(57)【要約】【課題】交流電源からリップル電圧の小さい低電圧の直流電圧を出力するＡＣ−ＤＣ変換回路を提供する。【解決手段】  整流回路と脈流電圧の低電圧部分を平滑する部分平滑回路とで構成される直流電源装置において、前記部分平滑回路の出力の低電圧期間を検出する回路と前記検出回路で制御されるスイッチング回路で前記部分平滑回路の出力の平滑された低電圧期間のみを負荷に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を整流する整流回路と、コンデンサの直列充電、並列放電により前記整流回路から出力される脈流電圧の低電圧部分を平滑する部分平滑回路とで構成される直流電源装置において、前記部分平滑回路の出力の平滑された低電圧期間を検出する回路と前記検出回路で制御されるスイッチング回路を備え、前記部分平滑回路の出力の平滑された低電圧期間のみを負荷に供給することを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
スイッチング回路の出力に第二の平滑回路を設け、部分平滑回路のひとつの平滑コンデンサの一端と前記第二の平滑回路をダイオードで接続することで、スイッチング回路をバイパスして第二の平滑回路の平滑コンデンサを充電する経路を設けたことを特徴とする請求項１の直流電源装置。
【請求項３】
整流回路と部分平滑回路の間をダイオードで接続し、前記整流回路から出力される脈流電圧の低電圧期間を検出する検出回路でスイッチング回路を制御する請求項１または請求項２の直流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、交流電圧を整流して低電圧の直流電圧を得るＡＣ−ＤＣ変換回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  商用交流電源を利用する多くの電子機器は、交流電圧を直流電圧に変換して電子回路へと供給することで動作している。半導体で構成される電子回路は、商用交流電源の電圧に比べて低い電圧で動作するため、これらに用いるＡＣ−ＤＣ変換回路は、整流回路で得られる脈流電圧を平滑回路でリップルを低減した後にＤＣ−ＤＣコンバータで電圧を変換するのが一般的である。また近年普及が進んでいるＬＥＤ電球も直流電圧で動作するため、同様にＡＣ−ＤＣ変換回路が必須である。【０００３】  基本的なコンデンサ入力型ＡＣ−ＤＣ変換回路は、ダイオードブリッジによる全波整流回路と平滑コンデンサで構成される。この回路の出力として得られる直流電圧は、交流電圧のピーク値となる。例えば１００Ｖの交流電源の場合、ピーク電圧は１．４１倍の１４１Ｖになる。【０００４】  一部の高電圧を利用する機器を除き一般的な電子機器に内蔵されている電子回路の動作電圧が３Ｖから１２Ｖ程度、ＬＥＤ電球では３０Ｖ〜５０Ｖ程度であるため、省電力化のためには、ＤＣ−ＤＣコンバータの効率が重要になる。商用交流電源をトランスで降圧してからＡＣ−ＤＣ変換回路を介すことで低電圧の直流を得られるが、トランスの変換効率の悪さや外形の小型化の限界から近年ではトランスを利用しない機器が増えている。【０００５】  ＤＣ−ＤＣコンバータで低電圧の直流を得る場合、ＤＣ−ＤＣコンバータの入出力電圧差が大きいと変換効率が低下する。従って、低電圧の直流で動作する機器では、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧、すなわちＡＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧は低いことが望ましい。【０００６】  ＡＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧で直接ＬＥＤを点灯させるＬＥＤ電球やＬＥＤ点灯装置では、電圧が高いと直列接続するＬＥＤの数を増やさなければならないため、コストや実装面積などの点からもこれに用いるＡＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧が低いと効果的である。【０００７】  従来の技術でＡＣ−ＤＣ変換回路の平滑出力電圧が入力交流電圧のピーク値の１／２、１／３等になる部分平滑回路が考案されている。これは上記コンデンサ入力型ＡＣ−ＤＣ変換回路の力率を改善するために考案されたものである。【０００８】  図３はコンデンサ入力型ＡＣ−ＤＣ変換回路を示している。交流電源１を整流回路２で整流して平滑コンデサ９でリップル電圧を低減し負荷８に直流を出力する。図３（ａ）は出力電圧波形、図３（ｂ）は交流入力電圧ｖと入力電流ｉを示している。【０００９】  コンデンサ入力型ＡＣ−ＤＣ変換回路では、図３（ｂ）に示すように全波整流された脈流電圧のピーク付近の期間のみに交流入力電流ｉが流れるため力率が悪い。これを改善する手法としの一つとして、複数のダイオードと平滑コンデンサで構成された部分平滑回路が考案されている。これは整流回路から平滑コンデンサへの充電時に平滑コンデンサを直列接続し、平滑コンデンサから負荷に放電する時には平滑コンデンサを並列に接続されるようにダイオードで平滑コンデンサの接続を切り替えるようにしたものである。【００１０】  図２に１／２電圧の部分平滑回路と図２（ａ）にその出力電流および電圧の波形を、図２（ｂ）に入力電流波形を示している。静電容量が略等しい二つの平滑コンデンサ９は、充電時にダイオードで直列に接続されるので、それぞれの電圧はおよそ交流電源の電圧のピーク値１／２になる。放電時には二つの平滑コンデンサ９が並列接続になるため、平滑回路の出力電圧が入力交流電圧のピーク値の１／２になる。従って脈流電圧が平滑コンデンサ９の電圧を超える期間に交流入力電流ｉが流れるため力率が改善されるものである。【００１１】  このような部分平滑回路の先行事例は、１／２電圧部分平滑回路が「特許文献１  特開昭５４−１５８６６４号」、「特許文献２  特開昭５７−１８０８９６号」、１／３電圧部分平滑回路が「特許文献３  特開平８−１４８２８７号」、２／３電圧部分平滑回路が「特許文献４  特開平５−３２４１０７号」に開示されている。【００１２】  上記部分平滑回路を使用したＡＣ−ＤＣ変換回路は、平滑コンデンサの並列放電時に入力交流電圧のピークの１／２、１／３、２／３の低い電圧の平滑直流出力が得られるが、出力リップル電圧のピーク値が交流入力電圧の最大値にほぼ等しい電圧になるため、直流出力のリップル電圧の振幅が大きくなる欠点がある。【００１３】  ＡＣ−ＤＣ変換回路に於ける大きなリップル電圧は、これに接続されるＤＣ−ＤＣコンバータの安定性を低下させる要因となり、ＬＥＤ電球ではフリッカ（明るさのちらつき）を大きくするため好ましくない。また、ＬＥＤ電球などのＬＥＤ点灯装置では、高いピーク電圧に合わせて直列接続するＬＥＤの数を多くする必要があり、部品コストの増大を招くことになる。
【先行技術文献】
【００１４】
【特許文献１】  特開昭５４−１５８６６４号公報
【特許文献２】  特開昭５７−１８０８９６号公報
【特許文献３】  特開平８−１４８２８７号公報
【特許文献４】  特開平５−３２４１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】  本発明が解決しようとする課題は、電圧が低くリップルの少ない直流電圧が得られるＡＣ−ＤＣ変換回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】  この課題を解決する手段として本発明では、交流電源を整流する整流回路と、コンデンサの直列充電、並列放電により前記整流回路から出力される脈流電圧の低電圧部分を平滑する部分平滑回路とで構成される直流電源装置において、前記部分平滑回路の出力の平滑された低電圧期間を検出する回路と前記検出回路で制御されるスイッチング回路を備え、前記部分平滑回路の出力の平滑された低電圧期間のみを負荷に供給する直流電源装置とする。【００１７】  前記直流電源装置に加え、スイッチング回路の出力に第二の平滑回路を設け、部分平滑回路のひとつの平滑コンデンサの一端と前記第二の平滑回路をダイオードで接続することで、スイッチング回路をバイパスして第二の平滑回路の平滑コンデンサを充電する経路を設けた直流電源装置とすることもある。【００１８】  整流回路と部分平滑回路の間をダイオードで接続し、前記整流回路から出力される脈流電圧の低電圧期間を検出する検出回路でスイッチング回路を制御する直流電源装置とすることもある。
【発明の効果】
【００１９】  本発明は、部分平滑回路と低電圧期間検出およびスイッチング回路の組み合わせにより、リップル電圧が小さい交流電源電圧の１／２、１／３等の低い直流電圧が得られるため、スイッチングレギュレータやシリーズレギュレータの効率や安定性を損なうことがなく、且つ力率の改善されたＡＣ−ＤＣ変換回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】  本発明によるＡＣ−ＤＣ変換回路の実施例
【図２】  １／２電圧部分平滑回路とその電流、電圧波形
【図３】  一般的なコンデンサ入力型ＡＣ−ＤＣ変換回路とその電流、電圧波形
【図４】  第二の平滑コンデンサを追加した本発明によるＡＣ−ＤＣ変換回路
【図５】  １／３電圧部分平滑回路を採用した本発明のＡＣ−ＤＣ変換回路
【図６】  ２／３電圧部分平滑回路を採用した本発明のＡＣ−ＤＣ変換回路
【図７】  半端整流回路を採用した本発明のＡＣ−ＤＣ変換回路
【図８】  本発明によるＡＣ−ＤＣ変換回路の電圧、電流波形
【図９】  低電圧期間検出回路の検出特性を改善した実施例
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２１】  図１は、本発明によるＡＣ−ＤＣ変換回路の回路図を示したものである。交流電源１を整流回路２（この例ではブリッジダイオードによる全波整流）で整流し、部分平滑回路３で脈流電圧を平滑する。ここで示す部分平滑回路は１／２電圧部分平滑回路であるが、その他１／３電圧部分平滑回路、２／３電圧部分平滑回路などその形式は問わない。【００２２】  次に図１で低電圧期間検出回路５とスイッチング回路７の動作を説明する。低電圧期間検出回路５のＰＮＰトランジスタのエミッタは、部分平滑回路の一つの平滑コンデンサに接続されており、この電圧は１／２電圧部分平滑回路では交流電源のピーク電圧の１／２の直流電圧になる。【００２３】  前記ＰＮＰトランジスタのベースには保護ダイオードを介して抵抗で分圧された部分平滑回路の出力電圧が印加される。これによりこのＰＮＰトランジスタは、部分平滑回路の出力電圧が交流電源のピーク電圧の１／２を超える期間でオフすることになる。また前記分圧抵抗の分圧比を変えることでＰＮＰトランジスタがオフする期間を調整できる。【００２４】  前記ＰＮＰトランジスタのコレクタは、バイアス抵抗を介してスイッチング回路７のＮＰＮトランジスタのベースに接続されているので、低電圧期間検出回路５のＰＮＰトランジスタがＯＦＦしている期間は、スイッチング回路７のＮＰＮトランジスタがＯＦＦする。従って負荷８には交流電源のピーク電圧の１／２を超える電圧は供給されない。【００２５】  図１で起動および過電圧保護回路４は、起動時および無負荷時に前記ＰＮＰトランジスタがＯＮして過電圧が負荷に供給されるのを防ぐものである。また保護ダイオード６は、スイッチング回路７のＮＰＮトランジスタの保護のために追加されている。
【実施例２】
【００２６】  図４に示す実施例は、前記図１の回路に第二の平滑コンデンサ１０を加えたものである。図１の実施例で出力される直流電圧は、図８（ａ）に示すＯＮ／ＯＦＦを繰り返す方形波になるため、これを平滑することで図８（ｂ）に示すリップルの少ない直流電圧が得られる。【００２７】  図８（ａ）に示す入力電流波形ｉで、（ア）は直列に接続された平滑コンデンサ９に充電される電流であり、（イ）はスイッチング回路７がＯＮした瞬間に第二の平滑コンデンサ１０に充電される電流と負荷８に流れる電流の和、（ウ）は第二の平滑コンデンサ１０から負荷８に放電した量に相当する第二の平滑コンデンサ１０への充電電流に相当する。このように一般的なコンデンサ入力型ＡＣ−ＤＣ変換回路とちがって電流が一時期に集中しないので力率が改善され、また平滑コンデンサ９のリップル電流値が低くなるのでコンデンサの寿命が伸びる。
【実施例３】
【００２８】  図５に示す実施例は、図４の本発明ＡＣ−ＤＣ変換回路を１／３電圧部分平滑回路に置き換えたものである。この例で直流出力電圧は、交流電源のピーク電圧の１／３になる。
【実施例４】
【００２９】  同様に図６に示す実施例は、２／３電圧部分平滑回路を採用したものであり、この例で直流出力電圧は、交流電源のピーク電圧の２／３になる。【００３０】  図５および図６に示す例では、並列充電用ダイオード１１が追加されている。この効果を図８に示す電圧、電流波形で説明する。なお図８では、１／２電圧部分平滑回路の動作で説明しているが、動作の原理は１／３または２／３電圧部分平滑回路でも同様である。【００３１】  前述のように並列充電用ダイオード１１がない場合の出力波形は、図８（ｂ）になる。これに対して並列充電用ダイオード１１を加えた場合の出力波形は、図８（ｃ）で示すように、（エ）の期間で平滑コンデンサ９と同時に第２の平滑回路１０へも並列充電用ダイオード１１を通じて充電が行われる。この結果、図８（ｃ）で示すようにリップル電圧の振幅を更に小さくできる。
【実施例５】
【００３２】  図７は、整流回路２を半端整流にした実施例である。このＡＣ−ＤＣ変換回路の負荷として直列接続したＬＥＤを接続することでＬＥＤ電球を構成できる。本発明のＡＣ−ＤＣ変換回路のみで低電圧の直流電源を供給できるので、部品点数を削減したＬＥＤ電球やＬＥＤ点灯装置を実現できる。
【実施例６】
【００３３】  図９では、１／４電圧部分平滑回路を使用し、且つ低電圧期間検出回路５の検出特性を改善した実施例を示している。部分平滑回路３の分割数が１／４、１／５などに増加すると低電圧の平滑期間が短くなり、低電圧検出回路５のＰＮＰトランジスタが安定してオンできなくなる。【００３４】  これを改善するために脈流電圧分離用ダイオード１２を整流回路と部分平滑回路の間に追加し、整流回路から出力される脈流電圧を抵抗で分圧して低電圧期間検出回路５のＰＮＰトランジスタのベースに加えている。脈流電圧は、確実にゼロボルトまで下降するので、短い時間でもＰＮＰトランジスタを安定してオンすることが可能になる。またベース抵抗の分圧比を変えることで検出期間を調整することができる。
【符号の説明】
【００３５】  １  交流電源
２  整流回路
３  部分平滑回路
４  起動および過電圧保護回路
５  低電圧期間検出回路
６  保護ダイオード
７  スイッチング回路
８  負荷
９  平滑コンデンサ
１０  第二の平滑コンデンサ
１１  並列充電用ダイオード
１２  脈流電圧分離用ダイオード
【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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【図８】
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【図９】
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