JP4631483B2

JP4631483B2 - 出力電圧可変型電源装置

Info

Publication number: JP4631483B2
Application number: JP2005076297A
Authority: JP
Inventors: 哲也上田
Original assignee: Noritsu Koki Co Ltd
Current assignee: Noritsu Koki Co Ltd
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2025-03-17
Also published as: JP2006260130A

Description

本発明は、出力電圧設定用端子への外付け抵抗によって出力電圧が設定される電圧レギュレータＩＣと、前記外付け抵抗が前記出力電圧設定用端子へ電圧設定用として機能するように接続される接続状態と前記外付け抵抗が前記出力電圧設定用端子へ電圧設定用として機能するようには接続されていない非接続状態とに切換える切換回路とが備えられた出力電圧可変型電源装置に関する。

安定した直流電圧を負荷に供給する電圧レギュレータは、例えば下記特許文献１に記載のような回路の他、各種の回路形式で実現され、ＩＣ化されて供給されている。
このような電圧レギュレータＩＣには、そのＩＣの出力電圧設定用端子へ接続する外付け抵抗によって出力電圧を外部設定できるものも存在する。
これを利用して、従来、例えば図８に示すような、外付け抵抗の接続状態を適宜に切換えることで、出力電圧を切換えることができる出力電圧可変型電源装置が考えられている。

図８の回路の電圧レギュレータＩＣ１００は、それの電圧出力端子１０１とグラウンドとの間に２つの外付け抵抗を直列に接続し、その２つの外付け抵抗の接続箇所を電圧レギュレータＩＣの出力電圧設定用端子１０２に接続することで、その２つの外付け抵抗の抵抗値に応じた出力電圧が得られるものである。
図８では、電圧出力端子１０１と出力電圧設定用端子１０２との間に外付け抵抗１２０を接続し、出力電圧設定用端子１０２に３つの外付け抵抗１２１，１２２，１２３の一端側を接続し、更に、３つの外付け抵抗１２１，１２２，１２３の他端側は、夫々、インバータ１３１，１３２，１３２の出力（オープンドレイン出力あるいはオープンコレクタ出力）に接続されている。
インバータ１３１，１３２，１３３のいずれかに「Ｈ」レベルの制御信号を入力させることで、それに接続された外付け抵抗の一端がグラウンドに接続されることになる。

例えば、インバータ１３１のみに「Ｈ」レベルの信号が入力されれば、電圧出力端子１０１とグラウンドとの間に外付け抵抗１２０と外付け抵抗１２１とが直列に接続され、その２つの外付け抵抗１２０，１２１の接続箇所が出力電圧設定用端子１０２に接続されることになり、インバータ１３２のみに「Ｈ」レベルの信号が入力されれば、電圧出力端子１０１とグラウンドとの間に外付け抵抗１２０と外付け抵抗１２２とが直列に接続され、その２つの外付け抵抗１２０，１２２の接続箇所が出力電圧設定用端子１０２に接続されることになり、更に、インバータ１３３のみに「Ｈ」レベルの信号が入力されれば、電圧出力端子１０１とグラウンドとの間に外付け抵抗１２０と外付け抵抗１２３とが直列に接続され、その２つの外付け抵抗１２０，１２３の接続箇所が出力電圧設定用端子１０２に接続されることになる。
従って、外付け抵抗１２１，１２２，１２３の抵抗値を適宜に設定しておくことで、インバータ１３１，１３２，１３３への入力信号によって、電圧レギュレータＩＣ１００の出力電圧を変化させることができる。
特開２０００−３９９２３号公報

しかしながら、図８に例示するような出力電圧の切換回路では、出力電圧の切換え時に瞬時的に出力電圧が高い電圧となってしまう場合があり、接続される負荷に悪影響を及ぼしてしまう場合があった。
図８の回路について説明すると、外付け抵抗１２０，１２１によって出力電圧を設定している状態から、外付け抵抗１２０，１２２によって出力電圧を設定している状態に切換えるときは、図９に示すように、インバータ１３１への入力を「Ｈ」から「Ｌ」レベルを変化させると共に、インバータ１３２への入力を「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化させる。
このとき、単一の出力電圧切換え指令信号から上記のようなインバータ１３１，１３２への制御信号を生成しても、回路部品の特性ばらつき等により、図９に「Δｔ」で示すような外付け抵抗１２１，１２２のいずれもがグラウンドに接続されずに浮いてしまう時間帯が発生してしまう場合がある。
電圧出力端子１０１と出力電圧設定用端子１０２との間の外付け抵抗の抵抗値をＲ１、出力電圧設定用端子１０２とグラウンドとの間の外付け抵抗の抵抗値をＲ２とすると、電圧レギュレータＩＣ１００の出力電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖｒｅｆ×（１＋Ｒ２／Ｒ１）（Ｖｒｅｆは定数）となり、外付け抵抗１２１，１２２のいずれもがグラウンドに接続されずに浮いてしまうと、Ｒ２が無限大となり電源電圧がそのまま出力されてしまう。
上記「Δｔ」は一瞬のごく短い時間ではあるが、電圧レギュレータＩＣに接続される負荷によっては、何らかの悪影響を受ける畏れがある。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、出力電圧の切換え時に高い電圧が出力されてしまうのを確実に防止する点にある。

本出願の第１の発明は、出力電圧設定用端子への外付け抵抗によって出力電圧が設定される電圧レギュレータＩＣと、前記外付け抵抗が前記出力電圧設定用端子へ電圧設定用として機能するように接続される接続状態と前記外付け抵抗が前記出力電圧設定用端子へ電圧設定用として機能するようには接続されていない非接続状態とに切換える切換回路とが備えられた出力電圧可変型電源装置において、前記切換回路は、前記電圧レギュレータＩＣの出力電圧切換えのために、いずれかの前記外付け抵抗について前記接続状態から前記非接続状態へ切換えるときに、その出力電圧の切換えによって前記非接続状態から前記接続状態へ切換えられる前記外付け抵抗についての前記接続状態への切換えを先行して行うように、入力される出力電圧切換え指令を遅延回路にて遅延させて、前記接続状態から前記非接続状態へ切換えるための制御信号を生成することによって、前記電圧レギュレータＩＣの出力電圧切換えのために、いずれかの前記外付け抵抗について前記接続状態から前記非接続状態へ切換えるときに、他の前記外付け抵抗のうちのいずれかについて、前記接続状態を維持させるように構成されている。

すなわち、いずれかの外付け抵抗について、前記接続状態から前記非接続状態へ切換える際に、他のいずれかの前記外付け抵抗が前記接続状態となっている状態を確保させるので、全ての前記外付け抵抗が瞬時的に前記非接続状態となってしまうのを回避できる。

又、いずれかの外付け抵抗について、前記接続状態から前記非接続状態へ切換える際に、他の前記外付け抵抗が前記接続状態となっている状態を確保させるについては、出力電圧の切換え指令によって前記接続状態と前記非接続状態とに状態変化する外付け抵抗以外の外付け抵抗を前記接続状態に維持させた状態で、出力電圧の切換えに直接関連する外付け抵抗を前記接続状態と前記非接続状態とに切換える手法も考えられるが、出力電圧の切換えに直接関連する外付け抵抗について、動作タイミングをずらせて前記接続状態と非接続状態とに切換えることで、切換え制御の簡素化を図りながら、全ての前記外付け抵抗が瞬時的に前記非接続状態となってしまうのを回避できる。

又、本出願の第２の発明は、上記第１の発明の構成に加えて、前記電圧レギュレータＩＣの出力側に負荷としてヒータが接続されている。
ヒータは、通常、印加電力の変化に対する温度の応答速度がそれほど大きくなく、瞬時的にヒータへの印加電圧を高くなってもそれほど大きな温度上昇を招くものではないが、応答性の良好なヒータを使用する場合には想定外の微妙な温度変化が発生し、温度制御上の観点から好ましくない場合がある。
そこで、上述のように電圧レギュレータＩＣの出力電圧を切換えることが極めて有効となる。

上記第１の発明によれば、出力電圧を切換える際に、全ての前記外付け抵抗が瞬時的に前記非接続状態となってしまうのを回避できるので、出力電圧の切換え時に高い電圧が出力されてしまうのを確実に防止することができる。
又、出力電圧の切換えに直接関連する外付け抵抗について、動作タイミングをずらせて前記接続状態と非接続状態とに切換えるだけの簡素な制御構成で、全ての前記外付け抵抗が瞬時的に前記非接続状態となってしまうのを回避できる。
又、上記第２の発明によれば、電圧レギュレータＩＣの出力電圧を切換えてヒータの温度制御を行う際に、安定性良く制御を行うことが可能となる。

以下、本発明の出力電圧可変型電源装置を、フィルム読取り装置に備えられるヒータを駆動するための電源として組み込んだ場合の実施の形態を図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
〔フィルム読取り装置ＦＳの全体構成〕
フィルム読取り装置ＦＳには、図２に概略的に示すように、写真フィルム読取り用の照明光源であるＬＥＤ光源装置１０と、温度制御装置１１と、写真フィルム１の駒画像を光電変換するＣＣＤラインセンサユニット１２と、写真フィルム１の画像をＣＣＤラインセンサユニット１２上に結像させるためのレンズ１３と、光路を９０度屈曲させるためのミラー１４と、ＣＣＤラインセンサユニット１２の出力信号を増幅及びＡ／Ｄ変換等する信号処理回路１５と、所定の読取り用位置を経由して写真フィルム１を搬送するフィルムキャリア１６とが備えられている。尚、ＬＥＤ光源装置１０とフィルムキャリア１６におけるフィルム搬送位置との間には、光拡散ボックス１７が備えられている。

ＣＣＤラインセンサユニット１２は、約５０００個の受光素子を写真フィルム１の幅方向に配列したＣＣＤラインセンサを３列に並べて備えており、各ＣＣＤラインセンサの受光面には夫々赤色、緑色、青色のカラーフィルタが形成されて、写真フィルム１の駒画像を色分解して検出する。
フィルム読取り装置ＦＳでは、フィルムキャリア１６に写真フィルム１がセットされると、写真フィルム１の搬送が開始され、駒画像が順次読み取られて、赤色、緑色、青色毎のデジタル画像データとして出力される。

〔ＬＥＤ光源装置１０の構成〕
ＬＥＤ光源装置１０は、図１に示すように、ほぼ閉空間を構成する筐体３０内に、光源である発光ダイオードのチップ３１を多数配列した金属製の２つのチップ支持基板３２と、２つのチップ支持基板３２を支持する略Ｌ字状のヒートシンク３３と、２つのチップ支持基板３２の夫々に対応して備えられる２つの第１レンズ３４と、波長選択性反射ミラー３５と、２つのチップ支持基板３２に対して共通に備えられる第２レンズ３６と、筐体３０の一側に配置される吸気ファンユニット３７と、筐体３０における吸気ファンユニット３７と反対側に配置される排気ファンユニット３８とが備えられ、更に、２つのチップ支持基板３２夫々の側脇に接触する状態で配置される２つの光源温度検出センサ３９と、ヒートシンク３３におけるチップ支持基板３２取付け位置付近にヒータ４０が埋め込まれている。

温度制御装置１１は、上記光源温度検出センサ３９の検出情報に基づいてヒータ４０を制御して、光源温度検出センサ３９の検出出力が目標温度付近で安定するように制御する。
温度制御装置１１には、図３に示すヒータ駆動回路４１が備えられている。
図３のヒータ駆動回路４１は、電圧レギュレータＩＣ５１（以下、単に「レギュレータ５１」と称する）を使用した出力電圧可変型電源装置として構成されている。
レギュレータ５１の出力電圧を複数段階に切換えるために、レギュレータ５１の電圧出力端子５１ａと出力電圧設定用端子５１ｂとの間に外付け抵抗５２が接続され、更に、出力電圧設定用端子５１ｂに外付け抵抗５３，５４，５５の一端が接続されている。
外付け抵抗５３，５４，５５の他端側には、インバータ５６，５７，５８（オープンドレイン出力あるいはオープンコレクタ出力）の出力が夫々接続され、インバータ５６，５７，５８の入力には、遅延用カウンタ５９，６０，６１の出力が夫々接続され、遅延用カウンタ５９，６０，６１の入力にはデコーダ６２の出力が接続されている。

インバータ５６，５７，５８は、実質的に、それの出力に接続された外付け抵抗５３，５４，５５の前記他端をグラウンドレベルに接続するか回路的に切り離すかのスイッチとして機能し、「Ｈ」レベルの信号が入力されると外付け抵抗５３，５４，５５をグラウンドレベルに接続し、「Ｌ」レベルの信号が入力されると回路的に切り離す。回路的に切り離された外付け抵抗５３，５４，５５は、一端が出力電圧設定用端子５１ｂに接続されているものの、電圧設定用としては機能しないことになる。
電圧出力端子５１ａと出力電圧設定用端子５１ｂとの間の外付け抵抗の抵抗値をＲ１、出力電圧設定用端子５１ｂとグラウンドとの間の外付け抵抗の抵抗値をＲ２とすると、レギュレータ５１の出力電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖｒｅｆ×（１＋Ｒ２／Ｒ１）（Ｖｒｅｆは定数）となるので、外付け抵抗５３，５４，５５の抵抗値を夫々異ならせて、「Ｈ」レベルの信号を入力するインバータ５６，５７，５８を切換えることで、レギュレータ５１の出力電圧を３段階に切換えることができる。

すなわち、インバータ５６，５７，５８は、外付け抵抗５３，５４，５５が出力電圧設定用端子５１ｂへ電圧設定用として機能するように接続される接続状態と、外付け抵抗５３，５４，５５が出力電圧設定用端子５１ｂへ電圧設定用として機能するようには接続されていない非接続状態とに切換える切換回路ＳＷの一部を構成している。
遅延用カウンタ５９，６０，６１は、レギュレータ５１の出力電圧切換えのために、いずれかの外付け抵抗５３，５４，５５について前記接続状態から前記非接続状態へ切換えるときに、その出力電圧の切換えによって前記非接続状態から前記接続状態へ切換えられる他の外付け抵抗５３，５４，５５についての前記接続状態への切換えを先行して行うように、入力される出力電圧切換え指令を遅延させる遅延回路ＤＬとして機能するものであり、インバータ５６，５７，５８と共に切換回路ＳＷを構成している。

この遅延用カウンタ５９，６０，６１の動作について、図４及び図５に基づいて説明する。
遅延用カウンタ５９，６０，６１は、実質的に、図５のフローチャートに示す処理を実行するように、ＦＰＧＡの一部を利用して論理回路として構成されており、入力デジタル信号の立ち上がりを検出すると（ステップ＃１）直ちに「Ｈ」レベルの信号を出力し（ステップ＃２）、一方、入力デジタル信号の立ち下がりを検出すると（ステップ＃３）、内蔵されているカウンタにクロック信号のカウントを開始させ（ステップ＃４）、そのカウンタが所定のカウント値のカウントを完了すると（ステップ＃５）、「Ｌ」レベルの信号を出力する。

各遅延用カウンタ５９，６０，６１が図５に示す動作を実行することによって、各外付け抵抗５３，５４，５５が、外付け抵抗５３，外付け抵抗５４，外付け抵抗５５の順序で前記接続状態となる場合の動作を図４に基づいて説明する。尚、図４では、図３のＬ１，Ｍ１，Ｈ１，Ｌ２，Ｍ２，Ｈ２の各点の電圧波形を示している。
いずれの外付け抵抗５３，５４，５５について前記接続状態とするかの前記出力電圧切換え指令は、２ビットの信号でデコーダ６２へ入力され、デコーダ６２は、遅延用カウンタ５９，６０，６１のうちの、入力される２ビットデータによって特定されるいずれか１つの遅延用カウンタ５９，６０，６１に「Ｈ」レベルの信号を出力し、他の遅延用カウンタ５９，６０，６１への出力は「Ｌ」レベルに維持する。

先ず、デコーダ６２に対して遅延用カウンタ５９のみに「Ｈ」レベルを出力するように前記出力電圧切換え指令が入力している状態で、前記出力電圧切換え指令が遅延用カウンタ６０のみに「Ｈ」レベルのを出力する指令に切り替わると、その指示通りに、遅延用カウンタ５９への出力を「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに切換え、遅延用カウンタ６０への出力を「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに切換える（図４（ａ）の矢印Ａで示す位置）。
このとき、入力信号の立ち上がりを検出した遅延用カウンタ６０は、直ちに「Ｈ」レベル信号を出力し、又、入力信号の立ち下がりを検出した遅延用カウンタ５９は、所定クロック数のカウント所要時間に相当する時間「Ｔ_Ｄ」を経過した後に「Ｌ」レベル信号を出力する（図４（ｂ）の矢印Ａで示す位置を参照）。
従って、レギュレータ５１の出力電圧切換えのために、いずれかの外付け抵抗（ここでは、外付け抵抗５３）について前記接続状態から前記非接続状態へ切換えるときに、他の外付け抵抗のうちのいずれか（ここでは、外付け抵抗５４）について、前記接続状態を維持させるようになっている。

デコーダ６２に入力される前記出力電圧切換え指令が、遅延用カウンタ６１のみに「Ｈ」レベルのを出力する指令に切り替わったとき（図４（ａ），図４（ｂ）の矢印Ｂで示す位置）や、遅延用カウンタ５９のみに「Ｈ」レベルのを出力する指令に戻ったとき（図４（ａ），図４（ｂ）の矢印Ｃで示す位置）の同様に動作する。
このように遅延用カウンタ５９，６０，６１において、立ち下がり信号のみを遅延させて出力することで、図４（ａ）の矢印Ａの位置で、瞬間的に、「Ｌ１」の電圧と「Ｍ１」の電圧とが共に「Ｌ」レベルとなってしまうような場合でも、外付け抵抗５３及び外付け抵抗５４の双方が同時に前記非接続状態となって、電源電圧（Ｖｃｃ）がそのまま出力されてしまうのを回避できる。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態について説明する。
第２実施形態は、上記第１実施形態とは、遅延回路ＤＬの構成のみが異なり、その他の部分は上記第１実施形態と全く共通である。
遅延回路ＤＬは、図６に示すように、一対のシュミットトリガー型のインバータ７１，７２の間にダイオード７３と抵抗７４とを並列に接続し、インバータ７２の入力をコンデンサ７５を介してグラウンドに接続している。

この遅延回路ＤＬの動作を図７に基づいて説明する。図７では、図６の回路のＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の各点の電圧波形を示している。
インバータ７１の入力信号が、図７の「Ｐ１」のように変化すると、インバータ７１は、入力信号を反転した「Ｐ２」に示す信号を出力する。
インバータ７１の出力信号が「Ｈ」レベルにあるときには、抵抗７４を介してコンデンサ７５に充電されている。
コンデンサ７５に充電された状態で、インバータ７１の入力が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化してインバータ７１の出力が「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化すると（図７において矢印Ｐで示す位置）、コンデンサ７５に充電されていた電荷はダイオード７３を介して高速に放電される。
従って、「Ｐ３」の電圧は直ちに「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化し、インバータ７２の出力は「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化する。

逆に、インバータ７１の入力が「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化してインバータ７１の出力が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化すると（図７において矢印Ｑで示す位置）、抵抗７４を介してコンデンサ７５へ充電が開始される。
このコンデンサ７５への充電によって、インバータ７２の入力電圧「Ｐ３」は、抵抗７４の抵抗値とコンデンサ７５の容量値とによって決まる時定数で緩やかに上昇して行く。
インバータ７２の入力電圧が「Ｈ」レベルのしきい値電圧（Ｖ_ＴＨ）まで上昇すると、インバータ７２の出力は「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルへ変化する。
これによって、図６の遅延回路ＤＬは、上記第１実施形態における遅延用カウンタ５９，６０，６１と同様に、立ち下がり信号のみを「Ｔ_Ｄ」だけ遅延させて出力することになり、上記第１実施形態の各遅延用カウンタ５９，６０，６１を単純に図６の遅延回路ＤＬに置き換えるだけで、上記第１実施形態と全く同一の動作をさせることができる。
図６の遅延回路ＤＬを用いた場合の図４に示す電圧波形についても、上記第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

＜その他の実施形態＞
以下、本発明のその他の実施形態を列記する。
（１）上記第１実施形態及び第２実施形態では、本発明の出力電圧可変型電源装置をヒータ４０に電力を供給するヒータ駆動回路４１として構成した場合を例示しているが、モータ等の各種の負荷に電力を供給する場合に本発明を適用することができる。
（２）上記第１実施形態及び第２実施形態では、出力電圧の切換え時を除き、同時に２つ以上の外付け抵抗５３，５４，５５が前記接続状態とはならないように制御する場合を例示しているが、外付け抵抗５３，５４，５５のうち、同時に前記接続状態となる外付け抵抗５３，５４，５５の組み合わせを適宜に変更して、更に細かく出力電圧を設定変更できるように構成しても良い。
（３）上記第１実施形態及び第２実施形態では、出力電圧設定用端子５１ｂとグラウンドとの間に接続される外付け抵抗５３，５４，５５を前記接続状態と前記非接続状態とに切換えて出力電圧を切換える場合を例示しているが、電圧出力端子５１ａと出力電圧設定用端子５１ｂとの間に配置される外付け抵抗を複数個並列に配置して、それらの各外付け抵抗を前記接続状態と前記非接続状態とに切換えて、出力電圧を切換えるように構成しても良い。

本発明の第１実施形態及び第２実施形態にかかる要部概略構成図本発明の第１実施形態及び第２実施形態にかかるフィルム読取り装置の概略構成図本発明の第１実施形態にかかる電源装置の回路図本発明の第１実施形態及び第２実施形態にかかる動作説明図本発明の第１実施形態にかかるフローチャート本発明の第２実施形態にかかる遅延回路の回路図本発明の第２実施形態にかかる動作説明図従来の電源装置の回路図従来の電源装置の動作説明図

符号の説明

４０ヒータ
５１電圧レギュレータＩＣ
５１ｂ出力電圧設定用端子
５２，５３，５４，５５外付け抵抗
ＤＬ遅延回路
ＳＷ切換回路

Claims

出力電圧設定用端子への外付け抵抗によって出力電圧が設定される電圧レギュレータＩＣと、前記外付け抵抗が前記出力電圧設定用端子へ電圧設定用として機能するように接続される接続状態と前記外付け抵抗が前記出力電圧設定用端子へ電圧設定用として機能するようには接続されていない非接続状態とに切換える切換回路とが備えられた出力電圧可変型電源装置であって、
前記切換回路は、
前記電圧レギュレータＩＣの出力電圧切換えのために、いずれかの前記外付け抵抗について前記接続状態から前記非接続状態へ切換えるときに、その出力電圧の切換えによって前記非接続状態から前記接続状態へ切換えられる前記外付け抵抗についての前記接続状態への切換えを先行して行うように、入力される出力電圧切換え指令を遅延回路にて遅延させて、前記接続状態から前記非接続状態へ切換えるための制御信号を生成することによって、
前記電圧レギュレータＩＣの出力電圧切換えのために、いずれかの前記外付け抵抗について前記接続状態から前記非接続状態へ切換えるときに、他の前記外付け抵抗のうちのいずれかについて、前記接続状態を維持させるように構成されている出力電圧可変型電源装置。
前記電圧レギュレータＩＣの出力側に負荷としてヒータが接続されている請求項１記載の出力電圧可変型電源装置。