JPH052226U - カレントリミツタ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 許容損失量の大きい高価な制御用トランジス
タを必要としない定電圧電源装置を得る。 【構成】 制御用トランジスタＴｒ₁ のコレクタ・エミ
ッタを電源回路に直列に接続し、抵抗器Ｒ₃ 及び保護用
トランジスタＴｒ₂によって制御用トランジスタＴｒ₁
を保護する定電圧電源装置であり、さらに負荷短絡検出
用トランジスタＴｒ₄ と補助保護用トランジスタＴｒ₅
と抵抗器Ｒ₉ とを具え、抵抗器Ｒ₉ は抵抗器Ｒ₃ に直列
に接続され、トランジスタＴｒ₅ のエミッタ及びコレク
タが抵抗器Ｒ₉ に並列に接続され、トランジスタＴｒ₅
はトランジスタＴｒ₄ により制御されるようにされ、負
荷が短絡した場合にトランジスタＴｒ₄ が非導通状態と
なることにより、トランジスタＴｒ₅ も非導通状態とな
り、抵抗器Ｒ₉ が抵抗器Ｒ₃に付加される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、定電圧電源装置等に用いられるカレントリミッタ回路に関するもの である。

【０００２】

【従来の技術】

近年、各種電気機器においてマイクロコンピュータが多用されてきており、こ のマイクロコンピュータは供給電源として安定なものが必要なため、定電圧電源 装置が用いられている。 また、自動車に登載されているカーオーディオ装置を初めとする車載用機器に は、その動作の制御にマイクロコンピュータが用いられており、このマイクロコ ンピュータに駆動には１２Ｖあるいは５Ｖの変動しない安定な電圧を供給するこ とが必要である。

【０００３】 ところで、自動車においてはオルタネータ（交流発電機）で発電した電力を整 流してバッテリに充電しながら各種車載用機器に供給しているが、供給される電 力は電圧レギュレータにより制御しても、電圧が数ボルトの幅で変動する。 このような非定電圧電源から、マイクロコンピュータを用いた車載用機器に電 力を供給するために、供給電圧を安定化する定電圧電源回路が用いられている。

【０００４】 図３に、従来用いられているカレントリミッタ回路の例を示す。 このカレントリミッタ回路を用いる定電圧電源装置の定格出力電圧を１０Ｖ、 最大出力電流を１Ａとする。機器を設計する場合には通常１２０％程度の余裕を もたせる必要があり、この場合の保護回路が動作するときの電流は１．２Ａに設 定してある。

【０００５】 このカレントリミッタ回路は、ＰＮＰ型である制御用トランジスタＴｒ₁ と、 同じくＰＮＰ型である保護用トランジスタＴｒ₂ と、ＮＰＮ型であるスイッチン グトランジスタＴｒ₃ と、回路起動用のツェナーダイオードＤZ とから構成され ている。 トランジスタＴｒ₁ のベースは抵抗器Ｒ₁ 及びトランジスタＴｒ₃ のコレクタ −エミッタを介して接地されており、エミッタは電流制限抵抗器Ｒ₃ を介して＋ 側の入力端子Ｉ₊ に、コレクタは＋側の出力端子Ｏ₊ に接続されており、カレン トリミッタ回路の接地側は−側の入力端子Ｉ_- 及び−側の出力端子Ｏ_- に接続さ れており、バッテリＢが入力端子Ｉ₊ ，Ｉ_- 間に接続され、負荷Ｚが出力端子Ｏ ₊ ，Ｏ_- 間に接続されている。

【０００６】 一方、トランジスタＴｒ₂ のエミッタは入力端子Ｉ₊ に、コレクタはトランジ スタＴｒ₁ のベースに、ベースは抵抗器Ｒ₂ を介してトランジスタＴｒ₁ のエミ ッタに接続されている。 また、回路起動用のツェナーダイオードＤZ のカソードは入力端子Ｉ₊ に、ア ノードは抵抗器Ｒ₄ を介して接地されている。 そして、スイッチングトランジスタＴｒ₃ のベースは抵抗器Ｒ₅ を介してツェ ナーダイオードＤZ のアノードに接続され、前述したようにコレクタは抵抗器Ｒ ₁ に接続され、エミッタは接地されている。

【０００７】 この従来のカレントリミッタ回路は、負荷Ｚが短絡した場合には電流制限抵抗 Ｒ₃ と保護用トランジスタＴｒ₂ とで構成される保護回路が動作する。この保護 回路はトランジスタＴｒ₂ のベース−エミッタ間の電圧降下Ｖ_BEが一定であるこ とを利用して、Ｉ＝Ｖ_BE／Ｒ₃ で定められる電流値に最大電流を制限することに より、トランジスタＴｒ₁ に過大な電流が流れて破壊されないようにしている。

【０００８】 この従来のカレントリミッタ回路において、制御用トランジスタＴｒ₁ を通し て流れる飽和最大電流は１．２Ａであり、このときのＴｒ₁ のエミッタとコレク タ間の飽和電圧降下Ｖ_CE(sat) は通常０．３Ｖであるから、エミッタに加えられ る電圧は１０Ｖ＋０．３Ｖ＋０．６Ｖ＝１０．９Ｖすなわち約１１Ｖである。 また、トランジスタＴｒ₂ のエミッタ−ベース間の電圧降下Ｖ_BEは０．６Ｖで あるから、トランジスタＴｒ₂ に保護動作を行わせるためのスイッチング電圧を 発生させる抵抗器Ｒ₂ の抵抗値は０．６Ｖ／１．２Ａ＝０．５Ωである。 そして、このときの制御用トランジスタＴｒ₁ の許容損失量（Ｐｃ）＝１．２ Ａ×０．３Ｖ＝０．３６Ｗである。

【０００９】 このカレントリミッタ回路において負荷Ｚが短絡した場合すなわち出力端子Ｏ ₊ とＯ_- との間の電圧が０Ｖとなった場合には、抵抗器Ｒ₂ に１．２Ａの飽和電 流が流れるから、その両端に１．２Ａ×０．５Ω＝０．６Ｖの電圧が発生し、ト ランジスタＴｒ₂ のエミッタ−ベース間の電位が上昇して導通する。 このとき、トランジスタＴｒ₁ においては１．２Ａ×１１Ｖ＝１３．２Ｗの電 力が消費される。 したがって、定格出力電圧１０Ｖ、飽和電流１．２Ａ、通常出力容量が０．３ ６Ｗであるにも拘らずトランジスタＴｒ₁ としては１３．２Ｗの許容損失量が大 きい高価なものが必要であり、カレントリミッタ回路のコストアップの原因とな っていた。

【００１０】 また、許容損失量の大きいトランジスタを用いるためにはそれに見合う大きさ の放熱器を使用しないと加熱による火災の恐れがあるため、大型の放熱器が必要 であった。それだけではなく、定電圧電源装置を収容するケース等にも大きなも のが必要であり、コスト及びスペースファクタの面からの問題もあった。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は上記問題点すなわち、許容損失量の大きい高価な制御用トランジスタ を必要とし、そのために放熱器及び装置を収容するケース等も大きなものが必要 になるという、従来の定電圧電源装置が有するコスト及びスペースファクタ上の 問題点を解決することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

本願においては、上記課題を解決することを目的として「制御用トランジスタ のコレクタ・エミッタを電源回路に直列に接続し、電流制限用抵抗器及び保護用 トランジスタによって制御用トランジスタを保護するカレントリミッタ回路であ って、カレントリミッタ回路はさらに負荷短絡検出用トランジスタと補助保護用 トランジスタと補助電流制限用抵抗器とを具えており、補助電流制限用抵抗器は 電流制限用抵抗器に直列に接続され、補助保護用トランジスタのエミッタ及びコ レクタが補助電流制限用抵抗器に並列に接続され、かつ補助保護用トランジスタ は短絡検出用トランジスタにより制御されるようにされており、負荷が短絡した 場合に負荷短絡検出トランジスタが非導通状態となることにより、補助保護用ト ランジスタも非導通状態となり、補助電流制限用抵抗器が電流制限用抵抗器に付 加されるように構成されていることを特徴とするカレントリミッタ回路」である ことを構成に欠くことができない事項とする考案を提供する。

【００１３】

【作用】

上記構成を有する本願考案においては、負荷が短絡した場合に負荷短絡検出ト ランジスタが非導通状態となることにより、補助保護用トランジスタが非導通状 態となり、補助電流制限用抵抗器が電流制限用抵抗器に付加されるから、制御用 トランジスタに流入する電流が制限される。

【００１４】

【実施例】

以下、図１により本願考案の実施例を説明する。 この本願考案の実施例であるカレントリミッタ回路は、図２に示した従来のカ レントリミッタ回路と同様に、定格出力電圧１０Ｖ、最大出力電流１Ａであり、 保護回路が動作するときの電流は１．２Ａに設定してあるものである。 このカレントリミッタ回路は、ＰＮＰ型である制御用トランジスタＴｒ₁ と、 同じくＰＮＰ型である制御用トランジスタＴｒ₂ と、ＮＰＮ型であるスイッチン グトランジスタＴｒ₃ と、回路起動用のツェナーダイオードＤZ と、さらにＮＰ Ｎ型である検出用トランジスタＴｒ₄ 及びＰＮＰ型である制御用トランジスタＴ ｒ₅ とから構成されている。

【００１５】 制御用トランジスタＴｒ₁ のベースは抵抗器Ｒ₁ 及びトランジスタＴｒ₃ のコ レクタ−エミッタを介して接地されており、エミッタは電流制限抵抗器Ｒ₃ 及び Ｒ₉ を介して＋側の入力端子Ｉ₊ に、コレクタは＋側の出力端子Ｏ₊ に接続され ている。 また、カレントリミッタ回路の接地側は−側の入力端子Ｉ_- 及び−側の出力端 子Ｏ_- に接続されており、バッテリＢが入力端子Ｉ₊ ，Ｉ_- 間に接続され、負荷 Ｚが出力端子Ｏ₊ ，Ｏ_- 間に接続されている。

【００１６】 トランジスタＴｒ₂ のエミッタは入力端子Ｉ₊ に、コレクタはトランジスタＴ ｒ₁ のベースに、ベースは抵抗器Ｒ₂ を介してトランジスタＴｒ₁ のエミッタに 接続されている。 また、ツェナーダイオードＤZ のカソードは入力端子Ｉ₊ に、アノードは抵抗 器Ｒ₄ を介して接地されている。 トランジスタＴｒ₃ のベースは抵抗器Ｒ₅ を介してツェナーダイオードＤZ の アノードに接続され、前述したように、コレクタは抵抗器Ｒ₁ に接続され、エミ ッタは接地されている。

【００１７】 先に説明したように、このカレントリミッタ回路には従来のカレントリミッタ 回路の構成に加えてさらに、検出用トランジスタＴｒ₄ 及び補助制御用トランジ スタＴｒ₅ とを具えている。 トランジスタＴｒ₄ のベースは出力端子Ｏ₊ とＯ_- の間に接続された電圧分配 抵抗器Ｒ₆ とＲ₇ との中点に接続されており、エミッタは接地され、コレクタは 抵抗器Ｒ₈ を介してトランジスタＴｒ₅ のベースに接続されている。

【００１８】 電流制限用抵抗器Ｒ₃ と入力端子Ｉ₊ との間には補助電流制限用抵抗器Ｒ₉ が 設けられており、トランジスタＴｒ₅ のエミッタが入力端子Ｉ₊ に接続され、抵 抗器Ｒ₉ の両端にＴｒ₅ のエミッタとコレクタとが接続されている。

【００１９】 この本願考案実施例のカレントリミッタ回路においては、図２に示した従来例 のカレントリミッタ回路と同様に、Ｔｒ₁ のエミッタとコレクタ間の飽和時の電 圧降下は０．３Ｖ、入力端子Ｉ₊ に加えられる電圧は１１Ｖ、抵抗器Ｒ₂ の抵抗 値は０．５Ωである。

【００２０】 また、抵抗器Ｒ₆ とＲ₇ とは、出力端子Ｏ₊ とＯ_- との間に定格出力電圧であ る１０Ｖが出力されているときに、この電圧を分配することによりトランジスタ Ｔｒ₄ を導通させるのに必要な電圧０．６ＶがトランジスタＴｒ₄ のベースに印 加されるよう、例えば各々９４ＫΩと６ＫΩに選択してある。 トランジスタＴｒ₅ のベースに接続された抵抗器Ｒ₈ の抵抗値は、Ｔｒ₄ が導 通しているときにＴｒ₅ が導通しているような大きさのものが選択される。 また、抵抗器Ｒ₉ の抵抗値はトランジスタＴｒ₁ に流れる電流を十分に制限す ることができる適当な大きさ、例えば９．５Ωのものが選択される。

【００２１】 次に、本願考案実施例のカレントリミッタ回路の動作を説明する。 負荷Ｚが短絡せず正常に動作しているときには、抵抗器Ｒ₇ の両端には０．６ Ｖの電圧が発生しており、この電圧によりトランジスタＴｒ₄ が導通する。この トランジスタＴｒ₄ が導通することにより、トランジスタＴｒ₅ が導通し、抵抗 器Ｒ₉ の両端は短絡されている。したがって、入力端子Ｉ₊ に入力した非安定化 電流はトランジスタＴｒ₂ →抵抗器Ｒ₃ の経路によりトランジスタＴｒ₁ に供給 される。

【００２２】 このカレントリミッタ回路において、負荷Ｚが短絡した場合すなわち出力端子 Ｏ₊ とＯ_- との間の電圧が０Ｖとなった場合には、抵抗器Ｒ₇ の両端の電圧は０ Ｖとなるから、トランジスタＴｒ₄ は非導通となり、このトランジスタＴｒ₄ に 接続されたトランジスタＴｒ₅ も非導通となる。 トランジスタＴｒ₅ が非導通となると、入力端子Ｉ₊ に入力した非安定化電流 はトランジスタ抵抗器Ｒ₉ →抵抗器Ｒ₃ の経路によりトランジスタＴｒ₁ に供給 される。

【００２３】 これにより、Ｔｒ₂ で制御される電流はＲ₃ ／（Ｒ₃ ＋Ｒ₉ ）に減少する。そ こで、この比を１／５以下、すなわちＲ₉ ＝２Ω、にしておけばトランジスタＴ ｒ₁ に流れる電流を定格電流１Ａの５分の１、０．２Ａに制限することができる 。 このようにすれば、トランジスタＴｒ₁ における電力損失は、１１Ｖ×０．２ Ａ＝２．２Ｗとすることができる。 したがって、トランジスタＴｒ₁ に小さな許容損失のものを用いることができ る。

【００２４】 以上従来の技術及び本願考案の説明においては、カレントリミッタ回路を車載 用機器の定電圧電源装置に用いる場合について説明したが、本願考案の前提とな っている従来技術及び課題は、車載用機器に用いられる以外の定電圧電源装置に 用いられるカレントリミッタ回路においても共通するものであるから、本願考案 のカレントリミッタ回路を車載用機器に用いられる以外の定電圧電源装置に対し ても適用可能であることはいうまでもない。

【００２５】

【考案の効果】

以上の説明から明らかなように、本願考案に係るカレントリミッタ回路は、制 御用トランジスタに高価な大容量のトランジスタを用いる必要がなく、また大型 の放熱器及びケースを使用しなくてもすむ。したがって、コスト及びスペースフ ァクタの面から有利であるばかりでなく、加熱による火災の恐れもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願考案に係るカレントリミッタ回路を採用し
た定電圧電源装置の実施例の回路図。

【図２】従来のカレントリミッタ回路を採用した定電圧
電源装置の回路図。

【符号の説明】

Ｔｒ₁ 制御用トランジスタ Ｔｒ₂ 保護用トランジスタ Ｔｒ₄ 負荷短絡検出用トランジスタ Ｔｒ₅ 補助保護用トランジスタ Ｒ₃ 電流制限抵抗器 Ｒ₄ 補助電流制限抵抗器

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 制御用トランジスタのコレクタ・エミッ
   タを電源回路に直列に接続し、電流制限用抵抗器及び保
   護用トランジスタによって制御用トランジスタを保護す
   るカレントリミッタ回路であって、該カレントリミッタ
   回路はさらに負荷短絡検出用トランジスタと補助保護用
   トランジスタと補助電流制限用抵抗器とを具えており、
   該補助電流制限用抵抗器は前記電流制限用抵抗器に直列
   に接続され、前記補助保護用トランジスタのエミッタ及
   びコレクタが前記補助電流制限用抵抗器に並列に接続さ
   れ、かつ前記補助保護用トランジスタは前記短絡検出用
   トランジスタにより制御されるようにされており、負荷
   が短絡した場合に負荷短絡検出用トランジスタが非導通
   状態となることにより、補助保護用トランジスタも非導
   通状態となり、補助電流制限用抵抗器が電流制限用抵抗
   器に付加されるように構成されていることを特徴とする
   カレントリミッタ回路。