JP2000069748A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電源電圧の電圧変動を検出することのできる小
型で安価な電源装置を提供する。 【解決手段】電源回路部１はフライバック・コンバータ
からなり、スイッチング素子Ｓ１のオン時にトランスＴ
１の一次巻線Ｎ１にエネルギが蓄積される。次にスイッ
チング素子Ｓ１がオフすると、トランスＴ１の二次巻線
Ｎ２に逆起電力が発生し、コンデンサＣ２によって平滑
される。電圧検出回路２では、スイッチング素子Ｓ１の
オン時に一次巻線Ｎ１に印加される電圧に同期した電圧
が電圧検出用巻線Ｎ４に誘起され、電圧検出用巻線Ｎ４
に誘起された電圧をダイオードＤ３で整流した後、コン
デンサＣ４で平滑して直流電圧に変換し、負荷を制御す
る制御回路にフィードバックする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源電圧の変動を
検出するための電圧検出手段を有する電源装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の電源装置としては、例えば特開
平６−３２７２５７号公報に示すように、商用電源の電
源電圧を降圧する商用トランスの二次側から商用電源の
電圧変動を検出するものがあった。図３はこの電源装置
を温水洗浄便座の水ポンプの駆動用に用いた場合の回路
図であり、この電源装置は、商用電源ＡＣの電源電圧を
降圧する商用トランスＴ２と、商用トランスＴ２の二次
電圧を整流する整流器ＤＢ３と、整流器ＤＢ３の整流電
圧を平滑する電解コンデンサよりなるコンデンサＣ６
と、コンデンサＣ６によって平滑された電圧を安定化し
て制御用マイコンＩＣ２に電源供給する三端子レギュレ
ータＲＥＧと、出力ポートＰ２から出力される制御信号
で水ポンプ（図示せず）に印加する電圧を変化させるこ
とにより、水ポンプの回転数を変化させて、水の吐出量
を制御する制御用マイコンＩＣ２とを備えたものがあっ
た。

【０００３】この電源装置では、商用電源ＡＣの交流電
圧を商用トランスＴ２で降圧し、整流器ＤＢ３で整流し
た後、コンデンサＣ６で平滑して、交流電圧を直流電圧
に変換しているので、コンデンサＣ６の出力電圧は商用
電源ＡＣの電圧変動に応じて変化する。一方、水ポンプ
は商用電源ＡＣにより駆動されるため、水ポンプの回転
数（すなわち水の吐出量）も商用電源ＡＣの電圧変動に
よって変動するが、本回路ではコンデンサＣ６の両端電
圧を分圧抵抗Ｒ６，Ｒ７で分圧した電圧を制御用マイコ
ンＩＣ２の入力ポートＰ１に入力しており、制御用マイ
コンＩＣ２は入力ポートＰ１の電圧値に応じて出力ポー
トＰ２から出力する制御信号を制御させているので、商
用電源ＡＣの電圧変動と無関係に水ポンプの回転数（す
なわち水の吐出量）を一定に制御することができる。な
お、分圧抵抗Ｒ６，Ｒ７よりなる分圧回路はコンデンサ
Ｃ６の両端電圧を所定の電圧比で分圧しており、その分
圧比は、分圧された電圧が制御用マイコンＩＣ２の入力
電圧の定格値を超えないような値に設定されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の電源装置で
は、商用電源ＡＣの電圧変動を商用トランスＴ２の二次
側から取り出しており、商用トランスＴ２の二次側の電
圧は商用電源ＡＣの電圧変動に応じて変動するため、商
用電源ＡＣの電圧変動を容易に取り出すことができる
が、二次側の負荷が大きくなると商用トランスＴ２が大
きく、且つ、高価になるという問題があった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みて為されたもの
であり、その目的とするところは、電源電圧の電圧変動
を検出することのできる小型で安価な電源装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明では、電源電圧をスイッチング素子
でスイッチングすることにより所望の電圧を生成する電
源回路部を備え、上記電源回路部の二次側から電源電圧
を検出する電圧検出手段を設けて成ることを特徴とし、
電圧検出手段を用いて電源回路部の二次側から電源電圧
の電圧変動を検出することができ、そのうえ電源回路部
にスイッチング電源を用いているので、交流電圧をトラ
ンスで降圧した後、平滑して所望の直流電圧を発生する
場合に比べて、大型で高価なトランスが不用になるか
ら、電源装置全体として小型化、低コスト化を図ること
ができる。

【０００７】また、請求項２の発明では、請求項１の発
明において、上記電源回路部は、交流電源の交流電圧を
整流平滑して直流電圧に変換する直流電源回路と、直流
電源回路の出力端子間に上記スイッチング素子を介して
一次巻線が接続されたトランスとを有し、直流電源回路
の直流電圧をスイッチング素子でスイッチングすること
によってトランスの二次側に所望の直流電圧を生成し、
上記電圧検出手段はトランスの二次側に設けられた電圧
検出用巻線を有することを特徴とし、交流電源の交流電
圧が変動すると、直流電源回路の直流電圧が変動して、
トランスの一次巻線に印加される電圧が変化するので、
トランスの二次側に設けられた電圧検出用巻線の出力か
ら交流電源の電圧変動を検出することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本実施形態の電源装置を示
す回路図である。

【０００９】商用電源ＡＣの交流電圧はダイオードブリ
ッジからなる整流器ＤＢ１によって全波整流された後、
電解コンデンサよりなるコンデンサＣ１によって平滑さ
れて、直流電圧に変換される。コンデンサＣ１によって
平滑された直流電圧（電源電圧）はフライバック・コン
バータからなるコンバータ回路１ｂによって所望の電圧
に変換される。ここに、整流器ＤＢ１およびコンデンサ
Ｃ１から直流電源回路１ａが構成され、直流電源回路１
ａおよびコンバータ回路１ｂから電源回路部１が構成さ
れる。

【００１０】コンバータ回路１ｂは、コンデンサＣ１の
高電位側端に一次巻線Ｎ１の一端が接続されたトランス
Ｔ１と、一次巻線Ｎ１の他端とコンデンサＣ１の低電位
側端との間に接続されたスイッチング素子Ｓ１と、トラ
ンスＴ１の二次巻線Ｎ２の一端にアノードが接続された
ダイオードＤ１と、ダイオードＤ１のカソードと二次巻
線Ｎ２の他端との間に接続された電解コンデンサよりな
るコンデンサＣ２とで構成され、スイッチング素子Ｓ１
が所定の周波数でオンオフされることによって、コンデ
ンサＣ１の両端電圧が所望の電圧に変換される。なお、
本回路では電源回路部１にスイッチング電源を用いてい
るので商用トランスが不要になり、スイッチング素子Ｓ
１のスイッチング周波数は商用電源ＡＣの周波数に比べ
て高周波なので、トランスＴ１に小型のものを用いるこ
とができるから、電源回路の小型化、低コスト化を図る
ことができる。

【００１１】スイッチング素子Ｓ１の制御端子にはフォ
トカプラＰＣからの信号が入力されており、スイッチン
グ素子Ｓ１はフォトカプラＰＣから入力される信号によ
って所定の周波数でオンオフされる。スイッチング素子
Ｓ１がオンすると、コンデンサＣ１→トランスＴ１の一
次巻線Ｎ１→スイッチング素子Ｓ１→コンデンサＣ１の
経路で電流が流れる。ここで、トランスＴ１の二次巻線
Ｎ２は一次巻線Ｎ１と極性が逆なので、ダイオードＤ１
には電流が流れず、トランスＴ１の一次巻線Ｎ１にエネ
ルギが蓄積される。次にスイッチング素子Ｓ１がオフす
ると、トランスＴ１の二次巻線Ｎ２に逆起電力が誘起さ
れ、二次巻線Ｎ２からダイオードＤ１を介してコンデン
サＣ２に電流が流れ、二次巻線Ｎ２に誘起された電圧が
コンデンサＣ２によって平滑される。

【００１２】コンデンサＣ２の高電位側端にはフォトカ
プラＰＣの発光ダイオードのアノード側が接続され、フ
ォトカプラＰＣの発光ダイオードのカソード側には抵抗
Ｒ１の一端が接続されており、抵抗Ｒ１の他端とコンデ
ンサＣ２の低電位側端との間には電解コンデンサよりな
るコンデンサＣ５およびシャントレギュレータよりなる
定電圧素子ＩＣ１の並列回路が接続されている。また、
コンデンサＣ２の両端間には抵抗Ｒ３，Ｒ４の直列回路
が接続されており、抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続点は定電圧素
子ＩＣ１の基準電圧端子に接続されている。

【００１３】一方、トランスＴ１の二次側には補助巻線
Ｎ３が設けられており、補助巻線Ｎ３の一端にはダイオ
ードＤ２のアノードが接続され、ダイオードＤ２のカソ
ードと補助巻線Ｎ３の他端との間にはコンデンサＣ３が
接続されている。ダイオードＤ２およびコンデンサＣ３
の接続点にはフォトカプラＰＣのフォトトランジスタの
コレクタが接続され、フォトカプラＰＣのフォトトラン
ジスタのエミッタはスイッチング素子Ｓ１の制御端子に
接続されている。

【００１４】ここで、補助巻線Ｎ３は一次巻線Ｎ１と極
性が逆になっているので、上述と同様にスイッチング素
子Ｓ１のオン時はダイオードＤ２に電流が流れず、スイ
ッチング素子Ｓ１のオフ時に補助巻線Ｎ３に逆起電力が
誘起され、補助巻線Ｎ３からダイオードＤ３を介してコ
ンデンサＣ３に電流が流れる。ところで、抵抗Ｒ２〜Ｒ
４、コンデンサＣ５および定電圧素子ＩＣ１は定電圧回
路を構成しており、抵抗Ｒ２および定電圧素子ＩＣ１の
接続点の電圧Ｖ１は略一定となる。したがって、フォト
カプラＰＣの発光ダイオードおよび抵抗Ｒ１からなる直
列回路にはコンデンサＣ２の両端電圧Ｖｏと電圧Ｖ１と
の差の電圧が印加され、フォトカプラＰＣの発光ダイオ
ードには両端電圧Ｖｏと電圧Ｖ１との差の電圧に比例し
た電流が流れることになる。

【００１５】而して、コンデンサＣ２の両端電圧Ｖｏが
高くなると、フォトカプラＰＣの発光ダイオードに流れ
る電流が増加するので、フォトカプラＰＣのフォトトラ
ンジスタに流れる電流も増加する。この時、フォトカプ
ラＰＣからスイッチング素子Ｓ１の制御端子にフィード
バックされる帰還電流が増加し、スイッチング素子Ｓ１
のオン時間が短くなるので、スイッチング素子Ｓ１のオ
ン時にトランスＴ１の一次巻線Ｎ１に蓄積されるエネル
ギが減少して、コンデンサＣ２の両端電圧Ｖｏが低下す
る。このように、出力電圧Ｖｏが高くなると、フォトカ
プラＰＣのフォトトランジスタに流れる電流が増加し、
スイッチング素子Ｓ１のオン時間が短くなるので、出力
電圧Ｖｏが低下して、出力電圧Ｖｏを略一定に制御する
ことができる。

【００１６】また、トランスＴ１の二次側には電圧検出
用巻線Ｎ４が設けられており、電圧検出用巻線Ｎ４の一
端にはダイオードＤ３のアノードが接続され、ダイオー
ドＤ３のカソードと電圧検出用巻線Ｎ４の他端との間に
は電解コンデンサよりなるコンデンサＣ４が接続されて
いる。ここに、電圧検出用巻線Ｎ４、ダイオードＤ３お
よびコンデンサＣ４から電圧検出手段たる電圧検出回路
２が構成される。

【００１７】トランスＴ１の電圧検出用巻線Ｎ４は一次
巻線Ｎ１と極性が同じなので、電圧検出用巻線Ｎ４に誘
起される電圧は、スイッチング素子Ｓ１のオン時に一次
巻線Ｎ１に印加される電圧に同期した電圧となり、電圧
検出用巻線Ｎ４に誘起された電圧は、ダイオードＤ３に
よって整流された後、コンデンサＣ４によって平滑され
る。ここで、コンデンサＣ１の両端電圧をＶｉ、一次巻
線Ｎ１および電圧検出用巻線Ｎ４の巻線数をそれぞれｎ
１，ｎ４とすると、コンデンサＣ４の両端電圧Ｖｈは、
Ｖｈ＝Ｖｉ×ｎ４／ｎ１と表されるので、コンデンサＣ
４の両端電圧から商用電源ＡＣの電圧変動に比例した電
圧を取り出すことができる。而して、電圧検出回路２は
電圧検出用巻線Ｎ４を用いて電源回路部１の二次側から
商用電源ＡＣの電圧変動を検出することができる。

【００１８】図２は上述した図１の回路を温水洗浄便座
の水ポンプＰｕ１の制御用に適用したものである。本回
路は、図１に示す回路において、商用電源ＡＣの交流電
圧を全波整流する整流器ＤＢ２と、整流器ＤＢ２の直流
出力端子間にスイッチング素子Ｓ２を介して接続された
水ポンプＰｕ１と、スイッチング素子Ｓ２のオンオフを
制御する制御用マイコンＩＣ２と、コンデンサＣ２によ
って平滑された電圧を安定化して制御用マイコンＩＣ２
に供給する三端子レギュレータＲＥＧとを設けており、
整流器ＤＢ２の出力電圧をスイッチング素子Ｓ２でスイ
ッチングすることにより所定の電圧に変換して水ポンプ
Ｐｕ１に供給している。尚、上述した図１の回路と同一
の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略す
る。また、本実施形態では負荷として水ポンプＰｕ１を
用いているが、負荷を水ポンプＰｕ１に限定する趣旨の
ものではなく、ファン用のモータなどの負荷を制御する
ものであっても良い。

【００１９】コンデンサＣ４の両端間には分圧抵抗Ｒ
６，Ｒ７の直列回路が接続されており、コンデンサＣ４
の両端電圧Ｖｈを分圧抵抗Ｒ６，Ｒ７により分圧した電
圧が制御用マイコンＩＣ２の入力ポートＰ１に入力され
る。なお、分圧抵抗Ｒ６，Ｒ７よりなる分圧回路はコン
デンサＣ４の両端電圧Ｖｈを所定の電圧比で分圧してお
り、その分圧比は、分圧された電圧が制御用マイコンＩ
Ｃ２の入力電圧の定格値を超えないような値に設定され
ている。また、制御用マイコンＩＣ２の出力ポートＰ２
は抵抗Ｒ５を介してスイッチング素子Ｓ２の制御端子に
接続されており、出力ポートＰ２から出力される制御信
号によってスイッチング素子Ｓ２がオンオフされる。

【００２０】ここで、水ポンプＰｕ１の電源は、商用電
源ＡＣの交流電圧を整流器ＤＢ２で全波整流した電圧を
用いているので、商用電源ＡＣの電圧変動によって水ポ
ンプＰｕ１に印加される電圧が変動し、その回転数（す
なわち水の吐出量）が変動する虞がある。そこで、本回
路では電圧検出回路２が電源回路部１の二次側から商用
電源ＡＣの電圧変動を検出し、制御用マイコンＩＣ２の
入力ポートＰ１にフィードバックしており、制御用マイ
コンＩＣ２は、入力ポートＰ１に入力された電圧に応じ
て出力ポートＰ２から出力する制御信号を変化させ、水
ポンプＰｕ１に印加される電圧が略一定となるようにス
イッチング素子Ｓ２のオン期間を制御している。このよ
うに、制御用マイコンＩＣ２が商用電源ＡＣの電圧変動
を検出して水ポンプＰｕ１に印加される電圧を略一定に
制御しているので、水ポンプＰｕ１の回転数を略一定と
し、その吐出量を略一定に制御することができる。

【００２１】

【発明の効果】上述のように、請求項１の発明は、電源
電圧をスイッチング素子でスイッチングすることにより
所望の電圧を生成する電源回路部を備え、上記電源回路
部の二次側から電源電圧を検出する電圧検出手段を設け
て成ることを特徴とし、電圧検出手段を用いて電源回路
部の二次側から電源電圧の電圧変動を検出することがで
き、そのうえ電源回路部にスイッチング電源を用いてい
るので、交流電圧をトランスで降圧した後、平滑して所
望の直流電圧を発生する場合に比べて、大型で高価なト
ランスが不用になるから、電源装置全体として小型化、
低コスト化を図ることができるという効果がある。

【００２２】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
において、上記電源回路部は、交流電源の交流電圧を整
流平滑して直流電圧に変換する直流電源回路と、直流電
源回路の出力端子間に上記スイッチング素子を介して一
次巻線が接続されたトランスとを有し、直流電源回路の
直流電圧をスイッチング素子でスイッチングすることに
よってトランスの二次側に所望の直流電圧を生成し、上
記電圧検出手段はトランスの二次側に設けられた電圧検
出用巻線を有することを特徴とし、請求項１の効果に加
えて、交流電源の交流電圧が変動すると、直流電源回路
の直流電圧が変動して、トランスの一次巻線に印加され
る電圧が変化するので、トランスの二次側に設けられた
電圧検出用巻線の出力から交流電源の電圧変動を検出で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の電源装置を示す概略の回路図であ
る。

【図２】同上の具体回路図である。

【図３】従来の電源装置を示す一部省略せる回路図であ
る。

【符号の説明】

１ 電源回路部 ２ 電圧検出回路 Ｃ２，Ｃ４ コンデンサ Ｄ３ ダイオード Ｎ１ 一次巻線 Ｎ２ 二次巻線 Ｎ４ 電圧検出用巻線 Ｓ１ スイッチング素子 Ｔ１ トランス

フロントページの続き (72)発明者 藤井 眞司 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 5H730 AA15 BB43 CC01 EE02 EE07 EE43 EE73 FD01 FD24 FF19

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電源電圧をスイッチング素子でスイッチン
   グすることにより所望の電圧を生成する電源回路部を備
   え、上記電源回路部の二次側から電源電圧を検出する電
   圧検出手段を設けて成ることを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】上記電源回路部は、交流電源の交流電圧を
   整流平滑して直流電圧に変換する直流電源回路と、直流
   電源回路の出力端子間に上記スイッチング素子を介して
   一次巻線が接続されたトランスとを有し、直流電源回路
   の直流電圧をスイッチング素子でスイッチングすること
   によってトランスの二次側に所望の直流電圧を生成し、
   上記電圧検出手段はトランスの二次側に設けられた電圧
   検出用巻線を有することを特徴とする請求項１記載の電
   源装置。