JP3225271B2 - 電子交流降圧回路 - Google Patents

電子交流降圧回路

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はトランスレス交流降圧器に関し、特にノイズ
が少なく、有極性コンデンサーを用いることにより軽
量、小型化が可能な電子交流降圧回路に関するものであ
る。
〔従来の技術とその問題点〕
従来より、コンデンサーとスイッチング素子を用い
て、コンデンサーを直列にしたり並列にしたり交互に切
り替えることにより交流電圧の降圧を行ういわゆる電子
トランスが知られている。
しかしながら、その切替え周波数は入力交流電源の周
波数より高くなければならず、そのためノイズを生じる
という問題があった。
また、コンデンサーによる交流分圧、降圧回路が古く
から提案されてきたが、無極性コンデンサーを使わなけ
ればならないので、軽量かつ小型化には限界があった。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、これらの問題を解決するためなされたもの
であり、その目的とするところは、ノイズが少なく、負
荷が厳密な正弦波の電圧波形を必要としないものの場合
には、有極性コンデンサーを用いることにより軽量小型
化が可能な電子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〕
上記目的を達成するため、本発明に係る電子交流降圧
回路は、請求項1及びその基本構成を示す第1図に示す
如く、 入力交流電源(AC)の一方の端子と負荷(ZL)の間に
整流ダイオード(D1)とコンデンサー(C1)を直列に接
続し、上記整流ダイオードとコンデンサーの間から入力
交流電源(AC)の他方の端子との間に負荷と並列にスイ
ッチング素子(T1)を挿入し、整流ダイオードの非導通
時にのみスイッチング素子がONとなるようにスイッチン
グ素子をON・OFF駆動するよう構成したことを特徴とす
る。
その場合、請求項2及び第2図に示す如く、 上記整流ダイオード、コンデンサー及びスイッチング
素子から成る回路を並列に二組設け(D1,C1,T1;D2,C2,T
2)、その整流ダイオード(D1、D2)の極性を互いに反
対向きに接続するようにしてもよい。
また、本発明に係る電子交流降圧回路は、請求項3及
びその基本構成を示す第3図に示す如く、 入力交流電源(AC)の一方の端子と負荷(ZL)の間に
ON状態の双方向スイッチ(S1)と有極性コンデンサー
(C1)を直列に接続し、上記有極性コンデンサーに逆電
圧が掛ったとき、上記双方向スイッチがOFFとなるよう
構成したことを特徴とする。
その場合、請求項4及び第4図に示す如く、 上記双方向スイッチ及び有極性コンデンサーから成る
回路を並列に二組設け(S1,C1;S2,C2)、その有極性コ
ンデンサー(C1、C2)の極性を互いに反対向きに接続す
るようにしてもよい。
また、請求項5及び第4図に示す如く、 上記双方向スイッチと有極性コンデンサーの間から入
力交流電源(AC)の他方の端子との間に負荷(ZL)と並
列に続流ダイオード(D1,D2)を挿入するようにしても
よい。
更にまた、本発明に係る電子交流降圧回路は、請求項
6及びその基本構成を示す第5図に示す如く、 入力交流電源(AC)の一方の端子に二つのコンデンサ
ー(C1,C2)を並列に接続し、入力交流電源(AC)の他
方の端子に二つのダイオード(D1,D2)から成る半波整
流回路をそれらの出力極性が互いに逆となるように並列
に接続し、それぞれの整流電圧により上記二つのコンデ
ンサー(C1,C2)が互いに逆の極性に充電されるよう接
続すると共に、 一方のコンデンサー(C1)の正の出力端と負荷(ZL)
の一方の端子の間に、交流入力電圧が負のピーク値にな
るとON、正のピーク値になるとOFFするスイッチング素
子(S1)を設け、 他方のコンデンサー(C2)の負の出力端と負荷(ZL)の
一方の端子の間に、交流入力電圧が負のピーク値になる
とOFF、正のピーク値になるとONするスイッチング素子
(S2)を設け、 負荷(ZL)の他方の端子は入力交流電源(AC)の他方
の端子に接続したこと、を特徴とする。
更にまた、本発明に係る電子交流降圧回路は、請求項
7及びその基本構成を示す第6図に示す如く、 コンデンサー入力形整流回路(D1,C1,C2)にOTL電力
増幅器を設け、OTL電力増幅器の出力端は負荷に接続
し、入力端は交流入力電源(AC)または交流入力電源と
同期する信号源(AC1)で駆動するよう構成したことを
特徴とする。
更にまた、本発明に係る電子交流降圧回路は、請求項
8及びその基本構成を示す第7図に示す如く、 入力交流電源(AC)の両端にそれぞれ接続される二つ
の整流ダイオード(D1,D2)を介して第一のコンデンサ
ー(C1)を並列に接続してなる正または負の半波整流回
路を設け、当該半波整流回路の出力両端に、半波整流回
路の出力極性と反対の負または正の半周期にだけON動作
する二つのスイッチング素子(T1,T3)をそれぞれ負荷
(ZL)と直列に接続し、更に第二のコンデンサー(C2)
を負荷(ZL)と直列に接続し、第三のスイッチング素子
(T2)を負荷(ZL)及び第二のコンデンサー(C2)と並
列に接続してなることを特徴とする。
〔作 用〕
第1図に示す電子交流降圧回路においては、入力交流
電源ACの一方の単子に整流ダイオードD1とコンデンサー
C1を直列に接続し、整流ダイオードD1とコンデンサーC1
の間に負荷ZLと並列にスイッチング素子T1が接続してあ
る。スイッチング素子T1は、入力電圧が正の半周期の期
間中は導通せず、そのため入力電流は負荷ZLを流れてコ
ンデンサーC1を充電する。次いで負の半周期に入ると、
整流ダイオードD1は非導通となるが、スイッチング素子
T1が導通し、コンデンサーC1の蓄積電荷がスイッチング
素子T1を通じて負荷ZLに流れ、放電する。したがって、
C1のリアクタンスが負荷よりずっと小さい場合、負荷に
供給される電力は約四分の一になる。言い換えると、入
力電圧の約二分の一の出力電圧が得られる。なお、この
第1図に示す基本回路の具体的構成例は後述の第8図及
び第9図に示されている。
第2図は、第1図のような回路を二組、それらの極性
を反対にして並列に接続してなる電子交流降圧回路であ
る。これにより、出力電流の増加や出力電圧波形の改善
などを図ることができる。
第3図は、入力交流電源ACにON状態の双方向スイッチ
S1と有極性コンデンサーC1とを直列に接続し、有極性コ
ンデンサーC1に逆電圧が掛かると、双方向スイッチS1が
OFFとなるように構成したことを特徴とする電子交流降
圧回路である。この第3図に示す基本回路の具体的構成
例は後述の第10図及び第11図に示されている。
第4図は、第3図のような回路を二組、それらの極性
を反対にして並列に接続してなる電子交流降圧回路であ
る。出力電流の増加や出力電圧波形の改善などを図るも
のである。
なお、第4図において、双方向スイッチS1,S2と有極
性コンデンサーC1,C2の間から負荷ZLと並列にそれぞれ
続流ダイオードD1,D2が接続してある。これは特に負荷Z
Lがインダクタンス型の場合に、出力電流の増加や出力
電圧波形の改善などに役立つものである。
第5図は、入力交流電源ACにコンデンサーC1、C2とダ
イオードD1、D2からなる正と負の二組の半波整流回路を
設け、その正の出力端に、交流入力電圧が負のピーク値
になるとON動作し、正のピーク値になるとOFF動作るス
イッチング素子S1を設け、他方、負の出力端には、交流
入力電圧が負のピーク値になるとOFF動作し、正のピー
ク値になるとON動作するスイッチング素子S2を設けてな
る電子交流降圧回路が示されている。この場合、コンデ
ンサーC1、C2として有極性のものを使えるだけでなく、
スイッチング素子がONするときの突入電流を減少させる
こともできる。なお、この第5図に示す基本回路の具体
的構成例は後述の第12図に示されている。
第6図は、コンデンサー入力形整流回路とOTL電力増
幅器からなる電子交流降圧回路である。OTL電力増幅器
の入力幅を交流入力電源ACで直接駆動したり、或いは交
流入力電源と同期する信号源AC1で駆動することによ
り、インバータ効率を高め得るだけでなく、有極性コン
デンサーC1とC2の必要容量を低減し、軽量小型化を図る
ことができる。この第6図に示す基本回路の具体的構成
例は後述の第13図に示されている。
第7図は、整流ダイオードD1,D2と平滑コンデンサーC
1からなる正(または負)の半波整流回路の両方の出力
端に、負(または正)の半周期だけにしかON動作しない
スイッチング素子T1とT3を負荷ZLと直列に接続し、更に
もう一つのコンデンサーC2を負荷ZLと直列に接続すると
共に、もう一つのスイッチング素子T2を負荷ZL及びコン
デンサーC2と並列に接続してなる電子交流降圧回路であ
る。T1,T2とC2はOTL電力増幅器の出力回路と考えられ
る。負荷ZLを商用交流電源と絶縁するため、T1と連動し
て負(または正)の半周期だけにしかON動作しないスイ
ッチング素子T3を設けたものである。なお、この第7図
に示す基本回路の具体的構成例は後述の第14図及び第15
図に示されている。
〔実施例〕 以下、第8図〜第15図に示す具体的な実施例を参照し
つつ本発明を更に詳細に説明する。
第8図は、本発明をパソコンやワープロの電源アダタ
ーとして適用した実施例であり、第1図に示した原理的
な等価回路を具体化したものである。低圧系電源で使用
する電気製品を高圧系電源の国へ持って行って使う時、
このような電源アダプターが必要となる。これらの電気
製品は現在殆どコンデンサー入力型整流電源を用いてい
るから、その電源アダプターは第1図のように簡単な基
本回路のものを使用できる。第8図中、点線で囲った部
分は、パソコンやワープロに内蔵する整流回路である。
第8図において、入力交流電源ACが正の半周期に入る
とT2が飽和し、T1が遮断する。負の半周期に入るとT2が
遮断し、T1が飽和する。D3,C3,R2はT1を飽和させるバイ
アス回路である。R3は出力電圧波形の改善を図るための
ものである。
このような電子交流降圧回路を直接パソコンやワープ
ロの電源部分に組み込んで、変換スイッチで自動的に低
圧系と高圧系を切り替えるように構成してもよい。
第9図は上記の変形例で、第1図の基本回路を具体化
した最も簡単な電子交流降圧回路である。
第10図は、本発明をコンデンサー降圧形直流電源回路
として適用した実施例であり、第3図に示した原理的な
等価回路を具体化したものである。無極性コンデンサー
の代わりに有極性のアルミ電解コンデンサー(勿論、高
リップルタイプでなければならない。)を使うことによ
り、同じ出力電流をかなり小型軽量のもので得ることが
できる。図中、点線で囲って示す双方向スイッチS1は、
フォトカプラを介して比較回路Bにより制御され、ある
電圧を超えるとS1がOFFされるようになっている。四つ
のスイッチング素子T3〜T6は、T3とT4、T5とT6がそれぞ
れ連動する組をなしており、一組がONのとき他組はOFF
するように駆動されるため、出力側は商用交流電源と電
気的に絶縁できる。
第11図は、第3図のもう一つの具体的構成例であり、
D2は続流ダイオードである。
第12図は、第5図の具体的な構成例である。D3,D4,C3
とOPアンプでピーク電圧を検出し、T3,T4を通じてT1とT
2を駆動するようになっており、これらが第5図のS1とS
2に該当する。
第13図は、本発明を一般的な海外旅行用電源アダプタ
ーとして適用した実施例である。高圧系電源200Vを低圧
系の100Vに変換できる。その原理的な等価回路は第6図
に示した通りである。最も簡単なOTL電力増幅器を設
け、その入力端を交流入力電源で直接駆動するように構
成してある。ここで駆動用抵抗R2は、場合によってはコ
ンデンサーやインダクタなどで代替することも可能であ
る。
第14図は、本発明を絶縁形交流電源変圧器として適用
した実施例であり、その原理的な等価回路は第7図に示
したものである。二つのフォトカプラPD1・PT1と、PD2
・PT2を用いて駆動することによって、電源との絶縁、
同期および正弦波源を得ることができる。即ち、フォト
カプラPD1・PT1によりスイッチング素子T1,T3を同時にO
N・OFF駆動し、もう一つのフォトカプラPD2・PT2により
スイッチング素子T2をON・OFF駆動するものであり、こ
れにより第7図の基本回路を具体化したものである。
ここで変成効率を高めるには、第15図のように複数個
のコンデンサーと複数個のスイッチング素子を並べて順
番に駆動すればよい。
〔発明の効果〕
上記の如き構成を有する本発明に係る電子交流降圧回
路は、 (1)有極性の電解コンデンサーも使えるため、従来品
に比べて軽量小型化が可能であること、 (2)主制御素子を交流電源または交流電源と同期する
信号源で駆動することで、効率を高め得るだけではな
く、コンデンサー容量の減少とノイズの低減を図り得る
こと、 などの効果が得られる。
また、将来、配電線路を低電圧系から高電圧系へ移行
する場合にも役立つ。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第7図は、本発明に係る電子交流降圧回路の代
表的な基本回路図である。 第8図は、本発明をパソコンやワープロのコンデンサー
入力型整流電源の電源アダプターとして適用した実施例
であり、第1図の基本回路の一つの具体的構成例であ
る。 第9図は、第8図の変形例で、最も簡単な電子交流降圧
回路である。 第10図は、本発明をコンデンサー降圧形直流電源として
適用した実施例であり、第3図の基本回路の一つの具体
的構成例である。 第11図は、第3図の基本回路のもう一つの具体的構成例
である。 第12図は、第5図の基本回路の具体的な構成例である。 第13図は、本発明を一般的な海外旅行用電源アダプター
として適用した実施例であり、第6図の基本回路の一つ
の具体的構成例である。 第14図は、本発明を絶縁形交流電源変圧器として適用し
た実施例であり、第7図の基本回路の一つの具体的構成
例である。 第15図は、第14図の絶縁形交流電源変圧器を更にその変
成効率を向上させるように構成した実施例である。 AC……入力交流電源 AC1……入力交流電源と同期する信号源 C1,C2……コンデンサー D1,D2……整流ダイオード T1,T2,T3……スイッチング素子 S1,S2……双方向スイッチ OTL……OTL増幅器 ZL……負荷

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力交流電源(AC)の一方の端子と負荷
    (ZL)の間に整流ダイオード(第1図中のD1)とコンデ
    ンサー(C1)を直列に接続し、上記整流ダイオードとコ
    ンデンサーの間から入力交流電源(AC)の他方の端子と
    の間に負荷と並列にスイッチング素子(T1)を挿入し、
    整流ダイオードの非導通時にのみスイッチング素子がON
    となるようにスイッチング素子をON・OFF駆動するよう
    構成したことを特徴とする電子交流降圧回路。
  2. 【請求項2】入力交流電源(AC)の一方の端子と負荷
    (ZL)の間に、上記整流ダイオード、コンデンサー及び
    スイッチング素子から成る回路を並列に二組設け(第2
    図中のD1,C1,T1;D2,C2,T2)、その整流ダイオード(D
    1、D2)の極性を互いに反対向きにしたことを特徴とす
    る請求項1に記載の電子交流降圧回路。
  3. 【請求項3】入力交流電源(AC)の一方の端子と負荷
    (ZL)の間にON状態の双方向スイッチ(第3図中のS1)
    と有極性コンデンサー(C1)を直列に接続し、上記有極
    性コンデンサーに逆電圧が掛ったとき、上記双方向スイ
    ッチがOFFとなるよう構成したことを特徴とする電子交
    流降圧回路。
  4. 【請求項4】入力交流電源(AC)の一方の端子と負荷
    (ZL)の間に、上記双方向スイッチ及び有極性コンデン
    サーから成る回路を並列に二組設け(第4図中のS1,C1;
    S2,C2)、その有極性コンデンサー(C1、C2)の極性を
    互いに反対向きにしたことを特徴とする請求項3に記載
    の電子交流降圧回路。
  5. 【請求項5】上記双方向スイッチと有極性コンデンサー
    の間から入力交流電源(AC)の他方の端子との間に負荷
    (ZL)と並列に続流ダイオード(第4図中のD1,D2)を
    挿入したことを特徴とする請求項3又は4に記載の電子
    交流降圧回路。
  6. 【請求項6】入力交流電源(AC)の一方の端子に二つの
    コンデンサー(第5図中のC1,C2)を並列に接続し、入
    力交流電源(AC)の他方の端子に二つのダイオード(D
    1,D2)から成る半波整流回路をそれらの出力極性が互い
    に逆となるように並列に接続し、それぞれの整流電圧に
    より上記二つのコンデンサー(C1,C2)が互いに逆の極
    性に充電されるよう接続すると共に、 一方のコンデンサー(C1)の正の出力端と負荷(ZL)の
    一方の端子の間に、交流入力電圧が負のピーク値になる
    とON、正のピーク値になるとOFFするスイッチング素子
    (S1)を設け、 他方のコンデンサー(C2)の負の出力端と負荷(ZL)の
    一方の端子の間に、交流入力電圧が負のピーク値になる
    とOFF、正のピーク値になるとONするスイッチング素子
    (S2)を設け、 負荷(ZL)の他方の端子は入力交流電源(AC)の他方の
    端子に接続したこと、 を特徴とする電子交流降圧回路。
  7. 【請求項7】コンデンサー入力形整流回路(第6図中の
    D1,C1,C2)にOTL電力増幅器を設け、OTL電力増幅器の出
    力端は負荷に接続し、入力端は交流入力電源(AC)また
    は交流入力電源と同期する信号源(AC1)で駆動するよ
    う構成したことを特徴とする電子交流降圧回路。
  8. 【請求項8】入力交流電源(AC)の両端にそれぞれ接続
    される二つの整流ダイオード(第7図中のD1,D2)を介
    して第一のコンデンサー(C1)を並列に接続してなる正
    または負の半波整流回路を設け、当該半波整流回路の出
    力両端に、半波整流回路の出力極性と反対の負または正
    の半周期にだけON動作する二つのスイッチング素子(T
    1,T3)をそれぞれ負荷(ZL)と直列に接続し、更に第二
    のコンデンサー(C2)を負荷(ZL)と直列に接続し、第
    三のスイッチング素子(T2)を負荷(ZL)及び第二のコ
    ンデンサー(C2)と並列に接続してなることを特徴とす
    る電子交流降圧回路。
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