JPH0591757A

JPH0591757A - 定電流発生回路

Info

Publication number: JPH0591757A
Application number: JP3245577A
Authority: JP
Inventors: Mikihiro Yamashita; 幹弘山下; Kaoru Furukawa; 薫古川
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1991-09-25
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1993-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】入力電圧が高くなるに従って発振周波数を低
下させることにより入力電圧に関係なく一定電流を出力
する充電回路を提供する。【構成】トランス２の１次巻線Ｌ１に直列に接続され
たスイッチング素子Ｑ１と、前記スイッチング素子Ｑ１
をオンオフ駆動する発振回路と、前記スイッチング素子
Ｑ１に流れる電流に応じた電圧を発生させる抵抗Ｒ３
と、該抵抗Ｒ３の発生電圧が所定レベルに達すると前記
スイッチング素子Ｑ１をオフ駆動するオフ駆動回路（Ｚ
Ｄ１，Ｑ２）とを有する定電流発生回路において、前記
トランス２の１次巻線Ｌ１への入力電圧を検知する入力
電圧検知手段３と、該入力電圧に応じた時間だけ前記抵
抗Ｒ３に前記所定レベル以上の電圧を印加する電圧発生
手段３とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力電源から定電流を
生成して蓄電池や負荷に供給する定電流発生回路に係
り、特に入力電源電圧に対する自動電圧切り換えに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自励発振方式のコンバータである
リンギングチョークコンバータで構成された定電流発生
回路においては、スイッチングトランジスタのコレクタ
電流を制御して、入力電圧が高いときにはコレクタ電流
を減少させることにより出力電流を一定にする方法が知
られていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この制御方
式では、入力電圧が高くなると、発振周波数が高くなり
スイッチングトランジスタのオン時間が短くなるため
に、制御がかかるまでの遅れ等により出力電流を一定に
できないという課題を有していた。

【０００４】本発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、入力電圧が高くなるに従って発振周波数を低下させ
ることにより入力電圧に関係なく一定電流を出力する定
電流発生回路を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、トランスの１次巻線に直列に接続された
スイッチング素子と、前記スイッチング素子をオンオフ
駆動してトランスの２次側に所定の出力電流を生成すべ
く、少なくともトランスの３次巻線とコンデンサとを直
列に前記スイッチング素子のスイッチング制御端に接続
された発振回路と、前記スイッチング素子に流れる電流
に応じた電圧を発生させる抵抗と、該抵抗の発生電圧が
所定レベルに達すると前記スイッチング素子をオフ駆動
するオフ駆動回路とを有する定電流発生回路において、
前記トランスの１次巻線への入力電圧を検知する入力電
圧検知手段と、該入力電圧に応じた時間だけ前記抵抗に
前記所定レベル以上の電圧を印加する電圧発生手段とを
備えた構成である。

【０００６】

【作用】本発明によれば、入力電圧検知手段により検知
された入力電圧に応じた時間だけ、電圧発生手段から抵
抗へ発生電圧が印加されるので、その間スイッチング素
子はオフ状態に制御される。これにより、入力電圧に応
じてスイッチング素子のオフ時間、すなわち、スイッチ
ング周波数が変更されるため、入力電圧に関わらず一定
電流が出力される。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を充電回路に適用した第１実施
例について、図１〜図５を用いて説明する。図１は第１
実施例における充電回路の回路図である。整流回路１は
商用電源等からの交流入力を整流してトランス２の１次
巻線Ｌ１に出力するものである。該トランス２の１次巻
線Ｌ１には、スイッチング用のトランジスタＱ１とエミ
ッタ抵抗Ｒ３とが直列に接続されている。トランス２は
１次巻線Ｌ１，２次巻線Ｌ２及び３次巻線Ｌ３からな
り、トランジスタＱ１のオン、オフにより１次巻線Ｌ１
に流入する電流がスイッチングされ、これにより２次巻
線Ｌ２及び３次巻線Ｌ３に電圧が誘起されるようになっ
ている。

【０００８】前記２次巻線Ｌ２にはダイオードＤ１が直
列接続され、前記２次巻線Ｌ２に誘起された電力を前記
ダイオードＤ１により整流し、直流電源を供給して電池
Ｂ１を充電している。

【０００９】前記トランジスタＱ１のベースには前記３
次巻線Ｌ３，抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ１からなる発振
用の回路が接続され、前記３次巻線Ｌ３の誘起電圧によ
り前記トランジスタＱ１にベース電流が流入されてオ
ン、オフするようになっている。起動抵抗Ｒ１は前記ト
ランジスタＱ１にベース電流を供給して前記トランジス
タＱ１をオン起動させるものである。

【００１０】また、トランジスタＱ２は、コレクタが前
記トランジスタＱ１のベースに、エミッタが前記エミッ
タ抵抗Ｒ３と３次巻線Ｌ３間に接続されている。さら
に、該トランジスタＱ２のベースと前記トランジスタＱ
１のエミッタ間にツェナーダイオードＺＤ１が接続され
ている。

【００１１】制御回路３は、前記トランジスタＱ１のエ
ミッタに所定の電圧を、整流回路１からの入力電圧、す
なわちトランス２の１次巻線Ｌ１への入力電圧に応じた
時間だけ印加するもので、例えばマイクロコンピュータ
で構成され、前記入力電圧を検知すべく３次巻線Ｌ３と
抵抗Ｒ２間に接続されるとともに、制御端はトランジス
タＱ１のエミッタ（図中、Ａで示す）に接続されてい
る。

【００１２】次に、上記のように構成した回路の動作に
ついて説明する。図２は入力電圧が１００Ｖ未満での動
作を示すタイムチャートで、（ａ）はトランジスタＱ１
のコレクタ−エミッタ間電圧、すなわちオンオフ波形、
（ｂ）はＡ点の電圧波形を示すものである。また、図３
は入力電圧が１００Ｖ以上での動作を示すタイムチャー
トで、（ａ）はトランジスタＱ１のオンオフ波形、
（ｂ）はＡ点の電圧波形を示すものである。

【００１３】入力電源が接続されると、起動抵抗Ｒ１を
通してトランジスタＱ１にベース電流が流入され、トラ
ンジスタＱ１はオンし始める。このため、１次巻線Ｌ１
に電流が流れて３次巻線Ｌ３に帰還電圧が誘起され、該
誘起電圧が３次巻線Ｌ３、抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ１
により定まる時定数で上昇し、トランジスタＱ１のベー
ス電流Ｉbが増加し、トランジスタＱ１のエミッタ電流
Ｉeが増加して、Ａ点の電圧が上昇する。

【００１４】まず、入力電圧が１００Ｖ未満では、制御
回路３は制御端から所定の電圧を出力しないようになさ
れている。ここで、Ａ点の電圧をＶa，ツェナーダイオ
ードＺＤ１のツェナー電圧をＶz1，トランジスタＱ２の
ベース・エミッタ間の電圧をＶbeとすると、トランジス
タＱ１のエミッタ電流Ｉeが流れ始めた時は、Ｖa≦Ｖz1＋Ｖbe であるが、電流Ｉeが増大して、Ｖa＞Ｖz1＋Ｖbe になると、ツェナーダイオードＺＤ１が導通し、トラン
ジスタＱ２にベース電流が流入してトランジスタＱ２が
オンするので、トランジスタＱ１にベース電流は流入さ
れずトランジスタＱ１がオフされる。このとき、１次巻
線Ｌ１に蓄積されたエネルギーが２次巻線Ｌ２からダイ
オードＤ１で整流されて電池Ｂ１に供給され、充電が行
なわれる。

【００１５】１次巻線Ｌ１に蓄積されたエネルギーが全
て放出されると、３次巻線Ｌ３の電位が上昇し、抵抗Ｒ
２を介してトランジスタＱ１にベース電流が流入して、
トランジスタＱ１が再度オンする。そして、以下同様な
動作が図２（ａ）に示すように繰り返され、所定の充電
電流が電池Ｂ１に供給される。

【００１６】一方、入力電圧が１００Ｖ以上では、制御
回路３はトランジスタＱ１のオフ時点から、Ｖa′＞Ｖz1＋Ｖbe となる電圧Ｖa′を所定時間Ｔ（図３（ｂ）参照）だけ
Ａ点に印加するようになされている。この所定時間Ｔは
入力電圧のレベルに応じて変更され、入力電圧に関わら
ず、トランス２の２次巻線Ｌ２に常に一定電流が出力さ
れるよう予め設定されている。従って、３次巻線Ｌ３の
電位が上昇しても、制御回路３により前記電圧Ｖa′が
Ａ点に印加されている間はトランジスタＱ２がオンして
いるので、その間トランジスタＱ１はオンせず、これに
よりトランス２のスイッチング周波数を低下させて出力
電流の一定化を図っている。

【００１７】図４は、入力電圧が１００Ｖ以上のときの
制御回路３の動作を示すフローチャートである。まず、
入力電源が接続されると（ステップＳ１）、制御端から
Ａ点の電圧を検知し（ステップＳ２）、検知電圧が設定
電圧（Ｖz1＋Ｖbe）以上かどうかを判別し、設定電圧以
上でなければ（ステップＳ３でＮＯ）、ステップＳ２に
戻り、設定電圧以上であれば（ステップＳ３でＹＥ
Ｓ）、入力電圧にあわせた所定の時間Ｔを設定し（ステ
ップＳ４）、Ａ点に前記所定の電圧Ｖa′を印加する
（ステップＳ５）。

【００１８】すなわち、入力電圧に応じて前記電圧Ｖ
a′がＡ点に印加される時間を変えることにより、出力
電流が一定になるようになされている。図５は充電回路
の入力電圧に対する出力電流を示すもので、入力電圧に
関わらず、出力電流が一定になっている。

【００１９】次に、本発明を充電回路に適用した第２実
施例について、図６〜図９を用いて説明する。なお、第
１実施例と同一機能を果たすものについては、同一の符
号を付し説明を省略する。

【００２０】図６は第２実施例における充電回路の回路
図である。コンデンサＣ１と３次巻線Ｌ３の接続点とト
ランジスタＱ２のエミッタ間に３次巻線Ｌ３に並列に、
トランジスタＱ３を含む回路が構成されている。コンデ
ンサＣ１と３次巻線Ｌ３の接続点にダイオードＤ１１の
アノードが接続され、該ダイオードＤ１１のカソードに
は、ツェナーダイオードＺＤ２のカソード及び抵抗Ｒ１
１が接続されている。該ツェナーダイオードＺＤ２のア
ノードは抵抗Ｒ１２を介してトランジスタＱ３のベース
に、前記抵抗Ｒ１１は該トランジスタＱ３のコレクタ
に、該トランジスタＱ３のエミッタは前記トランジスタ
Ｑ２のエミッタに接続されている。なお、ツェナーダイ
オードＺＤ２のツェナー電圧Ｖz2は、１２０Ｖ＜Ｖz2と
なるように選定されているものである。

【００２１】また、トランジスタＱ１のエミッタには、
エミッタ抵抗Ｒ１３，Ｒ１４が直列に接続されている。
さらに、抵抗Ｒ１４にはトランジスタＱ４が並列に接続
され、トランジスタＱ３のコレクタに該トランジスタＱ
４のベースが接続されている。また、抵抗Ｒ１３，抵抗
Ｒ１４の直列回路には、コンデンサＣ１１、さらにダイ
オードＤ１２がそれぞれ並列に接続されている。

【００２２】次に、上記のように構成した回路の動作に
ついて説明する。図７は入力電圧が１００〜１２０Ｖで
の動作を示すタイムチャートで、（ａ）はトランジスタ
Ｑ１のオンオフ波形、（ｂ）はＡ点の電圧波形を示すも
のである。また、図８は入力電圧が２００〜２４０Ｖで
の動作を示すタイムチャートで、（ａ）はトランジスタ
Ｑ１のオンオフ波形、（ｂ）はＡ点の電圧波形を示すも
のである。

【００２３】入力電圧が１００〜１２０Ｖのときは、１
２０Ｖ＜Ｖz2であることから、電流はツェナーダイオー
ドＺＤ２には流れずに抵抗Ｒ１１に流れ、トランジスタ
Ｑ４のベースに流入するので、トランジスタＱ３はオフ
し、トランジスタＱ４はオンする。

【００２４】そして、第１実施例と同様に、起動抵抗Ｒ
１からの電流によりトランジスタＱ１がオンし、この後
エミッタ抵抗Ｒ１３のエミッタ電圧が上昇してトランジ
スタＱ２がオンするとトランジスタＱ１がオフし、この
とき１次巻線Ｌ１に蓄積されたエネルギーが２次巻線Ｌ
２からダイオードＤ１で整流されて電池Ｂ１に供給さ
れ、充電が行なわれる。

【００２５】このとき、トランジスタＱ４がオンしてい
るため、コンデンサＣ１１の並列抵抗値はＲ１３のみと
なり、エミッタ電流によってコンデンサＣ１１に充電さ
れた電荷は１次巻線Ｌ１に蓄積されたエネルギーが放出
されるより速く放電され、Ａ点の電圧Ｖaは、Ｖa＜Ｖz1＋Ｖbe まで、すなわち、トランジスタＱ１がオンできる電圧ま
で低下する。

【００２６】そして、１次巻線Ｌ１に蓄積されたエネル
ギーが全て放出されたときには、既にＡ点の電圧Ｖaは
トランジスタＱ１がオンできる電圧まで低下しているの
で、３次巻線Ｌ３の電位が上昇し、抵抗Ｒ２を介してト
ランジスタＱ１にベース電流が流入して、トランジスタ
Ｑ１が再度オンする。このとき、トランジスタＱ４のエ
ミッタを３次巻線Ｌ３と接続しているので、トランジス
タＱ１のエミッタ抵抗Ｒ１３へのトランジスタＱ４のベ
ース電流の影響は無い。

【００２７】次に、入力電圧が２００〜２４０Ｖのとき
は、１２０Ｖ＜Ｖz2であることから、ツェナーダイオー
ドＺＤ２は導通し、電流は抵抗Ｒ１１には流れないの
で、トランジスタＱ３はオンし、トランジスタＱ４はオ
フする。

【００２８】そして、第１実施例と同様に、起動抵抗Ｒ
１からの電流によりトランジスタＱ１がオンすると、ト
ランジスタＱ１のエミッタ電流Ｉeが増加して、Ａ点の
電圧が上昇する。

【００２９】このとき、トランジスタＱ４はオフしてい
るため、トランジスタＱ１のエミッタ抵抗値はＲ１３＋
Ｒ１４となり充分大きいので、Ａ点の電圧は、図８
（ｂ）に示すように短時間に高くなってツェナーダイオ
ードＺＤ１が導通し、トランジスタＱ２がオンして、ト
ランジスタＱ１がオフされる。そして、１次巻線Ｌ１に
蓄積されたエネルギーが２次巻線Ｌ２からダイオードＤ
１で整流されて電池Ｂ１に供給され、充電が行なわれ
る。

【００３０】ここで、上述したようにトランジスタＱ１
のエミッタ抵抗値はＲ１３＋Ｒ１４となり充分大きいの
で、エミッタ電流によりコンデンサＣ１１に充電された
電荷は直ぐには放電されず、１次巻線Ｌ１に蓄積された
エネルギーの放出後もＡ点の電圧Ｖaは、Ｖa＞Ｖz1＋Ｖbe の状態が所定の時間Ｔ（図８（ｂ）参照）だけ維持さ
れ、トランジスタＱ１はオフしたままとなる。そして、
コンデンサＣ１１に充電された電荷が抵抗Ｒ１３，Ｒ１
４を通して放電され、Ａ点の電圧Ｖaが、Ｖa＜Ｖz1＋Ｖbe まで低下すれば、トランジスタＱ１は再度オンする。

【００３１】このとき、コンデンサＣ１への逆バイアス
電圧をコンデンサＣ１１から供給するためエミッタ回路
部の時定数をベース回路部の時定数よりも大きくしてお
けばトランジスタＱ１オフ時の遅れを少なくできる。ま
た、コンデンサＣ１１に並列にダイオードＤ１２を接続
しているので、トランジスタＱ１の逆バイアス時の抵抗
Ｒ１３，Ｒ１４での電圧降下の影響を改善することがで
きる。

【００３２】このように、第２実施例では周波数とトラ
ンジスタＱ１のオン時間を変化させることにより、１０
０〜１２０Ｖと２００〜２４０Ｖでの充電電流とを同程
度に設定することができる。図９は第２実施例における
充電回路の入力電圧に対する出力電流を示すもので、入
力電圧の大小に対してより安定して定電流を供給してい
る。

【００３３】また、入力信号に代えて、充電制御信号を
入力することにより、充電後の末期電流の生成に応用す
ることができる。

【００３４】次に、本発明を充電回路に適用した第３実
施例について、図１０〜図１２を用いて説明する。な
お、第１，第２実施例と同一機能を果たすものについて
は、同一の符号を付し説明を省略する。図１０は第３実
施例における充電回路の回路図である。

【００３５】第３実施例では、抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４
間にコンデンサＣ１１とトランジスタＱ５の直列回路を
並列に接続するとともに、該トランジスタＱ５のベース
を前記抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４の接続点に抵抗Ｒ２１を
介して接続したものである。

【００３６】次に、上記のように構成した回路の動作に
ついて説明する。図１１は入力電圧が１００〜１２０Ｖ
での動作を示すタイムチャートで、（ａ）はトランジス
タＱ１のオンオフ波形、（ｂ）はＡ点の電圧波形を示す
ものである。図１２は入力電圧が２００〜２４０Ｖでの
動作を示すタイムチャートで、（ａ）はトランジスタＱ
１のオンオフ波形、（ｂ）はＡ点の電圧波形を示すもの
である。

【００３７】入力電圧が１００〜１２０Ｖのときは、ト
ランジスタＱ３はオフし、トランジスタＱ４はオンする
ので、トランジスタＱ５はオフとなり、コンデンサＣ１
１は遮断されることから、図１１（ｂ）に示すようにＡ
点の電圧は、図７（ｂ）と異なり直線的に上昇、下降し
ている。

【００３８】次に、入力電圧が２００〜２４０Ｖのとき
は、第２実施例と同様にトランジスタＱ３はオンし、ト
ランジスタＱ４はオフすることから、トランジスタＱ１
のエミッタ電流の一部が抵抗Ｒ２１を介してトランジス
タＱ５のベースに流入して、トランジスタＱ５はオン
し、以下第２実施例と同様の動作を行なう。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、入力電圧を入力電圧検
知手段で検知し、該入力電圧に応じた時間だけ電圧発生
手段から抵抗への発生電圧を印加しその間スイッチング
素子をオフ駆動に制御することにより、入力電圧が高く
なるに従って、スイッチングの周波数を低下させたの
で、入力電圧の大小に関わらず一定電流を出力すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例における充電回路の回路図である。

【図２】第１実施例における入力電圧が１００Ｖ未満で
の動作を示すタイムチャートで、（ａ）はトランジスタ
Ｑ１のオンオフ波形、（ｂ）はＡ点の電圧波形を示すも
のである。

【図３】第１実施例における入力電圧が１００Ｖ以上で
の動作を示すタイムチャートで、（ａ）はトランジスタ
Ｑ１のオンオフ波形、（ｂ）はＡ点の電圧波形を示すも
のである。

【図４】第１実施例における入力電圧が１００Ｖ以上の
ときの制御回路の動作を示すフローチャートである。

【図５】第１実施例における充電回路の入力電圧に対す
る出力電流を示す図である。

【図６】第２実施例における充電回路の回路図である。

【図７】第２実施例における入力電圧が１００〜１２０
Ｖでの動作を示すタイムチャートで、（ａ）はトランジ
スタＱ１のオンオフ波形、（ｂ）はＡ点の電圧波形を示
すものである。

【図８】第２実施例における入力電圧が２００〜２４０
Ｖでの動作を示すタイムチャートで、（ａ）はトランジ
スタＱ１のオンオフ波形、（ｂ）はＡ点の電圧波形を示
すものである。

【図９】第２実施例における充電回路の入力電圧に対す
る出力電流を示す図である。

【図１０】第３実施例における充電回路の回路図であ
る。

【図１１】第３実施例における入力電圧が１００〜１２
０Ｖでの動作を示すタイムチャートで、（ａ）はトラン
ジスタＱ１のオンオフ波形、（ｂ）はＡ点の電圧波形を
示すものである。

【図１２】第３実施例における入力電圧が２００〜２４
０Ｖでの動作を示すタイムチャートで、（ａ）はトラン
ジスタＱ１のオンオフ波形、（ｂ）はＡ点の電圧波形を
示すものである。

【符号の説明】

１整流回路２トランス３制御回路Ｃ１，Ｃ１１コンデンサＤ１，Ｄ１１，Ｄ１２ダイオードＬ１１次巻線Ｌ２２次巻線Ｌ３３次巻線Ｒ１起動抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４抵抗Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５トランジスタＺＤ１，ＺＤ２ツェナーダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トランスの１次巻線に直列に接続された
スイッチング素子と、前記スイッチング素子をオンオフ
駆動してトランスの２次側に所定の出力電流を生成すべ
く、少なくともトランスの３次巻線とコンデンサとを直
列に前記スイッチング素子のスイッチング制御端に接続
された発振回路と、前記スイッチング素子に流れる電流
に応じた電圧を発生させる抵抗と、該抵抗の発生電圧が
所定レベルに達すると前記スイッチング素子をオフ駆動
するオフ駆動回路とを有する定電流発生回路において、
前記トランスの１次巻線への入力電圧を検知する入力電
圧検知手段と、該入力電圧に応じた時間だけ前記抵抗に
前記所定レベル以上の電圧を印加する電圧発生手段とを
備えたことを特徴とする定電流発生回路。