JP3661305B2

JP3661305B2 - 直流電源装置

Info

Publication number: JP3661305B2
Application number: JP25610896A
Authority: JP
Inventors: 俊明藤原; 正樹高橋; 禎高速水
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2016-09-27
Also published as: JPH10106856A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気掃除機や空気清浄器などの家庭電化製品に用いられる直流電源装置に関するもので、一般家庭用交流電源から電源トランスを用いて直流電源部を構成するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家庭電化製品には多くの制御回路が内蔵されており、その制御回路はマイクロコンピュータをはじめ各種電子部品などで構成されたものが一般的である。このような制御回路は直流電源により動作するもので、しかも、一般家庭用交流電源の電圧より低い電圧で動作するものが一般的である。そこで、この制御回路を動作させる直流電源装置としては、交流電源電圧を必要に応じて低下させて直流電源を作る必要から、図１０に示す直流電源装置が一般的に使用されている。
【０００３】
図１０（ａ）は電源トランス方式の直流電源装置を示し、交流電源に電源トランスの一次巻線を接続し、電源トランスの二次巻線側に整流回路のダイオードを接続しており、電源トランスで交流電源の電圧を低下させ、ダイオードで整流して制御回路に直流電源を供給するものである。
【０００４】
図１０（ｂ）は抵抗方式の直流電源装置を示し、交流電源と制御回路の間に固定抵抗器とダイオードの直列回路を接続しており、固定抵抗器で交流電源の電圧を低下させ、ダイオードで整流して制御回路に直流電源を供給するものである。
【０００５】
図１０（ｃ）はコンデンサ方式の直流電源装置を示し、交流電源と制御回路との間にダイオード群からなる全波整流回路を接続するとともに、全波整流回路の交流電源側にコンデンサおよび固定抵抗器を接続しており、交流が流れるコンデンサのインピーダンスを利用して交流電源電圧を低下させ、全波整流回路で整流したものを制御回路に供給するものである。
【０００６】
図１０（ｄ）はスイッチング電源方式の直流電源装置を示す。この直流電源装置は、交流電源にダイオード群からなる全波整流回路を接続し、その出力側にダイオードとトランジスタの直列回路を接続し、この直列回路のダイオードの両端に電源トランスの一次巻線を接続し、電源トランスの二次巻線にダイオードおよびコンデンサからなる平滑回路を接続している。この構成では、トランジスタのスイッチングにより電源トランスの一次巻線に電流を周期的に流し、その二次巻線にトランジスタのオン・オフ時間で電源トランスの二次巻線側に発生する電圧を制御し、制御回路の動作電圧まで電圧を低下させて供給する。
【０００７】
なお、制御回路などを動作させるために、直流電源装置の供給能力としては数十ｍＡ程度が要求される。
【０００８】
図１０（ａ）〜（ｄ）に示す直流電源装置は、以下に示す特徴がある。
【０００９】
（ａ）電源トランス方式は、最も一般的な方法で低コストであり、入出力仕様により小型から大型まで対応可能だが、スペースを多くとるためコンパクト設計が困難である。
【００１０】
（ｂ）抵抗方式は、小出力容量であれば最も低コストで省スペースであるが、固定抵抗器自体の発熱が大きいため、部品の確実な固定方法と周囲部品への影響の配慮が必要である。
【００１１】
（ｃ）コンデンサ方式は、発熱がないので実装設計はやさしいが、電源周波数（５０／６０Ｈｚ）によりインピーダンスが異なるため、供給電流に差がでる。また、大出力容量では大型コンデンサが必要になる。
【００１２】
（ｄ）スイッチング電源方式は、電源トランス方式より小さく軽量な電源トランスが使用可能であるが、回路構成が複雑で、トランジスタのスイッチングノイズにより高周波雑音が発生する。またコストは大幅に高くなる。
【００１３】
また、交流電源が１００Ｖの場合には抵抗方式またはコンデンサ方式で対応できるが、交流電源２００Ｖ対応の機器や、欧州のように交流電源２２０Ｖ〜２４０Ｖ対応の機器に組み込む直流電源装置では、抵抗方式では発熱が大きくなりすぎ（十Ｗ程度）、コンデンサ方式ではコンデンサ容量が非常に大きくなりすぎ（数十μＦ程度）て、いずれの場合にも、大スペースと高コストになるため、電源トランス方式を採用しなくてはならなかった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、交流電源１００Ｖ対応の直流電源装置と交流電源２００Ｖ対応の直流電源装置とで同一の出力容量を得ようとすると、交流電源２００Ｖ対応のものでは電源トランスの一次巻線をかなり巻き込む必要があり、交流電源１００Ｖ仕様の電源トランスに比べると大型になり、また生産数量が少ない場合はコスト高になるといった課題があった。
【００１５】
例えば、２ＶＡの出力容量の電源トランスの場合には、ＡＣ１００Ｖ仕様では、Ｅ２８型（外形寸法が縦３２mm、横３２mm、高さ２８mm）であるのに対して、交流電源２００Ｖ仕様ではＥ３５型（外形寸法縦３５mm、横３７mm、高さ３０mm）というように大型化してしまう。
【００１６】
本発明はこのような課題を解決し、小型で安価な電源回路部を有する直流電源装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明では、電源トランスの一次巻線の一端と直列に固定抵抗器を接続し、電源トランスの一次巻線に加わる電圧が前記電源トランスの定格電圧に等しくなるようにして、交流電源２００Ｖ対応の機器であっても、小型の交流電源１００Ｖ仕様の電源トランスが使用できるため、小型で安価な構成が可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、電源トランスと、前記電源トランスの一次巻線の一端と直列に接続される固定抵抗器とを備え、前記電源トランスの一次巻線の他端及び固定抵抗器の他端間に交流電源を接続し、電源トランスの一次巻線に加わる電圧を前記電源トランスの定格電圧に等しくなるように前記固定抵抗器の値を設定することにより、交流電源２００Ｖであっても固定抵抗器により電圧降下させ、電源トランスに定格電圧に等しい交流電圧を印加することができる。
【００１９】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の電源トランスの一次巻線の両端間にコンデンサを並列接続した構成としており、コンデンサの働きにより、電源トランスの一次側に印加される電圧波形を交流電圧波形と同位相にできる。
【００２０】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の電源トランスの二次巻線の両端間にコンデンサを並列接続した構成としており、コンデンサの働きにより、電源トランスの二次側に印加される電圧波形を交流電圧波形と同位相にできる。
【００２１】
本発明の請求項４記載の発明は、請求項１、２または３記載の電源トランスの一次巻線の両端間にバリスタを並列接続し、固定抵抗器より交流電源側に電流ヒューズを直列接続した構成としており、異常電圧がバリスタに印加されるとその働きにより電流ヒューズを溶断する。
【００２２】
本発明の請求項５記載の発明は、請求項１から４いずれか記載の電源トランスの二次巻線側に接続される回路の交流的に電位が変動しない箇所と交流電源の一端を高抵抗値の固定抵抗器で接続し、電源トランス一次巻線と接続する固定抵抗器は交流電源の他端に接続した構成としており、高抵抗値の固定抵抗器により、二次巻線側の回路は絶縁された状態でありながら低インピーダンスの交流電源と接続される。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）
図１に本発明の第一の実施例の回路図を示し、以下説明を行う。
【００２４】
図１において、２１はその一次定格電圧が交流電源１００Ｖの電源トランスである。２２は電源トランス２１の一次巻線の一端と直列に接続した固定抵抗器で、電源トランス２１の一次巻線の他端及び固定抵抗器２２の他端間には交流２００Ｖの交流電源２３を接続している。
【００２５】
電源トランス２１の一次巻線間には、交流電源２３から固定抵抗器２２で降下させた交流電圧が印加されており、その電圧は電源トランス２１の定格電圧に等しい交流１００Ｖである。また、電源トランス２１の二次巻線側には整流用のダイオード２４を接続し、ダイオード２４で整流した直流を制御回路２５に供給する構成である。
【００２６】
前記構成における直流電源装置の動作を図２により説明する。
【００２７】
図２中の曲線Ａは、電源トランス２１の一次巻線に印加する交流電圧Ｖとその励磁電流Ｉとの関係を示すグラフであり、交流１００Ｖ印加時の動作点は点Ｐである。
【００２８】
横軸の点Ｑ（交流電圧２００Ｖ、電流０Ａ）とこの動作点Ｐを直線Ｂで結び、その傾きの逆数を求めれば、それがこの電源トランス２１に適した固定抵抗器２２の抵抗値である。
【００２９】
すなわち、交流電圧２００Ｖの交流電源２３の電圧は電源トランス２１と固定抵抗器２２とで交流電圧１００Ｖずつ分担することになり、電源トランス２１の一次巻線には定格電圧である交流電圧１００Ｖが印加されるため、電源トランス２１やその二次巻線側に接続した制御回路２５は確実に動作することができる。
【００３０】
また、固定抵抗器２２の値を変えれば、電源トランス２１を定格電圧である点Ｐ以外の任意の動作点で動作させることもできる。つまり、固定抵抗器２２の抵抗値Ｒを大きくすれば矢印Ｒ大方向に直線が傾き、逆に固定抵抗器２２の抵抗値Ｒを小さくすれば矢印Ｒ小方向に直線が傾くので、電源トランス２１の任意の動作点で動作させることができる。
【００３１】
ところで、家電製品のなかにはその内蔵するモータやヒータなどの負荷への通電を位相制御方式で行っているものがある。この方式では制御回路２５が交流電源２３の交流０Ｖを検出し、この０Ｖを基準に負荷へ通電を開始するタイミングを決定している。例えば、制御回路２５は交流電源２３に接続された負荷への通電を制御するトライアックのゲートにオン信号を供給するが、このオン信号のタイミングを交流電源２３の０Ｖを基準に決定している。制御回路２５は交流電源２３の０Ｖ電圧検出を電源トランス２１の二次巻線側、すなわち電圧降下した交流電圧を検出するのが一般的なので、電源トランス２１の一次巻線側の電圧位相と二次巻線側の電圧位相差が最小になるように電源トランス２１や制御回路２５を設計している。
【００３２】
ここで固定抵抗器ＲとコイルＬの構成では、コイルＬの電圧位相は電源の電圧位相より進み位相となることは一般に広く知られている。本実施例のような電源トランス２１と固定抵抗器２２の接続時における関係も同様であり、電源トランス２１の一次巻線の電圧位相は交流電源２３の電圧位相より進み位相となるため、二次巻線の電圧位相は必ず交流電源２３の電圧位相よりも進み位相となる（図３参照）。そこで、このような電圧位相差が発生しないようにして交流電源２３の電圧位相を確実に検出することが望まれる。
【００３３】
（実施例２）
次に、上記した電圧位相差の発生を抑制した本発明の第二の実施例を図４を用いて説明する。なお、上記実施例と同一部分については同一符号を用いて説明を省略する。
【００３４】
図４において、２６は電源トランス２１の一次巻線の両端間に並列接続したコンデンサであり、本実施例では定格電圧が交流１２５Ｖのコンデンサを使用している。
【００３５】
固定抵抗器ＲとコンデンサＣの構成の場合には、コンデンサＣの電圧位相は電源の電圧位相より遅れ位相となることは一般に広く知られている。すなわち、本実施例によれば、電源トランス２１と固定抵抗器２２で進み位相となった電圧位相をコンデンサ２４の働きにより遅らせることができ、コンデンサ２４の値を適切に設定することにより、電源トランス２１の一次巻線に印加される電圧波形およびその二次巻線の電圧位相を交流電源２３の電圧波形と同位相にすることができる（図５参照）。
【００３６】
したがって、図５に示すｃのようなコンデンサ２６を接続することにより、二次巻線側に接続した制御回路２５、特に位相を制御する位相制御回路の場合には、交流電源２３の電圧波形に同期して交流電源２３の０Ｖを検出することができ、交流電源２３に接続された負荷の通電をトライアックなどのスイッチング素子により正常に動作させる。
【００３７】
また、コンデンサ２６の値を適切に設定することにより、電源トランス２１の二次巻線の電圧位相と交流電源２３の電圧位相との位相関係を、進み位相または遅れ位相の任意の値に設定することも可能である。
【００３８】
（実施例３）
次に、本発明の第三の実施例を図６により説明する。なお、上記実施例と同一部分については同一符号を用いて説明を省略する。
【００３９】
図６において、２７は電源トランス２１の二次巻線の両端間に並列接続したコンデンサである。
【００４０】
コンデンサＣの電圧位相はそれに印加される電圧位相より遅れ位相となることは一般に広く知られている。すなわち本実施例によれば、電源トランス２１と固定抵抗器２２で進み位相となった電圧位相をコンデンサ２７の働きにより遅らせることができ、コンデンサ２７の値を適切に設定することにより、電源トランス２１の一次巻線に印加される電圧波形およびその二次巻線の電圧位相を交流電源２３の電圧波形と同位相にすることができる。
【００４１】
したがって、第二の実施例と同様に二次側に構成した位相制御回路は電源電圧波形に同期して正常に動作することができるし、またコンデンサ２７の値を適切に設定することにより、電源トランス２１の二次巻線の電圧位相と交流電源２３の電圧位相との位相関係を、進み位相または遅れ位相の任意の値に設定することも可能である。
【００４２】
なお、本実施例では電源トランス２１の二次巻線側のみにコンデンサ２７を接続したが、実施例２のように電源トランス２１の一次巻線側にもコンデンサ２６を接続して、二次巻線の電圧位相と交流電源２３の電圧位相と合わせるようにしてもよい。
【００４３】
（実施例４）
次に、本発明の第四の実施例を図７により説明する。なお、上記実施例と同一部分については同一符号を用いて説明を省略する。
【００４４】
図において、２８は電源トランス２１の一次巻線の両端間に並列接続したバリスタで、図８に示すように、電圧Ｖ１、Ｖ２を超えると急激に電流が流れ出す特性を持っている。また、２９は電流ヒューズであり、固定抵抗器２２より交流電源２３側に位置し、電源トランス２１の一次巻線と直列に接続しており、上記のように電圧Ｖ１、Ｖ２以上がバリスタ２８に印加されると、バリスタ２８に過電流が流れるため電流ヒューズ２９は瞬時に溶断する。
【００４５】
このため、固定抵抗器２２の両端が短絡するなどにより電源トランス２１に異常な高電圧（例えば交流２００Ｖ）が印加されたとしても、バリスタ２８が短絡モードになって電流ヒューズ２９が瞬時に溶断するので、電源トランス２１やそれに並列接続されたコンデンサ２６などを極めて短時間のうちに異常電圧から保護することができる。
【００４６】
（実施例５）
次に、本発明の第五の実施例を図９により説明する。なお、上記実施例と同一部分については同一符号を用いて説明を省略する。
【００４７】
図９において、３０は電源トランス２１の二次巻線側の回路、例えば制御回路２５のＧＮＤ（交流的に電位変動しない箇所）と交流電源２３の一端を接続する高抵抗値の固定抵抗器であり、本実施例では３ＭΩの固定抵抗器を用いている。
【００４８】
ここで、電源トランス２１の一次巻線と直列接続する固定抵抗器２２は交流電源２３の他端に接続した構成としており、本実施例の構成では高抵抗値の固定抵抗器３０により、電源トランス２１の二次巻線側の制御回路２５は絶縁された状態でありながら交流電源２３と接続されている。
【００４９】
よく知られているように、家庭用コンセントはその一端はアース接地されて他端との間に交流電圧が出力されているため、いずれのラインも極めて低インピーダンス状態である。（日本国内では交流２００Ｖコンセントにはアース端子が設けてある。）
したがって本実施例によれば、電源トランス２１の二次巻線側に構成した制御回路２５に静電気が印加されたり、帯電したりしてもＧＮＤラインから確実に低インピーダンスの交流電源２３を介してアースに逃がすことができる。
【００５０】
なお、本実施例ではＧＮＤラインを交流電源２３の一端に接続したが、制御回路２５のＶｄｄライン（直流電源装置の出力を定電圧化した後）のように交流的に電位が変動しないラインを交流電源２３の一端に接続しても同様な動作を行うことができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の実施例からも明らかなように本発明の請求項１記載の発明によれば、電源トランスの一次巻線側に固定抵抗器を接続しているので、交流２００Ｖ系機器であっても交流１００Ｖ仕様の電源トランスが使用でき、小型で安価な電源回路部を有する直流電源装置を構成することができる。
【００５２】
本発明の請求項２または３記載の発明によれば、電源トランスの一次巻線または二次巻線の少なくとも一方にコンデンサを接続しているので、電源トランスの二次巻線側の電圧波形を交流電源の電圧波形と同位相に設定することができ、二次巻線側に位相制御回路を接続しても、確実に交流電源に接続された負荷の位相制御を行うことができる。
【００５３】
本発明の請求項４記載の発明によれば、電源トランスの一巻線側にバリスタおよび電流ヒューズを接続しているので、固定抵抗器自体の故障やその両端がトラッキング短絡などにより電源トランスに異常な高電圧が印加されたとしても、バリスタが短絡モードになって電流ヒューズが瞬時に溶断するため、異常電圧は極めて短時間しか印加されず、電源トランスやそれに並列接続されたコンデンサおよび電源トランスの二次巻線側に接続された部品などを異常電圧から保護することができる。
【００５４】
さらに本発明の請求項５記載の発明によれば、電源トランスの二次巻線側に接続した回路の交流的に電位変動しない箇所と交流電源の一端とを高抵抗値の固定抵抗器で接続しているので、電源トランスの二次巻線側に接続した回路に静電気が印加されたり、帯電したりしてもＧＮＤラインから確実に低インピーダンスの交流電源に逃がすことができ、二次巻線側に接続された部品を静電気破壊から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例を示す直流電源装置の回路図
【図２】同直流電源装置の動作説明図
【図３】同装置に用いる電源トランスの二次巻線側電圧波形と交流電源の電圧波形を示す図
【図４】本発明の第二の実施例を示す直流電源装置の回路図
【図５】同直流電源装置の動作説明図
【図６】本発明の第三の実施例を示す直流電源装置の回路図
【図７】本発明の第四の実施例を示す直流電源装置の回路図
【図８】同直流電源装置の動作説明図
【図９】本発明の第五の実施例を示す直流電源装置の回路図
【図１０】従来の各方式の直流電源装置の回路図
【符号の説明】
２１電源トランス
２２固定抵抗器
２３交流電源
２６コンデンサ
２７コンデンサ
２８バリスタ
２９電流ヒューズ
３０高抵抗値の固定抵抗器

Claims

電源トランスと、前記電源トランスの一次巻線の一端と直列に接続される固定抵抗器とを備え、前記電源トランスの一次巻線の他端及び固定抵抗器の他端間に交流電源を接続し、電源トランスの一次巻線に加わる電圧を前記電源トランスの定格電圧に等しくなるように前記固定抵抗器の値を設定した直流電源装置。
電源トランスの一次巻線の両端間にコンデンサを並列接続した請求項１記載の直流電源装置。
電源トランスの二次巻線の両端間にコンデンサを並列接続した請求項１または２記載の直流電源装置。
電源トランスの一次巻線の両端間にバリスタを並列に接続し、固定抵抗器より交流電源側に電流ヒューズを直列接続した請求項１〜３のいずれか１項記載の直流電源装置。
電源トランスの二次巻線側に接続される回路の交流的に電位が変動しない箇所と交流電源の一端を高抵抗値の固定抵抗器で接続し、電源トランス一次巻線と接続する固定抵抗器は交流電源の他端に接続した請求項１〜４のいずれか１項記載の直流電源装置。