(57)【要約】【課題】消費電流増加と負荷回路への印加電源に電圧変動を生じることなく、負荷回路動作時に消費の最大電流以下に突入電流を制限する。【解決手段】起動信号の負荷回路１１への給電開始指令で、起動の電流制限値生成回路１４から単調増加する電流制限値の電圧を出力し、増幅器９には電流制限値と電流検出抵抗１５の電圧を入力する。電流検出抵抗１５にはＭＯＳトランジスタ１７を電流が流れることで電圧が発生し、この電圧から増幅器９の仮想接地の働きで電流制限値の電圧と等しくなるようＭＯＳトランジスタ１６，１７に流れる電流を制限する。ただし電流制限値の電圧がＭＯＳトランジスタ１７のソース端子電圧を超えると増幅器９は仮想接地を維持できず、出力可能な下限電圧をＭＯＳトランジスタ１６，１７のゲート端子へ印加する。負荷回路１１へ供給可能な電流は下限電圧をゲート端子電圧としたＭＯＳトランジスタ１６で定まり電力損失は最小化される。【選択図】図１
2006085327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源回路と、負荷回路と、前記負荷回路と並列に接続した平滑容量と、前記電源回路と前記負荷回路間に接続した第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと、ゲート端子とソース端子を前記第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと共通接続した第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと、前記第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタのドレイン端子に一端を接続した電流検出抵抗と、単調増加する電流制限値を生成する電流制限値生成回路と、前記第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタのゲート端子に出力を接続し、前記電流検出抵抗の一端の電圧と前記電流制限値の電圧を入力する増幅器とを備えた電源装置であって、
入力される起動信号により前記増幅器と前記電流制限値生成回路が起動し、前記第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタを介して前記負荷回路への給電を開始することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
電源回路と、負荷回路と、前記負荷回路と並列に接続した平滑容量と、前記電源回路と前記負荷回路間に接続した第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと、ゲート端子とソース端子を前記第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと共通接続した第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと、前記第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタのドレイン端子に一端を接続した電流検出抵抗と、単調増加する電流制限値を生成する電流制限値生成回路と、前記第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタのゲート端子に出力を接続し、前記電流検出抵抗の一端の電圧にオフセット電圧を加算した電圧と前記電流制限値の電圧を入力する増幅器とを備えた電源装置であって、
入力される起動信号により前記電流制限値生成回路が起動し、前記第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタを介して前記負荷回路への給電を開始することを特徴とする電源装置。
【請求項３】
電源回路と、負荷回路と、前記負荷回路と並列に接続した平滑容量と、前記電源回路と前記負荷回路間に接続したスイッチ手段と、前記電源回路と前記負荷回路間に接続した第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと、ゲート端子とソース端子を前記第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと共通接続した第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと、前記第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタのドレイン端子に一端を接続した電流検出抵抗と、単調増加する電流制限値を生成する電流制限値生成回路と、前記第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタのゲート端子に出力を接続し、前記電流検出抵抗の一端の電圧と前記電流制限値の電圧を入力する増幅器とを備えた電源装置であって、
前記スイッチ手段の導通により前記増幅器と前記電流制限値生成回路が起動し、前記第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタを介して前記負荷回路への給電を開始することを特徴とする電源装置。
【請求項４】
前記電流制限値生成回路により生成され、単調増加する電流制限値の電圧が、増幅器の仮想接地の状態を維持できなくなる電圧まで増加することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記電流制限値生成回路が、抵抗と容量からなるＣＲ回路により構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記電流制限値生成回路が、定電流源と容量とからなる積分回路により構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項７】
前記電流制限値生成回路が、クロックを生成する発振器と、前記発振器により生成したクロックをカウントするカウンタと、前記カウンタのカウント値に応じて出力値を増加させるデジタル・アナログ変換器により構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項８】
前記電流制限値生成回路が、前記平滑容量の端子間電圧に加算するオフセット電圧を出力する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷回路への給電を開始および停止する機能を有する電源装置において、特に負荷回路への給電開始時に生じる突入電流を制限する電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な機器において低消費電力化が望まれており、その実現のために負荷回路を未使用時に給電を停止，使用時に給電を開始して、低消費電力化を図る設計がなされている。しかしながら、負荷回路への給電開始時には、負荷回路と並列に接続された電源回路の平滑容量に対して、大きな充電電流が突入電流として流れることが問題となる。平滑容量は、負荷回路と並列に接続して負荷変動に対する電圧の安定化を図るものであり、比較的大きな容量値の容量が使用される。前述の突入電流が発生した場合、定格電流以上の電流が流れることにより素子もしくは配線を破損する危険がある。また、定格電流以下であっても、信頼性低下や寿命短縮を引き起こす危険性がある。さらに、突入電流が電源回路の出力能力を超えた場合には、電源回路の出力電圧自体を低下させて動作障害を引き起こす危険がある。そこで、突入電流を防止する電源装置が提案されている。
【０００３】
図９は、従来の突入電流を制限する電源装置の概略構成を示す回路図であって、特許文献１に開示されているものである。図９において、１は電源回路、２はスイッチ手段、３は電流検出抵抗、４は抵抗、５は抵抗、６は抵抗、７は定電流ダイオード、８はインピーダンス、９は増幅器、１０は平滑容量、１１は負荷回路、１２はＮチャネル型ＭＯＳトランジスタである。
【０００４】
以下、図９を参照しながら、前記従来の電源装置について説明する。従来の電源装置において、スイッチ手段２を閉じた時点から、電源回路１から平滑容量１０と負荷回路１１へ充電電流が突入電流として流入する。平滑容量１０と負荷回路１１への充電電流は、充電経路に挿入された電流検出抵抗３により検出され、充電電流と電流検出抵抗３により発生する電圧が増幅器９へと入力される。
【０００５】
また、定電流ダイオード７と抵抗６とにより生成された基準電圧が増幅器９へ入力される。充電電流と電流検出抵抗３により発生した電圧を基準電圧と等しくするように増幅器９の出力が制御される。増幅器９の出力は、平滑容量１０と負荷回路１１への充電経路に挿入されたＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１２のゲート端子に接続されており、増幅器９の出力に応じてＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１２が電流制限抵抗として動作して充電電流が制御される。
【０００６】
ここで基準電圧をＶｒｅｆ、電流検出抵抗３の抵抗値をＲｓ、充電電流の電流値をＩとしたときに、Ｉ≦Ｖｒｅｆ／Ｒｓである場合には、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１２へ十分なゲート端子電圧が印加されてＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１２は導通する。一方、充電電流の電流値ＩがＶｒｅｆ／Ｒｓ以上に増加しようとした場合には、増幅器９はＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ１２のゲート端子電圧を下げるべく動作し、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ１２が電流制限抵抗として動作することにより、充電電流の電流値ＩはＶｒｅｆ／Ｒｓに維持される。
【０００７】
以上の動作により、従来の電源装置において、充電電流の電流値Ｉは基準電圧Ｖｒｅｆと電流検出抵抗３の抵抗値Ｒｓにより決まるＶｒｅｆ／Ｒｓに制限されて突入電流の発生を抑えることができる。
【特許文献１】特開平５−１４６１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図９に示す従来の電源装置の構成では、電流検出抵抗３が電源回路１と平滑容量１０および負荷回路１１との間に挿入されているため、負荷回路１１が動作時に消費する電流も電流検出抵抗３を流れる。その結果、負荷回路１１の動作時に電流検出抵抗３が余分な電力を消費してしまうという第１の課題がある。また、負荷回路１１にとって、電源回路１の出力インピーダンスは電流検出抵抗３により増加することとなり、負荷回路１１における消費電流の変動が負荷回路１１に印加する電源電圧の変動を発生させるという第２の課題がある。
【０００９】
したがって、電源電圧の変動に対する負荷回路１１の特性次第では、動作障害の発生あるいは性能低下を引き起こす。加えて、従来の電源装置では、充電電流のみではなく通常動作時の電流量も同じく制限されるため、負荷回路１１が動作時に消費する最大電流以下に電流を制限した場合には、必要な電流が負荷回路１１に供給されず動作障害あるいは性能低下が生じる。この不具合のため、負荷回路１１が動作時に消費する最大電流以下に突入電流を制限することができないという第３の課題がある。
【００１０】
もちろん、負荷回路１１が動作時に消費する最大電流は、素子と配線の定格電流以下となるべく余裕をもって設計されるものであり、突入電流の制限値が素子と配線の定格電流以下であれば直ちに素子と配線を破損するものではないが、突入電流が流れる機会は多く、突入電流を十分小さくすることでエレクトロマイグレーション防止等の信頼性向上と寿命延長を図れる。したがって、負荷回路１１が動作時に消費する最大電流以下に突入電流を制限できないということは信頼性と寿命の観点から問題である。
【００１１】
以上のように、前記従来の電源装置の構成では、消費電力が増加するという第１の課題と、負荷回路１１への印加電源電圧の変動が発生するという第２の課題と、突入電流の制限値に対して制約が存在するという第３の課題があった。
【００１２】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、消費電流増加と負荷回路１１への印加電源電圧変動という弊害を生じることなく突入電流を制限し、かつ負荷回路１１が動作時に消費する最大電流以下に突入電流を制限する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】
【００１３】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載される電源装置は、電源回路と、負荷回路と、負荷回路と並列に接続した平滑容量と、電源回路と負荷回路間に接続した第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと、ゲート端子とソース端子を第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと共通接続した第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと、第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタのドレイン端子に一端を接続した電流検出抵抗と、単調増加する電流制限値を生成する電流制限値生成回路と、第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタのゲート端子に出力を接続し、電流検出抵抗の一端の電圧と電流制限値の電圧を入力する増幅器とを備えた電源装置であって、入力される起動信号により増幅器と電流制限値生成回路が起動し、第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタを介して負荷回路への給電を開始することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に記載される電源装置は、電源回路と、負荷回路と、負荷回路と並列に接続した平滑容量と、電源回路と負荷回路間に接続した第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと、ゲート端子とソース端子を第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと共通接続した第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと、第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタのドレイン端子に一端を接続した電流検出抵抗と、単調増加する電流制限値を生成する電流制限値生成回路と、第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタのゲート端子に出力を接続し、電流検出抵抗の一端の電圧にオフセット電圧を加算した電圧と電流制限値の電圧を入力する増幅器とを備えた電源装置であって、入力される起動信号により電流制限値生成回路が起動し、第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタを介して負荷回路への給電を開始することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に記載される電源装置は、電源回路と、負荷回路と、負荷回路と並列に接続した平滑容量と、電源回路と負荷回路間に接続したスイッチ手段と、電源回路と負荷回路間に接続した第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと、ゲート端子とソース端子を第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと共通接続した第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと、第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタのドレイン端子に一端を接続した電流検出抵抗と、単調増加する電流制限値を生成する電流制限値生成回路と、第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタのゲート端子に出力を接続し、電流検出抵抗の一端の電圧と電流制限値の電圧を入力する増幅器とを備えた電源装置であって、スイッチ手段の導通により増幅器と電流制限値生成回路が起動し、第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタを介して負荷回路への給電を開始することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に記載される電源装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置において、電流制限値生成回路により生成され、単調増加する電流制限値の電圧が、増幅器の仮想接地の状態を維持できなくなる電圧まで増加することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５〜８に記載される電源装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置において、電流制限値生成回路が、抵抗と容量からなるＣＲ回路により構成されること、また、定電流源と容量とからなる積分回路により構成されること、また、クロックを生成する発振器と、発振器により生成したクロックをカウントするカウンタと、カウンタのカウント値に応じて出力値を増加させるデジタル・アナログ変換器により構成されること、また、平滑容量の端子間電圧に加算するオフセット電圧を出力する手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
前記構成によれば、第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタと第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタにて、ゲート−ソース端子間電圧を共通化することにより、第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタを通じて電源回路から平滑容量へ流入する突入電流にＭＯＳトランジスタのサイズ比を乗じた電流が、第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタに流れ、この関係から第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタに接続した電流検出抵抗において、第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタに流れる電流を検出し、負荷回路への電流供給経路に電流検出抵抗を介在させることなく平滑容量へ流入する突入電流を検出できる。したがって、消費電力を増加させることなく、また負荷回路への印加電源電圧を変動させることなく、突入電流を制限でき、さらに、電流制限値生成回路が生成し、単調増加する電流制限値を用いて突入電流を制限することによって、給電開始時の充電電流による突入電流を通常動作時に消費する最大電流より小さく制限することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、負荷回路への電流供給経路に電流検出抵抗を介在させることなく突入電流を検出し、消費電力を増加させることなく、また負荷回路への印加電源電圧を変動させることなく、突入電流を制限でき、かつ電流制限値を単調増加させることで、通常動作時に消費する最大電流以下に突入電流を制限することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態１に係る電源装置の構成例を示す回路図である。ここで、前記従来例を示す図９において説明した構成要件に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を付して示し、以下の各図においても同様とする。図１において、９は増幅器、１０は平滑容量、１１は負荷回路、１３は電源回路、１４は電流制限値生成回路、１５は電流検出抵抗、１６は第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ、１７は第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタである。
【００２２】
図１を参照しながら本実施の形態１について説明する。本実施の形態１に係る電源装置は、低消費電力化を図るため、負荷回路１１未使用時には負荷回路１１への給電を停止し、負荷回路１１使用時には負荷回路１１への給電を開始する機能を有し、給電の停止と開始は、実施の形態１に係る電源装置へと入力された起動信号により制御される。この起動信号は、機器の動作モードをマイクロコンピュータによって判別することにより制御、あるいは機器のスイッチを人間が操作することにより制御されるなど、様々な方法により制御される。
【００２３】
起動信号によって負荷回路１１への給電開始が指令されるまで、増幅器９と電流制限値生成回路１４は停止している。停止状態にて給電を確実に停止するため、増幅器９の出力と電源回路１３の出力との間にプルアップ抵抗を接続、あるいは起動信号に連動して増幅器９の出力を電源回路１３の出力に短絡させるスイッチを接続するなどにより、増幅器９が停止した状態でのＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７およびＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６の導通を防止する。
【００２４】
また起動信号によって負荷回路１１への給電開始が指令されると、増幅器９と電流制限値生成回路１４が起動して、電流制限値生成回路１４は単調増加する電流制限値の電圧を増幅器９へ出力する。電流制限値生成回路１４の起動により、増幅器９には電流制限値の電圧と電流検出抵抗１５の電圧が入力される。電流検出抵抗１５には、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７を電流が流れることにより電圧が発生する。増幅器９の出力電圧は、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７にゲート端子電圧を与えており、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７に流れる電流を増加させる場合には増幅器９の出力電圧を低下させ、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７に流れる電流を減少させる場合には増幅器９の出力電圧を上昇させることで、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７に流れる電流を制御することができる。増幅器９は、仮想接地の働きから電流検出抵抗１５の電圧が電流制限値の電圧に等しくなるようにＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７に流れる電流を制御する。
【００２５】
いま、電流検出抵抗１５の抵抗値がＲｓ、電流制限値の電圧がＶｌｉｍであるとき、増幅器９の仮想接地の状態が維持される限り、電流検出抵抗１５とＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７に流れる電流はＶｌｉｍ／Ｒｓに制限される。このとき、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６にもＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７と同一のゲート−ソース端子間電圧が印加されている。したがって、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６とＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７のサイズ比が、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６：Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７＝Ｎ：１であるとき、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６に流れる電流は、理想的にはＮ×Ｖｌｉｍ／Ｒｓに制限される。
【００２６】
その結果、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６を通じて給電開始時に充電電流として流れる突入電流は、理想的にはＮ×Ｖｌｉｍ／Ｒｓ以下に制限されることとなる。前述の通り、電流制限値生成回路１４が生成する電流制限値の電圧Ｖｌｉｍは、給電開始以降、単調増加する。したがって、制限電流値は、給電開始時点は低く、電流制限値の電圧Ｖｌｉｍの増加に従って、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６を流れる電流が増加していく。通常動作時に負荷回路１１へ供給可能な電流は、電流制限値生成回路１４が生成する電流制限値の電圧Ｖｌｉｍの増加最終値によって、前述した関係で定まる。
【００２７】
ただし、電流制限値生成回路１４が生成する電流制限値の電圧Ｖｌｉｍが、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７のソース端子電圧を超える場合には、増幅器９は仮想接地の状態を維持できなくなり、増幅器９の出力可能な下限電圧をＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６とＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７のゲート端子へ印加する。このときには、通常動作時に負荷回路１１へ供給可能な電流は、増幅器９が出力可能な下限電圧をゲート端子電圧としたときのＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６の能力によって定まり、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６による電力損失は最小化される。
【００２８】
次いで、電流制限値生成回路１４の構成について、図２，図３，図４，図５を参照しながら説明する。図２は電流制限値生成回路１４の第１の構成例を示す回路図である。図２において、２１は抵抗、２２は容量、２３は電流制限値出力起動スイッチである。前記図１に示す起動信号によって負荷回路１１への給電開始が指令されるまで、電流制限値生成回路１４は電流制限値出力起動スイッチ２３により出力を停止する。また起動信号によって負荷回路１１への給電開始が指令されると、電流制限値出力起動スイッチ２３は出力停止を解除し、電流制限値の電圧が、抵抗２１と容量２２で決まるＣＲの時定数によって増加して出力される。
【００２９】
図３は電流制限値生成回路１４の第２の構成例を示す回路図である。図３において、２２は容量、２３は電流制限値出力起動スイッチ、２４は定電流源である。起動信号によって負荷回路１１への給電開始が指令されるまで、電流制限値生成回路１４は電流制限値出力起動スイッチ２３により出力を停止する。また起動信号によって負荷回路１１への給電開始が指令されると、電流制限値出力起動スイッチ２３は出力停止を解除し、電流制限値の電圧が定電流源２４と容量２２で決まる積分回路の時定数によって増加して出力される。
【００３０】
図４は電流制限値生成回路１４の第３の構成例を示す回路図である。図４において、２５はＤＡＣ（デジタル・アナログ変換器）、２６はカウンタ、２７はＯＳＣ（発振器）である。カウンタ２６は、ＯＳＣ２７が出力するクロック信号をカウントし、ＤＡＣ２５は、カウンタ２６のカウント値が増加するにつれて増加する値を出力する。起動信号によって負荷回路１１への給電開始が指令されるまで、カウンタ２６はカウントを初期化かつ停止しており、電流制限値生成回路１４は出力を停止する。また起動信号によって負荷回路１１への給電開始が指令されると、カウンタ２６はＯＳＣ２７のクロック信号のカウントを開始し、カウント値に応じてＤＡＣ２５から電流制限値の電圧が増加して出力される。
【００３１】
図５は電流制限値生成回路１４の第４の構成例を示す回路図である。図５において、２８はオフセット電圧生成部であり、オフセット電圧を生成し、平滑容量１０の端子電圧とオフセット電圧を加算した電圧を、電流制限値の電圧として出力する。図５においては、抵抗に定電流を流入させることでオフセット電圧を発生させているが、例えば、ダイオードに定電流を流入させるなどの他の手段でオフセット電圧を発生させることも可能である。また、オフセット電圧は固定値であっても、単調増加する値であっても、同様の機能を得ることができるため、オフセット電圧生成部２８を、図２，図３，図４に示すＣＲ回路，積分回路，ＤＡＣを用いて構成することも可能である。
【００３２】
前述と同様に起動信号によって負荷回路１１への給電開始が指令されるまで、電流制限値生成回路１４は電流制限値出力起動スイッチ２３により出力を停止する。また起動信号によって負荷回路１１への給電開始が指令されると、電流制限値出力起動スイッチ２３は出力停止を解除し、平滑容量１０の電圧とオフセット電圧を加算した電圧を出力する。平滑容量１０の電圧は充電により単調増加するため、平滑容量１０の電圧とオフセット電圧を加算した電圧も、単調増加する値として出力される。
【００３３】
以上のような図２〜図５に示す構成によって、単調増加する電流制限値が生成される。電流制限値生成回路１４のいずれの構成例においても、その増加後の出力電圧が、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７のソース端子電圧を超える場合には、前述したように、増幅器９は仮想接地を維持できなくなる。
【００３４】
本実施の形態１に係る電源装置によれば、電源回路１３から負荷回路１１と平滑容量１０への電流供給経路に電流検出抵抗が介在せず、またＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７とＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６にサイズ比をもたせることで、電流検出抵抗１５に流れる電流量を削減することができるため、前記従来の電源装置の構成における消費電力の増加という第１の課題は改善される。
【００３５】
また、本実施の形態１に係る電源装置によれば、電源回路１３から負荷回路１１への電流供給経路に電流検出抵抗が介在しないことから、負荷回路１１の消費する電流が電流検出抵抗を流れることなく、前記従来の電源装置の構成における印加電源電圧の変動という第２の課題も改善される。
【００３６】
さらに、本実施の形態１に係る電源装置によれば、電流制限値生成回路１４が生成する電流制限値の電圧が、単調増加することにより、給電開始時点では、突入電流の電流制限値を低く抑え、単調増加後には、通常動作に影響を与えない電流制限値とすることが可能となり、突入電流の制限値に対する制約という第３の課題も改善される。
【００３７】
図６は本発明の実施の形態２に係る電源装置の構成例を示す回路図である。図６において、９は増幅器、１０は平滑容量、１１は負荷回路、１３は電源回路、１４は電流制限値生成回路、１５は電流検出抵抗、１６は第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ、１７は第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ、１８はオフセット電圧である。本実施の形態２に係る電源装置は、実施の形態１に係る電源装置と同じく、給電を停止と開始する機能を有し、給電の停止と開始は、電源装置へと入力される起動信号により制御される。
【００３８】
起動信号によって負荷回路１１への給電開始が指令されるまで、電流制限値生成回路１４は停止しているが、本実施の形態２では実施の形態１に係る電源装置と異なり、増幅器９は停止していない。この電源装置の停止状態においては給電を確実に停止するため、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７およびＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６を導通させないように増幅器９を動作させなければならない。
【００３９】
電流が流れていないときの電流検出抵抗１５の電圧が、停止時に電流制限値生成回路１４が出力する電流制限値の電圧以下であった場合には、増幅器９はＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７およびＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６を導通させるべく動作してしまう。このため、本実施の形態２に係る電源装置においては、電流検出抵抗１５の電圧にオフセット電圧１８を加算した電圧を増幅器９へと入力する。
【００４０】
ここで、電流が流れていないときの電流検出抵抗１５の電圧をＶｓ０、停止時に電流制限値生成回路１４が出力する電流制限値の電圧をＶｌｉｍ０、オフセット電圧１８の電圧をＶｏｆｆとしたとき、Ｖｏｆｆ＋Ｖｓ０＞Ｖｌｉｍ０を満足するオフセット電圧１８を加算することにより、起動信号によって負荷回路１１への給電開始が指令されるまで、増幅器９がＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７およびＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６を導通させないよう動作して給電を停止させる。
【００４１】
また起動信号によって負荷回路１１への給電開始が指令されると、電流制限値生成回路１４が起動して、電流制限値生成回路１４は単調増加する電流制限値の電圧を増幅器９へ出力する。本実施の形態２に係る電源装置は、電流検出抵抗１５の電圧にオフセット電圧１８を加算した電圧が増幅器９へ入力されることを除いて、実施の形態１に係る電源装置と同じく動作する。
【００４２】
増幅器９は、仮想接地の働きから電流検出抵抗１５にオフセット電圧１８を加算した電圧が前記電流制限値の電圧に等しくなるようにＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７に流れる電流を制限する。電流検出抵抗１５の抵抗値がＲｓ、電流制限値の電圧がＶｌｉｍ、オフセット電圧１８の電圧がＶｏｆｆであるとき、仮想接地が維持される限り電流検出抵抗１５とＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７に流れる電流は（Ｖｌｉｍ−Ｖｏｆｆ）／Ｒｓに制限される。
【００４３】
実施の形態１に係る電源装置と同様に、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６とＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７のサイズ比が、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６：Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７＝Ｎ：１であるとき、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６に流れうる電流は、理想的にはＮ×（Ｖｌｉｍ−Ｖｏｆｆ）／Ｒｓに制限される。その結果、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６を通じて給電開始時に充電電流として流れる突入電流は、理想的にはＮ×（Ｖｌｉｍ−Ｖｏｆｆ）／Ｒｓ以下に制限されることとなる。
【００４４】
そして、電流制限値生成回路１４が生成する電流制限値の電圧Ｖｌｉｍは、給電開始以降、単調増加するため、制限電流値は給電開始時点は低く、電流制限値の電圧Ｖｌｉｍの増加に従ってＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６を流れる電流が増加していく。通常動作時に負荷回路１１へ供給可能な電流は、電流制限値生成回路１４が生成する電流制限値の電圧Ｖｌｉｍの増加最終値とオフセット電圧１８の電圧Ｖｏｆｆによって、前述の関係で定まる。
【００４５】
ただし、電流制限値生成回路１４で生成する電流制限値の電圧からオフセット電圧１８を減じた電圧（Ｖｌｉｍ−Ｖｏｆｆ）が、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７のソース端子電圧を超える場合には、増幅器９は仮想接地を維持できなくなり、増幅器９は出力可能な下限電圧をＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６とＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７のゲート端子へ印加する。このとき、通常動作時に負荷回路１１へ供給可能な電流は、増幅器９が出力可能な下限電圧をゲート端子電圧としたときのＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６の能力によって定まり、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６による電力損失は最小化される。
【００４６】
また、実施の形態１に係る電源装置と同様に、電流制限値生成回路１４は前述の図２〜図５に示す第１〜第４の構成例にて構成でき、単調増加する電流制限値が生成される。さらに、本実施の形態２に係る電源装置によれば、前記従来の電源装置の構成における消費電力の増加という第１の課題と、印加電源電圧の変動という第２の課題と、突入電流の制限値に対する制約という第３の課題が改善される。また、給電開始まではオフセット電圧１８によって、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６が導通しないよう動作させて確実に給電を停止できる。
【００４７】
図７は本発明の実施の形態３に係る電源装置の構成例を示す回路図である。図７において、９は増幅器、１０は平滑容量、１１は負荷回路、１３は電源回路、１４は電流制限値生成回路、１５は電流検出抵抗、１６は第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ、１７は第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ、１９はスイッチ手段である。本実施の形態３に係る電源装置は、スイッチ手段１９により、電流制限値生成回路１４と増幅器９と負荷回路１１と平滑容量１０への給電経路を絶縁と導通する機能を有する。スイッチ手段１９は、コネクタの抜き差し、スイッチの開閉等により実現される。
【００４８】
スイッチ手段１９が導通するまでは、電流制限値生成回路１４と増幅器９は動作できないが、実施の形態１に係る電源装置と異なり、負荷回路１１と平滑容量１０への給電経路は確実に遮断されているため、スイッチ手段１９が非導通時にＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７およびＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６を導通させないように増幅器９を構成する必要はない。
【００４９】
スイッチ手段１９の導通により、増幅器９と電流制限値生成回路１４が起動する。電流制限値生成回路１４は、前述の図２〜図５に示す第１〜第４の構成例にて構成でき、単調増加する電流制限値が生成される。増幅器９と電流制限値生成回路１４の起動以降は、実施の形態１に係る電源装置と同様に動作し、前記従来の電源装置の構成における消費電力の増加という第１の課題と、印加電源電圧の変動という第２の課題と、突入電流の制限値に対する制約という第３の課題が改善される。
【００５０】
図８は本発明の実施の形態４に係る電源装置の構成例を示す回路図である。図８において、９は増幅器、１０は平滑容量、１１は負荷回路、１３は電源回路、１４は電流制限値生成回路、１５は電流検出抵抗、１６は第１のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ、１７は第２のＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ、２０は電圧比設定抵抗である。本実施の形態４に係る電源装置は、電源回路１３の出力電圧をＶｃｃ、電流検出抵抗１５の抵抗値をＲｓ、電圧比設定抵抗２０の抵抗値をＲｒ、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７のオン抵抗を理想的に皆無としたとき、電流検出抵抗１５の端子電圧がＶｃｃ×Ｒｓ／（Ｒｓ＋Ｒｒ）以上には増加しない点を除いて、実施の形態１に係る電源装置と同じく動作する。
【００５１】
実施の形態１に係る電源装置において、電流検出抵抗１５の端子電圧は、理想的には電源回路１３の出力電圧Ｖｃｃまで増加する。前述の通り電流制限値生成回路１４が生成する電流制限値の電圧Ｖｌｉｍが、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７のソース端子電圧を超える場合には、増幅器９は仮想接地を維持できなくなり、増幅器９は出力可能な下限電圧をＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６とＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１７のゲート端子へ印加し、通常動作時に負荷回路１１へ供給可能な電流は、増幅器９が出力可能な下限電圧をゲート端子電圧としたときのＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６の能力によって定まり、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６による電力損失は最小化される。
【００５２】
実施の形態１に係る電源装置においては、電流制限値生成回路１４が生成する電流制限値の電圧Ｖｌｉｍを、増幅器９が仮想接地を維持できなくなる電圧まで増加させなければ、電源回路１３の出力電圧Ｖｃｃのみで十分であるが、仮想接地が維持できなくなる電圧まで増加させるためには、電源回路１３の出力電圧Ｖｃｃ以上の電圧にて電流制限値生成回路１４をバイアスする必要があり、電源回路１３の出力電圧Ｖｃｃを上回る別電源が必要となる。
【００５３】
一方、本実施の形態４に係る電源装置においては、電流制限値生成回路１４が生成する電流制限値の電圧Ｖｌｉｍを、増幅器９の仮想接地が維持できなくなる電圧まで増加させるためには、電流検出抵抗１５の端子の最大電圧Ｖｃｃ×Ｒｓ／（Ｒｓ＋Ｒｒ）を上回ればよい。したがって、電流制限値生成回路１４をバイアスする電圧は、電源回路１３の出力電圧Ｖｃｃで十分となり別電源を必要としない。
【００５４】
本実施の形態４に係る電源装置によれば、実施の形態１に係る電源装置と同様に、前記従来の電源装置の構成における消費電力の増加という第１の課題と、印加電源電圧の変動という第２の課題と、突入電流の制限値に対する制約という第３の課題が改善される。また、電流制限値生成回路１４が生成する電流制限値の電圧Ｖｌｉｍを、別電源を必要とすることなく、増幅器９の仮想接地が維持できなくなる電圧まで増加させて、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ１６による電力損失を最小化できる。なお、前述した電圧比設定抵抗２０の追加による効果は、実施の形態２に係る電源装置、実施の形態３に係る電源装置において実施しても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る電源装置は、電源回路から負荷回路への電流供給経路に電流検出抵抗を介在させることなく、平滑容量へ流入する突入電流を検出し、消費電力を増加させることなく、また負荷回路への印加電源電圧を変動させることなく、突入電流を制限でき、さらに、電流制限値生成回路が生成し、単調増加する電流制限値を用いて、突入電流を制限することによって、給電開始時の充電電流による突入電流を通常動作時に消費する最大電流より小さく制限でき、負荷回路への給電を開始および停止する機能を有し、負荷回路への給電開始時に生じる突入電流を制限して電源装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電源装置の構成例を示す回路図
【図２】電流制限値生成回路の第１の構成例を示す回路図
【図３】電流制限値生成回路の第２の構成例を示す回路図
【図４】電流制限値生成回路の第３の構成例を示す回路図
【図５】電流制限値生成回路の第４の構成例を示す回路図
【図６】本発明の実施の形態２に係る電源装置の構成例を示す回路図
【図７】本発明の実施の形態３に係る電源装置の構成例を示す回路図
【図８】本発明の実施の形態４に係る電源装置の構成例を示す回路図
【図９】従来の突入電流を制限する電源装置の概略構成を示す回路図
【符号の説明】
【００５７】
１，１３  電源回路
２，１９  スイッチ手段
３，１５  電流検出抵抗
４，５，６，２１  抵抗
７  定電流ダイオード
８  インピーダンス
９  増幅器
１０  平滑容量
１１  負荷回路
１２  Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ
１４  電流制限値生成回路
１６，１７  Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ
１８  オフセット電圧
２０  電圧比設定抵抗
２２  容量
２３  電流制限値出力起動スイッチ
２４  定電流源
２５  ＤＡＣ
２６  カウンタ
２７  ＯＳＣ
２８  オフセット電圧生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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