JP3020319B2 - 整流回路の切換え回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流入力電圧が１００
Ｖ系のときには倍電圧整流モードに、また、２００Ｖ系
のときにはブリッジ整流モードに自動的に切換えて、そ
の後段に結合するスイッチング電源などの電力制御回路
への直流出力電圧を一定として、全世界のどのような電
圧にも対応できるワールドワイドな動作を可能とする整
流回路の切換え回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の整流回路の切換え回路
の基本原理図は、図４に示されるように、交流入力電圧
１５が、入力端子１１、１２、全波整流器１０、スイッ
チ回路１９、倍電圧モード用のコンデンサ１７、１８、
出力端子１３、１４を経て電力制御回路１６に結合され
る。そして、交流入力電圧１５が２００Ｖ系のときに
は、スイッチ回路１９をオフにして全波整流器１０を作
動させるとともに、コンデンサ１７、１８を直列の１個
のコンデンサとして作動させ、ブリッジ整流モードとす
る。また、交流入力電圧１５が１００Ｖ系のときには、
スイッチ回路１９をオンにして全波整流器１０を作動さ
せるとともに、コンデンサ１７、１８を半サイクル毎に
個々に作動させ、倍電圧整流モードとする。このように
して、異なる交流入力電源であっても同一出力電圧を得
るものである。従来の具体的回路図は、図５に示され
る。この図５において、出力端子１３、１４とコンデン
サ１７、１８の間には、クローバ回路２０が挿入され、
全波整流器１０と入力端子１１の間にはヒューズ２１が
挿入され、スイッチ回路１９とヒューズ２１の間には制
御回路２２が挿入されて制御される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来回路は、フォトカ
プラの発光ダイオードを駆動するため、抵抗を介して一
定の直流電流を駆動信号として供給する直流駆動方式で
あり、駆動電力として大 きな電力を必要とするが、その
大半が抵抗による熱損失となり、大きな電力損失を発生
するという問題があった。

【０００４】入力電圧投入時の倍電圧整流モードからの
動作開始や入力電圧の瞬時停電および瞬時低下によって
高い直流出力電圧が発生する可能性がある。この高い直
流出力電圧により、電力制御回路１６が破損するのを防
止するため、図５に示した従来回路では、高い電圧をク
ローバ回路２０のツェナーダイオード２３で検出して出
力端子１３、１４より前のシリコン制御整流素子（ＳＣ
Ｒ）２４で短絡してヒューズ２１を溶解切断する必要が
あり、装置の信頼性を著しく損なっていた。

【０００５】スイッチ回路１９として用いられるトライ
アックのゲート駆動電流は、数ｍＡから数十ｍＡを必要
とする。この電力は、一般的には交流入力電圧を検出回
路２７のダイオード２８で整流して駆動回路２６を経
て、さらに抵抗２５を介して供給される。スイッチ回路
１９をオンする電力は、倍電圧整流モードにおいて、切
換えに必要な約１５０Ｖの交流入力電圧まで供給する必
要があり、駆動回路２６の最大損失は、数Ｗにも達し、
制御回路２２は大型化していた。

【０００６】交流入力電圧２００Ｖ系の投入時には、誤
動作として電圧が２００Ｖの安定電位になる以前の立上
り時に検出回路２７が１００Ｖ系の検出をして、制御回
路２２からの信号でスイッチ回路１９がオンして倍電圧
整流モードで動作し、やがて２００Ｖ系の安定電位にな
っても倍電圧整流するため、電力制御回路１６への直流
出力電圧が高くなり、この電力制御回路１６を破損して
しまうという問題があった。

【０００７】交流入力電圧２００Ｖ系でブリッジ整流モ
ードになった後に、電圧の瞬時停電や瞬時低下が発生す
ると、誤動作として制御回路２２が１００Ｖ系の検出を
して倍電圧整流モードに切換わり、その後入力電圧が復
帰したときに２００Ｖ系の倍電圧整流モードになると、
電力制御回路１６への直流出力電圧が高くなり、この電
力制御回路１６を破損してしまうという問題があった。

【０００８】交流入力電圧２００Ｖ系の検出をする場
合、従来は交流入力電圧を検出回路２７のダイオード２
８で半波整流して検出している。また、スイッチ回路１
９であるトライアックは、一度オンすると、そのサイク
ルはオフすることができない。さらに、交流入力電圧を
半波整流で検出すると、半サイクル以内の交流入力電圧
の上昇が検出できず、前記スイッチ回路１９であるトラ
イアックが半サイクルでオフできないことも含めて、結
果的にスイッチ回路１９であるトライアックは、１サイ
クル倍電圧整流モードとなり、電力制御回路１６への直
流出力電圧が高くなり、この電力制御回路１６を破損し
てしまうという問題があった。本発明は、スイッチ回路
として用いたゲート素子のゲート駆動電力の低減による
回路の小型化と電力損失をできるだけ少なくして、信頼
性の高い回路を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、交流入力電圧
１５を検出する制御回路２２は、交流入力電圧１５を整
流平滑化した電圧が１００Ｖ系か２００Ｖ系かを検出す
る検出回路２７と、この検出信号でオン、オフするラッ
チ回路３０と、このラッチ回路３０のオフ時に作動する
遅延回路３１と、この遅延回路３１の時定数後に駆動信
号を出力する駆動回路２６とを具備し、この制御回路２
２の切換え信号にて、１００Ｖ系のときの倍電圧整流モ
ードと、２００Ｖ系のときのブリッジ整流モードとをス
イッチ回路１９のゲート素子５９で切換えて直流出力電
圧を一定とする整流回路において、前記駆動回路２６
は、前記遅延回路３１の時定数後にオンする開閉素子４
６と、この開閉素子４６に接続され、商用周波数より十
分短い時定数を有する抵抗４９とコンデンサ５１とを直
列接続した充電時定数回路と、前記コンデンサ５１に並
列接続されたトリガーダイオード５２とで、パルス駆動
信号を出力する発振回路を構成し、この発振回路中に、
前記トリガーダイオード５２と直列に、ホトカプラ５３
の発光部としてのホトダイオード５４と波形整形のため
の抵抗５０とを挿入し、このホトカプラ５３の受光部と
してのホトトライアック５５を前記ゲート素子５９に接
続してなり、前記発振回路で得られた少なくとも商用半
サイクルあたり３０回程度のパルス駆動信号でホトカプ
ラ５３を駆動し、このホトカプラ５３の出力で前記ゲー
ト素子５９を制御するようにしたことを特徴とする整流
回路の切換え回路である。

【００１０】

【作用】ａ．交流入力電圧１５が１００Ｖ系の場合。 （１）交流入力電圧は、全波整流器３２で全波整流し、
コンデンサ３３で平滑され、ツェナーダイオード３６に
加えられる。１００Ｖ系の電圧は、ツェナーダイオード
３６のしきい値を越えず、ラッチ回路３０はオフ状態と
なる。 （２）倍電圧整流モードに切換える時間は、遅延回路３
１により遅延される。この時間は、少なくとも入力交流
電圧を全波整流直後の平滑化コンデンサ３３に充電完了
するまでの、数サイクル分以上の時定数を選択する。 （３）コンデンサ３３に充電完了するまでの間、遅延回
路３１により遅延された後、駆動回路２６のトランジス
タ４６がオンすることによって、コンデンサ５１の充電
電圧が、発光ダイオード５４の順方向電圧とトリガーダ
イオード５２のしきい値電圧を合計した電圧を越えるこ
とになり、コンデンサ５１の充放電の繰り返しにより発
光ダイオード５４側電流としてパルス状の電流を流し、
電気的に絶縁されたホトカプラ５３の駆動信号を出力す
る。この結果、スイッチ回路１９がオンし、倍電圧整流
モードとなり、交流入力電圧１５が１００Ｖであれば、
直流出力電圧は、約２８２Ｖとなる。

【００１１】ｂ．交流入力電圧１５が２００Ｖ系の場
合。 （１）交流入力電圧１５からの交流入力電圧は、全波整
流器３２で全波整流し、コンデンサ３３で平滑され、ツ
ェナーダイオード３６に加えられる。２００Ｖ系の電圧
は、ツェナーダイオード３６のしきい値を越えて、ラッ
チ回路３０はオン状態でラッチする。 （２）遅延回路３１におけるコンデンサ４５の正極は、
ラッチ回路３０のオンで接地されているので、遅延回路
３１のコンデンサ４５は充電されない。 （３）駆動回路２６のトランジスタ４６がオフ状態なの
で、コンデンサ５１が接地されずトリガーダイオード５
２が動作しない。このため、発光ダイオード５４を流れ
る電流が存在せず、電気的に絶縁された受光部５５のゲ
ート駆動電流も出力しない。そのため、スイッチ回路１
９には、ゲート駆動電流が供給されず、ブリッジ整流モ
ードのままで動作する。交流入力電圧の瞬時降下して
も、ラッチ回路３０によってラッチされ、倍電圧整流モ
ードには切り替わらない。この結果、交流入力電圧１５
が２００Ｖであれば、直流出力電圧は、倍電圧整流モー
ドと同様、約２８２Ｖとなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明
する。交流入力電圧１５の入力端子１１、１２には、ヒ
ューズ２１を介して全波整流器１０が結合されている。
この全波整流器１０の出力側には、コンデンサ１７、１
８とこれらの放電用抵抗６０、６１が結合され、さら
に、出力端子１３、１４に電力制御回路１６が結合され
る。また、前記全波整流器１０とコンデンサ１７１８と
の間にはスイッチ回路１９が挿入されている。このスイ
ッチ回路１９は、トライアック５９を主体とするもの
で、ターミナルＴ_１、Ｔ_２の間に誤動作防止用の抵抗６
２とコンデンサ６３が結合され、また、ターミナルＴ_１
とゲートの間にノイズフィルタとしての抵抗６４とコン
デンサ６５が結合されている。

【００１３】前記スイッチ回路１９のゲートとターミナ
ルＴ_２には、オン、オフを制御するための制御回路２２
が結合されている。この制御回路２２は、交流入力電圧
１５の電圧を検出するための検出回路２７、検出状態を
ラッチするためのラッチ回路３０、動作開始を遅延する
ための遅延回路３１、前記スイッチ回路１９を駆動する
ための駆動回路２６からなる。

【００１４】前記検出回路２７は、全波整流器３２、平
滑用コンデンサ３３、分圧用抵抗３４、３５、ツェナー
ダイオード３６、抵抗３７からなる。前記ラッチ回路３
０は、トランジスタ３８、３９で構成されたシリコン制
御スイッチ（ＳＣＳ）、ツェナーダイオード４０、抵抗
４１、４２、逆流阻止用ダイオード４３からなる。前記
遅延回路３１は、抵抗４４、コンデンサ４５からなる。
前記駆動回路２６は、トランジスタ４６、抵抗４７、４
８、４９、５０、コンデンサ５１、トリガーダイオード
５２、ホトカプラ５３からなり、このホトカプラ５３
は、発光部（ホトダイオード）５４と受光部（ホトトラ
イアック）５５で構成され、受光部５５は抵抗２５を介
して前記トライアック５９のターミナルＴ_２とゲートに
結合されている。前記抵抗４９とコンデンサ５１とによ
って、充電時定数回路が構成され、この充電時定数回路
の充電時間で決定されるトリガーダイオード５２の発振
周期は、ホトカプラ５３の受光部５５を安定した動作と
するために、少なくとも商用半サイクルあたり３０回程
度に設定される。

【００１５】以上のような構成における作用を説明す
る。 ａ．交流入力電圧１５が１００Ｖ系（１００、１１０、
１１５、１２０Ｖなど）の場合。なお、整流回路は、ス
イッチ回路１９がオフ状態なので、交流入力電圧１５が
加えられると、まずブリッジ整流モードで動作を開始す
る。 （１）交流入力電圧１５は、制御回路２２の検出回路２
７に入力し、全波整流器３２で全波整流され、コンデン
サ３３で平滑され、抵抗３４、３５で分圧され、ツェナ
ーダイオード３６に加えられる。交流入力電圧１５が１
００Ｖ系なので、前記分圧された電圧は、ツェナーダイ
オード３６のしきい値を越えず、ラッチ回路３０のトラ
ンジスタ３８、３９からなるサイリスタはオフ状態とな
る。ツェナーダイオード３６は、トランジスタ３９のＶ
ｂｅの温度係数をキャンセルし、回路の動作を温度に対
して安定化できる電圧として、５．６〜６．８Ｖを選択
する。抵抗３４、３５、３７は、交流入力電圧が約１５
０Ｖのしきい値になるように選択する。また、ツェナー
ダイオード４０は、トランジスタ３８とコンデンサ４５
の耐圧を抑制し、低圧品を使用するためのものである。

【００１６】（２）倍電圧整流モードに切換える時間
は、抵抗４４とコンデンサ４５からなる遅延回路３１に
より遅延され、駆動回路２６のトランジスタ４６をオン
するタイミングを任意に設定する。この時間は、少なく
とも入力交流電圧１５を平滑化のためのコンデンサ３３
に充電完了するまでの、数サイクル分（５０Ｈｚで数１
０ｍｓｅｃ）以上の時定数を選択する必要がある。ま
た、ラッチ回路３０のダイオード４３は、抵抗４１から
抵抗４２への経路によってコンデンサ４５を充電しない
ようにするためのものである。

【００１７】（３）コンデンサ４５が充電され、駆動回
路２６のトランジスタ４６がオンすることによって、抵
抗４９でコンデンサ５１を充電した電圧が、ホトカプラ
５３の発光部５４の順方向電圧とトリガーダイオード５
２のしきい値電圧を合計した電圧を越えることになり、
ホトカプラ５３の発光部５４側電流としてパルス電流を
流し、このコンデンサ５１の充電とホトカプラ５３の発
光部５４側への放電とを繰り返して、電気的に絶縁され
たパルス状の駆動信号を出力する。パルス状電流の周波
数は、入力電圧と抵抗４９、そしてコンデンサ５１の充
電時間で決定されるトリガーダイオード５２の発振周期
であるが、ホトトライアックからなる受光部５５を安定
した動作とするためには、少なくとも商用半サイクルあ
たり３０回程度は必要である。また、抵抗５０は、ホト
カプラ５３の電流制限および波形整形のためのものであ
る。このホトトライアックからなる受光部５５が安定し
た動作をすることにより、スイッチ回路１９のトライア
ック５９がオンし、倍電圧整流モードとなり、交流入力
電圧１５が１００Ｖであれば、出力端子１３、１４間の
直流出力電圧は、約２８２Ｖとなる。

【００１８】ｂ．交流入力電圧１５が２００Ｖ系（２０
０、２２０、２３０、２４０Ｖなど）の場合。なお、整
流回路は、スイッチ回路１９が常にオフ状態で、ブリッ
ジ全波整流モードとなる。 （１）交流入力電圧１５は、制御回路２２の検出回路２
７に入力し、全波整流器３２で全波整流され、コンデン
サ３３で平滑され、抵抗３４、３５で分圧され、ツェナ
ーダイオード３６に加えられる。交流入力電圧１５が２
００Ｖ系なので、前記分圧された電圧は、ツェナーダイ
オード３６のしきい値を越えて、ラッチ回路３０のトラ
ンジスタ３８、３９からなるサイリスタはオン状態でラ
ッチする。

【００１９】（２）遅延回路３１におけるコンデンサ４
５の正極は、ダイオード４３を通してトランジスタ３
８、３９からなるサイリスタにて接地されているので、
コンデンサ４５は充電されず、遅延回路３１の遅延時間
は、２００Ｖ系では全く関係がない。

【００２０】（３）駆動回路２６のトランジスタ４６が
オフ状態なので、コンデンサ５１が接地されずトリガー
ダイオード５２が動作しない。このため、ホトカプラ５
３の発光部５４を流れる電流が存在せず、電気的に絶縁
された受光部５５のゲート駆動電流も出力しない。この
結果、スイッチ回路１９のトライアック５９には、ゲー
ト駆動電流が供給されず、ブリッジ整流モードのままで
動作する。もし、交流入力電圧の瞬時停電や瞬時低下に
より、ラッチ回路３０のトランジスタ３８、３９が瞬間
的にオフしたとしても、遅延回路３１のコンデンサ４５
が充電する前にトランジスタ３８、３９がオンして、交
流入力電圧１００Ｖ系の検出をせず、倍電圧整流モード
には切り替わらない。この結果として、交流入力電圧１
５が２００Ｖであれば、倍電圧整流モードと同様、出力
端子１３、１４間の直流出力電圧は、約２８２Ｖとな
る。

【００２１】図２は、交流入力電圧に対する直流出力電
圧の関係を示すグラフで、このグラフにより、交流入力
電圧が約５０Ｖで制御回路２２が動作を開始し、約１５
０Ｖで倍電圧整流モードからブリッジ整流モードへ切り
替わることがわかる。

【００２２】つぎに、図３は、本発明の他の実施例を示
すもので、制御回路２２のラッチ回路３０をＳＣＲ７０
で構成した例を示している。すなわち、ＳＣＲ７０のタ
ーミナルＴ_１、Ｔ_２を前記コンデンサ４５に結合し、ま
た、ゲートとターミナルＴ_１との間に抵抗７１、コンデ
ンサ７２からなるノイズフィルタと抵抗７３とを挿入し
たものである。このような構成における動作は、図１の
場合とほとんど変わるところはない。

【００２３】

【発明の効果】（１）従来回路は、フォトカプラの発光
ダイオードを駆動するため、抵抗を介して一定の直流電
流を駆動信号として供給する直流駆動方式であり、駆動
電力として大きな電力を必要とするが、その大半が抵抗
による熱損失となり、大きな電力損失を発生していた。
これに対し、本発明は、スイッチ回路１９としてのゲー
ト素子５９とホトカプラ５３のホトトライアック５４の
特性を有効に利用して、切換え信号をパルス駆動信号と
したので、ゲート駆動電力の低減による回路の小型化が
できるばかりか、ゲート駆動電力を大幅に低減でき、信
頼性の高い回路を提供できる。

【００２４】すなわち、ゲート素子５９として使用され
るトライアックは、一般的に保持電流という一度オンす
ると主電流が最低電流にならない限リオンを継続する特
性や、ラッチングカレントと呼ばれるゲート信号がなく
なっても主電流が最低電流にならない限りオンを継続す
る特性がある。また、トライアックのゲート駆動信号を
電気的に絶縁するため光素子が使用され、発光部５４側
をパルス駆動するとホトダイオード５３の特性から、略
連続点灯する特性がある。本発明は、これらの特性を有
効に利用して、トライアックを光素子でパルス駆動する
ことによってゲート素子５９を確実に動作することが可
能であるばかりか、ゲート駆動電力を大幅に低減し、か
つ電力損失を大幅に削減できる。ちなみに、従来の直流
駆動方式に比較し、本発明のパルス駆動方式では、駆動
損失が数分の一から数十分の一に減少した。

【００２５】（２）１００Ｖ系の交流電源を投入してか
ら一定時間後に、倍電圧整流モード切換え信号を出力す
るための遅延回路３１を、制御回路２２内に設けたの
で、２００Ｖ系のブリッジ整流モードの場合、途中の立
上りの際の１００Ｖの段階で倍電圧整流モードに切り替
わって誤動作することがない。

【００２６】（３）２００Ｖ系の交流電源の運転時に、
瞬間的な電圧降下があってもブリッジ整流モードを維持
するためのラッチ回路３０を、制御回路２２内に設けた
ので、２００Ｖ系に戻ったときに倍電圧整流モードとな
ることはない。

【００２７】（４）２００Ｖ系のブリッジ整流モードを
検出する場合、従来は、交流入力電圧を半波整流して検
出していたが、トライアックは、一度オンするとそのサ
イクル内はオフできず、半波整流による検出の遅れとト
ライアックの特性から、１サイクル誤動作する。しか
し、本発明では、交流入力電圧を検出する制御回路２２
の検出回路２７は、全波整流器３２と平滑化手段３３を
具備し、スイッチ回路１９の誤導通期間を可及的に少な
くしたので、半サイクルの改善ができ、電力制御回路の
破損を半分の確率にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の整流回路の切換え回路の一実施例を示
す電気回路図である。

【図２】交流入力電圧と直流出力電圧の特性グラフであ
る。

【図３】本発明の整流回路の切換え回路の他の実施例を
示す電気回路図である。

【図４】整流回路の切換え回路の原理図である。

【図５】従来の整流回路の切換え回路を示す電気回路図
である。

【符号の説明】

１０…全波整流器、１１…入力端子、１２…入力端子、
１３…出力端子、１４…出力端子、１５…交流入力電
圧、１６…電力制御回路、１７…コンデンサ、１８…コ
ンデンサ、１９…スイッチ回路、２０…クローバ回路、
２１…ヒューズ、２２…制御回路、２３…ツェナーダイ
オード、２４…３端子サイリスタ、２５…抵抗、２６…
駆動回路、２７…検出回路、２８…ダイオード、３０…
ラッチ回路、３１…遅延回路、３２…全波整流器、３３
…コンデンサ（平滑化手段）、３４…抵抗、３５…抵
抗、３６…ツェナーダイオード、３７…抵抗、３８…ト
ランジスタ、３９…トランジスタ、４０…ツェナーダイ
オード、４１…抵抗、４２…抵抗、４３…ダイオード、
４４…抵抗、４５…コンデンサ、４６…トランジスタ、
４７…抵抗、４８…抵抗、４９…抵抗、５０…抵抗、５
１…コンデンサ、５２…トリガーダイオード、５３…ホ
トカプラ、５４…発光部、５５…受光部、５９…ゲート
素子（トライアック）、６０…抵抗、６１…抵抗、６２
…抵抗、６３…コンデンサ、６４…抵抗、６５…コンデ
ンサ、７１…抵抗、７２…コンデンサ、７３…ゲート電
流抑制抵抗。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流入力電圧１５を検出する制御回路２
   ２は、交流入力電圧１５を整流平滑化した電圧が１００
   Ｖ系か２００Ｖ系かを検出する検出回路２７と、この検
   出信号でオン、オフするラッチ回路３０と、このラッチ
   回路３０のオフ時に作動する遅延回路３１と、この遅延
   回路３１の時定数後に駆動信号を出力する駆動回路２６
   とを具備し、この制御回路２２の切換え信号にて、１０
   ０Ｖ系のときの倍電圧整流モードと、２００Ｖ系のとき
   のブリッジ整流モードとをスイッチ回路１９のゲート素
   子５９で切換えて直流出力電圧を一定とする整流回路に
   おいて、前記駆動回路２６は、前記遅延回路３１の時定
   数後にオンする開閉素子４６と、この開閉素子４６に接
   続され、商用周波数より十分短い時定数を有する抵抗４
   ９とコンデンサ５１とを直列接続した充電時定数回路
   と、前記コンデンサ５１に並列接続されたトリガーダイ
   オード５２とで、パルス駆動信号を出力する発振回路を
   構成し、この発振回路中に、前記トリガーダイオード５
   ２と直列に、ホトカプラ５３の発光部としてのホトダイ
   オード５４と波形整形のための抵抗５０とを挿入し、こ
   のホトカプラ５３の受光部としてのホトトライアック５
   ５を前記ゲート素子５９に接続してなり、前記発振回路
   で得られた少なくとも商用半サイクルあたり３０回程度
   のパルス駆動信号でホトカプラ５３を駆動し、このホト
   カプラ５３の出力で前記ゲート素子５９を制御するよう
   にしたことを特徴とする整流回路の切換え回路。