JPH1027029A - 定電流回路 - Google Patents

定電流回路

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JPH1027029A
JPH1027029A JP18077696A JP18077696A JPH1027029A JP H1027029 A JPH1027029 A JP H1027029A JP 18077696 A JP18077696 A JP 18077696A JP 18077696 A JP18077696 A JP 18077696A JP H1027029 A JPH1027029 A JP H1027029A
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JP
Japan
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voltage
transistor
resistor
current
constant current
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JP18077696A
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English (en)
Inventor
Hiromoto Goto
浩基 後藤
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Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 定電流発生回路の発熱の温床であるトランジ
スタの消費電力を低減させることで内部の発熱量の大幅
削減を達成する。 【解決手段】 電源から抵抗(RS )及びトランジスタ
(21)に流れる電流(iO )を定電流として外部負荷
(ZL )に供給する定電流回路において、抵抗及びトラ
ンジスタにかかる電圧(Vd )が電源の電圧(VEX)よ
り低く設定された所定の電圧(VZ )より高いか否かを
コンパレータ(11)で判別し、その判別結果を示す出
力に応じてオン又はオフになるトランジスタ(13)に
より、抵抗及びトランジスタへの電流(iO )の供給を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、負荷に対して一定
の電流を供給するための定電流回路に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、定電流源(CCS)と称される
定電流発生装置は、図3に示すような定電流回路を含ん
でいる。この回路は、外部電源(電圧VEX)に接続され
た電流検知用抵抗RS 、トランジスタTr 及びこのトラ
ンジスタのベース電圧を調整する演算増幅器(オペアン
プ)Op で構成され、トランジスタTr を流れる電流i
O を出力電流として外部負荷ZL に供給する。この定電
流回路では、入力電圧をVinとすると、出力電流iO
は、 iO =Vin/RS となるので、Vinを変えることにより、所定の電流値を
得ることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
定電流回路では、出力側に接続される負荷ZL が小さい
と、トランジスタTr の消費電力(発熱量)が大きくな
り、その結果としてCCS内部の温度上昇が無視できな
くなる場合がある。
【0004】すなわち、トランジスタTr のコレクタ・
エミッタ間の電圧をVCE、抵抗RSでの電圧降下をV
S 、負荷ZL での電圧降下をVL とすると、Tr で消費
される電力PTrは、 PTr=VCEO =VEX・ iO −VS・iO −VL・iO =(VEX−VS −VL )iO …(1) であるから、負荷ZL が小さいと電圧降下VL も小さく
なり、その結果VCEが大きくなる。例えばVEX=24
V,RS =100Ω,iO =20mAとし、ZL ≒0Ω
とすると、入力電力は、 VEX・ iO =24V・20mA=480mW であり、トランジスタTr の消費電力PTrは、 VCEO =(24V−2V)・20mA=440mW となるので、入力電流の92%をTr が消費してしまう
ことになる。
【0005】特に、複数の定電流回路を内蔵するような
装置では、その内部の温度上昇が無視できなくなり、放
熱に関して何らかの工夫が必要になる。
【0006】従って、本発明の目的は、定電流発生装置
の発熱の温床であるトランジスタの消費電力を低減させ
ることで内部の発熱量の大幅削減を実現できる定電流回
路を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、電源から電圧
が供給される抵抗とトランジスタを接続し、前記電源か
ら前記抵抗及びトランジスタに流れる電流を定電流とし
て外部負荷に供給する定電流回路であって、前記抵抗及
びトランジスタにかかる電圧が前記電源の供給電圧より
低く設定された所定の電圧より高いかどうかを判別する
比較手段と、該比較手段の判別結果に基づいて前記抵抗
及びトランジスタへの電流の供給を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする。
【0008】本発明の具体的態様では、前記比較手段
は、前記抵抗及びトランジスタにかかる電圧が入力され
る第1入力端子と前記所定の電圧が入力される第2入力
端子とを有するコンパレータで構成され、前記制御手段
は、該コンパレータからの出力に応じてオン又はオフに
なるトランジスタで構成される。
【0009】
【作用】本発明の定電流回路においては、外部負荷に定
電流を供給するために設けられた抵抗及びトランジスタ
にかかる電圧と、電源の電圧より低く設定された所定の
電圧とが、比較手段で比較される。そして、その比較の
結果に基づいて、制御手段が前記抵抗及びトランジスタ
への電流の供給を制御する。例えば、前者の電圧が後者
の電圧より高い場合には、前記抵抗及びトランジスタへ
の電流の供給を停止することによって前者の電圧を低下
させ、前者の電圧が後者の電圧以下になった場合には、
前記抵抗及びトランジスタへ電流をすることによって前
者の電圧を上昇させる。このような制御を行うことによ
り、外部負荷が変化してもトランジスタにかかる電圧を
一定範囲内に保持できると共に、当該電圧を従来トラン
ジスタに供給される電圧よりも低くできるので、トラン
ジスタの消費電力を抑制し、その発熱量を削減にするこ
とができる。
【0010】具体的態様によると、外部負荷に定電流を
供給するために設けられた抵抗及びトランジスタへの供
給電圧値と、外部電源の電圧より低く設定された所定電
圧値とを、コンパレータで比較し、前者の電圧値が所定
電圧値より高い場合には、コンパレータから制御手段と
して作用するトランジスタへの出力を停止し、トランジ
スタをオフにする。従って、電流供給が停止し、前記抵
抗及びトランジスタへの供給電圧が低下する。また、判
別結果が所定電圧値より低い場合には、コンパレータか
らトランジスタへの出力により電流供給を行って、供給
電圧を上昇させる。
【0011】このように供給電圧を、所定の電圧を中心
とする一定範囲内に納まるように制御することにより、
定電流生成のためのトランジスタにかかる電圧を抑制し
て発熱量の大幅削減を実現できる。
【0012】
【実施例】図1は、本発明による定電流回路の実施例を
示す。
【0013】この定電流回路1は、外部負荷ZL に定電
流を供給するために設けられた抵抗RS 及びトランジス
タ21と、このトランジスタ21のベース電圧を調整す
る演算増幅器(オペアンプ)22とを有する。オペアン
プ22は、トランジスタ21をオンさせるベース電圧を
出力することにより、抵抗RS を流れる出力電流iO
生じさせる。この時、抵抗RS にかかる電圧VS は、オ
ペアンプ22の+端子への入力電圧Vinにほぼ等しくな
り、出力電流iO は、 iO =Vin/RS となる。従って、Vinを変えることにより、所望の電流
値をもつ出力電流iO が得られる。この点は、図3の従
来例と同様である。
【0014】しかしながら、この実施例では、トランジ
スタ21のコレクタ側にコンパレータ11の第1入力端
子(この場合、+側の端子)が接続され、コンパレータ
11の第2入力端子(この場合、−側の端子)には、ツ
ェナー電圧VZ を生じさせるツェナーダイオード12が
接続されている。そして、コンパレータ11は、その第
1入力端子にかかる電圧、すなわち抵抗RS にかかる電
圧VS とトランジスタ21のエミッタ−コレクタ間の電
圧VCEとの和(出力電圧)Vd と、第2入力端子にかか
るツェナー電圧VZ とを比較し、その判別結果に応じた
信号を出力する。この出力は、本発明における制御手段
として作動するトランジスタ13のベースに供給される
ことにより、このトランジスタ13のオン・オフを制御
し、上記出力電圧Vd をツェナー電圧VZ に沿うように
制御するものである。より具体的には、コンパレータ1
1は、電圧Vd と所定の電圧として設定されたツェナー
電圧VZ とを比較判別し、その判別の結果、電圧Vd
値がツェナー電圧VZ より高い場合には信号を出力せ
ず、電圧Vd の値がツェナー電圧VZ 値より低い場合に
信号を出力する。
【0015】このようなコンパレータを使用する際、入
力信号に若干のノイズが含まれていると、基準電圧の近
傍では出力信号が安定せず、一種のチャタリングのよう
にパルスを発生させてしまうことがあるので、その防止
のためにコンパレータにヒステリシスを機能を持たせる
ことが好ましい。この実施例では、基準電圧となるツェ
ナー電圧VZ に一定の幅(ヒステリシス電圧)を持たせ
ることにより、コンパレータ11は、電圧Vd の値が上
昇してヒステリシス電圧を越えたときには、信号を出力
を停止し、逆に電圧Vd の値が下降してヒステリシス電
圧を下回ったときには、反転して出力を発生するように
なる。
【0016】次に、コンパレータ11からの出力信号
は、抵抗14を介してトランジスタ13のベースに供給
される。制御手段としてのトランジスタ13は、ベース
電流の有無によってオン・オフされるスイッチとして働
く。このトランジスタ13のエミッタとベースとの間に
は、もう1つの抵抗15が接続されている。トランジス
タ13のコレクタ側には、ダイオード16を介してコン
デンサ17の一端が接続され、コンデンサ17の他端は
基準電位(アース)に接続されている。
【0017】以上の回路構成において、コンパレータ1
1からの出力がある場合、すなわちトランジスタ13に
ベース電流が生じたときは、トランジスタ13がオンと
なり、そのエミッタ−コレクタ間を電流が流れるので、
コンデンサ17をチャージすると共に前記出力電圧Vd
の値が徐々に上昇することになる。
【0018】逆にコンパレータ11からの出力がない場
合、すなわちトランジスタ13にベース電流がない場合
には、トランジスタ13がオフとなるので、チャージさ
れていたコンデンサ17から抵抗RS 及びトランジスタ
21へ電流iO が流れるので、前記出力電圧Vd 値は徐
々に下降することになる。
【0019】ここで、上記電圧Vd 、ツェナー電圧VZ
及び制御手段としてのトランジスタ13のオン・オフの
関係を、図2に示す。
【0020】図2(A)では、横軸に時間t,縦軸に電
圧Vd をとって電圧Vd とツェナー電圧VZ の関係を示
している。まず、基準電圧のツェナー電圧VZ は一定の
値となる。上記電圧Vd は徐々に変化するが、その変化
は、前述のようにヒステリシス電圧2hの範囲内に納ま
るように制御される。
【0021】図2(B)は、この時のトランジスタ13
のオン・オフの切換状態を示す。詳細には、Vd <VZ
−h のときトランジスタ13がオンとなり、Vd >V
Z +hのときトランジスタ13がオフとなるような信号
が、コンパレータ11から出力される。そして、結果的
に(A)に示すように、電圧Vd が(VZ −h)と(V
Z +h)の範囲内に納められる。
【0022】再び図1を参照すると、トランジスタ13
のコレクタ側はダイオード16を介してコンデンサ17
に接続される一方、ダイオード16の一端(カソード
側)は、上記のツェナーダイオード12、コンパレータ
11の−入力端子及び抵抗18を介して接地されてい
る。従って、電源電圧をVEX、トランジスタ13のエミ
ッタ−コレクタ間の電圧をVCE' 、ダイオード16の順
方向電圧をVF 、抵抗18の電圧をVR とすると、ツェ
ナー電圧VZ は、 VZ =VEX−VCE' −VF −VR で表わされる。すなわち、ツェナー電圧VZ は常に電源
電圧VEXより低い電圧となる。
【0023】そして、抵抗RS に電流iO が流れて生じ
る電圧VS 、トランジスタ21のエミッタ−コレクタ間
の電圧VCE、及び外部負荷ZL で生じる電圧VL から、
総供給電圧VP は、 VP =VS +VCE+VL … で表わされる。
【0024】他方、図3に示された従来例においては、
供給電圧は電源電圧VEXに等しいから、 VEX =VS +VCE+VL … である。
【0025】従って、今仮に、外部負荷ZL の負荷が0
であるとすると、式における供給電圧はVS +VCE
また、前述のようにVS +VCE=Vd である。この電圧
dは電源電圧VEXより低いツェナー電圧VZ に沿うよ
うに制御されているので、供給電圧の低下分は、 低下電圧=VEX−VP となる。
【0026】図2(C)は、このようなVEXとVP との
関係を示す。ここで、横軸は時間t、縦軸は電圧VP
値である。電源電圧VEXは常に一定の電圧であり、前述
のようにVP は実質的にVd の変化に対応するものであ
るから、図2(A)と同様の波形となって現れる。
【0027】この低下した電圧分は、出力電流が流れる
トランジスタ21のコレクタ・エミッタ間の電圧の低下
分にほかならないので、このトランジスタ21において
従来例より低下する消費電力は、 (VEX−VP)・iO
なる。従って、トランジスタの消費電力を常に低い状態
に保つことができる。
【0028】
【発明の効果】以上のように、本発明の定電流回路によ
れば、外部負荷が変化してもトランジスタにかかる電圧
を一定電圧範囲内に且つ低く保持できるので、トランジ
スタの消費電力を抑制して発熱量を少なくすることがで
きる。
【0029】また、トランジスタの消費電力を低くでき
ることから、従来使用していた放熱板等が必要なパワー
トランジスタを小型で安価なトランジスタに置き換える
ことができる。
【0030】また、従来の定電流回路においてトランジ
スタの消費電力の低減を実現するための制御手段とし
て、マイクロコンピュータのような特別な装置を用い
ず、トランジスタ等の回路素子を付加するだけでよいの
で、簡単且つ安価に発熱を抑えた定電流回路が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の定電流回路の回路図。
【図2】図1の定電流回路において出力電流が流れるト
ランジスタへの供給電圧と、当該トランジスタのオン・
オフとの対応関係を示す信号波形図。
【図3】従来例の定電流回路を示す図。
【符号の説明】
1…定電流回路、11…コンパレータ、12…ツェナー
ダイオード、13…電流制御用トランジスタ、14,1
5…抵抗、16…ダイオード、17…コンデンサ、18
…抵抗、21…トランジスタ、22…オペアンプ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電源から電圧が供給される抵抗(RS )と
    トランジスタ(21)を接続し、前記電源から前記抵抗
    及びトランジスタに流れる電流(iO )を定電流として
    外部負荷(ZL )に供給する定電流回路において、 前記抵抗及びトランジスタにかかる電圧(Vd )が前記
    電源の電圧(VEX)より低く設定された所定の電圧(V
    Z )より高いか否かを判別する比較手段と、 該比較手段の判別結果に基づいて前記抵抗及びトランジ
    スタへの電流(iO )の供給を制御する制御手段とを備
    えたことを特徴とする定電流回路。
  2. 【請求項2】前記比較手段は、前記抵抗及びトランジス
    タにかかる電圧(Vd )が入力される第1の入力端子と
    前記所定の電圧(VZ )が入力される第2の入力端子と
    を有するコンパレータ(11)で構成され、前記制御手
    段は、該コンパレータからの出力に応じてオン又はオフ
    になるトランジスタ(13)で構成されていることを特
    徴とする請求項1記載の定電流回路。
JP18077696A 1996-07-10 1996-07-10 定電流回路 Pending JPH1027029A (ja)

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