JPS63249467A - 電源装置 - 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】 Ａ産業上の利用分野 本発明は電源装置に関し、例えば商用電源を整流して所
定の直流電圧を得る電源装置に適用し得ろ。

Ｂ発明の概要 本発明は電源装置において、整流回路を介して得られる
整流電圧を９荷に出力すると共に、コンデンサに充電し
、そのコンデンサに充電された電荷が所定の電位差だけ
整流電圧より高くなったとき、そのコンデンサに充電さ
れた電荷を放電して負荷に供給することによって、小容
量のコンデンサを用いて交流電圧から直流電圧への変換
効率の良い電源装置を得る。

Ｃ従来の技術 従来この種の電源装置においては、交流電圧でなる商用
電源を整流して、所定の負荷に直流電圧を供給するよう
になされたものが用いられている。

すなわち第４図において、電源装置ｌは、例えば電源ト
ランス（図示せず）を介して、商用電源を所望の交流電
圧ＡＣに変換した後、４個のダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ
３及びＤ４が四辺形に接続されてなるダイオードブリッ
ジ回路２に人力され、これにより全波整流されて全波整
流電圧Ｖ　１　Ｈを得るようになされている。

続いて全波整流電圧Ｖ１．４は、平滑用コンデンサＣ１
を介して平滑化され、これにより第５図に示すように脈
流成分を含んでなる直流電圧Ｖ。ＵＴ＋が、負荷抵抗Ｒ
８でなる負荷３の両端に供給される。

負荷３に与えられる直流電圧Ｖ。ｕｔ＋の脈流成分は、
ダイオードブリッジ回路２より出力される全波整流電圧
■１、（第５図に破線で示す）の各波形のピーク（電圧
値■、で示す）以前で、その全波整流電圧ＶＩＮが直接
食ｆｉ７３に供給される期間ＴＡと、各波形のピーク以
降で平滑用コンデンサＣ０に充電された電荷が放電され
て負荷３に与えられると共に、続く全波整流電圧ＶＩＮ
の波形の立上りと一致して、最低確保電圧Ｖ　１４１　
Ｎ　＋を得る放電期間Ｔ、とが交互に繰り返されて形成
されている。

したがって直流電圧■。ＬＩＴ＋には、全波整流電圧Ｖ
ＩＮのピーク値■、と最低確保電圧ＶＭＩＮＩとの差の
レベルでなる脈流成分が含まれている。

ところで実際上負荷に供給される直流電圧は、できるだ
け脈流成分のレベルが小さく、一定電圧値でなる直流電
圧に近い方が、電源の利用効率や、負荷の動作効率等の
点からより効率の良い電源装置であるといえる。

このため電源装置１の直流電圧Ｖ。Ｕア、においては、
平滑用コンデンサＣＩの放電期間Ｔ、をより長くして、
最低確保電圧■。１１４Ｉの電圧値を高くし、これによ
り脈流成分のレベルをより小さくすることが考えられる
。

ここで放電期間Ｔｌｌは、交流電圧ＡＣの角周波数をω
とし、全波整流電圧Ｖ　１　Ｈのピーク電圧値をＶ、と
すると、最低確保電圧Ｖ　ＨＩ　Ｎ　＋は全波整流電圧
ＶＩＮの波形上に存在するようになされていることによ
り次式 ％式％（１） で示され、これによりピーク電圧値Ｖ、を含む全波整流
電圧ＶＩＮに対して、最低確保電圧Ｖ　ＭＩＮ＋をより
高い電圧値に設定すれば、放電期間Ｔ、がこれに応じて
長くなることがわかる。

一方平滑用コンデンサＣ３の客足は、負荷３の抵抗ＲＫ
と平滑用コンデンサＣ３ＯＣＲ時定数の関係から得られ
る次式 ％式％ を変形して次式 で示される。

したがって最低確保電圧■イ１，１１を上げて、放電期
間Ｔｍを長くするためには、平滑用コンデンサＣＩとし
て、より容量の大きいコンデンサが必要とされる。

Ｄ発明が解決しようとする問題点 ところがこのように平滑用コンデンサＣ１としてより大
容量のコンデンサを用いようとすると、コンデンサ自体
の外形形状が大型化することを避は得す、結局電源装置
自体が大型なものとなるという問題点があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、平滑用コ
ンデンサとして大容量のコンデンサを用いることなく、
交流電圧から直流電圧への変換効率の良い電源装置を提
案しようとするものである。

Ｅ問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため本発明においては６、交流
電圧ＡＣを整流して整流電圧Ｖｌ１１を出力する整流回
路２と、その整流回路２の一対の出力端ａ、ｂ間に直列
に接続された第１のダイオードＤＩｌ及び負荷抵抗ＲＫ
と、出力端ａ、ｂ間に直列に接続された第２のダイオー
ドＤ１２及びコンデンサＣＩＧと、第１のダイオードＤ
ｌｌ及び　負荷抵抗ＲＫの接続点Ｃと、その第２のダイ
オードＤ１２及びコンデンサＣ１゜の接続点ｄとの電位
差を検出すると共に、その電位差が所定の値■２になっ
たとき、コンデンサＣＩＧに充電された電荷を負荷抵抗
ＲＫを介して放電する放電回路ＺＤ、Ｒ４、ＴトＩとを
設けるようにする。

Ｆ作用 所定の期間ＴＡ、の間、整流回路２より出力される整流
電圧■、は、第１のダイオードＤｌｌを介して、負荷抵
抗ＲＫに供給されると共に、第２のダイオードＤ１２を
介してコンデンサＣ１゜に充電される。

さらにコンデンサＣ５゜に充電された電荷が整流電圧Ｖ
ＩＭより高く、かつその電位差が所定の電圧値Ｖ２より
低い期間ＴＡ！の間、負荷抵抗ＲＫには整流電圧Ｖｌ１
１か供給される。

続いて、コンデンサＣ１ｏに充電された電荷及び整流電
圧Ｖ　１　Ｈの電位差が、所定の電圧値■２と等しくな
ったときは、整流電圧ＶＩＮに代え、コンデンサＣ８゜
に充電された電荷が放電され、コンデンサＣＩＯの電荷
が整流電圧Ｖ　１Ｈと等しい値となる期間Ｔ１２の間、
負荷抵抗ＲＫに供給される。

Ｇ実施例 以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。

第４図との対応部分に同一符号をイ」シて示す第１図に
おいて、１０は全体として電源装置を示す。

電源装置１０は、従来と同様に商用電源を′４源　　゛
トランス等（図示せず）を介して所望の交流電圧ＡＣに
変換した後、ダイオードブリッジ回路２に入力し、その
一対の出力端ａ及びｂより、交流電圧ＡＣを全波整流し
た全波整流電圧Ｖいを得るようになされている。

ダイオードブリッジ回路２より出力される全波整流電圧
ＶＩＮは一方の出力端ａが、順方向に接続された第１の
ダイオードＤｌｌ及び負荷３の直列回路を介して、他の
出力端すに接続されることにより、負荷３に供給される
と共に、出力端ａが順方向に接続された第２のダイオー
ドＤ１２及び平滑用コンデンサＣ３゜の直列回路を介し
て、他の出力端すに接続されることにより、平滑用コン
デンナＣ１゜が充電されるようになされている。

また第１のダイオードＤｌｌのカソードは、抵抗Ｒ１及
び１ｌｌＪｉ方向に接続されたツェナーダイオードＺＤ
の直列回路を介して第２のダイオードＤ１２のカソード
に接続されると共に、第２のダイオードＤ１２のカソー
ドが順方向に接続されたサイリスタＴＨを介して第１の
ダイオードＤｌｌのカソードに接続され、さらにサイリ
スタＴＨのゲートがツェナーダイオードＺＤのアノード
に接続されている。

これにより、第１のダイオードＤｌｌ及び負荷３の接続
点Ｃと、第２のダイオードＤ１２及び平滑用コンデンサ
Ｃｔｏの接続点ｄとの電位差を検出し、その電位差が所
定の値になったとき、平滑用コンデンサＣ１゜に充電さ
れた電荷を負荷３に供給するようになされている。

以上の構成において、ダイオードブリッジ回路２より出
力される全波整流電圧ＶＩＮは、第２１２］の破線で示
す波形でなり、最低薙保’ｒＶ圧ＶＭＩＮ□よりピーク
値■、まで立上る時点Ｌ１から時点ｔｚｔＥでの期間Ｔ
Ａ１の間は、第１のダイオードＤｌｌを介して負荷３に
全波整流電圧Ｖ１，１が供給されると共に第２のダイオ
ードＤＩ２を介して平滑用コンデンサＣ１゜が充電され
る。

このとき第１のダイオードＤｌｌ及び負ｆ１η３の接続
点Ｃと第２のダイオードＤ　ｌ　２及び平ｒ：ｆ用コン
デンナＣＩＯの接続点ｄとの電位が等しいことにより、
抵抗Ｒ１及びツェナーダイオードＺＤの直列回路には電
流が流れず、またサイリスクＴ　Ｈ！よ逆阻止状態とな
されている。

続いて全波整流電圧■１．４がピーク値■、より立下り
始める時点Ｌ２以降は、負荷３には第１のダイオードＤ
ｌｌを介して全波整流電圧ＶＩＮが供治される。これに
対して第２のダ・イオード０１２及び平滑用コンデンサ
Ｃ１゜の接続点ｄの電位がピーク４ｆｉＶ　ｒを維持す
るため第２のダイオードＤ１２は逆阻止状態となる。

また接続点ｄの電位に対して、第１のダイオードＤｌｌ
及び負荷３の接続点Ｃの電位が、全波整流電圧■、の立
下りに応じて下降していくことにより、ツェナーダイオ
ードＺＤには、逆電圧が印加され、さらにサイリスタＴ
Ｈのアノード及びカソード間には、順電圧が印加される
。ところがサイリスクＴ　Ｈのゲート電圧が、アノード
電圧と比較して低いことにより、サイリスタＴＨはオフ
状態に変化し、この状態を維持する。

この状態は、ツェナーダイオードＺＤに印加された逆電
圧がツェナー電圧■２より高くなる時点ｔ３まで維持さ
れる。

すなわち時点ｔ３においては、ツェナーダイオードＺＤ
及び抵抗Ｒ１に逆電流が流れ、かくしてサイリスクＴＨ
のゲートには抵抗Ｒ１で生じた電圧が与えられたことに
より、サイリスタＴＨがターンオンし、これにより平滑
用コンデンサＣ１゜に充電された電荷が放電され、時点
ｔ２まで充電されていたピーク値■、でなる電圧より、
平滑用コンデンサＣＩＯ及び負荷３の抵抗ＲＫのＣＲ時
定数で定められる特性で変化するような電圧を、直流電
圧Ｖ　０ＩＩＴ□として負荷３に供給するようになされ
ている。

なおこの時点ｔ、以降は、第１のダイオードＤ１１及び
負荷３の接続点Ｃの電位がダイオードブリッジ回路２の
出力端ａの電位より高いことにより第１のダイオードＤ
ｌｌは逆阻止状態となされている。

続いて、平滑用コンデンサＣＩＯの放電による直流電圧
■。ＵＴｔが、全波整流電圧Ｖ０の立上りによって全波
整流電圧ｖ１，４と同電圧■８゜２になる時点ｔ４にお
いては、平滑用コンデンサＣ１゜の放電による直流電圧
Ｖ。ｕＴ□と全波整流電圧Ｖ　Ｉ　Ｎの電圧が等しいこ
とにより、第１及び第２のダイオードＤ１１及び０１２
がターンオンし、またサイリスクＴＨにおいても、アノ
ード及びカソード間の電圧が等しいことによりターンオ
フする。なお実際上、サイリスタＴＨがターンオフする
ためには、若干の逆バイアス電圧が必要とされるため、
時点ｔ４より若干遅れたタイミングでターンオフするよ
うになされている。

さらに続いて全波整流電圧ＶＩＮの電圧値が上昇すると
、負荷３には上述したように時点１．から時点Ｌ２及び
時点ｔｔから時点ｔユの期間ＴＡ１及びＴＡ！の間、全
波整流電圧Ｖ□が与えられると共に時点ｔ３から時点ｔ
４の期間ＴＲｔの間、平滑用コンデンサＣＩＯに充電さ
れた電荷が放電されて、与えられる動作が順次繰り返さ
れてなる直流電圧■。ｕ７□が供給される。

以上の構成において、電源装置ＩＯにおいては、平滑用
コンデンサＣ１゜による放電が開始される時点ｔユの全
波整流電圧ＶＩＮの電圧値と、放電の立下りおよび全波
整流電圧ＶＩＨの立上りの交点の電圧値Ｖ　ＤＩＭ□が
等しいとき最適化状態であると考えられ、このためツェ
ナーダイオードＺＤのツェナー電圧■２は次式 ％式％（４） で示される電圧値に選定され、このとき平滑用コンデン
サＣ１゜の放電期間Ｔ　ｍ　ｔは、次式で示され、（１
）式で示される従来の放電期間Ｔ、より長い放電期間Ｔ
ＨＥを（２）式に代入すれば、最低確保電圧Ｖ、ＩＮ□
として、従来の最低確保電圧ＶＭＩＮ＋と比較して高い
電圧値を得ることができる。

ここで第３図に示すように従来の電源装置１と、上述の
実施例による電源装置１０とにおいて、同容量を有する
平滑用コンデンサＣ４及びＣ１゜を用いて同一の抵抗Ｒ
１でなる負荷３に供給される直ｔｊｉＬ電圧Ｖ。Ｌｌ？
ｌ及び■。ａｔ□を比較した実験によれば、従来の電源
装置ｌによって交流電圧ＡＣよりダイオードブリッジ回
路２を介して全波整流電圧Ｖい（第３図（Ａ））を得、
さらにこれを平滑化して得られる直流電圧Ｖ。Ｕ□（第
３図（１３））に対して、電源装置ＩＯを用いて得られ
る直流電圧■。ＬＩＴ□は、第３図（Ｃ）に示すように
最低確保電圧ＶＭＩＮ□の電圧値が高くなることにより
、脈流成分のレベルの小さい直流電圧を得ることができ
る。

以上の構成によれば、電源装置１０において、整流回路
２を介して得られる整流電圧ＶＩＮを負荷３に出力する
と共に、平滑用コンデンサＣ１゜に充電し、その平滑用
コンデンサＣＩＧに充電された電荷と、負荷３に出力さ
れる整流電圧Ｖ１．４の電位差が所定の値ｖ２になった
とき、平滑用コンデンサＣ１゜に充電された電荷を放電
して、負４′＠３に供給するように構成したことによっ
て、脈流成分のレベルの小さい直流電圧■。ＬＩ７２を
負荷３に供給し得る電源装置１０を実現できる。

かくするにつき、交流電圧ＡＣから直流電圧ＶＯｔｌＴ
Ｚへの変換効率の良い電源装置１０を得ることができる
。

さらに上述の実施例によれば、最低確保電圧を従来の電
源装置１と同様に設定し、例えば（１）式及び（５）式
における最低確保電圧ＶＭＩＮ＋及びＶＭＩＮ！及びピ
ーク値■、との関係を次式で示すように設定し、交流電
圧ＡＣの周波数を５０（ｌｌｚ）とすれば、放電期間Ｔ
、及びＴ、□はそれぞれ次式 ％式％（７） と示されるような値となり、これにより、それぞれの放
電期間Ｔ、及びＴ’ａｚを（３）式に代入をすると、同
じ最低確保電圧を得るためには、平滑用コンデンサの容
量は従来の約１／２倍の容量のものを用いれば良いこと
がわかる。

かくするにつき大容量の平滑用コンデンサを用いる必要
がないことにより、電源装置自体の外形形状を小型化、
軽量化し得る。

なお上述の実施例においては、サイリスタ及びそのゲー
トに与える電圧をツェナーダイオードで得るように構成
して、平滑用コンデンサに充電された電荷及び負荷に供
給される電圧の電位差を検出して、所定の電位差となっ
たときに平滑用コンデンサに充電された電荷を負荷に供
給するようにしたが、本発明による回路構成はこれに限
らず、同様の動作を行い得る回路構成とすれば上述の実
施例と同様の効果を得ることができる。

また上述の実施例においては、商用電源から直流電圧を
得るようになされた電源装置について述べたが、本発明
による電源装置はこれに限らず、例えば直流電源を一旦
インバータ回路等を介して交流電圧に変換した後、所望
の電圧値でなる直流電源を得るようになされた電源装置
等、他の電源装置に広く適用し得るものである。

Ｈ発明の効果 上述のように本発明によれば、電源装置において、整流
回路を介して得られる整流電圧を負荷に出力すると共に
、コンデンサに充電し、そのコンデンサに充電された電
荷と、負荷に出力される直流電圧の電位茅が所定の値に
なったとき、コンデンサに充電された電荷を放電して、
負荷に供給するように構成したことによって、脈流成分
のレベルの小さい直流電圧を負荷に供給し得、かくして
小容量のコンデンサを用いて、交流電圧から直流電圧へ
の変換効率の良い電源装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す接続図、第２図はその
動作の説明に供する信号波形図、第３図は実施例の電源
装置及び従来の電／ＴＸ装置の動作の比較を示す実験例
の信号波形図、第４図は従来の電源装置を示す接続図、
第５図はその動作の説明に供する信号波形図である。 １．１０・・・・・・電源装置、２・・・・・・ダイオ
ードブリッジ回路、３・・・・・・負荷、Ｃ＋、Ｃｏｏ
・・・・・・平滑用コンデンサ、ＺＤ・・・・・・ツェ
ナーダイオード、Ｔ　Ｉ・・・・・・サイリスク。 匁電源装置 実施例のυＩＩ！ 第　ｔ　国 ＩＦ！間 実施づ列の電！原藪１の動作 茶２図 磨ｒ−１ 層間 時間 実験例

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 交流電圧を整流して整流電圧を出力する整流回路と、 当該整流回路の一対の出力端間に直列に接続された第１
   のダイオード及び負荷抵抗と、 上記出力端間に直列に接続された第２のダイオード及び
   コンデンサと、 上記第１のダイオード及び負荷抵抗の接続点と、上記第
   ２のダイオード及びコンデンサの接続点との電位差を検
   出すると共に、当該電位差が所定の値になったとき、上
   記コンデンサに充電された電荷を上記負荷抵抗を介して
   放電する放電回路とを具えることを特徴とする電源装置
   。