JP4150614B2 - レギュレータ回路および電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レギュレータ回路および電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図2は、従来のレギュレータ回路の構成を示すブロック図である。従来のレギュレータ回路101は、DC/DCコンバータ2と負荷Zとの間に配置される。DC/DCコンバータ2は、電池Eから得られる電圧を昇圧し、出力電圧を5ボルト程度とする。レギュレータ回路101は、その電圧を3ボルトの一定の電圧に安定化し、安定化後の電圧を負荷Zに印加する。電池に定電圧回路を接続する従来の技術としては、例えば特許文献1に記載のものがある。
【0003】
また、この装置では、電池Eによる負荷Zへの電力供給のほか、別の回路により電力が負荷Zへ供給される。スイッチSWがオン状態である場合、負荷Zは、他の回路51と接続され、他の回路51から電力を供給されることがある。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−199675号公報(要約書)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、負荷Zにレギュレータ回路とは別の回路51が接続されることで負荷Zに印加される電圧が所定の基準電圧より高くなってしまう場合、従来のレギュレータ回路101では、この負荷Zに印加される電圧を所定の基準電圧に制御することが困難であるという問題がある。
【0006】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、レギュレータ回路とは別に電力を供給する回路が負荷に接続された場合でも、負荷に印加される電圧を所定の電圧に制御することができるレギュレータ回路および電源装置を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のレギュレータ回路は、入力側に電池を接続される直流電圧変換手段の出力側に接続され、直流電圧変換手段の出力電圧を所定の電圧に変換する定電圧回路と、直流電圧変換手段の入力側と定電圧回路の出力側との間に設けられ、定電圧回路の出力側から直流電圧変換手段の入力側へ電力を回生させる回生手段と、を備え、定電圧回路は、この定電圧回路の出力電圧またはその出力電圧に比例する電圧と所定の基準電圧とを比較する比較器と、この定電圧回路の入力側と出力側との間に設けられ比較器の出力に応じて動作する制御用トランジスタとを有し、回生手段は、定電圧回路の比較器の出力に応じて動作するスイッチング素子を有し、定電圧回路の出力側の電圧が所定の電圧以上の場合に、直流電圧変換手段の入力側と定電圧回路の出力側との間を導通させる。
【0010】
本発明の電源装置は、他の回路または直流電源から直流電力を供給可能な負荷に対して電池の直流電力を供給する電源装置であって、入力側に電池を接続される直流電圧変換手段と、直流電圧変換手段の出力側と負荷との間に接続され、直流電圧変換手段の出力電圧を所定の電圧に変換する定電圧回路と、直流電圧変換手段の入力側と定電圧回路の出力側との間に設けられ、定電圧回路の出力側から直流電圧変換手段の入力側へ電力を回生させる回生手段と、を備え、定電圧回路は、この定電圧回路の出力電圧またはその出力電圧に比例する電圧と所定の基準電圧とを比較する比較器と、この定電圧回路の入力側と出力側との間に設けられ比較器の出力に応じて動作する制御用トランジスタとを有し、回生手段は、定電圧回路の比較器の出力に応じて動作するスイッチング素子を有し、定電圧回路の出力側の電圧が所定の電圧以上の場合に、直流電圧変換手段の入力側と定電圧回路の出力側との間を導通させる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【0014】
図1は、本発明の実施の形態に係る電源装置の構成を示すブロック図である。図1において、レギュレータ回路1は、定電圧回路11と、トランジスタQ2を有する。このレギュレータ回路1は、本発明のレギュレータ回路の一実施の形態である。
【0015】
レギュレータ回路1において、定電圧回路11は、電池Eの電圧を昇圧して入力側に印加される直流電圧を所定の基準電圧に変換し、その電圧を出力端に印加する回路である。定電圧回路11は、電池Eを接続されるDC/DCコンバータ2の出力側と負荷Zとの間に設けられ、トランジスタQ1、基準電圧発生部21および比較器22を有する。定電圧回路11では、トランジスタQ1のエミッタが、定電圧回路11の入力端に接続され、トランジスタQ2のコレクタが、定電圧回路11の出力端に接続され、トランジスタQ2のベースが、比較器22の出力端に接続される。そして、比較器22の正側入力端が、定電圧回路11の出力端に接続され、比較器22の負側入力端が、基準電圧発生部21に接続される。なお、図1では、比較器22の正側入力端が定電圧回路11の出力端に直接接続されているが、比較器22の正側入力端と定電圧回路11の出力端との間に分圧回路を設け、比較器22が、分圧後の電圧(すなわち、定電圧回路11の出力電圧に比例する電圧)と基準電圧発生部21による基準電圧とを比較するようにしてもよい。
【0016】
トランジスタQ1は、P(PNP)型のトランジスタであり、定電圧回路11の出力を制御する制御用トランジスタである。
【0017】
また、基準電圧発生部21は、例えば直流電源やツェナーダイオードなどの素子を使用して基準電圧を生成する素子、回路または装置である。なお、基準電圧の値は、負荷Zに印加する所望の電圧値とされる。ただし、比較器22の正側入力端と定電圧回路11の出力端との間に分圧回路が設けられた場合には、その所望の電圧値に分圧比を乗じた電圧値が基準電圧値とされる。
【0018】
また、比較器22は、正側と負側の2つの入力端を有し、出力電圧値を両者の差に応じた値とする回路である。この比較器22は、入力抵抗値が非常に高く、出力抵抗値が非常に低くなるように設計される。比較器22は、例えばオペアンプで構成されたり、差動増幅回路で構成されたりする。
【0019】
また、レギュレータ回路1において、トランジスタQ2は、DC/DCコンバータ2の入力側と定電圧回路11の出力側との間に設けられ、定電圧回路11の出力端に印加される電力をDC/DCコンバータ2の入力側(すなわち電池E)へ回生する回生手段として機能するスイッチング素子である。このトランジスタQ2は、N(NPN)型トランジスタであって、そのベースが比較器22の出力端に接続され、そのエミッタがDC/DCコンバータ2の入力側の接続され、そのコレクタが定電圧回路11の出力側に接続される。このトランジスタQ2は、比較器22の出力により制御され、定電圧回路11の出力電圧に応じて定電圧回路11の出力側とDC/DCコンバータ2の入力側との導通状態を変化させる。
【0020】
また、DC/DCコンバータ2は、電池Eの出力電圧を昇圧する直流電圧変換手段として機能する回路または装置である。また、電池Eは、一次電池または二次電池である。その他、太陽電池などの光電効果により起電力を発生するものを電池Eとして使用してもよい。
【0021】
また、キャパシタCは、レギュレータ回路1の出力側に設けられた平滑用コンデンサである。
【0022】
なお、図1における負荷Zは、この電源装置からおよび他の電源の電力供給を受ける他の回路51から、直流にて電力を供給される素子、回路または装置である。
【0023】
また、図1におけるスイッチSWは、ユーザの操作、またはこの電源装置が内蔵される装置の内部状態に応じて動作し、負荷Zから他の回路51を切り離す電子部品である。なお、スイッチSWとしては、各種機械式スイッチ、電磁リレー、半導体スイッチング素子などを使用することができる。また、抵抗Rは、他の回路51内においてスイッチSWに接続される抵抗素子である。
【0024】
次に、上記装置の動作について説明する。
【0025】
電池Eは、使用状況、環境(例えば温度)などに応じた電圧で起電力を発生する。DC/DCコンバータ2は、入力側に印加される電池Eの電圧を5ボルト程度に昇圧する。DC/DCコンバータ2の出力電圧は、電池Eの出力電圧が使用状況、環境などに応じて変化するため、併せて変化する。
【0026】
定電圧回路11は、DC/DCコンバータ2により印加される出力電圧を所定の一定電圧に制御する。そして定電圧回路11は、その制御された定電圧で負荷Zへ電力を供給する。
【0027】
その際、定電圧回路11では、基準電圧発生部21が、定電圧回路11の出力電圧(すなわちのレギュレータ回路1の出力電圧)の基準となる基準電圧を発生し、比較器22が、基準電圧発生部21による基準電圧値と定電圧回路11の出力電圧値とを比較し、出力電圧をその比較結果に応じた電圧とする。トランジスタQ1は、比較器22の出力電圧に応じて動作する。これにより、定電圧回路11の出力電圧は、基準電圧に制御される。
【0028】
すなわち、定電圧回路11の出力電圧が基準電圧より低く比較器22の出力電圧が負(あるいはゼロ)である場合、トランジスタQ1のベースエミッタ間電圧が増加するため、トランジスタQ1のエミッタコレクタ間の抵抗値が減少し、定電圧回路11の出力電圧が増加する。一方、定電圧回路11の出力電圧が基準電圧より高く比較器22の出力電圧が正である場合、トランジスタQ1のベースエミッタ間電圧が減少するため、トランジスタQ1のエミッタコレクタ間の抵抗値が上昇し、定電圧回路11の出力電圧が低下する。
【0029】
なお、定電圧回路11の出力電圧が基準電圧以上である場合、あるいは定電圧回路11の出力電圧がDC/DCコンバータ2の入力電圧すなわち電池Eの出力電圧以下である場合には、トランジスタQ2のコレクタエミッタ間は不通状態となる。一方、定電圧回路11の出力電圧が基準電圧より低く、比較器22の出力電圧が負(またはゼロ)であり、かつ定電圧回路11の出力電圧がDC/DCコンバータ2の入力電圧すなわち電池Eの出力電圧より高い場合には、トランジスタQ2のコレクタエミッタ間の抵抗値が減少し、負荷Z側からの電流が電池EおよびDC/DCコンバータ2に供給される。
【0030】
このようにして、レギュレータ回路1による定電圧(例えば、3ボルトといった目標電圧)が負荷Zに印加される。
【0031】
次に、スイッチSWがオン状態であり、レギュレータ回路1の出力端の電圧、すなわち負荷Zの電圧が、他の回路51からの電力供給に起因して所定の目標電圧(例えば3ボルト)より高くなった場合の動作について説明する。
【0032】
この場合、比較器22の出力電圧が正となりトランジスタQ1のコレクタエミッタ間は不通状態となる。一方、比較器22の出力電圧が正となると、トランジスタQ2のコレクタエミッタ間は導通状態となり、DC/DCコンバータ2の入力側電圧が定電圧回路11の出力端電圧(すなわ負荷Zの電圧)より低い場合には、定電圧回路11の出力端からトランジスタQ2を介してDC/DCコンバータ2の入力側へ電流が流入する。これにより、負荷Z側からDC/DCコンバータ2および電池Eへ電力が回生され、負荷Zの電圧が目標電圧まで低下する。
【0033】
以上のように、上記実施の形態によれば、レギュレータ回路1は、入力側に電池を接続されるDC/DCコンバータ2の出力側に接続され、DC/DCコンバータ2の出力電圧を所定の電圧(例えば3ボルト)に変換する定電圧回路11と、DC/DCコンバータ2の入力側と定電圧回路11の出力側との間に設けられ、定電圧回路1の出力側からDC/DCコンバータ2の入力側へ電力を回生させるトランジスタQ2とを備える。
【0034】
これにより、レギュレータ回路1とは別に電力を供給する回路51が負荷Zに接続された場合でも、負荷Zに印加される電圧を所定の電圧(レギュレータ回路1の制御目標とされる電圧)に常に制御することができる。また、電池Eに電力が回生されるため、電力の利用効率が向上する。
【0035】
さらに、上記実施の形態によれば、トランジスタQ2は、定電圧回路11の出力側の電圧が所定の電圧(例えば3ボルト)以上の場合に、DC/DCコンバータ2の入力側と定電圧回路11の出力側との間を導通させる。
【0036】
これにより、負荷Zの電圧が目標電圧を超えた場合のみ電力を回生させることができ、負荷Zの電圧を一定にしつつ回生動作を正確に行うことができる。
【0037】
さらに、上記実施の形態によれば、定電圧回路11が、この定電圧回路11の出力電圧と所定の基準電圧とを比較する比較器22と、この定電圧回路11の入力側と出力側との間に設けられ比較器22の出力に応じて動作する制御用のトランジスタQ1とを有し、トランジスタQ2が、定電圧回路11の比較器22の出力に応じて動作する。
【0038】
これにより、制御用のトランジスタQ1と、電流を回生させるトランジスタQ2とが、共に比較器22の出力に応じて動作することとなり、トランジスタQ2の制御用回路を特に追加することなく、このレギュレータ回路1を実現することができ、回路規模および製造コストの増加を抑えることができる。
【0039】
なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。
【0040】
例えば、図1における各部の電圧値は、一例であって、使用される負荷Z、電池E、DC/DCコンバータ2などに応じて他の値となるように制御してもよい。
【0041】
また、上述のトランジスタQ1,Q2には、バイポーラトランジスタを使用してもよいし、電界効果トランジスタ(FET)などといったモノポーラトランジスタを使用してもよい。また、他のスイッチング素子を使用してもよい。
【0042】
また、上記実施の形態において、レギュレータ回路1のトランジスタQ2のコレクタと定電圧回路11の出力側との間に、回生させる電流量を調整するための抵抗を挿入してもよい。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、レギュレータ回路とは別に電力を供給する回路が負荷に接続された場合でも、負荷に印加される電圧を所定の電圧に制御するレギュレータ回路および電源装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の実施の形態に係る電源装置の構成を示すブロック図である。
【図2】 図2は、従来のレギュレータ回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 レギュレータ回路
2 DC/DCコンバータ(直流電圧変換手段)
11 定電圧回路
22 比較器
E 電池
Q1 トランジスタ(制御用トランジスタ)
Q2 トランジスタ(回生手段、スイッチング素子)
Z 負荷
Claims (2)
- 入力側に電池を接続される直流電圧変換手段の出力側に接続され、上記直流電圧変換手段の出力電圧を所定の電圧に変換する定電圧回路と、
上記直流電圧変換手段の入力側と上記定電圧回路の出力側との間に設けられ、上記定電圧回路の出力側から上記直流電圧変換手段の入力側へ電力を回生させる回生手段と、を備え、
上記定電圧回路は、
この定電圧回路の出力電圧またはその出力電圧に比例する電圧と所定の基準電圧とを比較する比較器と、この定電圧回路の入力側と出力側との間に設けられ上記比較器の出力に応じて動作する制御用トランジスタとを有し、
上記回生手段は、上記定電圧回路の上記比較器の出力に応じて動作するスイッチング素子を有し、上記定電圧回路の出力側の電圧が上記所定の電圧以上の場合に、上記直流電圧変換手段の入力側と上記定電圧回路の出力側との間を導通させる、
ことを特徴とするレギュレータ回路。 - 他の回路または直流電源から直流電力を供給可能な負荷に対して電池の直流電力を供給する電源装置において、
入力側に上記電池を接続される直流電圧変換手段と、
上記直流電圧変換手段の出力側と上記負荷との間に接続され、上記直流電圧変換手段の出力電圧を所定の電圧に変換する定電圧回路と、
上記直流電圧変換手段の入力側と上記定電圧回路の出力側との間に設けられ、上記定電圧回路の出力側から上記直流電圧変換手段の入力側へ電力を回生させる回生手段と、を備え、
上記定電圧回路は、
この定電圧回路の出力電圧またはその出力電圧に比例する電圧と所定の基準電圧とを比較する比較器と、この定電圧回路の入力側と出力側との間に設けられ上記比較器の出力に応じて動作する制御用トランジスタとを有し、
上記回生手段は、上記定電圧回路の上記比較器の出力に応じて動作するスイッチング素子を有し、上記定電圧回路の出力側の電圧が上記所定の電圧以上の場合に、上記直流電圧変換手段の入力側と上記定電圧回路の出力側との間を導通させる、
ことを特徴とする電源装置。
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