(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三端子レギュレータを備えフの字垂下特性を有する直流電源装置、の動作方法であって、定電流モードの負荷に電力を供給する場合に、前記三端子レギュレータに対して並列に接続された抵抗を備え、前記直流電源装置の電源立ち上がり開始から立ち上がり完了までの間に、前記抵抗を前記三端子レギュレータに対する並列接続から切り離すスイッチング素子をさらに備える直流電源装置、の動作方法において、
電源立ち上げ開始前に、前記抵抗を前記三端子レギュレータに並列に接続する工程と、
電源立ち上がり完了までの間に、前記抵抗を前記三端子レギュレータとの並列接続から解除する工程と、を有する
ことを特徴とする直流電源装置の動作方法。
【請求項２】
請求項１に記載の直流電源装置の動作方法において、
定電流モードの負荷に電力を供給する場合に、前記抵抗により、前記負荷の定電流制御範囲を除く領域で電流−電圧垂下特性を有する
ことを特徴とする直流電源装置の動作方法。
【請求項３】
請求項２に記載の直流電源装置の動作方法において、
定電流モードの負荷に電力を供給する場合に、前記抵抗により、前記負荷の定電流制御範囲より大きな電流範囲で電流−電圧垂下特性を有する
ことを特徴とする直流電源装置の動作方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の直流電源装置の動作方法において、
電源立ち上がり過渡状態において、出力電流値が前記負荷の定電流制御範囲とは常に異なる
ことを特徴とする直流電源装置の動作方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の直流電源装置の動作方法において、
商用電源を直流に変換するＡＣ−ＤＣコンバータを備える
ことを特徴とする直流電源装置の動作方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の直流電源装置の動作方法において、
商用電源の電圧を降圧させるトランスを備える
ことを特徴とする直流電源装置の動作方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の直流電源装置の動作方法において、
前記スイッチング素子は、電源立ち上げ過渡状態の前記負荷の電流値が前記負荷の定電流制御範囲内とならないように、前記抵抗を切り離す
ことを特徴とする直流電源装置の動作方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の直流電源装置の動作方法において、
前記スイッチング素子は、ＦＥＴまたはトランジスタまたはリレーまたはフォトカプラのいずれかを含む
ことを特徴とする直流電源装置の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電流モード負荷の大きさに拘わらず電圧立ち上がりを確実かつ迅速に遂行する直流電源装置と直流電源装置の動作方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記引用文献１には、フの字垂下特性を示す電源装置であって、調整の手間がなく、しかも安定かつ過電流の検出速度の速い電源装置を提供することを目的とする発明が開示されている。この発明では、制御ＩＣ１１３ａによって出力が制御される電源装置が提案されている。
【０００３】
図１１は、引用文献１に開示されている従来の電源装置を説明する回路概要図である。図１１の電源装置は、電源出力のローサイドに過電流検出用の検出抵抗Ｒａ１１８を挿入接続するとともに、電源出力とは別個に生成した基準電圧源１１９を、直列に接続した２以上の抵抗１１１２，１１１４を介して検出抵抗Ｒａ１１８の下流端に接続すること、また、コンパレータ１１１１の反転入力端子に電源出力におけるハイサイドを抵抗１１１３を介して接続する一方、非反転入力端子には検出抵抗１１８の上流端（ＧＮＤ）を接続すること、そして、コンパレータ１１１１の出力信号を電源制御ＩＣ１１３ａに帰還させて過電流保護を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６０２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、フの字垂下特性を有する直流電源装置で定電流モードの負荷に電力を供給する場合、電源立ち上がり時に、立ち上がり電流が負荷の定電流制御範囲に一端突入すると、電圧が未だ所定値まで立ち上がっていないにも拘わらず、定電流制御範囲から抜け出すことができず電源立ち上げに支障を来す場合があった。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑み為された発明であって、定電流モード負荷の大きさに拘わらず電源立ち上がりを確実かつ迅速に遂行する直流電源装置と直流電源装置の動作方法とを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の直流電源装置は、三端子レギュレータを備えフの字垂下特性を有する直流電源装置において、定電流モードの負荷に電力を供給する場合に、三端子レギュレータに対して並列に接続された抵抗を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の直流電源装置は、好ましくは定電流モードの負荷に電力を供給する場合に、抵抗により、負荷の定電流制御範囲を除く領域で電流−電圧垂下特性を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の直流電源装置は、さらに好ましくは定電流モードの負荷に電力を供給する場合に、抵抗により、負荷の定電流制御範囲より大きな電流範囲で電流−電圧垂下特性を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の直流電源装置は、さらに好ましくは電源立ち上がり過渡状態において、出力電流値が負荷の定電流制御範囲とは常に異なることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の直流電源装置は、さらに好ましくは商用電源を直流に変換するＡＣ−ＤＣコンバータを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の直流電源装置は、さらに好ましくは商用電源の電圧を降圧させるトランスを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の直流電源装置は、さらに好ましくは直流電源装置の電源立ち上がり開始から立ち上がり完了までの間に、抵抗を三端子レギュレータに対する並列接続から切り離すスイッチング素子をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の直流電源装置は、さらに好ましくはスイッチング素子が、電源立ち上げ過渡状態の負荷の電流値が負荷の定電流制御範囲内とならないように、抵抗を切り離すことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の直流電源装置は、さらに好ましくはスイッチング素子が、ＦＥＴまたはトランジスタまたはリレーまたはフォトカプラのいずれかを含むことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の直流電源装置の動作方法は、上述のいずれかに記載の直流電源装置の動作方法であって、電源立ち上げ開始前に、抵抗を三端子レギュレータに並列に接続する工程と、電源立ち上がり完了までの間に、抵抗を三端子レギュレータとの並列接続から解除する工程と、を有することを特徴とする。  
【発明の効果】
【００１７】
定電流モード負荷の大きさに拘わらず電源立ち上がりを確実かつ迅速に遂行する直流電源装置と直流電源装置の動作方法とを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一の実施形態にかかる直流電源装置の構成概要を説明するブロック図である。
【図２】直流電源装置の三端子レギュレータと定電流負荷との周辺部分を説明する回路図である。
【図３】直流電源装置のフの字垂下特性を説明する図である。
【図４】第二の実施形態の三端子レギュレータと定電流モードの負荷とその切り離し回路とについて説明する図である。
【図５】リレーコイルを備えるリレーで構成される並列抵抗切り離し部と、入力平滑コンデンサと三端子レギュレータと出力平滑コンデンサと定電流モードの負荷とを備える第三の実施形態の直流電源装置について説明する図である。
【図６】第四の実施形態にかかる全自動オンオフ機能を有し、所望の電圧値になった場合に並列抵抗を適宜切り離し、電源がオフになれば再び並列抵抗を並列に接続する回路例を説明する図である。
【図７】第二の実施形態の直流電源装置の出力電流電圧特性を説明する概念図である。
【図８】第二の実施形態乃至第四の実施形態における並列抵抗の切り離し動作概要を説明するフロー図である。
【図９】第三の実施形態にかかる通信装置の構成概要を説明するブロック図である。
【図１０】比較例として並列接続される抵抗Ｒを設けない場合の回路構成と電流電圧特性とを説明する図である。
【図１１】引用文献１に開示されている従来の電源装置を説明する回路概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本実施形態で説明する直流電源装置は、三端子レギュレータを備え、電流−電圧垂下特性がいわゆるフの字型である。この直流電源装置で、定電流モードの負荷（例えば、二次電池の充電器等）に対して電力を供給する場合において、出力電圧ゼロからの電源立ち上げ開始時の出力電流が定電流モードの制御範囲内に閉じ込められて、立ち上がりが抑制されてしまう現象を回避できる。
【００２０】
すなわち、直流電源装置が電源立ち上がり途中であるにも拘わらず、定電流モードの電流制御範囲内に出力電流が存在することで、制御範囲内から電流値が抜け出せずに電源立ち上げが阻害される状態を回避するために、三端子レギュレータに対して並列抵抗を設けて立ち上がり時の電流値を増大シフトさせることにより、定電流モードの電流制御範囲内に立ち上げ時の出力電流が存在することを回避する。
【００２１】
また、本本実施形態で説明する直流電源装置は、好ましくは電源がある程度立ち上がって定電流モードの電流制御範囲内に出力電流が進入する恐れがなくなった場合には、抵抗の並列接続を解除する。これにより、スムースかつ迅速な電源の立ち上げが可能となるだけでなく、三端子レギュレーションの電圧調整機能を向上させることができる。
【００２２】
（第一の実施形態）
図１は、第一の実施形態にかかる典型例である直流電源装置１０００の構成概要を説明するブロック図である。図１に示すように、直流電源装置１０００は商用電源１００の電圧を適宜昇圧または降圧するトランス２００と、ＡＣ−ＤＣコンバータ３００と入力平滑コンデンサ４００と三端子レギュレータ５００と三端子レギュレータ５００に並列接続された抵抗６００と定電流負荷７００とを備える。抵抗６００は、負荷の定電流制御領域に立ち上げ電流が進入しない程度に、電源立ち上げ時の負荷７００に流れる電流を増大させる。
【００２３】
また、図２は、直流電源装置１０００の三端子レギュレータと定電流負荷との周辺部分を説明する回路図である。図２においては、入力平滑コンデンサ２４００と出力平滑コンデンサ２８００を図示している。また、図２において、三端子レギュレータ２５００を流れる電流をＩＭとし、抵抗Ｒ２６００を流れる電流をＩＲとし、定電流負荷を流れる電流をＩＯ、その電圧をＶＯとし、三端子レギュレータ２５００の入力電圧をＶｉｎ、その出力電圧をＶｏｕｔ、抵抗Ｒ２６００の両端電圧をＶＭとして示している。
【００２４】
図２において、ＩＯ＝（ＩＭ＋ＩＲ）であり、ＩＲ相当分だけ立ち上げ時の負荷電流値ＩＯを増大させることができる。これにより、定電流モードで駆動される負荷２７００の定電流制御範囲に、立ち上げ時の負荷電流値ＩＯが進入しないものとできる。また、図２においてＶＭ＝（Ｖｏｕｔ−Ｖｉｎ）である。
【００２５】
また、図３は、直流電源装置１０００のフの字垂下特性を説明する図である。図３（ａ）に実線で示すように、抵抗Ｒ２６００を並列接続しない場合の三端子レギュレータ２５００の出力電流（ＩＯ）−電圧（ＶＯ）特性は、定電流モードの負荷２７００の電流制御範囲（ＩＯ１とＩＯ２との間）にその一部が存在する。
【００２６】
図３（ａ）の実線で示すフの字垂下特性の状態のままで電源の立ち上げ動作を仮に遂行すれば、立ち上がり開始とほぼ同時に出力電流値が、定電流制御範囲（ＩＯ１とＩＯ２との間）内に閉じ込められて、抜け出せないように制御されてしまう場合が生じる。図３（ａ）から理解できるように、垂下特性がフの字の場合には、出力電流値が一端、電流制御範囲（ＩＯ１とＩＯ２との間）内から大きく逸脱し、所望の定電圧値において電流制御範囲（ＩＯ１とＩＯ２との間）内の所定電流範囲に制御される必要がある。
【００２７】
直流電源装置１０００は、三端子レギュレーター２５００と並列に接続された抵抗２６００を備えるので、大凡図３（ａ）に破線で示された垂下特性を示すものとなる。このため、立ち上げ時の出力電流（ＩＯ）が電流制御範囲（ＩＯ１とＩＯ２との間）に進入することがなく、立ち上げ動作の予期せぬ停滞を生じることがないのでスムースかつ確実・迅速な立ち上げ動作が可能となる。
【００２８】
図３（ｂ）は、抵抗Ｒ２６００が並列接続された直流電源装置１０００のフの字垂下特性をさらに詳細に説明する図である。図３（ｂ）においては、定電流制御範囲（ＩＯ１とＩＯ２との間）に電流電圧特性が進入するのは電圧値が立ち上がった所望の電圧値の場合のみであり、電源立ち上がり過渡時には定電流制御範囲（ＩＯ１とＩＯ２との間）内に出力電流（ＩＯ）−電圧（ＶＯ）特性が進入しないことが示されている。このため、定電流モードの負荷２７００が電源立ち上げ動作途中で所望値よりも低い電圧状態にもかかわらず、電流値を定電流制御範囲（ＩＯ１とＩＯ２との間）内に閉じ込めてしまう誤った動作を遂行する懸念を払拭できる。
【００２９】
ここで、図１０は、比較例として三端子レギュレータ１５００に並列接続される抵抗Ｒ２６００を設けない場合の回路構成（ａ）と電流電圧特性（ｂ）とを説明する図である。図１０から理解できるように、出力電流電圧特性においてフの字垂下特性の下端付近が定電流モードの負荷１７００の電流制御範囲にかかっているため、電源立ち上げ時に当該垂下特性の下端付近で電流値が閉じ込められて、これに伴い電圧値が上昇しないままの状態で電源立ち上げ動作が停滞することが懸念される。
【００３０】
（第二の実施形態）
図４は、第二の実施形態の三端子レギュレータ４５００と定電流モードの負荷４７００とその切り離し回路とについて説明する図である。図４に示す部位の前段部については、第一の実施形態と同一であるので記載を省略している。また、第一の実施形態で説明した当該前段部はあくまで一例であって、第一の実施形態における説明に限定されるものではない。
【００３１】
図４に示すように、第二の実施形態における直流電源装置は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とで分圧された電圧値がプラス側（非反転入力側）に入力され、三端子レギュレータ４５００の出力電圧がマイナス側（反転入力側）に入力されるコンパレータ４６２０と、コンパレータ４６２０の出力がゲートに入力され抵抗Ｒ４６００と直列接続されるＦＥＴ４６１０とを備える。なお、図４には、入力平滑コンデンサ４４００と出力平滑コンデンサ４８００とを示した。
【００３２】
図４から理解できるように、三端子レギュレータ４５００の出力電圧が抵抗Ｒ１，Ｒ２で定められる所定値まで上昇すれば、ＦＥＴ４６１０がオフとされて、抵抗Ｒ４６００が電気的に切り離されて並列接続が解除される。この切り離し処理により、三端子レギュレータ４５００の出力電圧−出力電流特性は、抵抗Ｒ４６００の影響が排除されて、好ましいレギュレーションを遂行することが可能となる。すなわち、抵抗Ｒ４６００は、電源立ち上がり時の特に初期段階においては、迅速かつ確実な電源立ち上げに好ましい機能を発揮するが、電源が立ち上がった後定常状態においてはレギュレーションの悪化を招来する場合も懸念される。このため、定常状態においては、抵抗Ｒ４６００を電気的に接続解除することが好ましい。
【００３３】
図７は、第二の実施形態の直流電源装置の出力電流（ＩＯ）−電圧（ＶＯ）特性を説明する概念図である。図７において、実線で示す出力電流（ＩＯ）−電圧（ＶＯ）特性が第二の実施形態の出力電流電圧特性である。図７から理解できるように、第二の実施形態においては、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２とコンパレータ４６２０とＦＥＴ４６１０とから構成される並列抵抗切り離し部により、電流電圧特性がある程度立ち上がった状態で、並列抵抗Ｒ４６００の電気的な接続が解除される。
【００３４】
このため、出力電流電圧特性は、並列抵抗Ｒ４６００を設けない場合の破線で示す特性へと内側に遷移し、所望の電圧値において定電流モードの負荷に定電流制御範囲（ＩＯ１−ＩＯ２間）内の電流値で電力供給することができる。図７から理解できるように、並列抵抗Ｒ４６００を設けない場合の特性へと内側に遷移する場合でも、定電流モードの負荷の電流範囲（ＩＯ１−ＩＯ２間）に電源立ち上げ経過において電流電圧特性が進入することはない。
【００３５】
すなわち、電源立ち上げ開始後、過剰に早いタイミングで並列抵抗Ｒ４６００を切り離してこれを設けない場合の特性へと遷移させると、電流電圧特性が電流制御範囲（ＩＯ１−ＩＯ２間）に進入してしまう懸念が生じるので、並列抵抗Ｒ４６００を設けない場合の破線で示す特性において、制御上限電流値であるＩＯ２に対応する電圧値Ｖｘを超える電圧値となったタイミングで抵抗Ｒ４６００を切り離すことが好ましい。また、定常状態の電圧値（図７の特性の最も上方の平坦部に対応）にまで昇圧される前のタイミングで抵抗Ｒ４６００を切り離すことが好ましい。なお、ＦＥＴ４６１０に替えて、各種トランジスタを用いてもよい。
【００３６】
（第三の実施形態）
図５は、リレーコイルを備えるリレー５６２０で構成される並列抵抗切り離し部と、入力平滑コンデンサ５４００と三端子レギュレータ５５００と出力平滑コンデンサ５８００と定電流モードの負荷５７００とを備える第三の実施形態の直流電源装置について説明する図である。図５に示す部位の前段部については、第一の実施形態と同一であるので記載を省略している。
【００３７】
また、第三の実施形態においては、抵抗５６００の切り離し機構として、リレー回路を用いることを除き、第一の実施形態と第二の実施形態と構成及び動作が同一であるので、説明を省略する。リレーコイルを備えるリレー５６２０は、リレーコイルで検知した電圧値まで昇圧された段階で、リレーオフとなり抵抗５６００を電気的に切り離す処理を遂行する。また、リレー回路に替えてフォトカプラを用いることもできる。
【００３８】
（第四の実施形態）
図６は、第四の実施形態にかかる全自動切り離し／接続機能を有し、所望の電圧値になった場合に並列抵抗を適宜切り離し、電源がオフになれば再び抵抗を並列に接続する回路例を説明する図である。直流電源装置は、必要に応じて電源がオン・オフされることもあるため、第四の実施形態の構成とすることにより、電源の立ち上がりの都度、必ず抵抗が並列接続として接続された状態で立ち上がり立ち上がり経過における所定電圧で切り離されるので、確実かつ迅速な立ち上がり動作をするとともに良好なレギュレーション動作をすることが可能となる。
【００３９】
図６に示すように、第四の実施形態においては、コンパレータとトランジスタとＦＥＴとを適宜組み合わせることで、並列抵抗の電気的な接続と切り離しとを適宜遂行することができる回路構成となる。
【００４０】
また、図８は、第二の実施形態乃至第四の実施形態における並列抵抗の切り離し動作概要を説明するフロー図である。そこで、以下図８の各ステップに基づいて、並列抵抗の切り離し処理について順次説明する。
【００４１】
（ステップＳ８１０）
直流電源装置の電源立ち上げを開始する場合にはステップＳ８２０へと進む。直流電源装置の電源立ち上げを開始しない場合にはステップＳ８１０で待機する。
【００４２】
（ステップＳ８２０）
電源立ち上げ動作が開始される前に、抵抗を三端子レギュレータに並列接続する。既に並列接続されている場合には、このステップ８２０は省略できる。このステップにおける並列接続処理は、オペレータにより手動で遂行してもよい。また、このステップにおける並列接続処理は、電源オンのスイッチと連動して同時に並列接続とされるような不図示のスイッチを用いてもよい。
【００４３】
（ステップＳ８３０）
電圧がある程度より大きな値まで立ちあがったか否かを判断する。電圧がある程度まで立ち上がった場合には、ステップＳ８４０へと進む。また、電圧があまり立ち上がっていない場合には、ステップＳ８３０で待機する。ここで、判断の基準となる電圧値は、好ましくは図７及びその説明箇所で示すように、破線で示す並列抵抗Ｒを設けない場合の特性において、制御上限電流値であるＩＯ２に対応する電圧値を超える電圧値である。
【００４４】
（ステップＳ８４０）
抵抗Ｒを三端子レギュレータの並列接続から切り離す。切り離し処理は、ＦＥＴを含む各種トランジスタ、フォトカプラ、リレー等任意のスイッチング素子等を用いることができる。
【００４５】
（ステップＳ８５０）
所望の定電流制御範囲において定電流モードの負荷に電力を供給する。上述したように、第二の実施形態乃至第四の実施形態においては、各種スイッチング素子を用いて、並列抵抗Ｒを適宜切り離すので、電源立ち上げ後の三端子レギュレータのレギュレーションに対する並列抵抗Ｒの好ましくない影響を排除し、定常状態におけるレギュレーションの悪化を防止することができる。
【００４６】
（第五の実施形態）
図９は、第五の実施形態にかかる定抵抗回路の構成概要を説明する図である。図９に示す定抵抗回路は、上述した実施形態で説明した三端子レギュレータと並列に接続される抵抗Ｒとスイッチング素子とに置き換えて配置することができる。
【００４７】
図９から理解できるように、定抵抗回路は、制御部から電圧を制御される基準電源と、トランジスタと検出抵抗Ｒ１と除算器とオペアンプとを備える。定抵抗回路を用いることで、上述のトランジスタとスイッチング素子とを共用できるのでこの点で有利である。
【００４８】
また、上述の各実施形態で例示した直流電源装置は、各実施形態での説明に限定されるものではなく、各実施形態で説明する技術思想の範囲内かつ自明な範囲内で、適宜その構成や動作及び動作方法等を変更することができる。また、説明の便宜上実施形態ごとに個別に説明しているが、各実施形態の構成を適宜組み合わせて適用し、またその動作も適宜組み合わせてアレンジしてもよい。また、二次電池の定電流充電器を、定電流モードの負荷として適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の直流電源装置は、定電流モードの負荷に電力供給する電源に広く適用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１００・・商用電源装置、２００・・トランス、３００・・ＡＣ−ＤＣコンバータ、４００・・入力平滑コンデンサ、５００・・三端子レギュレータ、６００・・並列抵抗、７００・・負荷。
【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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【図１０】
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【図１１】
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