JPH0296813A - 直流定電流定電圧電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直流定電流定電圧電源装置に関し、特に、容量
性負荷においても、その端子電圧あるいは電流を指定さ
れた値に短時間に設定することができる直流定電流定電
圧電源装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の直流定電流定電圧電源装置として、例えば、特開
昭５６−１）６１２８号公報に示されるものがある。こ
の直流定電流定電圧電源装置は、直流電源と負荷との間
に電流電圧制御用のトランジスタと１検出用の抵抗を直
列に接続し、このトランジスタのベースに定電圧用誤差
増幅器と定電流用誤差増幅器を選択回路を介して接続し
ている。定電圧用誤差増幅器は電圧設定用基準電圧を非
反転端子に入力し、負荷端子に接続されたインピーダン
ス変換増幅器の出力を反転端子に入力する。一方、定電
流用誤差増幅器は電流設定用基＄電圧を非反転端子に入
力し、前記インピーダンス変換増幅器の出力を反転端子
に入力する。前記選択用回路は負荷の状態に応じて定電
圧用誤差増幅器あるいは定電流用誤差増幅器の出力を選
択し、その出力を電流電圧制御用のトランジスタのベー
スに入力することによって電圧値あるいは電流値を設定
値に制御するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の直流定電流定電圧電源装置に容量性の負
荷を接続した場合、負荷の端子電圧を上昇させる方向へ
電圧設定値を変化させる場合は速やかに設定値にするこ
とができるが、下降させる方向へ変化させる場合は負荷
の電荷を積極的に除去する手段が設けられていないため
、速やかに設定値にすることができないという問題があ
る。また、負荷をある一定の時間定電流で駆動すれば負
荷に定電荷を供給することができるが、負荷から定電荷
を除去することができず、更に、負荷の電荷量を設定値
にした後電流を切ると負荷の漏れ電流によって放電が生
じるため、電荷量を設定値に維持することができないと
いう問題がある。

従って、本発明の目的は負荷の端子電圧を上昇させる場
合は勿論のこと、下降させる方向へ電圧設定値を変化さ
せる場合においても速やかに設定値にすることができる
直流定電流定電圧電源装置を提供することである。

本発明の他の目的は負荷に定電荷を注入するだけでな（
定電荷を除去することができ、また、負荷の電荷量を設
定値に維持することができる直流定電流定電圧電源装置
を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記の目的を実現するため、負荷の端子電圧を
検出するとともに負荷の吸い出し電流および注入電流を
検出する手段を設ける。これらの検出信号とそれに対応
する５９電圧を比較する誤差増幅器を設ける。各誤差増
幅器の誤差信号を負荷の状態に応じて選択するための切
換回路と、切換回路の選択した誤差信号に基づいて負荷
を制御する制御手段を設ける。負荷に一定の時間一定の
電流を流すことにより定電行駆動するために時間を規定
するタイミング回路を設ける。注入した電荷が放電して
しまわないようにするために負荷両端の電圧を保持する
ための基準電圧を生成するホールド回路を設ける。

〔実施例〕

以下、本発明の直流定電流定電圧電源装置を詳細に説明
する。

第１図は本発明の一実施例を示す。回路構成は並列制御
方式をとり、非安定化電源Ｅ。

の正極には抵抗Ｒ１を介して負荷Ｚの正端子が接続され
、電源ＥＰＳの負極には負荷電流検出用抵抗Ｒ４を介し
て負荷Ｚの負端子が接続されている。また、抵抗Ｒ１と
負ＱＺの接続点には定電流定電圧制御用トランジスタＱ
のコレクタが接続され、負荷電流検出用抵抗Ｒ４と電源
ＥＰ５の負極の接続点にはトランジスタＱのエミッタが
接続されている。トランジスタＱのベースには、利得の
大きい３個の誤差増幅３１Ａ、ＩＢ、ＩＣの出力が抵抗
とダイオードを組合せた切換回路２を介して接続されて
いる。切換回路２は誤差増幅器ＩＡの出力に接続された
抵抗Ｒ５、誤差増幅器ＩＢの出力に接続された抵抗Ｒ６
およびダイオードＤ１、誤差増幅器ＩＣの出力に接続さ
れた抵抗Ｒ７およびダイオードＤ２を有し、抵抗Ｒ７、
ダイオードＤＩおよびＤ２がトランジスタＱのベースに
接続されている。ここで、ダイオードＤ１とＤ２の接続
方向は図示の通り逆方向であり、また、抵抗値はＲ５＞
Ｒ６、Ｒ７の関係を有する。

誤差増幅器ＩＡは定電圧の制御に用いられる。その非反
転入力端子は利得１の差動増幅器３の出力に接続され、
反転入力端子は出力電圧の設定に応じてその大きさを変
化することができる電圧制御用基準電圧電源Ｅｓ＋に接
続されている。差動増幅器３の反転入力端子は、入力イ
ンピーダンスが高く利得が１の緩衝増幅器４を介して負
荷Ｚと負荷電流検出用抵抗Ｒ４の接続点に接続されてい
る。また、非反転入力端子は抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の接点
に接続されている。緩衝増幅器４の出力電圧は負荷Ｚの
負端子の電圧に等しく、抵抗Ｒ２、Ｒ３の直列回路は負
荷Ｚの正端子と緩衝増幅器４の出力との間に接続されて
いるため、差動増幅器３の出力は負荷Ｚの両端の電圧を
抵抗Ｒ２とＲ３の抵抗値の比で分圧した値になる。誤差
増幅器ＩＡは、差動増幅器３の出力電圧と電圧制御用基
準電圧が常に等しくなるように抵抗Ｒ５を介してトラン
ジスタＱのベース電流を制御する。

誤差増幅器ＩＢは定電流吸込み制御に用いられる。その
非反転入力端子はａ街増幅器４の出力に接続され、反転
入力端子は利得が１の反転増幅２Ｓ５の出力に接続され
ている。

電流吸込み動作時には、負荷Ｚに流れる電流の向きが逆
になるために緩衝増幅２３４の出力電圧は負になる。こ
のため、反転増幅器５によって電流制御用型圧電ａ　Ｅ
　ｓ　ｚの出力を反転して誤差増幅器ＩＢの反転入力端
子に入力している。誤差増幅器ＩＢの出力は負荷に流れ
る電流に比例して変化する緩衝増幅器４の出力電圧と、
反転増幅２３５の出力である反転された電流制御用基準
電圧とを常に等しくするように、抵抗Ｒ６とダイオード
ＤＩを介してトランジスタＱのベースを制御する。

誤差増幅器ＩＣは定電流吐き出し制御に用いられる。そ
の非反転入力端子は緩衝増幅器４の出力に接続され、反
転入力端子は出力電流の設定値に応じてその大きさを変
化させることができる電流制御用基準電圧電源Ｅｓｚに
接続されている。緩衝増幅器４の出力電圧は負荷Ｚとの
接続点の電圧に等しく、負荷に流れる電流に比例して変
化する。従って、誤差増幅器１Ｃは、電流検出用抵抗Ｒ
４の両端の電圧と電流制御用基準電圧を常に等しくする
ように、抵抗Ｒ７とダイオードＤ２を介してトランジス
タＱのベースを制御する。

以下、本発明の詳細な説明する。

（１）負荷Ｚの両端の電圧が設定電圧値より下がった場
合、差動増幅器３の出力が低下し、誤差増幅器ＩＡの出
力も低下する。従って、トランジスタＱのベースに流れ
る電流は減少し、’１８　＃Ｅ　ｐ　ｓの正極からコレ
クタ・エミッタ間を通じて電源Ｅ０の負極−・流れる電
流が減少する。これに伴ってトランジスタＱのコレクタ
電圧が上昇して負荷Ｚに流れる電流が増加し、負荷Ｚの
両端の電圧は上昇して設定値になる。

逆に負荷Ｚの両端の電圧が設定電圧値より上がった場合
には、上述の場合と逆の動作をし、負荷Ｚの両端の電圧
は下降して設定値になる。

（２）負荷から吸い出す電流が設定値より減少すると、
それに比例して緩衝増幅器４の出力電圧が上がり、定電
流吸込み制御用の誤差増幅３％　Ｉ　Ｂの出力も上昇す
る。従って、トランジスタＱのベースに流れる電流が増
加して電源Ｅ　Ｆ　ｓの正極からコレクタ・エミッタ間
を通して電源Ｅ□の負極へ流れる電流も増加する。

これに伴ってトランジスタＱのコレクタ電圧が低下し、
負荷Ｚから吸い出す電流が増加し、設定値になる。逆に
負荷Ｚから吸い出す電流が設定値より増加した場合には
上述の場合と逆の動作をし、負荷Ｚから吸い出す電流は
減少し、設定値になる。

（３）負荷Ｚに注入する電流が設定値より減少すると、
それに比例して緩衝増幅器４の出力電圧も下がり、定電
流の吐き出し制御用の誤差増幅ｉ３１　Ｃの出力は低下
する。従って、トランジスタＱのベースに流れる電流は
減少し、電源Ｅ０の負極へ流れる電流が減少する。これ
に伴ってトランジスタＱのコレクタ電圧が上昇して負荷
に注入する電流が増加し、設定値になる。逆に負荷電流
が設定値より増加した場合には上述の場合と逆の動作を
し、負荷に注入する電流は減少し設定値になる。

（４）　　この３つの誤差増幅器ＩＡ、ＩＢ、ＩＣの切
換は以下のように行われる。負荷Ｚに流れる電流が電流
設定値より小さいときには緩衝増幅器４の出力が電流制
御用基準電源Ｅｓｚの電圧よりも低いために誤差増幅器
ＩＣの出力は誤差増幅器の負の電源電圧に近い値で飽和
し、ダイオードＤ２は非導通状態となっている。従って
、誤差増幅器ＩＢおよびＩＣの出力はトランジスタＱの
ベースに対して影響を及ぼさず、誤差増幅器ＩＡは差動
増幅器３の出力電圧が電圧制御用基準電源Ｅｓ＋の電圧
に等しくなるように抵抗Ｒ５を介してトランジスタＱの
ベースを制御し、負荷に定電圧の供給を行っている。負
荷Ｚの端子電圧が上昇するように電圧制御用基準電圧電
源Ｅｓ＋の電圧設定値を上昇させると、誤差増幅器ＩＡ
の出力電圧が低下し、これに伴ってトランジスタＱのコ
レクタ・エミッタ間を流れる電流が減少しで負荷電流が
増加する。このため、衝撃増幅器４の出力電圧が上昇し
、この電圧が電流制御用基準電圧よりもわずかに高くな
ったとき、誤差増幅器ＩＣの出力電圧は誤差増幅器ＩＡ
の出力電圧よりも高くなってダイオードＤ２が導通状態
となる。誤差増幅器ＩＣの出力に接続される抵抗Ｒ７は
誤差増幅器ＩＡの出力に接続される抵抗Ｒ５よりも抵抗
値が低いために、誤差増幅器ＩＣの出力電流がトランジ
スタＱのベースを制御するようになり、負荷Ｚに定電流
の注入が行われる。電流の注入によって負荷２の両端の
電圧が上昇し、それに伴って差動増幅器３の出力電圧が
上昇して電圧制御用基準電圧よりわずかに高くなったと
き、誤差増幅器ＩＡの出力電圧は誤差増幅器ＩＣの出力
電圧よりも高くなってダイオードＤ２が非導通状態とな
る。従って、トランジスタＱのベースは誤差増幅器ＩＡ
の出力電流によって制御され、負荷Ｚの端子電圧は一定
値に保持される。負荷Ｚの端子電圧が下降するように電
圧制御用基準電圧電源Ｅｆｆ＋の電圧設定値を下降させ
たときには、誤差増幅器ＩＡの出力電圧は上昇し、トラ
ンジスタＱのコレクタ・エミッタ間を流れる電流が増加
して負荷電流が減少し、緩衝増幅器４の出力電圧が低下
する。緩衝増幅器４の出力電圧が反転増幅器５の出力電
圧よりもわずかに低くなったとき、誤差増幅器ＩＢの出
力電圧は誤差増幅器ＩＡの出力電圧よりも低くなってダ
イオードＤ１が導通状態となる。誤差増幅器１Ｂの出力
に接続される抵抗Ｒ６は誤差増幅ａＩＡの出力に接続さ
れる抵抗Ｒ５よりも抵抗値が低いために、誤差増幅器１
Ｂの出力電流がトランジスタＱのベースを制御するよう
になり、負荷からの定電流の吸出しが行われる。電流の
吸い出しによって負荷Ｚの両端の電圧が低下し、それに
伴って差動増幅器３の出力電圧が低下して電圧制御用基
準電圧よりもわずかに低くなったとき、誤差増幅器ＩＡ
の出力電圧は誤差増幅器ＩＣの出力電圧よりも低くなっ
てダイオードＤ１が非導通状態となる。従って、トラン
ジスタＱのベースは工具差増幅器ＩＡの出力電流によっ
て制御され、負荷Ｚの端子電圧は一定値に保持される。

（５）定電流を一定時間だけ負荷Ｚに流す定電前制御を
行うには、誤差増幅器ＬＡの反転入力端子に電圧制御用
基準電圧電源ＥＳＩのかわりに、第２図に示すように電
圧制御用基準電圧を出力するホールド回路１）と、時間
設定を行うタイミング回路１２を取り付ける。負荷Ｚに
一定負荷の注入を行うときには、ホールド回路１）の出
力から正の最大電圧が出力され、吐き出し電流制御用の
誤差増幅器ＩＣの出力電流によってトランジスタＱのベ
ースが制御され、負ｉＺへの定電流の注入が行われる。

（６）負荷Ｚから一定電荷の吸い出しを行うときには、
ホールド回路１）の出力からＯＶが出力され、吸込み電
流制御用の誤差増幅器ＩＢの出力電流によってトランジ
スタＱのベースが制御され、負荷Ｚからの定電流の吸出
しが丘われる。

（５）および（６）の制御において、タイミング回路１
２に設定された時間が経過すると、ホールド回路１）は
その入力端子が接続されている差動増幅器３の出力電圧
を取込み、電圧制御用基準電圧として保持する。トラン
ジスタＱのベースは定電圧制御用の誤差増幅器ＩＡの出
力電流によって制御され、負荷Ｚの両端の電圧は定電前
の注入もしくは除去が終了したときの値に保持される。

以上の実施例において、誤差増幅器ＩＡ、ＩＢ、ＩＣに
適切な位相補償を施すと、容量性負荷において問題にな
る発振を防止することができる。容量性負荷としては、
例えば、圧電素子等があり、本発明の電源装置はこのよ
うな容量性負荷の駆動電源として最適である。勿論、容
量性負荷以外の負荷の電源としても適当である。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明の直流定電認定４゜ 電圧電源装置は以下の効果を奏することができる。

（１）定電流電源として使用する場合、負荷に対して電
流の吐き出しだけでなく、吸込みを行うことができる。

（２）容量性負荷に対しても、端子電圧の設定値を変更
する場合に定電流の注入、吸い出しを行うことによって
、速やかに端子電圧を指定した値に設定することができ
る。

（３）ホールド回路とタイミング回路を取り付けて、負
荷に一定時間定電流の注入、吸い出しを行うことによっ
て、容量性負荷を定電前駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例を示す回路図。 符号の説明 ＩＡ、ＩＢ、Ｉ　Ｃ−−−一誤差増幅器２−−−−切換
回路　　　３−−−−一−・差動増幅器４−一一一一一
緩衝増幅器　　５−一−−−−−−反転増幅器ホールド
回路 タイミング回路 非安定化電源 電圧制御用基Ｙ＄電圧電源 電流制御用基準電圧電源 抵抗　２−−−一−・−負荷 １）−−　・ ＰＳ Ｅ　Ｓｌ−−・ ＥＳ２−”−一・ Ｒ１〜Ｒ７

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）負荷からの吸い出し電流と負荷への注入電流に応
   じた信号を発生する電流信号発生手段と、 負荷の端子電圧に応じた信号を発生する端子電圧信号発
   生手段と、 前記端子電圧信号と所定の第１の基準電圧を比較して定
   電圧制御信号を発生する第１の制御信号発生手段と、 前記電流信号と所定の第２の基準電圧を比較して吸い出
   し電流制御信号を発生する第２の制御信号発生手段と、 前記電流信号と所定の第３の基準電圧を比較して注入電
   流制御信号を発生する第３の制御信号発生手段と、 前記第１より第３の制御信号発生手段の出力から所定の
   １つの信号を負荷の状態に応じて選択する切換回路と、 前記所定の１つの信号に基づいて負荷をその１つの信号
   に応じた状態に制御する制御手段を含むことを特徴とす
   る直流定電流定電圧電源装置。
2. （２）前記第１の制御信号発生手段は直流可変電圧電源
   より前記第１の基準電圧を入力し、 前記第２の制御信号発生手段は他の直流可変電圧電源よ
   り出力される電圧を反転した電圧を前記第２の基準電圧
   として入力し、 前記第３の制御信号発生手段は前記他の直流可変電圧電
   源より出力される前記電圧を前記第３の基準電圧として
   入力する構成の直流定電流定電圧電源装置。
3. （３）前記第１の制御信号発生手段は前記電圧信号発生
   手段の前記端子電圧信号を所定の時間保持するホールド
   回路より前記第１の基準電圧を入力する構成の直流定電
   流定電圧電源装置。