(57)【要約】【課題】内部消費電力を負荷機器の台数によらずに常に一定にする。【解決手段】定電流源回路は、定電圧源ＣＶＳと、定電圧源ＣＶＳと負荷機器ＤＤＣとの間に直列に挿入され、一定電流ＩS を負荷機器ＤＤＣに供給する定電流部１と、定電流部１の両端電圧ＶD が一定値となるように、出力電圧ＶS を調整する電圧調整部２とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電圧源と負荷との間に直列に挿入され、前記定電圧源から出力される電圧を入力として一定電流を前記負荷に供給する定電流部と、
前記定電圧源と前記定電流部との間に設けられ、前記定電流部の両端電圧が一定値となるように前記定電圧源から前記定電流部に出力される電圧を調整する電圧調整部とを有することを特徴とする定電流源回路。
【請求項２】
請求項１記載の定電流源回路において、
前記電圧調整部は、前記定電圧源から出力される電圧をスイッチングしてパルス電圧に変換するスイッチング素子と、前記パルス電圧を整流平滑して前記定電流部に供給する整流平滑回路と、前記定電流部の両端電圧が一定値となるように前記スイッチング素子のオン／オフする時間を制御する制御回路とを備えることを特徴とする定電流源回路。
【請求項３】
定電圧源と負荷との間に直列に挿入され、前記定電圧源から出力される電圧を入力として一定電流を前記負荷に供給する定電流部に対して、前記定電流部の両端電圧が一定となるように前記定電圧源から前記定電流部に出力される電圧を調整することを特徴とする定電流源回路の制御方法。
【請求項４】
請求項３記載の定電流源回路の制御方法において、
前記定電圧源から出力される電圧をスイッチング素子でスイッチングしてパルス電圧に変換し、このパルス電圧を整流平滑して得られる電圧を前記定電流部に供給し、前記定電流部の両端電圧が一定値となるように前記スイッチング素子のオン／オフする時間を制御することを特徴とする定電流源回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばカレントループ通信に使用される定電流源回路とその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カレントループ通信は、電流の変化によって信号を伝送する通信方式であり、ケーブル延伸時にケーブルの抵抗による影響を受けにくい特徴がある（例えば、非特許文献１参照）。このようなカレントループ通信用の電源としては、ドロッパ方式の定電流源回路が用いられている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００３】
図４は従来の定電流源回路の構成を示すブロック図である。定電流源回路は、定電圧源ＣＶＳと、定電流部１１とを有する。ＮＰＮトランジスタＱ１１と抵抗Ｒ１１，Ｒ１２とツェナダイオードＤ１１とからなるドロッパ方式の定電流部１１は、カレント通信用の一定電流ＩS を生成する。図４の定電流源回路では、出力端子１２，１３間に直列に接続される負荷機器ＤＤＣの台数が想定し得る最大数のときの負荷電圧ＶO に合わせて定電圧源ＣＶＳの出力電圧ＶS が予め設定される。定電流部１１は、定電圧源ＣＶＳの出力電圧ＶS と負荷電圧ＶO との差の電圧（ドロップ電圧）ＶD により動作する。定電圧源ＣＶＳの出力電圧ＶS は一定なので、定電流部１１の両端電圧ＶD は負荷機器ＤＤＣの台数により変動する。
【０００４】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【非特許文献１】“通信の基本用語−カレントループ−”，［online］，株式会社ラインアイ，［平成１６年１月２７日検索］，インターネット＜http://www.lineeye.co.jp/html/term＿current.html＞
【非特許文献２】“３端子レギュレータの基本動作と正しい使い方”，［online］，トランジスタ技術編集部，［平成１６年１月２７日検索］，インターネット＜http://www.cqpub.co.jp/hanbai/pdf/34391＿onboard/34391＿onboard.pdf ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図４に示した定電流源回路では、定電流部１１の両端電圧ＶD は負荷機器ＤＤＣの台数により変動し、負荷機器ＤＤＣの台数が少ないほど両端電圧ＶD は大きくなる。定電流部１１の両端電圧ＶD が必要以上に大きくなると、定電流部１１で無駄な電力を消費してしまい、定電流部１１の発熱が大きくなるという問題点があった。図５は、図４の定電流源回路の問題点を説明するための図であり、横軸は負荷機器ＤＤＣの台数、縦軸は電力である。図４の定電流源回路の場合、定電圧源ＣＶＳから入力される電力ＰはＰ＝ＶS×ＩSで一定である。これに対して、負荷機器ＤＤＣに出力される電力は、負荷機器ＤＤＣが減少すると低下し、一方、負荷機器ＤＤＣの減少による電圧ＶD の上昇により定電流部１１で消費される内部消費電力は増大する。このような定電流部１１の無駄な発熱を解決するために、定格の大きい部品の使用やヒートシンクの追加などの対策を行う必要があり、その結果、定電流源回路のサイズが大きくなってしまい、電源の小型化の阻害要因となっていた。電気製品の省エネルギーと省スペース設計は世の中の潮流となっており、カレントループ通信用の定電流源回路においても省エネルギーと省スペースが重要な設計事項となっている。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、内部消費電力を負荷機器の台数によらずに常に一定にすることができる定電流源回路とその制御方法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】
【０００７】
本発明の定電流源回路は、定電圧源と負荷との間に直列に挿入され、前記定電圧源から出力される電圧を入力として一定電流を前記負荷に供給する定電流部と、前記定電圧源と前記定電流部との間に設けられ、前記定電流部の両端電圧が一定値となるように前記定電圧源から前記定電流部に出力される電圧を調整する電圧調整部とを有するものである。本発明では、定電流部の両端に必要以上の電圧を加えないために、定電圧源から定電流部に出力される電圧を負荷電圧に比例して調整するようにした。
また、本発明の定電流源回路の１構成例において、前記電圧調整部は、前記定電圧源から出力される電圧をスイッチングしてパルス電圧に変換するスイッチング素子と、前記パルス電圧を整流平滑して前記定電流部に供給する整流平滑回路と、前記定電流部の両端電圧が一定値となるように前記スイッチング素子のオン／オフする時間を制御する制御回路とを備えるものである。
【０００８】
また、本発明の定電流源回路の制御方法は、定電圧源と負荷との間に直列に挿入され、前記定電圧源から出力される電圧を入力として一定電流を前記負荷に供給する定電流部に対して、前記定電流部の両端電圧が一定となるように前記定電圧源から前記定電流部に出力される電圧を調整するようにしたものである。
また、本発明の定電流源回路の制御方法の１構成例は、前記定電圧源から出力される電圧をスイッチング素子でスイッチングしてパルス電圧に変換し、このパルス電圧を整流平滑して得られる電圧を前記定電流部に供給し、前記定電流部の両端電圧が一定値となるように前記スイッチング素子のオン／オフする時間を制御するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、定電圧源から定電流部に出力される電圧を調整する電圧調整部を設けることにより、定電流部の両端電圧が常に一定値となるようにすることができ、定電流部の消費電力を負荷の台数によらずに常に一定にすることができる。その結果、定電流部の無駄な発熱を抑えることができるので、定格値の小さい部品の採用やヒートシンクの不採用などの製品の小型化対策を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態となる定電流源回路の構成を示すブロック図である。
定電流源回路は、定電圧源ＣＶＳと、定電圧源ＣＶＳと負荷機器ＤＤＣとの間に直列に挿入され、定電圧源ＣＶＳから出力される電圧を入力として一定電流ＩS を負荷機器ＤＤＣに供給する定電流部１と、定電圧源ＣＶＳと定電流部１との間に設けられ、定電流部１の両端電圧ＶD に応じて出力電圧ＶS を調整する電圧調整部２とを有する。
【００１１】
定電流部１は、ＮＰＮトランジスタＱ１と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、ツェナダイオードＤ１とから構成される。
電圧調整部２は、チョッパ回路と制御回路２０とを有し、チョッパ回路は、スイッチング素子であるパワーＭＯＳトランジスタＱ２と、ダイオードＤ２と、チョークコイルＬ１と、コンデンサＣ１とから構成される。
【００１２】
電圧調整部２のパワーＭＯＳトランジスタＱ２は、定電圧源ＣＶＳの出力電圧をスイッチングしてパルス電圧に変換する。制御回路２０は、パワーＭＯＳトランジスタＱ２のゲート端子に制御パルス電圧Ｖ１を出力することにより、パワーＭＯＳトランジスタＱ２のスイッチング動作を制御する。
ダイオードＤ２とチョークコイルＬ１とコンデンサＣ１とからなる整流平滑回路は、パワーＭＯＳトランジスタＱ２のスイッチングによって発生したパルス電圧を整流平滑して、直流出力電圧Ｖｓに変換する。
【００１３】
定電流部１は、電圧調整部２の出力端子３，４間に、負荷機器ＤＤＣと定電流部１とが直列に接続されるように配置され、電圧調整部２の出力電圧ＶS と負荷電圧ＶO との差の電圧ＶD により動作し、負荷機器ＤＤＣに対して一定電流ＩS を出力する。
【００１４】
ここで、定電流源回路の出力端子５，６間の負荷電圧ＶO は、出力端子５，６間に直列に接続された負荷機器ＤＤＣの台数によって変化する。図２は負荷電圧ＶO が低下した場合の定電流源回路の動作を示す波形図である。例えば、負荷機器ＤＤＣの台数が減少した場合、負荷電圧ＶO は低下する。ＶS＝ＶO＋ＶD であり、負荷電圧ＶO が低下した瞬間は電圧調整部２による電圧ＶS の調整が追いつかず、電圧ＶS は一定のままなので、負荷電圧ＶO が図２（ａ）のように低下した瞬間に、定電流部１の両端電圧ＶD は図２（ｂ）のように負荷電圧ＶO の低下分だけ上昇する。
【００１５】
この定電流部１の両端電圧ＶD は、電圧調整部２の制御回路２０にフィードバックされる。制御回路２０は、入力された電圧ＶD に基づいてＰＷＭ制御を行う。すなわち、制御回路２０は、一定周期Ｔ毎に出力する制御パルス電圧Ｖ１のパルス幅Ｔｗｉｄｔｈを変えてパワーＭＯＳトランジスタＱ２がオン／オフする時間を変えることにより、定電流部１の両端電圧ＶD が一定になるように制御する。
【００１６】
制御回路２０は、定電流部１の両端電圧ＶD が上昇した場合、制御パルス電圧Ｖ１のパルス幅Ｔｗｉｄｔｈを図２（ｃ）のように狭くする。パワーＭＯＳトランジスタＱ２は制御パルス電圧Ｖ１がハイレベルのときオンし、ローレベルのときオフするので、制御パルス電圧Ｖ１のパルス幅Ｔｗｉｄｔｈが狭くなると、一定周期ＴにおいてパワーＭＯＳトランジスタＱ２がオンする期間とオフする期間との比率が変わり、オンする期間が短くなるので、電圧調整部２の出力電圧ＶS は図２（ｄ）のように低下する。
【００１７】
前述のとおり、ＶS＝ＶO＋ＶD であり、負荷電圧ＶO は負荷機器ＤＤＣの減少により低下した後は一定値を維持している。したがって、定電流部１の両端電圧ＶD は、図２（ｂ）のように電圧ＶS の低下分だけ降下して、一定値に復帰する。
【００１８】
図２に示した例は、負荷電圧ＶO が低下した場合であるが、負荷機器ＤＤＣの台数が増えた場合には、負荷電圧ＶO は上昇する。負荷電圧ＶO が上昇した瞬間、定電流部１の両端電圧ＶD は負荷電圧ＶO の上昇分だけ低下する。制御回路２０は、定電流部１の両端電圧ＶD が低下した場合、制御パルス電圧Ｖ１のパルス幅Ｔｗｉｄｔｈを広くする。これにより、一定周期ＴにおいてパワーＭＯＳトランジスタＱ２がオンする期間が長くなるので、電圧調整部２の出力電圧ＶS は上昇する。定電流部１の両端電圧ＶD は、電圧ＶS の上昇分だけ上昇して、一定値に復帰する。
【００１９】
以上、説明したように負荷電圧ＶO の増減に応じて電圧調整部２の出力電圧ＶS を自動的に調整することにより、定電流部１の両端電圧ＶD を常に一定値に維持することができる。図３は本実施の形態の効果を説明するための図であり、横軸は負荷機器ＤＤＣの台数、縦軸は電力である。本実施の形態の場合、電圧調整部２の出力電圧ＶS は負荷機器ＤＤＣの台数に応じて自動的に調整され、これにより、電圧調整部２から入力される電力Ｐ＝ＶS×ＩSは負荷機器ＤＤＣの台数に比例して増減することになる。したがって、負荷機器ＤＤＣの台数が減少して負荷電圧ＶO が低下したとしても、電圧調整部２から入力される電力Ｐが自動的に減少するため、定電流部１で消費される内部消費電力が増大することはない。
【００２０】
こうして、本実施の形態では、定電流部１の消費電力を負荷機器ＤＤＣの台数によらずに常に一定にすることができる。その結果、本実施の形態の定電流源回路では、定電流部１の無駄な発熱を抑えることができるので、定格値の小さい部品の採用やヒートシンクの不採用などの製品の小型化対策を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、例えばカレントループ通信用の定電流源回路に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態となる定電流源回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態において負荷電圧が低下した場合の定電流源回路の動作を示す波形図である。
【図３】本発明の実施の形態の定電流源回路の効果を説明するための図である。
【図４】従来の定電流源回路の構成を示すブロック図である。
【図５】従来の定電流源回路の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…定電流部、２…電圧調整部、ＣＶＳ…定電圧源、ＶO …負荷電圧、ＶS …電圧調整部の出力電圧、ＶD …定電流部の両端電圧、ＩS …定電流部の出力電流。
【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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