JPS6113318A

JPS6113318A - 定電流電源回路

Info

Publication number: JPS6113318A
Application number: JP13324984A
Authority: JP
Inventors: Toru Koyashiki; 小屋敷　徹; Kazuya Suzuki; 和也鈴木
Original assignee: Origin Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Origin Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1984-06-29
Filing date: 1984-06-29
Publication date: 1986-01-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、定電流電源回路に関するものであり、更に詳
しくは、定電流に維持するための制御信号の伝達手段と
してフォトカップラを使用し、かつ、出力電圧が過電圧
になることを防止する過電圧保護機能を備えた定電流電
源回路に関するものである。

〔従来の技術〕

第７図は従来の定電流電源回路を示す回路図である。同
図において１．１′は入力端子、２は定電流電源の主回
路（電源回路）、３は出力電流検出用素子としてのイン
ピーダンス素子（例えば抵抗）、４は負荷、５は検出用
素子３による検出信号を基準電圧６と比較しその差を比
較増幅器１０によって増幅する比較増幅回路、７．８は
比較増幅回路５の駆動用電源の取出し端子、９はフォト
カップラである。

動作は次の如くである。定電流電源の出力電流は、出力
電流検出用素子（抵抗）３を介して負荷４へ供給される
。このとき該検出用素子３に生ずる電圧降下を検出し、
比較増幅回路５で該電圧降下を基準電圧６と比較した後
、比較増幅器１０によりその差を増幅して制御信号とし
て発生させ、該制御信号をフォトカップラ９を介して定
電流電源の主回路２に帰還して、出力電流検出用素子３
に生ずる電圧降下を一定に保つような制御を行なうこと
により、出力電流を定電流化する動作を行なう。

また、比較増幅回路５の駆動用電源は、電流検出用素子
３の両端７，８より得ており、常に安定な直流定電流に
比例した電圧を駆動用電源として受けることができ、従
って従来の定電流電源回路は、安定でかつ簡易な電源回
路であったと云える。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上述の如き従来の定電流電源回路においては
、負荷抵抗が大となった時には、出力電圧を上昇させて
出力電流を一定電流に安定化するような制御が行なわれ
るため、出力が開放（負荷抵抗が無限大）となった場合
には、出力に過電圧が発生する。これは、装置構成上も
、また人体保安上も好ましくないことであるが、従来の
定電流電源回路では、このような出力の過電圧を抑制す
る機能がなく、不都合であるという問題があった。

そこで本発明は、上述の如き従来の定電流電源回路にお
ける不都合を解消することを目的とする。

［問題点を解決するための手段〕そこで本発明では、直流電力を出力する電源回路と、該
電源回路の出力側に直列接続されたインピーダンス素子
と、該素子の両端に発生する電圧を検出し或る第１の基
準電圧と比較してその差を増幅し出力する第１の比較増
幅回路と、該第１の比較増幅回路出力を第１の制御信号
として前記電源回路に伝達するフォトカップラを有し、
前記第１の比較増幅回路およびフォトカップラの駆動用
電源を、前記インピーダンス素子の両端電圧より得るよ
うにした定電流電源回路において、前記電源回路出力に
並列に電圧検出回路を設けると共に、その出力を第２の
比較増幅回路を介して前記フォトカップラに伝達するよ
うにした。

〔作用〕

作用は次の如くである。すなわち１．電圧検出回路によ
って検出した電源回路出力電圧を、第２の比較増幅回路
において、或る第２の基準電圧と比較した後、その差を
増幅して出力し、該出力を前記フォトカップラを介して
電源回路に伝達し、電源回路出力電圧が前記第２の基準
電圧によって決まる或る一定電圧を超えないように制御
する。このようにして過電圧抑制機能をもたせるわけで
ある。

〔実施例〕

次に図を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す回路図である。

同図において１１は電圧検出回路、１２は第２の比較増
幅器、１３．’１４は第２の比較増幅器用駆動電源の取
出し端子、１５は基準電圧である。そのほか、第７図に
おけるのと同じ要素には同じ符号が付しである。

第１図において、負荷４に電流が供給されると、出力電
流Ｔ　ｏｕｔに比例した電圧が出力電流検出用素子３の
両端に発生する。この電圧を検出し、第１の比較増幅器
１０で基準電圧６と比較した後の差を増幅し、フォトカ
ップラ９を介して該増幅出力を主回路２に定電流制御信
号として伝達し、出力電流を定電流に保つよう制御する
。

また、電圧検出回路１１は、出力電圧Ｖ。ｕｔを検出し
、その検出信号を第２の比較増幅器１２に供給する。第
２の比較増幅器では、出力電圧が、基準電圧１５によっ
て決まる一定値を超えないよう制御する過電圧抑制回路
としての動作を行なう。

このため第１および第２の比較増幅器１０．１２の各出
力をオア接続し、フォトカップラ９と直列接続している
。

このような回路構成において、負荷４を抵抗値０Ωから
無限大まで変化させた場合の定電流電源回路の動作を説
明する。

負荷４の抵抗値をＲ４とすると、Ｒ４−０Ωのとき、出
力電流検出用素子３に流れる電流は非常に大きくなろう
とする。このとき第１の比較増幅器１０の出力電圧が高
くなり、フォトカップラ９に大きな電流が流れるよ・）
構成されているわけであるから、このフォトカップラ９
に大きな電流が流れたことを受けて、主回路２は出力電
圧Ｖ０□を低下させて素子３に流れる電流値を、予め定
めた一定値に保つよう動作する。

したがって、負荷４の抵抗値Ｒ４の値を０Ωに比べて大
とすると第１の比較増幅器１ｏの出力電圧が低下しフォ
トカップラ９を流れる電流は小さくなり、このことを受
けた主回路２における制御動作により出力電圧ｖ００、
が上昇して、出力電流Ｉ０□は再び予め定めた一定値に
保たれるよう制御される（このとき、第２の比較増幅器
１２の出力電圧はまだ、第１の比較増幅器１０の出力電
圧よりも低い）。

負荷４の抵抗値Ｒ４の値をさらに大きな値とするとさら
に定電流電源の出力電圧ｖ、、□は上昇するが、電圧検
出口ｌｌ５ｌｌを介して帰還される出力電圧値が、第２
の比較増幅器１２において基準電圧１５よりも大となる
と、第２の比較増幅器１２の出力電圧が上昇する。

この電圧が第１の比較増幅器１０の出力電圧より高い場
合、第１図の回路構成においては、フォトカップラ９を
流れる電流は第２の比較増幅器１２の出力電圧によって
定まるため、これを受けた主回路２における制御動作に
より出力電圧Ｖ。ａｔの上昇は抑制される。負荷４の抵
抗値Ｒ４の値をさらに大きくすると、第２の比較増幅器
１２を介して構成される上述の制御系の動作によって出
力電圧Ｖ　ｏｕｔの値はほぼ一定値に保たれるため、定
電流電源の出力電流Ｉ　ｏｕｔが低下し、Ｒ，＝無限大
となると、出力電流１　ｏｕｔは０となる。

また、このとき出力電圧■。、は第２の比較増幅器１２
における基準電圧１５で定まる値に保たれており、出力
電圧Ｖ。□が過大電圧となるようなことはなく、良好な
過電圧保護特性が得られる。

以上が本実施例による定電流制御および過電圧保護動作
の説明である。

次に第１図において、比較増幅器１０および１２の駆動
電源について述べる。第１図に示すように第１の比較増
幅器１０の駆動電源は出力電流検出用素子３の両端から
、第２の比較増幅器１２の駆動電源は、定電流電源の出
力端からそれぞれ得ている。出力電圧が低下する負荷短
絡時は、第１の比較増幅器１０は出力電流検出用素子３
の両端から駆動電力を得て定電流制御を行なう。この状
態では過電圧抑制回路を動作させる必要はないので、第
２の比較増幅器１２の駆動電源となる出力電圧が低下し
ても問題はない。

一方、負荷開放時は、ある一定値に保たれている電源出
力電圧が、第２の比較増幅器１２の駆動電源として使用
され、過電圧保護動作が行なわれる。この状態では出力
電流は０であり、出力電流検出用素子３の両端電圧は０
となり、第１の比較増幅器１０に駆動電力は供給されな
いが、この状態は定電流制御を要求される状態ではない
ので問題はない。

このように、本実施例によれば比較増幅器１０および１
２ともその駆動用電源を得るための回路部品の付加は何
ら必要なく、また、入力電圧の大小や負荷側の条件に関
係なく安定した駆動用電源が得られ、良好な定電流特性
および過電圧保護特性を得ることができる。

第１Ａ図は、第１図に示した実施例の定電流特性および
過電圧保護特性を示した特性図である。

これについては改めて説明するまでもないであろう。

第２図は本発明の他の実施例を示す回路図である。同図
において、１６．１７．１８，１９．２０はそれぞれ抵
抗、２１はトランジスタ、２２はツェナーダイオードで
ある。

第２図においては、出力電流検出用素子３として、抵抗
１６を用い、比較増幅回路５をトランジスタ２１とツェ
ナーダイオード２２および抵抗１７．１８で構成し、定
電流制御用基準電圧としてトランジスタ２１のベース・
エミッタ間順方向しきい電圧ｖ０を、過電圧保護用の基
準電圧としてツェナーダイオード２２の降伏電圧ｖ２と
トランジスタ２１の前記しきい電圧Ｖ、Ｅの和を用いて
おり、回路動作は次の通りである。

まず、定電流制御時の動作について説明する。

抵抗１６の両端電圧を検出することにより、出力電流に
比例した信号電圧を得、この電圧を抵抗１７と１８で分
割し、抵抗１７の両端の電圧がトランジスタ２１の前記
しきい電圧Ｖｌｌ！よりも大きい場合には、トランジス
タ２１にコレクタ電流が流れ、抵抗１７の両端の電圧が
さらに大きくなろうとすると、このコレクタ電流もさら
に大きくなる。このように、出力電流に応じて変化する
制御信号がトランジスタ２１のコレクタ電流から作られ
、これがフォトカップラ９により主回路２に伝達される
。

このように、負荷４の抵抗値Ｒ１が小さいときは、定電
流電源回路の出力電圧は小さいので、過電圧保護回路を
動作させる必要はなく、抵抗１６を流れる電流を一定に
するようトランジスタ２１を動作させればよい。

次に、負荷４の抵抗値Ｒ４が大となり、過電圧保護動作
を行なう必要が生じた場合について説明する。

過電圧保護の動作電圧は、ツェナーダイオード２２の降
伏電圧■２とトランジスタ２１のしきい電圧■、との和
で決定され、出力電圧を抵抗１９および２０で分割して
得られる電圧値が、これらの和の電圧を超えないような
過電圧保護動作が行なわれる。すなわち、出力電圧を抵
抗１９と２０とで分割し、抵抗１９および抵抗１６の両
端電圧の和が、トランジスタ２１のしきい電圧■、とツ
ェナーダイオード２２の降伏電圧ｖ２の和より高い場合
には、抵抗２０．ツェナーダイオード２２および抵抗１
７を通して電流が流れ、これがトランジスタ２１のベー
スに流れる信号電流となる。

この信号電流をトランジスタ２１が増幅し、フォトカッ
プラ９を介して主回路２に伝達する。負荷４の抵抗値Ｒ
４が大となる程、フォトカップラ９を流れる電流値は大
となるので、定電流電源回路の出力電圧は小となるよう
制御される。

第２図の回路構成においては、Ｒ４−無限大で抵抗１６
を流れる電流が非常に小さいときは、定電流電源回路の
出力電圧によって、トランジスタ２１およびフォトカッ
プラ９等の制御回路を駆動し、逆に、Ｒ４−０Ωで出力
電圧が小さいときには抵抗１６の両端電圧によって制御
回路を駆動している。また、（０＜Ｒ４＜無限大）にお
いては、出力電圧と抵抗１６の両端電圧の和が駆動電源
として利用できる。

このように、第２図の実施例はとくに制御回路用の駆動
電源を付加することなく、良好な定電流特性および過電
圧保護特性を得るとことができるため、極めて部品数が
少なく低コスト化に適した定電流電源回路であるという
特徴がある。

しかし、一方、第２図におい°ζは、過電圧抑制のため
の検出電圧として、抵抗１９および１６の両端の電圧の
和を用いているため、負荷開放時など抵抗１６の両端電
圧が低下した場合など、抑制電圧が変動するという欠点
を内包している。

第３図は、本発明の別の実施例を示す回路図である。同
図に示す実施例は第２図におけるツェナ　。

−ダイオード２２をトランジスタ２３で置きかえ、比較
増幅回路５における過電圧保護動作用の基準電圧として
トランジスタ２３のベース・エミッタ間順方向しきい電
圧■、を用いるように構成したものである。

出力電圧が上昇し、抵抗１９の両端の電圧がトランジス
タ２３のしきい電圧ｖｌｌＥより高くなると、このこと
により発生する信号をトランジスタ２３により増幅し、
フォトカップラ９に伝達する。よって、第３図の実施例
では、過電圧抑制の基準となる設定電圧は抵抗１９．２
’Ｏおよびトランジスタ２３のしきい電圧Ｖ□によって
決まるので、設定電圧を出力電流にかかわらず一定とす
ることができる。また、抵抗２０を流れる電流が抵抗１
７を流れることもないので、定電流制御の精度を向上さ
せることができるという効果もある。

しかし、また一方で、第３図の実施例ではトランジスタ
２３のしきい電圧ＶＢＥを基準としているため、トラン
ジスタ２３のベース電流が変動すると、これにつれてし
きい電圧■１も変動し、過電圧保護の動作電圧レベルが
変動するという欠点がある。

第４図は本発明の更に他の実施例を示す回路図である。

同図において２４はツェナーダイオード、２５．２６は
負荷急変時等にフォトカップラ９に過大電流が流れるの
を防止するための抵抗である。

比較増幅回路５における過電圧保護用基準電圧として、
ツェナーダイオード２４の降伏電圧Ｖ２とトランジスタ
２３のベース・エミッタ間順方向しきい電圧ｖ０の和の
電圧を用いる構成を採っている。

これにより、トランジスタ２３のしきい電圧ＶＩＩＥは
ベース電流の変化により変動しようとしても、ツェナー
ダイオード２４の降伏電圧に対する電流変動は小さいた
め、第３図の実施例に比べ、さらに出力電圧の過電圧保
護のための基準電圧設定精度を高めることができる。

また、トランジスタのしきい電圧■。は温度に対して変
動する傾向を有しているが、トランジスタ２３のしきい
電圧ＶＩＩＥの温度特性に対して、ツェナーダイオード
２４の降伏電圧Ｖ２の温度特性が逆となるよう素子（ト
ランジスタならびにツェナーダイオード）選定を行なう
ことにより、温度変化に対する過電圧保護特性をも向上
させることができるという効果もある。

所で過電圧保護特性について付言すると、定電流電源は
、一般に電源の設置場所から遠く離れた地点へ給電を行
なう際にその遠隔の地点において用いられることが多く
、遠隔地で機器の保守を行う場合など、電源から機器を
切り離すことがある。

この際、電源の負荷は無限大Ωとなり、過電圧保護動作
状態となるが、出力電圧が負荷に供給する最大電圧で保
たれていたのでは、人体保安上問題となる場合があり、
このような場合には、負荷開放時、出力電圧を低下させ
るような保護動作を行う必要がある。

第５図は本発明の更に別の実施例を示す回路図である。

同図において、２７は抵抗である。この実施例において
、負荷電流が定電流で安定している時、抵抗２０を流れ
る電流は、抵抗１９と抵抗２７に分流している。ここで
、負荷４のインピーダンスが増大し、負荷電圧が過電圧
保護設定値より高くなって、抵抗２７の電圧が抵抗１６
の電圧とトランジスタ２３のしきい電圧■１の和より高
くなると、トランジスタ２３のコレクタ電流がフオトカ
ソプラ９を通して流れ、負荷電流を減少させる“垂下領
域”での動作を始める。

このとき、トランジスタ２３のベース・エミッタ間に印
加される電圧は、抵抗２７および抵抗１６の両端電圧を
それぞれＶＺ７．　ＶＩ＆とすると、（Ｖ２？　　Ｖｌ
６）で表わされる。よって、定電流電源が垂下領域で動
作し、抵抗１６を流れる電流が減少すると（Ｖ２Ｔ　　
Ｖｌ６）は大となるため、トランジスタ２３のコレクタ
電流が増加することから、フォトカップラ９の電流をま
すます増加させて、負荷電圧をも低下させる。

このように、負荷インピーダンスが増加し、負荷電圧が
過電圧保護設定値より決まるあるレベルを超えて大きく
なろうとすると、負荷電流および電圧がともに減少する
“フの字型下特性”を示すようになる。

これは負荷開放時、定電流電源の出力電圧が負荷に供給
する最大出力電圧より低くてすむということであり、保
守時等における人体保安の点から、都合のよい特性であ
る。本発明によれば抵抗２７の追加のみにより、かかる
好都合な“フの字型下特性”が得られる。

これまでに説明した諸実施例では、フォトカップラ９を
含む制御回路の駆動電源は、抵抗両端間の電圧効果を利
用して得るものとして説明してきたが、抵抗両端間の電
圧は流れる電流によって変化するため、出力電流が大き
い場合には抵抗の電力損失が大となること、および出力
電流が小さい場合にはフォトカップラ等への電源として
の電流が不足する等の問題がある。

また、定電流制御回路の基準電圧として、トランジスタ
のベース・エミッタ関しきい電圧■１を用いるものとし
て説明してきたが、しきい電圧ＶＩＩＥは温度依存性が
あるため、周囲温度が高くなると定電流電源の出力電流
が低下するという欠点がある。

第６図は、これらの問題の解決をはかった本発明の更に
他の実施例を示す回路である。同図において２８，２９
，３０．３３はそれぞれ抵抗、３１はダイオード、３２
はショットキーダイオードである。

出力電流を流す出力電流検出用素子（インピーダンス素
子）３としては、抵抗３０およびダイオード３１を用い
ている。これは、出力電流が減少し、抵抗３０の両端間
電圧が減少しても、ダイオード３１の順電圧はほとんど
変わらないことを利用したもので、抵抗３０とダイオー
ド３１の直列接続の両端間電圧をフォトカップラ９の電
源として用いている。また、出力電流が大きい場合、ダ
イオードにおける損失は抵抗による損失に比べて小さく
できるので、回路の高効率化という面でも効果がある。

さらにトランジスタ２１Ａのベース・エミッタ間に抵抗
３０を介してショットキーダイオード３２を接続してい
る。これにより定電流制御用の基準電圧はトランジスタ
２１Ａのしきい電圧ＶＩＥとショットキーダイオード３
２の順方向しきい電圧■ゎの差の電圧で与えられる。ト
ランジスタ２１Ａとシヨ・７トキーダイオード３２に、
そのしきい電圧Ｖ！ｌＥおよび■、の各温度特性が同様
な傾向をもつものを使用すれば、ＶｌとＶＤとの差の電
圧は温度に対して依存性がなくなり、これによって定電
流出力の温度特性の向上を図れるという効果が生ずる。

抵抗２８および２９は、第４図における抵抗２５および
２６と同様、負荷急変等の過渡動作時、フォトカップラ
９に過電流が流れることを防止するためのものであるが
、抵抗２８と２９の代わりにディプリーション形ＦＥＴ
　（電界効果トランジスタ）を用いて、その定電流特性
を利用して負荷急変時フォトカップラ９の過電流を防止
するという方法もある。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、極めて簡易な回路
構成を用いるだけで定電流電源回路に過電圧保護機能を
付加できるため、定電流電源で問題となる負荷開放時の
異常電圧発生がなく、保守時等の人体保安上の問題のな
い電源を低コストかつ小形に実現できるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第１Ａ図は第
１図に示した実施例の定電流特性および過電圧保護特性
を示した特性図、第２図は本発明の他の実施例を示す回
路図、第３図は本発明の別の実施例を示す回路図、第４
図は本発明の更に他の実施例を示す回路図、第５図は本
発明の更に別の実施例を示す回路図、第６図は本発明の
なお更に別の実施例を示す回路図、第７図は従来の定電
流電源回路を示す回路図、である。符号説明１．１′・・・入力端子、２・・・主回路、３・・・出
力電流検出用素子、４・・・負荷、５・・・比較増幅回
路、６゜１５・・・基準電圧、？、８，１３．１４・・
・端子、９・・・フォトカップラ、１０．１２・・・比
較増幅器、１１・・・電圧検出回路、１６〜２０，２５
，２６，２８．２９，３０．３３・・・抵抗、３１・・
・ダイオード、２１．２１Ａ、２３．２３Ａ・・・トラ
ンジスタ、２２．２４．２４Ａ・・・ツェナーダイオー
ド、３２・・・シコソトキーダイオード第１図第１Ａ図ｆｆ）第２図ｊ８３　　因

Claims

【特許請求の範囲】１）直流電力を出力する電源回路と、該電源回路の出力
側に直列接続されたインピーダンス素子と、該素子の両
端に発生する電圧を検出し或る第１の基準電圧と比較し
てその差を増幅し出力する第１の比較増幅回路と、該第
１の比較増幅回路出力を第１の制御信号として前記電源
回路に伝達するフォトカップラを有し、前記第１の比較
増幅回路およびフォトカップラの駆動用電源を、前記イ
ンピーダンス素子の両端電圧より得るようにした定電流
電源回路において、前記電源回路出力に並列に電圧検出
回路を接続し、検出した該電圧を或る第２の基準電圧と
比較してその差を第２の比較増幅回路によって増幅した
後、第２の制御信号として前記フォトカップラに伝達す
るとともに、該第２の比較増幅回路の駆動用電源を前記
電源回路の出力より得るようにし、前記電源回路の出力
電圧が予め定めた電圧値を超えないよう前記電源回路を
制御することを特徴とする定電流電源回路。２）特許請求の範囲第１項記載の定電流電源回路におい
て、前記第１および第２の比較増幅回路を第１のトラン
ジスタとツェナーダイオードと抵抗により構成し、第１
の基準電圧として前記第１のトランジスタのベース・エ
ミッタ間順方向しきい電圧を、第２の基準電圧として前
記第１のトランジスタのベース・エミッタ間順方向しき
い電圧と前記ツェナーダイオードの降伏電圧の和の電圧
を用いるようにしたことを特徴とする定電流電源回路。３）特許請求の範囲第１項記載の定電流電源回路におい
て、前記第１および第２の比較増幅回路を第１のトラン
ジスタと第２のトランジスタと抵抗により構成し、第１
および第２の各基準電圧として、それぞれ前記第１およ
び第２の各トランジスタのベース・エミッタ間順方向し
きい電圧を用いるようにしたことを特徴とする定電流電
源回路。４）特許請求の範囲第３項記載の定電流電源回路におい
て、前記第２のトランジスタのエミッタを前記インピー
ダンス素子の一端が接続される定電流電源回路の出力端
に接続するとともに、前記インピーダンス素子の他端と
前記第２のトランジスタのベースとの間を抵抗を介して
接続したことを特徴とする定電流電源回路。５）特許請求の範囲第１項記載の定電流電源回路におい
て、前記第２の比較増幅回路を第２のトランジスタと該
第２のトランジスタのベースに直列接続したツェナーダ
イオードとにより構成し、前記第２の基準電圧として、
該第２のトランジスタのベース・エミッタ間順方向しき
い電圧と前記ツェナーダイオードの降伏電圧の和の電圧
を用い、かつ前記ツェナーダイオードの降伏電圧の温度
特性が前記第２のトランジスタのベース・エミッタ間順
方向しきい電圧の温度特性を補償するような組み合わせ
としたことを特徴とする定電流電源回路。