JP2847425B2 - キャパシタ交流降圧回路 - Google Patents

キャパシタ交流降圧回路

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、キャパシタによる分圧を利用したトラン
スレスの交流降圧器、特に出力電圧の安定したキャパシ
タ交流降圧回路に関するものである。
〔従来の技術〕
交流回路において、キャパシタで分圧、降圧できるこ
とは、古くから公知である。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、それを交流降圧器に応用すると出力特
性が悪く、特にインダクタンス型負荷を接続すると出力
電圧が異常に高くなり、安定な出力電圧を維持すること
が困難であるという問題があった。良好な出力特性を得
るためには、分圧用キャパシタの容量を充分大きくしな
ければならず、特に大電力用の場合にはトランス交流降
圧器と比べて体積が大きくなりすぎるという問題があっ
た。
本発明は、このような問題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、コンパクトであ
りながら出力特性の良好なキャパシタ交流降圧回路を提
供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
この目的を達成するため、本発明は、複数のキャパシ
タ間の分圧を利用した交流降圧回路において、入力電圧
及び/又は出力電圧が所定の範囲から逸脱したとき信号
を発生する比較回路と、この比較回路の出力信号により
制御されるスイッチング素子を設け、上記スイッチング
素子によりキャパシタの接続関係を切り換え、キャパシ
タ分圧係数を変化させることにより、出力電圧を所定の
範囲内に維持するよう構成したことを特徴とする。
その代表的な回路構成が第1図ないし第5図に示して
ある。
第1図のものは、分圧用キャパシタC2及びC3に補償用
キャパシタC1及びC4を直列に接続すると共に、これらの
補償用キャパシタC1及びC4にそれぞれ並列にスイッチン
グ素子2A及び2Bを接続してある。入力電圧を監視する比
較回路1Aはスイッチング素子2AのON・OFF動作を制御
し、出力電圧を監視する比較回路1Bはスイッチング素子
2BのON・OFF動作を制御するようになっており、これら
のスイッチング素子を選択的にON・OFFすることによ
り、分圧用キャパシタC3の分圧係数が変化し、出力電圧
が調節できるものである。
第2図のものは、分圧用キャパシタC2と並列に補償用
キャパシタC1を接続し、同様に分圧用キャパシタC3と並
列に補償用キャパシタC4を接続し、これらの補償用キャ
パシタC1及びC4とそれぞれ直列にスイッチング素子2A及
び2Bを接続してある。
第3図のものは、分圧用キャパシタC2を直列に補償用
キャパシタC1を接続し、この補償用キャパシタC1と並列
にスイッチング素子2Aを接続し、更に、補償用キャパシ
タC4を、これと直列に接続したスイッチング素子2B又は
2CのON・OFF切換え操作により、キャパシタC3と並列に
なるように接続したり、或いはキャパシタC1及びC2と並
列になるように接続したり、選択的に切り換えることが
できるようになっている。入力電圧を監視する比較回路
1Aはスイッチング素子2AのON・OFF動作を制御し、出力
電圧を監視する比較回路1B及び1Cはスイッチング素子2B
及び2CをそれぞれON・OFF制御するようになっている。
第4図のものは、分圧用キャパシタC3と並列となるよ
うに補償用キャパシタC1とC4を接続し、これらのキャパ
シタ間のスイッチング素子2A,2B及び2Cの切換え操作に
より分圧用キャパシタC3の分圧係数を様々に変更できる
ようになっている。即ち、スイッチング素子2AをONにす
れば補償用キャパシタC1が分圧用キャパシタC3と並列に
接続される。スイッチング素子2BをONにすれば補償用キ
ャパシタC1とC4が直列に接続され、これらが分圧用キャ
パシタC3と並列に接続される。スイッチング素子2CをON
にすれは補償用キャパシタC4が分圧用キャパシタC3と並
列に接続される。
更にまた、出力電圧を一層きめ細かく調整できるよう
にするため、第5図の如く、多数の補償用キャパシタC
1,C4,・・・CXを設け、それぞれに対応して設けた比較
回路1A,1B,・・1X及びスイッチング素子2A,2B,・・2Xに
より各補償用キャパシタの接続関係を様々に切り換える
ように構成することも可能である。
〔作 用〕
ここで、第3図の例に基づき本発明に係るキャパシタ
交流降圧回路の作用を説明する。
第3図において、C2とC3は前記の如く交流分圧用キャ
パシタであり、C1とC4は補償用キャパシタである。
出力電圧の変動は主として入力電圧の変動及び負荷の
変動のため生じるものと考えられる。そこで第3図内に
おいて、比較回路1Aは入力電圧を監視し、入力電圧が予
め定められた所定の値を超えると信号を発し、それまで
ON状態にあったスイッチング素子2AをOFFとする。然る
ときは、直列に接続されている分圧用キャパシタC2及び
C3に更に補償用キャパシタC1が直列に加わって全体の直
列キャパシタンスが減少し、キャパシタC3の分圧係数が
低くなって、出力電圧の上昇が抑えられる。入力電圧が
所定の範囲内にあるときは、スイッチング素子2AはON状
態に保たれ、出力電圧も一定範囲内に維持される。
一方、比較回路1Cは出力電圧を監視し、出力電圧があ
る値を超えると比較回路1Cが信号を発してスイッチング
素子2CをONとし、これにより補償用キャパシタC4が分圧
用キャパシタC3と並列に加わって並列キャパシタンスが
増加し、キャパシタC3の分圧係数が低くなり、出力電圧
の上昇を抑える。出力電圧が所定の電圧を超えないうち
はスイッチング素子2CはOFF状態に保たれ、出力電圧は
一定範囲内に保たれる。
他方、出力電圧が所定値よりも低下すると、比較回路
1Bが信号を発し、スイッチング素子2BをONにする。然る
ときは、補償用キャパシタC4がキャパシタC1及びC2と並
列に接続され、全体の直列キャパシタンスが増加し、分
圧用キャパシタC3の分圧係数が高くなり、これにより出
力電圧を上昇させる。
このように、入力電圧の変動に応じて比較回路1Aの出
力信号でスイッチング素子2AをON・OFF制御し、また、
出力電圧の変動に応じて比較回路1B及び1Cの出力信号で
スイッチング素子2B及び2CをON・OFF制御することによ
り、分圧用キャパシタC3の分圧係数を所定範囲内に保持
し、これにより出力電圧を所定範囲内に安定に維持する
ことが可能となるものである。
第1図、第2図、第4図及び第5図に示した回路にお
いても、その作動原理は同様であるので、詳しい説明は
省略する。
以下、第6図に示した具体的な実施例に基づき本発明
を更に詳細に説明する。
〔実施例〕
第6図は、本発明を海外旅行用変圧器として実施した
一例である。その原理的な等価回路は第3図に示したも
のと同様であり、第3図中の比較回路1A,1B,1Cやスイッ
チング素子2A,2B,2Cを、第6図中では点線で囲んで、そ
の具体的な構成を示してある。
比較回路1A,1B及び1Cの構成はほぼ同じである。ただ
し、スイッチング素子2Bと2Cが同時にONになると、第3
図から容易に理解される通り、入力電流の短絡を生じる
ので、これらが同時にONとならないように、即ち、比較
回路1Bと1Cが同時に出力を発しないようにそれぞれの設
定電圧値に注意しなければならない。
なお、この実施例では、比較回路1Aは、入力される商
用交流電圧が低圧系(110V−130V)か高圧系(200V−24
0V)かを判別するために設けるものであるから、その各
回路素子の規格は比較回路1B,1Cのものほど厳格でなく
てもよい。
而して、各比較回路1A,1B,1C内において、整流用ダイ
オードD1と、C5,R9,Wとからなる積分回路は、入力又は
出力電圧の有効値を検出し、R9とWに分圧されて比較用
電圧を出力する。比較器としては、立ち上がりと立ち下
がりの入力電圧がそれぞれ設定可能なシュミット・トリ
ガ素子を用いる。上記比較用電圧が比較器に設定された
所定範囲から逸脱すると比較器が出力信号を発し、これ
により比較回路内に設けた投光器LEDが発光せしめられ
る。
各スイッチング素子2A,2B,2Cは、双方向サイリスタTC
とそのトリガ回路から成る。トリガ回路内には受光器PT
が設けられ、各スイッチング素子2A,2B,2Cの受光器PT
は、それぞれに対応する比較回路1A,1B,1C内の前記投光
器LEDとそれぞれフォト・カプラ形式で結合されてい
る。
スイッチング素子内のトリガ回路は、図示する如く、
4個の整流用ダイオードDをブリッジ状に接続すると共
に、前記受光器PT,反相用トランジスタT1、駆動用トラ
ンジスタT2、限流用抵抗R2、R3を接続して成るものであ
る。
なお、第6図中、R1,R4,R5はいずれも突入電流を抑え
るための抵抗であり、そのうちR5については、大電力用
の場合、サミスタを用いるのがよい。R6,R7は制動用サ
ミスタである。R8,C6,DZは定電圧直流電源回路を構成す
る。ZLは交流負荷である。
低圧系(110V−130V)の商用交流電源に接続して用い
る場合には、比較回路1A内のLEDが発光し、これに対応
するスイッチング素子2AがONとなるため、補償用キャパ
シタC1は短絡され、この部分の直列キャパシタンスはC2
に等しい。このときの分圧用キャパシタC3の分圧によ
り、所期の出力電圧が得られるようにキャパシタC2及び
C3の値が決定されている。
高圧系(200V−240V)の商用交流電源に接続して用い
る場合には、比較回路1A内のLEDが消え、これにより対
応するスイッチング素子2AがOFFとなるため、補償用キ
ャパシタC1がキャパシタC2に直列に追加され、この部分
の直列キャパシタンスはC1・C2/(C1+C2)になる。そ
のため、分圧用キャパシタC3の分圧係数は減少し、高圧
系の商用交流電源に接続しても、低圧系の商用交流電源
に接続した場合と同じ出力電圧が得られる。
次に、出力電圧が所期の設定範囲を超えた場合、例え
ば110Vを超えると、比較回路1B内のLEDが消え、対応す
るスイッチング素子2BがOFFとなり、補償用キャパシタC
4が直列キャパシタ(C1とC2)から外れる。出力電圧が
さらに高く、例えば115Vを超えると、比較回路1C内のLE
Dが消え、対応するスイッチング素子2CがONとなり、補
償用キャパシタC4が分圧用キャパシタC3と並列に接続さ
れる。このように分圧係数が段々減少し、出力電圧は低
下し、所定範囲内に復帰せしめられる。
一方、出力電圧が所期の電圧以下、例えば95Vまで下
がると、比較回路1C内のLEDが発光し、対応するスイッ
チング素子2CがOFFとなり、補償用キャパシタC4が分圧
用キャパシタC3から外れる。出力電圧がさらに低く、例
えば90Vまで下がると、比較回路1B内のLEDが発光し、対
応するスイッチング素子2BがONとなり、補償用キャパシ
タC4が直列キャパシタ(C1とC2)と並列に接続される。
このように分圧係数が段々増大し、出力電圧は上昇し
て、所定範囲内に復帰せしめられる。
〔発明の効果〕
従来公知のキャパシタ分圧法を交流降圧器に適用する
と、出力特性が悪く、特にインダクタンス型負荷を接続
した場合に出力電圧が異常に高くなり、安定な出力電圧
を得るのが困難であるという問題に対して、本発明にお
いては、スイッチング素子を使ってキャパシタの接続関
係を切り換え、分圧用キャパシタの分圧係数を変化させ
ることにより、出力電圧を一定の範囲内に維持するよう
構成し、これによりほぼ無損失な手段で上記問題を解決
することができた。
本発明によるキャパシタ降圧回路は、トランス降圧回
路に比べると、軽量なだけでなく、体積もずっと小型に
できる。
また、利用する商用交流電源が低電圧系と高電圧系と
の間で変更された場合にも、回路内の切換え動作を自動
的に行なわせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第5図は、それぞれ本発明に係るキャパシ
タ交流降圧回路の代表的な回路構成を示すブロック図で
ある。 第6図は、本発明を海外旅行用変圧器に適用した一例を
示す回路図である。 1A〜1X……比較回路 2A〜2X……スイッチング素子 C2,C3……交流分圧用キャパシタ C1,C4……補償用キャパシタ D1,D……整流用ダイオード LED……投光器 PT……受光器 R1,R4,R5……突入電流を抑えるための抵抗又はサミスタ R2,R3……限流用抵抗 R6,R7……制動用サミスタ R8,C6,DZ……定電圧直流電源を構成する回路素子 T1……反相用トランジスタ T2……駆動用トランジスタ TC……双方向サイリスタ ZL……交流負荷

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のキャパシタ間の分圧を利用した交流
    降圧回路において、入力電圧及び/又は出力電圧が所定
    の範囲から逸脱したとき信号を発生する比較回路(1A〜
    1X)と、この比較回路の出力信号により制御されるスイ
    ッチング素子(2A〜2X)を設け、上記スイッチング素子
    によりキャパシタの接続関係を切り換え、キャパシタ分
    圧係数を変化させることにより、出力電圧を所定の範囲
    内に維持することを特徴とするキャパシタ交流降圧回
    路。
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