JP2001078459A - 直列ｃ方式絶縁形電源 - Google Patents
直列ｃ方式絶縁形電源Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 商用周波の地絡電流を、人体等に影響を及ぼ
さない数ｍＡ程度に抑制可能な電源を提供する。 【解決手段】 主回路２とは別に非絶縁の補助電源３内
に高周波電源Ｑ１，Ｑ２を形成し、これに直列にコンデ
ンサＣ１，Ｃ２とリアクトルＬおよびダイオード整流器
Ｄを接続してさらに小さな絶縁小電源５を形成すること
で、安価で実用的な絶縁電源を実現する。
さない数ｍＡ程度に抑制可能な電源を提供する。 【解決手段】 主回路２とは別に非絶縁の補助電源３内
に高周波電源Ｑ１，Ｑ２を形成し、これに直列にコンデ
ンサＣ１，Ｃ２とリアクトルＬおよびダイオード整流器
Ｄを接続してさらに小さな絶縁小電源５を形成すること
で、安価で実用的な絶縁電源を実現する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、各種電気製品に
使用して好適な絶縁形電源、特に、その改良に関する。
使用して好適な絶縁形電源、特に、その改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】頭脳部となる操作制御電源、すなわちＣ
ＰＵ，表示ランプ，冷却ファン，リレーの駆動などに使
用される補助電源は、非絶縁となっている場合が多い。
この非絶縁の補助電源のうち、人が直接または間接に接
して操作する部分としての操作部は、主回路と絶縁分離
したい場合がある。また、人が接しなくても、地絡や外
部ノイズに耐えるための絶縁がしたい部分に小電源を供
給したい場合がある。このような電源として、従来は例
えば絶縁電源を別に用意して、非絶縁の補助電源とフォ
トカプラなどで交信するものがある。
ＰＵ，表示ランプ，冷却ファン，リレーの駆動などに使
用される補助電源は、非絶縁となっている場合が多い。
この非絶縁の補助電源のうち、人が直接または間接に接
して操作する部分としての操作部は、主回路と絶縁分離
したい場合がある。また、人が接しなくても、地絡や外
部ノイズに耐えるための絶縁がしたい部分に小電源を供
給したい場合がある。このような電源として、従来は例
えば絶縁電源を別に用意して、非絶縁の補助電源とフォ
トカプラなどで交信するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、一般に絶縁電
源は高価になるという問題がある。一方、平成６年電気
学会半導体電力変換研究会，ＳＰＣ−９４−１８，１９
９４発表の「コンデンサ絶縁によるＤＣ−ＤＣコンバー
タ」、すなわちコンデンサ絶縁方式による電源が、この
発明に適用可能な技術として挙げられる。したがって、
この発明の課題はコンデンサ絶縁方式電源の改良を図る
ことにある。
源は高価になるという問題がある。一方、平成６年電気
学会半導体電力変換研究会，ＳＰＣ−９４−１８，１９
９４発表の「コンデンサ絶縁によるＤＣ−ＤＣコンバー
タ」、すなわちコンデンサ絶縁方式による電源が、この
発明に適用可能な技術として挙げられる。したがって、
この発明の課題はコンデンサ絶縁方式電源の改良を図る
ことにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、交流電圧源に主回路とは
別に非絶縁の補助電源を接続し、この補助電源内に設け
られた高周波電源に対してコンデンサとリアクトルとダ
イオード整流器とを直列に接続することにより、さらに
小容量の絶縁電源を得ることを特徴とする。上記請求項
１の発明は、主として、電気製品または機器の操作表示
部に適用することができ（請求項２の発明）、または、
電源を供給される電気製品または機器の地絡時の電流
を、１０ｍＡ以下とすることができる（請求項３の発
明）。
るため、請求項１の発明では、交流電圧源に主回路とは
別に非絶縁の補助電源を接続し、この補助電源内に設け
られた高周波電源に対してコンデンサとリアクトルとダ
イオード整流器とを直列に接続することにより、さらに
小容量の絶縁電源を得ることを特徴とする。上記請求項
１の発明は、主として、電気製品または機器の操作表示
部に適用することができ（請求項２の発明）、または、
電源を供給される電気製品または機器の地絡時の電流
を、１０ｍＡ以下とすることができる（請求項３の発
明）。
【０００５】上記請求項１の発明においては、前記コン
デンサ，リアクトルの高周波でのインピーダンスをそれ
ぞれ１／ωＣ，ωＬ（ω：角周波数）とするとき、 ωＬ＞１／ωＣ なる関係を満たすようにすることができ（請求項４の発
明）、または、前記リアクトルに代えて抵抗を用いるこ
とができる（請求項５発明）。さらに、上記請求項１の
発明においては、前記補助電源内の高周波電源は、上下
各１アームの１つのインバータであることができ（請求
項６の発明）、または、前記補助電源内の高周波電源は
上下各２アームのインバータとし、これに同一構成のコ
ンデンサ，リアクトルの直列回路を挿入することができ
（請求項７の発明）、もしくは、出力電圧のフィードバ
ック制御を行なうことができる（請求項８の発明）。
デンサ，リアクトルの高周波でのインピーダンスをそれ
ぞれ１／ωＣ，ωＬ（ω：角周波数）とするとき、 ωＬ＞１／ωＣ なる関係を満たすようにすることができ（請求項４の発
明）、または、前記リアクトルに代えて抵抗を用いるこ
とができる（請求項５発明）。さらに、上記請求項１の
発明においては、前記補助電源内の高周波電源は、上下
各１アームの１つのインバータであることができ（請求
項６の発明）、または、前記補助電源内の高周波電源は
上下各２アームのインバータとし、これに同一構成のコ
ンデンサ，リアクトルの直列回路を挿入することができ
（請求項７の発明）、もしくは、出力電圧のフィードバ
ック制御を行なうことができる（請求項８の発明）。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の実施の形態を示
す回路図である。１は商用の５０または６０ＨｚのＡＣ
２００Ｖ電源、２はこれをダイオード整流した直流電源
ＰＮとパワートランジスタ，負荷などからなる数ｋＷの
主回路、３は非絶縁の補助電源を示す。この補助電源３
にはスイッチングレギュレータ，電源と直列に抵抗を接
続した直列Ｒ方式，電源と直列にコンデンサを接続した
直列Ｃ方式などいろいろ考えられるが、ここでは直列Ｃ
方式による２４Ｖと５Ｖの２出力とし、端子Ｎとｎを直
接接続している。５ＶにつながるＣＰＵ１はこの装置の
主な制御用として設けられ、リレーＲＹ、ファンＦＡ
Ｎ、高周波の小電源を構成するパワートランジスタＱ
１，Ｑ２などの制御を司る。
す回路図である。１は商用の５０または６０ＨｚのＡＣ
２００Ｖ電源、２はこれをダイオード整流した直流電源
ＰＮとパワートランジスタ，負荷などからなる数ｋＷの
主回路、３は非絶縁の補助電源を示す。この補助電源３
にはスイッチングレギュレータ，電源と直列に抵抗を接
続した直列Ｒ方式，電源と直列にコンデンサを接続した
直列Ｃ方式などいろいろ考えられるが、ここでは直列Ｃ
方式による２４Ｖと５Ｖの２出力とし、端子Ｎとｎを直
接接続している。５ＶにつながるＣＰＵ１はこの装置の
主な制御用として設けられ、リレーＲＹ、ファンＦＡ
Ｎ、高周波の小電源を構成するパワートランジスタＱ
１，Ｑ２などの制御を司る。
【０００７】４は操作表示部で、発光ダイオードで装置
の状態を表示したり、指でタッチパネルの接点を押して
開閉操作を行ない、装置本体に起動，停止などの操作指
令を入力する部分である。例えば指と接点との間は、約
０．１ｍｍの丈夫な絶縁フィルム６で絶縁されるが、万
一これに絶縁破壊が発生すると、人命に直接関与する重
大事故になりかねない。フィルムの絶縁耐圧は通常５ｋ
Ｖ以上あり十分余裕はあるが、非絶縁方式は限られた人
が操作する特殊用途にしか許可されない。このため、操
作部には別のＣＰＵ２を設け、ＣＰＵ１とは絶縁するよ
うにしている。
の状態を表示したり、指でタッチパネルの接点を押して
開閉操作を行ない、装置本体に起動，停止などの操作指
令を入力する部分である。例えば指と接点との間は、約
０．１ｍｍの丈夫な絶縁フィルム６で絶縁されるが、万
一これに絶縁破壊が発生すると、人命に直接関与する重
大事故になりかねない。フィルムの絶縁耐圧は通常５ｋ
Ｖ以上あり十分余裕はあるが、非絶縁方式は限られた人
が操作する特殊用途にしか許可されない。このため、操
作部には別のＣＰＵ２を設け、ＣＰＵ１とは絶縁するよ
うにしている。
【０００８】ここで、絶縁のレベルが問題となる。すな
わち、操作表示部４が万一地絡したとき流れる地絡電流
としては、 １）装置が壊れない数Ａ以下のとき 地絡電流が数Ａ流れても、装置が壊れずに漏電遮断器が
作動して、装置と人体の安全が確保できる。 ２）人体が安全な数ｍＡ以下のとき 地絡電流を人体の危険レベル数十ｍＡより十分低い数ｍ
Ａに抑える。漏電遮断器が作動しなくても、ほぼ安全で
ある。 ３）漏れ電流なしで、数μＡ以下の地絡電流に抑える。
計測器その他、特殊用途には重要。 などの場合が考えられるが、家庭電化製品を含む各種電
気製品では、上記２)項を選ぶのが適当である。
わち、操作表示部４が万一地絡したとき流れる地絡電流
としては、 １）装置が壊れない数Ａ以下のとき 地絡電流が数Ａ流れても、装置が壊れずに漏電遮断器が
作動して、装置と人体の安全が確保できる。 ２）人体が安全な数ｍＡ以下のとき 地絡電流を人体の危険レベル数十ｍＡより十分低い数ｍ
Ａに抑える。漏電遮断器が作動しなくても、ほぼ安全で
ある。 ３）漏れ電流なしで、数μＡ以下の地絡電流に抑える。
計測器その他、特殊用途には重要。 などの場合が考えられるが、家庭電化製品を含む各種電
気製品では、上記２)項を選ぶのが適当である。
【０００９】そこで、図１に示す高周波の小電源として
の小トランジスタＱ１，Ｑ２を交互にオン，オフして、
２４Ｖ直流から数百ｋＨｚの１２Ｖの高周波交流電圧を
発生し、Ｃ１，Ｌ，ダイオード整流器，Ｃ２等により、
約０．２ｍＡ，５Ｖ，１Ｗの操作電源（図１では、直列
Ｃ方式絶縁小電源５として示す）を得るものとすると、
地絡電流の値を数ｍＡ以下に抑えるＣ１，Ｃ２の値は約
０．０２μＦである。 Ｃ１＋Ｃ２＝０．０４μＦ ｆ＝６０Ｈｚ Ｅ＝２００Ｖ 地絡電流ｉｔ＝２πｆＣＥ＝３．０２ｍＡとなり、条件
を満たすことが分かる。
の小トランジスタＱ１，Ｑ２を交互にオン，オフして、
２４Ｖ直流から数百ｋＨｚの１２Ｖの高周波交流電圧を
発生し、Ｃ１，Ｌ，ダイオード整流器，Ｃ２等により、
約０．２ｍＡ，５Ｖ，１Ｗの操作電源（図１では、直列
Ｃ方式絶縁小電源５として示す）を得るものとすると、
地絡電流の値を数ｍＡ以下に抑えるＣ１，Ｃ２の値は約
０．０２μＦである。 Ｃ１＋Ｃ２＝０．０４μＦ ｆ＝６０Ｈｚ Ｅ＝２００Ｖ 地絡電流ｉｔ＝２πｆＣＥ＝３．０２ｍＡとなり、条件
を満たすことが分かる。
【００１０】上記高周波小電源からの電流を整流して約
０．２Ａ，５Ｖを得るには、Ｅ＝１２−６＝６Ｖ（これ
は、５Ｖ出力するのに電源電圧から６Ｖ分引かれること
を想定している。）また、適正な周波数ｆ，インダクタ
ンスＬを、 ｆ＝２７０ｋＨｚ Ｌ＝５０μＨ とし、容量Ｃは上記Ｃ１，Ｃ２の直列値として、 Ｃ＝１／（１／Ｃ１＋１／Ｃ２）＝０．０１μＦ から、高周波電流ｉｈは、 ｉｈ＝Ｅ／（２πｆＬ−１／２πｆＣ）＝０．２３２Ａ
（約０．２Ａ） となり、条件を満たしている。
０．２Ａ，５Ｖを得るには、Ｅ＝１２−６＝６Ｖ（これ
は、５Ｖ出力するのに電源電圧から６Ｖ分引かれること
を想定している。）また、適正な周波数ｆ，インダクタ
ンスＬを、 ｆ＝２７０ｋＨｚ Ｌ＝５０μＨ とし、容量Ｃは上記Ｃ１，Ｃ２の直列値として、 Ｃ＝１／（１／Ｃ１＋１／Ｃ２）＝０．０１μＦ から、高周波電流ｉｈは、 ｉｈ＝Ｅ／（２πｆＬ−１／２πｆＣ）＝０．２３２Ａ
（約０．２Ａ） となり、条件を満たしている。
【００１１】ここで、電源５内の高周波の小電源として
のトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオード整流器Ｄとの
間に挿入されているリアクトルＬが重要な働きをする。
すなわち、このＬがないときの電流ｉｃは、ｉｃ＝２π
ｆＣＥ＝０．１０２Ａとなり上記よりかなり小さい。し
かも、電源電圧（１２Ｖ）が出力電圧（５Ｖ）より十分
高いと、実はＣのみでは円滑な整流ができず、Ｌがあっ
てはじめて円滑な整流ができ、十分な電流が供給できる
というわけである。また、ＣとＬのインピーダンスをそ
れぞれ１／ωＣ，ωＬ（ω：角周波数）とするとき、そ
の比を、約３：２程度にすると良いことが実験的にも確
かめられている。
のトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオード整流器Ｄとの
間に挿入されているリアクトルＬが重要な働きをする。
すなわち、このＬがないときの電流ｉｃは、ｉｃ＝２π
ｆＣＥ＝０．１０２Ａとなり上記よりかなり小さい。し
かも、電源電圧（１２Ｖ）が出力電圧（５Ｖ）より十分
高いと、実はＣのみでは円滑な整流ができず、Ｌがあっ
てはじめて円滑な整流ができ、十分な電流が供給できる
というわけである。また、ＣとＬのインピーダンスをそ
れぞれ１／ωＣ，ωＬ（ω：角周波数）とするとき、そ
の比を、約３：２程度にすると良いことが実験的にも確
かめられている。
【００１２】つまり、ＣとＬの合成インピーダンスＺ
は、 Ｚ＝ｊ（ωＬ−１／ωＣ） で、Ｚを小さくしたほうが同じＣで大きな出力電流をと
れるからであり、また、ωＬ＞１／ωＣとして遅れ電流
にするのは、Ｑ１，Ｑ２が高周波で安定に動作するため
の必須用件でもあるからである。なお、上記比を１：１
に近づけて直列共振状態にすると安定しないので、その
ときはＲを追加するなどの工夫が必要となる。また、損
失を気にしなければ、Ｌの代りにＲのみでも実用可能で
ある。なお、ＳＰＣ−９４−１８のようなコンデンサ絶
縁方式は種々提案されていることが調査の結果明らかに
なったが、円滑な整流を行ない十分な電流を供給する目
的でＬを利用するものはなかったことを付言する。
は、 Ｚ＝ｊ（ωＬ−１／ωＣ） で、Ｚを小さくしたほうが同じＣで大きな出力電流をと
れるからであり、また、ωＬ＞１／ωＣとして遅れ電流
にするのは、Ｑ１，Ｑ２が高周波で安定に動作するため
の必須用件でもあるからである。なお、上記比を１：１
に近づけて直列共振状態にすると安定しないので、その
ときはＲを追加するなどの工夫が必要となる。また、損
失を気にしなければ、Ｌの代りにＲのみでも実用可能で
ある。なお、ＳＰＣ−９４−１８のようなコンデンサ絶
縁方式は種々提案されていることが調査の結果明らかに
なったが、円滑な整流を行ない十分な電流を供給する目
的でＬを利用するものはなかったことを付言する。
【００１３】図１では直列Ｃ方式絶縁小電源５内の高周
波の小電源をＱ１，Ｑ２のハーフブリッジ構成とした
が、図２のようにＱ１〜Ｑ４のフルブリッジ構成とし、
Ｌ１，Ｌ２を設けて上下対称構造とすることにより、ノ
イズを減少させ（ノイズを打ち消し合わせて）安定性を
増大させることができる。また、出力電圧が５Ｖ一定と
なるように、フォトカプラなどを介して調節器Ｒｅｇに
よりフィードバック制御を行なえば、ツェナーダイオー
ドによる損失を抑えることができ、損失の少ない電源を
提供することができる。
波の小電源をＱ１，Ｑ２のハーフブリッジ構成とした
が、図２のようにＱ１〜Ｑ４のフルブリッジ構成とし、
Ｌ１，Ｌ２を設けて上下対称構造とすることにより、ノ
イズを減少させ（ノイズを打ち消し合わせて）安定性を
増大させることができる。また、出力電圧が５Ｖ一定と
なるように、フォトカプラなどを介して調節器Ｒｅｇに
よりフィードバック制御を行なえば、ツェナーダイオー
ドによる損失を抑えることができ、損失の少ない電源を
提供することができる。
【００１４】
【発明の効果】この発明によれば、操作表示部などの安
全が問題となる部分の補助電源として、直列Ｃ方式絶縁
形電源を用いるようにしたので、安価で実用的な絶縁電
源を実現できる。
全が問題となる部分の補助電源として、直列Ｃ方式絶縁
形電源を用いるようにしたので、安価で実用的な絶縁電
源を実現できる。
【図１】この発明の実施の形態を示す回路図である。
【図２】図１に示す絶縁小電源の別の例を示す回路図で
ある。
ある。
１…交流電源、２…主回路、３…非絶縁補助電源、４…
操作表示部、５…直列Ｃ方式絶縁小電源、６…絶縁フィ
ルム。
操作表示部、５…直列Ｃ方式絶縁小電源、６…絶縁フィ
ルム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H006 CA01 CA07 CB01 CC01 CC08 DA04 DC05 HA83 5H007 AA06 CA01 CB05 CC09 DA06 DC05 5H730 AA17 AA20 CC01 DD02 DD16 EE04 FD01 FF19
Claims (8)
- 【請求項１】 交流電圧源に主回路とは別に非絶縁の補
助電源を接続し、この補助電源内に設けられた高周波電
源に対してコンデンサとリアクトルとダイオード整流器
とを直列に接続することにより、さらに小容量の絶縁電
源を得ることを特徴とする直列Ｃ方式絶縁形電源。 - 【請求項２】 主として、電気製品または機器の操作表
示部に適用することを特徴とする請求項１に記載の直列
Ｃ方式絶縁形電源。 - 【請求項３】 電源を供給される電気製品または機器の
地絡時の電流を、１０ｍＡ以下とすることを特徴とする
請求項１に記載の直列Ｃ方式絶縁形電源。 - 【請求項４】 前記コンデンサ，リアクトルの高周波で
のインピーダンスをそれぞれ１／ωＣ，ωＬ（ω：角周
波数）とするとき、 ωＬ＞１／ωＣ なる関係を満たすようにすることを特徴とする請求項１
に記載の直列Ｃ方式絶縁形電源。 - 【請求項５】 前記リアクトルに代えて抵抗を用いるこ
とを特徴とする請求項１に記載の直列Ｃ方式絶縁形電
源。 - 【請求項６】 前記補助電源内の高周波電源は、上下各
１アームの１つのインバータであることを特徴とする請
求項１に記載の直列Ｃ方式絶縁形電源。 - 【請求項７】 前記補助電源内の高周波電源は上下各２
アームのインバータとし、これに同一構成のコンデン
サ，リアクトルの直列回路を挿入することを特徴とする
請求項１に記載の直列Ｃ方式絶縁形電源。 - 【請求項８】 出力電圧のフィードバック制御を行なう
ことを特徴とする請求項１に記載の直列Ｃ方式絶縁形電
源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25311099A JP2001078459A (ja) | 1999-09-07 | 1999-09-07 | 直列ｃ方式絶縁形電源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25311099A JP2001078459A (ja) | 1999-09-07 | 1999-09-07 | 直列ｃ方式絶縁形電源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001078459A true JP2001078459A (ja) | 2001-03-23 |
Family
ID=17246647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25311099A Pending JP2001078459A (ja) | 1999-09-07 | 1999-09-07 | 直列ｃ方式絶縁形電源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001078459A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005062452A1 (ja) * | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Nitta Corporation | キャパシタ絶縁電源装置 |
| JP4647713B1 (ja) * | 2010-05-06 | 2011-03-09 | ニッタ株式会社 | 電源装置 |
| CN102035409A (zh) * | 2010-12-13 | 2011-04-27 | 成都成电硅海科技股份有限公司 | 开关电源控制芯片 |
| WO2013042266A1 (ja) * | 2011-09-22 | 2013-03-28 | 東芝ライテック株式会社 | 電気機器 |
| JP2014239587A (ja) * | 2013-06-06 | 2014-12-18 | 太陽誘電株式会社 | 双方向絶縁型ｄｃ−ｄｃコンバータ |
| JP2016115433A (ja) * | 2014-12-11 | 2016-06-23 | ミネベア株式会社 | 光源駆動装置およびこれを備えた照明装置 |
| JP2016115515A (ja) * | 2014-12-15 | 2016-06-23 | 株式会社アイ・ライティング・システム | 点灯用直流電源および照明器具 |
-
1999
- 1999-09-07 JP JP25311099A patent/JP2001078459A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005062452A1 (ja) * | 2003-12-18 | 2007-07-19 | ニッタ株式会社 | キャパシタ絶縁電源装置 |
| US7292017B2 (en) | 2003-12-18 | 2007-11-06 | Nitta Corporation | Capacitor insulating power supply |
| CN100420134C (zh) * | 2003-12-18 | 2008-09-17 | 新田株式会社 | 电容器绝缘电源装置 |
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