JPS6181175A - Overvoltage protecting circuit of one-element forward converter - Google Patents

Overvoltage protecting circuit of one-element forward converter

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JPS6181175A
JPS6181175A JP20013884A JP20013884A JPS6181175A JP S6181175 A JPS6181175 A JP S6181175A JP 20013884 A JP20013884 A JP 20013884A JP 20013884 A JP20013884 A JP 20013884A JP S6181175 A JPS6181175 A JP S6181175A
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thyristor
overvoltage
output
voltage
secondary side
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Mitsutsune Tsumura
津村 光恒
Noboru Kato
昇 加藤
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/338Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a self-oscillating arrangement

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a highly reliable overvoltage protecting circuit by connecting an overvoltage detector between the secondary side rectified and smoothed output and the gate of a thyristor, and shortcircuiting by a thyristor between the secondary side output windings of a transformer, thereby reducing the number of parts. CONSTITUTION:An one-element forward converter associated with an over voltage protecting circuit 1 turns ON and OFF a switching transistor Q1 by utilizing the induced voltage of the feedback winding P2 of a transformer T, converts a DC into an AC, rectifies and smoothes the output of the secondary side output winding S1 and outputs a DC voltage Vout. This circuit 1 has a series circuit of a diode D and a thyristor SCR inserted between the terminals of the secondary side output windings S1 and an overvoltage detector (Zener diode) ZD connected between the gate terminals of the SCR. Thus, when the output voltage becomes an overvoltage, the diode ZD is conducted to fire the SCr to shortcircuit between the windings S1.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、一石式フォワード型DC−DCコンバータの
過電圧保護に関し、更に詳しくは、過電圧を検出したと
きスイッチングトランジスタの非導通・期間中にトラン
スの二次巻線間を短絡することによりコンバータの出力
を低下させるようにした一石式フォワードコンバータの
過電圧保護回路に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to overvoltage protection for a single-stone forward type DC-DC converter, and more specifically, when an overvoltage is detected, the switching transistor is turned off and the transformer is turned off during the non-conducting period. This invention relates to an overvoltage protection circuit for a single-stone forward converter that reduces the output of the converter by short-circuiting the secondary windings of the converter.

[従来の技術] 一石式フォワードコンバータは、ブロッキング発振を利
用した自動型スイッチングレギュレータの一種であり、
部品点数が少なく、リンギングチコークコンバータに比
べて出力電力を多くとることができるという利点があり
、出力容量の比較的小さいTi源に利用されている。
[Prior art] A single-stone forward converter is a type of automatic switching regulator that uses blocking oscillation.
It has the advantage of having a small number of parts and being able to obtain more output power than a ringing Chicoke converter, and is used for a Ti source with a relatively small output capacity.

しかし電源入力電圧が異常に上昇した時、あるいは定電
圧電源の主要各部に故障が生じて定電圧制御回路が機能
しなくなった場合、出力電圧が上昇してしまう。そのよ
うな過電圧状態が発生すると、出力平滑用コンデンサの
破損、スイッチングトランジスタや抵抗等の異常発熱、
あるいは負荷の破損等の問題が発生する。特に、出力平
滑用の大容量コンデンサは、エチレングリコール等の液
体電解質材料が充填されているため、それがパンクして
焼損し大事故を起こす虞れさえある。従って過電圧が生
じなならばそれを検知し、直ちに出力を低下する必要が
ある。
However, when the input voltage of the power supply increases abnormally, or when a failure occurs in each main part of the constant voltage power supply and the constant voltage control circuit ceases to function, the output voltage increases. If such an overvoltage condition occurs, the output smoothing capacitor may be damaged, switching transistors, resistors, etc. may become abnormally heated, and
Otherwise, problems such as damage to the load may occur. In particular, since large capacity capacitors for output smoothing are filled with liquid electrolyte material such as ethylene glycol, there is a risk that the capacitors may become punctured and burnt out, causing a major accident. Therefore, if an overvoltage occurs, it is necessary to detect it and immediately reduce the output.

そのため−石式フォワードコンバータにおいても過電圧
保護回路が組み込まれている。
Therefore, an overvoltage protection circuit is also incorporated in the stone-type forward converter.

従来の過電圧保護回路は、例えば第2図に示すように構
成されていた。同図において破線で囲み符号11を付し
た部分が従来の過電圧保護回路である。即ち、トランス
Tに検出巻@N、を設け、その出力をダイオードD3で
整流するとともに、コンデンサC1でビーク・チャージ
し、その出力を過電圧検出用ツェナーダイオードZD。
A conventional overvoltage protection circuit is configured as shown in FIG. 2, for example. In the same figure, a portion surrounded by a broken line and marked with the reference numeral 11 is a conventional overvoltage protection circuit. That is, the transformer T is provided with a detection winding @N, the output of which is rectified by a diode D3, peak-charged by a capacitor C1, and the output is passed through a Zener diode ZD for overvoltage detection.

に印加する。他方コンバータの一次側入力部には抵抗R
2、サイリスタ5CR1、および抵抗R5からなる直列
回路が押入され、該抵抗R5の端子Ma圧が、発振用の
スイッチングトランジスタQ8のペース−エミッタ間に
接続された過電圧保護用トランジスタQ2のペースに印
加される。そして前記過電圧検出用ツェナーダイオード
ZD、を流れる電流がサイリスタSCR、のゲートに供
給される構成である。
to be applied. On the other hand, the primary input section of the converter has a resistor R.
2. A series circuit consisting of a thyristor 5CR1 and a resistor R5 is inserted, and the pressure at the terminal Ma of the resistor R5 is applied to the pace of the overvoltage protection transistor Q2 connected between the pace and emitter of the oscillation switching transistor Q8. Ru. The current flowing through the overvoltage detection Zener diode ZD is supplied to the gate of the thyristor SCR.

コンバータが正常な動作をしている間はサイリスタSC
R、および過電圧保護用トランジスタQ2はいずれもオ
フの状態にある。しかし何らかの原因により過電圧状態
となると、異常に高い電圧が検出巻線N□に誘起され、
過電圧検出用ツェナーダイオードZD、が導通し、それ
によってサイリスタSCR、が点弧し導通ずることにな
る。
While the converter is operating normally, the thyristor SC
R and overvoltage protection transistor Q2 are both in an off state. However, if an overvoltage condition occurs for some reason, an abnormally high voltage will be induced in the detection winding N□.
The Zener diode ZD for overvoltage detection becomes conductive, thereby causing the thyristor SCR to fire and become conductive.

そのため抵抗R3に電流が流れ、電圧降下が生じ、その
端子電圧が過電圧保護用トランジスタQ2のペースに印
加される。それによって該過電圧保護用トランジスタQ
2は導通し、コンバータのスイッチングトランジスタQ
、のペース電位を引き下げ、その発振動作を停止させる
のである。
Therefore, a current flows through the resistor R3, a voltage drop occurs, and the terminal voltage is applied to the pin of the overvoltage protection transistor Q2. Accordingly, the overvoltage protection transistor Q
2 is conductive and the switching transistor Q of the converter
The pace potential of , is lowered, and its oscillation operation is stopped.

[発明が解決しようとする問題点コ ところがこのような構成としたのでは、コンバータ本体
は極めて部品点数が少ない簡単な構成であるのに対し、
過電圧保護回路は、抵抗R。
[Problems to be solved by the invention]However, with this configuration, the converter main body has a simple configuration with an extremely small number of parts;
The overvoltage protection circuit is a resistor R.

〜R4,サイリスタSCR,,過電圧保護用トランジス
タQ2.過電圧検出用ツェナーダイオードZD、、ダイ
オードD5.コンデンサC,およびトランス検出巻41
1IN、等、部品点数が著しく多くなりコストアップの
大きな要因となっていた。また部品点数が多(回路が複
雑化する分、組み立ても面倒であり、信頼性が低下する
といった欠点があった。
~R4, thyristor SCR, overvoltage protection transistor Q2. Overvoltage detection Zener diode ZD, diode D5. Capacitor C and transformer detection winding 41
The number of parts such as 1 IN was significantly increased, which was a major factor in increasing costs. It also had the disadvantage of having a large number of parts (the circuit became more complex, making it more difficult to assemble, and lowering reliability).

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消し
、部品点数が極めて少なく回路も面素化され、それ故信
頼性が高く、組み立ても容易で小型化しうるような改良
された一石式フォワードコンバータの過電圧保護@路を
提供することにある。
The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to provide an improved single-stone circuit that has an extremely small number of parts and a single-layer circuit, which is therefore highly reliable, easy to assemble, and can be miniaturized. The purpose of this invention is to provide overvoltage protection for a forward converter.

[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発明は、−
石式フォワードコンバータの二次側出力巻線間にサイリ
スタを挿入すると共に、二次側整流平滑化出力と前記サ
イリスタのゲートとの間に過電圧検出素子を接続し、過
電圧検出時に該過電圧検出素子によってサイリスタを点
弧して、スイッチングトランジスタの非導通期間中にト
ランスの二次側出力巻線間を前記サイリスタで短絡し、
該スイッチングトランジスタの導通期間を短縮して出力
電圧を低下させろようにした一石式フォワードコンパー
タの過電圧保護回路である。
[Means for solving the problems] The present invention, which can achieve the above objects, has the following features:
A thyristor is inserted between the secondary output windings of the stone-type forward converter, and an overvoltage detection element is connected between the secondary rectification and smoothing output and the gate of the thyristor. igniting a thyristor to short-circuit the secondary output windings of the transformer with the thyristor during a non-conducting period of the switching transistor;
This is an overvoltage protection circuit for a single-stone forward converter that reduces the output voltage by shortening the conduction period of the switching transistor.

ここで二次側整流平滑化出力と前記サイリスタのゲート
との間に接続される過電圧検出素子としては、通常、過
電圧時に導通ずるような所定の定電圧特性を有するツェ
ナーダイオードが用いられる。またサイリスタに対して
直列にダイオードを押入し、該サイリスクに逆電圧がか
からないように保護するのが望ましい。
Here, as the overvoltage detection element connected between the secondary side rectified smoothed output and the gate of the thyristor, a Zener diode having a predetermined constant voltage characteristic that becomes conductive at the time of overvoltage is usually used. It is also desirable to insert a diode in series with the thyristor to protect the thyristor from reverse voltage.

[作用] 乙のような構成とすると、何らかの原因により定電圧化
制御ができなくなり出力に過大な電圧が発生すると、過
電圧検出素子、例えばツェナーダイオードが導通し、そ
れによってサイリスタにトリガー電流が流れ、該サイリ
スタを導通させる。これによってスイツチングトランジ
スタの非導通期間中に二次側出力巻線間が短絡されてし
まうため、非導通時の電圧が二次側には発生しないから
スイッチングトランジスタの導通期間が縮められ、出力
電圧が低下する。このような動作によって、負荷の保護
のみならずコンバータ自身の破損の防止をも図ることが
できるのである。
[Function] With the configuration shown in B, if constant voltage control becomes impossible for some reason and an excessive voltage occurs at the output, the overvoltage detection element, such as a Zener diode, becomes conductive, which causes a trigger current to flow through the thyristor. The thyristor is made conductive. As a result, the secondary output winding is short-circuited during the non-conducting period of the switching transistor, so the voltage during the non-conducting period is not generated on the secondary side, so the conducting period of the switching transistor is shortened, and the output voltage decreases. Such an operation not only protects the load but also prevents damage to the converter itself.

[実施例] 息下、図面に基づき本発明について更に詳しく説明する
。第1図は本発明にかかる過電圧保護回路を組み込んだ
一石式フォワードコンバータの一実施例を示す回路図で
ある。一石式フォワードコンバータ自体の構成並びに動
作は従来公知のものと全く同様であってよい。トランス
Tの帰還巻線P2の誘起電圧を利用してスイッチングト
ランジスタQ、をオン・オフさせて直流を交流に変換し
、コレクタ巻線P1と二次側出力巻線Slとで電圧変換
し、その出力を整流ダイオードD、、 D2、チ1−ク
フイルLおよび平滑コンデンサCとで整流平滑化するの
である。出力電圧を安定化するには、スイッチングトラ
ンジスタQ、のベース−エミッタ間に制御用トランジス
タQ3を設け、該制vlJ月トランジスタQ3のベース
に制御信号を与えることによって行うことができろ。
[Example] The present invention will now be described in more detail based on the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a single-stone forward converter incorporating an overvoltage protection circuit according to the present invention. The configuration and operation of the single-stone forward converter itself may be exactly the same as those conventionally known. Using the induced voltage in the feedback winding P2 of the transformer T, the switching transistor Q is turned on and off to convert direct current to alternating current, the voltage is converted by the collector winding P1 and the secondary output winding Sl, and the The output is rectified and smoothed by rectifier diodes D, D2, check film L, and smoothing capacitor C. The output voltage can be stabilized by providing a control transistor Q3 between the base and emitter of the switching transistor Q and applying a control signal to the base of the control transistor Q3.

さて第1図において破線で囲った部分が未発tplニか
かる過電圧保護回路1である。この回路図から明らかな
ように、本発明にかかる過電圧保護回ll11は、−5
式フォワードコンバータの二次側出力巻線S、の両端子
間にダイオードDとサイリスタSCRとの直列接続を挿
入するとともに、二次側チア−クコイルLの出力と前記
サイリスタSCRのゲート端子との間に過電圧検出素子
としてツェナーダイオードZDを接続し、またサイリス
タSCRのゲート−カソード端子間に抵抗Rを接続した
構成である。
Now, in FIG. 1, the part surrounded by the broken line is the overvoltage protection circuit 1 that covers the unfired tpl. As is clear from this circuit diagram, the overvoltage protection circuit ll11 according to the present invention is -5
A series connection of a diode D and a thyristor SCR is inserted between both terminals of the secondary output winding S of the forward converter, and a series connection of a diode D and a thyristor SCR is inserted between the output of the secondary side check coil L and the gate terminal of the thyristor SCR. A Zener diode ZD is connected to the thyristor SCR as an overvoltage detection element, and a resistor R is connected between the gate and cathode terminals of the thyristor SCR.

この過電圧保護回路は次のように動作する。This overvoltage protection circuit operates as follows.

今、何らかの原因によって一石式フォワードコンパータ
の定電圧動作が#御できなくなり出力電圧が上昇したと
する。上昇した出力電圧が過電圧として設定された電圧
値以上になると、ツェナーダイオードZDが導通し、そ
れによってサイリスタSCRを点弧して、導通させる。
Suppose now that the constant voltage operation of the single-stone forward converter is no longer controlled due to some reason, and the output voltage increases. When the increased output voltage exceeds a voltage value set as an overvoltage, the Zener diode ZD becomes conductive, thereby firing the thyristor SCR and making it conductive.

するとトランスTの二次側出力巻@S、はサイリスタS
CRおよびダイオードDを通じてそれらの順方向に短絡
されることになる。その結果、スイッチングトランジス
タQ、の非導通期間中、二次側出力巻!sS1間は短絡
され、二次側には非導通時に電圧が発生しない。トラン
スは1周期の磁束変化量が零となるように(正と負の面
積が等しくなるように)動作するので、非導通時に電圧
が発生しないと導通時間が狭められることになり、その
結果、出力電圧が低下し、負荷の保護並びにコンバータ
自体の損傷防止を実現することができるのである。
Then, the secondary output winding @S of the transformer T is the thyristor S.
They will be forward short-circuited through CR and diode D. As a result, during the non-conducting period of the switching transistor Q, the secondary output winding! sS1 is short-circuited, and no voltage is generated on the secondary side when non-conducting. A transformer operates so that the amount of change in magnetic flux per cycle is zero (so that the positive and negative areas are equal), so if no voltage is generated during non-conduction, the conduction time will be narrowed, and as a result, The output voltage is reduced, and it is possible to protect the load and prevent damage to the converter itself.

ここで、サイリスタSCRに対して直列に挿入されてい
るダイオードDは、原理的には設けろ必要のないもので
あるが、正常動作時にサイリスタに過大な逆電圧がかか
らないように、該サイリスタを保護する機能を果たすも
のである。
Here, the diode D inserted in series with the thyristor SCR is not necessary in principle, but it is used to protect the thyristor so that an excessive reverse voltage is not applied to the thyristor during normal operation. It is something that fulfills a function.

またサイリスタのゲート−カソード間に挿入されている
抵抗Rは、ゲート並列抵抗であり、サイリスタの耐圧を
確保するとともに誤動作を防止する機能を果たすもので
ある。
Further, the resistor R inserted between the gate and cathode of the thyristor is a gate parallel resistor, and functions to ensure the withstand voltage of the thyristor and prevent malfunction.

[発明の効果] 本発明は上記のように構成した一石式フォヮードコンバ
ータの過電圧保護回路であるから、部品点数が非常に少
なく、回#構成も簡素化され、そのため信頼性が極めて
高く、かつ組み立ても容易であり、小型化を図る乙とが
できる等、   優れた効果を秦しうるものである。
[Effects of the Invention] Since the present invention is an overvoltage protection circuit for a single-stone Ford converter configured as described above, the number of parts is extremely small, the circuit configuration is simplified, and the reliability is extremely high. Moreover, it is easy to assemble, and can have excellent effects such as miniaturization.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る過電圧保護回路を組み込んだ一石
式フォワードコンバータの一実施例を示す回路図、第2
図は従来技術の回路図である。 1.11・・・過電圧保護回路、T・・トランス、Q、
パ発振用のスイッチングトランジスタ、S、・・・二次
側出力巻線、D、、 D2・・・整流ダイオード、L−
・・チリ−クコイル、C・・平滑用コンデンサ、SCR
・・・サイリスタ、ZD・・・過電圧検出用ツェナーダ
イオード。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a single-stone forward converter incorporating an overvoltage protection circuit according to the present invention, and FIG.
The figure is a circuit diagram of the prior art. 1.11...Overvoltage protection circuit, T...transformer, Q,
Switching transistor for output oscillation, S... Secondary output winding, D, D2... Rectifier diode, L-
・・Chirik coil, C・・smoothing capacitor, SCR
...Thyristor, ZD...Zener diode for overvoltage detection.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、一石式フォワードコンバータの二次側出力巻線間に
サイリスタを挿入すると共に、二次側整流平滑化出力と
前記サイリスタのゲートとの間に過電圧検出素子を接続
し、過電圧検出時に該過電圧検出素子によってサイリス
タを点弧して、スイッチングトランジスタの非導通期間
中にトランスの二次側出力巻線間を前記サイリスタで短
絡し、該スイッチングトランジスタの導通期間を短縮し
て出力電圧を低下させるようにした一石式フォワードコ
ンバータの過電圧保護回路。
1. A thyristor is inserted between the secondary output windings of the single-stone forward converter, and an overvoltage detection element is connected between the secondary rectified and smoothed output and the gate of the thyristor, and when an overvoltage is detected, the overvoltage is detected. The thyristor is ignited by the element, and the thyristor short-circuits the secondary output winding of the transformer during the non-conducting period of the switching transistor, thereby shortening the conducting period of the switching transistor and lowering the output voltage. Overvoltage protection circuit for single-stone forward converter.
JP20013884A 1984-09-25 1984-09-25 Overvoltage protecting circuit of one-element forward converter Granted JPS6181175A (en)

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