JPH087637B2

JPH087637B2 - 電子機器の電源装置

Info

Publication number: JPH087637B2
Application number: JP1206389A
Authority: JP
Inventors: 秀中山
Original assignee: ティアツク株式会社
Priority date: 1989-08-09
Filing date: 1989-08-09
Publication date: 1996-01-29
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: JPH0370011A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は電子機器の電源装置に係り、特に高温から低
温までの温度範囲で安定に動作する電子機器の電源装置
に関する。

従来の技術電子機器では、回路等の負荷を駆動するための電源部
を有するのが一般的である。電源部は負荷に対して一定
の電圧を安定して供給する必要があり、例えばスイッチ
ングレギュレータが用いられる。一方、電子機器はあら
ゆる条件下で使用され、時には低温下で使用される場合
がある。

従来、低温下での電子機器、特に機械的可動部を備え
た電子機器の使用は、摩擦の増加による負荷の増大によ
り安定した動作をさせることが困難であった。

そこで、当該電子機器を低温下で使用する場合、機器
内に予めヒーター等を設け、このヒーター等を制御して
機器内の温度を上昇させて使用している。

発明が解決しようとする課題しかし、電子機器内にヒーター等を取付けることは、
取付けスペースが必要となる。また、当該ヒーター等を
サーモスタットやサイリスタ等で制御する場合、ノイズ
の影響が大きい。さらに、該ヒーター等を連続的に制御
するためには専用の別電源とコントロール回路が必要に
なる。

そこで、本発明は上記課題に鑑みなされたもので、高
温下から低温下まで電子機器を安定に動作できる電子機
器の電源装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段本発明は、高温下で電子機器を使用する際には、機器
の内部温度上昇を防ぐために、電源部からの発熱を最小
限に抑え、低温下で電子機器を使用する場合の該機器内
の温度上昇を積極的に図るべく、電源部における電力損
失の熱への変換によって行うことに着目されてなされた
ものである。

第１図に本発明の原理ブロック図を示す。第１図中、
直流電圧DC（＋），グランドGND間で第１の電源部1,第
２の電源部２を介して負荷３に接続されており、第１の
電源部１にはセンサ部４が接続されている。

該センサ部４は周囲の温度により、その出力信号を変化
させる。第１の電源部１は負荷３に電力を供給するため
のものであって、該センサ部４の出力信号に応じて、周
囲の温度が規定の温度より低いときに出力電力を規定の
電力より大に変化させる。また、第２の電源部２は、第
１の電源部１と負荷３との間に介在され、第１の電源部
１からの出力電力のうち、所定電力を負荷３に供給し、
他の電力を熱損失に変換する。

作用第１図に示すように、センサ部４により周囲の温度を
検知し、その出力信号を変化させる。この出力信号の変
化により第１の電源部１は周囲温度が規定より低いとき
に出力電力を大に変化させる。すなわち、低温下ではセ
ンサ部４の出力信号変化は第１の電源部１の出力電圧を
常温以上の場合より大きくさせる。

一方、第２の電源部２は出力電力のうち、負荷３に所
定電力を一定に供給しており、他の電力を熱損失に変化
させている。従って、低温下で第１の電源部の出力電圧
が大きくなると、その分熱損失が大きくなる。この熱損
失が電子機器内の温度を上昇させる。

従って、電子機器を低温下で使用する場合であって
も、ヒーター等の加熱装置を別に設ける必要もなく、該
機器内部の温度を上昇させ、これにより該機器を安定に
動作させることが可能となる。

また、高温下においては、センサ部４からの信号によ
り、第２の電源部２が必要とする最低限の電圧を第１の
電源部１が出力するようにコントロールすることが可能
で、この事より、高温下では電源部全体からの発熱を最
小に抑えることができ、高温下でも機器を安定に動作さ
せることが可能となる。

実施例以下、本発明の一実施例を第２図乃至第５図により説
明する。

第２図に本発明の一実施例の回路図を示す。第２図
中、第１の電源部１において、直流電圧DC（＋）ライン
上に電力供給用のトランジスタTr₁のコレクタ，エミッ
タが介在されており、ベースにスイッチングレギュレー
タ（以下「SR」と略す）５よりパルス電流を間欠的に供
給する。このトランジスタTr₁及びSR5は、入力と出力の
電圧差が変わっても、熱損失量が殆ど変化しないという
特徴を有する。ダイオードD₁，チョークコイルＬ及びコ
ンデンサＣは平滑回路である。SR5にはOPアンプU₁の出
力電圧が印加されており、OPアンプU₁のプラス入力端子
には直流電圧DC（＋）の抵抗R₁及びR₂による分圧された
電圧が印加される。

また、第２の電源部２において、第１の電源部１の直
流電圧の出力ライン上に一定電圧供給用のトランジスタ
Tr₂のコレクタ，エミッタが負荷３との間に介在されて
おり、ベースにドロッパレギュレータ（以下「DR」と略
す。）６より制御電流を供給する。このトランジスタTr
₂及びDR6は、出力電流が一定の場合には、入力電圧と出
力電圧との差が変化すると、熱損失が正比例的に変化す
る、いわゆるシリーズレギュレータである。DR6にはOP
アンプU₂の出力電圧が印加される。OPアンプU₂のプラス
入力端子には第２の電源部２の出力である直流電圧の抵
抗R₃及びR₄による分圧された電圧が印加され、マイナス
入力端子には抵抗R₅及びツェナーダイオードD₂による一
定電圧が印加される。そして、第２の電源部２より負荷
３に電力が供給される。

センサ部４では、電子機器内に設置された例えばサー
ミスタ等の温度センサ７からの出力信号は、DCアンプ８
を介してトランジスタTr₃のベースに供給される。ま
た、電源Vccより抵抗R₆を介してトランジスタTr₃のベー
スに接続されると共に、抵抗R₇を介してトランジスタTr
₃のコレクタに接続される。トランジスタTr₃のエミッタ
は抵抗R₈を介してグランドGNDに接地される。また、コ
レクタ出力は第１の電源部１のOPアンプU₁のマイナス入
力端子に印加される。

また、第１の電源部１のSR5の一具体的回路を第３図
に示す。SR5において、OPアンプU₃の出力がトランジス
タTr₁のベースに供給される。OPアンプU₃のプラス入力
端子には、直流電圧DC（＋）の抵抗R₉及びR₁₀による分
圧された電圧が印加され、マイナス入力端子にはOPアン
プU₁の出力電圧が印加される。

次に、第２図及び第３図の電源装置の動作を第４図及
び第５図により説明する。

まず、電子機器内の温度Ｔが一定値以上（当該機器が
安定動作する温度で第５図Ｄ［℃］以降の温度上昇）の
ときは、温度センサ７の抵抗値が下がり、その出力信号
により、トランジスタTr₃がオン状態となる。OPアンプU
₁のマイナス入力端子には電圧V₂のコレクタ出力が印加
される（第５図Ｄ［℃］以降の電圧V₂）。ここで、OPア
ンプU₁のプラス入力端子にはこの電圧V₂と同値の電圧が
印加されるように抵抗R₁及びR₂の抵抗値が設定されてお
り、マイナス入力端子の電圧V₂が基準値となる。従っ
て、OPアンプU₁の出力電圧は零である。このとき、直流
電圧の出力ラインのＢ点は電圧V₁となる（第５図Ｄ
［℃］以降の電圧V₁）。

この場合、第１の電源部１におけるトランジスタTr₁
のスイッチングは、Ｂ点（第２図）の電圧が高いときは
OPアンプU₁を介してOPアンプU₃（第３図）が時間幅の狭
いパルス電流でトランジスタTr₁を駆動し、Ａ点（第２
図）における直流電圧DC（＋）の電圧を低下させる。こ
のとき、Ｂ点の電圧は徐々に減少し、Ｂ点の電圧がV₁に
達しときにオペアンプU₃により第５図Ｄ［℃］以降の電
圧V₁を維持するスイッチング間隔でトランジスタTr₁が
駆動される。このように、OPアンプU₃のパルス電流のス
イッチング間隔により、Ａ点には当該スイッチング間隔
のパルス電圧が発生し、Ｂ点は平滑された直流電圧
（V₁）となる（第５図Ｄ［℃］以降の電圧V₁）。

このＢ点の電圧V₁は、第２の電源部２のトランジスタ
Tr₂により、電圧V₃（第５図）に降圧されて、所定の電
力を負荷３に供給し、電圧の差分Vc（＝V₁−V₃）と負荷
３に流れる電流の積による残りの電力がトランジスタTr
₂において熱損失となり、熱量Ｑ［Ｊ］（第５図Ｄ
［℃］以降の熱量Ｑ）となる。

ここで、電圧V₃を分圧する抵抗R₃及びR₄における電圧
と基準電圧を発生させる抵抗R₅及びツェナーダイオード
D₂による電圧とが、夫々OPアンプU₂のプラス入力端子と
マイナス入力端子に接続されて、その差分出力がDR6に
印加されている。DR₆はOPアンプU₂の差分出力を零にす
るようにトランジスタTr₂のベースに制御電圧を供給す
ることによって、トランジスタTr₂は電圧V₁の変動に拘
らず一定電圧V₃を負荷３に供給する。

また、温度が一定値以上となると、トラジスタTr₃が
飽和状態となり、電圧V₂が一定となる。従って、電圧V₁
も一定となることから、トランジスタTr₂が発生する熱
量Ｑ［Ｊ］も一定となる。

このように、高温下で、第２の電源部２で必要とする
最低限の電圧を第１の電源部１が出力するようにコント
ロールでき、電源部全体からの発熱を最小限に抑え、高
温下においても当該装置が安定動作される。

なお、上記第１の電源部１及び第２の電源部２の動作
原理は、後述する電子機器内の温度が一定値以下（低温
下）の場合であっても同様である。

次に、電子機器内の温度が外気温度に従って一定値以
下（低温下）になると、電圧V₂が第４図に示すように増
大する傾向となる。そこで、センサ部４の温度センサ７
の低温値（例えばサーミスタの場合）が高くなり、トラ
ンジスタTr₃へのバイアス電流が減少する。これによ
り、センサ部４からの出力信号である電圧V₂が上昇する
ように変化する。電圧V₂が高くなると第１の電源部１の
オペアンプU₁の出力電圧が第５図Ｄ〜Ｃ［℃］間で変化
する。従って、OPアンプU₃（第３図）の出力は時間幅の
広いパルス電流でトランジスタTr₁をバイアスする。こ
れにより、トランジスタTr₁のエミッタ出力は増大し、O
PアンプU₁の入力端子の比較が零になるまで電圧V₁を上
昇させる（第５図Ｄ〜Ｃ［℃］間の電圧V₁）。上昇した
電圧V₁は、第２の電源部２のトランジスタTr₂のコレク
タに印加する。この場合、DR6は常に電圧V₃が一定電圧
になるようにトランジスタTr₂をバイアスしている。従
って、トランジスタTr₂では、電圧の差分VO（＝V₁−
V₃）と負荷３に流れる電流の積による電力が熱損失Ｑ
［Ｊ］に変換される。熱量Ｑは電圧に比例することか
ら、第５図Ｄ［℃］〜Ｃ［℃］の期間において電圧V₂が
外部温度の低下に対して比例関係にあるならば直線を描
いて上昇する。そして、センサ部４の出力電圧V₂は、第
５図Ｃ［℃］以前の温度低下ではトランジスタTr₃がオ
フ状態となるために一定となる。従って、電圧V₁も一定
となるので、トランジスタTr₂が発生する熱量Ｑ［Ｊ］
も一定となる。

ここで、例えば直流電圧DC（＋）を24［Ｖ］，トラン
ジスタTr₁の効率を80％，負荷３に印加される電圧と流
れる電流を夫々５［Ｖ］,1［Ａ］とすると、電子機器内
の温度が一定値以上のときに、V₁が６［Ｖ］である場
合、トランジスタTr₂の電力損失は（６−５）×１＝１
［Ｗ］となり、トランジスタTr₁の電力損失は６［Ｗ］
×（１−0.8）＝1.2［Ｗ］となる。従って、この温度状
態での全電力損失は2.2［Ｗ］となる。一方、該機器内
に温度が一定値以下（低温下）のときに、V₁が20［Ｖ］
である場合、トランジスタTr₂の電力損失は（20−５）
×１＝15［Ｗ］となり、トランジスタTr₁の電力損失は2
0［Ｗ］×（１−0.8）＝４［Ｗ］となる。従って、この
温度状態での全電力損失は24［Ｗ］となる。これら両者
の差が、熱容量Ｑ［Ｊ］に変換され、第５図Ｑのように
表わされる。

このトランジスタTr₁及びTr₂での熱量Ｑ［Ｊ］で電子
機器内の温度を上昇させる。すなわち、低温下において
も該電子機器内の温度は、当該機器が安定に動作できる
まで上昇され、特に機械的可動部分を有する電子機器に
有効となる。

このように、センサ部４によってトランジスタTr₂の
発熱量を制御することから、電子機器内を温度上昇させ
るために、別にヒーター等の加熱装置を不要にすること
ができる。これにより、ヒーター等の取付スペースが不
要となり、ヒーター等の制御ノイズを防止でき、ヒータ
ー等の別電源も不要とすることができる。

なお、本発明では、第１の電源部１が、温度変化に対
して第２の電源部２に印加する電圧を変化させ、その一
方で第２の電源部２においては第１の電源部１の出力電
圧の大小に拘らず常に一定の電圧V₃を負荷３に供給する
ためにトランジスタTr₂の内部抵抗を変化させることに
よって、トランジスタTr₂が発生する熱量を変化させて
いるが、第１の電源部１が温度に対して電圧だけでな
く、電流も変化させ、それに対して第２の電源部２が入
力電圧及び電流の変化を吸収して負荷に一定の電圧を供
給するようにしても同様の効果を奏する。

発明の効果以上のように本発明によれば、第２の電源部を設けて
第１の電源部の出力電力を周囲温度に応じて変化させて
熱損失を制御することにより、ヒーター等の加熱装置を
使用せずに電子機器内の温度を制御させることができ、
これによって高温下から低温下までの広い範囲において
も当該機器を安定に動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、第２図は本発明の一
実施例を示した回路図、第３図は第２図のスイッチング
レギュレータの一具体例を示した回路図、第４図は温度
条件による出力電圧の変化を示したグラフ、第５図は第
２図における熱量等を示したグラフである。１…第１の電源部、２…第２の電源部、３…負荷、４…
センサ部、５…スイッチングレギュレータ（SR）、６…
ドロッパレギュレータ（DR）、７…温度センサ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周囲の温度により出力信号を変化させるセ
ンサ部と、負荷に電力を供給するためのものであって、該センサ部
の出力信号に応じて、周囲の温度が規定の温度より低い
ときに出力電力を規定の電力より大に変化させる第１の
電源部と、該第１の電源部と前記負荷との間に介在され、該第１の
電源部からの出力電力のうち、所定電力を該負荷に供給
し、他の電力を熱損失に変換する第２の電源部と、を有することを特徴とする電子機器の電源装置。