JPS63167915A - 電流調節方法及び電流調節器 - Google Patents

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】 発皿Ω宜１ 本発明は、電流調節器、一層詳細には、比較的高い電圧
で比較的小さい電流を供給するための電流調節器に係る
。

いくつかの用途では、例えば３ｋＶの比較的高い電圧に
於いて例えば２０μＡないし５００μＡの比較的小さい
電流が正確に調節され且つ負荷に供給されることが必要
とされる。一つのこのような用途は例えば陰極線管を駆
動するための集束供給である。高電圧トランジスタが例
えば１．５　ｋ　Ｖの比較的高い電圧用として入手可能
である。しかし、これらのトランジスタの漏れ電流はこ
れらの特定の負荷に供給されるべき所望の電流を超過す
る。従来、比較的高い電圧に於いて比較的小さい電流を
制御するためには、高電圧制御を達成するべくトランジ
スタを８１５する方法が採用されてきた。しかし、通常
のトランジスタはコレクターエミッタ間電圧定格の超過
に起因して二次降伏と呼ばれる現象を生じやすい。この
現象を防止するためには、積層されたトランジスタは保
護部品で囲まれなければならない。このことは従来の電
流調節器の寸法を大きくし且つ複雑さを増すという望ま
しく結果を伴ってきた。

時によると、負荷に一定の電流を供給する代わりに、そ
の電流を変調することが望まれる。このような変調は、
例えば、陰極線管のダイナミック集束のために必要とさ
れる。このような陰極線管では走査ビームが陰極線管の
隅で加速されなければならず、集束電流の変更を必要と
する。従来の電流調節器にこのような特徴を加えるため
には回路が複雑化するという不利を伴ってきた。

発凱■退皿 本発明のいくつかの目的及び特徴のなかで第一にあげら
れるのは、比較的高い電圧に於いて比較的小さい電流を
調節するための電流調節器であって、構造が比較的簡単
な電流調節器を提供することである。

本発明の他の目的は、かかる電流調節器であって、製造
費用が比較的少なくてすむ電流調節器を提供することで
ある。

本発明の第三の目的は、かかる電流調節器であって、電
流の変調が容易に実行され得る電流調節器を提供するこ
とである。

本発明の追加的な目的は、比較的小さい寸法の電流調節
器を提供することである。

他の目的及び特徴は以下の説明から一部は自ずから明ら
かとなり、また一部は１旨摘されよう。

要約すると、本発明による高電圧の電力供給用の電流調
節器は、複数個のｐｎ接合を有し、また電流を調節され
るべき高電圧の電力供給源と負荷との間に逆バイアスさ
れるように接続されるのに適した少なくとも一つの高電
圧整流ダイオードを含んでいる。電力供給電圧とくらべ
て比較的低い電圧で作動する制御手段が、ダイオードを
通って負荷へ流れる逆電流を制御する。この逆電流が負
荷電流を成している。制御手段は予め定められた光子束
でダイオードのｐｎ接合を照射するための手段を含んで
おり、ダイオードを通る逆電流はダイオード接合を照射
する光子束の関数である。

本発明による方法は、負荷と電力源との間に少なくとも
一つのｐｎ接合を有する逆バイアスされた高電圧ダイオ
ードを配置する過程を含んでいる。ダイオードのｐｎ接
合は、ダイオードを通る予め定められた逆電流を生じさ
せるべく選定された光子束で照射され、この逆電流が負
荷電流を成している。

い−１の 図面を参照すると、本発明の電流調節器１１は光子束を
高電圧整流ダイオード１５のｐｎ接合に供給するための
光源１３を含んでいる。ダイオード１５は直列に複数個
の（例えば６〜８個の）ｐｎ接合を有する。高電圧整流
ダイオード１５が逆バイアスされている時、漏れ電流が
白熱電球又は′発光ダイオードのような適当に入手可能
な光源からの光子により強められて、負荷１７を駆動す
るための所望の大きさの逆電流又は漏れ電流を生じ得る
ことが見出されている。一層詳細には、ダイオード１５
は高電圧電力源１９と負？１ｉ１７との間に、第１図中
に示されているように、逆バイアスされて接続されてい
る。光源１３は電流源２１により駆動されて、光子を発
生する。これらの光子が高電圧整流ダイオードのｐｎ接
合の上に入射する時、ダイオードの逆電流又は漏れ電流
が強められる。実際、逆電流又は漏れ電流は電流源２１
からの電流に比例している。その結果として、負荷１７
への負荷電流が電流源２１からの電流を変調することに
より変調され得る。セムテク（Ｓｅｗ　ｔｅｃｈ）によ
り販売されている３ｋＶのピーク逆電圧の整流ダイオー
ドはダイオード１５として非常に良好に作動することが
見出されている。

第２図には本発明のｒｒｉ流調節器１１の伝達関数が示
されている。制御電流ｆ（が光源１３のようなデバイス
に流されて、光子を放出する。光子は高電圧整流ダイオ
ードのｐｎ接合の上に入射して、比例定数Ｋをもって電
流ｉ（に比例している電流ｉｐが負荷を通って流れるよ
うにする。制御電流ｌｃ及び逆ダイオード電流１ｐは、
光学的にしか互いに結合されていないので、電気的には
互いに絶縁されている。その結果として、電流調節器１
１の高電圧側は浮動電流発生器２３である。電流発生器
２１が一定電流ｉｃを発生する必要はなく、可変又は被
変調電流を必要とする用途では可変電流を発生し得るこ
とは理解されよう。

第３図には、白熱電球２５が光源１３を成すものとして
示されている０代替的に、発光ダイオード２７が高電圧
整流ダイオード１５の漏れ電流を強める光子の源として
使用され得る（第４図）。

しかし、白熱電球２５又は発光ダイオード２７のような
単一の発光要素が高電圧整流ダイオード１５の漏れ電流
を所望の予め定められた大きさに強めるのに十分な光子
束を有し得ないことは認識されるべきである。例えば、
単一の発光ダイオード２７は約２０μＡまでの電流を制
御し得るが、１ｍＡの制御された電流を生ずるのに十分
な光子を発生することは不可能であろう。加えて、発光
ダイオードの光子出力は白熱電球２５のそれよりも著し
く低い。それにもかかわらず発光ダイオードを使用する
ことは、その応答が速い点で、好ましい０発光ダイオー
ド源からの光子束を増大させるため、第５図中に示され
ているように直列に又は第５Ａ図中に示されているよう
に並列に接続されている複数個の発光ダイオード２７を
使用することができる。第５図では、ダイオードは、同
一の制御電流がダイオードの全てを通って流れるように
、直列に接続されている。第５Ａ図では、ダイオード２
７は並列に接続されており、各並列枝路が電流分担抵抗
Ｒ１を含んでいる。抵抗Ｒ１は、整合されたダイオード
がダイオード２７として選ばれている場合を除いて、必
要である。

同様に、単一の高電圧整流ダイオード１５の逆電流は特
定の用途では十分でない場合がある。この理由で、もし
一層大きい負荷電流が望まれるならば、第６図に示され
ている回、路が使用され得る。この回路では、複数個の
（例えば６個の）高電圧整流ダイオード１５が高電圧源
１９と負荷１７との間に並列に接続されている。各ダイ
オード１５は逆バイアスされており、またダイオード１
５を通る逆電流の和が負荷電流を成す、また、第６図で
は、１２１１１１０発光ダイオードの直列接続が複数個
の整流ダイオード１５に光子束を供給する。

第６図の回路は、多くの用途で温度に対して十分に不敏
感であることが見出されている。しかし、負荷電流をさ
らに一層ネｎ密に制御することが望まれる場合には、第
７図の回路が使用され得る。

この回路では、ｐｎ接合の上に入射する光子束を実際に
検出するべく検出装置３１が設けられており、光子束を
所望のし、ベルに保つのに必要なように発光ダイオード
２７を通る電流を増大又は減少させる。検出装置３１は
電流調節器１１のハウジングの内部の光子レベルを検出
するように調節器のハウジング内に置かれた単一の整流
ダイオードチップである。このダイオードは単一の接合
を有する簡単な低いピーク逆電圧定格のダイオードで十
分である。ｌＯＯないし３００ｖのピーク逆電圧が典型
的である。ダイオード１５と同様に、ダイオード３１も
逆バイアスモードで作動し、その常時の逆漏れ電流が光
子衝突により強められる。

光子レベルが増大するにつれて、ダイオード３１がハウ
ジング２７に供給される最大電流を制限するのに使用さ
れる。ダイオード３１は電流調節器１１のハウジングか
ら外へ延びている二つの端子３１Ａ及び３１Ｂを有する
。ダイオード３１の陰極は端子３１Ａに接続されており
、またその陽極は端子３１Ｂに接続されている。端子３
１Ａは逆バイアスされるように比較的低い電圧の源にも
接続されている。端子３１Ｂは抵抗Ｒ１を通じて接地点
に接続されている。コンパレータ３２又はそれと類似の
装置がその入力端子で抵抗Ｒ１の両端に接続されており
、この抵抗の両端の電圧を検出する。この電圧はダイオ
ード３１を通って流れる逆電流に比例しており、従って
また調節器１１のハウジング内の光子レベルに比例して
いる。こうしてコンパレータ３２の出力はハウジング内
の光子レベルを表す。この出力は通常の構成の電流制御
回路３２Ａに供給される。例えば発光ダイオード２７の
周囲温度が高くなったために光子レベルが予め定められ
たしきい値よりも低い値に低下する時、電流制御回路３
２Ａが、光子レベルが予め定められたしきい値に達し且
つその値に保たれるように、発光ダイオード２７に供給
される電流を増大させる。

メーカーから購入されたダイオード１５はガラスジャケ
ラｌ−３５（第８図）のなかに入れられた多層シリーズ
整流ダイオードである。このガラスジャケットは、ダイ
オードのｐｎ接合が光子に露出されるのを防止し、それ
により逆電流を制限するため、メーカーによりペイント
で被覆されている。ダイオードを本発明に使用するに先
立ってｐ、　ｔＵ合の領域のこのペイントを除去する必
要がある。ガラスシャケ・ノドは、ｐｎ接合の全てが一
層均等に照射されるように、ダイオード２７からの光を
拡散させる役割をする。第６図の電流調節器１１を組立
てるためには、複数個のガラスジャケットのなかに入れ
られた整流ダイオード１５が第８図中に示されているよ
うに整列させられ、またエポキシ３７のような適当な手
段により互いに取付けられる。６ｆ［ｌｉｌのダイオー
ドの組が一対の基板３９及び４１の間に取付けられる。

基板の各々はダイオードの電気的接触部に隣接してベリ
リア層４３を含んでいる。基板３９及び４１の残りの部
分はガラス又は他の適当な材料である。ダイオードへの
電気的接触はそれぞれ基板３９及び４１のベリリア層の
上に配置された接触部４５及び４７の組を通じて行われ
る。接触部４５は適当な全接続部（図示せず）により相
互に接続されており、また同様な全接続部が接触部４７
の相互間の電気的接続を形成する。一対のリード線４９
及び５１が接触部４５と電力源との間及び接触部４７と
負荷との間の電気的接続を形成する。こうして整流ダイ
オード１５は第８図中で並列に接続されている。

第６図の発光ダイオード２７の６個がベリリア基板５３
の上に取付けられた状態で第９図中に示されている。基
板は一対のパッド５５及び５７を有し、これらのバンド
に、発光ダイオードを低電圧電流源に電気的に接続する
ためのリード線５９及び６１が接続されている０発光ダ
イオードは適当な導体により、第９図中に示されている
ように、直列に接続されており、従ってリード線５９上
の電流は６個のダイオード２７の全てを通ってリード線
６１から出る。各発光ダイオードは、第１Ｏ図中に示さ
れているように、金反射体６３のなかに取付けられてい
る。各発光ダイオード２７からの光子はダイオードの側
面から優先的に放出される。反射体６３はダイオード２
７を取り巻く側壁を有する。側壁は発光ダイオード２７
からの光子と約４５゛の角度をなしており、従って光子
は反射体の側壁に衝突すると、第１０図中に示されてい
るように、優先的に垂直に反射される。こうして正しい
方向に各発光ダイオードからの光子束が集められる。

第１１図に示されているように、整流ダイオード１５は
、それぞれ６個の発光ダイオード２７が取付けられてい
る一対の発光ダイオード基板５３の間に配置されている
。発光ダイオードは基板５３の上に、整流ダイオード１
５のｐｎ接合と平行し且つその中心に置かれた列のなか
に配置されている０図示されている配置では、一対の発
光ダイオードが整流ダイオード１５の各々のすぐ上及び
すぐ下に配置されており、従って適当な光子束がその特
定のダイオード１５のｐｎ接合の上に入射する。この組
立体全体が互いに適当に取付けられ、また４個の端子６
７．６９．７１及び７３及びそれらから延びている端子
３１Ａ及び３１１３を有するベース６５の上に取付けら
れる。次いで、電流調節器１１の構成要素を保護するべ
く、カバー７５が適当にベース６５に取付けられる。検
出ダイオード３１が、調節器１１の内側の光子束に対し
て露出されるように、適当にカバー７５の内側に取付け
られる。発光ダイオードへの電気的接続が端子６７及び
６９を通じて行われ、また高電圧整流ダイオードへの電
気的接続が端子７１及び７３を通じて行われることは理
）Ｗされよう。図示されているように、低電圧端子の全
てはベース６５の一方の端に配置されており、また高電
圧端子の全てはその他方の端に配置されている。この特
定の構成により、１”Ｘ１／２’Ｘ１／４’　　（２，
５４ｃｍＸ　１．２７　ｃｒｎｘＯ，６４ｃｍ）の（カ
バー７５及びベース６５から成るケース又はハウジング
を含む）外形寸法を有する電流調節器を作ることが可能
であった。この電流調節器は約３ｋＶで２００〜５００
μＡの負荷電流を制御し得る。このユニットが、同一の
機能を有する従来のトランジスタによる装置にくらべて
、はるかに小形であり、簡単であり、また経済的である
ことは理解されよう。

以上の説明から、本発明による電流調節器が、もし入手
可能であれば高電圧トランジスタが果たすであろう機能
と同一の機能を果たし、その上いくつかの有意義な利点
を有することは理解されよう。第一に、整流ダイオード
に入射した光子の量に比例している電流調節器１１から
の負荷電流はトランジスタ内のＩ　ＣＢＯと呼ばれる漏
れ電流と相似である。主な相違点は、トランジスタでは
、ベース領域に入るＩ　ＣＢＯ電流がＩＣＢＯ電流を望
ましくない仕方でさらに強める傾向のあるベースに接続
されているインピーダンスについには遭遇することであ
る。しかし、他方に於いて、電流調節器１１はベース接
続を有しておらず、従って逆電流は、周囲温度による寄
与がわずかであるような設計では、入射光子及び周囲温
度により専ら制御される。（周囲温度による寄与がわず
かでないような用途では、第７図の実施例が使用される
。）第二に、通常のトランジスタは三つの接続、すなわ
ちベース、エミツタ及びコレクタを有する、従って、電
力供給の極性が、ｐ　ｎ　ｐ　＋”−ランジスタが使用
され得るか、ｎｐｎ）ランジスタが使用され得るかを決
定する０本発明による電流調節器は制御される電流に対
して二つの接続及び制御する電流に対して二つの接続の
みを有する。このことは、極性を気にしなくてよいこと
を意味する。

換言すれば、本発明による電流調節器は正又は負の電位
を制御するのに使用され得るし、また正又は負の電位に
より制御され得る。第三に、トランジスタが有している
ようなベース接続を電流調節器１１が有していないとい
う事実から離れて、ブラックボックスの観点から、本発
明による電流調節器はトランジスタに似て見えるが、電
圧定格はトランジスタで現在可能な電圧定格をはるかに
越えている。

以上の説明から、本発明による方法が、負荷と電力源と
の間に少なくとも一つのｐｎ接合を有する逆バイアスさ
れた高電圧ダイオードを配置する過程と、ダイオードを
通る予め定められた逆電流を生じさせるべく選定された
光子束でダイオードのｐｎ接合を照射する過程とを含ん
でおり、前記逆電流が負荷電流を成していることは理解
されよう。

以上の説明から、本発明の種々の目的及び特徴が達成さ
れ、また他の有利な結果が得られることは理解されよう
。

以上に於ては本発明を特定の好ましい実施例について説
明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は高電力電圧源に接続されている本発明の電流調
節器の概要回路図である。 第２図は第１図の電流調節器の伝達関数を示す図である
。 第３図は本発明の電流ＵＩＩｔＩ器の一つの実施例のＩ
既要回路図である。 第４図は本発明の電流調節器の第二の実施例の概要回路
図である。 第５図は本発明の°電流調節器の一部分を構成する発光
ダイオードの直列接続の概要回路図である。 第５Ａ図は本発明の電流調節器の一部分を構成する発光
ダイオードの並列接続の概要回路図である。 第６図は第５図の回路を使用する、本発明の電流調節器
の第三の実施例のＪｌ！Ｉ要回路図である。 第７図は本発明の電流調節器の第四の実施例の概要回路
図である。 第８図は本発明の電流調節器の高電圧部分の倒立面図で
ある。 第９図は本発明の電流調節器の低電圧部分の半分の頂面
図である。 第１０図はほぼ第９図の線１０−１０に沿う断面図であ
る。 第１１図は本発明の電流調節器の分解斜視図である。 １１・・・電流調節器、１３・・・光源、１５・・・整
流ダイオード、１７・・・負荷、１９・・・高電圧電力
源、２１・・・電流源、２３・・・浮動電流発生器、２
５・・・白熱電球、２７・・・発光ダイオード、３１・
・・検出装置、３ＬＡ、３１Ｂ・・・端子、３２・・・
コンパレータ、３２Ａ・・・電流制御回路、３５・・・
ガラスジャケット、３７・・・エポキシ、３９．４１・
・・基板、４３・・・ベリリア層、４５．４７・・・接
触部、４９．５１・・・リード線、５３・・・ベリリア
基板、５５．５７・・・パッド、５９．６１・・・リー
ド線、６３・・・反射体、６５・・・ベース、６７〜７
３・・・端子、７５・・・カバー特許出願人　　エマー
ソン・エレクトリック・カンパニー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高電圧の電力供給源から負荷へ供給される電流を
   調節する方法に於いて、 負荷と電力源との間に、ｐｎ接合を有する逆バイアスさ
   れた少なくとも一つの高電圧ダイオードを配置する過程
   と、 ダイオードを通る予め定められた逆電流を生じさせるべ
   く選定された光子束でダイオードのｐｎ接合を照射する
   過程とを含んでおり、前記逆電流が負荷電流を成してい
   ることを特徴とする電流調節方法。
2. （２）高電圧での電力供給のための電流調節器に於いて
   、 複数個のｐｎ接合を有し、また電流を調節されるべき高
   電圧の電力供給源と負荷との間に逆バイアスされるよう
   に接続されるのに適した少なくとも一つの高電圧整流ダ
   イオードと、 ダイオードを通って負荷へ流れる逆電流を制御するため
   電力供給電圧とくらべて比較的低い電圧で作動する制御
   手段とを含んでおり、前記逆電流が負荷電流を成してお
   り、前記制御手段が予め定められた光子束でダイオード
   のｐｎ接合を照射するための手段を含んでおり、ダイオ
   ードを通る逆電流がダイオード接合を照射する光子束の
   関数であることを特徴とする電流調節器。