JP2005253171A - Constant current source circuit and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばカレントループ通信に使用される定電流源回路とその制御方法に関するものである。 The present invention relates to a constant current source circuit used for, for example, current loop communication and a control method thereof.
カレントループ通信は、電流の変化によって信号を伝送する通信方式であり、ケーブル延伸時にケーブルの抵抗による影響を受けにくい特徴がある(例えば、非特許文献1参照)。このようなカレントループ通信用の電源としては、ドロッパ方式の定電流源回路が用いられている(例えば、非特許文献2参照)。 Current loop communication is a communication method for transmitting a signal by a change in current, and has a feature that it is not easily affected by the resistance of the cable when the cable is extended (for example, see Non-Patent Document 1). As such a power supply for current loop communication, a dropper type constant current source circuit is used (for example, see Non-Patent Document 2).
図4は従来の定電流源回路の構成を示すブロック図である。定電流源回路は、定電圧源CVSと、定電流部11とを有する。NPNトランジスタQ11と抵抗R11,R12とツェナダイオードD11とからなるドロッパ方式の定電流部11は、カレント通信用の一定電流IS を生成する。図4の定電流源回路では、出力端子12,13間に直列に接続される負荷機器DDCの台数が想定し得る最大数のときの負荷電圧VO に合わせて定電圧源CVSの出力電圧VS が予め設定される。定電流部11は、定電圧源CVSの出力電圧VS と負荷電圧VO との差の電圧(ドロップ電圧)VD により動作する。定電圧源CVSの出力電圧VS は一定なので、定電流部11の両端電圧VD は負荷機器DDCの台数により変動する。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional constant current source circuit. The constant current source circuit includes a constant voltage source CVS and a constant current unit 11. A dropper type constant current unit 11 including an NPN transistor Q11, resistors R11 and R12, and a Zener diode D11 generates a constant current I S for current communication. In the constant current source circuit of FIG. 4, the output voltage V O of the constant voltage source CVS is matched to the load voltage V O when the number of load devices DDC connected in series between the
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
図4に示した定電流源回路では、定電流部11の両端電圧VD は負荷機器DDCの台数により変動し、負荷機器DDCの台数が少ないほど両端電圧VD は大きくなる。定電流部11の両端電圧VD が必要以上に大きくなると、定電流部11で無駄な電力を消費してしまい、定電流部11の発熱が大きくなるという問題点があった。図5は、図4の定電流源回路の問題点を説明するための図であり、横軸は負荷機器DDCの台数、縦軸は電力である。図4の定電流源回路の場合、定電圧源CVSから入力される電力PはP=VS×ISで一定である。これに対して、負荷機器DDCに出力される電力は、負荷機器DDCが減少すると低下し、一方、負荷機器DDCの減少による電圧VD の上昇により定電流部11で消費される内部消費電力は増大する。このような定電流部11の無駄な発熱を解決するために、定格の大きい部品の使用やヒートシンクの追加などの対策を行う必要があり、その結果、定電流源回路のサイズが大きくなってしまい、電源の小型化の阻害要因となっていた。電気製品の省エネルギーと省スペース設計は世の中の潮流となっており、カレントループ通信用の定電流源回路においても省エネルギーと省スペースが重要な設計事項となっている。 In the constant current source circuit shown in FIG. 4, the voltage V D at both ends of the constant current unit 11 varies depending on the number of load devices DDC, and the voltage V D at both ends increases as the number of load devices DDC decreases. When the voltage V D at both ends of the constant current portion 11 becomes larger than necessary, useless power is consumed in the constant current portion 11 and heat generation of the constant current portion 11 increases. FIG. 5 is a diagram for explaining problems of the constant current source circuit of FIG. 4, where the horizontal axis represents the number of load devices DDC and the vertical axis represents power. In the case of the constant current source circuit of FIG. 4, the power P input from the constant voltage source CVS is constant at P = V S × I S. On the other hand, the power output to the load device DDC decreases when the load device DDC decreases. On the other hand, the internal power consumption consumed by the constant current unit 11 due to the increase in the voltage V D due to the decrease in the load device DDC is Increase. In order to solve such a wasteful heat generation of the constant current section 11, it is necessary to take measures such as using a component with a large rating or adding a heat sink, resulting in an increase in the size of the constant current source circuit. This was an impediment to downsizing the power supply. Energy saving and space saving design of electrical products are a trend in the world, and energy saving and space saving are important design items even in a constant current source circuit for current loop communication.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、内部消費電力を負荷機器の台数によらずに常に一定にすることができる定電流源回路とその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a constant current source circuit capable of constantly keeping internal power consumption constant regardless of the number of load devices, and a control method thereof. To do.
本発明の定電流源回路は、定電圧源と負荷との間に直列に挿入され、前記定電圧源から出力される電圧を入力として一定電流を前記負荷に供給する定電流部と、前記定電圧源と前記定電流部との間に設けられ、前記定電流部の両端電圧が一定値となるように前記定電圧源から前記定電流部に出力される電圧を調整する電圧調整部とを有するものである。本発明では、定電流部の両端に必要以上の電圧を加えないために、定電圧源から定電流部に出力される電圧を負荷電圧に比例して調整するようにした。
また、本発明の定電流源回路の1構成例において、前記電圧調整部は、前記定電圧源から出力される電圧をスイッチングしてパルス電圧に変換するスイッチング素子と、前記パルス電圧を整流平滑して前記定電流部に供給する整流平滑回路と、前記定電流部の両端電圧が一定値となるように前記スイッチング素子のオン/オフする時間を制御する制御回路とを備えるものである。
The constant current source circuit of the present invention is inserted in series between a constant voltage source and a load, and receives a voltage output from the constant voltage source and supplies a constant current to the load. A voltage adjusting unit that is provided between the voltage source and the constant current unit and adjusts a voltage output from the constant voltage source to the constant current unit so that a voltage across the constant current unit becomes a constant value; It is what you have. In the present invention, the voltage output from the constant voltage source to the constant current portion is adjusted in proportion to the load voltage in order not to apply an unnecessary voltage across the constant current portion.
Further, in one configuration example of the constant current source circuit of the present invention, the voltage adjusting unit switches a voltage output from the constant voltage source to convert it into a pulse voltage, and rectifies and smoothes the pulse voltage. And a rectifying / smoothing circuit that supplies the constant current part, and a control circuit that controls the time for which the switching element is turned on / off so that the voltage across the constant current part becomes a constant value.
また、本発明の定電流源回路の制御方法は、定電圧源と負荷との間に直列に挿入され、前記定電圧源から出力される電圧を入力として一定電流を前記負荷に供給する定電流部に対して、前記定電流部の両端電圧が一定となるように前記定電圧源から前記定電流部に出力される電圧を調整するようにしたものである。
また、本発明の定電流源回路の制御方法の1構成例は、前記定電圧源から出力される電圧をスイッチング素子でスイッチングしてパルス電圧に変換し、このパルス電圧を整流平滑して得られる電圧を前記定電流部に供給し、前記定電流部の両端電圧が一定値となるように前記スイッチング素子のオン/オフする時間を制御するようにしたものである。
The constant current source circuit control method of the present invention is a constant current that is inserted in series between a constant voltage source and a load, and that supplies a constant current to the load with the voltage output from the constant voltage source as an input. The voltage output from the constant voltage source to the constant current unit is adjusted so that the voltage across the constant current unit is constant.
Also, one configuration example of the constant current source circuit control method of the present invention is obtained by switching the voltage output from the constant voltage source with a switching element to convert it to a pulse voltage, and rectifying and smoothing the pulse voltage. A voltage is supplied to the constant current portion, and the time for turning on / off the switching element is controlled so that the voltage across the constant current portion becomes a constant value.
本発明によれば、定電圧源から定電流部に出力される電圧を調整する電圧調整部を設けることにより、定電流部の両端電圧が常に一定値となるようにすることができ、定電流部の消費電力を負荷の台数によらずに常に一定にすることができる。その結果、定電流部の無駄な発熱を抑えることができるので、定格値の小さい部品の採用やヒートシンクの不採用などの製品の小型化対策を実現することができる。 According to the present invention, by providing the voltage adjusting unit that adjusts the voltage output from the constant voltage source to the constant current unit, the voltage across the constant current unit can be always a constant value. The power consumption of the unit can be kept constant regardless of the number of loads. As a result, it is possible to suppress unnecessary heat generation in the constant current portion, and thus it is possible to realize measures for downsizing the product, such as adoption of parts having a small rated value and non-use of a heat sink.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の実施の形態となる定電流源回路の構成を示すブロック図である。
定電流源回路は、定電圧源CVSと、定電圧源CVSと負荷機器DDCとの間に直列に挿入され、定電圧源CVSから出力される電圧を入力として一定電流IS を負荷機器DDCに供給する定電流部1と、定電圧源CVSと定電流部1との間に設けられ、定電流部1の両端電圧VD に応じて出力電圧VS を調整する電圧調整部2とを有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a constant current source circuit according to an embodiment of the present invention.
The constant current source circuit is inserted in series between the constant voltage source CVS and the constant voltage source CVS and the load device DDC, and receives a voltage output from the constant voltage source CVS as an input, and supplies a constant current I S to the load device DDC. A constant
定電流部1は、NPNトランジスタQ1と、抵抗R1,R2と、ツェナダイオードD1とから構成される。
電圧調整部2は、チョッパ回路と制御回路20とを有し、チョッパ回路は、スイッチング素子であるパワーMOSトランジスタQ2と、ダイオードD2と、チョークコイルL1と、コンデンサC1とから構成される。
The constant
The voltage adjustment unit 2 includes a chopper circuit and a
電圧調整部2のパワーMOSトランジスタQ2は、定電圧源CVSの出力電圧をスイッチングしてパルス電圧に変換する。制御回路20は、パワーMOSトランジスタQ2のゲート端子に制御パルス電圧V1を出力することにより、パワーMOSトランジスタQ2のスイッチング動作を制御する。
ダイオードD2とチョークコイルL1とコンデンサC1とからなる整流平滑回路は、パワーMOSトランジスタQ2のスイッチングによって発生したパルス電圧を整流平滑して、直流出力電圧Vsに変換する。
The power MOS transistor Q2 of the voltage adjusting unit 2 switches the output voltage of the constant voltage source CVS to convert it into a pulse voltage. The
The rectifying / smoothing circuit including the diode D2, the choke coil L1, and the capacitor C1 rectifies and smoothes the pulse voltage generated by the switching of the power MOS transistor Q2, and converts the pulse voltage into the DC output voltage Vs.
定電流部1は、電圧調整部2の出力端子3,4間に、負荷機器DDCと定電流部1とが直列に接続されるように配置され、電圧調整部2の出力電圧VS と負荷電圧VO との差の電圧VD により動作し、負荷機器DDCに対して一定電流IS を出力する。
The constant
ここで、定電流源回路の出力端子5,6間の負荷電圧VO は、出力端子5,6間に直列に接続された負荷機器DDCの台数によって変化する。図2は負荷電圧VO が低下した場合の定電流源回路の動作を示す波形図である。例えば、負荷機器DDCの台数が減少した場合、負荷電圧VO は低下する。VS=VO+VD であり、負荷電圧VO が低下した瞬間は電圧調整部2による電圧VS の調整が追いつかず、電圧VS は一定のままなので、負荷電圧VO が図2(a)のように低下した瞬間に、定電流部1の両端電圧VD は図2(b)のように負荷電圧VO の低下分だけ上昇する。
Here, the load voltage V O between the output terminals 5 and 6 of the constant current source circuit varies depending on the number of load devices DDC connected in series between the output terminals 5 and 6. FIG. 2 is a waveform diagram showing the operation of the constant current source circuit when the load voltage V O is lowered. For example, when the number of load devices DDC decreases, the load voltage V O decreases. V S = a V O + V D, the load at the moment when the voltage V O drops not follow the adjustment of the voltage V S by the voltage adjusting unit 2, since the voltage V S remains constant, the load voltage V O in FIG. 2 ( At the moment when the voltage decreases as shown in a), the both-ends voltage V D of the constant
この定電流部1の両端電圧VD は、電圧調整部2の制御回路20にフィードバックされる。制御回路20は、入力された電圧VD に基づいてPWM制御を行う。すなわち、制御回路20は、一定周期T毎に出力する制御パルス電圧V1のパルス幅Twidthを変えてパワーMOSトランジスタQ2がオン/オフする時間を変えることにより、定電流部1の両端電圧VD が一定になるように制御する。
The voltage V D across the constant
制御回路20は、定電流部1の両端電圧VD が上昇した場合、制御パルス電圧V1のパルス幅Twidthを図2(c)のように狭くする。パワーMOSトランジスタQ2は制御パルス電圧V1がハイレベルのときオンし、ローレベルのときオフするので、制御パルス電圧V1のパルス幅Twidthが狭くなると、一定周期TにおいてパワーMOSトランジスタQ2がオンする期間とオフする期間との比率が変わり、オンする期間が短くなるので、電圧調整部2の出力電圧VS は図2(d)のように低下する。
When the both-end voltage V D of the constant
前述のとおり、VS=VO+VD であり、負荷電圧VO は負荷機器DDCの減少により低下した後は一定値を維持している。したがって、定電流部1の両端電圧VD は、図2(b)のように電圧VS の低下分だけ降下して、一定値に復帰する。
As described above, V S = V O + V D , and the load voltage V O maintains a constant value after being lowered due to a decrease in the load device DDC. Therefore, the both-ends voltage V D of the constant
図2に示した例は、負荷電圧VO が低下した場合であるが、負荷機器DDCの台数が増えた場合には、負荷電圧VO は上昇する。負荷電圧VO が上昇した瞬間、定電流部1の両端電圧VD は負荷電圧VO の上昇分だけ低下する。制御回路20は、定電流部1の両端電圧VD が低下した場合、制御パルス電圧V1のパルス幅Twidthを広くする。これにより、一定周期TにおいてパワーMOSトランジスタQ2がオンする期間が長くなるので、電圧調整部2の出力電圧VS は上昇する。定電流部1の両端電圧VD は、電圧VS の上昇分だけ上昇して、一定値に復帰する。
The example shown in FIG. 2 is a case where the load voltage V O decreases, but when the number of load devices DDC increases, the load voltage V O increases. At the instant when the load voltage V O increases, the voltage V D across the constant
以上、説明したように負荷電圧VO の増減に応じて電圧調整部2の出力電圧VS を自動的に調整することにより、定電流部1の両端電圧VD を常に一定値に維持することができる。図3は本実施の形態の効果を説明するための図であり、横軸は負荷機器DDCの台数、縦軸は電力である。本実施の形態の場合、電圧調整部2の出力電圧VS は負荷機器DDCの台数に応じて自動的に調整され、これにより、電圧調整部2から入力される電力P=VS×ISは負荷機器DDCの台数に比例して増減することになる。したがって、負荷機器DDCの台数が減少して負荷電圧VO が低下したとしても、電圧調整部2から入力される電力Pが自動的に減少するため、定電流部1で消費される内部消費電力が増大することはない。
As described above, the output voltage V S of the voltage adjustment unit 2 is automatically adjusted according to the increase or decrease of the load voltage V O , so that the voltage V D across the constant
こうして、本実施の形態では、定電流部1の消費電力を負荷機器DDCの台数によらずに常に一定にすることができる。その結果、本実施の形態の定電流源回路では、定電流部1の無駄な発熱を抑えることができるので、定格値の小さい部品の採用やヒートシンクの不採用などの製品の小型化対策を実現することができる。
Thus, in the present embodiment, the power consumption of the constant
本発明は、例えばカレントループ通信用の定電流源回路に適用することができる。 The present invention can be applied to, for example, a constant current source circuit for current loop communication.
1…定電流部、2…電圧調整部、CVS…定電圧源、VO …負荷電圧、VS …電圧調整部の出力電圧、VD …定電流部の両端電圧、IS …定電流部の出力電流。
1 ... constant current section, 2 ... voltage regulator, CVS ... constant voltage source, V O ... load voltage, V S ... output voltage of the voltage regulator, V D ... voltage across the constant current section, I S ... constant current portion Output current.
Claims (4)
前記定電圧源と前記定電流部との間に設けられ、前記定電流部の両端電圧が一定値となるように前記定電圧源から前記定電流部に出力される電圧を調整する電圧調整部とを有することを特徴とする定電流源回路。 A constant current unit that is inserted in series between a constant voltage source and a load, and that supplies a constant current to the load with a voltage output from the constant voltage source as an input;
A voltage adjusting unit that is provided between the constant voltage source and the constant current unit, and adjusts a voltage output from the constant voltage source to the constant current unit so that a voltage across the constant current unit becomes a constant value. And a constant current source circuit.
前記電圧調整部は、前記定電圧源から出力される電圧をスイッチングしてパルス電圧に変換するスイッチング素子と、前記パルス電圧を整流平滑して前記定電流部に供給する整流平滑回路と、前記定電流部の両端電圧が一定値となるように前記スイッチング素子のオン/オフする時間を制御する制御回路とを備えることを特徴とする定電流源回路。 The constant current source circuit according to claim 1,
The voltage adjusting unit switches a voltage output from the constant voltage source to convert it into a pulse voltage, a rectifying / smoothing circuit that rectifies and smoothes the pulse voltage and supplies the pulsed voltage to the constant current unit, and the constant voltage circuit. A constant current source circuit, comprising: a control circuit that controls a time period during which the switching element is turned on / off so that a voltage across the current portion has a constant value.
前記定電圧源から出力される電圧をスイッチング素子でスイッチングしてパルス電圧に変換し、このパルス電圧を整流平滑して得られる電圧を前記定電流部に供給し、前記定電流部の両端電圧が一定値となるように前記スイッチング素子のオン/オフする時間を制御することを特徴とする定電流源回路の制御方法。
In the control method of the constant current source circuit according to claim 3,
The voltage output from the constant voltage source is switched by a switching element to be converted into a pulse voltage, and the voltage obtained by rectifying and smoothing the pulse voltage is supplied to the constant current unit, and the voltage across the constant current unit is A method for controlling a constant current source circuit, comprising: controlling a time during which the switching element is turned on / off so as to be a constant value.
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