(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電源（Ｖ１）と第１トランジスタ（ＴＲ１）のエミッタとを接続するとともに、同第１トランジスタ（ＴＲ１）のコレクタを第１逆流防止素子を介して出力端子（Ｖｏｕｔ）に接続し、また、第２電源（Ｖ２）と第２トランジスタ（ＴＲ２）のエミッタとを接続するとともに、同第２トランジスタ（ＴＲ２）のコレクタを第２逆流防止素子を介して出力端子（Ｖｏｕｔ）に接続し、
さらに、第１トランジスタ（ＴＲ１）のベースは、第１バイアス素子を介して第１電源（Ｖ１）と接続するとともに、第２バイアス素子を介して入力端子（Ｖｉｎ）と接続し、また、第２トランジスタ（ＴＲ２）のベースは、第４バイアス素子を介して第２電源（Ｖ２）と接続するとともに、第３バイアス素子を介して入力端子（Ｖｉｎ）と接続し、
正または負の電圧を供給可能とした第３電源（Ｖ３）を、出力制御素子（Ｒ５）を介して出力端子（Ｖｏｕｔ）に接続することにより、正から負、及び、負から正への連続的な出力の制御を行なうことができるようにしていることを特徴とする高電圧出力制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精度のよい高電圧の出力を必要とする測定機器や増幅装置、あるいは製造装置に利用可能とした高電圧出力制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、個別部品としてのトランジスタやダイオードにおけるブレークダウン電圧やリーク電流の測定には高電圧小電流電源装置が必要であり、また、順方向電圧測定等では低電圧でやや多い電流を出力することができる電源装置が必要であり、さらには、電圧の正（以下、単に「＋」で表示する）と負（以下、単に「−」で表示する）との切り替えも行なうことができる機能が必要であり、通常、これらの機能を１台に兼ね備えた高電圧電源装置が用いられている。
【０００３】
このような高電圧電源装置は、小型化・省エネルギー化、利便性等の観点から低電圧駆動であることが望ましく、低電圧回路で高電圧出力を得ることができる様々な方式の電源回路が提案され、使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高電圧電源装置は、例えば特開平７−２９４６０７号公報に示されるような構成をしており、回路を構成する電子部品の部品点数が多いため、装置自体が大型化するとともに、製品価格が高くなるという問題があった。
【０００５】
また、一般的に消費電力の低減が困難であって発熱量が多くなりやすく、その熱自体が故障の遠因となったり、製品寿命を短くしたりするという問題があった。
【０００６】
さらに、一般的な高電圧電源装置では、高電圧側での制御精度は高いものの、±０Ｖ付近での制御精度が十分でない場合が多く、高電圧側から０Ｖ付近まで精度よく制御を行なう必要がある場合には、＋用高電圧電源装置と−用高電圧電源装置とを使い分けたり、高耐圧オペアンプを用いた高性能な高電圧電源装置を使用したりする必要があった。
【０００７】
そのため、＋用高電圧電源装置と−用高電圧電源装置とを使い分ける場合には、２台の高電圧電源装置が必要になることによりコストアップを招くとともに、維持管理の手間が倍増するという問題があり、また、高耐圧オペアンプを用いた高電圧電源装置を使用する場合には、その高電圧電源装置自体が非常に高価なものとなり、コスト的に見合わないという問題があった。
【０００８】
そこで本発明では、低コストで高電圧側から０Ｖ付近まで精度よく制御を行なうことができる高電圧出力制御回路を提供することにより、低コストでの高電圧電源装置の提供を可能とすることができるようにしているものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の高電圧出力制御回路では、第１電源と第１トランジスタのエミッタとを接続するとともに、同第１トランジスタのコレクタを第１逆流防止素子を介して出力端子に接続し、また、第２電源と第２トランジスタのエミッタとを接続するとともに、同第２トランジスタのコレクタを第２逆流防止素子を介して出力端子に接続し、さらに、第１トランジスタのベースは、第１バイアス素子を介して第１電源と接続するとともに、第２バイアス素子を介して入力端子と接続し、また、第２トランジスタのベースは、第４バイアス素子を介して第２電源と接続するとともに、第３バイアス素子を介して入力端子と接続し、正または負の電圧を供給可能とした第３電源を、出力制御素子を介して出力端子に接続することにより、正から負、及び、負から正への連続的な出力の制御を行なうことができるようにした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の高電圧出力制御回路の基本構成部分を示した回路図である。本発明の高電圧出力制御回路では、正の所定電圧とした第１電源Ｖ１（＋）とＰＮＰ型の第１トランジスタＴＲ１のエミッタとを接続し、さらに、同第１トランジスタＴＲ１のコレクタを出力端子Ｖｏｕｔに接続している。また、負の所定電圧とした第２電源Ｖ２（−）とＮＰＮ型の第２トランジスタＴＲ２のエミッタとを接続し、さらに、同第２トランジスタＴＲ２のコレクタを出力端子Ｖｏｕｔに接続している。
【００１１】
さらに、第１トランジスタＴＲ１及び第２トランジスタＴＲ２への逆流阻止のために、第１トランジスタＴ  Ｒ１と出力端子Ｖｏｕｔとの間、及び、第２トランジスタＴＲ２と出力端子Ｖｏｕｔとの間にそれぞれ逆流防止素子として第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２を介設している。すなわち、第１トランジスタＴＲ１のコレクタに第１ダイオードＤ１のアノードを接続し、同第１ダイオードＤ１のカソードを出力端子Ｖｏｕｔに接続するようにしている。また、第２トランジスタＴＲ２のコレクタに第２ダイオードＤ２のカソードを接続し、同第２ダイオードＤ２のアノードを出力端子Ｖｏｕｔに接続するようにしている。
【００１２】
第１トランジスタＴＲ１のベースは、バイアス素子として第１バイアス抵抗器Ｒ１を介して第１電源Ｖ１（＋）と接続するとともに、同じくバイアス素子として第２バイアス抵抗器Ｒ２を介して入力端子Ｖｉｎと接続するようにしている。また、第２トランジスタＴＲ２のベースは、バイアス素子として第４バイアス抵抗器Ｒ４を介して第２電源Ｖ２（−）と接続するとともに、同じくバイアス素子として第３バイアス抵抗器Ｒ３を介して入力端子Ｖｉｎと接続するようにしている。
【００１３】
さらに、出力端子Ｖｏｕｔには、正または負の電圧を供給可能とした第３電源Ｖ３（±）を、出力制御素子Ｒ５を介して接続するようにしている。ただし、第３電源Ｖ３（±）は、その絶対値電圧が、入力端子Ｖｉｎからの入力電圧、第１電源Ｖ１（＋）の電圧、第２電源Ｖ２（−）の電圧の絶対値電圧よりも大きくなるようにしている。すなわち、第３電源Ｖ３（±）の電圧値を「Ｖ３」、入力端子Ｖｉｎでの電圧値を「Ｖｉｎ」、第１電源Ｖ１（＋）の電圧値を「Ｖ１」、第２電源Ｖ２（−）の電圧値を「Ｖ２」と表すとした場合、
｜Ｖ３｜＞｜Ｖｉｎ｜，
｜Ｖ３｜＞｜Ｖ１｜，
｜Ｖ３｜＞｜Ｖ２｜
となるようにしている。
【００１４】
上記のように高電圧出力制御回路を構成することにより、入力端子Ｖｉｎの電圧値が「０」である場合、第１トランジスタＴＲ１、第２トランジスタＴＲ２ともに非導通のままであり、入力端子Ｖｉｎの電圧値が＋となると第１トランジスタＴＲ１は非導通のまま第２トランジスタＴＲ２のみが導通し、逆に、入力端子Ｖｉｎの電圧値が−となると第２トランジスタＴＲ２は非導通のまま第１トランジスタＴＲ１のみが導通するようにしている。
【００１５】
さらに、第３電源Ｖ３（±）が＋の場合には、第１ダイオードＤ１によって第１トランジスタＴＲ１に電流が流れないようにするとともに、第３電源Ｖ３（±）が−の場合には、第２ダイオードＤ２によって第２トランジスタＴＲ２に電流が流れないようにしている。以下において、第３電源Ｖ３（±）が＋の場合を「Ｖ３（＋）」と表し、第３電源Ｖ３（±）が−の場合「Ｖ３（−）」と表すこととする。
【００１６】
従って、第３電源Ｖ３（＋）が＋の高電圧の場合（すなわち、第３電源Ｖ３（＋）の電圧値Ｖ３＞Ｖ１＞０）であって、入力端子Ｖｉｎからの入力電圧Ｖｉｎが＋（Ｖｉｎ＞０）の場合、図２（ａ）の破線矢印と、一点破線矢印で示すように電流が流れることとなり、一方、入力端子Ｖｉｎからの入力電圧Ｖｉｎが−（Ｖｉｎ＜０）の場合、図２（ｂ）の破線矢印と、一点破線矢印で示すように電流が流れることとなる。
【００１７】
ただし、図２（ｂ）の場合、第１トランジスタＴＲ１を介して出力される電圧Ｖ１’が第３電源Ｖ３（＋）によって出力端子Ｖｏｕｔに出力された電圧Ｖｏｕｔよりも大きい場合（Ｖ１’−ＶＦ＞Ｖｏｕｔ）であり、その逆の場合（Ｖ１’−ＶＦ＜Ｖｏｕｔ）には、第１ダイオードＤ１によって電流の逆流が生じることが阻止される。なお、ここでＶＦは、第１ダイオードＤ１の順方向電圧である。
【００１８】
一方、第３電源Ｖ３（−）が−の高電圧の場合（すなわち、第３電源Ｖ３（−）の電圧値Ｖ３＜Ｖ２＜０）であって、入力端子Ｖｉｎからの入力電圧Ｖｉｎが＋（Ｖｉｎ＞０）の場合、図３（ａ）の破線矢印と、一点破線矢印で示すように電流が流れることとなり、一方、入力端子Ｖｉｎからの入力電圧Ｖｉｎが−（Ｖｉｎ＜０）の場合、図３（ｂ）の破線矢印と、一点破線矢印で示すように電流が流れることとなる。
【００１９】
ただし、図３（ａ）の場合、第２トランジスタＴＲ２を介して出力される電圧Ｖ２’が第３電源Ｖ３（−）によって出力端子Ｖｏｕｔに出力された電圧Ｖｏｕｔよりも小さい場合（Ｖ２’＋ＶＦ＜Ｖｏｕｔ）であり、その逆の場合（Ｖ２’＋ＶＦ＞Ｖｏｕｔ）には、第２ダイオードＤ２によって電流の逆流が生じることが阻止される。なお、ここでＶＦは、第２ダイオードＤ２の順方向電圧である。
【００２０】
以上のことから、本発明の高電圧出力制御回路を用いることにより、第３電源Ｖ３（−）を−としている（Ｖ３＜Ｖ２＜０）場合に、Ｖ３からＶ１までの安定した出力を得ることができ、一方、第３電源Ｖ３（＋）を＋としている（Ｖ３＞Ｖ１＞０）場合に、Ｖ２からＶ３までの安定した出力を得ることができ、０Ｖを含めた＋から−までの連続した出力を得ることができる。
【００２１】
図１〜図３において、第１バイアス抵抗器Ｒ１、第２バイアス抵抗器Ｒ２、第３バイアス抵抗器Ｒ３、第４バイアス抵抗器Ｒ４、出力制御素子Ｒ５には単なる抵抗器を用いるだけでなく、抵抗器またはダイオード、温度補償素子等の非線形素子を組み合わせたものを使用するようにしてもよい。第１バイアス抵抗器Ｒ１、第２バイアス抵抗器Ｒ２、第３バイアス抵抗器Ｒ３、第４バイアス抵抗器Ｒ４、出力制御素子Ｒ５を好適に組み合わせることにより、電圧値の制御において歪みの生起、特に、電圧の極性の変化時における歪みの生起を抑制し、安定した制御を行なうことができる。
【００２２】
また図１〜図３において、第１トランジスタＴＲ１及び第２トランジスタＴＲ２には、ダーリントントランジスタや電界効果トランジスタ等を使用するようにしてもよい。なお、電界効果トランジスタを用いた場合、エミッタではなくソースと称し、コレクタではなくドレインと称し、ベースではなくゲートと称することは言うまでもない。
【００２３】
以下において、より具体的な実施例を説明する。
【００２４】
【実施例】
図４及び図５は、モード切替スイッチＳＢによって定電圧電源としても、定電流電源としても使用することができるようにしている電源装置の回路図である。モード切替スイッチＳＢによる図４の結線状態が定電流電源の結線状態であり、モード切替スイッチＳＢによる図５の結線状態が定電圧電源の結線状態である。
【００２５】
上述したように、＋の所定電圧とした第１電源Ｖ１（＋）にＰＮＰ型の第１トランジスタＴＲ１のエミッタを接続し、さらに、同第１トランジスタＴＲ１のコレクタに第１ダイオードＤ１のアノードを接続し、同第１ダイオードＤ１のカソードを出力端子Ｖｏｕｔに接続するとともに、−の所定電圧とした第２電源Ｖ２（−）にＮＰＮ型の第２トランジスタＴＲ２のエミッタを接続し、さらに、同第２トランジスタＴＲ２のコレクタに第２ダイオードＤ２のカソードを接続し、同第２ダイオードＤ２のアノードを出力端子Ｖｏｕｔに接続するようにしている。
【００２６】
図４及び図５において、Ｒ６及びＲ７はそれぞれ第１トランジスタＴＲ１及び第２トランジスタＴＲ２に流れる短絡制限及び負荷短絡による電流制限抵抗器であり、低抵抗値のものを用いている。同電流制限抵抗器Ｒ６，Ｒ７の代わりに、適宜の電流制限回路を配設するようにしてもよい。
【００２７】
第１トランジスタＴＲ１のベースは、第１バイアス抵抗器Ｒ１を介して第１電源Ｖ１（＋）と接続するとともに、第２バイアス抵抗器Ｒ２を介して入力端子Ｖｉｎと接続するようにし、また、第２トランジスタＴＲ２のベースは、第４バイアス抵抗器Ｒ４を介して第２電源Ｖ２（−）と接続するとともに、第３バイアス抵抗器Ｒ３を介して入力端子Ｖｉｎと接続するようにしている。
【００２８】
ただし、本実施例では、第２バイアス抵抗器Ｒ２と入力端子Ｖｉｎとの間、及び、第３バイアス抵抗器Ｒ３と入力端子Ｖｉｎとの間に、入力端子Ｖｉｎ側から順に、レンジ切替回路と、高入力インピーダンスかつ高利得型の演算増幅器であるオペアンプＯＰとを介設している。そして、同オペアンプＯＰの出力端子を第２バイアス抵抗器Ｒ２及び第３バイアス抵抗器Ｒ３と接続するようにしている。
【００２９】
レンジ切替回路は異なる抵抗値とした複数のレンジ切替用抵抗器ＲＡの中から、一つのレンジ切替用抵抗器ＲＡをレンジ切替用スイッチＳＡで選択して接続するようにしている。
【００３０】
入力端子Ｖｉｎは、後述する、レンジ切替用抵抗器ＲＡを介してオペアンプＯＰの＋入力端子に接続するようにしており、同オペアンプＯＰの−入力端子は接地するようにしている。
【００３１】
また、オペアンプＯＰの＋入力端子は、モード切替スイッチＳＢを介し、かつ、基準抵抗器ＲＢまたは負荷ＲＬを介して出力端子Ｖｏｕｔと接続し、同オペアンプＯＰの＋入力の仮想０Ｖを起点に、オペアンプＯＰの出力端子→第２バイアス抵抗器Ｒ２→第１トランジスタＴＲ１→第１ダイオードＤ１→基準抵抗器ＲＢまたは負荷ＲＬ→オペアンプＯＰの＋入力端子という負帰還回路、及び、オペアンプＯＰの出力端子→第３バイアス抵抗器Ｒ３→第２トランジスタＴＲ２→第２ダイオードＤ２→基準抵抗器ＲＢまたは負荷ＲＬ→オペアンプＯＰの＋入力端子という負帰還回路を構成するようにして、出力端子Ｖｏｕｔでは入力端子Ｖｉｎにおける入力の反転出力を行なうようにしている。
【００３２】
なお、レンジ切替用抵抗器ＲＡを流れる電流は全て基準抵抗器ＲＢまたは負荷ＲＬに流れることとなるので、図５に示す定電圧電源として使用する場合、定電圧出力は、入力電圧に
（基準抵抗器ＲＢの抵抗値）／（レンジ切替用抵抗器ＲＡの抵抗値）
の値を乗じたものとなる。
【００３３】
オペアンプＯＰの＋Ｖｃｃは、第１電源Ｖ１（＋）と同一の電圧としてもよいし、異なる電圧としてもよく、また、オペアンプＯＰの−Ｖｃｃは、第２電源Ｖ２（−）と同一の電圧としてもよいし、異なる電圧としてもよく、いずれの場合であっても動作可能としている。
【００３４】
出力制御素子Ｒ５を介して出力端子Ｖｏｕｔに接続する第３電源Ｖ３（±）は、切替スイッチＳ１を具備する極性切替回路によって、＋と−の極性を切り替えることができるようにしている。すなわち、切替スイッチＳ１により＋側との接続を行なえば＋の高電圧が供給され、逆に、−側との接続を行なえば−の高電圧が供給されるようにしている。切替スイッチＳ１を中立位置として＋側にも−側にも接続しない場合には、第３電源Ｖ３（±）からの電圧供給が行なわれないことによって、低電圧電源として機能させることができるようにしている。従って、その場合、電流ブースタとしても使用することができる。
【００３５】
さらに、極性切替回路において、入力端子Ｖｉｎの極性の検出にともなって、切替スイッチＳ１による極性切替を自動切替とすようにすることもできる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば次のような効果を得ることができる。
【００３７】
（１）回路の構成を従来のものと比較して簡略化することができるので、簡略化にともなって次のような効果を得ることができる。
ｉ）使用する部品点数を削減することができ製造コストを低減させることができる。また、組立作業の作業コストを低減させることができとともに、製造に要する時間を短縮化することができ、製造効率を向上させることができる。従って、製造にともなうコストの大幅なコストダウンを行なうことができる。また、電源装置の保全性を向上させることもできる。
ｉｉ）取付けスペースを低減させることができ、電源装置の小型軽量化を図ることができる。
ｉｉｉ）消費電力を低減させることができ、そのため発熱量を低減させることができるので、放熱器等を不要として電源装置の小型軽量化を促進させることができるとともに、発熱にともなう故障の生起を抑制することができ、製品寿命の延命化を図ることができる。
【００３８】
（２）第３電源の電圧を＋としている場合には、−の電圧である第２電源の電圧から第３電源の電圧までの間の任意の電圧を出力することができるとともに、第３電源の電圧を−としている場合には、＋の電圧である第１電源の電圧から第３電源の電圧までの間の任意の電圧を出力することができ、広範囲な直流制御を行なうことができる。そのうえ、出力の極性が変わる際にも連続的にかつ精度よく出力を行なわせることができる。
【００３９】
（３）第３電源からの電力の供給を停止することにより、低電圧の出力制御を行なうことができる。特に高電圧出力時には、並列制御動作のため、第３電源の電位をＶ３、出力端子での電位をＶｏｕｔ、出力制御素子抵抗値をＲ５とすると、最大出力電流を（Ｖ３―Ｖｏｕｔ）／Ｒ５とすることができ、一方、低電圧出力時には、直列制御動作により出力に第１トランジスタまたは第２トランジスタからの電流を加算させることができる。
【００４０】
従って、本願発明の高電圧出力制御回路を用いて電源装置を構築することにより、電子部品等のブレークダウン電圧、リーク電流測定に最も適合する高電圧小電流条件、及び、内部降下電圧測定に最も適合する低電圧大電流条件を作り出すことができる。そのうえ、トランジスタのＢＶｃｂｏ測定とＶｂｃ測定を極性の切替を行なうことなく実施することができ、低コストで精度のよい測定を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高電圧出力制御回路の基本回路図である。
【図２】本発明に係る高電圧出力制御回路の説明図である。
【図３】本発明に係る高電圧出力制御回路の説明図である。
【図４】一実施例の高電圧出力制御回路の回路図である。
【図５】一実施例の高電圧出力制御回路の回路図である。
【符号の説明】
Ｖ１（＋）  第１電源
Ｖ２（−）  第２電源
Ｖ３（±）  第３電源
Ｖｉｎ      入力端子
Ｖｏｕｔ    出力端子
ＴＲ１      第１トランジスタ
ＴＲ２      第２トランジスタ
Ｄ１      第１ダイオード
Ｄ２      第２ダイオード
Ｒ１      第１バイアス抵抗器
Ｒ２      第２バイアス抵抗器
Ｒ３      第３バイアス抵抗器
Ｒ４      第４バイアス抵抗器
Ｒ５      出力制御素子
Ｒ６      電流制限抵抗器
Ｒ７      電流制限抵抗器
ＲＡ      レンジ切替用抵抗器
ＲＢ      基準抵抗器
ＲＬ      負荷
Ｓ１      切替スイッチ
ＳＡ      レンジ切替用スイッチ
ＳＢ      モード切替スイッチ
ＯＰ      オペアンプ
【図１】
0003566240.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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