JPH11168884A

JPH11168884A - 直流電源回路

Info

Publication number: JPH11168884A
Application number: JP9345834A
Authority: JP
Inventors: Satoru Matsumura; 知松村; Osamu Hotta; 修堀田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1997-12-01
Publication date: 1999-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】待機動作時の無負荷損失を大幅に低減するこ
とができる直流電源回路を提供する。【解決手段】トランス１を具備し、１次側に商用電源
２を接続し、２次側から整流回路を介して直流を得る直
流電源回路において、トランス１の１次側と商用電源２
の間に該商用電源をオン・オフするスイッチング回路
５，６を設けると共に、整流回路には直流出力電圧が一
定値よりも大か小かを検出する回路２２と、該検出結果
に基づいてスイッチング回路をオン・オフ動作させる駆
動回路７とを備え、直流電源回路の負荷に応じて該スイ
ッチング回路をオン・オフ動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は直流電源回路に係
り、特に商用電源からの交流をトランス及び整流回路を
経て直流に変換して負荷に供給する直流電源回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最近のテレビ、ビデオ等の家電製品は、
リモコンやタイマを使用しているものが多く、これらは
所定のタイマの設定時間、或いはリモコン信号が入ると
動作するようになるが、その前には待機動作を行う機能
を備えているものが多い。これらの待機動作時には、タ
イマ等の待機動作時にも動作している回路の最少限の消
費電力もあるが、その他にトランスの無負荷損失等によ
り待機電力を消費している。即ち、必要最少限の回路の
待機時の消費電力としては、通常１ワット以下である
が、テレビ、或いはビデオ等の本体を動作させるための
大きな電力用のトランス電源から待機電力を取り出して
いるものが殆どで、そのため待機電力として数ワット〜
十数ワットの電力を消費している場合がある。この比較
的大きな待機電力を低減するためには、タイマ回路等の
待機動作に必要な回路部分のみを専用のトランスを設け
て構成すれば、大きなトランスを用いることによる大き
な待機電力を低減することができる。しかしながら、リ
モコン回路又はタイマ回路等のごく一部の回路動作のた
めに、専用のトランス及び電源回路を設けることは、コ
ストアップの要因となるので好ましいことではない。

【０００３】また、家電製品の中にはＡＣアダプタを使
用している場がかなりあるが、ＡＣアダプタは大きな無
負荷損を有している。即ち、ＡＣアダプタは、交流入力
電力を変圧するトランスとそのトランスの出力側に接続
された整流回路とから構成されるが、このトランス等の
無負荷損により、ＡＣアダプタを電源につないだだけ
で、二次側のスイッチが切られて負荷電流を取らない状
態でも、トランスの一次側に流れる励磁電流により、か
なりの電力が熱となって消費される。

【０００４】従来から、交流を直流に変換する電源回路
として、図３に示す回路が広く用いられている。これは
一次側に接続された交流電力２を変圧するトランス１と
そのトランスの二次側に接続された整流用ダイオード３
と平滑用コンデンサ４とで構成された整流回路とからな
る。この回路では図４に示すように交流の半サイクルで
コンデンサをピーク値にまで充電した後、負荷電流によ
り出力側の電圧が下がり、次の交流の半サイクルで再び
ピーク値にまで充電する、ということが繰り返されてい
る。

【０００５】この出力側の電圧変動はリップル電圧と呼
ばれているが、負荷電流が大きい時には（Ａ）に示すよ
うにリップルも比較的大きいが、負荷電流が小さい場合
にはリップルも（Ｂ）に示すように小さくなる。また、
全く負荷電流を取らない時には、リップルは（Ｃ）に示
すように全く無くなる。一方で、トランスの一次側には
図４（Ｄ）に示すようにトランスの励磁電流である無負
荷電流が流れる。この励磁電流は、二次側の負荷電流の
有無に係わらず一定であり、これにより鉄損及び銅損を
生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
に鑑みて為されたもので、待機動作時の無負荷損失を大
幅に低減することができる直流電源回路を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の直流電源回路
は、トランスを具備し、１次側に商用電源を接続し、２
次側から整流回路を介して直流を得る直流電源回路にお
いて、前記トランスの１次側と前記商用電源の間に該商
用電源をオン・オフするスイッチング回路を設けると共
に、前記整流回路には直流出力電圧が一定値よりも大か
小かを検出する回路と、該検出結果に基づいて前記スイ
ッチング回路をオン・オフ動作させる駆動回路とを備
え、前記直流電源回路の負荷に応じて該スイッチング回
路をオン・オフ動作させることを特徴とする。

【０００８】上記構成の直流電源回路では、負荷の変動
をモニターし、直流電圧が所定の電圧値以上であればト
ランスの１次側の電流を遮断し、コンデンサに充電させ
ないようにすることにより、トランスによる電力損失を
無くすことができる。即ち、従来の直流電源回路では、
図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、交流半サイクル
でコンデンサをピーク値にまで充電した後、負荷（図示
せず）を流れる電流により電圧が降下し、次の半サイク
ルで再びピーク値に充電するという動作を繰り返す。こ
の電圧変動は、負荷が小さければリップル電圧も図４
（Ｂ）（Ｃ）に示すように小さくなる。従って、負荷が
小さい場合は、同じリップルの直流を得るために、常に
充電を繰り返す必要はなく、負荷の大きさに応じて間欠
的な充電を行えばよいという原理に基づくものである。

【０００９】従って、トランスの１次側と商用電源の間
には該商用電源をオン・オフするスイッチング回路を設
けると共に、直流電源回路の負荷に応じて該スイッチン
グ回路をオン・オフ動作させる駆動回路を設けたので、
必要最小限の時間間隔で間欠的にトランスを動作させる
ことができる。それ故、本体の消費電力の大きな電源を
使って小さい待機電力用の電源としても、交流から直流
への変換効率が高くでき、及びＡＣアダプターの場合は
直流出力側でスイッチが切られていれば、殆ど電力を消
費することのない直流電源回路を提供できる。

【００１０】また、本発明の請求項２に記載の直流電源
回路は、前記駆動回路は前記スイッチング回路をオン動
作させるタイミングを前記トランスの１次側の電圧がゼ
ロから立ち上がる時とし、また、オフ動作させるタイミ
ングを前記トランスの１次側の電流がゼロになる時と
し、且つ前記スイッチング回路がオンとなった時前記ト
ランスに流れる電流が、該スイッチング回路がオフにな
った時に流れた電流の方向と反対になるように構成され
ていることを特徴とする。

【００１１】上記請求項２に記載の発明によれば、１次
側の電源をオンした時に非常に大きな突入電流が流れ
て、大きな損失を招いたり、機器に悪い影響を与えるこ
とがなく、また、電流をオン・オフすることにより発生
する所謂スイッチング電流による電波障害を起こすこと
もない。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図１乃至図２を参照して説明する。

【００１３】同図において、符号１はトランス、２は商
用電源（ＡＣ１００Ｖ）、５，６はサイリスタ、７はフ
ォトカプラ、９，１０はコンデンサ、１１，１２，１
３，１４はダイオードである。また、符号３は整流用の
ダイオード、４は平滑用コンデンサ（容量４７００μ
Ｆ）、１６，１７，１９，２０，２１はトランジスタ、
２２は定電圧ダイオード、Ｒ２，Ｒ３・・・Ｒ１５は抵
抗器である。

【００１４】トランス１の１次側にスイッチング回路を
構成するサイリスタ５，６を介して商用電源２（ＡＣ１
００Ｖ）が接続されている。即ち、サイリスタ５，６は
トランス１の一次側に電流を供給する、又は供給しない
のスイッチング回路の役割を果たしている。トランス１
の二次側には整流用のダイオード３がブリッジ状に結線
されていることは、従来の直流電源回路の構成と同様で
ある。整流用のダイオード３の出力側には平滑用コンデ
ンサ（容量４７００μＦ）が接続されており、この静電
容量は、一次側のスイッチング回路の間欠的な動作の時
間間隔を定める上で重要であり、本実施の形態において
は上述した容量のものが用いられている。

【００１５】平滑用コンデンサ４の出力側には出力電圧
Ｖ_OUTを検出するための定電圧ダイオード（ツェナーダ
イオード）２２と抵抗Ｒ１５の直列回路が接続されてい
る。トランジスタ１９，２０，２１と抵抗Ｒ８〜Ｒ１４
とから構成される回路は電圧弁別並びにフォトカプラ駆
動回路であり、抵抗Ｒ１５で検出された電圧を弁別して
フォトカプラ７に伝達する。フォトカプラ７は、直流出
力電圧Ｖ_OUTの大きさに応じて、サイリスタ５，６から
なるスイッチング回路をオン・オフする駆動回路を構成
している。フェーズ１及びフェーズ２はそれぞれ入力さ
れる交流の半波ごとの電流の方向を示している。

【００１６】次にこの直流電源回路の動作について説明
する。コンデンサ９はフェーズ２の交流によってダイオ
ード１２を介して充電されており、フォトカプラ７のト
ランジスタＴがすでにオフ状態である時には、フェーズ
１の交流がサイリスタ６に供給されると、コンデンサ９
からサイリスタ６のゲートを巡回するループ電流が流れ
ることにより、サイリスタ６にトリガがかけられて、サ
イリスタ６はオン状態となる。但し、フォトカプラ７の
トランジスタＴがオン状態である時には、サイリスタ６
のゲートはカソードの電位と略等しくなり、ゲートにト
リガがかからず、サイリスタ６はオフ状態を維持する。

【００１７】一方でコンデンサ１０は、フェーズ１の交
流が流れたときにダイオード１１を介して充電され、次
にフェーズ２の交流がサイリスタ５に供給されるとコン
デンサ１０から抵抗Ｒ５を介してサイリスタ５のゲート
に巡回する電流が流れ、トリガをかけるので、フェーズ
１に続いてフェーズ２の交流がサイリスタ５の順方向に
流れることとなる。即ち、フェーズ２の電流はフェーズ
１の電流が流れれば続けて流れるが、フェーズ１の電流
が流れないと、コンデンサ１０が充電されないので、サ
イリスタ５にトリガがかからず、阻止されて流れない。

【００１８】トランス１の２次側で得られた直流電圧Ｖ
_OUTが所定の電圧値（ここでは６．５Ｖ）を越えている
と、定電圧ダイオード２２を通して抵抗器Ｒ１５に電流
が流れ、抵抗器Ｒ１５の端子電圧によりトランジスタ１
９，２０，２１及び抵抗Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１，
Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４で構成される回路で信号が弁別
され、抵抗Ｒ７を通してフォトカプラ７のＬＥＤに電流
が流れる。これによりフォトトランジスタＴがオンとな
って、サイリスタ６のゲートにはトリガ電流が流れなく
なり、サイリスタ６はオフとなって、トランスの１次側
電流は遮断される。

【００１９】トランス１の２次側で得られた直流電圧Ｖ
_OUTが所定の電圧値、即ち充電が必要な電圧値（ここで
は６Ｖ）以下になると、定電圧ダイオード２２に電流が
流れなくなり、抵抗Ｒ１５の端子電圧が下がるので、フ
ォトカプラ７のＬＥＤに電流が流れなくなる。すると、
フォトトランジスタＴがオフ状態となるので、フェーズ
１となった時にサイリスタ６のゲートにトリガがかかっ
て、サイリスタ６の順方向電流が流れるようになり、ト
ランス１の１次側に電流が供給される。

【００２０】上記のように、トランス１の２次側の電圧
Ｖ_OUTが下がって所定の電圧以下となり、フォトカプラ
７のＬＥＤの電流が遮断されてサイリスタ６に電流が流
れ始めるときは、コンデンサ９は充電されているがコン
デンサ１０は充電されていないので、必ずフェーズ１の
電流から流れ始める。また、フェーズ１の電流が流れて
コンデンサ１０が充電されると、他の条件には関係なく
次の半波であるフェーズ２の電流がトランス１に供給さ
れる。平滑用コンデンサ４が上述したような容量のコン
デンサであれば、電源回路の負荷電流が小さい状態では
１〜２サイクルの電流により６．５Ｖ以上に充電され、
サイリスタ５，６が遮断状態となり、トランスの１次側
の電流は遮断される。これにより最初にサイリスタ６が
オンとなるので、トランスの１次側に流れ始める電流の
向きは常に一定であり、また、遮断されるときの電流の
向きは必ずその逆となる。

【００２１】また、トランス１の１次側のスイッチング
のタイミングを考慮しない時は、１次側の電源をオンし
た時に非常に大きな突入電流が流れて、大きな損失を招
いたり、機器に悪い影響を与えることがある。また、電
流をオン・オフすることにより発生する所謂スイッチン
グ電流による電波障害を起こすこともある。これを防ぐ
ためトランス１の１次側に流れる電流がゼロの時にスイ
ッチングさせる所謂ゼロカレントスイッチング（ＺＣ
Ｓ）をさせる必要がある。

【００２２】始動電流がゼロからスタートするゼロカン
レントスイッチング（ＺＣＳ）でサイリスタを起動させ
るために、トランジスタ１７で構成した回路を入れてあ
る。これは、低い電圧の時にのみサイリスタのゲートに
トリガ可能な電流が流れるようにし、交流電圧が高い値
の時にはフォトカプラ７のトランジスタＴの電流が止ま
っても、突入電流が流れないように構成している。即
ち、フェーズ１の状態において、抵抗器Ｒ２とＲ３で分
圧される電圧が一定値以上の場合には、トランジスタ１
７がオン状態となり、フォトカプラ７のトランジスタＴ
のオンからオフへのスイッチングにかかわらず、そのフ
ェーズにおいてはサイリスタ６の遮断状態を維持でき
る。

【００２３】これにより、所定の電圧（ここでは１０Ｖ
程度）に上昇するまでにサイリスタ６のトリガがかから
なかったときは、トランジスタ１７が働いて、フォトカ
プラ７のＬＥＤの電流がオフとなっても、トランジスタ
１７の回路がサイリスタのゲート電流の動作を阻止する
ために、サイリスタ６がオンすることはない。一方、ト
ランスの１次側電流をオフさせるときは、サイリスタの
性質により必ずゼロカレントスイッチング（ＺＣＳ）と
なる。

【００２４】待機電力が本体の使用する電力と比べて非
常に小さい場合、或いはＡＣアダプターの２次側のスイ
ッチが切られるような使い方をする電源であれば、電流
方向を規制しなくともスイッチングの頻度が小さくな
る。このような場合は、それによる損失が大きくないの
で、この回路部分を省いて簡単な回路構成とすることも
できる。

【００２５】また、直流負荷が小さく、トランスの持つ
損失が小さいときは、交流負荷が純インダクタンスに近
くなるので、フェーズ２においてサイリスタ５の電流が
０となるときは、トランスの一次側に高い逆起電力が発
生している。したがって、コンデンサ３０はこの電圧で
充電されるので、フェーズ１の電圧が遮断されていて
も、サイリスタ５にトリガが掛かり、フェーズ２のみが
流れ続けることがある。この場合のコンデンサ１１にか
かる電圧は図２の（Ｄ）に示されるような急峻な電圧変
化を持っている。このような急峻な電圧変化を利用し
て、抵抗Ｒ６とコンデンサ３０とからなる小さな時定数
回路によりトランジスタ１６がオン状態となり、コンデ
ンサ１０に蓄えられた電荷を放出することができる。こ
れにより、サイリスタ６がオンし続けるという問題を解
消することができる。

【００２６】図２は、この電源回路の動作の一例を示す
図である。（Ａ）は交流入力であり、実効値１００Ｖの
交流が符号２の端子に入力される。（Ｂ）は、直流出力
電圧Ｖ_OUTの時間の変化を示す図であり、（Ｃ）は同様
にトランス１の一次側の交流入力電流を示す図である。
図示するように時刻ｔ０までは充電区間であり、この区
間に２〜３波程度の時間、サイリスタ５，６がオン状態
となり充電される。このとき直流出力電圧Ｖ_OUTが６．
５Ｖ程度に上昇すると、低電圧ダイオード２２と抵抗Ｒ
１５とからなる回路がこれを検出し、フォトカプラ７を
介した駆動回路によりサイリスタ５，６をオフ状態とす
る。これによりトランス１への交流入力が停止され、こ
れに伴う銅損及び鉄損の発生が防止される。

【００２７】負荷電流が殆ど無い場合には、コンデンサ
４に充電された電圧の低下は極めて少なく、直流出力電
圧Ｖ_OUTは、緩やかに低減する。そして、例えば６．０
Ｖ程度以下に下降したときに、サイリスタ５，６がオン
状態となり再び充電を開始する。このようにして負荷電
流が殆ど無い、例えばリモコン等の待機状態においては
充電区間を１／１０〜１／３０程度に低減することがで
き、これにより待機時の大幅な省電力化が可能となる。

【００２８】尚、上記実施の形態においてはスイッチン
グ回路としてサイリスタを用いた例について説明した
が、スイッチング回路に用いる素子としてはサイリスタ
に限らず、トランジスタ等でも同様に構成できることは
勿論のことである。

【００２９】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
直流電源回路の無負荷損失を大幅に低減することがで
き、これにより待機動作機能を備えた各種機器等の省エ
ネルギ化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の直流電源の回路図であ
る。

【図２】図１に示す直流電源回路の動作を示す説明図で
あり、（Ａ）は交流入力電圧、（Ｂ）は直流出力電圧、
（Ｃ）はトランス一次側に流れる交流入力電流、（Ｄ）
はトランス一次側端子間電圧を示す。

【図３】従来の直流電源の回路図である。

【図４】図３の回路の動作を示す説明図であり、（Ａ）
（Ｂ）（Ｃ）は直流出力電圧のリップルの状態を示し、
（Ｄ）はトランスの励磁電流を示す。

【符号の説明】

１トランス２交流入力３整流用ダイオード４平滑用コンデンサ５，６サイリスタ７フォトカプラ２２低電圧ダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トランスを具備し、１次側に商用電源を
接続し、２次側から整流回路を介して直流を得る直流電
源回路において、前記トランスの１次側と前記商用電源の間に該商用電源
をオン・オフするスイッチング回路を設けると共に、前
記整流回路には直流出力電圧が一定値よりも大か小かを
検出する回路と、該検出結果に基づいて前記スイッチン
グ回路をオン・オフ動作させる駆動回路とを備え、前記
直流電源回路の負荷に応じて該スイッチング回路をオン
・オフ動作させることを特徴とする直流電源回路。
【請求項２】前記請求項１に記載の直流電源回路にお
いて、前記駆動回路は前記スイッチング回路をオン動作させる
タイミングを前記トランスの１次側の電圧がゼロから立
ち上がる時とし、また、オフ動作させるタイミングを前
記トランスの１次側の電流がゼロになる時とし、且つ前
記スイッチング回路がオンとなった時前記トランスに流
れる電流が、該スイッチング回路がオフになった時に流
れた電流の方向と反対になるように構成されていること
を特徴とする直流電源回路。