JP2013219857A - 電源回路およびそれを備えた電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、直流電力の入力端子を触っても感電事故が発生しない、安全な電源回路を提供する。
【解決手段】本発明は、直流入力端子２０と、交流入力端子１０と、交流電力を直流電力に変換する整流回路３０と、正極端子２１と整流回路３０の高電位側の出力端との接続点Ｐ１に一端を、負極端子２２と整流回路３０の低電位側の出力端との接続点Ｐ２に他端を、それぞれ接続した出力端子４０と、を備え、直流入力端子２０に入力された直流電力または整流回路３０が変換した直流電力を、出力端子４０から出力する電源回路１００である。電源回路１００は、正極端子２１と接続点Ｐ１との間に直列に接続され、接続点Ｐ１から正極端子２２に流れる電流を遮断する電流遮断部Ｄ１と、負極端子２２と接続点Ｐ２との間に直列に接続され、負極端子２２から接続点Ｐ２に流れる電流を遮断する電流遮断部Ｄ２とをさらに備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源回路およびそれを備えた電気機器に関し、特に、直流電源および交流電源の双方から電力の供給を受けることができる電源回路およびそれを備えた電気機器に関する。

近年、地球温暖化や石油枯渇の問題から、電気機器の省エネ化が求められており、地球温暖化の原因となる温室効果ガスを発生せず、石油も消費しない太陽電池が注目されている。しかし、太陽電池の発電量は天候に左右され、発電できる時間帯にも制限があるため、太陽電池が発電した直流電力で動作する電気機器は、商用電源から供給される交流電力でも動作する電源回路を備えることが望ましい。

直流電源および交流電源の双方から電力の供給を受けることができる電源回路の例が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された直流電力配電システムは、直流電源および交流電源から供給される電力量をそれぞれ調整する電力調整部（特許文献１では、直流電力調整手段および整流電力調整手段と呼ばれる）を備え、外部の負荷に出力する直流電力を所定の電圧に保つ。そのため、たとえ太陽電池の発電量が不足しても、不足する電力を商用電源から供給される交流電力で補うことができる。また、このような直流電力配電システムを備えることで、交流電力で動作する既存の電気機器を、太陽電池の直流電力でも動作するように容易に発展させることができる。

特開２００５−２２９７２９号公報 特開平１０−３２２８８４号公報 特開平２−１６８８１９号公報

直流電源および交流電源の双方から電力の供給を受けることができる電源回路を備えた電気機器を、交流電力のみで動作させる場合、感電事故が発生してしまうおそれがある。その理由について、以下、図５〜図８を参照しながら説明する。

図５は、交流電源および直流電源の双方から電力の供給を受けることができる、従来の電源回路の回路構成を示す回路ブロック図である。図５に示す電源回路５００は、交流入力端子１０、直流入力端子２０、整流回路３０、出力端子４０、平滑コンデンサＣを備える。

交流入力端子１０は、商用電源である交流電源１から差込みプラグ（図示しない）を介して交流電力を入力する入力端子であり、Ｌ端子１１およびＮ端子１２を含む。直流入力端子２０は直流電源（図示しない）から直流電力を入力する入力端子であり、正極端子２１および負極端子２２を含む。

整流回路３０は、交流入力端子１０に入力された交流電力を整流して直流電力に変換するブリッジ型全波整流回路であり、ダイオードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄを含む。ダイオードＤａ〜ダイオードＤｄは、ダイオードＤａのアノードとダイオードＤｃのアノードとが接続点Ｐ３で、ダイオードＤａのカソードとダイオードＤｂのアノードとが接続点Ｐ４で、ダイオードＤｃのカソードとダイオードＤｄのアノードとが接続点Ｐ５で、ダイオードＤｂのカソードとダイオードＤｄのカソードとが接続点Ｐ６で、それぞれ接続してある。

図５に示す電源回路５００では、交流電源１から交流電力が入力されているが、直流電力は入力されていない。Ｌ端子１１およびＮ端子１２に入力される交流電力は、接続点Ｐ４および接続点Ｐ５を介して整流回路３０に入力され、整流回路３０で直流電力に変換される。整流回路３０の出力のうち、高電位側の出力端と正極端子２１とが接続点Ｐ１で、低電位側の出力端と負極端子２２とが接続点Ｐ２で、それぞれ接続してある。直流電源から直流入力端子２０に入力された直流電力、および交流電源１から交流入力端子１０に入力されて整流回路３０で変換された直流電力は、接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間に接続された平滑コンデンサＣによって平滑されて、出力端子４０から外部の負荷（図示しない）に出力される。

ここで、電源回路５００を電気機器に組込むことを考えると、直流入力端子２０は、取外し可能な電源ケーブルで直流電源と接続してあることが望ましい。直流電力で動作する電気機器であっても、設置当初は商用電源から供給される交流電力のみで動作し、太陽電池を導入してから直流電力でも動作するようにした方が、太陽電池の導入や当該電気機器の設置が容易だからである。

このような場合、直流入力端子２０には電源ケーブルが接続されておらず、正極端子２１および負極端子２２が露出している。そのため、電気機器の使用者が正極端子２１や負極端子２２を触ったり、導電体である異物が正極端子２１や負極端子２２に接触したりする可能性がある。

正極端子２１は整流回路３０の高電位側の出力端と、負極端子２２は低電位側の出力端とそれぞれ同電位であり、正極端子２１と負極端子２２との間の電位差は、交流電力が整流回路３０で変換された直流電力の電圧と等しい。そのため、以下、図６〜図８に示す合計５通りの電流経路を電流が流れて、感電事故が発生してしまうおそれがある。

図６は、図５に示す電源回路において、正極端子２１と負極端子２２とが短絡した場合の電流経路を示す回路ブロック図である。第１の電流経路を図６に示す。

正極端子２１および負極端子２２の双方を使用者３が触れており、正極端子２１と負極端子２２とが使用者３を介して短絡している。このとき、接続点Ｐ１―正極端子２１―使用者３―負極端子２２―接続点Ｐ２の順に電流経路ｃ１を電流が流れ、使用者３が感電してしまう。また、交流電源１から交流電力が入力されていなくても、平滑コンデンサＣに電荷が残留している場合、同じく電流経路ｃ１を電流が流れることで平滑コンデンサＣの残留電荷が放電され、使用者３は感電してしまう。

以上、図６では、正極端子２１および負極端子２２の双方を使用者３が触れたときに発生する感電事故について説明したが、交流電源１が商用電源である場合、正極端子２１および負極端子２２のいずれか一方のみを触れたときでも、アースを経由して感電事故が発生してしまうおそれがある。

商用電源の一対の配線のうち、一方はアースに接続されている接地側配線、他方はアースに接続されていない非接地側配線である。しかし、一般的な差込みプラグは、接地側電線と非接地側電線とを区別せずにプラグ受け（コンセントなど）に差込むことができるような形状になっている。そのため、差込みプラグをプラグ受けにどちらの向きで差込むか、および、正極端子２１と負極端子２２のどちらを使用者３が触れるかによって、以下、図７および図８に示す第２〜第５の電流経路を電流が流れて感電事故が発生してしまうおそれがある。

図７は、図５に示す電源回路５００において、アースを経由して感電事故が発生する場合の電流経路を示す回路ブロック図である。第２の電流経路を図７（Ａ）に、第３の電流経路を図７（Ｂ）に示す。

図８は、図５に示す電源回路５００において、アースを経由して感電事故が発生する場合の、図７と異なる電流経路を示す回路ブロック図である。第４の電流経路を図８（Ａ）に、第５の電流経路を図８（Ｂ）に示す。

図７および図８では、電源回路５００は図５および図６と共通であるが、交流電源１の一対の配線のうち、一方を接地側配線１ａ、他方を非接地側配線１ｂと区別している点が図５および図６と異なる。図７では、Ｎ端子１２を接地側配線１ａに、Ｌ端子１１を非接地側配線１ｂに、それぞれ接続してある。図８では図７と逆に、Ｎ端子１２を非接地側配線１ｂに、Ｌ端子１１を接地側配線１ａに、それぞれ接続してある。使用者３が差込みプラグをプラグ受けに差込むとき、その向きを意識することは通常ないが、一方の向きが図７に、他方の向きが図８に対応している。

以下、使用者３がアース（ＧＮＤ）に触れており、使用者３がアースと同電位である場合について考える。

図７（Ａ）では、使用者３が正極端子２１にのみ触れており、負極端子２２には触れていない。この場合、非接地側配線１ｂの電位が接地側配線１ａの電位に対して正電位である半周期において、交流電源１―非接地側配線１ｂ―Ｌ端子１１―接続点Ｐ４―ダイオードＤｂ―接続点Ｐ６−接続点Ｐ１―正極端子２１―使用者３―アース―接地側配線１ａ―交流電源１の順に電流経路ｃ２を電流が流れる。

図７（Ｂ）では、使用者３が負極端子２２にのみ触れており、正極端子２１には触れていない。この場合、非接地側配線１ｂの電位が接地側配線１ａの電位に対して負電位である交流の半周期において、交流電源１―接地側配線１ａ―アース―使用者３―負極端子２２―接続点Ｐ２―接続点Ｐ３―ダイオードＤａ―接続点Ｐ４―Ｌ端子１１―非接地側配線１ｂ―交流電源１の順に電流経路ｃ３を電流が流れる。

図８（Ａ）では、使用者３が正極端子２１にのみ触れており、負極端子２２には触れていない。この場合、非接地側配線１ｂの電位が接地側配線１ａの電位に対して正電位である交流の半周期において、交流電源１―非接地側配線１ｂ―Ｎ端子１２―接続点Ｐ５―ダイオードＤｄ―接続点Ｐ６―接続点Ｐ１―正極端子２１―使用者３―アース―接地側配線１ａ―交流電源１の順に電流経路ｃ４を電流が流れる。

図８（Ｂ）では、使用者３が負極端子２２にのみ触れており、正極端子２１には触れていない。この場合、非接地側配線１ｂの電位が接地側配線１ａの電位に対して負電位である交流の半周期において、交流電源１―接地側配線１ａ―アース―使用者３―負極端子２２―接続点Ｐ２―接続点Ｐ３―ダイオードＤｃ―接続点Ｐ５―Ｎ端子１２―交流電源１の順に電流経路ｃ５を電流が流れる。

以上、商用電源では一方の配線がアースに接続されているため、使用者３がアースに触れてアースと同電位である場合、正極端子２１または負極端子２２のいずれか一方に触れるだけで、アースと使用者３が触れた端子との間に使用者３を介して電流が流れ、使用者３が感電してしまう。

図６〜図８で説明したように、直流電源および交流電源の双方から電力の供給を受けることができる電源回路では、合計５通りの電流経路を電流が流れて感電事故が発生してしまうおそれがある。このように引き起こされる感電事故に対して、特許文献２および特許文献３には、その発生を防止するための具体的な回路構成が開示されている。

特許文献２は、平滑コンデンサの残留電荷の放電によって引き起こされる感電事故を防止するモニタの安全装置に関する。

電源部から電源ケーブルを介して直流電力を供給されるモニタにおいて、特許文献２のモニタの安全装置は、電源ケーブルを接続するための直流入力端子（特許文献２では、コネクタ端子と呼ばれる）と、モニタが備える平滑コンデンサとの間に、上記直流電力でオン状態に切替わるリレーを備える。電源ケーブルを直流入力端子から取り離すと電源部から直流電力が供給されなくなり、リレーがオフ状態になる。そのため、平滑コンデンサの残留電荷が直流入力端子から放電されないので、使用者が直流入力端子を触れても感電しない。

特許文献３は、直流電源から直流電力の供給がなくなった場合に、蓄電部から直流電源に電流が逆流することを防止する直流電源装置に関する。

特許文献３の直流電源装置は、直流電源（特許文献３では、１次電源と呼ばれる）、直流電源から供給された直流電力を蓄電する蓄電部（特許文献３では、エネルギーバンクと呼ばれる）、直流電源と蓄電部との間に接続されたリレー、および瞬断検出回路を備える。直流電力の瞬断が発生すると、それを瞬断検出回路が検出しリレーをオフ状態に切替えることで、瞬断の発生時に蓄電部から直流電源に電流が逆流することを防いでいる。そのため、使用者が蓄電部に蓄積された電力によって感電しない。

しかしながら、直流電源および交流電源の双方から電力の供給を受ける場合、特許文献２のモニタの安全装置や特許文献３の直流電源装置では、合計５通りの電流経路を電流が流れて引き起こされる感電事故のすべてを防止できるわけではない。すなわち、正極端子２１と負極端子２２とが短絡した場合（図６）、上記の装置は電流経路ｃ１に相当する電流経路を流れる電流を遮断することができるため、感電事故は発生しない。しかし、アースと正極端子２１、またはアースと負極端子２２とが短絡した場合（図７および図８）、電流経路ｃ２〜電流経路ｃ５に相当する電流経路を流れる電流のすべてを遮断することができるわけではないため、感電事故が発生してしまうおそれがある。

それゆえに、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、直流電源および交流電源の双方から電力の供給を受けることができる電源回路において、直流電力の入力端子を触っても感電事故が発生しない、安全な電源回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある局面に従うと、電源回路は、正極端子および負極端子を含み、直流電力を入力する直流入力端子と、交流電力を入力する交流入力端子と、交流入力端子に入力される交流電力を直流電力に変換する整流回路と、出力端子とを備える。出力端子は、正極端子と整流回路の高電位側の出力端との第１の接続点に一端を、負極端子と整流回路の低電位側の出力端との第２の接続点に他端を、それぞれ接続してある。電源回路は、直流入力端子に入力された直流電力または整流回路が変換した直流電力を、出力端子から出力する。電源回路は、正極端子と第１の接続点との間に直列に接続され、第１の接続点から正極端子に流れる電流を遮断する第１の電流遮断部と、負極端子と第２の接続点との間に直列に接続され、負極端子から第２の接続点に流れる電流を遮断する第２の電流遮断部とをさらに備える。

好ましくは、第１の電流遮断部は、カソードを第１の接続点に接続する第１のダイオードであり、第２の電流遮断部は、アノードを第２の接続点に接続する第２のダイオードである。

好ましくは、電源回路は、直流電力が直流入力端子に入力されたことを検出し、検出信号を第１の電流遮断部および第２の電流遮断部に出力する直流電力検出部をさらに備える。第１の電流遮断部はノーマリーオフ型の第１のスイッチング素子、第２の電流遮断部はノーマリーオフ型の第２のスイッチング素子である。検出信号が入力されていないとき、第１のスイッチング素子は第１の接続点から正極端子に流れる電流を、第２のスイッチング素子は負極端子から第２の接続点に流れる電流をそれぞれ遮断する。

本発明の別の局面に従うと、電気機器は、電源回路を備える。
好ましくは、電気機器は、冷蔵庫、空気調和機、または照明器具である。

好ましくは、直流入力端子に直流電力を入力する直流電源は、直流入力端子に入力される直流電力の電圧を調整する電圧調整回路と、電圧調整回路が調整した電圧を平滑する平滑コンデンサとを備える。

好ましくは、電気機器は、直流入力端子に、太陽電池、燃料電池、または蓄電池を接続してある。

好ましくは、電気機器は、直流入力端子に、直流化された屋内配線を接続してある。

本発明に係る電源回路は、正極端子と第１の接続点との間と、負極端子と第２の接続点との間の双方に電流遮断部を備え、第１の接続点から正極端子に流れる電流と、負極端子から第２の接続点に流れる電流とを、いずれも遮断する。そのため、使用者が正極端子および負極端子の双方を触れたときに限らず、いずれか一方のみを触れたときを含め、感電事故を引き起こす電流経路を流れる電流をすべて遮断することができる。したがって、直流入力端子を触っても感電事故が発生しない、安全な電源回路を実現できる。

本発明の実施の形態１に係る電源回路の回路構成を示す回路ブロック図である。 図１に示す電源回路を備えた、本発明の実施の形態２に係る冷蔵庫の背面図である。 本発明の実施の形態３に係る電源回路の回路構成を示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態４に係る電源回路の回路構成を示す回路ブロック図である。 交流電源および直流電源の双方から電力の供給を受けることができる、従来の電源回路の回路構成を示す回路ブロック図である。 図５に示す電源回路において、正極端子と負極端子とが短絡した場合の電流経路を示す回路ブロック図である。 図５に示す電源回路において、アースを経由して感電事故が発生する場合の電流経路を示す回路ブロック図である。 図５に示す電源回路において、アースを経由して感電事故が発生する場合の、図７と異なる電流経路を示す回路ブロック図である。

以下、実施の形態１に係る電源回路について、図１を参照しながら説明する。実施の形態１では、電流遮断部にダイオードを用いる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る電源回路の回路構成を示す回路ブロック図である。図１に示す電源回路１００は、交流入力端子１０、直流入力端子２０、整流回路３０、出力端子４０、平滑コンデンサＣ、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２を備える。

交流入力端子１０は、商用電源（１００Ｖ、１５Ａ以下の単相）である交流電源１から差込みプラグ（図示しない）を介して交流電力を入力する入力端子であり、Ｌ端子１１およびＮ端子１２を含む。直流入力端子２０は直流電源（図示しない）から直流電力を入力する入力端子であり、正極端子２１および負極端子２２を含む。

整流回路３０は、交流入力端子１０に入力された交流電力を整流して直流電力に変換するブリッジ型全波整流回路であり、ダイオードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄを含む。ダイオードＤａ〜ダイオードＤｄは、ダイオードＤａのアノードとダイオードＤｃのアノードとが接続点Ｐ３で、ダイオードＤａのカソードとダイオードＤｂのアノードとが接続点Ｐ４で、ダイオードＤｃのカソードとダイオードＤｄのアノードとが接続点Ｐ５で、ダイオードＤｂのカソードとダイオードＤｄのアノードとが接続点Ｐ６で、それぞれ接続してある。

Ｌ端子１１およびＮ端子１２に入力される交流電力は、接続点Ｐ４および接続点Ｐ５を介して整流回路３０に入力され、整流回路３０で直流電力に変換される。整流回路３０の出力のうち、高電位側の出力端と正極端子２１とが接続点Ｐ１で、低電位側の出力端と負極端子２２とが接続点Ｐ２で、それぞれ接続してある。直流電源から直流入力端子２０に入力された直流電力、および交流電源１から交流入力端子１０に入力されて整流回路３０で変換された直流電力は、接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間に接続された平滑コンデンサＣによって平滑されて、出力端子４０から外部の負荷（図示しない）に出力される。

電源回路１００では、ダイオードＤ１（第１のダイオード）が、カソードを接続点Ｐ１に接続するように、正極端子２１と接続点Ｐ１との間に直列に接続してある。また、ダイオードＤ２（第２のダイオード）が、アノードを接続点Ｐ２と接続するように、負極端子２２と接続点Ｐ２との間に直列に接続してある。したがって、接続点Ｐ１から正極端子２１に流れる電流はダイオードＤ１の逆方向であるため遮断され、負極端子２２から接続点Ｐ２に流れる電流もダイオードＤ２の逆方向であるため遮断される。

正極端子２１および負極端子２２の双方を使用者３（図示しない）が触れたとき（図６）、上記の電流のうち、いずれか一方を遮断すれば十分であるため、ダイオードＤ１またはダイオードＤ２のいずれか一方のみを備えるだけでも使用者３は感電しない。

しかしながら、ダイオードＤ１またはダイオードＤ２のいずれか一方のみを備えるだけでは、正極端子２１または負極端子２２のいずれか一方のみを使用者３が触れたとき（図７および図８）、アースを経由する電流経路を流れる電流によって引き起こされる感電事故を防止することができない。すなわち、ダイオードＤ１のみを備える場合、使用者３が負極端子２２に触れたときの電流経路ｃ３（図７（Ｂ））または電流経路ｃ５（図８（Ｂ））を流れる電流を遮断することができない。また、ダイオードＤ２のみを備える場合、使用者３が正極端子２１に触れたときの電流経路ｃ２（図７（Ａ））または電流経路ｃ４（図８（Ａ））を流れる電流を遮断することができない。

実施の形態１に係る電源回路１００は、ダイオードＤ１およびダイオードＤ２の双方を備える。そのため、電流経路ｃ２（図７（Ａ））を流れる電流はダイオードＤ１で、電流経路ｃ３（図７（Ｂ））を流れる電流はダイオードＤ２で、電流経路ｃ４（図８（Ａ））を流れる電流はダイオードＤ１で、電流経路ｃ５（図８（Ｂ））を流れる電流はダイオードＤ２で、それぞれ遮断することができる。したがって、図６〜図８で説明した合計５通りの電流経路を流れる電流をすべて遮断することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、正極端子２１および負極端子２２の双方を触れたときに発生する感電事故だけでなく、いずれか一方のみを触れたときにアースを経由する電流経路を流れる電流によって引き起こされる感電事故も防止することができる。したがって、安全な電源回路を実現できる。

以下、実施の形態１に係る電源回路１００を電気機器に組込む具体例として、実施の形態２に係る電気機器について、図２を参照しながら説明する。

（実施の形態２）
図２は、図１に示す電源回路１００を備えた、本発明の実施の形態２に係る冷蔵庫の背面図である。具体例として冷蔵庫を用いるのは、冷蔵庫は昼夜を問わず常時電力を消費するため、昼間は太陽電池が発電する直流電力で動作し、夜間は商用電源から供給される交流電力で動作するという点で好適だからである。

図２に示す冷蔵庫１００ａは、実施の形態１に係る電源回路１００（図示しない）を内部に備える以外は、交流電力のみで動作する従来の冷蔵庫と共通である。冷蔵庫１００ａは外観部に、差込みプラグ１３および直流入力端子２０を備える。直流入力端子２０は、正極端子２１および負極端子２２を含む。

差込みプラグ１３は１対の金属端子を含み、冷蔵庫１００ａの内部で、接地側配線１ａに接続すべき金属端子を電源回路１００のＮ端子１２と、非接地側配線１ｂに接続すべき金属配線をＬ端子１１と、それぞれ接続してある。

冷蔵庫１００ａには、商用電源から差込みプラグ１３を介して交流電力が供給される。また、太陽電池から直流電力が、直流入力端子２０を介して供給される。冷蔵庫１００ａは、晴天の昼間など太陽電池の発電量が十分であるときは、太陽電池が発電する直流電力のみで動作し、夜間など太陽電池の発電量が不足するときは、不足する電力を商用電源から供給される交流電力で補う。

また、太陽電池を導入していない既存の住宅に冷蔵庫１００ａを設置する場合、設置当初は商用電源から供給される交流電力のみで動作し、太陽電池を導入した後は、太陽電池が発電する直流電力でも動作することができる。そのため、冷蔵庫１００ａは、太陽電池を導入する前後を問わず、いつでも設置することができる。また、太陽電池を導入する前、露出している正極端子２１または負極端子２２のどちらを使用者３（図示しない）が触れても感電しない。したがって、安全な冷蔵庫を実現できる。

なお、具体例として冷蔵庫を用いて説明したが、これはあくまで例示である。たとえば、エアーコンディショナや空気清浄機などの空調調和機、ＬＥＤ照明器具などの照明機器、洗濯乾燥機、テレビやハードディスクレコーダなどの映像音響機器、コピー機などの複写機、など様々な電気機器に電源回路１００を組込んで、同様の効果を得ることができる。これら電気機器は設置や使用の態様がそれぞれ異なり、電気機器によっては、露出している正極端子２１または負極端子２２に触れてしまう可能性が冷蔵庫１００ａより高い。そのような電気機器では感電事故が発生するおそれが大きいため、安全性に関して得られる効果が大きい。

以上のように、実施の形態１に係る電源回路１００を電気機器に組込むことで、感電事故を防止し安全な電気機器を実現できる。

ところで、電源回路１００では、感電事故を防止するだけでなく、交流入力端子１０を介して供給される交流電力の力率の低下を防止することもできる。実施の形態１では、直流電力を直流入力端子２０に入力していない場合について説明したが、以下、直流電力を直流入力端子２０に入力する場合を考え、実施の形態３に係る電源回路について、図３を参照しながら説明する。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係る電源回路の回路構成を示す回路ブロック図である。図３では、電源回路１００は図１に示した電源回路１００と共通であり、直流電源２から直流入力端子２０を介して直流電力が供給されている点が図１と異なる。なお、図１に示した電源回路１００の構成要素と同等の構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を繰返さない。

交流電源１は商用電源、直流電源２は太陽電池である。直流電源２が出力する直流電力は、直流電源２が備えるＤＣ−ＤＣコンバータ２３（電圧調整回路）で所定の電圧に昇圧または降圧され、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３の出力端子間に接続された平滑コンデンサＣ２によって平滑されて、直流入力端子２０に入力される。なお、平滑コンデンサＣ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３がその内部に含むものであってもよい。

出力端子４０には負荷として、電気機器が備えるインバータ（図示しない）などが接続される。インバータで消費される電力は、太陽電池が発電する直流電力を主とし、不足する電力を商用電源から供給される交流電力で補う。

このような回路構成の電源回路１００において、以下、電源回路１００がダイオードＤ１およびダイオードＤ２を備えていない場合に生じる不具合について説明する。

太陽電池である直流電源２から供給される直流電力が減少し、平滑コンデンサＣ２の端子間電圧未満になると、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３が出力する電圧で平滑コンデンサＣ２を充電することができなくなる。このとき、交流電力を整流回路３０で変換した直流電力の電圧が平滑コンデンサＣ２の端子間に印加されるため、交流電源１から供給される交流電力によって平滑コンデンサＣ２が充電されることになる。したがって、接続点Ｐ１―正極端子２１―平滑コンデンサＣ２―負極端子２２―接続点Ｐ２の順に電流経路を電流が流れる。よって、直流電源２を直流入力端子２０に接続していない場合と比べ、交流電力の力率が低下してしまう。力率の低下を防止するために新たに力率改善回路を追加することは、製造コストが増加したり電気機器が大型化したりしてしまうため現実的でない。

実施の形態３に係る電源回路１００は、ダイオードＤ１およびダイオードＤ２を備える。そのため、交流電源１から平滑コンデンサＣ２を充電するために流れる電流を遮断できる。したがって、直流電力を直流入力端子２０に入力した場合、直流電源２から供給される直流電力が減少して電圧が低下しても、平滑コンデンサＣ２を充電するための電流が流れない。よって、交流電力の力率の低下を防止し、電力利用効率の高い電源回路を実現できる。

なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３は、電源回路１００を組込んだ冷蔵庫などの電気機器が、その内部に備えてもよい。また、直流電力を電気機器に供給する太陽電池などの直流電源２が、その出力に備えてもよい。

以上、実施の形態１〜実施の形態３では、電流遮断部としてダイオードを用いる場合について説明したが、電流遮断部はスイッチング素子であってもよい。以下、実施の形態４に係る電源回路について、図４を参照しながら説明する。

（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４に係る電源回路の回路構成を示す回路ブロック図である。図４に示す電源回路４００は、ダイオードＤ１およびダイオードＤ２の代わりにスイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２を備える点と、直流電力検出部２４を備える点とが図３に示した電源回路１００と異なる。

スイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２は、ノーマリーオフ型のスイッチング素子である。直流電力検出部２４は、直流電源２から直流電力が直流入力端子２０に入力されたことを検出し、検出信号をスイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２に出力する。

直流電力が直流電源２から直流入力端子２０に入力されていないとき、直流電力検出部２４から検出信号が出力されていないため、スイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２はオフ状態である。したがって、接続点Ｐ１から正極端子２１に流れる電流はスイッチング素子Ｑ１で、負極端子２２から接続点Ｐ２に流れる電流はスイッチング素子Ｑ２で、それぞれ遮断される。よって、感電事故が発生しない安全な電源回路を実現できる。

直流電力が直流入力端子２０に入力されると、直流電力検出部２４は、それを検出し、検出信号をスイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２に出力する。スイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２は、検出信号が入力されるとオン状態に切替わるため、スイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２を電流が流れる。

ここで、直流電力検出部２４は、直流電力が直流入力端子２０に入力されたか否かだけでなく、その電圧も検出することができる。検出された電圧が平滑コンデンサＣ２を充電するための電流が流れない電圧以上である場合に限り、直流電力検出部２４がスイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２に検出信号を出力し、オン状態に切替える。そのため、交流電源１から平滑コンデンサＣ２を充電するための電流が流れない。したがって、実施の形態３と同様に、交流電力の力率の低下を防止し、電力利用効率の高い電源回路を実現できる。

なお、スイッチング素子としては、電磁石と機械式スイッチとを組合わせたリレーや、機械式スイッチや、トランジスタ（ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）など）などであってもよい。また、第１の電流遮断部または第２の電流遮断部の一方をダイオード、他方をスイッチング素子としてもよい。

以上のように、実施の形態４によっても、感電事故が発生しない安全な電源回路を実現できる。また、直流電力の電圧が平滑コンデンサを充電するための電流が流れない電圧以上である場合に限り、スイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２をオン状態に切替えることで、交流電力の力率の低下を防止し、電力利用効率の高い電源回路を実現できる。さらに、スイッチング素子ではダイオードのように順方向電圧降下による電力損失が発生しないため、電力利用効率が高い電源回路を実現できる。

以上、本発明の実施の形態１〜実施の形態４で説明したように、直流電力が直流入力端子２０に入力されていない場合、使用者３がアースに触れてアースと同電位であっても、正極端子２１または負極端子２２のどちらを触れても感電しない。したがって、安全な電源回路を実現できる。また、直流電力が直流入力端子２０に入力されている場合に、平滑コンデンサＣ２を充電するための電流が流れることによる交流電力の力率の低下を防止することができる。したがって、電力利用効率の高い電源回路を実現できる。さらに、電源回路１００または電源回路４００を冷蔵庫１００ａなどの電気機器に組込むことで、同様の効果を得られる電気機器を実現できる。

なお、交流電源１は１００Ｖ、１５Ａ以下の単相の商用電源であるとしたが、これに限定されるものではない。交流電源の配線のうち１つがアースに接続されていれば、２００Ｖや三相などであっても、使用者３がアースに触れて感電事故が発生するおそれがあるので、同様の効果を得ることができる。

直流電源２は太陽電池であるとしたが、これに限定されるものでもない。直流電源２は、たとえば、風力発電機、小型水力発電機、バイオマス発電機、エンジン発電機などの発電機であってもよく、燃料電池、蓄電池などの電池であってもよい。直流電源２が燃料電池や蓄電池などである場合、太陽電池のように天候や時間帯に影響されずに直流電力を電源回路１００に供給することができる。

また、直流入力端子２０に太陽電池などの直流電源２を直接接続するのではなく、住宅、オフィス、工場などの屋内配線を直流化した直流給電において、直流化された屋内配線を直流入力端子２０に接続してもよい。電源回路１００を備えた電気機器を複数台設置する場合、配線が複雑になることを避けられる。

整流回路３０はダイオードＤａ〜ダイオードＤｄを含むブリッジ型全波整流回路であるとしたが、これに限定されるものではない。整流回路は交流電力を直流電力に変換するのであれば、その種類を問わない。整流回路３０は、半波整流回路や両波整流回路などであってもよい。

電源回路１００が備える直流入力端子２０の個数は１個に限定されない。複数個の直流入力端子２０を備える場合、その個数に応じて第１の電流遮断部および第２の電流遮断部を設けることになる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２３および平滑コンデンサＣ２は、直流電源２が備えるものであるとして説明したが、電源回路１００または電源回路４００が直流入力端子２０の前段に備えるものであってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 交流電源、１ａ 接地側配線、１ｂ 非接地側配線、１０ 交流入力端子、１１ Ｌ端子、１２ Ｎ端子、１３ 差込みプラグ、２ 直流電源、２０ 直流入力端子、２１ 正極端子、２２ 負極端子、２３ ＤＣ−ＤＣコンバータ、２４ 直流電力検出部、３０ 整流回路、４０ 出力端子、Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄ，Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｃ，Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６ 接続点、１００，４００，５００ 電源回路、１００ａ 冷蔵庫、３ 使用者。

Claims (8)

1. 正極端子および負極端子を含み、直流電力を入力する直流入力端子と、
   交流電力を入力する交流入力端子と、
   前記交流入力端子に入力される交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
   前記正極端子と前記整流回路の高電位側の出力端との第１の接続点に一端を、前記負極端子と前記整流回路の低電位側の出力端との第２の接続点に他端を、それぞれ接続した出力端子と
   を備え、
   前記直流入力端子に入力された直流電力または前記整流回路が変換した直流電力を、前記出力端子から出力する電源回路であって、
   前記正極端子と前記第１の接続点との間に直列に接続され、前記第１の接続点から前記正極端子に流れる電流を遮断する第１の電流遮断部と、
   前記負極端子と前記第２の接続点との間に直列に接続され、前記負極端子から前記第２の接続点に流れる電流を遮断する第２の電流遮断部と
   をさらに備える電源回路。
2. 前記第１の電流遮断部は、カソードを前記第１の接続点に接続する第１のダイオードであり、
   前記第２の電流遮断部は、アノードを前記第２の接続点に接続する第２のダイオードである、請求項１に記載の電源回路。
3. 前記電源回路は、直流電力が前記直流入力端子に入力されたことを検出し、検出信号を前記第１の電流遮断部および前記第２の電流遮断部に出力する直流電力検出部
   をさらに備え、
   前記第１の電流遮断部はノーマリーオフ型の第１のスイッチング素子、前記第２の電流遮断部はノーマリーオフ型の第２のスイッチング素子であって、前記検出信号が入力されていないとき、前記第１のスイッチング素子は前記第１の接続点から前記正極端子に流れる電流を、前記第２のスイッチング素子は前記負極端子から前記第２の接続点に流れる電流をそれぞれ遮断する、請求項１に記載の電源回路。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源回路を備える電気機器。
5. 請求項４に記載の電気機器は、冷蔵庫、空気調和機、または照明器具である電気機器。
6. 前記直流入力端子に直流電力を入力する直流電源は、
   前記直流入力端子に入力する直流電力の電圧を調整する電圧調整回路と、
   前記電圧調整回路が調整した電圧を平滑する平滑コンデンサと
   を備える、請求項４に記載の電気機器。
7. 前記直流入力端子に、太陽電池、燃料電池、または蓄電池を接続してある、請求項６に記載の電気機器。
8. 前記直流入力端子に、直流化された屋内配線を接続してある、請求項６に記載の電気機器。

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