JPH0221603B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は交流定電圧電源装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

一般に交流定電圧電源装置は種々の分野に用い
られている。例えば電子写真複写機においては、
感光体の高感度化の研究が進められる一方それに
応じて露光用光源の発光出力の安定化が求められ
るようになつてきており、この分野においても精
度の高い交流定電圧電源装置が必要とされてい
る。

このような要請から従来例えば第１図に示す構
成の交流定電圧電源装置が知られている。即ち、
交流電源１に双方向性半導体スイツチング素子で
ある双方向性半導体スイツチング２を介して例え
ば原稿露光用ハロゲン白熱電球などの負荷３を接
続する。そして交流電源１には電源トランス１１
１を介して全波整流器４を接続し、この全波整流
器４の正側出力端子ａと負側出力端子ｂとの間に
抵抗５及び定電圧ダイオード６の直列回路を接続
する。そして前記定電圧ダイオード６の両端に
は、双方向性サイリスタ２の導通位相を制御する
制御回路７を接続する。この制御回路７は、前記
定電圧ダイオード６の両端に、トランジスタ８と
コンデンサ９の直列回路及び抵抗１０と抵抗１１
の直列回路をそれぞれ接続し、このコンデンサ９
の両端にPUT（プログラマブル ユニジヤンクシ
ヨントランジスタ）１２とパルストランス１３の
一次側コイルの直列回路を接続し、このPUT１
２のゲートを前記抵抗１０と抵抗１１の接続点に
接続すると共にPUT１２のアノードを抵抗１２
１を介して前記全波整流器４の正側出力端子ａに
接続して構成され、コンデンサ９の両端電圧が抵
抗１０及び抵抗１１により定まるPUT１２のゲ
ート電圧を越える度毎にPUT１２が導通し、パ
ルストランス１３を介して前記双方向性サイリス
タ２のゲートにトリガパルスを与えるようにして
いる。

一方前記負荷３には電圧検出回路１４を接続す
る。この電圧検出回路１４は、前記負荷３に並列
に負荷電圧検出トランス１５の一次側コイルを接
し、この負荷電圧検出トランス１５の二次側コイ
ルの両端に全波整流器１６の入力端子を接続し、
この全波整流器１６の正側出力端子ｃと負側出力
端子ｄとの間に抵抗１７及び抵抗１８の直列回路
を接続すると共に負側出力端子ｄを前記全波整流
器４の負側出力端子ｂに接続し、抵抗１８の両端
にコンデンサ１９を接続し、このコンデンサ１９
の両端に抵抗２０及びコンデンサ２１の直列回路
を接続して構成され、コンデンサ２１の両端に負
荷３の両端電圧に対応する検出電圧を発生するよ
うにしている。

そして前記抵抗２０と前記コンデンサ２１の接
続点ｅと前記全波整流器１６の負側出力端子ｄと
の間に誤差増幅器２２を接続する。この誤差増幅
器２２は、前記抵抗２０と前記コンデンサ２１の
接続点ｅに抵抗２３を介して一方のトランジスタ
２４のベースを接続し、このトランジスタ２４の
エミツタを他方のトランジスタ２５のエミツタに
接続し、これらのエミツタを抵抗２６を介して前
記全波整流器１６の負側出力端子ｄに接続すると
共にこの負側出力端子ｄに起動用直流電源２７の
負側端子を接続し、前記トランジスタ２４のコレ
クタを抵抗２８を介して前記起動用直流電源２７
の正側端子に接続し、前記トランジスタ２４のベ
ースを抵抗２９及びコンデンサ３０を介して当該
トランジスタ２４のコレクタに接続し、前記トラ
ンジスタ２５のコレクタを前記起動用直流電源２
７の正側端子に接続し、トランジスタ２５のベー
スを前記起動用直流電源２７の両端子間に接続さ
れたポテンシヨメータ３１の可動子に接続し、前
記トランジスタ２４のコレクタを抵抗３２を介し
て前記トランジスタ８のベースに接続し、前記起
動用直流電源２７の負側端子を前記コンデンサ９
とパルストランス１３の接続点に接続して構成さ
れ、ポテンシヨメータ３１によるトランジスタ２
５のベース電圧を基準電圧とし、この基準電圧と
前記コンデンサ２１の両端に発生する検出電圧に
対応するトランジスタ２４のベース電圧とを比較
し、この差に応じてトランジスタ２４のコレクタ
即ちＱ点に発生する誤差出力を抵抗３２を介して
前記トランジスタ８のベースに加えるようにして
いる。

このような構成によつて、誤差増幅器２２の誤
差出力により制御回路７におけるトランジスタ８
のベース電圧をコントロールし、コンデンサ９の
両端電圧のdv/dtを制御することにより、双方向
性サイリスタ２のゲートへのトリガパルスの発生
位相を制御して負荷３の両端電圧を定電圧化する
ようにしている。尚図中、３３はノイズフイルタ
用コンデンサ、３４及び３５はノイズフイルタを
構成するコンデンサ及びインダクタ、３６及び３
７はサージ吸収回路を構成するコンデンサ及び抵
抗である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら斯かる構成によれば、電源トラン
ス１１１及び負荷３の負荷電圧の検出に負荷電圧
検出トランス１５を用いているため、装置全体が
大型で大重量となる上、トランスは高価であり、
製造コストが大きくなる欠点がある。

本発明者は、以上の如き事情に基づき鋭意研究
を重ねた結果、負荷の両端にそれぞれアノード側
が接続されるよう第１の整流素子及び第２の整流
素子の直列回路を設け、これら第１の整流素子と
第２の整流素子との接続点と、電源に接続される
全波整流器の出力端子との間に、逆阻止３端子サ
イリスタと抵抗の直列回路を介挿し、この逆阻止
３端子サイリスタを双方向性半導体スイツチング
素子と同期して導通せしめることにより負荷の両
端電圧及びこの両端電圧に近似した電圧を検出で
きることを見出し、本発明を完成するに至つた。

本発明は、負荷の両端電圧を確実に一定化する
ことができ、その上負荷の両端電圧をトランスを
用いずに検出することができ、しかも電源トラン
スが不要である小型軽量で製造コストの低い交流
定電圧電源装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の特徴とするところは、交流電源と、こ
の交流電源より給給電される負荷と、この負荷と
前記交流電源との間に介挿された双方向性半導体
スイツチング素子と、その入力端子が前記交流電
源に接続された全波整流器と、この全波整流器の
出力端子間に接続された、前記半導体制御スイツ
チング素子の導通位相を制御する制御回路と、前
記負荷の両端にそれぞれアノード側が接続された
第１の整流素子及び第２の整流素子の直列回路、
及び前記第１の整流素子と第２の整流素子との接
続点と前記全波整流器の出力端子との間に介挿さ
れた、半導体スイツチング素子及び電圧検出用抵
抗の直列回路を具えて成る電圧検出回路と、前記
電圧検出用抵抗において得られる検出電圧を受
け、この検出電圧と予め設定される基準電圧との
差に応じた誤差出力を発生する誤差増幅器とを具
えて成り、前記制御回路は、前記誤差増幅器より
の誤差出力により、前記双方向性半導体スイツチ
ング素子及び前記半導体スイツチング素子の導通
位相を同期して制御する点にある。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図面によつて説明す
る。

本発明の一実施例の回路図を第２図に示す。第
１図と同一部分には同符号を付して示してある。
この例においては交流電源１に双方向性半導体ス
イツチング素子例えば双方向性サイリスタ２を介
して例えば原稿露光用ハロゲン白熱電球などの負
荷３を接続し、そして交流電源１には例えば４個
のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４より成る全
波整流器４の入力端子を接続し、この全波整流器
４の正側出力端子ａと負側出力端子ｂとの間に抵
抗５及び定電圧ダイオード６の直列回路を接続
し、この定電圧ダイオード６の両端にはダイオー
ド４１とコンデンサ４２の直列回路及び双方向性
サイリスタ２の導通位相を制御する制御回路７を
接続する。

この制御回路７は、前記定電圧ダイオード６の
両端に、抵抗４３、トランジスタ８、コンデンサ
９の直列回路及び抵抗１０、ダイオード４４、抵
抗１１の直列回路をそれぞれ接続し、コンデンサ
９の両端にPUT１２とパルストランス１３の一
次側コイルの直列回路を接続し、このPUT１２
のゲートをダイオード４４と抵抗１１の接続点に
接続すると共にPUT１２のアノードを抵抗１２
１を介して前記全波整流器４の正側出力端子ａに
接続し、トランジスタ８のベースをダイオード４
５を介して抵抗１０とダイオード４４の接続点に
接続して構成する。

一方前記負荷３の両端に、当該両端の各々にそ
れぞれのアノード側が接続されるよう第１の整流
素子例えばダイオード４６及び第２の整流素子例
えばダイオード４７の直列回路を設け、これらダ
イオード４６とダイオード４７との接続点ｆと前
記全波整流器４の例えば負側出力端子ｂとの間に
抵抗４８、半導体スイツチング素子例えば逆阻止
３端子サイリスタ４９、電圧検出用抵抗５０の直
列回路を介挿し、この抵抗５０の両端にはダイオ
ード５１と抵抗５２の直列回路を接続し、この抵
抗５２の両端には抵抗５３とコンデンサ５４の直
列回路を接続し、このコンデンサ５４の両端には
抵抗５５とコンデンサ５６の直列回路を接続し、
逆阻止３端子サイリスタ４９のゲートを抵抗５
７、ダイオード５８を介して、前記PUT１２と
パルストランス１３の一次側コイルとの接続点に
接続し、逆阻止３端子サイリスタ４９のゲートと
カソードとの間に抵抗５９を接続して電圧検出回
路１４を構成する。

そして前記抵抗５５と前記コンデンサ５６の接
続点ｇと前記全波整流器４の負側出力端子ｂとの
間に誤差増幅器２２を接続する。この誤差増幅器
２２は、前記抵抗５５と前記コンデンサ５６の接
続点ｇに抵抗２３を介して一方のトランジスタ２
４のベースを接続し、このトランジスタ２４のエ
ミツタを他方のトランジスタ２５のエミツタに接
続し、これらのエミツタを抵抗２６を介して前記
全波整流器４の負側出力端子ｂに接続し、トラン
ジスタ２４のコレクタを抵抗２８を介して前記ダ
イオード４１と前記コンデンサ４２の接続点に接
続し、トランジスタ２５のコレクタを抵抗６０を
介して前記ダイオード４１と前記コンデンサ４２
の接続点に接続し、コンデンサ４２の両端には抵
抗６１、ポテンシヨメータ３１、抵抗６２の直列
回路を接続し、トランジスタ２５のベースをポテ
ンシヨメータ３１の可動子に接続し、トランジス
タ２４のコレクタを抵抗３２を介して前記トラン
ジスタ８のベースに接続して構成する。尚図中、
１００はソフトスタート回路を示し、１０１，１
０２，１０３は抵抗、１０４はフオトカプラー、
１０５はトランジスタ、１０６はダイオード、１
０７はコンデンサである。

上記実施例によれば、交流電源１が投入され、
この交流電源１の電圧波形が、例えば第３図に示
すように、時刻Ｔ１に零電圧から正の半サイクル
が開始されたとする（（このときの電流の流れる
方向を第２図において矢印Ａで示す方向とする。）
と、次に電圧が零となる時刻Ｔ２までの半サイク
ルの間に、全波整流器４を介してコンデンサ９が
充電され、このコンデンサ９の両端電圧が抵抗１
１の両端電圧より大きくなる時刻TaにPUT１２
が導通し、パルストランス１３によりトリガパル
スが双方向性サイリスタ２及び逆阻止３端子サイ
リスタ４９の各ゲートに与えられ、この時刻Ta
で双方向性サイリスタ２と逆阻止３端子サイリス
タ４９が同時に導通する。双方向性サイリスタ２
が導通すると負荷３の両端には第４図に示すよう
に交流電源１と同一波形の電圧が生ずる。一方逆
阻止３端子サイリスタ４９が導通すると、ダイオ
ード４７は逆方向電圧が加えられるため非導通と
なり、ダイオード４６、抵抗４８、逆阻止３端子
サイリスタ４９、電圧検出用抵抗５０、ダイオー
ドＤ３の直列回路が交流電源１に並列に接続され
た閉回路となり、電圧検出用抵抗５０の両端には
第５図に示すように抵抗４８とにより定まる交流
電源１の両端電圧に対応した電圧が生ずる。とこ
ろで、時刻Taから時刻Ｔ２までの間は、上述し
たように負荷３の両端には交流電源１と同一波形
の電圧が生ずるため電圧検出用抵抗５０の両端電
圧は負荷３の両端電圧に対応した電圧となる。従
つて時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの半サイクルにお
いては、電圧検出用抵抗５０の両端電圧を検出電
圧としこの検出電圧に応じて定まる電圧が誤差増
幅器２２のトランジスタ２４のベースに加えら
れ、予め設定されるポテンシヨメータ３１による
トランジスタ２５のベース電圧を基準電圧とし、
この基準電圧とトランジスタ２４のベース電圧と
の差に応じてトランジスタ２４のコレクタ即ちＱ
点に誤差出力が発生し、この誤差出力が抵抗３２
を介してトランジスタ８のベースに加えられ、こ
の誤差出力に応じた適正な位相でPUT１２が導
通され、これにより次の半サイクル即ち第３図に
示すように時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの半サイク
ルの間における双方向性サイリスタ２の導通位相
即ち導通時刻Tbの時期が制御され、この結果負
荷３の両端電圧が設定された基準電圧に対応した
一定の電圧となるよう制御される。

次いで、時刻Ｔ２からは交流電源１の電圧波形
は第３図に示すように極性が反転し負の半サイク
ルが開始され（このとき電流の流れる方向は第２
図において矢印Ｂで示す方向となる。）、次に電圧
が零となる時刻Ｔ３までの半サイクルの間に、放
電後のコンデンサ９が、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２ま
での半サイクルの間における上述の誤差出力を受
けたトランジスタ８により制御されながら、再び
全波整流器４を介して充電され、このコンデンサ
９の両端電圧が抵抗１１の両端電圧より大きくな
る時刻TbにPUT１２が導通し、パルストランス
１３によりトリガパルスが双方向性サイリスタ２
及び逆阻止３端子サイリスタ４９の各ゲートに与
えられ、この時刻Tbで双方向性サイリスタ２と
逆阻止３端子イリスタ４９が同時に導通する。双
方向性サイリスタ２が導通すると負荷３の両端に
は第４図に示すように交流電源１と同一波形の電
圧が生ずる。一方逆阻止３端子サイリスタ４９が
導通すると、ダイオード４６は逆方向電圧が加え
られるため非導通となり、ダイオード４７、抵抗
４８、逆阻止３端子サイリスタ４９、電圧検出用
抵抗５０、ダイオードＤ１の直列回路が負荷３に
並列に接続された閉回路となり、電圧検出用抵抗
５０の両端には第５図に示すように抵抗４８とに
より定まる負荷３の両端電圧に直接対応した電圧
が生ずる。従つて時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの半
サイクルにおいても、電圧検出用抵抗５０の両端
電圧を検出電圧としこの検出電圧に応じて定まる
電圧が誤差増幅器２２のトランジスタ２５のベー
スに加えられ、既述と同様にして次の半サイクル
即ち第３図に示すように時刻Ｔ３から時刻Ｔ４ま
での半サイクルの間における双方向性サイリスタ
２の導通位相即ち導通時刻Tcの時期が制御され、
この結果負荷３の両端電圧が設定された基準電圧
に対応した一定の電圧となるよう制御される。

以上交流電源１の１サイクルの間に限つて説明
したが、上述の作用は交流電源１のすべてのサイ
クルにおいて得られるものであり、従つて交流電
源１の電圧変動があつても負荷３の両端電圧を設
定された基準電圧に対応した一定の電圧に保つこ
とができる。

このように上記実施例によればダイオード４６
及びダイオード４７の直列回路をその各々のアノ
ード側が負荷３の両端に接続されるよう設け、抵
抗４８、逆阻止３端子サイリスタ４９、電圧検出
用抵抗５０の直列回路を、ダイオード４６とダイ
オード４７の接続点と、交流電源１にその入力端
子が接続された全波整流器４の出力端子との間に
介挿し、吸阻止３端子サイリスタ４９を双方向性
サイリスタ２と同期して導通せしめるため、交流
電源１の半サイクル毎に、ダイオード４６、抵抗
４８、逆阻止３端子サイリスタ４９、電圧検出用
抵抗５０、ダイオードＤ３の直列回路が交流電源
１に並列に接続された閉回路と、及びダイオード
４７、抵抗４８、逆阻止３端子サイリスタ４９、
電圧検出用抵抗５０、ダイオードＤ１の直列回路
が負荷３に並列に接続された閉回路とが繰り返し
て形成されることとなり、一方の半サイクルにお
いては電圧検出用抵抗５０の両端に交流電源１の
両端電圧に対応した電圧が発生するが、このとき
負荷３の両端電圧が実質上交流電源１の両端電圧
と同一であるため、電圧検出用抵抗５０の両端電
圧は間接的に負荷３の両端電圧に対応したものと
なり、他方の半サイクルにおいては電圧検出用抵
抗５０の両端に負荷３の両端電圧に直接対応する
電圧が発生するため、電圧検出用抵抗５０の両端
電圧を検出電圧として用いることにより、トラン
スを用いることなく負荷３の両端電圧を半サイク
ル毎に検出することができる上、電源トランスが
不要となり、この結果小型軽量で製造コストの低
い交流定電圧電源装置を得ることができる。

尚ソフトスタート回路１００は必要に応じて設
けられるもので負荷３の立ち上がり時におけるラ
ツシユ電流を防止するものである。

以上において、誤差増幅器２２、制御回路７の
構成は本実施例に限らず公知の他の構成としても
よい。また電圧検出回路１４において、電圧検出
用抵抗５０の両端電圧を誤差増幅器２２に与える
ための回路構成は適宜変更可能である。そして半
導体スイツチング素子としては逆阻止３端子サイ
リスタと同様の機能を有するものであればよく他
のものを適宜選択することも可能である。抵抗４
８は必要に応じて設けられるものであつて省略し
てもよい。また必要に応じて逆阻止３端子サイリ
スタ４９に、当該阻止３端子サイリスタ４９が良
好に動作するよう各種のバイアス回路、ノイズフ
イルターなどを付加してもよい。そして第１の整
流素子及び第２の整流素子としてはダイオードに
限らず整流機能を有するものであれば他のものを
用いてもよい。

〔発明の作用効果〕

本発明によれば、第１の整流素子及び第２の整
流素子の直列回路をその各々のアード側が負荷の
両端に接続されるよう設け、半導体スイツチング
素子及び電圧検出用抵抗の直列回路を、第１の整
流素子と第２の整流素子の接続点と、交流電源に
その入力端子が接続された全波整流器の出力端子
との間に介挿し、半導体スイツチング素子を双方
向性半導体スイツチング素子と同期して導通せし
めるため、交流電源の半サイクル毎に、第１の整
流素子、半導体スイツチング素子、電圧検出用抵
抗の直列回路が全波整流器を介して交流電源に並
列に接続された閉回路と、及び第２の整流素子、
半導体スイツチング素子、電圧検出用抵抗の直列
回路が全波整流器を介して負荷に並列に接続され
た閉回路とが繰り返して形成されることとなり、
交流電源の一方の半サイクルにおいては電圧検出
用抵抗の両端に交流電源の両端電圧に対応した電
圧が発生するが、このとき負荷の両端電圧が実質
上交流電源の両端電圧と同一であるため、電圧検
出用抵抗の両端電圧は間接的に負荷の両端電圧に
対応したものとなり、他方の半サイクルにおいて
は電圧検出用抵抗の両端に負荷の両端電圧に直接
対応する電圧が発生するため、電圧検出用抵抗の
両端電圧を検出電圧として用いることにより、ト
ランスを用いることなく負荷の両端電圧を半サイ
クル毎に検出することができる上、電源トランス
が不要となり、しかも負荷電圧検出用抵抗におい
て得られる検出電圧が誤差増幅器に加えられ、こ
の誤差増幅器により予め設定される基準電圧と検
出電圧との差に応じた誤差出力が制御回路に加え
られ、この制御回路により誤差出力に応じた適正
な位相で双方向性半導体スイツチング素子を導通
せしめるため、交流電源の電圧変動があつてもそ
れにかかわらず負荷の両端電圧を設定された基準
電圧に対応した一定の電圧に安定に維持すること
ができ、この結果小型軽量で製造コストの低い交
流定電圧電源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の交流定電圧電源装置の一例を示
す回路図、第２図は本発明の一実施例を示す回路
図、第３図は交流電源の電圧を示す波形図、第４
図は負荷の両端電圧を示す波形図、第５図は電圧
検出用抵抗の両端電圧を示す波形図である。 １…交流電源、２…双方向性サイリスタ（双方
向性半導体スイツチング素子）、３…負荷、１１
１…電源トランス、４…全波整流器、７…制御回
路、８…トランジスタ、９…コンデンサ、１２…
PUT、１３…パルストランス、１４…電圧検出
回路、１５…負荷電圧検出トランス、１６…全波
整流器、１９，２１…コンデンサ、１７，１８，
２０…抵抗、２２…誤差増幅器、２４，２５…ト
ランジスタ、２７…起動用直流電源、３１…ポテ
ンシヨメータ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，４４，
４５，４６，４７，５１，５８…ダイオード、４
９…逆阻止３端子サイリスタ（半導体スイツチン
グ素子）、５０…電圧検出用抵抗、５２，５３，
５５，５７，５９…抵抗、５４，５６…コンデン
サ、１００…ソフトスタート回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電源と、この交流電源より給電される負
   荷と、この負荷と前記交流電源との間に介挿され
   た双方向性半導体スイツチング素子と、その入力
   端子が前記交流電源に接続された全波整流器と、
   この全波整流器の出力端子間に接続された、前記
   双方向性半導体スイツチング素子の導通位相を制
   御する制御回路と、前記負荷の両端にそれぞれア
   ノード側が接続された第１の整流素子及び第２の
   整流素子の直列回路、及び前記第１の整流素子と
   第２の整流素子との接続点と前記全波整流器の出
   力端子との間に介挿された、半導体スイツチング
   素子及び電圧検出用抵抗の直列回路を具えて成る
   負荷電圧検出回路と、前記電圧検出用抵抗におい
   て得られる検出電圧を受け、この検出電圧と予め
   設定される基準電圧との差に応じた誤差出力を発
   生する誤差増幅器とを具えて成り、前記制御回路
   は、前記誤差増幅器よりの誤差出力により、前記
   双方向性半導体スイツチング素子及び前記半導体
   スイツチング素子の導通位相を同期して制御する
   ことを特徴とする交流定電圧電源装置。