(57)【要約】【課題】ポータブルラジオやラジカセ（カセット録音テープ内蔵ラジオ）など、ラジオ受信機が内蔵された電子機器は、ノイズ発生が発生するために、スイッチング方式の電源回路は採用されない。珪素鋼板トランスのリニア方式が採用されている。  この珪素鋼板トランスのリニア方式は、待機時の消費電力を１．５Ｗ以下にすることが困難であった。このリニア方式の変換効率は４５％程度で悪かった。このリニア方式は交流電源の電圧が変動すると、負荷の直流電圧も比例して変動していた。【解決手段】リニア方式の珪素鋼板トランスの１次巻線に受動部品と半導体スイッチを設けて、この半導体スイッチの開閉切換えを交流電源のゼロ電圧付近で行う。【効果】待機時の消費電力は０．５Ｗ以下に改善できる。変換効率は６５％に改善できる。交流電源が±１０％変動しても、負荷の電圧変動は±１％以内に安定できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を直流電圧に変換する電源回路において、受動部品とと半導体スイッチとトランスと整流平滑回路とゼロ電圧検知回路と電圧比較回路と制御回路を備えて、半導体スイッチの開閉の切換えは交流電源のゼロ電圧付近に行うことを特徴とした電源回路。
【請求項２】
コンデンサとインダクタを合成の受動部品を備えたことを特徴とする請求項１の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ポータブルラジオやラジカセ（カセット録音テープ内蔵ラジオ）のラジオ受信機が内蔵された電子機器など、ノイズ電波に敏感な機器に使用されている電源回路である。ノイズを発生せずに、待機時消費電力を改善した電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】  図２に、従来の電源のブロック回路図を示す。交流電源１０の電圧を、トランス１１と整流平滑回路１２で構成する電源回路で、直流電圧に変換して負荷１３に供給する。交流電源１０の電圧を、トランス１１で変圧して、ダイオードで整流して、コンデンサで平滑した直流電圧を、負荷１３に直流電圧を供給する。
この電源回路は、単純で安価であるが、形状は大きく、重く、変換効率は悪く、待機時電力が多く、電源電圧１０の電圧が変動すると、負荷１３の直流電圧の電圧も変動するなどの欠点がある。
これに対して、スイッチング電源回路は、形状は小さく、軽く、変換効率は良く、待機時電力が少なく、電源電圧の電圧が変動しても、負荷の直流電圧の電圧は安定する利点がある。【０００３】  図３に、従来のスイッチング電源回路のブロック図を示す。交流電源１４の電圧を、整流平滑回路１５と半導体スイッチ１６とトランス１７と整流平滑回路１８と電圧比較回路２３と誤差増幅回路２２と絶縁伝達回路２１と制御回路２０で構成するスイッチング電源回路で、直流電圧に変換して負荷１９に供給する。
交流電源１４の電圧を、ダイオードとコンデンサで構成した整流平滑回路１５で、直流電圧に変換する。この直流電圧は半導体スイッチ１６を経由してトランス１７に接続する。半導体スイッチ１６が約５０ｋＨｚで開閉すると、トランス１７に半導体スイッチ１６の開閉周波数の交流電圧が発生する。この交流電圧をトランス１７で変圧して、整流平滑回路１８で直流電圧に変換して、負荷１９に供給する。負荷１９の電圧を電圧比較回路２３で検知して基準電圧と比較して、その誤差信号を誤差増幅回路２２で増幅して、フォトカプラなどの絶縁伝達部品２１で、制御回路２０に送る。
この誤差信号は制御回路２０でパルス幅信号に変換されて、半導体スイッチ１６を開閉する。【０００４】  半導体スイッチ１６からトランス１７と整流平滑回路１８と電圧検知回路２３と誤差増幅回路２２と絶縁伝達部品２１と制御回路２０は、不帰還増幅回路に構成されているため、電源電源１４の電圧が変動しても、負荷１９の電圧は安定する。
従来のスイッチング電源回路はの電圧が安定するなど、特徴が多い。このため、近年、価格が高いが、スイッチング電源回路を採用する機器が増えている。
しかし、スイッチング電源回路は、半導体スイッチの開閉が原因で、不要な電磁波を発生している。この電磁波ノイズや伝導する高周波成分の雑音ノイズとして、ラジオ受信機を妨害したり、デジタル機器に飛び込み誤動作させるなど、障害を与えていた。このため、高感度受信機や高機能オーディオ装置などには、スイッチング電源は採用できなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  近年、省エネルギー、省電力の要求が強まり、待機時の消費電力と変換効率の値を国際規格で規定することになる。この規定値はスイッチング電源回路でも厳しい値である。図２、従来の珪素鋼板トランスを採用の電源回路（リニア式）にとっては、この規定値は不可能な値である。特に、待機時の消費電力は、無負荷でも、トランス１１の１次巻線に交流電源１０の電圧が印加されているため、トランス１０の鉄損と励磁電流の銅損があり、１Ｗ以下は困難であった。
【課題を解決するための手段】  本発明は受動素子と半導体スイッチと電圧比較回路と交流電源のゼロ電圧検知回路と制御回路を設けることで、待機時の消費電力を軽減するとともに、負荷電圧も安定化できるなどの特徴である電源回路を提供するものである。
【発明の効果】
【０００６】  例えば、１００Ｖ交流電源をＤＣ５Ｖ×０．６Ａ＝３Ｗの電源回路の場合に、従来、待機時の消費電力は、２．１Ｗであったが、本発明は、０．２Ｗに改善できた。
交流電源電圧が、１００Ｖ±１０％変動すると、従来は、負荷電圧は、ＤＣ５Ｖ±１０％変動していたが、本発明は、ＤＣ５Ｖ±１％以内で安定できる。
本発明の伝導ノイズと不要輻射ノイズの測定値は、スイッチング電源と異なり、従来の珪素鋼板トランスを採用のリニア式と同様で、測定不可能なほどの低いレベルである。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【０００７】  図１に、本発明によるブロック回路図を示す。交流電源１の電圧を、受動素子２を経由して、半導体スイッチ３とトランス４の１次巻線に接続する。トランス４の２次巻線は整流平滑回路５で直流電圧に変換して負荷６に電力を供給する。トランス４の検知巻線は電圧比較回路８を接続して、負荷６の電圧を間接検知する。半導体スイッチ３の電圧を検知して、ゼロ電圧検知回路７で、ゼロ電圧のタイミングを検知する。制御回路９は半導体スイッチ３をゼロ電圧のタイミングで開閉制御して負荷電圧を安定化する。
本発明実施例の回路図の図４と、本発明によるブロック回路図の図１を比較する。交流電源２４は、交流電源１である。コンデンサ２５は、受動部品２である。半導体スイッチ２６と半導体スイッチ２７は、半導体スイッチ３である。トランス４０は、トランス４である。ダイオード４１とダイオード４２とコンデンサ４３は、整流平滑回路５である。負荷４４は、負荷６である。ダイオード３９とコンデンサ３８と定電圧ダイオード３５とトランジスタ３４と抵抗３６と抵抗３７と抵抗３３は、電圧比較回路８である。トランジスタ３０と抵抗２８と抵抗２９と抵抗３２は、ゼロ電圧検知回路７である。フリップフロップ回路３１は、制御回路９である。【０００８】  図５に、本発明の動作説明チャート図を示す。波形４５は、交流電源２４の電圧波形である。波形４６は、半導体スイッチ２６と半導体スイッチ２７のゲート電圧波形である。波形４７は、トランス４０の巻線電圧波形である。波形４８は、コンデンサ２５の電圧波形である。波形４９は、コンデンサ２５の電流波形である。波形５０は、コンデンサ４３の電圧波形であり、負荷４４の電圧波形でもある。
本発明実施例の図４の構成を説明する。交流電源２４は、コンデンサ２５を経由してトランス４０の１次巻線に接続する。半導体スイッチ２６のソース端子は、半導体スイッチ２７のソース端子に接続する。半導体スイッチ２６のドレイン端子と半導体スイッチ２７のドレイン端子は、トランス４０の１次巻線の線間にそれぞれ接続する。トランス４０の２次巻線は、センタータップを設けて、これをコンデンサ４３の負端子と負荷４４に接続する。トランス４０の２次巻線の巻き始め端子と巻き終り端子は、それぞれダイオード４１のアノード端子とダイオード４２のアノード端子に接続する。【０００９】  ダイオード４１のカソード端子とダイオード４２のカソード端子は、コンデンサ４３の正端子と負荷４４に接続する。トランス４０の補助巻線は、ダイオード３９を経由してコンデンサ３８に接続する。コンデンサ３８の正端子は、抵抗３２と抵抗３５とトランジスタ３３のエミッタ端子に接続する。コンデンサ３８の負端子は、定電圧ダイオード３７のアノード端子と抵抗３４とトランジスタ３０のエミッタ端子と抵抗２８半導体スイッチ２６、２７のソース端子に接続する。
半導体スイッチ２６、２７のゲート端子は、集積回路３１の出力（Ｑ）端子に接続する。集積回路３１の入力（Ｄ）端子は、抵抗３４とトランジスタ３３のコレクタ端子に接続する。集積回路３１の時間（ＣＰ）端子は、抵抗３２とトランジスタ３０のコレクタ端子に接続する。トランジスタ３３のベース端子は、抵抗３５と抵抗３６に接続する。抵抗３６は、定電圧ダイオード３７のカソード端子に接続する。トランジスタ３０のベース端子は、抵抗２８と抵抗２９に接続する。抵抗２９は、コンデンサ２５と交流電源２４の接続点に接続する。
集積回路３１は一般的に「データタイプのフリップフロップ回路」と呼ばれている。【００１０】  図５を用いて図４の動作を説明する。交流電源２４の電圧波形４５は、コンデンサ２５を経由して、トランス４０の１次巻線を印加する。半導体スイッチ２６と半導体スイッチ２７の逆直列回路が、トランス４０の１次巻線と並列に接続している。
半導体スイッチ２５と半導体スイッチ２６が開のとき、コンデンサ２５を経由して、トランス４０の１次巻線に電圧が印加されるため、トランス４０の２次巻線にも電圧（波形４７）が発生する。ダイオード４１とダイオード４２で整流してコンデンサ４３を充電するとともに、負荷４４に直流電圧（波形５０）を供給する。このとき、同時に補助巻線にも電圧（波形４７）が発生するため、ダイオード３９で整流してコンデンサ３８も充電する。負荷４４の電圧とコンデンサ３８の電圧は比例する。コンデンサ３８の電圧が上昇して、トランジスタ３３のエミッタ端子からベース端子と抵抗３６を経由して、定電圧ダイオードに電流が流れるとトランジスタ３３が閉する。このとき、集積回路３１の入力（Ｄ）端子は、高（Ｈ）レベル電圧になる。交流電源２４の電圧で、抵抗２９の接続側が正電圧のときは、抵抗２９と半導体スイッチ２７の逆導通ダイオードとトランジスタ３０のベース端子からエミッタ端子を経由して電流が流れることで、トランジスタ３０は閉している。【００１１】  交流電源２４の電圧（波形４５）で、抵抗２９の接続側が正電圧から負電圧に変化するゼロ電圧を通過するタイミングにトランジスタ３０は、閉から開に変化する。このタイミングに、入力（Ｄ）端子が高（Ｈ）レベルであれば、集積回路３１の出力（Ｑ）端子は、高（Ｈ）レベルに変化して、その後、入力（Ｄ）端子が低（Ｌ）レベルに変化しても、次のトランジスタ３０が閉から開に変化のタイミングまで、高（Ｈ）レベルを保持する。次のトランジスタ３０が閉から開に変化のタイミングに、入力（Ｄ）端子が低（Ｌ）レベルであれば、集積回路３１の出力（Ｑ）端子は、低（Ｌ）レベルに変化する。集積回路３１の出力（Ｑ）端子は、半導体スイッチ２６と半導体スイッチ２７のゲート端子の電圧（波形４６）でもある。
コンデンサ３８の電圧が高いときは、半導体スイッチ２６と半導体スイッチ２７は閉して、コンデンサ３８の電圧が低いときは、半導体スイッチ２６と半導体スイッチ２７は開することで、交流電源２４の電圧が変化しても、負荷４４の電流が変化しても、コンデンサ３８の電圧はリップル電圧を含むものの、一定の電圧に安定化される。
コンデンサ３８とコンデンサ４３の電圧は比例するために、負荷４４の電圧も一定の電圧に安定化される。交流電源２４のゼロ電圧のタイミングで、半導体スイッチ２６と半導体スイッチ２７が開閉するため、スイッチングノイズは発生しない。【００１２】  図４は、半導体スイッチ２６と半導体スイッチ２７の逆直列接続回路が、トランス４０の１次巻線に並列接続されているが、この半導体スイッチ２６と半導体スイッチ２７の逆直列接続回路は、トランス４０の１次巻線とコンデンサ２５に直列接続でも、同様な働きを示す。ただし、この直列接続の場合は、半導体スイッチ２６と半導体スイッチ２７のゲート端子を供給する集積回路３１には、別電源を設けないと起動できない。
また、コンデンサ２５に流れる電流には無効電流成分が多く含まれるために、力率は、０．２程度で悪い。この欠点は、コンデンサとインダクタを、並列接続または直列接続の受動部品を、受動部品２にに採用すれば、改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるブロック回路図である。
【図２】  従来のブロック回路図である。
【図３】  従来のスイッチング電源のブロック回路図である。
【図４】  本発明の回路図である。
【図５】  本発明の動作説明チャート図である。
【符号の説明】
１：交流電源                    ２：受動部品
３：半導体スイッチ              ４：トランス
５：整流平滑回路                ６：負荷
７：ゼロ電圧検知回路            ８：電圧比較回路
９：制御回路                    １０：交流電源
１１：トランス                  １２：整流平滑回路
１３：負荷                      １４：交流電源
１５：整流平滑回路              １６：半導体スイッチ
１７：トランス                  １８：整流平滑回路
１９：負荷                      ２０：制御回路
２１：絶縁伝達部品              ２２：誤差増幅回路
２３：電圧比較回路              ２４：交流電源
２５：コンデンサ                ２６、２７：半導体スイッチ
２８、２９：抵抗                ３０：トランジスタ
３１：集積回路                  ３２：抵抗
３３：トランジスタ              ３４〜３６：抵抗
３７：定電圧ダイオード          ３８：コンデンサ
３９：ダイオード                ４０：トランス
４１、４２：ダイオード          ４３：コンデンサ
４４：負荷                      ４５〜５０：波形
【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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