JPH0716178Y2 - 定電圧定電流電源装置の準最大許容電力制限回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は複数の電圧・電流制限領域を電子的に設定し、
階段状の準最大許容電力制限を得ることができる定電圧
定電流電源装置の準最大許容電力制限回路に関する。

周知のように定電圧電流電源装置は、負荷が定常状態に
ある場合は負荷に常に一定の電圧を供給し、負荷が重く
なって負荷電流が増加し、この負荷電流が設定値に達す
ると自動的に定電流領域に移行して、負荷に一定電流を
供給するように作動するものである。

ところで従来この種の電源装置は、直流電源と出力端子
との間にコレクタ・エミッタを介挿した直列制御トラン
ジスタTr1のベース電流を制御して上記出力端子を介し
て負荷へ与える電流及び電圧を制御する定電圧制限部と
定電流制限部とからなる制限部を内部に有している。こ
れは、定電圧制御領域においては、上記定電圧制限部で
出力電圧と基準設定電源電圧（設定最大電圧）とを比較
し、上記直列制御トランジスタTr1のベース電流を制御
して出力電圧の一定値を保ち、又定電流領域において
は、上記定電流制限部により出力電流検出用の抵抗によ
り出力電流を電圧値に変換し、この電圧値と基準設定電
源電圧（設定最大電流に相当する電圧）とを比較して上
記直列制御トランジスタTr1のベース電流を制御し、出
力電流を一定値に保つ構成をとっている。

この場合上記制限部は、定電圧制限用及び定電流制限用
の２つのOPアンプと、この２つのOPアンプの出力端にそ
れぞれ接続したダイオードとから成っているもので、こ
れらのダイオードは２つのOPアンプの出力を入力とし、
上記直列制御トランジスタTr1のベースに論理出力を与
える負論理のOR回路を構成するように接続されている。

しかし、このような定電圧定電流電源装置の制限回路は
予め設定された最大電圧Vmax又は最大電流Imaxで制限を
行うようにしている。このために、例えば最大電圧Vmax
及び最大電流Imaxに見合う電力（Vmax×Imax）容量を有
する電源トランスを用いる必要がある。そしてこのよう
な電源トランスを用いて最大電圧Vmaxに近い電圧で且つ
最大電流Imaxよりも遥かに小さい電流を出力する場合、
逆に最大電流Imaxに近い電流で最大電圧Vmaxよりも遥か
に低い電圧を出力する場合は、電源トランスの全容量の
僅かな部分を利用するに過ぎず、大容量の電源トランス
を用いなければならず、装置の形状も大型化することと
相俟って著しく非合理的である。

本考案は上記の実状に鑑みてなされたもので、複数の電
圧・電流制限領域を電子的に設定し、階段状の準最大許
容電力制限を得ることにより、その設定条件によりトラ
ンスの電力定格の範囲内に動作点を設定し得、トランス
の容量の最大限且つ安全に利用することができ、ゆえに
大容量の電源トランスを用いる必要のない定電圧定電流
電源装置の準最大許容電力制限回路を提供することを目
的とする。

以下図面を参照して本考案の一実施例を説明する。第１
図は例えば72Wの定電圧定電流電源装置の出力の制限領
域を示す図で、本考案はこのような階段状の準最大許容
電力制限を得るものである。すなわち、9Vまでは10Aま
での出力電流を取出すことができ、９〜18Vでは5Aまで
の出力電流を取出すことができ、同様に18〜36Vでは2.5
Aまでの出力電流を取出すことができ、そして36〜72Vで
は1.25Aまでの出力電流を取出すことができるものであ
る。あるいはこれを電流から見れば1.25Aまでは72Vまで
の出力電圧を取出すことができ、2.5Aまでならば36Vま
での出力電圧を取出すことができ、さらに5Aまでならば
18Vまでの出力電圧を取出すことができ、そして10Aまで
ならば9Vまでの出力電圧を取出すことができるというも
のである。

このような準最大許容電力を取出すことは第２図に示す
ように、設定最大電圧と検出出力電圧とを比較する図示
しない第１のOPアンプとその出力端に接続したダイオー
ドD1とから成る電圧制限用の第１の制限回路10と、設定
最大電流に相当する電圧と検出出力電流に相当する電圧
とを比較する図示しない第２のOPアンプとその出力端に
接続したダイオードD2とから成る電流制限用の第２の制
限回路20とからなっている制限回路に、第３の制限回路
30を追加することにより実現できる。

この第３の制限回路30は、３つのNAND回路Nan1〜Nan3の
出力をAND回路And1で論理積し、このAND回路And1の出力
Ｚにより制限を行う。この出力Ｚは、 の論理式で表わすことができるもので、AND回路And1の
出力Ｚが０のとき制限を行ない、出力Ｚが１のとき制限
が解除となる。

なお、第１のNAND回路Nan1の入力X1は36V以上の時、入
力Y1は1.25A以上の時それぞれ１の入力が加えられるも
のであり、同様に第２のNAND回路Nan2の入力X2は18V以
上の時、入力Y2は2.5A以上の時、また第３のNAND回路Na
n3の入力X3は9V以上の時、入力Y3は5A以上の時それぞれ
１の入力がされる。

この第２図の論理回路は、ド・モルガンの定理により第
３図に示すような３つのインバート入力OR回路と、その
３つのインバート入力OR回路の出力を入力とするAND回
路とから成る回路に変えることができる。この場合、AN
D回路の出力Ｚは の論理式で表わすことができる。

第４図は本考案の一実施例を示す回路構成図で、AND回
路部はトランジスタ部に、インバート入力OR回路は電圧
・電流基準比較OPアンプのダイオード接続に置換えてい
る。

３つの電圧基準比較OPアンプOP31〜OP33の反転入力端に
は、それぞれ−Vccを分圧した−9V,−18V,−36Vの基準
設定電圧が供給されている。そして、これらのOPアンプ
OP31〜OP33の非反転入力端には、それぞれ検出電圧が図
示しない反転増幅器により反転されて供給されている。

すなわち、出力電圧が予め設定した複数の設定値に達し
たことを検出する複数の電圧検出回路を構成している。

また、３つの電流基準比較OPアンプOP34〜OP36の反転入
力端には、それぞれ−1.25A,−2.5A,−5Aの基準設定電
流に相当する電圧が−Vccを分圧して供給されている。
そして、これらのOPアンプOP34〜OP36の非反転入力端に
は、それぞれ検出電流に相当する電圧が図示しない反転
増幅器により反転されて供給されている。

すなわち、出力電流が予め設定した複数の設定値に達し
たことを検出する複数の電流検出回路を構成している。

OPアンプOP31〜OP36のそれぞれの出力端には、ダイオー
ドD31〜D36が接続されている。さらに、ダイオードD31
とダイオードD36、ダイオードD32とダイオードD35、ダ
イオードD33とダイオードD34とがそれぞれ接続されてい
る。そして、ダイオードD31とD36の接続点は抵抗を介し
て接地されており、また第１のトランジスタTr31のベー
スにも接続されている。同様に、ダイオードD32とD35と
の接続点が抵抗を介して接地され、且つ第２のトランジ
スタTr32のベースにも接続されており、またダイオード
D33とD34との接続点が抵抗を介して接地され、且つ第３
のトランジスタTr33のベースにも接続されている。

上記OPアンプOP31〜OP36及びダイオードD31〜D36は各電
流検出回路の検出出力及び各電圧検出回路の検出出力の
予め設定した最大電力の条件を満たす組合わせの論理積
を得る複数の論理積回路を構成し、又、上記トランジス
タTr31〜Tr33は上記各論理積回路の論理和を得てこの論
理和出力により上記直列制御トランジスタTr1のベース
電流を制限して上記負荷へ与える電力を上記最大電力以
内に制限する論理和回路を構成している。

そして、上記トランジスタTr31〜Tr33のそれぞれのコレ
クタは共通接地されており、それぞれのエミッタは電圧
制限用及び電流制限用の第1,第２の制限回路、及び上記
直列制御トランジスタTr1のベースに接続されている。

上記第１の制限回路は上記論理和回路の出力に並列に接
続されて上記出力電圧を予め設定した最大電圧で制限す
る。又、上記第２の制限回路は上記論理和回路の出力に
並列に接続されて上記出力電流を予め設定した最大電流
で制限する。

このような回路で、第１及び第２の制限回路に接続され
た３つのトランジスタTr31〜Tr33のいずれか１つがオン
すると制限がかかる。すなわち、それぞれのトランジス
タはダイオードを介して接続された２つのOPアンプの非
反転入力端に印加されている出力電圧・電流の絶対値
が、反転入力端に印加されている基準設定電圧・電流の
絶対値よりも大きい時にのみオンする。

例えば、検出電圧・電流がそれぞれ20V,2Aであったとす
るならば、第１のOPアンプOP31は検出電圧のほうが大き
いが、これと対になる第６のOPアンプOP36は、基準設定
電流に相当する電圧のほうが大きいため、第１のトラン
ジスタTr31はオンしない。同様にして、第２のトランジ
スタTr32もオンはしない。また、第４のOPアンプ34は検
出電流に相当する電圧のほうが大きいが、対になる第３
のOPアンプOP33は基準設定電圧のほうが大きいため、第
３のトランジスタTr33はオンしない。したがって、いず
れの場合も制限がかからない。

しかし、例えば検出電圧・電流がそれぞれ20V,3Aであっ
たとすると、第１及び第３のトランジスタTr31及びTr33
はオンはしないが、第２のOPアンプOP32は検出電圧のほ
うが大きく、且つこれと対になる第５のOPアンプOP35も
検出電流に相当する電圧のほうが大きいため、第２のト
ランジスタTr32がオンし、制限がかかる。

また、72V以上の電圧が検出されると上記第１の制限回
路により制限され、10A以上の電流が検出されると上記
第２の制限回路により制限されるようになっている。こ
れは、上記第３の制限回路が故障した時でも、別系統の
第１及び第２の制限回路により設定最大電圧・電流の制
限だけは行ない得るようにしている。

なお、本制限回路へ直流電圧を供給する直流電源として
は、機械的あるいは電子的なスイッチもしくは連続的な
制御により広範囲に出力電圧を可変できるものが望まし
い。したがって、タップ切換機構を有する電源トラン
ス、全波整流と半波整流の切換機構を有する整流回路、
パルス幅制御、パルスレート制御等を行うスイッチング
レギュレータ等を適宜に用いることができる。

以上述べたように本考案によれば、直流電源と出力端子
との間にコレクタ・エミッタを介挿した直列制御トラン
ジスタのベース電流を制御して上記出力端子を介して負
荷へ与える電流及び電圧を制御する電源装置において、
出力電圧を予め設定した最大電圧で制限する第１の制限
回路と出力電流を予め設定した最大電流で制限する第２
の制限回路とからなる制限回路に、出力電流が予め設定
した複数の設定値に達したことを検出する複数の電流検
出回路と、出力電圧が予め設定した複数の設定値に達し
たことを検出する複数の電圧検出回路と、各電流検出回
路の検出出力及び各電圧検出回路の検出出力の予め設定
した最大電力の条件を満たす組合わせの論理積を得る複
数の論理積回路と、各論理積回路の論理和を得てこの論
理和出力により上記直列制御トランジスタのベース電流
を制限して上記負荷へ与える電力を上記最大電力以内に
制限する論理和回路とからなる第３の制限回路を追加す
ることにより、複数の電圧・電流制限領域を電子的に設
定し、階段状の準最大許容電力制限を得ることができ、
従ってその設定条件によりトランスの電力定格の範囲内
に動作点を設定し得、トランスの容量を最大限且つ安全
に利用することができるので、大容量の電源トランスを
用いる必要のない定電圧定電流電源装置の準最大許容電
力制限回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案により実現される定電圧定電流電源装置
の出力を示す図、第２図は本考案を説明するための定電
圧定電流電源装置の準最大許容電力制限回路の論理構成
図、第３図は第２図を別の論理表現で表わす論理構成
図、第４図は本考案の一実施例を示す回路構成図であ
る。 10…第１の制限回路、20…第２の制限回路、30…第３の
制限回路、Tr1…直列制御トランジスタ、And1…AND回
路、Nan1〜Nan3…NAND回路、D1,D2,D31〜D36…ダイオー
ド、Tr31〜Tr33…トランジスタ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源と出力端子との間にコレクタ・エ
   ミッタを介挿した直列制御トランジスタのベース電流を
   制御して上記出力端子を介して負荷へ与える電流及び電
   圧を制御する電源装置に於いて、 出力電流が予め設定した複数の設定値に達したことを検
   出する複数の電流検出回路と、出力電圧が予め設定した
   複数の設定値に達したことを検出する複数の電圧検出回
   路と、各電流検出回路の検出出力及び各電圧検出回路の
   検出出力の予め設定した最大電力の条件を満たす組合わ
   せの論理積を得る複数の論理積回路と、各論理積回路の
   論理和を得てこの論理和出力により上記直列制御トラン
   ジスタのベース電流を制限して上記負荷へ与える電力を
   上記最大電力以内に制限する論理和回路とからなる第３
   の制限回路と、 上記論理和回路の出力に並列に接続した上記出力電圧を
   予め設定した最大電圧で制限する第１の制限回路と、 上記論理和回路の出力に並列に接続した上記出力電流を
   予め設定した最大電流で制限する第２の制限回路と を具備したことを特徴とする定電圧定電流電源装置の準
   最大許容電力制限回路。