圧を所定の電圧に保つように動作する。
That is, when a pulse signal is applied from the drive control unit 9 and the transistor 2 is switching-driven by this,
The transistor 2 repeats ON and OFF, and gives a pulse proportional to the pulse width of the input pulse signal to the pulse transformer 3,
It operates to keep the output voltage at a predetermined voltage.

第1図のDC−DCコンバータは、フォワードタイプである
から、トランジスタ2のONのとき出力に電力を送り、ま
た既述したように、トランジスタ2がOFFのときはチョ
ークコイル5に残っていたエネルギーを出力に送り、DC
出力端からは平滑された所定電圧が取り出されることに
なる。
Since the DC-DC converter of FIG. 1 is a forward type, it sends power to the output when the transistor 2 is ON, and as already mentioned, the energy remaining in the choke coil 5 when the transistor 2 is OFF. To the output, DC
A smoothed predetermined voltage is taken out from the output terminal.

このようにしてトランジスタ2のスイッチングによっ
て、更にトランジスタ2のベースに印加するパルス信号
のパルス幅調整によって、DC入力から低損失で所望のDC
出力を得ることができると共に、かかるスイッチング動
作において、ダイオード1は、スイッチング素子として
のトランジスタ2がOFF状態のとき、パルストランス3
のリーケージインダクタンスに貯えられたエネルギーを
放出するように働く。
In this way, by switching the transistor 2, and by adjusting the pulse width of the pulse signal applied to the base of the transistor 2, the desired DC with low loss can be obtained from the DC input.
In addition to being able to obtain an output, in such a switching operation, the diode 1 functions as a pulse transformer 3 when the transistor 2 as a switching element is in the OFF state.
Acts to release the energy stored in the leakage inductance of.

このダイオード1によるエネルギーの放出は、パルスト
ランス3の1次と2次間のリーケージインダクタンスが
多い程、スイッチング用トランジスタOFF時の電圧スパ
イクが多くなるものであることから、第1図のようにこ
れをダイオード1によって放出させるようにすれば、こ
れによってトランジスタ2の端子間電圧、すなわちコレ
クタ・エミッタ間のピーク電圧を除去することができ、
しかも、このピーク電圧除去を従来のようにトランジス
タ2のスイッチングスピードを遅くすることなく行うこ
とができる。
The energy released by the diode 1 increases as the leakage inductance between the primary and secondary sides of the pulse transformer 3 increases, and therefore the voltage spike when the switching transistor is turned off increases, as shown in FIG. Is discharged by the diode 1, it is possible to eliminate the terminal voltage of the transistor 2, that is, the peak voltage between the collector and the emitter,
Moreover, this peak voltage removal can be performed without slowing down the switching speed of the transistor 2 as in the conventional case.

すなわち、第3図の構成の場合のようにピーク電圧を除
去するため波形の鈍ったパルス信号をトランジスタ2に
加える駆動制御部を使用する必要がなく、第1図のDC−
DCコンバータでは、パルストランス3のリーケージイン
ダクタンスに貯えられたエネルギーを放出するように接
続されたダイオード1を有している結果、トランジスタ
2内でのスイッチングロスが大きくなることもなく、効
率の低下も避けられる。
That is, it is not necessary to use a drive control unit for applying a pulse signal having a blunt waveform to the transistor 2 in order to remove the peak voltage as in the case of the configuration of FIG.
The DC converter has the diode 1 connected so as to release the energy stored in the leakage inductance of the pulse transformer 3, and as a result, the switching loss in the transistor 2 does not increase and the efficiency decreases. can avoid.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、トランジスタの
リーケージインダクタンスに貯えられたエネルギーを放
出するためにダイオードをトランスの2次側に接続する
ことにより、スイッチング素子のスイッチングスピード
を遅くすることなくスイッチング素子端子間のピーク電
圧を除去でき、コンバータの効率をあげることができる
効果がある。
As described above, according to the present invention, the diode is connected to the secondary side of the transformer in order to release the energy stored in the leakage inductance of the transistor, thereby switching without slowing the switching speed of the switching element. There is an effect that the peak voltage between the element terminals can be removed and the efficiency of the converter can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例の回路図、 第2図はそのスイッチング素子の端子間電圧の時間変化
を示す図、 第3図は従来の構成を示す回路図、 第4図は従来回路のスイッチング素子の端子間電圧の時
間変化を示す図である。 1……ダイオード 2……トランジスタ 3……パルストランス 4……整流ダイオード 5……チョークコイル 6……出力コンデンサ 7……ダイオード
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a time change of a terminal voltage of the switching element, FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional configuration, and FIG. 4 is a conventional circuit. FIG. 6 is a diagram showing a time change of a voltage between terminals of the switching element of FIG. 1 ... Diode 2 ... Transistor 3 ... Pulse transformer 4 ... Rectifier diode 5 ... Choke coil 6 ... Output capacitor 7 ... Diode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】パルストランスの1次側の巻線の一端を入
力端の一方に接続し、パルストランスの1次側の巻線の
他端をトランジスタを介して入力端の他方に接続し、パ
ルストランスの2次側の巻線の一端をチョークコイルを
介して出力端の一方に接続し、パルストランスの2次側
の巻線の他端を第1整流ダイオードのカソード及びダイ
オードのアノードに接続し、第1整流ダイオードのアノ
ードを第2整流ダイオードのアノード及び出力端の他方
に接続し、第2整流ダイオードのカソードをパルストラ
ンスの2次側の巻線の一端に接続し、ダイオードのカソ
ードを出力端の一方に接続し、出力コンデンサを出力端
の両端に接続したことを特徴とするピーク電圧除去回
路。
1. One end of a primary winding of a pulse transformer is connected to one input end, and the other end of a primary winding of a pulse transformer is connected to the other input end via a transistor. One end of the secondary winding of the pulse transformer is connected to one of the output ends via a choke coil, and the other end of the secondary winding of the pulse transformer is connected to the cathode of the first rectifying diode and the anode of the diode. Then, the anode of the first rectifier diode is connected to the other of the anode and the output terminal of the second rectifier diode, the cathode of the second rectifier diode is connected to one end of the secondary winding of the pulse transformer, and the cathode of the diode is connected to A peak voltage removing circuit characterized in that it is connected to one of the output ends and an output capacitor is connected to both ends of the output end.
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