(57)【要約】交流電力を用いる低電圧制御法及びその方法を実施するシステムであって、商用交流電力から直に低電圧の直流電力を供給するために、交流電力の０％〜１００％のレベルに相当する電力を供給する場合に安定した制御を行うことができ、従って最適な効率が得られシステムを小型化することができる方法およびシステムを提案する。本発明は、入力交流電力を全波整流し、電圧レベルが設定制御電圧の電圧レベルよりも低い４つの出力電力を生成すべくスイッチング制御を行い、全波整流した交流電力の１サイクルにおいて、電圧レベルが設定制御電力の電圧レベルよりも低い、全波整流した交流電力の波形における低電圧部分はスイッチオンし、かつ、電圧レベルが設定制御電圧の電圧レベルよりも高い高電圧部分はスイッチオフする。さらに、本発明は出力の低電圧部分を直流電圧に変換する。
2008500799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力の波形を用いて低電圧を制御する方法であって、
入力交流電力を全波整流する全波整流ステップと、
全波整流した交流電力の１サイクルにて、電圧レベルが設定制御電圧の電圧レベルよりも低い４つの出力電力を生成するようにスイッチング動作を行うスイッチングステップであって、全波整流した交流電力の波形における電圧レベルが前記設定制御電圧の電圧レベルより低い低電圧部分をスイッチオンし、かつ、電圧レベルが前記設定制御電圧の電圧レベルよりも高い高電圧部分はスイッチオフする、スイッチングステップと、
前記スイッチングステップで出力される前記低電圧部分を直流電圧に変換し、かつ、この直流電圧を出力する、交流電力出力ステップと、
を有することを特徴とする、交流電力の波形を用いて低電圧を制御する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記スイッチングステップの後に、前記出力電力が過大電流となる場合に、前記スイッチングステップの動作を遮断する、過大電流検出ステップをさらに有することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記スイッチングステップでの前記出力電力が異常電圧となる場合に、前記スイッチングステップの動作を遮断する、過大電流検出ステップをさらに有することを特徴とする方法。
【請求項４】
低電圧を制御するシステムであって、
商用交流電力を受電し、かつ全波整流する整流ユニット（１１０）と、
前記整流ユニット（１１０）の出力端子に接続され、負荷に要する設定制御電圧を検出するように構成した電圧レベル検出ユニット（１２０）と、
前記電圧レベル検出ユニット（１２０）の出力端子に接続され、前記設定制御電圧に従ってスイッチング動作を行って、全波整流した交流電力の１サイクルにおいて、電圧レベルが設定制御電圧の電圧レベルよりも低い４つの出力電力を生成するように構成した、電力スイッチングユニット（１３０）と、
前記電力スイッチングユニット（１３０）の出力を直流電圧に変換する、直流変換ユニット（１４０）と、
を備えることを特徴とする低電圧制御システム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムにおいて、
前記電圧レベル検出ユニット（１２０）を構成するのに、
抵抗（Ｒ１及びＲ２）を、前記整流ユニット（１１０）によって全波整流した交流電力が出力される側の出力端子間に直列に接続し、
電圧を一定に保つツェナーダイオード（ＺＤ１）及び可変抵抗値を有する可変抵抗（ＶＲ１）を、前記抵抗（Ｒ１及びＲ２）の間に直列に接続し、
前記可変抵抗（ＶＲ１）の設定値に従ってスイッチング信号を転送する第１トランジスタ（Ｑ１）のベース端子を前記可変抵抗（ＶＲ１）に接続し、
前記第１トランジスタ（Ｑ１）のエミッタ端子を、当該システムの出力端子に直に接続し、
前記第１トランジスタ（Ｑ１）のコレクタ端子を、当該システムの他の出力端子に、抵抗（Ｒ３）を介して接続して構成することを特徴とする低電圧制御システム。
【請求項６】
請求項４に記載のシステムにおいて、
前記電力スイッチングユニット（１３０）を構成するのに、
第２トランジスタ（Ｑ２）のベース端子を、前記電圧レベル検出ユニット（１２０）の構成要素である、前記第１トランジスタ（Ｑ１）のコレクタ端子と前記抵抗（Ｒ３）との間に、抵抗（Ｒ４）を介して接続し、
前記第２トランジスタ（Ｑ２）のエミッタ端子を、当該システムの出力端子に直に接続し、
前記第２トランジスタ（Ｑ２）のコレクタ端子を、抵抗（Ｒ５及びＲ６）を介して当該システムの他の出力端子に接続し、
ＰＮＰ型の第５トランジスタ（Ｑ５）のベース端子を、前記第２トランジスタ（Ｑ２）のコレクタ端子に直列に接続した抵抗（Ｒ５及びＲ６）の間に接続し、
前記第５トランジスタ（Ｑ５）のエミッタ端子を、当該システムの出力端子に直に接続し、
前記第５トランジスタ（Ｑ５）のコレクタ端子を、互いに直列に接続した抵抗（Ｒ７及びＲ８）を介して当該システムの他の出力端子に接続し、
第４トランジスタ（Ｑ４）のベース端子を、前記第５トランジスタ（Ｑ５）のコレクタ端子に直列に接続した抵抗（Ｒ７及びＲ８）の間に接続し、
前記第４トランジスタ（Ｑ４）のエミッタ端子を、抵抗（Ｒ９）を介して当該システムの出力端子に接続し、
前記第４トランジスタ（Ｑ４）のコレクタ端子を、当該システムの他の出力端子に直に接続し、
第６トランジスタ（Ｑ６）のベース端子を、前記第４トランジスタ（Ｑ４）のエミッタ端子と抵抗（Ｒ９）との間に接続し、
前記第６トランジスタ（Ｑ６）のエミッタ端子を、抵抗（Ｒ１２）を介して当該システムの出力端子に接続し、
前記第６トランジスタ（Ｑ６）のコレクタ端子を、当該システムの他の出力端子に直に接続して構成することを特徴とする低電圧制御システム。
【請求項７】
請求項４に記載のシステムにおいて、
前記直流変換ユニット（１４０）を、前記電力スイッチングユニット（１３０）の出力端子に並列に接続した抵抗（Ｒ１４）及びコンデンサ（Ｃ１）で構成することを特徴とする低電圧制御システム。
【請求項８】
請求項４に記載のシステムにおいて、
前記電力スイッチングユニット（１３０）の出力電流から過大電流を検出し、かつ、前記電力スイッチングユニット（１３０）に供給される電力を遮断する、過大電流検出ユニット（１５０）をさらに備え、前記過大電流検出ユニット（１５０）を、前記電力スイッチングユニット（１３０）の出力端子に接続することを特徴とする低電圧制御システム。
【請求項９】
請求項４または８に記載のシステムにおいて、
前記過大電流検出ユニット（１５０）を構成するのに、
前記電力スイッチングユニット（１３０）の第６トランジスタ（Ｑ６）のエミッタ端子と抵抗（Ｒ１２）との接続点を、抵抗（Ｒ１３）を介して第７トランジスタ（Ｑ７）のベース端子に接続し、
前記第７トランジスタ（Ｑ７）のコレクタ端子を、前記電力スイッチングユニット（１３０）の第２トランジスタ（Ｑ２）のベース端子に接続し、
前記第７トランジスタ（Ｑ７）のエミッタ端子を、当該システムの出力端子に接続して構成することを特徴とする低電圧制御システム。
【請求項１０】
請求項４に記載のシステムにおいて、
前記電力スイッチングユニット（１３０）の出力から異常電圧が検出される場合に、前記電力スイッチングユニット（１３０）の動作を遮断する異常電圧検出ユニット（１６０）をさらに備え、
前記異常電圧検出ユニット（１６０）を、前記電力スイッチングユニット（１３０）の出力端子に接続することを特徴とする低電圧制御システム。
【請求項１１】
請求項４または１０に記載のシステムにおいて、
前記異常電圧検出ユニット（１６０）を構成するのに、
直流電力を出力する出力端子（ＤＣ１及びＤＣ２）の間に直列に接続された２つの抵抗（Ｒ１０及びＲ１１）の接続点を、ＰＮＰ型の第３トランジスタ（Ｑ３）のベース端子に接続し、
前記第３トランジスタ（Ｑ３）のコレクタ端子を、前記電力スイッチングユニット（１３０）の前記第５トランジスタ（Ｑ５）のベース端子に接続し、
前記第３トランジスタ（Ｑ３）のエミッタ端子を、当該システムの出力端子に接続して構成することを特徴とする低電圧制御システム。
【請求項１２】
請求項４に記載のシステムにおいて、
前記直流変換ユニット（１４０）を構成するのに、
変圧器（Ｔ１）の一次側を、前記電力スイッチングユニット（１３０）の出力端子に接続し、ブリッジ型整流器（Ｄ５〜Ｄ８）を、前記変圧器（Ｔ１）の二次側に接続して構成することを特徴とする低電圧制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、交流電力を用いる低電圧制御方法及びその方法を実施するためのシステムに関し、特に、交流電力の波形を用いて低電圧を制御する方法及びその方法を実施するシステムに関するものである。本発明は、商用交流電力から直接低電圧の直流電力を供給することができて、交流電力レベルの０％〜１００％に相当する電力を供給する場合に安定した制御を行うことができるため、最適な効率を達成し、かつシステムを小型化し得るようにする。
【背景技術】
【０００２】
一般に、交流電力を用いて電力を制御する場合には、ゼロクロス制御法や位相制御法を用いている。ゼロクロス制御法では、電圧がゼロのとき、すなわち、正弦波を成す交流電力が、図１Ａに示すように、１サイクルだけ進み、電圧がゼロになる点Ａに達したときに、オン／オフ制御を行う。供給される交流電力の５０％を供給するためには、ゼロクロス制御法でサイクルごとにオン／オフ動作を繰り返すようにして電力を制御する。
【０００３】
このようなゼロクロス法は、スイッチングノイズの観点から優れている。しかし、ゼロクロス法は、交流電力のゼロ点、すなわち、１サイクルが完了した後に電圧がゼロとなる点を検出する回路を必要とするため、経済性が低い。従って、ゼロクロス法は高額な機器用に利用され得るが、制御率が交流電力の量に比べて低い電力制御では、一定の電力が供給されないという欠点がある。
【０００４】
例えば、１１０Ｖ／２２０Ｖの商用電力を用いて、１２Ｖで動作するハロゲンランプの電力を制御する場合に、ゼロクロス法を用いると、１サイクル中の電力によってハロゲンランプが破壊されてしまうため、変圧器またはスイッチングタイプの電源を用いている。
【０００５】
また、位相制御法は、図１Ｂに示すように、供給される交流電力の位相を変えることによって負荷に供給される電力を制御するため、簡易であり、産業全体に亘って用いることができる。しかし位相制御法は、ノイズが大きくなり、また、高電圧位置にてスイッチングのオン及びオフを行うため、供給される交流電力の５０％より低い電力を制御するのには、安定せず、一定の電力が供給されないと言った欠点がある。
【０００６】
すなわち、従来のゼロクロス法及び位相制御法は、時間に応じた位相に基づいて電力のオン／オフ制御を行うのに対して、本発明が提案する新規な方法は、電圧に基づいて電力のオン／オフ制御を行うことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ゼロクロス法及び位相制御法の欠点を克服するように考案したのであって、入力端子と負荷との間のオン／オフスイッチングの制御のみを用いるだけで、変換損失なく、供給される交流電力を均一に、かつ安定に制御することにより、供給される交流電力を低い直流電力に変換し得るようにする。従って、本発明の第１の目的は、半導体および抵抗を用いて、商用交流電力から高効率に直流電力を供給することができて、最適な動作効率及び経済性を達成し、かつ、単一の集積回路（ＩＣ）を用いて電力制御デバイスを製作可能にする、低電圧を制御する方法を提供することにある。
【０００８】
さらに、本発明の第２の目的は、第１の目的を実施するシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の目的を達成するために、本発明は以下のステップ、すなわち、
入力交流電力を全波整流する全波整流ステップと、
全波整流された交流電力の１サイクルにて、電圧レベルが設定制御電圧の電圧レベルよりも低い４つの出力電力を生成するように、スイッチング動作を行うスイッチングステップであって、
全波整流した交流電力の波形における電圧レベルが前記設定制御電圧の電圧レベルより低い低電圧部分をスイッチオンし、かつ、前記設定制御電圧の電圧レベルよりも電圧レベルが高い高電圧部分ではスイッチオフする、スイッチングステップと、
前記スイッチングステップで出力される前記低電圧部分を直流電圧に変換し、かつこの直流電圧を出力する交流電力出力ステップとを有する。
【００１０】
本発明の好適な実施態様によれば、本発明の方法がさらに、前記スイッチングステップにて過大電流が供給される場合、または前記スイッチングステップでの前記出力電力が異常電圧となる場合に、前記スイッチングステップの動作をオフする、過大電流検出ステップを有するようにする。
【００１１】
本発明による低電圧制御法では、スイッチング動作は、入力交流電力の正（＋）方向において電圧レベルが設定制御電圧の電圧レベルよりも低いような２つの出力と、入力交流電力の負（−）方向において電圧レベルが設定制御電圧の電圧レベルよりも低いような２つの出力を生成するように行う。
【００１２】
商用交流電力を直流電力に変換する際に、本発明による低電圧制御法は、交流電力の入力端子と負荷との間のオン／オフ動作を用いるだけで直流電力変換を行う。従って、変換損失が小さく、また、負荷が動作しない限り消費電力量も小さい。すなわち、本発明は、交流電源と負荷との間の入力交流波形の大きさに基づいてオン／オフ動作を行う方法を用いるため、効率を高くでき、また、スイッチング動作を頻繁に行わないため、ノイズを低くすることができる。
【００１３】
前記第２の目的を達成するために、本発明による低電圧制御システムは以下のもの、すなわち、
商用交流電力を受電し、かつ全波整流する整流ユニットと、
前記整流ユニットの出力端子に接続され、負荷に要する設定制御電圧を検出するように構成した電圧レベル検出ユニットと、
前記電圧レベル検出ユニットの出力端子に接続され、前記設定制御電圧に従ってスイッチング動作を行って、全波整流した交流電力の１サイクルにおいて、電圧レベルが設定制御電圧の電圧レベルよりも低い４つの出力電力を生成するように構成した電力スイッチングユニットと、
前記電力スイッチングユニットの出力を直流電圧に変換する、直流変換ユニットとを備える。
【００１４】
本発明の好適な実施態様によれば、本発明によるシステムは、前記電力スイッチングユニットの出力端子に接続され、前記電力スイッチングユニットの出力電流から過大電流を検出し、前記電力スイッチングユニットに供給される電力を遮断するように構成した、過大電流検出ユニットと、
前記電力スイッチングユニットの出力端子に接続され、前記電力スイッチングユニットの出力から過大電圧のような異常電圧が供給される場合に、前記電力スイッチングユニットの動作を遮断するように構成した異常電圧検出ユニットとをさらに備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施態様を図面を参照しながら説明する。図２は、本発明による低電圧制御方法の動作を示す波形図であり、図３は、本発明による低電圧制御方法を実施するシステムのブロック図である。さらに、図４は、本発明による低電圧制御システムを実現する回路の第１実施例を示し、図５は、本発明による低電圧制御システムを実現する回路の第２実施例を示し、図６は、図４及び図５のシステムを通過した電力の出力波形を示す波形図である。
【００１６】
本発明による低電圧制御法では、図２に示すように、入力交流電力を全波整流して、この全波整流した正弦波形において、電圧が目標電力量に基づいて設定した制御電圧よりも低い低電圧部分はスイッチオンさせ、電圧が設定制御電圧よりも高い高電圧部分はスイッチオフさせるように制御する。従って、交流電力のオン／オフ動作を低電圧部分にて行うような制御をするため、本発明によれば、オン／オフ動作を高電圧部分で行う位相制御法に比べ、スイッチングノイズを小さくすることができる。
【００１７】
本発明による低電圧制御法を実施するシステムは、図３に示すように、商用交流電力を受電して、この交流電力を全波整流するブリッジ回路から成る、整流ユニット１１０を備えている。電圧レベル検出ユニット１２０が、整流ユニット１１０の出力端子に接続されており、これは負荷に要する設定制御電圧を検出する。さらに、電力スイッチングユニット１３０が、電圧レベル検出ユニット１２０の出力端子に接続されており、これは、設定制御電圧に基づいてスイッチングを行うと共に、全波整流した交流電力の１サイクルにて、電圧レベルが設定制御電圧の電圧レベルよりも低い、４つの出力電力を生成すべく動作する。直流変換ユニット１４０が、電力スイッチングユニット１３０の出力端子に接続されており、これは、電力スイッチングユニット１３０から出力される電力を直流電力に変換する。
【００１８】
さらに、過大電流検出ユニット１５０が、電力スイッチングユニット１３０の出力端子に接続されており、これは、電力スイッチングユニット１３０の出力電流から過大電流を検出し、電力スイッチングユニット１３０への電力供給を遮断する。異常電圧検出ユニット１６０も、電力スイッチングユニット１３０の出力端子に接続されており、これは、過大電圧のような異常電圧が供給される時に、電力スイッチングユニット１３０のスイッチング動作を遮断する。
【００１９】
本発明による低電圧制御法を実施するシステムは、商用交流電力の入力端子と負荷との間に接続され、入力された商用交流電力の正弦波形の電圧レベルを検出し、かつ、負荷に要する設定制御電圧の電圧レベルよりも低い電圧レベルを有する部分のみがシステムを通過できるように、入力される商用交流電力をスイッチオン／オフする。即ち、負荷が要する電力を商用交流電力の１０％と仮定した場合（すなわち、入力商用交流電力が１００Ｖとすれば、負荷が要する電力は１０％である）、本発明によるシステムは、商用交流電力の１０％を直流電力に変換し、この直流電力をスイッチオン／オフ制御を繰返す方法を用いて供給する。１００％の電力を伝送して、遮断回数を１０回に保つように制御するため、負荷へ出力される電力の平滑度がかなり低減されてしまう従来の電力制御方法と異なり、本発明による方法では、前記オン／オフ制御を、電圧レベルが２０％より低い電圧をスイッチオンさせ、電圧レベルが２０％より高い電圧をスイッチオフさせるようにするものである。従って、本発明による低電圧制御法は、平滑度をかなり改善する。
【００２０】
本発明による低電圧制御法を実行するシステムは、図４及び図５に示すような回路形式で実現することができる。図４の第１実施例では、商用交流電力を全波整流するブリッジ回路Ｄ１〜Ｄ４を商用交流電力が供給される端子ＡＣ１及びＡＣ２に接続して、整流ユニット１１０を構成し、ブリッジ回路Ｄ１〜Ｄ４の出力端子側に、電圧レベル検出ユニット１２０を接続する。抵抗Ｒ１及びＲ２を、ブリッジ回路Ｄ１〜Ｄ４によって全波整流した交流電力が出力される側の出力端子に直列に接続し、電圧を一定に保つツェナーダイオードＺＤ１及び可変抵抗値を有する可変抵抗ＶＲ１を、抵抗Ｒ１とＲ２との間に直列に接続し、可変抵抗ＶＲ１の設定値に従ってスイッチング信号を転送する、第１トランジスタＱ１のベース端子を、可変抵抗ＶＲ１に接続し、第１トランジスタＱ１のエミッタ端子を、本システムの出力端子に直接接続し、第１トランジスタＱ１のコレクタ端子を、本システムの他の出力端子に抵抗Ｒ３を介して接続して、電圧レベル検出ユニット１２０を構成する。
【００２１】
さらに、電力スイッチングユニット１３０は、以下のように構成する。すなわち、第２トランジスタＱ２のベース端子を、電圧レベル検出ユニット１２０を構成する第１トランジスタＱ１のコレクタ端子と抵抗Ｒ３との間に、抵抗Ｒ４を介して接続し、第２トランジスタＱ２のエミッタ端子を、本システムの出力端子に直接接続し、第２トランジスタＱ２のコレクタ端子を、本システムの他の出力端子に抵抗Ｒ５及びＲ６を介して接続し、ＰＮＰ型の第５トランジスタＱ５のベース端子を、第２トランジスタＱ２のコレクタ端子に直列に接続した抵抗Ｒ５とＲ６との間に接続し、第５トランジスタＱ５のエミッタ端子を、本システムの出力端子に直接接続し、第５トランジスタＱ５のコレクタ端子を、互いに直列に接続した抵抗Ｒ７及びＲ８を介して、本システムの他の出力端子に接続する。さらに、第４トランジスタＱ４のベース端子を、第５トランジスタＱ５のコレクタ端子に直列に接続した抵抗Ｒ７とＲ８との間に接続し、第４トランジスタＱ４のエミッタ端子を、抵抗Ｒ９を介して本システムの出力端子に接続し、第４トランジスタＱ４のコレクタ端子を、本システムの他の出力端子に直接接続し、第６トランジスタＱ６のベース端子を、第４トランジスタＱ４のコレクタ端子と抵抗Ｒ９との間に接続し、第６トランジスタＱ６のエミッタ端子を、本システムの出力端子に抵抗Ｒ１２を介して接続し、第６トランジスタＱ６のコレクタ端子を、本システムの他の出力端子に直接接続する。
【００２２】
さらに、直流変換ユニット１４０は、電力スイッチングユニット１３０の出力端子に並列に接続した抵抗Ｒ１４と、コンデンサＣ１とから構成し、電力スイッチングユニット１３０の出力を平滑化することによって、電力スイッチングユニット１３０の出力を直流電力に変換する。
【００２３】
さらに、過大電流検出ユニット１５０は以下のように構成する。すなわち、電力スイッチングユニット１３０の第６トランジスタＱ６のエミッタ端子と抵抗Ｒ１２との接続点を、第７トランジスタＱ７のベース端子に抵抗Ｒ１３を介して接続し、第７トランジスタＱ７のコレクタ端子を、電力スイッチングユニット１３０の第２トランジスタＱ２のベース端子に接続し、第７トランジスタＱ７のエミッタ端子を、本システムの出力端子に接続する。
【００２４】
さらに、異常電圧検出ユニット１６０は以下のように構成する。すなわち、直流電力を出力する出力端子ＤＣ１とＤＣ２との間に直列に接続した抵抗Ｒ１０とＲ１１との接続点を、ＰＮＰ型の第３トランジスタＱ３のベース端子に接続し、第３トランジスタＱ３のコレクタ端子を、電力スイッチングユニット１３０の第５トランジスタＱ５のベース端子に接続し、第３トランジスタＱ３のエミッタ端子を、本システムの出力端子に接続する。
【００２５】
上述したように構成する、本発明に係る低電圧制御システムの第１の実施例では、端子ＡＣ１及びＡＣ２に商用交流電力が供給されると、この入力交流電力は、整流ユニット１１０の構成要素であるブリッジ整流器Ｄ１〜Ｄ４によって、全波整流される。全波整流した交流電力は、電圧レベル検出ユニット１２０の抵抗Ｒ１及びＲ２と、電圧を一定に保つツェナーダイオードＺＤ１と、抵抗値が可変な可変抵抗ＶＲ１とによって設定される制御電圧の値に従って、第１トランジスタＱ１をスイッチオン／オフする。すなわち、整流ユニット１１０によって全波整流した電力のレベルが、抵抗Ｒ１、Ｒ２、及び可変抵抗ＶＲ１によって設定された電圧レベルよりも高くなる場合には、第１トランジスタＱ１がスイッチオンする。第１トランジスタＱ１がスイッチオンすると、電力スイッチングユニット１３０の第２トランジスタＱ２がスイッチオフ状態に切り替わる。第２トランジスタＱ２がスイッチオフすると、ＰＮＰ型の第５トランジスタＱ５、第４トランジスタＱ４及び第６トランジスタＱ６の動作が順次停止する。その結果、電力スイッチングユニット１３０は、全波整流した電力のうち、電圧レベル検出ユニット１２０の抵抗Ｒ１、Ｒ２、及び可変抵抗ＶＲ１によって設定される制御電圧のレベルより電圧レベルが高い電力を出力しなくなる。
【００２６】
一方、整流ユニット１１０によって全波整流した電力のレベルが、抵抗Ｒ１、Ｒ２、及び可変抵抗ＶＲ１によって設定される制御電圧のレベルよりも低くなる場合には、第１トランジスタＱ１がスイッチオフする。それに応じて、電力スイッチングユニット１３０の第２トランジスタＱ２がスイッチオンする。第２トランジスタＱ２がスイッチオンすると、ＰＮＰ型の第５トランジスタＱ５が、抵抗Ｒ６を介してスイッチオンする。第５トランジスタＱ５がスイッチオンすると、この第５トランジスタＱ５を通過した電流は、抵抗Ｒ７を介して第４トランジスタＱ４に供給され、増幅され、かつ、第６トランジスタＱ６をスイッチオンさせる。それに応じて、全波整流した電力が、直流変換ユニット１４０へ供給され、並列に接続された抵抗Ｒ１４とコンデンサＣ１によって平滑化され、かつ直流電力の形で出力される。その結果、電圧レベル検出ユニット１２０の抵抗Ｒ１、Ｒ２、及び可変抵抗ＶＲ１によって設定される制御電圧のレベルよりも電圧レベルが低い電力のみが、直流電力に変換されて出力される。
【００２７】
上述したように、電圧レベル検出ユニット１２０の抵抗Ｒ１、Ｒ２、及び可変抵抗ＶＲ１によって設定される制御電圧のレベルよりも電圧レベルが低い電力を直流電力に変換して出力する過程において、直流出力端子ＤＣ２の出力電流が過大になる場合、即ち、電力スイッチングユニット１３０の第６トランジスタＱ６のエミッタ端子を経て抵抗Ｒ１２に供給される電流が過大になる場合には、過大電流検出ユニット１５０の第７トランジスタＱ７が作動し、現行の電力スイッチングユニット１３０の第２トランジスタＱ２のベース端子をスイッチオフし、電力スイッチングユニット１３０の動作を停止させる。従って、出力端子が短絡された場合でも、回路を保護することができる。
【００２８】
さらに、直流電力を出力している間に異常電圧が発生した場合、この異常電圧は、異常電圧検出ユニット１６０の抵抗Ｒ１１を介して、ＰＮＰ型の第３トランジスタＱ３を作動させ、この第３トランジスタＱ３が、電力スイッチングユニット１３０の第５トランジスタＱ５のベース端子に供給される電流を遮断することにより電力スイッチングユニット１３０の動作を停止させる。従って、過大電圧のような異常電圧が出力されなくなる。
【００２９】
上述の低電圧制御が完了すると、図６Ａ及び６Ｂに示すように、制御電圧の設定レベルよりも低い電圧レベルを有する４つの出力が、全波整流された交流電力の１サイクルにて現れる。上述の本発明による低電圧制御法は、入力電力と出力電力との間の電圧降下が大きい場合に、従来の方法に比べて大きな利点がある。例えば、負荷に供給される電力が、交流電力の約１０％（入力電力の電圧が１００Ｖの場合、出力電力の電圧は１０Ｖ。）である場合、図１Ａのゼロクロス制御法には、高いスイッチングノイズが生じ、平滑化の達成が困難であり、さらに、１サイクルの交流電力のみを伝送し、残りの９サイクルは伝送しない（スイッチオン時間とスイッチオフ時間の比を１：１０とする。）ために、負荷が損傷を受ける、といった不都合な点がある。一方で、本発明による方法には、スイッチオン電圧とスイッチオフ電圧とのレベル差が大きくないために出力電圧のレベルが均一となり、かつ、スイッチオンおよびスイッチオフ状態の電圧レベルは１５〜２０（この値は、電圧で変化する。）および０であるため、負荷に均一な電力が供給される、といった利点がある。
【００３０】
本発明の上述のような利点は、商用交流電力の電圧から低い直流電力を直接得る必要がある場合に所望される。本発明は、商用電力を用いて、電力を低電圧の直流電力デバイスへ容易に供給できるため、幅広く利用することが可能である。
【００３１】
さらに、図５に示すような本発明の他の実施例は、図４の実施例と同じ原理を有するものである。しかしながら、この例の交流変換ユニット１４０は、変圧器Ｔ１の一次側を、電力スイッチングユニット１３０の出力端子に接続し、ブリッジ整流器Ｄ５〜Ｄ８を、変圧器Ｔ１の二次側に接続するように構成する。この交流変換ユニット１４０は、所定の電圧レベルよりも低い電圧のみを、電圧レベルの検出およびスイッチング動作によって伝送または供給し、この電圧を変圧器Ｔ１によって変圧し、この変圧した電圧を、ブリッジ整流器Ｄ５〜Ｄ８を介して直流電圧に変換するように動作する。
【００３２】
図５は、商用電力と、直流給電に関する負荷との間を絶縁させるために、絶縁変圧器Ｔ１を用いた構成を示す。スイッチング制御を行うために、変圧器Ｔ１に供給する電力の周波数は、６０Ｈｚではなく、１２０Ｈｚまたは２４０Ｈｚ以上とするため、同一の電力を転送できる変圧器のサイズは減少し、変圧器の効率が向上する。
【００３３】
上述した本発明の利点は、図１及び図２に示した従来の電力制御法と比較して優れている。図１に示すゼロクロス制御法は、入力交流電圧の電圧レベルがゼロのときにオン／オフの制御を行うため、スイッチングノイズが最小となるが、交流電力の電圧レベルの５０％を出力するのに、１サイクルを伝送し、残りの１サイクルは伝送しないため、電圧の変動範囲幅が最大になる。
【００３４】
さらに、位相制御法は、電圧レベルがピークのときにスイッチング制御を行うため、最大のスイッチングノイズを有するが、ゼロクロス法と比べ、電圧レベルを４倍均等に出力するという利点を有する。これは、入力交流電力の電圧レベルの５０％を出力するのに、１サイクルの正（＋）方向波形の半分と、１サイクルの負（−）方向波形の半分の部分を均等に伝送するためである。
【００３５】
本発明では、図２のように、入力交流電力の５０％を出力するのに、１サイクルの２つの正（＋）方向波形及び１サイクルの２つの負（−）方向波形を均等に伝送するため、スイッチングノイズが大きくなり得る。しかし本発明は、位相制御法よりも２倍均等な電圧レベルを伝送するという利点があり、さらに本発明は、上述したように簡単な回路で構成することができるため、経済性に優れている。本発明は、出力電圧レベルが低い場合に、さらに有利である。
【００３６】
本発明は、上述したような電圧レベルに反比例して増加する利点を有する。従って、本発明を低電圧に制御した出力を整流する低電圧の直流電源として用いる場合に、本発明は、交流電圧を直流電圧に（約８０％〜９５％）ダウンコンバートする慣例の方法のうちで最も効率的であり、従って、超小型の電源として用いられる可能性が高い。無負荷での待機電力消費量は、ＢＪＴ回路の場合に０．１Ｗよりも小さく、Ｃ−ＭＯＳ  ＦＥＴの場合には０．０１Ｗよりも小さい。すなわち、図４及び図５の、低電圧制御システムをＩＣを用いて実現すれば、１０ｍｍの立方体を用いて３Ｖ〜１２Ｖ及び数十ワットの出力を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
上述したように、本発明は、交流電圧の電圧波形における電圧レベルに基づいて制御を行うスイッチング法を用いるため、効率よく、安定して低電圧の制御を行うことができる。よって本発明は、交流電力の電圧レベルの５０％またはそれ未満の電圧を制御すると不安定になる位相制御法や、一定の制御が行われないゼロクロス法の欠点を克服し、超小型のサイズで、商用交流電圧から直に低直流電圧を生成する電源を実現することができる。本発明は、抵抗とトランジスタのみで構成される回路を用いて実現できるため、小型のＩＣを用いて実現することができ、従って、回路の効率が高くなるため、高効率で安全な回路を設計することが可能となり、よって、経済性の良い電力制御デバイスを実現することができる。
【００３８】
本発明の好適な実施例を、上述したように図面を参照して詳細に説明したが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではなく、当業者には本発明の技術的範囲を逸脱することなく、変更を加えうることに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】一般的な電力制御に用いられる、ゼロクロス法及び位相制御法を説明する波形図である。
【図２】本発明による低電圧制御法の動作を説明する波形図である。
【図３】本発明による低電圧制御法を実施するシステムのブロック図である。
【図４】本発明による低電圧制御システムを実施する回路の第１の実施例を示す図である。
【図５】本発明による低電圧制御システムを実施する回路の第２の実施例を示す図である。
【図６】図４及び図５のシステムを通過した電力の出力波形を説明する波形図である。
【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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【国際調査報告】
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