(57)【要約】    【構成】  変動する負荷であるモータ１６にトランジスタＴ１のコレクタが接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４ａとＴ１のエミッタとの間に抵抗Ｒ１が介挿される。Ｔ１のベースにはトランジスタＴ２のコレクタが接続され、Ｔ２のエミッタはＤＣ／ＤＣコンバータ１４ａに接続される。Ｔ１のエミッタとＴ２のベースとの間には抵抗Ｒ２が、Ｔ１のエミッタとＴ２のコレクタとの間には抵抗Ｒ３が、Ｔ１のベースと基準電位面との間には抵抗Ｒ４が介挿される。    【効果】  モータ１６への出力電流Ｉｏｕｔが所定値を越えて増加しようとするとＴ２がオンし、Ｔ２のコレクタから電流Ｉｃ２が出力される。このＩｃ２の分だけＴ１のベースから出力される電流Ｉｂ１は減少し、その結果、モータ１６への出力電圧Ｖｏｕｔが基準電位まで垂下してＩｏｕｔは所定値に維持される。【選択図】  図１
2005080494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレクタが負荷に接続された第１トランジスタ、
直流電源と前記第１トランジスタのエミッタとの間に介挿された第１抵抗、
エミッタが前記直流電源に接続されかつコレクタが前記第１トランジスタのベースに接続された第２トランジスタ、
前記第１トランジスタのエミッタと前記第２トランジスタのベースとの間に介挿された第２抵抗、
前記第１トランジスタのエミッタと前記第２トランジスタのコレクタとの間に介挿された第３抵抗、および
前記第１トランジスタのベースと基準電位面との間に介挿された第４抵抗を備える、電源回路。
【請求項２】
前記第１トランジスタのコレクタと前記基準電位面との間に介挿されたキャパシタをさらに備える、請求項１記載の電源回路。
【請求項３】
前記負荷はモータを含む、請求項１または２記載の電源回路。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の電源回路を備える、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源回路に関し、特にたとえば負荷に定電流を供給する、電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の電源回路の一例が、特許文献１に開示されている。この従来技術は、負荷が短絡したときに直流電源と負荷との接続を制御するトランジスタＱ１およびＱ２をオフすることによって、短絡時の消費電力および発熱を抑制しようとするものである。
【特許文献１】特開平５−１５０６２号公報［Ｈ０２Ｊ １／００］
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来技術では、出力電流値がトランジスタＱ１およびＱ２の電流増幅率に比例するため、定電流領域での電流値のばらつきが大きい。また、トランジスタＱ１およびＱ２が出力電圧値に応じてオン／オフされるため、負荷の変動が大きいと定電圧特性が得られない。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、定電流特性および定電圧特性に優れた、電源回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、コレクタが負荷に接続された第１トランジスタ、直流電源と第１トランジスタのエミッタとの間に介挿された第１抵抗、エミッタが直流電源に接続されかつコレクタが第１トランジスタのベースに接続された第２トランジスタ、第１トランジスタのエミッタと第２トランジスタのベースとの間に介挿された第２抵抗、第１トランジスタのエミッタと第２トランジスタのコレクタとの間に介挿された第３抵抗、および第１トランジスタのベースと基準電位面との間に介挿された第４抵抗を備える、電源回路である。
【０００６】
請求項１の発明では、直流電源による電圧は、第１抵抗，第３抵抗および第４抵抗によって分割される。第１トランジスタのエミッタ・ベース間には第４抵抗の端子電圧が印加され、これによって第１トランジスタが導通状態となる。第１抵抗を流れる電流は、第１トランジスタのエミッタに向けて流れる電流と第３抵抗を流れる電流とに分岐し、第１トランジスタのエミッタに向けて流れる電流は、第１トランジスタのコレクタから出力される電流と第１トランジスタのベースから出力される電流とに分岐される。第４抵抗を流れる電流は、第３抵抗を流れる電流と第１トランジスタのベースから出力される電流との総和に等しくなる。
【０００７】
負荷には、第１トランジスタのコレクタから出力された電流が供給される。負荷が変動する場合、負荷への出力電流（単に出力電流と称する）は、負荷の大きさに応じて変化する。負荷が大きくなると、出力電流ひいては第１抵抗を流れる電流が増加する。その結果、第１抵抗における電圧降下が大きくなり、第１抵抗の端子電圧つまり第２トランジスタのエミッタ・ベース間電圧が閾値に達すると、第２トランジスタがオフ状態からオン状態に移行する。これによって第２トランジスタのエミッタに向けて電流が流れ、この電流が第２抵抗を流れる電流と第２トランジスタのコレクタから出力される電流とに分岐される。
【０００８】
第２トランジスタのコレクタから出力される電流は、第３抵抗を流れる電流および第１トランジスタのベースから出力される電流と合流して第４抵抗を流れる。第３抵抗を流れる電流および第４抵抗を流れる電流は第２トランジスタのオン／オフに関係なく同じ値に維持されるため、第２トランジスタのコレクタから出力される電流の出力によって第１トランジスタのベースから出力される電流が減少することとなる。第１トランジスタのコレクタから出力される電流は、第１トランジスタの直流電流増幅率に依存する。このため、第１トランジスタのベースから出力される電流の減少に従って第１トランジスタのコレクタから出力される電流ひいては出力電流が減少する。
【０００９】
つまり、出力電流が所定値を超えると第２トランジスタがオンし、第２トランジスタのコレクタから電流が出力される。この第２トランジスタのコレクタから出力される電流の分だけ第１トランジスタのベースから出力される電流は減少するため、出力電流がわずかでも増加すれば、負荷への出力電圧（単に出力電圧と称する）は大幅に降下する。その降下率は、第１および第２トランジスタの直流電流増幅率に依存するので、第１および第２トランジスタの直流電流増幅率がそれぞれ十分大きく設定されていれば、出力電流が所定値を超えたとたん出力電圧は基準電位まで垂下する結果となる。
【００１０】
一方、出力電流が０から所定値までの範囲にあるときには、第１トランジスタのベースから出力される電流は一定なので、出力電圧は出力電流の増加につれて線形的に降下する。その降下率は、第１抵抗を小さな値に設定することで抑えられえる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の電源回路において、第１トランジスタのコレクタと基準電位面との間に介挿されたキャパシタをさらに備えている。
【００１２】
請求項２の発明では、第１トランジスタのコレクタから出力される電流に重畳されたノイズ成分がキャパシタによって除去される。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または２記載の電源回路において、負荷はモータを含む。
【００１４】
モータは、起動時や加速時など大トルクが必要なとき多くの電流が流れ、定速回転時など小さなトルクでよいときには少量の電流が流れる性質を持つ。請求項３の発明によれば、定常運転時にモータのトルクを安定させることができ、また、大トルク必要時にモータに過剰な電流が流れるのを防ぐことができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の電源回路を備える、電子機器である。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、出力電流が０から所定値以下の範囲にあるときは出力電流の変化に対する出力電圧の変化が線形的でかつ小さい優れた定電圧特性が得られ、出力電流が所定値を超えようとすると出力電圧が基準電位まで垂下して出力電流は所定値に維持される優れた定電流特性が得られる。
【００１７】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１を参照して、この実施例のディジタルカメラ用電源回路１０は、負極が基準電位面に接続され、正極が複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１４ａ，１４ｂ，…１４ｎに接続されたバッテリ１２を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４ａ，１４ｂ，…１４ｎはそれぞれ、バッテリ１２から印加された直流電圧Ｖｉｎに基づいて、規定の直流電圧Ｖａ，Ｖｂ，…Ｖｎを正極側出力端から出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４ａから出力される直流電圧Ｖａはモータ１６に向けられ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４ｂ，…１４ｎから出力される直流電圧Ｖｂ，…Ｖｎはそれぞれ対応する負荷に向けられる。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４ａ，１４ｂ，…１４ｎの負極側出力端は、いずれも基準電位面と接続される。
【００１９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４ａの正極側出力端は、抵抗Ｒ１を介してトランジスタＴ１のエミッタに接続される。トランジシタＴ１のコレクタはキャパシタＣ１を介して基準電位面に接続され、トランジスタＴ１のベースは抵抗Ｒ４を介して基準電位面に接続される。また、トランジスタＴ１のエミッタ・ベース間には、抵抗Ｒ３が介挿される。負荷であるモータ１６は、キャパシタＣ１と並列接続される。
【００２０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４ａの正極側出力端はまた、トランジスタＴ２のエミッタと接続される。トランジスタＴ２のベースは抵抗Ｒ２を介してトランジスタＴ１のエミッタと接続され、トランジスタＴ２のコレクタはトランジスタＴ１のベースと接続される。なお、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４はそれぞれ、１．５Ω，２２Ω，４７ｋΩおよび２７０Ωの抵抗値を有する。
【００２１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４ａの正極側出力端に印加された直流電圧Ｖａは、抵抗Ｒ１，Ｒ３およびＲ４によって分割される。トランジスタＴ１のエミッタ・ベース間には抵抗Ｒ３の端子電圧が印加され、これによってトランジスタＴ１が導通状態となる。抵抗Ｒ１を流れる電流Ｉｒ１は、トランジスタＴ１のエミッタに向けて流れる電流Ｉｅ１と抵抗Ｒ３を流れる電流Ｉｒ３とに分岐し、電流Ｉｅ１は、トランジスタＴ１のコレクタから出力される電流Ｉｃ１とトランジスタＴ１のベースから出力される電流Ｉｂ１とに分岐される。抵抗Ｒ４を流れる電流Ｉｒ４は、電流Ｉｒ３およびＩｂ１の総和に等しくなる。
【００２２】
トランジスタＴ１のコレクタから出力された電流Ｉｃ１に重畳されたノイズ成分は、キャパシタＣ１で除去される。モータ１６にはノイズが除去された電流Ｉｏｕｔが供給され、この電流Ｉｏｕｔによってモータ１６が駆動される。なお、モータ１６の出力トルクは、図示しないレンズ駆動機構に伝達される。
【００２３】
モータ１６の起動時は大トルクが必要なため、電流Ｉｒ１，Ｉｅ１，Ｉｃ１およびＩｏｕｔの電流値が上昇する。電流Ｉｒ１の上昇によって抵抗Ｒ１における電圧降下が大きくなり、抵抗Ｒ１の端子電圧つまりトランジスタＴ２のエミッタ・ベース間電圧が閾値に達すると、トランジスタＴ２がオフ状態からオン状態に移行する。これによって、トランジスタＴ２のエミッタに向けて電流Ｉｅ２が流れ、この電流Ｉｅ２が抵抗Ｒ２を流れる電流Ｉｒ２とトランジスタＴ２のコレクタから出力される電流Ｉｃ２とに分岐される。電流Ｉｃ２は、電流Ｉｒ３およびＩｂ１と合流して抵抗Ｒ４を流れる。
【００２４】
モータ１６の起動時に電流Ｉｒ１，Ｉｅ１，Ｉｃ１およびＩｏｕｔが増大すると、これに伴って、電流Ｉｒ４も増大する。ただし、トランジスタＴ２がオン状態に移行すると、電流Ｉｒ４の一部が電流Ｉｃ２によって補われ、ベース電流Ｉｂ１が減少する。トランジスタＴ１のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅ１は、ベース電流Ｉｂ１の減少によって増大する。この結果、モータ１６に印加される出力電圧Ｖｏｕｔが急激に低下する一方、モータ１６に供給される出力電流Ｉｏｕｔは同じ値を維持する。
【００２５】
出力電流Ｉｏｕｔおよび出力電圧Ｖｏｕｔは、詳しくは図２に示すように変化する。図２を参照して、出力電流Ｉｏｕｔが０Ａ〜０．４３Ａの範囲にあるとき、トランジスタＴ１はオン状態にあり、トランジスタＴ２はオフ状態にある。出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電流Ｉｏｕｔの増加につれて、一定の率で４．４Ｖから３．５Ｖまで降下する。出力電流Ｉｏｕｔが０．４３Ａを超えると、トランジスタＴ２がオフ状態からオン状態に移行する。これによって、出力電流Ｖｏｕｔは急激に３．５Ｖから０Ｖまで垂下する。出力電流Ｉｏｕｔは、０．４３Ａ付近の値を維持する。
【００２６】
電源回路１０が図２のようなＩｏｕｔ−Ｖｏｕｔ特性を持つのは、次の理由による。図１および２を参照して、モータ１６への出力電圧Ｖｏｕｔは、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖａから、抵抗Ｒ１の両端に発生した電圧と、トランジスタＴ１のコレクタ・エミッタ間に発生した電圧Ｖｃｅとを減じた値である。
【００２７】
出力電流Ｉｏｕｔが０Ａ〜０．４３Ａの範囲にあるとき、トランジスタＴ１はオン状態に、トランジスタＴ２はオフ状態にある。トランジスタＴ１のコレクタ−エミッタ電圧Ｖｃｅ１とコレクタ電流Ｉｃ１との関係を示す図３によれば、コレクタ電流Ｉｃ１が０Ａ〜０．４３Ａの範囲にあるとき、コレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅ１はコレクタ電流Ｉｃ１に概ね比例している。従って、抵抗Ｒ１の端子電圧とコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅ１と合計値は、出力電流Ｉｏｕｔに概ね比例することになる。よって、出力電流Ｉｏｕｔが０Ａ〜０．４３Ａの範囲にあるとき、出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電流Ｉｏｕｔの増加につれて線形的に降下する。
【００２８】
一方、出力電流Ｉｏｕｔが０．４３Ａを超えると、トランジスタＴ１に加えトランジスタＴ２もオン状態となり、トランジスタＴ２のコレクタから電流Ｉｃ２が出力される。このコレクタ電流Ｉｃ２の出力によって、トランジスタＴ１のベース電流Ｉｂ１が減少する。ベース電流Ｉｂ１が減少するとコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅ１が上昇し、この電圧上昇によって、図３から分かるようにコレクタ電流Ｉｃ１の低下が回避される。つまり、起動時のように大きな出力電流Ｉｏｕｔをモータ１６に供給する必要があるときは、ベース電流Ｉｂ１の減少とコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅ１の上昇とによって、コレクタ電流Ｉｃ１つまり出力電流Ｉｏｕｔの定電流特性が確保される。
【００２９】
なお、出力電流Ｉｏｕｔが０Ａ〜０．４３Ａの範囲にあるときの出力電圧Ｖｏｕｔの降下率は一定であり、抵抗Ｒ１を十分小さい値に設定すれば、出力電流Ｉｏｕｔの変化に対する出力電圧Ｖｏｕｔの変化が線形的でかつ小さい優れた定電圧特性を得ることができる。
【００３０】
また、出力電流Ｉｏｕｔが０．４３Ａを超えたときの出力電圧Ｖｏｕｔの降下率は、トランジスタＴ１の直流電流増幅率ｈＦＥ１およびトランジスタＴ２の直流電流増幅率ｈＦＥ２に依存する。よって、直流電流増幅率ｈＦＥ１およびｈＦＥ２を十分大きく設定することにより、出力電流Ｉｏｕｔが０．４３Ａを超えたとたん出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖまで急峻に降下するような定電流特性を得ることができる。
【００３１】
次に、出力電圧Ｖｏｕｔの垂下が起こるときの出力電流Ｉｏｕｔの電流値、つまり定電流値について説明する。以下では、電源回路１０の動作をわかりやすくするため、直流電流増幅率ｈＦＥ１およびｈＦＥ２を“１００”とし、抵抗Ｒ１を１．５Ωとし、抵抗Ｒ２を０Ωとし、そして抵抗Ｒ３をオープンとする。抵抗Ｒ４は、自身に１０ｍＡの電流が流れる値と考える。従って、トランジスタＴ１のベース電流Ｉｂ１は、最大で１０ｍＡとなる。また、トランジスタＴ１およびＴ２の各々において、コレクタ電流およびエミッタ電流は互いに等しいものとする。
【００３２】
直流電流増幅率ｈＦＥが“１００”なので、ベース電流Ｉｂ１の最大値が１０ｍＡであれば、コレクタ電流Ｉｃ１の最大値は１Ａとなる。
【００３３】
トランジスタＴ２のコレクタ電流Ｉｃ２とベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅとの関係を図４に示す。図４によれば、環境温度Ｔａが２５℃の場合、コレクタ電流Ｉｃ２が１ｍＡのときベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅは０．６２Ｖになり、コレクタ電流Ｉｃ２が５ｍＡのときベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅは０．６５Ｖとなり、コレクタ電流Ｉｃ２が１０ｍＡのときＶｂｅ２は０．６７Ｖになる。
【００３４】
抵抗Ｒ１が１．５Ωであることから、ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅが０．６２Ｖのとき電流Ｉｒ１は０．４１３Ａ（＝０．６２／１．５）となり、ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅが０．６５Ｖのとき電流Ｉｒ１は０．４３３Ａ（＝０．６５／１．５）となり、ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅが０．６７Ｖのとき電流Ｉｒ１は０．４４７Ａ（＝０．６７／１．５）となる。
【００３５】
抵抗Ｒ４を流れる電流Ｉｒ４（＝１０ｍＡ）は、トランジスタＴ２からのコレクタ電流Ｉｃ２とトランジスタＴ１からのベース電流Ｉｂ１との和に等しい。よって、トランジスタＴ２からのコレクタ電流Ｉｃ２が増加すれば、その分だけトランジスタＴ１のベース電流Ｉｂ１は減少する。
【００３６】
トランジスタＴ２の直流電流増幅率ｈＦＥを“１００”としていることから、トランジスタＴ２のコレクタ電流Ｉｃ２が１ｍＡのとき、トランジスタＴ１のベース電流Ｉｂ１およびコレクタ電流Ｉｃ１はそれぞれ９ｍＡおよび０．９Ａとなる。また、コレクタ電流Ｉｃ２が５ｍＡのとき、ベース電流Ｉｂ１およびコレクタ電流Ｉｃ１はそれぞれ５ｍＡおよび０．５Ａとなる。さらに、コレクタ電流Ｉｃ２が１０ｍＡのとき、ベース電流Ｉｂ１およびコレクタ電流Ｉｃ１はいずれも０Ａになる。以上の特性を表１にまとめる。
【００３７】
【表１】
2005080494.tif 000003
【００３８】
トランジスタＴ２のコレクタ電流Ｉｃ２に対するトランジスタＴ１のコレクタＩｃ１および抵抗Ｒ１の導通電流Ｉｒ１の変化を図５に示す。図５を参照して、電流Ｉｒ１およびＩｃ１は同一出力ライン上を流れるため、各々の数値は定常状態において互いに一致する必要がある。電流Ｉｒ１およびＩｃ１が同じ値になるのは電流Ｉｃ２が５．７ｍＡのときであり、このときの電流Ｉｒ１およびＩｃ１の値は０．４３Ａとなる。この値０．４３Ａが定電流値である。
【００３９】
出力電流Ｉｏｕｔが０．４３Ａを超えるほどのトルクが必要なとき、トランジスタＴ１のコレクタ電流Ｉｃ１はこの値０．４３Ａを超えて増加しようとする。しかし、同時にＴ１のベース電流Ｉｂ１が減少方向に向かうため、コレクタ電流Ｉｃ１は増加しない。そこで、電源回路１０は、出力電圧Ｖｏｕｔを垂下させることにより出力電流Ｉｏｕｔを定電流値０．４３に保たせる動作をすることになる。
【００４０】
この実施例によれば、出力電流が所定値以下の範囲にあるとき出力電流が変動しても出力電圧はほとんど変化せず、出力電流が所定値を超えようとすると出力電圧が垂下して出力電流はほとんど増加しない特性、つまり定電圧特性および定電流特性に優れた電源回路が実現される。この電源回路を用いれば、モータのトルクを安定させることができ、またモータに過剰な電流が流れるのを防ぐことができる。
【００４１】
なお、この実施例の電源回路は、ディジタルカメラ以外にも、例えばビデオカメラやＣＤ，ＤＶＤ等のディスクドライブなど、モータを含む複数の負荷に電源を供給する電子機器に適している。この種の電子機器に本実施例の電源回路を用いれば、モータへの出力電流が所定値以下に制限されるので、他の負荷への供給電力が不足して機器動作に支障が出る事態を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この実施例の電源回路の構成を示すブロック図である。
【図２】モータへの出力電流と出力電圧との関係を示すグラフ図である。
【図３】トランジスタＴ１のコレクタ・エミッタ間電圧とコレクタ電流との関係を示すグラフ図である。
【図４】トランジスタＴ２のベース・エミッタ間電圧とコレクタ電流との関係を示すグラフ図である。
【図５】トランジスタＴ２のコレクタ電流とトランジスタＴ１のコレクタ電流および抵抗Ｒ１を流れる電流の各々との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…電源回路
１２…バッテリ
１４ａ〜ｎ…ＤＣ／ＤＣコンバータ
１６…モータ
【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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