JP3056848U - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電源装置内での突入電流を抑制する。 【解決手段】変圧トランス５の１次コイルＣＬ１に複数
の入力切換タップＴ１〜Ｔ４とコモン入力タップＴ５が
設けられている。変圧トランス５の２次コイルＣＬ２側
に負荷電圧ＶＥの変動が発生すると、入力切換タップＴ
１〜Ｔ４への１次電圧Ｖ１の供給をタップ切換えし、こ
れにより、２次コイルＣＬ２に生じる出力電圧Ｖ２を所
定の許容電圧範囲内に安定化させる。通常時に１次電圧
Ｖ１が供給される入力切換タップＴ２と電源端子ＩＮ２
との間にリアクトル７が接続されている。タップ切換え
時に突入電流が発生するのをこのリアクトル７で吸収
し、本電源装置の破損や劣化を未然に防止する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、変圧トランスを用いて所望の電圧を生成する電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、この種の電源装置として、図５に示す構成のものが知られている。この 電源装置は、鉄心に１次コイルＣ１及び２次コイルＣ２が巻回された変圧トラン ス１と、フォトトライアックＰＴｒ１，ＰＴｒ２…及びトライアックＴｒ１，Ｔ ｒ２…を有する入力切換回路（符号省略）が設けられており、１００ボルトの商 用交流電源が、この入力切換回路を介して、変圧トランス１に１次電圧Ｖ１とし て供給されている。

【０００３】 また、２次コイルＣ２に接続された複数の負荷のうち、２次コイルＣ２から最 も遠距離に位置する負荷の電圧（図中、接点ＥＸ１，ＥＸ２間に生じる電圧）を 常に検出するセンシング回路２と、センシング回路２の検出出力に基づいて上記 の入力切換回路の切換え動作を制御する制御回路３が設けられている。

【０００４】 尚、フォトトライアックＰＴｒ１，ＰＴｒ２…のそれぞれに発光素子（図示略 ）が対向配置されており、制御回路３が、上記のいずれか１つの発光素子を駆動 することによって、それに対応するフォトトライアックをオンにし、更に、その フォトトライアックがオンするのに伴ってそれに対応するトライアックをオンに することで、入力切換回路の切換え動作を制御するようになっている。

【０００５】 接点ＥＸ１，ＥＸ２間に生じる電圧が予め決められた電圧範囲内にあるとき、 すなわち、電圧変動の無い安定状態のときには、制御回路３が、９５ボルトの入 力切換タップＴ３とコモン入力タップＴ５との間に１次電圧Ｖ１を供給させるよ うに、上記の入力切換回路が切換えられる。これによって、２次コイルＣ２側に 所定電圧（例えば、２４Ｖ）の２次電圧Ｖ２を継続的に出力させるようにしてい る。

【０００６】 一方、接点ＥＸ１，ＥＸ２間の電圧が、予め決められた電圧範囲より高くなっ た場合には、センシング回路２がこれを検出し、更に制御回路３がセンシング回 路２の検出出力に基づいて、上記の入力切換回路を制御することにより、１００ ボルトの入力切換タップＴ２とコモン入力タップＴ５との間に１次電圧Ｖ１を供 給させ、これによって、２次電圧Ｖ２を所定の電圧範囲内に安定化させるように している。

【０００７】 また、接点ＥＸ１，ＥＸ２間の電圧が、予め決められた電圧範囲より低くなっ た場合には、センシング回路２がこれを検出し、更に制御回路３がセンシング回 路２の検出出力に基づいて、上記の入力切換回路を制御することにより、９０ボ ルトの入力切換タップＴ４とコモン入力タップＴ５との間に１次電圧Ｖ１を供給 させ、これによって、２次電圧Ｖ２を所定の電圧範囲内に安定化させるようにし ている。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来の電源装置では、上記のタップからタップへの切換え が行われると、その切換えの瞬間に発生する非常に大きなインラッシュ（突入電 流）が、上記入力切換回路中のトライアックＴｒ１，Ｔｒ２…に流入するため、 これらのトライアックＴｒ１，Ｔｒ２…が破損したり劣化するという問題があっ た。

【０００９】 例えば、図５に示す入力切換タップＴ３とコモン入力タップＴ５との間に１次 電圧Ｖ１が供給されている状態で、電圧Ｖ２の安定化のために入力切換タップＴ ３が入力切換タップＴ４側へ短期間τで切換えられたとすると、図６中の実線で 示すように、入力切換タップＴ３が切離されて（ＯＦＦ時）、入力切換タップＴ ４に切換えられる（ＯＮ時）までの短期間τに、１次電圧Ｖ１が瞬断される。

【００１０】 一方、変圧トランス１の鉄心中を通る磁束Ｂについて見ると、磁束Ｂは、タッ プ切換えが行われない状態では、最大磁束（絶対値）Ｂｍの範囲内において、１ 次電圧Ｖ１より９０°の位相遅れをもって正弦波状に変化するが、タップ切換え に起因して１次電圧Ｖ１が瞬断した場合には、図６中の点線で示すように、短期 間τの間に磁束Ｂがゼロになり、ＯＮ時以降に上記の最大磁束Ｂｍよりも大きな 磁束Ｂが発生する。

【００１１】 すなわち、図７のＢ−Ｈ曲線にも示すように、電圧Ｖ２が予め決められた電圧 範囲内で安定化しているときには、磁束Ｂは同中の実線で示すように変化するが 、タップ切換が行われたときには、鉄心が飽和状態になって、磁束Ｂは点線のよ うに変化し、突入電流による上記トライアックの破損や劣化を招来することとな る。

【００１２】 特に、１次電圧Ｖ１がゼロクロスのポイントに来た時点でタップ切換が行えら れると、上記安定時での最大磁束Ｂｍに対して、その約２倍もの大きさの磁束２ Ｂｍが発生し、トライアックに多大な損傷を与えることになる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

本考案はこのような上記従来の電源装置の課題を克服するためになされたもの であり、複数の入力タップが設けられた１次コイルを有する変圧トランスと、上 記変圧トランスの２次コイル側に接続される１又は２以上の負荷に起因する電圧 変動、又は上記１次コイル側に供給される１次電圧の変動に起因する電圧変動を 検出する検出手段と、上記検出手段からの検出出力に基づいて、上記複数の入力 タップへの上記１次電圧の供給を切換える制御手段とを備え、上記１次電圧が供 給される電源端子と上記複数の入力タップのいずれか１つの間にリアクトルを接 続する構成とした。

【００１４】 また、上記リアクトルを、通常時に上記変圧トランスの１次電圧が供給される 入力タップと上記電源端子との間に接続する構成とした。

【００１５】 これらの構成によると、入力タップのタップ切換えが行われた場合に、上記の リアクトルが入力タップに接続されているために、変圧トランス中に過大な磁束 が発生せず、突入電流の発生が抑えられる。

【００１６】

【考案の実施の形態】

以下、本考案の一実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本実施形態 の電源装置４の構成を示す回路図である。

【００１７】 同図において、本電源装置４には、鉄心に１次コイルＣＬ１と２次コイルＣＬ ２が巻回された変圧トランス５が備えられている。１次コイルＣＬ１には、複数 の入力切換タップＴ１〜Ｔ４とコモン入力タップＴ５が接続されている。

【００１８】 入力切換タップＴ１〜Ｔ４には、フォトトライアックＰＴｒ１，ＰＴｒ２…と トライアックＴｒ１，Ｔｒ２…を有する複数の入力切換回路ＣＨ１，ＣＨ２…が それぞれ対応付けて接続されている。これらの入力切換回路ＣＨ１，ＣＨ２…の うち、導通状態（オン状態）に設定される入力切換回路を通じて、１００ボルト の商用交流電源が、変圧トランス５の１次電圧Ｖ１として、その入力切換回路に 対応付けられた入力切換タップとコモン入力タップＴ５間に供給されるようにな っている。

【００１９】 すなわち、１次電圧Ｖ１を供給するための一方の電源入力端子ＩＮ１に、コモ ン入力タップＴ５が常時接続されており、他方の電源入力端子ＩＮ２には、入力 切換回路ＣＨ１，ＣＨ２…を介して、各入力切換タップＴ１〜Ｔ４が切換え接続 されるようになっている。

【００２０】 入力切換回路ＣＨ１は、入力切換タップＴ４と電源入力端子ＩＮ２間に接続さ れたトライアックＴｒ１と、トライアックＴｒ１のゲートを駆動するためのフォ トトライアックＰＴｒ１と、これらのトライアックＴｒ１及びフォトトライアッ クＰＴｒ１をバイアスするための抵抗ｒ１，ｒ２と、フィルタを構成するコンデ ンサＱ及び抵抗ｒ３と、フォトトライアックＰＴｒ１をオン・オフ制御のための 制御光ｈνを入射する発光素子（図示略）とを備えて構成されており、後述する 制御回路１０によってこの発光素子の発光と消光の制御が行われるようになって いる。

【００２１】 入力切換回路ＣＨ２は、入力切換回路ＣＨ１と同様の回路からなっている。但 し、リレースイッチなどの機械式スイッチ６がフォトトライアックＰＴｒ１に並 列接続され、更に、入力切換タップＴ２と電源入力端子ＩＮ２の間に、リアクト ル７が接続されている。別言すれば、入力切換回路ＣＨ２に対してリアクトル７ が並列接続されている。

【００２２】 尚、図１には、９０ボルトの入力切換タップＴ４に接続された入力切換回路Ｃ Ｈ１と、１００ボルトの入力切換タップＴ２に接続された入力切換回路ＣＨ２を 代表して示しているが、１０５ボルトの入力切換タップＴ１と９５ボルトの入力 切換タップＴ４のそれぞれも、入力切換回路ＣＨ１と同様の入力切換回路を介し て、電源入力端子ＩＮ２に接続されている。

【００２３】 ２次コイルＣＬ２の両端には、外部負荷を接続するための出力端子Ｑ１，Ｑ２ が設けられており、図示するように、この出力端子Ｑ１，Ｑ２に外部配線コード を介して１又は２以上の外部負荷Ｚ１〜Ｚｎが接続されるようになっている。

【００２４】 更に、切換回路８とセンシング回路９及び制御回路１０が備えられている。

【００２５】 切換回路８は、出力端子Ｑ１，Ｑ２間に生じる２次電圧ＶＱ（＝Ｖ２）を内部 配線を通じて入力すると共に、出力端子Ｑ１，Ｑ２から電気的に最も遠距離に位 置する外部負荷Ｚｎの両端に生じる負荷電圧（図中、接点ＥＸ１，ＥＸ２間に生 じる電圧）ＶＥを外部配線コードを介して入力するようになっている。

【００２６】 図２は、この切換回路８の構成を示している。同図において、この切換回路８ は、全波整流用のダイオードブリッジと平滑回路で構成された２個の整流平滑化 回路Ｄ１，Ｄ２と、電磁リレーＲＹと、電磁リレーＲＹに内蔵されている２個の 切換スイッチＳＷ１，ＳＷ２とを備えて構成されている。

【００２７】 切換スイッチＳＷ１，ＳＷ２の一方の入力接点ｂ１，ｂ２間に、出力端子Ｑ１ ，Ｑ２からの２次電圧ＶＱ（＝Ｖ２）が上記の内部配線によって供給され、切換 スイッチＳＷ１，ＳＷ２の他方の入力接点ａ１，ａ２間に、外部負荷Ｚｎの負荷 電圧ＶＥが上記の外部配線コードによって供給される。

【００２８】 また、接点ＥＸ１，ＥＸ２からの負荷電圧ＶＥが整流平滑化回路Ｄ１に供給さ れ、整流平滑化回路Ｄ１で生成される直流電圧が電磁リレーＲＹに印加されてい る。更に、切換スイッチＳＷ１，ＳＷ２のそれぞれの出力接点ｃ１，ｃ２が整流 平滑化回路Ｄ２に接続されており、整流平滑化回路Ｄ２で生成される直流のセン シング電圧ＶＳがセンシング回路９に供給される。

【００２９】 そして、負荷電圧ＶＥが電磁リレーＲＹの定格駆動電圧の範囲内のときには、 電磁リレーＲＹが作動することで、図示のように、切換スイッチＳＷ１の接点ａ １，ｃ１間と、切換スイッチＳＷ２の接点ａ２，ｃ２間がそれぞれ接続状態に設 定され、これにより、負荷電圧ＶＥが整流平滑化回路Ｄ２に供給される。

【００３０】 一方、接点ＥＸ１，ＥＸ２と整流平滑化回路Ｄ１間を接続している上記の外部 配線コードが断線した場合など、電磁リレーＲＹに定格駆動電圧が供給されない 事態が発生すると、電磁リレーＲＹが遮断状態となる。これによって、切換スイ ッチＳＷ１の接点ｂ１，ｃ１間と、切換スイッチＳＷ２の接点ｂ２，ｃ２間がそ れぞれ接続状態に切換わり、整流平滑化回路Ｄ１に２次電圧ＶＱが供給されるよ うになっている。

【００３１】 このように、切換回路８は、通常時には最も遠距離に位置する外部負荷Ｚｎに 掛かる負荷電圧ＶＥを入力すると共に、その負荷電圧ＶＥを直流のセンシング電 圧ＶＳに変換してセンシング回路９へ供給し、一方、負荷電圧ＶＥが正常に供給 されない場合には、２次電圧ＶＱに切換えて入力すると共に、その電圧ＶＱを直 流のセンシング電圧ＶＳに変換してセンシング回路９へ供給するようになってい る。

【００３２】 更に、センシング電圧ＶＳは、センシング回路９と制御回路１０を作動させる ための電源電圧としても利用されている。したがって、負荷電圧ＶＥに上記の異 常が発生した場合でも、２次電圧ＶＱに基づいてセンシング電圧ＶＳが生成され るため、センシング回路９と制御回路１０が動作不能状態に陥らないようになっ ている。

【００３３】 再び図１において、センシング回路９は、２次電圧Ｖ２の許容電圧範囲に比例 した電圧範囲に設定されているしきい値電圧Ｖ_REFとセンシング電圧ＶＳとを比 較するコンパレータが内蔵されている。そして、センシング電圧ＶＳがしきい値 電圧Ｖ_REFの範囲内か範囲外かを上記のコンパレータが検出し、その検出結果に 応じて制御回路１０に指令することにより、入力切換回路ＣＨ１，ＣＨ２…の切 換え制御を行わせるようになっている。

【００３４】 次に、かかる構成を有する電源装置４の作動を図３及び図４を参照して説明す る。尚、図３は、電源装置４の等価回路図であり、切換回路ＣＨ１，ＣＨ２…を 切換スイッチＳＷの切換え接点として示している。

【００３５】 電源投入時には、機械式スイッチ６をオン状態にする。これにより、切換回路 ＣＨ２のトライアックＴｒ１がオン状態となり、１００ボルトの入力切換タップ Ｔ２とコモン入力タップＴ５の間に１次電圧Ｖ１が供給される。２次コイルＣＬ ２に生じる２次電圧Ｖ２が定常電圧になった時点で、機械式スイッチ６をオフ状 態にする。これにより、図３の等価回路に示すように、切換スイッチＳＷが入力 切換タップＴ２に接続したままの通常状態となる。

【００３６】 次に、この通常状態で、負荷電圧ＶＥが所定の許容電圧範囲より降下すると、 センシング回路９がこれを検出し、更に、制御回路１０により切換スイッチＳＷ が入力切換タップＴ２から入力切換タップＴ３側に切換えられる。一方、負荷電 圧ＶＥが所定の許容電圧範囲より上昇すると、センシング回路９がこれを検出し 、更に、制御回路１０により切換スイッチＳＷが入力切換タップＴ２から入力切 換タップＴ１側に切換えられる。したがって、負荷電圧ＶＥが変動して所定の許 容電圧範囲から外れると、上記のタップ切換えによって、負荷電圧ＶＥを所定の 許容電圧範囲内に収まるようにフィードバック制御が行われる。

【００３７】 ここで、図４に示すように、１次電圧Ｖ１がゼロクロスのポイントに来た時点 で、上記の切換スイッチＳＷの入力切換タップＴ２から入力切換タップＴ１側へ の切換えが行われた場合には、同図中の実線で示すように、入力切換タップＴ２ が切離されて（ＯＦＦ時）、入力切換タップＴ１に切換えられる（ＯＮ時）まで の短期間τに、切換スイッチＳＷによる変圧トランス５への１次電圧Ｖ１の供給 が遮断されるが、変圧トランス５の鉄心中を通る磁束Ｂは、リアクトル７からの エネルギー供給により、スイッチ切換え前の状態に保持される。

【００３８】 このため、切換スイッチＳＷが入力切換タップＴ１に接続したとき（ＯＮ時） に、磁束Ｂは図中の点線で示すように、通常状態での磁束から継続することとな る。したがって、鉄心が飽和状態にならず、また、突入電流が発生しないので、 切換スイッチＳＷであるトライアックＴｒ１，Ｔｒ２…の破損や劣化が未然に防 止される。

【００３９】 また、１次電圧Ｖ１がゼロクロスのポイントに来た時点で、上記の切換スイッ チＳＷの入力切換タップＴ２から入力切換タップＴ３側への切換えが行われた場 合でも、リアクトル７が設けられていることで突入電流の発生が抑えられ、切換 スイッチＳＷであるトライアックＴｒ１，Ｔｒ２…の破損や劣化が未然に防止さ れる。

【００４０】 そして、１次電圧Ｖ１がゼロクロスのポイント以外の時点で、上記のタップ切 換えがあったとしても、リアクトル７が設けられていることで突入電流の発生が 抑えられるので、切換スイッチＳＷであるＴｒ１，Ｔｒ２…の破損や劣化が未然 に防止される。

【００４１】 このように、本実施形態によれば、通常状態において１次電圧Ｖ１が供給され る入力切換タップＴ２に、リアクトル７を接続したため、タップ切換えが行われ ても、突入電流の発生を抑制することができる。

【００４２】 尚、タップ切換えをトライアックＴｒ１，Ｔｒ２…で行う構成を説明したが、 本考案はこれに限定するものではなく、半導体スイッチング素子や、電磁リレー などの機械接点を有する切換スイッチ等を用いてタップ切換えを行う場合にも、 突入電流の発生を未然に防止することができる。

【００４３】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、１次電圧が供給される電源端子と変圧ト ランスの１次コイルに設けられているいずれかの入力タップとの間にリアクトル を接続したので、タップ切換えによる突入電流の発生を抑制することができる。 これにより、信頼性の高い電源装置を提供することができる。

【００４４】 また、少ない構成要素で構成されるため、簡易な安定化電源装置を提供するこ とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の電源装置の回路構成を示す回路図
である。

【図２】図１中の切換回路の構成を示す回路図である。

【図３】図１に示す電源装置の等価回路を示す回路図で
ある。

【図４】図１に示す電源装置の動作を説明するための波
形図である。

【図５】従来の電源装置の回路構成を示す回路図であ
る。

【図６】従来の電源装置の動作を説明するための波形図
である。

【図７】従来の電源装置の問題点を説明するためのＢ−
Ｈ曲線図である。

【符号の説明】

５…変圧トランス ７…リアクトル ８…切換回路 ９…センシング回路 １０…制御回路 ＣＬ１…１次コイル ＣＬ２…２次コイル Ｔ１〜Ｔ５…入力切換タップ ＣＨ１，ＣＨ２…入力切換回路 Ｔｒ１，Ｔｒ２…トライアック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 猪俣 宏 埼玉県新座市堀之内３丁目１番24号 阪東 電機株式会社内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の入力タップが設けられた１次コイ
   ルを有する変圧トランスと、 前記変圧トランスの２次コイル側に接続される１又は２
   以上の負荷に起因する電圧変動、又は前記１次コイル側
   に供給される１次電圧の変動に起因する電圧変動を検出
   する検出手段と、 前記検出手段からの検出出力に基づいて、前記複数の入
   力タップへの前記１次電圧の供給を切換える制御手段と
   を備え、 前記１次電圧が供給される電源端子と前記複数の入力タ
   ップのいずれか１つの間にリアクトルが接続されている
   ことを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】 前記リアクトルは、通常時に前記変圧ト
   ランスの１次電圧が供給される入力タップと前記電源端
   子との間に接続されることを特徴とする請求項１に記載
   の電源装置。