JP2006127253A - Power circuit device - Google Patents
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Description
本発明は、電源から供給される電源電圧を、所定電圧に降圧し、負荷回路部に供給する電源回路装置に関する。 The present invention relates to a power supply circuit device that steps down a power supply voltage supplied from a power supply to a predetermined voltage and supplies the voltage to a load circuit unit.
装置内に搭載される電源回路では、例えば＋２４Ｖ出力のみのＤＣ電源から供給される電源電圧を、この＋２４Ｖ電圧より変換したデジタル用電圧＋５Ｖやアナログ用電圧＋１２Ｖにドロップ（降圧）することによって負荷回路を駆動することが行われている。 In a power supply circuit mounted in the apparatus, for example, a power supply voltage supplied from a DC power supply having only + 24V output is dropped (stepped down) to a digital voltage + 5V converted from the + 24V voltage or an analog voltage + 12V. Has been done to drive.
上記の電源回路は、汎用のレギュレータＩＣを使用し、ＤＣ電源からの入力電圧を所望の電圧に変換する回路を構成することが一般的であるが、高い入力電圧から出力電流を得るためには、レギュレータＩＣの許容損失（発熱）を十分考慮して設計する必要がある。 The above power supply circuit generally uses a general-purpose regulator IC, and constitutes a circuit that converts an input voltage from a DC power supply to a desired voltage. To obtain an output current from a high input voltage, Therefore, it is necessary to design with sufficient consideration of the allowable loss (heat generation) of the regulator IC.
特に、入力電圧、出力電流が高い場合には、レギュレータＩＣの入力に電力制限抵抗を付ける方法、或いはレギュレータＩＣの発熱防止としてヒートシンクを取り付ける方法、などの対策方法をとるのが一般的であり、特許文献１に示されるように、トランジスタ及び抵抗等からなる電力消費部を設けてレギュレータ部分での発熱を低減する技術が知られている。
しかしながら、電力制限抵抗を用いた場合、電力制限抵抗の許容損失が大きくなり、数Ｗレベルのワッテージの大きな抵抗を選定する必要がある。ところが、このレベルの抵抗はかなり大きな特殊な挿入タイプの部品であるため、基板実装面積が大きく基板サイズを小型化する際などに問題となる。また、同様にヒートシンクを取り付けて放熱を行う場合も、ヒートシンクのサイズや形状によっては他の実装部品に制約を与えるなどデメリットが多い。 However, when a power limiting resistor is used, the allowable loss of the power limiting resistor increases, and it is necessary to select a resistor with a large wattage of several W level. However, this level of resistance is a very large special insertion type component, which causes a problem when the board mounting area is large and the board size is reduced. Similarly, when a heat sink is attached to dissipate heat, there are many demerits such as restrictions on other mounted parts depending on the size and shape of the heat sink.
そこで、本発明は、電力制限抵抗やヒートシンクを用いることなく、レギュレータＩＣの発熱を抑制することのできる電源回路装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power supply circuit device that can suppress the heat generation of a regulator IC without using a power limiting resistor or a heat sink.
上記目的を達成するために、本発明の電源回路装置は、電源から供給される電源電圧を、所定電圧に降圧し、負荷回路部に供給する電源回路装置であって、直列に接続された複数段のレギュレータ回路部を具備し、これらの複数段のレギュレータ回路部によって前記電源から供給される電源電圧を段階的に前記所定電圧にまで降圧するよう構成されたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a power supply circuit device of the present invention is a power supply circuit device that steps down a power supply voltage supplied from a power supply to a predetermined voltage and supplies the voltage to a load circuit unit. A regulator circuit unit of a stage is provided, and the power supply voltage supplied from the power source is stepped down to the predetermined voltage step by step by the plurality of regulator circuit units.
本発明によれば、電力制限抵抗やヒートシンクを用いることなく、レギュレータＩＣの発熱を抑制することのできる電源回路装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power supply circuit device which can suppress heat_generation | fever of regulator IC can be provided, without using a power limiting resistor and a heat sink.
以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。 The details of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、本発明の一実施形態に係る電源回路装置のブロック構成を示すものである。同図において、１は外部に設けられた汎用ＤＣ電源部、２は電源回路装置、３は外部に設けられた負荷回路部である。電源回路装置２は、制御・ドライバ基板内に実装される。 FIG. 1 shows a block configuration of a power supply circuit device according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a general-purpose DC power supply unit provided outside, 2 is a power supply circuit device, and 3 is a load circuit unit provided outside. The power supply circuit device 2 is mounted in a control / driver board.
上記電源回路装置２は、汎用ＤＣ電源部１からのノイズ除去を目的としたフィルタ４を具備している。また、電源回路装置２は、第１段階のＤＣ電圧変換を行う第１段レギュレータ回路部５、第２段階のＤＣ電圧変換を行う第２段レギュレータ回路部６、負荷回路部３に所定電圧のＤＣ電圧を出力するための第Ｎ段階のＤＣ電圧変換を行う第Ｎ段レギュレータ回路部７、入力−出力間が逆バイアスになった場合の回路保護を目的とした保護用ダイオード８を具備している。第１段〜第Ｎ段のレギュレータ回路部５〜７は、一般的な３端子、５端子等の汎用レギュレータＩＣ、電解コンデンサ等で構成される。
The power supply circuit device 2 includes a filter 4 for removing noise from the general-purpose DC power supply unit 1. In addition, the power supply circuit device 2 supplies a predetermined voltage to the first stage regulator circuit unit 5 that performs the first stage DC voltage conversion, the second stage
次に、上記構成の電源回路装置２の動作について説明する。ここで、外部の汎用ＤＣ電源部１より末端基板内に入力されるＤＣ入力電圧をＶ0 、第１段レギュレータ回路部にて変換されるＤＣ電圧をＶ1 、第２段レギュレータ回路部にて変換されるＤＣ電圧をＶ2 、第Ｎ段レギュレータ回路部にて変換されるＤＣ電圧をＶN 、第１段レギュレータ回路部への入力電流をＩ0 、各段のレギュレータ回路部から出力される出力電流をＩ1 〜ＩN とする。また、Ｎ≧２である。 Next, the operation of the power supply circuit device 2 configured as described above will be described. Here, the DC input voltage input from the external general-purpose DC power supply unit 1 into the terminal board is V0, the DC voltage converted by the first stage regulator circuit unit is V1, and the second stage regulator circuit unit converts the DC voltage. DC voltage to be V2, DC voltage converted by the Nth stage regulator circuit section to VN, input current to the first stage regulator circuit section to I0, and output current output from the regulator circuit section at each stage to I1 to Let it be IN. N ≧ 2.
外部の汎用ＤＣ電源部１より入力されるＤＣ入力電圧Ｖ0 は、フィルタ４によりノイズが除去され、第１段レギュレータ回路部５に入力される。第１段レギュレータ回路部５では、ＤＣ入力電圧Ｖ0 をＤＣ出力電圧Ｖ1 に変換し、さらに第２レギュレータ回路部６に入力する。同様の変換処理を各段のレギュレータ回路部７にて連続で行い、最終的には外部の負荷回路部３へ所定電圧のＤＣ電圧ＶN を出力する。
The DC input voltage V0 input from the external general-purpose DC power supply unit 1 is subjected to noise removal by the filter 4 and input to the first stage regulator circuit unit 5. In the first stage regulator circuit unit 5, the DC input voltage V 0 is converted into a DC output voltage V 1 and further input to the second
ここで、Ｖ0 、Ｖ1 、…、ＶN 及び、Ｉ0 、Ｉ1 、…、ＩN には、以下の関係式が成り立つものとする。
Ｉ0 ≒Ｉ1 ≒Ｉ2 …≒ＩN （レギュレータＩＣの消費電流はここでは無視する。）
ＶN-1 ≒ＶN ＋（Ｖ0 −ＶN ）／Ｎ ・・・（２）
Here, V0, V1,..., VN and I0, I1,.
I0 ≒ I1 ≒ I2 ... ≒ IN (Current consumption of regulator IC is ignored here.)
VN-1 ≒ VN + (V0 -VN) / N (2)
このとき、第１段〜第Ｎ段レギュレータ回路部の汎用レギュレータＩＣの許容損失をそれぞれＰ1 〜ＰN とすると、これらは（２）式より以下の式で表される。
ＰN ≒（ＶN-1 −ＶN ）・ＩＮ≒（Ｖ0 −ＶN ）・ＩN ／Ｎ （３）
At this time, if the permissible losses of the general-purpose regulator ICs in the first to N-th stage regulator circuit units are P1 to PN, respectively, these are expressed by the following equations from the equation (2).
PN ≒ (VN-1 -VN) ・ IN ≒ (V0−VN) ・ IN / N (3)
（３）式の分子の部分は、レギュレータＩＣを１個用いる場合の許容損失となる。従って、本実施形態のように多段（Ｎ段）でレギュレータＩＣを用いることにより、各レギュレータＩＣでの許容損失が１／Ｎとなる。 The numerator portion of the formula (3) is an allowable loss when one regulator IC is used. Therefore, by using regulator ICs in multiple stages (N stages) as in this embodiment, the allowable loss in each regulator IC is 1 / N.
例として、Ｎ＝３、Ｖ0 ＝＋２４Ｖ、Ｖ3 ＝＋１２Ｖ、ＩＮ＝０．５Ａとした場合、
Ｖ2 ＝＋１６Ｖ、Ｖ1 ＝＋２０Ｖ、ＰN ＝２Ｗ
となる。この場合、＋２４Ｖを＋１２Ｖまで降圧する際に（全降下電圧が１２Ｖ）、３段のレギュレータＩＣで１／３ずつ（４Ｖずつ）降圧することになる。このように、入力電圧が高く、高い電流出力が必要な場合でも、電力制限抵抗やヒートシンクを使用することなく、レギュレータＩＣの許容損失を小さくすることができ、各レギュレータＩＣの発熱を抑制することができる。
As an example, if N = 3, V0 = + 24V, V3 = + 12V, IN = 0.5A,
V2 = + 16V, V1 = + 20V, PN = 2W
It becomes. In this case, when + 24V is stepped down to + 12V (total voltage drop is 12V), the voltage is stepped down by 1/3 (by 4V) by the three-stage regulator IC. Thus, even when the input voltage is high and a high current output is required, the power dissipation of the regulator IC can be reduced without using a power limiting resistor or a heat sink, and the heat generation of each regulator IC can be suppressed. Can do.
ここで、比較のため、外部汎用ＤＣ電源１からの入力電圧Ｖ0 （＋２４Ｖ）を、電力制限抵抗と一段のレギュレータ回路部により＋１２Ｖに降圧する構成とした場合について検討する。レギュレータ回路部への入力電圧をＶ1 、入力電流をＩ0 、レギュレータ回路部にて変換された出力電圧をＶ2 、出力電流をＩ1 、電力制限抵抗をＲ、電力制限抵抗の許容損失をＰR とすると、レギュレータ回路部内のレギュレータＩＣの許容損失Ｐと電力制限抵抗の許容損失ＰR は以下の式により表される。（但し、レギュレータＩＣの消費電流はここでは無視する。）
Ｐ≒（Ｖ1 −Ｖ2 ）・Ｉ1
ＰR ≒（Ｖ0 −Ｖ1 ）・Ｉ0 ≒（Ｖ0 −Ｖ1 ）・Ｉ1
Here, for comparison, a case where the input voltage V0 (+ 24V) from the external general-purpose DC power supply 1 is stepped down to + 12V by a power limiting resistor and a single-stage regulator circuit unit will be considered. If the input voltage to the regulator circuit is V1, the input current is I0, the output voltage converted by the regulator circuit is V2, the output current is I1, the power limiting resistor is R, and the allowable loss of the power limiting resistor is PR, The allowable loss P of the regulator IC and the allowable loss PR of the power limiting resistor in the regulator circuit unit are expressed by the following equations. (However, the current consumption of the regulator IC is ignored here.)
P ≒ (V1 -V2) ・ I1
PR≈ (V0−V1) ・ I0≈ (V0−V1) ・ I1
この場合、前述した実施形態と同様に、レギュレータＩＣの許容損失Ｐを２Ｗ、Ｉ1 ＝０．５Ａとした場合、必然的に電力制限抵抗の許容損失ＰR が大きくなり、Ｖ1 ＝＋１６Ｖ、ＰR ＝４Ｗとなる。一般的に１Ｗを超える高電力タイプの抵抗はかなり大きな挿入部品である。このため、電力制限抵抗を使用した場合、この電力制限抵抗が基板のかなりの実装面積を占有することになり、基板サイズに影響を及ぼすこととなる。 In this case, similarly to the above-described embodiment, if the allowable loss P of the regulator IC is 2 W and I1 = 0.5 A, the allowable loss PR of the power limiting resistor inevitably increases, and V1 = + 16 V, PR = 4 W It becomes. Generally, a high-power type resistor exceeding 1 W is a considerably large insert. For this reason, when the power limiting resistor is used, the power limiting resistor occupies a considerable mounting area of the substrate, which affects the substrate size.
以上のように、本実施形態では、電力制限抵抗やヒートシンクを用いることなく、レギュレータＩＣの発熱を抑制することができる。 As described above, in this embodiment, the heat generation of the regulator IC can be suppressed without using a power limiting resistor or a heat sink.
１…汎用ＤＣ電源部、２…電源回路部、３…負荷回路部、４…フィルタ、５，６，７…レギュレータ回路部、８…保護用ダイオード。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... General purpose DC power supply part, 2 ... Power supply circuit part, 3 ... Load circuit part, 4 ... Filter, 5, 6, 7 ... Regulator circuit part, 8 ... Protection diode
Claims (2)
直列に接続された複数段のレギュレータ回路部を具備し、これらの複数段のレギュレータ回路部によって前記電源から供給される電源電圧を段階的に前記所定電圧にまで降圧するよう構成されたことを特徴とする電源回路装置。 A power supply circuit device that steps down a power supply voltage supplied from a power supply to a predetermined voltage and supplies the voltage to a load circuit unit,
A plurality of stages of regulator circuit units connected in series are provided, and the plurality of stages of regulator circuit units are configured to step down the power supply voltage supplied from the power source to the predetermined voltage step by step. A power supply circuit device.
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| JP2011034411A (en) * | 2009-08-03 | 2011-02-17 | Saxa Inc | Ac/dc power device |
| US8040649B2 (en) | 2008-02-27 | 2011-10-18 | Fujitsu Ten Limited | Overcurrent protection apparatus and electronic apparatus |
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