JPH0112546Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は過電流保護を電力損失の少ない状態で
行うことが可能であると共に負荷のオン・オフ制
御を容易に行うことが可能なトランジスタ安定化
直流電源装置に関するものである。

従来のスイツチング制御又は直列抵抗制御方式
の安定化直流電源装置に於ける過電流保護回路
は、主回路に直列に電流検出抵抗を接続し、この
電流検出抵抗での電圧降下が一定値以上になつた
ときに、主制御トランジスタのベース電流を遮断
してこれをカツトオフさせるような構成になつて
いる。従つて、過電流検出抵抗での電力損失が比
較的大きくなり、必然的に電源容量を大きくしな
ければならなかつた。

一方、電池等の共通の電源に複数の負荷が接続
されている場合に於いて節電等のために選択され
た負荷のみをオフにしたい場合がある。この場
合、個々の負荷回路に電源スイツチを設けて選択
された負荷のみをオフにすることが考えられる
が、負荷の前段に安定化電源回路の主制御トラン
ジスタを有する場合にはこれをスイツチとして利
用することが装置を簡略化する上で望ましい。主
制御トランジスタのベース電流を負荷オフ時に遮
断する回路は公知であるが、過電流保護回路を利
用して極めて簡単に負荷のオン・オフ制御するこ
とはまだ提案されていない。

そこで、本考案の目的は電力損失の少ない状態
で過電流保護を行うことが可能であると共に負荷
のオン・オフ制御を容易に行うことが可能なトラ
ンジスタ安定化直流電源装置を提供することにあ
る。

上記目的を達成するための本考案は、実施例を
示す第１図の符号を参照して説明すると、直流電
源に接続される一対の入力端子１，２と、負荷２
３に接続される一対の出力端子３，４と、前記一
対の入力端子１，２の一方と前記一対の出力端子
３，４の一方との間に直列に接続された主制御ト
ランジスタ７と、前記負荷２３に定電圧化された
電圧を供給するように前記主制御トランジスタ７
を制御するための定電圧制御回路と、前記一対の
出力端子３，４の一方に一端が接続されている第
１の抵抗２２と、一端が前記第１の抵抗２２の他
端に接続されている第２の抵抗３１と、所定電圧
V1を与えるための所定電圧ライン３２と、前記
第２の抵抗３１の他端と前記所定電圧ライン３２
との間を選択的に接続すると共に前記第２の抵抗
３１の他端と前記一対の出力端子３，４の他方と
の間を選択的に接続するスイツチ３０と、基準電
圧V_Sを発生する基準電圧源１５と、一方の比較
入力端子が前記基準電圧源１５に接続され、他方
の比較入力端子が前記第１の抵抗２２の他端に接
続された電圧比較器２１と、前記電圧比較器２１
の出力に応答して前記主制御トランジスタ７をオ
フ制御するように前記主制御トランジスタ７又は
前記定電圧制御回路を制御するオフ制御トランジ
スタ２４と、から成り、前記第１の抵抗２２の値
をR2、前記第２の抵抗３１の値をR1、負荷２３
の両端電圧をV2、前記電圧比較器２１の一方の
入力端子の基準電圧をV_R、前記電圧比較器２１
の他方の入力端子の電圧をV_S、前記所定電圧ラ
イン３２の所定電圧をV1とすれば、前記スイツ
チ３０によつて前記第２の抵抗３１と前記所定電
圧ライン３２とが接続されている状態において前
記負荷２３が短絡状態になつた時に V_S＝［R1／（R1＋R2）］V1＜VRが成立すると
共に、前記スイツチ３０によつて前記第２の抵抗
３１と前記他方の出力端子４とが接続された時に V_S＝［R1／（R1＋R2）］V2＜VRが成立するよ
うに前記R1，R2，V1，VRがそれぞれ設定され
ているトランジスタ安定化直流電源装置に係わる
ものである。

本考案によれば、負荷２３に対して実質的に並
列に接続された第１及び第２の抵抗２２，３１に
よつて負荷２３の短絡又は過負荷（過電流）を検
出するので、過負荷（過電流）検出における電力
損失を低減させることができる。また、スイツチ
３０の操作によつて負荷２３の短絡又は過負荷時
と実質的に同一の動作が生じるので、スイツチ３
０で負荷２３のオン・オフ制御を行うことが可能
になる。

次に、図面を参照して本考案の実施例について
述べる。

第１図に示す本考案の実施例に係わるスイツチ
ング方式のトランジスタ安定化直流電源装置に於
いて、１，２は入力端子であり、ノイズ除去フイ
ルタ（図示せず）を介して複数の負荷で共用する
例えば電池電源（図示せず）に接続される部分で
ある。入力端子１，２と一対の直流出力端子３，
４との間に一対の主ライン５，６が設けられ、こ
の内の一方のライン５に直列にスイツチング用の
主制御トランジスタ７が接続され、このトランジ
スタ７の出力段に、ダイオードD₁と２つのリア
クトルL₁，L₂と２つのコンデンサC₁，C₂とから
成るフイルタ８が設けられている。

９及び１０は出力電圧を分圧して検出する抵抗
であり、これ等の分圧点１１が電圧検出制御用電
圧比較器１２の非反転入力端子に抵抗１３を介し
て接続されている。なお電圧比較器１２の非反転
入力端子にはフイルタ８の中間点１４も結合コン
デンサC₃を介して接続されているので、リプル
成分を有する電圧が入力する。従つて、この比較
器１２では、反転入力端子に基準電圧源１５から
与えられる基準電圧とリプルを含む出力電圧とが
比較され、基準電圧とリプルとの交差に基づいて
決定されるスイツチング制御パルスが発生する。
即ち公知のリプル電圧検出方式の自励スイツチン
グ制御動作となる。

比較器１２の出力によつて主制御トランジスタ
７をオン・オフ制御するために、主制御トランジ
スタ７のベースと接地ライン６との間にベース制
御トランジスタ１６が抵抗１７を介して接続さ
れ、このベース制御トランジスタ１６のベースに
比較器１２の出力端子１２が抵抗１８を介して接
続されている。またベース制御トランジスタ１６
のエミツタと入力端子１との間にバイアス設定用
抵抗１９が接続され、また入力端子１とオープン
コレクタ形式の比較器１２の出力端子との間にバ
イアス設定用抵抗２０が接続されている。

２１は過負荷検出用電圧比較器であつて、その
非反転入力端子（一方の入力端子）に例えば電流
を1mA以下に制限するような高い抵抗２２を介
して接続された出力端子３に於ける電圧V₂に対
応する検出電圧V_Sと、その反転入力端子（他方
の入力端子）に接続された基準電圧源１５から与
えられる基準電圧V_Rとを比較し、過負荷検出を
行うものである。即ち、この比較器２１は、出力
端子３，４間に接続された負荷２３が短絡状態又
は過電流状態になることによつて出力端子３の電
圧が低下したことを抵抗２２を含む出力電圧検出
回路によつて検出し、この検出電圧と基準電圧と
の比較に基づいて低レベルの比較出力を発生し、
一方、正常時には高レベル比較出力を発生するも
のである。尚この比較器２１は負荷２３のオン・
オフ制御にも利用される。

２４は過電流保護及び負荷のオン・オフ制御を
行うためのオフ制御トランジスタであつて、主制
御トランジスタ７のエミツタとベース制御トラン
ジスタ１６のベースとの間に接続され、そのベー
スが抵抗２５を介して過負荷検出電圧比較器２１
の出力端子に接続されている。

２６は基準電圧回路を形成するためにライン５
と基準電圧源１５との間に接続された電界効果ト
ランジスタであり、基準電圧源１５に定電流を供
給するように接続されている。尚この電界効果ト
ランジスタ２６に接続されている基準電圧源１５
はツエナーダイオード２７と整流ダイオード２８
とから成る。

２９は負荷オン・オフ制御回路であり、負荷２
３を駆動することが不要の時に主制御トランジス
タ７をオフにするものである。負荷２３のオフに
より節電が達成されるので、負荷オン・オフ制御
回路２９を節電回路と呼ぶことも可能である。こ
の制御回路２９は接点ａとｂとを有するスイツチ
３０と、このスイツチ３０と比較器２１との間に
接続された抵抗３１とから成る。スイツチ３０の
接点ａは正常動作（負荷オン動作）をさせるため
のものであり、ライン３２によつて＋V₁の電源
に接続され、接点ｂは負荷オフ動作をさせるため
のものであり、接地ライン６に接続されている。
抵抗３１に並列接続されたコンデンサ３３は起動
時に主制御トランジスタ７に先行してオフ制御ト
ランジスタ２４がオンになるのを制限するための
起動回路を形成するものである。

この装置では比較器２１及びオフ制御トランジ
スタ２４を負荷２３のオン・オフ制御にも利用す
るために比較器２１に負荷オン・オフ制御回路２
９も接続されている。従つて、比較器２１は負荷
オン・オフ制御回路２９を接続した状態で過負荷
を検出することが可能でなければならない。今、
スイツチ３０を接点ａに投入した正常動作中に負
荷短絡で出力電圧V₂が零ボルトになつたと仮定
すれば、比較器２１の入力電圧V_Sは負荷オン・
オフ制御回路２９の電圧ライン３２の電圧V₁を
抵抗R₁とR₂とで分圧した値となる。即ちV_S＝
R₂／R₁＋R₂V₁となる。比較器２１が短絡を検出する ためには、短絡時のV_Sが基準電圧V_Rより小さく
なければならないので、R₂／R₁＋R₂V₁＜V_Rの条件 を満足するように各定数を決定しなければならな
い。また負荷２３が完全短絡でなければ負荷抵抗
があるので、R₂に負荷抵抗を加算した値とR₁と
の分圧比でV_S＜V_Rを決定しなければならない。
一方、過電流が発生していない期間に於いては
V_S＞V_Rに保たなければならない。即ちV_S＝V₂＋
R₂／R₁＋R₂（V₁−V₂）＞V_Sの条件が満足されなけれ ばならない。また、負荷２３をオフにするために
スイツチ３０を接点ｂに投入した場合に、V_S＜
V_Rにならなければならない。即ちV_S＝R₁／R₁＋R₂ ×V₂＜V_Rでなければならない。上記の種々の条
件を満足させるために、本実施例では、例えば
V₁＝12V，V₂＝9V，V_R＝6.5V，R₁＝22KΩ，V₂
＝10KΩに決定されている。

次に第１図の回路の動作を説明する。

この装置を起動させる場合には電源スイツチ
（図示せず）をオンにし、この電源スイツチのオ
ンの前又は後にスイツチ３０を接点ａに投入す
る。これにより、入力端子１に接続されるライン
３２から＋V₁の電圧が供給され、これが起動コ
ンデンサ３３を介して過負荷検出用電圧比較器２
１に入力し、反転入力端子の基準電圧V_Rよりも
高い電圧が非反転入力端子に付与される。この結
果、出力電圧V₂の発生の有無に関係なく、比較
器２１の出力が高レベルとなり、オフ制御トラン
ジスタ２４がオフ状態に保たれる。即ち起動時に
出力電圧が零であることに応答してオフ制御トラ
ンジスタ２４がオンになり、主制御トランジスタ
７の動作を阻止するような異常状態は発生しな
い。起動時には出力電圧が零であるので、これに
応答して電圧制御用の比較器１２の出力は低レベ
ルとなる。従つてベース制御トランジスタ１６及
び主制御トランジスタ７がオンになり、出力電圧
が発生する。出力電圧が発生すると、コンデンサ
３３を介して起動電圧が比較器２１に入力しなく
なつても、比較器２１の出力は高レベルに保たれ
る。

起動後に於ける正常な定電圧動作では、リプル
電圧と基準電圧とが比較器１２で比較され、基準
電圧よりもリプル電圧が低い期間には比較器１２
の出力が低レベルになると、ベース制御トランジ
スタ１６がオンになり、主制御トランジスタ７も
オンになる。一方、リプル電圧が基準電圧よりも
高い期間には、比較器１２の出力が高レベルにな
り、ベース制御トランジスタ１６及び主制御トラ
ンジスタ７がオフになる。尚、出力電圧が所定値
よりも高くなると基準電圧以上の期間即ち比較器
１２の高レベル出力期間が長くなり、主制御トラ
ンジスタ７の出力パルスのデユテイ比が小さくな
り、結局出力電圧が一定値に近づく。逆に出力電
圧が所定値よりも低い場合には、高い場合と逆の
動作になる。

正常動作時に於ける過負荷検出用電圧比較器２
１の２つの入力電圧の関係はV_S＞V_Rであるため、
出力が高レベルであり、オフ制御トランジスタ２
４はオフである。一方、負荷２３の短絡等の過負
荷状態になつた場合には、出力端子３１に所定の
電圧を得ることが不可能になり、出力端子３の電
圧が接地レベルになるか又は低下し、V_S＜V_Rと
なるため過負荷検出用電圧比較器２１の出力が低
レベルに転換し、オフ制御トランジスタ２４がオ
ンになる。このため、ベース制御トランジスタ１
６のベースが入力端子１の電位よりも僅かに低い
電位になり、このベース制御トランジスタ１６は
定電圧制御用の比較器１２の出力に無関係にカツ
トオフになり、主制御トランジスタ７もカツトオ
フになる。即ち、オフ制御トランジスタ２４がベ
ース制御トランジスタ１６を介して主制御トラン
ジスタ７のエミツタ・ベース間に並列に接続され
た状態となり、主制御トランジスタ７がカツトオ
フ状態に制御され、主制御トランジスタ７及びこ
こに直列に接続されている回路が過電流から保護
される。

本実施例では共通の電池電源（図示せず）に負
荷２３のみならず別の負荷（図示せず）も接続さ
れおり、電源スイツチも共通に設けられている。
従つて、別の負荷に電力を供給する状態を維持し
て第１図の負荷２３のみを遮断する場合には、電
源スイツチをオフにすることが出来ない。そこ
で、スイツチ３０を接点ｂに投入する。これによ
り、抵抗３１が接地され、 V_S＝R₁／R₁＋R₂×V₂＜V_R となり、比較器２１の入力電圧V_Sの低下でこの
出力が低レベルとなり、過負荷時と同様にオフ制
御トランジスタ２４がオンになり、主制御トラン
ジスタ７もオフになり、負荷２３が電源から切り
離される。負荷２３を再び駆動する場合には、ス
イツチ３０を接点ａに戻す。これにより、起動用
コンデンサ３３を介して電圧V₁が比較器２１の
入力となり、比較器２１の出力が高レベルに戻る
ためオフ制御トランジスタ２４がオフになり、正
常動作が開始する。

上述から明らかなように、本実施例には次の利
点がある。

(a) 電源と負荷２３との間に直列に過電流検出抵
抗を接続せずに比較器２１で過電流状態を検出
するので、電力損失を低減することが出来る。

(b) 比較器２１に負荷オン・オフ制御回路２９を
接続したので、複数負荷に共通の電源から第１
図の負荷２３のみを切り離して節電することを
容易且つ簡単に達成することが出来る。

(c) ２つの比較器１２，２１の基準電圧を共通の
基準電圧源１５から得ているので、回路が簡略
化される。

(d) 過負荷時にベース制御トランジスタ１６及び
主制御トランジスタ７の両方のベース電流を遮
断する構成であるので、過電流時に於ける電力
損失が少ない。

(e) コンデンサ３３を設けたので、起動を確実に
達成することが出来る。

次に、本考案の別の実施例を示す第２図につい
て述べる。但し、第１図と共通する部分には同一
の符号を付してその説明を省略する。この実施例
ではオフ制御トランジスタ２４が主制御トランジ
スタ７のエミツタ・ベース間に直接に接続されて
いる。また、オフ制御トランジスタ２４が起動時
にオンになることを確実に阻止するために、負荷
オン・オフ制御回路２９のコンデンサ３３とは別
にコンデンサ３４と抵抗３５との並列回路が設け
られ、これがライン５とオフ制御トランジスタ２
４のベースとの間に接続されている。従つて電源
を投入すれば、コンデンサ３４を介してオフ制御
トランジスタ２４のベースに高い電圧が与えら
れ、このオンが阻止される。尚第２図の回路は他
励式に構成されているので、出力端子３の電圧と
基準電圧源１５ｂの電圧との誤差出力を得る誤差
増幅器３６、三角波発生回路３７、誤差出力と三
角波とを比較してパルス幅制御された出力を発生
する比較器３８、比較器３８の出力で主制御トラ
ンジスタ７を駆動するためのベース駆動回路３９
とを含む。このように構成しても第１図の回路と
同様な作用効果を得ることが出来る。

次に更に別の実施例を示す第３図について述べ
る。但し、第１図と共通する部分には同一の符号
を付してその説明を省略する。この実施例の方式
は主制御トランジスタ７を抵抗制御するものであ
る。従つて、出力電圧と基準電圧源１５ｂの基準
電圧との誤差出力が誤差増幅器３６から得られ、
これで主制御トランジスタ７が制御される。ま
た、過負荷検出用電圧比較器２１の非反転入力端
子は第１図に於ける抵抗R₂の働きをするダイオ
ード２２ａを介して出力端子３に接続されてい
る。また、主制御トランジスタ７のエミツタが負
荷側になつているので、コレクタ・ベース間にベ
ース電流供給用抵抗４０が接続されている。この
ように構成しても第１図と同様な効果を得ること
が出来る。

以上、本考案の実施例について述べたが、本考
案はこれに限定されるものではなく、更に変形可
能なものである。例えば、主制御トランジスタ７
をダーリントントランジスタ回路としてもよい。
また、分圧抵抗９，１０を可変抵抗としてもよ
い。また第１図の回路のオフ制御トランジスタ２
４のエミツタ・ベース間に第２図のコンデンサ３
４と抵抗３５とを接続してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例に係わるスイツチング
型安定化直流電源装置を示す回路図、第２図は別
の実施例に係わるスイツチング型安定化直流電源
装置を示す回路図、第３図は更に別の実施例に係
わる直列制御型安定化直流電源装置を示す回路図
である。 尚図面に用いられている符号に於いて、７は主
制御トランジスタ、１２は電圧比較器、１６はベ
ース制御トランジスタ、２１は過負荷検出用電圧
比較器、２４はオフ制御トランジスタ、２９は負
荷オン・オフ制御回路、３０はスイツチである。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 直流電源に接続される一対の入力端子１，２
   と、 負荷２３に接続される一対の出力端子３，４
   と、 前記一対の入力端子１，２の一方と前記一対の
   出力端子３，４の一方との間に直列に接続された
   主制御トランジスタ７と、 前記負荷２３に定電圧化された電圧を供給する
   ように前記主制御トランジスタ７を制御するため
   の定電圧制御回路と、 前記一対の出力端子３，４の一方に一端が接続
   されている第１の抵抗２２と、 一端が前記第１の抵抗２２の他端に接続されて
   いる第２の抵抗３１と、 所定電圧Ｖ１を与えるための所定電圧ライン３
   ２と、 前記第２の抵抗３１の他端と前記所定電圧ライ
   ン３２との間を選択的に接続すると共に前記第２
   の抵抗３１の他端と前記一対の出力端子３，４の
   他方との間を選択的に接続するスイツチ３０と、 基準電圧V_Sを発生する基準電圧源１５と、 一方の比較入力端子が前記基準電圧源１５に接
   続され、他方の比較入力端子が前記第１の抵抗２
   ２の他端に接続された電圧比較器２１と、 前記電圧比較器２１の出力に応答して前記主制
   御トランジスタ７をオフ制御するように前記主制
   御トランジスタ７又は前記定電圧制御回路を制御
   するオフ制御トランジスタ２４と、 から成り、前記第１の抵抗２２の値をR2、前記
   第２の抵抗３１の値をR1、負荷２３の両端電圧
   をV2、前記電圧比較器２１の一方の入力端子の
   基準電圧をV_R、前記電圧比較器２１の他方の入
   力端子の電圧をV_S、前記所定電圧ライン３２の
   所定電圧をV1とすれば、前記スイツチ３０によ
   つて前記第２の抵抗３１と前記所定電圧ライン３
   ２とが接続されている状態において前記負荷２３
   が短絡状態になつた時に V_S＝［R1／（R1＋R2）］V1＜VR が成立すると共に、前記スイツチ３０によつて前
   記第２の抵抗３１と前記他方の出力端子４とが接
   続された時に V_S＝［R1／（R1＋R2）］V2＜VR が成立するように前記R1，R2，V1，VRがそれ
   ぞれ設定されていることを特徴とするトランジス
   タ安定化直流電源装置。