JP2007174719A - 携帯用単巻変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷容量の変動に左右されずに安定した定格電圧を出力し、機器の小型化とコストダウンを図る。
【解決手段】低圧用接点Ｔ１及び高圧用接点Ｔ２が接続されたトランスＴＲからなる電圧変換回路４と、ダイオードＤ１からなる整流回路５と、電解コンデンサＣ１からなる平滑回路６と、抵抗Ｒ１、Ｒ２、及び電解コンデンサＣ４による積分回路と、トランジスタＱ１及びリレーコイルＲＹからなるリレー駆動回路７と、ツェナーダイオードＺＤ２及びサイリスタ（ＳＣＲ）からなる入力電圧検出回路１０と、リレー駆動回路７を作動させる直流電圧で点灯する低圧用発光ダイオードＬＥＤ１からなる第１表示部１１と、入力電圧検出回路１０を作動させる直流電圧で点灯する高圧用発光ダイオードＬＥＤ２からなる第２表示部１２とを備える。商用電源からの入力電圧が基準電圧以上の場合、リレー駆動回路７を停止させてタップＴを高圧用接点Ｔ２に接続の状態を保つ。
【選択図】図１

Description

本発明は、電圧事情の異なる海外において、日本仕様の電気製品を使用する時に必要な携帯用単巻変圧器に関する。

一般に海外では、国や地域により例えば米国ではＡＣ１２０Ｖ（１００Ｖ系）、欧州ではＡＣ２２０ＶやＡＣ２４０Ｖ（２００Ｖ系）のように商用電源の電源電圧が異なっている。このため、日本仕様の電気製品を海外で使用する場合、その国の電源電圧を電気製品の定格電圧ＡＣ１００Ｖに降圧して出力する変圧器が必要になる。図２はこのような従来の変圧器の内部構造を示す回路図であり、まずは同図に基づいて従来の変圧器の構成と動作を説明する。

［従来の変圧器の構成］
図２に示した変圧器１は単巻変圧器であり、商用電源に接続される入力端子２と電気製品（負荷）を接続する出力端子３との間に電圧変換回路４、整流回路５、平滑回路６、リレー駆動回路７、電圧検出回路８、及び通電表示回路９を具備して構成されている。

電圧変換回路４は入力端子２に接続された直列巻線ＴＲ１と分路巻線ＴＲ２からなるトランスＴＲを有している。分路巻線ＴＲ２の一方側の端子には１００Ｖ系の低電圧に対応する低圧用接点Ｔ１と、２００Ｖ系の高電圧に対応する高圧用接点Ｔ２と、両者の共通接点Ｔ３とからなるタップＴが接続されており、共通接点Ｔ３は出力端子３に接続されている。なお、入力電源のＯＦＦ時、共通接点Ｔ３は図示したように高圧用接点Ｔ２に接続されている。

整流回路５は整流用のダイオードＤ１からなる半波整流回路であり、分路巻線ＴＲ２の中間端子にダイオードＤ１のアノードが接続されている。また、平滑回路６は分路巻線ＴＲ２の他方側の端子とダイオードＤ１のカソードとの間に接続された平滑用の電解コンデンサＣ１からなっている。

リレー駆動回路７はタップの共通接点Ｔ３を高圧用接点Ｔ２から低圧用接点Ｔ１へ切り替える電磁石式のリレーコイルＲＹと、これに並列接続された逆起電圧防止用のダイオードＤ２を備えている。また、この回路はリレーを作動させるトランジスタＱ１と、そのベースに接続されたバイアス用の抵抗Ｒ１及びＲ２とを備えている。抵抗Ｒ１及びＲ２にはノイズ除去用のコンデンサＣ２が直列接続され、トランジスタＱ１のエミッタにはバイアス電圧加算用のダイオードＤ３が接続されている。

電圧検出回路８はリレー駆動回路７に並列接続されたツェナーダイオードＺＤ１を有している。この回路はツェナーダイオードＺＤ１が導通した時にリレー駆動回路７のトランジスタＱ１をＯＦＦにし、リレーを停止させるためのトランジスタＱ２と、そのベース電流制限用の抵抗Ｒ４と、バイアス用の抵抗Ｒ３とから構成されている。

通電表示回路９はタップＴの切替動作に対応してランプを点灯表示させるもので、１００Ｖ系の低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１と、２００Ｖ系の高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２の２個の発光ダイオードを備えている。また、この回路は整流用のダイオードＤ４と、そのカソードに一端が接続された抵抗Ｒ５とを有しており、抵抗Ｒ５の他端には低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１と、抵抗Ｒ６を介して高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２とが並列接続されている。低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１のカソードにはトランジスタＱ３のコレクタが接続され、トランジスタＱ３のベースに電流制限用の抵抗Ｒ７とバイアス用の抵抗Ｒ８が並列接続されている。一方、高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２のカソードにはダイオードＤ５が直列接続されている。

［従来の変圧器の動作］
（ア）入力電圧が１００Ｖ系の場合
１００Ｖ系の入力電圧が商用電源から入力端子２へ供給されると、その入力電圧はトランスＴＲで降圧して整流回路５に印加され、ダイオードＤ１で半波整流される。半波整流された脈動電圧は平滑回路６の電解コンデンサＣ１で交流成分が取り除かれ、平滑化された直流電圧として出力される。そして平滑回路６からの直流電圧はリレー駆動回路７と電圧検出回路８の双方の回路に印加される。

まず、電圧検出回路８ではツェナーダイオードＺＤ１に印加される電圧がツェナー電圧に達しないため、ツェナーダイオードＺＤ１は導通しない。よって、ツェナーダイオードＺＤ１に接続された抵抗Ｒ３の両端に電圧が印加されずベース電流が流れないので、トランジスタＱ２はＯＦＦの状態のままである。一方、リレー駆動回路７ではリレーコイルＲＹとトランジスタＱ１からなる直列回路に電圧が印加されるとともに、バイアス用の抵抗Ｒ１とＲ２を経由してトランジスタＱ１のベースにも電圧が印加される。この自己バイアスによりトランジスタＱ１にベース電流が供給されるので、トランジスタＱ１はＯＮの状態になる。

このようにリレー駆動回路７のトランジスタＱ１がＯＮした時、リレーコイルＲＹとトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間に電流が流れるため、リレーが作動し、タップの共通接点Ｔ３が高圧用接点Ｔ２から離れて低圧用接点Ｔ１へ切り替わる。このとき電圧変換回路４では、入力端子２が低圧用接点Ｔ１と共通接点Ｔ３を介して出力端子３に接続されることになる。したがって、入力電圧が１００Ｖ系の場合、低圧用接点Ｔ１に接続されたトランスＴＲによって１００Ｖ系の低電圧に応じて変換した定格電圧が出力端子３から負荷へと供給される。

この際、通電表示回路９では、バイアス用の抵抗Ｒ１とＲ７による自己バイアスによりトランジスタＱ３がＯＮの状態になる。また、これと同時にダイオードＤ４で整流された電圧が抵抗Ｒ５で降圧して低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１の順方向に印加されるので、低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１が点灯する。

（イ）入力電圧が２００Ｖ系の場合
２００Ｖ系の入力電圧が商用電源から入力端子２へ供給された場合にも、上記（ア）の場合と同様に、その入力電圧はトランスＴＲで降圧して整流回路５において半波整流されるとともに、半波整流された脈動電圧が平滑回路６で平滑化され、平滑化された直流電圧がリレー駆動回路７と電圧検出回路８の双方の回路に印加される。

電圧検出回路８において、今度はツェナーダイオードＺＤ１のカソードに印加される電圧がツェナー電圧に達するため、ツェナーダイオードＺＤ１が導通して電流が流れる。これと同時にツェナーダイオードＺＤ１に接続された抵抗Ｒ３の両端に電圧が印加され、電流制限用の抵抗Ｒ４を通してベース電流が流れるので、トランジスタＱ２がＯＮの状態になる。電圧検出回路８のトランジスタＱ２がＯＮすると、抵抗Ｒ１とトランジスタＱ２のコレクタ−エミッタ間に電流が流れる。これによりリレー駆動回路７では、抵抗Ｒ２の両端に電圧が印加されずベース電流が供給されなくなるので、トランジスタＱ１がＯＦＦの状態に戻る。

このようにリレー駆動回路７のトランジスタＱ１がＯＦＦした時、リレーコイルＲＹへの電流が遮断されてリレーが停止し、タップの共通接点Ｔ３が低圧用接点Ｔ１から離れて高圧用接点Ｔ２へ復帰する。このとき電圧変換回路４では、入力端子２が高圧用接点Ｔ２と共通接点Ｔ３を介して出力端子３に接続されることになる。したがって、入力電圧が２００Ｖ系の場合、高圧用接点Ｔ２に接続されたトランスＴＲによって２００Ｖ系の高電圧に応じて変換した定格電圧が出力端子３から負荷へと供給される。

この際、通電表示回路９では、トランジスタＱ１がＯＦＦしたことに伴ってトランジスタＱ１のベースに電流が流れず、同じくトランジスタＱ３のベースにも電流が流れないので、トランジスタＱ３もＯＦＦの状態になる。また、これと同時にダイオードＤ４で整流された電圧が抵抗Ｒ５とＲ６で降圧して高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２の順方向に印加されるので、高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２が点灯する。

すなわち、図２に示す変圧器１は商用電源から入力端子２に供給される入力電圧が１００Ｖ系、２００Ｖ系のいずれであっても、リレー駆動回路７を用いてタップＴの接点を低圧側又は高圧側に自動的に切り替えることで出力端子３から常にＡＣ１００Ｖの定格電圧を出力して負荷に供給しようとしたものである。なお、この変圧器１と同様な自動切り替えによる変圧器として、下記の特許文献１には複巻変圧器を用いた電源回路が開示されている。

特開平６−２１４６６３号公報（図３、４参照）

しかし、上述した従来の変圧器においては以下の問題点が指摘されている。

（問題点１）電源投入時に高電圧が出力される場合があること。また、表示灯が瞬時誤動作すること。

図３は従来の変圧器の入出力特性を示すグラフ図である。同図に実線で示すように無負荷の状態で１００Ｖ系の入力電圧が供給された場合、最初はタップの共通接点Ｔ３が高圧用接点Ｔ２に接続されているが、入力電圧が７０Ｖ（Ａ点）を超えるとリレー駆動回路７のトランジスタＱ１が自己バイアスでＯＮになり、リレーが作動してタップの共通接点Ｔ３が低圧用接点Ｔ１に切り替わる。これにより変圧器１は１００Ｖ系の入出力ライン上の特性を示す。例えば入力電圧が１００Ｖの時には約９０Ｖ（Ｂ点）の出力電圧になり、入力電圧が１２０Ｖの時には約１０５Ｖ（Ｃ点）の出力電圧になる。よって、１００Ｖ系の入力電圧の場合、出力電圧は約９０〜１０５Ｖの間にあり、適正な定格電圧である１００Ｖ±１０％の範囲内にあるので特に問題はない。

それに対し、無負荷の状態で２００Ｖ系の入力電圧が供給された場合、入力電圧が７０Ｖを超えてタップの共通接点Ｔ３が低圧用接点Ｔ１に切り替わるまでの動作は同じであるが、その後、入力電圧が基準電圧の１６０Ｖ（Ｄ点）を超えたことを検出すると、電圧検出回路８においてツェナーダイオードＺＤ１が導通してトランジスタＱ２がＯＮの状態になる。これによりリレー駆動回路７のトランジスタＱ１がＯＦＦになり、リレーが停止してタップの共通接点Ｔ３が高圧用接点Ｔ２に復帰する。つまり変圧器１は１００Ｖ系の入出力ラインを経由してから２００Ｖ系の入出力ラインに戻り、最終的に２００Ｖ系の入出力ライン上の特性を示す。例えば入力電圧が２００Ｖの時には約９５Ｖ（Ｅ点）の出力電圧になり、入力電圧が２４０Ｖの時には約１１５Ｖ（Ｆ点）の出力電圧になる。

ところが、この２００Ｖ系の高電圧の場合、タップの共通接点Ｔ３が高圧用接点Ｔ２から低圧用接点Ｔ１へと切り替わり、その後、低圧用接点Ｔ１から高圧用接点Ｔ２へと切り替わっている。このため、特に低圧用接点Ｔ１から高圧用接点Ｔ２へ切り替わる直前の極めて短いサイクル（約１０ｍｓｅｃ程度）において、低圧用接点Ｔ１による高圧出力電圧が発生することがある。すなわち、入力電圧が基準電圧の１６０Ｖ付近では、低圧用接点Ｔ１に接続されたトランスＴＲで変圧された出力電圧が発生し、約１４０Ｖ近くの高電圧が瞬間的に出力されてしまう。このため、変圧器１に接続した負荷が高電圧に対する保護回路を備えてない電気製品の場合には、瞬間的に出力された高電圧により機器の損傷を招く恐れがあった。

また、入力電圧が１００Ｖの時には、リレー駆動回路７が作動してタップＴが低圧用接点Ｔ１へ切り替わった時、通電表示回路９ではトランジスタＱ３がＯＮして低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１が点灯する。一方、入力電圧が２００Ｖの時には、リレー駆動回路７が停止してタップＴが高圧用接点Ｔ２へ切り替わった時には、トランジスタＱ３がＯＦＦして低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１が消灯し、替わりに高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２が点灯する。つまり通電表示回路９では、タップＴの切替動作に同期して２個の発光ダイオードの点灯と消灯を切り替えるようになっている。

すなわち、２００Ｖ系の高電圧が供給されると、始めに（０からＡ点まで）点灯した高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２が消えて低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１が瞬間的に（Ａ点からＤ点まで）点灯し、またすぐにこれが消えて高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２が再び（Ｄ点からＦ点まで）点灯する。したがって、変圧器１を２００Ｖ系の商用電源に接続した時に、本来は消灯していなければならない低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１が一瞬点灯してしまうので、商用電源の電源電圧を表示すべき通電表示回路９において利用者に誤認を生じさせる恐れがあった。

（問題点２）負荷容量により基準電圧が変動すること。

図３において入力電圧が２００Ｖ系の場合、無負荷の状態では基準電圧の１６０Ｖ（Ｄ点）を境に電圧検出回路８のトランジスタＱ２がＯＮの状態になり、リレーが停止してタップの共通接点Ｔ３が高圧用接点Ｔ２に切り替わる。ところが同じ２００Ｖ系の入力電圧を供給しても、負荷容量が３０ＶＡ（同図に破線で示す）の時には入力電圧が約１７０〜１７４Ｖ（Ｇ点）、負荷容量が５０ＶＡ（同図に一点鎖線で示す）の時には入力電圧が約１８０〜１９０Ｖ（Ｈ点）、さらに負荷容量が６０ＶＡ（同図に二点鎖線で示す）の時には入力電圧が約１８５〜２０６Ｖ（Ｊ点）を基準にしてタップの共通接点Ｔ３が切り替わっており、負荷容量によって入力切替の基準電圧が変動することが分かる。これは次のような理由による。

例えばモータやランプのように一瞬（約２０〜１００ｍｓｅｃ）で多くのエネルギーが必要な機器を接続した場合、インラッシュ時に大電流が流れて負荷容量が増大すると、トランスＴＲにおける電圧降下により分路巻線ＴＲ２の１次側電圧が降下し、整流回路５から出力される直流電圧も低下する。これに伴って電圧検出回路８に印加される電圧が下がるので、２００Ｖ系の高電圧にもかかわらず本来導通すべきツェナーダイオードＺＤ１が導通せずトランジスタＱ２がＯＦＦの状態のままになる。このときリレー駆動回路７のトランジスタＱ１はＯＮの状態なので、リレーが作動してタップの共通接点Ｔ３が低圧用接点Ｔ１に接続され、出力端子３からの出力電圧が増大する。

逆に負荷容量が減少すると分路巻線ＴＲ２の１次側電圧が上がり、整流回路５から出力される直流電圧も上昇する。これに伴って電圧検出回路８に印加される電圧が上がり、ツェナーダイオードＺＤ１が導通してトランジスタＱ２がＯＮになる。するとリレー駆動回路７のトランジスタＱ１はＯＦＦになり、リレーが停止するので、タップの共通接点Ｔ３が高圧用接点Ｔ２に切り替わり、出力端子３からの出力電圧が減少する。

すなわち、この変圧器１によると出力端子３に接続された負荷容量に応じてトランスＴＲに接続された整流回路５の電圧が上下し、電圧検出回路８の基準電圧が変動する。これによりタップＴの切り替え動作が繰り返し行われ、出力電圧が増減するチャタリングが発生してしまう。このため、負荷として例えばランプを接続した場合にそのランプが点灯と消灯を繰り返すといった現象や、あるいは共通接点Ｔ３に接続されているバリスタＶが規定電圧を超えて破損し、トランスＴＲが破壊されてしまう恐れがあった。

また、負荷容量の増減により電圧検出回路８の基準電圧が変動すると、通電表示回路９においても低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１と高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２の２個の発光ダイオードが点灯と消灯を繰り返し、不安定な動作になってしまう。

（問題点３）機器の大型化とコストアップを招くこと。

図２に示したように、特に通電表示回路９は低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１と高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２の２個の発光ダイオードの他に、１個のトランジスタＱ３と、２個のダイオードＤ４，Ｄ５と、４個の抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７及びＲ８とを備えて構成されている。このように通電表示回路９を構成する電子部品の数が多いため、回路基板の組立て作業が非常に煩雑になるとともに、回路基板のサイズが大きくならざるを得ず機器の大型化とコストアップを招く要因になっていた。

本発明は以上のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、負荷容量の変動に左右されずに常に安定した定格電圧を出力することができ、さらに機器の小型化とコストダウンを図ることができる携帯用単巻変圧器を提供することにある。

本発明の携帯用単巻変圧器は、上記の目的を達成するため、商用電源に接続される入力端子と、負荷を接続する出力端子と、上記商用電源から上記入力端子を介して供給される入力電圧を単巻トランスで定格電圧に変換し、変換した定格電圧を上記出力端子から上記負荷へと供給する電圧変換回路と、上記単巻トランスの分路巻線の中間端子に接続され、上記単巻トランスで降圧された交流電圧を整流して出力する整流回路と、上記整流回路に接続され、上記整流回路から出力された電圧を平滑して直流電圧を出力する平滑回路と、上記平滑回路に接続され、上記平滑回路から出力された直流電圧で作動するトランジスタを有し、上記電圧変換回路の単巻トランスに接続されたタップの接点を高圧用接点から低圧用接点へ切り替えるリレー駆動回路と、上記入力端子に接続され、上記商用電源から上記入力端子を介して供給された入力電圧を高圧整流用のダイオードで整流して検出し、検出した入力電圧が基準電圧未満の低電圧の場合には高電圧検出用のツェナーダイオードが導通しないことによってそのアノードに接続されたサイリスタ又はトライアックが作動しないで上記リレー駆動回路のトランジスタを作動させる一方、検出した入力電圧が基準電圧以上の高電圧の場合には上記ツェナーダイオードが導通することによって上記サイリスタ又はトライアックが作動し続けて上記リレー駆動回路のトランジスタを停止させ、上記電圧変換回路の単巻トランスに接続されたタップの接点が高圧用接点に接続された状態を維持する入力電圧検出回路と、上記リレー駆動回路のトランジスタのエミッタに接続され、上記低電圧を検出する機能と発光機能を兼ねた低電圧表示用発光ダイオードからなり、上記リレー駆動回路のトランジスタを作動させる直流電圧が印加されて点灯する第１表示部と、上記入力電圧検出回路のサイリスタ又はトライアックのアノードに接続された高電圧表示用発光ダイオードからなり、上記入力電圧検出回路のサイリスタ又はトライアックを作動させる直流電圧が印加されて点灯する第２表示部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の携帯用単巻変圧器は、上記入力電圧検出回路のサイリスタ又はトライアックが作動する前に上記リレー駆動回路のトランジスタが作動しないように、トランジスタのベースに接続された電解コンデンサからなる保持回路を備えたことを特徴とする。

本発明の携帯用単巻変圧器によれば以下のような効果が得られる。

（効果１）電源投入時に高電圧が出力されなくなる。

商用電源から２００Ｖ系の入力電圧が供給された場合、入力電圧検出回路において入力電圧が基準電圧以上であることを検出してサイリスタ又はトライアックが記憶動作し、リレー駆動回路を停止させるので、タップの切替動作が行われることはなく、高圧用接点に接続されたトランスから常に安定した定格電圧が出力される。よって、変圧器に接続した負荷に対して高電圧が出力される恐れが全くなくなり、高電圧出力による負荷の損傷等の不具合を確実に防止できる。

１００Ｖ系の低電圧の場合にはリレー駆動回路を作動させるトランジスタの動作を兼用して第１表示部が点灯し、２００Ｖ系の高電圧の場合には入力電圧検出回路を作動させるサイリスタ（ＳＣＲ）又はトライアック（ＴＲＩＡＣ）の動作を兼用して第２表示部が点灯する。すなわち、低電圧時に点灯すべき第１表示部の動作と高電圧時に点灯すべき第２表示部の動作とが独立しているので、従来のように高電圧にもかかわらず低電圧表示用発光ダイオードが点灯するような動作不良がなく、商用電源の入力電圧を的確に表示することができる。

（効果２）負荷容量が増減しても基準電圧が変動しない。

入力電圧検出回路にサイリスタ（ＳＣＲ）又はトライアック（ＴＲＩＡＣ）による一種の記憶素子を用いたので、商用電源から２００Ｖ系の高電圧が供給された場合に、この記憶素子が一旦作動して記憶すると、入力電圧の供給を遮断するまでリレー駆動回路は停止したままである。このため、負荷容量の増減によりトランスの２次側電圧が上下してもタップの接点の切替動作が繰り返し行われることはなく、常に安定した定格電圧が出力される。よって、変圧器に接続した負荷に対して出力電圧の大幅な変動がなく、出力変動によるトランスの破壊等の不具合を可及的に防止できる。

負荷容量が増減しても入力切替の基準電圧が変動しないので、第１表示部と第２表示部が点灯と消灯を繰り返すような不安定な動作が起こらず、常に安定した点灯表示が保証される。

（効果３）機器の小型化とコストダウンを実現できる。

従来の通電表示回路に使用していた多数の電子部品が不要になり、少なくとも２個の発光ダイオードを使用するだけで表示部を構成することができる。なお、第１表示部の低電圧表示用発光ダイオードは低電圧を検出する機能と発光機能を兼ねている。このため、回路を構成する電子部品の数を大幅に削減することができ、回路基板の組立て作業が著しく簡素化されるとともに、回路基板のサイズが小さくて済み、機器の小型化とコストダウンを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付した図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の携帯用単巻変圧器の内部構造を示す回路図である。同図において、図２に示した従来の携帯用単巻変圧器と同一構成については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。以下では本発明の変圧器に特有な構成、機能、動作、及び効果を説明する。

［本発明の変圧器の構成］
図１に示した変圧器１−１は携帯用単巻変圧器であり、商用電源に接続する入力端子２と負荷を接続する出力端子３との間に電圧変換回路４、整流回路５、平滑回路６、リレー駆動回路７を具備している点は従来の携帯用単巻変圧器１と同一であるが、電圧検出回路８に替えて入力電圧検出回路１０を具備している点と、通電表示回路９に相当する回路を大幅に簡略化した点が異なっている。

入力電圧検出回路１０は入力端子２に接続され、商用電源から供給された入力電圧を検出し、検出した入力電圧が基準電圧（例えば１６０Ｖ）未満の場合には、自身が作動せずにリレー駆動回路７を作動させ、電圧変換回路４のトランスＴＲに接続されたタップの共通接点Ｔ３を高圧用接点Ｔ２から低圧用接点Ｔ１へ切り替える。一方、検出した入力電圧が基準電圧以上の場合には、自身が作動してリレー駆動回路７を停止させ、電圧変換回路４のトランスＴＲに接続されたタップの共通接点Ｔ３が高圧用接点Ｔ２に接触した状態を維持する機能を備えている。

入力電圧検出回路１０は入力端子２に接続された整流用のダイオードＤ６と、ダイオードＤ６のカソードに直列接続された分圧用の抵抗Ｒ９と抵抗Ｒ１０とからなる直列回路を有している。また、この回路は抵抗Ｒ９とＲ１０の間に接続された入力電圧２００Ｖ時の高電圧検出用のツェナーダイオードＺＤ２を有しており、ツェナーダイオードＺＤ２のアノードにサイリスタ（ＳＣＲ）のゲートとノイズ除去用のコンデンサＣ３とが並列接続されている。

また、ツェナーダイオードＺＤ２の導通時において、入力電圧検出回路１０のサイリスタ（ＳＣＲ）が作動する前にリレー駆動回路７のトランジスタＱ１が作動しないようにするため、抵抗Ｒ１、Ｒ２、及び電解コンデンサＣ４で構成されたＲＣ回路（積分回路）の時定数を大きく設定することで応答速度を遅くしている。本実施形態では、抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値をそれぞれ１０ＫΩ、１００ＫΩに設定し、電解コンデンサＣ４の静電容量を１０μＦ、許容電圧を６．３Ｖに設定してある。すなわち、ＲＣ回路の時定数は抵抗値と静電容量に比例することから、直列接続した抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗値を大きくして電解コンデンサＣ４の充電に要する時間を長く設定し、サイリスタ（ＳＣＲ）に接続されている抵抗Ｒ１の短絡電流に比べトランジスタＱ１のベース電流が所定時間遅延するようになっている。

さらに、本発明の携帯用単巻変圧器１−１は従来の通電表示回路９のような大掛かりな回路構成を廃止し、大幅に簡略化された回路構成にしたことが特徴である。従来の通電表示回路９に相当する構成は、図１に示すようにリレー駆動回路７に組み込まれた第１表示部１１と入力電圧検出回路１０に組み込まれた第２表示部１２である。

第１表示部１１はトランジスタＱ１のエミッタに接続され、リレー駆動回路７を作動させる直流電圧が印加されてランプを点灯表示するものであり、１００Ｖ系の低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１が入力１００Ｖ時の低電圧を検出する機能とそれを表示する表示機能を兼ね備えている。一方、第２表示部１２は入力電圧検出回路１０を作動させる直流電圧が印加されてランプを点灯表示するものであり、２００Ｖ系の高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２からなる。高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２はサイリスタ（ＳＣＲ）のアノードに直列接続されている。

［本発明の変圧器の動作］
（ア）入力電圧が１００Ｖ系の場合
本発明の携帯用単巻変圧器１−１において、商用電源から入力端子２へ１００Ｖ系の入力電圧が供給されると、その入力電圧は、並列接続された入力電圧検出回路１０と電圧変換回路４の双方の回路に印加される。

まず、入力電圧検出回路１０では入力電圧がダイオードＤ６で半波整流される。半波整流された脈動電圧は直列接続された抵抗Ｒ９とＲ１０で分圧され、抵抗Ｒ１０の両端の電圧がツェナーダイオードＺＤ２のカソードに印加される。このとき抵抗Ｒ１０の両端に発生する電圧はツェナー電圧に達しないため、ツェナーダイオードＺＤ２は導通しない。よって、ツェナーダイオードＺＤ２に接続されたサイリスタ（ＳＣＲ）のゲートに電圧が印加されず、抵抗Ｒ１を短絡させる電流が流れないので、サイリスタ（ＳＣＲ）はＯＦＦの状態のままである。

一方、電圧変換回路４では入力電圧がトランスＴＲにより降圧して整流回路５に印加され、ダイオードＤ１で半波整流される。半波整流された脈動電圧は平滑回路６の電解コンデンサＣ１で交流成分が取り除かれ、平滑化された直流電圧として出力される。そして平滑回路６からの直流電圧がリレー駆動回路７に印加される。

リレー駆動回路７ではリレーコイルＲＹとトランジスタＱ１のコレクタの直列回路に電圧が印加され、バイアス用の抵抗Ｒ１とＲ２を経由してトランジスタＱ１のベースにも電圧が印加される。この自己バイアス電圧がトランジスタＱ１のエミッタに接続された低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１の順方向電圧以上になると、ベース電流が供給されてトランジスタＱ１がＯＮの状態になる。

このようにリレー駆動回路７のトランジスタＱ１がＯＮすると、リレーコイルＲＹとトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間に電流が流れるため、リレーが作動してタップの共通接点Ｔ３が高圧用接点Ｔ２から離れて低圧用接点Ｔ１へ切り替わる。このとき電圧変換回路４では、入力端子２が低圧用接点Ｔ１と共通接点Ｔ３を介して出力端子３に接続されることになる。したがって、入力電圧が１００Ｖ系の場合、低圧用接点Ｔ１に接続されたトランスＴＲによって１００Ｖ系の低電圧に応じて変換した定格電圧が出力端子３から負荷へと供給される。

この際、リレー駆動回路７内の第１表示部１１では、トランジスタＱ１がＯＮしたことによりコレクタ−エミッタ間に流れる電流が抵抗Ｒ１１と低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１とに分流するので、低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１の順方向に電圧が印加されて低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１が点灯する。このとき入力電圧検出回路１０内の第２表示部１２ではサイリスタ（ＳＣＲ）が停止しているので高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２が点灯することはない。なお、抵抗Ｒ１１で分流する理由は最大定格電流を超えて発光ダイオードの素子が破損しないようにＬＥＤ電流を制限するためである。

（イ）入力電圧が２００Ｖ系の場合
本発明の携帯用単巻変圧器１−１において、商用電源から入力端子２へ２００Ｖ系の入力電圧が供給されると、その入力電圧は、並列接続された入力電圧検出回路１０と電圧変換回路４の双方の回路に印加される。

まず、入力電圧検出回路１０では入力電圧がダイオードＤ６で半波整流される。半波整流された脈動電圧は直列接続された抵抗Ｒ９とＲ１０で分圧され、抵抗Ｒ１０の両端の電圧がツェナーダイオードＺＤ２のカソードに印加される。ここで今度は抵抗Ｒ１０の両端に発生する電圧がツェナー電圧に達するため、ツェナーダイオードＺＤ２が導通する。よって、ツェナーダイオードＺＤ２に接続されたサイリスタ（ＳＣＲ）のゲートに電圧が印加されるので、トリガー電流が流れてサイリスタ（ＳＣＲ）が作動する。サイリスタ（ＳＣＲ）が作動するためにはゲートに対して少なくとも脈動電圧の半サイクル程度の電圧が印加されればよい。

サイリスタ（ＳＣＲ）が作動すると、抵抗Ｒ１とサイリスタ（ＳＣＲ）のアノード−カソード間に順方向の電流が流れる。これによりリレー駆動回路７では抵抗Ｒ２の両端に電圧が印加されずベース電流が供給されないので、トランジスタＱ１は常にＯＦＦの状態である。なお、一旦作動したサイリスタ（ＳＣＲ）は、負荷容量の増加による電圧降下が生じてゲートにトリガー電流が流れなくなっても動作し続け、その動作は入力端子２を商用電源から取り外して入力電圧の供給が遮断されるまで継続する。

このようにリレー駆動回路７のトランジスタＱ１は常にＯＦＦであり、リレーコイルＲＹへ電流が供給されずリレーが停止しているので、タップの共通接点Ｔ３は高圧用接点Ｔ２に接触したままの状態を維持している。このとき電圧変換回路４では入力端子２が高圧用接点Ｔ２と共通接点Ｔ３を介して出力端子３に接続されることになる。したがって、入力電圧が２００Ｖ系の場合、高圧用接点Ｔ２に接続されたトランスＴＲによって２００Ｖ系の高電圧に応じて変換した定格電圧が出力端子３から負荷へと供給される。

この際、入力電圧検出回路１０内の第２表示部１２では、サイリスタ（ＳＣＲ）が作動したことによりサイリスタ（ＳＣＲ）のアノード−カソード間に電流が流れるので、高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２の順方向に電圧が印加されて高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２が点灯する。また、サイリスタ（ＳＣＲ）の動作中は電流が流れ続けるので高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２は点灯し続ける。このときリレー駆動回路７内の第１表示部１１ではトランジスタＱ１が常にＯＦＦの状態であるから、電圧が印加されず低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１が点灯することはない。

［本発明の携帯用単巻変圧器による効果］
本発明の携帯用単巻変圧器１−１によれば以下のような特有な効果が得られる。

（１）電源投入時に高電圧が出力されなくなる。

従来は２００Ｖ系の高電圧が供給された場合に、タップの共通接点Ｔ３が低圧用接点Ｔ１に一旦切り替わった後で高圧用接点Ｔ２へと戻る切替動作をしていたため、低圧用接点Ｔ１から高圧用接点Ｔ２へ切り替わる直前に入力電圧に応じた高電圧が発生することがあった。

それに対し、本発明によれば、２００Ｖ系の高電圧が供給された場合に入力電圧検出回路１０ではツェナーダイオードＺＤ２が導通するとサイリスタ（ＳＣＲ）が作動して記憶するので、リレー駆動回路７のトランジスタＱ１がＯＮになることはない。つまりリレー駆動回路７が常に停止した状態であるから、タップの共通接点Ｔ３が低圧用接点Ｔ１へと切り替わる動作は行われず、高圧用接点Ｔ２に接続されたトランスＴＲから常に安定した定格電圧が出力される。よって、変圧器１−１に接続した負荷に対して高電圧が出力される恐れが全くなくなり、高電圧出力に伴う負荷の損傷等の不具合を確実に防止できる。

また、本発明の携帯用単巻変圧器１−１は１００Ｖ系の低電圧の場合にはリレー駆動回路７を作動させるトランジスタＱ１がＯＮすることにより、このトランジスタＱ１の動作を利用して第１表示部１１の低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１を点灯表示させる。また２００Ｖ系の高電圧の場合には入力電圧検出回路１０を作動させるサイリスタ（ＳＣＲ）がＯＮすることにより、このサイリスタ（ＳＣＲ）の動作を利用して第２表示部１２の高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２を点灯表示させる。このため、従来の通電表示回路９のように高電圧にもかかわらず低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１が点灯するような動作不良がなく、商用電源の入力電圧を的確に点灯表示することができるので信頼性が高い。

（２）負荷容量が増減しても基準電圧が変動しない。

従来は２００Ｖ系の高電圧が供給された場合に、負荷容量が増減するとトランスＴＲの２次側電圧が上下し、タップＴの切替動作の基準電圧が変動してしまうという不具合があった。これは従来の携帯用単巻変圧器１では変動の大きな負荷側からの交流電圧に基づいて入力切替の基準電圧を検出していたことが要因である。

そこで、本発明の携帯用単巻変圧器１−１では変動の少ない商用電源側からの入力電圧に基づいて入力切替の基準電圧を検出するようにした。このため、２００Ｖ系の高電圧が供給された場合、入力電圧検出回路１０のサイリスタ（ＳＣＲ）が作動した後は、入力端子２を取り外して入力電圧の供給を遮断するまでリレー駆動回路７のトランジスタＱ１はＯＮせずリレーが作動することはない。

したがって、負荷容量の増減によりトランスＴＲの２次側電圧が上下に変動したとしてもタップＴの切替動作が繰り返し行われることはなく、常に安定した定格電圧が出力される。よって、変圧器１−１に接続した負荷に対して出力電圧の変動がなくなり、出力変動に伴うトランスの破壊等の不具合を可及的に防止できる。

また、負荷容量が増減しても入力切替の基準電圧が変動しないので、第１表示部１１の低電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ１と、第２表示部１２の高電圧表示用発光ダイオードＬＥＤ２が点灯と消灯を繰り返すような不安定な動作が起こらず、常に安定した動作が保証される。

（３）機器の小型化とコストダウンを実現できる。

本発明の携帯用単巻変圧器１−１によれば、従来の通電表示回路９における１個のトランジスタＱ３と、２個のダイオードＤ４，Ｄ５と、４個の抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７及びＲ８とが不要になり、少なくとも２個の発光ダイオードＬＥＤ１とＬＥＤ２を使用するだけで表示部を構成することができる。このように回路を構成する電子部品の数を大幅に削減することができるので、回路基板の組立て作業が著しく簡素化されるとともに、回路基板のサイズが小さくて済み、機器の小型化とコストダウンを実現することができる。

なお、上述した実施形態では入力電圧検出回路１０にサイリスタ（ＳＣＲ）を用いた例を説明したが、これに替えてトライアック（ＴＲＩＡＣ）を用いても上記と同様な効果が得られる。

本発明に係る携帯用単巻変圧器の内部構造を示す回路図。 従来の携帯用単巻変圧器の内部構造を示す回路図。 従来の携帯用単巻変圧器の入出力特性を示すグラフ図。

符号の説明

１−１…携帯用単巻変圧器
２…入力端子
３…出力端子
４…電圧変換回路
５…整流回路
６…平滑回路
７…リレー駆動回路
１０…入力電圧検出回路
１１…第１表示部
１２…第２表示部
Ｃ１…電解コンデンサ（平滑用）
Ｃ３…コンデンサ（ノイズ除去用）
Ｃ４…電解コンデンサ（遅延用）
Ｄ１…ダイオード（整流用）
Ｄ２…ダイオード（逆起電圧防止用）
Ｄ６…ダイオード（高圧整流用）
ＺＤ２…ツェナーダイオード（高電圧検出用）
ＬＥＤ１…低電圧表示用発光ダイオード（低電圧検出用）
ＬＥＤ２…高電圧表示用発光ダイオード
Ｒ１…抵抗（分圧用）
Ｒ２…抵抗（分圧用）
Ｒ９…抵抗（電流制限用）
Ｒ１０…抵抗（バイアス用）
Ｒ１１…抵抗（電流制限用）
ＲＹ…リレーコイル
Ｑ１…トランジスタ
ＳＣＲ…サイリスタ
Ｔ…タップ
Ｔ１…低圧用接点
Ｔ２…高圧用接点
Ｔ３…共通接点
ＴＲ…単巻トランス
ＴＲ１…直列巻線
ＴＲ２…分路巻線
Ｖ…バリスタ

Claims (3)

1. 商用電源から入力端子を介して供給される入力電圧をトランスで定格電圧に変換し、変換した定格電圧を出力端子から負荷へと供給する電圧変換回路と、
   上記商用電源から供給された入力電圧を整流して出力する整流回路と、
   上記整流回路から出力された電圧を平滑して直流電圧を出力する平滑回路と、
   上記平滑回路から出力された直流電圧で作動し、上記電圧変換回路のトランスに接続されたタップの接点を高圧用接点から低圧用接点へ切り替えるリレー駆動回路と、
   上記商用電源から供給された入力電圧を検出し、検出した入力電圧が基準電圧未満の場合には自身が作動せずに上記リレー駆動回路を作動させる一方、検出した入力電圧が基準電圧以上の場合には自身が作動して上記リレー駆動回路を停止させ、上記電圧変換回路のトランスに接続されたタップの接点が高圧用接点に接続した状態を維持する入力電圧検出回路と、
   上記リレー駆動回路を作動させる直流電圧が印加されて点灯する第１表示部と、
   上記入力電圧検出回路を作動させる直流電圧が印加されて点灯する第２表示部と、
   を備えたことを特徴とする変圧器。
2. 上記第１表示部は上記リレー駆動回路を作動させるトランジスタに接続された第１の発光ダイオードからなり、上記第２表示部は上記入力電圧検出回路を作動させるサイリスタ又はトライアックに接続された第２の発光ダイオードからなることを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
3. 上記リレー駆動回路の応答時間を遅延させることにより、上記入力電圧検出回路が作動する前に上記リレー駆動回路が作動しないようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の変圧器。

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