JPH04121356U - 電源電圧制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大電流を消費する大電流モードと小電流を消
費する小電流モードとを有する負荷に対し小容量電池か
ら電流を供給する電源電圧制御回路において、常時は小
電流を供給し、必要時には電圧低下をきたすことなく大
電流を供給できるようにする。 【構成】 大電流を消費する大電流モードと小電流を消
費する小電流モードとを有する負荷に対し小容量電池か
ら電流を供給する電源電圧制御回路において、前記小容
量電池から直接前記小電流を供給する第一の経路と、前
記大電流を供給する大容量コンデンサ、このコンデンサ
を前記小容量電池からの電流で充電する充電回路、この
充電回路の充電電流を制限する定電流回路、前記第一の
経路から前記コンデンサへの逆流を防止するダイオード
を有する第二の経路とを備え、電圧低下をきたすことな
く大電流を供給する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ディジタルノギス、ディジタルマイクロメータ、ハイトゲージ等の 小型計測器に適した電源電圧制御回路、特に小容量電池から負荷に対し電圧低下 を伴わずに大電流を供給する電源電圧制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】

計測値を液晶表示装置等に表示するディジタルノギス、ディジタルマイクロメ ータ、ハイトゲージ等の小型な変位測定装置として、静電容量式の変位センサを 利用するものが有望である。 この変位センサは、複数の送信電極を配列した第一の部材と、複数の受信電極 を配列した第二の部材とをスライド可能に対向させ、前記送信電極と受信電極と の間の容量値から前記第一の部材と前記第二の部材との位置関係を測定できるよ うにしたものである。ディジタルノギスを例にとると、長尺なメインスケールに 複数の受信電極を配列し、これと対向する短寸のスライダに受信電極とはピッチ の異なる複数の送信電極を配列し、複数の送信電極のそれぞれに位相のずれた送 信信号を印加してスライダとメインスケールとの位置関係を測定する。 この変位測定装置にも二種類あるが、基準点からの変位をインクリメントする ことで現在の変位量を計測する相対方式より、現在の変位量を直接計測できる絶 対方式の方が有利な面もある。例えば、電源に太陽電池を用いた場合、相対方式 では暗部での測定を期待できない。これに対し、絶対方式ではスライダを移動さ せている間は電源を必要としないため、暗部で対象物を測定しその状態を保持し て明部にノギスを移動すれば、太陽電池から供給される電力で絶対変位量が計測 できる。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

上述した絶対測定用変位測定装置では、装置の機械的な原点と静電容量式セン サの原点とのずれを完全にゼロにすることが製造技術上困難なため、これを演算 で補償するようにオフセット量を記憶しておく方式がある。この方式でオフセッ ト量の記憶に不揮発性のメモリを使用する場合、例えば電気的に書き込みおよび 消去が可能なＥＥＰＲＯＭを使用する場合、小容量の太陽電池や小型電池では、 読出しは問題ないとしても、書き込みに大電流を必要とするため、電圧低下が生 じたり、必要な大電流を供給できないことがある。

【０００４】 本考案は、大電流を消費する大電流モードと小電流を消費する小電流モードと を有する負荷に対し小容量電池から電流を供給する電源電圧制御回路において、 常時は小電流を供給し、必要時には電圧低下をきたすことなく大電流を供給でき るようにすることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため本考案は、大電流を消費する大電流モードと小電流を 消費する小電流モードとを有する負荷に対し小容量電池から電流を供給する電源 電圧制御回路において、前記小容量電池から直接前記小電流を供給する第一の経 路と、前記大電流を供給する大容量コンデンサ、このコンデンサを前記小容量電 池からの電流で充電する充電回路、この充電回路の充電電流を制限する定電流回 路、前記第一の経路から前記コンデンサへの逆流を防止するダイオードを有する 第二の経路とを備えることを特徴とする。

【０００６】

【作用】

負荷が小電流しか必要としない場合、その電流は第一の経路から供給される。 この場合は小容量電池でも特に電圧低下等の問題は生じない。これに対し、負荷 が大電流を必要とする場合、その電流はダイオードを介して第二の経路から供給 される。この経路は小容量電池との間に充電回路や大容量コンデンサを介在させ ているので、電圧低下を生じさせずに大電流を供給できる。

【０００７】

【実施例】

図１は本考案の要部構成図である。同図において、ＢＡＴは太陽電池、Ｄ１， Ｄ２は逆流防止ダイオード、Ｃ１は電源電圧を安定化するための小容量コンデン サ、Ｃ２は大電流を供給するための大容量コンデンサ、Ｕ１は小電流モードと大 電流モードを有する負荷（本例ではＥＥＰＲＯＭ）、Ｕ２は充電回路、Ｕ３は定 電流回路、ＤＥＴ１は大容量コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出回路であ る。

【０００８】 負荷Ｕ１は高電位電源端子ＶＤＤと低電位電源端子ＶＳＳとを有し、端子ＶＤ Ｄから小電流Ｉ２または大電流Ｉ３を取り込む。小電流Ｉ２は電池ＢＡＴからダ イオードＤＩを介して直接供給される。このときコンデンサＣ１は電源電圧の安 定化に寄与する。これが第一の経路である。 これに対し、大電流Ｉ３はダイオードＤ２を介して大容量コンデンサＣ２から 供給される。このコンデンサＣ２は充電回路Ｕ２で充電される。充電回路Ｕ２は コンデンサＣ２の両端電圧を検出する電圧検出回路ＤＥＴ１の出力ＥＮを監視し 、コンデンサＣ２が満充電状態でなくなると充電を開始する。そして、コンデン サＣ２が満充電の状態になると充電を中止して無駄な電流消費を防止する。定電 流回路Ｕ３はダイオードＤ１を介して太陽電池ＢＡＴから供給される電流Ｉ１の 一部だけを定電流化して充電回路Ｕ２に流入する。このためコンデンサＣ２の充 電には時間がかかるが、この消費電流節減で第一の経路の電圧低下を回避できる 。これが第二の経路である。

【０００９】 負荷Ｕ１は電圧検出回路ＤＥＴ１の２値出力ＥＮを監視し、この出力から大容 量コンデンサＣ２が満充電であることを確認した上で大電流動作をする。これに 対し小電流動作は常に可能である。小電流動作時にコンデンサＣ２から大電流Ｉ ３が流出しないのは、小電流Ｉ２だけで負荷Ｕ１が必要な電流を供給できるから である。このダイオードＤ２の順方向電圧は負荷Ｕ１の電源電圧を低下させるた め、接合型（０．６Ｖ程度）よりショットキーバリア型（０．３Ｖ程度）の方が 望ましい。

【００１０】 図２は本考案の一実施例を示す絶対測定用変位測定装置のブロック図である。 同図において、１は静電容量式アブソリュートタイプの変位センサ（以下ＡＢＳ センサと呼ぶ）である。 このＡＢＳセンサ１は、例えば図３に示すように構成されている。可動要素で あるスライダ２１は、固定要素であるメインスケール２２に対し僅かの間隙を介 して対向配置され、測定軸Ｘ方向に移動可能なものとなっている。スライダ２１ には、送信電極２３が所定ピッチＰt0で配設されている。送信電極２３は、メイ ンスケール２２にピッチＰr で配設された第１受信電極２４ａ及び第２受信電極 ２４ｂと容量結合されている。受信電極２４ａ，２４ｂは、その配列方向に沿っ て隣接するピッチＰt1，Ｐt2の第１伝達電極２５ａ及び第２伝達電極２５ｂに１ 対１で夫々接続されている。伝達電極２５ａ，２５ｂは、夫々スケール２１側に 設けられた第１検出電極２６ａ，２６ｂ及び第２検出電極２７ａ，２７ｂと容量 結合されている。

【００１１】 送信電極２３は、７つおきに共通接続されて一群が８電極の複数の電極群を構 成している。これらの電極群には、それぞれ位相が４５°ずつずれた８相の周期 信号ａ，ｂ，…，ｈが駆動信号Ｓｄとして供給されるようになっている。これら の駆動信号Ｓｄは、より具体的には、図４に示すように、高周波パルスでチョッ プされた信号となっており、図１の送信波形発生回路２から生成出力されるよう になっている。 送信電極２３に駆動信号Ｓｄが供給されることにより生ずる電場パターンのピ ッチＷt は、送信電極２３のピッチＰt0の８倍であり、このピッチＷt は、受信 電極２４ａ，２４ｂのピッチＰr のＮ（例えば３）倍に設定されている。したが って、８つの連続する送信電極２３に対しては常に３乃至４つの受信電極２４ａ ，２４ｂが容量結合されることになる。受信電極２４ａ，２４ｂは、三角形状（ 又はsin 波形状）の電極片を相互に挟み合う形で配設してなるものである。各受 信電極２４ａ，２４ｂで受信される信号の位相は、送信電極２３と受信電極２４ ａ，２４ｂとの容量結合面積によって決定されるが、これはスライダ２１とメイ ンスケール２２との相対位置によって変化する。

【００１２】 受信電極２４ａ，２４ｂと伝達電極２５ａ，２５ｂとが同一ピッチで形成され ていれば、検出電極２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂは、単にスケール２１のｘ 方向位置がピッチＰr だけ変化する毎に繰り返される周期信号を検出することに なるが、このＡＢＳセンサ１では、粗い変位量、中間の変位量及び細かい変位量 の３つのレベルの変位量を検出するため、伝達電極２５ａ，２５ｂが、実際には 受信電極２４ａ，２４ｂに対して夫々Ｄ1 ，Ｄ2 だけ偏位するようになっている 。偏位量Ｄ1 ，Ｄ2 は、夫々基準位置ｘ0 からの測定方向の距離ｘの関数で、下 記数１のように表すことができる。

【００１３】

【数１】 Ｄ1(ｘ) ＝（Ｐr −Ｐt1）ｘ／Ｐr Ｄ2(ｘ) ＝（Ｐr −Ｐt2）ｘ／Ｐr

【００１４】 伝達電極２５ａ，２５ｂをこのように受信電極２４ａ，２４ｂに対して偏位さ せ、検出電極２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂをピッチＷr1（＝３Ｐt1），Ｗr2 （＝３Ｐt2）の波形パターンとすることにより、検出電極２６，２７からは、偏 位量Ｄ1(ｘ) ，Ｄ2(ｘ) に応じた大きな周期に検出電極２４ａ，２４ｂ単位の小 さな周期が重畳された検出信号Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｃ1 ，Ｃ2 を得ることができる。図 ５はこの信号Ｂ1 ，Ｂ2 の位相成分を電極間容量として示したものである。信号 Ｂ1 ，Ｂ2 は大きな周期が逆相、小さな周期が同相である。従って両信号の差か ら大きな周期の信号が、また両信号の和から小さな周期の信号が得られる。信号 Ｃ1 ，Ｃ2 についても同様である。ここで、検出信号Ｂ1 ，Ｂ2 の大きな周期が 小さな周期の数十倍、検出信号Ｃ1 ，Ｃ2 の大きな周期が検出信号Ｂ1 ，Ｂ2 の 大きな周期の数十倍になるように電極パターンを設定することにより、下記数２ の演算で各レベルの変位を得ることができる。

【００１５】

【数２】 Ｃ1 −Ｃ2 （粗スケール） Ｂ1 −Ｂ2 （中スケール） （Ｂ1 ＋Ｂ2 ）−（Ｃ1 ＋Ｃ2 ） （密スケール）

【００１６】 これらの演算は、図２の粗スケール復調回路３、中スケール復調回路４及び密 スケール復調回路５で行なわれるようになっている。復調は、具体的には、図４ に示した送信波形のチョップ周波数でのサンプリング、ミキシング、低域ろ波、 ２値化等の処理を経て、エッジに位相情報を担った矩形波の位相信号ＣＭＰを生 成することにより行なわれる。

【００１７】 各スケール復調回路３，４，５から出力される位相信号ＣＭＰＣＯＡ．、ＣＭ ＰＭＥＤ．、ＣＭＰＦＩＮＥは、夫々粗位相検出回路６、中位相検出回路７、密 位相検出回路８に入力されている。これらの位相検出回路６〜８は、図６に示す ように、位相信号ＣＭＰの立ち上がりタイミング（立ち下がりでもよい）でカウ ンタ９のカウント値をラッチするようになっている。カウンタ９は、０°の駆動 信号Ｓｄに同期した基準位相信号ＣＰＯの１周期で０からＮまでをカウントする ので、各位相検出回路６〜８には夫々位相信号ＣＭＰと基準位相信号ＣＰＯとの 位相差に相当するカウント値がラッチされることになる。これらの位相検出回路 ６〜８で夫々ラッチされた計数値は、合成回路１０で重み付けられて合成される 。

【００１８】 合成回路１０には、オフセット記憶部１１に記憶されたオフセット値が供給さ れ、ここで装置の原点とセンサの原点とのずれを演算で調整するようになってい る。このオフセット記憶部１１は、例えばＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリから なる。合成回路１０の出力は、演算回路１２において、例えば電極配列ピッチを 実寸法値に変換される。そして、得られた実寸法値は、ＬＣＤ表示器１３に表示 される。そして、これらの各回路には、太陽電池１４で発生しレギュレータ１５ で安定化させた電源電圧ＶＤＤが供給され、この電源供給によって装置が作動す る。

【００１９】 図１の構成はこのレギュレータ１５に適用される。オフセット記憶部１１にＥ ＥＰＲＯＭを使用した場合、読み出しが小電流動作、書き込みが大電流動作にな る。そして、絶対測定用変位測定装置ではオフセット値の書き込みを大電流動作 で行い、その読み出しを小電流動作で行う。この様なケースでは、小電流動作は 計測時に繰り返し行われるが、大電流動作は原点設定時にしか行われない。従っ て、図１のコンデンサＣ２を微小電流で長時間かけて充電する事に支障はない。

【００２０】

【考案の効果】

以上述べたように本考案によれば、大電流を消費する大電流モードと小電流を 消費する小電流モードとを有する負荷に対し小容量電池から電流を供給する電源 電圧制御回路において、常時は小電流を供給し、必要時には電圧低下をきたすこ となく大電流を供給できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の要部構成図である。

【図２】 本考案の一実施例を示すブロック図である。

【図３】 ＡＢＳセンサの構成図である。

【図４】 送信信号の波形図である。

【図５】 受信信号の波形図である。

【図６】 図２の動作波形図である。

【符号の説明】

ＢＡＴ…小容量電池、Ｕ１…負荷、Ｕ２…充電回路、Ｃ
２…大容量コンデンサ、Ｄ２…スイッチ用ダイオード、
Ｉ２…小電流、Ｉ３…大電流。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 大電流を消費する大電流モードと小電流
   を消費する小電流モードとを有する負荷に対し小容量電
   池から電流を供給する電源電圧制御回路において、前記
   小容量電池から直接前記小電流を供給する第一の経路
   と、前記大電流を供給する大容量コンデンサ、このコン
   デンサを前記小容量電池からの電流で充電する充電回
   路、この充電回路の充電電流を制限する定電流回路、前
   記第一の経路から前記コンデンサへの逆流を防止するダ
   イオードを有する第二の経路とを備えることを特徴とす
   る電源電圧制御回路。