JP2002139474A - 簡易電気泳動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力電圧が変動しても常に一定の電気泳動電
気出力を得る。 【解決手段】入力される電圧を目的とする電圧を有する
電気出力へ変換する電圧変換手段、前記電圧変換手段が
出力した電圧が、目的とする電圧より高い電圧又は低い
電圧である場合は、その情報を電圧変換手段へ帰還させ
て出力電圧を調整するための帰還調整手段を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、入力電圧の変動に
対しても常に一定の電気出力を行える簡易電気泳動装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】生体内物質等を分子量に応じ分離し、そ
の分離状体を目視によって確認できる電気泳動装置は、
その有用性から世界中で利用されており、特に、簡易で
手軽に使用されるものが好まれ、当該技術分野に於いて
は必須の実験器具となっている。

【０００３】ところで世界中の電力事情は、千差万別で
あり、商用電源、家庭用電源についても、８０Ｖ〜２０
０Ｖ前後と広範囲の電圧が使用されている。また、国、
地域によって常に安定した電力の供給が得られるとは限
らない。この様な状況に於いては、各国で、それぞれ異
なる仕様の装置を入手しなければならず、結果として電
気泳動能力も異なり、統一された実験を行うためには極
めて困難なケースが生じる場合がある。一方で、インタ
ーネットなどの普及により、世界中の情報を瞬時に入手
できる情勢に於いては、研究発表などの情報も即時的に
入手可能であり、研究開発競争が一段と激化する一方で
あって、時と場所にとらわれず、常に同様の実験研究が
行えるものが希求されている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記に鑑み本発明は、入
力される電圧出力へ変換する電圧変換手段、前記電圧変
換手段が出力した電圧が、目的とする電圧より高い電圧
又は低い電圧である場合は、その情報を電圧変換手段へ
帰還させて出力電圧を調整するための帰還調整手段の組
み合わせ構成により、入力される電圧に影響されること
なく、常に一定の電気泳動出力が得られる電気泳動装置
を実現した。このことにより、電源内容の変動にかかわ
らず常に一定の条件下で、電気泳動操作が実現できるよ
うになるのである。

【０００５】本発明に於ける電圧変換手段とは、例え
ば、入力される直流電圧を、パルスデューテイによる調
整で入力した直流電圧を目的の直流電圧へ変換するもの
であって、マルチバイブレータ等の自励型発振器、調整
用の電圧を周波数に変換するＶ−Ｆ変換器、ＦＥＴ、ト
ランジスタ等のスイッチング素子、目的の電圧を得る為
のコイル、トランス等のインダクタ、ダイオード、及び
目的とする電圧パルスを蓄積し直流に変換するコンデン
サの組み合わせ構成よりなるＤＣ−ＤＣ変換器、スイッ
チングレギュレータ等が例示される。この様な組み合わ
せ構成によれば、出力電圧が調整できるＤＣ−ＤＣ変換
部に供給してこれを一定の直流電圧に変換し、その際、
この直流電圧を監視し、その値の変動をフィードバック
して、パルスデユーテイを調整し、常に一定の直流出力
電圧を形成することができる。この場合、環視をマイク
ロコンピュータ等のデジタル制御素子で行っても良い
が、その為の電源や周辺的な素子が必要となることか
ら、煩雑なものとなることから上述のようなアナログ的
な構成が好ましい。本発明は、一つの帰還型のＤＣーＤ
Ｃ変換手段を用いることで、常に一定の電気泳動出力が
得られるが、これを更に変化させて、目的にあった泳動
出力を得るために更に電圧調整手段を付加させる場合が
ある。電圧調整手段は、例えば、前記電圧変換手段で形
成される直流電圧を、最大出力電圧として、これを更に
ＤＣ−ＤＣ変換部に入力して降圧調整すると共に、泳動
時の電気出力の電流を監視し、その値により出力電圧を
調整するためのデユーテイを変化させる構成が例示され
る。このＤＣ−ＤＣ変換部は、電圧変換手段のそれと同
一のものであっても良く。降圧専用のものであっても良
い。又。場合によってはシリーズレギュレ−タを用いて
も良い。更に本発明は、泳動槽内のゲル、試料等のイン
ピーダンス変動に対し、過電流過電圧の発生があり得る
ことから、機器及び取扱者の保護のために、保護手段の
付加を必要とする。保護手段は、主に、電流環視回路と
電圧環視回路が用いられ、過電流、過電圧の発生に対
し、回路の遮断が行えるものが用いられる。その中で本
発明は、スイッチングレギュレータによる自励パルス発
振器を用いて、目的とする直流電圧を形成していること
から、当該パルス発振器の発振動作を停止させるだけ
で、泳動電気出力の停止が可能であることから、電力素
子の使用等が必要でなく取り扱いが簡単な保護手段が形
成できる場合がある。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は、様々な電気入力に対
し、一定の電気出力に変換する定電圧手段と、当該定電
圧形成手段を有するものであり、具体例としては、交流
電源であれば、これを一度直流にする整流、平滑手段
と、この直流を断続して、トランスに蓄積される電気エ
ネルギーをこの断続比に応じた任意の直流に変換するＤ
ＣーＤＣ変換手段を有する。

【０００７】このＤＣーＤＣ変換手段の出力電圧あるい
は、モニター用出力電圧を調整用の電圧に変換してこの
調整用の電圧に基づきデユーテイ比を調整したパルス発
振を行い一定の電圧を出力する様に調整する定電圧制御
手段を有する。ＤＣ−ＤＣ変換手段は、例えば、パルス
発振器と、昇圧用のトランス又はインダクタ及びダイオ
ード、コンデンサの組み合わせ構成よりなる。ＤＣ−Ｄ
Ｃ変換手段は上述の通りいわゆるスイッチングレギュレ
ータが好適に使用され、更に本発明では、調整用として
の電気信号を入力し、この電圧信号値により、パルス
幅、パルス間隔が変化する発振器が好適に使用される。
当該発振器を用いれば、入力電圧の変動に対し常に一定
の泳動電気出力を行うような自動的な調整を行い、常に
一定の出力電圧が得られるのである。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例を示すブロック図
である。１は、整流手段であり、ダイオード、ダイオー
ドブリッジ及びコンデンサにより構成される既存の整流
回路が使用される。尚、電源が直流である場合は、整流
回路１０は、不要になる場合がある。２は、ＤＣ−ＤＣ
変換手段であり、例えばパルス発振器、昇圧トランス、
ダイオードコンデンサの組み合わせからなる自励型或い
は他励型のスイッチングレギュレータが使用される。Ｄ
Ｃ−ＤＣ変換手段は、少なくともパルス発振器と、この
パルス発振器の発振パルスのパルス幅、パルス間隔を外
部入力信号によって可変させるＶ−Ｆ変換的な回路等に
よりなる。３は、定電圧制御手段であり、前記ＤＣ−Ｄ
Ｃ変換手段の出力電圧を関し、その大小によって、ＤＣ
−ＤＣ変換手段に調整電圧を供給する部分である。例え
ば、ＡＤコンバータ、ワンチップマイコン等の組み合わ
せ構成も可能であって、この場合ワンチップマイコンが
出力するパルスを、ＤＣ−ＤＣ変換手段の自励発振器の
発振パルスに置き換えたものであってもよい。４は、保
護手段であり、出力電圧、出力電流を検出し、所定値以
上で、信号を出力する回路が用いられ、この信号によ
り、前記ＤＣ−ＤＣ変換手段の自励発振器の発振動作を
停止させたり、泳動出力の電気的接続を一時的に遮断さ
せたりするものであってもよい。

【０００９】次に動作を説明する。入力端ＡＣに入力さ
れる電源が、交流の場合、これを整流手段１により整流
して、実質的な直流ＤＣに変換する。この直流は、ＤＣ
−ＤＣ変換手段２で、自励型の発振器の発振パルスに基
づいて、前記直流をトランス、コイル等のインダクタ成
分に流してこれを断続的に駆動し、その際インダクタ素
子に流れた電流に基づいて発生する起電力を整流蓄積し
て新たな直流を得る。この様なスイッチングレギュレー
タ回路は、出力電圧を発振器の発振パルスのパルス幅、
パルス間隔の比率（デユーテイ）により決定される場合
や入力電圧により決定される場合があるが、この場合、
パルスデユーテイの調整により可変される構成を示す。
ＤＣ−ＤＣ変換手段２の出力電圧が変動した場合、その
変動量をＤＣ−ＤＣ変換手段２に帰還させて、自励型発
振器のパルスデユーテイを変化させる。この変化は、例
えば変動が、高い電圧値の場合は、パルス間隔を長くす
るか又は、パルス幅を短くする調整がされ、変動が低い
電圧値の場合は、この逆となる。この様に目的とする電
圧に補正された直流電圧は、保護手段４に入力され、出
力端ＯＵＴより出力される。保護手段４は、更に過電
流、過電圧の発生に際し、例えば出力を停止させる。こ
の出力の停止は、直接電気的接続の切断を図る他、ＤＣ
−ＤＣ変換手段２の発振器の発振を停止させるような動
作をする。

【００１０】図１に示す実施例は、一定の泳動電気出力
が得られるものであるが、これを更に可変使用する場合
は、泳動出力調整手段５が付加されても良い。この場合
の構成としては、ワンチップマイクロコンピュータ等の
制御素子とスイッチングレギュレータの組み合わせのよ
うにパルス発振器のパルス幅、間隔の調整で電圧が調整
でき且つ保護手段との接続が良好なものが好ましいが、
可変範囲が狭い場合などはシリーズレギュレータを用い
ても良い場合もある。保護手段４は、この電圧調整回路
が、スイッチングレギュレータを使用するなら、これを
構成する自励型の発振器の発振を止めるものであっても
良い。

【００１１】次に図２，図３に本発明の具体的な実施例
を示し、詳細に説明する。尚、本回路中の番号の付記は
その動作を説明しやすいものを選んでしたものであっ
て、その他の素子自身の動作の説明は回路図及び以下の
動作説明に含まれるので、説明を省略する。１０は、整
流回路を構成するものであり、ダイオードブリッジ及
び、コンデンサ、変成器を具備して、交流電圧を直流電
圧に変換している。１１は、ＤＣ−ＤＣ変換手段を構成
するものであり、４巻のコイル（１１１，１１２，１１
３，１１４）の組み合わせからなるトランス１１０を有
する。コイル１１１を１次側とするとその他１１２，１
１３，１１４は２次側を形成する。スイッチング機能１
１５ｂと入力端Ｌ１の入力電圧により発振形態を変化さ
せる発振部１１５ａを持つ発振回路１１５、トランス１
１０の１次側コイル１１１に流れる励磁電流をスイッチ
ングにより断続して得られる起電力を、蓄積し直流に変
換する２次側コイル１１３、ダイオード１１６，コンデ
ンサ１１７の組み合わせにより形成される。、発振形態
を変化をさせるとは、パルス幅、パルス間隔又はこれら
のデユーテイを変化させることを意味するものである。
発振回路１１５は、例えば既成のワンチップ素子（ＨＩ
Ｐ １６６ 松下電器産業社製）が好適に用いられる。

【００１２】１２は、帰還制御信号形成部を構成するも
のであり、分圧抵抗１１９、フォトダイオード１１８、
トランジスタ１２２、定電圧ダイオード１２３、２次側
コイル１１２、ダイオード１１６ａ、コンデンサ１１７
ａ、トランジスタ１２０、コンデンサ１２１、フォトト
ランジスタ１１８ｂ、定電圧ダイオード１２４、その他
の素子の組み合わせにより構成される。フォトダイオー
ド１１８ａと、フォトトランジスタ１１８ｂは、フォト
カプラを形成する。フォトカプラ１１８は、フォトダイ
オード１１８ａの発光の有無によりフォトトランジスタ
１１８ｂがオンオフする構成を有する。

【００１３】１３は、制御回路用電源を構成するもので
あり、チョークコイルを有する平滑回路の他２次側コイ
ル１１４、直流形成部としてダイオード１１６ｂ、コン
デンサ１１７ｂを含む構成よりなる。１５は、制御部で
あり、マイクロコンピュータ、メモリ、その他出力ドラ
イバチップ等の一体型或いは複数個のパッケージ化され
た部品その周辺素子からなる。図中の符号は、図２、図
３の各端子に付された符号と一致する様に付されてい
る。

【００１４】図３において、１４は、電圧調整手段を構
成するものであり、トランジスタ２０１、スイッチング
ＦＥＴ２０２、ダイオード、コンデンサ２０４、チョー
クコイルの組み合わせ構成よりなり、いわゆる降圧型の
スイッチングレギュレータを形成する。

【００１５】１６１は、電流制御部を構成するものであ
り、過電流の発生を検知し、その内容により、前記電圧
調整部の動作を停止させる為のものである。１６２は、
電圧制御部であり、過電圧の発生を検知し、その内容に
より、前記電圧調整部の動作を停止させる為のものであ
る。

【００１６】電流制御部１６１において、２０５は、ト
ランジスタであり、２０６は、フォトダイオード、フォ
トトランジスタの組み合わせ構成よりなるフォトカプラ
である。電圧調整部１６２において、２０７は、フォト
ダイオード、２０８は、フォトトランジスタであり、こ
れらの組み合わせ構成により、フォトカプラを形成す
る。２０９は、トランジスタである。

【００１７】同じくフォトダイオード３００とフォトト
ランジスタ３０１は、フォトカプラを形成し、フォトダ
イオード３０２とフォトトランジスタ３０３は、フォト
カプラを形成し、フォトダイオード３０４とフォトトラ
ンジスタ３０５は、フォトカプラを形成する。尚、各端
子の記号は、それぞれ接続関係にあるものについて同一
の符号を付した。その他、図２のＡＣは、商用電源接続
端、図３のＶは、直流電圧供給端子であり、主に出力端
Ｂ１と接続するものである。ｏ１，ｏ２は、電気泳動出
力端であり、泳動槽内の電極に接続する。

【００１８】図２、３の動作を詳細に説明する。商用的
な交流電源は、図２のＡＣから入力され、サージアブソ
ーバ、変成器、全波整流出力のダイオードブリッジ及び
コンデンサの組み合わせ構成よりなる整流回路１０にて
直流電圧に変換される。この電圧は、トランス１１０の
１次側コイル１１１、発振回路１１５に供給され発振回
路１１５を発振駆動させる。発振回路１１５は、発振を
始め、１次側コイル１１１へ流れる励磁電流を断続して
２次側コイル１１２、１１３、１１４に誘導起電力を発
生させる。２次側コイルのそれぞれに誘導された電圧
は、ダイオード１１６、その他のダイオード１１６ａ、
１１６ｂを介してコンデンサ１１７並びにその他のコン
デンサ１１７ａ、１１７ｂに供給され、直流電圧が形成
される。

【００１９】コンデンサ１１７に蓄積された電圧は、定
電圧ダイオード１２３に基づいた、分圧抵抗１１９の分
圧電圧の高低によりトランジスタ１２２をオンオフさせ
る。トランジスタ１２２がオンするとフォトダイオード
１１８ａに電流が流れ、フォトトランジスタ１１８ｂを
オンさせる。フォトトランジスタ１１８ｂがオンする
と、コンデンサ１１７ａに蓄積して得られた直流電圧
が、コンデンサ１２１を介して、発振回路１１５の入力
端Ｌ１の電圧を上昇させ、 発振回路１１５は、この電
圧に基づき発振デューテイを変化させ（例えばパルス間
隔を長くするような）、更に１次側コイル１１１に流れ
る励磁電流を変化させ、２次側のコイル１１３で得られ
る電圧、及びこれを蓄積するコンデンサ１１７の端子間
電圧を低くする。

【００２０】電圧分圧抵抗１１９と、定電圧ダイオード
１２３との電圧関係に基づいて、ベーズ電流が流れなく
なることでトランジスタ１２２をオフさせ、フォトダイ
オード１１８ａに流れる電流がオフし、フォトトランジ
スタ１１８ｂもオフする。この状態で、コンデンサ１１
７の端子間電圧は一定に保たれる。発振回路１１５の入
力端Ｌ１は、コンデンサ１２１により電圧が保持された
後、時間と共に放電低下する。低下すると入力端Ｌ１の
電圧が低下して、発振回路１１５の発振デユーテイが調
整され、コンデンサ１１７に蓄積される電圧値を上昇さ
せる。コンデンサ１１７の端子間電圧が分圧抵抗１１９
の分圧比と、定電圧ダイオード１２３の定電圧値より高
くなるとオンし、フォトトランジスタ１１８ｂをオンさ
せ、発振回路１１５の入力端Ｌ１の電圧値を再び高く
し、発振回路１１５の発振デユーテイを調整してコンデ
ンサ１１７の端子間電圧を低下させる。この様に、２次
側コイル１１３を介してコンデンサ１１７の端子間電圧
を一定に保つように帰還制御される。

【００２１】経時的に入力電圧が高くなると、１次側コ
イル１１１に供給される電圧が上昇することにより、コ
ンデンサ１１７の端子間電圧も高くなり、上述の通り、
トランジスタ１２２は、オンし、フォトトランジスタ１
１８ｂに電流が流れる。フォトトランジスタ１１８ｂの
オンにより、２次側コイル１１２に誘導され、コンデン
サ１１７ａに蓄積された電圧に基づきコンデンサ１２１
を介して入力端Ｌ１の電位が上昇し、発振回路１１５の
発振デユ−テイが調整され、コンデンサ１１７の端子間
電圧を低下させ、分圧抵抗１１９の分圧比と定電圧ダイ
オード１２３との関係に基づいた定電圧値を保持しよう
とする。

【００２２】より具体的には、入力電圧が低くなると、
１次側コイル１１１に供給される電圧が低下することに
より、コンデンサ１１７の端子間電圧も低下する。コン
デンサ１２１の放電に伴う発振回路１１５の発振動作の
調整により、コンデンサ１１７に蓄積される端子間電圧
が上昇していき、分圧抵抗１１９の分圧比と定電圧ダイ
オード１２３との関係に基づいた定電圧値を越えると、
トランジスタ１２２はオンし、フォトトランジスタ１１
８ｂもオンする。フォトトランジスタ１１８ｂがオンす
ると、２次側コイル１１２の誘導起電力を蓄積したコン
デンサ１１７ａの蓄積電圧がコンデンサ１２１を介し
て、発振回路１１５の入力端Ｌ１に供給され、この電圧
に基づいた発振出力を発振回路１１５は行い、コンデン
サ１１７の端子間電圧は、一定に保たれる。

【００２３】又、より過剰な電圧が各２次側コイルに発
生した場合は、定電圧ダイオード１２４をオンさせ、ト
ランジスタ１２０をオンさせ、発振回路１１５の入力端
Ｌ１の入力電圧を低下させ発振回路１１５を停止させる
様な保護的動作を行う。

【００２４】２次側コイル１１４で発生した誘導電圧
は、直流に変換され、後段の制御回路等に供給される。
帰還電圧制御部１２を介して得られた定電圧は、電圧調
整手段１４において、制御部１５の制御に基づいた泳動
電気出力を形成する。この場合の、電圧調整手段１４
は、トランジスタ２０１が制御回路より出力されるパル
スによりスイッチングを行うと共に、スイッチングＦＥ
Ｔ２０２をスイッチングさせ、パルスデューテイに基づ
き降圧された電圧をコンデンサ２０４に蓄積し、泳動出
力として供給する。２０３は、スイッチングトランジス
タの発熱を放出させるための放熱板へ接続する端子であ
る。

【００２５】１６１は、電流制限回路であり、出力端ｏ
１、ｏ２に接続された泳動ゲルのインピーダンスが低下
し、過度な電流が流れると、トランジスタ２０５がオン
すると共にフォトカプラ２０６がオンする。予め電流制
限回路が動作可能にセットされている状態で、端子ｃ２
の出力電位は、ローに変化する。制御回路の端子ｃ２の
電位が低下することで、出力端ｃ２の出力を停止させ、
トランジスタ２０１のスイッチング動作を停止させる。
次に、所望の出力電圧が動作している状態で、過度な電
圧が供給された場合、電圧制御回路１６２が駆動する。
即ち、予め指定された電圧に対応した、制御回路の出力
端ｃ４からｃ６が選ばれ、この内の一つが例えばｃ４が
接続状態となる。

【００２６】フォトダイオード３００がオンすると、フ
ォトトランジスタ３０１がオンし、ここで、フォトトラ
ンジスタ３０１を介して接続された抵抗２１１ａがトラ
ンジスタ２０９のベースにおける抵抗２１２により分圧
比が設定される。フォトダイオード３０２がオンする
と、フォトトランジスタ３０３がオンし、ここで、フォ
トトランジスタ３０３を介して接続された抵抗２１１ｂ
がトランジスタ２０９のベースにおける抵抗２１２によ
り分圧比が設定される。フォトダイオード３０４がオン
すると、フォトトランジスタ３０５がオンし、ここで、
フォトトランジスタ３０５を介して接続された抵抗２１
１ｃがトランジスタ２０９のベースにおける抵抗２１２
により分圧比が設定される。定電圧ダイオード２１０に
より接待されたトランジスタ２０９のエミッタ電圧に対
し、トランジスタ２０９のベース電圧が上回った時、オ
ンし、フォトダイオード２０７がオンし、フォトトラン
ジスタ２０８がオンして、制御回路の入力端ｃ２の電圧
レベルをローレベルにし、トランジスタ２０１への供給
パルスを停止させ、電圧調整手段１４の動作を停止させ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明では、自己調整型
の定電圧手段を用いることで、入力電圧の変動による泳
動電気出力の変動を防止して安定した泳動電気出力が形
成されると共に、過電流、過電圧に対する保護を充分に
行い得る電気泳動装置を実現可能としたのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図。

【図２】本発明の他の実施例を示す図。

【図３】本発明の他の実施例を示す図。

【符号の説明】

ＡＣ 交流電源入力端 １ 整流手段 ２ ＤＣ−ＤＣ変換手段 ３ 定電圧制御手段 ４ 保護手段 ５ 泳動出力調整手段 ＯＵＴ 泳動出力端

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力される電圧を目的とする電圧出力へ変
   換する電圧変換手段、前記電圧変換手段が出力した目的
   とする電圧が変動した場合、帰還的に調整し変動を補正
   する帰還調整手段を有する簡易電気泳動装置。
2. 【請求項２】前記電圧変換手段は、スイッチングレギュ
   レータ及びスイッチングレギュレータを駆動させるパル
   ス発振手段のパルスを前記帰還調整手段でえられた帰還
   電圧に基づいて調整する調整手段の組み合わせ構成より
   なる請求項１に記載の簡易電気泳動装置。
3. 【請求項３】前記一定電圧形成手段の電圧を調整して電
   気泳動出力電圧を形成する調整手段を更に有する請求項
   １に記載の簡易型電気泳動装置。