JP2013027111A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷で必要な電圧が低い場合であっても、大型化やコストアップを防ぎつつ、低電圧を実現できる電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置１００は、変流器１とコンデンサ２と整流回路４と電圧調整手段５と平滑コンデンサ６とを有する。変流器１の一次側に交流電源１０が接続されるとともに、変流器１の二次側に負荷２０が接続されている。変流器１の一次側には、変流器１の一次コイル１ａにコンデンサ２が直列接続され、変流器１の二次側には、変流器１の二次コイル１ｂに整流回路４が並列接続され、整流回路４に電圧調整手段５および平滑コンデンサが並列接続されている。変流器１の一次コイル１ａに交流電源１０により交流電流が流れると、二次コイル１ｂに誘起電圧が発生する。この誘起電圧を整流回路４および平滑コンデンサ６で整流・平滑し、電圧調整手段５により所定の電圧とされて負荷２０に供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置に関わり、より詳細には、変流器を備えた電源装置に関する。

従来、変圧器を備え商用電源等の交流電源から得られる交流電圧を所定の電圧に変圧して負荷に供給する電源回路が知られている。この電源回路では、変圧器の一次巻線に交流電源が接続され、変圧器の二次巻線には、整流回路や平滑コンデンサ等で構成されるＡＣ／ＤＣ変換手段や、スイッチング回路やインバータ回路等といった様々な素子や回路が接続される。

例えば、特許文献１には、蓄電式空気調和装置に備えられた電源装置が提案されている。この電源装置に備えられた変圧器は、二次巻線が２つに分割されて２系統の出力が得られる構成となっている。一次巻線には商用電源が接続されている。二次巻線の一方には、整流回路と平滑コンデンサとインバータ回路と負荷である圧縮機モータとが接続されており、二次巻線で発生した誘起電圧は整流回路と平滑コンデンサとによって整流・平滑されて直流電圧とされ、インバータ回路で所定の周波数の交流電力に変換されて圧縮機モータに印加される。

二次巻線の他方には、整流回路とサイリスタと蓄電池とが接続されており、二次巻線で発生した誘起電圧は整流回路で整流されて脈動電圧とされ、サイリスタのオンオフに応じて脈動電圧が蓄電池に供給されることで、蓄電池の充電が行われる。

特開平６−１３７６５１号公報（第３頁、第１図）

ところで、変圧器の特性パラメータの一つにＥＴ積と呼ばれるものがある。これは、変圧器の巻線に印加される電圧Ｅと電圧が印加される時間Ｔとの積であり、巻線の巻回数Ｎと変圧器のコアの断面積Ａｅとコアの磁束密度Ｂとの積に等しくなる。従って、巻線に電流が流れた際のコアでの磁束密度は、Ｂ＝（Ｅ・Ｔ）／（Ｎ／Ａｅ）、となる。

上述した特許文献１に記載のものも含め、変圧器を備えた電源装置では、例えばマイコンの電源電圧（Ｖｃｃ、一般的には５Ｖ程度）のように負荷で必要な電圧が電源電圧（商用電源であれば、１００Ｖ）に比べて大幅に低い場合は、変圧器の一次巻線に比べて二次巻線の巻回数を少なくする必要がある。

二次巻線の巻回数が少なくなれば、上述した磁束密度を求める式より、Ｂが大きくなってコアが磁気飽和を起こす虞がある。これを防ぐためには、コアの断面積Ａｅを大きくするか、飽和磁束密度の高いコア材料を選択する必要があるが、コアの断面積Ａｅを大きくすれば、コアが大きくなって電源装置の小型化が行えないという問題があり、飽和磁束密度の高いコア材料を選択すれば、変圧器がコストアップとなるという問題があった。

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、負荷で必要な電圧が低い場合であっても、大型化やコストアップを防ぎつつ、低電圧を実現できる電源装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の電源装置は、変流器の一次側に交流電源が接続されるとともに、変流器の二次側に負荷が接続されたものであって、変流器の一次側には、変流器の一次巻線にコンデンサが直列接続され変流器の二次側には、変流器の二次巻線にＡＣ／ＤＣ変換手段が接続されているものである。

上記のように構成した本発明の電源装置は変流器を備え、変流器の一次側を交流電源に接続し、交流電源から供給される電力により二次側に誘起された誘起電力を負荷に供給する。変流器は二次巻線の巻回数が変圧器を用いる場合と比べて多くできるので、磁束密度を小さくすることができ、変流器のコアでの磁気飽和の発生を抑制できる。従って、コアの断面積を小さくすることができ、変流器の小型化ひいては電源装置の小型化が実現できる。また、変流器を使用することによって、変圧器を使用する場合に比べてコアの材料費を抑えることができ、安価な電源装置とすることができる。

本発明の実施例である電源装置の回路図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施例としては、空気調和機の室外機に備えられた電源装置を例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１に示すように、本実施例における電源装置１００は、主に変流器１と、コンデンサ２と、インダクタ３と、整流回路４および整流回路３０と、電圧調整手段５と、平滑コンデンサ６および平滑コンデンサ４０とから構成されている。

変流器１は、例えばカレントトランスであり、磁性材料で形成され貫通孔を有する図示しないコアと、コアに所定の巻回数で巻回される一次巻線である一次コイル１ａと二次巻線である二次コイル１ｂとを有している。変流器１では、上述したコアの貫通孔に導体を貫通させるよう設置することでこの導体を一次コイルとして使用し、導体に交流電流が流れることによって二次コイル１ｂに誘起電圧が発生する。

コンデンサ２は、例えば、Ｘコン（アクロス・ザ・ラインコンデンサ）であり、また、インダクタ３は、例えば、フェライトビーズである。これらコンデンサ２およびインダクタ３で、電源装置１００で発生するノーマルモードノイズを除去するフィルタが形成される。

整流回路４および整流回路３０は、主にブリッジダイオードで構成されており、入力した交流電圧を整流して脈動電圧を得る回路である。平滑コンデンサ６および平滑コンデンサ４０は、整流回路４および整流回路３０で整流された脈動電圧を平滑する。尚、整流回路４と平滑コンデンサ６とで本発明のＡＣ／ＤＣ変換手段が構成される。電圧調整手段５は、ツェナーダイオード５ａと抵抗５ｂとで構成されており、後述する負荷２０へ供給する電圧を調整する。

以上説明した電源装置１００の各構成要素の接続は以下のとおりである。整流回路３０の入力側には商用電源等の交流電源１０が接続されている。交流電源１０の一端と整流回路３０の入力側の一端との間にはインダクタ３が直列接続されており、交流電源１０の他端と整流回路３０の入力側の他端とが接続されている。

コンデンサ２の一端は、インダクタ３の一端と整流回路３０の入力側の一端との間に接続されており、コンデンサ２の他端は、交流電源１０の他端と整流回路３０の入力側の他端との間に接続されている。

ここで、コンデンサ２の他端と、交流電源１０の他端と整流回路３０の入力側の他端との間に、変流器１の一次コイル１ａが挿入されている。そして、変流器１の二次コイル１ｂの両端が、整流回路４の両端に各々接続されている。

整流回路４の出力側は、その両端が負荷２０の両端に各々接続されている。この負荷２０は、室外機の運転制御を行う制御部であり、その電源電圧（Ｖｃｃ）は、交流電源１０から供給される電圧（例えば、商用電源であれば１００Ｖ）に比べ、大幅に低い電圧（例えば、５Ｖ）である。

電圧調整手段５を構成するツェナーダイオード５ａのカソード側は、整流回路４の一端と負荷２０の一端との間に接続されており、ツェナーダイオード５ａのアノード側は、抵抗５ｂの一端に接続されている。また、抵抗５ｂの他端は、整流回路４の他端と負荷２０の他端との間に接続されている。

平滑コンデンサ６の一端は、整流回路４の一端と負荷２０の一端との間に接続されており、平滑コンデンサ６の他端は、整流回路４の他端と負荷２０の他端との間に接続されている。従って、整流回路４の出力側には、電圧調整手段５と平滑コンデンサ６と負荷２０とが並列接続されている。

一方、整流回路３０の出力側は、その両端が負荷５０に各々接続されている。この負荷５０は、例えばスイッチング回路やインバータ回路であり、圧縮機等室外機に備えられた各種電気機器や各種装置へそれらの駆動電力を供給する。また、平滑コンデンサ４０の一端は、整流回路３０の一端と負荷５０の一端との間に接続されており、平滑コンデンサ４０の他端は、整流回路３０の他端と負荷５０の他端との間に接続されている。従って、整流回路４０の出力側には、平滑コンデンサ４０と負荷５０とが並列接続されている。

次に、図１を用いて、電源装置１００の動作について説明する。交流電源１０から供給された交流電圧は、整流回路３０に供給される。整流回路３０に供給された交流電圧は整流回路３０によって整流されて脈動電圧となり、平滑コンデンサ４０で平滑されて負荷５０に供給される。尚、電源装置１００で発生するノーマルモードノイズは、コンデンサ２やインダクタ３の働きによって除去される。

一方、交流電源１０から供給される交流電圧によって、一次コイル１ａには交流電流が流れる。変流器１では、一次コイル１ａに流れる交流電流によって二次コイル１ｂに誘起電圧が発生する。二次コイル１ｂで発生した誘起電圧は、整流回路４で整流されて脈動電圧となり、電圧調整手段５で負荷２０に応じた所定の電圧（例えば、５Ｖ）とされ、平滑コンデンサ６で平滑されて負荷２０に供給される。

以上説明したように、本発明の電源装置１００では、変圧器に代えて変流器１を使用して負荷２０の駆動電力を取り出している。変圧器は電圧変換を行う場合に使用し、変流器は専ら電流検出を行うために使用するものである。従って、本実施例のように、１００Ｖの交流電圧から電源電圧が５Ｖの負荷２０（制御部）に電力を供給する場合は変圧器を使用すればよいのであるが、交流電圧からの降圧率が大きい場合は、変圧器の二次コイルの巻回数を一次コイルの巻回数と比べて大幅に少なくする必要がある。二次コイルの巻回数が少ないと、背景技術の説明で言及したコアでの磁束密度を求める式、Ｂ＝（Ｅ・Ｔ）／（Ｎ／Ａｅ）、により磁束密度が高くなってコアが磁気飽和を起こす虞がある。これを防ぐために、変圧器のコアの断面積を大きくする必要があり、変圧器が大型化してしまうという問題があった。

これに対し、本実施例では、変圧器に代えて一次コイル１ａの巻回数に比べて二次コイル１ｂの巻回数が多くなる変流器１を用いている。変流器１を使用すると、変圧器を用いる場合に比べて二次コイル１ｂの巻回数が多いので、コアでの磁束密度Ｂを低く抑えることができる。従って、コアの断面積を大きくする必要がなくコアを小型化できるので、変流器１の小型化ひいては電源装置１００の小型化が実現できる。但し、変流器１を用いて負荷２０に電力を供給する場合は、一次コイル１ａに電圧を与えるために、一次コイル１ａにコンデンサや抵抗等の素子を直列接続する必要がある。本実施例では、ノーマルモードノイズを低減するために電源装置１００に予め設けられているコンデンサ２を一次コイル１ａに電圧を与えるための素子として共用している。このコンデンサ２に一次コイル１ａを接続することで、一次コイル１ａに交流電圧を印加しこれにより二次コイル１ｂに誘起される電圧を使用して負荷２０に電力を供給している。

また、コアを小型化できるので、変圧器に比べて変流器１の価格を低く抑えることができ、電源装置１００のコストアップを抑制することができる。さらには、本発明の電源装置にスイッチング電源回路を用いた場合と比較して、本発明の電源装置では制御用ＩＣやスイッチングトランス、レギュレータ等を使用しないため、部品点数が削減できてコストを抑えることができ、スイッチングに起因するノイズやロスが発生しない。

１ 変流器
１ａ 一次コイル
１ｂ 二次コイル
２ コンデンサ
３ インダクタ
４ 整流回路
５ 電圧調整手段
６ 平滑コンデンサ
１０ 交流電源
２０ 負荷
１００ 電源装置

Claims (4)

1. 変流器の一次側に交流電源が接続されるとともに、前記変流器の二次側に負荷が接続された電源装置であって、
   前記変流器の一次側には、前記交流電源と前記変流器の一次巻線との間にコンデンサが直列接続され、
   前記変流器の二次側には、前記変流器の二次巻線にＡＣ／ＤＣ変換手段が接続されていることを特徴とする電源装置。
2. 前記変流器の二次側には、前記負荷に印加する電圧を調整する電圧調整手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 交流電源に、同交流電源から供給される交流電力を所定の直流電力あるいは交流電力に変換する電力変換部が接続された電源装置であって、
   前記電力変換部の入力側の一端にコンデンサの一端が接続され、前記電力変換部の入力側の他端に変流器の一次側に備えられた一次巻線の一端が接続され、前記コンデンサの他端と前記一次巻線の他端とが接続され、
   前記変流器の二次側に備えられた二次巻線に、ＡＣ／ＤＣ変換手段と負荷とが接続されていることを特徴とする電源装置。
4. 前記変流器の二次側には、前記負荷に印加する電圧を調整する電圧調整手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の電源装置。

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