JPS6011912A - 電圧調整器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の関連する分野） 本発明は、電圧調整装置、特にモノリシックにｊ・・、
集積化し得ると共に自動車産業に適用される電子式電圧
調整装置に関するものである。

（従来技術） 電圧調整器は、特定値を有さない供給電圧から特定且つ
一定値を有する電圧を供給するものである。

これがため制御形電源装置として他の装置に対して使用
するのに適当である。この電源装置は、接続した負荷が
関数的に変化する際の全ての場合にこの負荷に印加する
電圧を一婿にするに必要な電流を供給する。

現在、小型化、使用の簡素化、低価格化の理由のため、
電子式電圧調整器は全ての応用分野で集積回路手法を使
用して組立てられる傾向にある。

一般に、これら電圧調整器の出力端子での電圧値及び電
流値は、出力端子に接続され、これら雷５気的値の瞬時
値に敏感であるフィードバック手段を具える内部調整回
路により決定される。

最も一般的な集積回路を使用した電圧調整器は、直列制
御型と呼ばれるもので、出力端子にパワー、トランジス
タを直列に接続し、且つ導通が負荷の関数として決まる
ため適切にベースを制御して、出力電圧を一定値に調整
する。

この直列制御型による電圧調整器の概略図を第１図に示
す。

ｎｐｎｍバイポーラトランジスタＴＳのコレクタ及びエ
ミッタを入力端子１Ｎ及び出力端子ＯＵＴに夫々接続す
る。このバイポーラトランジスタＴＳを、入力端子ＩＮ
とアースとの間に供給端子を配置した差動増幅器Ａによ
りベース制御する。増幅器Ａの反転入力側を抵抗Ｒ□を
経て出力端子ＯＵＴに接続すると共に抵抗Ｒ２を経てア
ースに接続する。差動増幅器Ａの非反転入力側を基準電
圧ＶＲに接続する。当業者に知られているように、出力
端子ＯＵＴ及びアース間に電圧が発生し、この電圧値は
、回路の特性値である所定のしきい値を電圧■□、が超
えるまで入力端子■ＩＮと出力端子に接続された負荷と
に依存し、所定のしきい値を超えると、出力端子に定電
圧Ｖ。が供給され、この定電圧は入力電圧または負荷に
依存せず、単に回路自身の数値法めに依存し、特にフィ
ードバック係調整器の正確な動作範囲の下限（使用可能
な範囲）を限定し、このしきい値電圧以上で調整回路は
安定に動作する。

出力電圧が所定値から任意に変動し、分圧器Ｒ工、Ｒ２
を経て差動増幅器Ａの反転入力端子にフィードバックさ
れ、差動増幅器ＡはトランジスタＴ８を導通レベルにし
て負荷に印加された電圧を所定値■。にもどすようにす
る。

通常、電圧調整器の動作範囲、又は好ましくは動作範囲
の下限を技術文献にて１ドロツプアウト」と呼ばれるパ
ラメータにより限定し、このパラメータは、電圧調整器
の正確な動作に必要な入力電圧ｖＩＮの最低値と、電圧
調整器の出力に生じる定電圧値■。との差をとったもの
である。

自動車産業に一般に利用される集積回路電圧調整器は上
述のタイプである。しかし、自動車のバッテリにより供
給される供給電圧の温度及び湿度による変動と、突発的
変動との双方を含む動作状態のため、これら電圧調整器
は特別厳格な必要条件を満足する必要がある。

これがため、これら電圧調整器は、低いドロップアウト
のみならず高い信頼性、正確且つ安定した特性を有する
必要がある。

バッテリにより通常供給される供給電圧の範囲は、冷間
始動中の約５．５〜６．５■から、寒冷地域の全ての条
件で始動可能とするために第１　ｔ＜ツテリに直列に第
２バツテリを接続して使用する際の約２４Ｖまで変化す
る。

しかし、カットオフ過渡現象中の誘導負荷（点火フィル
、継電器等）により、正或いは負の高いピーク電圧を供
給線に発生することがあり、このピーク電圧はバッテリ
同期発電機ケーブルの偶発的脱落により１００或いは１
２０Ｖにも達することがある（この場合圧のピークは高
電力を有する）。

上述の特性に加えて、自動車産業用電圧調整器は、効率
の点特に熱放散の目的から吸ｉｌ！ｍ流も低くする必要
がある。

従来の集積回路を用いた電圧調整器は自動車産業に使用
するための必要条件全てを同時に満足することはできな
い。極めて低い入力電圧（これがためドロップアウトが
低い）に対しては正確に動作する電圧調整器でも吸収電
流が著しい。

一般に、第１図のトランジスタＴｓのような集積回路に
挿入されたトランジスタは、飽和状態或いは活性領域内
で動作中に維持し続ける電圧より上はカットオフする場
合に、より高い電、圧を保持し続ける。

また、吸収電流の点で望ましい電圧調整器は、冷間始動
時にドロップアウトが高過ぎ、しかも高圧で正確に動作
するようには股引されていない。

本発明の目的は、モノリシックに集積化され、正確に動
作する範囲が既知の電圧調整器より広く、自動車産業用
に使用する必要条件を完全に満足し吸収電流が現在の技
術で得られる最小のものである電圧調整器を提供せんと
するにある。

（発明の開示） この目的を達成するため、本発明は、電圧発生器の２個
の端子に接続された第１及び第２人力導線と、第１及び
第２出力導線とを有し、該両出力導線間に所定値に調整
された電圧を発生するモノリシック集積化し得る電圧調
整器において、各々が前記第、ｌ及び第２人力導線に接
続される第１及び第２入力端子と、定電圧（αＶｏ　＋
　Ｖ＋）　、硲ｖｏ　’　）を発生し且つ前記第１及び
第２出力導線に夫々接続される第１及び第２出力端子と
を有する複数個の電圧調整回路（Ｒ□、　Ｒ２，Ｒ８）
を具え、これら電圧調整回路は、その入力端子に供給さ
れ最低値が夫々異なる所定範囲内の値の電圧で正確に動
作するように設計し、且つ出力端子間に発生した電圧を
これら出力端子に接続されたフィードバック手段を具え
る制御回路により各回路で所定値に維持するようにし、
この所定値を各電圧調整回路で相違させると共に各入力
端子での各調整回路の適正動作を可能にする最低電圧値
レベルが高いか或いは低いかに応じて所定値を高いか或
いは低くするようにしたことを特徴とする。

（実施例） 本発明の電圧調整器を図面につきさらに詳細に−，１゜
説明する。

第２図に示す本発明の電圧調整器は、第１及び第２入力
端子並びに第１及び第２出力端子を夫々有する３個に分
けた電圧調整回路を具え、この電圧調整回路は図に記号
Ｒ，、Ｒ２及びＲ８で夫々示された矩形ブロックで表わ
されている。

電圧調整器には、信号「＋」及び［−」で夫々示された
第１及び第２人力導線を設け、この両人力導線間に不特
定電圧ｖＩＮを印加し、また記号「＋」及び１−」で夫
々示されだ第１及び第２出力導線を設け、この両出力導
線間に所定の定電圧■ｏＵＴを発生させる。

電圧調整回路Ｒ工及びＲ２の第１入力端子を直接第１人
力導線に接続する。しかし電圧調整回路Ｒ８の第１入力
端子を直列に接続したダイバードＤ及び抵抗Ｒを経て第
１人力導線に接続する。

電圧調整回路Ｒ工、Ｒ２及びＲ８の第２入力端子を第２
人力導線に直接接続し、第２人力導線にはまた電圧調整
回路Ｒ８の第１入力端子を並列に接続したコンデンサＯ
及びツェナーダイオードＤｚ、を経て接続する。

電圧調整回路Ｒ，、Ｒ２及びＲ８の第１出力端子を第１
出力導線に直接接続する。

電圧調整回路Ｒ工°ＩＲＺ及びＲ３の第２出力端子を第
２出力導線に直接接続する。

本発明において、ブロックＲ，、Ｒ，及びＲ８ニより示
された電圧調整回路は、出力端子での電圧値及び電流値
を、これら端子に接続され且つこれら電気量の瞬時値に
反応するフィードバック手段を具える内部調整回路によ
り適宜制限して、一定（・・且つ所定の電圧値となるよ
うにする。電圧調整回路Ｒ、Ｒ及びＲ８を第１図に示す
既知の回路図２ により組立てることができる。

電圧調整回路Ｒ工、Ｒ２及びＲ８の適正な動作範囲の下
限（即ち夫々がドロップアウトを有する）を構成する入
力端子での電圧値は適切に徐々に増大する。

本発明による電圧調整器の動作の主要な特性は、電圧調
整回路Ｒ、Ｒ及びＲ８の出力端子間に生２ じた定電圧値もまた次第に増加するが、電圧の増、加量
は極めて小さい。

電圧調整回路Ｒ工、Ｒ２及びＲ８夫々の適正な動作範囲
を構成する入力端子での電圧値間隔を記号■ユ÷ｖｏ、
■、÷ｖ０及び■。÷■ｄにより図に示す。

出力端子間に生じた定電圧値の夫々を記号α■。

■ｏ及び硲Ｖ。で示す。

種々の調整回路の適正な動作範囲が重なり合うことなく
連続に延在させる必要はない。単に、正確に動作する範
囲が複数の電圧調整回路により電圧調整器に必要な範囲
全体に及ぶと共にこれら電圧調整回路の夫々が正確な動
作を行なう限界の範囲で現在得られる最高の効率を提供
することを必要とする。

電圧調整器内に電圧調整回路を任意の個数だけ設は得る
が少なくとも２個は必要である。

本発明による電圧調整回路を任意の個数具える電圧調整
器の動作を理解するため、徐々に増加する電圧をその入
力導線に供給すると仮定する。

電圧調整器は所定のしきい値までカットオフを維持する
。所定のしきい値を超えると、第１電圧、調整回路は動
作するようになり、入力端子での合成電圧値が適正な動
作範囲にある限りこの回路はその出力端子即ち電圧調整
器の出力導線に所定値の定電圧を供給する。しかし、入
力導線での電圧がさらに増加して、第２電圧調整回路の
入力端子にこの回路の適正な動作範囲内の電圧が供給さ
れると、この第２電圧調整回路の出力に第１電圧調整回
路の出力端子間に発生した値より大きな所定値の電圧を
生じる。第１電圧調整回路自体の出力端子に接続され、
且つ第２電圧調整回路自体の出力端子にも接続されてい
るフィードバック手段は回路自体の定出力電圧の正の変
動を検出し、フィードバック手段を具える第１電圧調整
回路はこの変動を補償するため、あたかも負荷によるか
のように出力用電力素子の導通を調整して変動を小さく
する。

しかし、第２電圧調整回路はこの第１！圧調整回路によ
る補償を検出し、順に第１電圧調整回路により先に行な
われた調整を補償する。第１電圧調整回路のフィードバ
ック手段は、自己の出力端、子での電圧変動を検出し、
さらにその変動を補償して経験的に分かるように比較的
短時間で変動を消去していく。

これがため電圧調整器の出力導線間に生じる電圧は、第
２電圧調整回路の出力電圧の所定値に維持され、その値
は、入力導線の電圧値により次の調整回路の入力端子間
の電圧がその適正動作範囲内の値になり、替りにその前
の回路をカントオフするまで維持される。要するに、動
作開始後、電圧調整器の人力導線に供給された電圧の各
位Ｇこ対して、その値を動作範囲に含む唯一の調整回路
だけが動作し、事実上、ドロップアウトのより低い調整
回路が自動的に動作するのを防止する。

電圧調整回路がカットオフされて、動作し始めるのを防
止された電圧調整回路は、特に高圧用に設計された他の
電圧調整回路の動作範囲にある高電圧を保持することが
できる。

一定の電圧を保持するように設計されていない電圧調整
回路の作動を自動的に防止する利点は、スイッチング装
置を必要としない点にある。この、利点は、設計及び集
積領域占有に関してコストの点だけでなく信頼性の点か
らも見られる。

上述のように、種々の電圧調整回路の出力端子間に生じ
た定電圧値のわずかな差は、全部の電圧調整器の適正な
動作を可能にするに十分である。

本発明の電圧調整器の自動車産業への応用に対して、出
力導線での電圧値の総合的な変動を高品質な電圧調整器
の出力電圧の標準的な許容公差内にすることができる。

自動車産業に応用する場合αの典型的な値を０．９９５
とする。

第２図の特に実用的な自動車産業用に設計された例にお
いて、低ドロップアウトを有する、即ちトランジスタ集
積回路と相俟って得ることができる最小のドロップアウ
ト即ち飽和状態の（Ｔｓのような）トランジスタのコレ
クターエミッタ電圧値に等しいドロップアウトを有する
電圧調整回路をＲ工に使用するようにする。この型の応
用の標準的な出力電圧を５ｖとした場合、バッテリ電圧
がとても低い値、即ち例えば冷間始動時の５．５〜７．
５ｖのときでさえ適正な動作を得ることができ、る。

次に電圧調整回路Ｒ２はより高いドロップアウトと標準
的動作状態の入力端子値に限定される動作範囲とを有す
る電圧調整回路から成り１．シかもこの回路は現在得ら
れる最低の吸収電流を有するようにする。

このような特性を有する電圧調整回路は、例えば活性領
域で動作するトランジスタのｄ−ス・エミッタ電圧値に
飽和状態のトランジスタのコレクタ・エミッタ電圧値を
加えた値Ｃ約２倍に等しいドロップアウトを有するダー
リントン型の電力出力段を有し、約７．５〜２８Ｖの動
作範囲を有する回路である。

電圧調整回路Ｒ８は高電圧用に設計されピーク電圧が１
００又は１２０Ｖまで正確に動作する電１圧調整回路か
ら成り、また論理回路を具える需要家装置に防害なく供
給し得るようにする。

この場合、電圧調整回路が入力端子での限定された電圧
値の範囲内で動作するに十分であり、この電圧値の範囲
は、電圧調整回路Ｒ２が動作を継、続すべき間の正常な
動作状態において直列につないだ２個のバッテリ（約２
８ｖ）より生じ得る最大電圧範囲より大きな範囲である
。

モノリシックにも集積し得るツェナーダイオードＤＺを
適宜数仏法めして、逆導通中のしきい値電圧ｖｚの値が
電圧調整回路Ｒ８の動作範囲（例えば３０■）内に含ま
れるようにする。

電圧調整器の人力導線での電圧がしきい値電圧■ｚを超
える場合には、ダイオードＤｚが導通してこの端子でし
きい値電圧値を維持し、即ち入力導線での電圧値に関係
なく電圧調整回路Ｒ８の入力端子でもしきい値電圧に維
持される。

ツェナーダイオードＤＺが導通状態となる際に、ダイオ
ードＤ及びＤｚｌを流れる電流量を制限するように抵抗
Ｒを設定する。

ダイオードＤを必要とするのは、負のピーク電圧の過渡
状態中でもその前の正常な動作中のコンデンサＯに蓄え
られた電荷により電圧調整回路Ｒ３が動作し続は得るよ
うにするためである。またこのダイオードＤはコンデン
サの電荷が抵抗Ｒを経、て入力線「＋」に放電するのを
防止するのに有効である。

コンデンサＣは比較的高容量でなければならないので、
一般に抵抗Ｒ，ダイオードＤ及びＤｚのように別個の構
成としているが、必要により集積するか或いは別個の構
成ともし得る。

しかし、本発明の実施例は、図面にて説明した一例に止
まらず様々な例が考えられることは言うまでもない。

適切な切換スイッチ手段からめ信号に単独で動Ｉ・・作
する他の調整回路を、例えば電圧調整器に含み得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の直列調整による電圧調整器の略回路図
、 第２図は、本発明の自動車産業に応用するための電圧調
整器の一部ブロック回路図である。 Ｒ・・・抵抗　Ｄ・・・ダイオード ＤＺ・・・ツェナーダイオード ０・・・コンデンサ　ｖ工Ｎ・・・入力電圧ｖｏＵＴ・
・・出力電圧　■。・・・定電圧Ｒ，，Ｒ２，Ｒ８・・
・電圧調整回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　電圧発生器の２個の端子に接続された第１及び第２
   人力導線と、鯖ｌ及び第２出力導線とを有し、該両出力
   導線間に所定値に調整された電圧を発生するモノリシッ
   ク集積化し得る電圧調整器において、各々が前記第１及
   び第２人力導線に接続される第１及び第２入力端子と、
   定電圧（αＶＯ＋　Ｖｇ　＋翅Ｖ。１）を発生し且つ前
   記第１及び第２出力導線に夫々接続される第１及び第２
   出力端子とを有する複数個の電圧調整回路（Ｒ□、　Ｒ
   ２，Ｒ８）を具え、これら電圧調整回路は、その入力端
   子に供給され最低値が夫々異なる所定範囲内の値の電圧
   で正確に動作するように設計シ２、且つ出力端子間に発
   生した電圧をこれら出力端子に接続されたフィードバッ
   ク手段を具える制御回路により各回路で所定値に維持す
   るようにし、この所定値を各電圧調整回路で相違させる
   と共に各入力端子での各調整回路の適正動作を可能にす
   る最低電圧値レベルが高いか或いは低いかに応じて所定
   値を高いか或いは低くするようにしたことを特徴とする
   電圧調整器。 ２　前記複数個の電圧調整回路のうちの第２電圧調整回
   路（Ｒ□）及び第２電圧調整回路（Ｒ２）の入力端子を
   直接人力導線に接続し、第８電圧調整回路（Ｒ８）の第
   １入力端子を直列接続の抵ｖｃ（Ｒ）及びダイオ”−ド
   （Ｄ）を経て第１人力導線に接続すると共に第２入力端
   子を第２人力導線に接続し、第８電圧調整回路（Ｒ８）
   の入力端子間にツェナーダイオードを挿入し、これら第
   １、第２及び第３電圧調整回路（Ｒ１＋　Ｒ２＋　ＲＢ
   　）の入力端子の最低電圧値を適正な動作が可能となる
   ように設計して、これら電圧調整回路（Ｒ□、Ｒ２゜Ｒ
   ８）の出力端子間に発生した定電圧の値が徐々に順次に
   増大するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の電圧調整器。 ８．　コンデンサ（Ｃ）を、第８電圧調整回路（Ｒ８）
   の第１及び第２入力端子間に挿入するようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電圧調整器。 表　第１電圧調整回路（Ｒ工）及び第２電圧調整回路（
   Ｒ２）ヲ、値が約５．５〜７．５　Ｖ間及び約７，５〜
   ２８Ｖ間にある入力端子の電圧で夫々正確Ｇこ動作する
   ように設計し、ツェナーダイオード（Ｄ７）の逆導通中
   のしきい値電圧と、適正動作を可能にするように設計さ
   れた第８電圧調整回路（Ｒ３）の入力端子の電圧の最小
   値とを双方とも約８０ｖとし、これら電圧調整回路の出
   力端子の電圧の各所定値を次の電圧調整回路の最高電圧
   所定値の約０．９９５分の１としたことを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の電圧調整器。