JPH01318559A - 交流／直流変換回路 - 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】 概要 交流電力を直流電力へ変換する交流／直流変換回路に関
し、 トランスを用いず、且つ簡単な回路で交流電力を直流電
力へ降圧して変換することを目的とし、交流電源による
交流入力を整流平滑回路で整流、平滑して直流出力を得
る交流／直流変換回路において、交流入力の電圧と位相
を検出する電圧・位相検出回路を設け、さらに、交流電
源と整流平滑回路の間にスイッチング素子を設け、電圧
・位相検出回路により検出した交流入力の電圧レベルと
位相に応じてスイッチング素子をオン・オフして、その
オン期間中に交流入力を整流平滑回路側へ送出するよう
に構成する。

産業上の利用分野 本発明は交流電力を直流電力へ変換する交流／直流変換
回路に関する。

電子機器には、動力源となる電源部が組み込まれており
、しかも、その大半は直流電源を用いている。これらの
直流電源の多くは、商用電源のＡＣ１００／２００Ｖを
人力源とし、この電圧を電源トランス等により降圧して
、且つブリッジダイオード等で整流して直流電力を得て
いる。さらに、入力源の電圧変動等により電子機器への
供給電圧が変動しないように電圧安定化回路を接続して
いる。

このような中で、電子機器の小型化に伴い、電源部の小
型化、高効率化が要望されている。

従来の技術 第６図は従来の交流／直流変換回路の回路図を示してい
る。

Ｔ１は降圧用のトランス、Ｄ１５〜Ｄ１８は整流用のダ
イオード、Ｃ３は平滑用のコンデンサ、Ｒ５は負荷の抵
抗である。ダイオードＤ１５〜Ｄ１８でブリッジダイオ
ードが構成されており、トランスＴ１で降圧された交流
電力を全波整流している。このように、本回路は、余波
整流降圧回路となっている。交流入力が正の半サイクル
のとき、ダイオードＤ１５−抵抗Ｒ５−ダイオードＤ１
８の順で電流が流れ、負の半サイクルのとき、ダイオー
ドＤ１６−抵抗Ｒ５−ダイオードＤ１７の順で電流が流
れる。これにより、交流入力が整流、またコンデンサＣ
３により平滑化されて、直流出力が得られる。

第７図は他の従来例回路図を示している。

ダイオードＤ１９〜Ｄ２２でブリッジダイオードが構成
されており、交流入力による電圧は、このブリッジダイ
オードに直接印加されている。２７は取り込んだ電圧を
所望の電圧に変換する定電圧回路であり、平滑用のコン
デンサＣ４で平滑化された直流電圧を取り込んでいる。

ダイオードＤ１９〜Ｄ２２、コンデンサＣ４の動作は、
第６図の従来例と同じであるためその説明は省略する。

コンデンサＣ４の両端に発生する電圧は、定電圧回路２
７で所望の電圧レベルに変換される。

第６図、第７図の従来例の外に半波整流による交流／直
流変換回路も知られている。

発明が解決しようとする課題 しかし、上述したような従来の交流／直流変換回路で、
商用周波数５０／６０）（ｚの低周波の交流入力をトラ
ンスを用いて降圧させる場合は、そのトランスの形状は
大きく、重いため、電源部の小型化及び軽量化の妨げと
なるという問題があった。

また、トランスを用いず定電圧回路で降圧する場合は、
その定電圧回路方式として、シリーズ・レギュレータと
スイッチング・レギュレータがある。

シリーズ・レギュレータを用いたときは、電力変換効率
が悪く、その放熱面積も広くなり小型化の妨げとなる。

スイッチング・レギュレータを用いたときは、その回路
構成が複雑で、必ずしも低価格でないという問題があっ
た。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、トランスを用いず、且つ簡単な
回路で交流電力を直流電力へ降圧して変換する交流／直
流変換回路を提供することである。

課題を解決するための手段 第１図は本発明の原理図であり、（ａ）はブロック図、
（ｂ）は波形図を示している。

交流電源１０による交流入力を整流平滑回路１１で整流
、平滑して直流出力を得る交流／直流変換回路において
、交流入力の電圧と位相を検出する電圧・位相検出回路
１２を設け、さらに、交流電源１０と整流平滑回路１１
の間にスイッチング素子１３を設ける。そして、電圧・
位相検出回路１２により検出した交流入力の電圧レベル
と位相に応じてスイッチング素子１３をオン・オフして
、そのオン期間中に交流入力を整流平滑回路１１側へ送
出する。

作　　　用 本発明によれば、全波整流で交流入力を直流に変換する
場合、電圧・位相検出回路１２で検出する交流入力の正
、負の電圧レベルを所望の電圧レベルに設定する。そし
て、第１図（ｂ）に示すように、交流入力の正、負の半
サイクルでの電圧がその設定電圧以下のとき、交流入力
の位相に同期させてスイッチング素子１３をオンにして
、整流平滑回路１１側へ交流入力を送出する。そして、
整流平滑回路１１から出力された直流出力が抵抗Ｒ５へ
供給される。

半波整流で交流入力を直流に変換する場合も、同様に電
圧・位相検出回路１２で検出する交流入力の電圧レベル
を所望の電圧レベルに設定して、交流入力の正の半サイ
クルでの電圧が設定電圧以下のとき、その位相に同期さ
せてスイッチング素子１３をオンにして、整流平滑回路
１１へ交流入力を送出する。これにより、電圧・位相検
出回路１２での電圧検出レベルに応じて出力電力の電圧
が設定できるため、交流入力の整流降圧が容易にできる
。

実　　施　　例 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第２図は本発明による交流／直流変換回路の一実施例回
路図を示しており、全波整流降圧回路となっている。

１０は交流電源、２１．２２は電圧・位相検出回路、Ｄ
３、Ｄ４はツェナー・ダイオード、Ｄｌ、Ｄ２、Ｄ５〜
ＤＩＯはダイオード、Ｒ１−Ｒ５は抵抗、ＴＲＩ、ＴＲ
２はトランジスタ、２３．２４は電界効果トランジスタ
　（ＦＥＴ）　、Ｃ１はコンデンサである。ダイオード
Ｄ５はＦＥＴ２３の内部ダイオード、ダイオードＤ６は
ＦＥＴ２４の内部ダイオードで、抵抗Ｒ５は負荷抵抗で
ある。

電圧・位相検出回路２１は抵抗Ｒ１、Ｒ３、ダイオード
ＤＩ、ツェナー・ダイオードＤ３及びトランジスタＴＲ
１により構成されており、交流電源１０の電圧波形の負
の半サイクルを検出している。電圧・位相検出回路２２
は抵抗Ｒ２、Ｒ４、ダイオードＤ２、ツェナー・ダイオ
ードＤ４及びトランジスタＴＲ２により構成されており
、交流電源１０の電圧波形の正の半サイクルを検出して
いる。抵抗Ｒ１、Ｒ２は、ツェナー・ダイオードＤ３、
Ｄ４の電流制限抵抗、抵抗Ｒ３、Ｒ４は、ＦＥＴ２３、
ＦＥＴ２４のゲート電流制限抵抗、ダイオードＤ１、Ｄ
２は逆極性時の逆流防止用である。ツェナー・ダイオー
ドＤ３、Ｄ４は直流出力電圧設定用の基準電圧源である
。トランジスタＴＲＩ、ＴＲ２は交流入力の位相に同期
しながらＦＥＴ２３、ＦＥＴ２４をオン・オフさせてい
る。

ＦＥＴ２３の動作は、電圧・位相検出回路２１により制
御され、ＦＥＴ２４の動作は、電圧・位相検出回路２２
により制御されている。ダイオードＤ７〜ＤＩＯはブリ
ッジ・ダイオードを構成しており、ＦＥＴ２３、ＦＥＴ
２４を介して送出された交流入力を全波整流している。

コンデンサＣ１はブリッジ・ダイオードからの脈流出力
を平滑化している。

第３図は第２図回路による動作波形図を示している。

ダイオードＤ４の設定電圧をｘ（Ｖ）、ダイオードＤ３
の設定電圧をｙ　（Ｖ）とすると、入力端子波形ｅの電
圧が、０からａ点電圧（＝ｘＶ）未満では、ツェナー・
ダイオードＤ４はオフであるため、トランジスタＴＲ２
はオフである。これにより、ＦＥＴ２４はオン状態であ
り、ダイオードＤ５−ダイオードＤ７−コンデンサＣ１
及び抵抗Ｒ５−ダイオードＤｉ　０−ＦＥＴ２４の順で
電流が流れる。入力端子ｅがａ点電圧に達すると、ツェ
ナー・ダイオードＤ４オン、トランジスタＴＲ２オンと
なるため、ＦＥＴ２４はオフになり、ａ点電圧以上の電
圧は抵抗Ｒ５側へ印加されない。

正の半サイクルにおける電圧のピークを過ぎて、その電
圧がａ′点電圧（＝ｘＶ）よりも低くなると、ツェナー
・ダイオードＤ４、トランジスタＴＲ２がオフになるた
め、ＦＥＴ２４は再びオンとなり、ダイオードＤ５−ダ
イオードＤ７−コンデンサ０１及び抵抗Ｒ５−ダイオー
ドＤＩＯ−ＦＥＴ２４の順で電流が流れる。尚、ＦＥＴ
２４がオフの期間（ａ点〜ａ′点）は、コンデンサＣＩ
に蓄積された電荷が抵抗Ｒ５へ放電される。

さらに、入力端子の位相が進んで負の半サイクルになる
と、電圧・位相検出回路２２、ＦＥＴ２４は逆バイアス
となると共に、電圧・位相検出回路２１およびＦＥＴ２
３は順バイアスとなる。入力電圧がＯ′からｂ点電圧（
−ｙＶ）未満では、ツェナー・ダイオードＤ３、トラン
ジスタＴＲＩはオフであるため、ＦＥＴ２３はオンとな
る。よって、ダイオードＤ６−ダイオードＤ９−コンデ
ンサＣＩ及び抵抗Ｒ５−ダイオードＤ８−ＦＥＴ２３の
順で電流が流れて、交流電源１０の電圧が抵抗Ｒ５側へ
印加される。

入力電圧ｅがｂ点電圧に達すると、ツェナー・ダイオー
ドＤ３、トランジスタＴＲＩがオンとなるため、ＦＥＴ
２３はオフとなり、交流室１１０の電圧は抵抗Ｒ５側へ
は印加されない。

負の半サイクルにおける電圧のピークを過ぎて、その電
圧がｂ′点電圧（＝ｙＶ）よりも低くなると、ツェナー
・ダイオードＤ３、トランジスタＴＲ１がオフになるた
め、ＦＥＴ２３は再びオンとなり、ダイオードＤ６−ダ
イオードＤ９−コンデンサＣ１及び抵抗Ｒ５−ダイオー
ドＤ３−ＦＥＴ２３の順で電流が流れる。尚、ＦＥＴ２
３がオフの期間（ｂ点〜ｂ′点）は、コンデンサＣ１に
蓄積された電荷が抵抗Ｒ５へ放電される。

このような動作を繰り返すことにより、抵抗Ｒ５の両端
において全波整流によるリップル分の少ない直流電圧が
得られる。

第４図は本発明による交流／直流変換回路の他の実施例
回路図を示しており、半波整流降圧回路となっている。

抵抗Ｒ５は負荷抵抗、コンデンサＣ２は出力平滑用コン
デンサ、ダイオードＤ１４は出力整流用ダイオード、ダ
イオードＤ１３はＦＥＴ２６の内部ダイオードである。

電圧・位相検出回路２５は抵抗Ｒ６、Ｒ７、トランジス
タＴＲ３、ダイオードＤｌｌ、ツェナー・ダイオードＤ
Ｉ２により構成されている。抵抗Ｒ７はＦＥＴ２６のゲ
ート電流制限抵抗、抵抗Ｒ６はツェナー・ダイオードＤ
１２の電流制限抵抗、ダイオードＤｌｌは入力端子が逆
極性時の逆流防止ダイオードであり、トランジスタＴＲ
３は入力電圧の位相に同期してＦＥＴ２６をオン・オフ
駆動している。

第５図は第４図回路による動作波形図を示している。

ツェナー・ダイオードＤ１２の設定電圧をＸ（Ｖ）とす
ると、交流電源１０による入力電圧ｅが０からａ点電圧
（＝ｘＶ）未満では、ツェナー・ダイオードＤ１２、ト
ランジスタＴＲ３はオフであるため、ＦＥＴ２６はオン
になっている。これにより、交流電源１０−コンデンサ
Ｃ２及び抵抗Ｒ５−ダイオードＤ１４−ＦＥＴ２６の順
で電流が流れる。

入力端子ｅがａ点に達すると、ツェナー・ダイオードＤ
Ｉ２、トランジスタＴＲ３はオンとなり、ＦＥＴ２６は
オフになるため、交流電源１０による入力電圧ｅは抵抗
Ｒ５側へ印加されない。

正の半サイクルにおける電圧のピークを過ぎて、ａ′点
電圧（＝ｘＶ）よりも低くなると、ダイオードＤ１２、
トランジスタＴＲ３がオフになるため、ＦＥＴ２６は再
びオンとなり、交流電源１〇−コンデンサＣ２及び抵抗
Ｒ５−ダイオードＤ１４−ＦＥＴ２６の順で電流が流れ
る。尚、ＦＥＴ２６がオフの期間（ａ点〜ａ′点）は、
コンデンサＣ２に蓄積された電荷が抵抗Ｒ５へ放電され
る。

さらに、入力電圧ｅの位相が進んで負の半サイクルにな
ると、入力端子ｅは、ダイオード０１４により阻止され
る。このような動作を繰り返すことにより、抵抗Ｒ５の
両端において半波整流によるリップル分の少ない直流電
圧が得られる。

発明の効果 本発明は以上詳述したように構成したので、トランス等
を用いずに回路部品点数も少ない交流／直流変換回路を
提供でき、電源部の小型化、軽量化さらに低価格化が可
能になる。また、電圧・位相検出回路で設定した電圧以
上の交流電力は整流平滑回路側へ送出されないため、入
力端子が変動しても安定した電圧を電子機器へ供給でき
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図で、（ａ）はブロック図、（ｂ
）は波形図、 第２図は本発明による交流／直流変換回路の一実施例回
路図、 第３図は第２図回路による動作波形図、第４図は本発明
による交流／直流変換回路の他の実施例回路図、 第５図は第４図回路による動作波形図、第６図は従来の
交流／直流変換回路の回路図、第７図は他の従来例回路
図を示している。 １０・・・交流電源、　　　１１・・・整流平滑回路、
１２．２１．２２．２５・・・電圧・位相検出回路、１
３・・・スイッチング素子、 ２３．２４．２６・・・ＦＥＴ、 ２７・・・定電圧回路、　Ｒ１−Ｒ７・・・抵抗、Ｔ１
・・・トランス、 Ｄｌ、Ｄ２、Ｄ５〜Ｄｌｌ・・・ダイオード、Ｄ３、Ｄ
４、Ｄｌ２・・・ツェナー・ダイオード、ＴＲＩ〜ＴＲ
３・・・トランジスタ、 Ｃ１〜Ｃ４・・・コンデンサ。 （ｂｌ 本桐≦１１！月の１１丁児　閃 第１図 、＄２１＋：コ石貫力作シ友形図 第３図 ネ屓５θ月１：コシろイｅｒつ冥）りｂイ列丘ロメト図
第４図 第４団＋：Ｊ７１Ｉ？力作ン度形躬

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 交流電源（１０）による交流入力を整流平滑回路（１１
   ）で整流、平滑して直流出力を得る交流／直流変換回路
   において、 交流入力の電圧と位相を検出する電圧・位相検出回路（
   １２）を設け、 さらに、交流電源（１０）と整流平滑回路（１１）の間
   にスイッチング素子（１３）を設け、 電圧・位相検出回路（１２）により検出した交流入力の
   電圧レベルと位相に応じてスイッチング素子（１３）を
   オン・オフして、そのオン期間中に交流入力を整流平滑
   回路（１１）側へ送出することを特徴とする交流／直流
   変換回路。