JP5845213B2

JP5845213B2 - 電圧参照型電源回路

Info

Publication number: JP5845213B2
Application number: JP2013139768A
Authority: JP
Inventors: 木下　茂; 茂木下; 清歌小川
Original assignee: Tabuchi Electric Co Ltd
Current assignee: Tabuchi Electric Co Ltd
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: JP2015015791A

Description

本発明は、各電源回路の出力電圧を参照して、任意の電源回路の出力電圧を所望の電圧に設定する電圧参照型電源回路に関する。

従来から、複数の電源回路を接続して、所望の電源回路の出力電圧を設定するように制御することが知られている。その一例として、複数の電源回路から出力される電圧レベルのばらつきを抑制する電源回路が挙げられる（例えば、特許文献１）。複数の電源回路が基準電圧源を共有化することにより、各電源回路の二次側出力電圧のばらつきを抑制している。

特開２００２−２７２１０９号公報

特許文献１は、同一の基準電圧を複数の電源回路に接続して、ばらつきの少ない、複数の出力電圧を得るものであるが、基準電圧と出力電圧に大きな差がある場合には、ばらつきが大きくなる可能性があり、また、それぞれの出力電圧を別の電圧に設定する場合には、そのための構成が別途必要となる。

一方、複数の出力電圧を例えばダイオードＯＲ回路（ダイオードを２個以上、カソード同士をつき合わせて使用する回路）で接続して、電圧供給経路を選択的に使用するとき、図６に示すような出力電圧のばらつきにより確実な選択ができない場合がある。

本発明は、前記の問題点を解決して、複数の電源回路のうち任意の電源回路の出力電圧を所望の電圧に安定して設定することができる電圧参照型電源回路を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一構成に係る電圧参照型電源回路は、複数の電源回路と、各電源回路の出力電圧を参照して、任意の電源回路の出力電圧を所望の電圧に設定する制御を行う設定制御部とを備えている。前記設定制御部は、第１の電源回路の第１の出力電圧を基準値とし、この基準値に差電圧を付加して任意の電源回路の第２の出力電圧を設定しておき、当該第２の出力電圧が変動したとき、任意の電源回路の出力電圧が所望の第２の出力電圧に合致するように制御する。これとともに、前記第１の出力電圧がないとき、任意の電源回路の出力電圧を、第２の出力電圧と異なる独自電圧に設定する制御を行う。

この構成によれば、任意の電源回路の第２の出力電圧は、第１の電源回路の基準となる第１の出力電圧に対して差電圧を付加した状態を保持しながら、その電圧の差分がフィードバックされるから、第２の出力電圧を基準となる第１の出力電圧に対して相対的に設定することにより、任意の電源回路の出力電圧を所望の第２の出力電圧に安定して設定することができる。これにより、任意の電源回路の出力電圧を所望の電圧に安定して設定することが可能となる。また、第１の出力電圧がないとき、任意の電源回路の出力電圧を第２の出力電圧とは異なる独自電圧に優先的に設定することもできる。

本発明は、前記設定制御部が、任意の電源回路の第２の出力電圧を、第１の電源回路の第１の出力電圧に対して高くまたは低くして設定することが好ましい。また、前記設定制御部は、任意の電源回路の第２の出力電圧を、第１の電源回路の第１の出力電圧に対して電圧差を０として第１の出力電圧と同一になるように設定することも好ましい。したがって、負荷の用途に応じて、差電圧の付加により、容易に任意の電源回路の出力電圧を所望の電圧に安定して設定することができる。

好ましくは、複数の電源回路のうち任意の電源回路は、第１の電源回路の第１の出力電圧に対して差電圧がそれぞれ付加された第２〜ｎの出力電圧にそれぞれ設定されて、第２〜ｎの出力電圧が変動したとき、任意の電源回路の出力電圧が所望の第２〜ｎの出力電圧にそれぞれ合致するように制御されるとともに、第１の出力電圧がないとき、任意の電源回路の出力電圧は第２〜ｎの出力電圧とは異なるそれぞれ独自電圧に設定される。したがって、任意の電源回路の出力電圧を所望の第２〜ｎの出力電圧に安定して設定することができ、また第１の出力電圧がないとき、任意の電源回路の出力電圧を第２〜ｎの出力電圧とは異なる独自電圧に優先的に設定することもできる。

本発明は、任意の電源回路の第２の出力電圧が、第１の電源回路の基準となる第１の出力電圧に対して差電圧を付加した状態を保持しながら、その電圧の差分がフィードバックされるから、任意の電源回路の出力電圧を所望の電圧に安定して設定することが可能となる。また、第１の出力電圧がないとき、任意の電源回路の出力電圧を第２の出力電圧とは異なる独自電圧に優先的に設定することもできる。

本発明の第１実施形態に係る電圧参照型電源回路を示す構成図である。図１の設定制御部の具体的な一例を示す回路図である。本発明の効果を示す特性図である。第２実施形態に係る設定制御部の具体的な一例を示す回路図である。第３実施形態に係る電圧参照型電源回路を示す構成図である。電圧レベルのばらつきを示す特性図である。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１は本発明の第１実施形態にかかる電圧参照型電源回路を示す構成図である。図１の電圧参照型電源回路１は、複数の、例えば２つの第１、第２の電源回路２、３と、各電源回路２、３の出力電圧を参照して、任意の電源回路の出力電圧を所望の電圧に設定する制御を行う設定制御部１０とを備えている。図１の電圧参照型電源回路１は、電圧レギュレータ１１を介して、第１、第２の電子回路である負荷１２に接続されて、負荷１２へ任意の電源回路である第２の電源回路３の所望に設定された出力電圧が供給される。

第１の電源回路２は、例えば系統のＡＣ電源からのＡＣ電圧５が供給される第１の電源６と、その出力電圧を安定化するためのシャントレギュレータのような２次側制御回路９とを有している。第２の電源回路３は、例えば太陽光パネルからのＤＣ電圧７が供給される第２の電源８と、同様の２次側制御回路９とを有している。

この例では、電圧参照型電源回路１から負荷１２へ常時電源供給が必要な場合に、太陽光による発電がないときや夜間などには、電力は第１の電源回路２から負荷１２へ供給され、太陽光による発電があるときには、第２の電源回路３から優先的に供給されるように制御される。

前記設定制御部１０は、第１の電源回路２の第１の出力電圧を基準値とし、この基準値に差電圧を付加して任意の電源回路である第２の電源回路３の第２の出力電圧を設定しておき、両出力電圧を比較し、当該第２の出力電圧の変動により比較結果が変動したとき、第２の電源回路３の出力電圧が所望の第２の出力電圧に合致するように制御する。これとともに、第１の出力電圧がないとき、第２の電源回路３の出力電圧を第２の出力電圧と異なる独自電圧に設定する制御を行う。

図２は、図１の設定制御部１０の具体的な一例を示す回路図である。この例では、第２の出力電圧Ｖｂは、第１の出力電圧Ｖａに対して差電圧ΔＶ分高くして設定されている。図２のように、設定制御部１０は、基準値である第１の出力電圧Ｖａに差電圧ΔＶを付加して第２の出力電圧Ｖｂ（例えば、Ｖａ＋ΔＶ）とする差電圧付加部１５を有している。差電圧付加部１５には、例えばツェナーダイオードＺＤが使用される。

設定制御部１０は、第１の電源回路２および第２の電源回路３から実際に出力される出力電圧を比較する比較部１６を有している。比較部１６は、２個のトランジスタ、ＰＮＰ型のトランジスタＱ１とＮＰＮ型のトランジスタＱ２によりコンパレータを構成するもので、トランジスタＱ２のエミッタとトランジスタＱ１のベースが接続されて、トランジスタＱ２でトランジスタＱ１を制御する。２個のダイオードｄとトランジスタＱ１とによる電圧降下と、２個のダイオードｄとトランジスタＱ２とによる電圧降下とはほぼ同一であり、上記ツェナーダイオードＺＤが第２の出力電圧Ｖｂから差電圧ΔＶを差し引いている。このように、複数のダイオードｄ（またはトランジスタのＶBE）の組み合わせにより出力電圧の比較が行われる。

また、設定制御部１０は、比較部１６の比較結果から差信号を出力する差信号出力部１７を有している。差信号出力部１７は、前記ＰＮＰ型のトランジスタＱ１のコレクタにベースが接続されたＮＰＮ型のトランジスタＱ３と、このトランジスタＱ３のコレクタおよび電圧設定抵抗１８を構成する抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点の間に接続された抵抗Ｒとを有している。

設定制御部１０は、前記比較部１６で第２の出力電圧Ｖｂをモニターし続け、第２の電源回路３の出力電圧を、第２の出力電圧Ｖｂが変動しても、所望の設定値となるように制御する。

さらに、設定制御部１０は、第１の電源回路２の第１の出力電圧Ｖａがないとき、第２の電源回路３の出力電圧を、電圧設定抵抗１８により第２の出力電圧Ｖｂとは異なる独自電圧ＶＤに設定する制御を行う。

以下、上記構成の電圧参照型電源回路１の動作について説明する。図２において、所望の出力電圧となる第２の出力電圧Ｖｂの設定条件は、第１の出力電圧Ｖａ（２４Ｖ）が発生していれば、差電圧ΔＶを＋２Ｖとしたとき、第１の出力電圧Ｖａに＋ΔＶを付加して、（２４＋２）＝２６Ｖである。また、第１の出力電圧Ｖａが発生していなければ（０Ｖ）、第２の電源回路３の出力電圧は第２の出力電圧Ｖｂとは異なる独自電圧ＶＤ（１８Ｖ）である。

第２の出力電圧Ｖｂの変動により、比較部１６におけるトランジスタＱ２のベース側の電圧が高くなると、トランジスタＱ１はオフし、トランジスタＱ３に差信号が入力しないため、トランジスタＱ３はオフとなる。このとき、第２の出力電圧Ｖｂは、抵抗Ｒを加味した電圧ではなく、第２の電源回路３側の電圧設定抵抗１８により制御された電圧（独自電圧）となり低くなる。その一方、トランジスタＱ２のベース側の電圧が低くなると、トランジスタＱ２はオフし、トランジスタＱ３に差信号が入力するためオンとなり、トランジスタＱ３のコレクタに接続された抵抗Ｒが電圧設定に寄与する。すなわち、電圧設定抵抗１８と抵抗Ｒの効果により、第２の出力電圧Ｖｂは高くなる。こうして、負荷１２に供給される第２の電源回路３からの第２の出力電圧Ｖｂは、その電圧が変動しても、第１の出力電圧Ｖａに対して差電圧＋ΔＶを付加した状態を一定に保持するようにフィードバック制御される（図示（Ａ））。

図３は、本発明を使用した場合と使用しない場合の効果を示す特性図である。図３のように、各出力電圧がそれぞればらついている場合、それを考慮して各出力電圧を設定すると、大きな電圧差をもって設定する必要があり、後段の回路へのロスなどの影響が大きくなる可能性がある。測定結果として、負荷１２に供給される所望の出力電圧は、最小限のロスで設定される。

また、第１の出力電圧Ｖａがなく比較部１６から差信号が出力されないとき、つまりトランジスタＱ３がオフのとき、負荷１２に供給される第２の電源回路３の出力電圧は、抵抗Ｒによる電圧設定の寄与がないので、電圧設定抵抗１８による第２の出力電圧Ｖｂ（２６Ｖ）とは異なる独自電圧ＶＤ（１８Ｖ）に設定される（図示（Ｂ））。

このように、本発明では、任意の第２の電源回路の第２の出力電圧は、第１の電源回路の基準となる第１の出力電圧に対して差電圧を付加した状態を保持しながら、その電圧の差分がフィードバックされるから、第２の出力電圧を基準となる第１の出力電圧に対して相対的に設定することにより、第２の電源回路の出力電圧を所望の第２の出力電圧に設定することができる。これにより、第２の電源回路の出力電圧を所望の電圧に安定して設定することが可能となる。また、第１の出力電圧がないとき、第２の電源回路の出力電圧を第２の出力電圧とは異なる独自電圧に優先的に設定することもできる。

つぎに、第２実施形態について説明する。図４に示すように、この第２実施形態では、第１実施形態とは差電圧付加部１５と比較部１６の構成が異なり、第２の出力電圧Ｖｂが、第１の出力電圧Ｖａに対する差電圧ΔＶを低く設定されている。第１の出力電圧Ｖａ（２４Ｖ）に対して、例えば差電圧ΔＶは−２Ｖで、第２の出力電圧Ｖｂは２４−２＝２２Ｖである。その他の構成は第１実施形態と同様である。

図４において、例えば第２の出力電圧Ｖｂの設定条件は、第１の出力電圧Ｖａ（２４Ｖ）が発生していれば、差電圧ΔＶを−２Ｖとしたとき、第１の出力電圧ＶａにΔＶを付加して、（２４−２）＝２２Ｖである。また、第１の出力電圧Ｖａが発生していなければ（０Ｖ）、第２の出力電圧Ｖｂは電圧設定抵抗１８により設定された独自電圧ＶＤ（１８Ｖ）である。

比較部１６は、２個のダイオードｄ、トランジスタＱ４およびそのベースに接続されたダイオードｄによりコンパレータを構成するものであり、トランジスタＱ２、Ｑ５は誤差信号伝達を担い、トランジスタＱ２でトランジスタＱ１を制御する。そして、差電圧付加部１５のツェナーダイオードＺＤ１が差電圧ΔＶの−２Ｖを付加している。これにより、同様に第２の電源回路３の出力電圧を第２の出力電圧Ｖｂに安定して設定することができる。

つぎに、第３実施形態について説明する。図５に示すように、複数の電源回路のうち任意の電源回路は、第２の電源回路３、第３の電源回路４、…第ｎの電源回路のように複数設けられている。第１の電源回路の第１の出力電圧に対して、差電圧ΔＶ、ΔＶ１…が付加されて、第２〜ｎの出力電圧（Ｖｂ〜Ｖｎ）にそれぞれ設定されて、第２〜ｎの出力電圧が変動したとき、任意の電源回路の出力電圧が所望の第２〜ｎの出力電圧にそれぞれ合致するように制御されるとともに、第１の出力電圧がないとき、任意の電源回路の出力電圧は第２〜ｎの出力電圧（Ｖｂ〜Ｖｎ）とは異なるそれぞれ独自電圧に設定される。

これにより、任意の電源回路の出力電圧を第２〜ｎの出力電圧Ｖｂ〜Ｖｎに安定して設定することができ、また第１の出力電圧Ｖａがないとき、任意の電源回路の出力電圧を第２〜ｎの出力電圧Ｖｂ〜Ｖｎとは異なる独自電圧に優先的に設定することもできる。

なお、上記各実施形態では、第２の出力電圧が、第１の出力電圧に対して高くまたは低く設定されているが、同一に設定されてもよい。この場合、負荷の用途に応じて、差電圧の付加により、容易に任意の電源回路の出力電圧を安定して設定することができる。

なお、上記各実施形態では、比較部１６がダイオードおよびトランジスタを複数接続して構成されているが、これらの数や順序は何ら限定されるものではなく、またダイオードに代えてツェナーダイオードや抵抗などを複数接続させるようにしてもよい。

また、各電源回路は、トランスで分離された分離型になっているが、非分離型でもよい。

１：電圧参照型電源回路
２：第１の電源回路
３：第２の電源回路
４：第３の電源回路
５：ＡＣ電圧
６：第１の電源
７：ＤＣ電圧
８：第２の電源
９：２次側制御回路
１０：設定制御部
１１：電圧レギュレータ
１２：負荷
１５：差電圧付加部（ツェナーダイオード）
１６：比較部
１８：電圧設定抵抗

Claims

複数の電源回路と、各電源回路から出力電圧を参照して、任意の電源回路の出力電圧を所望の電圧に設定する制御を行う設定制御部とを備えた電圧参照型電源回路であって、
前記設定制御部は、
第１の電源回路の第１の出力電圧を基準値とし、この基準値に差電圧を付加して任意の電源回路の第２の出力電圧を設定しておき、前記第１の電源回路および任意の電源回路から実際に出力される出力電圧を参照して、これら同士を比較し、当該第２の出力電圧が変動して比較結果が変動したとき、任意の電源回路の出力電圧が所望の第２の出力電圧に合致するように制御するとともに、
前記第１の出力電圧がないとき、任意の電源回路の出力電圧を、第２の出力電圧と異なる独自電圧に設定する制御を行う、電圧参照型電源回路。
請求項１において、
前記設定制御部は、任意の電源回路の第２の出力電圧を、第１の電源回路の第１の出力電圧に対して高くまたは低くして設定する、電圧参照型電源回路。
請求項１において、
前記設定制御部は、任意の電源回路の第２の出力電圧を、第１の電源回路の第１の出力電圧に対して電圧差を０として第１の出力電圧と同一になるように設定する、電圧参照型電源回路。
請求項１において、
複数の電源回路のうち任意の電源回路は、第１の電源回路の第１の出力電圧に対して差電圧がそれぞれ付加された第２〜ｎの出力電圧にそれぞれ設定されて、第２〜ｎの出力電圧が変動したとき、任意の電源回路の出力電圧が所望の第２〜ｎの出力電圧にそれぞれ合致するように制御されるとともに、第１の出力電圧がないとき、任意の電源回路の出力電圧は第２〜ｎの出力電圧とは異なるそれぞれ独自電圧に設定される、電圧参照型電源回路。