JPH0898516A - トランスレス直流電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 変圧用のトランスなしで商用電源を使用でき
る小型で軽量のトランスレス直流電源回路を提供する。 【構成】 外付けのダイオード１１及びコンデンサ１２
によって商用電源を直流に変換し、これをスイッチング
トランジスタ２２に供給する。スイッチングトランジス
タ２２では導通及び遮断の動作が繰り返され、コイル２
４及び外付けのコンデンサ２８の平滑作用により所定電
圧の直流電源が得られる。スイッチングトランジスタ２
２の導通及び遮断の動作は、ツェナーダイオード４０及
び抵抗４２により外付けのコンデンサ２８の端子電圧が
基準電圧と比較され、その端子電圧と基準電圧との高低
により第１のトランジスタ３２、第２のトランジスタ４
４によって制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトランスレス直流電源回
路、特に商用電源から直流電源を得るためのトランスレ
ス直流電源回路の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、商用電源から制御回路用の直流電
源を得るためには、トランスを使用しＡＣ１２Ｖなどに
変換した後レギュレータにより所望の電圧に変換する方
法や、抵抗とツェナーダイオードを使用する方法などが
とられていた。

【０００３】これらの例が図３及び図４に示される。

【０００４】図３において、商用電源（ＡＣ１００Ｖ）
は、トランス５０により１２Ｖまで降圧され、ダイオー
ド５２により整流され、コンデンサ５４により平滑され
た後３端子レギュレータ５６に入力される。３端子レギ
ュレータ５６により、所望の電圧、例えば５Ｖ程度に電
圧が調整され、コンデンサ５８で再度平滑されて直流電
源として各装置に供給される。

【０００５】図４において、商用電源（ＡＣ１００Ｖ）
はダイオード５２により整流されコンデンサ５４によっ
て平滑された後抵抗６０によりツェナーダイオード６２
のツェナー電圧まで降圧される。従って、抵抗６０の下
流側の電圧が一定値に保たれるので、この電圧をコンデ
ンサ６４を介して各素子に供給する。

【０００６】また、１０Ｖから２０Ｖの直流電圧を受け
入れてこれを所望の電圧に調整する、いわゆるＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータの例が図５に示される。

【０００７】図５において、直流電源から電流の一部が
ＦＥＴ６６を介して第１のトランジスタ３２のベースに
流れると、第１のトランジスタ３２は導通状態となる。
この際、第１のトランジスタ３２のベースに印加される
電圧は、ツェナーダイオード４０により一定の基準電圧
に保たれている。

【０００８】第１のトランシジスタ３２が導通状態にな
ると、抵抗３０に電流が流れ、スイッチングトランジス
タ２２のベース電圧が低下するのでスイッチングトラン
ジスタ２２も導通状態となる。これによりスイッチング
トランジスタ２２のエミッタからコレクタに電流が流れ
コレクタの電圧が上昇する。この電圧の上昇はコンデン
サ３６を介して第１のトランジスタ３２のベース電流を
増加させ、第１のトランジスタ３２のコレクタからエミ
ッタに流れる電流が増加する。これに伴い、抵抗３０の
電流も増加してスイッチングトランジスタ２２のベース
エミッタ間電位差も大きくなり、スイッチングトランジ
スタ２２を流れる電流も増加する。

【０００９】スイッチングトランジスタ２２が導通状態
になると、コイル２４を介して電流が流れ、外付けのコ
ンデンサ２８が次第に充電されてその端子電圧が次第に
高くなる。

【００１０】外付けのコンデンサ２８の端子電圧が高く
なると、ダイオード６８を介して抵抗７０に流れる電流
が増加し第１のトランジスタ３２のエミッタ電圧も上昇
する。この時第１のトランジスタ３２のベース電圧はツ
ェナーダイオード４０により一定の基準電圧になってい
るので、第１のトランジスタ３２のベースエミッタ間の
電位差が小さくなって第１のトランジスタ３２が遮断状
態となる。第１のトランジスタ３２が遮断状態となる
と、抵抗３０を介して電流が流れなくなるためスイッチ
ングトランジスタ２２も遮断状態となる。これによりス
イッチングトランジスタ２２からコイル２４への電流の
供給が遮断される。この時、コイル２４を流れる電流
は、フライホィールダイオード３８により調整される。

【００１１】コイル２４の電流値が低下すると、外付け
のコンデンサ２８の端子電圧も低下し、第１のトランジ
スタ３２のエミッタ電圧が低下するので第１のトランジ
スタ３２は再び導通状態となる。

【００１２】従って、ツェナーダイオード４０によって
決定される基準電圧により、スイッチングトランジスタ
２２の導通と遮断の動作が制御されることになる。

【００１３】また、コイル２４と外付けのコンデンサ２
８とは平滑回路を構成しており、スイッチングトランジ
スタ２２の出力電圧を平滑化している。

【００１４】以上の動作が繰り返されて、出力電圧、す
なわち外付けのコンデンサ２８の端子電圧が所定の電圧
に保たれる。

【００１５】以上の各方法により、所望の直流電力を得
ることができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の直
流電源回路には、以下のような問題があった。

【００１７】まず図３に示される回路においては、商用
電源を変圧する手段としてトランス５０が使用されてい
る。このために、電源部が重くまた大きくなって、小型
化が要求される家電製品などには使用するのが難しいと
いう問題があった。また重量が大きいので、例えば家電
製品を落した場合などの衝撃により、トランスを載せた
基盤が破損する恐れがあるという問題もあった。

【００１８】図４に示される回路においては、商用電源
を抵抗６０により所望の電圧まで低下させる必要がある
が、通常この電圧は５Ｖ程度であるため、商用電源１０
０Ｖから大きく電圧降下させる必要がある。このため
に、抵抗６０における電力損失が非常に大きくなり、電
力の使用効率が低くなると共に抵抗６０で発生する熱の
放熱対策が必要になるなどの問題があった。

【００１９】さらに、図５に示されたコンバータは、直
接商用電源１００Ｖに適用するものではなく、その入力
電圧も１０Ｖから２０Ｖの直流にする必要がある。従っ
て、この回路に商用電源１００Ｖからダイオードによっ
て整流して得た直流電圧を加えると、ツェナーダイオー
ド４０の設定電圧（基準電圧）が通常５Ｖ程度であるの
で、ＦＥＴ６６で大きな電力が消費されることになると
いう問題がある。また、スイッチングトランジスタ２２
はコイル２４の下流側の電圧が５Ｖ程度に上昇するまで
導通状態を続けるので、外付けのコンデンサ２８の容量
によってはスイッチングトランジスタ２２に大きな電流
が流れることになる。これにより、スイッチングトラン
ジスタ２２が破損する恐れがあるという問題もあった。

【００２０】さらに、商用電源を使用する場合には、回
路に電源を投入した時あるいはスイッチングトランジス
タ２２が導通状態となった時に、最大１Ａ程度の大きな
突入電流が流れる。この突入電流に対して、上記従来の
各回路は何ら対策が施されていないため、突入電流によ
り電気機器の各素子が破損される恐れがあるという問題
もあった。

【００２１】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、変圧用のトランスなしで商用電
源を使用できる小型で軽量のトランスレス直流電源回路
を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願の請求項１の発明は、トランスレス直流電源回
路であって、直流に変換された商用電源を所望の直流電
圧源に変換する電源変換手段を備え、前記電源変換手段
は出力電圧を制御する制御手段を有し、商用電源を変圧
するためのトランスを使用しないで商用電源から直流電
源が得られることを特徴とする。

【００２３】請求項２の発明は、請求項１記載のトラン
スレス直流電源回路であって、前記電源変換手段が、直
流に変換された商用電源を受入れ、所定の周期で導通と
遮断とを繰り返すスイッチング手段と、前記スイッチン
グ手段の出力側に接続され、前記スイッチング手段の出
力電圧を平滑化する平滑手段と、を備え、前記制御手段
が、前記スイッチング手段の導通及び遮断の動作を制御
するスイッチング制御手段と、前記平滑手段の出力側に
設けられ、前記平滑手段の出力電圧を検出するとともに
基準電圧を決定する電圧検出手段と、を備え、前記スイ
ッチング制御手段は、前記電圧検出手段により検出され
た電圧が前記基準電圧以上になった時に前記スイッチン
グ手段を遮断させ、前記基準電圧より小さくなった時に
導通させることを特徴とする。

【００２４】

【作用】上記構成によれば、スイッチング手段の導通及
び遮断の動作をスイッチング制御手段が制御し、電源変
換手段の出力電圧を調整するので、変圧手段としてのト
ランスを使用する必要がない。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

【００２６】図１には、本発明に係るトランスレス直流
電源回路の実施例のブロック図が示される。

【００２７】商用電源は、整流手段１０で整流され平滑
化されてスイッチング手段１４に供給される。スイッチ
ング手段１４では、導通と遮断が繰り返され、その出力
電圧が平滑手段１６により平滑化されて直流電源として
各素子に供給される。平滑手段１６の出力電圧は、電圧
検出手段１８により検出され、その電圧に応じてスイッ
チング制御手段２０がスイッチング手段１４の導通及び
遮断を制御している。この場合、電圧検出手段１８はス
イッチング制御手段２０がスイッチング手段１４の導通
及び遮断を制御するための基準電圧も決めている。

【００２８】以上のスイッチング手段１４、平滑手段１
６、電圧検出手段１８及びスイッチング制御手段２０に
より、本発明の電源変換手段を構成する。

【００２９】図２には、図１に示されたブロック図の具
体的な回路図の例が示され、上述した図５の従来例と同
一部材には同一符号を付して説明を省略する。

【００３０】本実施例のトランスレス直流電源回路に
は、商用電源を直流に変換するためのダイオード１１及
びコンデンサ１２が接続されている。このダイオード１
１及びコンデンサ１２により、上述した整流手段１０が
構成されており、その出力側はスイッチングトランジス
タ２２のエミッタに接続されている。また、スイッチン
グトランジスタ２２のコレクタはコイル２４に接続され
ている。スイッチングトランジスタ２２は、図１のスイ
ッチング手段１４を構成する。

【００３１】コイル２４の下流側には抵抗２６が接続さ
れ、上流側にはフライホィールダイオード３８が接続さ
れている。コイル２４及びフライホィールダイオード３
８は図１の平滑手段１６を構成する。平滑手段１６に
は、その出力側、すなわち抵抗２６の下流側に外付けの
コンデンサ２８が接続されるが、このために、使用する
電流値に応じた容量のコンデンサをユーザが適宜選択し
て接続する。

【００３２】スイッチングトランジスタ２２のエミッタ
ベース間には抵抗３０が接続されており、またスイッチ
ングトランジスタ２２のベースには、その導通、遮断の
スイッチング動作を制御する第１のトランジスタ３２の
コレクタが接続されている。第１のトランジスタ３２の
ベースには、コンデンサ１２から抵抗３４を介してベー
ス電流が供給されており、また、第２のトランジスタ４
４のコレクタが接続されている。さらに、スイッチング
トランジスタ２２のコレクタと第１のトランジスタ３２
のベースとがコンデンサ３６を介して接続されている。
なお、第２のトランジスタ４４のエミッタはアースに接
続されている。

【００３３】第１のトランジスタ３２、第２のトランジ
スタ４４、抵抗３０、３４及びコンデンサ３６は図１の
スイッチング制御手段２０を構成する。

【００３４】抵抗２６の下流側には外付けのコンデンサ
２８と並列にツェナーダイオード４０が接続されてい
る。さらにツェナーダイオード４０の下流側には抵抗４
２が直列に接続されている。抵抗４２の上流側の電圧は
第２のトランジスタ４４のベースに供給されている。ツ
ェナーダイオード４０と抵抗４２とは、図１の電圧検出
手段１８を構成する。

【００３５】また、コイル２４の下流側には第３のトラ
ンジスタ４６のベースが接続されており、そのコレクタ
はダイオード４７を介して第１のトランジスタ３２のベ
ースと接続されている。また第３のトランジスタ４６の
エミッタはツェナーダイオード４０の上流側、すなわち
抵抗２６の下流側に接続されている。

【００３６】以上の回路は、シングルインライン（ＳＩ
Ｌ）パッケージに組み込まれており、トランスが使用さ
れていないことと相まって回路の小型化、軽量化を図る
ことができ、また、衝撃に強い高信頼性のトランスレス
電源回路を実現することができる。さらに小型のＳＩＬ
パッケージにしたことにより、家電製品の電源部の製造
工程を簡単にでき、量産性を上げることができる。本実
施例のトランスレス直流電源回路を使用することが好ま
しい家電製品としては、電気掃除機、電気ポット、電気
炊飯器、交直両用機のモータコントローラ及びリモート
コントローラ方式の照明器具の受光部などが考えられ
る。

【００３７】以上のように本回路をＳＩＬパッケージと
したことにより種々の効果を奏することができる。例え
ば、ダイオード１１やコンデンサ１２、２８は、使用電
流に応じてユーザが回路に外付け部品として接続する
が、この接続はＳＩＬパッケージから出ているピンに行
えばよく、作業が簡略化できる。

【００３８】なお、ダイオード１１については外付けと
せず、ＳＩＬパッケージに組み込むのも好適である。

【００３９】次に図２に示される回路の動作について説
明する。

【００４０】本回路に電源が投入されると、抵抗３４を
介して第１のトランジスタ３２のベースにベース電流が
流れる。これにより第１のトランジスタ３２が導通状態
となり、抵抗３０に電流が流れてスイッチングトランジ
スタ２２のベースエミッタ間に電位差が発生し、スイッ
チングトランジスタ２２が導通状態となる。このためス
イッチングトランジスタ２２のコレクタの電圧が上昇す
るが、この電圧上昇によりコンデンサ３６を介して第１
のトランジスタ３２のベース電流が増加し、さらに第１
のトランジスタ３２の導通状態が促進される。これによ
って、抵抗３０の電流も増加してスイッチングトランジ
スタ２２の導通状態が促進されコイル２４に流れる電流
が増加する。

【００４１】また、外付けのコンデンサ２８には電荷が
蓄えられてゆき、その端子電圧も上昇する。外付けのコ
ンデンサ２８の端子電圧が上昇すると、ツェナーダイオ
ード４０に電流が流れ、これにより抵抗４２の端子間に
電圧が発生する。このツェナーダイオード４０の設定電
圧は通常４．３Ｖ程度にとり、外付けのコンデンサ２８
の端子電圧が５Ｖに上昇した時に抵抗４２に発生する電
圧が約０．７Ｖ程度になるように設定されている。

【００４２】抵抗４２の上流側の電圧が上昇すると、第
２のトランジスタ４４のベース電圧が上昇して第２のト
ランジスタ４４が導通状態になる。第２のトランジスタ
４４が導通状態となると第１のトランジスタ３２のベー
ス電圧が低下するので、第１のトランジスタ３２が遮断
状態となり、スイッチングトランジスタ２２のベースエ
ミッタ間の電位差も小さくなって遮断状態となる。

【００４３】尚、この時に、第３のトランジスタ４６の
コレクタにダイオード４７が接続されていないと、第３
のトランジスタ４６のベース、コレクタ間が順方向にバ
イアスされ、その結果、第１のトランジスタ３２のベー
ス電圧が２Ｖ程度に固定されてしまう。従って、ダイオ
ード４７により、第１のトランジスタ３２のベース電圧
が固定されないようにし、上記回路動作に支障を来すこ
とを防止している。

【００４４】スイッチングトランジスタ２２が遮断状態
となるとコイル２４を流れる電流はフライホィールダイ
オード３８から供給されつつ徐々に減少していく。コイ
ル２４を流れる電流が減少すると、外付けのコンデンサ
２８の端子電圧も低下し、抵抗４２を流れる電流が減少
してその上流側の電圧も低下するので、第２のトランジ
スタ４４が遮断状態となる。これにより再び第１のトラ
ンジスタ３２のベースにベース電流が供給されて導通状
態となる。

【００４５】すなわち、スイッチングトランジスタ２２
は、外付けのコンデンサ２８の端子電圧がある所定値
（例えば５Ｖ）まで上昇したことをツェナーダイオード
４０と抵抗４２とで構成される電圧検出手段１８により
検出されると遮断状態となり、所定値より低くなったこ
とを検出されると再び導通状態となる。従って、電圧検
出手段１８では、第１のトランジスタ３２がスイッチン
グトランジスタ２２の遮断と導通の動作を制御するため
の基準電圧も決定している。この基準電圧は、ツェナー
ダイオード４０と抵抗４２との組合わせにより変更する
ことができる。

【００４６】また、スイッチングトランジスタ２２の出
力電圧は、コイル２４、フライホィールダイオード３８
及び外付けのコンデンサ２８により平滑化される。

【００４７】以上の動作を繰り返すことにより、スイッ
チングトランジスタ２２のスイッチング動作が継続さ
れ、本回路の出力電圧、すなわち外付けのコンデンサ２
８の端子電圧が一定値に保たれる。尚、スイッチングト
ランジスタ２２の導通、遮断の動作の周期は、コイル２
４、外付けのコンデンサ２８等の時定数により一定値に
定まる。

【００４８】本実施例においては、スイッチングトラン
ジスタ２２のスイッチング動作の基準電圧を決定する電
圧検出手段１８を構成するツェナーダイオード４０が、
平滑手段１６の出力側、すなわち外付けのコンデンサ２
８と並列に接続されている。また、スイッチングトラン
ジスタ２２のスイッチング動作を制御する第１のトラン
ジスタ３２のベースには、図５に示される従来例のよう
なＦＥＴ６６とツェナーダイオード４０の組合わせによ
るのではなく、抵抗３４を介してベース電流が供給され
る。

【００４９】これにより、図５に示される従来例のよう
に、ツェナーダイオード４０がスイッチングトランジス
タ２２の上流側に接続されている場合に比べ、第１のト
ランジスタ３２のベース回路に流れる電流を少なくでき
消費電力を低く押さえることができる。

【００５０】次に第３のトランジスタ４６の動作につい
て説明する。第３のトランジスタ４６のベースは抵抗２
６の上流側に接続されており、エミッタは抵抗２６の下
流側に接続されている。従って、抵抗２６を流れる電
流、すなわち平滑手段１６の出力電流の値が所定値を越
えると、抵抗２６の端子電圧、すなわち第３のトランジ
スタ４６のベースエミッタ間電圧が所定値を越えて導通
状態となる。

【００５１】第３のトランジスタ４６が導通状態となる
と、コンデンサ３６を介して第１のトランジスタ３２の
ベースに供給されていた電流が、ダイオード４７及び第
３のトランジスタ４６を介してツェナーダイオード４０
及び抵抗４２からアース側に流れることになる。これに
より第１のトランジスタ３２のベース電流が減少し第１
のトランジスタ３２が遮断状態となる。このためスイッ
チングトランジスタ２２も遮断状態となり、コイル２４
から外付けのコンデンサ２８に供給される電流も低下す
る。

【００５２】すなわち、抵抗２６により平滑手段１６の
出力電流の値を検知し、この電流値が大きくなった時に
スイッチングトランジスタ２２を流れる電流を遮断し
て、過大な電流がスイッチングトランジスタ２２を流れ
ることを防止する。これにより、スイッチングトランジ
スタ２２の破損が防止されると共に突入電流も低減する
ことができ、本回路から電力が供給される各素子の破損
を防止することもできる。

【００５３】なお、第３のトランジスタ４６は抵抗２６
の端子電圧が０．６５Ｖを越えると導通状態となるよう
に設定されている。

【００５４】また、上述のように、本回路はＳＩＬパッ
ケージに組み込まれているので、その１本のピンを第１
のトランジスタ３２のベースに接続しておくと、このピ
ンを出力電流の緊急遮断用の端子３３として使用するこ
ともできる。

【００５５】すなわち、この端子３３をアースと接続す
ると、第１のトランジスタ３２のベース電圧が低下する
ので第１のトランジスタ３２が遮断状態となり、これに
伴ってスイッチングトランジスタ２２も遮断状態となる
からである。従って、この端子３３を使用して出力電流
の緊急遮断回路を簡易に構成することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スイッチング手段の導通及び遮断の動作をスイッチング
制御手段が制御し、電源変換手段の出力電圧を調整する
ので、変圧手段としてのトランスを使用する必要がな
い。その結果、変圧用のトランスなしで商用電源を使用
できる小型で軽量のトランスレス直流電源回路を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示された実施例の回路図である。

【図３】従来のトランスを用いた直流電源回路の回路図
である。

【図４】従来のツェナーダイオードを使用した直流電源
回路の回路図である。

【図５】従来のＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。

【符号の説明】

１０ 整流手段 １１、４７ ダイオード １２、２８、３６ コンデンサ １４ スイッチング手段 １６ 平滑手段 １８ 電圧検出手段 ２０ スイッチング制御手段 ２２ スイッチングトランジスタ ２４ コイル ２６、３０、３４、４２ 抵抗 ３２ 第１のトランジスタ ３８ フライホィールダイオード ４０ ツェナーダイオード ４４ 第２のトランジスタ ４６ 第３のトランジスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トランスレス直流電源回路であって、 直流に変換された商用電源を所望の直流電圧源に変換す
   る電源変換手段を備え、 前記電源変換手段は出力電圧を制御する制御手段を有
   し、 商用電源を変圧するためのトランスを使用しないで商用
   電源から直流電源が得られることを特徴とするトランス
   レス直流電源回路。
2. 【請求項２】 請求項１記載のトランスレス直流電源回
   路であって、 前記電源変換手段が、 直流に変換された商用電源を受入れ、所定の周期で導通
   と遮断とを繰り返すスイッチング手段と、 前記スイッチング手段の出力側に接続され、前記スイッ
   チング手段の出力電圧を平滑化する平滑手段と、を備
   え、 前記制御手段が、 前記スイッチング手段の導通及び遮断の動作を制御する
   スイッチング制御手段と、 前記平滑手段の出力側に設けられ、前記平滑手段の出力
   電圧を検出するとともに前記スイッチング手段の導通及
   び遮断の動作を制御するための基準電圧を決定する電圧
   検出手段と、を備え、 前記スイッチング制御手段は、前記電圧検出手段により
   検出された電圧が前記基準電圧以上になった時に前記ス
   イッチング手段を遮断させ、前記基準電圧より小さくな
   った時に導通させることを特徴とするトランスレス直流
   電源回路。