JPH09120316A

JPH09120316A - 安定化電源装置

Info

Publication number: JPH09120316A
Application number: JP7299180A
Authority: JP
Inventors: Tamiji Nagai; 民次永井; Kazunori Ozawa; 和典小沢
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-10-23
Filing date: 1995-10-23
Publication date: 1997-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】直列制御型の安定化電源装置において、入力
電源としての電池の容量の利用効率を向上させる。【解決手段】入力端子Ｔｉおよび出力端子Ｔｏ間に、
直列制御素子としてのＦＥＴ１１のソースおよびドレー
ンが接続されて、負荷回路２に所要の電圧Ｖstを供給す
るようにした安定化電源装置である。ＦＥＴ１１に並列
に、電子スイッチ回路２１を接続すると共に、端子Ｔｉ
に入力電圧低下検出回路２２を接続し、この検出回路に
より、電池１の電圧Ｖinが所要の最小入力電圧Ｖrminよ
り低下したことが検出されたとき、電子スイッチを閉じ
ることにより、トランジスタの直列制御素子としての機
能を制限して、出力端子Ｔｏの電圧Ｖout をそのときの
電池の電圧まで上昇させ、負荷回路に所要の電力を供給
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば電池駆動
の電子機器の電源装置として好適な安定化電源装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】携帯用小型電子機器の電源としては電池
が用いられる。この電池としては、１次電池のみでな
く、充電可能な２次電池も用いられる。２次電池として
は、例えばニッケル・カドミウム蓄電池が一般的であっ
たが、近時、より高容量・高エネルギー密度の、ニッケ
ル・水素蓄電池や、更にエネルギー密度の高い、リチウ
ムイオン蓄電池が使用されるようになっている。

【０００３】そして、上述のような電池の電圧の変化や
負荷電流の変化によって、出力電圧が変動することを防
止するために、電池駆動の電子機器には、例えば図１７
に示すような、シリーズレギュレータ（安定化電源回
路）１０が搭載されたものがある。

【０００４】図１７において、シリーズレギュレータ１
０の入力端子Ｔｉと共通端子Ｔｇとの間に電池１が接続
されると共に、出力端子Ｔｏと共通端子Ｔｇとの間に、
可変抵抗器として示した負荷２が接続される。

【０００５】また、入力端子Ｔｉと出力端子Ｔｏとの間
には、可変インピーダンス素子としての、例えば、ｎｐ
ｎ型バイポーラトランジスタ１１ｂのコレクタ−エミッ
タ間が接続される。そして、このトランジスタ１１ｂの
インピーダンスが、後述するように誤差検出回路１２の
出力に基づいて制御されることにより、電池１からの直
流入力電圧Ｖinに対して、予め定められた一定の出力電
圧Ｖout が、出力端子Ｔｏと共通端子Ｔｇとの間に得ら
れるようにされる。

【０００６】誤差検出回路１２の一方の入力端には、負
荷２の両端電圧となる出力電圧Ｖout が、出力端子Ｔｏ
と共通端子Ｔｇとの間に直列接続された２つの抵抗器１
３ａ，１３ｂにより適宜に分圧された電圧が供給され
る。また、この誤差検出回路の他方の入力端には、基準
電圧源１４からの基準電圧Ｖref が供給される。

【０００７】誤差検出回路１２においては、両入力端の
電圧の誤差が算出され、その誤差に応じた制御電圧が、
駆動回路１５を介してトランジスタ１１ｂのベースに供
給される。これにより、トランジスタ１１ｂは、能動領
域において等価的に可変インピーダンス素子として動作
し、基準電圧Ｖref と出力電圧Ｖout との誤差がゼロと
なるようにフィードバック制御されて、出力電圧が一定
に保たれる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のリチ
ウムイオン蓄電池は、公称電圧が３．６Ｖと、ニッケル
・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池の公称電圧
１．２Ｖの３倍も高く、充放電のサイクル寿命も１２０
０回と、ニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素
蓄電池の５００回の２倍以上に長い。

【０００９】一方、その放電特性は、図１８に太線で示
すように、ニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水
素蓄電池の放電特性よりも勾配が大きいため、前述のよ
うなシリーズレギュレータが使用されることが多い。

【００１０】図１７に示すようなシリーズレギュレータ
１０を用いる場合、制御用のトランジスタ１１ｂが、そ
の能動領域内で充分なアナログ制御が可能であるために
は、トランジスタ１１ｂ内部の電圧降下Ｖdrが、例えば
０．５Ｖ程度の、所定の最小値Ｖdmin以上あることが必
要である。

【００１１】このため、入力電圧Ｖinが、負荷回路２の
所要電圧Ｖstと、トランジスタ１１ｂの最小内部電圧降
下Ｖdminとの和に満たなくなると、即ち、Ｖin＜Ｖrmin＝Ｖst＋Ｖdmin ‥‥ ( １) のように、入力電圧Ｖinが、所要の最小入力電圧Ｖrmin
より低くなると、負荷回路２に対して所要の電圧Ｖstを
安定に供給することができなくなる。これは、電池駆動
の電子機器からみれば、いわゆる「電池切れ」の状態で
あって、２次電池１の充電ないしは交換を要求する状態
になる。

【００１２】ところが、このように、２次電池１の充電
ないしは交換を電子機器が要求する状態でも、２次電池
１自体の電圧Ｖinは、負荷回路２の所要電圧Ｖstより
も、トランジスタ１１ｂの最小電圧降下分Ｖdminほど高
い電圧となっている。したがって、従来のシリーズレギ
ュレータ１０を用いると、２次電池の容量のうち、かな
りの部分が有効に利用されないという問題があった。

【００１３】例えば、図１７のシリーズレギュレータ１
０を使用していて、図１８の時点ｔｐで、入力電圧Ｖin
が所要最小入力電圧Ｖrminより低くなったとすると、電
池電圧である入力電圧Ｖin自体は、時点ｔｑで負荷回路
２の所要電圧Ｖstと等しくなるとすれば、図１８に平行
斜線で示した領域に相当する容量が有効に利用されてい
ないことになる。マンガン乾電池のような１次電池でも
同様の事態が起こり得る。

【００１４】以上の点にかんがみ、この発明は、電池容
量の利用効率を向上させることができる安定化電源装置
を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明による安定化電源装置は、入力直流電圧が
供給される入力端子と、出力直流電圧が得られる出力端
子と、前記入力端子と前記出力端子との間に接続される
可変インピーダンス素子と、上記出力端子に得られる出
力直流電圧が、予め定められた所要電圧となるように前
記可変インピーダンス素子を制御する安定化電源装置に
おいて、上記入力端子に供給される入力直流電圧が、上
記出力直流電圧が上記所要電圧以下になる所定の電圧以
下になったことを直接的に、あるいは間接的に検出する
電圧低下検出手段と、この電圧低下検出手段の検出出力
に応動して上記可変インピーダンス素子による出力直流
電圧安定化機能を制限する機能制限手段とを設けたこと
を特徴とする。

【００１６】機能制限手段としては、可変インピーダン
ス素子をバイパスするスイッチング手段や、可変インピ
ーダンス素子であるが、前記出力直流電圧を前記所要電
圧以上の電圧に制御する手段が好適である。

【００１７】以上の構成のこの発明によれば、入力直流
電圧が、所定の電圧以下になっても、可変インピーダン
ス素子によるの出力直流電圧安定化機能が制限され、入
力直流電圧がそのまま、あるいは若干低下されて、上記
所要電圧以上の電圧が出力直流電圧とされる。このた
め、入力直流電圧の供給源としての電池の利用効率を向
上させることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図を参照しながら、この発
明による安定化電源装置の実施の形態について説明す
る。

【００１９】［第１の実施の形態の構成］この発明の第
１の実施の形態の構成を図１に示す。この図１におい
て、前出図１７に対応する部分には同一の符号を付け
る。

【００２０】図１において、シリーズレギュレータ２０
Ａは、前出図１７のシリーズレギュレータ１０の全構成
要素に新規の要素を追加して構成される。この場合、可
変インピーダンス素子としては、ＦＥＴ（電界効果トラ
ンジスタ）が用いられる。

【００２１】即ち、２次電池１からの入力直流電圧Ｖin
が、入力端子Ｔｉを介して、この例ではＰ型のＦＥＴ１
１のソースに供給され、このＦＥＴ１１のドレインに出
力された出力直流電圧Ｖout が、出力端子Ｔｏに導出さ
れる。出力直流電圧Ｖout は、また、分圧抵抗器１３
ａ，１３ｂにより分圧されて、誤差検出回路１２に供給
されて、基準電圧源１４からの電圧Ｖref と比較され
る。そして、誤差検出回路１２からの比較誤差出力が、
駆動回路１５を通じて、ＦＥＴ１１のゲートに供給され
て閉制御ループが形成され、出力直流電圧Ｖout が基準
電圧Ｖref に応じた負荷に対して必要十分な所要の電圧
Ｖstとなるように制御される。

【００２２】図１の実施の形態では、ＦＥＴ１１のソー
スおよびドレインに並列に、スイッチ回路２１が接続さ
れると共に、入力端子Ｔｉおよび共通端子Ｔｇ間の入力
直流電圧Ｖinが、出力直流電圧Ｖout が、負荷回路２の
所要電圧Ｖst以下になる所定の電圧以下に低下したこと
を検出する入力電圧低下検出回路２２が接続される。そ
して、この検出回路２２の検出出力が、切換え制御信号
として、スイッチ回路２１に供給される。

【００２３】スイッチ回路２１としては、例えば、バイ
ポーラトランジスタ、ＦＥＴ、その他の半導体スイッチ
ング素子が使用できる。

【００２４】［第１の実施の形態の動作］次に、図２を
も参照しながら、図１の実施の形態の動作について説明
する。

【００２５】動作開始時点において、スイッチ回路２１
は開放状態にある。また、２次電池１は１００％充電さ
れているものとする。

【００２６】この電池１の電圧、即ち、端子Ｔｉにおけ
る入力電圧Ｖinは、図２に細線で示すように、負荷回路
２の動作に伴って徐々に低下する。一方、端子Ｔｏにお
ける出力電圧Ｖout は、ＦＥＴ１１により制御されて、
図２に太線で示すように、所要の電圧Ｖstに安定に維持
される。

【００２７】時点ｔｐにおいて、入力電圧Ｖinが、ＦＥ
Ｔ１１の能動領域内での安定化制御の限界の電圧Ｖrmin
（そのときのＦＥＴ１１での電圧降下をＶdminとする
と、Ｖin＝Ｖrmin＋Ｖdmin）に達すると、この電圧Ｖrm
inが入力電圧低下検出回路２２によって検出され、この
検出回路２２から、適宜のレベルおよび極性の検出信号
が出力されて、スイッチ回路２１が閉成される。

【００２８】これにより、ＦＥＴ１１がバイパスされ
て、レギュレータとしての機能が停止すると共に、ＦＥ
Ｔ１１のソースとドレインとは同電位となり、図２に示
すように、出力電圧Ｖout は、このときの入力電圧Ｖrm
inまで上昇する。そして、以後は、出力電圧Ｖout は入
力電圧Ｖinと等しいままに低下し、時点ｔｑにおいて、
所要の電圧Ｖstに達する。

【００２９】この電圧Ｖstの許容下限を過ぎると、例え
ば、負荷回路２の内部に搭載された警報装置（図示せ
ず）により、「電池切れ」状態となったことが使用者に
知らされる。これを受けて、ユーザは、２次電池１の交
換ないしは充電を行なうものである。

【００３０】上述のように、この実施の形態では、２次
電池１の電気エネルギーを概ね容量いっぱいまで使い切
ることができて、２次電池容量の利用効率が向上する。

【００３１】［第２の実施の形態］次に、図３を参照し
ながら、この発明の第２の実施の形態について説明す
る。この発明の第２の実施の形態の構成を図３に示す。
この図３において、前出図１７および図１に対応する部
分には同一の符号を付ける。

【００３２】この第２の実施の形態では、ＦＥＴ１１
に、可変インピーダンス素子としての機能とスイッチ回
路としての機能とを持たせるものである。

【００３３】即ち、２次電池１から入力端子Ｔｉおよび
共通端子Ｔｇ間に印加された入力直流電圧Ｖinは、可変
インピーダンス素子としての、ＦＥＴ１１により電圧降
下され、出力端子Ｔout および共通端子Ｔｇとの間に出
力直流電圧Ｖout として導出される。出力直流電圧Ｖou
t は、また、分圧抵抗器１３ａ，１３ｂにより分圧され
て、誤差検出回路１２に供給されて、基準電圧源１４か
らの電圧Ｖref と比較される。そして、誤差検出回路１
２の出力が、駆動回路１５を通じて、ＦＥＴ１１のゲー
トに供給されて閉制御ループが形成され、これにより出
力直流電圧Ｖout が基準電圧Ｖref に応じた負荷に対し
て必要十分な所要の電圧Ｖstとなるように制御される。

【００３４】図３の実施の形態では、入力端子Ｔｉおよ
び共通端子Ｔｇ間の入力直流電圧Ｖinが、出力直流電圧
Ｖout が負荷回路２の所要電圧Ｖst以下になる所定の電
圧以下に低下したことを検出する入力電圧低下検出回路
２２の検出出力が、駆動回路１５を通じて、ＦＥＴ１１
のゲートに供給される。

【００３５】そして、図３の実施の形態では、前出図２
に示すように、時点ｔｐにおいて、入力電圧Ｖinが、Ｆ
ＥＴ１１の能動領域内での動作の限界の、電圧Ｖrminに
達すると、この電圧Ｖrminが入力電圧低下検出回路２２
によって検出され、この入力電圧低下検出回路２２か
ら、ＦＥＴ１１を飽和領域まで駆動するに足る、適宜の
レベルおよび極性の検出信号が出力されて、ＦＥＴ１１
が「オン」状態とされる。

【００３６】これにより、前出図１の実施の形態でスイ
ッチ回路２１が閉成された場合と同様の動作となって、
前述の実施の形態と同様に、２次電池１の電気エネルギ
ーを概ね容量いっぱいまで使い切ることができ、２次電
池容量の利用効率が向上する。

【００３７】図４は、上述したこの発明の第２の実施の
形態の具体回路例を示すものである。

【００３８】この図４において、誤差検出回路１２は、
エミッタが共通に接続された１対のｎｐｎトランジスタ
Ｑ12r,Ｑ12v を含んで構成される。基準電圧源１４は、
アノードが共通端子Ｔｇに接続されたツェナーダイオー
ドＤ14を含んで構成される。

【００３９】誤差検出回路の一方のトランジスタＱ12r
には、ツェナーダイオードＤ14のカソードからの基準電
圧Ｖref が供給されると共に、他方のトランジスタＱ12
v には、出力電圧Ｖout が抵抗器１３ａ，１３ｂにより
分圧されて供給される。

【００４０】そして、基準電圧Ｖref と出力電圧Ｖout
との誤差電圧は、一方のトランジスタＱ12r のコレクタ
から、このコレクタに接続されたＦＥＴ１１のゲートに
供給される。

【００４１】また、入力電圧低下検出回路２２は、カソ
ード側が入力端子Ｔｉに接続されたツェナーダイオード
Ｄ22と、ｎｐｎトランジスタＱ22とを含んで構成され、
ツェナーダイオードＤ22のアノードと共通端子Ｔｇとの
間に直列接続された抵抗器Ｒ22a,Ｒ22b の接続中点と、
トランジスタＱ22のベースとが接続される。

【００４２】そして、トランジスタＱ22のコレクタが、
抵抗器Ｒ22c を通じて端子Ｔｉに接続される。そして、
トランジスタＱ22のコレクタが、ＦＥＴ１１のスイッチ
ング制御のためのトランジスタＱ15にベースに接続され
る。

【００４３】トランジスタＱ15のコレクタは、トランジ
スタＱ12r のコレクタと共通に、ＦＥＴ１１のベースに
接続されると共に、抵抗器Ｒ15を通じて端子Ｔｉに接続
される。

【００４４】図４の具体回路例では、入力電圧Ｖinが、
ＦＥＴ１１の能動領域内での動作の限界の電圧Ｖrminま
で低下すると、ツェナーダイオードＤ22に電流が流れな
くなり、トランジスタＱ22のベース電位が低下して、こ
のトランジスタＱ22が「オン」から「オフ」に転じ、こ
れに伴って、トランジスタＱ15が「オフ」から「オン」
に転ずる。

【００４５】そして、トランジスタＱ15のコレクタ電
位、即ち、ＦＥＴ１１のゲート電位が低くなることによ
り、ＦＥＴ１１が、その飽和領域まで駆動されて「オ
ン」状態となる。これにより、ＦＥＴ１１がいわゆるシ
ャントされて、入力直流電圧Ｖinが、ほぼそのまま出力
直流電圧Ｖout となり、電池１の利用効率が向上する。

【００４６】［第３の実施の形態］次に、図５を参照し
ながら、この発明の第３の実施の形態について説明す
る。この発明の第３の実施の形態の基本構成を図５に示
す。この図５において、前出図１７に対応する部分には
同一の符号を付ける。

【００４７】図５において、この場合のシリーズレギュ
レータ２０Ｃは、前出図１７のシリーズレギュレータ１
０の全構成要素に新規の要素を追加して構成される。

【００４８】即ち、２次電池１からの電圧Ｖinが、入力
端子Ｔｉを介して、可変インピーダンス素子としての、
ＦＥＴ１１のソースに供給され、このＦＥＴ１１のドレ
インに出力された電圧Ｖout が、出力端子Ｔｏに導出さ
れると共に、抵抗器１３ａ，１３ｂを通じて、誤差検出
回路１２に供給されて、基準電圧源１４からの電圧Ｖre
f と比較される。そして、誤差検出回路１２の出力が、
駆動回路１５を通じて、ＦＥＴ１１のゲートに供給され
て閉制御ループが形成される。

【００４９】そして、この図５の実施の形態では、入力
端子Ｔｉに接続された入力電圧低下検出回路２２の検出
出力が、時定数回路２３（あるいはヒステリシス回路）
と駆動回路１５とを通じて、ＦＥＴ１１のゲートに供給
される。

【００５０】この図４の実施の形態では、前出図２に示
すように、時点ｔｐにおいて、入力電圧Ｖinが、ＦＥＴ
１１の能動領域内での動作の限界の、電圧Ｖrminに達す
ると、この電圧Ｖrminが入力電圧低下検出回路２２によ
って検出され、この検出回路２２から、適宜のレベルお
よび極性の検出信号が出力されて、ＦＥＴ１１が、その
飽和領域まで駆動され、「オン」状態となる。

【００５１】これにより、前出図１の実施の形態で、ス
イッチ２１が閉成された場合と同様の動作となって、前
述の各実施の形態と同様に、２次電池１の電気エネルギ
ーを概ね容量いっぱいまで使い切ることができて、２次
電池容量の利用効率が向上する。

【００５２】また、図５の実施の形態では、時定数回路
２３の介挿により、入力電圧低下検出回路２２の検出出
力の微少変動分が吸収されるので、入力電圧Ｖinが変動
しても発振などの異常動作が防止される。

【００５３】なお、上述の時定数回路は、後述の実施の
形態においても、それぞれ駆動回路の入力側に挿入する
ことができる。

【００５４】上述のような図５のシリーズレギュレータ
２０Ｃの具体的構成は、例えば、図６に示すようにな
る。すなわち、例えば、図４の具体回路例のトランジス
タＱ22のコレクタと、トランジスタＱ15のベースとの間
に時定数回路２３を設ける。

【００５５】［第４の実施の形態］次に、図７を参照し
ながら、この発明の第４の実施の形態について説明す
る。この発明の第４の実施の形態の構成を図７に示す。
この図７において、前出図１７に対応する部分には同一
の符号を付ける。

【００５６】図６において、この場合のシリーズレギュ
レータ３０Ａは、鎖線で囲んで示すような前出図１７の
シリーズレギュレータ１０の全構成要素に、新規の要素
を追加して構成される。

【００５７】即ち、２次電池１からの電圧Ｖinが、入力
端子Ｔｉを介して、可変インピーダンス素子としての、
ＦＥＴ１１のソースに供給され、このＦＥＴ１１のドレ
インに出力された電圧Ｖout が、出力端子Ｔｏに導出さ
れると共に、抵抗器１３ａ，１３ｂを通じて、誤差検出
回路１２に供給されて、基準電圧源１４からの電圧Ｖre
f と比較される。そして、誤差検出回路１２の出力が、
駆動回路１５を通じて、ＦＥＴ１１のゲートに供給され
て閉制御ループが形成される。

【００５８】図７の実施の形態では、端子Ｔｉの入力電
圧Ｖinと端子Ｔｏの出力電圧Ｖoutとが、それぞれ電圧
降下減少検出回路３１に供給されて、両者の差である、
ＦＥＴ１１の内部電圧降下Ｖdrの減少が検出される。

【００５９】また、電圧降下減少検出回路３１の検出出
力が、例えばＲＳフリップフロップから構成されるスイ
ッチオン電圧発生回路３２のセット端子に供給されると
共に、そのリセット端子には、入力端子Ｔｉと共通端子
Ｔｇとの間に接続された入力電圧上昇検出回路３３の検
出出力が供給され、スイッチオン電圧発生回路３２の出
力が、駆動回路１５を通じて、ＦＥＴ１１のゲートに供
給される。

【００６０】そして、図７の実施の形態では、電圧降下
減少検出回路３１において、ＦＥＴ１１の内部電圧降下
Ｖdrが、能動領域内で充分なアナログ制御が可能である
ための最小内部電圧降下Ｖdminまで減少したことが検出
されると、その検出出力により、スイッチオン電圧発生
回路３２がセットされて、このスイッチオン電圧発生回
路３２より適宜のレベルの電圧が出力される。

【００６１】このスイッチオン電圧発生回路３２の出力
電圧により、ＦＥＴ１１が、その飽和領域まで駆動され
て「オン」状態となり、前出図１の実施の形態で、スイ
ッチ回路２１が閉成された場合と同様の動作となって、
前述の各実施の形態と同様に、２次電池１の電気エネル
ギーを概ね容量いっぱいまで使い切ることができて、２
次電池容量の利用効率が向上する。

【００６２】また、図７の実施の形態では、電池の充電
ないしは交換によって、入力直流電圧Ｖinが回復する
と、この電圧回復が入力電圧上昇検出回路３３により検
出され、その検出出力により、スイッチオン電圧発生回
路３２がリセットされる。このため、このスイッチオン
電圧発生回路３２よりは、前記の適宜のレベルの電圧が
なくなるので、ＦＥＴ１１は、その電圧安定化機能を回
復して、能動領域内でのアナログ制御に戻る。

【００６３】［第５の実施の形態］次に、図８を参照し
ながら、この発明の第５の実施の形態について説明す
る。この発明のさらに他の実施の形態の構成を図８に示
す。この図８において、前出図７に対応する部分には同
一の符号を付ける。この第５の実施の形態では、図７の
実施の形態では、スイッチオン電圧発生回路３２のリセ
ットを入力電圧上昇検出回路３３で行っていたのを、出
力電圧上昇検出回路３４の検出出力で行うようにする。
他は、図７の実施の形態と同様である。

【００６４】したがって、この図８の実施の形態では、
電池の充電ないしは交換によって、２次電池１の電圧Ｖ
inが回復すると、この電圧回復に伴う出力電圧Ｖout の
上昇が出力電圧上昇検出回路３４により検出されて、そ
の検出出力により、スイッチオン電圧発生回路３２がリ
セットされる。そして、ＦＥＴ１１は、その能動領域内
でのアナログ制御に戻る。その他の動作は、図７の実施
の形態とまったく同様である。

【００６５】［第６の実施の形態］次に、図９および図
１０を参照しながら、この発明の第６の実施の形態につ
いて説明する。

【００６６】この発明のさらに他の実施の形態の構成を
図９に示す。この図９において、前出図１７に対応する
部分には同一の符号を付ける。

【００６７】図９において、シリーズレギュレータ４０
Ａは、鎖線で囲んで示すような、前出図１７のシリーズ
レギュレータ１０の全構成要素に、新規の要素を追加し
て構成される。

【００６８】即ち、２次電池１からの電圧Ｖinが、入力
端子Ｔｉを介して、可変インピーダンス素子としての、
ｐチャンネルＦＥＴ１１のソースに供給され、このＦＥ
Ｔ１１のドレインに出力された電圧Ｖout が、出力端子
Ｔｏに導出されると共に、抵抗器１３ａ，１３ｂを通じ
て、誤差検出回路１２に供給されて、基準電圧源１４か
らの電圧Ｖref と比較される。そして、誤差検出回路１
２の出力が、駆動回路１５を通じて、ＦＥＴ１１のゲー
トに供給されて閉制御ループが形成される。

【００６９】図９の実施の形態では、ＦＥＴ１１のソー
スおよびドレインに並列に、電子スイッチ回路として
の、ｐ型ＦＥＴ４１のソースおよびドレインが接続され
る。

【００７０】また、出力端子Ｔｏの電圧Ｖout と、基準
電圧源１４からの電圧Ｖref とが出力電圧低下検出回路
４２に供給され、この検出回路４２の検出出力が、例え
ばＲＳフリップフロップで構成されるスイッチオン電圧
発生回路４３のセット端子に供給されると共に、そのリ
セット端子には、入力端子Ｔｉに接続された入力電圧上
昇検出回路４４の検出出力が供給され、スイッチオン電
圧発生回路４３の出力が、駆動回路４５を通じて、ＦＥ
Ｔ４１のゲートに供給される。

【００７１】［第６の実施の形態の動作］次に、図１０
をも参照しながら、図９の実施の形態の動作について説
明する。前出図２と同様に、図１０においても、電池１
の電圧、即ち、端子Ｔｉにおける入力直流電圧Ｖinは、
細線で示すように、負荷回路２の動作に伴って徐々に低
下すると共に、端子Ｔｏにおける出力直流電圧Ｖout
は、ＦＥＴ１１により制御されて、太線で示すように、
所要の電圧Ｖstに維持される。

【００７２】時点ｔｐで、出力電圧Ｖout が負荷回路２
の所要電圧Ｖstよりも僅かに低くなると、この電圧低下
が出力電圧低下検出回路４２により検出されて、その検
出出力により、スイッチオン電圧発生回路４３がセット
され、これより適宜のレベルの電圧が出力される。

【００７３】このスイッチオン電圧発生回路４３の出力
電圧が駆動回路４５を通じてＦＥＴ４１に供給されるこ
とにより、ＦＥＴ４１が、その飽和領域まで駆動されて
「オン」状態となり、前出図１の実施の形態で、スイッ
チ２１が閉成された場合と同様に、ＦＥＴ１１のソース
とドレインがシャントされて、レギュレータとしての機
能が停止され、図９に太線で示すように、出力電圧Ｖou
t は、このときの入力電圧Ｖrminまで上昇する。

【００７４】以後、出力電圧Ｖout は入力電圧Ｖinと等
しいままに低下し、時点ｔｑにおいて、所要の電圧Ｖst
に達する。

【００７５】こうして、第６の実施の形態でも、前述の
各実施の形態と同様に、２次電池１の電気エネルギーを
概ね容量いっぱいまで使い切ることができて、２次電池
容量の利用効率が向上する。

【００７６】また、図９の第６の実施の形態では、電池
の充電ないしは交換によって、２次電池１の電圧Ｖinが
回復すると、この電圧回復が入力電圧上昇検出回路４４
により検出され、その検出出力により、スイッチオン電
圧発生回路４３がリセットされて、ＦＥＴ４１は「オ
フ」状態に戻る。そして、ＦＥＴ１１は、その電圧安定
化制御機能を回復して、能動領域内でのアナログ制御に
戻る。

【００７７】［第７の実施の形態］次に、図１１を参照
しながら、この発明の第７の実施の形態について説明す
る。この発明の第７の実施の形態の構成を図１１に示
す。この図１１において、前出図１７に対応する部分に
は同一の符号を付ける。

【００７８】図１１において、シリーズレギュレータ４
０Ｂは、鎖線で囲んで示すような、前出図１７のシリー
ズレギュレータ１０の全構成要素に、新規の要素を追加
して構成される。

【００７９】即ち、２次電池１からの電圧Ｖinが、入力
端子Ｔｉを介して、可変インピーダンス素子としての、
ｐチャンネルＦＥＴ１１のソースに供給され、このＦＥ
Ｔ１１のドレーンに出力された電圧Ｖout が、出力端子
Ｔｏに導出されると共に、抵抗器１３ａ，１３ｂを通じ
て、誤差検出回路１２に供給されて、基準電圧源１４か
らの電圧Ｖref と比較される。そして、誤差検出回路１
２の出力が、駆動回路１５を通じて、ＦＥＴ１１のゲー
トに供給されて閉制御ループが形成される。

【００８０】図１１の実施の形態では、出力端子Ｔｏの
電圧Ｖout と、基準電圧源１４からの電圧Ｖref とが出
力電圧低下検出回路４２に供給され、この検出回路４２
の検出出力が、例えばＲＳフリップフロップで構成され
るスイッチオン電圧発生回路４３のセット端子に供給さ
れると共に、そのリセット端子には、入力端子Ｔｉに接
続された入力電圧上昇検出回路４４の検出出力が供給さ
れ、スイッチオン電圧発生回路４３の出力が、駆動回路
１５を通じて、ＦＥＴ１１のゲートに供給される。

【００８１】そして、図１１の実施の形態では、端子Ｔ
ｏの出力電圧Ｖout が負荷回路２の所要電圧Ｖstよりも
僅かに低くなったことが、出力電圧低下検出回路４２に
より検出されると、その検出出力により、スイッチオン
電圧発生回路４３がセットされ、適宜のレベルの電圧が
出力される。

【００８２】この出力電圧により、ＦＥＴ１１が、その
飽和領域まで駆動されて「オン」状態となり、前出図１
の実施の形態で、スイッチ回路２１が閉成された場合と
同様の動作となって、前述の各実施の形態と同様に、２
次電池１の電気エネルギーを概ね容量いっぱいまで使い
切ることができて、２次電池容量の利用効率が向上す
る。

【００８３】また、図１１の実施の形態では、電池の充
電ないしは交換によって、２次電池１の電圧Ｖinが回復
すると、この電圧回復が入力電圧上昇検出回路４４によ
り検出されて、その検出出力により、スイッチオン電圧
発生回路４３がリセットされ、ＦＥＴ１１は、その電圧
安定化制御機能を回復して、能動領域内でのアナログ制
御に戻る。

【００８４】［第８の実施の形態］次に、図１２を参照
しながら、この発明の第８の実施の形態について説明す
る。この発明の第８の実施の形態の構成を図１２に示
す。この図１２において、前出図１７に対応する部分に
は同一の符号を付ける。

【００８５】図１２において、シリーズレギュレータ４
０Ｃは、鎖線で囲んで示すような、前出図１７のシリー
ズレギュレータ１０の全構成要素に、新規の要素を追加
して構成される。

【００８６】即ち、２次電池１からの電圧Ｖinが、入力
端子Ｔｉを介して、可変インピーダンス素子としての、
ｐチャンネルＦＥＴ１１のソースに供給され、このＦＥ
Ｔ１１のドレーンに出力された電圧Ｖout が、出力端子
Ｔｏに導出されると共に、抵抗器１３ａ，１３ｂを通じ
て、誤差検出回路１２に供給されて、基準電圧源１４か
らの電圧Ｖref と比較される。そして、誤差検出回路１
２の出力が、駆動回路１５を通じて、ＦＥＴ１１のゲー
トに供給されて閉制御ループが形成される。

【００８７】図１２の実施の形態では、出力電圧低下検
出回路は、カソードが出力端子Ｔｏに接続されたツェナ
ーダイオードＤ42を含んで構成されると共に、入力電圧
上昇検出回路は、カソードが入力端子Ｔｉに接続された
ツェナーダイオードＤ44を含んで構成される。

【００８８】一方のツェナーダイオードＤ42のアノード
と共通端子Ｔｇとの間に直列接続された抵抗器Ｒ42a,Ｒ
42b の接続中点と、スイッチオン電圧発生回路４３のセ
ット端子とが接続されると共に、他方のツェナーダイオ
ードＤ44のアノードと共通端子Ｔｇとの間に直列接続さ
れた抵抗器Ｒ44a,Ｒ44b の接続中点と、スイッチオン電
圧発生回路４３のリセット端子とが接続される。

【００８９】そして、スイッチオン電圧発生回路４３の
出力が、共通エミッタ接続のｎｐｎトランジスタＱ46の
ベース・コレクタを通じて、ＦＥＴ１１のゲートに供給
される。

【００９０】図１２の第８の実施の形態では、端子Ｔｏ
の出力電圧Ｖout が負荷回路２の所要電圧Ｖstよりも僅
かに低くなると、検出用のツェナーダイオードＤ42に電
流が流れなくなり、抵抗器Ｒ42a,Ｒ42b の接続中点の電
位が低下する。

【００９１】この電位低下をセット信号として、スイッ
チオン電圧発生回路４３から、適宜のレベルの電圧が出
力され、この出力電圧により、トランジスタＱ46が「オ
フ」から「オン」に転ずる。

【００９２】そして、トランジスタＱ46のコレクタ電
位、即ち、ＦＥＴ１１のゲート電位が急減することによ
り、ＦＥＴ１１が、その飽和領域まで駆動されて「オ
ン」状態となる。

【００９３】これにより、前出図９の実施の形態で、Ｆ
ＥＴ４１が「オン」状態となった場合と同様に、レギュ
レータとしての機能が停止される。

【００９４】前述の各実施の形態と同様に、図１２の実
施の形態でも、２次電池１の電気エネルギーを概ね容量
いっぱいまで使い切ることができて、２次電池容量の利
用効率が向上する。

【００９５】また、図１２の実施の形態では、電池の充
電ないしは交換によって、入力直流電圧Ｖinが回復する
と、検出用のツェナーダイオードＤ44に電流が流れて、
抵抗器Ｒ42a,Ｒ42b の接続中点の電位が上昇する。この
電位上昇により、スイッチオン電圧発生回路４３がリセ
ットされて、その出力電圧がなくなり、トランジスタＱ
46が「オン」から「オフ」に転ずる。

【００９６】そして、トランジスタＱ46のコレクタ電
位、即ち、ＦＥＴ１１のゲート電位が急増して、ＦＥＴ
１１は、その機能を回復して、能動領域内でのアナログ
制御に戻る。

【００９７】［第９の実施の形態］次に、図１３および
図１４を参照しながら、この発明の第９の実施の形態に
ついて説明する。

【００９８】この発明の第９の実施の形態の構成を図１
３に示す。この図１３において、前出図１７に対応する
部分には同一の符号を付ける。

【００９９】図１３において、シリーズレギュレータ５
０は、鎖線で囲んで示すような、前出図１７のシリーズ
レギュレータ１０の全構成要素に、新規の要素を追加し
て構成される。

【０１００】即ち、２次電池１からの電圧Ｖinが、入力
端子Ｔｉを介して、可変インピーダンス素子としての、
ｎチャンネルＦＥＴ１１ｎのソースに供給され、出力端
子Ｔｏの電圧Ｖout が、抵抗器１３ａ，１３ｂを通じ
て、誤差検出回路１２に供給されて、基準電圧源１４か
らの電圧Ｖref と比較される。

【０１０１】図１３の実施の形態では、誤差検出回路１
２の出力が、３回路切換えスイッチ５１の固定接点ｂお
よび可動接点と、駆動回路１５とを通じて、ＦＥＴ１１
ｎのゲートに供給される。

【０１０２】また、誤差検出回路１２の出力がパルス幅
変調回路５２に供給され、この変調回路５２の出力がス
イッチ５１の固定接点ａに供給されると共に、固定接点
ｃにはスイッチオン電圧発生回路５３の出力が供給され
る。

【０１０３】そして、入力端子Ｔｉに接続された入力電
圧検出回路５４の出力が、切換え制御信号として、スイ
ッチ５１に供給される。

【０１０４】さらに、ＦＥＴ１１ｎのドレーンと出力端
子Ｔｏとの間には、平滑回路５５が介挿される。この平
滑回路５５は、ダンパダイオードＤ55とチョークコイル
Ｌ55とコンデンサＣ55とが「π」型に接続されて構成さ
れる。

【０１０５】なお、パルス幅変調回路５２と、スイッチ
オン電圧発生回路５３とは、スイッチ５１の対応する固
定接点（ａ，ｃ）に可動接点が接続されている期間にの
み動作するものとする。

【０１０６】［図１３の実施の形態の動作］次に、図１
４をも参照しながら、図１３の実施の形態の動作につい
て説明する。

【０１０７】動作開始時点で、２次電池１は１００％充
電されており、また、スイッチ５１の可動接点は固定接
点ａに接続されているものとする。

【０１０８】この状態で、図１３の実施の形態では、Ｆ
ＥＴ１１ｎが、パルス幅変調回路５２からのＰＷＭ波に
より駆動されて、「オン」「オフ」を繰り返すことによ
り、レギュレータ５０は、公知のスイッチング・レギュ
レータとして動作する。また、ダンパダイオードＤ55に
より、エネルギー回生が行われて、２次電池１の電気エ
ネルギーが有効に利用される。

【０１０９】このスイッチング・レギュレータとしての
動作は、図１４に細線で示した入力電圧Ｖin、即ち、電
池１の電圧が、所定の電圧Ｖａ（＞Ｖrmin）に低下する
時点ｔａまで継続する。

【０１１０】時点ｔａにおいて、入力電圧Ｖinが、所定
電圧Ｖａ（＞Ｖrmin）まで低下したことが、入力電圧検
出回路５４により検出されると、この検出出力により、
スイッチ５１の可動接点が固定接点ａから固定接点ｂに
切り換えられ、誤差検出回路１２の出力が駆動回路１５
に供給されて、図１３のレギュレータ５０は、前出図１
７の従来のシリーズレギュレータ１０と全く同様に動作
する。

【０１１１】この従来型レギュレータとしての動作は、
入力電圧Ｖinが、ＦＥＴ１１ｎの能動領域内での動作の
限界電圧Ｖrminに低下する時点ｔｐまで継続する。

【０１１２】そして、時点ｔｐにおいて、入力電圧Ｖin
が、能動領域内での動作の限界電圧Ｖrminまで低下した
ことが、入力電圧検出回路５４により検出されると、こ
の検出出力により、図１３に示すように、スイッチ５１
の可動接点が固定接点ｂから固定接点ｃに切り換えられ
て、前述の各実施の形態と同様に、スイッチオン電圧発
生回路５３から、適宜のレベルの電圧が出力され、この
出力電圧により、ＦＥＴ１１ｎが、その飽和領域まで駆
動されて「オン」状態となる。

【０１１３】これにより、前出図１の実施の形態で、ス
イッチ２１が閉成された場合と同様に、レギュレータと
しての機能が停止される。

【０１１４】この機能停止の状態は、端子Ｔｏの出力電
圧Ｖout が、負荷回路２の所要電圧Ｖstに低下する、時
点ｔｑまで継続されて、図１３の実施の形態でも、前述
の各実施の形態と同様に、２次電池１の電気エネルギー
を概ね容量いっぱいまで使い切ることができて、２次電
池容量の利用効率が向上する。

【０１１５】また、図１３の実施の形態では、充電ない
しは交換によって、２次電池１の電圧Ｖinが回復する
と、この電圧回復が入力電圧検出回路５４により検出さ
れて、その検出出力により、スイッチ５１の可動接点が
固定接点ａに切り換えられて、初期状態に戻される。

【０１１６】［第１０の実施の形態］次に、図１５およ
び図１６を参照しながら、この発明の第１０の実施の形
態について説明する。

【０１１７】この実施の形態の構成を図１５に示す。こ
の図１５において、前出図１７に対応する部分には同一
の符号を付ける。

【０１１８】図１５において、シリーズレギュレータ６
０は、鎖線で囲んで示すような、前出図１７のシリーズ
レギュレータ１０の全構成要素に、新規の要素を追加し
て構成される。

【０１１９】即ち、２次電池１からの電圧Ｖinが、入力
端子Ｔｉを介して、可変インピーダンス素子としての、
ｐチャンネルＦＥＴ１１のソースに供給され、このＦＥ
Ｔ１１のドレーンに出力された電圧Ｖout が、出力端子
Ｔｏに導出されると共に、抵抗器１３ａ，１３ｂを通じ
て、誤差検出回路１２に供給されて、基準電圧源１４か
らの電圧Ｖref と比較される。そして、誤差検出回路１
２の出力が、駆動回路１５を通じて、ＦＥＴ１１のゲー
トに供給されて閉制御ループが形成される。

【０１２０】図１５の実施の形態では、ＦＥＴ１１のソ
ースおよびドレーンに並列に、可変抵抗器としての、Ｆ
ＥＴ６１のソースおよびドレーンが接続されると共に、
ダイオード６２のカソードおよびアノードが接続され
る。

【０１２１】そして、入力端子Ｔｉと共通端子Ｔｇとの
間に接続された入力電圧検出回路６３の出力が駆動信号
発生回路６４に供給されると共に、駆動信号発生回路６
４の出力が、駆動回路６５を通じて、ＦＥＴ６１のゲー
トに供給される。

【０１２２】［図１５の実施の形態の動作］次に、図１
６をも参照しながら、図１５の実施の形態の動作につい
て説明する。

【０１２３】動作開始時点で、２次電池１は１００％充
電されており、また、入力検出回路６３により、駆動信
号発生回路６４が非動作状態とされて、ＦＥＴ６１は
「オフ」状態にあるものとする。

【０１２４】この状態から、入力電圧Ｖinは、図１６Ｂ
に細線で示すように、負荷回路２の動作に伴って徐々に
低下すると共に、出力電圧Ｖout は、ＦＥＴ１１により
制御されて、図１６Ｂに太線で示すように、所要の電圧
Ｖstに維持される。

【０１２５】時点ｔｐにおいて、入力電圧Ｖinが、ＦＥ
Ｔ１１の能動領域内での動作の限界の電圧Ｖrminまで低
下すると、この電圧Ｖrminが入力電圧検出回路６３によ
って検出され、その検出出力により、駆動信号発生回路
６４が動作状態とされて、例えば、図１６Ａに示すよう
な３角波形の駆動信号が出力される。

【０１２６】この駆動信号が、駆動回路６５を通じて、
適宜の振幅と極性で供給されることにより、ＦＥＴ６１
が、その能動領域内で、可変抵抗器として動作するよう
に制御される。その等価的な抵抗値は、例えば、本来の
制御用ＦＥＴ１１の等価的な抵抗値の半分程度とされ
る。

【０１２７】このＦＥＴ６１と、本来の制御用ＦＥＴ１
１とが並列に接続されて、等価的な合成抵抗値が低減さ
れることにより、図１６Ｂに太線で示すように、時点ｔ
ｐ以降の出力電圧Ｖout は、入力電圧Ｖinと等しくなる
程には上昇せず、前述のような各実施の形態よりも、負
荷回路２の所要電圧Ｖstに近くなる。

【０１２８】そして、図１５の実施の形態では、前述の
各実施の形態と同様に、２次電池１の電気エネルギーを
概ね容量いっぱいまで使い切ることができて、２次電池
容量の利用効率が向上する。

【０１２９】また、充電ないし交換によって、２次電池
１の電圧Ｖinが回復すると、この電圧回復が入力電圧検
出回路６３により検出されて、前述の動作開始時点と同
様に、駆動信号発生回路６４が非動作状態に戻されて、
ＦＥＴ６１は、初期の「オフ」状態に戻る。

【０１３０】なお、駆動信号発生回路６４から、例え
ば、図１６Ｃに示すような階段波形の駆動信号が出力さ
れるようにして、時点ｔｐ以降の出力電圧Ｖout を、図
１６Ｄに太線で示すように、入力電圧Ｖinと等しくなる
程には上昇させず、階段状に、負荷回路２の所要電圧Ｖ
stに近づけることもできる。

【０１３１】また、図１５の実施の形態の並列抵抗制御
は、前述の各実施の形態にも、同様に適用することがで
きる。

【０１３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、直列型の安定化電源装置において、入力電源として
の電池の容量の利用効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による安定化電源装置の第１の実施の
形態の基本的構成を示すブロック図である。

【図２】図１の実施の形態の動作を説明するための略線
図である。

【図３】この発明の第２の実施の形態の構成を示すブロ
ック図である。

【図４】この発明の第２の実施の形態の具体的構成を示
す回路図である。

【図５】この発明の第３の他の実施の形態の構成を示す
ブロック図である。

【図６】この発明の第３の実施の形態の具体的構成を示
す回路図である。

【図７】この発明の第４の実施の形態の構成を示すブロ
ック図である。

【図８】この発明の第５の実施の形態の構成を示すブロ
ック図である。

【図９】この発明の第６の実施の形態の構成を示すブロ
ック図である。

【図１０】図９の実施の形態の動作を説明するための略
線図である。

【図１１】この発明の第７の実施の形態の構成を示すブ
ロック図である。

【図１２】この発明の第８の実施の形態の構成を示すブ
ロック図である。

【図１３】この発明の第９の実施の形態の構成を示すブ
ロック図である。

【図１４】図１３の実施の形態の動作を説明するための
略線図である。

【図１５】この発明の第１０の実施の形態の構成を示す
ブロック図である。

【図１６】図１５の実施の形態の動作を説明するための
略線図である。

【図１７】従来の安定化電源装置の構成例を示すブロッ
ク図である。

【図１８】従来例の動作を説明するための略線図であ
る。

【符号の説明】

１２次電池２負荷回路１１，１１ｎＦＥＴ（直列制御用）１２誤差検出回路１４基準電圧源２１電子スイッチ２２入力電圧低下検出回路３１電圧降下減少検出回路３２，４３，５４スイッチオン電圧発生回路３３，４５入力電圧上昇検出回路３４出力電圧上昇検出回路４１，６１ＦＥＴ（並列接続用）４２出力電圧低下検出回路５１，６３入力電圧検出回路５３パルス幅変調回路６４駆動信号発生回路Ｔｉ入力端子Ｔｏ出力端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力直流電圧が供給される入力端子と、出力直流電圧が得られる出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間に接続される可変イ
ンピーダンス素子と、上記出力端子に得られる出力直流電圧が、予め定められ
た所要電圧となるように前記可変インピーダンス素子を
制御する安定化電源装置において、上記入力端子に供給される入力直流電圧が、上記出力直
流電圧が上記所要電圧以下になる所定の電圧以下になっ
たことを直接的に、あるいは間接的に検出する電圧低下
検出手段と、この電圧低下検出手段の検出出力に応動して上記可変イ
ンピーダンス素子による出力直流電圧安定化機能を制限
する機能制限手段とを設けたことを特徴とする安定化電
源装置。
【請求項２】上記電圧低下検出手段は、上記入力端子に
供給される電圧を監視するものであることを特徴とする
請求項１に記載の安定化電源装置。
【請求項３】上記電圧低下検出手段は、上記出力端子に
導出される電圧を監視するものであることを特徴とする
請求項１に記載の安定化電源装置。
【請求項４】上記電圧低下検出手段が上記可変インピー
ダンス素子の両端電圧を監視するものであることを特徴
とする請求項１に記載の安定化電源装置。
【請求項５】上記可変インピーダンス素子がスイッチン
グ素子としても動作可能の半導体素子で構成され、上記電圧低下検出手段により上記入力直流電圧が、上記
所定の電圧以下になったことを直接的にあるいは間接的
に検出されたときに、上記可変インピーダンス素子が上
記スイッチング素子として動作するように制御されて、
上記可変インピーダンス素子が上記機能制限手段をも兼
ねるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の安定
化電源装置。
【請求項６】上記電圧低下検出手段の検出出力に対して
時定数回路が設けられることを特徴とする請求項１に記
載の安定化電源装置。
【請求項７】上記機能制限手段が、上記可変インピーダ
ンス素子に並列接続され、飽和領域で動作するトランジ
スタであることを特徴とする請求項１に記載の安定化電
源装置。
【請求項８】上記機能制限手段が、上記可変インピーダ
ンス素子に並列接続され、飽和領域のみでなく能動領域
で動作するトランジスタであり、このトランジスタを上
記出力直流電圧が上記所要電圧以上になるように制御す
ることを特徴とする請求項１に記載の安定化電源装置。