JPH0229448Y2

JPH0229448Y2 -

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Publication number: JPH0229448Y2
Application number: JP3100080U
Authority: JP
Priority date: 1980-03-10
Filing date: 1980-03-10
Publication date: 1990-08-08
Also published as: JPS55131514U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、安定化直流電源に係り、特にコンピ
ユータ等のコントローラによつて出力の制御が可
能なプログラマブル安定化直流電源の出力コンデ
ンサ放電回路に関する。

〔従来技術〕

プログラマブル電源は、実験室あるいは各種シ
ステム用として使用され、出力電圧等をリモート
プログラムによつて制御することができるもので
ある。一方、安定化直流電源は、交流入力を整流
する回路と、整流して残つた脈流分を可能な限り
減少させて実質上の直流を得られるようにするた
め、あるいは交流電源や負荷の変動に係わらず定
電圧が得られるようにするための安定化回路を備
えたものであつて、出力回路に比較的大容量のコ
ンデンサが接続されることが多く、特にスイツチ
ング・レギユレータの場合、必ずコンデンサを含
む平滑回路が接続されている。このコンデンサを
出力コンデンサと呼ぶ。

従来使用されているプログラマブル安定化直流
電源、すなわちリモートプログラムの可能な安定
化直流電源では、例えば主要な構成として、整流
回路、直流電圧を所定値に設定するための回路、
スイツチング・レギユレータ、終段の出力コンデ
ンサなどからなる。

ところで、プログラマブル電源は、外部制御に
対応して高速に任意の電圧に変化させられること
が望ましい。しかし、従来のプログラマブル安定
化直流電源においては、特に出力コンデンサの放
電速度が遅いために、必要とされる出力電圧まで
下げるときの速度が遅くなつていた。例えば、電
源に接続される負荷が軽い場合、出力コンデンサ
に安定化回路から供給される電圧が既に低くなつ
ていても、該出力コンデンサの電圧が低下するの
が遅れてしまう。結果的にプログラマブル安定化
直流電源の動作速度は出力電圧を下げるときの放
電時間によつて制限されるという欠点があつた。

また、電源に接続される装置には、加えられる
電圧に制限があることが多いので、電源には所定
の値以上に電圧が高くなることを防止する保護手
段を設けることが望ましい。

さらに、電源に接続される交流電源が切れたり
故障して供給が停止した場合には、直流出力電圧
も速やかに降下する方が通常は望ましい。

そこで、上記の欠点を除去し、また上記の要求
を満たすために、出力コンデンサを放電させるた
めの回路を特に設けるという手段が考えられる。
そのような手段を実現する際、次のような問題点
がある。すなわち、第一の問題点は、出力コンデ
ンサが抵抗を通して放電する場合、この放電速度
は、コンデンサの両端間電圧が低下するにつれて
減少していくことである。このため、出力電圧の
下げ幅が大きい時には、所定の電圧に降下するま
での時間を短縮することが困難であつた。

また、第二の問題点は、出力コンデンサを放電
させるデバイスとしてトランジスタを使用した場
合、そのトランジスタの定格安全動作領域を越え
ないようにするため、放電開始時の初期電圧にお
ける最大電圧値に対応する最大電流値に放電電流
を制限しなければならないので、結果的に放電電
流を大きくすることができないことである。

〔解決しようとする問題点およびその解決手段〕

本考案は、上記した問題を解決するためになさ
れたものであり、以下にその解決手段と、それに
よつて達成しようとする目的を述べる。

第一に目的とするところは、能動デバイスを使
用した負性抵抗回路、例えば出力コンデンサ電圧
の減少にともなつてベース電流を増加させること
によりトランジスタのコレクタ−エミツタ間抵抗
があたかも負性抵抗特性を示すように構成した回
路を設け、該負性抵抗回路を通して出力コンデン
サの放電を行うことによつて、コンデンサの端子
電圧が減少するに従つて放電電流を増加させ、出
力コンデンサの放電を急速に行うことができるよ
うにすることである。

また他の目的は、前記のように出力コンデンサ
の放電速度を高速化することによつて、プログラ
マブル安定化直流電源の制御応答速度、特に出力
電圧を下げる場合における速度を高速化すること
である。

また他の目的は、出力コンデンサの電圧が所定
の範囲にあるときには上記負性抵抗回路のトラン
ジスタをカツト・オフ状態にバイアスし、且つ出
力コンデンサの電圧が所定の値以上に高くなりつ
つあるときには、該トランジスタを導通させて出
力コンデンサを放電させるような構成を設けるこ
とによつて、過電圧状態が生ずることを防止し、
本考案を適用した電源に接続される機器の保護を
図ることである。

また他の目的は、直流電源に入力される交流電
源、例えば商用ライン電源が切断・故障等の原因
で供給されなくなつた場合、上記負性抵抗回路の
トランジスタに別のコンデンサから動作電力を供
給して出力コンデンサを放電させて出力電圧を速
やかに降下させ、本考案を適用した電源に接続さ
れる機器の保護を図ることである。

また他の目的は、上記トランジスタの導通時間
を制限することにより、該トランジスタを破壊す
ることなく大電流を流し、それによつてコンデン
サをより早く放電させることができるようにする
ことである。

〔実施例〕

以下、本考案を図面に示す実施例に基づいて説
明する。第１図は、本考案の一実施例による電源
装置の一部ブロツクを含む電気回路図であり、第
１Ａ図は第１図の一部の別実施例に係る回路図で
ある。第１図において、符号２，４，６，８，１
０，１２，１４，１６，１８，Ｃを付した部分
は、従来の電源装置に係る部分であり、その余の
構成が主として本願考案の要部に係る部分であ
る。出力端子１６及び１８には、負荷として各種
電気機器が接続される。まず、この電源装置の部
分について説明する。

通常は、電力線である電源２からの交流電圧
は、任意のタイプのAC−DC電源４により安定化
された直流電圧に変換されて出力コンデンサＣに
供給される。出力すべき安定化直流電圧値は、使
用者が設定する可変電圧のプログラムに従つて動
作する制御器６のデジタル出力信号によつて表わ
される。前記デジタル出力信号は、Ｄ−Ａ変換器
８によつて対応するアナログ直流電圧に変換さ
れ、そして増幅器１０の非反転入力端に印加され
る。増幅器１０の反転入力端は、コンデンサＣの
両端間に直列接続された抵抗器１２，１４の共通
接続点J₁に接続される。抵抗器１２と１４の各値
は、接続点J₁の電圧がＤ−Ａ変換器８の出力電圧
範囲と同じになるように選ばれている。このよう
にして制御器６がコンデンサＣの両端間における
安定化直流電圧を減少させようとするとき、増幅
器１０の出力はより負になり、逆に増加させよう
とするときはその出力がより正になる。AC−DC
電源４は、増幅器１０の出力電圧に応答して出力
コンデンサＣの両端間に所定の安定化出力電圧を
生じさせるために公知の方法によつて調整されて
いる。前記コンデンサＣの一端は出力端１６が接
続されているフローテイング接地に接続され、他
端は出力端１８に接続されている。

次に、本考案の要部に係る放電回路について説
明する。

出力コンデンサＣの電荷を放電して、その端子
間電圧を制御器６により設定された電圧まで急速
に減少追従させる本考案の放電回路は、出力端１
６と１８の間に接続される。負性抵抗回路を備え
ており、該負性抵抗回路は主要な構成要素として
トランジスタQ₁，Q₂及び演算増幅器２４を備え
ている。NPNトランジスタQ₁，Q₂はダーリント
ン接続になつている。すなわちそれらの各コレク
タは出力端１８に、またそれらの各エミツタはそ
れぞれ小さいモニタ抵抗器R_Mと抵抗器２０を経
てフローテイング接地に接続されている。モニタ
抵抗R_Mは、増幅器２４へ帰還される電圧を調整
し、トランジスタQ₁に流れる電流を調節して、
適切な負性抵抗特性が得られるようにするための
ものである。トランジスタQ₂のエミツタはトラ
ンジスタQ₁のベースに接続され、そしてQ₂のベ
ースは演算増幅器２４の出力端および抵抗器２２
を経てフローテイング接地にそれぞれ接続され
る。増幅器２４の反転入力端は抵抗器２６を介し
て出力端１８に、また抵抗器２８を介してトラン
ジスタQ₁のエミツタにそれぞれ接続される。

前記の実施例回路において、増幅器２４の非反
転入力端は、正の安定化された直流基準電圧V_R
を供給するための適当な電源手段に接続される。
前記電流V_Rを供給するための具体的な手段は、
ダイオードｄによつてコンデンサ３２に結合され
た安定化直流電源３０を含む。前記コンデンサ３
２の両端間には抵抗器３４とツエナーダイオード
dzが直列に接続される。そして所定の基準電圧
V_Rは、前記ダイオードdzの両端間に直列接続さ
れた抵抗器３６と３８の共通接続点J₂から供給さ
れる。接続点J₂は増幅器２４の非反転入力端に接
続される。

増幅器２４が交流電力の遮断後も出力コンデン
サＣを放電させるための機能を十分長い時間果た
すには、その動作電位はコンデンサ３２からリー
ド４０を経て導入される。図示された回路におい
て、ダーリントン対Q₁，Q₂が導通してコンデン
サＣが放電してしまうことのないように、増幅器
２４の反転入力端は基準電圧V_Rより十分高い正
電位になるようにダイオードd₁と抵抗器４２を通
じて、正の電位点P₊に接続されている。これに
よつて増幅器２４の出力は負になり、トランジス
タQ₂，Q₁にカツトオフバイヤスが印加される。

前記演算増幅器１０の出力端にダイオードd₂の
陰極を接続し、そして、d₂の陽極は抵抗器４４を
介して前記ダイオードd₁と抵抗器４２との共通接
続点J₃に接続する。演算増幅器１０の出力が正電
位P₊に対して予定量だけ負になつているとき、
ダイオードd₂には抵抗器４２と４４を通して十分
な電流が流れる。したがつて接続点J₃の電位は演
算増幅器２４の反転入力端子電圧より負になつ
て、ダイオードd₁がオフになる。これは、P₊の
正のカツトオフバイヤス電位を増幅器２４の反転
入力端から取り除くこととなり、その結果増幅器
２４の出力が正になる。かくしてダーリントン回
路Q₁，Q₂は導通し、コンデンサの電荷が放電す
る。以上の動作を行うための演算増幅器１０の出
力電圧を、以後スイツチング電圧と呼ぶことにす
るが、それは主として抵抗器２６，２８，４２，
４４の抵抗値と電圧V_R及びP₊に依存している。
前記のスイツチング電圧を負にすることによつて
放電回路は制御器６の設定電圧が実際の電圧より
予定量だけ低くなるまで動作しない。

増幅器２４の反転入力端の電圧が、ダイオード
d₁から正電圧が供給されなくなつて基準電圧V_R
よりも低くなると、増幅器２４の出力が正にな
り、トランジスタQ₁，Q₂にベース電圧が流れ、
主としてトランジスタQ₁のコレクタ−エミツタ
間を通して出力コンデンサＣの放電が開始する。
出力コンデンサＣの電圧は増幅器２４の反転入力
端にかかつており、放電によつて出力コンデンサ
の電圧が下がるにつれ、増幅器２４の出力電圧は
より高くなり、それにともなつてトランジスタ
Q₁，Q₂のコレクタ−エミツタ間電流は増加する。
このように、出力コンデンサの放電の動作は、負
性抵抗特性を示す回路によつて行われる。コンデ
ンサＣの両端間の出力電圧が減少して接続点J₁の
電圧が増幅器１０の出力をスイツチング電圧に戻
すまで放電は続く。この点において、増幅器１０
の出力はP₊に対し十分正になり、ダイオードd₂
をカツトオフし、P₊から得られた正の電圧が演
算増幅器２４の反転入力端に再度印加される。次
に増幅器２４の出力は負になり、トランジスタ
Q₁とQ₂がカツトオフになる。

NPNトランジスタQ₃のベースに過電圧検出器
４６を接続することによつて、ある過電圧状態が
生じた時、前述と同様の動作がひき起される。ト
ランジスタQ₃のエミツタをフローテイング接地
に、そのコレクタをダイオードd₃の陰極に、そし
てd₃の陽極を前記接続点J₃にそれぞれ接続する。
過電圧が生じたときには、トランジスタQ₃とダ
イオードd₃と抵抗器４２に十分な電流が流れ、そ
して接続点J₃の電圧をダイオードd₁が導通しなく
なるまで下げる。そのとき、増幅器２４の反転入
力端は非反転入力端より電位が低くなり、出力は
正となつてダーリントン回路Q₁，Q₂が導通する。

安全のために、交流電源が切れているか、又は
故障しているときはいつでもコンデンサＣを放電
させることが望ましい。これは交流電圧降下検出
器４８をダイオードd₄の陰極に接続し、d₄の陽極
を前記接続点J₃に接続することによつて、達成さ
れる。この状態で放電回路を作動させるには、交
流電源の欠落後も十分長時間にわたり動作電位を
演算増幅器２４に印加し、そしてコンデンサＣを
完全に放電させる必要がある。この機能は、リー
ド４０を経て動作電位を増幅器２４に供給するコ
ンデンサ３２の放電が遅いことによつてなされ
る。

トランジスタQ₁，Q₂を流れる電流は、流れる
時間を限定すれば定格定常値以上に増やすことが
可能である。従つて、タイミング回路はダイオー
ドd₁を通つて増幅器２４の反転入力端に供給され
た正の電圧が限られた時間だけ除去されるように
したものであり、その時間は要求されるいかなる
レベルへも出力コンデンサＣを放電させることが
できるように十分に長くしてある。前記のタイミ
ング回路は、接続点J₃にその陽極が接続されたダ
イオードd₅、および該ダイオードd₅の陰極とフロ
ーテイング接地点との間に並列接続されたコンデ
ンサ５０と抵抗器５２から成る。ダイオードd₅の
陰極とコンデンサ５０と抵抗器５２の共通接続点
J₄は、コンパレータ５６の反転入力端に接続さ
れ、そして接続点J₂の基準電圧V_Rは、リード５
８を経て非反転入力端に印加される。前記コンパ
レータ５６の出力端はダイオードd₆を通して演算
増幅器２４の反転入力端に接続される。ダイオー
ドd₂，d₃，d₄のうちどれでも導通していないと
き、演算増幅器５６の出力が負になつてダイオー
ドd₆をカツトオフするように、コンデンサ５０は
電圧V_Rよりも大きい正の電圧に充電されている。
しかしながら、前述の状況のうちの一つに従つて
これらダイオードのどれかが導通するときは、い
つでも接続点J₃での電圧が低下し、そしてダイオ
ードd₅がカツトオフになるので、コンデンサ５０
はそれと並列に接続された抵抗器５２を通つて放
電する。そしてコンデンサ５０の端子電圧が電圧
V_R以下に低下するまでは、増幅器５６の出力電
圧がダイオードd₆をカツトオフにする低レベルの
状態になつている。しかし、コンデンサ５０の端
子電圧が電圧V_R以下になると、増幅器５６の出
力電圧は正になり、この正の電圧はダイオードd₆
を経て増幅器２４の反転入力端に印加される。そ
の結果、増幅器２４の出力は負になり、ダーリン
トン回路Q₁，Q₂が遮断状態となる。

次に総合動作を説明する。先ず、ダイオードd₁
を通つて増幅器２４の反転入力端に供給されてい
る正電圧は、次の，，の場合にはダイオー
ドd₁が非導通となつて供給されなくなり、反転入
力端の電圧が非反転入力端に印加されている基準
電圧V_R以下に低下する。

すなわち、制御器６の電圧を下げる動作によつて、増幅
器１０の出力電圧がさがり、ダイオードd₂が導
通した場合。

過電圧検出器４６が過電圧が生じつつあるこ
とを検出し、ダイオードd₃が導通した場合。

交流電圧降下検出器４８が、交流電源の電圧
が降下したことを検出し、ダイオードd₄が導通
した場合。

その結果、演算増幅器２４の出力は正になり、
次いでトランジスタQ₁とQ₂が導通してコンデン
サＣの電荷を放電させることになる。これは接続
点J₁における電圧が、制御器６によつて選択され
たＤ−Ａ変換器８の出力電圧以下に低下するまで
続く。しかし、それはコンパレータ５６に組合わ
されたタイミング回路５０，５２によつて許容さ
れている時間より長く続くことはできない。コン
デンサＣにおける端子電圧の低下にしたがつて、
増幅器２４の反転入力端に印加される電圧も低下
する。その結果、増幅器２４の出力はより正にな
る。これはトランジスタQ₁，Q₂がより多くの電
流を流すようにそれらをバイヤスする。従つて、
出力コンデンサＣの電圧低下につれてその放電電
流は増えるので、結果としてこの放電回路は負性
抵抗特性をもつことになる。トランジスタQ₁，
Q₂を保護するためにモニタ抵抗器R_Mの電圧は帰
還抵抗器２８を経て演算増幅器２４の反転入力端
に印加され、これにより放電が制御される。な
お、これらの動作を第２図にまとめる。第２図に
おいて、Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６とあるのは、そ
れぞれ接続点J₃，J₄，J₅，J₆の電位を表し、Ｖ４
６，Ｖ４８とあるのは、それぞれ過電圧検出器４
６、交流電圧降下検出器４８の出力電圧を表す。

なお、簡単のため、タイミング回路に関する動
作は省いてある。また、第２図に表現された条件
は、理解のため簡単に表現してある。したがつ
て、詳細は上記説明を参照されたい。

なお、図示されていないけれども、電源４の安
定回路が出力コンデンサＣの両端電圧を、その最
大能力で減少させるように設定したときは、スイ
ツチング電圧の選択によりいつでもトランジスタ
Q₁，Q₂の放電電流が流れ始めるように構成され
ている。例えば、これはパルス幅調整器のオン時
間が零のとき、あるいは直列レギユレータのイン
ピーダンスが最大のときに起る。

また、本考案はトランジスタQ₁，Q₂によるダ
ーリントン結合の代わりに、Q₁のような単一ト
ランジスタを使つてもよい。ただしこの場合、そ
のベースは増幅器２４の出力端子に接続する。更
には本考案の放電回路について、出力１８が出力
１６に対して正となる電位関係で述べてきたが、
それは出力１８が出力１６に対して負となるよう
な電源に変更することも可能である。

第１Ａ図は上記変形回路の要部を示すブロツク
図で、第１図の構成部分に対応したそれぞれの部
品は同じ番号あるいは記号にダツシユを付して示
されている。正の基準電圧V_Rを増幅器２４′の非
反転入力端に印加する代わりに、該入力端をフロ
ーテイング接地に接続し、そして増幅器２４′の
反転入力端には抵抗器５８′を介して負の基準電
流V_Rが印加される。前記負の基準電圧V_Rは、ダ
イオードd₁′を経てP₊′から得られる反転入力端の
正電圧より少ない。その結果、増幅器２４′の出
力は負になり、トランジスタQ₁とQ₂は遮断され
る。次にダイオードd₃′，d₄′，d₂′のうちの１つが
導通しているとき、d₁′は遮断され、そして増幅
器２４′の出力はトランジスタQ₁とQ₂を導通させ
るように正となる。

更には上述の負性抵抗特性およびコンパレータ
５６に組合わされたタイミング回路によつて、よ
り速い速度で出力コンデンサＣを放電させること
ができる。又、本回路はダイオードd₂′，d₃′，
d₄′のうちのどれによつてでも放電回路を作動さ
せることができる。また、ダイオードを追加して
別の条件で応答させることもできる。

〔効果〕

本考案は、以上のように構成され、作用するも
のであるから、上記した目的をすべて達成し得る
安定化直流電源装置を提供することができるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例による電気的回路
図、第１Ａ図は要部変形図、第２図は本考案回路
の総合動作の理解を助けるための図である。２：電源、４：AC−DC電源、６：制御器、
８：Ｄ−Ａ変換器、１０：増幅器、Ｃ：出力コン
デンサ、２４：増幅器、R_M：モニタ抵抗、３
０：安定化直流源、４６：過電圧検出器、４８：
交流電圧降下検出器、５６：コンパレータ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】１出力コンデンサが接続された出力端子を有し
且つ出力電圧を可変し得る安定化直流電源装置
において、前記出力コンデンサの両端子間にトランジス
タ等の、制御入力に応じて電流を制御し得るデ
バイスを接続し、前記安定化直流電源の、出力電圧等の作動状
態に応じて、前記デバイスが遮断または導通す
るような制御入力を前記デバイスに与えるとと
もに、前記デバイスが導通して前記出力コンデンサ
を放電させるときには、該出力コンデンサの電
圧を検出し、該出力コンデンサの電圧が下がる
につれて前記デバイスを流れる放電電流が増加
するような制御入力を与え得るようにした出力
コンデンサ放電回路を備えていることを特徴と
する安定化直流電源装置。２前記出力コンデンサ放電回路は、前記出力コ
ンデンサの電圧の値が前記安定化電源装置から
出力されるべく設定された電圧の値と異なつて
いるとき、前記デバイスが導通するような制御
入力を与えるようになつていることを特徴とす
る実用新案登録請求の範囲第１項に記載の安定
化直流電源装置。３前記出力コンデンサ放電回路は、交流電源電
圧の降下を検出したときに前記デバイスが導通
するような制御入力を与える手段と、該制御入
力を与えるための電力を供給するための手段と
を備えていることを特徴とする実用新案登録請
求の範囲第１項に記載の安定化直流電源装置。４前記出力コンデンサ放電回路は、前記デバイ
スが導通する時間を所定の時間に制限する回路
を備えているものであることを特徴とする実用
新案登録請求の範囲第１項に記載の安定化直流
電源装置。５前記出力コンデンサ放電回路は、前記出力コ
ンデンサに接続される第１入力端子及び第２入
力端子を備えており、該第２入力端子とフローテイング接地された
第１入力端子との間には、トランジスタのエミ
ツタ及びコレクタとモニタ抵抗との直列回路が
接続されており、前記トランジスタのベースには、演算増幅器
の出力端子が接続されており、該演算増幅器の反転入力端子と前記トランジ
スタ及び前記モニタ抵抗の共通接続点との間に
は帰還抵抗器が接続され、前記反転入力端子と
前記第２入力端子との間には第１の抵抗器が接
続されており、前記演算増幅器の反転入力端子及び非反転入
力端子には、該反転入力端子及び非反転入力端
子の電位を、前記トランジスタのエミツタ・コ
レクタ間を遮断させるような電位にする手段が
接続されており、前記安定化直流電源装置の前記特定の動作状
態応じて、前記トランジスタを導通させるため
少なくとも一方の前記演算増幅器の入力端子の
電位を変化させる手段が接続されているもので
あることを特徴とする実用新案登録請求の範囲
第１項に記載の安定化直流電源装置。６前記トランジスタを導通させるため少なくと
も一方の前記演算増幅器の入力端子の電位を変
化させる手段は、前記出力コンデンサの電圧の
値が前記安定化電源装置から出力されるべく設
定された電圧の値より高いことを検出したとき
前記電位の変化させる回路であることを特徴と
する実用新案登録請求の範囲第５項に記載の安
定化直流電源装置。７前記トランジスタを導通させるため少なくと
も一方の前記演算増幅器の入力端子の電位を変
化させる手段は、前記出力コンデンサの電圧が
予め決めた電圧の値を越えたことを検出する過
電圧検出回路であることを特徴とする実用新案
登録請求の範囲第５項に記載の安定化直流電源
装置。８前記トランジスタを導通させるため少なくと
も一方の前記演算増幅器の入力端子の電位を変
化させる手段は、交流電源電圧の降下を検出し
たときに前記電位を変化させる回路であること
を特徴とする実用新案登録請求の範囲第５項に
記載の安定化直流電源装置。