JPH11285241A - 定電流装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池の電圧が降下しても定電流回路を使える
ようにする。 【解決手段】 電池Ｂが接続される電源入力３，３’と
スイッチング出力端間４に直列にリアクトルＬを設け、
そのリアクトルＬの接続点と他方の電源入力３’間にス
イッチング手段Ｑ１を設けた昇圧型スイッチングレギュ
レータ１の出力に、電流制御手段Ｑ２と抵抗Ｒ１からな
る定電流回路２を接続する。また、前記定電流回路２の
電流制御手段Ｑ２と抵抗Ｒ１の接続点ａをスイッチング
レギュレータ１のコンパレート手段ｃｏｍに接続する。
そして、コンパレート手段ｃｏｍが前記接続点ａの電圧
Ｂが低下すると、前記スイッチングレギュレータ１を作
動することにより、電池Ｂの電圧が高いときには、スイ
ッチングレギュレータ１を停止し、電池Ｂから直接負荷
ＲＬに定電流を供給するようにして、電池Ｂの電圧が降
下しても定電流回路を長時間使えるようにする。

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、昇圧型スイッチ
ングレギュレータ（ステップアップコンバータ）を用い
た定電流回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】定電流回路は、例えば、図４に示すよう
に、電流制御手段Ｔｒ、定電圧源Ｖｚ抵抗Ｒ１とで構成
され、ＩｅとＶｚとは、 Ｉｅ＝Ｖｚ−Ｖｂｅ／Ｒ１ であり、このとき、Ｉｅ≒Ｉｃなので、負荷ＲＬに一定
の電流を流すことができる。

【０００３】このような定電流回路は、電子回路を構成
する重要な要素であり、さまざまな回路で見受けられ
る。例えば、電池駆動のポータブル機器にも使用されて
いる。

【０００４】ところで、上記の電池で駆動されるポータ
ブル機器では、電流制御手段Ｔｒが正常に動作するため
には、電池の電圧が定電圧源Ｖｚよりも高い必要があ
る。

【０００５】そのため、このようなポータブル機器で
は、使用中の電圧低下も考慮して電池の電圧を定電圧源
Ｖｚよりも充分高くしておかねばすぐに使用できなくな
る。

【０００６】したがって、電池の個数を多くするか、電
圧の高い高価な電池を使う必要があった。このとき、電
池の個数を多くすると形状が大きく重くなり、特別な電
池を使うとコストが高くなる。

【０００７】この問題を解決する方法として、図５に示
すように、電流制御手段ＴｒにＦＥＴを使う方法が考え
られるが、取り出せる電流がＦＥＴの特性で限られると
いう問題がある。

【０００８】また、他の方法として、ＤＣ−ＤＣコンバ
ータを用いて電源電圧を引き上げる方法が考えられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ＤＣ−ＤＣコンバータを用いる方法では、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータによる電力の消費がある。そのため、電池駆動
のポータブル機器にとっては不利であり、定電流回路の
ためだけにＤＣ−ＤＣコンバータを用いることができな
いという問題があった。

【００１０】そこで、この発明の課題は、電池の個数を
多くせずに、無駄な電力消費を少なくし、そして長時間
使えるようにすることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１では、一方の電源入力とスイッチング出力
端間にリアクトルとダイオードが直列に接続され、その
リアクトルとダイオードの接続点と他方の電源入力間に
スイッチング手段が接続されて、前記スイッチング手段
のスイッチングの許可をコンパレート手段への入力電圧
によって制御するようにした昇圧型スイッチングレギュ
レータと、抵抗と電流制御手段とを直列に接続し、前記
電流制御手段の制御端子に定電圧を印加した定電流回路
とからなり、前記スイッチングレギュレータの一方の出
力と定電流回路の抵抗端を接続し、スイッチングレギュ
レータの他方の出力と定電流回路の電流制御手段端とを
負荷を介して接続するとともに、前記定電流回路の電流
制御手段と抵抗の接続点をスイッチングレギュレータの
コンパレート手段に接続し、前記コンパレート手段が接
続点の電圧が低下した際に、前記スイッチング手段のス
イッチングを許可する構成を採用したのである。

【００１２】このような構成を採用することにより、ス
イッチングレギュレータは、定電流回路の電流制御手段
と抵抗の接続点の電圧によって昇圧を行うか否かが制御
されており、入力電源の電圧が十分に高く、定電流回路
が所定の電流を負荷に供給し、接続点の電圧が所定値と
なるとスイッングを禁止する。逆に、入力電源の電圧が
低下し、定電流回路が所定の電流を負荷に供給できなく
なり、接続点の電圧が低下すると、スイッチングを許可
する。

【００１３】すなわち、入力電源の電圧の高い間は、リ
アクトルを介して直接定電流回路に入力電圧が印加さ
れ、負荷に定電流を供給する。

【００１４】一方、入力電源の電圧が低下すると、スイ
ッチングレギュレータが入力電圧を昇圧し、昇圧した電
圧が定電流回路に印加され、負荷に定電流を供給する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００１６】図１に第１実施形態として、この発明に係
る定電流装置のブロック図を示す。

【００１７】定電流装置は、図１に示すように、昇圧型
スイッチングレギュレータ１と定電流回路２とで構成さ
れている。

【００１８】昇圧型スイッチングレギュレータ１は、リ
アクトルＬ、トランジスタやＦＥＴなどのスイッチング
手段Ｑ１、フライホイールダイオードＤ１と制御回路１
ａとで構成されている。

【００１９】すなわち、リアクトルＬとダイオードＤ１
は直列に接続され、＋電源入力端３とスイッチング出力
端４間に直列に接続されている。また、前記リアクトル
ＬとダイオードＤ１の接続点と−電源入力３’にスイッ
チング手段Ｑ１が接続されており、スイッチング手段Ｑ
１のベース回路は制御回路１ａと接続されている。その
ため、スイッチング手段Ｑ１は制御回路１ａからのスイ
ッチング信号でオン・オフすると、電源よりも高いステ
ップアップ電圧を出力できるようになっている。

【００２０】制御回路１ａは、前記スイッチング手段Ｑ
１のスイッチングを許可するためのコンパレート手段ｃ
ｏｍを有している。

【００２１】コンパレート手段ｃｏｍのプラス入力は基
準電源ｒｅｆと接続され、マイナス入力には定電流回路
２からの電圧が印加されるようになっている。このた
め、コンパレート手段ｃｏｍは、基準電圧と前記電圧と
を比較し、前記電圧＜基準電圧の場合は、スイッチング
手段Ｑ１のスイッチングを許可し、前記電圧＝基準電圧
の場合には、スイッチング手段Ｑ１スイッチングを禁止
する。

【００２２】定電流回路２は、トランジスタやＦＥＴな
どの電流制御手段Ｑ２、抵抗Ｒ１、定電圧回路Ｖｚとか
らなり、電流制御手段Ｑ２と抵抗Ｒ１とを直列に接続
し、電流制御手段Ｑ２の制御端子ｂに定電圧回路Ｖｚを
接続した構成となっており、 Ｉｅ＝Ｖｚ−Ｖｂｅ／Ｒ１ で示す電流を流すようになっている。

【００２３】この電流制御手段Ｑ２と抵抗Ｒ１とを接続
した直列回路からなる定電流回路２は、その直列回路の
抵抗端側をスイッチングレギュレータ１のマイナス出力
端と接続し、電流制御手段端側を負荷ＲＬを介してスイ
ッチングレギュレータ１のプラス出力端と接続してあ
る。

【００２４】また、前記直列回路の電流制御手段Ｑ２と
抵抗Ｒ１の接続点ａをスイッチングレギュレータ１の制
御回路１ａのコンパレート手段ｃｏｍのマイナス入力と
接続してある。

【００２５】このとき、図示してないが、例えば、接続
点ａをコンパレート手段ｃｏｍのマイナス入力と分圧抵
抗などを介して接続するか、あるいはコンパレート手段
ｃｏｍのプラス入力の基準電源を調整し、抵抗Ｒ１に所
定の電流が流れたときに、接続点ａの電圧がスイッチン
グレギュレータ１のコンパレート手段ｃｏｍの基準電圧
よりも高くなるように設定すれば、コンパレート手段ｃ
ｏｍの入力にヒステリシスを与えて、スイッチングレギ
ュレータ１のオン・オフ切換え時のバタツキを押さえる
ことが可能である。

【００２６】なお、Ｃはフィルタコンデンサである。

【００２７】この形態は、以上のように構成されてお
り、図１に示すように、スイッチングレギュレータ１の
＋電源入力端３と−電源入力端３’に電池Ｂを接続し、
スイッチングレギュレータ１のプラス出力端と定電流回
路２の電流制御手段Ｑ２端に負荷ＲＬを接続する。

【００２８】すると、電池ＢからリアクトルＬ、ダイオ
ードＤ１、負荷ＲＬ、電流制御手段Ｑ２を介して電流が
抵抗Ｒ１に流れる。そして、電流制御手段Ｑ２と抵抗Ｒ
１の接続点ａの電圧がコンパレート手段ｃｏｍのマイナ
ス入力に入力され、プラス入力の基準電圧と比較され
る。

【００２９】このとき、電池Ｂの電圧が十分高く、抵抗
Ｒ１が決められた所定の電流を流すことができると、接
続点ａの電圧は基準電源ｒｅｆの電圧より高くなる。そ
のため、制御回路１ａによってスイッチング手段Ｑ１の
スイッチングが禁止される。

【００３０】その結果、負荷ＲＬには、電池Ｂから直接
電流が供給され、スイッチングレギュレータ１による電
池Ｂの消耗を最小限に押さえられる。

【００３１】いま、負荷ＲＬへの電流の供給に伴って電
池Ｂの電圧が降下し、抵抗Ｒ１が決められた所定の電流
を流すことができなくなると、接続点ａの電圧は基準電
源ｒｅｆの電圧より低くなる。そのため、制御回路１ａ
によってスイッチング手段Ｑ１のスイッチングが許可さ
れ、電池Ｂの電圧を昇圧する。

【００３２】その結果、抵抗Ｒ１が決められた所定の電
流を流すことができるようになり、負荷ＲＬに定電流を
供給することができる。

【００３３】このように、この定電流装置は、無駄な電
力消費を少なくし、電池Ｂの電圧が降下した場合に昇圧
して長時間使えるようにできる。

【００３４】したがって、電池の個数を多くしたり、高
価な電池を使う必要がなく、コストを安くし、かつ、形
状を小さく軽くすることができる。

【００３５】図２に第２実施形態として定電流回路２を
電流ソース型にしたものを示す。

【００３６】第１実施形態では、負荷ＲＬから一定電流
を吸収する電流シンク型のものを示したが、この形態で
は、負荷ＲＬに電流を流し込む用途に使用できる電流シ
ンク型のものを示したものである。

【００３７】すなわち、スイッチングレギュレータ１の
一方の出力端（プラス出力）４と、定電流回路２の抵抗
Ｒ１端を接続し、他方の出力（マイナス出力）と定電流
回路２の電流制御手段Ｑ２端とを負荷ＲＬを介して接続
するようにしてある。

【００３８】他の構成及び作用については第１実施形態
と同様なので、その説明は省略する。

【００３９】図３に第３実施形態を示す。

【００４０】この形態は、本願発明の定電流装置を乾電
池から二次電池（例えば、携帯電話などの二次電池）に
充電する充電器に適用したものを示してある。

【００４１】図中、符号１ａは、汎用のスイッチングレ
ギュレータ用ＩＣで、第１実施形態で述べたコンパレー
タ入力を有する制御回路である。符号Ｌはリアクトル、
Ｑ１はスイッチングトランジスタ、Ｄ１はフライホイー
ルダイオードで、昇圧型スイッチングレギュレータ１を
構成する。

【００４２】また、Ｃ５はフィルタコンデンサ、１７と
１８は負荷ＲＬを接続するための接続端子である。

【００４３】Ｑ２は電流制御用トランジスタ、Ｒ１は抵
抗、Ｄ３とＤ４は定電圧を電流制御用トランジスタのベ
ース回路に供給するためのダイオードで、これらの素子
により定電流回路２を構成する。

【００４４】なお、Ｄ２は保護用のツェナーダイオー
ド、Ｒ３は分圧用抵抗、Ｑ４，Ｒ９，Ｒ８は表示用の回
路である。

【００４５】このように構成される充電器では、＋電源
入力端３と−電源入力端３’に乾電池Ｂを接続し、端子
１７と１８にそれぞれ二次電池のプラス端子とマイナス
端子を接続する。

【００４６】スイッチＳＷをオンにすると、乾電池Ｂか
らの電流がリアクトルＬ、フライホイールダオードＤ
１、二次電池、電流制御用トランジスタＱ２を介して抵
抗Ｒ１に流れ、電流制御用トランジスタＱ２と抵抗Ｒ１
の接続点ａの電圧がスイッチングレギュレータ用ＩＣ１
ａに入力され、内蔵の基準電圧と比較される。

【００４７】このとき、乾電池Ｂの電圧が十分高く、抵
抗Ｒ１が決められた定電流を流すことができ、接続点ａ
の電圧が基準電圧より高くなると、スイッチングレギュ
レータ用ＩＣ１ａによるスイッチングトランジスタＱ１
のスイッチングが禁止され、オフとなる。

【００４８】そのため、二次電池には、乾電池Ｂから直
接定電流を供給することができ、乾電池Ｂの消耗を最小
限に押さえられる。

【００４９】いま、充電に伴って乾電池Ｂの電圧が降下
し、抵抗Ｒ１が決められた定電流を流すことができなく
なり、接続点ａの電圧が基準電圧より低くなると、スイ
ッチングレギュレータ用ＩＣ１ａによるスイッチングト
ランジスタＱ１のスイッチングが許可される。すると、
電圧が上昇し、上昇した電圧によって抵抗Ｒ１が決めら
れた定電流を流すことができるようになる。このよう
に、電池Ｂの電圧が低下しても定電流でもって二次電池
を充電することができるので、充電も短時間で行える。

【００５０】また、こうして、無駄な電力消費を少なく
し、電圧が低下しても充電することができるので、電池
も少なくて済み、小型軽量が図れるので、このようなポ
ータブル用の充電回路として使用するのにも適してい
る。

【００５１】なお、この形態では、充電器に適用した場
合について述べたが、これに限定されるものではなく、
例えば、定電流駆動の適したランプやＬＥＤの点灯回路
やその他の駆動回路の電源として用いたり、回路内での
定電流回路として用いることができるのは明白である。

【００５２】また、実施形態では、正の電流を供給する
ものについて述べたが、負の電流を供給するものにも適
用できる。

【００５３】

【発明の効果】この発明は、上記のように構成し、電池
の電圧が高いときは、電池から直接負荷に定電流を供給
し、電池の電圧が降下したときには、電池の電圧を昇圧
して定電流を負荷に供給できるようにしたので、無駄な
電力消費を少なくし、長時間にわたって（電池の個数を
多くせずに）定電流を供給することができる。

【００５４】また、電圧の高い高価な電池を使う必要も
なくなり、コストを引き下げることもでき、電池の個数
を少なくできるので、ポータブル機器の形状を小さく軽
くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のブロック図

【図２】第２実施形態のブロック図

【図３】第３実施形態のブロック図

【図４】従来例の定電流回路

【図５】従来例の定電流回路

【符号の説明】

１ 昇圧形スイッチングレギュレータ ２ 定電流回路 ３ ＋電源入力 ３’ −電源入力 ４ スイッチング出力端 １ａ 制御回路 ａ 接続点 ｂ 制御端子 ｃｏｍ コンパレート手段 ｒｅｆ 基準電源 Ｑ１ スイッチング手段 Ｑ２ 電流制御手段 Ｒ１ 抵抗 ＲＬ 負荷

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の電源入力とスイッチング出力端間
   にリアクトルとダイオードが直列に接続され、そのリア
   クトルとダイオードの接続点と他方の電源入力間にスイ
   ッチング手段が接続されて、前記スイッチング手段のス
   イッチングの許可をコンパレート手段への入力電圧によ
   って制御するようにした昇圧型スイッチングレギュレー
   タと、 抵抗と電流制御手段とを直列に接続し、前記電流制御手
   段の制御端子に定電圧を印加した定電流回路とからな
   り、 前記スイッチングレギュレータの一方の出力と定電流回
   路の抵抗端を接続し、スイッチングレギュレータの他方
   の出力と定電流回路の電流制御手段端とを負荷を介して
   接続するとともに、前記定電流回路の電流制御手段と抵
   抗の接続点をスイッチングレギュレータのコンパレート
   手段に接続し、前記コンパレート手段が接続点の電圧が
   低下した際に、前記スイッチング手段のスイッチングを
   許可することを特徴とする定電流装置。