JP2003015748A - 定電圧回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の定電圧回路は、動作特性において入力
電圧を印加して安定化するまでの電圧も出力されてい
た。この場合には、負荷に接続される回路によっては、
回路の動作電圧以下で誤動作する等の問題となる場合が
発生する。 【解決手段】 入力電圧により起動電圧の閾値を設定す
る起動電圧閾値設定部と特定の値の出力電圧に到達した
際に動作を停止させる動作停止部とを有するターンオン
制御回路１１と、起動電圧閾値設定部から出力される起
動電圧により起動されて出力電圧を発生する出力電圧発
生部と出力電流を制御する出力電流制御部とを有する電
流制限回路１２と、電流制限回路１２の出力に基づいて
出力電圧を設定する出力電圧設定部と電流制限回路１２
の出力を含み出力電圧を安定化する負帰還回路とを有す
る電圧安定化制御回路１３と、出力電圧が低下して停止
電圧の閾値に到達したことを検出して出力電圧を停止さ
せる停止電圧閾値検出部を有する低電圧遮断回路１４と
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非安定の入力電圧
を安定化して出力する定電圧回路に関し、特に、次に示
す付加機能を備えることを特徴とした定電圧回路に関す
る。

【０００２】 １．特定の入力電圧値で、自動的に起動・停止ができる
機能 ２．特定の入力電圧値以下では、電圧を出力しない機能 ３．出力電流を制限することができる機能 ４．起動電圧と停止電圧はヒステリシスを持っている機
能

【発明の概要】図１に、本発明による定電圧回路を示
す。

【０００３】本発明に係る定電圧回路は、ターンオン制
御回路１１、電流制限回路１２、電圧安定化制御回路１
３、低電圧遮断回路１４から構成される。

【０００４】抵抗Ｒ３で起動電圧の閾値（Ｖｏｎ）を決
める。

【０００５】抵抗Ｒ１３で出力電圧（Ｖｏｕｔ）を設定
する。抵抗Ｒ９で停止電圧の閾値（Ｖｌｖ）を決める。

【０００６】抵抗Ｒ１でターンオン制御回路１１が動作
を停止する出力電圧（Ｖｏｆｆ）を決める。抵抗Ｒ５で
電流制限の値（Ｉｉｍ）を設定する。

【０００７】前述の抵抗によって調整される電圧は、 Ｖｌｖ＜Ｖｏｆｆ＜Ｖｏｎ＜Ｖｏｕｔ となるように設定される。

【０００８】図２に前述の通り設定した本発明に係る定
電圧回路の動作特性を示す。

【０００９】図２に示すように、それぞれ電圧を設定す
ることによって、従来型のように、必要電圧以下の不要
電圧をなくすことができる。また、起動電圧と停止電圧
をそれぞれ設定することができるので、容易に回路にヒ
ステリシスを付けることが可能であり、入力電圧のノイ
ズによって回路が誤動作することを容易に防ぐことがで
きる。

【００１０】

【従来の技術】従来の定電圧回路は、動作特性において
入力電圧を印加して安定化するまでの電圧も出力されて
いた。この場合には、負荷に接続される回路によって
は、回路の動作電圧以下で誤動作する等の問題となる場
合が発生する。また、安定化するまでの電圧が出力され
ることは、その間の電力損失が無駄である。

【００１１】このような従来の課題を解決しようとし
て、特開平３−１８２７３号公報に開示されたスイッチ
ング電源装置、特開平５−３２８７１７号公報に開示さ
れた電源制御回路、特開２０００−１５６９３２号公報
に開示された電源装置、特開２０００−３４１９３５号
公報に開示された電源装置等が提案されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
先行技術では、ＤＣ−ＤＣコンバータの起動／停止制御
回路として、入力直流電圧を検出して、起動電圧値と停
止電圧値を設定することで、ヒステリシスが存在し、Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータの誤動作を防止することを目的とし
ていることは、本発明も同じであるが、ＤＣ−ＤＣコン
バータのＰＷＭ制御回路へ安定な電源電圧を供給するこ
とは出来ない。

【００１３】また、前記各先行技術では、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータの起動／停止を電圧検出回路のＨ／Ｌ信号によ
り制御しており、電圧検出回路を含むヒステリシスを設
けた定電圧回路によって、ＤＣ−ＤＣコンバータの起動
／停止をＤＣ−ＤＣコンバータのＰＷＭ制御回路の電源
電圧を直接“ＯＮ／ＯＦＦ”して制御しており、電源電
圧として安定な電圧をＰＷＭ制御回路へ供給する回路を
有しておらず、また起動時の過電流を防止するための過
電流保護回路も備えていない。

【００１４】従って、従来技術ではＤＣ−ＤＣコンバー
タの起動／停止の制御と、ＰＷＭ制御回路の供給電圧の
制御と、起動時の過電流保護が同時に行うことも、ＰＷ
Ｍ制御回路の誤動作を改善することも不可能であった。

【００１５】本発明は従来の上記実情に鑑みてなされた
ものであり、従って本発明の目的は、従来の技術に内在
する上記欠点を解消し、設定電圧以下の出力をなくし、
尚且つ起動時と停止時にヒステリシスを持つことを可能
とした新規な定電圧回路を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本発明に係る定電圧回路は、入力電圧により起動電
圧の閾値を設定する起動電圧閾値設定手段と特定の値の
出力電圧に到達した際に動作を停止させる動作停止手段
とを有するターンオン制御回路と、前記起動電圧閾値設
定手段から出力される起動電圧により起動されて出力電
圧を発生する出力電圧発生手段と出力電流を制御する出
力電流制御手段とを有する電流制限回路と、該電流制限
回路の出力に基づいて出力電圧を設定する出力電圧設定
手段と前記電流制限回路の出力を含み前記出力電圧を安
定化する負帰還手段とを有する電圧安定化制御回路と、
前記出力電圧が低下して停止電圧の閾値に到達したこと
を検出して前記出力電圧を停止させる停止電圧閾値検出
手段を有する低電圧遮断回路とを備えて構成され、起動
電圧と停止電圧をそれぞれ独立に設定することにより回
路にヒステリシス特性を与えたことを特徴としている。

【００１７】前記起動電圧閾値設定手段は、前記入力電
圧に接続された第１の抵抗と、該第１の抵抗により“Ｏ
Ｎ／ＯＦＦ”制御される第１のトランジスタを含み、前
記動作停止手段は、前記出力電圧に接続された第２の抵
抗と、該第２の抵抗により“ＯＮ／ＯＦＦ”制御されそ
の出力により前記第１のトランジスタを制御する第２の
トランジスタとを含んでいる。

【００１８】前記出力電流制御手段は、前記入力電圧に
接続された第３の抵抗を含み、前記出力電圧発生手段
は、前記第１のトランジスタにより制御される第３のト
ランジスタを含んでいる。

【００１９】前記出力電圧設定手段は、前記第３のトラ
ンジスタの出力に接続された第４の抵抗を含み、前記負
帰還手段は、前記第４の抵抗に接続されただい４のトラ
ンジスタと、該第４のトランジスタの出力により制御さ
れる第５のトランジスタと、該第５のトランジスタの出
力により制御される第３のトランジスタとを含んでい
る。

【００２０】前記停止電圧閾値検出手段は、前記出力電
圧に接続された第５の抵抗と、該第５の抵抗により制御
される第６のトランジスタとを含んでいる。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、本発明をその好ましい一実
施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２２】図１は、本発明による一実施の形態を示す
ブロック回路構成図である。

【００２３】

【実施の形態の構成】図１を参照するに、本発明に係る
定電圧回路は、ターンオン制御回路１１、電流制限回路
１２、電圧安定化制御回路１３、低電圧遮断回路１４か
ら構成される。

【００２４】抵抗Ｒ３で起動電圧の閾値（Ｖｏｎ）を決
める。

【００２５】抵抗Ｒ１３で出力電圧（Ｖｏｕｔ）を設定
する。抵抗Ｒ９で停止電圧の閾値（Ｖｌｖ）を決める。

【００２６】抵抗Ｒ１でターンオン制御回路１１が動作
を停止する出力電圧（Ｖｏｆｆ）を決める。抵抗Ｒ５で
電流制限の値（Ｉｉｍ）を設定する。

【００２７】前述の抵抗によって調整される電圧は、 Ｖｌｖ＜Ｖｏｆｆ＜Ｖｏｎ＜Ｖｏｕｔ となるように設定される。

【００２８】図２に前述の通り設定した本発明に係る定
電圧回路の動作特性を示す。

【００２９】図２に示すように、それぞれ電圧を設定す
ることによって、従来型のように、必要電圧以下の不要
電圧をなくすことができる。また、起動電圧と停止電圧
をそれぞれ設定することができるので、容易に回路にヒ
ステリシスを付けることが可能であり、入力電圧のノイ
ズによって回路が誤動作することを容易に防ぐことがで
きる。

【００３０】図１及び図３を用いて本発明によるの一実
施の形態の一実施例を説明する。

【００３１】本発明に係る一実施例の形態の一実施例
は、本発明をスイッチング電源のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ
Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御回路を動かす
起動回路として使用した例である。

【００３２】本発明の一実施の形態による定電圧回路
は、非安定の入力電圧から、ＰＷＭ制御回路に一定の電
源電圧を供給する。ＰＷＭ制御回路は、本発明の定電圧
回路でのみ“ＯＮ／ＯＦＦ”する。入力電圧が一定の電
圧以上で“ＯＮ”し、一定の電圧以下で“ＯＦＦ”とな
る。また、ＰＷＭ制御回路に流れる電流には電流制限手
段を設けることができるので、電源システムの信頼度を
向上させることができる。

【００３３】ターンオン制御回路１１の抵抗Ｒ３で起動
電圧の閾値が設定される。この閾値で、本発明の定電圧
回路は起動してＰＷＭ制御回路に一定の電圧を供給し、
スイッチング電源が動作開始する。

【００３４】電圧安定化制御回路１３の抵抗Ｒ１３はＰ
ＷＭ制御回路に供給する安定電圧を設定する。

【００３５】低電圧遮断回路１４の抵抗Ｒ９で停止電圧
の閾値が設定される。この閾値で、本発明の定電圧回路
は停止し、ＰＷＭ制御回路への電圧供給が止まるため
に、スイッチング電源が停止する。

【００３６】ターンオン制御回路１１の抵抗Ｒ１は出力
電圧が特定の値に達するとターンオン制御回路１１の動
作を停止させるためのものであり、出力電圧がある程度
立ち上がると、電圧安定化制御回路１３によって出力電
圧に負帰還制御がかかって安定した出力を得ることがで
きる。

【００３７】

【実施の形態の動作】次に図１及び図４を参照して本発
明による一実施の形態の動作について詳細に説明する。
図４は図１で示した回路を見やすくするために示した図
１と同様の図面である。

【００３８】入力電圧Ｖｉｎが印加されると抵抗Ｒ３、
Ｒ４に電流が流れる。抵抗Ｒ３、Ｒ４の抵抗比より、抵
抗Ｒ３、Ｒ４の両端にはそれぞれ電位差が発生する。抵
抗Ｒ４の電位差がツェナダイオードＺＤ１のツェナ電
圧、及びトランジスタＴＲ４のベースエミッタＶｂｅ電
圧の加算値よりも大きくなった時に、トランジスタＴＲ
４には抵抗Ｒ３を介してベース電流が流れ、トランジス
タＴＲ４は“ＯＮ”状態となる。その時の入力電圧Ｖｉ
ｎが起動電圧となるように抵抗Ｒ３は設定される。

【００３９】トランジスタＴＲ４にベース電流が流れる
と、トランジスタＴＲ４には抵抗Ｒ６を介してコレクタ
電流が流れる。トランジスタＴＲ４にコレクタ電流が流
れると抵抗Ｒ５を介してトランジスタＴＲ３のベース電
流が流れ、トランジスタＴＲ３は“ＯＮ”状態になる。
トランジスタＴＲ３が“ＯＮ”してコレクタ電流が流れ
ると、出力電圧Ｖｏｕｔには電圧が発生する。

【００４０】トランジスタＴＲ３のコレクタ電流は、出
力電圧Ｖｏｕｔに接続される負荷に供給されると共に、
抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１３、Ｒ１４に流れ
て各抵抗の両端にはそれぞれ電位差が発生する。

【００４１】抵抗Ｒ１４の電位差がツェナダイオードＺ
Ｄ３のツェナ電圧、及びトランジスタＴＲ７のベースエ
ミッタＶｂｅ電圧の加算値よりも大きくなった時に、ト
ランジスタＴＲ７には抵抗Ｒ１３を介してベース電流が
流れ、トランジスタＴＲ７は”ＯＮ“状態となる。その
時の出力電圧ＶｏｕｔがＰＷＭ制御回路の供給電圧とな
るように抵抗Ｒ１３は設定される。トランジスタＴＲ７
にベース電流が流れると、トランジスタＴＲ７には抵抗
Ｒ１１を介してコレクタ電流が流れる。

【００４２】また、抵抗Ｒ１０の電位差がツェナダイオ
ードＺＤ２のツェナ電圧、及びトランジスタＴＲ６のＶ
ｂｅ電圧の加算値よりも大きくなった時に、トランジス
タＴＲ６には抵抗Ｒ９を介してベース電流が流れ、トラ
ンジスタＴＲ６は“ＯＮ”状態となる。トランジスタＴ
Ｒ６が“ＯＮ”状態の時に、トランジスタＴＲ５には抵
抗Ｒ１１を介してベース電流が流れ、トランジスタＴＲ
５は“ＯＮ”状態となる。

【００４３】トランジスタＴＲ５及びトランジスタＴＲ
６にベース電流が流れると、抵抗Ｒ７を介してトランジ
スタＴＲ５及びトランジスタＴＲ６にコレクタ電流が流
れる。このコレクタ電流が流れるとトランジスタＴＲ３
には抵抗Ｒ５を介してベース電流が流れ、トランジスタ
ＴＲ３の“ＯＮ”状態を持続させる。

【００４４】トランジスタＴＲ３が“ＯＮ”状態を持続
している間は、出力電圧Ｖｏｕｔは、ネガティブフィー
ドバックループによって、安定した出力電圧を得ること
ができる。

【００４５】抵抗Ｒ２の電位差がダイオードＤ１のフォ
ワード電圧、及びトランジスタＴＲ１のＶｂｅ電圧の加
算値よりも大きくなった時に、トランジスタＴＲ１には
抵抗Ｒ１を介してベース電流が流れ、トランジスタＴＲ
１は“ＯＮ”状態となる。その時の出力電圧Ｖｏｕｔが
ターンオン制御回路１１の停止電圧となるように抵抗Ｒ
１を設定する。トランジスタＴＲ１にベース電流が流れ
ると、トランジスタＴＲ１には抵抗Ｒ３を介してコレク
タ電流が流れる。

【００４６】トランジスタＴＲ１が“ＯＮ”状態となる
と、抵抗Ｒ４に流れる電流が減少して、抵抗Ｒ４の両端
の電位差は、トランジスタＴＲ１のコレクタエミッタＶ
ｃｅ電圧及びダイオードＤ１のフォワード電圧の加算値
と等しくなり、トランジスタＴＲ４のＶｂｅ電圧、及び
ツェナダイオードＺＤ１のツェナ電圧の加算値より小さ
くなる。よって、トランジスタＴＲ４のベース電流は流
れなくなって、トランジスタＴＲ４は“ＯＦＦ”状態と
なる。これによって、ターンオン制御回路１１は停止と
なる。

【００４７】入力電圧Ｖｉｎが低下していって、抵抗Ｒ
１３で設定した電圧値以下になると、出力電圧Ｖｏｕｔ
はネガティブフィードバックループから外れる。更に、
入力電圧Ｖｉｎが低下していくと、出力電圧Ｖｏｕｔは
入力電圧Ｖｉｎの低下に追従して低下していく。出力電
圧Ｖｏｕｔが低下すると、抵抗Ｒ９、Ｒ１１、Ｒ１３、
Ｒ１を介して流れる電流が減少する。

【００４８】抵抗Ｒ９を介して抵抗Ｒ１０を流れる電流
が減少すると、抵抗Ｒ１０の両端の電位差が低下する。

【００４９】その抵抗Ｒ１０の電位差がトランジスタＴ
Ｒ６のベースエミッタＶｂｅ電圧、及びツェナダイオー
ドＺＤ２のツェナ電圧の加算値よりも小さくなった時
に、トランジスタＴＲ６のベース電流が流れなくなり、
トランジスタＴＲ６は“ＯＦＦ”状態となる。この時の
入力電圧Ｖｉｎが停止電圧となるように抵抗Ｒ９を設定
する。トランジスタＴＲ６が“ＯＦＦ”状態となると、
コレクタ電流は流れないので、抵抗Ｒ５を介して流れて
いたトランジスタＴＲ３のベース電流は流れなくなる。
よって、トランジスタＴＲ３は“ＯＦＦ”状態となり、
出力電圧Ｖｏｕｔは０Ｖになり本回路は停止状態とな
る。

【００５０】抵抗Ｒ５は電流検出の抵抗であり、入力電
圧Ｖｉｎから抵抗Ｒ５を流れる電流によって、抵抗Ｒ５
の両端に電位差が生じる。抵抗Ｒ５の両端の電位差がト
ランジスタＴＲ２のＶｂｅ電圧以上になると、トランジ
スタＴＲ２にベース電流が流れ、トランジスタＴＲ２は
“ＯＮ”状態となる。トランジスタＴＲ２が“ＯＮ”状
態となると、トランジスタＴＲ３のＶｂｅ電圧を制御す
るので、トランジスタＴＲ３のコレクタ電流が制御され
る。トランジスタＴＲ３のコレクタ電流は、抵抗Ｒ５と
トランジスタＴＲ２のＶｂｅ電圧で決定される電流値に
制限される。よって、出力電圧Ｖｏｕｔを流れる電流は
電流制限される。

【００５１】

【他の実施の形態】次に本発明による他の実施の形態に
ついて図５を参照して詳細に説明する。

【００５２】図５は、本発明の定電圧回路をマイナスの
入出力電圧で使用する場合に部品の極性を置き換えた回
路である。

【００５３】動作の説明については、前述した本発明に
よる一実施の形態の動作と同じであるが、ただし、電流
の流れる向き、及び発生する電圧の極性は逆になる。

【００５４】動作特性については、図２の出力電圧Ｖｏ
ｕｔ、及び入力電圧Ｖｉｎの極性をマイナスに置き換え
たものである。よって、本発明の定電圧回路は、マイナ
スの入出力電圧においても実現可能である。

【００５５】

【発明の効果】本発明は以上の如く構成され、作用する
ものであり、本発明によれば以下に示すような効果が得
られる。

【００５６】図２に示すように安定した出力電圧（Ｖｏ
ｕｔ）を一定の入力電圧（Ｖｉｎ２）以上で自動的に出
力し、また、一定の入力電圧（Ｖｉｎ３）以下で自動的
に停止することで、一定の電圧値（Ｖｏｕｔ）以下の電
圧は出力しない定電圧回路が可能である。

【００５７】従来の定電圧回路では、安定化するまでに
も電圧が出力されるために、負荷に接続される回路によ
っては、誤動作の原因となる可能性があった。また、起
動電圧と停止電圧の設定値をずらすことで、容易にヒス
テリシスを付けることが可能であるために、入力電圧に
ノイズを含んでいても、本回路の誤動作領域を無くせる
というメリットがある。

【００５８】また、電流制限回路を付加しているため
に、負荷回路の過電流保護も可能であり、過負荷時には
自動的に動作を停止する。これらは、図１に示す本回路
がターンオン制御回路、電流制限回路、電圧安定化制御
回路、低電圧遮断回路を持った構成となっており、それ
ぞれの回路で電圧、電流の設定ができるためである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施の形態を示す回路構成図で
ある。

【図２】本発明の特性を従来例と比較して示した図であ
る。

【図３】本発明の使用例を示したブロック図である。

【図４】図１で示した回路を見やすくするために示した
図１と同様の図面である。

【図５】本発明による他の実施の形態を示す回路構成図
である。

【符号の説明】

１１…ターンオン制御回路 １２…電流制限回路 １３…電圧安定化制御回路 １４…低電圧遮断回路

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H410 BB02 BB04 CC02 EA10 EA11 EB37 FF03 FF25 KK01 KK05 LL12 LL20 5H430 BB01 BB09 BB11 EE02 FF02 FF12 FF13 GG02 KK01 KK11 5H730 AS01 BB23 BB57 DD04 FD03 FD13 FG05 FG26 XC02 XC12 XX02 XX15 XX22 XX33

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力電圧により起動電圧の閾値を設定す
   る起動電圧閾値設定手段と特定の値の出力電圧に到達し
   た際に動作を停止させる動作停止手段とを有するターン
   オン制御回路と、前記起動電圧閾値設定手段から出力さ
   れる起動電圧により起動されて出力電圧を発生する出力
   電圧発生手段と出力電流を制御する出力電流制御手段と
   を有する電流制限回路と、該電流制限回路の出力に基づ
   いて出力電圧を設定する出力電圧設定手段と前記電流制
   限回路の出力を含み前記出力電圧を安定化する負帰還手
   段とを有する電圧安定化制御回路と、前記出力電圧が低
   下して停止電圧の閾値に到達したことを検出して前記出
   力電圧を停止させる停止電圧閾値検出手段を有する低電
   圧遮断回路とを具備し、起動電圧と停止電圧をそれぞれ
   独立に設定することにより回路にヒステリシス特性を与
   えたことを特徴とする定電圧回路。
2. 【請求項２】 前記起動電圧閾値設定手段は、前記入力
   電圧に接続された第１の抵抗と、該第１の抵抗により
   “ＯＮ／ＯＦＦ”制御される第１のトランジスタを含
   み、前記動作停止手段は、前記出力電圧に接続された第
   ２の抵抗と、該第２の抵抗により“ＯＮ／ＯＦＦ”制御
   されその出力により前記第１のトランジスタを制御する
   第２のトランジスタとを含むことを更に特徴とする請求
   項１に記載の定電圧回路。
3. 【請求項３】 前記出力電流制御手段は、前記入力電圧
   に接続された第３の抵抗を含み、前記出力電圧発生手段
   は、前記第１のトランジスタにより制御される第３のト
   ランジスタを含むことを更に特徴とする請求項２に記載
   の定電圧回路。
4. 【請求項４】 前記出力電圧設定手段は、前記第３のト
   ランジスタの出力に接続された第４の抵抗を含み、前記
   負帰還手段は、前記第４の抵抗に接続されただい４のト
   ランジスタと、該第４のトランジスタの出力により制御
   される第５のトランジスタと、該第５のトランジスタの
   出力により制御される第３のトランジスタとを含むこと
   を更に特徴とする請求項３に記載の定電圧回路。
5. 【請求項５】 前記停止電圧閾値検出手段は、前記出力
   電圧に接続された第５の抵抗と、該第５の抵抗により制
   御される第６のトランジスタとを含むことを更に特徴と
   する請求項４に記載の定電圧回路。