JP2013207879A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】短絡時に負の電源電圧の出力を確実に停止することが可能な電源回路を提供する。
【解決手段】この電源回路１００は、正の電源電圧を出力する正電源出力線１と、負の電源電圧を出力する負電源出力線２と、正電源出力線１と負電源出力線２とに接続され、正電源出力線１の電圧と負電源出力線２の電圧とに基づく電圧がリファレンスに入力されるシャントレギュレータ５とを備え、シャントレギュレータ５のリファレンスに入力される電圧がシャントレギュレータ５に予め設定されている基準電圧よりも大きくなる負電源出力線２の短絡時に、負電源出力線２からの負の電源電圧の出力が停止されるように構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、電源回路に関し、特に、負の電源電圧を出力する負電源出力線を備える電源回路に関する。

従来、負の電源電圧を出力する負電源出力線を備える電源回路が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、正の電源電圧を出力する正電圧電源回路（正電源出力線）と、負の電源電圧を出力する負電圧電源回路（負電源出力線）と、正電圧電源回路の電圧および負電圧電源回路の電圧の分圧がベースに入力されるバイポーラトランジスタ（第１トランジスタ）とを備える電源回路が開示されている。また、この電源回路には、コレクタがトランスに接続されるとともに、エミッタが負電圧電源回路に接続されているバイポーラトランジスタ（第２トランジスタ）が設けられている。また、第２トランジスタは、第１トランジスタのオンオフに基づいて、オンオフされるように構成されている。そして、負電圧電源回路が短絡した場合には、正電圧電源回路の電圧および負電圧電源回路の電圧の分圧が増加して第１トランジスタのベース−エミッタ間の電圧が増加することにより、第１トランジスタがオン状態になる。そして、第１トランジスタがオン状態になることに基づいて、第２トランジスタがオフ状態になることにより、負電圧電源回路からの負の電源電圧の出力が停止されるように構成されている。

特許第３１１４２５１号公報

しかしながら、一般的には、バイポーラトランジスタは、周囲の環境など（温度など）によってオンオフする電圧のばらつきが比較的大きいため、上記特許文献１に記載の電源回路のように、バイポーラトランジスタからなる第１トランジスタのベースに入力される分圧に基づいて、負電圧電源回路からの負の電源電圧の出力が停止されるように構成した場合、周囲の環境によっては短絡時に負の電源電圧の出力が停止されずに出力されてしまう場合があるという問題点があると考えられる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、短絡時に負の電源電圧の出力を確実に停止することが可能な電源回路を提供することである。

この発明の一の局面による電源回路は、正の電源電圧を出力する正電源出力線と、負の電源電圧を出力する負電源出力線と、正電源出力線と負電源出力線とに接続され、正電源出力線の電圧と負電源出力線の電圧とに基づく電圧がリファレンスに入力されるシャントレギュレータとを備え、シャントレギュレータのリファレンスに入力される電圧がシャントレギュレータに予め設定されている基準電圧よりも大きくなる負電源出力線の短絡時に、負電源出力線からの負の電源電圧の出力が停止されるように構成されている。

この一の局面による電源回路では、上記のように、シャントレギュレータのリファレンスに入力される電圧がシャントレギュレータに予め設定されている基準電圧よりも大きくなる負電源出力線の短絡時に、負電源出力線からの負の電源電圧の出力を停止する。これにより、オンオフする電圧のばらつきが比較的大きい（精度が低い）バイポーラトランジスタを用いて負電源出力線からの負の電源電圧の出力を停止させる場合と異なり、負電源出力線の短絡時に比較的精度の高いシャントレギュレータが正確に動作するので、負電源出力線からの負の電源電圧の出力を確実に停止することができる。

上記一の局面による電源回路において、好ましくは、正電源出力線と負電源出力線との間に設けられ、正電源出力線の電圧と負電源出力線の電圧とを分圧してシャントレギュレータのリファレンスに入力するための第１抵抗および第２抵抗をさらに備え、通常時に、シャントレギュレータのリファレンスに入力される分圧が、シャントレギュレータに予め設定されている基準電圧以下になるとともに、負電源出力線の短絡時に、シャントレギュレータのリファレンスに入力される分圧が、シャントレギュレータに予め設定されている基準電圧よりも大きくなるように第１抵抗および第２抵抗の抵抗値が設定されている。このように構成すれば、負電源出力線の短絡時に、シャントレギュレータのリファレンスに入力される分圧がシャントレギュレータに予め設定されている基準電圧よりも大きくなることに基づいて、容易に、負電源出力線からの負の電源電圧の出力を停止することができる。

この場合、好ましくは、シャントレギュレータのカソード側は、第３抵抗を介して正電源出力線に接続されており、通常時には、シャントレギュレータのカソード側には、第３抵抗を介して正電源出力線の電圧に応じた正電圧が印加されており、負電源出力線の短絡時に、シャントレギュレータのリファレンスに入力される分圧が、シャントレギュレータの基準電圧よりも大きくなることにより、シャントレギュレータに電流が流れることによって、シャントレギュレータのカソード側の電圧が正電源出力線の電圧に応じた正電圧から第３抵抗に対応する電圧分降下することに基づいて、負電源出力線からの負の電源電圧の出力が停止されるように構成されている。このように構成すれば、負電源出力線の短絡時において、正電圧からの電圧降下を検知することによって負電源出力線からの負の電源電圧の出力を停止することができるので、負電圧を検知する機器や複雑な回路を別途設けることなく正電圧を検知する機器により負の電源電圧の出力を停止することができる。

上記シャントレギュレータのカソード側が第３抵抗を介して正電源出力線に接続されている電源回路において、好ましくは、シャントレギュレータのカソード側に接続される制御部をさらに備え、制御部は、負電源出力線の短絡時に、シャントレギュレータのカソード側の電圧が正電源出力線の電圧に応じた正電圧から第３抵抗に対応する電圧分降下したことを検知して、負電源出力線からの負の電源電圧の出力を停止する信号を出力するように構成されている。このように構成すれば、負電圧を検知することができない一般的な制御部によって、容易に、負の電源電圧の出力を停止することができる。

この場合、好ましくは、負電源出力線に接続されるトランジスタをさらに備え、負電源出力線の短絡時に、制御部から出力された負電源出力線からの負の電源電圧の出力を停止する信号に基づいて、トランジスタがオフ状態になることにより、負電源出力線からの負の電源電圧の出力が停止されるように構成されている。このように構成すれば、負電源出力線の短絡時に、負電源出力線からの負の電源電圧の出力をトランジスタにより容易に停止することができる。

本発明によれば、上記のように、短絡時に負の電源電圧の出力を確実に停止することができる。

本発明の一実施形態による電源回路の回路図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１を参照して、本実施形態による電源回路１００の構成について説明する。

本実施形態による電源回路１００は、図１に示すように、正の電源電圧を出力する正電源出力線１と、負の電源電圧を出力する負電源出力線２と、正電源出力線１および負電源出力線２に接続される保護回路３と、制御部４とを含んでいる。また、電源回路１００は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６およびＲ７と、トランジスタＱ１、Ｑ２およびＱ３とを含む。正電源出力線１および負電源出力線２の入力側（端子Ａおよび端子Ｂ）には、図示しないＤＣ−ＤＣコンバータなどが接続されている。また、正電源出力線１および負電源出力線２の出力側（端子Ｃおよび端子Ｄ）には、図示しない負荷などが接続されている。なお、抵抗Ｒ１およびＲ２は、それぞれ、本発明の「第１抵抗」および「第２抵抗」の一例である。また、抵抗Ｒ３は、本発明の「第３抵抗」の一例である。

次に、保護回路３の具体的な構成について説明する。保護回路３は、シャントレギュレータ５と、抵抗Ｒ１、Ｒ２およびＲ３とを含む。シャントレギュレータ５は、正電源出力線１と負電源出力線２とに接続され、正電源出力線１の電圧と負電源出力線２の電圧とに基づく電圧がリファレンス（Ｒ）に入力されるように構成されている。具体的には、シャントレギュレータ５のリファレンスは、抵抗Ｒ１を介して負電源出力線２に接続されるとともに、抵抗Ｒ２を介して正電源出力線１に接続されている。これにより、本実施形態では、シャントレギュレータ５のリファレンスには、抵抗Ｒ１およびＲ２によって調節される正電源出力線１の電圧および負電源出力線２の電圧の分圧（参照電圧Ｖｒｅｆ）が入力されるように構成されている。そして、通常時に、シャントレギュレータ５のリファレンスに入力される分圧が、シャントレギュレータ５に予め設定されている基準電圧以下になるとともに、負電源出力線２の短絡時に、シャントレギュレータ５のリファレンスに入力される分圧が、シャントレギュレータ５に予め設定されている基準電圧よりも大きくなるように抵抗Ｒ１およびＲ２の抵抗値が設定されている。

ここで、本実施形態では、負電源出力線２の短絡時（たとえば、負電源出力線２に接続される負荷が短絡した場合や、短絡試験において負電源出力線２が意図的に短絡された場合）に、シャントレギュレータ５のリファレンスに入力される電圧がシャントレギュレータ５に予め設定されている基準電圧よりも大きくなることに基づいて、負電源出力線２からの負の電源電圧の出力が停止されるように構成されている。具体的には、本実施形態では、シャントレギュレータ５のカソード（Ｋ）側は、抵抗Ｒ３を介して正電源出力線１に接続されており、通常時には、シャントレギュレータ５のカソード側には、抵抗Ｒ３を介して正電源出力線１の電圧に応じた正電圧（Ｈレベル）が印加されている。一方、負電源出力線２の短絡時には、シャントレギュレータ５のリファレンスに入力される分圧が、シャントレギュレータ５の基準電圧よりも大きくなることにより、シャントレギュレータ５に電流が流れることによって、シャントレギュレータ５のカソード側の電圧が正電源出力線１の電圧に応じた正電圧から抵抗Ｒ３に対応する電圧分降下する（Ｌレベルになる）ことに基づいて、負電源出力線２からの負の電源電圧の出力が停止されるように構成されている。

また、本実施形態では、制御部４は、シャントレギュレータ５のカソード側に接続されている。そして、制御部４は、負電源出力線２の短絡時に、シャントレギュレータ５のカソード側の電圧が正電源出力線１の電圧に応じた正電圧から抵抗Ｒ３に対応する電圧分降下したことを検知して、負電源出力線２から負の電源電圧の出力を停止するＬレベルの信号をトランジスタＱ１のベースＢに出力するように構成されている。また、シャントレギュレータ５のアノード（Ａ）側は、接地されている。

また、トランジスタＱ１は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタからなる。トランジスタＱ１のベースＢは、抵抗Ｒ４を介して制御部４に接続されている。そして、トランジスタＱ１のベースＢは、制御部４からＰ−ＯＮ信号（負電源出力線２から負の電源電圧を出力させるＨレベルの信号）が入力されるように構成されている。また、トランジスタＱ１のエミッタＥは、接地されているとともに、コレクタＣは、抵抗Ｒ５を介して、トランジスタＱ２のベースＢに接続されている。

トランジスタＱ２は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタからなる。トランジスタＱ２のベースＢは、抵抗Ｒ５を介してトランジスタＱ１のコレクタＣに接続されているとともに、抵抗Ｒ６を介して正電源出力線１に接続されている。また、トランジスタＱ２のエミッタＥは、正電源出力線１に接続されているとともに、コレクタＣは、抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ３のベースＢに接続されている。

トランジスタＱ３は、負電源出力線２に設けられており、負の電源電圧の出力を制御する機能を有する。トランジスタＱ３は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタからなる。トランジスタＱ３のエミッタＥは、入力側の端子Ｂ（図示しないＤＣ−ＤＣコンバータなど）に接続されているとともに、コレクタＣは、出力側の端子Ｄに接続されている。また、トランジスタＱ３のベースＢは、抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ２のコレクタＣに接続されている。ここで、本実施形態では、負電源出力線２の短絡時に、制御部４から出力された負電源出力線２からの負の電源電圧の出力を停止するＬレベルの信号に基づいて、トランジスタＱ３がオフ状態になることにより、負電源出力線２からの負の電源電圧の出力が停止されるように構成されている。

次に、図１を参照して、本実施形態による電源回路１００の通常時および短絡時の動作について説明する。

（通常時）
通常時には、制御部４からトランジスタＱ１のベースＢにＰ−ＯＮ信号（Ｈレベルの信号）が入力される。これにより、トランジスタＱ１がオン状態になるとともに、トランジスタＱ２がオン状態になる。その結果、トランジスタＱ３がオン状態になることにより、負電源出力線２から負の電源電圧が出力される。なお、通常時では、シャントレギュレータ５のリファレンスに入力される分圧は、シャントレギュレータ５に予め設定されている基準電圧よりも小さくなっており、シャントレギュレータ５のカソード側からアノード側に電流は流れない。

（短絡時）
負電源出力線２の出力側（端子Ｄ側）が短絡した場合、負電源出力線２の電圧が略ゼロになる。これにより、シャントレギュレータ５のリファレンスに入力される分圧が、シャントレギュレータ５に予め設定されている基準電圧よりも大きくなり、シャントレギュレータ５のカソード側からアノード側に電流が流れる。すなわち、正電源出力線１から抵抗Ｒ３を介して、シャントレギュレータ５のカソード側からアノード側に電流が流れる。その結果、シャントレギュレータ５のカソード側の電圧（ＳＡＦＥＴＹ信号）が抵抗Ｒ３に対応する電圧分降下する（ＨレベルからＬレベルに降下する）。そして、シャントレギュレータ５のカソード側の電圧（ＳＡＦＥＴＹ信号）が降下したことが制御部４により検出されて、制御部４からのＰ−ＯＮ信号（Ｈレベルの信号）が遮断される。すなわち、負の電源電圧の出力を停止させるＬレベルの信号が制御部４から出力される。これにより、トランジスタＱ１のベースＢの電圧がＬレベルになるので、トランジスタＱ１がオフ状態になるとともに、トランジスタＱ２がオフ状態になる。その結果、トランジスタＱ３がオフ状態となることにより、負電源出力線２からの負の電源電圧の出力が停止される。

本実施形態では、上記のように、シャントレギュレータ５のリファレンスに入力される電圧がシャントレギュレータ５に予め設定されている基準電圧よりも大きくなる負電源出力線２の短絡時に、負電源出力線２からの負の電源電圧の出力を停止する。これにより、オンオフする電圧のばらつきが比較的大きい（精度が低い）バイポーラトランジスタを用いて負電源出力線２からの負の電源電圧の出力を停止させる場合と異なり、負電源出力線２の短絡時に比較的精度の高いシャントレギュレータ５が正確に動作するので、負電源出力線２からの負の電源電圧の出力を確実に停止することができる。

また、本実施形態では、上記のように、正電源出力線１と負電源出力線２との間に、正電源出力線１の電圧と負電源出力線２の電圧とを分圧してシャントレギュレータ５のリファレンスに入力するための抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２を設けて、通常時に、シャントレギュレータ５のリファレンスに入力される分圧が、シャントレギュレータ５に予め設定されている基準電圧以下になるとともに、負電源出力線２の短絡時に、シャントレギュレータ５のリファレンスに入力される分圧が、シャントレギュレータ５に予め設定されている基準電圧よりも大きくなるように抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の抵抗値を設定する。これにより、負電源出力線２の短絡時に、シャントレギュレータ５のリファレンスに入力される分圧がシャントレギュレータ５に予め設定されている基準電圧よりも大きくなることに基づいて、容易に、負電源出力線２からの負の電源電圧の出力を停止することができる。

また、本実施形態では、上記のように、シャントレギュレータ５のカソード側を、抵抗Ｒ３を介して正電源出力線１に接続して、通常時には、シャントレギュレータ５のカソード側に、抵抗Ｒ３を介して正電源出力線１の電圧に応じた正電圧を印加する。また、負電源出力線２の短絡時に、シャントレギュレータ５のリファレンスに入力される分圧が、シャントレギュレータ５の基準電圧よりも大きくなることにより、シャントレギュレータ５に電流が流れることによって、シャントレギュレータ５のカソード側の電圧が正電源出力線１の電圧に応じた正電圧から抵抗Ｒ３に対応する電圧分降下することに基づいて、負電源出力線２からの負の電源電圧の出力を停止する。これにより、負電源出力線２の短絡時において、正電圧からの電圧降下を検知することによって負電源出力線２からの負の電源電圧の出力を停止することができるので、負電圧を検知する機器や複雑な回路を別途設けることなく正電圧を検知する機器（制御部４）により負の電源電圧の出力を停止することができる。

また、本実施形態では、上記のように、シャントレギュレータ５のカソード側に接続される制御部４を設けて、制御部４を、負電源出力線２の短絡時に、シャントレギュレータ５のカソード側の電圧が正電源出力線１の電圧に応じた正電圧から抵抗Ｒ３に対応する電圧分降下したことを検知して、負電源出力線２からの負の電源電圧の出力を停止する信号を出力するように構成する。これにより、負電圧を検知することができない一般的な制御部４によって、容易に、負の電源電圧の出力を停止することができる。

また、本実施形態では、上記のように、負電源出力線２に接続されるトランジスタＱ３を設けて、負電源出力線２の短絡時に、制御部４から出力された負電源出力線２からの負の電源電圧の出力を停止する信号に基づいて、トランジスタＱ３がオフ状態になることにより、負電源出力線２からの負の電源電圧の出力を停止する。これにより、負電源出力線２の短絡時に、負電源出力線２からの負の電源電圧の出力をトランジスタＱ３により容易に停止することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、シャントレギュレータのリファレンスに入力される正電源出力線の電圧と負電源出力線の電圧との分圧がシャントレギュレータに予め設定されている基準電圧よりも大きくなることに基づいて、負電源出力線からの負の電源電圧の出力を停止する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、シャントレギュレータのリファレンスに分圧以外の正電源出力線の電圧と負電源出力線の電圧とに基づく電圧を入力して、この電圧に基づいて、負電源出力線からの負の電源電圧の出力を停止するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、負電源出力線の短絡時に、シャントレギュレータのカソード側の電圧が降下することを検知することにより、負電源出力線からの負の電源電圧の出力を停止する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、負電源出力線の短絡時に、シャントレギュレータのカソード側からアノード側に流れる電流を検知することにより、負電源出力線からの負の電源電圧の出力を停止してもよい。

また、上記実施形態では、負電源出力線の短絡時に、シャントレギュレータのカソード側の電圧が降下したことを制御部が検知して、制御部が負電源出力線から負の電源電圧の出力を停止する信号を負電源出力線に接続されるトランジスタに出力して負電源出力線からの負の電源電圧の出力を停止する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、負電源出力線の短絡時に、制御部を使用せずに、シャントレギュレータのカソード側の降下した電圧に基づく信号をトランジスタなどの素子を介して負電源出力線に接続されるトランジスタに出力することにより、負電源出力線からの負の電源電圧の出力を停止してもよい。

また、上記実施形態では、負電源出力線に接続されるバイポーラトランジスタからなるトランジスタがオフ状態になることにより、負電源出力線からの負の電源電圧の出力が停止される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、負電源出力線にバイポーラトランジスタからなるトランジスタ以外のスイッチ（リレーなど）等を設けて、負電源出力線の短絡時にこのスイッチ等をオフすることにより、負電源出力線からの負の電源電圧の出力を停止してもよい。

１ 正電源出力線
２ 負電源出力線
４ 制御部
５ シャントレギュレータ
１００ 電源回路
Ｑ３ トランジスタ
Ｒ１ 第１抵抗
Ｒ２ 第２抵抗
Ｒ３ 第３抵抗

Claims (5)

1. 正の電源電圧を出力する正電源出力線と、
   負の電源電圧を出力する負電源出力線と、
   前記正電源出力線と前記負電源出力線とに接続され、前記正電源出力線の電圧と前記負電源出力線の電圧とに基づく電圧がリファレンスに入力されるシャントレギュレータとを備え、
   前記シャントレギュレータのリファレンスに入力される電圧が前記シャントレギュレータに予め設定されている基準電圧よりも大きくなる前記負電源出力線の短絡時に、前記負電源出力線からの負の電源電圧の出力が停止されるように構成されている、電源回路。
2. 前記正電源出力線と前記負電源出力線との間に設けられ、前記正電源出力線の電圧と前記負電源出力線の電圧とを分圧して前記シャントレギュレータのリファレンスに入力するための第１抵抗および第２抵抗をさらに備え、
   通常時に、前記シャントレギュレータのリファレンスに入力される分圧が、前記シャントレギュレータに予め設定されている基準電圧以下になるとともに、前記負電源出力線の短絡時に、前記シャントレギュレータのリファレンスに入力される分圧が、前記シャントレギュレータに予め設定されている基準電圧よりも大きくなるように前記第１抵抗および前記第２抵抗の抵抗値が設定されている、請求項１に記載の電源回路。
3. 前記シャントレギュレータのカソード側は、第３抵抗を介して前記正電源出力線に接続されており、
   通常時には、前記シャントレギュレータのカソード側には、前記第３抵抗を介して前記正電源出力線の電圧に応じた正電圧が印加されており、
   前記負電源出力線の短絡時に、前記シャントレギュレータのリファレンスに入力される分圧が、前記シャントレギュレータの基準電圧よりも大きくなることにより、前記シャントレギュレータに電流が流れることによって、前記シャントレギュレータのカソード側の電圧が前記正電源出力線の電圧に応じた正電圧から前記第３抵抗に対応する電圧分降下することに基づいて、前記負電源出力線からの負の電源電圧の出力が停止されるように構成されている、請求項２に記載の電源回路。
4. 前記シャントレギュレータのカソード側に接続される制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記負電源出力線の短絡時に、前記シャントレギュレータのカソード側の電圧が前記正電源出力線の電圧に応じた正電圧から前記第３抵抗に対応する電圧分降下したことを検知して、前記負電源出力線からの負の電源電圧の出力を停止する信号を出力するように構成されている、請求項３に記載の電源回路。
5. 前記負電源出力線に接続されるトランジスタをさらに備え、
   前記負電源出力線の短絡時に、前記制御部から出力された前記負電源出力線からの負の電源電圧の出力を停止する信号に基づいて、前記トランジスタがオフ状態になることにより、前記負電源出力線からの負の電源電圧の出力が停止されるように構成されている、請求項４に記載の電源回路。

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