(57)【要約】【課題】  著しく大きな電圧が入力されても、負荷が破壊されたり、負荷を有する装置全体が停止したりするのを確実に防止すること。【解決手段】  電圧検出回路８が入力された交流電圧の大きさを検出し、その際、入力電圧が所定範囲にあると切替制御回路１３が電圧制御スイッチ６をオンし、電子制御スイッチ７をオフすることでその電圧をトランス４の第１の出力タップ４１を介し略そのまま出力端子５ａ、５ｂ間に出力し、交流電圧が所定範囲を越えると切替制御回路１３が電圧制御スイッチ６をオフし、電圧制御スイッチ７をオンしてトランス４の第２の出力タップ４１からその巻線比に応じた大きさの電圧が出力端子５ａ、５ｂ間に出力されるので、著しく大きな電圧が入力されても、負荷２０が破損したりするのを確実に防止でき、負荷２０を有する装置全体の運転が停止するおそれもない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧が所定範囲のときに、出力端子にそのまま電圧を出力し、入力電圧が所定範囲を越えたときに、出力端子に所定範囲内の電圧を出力するようにした交流電源電圧自動切替器であって、
入力端子に接続されてあって、少なくとも二種類の巻線を有すると共に、互いの巻線比に応じた電圧をそれぞれの出力タップから出力するトランスと、該トランスの前記各出力タップにそれぞれ接続された二個の電圧制御スイッチと、入力電圧を検出する電圧検出回路と、入力電圧の大きさに基づいて前記いずれかの電圧制御スイッチを選択的にオンに切り替え、該選択された電圧制御スイッチから出力端子に交流電圧を出力させる切替制御回路とを備えることを特徴とする交流電源電圧自動切替器。
【請求項２】
請求項１記載の交流電源電圧自動切替器において、
前記切替制御回路は、前記電圧制御スイッチのオン／オフを検出するスイッチ検出回路と、前記いずれか一方の電圧制御スイッチがオフした時点で、その他方の電圧制御スイッチをオンさせるスイッチ検出回路とを備えていることを特徴とする交流電源電圧自動切替器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の交流電源電圧自動切替器において、
前記切替制御回路は、ゼロクロス回路を備えていることを特徴とする交流電源電圧自動切替器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか記載の交流電源電圧自動切替器において、
前記トランスは、三種類の巻線を有しており、前記電圧検出回路は、前記トランスの第３の出力タップに接続されていることを特徴とする交流電源電圧自動切替器。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、交流電源電圧自動切替器に係り、特に供給されている交流電圧が過大になったとき、出力端子に接続された電子機器が破壊されるのを防ぐのに好適な交流電源電圧自動切替器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  開発途上国のような国々では、地域によっては電力事情が芳しくないところがある。そのような地域では、供給されている電源電圧が大きく変動して電圧が著しく下がったり、上がったりするように不安定となることがあり、例えば入力定格電圧が最大２６０Ｖのところ、約３４０Ｖにも達することがある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  このように電源電圧が大きく変動した場合、下がる分には問題ないものの、著しく上がってしまうと、その出力端子に接続されている電子機器のような負荷が破壊されてしまうばかりでなく、負荷を有する装置全体が運転を行うこともできなくなるという問題があった。
【０００４】  本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、著しく大きな電圧が入力されても、負荷が破壊されたり、負荷を有する装置全体が停止したりするのを確実に防止することができる交流電源電圧自動切替器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る発明は、入力電圧が所定範囲のときに、出力端子にそのまま電圧を出力し、入力電圧が所定範囲を越えたときに、出力端子に所定範囲内の電圧を出力するようにした交流電源電圧自動切替器であって、入力端子に接続されてあって、少なくとも二種類の巻線を有すると共に、互いの巻線比に応じた電圧をそれぞれの出力タップから出力するトランスと、該トランスの前記各出力タップにそれぞれ接続された二個の電圧制御スイッチと、入力電圧を検出する電圧検出回路と、入力電圧の大きさに基づいて前記いずれかの電圧制御スイッチを選択的にオンに切り替え、該選択された電圧制御スイッチから出力端子に交流電圧を出力させる切替制御回路とを備えることを特徴とする。
【０００６】  この発明に係る交流電源電圧自動切替器によれば、電圧検出回路が入力された交流電圧の大きさを検出し、その際、入力電圧が所定範囲にあるときには、切替制御回路がいずれか一方の電圧制御スイッチをオンさせると共に、他方の電圧制御スイッチをオフさせることで、その電圧を略そのまま出力端子間に出力し、交流電圧が所定範囲を越えると、切替制御回路が一方の電圧制御スイッチをオフさせると共に、他方の電圧制御スイッチをオンさせることでトランスからその巻線比に応じた大きさの電圧が出力端子間に出力されるので、即ち、所定範囲内の電圧が出力端子間に出力されるので、著しく大きな電圧が入力されても、それによって負荷が破損したりするのを確実に防止することができるばかりでなく、負荷を有する装置全体の運転が停止するおそれもない。
【０００７】  請求項２に係る発明は、請求項１記載の交流電源電圧自動切替器において、前記切替制御回路は、前記電圧制御スイッチのオン／オフを検出するスイッチ検出回路と、前記いずれか一方の電圧制御スイッチがオフした時点で、その他方の電圧制御スイッチをオンさせるスイッチ検出回路とを備えていることを特徴とする。
この発明に係る交流電圧自動切替回路によれば、それぞれの電圧制御スイッチが同時にオンするのを防止できるので、回路が短絡するのを防ぐことができるのは勿論、ゼロクロス回路によって半周期分のマージンを確保することができるので、互いに切り替えられる電圧制御スイッチがソフトスイッチングにさせることができ、切替時の電力損失を極力抑えることができる。）
【０００８】  請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の交流電源電圧自動切替器において、前記切替制御回路は、ゼロクロス回路を備えていることを特徴とする。
この発明に係る交流電源電圧自動切替器によれば、半周期分のノイズマージンを確保することができるので、互いに切り替えられる電圧制御スイッチをソフトスイッチングにさせることができ、切替時の電力損失を極力抑えることができる。
【０００９】  請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれか記載の交流電源電圧自動切替器において、前記トランスは、三種類の巻線を有しており、前記電圧検出回路は、前記トランスの第３の出力タップに接続されていることを特徴とする。
この発明に係る交流電源電圧自動切替器によれば、電圧検出回路が、トランスの第３の出力タップから出力された低い側の電圧の大きさに基づいて電圧を検出するので、著しく大きな電圧をいちいち検出することが不要になるので、電圧検出回路を小型にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る交流電源電圧切替器を示す図である。
図１に示す交流電源電圧切替器１は、交流電源２と、電子機器をなす負荷２０との間に接続されて使用するものであって、交流電源２によって入力された入力電圧Ｖｉｎを出力電圧Ｖｏｕｔに変換することで、負荷２０に所望電圧を出力するようになっており、具体的には所定範囲の電圧が入力されると、その電圧を負荷２０に出力する一方、それより大きな電圧が入力されると、所定範囲内の電圧を負荷２０に出力するようにっている。【００１１】  そのため、交流電源２側の入力端子３ａ、３ｂに接続されたトランス４と、トランス４に設けられたそれぞれの出力タップ４１、４２及び出力端子５ａ、５ｂ間に接続された電圧制御スイッチ６、７と、入力された電圧を検出する電圧検出回路８と、電圧検出回路８による入力電圧の大きさに基づき、電圧制御スイッチ６、７をいずれかに切り替える切替制御回路１３とを備えている。【００１２】  トランス４は、例えば第１巻線と第２巻線と第３巻線との三つの巻線からなっており、それぞれの巻線比が異なっている。その場合、第１巻線をｎ１、第２巻線をｎ２、第３巻線をｎ３とすれば、トランス４は、それらの巻数比（ｎ１＋ｎ２＋ｎ３）、（ｎ２＋ｎ３）、（ｎ３）に応じて第１〜第３の出力タップ４１〜４３から出力電圧が得られるようになっており、従って、第１〜第３の出力タップ４１〜４３を有している。【００１３】  電圧制御スイッチ６は、入力部がトランス４の第１の出力タップ４１に直列接続され、出力部に出力端子５ａに接続されている。電圧制御スイッチ７は、入力がトランス４の第２の出力タップ４２に直列接続され、出力部が電圧制御スイッチ６の出力部及び出力端子５ａ間に接続されている。これら電圧制御スイッチ６、７は、本例ではリレー回路で構成されているが、それ以外に例えばトライアック等で構成してもよい。なお、入力端子３ｂと出力端子５ｂとが接続されているのはいうまでもない。【００１４】  電圧検出回路８は、トランス４の第３の出力タップ４３にブリッジダイオードからなる整流器９、分圧用の抵抗１０、１１、比較器１２が接続され、第３の出力タップ４３から出力される電圧が整流されて、入力された交流電圧の大きさが検出されるようになっている。【００１５】  切替制御回路１３は、論理回路１４、１５を有し、これら論理回路１４、１５が比較器１２から出力の大きさに基づいてそれぞれ動作することで、電圧制御スイッチ６と７とのいずれかを選択的に切り替えることができるようになっている。この切替制御回路１３は、上記論理回路１４及び１５の他、電圧制御スイッチ６、７のオン／オフを検出するスイッチ検出回路１６、１７と、電圧制御スイッチ６、７のいずれか一方がオフした時点で、その電圧制御スイッチ６、７の他方をオンさせるゼロクロス回路１８、１９とを備えている。【００１６】  具体的には、スイッチ検出回路１６は、その入力側が電圧制御スイッチ６の入力部と、その電圧制御スイッチ６及び７の出力とに並列に接続され、その出力側が論理回路１４に接続されている。スイッチ検出回路１７は、その入力側が電圧制御スイッチ７の入力部と、電圧制御スイッチ６、７の出力部及びスイッチ検出回路１６の出力部に並列に接続されている。
ゼロクロス回路１８は、入力側が論理回路１４の出力側に接続され、その出力側が電圧制御スイッチ７のベースに接続されている。ゼロクロス回路１９は、入力側が論理回路１５の出力側に接続され、その出力側が電圧制御スイッチ６のベースに接続されている。【００１７】  本実施形態の交流電源電圧自動切替器１は、上記のように構成されているので、次にその動作について以下に説明する。
いま、交流電源電圧自動切替器１が交流電源２の入力端子３ａ、３ｂと、電子機器をなす負荷２０を接続した出力端子５ａ、５ｂとの間に接続され、交流電源２から交流電圧が印加されると、その電圧が交流電源電圧自動切替器２を介して負荷２０に出力される。【００１８】  そのとき、交流電圧が所定範囲を越えているか否かが、即ち交流電圧の大きさが電圧検出回路８の比較器９によって検出され、その結果に基づき切替制御回路１３が電圧制御スイッチ６と７とのいずれかを選択的に動作させる。
例えば、交流電圧が所定範囲の範囲であると、論理回路１５がオンしてゼロクロス制御回路１８を経て電圧制御スイッチ６をオンさせ、電圧がトランス４の第１の出力タップ４１、電圧制御スイッチ６、出力端子５ａ間の回路を経ることで、入力された電圧がそのまま負荷２０に出力される。この場合、トランス４の第１の出力タップ４１からは、つまり（ｎ１＋ｎ２＋ｎ３）であって入力電圧が略そのまま負荷２０に出力されることとなる。【００１９】  かかる状態にあるとき、交流電圧が所定範囲を超えると、その電圧を検出回路８が検出する結果、論理回路１５がオフしてゼロクロス制御回路１８を経て電圧制御スイッチ６がオフされると共に、論理回路１４がオンしてゼロクロス制御回路１９を経て電圧制御スイッチ１７がオンされることで、電圧がトランス４の第２の出力タップ４２、電圧制御スイッチ１７、出力端子５ａ間の回路を経ることで、第２の出力タップ４２からその巻線比に応じた電圧、つまり、（ｎ２＋ｎ３）に応じた電圧が負荷２０に出力される。【００２０】  この場合の出力電圧Ｖｏｕｔ２は、以下の通りである。
Ｖｏｕｔ２＝Ｖｉｎ２ｘ（ｎ２＋ｎ３）／（ｎ１＋ｎ２＋ｎ３）−Ｖｏｎ２
但し、Ｖｏｎ２はスイッチ検出器回路１７のオン電圧で、Ｖｉｎ２ｘ（ｎ２＋ｎ３）／（ｎ１＋ｎ２＋ｎ３）＞＞Ｖｏｎ２である。
因みに、スイッチ検出回路１６がオンで、スイッチ検出回路１７がオフの場合の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、以下の通りである。
Ｖｏｕｔ１＝Ｖｉｎ１−Ｖｏｎ１
但し、Ｖｏｎ１はスイッチ検出回路１６のオン電圧で、Ｖｉｎ１＞＞Ｖｏｎ１であり、入力電圧Ｖｉｎ１を略そのまま出力電圧Ｖｏｕｔ１として出力する。【００２１】  本実施形態の交流電源電圧切替器１は、上記のように、電圧検出回路８が入力された交流電圧の大きさを検出し、その際、入力電圧が所定範囲にあるときには、切替制御回路１３が電圧制御スイッチ６をオンさせると共に、電圧制御スイッチ７をオフさせることで、その電圧をトランス４の第１の出力タップ４１を介して略そのまま出力端子５ａ、５ｂ間に出力することができ、また交流電圧が所定範囲を越えると、切替制御回路１３が電圧制御スイッチ６をオフさせると共に、電圧制御スイッチ７をオンさせることでトランス４の第２の出力タップ４１からその巻線比に応じた大きさの電圧（Ｖｏｕｔ２）が出力端子５ａ、５ｂ間に出力される。【００２２】  従って、所定範囲内の電圧の場合には、略そのままの電圧が出力端子５ａ、５ｂ間に出力され、それを越えた電圧の場合には、それより小さな電圧が出力端子５ａ、５ｂに出力されるので、著しく大きな電圧が入力されても、それによって負荷２０が破損したりするのを確実に防止することができるばかりでなく、負荷２０を有する装置全体の運転が停止するおそれもない。
即ち、換言すれば、この交流電源電圧自動切替器１は、スライダックによって操作されることを瞬時に自動化させたものである。【００２３】  そして、電圧制御スイッチ６のオン時、入力電圧をトランス４の巻線を介在させることなく、略そのまま出力端子５ａに出力させるので、そのときの電力損失としては、電圧制御スイッチ６のオン電圧による導通損と、切替制御回路１３のの損失との和のみであって非常に小さくすることができる。しかも、所定範囲を越える電圧が入力された場合、トランス４の巻線を介在させないときの損失も非常に少なくて済む。
なお、トランス４の巻線を介在させないときの損失と、巻線の銅損との和で略求めることができる。その上、トランスの鉄損は、交流電圧の周波数が低いことからわずかとなっている。【００２４】  また、切替制御回路１３は、電圧制御スイッチ６、７のオン／オフを検出するスイッチ検出回路１６、１７と、いずれか一方の電圧制御スイッチ６、７がオフした時点で、その他方の電圧制御スイッチ６、７をオンさせるので、それぞれの電圧制御スイッチ６、７が同時にオンするおそれがなく、回路が短絡するのを防ぐことができるのは勿論、サージ電圧のような急激な外乱に対して耐性を持たせることができる。【００２５】  しかも、ゼロクロス回路１８、１９によって半周期分のマージンを確保することができるので、互いに切り替えられる電圧制御スイッチをソフトスイッチングにさせることができ、切替時の電力損失を極力抑えることができる。【００２６】  更に、電圧検出回路８は、トランス４の第３の出力タップ４３に接続され、第３の出力タップ４３から出力された最も低い電圧の大きさに基づいて入力される交流電圧を検出するので、著しく大きな電圧をいちいち検出することが不要になることで、小型にすることができる。
但し、電圧検出回路８は、図示例とは別に設けることもよく、例えば、交流電源電圧切替器１の入力側若しくは出力側、またトランスの入力側電圧に設けてもよい。
なお、トランス４は、非絶縁・絶縁両方使用可能であって、電圧制御スイッチ６、７の配置もトランス４の入力側で実現できるのはいうまでもない。
【発明の効果】
【００２７】  以上説明したように、本発明によれば、電圧検出回路によって入力された交流電圧の大きさを検出し、入力電圧が所定範囲にあるときには、切替制御回路がいずれか一方の電圧制御スイッチをオンさせると共に、他方の電圧制御スイッチをオフさせることで、その電圧を略そのまま出力端子間に出力し、交流電圧が所定範囲を越えると、切替制御回路が一方の電圧制御スイッチをオフさせると共に、他方の電圧制御スイッチをオンさせることでトランスからその巻線比に応じた大きさの電圧が出力端子間に出力されるように構成したので、著しく大きな電圧が入力されても、それによって負荷が破損したりするのを確実に防止することができるばかりでなく、負荷を有する装置全体の運転が停止するおそれもない効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】  本発明の第１の実施の形態に係る交流電源電圧切替器を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】  １…交流電源電圧切替器
２…交流電源
３ａ、３ｂ…入力端子
４…トランス
４１…第１の出力タップ
４２…第２の出力タップ
４３…第３の出力タップ
５ａ、５ｂ…出力端子
６、７…電圧制御スイッチ
８…電圧検出回路
１３…切替制御回路
１６、１７…スイッチ検出回路
１８、１９…ゼロクロス回路
２０…負荷（電子機器）
【図１】
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