JP2000299985A

JP2000299985A - 電源回路及びそれを用いた電源装置

Info

Publication number: JP2000299985A
Application number: JP11105816A
Authority: JP
Inventors: Akiyuki Komatsu; 明幸小松
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2000-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】小電力電源に好適する、簡素な構成で高い効
率を有する小型の電源回路を提供する。【解決手段】交流電源１からの入力交流電圧を整流す
る整流ダイオード５、６からなる整流回路、及び交流電
源１と整流回路との間に直列に接続したコンデンサ２を
有し、コンデンサ２の充放電電流で電力を供給する。ま
た、抵抗３及びコイル４をコンデンサ２に直列に接続
し、交流電源１のサージノイズを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型で高い効率を
有する電源回路に関し、特に、小型の制御機器等の制御
回路に好適な電源回路、及び運転電力を供給する主電源
回路と制御回路用等に電力を供給する副電源回路とを有
する電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロコンピュータの普及にと
もない、種々の電気機器にマイクロコンピュータを搭載
してその運転を制御することが広く行われている。従っ
て、運転電力を供給する主電源回路と、これに並列に接
続した低電圧小電力の制御回路用の副電源回路とを有す
る電気機器が増加している。

【０００３】小型の制御機器や副電源回路等に用いられ
る従来の電源回路について、図８の回路図を参照しつつ
説明する。図８において、電圧変換トランス３２の１次
巻線は、商用周波数の交流電源３１に接続されている。
電圧変換トランス３２の２次巻線は、整流ブリッジ回路
３３の両入力端子間に接続されている。整流ブリッジ回
路３３の両出力端子間には、平滑コンデンサ３４が接続
されている。平滑コンデンサ３４には、電圧安定化回路
３５を介して出力電圧安定化用のコンデンサ３６が並列
に接続されている。出力電圧安定化用のコンデンサ３６
に負荷３７が並列に接続されている。この電源回路によ
り、交流電源１の交流電圧は、トランス３２により低圧
の交流電圧に変換され、整流回路３３で整流され、平滑
コンデンサ３４により平滑され、電圧安定化回路を通し
て負荷３７に供給される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】交流電源３１の周波数
は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚでかつ電圧は１００Ｖ以上で
ある。これに対して小型の制御機器である負荷の所要電
圧は数Ｖと低いため、その低い電圧を得るための降圧用
トランスでは１次巻線と２次巻線の巻数比を大きくする
必要がある。したがって必然的にトランスの１次巻線の
巻回数を多くする必要がある。さらに、安全規格による
巻線間や入出力端子間の耐電圧の安全距離を確保する必
要もあり、そのこともトランス３２を大型にするという
問題があった。また、トランスをできるだけ小さくする
ために、巻線の線径を小さくすると、巻線抵抗が高くな
り安定性は低くなる。出力電圧を安定化しようとする
と、電圧安定化回路３５の損失が増加し、発熱は大きく
なる。その結果、従来の電源回路は、必要とされる負荷
への供給電力が低いにも拘わらず発熱が多いという問題
があった。

【０００５】一方、この種の電源回路として、小型のス
イッチング電源装置を用いることがある。トランスを小
型化するためにスイッチング周波数を高くすると、スイ
ッチング損失が大きくなり高い効率の電源回路を実現で
きないという問題があった。また、運転時間に比べ待機
時間の長い電気機器、例えば、リモートコントロール回
路を有する家庭用のエアコン等の副電源回路として、上
述した従来の電源回路を使用する場合、効率が悪いため
待機時間における消費電力を省電力化できないという問
題があった。

【０００６】本発明は、低出力電源に好適な小型で高い
効率を有する電源回路を提供することを目的とする。本
発明の別の目的は、運転電力を供給する主電源回路と、
主電源回路と並列に接続した制御回路用やスタンバイ用
の小電力を供給する小型で高い効率を有する副電源回路
とを備えた電源装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による電源回路
は、交流電源からの入力電圧を整流して直流電圧に変換
する整流回路、及び前記交流電源と整流回路との間に、
直列に接続したコンデンサを有することを特徴とする。
この電源回路によれば、トランスを使用していないた
め、トランスのコイルやコアで損失される電力の発生が
無い。また、コンデンサの充放電電流で電力を供給でき
る。従って、小電力を高い効率で供給できる小型の電源
回路を実現できる。

【０００８】また、この電源回路においては、出力回路
に接続した電圧クランプ手段を有するのが望ましい。ま
た、前記整流回路を構成する少なくとも１つの整流素子
に並列に接続したスイッチ手段、及び出力電圧が予め定
められた値以上に上昇すると、前記スイッチ手段をオン
にし、出力電圧が前記値以下に低下すると、前記スイッ
チ手段をオフにするスイッチ制御手段を有するのが望ま
しい。さらに、前記スイッチ手段のオンオフを前記交流
電源の周波数に等しく、かつ所定の位相差をもって行う
スイッチ制御手段を有するのが望ましい。さらに、前記
整流回路を構成する整流素子に定電圧ダイオードを用い
るのが好ましい。この構成の電源回路によれば、電圧安
定化回路が不要となり、電圧安定化回路の損失による発
熱を大幅に減少させた小電力を高い効率で供給できる小
型の定電圧の電源回路が実現できる。

【０００９】さらに、前記スイッチ制御手段は、出力電
圧をデジタルデータに変換するＡＤ変換器と、前記デジ
タルデータと予め定められた電圧と比較し前記スイッチ
手段をオンオフする制御信号を出力する比較器と、を有
するのが好ましい。この構成の電源回路によれば、出力
電圧制御のアナログ制御が不要となり、制御回路に使用
するマイクロコンピュータを使用して電圧制御ができ
る。また、前記交流電源のサージノイズを防止する手段
として、前記コンデンサに抵抗もしくはコイルまたは両
者を直列に接続するのが望ましい。さらに、出力電圧の
異常な電圧上昇を防止する過電圧保護回路を有するのが
望ましい。

【００１０】本発明による電源装置は、電気機器に運転
電力を供給する主電源回路と、主電源回路に並列に接続
した制御回路用、またはバックアップ用やスタンバイ用
の副電源回路とを有する電源装置において、副電源回路
として、本発明の電源回路を用いたことを特徴とする。
また、前記主電源回路の動作時に、前記副電源回路の動
作を停止させるのが望ましい。この電源装置によれば、
主電源回路が動作した場合に、主電源回路から運転用電
力を、副電源回路から制御回路用の小電力をそれぞれ高
い効率で供給することができる。さらに、主電源回路が
動作しない待機時間における省電力化を達成できる。ま
た、副電源回路をバックアップ用の電力を供給する電源
回路として用いる場合、主電源回路が動作した場合に不
要となる副電源回路の動作を停止することで不要な電力
消費を防止できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電源回路及びそれ
を用いた電源装置の好適な実施例について図１ないし図
７を参照しつつ説明する。

【００１２】《実施例１》本発明の実施例１の電源回路
について図１を参照しつつ説明する。図１は、本発明の
実施例１の電源回路の回路図である。図１において、商
用周波数の交流電源１の両端子は、ノイズ対策用の抵抗
３と、コイル４と、コンデンサ２と、整流ダイオード５
との直列接続体に接続されている。整流ダイオード５に
並列に整流ダイオード６と平滑コンデンサ７との直列接
続体が接続されている。平滑コンデンサ７に並列に負荷
１７が接続されている。なお、抵抗３の値及びコイル４
の商用周波数におけるインピーダンス値は、コンデンサ
２の商用周波数におけるインピーダンス値に対して十分
低く設定されている。また、平滑コンデンサ７の容量は
出力電圧のリップル電圧が充分低くなるような値に設定
されている。

【００１３】この実施例１の電源回路において、出力電
圧が入力電圧に比較して充分低い場合には、抵抗３の値
は十分低いのでこれを無視すると、コンデンサ２に流れ
る電流Ｉは式（１）で与えられる。ここで、Ｃはコンデ
ンサ２の容量を示し、Ｖ_(p-p ₎は入力電圧の最大値と最
小値間の電圧を示し、Ｆは交流電源の周波数を示す。

【００１４】Ｉ＝Ｃ×Ｖ_(p-p)×Ｆ・・・（１）

【００１５】このように、コンデンサ２に流れる電流Ｉ
は抵抗成分に影響されない。従って、電圧変換のための
発熱はなくなり、電源回路としても抵抗３及びコイル４
のインピーダンス値は十分低いため発熱による損失は極
めて少なくなる。なお、整流回路の構成は整流ダイオー
ド５、６により構成した例で説明したが、ブリッジ回路
でもよいのはいうまでもない。ブリッジ回路の場合は、
電流を２倍とすることができる。また、整流ダイオード
の極性を逆にした負電圧の整流回路でも同様に動作す
る。なお、抵抗３とコイル４とはノイズ対策用のもので
あり、本発明の電源回路の動作には直接関与しない。

【００１６】《実施例２》本発明の実施例２の電源回路
について図２を参照しつつ説明する。図２は、本発明の
実施例２の電源回路の回路図である。図２に示すよう
に、この実施例２の電源回路は、電圧クランプ手段とし
て実施例１の電源回路の負荷１７に並列に定電圧ダイオ
ード８を付加したものである。実施例１の電源回路で
は、交流電源１の電圧、周波数及び負荷電流の値により
出力電圧は変化する。しかし、実施例２の電源回路で
は、定電圧ダイオード８により上述した変化を吸収でき
るので、負荷１７に安定した電圧を供給できる。この実
施例２の電源回路は、電圧クランプ手段として負荷１７
に並列に定電圧ダイオード８を接続した例について説明
した。しかし、電圧クランプ手段を整流回路を構成する
整流ダイオード５、６の少なくとも一方を定電圧ダイオ
ードとしても同様の効果が得られる。

【００１７】《実施例３》本発明の実施例３の電源回路
について図３を参照しつつ説明する。図３は、実施例３
の電源回路の回路図である。実施例３の電源回路は、実
施例２の電源回路に予め定められた出力電圧になるよう
に制御する回路を付加したものである。従って、実施例
２と同一部分には同一参照符号を付して説明を省略す
る。図３に示すように、予め設定された電圧を発生する
基準電圧源１１と出力電圧との差を誤差増幅器１０で増
幅し、スイッチングトランジスタ９をオンオフする制御
信号を出力する。出力電圧が基準電圧より高い場合は、
整流ダイオード５に並列に接続したスイッチングトラン
ジスタ９をオンとして電力の供給を停止させる。出力電
圧が基準電圧より低い場合は、スイッチングトランジス
タ９をオフとして電力を供給する。このときの発熱量Ｐ
は、式（２）で表される。ここで、Ｉはコンデンサ２を
流れる電流を示し、Ｒはスイッチングトランジスタ９の
オン抵抗を示す。

【００１８】Ｐ＝Ｉ×Ｉ×Ｒ・・・（２）

【００１９】また、この実施例３の電源回路は、スイッ
チングトランジスタ９のオンオフ駆動を誤差増幅器１０
の出力で行う例について説明した。しかし、予め設定す
る電圧を２つのコンパレータによって設定してもよい。
また、ヒステリシスを持ったコンパレータによって実現
することもできる。誤差増幅器１０をコンパレータとす
ることにより、スイッチングトランジスタ９のスイッチ
ング動作をアナログ動作とせずオンオフ動作とすること
で、オン抵抗Ｒを充分低くすることができ、発熱を極め
て小さくすることができる。

【００２０】実施例２の電源回路は、定電圧ダイオード
８の発熱による損失が発生するが、実施例３の電源回路
によれば、定電圧ダイオード１５に過大な電圧が印加さ
れないため、定電圧ダイオード１５の発熱は少ない。従
って、より損失の少ない電源回路を実現できる。この実
施例３の電源回路により、出力電圧５Ｖ、出力電流５ｍ
Ａの電源回路を試作した結果、交流電源の入力電圧や周
波数に無関係に、９０％以上の効率を有する電源回路を
実現できた。

【００２１】《実施例４》本発明の実施例４の電源回路
について図４を参照しつつ説明する。図４は、実施例４
の電源回路の回路図である。実施例４の電源回路は、実
施例３の電源回路に同期信号検出器１２及び同期回路１
３を追加すると共に、整流ダイオード６と並列にスイッ
チングトランジスタ１４を追加したものである。従っ
て、実施例３と同一部分には同一参照符号を付して説明
を省略する。図４において、同期信号検出回路１２は、
交流電源１の周波数に同期した同期信号を同期回路１３
に出力する。同期回路１３は、誤差増幅器１０の出力す
るスイッチングトランジスタ９、１４のオンオフ駆動信
号を前記同期信号に対し発熱を最小にする位相差でスイ
ッチングトランジスタ９、１４に出力する。実施例４の
電源回路によれば、スイッチングトランジスタ９、１４
のオンオフ駆動による発熱を最小限に抑えることができ
る。従って、より一層の損失低減ができる。

【００２２】実施例４の別の実施形態の電源回路につい
て図５を参照して説明する。図５は、実施例４の別の実
施形態の電源回路の回路図である。図５に示すように、
実施例４の別の実施形態の電源回路は、一方のスイッチ
ングトランジスタ１４を使用せず、同期信号検出回路１
２の入力部を電力供給用のコンデンサ２とダイオード５
との接続部に接続したものである。この電源回路におい
ても、上述した実施例４の電源回路と同様に、スイッチ
ングトランジスタ９のオンオフ駆動信号を前記同期信号
に対し発熱を最小にする位相差で出力することができ
る。

【００２３】《実施例５》本発明の実施例５の電源回路
について図６を参照しつつ説明する。図６は、実施例５
の電源回路の回路図である。実施例５の電源回路は、実
施例４の電源回路のスイッチングトランジスタのオンオ
フを制御するスイッチ制御手段としてＡＤ変換器１６と
コンパレータ１０ａとを使用するものである。従って、
実施例４と同一部分には同一参照符号を付して説明を省
略する。図６において、実施例４の誤差増幅器１０に替
えてコンパレータ１０ａを使用し、出力回路に並列に接
続したＡＤ変換器１６の出力をコンパレータ１０ａに入
力するものである。ＡＤ変換器１６によりデジタルデー
タに変換された出力電圧値と予め定められた基準電圧と
をコンパレータ１０ａで比較し、このコンパレータ１０
ａの出力信号によりスイッチングトランジスタ９、１４
のオンオフを制御する。

【００２４】マイクロコンピュータを用いた制御機器の
電源として使用する場合、この実施例５の電源回路によ
れば、アナログ制御が不要で、かつ上述したように電源
電圧制御が簡単にできる。このため、電源電圧制御がマ
イクロプロセッサの負担にならない。その結果、１個の
マイクロプロセッサで電源電圧の制御を含めた装置全体
の制御が可能となり、少ない部品点数で高い信頼性を有
する低消費電力の高性能電源を実現することができる。

【００２５】《実施例６》本発明の実施例６の電源装置
について図７を参照しつつ説明する。図７は、実施例６
の電源装置の回路図である。ここで、実施例６の電源装
置において、副電源回路２２として前述した実施例２の
電源回路を用いている。従って、実施例２と同一部分に
は同一参照符号を付して説明は省略する。図７におい
て、実施例６の電源装置は、大電力の主負荷１８に運転
用の電力を供給する商用交流電源１９の主電源回路２０
と、主電源回路２０に並列に接続した、主負荷１８の運
転を制御する制御回路２１に電力を供給する副電源回路
２２とを有している。制御回路２１は、マイクロコンピ
ュータ、メモリ、またはリモコン受信回路及び液晶表示
装置等から構成されており、その消費電力は数Ｗであ
る。しかし、主スイッチ２３をオフとし主負荷１８の運
転が停止した場合にも、メモリ、リモコン受信回路及び
表示装置等の制御回路２１には、副電源回路２２より常
にバックアップ電力を供給している。

【００２６】例えば、実施例６の電源装置において副電
源回路の効率が９０％で、５００Ｗの主負荷１８の運転
時間が１日２時間、２４時間動作するマイクロコンピュ
ータや表示装置等の制御回路２１の消費電力が０．０９
Ｗとすると、１日でこの電源装置は、１００２．４Ｗｈ
の電力を消費することになる。従来の電源回路を副電源
回路として使用した場合、従来のトランスを用いた電源
回路の消費電力が０．９Ｗとすると、消費電力は１０２
４Ｗとなり、ほぼ１日で２０Ｗｈの省電力化が達成でき
ることとなる。

【００２７】以上説明したように、本発明によれば、小
型で高い効率の小電力用電源を提供できる。従って、運
転用電力を供給する主電源回路と、制御回路用やバック
アップ用の小電力の副電源回路とを有する電源装置に、
副電源回路として本発明の電源回路を使用することによ
り消費電力を低減できる。例えば、エアコン等の制御回
路用の電源装置として、本発明の電源回路を副電源回路
として用いる場合は、運転時には主電源回路から制御回
路電力も供給し、待機時に副電源回路として本発明の電
源回路を使用する。その結果、運転時に比べて待機時の
時間が長いエアコンにおいては大幅な低消費電力化が実
現できる。また、バックアップ用の副電源回路として本
発明の電源回路を使用する場合、主電源回路の動作時に
は不要となる副電源回路の動作を停止するようにすれ
ば、さらに電力消費を少なくすることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上、実施例について詳細に説明したと
ころから明らかなように、本発明は次の効果を有する。
すなわち、本発明の電源回路によれば、整流回路と交流
電源との間にコンデンサを直列に挿入することで、コン
デンサの充放電電流で電力を供給することのできる小型
でかつ高い効率の小電力電源を提供できる。出力電圧を
安定にする場合には、定電圧ダイオードを使用してもよ
いが、スイッチングトランジスタを用いて整流回路に電
源供給をオンオフすることにより、より高い効率で安定
した出力電圧を供給できる電源回路を提供できる。この
電源回路を副電源回路として用いた電源装置によれば、
広い範囲の電気機器に使用可能で、主電源回路の停止す
る待機時間の長い電気機器における省エネルギーが実現
できるという大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の電源回路の回路図である。

【図２】本発明の実施例２の電源回路の回路図である。

【図３】本発明の実施例３の電源回路の回路図である。

【図４】本発明の実施例４の電源回路の回路図である。

【図５】本発明の実施例４の別の実施形態の電源回路の
回路図である。

【図６】本発明の実施例５の電源回路の回路図である。

【図７】本発明の実施例６の電源装置の回路図である。

【図８】従来の電源回路の回路図である。

【符号の説明】

１、１９交流電源２コンデンサ３抵抗４コイル５、６整流ダイオード７平滑コンデンサ８定電圧ダイオード９、１４スイッチングトランジスタ１０誤差増幅器１０ａコンパレータ１１基準電圧源１２同期信号検出器１３同期回路１５保護用定電圧ダイオード１６ＡＤ変換器１７負荷１８主負荷２０主電源回路２１制御回路２２副電源回路２３主スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源からの入力電圧を整流して直流
電圧に変換する整流回路、及び前記交流電源と整流回路
との間に、直列に接続したコンデンサを有することを特
徴とする電源回路。
【請求項２】出力回路に接続した電圧クランプ手段を
有することを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項３】前記整流回路を構成する少なくとも１つ
の整流素子に並列に接続したスイッチ手段、及び出力電
圧が予め定められた値以上に上昇すると前記スイッチ手
段をオンにし、出力電圧が前記値以下に低下すると前記
スイッチ手段をオフにするスイッチ制御手段を有するこ
とを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項４】前記スイッチ手段のオンオフを前記交流
電源の周波数に等しく、かつ所定の位相差をもって行う
スイッチ駆動手段を有することを特徴とする請求項３記
載の電源回路。
【請求項５】前記交流電源と前記コンデンサとの間
に、直列に接続した前記交流電源のサージノイズを防止
するノイズ防止手段を有することを特徴とする請求項１
記載の電源回路。
【請求項６】出力電圧の異常な電圧上昇を防止する過
電圧保護回路を出力部に接続したことを特徴とする請求
項１記載の電源回路。
【請求項７】前記整流回路を構成する整流素子が定電
圧ダイオードであることを特徴とする請求項１記載の電
源回路。
【請求項８】前記スイッチ制御手段は、出力電圧をデ
ジタルデータに変換するＡＤ変換器と、前記デジタルデ
ータを予め定めた電圧値と比較して、スイッチ手段をオ
ンオフする比較器とを有することを特徴とする請求項３
または４記載の電源回路。
【請求項９】電気機器に電力を供給する主電源回路
と、前記主電源回路に並列に接続した前記電気機器の制御回
路に電力を供給する副電源回路とを有する電源装置にお
いて、副電源回路として請求項１ないし８のいずれか１項記載
の電源回路を用いたことを特徴とする電源装置。
【請求項１０】前記主電源回路の動作時に、前記副電
源回路の動作を停止させるようにしたことを特徴とする
請求項９記載の電源装置。