JP2000341950A - 電源装置および電力量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】直流電源の電圧が広範囲にわたる場合でも電力
損失が増加せず、発熱量が比較的少ない電源装置を提供
する。 【解決手段】トランスＴ１の１次巻線ｎ１に高周波でオ
ンオフされるスイッチング素子Ｑ１を直列接続し、この
直列回路を平滑コンデンサＣ１の両端間に接続する。ト
ランスＴ１は検出用巻線ｎ３を備え、検出用巻線ｎ３の
両端電圧が目標値に保たれるように、制御回路ＣＮによ
ってスイッチング素子Ｑ１のオンオフのタイミングが制
御される。制御回路ＣＮは安定動作時にはトランスＴ１
の制御電源巻線ｎ４の両端電圧を用いて制御電源回路４
２から給電され、制御電源巻線ｎ４の両端電圧が規定電
圧以下のときには直流電源から限流抵抗Ｒ２およびスイ
ッチ要素ＳＷｘを介して給電される。また、制御電源回
路４２から制御回路ＣＮに給電されるようになるとスイ
ッチ要素ＳＷｘはオフになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力電源を降圧し
て定電圧を出力する電源装置、および交流配線路上で負
荷への電力の供給経路に取り付けられ、負荷に供給した
電力量を求めて表示する電力量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、トランスの１次巻線にスイッ
チング素子を介して直流電源を接続しておき、スイッチ
ング素子を高周波でオンオフさせたときにトランスの２
次巻線に生じる電圧を整流平滑することによって、直流
電圧を電圧変換するようにした電源装置が提供されてい
る。この種の電源装置では、スイッチング素子のオンオ
フのタイミングによって出力電圧が変化するから、トラ
ンスに検出用巻線を設け、検出用巻線の両端電圧に応じ
てスイッチング素子のオンオフのタイミングを制御する
ことによって出力電圧が目標値に保たれるようにフィー
ドバック制御を行うのが一般的である。このようなフィ
ードバック制御を行うには、スイッチング素子のオンオ
フのタイミングを制御するための制御回路が必要であ
り、制御回路に電源を供給するために制御電源回路も必
要になっている。

【０００３】ところで、電源装置の動作時にのみ制御電
源回路から制御回路に電源が供給されるように、トラン
スに制御電源巻線を設けるとともに、制御電源巻線の両
端電圧を制御電源回路の電源に用いるように構成した回
路が知られている。このような回路構成を採用する場合
には、電源投入後にスイッチング素子のオンオフが開始
され、トランスの制御電源巻線の両端電圧が制御回路の
動作に必要な電圧に上昇するまでは制御電源回路から制
御回路への電源を供給することができないものであるか
ら、電源投入から制御電源回路の出力電圧が上昇するま
での期間に制御回路に電源を供給するために制御電源回
路とは別に起動用電源回路を設ける必要がある。

【０００４】この種の起動電源回路としてもっとも簡単
な構成としては、トランスの１次側の直流電源から限流
抵抗を介して制御回路に電源を供給する構成がある。つ
まり、電源投入時点から限流抵抗を介して制御回路に電
源を供給し、制御回路によってスイッチング素子をオン
オフさせるのであって、スイッチング素子のオンオフに
よってトランスに設けた制御電源巻線に規定電圧以上の
電圧が発生するようになると、以後は制御電源回路と限
流抵抗とを介して制御回路に電源が供給されるようにな
るのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の電
源装置を電圧が広範囲にわたる直流電源に対応させよう
とすると、高電圧の場合には限流抵抗に流れる電流量が
多くなって発熱量が増加する。つまり、電源投入後に制
御電源回路から制御回路に電源が供給されるようになっ
ても限流抵抗に電流を流し続ける構成を採用すると入力
電圧が高いときには電力損失が大きくなるという問題が
生じる。

【０００６】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、直流電源の電圧が広範囲にわたる場
合でも電力損失が増加せず、発熱量が比較的少ない電源
装置を提供するとともにこの電源装置を用いた電力量計
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、高周
波でオンオフされるスイッチング素子と、前記スイッチ
ング素子と１次巻線との直列回路が直流電源の両端間に
接続され前記スイッチング素子のオンオフの期間に応じ
て前記直流電源の電圧を降圧した電圧を２次巻線に発生
させるトランスと、トランスに設けた検出用巻線の両端
電圧を目標値に保つように前記スイッチング素子のオン
オフのタイミングを制御する制御回路と、トランスに設
けた制御電源巻線の両端電圧を用いて制御回路に電源を
供給する制御電源回路と、前記制御電源巻線の両端電圧
が規定電圧以下のときには前記直流電源から制御回路に
電源を供給する起動用電源回路とを備えるものである。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記起動用電源回路が、前記直流電源から前記制御
回路への電源供給経路に挿入された限流抵抗とスイッチ
要素との直列回路と、前記制御電源巻線の両端電圧が規
定電圧以下の期間に前記スイッチ要素をオンに保ち規定
電圧を越えると前記スイッチ要素をオフにするスイッチ
制御回路とを備えるものである。

【０００９】請求項３の発明は、請求項２の発明は、前
記スイッチ制御回路が、前記限流抵抗よりも高抵抗であ
る起動抵抗を介して前記直流電源から通電されるリレー
と、前記制御電源巻線の両端電圧に比例した電圧がベー
ス・エミッタに印加されるとともに前記リレーにコレク
タ・エミッタが並列的に接続されたトランジスタとを備
え、前記スイッチ要素を前記リレーの接点としたもので
ある。

【００１０】請求項４の発明は、請求項２の発明におい
て、前記スイッチ要素が前記限流抵抗と前記制御回路と
の間にコレクタ・エミッタが挿入された第１のトランジ
スタよりなり、前記スイッチ制御回路が前記制御電源巻
線の両端電圧に比例した電圧がベース・エミッタに印加
されるとともに前記限流抵抗よりも高抵抗である起動抵
抗とコレクタ・エミッタとの直列回路が前記直流電源間
に接続された第２のトランジスタを備え、前記起動抵抗
と第２のトランジスタとの接続点電位によって第１のト
ランジスタがオンオフされるものである。

【００１１】請求項５の発明は、請求項２の発明におい
て、前記スイッチ要素が前記限流抵抗と前記制御回路と
の間にドレイン・ソースが挿入されたＭＯＳＦＥＴより
なり、前記スイッチ制御回路が前記制御電源巻線の両端
電圧に比例した電圧がベース・エミッタに印加されると
ともに前記限流抵抗よりも高抵抗である起動抵抗とコレ
クタ・エミッタとの直列回路が前記直流電源間に接続さ
れたトランジスタを備え、前記起動抵抗とトランジスタ
との接続点電位によって前記ＭＯＳＦＥＴがオンオフさ
れるものである。

【００１２】請求項６の発明は、交流配線路に接続され
るプローブと、交流配線路の通過電流を検出する電流セ
ンサと、前記プローブおよび前記電流センサにより検出
した交流配線路の電圧値および電流値を用いて交流配線
路を通過した電力量を求める演算手段と、演算手段によ
り求めた電力量を表示する表示手段と、前記プローブを
介して交流配線路から取り込んだ交流を整流平滑して直
流電源を得る整流平滑回路とを備え、この直流電源を電
源として請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電
源装置により演算手段および表示手段への電源を含む内
部電源を生成する電力量計である。

【００１３】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下に説明
する実施形態では、図３に示す電力量計に用いる電源装
置について説明する。この電力量計は、図４に示すよう
に、単相３線式あるいは三相３線式のように交流電源Ａ
Ｃと負荷ＬＤとを接続する３本の線路Ｌ１〜Ｌ３を備え
る交流配線路Ｌに適用される。本実施形態は、交流配線
路Ｌの各線路Ｌ１〜Ｌ３に接続されて線間電圧を検出す
る３個のプローブＰ１〜Ｐ３と、交流配線路Ｌのうちの
２本の線路Ｌ１、Ｌ３がそれぞれ貫通される２個の電流
センサＣＴ１、ＣＴ２とを備える。電流センサＣＴ１、
ＣＴ２は開閉可能な環状コアを備える変流器であり、交
流配線路Ｌが環状コアに挿通されるように取り付けられ
る。

【００１４】図３に示すように、プローブＰ１〜Ｐ３は
電圧入力部１１の一部を構成し、電流センサＣＴ１，Ｃ
Ｔ２は電流入力部１２の一部を構成する。電圧入力部１
１および電流入力部１２には、交流電源ＡＣから交流配
線路Ｌを通して負荷ＬＤに供給される電力を検出するの
に不要な周波数成分を除去するためのフィルタや、入力
値に応じてゲインが設定される増幅器や、電流−電圧変
換回路などが適宜設けられる。電圧入力部１１および電
流入力部１２によりそれぞれ検出された電圧値および電
流値は、電力量を求める演算を行う前に前処理回路１３
に入力され、電圧値および電流値の極性と絶対値とが求
められる。すなわち、前処理回路１３は、プローブＰ２
に印加される電圧を基準電位（０Ｖ）とするときの他の
プローブＰ１，Ｐ３の電圧の極性をそれぞれ検出する極
性検出回路１４ａ，１４ｂを備えるとともに、両電圧を
全波整流する整流回路１５ａ，１５ｂを備える。また、
前処理回路１３は、２つの電流センサＣＴ１，ＣＴ２に
より検出された電流の極性をそれぞれ検出する極性検出
回路１６ａ，１６ｂを備えるとともに、両電流を全波整
流する整流回路１７ａ，１７ｂを備える。

【００１５】各極性検出回路１４ａ，１４ｂ，１６ａ，
１６ｂは、それぞれ電圧波形や電流波形のゼロクロス点
を検出するとともに隣接するゼロクロス点間の極性に応
じた２値の信号を発生するように構成されている。した
がって、プローブＰ１〜Ｐ３ないし電流センサＣＴ１，
ＣＴ２により検出される交流電圧ないし交流電流が正弦
波であれば、各極性検出回路１４ａ，１４ｂ，１６ａ，
１６ｂの出力は矩形波信号になり、整流回路１５ａ，１
５ｂ，１７ａ，１７ｂの出力は脈流波形になる。

【００１６】極性検出回路１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１
６ｂにより検出された交流電圧ないし交流電流の極性
と、整流回路１５ａ，１５ｂ，１７ａ，１７ｂにより検
出された交流電圧ないし交流電流の絶対値とは、それぞ
れマイコンを主構成とする演算回路２１を備えた演算手
段２０に入力される。演算回路２１は、各整流回路１５
ａ，１５ｂ，１７ａ，１７ｂの出力をＡ／Ｄ変換する機
能を有し、Ａ／Ｄ変換後のデジタル値には極性検出回路
１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂにより検出された極性
に対応する符号が付加される。

【００１７】ここにおいて、Ａ／Ｄ変換を行う対象が脈
流波形であることによって、Ａ／Ｄ変換器のダイナミッ
クレンジを変更せずに交流波形にＡ／Ｄ変換を施す場合
と比較すると、１ビット当たりのステップ幅を小さくす
ることができ、結果的に分解能を高めたことになる。こ
うして求めた交流電圧および交流電流の瞬時値に対応す
る符号付きのデジタル値を乗算する。ここで、Ａ／Ｄ変
換の際のサンプリング周期を適宜に（交流電源ＡＣの周
期よりも十分に短い周期に）設定しておき、交流電源Ａ
Ｃの１周期分の乗算値の総和を求めた後にサンプリング
数で除算すれば、この値が有効電力（平均電力）に相当
することになる。また、所望期間の電力量は、単位時間
の有効電力の積算値を１時間当たりの平均値に換算し加
算していくことによって求める。

【００１８】演算回路２１において電力を求める手順は
以下のようになる。つまり、交流電圧の絶対値に相当す
る整流回路１５ａ，１５ｂの出力をＡ／Ｄ変換した後、
極性検出回路１４ａ，１４ｂにより検出した符号を入力
して、Ａ／Ｄ変換により得られたデジタル値に符号を付
加する。また、交流電流の絶対値に相当する整流回路１
７ａ，１７ｂの出力をＡ／Ｄ変換した後、極性検出回路
１６ａ，１６ｂにより検出した符号を入力して、Ａ／Ｄ
変換により得られたデジタル値に符号を付加する。この
ようにして交流電源の電圧値および電流値に相当する値
Ｖ１，Ｉ１が求められると、演算手段１０ではこれらの
値Ｖ１，Ｉ１の乗算値（＝Ｖ１×Ｉ１）を瞬時値Ｗ１と
して求める。求めた瞬時値Ｗ１は順次加算され、交流電
源ＡＣの電圧波形の１周期分について瞬時値Ｗ１の加算
値Ｗ０を求めた後、この加算値Ｗ０をサンプル数Ｎで除
算するのである。こうして求めた除算値は有効電力（平
均電力）に相当する。

【００１９】ところで、電力量は週毎、日毎、時間毎な
ど、決まった期間内で求めることが多く、これらの期間
は演算手段２０に設けた時計部２３で計時される。つま
り、動作が開始されると時計部２３によって週、日、時
間の区切りを示す信号が演算回路２１に入力され、演算
回路２１にこの信号が入力されると、対応する期間内の
電力量がＥＥＰＲＯＭよりなる記憶部２２に書き込ま
れ、また古くなった不要なデータは記憶部２２から消去
される。時計部２３は電力量の測定を開始した時点から
の経過時間を計時する機能も有している。演算手段２０
には表示手段としての液晶表示器３１およびキーパッド
３２を備えた表示操作部３０が接続される。キーパッド
３２はスタート／ストップキーＫ１、モード切換キーＫ
２、選択キーＫ３，Ｋ４、リセットキーＫ５の５個の操
作部を備え、このキーパッド３２を液晶表示器３１と組
み合わせて用いることによって、時刻合わせ、電力量の
計測期間の設定、各種計測期間における電力量のうち表
示する電力量の選択的表示などが可能になっている。電
力量の選択的表示とは、たとえば、週毎、日毎、時間毎
などの電力量を選択して表示することを意味する。

【００２０】本実施形態では、電力量の１日の変化、１
週間の変化、月間や年間の変化などを分析するためのデ
ータを得ることを想定しており、週、日、時間などの期
間ごとの電力量を測定する機能を備えているから、図５
のように電源を投入した（Ｓ１）直後には時刻合わせが
必要になる（Ｓ２，Ｓ３）。時刻合わせが終了した後に
は、交流配線路Ｌが単相か三相かの選択を行う。すなわ
ち、モード切換キーＫ２により相設定モードを選択し、
選択キーＫ３，Ｋ４の操作によって単相か三相かを選択
し、さらに、電力量の測定の開始時点と終了時点とを指
定する。電力量の測定の開始時点と終了時点との設定が
終了した後（Ｓ４〜Ｓ６）、時計部２３で計時している
現在時刻が設定された開始時点になると（Ｓ７）、電力
量の測定が開始される（Ｓ９）。また、電力量の測定の
開始時点および終了時点を設定していない場合でも、ス
タート／ストップキーＫ１により電力量の測定開始が指
示されると（Ｓ８）、電力量の測定が開始される（Ｓ
９）。電力量の測定には、交流配線路Ｌの電圧値と電流
値とが求められ（Ｓ１０，Ｓ１１）、電圧値と電流値と
に基づいて有効電力が求められる（Ｓ１２）。さらに、
求めた有効電力の積算値を電力量とし（Ｓ１３）、１時
間、１日、１週間の各単位で記憶部２２に電力量を書き
込むのである（Ｓ１４〜Ｓ２４）。具体的には測定開始
から１時間が経過すると（Ｓ１４）、１時間内の電力量
を求め（Ｓ１５）、１時間を時限するタイマをリセット
する（Ｓ１６）。１日経過時点（Ｓ１７）、１週間経過
時点（Ｓ２０）でも同様に処理する。こうして、１時間
毎、１日毎、１週間毎の電力量が求められた各時点ごと
に求めた電力量を液晶表示器３１に表示するとともに
（Ｓ２３）、その電力量を記憶部２２に格納するのであ
る（Ｓ２４）。設定された測定の終了時点が経過すれば
（Ｓ２５）、電力の測定は終了し（Ｓ２６）、測定の終
了時点が経過しなくてもスタート／ストップキーＫ１に
より測定終了が指示されると（Ｓ２７）、電力の測定は
終了する（Ｓ２８）。

【００２１】ところで、前処理回路１３、演算手段２
０、表示操作部３０などの内部電源は、プローブＰ１，
Ｐ２を通して交流配線路Ｌから供給される。すなわち、
プローブＰ１，Ｐ２には電源回路４０が接続され、この
電源回路４０から直流定電圧を出力して内部電源に用い
ている。この電源回路４０は、図１、図２に示す構成を
有し、図３には示していない電源スイッチＳＷを介して
電圧入力部１１に接続され、高周波阻止用のフィルタ回
路Ｆを通して入力された交流電圧を、ダイオードブリッ
ジよりなる整流器ＤＢで全波整流した後に平滑コンデン
サＣ１によって平滑する整流平滑回路５１と、整流平滑
回路５１に設けた平滑コンデンサＣ１の両端電圧である
直流電圧の電圧変換を行う電源装置５２とにより構成さ
れる。つまり、電源装置５２は整流平滑回路５１の出力
を直流電源として直流電圧を出力する。

【００２２】電源装置５２は、トランスＴ１の１次巻線
ｎ１とＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチング素子Ｑ１と電
流検出用の抵抗Ｒ１との直列回路を備え、この直列回路
は平滑コンデンサＣ１の両端間に接続される。したがっ
て、スイッチング素子Ｑ１を高周波でオンオフさせれば
トランスＴ１の２次側に交流出力が得られるのであっ
て、２次側の交流出力を整流することで直流電圧を生成
するように構成されている。この種の回路構成はＤＣ−
ＤＣコンバータとして周知のものである。

【００２３】トランスＴ１の２次側出力はセンタタップ
付きの２次巻線ｎ２から取り出される。つまり、前処理
回路１３においては、極性検出回路１３ａ，１３ｂ，１
５ａ，１５ｂが設けられており、この種の回路は演算増
幅器を用いて構成するのが一般的であって、演算増幅器
は一般には正負両極性の電源（たとえば±１２Ｖ）が必
要であるから、前処理回路１３に電源を供給する部位の
２次巻線ｎ２をセンタタップ付きとして正負両極性の電
源を構成しやすくしてある。また、演算手段２０や表示
操作部３０への電源は検出用巻線ｎ３から取り出され、
たとえば５Ｖに設定されている。前処理回路１３、演算
手段２０、表示操作部３０では直流定電圧が要求される
から、トランスＴ１の２次側には整流用のダイオードＤ
２〜Ｄ４および平滑用のコンデンサＣ２〜Ｃ４を用いる
のはもちろんのこと、コンデンサＣ２〜Ｃ４の両端電圧
を定電圧化するために定電圧回路４１ａ〜４１ｃを設け
て供給電圧を安定化させている。

【００２４】トランスＴ１には制御電源巻線ｎ４も設け
られており、制御電源巻線ｎ４の出力電圧はスイッチン
グ素子Ｑ１をオンオフのタイミングを制御する制御回路
ＣＮに電源を供給するために用いられる。つまり、制御
電源巻線ｎ４の出力電圧は制御電源回路４２を通して制
御回路ＣＮに電源を供給する。ただし、スイッチング素
子Ｑ１のオンオフが開始される前にはトランスＴ１を通
して制御電源回路４２に電力を供給することができない
から、起動直後には平滑コンデンサ（つまり直流電）Ｃ
１から制御回路ＣＮに電源を供給するように起動用電源
回路４９を設けてある。

【００２５】制御回路ＣＮは、基本的にはスイッチング
素子Ｑ１のオンオフの周期を決めるためのパルス信号を
発生させる発振回路４３と、発振回路４３の出力からス
イッチング素子Ｑ１のオンオフが可能な信号を生成する
駆動回路４４とからなり、さらに、定電圧回路４１ｃへ
の入力電圧をほぼ一定に保つためのフィードバック回路
４５と、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を抵抗Ｒ１
の両端電圧により監視しスイッチング素子Ｑ１に流れる
電流を制限する電流リミッタ回路４６とが制御回路ＣＮ
に設けられる。フィードバック回路４５には定電圧回路
４１ｃの入力電圧を監視する電圧検出回路４７の出力が
フォトカプラＰＣを介して入力されている。つまり、定
電圧回路４１ｃへの入力電圧を目標値に保つようにスイ
ッチング素子Ｑ１のオンオフのタイミングがフィードバ
ック制御される。このような構成の制御回路ＣＮは図２
に示すように集積回路ＩＣを用いて構成される。ここ
に、検出用巻線ｎ３の両端電圧の目標値は集積回路ＩＣ
とは別に設けた電圧検出回路４７で調節可能になってい
る。

【００２６】起動用電源回路４９についてさらに詳しく
説明する。起動用電源回路４９は、図２に示すように、
平滑コンデンサＣ１から制御回路ＣＮへの電源供給経路
に挿入された限流抵抗Ｒ２とスイッチ要素ＳＷｘとして
のＭＯＳＦＥＴ（ＳＷ１）との直列回路を備える。ＭＯ
ＳＦＥＴ（ＳＷ１）はスイッチＳＷがオンになった電源
投入直後にオンになり、トランスＴ１の制御電源巻線ｎ
４の両端電圧が規定電圧以上になって制御電源回路４２
から制御回路ＣＮに電源が供給されるようになるとオフ
になるように、スイッチ制御回路４９ａにより制御され
る。

【００２７】スイッチ制御回路４９ａは、限流抵抗Ｒ１
よりも高抵抗である起動抵抗Ｒ３を備えており、起動抵
抗Ｒ３は抵抗Ｒ４と直列され、起動抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４
との接続点とＭＯＳＦＥＴ（ＳＷ１）のゲートとの間に
は抵抗Ｒ５が挿入される。ところで、トランスＴ１の制
御電源巻線ｎ４の両端電圧はダイオードＤ５により半波
整流され、ツェナダイオードＺＤ１とコンデンサＣ６と
により平滑化される。つまり、ダイオードＤ５とツェナ
ダイオードＤＺ１とコンデンサＣ６とにより制御電源回
路４２が構成される。コンデンサＣ６の両端電圧は２個
の抵抗Ｒ６，Ｒ７の直列回路により分圧され、抵抗Ｒ７
に並列接続されたコンデンサＣ７の両端電圧がトランジ
スタＱ２のベース・エミッタに印加される。つまり、制
御電源巻線ｎ４の両端電圧が上昇すると抵抗Ｒ６，Ｒ７
やコンデンサＣ７により決まる時間の経過後にトランジ
スタＱ２がオンになる。また、抵抗Ｒ６，Ｒ７はダイオ
ードＤ６を介して抵抗Ｒ４と直列接続されており、トラ
ンジスタＱ２のコレクタ・エミッタは起動抵抗Ｒ３と直
列接続されている。起動抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とダイオー
ドＤ６と抵抗Ｒ６，Ｒ７との直列回路、および起動抵抗
Ｒ３とトランジスタＱ２との直列回路はともに平滑コン
デンサＣ１の両端間に接続される。したがって、トラン
ジスタＱ２がオフであると、ＭＯＳＦＥＴ（ＳＷ１）に
ゲート電圧が印加されてＭＯＳＦＥＴ（ＳＷ１）がオン
になり、トランジスタＱ２がオンであるとＭＯＳＦＥＴ
（ＳＷ１）にゲート電圧が印加されなくなってＭＯＳＦ
ＥＴ（ＳＷ１）がオフになる。ここに、ダイオードＤ６
はトランジスタＱ２のオン時において制御電源巻線ｎ４
の両端間で抵抗Ｒ４を通る電流経路が形成されるのを防
止するために設けてある。

【００２８】上述のようにスイッチ制御回路４９ａは、
スイッチＳＷが投入されて平滑コンデンサＣ１の両端電
圧が上昇すると、トランスＴ１の制御電源巻線ｎ４の両
端電圧が上昇し規定電圧以上になってトランジスタＱ２
がオンになるまでは、ＭＯＳＦＥＴ（ＳＷ１）をオンに
保ち、制御電源巻線ｎ４の両端電圧が規定電圧以上にな
るとトランジスタＱ２をオンにしてＭＯＳＦＥＴ（ＳＷ
１）をオフにするのである。このような動作によって、
制御電源巻線ｎ４から制御回路ＣＮへの電源を取り出せ
ない期間にのみ限流抵抗Ｒ２を介して平滑コンデンサＣ
１から制御回路ＣＮに電源を供給することになり、制御
電源巻線ｎ４から制御回路ＣＮに電源を供給できるよう
になると、限流抵抗Ｒ２に電流を流さないようにして消
費電力の増加、つまり発熱量の増加を抑制することがで
きる。ここにおいて、ＭＯＳＦＥＴ（ＳＷ１）がオフに
なっても起動抵抗Ｒ３には電流が流れるが、起動抵抗Ｒ
３は高抵抗であるから起動抵抗Ｒ３による消費電力はご
く小さいものである。

【００２９】交流配線路Ｌの線間電圧は配線方式によっ
て９０〜２５０Ｖ程度の範囲があるが、上述した電源装
置を用いることによって、線間電圧にかかわりなく平滑
コンデンサＣ１の両端電圧の立ち上がりを検出して起動
することができ、しかも安定動作後には限流抵抗Ｒ２に
よる無駄な電力消費を防止することができる。また、ス
イッチング電源を用いているから広範囲の入力電圧に対
応可能しながらも入力電圧に関わりなく損失の比較的少
ない電源装置を提供することができる。

【００３０】上述したように、内部電源を生成する電源
回路４０には、プローブＰ１，Ｐ２を通して交流配線路
Ｌから電力を供給しているから、内部電源として電池を
用いたり、内部電源を得るためのアダプタを別途に設け
たりする必要がなく、交流配線路Ｌへの接続作業が容易
になっている。しかも、トランスＴ１の２次出力を安定
化させるためにスイッチング素子Ｑ１のオンオフのタイ
ミングをフィードバック制御する回路構成を採用し、さ
らには定電圧回路４１ａ〜４１ｃを設けているから、交
流電源ＡＣの電圧が変化しても定電圧回路４１ａ〜４１
ｃの出力電圧は一定電圧に保たれることになり、交流電
源ＡＣの仕様が異なる場合でも同一構成で対応が可能に
なる。

【００３１】ところで、交流電源ＡＣは停電することが
あり、停電が生じたときに時計部２３への電力供給が停
止すると、復電時に時計部２３の時刻を合わせ直すこと
が必要になり、手間がかかるものである。そこで、電源
回路４０から演算手段２０への電源供給が停止しても時
計部２３には電源を供給することができるようにバック
アップ電源回路４８を設けている。バックアップ電源回
路４８は２次電池を用いたものであり、この２次電池は
通常時に電源回路４０の出力電圧により充電され、停電
時には時計部２３に電源を供給するように構成されてい
る。したがって、停電中であっても時計部２３は正常に
動作し、復電時における時刻合わせが不要になってい
る。しかも、２次電池であるから長期間に亘って交換が
不要であり、さらには通常時に２次電池が充電されてい
るから、別途に２次電池を充電する必要もないのであ
る。

【００３２】（第２の実施の形態）第１の実施の形態で
は、起動用電源回路４９におけるスイッチ要素ＳＷｘと
してＭＯＳＦＥＴ（ＳＷ１）を用いた例を示したが、本
実施形態では図６に示すように、スイッチ要素ＳＷｘと
してリレーＲｙの接点ＳＷ２を用いている。リレーＲｙ
は電磁リレーであって、接点ＳＷ２は常開接点を用いて
いる。しかして、リレー（リレーコイル）Ｒｙは起動用
抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との間に挿入される。また、第１の
実施の形態において用いていた抵抗Ｒ５は不要になって
いる。スイッチ制御回路４９ａに設けたトランジスタＱ
２のコレクタは起動抵抗Ｒ３とリレーＲｙとの接続点に
接続される。

【００３３】したがって、スイッチＳＷが投入された直
後であって、トランジスタＱ２がオフである期間には起
動抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とダイオードＤ６と抵抗Ｒ６，Ｒ
７を介して平滑コンデンサＣ１からリレーＲｙに通電さ
れる。その結果、接点ＳＷ２がオンになり、限流抵抗Ｒ
２を通して平滑コンデンサＣ１から制御回路ＣＮに通電
される。また、トランジスタＱ２がオンになるとリレー
Ｒｙに電圧が印加されなくなるから、接点ＳＷ２がオフ
になり平滑コンデンサＣ１から限流抵抗Ｒ２を通して制
御回路ＣＮに給電する経路は遮断される。ここに、トラ
ンジスタＱ２がオンオフする条件は第１の実施の形態と
同様であって、トランスＴ１の制御電源巻線ｎ４の両端
電圧が規定電圧以上になって、制御電源巻線ｎ４から制
御回路ＣＮに電源が供給できるようになるとトランジス
タＱ２がオンになるのである。他の構成および動作は第
１の実施の形態と同様である。

【００３４】（第３の実施の形態）本実施形態は、図７
に示すように、スイッチ要素ＳＷｘとしてトランジスタ
（バイポーラトランジスタ）ＳＷ３を設けたものであ
る。つまり、トランジスタＳＷ３のコレクタ・エミッタ
と限流抵抗Ｒ２との直列回路を通して平滑コンデンサＣ
１から制御回路ＣＮに電源が供給されるようになってい
る。また、トランジスタＳＷ３のベースは起動抵抗Ｒ３
と抵抗Ｒ４との接続点に抵抗Ｒ５を介して接続される。

【００３５】したがって、本実施形態の動作は第１の実
施の形態と同様であり、スイッチＳＷが投入された直後
であって、トランジスタＱ２がオフである期間には起動
抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とダイオードＤ６と抵抗Ｒ６，Ｒ７
を介して平滑コンデンサＣ１からトランジスタＳＷ３に
バイアスがかかってトランジスタＳＷ３がオンになり、
限流抵抗Ｒ２を通して平滑コンデンサＣ１から制御回路
ＣＮに通電される。また、トランジスタＱ２がオンにな
るとトランジスタＳＷ３にバイアスがかからなくなり、
トランジスタＳＷ３がオフになって平滑コンデンサＣ１
から限流抵抗Ｒ２を通る経路での制御回路ＣＮへの給電
が停止する。トランジスタＱ２がオンオフする条件は第
１の実施の形態と同様であって、トランスＴ１の制御電
源巻線ｎ４の両端電圧が規定電圧以上になって、制御電
源巻線ｎ４から制御回路ＣＮに電源が供給できるように
なるとトランジスタＱ２がオンになる。他の構成および
動作は第１の実施の形態と同様である。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明は、高周波でオンオフさ
れるスイッチング素子と、スイッチング素子と１次巻線
との直列回路が直流電源の両端間に接続されスイッチン
グ素子のオンオフの期間に応じて直流電源の電圧を降圧
した電圧を２次巻線に発生させるトランスと、トランス
に設けた検出用巻線の両端電圧を目標値に保つようにス
イッチング素子のオンオフのタイミングを制御する制御
回路と、トランスに設けた制御電源巻線の両端電圧を用
いて制御回路に電源を供給する制御電源回路と、制御電
源巻線の両端電圧が規定電圧以下のときには直流電源か
ら制御回路に電源を供給する起動用電源回路とを備える
ものであり、スイッチング電源を用いているから入力さ
れる直流電圧が広範囲にわたって変化しても直列制御型
の電源回路に比較して損失が少なく発熱量も少なくな
る。しかも、制御電源巻線の両端電圧が規定電圧に達す
るまでは起動用電源回路を動作させて直流電源から制御
回路に電源を供給することによって、電源投入直後に確
実に起動することができ、安定動作後には起動用電源回
路の動作を停止させて制御電源回路から制御回路に電源
を供給することによって安定動作後に起動用電源回路に
おいて無駄な電力消費が生じるのを防止することができ
る。その結果、直流電源の電圧が広範囲にわたる場合で
も電力損失が増加せず発熱量の比較的少ない電源装置を
提供することができる。

【００３７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、起動用電源回路が、直流電源から制御回路への電源
供給経路に挿入された限流抵抗とスイッチ要素との直列
回路と、制御電源巻線の両端電圧が規定電圧以下の期間
にスイッチ要素をオンに保ち規定電圧を越えるとスイッ
チ要素をオフにするスイッチ制御回路とを備えるもので
あり、限流抵抗を通る制御回路への給電経路をスイッチ
要素のオンオフによって開閉するから、起動直後には限
流抵抗を通して制御回路を確実に起動することができ、
制御電源回路から制御回路に給電できるようになると限
流抵抗に電流を流さないようにして限流抵抗による電力
消費を防止することができる。

【００３８】請求項３の発明は、請求項２の発明は、ス
イッチ制御回路が、限流抵抗よりも高抵抗である起動抵
抗を介して直流電源から通電されるリレーと、制御電源
巻線の両端電圧に比例した電圧がベース・エミッタに印
加されるとともにリレーにコレクタ・エミッタが並列的
に接続されたトランジスタとを備え、スイッチ要素をリ
レーの接点としたものであり、限流抵抗を通る経路を機
械的な接点によって確実にオンオフすることができる。
しかも、起動抵抗は限流抵抗よりも高抵抗であるから電
力消費の増加は少ないものである。

【００３９】請求項４の発明は、請求項２の発明におい
て、スイッチ要素が限流抵抗と制御回路との間にコレク
タ・エミッタが挿入された第１のトランジスタよりな
り、スイッチ制御回路が制御電源巻線の両端電圧に比例
した電圧がベース・エミッタに印加されるとともに限流
抵抗よりも高抵抗である起動抵抗とコレクタ・エミッタ
との直列回路が直流電源間に接続された第２のトランジ
スタを備え、起動抵抗と第２のトランジスタとの接続点
電位によって第１のトランジスタがオンオフされるもの
であり、スイッチ要素として半導体素子を用いたことに
より機械的な接点を用いる場合よりも長期間にわたって
信頼性を維持することができる。また、リレーを用いる
場合よりも起動抵抗を高抵抗にすることができ、電力消
費を一層低減することができる。

【００４０】請求項５の発明は、請求項２の発明におい
て、スイッチ要素が限流抵抗と制御回路との間にドレイ
ン・ソースが挿入されたＭＯＳＦＥＴよりなり、スイッ
チ制御回路が制御電源巻線の両端電圧に比例した電圧が
ベース・エミッタに印加されるとともに限流抵抗よりも
高抵抗である起動抵抗とコレクタ・エミッタとの直列回
路が直流電源間に接続されたトランジスタを備え、起動
抵抗とトランジスタとの接続点電位によってＭＯＳＦＥ
Ｔがオンオフされるものであり、スイッチ要素に電圧応
答型の素子を用いているから電流応答型の素子であるト
ランジスタを用いる構成よりも起動抵抗をさらに高抵抗
として、電力消費をより一層抑制することができる。

【００４１】請求項６の発明は、交流配線路に接続され
るプローブと、交流配線路の通過電流を検出する電流セ
ンサと、プローブおよび電流センサにより検出した交流
配線路の電圧値および電流値を用いて交流配線路を通過
した電力量を求める演算手段と、演算手段により求めた
電力量を表示する表示手段と、プローブを介して交流配
線路から取り込んだ交流を整流平滑して直流電源を得る
整流平滑回路とを備え、この直流電源を電源として請求
項１ないし請求項５のいずれかに記載の電源装置により
演算手段および表示手段への電源を含む内部電源を生成
する電力量計であって、上述した電源装置を用いて内部
電源を生成するから、広範囲の入力電圧に対応すること
が可能になり、しかも電力量計自身で大きな電力消費が
生じることがないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態を示す回路図であ
る。

【図３】本発明に係る電力量計を示すブロック図であ
る。

【図４】同上の使用形態を示す概略図である。

【図５】同上の動作説明図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態を示す回路図であ
る。

【図７】本発明の第３の実施の形態を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

２０ 演算手段 ３１ 液晶表示器 ４２ 制御電源回路 ４９ 起動用電源回路 ４９ａ スイッチ制御回路 Ｃ１ 平滑コンデンサ ＣＮ 制御回路 ＣＴ１，ＣＴ２ 電流センサ ＤＢ 整流器 Ｆ フィルタ回路 Ｌ 交流配線路 ｎ１ １次巻線 ｎ２ ２次巻線 ｎ３ 検出用巻線 ｎ４ 制御電源巻線 Ｐ１〜Ｐ３ プローブ Ｑ１ スイッチング素子 Ｑ２ トランジスタ Ｒ２ 限流抵抗 Ｒ３ 起動抵抗 Ｒｙ リレー ＳＷ１ ＭＯＳＦＥＴ ＳＷ２ 接点 ＳＷ３ トランジスタ ＳＷｘ スイッチ要素 Ｔ１ トランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 湯浅 裕明 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 AA14 AS00 BB43 BB57 CC01 DD04 EE02 EE07 EE21 EE73 EE74 FD01 FD41 FF19 VV01 XC12

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波でオンオフされるスイッチング素
   子と、前記スイッチング素子と１次巻線との直列回路が
   直流電源の両端間に接続され前記スイッチング素子のオ
   ンオフの期間に応じて前記直流電源の電圧を降圧した電
   圧を２次巻線に発生させるトランスと、トランスに設け
   た検出用巻線の両端電圧を目標値に保つように前記スイ
   ッチング素子のオンオフのタイミングを制御する制御回
   路と、トランスに設けた制御電源巻線の両端電圧を用い
   て制御回路に電源を供給する制御電源回路と、前記制御
   電源巻線の両端電圧が規定電圧以下のときには前記直流
   電源から制御回路に電源を供給する起動用電源回路とを
   備えることを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】 前記起動用電源回路は、前記直流電源か
   ら前記制御回路への電源供給経路に挿入された限流抵抗
   とスイッチ要素との直列回路と、前記制御電源巻線の両
   端電圧が規定電圧以下の期間に前記スイッチ要素をオン
   に保ち規定電圧を越えると前記スイッチ要素をオフにす
   るスイッチ制御回路とを備えることを特徴とする請求項
   １記載の電源装置。
3. 【請求項３】 前記スイッチ制御回路は、前記限流抵抗
   よりも高抵抗である起動抵抗を介して前記直流電源から
   通電されるリレーと、前記制御電源巻線の両端電圧に比
   例した電圧がベース・エミッタに印加されるとともに前
   記リレーにコレクタ・エミッタが並列的に接続されたト
   ランジスタとを備え、前記スイッチ要素が前記リレーの
   接点であることを特徴とする請求項２記載の電源装置。
4. 【請求項４】 前記スイッチ要素は前記限流抵抗と前記
   制御回路との間にコレクタ・エミッタが挿入された第１
   のトランジスタよりなり、前記スイッチ制御回路は前記
   制御電源巻線の両端電圧に比例した電圧がベース・エミ
   ッタに印加されるとともに前記限流抵抗よりも高抵抗で
   ある起動抵抗とコレクタ・エミッタとの直列回路が前記
   直流電源間に接続された第２のトランジスタを備え、前
   記起動抵抗と第２のトランジスタとの接続点電位によっ
   て第１のトランジスタがオンオフされることを特徴とす
   る請求項２記載の電源装置。
5. 【請求項５】 前記スイッチ要素は前記限流抵抗と前記
   制御回路との間にドレイン・ソースが挿入されたＭＯＳ
   ＦＥＴよりなり、前記スイッチ制御回路は前記制御電源
   巻線の両端電圧に比例した電圧がベース・エミッタに印
   加されるとともに前記限流抵抗よりも高抵抗である起動
   抵抗とコレクタ・エミッタとの直列回路が前記直流電源
   間に接続されたトランジスタを備え、前記起動抵抗とト
   ランジスタとの接続点電位によって前記ＭＯＳＦＥＴが
   オンオフされることを特徴とする請求項２記載の電源装
   置。
6. 【請求項６】 交流配線路に接続されるプローブと、交
   流配線路の通過電流を検出する電流センサと、前記プロ
   ーブおよび前記電流センサにより検出した交流配線路の
   電圧値および電流値を用いて交流配線路を通過した電力
   量を求める演算手段と、演算手段により求めた電力量を
   表示する表示手段と、前記プローブを介して交流配線路
   から取り込んだ交流を整流平滑して直流電源を得る整流
   平滑回路とを備え、この直流電源を電源として請求項１
   ないし請求項５のいずれかに記載の電源装置により演算
   手段および表示手段への電源を含む内部電源を生成する
   ことを特徴とする電力量計。