JP4925316B2

JP4925316B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP4925316B2
Application number: JP2007157912A
Authority: JP
Inventors: 幹夫伊東; 恭平加田; 健二小幡; 篤井坂; 澄夫和田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2027-06-14
Also published as: JP2008312354A

Description

本発明は、負荷変動の小さい負荷と、負荷変動の大きい負荷とに電源を供給する電源装置に関するものである。

従来、フライバック・コンバータとフォワード・コンバータとを備え、フライバック・コンバータにより負荷変動の小さい負荷に一定電圧を供給し、フォワード・コンバータにより負荷変動の大きな第２の負荷に駆動電圧を供給する電源装置があった（例えば、特許文献１参照）。

また、このような電源装置として、静電霧化現象によりナノサイズのマイナスイオンミストを発生させる静電霧化装置に使用されるものがあった。ナノイオンミストの粒径は３〜数十ｎｍ程度であって、人体の角質細胞の大きさである７０ｎｍよりも小さな粒径であるため、このナノイオンミストの暴露により角質層表面の奥までも水分が十分に補給されて、高い保湿効果が得られるようになっている。また、脱臭効果や毛髪の保湿効果等の他の効果も得られるようになっているので、例えばヘアドライヤや空気清浄器などの多様な商品に備えることで多様な効果が得られるものである。

静電霧化装置とは、放電極と、放電極に対向して位置する対向電極と、放電極に水を供給する供給手段とを備え、放電極と対向電極との間に高電圧を印加することで放電極に供給される水を霧化させ、ナノサイズで強い電荷を持つマイナスイオンミスト（以下、これをナノイオンミストという）を発生させるものである。そして本出願人は、水の供給手段として、通電により冷却され空気中の水分を基に水を生成させるためのペルチェ素子を備え、例えばペルチェ素子により放電極を冷却し、空気中の水分を放電極の表面に結露させることで放電極に水を供給する構成を提案している。

ここで、放電極と対向電極との間には高電圧を印加する必要があり、またペルチェ素子に供給する電圧は周囲温度に応じて変化させる必要があるので、静電霧化装置に用いられる従来の電源装置は、電圧値が略一定の高電圧を発生させる高圧電源回路と、周囲温度に応じて電圧値が可変のペルチェ電源回路とを備えていた。

図９は静電霧化装置に用いる従来の電源装置のブロック回路図であり、交流電源から供給される交流電源電圧を全波整流して直流電圧に変換する直流電源回路５１と、直流電源回路５１から供給される直流電圧を昇圧した一定電圧を発生し、放電極と対向電極との間に供給する高圧電源回路５２と、直流電源回路５１から供給される直流電圧を平滑した電圧を発生し、ペルチェ素子に供給するペルチェ電源回路５３とで構成されている。

高圧電源回路５２は、直流電源回路５１の出力端子間にスイッチング素子Ｑ１１を介して一次巻線ｎ１１が接続されたトランスＴ１１と、トランスＴ１１の二次巻線ｎ１２の両端間にダイオードＤ３１を介して接続されたコンデンサＣ３１とを備えたフライバック・コンバータで構成されている。本回路では、スイッチング素子Ｑ１１のオン時にトランスＴ１１に蓄積されたエネルギが、スイッチング素子Ｑ１１のオフ時に放出され、ダイオードＤ３１を介してコンデンサＣ３１を充電することにより、コンデンサＣ３１の両端間に入力電圧を昇圧した高圧電圧Ｖ１が発生し、負荷５４に供給される。ここで、制御回路５２ａは、トランスＴ１１の帰還巻線ｎ１３に発生する帰還信号に基づいてスイッチング素子Ｑ１１のオン／オフを制御することにより、出力電圧Ｖ１を略一定の電圧に制御している。

一方、ペルチェ電源回路５３は、直流電源回路５１の出力端子間にスイッチング素子Ｑ１２を介して一次巻線ｎ１４が接続されたトランスＴ１２と、トランスＴ１２の二次巻線ｎ１５の両端間にダイオードＤ３２を介して接続されたコンデンサＣ３２とを備えたフォワード・コンバータで構成されている。本回路では、スイッチング素子Ｑ１２のオン時に、トランスＴ１２の二次巻線ｎ１５からダイオードＤ３２を介してコンデンサＣ３２に充電電流が流れ、コンデンサＣ３２の充電電圧が負荷５５に供給される。ここで、制御回路５３ａは、トランスＴ１２の帰還巻線ｎ１６に発生する帰還信号と、出力電圧Ｖ２を抵抗およびサーミスタＴＨ２の分圧回路で分圧した電圧信号とに基づいて、スイッチング素子Ｑ１２のオン／オフを制御しており、サーミスタＴＨ２の検出温度に応じて出力電圧Ｖ２を変化させ、負荷５５であるペルチェ素子の冷却温度を制御している。
特開昭５９−２２６６５６号公報

上述した従来の電源装置では、高圧電源回路５２をフライバック・コンバータで構成するとともに、ペルチェ電源回路５３をフォワード・コンバータで構成しており、高圧電源回路５２とペルチェ電源回路５３のそれぞれがトランスを含めた１次側回路を別個に備えているので、部品点数が増加し、コストアップや実装基板の大型化を招くという問題があった。また従来の電源装置では、直流電源回路５１を構成する回路部品と、高圧電源回路５２を構成する回路部品と、ペルチェ電源回路５３を構成する回路部品とをそれぞれ別々の実装基板に実装しており、この電源装置を備えた静電霧化装置をヘアドライヤに組み込む場合は、ヘアドライヤの内部空間が限られているため、部品点数の増加により実装基板が大型化すると、部品配置の設計の自由度が低下するという問題もあった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、部品点数を削減してコストダウンや実装基板の小型化を図った電源装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、放電極及び対向電極と、放電極を冷却するペルチェ素子とを備えた静電霧化装置に用いられる電源装置であって、直流電源回路と、直流電源回路の一方の出力端子に一次側巻線の一端が接続されるとともに、第１及び第２の二次側巻線と帰還巻線とを備えたトランスと、直流電源回路の他方の出力端子と一次側巻線の他端との間に接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子のオフ時に第１の二次側巻線から放出されるエネルギにより充電される第１のコンデンサを具備し、第１のコンデンサの両端電圧を第１の負荷に供給するフライバック・コンバータ回路と、スイッチング素子のオン時に第２の二次側巻線から放出されるエネルギにより充電される第２のコンデンサを具備したフォワード・コンバータ回路と、帰還巻線に発生する帰還信号に基づいてフライバック・コンバータ回路の出力電圧が一定電圧となるようにスイッチング素子のオン・オフを制御する制御回路と、フォワード・コンバータ回路の出力電圧をスイッチングすることによって電圧値が可変の出力電圧を発生して第２の負荷に供給する電圧変換回路とを備え、第１の負荷は放電極及び対向電極であり、第２の負荷はペルチェ素子であり、フライバック・コンバータ回路は、ペルチェ素子に供給される電圧に比べて高い電圧を放電極及び対向電極に供給し、電圧変換回路は、ペルチェ素子に供給する出力電圧を周囲温度に応じて変化させることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、少なくとも直流電源回路と電圧変換回路とを構成する回路部品を第１の実装基板に実装するとともに、他の回路部品を第２の実装基板に実装したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、フライバック・コンバータ回路と、フォワード・コンバータ回路とでトランスやトランスの一次側回路を共用しているので、部品点数を削減でき、コストダウンや実装基板の小型化を実現できるという効果がある。また制御回路が、トランスの帰還巻線に発生する帰還信号に基づいて、スイッチング素子のオン／オフを制御することで、電圧値が略一定の出力電圧を第１の負荷に供給することができる。また電圧変換回路が、フォワード・コンバータ回路の出力電圧をスイッチングすることによって、電圧値が可変の出力電圧を第２の負荷に供給することができる。

請求項２の発明によれば、２枚の実装基板に回路部品を実装できるので、直流電源回路の回路部品と、フライバック・コンバータからなる高圧電源回路の回路部品と、フォワードコンバータからなるペルチェ電源回路の回路部品とをそれぞれ別々の実装基板に実装した従来の電源装置に比べて、実装基板の枚数を削減することができ、電源装置を筐体に組み込む際に実装基板の収納スペースを小さくできるという効果がある。

以下に本発明の実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。

本実施形態の電源装置は、従来技術で説明した静電霧化装置に用いられる電源装置であって、放電極と対向電極との間に高電圧を印加する高圧電源回路と、冷却側伝熱部により放電極を冷却することで空気中の水分を放電極表面に結露させるペルチェ素子に対して周囲温度に応じた電圧を印加する可変電源のペルチェ電源回路とを備えている。

図１は本実施形態の電源装置の回路図であり、直流電源回路４１と、直流電源回路４１の一方（正側）の出力端子に一次側巻線ｎ１の一端（巻き終わり端）が接続されるとともに、第１及び第２の二次側巻線ｎ２，ｎ３と帰還巻線ｎ４とを備えたトランスＴ１と、直流電源回路４１の他方（負側）の出力端子と一次側巻線ｎ１の他端との間に接続されたスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１のオフ時に二次側巻線ｎ２から放出されるエネルギにより充電される第１のコンデンサＣ１を具備し、第１のコンデンサＣ１の両端電圧を第１の負荷に供給するＲＣＣ方式のレギュレータ回路であるフライバック・コンバータ回路４２と、スイッチング素子Ｑ１のオン時に二次側巻線ｎ３から放出されるエネルギにより充電される第２のコンデンサＣ２を具備したフォワード・コンバータ回路４３と、帰還巻線ｎ４に発生する帰還信号に基づいてフライバック・コンバータ回路４２の出力電圧が一定電圧となるようにスイッチング素子Ｑ１のオン・オフを制御する制御回路４４と、フォワード・コンバータ回路４３の出力電圧をスイッチングすることによって電圧値が可変の出力電圧を発生して第２の負荷に供給する電圧変換回路４５とを備えている。ここにおいて、フライバック・コンバータ回路４２から放電極と対向電極との間に高電圧（例えば無負荷時において３．８ｋＶ）を印加する高圧電源回路が構成され、フォワード・コンバータ回路４３および電圧変換回路４５からペルチェ素子に対して周囲温度に応じた電圧を印加するペルチェ電源回路が構成される。

直流電源回路４１は、入力端子Ｐ１，Ｐ２を介して供給される交流電源ＡＣを全波整流するダイオードブリッジＤＢと、ダイオードブリッジＤＢの出力電圧を整流するコンデンサＣ１０とで構成される。

直流電源回路４１の一方（高圧側）の出力端子には、トランスＴ１の一次側巻線ｎ１の一端が接続され、一次側巻線ｎ１の他端にはＮ型のＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチング素子Ｑ１のドレイン端子が接続される。スイッチング素子Ｑ１のソース端子は抵抗Ｒ７を介して直流電源回路４１の他方（低圧側）の出力端子に接続され、ゲート端子には制御回路４４の出力が接続されている。またスイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間には抵抗Ｒ４が接続され、スイッチング素子Ｑ１のゲートと直流電源回路４１の高圧側の出力端子との間には抵抗Ｒ９が接続されている。また、一次側巻線ｎ１には抵抗Ｒ８とコンデンサＣ６とダイオードＤ３からなるスナバ回路が並列に接続されている。

制御回路４４は、一端が直流電源回路４１の低圧側出力端子に接続されたトランスＴ１の帰還巻線ｎ４と、帰還巻線ｎ４の他端とスイッチング素子Ｑ１のゲート端子との間に接続された抵抗Ｒ５およびコンデンサＣ４の直列回路と、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子と直流電源回路４１の低圧側出力端子との間にダイオードＤ４を介してコレクタ−エミット間が接続されるととともに、スイッチング素子Ｑ１のソース端子が抵抗Ｒ６を介してベースに接続されたＮＰＮ型トランジスタよりなるスイッチング素子Ｑ２とを備えている。

また、トランスＴ１の二次側巻線ｎ２の一端（巻き終わり端）にはダイオードＤ１のカソードが接続され、ダイオードＤ１のアノードと二次側巻線ｎ２の他端との間には平滑用のコンデンサＣ１と抵抗Ｒ１とが並列に接続され、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖ１が出力端子Ｐ３，Ｐ４を介して負荷に供給される。また二次側巻線ｎ２の他端は、抵抗Ｒ１０〜Ｒ１３の直列回路を介して直流電源回路４１の低圧側出力端子に電気的に接続されている。ここに、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、トランスＴ１、スイッチング素子Ｑ１などからフライバック・コンバータ回路４２が構成されている。

トランスＴ１の他方の二次側巻線ｎ３の一端（巻き終わり端）にはダイオードＤ２のアノードが接続され、ダイオードＤ２のカソードと二次側巻線ｎ３の他端との間には平滑用のコンデンサＣ２が接続されており、二次側巻線ｎ３の他端は直流電源回路４１の低圧側出力端子に電気的に接続されている。ここに、ダイオードＤ２、コンデンサＣ２、トランスＴ１、スイッチング素子Ｑ１などからフォワード・コンバータ回路４３が構成され、トランスＴ１やスイッチング素子Ｑ１などの一次側回路を上記のフライバック・コンバータ回路４２と共用している。

電圧変換回路４５は、ダイオードＤ２とコンデンサＣ２との接続点にエミッタが接続されるとともに、ベースが抵抗Ｒ３およびＮＰＮ型のトランジスタよりなるスイッチング素子Ｑ４を介して直流電源回路４１の低圧側出力端子に接続されたＰＮＰ型のトランジスタよりなるスイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ３のベース・エミッタ間に接続された抵抗Ｒ２と、スイッチング素子Ｑ３のコレクタと直流電源回路４１の低圧側出力端子との間に接続された平滑用のコンデンサＣ３と、スイッチング素子Ｑ４のオン／オフを制御する制御回路４５ａとを備えたシリーズ・レギュレータ回路により構成され、コンデンサＣ３の両端電圧が出力端子Ｐ５，Ｐ６を介して負荷（ペルチェ素子）に供給される。

制御回路４５ａは、コンデンサＣ３の高圧側端子に一端が接続された抵抗Ｒ１４と、制御電源Ｖｃｃと直流電源回路４１の低圧側出力端子との間に接続された抵抗Ｒ１６とツェナーダイオードＺＤ１との直列回路と、ツェナーダイオードＺＤ１の両端間に接続されたサーミスタＴＨ１と抵抗Ｒ１７との直列回路と、抵抗Ｒ１７に並列接続されたコンデンサＣ５と、抵抗Ｒ１４の他端が反転入力端子に接続されるとともに、サーミスタＴＨ１および抵抗Ｒ１７の接続点が非反転入力端子に接続されたオペアンプＯＰ１と、オペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子との間に接続された抵抗Ｒ１５及びコンデンサＣ４の並列回路と、ツェナーダイオードＺＤ１と並列に接続された抵抗Ｒ１８および発光ダイオードＬＤ１の直列回路と、発光ダイオードＬＤ１と並列に接続された抵抗Ｒ１９と、オペアンプＯＰ１の出力に一端が接続された抵抗Ｒ２０と、抵抗Ｒ２０の他端にカソードが接続されるとともに、アノードがスイッチング素子Ｑ４のベースに接続されたツェナーダイオードＺＤ２とを備えている。尚、図１中のＰ７はフレームグランドに接続するための接地端子である。

次に本電源装置の動作について説明する。まず、直流電源回路４１に交流電源ＡＣが投入されると、交流電源ＡＣの電源電圧がダイオードブリッジＤＢにより全波整流され、コンデンサＣ１０により平滑され、交流電源ＡＣを整流、平滑して得た直流電源がトランスＴ１の一次側回路に供給される。この時、制御回路４４ではスイッチング素子Ｑ１のゲート端子にオン電圧が印加されて、スイッチング素子Ｑ１がターンオンする。スイッチング素子Ｑ１がオンすると、直流電源回路４１から一次側巻線ｎ１、スイッチング素子Ｑ１、抵抗Ｒ７の経路で一次電流が流れる。ここで、フライバック・コンバータ回路４２ではダイオードＤ１が逆極性に接続されているので、スイッチング素子Ｑ１のオン時にはダイオードＤ１がオフし、トランスＴ１にエネルギが蓄積される。一方、フォワード・コンバータ回路４３ではダイオードＤ２が順方向に接続されているので、スイッチング素子Ｑ１のオン時にダイオードＤ２もオンし、二次側巻線ｎ３からダイオードＤ２を介してコンデンサＣ２に充電電流が供給され、コンデンサＣ２の両端間に充電電圧が発生する。

ここで、スイッチング素子Ｑ１のオン時にトランスＴ１の一次側巻線ｎ１に一次電流が流れると、抵抗Ｒ７の両端には一次電流に比例した電圧が発生し、抵抗Ｒ７の両端電圧が所定電圧以上にまで増加すると、抵抗Ｒ６を通ってスイッチング素子Ｑ２にベース電流が流れ、スイッチング素子Ｑ２がオンになる。この時、スイッチング素子Ｑ１のゲート電荷がスイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ４を介して引き抜かれるので、ゲート電圧が低下して、スイッチング素子Ｑ１がターンオフし、スイッチング素子Ｑ２もオフになる。尚、スイッチング素子Ｑ１のターンオフ時に一次側巻線ｎ１の両端に発生するサージ電圧は上述のスナバ回路により抑制されるようになっている。

スイッチング素子Ｑ１がオフになると、トランスＴ１の一次側巻線ｎ１に流れる一次電流が遮断されて、二次側巻線ｎ２，ｎ３に逆起電力が発生する。この時、フライバック・コンバータ回路４２ではダイオードＤ１がオンになり、スイッチング素子Ｑ１のオン時にトランスＴ１に蓄積されたエネルギが放出され、二次側巻線ｎ２→コンデンサＣ１→ダイオードＤ１の経路で充電電流が流れて、コンデンサＣ１が充電される。一方、フォワード・コンバータ回路４３ではダイオードＤ２が逆極性に接続されているので、ダイオードＤ２はオフ状態のままであり、スイッチング素子Ｑ１のオフ時にはフォワード・コンバータ回路４３に二次電流が流れない。

また、スイッチング素子Ｑ１のオフ時において逆起電力が発生した後の二次側巻線ｎ２には、ごく小さな残留エネルギーがあり、この残留エネルギーがバックスイングして帰還巻線ｎ４に電圧が発生するので、制御回路４４では、帰還巻線ｎ４に発生した電圧を抵抗Ｒ５およびコンデンサＣ４の直列回路を介してスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に印加することで、所定時間後にスイッチング素子Ｑ１がターンオンする。

そして、上記動作の繰り返しによって、スイッチング素子Ｑ１が自励発振動作を行い、フライバック・コンバータ回路４２のコンデンサＣ１と、フォワード・コンバータ回路４３のコンデンサＣ２とが充電され、コンデンサＣ１の両端間に発生した高圧電圧Ｖ１が図示しない放電極と対向電極との間に印加されて、放電極に供給される水を霧化させるとともに、コンデンサＣ２の両端電圧Ｖ２が電圧変換回路４５に供給される。

電圧変換回路４５では、周囲温度によって抵抗値が変化するサーミスタＴＨ１を用い、サーミスタＴＨ１の抵抗値変化に応じて負荷であるペルチェ素子（図示せず）に供給する出力電圧Ｖ３を変化させている。なお、サーミスタＴＨ１は、周囲温度が高くなると抵抗値が低下し、周囲温度が低くなると抵抗値が増大する特性を有している。

この電圧変換回路４５の動作について以下に説明する。オペアンプＯＰ１の反転入力端子には、コンデンサＣ３の両端電圧（つまり電圧変換回路４５の出力電圧）Ｖ３が抵抗Ｒ１４を介して入力される。一方、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧をサーミスタＴＨ１と抵抗Ｒ１７とで分圧した分圧電圧が基準電圧Ｖｒｅｆとして入力されている。オペアンプＯＰ１は、反転入力端子に印加された電圧変換回路４５の出力電圧Ｖ３と、非反転入力端子に印加された基準電圧Ｖｒｅｆとを差動増幅した信号をスイッチング素子Ｑ４のゲートに印加している。

ここで、電圧変換回路４５の出力電圧Ｖ３が基準電圧Ｖｒｅｆよりも高ければ、オペアンプＯＰ１の出力電圧の極性が負になって、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ３がオフになるので、コンデンサＣ２からコンデンサＣ３に充電電流が流れなくなって、コンデンサＣ３の両端電圧（すなわち電圧変換回路４５の出力電圧Ｖ３）が低下する。一方、電圧変換回路４５の出力電圧Ｖ３が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低ければ、オペアンプＯＰ１の出力電圧の極性が正になり、スイッチング素子Ｑ４のスレショルドレベルを越えると、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ３がオンになるので、コンデンサＣ２からコンデンサＣ３に充電電流が流れて、コンデンサＣ３の両端電圧（すなわち電圧変換回路４５の出力電圧Ｖ３）が増加する。したがって、制御回路４５ａが、出力電圧Ｖ３と基準電圧Ｖｒｅｆとの高低を比較し、比較結果に応じてスイッチング素子Ｑ４のオン／オフを制御することで、出力電圧Ｖ３が基準電圧Ｖｒｅｆに一致するように制御される。

ところで、この基準電圧Ｖｒｅｆは、ツェナーダイオードＺＤ１の両端電圧をサーミスタＴＨ１と抵抗Ｒ１７との直列回路で分圧して得た電圧であり、周囲温度が高くなるとサーミスタＴＨ１の抵抗値が低下するので、基準電圧Ｖｒｅｆが増加し、周囲温度が低くなるとサーミスタＴＨ１の抵抗値が増加するので、基準電圧Ｖｒｅｆが低下する。而して、制御回路４５ａでは、周囲温度が高くなると出力電圧Ｖ３を高くしてペルチェ素子の冷却能力を高めるとともに、周囲温度が低くなると出力電圧Ｖ３を低くしてペルチェ素子による冷却能力を低下させている。ここで、静電霧化装置ではペルチェ素子に通電して周囲の空気を冷却することによって、空気中の水分を結露させて水を生成しているのであるが、制御回路４５ａは周囲温度が高い場合にはペルチェ素子に印加する出力電圧Ｖ３を高め、ペルチェ素子による冷却能力を高めているので（ペルチェ素子の温度を下げているので）、空気中の水分を確実に結露させて水を生成することができる。

上述のように本電源装置は、フライバック・コンバータ回路４２と、フォワード・コンバータ回路４３とでトランスＴ１やトランスＴ１の一次側回路（スイッチング素子Ｑ１や制御回路４４など）を共用しているので、部品点数を削減でき、コストダウンや実装基板の小型化を実現できるという効果がある。また制御回路４４が、トランスＴ１の帰還巻線ｎ４に発生する帰還信号に基づいて、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御することで、電圧値が略一定の出力電圧を第１の負荷（放電極と対向電極との間）に供給することができる。また電圧変換回路４５が、フォワード・コンバータ回路４３の出力電圧をスイッチングすることによって、電圧値が可変の出力電圧Ｖ３を第２の負荷（ペルチェ素子）に供給することができ、周囲温度に応じてペルチェ素子の冷却能力を変化させている。

次に、上述の電源装置を用いた静電霧化装置をヘアドライヤに搭載した実施形態について図２〜図８を参照して説明する。

図２及び図３は、上述した電源装置のうちフライバック・コンバータ回路４２の高圧部品（トランスＴ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１，Ｒ１０〜Ｒ１３からなる）を実装した高圧基板１１ａを有する高圧基板組立品１１を、樹脂成型品からなるケース１に内装した高圧発生ブロック１０を示しており、ケース１の内部は電気部品の絶縁性、防水性を確保するために例えばエポキシ樹脂のような１次ポッティング剤３ａ、２次ポッティング剤３ｂにて樹脂封止されている。尚、高圧発生ブロック１０の説明では特に断りが無いかぎり、図３（ｂ）に示す状態において上下左右の方向を規定して説明を行う。

上記ケース１は、図６および図７に示すように、上方に開口した長方形の略箱状に形成されており、その長さ方向の一端１ａ側にトランスＴ１の二次側巻線ｎ２を収納する第１収納室１２が設けられるとともに、他端１ｂ側に高圧基板１１ａを収納する第２収納室１３が設けられ、両収納室１２，１３の間には後述するコア３２を挿入するための凹溝１ｃが設けられている。

トランスＴ１は、ボビン８に一次側巻線ｎ１と二次側巻線ｎ２，ｎ３と帰還巻線ｎ４とをそれぞれ巻回し、Ｅ型コアからなるコア３２，３２の中棒をボビン８の中空孔８ｅに挿通して（図３（ａ）（ｂ）参照）、コア３２，３２を接着固定することで一体に形成されており、コア３２，３２により日字形のコアを形成している。ボビン８は図４（ａ）に示すように角筒状に形成されて、長手方向の両端部に鍔部８ａを備えるとともに、長手方向の中央位置よりも一端側（高圧基板１１ａと反対側）寄りに低圧側と高圧側とを仕切る２つの絶縁壁８ｂが隙間を開けて形成されている。またボビン８において他端側（基板側）の鍔部８ａと絶縁壁８ｂの間には、４つの仕切り壁８ｃが等間隔に設けられている。

そして、ボビン８において一方の鍔部８ａと絶縁壁８ｂとの間には一次側巻線ｎ１と二次側巻線ｎ３と帰還巻線ｎ４とが重ね巻きされ、その表面は絶縁テープ８ｄで覆われている。低圧側の各巻線ｎ１，ｎ３，ｎ４の両端はそれぞれ端子台６に設けた６個のラッピング端子９にそれぞれ巻き付けて固定されている。各ラッピング端子９は端子台６にインサート成形され、その他端側は端子台６の上面から上方に突出しており、この突出部位が後述の実装基板２Ａに実装するための端子ピン５となる。

また、ボビン８において他方の鍔部８ａと絶縁壁８ｂとの間には、高電圧を発生する二次側巻線ｎ２が、仕切り壁８ｃによって仕切られた各巻胴部分にそれぞれ分巻きされている。なお二次側巻線ｎ２の両端は、一方（基板側）の鍔部８ａの上側部から延出する樹脂基台１８にインサート成形されたラッピング端子３４，３４に巻き付けて固定されている。

ここで、重ね巻きされた低圧側の巻線ｎ１，ｎ３，ｎ４と高電圧を発生する二次側巻線ｎ２との間は、２つの絶縁壁８ｂと、２つの絶縁壁８ｂの間の空気層とで絶縁されており、絶縁性を向上させている。また本実施形態では二次側巻線ｎ２をボビン８の巻胴部に分巻きしているので、分巻きしていない場合に比べてターン数を小さくでき、巻線とコアとの距離を短くできるから、損失を低減することができる。

また樹脂基台１８の上面には、ポッティング剤３ｂを第１収納室１２から第２収納室１３（或いはその逆）に流動させるための２条の樹脂流動溝１９が左右方向に沿って凹設されており、２条の樹脂流動溝１９に挟まれた部位からは上方に向かって端子ピン３５が突出している。端子ピン３５は樹脂基台にインサート成形されている。端子ピン３５の他端側と上述したラッピング端子３４，３４の他端側は、それぞれ、樹脂基台１８における高圧基板１１ａとの対向面から外部に突出しており、この突出部位が高圧基板１１ａの配線パターンに半田付けされる半田付け端子３５ａ，３４ａ，３４ａとなっている。そして、これらの半田付け端子３４ａ，３５ａを高圧基板１１ａに形成された端子パターンに半田付けすることにより、高圧基板１１ａにトランスＴ１が実装されて、高圧基板組立品１１が構成される。なお半田付け端子３５ａは、図１に示す回路において抵抗Ｒ１３における抵抗Ｒ１２と反対側の端子に電気的に接続されており、端子ピン３５は高圧発生ブロック１０を実装する実装基板２Ａのグランドパターンに電気的に接続されるのである。また高圧基板１１ａには、トランスＴ１が実装される側縁と反対側の側縁に、高圧電圧を出力するための２本のリード線２１が半田付けされている。

この高圧基板組立品１１のうちトランスＴ１の二次側巻線ｎ２を収納する第１収納室１２の両端には、それぞれ、切欠穴１４，１５が設けられており、外側の切欠穴１４からトランスＴ１の絶縁テープ８ｄで被覆された巻線部分と、ボビン８と一体に形成された端子台６とがそれぞれ突出している。ここで、外側の切欠穴１４の内周に設けた差込溝１６にボビン８の中間部に設けた仕切り壁８ｃを挿入嵌合するとともに、切欠穴１４の内周に設けたリブ３６が２つの仕切り壁８ｃの間の隙間に嵌合し、且つ、内側の切欠穴１５の内周に設けた差込溝１７にボビン８の一端側（基板側）の鍔部８ａを挿入嵌合することにより、第１収納室１２の各切欠穴１４，１５がそれぞれ閉鎖され、これにより第１収納室１２内に充填されて二次側巻線ｎ２を封止するポッティング剤３ｂが切欠穴１４，１５から漏出しない構造となっている。なお第１収納室１２の左右の壁は、コア３２，３２とボビン８との間に形成される空隙に挿入されるようになっている。

また第２収納室１３には、第１収納室１２側の壁に樹脂基台１８を挿入するための凹部１３ａが形成されるとともに、反対側（ケース１の他端１ｂ側）の壁には凹溝２０が設けられている。凹溝２０は、図６に示すように、ケース１の端縁部の左右２箇所にそれぞれ切り込み形成されている。各凹溝２０は同じ構造をしているので、一方の凹溝２０について説明する。凹溝２０は、高圧基板組立品１１から引き出されるリード線２１を圧入保持するためのものである。リード線２１は例えば絶縁被覆電線からなり、静電霧化装置の一対の放電針（放電極および対向電極）に接続される高圧線とＧＮＤ線として用いられる。また第２収納室１３の底部には、ケース１の他端１ｂ側の部位にダミーピン７が圧入固定されており、高圧基板１１ａにはダミーピン７を挿通するための貫通孔３８が貫設されている。

ここで、上記凹溝２０は、リード線２１全体が入り込むことができる大きさに切り込み形成されている。凹溝２０の切り込み開口部の内側面には互いに対向する一対の抜け止め用突部３０が突設されており、図３（ａ）に示すように抜け止め用突部３０間の開口幅Ａを、絶縁被覆電線からなるリード線２１の外寸Ｂよりも若干狭くすることにより、リード線２１を凹溝２０に圧入可能で、且つ、圧入したリード線２１を抜け止め保持できるようにしている。ここにおいて、凹溝２０の横幅はリード線２１の外寸Ｂよりも若干短く、抜け止め用突部３０から凹溝２０の底面までの深さはリード線２１の外寸Ｂよりも若干長く設定されている。これにより、リード線２１を凹溝２０に圧入した状態では、リード線２１が左右から挟圧された状態で、リード線２１の上面が抜け止め用突部３０に押し付けられ且つリード線２１の下面が凹溝２０の底面から若干浮き上がるようにしている。さらに、凹溝２０の底面側であってケース１の内部に臨む内端側には、圧入されたリード線２１に圧接してリード線２１と凹溝２０との隙間を塞ぐための堰部３１が立設されているので（図３（ｂ）のＤ部参照）、第２収納室１３にポッティング剤３ｂを充填する際にポッティング剤３ｂが凹溝２０から漏れ出すことがなく、またＯリングなどのシール部材を用いる必要がないので、部品点数の削減や組立工数の低減を図ることができる。尚、本実施形態では、凹溝２０をケース１の端縁部の外面よりも外方に延出すると共に、この延出部にも上記抜け止め用突部３０を設けている。

この高圧発生ブロック１０は、高圧基板組立品１１の二次側巻線ｎ２および高圧基板１１ａをそれぞれケース１の第１収納室１２、第２収納室１３に収納した後、ケース１内を樹脂封止しているのであるが、ケース１内部へのポッティング剤の注入は例えば２段階で行なわれる。最初は、図２（ａ）のように、第２収納室１３内に高圧基板組立品１１の上側（樹脂流動溝１９よりも下側）までポッティング剤３ａを注入し、その後、図２（ｂ）のように、端子ピン３５とダミーピン７の先端部を残して、各収納室１２，１３の開口付近までポッティング剤３ｂを注入しており、ポッティング剤３ａ，３ｂにより二次側巻線ｎ２及び高圧基板１１ａが樹脂封止される。ポッティング剤３ａ，３ｂとしては例えばエポキシ樹脂やウレタン樹脂などの熱容量が大きいものが用いられ、これによりトランスＴ１の二次側巻線ｎ２や高圧基板１１ａからの放出熱を効率良く吸収して冷却効果が高められると共に、ポッティングによって高圧側の二次側巻線ｎ２と高圧基板１１ａとの防水性と絶縁性がそれぞれ確保され、水分等に起因する故障防止にも役立つ。なお第１収納室１２と第２収納室１３との間に挿入される樹脂基台１８の上面には樹脂流動溝１９が形成されているので、一方の収納室にポッティング剤３ｂを充填すれば、樹脂流動溝１９を通して他方の収納室に充填することができる。また、トランスＴ１のコア３２，３２はポッティング剤３ａ，３ｂが充填される収納室１２，１３の外側に配置されているので、コア３２，３２がポッティング剤３ａ，３ｂに浸かっておらず、ポッティング剤３ａ，３ｂの収縮によってコア３２，３２に歪みが発生するのを防止することができる。

そして、ポッティング作業が終了すると、封止部４から突出している端子ピン３５及びダミーピン７と端子台６に設けた端子ピン５を実装基板２Ａにそれぞれ半田付け接続することで、実装基板２Ａに高圧発生ブロック１０が実装される。

この実装基板２Ａには、上述した電源装置のうち、フライバック・コンバータ回路４２の高圧部品（トランスＴ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１，Ｒ１０〜Ｒ１３からなる）を含む高圧発生ブロック１０と、スイッチング素子Ｑ１と、制御回路４４を構成する回路部品（図１の点線Ｄで囲んだ回路部品）が実装されている。また上述した電源装置の残りの回路部品、すなわち直流電源回路４１と、フォワード・コンバータ回路４３のコンデンサＣ２と、電圧変換回路４５を構成する回路部品（図１の点線Ｅ，Ｆで囲んだ回路部品）は別の実装基板２Ｂに実装されており、両基板２Ａ，２Ｂの間はリード線３７を介して電気的に接続されている（図７参照）。

ここで、本実施形態では、高圧基板組立品１１をケース１内に収納した後にポッティング剤３ａ，３ｂを注入しており、ポッティング剤３ａ，３ｂを注入する前に高圧基板組立品１１の組立が完了しているので、ポッティング作業を行う前にトランスＴ１などの性能検査を実施することができる。従来の高圧発生ブロックはコイルをケースに内装してポッティングした後でコアを取り付けていたため、ポッティング作業の前にトランスなどの性能検査を行うことができず、所望の性能が得られなかった場合には高圧発生ブロックの全体を廃棄するしかなかったが、本実施形態ではポッティング作業の前にトランスなどの性能検査が行えるので、所望の性能が得られない場合にはトランスＴ１あるいは高圧基板１１のみの交換などで対応できるから、製品が無駄になることがない。

また、本実施形態ではケース１の底面に金属材料からなるダミーピン７を圧入固定しており、ダミーピン７の先端部は高圧基板１１ａに設けた貫通孔３８を貫通して封止部４の表面から突出している。ダミーピン７は端子ピン５と異なり、ポッティング剤３ａ，３ｂで封止される。ダミーピン７の先端部は、端子ピン５と同様、実装基板２Ａに対して半田付け接続されるが、ダミーピン７自体は電気的に関与しないものであり、電源装置を組み込んだ装置（本実施形態ではヘアドライヤ）の落下衝撃等によって端子ピン５，３５にかかる荷重をダミーピン７で受け止めることで荷重を分散し、端子ピン５，３５への荷重集中を防止するために用いられる。なおダミーピン７の本数は２本以上でもよい。

また、端子ピン５は高圧発生ブロック１０の長手方向一端側に設けた端子台６にインサート成形されるとともに、ダミーピン７は高圧発生ブロック１０の長手方向他端側でケース１に圧入固定されており、これら端子ピン５とダミーピン７とを高圧発生ブロック１０の長手方向両端側に離間して設け、実装基板２Ａに半田付け接続しているので、端子ピン５とダミーピン７とのスパンを長くしたことにより、実装基板２Ａに対する高圧発生ブロック１０の接続強度を高めることができ、ケース１の変形によるトランスＴ１等の電気部品への応力集中を低減して、電気部品の保護強化を図ることができる。

また本実施形態では、トランスＴ１の二次側巻線ｎ２がポッティング剤３ａ，３ｂで封止され、トランスＴ１のボビン８に端子台６を一体に設けたので、トランスＴ１に対する端子台６の取り付け強度が高まる。そのうえ、トランスＴ１の巻線ｎ１、ｎ３、ｎ４にそれぞれ接続されるラッピング端子９と端子ピン５とを端子台６にそれぞれインサート成形すると共に、端子ピン５とラッピング端子９とを端子台６の内部でＬ字形に連続形成しているので、ラッピング端子９を利用して端子台６から端子ピン５が抜けない構造となり、結果、従来のケース１に端子ピン５を圧入した構造と比較して、衝撃等による断線発生を確実に防止でき、取り扱い性や作業性の点で優れたものとなる。

また、端子台６からの端子ピン５の突出方向と直角方向にラッピング端子９を突出させたことにより、ラッピング端子９に妨げられることなく端子台６を実装基板２Ａに密着させた状態で端子ピン５を実装基板２Ａに半田付け接続することが可能となり、この結果、端子台６と実装基板２Ａとの接続強度が高まり、ケース１と実装基板２Ａとを強固に一体化できる利点もある。

次に静電霧化装置を組み込んだヘアドライヤについて図８に基づいて説明する。図８（ａ）はヘアドライヤ６０の一部破断断面図であり、外殻６２の筒状部の内側には温風発生装置６１が納装されている。図８（ｂ）は温風発生装置６１の上面図、図８（ｃ）は温風発生装置６１の側面図であり、温風発生装置６１の上面には主吹き出し口６３の上側に設けた吹き出し口６４に臨ませて静電霧化装置５０が配置され、静電霧化装置５０の後方には実装基板２Ｂが配置されている。また温風発生装置６１の側面には実装基板２Ａが配置されており、実装基板２Ａ，２Ｂの間はリード線３７を介して電気的に接続され、実装基板２Ｂに実装された高圧発生ブロック１０と静電霧化装置５０との間はリード線２１を介して電気的に接続されている。なおヘアドライヤ６０では、温風発生装置６１内部のファンにより送られた空気がヒータにより加熱され、前方の主吹き出し口６３から外部に送出されるのであるが、ファンにより送られた空気の一部はヒータに加熱されないまま、温風発生装置６１と外殻６２との間の空隙を通って静電霧化装置５０に送られる。そして、静電霧化装置５０のペルチェ素子により放電極を冷却し、放電極の表面に結露させた水を、放電極と対向電極との間に高電圧を印加することで霧化させて、ナノサイズで強い電荷を持つマイナスイオンミスト（以下、これをナノイオンミストという）を発生させ、吹き出し口６４から外部に送られるようになっている。

本実施形態では、フライバック・コンバータ回路４２と、フォワード・コンバータ回路４３とでトランスＴ１やトランスＴ１の一次側回路（スイッチング素子Ｑ１や制御回路４４など）を共用することで、部品点数を削減しており、フォワードコンバータ回路４３の回路部品を実装した実装基板２Ｂにはトランスが実装されないので、その空きスペースに直流電源回路４１の回路部品を実装することで、上述の電源装置を２枚の実装基板２Ａ，２Ｂに実装することができる。したがって、フライバック・コンバータ回路からなる高圧電源回路と、フォワードコンバータからなるペルチェ電源回路とがそれぞれトランスを有した従来の電源装置のように、直流電源回路の回路部品と、フライバック・コンバータからなる高圧電源回路の回路部品（トランスを含む）と、フォワードコンバータからなるペルチェ電源回路の回路部品（トランスを含む）とをそれぞれ別々の実装基板に実装した従来の電源装置に比べて、実装基板の枚数を３枚から２枚に削減することができ、電源装置を筐体に組み込む際に実装基板の収納スペースを小さくできるから、小型の機器にも電源装置を組み込むことができる。

なお、上述の実施形態では、電源装置を静電霧化装置に適用した例について説明したが、負荷変動の少ない第１の負荷と、負荷変動の大きな第２の負荷とにそれぞれ電源を供給するような用途であれば、どのような装置にも適用可能である。

本実施形態の電源装置の回路図である。同上の高圧発生ブロックを示し、（ａ）は一次ポッティングを行った後の外観斜視図、（ｂ）は二次ポッティングを行った後の外観斜視図である。同上の高圧発生ブロックを示し、（ａ）は上面図、（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。同上の高圧基板組立品を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側面図、（ｄ）は下面図である。同上の高圧基板組立品の外観斜視図である。同上に用いるケースの外観斜視図である。同上の実装基板を示す外観斜視図である。同上を組み込んだヘアドライヤを示し、（ａ）は一部破断せる断面図、（ｂ）は温風発生装置の上面図、（ｃ）は温風発生装置の側面図である。従来の電源装置の回路ブロック図である。

符号の説明

４１直流電源回路
４２フライバック・コンバータ回路
４３フォワード・コンバータ回路
４４制御回路
４５電圧変換回路
Ｑ１スイッチング素子
Ｔ１トランス
ｎ１一次側巻線
ｎ２，ｎ３二次側巻線
ｎ４帰還巻線
Ｃ１，Ｃ２コンデンサ

Claims

放電極及び対向電極と、前記放電極を冷却するペルチェ素子とを備えた静電霧化装置に用いられる電源装置であって、
直流電源回路と、
前記直流電源回路の一方の出力端子に一次側巻線の一端が接続されるとともに、第１及び第２の二次側巻線と帰還巻線とを備えたトランスと、
前記直流電源回路の他方の出力端子と前記一次側巻線の他端との間に接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオフ時に前記第１の二次側巻線から放出されるエネルギにより充電される第１のコンデンサを具備し、前記第１のコンデンサの両端電圧を第１の負荷に供給するフライバック・コンバータ回路と、
前記スイッチング素子のオン時に前記第２の二次側巻線から放出されるエネルギにより充電される第２のコンデンサを具備したフォワード・コンバータ回路と、
前記帰還巻線に発生する帰還信号に基づいて前記フライバック・コンバータ回路の出力電圧が一定電圧となるように前記スイッチング素子のオン・オフを制御する制御回路と、
前記フォワード・コンバータ回路の出力電圧をスイッチングすることによって電圧値が可変の出力電圧を発生して第２の負荷に供給する電圧変換回路とを備え、
前記第１の負荷は前記放電極及び前記対向電極であり、前記第２の負荷は前記ペルチェ素子であり、
前記フライバック・コンバータ回路は、前記ペルチェ素子に供給される電圧に比べて高い電圧を前記放電極及び前記対向電極に供給し、
前記電圧変換回路は、前記ペルチェ素子に供給する出力電圧を周囲温度に応じて変化させることを特徴とする電源装置。
少なくとも前記直流電源回路と前記電圧変換回路とを構成する回路部品を第１の実装基板に実装するとともに、他の回路部品を第２の実装基板に実装したことを特徴とする請求項１記載の電源装置。