JPS595925B2 - 定実効電圧調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は変動する入力電圧から実効電圧が一定の出力電
圧を得る電圧調整装置に関するものである。

従来周知の定実効電圧調整装置を第１図及び第２図に示
す。

ここで、第１図のものは自動車等のフユーエルゲージ、
エンジン水温計等の電源として用いる接点式の実効電圧
調整装置であり、ヒータ５によりバイメタル６を熱して
接点４を開閉し、この接点４を通してヒータＴを熱し、
このヒータ７の発熱量に応じて変形するバイメタル８に
より、メータ指針９を動かすものである。

なお１０はガソリン量、エンジン水温等を検出するため
の可変抵抗器で、フロートに連動したボリウム、ラジエ
ータタンク内に設置したサーミスタ等である。１１はキ
ースイッチである。

この接点式の装置では、接点４を使用しているためどう
しても寿命が短かくなり、またバイメタル６の熱ひずみ
を利用しているため、接点４の断続周期が長くてメータ
指針９等を駆動するとき針振れが生じ易く、さらには接
点４が断続する場合に有害なノイズを発生するといつた
欠点があつた。

第２図のものはトランジスタ式の定電圧調整装置の場合
であり、この場合出力電圧は一定であるからその実効電
圧も一定となる。この装置は出力が直流であるのでノイ
ズや針振れは発生しないが、１、２端子間の入力電圧と
３、２端子間の出力電圧の差電圧がトランジスタ１２に
加わりトランジスタ１２の発熱が大きく、さらに電源投
入直後から出力には定電圧が発生するから、メータゲー
ジに使用したときメータゲージのメータ指針の立上りが
遅くなるという欠点があつた。本発明は上記欠点を解消
するものであり、無接点式の半導体回路を使用して、変
動幅の広い入力電圧から一定の実効電圧を持つ矩形波状
出力電圧を発生し、さらに電源投入時においては所定時
間中ほぼ入力電圧に等しい出力電圧を発生して、バイメ
タル式ゲージ等の負荷の立ち上りをはやめることのでき
る定実効電圧調整装置を提供することを目的とするもの
である。

以下図に示す一実施例について本発明を説明する。

第３図において、１は入力端子、２は接地端子、３は出
力端子、１３はコンデンサで、トランジスタ１５の断続
時に発生するリンキングおよび入力電源ノイズを吸収し
て後段の制御回路の発振および誤動作を防止するもので
ある。１４はトランジスタで、トランジスタ１５と共に
ダーリントン接続されている。

１６はダイオードで、入力端子１、接地端子２間に逆向
きに電源を加えた場合、トランジスタ１５のベースから
コレクタに向つて制御電流を流し、これにより本来のコ
レクタをエミツタとして、エミツタをコレクタとして働
かせ、トランジスタ１５を導通させるものであり、トラ
ンジスタ１５の本来のベース・エミツタ間が電源の逆接
続による過大電流により容易に破壊することを防止する
ものである。

１７は抵抗器、１８はトランジスタで、このトランジス
タの導通、遮断によりトランジスタ１５を導通、遮断さ
せるものである。

さらにこのトランジスタ１８はモノリシツクＩＣ中に作
られたサブストレートＰＮＰトランジスタであり、従つ
てベース・エミツタ間の耐圧は通常のＮＰＮトランジス
タに比べてはるかに大きく、誤つて電源を逆向きに接続
した場合でも破壊する恐れはない。１９，２０はトラン
ジスタ、２１，２２はモノリシツクＩＣ中に作られたマ
ルチコレクタトランジスタであり、マルチコレクタトラ
ンジスタ２１の一方のコレクタはトランジスタ２０のコ
レクタとトランジスタ１９のベースとに接続されており
、定電流を供給する働きをしているから、トランジスタ
２０のコレクタ抵抗器、トランジスタ１９のベース抵抗
器は設けられていない。

同じくマルチコレクタトランジスタ２２の一方のコレク
タにも導通時には定電流が流れて、トランジスタ２０に
ベース電流を供給する。２３，２４，２５，２６，２７
，２８，２９，３０は抵抗器、３１はダイオード、３２
，３３はトランジスタで、両トランジスタのベースを共
通にしているから、トランジスタ３３に流れるコレクタ
電流はトランジスタ３２のコレクタ電流とほぼ等しくな
つており、さらにトランジスタ３２のコレクタ電流はほ
ぼ一定であるから、トランジスタ３３のコレクタ電流も
また一定である。

３４はノ ツエナーダイオードで、そのツエナ一電圧がマルチコレ
クタトランジスタ、抵抗器２６、ダイオード３１、抵抗
器２７、抵抗器２８、トランジスタ３２、抵抗器２９の
直列回路の両端に加わつているから、トランジスタ３２
に流れるコレクタ電流およびマルチコレクタトランジス
タ２１の抵抗器２６に接続されたコレクタへ流れる電流
が一定となり、従つてマルチコレクタトランジスタ２１
のもう一方のコレクタ電流も一定となるのである。

３５，３６はトランジスタで、一方のトランジスタが導
通すれば他方のトランジスタが遮断するようになつてい
る。

３７，３８はツエナーダイオード、３９はトランジスタ
で、そのベースはツエナーダイオード３７，３８、抵抗
器２４を通して入力端子１に接続され、そのコレクタは
トランジスタ１８のベースに接続されているから、入力
端子１、接地端子２間に所定値以上の高電圧が加われば
導通してトランジスタ１８を導通、従つてトランジスタ
１５を遮断し、これにより過大な負荷電流が流れること
によるトランジスタ１５の破壊を防止している。

４０，４１，４２，４３は抵抗器、４４はダイオード、
４５はコンデンサで、その一端はトランジスタ３６のベ
ースに接続されており、このコンデンサの両端に現れる
電圧信号によりトランジスタ３６を導通、遮断するもの
である。

４６はトランジスタ、４７はダイオード、４８はコンデ
ンサで、電源を入力端子１、接地端子２間に投入してし
ばらくの間はトランジスタ４６を導通状態に保ち、それ
以後はトランジスタ４６を遮断するものである。

４９は出力トランジスタ回路で、トランジスタ１５，１
６、抵抗器１７から構成されるものである。

５０は出力トランジスタ保護回路で、ツエナーダイオー
ド３７，３８、トランジスタ３９から構成されている。

５１はスイツチング回路でトランジスタ３５，３６、マ
ルチコレクタトランジスタ２１，２２、トランジスタ１
８，１９，２０等から構成されており、出力トランジス
タ回路４９中のトランジスタ１５の導通、遮断を制御す
るものである。

５２は定実効電圧信号発生回路で、抵抗４０，４１，４
２，４３、ダイオード４４、コンデンサ４５から構成さ
れるコンデンサ４５への充放電回路であり、コンデンサ
４５の両端に発生する電圧信号によりスイツチング回路
５１を介して出力トランジスタ回路４９を駆動し、出力
端子３、接地端子２間に実効電圧一定の出力電圧を得る
ものである。

５３は初期動作制御回路で、電源投入後しばらくの間は
トランジスタ１５を導通状態に保持するものである。

５４はヒステリシスを有する差動増幅器で、スイツチン
グ回路５１の一部を構成するものである。

以上の構成要素のうち抵抗２４を除いた除りのスイツチ
ング回路５１、出力トランジスタ保護回路５０のすべて
、初期動作制御回路５３のコンデンサ４８を除いた部分
は、モノリシックＩＣとして１つの小さなチツプ中に形
成されている。上記構成をなす本発明定実効電圧調整装
置の作動について次に説明する。

いま出力端子３と接地端子２の間に負荷が接続されてい
る場合を考える。電源を入力端子１、接地端子２間に加
えると、トランジスタ１５がただちに導通して負荷への
電力供給を開始する。同時にトランジスタ１５の出力側
に接続された抵抗器４０を通してトランジスタ４６への
電力供給が行われ、トランジスタ４６は導通する。トラ
ンジスタ４６が導通しているためコンデンサ４５の両端
子間電圧はほぼＯ電位となり、従つてトランジスタ３６
が遮断、トランジスタ３５が導通となる。トランジスタ
３５が導通しているため、マルチコレクタトランジスタ
２２は導通してトランジスタ２０にベース電流を供給し
、一方マルチコレクタトランジスタ２１はトランジスタ
２０へのコレクタ電流を供給するから、トランジスタ２
０が導通する。するとトランジスタ１９にはベース電流
が流れなくて遮断、トランジスタ１９を通してベース電
流を供給されるトランジスタ１８もこのために遮断、故
に抵抗器１７を通してトランジスタ１４へのベース電流
供給が可能となり、トランジスタ１４は導通、このトラ
ンジスタ１４とダーリントン接続されたトランジスタ１
５も導通する。トランジスタ４６からのベース電流によ
りコンデンサ４８の電位がしだいに上昇して所定値に達
すると、トランジスタ４６は遮断、従つてコンデンサ４
５の電位も上昇して所定値に達し、トランジスタ３６が
導通、トランジスタ３５が遮断となる。トランジスタ３
５が遮断しているからマルチコレクタトランジスタ２２
はベース電流が流れなくて遮断、故にトランジスタ２０
も遮断する。するとトランジスタ１９には、ノマルチコ
レクタトランジスタ２１からのベース電流が供給されて
導通し、従つてトランジスタ１８のベースにもトランジ
スタ１９を通してベース電流が供給され、トランジスタ
１８は導通する。

トランジスタ１８の導通によりコレクタ電流が抵抗器１
７を流れ、このためトランジスタ１４のベース電位は下
り、トランジスタ１４は遮断、トランジスタ１５もベー
ス電流が流れないから遮断する。このように本発明装置
では電源を投入してから所定時間の間、すなわちコンデ
ンサ４８が所定値に達してからコンデンサ４５が所定値
に達するまでの間はトランジスタ１３は導通状態を保持
して、負荷にほぼ入力電圧に等しい電圧を印加している
。電源投入後所定時間が経過してコンデンサ４８が所定
値以上に充電されると、もはやトランジスタ４６は導通
せず、従つてその後はコンデンサ４５への充放電によつ
て生ずるコンデンサ４５の端子電圧によりトランジスタ
３６が導通、遮断を繰り返す。コンデンサ４５への充電
電流は主としてトランジスタ１５の負荷側に接続された
抵抗器４０とダイオード４４の直列回路から供給されて
おり、従つてトランジスタ１５が導通時にはコンデンサ
４５の端子電圧は増加してゆく。トランジスタ１５が遮
断すると抵抗器４２，４３の直列回路を通してコンデン
サ４５の電荷は放電され、コンデンサ４５の端子電圧は
減少してゆく。故にトランジスタ１５が導通すれば、す
でに説明したように次にはトランジスタ３６が導通して
トランジスタ１５を遮断し、トランジスタ１５が遮断す
れば、次にはトランジスタ３６が遮断してトランジスタ
１５を導通させるという動作を繰り返し、負荷を接続し
た出力端子３、接地端子２の間に矩形波状の出力電圧信
号を発生する。ところで定実効電圧信号発生回路５２中
のコンデンサ４５の両端に表れる定実効電圧信号は負荷
に供給する矩形波状の出力電圧の実効値を一定にするよ
うにスイツチング回路５１を制御する信号であるので負
荷に供給される電圧の実効値は一定となる。

次に入力端子１、接地端子２間に所定値以上の異常な高
電圧が加わつた場合を考える。

このときにはツエナーダイオード３７，３８の直列回路
を通してトランジスタ３９のベース電位が土昇し、トラ
ンジスタ３９が導通する。するとトランジス夕１８はト
ランジスタ３９を通してベース電流を供給されて導通し
、従つてトランジスタ１５は遮断する。このように出力
トランジスタ保護回路５０はトランジスタ１５を遮断し
て、高電圧時の過大電流によりトランジスタ１５が破壊
することを防止している。さらに誤つて電源のプラス側
を接地端子２に、マイナス側を入力端子１に接続した場
合について考える。

接地端子２から負荷を通してトランジスタ１５には逆方
向の電圧が加わり、ダイオード１６を通してトランジス
タ１５の本来のコレクタに向つてベースから電流が流れ
る。この電流によりトランジスタ１５の本来のエミツタ
から本来のコレクタに向つて電流が流れ、トランジスタ
１５ぱ導通する。このトランジスタ１５の逆方向耐圧は
１０Ｖ前後のものを使用しているため、電源電圧がまと
もに加われば、破壊を免れないところであるが、トラン
ジスタ１５はダイオード１６の働きにより、本来のコレ
クタとエミツタとがそれぞれ見かけ上のエミツタ、コレ
クタとして作用して導通し、このため電源電圧の大部分
は負荷に加わつて、トランジスタ１５は破壊を免れるこ
とができる。電源の逆接続時には抵抗器１７を通してト
ランジスタ１８にも逆方向の電源電圧が加わるが、すで
に述べたようにトランジスタ１８はベース・エミツタ間
の耐圧が極めて大きなサブストレートＰＮＰトランジス
タであるため、やはり破壊はしない。さらにこのときツ
エナーダイオード３４が導通するから、トランジスタ１
９，２０，３９，４６、差動増幅器５４にはほぼＯ電位
しか加わらず、まつたく破壊の心配がない。このように
本発明装置は電源の逆接続に対しても完全な保護対策が
施されて（・る。次に定実効電圧信号発生回路により定
実効電圧信号が発生する機構について説明する。

差動増幅器５４のトランジスタ３６のベースに加わり、
トランジスタ３６が導通するときの検出電圧をＶＯｌヒ
ステリシスを△Ｖ、入力端子１、接続端子２間へ加わる
入力電圧をＶ、トランジスタ１５の導通時の電圧降下を
ＶＴ、抵抗器４０，４１，４２，４３の抵抗値をそれぞ
れＲ１、ＲＯ．Ｒ２、Ｒ３コンデンサ４５の容量をＣ、
トランジスタ１５が遮断ノ している時間をＴＯＦＦ、
導通している時間をＴＯＮ、ダイオード４４の順方向電
圧降下をＤとし、△Ｖ〈〈ＶＯと選ぶ。トランジスタ１
５の導通時のヒステリシス△Ｖはトランジスタ１５の遮
断時のヒステリシス△Ｖは（１）式より（２）式より 出力電圧の実効電圧Ｖは であるから、（３）式に（１′）（２○を代入して（４
）式は？ＶＯ＋１０Ｖ０の近辺で広い範囲の入力電圧Ｖ
に対して一定値となるから、抵抗値ＲＯ，．Ｒ３を？＋
１０となるように選べば出力電圧の実効値を一定にする
ことができる。

第４図は？＝１０としたときの本発明装置の実験結果で
あり、入力電圧Ｖが９Ｖから１９Ｖの広い範囲に変化し
た場合でも出力電圧の実効値は一定となつている。

なお上記実施例においては、トランジスタ３６のベース
をコンデンサ４８が所定値まで充電するに要する時間だ
け短絡してトランジスタ１５を導通するように初期動作
制御回路を構成しているが、この他にもシユミツト回路
等を利用してトランジスタ３６のベースとは限らない他
の部分を制御してトランジスタ１５の遮断を行うように
初期動作制御回路を構成することは容易である。

以上述べたように第１番目の発明においては、メータ指
針を有するバイメタル式計器を駆動するにあたつて、電
源投入時には初期動作制御回路により所定時間の間出力
トランジスタ回路を導通状態に保持し、一定状の出力電
圧をバイメタル式計器内の発熱手段に印加させて急速に
バイメタルを加熱しているから、電源投入直後のメータ
指針の立ち上りを十分早くでき、かつその後は、制御回
路の働きにより電源変動してもバイメタル式計器に印加
する矩形波状の出力電圧の実効電圧が一定となるように
出力トランジスタ回路を断続制御しているから、発熱手
段からの発熱量を安定にして計器の針振れを防止でき、
しかも出力トランジスタ回路は非増幅領域で作動するた
め出力トランジスタの発熱を極めて少なくできるように
Ｌ？という優れた効果がある。

第２番目の発明においては、出力トランジスタ保護回路
を備えているから、入力電圧として異常な高電圧が加わ
つた場合に、出力トランジスタ回路を遮断して負荷電流
の供給を停止することができ、従つて過大電流による出
力トランジスタ回路の破壊を防止できるという優れた効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の定実効電圧調整装置の電気
結線図、第３図は本発明になる定実効電圧調整装置の電
気結線図、第４図は第３図図示装置の特性図である。 ４９・・・・・・出力トランジスタ回路、５０・・・・
・・出力トランジスタ保護回路、５１・・・・・・スイ
ツチング回路、５２・・・・・・定実効電圧信号発生回
路、３３・・・・・・初期動作制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ メータ指針を有するバイメタル式計器と電源との間
   に挿入されこの電源からの入力電圧を断続して矩形波状
   の出力電圧を前記バイメタル式計器内の発熱手段に印加
   する出力トランジスタ回路と前記入力電圧の変動に対し
   前記矩形波状の出力電圧の実効電圧を一定とするように
   前記出力トランジスタ回路を断続制御する制御回路と、
   電源投入後所定時間の間前記出力トランジスタ回路を導
   通状態に保持して一定状の出力電圧を前記発熱手段に印
   加させる初期動作制御回路とを備えたことを特徴とする
   定実効電圧調整装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の定実効電圧調整装置
   において、所定値以上の高電圧が入力として加わつたと
   きに作動して前記出力トランジスタ回路に負荷電流が流
   れるのを防止する出力トランジスタ保護回路を備えたこ
   とを特徴とする定実効電圧調整装置。