JP2003241842A - 直流安定化電源装置 - Google Patents
直流安定化電源装置Info
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- JP2003241842A JP2003241842A JP2002036605A JP2002036605A JP2003241842A JP 2003241842 A JP2003241842 A JP 2003241842A JP 2002036605 A JP2002036605 A JP 2002036605A JP 2002036605 A JP2002036605 A JP 2002036605A JP 2003241842 A JP2003241842 A JP 2003241842A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】負荷電流が流れる複数の能動素子を安定化電源
装置の入力端子と出力端子間に直列に接続して、負荷電
流による熱の発生を前記複数の能動素子に分散させ、且
つ、安定化電源装置の入力電圧がより小さくなっても一
定の出力電圧を維持し得る直流安定化電源装置を提供す
る。 【解決手段】 入力される直流電圧V1をエミッタ・コ
レクタ路又はソース・ドレイン路を介して直流電圧V2
に下げるための降圧手段1と、前記直流電圧V2をエミ
ッタ・コレクタ路又はソース・ドレイン路を介して所定
の直流電圧V0に下げるための直列型レギュレータ2
と、前記直流電圧V1が予め定めた基準値Vref以下
であるか否かを判別する比較回路3とを備え、前記直流
電圧V1が前記基準値Vref以下であるときには前記
降圧手段1のエミッタ・コレクタ間又はソース・ドレイ
ン間の電圧が飽和電圧になるよう制御して、前記降圧手
段1による電圧ロスを無視しうる程度に小さくする。
装置の入力端子と出力端子間に直列に接続して、負荷電
流による熱の発生を前記複数の能動素子に分散させ、且
つ、安定化電源装置の入力電圧がより小さくなっても一
定の出力電圧を維持し得る直流安定化電源装置を提供す
る。 【解決手段】 入力される直流電圧V1をエミッタ・コ
レクタ路又はソース・ドレイン路を介して直流電圧V2
に下げるための降圧手段1と、前記直流電圧V2をエミ
ッタ・コレクタ路又はソース・ドレイン路を介して所定
の直流電圧V0に下げるための直列型レギュレータ2
と、前記直流電圧V1が予め定めた基準値Vref以下
であるか否かを判別する比較回路3とを備え、前記直流
電圧V1が前記基準値Vref以下であるときには前記
降圧手段1のエミッタ・コレクタ間又はソース・ドレイ
ン間の電圧が飽和電圧になるよう制御して、前記降圧手
段1による電圧ロスを無視しうる程度に小さくする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は複数のパワートラン
ジスタ又はパワーMOS−FETなどの制御可能な能動
素子を安定化電源装置の入力端子と出力端子間に直列に
接続して、負荷電流による熱の発生を前記複数の能動素
子に分散させるようにした直流安定化電源装置に関す
る。
ジスタ又はパワーMOS−FETなどの制御可能な能動
素子を安定化電源装置の入力端子と出力端子間に直列に
接続して、負荷電流による熱の発生を前記複数の能動素
子に分散させるようにした直流安定化電源装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】安定化されていない直流電圧を入力と
し、予め定められた所定の直流電圧を出力とする直流安
定化電源として直列型レギュレータと呼ばれるものがあ
る。直列型レギュレータは安定化電源装置の入力端子と
出力端子間に例えばトランジスタのコレクタ・エミッタ
路やMOS−FETのドレイン・ソース路などを接続
し、余剰の電圧を前記トランジスタやMOS−FETな
どの制御可能な能動素子の端子間にかけるようにされて
いる。このため安定化電源装置の入力電圧が大きく、負
荷電流が大きい場合には、前記能動素子の消費電力が大
きく、その発熱によって前記能動素子が破壊される恐れ
がある。
し、予め定められた所定の直流電圧を出力とする直流安
定化電源として直列型レギュレータと呼ばれるものがあ
る。直列型レギュレータは安定化電源装置の入力端子と
出力端子間に例えばトランジスタのコレクタ・エミッタ
路やMOS−FETのドレイン・ソース路などを接続
し、余剰の電圧を前記トランジスタやMOS−FETな
どの制御可能な能動素子の端子間にかけるようにされて
いる。このため安定化電源装置の入力電圧が大きく、負
荷電流が大きい場合には、前記能動素子の消費電力が大
きく、その発熱によって前記能動素子が破壊される恐れ
がある。
【0003】かかる問題を解決する方法として従来実施
されている直流安定化電源装置について以下に説明す
る。図3は従来の直流安定化電源装置の第1の例を示す
図である。図3において31は安定化電源装置30の入
力端子であり、33は安定化電源装置30の出力端子で
ある。入力端子31には例えば自動車のバッテリが接続
され、出力端子33には負荷が接続され、該負荷には安
定化された例えば5ボルトが印加される。前記バッテリ
の電圧は例えば標準電圧が12ボルトであるが、実際の
動作時には充電電流によるリップルが重畳し、最大電圧
は16ボルト程度、最低電圧は6ボルト程度である。
されている直流安定化電源装置について以下に説明す
る。図3は従来の直流安定化電源装置の第1の例を示す
図である。図3において31は安定化電源装置30の入
力端子であり、33は安定化電源装置30の出力端子で
ある。入力端子31には例えば自動車のバッテリが接続
され、出力端子33には負荷が接続され、該負荷には安
定化された例えば5ボルトが印加される。前記バッテリ
の電圧は例えば標準電圧が12ボルトであるが、実際の
動作時には充電電流によるリップルが重畳し、最大電圧
は16ボルト程度、最低電圧は6ボルト程度である。
【0004】入力端子31と出力端子33間にはトラン
ジスタQ5のコレクタ・エミッタ路及びトランジスタQ
6のコレクタ・エミッタ路が直列に接続される。トラン
ジスタQ5とトランジスタQ6は並列に接続され、負荷
電流I0はトランジスタQ5のコレクタ・エミッタ路と
トランジスタQ6のコレクタ・エミッタ路とに分かれて
流れる。一般的にはトランジスタQ5とトランジスタQ
6は同じトランジスタとし、抵抗R22とR23を等し
くして、トランジスタQ5とトランジスタQ6に流れる
電流を等しくする。そして、両トランジスタにおける発
熱量が等しくなるようにされ、入力電圧をV1、出力電
圧をV0、負荷電流をI0とすると、各トランジスタの
コレクタ損失は約(V1−V0−R22×I0/2)×
I0/2となる。なお、トランジスタQ7のベース・エ
ミッタ間電圧をVbe、ツェナーダイオードZ2の電圧
をVz2とすると、出力電圧V0は図5に示す(1)式
で与えられることは良く知られている。
ジスタQ5のコレクタ・エミッタ路及びトランジスタQ
6のコレクタ・エミッタ路が直列に接続される。トラン
ジスタQ5とトランジスタQ6は並列に接続され、負荷
電流I0はトランジスタQ5のコレクタ・エミッタ路と
トランジスタQ6のコレクタ・エミッタ路とに分かれて
流れる。一般的にはトランジスタQ5とトランジスタQ
6は同じトランジスタとし、抵抗R22とR23を等し
くして、トランジスタQ5とトランジスタQ6に流れる
電流を等しくする。そして、両トランジスタにおける発
熱量が等しくなるようにされ、入力電圧をV1、出力電
圧をV0、負荷電流をI0とすると、各トランジスタの
コレクタ損失は約(V1−V0−R22×I0/2)×
I0/2となる。なお、トランジスタQ7のベース・エ
ミッタ間電圧をVbe、ツェナーダイオードZ2の電圧
をVz2とすると、出力電圧V0は図5に示す(1)式
で与えられることは良く知られている。
【0005】図4は従来の直流安定化電源装置の第2の
例を示す図である。図4において41は安定化電源装置
40の入力端子であり、44は安定化電源装置40の出
力端子である。入力端子41には例えば前記した自動車
のバッテリが接続され、出力端子44には負荷が接続さ
れ、該負荷には安定化された例えば5ボルトが印加され
る。安定化電源装置40は、トランジスタQ7、トラン
ジスタQ9、ツェナーダイオードZ1などで構成される
第1の直列型レギュレータと、トランジスタQ8、トラ
ンジスタQ10、ツェナーダイオードZ2などで構成さ
れる第2の直列型レギュレータとを入出力端子間に直列
に接続して構成されている。
例を示す図である。図4において41は安定化電源装置
40の入力端子であり、44は安定化電源装置40の出
力端子である。入力端子41には例えば前記した自動車
のバッテリが接続され、出力端子44には負荷が接続さ
れ、該負荷には安定化された例えば5ボルトが印加され
る。安定化電源装置40は、トランジスタQ7、トラン
ジスタQ9、ツェナーダイオードZ1などで構成される
第1の直列型レギュレータと、トランジスタQ8、トラ
ンジスタQ10、ツェナーダイオードZ2などで構成さ
れる第2の直列型レギュレータとを入出力端子間に直列
に接続して構成されている。
【0006】すなわち、入力端子41と出力端子44間
にはトランジスタQ7のコレクタ・エミッタ路とトラン
ジスタQ8のコレクタ・エミッタ路とが直列に接続され
る。トランジスタQ7とトランジスタQ8は直列に接続
され、トランジスタQ7のコレクタ・エミッタ路とトラ
ンジスタQ8のコレクタ・エミッタ路とには安定化電源
装置40の負荷電流I0が流れる。従って安定化電源装
置40において負荷電流に伴って発生する電力(V1−
V0)×I0がトランジスタQ7とトランジスタQ8と
に分散される。なお、トランジスタQ9のベース・エミ
ッタ間電圧をVbe、ツェナーダイオードZ1の電圧を
Vz1とすると、トランジスタQ7のエミッタの電圧V
2は(Vz1+Vbe)及びR32/R33の値に応じ
て決まるが、例えばV0が5ボルト、V1が16〜6ボ
ルトの場合に、V2は略10ボルト程度に設定される。
にはトランジスタQ7のコレクタ・エミッタ路とトラン
ジスタQ8のコレクタ・エミッタ路とが直列に接続され
る。トランジスタQ7とトランジスタQ8は直列に接続
され、トランジスタQ7のコレクタ・エミッタ路とトラ
ンジスタQ8のコレクタ・エミッタ路とには安定化電源
装置40の負荷電流I0が流れる。従って安定化電源装
置40において負荷電流に伴って発生する電力(V1−
V0)×I0がトランジスタQ7とトランジスタQ8と
に分散される。なお、トランジスタQ9のベース・エミ
ッタ間電圧をVbe、ツェナーダイオードZ1の電圧を
Vz1とすると、トランジスタQ7のエミッタの電圧V
2は(Vz1+Vbe)及びR32/R33の値に応じ
て決まるが、例えばV0が5ボルト、V1が16〜6ボ
ルトの場合に、V2は略10ボルト程度に設定される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図3に示す従来の直流
安定化電源装置30では、並列に接続された2つのトラ
ンジスタQ5、Q6に負荷電流I0が均等に分散される
ようにするために、エミッタ抵抗R22及びR23を比
較的大きな値に設定する必要があり、例えば0.47〜
1Ωに設定される。従ってエミッタ抵抗R22、R23
による電圧ロスが大きくなり、入力電圧V1が低くなる
と出力電圧V0を一定に保ち難くなるという問題があ
る。
安定化電源装置30では、並列に接続された2つのトラ
ンジスタQ5、Q6に負荷電流I0が均等に分散される
ようにするために、エミッタ抵抗R22及びR23を比
較的大きな値に設定する必要があり、例えば0.47〜
1Ωに設定される。従ってエミッタ抵抗R22、R23
による電圧ロスが大きくなり、入力電圧V1が低くなる
と出力電圧V0を一定に保ち難くなるという問題があ
る。
【0008】一方、図4に示す従来の直流安定化電源装
置40では、入力電圧V1が低下した場合に、第1の直
列型レギュレータよる電圧ロスと第2の直列型レギュレ
ータによる電圧ロスが加算されて大きくなり、出力電圧
V0を一定に保ち難くなるという問題がある。すなわ
ち、設定された中間電圧V2を一定に保てない程度に入
力電圧V1が低下した場合には、トランジスタQ9のコ
レクタには電流が流れず、抵抗R31の両端にトランジ
スタQ7のベース電流による電圧V31=R31×I0
/hfeが生じる。ここに前記hfeはトランジスタQ
7の直流電流増幅率を指す。従ってトランジスタQ7の
ベース・エミッタ間電圧をVbeとすると、トランジス
タQ7のコレクタ・エミッタ間電圧は(V31+Vb
e)となり、中間電圧V2の値は(V1−V31−Vb
e)に低下する。前記したようにトランジスタQ7のコ
レクタ・エミッタ路における電圧ロスが大きいために、
第2の直列型レギュレータの出力電圧V0を一定に維持
できる入力電圧V1の範囲が狭くなるという問題があ
る。
置40では、入力電圧V1が低下した場合に、第1の直
列型レギュレータよる電圧ロスと第2の直列型レギュレ
ータによる電圧ロスが加算されて大きくなり、出力電圧
V0を一定に保ち難くなるという問題がある。すなわ
ち、設定された中間電圧V2を一定に保てない程度に入
力電圧V1が低下した場合には、トランジスタQ9のコ
レクタには電流が流れず、抵抗R31の両端にトランジ
スタQ7のベース電流による電圧V31=R31×I0
/hfeが生じる。ここに前記hfeはトランジスタQ
7の直流電流増幅率を指す。従ってトランジスタQ7の
ベース・エミッタ間電圧をVbeとすると、トランジス
タQ7のコレクタ・エミッタ間電圧は(V31+Vb
e)となり、中間電圧V2の値は(V1−V31−Vb
e)に低下する。前記したようにトランジスタQ7のコ
レクタ・エミッタ路における電圧ロスが大きいために、
第2の直列型レギュレータの出力電圧V0を一定に維持
できる入力電圧V1の範囲が狭くなるという問題があ
る。
【0009】本発明は前記した課題を解決するためにな
されたもので、その目的は、負荷電流が流れる複数の能
動素子を安定化電源装置の入力端子と出力端子間に直列
に接続して、負荷電流による熱の発生を前記複数の能動
素子に分散させ、且つ、安定化電源装置の入力電圧がよ
り小さくなっても一定の出力電圧を維持し得る直流安定
化電源装置を提供することである。
されたもので、その目的は、負荷電流が流れる複数の能
動素子を安定化電源装置の入力端子と出力端子間に直列
に接続して、負荷電流による熱の発生を前記複数の能動
素子に分散させ、且つ、安定化電源装置の入力電圧がよ
り小さくなっても一定の出力電圧を維持し得る直流安定
化電源装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題に鑑み
てなされたものであり、第1の発明は、入力される第1
の直流電圧をエミッタ・コレクタ路又はソース・ドレイ
ン路を介して第2の直流電圧に下げるための降圧手段
と、前記第2の直流電圧をエミッタ・コレクタ路又はソ
ース・ドレイン路を介して予め定められた第3の直流電
圧に下げるための直列型レギュレータとを備える直流安
定化電源装置であって、前記第1の直流電圧が予め定め
た基準値以下であるか否かを判別する比較回路を有し、
前記第1の直流電圧が前記基準値以下であるときには前
記降圧手段のエミッタ・コレクタ間又はソース・ドレイ
ン間の電圧が能動素子の飽和電圧になるよう前記降圧手
段を制御するようにした直流安定化電源装置である。
てなされたものであり、第1の発明は、入力される第1
の直流電圧をエミッタ・コレクタ路又はソース・ドレイ
ン路を介して第2の直流電圧に下げるための降圧手段
と、前記第2の直流電圧をエミッタ・コレクタ路又はソ
ース・ドレイン路を介して予め定められた第3の直流電
圧に下げるための直列型レギュレータとを備える直流安
定化電源装置であって、前記第1の直流電圧が予め定め
た基準値以下であるか否かを判別する比較回路を有し、
前記第1の直流電圧が前記基準値以下であるときには前
記降圧手段のエミッタ・コレクタ間又はソース・ドレイ
ン間の電圧が能動素子の飽和電圧になるよう前記降圧手
段を制御するようにした直流安定化電源装置である。
【0011】第2の発明は、第1の発明の直流安定化電
源装置において、前記第2の直流電圧は予め定めた所定
の電圧であり、前記降圧手段は直列型レギュレータであ
るようにした直流安定化電源装置である。
源装置において、前記第2の直流電圧は予め定めた所定
の電圧であり、前記降圧手段は直列型レギュレータであ
るようにした直流安定化電源装置である。
【0012】第3の発明は、第1の発明の直流安定化電
源装置において、前記降圧手段の入力端子に一端を接続
した第1の抵抗と前記直列型レギュレータの出力端子に
一端を接続した第2の抵抗の他端同士を接続し、前記第
1の直流電圧が前記基準値より大きいときには、前記第
2の直流電圧が前記接続点の電圧と等しくなるように、
前記接続点の電圧に応じて前記降圧手段のエミッタ・コ
レクタ間電圧又はソース・ドレイン間電圧を制御するよ
うにした直流安定化電源装置である。
源装置において、前記降圧手段の入力端子に一端を接続
した第1の抵抗と前記直列型レギュレータの出力端子に
一端を接続した第2の抵抗の他端同士を接続し、前記第
1の直流電圧が前記基準値より大きいときには、前記第
2の直流電圧が前記接続点の電圧と等しくなるように、
前記接続点の電圧に応じて前記降圧手段のエミッタ・コ
レクタ間電圧又はソース・ドレイン間電圧を制御するよ
うにした直流安定化電源装置である。
【0013】第4の発明は、第1の発明の直流安定化電
源装置において、前記第1の直流電圧と前記第3の直流
電圧の加算平均値を求め、前記第1の直流電圧が前記基
準値より大きいときには、前記第2の直流電圧が前記加
算平均値と等しくなるように、前記加算平均値に応じて
前記降圧手段を制御するようにした直流安定化電源装置
である。
源装置において、前記第1の直流電圧と前記第3の直流
電圧の加算平均値を求め、前記第1の直流電圧が前記基
準値より大きいときには、前記第2の直流電圧が前記加
算平均値と等しくなるように、前記加算平均値に応じて
前記降圧手段を制御するようにした直流安定化電源装置
である。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明の直流安定化電源装置では、入力さ
れる第1の直流電圧を降圧手段を構成するエミッタ・コ
レクタ路又はソース・ドレイン路を介して第2の直流電
圧に下げ、前記第2の直流電圧を直列型レギュレータを
構成するエミッタ・コレクタ路又はソース・ドレイン路
を介して予め定められた第3の直流電圧に下げるように
した直流安定化電源装置であって、前記第1の直流電圧
が所定の基準値以下であるか否かを判別し、前記第1の
直流電圧が前記基準値以下であると判別されたときには
前記降圧手段のエミッタ・コレクタ間又はソース・ドレ
イン間の電圧をトランジスタ又はMOS−FETの飽和
電圧になるように制御する。
て説明する。本発明の直流安定化電源装置では、入力さ
れる第1の直流電圧を降圧手段を構成するエミッタ・コ
レクタ路又はソース・ドレイン路を介して第2の直流電
圧に下げ、前記第2の直流電圧を直列型レギュレータを
構成するエミッタ・コレクタ路又はソース・ドレイン路
を介して予め定められた第3の直流電圧に下げるように
した直流安定化電源装置であって、前記第1の直流電圧
が所定の基準値以下であるか否かを判別し、前記第1の
直流電圧が前記基準値以下であると判別されたときには
前記降圧手段のエミッタ・コレクタ間又はソース・ドレ
イン間の電圧をトランジスタ又はMOS−FETの飽和
電圧になるように制御する。
【0015】以下、本発明の実施例について図と共に説
明する。以下の説明では直流安定化電源装置の入力端子
には例えば標準電圧12ボルトの自動車用バッテリが接
続され、出力端子には負荷が接続され、該負荷には安定
化された例えば5ボルトが供給されるものとして説明す
る。入力端子に接続されるバッテリの電圧は充電電流や
負荷の変動に伴うリップルが含まれ、また、バッテリの
充電時には最高電圧が16ボルト程度まで上昇すること
があり、始動時などバッテリの負荷が大きい時には最低
電圧が6ボルト程度まで低下することがあるものとして
説明する。
明する。以下の説明では直流安定化電源装置の入力端子
には例えば標準電圧12ボルトの自動車用バッテリが接
続され、出力端子には負荷が接続され、該負荷には安定
化された例えば5ボルトが供給されるものとして説明す
る。入力端子に接続されるバッテリの電圧は充電電流や
負荷の変動に伴うリップルが含まれ、また、バッテリの
充電時には最高電圧が16ボルト程度まで上昇すること
があり、始動時などバッテリの負荷が大きい時には最低
電圧が6ボルト程度まで低下することがあるものとして
説明する。
【0016】図1は本発明直流安定化電源装置の第1の
実施例を示すブロック図である。図1において、11は
安定化電源装置10の入力端子であり、14は安定化電
源装置10の出力端子である。安定化電源装置10は入
力される第1の直流電圧V1をエミッタ・コレクタ路又
はソース・ドレイン路を介して第2の直流電圧V2に下
げるための降圧手段1と、前記第2の直流電圧V2をエ
ミッタ・コレクタ路又はソース・ドレイン路を介して予
め定められた第3の直流電圧V0に下げるための直列型
レギュレータ2とを備える直流安定化電源装置と、前記
第1の直流電圧V1が所定の基準値Vref以下である
か否かを判別する比較回路3を有し、前記第1の直流電
圧V1が前記基準値以下であるときには前記降圧手段1
の入力端子11と出力端子13とが略同電圧になるよう
に降圧手段1を制御する。すなわち、前記第1の直流電
圧V1が前記基準値Vref以下であるときには比較回
路3の出力を用いて、前記降圧手段1を構成する能動素
子のエミッタ・コレクタ間又はソース・ドレイン間の電
圧がその能動素子の飽和電圧になるよう制御する。
実施例を示すブロック図である。図1において、11は
安定化電源装置10の入力端子であり、14は安定化電
源装置10の出力端子である。安定化電源装置10は入
力される第1の直流電圧V1をエミッタ・コレクタ路又
はソース・ドレイン路を介して第2の直流電圧V2に下
げるための降圧手段1と、前記第2の直流電圧V2をエ
ミッタ・コレクタ路又はソース・ドレイン路を介して予
め定められた第3の直流電圧V0に下げるための直列型
レギュレータ2とを備える直流安定化電源装置と、前記
第1の直流電圧V1が所定の基準値Vref以下である
か否かを判別する比較回路3を有し、前記第1の直流電
圧V1が前記基準値以下であるときには前記降圧手段1
の入力端子11と出力端子13とが略同電圧になるよう
に降圧手段1を制御する。すなわち、前記第1の直流電
圧V1が前記基準値Vref以下であるときには比較回
路3の出力を用いて、前記降圧手段1を構成する能動素
子のエミッタ・コレクタ間又はソース・ドレイン間の電
圧がその能動素子の飽和電圧になるよう制御する。
【0017】図1において、降圧手段1の入出力端子間
にはMOS−FETのソース・ドレイン路又はトランジ
スタのコレクタ・エミッタ路が接続され、直列型レギュ
レータ2の入力端子13と出力端子14との間にもMO
S−FETのソース・ドレイン路又はトランジスタのコ
レクタ・エミッタ路が接続される。直流安定化電源装置
10では、入力電圧V1が十分大きい場合は降圧手段1
の出力電圧(中間電圧)V2は出力電圧V0より数ボル
ト高くなるように、また入力電圧V1より数ボルト低く
なるように制御される。
にはMOS−FETのソース・ドレイン路又はトランジ
スタのコレクタ・エミッタ路が接続され、直列型レギュ
レータ2の入力端子13と出力端子14との間にもMO
S−FETのソース・ドレイン路又はトランジスタのコ
レクタ・エミッタ路が接続される。直流安定化電源装置
10では、入力電圧V1が十分大きい場合は降圧手段1
の出力電圧(中間電圧)V2は出力電圧V0より数ボル
ト高くなるように、また入力電圧V1より数ボルト低く
なるように制御される。
【0018】中間電圧V2は所定の固定値としても良
く、或いは入力電圧V1に応じて変化する電圧値として
もでも良い。また、降圧手段1は中間電圧V2及び比較
回路3の出力によって制御され、入力電圧V1が基準電
圧Vrefより小さくなると、降圧手段1を構成する前
記MOS−FET又はトランジスタなどの能動素子の端
子間電圧を比較回路3の出力を用いて飽和電圧まで低下
させる。したがってこの場合には中間電圧V2は入力電
圧V1よりわずかに低い電圧まで強制的に引き上げられ
るから、直列型レギュレータ2が所定の電圧V0を出力
するの必要な入力電圧V1の最低値をより小さい値にす
ることが出来る。
く、或いは入力電圧V1に応じて変化する電圧値として
もでも良い。また、降圧手段1は中間電圧V2及び比較
回路3の出力によって制御され、入力電圧V1が基準電
圧Vrefより小さくなると、降圧手段1を構成する前
記MOS−FET又はトランジスタなどの能動素子の端
子間電圧を比較回路3の出力を用いて飽和電圧まで低下
させる。したがってこの場合には中間電圧V2は入力電
圧V1よりわずかに低い電圧まで強制的に引き上げられ
るから、直列型レギュレータ2が所定の電圧V0を出力
するの必要な入力電圧V1の最低値をより小さい値にす
ることが出来る。
【0019】図2は本発明直流安定化電源装置の第2の
実施例を示す図である。図2において、11は安定化電
源装置20の入力端子であり、14は安定化電源装置2
0の出力端子である。安定化電源装置20はPチャンネ
ルMOS−FET Q1、差動増幅器A2、抵抗R4、
抵抗R5などで構成される降圧手段と、トランジスタQ
2、トランジスタQ3、ツェナーダイオードZ2、抵抗
R12、抵抗R13などで構成される直列型レギュレー
タとを入力端子11と出力端子14間に直列に接続して
構成されている。
実施例を示す図である。図2において、11は安定化電
源装置20の入力端子であり、14は安定化電源装置2
0の出力端子である。安定化電源装置20はPチャンネ
ルMOS−FET Q1、差動増幅器A2、抵抗R4、
抵抗R5などで構成される降圧手段と、トランジスタQ
2、トランジスタQ3、ツェナーダイオードZ2、抵抗
R12、抵抗R13などで構成される直列型レギュレー
タとを入力端子11と出力端子14間に直列に接続して
構成されている。
【0020】前記降圧手段における制御回路は、安定化
電源装置20の入力端子11に一端が接続された抵抗R
4,出力端子14に一端が接続された抵抗R5、差動増
幅器A2、ダイオードD2などで構成される。なお、抵
抗R4と抵抗R5との接続点にはリップル除去用のコン
デンサC1が接続される。差動増幅器A2の反転入力端
子には前記抵抗R4と抵抗R5の接続点の電圧が与えら
れ、同相入力端子には中間電圧V2が与えられる。Pチ
ャンネルMOS−FET Q1のソースは入力端子11
に接続され、ドレインは降圧手段の出力端子(直列型レ
ギュレータの入力端子)13に接続される。MOS−F
ET Q1のソース・ゲート間には抵抗R6が接続さ
れ、ゲートには更に抵抗R7の一端が接続される。抵抗
R7の他端はダイオードD2を介して差動増幅器A2の
出力端子に接続されるとともに、ダイオードD1を介し
て差動増幅器A1の出力端子に接続される。
電源装置20の入力端子11に一端が接続された抵抗R
4,出力端子14に一端が接続された抵抗R5、差動増
幅器A2、ダイオードD2などで構成される。なお、抵
抗R4と抵抗R5との接続点にはリップル除去用のコン
デンサC1が接続される。差動増幅器A2の反転入力端
子には前記抵抗R4と抵抗R5の接続点の電圧が与えら
れ、同相入力端子には中間電圧V2が与えられる。Pチ
ャンネルMOS−FET Q1のソースは入力端子11
に接続され、ドレインは降圧手段の出力端子(直列型レ
ギュレータの入力端子)13に接続される。MOS−F
ET Q1のソース・ゲート間には抵抗R6が接続さ
れ、ゲートには更に抵抗R7の一端が接続される。抵抗
R7の他端はダイオードD2を介して差動増幅器A2の
出力端子に接続されるとともに、ダイオードD1を介し
て差動増幅器A1の出力端子に接続される。
【0021】図2に示す安定化電源装置20において、
入力電圧V1が十分高い場合には、降圧手段から出力さ
れる電圧V2は抵抗R4と抵抗R5の接続点の電圧に等
しくなるように制御され、直列型レギュレータの入力端
子13に与えられる。すなわち、前記中間電圧V2は図
6に示す(2)式で与えられ、入力電圧V1と出力電圧
V0との間の電圧となる。また、直列型レギュレータの
出力端子14からは予め定められた所定の電圧V0が出
力される。前記出力電圧V0は例えば5ボルトであり、
出力端子14に接続された負荷に与えられる。
入力電圧V1が十分高い場合には、降圧手段から出力さ
れる電圧V2は抵抗R4と抵抗R5の接続点の電圧に等
しくなるように制御され、直列型レギュレータの入力端
子13に与えられる。すなわち、前記中間電圧V2は図
6に示す(2)式で与えられ、入力電圧V1と出力電圧
V0との間の電圧となる。また、直列型レギュレータの
出力端子14からは予め定められた所定の電圧V0が出
力される。前記出力電圧V0は例えば5ボルトであり、
出力端子14に接続された負荷に与えられる。
【0022】前記入力電圧V1が所定の基準値以下であ
るか否かを比較回路によって判別する。前記比較回路は
安定化電源装置20の入力端子11とグランド端子12
との間で直列接続された抵抗R1及び抵抗R2、差動増
幅器A1、ツェナーダイオードZ1などで構成される。
差動増幅器A1の同相入力端子には前記抵抗R1と抵抗
R2の接続点の電圧が与えられ、反転入力端子にはツェ
ナーダイオードZ1の電圧Vz1が与えられる。また、
PチャンネルMOS−FET Q1のソース・ゲート間
の電圧は差動増幅器A2の出力及び差動増幅器A1の出
力によって制御される。
るか否かを比較回路によって判別する。前記比較回路は
安定化電源装置20の入力端子11とグランド端子12
との間で直列接続された抵抗R1及び抵抗R2、差動増
幅器A1、ツェナーダイオードZ1などで構成される。
差動増幅器A1の同相入力端子には前記抵抗R1と抵抗
R2の接続点の電圧が与えられ、反転入力端子にはツェ
ナーダイオードZ1の電圧Vz1が与えられる。また、
PチャンネルMOS−FET Q1のソース・ゲート間
の電圧は差動増幅器A2の出力及び差動増幅器A1の出
力によって制御される。
【0023】差動増幅器A1ではR2×V1/(R1+
R2)とツェナー電圧Vz1との大小が比較される。す
なわち入力電圧V1と基準電圧Vrefとの大小関係が
検出される。ここに基準電圧Vrefは図7に示す
(3)式のようになり、Vz1×(1+R1/R2)で
ある。そして、入力電圧V1が基準電圧Vrefより大
きい場合は、差動増幅器A1の出力は高電圧となってダ
イオードD1は非導通状態であり、入力電圧V1が基準
電圧Vref以下である場合は差動増幅器A1の出力は
低電圧となってダイオードD1は導通状態となり、MO
S−FET Q1のゲートの電圧を低下させる。このた
めMOS−FET Q1のソース・ドレイン間の電圧は
飽和電圧まで小さくなる。飽和状態でのソース・ドレイ
ン間の抵抗値は数十mΩであり、ソース・ドレイン間の
電圧は小さなものとなる。
R2)とツェナー電圧Vz1との大小が比較される。す
なわち入力電圧V1と基準電圧Vrefとの大小関係が
検出される。ここに基準電圧Vrefは図7に示す
(3)式のようになり、Vz1×(1+R1/R2)で
ある。そして、入力電圧V1が基準電圧Vrefより大
きい場合は、差動増幅器A1の出力は高電圧となってダ
イオードD1は非導通状態であり、入力電圧V1が基準
電圧Vref以下である場合は差動増幅器A1の出力は
低電圧となってダイオードD1は導通状態となり、MO
S−FET Q1のゲートの電圧を低下させる。このた
めMOS−FET Q1のソース・ドレイン間の電圧は
飽和電圧まで小さくなる。飽和状態でのソース・ドレイ
ン間の抵抗値は数十mΩであり、ソース・ドレイン間の
電圧は小さなものとなる。
【0024】前記したように安定化電源装置20では入
力電圧V1が基準電圧Vrefより大きい時には、中間
電圧V2は(2)式で与えられるように、入力電圧V
1、所定の出力電圧V0、抵抗R4、抵抗R5で定めら
れる。その電圧V2はV1とV0の間の電圧となり、負
荷電流をI0とすれば、MOS−FET Q1とトラン
ジスタQ2の消費電力はそれぞれ(V1−V2)×I
0、(V2−V0)×I0となる。
力電圧V1が基準電圧Vrefより大きい時には、中間
電圧V2は(2)式で与えられるように、入力電圧V
1、所定の出力電圧V0、抵抗R4、抵抗R5で定めら
れる。その電圧V2はV1とV0の間の電圧となり、負
荷電流をI0とすれば、MOS−FET Q1とトラン
ジスタQ2の消費電力はそれぞれ(V1−V2)×I
0、(V2−V0)×I0となる。
【0025】一方、入力電圧V1が基準電圧Vrefよ
り小さい時には、中間電圧V2は(2)式が示す値とは
異なり、(入力電圧V1−Vsds)となって、中間電
圧V2は入力電圧V1と略等しくなる。ここに、Vsd
sはMOS−FETのソース・ドレイン間の飽和電圧で
ある。この場合のMOS−FET Q1とトランジスタ
Q2の消費電力はそれぞれVsds×I0、(V1−V
sds−V0)×I0となり、殆どがトランジスタQ2
で消費される。この場合、トランジスタQ2が負荷電流
による殆どの消費電力を背負うこととなるが、入力電圧
V1が低いのでトランジスタQ2消費電力が過大になる
ことは防止できる。
り小さい時には、中間電圧V2は(2)式が示す値とは
異なり、(入力電圧V1−Vsds)となって、中間電
圧V2は入力電圧V1と略等しくなる。ここに、Vsd
sはMOS−FETのソース・ドレイン間の飽和電圧で
ある。この場合のMOS−FET Q1とトランジスタ
Q2の消費電力はそれぞれVsds×I0、(V1−V
sds−V0)×I0となり、殆どがトランジスタQ2
で消費される。この場合、トランジスタQ2が負荷電流
による殆どの消費電力を背負うこととなるが、入力電圧
V1が低いのでトランジスタQ2消費電力が過大になる
ことは防止できる。
【0026】なお、図2に示す実施例において、抵抗R
4と抵抗R5とを同じ値に設定すれば、入力電圧V1が
十分大きい場合には中間電圧V2の値が入力電圧V1と
出力電圧V0との相加平均値となり、安定化電源装置2
0の入力端子11と出力端子14間で消費される電力が
MOS−FET Q1とトランジスタQ2との均等に分
散されることとなり、MOS−FET Q1とトランジ
スタQ2の放熱設計が容易になる。
4と抵抗R5とを同じ値に設定すれば、入力電圧V1が
十分大きい場合には中間電圧V2の値が入力電圧V1と
出力電圧V0との相加平均値となり、安定化電源装置2
0の入力端子11と出力端子14間で消費される電力が
MOS−FET Q1とトランジスタQ2との均等に分
散されることとなり、MOS−FET Q1とトランジ
スタQ2の放熱設計が容易になる。
【0027】また、この場合の設定例としてVrefを
9ボルトに設定したとすると、入力電圧が9ボルト近傍
まで低下してきた時の中間電圧V2は(9+5)/2で
約7ボルトとなる。入力電圧が9ボルトよりさらに小さ
くなった場合には、中間電圧V2はほぼ入力電圧V1と
等しくなり、入力電圧V1が6ボルト程度まで低下して
も、トランジスタQ2を含む直列型レギュレータは安定
した動作を継続することが出来る。
9ボルトに設定したとすると、入力電圧が9ボルト近傍
まで低下してきた時の中間電圧V2は(9+5)/2で
約7ボルトとなる。入力電圧が9ボルトよりさらに小さ
くなった場合には、中間電圧V2はほぼ入力電圧V1と
等しくなり、入力電圧V1が6ボルト程度まで低下して
も、トランジスタQ2を含む直列型レギュレータは安定
した動作を継続することが出来る。
【0028】図2に示す実施例の安定化電源装置20で
は中間電圧V2を入力電圧V1に応じて変化させる構成
としたが、本発明の直流安定化電源装置はこれに限定さ
れず、図1に示す降圧手段1を直列型レギュレータで構
成し、中間電圧V2を予め定めた固定値にしてもよい。
この場合でも、所定の出力電圧V0を得るために必要な
入力電圧の最低値を低下させる効果が得られることは言
うまでもない。
は中間電圧V2を入力電圧V1に応じて変化させる構成
としたが、本発明の直流安定化電源装置はこれに限定さ
れず、図1に示す降圧手段1を直列型レギュレータで構
成し、中間電圧V2を予め定めた固定値にしてもよい。
この場合でも、所定の出力電圧V0を得るために必要な
入力電圧の最低値を低下させる効果が得られることは言
うまでもない。
【0029】以上詳述したように、本発明を適用した実
施の形態によれば、直流安定化電源装置の入力電圧が基
準電圧Vrefより高いときには、直流安定化電源装置
の入出力端子間にかかる電圧が、降圧手段を構成するM
OS−FETと直列型レギュレータを構成するトランジ
スタとに分割されてかかることとなり、直流安定化電源
装置において負荷電流に伴って生じる主な消費電力が前
記2つの能動素子に分散される。
施の形態によれば、直流安定化電源装置の入力電圧が基
準電圧Vrefより高いときには、直流安定化電源装置
の入出力端子間にかかる電圧が、降圧手段を構成するM
OS−FETと直列型レギュレータを構成するトランジ
スタとに分割されてかかることとなり、直流安定化電源
装置において負荷電流に伴って生じる主な消費電力が前
記2つの能動素子に分散される。
【0030】また、前記直流安定化電源装置に入力され
る直流電圧V1が基準値Vrefより小さくなると、前
記降圧手段の入出力端子間の電圧が略ゼロになるように
制御され、直流安定化電源装置の入出力端子間に直列に
接続された降圧手段による電圧ロスは無視し得る程度に
小さくされる。したがって、入力電圧が基準値Vref
より低下した時にも、前記降圧手段に接続された直列型
レギュレータには比較的高い電圧が与えられることとな
り、安定化電源装置の出力電圧を一定値に制御するため
の最低入力電圧を小さくすることが出来る。
る直流電圧V1が基準値Vrefより小さくなると、前
記降圧手段の入出力端子間の電圧が略ゼロになるように
制御され、直流安定化電源装置の入出力端子間に直列に
接続された降圧手段による電圧ロスは無視し得る程度に
小さくされる。したがって、入力電圧が基準値Vref
より低下した時にも、前記降圧手段に接続された直列型
レギュレータには比較的高い電圧が与えられることとな
り、安定化電源装置の出力電圧を一定値に制御するため
の最低入力電圧を小さくすることが出来る。
【図1】本発明直流安定化電源装置の第1の実施例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図2】本発明直流安定化電源装置の第2の実施例を示
す図である。
す図である。
【図3】従来の直流安定化電源装置の第1の例を示す図
である。
である。
【図4】従来の直流安定化電源装置の第2の例を示す図
である。
である。
【図5】図3に示す従来の直流安定化電源装置30にお
ける出力電圧の算出式を示す図である。
ける出力電圧の算出式を示す図である。
【図6】図2の本発明直流安定化電源装置20における
中間電圧V2の算出式を示す図である。
中間電圧V2の算出式を示す図である。
【図7】図2の本発明直流安定化電源装置20において
入力電圧V1と大小比較される基準電圧Vrefの算出
式を示す図である。
入力電圧V1と大小比較される基準電圧Vrefの算出
式を示す図である。
1 降圧手段
2 直列型レギュレータ
3 比較回路
C1 コンデンサ
D1、D2 ダイオード
Q1 MOS−FET
Q2、Q3 トランジスタ
A1、A2 差動増幅器
Vref 所定の基準電圧
V0 安定化電源の出力電圧
V1 入力電圧
V2 降圧手段の出力電圧(中間電圧)
Claims (4)
- 【請求項1】入力される第1の直流電圧をエミッタ・コ
レクタ路又はソース・ドレイン路を介して第2の直流電
圧に下げるための降圧手段と、前記第2の直流電圧をエ
ミッタ・コレクタ路又はソース・ドレイン路を介して予
め定められた第3の直流電圧に下げるための直列型レギ
ュレータとを備える直流安定化電源装置であって、前記
第1の直流電圧が予め定めた基準値以下であるか否かを
判別する比較回路を有し、前記第1の直流電圧が前記基
準値以下であるときには前記降圧手段のエミッタ・コレ
クタ間又はソース・ドレイン間の電圧が飽和電圧になる
よう制御することを特徴とする直流安定化電源装置。 - 【請求項2】前記第2の直流電圧は予め定めた所定の電
圧であり、前記降圧手段は直列型レギュレータであるこ
とを特徴とする請求項1記載の直流安定化電源装置。 - 【請求項3】前記降圧手段の入力端子に一端を接続した
第1の抵抗と前記直列型レギュレータの出力端子に一端
を接続した第2の抵抗の他端同士を接続し、前記第1の
直流電圧が前記基準値より大きいときには、前記第2の
直流電圧が前記接続点の電圧と等しくなるように、前記
接続点の電圧に応じて前記降圧手段のエミッタ・コレク
タ間電圧又はソース・ドレイン間電圧を制御することを
特徴とする請求項1記載の直流安定化電源装置。 - 【請求項4】前記第1の直流電圧と前記第3の直流電圧
の加算平均値を求め、前記第1の直流電圧が前記基準値
より大きいときには、前記第2の直流電圧が前記加算平
均値と等しくなるように、前記加算平均値に応じて前記
降圧手段を制御することを特徴とする請求項1記載の直
流安定化電源装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002036605A JP2003241842A (ja) | 2002-02-14 | 2002-02-14 | 直流安定化電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002036605A JP2003241842A (ja) | 2002-02-14 | 2002-02-14 | 直流安定化電源装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003241842A true JP2003241842A (ja) | 2003-08-29 |
Family
ID=27778448
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002036605A Pending JP2003241842A (ja) | 2002-02-14 | 2002-02-14 | 直流安定化電源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003241842A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009211210A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Fujitsu Ten Ltd | 電源回路装置および電子機器 |
US8040649B2 (en) | 2008-02-27 | 2011-10-18 | Fujitsu Ten Limited | Overcurrent protection apparatus and electronic apparatus |
-
2002
- 2002-02-14 JP JP2002036605A patent/JP2003241842A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8040649B2 (en) | 2008-02-27 | 2011-10-18 | Fujitsu Ten Limited | Overcurrent protection apparatus and electronic apparatus |
JP2009211210A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Fujitsu Ten Ltd | 電源回路装置および電子機器 |
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Legal Events
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|
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|
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