(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１００〜２４０Ｖの交流電源出力を半波整流する半波整流回路と、
前記半波整流回路出力を入力する電圧制御回路と、
前記電圧制御回路出力を平滑する平滑回路と、
前記平滑回路出力を定電圧化する定電圧回路と、
を備え、
前記電圧制御回路は、
前記半波整流回路の出力側と前記平滑回路の入力側との間にコレクタエミッタが接続された制御トランジスタと、
前記制御トランジスタのコレクタとベースとの間に接続された抵抗と、前記トランジスタのベースに接続されたツェナー電圧が略１００Ｖに設定された第１のツェナーダイオードとを含み、
前記制御トランジスタは、前記第１のツェナーダイオードが非導通のときは飽和動作し、前記第１のツェナーダイオードが導通のときは通常動作するものであり、
前記平滑回路は、
前記電圧制御回路の略１００Ｖ出力を分圧する少なくとも２つの第１および第２の分圧抵抗と、
前記分圧出力を一方の抵抗を介して充電する一方、他方の抵抗で放電が制限されかつ前記他方の抵抗を介して前記定電圧回路に電圧を出力するコンデンサとを備えるものであり、
前記定電圧回路は、
ツェナー電圧略５Ｖに設定された第２のツェナーダイオードを有するものである、
ことを特徴とするタイマＩＣ用電源入力回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイマ機器などの各種制御機器における電源入力回路に係り、より詳しくは、その機器内の各種回路に対し商用交流電源からの交流高電圧を直流低電圧に変換して供給入力する電源入力回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
制御機器例えばタイマ機器では内部のタイマＩＣは５Ｖ程度の直流低電圧で駆動される。タイマ機器においてそのタイマＩＣだけを駆動するための電源を入力する回路は小容量の電源入力回路となる。このタイマ機器を欧州圏のように交流電源１００〜２４０Ｖの地域で使用する場合の電源入力回路について図７を参照して説明する。この電源入力回路は、交流電源１出力を入力端子ＩＮを介して半波整流する整流ダイオードＤ１で構成された半波整流回路２と、この半波整流回路２出力を平滑する平滑コンデンサＣ１で構成された平滑回路３と、この平滑回路３出力を電圧制御して直流低電圧に変換して負荷であるタイマＩＣ５に出力端子ＯＵＴを介して供給するため制御トランジスタＴＲ１と、抵抗Ｒ１と、ツェナーダイオードＤ２とで構成された電圧制御回路４とを具備している。
【０００３】
電圧制御回路４において、制御トランジスタＴＲ１のコレクタベースに抵抗Ｒ１が並列接続され、制御トランジスタＴＲ１のベースに５，６Ｖ以上の電圧入力で導通する導通素子としてのツェナーダイオードＤ２とで構成されている。
【０００４】
交流電源１からの１００〜２４０Ｖの出力電圧は半波整流回路２で半波整流され、平滑回路３で平滑されたうえで電圧制御回路４に入力される。電圧制御回路４においては、ツェナーダイオードＤ２が導通することで制御トランジスタ４のエミッタの電圧は常に５ＶとされてタイマＩＣ５に供給入力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
こうした構成の電源入力回路では、制御トランジスタＴＲ１のコレクタエミッタ間における電圧降下が非常に大きいために制御トランジスタＴＲ１での発熱が非常に大きく、したがって、その発熱に耐え得るには大型のトランジスタが必要となる。また、これによって必然的に制御トランジスタＴＲ１の発熱を放熱させるための大型で重量のあるヒートシンクが必要となる、という課題がある。
【０００６】
この場合、制御トランジスタＴＲ１では平滑回路３から、常時、平滑出力が与えられるので、その発熱は、常時、継続されることになり、その発熱量も多大となり、そのことも制御トランジスタＴＲ１もヒートシングも、共に、より大型のものが要求されるという結果となる。
【０００７】
また、平滑回路３における平滑コンデンサＣ１も高電圧の半波整流出力が与えられるので高耐圧で高価格のコンデンサが必要とされるうえ、高電圧の半波整流出力を平滑するためにその寿命にも影響を及ぼしている結果となる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、１００〜２４０Ｖの交流電源出力を半波整流する半波整流回路と、前記半波整流回路出力を入力する電圧制御回路と、前記電圧制御回路出力を平滑する平滑回路と、前記平滑回路出力を定電圧化する定電圧回路と、を備え、前記電圧制御回路は、前記半波整流回路の出力側と前記平滑回路の入力側との間にコレクタエミッタが接続された制御トランジスタと、前記制御トランジスタのコレクタとベースとの間に接続された抵抗と、前記トランジスタのベースに接続されたツェナー電圧が略１００Ｖに設定された第１のツェナーダイオードとを含み、前記制御トランジスタは、前記第１のツェナーダイオードが非導通のときは飽和動作し、前記第１のツェナーダイオードが導通のときは通常動作するものであり、前記平滑回路は、前記電圧制御回路の略１００Ｖ出力を分圧する少なくとも２つの第１および第２の分圧抵抗と、前記分圧出力を一方の抵抗を介して充電する一方、他方の抵抗で放電が制限されかつ前記他方の抵抗を介して前記定電圧回路に電圧を出力するコンデンサとを備えるものであり、前記定電圧回路は、ツェナー電圧略５Ｖに設定された第２のツェナーダイオードを有するものである、ことによって上述の課題を解決している。
【０００９】
なお、上掲の請求項において交流電源出力、半波整流回路出力、電圧制御回路出力、平滑回路出力それぞれにおける「出力」の定義は、交流電源から半波整流回路に、半波整流回路から電圧制御回路に、電圧制御回路から平滑回路に、平滑回路から定電圧回路にそれぞれ与えられる直接の出力のみならず、何らかの他の回路、素子等が介在しそれらの介在を通じてそれぞれに与えられる間接の出力も請求項に含む広い概念に解釈される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１を参照して、本実施の形態の電源入力回路について説明するが、図７と対応する部分には同一符号を付している。この電源入力回路は、交流電源１（１００〜２４０Ｖ）出力を半波整流する半波整流回路２と、この半波整流回路２出力を入力する電圧制御回路４と、この電圧制御回路４出力を平滑する平滑回路３と、この平滑回路３出力を定電圧化する定電圧回路６とを有している。この定電圧回路６は直流の低電圧に変換するために電圧変換回路とも言う。
【００１２】
このように本実施の形態においては、電圧制御回路４を従来のように平滑回路３の出力側ではなく、半波整流回路２出力側に接続し、この電圧制御回路４出力を平滑回路３で平滑するようにしたことに一つの特徴を有したものである。
【００１３】
そして、本実施の形態における電圧制御回路４は、半波整流回路２の出力部と平滑回路３の入力部との間にコレクタエミッタが接続された制御トランジスタＴＲ１と、制御トランジスタＴＲ１のコレクタとベースとの間に接続された抵抗Ｒ１と、制御トランジスタＴＲ１のベースに接続された導通素子としてのツェナーダイオードＤ２とを具備しているので、構成要素およびその接続関係としては図７に示される従来と同様ではあるが、制御トランジスタＴＲ１のコレクタエミッタが半波整流回路２の出力部と平滑回路３の入力部との間に接続されているとともに、導通素子としてのツェナーダイオードＤ２のツェナー電圧が従来の５．６Ｖではなく１００Ｖに設定されていることにも他の特徴として有している。
【００１４】
また平滑回路３は、従来のように単に平滑コンデンサだけで構成されるのではなく、電圧制御回路４の出力部と定電圧回路６の入力部との間に直列に接続された少なくとも第１および第２の抵抗Ｒ２，Ｒ３と、両抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続部に接続された平滑コンデンサＣ１とを有して構成されている。定電圧回路６は、ツェナー電圧５ＶのツェナーダイオードＤ３で構成されている。この平滑コンデンサＣ１は電解コンデンサである。
【００１５】
上記構成において、図２Ａで示すように１００Ｖの交流電源１が入力端子ＩＮに入力された場合は半波整流回路２による半波整流出力は図２Ｂで示すようになる。そして、この半波整流出力ではツェナーダイオードＤ２は導通しないから制御トランジスタＴＲ１は抵抗Ｒ１を介してベースに印加される半波整流出力で飽和動作し、その結果としてそのエミッタには図２Ｃで示すような出力が現れる。この場合の制御トランジスタＴＲ１のコレクタエミッタ間の電圧降下は約０．１Ｖ程度となっているので発熱は殆ど無い。この制御トランジスタＴＲ１のエミッタ出力は半波整流出力波形となっており、平滑回路３はこの半波整流出力波形を図２Ｄで示すように平滑したうえで、定電圧回路６に出力する。この定電圧回路６は図２Ｅで示すようにこの平滑出力を５Ｖに定電圧化して負荷であるタイマＩＣ５に出力端子ＯＵＴを介して供給する。
【００１６】
この場合、図１で示される本実施の形態の電源入力回路における制御トランジスタＴＲ１での発熱を図７で示される従来の電源入力回路のそれと比較すると、本実施の形態での制御トランジスタＴＲ１のコレクタエミッタ間の電圧降下は約０．１Ｖ程度であるのに対し、従来のそれでは９４Ｖ以上となっている。したがって、本実施の形態の場合は従来と比較して制御トランジスタＴＲ１の発熱は小さく低減されている。
【００１７】
次に、交流電源１の電圧が図３Ａで示すように１００Ｖを越える、例えば２４０Ｖが入力端子ＩＮに入力された場合は半波整流回路２による半波整流出力は図３Ｂで示すようになる。そして、この半波整流出力ではツェナーダイオードＤ２は導通するから制御トランジスタＴＲ１は通常動作しそのエミッタには図３Ｃで示すような出力が現れる。そして、平滑回路３はこの制御トランジスタＴＲ１のエミッタ出力を図３Ｄで示すように平滑したうえで、定電圧回路６で出力する。定電圧回路６は図３Ｅで示すように５Ｖに定電圧して負荷であるタイマＩＣ５に供給する。
【００１８】
この場合、図１で示される本実施の形態の電源入力回路における制御トランジスタＴＲ１での発熱を図７で示される従来の電源入力回路のそれと比較する。従来では交流電源１の電圧が２４０Ｖのときの制御トランジスタＴＲ１のコレクタエミッタ間の電圧降下は２３５Ｖ以上であるが、本実施の形態の場合はツェナーダイオードＤ１のツェナー電圧の作用でそれより１００Ｖ程度低くなっている。したがって、本実施の形態の場合は従来と比較して制御トランジスタＴＲ１の発熱は大きく低減されることになる。
【００１９】
以上のように本実施の形態では制御トランジスタＴＲ１のコレクタエミッタ間の電圧降下は従来と比較して小さくなり、その発熱は低減される結果、制御トランジスタＴＲ１もヒートシングも小型のもので済む。
【００２０】
そして、この場合、本実施の形態の電源入力回路においては、その電圧制御回路４には半波整流出力が与えられるものであるために、制御トランジスタＴＲ１が発熱されるタイミングは、その半波整流出力が与えられる期間だけとなっている。これを従来の電源入力回路と比較すると、従来では電源入力回路４には常時、平滑回路３から平滑回路出力が与えられているので、制御トランジスタＴＲ１は、常時、発熱したものとなっている。
【００２１】
したがって、本実施の形態においては、電源印加中における発熱の期間は従来の半分程度となり、その点からも発熱が大きく抑制され、制御トランジスタＴＲ１もヒートシングもより小型のものが実装可能となっている。
【００２２】
なお、電圧制御回路４の出力は平滑回路３で平滑されるのであるが、この場合、平滑回路３は上述した構成を有しているため、まず、電圧制御回路４出力は両抵抗Ｒ２，Ｒ３で分圧される。この分圧された電圧で平滑コンデンサＣ１が第１の抵抗Ｒ２を介して充電される。この場合の分圧電圧は定電圧回路６のツェナーダイオードＤ３のツェナー電圧より高いから、平滑コンデンサＣ１はツェナー電圧より高い電圧で充電されることになる。また、平滑コンデンサＣ１の放電は第２の抵抗Ｒ２で制限される。したがって、平滑コンデンサＣ１はその全部が放電されるまでに電圧制御回路４からの次の出力で充電されることによって、定電圧回路６はその定電圧動作を円滑にされ、定電圧回路６からは負荷であるタイマＩＣ５に５Ｖの定電圧を供給できることになる。
【００２３】
本実施の形態ではこの平滑回路３の平滑コンデンサＣ１への電圧制御回路４からの出力電圧が、１００Ｖ以下の低電圧に制御される。これを従来と比較すると、従来では平滑コンデンサＣ１には１００Ｖを越える高電圧を平滑する必要があるために高耐圧のコンデンサの実装が必要とされるが、本実施の形態では１００Ｖ程度の低電圧の平滑で済むから、従来と比較して低耐圧のコンデンサの実装使用が可能となっている。
【００２４】
なお、図１の平滑回路３の構成を図４で示される構成としても構わない。
【００２５】
なお、図１の電圧制御回路４の制御トランジスタＴＲ１はＮＰＮ型であったが、図５で示すようにＰＮＰ型であっても構わない。
【００２６】
なお、図５の平滑回路３の構成を図６で示される構成としても構わない。
【００２７】
なお、上述の実施の形態においては導通素子としてツェナーダイオードＤ２を示したが、これと同等の作用を果たす素子であれば本発明に含むものである。
【００２８】
なお、上述の実施の形態においては電圧制御回路４には半波整流回路２出力が入力されたが、半波整流回路２に代えて全波整流回路出力が該電圧制御回路４に入力されるものであっても構わない。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、制御トランジスタのコレクタエミッタ間における電圧降下が従来と比較して小さくなるため制御トランジスタでの発熱を小さく低減でき、その結果として小型の制御トランジスタおよびヒートシングの実装が可能となる。なお、制御トランジスタおよびヒートシングが小型で済むことは、これを実装する小型のタイマ機器などの制御機器においては、その小型軽量化を図るうえで好ましい結果となる。
【００３０】
また、平滑回路における電解コンデンサも低電圧の平滑で済むので小型低価格の電解コンデンサの実装が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電源入力回路の回路図
【図２】図１の動作説明に供するタイミングチャート
【図３】図１の動作説明に供するタイミングチャート
【図４】本発明の他の実施形態に係る電源入力回路の回路図
【図５】本発明のさらに他の実施形態に係る電源入力回路の回路図
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係る電源入力回路の回路図
【図７】従来の電源入力回路の回路図
【符号の説明】
１  交流電源
２  半波整流回路
３  平滑回路
４  電圧制御回路
５  負荷
６  定電圧回路
ＴＲ１  制御トランジスタ
Ｒ１  抵抗
Ｄ２  ツェナーダイオード（導通素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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