JP2002237745A - 負荷駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷駆動回路において、最終段負荷に流れる
電流の検出抵抗の電圧を直接、定電流回路のオペアンプ
ＯＰにフィードバックせず、定電流回路と最終段負荷と
を、完全に分離し、最終段負荷が短絡等の事故に遭遇し
ても、従来の電流検出抵抗に電流が流れないので定電流
回路の定電流動作ができないという問題点を基本的に解
決し、更に、過電流制限回路や過電流制限素子を不要と
した負荷駆動回路を提供する。 【解決手段】 回路基板の外部に最終段負荷が設置さ
れ、前記最終段負荷を制御電圧に応じて駆動する負荷駆
動回路において、前記最終段負荷とは回路電流が独立し
且つ、前記制御電圧に比例した基準定電流を設定する基
準定電流設定回路と、前記基準定電流設定回路によって
電流設定されると共にカレントミラー回路の制御側を構
成する制御側定電流回路と、前記カレントミラー回路で
転写増幅した前記制御側定電流回路の電流値に等しい
か、或いは、比例する電流を、前記最終段負荷に供給す
る追従側定電流回路とから構成するこことによって上記
課題は解決される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回路基板の外部に
設けられた負荷、すなわち、ＬＥＤ（発光ダイオー
ド）、半導体レーザ等の固体発光素子等の負荷や、抵抗
負荷、容量性負荷、誘導性負荷、発熱素子（抵抗発熱
体）等を、精密、安定に駆動させるための負荷駆動回路
に関し、特に、短絡事故が発生しても、負荷駆動回路の
電流を所定の値に保ち、焼損防止のために特別な保護回
路を不要とする負荷駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、複数個のＬＥＤ負荷を配列して
これをアレイ又は面光源として利用する場合、各ＬＥＤ
が一定輝度で発光するのが好ましく、例えば、光源にＬ
ＥＤを利用したバーコードリーダの場合、複数個のＬＥ
Ｄ発光素子を基板上に整列させて配列し、これをバーコ
ードリーダのハウジング内に配設し、駆動回路に接続し
て発光させるようになっている。又、発光された光はレ
ンズを通してバーコードを照明し、その反射光が受光Ｃ
ＣＤラインセンサで受光され、その出力は、バーコード
の黒バーと白バーのそれぞれからの反射光の違いに応じ
たレベルの電気信号が出力され、この電気信号が処理回
路で演算処理されバーコードの白黒パターンが読取可能
となっている。このように複数個の負荷を配列し面状光
源として利用する場合は、各負荷ＬＥＤの輝度が一定制
御されていないと、照明される投射光の照度が均一とな
らず、黒／白バーの反射光量に予定外の変動が生じ、受
光センサの読取誤差となる。 ａ１） そこで、従来は電源電圧の変動によっても負荷
光源の発光輝度を一定に保持するために、ＬＥＤ駆動回
路に定電流回路を設けることが行われ、光源への供給電
流を一定化することで複数個の負荷を一定かつ均一に発
光させていた。かかる定電流駆動回路の１例を、図１を
参照して説明すると、制御電圧Ｖｉがオペアンプ（演算
増幅器）ＯＰの正相入力端子に供給され、オペアンプＯ
Ｐの出力端子には、定電圧ダイオードＺＤ1、抵抗Ｒ1が
直列に接続されて、オペアンプＯＰの出力は抵抗Ｒ1を
介してＰＮＰトランジスタＴＲのベースに接続され、ト
ランジスタＴＲのエミッタ及びベースには、それぞれ、
電源Ｖｃｃから、過電流による発熱によりその抵抗値が
大きくなるサーミスタ、フューズ、過電流保護素子ポリ
スイッチ等の保護抵抗Ｒ4及び抵抗Ｒ3がエミッタに接続
され、抵抗Ｒ2がベースに接続され、更にトランジスタ
ＴＲのコレクタには、単数又は複数の固体発光素子列Ｌ
ＥＤが接続され、その出力は、電流検出抵抗Ｒ5を介し
て接地されると共に、抵抗Ｒ5の電圧が、フィードバッ
クされてオペアンプＯＰの逆相入力端子に入力されるよ
うになっている。しかしながら、かかるオペアンプＯＰ
及びトランジスタＴＲから成る定電流回路は、複数個の
負荷に対して、それぞれ並列させて１つずつ設けるか、
又は、供給する全電流を一括して定電流化する必要があ
るため、回路構成が大規模化し、小型ハンディ型の装置
に採用することは好まれなかった。 ａ２） かかる従来の図１に示すような回路では、負荷
は、トランジスタＴＲのコレクタに配線材ｃｂ１，ｃｂ
２を経由して接続された発光ダイオードＬＥＤであり、
トランジスタＴＲのコレクタから負荷ＬＥＤまでは配線
材料で接続されており、例えば、搬送通路上の物体等の
検知に使用する場合には、最低でも数センチ以上の配線
材の長さが必要となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ａ３） かくして、こ
の配線材料ｃｂ１，ｃｂ２が、例えば、図２に示すよう
に、装置のフレーム部材に噛み込み接触すると、地絡事
故等が発生し、図１の様な従来の回路構成では、負荷Ｌ
ＥＤの配線材が地絡した場合には、トランジスタＴＲが
焼損しないようにエミッタ抵抗Ｒ3を大きくして対処す
る方法が一般に採用されてきたが、図１のような回路構
成では、抵抗Ｒ3を大きくすると定常状態で使用中のト
ランジスタＴＲのＶCEが小さくなってしまい、制御可能
な電流の範囲が非常に小さくなってしまうという欠点が
あった。 ａ４） その為、図２の抵抗Ｒ4の場所に、過電流によ
る発熱によりその抵抗値が大きくなるサーミスタ、過電
流保護素子ポリスイッチ、或いは電流を遮断するフュー
ズ等を使用し、通常使用時の電流では、該当素子による
電圧降下が少ない様にしている。しかしながら、これら
の制御素子Ｒ4においても、コレクタとＬＥＤ間の配線
が地絡した場合には、トランジスタＴＲにストレスが溜
まる。また、オペアンプＯＰの正常な帰還電圧が得られ
ないため、制御用のオペアンプＯＰの出力が最大出力ま
で増大し、オペアンプＯＰにもストレスが溜まるという
問題点を解消することはできなかった。かくして、従来
の各負荷駆動回路には、以下のような様々な問題点があ
った。 ｂ１） 基板外の負荷（ＬＥＤ等）を駆動する負荷駆動
回路において、配線のかみ込み等による短絡事故に伴う
過大電流による焼損を防止するために、以下のような保
護対策（保護回路）を施している。 ｃ１） 電流制限対策：ポリスイッチ、サーミスタ、電
流制限抵抗等の直列挿入 ｃ２） 電流遮断対策：フューズ 等の直列挿入 対策ｃ１），ｃ２）に伴うコスト上昇が危惧されること
になる。 ｂ２） 光センサの光源としてのＬＥＤ等は、特性安定
化のために定電流駆動されることが多く、基準電圧によ
る定電流回路化（電圧制御電流源）されているが、上記
保護回路を設定するために、回路の複雑化、不適切な構
成および電源電圧の増大を招いている。 ｂ３） 従来の図１に示すような負荷駆動回路では、制
御回路（定電流回路）が直接負荷を駆動しているため、
負荷に、短絡または断線が発生した場合、図２に示すよ
うに、制御回路のフィードバック電圧が現れず、接地さ
れてしまい、その結果、制御出力電圧が、電源電圧いっ
ぱいに振れて、正常に動作できず、故障、焼損に至るこ
とがあった。 ｂ４） 複数の光センサを、同時に、並列駆動すること
が必要な場合、通常の制御回路（定電流回路）では、設
定電流値の値を、１つの並列駆動回路で、精度良く駆動
することが困難となり、多くの並列制御回路が必要とな
っていた。上述のｂ１）〜ｂ４）の問題点を解消するた
めに、下記項目が、要請されていた。 ｄ１） ｂ２），ｂ４）の問題点に対処可能な負荷の定
電流駆動回路 ｄ２） ｂ１）の問題点に対処可能な短絡しても過大電
流が流れない回路構成、保護回路の削除、回路の簡略化 ｄ３） ｂ２），ｂ３）の問題点に対処可能な、線材の
短絡事故時でも制御回路が正しく動作し、故障、破損の
恐れがない負荷駆動回路 ｄ４） ｂ３）の問題点に対処可能な、制御回路と負荷
駆動回路とを分離可能な回路構成 ｄ５） ｂ４）の問題点に対処可能な、単一の制御回路
で、複数の並列負荷を、高精度かつ、駆動電流のバラツ
キ小で定電流駆動可能な負荷駆動回路構成 本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであ
り、本発明の目的は、負荷駆動回路において、負荷に流
れる電流の検出抵抗の電圧を直接、オペアンプＯＰにフ
ィードバックしなくて済む様に構成し、回路基板と負荷
発光素子等とが物理的に離れた場所に設置されていて、
負荷と基板との間を接続するフラットケーブル等の線材
が、切断されたり、短絡させられる事故に遭遇しても、
従来の電流検出抵抗Ｒ5に電流が流れないことにより正
常動作が出来ないという問題点を基本的に解決し、更
に、図２に示すような過電流制限回路や過電流制限素子
を不要とし、定常動作時に高効率できめ細かく各負荷へ
の供給電流を制御できると共に、多数の負荷を並列駆動
する場合に大幅なコストダウンの可能な負荷駆動回路を
提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、回路基板の
外部に最終段負荷が設置され、前記最終段負荷を制御電
圧に応じて駆動する負荷駆動回路に関し、この発明の上
記目的は、前記最終段負荷とは回路電流が独立し且つ、
前記制御電圧に比例した基準定電流を設定する基準定電
流設定回路と、前記基準定電流設定回路によって電流設
定されると共にカレントミラー回路の制御側を構成する
制御側定電流回路と、前記カレントミラー回路で転写増
幅した前記制御側定電流回路の電流値に等しいか、或い
は、比例する電流を、前記最終段負荷に供給する追従側
定電流回路とから構成することによって解決される。

【０００５】本発明では、基準定電流設定回路に、負荷
としてカレントミラー回路を接続し、このカレントミラ
ー回路の追従出力で，ＬＥＤ等の最終段負荷を駆動する
ようになっている。かかるカレントミラー回路を使用す
ることにより、以下の利点が、得られる。 ｅ１） 最終段負荷が、短絡状態となっても、基準定電
流設定回路で設定した値の電流しか流れず、カレントミ
ラー回路が、保護回路として機能し、特別な保護回路
や、専用の保護回路が、不要となり、焼損事故等が、自
動的に防止できる。 ｅ２） 最終段負荷が、基準定電流設定回路と分離され
ているため、基準定電流設定回路が、短絡、開放等の最
終段負荷の状態に影響されない。 ｅ３） 単一の基準定電流設定回路で、複数の最終段負
荷を、容易に並列駆動できるので、高精度、かつ、駆動
電流のバラツキ小で、複数の負荷を、定電流駆動可能で
ある。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の詳細を、図面を
参照して説明する。図１及び図２に対応させて示す図３
は、いわゆる、吐き出し型のカレントミラー回路の原理
を示す図であり、電源ＶCCから第１のエミッタ抵抗ＲE1
が第１のＰＮＰトランジスタＴＲ1のエミッタに接続さ
れ、トランジスタＴＲ1のベースとトランジスタＴＲ1の
コレクタとが共通に接続され、定電流回路を経てグラン
ドに接続されている。また、トランジスタＴＲ1と対称
的に第２のＰＮＰトランジスタＴＲ2が並列に配設さ
れ、そのエミッタは第２のエミッタ抵抗ＲE2を介して電
源ＶCCに接続され、さらに、トランジスタＴＲ2のコレ
クタとグランド間には、最終段の駆動負荷が接続されて
いる。トランジスタＴＲ2のベースは、トランジスタＴ
Ｒ1のベースと、共通に接続され、通常、トランジスタ
ＴＲ1とトランジスタＴＲ2とは、同一特性のものが使用
され、次式が成立する。ベース電流ＩB1＝ＩB2、かつ、
トランジスタの電流増幅率ｈfe1＝ｈfe2となるようにト
ランジスタを選定すると、 最終段の負荷電流Ｉc2 ＝ ＲE1*Ｉc1／ＲE2 ・・・（１） 更に、ＲE1 ＝ ＲE2に設定すると、 最終段の負荷電流Ｉc2 ＝ Ｉc1 ・・・（２） この様に、トランジスタＴＲ1と、トランジスタＴＲ2と
を、同一特性のものに選定すると、カレントミラー回路
が構成でき、トランジスタＴＲ1に流れる電流Ｉc1と、
同じ値の電流を、最終段負荷の電流Ｉc2に流すことがで
きる。

【０００７】図３に対応させて示す図４は、本発明の第
１の実施例を示す図であり、それぞれ、同様の番号を付
した装置は、同様の機能を果たすと共に、上記基準定電
流設定回路としての定電流回路は、オペアンプＯＰと、
抵抗ＲB1と、ＮＰＮトランジスタＴＲ1と、電流検出抵
抗ＲE1とで構成されている。最終段負荷は、ＰＮＰトラ
ンジスタＴＲ3のコレクタに、配線材を経由して、発光
ダイオードＬＥＤa,bが接続されている。トランジスタ
ＴＲ3のコレクタからＬＥＤa,bまでは配線材料で接続さ
れており、例えば、搬送通路上の物体等の検知に使用す
る場合には、最低でも数センチ以上の配線の長さが必要
となる。図４では、基準定電流設定回路の電流値ＩE1＝
Ｖｉ／ＲE1で決定される電流が、最終段負荷の電流Ｉc3
として供給され、ＤＡコンバータに接続されたオペアン
プＯＰの入力電圧Ｖｉで電流値Ｉc3を制御することが可
能である。より詳細に、図４の回路構成を説明すると、
先ず、制御電圧Ｖiが、オペアンプＯＰの正相入力（非
反転入力）端子に供給され、オペアンプＯＰの出力端子
には、抵抗ＲB1が直列に接続されて、オペアンプＯＰの
出力は抵抗ＲB1を介してＮＰＮトランジスタＴＲ1のベ
ースに接続され、トランジスタＴＲ1のエミッタには、
電流検出抵抗ＲE1が接続され、電流検出抵抗ＲE1の一端
は、最終段負荷ＬＥＤとは独立して接地されると共に、
電流検出抵抗ＲE1の検出電圧が、フィードバックされて
オペアンプＯＰの逆相入力（反転入力）端子に入力され
るようになっている。従って、オペアンプＯＰ、トラン
ジスタＴＲ1及び電流検出抵抗ＲE1で、基準定電流設定
回路を構成している。しかして、ＮＰＮトランジスタＴ
Ｒ1のコレクタには、カレントミラー回路が電源に直列
に接続され、このカレントミラー回路は、制御側定電流
回路を構成するＰＮＰトランジスタＴＲ2，追従側定電
流回路を構成するＴＲ3と、各ＰＮＰトランジスタのエ
ミッタ、及び、コレクタに接続された負荷から構成さ
れ、各ＰＮＰトランジスタの制御端子であるベース端子
は、全て共通にして並列接続され、更に、この共通端子
が、ＰＮＰトランジスタＴＲ2のコレクタ端子と共に、
ＮＰＮトランジスタＴＲ1のコレクタに直結されるよう
になっている。そして、ＰＮＰトランジスタＴＲ2のエ
ミッタと、電源との間には、エミッタ抵抗ＲE2が接続さ
れているが、トランジスタＴＲ2のコレクタには、トラ
ンジスタＴＲ1のコレクタが直結され、このトランジス
タＴＲ1の回路は、定電流回路となっている。又、追従
側定電流回路を構成するＰＮＰトランジスタＴＲ3のエ
ミッタと、電源との間には、エミッタ抵抗ＲE3が並列に
接続され、トランジスタＴＲ3のコレクタと、接地点と
の間には、最終段負荷である発光素子ＬＥＤa, ＬＥＤb
が、直列に接続されている。

【０００８】かかる構成において、その動作を次に説明
する。先ず、上記エミッタ抵抗ＲE2及びＲE3の値を全て
等しい値（＝ＲE）に設定するものとする。そして、Ｎ
ＰＮトランジスタＴＲ1のコレクタ電流ＩC1を基準定電
流とし、ＰＮＰトランジスタＴＲ2、ＴＲ3のコレクタ電
流をＩC2、ＩC3とし、それぞれのベース電流をＩB2、Ｉ
B3と表す。そして、トランジスタＴＲ2、ＴＲ3の特性
は、同一のものを使用することとする。すると、各トラ
ンジスタＴＲ2、ＴＲ3のｈｆｅは次の様に表される。 ｈｆｅ2 ＝ ｈｆｅ3 ＝ ｈｆｅ ・・・（３） ベース電流については、 ＩB2 ＝ ＩB3 ＝ ＩB ・・・（４） 又、ベース電圧は、 ＶBE2 ＝ ＶBE3 ・・・（５） とする。 図４に示す様に ＩC1 ＝ ＩC2 ＋ ＩB2 ＋ ＩB3 ＝ ＩC2 ＋ ２＊ＩB2 ＝ （ｈｆｅ＋２）ＩB ・・・（６） ここで、ＩC2 ＝ ｈｆｅ＊ＩB よって、ＩB ＝ ＩC1／（ｈｆｅ＋２） ・・・（７） また、 ＩC3 ＝ｈｆｅ3＊ＩB3＝ｈｆｅ＊ＩB＝ｈｆｅ＊ＩC1／（ｈｆｅ＋２） ＝ （ｈｆｅ／（ｈｆｅ＋２））＊ＩC1 ≒ ＩC1 ・・・（８） ただし、 ｈｆｅ＞＞２とする。が得られ、トランジス
タＴＲ3の最終段負荷に流れるコレクタ電流ＩC3は、基
準定電流ＩC1にほぼ等しい。また、基準定電流ＩC1と負
荷電流ＩC3とを等しく設定する場合には、図４で、エミ
ッタ抵抗ＲE2＝ＲE3＝０Ωであっても、式（８）は成立
する。

【０００９】次に、図５を参照して、最終段負荷が、複
数個、並列に配設された場合の制御動作を、更に詳し
く、説明すると、制御電圧Ｖiが、オペアンプＯＰの正
相入力端子に供給され、オペアンプＯＰの出力端子に
は、抵抗ＲB1が直列に接続されて、オペアンプＯＰの出
力は抵抗ＲB1を介してＮＰＮトランジスタＴＲ1のベー
スに接続され、トランジスタＴＲ1のエミッタには、電
流検出抵抗ＲE1が接続され、電流検出抵抗ＲE1の一端
は、最終段負荷ＬＥＤ列とは独立して接地されると共
に、抵抗ＲE1の検出電圧が、フィードバックされてオペ
アンプＯＰの逆相入力端子に入力されるようになってい
る。従って、オペアンプＯＰ、トランジスタＴＲ1及び
抵抗ＲE1で、基準定電流設定回路を構成している。しか
して、ＮＰＮトランジスタＴＲ1のコレクタには、カレ
ントミラー回路が電源に直列に接続され、このカレント
ミラー回路は、制御側定電流回路を構成するＰＮＰトラ
ンジスタＴＲ2と，追従側定電流回路を構成するＰＮＰ
トランジスタＴＲ3，・・・、ＴＲnと、各トランジスタ
のエミッタ、及び、コレクタに接続された負荷から構成
され、各トランジスタの制御端子であるベース端子は、
全て共通にして並列接続され、更に、この共通端子が、
トランジスタＴＲ2のコレクタ端子と共に、ＮＰＮトラ
ンジスタＴＲ1のコレクタに直結されるようになってい
る。従って、トランジスタＴＲ2のエミッタと、電源と
の間には、エミッタ抵抗ＲE2が接続されているが、トラ
ンジスタＴＲ2のコレクタには、トランジスタＴＲ1のコ
レクタが直結され、グランド間とで、定電流回路を形成
している。又、トランジスタＴＲ3、ＴＲ4、・・・、Ｔ
Ｒnのエミッタと、電源との間には、エミッタ抵抗ＲE
3、ＲE4、・・・、ＲEnがそれぞれ直列に接続され、ト
ランジスタＴＲ3、ＴＲ4、・・・、ＴＲnのコレクタ
と、接地点との間には、最終段負荷である発光素子ＬＥ
Ｄ3a,3b、ＬＥＤ4a,4b、・・・、ＬＥＤna,nbが、それ
ぞれ並列に接続されている。

【００１０】かかる構成において、その動作を次に説明
する。先ず、最終段負荷である発光素子ＬＥＤ3a,3b、
ＬＥＤ4a,4b、・・・、ＬＥＤna,nbに、全て同一負荷電
流を流したい場合には、上記エミッタ抵抗ＲE1、ＲE2及
びＲE3、ＲE4、・・・、ＲEnの値を全て等しい値（＝Ｒ
E）に設定する。そして、トランジスタＴＲ1のエミッタ
電流、ベース電流を、それぞれ、ＩE1、ＩB1で表し、ト
ランジスタＴＲ2、ＴＲ3、・・・、ＴＲnのエミッタ電
流、及び、ベース電流を、それぞれ、ＩE2、ＩE3、・・
・、ＩEn、及び、ＩB2、ＩB3、・・・、ＩBnで表し、ト
ランジスタＴＲ2、ＴＲ3、・・・、ＴＲnのベース電圧
をＶBE2、ＶBE3、ＶBE4、・・・、ＶBEnで表す。先ず、
オペアンプＯＰとトランジスタＴＲ1で制御されるトラ
ンジスタＴＲ1のコレクタ電流をＩC1とする。トランジ
スタＴＲ2〜ＴＲnは、同一特性のものを使用すること ｈｆｅ2 ＝ ｈｆｅ3 ＝ ・・・ ＝ ｈｆｅn ＝ ｈｆｅ ・・・（９） ＶBE2 ＝ ＶBE3 ＝ ＶBE4 ＝ ・・・ ＝ ＶBEn ・・・（１０） ＲE2 ＝ ＲE3 ＝ ・・・ ＝ ＲEn ・・・（１１） として、各トランジスタＴＲ2〜ＴＲnのベース電流が、同一となるようにすれば 、ベース電流について、 ＩB2 ＝ ＩB3 ＝ ・・・ ＝ ＩB ・・・（１２） とできる。したがって、 ＩC1 ＝ ＩC2 ＋ ＩB2 ＋ ＩB3 ＋ ・・・ ＋ＩBn ＝ ＩC2 ＋（ｎ−１）ＩB2＝（ｈｆｅ＋ｎ−１）ＩB ・・・（１３） ここで、 ＩC2 ＝ ｈｆｅ2＊ＩB2 ＝ ｈｆｅ＊ＩB ・・・（１４） 従って、 ＩB ＝ ＩC1／（ｈｆｅ＋ｎ−１） ・・・（１５） ここで、ｈｆｅ ＞＞ ｎ−１ となるようにトランジスタを選定すると、 ＩCn ＝ ｈｆｅn＊ＩBn ＝ ｈｆｅ＊ＩB ＝ （ｈｆｅ／（ｈｆｅ＋ｎ−１））＊ＩC1 ≒ ＩC1 ・・・（１６） となって、各トランジスタの出力電流ＩCnは、ほぼ基準
定電流ＩC1に制御される。また、この場合に、エミッタ
抵抗ＲE2＝ＲE3＝・・・＝ＲEn＝０Ωであっても、式
（１６）は成立する。

【００１１】次に、具体的な回路設計例を、数値データ
で紹介する。今、負荷駆動回路の使用を電源定格電圧Ｖ
CC＝１２Ｖ、電圧変動率を５％とすると、電源の最小電
圧ＶCCmin＝１１．４Ｖとなり、電源の最大電圧ＶCCmax
＝１２．６Ｖとなる。又、駆動回路への制御電圧入力の
最大値をＶimax＝５Ｖとし、固体発光素子の最大設定電
流ＩCn＝２８ｍＡ、許容損失ＰＤ＝１００ｍＷ、順電流
ＩＦ＝６０ｍＡ、最大順電圧ＶＦ＝１．４Ｖ，順電圧マ
ージンＶＦｍ＝０．２Ｖ、並列接続個数ｎ＝４とする
と、トランジスタＴＲ1の電流検出抵抗ＲE1の値は、 ＲE1 ＝ Ｖi／ＩE1 ＝ ５／０．０２８≒１７８．６ ・・・（１７） となり、 定電流回路の出力抵抗値ＲE1 ＝ １８０Ω ・・・（１８） と求まる。このとき、最大設定電流は、 ＩE1(max) ＝ ０．０２７８ Ａ ・・・（１９） となる。次に、各トランジスタＴＲ3、・・・、ＴＲnの選定を行う。先ず、トラ ンジスタＴＲn（n＝３〜ｎ）のコレクタ飽和電圧ＶCE（ｓａｔ）は、通常、 ＶCE（ｓａｔ） ＝ ０．５ Ｖ ・・・（２０） であり、トランジスタＴＲnの定電流動作が可能な条件は、素子の安全係数を Ｋｃｅとして、 ＶCCmin−（ＶＦ＋ＶＦｍ）＊ｎ−Ｉｓmax＊ＲCn ＞ ＶCE(sat)＊Ｋｃｅ ・・・（２１） これを、変形すると、 ＲCn ＜ （ＶCCmin−(ＶＦ＋ＶＦｍ)＊ｎ−ＶCE(sat)＊Ｋｃｅ）／Ｉｓmax ・・・（２２） より、素子の安全係数をＫｃｅ＝１．２として、 ＲCn ＜ １６２．０Ω と計算でき、これより、 ＲCn ＝ １６０．０Ω ・・・（２３） と、選定される。又、このときの抵抗損失Ｐｒｎは、 Ｐｒｎ ＝ ０．１３ Ｗ より、 Ｐｒｎ ＝ １／２ Ｗ ・・・（２４） の定格の抵抗を選定するとよい。次に、トランジスタＴ
Ｒ3、・・・、ＴＲnの最大損失Ｐｑｎを計算すると、こ
れは、トランジスタＴＲnのコレクタを地絡した場合に
相当し、 Ｐｑｎ ＝ （ＶCCmax−Ｉｓ＊ＲEn）＊Ｉｓ ・・・（２５） ＝ ０．２３ Ｗ と、求まるので、トランジスタＴＲ2，ＴＲ3、・・・、
ＴＲnとしては、パッケージの大きさから、例えば、２
ＳＢ１１１５が採用可能である。かくして、トランジス
タＴＲ2，ＴＲ3、・・・、ＴＲnが、選定されると、そ
の特性値より、 ＶBE ＝ ０．６５ Ｖtyp ・・・（２６） と、求まるので、トランジスタＱ１の最大損失Ｐｑ１は、 Ｐｑ１＝（ＶCCmax−Ｉｓ＊ＲE1−ＶBE1−Ｖi）＊Ｉｓ ・・・（２７） ＝ ０．０７０ Ｗ と、求まるので、トランジスタＴＲ1は、パッケージの
大きさから、例えば、２ＳＤ１６６４が選定できる。

【００１２】次に、図４に対応させて示す図５は、最終
段負荷を、複数個、並列に配設し、並べたもので、それ
ぞれ、同様の番号を付した装置は、同様の機能を果たす
と共に、 ベース電流ＩB2＝ＩB3＝ＩB4＝…＝ＩBn、 ・・・（２８） トランジスタの電流増幅率 ｈfe2＝ｈfe3＝ｈfe4＝…＝ｈfen ・・・（２９） となるようにトランジスタを選定すると、 ＩC2＊ＲE2＋ＶBE2＝ＩC3＊ＲE3＋ＶBE3＝ ・・・ ＝ＩCn＊ＲEn＋ＶBen ・・・（３０） ＶBE2 ＝ ＶBE3 ＝ ・・・ ＝ＶBen ・・・（３１） となるトランジスタを用いるので、 Ｉc3＝ＲE2*Ｉc2／RE3, Ｉc4＝ＲE2*Ｉc2／RE4, ・ ・、 …, Ｉcn＝ＲE2*Ｉc2／REn ・・・（３２） と指定できる。この電流は例えば、ＬＥＤna,nbのアノ
ード側の配線が地絡した場合において、その地絡電流が Ｉcn＝ＲE2*Ｉc2／REn ・・・（３３） のまま一定であることを示している。そして、この地絡
が、他のＬＥＤの供給電流に影響を与えることが無い。
更に、 ＲE2＝ＲE3＝ＲE4＝・・・＝ＲEn ・・・（３４） に設定すると、 Ｉc2 ＝Ｉc3 ＝ Ｉc4 ＝ ・・・ ＝ Ｉcn ・・・（３５） に設定可能である。さらに、各トランジスタのｈｆｅが
充分大きい場合には、ＩC1≒ＩC2が成り立つ。従って、
一般に、図２に示す様な駆動回路において、基板から外
に設けた負荷、例えば、ＬＥＤ、ランプ、モータ、ソレ
ノイド等は、ホット側が短絡した場合に、故障モードと
なるが、ドライバー用のトランジスタが、熱破壊すると
いった障害が防止可能となる。次に、本発明の変形例と
して、複数の最終段負荷に、エミッタ抵抗値の比に逆比
例した異なる電流値を供給する例を説明する。かかる構
成は、例えば、発光素子ＬＥＤと、受光用フォトトラン
ジスタを組み合わせて、光軸上を物体が通過することを
検知する場合、光路の距離に応じて、発光素子ＬＥＤの
電流量を調節する場合に有用であり、かかる構成では、
図５において、次式が成立する。 ＩE2＊ＲE2＋ＶBE2＝ＩE3＊ＲE3＋ＶBE3＝ＩE4＊ＲE4＋ＶBE4 ＝ＩEn＊ＲEn＋ＶBEn ・・・（３６） 但し、上式では、ＰＮＰトランジスタであるので、ＶBE＝−０．６Ｖoltと なる。 従って、上式において、 ＶBE2 ≒ ＶBE3 ≒ ＶBE4 ≒ ＶBEn ・・・（３７） となるように、各トランジスタを選定すると、 ＩEj ≒ ＩE2＊ＲE2／ＲEj ・・・（３８） 但し、ｊ＝ ３〜ｎ が成立し、又、 ＩEj ≒ Ｉcj ・・・（３９） 但し、ｊ＝ ３〜ｎ も成立するので、適宜、最終段負荷回路のエミッタ抵抗
値を設定することにより、所望の負荷電流値を設定する
ことが可能である。

【００１３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、負荷駆
動回路において、最終段負荷に流れる電流の検出抵抗の
電圧を直接、定電流回路のオペアンプＯＰにフィードバ
ックしていないので、定電流回路と最終段負荷とは、完
全に分離され、定電流回路は、最終段負荷と独立してい
るので、回路基板と負荷発光素子等とが物理的に離れた
場所に設置されていて、負荷と基板との間を接続するフ
ラットケーブル等の線材が、切断されたり、短絡させら
れる事故に遭遇しても、従来の電流検出抵抗ＲE1に電流
が流れないので定電流回路の定電流動作ができないとい
う問題点を基本的に解決し、更に、過電流制限回路や過
電流制限素子を不要とし、定常動作時に高効率できめ細
かく各負荷への供給電流を制御できると共に、多数の負
荷を並列駆動する場合に大幅なコストダウンの可能な負
荷駆動回路を提供することができる。また、エミッタ抵
抗の抵抗値の設定を、任意に設定変更することができ、
負荷の駆動電流を、それぞれ、所望の値に、容易に変え
ることができる。更に、複数ある負荷の中で、ある１個
の負荷が地絡事故をおこしても、他には影響がないとい
う点でこれまでにない顕著な効果がある。さらにまた、
本発明では、制御回路の定電流回路に、負荷としてカレ
ントミラー回路を接続し、このカレントミラー回路の追
従出力で，ＬＥＤ等の最終段負荷を駆動するようになっ
ている。かかるカレントミラー回路を使用することによ
り、以下の利点が、得られる。 ｆ１） 最終段負荷が、短絡状態となっても、制御回路
（定電流回路）で設定した値の電流しか流れず、カレン
トミラー回路が、保護回路として機能し、特別な保護回
路や、専用の保護回路が、不要となり、焼損事故等が、
自動的に防止できる。 ｆ２） 最終段負荷が、制御回路（定電流回路）と分離
されているため、制御回路が、短絡、開放等の最終段負
荷の状態に影響されない。 ｆ３） 単一の制御回路で、複数の最終段負荷を、容易
に並列接続できるので、高精度、かつ、駆動電流のバラ
ツキ小で、複数の負荷を、定電流駆動可能である。 また、従来の回路構成では、最終段負荷の制限電流値
は、定常電流値よりも大きな値に設定しなけばならず、
使用部品（例えば、保護用電流制限抵抗）の耐熱設計に
細心の注意を払わなければならなかったが、本願発明で
は、最終段負荷の制限電流値は、定電流回路の出力段の
定電流値とほぼ等しい値に設定可能であり、最終段負荷
の制限電流値の設計が、非常に簡素化されると共に、最
終段負荷に最大定格電流まで電流を流し込んでも、不具
合が発生せず、最終段負荷を許容限度いっぱいまで、使
用することが可能である。又、制御入力Ｖiの電圧値
も、電源電圧ＶCCが１２Ｖ以上であれば、Ｖi＜５Ｖの
範囲内では、制御電圧入力Ｖiを抵抗分圧する必要は全
く無く、直接、Ｄ／Ａ変換器の出力を制御電圧Ｖiとし
て使用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の負荷駆動回路の１構成例を示す回路図で
ある。

【図２】その地絡事故時の等価回路の１例を示す回路図
である。

【図３】カレントミラー回路の１構成例を示す回路図で
ある。

【図４】本発明の１構成例を示す回路図である。

【図５】本発明の複数負荷を並列駆動する１構成例を示
す回路図である。

【符号の説明】

ＯＰ オペアンプ ＴＲ1，ＴＲ2，・・・，ＴＲn トランジスタ ＬＥＤa,b，ＬＥＤ3a、3b、ＬＥＤ4a,4b、ＬＥＤna,nb
発光素子 ＲE1，ＲE2，・・・、ＲEn 抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H420 BB13 CC02 DD02 EA11 EA18 EA39 EB15 EB37 FF04 FF23 GG01 LL05 LL10 NA22 NA24 NB03 NB24 NB36 NC03 NC23 NC27 5J050 AA32 BB21 CC13 DD04 EE03 EE13 EE24 EE31 EE32 FF04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路基板の外部に最終段負荷が設置さ
   れ、前記最終段負荷を制御電圧に応じて駆動する負荷駆
   動回路において、 前記最終段負荷とは回路電流が独立し且つ、前記制御電
   圧に比例した基準定電流を設定する基準定電流設定回路
   と、 前記基準定電流設定回路によって電流設定されると共に
   カレントミラー回路の制御側を構成する制御側定電流回
   路と、 前記カレントミラー回路で転写増幅した前記制御側定電
   流回路の電流値に等しいか、或いは、比例する電流を、
   前記最終段負荷に供給する追従側定電流回路とから構成
   されていることを特徴とする負荷駆動回路。
2. 【請求項２】 前記最終段負荷が、並列に複数個設けら
   れており、前記追従側定電流回路が、独立した前記最終
   段負荷毎に、それぞれ独立して設けられると共に、これ
   ら複数の追従側定電流回路の電流が、前記制御側定電流
   回路の転写増幅電流であることを特徴とする請求項１に
   記載の負荷駆動回路。
3. 【請求項３】 回路基板の外部に最終段負荷が設置さ
   れ、前記最終段負荷を制御電圧に応じて駆動する負荷駆
   動回路において、 前記最終段負荷とは回路電流が独立し且つ、前記制御電
   圧に比例した基準定電流を設定する基準定電流設定回路
   と、 前記基準定電流設定回路によって電流設定されると共に
   カレントミラー回路の制御側を構成する制御側定電流回
   路と、 前記カレントミラー回路で転写増幅した前記制御側定電
   流回路の電流値に等しいか、或いは、比例する電流を、
   前記最終段負荷に供給する追従側定電流回路とから構成
   され、 更に、前記制御側定電流回路が、電源と、この電源に直
   列に介挿されたエミッタ抵抗とＰＮＰトランジスタとで
   構成され、 前記追従側定電流回路が、１つ、又は、複数の前記最終
   段負荷毎に、それぞれ独立して、前記電源に直列に介挿
   されたエミッタ抵抗とＰＮＰトランジスタとで構成さ
   れ、 前記制御側定電流回路のＰＮＰトランジスタのベース及
   びコレクタを直結すると共に、前記追従側定電流回路の
   １つ、又は、複数のＰＮＰトランジスタのベースも、前
   記制御側定電流回路のＰＮＰトランジスタのベースに直
   結して、前記基準定電流設定回路に接続するようにした
   ことを特徴とする負荷駆動回路。
4. 【請求項４】 カレントミラーを構成する電源より第１
   のエミッタ抵抗を介して接続される第１のＰＮＰトラン
   ジスタと、前記電源より第２のエミッタ抵抗を介して接
   続される第２のＰＮＰトランジスタと、この第１及び第
   ２のＰＮＰトランジスタの各ベース同士を接続すると共
   に、第１のＰＮＰトランジスタのコレクタに前記ベース
   を接続し、更に、 前記コレクタに、非反転入力端に基準定電流制御電圧を
   入力すると共に、反転入力端に検出した回路電流に比例
   する電圧を入力したオペアンプにより駆動されるＮＰＮ
   トランジスタを接続し、更に、 前記ＮＰＮトランジスタのエミッタ−グランド間に前記
   回路電流に比例した電圧を発生する電流検出抵抗を接続
   し、 前記第２のＰＮＰトランジスタのコレクタ−グランド間
   に最終段負荷を接続するようにしたことを特徴とする負
   荷駆動回路。
5. 【請求項５】 前記最終段負荷のエミッタ抵抗値を、全
   て、等しい値とした請求項３又は４に記載の負荷駆動回
   路。
6. 【請求項６】 前記最終段負荷が、発光素子、ＬＥＤ、
   半導体レーザー、定電流駆動の負荷、抵抗負荷、容量性
   負荷、誘導性負荷、発熱素子（抵抗発熱体等）の少なく
   とも１つを含む請求項１乃至５のいずれか一項に記載の
   負荷駆動回路