JP3369490B2 - 電源回路用カレントリミッタ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源回路の起動時
に発生する突入電流を抑制するための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器を動かすためには電源が必要で
あるが、この電源から供給される電圧や電流が常にその
まま電子機器を構成する各部の回路や装置に適合すると
は限らない。そこで電子機器の内部には、各部回路や装
置に適合した電圧、電流で電源を供給するために電源回
路が組み込まれることになる。現在、電源回路の回路方
式には様々のものが存在するが、例えば、出力容量が比
較的小容量で電源の変換効率が高いことが要求される場
合、図２に示すような構成の電源回路が使用される。図
２に示す電源回路は以下のような構成となっている。な
お１と２は高電位側の入力端子と出力端子を示し、低電
位側の入力端子と出力端子についてはアースに接続され
ているものとし、図示は省略してある。

【０００３】入力端子１と出力端子２の間にスイッチン
グトランジスタＱ１とチョークコイルＬ１を直列に接続
し、チョークコイルＬ１の出力端子側２の一端とアース
との間に出力コンデンサＣ２を接続する。チョークコイ
ルＬ１の他端とアースとの間に転流ダイオードＤ１を接
続し、スイッチングトランジスタＱ１のベースを抵抗Ｒ
３を介して制御回路３のパルス出力端子ＰＯに接続す
る。出力端子２とアースとの間に抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２を
直列に接続し、抵抗Ｒ１とＲ２の接続点を制御回路３の
電圧検出端子ＦＢに接続する。なお、入力端子１とアー
ス間に接続されたコンデンサＣ１はフィルタ用のコンデ
ンサである。

【０００４】以上のような構成とした図２の回路は、ス
イッチングトランジスタＱ１、チョークコイルＬ１、出
力コンデンサＣ２および転流ダイオードＤ１が降圧チョ
ッパ型コンバータを形成している。降圧チョッパ型コン
バータの回路動作は様々な文献で紹介されているため、
この場では詳しい動作の説明は省略するが、要するに図
２に示す回路は、出力電圧に応じてスイッチングトラン
ジスタＱ１のオン期間を変化させ、出力電圧を入力電圧
より低い所定の値に保つ方式の電源回路となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで図２に示す電源
回路の起動時を考える。回路の起動時には出力電圧はほ
ぼゼロであるため、スイッチングトランジスタＱ１のオ
ン期間は制御回路３で制御し得る最大オン期間まで広が
る。すると入力端子１から図２の回路に流入する電流は
通常の運転時と比べて極めて大きい値となる。この起動
時に発生する大きな電流は突入電流と呼ばれ、電源ライ
ンなどにノイズを誘発し、あるいは近隣の他の回路に誤
動作を起こさせる事がある。そこで電源回路の突入電流
を抑制する必要がある場合には、定常運転時には短絡さ
れるインピーダンス回路を電源回路の入力側に接続す
る、あるいは、起動時においてスイッチング素子のオン
デューティを短くするという対策を施していた。

【０００６】しかし、電源回路の入力側にインピーダン
ス回路を接続する場合には、インピーダンス素子、短絡
用のスイッチ素子の他に電流あるいは電圧を検出するた
めの回路が必要となり、電源回路全体が大型化する。ま
たオンデューティを短くする場合には、外部からの信号
に応じてオンデューティの変更が可能なように構成され
た制御回路３を使用する必要があり、そのような制御回
路３は高価であることから電源回路全体のコストが上昇
するといった問題があった。そこで本発明は、電源回路
を大型化せず、また大幅なコスト上昇を伴わない、突入
電流を抑制するための電源回路用カレントリミッタ回路
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の電源回路用カレ
ントリミッタ回路は、電源回路を構成する電流制御素子
の制御端子に接続された第１の抵抗と、主電流路が第１
の抵抗に並列に接続された制御トランジスタと、制御ト
ランジスタの制御端子と電源回路を構成する平滑回路と
の間に接続された第２の抵抗と第１のダイオードの直列
回路を具備し、あるいはさらに、制御トランジスタの制
御端子と電流出力端子との間に、その順方向が制御トラ
ンジスタとは逆となるように接続した第２のダイオード
を具備することを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】スイッチングトランジスタ、チョ
ークコイル、出力コンデンサ、転流ダイオードおよび制
御回路を相互に接続し、降圧コンバータを形成する。ス
イッチングトランジスタのベースを第１の抵抗を介して
制御回路のパルス出力端子に接続し、第１の抵抗に対し
て制御トランジスタのコレクタ、エミッタ間の主電流路
を並列に接続する。制御トランジスタのベースを第１の
ダイオードと第２の抵抗の直列回路を介して平滑回路を
形成するチョークコイルと出力コンデンサの接続点に接
続し、この第１と第２の抵抗、制御トランジスタおよび
第１のダイオードによりカレントリミッタ回路を構成す
る。あるいはさらに、制御トランジスタのベース、エミ
ッタ間に第２のダイオードを接続してもよい。

【０００９】

【実施例】電源回路を大型化せず、また大幅なコスト上
昇を伴わない、本発明による電源回路用カレントリミッ
タ回路とそれを備えた電源回路を図１に示した。図１に
示す回路は以下のような構成としている。スイッチング
トランジスタＱ１、チョークコイルＬ１、出力コンデン
サＣ２および転流ダイオードＤ１の相互間を降圧チョッ
パ型コンバータを構成するように接続する。制御回路３
を設け、制御回路３のパルス出力端子ＰＯを抵抗Ｒ３を
介してスイッチングトランジスタＱ１のベースに接続
し、電圧検出端子ＦＢを出力端子２とアースとの間に直
列接続された抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点に接続する。
入力端子１とアース間にフィルタコンデンサＣ１を接続
する。

【００１０】抵抗Ｒ３に対して並列に抵抗Ｒ４と制御ト
ランジスタＱ２の直列回路を接続し、制御トランジスタ
Ｑ２のベースをダイオードＤ２と抵抗Ｒ５の直列回路を
介してチョークコイルＬ１と出力コンデンサＣ２の接続
点に接続する。制御トランジスタＱ２のエミッタ、ベー
ス間にダイオードＤ３を接続し、この抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ
４、抵抗Ｒ５、制御トランジスタＱ２、ダイオードＤ２
およびダイオードＤ３によりカレントリミッタ回路４を
形成する。このようなカレントリミッタ回路４を設けた
図１に示す電源回路は、その起動時の動作が以下のよう
になる。

【００１１】起動直後で出力コンデンサＣ２の端子間電
圧がほぼ零である時、制御トランジスタＱ２はオフ状態
であり、スイッチングトランジスタＱ１のベース電流は
ほぼ抵抗Ｒ３によって決定される。ここで、抵抗Ｒ３に
高抵抗値の素子を使用しておけば抵抗Ｒ３の抵抗値に応
じてスイッチングトランジスタＱ１のベース電流は小さ
な値となり、そのエミッタ、コレクタ間を通過する電流
のピーク値を小さな値に制限することができる。その結
果、起動時において入力端子１から回路に流入する突入
電流は、スイッチングトランジスタＱ１のコレクタ飽和
電流によって抑制されることになる。

【００１２】スイッチングトランジスタＱ１のエミッ
タ、コレクタ間およびチョークコイルＬ１を通過した電
流によって出力コンデンサＣ２の充電が行われ、その端
子間電圧が上昇すると、やがて制御トランジスタＱ２は
導通し、抵抗Ｒ４と制御トランジスタＱ２の直列回路に
も電流が流れるようになる。この抵抗Ｒ４と制御トラン
ジスタＱ２の直列回路に流れる電流は出力コンデンサＣ
２の端子間電圧の上昇に伴って大きくなり、スイッチン
グトランジスタＱ１のベース電流を次第に増加させる。
すると、スイッチングトランジスタＱ１のエミッタ、コ
レクタ間を通過する電流のピーク値も次第に大きくな
り、出力コンデンサＣ２および出力端子２に連なる外部
の負荷に対してより多くの電流供給が行われるようにな
る。

【００１３】そして出力コンデンサＣ２の端子間電圧が
所定の値以上になると制御トランジスタＱ２はオン状態
となり、実質的にスイッチングトランジスタＱ１のベー
スとパルス出力端子ＰＯの間は抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の並
列回路となる。これによりスイッチングトランジスタＱ
１のベース電流と、そのエミッタ、コレクタ間を通過す
る電流値が大きくなることから、出力コンデンサＣ２お
よび出力端子２に連なる外部負荷に充分な電流が供給さ
れるようになる。これ以後、スイッチングトランジスタ
Ｑ１は、制御回路３のパルス出力端子ＰＯに現れる信号
に従って通常のスイッチング動作を行い、図１に示す電
源回路は定常運転状態となる。

【００１４】つまり図１に示す回路は、抵抗Ｒ３、抵抗
Ｒ４、抵抗Ｒ５、制御トランジスタＱ２、ダイオードＤ
２およびダイオードＤ３からなるカレントリミッタ回路
４によって、起動時にスイッチングトランジスタＱ１の
ベース電流を小さく絞り込み、トランジスタ素子のコレ
クタ飽和電流の定電流特性を利用してスイッチングトラ
ンジスタＱ１を通過する電流を小さく抑える。そして、
出力コンデンサＣ２の端子間電圧、すなわち電源の出力
電圧に応じてスイッチングトランジスタＱ１の通過電流
を次第に大きくし、大きな突入電流が流れることを防止
しながら回路を起動させるものとなっている。

【００１５】図１に示す回路の各部に現れる電圧を検証
すると、スイッチングトランジスタＱ１がオフ状態であ
る時、制御回路３のパルス出力端子ＰＯの位置における
電圧は、ほぼ入力電圧に等しい大きさとなる。一方、図
１に示す回路は降圧チョッパ型コンバータの構成となっ
ていることから、入力端子１に供給される入力電圧は出
力端子２に現れる出力電圧より高い値となる。もし仮に
図１の回路にダイオードＤ２およびダイオードＤ３が無
ければ、スイッチングトランジスタＱ１がオフ状態であ
る時、カレントリミッタ回路４を構成する制御トランジ
スタＱ２のベース、エミッタ間には入力電圧と出力電圧
の差に相当する大きさの逆バイアス電圧が印加されてし
まう。殊に、回路の起動時には出力電圧はゼロに近いた
め、入力電圧がそのまま逆バイアスとして制御トランジ
スタＱ２のベース、エミッタ間に印加される事態もあり
得る。

【００１６】そこで図１の回路ではダイオードＤ２を制
御トランジスタＱ２のベースに接続し、ダイオードＤ３
を制御トランジスタＱ２のベース、エミッタ間に接続す
ることによって、入力電圧と出力電圧との差が制御トラ
ンジスタＱ２のベース、エミッタ間の降伏電圧以上とな
る場合でも制御トランジスタＱ２が破損しないように保
護している。つまり、ダイオードＤ３が制御トランジス
タＱ２のベース、エミッタ間の逆バイアス電圧に対して
オン状態となり、制御用トランジスタＱ２を保護する。
そしてダイオードＤ２が制御回路３のパルス出力端子Ｐ
Ｏの位置から出力端子２側に電流が漏洩するのを防止す
る、というように作用する。なお、電源回路の出力容量
が小さく、また入力電圧が大して高くない場合にはダイ
オードＤ３を省略することができる。この場合、ダイオ
ードＤ２は制御トランジスタＱ２のベース、エミッタ間
に印加される逆バイアス電圧の一部を分担することで制
御トランジスタＱ２を保護する形となる。

【００１７】

【発明の効果】以上に説明したように本発明による電源
回路用カレントリミッタ回路は、電流制御素子の制御端
子に接続した第１の抵抗と、第１の抵抗に並列に接続し
た制御トランジスタと、制御トランジスタの制御端子に
接続した第２の抵抗と第１のダイオードの直列回路と
を、あるいはさらに制御トランジスタの制御端子と電流
出力端子の間に接続した第２のダイオードを具備した構
成を特徴としている。このような構成とした電源回路用
カレントリミッタ回路によれば、電源回路の起動時には
電流制御素子を通過する電流を絞り込み、大きな突入電
流が流れるのを防止できる。そして本発明の電源回路用
カレントリミッタ回路は、構成要素が少なく、高価な回
路や部品を必要としない。このため、本発明を適用する
ことにより突入電流を抑制した電源回路を小型かつ安価
に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による電源回路用カレントリミッタ回
路と、それを備えた電源回路の回路図。

【図２】 従来の電源回路の構成を示す回路図。

【符号の説明】 １：入力端子 ２：出力端子 ３：制御回路
４：カレントリミッタ回路 Ｃ２：出力コンデ
ンサ Ｄ２：ダイオード（第１のダイオード）
Ｄ３：ダイオード（第２のダイオード） Ｌ１：
チョークコイル Ｑ１：スイッチングトランジスタ（電流制御素子）
Ｑ２：制御トランジスタ Ｒ３：抵抗（第１の抵
抗） Ｒ５：抵抗（第２の抵抗）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源回路を構成する電流制御素子の制御
   端子に接続された第１の抵抗と、主電流路が該第１の抵
   抗に並列に接続された制御トランジスタと、該制御トラ
   ンジスタの制御端子と該電源回路を構成する平滑回路と
   の間に接続された第2の抵抗とダイオードの直列回路を
   具備することを特徴とする電源回路用カレントリミッタ
   回路。
2. 【請求項２】 前記制御トランジスタの制御端子と電流
   出力端子との間に、その順方向が該制御トランジスタと
   逆となるように接続した第2のダイオードを具備するこ
   とを特徴とする、請求項１に記載した電源回路用カレン
   トリミッタ回路。