JP2006302087A - 安定化電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 安定化電源回路における三端子レギュレータの発熱を抑え、放熱板を不要とする。
【解決手段】 バッテリ電源１０と負荷３０の間の三端子レギュレータ２０に対して並列に外部抵抗回路４０を設けてある。バッテリ電源１０の電流が外部抵抗回路４０へも分流し、三端子レギュレータ２０へ流れる電流を少なくして、これにより三端子レギュレータ２０の消費電力が分散されるから、三端子レギュレータ２０の発熱が抑えられる。その結果、放熱板を省略でき、安定化電源回路の小型化、製作コストの低減を図ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電源と負荷との間に三端子レギュレータを備えた安定化電源回路に関する。

例えば車両において、バッテリからエンジンやトランスミッションを制御する負荷としての車載電子制御装置等へ供給する電源電圧を、三端子レギュレータ（帰還回路式直列制御型電源回路）を用いて安定化することが行われている。この三端子レギュレータでは、その入出力間電位差と消費電流との積が、全て熱として消費されることとなるので、発熱が大きくなるという問題があった。このため、放熱板の設置が不可欠で、回路の大型化とコスト増大を招く。

そこで三端子レギュレータの発熱対策として、例えば、特開平５−７９３９８号公報や特開平６−２１７５３０号公報に示されるように、三端子レギュレータの前段にスイッチングレギュレータを設けて、三端子レギュレータへの入力電圧を降下させ、その入出力間電位差を小さくすることにより、三端子レギュレータが消費する消費電力を抑え、これにより三端子レギュレータの発熱を小さくする方式が提案されている。
特開平５−７９３９８号公報 特開平６−２１７５３０号公報

しかしながら、三端子レギュレータの前にスイッチングレギュレータを設けるものにあっては、当該スイッチングレギュレータに起因する放射スイッチングノイズが発生するという問題があった。
したがって本発明は、上記従来の問題点に鑑み、放射ノイズの発生などを招かずに、三端子レギュレータの発熱を抑えて放熱板の設置を不要とした安定化電源回路を提供することを目的とする。

このため本発明は、電源と負荷との間に三端子レギュレータを設けた安定化電源回路において、電力を消費する外部回路を三端子レギュレータと並列に接続して、電源からの電流を三端子レギュレータと外部回路に分流させるように構成したものとした。

本発明によれば、必要な電流を三端子レギュレータと外部回路に分流することにより電力を分散させるので、これにより、三端子レギュレータへの入力電圧を降下させるなどの要なく、従来使用していた三端子レギュレータを採用しながらその消費電力を低減させて発熱が抑えられる。したがって、従来必要とされていた放熱板を不要化できて、コンパクトでコスト安価な安定化電源回路が実現される。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例により説明する。
図１は第１の実施例にかかる安定化電源回路を示す図である。
バッテリ電源１０と負荷３０の間に、三端子レギュレータ２０が設けられている。そして、三端子レギュレータ２０と並列に、外部回路としての外部抵抗回路４０が設けられている。外部抵抗回路４０は３本の抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃを並列接続して形成されている。

バッテリ電源１０と負荷３０の間に三端子レギュレータ２０と外部抵抗回路４０が並列に設けられているから、バッテリ電源１０から負荷３０への電流は三端子レギュレータ２０と外部抵抗回路４０とに分流される。
ここで、バッテリ電源１０の電圧を１２Ｖ、負荷３０を流れる負荷電流Ｉは７５ｍＡに設定されているとする。また、三端子レギュレータ２０は、その出力定格電圧が５Ｖ、放熱板を設置しないときの最大消費電力が０．５Ｗの特性値を有するものとする。
これに対して、外部抵抗回路４０の抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃの各抵抗値はそれぞれ３５０Ωに設定する。

ここで、仮に外部抵抗回路４０がなく、三端子レギュレータ２０のみで負荷電流を消費させた場合の消費電力は次のように求められる。
三端子レギュレータ２０の入出力間電圧差は（１２Ｖ−５Ｖ）であるから、三端子レギュレータの消費電力は、
消費電力＝（１２Ｖ−５Ｖ）×０．０７５Ａ＝０．５２５Ｗ
この場合、放熱板無しの最大消費電力０．５Ｗを超えてしまうから、放熱板が必要となる。

これに対して本実施例では、三端子レギュレータ２０と外部抵抗回路４０との負荷３０側の接続点Ｐに外部抵抗回路４０から流入する電流ｉａは、
ｉａ＝（１２Ｖ−５Ｖ）×（３本／３５０Ω）＝０．０６Ａ
として求められる。
したがって、三端子レギュレータ２０の消費電力は、次式で表される。
消費電力＝（１２Ｖ−５Ｖ）×（０．０７５Ａ−０．０６Ａ）
＝０．１０５Ｗ
すなわち、三端子レギュレータ２０の最大消費電力０．５Ｗを下回るので放熱板は不要となる。
なお、このとき外部抵抗回路４０の各抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃに流れる電流ｉＲはそれぞれ、
ｉＲ＝ｉａ／３＝０．０２Ａ
であり、抵抗１本当たりの消費電力は、次のようになる。
消費電力＝０．０２Ａ×０．０２Ａ×３５０Ω＝０．１４Ｗ

本実施例は以上のように構成され、複数の並列の抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃからなる外部抵抗回路４０を三端子レギュレータ２０と並列に接続しているから、バッテリ電源１０の電流が外部抵抗回路４０へも分流し、三端子レギュレータ２０へ流れる電流を少なくする。
これにより、三端子レギュレータ２０の消費電力が分散されるから、三端子レギュレータ２０の発熱を抑えることができ、その結果、放熱板を省略でき、ひいては安定化電源回路の小型化、および製作コストの低減を図ることができる。
また、放射スイッチングノイズの発生も招くことがない。

また、一般に三端子レギュレータの出力回路は図１に示すようにトランジスタＴＲａとグラウンドＧＮＤ間に出力抵抗Ｒｐを備えたソース出力型で、電流が流れ出る構成となっているため、負荷３０に電流を流す方向であれば、規定の出力定格電圧を維持できるが、負荷３０側から三端子レギュレータ２０側へ電流が逆流すると、出力抵抗Ｒｐからの出力電圧フィードバック（Ｆ／Ｂ）により三端子レギュレータ２０の出力電圧は規定の出力定格電圧より上昇してしまう。つまり、三端子レギュレータ２０の出力定格電圧が５Ｖである場合、出力電圧が５Ｖよりも上昇してしまう。これはトランジスタＴＲｐが図示のＮＰＮ型の場合だけでなく、ＰＮＰ型の場合も同様である。
これに対して、本実施例では、外部抵抗回路４０の出力電流、すなわち三端子レギュレータ２０と外部抵抗回路４０との負荷３０側の接続点Ｐに外部抵抗回路４０から流入する電流ｉａ（＝０．０６Ａ）は、負荷３０の消費電流（負荷電流Ｉ＝７５ｍＡ）よりも小さいので、三端子レギュレータ２０が動作するときの電流は三端子レギュレータ２０から負荷３０側へ流れる。したがって、逆流によって三端子レギュレータ２０が制御不能となって出力電圧が上昇してしまうこともないから、安定化電源回路として高い信頼性を確保することができる。

なお、上述した各数値は例示であって、バッテリ電源１０の電圧、負荷電流Ｉ、三端子レギュレータ２０の出力定格電圧および最大消費電力などに応じて外部抵抗回路４０の抵抗の本数やその抵抗値を設定することができ、また、消費電力の分散割合も任意に選択することができる。

つぎに、図２は第２の実施例を示す。
この実施例は、外部回路として、外部抵抗回路４０の代わりに定電流回路５０を用いたもので、その他の構成は第１の実施例と同様である。
定電流回路５０は、バッテリ電源１０と負荷３０の間で、三端子レギュレータ２０に並列接続され、その出力電流は三端子レギュレータ２０の出力側に入力される。

定電流回路５０は、ＰＮＰ型のトランジスタＴＲ１、ＴＲ２と、抵抗Ｒ１、Ｒ２とからなっている。
トランジスタＴＲ１はそのコレクタがバッテリ電源１０に接続され、ベースが抵抗Ｒ１を介してバッテリ電源１０に接続され、エミッタが抵抗Ｒ２の一端に接続されている。抵抗Ｒ２の他端は三端子レギュレータ２０と負荷３０との接続点Ｐに接続されている。
また、トランジスタＴＲ２は、コレクタがトランジスタＴＲ１のベースに接続され、ベースがトランジスタＴＲ１のエミッタに接続され、エミッタが三端子レギュレータ２０と負荷３０との接続点Ｐに接続されている。

この定電流回路５０においては、接続点Ｐへの出力電流ｉａによって抵抗Ｒ２に発生する電圧がトランジスタＴＲ２のベース・エミッタ間電圧を超えると、ベース電流が流れてトランジスタＴＲ２がオン状態になる。この結果、トランジスタＴＲ１のベース電圧が低下するので、出力電流が制限される。この作用によって、出力電流ｉａは抵抗Ｒ２に作用する電圧で決まる値の定電流となる。

ここで、第１の実施例で例示したと同じく、三端子レギュレータ２０の出力定格電圧を５Ｖ、最大消費電力を０．５Ｗ、負荷電流Ｉを７５ｍＡ、バッテリ電源１０の電圧を１２Ｖとしたとき、定電流回路５０の定電流値を０．０６Ａ、トランジスタＴＲ２のオン電圧を０．６Ｖとすれば、抵抗Ｒ２の値は、
０．６Ｖ／０．０６Ａ＝１０Ω
となる。
この場合、三端子レギュレータ２０の消費電力は、
入出力間電圧差（１２Ｖ−５Ｖ）×消費電流（０．０７５Ａ−０．０６Ａ）
＝０．１０５Ｗ
となり、三端子レギュレータ２０の最大消費電力以下であるので、放熱板は不要となる。
なお、定電流回路５０が消費する電力は、
（１２Ｖ−５Ｖ）×０・０６Ａ＝０．４２Ｗ
となり、この消費電力はその大部分が抵抗ＴＲ１で消費されるため、この抵抗には放熱板なしでの最大消費電力０．５Ｗ以上のものを使用するのが好ましい。

この例でも、定電流回路５０の出力電流（ｉａ＝０．０６Ａ）は、負荷３０の消費電流（Ｉ＝７５ｍＡ）よりも小さいので、三端子レギュレータ２０が動作するときの電流は三端子レギュレータ２０から負荷３０側へ流れる。

なお、本実施例においても上述した各数値は例示であって、記載例に限定されない。バッテリ電源１０の電圧、負荷電流Ｉ、三端子レギュレータ２０の出力定格電圧および最大消費電力などに応じて定電流回路５０の抵抗Ｒ２の抵抗値等を設定し、消費電力の分散割合を任意に選択することができる。

本実施例は以上のように構成され、定電流回路５０を三端子レギュレータ２０と並列に接続しているから、バッテリ電源１０の電流が定電流回路５０へも分流し、三端子レギュレータ２０へ流れる電流を少なくする。
これにより、三端子レギュレータ２０の消費電力が分散されるから、第１の実施例と同様に、放射スイッチングノイズの発生を招かず、三端子レギュレータ２０の発熱を抑えることができ、その結果、放熱板を省略でき、ひいては安定化電源回路の小型化、および製作コストの低減を図ることができる。
そして本実施例ではさらに、バッテリ電源１０の電圧が変動しても、常時一定の電流を接続点Ｐに供給できるので、第１の実施例に比較していっそう安定性に優れるという利点がある。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、三端子レギュレータの発熱を分散させる方法としては、レギュレーター電圧の異なる複数個の三端子レギュレータを直列に接続し、次段の三端子レギュレータから後段へ順次入力電圧を降圧し、発熱を分散させる方式も提案されている。
しかしこの方式では、順次後段の三端子レギュレータの入力電圧を降圧する構成であるため、例えば三端子レギュレータを２個接続した場合を例にとれば、第１段の三端子レギュレータにおけるその最低入力電圧（Ｖin1）よりも電源電圧が下がると、その出力電圧（Ｖout1）すなわち第２段の三端子レギュレータの入力電圧（Ｖin2）が低下する。このため、第２段の三端子レギュレータによる出力（Ｖout2）も低下することになる。これを避けるためには、三端子レギュレータ群への入力最低電圧が第２段の入力電圧Ｖin2よりも第１段の最低入力電圧Ｖin1だけ余分に高くなければならないという問題がある。
これに対して、本発明の実施の形態では、第１、第２の実施例とも従前からの基本形態と同じ単一の三端子レギュレータ２０だけを用いているので、入力最低電圧を高くしなくても、三端子レギュレータの出力電圧が低下するようなことはなく、常時安定した電圧を負荷へ供給することができる。

本発明の第１の実施例に係る安定化電源回路を示す図である。 第２の実施例に係る安定化電源回路を示す図である。

符号の説明

１０ バッテリ電源
２０ 三端子レギュレータ
３０ 負荷
４０ 外部抵抗回路
５０ 定電流回路

Claims (4)

1. 電源と負荷との間に三端子レギュレータを設けた安定化電源回路において、
   電力を消費する外部回路を前記三端子レギュレータと並列に接続して、
   前記電源からの電流を前記三端子レギュレータと外部回路に分流させるように構成したことを特徴とする安定化電源回路。
2. 前記外部回路の出力電流が前記負荷の消費電流よりも小さくなるように設定したことを特徴とする請求項１記載の安定化電源回路。
3. 前記外部回路は、抵抗回路で形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の安定化電源回路。
4. 前記外部回路は、定電流回路で形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の安定化電源回路。

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