JPH0370011A - 電子機器の電源装置 - 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 本発明は電子機器の電源装置に係り、特に高温から低温
までの温度範囲で安定に動作する電子機器の電源装置に
関する。

従来の技術 電子機器では、回路等の負荷を駆動するための電ＩＩ！
ｉｔｓを有するのが一般的である。電源部は負荷に対し
て一定の電圧を安定して供給する必要があり、例えばス
イッチングレギュレータが用いられる。一方、電子ｉ器
はあらゆる条件下で使用され、時には低温下で使用され
る場合がある。

従来、低温下での電子機器、特に機械的可動部を備えた
電子機器の使用は、摩擦の増加による負荷の増大により
安定した動作をさせることが困難であった。

そこで、当該電子機器を低温下で使用する場合、機器内
に予めヒーター等を設け、このヒーター等をｓｑｗｔ、
て機器内の温度を上昇させて使用している。

発明が解決しようとする課題 しかし、電子１１器内にヒーター等を取付けることは、
取付はスペースが必要となる。また、当該ヒーター等を
サーモスタットやサイリスタ等で制御する場合、ノイズ
の影響が大きい。さらに、該ヒーター等をＷＡＲ的に制
御するためには専用の別電源とコントロール回路が必要
になる。

そこで、本発明は上記課題に鑑みなされたもので、高温
下から低温下まで電子機器を安定に動作できる電子機器
の電源装置を提供することを目的とする。

！！題を解決するための手段 本発明は、高温下で電子機器を使用する際には、機器の
内部温度上昇を防ぐために、電源部からの発熱を最小限
に抑え、低温下で電子機器を使用する場合の該機器内の
温度上昇を積極的に図るべく、電源部における電力損失
の熱への変換によって行うことに着目されてなされたも
のである。

第１図に本発明の原理ブロック図を示す。第１図中、直
流電圧ＤＣ（＋）、グランドＧ　Ｎ　Ｄ　ＩＩで第１の
ｍｍ部１．第２の電源部２を介して負荷３に接続されて
おり、第１の電源部１にはセンサ部４が接続されている
。

該センサ部４は温度により、その出力信号を変化させる
。第１の電源部１は負荷３に電力を供給するためのもの
であって、該センサ部４の出力信号により出力電力を変
化させる。また、第２の電源部２は、第１の電源部１と
負荷３との間に介在され、第１の電源部１からの出力電
力のうち、所定電力を負荷３に供給し、他の電力を熱損
失に変換する。

作用 第１図に示すように、センサ部４により温度を検知し、
その出力信号を変化させる。この出力信号の変化により
第１の電源部１は出力電圧を変化させる。すなわち、低
温下ではセンリ部４の出力信号変化は第１の電源部１の
出力電圧を常温以上の場合より大きくさせる。

一方、第２の電源部２は出力電力のうち、負荷３に所定
電力を一定に供給しており、他の電力を熱損失に変化さ
せている。従って、低温下で第１の７ｇ！１部の出力電
圧が大きくなると、その分熱損失が大きくなる。この熱
損失が電子機器内の温度を上昇させる。

従って、電子機器を低温下で使用する場合であっても、
ヒーター等の加熱装置を別に設ける必要もなく、該機器
内部の温度を上昇させ、これにより該機器を安定に動作
させることが可能となる。

また、高温下においては、センサ部４からの信号により
、第２の電ＩＩ部２が必要とする最低限の電圧を第１の
電ｍ５ｓｉが出力するようにコントロールすることが可
能で、この事より、高温下では電ａｍ全体からの発熱を
最小に抑えることができ、高温下でもｌ器を安定に動作
させることが可能となる。

実施例 以下、本発明の一実施例を第２図乃至第５図により説明
する。

第２図に本発明の一実施例の回路図を示す。第２茜中、
第１の電源部１において、直流電圧ＤＣ（＋）ライン上
に電力供給用のトランジスタ「「１のコレクタ、エミッ
タが介在されており、ベースにスイッチングレギュレー
タ（以下ｒｓＲＪと略す）５よりパルス電流を間欠的に
供給する。

このトランジスタ丁ｒ、及びＳＲ５は、入力と出力の電
圧差が変わっても、熱損失量が殆ど変化しないという特
徴を有する。ダイオードＤ１．チョークコイルし及びコ
ンデンサＣは平滑回路である。

ＳＲ５にはＯＰアンプＵ１の出力電圧が印加されており
、ＯＰアンプＵ＋のプラス入力端子には直流電圧ＤＣ（
＋）の抵抗Ｒ１及びＲ２による分圧された電圧が印加さ
れる。

また、第２の電源部２において、第１の電源部１の直！
＠圧の出力ライン上に一定電圧供給用のトランジスタ丁
「２のコレクタ、エミッタが負荷３との間に介在されて
おり、ベースにドロッパレキｌレータ（以下「ＤＲ」と
略す。）６より制御電流を供給する。このトランジスタ
′「ｒ２及びＤＲ６は、出力％ｉ流が一定の場合には、
入力電圧と出力電圧との差が変化すると、熱損失が正比
例的に変化する、いわゆるシリーズレギュレータである
。ＤＲ６にはＯＰアンプＵ２の出力電圧が印加される。

ＯＰ７ンプＵ２のプラス入力端子には第２の電ｍ部２の
出力である直流電圧の抵抗Ｒ３及びＲ４による分圧され
た電圧が印加され、マイナス入力端子には抵抗Ｒｓ及び
ツェナーダイオード０２による一定電圧が印加される。

そして、第２のＮ深部２より負荷３に電力が供給される
。

センサ部４では、電子機器内に設置された例えばサーミ
スタ等の温度センサ７からの出力信号は、ＤＣアンプ８
を介してトランジスタＴｒａのベースに供給される。ま
た、電源ｙｃｃより抵抗Ｒ６を介してトランジスタｒｒ
３のベースに接続されると共に、抵抗Ｒ７を介してトラ
ンジスタＴｒ３のコレクタに接続される。トランジスタ
゛ｒｒｚのエミッタは抵抗Ｒ８を介してグランドＧＮＤ
に接地される。また、コレクタ出力は第１の電源部１の
ＯＰアンプＵ１のマイナス入力端子に印加される。

また、第１の＠深部１のＳＲ５の一具体的回路を第３図
に示す。ＳＲ５において、ＯＰアンプＵ３の出力がトラ
ンジスタＴｒ＋のベースに供給される。ＯＰアンプＵ３
のプラス入力端子には、直流電圧ＤＣ（＋）の抵抗Ｒ９
及びＲｍによる分圧された電圧が印加され、マイナス入
力端子にはＯＰアンプＵ１の出力電圧が印加される。

次に、第２図及び第３図の電源装置の動作を第４図及び
第５図により説明する。

まず、電子機器内の温度Ｔが一定値以上（当該機器が安
定動作する温度で第５ｔｌ！！１０　［’Ｃ］以降の温
度上昇）のときは、温度センサ７の抵抗値が下がり、そ
の出力信号により、トランジスタＴｒ３がオン状態とな
る。ＯＰアンプＵ＋のマイナス入力端子には電圧ｖｌの
コレクタ出力が印加される（第５図Ｄ　［”Ｃ］以降の
電圧Ｖ２）。ここで、ＯＰアンプＵ＋のプラス入力端子
にはこの電圧ｖｌと同位の電圧が印加されるように抵抗
Ｒ１及びＲ２の抵抗値が設定されており、マイナス入力
端子の電圧ｖｌが基準電となる。従って、ＯＰアンプＵ
１の出力電圧は零である。このとき、直流電圧の出力ラ
インの８点は電圧■１となる（第５図０　［”Ｃ］以降
の電圧Ｖ＋　）。

この場合、第１の電源部１におけるトランジスタｒｒ＋
のスイッチングは、８点（第２図）の電圧が高いときは
ＯＰアンプＵ＋を介してＯＰアンプＵ３　　（第３図）
が時間幅の狭いパルス電流でトランジスタＴｒ＋を駆動
し、八点く第２図〉における直流電圧ＤＣ（＋）の電圧
を低下させる。このとき、８点の電圧は徐々に減少し、
８点の電圧がＶ＋に達しときにオペアンプＵ３により第
５図０［”Ｃ］以降の電圧ｖｌを維持するスイッチング
間隔でトランジスタＴｒ＋が駆動される。このように、
ＯＰ７ンプＵ３のパルス電流のスイッチング間隔により
、Ａ点には当該スイッチング間隔のパルス電圧が発生し
、８点は平滑された直流電圧いハ）となる（第５図Ｄ　
Ｉ’Ｃ］以降の電圧Ｖ＋　）。

この８点の電圧■１は、第２の電源部２のトランジスタ
Ｔｒ２により、電圧Ｖ３　　（第５図）に降圧されて、
所定の電力を負荷３に供給し、電圧の差分ＶＣ（＝Ｖ＋
　−Ｖａ　）と負荷３に流れる電流の積による残りの電
力がトランジスタ゛「ｒ２において熱損失となり、熱Ｉ
Ｑ［Ｊ］（第５図Ｄ　［’Ｃ］以降の熱ｍＱ＞となる。

ここで、電圧ｖ３を分圧する抵抗Ｒ３及びＲ４における
電圧と基準電圧を発生させる抵抗Ｒｓ及びツェナーダイ
オードＤ２による電圧とが、夫々ＯＰ７ンプＵ２のプラ
ス入力端子とマイナス入力端子に接続されて、その差分
出力がＤＲ６に印加されている。ＯＲｓはＯＰアンプＵ
２の差分出力を零にするようにトランジスダｒｒｚのベ
ースにｔｓｍ’ｉｓ圧を供給することによって、トラン
ジスタＴｒｚは電圧Ｖｌの変動に拘らず一定電圧■３を
負荷３に供給する。

また、温度が一定ｆｒｉ以上となると、トラジスタｒｒ
ｇが飽和状態となり、電圧■２が一定となる。

従って、電圧Ｖ＋も一定となることから、トランジスタ
丁「２が発生する熱ｆｉｌＱ［Ｊ］も一定となる。

このように、高温下で、第２の電源部２で必要とする最
低限の電圧を第１の電源部１が出力するようにコントロ
ールでき、電源部全体からの発熱を最小限に抑え、高温
下においても当該装置が安定動作される。

なお、上記第１の電源８１Ｓｉ及び第２の電源部２の動
作［！！！は、後述する電子機器内の温度が一定値以下
（低温下）の場合であっても同様である。

次に、電子機器内の温度が外気温度に従って一定値以下
（低温下）になると、電圧部２が第４図に示すように増
大する傾向となる。そこで、センり部４の温度センサ７
の抵抗値（例えばサーミスタの場合）が高くなり、トラ
ンジスタＴｒｓへのバイアス電流が減少する。これによ
り、センサ部４からの出力信号である電圧Ｖｚが上昇す
るように変化する。電圧ｖｌが高くなると第１の電源部
１のオペアンプリ１の出力電圧が第５ｅＤ−Ｃ［部０１
間で変化する。従って、ＯＰアンプＵ３（第３図）の出
力は時間幅の広いパルス電流でトランジスタＴｒ＋をバ
イアスする。これにより、トランジスタＴｒ＋のエミッ
タ出力は増大し、ＯＰ７ンプＬＪ＋の入力端子の比較が
零になるまで電圧ｖＩを上界させる（第５図Ｄ−Ｃ［”
Ｃ］［の電圧Ｖ＋　）。上昇した電圧ｖｌは、第２の電
源部２のトランジスタＴｒ２のコレクタに印加する。こ
の場合、ＤＲ６は常に電圧部３が一定電圧になるように
トランジスタ゛ｒｒｚをバイアスしている。

従って、トランジスタＴｒｚでは、電圧の差分ＶＤ　（
＝Ｖ＋　一部３　）と負荷３に流れる電流の積による電
力が熱損失Ｑ［Ｊ］に変換される。熱量Ｑは電圧に比例
することから、第５図ＤＣ’Ｃ］〜Ｃ［”Ｃ］の菊間に
おいて電圧Ｖｚが外部温度の低下に対して比例関係にあ
るならば直線を描いて上界する。そして、センサ部４の
出力電圧ｖ２は、第５図Ｃ［’Ｃ］ＪＸｉ＊の温度低下
ではトランジスタＴｒｘがオフ状態となるために一定と
なる。従って、電圧ｖｌも一定となるので、トランジス
タＴｒｚが発生する熱ｆｆ１Ｑ［Ｊ］も一定となる。

ここで、例えば直流電圧ＤＣ（＋）を２４［Ｖ］、　ト
ランジスタｒｒ＋の効率を８０％、負荷３に印加される
電圧と流れる電流を夫々５［Ｖ］、１　［Ａ］とすると
、電子機器内の温度が一定値以上のときに、Ｖ＋が６［
ｖｌである場合、トランジスタＴＩ’２の電力損失は（
６−５）ｘｌ−１［Ｗ］となり、トランジスタＴｒ＋の
電力損失は６　［Ｗ］　Ｘ　（１−０，８＞　−１，Ｈ
Ｗ］となる。

従って、この温度状態での全電力損失は２．２［Ｗ］と
なる。一方、該機器内の温度が一定値以下く低瀉下）の
ときに、ｖｌが２０　［Ｖ］である場合、トランジスタ
Ｔｒｚの電力損失は（２０−５）ｘｌ−１５（Ｗ］とな
り、トランジスタＴＩ’＋の電力損失は２０　［Ｗ］　
Ｘ　（１−０，８）　−４［Ｗ］となる。従って、この
温度状態での全電力損失は２４　［Ｗ］となる。これら
両者の差が、熱容量Ｑ［Ｊ］に変換され、第５図Ｑのよ
うに表わされる。

このトランジスタ丁「電及び丁「２での熱ＩＱ［Ｊ］で
電子機器内の温度を上昇させる。すなゎち、低温下にお
いても該電子機器内の温度は、当該機器が安定に動作で
きるまで上昇され、特に機械的可ｌ１１１部分を有する
電子機器に有効となる。

このように、センサ部４によってトランジスタ丁「２の
発熱量を制御することから、電子機器内を温度上昇させ
るために、別にヒーター等の加熱装置を不要にすること
ができる。これにより、ヒーター等の取付スペースが不
要となり、ヒーター等のｌ１ｌｖＩｌノイズを防止でき
、ヒーター等の別電源も不要とすることができる。

なお、本発明では、第１の電源部１が、温度変化に対し
て第２の電源部２に印加する電圧を変化させ、その一方
で第２の電源部２においては第１の電源部１の出力電圧
の大小に拘らず常に一定の電圧部３を負荷３に供給する
ためにトランジスタＴｒ２の内部抵抗を変化させること
によって、トランジスタ丁「２が発生する熱量を変化さ
せているが、第１の電源部１が温度に対して電圧だけで
なく、電流も変化させ、それに対して第２の電源部２が
入力電圧及び電流の変化を吸収して負荷に一定の電圧を
供給するようにしてもｌ′ｉ５１様の効果を奏する。

発明の効果 以上のように本発明によれば、第２の電源部を設けて熱
損失をｌｉｌｌｔｍすることにより、ヒーター等の加熱
装置を使用せずに電子機器内の温度をｌ１１１ｗさせる
ことができ、これによって高温下から低温下までの広い
範囲においても当該ｔｌ器を安定に動作させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の原理ブロック図、第２図は本発明の一
実施例を示した回路図、第３図は第２図のスイッチング
レギュレータの一員体例を示した回路図、第４図は温度
条件による出力電圧の変化を示したグラフ、第５図は第
２図における熱量等を示したグラフである。 １・・・第１の電源部、２・・・第２の電源部、３・・
・負荷、４・・・センザ部、５・・・スイッチングレギ
ュレータ（ＳＲ）、６・・・ドロッパレギュレータ（Ｄ
Ｒ）、７・・・温度センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 温度により出力信号を変化させるセンサ部と、負荷に電
   力を供給するためのものであつて、該センサ部の出力信
   号により、出力電力を変化させる第１の電源部と、 該第１の電源部と前記負荷との間に介在され、該第１の
   電源部からの出力電力のうち、所定電力を該負荷に供給
   し、他の電力を熱損失に変換する第２の電源部と、 を有することを特徴とする電子機器の電源装置。