(57)【要約】【課題】レギュレータ回路とは別に電力を供給する回路が負荷に接続された場合でも、負荷に印加される電圧を所定の電圧に制御すること。【解決手段】レギュレータ回路１において、定電圧回路１１は、入力側に電池Ｅを接続される直流電圧変換手段（ここではＤＣ／ＤＣコンバータ２）の出力側に接続され、直流電圧変換手段の出力電圧を所定の電圧に変換する。そして、直流電圧変換手段の入力側と定電圧回路１１の出力側との間に設けられた回生手段（ここではトランジスタＱ２）は、定電圧回路１１の出力側から直流電圧変換手段の入力側へ電力を回生させる。【選択図】  図１
2004272616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側に電池を接続される直流電圧変換手段の出力側に接続され、上記直流電圧変換手段の出力電圧を所定の電圧に変換する定電圧回路と、
上記直流電圧変換手段の入力側と上記定電圧回路の出力側との間に設けられ、上記定電圧回路の出力側から上記直流電圧変換手段の入力側へ電力を回生させる回生手段と、
を備えることを特徴とするレギュレータ回路。
【請求項２】
前記回生手段は、前記定電圧回路の出力側の電圧が前記所定の電圧以上の場合に、上記直流電圧変換手段の入力側と上記定電圧回路の出力側との間を導通させることを特徴とする請求項１記載のレギュレータ回路。
【請求項３】
前記定電圧回路は、この定電圧回路の出力電圧またはその出力電圧に比例する電圧と所定の基準電圧とを比較する比較器と、この定電圧回路の入力側と出力側との間に設けられ上記比較器の出力に応じて動作する制御用トランジスタとを有し、
前記回生手段は、前記定電圧回路の上記比較器の出力に応じて動作するスイッチング素子を有すること、
を特徴とする請求項１または請求項２記載のレギュレータ回路。
【請求項４】
他の回路または直流電源から直流電力を供給可能な負荷に対して電池の直流電力を供給する電源装置において、
入力側に上記電池を接続される直流電圧変換手段と、
上記直流電圧変換手段の出力側と上記負荷との間に接続され、上記直流電圧変換手段の出力電圧を所定の電圧に変換する定電圧回路と、
上記直流電圧変換手段の入力側と上記定電圧回路の出力側との間に設けられ、上記定電圧回路の出力側から上記直流電圧変換手段の入力側へ電力を回生させる回生手段と、
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
前記回生手段は、前記定電圧回路の出力側の電圧が前記所定の電圧以上の場合に、上記直流電圧変換手段の入力側と上記定電圧回路の出力側との間を導通させることを特徴とする請求項４記載の電源装置。
【請求項６】
前記定電圧回路は、この定電圧回路の出力電圧またはその出力電圧に比例する電圧と所定の基準電圧とを比較する比較器と、この定電圧回路の入力側と出力側との間に設けられ上記比較器の出力に応じて動作する制御用トランジスタとを有し、
前記回生手段は、前記定電圧回路の上記比較器の出力に応じて動作するスイッチング素子を有すること、
を特徴とする請求項４または請求項５記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レギュレータ回路および電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、従来のレギュレータ回路の構成を示すブロック図である。従来のレギュレータ回路１０１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２と負荷Ｚとの間に配置される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、電池Ｅから得られる電圧を昇圧し、出力電圧を５ボルト程度とする。レギュレータ回路１０１は、その電圧を３ボルトの一定の電圧に安定化し、安定化後の電圧を負荷Ｚに印加する。電池に定電圧回路を接続する従来の技術としては、例えば特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
また、この装置では、電池Ｅによる負荷Ｚへの電力供給のほか、別の回路により電力が負荷Ｚへ供給される。スイッチＳＷがオン状態である場合、負荷Ｚは、他の回路５１と接続され、他の回路５１から電力を供給されることがある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１９９６７５号公報（要約書）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、負荷Ｚにレギュレータ回路とは別の回路５１が接続されることで負荷Ｚに印加される電圧が所定の基準電圧より高くなってしまう場合、従来のレギュレータ回路１０１では、この負荷Ｚに印加される電圧を所定の基準電圧に制御することが困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、レギュレータ回路とは別に電力を供給する回路が負荷に接続された場合でも、負荷に印加される電圧を所定の電圧に制御することができるレギュレータ回路および電源装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のレギュレータ回路は、入力側に電池を接続される直流電圧変換手段の出力側に接続され、直流電圧変換手段の出力電圧を所定の電圧に変換する定電圧回路と、直流電圧変換手段の入力側と定電圧回路の出力側との間に設けられ、定電圧回路の出力側から直流電圧変換手段の入力側へ電力を回生させる回生手段とを備える。
【０００８】
さらに、本発明のレギュレータ回路は、上記発明のレギュレータ回路に加え、定電圧回路の出力側の電圧が所定の電圧以上の場合に、回生手段が直流電圧変換手段の入力側と定電圧回路の出力側との間を導通させるようにしたものである。
【０００９】
さらに、本発明のレギュレータ回路は、上記発明のレギュレータ回路のいずれかに加え、定電圧回路に、この定電圧回路の出力電圧またはその出力電圧に比例する電圧と所定の基準電圧とを比較する比較器と、この定電圧回路の入力側と出力側との間に設けられ比較器の出力に応じて動作する制御用トランジスタとを有し、回生手段に、定電圧回路の比較器の出力に応じて動作するスイッチング素子を有する。
【００１０】
本発明の電源装置は、他の回路または直流電源から直流電力を供給可能な負荷に対して電池の直流電力を供給する電源装置であって、入力側に電池を接続される直流電圧変換手段と、直流電圧変換手段の出力側と負荷との間に接続され、直流電圧変換手段の出力電圧を所定の電圧に変換する定電圧回路と、直流電圧変換手段の入力側と定電圧回路の出力側との間に設けられ、定電圧回路の出力側から直流電圧変換手段の入力側へ電力を回生させる回生手段とを備える。
【００１１】
さらに、本発明の電源装置は、上記発明の電源装置に加え、定電圧回路の出力側の電圧が所定の電圧以上の場合に、回生手段が直流電圧変換手段の入力側と定電圧回路の出力側との間を導通させるようにしたものである。
【００１２】
さらに、本発明の電源装置は、上記発明の電源装置のいずれかに加え、定電圧回路に、この定電圧回路の出力電圧またはその出力電圧に比例する電圧と所定の基準電圧とを比較する比較器と、この定電圧回路の入力側と出力側との間に設けられ比較器の出力に応じて動作する制御用トランジスタとを有し、回生手段に、定電圧回路の比較器の出力に応じて動作するスイッチング素子を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る電源装置の構成を示すブロック図である。図１において、レギュレータ回路１は、定電圧回路１１と、トランジスタＱ２を有する。このレギュレータ回路１は、本発明のレギュレータ回路の一実施の形態である。
【００１５】
レギュレータ回路１において、定電圧回路１１は、電池Ｅの電圧を昇圧して入力側に印加される直流電圧を所定の基準電圧に変換し、その電圧を出力端に印加する回路である。定電圧回路１１は、電池Ｅを接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力側と負荷Ｚとの間に設けられ、トランジスタＱ１、基準電圧発生部２１および比較器２２を有する。定電圧回路１１では、トランジスタＱ１のエミッタが、定電圧回路１１の入力端に接続され、トランジスタＱ２のコレクタが、定電圧回路１１の出力端に接続され、トランジスタＱ２のベースが、比較器２２の出力端に接続される。そして、比較器２２の正側入力端が、定電圧回路１１の出力端に接続され、比較器２２の負側入力端が、基準電圧発生部２１に接続される。なお、図１では、比較器２２の正側入力端が定電圧回路１１の出力端に直接接続されているが、比較器２２の正側入力端と定電圧回路１１の出力端との間に分圧回路を設け、比較器２２が、分圧後の電圧（すなわち、定電圧回路１１の出力電圧に比例する電圧）と基準電圧発生部２１による基準電圧とを比較するようにしてもよい。
【００１６】
トランジスタＱ１は、Ｐ（ＰＮＰ）型のトランジスタであり、定電圧回路１１の出力を制御する制御用トランジスタである。
【００１７】
また、基準電圧発生部２１は、例えば直流電源やツェナーダイオードなどの素子を使用して基準電圧を生成する素子、回路または装置である。なお、基準電圧の値は、負荷Ｚに印加する所望の電圧値とされる。ただし、比較器２２の正側入力端と定電圧回路１１の出力端との間に分圧回路が設けられた場合には、その所望の電圧値に分圧比を乗じた電圧値が基準電圧値とされる。
【００１８】
また、比較器２２は、正側と負側の２つの入力端を有し、出力電圧値を両者の差に応じた値とする回路である。この比較器２２は、入力抵抗値が非常に高く、出力抵抗値が非常に低くなるように設計される。比較器２２は、例えばオペアンプで構成されたり、差動増幅回路で構成されたりする。
【００１９】
また、レギュレータ回路１において、トランジスタＱ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力側と定電圧回路１１の出力側との間に設けられ、定電圧回路１１の出力端に印加される電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力側（すなわち電池Ｅ）へ回生する回生手段として機能するスイッチング素子である。このトランジスタＱ２は、Ｎ（ＮＰＮ）型トランジスタであって、そのベースが比較器２２の出力端に接続され、そのエミッタがＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力側の接続され、そのコレクタが定電圧回路１１の出力側に接続される。このトランジスタＱ２は、比較器２２の出力により制御され、定電圧回路１１の出力電圧に応じて定電圧回路１１の出力側とＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力側との導通状態を変化させる。
【００２０】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、電池Ｅの出力電圧を昇圧する直流電圧変換手段として機能する回路または装置である。また、電池Ｅは、一次電池または二次電池である。その他、太陽電池などの光電効果により起電力を発生するものを電池Ｅとして使用してもよい。
【００２１】
また、キャパシタＣは、レギュレータ回路１の出力側に設けられた平滑用コンデンサである。
【００２２】
なお、図１における負荷Ｚは、この電源装置からおよび他の電源の電力供給を受ける他の回路５１から、直流にて電力を供給される素子、回路または装置である。
【００２３】
また、図１におけるスイッチＳＷは、ユーザの操作、またはこの電源装置が内蔵される装置の内部状態に応じて動作し、負荷Ｚから他の回路５１を切り離す電子部品である。なお、スイッチＳＷとしては、各種機械式スイッチ、電磁リレー、半導体スイッチング素子などを使用することができる。また、抵抗Ｒは、他の回路５１内においてスイッチＳＷに接続される抵抗素子である。
【００２４】
次に、上記装置の動作について説明する。
【００２５】
電池Ｅは、使用状況、環境（例えば温度）などに応じた電圧で起電力を発生する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、入力側に印加される電池Ｅの電圧を５ボルト程度に昇圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は、電池Ｅの出力電圧が使用状況、環境などに応じて変化するため、併せて変化する。
【００２６】
定電圧回路１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２により印加される出力電圧を所定の一定電圧に制御する。そして定電圧回路１１は、その制御された定電圧で負荷Ｚへ電力を供給する。
【００２７】
その際、定電圧回路１１では、基準電圧発生部２１が、定電圧回路１１の出力電圧（すなわちのレギュレータ回路１の出力電圧）の基準となる基準電圧を発生し、比較器２２が、基準電圧発生部２１による基準電圧値と定電圧回路１１の出力電圧値とを比較し、出力電圧をその比較結果に応じた電圧とする。トランジスタＱ１は、比較器２２の出力電圧に応じて動作する。これにより、定電圧回路１１の出力電圧は、基準電圧に制御される。
【００２８】
すなわち、定電圧回路１１の出力電圧が基準電圧より低く比較器２２の出力電圧が負（あるいはゼロ）である場合、トランジスタＱ１のベースエミッタ間電圧が増加するため、トランジスタＱ１のエミッタコレクタ間の抵抗値が減少し、定電圧回路１１の出力電圧が増加する。一方、定電圧回路１１の出力電圧が基準電圧より高く比較器２２の出力電圧が正である場合、トランジスタＱ１のベースエミッタ間電圧が減少するため、トランジスタＱ１のエミッタコレクタ間の抵抗値が上昇し、定電圧回路１１の出力電圧が低下する。
【００２９】
なお、定電圧回路１１の出力電圧が基準電圧以上である場合、あるいは定電圧回路１１の出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力電圧すなわち電池Ｅの出力電圧以下である場合には、トランジスタＱ２のコレクタエミッタ間は不通状態となる。一方、定電圧回路１１の出力電圧が基準電圧より低く、比較器２２の出力電圧が負（またはゼロ）であり、かつ定電圧回路１１の出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力電圧すなわち電池Ｅの出力電圧より高い場合には、トランジスタＱ２のコレクタエミッタ間の抵抗値が減少し、負荷Ｚ側からの電流が電池ＥおよびＤＣ／ＤＣコンバータ２に供給される。
【００３０】
このようにして、レギュレータ回路１による定電圧（例えば、３ボルトといった目標電圧）が負荷Ｚに印加される。
【００３１】
次に、スイッチＳＷがオン状態であり、レギュレータ回路１の出力端の電圧、すなわち負荷Ｚの電圧が、他の回路５１からの電力供給に起因して所定の目標電圧（例えば３ボルト）より高くなった場合の動作について説明する。
【００３２】
この場合、比較器２２の出力電圧が正となりトランジスタＱ１のコレクタエミッタ間は不通状態となる。一方、比較器２２の出力電圧が正となると、トランジスタＱ２のコレクタエミッタ間は導通状態となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力側電圧が定電圧回路１１の出力端電圧（すなわ負荷Ｚの電圧）より低い場合には、定電圧回路１１の出力端からトランジスタＱ２を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力側へ電流が流入する。これにより、負荷Ｚ側からＤＣ／ＤＣコンバータ２および電池Ｅへ電力が回生され、負荷Ｚの電圧が目標電圧まで低下する。
【００３３】
以上のように、上記実施の形態によれば、レギュレータ回路１は、入力側に電池を接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力側に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧を所定の電圧（例えば３ボルト）に変換する定電圧回路１１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力側と定電圧回路１１の出力側との間に設けられ、定電圧回路１の出力側からＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力側へ電力を回生させるトランジスタＱ２とを備える。
【００３４】
これにより、レギュレータ回路１とは別に電力を供給する回路５１が負荷Ｚに接続された場合でも、負荷Ｚに印加される電圧を所定の電圧（レギュレータ回路１の制御目標とされる電圧）に常に制御することができる。また、電池Ｅに電力が回生されるため、電力の利用効率が向上する。
【００３５】
さらに、上記実施の形態によれば、トランジスタＱ２は、定電圧回路１１の出力側の電圧が所定の電圧（例えば３ボルト）以上の場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力側と定電圧回路１１の出力側との間を導通させる。
【００３６】
これにより、負荷Ｚの電圧が目標電圧を超えた場合のみ電力を回生させることができ、負荷Ｚの電圧を一定にしつつ回生動作を正確に行うことができる。
【００３７】
さらに、上記実施の形態によれば、定電圧回路１１が、この定電圧回路１１の出力電圧と所定の基準電圧とを比較する比較器２２と、この定電圧回路１１の入力側と出力側との間に設けられ比較器２２の出力に応じて動作する制御用のトランジスタＱ１とを有し、トランジスタＱ２が、定電圧回路１１の比較器２２の出力に応じて動作する。
【００３８】
これにより、制御用のトランジスタＱ１と、電流を回生させるトランジスタＱ２とが、共に比較器２２の出力に応じて動作することとなり、トランジスタＱ２の制御用回路を特に追加することなく、このレギュレータ回路１を実現することができ、回路規模および製造コストの増加を抑えることができる。
【００３９】
なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。
【００４０】
例えば、図１における各部の電圧値は、一例であって、使用される負荷Ｚ、電池Ｅ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２などに応じて他の値となるように制御してもよい。
【００４１】
また、上述のトランジスタＱ１，Ｑ２には、バイポーラトランジスタを使用してもよいし、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などといったモノポーラトランジスタを使用してもよい。また、他のスイッチング素子を使用してもよい。
【００４２】
また、上記実施の形態において、レギュレータ回路１のトランジスタＱ２のコレクタと定電圧回路１１の出力側との間に、回生させる電流量を調整するための抵抗を挿入してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、レギュレータ回路とは別に電力を供給する回路が負荷に接続された場合でも、負荷に印加される電圧を所定の電圧に制御するレギュレータ回路および電源装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、従来のレギュレータ回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  レギュレータ回路
２  ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流電圧変換手段）
１１  定電圧回路
２２  比較器
Ｅ  電池
Ｑ１  トランジスタ（制御用トランジスタ）
Ｑ２  トランジスタ（回生手段、スイッチング素子）
Ｚ  負荷
【図１】
2004272616.tif 000003
【図２】
2004272616.tif 000004