JPH0832129B2 - 電源回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は入力に直流電圧が与えられ負荷側に直流電力
を供給する電源回路に関する。

（従来技術） 従来から、電源回路には大きく分けて入力に与えられ
た直流電圧に基づいて負荷側に直流電力を供給するため
のパワートランジスタが備えられ、このパワートランジ
スタをスイッチング動作させる回路方式とパワートラン
ジスタを連続動作させる回路方式とがある。

第５図はパワートランジスタをスイッチング動作させ
る回路方式を有する従来の電源回路（以下、スイッチン
グ動作電源回路という）であり、この電源回路は降圧チ
ョッパ方式を用いたものである。第５図において、パル
ス発生回路Ａは、パワートランジスタQ1のベースに駆動
パルスを与え、パワートランジスタQ1をスイッチング動
作させるものである。パワートランジスタQ1のオン時に
は入力に与えられた直流電源Viによる電流はチョークコ
イルＬを通って負荷LOに流れ、またパワートランジスタ
Q1のオフ時にはチョークコイルＬに蓄えられた電磁エネ
ルギーによる電流が負荷LOとダンパ用ダイオードD3とを
介して流れる。このようにパワートランジスタQ1がオン
／オフ動作、すなわちスイッチング動作することによ
り、チョークコイルＬからの電流はコンデンサCOで平滑
され、負荷LOに供給される。

ところが、第５図に示すスイッチング動作電源回路で
はパワートランジスタQ1をスイッチング動作させている
ので、パワートランジスタQ1の電力損失が小さくて発熱
も少ないが、ノイズ発生の問題があり、他の電気機器へ
悪影響を与える傾向がある。

第６図はパワートランジスタを連続動作させる回路方
式を有する従来の電源回路（以下、連続動作回路とい
う）である。第６図において、トランジスタQ4のベース
には、抵抗R5と抵抗R6とにより分圧された電圧が与えら
れ、またそのエミッタ電位はツエナダイオードD2により
所定値に保持される。パワートランジスタQ1のベースに
は抵抗R4とトランジスタQ4とに関連して決定される電圧
が与えられる。これにより、パワートランジスタQ1は連
続的にオン動作し、直流電源Viからの電流は負荷LOに流
れる。

ところが、第６図に示す連続動作電源回路では、パワ
ートランジスタQ1を連続的に動作させるので、ノイズ発
生の問題はないが、パワートランジスタQ1の電力損失が
大きくて発熱も多くなる傾向を有する。

ところで、スイッチング動作電源回路は連続動作電源
回路に比べ電源効率が良いので、現在ではスイッチング
動作電源回路が多く用いられている。しかし、スイッチ
ング動作電源回路の周辺にノイズに弱い電気機器がある
場合などは、一時的にでも連続動作電源回路を用いた方
が良い場合がある。

また、連続動作電源回路のパワートランジスタQ1の連
続動作による発熱は、その電源回路を備えている電源機
器内の温度が低温の場合において機器内の温度を高め、
回路部品の出力のバラツキを低減させるのに利用した
り、蓄電池の充電回路では蓄電池を暖めて低温での充電
容量の改善に利用したい場合がある。

このようにして、連続動作電源回路の発熱を利用し
て、電源機器内や蓄電池を暖めるが、温度が上昇し過ぎ
ると問題が起きるので、連続動作電源回路からスイッチ
ング動作電源回路に切換える必要が生じる。そのため、
従来では連続動作電源回路とスイッチング動作電源回路
とを使用目的に応じて交換しなければならなかった。

（発明の目的） 本発明は、直流電源回路において、パワートランジス
タのスイッチング動作と連続動作とを周囲温度に応じて
切換えて各動作方式の特徴を活用するとともに、連続動
作のために設けたバイアス抵抗をスイッチング動作時に
おける出力のダミー負荷抵抗として共用する電源回路を
提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、直流電圧を入力電圧として負荷に供給する
電力を出力するパワートランジスタを備えた電源回路に
おいて、前記パワートランジスタをスイッチング動作さ
せるスイッチング信号を発生するスイッチング信号発生
回路と、前記パワートランジスタを連続的にオン動作さ
せるオン信号を発生するオン信号発生回路と、周囲温度
を測定する温度検知手段と、測定された周囲温度が低い
場合には前記オン信号を、測定された周囲温度が高い場
合には前記スイッチング信号を切換え選択して前記パワ
ートランジスタに与える切換手段とを備え、前記オン信
号発生回路は、この前記パワートランジスタに前記オン
信号を生成するバイアス抵抗を有してなり、このバイア
ス抵抗は、前記パワートランジスタの前記スイッチング
動作時における出力のダミー負荷抵抗として共用したも
のである。

この構成により、周囲温度が低ときは切換手段により
オン信号発生回路からのオン信号がパワートランジスタ
に与えられて連続動作が行われ、周囲温度が所定温度以
上のときは切換手段によりスイッチング動作発生回路か
らのスイッチング信号がパワートランジスタに与えられ
てスイッチング動作が行われる。また、バイアス抵抗に
よってパワートランジスタが連続動作され、一方、この
バイアス抵抗はパワートランジスタがスイッチング動作
される時には出力のダミー負荷抵抗としても作用する。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。
パルス発生回路（スイッチング信号発生回路）Ａは、出
力回路ＤのパワートランジスタQ1をスイッチング動作さ
せる駆動パルス（スイッチング信号）を発生するもので
ある。直流バイアス回路（オン信号発生回路）Ｂは、パ
ワートランジスタQ1を連続的にオン動作させるバイアス
電圧（オン信号）を発生するものである。スイッチ回路
Ｓ（切換手段）は、パルス発生回路Ａからの駆動パルス
と直流バイアス回路Ｂからのバイアス電圧とを切換え選
択しパワートランジスタQ1のベースに与えるものであ
る。出力回路Ｄは、パワートランジスタQ1、チョークコ
イルＬ、ダンパ用ダイオードD3および平滑用コンデンサ
COを有し、入力端子IN1,IN2に与えられた直流電源Viに
基づいて動作し、出力端子OUT1,OUT2に接続されている
負荷LOに電力を供給するものである。

さらに、この実施例では温度検知回路Ｃを備え、この
温度検知回路Ｃは後述するように周囲温度に応じてスイ
ッチＳを切換え動作させるものである。

次に、この実施例の動作を説明する。スイッチ回路Ｓ
の接点ｃが接点ａに接続されているときはパワートラン
ジスタQ1のベースにはパルス発生回路Ａからの駆動パル
スが与えられ、そのトランジスタQ1はスイッチング動作
を行なう。このようなスイッチング動作において、トラ
ンジスタQ1がオンしているとき直流電源Viからの電流は
チョークコイルＬを通って負荷LOに流れる。また、トラ
ンジスタQ1がオフするとチョークコイルＬに蓄えられた
電磁エネルギーが負荷LOに与えられ、ダイオードD3を通
って帰還する。

一方、スイッチ回路Ｓの接点ｃを接点ｂに接続する
と、トランジスタQ1のベースには直流バイアス回路Ｂか
ら直流バイアス電圧が与えられ、これによりトランジス
タQ1は連続的にオン状態となり負荷LOに直流電源Viから
の電力が供給される。温度検知回路Ｃは、周囲温度を検
知し、例えばその周囲温度が所定値より小さいときはス
イッチ回路Ｓの接点ｃを接点ｂに切換え、トランジスタ
Q1を連続動作させ、周囲温度が所定値以上のときはスイ
ッチ回路Ｓの接点ｃを接点ａに切換えトランジスタQ1を
スイッチング動作させる制御を行なう。また、温度検知
回路Ｃはスイッチ回路Ｓを切換え動作させるときの前記
所定温度を可変調整する機能を有する。なお、温度検知
回路Ｃが設けられていなくても、スイッチ回路Ｓの接点
を手動で切換えることにより、トランジスタQ1をパルス
発生回路Ａの駆動パルスにより動作させるスイッチング
動作と、直流バイアス回路Ｂのバイアス電圧により動作
させる連続動作とを選択することができる。

第２図は第１図に示す実施例の電気回路図である。第
２図において第１図に示す構成要素に対応するものには
同一の参照符を付す。

第２図において、パルス発生回路Ａはパワートランジ
スタQ1のベースに駆動パルスを与え、このトランジスタ
Q1をスイッチング動作させるための無安定マルチバイブ
レータなどからなるパルス発生用集積回路である。直流
バイアス回路Ｂは、トランジスタQ4とバイアス用抵抗R
4,R5,R6とツエナダイオードD2とを有し、パワートラン
ジスタQ1のベースにバイアス電圧を与え、このトランジ
スタQ1をオンさせて連続動作させるものである。温度検
知回路Ｃは、サーミスタRO、ツエナダイオードD1、可変
抵抗器VR、比較器CP、抵抗R1および定電流ダイオードDO
を有し、定電流ダイオードDOからサーミスタROに直流電
源Viからの電流を流し、サーミスタROの両端電圧に基づ
いて周囲温度を検知し、スイッチ回路Ｓを動作させるも
のである。スイッチ回路Ｓは、トランジスタQ2,Q3,Q5お
よびバイアス用抵抗R3を有し、温度検知回路Ｃからの出
力によりパルス発生回路Ａと直流バイアス回路Ｂとの各
出力を選択し、パワートランジスタQ1をスイッチング動
作あるいは連続動作させるための切換え選択を行なうも
のである。出力回路ＤはパワートランジスタQ1、チョー
クコイルＬ、ダンパ用ダイオードD3および平滑用コンデ
ンサCOを有し、負荷LOに電力を供給するものである。

次に、この実施例の動作を説明する。この回路の入力
端子IN1,IN2には直流電圧もしくは交流電圧を整流した
直流電圧を出力する直流電源Viが印加される。まず、こ
の電源回路の周囲温度が高温で所定温度以上になってい
る場合を説明する。

温度検知回路ＣのサーミスタROには直流電源Viからの
電流が定電流ダイオードDOを介して流れ、そのサーミス
タROの両端電圧V1は比較器CPによって比較される。

すなわち、比較器CPはその非反転入力端子に与えられ
可変抵抗器VRで設定される基準電圧VOと、その反転入力
端子に与えられたサーミスタROの両端電圧V1とを比較
し、両端電圧V1が基準電圧VOより小さいときはハイレベ
ル信号を出力する。これにより、トランジスタQ2および
トランジスタQ5はオン状態となり、トランジスタQ3はオ
フ状態となる。トランジスタQ5がオンするとトランジス
タQ4はオフ状態となる。したがって、パルス発生回路Ａ
の出力は、トランジスタQ1のベースに与えられることに
なる。すなわち、トランジスタQ2,Q3,Q4は第１図で示し
たスイッチ回路Ｓの役目をする。

ここで、パルス発生回路Ａが動作し、このパルス発生
回路Ａからの駆動パルスによりパワートランジスタQ1が
スイッチング動作する場合を第３図に示す回路を参照し
て説明する。

前述したように、比較器CPからハイレベル信号がトラ
ンジスタQ2のベースに与えられることにより、トランジ
スタQ2はオンされ、パルス発生回路Ａは動作する。パル
ス発生回路Ａからは、パワートランジスタQ1をスイッチ
ング動作させる駆動パルスが出力される。これにより、
パワートランジスタQ1はスイッチング動作し、前記駆動
パルスがハイレベルのときトランジスタQ1はオンし、チ
ョークコイルＬを通して直流電源Viからの電流が負荷LO
に流れ、駆動パルスがローレベルのときトランジスタQ1
はオフし、チョークコイルＬに蓄えられた電磁エネルギ
ーによる電流が負荷LO,ダイオードD3を流れ、負荷LOに
電力が供給される。抵抗R5はこの回路の動作の場合、ダ
ミー負荷抵抗として作用し、チョークコイルＬがカット
オフしないようにするものである。

この第３図に示す回路は、降圧チョッパ回路であり、
パワートランジスタQ1はスイッチング動作するので、電
力損失は小さくて発熱は少なくなる。

次にこの電源回路の周囲温度が低温で所定温度より低
い場合の動作について説明する。温度検知回路Ｃのサー
ミスタROの抵抗は周囲温度が所定温度より低いので、以
前より大きくなり、したがってサーミスタROの両端電圧
V1は比較器CPに与えられている基準電圧VOより大きくな
る。これにより、比較器CPの出力はローレベルとなり、
第２図に示すトランジスタQ2,Q5はオフ状態となり、ト
ランジスタQ3はオン状態となる。ここでトランジスタQ2
がオフするということは、パルス発生回路Ａが直流電源
Viから切離された状態になり、パルス発生回路Ａは動作
しなくなる。

このような状態になった場合の動作を第４図に示す回
路を参照して説明する。第４図において、この場合のパ
ワートランジスタQ1は抵抗R4およびトランジスタQ4によ
って動作点が決められ、シリーズ動作する。抵抗R5,R6
は、出力端子OUT1,OUT2に与えられる出力電圧を分圧
し、トランジスタQ4のベース電位を決定している。前記
出力電圧が高くなるとトランジスタQ4のベース電位が高
くなり、これによりパワートランジスタQ1のベース電位
が低くされる。したがってトランジスタQ1のエミッタ電
流が以前より減少し、出力電圧が所定値に戻される。

このように直流バイアス回路Ｂは、周囲温度が所定温
度より低くなると動作し、パワートランジスタQ1を連続
的にオン動作させ、負荷LOに直流電源Viからの電力を供
給する。パワートランジスタQ1は連続的にオン動作させ
ることにより、そのトランジスタQ1の電力損失、発熱が
大きくなっていくが、周囲温度が所定温度以上になると
パルス発生回路Ａが動作し、トランジスタQ1はスイッチ
ング動作に切換えられる。これにより、トランジスタQ1
の電力損失、発熱が少なくなり、また周囲温度が所定温
度より低くなると、再び直流バイアス回路Ｂが動作し、
トランジスタQ1は連続動作を行なう。このようなトラン
ジスタQ1のスイッチング動作と連続動作との繰返しによ
り、効率よく負荷LOに直流電源Viの電力が供給されるこ
とになる。

なお、第４図において、第２図に示すチョークコイル
Ｌは短絡状態に、ダイオードD3は開放状態になってい
る。

本実施例によれば、パワートランジスタQ1をスイッチ
ング動作させる回路方式で負荷LOに電力を供給した場合
は、電源効率の面では優れているが、ノイズの発生で他
の電気機器への悪影響が予想される。このようなときパ
ワートランジスタQ1を連続動作させる回路方式で、負荷
LOに電力を供給するとノイズによるトラブルなどを防止
することができる。

また、本発明の電源回路を備えている電源機器内の温
度が低温の場合、パワートランジスタQ1を連続動作させ
ることにより、パワートランジスタQ1の発熱で電源機器
内の温度を上昇させることができ、低温での性能を低下
させることが少ない。また、電源機器内の温度が所定温
度まで上昇してくると、パワートランジスタQ1をスイッ
チング動作させ発熱を少なくするので、機器内の温度が
上がり過ぎて性能が低下することとが少ない。

この電源回路を蓄電池を充電する充電器において応用
した場合、パワートランジスタQ1の発熱が蓄電池に伝わ
り、低温領域での充電量不足の問題が少なくなり、温度
が高くなるとパワートランジスタQ1がスイッチング動作
をして発熱を抑える。これにより、蓄電池を加熱し過ぎ
ることなく高温領域での充電容量不足の問題も少なくな
る。

温度検知回路Ｃにおいて、パワートランジスタQ1の動
作モード、すなわちスイッチング動作と連続動作とを切
換える温度を可変することにより、電源機器内の温度を
ほぼ任意の値に保つことができ、他の回路部品の温度変
動による出力のバラツキを小さくすることができる。

パワートランジスタQ1がスイッチング動作していると
きは、直流バイアス回路Ｂの抵抗R5はダミー負荷抵抗と
して作用し、そのトランジスタQ1が連続動作していると
きは、その抵抗R5は出力電圧分圧抵抗すなわち、この場
合バイアス抵抗として共用することができる。したがっ
て、電源回路の部品数の低減を図ることができる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、周囲温度に応じて、ス
イッチング動作のためのスイッチング信号と連続動作の
ためのオン信号とを切換えてパワートランジスタに与え
るようにし、周囲温度が低温のときは連続動作させてパ
ワートランジスタの発熱で温度を上昇させることにより
低温時の電源性能の低下を防止し、所定温度まで上昇し
たときはスイッチング動作させてパワートランジスタの
電力損失、発熱を抑制して効率良く電力供給が行い得
る。特に、本発明の蓄電池の充電器に適用した場合、低
温での充電不足は蓄電池の特性からくる致命的な欠点で
あるが、これを解消することができる。

更に、パワートランジスタがスイッチング動作してい
るときは、オン信号発生回路のバイアス抵抗をダミー負
荷抵抗として作用させることで両者を共用し得るように
したので、電源回路の部品数の低減を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電源回路の原理を説明するためのブロ
ック図、第２図は前記電源回路の一実施例を示す電気回
路図、第３図は前記電源回路のパワートランジスタがス
イッチング動作しているときの回路動作を説明するため
の電気回路図、第４図は前記電源回路のパワートランジ
スタが連続動作しているときの回路動作を説明するため
の電気回路図、第５図は従来のスイッチング動作電源回
路の電気回路図、第６図は従来の連続動作電源回路の電
気回路図である。 Ａ…パルス発生回路（スイッチング信号発生回路）、Ｂ
…直流バイアス回路（オン信号発生回路）、Ｓ…スイッ
チ回路（切換手段）、LO…負荷、R5…抵抗（バイアス抵
抗、ダミー負荷抵抗）、Vi…直流電源、Q1…パワートラ
ンジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電圧を入力電圧として負荷に供給する
   電力を出力するパワートランジスタを備えた電源回路に
   おいて、前記パワートランジスタをスイッチング動作さ
   せるスイッチング信号を発生するスイッチング信号発生
   回路と、前記パワートランジスタを連続的にオン動作さ
   せるオン信号を発生するオン信号発生回路と、周囲温度
   を測定する温度検知手段と、測定された周囲温度が低い
   場合には前記オン信号を、測定された周囲温度が高い場
   合には前記スイッチング信号を切換え選択して前記パワ
   ートランジスタに与える切換手段とを備え、前記オン信
   号発生回路は、この前記パワートランジスタに前記オン
   信号を生成するバイアス抵抗を有してなり、このバイア
   ス抵抗は、前記パワートランジスタの前記スイッチング
   動作時における出力のダミー負荷抵抗として共用したこ
   とを特徴とする電源回路。