JP6026294B2 - 過電流保護回路とそれを備える充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、変曲点及び傾きを任意に設定可能なフの字特性を有する過電流保護回路とそれを備える充電装置に関する。

下記特許文献１には、過電流保護回路を備える安定化電源回路に関する発明であって、従来の安定化電源回路では、外付抵抗により過電流検出ポイントを簡単に設定できる為、出力段トランジスタの消費電力を低減することができるが、出力電圧と出力電流の関係はいわゆる垂下特性であり、地絡した場合の出力段トランジスタの消費電力は通常動作時に比べて大きくなり、それだけ発熱が大きくなるという問題を解決するため、入力端子と出力端子との間に直列にコレクタ、エミッタ通路が接続された出力段トランジスタ及び電流検知抵抗と、前記出力端子の電圧と基準電圧とを比較して前記出力段トランジスタを制御する誤差増幅器及び第１の出力制御用トランジスタと、前記電流検知抵抗の両端の電圧を検出して前記出力段トランジスタを制御する比較器及び第２の出力制御トランジスタとを備え、前記比較器には二つの入力端子間に電位差を持たせる手段が備えられた安定化電源回路とする技術思想が開示されている。

この文献による提案では、過電流検出ポイントと出力端子地絡時の出力電流を別々に設定できるようにしたことで、出力端子地絡時の出力段トランジスタの消費電力を小さく抑えることができる為、出力端子の異常による安定化電源回路の発熱または破壊を抑えることができる効果があることが記載されている。

特開平０７−１８２０５５号公報

従来の過電流保護回路は、出力電流−出力電圧特性において、いわゆる垂下特性を有するため、過電流保護が機能した場合に、定電圧制御用の主トランジスタでの損失が大きかった。

特に、入力電圧が大きな値を有する電源等においては、過電流保護が機能した場合の定電圧制御用の主トランジスタでの損失がより顕著になることが知られている。また、出力電流−出力電圧特性において、いわゆるフの字特性を有する過電流保護回路も知られているが、定電圧動作のみが可能であり、かつフの字特性を任意に設定・変更することはできなかった。

本発明は、上述した問題点に鑑み為された発明であって、変曲点及び傾きを任意に設定可能なフの字特性を有する過電流保護回路とそれを備える充電装置を実現することを目的とする。

本発明の過電流保護回路は、負電圧出力用のリニアレギュレータの直列制御型定電圧電源に用いる過電流保護回路であって、定電圧制御用主トランジスタのコレクタにカソードが接続されたツェナーダイオードと、ツェナーダイオードのアノードと過電流制御トランジスタのベースとの間に接続された第１の抵抗とを備え、定電圧制御用主トランジスタのエミッタが、第２の抵抗を介して負電圧の入力電圧を印加され、第２の抵抗を介して過電流制御トランジスタのエミッタに接続され、第３の抵抗を介して過電流制御トランジスタのベースに接続され、定電圧制御用主トランジスタのコレクタが、負電圧側及び接地側出力端子のうちの負電圧側出力端子に接続され、第４の抵抗を介して定電圧制御用主トランジスタのベースと過電流制御トランジスタのコレクタとに接続され、直列制御型定電圧電源の出力電流−出力電圧グラフにおけるフの字特性の変曲点の位置がツェナーダイオードの降伏電圧に依存して変わり、フの字特性の傾斜部位の傾きが第１の抵抗の値に依存して変わることを特徴とする。

本発明の過電流保護回路は、負電圧出力用のリニアレギュレータの直列制御型定電圧電源に用いる過電流保護回路であって、過電流制御トランジスタのベースにカソードが接続されたツェナーダイオードと、ツェナーダイオードのアノードと定電圧制御用主トランジスタのコレクタとの間に接続された第１の抵抗とを備え、定電圧制御用主トランジスタのコレクタが、負電圧の入力電圧を印加され、第２の抵抗を介して定電圧制御用主トランジスタのベースと過電流制御トランジスタのコレクタとに接続され、定電圧制御用主トランジスタのエミッタが、第３の抵抗を介して負電圧側及び接地側出力端子のうちの負電圧側出力端子と過電流制御トランジスタのエミッタとに接続され、第４の抵抗を介して過電流制御トランジスタのベースに接続され、直列制御型定電圧電源の出力電流−出力電圧グラフにおけるフの字特性の変曲点の位置がツェナーダイオードの降伏電圧に依存して変わり、フの字特性の傾斜部位の傾きが第１の抵抗の値に依存して変わることを特徴とする。

また、本発明の充電装置は、上述の過電流保護回路を備えることを特徴とする。

変曲点及び傾きを任意に設定可能なフの字特性を有する過電流保護回路とそれを備える充電装置を実現できる。

第一の実施形態における過電流保護回路を備えた充電用電源の構成概要を説明する回路図である。 第一の実施形態における過電流保護回路を備えたシリーズ電源１０００の電気的特性を説明する図であり、（ａ）が第一の実施形態における過電流保護回路を備えたシリーズ電源の電流−電圧特性を説明する図であり、（ｂ）が第一の実施形態における過電流保護回路を備えたシリーズ電源の電流−損失特性を説明する図である。 第二の実施形態における過電流保護回路を備えたシリーズ電源の構成概要を説明する回路図である。 第二の実施形態における過電流保護回路を備えたシリーズ電源の電気的特性を説明する図であり、（ａ）が第二の実施形態における過電流保護回路を備えたシリーズ電源の電流−電圧特性を説明する図であり、（ｂ）が第二の実施形態における過電流保護回路を備えたシリーズ電源の電流−損失特性を説明する図である。 第二の実施形態における過電流保護回路を備えたシリーズ電源のツェナーダイオードと抵抗の特性変化対する電気的特性を説明する図であり、（ａ）が第二の実施形態における過電流保護回路を備えたシリーズ電源の出力電流−出力電圧特性を説明する図であり、（ｂ）が第二の実施形態における過電流保護回路を備えたシリーズ電源の電流−損失特性を説明する図である。 第二の実施形態における過電流保護回路を備えたシリーズ電源の損失の理解の為、垂下特性の場合の損失（Ｗ）と本発明のフの字特性の場合の損失（Ｗ）とを比較して説明する図であり、（ａ）が垂下特性の場合の損失（Ｗ）を説明する図であり、（ｂ）が本発明のフの字特性の場合の損失（Ｗ）を説明する図である。 第三の実施形態における過電流保護回路を備えたプラス出力のシリーズ電源の構成概要を説明する回路図である。 第四の実施形態における過電流保護回路を備えたマイナス出力のシリーズ電源の構成概要を説明する回路図である。 第五の実施形態における過電流保護回路を備えたシリーズ電源の構成概要を説明する回路図である。 第六の実施形態における過電流保護回路を備えたシリーズ電源の構成概要を説明する回路図である。

実施形態では、リニアレギュレータのシリーズ型において定電圧出力制御を遂行する充電用電源等に用いる新たな過電流保護回路を提案する。

実施形態で示す過電流保護回路は、典型的には抵抗とツェナーダイオードとを直列接続し、出力電圧がツェナーダイオードの降伏電圧を超えた場合に過電流制御トランジスタのベースに出力電流の一部を還流する。

これにより、ツェナーダイオードの降伏電圧の大小（例えば、ツェナーダイオードの直列接続数の多少）に依存して、いわゆるフの字特性を開始する位置を任意に設定できる。また、ツェナーダイオードと直列接続とされる抵抗の値の大小に依存して、フの字特性の傾斜の大きさを任意に設定できる。

従来の過電流保護回路においては、垂下特性とした場合には損失が大きくなり、フの字特性とした場合には電圧零からの再起動時に支障が生じる場合があった。また、従来は、過電流保護機能の損失に伴う発熱から素子を保護するために、温度保護回路等を別途追加して設ける必要があり、一端温度保護回路が作動すれば、一定の冷却期間が必要となるため、迅速な再起動をすることは困難であった。

このため、本実施形態においては、いわゆるフの字特性の開始位置とフの字特性のグラフの傾きとを任意に設計可能とすることにより、過電流保護に伴うフの字特性による損失（発熱量）の低減と、再起動時の迅速かつ容易さと、を両立可能な過電流保護回路を提案する。

（第一の実施形態）
図１は、第一の実施形態における過電流保護回路１１００を備えたシリーズ電源１０００の構成概要を説明する回路図である。図１に示すように、シリーズ電源１０００は、ＮＰＮ型の定電圧制御用の主トランジスタ１３００を備えた、別途のバイアスが不要なマイナス出力の電源であって、入力電圧（Ｖ_ｉｎ）を一定のマイナス出力電圧（Ｖ_Ｏ）で負荷１２００に供給する。負荷１２００は、例えば二次電池等であってもよいし、その他値が随時変動する負荷であってもよい。

図１に示すように、シリーズ電源１０００は、過電流保護回路１１００を備える。過電流保護回路１１００は、過電流制御トランジスタ１１１０と、過電流制御トランジスタ１１１０のベースにその一端が接続された抵抗１１２０と、抵抗１１２０の他端にアノードが接続されたツェナーダイオード１１３０と、を備える。

また、シリーズ電源１０００は、その出力ラインにコレクタとエミッタとが直列に接続された定電圧制御用の主トランジスタ１３００を備える。定電圧制御用の主トランジスタ１３００のエミッタは、抵抗（Ｒ_１）を介して過電流制御トランジスタ１１１０のベースに接続される。

また、定電圧制御用の主トランジスタ１３００のコレクタはツェナーダイオード１１３０のカソードに接続されるとともに、抵抗（Ｒ_２）を介して過電流制御トランジスタ１１１０のコレクタに接続される。

すなわち、本実施形態における過電流保護回路１１００は、過電流制御トランジスタ１１１０のベースと定電圧制御用の主トランジスタ１３００のコレクタとの間に、直列接続された抵抗１１２０とツェナーダイオード１１３０とを備える。なお、シリーズ電源１０００のその他の構成は、シリーズ（リニア）レギュレータとして当業者に周知の構成であるので、ここでは説明を省略する。図１から理解できるように、シリーズ電源１０００は、入力電圧（Ｖ_ｉｎ）を除いた他のバイアスが不要であり、出力に対する回路素子による制約は生じない。

図２は、第一の実施形態における過電流保護回路１１００を備えたシリーズ電源１０００の電気的特性を説明する図である。図２（ａ）が第一の実施形態における過電流保護回路１１００を備えたシリーズ電源１０００の電流−電圧特性を説明する図であり、図２（ｂ）が第一の実施形態における過電流保護回路１１００を備えたシリーズ電源１０００の電流−損失特性を説明する図である。

図２（ａ）に示すように、シリーズ電源１０００はマイナス電源であるので、いわゆるフの字を上下反転させたような出力電流−出力電圧特性を示すものとして図示している。過電流保護回路１１００が機能するまでの間は、図２（ａ）Ａ−Ｂ間で示されるように、シリーズ電源１０００は出力電流（Ｉ_Ｏ）の値に拘わらず出力電圧（Ｖ_Ｏ）が一定に維持される定電圧制御（ＣＶ）となる。

また、過電流保護回路１１００が機能開始すると図２（ａ）Ｂ−Ｃ間に示すように、出力電流（Ｉ_Ｏ）の値が制限値で一定となり、出力電圧（Ｖ_Ｏ）が低減される動作となる。この場合に、Ｂ−Ｃ間の長さすなわちＣの位置は、ツェナーダイオード１１３０の降伏電圧に対応するものとなり、換言すればツェナーダイオード１１３０の降伏電圧値で調整することができる。

具体的には、ツェナーダイオード１１３０を例えば複数のツェナーダイオードの直列接続で構成して降伏電圧を大きくした場合には、Ｃの位置は図２（ａ）の紙面上方へとシフトしてＢ−Ｃ間が長くなる。また、ツェナーダイオード１１３０の降伏電圧を小さくした場合には、Ｃの位置は図２（ａ）の紙面下方へとシフトしてＢ−Ｃ間が短くなる。

図２（ａ）から理解できるように、ツェナーダイオード１１３０にかかる逆方向電圧が降伏電圧を超えるまでのＢ−Ｃ間においては、シリーズ電源１０００は定電流制御（ＣＣ）となる。すなわち、シリーズ電源１０００は、Ａ−Ｂ間における定電圧制御（ＣＶ）と、Ｂ−Ｃ間における定電流制御（ＣＣ）との両方を遂行することが可能である。さらに、シリーズ電源１０００は、負荷１２００が電気的に破損している場合等には、フの字特性で低損失（低発熱）な過電流保護を遂行することが可能である。

また、過電流保護回路１１００のツェナーダイオード１１３０にかかる逆方向電圧が降伏電圧を超えると、図２（ａ）Ｃ−Ｄ間に示すように、いわゆるフの字特性の傾斜により出力電流（Ｉ_Ｏ）と出力電圧（Ｖ_Ｏ）とを共に零に近づける動作が開始される。

これにより、過電流保護回路１１００が機能して定電圧制御用の主トランジスタ１３００にかかる電圧が次第に大きくなっても、出力電流（Ｉ_Ｏ）が小さくなっていくため、定電圧制御用の主トランジスタ１３００における損失（すなわち発熱量）の増大は抑えられる。

なお、図２（ａ）においては、フの字特性ではなく垂下特性とした場合の出力電圧（Ｖ_Ｏ）が零の位置をＥとして示した。垂下特性においては、過電流保護機能が働いて出力電圧値が零に近づいても、出力電流値は制限値で一定のままであるので、定電圧制御用の主トランジスタ１３００における損失（発熱量）が比較的大きなものとなる。

また、図２（ｂ）に示すように、定電圧制御用の主トランジスタ１３００においては、Ａ−Ｂ間では出力電流値（Ｉ_Ｏ）の増大とともに損失（Ｗ）も増大する。また、図２（ｂ）から理解できるように、Ｂ−Ｃ間においては出力電流（Ｉ_Ｏ）が一定であるにも拘わらず定電圧制御用の主トランジスタ１３００の電圧負担が増大するため、損失（Ｗ）も増大する。

また、Ｃ−Ｄ間においては、定電圧制御用の主トランジスタ１３００の電圧負担が増大する一方、フの字特性により出力電流（Ｉ_Ｏ）が次第に小さくなるので、図２（ｂ）に「Ｄ」で示すように損失の増大は抑えられる。なお、図２（ｂ）に示す「Ｅ」は、図２（ａ）に示す垂下特性とした「Ｅ」に対応した損失を示したものである。図２（ａ）及び図２（ｂ）から、フの字特性に比較して、垂下特性の場合には損失が極めて大きなものとなることが理解できる。

（第二の実施形態）
図３は、第二の実施形態における過電流保護回路３１００を備えたシリーズ電源３０００の構成概要を説明する回路図である。図３に示すように、シリーズ電源３０００は、ＮＰＮ型の定電圧制御用の主トランジスタ３３００を備えた、別途のバイアスが不要なプラス出力の電源であって、入力電圧（Ｖ_ｉｎ）を一定のプラス出力電圧（Ｖ_Ｏ）で負荷３２００に供給する。負荷３２００は、例えば二次電池等であってもよいし、その他値が随時変動する負荷であってもよい。

図３に示すように、シリーズ電源３０００は、過電流保護回路３１００を備える。過電流保護回路３１００は、過電流制御トランジスタ３１１０と、過電流制御トランジスタ３１１０のベースにその一端が接続された抵抗３１２０と、抵抗３１２０の他端にアノードが接続されたツェナーダイオード３１３０と、を備える。

また、シリーズ電源３０００は、その出力ラインにコレクタとエミッタとが直列に接続された定電圧制御用の主トランジスタ３３００を備える。定電圧制御用の主トランジスタ３３００のエミッタは、抵抗（Ｒ_１）を介して過電流制御トランジスタ３１１０のベースに接続される。

また、定電圧制御用の主トランジスタ３３００のコレクタはツェナーダイオード３１３０のカソードに接続されるとともに、抵抗（Ｒ_２）を介して過電流制御トランジスタ３１１０のコレクタに接続される。

すなわち、本実施形態における過電流保護回路３１００は、過電流制御トランジスタ３１１０のベースと定電圧制御用の主トランジスタ３３００のコレクタとの間に、直列接続された抵抗３１２０とツェナーダイオード３１３０とを備える。なお、シリーズ電源３０００のその他の構成は、シリーズ（リニア）レギュレータとして当業者に周知の構成であるので、ここでは説明を省略する。図３から理解できるように、シリーズ電源３０００は、入力電圧（Ｖ_ｉｎ）を除いた他のバイアスが不要であり、出力に対する回路素子による制約は生じない。

図４は、第二の実施形態における過電流保護回路３１００を備えたシリーズ電源３０００の電気的特性を説明する図である。図４（ａ）が第二の実施形態における過電流保護回路３１００を備えたシリーズ電源３０００の電流−電圧特性を説明する図であり、図４（ｂ）が第二の実施形態における過電流保護回路３１００を備えたシリーズ電源３０００の電流−損失特性を説明する図である。

図４（ａ）に示すように、シリーズ電源１０００はプラス電源であるので、いわゆるフの字のような出力電流−出力電圧特性を示すものとして図示している。過電流保護回路３１００が機能するまでの間は、図４（ａ）Ａ−Ｂ間で示されるように、シリーズ電源４０００は出力電流（Ｉ_Ｏ）の値に拘わらず出力電圧（Ｖ_Ｏ）が一定に維持される定電圧制御（ＣＶ）となる。

また、過電流保護回路３１００が機能開始すると図４（ａ）Ｂ−Ｃ間に示すように、出力電流（Ｉ_Ｏ）の値が制限値で一定となり、出力電圧（Ｖ_Ｏ）が低減される動作となる。この場合に、Ｂ−Ｃ間の長さすなわちＣの位置は、ツェナーダイオード３１３０の降伏電圧に対応するものとなり、換言すればツェナーダイオード３１３０の降伏電圧値でＣの位置を調整することができる。

具体的には、ツェナーダイオード３１３０を例えば複数のツェナーダイオードの直列接続で構成して降伏電圧を大きくした場合には、Ｃの位置は図４（ａ）の紙面下方へとシフトしてＢ−Ｃ間が長くなる。また、ツェナーダイオード３１３０の降伏電圧を小さくした場合には、Ｃの位置は図４（ａ）の紙面上方へとシフトしてＢ−Ｃ間が短くなる。

図４（ａ）から理解できるように、ツェナーダイオード３１３０に印加される逆方向電圧が降伏電圧を超えるまでのＢ−Ｃ間においては、シリーズ電源３０００は定電流制御（ＣＣ）となる。すなわち、シリーズ電源３０００は、Ａ−Ｂ間における定電圧制御（ＣＶ）と、Ｂ−Ｃ間における定電流制御（ＣＣ）との両方を遂行することが可能である。さらに、シリーズ電源３０００は、負荷３２００が電気的に破損している場合等には、フの字特性で低損失（すなわち低発熱）な過電流保護を遂行することが可能である。

また、過電流保護回路３１００のツェナーダイオード３１３０にかかる逆方向電圧が降伏電圧を超えると、図４（ａ）Ｃ−Ｄ間に示すように、いわゆるフの字特性の傾斜により出力電流（Ｉ_Ｏ）と出力電圧（Ｖ_Ｏ）との両方が共に低減される動作が開始される。

これにより、過電流保護回路３１００が機能して定電圧制御用の主トランジスタ３３００にかかる電圧が次第に大きくなっても、出力電流（Ｉ_Ｏ）が小さくなっていくため、定電圧制御用の主トランジスタ３３００における損失（すなわち発熱量）の増大は抑えられる。

なお、図４（ａ）においては、フの字特性ではなく垂下特性とした場合の出力電圧（Ｖ_Ｏ）が零の位置をＥとして示した。垂下特性においては、過電流保護機能が働いて出力電圧値が零に近づいても、出力電流値は制限値で一定のままであるので、定電圧制御用の主トランジスタ３３００における損失（発熱量）が比較的大きなものとなる。

また、図４（ｂ）に示すように、定電圧制御用の主トランジスタ３３００においては、Ａ−Ｂ間では出力電流値（Ｉ_Ｏ）の増大とともに損失（Ｗ）も増大する。また、図４（ｂ）から理解できるように、Ｂ−Ｃ間においては出力電流（Ｉ_Ｏ）が一定であるにも拘わらず定電圧制御用の主トランジスタ３３００の電圧負担が増大するため、損失（Ｗ）も増大する。

また、Ｃ−Ｄ間においては、定電圧制御用の主トランジスタ３３００の電圧負担が増大する一方、フの字特性により出力電流（Ｉ_Ｏ）が次第に小さくなるので、図４（ｂ）に「Ｄ」で示すように損失の増大は抑えられる。なお、図４（ｂ）に示す「Ｅ」は、図４（ａ）に示す垂下特性とした「Ｅ」に対応した損失を示したものである。図４（ａ）及び図４（ｂ）から、フの字特性に比較して、垂下特性の場合には損失が極めて大きなものとなることが理解できる。

図５は、第二の実施形態における過電流保護回路３１００を備えたシリーズ電源３０００のツェナーダイオード３１３０と抵抗３１２０の特性に対する電気的特性を説明する図である。図５（ａ）が第二の実施形態における過電流保護回路３１００を備えたシリーズ電源３０００の出力電流（Ｉ_Ｏ）−出力電圧（Ｖ_Ｏ）特性を説明する図であり、図５（ｂ）が第二の実施形態における過電流保護回路３１００を備えたシリーズ電源３０００の出力電流（Ｉ_Ｏ）−損失（Ｗ）特性を説明する図である。

図５（ａ）に示すように、出力電圧（Ｖ_Ｏ）が（Ｖ_１）である場合の損失（Ｗ）は、（入力電圧（Ｖ_ｉｎ）−出力電圧（Ｖ_１））と出力電流（制限値）との積としてハッチングで示す面積で表される。ここで、（入力電圧（Ｖ_ｉｎ）−出力電圧（Ｖ_１））は、定電圧制御用の主トランジスタ３３００のコレクタ−エミッタ間で負担する電圧である。

すなわち、Ｂ−Ｃ間において出力電圧（Ｖ_１）が低減される程、定電圧制御用の主トランジスタ３３００のコレクタ−エミッタ間で負担する電圧が増大し、そこで熱として消費される廃棄エネルギーが増大する。

一方、Ｃ−Ｄ間において出力電圧（Ｖ_１）が低減される程、定電圧制御用の主トランジスタ３３００のコレクタ−エミッタ間で負担する電圧は増大するが、出力電流（Ｉ_Ｏ）の電流値がフの字特性により制限値から漸減するので、熱として消費されるエネルギーの増大は抑えられる。

また、図５（ａ）において、「Ｌ」として示したＢ−Ｃ間の長さは、ツェナーダイオード３１３０の降伏電圧に対応する。ツェナーダイオード３１３０の降伏電圧を大きな値とすれば、「Ｌ」を大きくすることができるので、いわゆるフの字特性の傾斜部分の開始箇所を紙面下方（より小さな出力電圧）にすることが可能である。一方、ツェナーダイオード３１３０の降伏電圧を小さな値とすれば、「Ｌ」を小さくすることができるので、いわゆるフの字特性の傾斜部分の開始箇所を紙面上方（より大きな出力電圧）にすることが可能である。換言すれば、ツェナーダイオード３１３０の降伏電圧を大きな値とすれば出力電流（Ｉ_Ｏ）の漸減開始が遅くなり、ツェナーダイオード３１３０の降伏電圧を小さな値とすれば出力電流（Ｉ_Ｏ）の漸減開始が早くなる。

また、図５（ａ）において、抵抗３１２０の値をより小さくすれば終息点Ｄが終息点Ｄ’へとより小さな出力電流値となり、抵抗３１２０の値をより大きくすれば終息点Ｄが終息点Ｄ’’へとより大きな出力電流値となる。換言すれば、抵抗３１２０の値をより小さくすればフの字特性の傾斜は緩くなり、抵抗３１２０の値をより大きくすればフの字特性の傾斜はきつくなる。

上述の説明から明らかなように、電流保護回路３１００を備えたシリーズ電源３０００は、フの字特性を任意に設計することが可能であり、発熱量を減らした省エネルギーをより強く意識した電気特性としたり、垂下特性に近い電気特性としたりすることも可能である。例えば、抵抗３１２０の値をさらに大きくすれば、終息点Ｄ’’を制限値にさらに近づけることができ、垂下特性に近い特性とすることができる。

また、図５（ｂ）において、上述した長さ「Ｌ」が長くなればＣ点が紙面上方へと移動し、出力電流（Ｉ_Ｏ）の制限値における損失（Ｗ）がより大きい値を取り得るものとなる。一方、上述した長さ「Ｌ」が短くなればＣ点が紙面下方へと移動し、出力電流（Ｉ_Ｏ）の制限値における損失（Ｗ）がより小さい値のみを取り得るものとなる。

また、図５（ｂ）において、抵抗３１２０の値をより小さくすれば損失（Ｗ）はより小さなＤ’に向けた上に凸の弧状となり、抵抗３１２０の値をより大きくすれば損失（Ｗ）はＤ’’に向けた上に凸の弧状となる。図５（ｂ）から明らかなように、抵抗３１２０の値をより小さくしたほうが抵抗３１２０の値が大きい場合より、損失（Ｗ）を低減することができる。

図６は、第二の実施形態における過電流保護回路３１００を備えたシリーズ電源３０００の損失の理解の一助の為、垂下特性の場合の損失（Ｗ）と本発明のフの字特性の場合の損失（Ｗ）とを比較して説明する図である。図６（ａ）が垂下特性の場合の損失（Ｗ）を説明する図であり、図６（ｂ）が本発明のフの字特性の場合の損失（Ｗ）を説明する図である。

損失（Ｗ）は、（入力電圧（Ｖ_ｉｎ）−出力電圧（Ｖ_１））と（出力電流（Ｉ_Ｏ）の制限値）との積であるハッチングで示される面積であるため、図６（ａ）に示すように垂下特性の場合には、矩形状で表現される面積となる。このため、過電流保護機能が強く働いて出力電圧（Ｖ_１）が小さくなればなるほど、面積が矩形状に増大することとなり損失（Ｗ）が比較的大きいものとなる。

一方、損失（Ｗ）は、図６（ｂ）に示すように本発明のフの字特性の場合には、図６（ａ）のハッチングで示される面積となる。本発明のフの字特性の場合には、過電流保護機能が強く働いて出力電圧（Ｖ_１）が小さくなればなるほど、出力電流（Ｉ_Ｏ）が漸減するので、ハッチングの面積の増大が制限されることが理解できる。

（第三の実施形態）
図７は、第三の実施形態における過電流保護回路７１００（ａ）及び７１００（ｂ）を各々備えたシリーズ電源７０００（ａ）及び７０００（ｂ）の構成概要を説明する回路図である。図７（ａ）に示すように、シリーズ電源７０００（ａ）は、ＮＰＮ型の定電圧制御用の主トランジスタ７３００（ａ）を備えるプラス出力の電源であって、入力電圧（Ｖ_ｉｎ）を一定のプラス出力電圧（Ｖ_Ｏ）で負荷７２００（ａ）に供給する。負荷７２００（ａ）は、例えば二次電池等であってもよいし、その他値が随時変動する負荷であってもよい。

また図７（ａ）に示すように、シリーズ電源７０００（ａ）は、過電流保護回路７１００（ａ）を備える。過電流保護回路７１００（ａ）は、過電流制御トランジスタ７１１０（ａ）と、過電流制御トランジスタ７１１０（ａ）のベースにその一端が接続された抵抗７１２０（ａ）と、抵抗７１２０（ａ）の他端にアノードが接続されたツェナーダイオード７１３０（ａ）と、を備える。

また、シリーズ電源７０００（ａ）は、その出力ラインにコレクタとエミッタとが直列に接続された定電圧制御用の主トランジスタ７３００（ａ）を備える。定電圧制御用の主トランジスタ７３００（ａ）のエミッタは、抵抗（Ｒ_１）を介して過電流制御トランジスタ７１１０（ａ）のベースに接続される。

また、定電圧制御用の主トランジスタ７３００（ａ）のコレクタはツェナーダイオード７１３０（ａ）のカソードに接続されるとともに、抵抗（Ｒ_２）を介して過電流制御トランジスタ７１１０（ａ）のコレクタに接続される。

すなわち、本実施形態における過電流保護回路７１００（ａ）は、過電流制御トランジスタ７１１０（ａ）のベースと定電圧制御用の主トランジスタ７３００（ａ）のコレクタとの間に、直列接続された抵抗７１２０（ａ）とツェナーダイオード７１３０（ａ）とを備える。なお、シリーズ電源７０００（ａ）のその他の構成は、シリーズ（リニア）レギュレータとして当業者に周知の構成であるので、ここでは説明を省略する。

また、図７（ｂ）に示すように、シリーズ電源７０００（ｂ）は、ＮＰＮ型の定電圧制御用の主トランジスタ７３００（ｂ）を備えるプラス出力の電源であって、入力電圧（Ｖ_ｉｎ）を一定のプラス出力電圧（Ｖ_Ｏ）で負荷７２００（ｂ）に供給する。負荷７２００（ｂ）は、例えば二次電池等であってもよいし、その他値が随時変動する負荷であってもよい。

また図７（ｂ）に示すように、シリーズ電源７０００（ｂ）は、過電流保護回路７１００（ｂ）を備える。過電流保護回路７１００（ｂ）は、過電流制御トランジスタ７１１０（ｂ）と、過電流制御トランジスタ７１１０（ｂ）のベースにその一端が接続された抵抗７１２０（ｂ）と、抵抗７１２０（ｂ）の他端にアノードが接続されたツェナーダイオード７１３０（ｂ）と、を備える。

また、シリーズ電源７０００（ｂ）は、その出力ラインにコレクタとエミッタとが直列に接続された定電圧制御用の主トランジスタ７３００（ｂ）を備える。定電圧制御用の主トランジスタ７３００（ｂ）のエミッタは、抵抗（Ｒ_１）を介して過電流制御トランジスタ７１１０（ｂ）のベースに接続される。

また、定電圧制御用の主トランジスタ７３００（ｂ）のコレクタはツェナーダイオード７１３０（ｂ）のカソードに接続されるとともに、抵抗（Ｒ_２）を介して過電流制御トランジスタ７１１０（ｂ）のコレクタに接続される。

すなわち、本実施形態における過電流保護回路７１００（ｂ）は、過電流制御トランジスタ７１１０（ｂ）のベースと定電圧制御用の主トランジスタ７３００（ｂ）のコレクタとの間に、直列接続された抵抗７１２０（ｂ）とツェナーダイオード７１３０（ｂ）とを備える。なお、シリーズ電源７０００（ｂ）のその他の構成は、シリーズ（リニア）レギュレータとして当業者に周知の構成であるので、ここでは説明を省略する。図７（ｂ）から理解できるように、シリーズ電源７０００（ｂ）は、入力電圧（Ｖ_ｉｎ）を除いた他のバイアスが不要であるが、出力はシャントレギュレータの耐圧以上の出力はできないとの制約が生じる。

（第四の実施形態）
図８は、第四の実施形態における過電流保護回路８１００（ａ）及び８１００（ｂ）を各々備えたシリーズ電源８０００（ａ）及び８０００（ｂ）の構成概要を説明する回路図である。図８（ａ）に示すように、シリーズ電源８０００（ａ）は、ＰＮＰ型の定電圧制御用の主トランジスタ８３００（ａ）を備えるマイナス出力の電源であって、入力電圧（Ｖ_ｉｎ）を一定のマイナス出力電圧（Ｖ_Ｏ）で負荷８２００（ａ）に供給する。負荷８２００（ａ）は、例えば二次電池等であってもよいし、その他値が随時変動する負荷であってもよい。

また図８（ａ）に示すように、シリーズ電源８０００（ａ）は、過電流保護回路８１００（ａ）を備える。過電流保護回路８１００（ａ）は、過電流制御トランジスタ８１１０（ａ）と、過電流制御トランジスタ８１１０（ａ）のベースにカソードが接続されたツェナーダイオード８１３０（ａ）と、ツェナーダイオード８１３０（ａ）のアノードにその一端が接続された抵抗８１２０（ａ）と、を備える。

また、シリーズ電源８０００（ａ）は、そのマイナス側の出力ラインにコレクタとエミッタとが直列に接続された定電圧制御用の主トランジスタ８３００（ａ）を備える。定電圧制御用の主トランジスタ８３００（ａ）のエミッタは、抵抗（Ｒ_１）を介して過電流制御トランジスタ８１１０（ａ）のベースに接続される。

また、定電圧制御用の主トランジスタ８３００（ａ）のコレクタは、抵抗８１２０（ａ）の他端に接続されるとともに、抵抗（Ｒ_２）を介して過電流制御トランジスタ８１１０（ａ）のコレクタに接続される。

すなわち、本実施形態における過電流保護回路８１００（ａ）は、過電流制御トランジスタ８１１０（ａ）のベースと定電圧制御用の主トランジスタ８３００（ａ）のコレクタとの間に、直列接続された抵抗８１２０（ａ）とツェナーダイオード８１３０（ａ）とを備える。なお、シリーズ電源８０００（ａ）のその他の構成は、シリーズ（リニア）レギュレータとして当業者に周知の構成であるので、ここでは説明を省略する。

図８（ｂ）に示すように、シリーズ電源８０００（ｂ）は、ＰＮＰ型の定電圧制御用の主トランジスタ８３００（ｂ）を備えるマイナス出力の電源であって、入力電圧（Ｖ_ｉｎ）を一定のマイナス出力電圧（Ｖ_Ｏ）で負荷８２００（ｂ）に供給する。負荷８２００（ｂ）は、例えば二次電池等であってもよいし、その他値が随時変動する負荷であってもよい。

また図８（ｂ）に示すように、シリーズ電源８０００（ｂ）は、過電流保護回路８１００（ｂ）を備える。過電流保護回路８１００（ｂ）は、過電流制御トランジスタ８１１０（ｂ）と、過電流制御トランジスタ８１１０（ｂ）のベースにカソードが接続されたツェナーダイオード８１３０（ｂ）と、ツェナーダイオード８１３０（ｂ）のアノードにその一端が接続された抵抗８１２０（ｂ）と、を備える。

また、シリーズ電源８０００（ｂ）は、そのマイナス側の出力ラインにコレクタとエミッタとが直列に接続された定電圧制御用の主トランジスタ８３００（ｂ）を備える。定電圧制御用の主トランジスタ８３００（ｂ）のエミッタは、抵抗（Ｒ_１）を介して過電流制御トランジスタ８１１０（ｂ）のベースに接続される。

また、定電圧制御用の主トランジスタ８３００（ｂ）のコレクタは、抵抗８１２０（ｂ）の他端に接続されるとともに、抵抗（Ｒ_２）を介して過電流制御トランジスタ８１１０（ｂ）のコレクタに接続される。

すなわち、本実施形態における過電流保護回路８１００（ｂ）は、過電流制御トランジスタ８１１０（ｂ）のベースと定電圧制御用の主トランジスタ８３００（ｂ）のコレクタとの間に、直列接続された抵抗８１２０（ｂ）とツェナーダイオード８１３０（ｂ）とを備える。なお、シリーズ電源８０００（ｂ）のその他の構成は、シリーズ（リニア）レギュレータとして当業者に周知の構成であるので、ここでは説明を省略する。図８（ｂ）から理解できるように、シリーズ電源８０００（ｂ）は、入力電圧（Ｖ_ｉｎ）を除いた他のバイアスが不要であるが、出力はシャントレギュレータの耐圧以上の出力はできないとの制約が生じる。

（第五の実施形態）
図９は、第五の実施形態における過電流保護回路９１００を備えたシリーズ電源９０００の構成概要を説明する回路図である。図９に示すように、シリーズ電源９０００は、ＰＮＰ型の定電圧制御用の主トランジスタ９３００を備えるマイナス出力の電源であって、入力電圧（Ｖ_ｉｎ）を一定のマイナス出力電圧（Ｖ_Ｏ）で負荷９２００に供給する。負荷９２００は、例えば二次電池等であってもよいし、その他値が随時変動する負荷であってもよい。

また図９に示すように、シリーズ電源９０００は、過電流保護回路９１００を備える。過電流保護回路９１００は、過電流制御トランジスタ９１１０と、過電流制御トランジスタ９１１０のベースにカソードが接続されたツェナーダイオード９１３０と、ツェナーダイオード９１３０のアノードにその一端が接続された抵抗９１２０と、を備える。

また、シリーズ電源９０００は、そのマイナス側の出力ラインにコレクタとエミッタとが直列に接続された定電圧制御用の主トランジスタ９３００を備える。定電圧制御用の主トランジスタ９３００のエミッタは、抵抗（Ｒ_１）を介して過電流制御トランジスタ９１１０のベースに接続される。

また、定電圧制御用の主トランジスタ９３００のコレクタは、抵抗９１２０の他端に接続されるとともに、抵抗（Ｒ_２）を介して過電流制御トランジスタ９１１０のコレクタに接続される。

すなわち、本実施形態における過電流保護回路９１００は、過電流制御トランジスタ９１１０のベースと定電圧制御用の主トランジスタ９３００のコレクタとの間に、直列接続された抵抗９１２０とツェナーダイオード９１３０とを備える。なお、シリーズ電源９０００のその他の構成は、シリーズ（リニア）レギュレータとして当業者に周知の構成であるので、ここでは説明を省略する。図９から理解できるように、シリーズ電源９０００は、入力電圧（Ｖ_ｉｎ）を除いた他のバイアスが不要であり、回路素子による出力の制限や制約は特に生じない。

（第六の実施形態）
図１０は、第六の実施形態における過電流保護回路１０１００を備えたシリーズ電源１００００の構成概要を説明する回路図である。図１０に示すように、シリーズ電源１００００は、ＰＮＰ型の定電圧制御用の主トランジスタ１０３００を備えるプラス出力の電源であって、入力電圧（Ｖ_ｉｎ）を一定のプラス出力電圧（Ｖ_Ｏ）で負荷１０２００に供給する。負荷１０２００は、例えば二次電池等であってもよいし、その他値が随時変動する負荷であってもよい。

また図１０に示すように、シリーズ電源１００００は、過電流保護回路１０１００を備える。過電流保護回路１０１００は、過電流制御トランジスタ１０１１０と、過電流制御トランジスタ１０１１０のベースにカソードが接続されたツェナーダイオード１０１３０と、ツェナーダイオード１０１３０のアノードにその一端が接続された抵抗１０１２０と、を備える。

また、シリーズ電源１００００は、そのマイナス側の出力ラインにコレクタとエミッタとが直列に接続された定電圧制御用の主トランジスタ１０３００を備える。定電圧制御用の主トランジスタ１０３００のエミッタは、抵抗（Ｒ_１）を介して過電流制御トランジスタ１０１１０のベースに接続される。

また、定電圧制御用の主トランジスタ１０３００のコレクタは、抵抗１０１２０の他端に接続されるとともに、抵抗（Ｒ_２）介して過電流制御トランジスタ１０１１０のコレクタに接続される。

すなわち、本実施形態における過電流保護回路１０１００は、過電流制御トランジスタ１０１１０のベースと定電圧制御用の主トランジスタ１０３００のコレクタとの間に、直列接続された抵抗１０１２０とツェナーダイオード１０１３０とを備える。なお、シリーズ電源１００００のその他の構成は、シリーズ（リニア）レギュレータとして当業者に周知の構成であるので、ここでは説明を省略する。図１０から理解できるように、シリーズ電源１００００は、入力電圧（Ｖ_ｉｎ）を除いた他のバイアスが不要であり、回路素子による出力の制限や制約は特に生じない。

上述の実施形態で説明したリニアレギュレータの直列制御型定電圧電源に用いる過電流保護回路は、全て、過電流制御トランジスタのベースと定電圧制御用の主トランジスタのコレクタとの間に、直列接続された抵抗とツェナーダイオードとを備える。

また、上述の実施形態で説明したリニアレギュレータの直列制御型定電圧電源に用いる過電流保護回路は、好ましくは定電圧制御用主トランジスタのコレクタにカソードが接続されたツェナーダイオードと、ツェナーダイオードのアノードと過電流制御トランジスタのベースとの間に接続された抵抗とを備えることを特徴とする。

また、過電流保護回路は、好ましくは直列制御型定電圧電源の出力電流−出力電圧グラフにおけるフの字特性の変曲点の位置が、ツェナーダイオードの降伏電圧に依存して変わることを特徴とする。

また、過電流保護回路は、好ましくはツェナーダイオードの降伏電圧が大きい程、垂下部位がより大きいことを特徴とする。

また、過電流保護回路は、好ましくは直列制御型定電圧電源の出力電流−出力電圧グラフにおけるフの字特性の傾斜部位の傾きが、抵抗の値に依存して変わることを特徴とする。

また、過電流保護回路は、好ましくは抵抗の値が大きい程、フの字特性の傾斜部位は垂直に近づくことを特徴とする。

また、過電流保護回路は、好ましくは定電圧制御用主トランジスタが、ＮＰＮトランジスタであることを特徴とする。

また、過電流保護回路は、好ましくは定電圧制御用主トランジスタが、ＰＮＰトランジスタであることを特徴とする。

また、好ましくは上述の過電流保護回路を備える充電装置とすることができる。

また、充電装置は、好ましくはツェナーダイオードの降伏電圧で定められた直列制御型定電圧電源の出力電流−出力電圧グラフにおけるフの字特性の垂下部位における定電流での充電期間と、定電圧での充電期間と、を有することを特徴とする。

また、充電装置は、充電開始当初は定電流充電を遂行し、その後定電圧充電を遂行することを特徴とする。

上述の各実施形態で例示した過電流保護回路及び充電装置等は、各実施形態での説明に限定されるものではなく、各実施形態で説明する技術思想の範囲内かつ自明な範囲内で、適宜その構成や動作及び動作方法等を変更することができる。

また、説明の便宜上各実施形態ごとに個別に説明しているが、各実施形態の構成を適宜組み合わせて適用し、またその動作も自明な範囲内で適宜組み合わせてアレンジしてもよい。

本発明の過電流保護回路は、二次電池への充電装置を含む各種の電源装置への保護回路として広く適用できる。

１０００・・シリーズ電源、１１００・・過電流保護回路、１１１０・・過電流制御トランジスタ、１１２０・・抵抗、１１３０・・ツェナーダイオード、１２００・・負荷、１３００・・定電圧制御用の主トランジスタ。

Claims (4)

1. 負電圧出力用のリニアレギュレータの直列制御型定電圧電源に用いる過電流保護回路において、
   定電圧制御用主トランジスタのコレクタにカソードが接続されたツェナーダイオードと、前記ツェナーダイオードのアノードと過電流制御トランジスタのベースとの間に接続された第１の抵抗とを備え、
   前記定電圧制御用主トランジスタのエミッタが、第２の抵抗を介して負電圧の入力電圧を印加され、前記第２の抵抗を介して前記過電流制御トランジスタのエミッタに接続され、第３の抵抗を介して前記過電流制御トランジスタのベースに接続され、前記定電圧制御用主トランジスタのコレクタが、負電圧側及び接地側出力端子のうちの負電圧側出力端子に接続され、第４の抵抗を介して前記定電圧制御用主トランジスタのベースと前記過電流制御トランジスタのコレクタとに接続され、
   前記直列制御型定電圧電源の出力電流−出力電圧グラフにおけるフの字特性の変曲点の位置が前記ツェナーダイオードの降伏電圧に依存して変わり、前記フの字特性の傾斜部位の傾きが前記第１の抵抗の値に依存して変わる
   ことを特徴とする過電流保護回路。
2. 負電圧出力用のリニアレギュレータの直列制御型定電圧電源に用いる過電流保護回路において、
   過電流制御トランジスタのベースにカソードが接続されたツェナーダイオードと、前記ツェナーダイオードのアノードと定電圧制御用主トランジスタのコレクタとの間に接続された第１の抵抗とを備え、
   前記定電圧制御用主トランジスタのコレクタが、負電圧の入力電圧を印加され、第２の抵抗を介して前記定電圧制御用主トランジスタのベースと前記過電流制御トランジスタのコレクタとに接続され、前記定電圧制御用主トランジスタのエミッタが、第３の抵抗を介して負電圧側及び接地側出力端子のうちの負電圧側出力端子と前記過電流制御トランジスタのエミッタとに接続され、第４の抵抗を介して前記過電流制御トランジスタのベースに接続され、
   前記直列制御型定電圧電源の出力電流−出力電圧グラフにおけるフの字特性の変曲点の位置が前記ツェナーダイオードの降伏電圧に依存して変わり、前記フの字特性の傾斜部位の傾きが前記第１の抵抗の値に依存して変わる
   ことを特徴とする過電流保護回路。
3. 請求項１又は請求項２に記載の過電流保護回路において、
   発光素子及び受光素子を含み、前記発光素子が入力電圧及び出力電圧に応じて動作し、前記受光素子が前記定電圧制御用主トランジスタのエミッタと前記定電圧制御用主トランジスタのベース及び前記過電流制御トランジスタのコレクタの接続ノードとの間に接続されたフォトカプラをさらに備える
   ことを特徴とする過電流保護回路。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の過電流保護回路を備える
   ことを特徴とする充電装置。

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