JP4657382B1

JP4657382B1 - 電源回路

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Publication number: JP4657382B1
Application number: JP2010256646A
Authority: JP
Inventors: 雄三村井; 啓二佐藤; 三郎長岡; 節男鬼塚
Original assignee: 日本▲まき▼線工業株式会社
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2030-11-17
Also published as: US8773877B2; CN202142987U; US20120120690A1; JP2011155245A

Abstract

【課題】エネルギー効率が良くかつ小型化を図ることができる電源回路を提供する。
【解決手段】本発明による電源回路１は、商用電源１０に接続される入力端子２，２と、入力端子２，２間に入力導線３を介して直列接続された巻線４と、巻線４の両端間を複数に分割し、分割した各個別巻線４Ａ，４Ｂの両端に出力導線を介して接続され、各々が独立して負荷２０Ａ，２０Ｂに接続される複数の出力端子６Ａ，６Ｂとから構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、商用電源の電力を分割して負荷へと供給する電源回路に関し、例えば屋内外の照明、電光掲示板、カラー電飾、看板などのＬＥＤ機器や、床暖房、融雪装置などのヒータ機器といった、電気機器用の電源として好適に利用できるようにしたものである。

近年、上記のような電気機器として、長寿命かつ消費電力の少ないＬＥＤを使用した機器が多く流通している。このＬＥＤ機器用の電源回路として、例えば特許文献１に記載されたスイッチング電源が知られている。

同文献のスイッチング電源は、その主回路が、コンデンサとコイルからなるノイズフィルタ回路、ダイオードとコンデンサからなる整流平滑回路、電界効果トランジスタ等の放熱器付電力用スイッチング素子、及び高周波トランスを備えている。また、主回路のほかに、制御回路、過電圧保護回路及び過電流保護回路を有しており、これらを構成する各電子部品が回路基板に搭載され、金属製ケース内に収納されている。

特開２００７−２７４７５１号公報

上記のスイッチング電源は、商用電源からの入力電圧を高周波トランスで降圧し、ＬＥＤの定格電圧に適合させている。ところが、高周波トランスでは、鉄芯内に生じる渦電流によって鉄芯が加熱され、鉄損といわれるエネルギー損失が発生する。特に、高周波トランスでは、この鉄損が大きくなる。また、高周波トランスでは、導線抵抗による銅損もエネルギー損失となり、この鉄損や銅損により電源のエネルギー効率が悪くなるという問題があった。

また、上記のスイッチング電源では、高周波トランスの熱を放熱するために放熱器付電力用スイッチング素子を適用したり、ＬＥＤの故障を防ぐために過電圧保護回路や過電流保護回路を設けたりしている。ところが、これらの素子や回路を構成する電子部品の点数が多いため、回路基板のサイズが大きくなり、電源の大型化を招くという問題があった。また、上記のエネルギー損失を抑える方法として高周波トランスの導線の電流密度を低くすれば良いが、この場合、導線の線径を太くする必要があるため、高周波トランスの重量が嵩む上に、これもまた電源の大型化を招く要因になっていた。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電源のエネルギー効率が良くかつ小型化を図ることができる電源回路を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明による電源回路は、商用電源に接続される入力端子と、入力端子に接続された入力導線と、入力導線に接続された巻線と、巻線を複数に分割してなる個別巻線の各々に接続された複数の出力導線と、各出力導線に接続され各々が独立して負荷に接続される複数の出力端子とから構成されていることを特徴とする。

上記の構成からなる電源回路において、巻線の形態や分割数については特に限定されない。例えば、巻線の端部を余らせた状態で出力導線が接続され、当該巻線にて入力電圧を降圧し、降圧した電圧を分圧して出力する構成や、巻線の端部を余らせた状態で入力導線が接続され、当該巻線にて入力電圧を昇圧し、昇圧した電圧を分圧して出力する構成を採用することができる。また、巻線が単巻トランスからなり、直列巻線の始端と分路巻線の始端に接続された第１の出力端子と、分路巻線の始端と分路巻線の終端に接続された第２の出力端子とを備えた２分割回路を採用することができる。更に、巻線が単巻トランスからなり、直列巻線の始端と分路巻線の始端に接続された第１の出力端子と、分路巻線の始端と分路巻線の中間に接続された第２の出力端子と、分路巻線の中間と分路巻線の終端に接続された第３の出力端子とを備えた３分割回路を採用することもできる。

また、上記の構成からなる電源回路において、分割した電圧が等しくなくても負荷に流れる電流が等しければ、巻線内を電流がほとんど流れなくなり、エネルギー損失が少なくなる。そこで、エネルギー損失を少なくするために、巻線の巻数が均等に分割されていることが好ましい。

また、上記の構成からなる電源回路において、出力端子に接続する負荷は特に限定されないが、例えばＬＥＤを使用した電気機器を接続することができる。この場合には、商用電源から供給された交流電圧を変圧した後で直流電圧に変換する必要がある。そこで、本発明の電源回路の一形態として、出力導線と出力端子の間に、巻線で分圧した交流電圧を直流電圧に変換する整流回路が設けられている構成を採用することができる。ここで、ＬＥＤ機器を接続する場合、ＬＥＤの定格電流に適合させるために、整流回路の出力端に、負荷へ流れる電流を制限する電流制限回路が設けられていることが好ましい。

本発明の電源回路によれば、エネルギー損失がほとんど無く、商用電源から供給された入力電力を効率良く分割して各々の負荷に供給することができる。また、複数の負荷のうちの一つが変動しても他の負荷に影響を与えることがないため、安定した電力を供給することができる。

また、本発明の電源回路によれば、負荷電流の最大変動幅に対応する電流で巻線を設計することができ、巻線に流れる電流が非常に小さいので、巻線がほとんど発熱しない。このため、電源回路において、放熱器を設けたり、巻線の線径を太くしたりする必要が無くなるため、巻線のサイズを小さく製作することができ、電源回路の小型化を図ることができる。

本発明の電源回路の基本構成を示す回路図である。本発明の電源回路の原理を示す説明図である。本発明の電源回路の原理を示す説明図である。本発明の電源回路の原理を示す説明図である。本発明の電源回路の原理を示す説明図である。本発明の電源回路の原理を示す説明図である。本発明の電源回路の原理を示す説明図である。本発明の電源回路の実測値データをまとめた表である。負荷電流と入力電流との関係を示すグラフである。負荷電流の増加分と入力電流の増加分との関係を示すグラフである。本発明の実施例１による２分割整流回路を示す回路図である。図１１の全波整流回路の一例を示す回路図である。図１１の電流制限回路の一例を示す回路図である。図１１の電流制限回路の他の例を示す回路図である。図１１のＡ点における電圧と電流の波形図である。本発明の実施例２による２分割整流平滑回路を示す回路図である。図１６の定電流回路の一例を示す回路図である。図１６のＢ点における電圧と電流の波形図である。本発明の実施例３による３分割整流回路を示す回路図である。本発明の実施例４による３分割整流回路を示す回路図である。本発明の実施例５による降圧２分割回路を示す回路図である。図２１の降圧２分割回路の変形例を示す回路図である。図２１の降圧２分割回路の他の変形例を示す回路図である。本発明の実施例６による昇圧２分割回路を示す回路図である。図２１の降圧２分割回路の変形例を示す回路図である。図２４の昇圧２分割回路の変形例を示す回路図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の電源回路の基本構成を説明する。

図１に示すように、電源回路１は、入力端子２と、入力導線３と、巻線４と、出力導線５と、出力端子６とから構成されている。入力端子２は、商用電源１０に接続されており、商用電源１０から交流電源電圧を入力する。また、入力端子２，２間には、入力導線３を介して巻線４が直列に接続されている。巻線４は、その始端と終端の間が複数（図１の例では２つ）に分割されており、分割された各個別巻線４Ａ，４Ｂの両端に出力導線５、５が接続され、各出力導線５，５の端部にはそれぞれ出力端子６（６Ａ，６Ｂ）が設けられている。更に、２つの出力端子６Ａ，６Ｂには、互いに独立した負荷２０（２０Ａ，２０Ｂ）が接続され、交流電源電圧を巻線４で分圧した安定的な電力が供給されるようになっている。

次に、本発明の電源回路の原理を説明する。

（１）負荷について
図２のような回路を考えると、次のことが分かる。
・負荷Ｒ_L1が変化すると、電流Ｉ₀、Ｉ_L1、Ｉ_L2と、電圧Ｖ_L1、Ｖ_L2、Ｅが変化する。
・Ｒ_L1＝Ｒ_L2であれば、Ｖ_L1＝Ｖ_L2＝Ｖ_H/２となる。
・Ｒ_L1＝Ｒ_L2であれば、Ｖ_Hの電圧と無関係に、電圧ＥはＥ＝Ｖ_H/２となる。
・電圧ＥがＥ＝Ｖ_L1＝Ｖ_L2＝Ｖ_H/２であれば、電源電圧の１/２の電圧を負荷Ａ、Ｂに出力することができる。これは負荷Ａ、Ｂにおいて、電源電圧の１/２の電源としてエネルギー損失が無く効率良く使用可能となることを意味する。
・Ｒ_L1≠Ｒ_L2の場合にはＩ_L1＝Ｉ_L2は成立するが、Ｖ_L1≠Ｖ_L2となり電圧Ｅが変化してしまう。これでは負荷電圧が変化するので電源として使用することができない。
したがって、Ｒ_L1＝Ｒ_L2であれば電源として使用することができるが、Ｒ_L1≠Ｒ_L2の場合には負荷Ａ、Ｂの電圧が変化して電源として使用することができないので、Ｒ_L1≠Ｒ_L2であっても電圧Ｅが変化しない方法が必要である。

（２）巻線について
図３の単巻トランスにおいて、巻線全体の巻数をＮ、直列巻線の巻数をＮ₁、分路巻線の巻数をＮ₂とし、Ｎ＝Ｎ₁＋Ｎ₂、Ｎ₁＝Ｎ₂の場合を考えると、次のことが分かる。
・負荷Ｒ_Lが変化するとＩ_Lが変化するが、Ｖ_Lは変化しない。
・Ｉ_Lが変化した場合、Ｉ_Lの変化分ΔＩ_LとＩ₀の変化分ΔＩ₀との関係は、ΔＩ₀＝ΔＩ_L/２となる。
・巻数Ｎ₁とＮ₂が等しければ、巻線の中点Ｃの電圧Ｅは、負荷Ｒ_L、入力電圧Ｖ_Hの値に関係なく、Ｅ＝Ｖ_H/２となる。

（３）負荷と巻線の組み合わせについて
図２と図３を組み合わせた図４の等価回路を考えると、次のことが分かる。
・Ｎ₁＝Ｎ₂とすると、Ｅ＝Ｖ_H/２となり、ＥはＶ_Hの中点電圧となる。
・分割した電圧はＶ_L1＝Ｖ_L2となり、Ｒ_L1（負荷Ａ）、Ｒ_L2（負荷Ｂ）に安定して電力を供給することができる。
・Ｒ_L1＝Ｒ_L2とすると、Ｉ_L1＝Ｉ_L2＝Ｉ₀−励磁電流（無負荷電流）となり、負荷へ効率良く電力を供給することができる。
なお、実際にはＩ₀＞＞励磁電流であり、励磁電流は無視できる程の微小値である。実験に使用したトランスでは、Ｉ_L1＝Ｉ_L2＝２５０［ｍＡ］のとき、励磁電流は２〜５［ｍＡ］であった。

（４）負荷変動について〈その１〉
図５の回路において、負荷のバランスを変えた場合を考えてみる。ただし、Ｎ₁＝Ｎ₂、Ｒ_L2は一定で、Ｒ_L1のみが変化する（Ｒ_L1＜Ｒ_L2）ものとする。
Ｒ_L2を一定とし、Ｒ_L1が小さくなるように変化した場合、負荷Ａに流れる電流の増加分をΔＩ_L1、入力電流の増加分をΔＩ₀とすると、次のことが分かる。
・ΔＩ₀＝ΔＩ_L1/２であり、Ｉ_L2は変化しない。（Ｖ_L1＝Ｖ_L2＝Ｖ_H/２）
・巻線Ｎ₁内の電流はＣ→Ａの方向にΔｉ₁変化する。
Δｉ₁＝ΔＩ_L1/２＝ΔＩ₀となる。
・巻線Ｎ₂内の電流はＣ→Ｂの方向にΔｉ₂変化する。
Δｉ₂＝ΔＩ_L1/２＝ΔＩ₀となる。
また、負荷側のＶＡの増加分（Ｖ_L1・ΔＩ_L1）は、入力側のＶＡの増加分（Ｖ_H・ΔＩ₀）に等しい。
例えば、Ｖ_H＝１００［Ｖ］、Ｎ₁＝Ｎ₂、Ｖ_L1＝Ｖ_L2＝５０［Ｖ］、ΔＩ_L1＝１［Ａ］と考えると、負荷側のＶＡと入力側のＶＡは次のようになる。
負荷側５０［Ｖ］×１［Ａ］＝５０［ＶＡ］ ΔＩ_L1＝１［Ａ］
入力側１００［Ｖ］×０．５［Ａ］＝５０［ＶＡ］ ΔＩ₀＝０．５［Ａ］

（５）負荷変動について〈その２〉
図６の回路において、負荷のバランスを変えた場合を考えてみる。ただし、Ｎ₁＝Ｎ₂、Ｒ_L2は一定で、Ｒ_L1のみが変化する（Ｒ_L1＞Ｒ_L2）ものとする。
Ｒ_L2を一定とし、Ｒ_L1が大きくなるように変化した場合、負荷Ａに流れる電流の減少分をΔＩ_L1、入力電流の減少分をΔＩ₀とすると、次のことが分かる。
・ΔＩ₀＝ΔＩ_L1/２であり、Ｉ_L2は変化しない。（Ｖ_L1＝Ｖ_L2＝Ｖ_H/２）
・巻線Ｎ₁内の電流はＡ→Ｃの方向にΔｉ₁変化する。
Δｉ₁＝ΔＩ_L1/２＝ΔＩ₀となる。
・巻線Ｎ₂内の電流はＢ→Ｃの方向にΔｉ₂変化する。
Δｉ₂＝ΔＩ_L1/２＝ΔＩ₀となる。
また、負荷側のＶＡの減少分（Ｖ_L1・ΔＩ_L1）は、入力側のＶＡの減少分（Ｖ_H・ΔＩ₀）に等しい。
例えば、Ｖ_H＝１００［Ｖ］、Ｎ₁＝Ｎ₂、Ｖ_L1＝Ｖ_L2＝５０［Ｖ］、ΔＩ_L1＝０．５［Ａ］と考えると、負荷側のＶＡと入力側のＶＡは次のようになる。
負荷側５０［Ｖ］×０．５［Ａ］＝２５［ＶＡ］ ΔＩ_L1＝０．５［Ａ］
入力側１００［Ｖ］×０．２５［Ａ］＝２５［ＶＡ］ ΔＩ₀＝０．２５［Ａ］

（６）結論
上記（１）〜（５）の考察から、図７の回路において、以下の効果が結論付けられる。
・負荷電流が等しければ（Ｉ₁＝Ｉ₂）、単巻トランスＴのサイズを非常に小さくすることができる。
・単巻トランスＴにおいて銅損や鉄損等のエネルギー損失が少なく、効率の良い電源とすることができる。特にトロイダルトランスの場合にはエネルギー損失が極めて少なくなる。
・負荷に定電流回路（電流制限回路）を入れることにより、負荷が変動しても安定した電力を供給することができる。

次に、本発明の電源回路の実測値データについて説明する。

図７の電源回路において、負荷変動に伴う電圧と電流の値を測定した。入力電圧Ｖ_Hは１００［Ｖ］、単巻トランスＴについて直列巻線の巻数Ｎ₁と分路巻線の巻数Ｎ₂を等しくし、負荷Ｒ₂の値は一定で、負荷Ｒ₁の値のみを変化させて測定した。その測定結果を図８の表に示す。表において、Ｖ₁とＶ₂は負荷Ｒ₁とＲ₂にかかる負荷電圧、Ｉ₀は一次側に流れる入力電流、Ｉ₁とＩ₂は負荷Ｒ₁とＲ₂に流れる負荷電流、ΔＩ₀は一次側に流れる入力電流の増加分、ΔＩ₁は負荷Ｒ₁に流れる負荷電流の増加分を表わしている。

表の（カ）から明らかなように、負荷Ｒ₁とＲ₂が等しい場合、入力電圧Ｖ_Hが均等に２分割され、負荷電圧Ｖ₁とＶ₂が等しく、負荷電流Ｉ₁とＩ₂が共に入力電流Ｉ₀とほぼ等しくなる。

負荷変動した場合について見てみると、表の（ア）〜（オ）のように、負荷Ｒ₁が減少しても負荷電圧Ｖ₁とＶ₂はほとんど変わらず等しいことが分かる。また、図９のグラフから明らかなように、負荷Ｒ₁が減少するに従って負荷電流Ｉ₁と入力電流Ｉ₀はそれぞれ増加するが、負荷電流Ｉ₂はほとんど変化していない。

これとは逆に、表の（キ）〜（タ）のように、負荷Ｒ₁が増加しても負荷電圧Ｖ₁とＶ₂はほとんど変わらず等しいことが分かる。また、図９のグラフから明らかなように、負荷Ｒ₁が増加するに従って負荷電流Ｉ₁と入力電流Ｉ₀はそれぞれ減少するが、負荷電流Ｉ₂はほとんど変化していない。

更に、負荷変動に伴う負荷電流の増加分ΔＩ₁と入力電流の増加分ΔＩ₀との関係について見てみると、図１０のグラフに示すように、入力電流の増加分ΔＩ₀は負荷電流の増加分ΔＩ₁の約１/２になっていることが分かる。なお、表（サ）、（シ）、（ス）において入力電流の増加分ΔＩ₀に変化が無いのは、測定誤差によるものと考えられる。

以上の測定結果から、図７の電源回路によれば、入力電圧Ｖ_Hをエネルギー損失が無く効率良く分割して各々の負荷に均等に供給することができ、負荷の一つが変動しても他の負荷に影響を与えることがなく、分割した負荷電圧Ｖ₁とＶ₂が共に安定していることが判明した。

最後に、本発明の電源回路の実施例について説明する。

［実施例１］
図１１に示す電源回路１は、負荷としてＬＥＤ照明回路３０を接続してＬＥＤ用電源に適用した例を示している。同図において、この電源回路１は２分割整流回路であり、入力端子２と、入力導線３と、巻線４と、出力導線５と、出力端子６と、全波整流回路７と、電流制限回路８を備えてなる。

入力端子２は、商用電源１０に接続され、商用電源１０からＡＣ１００Ｖの電源電圧を入力する。巻線４は、単巻トランスからなり、直列巻線４Ａの始端と分路巻線４Ｂの終端が入力導線３を介して入力端子２，２間に直列に接続されている。

２つの出力端子６のうち、第１の出力端子６Ａは、出力導線５によって直列巻線４Ａの始端と分路巻線４Ｂの始端に接続されている。第１の出力端子６Ａには、負荷ＡとしてＬＥＤ照明回路３０が接続される。ＬＥＤ照明回路３０は、複数個のＬＥＤを直列に接続したＬＥＤ群から構成されている。また、もう一方の第２の出力端子６Ｂは、出力導線５によって分路巻線４Ｂの始端と分路巻線４Ｂの終端に接続されている。第２の出力端子６Ｂには、負荷Ｂとして同じくＬＥＤ照明回路３０が接続される。

直列巻線４Ａと分路巻線４Ｂの出力端には、それぞれ全波整流回路７，７が設けられている。全波整流回路７は、図１２に一例を示すように、４個のダイオードＤ₁〜Ｄ₄でブリッジを構成したブリッジ形整流回路を採用することができる。このブリッジ形整流回路では、巻線４で変圧した交流電圧を入力して全波整流し、直流電圧に変換して出力する。

全波整流回路７と出力端子６，６との間には、それぞれ電流制限回路８，８が設けられている。電流制限回路８は、負荷に流れる電流を制限し、負荷の過電流と温度上昇による破損を防止する保護回路である。電流制限回路８は、図１３に一例を示すように、全波整流回路７の出力端に直列接続された電流制限抵抗Ｒで構成することができる。この構成によれば、電流制限抵抗ＲによってＬＥＤ照明回路３０に流れる電流がＬＥＤの定格電流以内に制限される。

また、電流制限回路８は、図１４に他の例を示すように、バイアス抵抗Ｒ₁と、２個のトランジスタＱ₁，Ｑ₂と、電流検出抵抗Ｒ₂とから構成することもできる。バイアス抵抗Ｒ₁は全波整流回路７の出力端に接続され、これにトランジスタＱ₁のベースとトランジスタＱ₂のコレクタが接続されている。また、電流検出抵抗Ｒ₂は、トランジスタＱ₁のエミッタと、トランジスタＱ₂のベース及びエミッタに接続されている。この構成によれば、バイアス抵抗Ｒ₁からトランジスタＱ₁のベースにバイアス電圧がかかると、トランジスタＱ₁がＯＮし、ＬＥＤ照明回路３０に電流が流れてＬＥＤが点灯する。また、電流検出抵抗Ｒ₂に流れる電流が制限電流を超えると、トランジスタＱ₂がＯＮすることによってトランジスタＱ₁のバイアス電圧が遮断され、トランジスタＱ₁がＯＦＦし、ＬＥＤ照明回路３０に定格を超える過電流が流れるのを阻止するようになっている。

実施例１の電源回路１は上記のとおりに構成されており、巻線４によって商用電源１０から入力された交流電源電圧を均等に分割して、ＬＥＤ照明回路３０に安定した電力が供給される。また、ＬＥＤ照明回路３０において、図１１のＡ点では、図１５に示すような制限電流が流れる。このため、負荷の各素子のバラツキは小さく、組立上のバラツキが小さくなる。また、負荷であるＬＥＤ照明回路３０には電流制限回路８が設けられているので、負荷電圧は変化せず、Ｖ_A＝Ｖ_Bである。したがって、負荷電流についてＩ_A≒Ｉ_Bが成立するので、単巻トランスに流れる電流は小さくなる。その値は巻線４の励磁電流＋１/２（Ｉ_A〜Ｉ_B）程度である。

以上の理由から、本実施例の電源回路１によれば、商用電源１０から供給された入力電力を２つのＬＥＤ照明回路３０，３０に対して効率良く供給することができる。また、負荷に必要な電流Ｉ_A、Ｉ_Bでなく、負荷電流の最大変動幅（１/２（Ｉ_A〜Ｉ_B）の最大値）に対応できる電流で単巻トランスを設計することができる。また、単巻トランスに流れる電流が非常に小さいので、単巻トランスの巻線４がほとんど発熱しない。このため、電源回路１において、放熱器を設けたり、直列巻線４Ａの線径を太くしたりする必要が無くなるので、単巻トランスのサイズを小さく製作することができ、電源回路１の小型化を図ることができる。

［実施例２］
図１６に示す電源回路１は、同じくＬＥＤ照明回路３０を接続してＬＥＤ用電源に適用した例を示している。同図において、この電源回路１は２分割整流平滑回路であり、実施例１の電流制限回路８に替えて、電解コンデンサＣと定電流回路９を設けたことが特徴である。

全波整流回路７の出力端には、電解コンデンサＣが並列接続されている。この電解コンデンサＣは、全波整流回路７から出力された脈流を直流に平滑化する平滑回路として機能する。

電解コンデンサＣと出力端子６Ａ，６Ｂとの間には、それぞれ定電流回路９，９が設けられている。定電流回路９は、図１７に一例を示すように、ＬＥＤ照明回路３０に直列接続された定電圧・定電流ＩＣと、このＩＣに接続された抵抗Ｒとから構成することができる。この構成によれば、ＬＥＤ照明回路３０に流れる電流を制限して定電流駆動することにより、ＬＥＤ照明回路３０を構成するＬＥＤが過電流から保護される。

実施例２の電源回路１は上記のとおりに構成されており、ＬＥＤ照明回路３０において、図１６のＢ点では、図１８に示すような制限された一定の電流が流れる。このため、負荷のバラツキによる直流電流ＤＣＩ_A、ＤＣＩ_Bは定電流回路９において調整されるので、ＤＣＩ_A＝ＤＣＩ_Bとすることが可能である。したがって、商用電源１０から供給された入力電力を均等に分割して２つのＬＥＤ照明回路３０，３０に対して効率良く供給することができる。また、直流電流がＤＣＩ_A＝ＤＣＩ_Bであれば、負荷電流をＩ_A＝Ｉ_Bに調整することができる。このため、単巻トランスに流れる電流が極めて小さくなり、単巻トランスの巻線４がほとんど発熱しない。したがって、実施例１と同様の理由から、電源回路１の小型化を図ることができる。

［実施例３］
図１９に示す電源回路１は、同じくＬＥＤ照明回路３０を接続してＬＥＤ用電源に適用した例を示している。同図において、この電源回路１は３分割整流回路であり、出力端子６を３つ設けてそれぞれにＬＥＤ照明回路３０を接続したことが特徴である。

３つの出力端子６のうち、第１の出力端子６Ａは、全波整流回路７と電流制限回路８を介して、直列巻線４Ａの始端と分路巻線４Ｂの始端に接続されている。第１の出力端子６Ａには、負荷Ａとして直列接続された複数個のＬＥＤ群からなるＬＥＤ照明回路３０が接続される。第２の出力端子６Ｂは、全波整流回路７と電流制限回路８を介して、分路巻線４Ｂの始端と分路巻線４Ｂの中間に接続されている。第２の出力端子６Ｂには、負荷Ｂとして同様にＬＥＤ照明回路３０が接続される。第３の出力端子６Ｃは、全波整流回路７と電流制限回路８を介して、分路巻線４Ｂの中間と分路巻線４Ｂの終端に接続されている。第３の出力端子６Ｃにもまた、負荷ＣとしてＬＥＤ照明回路３０が接続される。

このように３つに分割した巻線４において、それぞれの個別巻線の巻数は等しく、Ｎ₁＝Ｎ₂＝Ｎ₃に設定されている。このため、分割した負荷電圧がすべて等しく、Ｖ_A＝Ｖ_B＝Ｖ_Cになっている。

実施例３の電源回路１は上記のとおりに構成されており、３つの負荷Ａ、Ｂ、Ｃに流れる電流が等しければ（Ｉ_A＝Ｉ_B＝Ｉ_C）、３分割であっても、商用電源１０から供給された入力電力をすべてのＬＥＤ照明回路３０に対して効率良く分配することができる。

［実施例４］
図２０に示す電源回路１は、実施例３と同じく３分割整流回路であるが、分割電圧が異なる場合を表わしたものである。

この実施例の場合、３つに分割した巻線４において、それぞれの個別巻線の巻数が相違し、Ｎ₁≠Ｎ₂≠Ｎ₃に設定されている。このため、分割した負荷電圧が異なり、Ｖ_A≠Ｖ_B≠Ｖ_Cになっている。

実施例４の電源回路１は上記のとおりに構成されており、この回路においても３つの負荷Ａ、Ｂ、Ｃに流れる電流が等しければ（Ｉ_A＝Ｉ_B＝Ｉ_C）、分割した負荷電圧Ｖ_A、Ｖ_B、Ｖ_Cが等しくなくても、上述した実施例と同様に入力電力をすべてのＬＥＤ照明回路３０に対して効率良く分配することができる。

［実施例５］
図２１に示す電源回路１は、実施例１，２と同じく２分割回路であるが、入力電圧を降圧して分割出力するようにしたことが特徴である。

本実施例の電源回路１の場合、巻線４は、その始端と終端を所定の巻数だけ余らせた状態の端部巻線Ｎ₁，Ｎ₄と、端部巻線間を２分割した個別巻線Ｎ₂，Ｎ₃とから構成されている。また、個別巻線Ｎ₂，Ｎ₃の両端にはそれぞれ出力導線５，５が接続され、各出力導線５の末端に出力端子６が設けられている。この電源回路１によると、入力端子２，２から入力導線３を介して入力された入力電圧を巻線４において降圧し、降圧した電圧を個別巻線Ｎ₂，Ｎ₃によって分圧し、その分圧した電力を、出力導線５を介して出力端子６から出力するようになっている。

ここで、本実施例の電源回路１においては、次のことが分かる。
・入力側電力と出力側電力は等しい。（Ｖ_H・Ｉ₀＝Ｖ_L1・Ｉ_L1＋Ｖ_L2・Ｉ_L2）
ただし、Ｉ₀＜Ｉ_L1，Ｉ_L2
・端部巻線Ｎ₁に流れる電流をＩ₀とすると、
個別巻線Ｎ₂に流れる電流はＩ₀−Ｉ_L1
個別巻線Ｎ₃に流れる電流はＩ₀−Ｉ_L2
端部巻線Ｎ₄に流れる電流はＩ₀である。
・Ｖ_H＝１００［Ｖ］、Ｒ_L1＝Ｒ_L2＝４０［Ω］、Ｖ_L1＝Ｖ_L2＝４０［Ｖ］とした場合、Ｉ_L1＝Ｉ_L2＝１［Ａ］、Ｉ₀＝０．８［Ａ］となる。
・端部巻線Ｎ₁とＮ₄の巻数が等しいとＩ₀＝０．８［Ａ］となる。
・個別巻線Ｎ₂とＮ₃の巻数が等しいとＩ₀−Ｉ_L1＝Ｉ₀−Ｉ_L2＝０．２［Ａ］となる。

したがって、エネルギー損失を抑えてより効率良く電力を取り出すためには、電流が多く流れる端部巻線Ｎ₁とＮ₄の巻線抵抗を小さくする必要がある。そこで、巻線抵抗を小さくする方法としては、図２２や図２３に示す構成が考えられる。図２２に示す回路は端部巻線Ｎ₁とＮ₄を更に分割して並列接続したものであり、図２３に示す回路は端部巻線Ｎ₁とＮ₄の線径を個別巻線Ｎ₂，Ｎ₃よりも太くして直列接続したものである。いずれの構成においても、図２１の回路に比べて端部巻線Ｎ₁とＮ₄の巻線抵抗が小さくなるので、エネルギー損失が少なくなり、巻線４で降圧した電圧を効率良く分圧して負荷に供給することができる。

［実施例６］
図２４に示す電源回路１は、実施例５とは反対に、入力電圧を昇圧して分割出力するようにしたことが特徴である。

本実施例の電源回路１の場合、巻線４が端部巻線Ｎ₁，Ｎ₄と個別巻線Ｎ₂，Ｎ₃とから構成されている点は実施例５と同様であるが、個別巻線Ｎ₂，Ｎ₃の両端にそれぞれ入力導線３，３が接続されている点が異なっている。この電源回路１によると、入力端子２，２から入力導線３を介して入力された入力電圧を巻線４において昇圧し、昇圧した電圧を個別巻線Ｎ₂，Ｎ₃によって分圧し、その分圧した電力を、出力導線５を介して出力端子６から出力するようになっている。

ここで、本実施例の電源回路１においては、次のことが分かる。
・入力側電力と出力側電力は等しい。（Ｖ_H・Ｉ₀＝Ｖ_L1・Ｉ_L1＋Ｖ_L2・Ｉ_L2）
ただし、Ｉ₀＞Ｉ_L1，Ｉ_L2
・Ｖ_H＝１００［Ｖ］、Ｒ_L1＝Ｒ_L2＝６０［Ω］、Ｖ_L1＝Ｖ_L2＝６０［Ｖ］とした場合、Ｉ_L1＝Ｉ_L2＝１［Ａ］、Ｉ₀＝１．２［Ａ］となる。
・端部巻線Ｎ₁とＮ₄の巻数が等しいと、Ｎ₁とＮ₄に流れる電流は１［Ａ］となる。
・個別巻線Ｎ₂とＮ₃の巻数が等しいと、Ｎ₂とＮ₃に流れる電流は０．２［Ａ］となる。

したがって、本実施例においてもエネルギー損失を抑えてより効率良く電力を取り出すためには、電流が多く流れる端部巻線Ｎ₁とＮ₄の巻線抵抗を小さくすれば良い。巻線抵抗を小さくする方法としては、図２２や図２３で説明したように、端部巻線Ｎ₁とＮ₄を並列接続する構成や、端部巻線Ｎ₁とＮ₄の線径を太くして直列接続する構成を採用することができる。いずれの構成においても、端部巻線Ｎ₁とＮ₄の巻線抵抗が小さくなるので、エネルギー損失が少なくなり、巻線４で昇圧した電圧を効率良く分圧して負荷に供給することができる。

［その他］
実施例５では巻線４の両端の端部巻線Ｎ₁，Ｎ₄を余らせた状態で出力導線５，５を接続したが、これに代えて、図２５に示すように端部巻線Ｎ₁とＮ₄を結合して、巻線４の始端のみ（あるいは終端のみ）を余らせた状態で出力導線５，５を接続しても良い。また、実施例６では巻線４の両端の端部巻線Ｎ₁，Ｎ₄を余らせた状態で入力導線３，３を接続したが、これに代えて、図２６に示すように端部巻線Ｎ₁とＮ₄を結合して、巻線４の始端のみ（あるいは終端のみ）を余らせた状態で入力導線３，３を接続しても良い。ただし、図２６の回路において、出力導線５を接続した巻線４の中点Ｃが入力導線３の接続点Ａに近すぎると、それだけエネルギー損失が多く効率が悪くなるので好ましくない。具体的には、巻線４について、入力電圧と出力電圧の変圧比が１：１〜１．５程度の範囲内になるように中点Ｃと接続点Ａの位置を設定するのが好ましい。

また、実施例５と６の図面では、説明の便宜上、出力導線５，５と出力端子６，６の一方を共用しているが、本発明の電源回路１は、個々の負荷を独立して接続するため、実施例１等と同様に各々の出力導線５と出力端子６が独立していることが条件となる。

なお、以上の実施例では電源回路１の巻線４を２つまたは３つに分割した例を挙げて説明したが、分割数はこれに限られず、４つ以上に分割した回路であっても同様の効果が得られる。また、電源回路１に負荷２０としてＬＥＤ照明回路３０を接続したが、これ以外であっても良く、電光掲示板、カラー電飾、看板などのＬＥＤ機器や、床暖房、融雪装置などのヒータ機器といった、その他の電子機器を接続することもできる。

１…電源回路
２…入力端子
３…入力導線
４…巻線
５…出力導線
６…出力端子
７…全波整流回路
８…電流制限回路
９…定電流回路
１０…商用電源
２０…負荷
３０…ＬＥＤ照明回路

Claims

商用電源に接続される入力端子と、入力端子に接続された入力導線と、入力導線に接続された巻線と、巻線を複数に分割してなる個別巻線の各々に接続された複数の出力導線と、各出力導線に接続され各々が独立して負荷に接続される複数の出力端子とから構成されていることを特徴とする電源回路。
巻線の端部を余らせた状態で出力導線が接続され、当該巻線にて入力電圧を降圧し、降圧した電圧を分圧して出力することを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
巻線の端部を余らせた状態で入力導線が接続され、当該巻線にて入力電圧を昇圧し、昇圧した電圧を分圧して出力することを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
巻線が単巻トランスからなり、直列巻線の始端と分路巻線の始端に接続された第１の出力端子と、分路巻線の始端と分路巻線の終端に接続された第２の出力端子とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源回路。
巻線が単巻トランスからなり、直列巻線の始端と分路巻線の始端に接続された第１の出力端子と、分路巻線の始端と分路巻線の中間に接続された第２の出力端子と、分路巻線の中間と分路巻線の終端に接続された第３の出力端子とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源回路。
巻線の巻数が均等に分割されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源回路。
出力導線と出力端子の間に、巻線で分圧した交流電圧を直流電圧に変換する整流回路が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電源回路。
整流回路の出力端に、負荷へ流れる電流を制限する電流制限回路が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の電流回路。