JPS5838407Y2 - 半導体負荷装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、トランジスタを電力消費に用いた半導体負荷
装置に関する。

従来この種の装置は、第１図に示すように、外部に接続
された電力を消費すべき電源１から設定電流を吸い込み
、電力消費用トランジスタ２によって、吸収した電力エ
ネルギーを熱エネルギーに変換している。

すなわち予め、吸い込むべき電流値を基準電源３で設定
し、オペアンプ４の＋側入力端子に加えておき、吸い込
み電流を抵抗５により電圧に変換して、オペアンプ４の
一側入力端子に帰還させることにより、トランジスタ２
のベース電流を制御して設定電流の吸い込みを可能とし
ている。

しかしながらこの方式では、トランジスタ２のコレクタ
に接続される電源１の状態によっては、設定電流以上の
大きな電流が流れてし１う欠点があった。

例えば、電源１の出力電圧を零ボルトから、ある設定電
圧に立ち上げた場合（電源１に通常の直流安定化電源を
用いその交流１００ボルト入力側スイツチを投入した時
など）、あるいは既にある設定電圧となっている状態の
電源１を接続端子６に接続した場合に過大電流が生じる
。

この過大電流は、短時間ではあるが電源１を短絡したの
とほぼ等価である。

すなわち、このように設定電流以上の電流が流れてし１
うのは、最初トランジスタ２のコレクタ電圧が零ボルト
であるため、吸い込み電流が零アンペアとなり、抵抗５
によりオペアンプ４に帰還される電圧が非常に小さくな
り従って設定電流を設定する基準電源３の電圧値に関係
なく、オペアンプ４の差動入力電圧が非常に太きくなり
、オペアンプ４はこれを増幅し、トランジスタ２のベー
スを完全に飽和させてし１うからである。

このような状態は、非常に大きな電流を設定しているの
と等価である。

従ってこのような状態にある半導体負荷装置に、電源１
を零ボルトからある設定電圧１で立ち上げる場合や、既
にある設定電圧を出力している電源１を接続端子６によ
り接続した場合には、トランジスタ２０ベースにた１つ
た過剰キャリアが抜けきる１で設定電流よりはるかに大
きい電流を流してし１うわけである。

この時間は、トランジスタ２およびオペアンプ４の利得
や周波数応答特性にも大きく依存している。

このように負荷に設定電流以上の電流が流れると、電源
の出力保護回路のタイプによって立ち上がり過渡現象後
の電源電圧値にも影響を与える。

例えば、出力電圧電流特性が第５図に示す■２で決する
定電流垂下特性を有する電源の場合には、第２図１に示
すように電源１の電圧を零ボルトから立ち上げた場合、
吸い込み電流は、第２図２に示すごとく短時間その垂下
特性カーブの制限電流値■２を流した後設定電流■１に
安定する。

このタイプの垂下特性を有する電源の場合には、過渡現
象後、設定電圧へ到達することができるが、第６図のご
とく「フ」の字出力特性を有する電源の場合には、電源
の出力電圧は、立ち上がり過渡現象後設定電圧に到達す
ることができない。

すなわち最初に非常に大きな電流が流れるため電源の「
フ」の字特性が動作し、電圧および電流は、それぞれ零
ボルト、零アンペアに近い消費電力の最も小さい動作点
りに落ち込んで安定してし１うという欠点がある。

また上記垂下特性または「フ」の字特性を有する電源の
出力電圧が既く設定電圧に立ち上っている時に第１図接
続端子６を接続した場合にもこれに似に過渡状態および
安定状態を呈する。

すなわち「フ」の字電源については、電源の出力電圧は
「フ」の字動作が働き、始めの設定電圧から零ボルトに
落ちてし１いそこで安定してし甘う、また出力に上記の
ような過電流保護のついていない電源の負荷として使う
と電流を制限する機能がないので短絡に近い電流を生じ
電源または負荷自身を損傷する危険がある。

！たパンテリの負荷として用いた場合には短絡に近い放
電が短時間生じるので好１しくない。

本考案の目的は、いかなるタイプの電源の負荷として使
用しても、捷たどのような使い方で負荷を使おうとも、
設定電流以上の過電流を流すことのない半導体負荷装置
を提供することにあり、寸た「フ」の字電源を零ボルト
から設定電圧會で立ち上がらせることを可能とすること
にある。

本考案は、トランジスタを電力消費に用いた半導体負荷
装置において、可変電源とオペアンプと第１の抵抗と第
２の抵抗と第３の抵抗とトランジスタと電流吸い込み端
子から構成され、前記可変電源と前記第１の抵抗の一方
の端子とを接続し前記第１の抵抗の他方の端子と前記オ
ペアンプの十入力端子とを接続し、前記オペアンプの一
入力端子と前記トランジスタのエミッタ端子及び前記第
２の抵抗の一方の端子をそれぞれ接続し、前記オペアン
プの出力端子と前記第３の抵抗の一方の端子を接続し、
前記第３の抵抗の他方の端子と前記トランジスタのベー
ス端子とを接続し、前記トランジスタのコレクタ端子と
前記電流吸い込み端子とを接続は定電流吸い込み回路と
十入力端子と一入力端子とオープンコレクタの出力端子
を持ち、前記＋と−の入力端子に入る２つの信号の大小
比較をするコンパレータと基準電源とから構成され、前
記定電流吸い込み回路の電流吸い込み端子と前記コンパ
レータの＋側入力端子を接続し、前記基準電源と前記コ
ンパレータの一側入力端子を接続し、前記コンパレータ
の出力端子と前記定電流吸い込み回路のオペアンプのプ
ラス端子と接続したことを特徴とする半導体負荷装置で
ある。

本考案の原理は、外部電源の電圧値をコンパレータに加
え、その値がある基準電圧より低い場合には、予め設定
した吸い込み電流値に関係なく自動的に零アンペアを設
定し、その電圧値が基準電圧を越えた場合には、予め設
定した吸い込み電流へある時定数をもって推移すること
により、設定電流以上の過電流が流れることを防止する
とともに、「フ」の字特性電源の立ち上りを可能として
いる。

次に本考案について、図面を参照して説明する。

第３図は本考案の一実施例を示し、負荷を必要とする電
源３１を接続する端子３６ば、電力を消費するトランジ
スタ３２のコレクタとオープンコレクタ出力を有するコ
ンパレータ３７の＋側入力端子へ接続する。

そしてコンパレータ３７の一側入力端子には、基準電源
３９を接続する。

この電圧の値（以後Ｖ と呼ぶ）は例えばトラン
ジＥＦＦ スタ３２がトランジスタとして機能する最小電圧ニ選ぶ
。

コンパレータ３７のオープンコレクタ出力端子はオペア
ンプ３４の＋側入力端子と抵抗３８へ接続する。

この抵抗３８は、コンパレータ３７がオンした時、呼い
込み電流設定用電源３３からコンパレータ３７に流れ込
む電流を制限するためものである。

以上のように回路を構成することによりコンパレータ３
７の＋側入力端子に加わる電圧が■ より低い時
には、コンバレーＥＦＦ り３７の出力はオンしてオペアンプ３４のプラス側入力
端子電圧を零ボルトとし Ｖ ｌ よりＥＦＦ 大きくなった時には、コンパレータはオフして・・イン
ピーダンスとなるので、電源３３で設定された電圧にす
る。

第４図にこの時の動作を示すタイミングチャートを示し
、１および３は電源３１の出力電圧波形で２むよび４は
、その時の負荷に流れ込む電流波形である。

電源３１の立上り特性が早く出力インピーダンスが小さ
い時には１および２のようになり、電源３１の特性が遅
いか、または出力インピーダンスが大きい時には３およ
び４のごとくなる。

同図において、電源電圧１または３がＶ より低
い時には、電流２またはＥＦＦ ４は零アンペアで、ＶＲＥＦＦより大きくｉると設定電
流となる。

このように本考案では、従来の方式と異り第２図２のよ
う４過犬電流は生じない。

次に「フ」の字電源を立ち上げるための本考案の実施例
について説明する。

「フ」の字電源の立ち上がりに対しては、設定電流以上
の過電流を生じないだけでは充分ではない。

例えば、第６図に示すような「フ」の字出力特性を有す
る電源において負荷の設定電流をＩ゛３に設定した場合
には動作点はＣ点のみであるが、Ｉ４に設定した場合に
はＡ点とＢ点の２点がある。

電源の出力電圧が０点より出発してＡ点を目ざして立ち
上がる場合には、電源電圧の立ち上がり・が負荷電流の
立ち上がりに比較して遅いとＢ点に先に到達して、Ｂ点
の不安定さのために、結局り点へ落ち込んでし捷うこと
になる。

この欠点を除去し０点からＡ点へ立ち上がらせることを
可能とした本考案の一実施例を第７図に示す。

すなわちコンデンサ８０をコンパレータ７７の出力へ接
続することになり、抵抗７８とコンデンサ８０は積分回
路を構成する。

これによりコンパレータ７７がオフした時オペアンプ７
４の＋側入カヘ加わる電圧を零ボルトからゆっくりと電
源７３で設定された電圧１で立ち上げることができる。

このようにすることにより、電源７１の立ち上がりが第
８図１または３のごとく立ち上るが時、負荷電流の立ち
上がりはそれぞれ２または４となる。

電源電圧の立上りに比べて電流の立上りを遅くすること
が可能となったので電源は１，３のごとく設定した出力
電圧に立ち上がり可能となったのである。

以上説明したように本考案の半導体負荷装置を用いれば
、いかなる電源の負荷として用いてもまたどのような使
い方をしても設定電流以上の電流を流すことはなくなる
ので、過電流保護回転のついていないバッテリ等の電源
の負荷として用いた場合に電源側や負荷自身を損傷する
ことがなくなる。

寸た「フ」の字特性を有する電源の立ち上がりを可能と
するので、従来のように一度吸い込み電流を一安定点以
下の小さな電流に設定しておき電源が立ち上った後希望
電流に設定しなおすようなめんどうな作業が自動的に行
なえるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の定電流吸い込み回路、第２図は第１図に
ち・ける電源電圧と負荷電流の関係を示すタイムチャー
ト、第３図は本考案の一実施例を示す結線図、第４図は
第３図にも・ける電源電圧と負荷電流の関係を示すタイ
ムチャート、第５図は定電流垂下特性を有する電源の電
圧電流出力特性を示すグラフ、第６図は「フ」の字特性
を有する電源の出力特性を示すグラフ、第７図は本考案
の他の実施例を示す結線図、第８図は第７図における電
源電圧と負荷電流の関係を示すタイムチャートである。 １．３１．７１は負荷をつなぐべき電源、２゜３２．７
２は電力を消費するためのトランジスタ、３．３３．７
３は吸い込み電流を設定する電源、４．３４，７４は設
定電流と吸い込み電流の差を増巾するオペアンプ、５，
３５．７５は吸い込み電流を電圧に変換する抵抗、６，
３６．７６は負荷を必要とする電源との接続端子、３７
，７７は負荷電流を切り換えるコンパレータ、３８．７
８はコンパレータがオンした時の電流制限抵抗、３９．
７９は電源、電圧と比較するための基準電源、３０は積
分用コンデンサである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. トランジスタを電力消費に用いた半導体負荷装置におい
   て、可変電源とオペアンプと第１の抵抗と第２の抵抗と
   第３の抵抗とトランジスタと電流吸い込み端子から構成
   され、前記可変電源と前記第１の抵抗の一方の端子とを
   接続し前記第１の抵抗の他方の端子と前記オペアンプの
   十入力端子とを接続し、前記オペアンプの一入力端子と
   前記トランジスタのエミッタ端子及び、前記第２の抵抗
   の一方の端子をそれぞれ接続し、前記オペアンプの出力
   端子と前記第３の抵抗の一方の端子を接続し、前記第３
   の抵抗の他方の端子と前記トランジスタのベース端子と
   を接続し、前記トランジスタのコレクタ端子と、前記電
   流吸い込み端子とを接続した定電流吸い込み回路と十入
   力端子と一入力端子とオープンコレクタの出力端子を持
   ち、前記＋と−の入力端子に入る２つの信号の大小比較
   をするコンパレータと基準電源とから構成され、前記定
   電流吸い込み回路の電流吸い込み端子と前記コンパレー
   タの＋側入力端子を接続し、前記基準電源と前記コンパ
   レータの一側入力端子を接続し、前記コンパレータの出
   力端子と前記定電流吸い込み回路のオペアンプのプラス
   端子と接続したことを特徴とする半導体負荷装置。