JP2012182875A - Power supply circuit of explosion proof electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,引火・爆発の危険がある薬品や溶剤等が扱われる環境下で使用される防爆電子機器の電源回路に関する。本発明の電源回路は,特に,多くのIC,電子デバイス類を使用する無線端末等で,負荷の電流が変動する場合にも,安定した電源電圧を必要とする場合に適している。 The present invention relates to a power supply circuit for an explosion-proof electronic device used in an environment where chemicals or solvents that are flammable or explosive are handled. The power supply circuit of the present invention is particularly suitable for a case where a stable power supply voltage is required even when the load current fluctuates in a wireless terminal using many ICs and electronic devices.
防爆が必要な爆発性雰囲気で使用される電気機械器具に対して,安全性を確保するための規格が定められており,非特許文献1に記載されている。
A standard for ensuring safety is defined for an electrical machine apparatus used in an explosive atmosphere that requires explosion prevention, and is described in Non-Patent
この規格では,防爆電子機器に使われる電源回路は,負荷の電力をある値以下に抑えるように定められている。すなわち,負荷に異常な電圧がかかったり,過剰な電流が流れて,発熱,発火することを防止する手段を講じることが義務づけられている。そのために,電源端子と負荷の間に複数の抵抗または電流制限回路を直列に接続して過剰な電流を抑えるとともに,負荷には複数のツェナーダイオードを並列に接続して電圧が必要以上高くならない方法が一般に使用されている。 This standard stipulates that the power circuit used in explosion-proof electronic equipment should keep the load power below a certain value. In other words, it is obliged to take measures to prevent an abnormal voltage from being applied to the load or excessive current to flow to generate heat or ignite. To this end, multiple resistors or current limiting circuits are connected in series between the power supply terminal and the load to suppress excessive current, and multiple Zener diodes are connected in parallel to the load so that the voltage does not increase more than necessary. Is commonly used.
負荷にかかる電圧をV,負荷に流れる電流をIとし,負荷抵抗をRとすると,負荷の消費電力Pは,
P=IV=I2 R=V2 / R (1)
で計算される。防爆電子機器において,負荷にかかる電力Pを,ある一定の値以下に抑えるには,電圧Vと電流Iを制限する必要がある。
When the voltage applied to the load is V, the current flowing through the load is I, and the load resistance is R, the power consumption P of the load is
P = IV = I 2 R = V 2 / R (1)
Calculated by In explosion-proof electronic equipment, it is necessary to limit the voltage V and current I in order to keep the power P applied to the load below a certain value.
図7は,防爆電子機器に使われる従来の電源回路の例を示している。この電源回路について説明すると,電池等の電源101の出力端子102,103間の電圧Vaは,2つの抵抗104,105および2つのツェナーダイオード106,107によって,負荷110の消費電力が制限される。
FIG. 7 shows an example of a conventional power supply circuit used in explosion-proof electronic equipment. This power supply circuit will be described. The voltage Va between the
負荷110に何らかの不具合が発生して短絡状態になった場合,抵抗104,105によって電流が制限され,負荷側での発熱が抑えられるため,防爆としての性能を得ている。抵抗104,105を用いる代わりに,電流制限回路が使用されることもある。
When a problem occurs in the
また,図7では,ツェナーダイオード106,107によって,端子108,109間の電圧Vbがある値以上,負荷110にかからないようにしている。ツェナーダイオード106,107は,負荷110を流れる電流が少なくなったときに,負荷110に必要以上の電圧がかからないようにするだけでなく,大本の電源電圧Vaが高い値になったときにも,電圧Vbが異常に高くなることを防止している。
In FIG. 7, the Zener
電流を制限するための抵抗として,2つの抵抗104,105を使用している理由は,一方の抵抗が導通状態になる不具合が発生しても,他方の抵抗で負荷に流れる電流をある程度抑えるためである。同様に,ツェナーダイオード106,107についても,一方が障害により遮断状態になっても他方でVbの電圧を抑えることができるように,複数個並列に接続されている。
The reason why the two
図7の電源回路では,負荷110で消費される電流が変動する場合,その変動に伴って,電圧Vbの値が変動することになり,安定した電源供給が必ずしもできないという不具合があった。特に,負荷110としてシグナルプロセッサ等の集積部品を多く含む無線端末を使用する場合,負荷110の全体にかかる電圧変動は,無線端末のスプリアス特性等の性能面についても大きな問題になっていた。
In the power supply circuit of FIG. 7, when the current consumed by the
これら,負荷110にかかる電圧変動の問題は,抵抗104,105をそれぞれ電流制限回路に置き換えても同様であり,問題解決にはなっていなかった。
These problems of voltage fluctuation applied to the
本発明の課題は,非特許文献1の規格に基づく防爆対策を行った上で,負荷の消費電流に変動がある場合にも,安定した電圧を負荷側に供給することを可能にし,負荷の電気的特性を大きく改善することである。
The subject of the present invention is that it is possible to supply a stable voltage to the load side even when there is a fluctuation in the current consumption of the load after taking an explosion-proof measure based on the standard of Non-Patent
さらに,(1)式の意味は,電圧または電流の制限が不正確であると,電力の制限は,電圧または電流を“2乗”するために,より大きな誤差を伴うことを意味するが,本発明は,これらの制限をより正確に行うことによって,従来より精度よく負荷の消費電力を制限する手段を提供することを目的とする。 Furthermore, the meaning of equation (1) means that if the voltage or current limit is inaccurate, the power limit will be accompanied by a larger error to “square” the voltage or current, It is an object of the present invention to provide means for limiting the power consumption of a load with higher accuracy than before by performing these limitations more accurately.
本発明の防爆電子機器の電源回路は,上記課題を解決するため,電源の2極間の電圧を昇圧する昇圧回路と前記昇圧回路の出力側の少なくとも一方の端子に1つ以上の抵抗を直列に接続して負荷に電流を供給する回路構成とし,さらに,前記負荷にかかる電圧がある値以上の電圧にならないように,1つ以上のツェナーダイオードが前記負荷に並列に設けられており,前記昇圧回路は,前記負荷にかかる電圧を使って昇圧の値を所定の値に制御する構成になっている。また,前記抵抗の代わりに,電流制限回路を使用することもできる。 In order to solve the above problems, a power supply circuit for an explosion-proof electronic device according to the present invention has a booster circuit for boosting a voltage between two poles of a power supply and at least one terminal on the output side of the booster circuit in series with one or more resistors. And a circuit configuration for supplying a current to the load, and further, one or more Zener diodes are provided in parallel with the load so that the voltage applied to the load does not exceed a certain value. The booster circuit is configured to control the boost value to a predetermined value using the voltage applied to the load. Also, a current limiting circuit can be used instead of the resistor.
本発明に使用される昇圧回路として,インダクタを用いる場合と比べて正確で,軽い負荷に対して高い効率が得られるチャージポンプ回路の方が適している。すなわち,本発明の防爆用電源に用いる昇圧回路の一例として,電源の第1の端子から順に第1のダイオードと第2のダイオードを直列に接続して第1の直列回路を設け,さらに,電源の第1の端子から順に第1の電子スイッチと第2の電子スイッチを直列に接続して第2の直列回路を設け,第1のダイオードと第2のダイオードの電気的結合部分と前記第1の電子スイッチと第2の電子スイッチの電気的結合部分を第1のコンデンサを介して接続し,第2の直列回路の終端は,第2のコンデンサを介して前記第1の直列回路の終端と接続するとともに,電源の第2の端子と接続した構成となっている。さらに,この昇圧回路は,第1の電子スイッチと第2の電子スイッチの開閉をコントロールするためにスイッチ開閉信号発生手段を有し,このスイッチ開閉信号発生手段からは,前記第1の電子スイッチの開閉をコントロールするために第1のON/ OFF信号を発生するとともに,前記第2の電子スイッチの開閉をコントロールするために第2のON/ OFF信号を発生して,それぞれ前記第1の電子スイッチと前記第2の電子スイッチは,同時にONにならないようにコントロールし,また,前記負荷にかかる電圧がある一定の値以上であれば,前記第1および第2の電子スイッチの両方ともOFFになるようにコントロールする。 As a booster circuit used in the present invention, a charge pump circuit that is more accurate than a case where an inductor is used and can obtain high efficiency with respect to a light load is more suitable. That is, as an example of a booster circuit used for the explosion-proof power source of the present invention, a first series circuit is provided by connecting a first diode and a second diode in series from the first terminal of the power source, The first electronic switch and the second electronic switch are connected in series from the first terminal to provide a second series circuit, and an electrical coupling portion of the first diode and the second diode and the first The electrical coupling portion of the second electronic switch and the second electronic switch are connected via a first capacitor, and the termination of the second series circuit is connected to the termination of the first series circuit via the second capacitor. In addition to being connected, it is configured to be connected to the second terminal of the power source. Further, the booster circuit has a switch open / close signal generating means for controlling the opening / closing of the first electronic switch and the second electronic switch, and the switch open / close signal generating means receives the first electronic switch of the first electronic switch. A first ON / OFF signal is generated to control opening and closing, and a second ON / OFF signal is generated to control opening and closing of the second electronic switch. And the second electronic switch are controlled so as not to be turned on at the same time, and both the first and second electronic switches are turned off if the voltage applied to the load is a certain value or more. Control as follows.
また,本発明は,負荷に過大な電流が流れないように電流値を抑制する抵抗の代わりに電流制限回路を用いる場合,電流制限回路は,負荷に供給される電流値を正確にある基準値と比較する方法を用いて,その基準値に達したら供給を制限している。 Further, according to the present invention, when a current limiting circuit is used instead of a resistor that suppresses a current value so that an excessive current does not flow to the load, the current limiting circuit accurately sets the current value supplied to the load to a certain reference value. Using this method, the supply is limited when the standard value is reached.
この電流制限回路の一例としては,その入力端子から順に第1の抵抗,電流制限用スイッチ回路を介して負荷へ電流を供給するとともに,前記入力端子からツェナーダイオードと第2の抵抗を直列に接続することにより入力端子の電圧より定まった値の電圧を減じて第1の基準電圧を発生し,前記入力端子と前記第1の基準電圧の間を第3の抵抗と第4の抵抗を用いて抵抗分圧することにより第2の基準電圧を発生し,前記第1の抵抗と前記電流制限用スイッチ回路間の電気的結合部分の電圧と,前記第2の基準電圧を比較手段を用いて比較し,前記比較手段で比較して得た出力によって前記電流制限用スイッチ回路の電流量をコントロールする回路を用いることができる。ここで使用する電流制限用スイッチ回路としては,一般のバイポーラトランジスタに限らず,FET(電界効果トランジスタ)も含まれる。 As an example of this current limiting circuit, a current is supplied to the load via a first resistor and a current limiting switch circuit in order from the input terminal, and a Zener diode and a second resistor are connected in series from the input terminal. As a result, a first reference voltage is generated by subtracting a voltage of a predetermined value from the voltage at the input terminal, and a third resistor and a fourth resistor are used between the input terminal and the first reference voltage. A second reference voltage is generated by dividing the resistance, and the voltage of the electrical coupling portion between the first resistor and the current limiting switch circuit is compared with the second reference voltage using a comparison means. Thus, a circuit for controlling the amount of current of the current limiting switch circuit by the output obtained by the comparison by the comparison means can be used. The current limiting switch circuit used here is not limited to a general bipolar transistor, but also includes an FET (field effect transistor).
本発明では,負荷に対して直列に接続される抵抗または電流制限回路と,負荷に対して並列に接続されるツェナーダイオードとによって,負荷での消費電力を制限する防爆電子機器の電源回路において,電源の出力端子側に昇圧回路を設けて,負荷にかかる電圧でその昇圧回路の昇圧値を制御することによって,負荷にかかる電圧を一定の値に安定化させているので,負荷の消費電流が変動する場合にも,負荷に対して安定した電源電圧の供給が可能である。また,負荷にかかる電圧が安定化すれば,負荷にかかる電圧を精度よく制限する効果もある。 In the present invention, in a power circuit of an explosion-proof electronic device that limits power consumption at a load by a resistor or current limiting circuit connected in series to the load and a Zener diode connected in parallel to the load, By providing a booster circuit on the output terminal side of the power supply and controlling the boosted value of the booster circuit with the voltage applied to the load, the voltage applied to the load is stabilized to a constant value. Even when it fluctuates, a stable power supply voltage can be supplied to the load. Further, if the voltage applied to the load is stabilized, there is an effect of accurately limiting the voltage applied to the load.
また,本発明では,昇圧回路としてチャージポンプ回路を使用すれば,インダクタを用いる場合と比べて,回路の小型化が図れるとともに,負荷が軽い場合に,高い効率で使用可能であるとともに,負荷として無線機器を使用する場合にも,誘導性雑音等による無線特性への影響を大幅に軽減することができる。 Further, in the present invention, if a charge pump circuit is used as a booster circuit, the circuit can be reduced in size compared with the case where an inductor is used. Even when a wireless device is used, the influence on the wireless characteristics due to inductive noise can be greatly reduced.
さらに,チャージポンプ回路を使用することにより,インダクタを用いる場合と比べて精度のよい昇圧電圧を得ることができる。 Furthermore, by using the charge pump circuit, it is possible to obtain a boosted voltage with higher accuracy than when using an inductor.
さらに,昇圧回路と負荷の間の電流制限回路についても,本発明の回路を使用することにより,負荷に流れる電流量を正確に測定して,定まった値の電流に精度よく制限することが可能である。すなわち,電流制限回路として,電源の電圧からツェナーダイオードを介して,電源電圧との差が一定になる基準電圧を求め,その基準電圧と負荷に流れる電流を抵抗に流して得た電圧を比較することによって,電源電圧が変動する場合にも,正確に精度よく電流の制限を行うことが可能になる。 Furthermore, the current limiting circuit between the booster circuit and the load can be accurately limited to a predetermined value by accurately measuring the amount of current flowing through the load by using the circuit of the present invention. It is. In other words, as a current limiting circuit, a reference voltage that makes the difference from the power supply voltage constant is obtained from the power supply voltage via a Zener diode, and the reference voltage and the voltage obtained by flowing the current flowing through the load through the resistor are compared. As a result, even when the power supply voltage fluctuates, the current can be limited accurately and accurately.
以下,図面を参照しながら,本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔第1の実施例〕
図1は,本発明の第1の実施例を示す図である。第1の実施例は,図1に示すように,電源1の2極間の電圧Vaを入力して昇圧する昇圧回路12と,昇圧回路12の出力側の端子13(端子14でもよい)に直列に接続される2つの抵抗4,5とを有し,抵抗5の終端と昇圧回路12の端子14間の電圧が負荷10に印加され,また,負荷10に対して並列に接続されるツェナーダイオード6,7とを有する構成になっている。
[First embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. In the first embodiment, as shown in FIG. 1, a voltage Va between two poles of the
昇圧回路12には,負荷10の入力端子8,9間の電圧Vbが入力され,昇圧回路12は,この電圧Vbを使って昇圧の値を所定の値に制御している。
A voltage Vb between the
図1に示す回路の作用を説明する。電源1の出力端子2,3間の電圧Vaは,昇圧回路12によってVcの値に昇圧されて,2つの抵抗4,5および2つのツェナーダイオード6,7によって電圧と電流が制限され,端子8,9間の出力Vbの電圧として負荷10に加えられる。図1では,負荷にかかる電圧Vbは,昇圧回路12の昇圧の値をコントロールするためにも使われ,電圧Vbの値がある基準電圧より下がりそうになると,昇圧回路12は,出力の平均電圧を高い値に昇圧し,電圧Vbの値が高い方向に向おうとすると,出力の平均電圧を低い値にコントロールする。
The operation of the circuit shown in FIG. 1 will be described. The voltage Va between the
ツェナーダイオード6,7によって,ある値以上の電圧が負荷10にかからないように電圧が制限され,また,負荷10に何らかの不具合が発生して短絡状態になった場合,抵抗4,5によって電流が制限され,負荷10側での発熱が抑えられる。このため,防爆としての性能を得るだけでなく,負荷にかかる電圧Vbが,常に一定になるように,安定化する。
The voltage is limited by the
第1の実施例では,負荷10にかかる電圧を正確に一定になるようにコントロールしているので,負荷の電圧が安定化するだけでなく,その精度も十分な値にすることができる。
In the first embodiment, since the voltage applied to the
〔第2の実施例〕
図2は,本発明の第2の実施例を示す図である。第2の実施例は,図2に示すように,図1の抵抗4,5を,それぞれ電流制限回路15,16に置き換えた構成になっている。第2の実施例では,電流制限回路15,16で,負荷10に流れる電流を正確な値に制限することにより,図1に示す第1の実施例と比べて,負荷10の消費電力をより厳密に制限することができる。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the second embodiment has a configuration in which the
〔第3の実施例〕
図3は,本発明の第3の実施例を示す図である。原理的には,図3に示すような回路構成も考えられる。負荷10自身の電源端子8,9を昇圧回路12側の端子13,14に対して独立させた場合である。第3の実施例として,単に抵抗4,5による電流制限効果だけでなく,例えば,昇圧回路12側に周波数の高い雑音源が含まれて,それが端子13側からだけでなく,端子14側からも負荷10に影響を与えるような場合に,抵抗4,5と負荷10側の浮遊容量あるいは負荷10に含まれるコンデンサ等の雑音軽減効果によって,図3の構成にすることも考えられる。図3の例では,端子8の電圧を,昇圧回路12側電源に対して安定化させることができる。また,図3において,抵抗4,5を電流制限回路に置き換えた場合も,周波数の高い雑音に対する負荷10側の影響が軽減されるようであれば,同じ効果が期待される。このような場合も,本発明の技術的範囲に含まれる。
[Third embodiment]
FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. In principle, a circuit configuration as shown in FIG. 3 is also conceivable. This is a case where the
〔昇圧回路の構成例〕
図4に,第1,第2,または第3の実施例で用いられる昇圧回路の構成例を示す。図5は,図4の昇圧回路の動作を説明するためのタイムチャートである。
[Configuration example of booster circuit]
FIG. 4 shows a configuration example of the booster circuit used in the first, second, or third embodiment. FIG. 5 is a time chart for explaining the operation of the booster circuit of FIG.
図4において,電圧Va,Vc,Vd,Vx,Vy,Vz,V24は,いずれも端子3に対する電圧である。昇圧回路12において,端子3と端子14は,電気的に接続されている。
4, the voltage Va, Vc, Vd, Vx, Vy, Vz,
端子2から順にダイオード20とダイオード21が直列に接続されて第1の直列回路が構成され,さらに,端子2から順に電子スイッチ18と電子スイッチ19が直列に接続されて第2の直列回路が構成されている。
A
ダイオード20とダイオード21との中間部分と,電子スイッチ18と電子スイッチ19との中間部分とが,コンデンサ22を介して接続され,第1の直列回路と第2の直列回路のそれぞれ出力側が,コンデンサ23を介して接続されている。電子スイッチ19とコンデンサ23との中間部分は,端子14と接続されている。
An intermediate portion between the
また,電子スイッチ18と電子スイッチ19の開閉をコントロールするために,スイッチ開閉信号発生手段としてスイッチコントロール回路17が設けられ,スイッチコントロール回路17からは,電子スイッチ18の開閉をコントロールするためのON/OFF信号S18が電子スイッチ18に入力され,電子スイッチ19の開閉をコントロールするためのON/OFF信号S19が電子スイッチ19に入力されている。
In addition, a switch control circuit 17 is provided as a switch opening / closing signal generating means for controlling the opening / closing of the
スイッチコントロール回路17は,それぞれ電子スイッチ18と電子スイッチ19が,同時にONにならないようにコントロールするとともに,負荷にかかる電圧がある一定の値以上であれば,電子スイッチ18,19の両方ともOFFになるようにコントロールしている。この場合,端子2の電圧Vaは十分高い値であるため,電子スイッチ18,19がともにOFFの状態であっても,ダイオード20およびダイオード21を介して,端子13へ十分な電流を供給することができる。
The switch control circuit 17 controls the
スイッチコントロール回路17は,比較器25へ負荷にかかる電圧Vbを入力し,この電圧Vbと,抵抗26およびツェナーダイオード27を使って得た基準電圧Vxとを比較器25により比較して,比較器32の基準電圧Vyと比較器33の基準電圧Vzを発生させている。Vbが十分高い電圧であれば,Vyは高い電圧になり,Vzは低い電圧になる。比較器32と比較器33は,三角波発生回路24から三角波V24を得て,それぞれVy,Vzと比較することによって,ON/OFF信号S18とS19を得ている。
The switch control circuit 17 inputs a voltage Vb applied to the load to the
VbがVxより高い電圧であれば,Vyは高い値であり,S18はOFFの信号になり,このときVzは低い値で,S19もOFFの信号を出力する。しかしながら,VbがVxより低い値であれば,Vyは三角波V24の中間電圧より少し高めであり,かつVzは三角波V24の中間電圧より少し低めの電圧になるように設定されており,S18とS19には,パルス性の波形が出力される。 If Vb is higher than Vx voltage, Vy is high value, S 18 becomes a signal of OFF, Vz at this time is low, S 19 also outputs a signal OFF. However, if Vb is lower than Vx value, Vy is a little higher than the intermediate voltage of the triangular wave V 24, and Vz is set to be slightly lower voltage than the intermediate voltage of the triangular wave V 24, S the 18 and S 19, the pulse of the waveform is output.
図5は,この様子をタイムチャートとして図示したものである。Vbが基準電圧Vx以上であれば,Vyは三角波V24の最も高い値より上にあり,Vzは三角波V24の最も低い値より下にあるため,ON/OFF信号S18,S19はともに,低い値(OFFの状態)になる。Vbが,下がってきて,Vx以下になると,VyやVzは,ともに三角波V24の中心電圧付近になる。このとき,Vyは,三角波V24の中心電圧付近よりやや高めに,Vzは,三角波V24の中心電圧付近よりやや低めになるように,抵抗28,29および抵抗30,31の抵抗値が定められている。
FIG. 5 illustrates this as a time chart. If Vb is the reference voltage Vx or more, Vy is above the highest value of the triangular wave V 24, Vz since is below the lowest value of the triangular wave V 24, ON / OFF signals S 18, S 19 are both , A low value (OFF state). Vb is, to come down, and becomes equal to or less than the Vx, Vy and Vz are both made in the vicinity of the center voltage of the triangular wave V 24. In this case, Vy is slightly higher than the vicinity of the center voltage of the triangular wave V 24, Vz is as will become slightly lower than the vicinity of the center voltage of the triangular wave V 24, the resistance values of the
三角波V24の波形がVzより下では,S19が立ち上がり,Vyより上では,S18が立ち上がる。S19が立ち上がっているとき(ONの状態)には,コンデンサ22の一方は端子3に対して放電するために,Vdは高い電圧になることができないので,Vaに近い値のままである。S19が低い値(OFFの状態)になって,S18が高い値(ONの状態)になると,電子スイッチ18を通して,コンデンサ22にVaが加算充電される結果,Vdは,Vaの2倍の電圧(2Va)に近い値になる。その結果,2Va付近の電圧Vdが,ダイオード21を通して,コンデンサ23へかかるので,コンデンサ23には,2Va付近の電圧が維持される。
When the waveform of the triangular wave V 24 is below Vz, S 19 rises, and above Vy, S 18 rises. The (state of ON) when S 19 is up, one of the capacitor 22 to discharge to the
図4に示した,昇圧回路は,原理的にチャージポンプ回路の一例であり,負荷が軽い場合には,インダクタンスを用いた場合と比べて,効率の良い昇圧が可能なだけでなく,昇圧する値も,精度のよい正確な値にすることができる。 The booster circuit shown in FIG. 4 is an example of a charge pump circuit in principle. When the load is light, not only can the booster be more efficient than when the inductance is used, but the booster circuit also boosts. The value can also be a precise and accurate value.
〔電流制限回路の構成例〕
図6に,第2の実施例で用いられる電流制限回路の構成例を示す。図6の電流制限回路は,図2では,端子番号の位置関係に関して,電流制限回路15に相当する。回路構成および動作に関して,電流制限回路15と電流制限回路16は,全く同様である。
[Configuration example of current limiting circuit]
FIG. 6 shows a configuration example of the current limiting circuit used in the second embodiment. The current limiting circuit in FIG. 6 corresponds to the current limiting circuit 15 in FIG. Regarding the circuit configuration and operation, the current limiting circuit 15 and the current limiting circuit 16 are exactly the same.
図6は,電流制限用スイッチ回路として,トランジスタ42が使用された場合である。トランジスタ42をどのようにON/OFFするかについて以下に示す。 FIG. 6 shows a case where the transistor 42 is used as a current limiting switch circuit. How the transistor 42 is turned on / off will be described below.
図6に記載の各部の電圧Vc,Vp,Vq,Vsは,それぞれ端子14に対する電圧である。電圧V34は,ツェナーダイオード34の両端の電圧差である。抵抗37と抵抗38の間のP点の電圧Vpは,入力端子13の電圧Vcから,V34だけ減じた値であるから,Vp=Vc−V34と計算される。
The voltages Vc, Vp, Vq, and Vs of each part shown in FIG. The voltage V 34 is a voltage difference between both ends of the
また,抵抗36,37のそれぞれの抵抗値をR36,R37とし,抵抗36を流れる電流をI36とすると,端子13からP点までの間の電圧差は,ツェナーダイオード34によって定められ,常にV34の値であるので,I36=V34/(R36+R37)の値になる。すなわち,電源電圧の変動によってVcの値が変動する場合にも,電流I36は,常に一定の値に定められる。
Further, assuming that the resistance values of the resistors 36 and 37 are R 36 and R 37 and the current flowing through the
そこで,抵抗36と抵抗37の間のS点の電圧Vsは,Vs=Vc−R36×I36と計算されるが,Vcが変動した場合にも電流I36が一定であるため,Vsの値は,常に,端子13の電圧Vcから,一定値(R36×I36)を減じた値になる。
Therefore, the voltage Vs at the point S between the
他方,抵抗35の抵抗値をR35,抵抗35を流れる電流をI35とすると,R35とトランジスタ42の間のQ点の電圧は,Vq=Vc−R35×I35で計算される。
On the other hand, assuming that the resistance value of the
トランジスタ42は,端子11へ流れる電流を通過または遮断させるために用いられている。比較器39は,S点の電圧VsとQ点の電圧Vqとを比較して,Vs>Vqであれば,トランジスタ42のベース電圧を上げて,トランジスタ42を流れる電流を遮断し,Vs<Vqであれば,トランジスタ42のベース電圧を下げて,トランジスタ42を流れる電流を通過させる。
The transistor 42 is used to pass or block current flowing to the terminal 11. The
抵抗40,41は,比較器39の出力電圧が高い電圧であれば,トランジスタ42をOFFにして端子11へ流れる電流を遮断し,比較器39の出力電圧が低い値であれば,トランジスタ42をONにして端子11へ流れる電流を通過させるような値に選ばれる。
If the output voltage of the
比較器39は,VsとVqを比較することによって,出力を得ている。Vs−Vq>0であれば,高い電圧を,Vs−Vq<0であれば,低い電圧を出力する。
The
電圧Vsと電圧Vqとの差は,
Vs−Vq=(Vc−R36×I36)−(Vc−R35×I35)
=R35×I35−R36×I36
=R35×I35−(Vcに影響されない一定の電圧)
であるため,電源電圧が変動して,Vcの値が変わっても,Vs−Vqは,電源電圧変動の影響を受けないことが分る。
The difference between the voltage Vs and the voltage Vq is
Vs−Vq = (Vc−R 36 × I 36 ) − (Vc−R 35 × I 35 )
= R 35 × I 35 −R 36 × I 36
= R 35 × I 35 - (constant voltage which is not affected by Vc)
Therefore, even if the power supply voltage fluctuates and the value of Vc changes, it can be seen that Vs−Vq is not affected by the power supply voltage fluctuation.
すなわち,図6に示す電流制限回路は,電源電圧変動の影響を受けずに,抵抗35を流れる電流I35によって生じる電圧の値を測定することによって,トランジスタ42の通過と遮断を決めることができる。このことは,電源電圧に変動がある場合にも,抵抗35に流れる電流によってトランジスタ42の通過と遮断を決めることを意味する。
That is, the current limiting circuit shown in FIG. 6 can determine the passage and blocking of the transistor 42 by measuring the value of the voltage generated by the current I 35 flowing through the
図6は,電流制限用スイッチ回路として,PNPタイプのトランジスタを用いた場合の例であるが,NPNタイプのトランジスタを使用しても実現することができる。NPNタイプのトランジスタを用いる場合には,比較器39の極性を反対にし,トランジスタ42のエミッタとコレクタを逆にして,エミッタ側が端子11の方になるように接続する。一般のNPNやPNPタイプのバイポーラトランジスタに限らず,FET(電界効果トランジスタ)を使用して回路を構成することも可能である。
FIG. 6 shows an example in which a PNP type transistor is used as the current limiting switch circuit, but it can also be realized by using an NPN type transistor. When using an NPN type transistor, the polarity of the
図6に示す電流制限回路は一例であり,図2に示す電流制限回路15,16として,同様な機能を持つ他の回路構成のものを用いることもできる。 The current limiting circuit shown in FIG. 6 is an example, and the current limiting circuits 15 and 16 shown in FIG. 2 may have other circuit configurations having similar functions.
1,101 電源
2,3,8,9,11,13,14,102,103,108,109,111 端子
4,5,26,28〜31,35〜38,40,41,104,105 抵抗
6,7,27,34,106,107 ツェナーダイオード
10,110 負荷
12 昇圧回路
15,16 電流制限回路
17 スイッチコントロール回路
18,19 電子スイッチ
20,21 ダイオード
22,23 コンデンサ
24 三角波発生回路
25,32,33,39 比較器
42 トランジスタ
1,101
Claims (4)
電源と,
前記電源の2極間の電圧を昇圧する昇圧回路と,
前記昇圧回路の出力端子と前記負荷との間に,前記負荷と直列に接続される1つ以上の抵抗または電流制限回路と,
前記負荷にかかる電圧がある値以上の電圧にならないように,前記負荷に並列に接続される1つ以上のツェナーダイオードとを有し,
前記昇圧回路は,前記負荷にかかる電圧を入力し,入力した電圧に基づいて該昇圧回路からの出力電圧が所定値になるように昇圧の値を制御する
ことを特徴とする防爆電子機器の電源回路。 A power supply circuit for supplying current to a load including an explosion-proof electronic device with limited power,
Power supply,
A booster circuit for boosting a voltage between two poles of the power source;
One or more resistors or current limiting circuits connected in series with the load between the output terminal of the booster circuit and the load;
One or more Zener diodes connected in parallel to the load so that the voltage applied to the load does not exceed a certain value,
The booster circuit inputs a voltage applied to the load, and controls a boost value based on the input voltage so that an output voltage from the booster circuit becomes a predetermined value. circuit.
前記昇圧回路は,少なくとも複数のコンデンサと複数の電子スイッチとから構成されるチャージポンプ回路であり,前記入力した負荷にかかる電圧と,前記電源の2極間の電圧から生成した基準電圧とを比較し,前記入力した負荷にかかる電圧が前記基準電圧より小さい場合に,前記電源の2極間の電圧をチャージポンプにより昇圧して出力し,そうでない場合に,前記電源の2極間の電圧を昇圧しないで出力する
ことを特徴とする防爆電子機器の電源回路。 In the power circuit of the explosion-proof electronic device according to claim 1,
The booster circuit is a charge pump circuit composed of at least a plurality of capacitors and a plurality of electronic switches, and compares the voltage applied to the input load with a reference voltage generated from a voltage between two poles of the power supply. If the voltage applied to the input load is smaller than the reference voltage, the voltage between the two poles of the power supply is boosted by a charge pump and output. Otherwise, the voltage between the two poles of the power supply is A power circuit for explosion-proof electronic equipment, characterized by output without boosting.
前記電源の第1の端子から順に第1のダイオードと第2のダイオードとを直列に接続した第1の直列回路を有し,
さらに,前記電源の第1の端子から順に第1の電子スイッチと第2の電子スイッチとを直列に接続した第2の直列回路を有し,
前記第1のダイオードと前記第2のダイオードの電気的結合部分と,前記第1の電子スイッチと前記第2の電子スイッチの電気的結合部分とが,第1のコンデンサを介して接続され,
前記第2の直列回路の終端は,第2のコンデンサを介して前記第1の直列回路の終端と接続されるとともに,前記電源の第2の端子と接続され,
前記第1の電子スイッチと前記第2の電子スイッチの開閉をコントロールするためのスイッチ開閉信号発生手段を有し,
前記スイッチ開閉信号発生手段は,前記第1の電子スイッチの開閉をコントロールする第1のON/OFF信号を発生するとともに,前記第2の電子スイッチの開閉をコントロールするために第2のON/OFF信号を発生し,それぞれ前記第1の電子スイッチと前記第2の電子スイッチは,同時にONにならないようにコントロールするとともに,前記負荷にかかる電圧がある一定の値以上であれば,前記第1の電子スイッチおよび前記第2の電子スイッチの両方ともOFFになるようにコントロールする
ことを特徴とする防爆電子機器の電源回路。 The power circuit of the explosion-proof electronic device according to claim 2, wherein the booster circuit is:
A first series circuit in which a first diode and a second diode are connected in series from the first terminal of the power supply;
And a second series circuit in which a first electronic switch and a second electronic switch are connected in series from the first terminal of the power source,
An electrical coupling portion of the first diode and the second diode, and an electrical coupling portion of the first electronic switch and the second electronic switch are connected via a first capacitor;
The termination of the second series circuit is connected to the termination of the first series circuit via a second capacitor and to the second terminal of the power source,
A switch opening / closing signal generating means for controlling opening / closing of the first electronic switch and the second electronic switch;
The switch opening / closing signal generating means generates a first ON / OFF signal for controlling the opening / closing of the first electronic switch, and a second ON / OFF for controlling the opening / closing of the second electronic switch. The first electronic switch and the second electronic switch are controlled so as not to be turned on simultaneously, and if the voltage applied to the load exceeds a certain value, the first electronic switch and the second electronic switch are controlled. A power supply circuit for an explosion-proof electronic device, wherein both the electronic switch and the second electronic switch are controlled to be OFF.
前記電流制限回路は,
その入力端子から順に第1の抵抗,電流制限用スイッチ回路を介して前記負荷へ電流を供給するとともに,
前記入力端子からツェナーダイオードと第2の抵抗を直列に接続することにより,該入力端子の電圧より定まった値の電圧を減じて第1の基準電圧を発生し,
前記入力端子と前記第1の基準電圧の間を第3の抵抗と第4の抵抗を用いて抵抗分圧することにより第2の基準電圧を発生し,
前記第1の抵抗と前記電流制限用スイッチ回路間の電気的結合部分の電圧と,前記第2の基準電圧を比較手段を用いて比較し,前記比較手段で比較して得た出力によって前記電流制限用スイッチ回路の電流量をコントロールする回路である
ことを特徴とする防爆電子機器の電源回路。 In the power circuit of the explosion-proof electronic device according to claim 1, claim 2 or claim 3,
The current limiting circuit is:
A current is supplied to the load through a first resistor and a current limiting switch circuit in order from the input terminal,
By connecting a Zener diode and a second resistor in series from the input terminal, a voltage of a fixed value is subtracted from the voltage of the input terminal to generate a first reference voltage,
A second reference voltage is generated by resistance-dividing between the input terminal and the first reference voltage using a third resistor and a fourth resistor;
The voltage of the electrical coupling portion between the first resistor and the current limiting switch circuit and the second reference voltage are compared using a comparison means, and the current is determined by the output obtained by comparison using the comparison means. A power supply circuit for explosion-proof electronic equipment, characterized in that it is a circuit for controlling the amount of current of a limiting switch circuit.
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