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JPS6013329B2 - High power switching transistor drive device - Google Patents
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JPS6013329B2 - High power switching transistor drive device - Google Patents

High power switching transistor drive device

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Publication number
JPS6013329B2
JPS6013329B2 JP51127516A JP12751676A JPS6013329B2 JP S6013329 B2 JPS6013329 B2 JP S6013329B2 JP 51127516 A JP51127516 A JP 51127516A JP 12751676 A JP12751676 A JP 12751676A JP S6013329 B2 JPS6013329 B2 JP S6013329B2
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JP
Japan
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transistor
power switching
switching transistor
drive
high power
Prior art date
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JP51127516A
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JPS5352347A (en
Inventor
修三 椿原
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Denki Onkyo Co Ltd
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Denki Onkyo Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は大電力スイッチングトランジスタの駆動装置に
関し、特にDC一DCコンバータなどにおいて大電力ス
イッチングトランジスタのコレクタに負荷状態によって
その最大電流以上または設定電流以上の電流が流れよう
とする場合にすみやかにこのトランジスタをオフにして
保護するようにした大電力スイッチングトランジスタの
駆動装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a driving device for a high-power switching transistor, and in particular, in a DC-DC converter or the like, a current exceeding the maximum current or a set current may flow through the collector of the high-power switching transistor depending on the load condition. The present invention relates to a driving device for a high-power switching transistor that promptly turns off and protects the transistor when the transistor is in use.

以下、本発明の実施例につき添付図面を参照して詳細に
説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明の−実施例を示す回路接続図で、TR,
は大電力スイッチングトランジスタを示す。
FIG. 1 is a circuit connection diagram showing an embodiment of the present invention.
indicates a high power switching transistor.

このトランジスタTR,のコレクタは出力トランスT,
の1次巻線F,を介して電源E,に接続され、そのェミ
ッタは抵抗R2を介して接地されている。また、ベース
は抵抗R3とコンデンサC,の並列回路を介してドライ
ブ用トランスT2の2次巻線S2の一端に接続され、こ
の2次巻線S2の他端は接地されている。出力トランス
T,の1次巻線F,には抵抗R7とコンデンサC2の直
列回路が接続され、また2次巻線S,は負荷Lに接続さ
れている。ドライブ用トランスT2の1次巻線F2の一
端は抵抗R,を介して電源E2の一端に接続され、また
1次巻線F2の他端は大電力スイッチングトランスTR
,のベースドライブ用トランジスタTR2のコレクタ、
SCRのアノードおよびツエナーダイオード、バリス夕
等の電圧に対する抵抗値が急激に低下する素子Aにそれ
ぞれ接続されている。ベースドライブ用トランジスタT
R2のベースは抵抗R4を介してドライブ源PRの一端
に接続されるとともに抵抗R5を介してドライブ源DR
の他端に接続される。電源E2の他端とドライブ源DR
の他端は共通に接続され、またトランジスタTR2のェ
ミッタおよびSCRのカソード‘まドライブ源DRの他
端に接続され、さらに素子Aは抵抗R6を介してドライ
ブ源DRの他端に接続されている。ドライブ用トランス
T2の1次巻線F2には抵抗R8とコンデンサC3の直
列回路が接続されている。ドライブ用トランスLの結線
極性は図示するようにオンーオフ方式(1次側トランジ
スタTR2がオンのとき2次出力がオフになる)である
。次に動作について説明する。
The collector of this transistor TR is the output transformer T,
is connected to a power source E through a primary winding F, and its emitter is grounded through a resistor R2. Further, the base is connected to one end of the secondary winding S2 of the drive transformer T2 via a parallel circuit of a resistor R3 and a capacitor C, and the other end of this secondary winding S2 is grounded. A series circuit of a resistor R7 and a capacitor C2 is connected to the primary winding F of the output transformer T, and the secondary winding S is connected to the load L. One end of the primary winding F2 of the drive transformer T2 is connected to one end of the power supply E2 via a resistor R, and the other end of the primary winding F2 is connected to the high power switching transformer TR.
, the collector of the base drive transistor TR2,
The anode of the SCR, the Zener diode, the varistor, etc. are each connected to an element A whose resistance value against voltage rapidly decreases. Base drive transistor T
The base of R2 is connected to one end of the drive source PR via a resistor R4, and is connected to the drive source DR via a resistor R5.
connected to the other end. The other end of power supply E2 and drive source DR
The other end is connected in common, and the emitter of the transistor TR2 and the cathode of the SCR are also connected to the other end of the drive source DR, and the element A is further connected to the other end of the drive source DR via a resistor R6. . A series circuit of a resistor R8 and a capacitor C3 is connected to the primary winding F2 of the drive transformer T2. As shown in the figure, the connection polarity of the drive transformer L is an on-off type (when the primary side transistor TR2 is on, the secondary output is off). Next, the operation will be explained.

まず大電力スイッチングトランジスタTR,のェミッタ
抵抗R2が○、すなわちトランジスタTR,のェミツタ
が直接接地されている場合の動作について説明する。
First, the operation when the emitter resistance R2 of the high-power switching transistor TR is O, that is, the emitter of the transistor TR is directly grounded will be described.

トランジスタTR2のドライブ源DRより第2図Aに示
すドライブ出力が発生されると、トランジスタTR2の
コレク夕電圧波形(第1図a点の波形)は第2図Bに示
すようになる。いま、時亥岬,でトランジスタTR2が
オン、時刻t2でオフであるとすると、ドライブ用トラ
ンスT2の1次側電流i,は第2図Cに示すように、時
刻t,〜らの時間で増加し「時刻t2において1,2に
達する。時刻t2においてトランジスタTR2がオフす
るためトランスT2の1次側電流i,もオフとなり、従
ってトランスT2に蓄えられた磁束によりN.・j,2
=N2・j22を満足するようにトランスT2の2次側
に時刻t2で電流t22が流れる。トランスT2の2次
側電流i2は第2図Dに示す通りとなる。なお、N,お
よびN2はトランスT2の1次巻線および2次巻線F2
およびS2のそれぞれ巻数である。かくして時刻らでト
ランスT2は定電流源となり、その結果トランジスタT
R2のコレクタの電圧(a点の電圧)は次式に示すよう
になる。VaiE2十母(〉斑・十V・〉 ………‘1
)ここでE2はドライブ電源電圧、また(V8E,十V
,)はi2が流れることによる2次側の電位降下分であ
る。
When the drive output shown in FIG. 2A is generated from the drive source DR of the transistor TR2, the collector voltage waveform of the transistor TR2 (waveform at point a in FIG. 1) becomes as shown in FIG. 2B. Now, assuming that the transistor TR2 is on at Cape Tokiya and off at time t2, the primary current i of the drive transformer T2 becomes as shown in Figure 2C at time t, ~. At time t2, the transistor TR2 turns off, so the primary current i, of the transformer T2 also turns off, and therefore, due to the magnetic flux stored in the transformer T2, N.j,2
At time t2, current t22 flows through the secondary side of transformer T2 so as to satisfy =N2·j22. The secondary current i2 of the transformer T2 is as shown in FIG. 2D. Note that N and N2 are the primary winding and secondary winding F2 of the transformer T2.
and the number of turns of S2. Thus, at a certain time, the transformer T2 becomes a constant current source, and as a result, the transistor T2 becomes a constant current source.
The voltage at the collector of R2 (voltage at point a) is expressed by the following equation. VaiE2 10 mothers (〉Spot・10V・〉 ......'1
) Here, E2 is the drive power supply voltage, and (V8E, 10V
, ) is the potential drop on the secondary side due to the flow of i2.

次に、大電力スイッチングトランジスタTR,にェミッ
タ抵抗R2を図示のように挿入すると、抵抗R2にはト
ランジスタTR,のコレクタ電流icとべ−スドラィブ
電流i2の合計の電流が流れる。
Next, when an emitter resistor R2 is inserted into the high power switching transistor TR as shown in the figure, a current equal to the sum of the collector current IC of the transistor TR and the base drive current i2 flows through the resistor R2.

しかしこの場合にも時刻t2において1次側電流j,は
1,2に達するから、上記した場合と同様にN.・i,
2=N2・i22を満足する電流i22がトランスT2
の2次側に流れる。その結果m式は次のようになる。V
a′=E2十母{V.十VBE十R2くi2十iC)}
‐‐‐‐‐・‐・‐‘2}いま、i
cの変動によるVB8を無視すると、va′={E2十
母(v,十vBE+R2i2)}十王書・iC=K・十
K2・iC ……イ3’ここにK,;E2十母W.
十VBE+R2‐i2)K2=Nぜである。
However, in this case as well, since the primary side current j, reaches 1.2 at time t2, N.・i,
The current i22 that satisfies 2=N2・i22 is the transformer T2.
flows to the secondary side of As a result, the m formula becomes as follows. V
a′=E20 mother {V. 10VBE1R2kui20iC)}
‐‐‐‐‐・‐・‐'2}Now, i
Ignoring VB8 due to the variation of c, va' = {E2 ten mother (v, ten v BE + R2 i2)} Juo book・iC=K・ten K2・iC ……I3'K here,;E2 ten mother W.
10VBE+R2-i2)K2=Nze.

すなわち、ェミッ夕抵抗R2を入れることでa点の電圧
(トランジスタTR2のコレク夕電圧)はicの1次関
数となる。この関係を示せば、第3図の如くである。こ
のことはトランジスタTR,のコレクタ電流icがドラ
イブトランスT2の1次側における電圧として表われる
ということを意味している。本発明はこの点に着目した
もので、第1図に示す実施例ではドライブ用トランジス
タTR2のコレクタとヱミッ夕間に抵抗R6を直列に介
してッェナーダイオード、バリスタ等の電圧に対する抵
抗値がある点で急激に低下する素子Aを挿入し、この素
子AによりスイッチングトランジスタTR,のコレク夕
霞流icがあらかじめ設定された値以上流れたことを検
出してドライブ用トランジスタTR2を等価的にオンさ
せ、それによってスイッチングトランジスタTR,をオ
フミせてこのスイッチングトランジスタTR,を保護す
るようにしたものである。
That is, by inserting the emitter resistor R2, the voltage at point a (collector voltage of transistor TR2) becomes a linear function of IC. This relationship is shown in FIG. 3. This means that the collector current ic of the transistor TR appears as a voltage on the primary side of the drive transformer T2. The present invention focuses on this point, and in the embodiment shown in FIG. 1, a resistor R6 is connected in series between the collector of the drive transistor TR2 and the emitter to provide a voltage resistance of a Zener diode, a varistor, etc. An element A that rapidly decreases at a point is inserted, and this element A detects that the collector current IC of the switching transistor TR has flowed beyond a preset value, and equivalently turns on the drive transistor TR2. As a result, the switching transistor TR is turned off to protect the switching transistor TR.

第1図の実施例では大電力スイッチングトランジスタT
R,のコレク夕霞流icがあらかじめ定められた設定値
を越えたときのド‐ライブ用トランジスタTR2のコレ
クタ電圧Va′で素子Aがその抵抗値を急激に低下させ
るすなわち導適するように素子Aを選定してあるので、
素子Aの導通により抵抗R6の両端間に電圧が発生し、
この電圧でSCRをオンさせる。
In the embodiment of FIG. 1, the high power switching transistor T
When the collector current IC of R, exceeds a predetermined setting value, the element A suddenly decreases its resistance value at the collector voltage Va' of the drive transistor TR2, that is, becomes conductive. Since it has been selected,
Due to the conduction of element A, a voltage is generated across the resistor R6,
This voltage turns on the SCR.

SCRがオンすることはドライブ用トランジスタTR2
がオンしたのと等価であるから、ドライブトランスT2
の2次側出力電圧の極性が反転し、大電力スイッチング
トランジスタTR,はオフとなる。かくしてスイッチン
グトランジスタTR,は保護される。ドライブ源DRか
らの次のドライブパルスでドライブ用トランジスタTR
2がオンすると、SCRはオフとなり自動的に元の状態
に復帰する。なお、抵抗R,はトランス1次側電流i,
の電流制限抵抗である。第4図は本発明をスイッチング
レギュレータに適用した場合の一例を示すもので、図中
点線で囲んだ部分Bは誤差増中器およびパルス幅変換回
路である。
Turning on the SCR means that the drive transistor TR2
This is equivalent to turning on the drive transformer T2.
The polarity of the secondary output voltage of is reversed, and the high power switching transistor TR is turned off. The switching transistor TR is thus protected. Drive transistor TR with the next drive pulse from drive source DR
When 2 is turned on, the SCR is turned off and automatically returns to its original state. Note that the resistance R, is the transformer primary current i,
is the current limiting resistor. FIG. 4 shows an example in which the present invention is applied to a switching regulator, and a portion B surrounded by a dotted line in the figure is an error intensifier and a pulse width conversion circuit.

この回路部分Bの動作は周知であるのでその説明を省略
する。この実施例では、スイッチングトランジスタ(図
示せず)のコレクタ電流icがあ設定値以上流れると、
素子Aが導適するからトランジスタTR5がオンとなる
。トランジスタTRsのオンでコンデンサCが短絡する
ためトランジスタTR3がオフし、ドライブ用トランジ
スタTR2がオンする。それによって前記したようにド
ライブ用トランスT2の2次側出力電圧の極性が反転し
、スイッチングトランジスタがオフとなり、保護される
。このように本発明によれば、大電力スイッチングトラ
ンジスタのコレクタ電流の変化がドライブ用トランジス
タのコレク夕電圧の変化として表われることに着目して
電圧に対する抵抗値が急激に低下するッェナーダィオー
ド、バリス夕等の素子によりこの電圧の変化を検出し、
等価的にドライブ用トランジスタをオンミせて大電力ス
イッチングトランジスタをオフさせるものであるから、
大軍力スイッチングトランジスタを確実に保護すること
ができる。
Since the operation of this circuit portion B is well known, its explanation will be omitted. In this embodiment, when the collector current IC of the switching transistor (not shown) flows beyond a set value,
Since element A is conductive, transistor TR5 is turned on. Since the capacitor C is short-circuited when the transistor TRs is turned on, the transistor TR3 is turned off and the drive transistor TR2 is turned on. As a result, as described above, the polarity of the secondary output voltage of the drive transformer T2 is reversed, and the switching transistor is turned off and protected. As described above, according to the present invention, by focusing on the fact that a change in the collector current of a high-power switching transistor appears as a change in the collector voltage of a drive transistor, a Zener diode whose resistance value with respect to voltage rapidly decreases is developed. , this voltage change is detected by a device such as a varistor,
Since it equivalently turns on the drive transistor and turns off the high power switching transistor,
It is possible to reliably protect large-scale switching transistors.

また、単に、電圧に対する抵抗値が急激に変化する素子
を使用するだけであるから、製造上の問題もなく、安価
になり、さらに既製の装置にも簡単に適用できるなどの
多くの顕著な利点がある。
In addition, since it simply uses an element whose resistance value changes rapidly with respect to voltage, there are many notable advantages such as no manufacturing problems, low cost, and ease of application to off-the-shelf devices. There is.

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

第1図は本発明による大電力スイッチングトランジスタ
の駆動装置の一実施例を示す回路接続図第2図は第1図
の回路の動作を説明するための各種波形図、第3図は第
1図における大電力スイッチングトランジスタのコレク
夕電流とドライブ用トランジスタのコレクタ電圧との関
係を示す特性図、第4図は本発明の他の実施例を示す回
路接続図である。 図中のTR,は大電力スイッチングトランジスタ、TR
2はドライブ用トランジスタ、T,は出力トランス、L
はドライブ用トランス、Lは負荷、Aは電圧に対する抵
抗値が急激に低下する素子、DRはドライブ源、R2は
大電力スイッチングトランジスタのヱミッタ抵抗である
。 第1図 第3図 第2図 第4図
FIG. 1 is a circuit connection diagram showing an embodiment of a driving device for a high-power switching transistor according to the present invention. FIG. 2 is a various waveform diagram for explaining the operation of the circuit shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram similar to that shown in FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the collector current of the high-power switching transistor and the collector voltage of the drive transistor in FIG. 4, and FIG. 4 is a circuit connection diagram showing another embodiment of the present invention. TR in the figure is a high power switching transistor, TR
2 is a drive transistor, T is an output transformer, L
is a drive transformer, L is a load, A is an element whose resistance value drops rapidly with respect to voltage, DR is a drive source, and R2 is an emitter resistance of a high power switching transistor. Figure 1 Figure 3 Figure 2 Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 ドライブ用トランジスタと、ベースに入力する信号
に応じてオン或はオフ動作する大電力スイツチングトラ
ンジスタと、前記ドライブ用トランジスタが1次側に接
続され且つ前記大電力スイツチングトランジスタが2次
側電圧で動作すると共に、前記ドライブ用トランジスタ
がオンのとき前記大電力スイツチングトランジスタがオ
フとなるように極性が選択されたドライブ用トランスと
、前記ドライブ用トランジスタのコレクタ電圧が前記大
電力スイツチングトランジスタの所定の設定値を越えた
コレクタ電流値に相当する電圧となったとき急激に動通
して前記コレクタ電圧を低下させる素子回路とから構成
することを特徴とする大電力スイツチングトランジスタ
の駆動装置。
1 A drive transistor, a high power switching transistor that operates on or off according to a signal input to its base, and a high power switching transistor in which the drive transistor is connected to the primary side and the high power switching transistor is connected to the secondary side voltage. and a drive transformer whose polarity is selected so that the high power switching transistor is turned off when the drive transistor is on, and a collector voltage of the drive transistor is 1. A driving device for a high-power switching transistor, comprising an element circuit that suddenly turns on and lowers the collector voltage when a voltage corresponding to a collector current value exceeding a predetermined set value is reached.
JP51127516A 1976-10-23 1976-10-23 High power switching transistor drive device Expired JPS6013329B2 (en)

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