JP2005250884A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】トランジスタの消費電力を低減するとともに、トランジスタの異常を個別に検出することができる電源回路を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の電源回路は、直列接続された２つのトランジスタと、定電圧回路と、マイクロコンピュータとから構成されている。そして、定電圧回路がそれぞれのトランジスタベースにそれぞれ異なる定電圧を印加する。マイクロコンピュータがトランジスタのエミッタ電圧大きさに基づいて２つのトランジスタの異常を個別に検出する。これにより、２つトランジスタの消費電力を低減することができる。さらに、トランジスタの異常を個別に検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力電圧を降圧して出力する電源回路に関する。

従来、直流電源の電圧を降圧して出力する電源回路として、図２に示すような電源回路がある。この電源回路は、トランジスタと、ツェナーダイオードと、抵抗とから構成されている。トランジスタのコレクタは直流電源に、エミッタは負荷にそれぞれ接続され、ベースはツェナーダイオードを介して接地されている。また、トランジスタのコレクタとベースとの間には抵抗が接続されている。これにより、トランジスタは、ベースに接続されたツェナーダイオードの端子間電圧よりベース−エミッタ間電圧だけ低い電圧を安定して出力する。このとき、トランジスタは、この電源回路の出力電流であるコレクタ電流と、電源回路の入力電圧と出力電圧との差であるコレクタ−エミッタ間電圧とによって決まる電力を消費する。例えば、入力電圧２４Ｖを降圧して出力電圧１２Ｖ、出力電流１００ｍＡの電源回路の場合、トランジスタの消費電力は１．２Ｗ（＝（２４Ｖ−１２Ｖ）×１００ｍＡ）となる。そのため、この消費電力に耐え得る電力容量の大きなトランジスタを用いるか、または、ヒートシンク等による放熱対策を行う必要があり、電源回路を小型化することが困難であった。

これに対し、トランジスタの消費電力を抑えるとともに、トランジスタの短絡を検出することができる電源回路として、例えば、特開平５−２７６７３９号公報に開示されているシリーズレギュレータがある。このシリーズレギュレータは、複数のトランジスタと、複数のバランス抵抗と、複数のダイオードと、出力電圧制御部と、電圧低下検出部とから構成されている。複数のトランジスタのコレクタは直流電源に、エミッタは並列接続されたバランス抵抗とダイオードとを介して負荷に、ベースは出力電圧制御部の一端にそれぞれ共通接続されている。また、出力電圧制御部の別の一端は並列接続されたバランス抵抗とダイオードの負荷側端子、つまり、シリーズレギュレータの出力端子に接続されている。電圧低下検出部の一端は複数のトランジスタのコレクタに、他端は並列接続されたバランス抵抗とダイオードの負荷側端子にそれぞれ接続されている。そして、出力電圧制御部がシリーズレギュレータの出力電圧に基づき複数のトランジスタのベース電流を制御することで、それぞれのトランジスタはバランス抵抗の抵抗値に応じた電流を供給するとともに、直流電源の電圧より低い電圧を安定して出力する。例えば、このシリーズレギュレータを２つのトランジスタと、２つの抵抗値の等しいバランス抵抗と、２つのダイオードとで構成した場合、それぞれのトランジスタに流れるコレクタ電流はシリーズレギュレータの出力電流の１／２となる。そのため、それぞれのトランジスタの消費電力は、バランス抵抗での電圧降下を無視すると０．６Ｗ（＝（２４Ｖ−１２Ｖ）×５０ｍＡ）となる。これにより、ヒートシンク等による放熱対策の必要もなくなり、トランジスタ自体も小型化できる。さらに、トランジスタのコレクタと、並列接続されたバランス抵抗とダイオードの負荷側端子との間の電圧を電圧低下検出部で予め設定された閾値と比較することにより、複数のトランジスタのいずれかで短絡が発生しても検出することができる。
特開閉５−２７６７３９号公報

ところで、エアバッグ装置に用いられる電源回路は、信頼性をより向上させるため、エアバッグ装置の作動に直接影響を与える、例えば、トランジスタの異常を素子毎に個別に検出する必要がある。しかし、前述したようなシリーズレギュレータでは、複数のトランジスタのいずれかで異常が発生した場合、その異常を検出することはできるが、トランジスタの異常を個別に検出することはできない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、トランジスタの消費電力を低減するとともに、トランジスタの異常を個別に検出することができる電源回路を提供することを目的とする。

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、複数のトランジスタを直列接続し、トランジスタの消費電力を抑えるとともに、ぞれぞれのトランジスタのエミッタ電圧の大きさに基づいて、それぞれのトランジスタの異常を個別に検出できることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の電源回路は、直流電源と負荷との間に接続され前記直流電源からの入力電圧を降圧し出力電圧として前記負荷に供給する直列接続された複数のＮＰＮ型トランジスタと、前記全てのトランジスタのベースに接続され前記直流電源に接続された最前段の前記トランジスタから前記負荷に接続された最後段の前記トランジスタにかけて順次小さくなるそれぞれ値の異なる複数の定電圧を前記全てのトランジスタのベースに印加する定電圧回路と、前記全てのトランジスタのエミッタに接続され前記全てのトランジスタのエミッタ電圧の大きさに基づいて前記全てのトランジスタの異常を個別に検出するトランジスタ異常検出回路とを有することを特徴とする。

請求項２に記載の電源回路は、請求項１に記載の電源回路において、さらに、前記定電圧回路は、ツェナーダイオード又は直列接続された複数の分圧抵抗の少なくともいずれかを有することを特徴とする。

請求項３に記載の電源回路は、請求項２に記載の電源回路において、さらに、前記複数のトランジスタは、２つのトランジスタであり、前記定電圧回路は、１つの前記ツェナーダイオードと２つの前記分圧抵抗とを直列接続してなることを特徴とする。

請求項４に記載の電源回路は、請求項１乃至３に記載の電源回路において、さらに、前記電源回路は、エアバッグ装置用の電源であることを特徴とする。

請求項１に記載の電源回路によれば、直列接続されたそれぞれのトランジスタの消費電力を低減することができる。さらに、それぞれのトランジスタの異常を個別に検出することができる。

それぞれのトランジスタのベースには定電圧回路によりそれぞれ定電圧が印加される。これらの定電圧は、直流電源に接続された最前段のトランジスタから、負荷に接続された最後段のトランジスタにかけて、順次小さくなるそれぞれ異なった電圧である。トランジスタのエミッタ電圧は、ベース電圧よりベースーエミッタ間電圧（約０．７Ｖ）だけ低い電圧となる。そのため、それぞれのトランジスタのコレクターエミッタ間電圧は、図２に示すような、直流電源と負荷との間に１つのトランジスタを接続して構成される電源回路のコレクターエミッタ間電圧に比べ大幅に小さくなる。従って、同じ出力電流を供給する場合、それぞれのトランジスタの消費電力を低減することができる。

また、トランジスタが正常である場合、トランジスタのエミッタ電圧は定電圧に応じた一定の値に保たれる。しかし、トランジスタが異常である場合、トランジスタのエミッタ電圧は定電圧に応じた一定の値から変化する。従って、それぞれのトランジスタのエミッタ電圧の変化をトランジスタ異常検出回路で判定することにより、それぞれのトランジスタの異常を個別に検出することができる。

請求項２に記載の電源回路によれば、ツェナーダイオード又は直列接続された複数の分圧抵抗の少なくともいずれかで、それぞれのトランジスタのベースに、それぞれ異なる定電圧を確実に印加することができる。

請求項３に記載の電源回路によれば、部品点数を低減でき小型化することができる。

請求項４に記載の電源回路によれば、それぞれのトランジスタの消費電力を低減することでそれぞれのトランジスタを小さくでき、エアバッグ装置を小型化することができる。さらに、それぞれのトランジスタの異常を個別に検出でき、エアバッグ装置の信頼性を向上させることができる。

本実施形態は、本発明に係る電源回路を、例えば、２４Ｖバッテリの出力電圧を１２Ｖに降圧してエアバッグ装置用ＥＣＵに電圧を供給する電源回路に適用した例を示す。本実施形態における電源回路の回路図を図１に示す。そして、図１を参照し、構造、動作、効果の順で具体的に説明する。

まず、具体的構造について説明する。図１に示すように、電源回路１は、トランジスタ２ａ、２ｂと、定電圧回路３と、マイクロコンピュータ４（トランジスタ異常検出回路）とから構成されている。トランジスタ２ａ、２ｂは、後述する分圧抵抗３ａ、３ｂを介して供給されるベース電流により、必要とされるコレクタ電流を出力することができる充分な大きさの直流電流増幅率を有するＮＰＮ型トランジスタである。トランジスタ２ａのコレクタはバッテリ５の正極端に接続され、バッテリ５の負極端は車体に接地されている。また、トランジスタ２ａのエミッタはトランジスタ２ｂのコレクタに、ベースは定電圧回路３にそれぞれ接続されている。トランジスタ２ｂのエミッタはエアバッグ装置６に、ベースは定電圧回路３にそれぞれ接続されている。

定電圧回路３は、分圧抵抗３ａ、３ｂと、例えば、ツェナー電圧が１２．７Ｖのツェナーダイオード３ｃとから構成されている。分圧抵抗３ａと分圧抵抗３ｂとは直列接続されている。この直列接続された分圧抵抗３ａ、３ｂの一端はバッテリ５の正極端に、他端はツェナーダイオード３ｃのカソードにそれぞれ接続され、ツェナーダイオード３ｃのアノードは車体に接地されている。さらに、分圧抵抗３ａと分圧抵抗３ｂとの接続点はトランジスタ２ａのベースに、分圧抵抗３ｂとツェナーダイオードの３ｃの接続点はトランジスタ２ｂのベースにそれぞれ接続されている。ところで、分圧抵抗３ａ、３ｂの抵抗値は、バッテリ５の電圧とツェナーダイオード３ｃのカソード電圧との差電圧を分圧抵抗３ａ、３ｂで分圧することで、分圧抵抗３ａと分圧抵抗３ｂとの接続点の電圧が例えば１８・７Ｖになるような値に設定されている。

マイクロコンピュータ４はＡ／Ｄ変換機能を有しており、２つのＡ／Ｄ変換用入力端子はトランジスタ２ａのエミッタとトランジスタ２ｂのエミッタとにそれぞれ接続されている。

次に、具体的動作について説明する。バッテリ５の電圧が電源回路１に入力されると、バッテリ５から直列接続された分圧抵抗３ａ、３ｂを介してツェナーダイオード３ｃに電流が流れる。ツェナーダイオード３ｃのカソードの電圧はツェナー電圧である１２．７Ｖに安定する。分圧抵抗３ａと分圧抵抗３ｂとの接続点の電圧は、バッテリ５の電圧とツェナーダイオード３ｃのカソード電圧との差電圧が分圧抵抗３ａ、３ｂで分圧されることで、１８．７Ｖになる。これにより、分圧抵抗３ａと分圧抵抗３ｂとの接続点に接続されたトランジスタ２ａのベースの電圧は１８．７Ｖに、ツェナーダイオード３ｃのカソードに接続されたトランジスタ２ｂのベースの電圧は１２．７Ｖになる。トランジスタ２ａのエミッタ電圧は、ベース電圧１８．７Ｖよりベースーエミッタ間電圧０．７Ｖだけ低い１８Ｖに、トランジスタ２ｂのエミッタ電圧は、ベース電圧１２．７Ｖよりベースーエミッタ間電圧０．７Ｖだけ低い１２Ｖになる。トランジスタ２ｂのベース電圧はツェナーダイオード３ｃにより安定しており、トランジスタ２ｂは１２Ｖの定電圧をエアバッグ装置６に供給する。また、トランジスタ２ａ、２ｂのベースには、バッテリ５から分圧抵抗３ａ、３ｂを介してそれぞれベース電流が供給される。トランジスタ２ａ、２ｂはベース電流の大きさに応じた電流をエアバッグ装置６に供給する。ここで、電源回路１の出力電流が、例えば１００ｍＡの場合、トランジスタ２ａの消費電力は０．６Ｗ（＝（２４Ｖ−１８Ｖ）×１００ｍＡ）となり、トランジスタ２ｂの消費電力は０．６Ｗ（＝（１８Ｖ−１２Ｖ）×１００ｍＡ）となる。

ところで、トランジスタ２ａに異常が発生した場合、トランジスタ２ａのエミッタ電圧が変化する。トランジスタ２ａのエミッタ電圧は、マイクロコンピュータ４のＡ／Ｄ変換用入力端子からマイクロコンピュータ４に入力される。マイクロコンピュータ４は、入力されたトランジスタ２ａのエミッタ電圧値をトランジスタ２ａの異常判定上下限閾値と比較する。このトランジスタ２ａの異常判定上下限閾値は、トランジスタ２ａの正常時におけるエミッタ電圧値に基づいて決められている。マイクロコンピュータ４は、入力されたトランジスタ２ａのエミッタ電圧値がトランジスタ２ａの異常判定上下限閾値を超えている場合、トランジスタ２ａに異常が発生したものと判定する。トランジスタ２ｂに異常が発生した場合も、同様に、マイクロコンピュータ４は、トランジスタ２ｂのエミッタ電圧値をトランジスタ２ｂの異常判定上下限値と比較することでトランジスタ２ｂの異常を判定する。

最後に、具体的効果について説明する。本実施形態によれば、電源回路１は、直列接続された２つトランジスタ２ａ、２ｂの消費電力を低減することができる。さらに、２つのトランジスタ２ａ、２ｂの異常を個別に検出することができる。電源回路１は、ツェナーダイオード３ｃと直列接続された２つの分圧抵抗３ａ、３ｂとからなる定電圧回路３で、トランジスタ２ａ、２ｂのベースに、それぞれ異なる定電圧、例えば１８．７Ｖと１２．７Ｖを確実に印加することができる。また、電源回路１は、２つのトランジスタ２ａ、２ｂと、分圧抵抗３ａ、３ｂと、ツェナーダイオード３ｃと、マイクロコンピュータ４とのわずかな部品で構成でき小型化することができる。さらに、電源回路１は、トランジスタ２ａ、２ｂの消費電力を低減することでトランジスタ２ａ、２ｂを小さくでき、エアバッグ装置を小型化することができる。さらに、トランジスタ２ａ、２ｂの異常を個別に検出でき、エアバッグ装置の信頼性を向上させることができる。

なお、上述した実施形態では、２つのトランジスタが直列接続されている例を挙げているが、これに限られるものではない。３つ以上のトランジスタが直列接続されて構成されていてもよい．その場合、それぞれのトランジスタの消費電力をさらに低減することができる。

また、上述した実施形態では、定電圧回路は直列接続された２つの分圧抵抗とツェナーダイオードとで構成されているが、これに限られるものではない。定電圧回路は、それぞれのトランジスタにベース電圧を印加することができる回路であればよい。

第１実施形態における電源回路の回路図を示す。 従来の電源回路の回路図を示す。 従来の別の電源回路の回路図を示す。

符号の説明

１ ・・・ 電源回路
２ａ、２ｂ ・・・ トランジスタＳ
３ ・・・ 定電圧回路
３ａ、３ｂ ・・・ 分圧抵抗
３ｃ ・・・ ツェナーダイオード
４ ・・・ マイクロコンピュータ
５ ・・・ バッテリ
６ ・・・ エアバッグ装置用ＥＣＵ

Claims (4)

1. 直流電源と負荷との間に接続され前記直流電源からの入力電圧を降圧し出力電圧として前記負荷に供給する直列接続された複数のＮＰＮ型トランジスタと、前記全てのトランジスタのベースに接続され前記直流電源に接続された最前段の前記トランジスタから前記負荷に接続された最後段の前記トランジスタにかけて順次小さくなるそれぞれ値の異なる複数の定電圧を前記全てのトランジスタのベースに印加する定電圧回路と、前記全てのトランジスタのエミッタに接続され前記全てのトランジスタのエミッタ電圧の大きさに基づいて前記全てのトランジスタの異常を個別に検出するトランジスタ異常検出回路とを有することを特徴とする電源回路。
2. 前記定電圧回路は、ツェナーダイオード又は直列接続された複数の分圧抵抗の少なくともいずれかを有することを特徴とする請求項１記載の電源回路。
3. 前記複数のトランジスタは、２つのトランジスタであり、前記定電圧回路は、１つの前記ツェナーダイオードと２つの前記分圧抵抗とを直列接続してなることを特徴とする請求項２記載の電源回路。
4. 前記電源回路は、エアバッグ装置用の電源であることを特徴とする請求項１乃至３記載の電源回路。

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