(57)【要約】【課題】１００Ｖ用電源に用いられる素子を使い、１００Ｖ地域、２００Ｖ地域共通に使用可能で、電圧による回路切り替えが不要な整流平滑回路、及びそれを用いた電子機器を提供する。【解決手段】商用交流電源ＡＣと、商用交流電源を直流に整流するダイオードブリッジと、その直流電圧の平滑を行う平滑コンデンサＣ１を備えた整流平滑回路に、ダイオードブリッジの出力端と平滑コンデンサとの間に平滑コンデンサと並列に設けられた、ダイオードブリッジの出力端の電圧と基準電圧とを比較する電圧比較手段と、ダイオードブリッジの出力端と平滑コンデンサとの間に平滑コンデンサと直列に設けられた、ダイオードブリッジの出力端と平滑コンデンサとの電流供給路の接続状態を制御する電流供給制御手段を備えることにより、上記課題を解決する。【選択図】図１
2011139569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源と、
前記商用交流電源に接続され、前記商用交流電源からの交流電圧を直流電圧に整流するダイオードブリッジと、
前記ダイオードブリッジに直列接続され、該ダイオードブリッジから出力される直流電圧を平滑するコンデンサを備えた整流平滑回路において、
前記ダイオードブリッジの出力端と前記コンデンサとの間に、前記コンデンサと並列に接続され、前記ダイオードブリッジの出力端の電圧と基準電圧とを比較する電圧比較手段と、
前記ダイオードブリッジの出力端と前記コンデンサとの間に、前記コンデンサと直列に接続され、前記ダイオードブリッジの出力端と前記コンデンサとの電流供給路の接続状態を制御する電流供給制御手段と、を具備することを特徴とする整流平滑回路。
【請求項２】
前記電流供給制御手段は、前記ダイオードブリッジの出力端の電圧が前記基準電圧よりも低いときには、前記ダイオードブリッジの出力端と前記コンデンサとの電流供給路を接続するためにオンし、前記ダイオードブリッジの出力端の電圧が前記基準電圧よりも高いときには、前記ダイオードブリッジの出力端と前記コンデンサとの電流供給路を切断するためにオフする第１のスイッチング素子であることを特徴とする請求項１に記載の整流平滑回路。
【請求項３】
前記電圧比較手段は、ツェナーダイオードと第２のスイッチング素子を備え、
前記ダイオードブリッジの出力端の電圧と前記基準電圧であるツェナーダイオードのツェナー電圧とを比較し、前記ダイオードブリッジの出力端の電圧が前記基準電圧よりも低いときには、前記第１のスイッチング素子をオンさせ、前記ダイオードブリッジの出力端の電圧が前記基準電圧よりも高いときには、前記第１のスイッチング素子をオフさせる前記第２のスイッチング素子を有することを特徴とする請求項２に記載の整流平滑回路。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の整流平滑回路を備えた電子機器において、
前記電子機器を制御する制御手段を備え、
前記電圧比較手段は前記ダイオードブリッジの出力端の電圧と前記基準電圧との比較結果を前記制御手段に通知する通知手段を有し、
前記制御手段は、前記ダイオードブリッジの出力端の電圧が前記基準電圧よりも高いときには、機器の動作を停止させることを特徴とする電子機器。
【請求項５】
前記ダイオードブリッジの出力端の電圧が前記基準電圧よりも高いときには、前記電子機器が動作停止状態になったことを報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
【請求項６】
前記報知手段は、前記電子機器に設けられたＬＥＤ又は液晶表示素子であることを特徴とする請求項５に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用交流電源を直流に変換する整流平滑回路、及びそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用交流電源は、ＡＣ１００Ｖ〜１２７Ｖを採用している地域（以下、「１００Ｖ地域」と記す）と、ＡＣ２２０Ｖ〜２４０Ｖを用いている地域（以下、「２００Ｖ地域」と記す）に大別される。
【０００３】
電子機器では、機器の動作、制御に用いられる直流を生成するために、商用交流電源から直流に変換する整流平滑回路及び電圧変換回路を備えているものが多い。
【０００４】
しかし、国や地域により商用交流電源の電圧が異なるため、電子機器における直流生成には、以下の３通りの方法が用いられている。
方法１）１００Ｖ地域用、２００Ｖ地域用に、それぞれ異なる整流平滑回路及び電圧変換回路を備えた電子機器をそれぞれ提供する。
方法２）１００Ｖ地域用、２００Ｖ地域用に切り替え可能な整流平滑回路を備えた電子機器を提供する。
方法３）１００Ｖ地域、２００Ｖ地域共通の整流平滑回路及び電圧変換回路を備えた電子機器を提供する。
【０００５】
電子機器は、通常、使用される地域が１００Ｖ地域、２００Ｖ地域に関係なく、その電子機器内で必要な電力は同じである。したがって、方法１の場合では、１００Ｖ地域向けと２００Ｖ地域向けの電子機器の整流平滑回路及び電圧変換回路で用いられる素子は、一般に以下のような仕様の違いがある。すなわち、素子の耐電圧に関しては、１００Ｖ地域向けのものは、２００Ｖ地域向けのものの約半分であり、素子の許容電流に関しては、１００Ｖ地域向けのものは、２００Ｖ地域向けのものの約２倍である。
【０００６】
方法２の場合は、例えば特許文献１で示されているように、整流平滑回路を構成する平滑コンデンサを２個備え、２００Ｖ地域用には全波整流としコンデンサをそのまま直列に用い、１００Ｖ地域用には倍電圧整流にスイッチを用いて切り替えるというものである。
【０００７】
また、方法３の場合は、耐電圧は２００Ｖ地域向けのものに合わせ、許容電流は１００Ｖ地域向けのものに合わせた素子を用いるのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１１３２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記方法１から方法３については、以下のような問題点がある。
【００１０】
例えば、方法１の場合には、１００Ｖ地域用の電子機器を誤って２００Ｖ地域で用いると、耐電圧オーバーにより電子機器内の素子が破壊され、機器の故障となる。
【００１１】
一方、方法２の場合には、電子機器を使用する地域により回路を切り替える機能が必要となる。更に、コンデンサが２個必要となるため高価になり、使用する地域の電圧により、切り替える手間もかかる。
【００１２】
また、方法３で使用される素子は、耐電圧は２００Ｖ地域向けに合わせ、許容電流は１００Ｖ地域向けに合わせるため、どちらか一方の電圧にあわせたものに比べて、使用する素子は大きく、高価になる。特に、整流平滑回路に用いられる平滑コンデンサは、その耐電圧、及び許容電流がコンデンサの体積そのものに直接影響するため、価格及び大きさに与える影響が大きい。
【００１３】
本発明は上記のような状況に鑑みてなされたもので、１００Ｖ地域、２００Ｖ地域共通に使用可能で、電圧による回路切り替えが不要で、平滑コンデンサの大きさも小さくできる整流平滑回路、及びそれを用いた電子機器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するため、本発明では、整流平滑回路を次の（１）のとおりに、整流平滑回路を用いた電子機器を次の（２）のとおりに構成する。
【００１５】
（１）商用交流電源と、前記商用交流電源に接続され、前記商用交流電源からの交流電圧を直流電圧に整流するダイオードブリッジと、前記ダイオードブリッジに直列接続され、該ダイオードブリッジから出力される直流電圧を平滑するコンデンサを備えた整流平滑回路において、
前記ダイオードブリッジの出力端と前記コンデンサとの間に、前記コンデンサと並列に接続され、前記ダイオードブリッジの出力端の電圧と基準電圧とを比較する電圧比較手段と、前記ダイオードブリッジの出力端と前記コンデンサとの間に、前記コンデンサと直列に接続され、前記ダイオードブリッジの出力端と前記コンデンサとの電流供給路の接続状態を制御する電流供給制御手段とを具備する整流平滑回路。
【００１６】
（２）前記（１）に記載の整流平滑回路を備えた電子機器において、前記電子機器を制御する制御手段を備え、前記電圧比較手段は前記ダイオードブリッジの出力端の電圧と前記基準電圧との比較結果を前記制御手段に通知する通知手段を有し、前記制御手段は、前記ダイオードブリッジの出力端の電圧が前記基準電圧よりも高いときには、機器の動作を停止させる電子機器。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電圧による回路切り替えが不要で、１００Ｖ地域、２００Ｖ地域共通に使用でき、１００Ｖ用電源に用いられる素子を使うことにより平滑コンデンサの大きさも小さくできる整流平滑回路、及びそれを用いた電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１の整流平滑回路図
【図２】図１の回路において、ＡＣ１００Ｖを入力したときの波形図
【図３】図１の回路において、ＡＣ２００Ｖを入力したときの波形図
【図４】実施例２の整流平滑回路図
【図５】実施例３の整流平滑回路を含む電子機器の回路図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を実施例により詳しく説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１に、本実施例の整流平滑回路の回路図を示す。
【００２１】
図１において、ＡＣは、商用交流電源である。Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は、商用交流電源ＡＣに接続され、入力された商用交流電源からの交流電圧を整流して、直流電圧を生成する整流ダイオードであり、ダイオードブリッジを構成している。
【００２２】
Ｃ１は平滑コンデンサであり、ダイオードブリッジの出力端間に、直列接続されている。
【００２３】
ＺＤ１はツェナーダイオード、Ｑ２はトランジスタ（第２のスイッチング素子）、Ｒ１及びＲ２はトランジスタＱ２をバイアスする抵抗であり、ダイオードブリッジの出力端と平滑コンデンサＣ１との間に、Ｃ１に対し並列に接続されている。Ｑ１はＮチャネルＭＯＳ型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、ダイオードブリッジと平滑コンデンサＣ１との間に直列に挿入されたスイッチング素子（第１のスイッチング素子）である。Ｒ３及びＲ４は、電界効果トランジスタＱ１のゲートをバイアスする抵抗である。
【００２４】
ダイオードブリッジの出力端と出力端の間の電圧がツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧よりも高くなると、ツェナーダイオードＺＤ１，抵抗Ｒ１，Ｒ２に電流が流れ、その結果、トランジスタＱ２がオン状態になる。逆に、ダイオードブリッジの出力端と出力端の間の電圧がツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧よりも低いと、ツェナーダイオードＺＤ１，抵抗Ｒ１，Ｒ２には電流は流れず、トランジスタＱ２がオフ状態になる。したがって、ツェナーダイオードＺＤ１，トランジスタＱ２、抵抗Ｒ１，Ｒ２は、ダイオードブリッジの２つの出力端にかかる電圧と、基準電圧であるツェナーダイオードのツェナー電圧とを比較する電圧比較手段を構成する。
【００２５】
電界効果トランジスタＱ１は、平滑コンデンサＣ１を介して、ダイオードブリッジの出力端の一端と他端とで構成される電流供給路に直列接続されている。トランジスタＱ２がオフ状態の場合には、ダイオードブリッジの出力端間の電圧が抵抗Ｒ３，Ｒ４で抵抗分圧され、電界効果トランジスタＱ１のゲートに印加される。これにより、Ｑ１はオン状態となり、ダイオードブリッジの出力端と平滑コンデンサＣ１間の電流供給路が接続される。
【００２６】
しかし、トランジスタＱ２がオン状態の場合には、抵抗Ｒ３を流れる電流はトランジスタＱ２側に流れるため、電界効果トランジスタＱ１のゲートには電圧印加されない。これにより、Ｑ１はオフ状態となり、ダイオードブリッジの出力端と平滑コンデンサＣ１間の電流供給路が切断される。したがって、電界効果トランジスタＱ１は、ダイオードブリッジの出力端間の電圧と、基準電圧であるツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧との比較結果に基づいて、前記電流供給路の接続状態（接続するか切断するか）を制御する電流供給制御手段を構成する。
【００２７】
また、図１において、平滑コンデンサＣ１の耐電圧は２００Ｖを用いる。これは、一般的に１００Ｖ地域向けの電子機器に用いられるコンデンサの耐電圧である。そのため、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧は２００Ｖに設定するのが望ましい。
【００２８】
次に、商用交流電源ＡＣとして、ＡＣ１００Ｖを印加した場合と、ＡＣ２００Ｖを印加した場合の図１の回路の動作波形について説明する。
【００２９】
まず、商用交流電源ＡＣとして、ＡＣ１００Ｖを印加したときの動作波形を図２に示す。
【００３０】
図２（Ａ）はＡＣ１００Ｖの入力電圧波形、図２（Ｂ）は電界効果トランジスタＱ１のゲートの電圧波形、図２（Ｃ）はＱ１のドレイン流入電流波形、図２（Ｄ）は平滑コンデンサＣ１の両端電圧波形である。
【００３１】
ＡＣ１００Ｖの場合、ツェナーダイオードＺＤ１に印加される最大電圧は１４１Ｖである。ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧は２００Ｖであるので、ツェナーダイオードに印加される電圧が２００Ｖを超えることはなく、トランジスタＱ２は常にオフ状態となる。したがって、電界効果トランジスタＱ１のゲートには、図２（Ｂ）に示すように、ダイオードブリッジの出力電圧を抵抗Ｒ３、Ｒ４で分圧した電圧が常に印加され、Ｑ１はＡＣ１００Ｖのゼロクロス近傍以外は常にオン状態となる。その結果、Ｑ１のドレイン流入電流は、通常のコンデンサインプット型の電流波形である図２（Ｃ）に示すような波形となる。そして、平滑コンデンサＣ１の両端電圧は、図２（Ｄ）に示すように、ＡＣ１００Ｖの最大電圧１４１Ｖを上限としたリップルを持つ直流となる。
【００３２】
一方、商用交流電源ＡＣとして、ＡＣ２００Ｖを印加した場合の動作波形を図３に示す。
【００３３】
図３（Ａ）はＡＣ２００Ｖの電圧波形、図３（Ｂ）は電界効果トランジスタＱ１のゲートの電圧波形、図３（Ｃ）はＱ１のドレイン流入電流波形、図３（Ｄ）は平滑コンデンサＣ１の両端電圧波形である。
【００３４】
ＡＣ２００Ｖの場合、ダイオードブリッジの出力電圧の最大値は２８２Ｖとなる。したがって、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧である２００Ｖを越えた時点で、ツェナーダイオードＺＤ１はオン状態となり、抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧された電圧がトランジスタＱ２のベースに印加され、トランジスタＱ２がオンする。その結果、電界効果トランジスタＱ１のゲート電圧波形は図３（Ｂ）のようになる。この場合、Ｑ１のゲート電圧が低下するため、Ｑ１はオフ状態となる。したがって、電界効果トランジスタＱ１は、入力のＡＣ２００Ｖがゼロクロス近傍時と、ダイオードブリッジの出力が２００Ｖを越えている間はオフ状態となる。そのため、Ｑ１のドレイン流入電流は、図３（Ｃ）に示すように、ツェナーダイオードＺＤ１がオンする直前とオフした直後に流れる。そして、平滑コンデンサＣ１の両端電圧は、図３（Ｄ）に示すように、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧２００Ｖを最大値としたリップルを持つ直流電圧となる。
【００３５】
したがって、平滑コンデンサＣ１に印加される最大電圧は、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧に依存する。そこで、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を適切に選択することにより、ＡＣ２００Ｖが印加されても平滑コンデンサＣ１には、２００Ｖを超える過大電圧が印加されることがなくなり、素子が破壊されることがなくなる。
【００３６】
以上説明したように、本発明の整流平滑回路を用いることにより、ＡＣ１００ＶでもＡＣ２００Ｖでも、本来１００Ｖ地域向けの電子機器に使用される２００Ｖ耐電圧のコンデンサを使用することができる。通常、整流平滑回路の後段にはスイッチング電源が設けられ、本整流平滑回路を搭載した機器に必要な一定電圧に降圧される。スイッチング電源の設計において、入力電圧はＤＣ２００Ｖとして設計を行うことにより、２００Ｖ耐電圧コンデンサを使用した場合でも、入力電圧による切り替え機能なしに、ＡＣ１００ＶとＡＣ２００Ｖどちらでも使用できる機器を実現することができる。
【実施例２】
【００３７】
図４に、本実施例の整流平滑回路の回路図を示す。
【００３８】
図４において、図１と同一記号のものは、その機能も同一である。図１と異なる点は、電界効果トランジスタＱ１のゲートをバイアスする回路が抵抗Ｒ５３、Ｒ５４、Ｒ５５で構成されている点である。
【００３９】
実施例１の場合、電界効果トランジスタＱ１がオフ状態のときには、Ｑ１のソースードレイン間の内蔵ダイオードであるボディーダイオードと抵抗Ｒ３、Ｒ４を介して平滑コンデンサＣ１の電荷が放電される。そのため、実施例１の整流平滑回路を備えた電子機器の消費電力の増大を招くことになる。
【００４０】
そこで、本実施例では、電界効果トランジスタＱ１のゲートバイアスをダイオードブリッジの出力端からでなく、入力端側から取ることにより、Ｑ１のオフ時における平滑コンデンサＣ１の無駄な電荷放出を防止することができる。
【実施例３】
【００４１】
図５に、本実施例の整流平滑回路を含む電子機器の回路図を示す。
【００４２】
図５の電子機器は、マイクロコントローラによりヒータの温度制御を行う機器である。このような機器の例としては、熱定着器を備えた画像記録装置がある。また、図５に示す電子機器は、入力電圧がＡＣ１００Ｖの機器である。
【００４３】
図５において、１０１は本発明を適用した整流平滑回路、１０２は絶縁型フライバックスイッチング電源、１０３はヒータ及びヒータ制御回路である。
【００４４】
整流平滑回路１０１には、図１の回路のツェナーダイオードＺＤ１に直列にフォトカプラＰＣ１の発光ダイオード側が追加されている。実施例１と同様、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧は２００Ｖに設定されている。
【００４５】
商用交流電源ＡＣの電圧がＡＣ１００Ｖであれば、ツェナーダイオードＺＤ１には電流が流れず、ＰＣ１の発光ダイオードは点灯しない。商用交流電源ＡＣがＡＣ２００Ｖであれば、入力電圧がツェナー電圧である２００Ｖを越えた時点で、ツェナーダイオードＺＤ１はオン状態となり、ＰＣ１の発光ダイオードが点灯し、２００Ｖより低くなるとＺＤ１はオフ状態となり、発光ダイオードは消灯する。その結果、発光ダイオードは、商用交流電源の半周期ごとに点灯するので、交流電源周波数の２倍の周期で点滅を繰り返すことになる。
【００４６】
１０２は一般的な絶縁型フライバックスイッチング電源であり、整流平滑回路１０１の出力電圧を所望の一定電圧に降圧するものである。
【００４７】
図５のＣＰＵは、本電子機器の制御を司るマイクロコントローラである。Ｐｏ１は入力端子、Ｐｏ２はアナログデジタル変換機能が付加された入力端子、Ｐｏ３は出力端子であり、他に不図示の入出力端子を備え、不図示の機器に必要な機能の制御を行う。
【００４８】
１０３はヒータ及びヒータ制御回路である。Ｈ１は発熱ヒータ、ＴＨ１はサーミスタであり、発熱ヒータＨ１とサーミスタＴＨ１は熱結合されている。サーミスタＴＨ１は、温度の変化に対し、極めて大きな抵抗値変化を示す抵抗器である。サーミスタＴＨ１の抵抗値変化は、プルアップ抵抗Ｒ１３により電圧変化に変換されてＣＰＵの入力端子Ｐｏ２に入力され、ＣＰＵは発熱ヒータＨ１の温度をモニタする。そして、ＣＰＵは発熱ヒータＨ１の温度が所望の温度となるよう、出力端子Ｐｏ３の出力制御を行い、フォトトライアックカプラＰＣ３を介してトライアックＱ４のオン・オフ制御を行い、発熱ヒータＨ１への通電を制御する。
【００４９】
フォトカプラＰＣ１のフォトトランジスタ側は抵抗Ｒ５でプルアップされ、発光ダイオード側から送信された信号がＣＰＵの入力端子Ｐｏ１に入力される。前述したように、入力端子Ｐｏ１には、商用交流電源ＡＣの電圧がＡＣ１００Ｖであれば、常にＨｉｇｈの信号が、ＡＣ２００Ｖであれば、商用交流電源の周波数の２倍の周期のパルス信号が入力される。入力端子Ｐｏ１を介し、ダイオードブリッジの出力端間の電圧と基準電圧であるツェナー電圧との比較結果が通知されるので、ＣＰＵは、入力端子Ｐｏ１の端子状態をモニタすることにより商用交流電源がＡＣ１００ＶかＡＣ２００Ｖかを区別することができる。
【００５０】
なお、入力端子Ｐｏ１に入力される信号には、ノイズが含まれる可能性がある。そこで、ノイズか正常なパルス信号かを区別するために、ＣＰＵは、入力端子Ｐｏ１の信号の周期を測定し、その周波数が商用交流電源の周波数の２倍であることを確認することにより、ＡＣ２００Ｖが入力されたと判断する。
【００５１】
以上の構成により、ＣＰＵは、商用交流電源がＡＣ１００Ｖの場合には機器を通常動作させ、ＡＣ２００Ｖの場合は機器の動作を停止させ、ヒータへの通電を停止させることができる。通常、発熱ヒータは抵抗体で構成されており、ＡＣ１００Ｖ入力時に比べて、ＡＣ２００Ｖ入力時には、電流は２倍、発熱量は４倍となる。そのため、ＡＣ２００Ｖが入力されると電流定格が許容できなくなる場合や、温度制御が困難になる場合においては、ヒータへの通電を停止させることは安全上重要である。
【００５２】
本発明の整流平滑回路を電子機器に備えることにより、ＡＣ１００Ｖ用の機器に対して、誤ってＡＣ２００Ｖが印加されても機器の損傷を防止することができる。
【００５３】
なお、使用者の便宜を図るため、誤ってＡＣ２００Ｖが印加されて電子機器が動作停止状態になったときは、必要に応じてその旨使用者に報知することもできる。例えば、図５のＬＥＤ１は、そのための表示素子であり、表示素子はＬＥＤだけでなく、液晶表示素子などを用いてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
ＡＣ    商用交流電源
Ｃ１    平滑コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４    整流ダイオード
Ｑ１    電界効果トランジスタ
Ｑ２    トランジスタ
ＺＤ１    ツェナーダイオード
【図１】
2011139569.tif 000003
【図２】
2011139569.tif 000004
【図３】
2011139569.tif 000005
【図４】
2011139569.tif 000006
【図５】
2011139569.tif 000007