JPH01148058A - 直流電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は交流をｌｌａｌ回流を用いて直流に変換したの
ち、この直流をチョッピングしてざらに平滑することに
より所望電圧の直流を得る直流電源装置に関する。

［従来の技術］ 交流電源から所望の電圧値を有する直流に変換して負荷
に供給する直流電源装置のなかには、交流電源から供給
される交流を整流回路で一旦高圧の直流に変換したのち
、この高圧の直流をスイッチング回路でもって一定周波
数でチョッピングし、チョッピンされた信号を平滑回路
で平滑することによって、所望の電圧値を有した低圧の
直流に変換するステップダウン・チョッパ型の直流電源
装置がある。そして、出力電圧値の変更は、スイッチン
グ回路におけるチョッパ動作のオン時間とオフ時間との
比（デユーティ比）を変更することによって実施する。

このような直流電源装置は例えば第２図に示すように構
成されている。

交流電源１から供給された例えば１００ｖの交流はヒユ
ーズ２を介してダイオードブリッジ回路３ａと平滑コン
デンサ３ｂとで構成された整流回路３へ入力される。整
流回路３へ入力された交流はダイオードブリッジ回路３
ａにて全波整流され、平滑コンデンサ３ｂにてリップル
分が除去され、高圧（電圧Ｖ１）の直流に変換される。

整流回路３から出力された高圧の直流はスイッチング回
路４へ入力される。このスイッチング回路４は、図示す
るように、整流回路３の（＋）側の出力ライン３Ｃに介
挿されたｎｐｎ型のトランジスタ４ａと、整流回路３の
出力ライン３Ｇとトランジスタ４ａのベース間に接続さ
れたｐｎｐ型のトランジスタ４ｂと、トランジスタ４ａ
のエミッタ・ベース間に介挿された抵抗４Ｃとで構成さ
れている。そして、トランジスタ４ｂのベースにはスイ
ッチング制御回路５から出力される周期Ｔｏを有した鋸
歯状波信号が印加される。したがって、鋸歯状波信号に
おける信号レベルが規定値未満でトランジスタ４ｂは導
通し、トランジスタ４ａのベースには整流回路３の出力
電圧が印加され、このトランジスタ４ａは導通する。逆
にスイッチング制御回路５からの鋸歯状波信号の信号レ
ベルが規定−以上になると、トランジスタ４ｂは遮断さ
れ、トランジスタ４ａも遮断される。よって、トランジ
スタ４ａには、鋸歯状波信号の一つの周期Ｔｏ内に存在
する鋸歯状波形の立上り特性で決定されるオン時間Ｔｏ
ｎとオフ時間Ｔｏｎが存在する。したがって、スイッチ
ング回路４の出力信号は周期Ｔｏでかつデユーティ比（
Ｔ　ｏｎ／Ｔｏｆｆ）でチョッピングされた波形となる
。

スイッチング回路４から出力されるチョッピングされた
出力信号は、フライホイールダイオード５ａ、チョーク
コイル６ｂ、および平滑コンデンサ６Ｇからなる平滑回
路６へ入力される。この平滑回路６は入力された周期Ｔ
ｏでかつデユーティ比（Ｔ　Ｏｎ／　Ｔ　Ｏｆｆ　）で
チョッピングされた出力信号を所望の電圧値ｖＯを有し
た直流に変換する。

また、チョッピングに起因する周波数成分（１／Ｔｏ　
）も除去される。

この平滑回路６から出力された電圧Ｖｏは出力端子７ａ
、７ｂを介して負荷８へ供給される。出力端子７ａ、７
ｂの出力電圧ＶＯは負荷８に印加されるとともにスイッ
チング制御回路５へ入力される。

スイッチング制御回路５へ入力された出力電圧ＶＯは分
圧抵抗５ａ、５ｂで分圧されてトランジスタ５Ｃのベー
スへ印加される。このトランジスタ５Ｃのコレクタは抵
抗５ｄを介して接地されるとともにトランジスタ５ｅの
ベースに接続されている。トランジスタ５ｅのコレクタ
には抵抗５ｆを介して前記分圧抵抗５ａ、５ｂの中間点
の電圧が印加されるとともに抵抗５Ｑを介してスイッチ
ング回路４のトランジスタ４ｂのベースに印加されてい
る。

一方、整流回路３の出力ライン３Ｃから抵抗５ｈ、５ｉ
を、介して各トランジスタ５Ｇ、　５ｊ。

５ｅに駆動電圧が供給される。また、出力ライン３Ｇと
接地間には抵抗５にとツェナーダイオード５ｎの直列回
路が介挿され、ツェナーダイオード５ｎの端子電圧がト
ランジスタ５ｊのベースに印加されている。したがって
、トランジスタ５ｊのべ一３電圧はツェナーダイオード
５ｎのツェナー本庄ｙｒで定まる一定の基準電圧ｙｒと
なる。

このようなスイッチング制御回路５において、トランジ
スタ５ｃ、５ｅおよび各抵抗５ｄ、５ｆは一種の鋸歯状
波信号発生回路を形成し、この鋸歯状波信号発生回路か
ら出力される周期Ｔｏを有した鋸歯状波信号がスイッチ
ング回路４のトランジスタ４ｂのベースに印加される。

一方、トランジスタ５Ｃとトランジスタ５ｊとは一種の
差動増幅器を構成し、トランジスタ５ｊのベース電圧は
前述したように一定の基準電圧Ｖ「が印加されている。

そして、出力端子７ａ。

７ｂの出力電圧Ｖｏが規定電圧値を維持している場合に
、トランジスタ５Ｃのベース電圧がトランジスタ５ｊの
ベース電圧ｖｒに一致するように前記各分圧抵抗５ａ、
５ｂの各抵抗値が設定されている。

このように構成された直流電源装置において、交流１１
１ｍ１から出力される交流は整流回路３でもって電圧ｖ
１の直流に整流される。この電圧Ｖ１の直流はスイッチ
ング回路４でもって周期Ｔｏでかつデユーティ比（Ｔ′
ｏｎ／Ｔｏｆｆ）でもってチョツピングされる。スイッ
チング回路４のチョッピングされた出力信号は次の平滑
回路６でもって平滑されて電圧Ｖｏを有する直流に変換
される。そして、出力端子７ａ、７ｂを介して負荷８へ
供給される。平滑回路６の出力電圧ＶＯ値はスイッチン
グ回路４におけるデユーティ比（Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆ　）
で定まる。すなわち、このデユーティ比（Ｔ　ｏｎ／Ｔ
Ｏｆｆ）が高いと出力電圧Ｖｏ値は上昇する。

そして、負荷８の変動により、出力端子７ａ。

７ｂ間の出力電圧Ｖａが低下すると、スイッチング制御
回路５における分圧抵抗５ａ、５ｂの中間点の電圧が低
下して、トランジスタ５Ｃのベース電圧が基準電圧Ｖｒ
より低下する。すると、出力ライン３Ｃから供給される
電流がトランジスタ５ｊ側へ流れやすくなり、トランジ
スタ５Ｃのコレクタ電流が小さくなり、トランジスタ５
ｅのベース電流が減少する。トランジスタ５ｅのベース
電流が小さくなると、コレクタ電流も小さくなるので、
スイッチング回路４のトランジスタ４ｂのベースへ印加
している鋸歯状波信号の鋸歯状波形の立上傾斜が小さく
なり、トランジスタ４ｂを導通してるオン時間Ｔｏｎが
長くなり、遮断しているオフ時間ＴｏＨが短くなる。よ
って、出力ライン３Ｃに介挿されたトランジスタ４ａの
デユーティ比（Ｔｏ口／Ｔｏｆｆ　）が増大するる。そ
の結果、平滑回路６の出力電圧ＶＤが上昇する。

逆に出力電圧ＶＤが上昇すると、スイッチング制御回路
５のトランジスタ５Ｃのベース電圧が基準電圧ｖｒより
高くなり、コレクタ電流が増大する。そして、鋸歯状波
信号の鋸歯状波形の立上傾斜が増大して、トランジスタ
４ａのデユーティ比（Ｔｏｎ／Ｔｏｆｆ　）が低下する
。よって、出力電圧Ｖａは低下する。

このような構成の直流電源装置であれば、交流電源１か
ら供給された交流を整流したのみの高電圧■１の直流を
負荷８で実際に使用する低電圧Ｖａに低下させる手段と
して、スイッチング回路４で必要とする電圧値Ｖｏに対
応したデユーティ比（Ｔ　ｏｎ／　Ｔ　ｏｆｆ　）でチ
ョッピングしたのち、平滑回路６で電圧値Ｖｏを有する
直流電圧に変換している。したがって、可変抵抗、ツェ
ナーダイオード等の定電圧素子を使用して電圧を降下さ
せる場合に比較して電力変換効率を向上できる利点を有
している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、第２図のように構成された直流電源装置
においてもまだ次のような問題があった。

一般に直流電源装置においては、交流電源１と整流回路
３との間にヒユーズ２を挿入して、負荷８に過大電流が
流れた場合に、負荷８、および整流回路３．スイッチン
グ回路４．平滑回路６等が損傷することを防止している
。

しかし、第２図に示すように＾電圧Ｖｏをチョッピング
によって低電圧Ｖ（ｌに低下させると、負荷８が大きく
変動して、出力電流値が増大したとしても、スイッチン
グ制御回路５でその負荷変動を吸収してしまい、整流回
路３に流入する電流値の変化率は負荷８における電流値
の変化率に比較して格段に小さい。その結果、負荷８側
において、その負荷８が損傷する程度に電流値が変動し
たとしても整流回路３へ流入する電流の電流値における
変動率は非常に小さく、ヒユーズ２が溶断しない事態が
発生する。

このような不都合を解消するために整流回路３の入力電
流が負荷８の変動に対応する程度変動した場合において
も溶断する電流容量を有したヒユーズ２を用いることが
考えられるが、このような敏感なヒユーズ２を使用する
と、直流電源装置側の電源スィッチの投入／遮断操作の
みでヒユーズ２が溶断する不都合が生じる。

なお、別途負荷変動を検出する専用の過電流検出回路を
設け、さらにヒユーズ２の代りにスイッチング回路を設
け、過電流検出回路が過電流を検出するとスイッチング
回路を開放させる制御が考えられるが、回路構成が複雑
になるのみならず、直流電源装置全体の製造費が増大す
る。

本発明は、平滑回路の出力側にヒユーズと定電圧ダイオ
ードを設けることによって、簡単な構成でもって、過大
負荷変動に起因する各構成回路の損傷およびスイッチン
グ回路の短絡等に起因する過大電圧による負荷損傷も確
実に防止できる直流電源装置を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の直流電源装置は、交流電源から供給される交流
を直流に変換する整流回路と、この整流回路から出力さ
れる直流を一定周波数でチョッピングするスイッチング
回路と、このスイッチング回路の出力信号を平均化して
所定電圧値を有する低圧の直流に変換する平滑回路と、
この平滑回路と負荷に対する出力端子との藺に介挿され
、平滑回路からの出力電流値が許容値以上になると溶断
するヒユーズと、出力端子間に接続され、平滑回路の出
力電圧値が許容値以上になると短絡される定電圧ダイオ
ードとを備えたものである。

［作用］ このように構成された直流電源装置であれば、平滑回路
と出り端子との間にヒユーズが介挿され、出力端子間に
定電圧ダイオードが接続されている。

したがって、ヒユーズは平滑回路から出力されて負荷に
流入する電流値が負荷に許された変動率から算出された
許容電流値で溶断する。よって、負荷がおよび電源装置
の各回路が保護される。

また、出力端子間に定電圧ダイオードを接続している。

したがって、例えば、スイッチング回路に短絡事故が発
生して負荷に許された許容電圧以−上の過大電圧が出力
されると、定電圧ダイオードが破壊されて短絡状態にな
る。その結果、出力端子間が短絡され、過大電流が流れ
、ヒユーズが溶断される。しかして、負荷は過大電圧か
ら保護される。

よって、ヒユーズが溶断する許容電流および定電圧ダイ
オードが短絡るす許容電圧は負荷に許容される電流値お
よび電圧値に設定することによって、負荷を確実に保護
できる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例の直流電源装置を示す回路図である。第
２図の直流電源装置と同一部分には同一符号を付して、
重複部分の説明を省略する。なお、この実施例の直流電
源装置は電子タイプライタ−に組込まれた場合を示す。

したがって、この場合負荷８としては、主にキャリアモ
ータ、紙送りモータ、リボン送りモータ、印字ホイール
モータ等の各種モータの駆動回路である。

この実施例の直流電源゛装置においては、交流電源１と
整流回路３との間に介挿されていた第２図のヒユーズ２
を除去して、平滑回路６の（＋）端子と出力端子７ａと
の間にヒユーズ９を介挿している。さらに、出力端子７
ａ、７ｂ間に図示極性の定電圧ダイオード１０を接続し
ている。

前記ヒユーズ９は、平滑回路６から出力端子７ａ、７ｂ
を介して負荷８に流入する電流値がこの負荷８に許され
た変動率から算出された許容電流値で溶断するように電
流容量が設定されている。

一方、定電圧ダイオード１０の逆方向の耐電圧は、出力
端子７ａ、７ｂ［ｌの出力電圧Ｖａが負荷８に設定され
た許容電圧値に達すると、絶縁破壊されて短絡状態に移
行する値に設定されている。

このように構成された直流電源装置において、各回路３
，４，６．５および負荷８が正常状態であれば、交流電
源１から供給される例えば１００■の交流は整流回路３
でもって比較的高い電圧Ｖｏの直流に整流される。この
電圧Ｖｏの直流はスイッチング回路４でもって周期Ｔｏ
でかつデユーティ比（Ｔｏｎ／Ｔｏｎ　）でチョッピン
グされる。

その後、平滑回路６でもって再び直流に変換される。こ
の場合の電圧Ｖｏは前記デユーティ比（Ｔ　ｏｎ／　Ｔ
　ｏｆｆ　）で定まるが、この出力電圧ＶＯは整流回路
３の出力電圧ｖ１に比較すればかなり低い値である。す
なわち、スイッチング回路４および平滑回路６によって
直流電圧がｖｌからＶ。

へ低下される。この電圧Ｖｏの直流はヒユーズ９゜定電
圧ダイオード１０および出力端子７ａ、７ｂを介して負
荷８に供給される。

そして、負荷８に多少の負荷変動が生じて、出力電圧Ｖ
ｏが変動すると、前述したようにスイッチング制御回路
５が動作して、出力電圧Ｖｏを正しい規定値に戻す。

このような直流電源装置において、負荷８に何等かの異
常が生じて許容以上の電流が流れるとヒユーズ９が溶断
される。よって、この直流電源装置を構成する各回路６
．４．３が保護される。また、負荷８の損傷も最少限に
抑制される。

一方、直流電源装置内のスイッチング回路４のトランジ
スタ４ａに短絡事故が発生すると、整流回路３の高電圧
Ｖ１がチョッピングされずに平滑回路６へ入力されるの
で、出力端子７ａ、７ｂ間に規定電圧Ｖａを大幅に越え
た高電圧ｖ１が出力される。この＾電圧■１は負荷８の
許容電圧を大幅に越えているので、定電圧ダイオード１
０が絶縁破壊されて、この定電圧ダイオード１０は短絡
状態になる。したがって、短絡電流が定電圧ダイオード
１０を流れ、ヒユーズ９は溶断される。したがって、負
荷８に過大電圧が印加されることを防止できる。

このように、負荷８に異常が発生した場合は、直流電源
装置の各回路６．４．３が保護されるとともに負荷８の
損傷を最少限に抑制できる。また、直流電源装置が故障
した場合には負荷８を保護できる。

また、前述したようにヒユーズ９の溶断電流値および定
電圧ダイオード１０の耐電圧値を負荷８に許される最大
変動率に対応する各許容値に設定できるので、第２図に
示す交流電源１と整流回路３との間にヒユーズ２を介挿
した場合に比較して、負荷８および装置内の各回路６．
４．３を確実に保護できる。

さらに、従来の装置にヒユーズ９および定電圧ダイオー
ド１０を出力側に取付ける簡単な構成であるので、製造
費が特に上昇することはない。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の直流電源装置であれば、平
滑回路の出力側にヒユーズと定電圧ダイオードを設けて
いる。よって、簡単な構成でもって、過大負荷変動に起
因する装置内の各構成回路の損傷と負荷の損傷、および
スイッチング回路の短絡等に起因する過大電圧による負
荷損傷も確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる直流型８Ｉ＠置を示
す回路図、第２図は従来の直流電源装置を示す回路図で
ある。 １・・・交流電源、３・・・整流回路、４・・・スイッ
チング回路、５・・・スイッチング制御回路、６・・・
平滑回路、７ａ、７ｂ・・・出力端子、８・・・負荷、
９・・・ヒユーズ、１０・・・定電圧ダイオード。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電源から供給される交流を直流に変換する整流回路
   と、この整流回路から出力される直流を一定周波数でチ
   ョッピングするスイッチング回路と、このスイッチング
   回路の出力信号を平均化して所定電圧値を有する低圧の
   直流に変換する平滑回路と、この平滑回路と負荷に対す
   る出力端子との間に介挿され、前記平滑回路からの出力
   電流値が許容値以上になると溶断するヒューズと、前記
   出力端子間に接続され、前記平滑回路の出力電圧値が許
   容値以上になると短絡される定電圧ダイオードとを備え
   たことを特徴とする直流電源装置。