(57)【要約】【課題】ＤＣ電源電圧精度が、使用するロードスイッチの持つ抵抗成分や、ロードスイッチの出力端からＤＣ電源装置の出力端までの基板配線パターンの導体抵抗や、電流負荷に左右されることがないＤＣ電源装置を提供する。【解決手段】出力電圧をフィードバックして出力電圧を制御する電圧制御部１１５を有するＤＣ電源装置であって、スイッチ手段１１８の出力側に直列接続された第一の抵抗器２０２と第二の抵抗器１１６と第三の抵抗器１１７と、ＤＣ電源部とスイッチ手段の共通接続点にアノード側が接続され第二の抵抗器と第三の抵抗器の共通接続点にカソード側が接続されたダイオード２０１と、を備え、第二の抵抗器と第三の抵抗器の共通接続点が電圧制御部に接続されており、スイッチ手段がＯＮの際に、第一の抵抗器の両端電位差が、ダイオードの順方向電圧よりも低い電圧となるように設定されているＤＣ電源装置により前記課題を解決する。【選択図】図１
2009106068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧をフィードバックして出力電圧を制御する電圧制御部を有するＤＣ電源部と、前記ＤＣ電源部の出力をＯＮまたはＯＦＦするスイッチ手段とを備えたＤＣ電源装置であって、
前記スイッチ手段の出力側に直列接続された第一の抵抗器と第二の抵抗器と第三の抵抗器と、前記ＤＣ電源部と前記スイッチ手段の共通接続点にアノード側が接続され前記第二の抵抗器と前記第三の抵抗器の共通接続点にカソード側が接続されたダイオードと、を備え、前記第二の抵抗器と前記第三の抵抗器の共通接続点が前記電圧制御部に接続されており、前記スイッチ手段がＯＮの際に、前記第一の抵抗器の両端電位差が、前記ダイオードの順方向電圧よりも低い電圧となるように設定されていることを特徴とするＤＣ電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＤＣ電源装置において、
前記スイッチ手段は、ＦＥＴ、トランジスタ、機械的スイッチのいずれかで構成されることを特徴とするＤＣ電源装置。
【請求項３】
請求項１に記載のＤＣ電源装置において、
前記電圧制御部は、シャントレギュレータ、オペアンプ、コンパレータのいずれかで構成されることを特徴とするＤＣ電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ電圧出力をスイッチ（ロードスイッチともいう）を用いてＯＮ／ＯＦＦすることが可能なＤＣ電源装置に関し、特にその出力電圧精度の向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来のロードスイッチ付きＤＣ電源装置の回路図を示した図である。
図中１０１はインレット、１０２はヒューズ、１０３はコモンモードコイル、１０４は整流ダイオードブリッジ、１０５は１次平滑電解コンデンサ、１０６は起動抵抗、１０７はスイッチングＦＥＴ、１０８はトランス、１０９は電源ＩＣである。１１０は電流検出抵抗、１１１はフォトカプラ、１１２はダイオード、１１３はチョークコイル、１１４は平滑コンデンサ、１１５はシャントレギュレータ、１１６、１１７はレギュレーション抵抗である。１１８はＰｃｈＭＯＳＦＥＴで構成されるロードスイッチＦＥＴ、１１９はロードスイッチＦＥＴ１１８のソース側のＤＣ電源電圧、１２０はロードスイッチＦＥＴ１１８のドレイン側のＤＣ電源電圧であり、ＤＣ電源装置の出力端電圧である。１２１は電源スイッチ、１２２はＤＣ電源装置に接続される負荷である。
【０００３】
通常動作として、インレット１０１より入力されたＡＣ電源は、整流ダイオードブリッジ１０４を介し、全波整流され、１次平滑電解コンデンサ１０５にＤＣ電圧としてチャージされる。さらに、このＤＣ電圧は、起動抵抗１０６を介し、電源ＩＣ１０９を起動する。電源ＩＣ１０９が起動すると、スイッチングＦＥＴ１０７を所定のスイッチング周波数で動作させ、トランス１０８に電流を流す。トランス１０８が動作すると、トランスの補助巻き線により作られた電源が電源ＩＣ１０９に供給されるようになる。このため、電源ＩＣ１０９は動作を続けることが可能となり、引き続きスイッチングＦＥＴＩ０７をスイッチング動作させることが出来るようになり、トランス１０８は安定した動作を続けることが可能となる。さらに、トランス１０８により変圧された２次側の電圧は、ダイオード１１２により整流される。さらに、チョークコイル１１３と平滑コンデンサ１１４により平滑されＤＣ電源電圧１１９が出力される。ＤＣ電源電圧１１９がレギュレーション抵抗１１６と１１７とで分圧された電圧がシャントレギュレータ１１５に入力される。この入力される電圧レベルに応じたフィードバック信号がシャントレギュレータ１１５とフォトカプラ１１１により作られ、電源ＩＣ１０９へフィードバックされる。そして、このフィードバック信号を元に電源ＩＣ１０９がスイッチングＦＥＴ１０７のスイッチングデューティを変化させることで、安定したＤＣ電源電圧１１９の制御が可能となる。
ここで、電源スイッチ１２１がＯＮの場合、ロードスイッチＦＥＴ１１８のドレイン側とソース側が通電状態となり、出力端からＤＣ電源電圧１２０が出力される。
この際、ＤＣ電源電圧１１９をＶ１１９とした場合、Ｖ１１９は、次の式で表される電圧に制御されるように回路が働くことになる。
【０００４】
Ｖ１１９＝（Ｖｒｅｆ×（Ｒ１＋Ｒ２））／Ｒ２
Ｒ１：レギュレーション抵抗１１６の抵抗値
Ｒ２：レギュレーション抵抗１１７の抵抗値
Ｖｒｅｆ：シャントレギュレータ１１５のリファレンス電圧
【０００５】
また、ＤＣ電源電圧１２０をＶ１２０とした場合、Ｖ１２０は、次の式で表され、出力端のＤＣ電源電圧１２０は次に示すＲｏｎと、Ｉｏｎに依存して変動することになってしまう。
【０００６】
Ｖ１２０＝Ｖ１１９−Ｒｏｎ×Ｉｏｎ
Ｖ１２０：出力端のＤＣ電源電圧１２０
Ｖ１１９：ＤＣ電源電圧１１９
Ｒｏｎ：ロードスイッチＦＥＴのドレイン−ソース間の抵抗
Ｉｏｎ：負荷電流
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これまで説明してきた、従来のロードスイッチ付きＤＣ電源装置は、実際に使用するのは出力端からのＤＣ電源電圧１２０にもかかわらず、ロードスイッチＯＦＦ時にもＤＣ電源電圧１１９を制御している。このため、レギュレーション電圧をＤＣ電源電圧１１９から取らざるを得ない。
この従来のロードスイッチ付きＤＣ電源装置は、以下の要因により出力端のＤＣ電源電圧１２０が変動してしまい安定したＤＣ電源電圧を供給することが難しい。
ロードスイッチＦＥＴ１１８のドレイン・ソース間抵抗による要因。
ロードスイッチＦＥＴ１１８のドレイン・ソース間の抵抗のばらつき。
ロードスイッチＦＥＴ１１８のドレイン端からＤＣ電源装置の出力端までの基板配線パターン分の導体抵抗による影響。
【０００８】
なお、前記要因の対策として、ロードスイッチＦＥＴ１１８に、ドレイン・ソース間抵抗の低いＦＥＴを使用すると、コスト的にも高額になってしまう。
また、ロードスイッチとしてＦＥＴの代わりに、メカ接点のスイッチを使用したとしても、スイッチの接触抵抗やばらつきに左右される。さらには前記３番目の要因である「ロードスイッチＦＥＴ１１８のドレイン端からＤＣ電源装置の出力端の基板配線パターン分の導体抵抗による影響。」はそのまま残ってしまうことになる。
【０００９】
このように、従来のロードスイッチ付きＤＣ電源装置は、ＤＣ電源電圧精度が使用するロードスイッチの持つ抵抗成分と電流負荷と、ロードスイッチの出力端とＤＣ電源装置の出力端までの基板配線パターンの導体抵抗や負荷電流により左右される。そして対策によるコストが高いという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、ＤＣ電源電圧精度が、出力側のスイッチ、基板配線パターンの抵抗や、電流負荷に左右されることがないＤＣ電源装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため本発明では、ＤＣ電源装置を次の（１）のとおりに構成する。
【００１２】
（１）出力電圧をフィードバックして出力電圧を制御する電圧制御部を有するＤＣ電源部と、前記ＤＣ電源部の出力をＯＮまたはＯＦＦするスイッチ手段とを備えたＤＣ電源装置であって、
前記スイッチ手段の出力側に直列接続された第一の抵抗器と第二の抵抗器と第三の抵抗器と、前記ＤＣ電源部と前記スイッチ手段の共通接続点にアノード側が接続され前記第二の抵抗器と前記第三の抵抗器の共通接続点にカソード側が接続されたダイオードと、を備え、前記第二の抵抗器と前記第三の抵抗器の共通接続点が前記電圧制御部に接続されており、前記スイッチ手段がＯＮの際に、前記第一の抵抗器の両端電位差が、前記ダイオードの順方向電圧よりも低い電圧となるように設定されているＤＣ電源装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、安価な構成で、ＤＣ電源電圧精度が、使用するロードスイッチの持つ抵抗成分や、ロードスイッチの出力端からＤＣ電源装置の出力端までの基板配線パターンの導体抵抗や、電流負荷に左右されることがないＤＣ電源装置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】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、実施例１である“ＤＣ電源装置”の回路図である。整流ダイオードブリッジ１０４から平滑コンデンサ１１４までの回路が請求項でいうＤＣ電源部に相当する。また、抵抗２０２、１１６、１１７が請求項でいう直列接続された第一の抵抗器、第二の抵抗器、第三の抵抗器に相当し、共通の接続点が請求項でいう共通接続点である。
背景技術で示した図５のＤＣ電源装置と異なる点は、ダイオード２０１と抵抗２０２を接続した点である。すなわち、ダイオード２０１のアノード側を電源電圧１１９の発生部に、カソード側を抵抗１１６に接続し、抵抗２０２の一端をＤＣ電源電圧１２０の発生部に、他端を抵抗１６０に接続した点である。
【００１６】
なお、電源スイッチ１２１がＯＮ状態でロードスイッチＦＥＴ１１８が導通状態のとき、抵抗２０２の両端で発生する電圧Ｖｒ（請求項でいう両端電位差）と、ダイオード２０１の順方向電圧Ｖｆの関係は、Ｖｒ＜Ｖｆとなることが、本実施例の前提である。このような、抵抗２０２の抵抗値の選定（設定）ならびに、ダイオード２０１の順方向電圧Ｖｆのダイオードを選定する必要がある。
以下に、本実施例の動作を説明する。
【００１７】
・電源スイッチ１２１ＯＮ時
ロードスイッチＦＥＴ１１８が導通状態となると、レギュレーション抵抗１１６、レギュレーション抵抗１１７、抵抗２０２で分圧された出力端のＤＣ電源電圧１２０が、シャントレギュレータ１１５（請求項でいう電圧制御部）のリファレンス端子に入力される。これにより、出力端の電圧制御をかけることができる。このときの出力端の電圧１２０をＶｏｎとするとＶｏｎは、以下のような計算式で概算される。
【００１８】
Ｖｏｎ＝（（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）×Ｖｒｅｆ）／Ｒ２
Ｖｏｎ：出力電圧１２０
Ｒ１：レギュレーション抵抗１１６の抵抗値
Ｒ２：レギュレーション抵抗１１７の抵抗値
Ｒ３：抵抗２０２の抵抗値
Ｖｒｅｆ：シャントレギュレータ１１５のリファレンス電圧
【００１９】
ちなみに、この際、ダイオード２０１の導通は、前記条件で示したＶｒ＜Ｖｆのため、理論上ないものと考えられるため、前記計算式にはパラメータとして現れてこない。
なお、このような式で表されるＶｏｎには、ロードスイッチＦＥＴ１１８のドレイン・ソース間抵抗のパラメータが入っていないことがわかる。すなわち、Ｖｏｎは、ロードスイッチＦＥＴ１１８のドレイン・ソース間抵抗に左右されることなく出力端から出力されることとなる。
【００２０】
・電源スイッチ１２１ＯＦＦ時
ロードスイッチＦＥＴ１１８は非導通状態であり、出力端からの出力はない。
この場合、ＤＣ電源電圧１１９の電圧がダイオード２０１から導通し、レギュレーション抵抗１１６と１１７で分圧された電圧が、シャントレギュレータ１１５のリファレンス端子に入力されることでＤＣ電源電圧１１９の電圧制御をかけることができる。ＤＣ電源電圧１１９の電圧をＶｏｆｆとすると、Ｖｏｆｆは以下のような計算式で概算される。
【００２１】
Ｖｏｆｆ＝（（１＋Ｒ１／Ｒ２）×Ｖｒｅｆ）＋Ｖｆ
Ｖｏｆｆ：ＤＣ電源電圧１１９
Ｖｆ：ダイオード２０１の順方向電圧
Ｒ１：レギュレーション抵抗１１６の抵抗値
Ｒ２：レギュレーション抵抗１１７の抵抗値
Ｖｒｅｆ：シャントレギュレータ１１５のリファレンス電圧
【００２２】
前記の式で示した、ＶｏｎとＶｏｆｆの関係は回路構成上、Ｖｏｆｆ＞Ｖｏｎとなっている。
ただし、Ｖｏｆｆは、電源スイッチ１２１がＯＦＦされ、ロードスイッチＦＥＴ１１８も導通状態ではないときのＤＣ電源電圧１１９の電圧である。この電圧は、ＤＣ電源装置外へ出ることのない電圧であるので、実際に使用するＶｏｎへの影響はないため問題ないと考えられる。
なお、ロードスイッチの機能を、ＦＥＴではなくトランジスタで代用しても同様の回路動作が得られる。
【実施例２】
【００２３】
図２は、実施例２である“ＤＣ電源装置”の回路図である。
本実施例の実施例１と比較して異なる点は、ロードスイッチＦＥＴ１１８の替わりに、機械的スイッチ２０３を使用している点である。また、実施例１にあった電源スイッチ１２１は、スイッチ２０３で兼ねることができる。
【００２４】
このような回路構成をとることで、スイッチ２０３のＯＮ／ＯＦＦ時の回路動作は、実施例１の電源スイッチ１２１のＯＮ／ＯＦＦ時の回路動作と同様となり、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００２５】
図３は、実施例３である“ＤＣ電源装置”の回路図である。
本実施例の実施例１と比較して異なる点は、シャントレギュレータ１１５の替わりに、コンパレータ３０１を使用している点である。なお、コンパレータ３０１の基準電圧は、ツェナーダイオード３０２で作られている。
【００２６】
いま、電源スイッチ１２１がＯＮ状態でロードスイッチＦＥＴ１１８が導通状態のとき、抵抗２０２の両端で発生する電圧Ｖｒと、ダイオード２０１の順方向電圧Ｖｆの関係は、Ｖｒ＜Ｖｆとなることが、本実施例の前提である。このような、抵抗２０２の抵抗値の選定ならびに、ダイオード２０１の順方向電圧Ｖｆのダイオードを選定する必要がある。
以下に、実施例３の動作を説明する。
【００２７】
・電源スイッチＯＮ時
ロードスイッチＦＥＴ１１８が導通状態となり、出力端から電圧ＶｏｎのＤＣ電源電圧が出力されているとする。この場合、レギュレーション抵抗１１６、レギュレーション抵抗１１７、抵抗２０２で分圧された出力端のＤＣ電源電圧１２０が、コンパレータ３０１の「−」端子に入力される。一方ツェナーダイオード３０２のツェナー電圧がコンパレータ３０１の「＋」端子に入力され、これを基準電圧として、出力端の電圧制御をかけることができる。このときの出力端の電圧Ｖｏｎは、以下のような計算式で概算される。
【００２８】
Ｖｏｎ＝（（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）×Ｖｚｄ）／Ｒ２
Ｖｏｎ：出力電圧１２０
Ｒ１：レギュレーション抵抗１１６の抵抗値
Ｒ２：レギュレーション抵抗１１７の抵抗値
Ｒ３：抵抗２０２の抵抗値
Ｖｚｄ：ツェナーダイオード３０２の基準電圧
【００２９】
ちなみに、この際、ダイオード２０１の導通は、前記条件で示したＶｒ＜Ｖｆのため、理論上ないものと考えられるため、前記計算式にはパラメータとして現れてこない。
なお、このような式で表されるＶｏｎには、ロードスイッチＦＥＴ１１８のドレイン・ソース間抵抗のパラメータが入っていないことがわかる。すなわち、Ｖｏｎは、ロードスイッチＦＥＴ１１８のドレイン・ソース間抵抗に左右されることなく出力端から出力されることとなる。
【００３０】
・電源スイッチＯＦＦ時
ロードスイッチＦＥＴ１１８は非導通状態であり、出力端からの出力はない。
この場合、ＤＣ電源電圧１１９の電圧がダイオード２０１から導通し、レギュレーション抵抗１１６と１１７で分圧された電圧が、コンパレータの「−」端子に入力される。一方ツェナーダイオード３０２のツェナー電圧がコンパレータ３０１の「＋」端子に入力され、これを基準電圧として、ＤＣ電源電圧１１９の電圧制御をかけることができる。いま、ＤＣ電源電圧１１９の電圧をＶｏｆｆとすると、Ｖｏｆｆは以下のような計算式で概算される。
【００３１】
Ｖｏｆｆ＝（（１＋Ｒ１／Ｒ２）×Ｖｚｄ）＋Ｖｆ
Ｖｏｆｆ：ＤＣ電源電圧１１９
Ｖｆ：ダイオード２０１の順方向電圧
Ｒ１：レギュレーション抵抗１１６の抵抗値
Ｒ２：レギュレーション抵抗１１７の抵抗値
Ｖｚｄ：ツェナーダイオード３０２の基準電圧
【００３２】
前記の式で示した、ＶｏｎとＶｏｆｆの関係は回路構成上、Ｖｏｆｆ＞Ｖｏｎとなっている（Ｖｏｎについては実施例１の説明を参照のこと）。
ただし、Ｖｏｆｆは、電源スイッチがＯＦＦされ、ロードスイッチＦＥＴ１１８も導通状態ではないときのＤＣ電源電圧１１９の電圧であり、ＤＣ電源装置外へ出ることのない電圧であるので、実際に使用する、Ｖｏｎへの影響はないため問題ないと考えられる。
なお、コンパレータ３０１の替わりにオペアンプを使用しても同様な動作をすることになる。また、ロードスイッチＦＥＴ１１８の替わりにＰＮＰトランジスタを使用しても同様の回路動作が得られる。
【００３３】
以上説明したように、本実施例によっても実施例１と同様の効果を得ることができる。
【実施例４】
【００３４】
図４は、実施例４である“ＤＣ電源装置”の回路図である。
本実施例の実施例３と比較して異なる点は、ロードスイッチＦＥＴ１１８の代わりに、スイッチ４０１を用いた点である。また、実施例３にあった電源スイッチ１２１は、スイッチ４０１で兼ねている。このような回路構成をとることで、スイッチ４０１のＯＮ／ＯＦＦ時の回路動作は実施例３の電源スイッチ１２１のＯＮ／ＯＦＦ時の回路動作と同様になる。なお、コンパレータ３０１の替わりにオペアンプを使用しても同様の回路動作が得られる。
【００３５】
以上説明したように、本実施例によっても実施例１と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例１の回路図
【図２】実施例２の回路図
【図３】実施例３の回路図
【図４】実施例４の回路図
【図５】従来の一般的なロードスイッチ付きＤＣ電源装置の回路図
【符号の説明】
【００３７】
１１５      電圧制御部
１１６      レギュレーション抵抗
１１７      レギュレーション抵抗
１１８      スイッチ手段
２０１      ダイオード
２０２      抵抗
【図１】
2009106068.tif 000003
【図２】
2009106068.tif 000004
【図３】
2009106068.tif 000005
【図４】
2009106068.tif 000006
【図５】
2009106068.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月6日(2007.11.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
Ｖ１２０＝Ｖ１１９−Ｒｏｎ×Ｉｏｎ
Ｖ１２０：出力端のＤＣ電源電圧１２０
Ｖ１１９：ＤＣ電源電圧１１９
Ｒｏｎ：ロードスイッチＦＥＴのドレイン−ソース間の抵抗
Ｉｏｎ：負荷電流
なお、図５の電源装置とは回路構成が異なるが、ロードスイッチ付きＤＣ電源装置を示す文献としては、特許文献１がある。
【特許文献１】特開２０００−１７５４４８号公報