JP3310864B2 - 直流安定化電源の出力電流測定回路 - Google Patents

直流安定化電源の出力電流測定回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は直流安定化電源の出
力電流測定回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の直流安定化電源は、図2に示すよ
うに、入力直流電源Vinからの入力電圧を、トランジ
スタ等の制御素子Q1と、ダイオードD1、誤差増幅器
A1、基準電圧源Vb及び電流検出用抵抗Raからなる
定電流制御部1と、ダイオードD2、誤差増幅器A2、
基準電圧源Va及び出力電圧分圧抵抗Rc, Rdからな
る定電圧制御部2とから構成され、出力端子T1及びT
2に得られる出力を負荷RLに供給する。このような直
流安定化電源における出力電流の測定に際しては、電流
検出用抵抗Raによる電圧降下に基づく電圧を検出増幅
器A3、抵抗Rb, Reからなる出力電圧測定回路3で
検出し、検出増幅器A3の出力電圧Veと電流検出用抵
抗Raの抵抗値とから出力電流を算定していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが上記の構成で
は、定電圧制御に必要な電流Ib(分圧抵抗Rc, Rd
を流れる電流)や出力電圧検出に必要な電流Ia(抵抗
Rb, Reを流れる電流)が電流検出抵抗Raを流れ
る。この電流Ibは、基準電圧源Vaのプラスより抵抗
Rc、Rd、入力直流電源Vinのマイナス、抵抗Ra
を流れ基準電圧源Vaのマイナスに戻るため出力端子T
1側に出力されない。一方、電流Iaは検出増幅器A3
の出力より抵抗Re、Rb、入力直流電源Vinのマイ
ナス、電流検出用抵抗Raを流れ検出増幅器A3の電源
(図示しない)に戻るため出力端子T1側に出力されな
い。
【0004】出力端子T1より負荷RLに流れる出力電
流Id、電流検出用抵抗Raに流れる電流Ic、電流I
a、電流Ibの関係は以下の式となる。 Ic=Ia+Ib+Id (1) よって、電流検出用抵抗Raに発生する電圧Vdは以下
の式となる。 Vd=Ra*Ic =Ra*(Ia+Ib+Id) =Ra*Ia+Ra*Ib+Ra*Id (2) ここで、Vd1=Ra*Ia、Vd2=Ra*Ib、V
d3=Ra*Idとすると、 Vd=Vd1+Vd2+Vd3 (3) Vdには入力直流電源Vinより出力されない電流Ia
及びIbによる電圧が発生する。
【0005】通常、電源内部での電流測定はVdを測定
して算定するため、電源より出力される電流よりもIa
+Ib分だけ多く電流を測定してしまい、測定電流値に
誤差を生じる。定電流動作の場合は、基準電圧源の電圧
Vbと電圧Vdの差を誤差増幅器A1で誤差増幅して制
御素子Q1を制御することにより入力直流電源Vinよ
り一定の電流を出力するため、電源より出力される電流
は設定値よりもIa+Ib分少ない電流となってしまう
問題があった。。本発明の目的は、上記従来の問題を解
決し、正確に出力電流を測定することができる直流安定
化電源の出力電流測定回路を提供することにある。
【0006】
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る 直流安定化
電源の出力電流測定回路は、第1の基準電圧源、出力電
圧を分圧する分圧回路、前記第1の基準電圧源及び前記
分圧回路の分圧電圧が入力される第1の誤差増幅器とか
らなる定電圧制御部と、第2の基準電圧源、電流検出用
抵抗、前記第2の基準電圧源及び前記電流検出用抵抗の
両端電圧が入力される第2の誤差増幅器とからなる定電
流制御部と、前記定電圧制御部及び前記定電流制御部で
制御される制御素子とを備えた直流安定化電源におい
て、前記電流検出用抵抗による電圧降下に基づく電圧を
検出する検出手段を有し、前記検出手段の検出電圧と前
記電流検出用抵抗の抵抗値とから出力電流を求めるよう
に構成した出力電流測定回路であって、前記第2の基準
電圧源と前記分圧抵抗間の電圧と前記検出手段の出力電
圧とを加算して電位を反転する反転加算回路と、前記反
転加算回路の出力電圧と前記電流検出用抵抗に電流が流
れることにより生じる電圧とを加算する加算回路とを備
え、前記加算回路の出力電圧と前記電流検出用抵抗の抵
抗値とにより出力電流を算定するものである。
【0008】
【作用】第1の基準電圧源、出力電圧を分圧する分圧回
路、前記第1の基準電圧源及び分圧回路の分圧電圧が入
力される第1の誤差増幅器とからなる定電圧制御部と、
第2の基準電圧源、電流検出用抵抗、前記第2の基準電
圧源及び前記電流検出用抵抗の両端電圧が入力される第
2の誤差増幅器とからなる定電流制御部と、定電圧制御
部及び前記定電流制御部で制御される制御素子とを備え
た直流安定化電源において、電流検出用抵抗による電圧
降下に基づく電圧を検出増幅器で検出し、検出手段の検
出電圧と電流検出用抵抗の抵抗値とから出力電流を求め
るように構成した出力電流測定回路において、第2の基
準電圧源と分圧抵抗間の電圧と検出手段の出力電圧とを
加算して電位を反転する反転加算回路と、反転加算回路
の出力電圧と電流検出用抵抗に電流が流れることにより
生じる電圧とを加算する加算回路とを備え、加算回路の
出力電圧と前記電流検出用抵抗の抵抗値とにより出力電
流を算定する。したがって、電流検出用抵抗を流れる電
流のうち出力負荷に供給される出力電流以外の電流誤差
分によって生じる電圧は、反転加算回路と加算回路によ
って相殺されるので、加算回路の出力電圧と電流検出用
抵抗の抵抗値とにより正確な出力電流値を算定すること
ができる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る直流安定化
電源の出力電流測定回路の一実施例を示す回路図であ
る。図1では、図2に示した従来の回路に、反転増幅器
A4及び抵抗Rf、Rg、Rhで構成される反転加算回
路4と、非反転増幅器A5及び抵抗Ri、Rj、Rk、
Rlで構成される加算回路5が追加された構成となって
いる。反転加算回路4は、電流IaとIbが電流検出用
抵抗Raを流れることにより生ずる電位を加算して加算
電位を反転するものである。また、加算回路5は、反転
増幅器A4より出力される電位Vfと電流検出用抵抗R
aに電流が流れることにより生ずる電位Vdを加算する
ものである。
【0010】上記の構成において、基準電圧源Vaより
流れる電流Ibは以下の式で求められる。 Ib=(Va+Vc)/(Rc+Rd) (4) 電流Ibが流れることで電流検出用抵抗Raに電圧Vd
2が発生する。この電圧Vd2を展開すると以下の式と
なる。 Vd2=Ra*Ib =Ra*(Va+Vc)/(Rc+Rd) ={Ra/(Rc+Rd)}*Va+{Ra/(Rc+Rd)}*Vc (5)
【0011】検出増幅器A3より流れる電流Iaは以下
の式で求められる。 Ia=Vc/Rb (6) 電流Iaが流れることで電流検出用抵抗Raに電圧Vd
1が発生する。この電圧Vd1を展開すると以下の式と
なる。 Vd1=Ra*Ia =Ra*Vc/Rb =(Ra/Rb)*Vc (7)
【0012】電源より出力されない電流Ia、Ibによ
り電流検出用抵抗Raに発生する電圧はVd1とVd2
を加算したものとなり以下の式に展開される。 Vd1+Vd2={Ra/(Rc+Rd)}*Va+ {Ra/(Rc+Rd)+(Ra/Rb)}*Vc (8)
【0013】上記(8)式のように、電流Ia、Ibに
より発生する電圧Vd1+Vd2はVa、Vcの項に分
けて考えることができる。ここで、電圧Vaにより電流
検出用抵抗Raに発生する電圧をVd4(={Ra/
(Rc+Rd)}*Va)、電圧Vcにより電流検出用
抵抗Raに発生する電圧をVd5(={Ra/(Rc+
Rd)+(Ra/Rb)}*Vc)とすれば、 Vd1+Vd2=Vd4+Vd5 (9)
【0014】ここで、電圧Vcと電圧Vaとは電位が逆
なので、電圧Vaと同一方向電位のVeを用いた式に展
開する。 Ve/Re=Vc/RbよりVc=(Rb/Re)*Ve (10) Vd5={Ra/(Rc+Rd)+(Ra/Rb)}*Vc ={Ra/(Rc+Rd)+(Ra/Rb)}*(Rb/Re)*Ve (11)
【0015】次に、Vaの電位が単独で入力された場合
の反転増幅器A4の出力電圧がVf=−1*V4となる
ように抵抗Rh、Rgの抵抗値を決める。式で表わすと
以下のようになる。Vf=−1*Rh/Rg*Va=−
1*Vd4より Rh/Rg=Vd4/Va (12)
【0016】また、Veの電位が単独で入力された場合
の反転増幅器A4の出力電圧がVf=−1*Vd5とな
るように抵抗Rh、Rfの抵抗値を決める。式で表わす
と以下のようになる。Vf=−1*Rh/Rf*Ve=
−1*Vd5より Rh/Rf=Vd5/Ve (13)
【0017】そこで、反転加算回路4は電圧Va、Ve
をレベル変換する回路なので、両電圧Va、Veが入力
された場合の反転増幅器A4の出力電圧Vfは以下の関
係となる。 Vf=−1*(Vd4+Vd5) (14) 式(9)よりVd4+Vd5=Vd1+Vd2なので、 Vf=−1*(Vd1+Vd2) (15) したがって、反転増幅器A4の出力電圧Vfは、Ia+
Ibにより発生する電位の逆電圧となる。
【0018】次に、加算回路5は、各抵抗が以下の関係
であればゲイン=1の加算回路となる。 R1=Rk=Ri=Rj (16) 加算回路5は、検出増幅器A3の出力電圧Vfと電流検
出用抵抗Raに電流が流れることにより生ずる電位Vd
の加算を行なうため、その出力電圧Vgは以下の関係と
なる。 Vg=Vd+Vf =Vd1+Vd2+Vd3−1*(Vd1+Vd2) =Vd3 (17)
【0019】したがって、加算回路5の出力電圧Vgは
出力電流Idが電流検出用抵抗Raに流れることにより
発生する電圧Vd3と等しくなり、電源内部で電圧Vg
を測定し、測定電圧値と電流検出用抵抗Raの抵抗値に
より出力電流Idを正確に測定することができる。ま
た、加算回路5の出力電圧Vgと基準電圧源の電圧Vb
を誤差増幅器A1に入力して誤差増幅するように構成し
ているので、制御部を流れる電流による電流誤差分が補
償され、入力直流電源Vinより設定した一定電流を正
確に出力することができる。
【0020】
【実施例】なお、図1の実施例では、+COM電源(電
源の正出力を基準として動作する電源)として説明を行
なったが、−COM電源(電源の負出力を基準として動
作する電源)でも同様の改善効果が得られる。
【0021】
【発明の効果】本発明に係る直流安定化電源の出力電流
測定回路によれば以下の効果が得られる。 (1)出力電流を正確に電源内部(Vd)で測定でき
る。 (2)定電流動作状態にて、電源が設定した一定電流を
正確に出力することができる。 (3)定電流動作状態にて、負荷が変化して出力電圧が
変化しても電源が出力する電流値は変わらない。すなわ
ち、定電流動作時の負荷変動率が良い。 (4)定電流動作状態にて、電圧の基準電圧が変化して
も電源が出力する電流値は変わらない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る直流安定化電源の出力電流測定回
路の一実施例を示す回路図である。
【図2】従来の直流安定化電源の出力電流測定回路の一
実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 定電流制御部 2 定電圧制御部 3 出力電圧測定回路 4 反転加算回路 5 加算回路 Vin 入力直流電源 Va 基準電圧源 Vb 基準電圧源
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05F 1/56 310 G01R 19/00 G05F 1/10 301

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の基準電圧源、出力電圧を分圧する
    分圧回路、前記第1の基準電圧源及び前記分圧回路の分
    圧電圧が入力される第1の誤差増幅器とからなる定電圧
    制御部と、第2の基準電圧源、電流検出用抵抗、前記第
    2の基準電圧源及び前記電流検出用抵抗の両端電圧が入
    力される第2の誤差増幅器とからなる定電流制御部と、
    前記定電圧制御部及び前記定電流制御部で制御される制
    御素子とを備えた直流安定化電源において、前記電流検
    出用抵抗による電圧降下に基づく電圧を検出する検出手
    段を有し、前記検出手段の検出電圧と前記電流検出用抵
    抗の抵抗値とから出力電流を求めるように構成した出力
    電流測定回路であって、前記第2の基準電圧源と前記分
    圧抵抗間の電圧と前記検出手段の出力電圧とを加算して
    電位を反転する反転加算回路と、前記反転加算回路の出
    力電圧と前記電流検出用抵抗に電流が流れることにより
    生じる電圧とを加算する加算回路とを備え、前記加算回
    路の出力電圧と前記電流検出用抵抗の抵抗値とにより出
    力電流を算定することを特徴とする直流安定化電源の出
    力電流測定回路。
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