特開 2023-114403 電源回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023114403

(43)【公開日】2023-08-17

(54)【発明の名称】電源回路

(51)【国際特許分類】

   H02H 7/00 20060101AFI20230809BHJP

   H02P 4/00 20060101ALI20230809BHJP

   G03B 30/00 20210101ALI20230809BHJP

   H02H 7/20 20060101ALI20230809BHJP

   H02H 9/04 20060101ALI20230809BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20230809BHJP

【ＦＩ】

H02H7/00 A

H02P4/00

G03B30/00

H02H7/20 A

H02H9/04 B

H02J1/00 309H

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022016758

(22)【出願日】2022-02-04

(71)【出願人】

【識別番号】000223182

【氏名又は名称】ＴＯＡ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】安田 尚樹

(72)【発明者】

【氏名】近藤 大介

【テーマコード（参考）】

5G013

5G053

5G165

5H501

【Ｆターム（参考）】

5G013AA09

5G013BA02

5G013CB02

5G013DA05

5G053AA01

5G053BA09

5G053CA05

5G053EA01

5G053EA03

5G053EA09

5G053EB02

5G053EC03

5G053FA04

5G165BB01

5G165DA07

5G165EA01

5G165GA01

5G165HA06

5G165LA01

5G165MA07

5G165NA05

5H501AA17

5H501BB06

5H501CC06

5H501DD06

5H501FF01

5H501FF05

5H501HA07

5H501HA08

(57)【要約】

【課題】
本発明は、電源回路に関する。
【解決手段】
本発明は、電子機器の内部にある駆動部によって起こる逆起電力を抑える電源回路であって、前記電子機器の内部にある前記駆動部への電力供給をON/OFFするON/OFFスイッチング回路と、前記ON/OFFスイッチング回路後段に、所望の時間通りに時間を制御する時定数回路と、前記ON/OFFスイッチング回路をOFFしたときに前記駆動部への電圧の立ち下り方を、前記時定数回路の制御通りに遅延させるように前記ON/OFFスイッチング回路と駆動部に接続された電圧制御回路とで構成される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子機器の内部にある駆動部によって起こる逆起電力を抑える電源回路であって、
前記電子機器の内部にある前記駆動部への電力供給をON/OFFするON/OFFスイッチング回路と、
前記ON/OFFスイッチング回路後段に、所望の時間通りに時間を制御する時定数回路と、
前記ON/OFFスイッチング回路をOFFしたときに前記駆動部への電圧の立ち下りを、前記時定数回路の制御通りに遅延させるように前記ON/OFFスイッチング回路と駆動部に接続された電圧制御回路とを備えた電源回路。

【請求項2】

前記電圧制御回路は、ＭＯＳＦＥＴである請求項１に記載の電源回路。

【請求項3】

前記ＭＯＳＦＥＴのソース側に前記駆動部が接続される請求項２に記載の電源回路。

【請求項4】

前記コンデンサと抵抗によって構成される時定数回路は、一端が前記MOSFETのゲート側に接続され、もう一端がグランドに接続されている請求項２又は３に記載の電源回路。

【請求項5】

前記ON/OFFスイッチング回路は、前記駆動部の立ち上がりを制御するロード・スイッチである請求項１～４のいずれか１項に記載の電源回路。

【請求項6】

前記駆動部は、モーターである請求項１～５のいずれか１項に記載の電源回路。

【請求項7】

前記電子機器は、ワンケーブルを使用したアナログカメラである請求項１～６のいずれか１項に記載の電源回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源回路に関する。

【背景技術】

【0002】

監視カメラにはズーム・フォーカス機能を搭載した機種がある。それらズーム・フォーカス機能は、通常スティッピングモーターの制御により実現するが、このモーター駆動部に常時電流が流れないよう、回路上でモーター電源をON/OFFするスイッチを設ける場合がある。

【0003】

このON/OFFスイッチには、半導体であるトランジスタを使用することがあり、そのトランジスタを使用して突入電流などを抑えるために緩やかに立ち上がるようにすることがある。この場合、一例としてロード・スイッチを用いることがある（非特許文献）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

TEXAS INSTRUMENTS社、“TPS22918 5.5-V, 2-A, 52-mΩ On-Resistance Load Switch データシート (Rev. C)”、P１１「7 Parameter Measurement Information」－P１５、［online］、２０１７年６月１４日、[２０２２年１月２８日]、インターネット、（https://www.ti.com/jp/lit/ds/symlink/tps22918.pdf?ts=1643324135341&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252Fja-jp%252FTPS22918）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、ON/OFFスイッチを切り替える際に、電源・モーター間の電流が急激に変動することでモーターのコイルに溜まった電荷が自己誘導によって逆起電力を発生させ、それがカメラ内で電源を介して伝わることで、映像信号に影響を与える場合がある。

【0006】

例えば、監視カメラと電源供給機との間を1本の同軸ケーブル上で電源と映像信号を重畳してやり取りする、ワンケーブルと呼ばれる配線方式がある。このワンケーブルに対応したカメラでは、上記の逆起電力によるノイズがカメラ・電源供給機の配線まで伝わることで、映像ノイズとして発現することがある。

【0007】

上記問題を解決するために本発明は、回路上でモーター電源をON/OFスイッチをOFFしたときに電源・モーター間の電流が急激に変動することで起こる逆起電力を制御することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、電子機器の内部にある駆動部によって起こる逆起電力を抑える電源回路であって、前記電子機器の内部にある前記駆動部への電力供給をON/OFFするON/OFFスイッチング回路と、前記ON/OFFスイッチング回路後段に、所望の時間通りに時間を制御する時定数回路と、前記ON/OFFスイッチング回路をOFFしたときに前記駆動部への電圧の立ち下り方を、前記時定数回路の制御通りに遅延させるように前記ON/OFFスイッチング回路と駆動部に接続された電圧制御回路とで構成される。

【発明の効果】

【0009】

本発明により、電子機器内で駆動部などを設け、それらの電源を切る際に起こる逆起電力を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の回路構成を含むカメラシステム１を示した図である。

【図2】図２は、本発明の回路構成を示した図である。

【図3】図３は、立ち上げ用回路を示した図である。

【図4】図４は、本発明の回路構成を用いた場合のMOSFET３１１のゲート２２２とソース２２３の電圧の変化を示した簡易図である。

【図5】図５は、本発明の回路構成を用いた場合の時間とモーター３２のゲート２２２の電圧の変化を示した図である。

【図6】図６は、本発明の実施例２の図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例0011】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の回路構成を含むカメラシステムを示した一例の図（以下、カメラシステム１）である。カメラシステム１は、カメラ２と、カメラ２と電源供給機５を結ぶ伝送路であるワンケーブル４と、カメラ２にワンケーブル４を用いて電源供給とカメラ２からの映像信号をレコーダー６に出力する電源供給機５と、電源供給機５から映像を受信して録画行うレコーダー６を備えたカメラシステム１である。カメラシステム１は例えば、ワンケーブルを使用して監視カメラなどの映像の出力と電源供給を同時におこない、その後映像のみ取り出して確認するような場合に用いられる。

【0012】

カメラ２は、映像・電源重畳回路２３と、DC/DCコンバーター２４と、立ち上げ/立ち下げ回路及び駆動部３と、図示していないが撮影した映像を電気信号に変換する撮像素子を含む映像信号処理部２５を有する、常設されているアナログの監視カメラである。

【0013】

映像・電源重畳回路２３は、ワンケーブル４を用いて電源供給機５から電源が供給され、電源ライン２２を介してDC/DCコンバーター２４への電源供給と、撮影した映像を映像信号処理２５から映像ライン２１を経由して受信し、ワンケーブル４を用いて電源供給機５に伝送するために電源と映像信号を重畳する。

【0014】

DC/DCコンバーター２４は、映像・電源重畳回路２３からの電源を、駆動部３２などに必要な電圧にするための電圧の変更をおこなう。また立ち上げ/立ち下げ回路及び駆動部３へ電源ライン２１を経由して電源供給をおこなう。

【0015】

立ち上げ/立ち下げ回路及び駆動部３は、立ち上げ/立ち下げ回路３１と駆動部３２からなる。立ち上げ/立ち下げ回路３１は駆動部３２の駆動の立ち上げと立ち下げをおこなう。詳細は図２で説明する。

【0016】

ワンケーブル４は、電源供給機５に映像・電源重畳回路２３で重畳された映像信号の伝送と、電源を駆動部等に供給する。

【0017】

電源供給機５は、商用電源からの電力をワンケーブル４を経由して伝送し、駆動部３２を含むカメラ２全体への電源供給を行う。またワンケーブル４を経由した映像・電源重畳回路２３からの映像信号を受信してレコーダー６への出力を行う。

【0018】

レコーダー６は、映像ライン５１を経由して電源供給機５から出力された映像の録画・再生を行う。

【0019】

図２は、カメラシステム１で説明した立ち上げ/立ち下げ回路及び駆動部３の詳細について説明する。立ち上げ/立ち下げ回路及び駆動部３は、DC/DCコンバーター２４を介してVin２６から電源が入力され、立ち上げ/立ち下げ用回路３１を介して駆動部３２が駆動するように構成されている。

【0020】

立ち上げ/立ち下げ用回路３１は、駆動部３２のＯＮ/OFFを制御する信号を送信する駆動部ＯＮ／ＯＦＦ信号スイッチ２２４と、駆動部３２の立ち上がりが緩やかになるように制御するためのコンデンサ３１５と立ち上げ用回路３１４と、電源の立ち下がりが緩やかになるように制御して駆動部３２が逆起電力を発生させないようにするためのMOSFET３１１とコンデンサ３１２と抵抗３１３によって構成されている。

【0021】

まず、立ち上がりを緩やかに制御するための説明をする。コンデンサ３１５と立ち上げ用回路３１４は、駆動部ＯＮ／ＯＦＦ信号スイッチ２２４からON信号が入力されたときにコンデンサ３１５に電荷が溜まり、立ち上がり用回路３１４内は図示していない電圧制御回路によりVin２６の電源の入力を制御している。またその電圧制御回路は、コンデンサ３１５の電圧が上がれば、その電圧に合わせて徐々に電圧制御回路が駆動するようになっている。これによりMOSFET３１１のゲート２２２に電圧が印加される。またMOSFET３１１のソース２２３の電圧もゲート２２２の電圧に合わせて徐々に上がって駆動するようになっているため、駆動部３２の電圧の立ち上がりが緩やかになるように制御している。なお、立ち上がり用回路３１４が駆動してMOSFET３１１が駆動するとともにコンデンサ３１２も電荷を溜める。立ち上げ用回路３１４の詳細については図３で説明する。

【0022】

次に立ち下がりを緩やかに制御するための説明をする。立ち下がりを緩やかに制御するためMOSFET３１１とコンデンサ３１２と抵抗３１３で構成される。MOSFET３１１は今回一例としてN型のMOSFETを使用する。従ってＶｉｎ２６側がドレイン２２１となり、ＭＯＳＦＥＴ３１１を駆動させるための電圧が印加されるのはゲート２２２となり、駆動部３２と接続されているのがソース２２３となる。ゲート２２２には、立ち上げ用回路３１４との間にコンデンサ３１２と抵抗３１３が並列に接続され、それぞれグランド３１７、３１８に接続されている。このように接続することで、駆動部ON/OFF信号スイッチ２２４からOFF信号が入力されたときにコンデンサ３１２に溜まっている電荷がMOSFET３１１に流れることなく、抵抗３１３と立ち上げ用回路３１４を通ってグランド３１８に抜けるようなっているため、コンデンサ３１２の容量と抵抗３１３の値により所望の時間で電荷が緩やかに抜けるように制御でき、それに合わせてゲート２２２に印加された電圧もコンデンサ３１２に合わせて所望の時間で緩やかに立ち下がるようになっている。

【0023】

次に駆動部３２について説明する。なお今回は駆動部３２の一例として、駆動部３２をモーターとして説明する（以下、モーター３２）。モーター３２の一端にはソース２２３が接続され、もう一端にはグランド３２２が接続されている。このように接続されることで、モーター３２を駆動させるためにソース２２３にも電圧が印加されるようになっている。なお一般的にＭＯＳＦＥＴは、ソース側に負荷などを接続するとソース側にも電圧がかかるようになっている。このような接続をした場合にMOSFETは、ソース側の電圧がゲートの電圧を追従する性質がある。この機能をソースフォロワという。このようにＭＯＳＦＥＴの性質を利用して、ソース２２３の電圧がゲート２２２の電圧を追従するソースフォロワ機能を発揮できるように接続して、ゲート２２２の電圧の立ち下がりを緩やかにすることでソース２２３の電圧も緩やかに立ち下がるようにする。これにより急激な電圧差が生じず、モーター３２に溜まった電荷による逆起電力が生じることなくグランド３２２に抜けていく。

【0024】

図３は、立ち上げ用回路の詳細について説明する。なお、図３の立ち上げ用回路３１４は一例としてロード・スイッチを使用しているため、今回は具体例としてTEXAS INSTRUMENTS社のTPS２２９１８を用いて説明する。立ち上げ用回路３１４は、チャージポンプ３４０とコントロールロジック３４２とＮ型のMOSFET３４１，３４３で構成されている。コントロールロジック３４２は、駆動部ON/OFF信号スイッチ２２４からONの信号が入力されたとき、MOSFET３４１を駆動させるように制御する。この時コンデンサ３１５が電荷を溜め始め、その電荷の溜まるスピードに合わせて緩やかにMOSFET３４１のゲート３５２の電圧も上がるようになっているため、ソース３５３の電圧も緩やかに上がる。これにより、ソース３５３に接続されているMOSFET３１１の電圧の立ち上がりも緩やかになる。

【0025】

また駆動部ON/OFF信号スイッチ２２４からOFFの信号が入力されたとき、コントロールロジック３４２はMOSFET３４１の駆動を止め、MOSFET３４３を駆動させるように制御する。このようにMOSFET３４１の駆動が止まったことで、コンデンサ３１５に溜まっていた電荷はグランド３１６に抜けていく。

【0026】

MOSFET３４３が駆動すると、コンデンサ３１２に溜まった電荷が抵抗３１３を通ってグランド３１８に抜けていく。このようにコンデンサ３１２に溜まった電荷が抵抗３１３を通るため、自由放電とは違い、抵抗３１３の値とコンデンサ３１２の容量で決まった時間をかけて緩やかにグランド３１８に抜けてゆく。この時MOSFET３１１のゲート２２２の電圧は、コンデンサ３１２の電圧の立ち下がりに合わせて立ち下がる。これによりMOSFET３１１のソース２２３の電圧もゲート２２２の電圧に合わせて立ち下がる。なお、MOSFET３４３も抵抗と考える事ができるが、今回は非常に小さい抵抗となるため、立ち下がりの時間には影響しないとして説明している。

【0027】

チャージポンプ３４０は、ソース３５３の電圧をドレイン３５１の電圧と同じようにするため、ゲート３５２の電圧を調整している。そもそもMOSFETの特性上駆動時に電圧を消費するため、ドレイン３５１の電圧に比べてＭＯＳＦＥＴ３４１で消費した電圧分ソース３５３の電圧が下がってしまう。そこでチャージポンプ３４０は、ソース３５３の電圧が下がるのを防ぐため、ゲート３５２の電圧を上げてソース３５３の電圧がドレイン３５１の電圧と同じ電圧になるように調整している。

【0028】

図４は、本発明のMOSFET３１１のゲート２２２とソース２２３の電圧の変化を示した図である。より詳細には、先述したようにＭＯＳＦＥＴの性質上駆動時に電圧を消費するため、ゲートの電圧よりソースの電圧が低くなってしまうこと表した図になる。また本発明は、先述したようにソースフォロワ機能を発揮できるような回路構成にしているため、ゲート２２２の電圧にソース２２３の電圧が追従するようなことも表した図となっている。なお、ＶＳはソース２２３の電圧、ＶＧはゲート２２３の電圧、ＶＧＳはＭＯＳＦＥＴ３１１の消費電圧を指す。

【0029】

本発明はゲート２２２の電圧を所望の時間で立ち下がるようにするため、ゲート２２２と立ち上げ用回路３１４の間にコンデンサ３１２及び抵抗３１３が並列に接続され、またそれぞれのコンデンサ３１２及び抵抗３１３がグランド３１７、３１８に接続されることで実現しているが、コンデンサ３１２と抵抗３１３の並列に接続されればよく、どのような順番で接続してもよい。なお、ゲート２２２とソース２２３の電圧はＶＳ＝ＶＧ－ＶＧＳで求めることができる。

【0030】

以下、図についてもう少し詳細に説明をする。
駆動部ON/OFF信号スイッチ２２４からON信号が入力されると、立ち上がり用回路３１４によってＭＯＳＦＥＴ３１１のＶＧは緩やかに立ち上がっていき、同時にＶＳもＶＧに追従して立ち上がっていく。その後一定時間経過後、ＶＧが一定の電圧で安定したとき、ＶＳも同時に電圧が安定する。ただし、ＶＳは先述したようにＭＯＳＦＥＴの特性によりＶＧＳを引いた分の電圧となる。

【0031】

次に駆動部ON/OFF信号スイッチ２２４からOＦＦ信号が入力されると、コンデンサ３１２の電圧に合わせてＶＧも変動し、コンデンサ３１２の電荷は抵抗３１３を通ってグランド３１８に抜けるようになっているため、コンデンサ３１２と抵抗３１３の時定数により所望の時間で緩やかにＶＧが立ち下がるようになっている。ＶＧが立ち下がるのと同時にＶＳも追従して立ち下がる。このようにコンデンサ３１２と抵抗３１３の時定数により所望の時間で立ち下がるようにソース電圧２２３を制御することで、モーター３２に溜まった電荷は緩やかにグランド３２２に抜けていき、逆起電力が生じない。

【0032】

図５は、本発明を使用した場合の時間とモーター３２のゲート２２２の電圧の変化を示した簡易図である。駆動部ON/OFFスイッチ２２４からON信号が入力されると立ち上がり用回路３１４によって緩やか電圧が立ち上がっていく。その後一定時間経過後電圧は安定し、駆動部ON/OFFスイッチ信号２２４からOFF信号が入力されると、MOSFET３１１とコンデンサ３１２と抵抗３１３によって緩やかに電圧が立ち下がっていく。なお本発明は、立ち上がり用回路３１４とは別で立ち下がり用回路が存在するため、立ち下がり時間を立ち上がりに掛かる時間とは異なるようにコンデンサ３１２と抵抗３１３によって設定できる。従って今回は、立ち上がり時間よりもさらに緩やかに立ち下がるようにした場合を表現している。

【実施例0033】

図６は、本発明の別の実施例である。より詳細には、実施例１のＭＯＳＦＥＴ３１１とは別のＭＯＳＦＥＴ３３１を使用している。なお、実施例１と同じ符号は実施例１と同じものを指すため、詳細な説明は割愛する。本発明は先述したように、実施例１のＭＯＳＦＥＴ３１１とは別のＭＯＳＦＥＴ３３１を使用しており、MOSFET３１１はN型のMOSFETで、MOSFET３３１はP型のＭＯＳＦＥＴを使用している。これらは周知のトランジスタのため詳細な説明は割愛するが、大きな違いとしてはソースとドレインの位置が逆になることである。また実施例１とは違い、Vin２６とMOSFET３３１の間にモーター３２が存在し、MOSFET３３１とグランド３１９の間にはモーター３２が存在しない。

【0034】

以下、もう少し詳細に説明する。
本実施例のMOSFET３３１は、Vin２６とMOSFET３３１の間がソース２２６となる。また、MOSFET３３１とグランド３１９の間がドレイン２２４となる。なお、ゲート２２５の位置は変わらない。つまり実施例１と同様にソース２２４にモーター３２が接続されているため、実施例１と同様にソースフォロワ機能を発揮できる。また、ゲート２２５には実施例１と同様にコンデンサ３１２と抵抗３１３が接続されている。また、コンデンサ３１２と抵抗３１３も実施例１と同様の接続がされているため、実施例１と同様にゲート２２５の電圧を所望の時間で立ち下げることができる。

【0035】

以上のように、本発明の例示として各実施形態を説明した。しかし、本発明は本出願の形態や構成に限定されず、適宜、変更、置き換え、付加や省略等をおこなった実施形態にも適用可能である。

【0036】

例えば、抵抗３１３が立ち下げ時に立ち上げ用回路３１４を通ってグランド３１８に電荷が抜けるようにしているが、立ち上げ用回路３１４を通らずにグランド３１８に接続してもよい。

【0037】

また本発明では、トランジスタをＭＯＳＦＥＴ３１１，３３１としているが、ソースフォロワ機能を発揮できる電界効果トランジスタであればよい。

【0038】

また本発明では、駆動部をモーターとしているが、インピーダンスが低く逆起電力を起こしやすいものであればよい。

【0039】

また本発明では、一例として立ち上げ用回路にＴＥＸＡＳ INSTRUMENTS社のTPS２２９１８を用いて説明したが、ＴＥＸＡＳ INSTRUMENTS社のTPS２２９１８のトランジスタに限られず半導体を使用していればよい。

【0040】

また本発明は、以下のような形態で実施するのが望ましい。
例えば、電源電圧を高く取ることが出来ない場合に使用するのが望ましい。本発明は、駆動部からの逆起電力によるノイズがDC/DCコンバーターで大きなノイズとなる。そのため、もともと電源電圧が低いとDC/DCコンバーターで大きなノイズとなることによってノイズの影響を受けやすくなるため、電源電圧を高く取ることが出来ない場合に本発明がより効果的になる。

【0041】

また本発明では、寄生型のダイオードで逆起電力を押さえることが出来ないような場合に使用するのが望ましい。寄生型のダイオードで逆起電力を抑える場合は、電圧によって寄生型のダイオードを駆動させるために一定の電圧が必要だが、その一定の電圧より低い場合は寄生型のダイオードが駆動しないことがある。このような場合、本発明は逆起電力そのものを抑えるので効果的である。

【0042】

また本発明は、ワンケーブルを使用したアナログカメラが望ましい。ワンケーブルを使用するような場合は映像信号と電源を重畳することになるので、電源ラインで起きたノイズがそのまま映像信号にも乗ることがあるため、ワンケーブルを使用しているものに効果的である。また、アナログカメラは、映像信号をフーリエ変換して周波数帯域でみると、非常に広く帯域を使用するため、ちょっとしたノイズでも映像が使用する帯域へ影響を与えてしまう。そのため、本発明はアナログカメラのような広い周波数帯域を使用する場合にノイズが乗るのを抑えたい場合に効果的である。

【0043】

また本発明は、既に駆動部への電力供給のために立ち上げ用回路を使用している場合でも、立ち下げ時に逆起電力などのノイズが起こる場合はアドオンすることができる。以上のように、本発明の例示した各実施形態や構成に限定されず、適宜、変更、置き換え、付加や省略等をおこなった実施形態にも適用可能である。