JPH01297710A - 定電流回路 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は定電流回路に関し、特にそれぞれ独立　　　　
゛に電流値を制御された定電流源を有しており複数個直
列に接続して負荷に定電流を供給するための定電流回路
に関する。

〔従来の技術〕

第５図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、従来の定電流回
路の構成例およびその使用例を示すブロック図である。

第５図（ａ）及び（ｂ）において定電流回路１は、定電
流源３が送出する電流１ｔｆｉ＝電流検出回路４および
制御回路６によシ予め定めた値になるよう制御して、負
荷７へ電流ｌＬを供給する。すなわち、電流検出回路４
には可飽和リアクトルを有する磁気増幅器（図示省略）
などが使用され、定電流源３が送出する電流１１は電流
検出用の直流巻線ＷＤを通ったあと、負荷分担用の抵抗
ＲＰへ流れる電流■２と、負荷７に向って流れる電流１
■７とに分流する。電流検出回路４は、直流巻線ＷＤの
アンペアターンＮ・ｌｒ（但しＮは直流巻線ＷＤの巻回
数を示す）に比例する出力電圧Ｖｄｋ発生して、これを
制御回路６へ送る。従って、電流検出回路４の出力電圧
Ｖｄと電流１１との関係は、ｖｄ＝　ｇ　−Ｎ・１、　
　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
と表わされ、比例定数のｇは直流励磁アンペアターン・
出力電圧変換比である。制御回路６は比較増幅器６１を
具備しておシ、その一対の入力端のうちの一方には電流
検出回路４の出力電圧Ｖｄが印加され他方には定電流制
御の基準となる基準電圧ｖｏが印加されている。この基
準電圧Ｖｏは、電流１１について予め定めた値の電流１
１０に対して、 Ｖｏ＝＝　ｇ　−Ｎ・ｉｔｏ　　　　　　・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（２）の関係を満たすよう設
定しである。制御回路６は、出力電圧Ｖｄと基準電圧■
ｏとの差に比例する電圧の制御信号を定電流源３へ送り
両者の差が零になるよう、すなわち電流１１が電流Ｌｏ
に等しくなるよう定電流ｍ、３を制御する。

このような定電流回路１を用いて同軸ケーブル方式ある
いは光フアイバ方式の中継装置に給電を行う場合には、
第５図（ｂ）に示すごとく複数個直列に接続しく第５図
（ｂ）には２個直列接続した場合を例示する。なおダイ
オ−ドＤ１およびＢ２はそれぞれ定電流回路ＩＡおよび
ＩＢの動作中断時のバイパス用である。）同時運転する
冗長構成をとシ、信頼度向上および負荷分担を図る。定
電流回路ＩＡおよびＩＢはいずれも第５図（ａ）と同一
の構成を有する。この場合に、定電流回路ＩＡおよびＩ
Ｂのそれぞれの定電流源３から送出される電流Ｉｌが定
電流制御精度の範囲内で変動しても、定電流回路ＩＡお
よび１Ｂの一方に過大な電力負荷を分担させぬようにす
るには、以下に説明するごとく、抵抗ＲＰをある値以下
にする必要がある。

第６図は、第５図（ｂ）に示す従来の定電流回路の接続
時における動作特性を示す特性図である。横軸は定電流
回路ＩＡの出力電圧■Ａを示し、縦軸は負荷７への供給
電流ＩＬを示す。電圧ＶＬｏおよび電流■Ｌｏばそれぞ
れ、負荷７の標準動作時における電圧および電流の値を
示す。実線で示した特性ＡｏおよびＢｏは、それぞれ定
電流回路ＩＡおよびＩＢの定電流源３から送出される電
流■１が所定の電流１１０に等しい場合の出力電圧対出
力電流特性を示し、電流■ＡｏおよＵ　ＩＢｏはいずれ
も電流１１０に等しい。第５図（ａ）を参照すれば明ら
かなように、 ■Ｌ−１、ｌ２＝１１　　（Ｖ／ＲＰ）　　・・・・・
・・・・・・・（３）が成立し、これをＩｔ””ＩＩＯ
の場合に定電流回路ＩＡに適用すれば、 ＬＬ＝ＩＡｏ　　　（Ｖ人／ＲＰ）　　　　　　　　　
−−−”１４）が成立する。これを図示したのが特性Ａ
Ｑである。

また、負荷７の標準動作時においてはＶＢ′＝ｖＬ。

−ｖＡが成立ち、この関係式と式（３）とを定電流回路
ＩＢに適用すれば、、 ｌＬ：ＩＢｏ−（ＶＬｏ／Ｒｐ）＋（ＶＡ／Ｒｐ）　　
・・・・・・（５）が成立する。これを図示したのが特
性Ｂｏである。

この場合の動作点は、特性ＡｏおよびＢｏの交点Ｐｏで
与えられるが、このときの電圧ＶＡｏは明らかに電圧ｖ
ＬＤの丁度半分であり、定電流回路ＩＡおよびＩＢの負
荷分担は均等である。

他方、破線で示した特性穴１およびＢ１はそれぞれ、定
電流回路ＩＡおよびＩＢの定電流源３の送出電流■１が
定電流制御精度範囲の上限ＩＢｏおよび下限ＩＢ１’！
で変動した場合を示す。式（３）から明らかなごとく、
特性ＡＩおよびＢｌはおのおの特性ＡｏおよびＢｏｅΔ
Ｉ、　　だけ上方および下方へ平行移動した特性になる
（但し、ΔＩｆ”ＩＡＩ−ＩＡＯ”　ＩＢＯＩＢＩであ
る）。この動作特性変動に伴って、動作点も特性Ａ１お
よびＢｌの交点Ｐ。

に移動し、電圧ＶＡは均等に負荷分担しているときの電
圧■Ａｏから電圧ｖＡ１へ変動して負荷分担が不均等に
なる。この電圧ｖＡの変動分ΔＶＡ”ＶＡＩ−ｖＡｏは
、定電流制御精度ｂ−ΔＩ’ｔ　／　Ｌｏを用いて、 ΔＶ、：Ｒ，Ｆｌ’−Δ■１＝Ｒｐ”ｂ−１１ｏ−開用
−・−（６）と表され、定電流源３の送出電流１１０　
、その制御精度す、および抵抗ＲＰのそれぞれに比例す
る大きさになる。通常、制御精度すは使用゛部品の精度
や安定度の面からの制約によシある限度以下に小さくす
ることが不可能である。従って、負荷電流が大きな方式
で電流１１０を大きくとる必要がある場合に、電圧変動
ｌＶＡを所望範囲内に抑えるためには、抵抗Ｒ＋Ｐを小
さくせねばならない。例えば、同軸ケーブルを用いたア
ナログ伝送方式の場合の負荷電流は５０ないし１００ｍ
Ａ程度であるのに対し、光ファイバを用いたディジタル
伝送方式の場合の負荷電流はそれよシー桁高い１ないし
２人に達する。後者の場合の電圧変動Δ■人を、前者の
場合と同程度の範囲内に抑えるには、抵抗ＲＰを一桁低
くする必要がある。第（図（ａ）を参照すれば明らかな
ように、抵抗ＲＰで消費される電力すなわち電力損失Ｗ
は、 Ｗ−Ｖ２／ｆＬＰ　　　　　　　・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（７）と表わされるから、上記のごと
く抵抗ＲＰを一桁低くすると電力損失Ｗは一桁高くなり
、抵抗ｌｔＰが大形化すると共に、抵抗ＲＰの発熱量の
増大に対処するため放熱冷却手段が大規模化して、定電
流回路を大形化せざるを得ない。更に、上記の如く抵抗
値を低くすると、第５図（ｂ）に示したごとく２個直列
接続した定電流回路ＩＡおよびＩＢのうちの１個が動作
中断する障害を生じたとき、これに伴って生ずる電流■
Ｌの変動量が太きぐなる。

例えば定電流回路ＩＢの動作中断を生じてダイオードＤ
２が導通状態になシ、電圧ＶＢが零となったとき、第６
図において動作点が特性Ａ、上の点Ｑ’Ｏに移行する。

但し点Ｑ’Ｏは、特性ＡＯと、負荷７の動作特性を示す
直線ＩＬ＝（ＶＬ、０／ＩＬＯ）　・ＶＡ　（第６図で
の図示は省略した）との交点である。特性Ａｏは勾配の
絶対値１／Ｒｐの右下シの直線であるから、ＲＰが減少
すれば点Ｑ’ｏは同図上で左下方へ移行し、負荷７の標
準動作点からの隔たシが増大する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の定電流回路は、特に負荷電流が大きい場
合に、負荷分担用抵抗での電力損失が大きく回路が大形
化すると共に、冗長構成党一部分に障害を生じたときの
負荷電流変動が太きいという欠点を有する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の定電流回路は回路内の所定箇所の電流を検出す
る電流検出回路と、この電流検出回路の検出値を示す信
号に応答して前記検出値が予め定められた値に収束する
ように送出電流を制御する定電流源と、負荷分担用の抵
抗とを有する定電流回路において、前記電流検出回路は
少くとも電流検出用の第１および第２の巻線を有し、こ
の第２の巻線の巻回数は前記第１の巻線の巻回数よシも
多く設定してあシ、前記定電流源の前記送出電流を前記
第１の巻線を通り外部の負荷に導く第１の流路と前記抵
抗に流れる第２の流路とに分流するように接続路を有し
、前記第２の流路には前記抵抗に直列接続され且つ前記
第２の流路の電流を側流させて前記第２の巻線に導くよ
うに接続されて〔実施例〕 次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図である
。

第１図に示す定電流回路２と、第５図（ａ）に示した従
来の定電流回路１との相違は、電流検出回路５に第２の
直流巻線Ｗｎｚ、ｅ追加し、更に抵抗ＲＰへの電流■２
の分流を電流検出回路５および定電流源３の間で行い、
抵抗ＲＰに電流制限回路８を直列接続して設けたことで
ある。定電流源３が送出する電流は、負荷分担用の抵抗
１（Ｐへ流れる電流■２と、第１の直流巻線ＷＤｌを通
り負荷に向って流れる電流■Ｌとに分流する。電流制限
回路８は、抵抗ＲＰに直列に接続したツェナダイオード
ＺＤ、と抵抗Ｒ１からなる並列回路の両端を電流■３を
側流するだめの抵抗ＲＰおよびツェナダイオードＺＤ２
−（５介して第２の直流巻線ＷＤ２に接続した構成を有
する。

電流検出回路５の出力電圧Ｖｄは、第１および第２の直
流巻線ＷＤ　１およびＷＤ２のアンペアターンの和、す
なわち（Ｎ＋・ＩＬ十Ｎ２・１３）に比例し、■ｄ−ｇ
（ＮＶＩＬ十Ｎ２・１３）　　・・・・・・・・・・・
・・・・（６）と表わされる。但し、Ｎ１　およびＮ２
はそれぞれ第１および第２の直流巻線ＷＤ１およびＷＤ
２の巻回数を示す。制御回路６は、この出力電圧Ｖｄを
受けてこれと、予め定めだ値の電流１１０に対して、■
ｏ−ｇ−Ｎ１・■１ｏ　　　　　　・・・・・・・・・
・・・・・・（７）で表わされる基準電圧Ｖｏとの差に
比例する電圧の制御信号を定電流源３へ送や、アンペア
ターン（Ｎｌ・ＩＬ＋Ｎ２・１３）がアンペアターン（
Ｎｌ・１１Ｏ）に等しくガるよう定電流源３の送出電流
■１を制御する。この制御によシ、 ＩＬ＝１１０−（Ｎｚ／Ｎｔ）・ｌ３−−−−＝４８）
が成立する。

さて、ツェナーダイオードＺＤ１とＺＤ２のツェナー電
圧をそれぞれ■旧、■Ｂ２とし、 ■８、〉■３□　　　　　　　　　・・・・・・・・・
・・・・・・（９）とすると、第２の直流巻線ＷＤ２に
側流される電流Ｉ３は抵抗Ｒｑの両端電圧（Ｖｚ＋）が
ツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧（Ｖｓｚ）未
満のときには零である。抵抗Ｒ６の両端電圧（Ｖｚ２）
がツエナ−タ“イオードＺＤ２のツェナー電圧（ＶＢ２
）以上であり、かつツェナーダイオードＺＤ１のツェナ
ー電圧（ＶＢＩ）以下の場合には第２の直流巻線ＷＤ２
に流れる電流はＲｐ　＞　Ｒｑ　＞　Ｒｓであシ且つ、
直流巻線ｗｌ）ｔの巻線抵抗は非常に小さいので無視す
るとＩＬ＝１１０　　（Ｎ２／Ｎ＋）・ｌｚ二Ｌｏ　　
（■／Ｒ）　　・・・・・・・・・（１０）但し、Ｒ＝
　（Ｒｐ＋Ｒｓ）／（Ｎ２／Ｎ１）−−−（１１）が成
シ立ち、Ｖｚ、：ＶＢ、の時のときには１ｔ＝Ｉ＋ｏ　
　（Ｊ’ｈ／Ｎ＋）・（ＶＢｔ／Ｒｓ）　−（１２）が
成立つ、式（１０）および（１２）ｔ、第６図と同様に
図示したものが第２図（ｂ）である。

第２図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本第１の実施例の
適用例を示すブロック図および適用例の動作特性を示す
特性図である。

第２図（ｂ）は定電流回路２全第２図（ａ）のごとく２
個直ダ１］接続した場合の動作特性を示す。

第２図（ｂ）において実線で示した特性ＡｏおよびＢｏ
はそれぞれ、２個直列接続した第１図に示した本第１の
実施例の定電流回路２人および２Ｂの動作特性を示し、
電流ＩＡｏおよびＩＢ、はいずれも所定の電流１１０に
等しい。すなわち、特性Ａ。

（あるいはＢｏ）は式（１０）および（１２）’ｒ定電
流回路２Ａ（あるいは２Ｂ）に適用して図示したもので
ある。電圧ＶＡＣは、特性Ａ’０が式（１０）の特性か
ら式（１２）の特性に移行する動作点における定電流回
路２人の出力電圧Ｖカであ’）ｓ■ｎ　は定電流回路２
Ｂの出力電圧であシ、 と表わされる。式（１０）および（１２）から明らかな
ように、特性式〇の勾配の絶対値はｔ　Ｖ’Ａ、　＜　
ＶＡＣであれば１／几であシ、〜Ａ＜ＶＡＣであればゼ
ロである。式（１３）を参照すれば、電圧ＶＡＣを、特
性ＡＯおよびＢｏの交点ＰＯがｌ／Ｒの勾配（絶対値）
の部分にあシ且つ特性ＡＯおよび負荷特性（すなわち直
線ＩＬ　＝　（ＶＬＯ／　Ｉｔｏ　）　・ＶＡ　６図示
省略）の交点Ｑ。がゼロの勾配の部分にあるよう選定す
ることができる。第２図（ｂ）はこのように選定した例
を示しておυ、その結果として抵抗Ｒ８およびＲＰでの
電力損失を従来よりも軽減でき、更に定電流回路２Ａお
よび２Ｂのうちのいずれか一方が動作中断したときの電
流■Ｌの変動量も従来よυ軽減できる。まず、定電流制
御範囲内での電流′１１の変動に起因する電圧■Ａの変
動７７人は、本第１の実施例で電圧■Ａの変動が特性Ａ
、０およびＢｏのｉ／Ｒの勾配（絶対値）の部分内で生
ずるようにしてあれば、 ΔＶＡ＝ｌ（、−Δ１ｌ−Ｒ−ｂ・１１ｏ・・・・・・
・・・（１４）と表わされる。従来の回路の場合での式
（６）と上式（１４）とを対照し且つ式（１０）を参照
すれば明らかなごとく、本実施例での抵抗値（Ｒ８＋Ｒ
Ｐ）しくシタときに同じ電圧変動Δ■Ａになる。従って
、抵抗Ｒ８およびＲｐでの電力損失は、本実施例でＮ１
＜　Ｎ’２を満たすように巻回数を設定すれする。更に
、従来の定電流回路１での特性ＡＯは第６図の実線で示
すごとく一直線になるから、定電流回路ＩＢの動作中断
時における定電流回路ＩＡの動作点は第２図（ｂ）上で
は点ｑ。になるが、本第１の実施例では、定電流回路２
Ｂの動作中断時における定電流回路２Ａの動作点は点Ｑ
ｏである。

点Ｑ。は点ｑＯより右上方にあり従って負荷７の標準動
作点に近付く。

以上に説明したごとく、電流検出回路５に第１の直流巻
線ＷＤ１　、ｔ：５も巻回数が多い第２の直流巻線ＷＤ
２を追加して設は第１および第２の直流巻線ＷＤ１およ
びＷ　Ｄ２のアンペアターンが予め定めた大きさになる
よう電流制御を行うことにより、負荷分担用抵抗Ｒ１ｓ
およびＲＰの電力損失を低減でき、史に負荷分担用抵抗
ＲＰに流れる電流を電流制限回路８で側流させた電流を
第２の直流巻線ＷＤ２に流入させることによシ、直列運
転時に一方の回路が断になった場合の負荷電流変動を低
減できる。

第３図は本発明の第２の実施例を示すブロック図である
。

本第２の実施例の定電流回路は、第１の実施例の定電流
回路２で一方の出力端を接地した場合に、電流制限回路
８を接地側に接続したものである。

明らかに、動作原理は第１の実施例と同じであるが、第
１図における第２の直流巻線ＷＤ２にかかる電圧は本第
２の実施例は場合の方が低くなるから、直流巻線ＷＤ２
に対して従来のような高耐圧処理を施す必要がなくなシ
、電流検出回路５の製作工数を減らすことができるとい
う利点がある。

第４図は本発明の第３の実施例を示すブロック図である
。

本第３の実施例の定電流回路では、基準電流１ｓを流す
ための基準電流巻線Ｗｓを追加し設けた電流検出回路１
５により定電流制御を行う。基準電流巻線ＷＳには、第
１および第２の直流巻線Ｗ　Ｄ　１およびＷＤ２のアン
ペアターンの和（Ｎｔ・■Ｌ＋Ｎ２・Ｉ３）を打消す向
きの基準電流１ｓを、定電流源１３から供給しである。

基準電流巻線Ｗｓの巻回数をＮｓとすれば、電流検出回
路１５はアンペアターンの合成値（Ｎ、　−ＩＬ＋Ｎ２
−　ｌ３−Ｎｓ−１ｓ）に比例する出力電圧ｖｄを発生
し、これを制御回路６へ送る。本第３の実施例では、制
御回路６での定電流制御基準電圧Ｖｏｅ零に設定しであ
る。すなわち、制御回路６は電圧Ｖｄに比例する電圧の
制御信号を定電流源３へ送シ、制御信号の電圧が零にな
るよう、すなわち ＩＬ＝　（ＮＳ／Ｎｌ　）　・Ｉｓ　　（Ｎ２／Ｎｌ　
）　・Ｉａ・・・・・・・・・・・・・・・（１５）の
関係が成立つような電流１１ヲ送出するよう定電流源３
を制御する。式（１５）は、　式（８）における１１Ｇ
を（Ｎｓ　／　Ｎｔ　）　・Ｉｓで置換えた式であるか
ら、本第３の実施例でも第１の実施例と同様の定電流制
御を行うことができ、従って第１の実施例と同じ効果を
得ることができる。

本第３の実施例の定電流回路を３個以上直列運転する場
合も、同様な効果が得られることは明らかである。また
電流制限回路８は第１図に例示した回路形式に限定せず
、流入する電流１２が予め定めた電流１２０以下のとき
にはそのまま第２の直流巻線ＷＤ２に側流させ、電流１
２が予め定めた電流Ｉ２０を超えたときにはそのうち電
流１２０だけを第２の直流巻線ＷＤ２に側流させるよう
に構成した回路であれば、同じ効果が得られることは明
らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、電流検出回路に第１の直
流巻線よシも巻回数が多い第２の直流巻線を追加して設
は第１および第２の直流巻線のアンペアターンが予め定
めた大きさになるよう電流制御を行うことによシ、負荷
分担用抵抗の電力損失を低減でき、更に負荷分担用抵抗
に流れる電流を電流制限回路で側流させた電流を第２の
直流巻線に流入させることによシ、二個直列運転時に一
方の定電流回路が断になった場合の負荷電流変動を低減
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図、第２
図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本第１の実施例の適用
例を示すブロック図および適用例の動作特性を示す特性
図、第３図および第４図はそれぞれ本発明の第２および
第３の実施例を示すブロック図、第５図（ａ）および（
ｂ）はそれぞれ従来の定電流回路の構成例および使用例
を示すブロック図、第６図は第５図（ｂ）に示す従来の
定電流回路の接続時における動作特性金示す特性図であ
る。 １、ＬＡ、ｔＢ、２，２Ａ、２Ｂ・・・・・・定電流回
路、３゜１３・・・・・・定電流源、４，５．１５・・
・・・・電流検出回路、６・・・・・・制御回路、７・
・・・・・負荷、８・・・・・・電流制限回路、Ｗｐ　
、　ＷＤＩ　、　ＷＤ２・・・・・・直流巻線、Ｗｓ　
・・・・・・基準電流巻線、ｋＬｓ、ａＰ・・・・・・
抵抗、Ｄｌ　、Ｄ２・・・・・・ダイオード。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回路内の所定箇所の電流を検出する電流検出回路と、こ
   の電流検出回路の検出値を示す信号に応答して該検出値
   が予め定められた値に収束するように送出電流を制御す
   る定電流源と、負荷分担用の抵抗とを有する定電流回路
   において、前記電流検出回路は少くとも電流検出用の第
   １および第２の巻線を有し、この第２の巻線の巻回数は
   前記第１の巻線の巻回数よりも多く設定してあり、前記
   定電流源の前記送出電流を前記第１の巻線を通り外部の
   負荷に導く第１の流路と前記抵抗に流れる第２の流路と
   に分流するように接続路を有し、前記第２の流路には前
   記抵抗に直列接続され且つ前記第２の流路の電流を側流
   させて前記第２の巻線に導くように接続されており前記
   側流する電流を予め設定した値以内に制限する電流制限
   回路を備えたことを特徴とする定電流回路。