(57)【要約】【課題】  定電圧回路での発熱量を抑制できる電気回路を提供する。【解決手段】  バッテリ２と定電圧回路４との間に、直列接続された複数のダイオード８と、複数のＮＰＮトランジスタ７を備える。このとき、複数のＮＰＮトランジスタ７のエミッタ−コレクタ間に配置されるダイオード８の数が１〜Ｎ個まで、１つずつ増やされるようにする。そして、バッテリ２の電圧が２０Ｖよりもどれだけ高くなっているかによってどのＮＰＮトランジスタ７をオンさせるか決める。具体的には、バッテリ２の電圧から２０Ｖを引算し、その結果をダイオード８の１個分の順方向電圧降下量Ｖｆで割った値が、バッテリ２と定電圧回路４との間において通過させたいダイオード８の数となる。このため、その数分のダイオード８がエミッタ−コレクタ間に接続されているＮＰＮトランジスタ７を、複数のＮＰＮトランジスタ７のうちオンさせるべきものとして設定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ（２）の電圧に基づいて定電圧回路（４）に対して所定の入力電圧を印加し、該定電圧回路（４）が形成する定電圧により負荷（３）を駆動するように構成された定電圧回路を有する電気回路であって、
前記バッテリ（２）と前記定電圧回路（４）との間に備えられ、互いに直列接続されるように、前記バッテリ（２）から前記定電圧回路（４）側に順方向に接続された複数個のダイオード（８）と、
前記バッテリ（２）の電圧が前記定電圧回路（４）に印加されるまでにバイパスされる前記複数個のダイオード（８）の数を制御する複数のスイッチ部（７）と、
前記複数のスイッチ部（７）のいずれをオンさせるかを制御することで、前記バッテリ（２）の電圧が前記定電圧回路（４）に印加されるまでにバイパスされる前記複数個のダイオード（８）の数を制御し、前記バッテリ（２）の電圧を前記複数個のダイオード（８）のうちバイパスされる数の順方向電圧降下量分低下させることで、前記所定の入力電圧が前記定電圧回路（４）に入力されるようにするスイッチ制御回路（６）と、を備えていることを特徴とする定電圧回路を有する電気回路。
【請求項２】
前記複数のスイッチ部は、複数のＮＰＮトランジスタ（７）によって構成されていることを特徴とする請求項に１記載の定電圧回路を有する電気回路。
【請求項３】
前記複数のダイオード（８）と前記複数のＮＰＮトランジスタ（７）はＮ個ずつ備えられており、
前記複数のＮＰＮトランジスタ（７）それぞれのエミッタ−コレクタ間に配置される前記複数のダイオード（８）の数が１個からＮ個まで、１つずつ増やされていることを特徴とする請求項２に記載の定電圧回路を有する電気回路。
【請求項４】
前記スイッチ制御回路（６）は、前記バッテリ（２）の電圧と前記定電圧回路（４）の入力電圧とをモニタし、前記バッテリ（２）の電圧に基づいて、前記複数のスイッチ部（７）のうちのいずれをオンさせるかを決め、前記定電圧回路（４）の入力電圧に基づいてオンさせた前記スイッチ部（７）を変更するか否かを決めるようになっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の定電圧回路を有する電気回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電圧回路への入力電圧が大きく変動しないように制御することができる電気回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両では、バッテリ電圧を定電圧回路に印加して定電圧回路で所定の定電圧を形成させ、この定電圧を用いて様々な負荷、例えばＣＰＵ等の駆動が行われている。そして、バッテリ電圧が変動した場合には、定電圧回路中に備えられるツェナーダイオードを発熱させることで、定電圧回路にて定電圧が得られるようになっている。
【特許文献１】実開平５−４０９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のような定電圧回路を有する電気回路が採用されるのが例えば２４Ｖ車であった場合、２４Ｖ車のバッテリ電圧が２０〜３２Ｖと大きな幅で変動することから、定電圧回路での発熱量が多くなることを想定しなければならない。このため、定電圧回路での発した熱を放熱するための放熱フィンに大きなものが必要とされるなど、定電圧回路で安定的に定電圧を形成するために必要とされる部品の実装面積が大きくなり、定電圧回路を有する電気回路が大型化するという問題がある。これにより、引いては定電圧回路を有する電気回路の製造コストが高くなるという問題がある。
【０００４】
本発明は上記点に鑑みて、定電圧回路での発熱量を抑制できる電気回路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】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、バッテリ（２）と定電圧回路（４）との間に備えられ、互いに直列接続されるように、バッテリ（２）から定電圧回路（４）側に順方向に接続された複数個のダイオード（８）と、バッテリ（２）の電圧が定電圧回路（４）に印加されるまでにバイパスされる複数個のダイオード（８）の数を制御する複数のスイッチ部（７）と、複数のスイッチ部（７）のいずれをオンさせるかを制御することで、バッテリ（２）の電圧が定電圧回路（４）に印加されるまでにバイパスされる複数個のダイオード（８）の数を制御し、バッテリ（２）の電圧を複数個のダイオード（８）のうちバイパスされる数の順方向電圧降下量分低下させることで、所望の入力電圧が定電圧回路（４）に入力されるようにするスイッチ制御回路（６）と、を備えていることを特徴としている。
【０００６】
このように、スイッチ制御回路（６）によって、バッテリ（２）の電圧が定電圧回路（４）に印加されるまでにバイパスされる複数個のダイオード（８）の数を制御する。これにより、バッテリ（２）の電圧をバイパスされるダイオード（８）の数に応じた順方向電圧降下量分低下させることができ、所定の入力電圧が定電圧回路（４）に入力されるようにすることができる。したがって、定電圧回路での発熱量を抑制できる電気回路とすることが可能となる。
【０００７】
例えば、請求項２に示されるように、複数のスイッチ部を複数のＮＰＮトランジスタ（７）によって構成することができる。この場合、例えば、請求項３に示されるように、複数のダイオード（８）と複数のＮＰＮトランジスタ（７）はＮ個ずつ備えられており、複数のＮＰＮトランジスタ（７）それぞれのエミッタ−コレクタ間に配置される複数のダイオード（８）の数が１個からＮ個まで、１つずつ増やされた構成とされる。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、スイッチ制御回路（６）は、バッテリ（２）の電圧と定電圧回路（４）の入力電圧とをモニタし、バッテリ（２）の電圧に基づいて、複数のスイッチ部のうちのいずれをオンさせるかを決め、定電圧回路（４）の入力電圧に基づいてオンさせたスイッチ部を変更するか否かを決めるようになっていることを特徴としている。
【０００９】
このように、バッテリ（２）の電圧に基づいて複数のスイッチ部のうちのいずれをオンさせるかを決めた場合にも、定電圧回路（４）の入力電圧に基づいてオンさせたスイッチ部を他のスイッチ部に変更するか否かを決め直すようなフィードバック制御を実行することで、より定電圧回路（４）の入力電圧を所定の値に近づけることが可能となる。例えば、ダイオード（８）の温度特性や製造バラツキがあったとしても、より適したスイッチ部をオンさせることが可能となる。
【００１０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態が適用された定電圧回路を有する電気回路１の回路構成図である。この電気回路は、２４Ｖ車に備えられたものであり、車載のバッテリ２を電源として用いて駆動される。以下、この図を参照して本実施形態の電気回路１の構成について説明する。
【００１３】
図１に示されるように、電気回路１は、負荷３に対して定電圧を印加する定電圧回路４と、定電圧回路４に印加される電圧を調整する印加電圧調整回路５とを備えた構成とされている。
【００１４】
定電圧回路４は、従来から良く知られている回路であり、入力電圧に基づいて所定の定電圧を発生させ、その定電圧を負荷３に対して印加するものである。
【００１５】
印加電圧調整回路５は、スイッチ制御回路６と、このスイッチ制御回路６によってオンオフ駆動される複数のスイッチ部を構成する複数のＮＰＮトランジスタ７と、複数のダイオード８とを有した構成とされている。
【００１６】
スイッチ制御回路６には、入力ポートを通じて、バッテリ２の電圧が入力されるようになっていると共に、定電圧回路４への入力電圧も入力されるようになっている。複数のＮＰＮトランジスタ７は、バッテリ２における正電極側と定電圧回路４との間において、バッテリ２側から定電圧回路４側に向かう方向を順方向として直列接続された複数のダイオード８の１つ１つに対応して、並列的に接続されたものである。
【００１７】
具体的には、各ＮＰＮトランジスタ７のコレクタは複数のダイオード８のうち最もバッテリ２側のダイオード８におけるアノードに共通して接続され、各ＮＰＮトランジスタ７のエミッタは複数のダイオード８のうち最もバッテリ２側のもののカソードから順に１つずつずらされて接続されている。
【００１８】
言い換えると、１個目のＮＰＮトランジスタ７に関しては、エミッタ−コレクタ間に１つのダイオードが接続され、２個目のＮＰＮトランジスタ７に関しては、エミッタ−コレクタ間に２つのダイオードが接続されるというように、ｎ個目のＮＰＮトランジスタ７のエミッタ−コレクタ間にｎ個のダイオード８が接続された形態とされている。そして、各ＮＰＮトランジスタ７のベースがスイッチ制御回路６の出力ポートに電気的に接続され、スイッチ制御回路６から所望のベース電流が流されることで、各ＮＰＮトランジスタ７のオンオフ駆動が行えるようになっている。
【００１９】
このため、例えば、複数のＮＰＮトランジスタ７のうちコレクタ−エミッタ間に１つのダイオード８が接続されるＮＰＮトランジスタ７をオンさせた場合には、ダイオード８の１個分をバイパスさせることが可能な構成となる。したがって、複数のＮＰＮトランジスタ７のうちコレクタ−エミッタ間にｎつのダイオード８が接続されるＮＰＮトランジスタ７をオンさせた場合には、ダイオード８のｎ個分をバイパスさせられることになり、コレクタ−エミッタ間に接続されるダイオード８の数が多いＮＰＮトランジスタ７をオンさせる程、バッテリ２から定電圧回路４に至るまでの電圧降下量が大きくなるような構成となっている。
【００２０】
複数のダイオード８およびＮＰＮトランジスタ７は、Ｎ個の組の組として設けられている。複数のダイオード８は、バッテリ２に対して順方向に接続された場合、ダイオード８での順方向電圧降下量Ｖｆに基づき、最大Ｎ×Ｖｆ分の電圧降下を生じさせる。このため、仮に、バッテリ２の電圧が３２Ｖまで高くなっていたとした場合において、その電圧がＮ個のダイオード８を介して定電圧回路４に印加されるとすれば、その入力電圧は３２−Ｎ×Ｖｆとなる。
【００２１】
例えば、複数のダイオード８およびＮＰＮトランジスタ７の組が１６個ある場合において、ダイオード８の温度特性や製造バラツキなどを考慮しなかった場合、典型的なダイオード８の順方向電圧降下量が０．７Ｖとなることから、１６個のダイオード８を直列接続することにより、最大１１．２Ｖの電圧降下を生じさせることが可能となる。このため、上記のように、バッテリ２の電圧が３２Ｖ、バッテリ２から定電圧回路４との間に接続されるダイオード８の数が１６個であれば、定電圧回路４の入力電圧は３２−１１．２＝２０．８Ｖとなる。
【００２２】
次に、本実施形態のように構成された定電圧回路４を有する電気回路１の作動について説明する。まず、例えば車両におけるアクセサリスイッチ（図示しない）などがオンされた場合に、バッテリ２からの電力供給が開始される。このとき、まず最初にバッテリ２の電圧がスイッチ制御回路６でモニタされる。そして、このとき得られたバッテリ２の電圧値に応じて、複数のＮＰＮトランジスタ７のうちのいずれをオンさせるか、もしくは、いずれもオンさせないかが決められる。そして、いずれかのＮＰＮトランジスタ７をオンさせる場合には、該当するＮＰＮトランジスタ７がオンさせられる。
【００２３】
例えば、複数のダイオード８およびＮＰＮトランジスタ７の組が１６個ある場合において、バッテリ２の電圧が２０Ｖ近傍であれば、複数のＮＰＮトランジスタ７のうち、アノード−カソード間に複数のダイオード８すべてが接続されるＮＰＮトランジスタ７がオンさせられ、バッテリ２の電圧が３２Ｖ近傍であれば、複数のＮＰＮトランジスタ７のいずれもオンさせられないことになる。
【００２４】
ここで、複数のＮＰＮトランジスタ７のうちのいずれのＮＰＮトランジスタ７をオンさせるかに関しては、バッテリ２の電圧が２０Ｖよりもどれだけ高くなっているかによって決まる。具体的には、バッテリ２の電圧から２０Ｖを引算し、その結果をダイオード８の１個分の順方向電圧降下量Ｖｆで割った値が、バッテリ２と定電圧回路４との間において通過させたいダイオード８の数となる。このため、その数分のダイオード８がエミッタ−コレクタ間に接続されているＮＰＮトランジスタ７が、複数のＮＰＮトランジスタ７のうちオンさせるべきものとして設定される。
【００２５】
これにより、基本的には定電圧回路４の入力電圧がほぼ２０Ｖとなるため、これだけでも定電圧回路４での発熱を十分に小さく抑えることが可能となる。
【００２６】
ただし、複数のダイオード８における順方向電圧降下量Ｖｆは、温度特性や製造バラツキにより、０．５〜１．０Ｖの範囲で変化する。このため、例えば、複数のダイオード８およびＮＰＮトランジスタ７の組が１６個ある場合において、１６個のダイオード８すべてを介してバッテリ２の電圧が定電圧回路４に印加される形態とされたときには、典型的な順方向電圧降下量０．７Ｖからのズレ量×１６が定電圧回路４の入力電圧の狙い値からのズレとなる。このため、すべてのダイオード８の順方向電圧降下量Ｖｆが０．５Ｖであった場合には、狙い値−｛（０．５−０．７）×１６｝＝＋３．２Ｖのズレが発生する可能性があり、１．０Ｖであった場合には、狙い値−｛（１．０−０．７）×１６｝＝−４．８Ｖのズレが発生する可能性がある。
【００２７】
このため、スイッチ制御回路６によって複数のダイオード８を通過した後の出力電圧、つまり定電圧回路４の入力電圧をモニタし、その電圧が２０Ｖからどれだけずれているかというズレ量が求められる。そして、そのズレ量がダイオード８の順方向電圧降下量Ｖｆよりも小さければ、そのときにオンされているＮＰＮトランジスタ７をそのままオンさせるようにし、大きければ、再び複数のＮＰＮトランジスタ７のうちいずれのＮＰＮトランジスタ７をオンさせるのが適しているかが求められる。そして、例えば、ダイオード８の１個分の順方向電圧降下Ｖｆに相当するズレ量であれば、バッテリ２と定電圧回路４との間に接続されるダイオード８の数が１つ増加又は減少できるようなＮＰＮトランジスタ７がオンさせられ、それまでオンさせられていたＮＰＮトランジスタ７はオフされる。
【００２８】
このように、定電圧回路４の入力電圧をモニタリングして、現在オンされているＮＰＮトランジスタ７が適しているか否かをフィードバック制御し、バッテリ２と定電圧回路４との間に接続されるダイオード８の数を制御することで、定電圧回路４の入力電圧をほぼ２０Ｖにすることが可能となる。
【００２９】
これにより、定電圧回路４での発熱を効果的に抑制することが可能となり、定電圧回路４での発熱を放熱させるために必要とされる放熱フィンなどの部品を小型化することができ、装置の小型化によるコスト削減を図ることが可能となる。
【００３０】
（他の実施形態）
上記実施形態では、バッテリ２と定電圧回路４との間に接続されるダイオード８の数を調整するためのスイッチ部として、複数のＮＰＮトランジスタ７を用いる場合を例に挙げて説明したが、バイポーラトランジスタに限らず、ＩＧＢＴなどその他のスイッチ素子を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態における定電圧回路を備えた電気回路の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…電気回路、２…バッテリ、３…負荷、４…定電圧回路、５…印加電圧調整回路、
６…スイッチ制御回路、７…ＮＰＮトランジスタ、８…ダイオード。
【図１】
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