(57)【要約】【課題】直流出力電圧の高速な立ち上がりと広範囲なノイズを低減可能とした安定化電源回路を提供する。【解決手段】直流電源電圧をトランジスタ等の半導体素子の動作により制御して所定の直流電圧を出力する安定化電源回路において、回路の起動時に直流出力電圧が安定するまでの期間は第１のスイッチ１１をオンしてトランジスタ５の出力側にノイズカットフィルタ１０を接続すると共に、第２のスイッチ１２をオフしてアンプ４の基準電圧入力側からノイズカットフィルタ１０を除去する。直流出力電圧が安定した後は、第１のスイッチ１１をオフしてトランジスタ５の出力側にノイズカットフィルタ１０を除去し、第２のスイッチ１２をオンしてアンプ４の基準電圧入力側にノイズカットフィルタ１０を接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源電圧を半導体素子の動作により制御して所定の直流電圧を出力する安定化電源回路において、
前記半導体素子の出力側に第１のスイッチを介して接続可能であり、かつ、基準電圧に応じて前記半導体素子を動作させるアンプの基準電圧入力側に第２のスイッチを介して接続可能な時定数の小さいノイズカットフィルタを備え、
前記安定化電源回路の起動時に直流出力電圧が安定するまでの期間は、第１のスイッチをオンして前記半導体素子の出力側に前記ノイズカットフィルタを接続すると共に、第２のスイッチをオフして前記アンプの基準電圧入力側から前記ノイズカットフィルタを除去し、直流出力電圧が安定した後に、第１のスイッチをオフして前記半導体素子の出力側から前記ノイズカットフィルタを除去すると共に、第２のスイッチをオンして前記アンプの基準電圧入力側に前記ノイズカットフィルタを接続することを特徴とする安定化電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁抵抗や微小電流を測定するために使用される直流電源としての安定化電源回路に関し、詳しくは、立ち上がりが早く、しかもノイズの少ない直流電圧を安定して出力可能な安定化電源回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の安定化電源回路としては種々のものが提供されている。
例えば、後述する特許文献１には、図８に示すように、安定化電圧Ｖｏを検出するための分圧抵抗１０４，１０５と、所定のリファレンス電圧Ｖｒｅｆを発生させるリファレンス回路１０１と、分圧抵抗１０４，１０５により検出した安定化電圧Ｖｏをリファレンス電圧Ｖｒｅｆと比較して両者の誤差信号を出力するエラーアンプ１０２と、この誤差信号により動作して安定化電圧Ｖｏをリファレンス電圧Ｖｒｅｆに一致させるようにフィードバック制御するトランジスタ１０３と、リファレンス電圧Ｖｒｅｆの低域信号を通過させてエラーアンプ１０２に供給するための抵抗１０６及びコンデンサ１０７からなるローパスフィルタと、通常時にリファレンス回路１０１からの発生ノイズを除去し、リファレンス回路１０１を高速で立ち上げられるように前記ローパスフィルタの時定数を切り替えるＦＥＴ１０８と、を備えた安定化電源回路が記載されている。
【０００３】
この従来技術によれば、リファレンス回路１０１を構成するトランジスタからノイズが発生している場合でも、このノイズがローパスフィルタにより除去されたリファレンス電圧Ｖｒｅｆがエラーアンプ１０２に供給されるため、その出力に応じてフィードバック制御される安定化電圧Ｖｏには上記ノイズが影響することがなく、低ノイズの安定化電圧Ｖｏを得ることができる。
また、リファレンス回路１０１を立ち上げる際に、ローパスフィルタの遮断周波数が高速立ち上げとなるようにＦＥＴ１０８によって切り替えられるので、安定化電圧Ｖｏの立ち上がり特性が悪化するおそれもないものである。
【０００４】
また、他の従来技術として、特許文献２には、図９に示すように、電源ラインに接続されて所望電圧Ｖｏｕｔを出力するためのトランジスタ２０１と、このトランジスタ２０１の入力側に接続されたツェナーダイオード２０２及び抵抗２０５と、ツェナーダイオード２０２により規定されるリファレンス電圧とトランジスタ２０１の出力側帰還電圧とを受けてトランジスタ２０１を制御する演算増幅器２０３と、前記リファレンス電圧のノイズを除去するフィルタ回路２０４とを備えた安定化電源回路が記載されている。
【０００５】
この従来技術によれば、演算増幅器２０３にはツェナーダイオード２０２により規定されたリファレンス電圧とトランジスタ２０１の出力側帰還電圧とが入力され、かつ、ツェナーダイオード２０２から発生する１／ｆノイズがフィルタ回路２０４によって除去されるため、安定した低ノイズの出力電圧Ｖｏｕｔを得ることが可能となっている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１６２５９号公報（段落［０００６］，［０００７］、図１等）
【特許文献２】特開平５−１２７７６１号公報（段落［０００７］〜［００１１］，［００２７］、図１，図２等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１，２に記載された従来技術には、以下のような問題がある。
まず、特許文献１に係る従来技術によれば、リファレンス電圧Ｖｒｅｆのノイズ除去は可能であるが、例えば交流電源電圧を整流平滑して直流電源電圧Ｖｃｃを得ている場合、トランジスタ１０３を通過する交流電源の低周波ノイズが出力電圧Ｖｏに現れることになり、この低周波ノイズが出力電圧Ｖｏの安定化を阻害する原因となる。
【０００８】
また、特許文献２に係る従来技術によれば、１／ｆノイズを除去することは可能であるものの、そのためには時定数が大きいフィルタ回路２０４を常時接続しておく必要があり、これが立ち上がり特性の悪化や回路全体の大型化を招いていた。
更に、特許文献２に係る従来技術では、原理的に出力電圧がリファレンス電圧と同一値に制御されるため、リファレンス電圧より大きい出力電圧を得たい場合には、リファレンス電圧を大きくするか特許文献１のように抵抗分圧する必要があり、これらが部品の高耐圧化や部品数の増加を招く等の問題があった。
【０００９】
そこで本発明の解決課題は、直流出力電圧の高速な立ち上がりと広範囲なノイズを低減可能とした安定化電源回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係る安定化電源回路は、直流電源電圧をトランジスタ等の半導体素子の動作により制御して所定の直流電圧を出力する安定化電源回路において、
前記半導体素子の出力側に第１のスイッチを介して接続可能であり、かつ、基準電圧に応じて前記半導体素子を動作させるアンプの基準電圧入力側に第２のスイッチを介して接続可能な時定数の小さいノイズカットフィルタを備え、
前記安定化電源回路の起動時に直流出力電圧が安定するまでの期間は、第１のスイッチをオンして前記半導体素子の出力側に前記ノイズカットフィルタを接続すると共に、第２のスイッチをオフして前記アンプの基準電圧入力側から前記ノイズカットフィルタを除去し、直流出力電圧が安定した後に、第１のスイッチをオフして前記半導体素子の出力側から前記ノイズカットフィルタを除去すると共に、第２のスイッチをオンして前記アンプの基準電圧入力側に前記ノイズカットフィルタを接続するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回路を起動して直流出力電圧を立ち上げる際に半導体素子の出力側に例えば抵抗及びコンデンサの直列回路からなる時定数の小さいノイズカットフィルタを接続することにより、直流出力電圧を高速に立ち上げることができる。また、直流出力電圧が安定した後にノイズカットフィルタを半導体素子の出力側から除去し、アンプの基準電圧入力側に挿入することで、直流電源電圧に含まれる交流ノイズを除去することが可能である。
なお、本発明は、従来技術のように直流出力電圧が基準電圧に一致するようにフィードバック動作させる方法によらないため、直流出力電圧の大きさは基準電圧によって制約を受けず、所望の大きさの直流電圧を安定して出力させることが可能である。
加えて、比較的簡単な回路構成により実現可能であるから、回路の大形化やコストの上昇を招く恐れもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態を示す回路図である。図１において、１は交流電源、２はダイオードブリッジからなる整流回路、３は整流回路２の出力側両端に接続された平滑コンデンサ、４はオペアンプ、５はオペアンプ４の出力端子がベースに接続され、コレクタが平滑コンデンサ３の一端に接続されたトランジスタ、２１はトランジスタ５のエミッタに接続された正側出力端子、２２は平滑コンデンサ３の他端に接続された負側出力端子、２３は基準電源（図示せず）に接続された基準電圧入力端子、６，７は基準電圧入力端子２３と負側出力端子２２との間に直列接続された分圧用の抵抗であり、これらの抵抗６，７同士の接続点はオペアンプ４の一方の入力端子に接続されている。なお、オペアンプ４の他方の入力端子は接地されている。
上記構成において、交流電源１、整流回路２及び平滑コンデンサ３は請求項における直流電源を構成している。
ここで、オペアンプ４により制御される半導体素子としては、トランジスタ（バイポーラトランジスタ）５の代わりにＦＥＴを用いても良い。
【００１３】
また、８はフィルタ抵抗、９はフィルタコンデンサであり、これらを直列接続したノイズカットフィルタ１０が、正側出力端子２１と負側出力端子２２との間に第１のスイッチ１１を介して接続可能となっている。更に、フィルタ抵抗８と前記抵抗６との間には、第１のスイッチ１１に連動する第２のスイッチ１２が接続可能となっている。ここで、フィルタ抵抗８の抵抗値は小さい値に設定されており、ノイズカットフィルタ１０の時定数を小さくして起動時におけるフィルタコンデンサ９の充電時間を短くするように考慮されている。
なお、第１，第２のスイッチ１１，１２は、例えば半導体スイッチにより構成することができる。
【００１４】
次に、この実施形態の動作を説明する。
本実施形態では、例えば、出力端子２１，２２間の直流出力電圧を１００〔Ｖ〕とする場合に、基準電圧入力端子２３に印加される基準電圧を１〔Ｖ〕とし、抵抗６を２０〔ｋΩ〕、抵抗７を２〔ＭΩ〕、フィルタ抵抗８を５０〔ｋΩ〕、フィルタコンデンサ９を９.２〔μＦ〕に設定する。なお、これらの値はあくまで一実施例に過ぎず、本発明の技術的範囲を何ら限定するものでないことは言うまでもない。
まず、この安定化電源回路の起動時に直流出力電圧を立ち上げる際には、第１のスイッチ１１をオンにして出力端子２１，２２の間にノイズカットフィルタ１０を挿入し、他方、第２のスイッチ１２をオフしておく。
【００１５】
この状態では、基準電圧が加えられているオペアンプ４の出力電圧によってトランジスタ５がオンし、交流電源１の電圧を整流平滑した直流電源電圧が出力端子２１，２２の間に供給される。また、これらの出力端子２１，２２間の電圧によりスイッチ１１、フィルタ抵抗８を介してフィルタコンデンサ９が充電される。ノイズカットフィルタ１０の時定数はフィルタ抵抗８の抵抗値及びフィルタコンデンサ９の容量値により決まり、前述したようにフィルタ抵抗８の抵抗値を小さく設定することで、直流出力電圧を高速に立ち上げることができる。
【００１６】
また、直流出力電圧が立ち上がって所定値にて安定した時に、第１のスイッチ１１をオフして第２のスイッチ１２をオンする。
これにより、オペアンプ４の基準電圧入力側にはノイズカットフィルタ１０が接続されることになり、基準電圧に含まれるノイズがフィルタコンデンサ９により吸収されると共に、出力端子２１，２２から出力される直流電源電圧に交流電源１の１／ｆノイズや高周波ノイズ等の交流ノイズが重畳されている場合にも、これらの交流ノイズをフィルタコンデンサ９によって吸収することができる。
【００１７】
従って、この実施形態によれば、ノイズカットフィルタ１０を適切なタイミングで回路に挿入することで、直流出力電圧の立ち上がりを高速化しつつ広範囲なノイズ成分を確実に除去することができる。
なお、本実施形態においては直流出力電圧が基準電圧に一致するようにフィードバック動作させるものではないから、直流出力電圧の大きさが基準電圧によって制約を受けることはなく、直流出力電圧を抵抗分圧して基準電圧を得る場合のように、抵抗値の大きい分圧抵抗によって回路が大形化する恐れもない。
【００１８】
次に、図２〜図７は、本実施形態の作用効果を説明するための図である。
まず、図２は、図１における第１のスイッチ１１を常時オフし、第２のスイッチ１２を常時オンすることにより、ノイズカットフィルタ１０を出力端子２１，２２の間に常に接続せず、オペアンプ４の基準電圧入力側に常に接続した状態において、直流出力電圧が０〔Ｖ〕から１００〔Ｖ〕まで立ち上がるまでの波形を示している。
この場合、ノイズカットフィルタ１０には抵抗６が直列に接続されることになり、抵抗６，８及びフィルタコンデンサ９からなる直列回路の時定数が大きくなるので、オペアンプ４の基準電圧を出力端子２１の電圧と見かけ上、同電位にするための時間が長くかかり、立ち上がりが遅くなる。
図２によれば、立ち上がり時間は約１６．４４〔ｓ〕となっている。
【００１９】
一方、図３及び図４は、第１のスイッチ１１をオンした状態で回路を起動することにより直流出力電圧を立ち上げ、その後、第１のスイッチ１１を引き続きオンにした場合（図３）、及び、第１のスイッチ１１をオフして第２のスイッチ１２をオンし、ノイズカットフィルタ１０を出力端子２１，２２の間に接続せず、オペアンプ４の基準電圧入力側に接続した場合（図４）の立ち上がり波形である。
これらの何れの場合も、直流出力電圧の立ち上がり時間は約４〔ｍｓ〕であり、図２に比べて約１／４０００の時間で直流出力電圧が高速に立ち上がっていることがわかる。
特に、図４の波形は本発明の実施形態によりスイッチ１１，１２のオン、オフを制御した場合のものであり、起動時に第１のスイッチ１１をオンしてフィルタコンデンサ９を瞬時に充電すると共に、オペアンプ４の基準電圧を出力端子２１の電圧と見かけ上、同電位にして直流出力電圧を急速に立ち上げ、その後、第２のスイッチ１２をオンすることによりフィルタ効果を持たせている。
【００２０】
また、図５〜図７は、この実施形態に係る安定化電源回路を用いて、安定性の高い容量性絶縁物として０．１〔μＦ〕の容量をもつフィルムコンデンサの絶縁抵抗を測定した場合の波形図である。
図５は、回路の起動時から第１のスイッチ１１をオフ（第２のスイッチ１２をオン）し、ノイズカットフィルタ１０を出力端子２１，２２の間から除去すると共にオペアンプ４の基準電圧入力側に接続したままにして絶縁抵抗を測定した例である。この図５によれば、絶縁抵抗の測定値は時間の経過と共に真値に近付いていくが、測定当初はノイズカットフィルタ１０による直流出力電圧の立ち上がりの遅れが影響しており、測定値の直線性が悪くなっている。
【００２１】
図６は、回路の起動時から第１のスイッチ１１をオン（第２のスイッチ１２をオフ）し、ノイズカットフィルタ１０を出力端子２１，２２の間に接続した状態を維持して絶縁抵抗を測定した例である。この図６によれば、直流出力電圧の立ち上がりの遅れはなく、また、測定値の直線性も保たれているが、測定値が真値に近付くにつれて交流ノイズの影響が測定値に大きく現れていることがわかる。
【００２２】
また、図７は、回路の起動時に第１のスイッチ１１をオン（第２のスイッチ１２をオフ）してノイズカットフィルタ１０を出力端子２１，２２の間に接続しておき、直流出力電圧が安定した後に第１のスイッチ１１をオフ（第２のスイッチ１２をオン）してノイズカットフィルタ１０を出力端子２１，２２の間から除去した場合のものであり、前述した本発明の実施形態に相当する波形図である。
この図７によれば、直流出力電圧の立ち上がりの遅れはなく、測定値の直線性も保たれていると共に、交流ノイズがノイズカットフィルタ１０により吸収されて直流出力電圧にほとんど現れておらず、高精度な測定値が得られている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態を示す回路図である。
【図２】本実施形態の作用効果を確認するための直流出力電圧の立ち上がり波形を示す図である。
【図３】本実施形態の作用効果を確認するための直流出力電圧の立ち上がり波形を示す図である。
【図４】本実施形態の作用効果を確認するための直流出力電圧の立ち上がり波形を示す図である。
【図５】本実施形態の作用効果を確認するためにフィルムコンデンサの絶縁抵抗を測定した場合の特性図である。
【図６】本実施形態の作用効果を確認するためにフィルムコンデンサの絶縁抵抗を測定した場合の特性図である。
【図７】本実施形態の作用効果を確認するためにフィルムコンデンサの絶縁抵抗を測定した場合の特性図である。
【図８】特許文献１に記載された従来技術を示す回路図である。
【図９】特許文献２に記載された従来技術を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２４】
１：交流電源
２：整流回路
３：平滑コンデンサ
４：オペアンプ
５：トランジスタ
６，７：抵抗
８：フィルタ抵抗
９：フィルタコンデンサ
１０：ノイズカットフィルタ
１１，１２：スイッチ
２１，２２：出力端子
２３：基準電圧入力端子
【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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