JPH061418B2

JPH061418B2 - 定電流電源回路

Info

Publication number: JPH061418B2
Application number: JP62010763A
Authority: JP
Inventors: 和也鈴木; 徹小屋敷; 静男大空
Original assignee: ORIJIN DENKI KK; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: ORIJIN DENKI KK; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-01-20
Filing date: 1987-01-20
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2009-01-05
Also published as: JPS63178308A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用〕本発明は定電流電源の特性改善に関し、さらに詳しくは
その過電圧保護動作の改良に関する。

〔従来の技術〕

第６図は従来の定電流電源回路を示す回路図である。

同図において、１，１′は入力電源につながる入力端
子、２は主回路、３は該主回路の主力電流を検出する電
流検出回路、４は該主回路の出力電圧を検出する電圧検
出回路、５は負荷、６は定電流制御回路、７は過電圧保
護回路であり、前記定電流制御回路６と過電圧保護回路
７の出力信号は主回路２の共通の制御信号端子に供給さ
れる。なお電圧検出回路は抵抗４ａ，４ｂより構成さ
れ、定電流制御回路６は基準電源８と増幅器９により構
成され、過電圧保護回路７は基準電源１０と増幅器１１
で構成される。

以下動作について説明する、定電流制御回路６におい
て、電流検出回路３の検出信号は増幅回路９により基準
電源８の電圧と比較、増幅され、該増幅器の出力が主回
路２に供給されることにより主回路２の出力電流は定電
流に制御される。また、過電圧保護回路７は負荷５のイ
ンピーダンスが大きくなり、出力電圧検出回路４の抵抗
４ｂの電圧が基準電源１０の電圧より高くなると、増幅
器１１の出力信号が主回路２に供給され、出力電圧が一
定になるよう制御する。以上の動作により、第６図の回
路の出力特性は第８図の(イ)と(ロ)で示すようになり負荷
５に安定した電力を供給する。

第７図は、従来の他の定電流電源回路を示す回路図であ
り、過電圧保護回路に“フの字”特性をもたせた回路で
ある。第７図において１２は抵抗である。

同図における過電圧保護回路７の動作を説明する。負荷
５のインピーダンスが大きくなり、電圧検出回路４の抵
抗４ｂに発生する検出電圧が過電圧保護回路の動作開始
電圧より高くなると、過電圧保護回路７が動作し始め
る。負荷５のインピーダンスがさらに大きくなるにつ
れ、出力電流は減少するが、電流検出回路３の電圧降下
も小さくなるため、抵抗１２に流れる電流も減少する。
この時、電圧検出回路４の抵抗４ａの電圧降下は抵抗１
２に流れる電流の減少に伴い減少するので出力電圧はさ
らに低下する方向に制御される。以上の動作説明より明
らかなように負荷５のインピーダンスが大きくなり、過
電圧保護回路７が動作し主回路２の出力電流が減少する
につれて過電圧保護回路７の設定値が低下する第８図
(イ)と(ハ)で示すような“フの字”特性が得られる。

ところが上述のような従来の定電流電源においては、電
子機器のような負荷で、給電線が長く、また、その給電
線のインピーダンスが大きい状態で使用する場合には、
負荷のインピーダンスにより過電圧保護回路が動作して
出力電流が減少するのに伴い、給電線による電圧降下は
序々に小さくなり、出力電流が零となると、給電線の電
圧降下は零となる。したがって、定電流電源が負荷イン
ピーダンスの増加に対して、定電圧の状態で電流値を低
下させるような特性を有している場合、負荷端で得られ
る電圧は給電線による電圧降下の影響を受けることにな
る。すなわち、出力電流が零、つまり電源出力が開放に
近い状態では負荷端と電源出力の電圧はほぼ等しい値と
なるが、出力電流が増加して定電流領域に近づく程、両
者の電圧差は大となる。よつて、出力特性の開放付近と
垂下開始付近において、負荷に供給される電圧を同等に
保とうとすると、垂下開始付近の出力電圧を高く設定す
る必要があり、給電系の負荷の耐電圧を高くする必要が
あるため、特に、負荷が電子機器の場合、負荷の低コス
ト化、小形化にとつて障害となつている。また、過電圧
保護特性が第８図の(イ)と(ハ)で示すように“フの字”特
性をもつものであれば、上述の欠点は改良されるが、過
電圧保護領域においては、出力電圧は出力電流の変化と
ともに大幅に変動する。したがって、例えば給電線のイ
ンピーダンスが負荷ごとに異なる場合において、過電圧
保護動作領域内で負荷を動作させるようなシステム構成
をとると、仮りに負荷のインピーダンスが同一であって
も負荷端に現れる電圧値は、負荷毎に大きく異なったも
のになってしまうという欠点がある。すなわち、電子機
器などの負荷に電力を供給する場合、電子機器が、例え
ば、待機状態のような定格電流に比べて非常に小さい電
流領域でも動作することが要求され、しかも、その供給
電圧の精度を要求される場合においては、線路のインピ
ーダンスによって得られる電圧はそれぞれ異なるものに
なってしまい、負荷に安定した電圧を供給出来ないとい
う問題点がある。

このような問題点をある程度解決するものとして、実開
昭６１−６１４号公報に開示された出力電圧制限回路が
ある。これは定電流回路の出力端子に跨がって接続され
た可変インピーダンス素子を、ホトカプラを流れる出力
電流により分圧器の分圧抵抗を変えることにより制御し
て出力電圧を制限するものである。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

しかしこのような従来装置にあっては、定電流回路と出
力電圧制限回路とは全く別々に動作を行っているので、
出力電圧制限回路が出力電圧制限動作を行っているとき
でも、定電流回路は定電流を維持しようと動作している
ので、出力電圧制限時には可変インピーダンス素子を流
れる電流が増大し、電力損失が大きくなり、発熱も大き
くなる。また、給電線に出力電圧制限回路専用の電流検
出回路を別途そ備えているので、これが更に電力損失と
発熱を大きくしている。

本発明はこのような従来電源の欠点を除去し、電力損失
が小さく、かつ給電線のインピーダンスによる電圧降下
を補償し得る定電流回路を提供することを目的としてい
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はこのような目的を達するため、直流電力を出力
する主回路と、この主回路の出力側において負荷と直列
接続された電流検出回路と、直列接続された第１の抵抗
と第２の抵抗により前記主回路の出力電圧を検出する電
圧検出回路と、前記電流検出回路の電流検出信号と基準
信号との比較により生ずる定電流制御信号と前記電圧検
出回路の電圧検出信号と基準信号との比較により生ずる
過電圧保護信号を前記主回路の同一の制御信号端子に与
える回路とを備えた定電流電源回路において、前記電流
検出回路の両端に接続された入力と、前記第１の抵抗と
第２の抵抗の結合点から過電圧保護を行う回路の入力へ
延びる電圧検出信号線に接続された出力とを有する制御
回路を備え、この制御回路は負荷のインピーダンスが設
定値よりも大きい領域では、前記電流検出回路により検
出された電流検出信号が設定値より大きいときその大き
さに応じて前記電圧検出回路の第１の抵抗を通して前記
電圧検出信号線に流れる電流の一部分を流し込んで電圧
検出信号を低下させ、前記電流検出信号が設定値以下に
減少するときは前記電圧検出信号線に流れる電流を流し
込まないよう動作させることを特徴としている。

〔実施例〕

次に図を参照して、本発明の実施例を説明する。第１図
は本発明の一実施例を示す回路図である。

同図において、第６図で示した記号と同一の記号は同一
性ある部材を示すものとし、１３は制御回路、１４，１
５，１６は抵抗、１７は基準電源、１８は増幅器、１９
はダイオードであり、これらが制御回路１３を構成す
る。

次にこの回路の動作説明を第３図をも用いて行う。電流
検出回路３の信号は増幅器１８の入力に、抵抗１４と基
準電源１７を通して供給される。増幅器１８を理想増幅
器とすると、制御回路１３のゲイン(G)はＧ＝▲^R15 _R14
▼となる。但し、Ｒ１４，Ｒ１５は夫々抵抗１４，１５
の抵抗値とする。また、負荷に定格電流を供給している
ときに、電流検出回路３による電流検出信号をＶＳ、基
準電源１７の電圧をＶ１７とすると、増幅器１８の出力
電圧は（VS-V17）×Ｇとなる。増幅器１８には電圧検出
回路４の電圧検出点４Ｘからダイオード１９と抵抗１６
を通して電流が供給されるよう構成している。このよう
に負荷のインピーダンスが設定値以上で定格の定電流が
流れていることにより、電流検出回路３の電流検出信号
が制御回路１３の基準信号より大きい状態では、制御回
路１３の増幅器１８の出力電圧は負となるので、電圧検
出回路４の第１の抵抗４ａ及び電圧検出点４Ｘを通して
電圧検出信号線を流れる電流の一部分が電流検出信号の
大きさに応じて制御回路１３に流れ込む。したがって、
その分だけ電圧検出点４Ｘの検出電圧は低くなり、主回
路２は出力電圧を高めるよう動作するので、給電線のイ
ンピーダンスによる電圧降下を補償する。

この動作は、電流検出回路３の電流検出信号が制御回路
１３の基準電源１７の基準電圧以下に減少して、その増
幅器１８の出力電圧が正に反転してダイオード１９が非
導通になるまで行われる。

そして負荷５のインピーダンスが上昇するなどして、電
圧検出信号が過電圧保護回路７の基準電圧以上になる
と、増幅器１１は過電圧信号を主回路２に与えて出力電
圧を降下させる。これに伴い出力電流が減少し、制御回
路１３の増幅器１８の出力電圧が上昇するため、電圧検
出回路４の第１の抵抗４ａを通って制御回路１３に流れ
込む電流は減少し、したがって抵抗４ａの電圧降下は減
少する。つまり、第３図に示す過電圧保護領域では、出
力電流が定電流に近いほど第１の抵抗４ａの電圧降下が
大きくなり、電圧検出点４Ｘの検出電圧をより下げて給
電線のインピーダンスの電圧降下を補償する。

以上の動作を繰返すことにより主回路の出力電圧は“フ
の字”特性となるが、さらに負荷電流が減少すると、電
流検出回路３の検出信号が基準電源１７の電圧より低い
値になるので、増幅器１８の出力電圧はさらに高くな
り、やがてダイオード１９を逆バイアスする。これに伴
い電圧検出回路４の信号はダイオード１９を介して分流
されなくなることから、主回路２の出力電流がさらに小
さくなった場合でも、電圧検出回路４による検出電圧は
一定となるので主回路の出力電圧は定電圧に保たれる。
このため、検出回路３の検出信号が基準電源１７の電圧
より低くなる出力電流領域では、出力電圧は第３図に示
されているような定電圧特性となる。

また、以上の説明から分るように、定電圧になる領域は
基準電源１７の電圧値を変えることにより任意に設定出
来るとともに、“フの字”特性の傾きも制御回路１３の
ゲインを変えることにより任意に可変できる。

第２図は第１図の制御回路を変更した回路図であり、２
６は抵抗、２７はダイオード、２８はトランジスタであ
る。制御回路１３において、増幅器１８は負荷５の電流
が増加するとトランジスタのベース電流が増加する極性
に接続されている。

次にこの回路の動作説明を行う。

電流検出回路３と並列に接続された抵抗２６とダイオー
ド２７の直列回路により、電流検出回路３の電流検出信
号をＶＳ、ダイオード２７の電圧降下をＶ^DF、抵抗２６
の電圧をＶ^R26とすると、抵抗２６にはＶ^R26＝Ｖ_S−Ｖ
^DFの電圧が供給され、増幅器１８は抵抗１４と抵抗１６
で決まる出力をトランジスタ２８のベースに供給する。
このため、トランジスタ２８は抵抗２９で決定される電
流を前記電圧検出回路４の電圧検出信号から分流する。
負荷５のインピーダンスが大きくなると、第１図に示し
た回路と同じ動作により出力電圧が過電圧になるのを防
止し、さらには“フの字”特性となるよう制御する。さ
らに負荷電流が小さくなる開放付近の領域になると、電
流検出回路３の信号Ｖ_Sはダイオード２７の電圧Ｖ^DFよ
り小さくなり、抵抗２６の電圧Ｖ^R26も零となる。この
ため、トランジスタ２８のコレクタ電流は零となり、主
回路２の出力電流がさらに低下しても変化しなくなる。
以上のように、主回路２の電流がトランジスタ２８のコ
レクタ電流を零にするまで低下すると、電圧検出回路４
の抵抗４ａによる電圧降下は主回路２の電流低下による
影響をうけなくなるので、出力電圧は定電圧に制御され
る。

以上述べたようにこの実施例は、直流電力を出力する主
回路と、この主回路の出力側に負荷と直列接続された電
流検出回路と、主回路の出力電圧を検出する電圧検出回
路と、入力の一端が基準電圧に接続された第１と第２の
増幅器と、第１の増幅器の他の入力に前記電流検出回路
の検出信号を第２の増幅器の他の入力に電圧検出回路の
信号を供給するように接続し、第１の増幅器の出力信号
により主回路の出力を定電流にし負荷に供給するように
構成するとともに、第２の増幅器の出力信号により主回
路の出力が過電圧になるのを保護するような機能を持つ
過電圧保護回路をもった定電流電源回路において、この
過電圧保護回路は主回路の電流を検出する電流検出手段
と、第３の増幅器を有し、その第３の増幅器は電流検出
手段の信号を出力電流に比例した値で増幅するととも
に、電流検出手段の検出信号が予め定めた値以下になる
と出力が一定になる特性を有するものであって、その出
力は第２の増幅器の入力に、電圧検出回路の出力と並列
に接続され、第３の増幅器の出力が電圧検出回路の入力
と接続されたことを特徴とする定電流電源回路である。

次に第４図は本発明による他の一実施例であり、第５図
は第４図回路の特性を示す図である。第４図に示す制御
回路１３において、２０，２１，２２，２３は抵抗、２
４はトランジスタである。また、本回路において８は定
電流制御機能と過電圧保護機能とを行う回路６，７の基
準電源であり、２５はその多入力形の増幅器である。

次にこの回路の動作を説明する。

電流検出回路３の信号が制御回路１３のトランジスタ２
４のベースとエミッタ間に夫々、直列に接続されている
抵抗２０，２３を介して供給される。また、トランジス
タ２４の増幅率が充分に大きい場合、Ｖ_Sを電流検出回
路３の電圧、Ｖ２０を抵抗２０の電圧、Ｖ２２を抵抗22
の電圧、Ｖ２３を抵抗２３の電圧、Ｖ^BEをトランジスタ
２４のベース・エミッタ間電圧、Ｉ２１を抵抗２１に流
れる電流とすると、制御回路13に流れる電流Ｉ２２は、
Ｉ０を負荷電流、Ｒ３を電流検出回路の抵抗値とする
と、Ｖ_S−Ｖ^BE−Ｖ２３＝Ｖ２０よりＩ２２＝（Ｉ０×
Ｒ３−Ｖ^BE−Ｖ２３）÷Ｒ２０＋Ｉ２１となり、トラン
ジスタ２４のコレクタ電流I22は負荷電流Ｉ０に比例す
る値となる。また、抵抗２２，２３は負荷に定格電流、
電圧が供給されているときトランジスタ２４が飽和動作
するような値に設定されており、トランジスタ２４のコ
レクタ・エミッタ間電圧は零となるため、電圧検出回路
４の電圧検出点４Ｘからの信号は抵抗２２で決定される
電流で分流される。出力電圧は負荷５のインピーダンス
が大きくなるに従い高くなり、出力電圧が過電圧設定値
になると、前記電圧検出回路４の抵抗４ｂの両端電圧、
つまり電圧検出点４Ｘの電圧は基準電源８の電圧と等し
くなり回路６，７は主回路２に出力信号を供給して、出
力電圧が過電圧になるのを防止する。しかし、負荷５の
インピーダンスがさらに大きくなり、負荷電流Ｉ０が小
さくなっても、電流Ｉ２２の値はトランジスタ２４が飽
和動作をしている領域では抵抗22で決定される値のまま
変化しない。このため、定電流電源回路の出力は定電圧
特性を示す。さらに、負荷５のインピーダンスが大きく
なり、負荷電流Ｉ０がさらに低下して、トランジスタ２
４が飽和動作領域から能動領域になると、電流Ｉ２２は
負荷電流Ｉ０の低下にともない減少する。このため、抵
抗４ａの電圧降下は負荷電流の低下にともない小さくな
るので、負荷電流の減少に従い、出力電圧も低下すると
いう“フの字”特性となる、負荷に流れる電流がさらに
小さくなり、負荷電流Ｉ０の低下とともに減少する電流
Ｉ２２に比べて、電流Ｉ２１の値が大きくなると、電流
Ｉ０が低下しても、抵抗４ａの電圧降下はあまり変化し
ないので出力電圧の低下も少なくなる。さらに、負荷の
インピーダンスが大きくなり、開放状態に近づくと、Ｖ
_S≦Ｖ^BEとなるので、トランジスタ２４のコレクタ電流
は零となる。よって抵抗２２には、抵抗２１からの電流
が流れるだけであり、実質的に負荷電流Ｉ０の低下によ
り出力電圧が変化しない定電圧特性になる。

以上の説明で分るように、第４図の回路は過電圧保護機
能の動作開始点ではほぼ定電圧で過電圧保護動作をおこ
ない、さらに負荷電流が低下すると“フの字”特性とな
り、かつ負荷電流が定格電流に比較して小さい領域まで
低下すると“フの字”の傾きが緩くなり、さらに負荷電
流が小さくなると、出力電圧は定電圧特性となる。ま
た、Ｒ２３は負荷変動等の過渡時においてトランジスタ
２４のベースに過大な電流が流れるのを防止するための
ものである。

〔発明の効果〕

以上の説明から分るように、本発明の定電流電源回路に
よれば、定電流動作又は過電圧保護動作のいずれを行っ
ているときでも電力損失は小さく、また電源と負荷間の
給電線が長い電子機器の場合にも、負荷開放付近又は過
電圧開始点において安定に動作するので、特に遠方給電
の定電流電源に適する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は第１
図の回路を変更したその一部分を示す回路図、第３図は
本発明の過電圧保護特性を示した特性図、第４図は本発
明の更に別の実施例を示す回路図、第５図は第４図に示
す回路の過電圧保護特性を示した特性図、第６図、第７
図は従来の定電流電源回路を示す回路図、第８図は第７
図に示す回路の過電圧保護特性を示した特性図である。１，１′……入力端子、２……主回路３……電流検出回路、４……電圧検出回路５……負荷、６……定電流制御回路７……過電圧保護回路、１３……制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実開昭61−614（ＪＰ，Ｕ) 実開昭56−77919（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−104215（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電力を出力する主回路と、該主回路の
出力側において負荷と直列接続された電流検出回路と、
直列接続された第１の抵抗と第２の抵抗により前記主回
路の出力電圧を検出する電圧検出回路と、前記電流検出
回路の電流検出信号と基準信号との比較により生ずる定
電流制御信号と前記電圧検出回路の電圧検出信号と基準
信号との比較により生ずる過電圧保護信号を前記主回路
の同一の制御信号端子に与える回路とを備えた定電流電
源回路において、前記電流検出回路の両端に接続された入力と、前記第１
の抵抗と第２の抵抗の結合点から過電圧保護を行う回路
の入力へ延びる電圧検出信号線に接続された出力とを有
する制御回路を備え、該制御回路は負荷のインピーダン
スが設定値よりも大きい領域では、前記電流検出回路に
より検出された電流検出信号が設定値より大きいときそ
の大きさに応じて前記電圧検出回路の第１の抵抗を通し
て前記電圧検出信号線に流れる電流の一部分を流し込ん
で電圧検出信号を低下させ、前記電流検出信号が設定値
以下に減少するときは前記電圧検出信号線に流れる電流
を流し込まないよう動作することを特徴とする定電流電
源装置。