JP3396122B2 - 位相制御回路を搭載した電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源を用いて
ヒータやランプ等を位相制御によりオンオフを制御する
位相制御回路を搭載した電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリ、ＰＰＣ、プリンタ等のＯ
Ａ機器においても省エネが要求され、待機時の消費電力
に制限を加える規格（エナジスター等）が提案され決定
されつつある。このような規制により、電源装置の設計
仕様には待機時の消費電力を可能な限り低減することが
求められている。このような電源装置においては、交流
電源から負荷に供給する電力をトライアックにより位相
制御する位相制御回路が搭載されており、この位相制御
回路に対する電源供給を待機時等には遮断することが最
も確実な消費電力の低減方法になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな位相制御回路は、常時電源を供給することを前提に
して設計されているため、単純に電源を遮断した場合
は、その電源電圧が変化する瞬間に不安定領域が発生
し、トライアックのゲート駆動回路を構成するホトカプ
ラのダイオードに数μｓの不要パルスが発生することが
ある。このようなパルスでトライアックが誤点弧する不
具合が発生する。この不具合は、装置全体の信頼性の低
下を引き起こす場合があり、解消する必要がある。ま
た、トライアックの誤点弧発生により、負荷のランプや
ヒータに大きな突入電流が流れ、トライアックの故障
や、負荷の寿命低下の原因となり、製品全体の信頼性も
低下させてしまう。

【０００４】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、その目的とするところは、省エ
ネを目的に位相制御回路の電源を頻繁にオンオフして
も、ゲート駆動回路に不要パルスを発生することなく、
安定に動作する位相制御回路を搭載した電源装置を提供
することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第１の手段は、トライアックにより交流電源の位相
制御を行う位相制御回路を搭載した電源装置において、
前記位相制御回路の電源を遮断する電源オフ手段と、前
記トライアックのゲート駆動回路の出力をオフ状態に固
定する前記トライアックのための誤点弧防止手段と、こ
の誤点弧防止手段に安定電圧を供給する安定電圧供給回
路と、位相制御信号を出力する位相制御信号発生手段と
を備え、前記位相制御信号発生手段及び前記誤点弧防止
手段は前記電源オフ手段により電源供給が停止された状
態でも前記安定電源供給回路から電源供給を受け、それ
ぞれトライアックのゲート駆動回路の出力のオフ状態を
維持し、前記位相制御信号発生手段は入力信号のオンオ
フに基づいて位相制御信号を徐々に変化させソフトスタ
ート動作を行わせることを特徴とする。

【０００６】第２の手段は、第１の手段において、前記
位相制御信号発生手段は、前記電源オフ手段により前記
位相制御回路の電源が遮断された後、位相制御信号の位
相角を０度以下の状態に維持することを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施の形態について説明する。図１はこの実施の形態にお
ける電気的な構成の要部を示す回路図、図２は図１の構
成の動作を説明するための波形図、図３は図１のスロー
プ発生回路の動作を説明するための波形図である。

【０００８】図１に示すように、位相制御回路は、交流
電源１、負荷２およびトライアック３とにより閉ループ
を構成し、トライアック３の出力端子の両端に、トライ
アック３の両端電圧がゼロボルト近傍で同期信号を出力
するゼロクロス同期信号回路４を設け、ゼロクロス同期
信号回路４の出力をのこぎり波発生回路５に出力するよ
うに接続している。のこぎり波発生回路５の出力である
のこぎり波波形は位相制御タイミング回路６の比較器Ｃ
ＯＭＰ１においてスロープ発生回路７からの位相制御信
号と比較し、トライアック３のゲートを駆動するための
ゲート駆動回路８に設けられたホトカプラＰＣ１の発光
ダイオードを点滅させることで位相制御を行うようにな
っている。ホトカプラＰＣ１はトライアック３のゲート
に接続され、交流電源１の交流入力電圧により動作して
発光するホトサイリスタと、このホトサイリスタからの
光により動作する発光ダイオードとで構成されている。
スロープ発生回路７は入力端子９からの入力信号のオン
オフにより位相制御信号を徐々に変化させるためのもの
で、入力信号のオン時位相角を０度から徐々に大きくす
るソフトスタート動作を行う。位相制御回路は更に、位
相制御回路全体の電源であるＶｃｃのオンオフを制御す
る電源オフ手段である電源オンオフ回路１１と、入力端
子９からの入力信号がオフ状態の場合はのこぎり波発生
回路５の出力を直接ローレベルにし、上記の入力信号が
オン状態の場合は位相制御タイミング回路６の出力をオ
フ状態にして、外来ノイズ等による誤動作を防止するた
めのトライアック誤点弧防止手段であるトライアック停
止信号回路１２と、このトライアック停止信号回路１２
とスロープ発生回路７に電源Ｖｃｃがオフの時に安定な
電圧を供給する安定電圧供給回路１３とを有している。

【０００９】ゼロクロス同期信号回路４は、交流電源１
の交流入力電圧により動作して発光するホトサイリスタ
とこのホトサイリスタからの光により動作するトランジ
スタとで構成されたホトカプラＰＣ２と、交流電源１の
交流入力電圧レベルの反転と、信号の増幅を行いのこぎ
り波発生回路５に信号を伝達する比較器ＣＯＭＰ２とを
有している。のこぎり波発生回路５は、ツェナーダイオ
ードＤ１と、直列接続された抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１
とで構成されている。ツェナーダイオードＤ１の出力側
は抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の接続中点に接続されてい
る。位相制御タイミング回路６は、上述した比較器ＣＯ
ＭＰ１とこの比較器ＣＯＭＰ１の出力によりオンオフす
るトランジスタＴＲ１とを有している。スロープ発生回
路７は、抵抗Ｒ２とダイオードＤ２の並列回路とこの並
列回路の出力側に接続されたコンデンサＣ２とを有して
いる。ゲート駆動回路８は上述したホトカプラＰＣ１を
有し、その発光ダイオードの出力側が位相制御タイミン
グ回路６のトランジスタＴＲ１のコレクタに接続されて
いる。

【００１０】電源オンオフ回路１１は入力端子１４から
の制御信号がベースに印加されるトランジスタＴＲ２を
有し、そのエミッタは安定電圧供給回路１３の電源Ｖｃ
ｃが印加される端子１５に接続されている。トライアッ
ク停止信号回路１２は電圧供給回路１３の出力側にベー
スが接続されたトランジスタＴＲ３を有し、そのコレク
タは位相制御タイミング回路６の比較器ＣＯＭＰ１の出
力側に接続されている。入力端子９にはトランジスタＴ
Ｒ４のベースが接続され、そのコレクタ側がスロープ発
生回路７およびトライアック停止信号回路１２の各入力
側に、そして電圧供給回路１３の出力側にそれぞれ接続
されている。安定電圧供給回路１３は、電源Ｖｃｃが印
加される端子１５と抵抗器Ｒ３とを有し、電源Ｖｃｃを
電源オンオフ回路１１のトランジスタＴＲ２のエミッタ
に印加するとともに、抵抗器Ｒ３を介してスロープ発生
回路７とトライアック停止信号回路１２の各入力側およ
び入力端子９にベースが接続されたトランジスタＴＲ４
のコレクタに接続されている。

【００１１】ここで、図２および図３を参照しながら動
作を説明する。交流電源１からは図２の（ａ）に示すよ
うな波形の交流電圧がトライアック３に印加する。な
お、（ａ）において実線は交流電源１からの入力波形、
点線はトライアック３の端子電圧である。ゼロクロス同
期信号回路４は、交流入力のホトカプラＰＣ２を有し、
ホトカプラＰＣ２に内蔵された発光ダイオードは入力電
圧がゼロボルト付近を通過する際、電圧が印加されない
ため発光を停止する。これによりホトカプラＰＣ２に内
蔵されたトランジスタのコレクタ電流も停止し、図２の
（ｂ）のゼロクロス同期信号回路４のホトカプラＰＣ２
の出力電圧波形に示すように、ゼロボルト付近でハイレ
ベルの同期信号を出力する。この同期信号は比較器ＣＯ
ＭＰ２により信号の増幅とレベルを反転し、のこぎり波
発生回路５に信号を伝達する。同期信号のゼロクロス点
前後における比較器ＣＯＭＰ２の出力はローレベルであ
り、のこぎり波発生回路５の抵抗器Ｒ１の電流は位相制
御タイミング回路６の比較器ＣＯＭＰ１に流れるため、
コンデンサＣ１には充電されず、のこぎり波発生回路５
の出力もローレベルとなる。ゼロクロス点を通過した後
は、比較器ＣＯＭＰ２の出力はオープンとなり、抵抗器
Ｒ１の電流でコンデンサＣ１は充電され、次のゼロクロ
ス点までその電圧は増加し、比較器ＣＯＭＰ２によって
放電される。このような動作の繰り返しによって、図２
の（ｃ）ののこぎり波発生回路５の出力波形に示すよう
に、右上がりののこぎり波波形がのこぎり波発生回路５
から位相制御タイミング回路６の比較器ＣＯＭＰ１に出
力される。

【００１２】位相制御タイミング回路６の比較器ＣＯＭ
Ｐ１では、図２の（ｄ）の位相制御タイミング回路６内
の比較器ＣＯＭＰ１の出力電圧波形に示すように、のこ
ぎり波発生回路５からののこぎり波の出力電圧レベル
を、スロープ発生回路７からの出力電圧である位相制御
信号の電圧レベルと比較し、位相制御動作を行う。すな
わち、位相制御信号の電圧がのこぎり波のピーク電圧よ
り大きい場合は、比較器ＣＯＭＰ１の出力はローレベル
となり、位相制御タイミング回路６のトランジスタＴＲ
１はオフとなり、ゲート駆動回路８のホトカプラＰＣ１
の発光ダイオードは点灯しない。したがって、トライア
ック３にゲート電流は供給されず、トライアック３はオ
フ状態を維持する。（位相制御角は０度の状態であ
る。）なお、スロープ発生回路７の動作波形は、図３に
示すようになり、図３の（ａ）は入力端子９からの入力
信号を、そして（ｂ）はスロープ発生回路７から位相制
御タイミング回路６の比較器ＣＯＭＰ１に印加される位
相制御信号を示している。

【００１３】次に、位相制御信号の電位をのこぎり波の
ピーク電圧より低い電圧に設定（入力）する。この状態
では比較器ＣＯＭＰ１の出力はオープンとなり、位相制
御タイミング回路６のトランジスタＴＲ１はオンとな
り、ゲート駆動回路８のホトカプラＰＣ１の発光ダイオ
ードは点灯する。これにより、トライアック３にゲート
電流が供給され、トライアック３は点弧してオンする。
トライアック３のオンにより、ゼロクロス同期信号回路
４に電圧は印加されず、そのホトカプラＰＣ２のトラン
ジスタもオフとなる。更に、ゼロクロス同期信号回路４
の比較器ＣＯＭＰ２の出力もローレベルとなり、のこぎ
り波の電圧もローレベルとなり、位相制御タイミング回
路６の比較器ＣＯＭＰ１の出力もローレベルとなること
で、位相制御タイミング回路６のトランジスタＴＲ１は
オフし、ゲート駆動回路８のホトカプラＰＣ１の発光ダ
イオードは消灯する。但し、トライアック３は一度点弧
すると、交流の半サイクル状態を維持し、ゼロクロス点
でオフする。このような動作を繰り返すことで、位相制
御信号の電圧レベルとのこぎり波波形により決定される
位相角でトライアック３は点弧され、位相制御が実現す
る。

【００１４】更に、入力端子９からの入力信号のオンオ
フで、位相制御信号を徐々に変化させるスロープ発生回
路７により、入力信号のオン時の位相角を０度から徐々
に大きくするソフトスタート動作が可能になる。この入
力信号がオフの時は、スロープ発生回路７において、抵
抗Ｒ２と並列に配置したダイオードＤ２によりコンデン
サＣ２を急速に充電することで、位相制御信号を短時間
で位相角０度以下（のこぎり波のピーク電圧値以上）に
することでクイックオフを実現している。

【００１５】電源オンオフ回路１１は入力端子１４に印
加された制御信号がハイレベル入力の時、電源オンオフ
回路１１内のトランジスタＴＲ２をオフし、位相制御回
路全体の電源供給を停止し、消費電力を抑制する。この
制御信号がローレベルで入力された時は、トランジスタ
ＴＲ２をオンして、位相制御回路全体の電源供給を行
う。

【００１６】一方、安定電圧供給回路１３によりスロー
プ発生回路７およびトライアック停止信号回路１２に、
電源オンオフ回路１１のオンオフに影響されない安定な
電圧を供給し、位相制御回路全体の電源供給が停止状態
の時、スロープ発生回路７の出力電位を位相角０度に、
そしてトライアック停止信号回路１２はトライアック３
を停止状態にそれぞれ固定する。

【００１７】このように、位相制御回路全体の電源オン
オフ時に位相制御タイミング回路６より発生する不要パ
ルスの伝達を、入力端子９からの入力信号がオフ状態
（ローレベル）の場合、トライアック停止信号回路１２
を経由し、位相制御タイミング回路６の比較器ＣＯＭＰ
１の出力を低レベルに固定して阻止し、トライアック３
の誤点弧を防止する。また、スロープ発生回路７の出力
電位を位相角０度に固定してあるため、電源オンオフ回
路１１により位相制御回路はその電源供給直後から回路
の動作が可能になる。

【００１８】以上のように複雑な回路を追加しないで、
トライアック３の誤点弧を防止した位相制御回路を実現
でき、待機時の消費電力の少ない信頼性の高い商品設計
が可能となる。更に、スロープ発生回路７等の初期設定
を位相制御回路の電源のオンオフに関わりなく設定でき
るため、電源オン直後より回路動作が可能であり、商品
設計時の自由度が高く、使いやすい回路となる。

【００１９】なお、上述した実施の形態においては、ゼ
ロクロス同期信号回路４内に設けられた交流入力のホト
カプラＰＣ２は、ブリッジダイオード等の整流回路と直
流型のホトカプラで構成しても同一の効果を得ることが
できる。

【００２０】

【発明の効果】これまでの説明から明らかなように、請
求項１記載の発明によれば、位相制御回路の電源をオン
オフした場合に比較器等の動作不安定領域に発生する不
要パルスがゲート回路に伝達されることを阻止でき、ト
ライアックの誤点弧を確実に防止することができる。こ
れにより待機時の消費電力が少ない信頼性の高い電源装
置を提供することができる。

【００２１】請求項２記載の発明によれば、位相制御信
号の位相角を０度以下の状態に電圧維持しているので、
位相制御回路に電源を供給後、直ちに位相制御回路の動
作が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における電気的な構成の要
部を示す回路図である。

【図２】図１の構成の動作を説明するための波形図であ
る。

【図３】図１のスロープ発生回路の動作を説明するため
の波形図である。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 負荷 ３ トライアック ４ ゼロクロス同期信号回路 ５ のこぎり波発生回路 ６ 位相制御タイミング回路 ７ スロープ発生回路 ８ ゲート駆動回路 １１ 電源オンオフ回路 １２ トライアック停止信号回路 １３ 安定電圧供給回路１３ ＰＣ１，ＰＣ２ ホトカプラ ＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２ 比較器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トライアックにより交流電源の位相制御
   を行う位相制御回路を搭載した電源装置において、 前記位相制御回路の電源を遮断する電源オフ手段と、 前記トライアックのゲート駆動回路の出力をオフ状態に
   固定する前記トライアックのための誤点弧防止手段と、 この誤点弧防止手段に安定電圧を供給する安定電圧供給
   回路と、位相制御信号を出力する位相制御信号発生手段と、 を備え、 前記位相制御信号発生手段及び前記誤点弧防止手段は前
   記電源オフ手段により電源供給が停止された状態でも前
   記安定電源供給回路から電源供給を受け、それぞれトラ
   イアックのゲート駆動回路の出力のオフ状態を維持し、 前記位相制御信号発生手段は入力信号のオンオフに基づ
   いて位相制御信号を徐々に変化させソフトスタート動作
   を行わせることを 特徴とする位相制御回路を搭載した電
   源装置。
2. 【請求項２】 前記位相制御信号発生手段は、前記電源
   オフ手段により前記位相制御回路の電源が遮断された
   後、位相制御信号の位相角を０度以下の状態に維持する
   ことを特徴とする請求項１記載の位相制御回路を搭載し
   た電源装置。