(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御入力を備える定電流源と、
前記定電流源から負荷に流れる出力電流に比例する第１の信号を検出する電流検出手段と、
前記負荷に印加される出力電圧に比例する第２の信号を検出する電圧検出手段と、
予め定めた目標電流レベルに対応する第３の信号を生成する目標電流レベル生成手段と、
前記電流検出手段からの第１の信号と前記目標電流レベル生成手段からの第３の信号とに基づいて、それらの誤差に対応する第１の制御信号を前記定電流源の制御入力に印加する第１の制御手段と、
予め定めた上限電圧レベルに対応する第４の信号を生成する上限電圧レベル生成手段と、
前記電圧検出手段からの第２の信号と前記上限電圧レベル生成手段からの第４の信号とに基づいて、前記出力電圧が上限電圧レベルを超えた場合に第２の制御信号を前記定電流源の制御入力に印加する第２の制御手段と、
前記電圧検出手段が出力する第２の信号のレベルを前記第１の信号のレベルに合わせて前記第２の信号を前記第１の制御手段の入力に印加するレベル整合手段と
を設けたことを特徴とする定電流電源装置。
【請求項２】
請求項１の定電流電源装置において、前記目標電流レベル生成手段からの第３の信号と前記レベル整合手段の出力からの第２の信号とを合成した結果を前記第１の制御手段に入力する合成手段を設けたことを特徴とする定電流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は定電流電源装置に関し、特に、複数の装置を直列に接続した場合に複数の装置を同時に運転可能な定電流電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
定電流電源装置は、例えば負荷の試験などを行う際に、負荷に一定の電流を供給するために利用される。従って、定電流電源装置は出力する電流を一定に制御する定電流制御機能を備えている。また、定電流電源装置は過大な電圧の出力を防止する垂下制御機能も備えている。
【０００３】
ところで、１台の定電流電源装置が負荷に供給可能な最大電圧は限られているので、大きな電圧を供給する必要がある場合には、複数台の定電流電源装置を直列に接続し、複数台の定電流電源装置を必要に応じて直列運転し、大きな電圧の出力を実現する場合が多い。
複数台の定電流電源装置を直列運転する場合には、接続された複数台の定電流電源装置の間の出力バランス、すなわち出力電圧の配分を考慮する必要がある。例えば、２台の定電流電源装置を直列運転する場合に、出力バランスが偏っていると一方の定電流電源装置だけに大きな負担がかかりそれが過負荷になってしまう。
【０００４】
そこで、この種の定電流電源装置においては、定電流制御を行う領域においても図３に示すように、出力電圧の変動に応じて出力電流が所定量変化するように制御している。
従って、例えば第１の定電流電源装置と第２の定電流電源装置とを直列接続して直列運転する場合に、第１の定電流電源装置の出力電圧が大きくなり、第２の定電流電源装置の出力電圧が小さくなると、第１の定電流電源装置の出力電流に比べて第２の定電流電源装置の出力電流が増大しようとするので、第１の定電流電源装置の出力電圧が減少し、第２の定電流電源装置の出力電圧が増大する。このため、第１の定電流電源装置の出力電圧と第２の定電流電源装置の出力電圧との配分を適度にバランスさせることができる。
【０００５】
図３に示すような出力特性を実現するために、従来例の定電流電源装置は、図４に示すように構成されている。図４の定電流電源装置の構成及び動作について以下に説明する。
図４の定電流電源装置は、定電流源１１，抵抗器１４，可変抵抗器１５，電圧検出器１６，差動増幅器１８，１９，基準電圧源２１，２２，加算回路２４及び変成器３０で構成されている。また、変成器３０には一次巻線３０ａ，付加巻線３０ｂ及び二次巻線３０ｃが備わっている。
【０００６】
まず、出力電流Ｉｏの変化に対する制御について説明する。変成器３０の二次巻線３０ｃには、出力電流Ｉｏに比例する電圧Ｖ１が現れる。この電圧Ｖ１が差動増幅器１９の一方の入力に印加される。基準電圧源２１は、図３のＩＰ１の出力電流に相当する基準電圧Ｖｒ１を差動増幅器１９の他方の入力に印加する。
従って、差動増幅器１９は目標電流（ＩＰ１）と出力電流Ｉｏとの誤差に対応する誤差電圧Ｖｅ１を出力する。差動増幅器１９の出力する誤差電圧Ｖｅ１は、加算回路２４を介して定電流源１１の制御入力に印加される。定電流源１１は、入力される誤差電圧Ｖｅ１相当の電流を抑制するように電流を制御する。
【０００７】
実際には、二次巻線３０ｃの電圧には付加巻線３０ｂの影響が現れる。この影響は、付加巻線３０ｂに流れる電流に比例する。付加巻線３０ｂの端子には出力電圧Ｖｏに対応する電流（Ｉ1）が流れる。このとき、二次巻線３０ｃには（Ｉｏ＋Ｉ1）の電圧が発生するため、二次巻線３０ｃの電圧は出力電圧Ｖｏに比例して変化する。
【０００８】
つまり、出力電圧Ｖｏが増大すると、二次巻線３０ｃに誘起する電圧Ｖ１が増大し、差動増幅器１９の出力する誤差電圧Ｖｅ１が減少するので定電流源１１は出力電流Ｉｏを抑制する。従って、図３に示す定電流制御の範囲内の特性のように、出力電流Ｉｏは出力電圧Ｖｏが上昇するにつれて一定の傾きで減少する。
一方、負荷１２の端子間の出力電圧Ｖｏに比例する電圧が電圧検出器１６から出力され、差動増幅器１８の一方の入力端子に印加される。基準電圧源２２は、図３のＶＰ２に相当する基準電圧を差動増幅器１８の他方の入力端子に印加する。差動増幅器１８は、電圧検出器１６からの電圧Ｖ２が基準電圧源２２の基準電圧Ｖｒ２を超えると、電圧Ｖ２と基準電圧Ｖｒ２との誤差に比例する誤差電圧Ｖｅ２を出力する。この誤差電圧Ｖｅ２は加算回路２４を介して定電流源１１の制御入力に印加される。
【０００９】
つまり、出力電圧Ｖｏが図３のＶＰ２を超えると、差動増幅器１８が誤差電圧Ｖｅ２を出力する。実際には、差動増幅器１８のゲインが比較的大きいので、出力電圧Ｖｏが図３のＶＰ２を超えると、定電流源１１の定電流制御によって出力電流Ｉｏは急激に低下する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示すような従来の定電流電源装置においては、図３に示すような定電流制御の出力特性を実現するために、付加巻線３０ｂを有する変成器３０を用いている。このような変成器３０は、付加巻線３０ｂの影響で比較的大型化するのは避けられず、製造コストも上昇する。
【００１１】
本発明は、上述のような定電流電源装置において、装置の小型化及びコストの削減を実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の定電流電源装置は、制御入力を備える定電流源と、前記定電流源から負荷に流れる出力電流に比例する第１の信号を検出する電流検出手段と、前記負荷に印加される出力電圧に比例する第２の信号を検出する電圧検出手段と、予め定めた目標電流レベルに対応する第３の信号を生成する目標電流レベル生成手段と、前記電流検出手段からの第１の信号と前記目標電流レベル生成手段からの第３の信号とに基づいて、それらの誤差に対応する第１の制御信号を前記定電流源の制御入力に印加する第１の制御手段と、予め定めた上限電圧レベルに対応する第４の信号を生成する上限電圧レベル生成手段と、前記電圧検出手段からの第２の信号と前記上限電圧レベル生成手段からの第４の信号とに基づいて、前記出力電圧が上限電圧レベルを超えた場合に第２の制御信号を前記定電流源の制御入力に印加する第２の制御手段と、前記電圧検出手段が出力する第２の信号のレベルを前記第１の信号のレベルに合わせて前記第２の信号を前記第１の制御手段の入力に印加するレベル整合手段とを設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１において、電流検出手段，目標電流レベル生成手段及び第１の制御手段は定電流制御のために用いることができる。また、電圧検出手段，上限電圧レベル生成手段及び第２の制御手段は垂下制御のために用いることができる。
一方、レベル整合手段は前記電圧検出手段が出力する第２の信号を第１の制御手段の入力にフィードバックする。但し、前記電圧検出手段が出力する第２の信号は垂下制御で利用される電圧信号であるため、第１の制御手段の入力レベルとは整合しない。そこで、レベル整合手段は第２の信号のレベルを前記第１の信号と整合するようにレベルを合わせる。
【００１４】
レベル整合手段が第１の制御手段の入力にフィードバックする第２の信号によって、例えば図３に示す定電流制御の領域のように、出力電圧の変化に伴って出力電流が一定の傾きで変化する特性が実現する。
請求項１によれば、垂下制御のために用いる電圧検出手段からの信号を定電流制御で共用するので、図４の付加巻線３０ｂを設ける必要がない。このため、定電流電源装置の小型化及びコストの低減が実現する。
【００１５】
請求項２は、請求項１の定電流電源装置において、前記電流検出手段からの第１の信号と前記レベル整合手段の出力からの第２の信号とを合成した結果を前記第１の制御手段に入力する合成手段を設けたことを特徴とする。
請求項２は、請求項１の定電流電源装置において、前記目標電流レベル生成手段からの第３の信号と前記レベル整合手段の出力からの第２の信号とを合成した結果を前記第１の制御手段に入力する合成手段を設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２においては、合成手段を介して、目標電流レベル生成手段からの第３の信号とレベル整合手段の出力からの第２の信号とを合成した結果が第１の制御手段に入力される。従って、例えば図３に示す定電流制御の領域のように、出力電圧の変化に伴って出力電流が一定の傾きで変化する特性が実現する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の定電流電源装置の１つの実施の形態について、図１を参照して説明する。この形態は請求項１に対応する。図１はこの形態の定電流電源装置の構成を示すブロック図である。
【００１８】
この形態では、請求項１の定電流源，電流検出手段，電圧検出手段，目標電流レベル生成手段，第１の制御手段，上限電圧レベル生成手段，第２の制御手段及びレベル整合手段は、それぞれ定電流源１１，変成器１３，電圧検出器１６，基準電圧源２１，差動増幅器１９，基準電圧源２２，差動増幅器１８及び増幅器１７に対応する。また、請求項２の合成手段は加算回路２３に対応する。
【００１９】
図１に示す定電流電源装置は、定電流源１１，変成器１３，抵抗器１４，可変抵抗器１５，電圧検出器１６，増幅器１７，差動増幅器１８，１９，基準電圧源２１，２２，加算回路２３及び２４を備えている。
図１の定電流電源装置は、図３に示すような出力特性を有している。すなわち、負荷１２の端子間に現れる出力電圧Ｖｏが０〜ＶＰ２の範囲では定電流制御を行い、出力電圧ＶｏがＶＰ２を超えると垂下制御を行う。また、定電流制御を行う場合の出力電流Ｉｏは一定値ではなく、出力電圧Ｖｏに応じて一定の傾きで変化する。従って、複数台の定電流電源装置を直列に接続し、それらを直列運転する場合に出力バランスを適正に保つことができる。
【００２０】
負荷１２に供給する電流は定電流源１１が生成する。定電流源１１が供給する出力電流Ｉｏを制御するために、定電流源１１には制御入力１１ａが備わっている。
【００２１】
負荷１２に流れる出力電流Ｉｏの大きさを検出するために、定電流源１１と負荷１２との間に変成器１３が接続されている。変成器１３は、一次巻線１３ａ及び二次巻線１３ｂを備えている。変成器１３の二次巻線１３ｂには、一次巻線１３ａに流れる出力電流Ｉｏの大きさに比例する電圧Ｖ１が現れる。
一方、負荷１２の端子間に印加される出力電圧Ｖｏを検出するために、抵抗器１４，可変抵抗器１５及び電圧検出器１６が設けてある。出力電圧Ｖｏは、抵抗器１４，可変抵抗器１５及び電圧検出器１６によって分圧され、電圧検出器１６によって電圧Ｖ２として検出される。電圧Ｖ２の大きさは、出力電圧Ｖｏの大きさに比例する。
【００２２】
差動増幅器１９は、図３に示す定電流制御の制御機能を有している。基準電圧源２１は、一定の基準電圧Ｖｒ１を生成する。この基準電圧Ｖｒ１は、図３に示す出力電流ＩｏのＩＰ１のレベルに相当する。
差動増幅器１９のプラス側入力には基準電圧源２１からの基準電圧Ｖｒ１が印加され、差動増幅器１９のマイナス側入力には加算回路２３が出力する電圧Ｖ４が印加される。
【００２３】
加算回路２３は、変成器１３の二次巻線１３ｂが出力する電圧Ｖ１と、増幅器１７が出力する電圧Ｖ３とを加算した結果を電圧Ｖ４として出力する。増幅器１７は線形増幅器であり、電圧Ｖ３のレベルは電圧Ｖ２に比例する。すなわち、増幅器１７は電圧Ｖ２のレベルを電圧Ｖ１のレベルと合わせるために、電圧Ｖ２を増幅し電圧Ｖ３を生成する。
【００２４】
差動増幅器１９は線形増幅器である。差動増幅器１９は、それに入力される電圧Ｖ４と基準電圧Ｖｒ１との差分に比例する誤差電圧Ｖｅ１を生成する。この誤差電圧Ｖｅ１は、加算回路２４を通り誤差電圧Ｖｅ３として定電流源１１の制御入力１１ａに印加される。
【００２５】
図３の定電流制御の範囲内では、差動増幅器１８の出力する誤差電圧Ｖｅ２は０になるので、誤差電圧Ｖｅ３は誤差電圧Ｖｅ１と等しくなる。また、出力電圧Ｖｏが０の場合を想定すると、電圧Ｖ３が０になるので電圧Ｖ４は電圧Ｖ１と等しくなる。
従って、出力電圧Ｖｏが０の場合には、変成器１３の検出した出力電流Ｉｏに比例する電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｒ１との誤差が誤差電圧Ｖｅ１，Ｖｅ３として定電流源１１にフィードバックされる。定電流源１１は誤差電圧Ｖｅ３を０にするように出力電流Ｉｏを制御するので、電圧Ｖ１が基準電圧Ｖｒ１と等しくなるように出力電流Ｉｏが制御される。つまり、出力電圧Ｖｏが０の場合の出力電流Ｉｏのレベルを表すＩＰ１は、基準電圧Ｖｒ１に相当する。
【００２６】
通常の動作状態においては、出力電圧Ｖｏは０〜ＶＰ２の間にある。従って、差動増幅器１９に入力される電圧Ｖ４には電圧Ｖ３の成分が加算される。電圧Ｖ３の加算分は、誤差電圧Ｖｅ１，Ｖｅ３を減らすように影響するので、定電流源１１は電圧Ｖ３の成分、すなわち出力電圧Ｖｏに比例して出力電流Ｉｏを減らすように制御する。これによって、図３に示す定電流制御の範囲の制御が実現される。
【００２７】
一方、差動増幅器１８は図３に示す垂下制御の制御機能を有している。また、基準電圧源２２は一定の基準電圧Ｖｒ２を生成する。この基準電圧Ｖｒ２は、図３に示す出力電圧ＶｏのＶＰ２のレベルに相当する。
差動増幅器１８は、電圧検出器１６の出力する電圧Ｖ２が基準電圧源２２の出力する基準電圧Ｖｒ２を超えた場合に、電圧Ｖ２と基準電圧Ｖｒ２との差分に比例する誤差電圧Ｖｅ２を出力する。電圧Ｖ２が基準電圧Ｖｒ２以下の場合には、誤差電圧Ｖｅ２は０になる。
【００２８】
誤差電圧Ｖｅ２は、加算回路２４によって誤差電圧Ｖｅ１に加算され、誤差電圧Ｖｅ３として定電流源１１に印加される。誤差電圧Ｖｅ２が現れると、誤差電圧Ｖｅ３が減少し、定電流源１１は出力電流Ｉｏを抑制する。すなわち、出力電圧Ｖｏに比例する電圧Ｖ２が基準電圧Ｖｒ２を超えると、図３に示す垂下制御が行われる。従って、基準電圧Ｖｒ２によって図３の出力電圧ＶｏのレベルＶＰ２が決定される。
【００２９】
図１の定電流電源装置においては、単一の電圧検出器１６が出力する電圧Ｖ２を互いに制御特性（傾き）が異なる定電流制御と垂下制御とで共用しているため、電圧Ｖ２のレベルを二次巻線１３ｂからの電圧Ｖ１のレベルと整合させる必要がある。図１の例では、増幅器１７を用いて電圧Ｖ２を電圧Ｖ３に変換し、電圧Ｖ１のレベルと整合する電圧Ｖ３を生成している。
【００３０】
しかし、電圧Ｖ１のレベルに比べて電圧Ｖ２が大きい場合には、増幅器１７の代わりに減衰器を用いる必要がある。増幅器１７の利得については、電圧Ｖ２のレベル，差動増幅器１９の利得，定電流源１１の制御特性及び必要とされる定電流制御の特性の傾きに応じて決定される。
（第２の実施の形態）
本発明の定電流電源装置のもう１つの実施の形態について、図２を参照して説明する。この形態は請求項２に対応する。
【００３１】
図２は、この形態の定電流電源装置の構成を示すブロック図である。この形態は第１の実施の形態の変形例である。図２において、図１と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。図１と同一の部分については、以下の説明を省略する。
この形態では、請求項３の目標電流レベル生成手段，レベル整合手段及び合成手段は、それぞれ基準電圧源２１，増幅器１７及び減算回路２５に対応する。
【００３２】
図２に示すように、この定電流電源装置では、変成器１３の二次巻線１３ｂから出力される電圧Ｖ１はそのまま差動増幅器１９のマイナス側入力端子に印加される。また、差動増幅器１９のプラス側入力端子には減算回路２５の出力が接続されている。
【００３３】
減算回路２５は、基準電圧源２１が出力する基準電圧Ｖｒ１から増幅器１７が出力する電圧Ｖ３を減算した結果を基準電圧Ｖｒ３として出力する。
従って、負荷１２の端子間の出力電圧Ｖｏが変化すると、電圧Ｖ２，Ｖ３が変化し基準電圧Ｖｒ３が変化する。基準電圧Ｖｒ３が変化すると、出力電流Ｉｏ（電圧Ｖ１）が一定であっても誤差電圧Ｖｅ１，Ｖｅ３が変化するため、定電流源１１は出力電流Ｉｏが変化するように制御する。そのため、図１の定電流電源装置の場合と同様に、図３に示すような傾斜を持った定電流特性が実現される。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば図４に示す変成器３０に付加巻線３０ｂを設ける必要がないし、抵抗器３１及び可変抵抗器３２も不要になる。すなわち、付加巻線３０ｂを省略することにより変成器３０の小型化が可能になり、製造コストも削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の定電流電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第２の実施の形態の定電流電源装置の構成を示すブロック図である。
【図３】定電流電源装置の出力特性の例を示すグラフである。
【図４】従来例の定電流電源装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１  定電流源
１２  負荷
１３  変成器
１３ａ  一次巻線
１３ｂ  二次巻線
１４  抵抗器
１５  可変抵抗器
１６  電圧検出器
１７  増幅器
１８，１９  差動増幅器
２１，２２  基準電圧源
２３，２４  加算回路
２５  減算回路
３０  変成器
３０ａ  一次巻線
３０ｂ  付加巻線
３０ｃ  二次巻線
３１  抵抗器
３２  可変抵抗器
【図１】
0003643517.tif 000002
【図２】
0003643517.tif 000003
【図３】
0003643517.tif 000004
【図４】
0003643517.tif 000005