JPH0441371Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は直流電源と負荷との間に直列接続され
た主制御トランジスタを制御して定電圧化出力を
得るトランジスタ安定化直流電源装置に関し、更
に詳細には、過負荷即ち過電流の保護を電力損失
の少ない状態で行うことが可能な安定化直流電源
装置に関する。

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。

そこで、本考案の目的は電力損失を大幅且つ確
実に低減することができる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
示す図面の符号を参照して説明すると、直流電力
を供給するための電源端子１と負荷２３が制御さ
れた直流出力端子３との間に直列に接続された主
制御トランジスタ７をスイツチング制御又は抵抗
制御して前記負荷に定電圧化された電圧を供給す
るトランジスタ安定化直流電源装置に於いて、第
１及び第２の入力端子を有し、前記第１の入力端
子の電圧が前記第２の入力端子の電圧よりも低い
時に第１の電圧レベルの出力を発生し、前記第１
の入力端子の電圧が前記第２の入力端子の電圧よ
りも高い時に第２の電圧レベルの出力を発生する
比較器２１と、前記電源端子１と前記比較器２１
の前記第１の入力端子との間に接続された第１の
抵抗３１と、前記直流出力端子３と前記比較器２
１の前記第１の入力端子との間に接続された第２
の抵抗２２と、前記第１の抵抗３１に並列に接続
されたコンデンサ３３と、前記比較器２１の前記
第２の入力端子に接続された基準電圧源１５又は
１５ａと、前記主制御トランジスタ７のエミツタ
とベースとの間に直接又は間接に接続され、前記
比較器２１の前記第１の電圧レベルの出力に応答
してオンになつて前記主制御トランジスタ７をオ
フに制御するオフ制御トランジスタ２４とを備え
ていることを特徴とするトランジスタ安定化直流
電源装置に係わるものである。

上記考案によれば次の作用効果が得られる。

(イ) 過負荷状態を示す電圧を得るための電圧検出
回路としての第１及び第２の抵抗３１，２２
は、電源端子１と直流出力端子３との間に接続
され、結果として、主制御トランジスタ７に対
して並列であるので、第１及び第２の抵抗３
１，２２に流れる電流を極めて小さくし、ここ
での電力損失を小さくすることができる。

(ロ) 比較器２１を使用するので、この入力電流を
極めて小さくすることができ、第１及び第２の
抵抗３１，２２の電力損失を小さくすることが
できる。

(ハ) 第１の抵抗３１に並列に接続されたコンデン
サ３３は電源端子１に電源を接続した起動時に
ここを通して比較器２１にほぼ電源電圧を与え
ることができるので、負荷２３の電圧の立上り
の遅れによる誤動作を防ぐことができる。

(ニ) オフ制御トランジスタ２４を主制御トランジ
スタ７のエミツタ・ベース間に直接又は間接に
接続する構造であるので、主制御トランジスタ
７のオフ制御を確実に達成することができる。

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との間に一対に主ライン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
圧を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を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_R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、R₂
＝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ガ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３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１６
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
れており、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。

この直流電源装置によれば、前述の(イ)〜(ニ)項に
示した作用効果を得ることができる。

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。基準電圧源１５ａが接続された比較器
２１の別の入力端子に対する接続は省略されてい
るが、ここには第１図の抵抗２２，３１及びコン
デンサ３３から成る電圧検出回路を接続すること
ができる。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。比較
器２１の正の入力端子に接続するための電圧検出
回路が省略されているが、これを第１図と同様に
構成することができる。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２４の
エミツタ・ベース間に第２図のコンデンサ３４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、１
６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、２
９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】 直流電力を供給するための電源端子１と負荷２
   ３が接続された直流出力端子３との間に直列に接
   続された主制御トランジスタ７をスイツチング制
   御又は抵抗制御して前記負荷に定電圧化された電
   圧を供給するトランジスタ安定化直流電源装置に
   於いて、 第１及び第２の入力端子を有し、前記第１の入
   力端子の電圧が前記第２の入力端子の電圧よりも
   低い時に第１の電圧レベルの出力を発生し、前記
   第１の入力端子の電圧が前記第２の入力端子の電
   圧よりも高い時に第２の電圧レベルの出力を発生
   する比較器２１と、 前記電源端子１と前記比較器２１の前記第１の
   入力端子との間に接続された第１の抵抗３１と、 前記直流出力端子３と前記比較器２１の前記第
   １の入力端子との間に接続された第２の抵抗２２
   と、 前記第１の抵抗３１に並列に接続されたコンデ
   ンサ３３と、 前記比較器２１の前記第２の入力端子に接続さ
   れた基準電圧源１５又は１５ａと、 前記主制御トランジスタ７のエミツタとベース
   との間に直接又は間接に接続され、前記比較器２
   １の前記第１の電圧レベルの出力に応答してオン
   になつて前記主制御トランジスタ７をオフに制御
   するオフ制御トランジスタ２４と を備え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。