JPH0711891U - 電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 電池（１１）に並列に接続する電池電圧検出
用の第１の抵抗（１３）と第２の抵抗（１４）と、電池
に接続する昇圧型コンバータ（２９）と、第１の抵抗と
第２の抵抗とに接続する比較回路（１２）と、比較回路
と接続する基準電圧発生手段（１５）と、比較回路の出
力に接続する昇圧型コンバータ内の論理回路ブロック
（１８）と、比較回路の出力に接続するスイッチ装置
（２２）と、スイッチ装置と並列に接続するダイオード
（２３）とを備える。 【効果】 電池電圧が負荷の動作電圧より低くなって
も、負荷に安定化された電圧を供給でき、さらに電池の
電力をむだなく取り出すことが可能となる。また、電池
電圧が高いときは、昇圧型コンバータの動作を止め、か
つダイオードをスイッチ装置でバイパスするので、電池
の電力を効率良く負荷に供給することも可能となる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、電池を使用するスイッチングレギュレータ回路を有する電源回路に 関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来行われている電池で負荷にエネルギーを供給する電源回路は、図５に示す ように、電池１１から直接負荷２８に供給するものが多い。電池１１に蓄えられ ているエネルギーが少なくなり、電池電圧が負荷２８を駆動できる電圧以下にな るまで、電池１１のエネルギーを使用するものである。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら上述した従来の構成では、負荷２８の動作電圧以下における電池 １１のエネルギーを取り出すことはできず、また、負荷２８の動作電圧付近の低 い電圧になると、負荷２８の動作が不安定になるという問題がある。

【０００４】 本考案の目的は、上記課題を解決して、負荷の動作電圧以下における電池のエ ネルギーを取り出すことを可能とし、負荷の動作電圧付近の低い電圧でも、負荷 の動作を安定にすることが可能な電源回路を提供することにある。

【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の電源回路においては、下記記載の構成を採用 する。

【０００６】 本考案の電源回路は、電池に並列に接続する電池電圧検出用の第１の抵抗と第 ２の抵抗と、電池に接続する昇圧型コンバータと、第１の抵抗と第２の抵抗とに 接続する比較回路と、比較回路と接続する基準電圧発生手段と、比較回路の出力 に接続する昇圧型コンバータ内の論理回路ブロックと、比較回路の出力に接続す るスイッチ装置と、スイッチ装置と並列に接続するダイオードとを備えることを 特徴とする。

【０００７】 さらに本考案の電源回路のスイッチ装置は、電界効果トランジスタ、フォトカ プラ、あるいはリレー素子を使用し、スイッチ装置は比較回路でスイッチ装置を オン・オフすることと、比較回路で、スイッチイングトランジスタをオフするこ ととを特徴とする。

【０００８】

【作用】

負荷が正常動作する最低電圧より若干高い電池電圧となったとき、比較回路の 出力が変化するように、基準電圧を設定する。電池電圧が、比較回路の出力状態 が変化するときより高い場合は、スイッチイングトランジスタをオフし、あわせ て、スイッチ装置をオンし、ダイオードをバイパスすることで、負荷への電池か らの電力供給を損失少なくできる。さらに電池電圧が、負荷の動作電圧の最低値 付近となったとき、比較回路の出力が変化して、パルス変調波形がスイッチング トランジスタに印加されるようにし、あわせてスイッチ装置をオフすることで、 昇圧コンバータを動作させることにより、負荷に印加される電圧を安定化して、 負荷の動作を正常にでき、電池の電力をむだなく取り出せる。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の電源回路を図面を用いて具体的に説明する。図１は、本考案の 電源回路の構成を示す回路図である。

【００１０】 本考案の電源回路は電池１１と、比較回路１２と、基準電圧発生手段１５と、 スイッチ装置２２と、昇圧コンバータ２９と、負荷２８とにより構成する。

【００１１】 電池１１のプラス極４１に、電池電圧検出用の第１の抵抗１３がつながり、第 １の抵抗１３と第２の抵抗１４とにつながる信号線４２が、比較回路１２のマイ ナス（−）入力端子につながる。第２の抵抗１４のもう一方は、電池１１のマイ ナス極５４につながっている。

【００１２】 比較回路１２のプラス（＋）入力端子４３には、基準電圧発生手段１５がつな がる。

【００１３】 比較回路１２の出力５１は、スイッチ装置２２の一例として示した電界効果ト ランジスタのゲートにつながり、さらに発信器１６の素子選択端子につながり、 さらにまた論理回路ブロック１８内のＡＮＤゲートの入力につながっている。

【００１４】 電池１１のプラス極４１に、インダクター２１がつながる。インダクター２１ のもう一端は、スイッチングトランジスタ１９の一例として示したバイポーラト ランジスタのコレクターにつながり、かつダイオード２３のアノードにつながり 、なおかつスイッチ装置２２である電界効果トランジスタのソースにもつながっ ている。

【００１５】 ダイオード２３のカソード５３は、負荷２８への出力となる。負荷２８の出力 であるダイオード２３のカソード５３には、スイッチ装置２２である電界効果ト ランジスタのドレインにつながり、負帰還電圧検出用の第３の抵抗２５にもつな がっている。

【００１６】 また、負荷２８の出力であるダイオード２３のカソード５３は、平滑用コンデ ンサー３１につながっている。そして、平滑用コンデンサー３１のもう一端は、 電池１１のマイナス極５４につながっている。

【００１７】 負帰還電圧検出用に使用する第３の抵抗２５は、負帰還電圧検出用の第４の抵 抗２６と、誤差増幅器２４とにつながっている。負帰還電圧検出用の第４の抵抗 ２６のもう一端は、電池１１のマイナス極５４につながっている。

【００１８】 誤差増幅器２４のもう一方の入力には、基準電圧源２７がつながっている。誤 差増幅器２４の出力は、パルス幅変調回路１７につながっている。

【００１９】 パルス幅変調回路１７の出力は、論理回路ブロック１８内のＡＮＤゲートにつ ながっている。

【００２０】 論理回路ブロック１８の出力であるＡＮＤゲートの出力５２は、スイッチイン グトランジスタ１９であるバイポーラトランジスタのベースにつながっている。

【００２１】 パルス幅変調回路１７には、発信器１６の出力がつながっている。

【００２２】 つぎに図１に示す電源回路の動作を図２と図３とを用いて説明する。図２のグ ラフは、電池の放電特性を示しており、図３は、パルス幅変調回路１７の出力の 波形を示す波形図である。

【００２３】 ここで、比較回路１２のマイナス（−）入力端子の信号線４２に印加される電 圧Ｖｃとして、電池１１のプラス極４１に印加される電池電圧をＶＢとする。ま た、第１の抵抗１３の抵抗値をＲ１とし、第２の抵抗１４の抵抗値をＲ２とする と、Ｖｃは次のようになる。

【００２４】 Ｖｃ＝ＶＢ＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） −−−−−

【００２５】 またここで、比較回路１２のプラス（＋）入力端子４３につながる基準電圧発 生手段１５の基準電圧をＶ１とすると、Ｖ１＜Ｖｃのときは、比較回路１２の出 力は、比較回路１２のマイナス入力（−）端子の方がプラス入力（＋）端子より 電圧が高いので、出力５１はほぼ電池のマイナス極５４の電圧に等しくなる（以 下この電圧を”Ｌ”電圧と記載する）。

【００２６】 このときは、スイッチ装置２２である電界効果トランジスタは、図１に示すよ うに、Ｐ−チャンネル電界効果トランジスタ（以下Ｐ−ｃｈＦＥＴと記載する） は、ゲートがソースに対して低い電圧になるのでオンする。

【００２７】 また、論理回路ブロック１８の出力であるＡＮＤゲートの出力５２は、”Ｌ” 電圧に固定され、かつ発信器１６の素子選択端子も”Ｌ”電圧であるから発信を しない。ここでは、発信器１６は”Ｌ”電圧では動作しないとしている。

【００２８】 よって、電池電圧は、インダクター２１とスイッチ装置２２である電界効果ト ランジスタを通して、負荷２８に供給される。電池１１は直流電圧であるので、 インダクターの抵抗は無視でき、またスイッチ装置２２である電界効果トランジ スタでの電圧ドロップもほとんど無視できる。

【００２９】 負荷２８の動作電圧の最低電圧をＶＢｃとすれば、式より Ｖｃ＝ＶＢｃ＊Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） −−−−− となり、比較回路１２の基準電圧発生手段１５の基準電圧Ｖ１を式のＶｃにほ ぼ等しい電圧にすればよい。

【００３０】 上に説明した、Ｖ１＜Ｖｃの場合は、図２に示すＡの領域の場合についてであ る。ここで、負荷２８で電力が消費され、電池電圧ＶＢがだんだん落ちてきて、 ＶＢがＶＢｃ以下になったとき（図２の領域Ｂ）は、下記記載の動作になる。

【００３１】 Ｖ１＞Ｖｃであるから、比較回路１２のマイナス入力（−）端子のほうがプラ ス入力（＋）端子より高い電圧になるので、比較回路１２の出力５１は、比較回 路１２の駆動電圧にほぼ等しい電圧となる（以下この電圧を”Ｈ”電圧と記載す る）。

【００３２】 したがって、スイッチ装置２２であるＰ−ｃｈＦＥＴのゲートは、”Ｈ”電圧 となり、ソースゲート間の電圧が少なくなるか、ゲートのほうが高くなるので、 スイッチ装置２２であるＰ−ｃｈＦＥＴはオフする。

【００３３】 また発信器１６の素子選択端子は”Ｈ”電圧となるので、発信器１６は動作を 開始し、パルス幅変調回路１７にクロック信号を供給する。さらに、論理回路ブ ロック１８のＡＮＤゲートの一入力が”Ｈ”電圧となり、パルス幅変調回路１７ からの出力信号が論理回路ブロック１８を通って、論理回路ブロック１８の出力 ５２に、図３に示すような矩形波形が出力し、スイッチイングトランジスタ１９ であるバイポーラトランジスタがそれに従ってオンオフする。

【００３４】 これによって、昇圧型コンバータ２９であるブロックが動作を開始したことに なり、電池電圧ＶＢは、基準電圧源２７と、負帰還電圧検出用の第３の抵抗２５ と、負帰還電圧検出用の第４の抵抗２６と誤差増幅器２４によって決められた電 圧まで昇圧され、負荷２８への出力であるダイオード２３のカソード５３に安定 化された電圧が現れる。

【００３５】 当然のことながら、その安定化された電圧値は、負荷２８が正常に動作する電 圧値に設定する。よって、電池電圧が、負荷２８の動作電圧以下になっても、負 荷２８を正常に動作させることができる。

【００３６】 上述の説明では、電池電圧が図２に示すＡの領域にあるときは、発信器１６の 動作を止め、かつ論理回路ブロック１８の出力を”Ｌ”電圧にして、スイッチイ ングトランジスタ１９をオフしているが、発信器１６を止めたときにパルス幅変 調回路１７の出力が”Ｌ”電圧になるようにしておけば、論理回路ブロック１８ がなくても、同等の動作にすることもできる。

【００３７】 つぎにスイッチ装置２２に、リレー素子や、フォトカプラを使う場合について 説明する。図４は、本考案の図１の電源回路において、スイッチ装置にリレー素 子や、フォトカプラを使うときの回路構成を示している。図４（ａ）は、リレー 素子を使う場合の回路構成を示す回路図であり、図４（ｂ）は、フォトカプラを 使う場合の回路構成を示す回路図を示している。図４に示されていない部分は、 図１の回路構成と同様な構成である。

【００３８】 図４に示すように、比較回路１２の出力５１は、スイッチ装置２２の駆動部の 一方につながる。また、スイッチ装置２２の駆動部のもう一方には、電源供給線 １２１がつながる。なお、電源供給線１２１の電圧は、比較回路１２の駆動電圧 にほぼ等しい電圧にするほうがよい。

【００３９】 スイッチ装置２２のスイッチ部は、ダイオード２３に並列につながる。また、 スイッチ装置２２がリレー素子の場合は、図４（ａ）に示すように、スイッチ駆 動部の励磁コイルの逆起電圧を防止するためのダイオード１１１が、スイッチ駆 動部に並列につながる。

【００４０】 比較回路１２の出力５１が上述した動作で、”Ｌ”電圧となるときは、スイッ チ装置２２のスイッチ駆動部に、電源供給線１２１から電流が流れ、スイッチ装 置２２のスイッチ部がオンして、ダイオード２３をバイパスする。その他の動作 は、前述した説明と同様である。

【００４１】 また、比較回路１２の出力５１が上述した動作で、”Ｈ”電圧となるときは、 スイッチ装置２２のスイッチ駆動部には、電流がほとんど流れないので、スイッ チ装置２２のスイッチ部はオフする。その他の動作は、上述の説明と同様な動作 である。

【００４２】 スイッチ装置２２の駆動部に電流が流れるが、これは負荷２８に流れる電流に 比べて、微小であり無視できる程度である。したがって、スイッチ装置２２に、 リレー素子や、フォトカプラを使う場合においても、上述で説明した効果と同等 な効果を有することができる。

【００４３】

【考案の効果】

以上の説明で明かなように、本考案による電源回路は、電池電圧が負荷の動作 電圧より低くなっても、負荷に安定化された電圧を供給でき、さらに電池の電力 をむだなく取り出すことが可能となる。また、電池電圧が高いときは、昇圧型コ ンバータの動作を止め、かつダイオードをスイッチ装置でバイパスするので、電 池の電力を効率良く負荷に供給することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例における電源回路の構成を示す
回路図である。

【図２】本考案の実施例における電源回路の動作を説明
するための電池の放電特性を示すグラフである。

【図３】本考案の電源回路のパルス幅変調回路の出力波
形を示す波形図である。

【図４】従来技術の電源回路の構成を示す回路図であ
る。

【図５】本考案の他の実施例における電源回路の構成を
示す回路図である。

【符号の説明】

１１ 電池 １２ 比較回路 １６ 発信器 １７ パルス幅変調回路 １８ 論理回路ブロック ２２ スイッチ装置 ２８ 負荷 ２９ 昇圧型コンバータ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池（１１）に並列に接続する電池電圧
   検出用の第１の抵抗（１３）と第２の抵抗（１４）と、
   電池（１１）に接続する昇圧型コンバータ（２９）と、
   第１の抵抗（１３）と第２の抵抗（１４）とに接続する
   比較回路（１２）と、比較回路（１２）と接続する基準
   電圧発生手段（１５）と、比較回路（１２）の出力に接
   続する昇圧型コンバータ（２９）内の論理回路ブロック
   （１８）と、比較回路（１２）の出力に接続するスイッ
   チ装置（２２）と、スイッチ装置と並列に接続するダイ
   オード（２３）とを備えることを特徴とする電源回路。
2. 【請求項２】 スイッチ装置（２２）は、電界効果トラ
   ンジスタ、フォトカプラ、あるいはリレー素子を使用
   し、スイッチ装置は比較回路（１２）でスイッチ装置を
   オン・オフすることと、比較回路（１２）で、スイッチ
   イングトランジスタ（１９）をオフすることとを特徴と
   する請求項１記載の電源回路。