(57)【要約】【目的】  電源回路において、出力電圧を切り換え低電圧選択時にトランスの鉄損を低減し、電力損失、うなり音、漏洩磁束、温度上昇を抑制させる。【構成】  電源回路において、２個の同じトランスの一次側巻き線の電源電圧に対して直列接続と並列接続を切り換えるリレースイッチを備え、二次側出力に高い電圧が必要なときはリレースイッチで一次側巻き線を並列接続に切り換え、二次側出力に低い電圧が必要なときはリレースイッチで一次側巻き線２個を直列接続に切り換えるよう制御する。【選択図】  図１
2013211988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側巻き線及び二次側巻き線を持つ第１のトランスと、
一次側巻き線及び二次側巻き線を持ち第１のトランスと同じ仕様を持つ第２のトランスと、
前記第１のトランス及び前記第２のトランスの一次側巻き線の直列接続と並列接続を切り換えることにより二次側の出力電圧を切り換えるリレースイッチと、
前記第１のトランス及び前記第２のトランスの二次側巻き線に接続される整流回路とを備える
ことを特徴とする電源回路。
【請求項２】
第１の一次側巻き線及び第１の一次側巻き線と同じ仕様を持つ第２の一次側巻き線並びに二次側巻き線を持つトランスと、
前記第１の一次側巻き線及び前記第２の一次側巻き線の直列接続と並列接続を切り換えることにより二次側の出力電圧を切り換えるリレースイッチと、
前記トランスの二次側巻き線に接続される整流回路とを備える
ことを特徴とする電源回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電源回路であって、
前記リレースイッチを直列接続に切り換えた場合にのみ機能するヒューズを備えることを特徴とする電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスの二次側出力電圧を切り換えることができる電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トランスを備えた電源回路では、トランスの一次側巻き線に直接入力されたＡＣ(Alternating Current)の一次側電圧に対し、トランスの二次側出力電圧を切り換えるための構成として、一般的に、トランスの二次側巻き線にタップを設け、必要とする出力電圧に応じて、出力端子に接続するタップを切り換える回路構成が知られていた。このような電源回路は、例えば、ＡＶアンプ、オーディオ信号増幅装置等の電源に使用されている。
【０００３】
図５は、従来の電源回路の、トランスの二次側巻き線にタップを設けて出力電圧を切り換える構成を示すブロック図である。
外部からのＡＣ電源を供給する電源プラグ１から、外部のＡＣ電源は、保護用のヒューズ２を介して、トランス４ｄに接続される。二次側出力電圧は、トランス４ｄの二次側巻き線に設けられた高電圧と低電圧のタップをリレースイッチ３ｃ、３ｄによって切り換えられて、整流回路５に出力される。リレースイッチ３ｃ、３ｄをＡ側に切り換え接続したとき低電圧となるタップを選択し、Ｂ側に切り換え接続したとき高電圧となるタップを選択するようにして、使用する。
【０００４】
また、トランスを備えた電源回路において、複数の電源電圧に対応するために、例えば、北米120Vと欧州230Vの２とおりの電源電圧に対して、どちらの電源電圧にも対応して機器を動作させるための同じ二次側電圧を出力させようとする場合、２個のトランスを使用し、各々のトランスの一次側の巻き線を直列接続とするか並列接続とするかを切り換えて、機器を動作させるための同じ二次側出力電圧が得られるようにして、同じように機器を動作させる装置があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図６は、従来の技術（特許文献１：実開昭61-65835）による、欧州230V圏／北米120V圏 などの複数の異なる電源電圧に対応するため、トランスの一次側巻き線の直列／並列の接続を切り換える構成を示すブロック図である。
外部からのＡＣ電源を供給する電源プラグ１から、外部のＡＣ電源は、保護用のヒューズ２を介して、スライドスイッチ８、及びトランス４ｅに、各々接続される。ここで、ＡＣ電源配線の一方は、ヒューズ２を介して、トランス４ｅの一方の一次側巻き線及びスライドスイッチ８の端子に接続され、他方は、トランス４ｅの他方の一次側巻き線及びスライドスイッチ８の端子に接続される。
トランスの一次側回路のスライドスイッチを切り換えて、トランスの２つの一次側巻き線の直列接続と並列接続を切り換え、直列接続とした場合220V、並列接続とした場合110Vに対応し、二次側電圧を、ブリッジ整流回路７を介して出力するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭６１−６５８３５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来からある、トランスの二次側巻き線のタップを切り換えて二次側出力電圧を切り換える回路は、二次側の低電圧側の巻き線を選択した場合に、二次側の高電圧側の巻き線が使用されない。すなわち、二次側の高電圧側の巻き線は、二次側の低電圧側タップを選択した場合に、トランスの巻き線スペースを無駄に占有していることになっていた。
【０００８】
トランスの設計は、まず負荷回路に供給する電力に応じて必要な皮相電力ＶＡにより概略のコア（鉄心）サイズを選定し、必要な二次側負荷電流に応じて許容できる巻き線の最小直径を決め、必要な二次側電圧と電源電圧に応じて巻き数比を決め、トランスの巻き線スペースが許す限り多くの巻き数をかせぐことが重要である。
【０００９】
なぜならば、一次側巻き線の巻き数を多くするほど、トランスの鉄心の磁束密度が下がり、電力損失（鉄損・ヒステリシス損）、トランスのうなり音、漏洩磁束を小さく抑制することができるためである。
トランスの鉄心の磁束密度は、一次側巻き線にかかる電源電圧に比例し、一次側巻き線の巻き数に反比例する。すなわち、トランスの巻きスペースを無駄に占有する巻き線があると、トランスの巻きスペースを十分生かせず、その分、トランス寸法による本来の巻き数がかせげない状態で使用することになり、鉄心の磁束密度が無駄に高い状態で使用することになっていた。
【００１０】
このように、従来の二次側電圧をタップで切り換える技術では、低電圧側を選択したときに、高電圧側の巻き線は使用されないため、巻き線スペースに無駄が生じる。また、タップで電圧を切り換えても鉄心の磁束密度は変わらず、低電圧側では、本来のトランスの持っている能力より巻き数の少ない状態で使用することになるため、鉄心の磁束密度をトランス本来の能力よりも高い状態で使用することになり、電力損失、トランスのうなり音、漏洩磁束など、トランス本来の能力よりも悪化した状態で使用せざるを得なくなっていた。
【００１１】
また、特許文献１のような、トランスの一次側巻き線を切り換える電源回路は、複数の電源電圧、例えば、欧州230Vと北米120Vの切り換えなどに対応して、トランスの一次側巻き線の直列接続と並列接続を切り換えて、トランスの二次側出力電圧を概略同一の条件として同じように機器を動作させるためのものであって、トランスの二次側出力電圧の切り換えには使用されていない。
【００１２】
本発明は、電源回路において、トランスの電圧を低電圧側に切り換えた場合でも、トランスの巻き線スペースを最小とし巻き線スペースに最大限の巻き数を確保して、トランスの持つ本来の性能を活かせるように、できる限り鉄心の磁束密度を下げた状態として、電力損失（鉄損・ヒステリシス損）や電力損失に伴う無駄な発熱、トランスのうなり音（うなりの発生や漏洩磁束）を小さく抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る電源回路は、一次側巻き線及び二次側巻き線を持つ第１のトランスと、一次側巻き線及び二次側巻き線を持ち第１のトランスと同じ仕様を持つ第２のトランスと、前記第１のトランス及び前記第２のトランスの一次側巻き線の直列接続と並列接続を切り換えることにより二次側の出力電圧を切り換えるリレースイッチと、前記第１のトランス及び前記第２のトランスの二次側巻き線に接続される整流回路とを備えるものである。
【００１４】
また、本発明に係る電源回路は、第１の一次側巻き線及び第１の一次側巻き線と同じ仕様を持つ第２の一次側巻き線並びに二次側巻き線を持つトランスと、前記第１の一次側巻き線及び前記第２の一次側巻き線の直列接続と並列接続を切り換えることにより二次側の出力電圧を切り換えるリレースイッチと、前記トランスの二次側巻き線に接続される整流回路とを備えるものである。
【００１５】
また、本発明に係る電源回路は、前記リレースイッチを直列接続に切り換えた場合にのみ機能するヒューズを備えるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電源回路によれば、リレースイッチによって、電源電圧となる二次側の出力電圧を切り換えることができ、二次側の電圧を高電圧の概略半分の低電圧に切り換えたとき、それぞれの一次側巻き線は巻き数が同じで加わる電圧が半分になることにより、高電圧時に比べて鉄心の磁束密度を概略半分に削減できる。また、鉄損（ヒステリシス損）の減少による無駄な発熱の抑制、無効電力の削減、トランスのうなり音の削減、漏洩磁束の減少を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の電源回路の第１の実施例の構成を示すブロック図であり、２個の同じトランスによる±電源の構成のブロック図である。
【図２】本発明の電源回路の第２の実施例の構成を示すブロック図であり、２つの同じ一次側巻き線を持つ１個のトランスによる±電源の構成のブロック図である。
【図３】本発明の電源回路の第３の実施例の構成を示すブロック図であり、２個の同じトランスによる２系統の電源の構成のブロック図である。
【図４】本発明の電源回路の第４の実施例の構成を示すブロック図であり、２個の同じトランスで±電源を構成する場合にトランス一次側巻き線を直列接続とした場合にのみ有効となるヒューズを追加した構成を示すブロック図である。
【図５】従来の電源回路の、二次側巻き線にタップを設けて出力電圧を切り換える構成を示すブロック図である。
【図６】従来の技術（特許文献１：実開昭61-65835）による異なる電源電圧に対応する電源回路の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の電源回路に関し、比較検証に使用した実際の回路図である。
【図８】本発明の電源回路に関し、比較検証に使用した実際の回路図である。
【図９】本発明の電源回路に関し、比較検証に使用した実際の回路図である。
【図１０】本発明の電源回路に関し、比較検証結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の電源回路の第１の実施例の構成を示すブロック図であり、同じトランスを２個接続して±電源とする回路構成のブロック図である。
外部からのＡＣ電源を供給する電源プラグ１から、外部のＡＣ電源は、保護用のヒューズ２を介して、リレースイッチ３ａ、３ｂ、及びトランス４ａ、４ｂに、各々接続される。ここで、ＡＣ電源配線の一方は、ヒューズ２を介して、トランス４ａの一次側巻き線及びリレースイッチ３ｂの端子Ｂに接続され、他方は、トランス５ｂの一次側巻き線及びリレースイッチ３ａの端子Ｂに接続される。
【００１９】
２個のトランス４ａ、４ｂは、同じ起電力とするため、同じ仕様とする。ここで、トランスの仕様は、例えば、一次側巻き線の、材質、直径、巻き数、巻き方、二次側巻き線の、材質、直径、巻き数、巻き方、鉄心の、材質、寸法、等である。
【００２０】
二次側出力電圧を通常状態（高電圧）で出力する場合、リレースイッチ３ａ、３ｂを連動してＢ側に切り換え接続することにより、２個のトランス４ａ、４ｂの一次側巻き線は、電源電圧に対して並列に接続され、それぞれの一次側巻き線には電源電圧がそのまま引加される。従い、二次側出力電圧は、一次側：二次側の巻き数比に応じた電圧が、そのまま出力される。
【００２１】
二次側出力電圧を半分（低電圧）に切り換える場合、リレースイッチ３ａ、３ｂを連動してＡ側に切り換え接続することにより、２個のトランス４ａ、４ｂの一次側巻き線は、電源電圧に対して直列に接続され、従い、トランス４ａ、４ｂの一次側巻き線には、電源電圧の半分の電圧が印加される。このとき、二次側出力電圧は、一次側：二次側の巻き数比に応じた電圧の半分が出力される。
【００２２】
以上のようにして出力された二次側出力電圧は、整流回路５で整流され、電気機器を動作させるための電源電圧として出力される。
【００２３】
図２は、本発明の電源回路の第２の実施例の構成を示すブロック図であり、２つの同じ一次側巻き線を持つ１個のトランスで±電源とする回路構成のブロック図である。ここで、図１に示した実施例と共通の構成については、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００２４】
トランス４ｃの２つの一次側巻き線は、同じ起電力とするため、同じ仕様とする。ここで、一次側巻き線の仕様は、例えば、材質、直径、巻き数、巻き方、等である。
【００２５】
二次側出力電圧を通常状態（高電圧）で出力する場合、リレースイッチ３ａ、３ｂを連動してＢ側に切り換え接続することにより、トランス４ｃの２つの一次側巻き線は、電源電圧に対して並列に接続され、それぞれの一次側巻き線には電源電圧がそのまま引加される。従い、二次側出力電圧は、一次側：二次側の巻き数比に応じた電圧が、そのまま出力される。
【００２６】
二次側出力電圧を半分（低電圧）に切り換える場合、リレースイッチ３ａ、３ｂを連動してＡ側に切り換え接続することにより、トランス４ｃの２つの一次側巻き線は、電源電圧に対して直列に接続され、それぞれの一次側巻き線には、電源電圧の半分の電圧が印加される。従い、二次側出力電圧は、（一次側＋一次側）：二次側の巻き数比に応じた電圧の半分が出力される。
【００２７】
図３は、本発明の電源回路の第３の実施例の構成を示すブロック図であり、２個の同じトランスで２系統の電源とする回路構成のブロック図である。ここで、図１に示した実施例と共通の構成については、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００２８】
２個のトランス４ａ、４ｂは、おのおの二次側の出力に、整流回路５ａ、５ｂを持つ。トランス４ａからの二次側出力電圧は整流回路５ａで整流され、トランス４ｂからの二次側出力電圧は整流回路５ｂで整流され、電気機器を動作させるための電源電圧として出力される。
【００２９】
二次側出力電圧を通常状態（高電圧）で出力する場合、リレースイッチ３ａ、３ｂを連動してＢ側に切り換え接続することにより、２個のトランス４ａ、４ｂの一次側巻き線は、電源電圧に対して並列に接続され、それぞれの一次側巻き線には電源電圧がそのまま引加される。従い、二次側出力電圧は、一次側：二次側の巻き数比に応じた電圧が、そのまま出力される。
【００３０】
二次側出力電圧を半分（低電圧）に切り換える場合、リレースイッチ３ａ、３ｂを連動してＡ側に切り換え接続することにより、２個のトランス４ａ、４ｂの一次側巻き線は、電源電圧に対して直列に接続され、従い、トランス４ａ、４ｂの一次側巻き線には、電源電圧の半分の電圧が印加される。このとき、二次側出力電圧は、一次側：二次側の巻き数比に応じた電圧の半分が出力される。
【００３１】
図３の構成においては、上側のトランス４ａを含む回路系統と下側のトランス４ｂを含む回路系統とを、それぞれ全く同一の仕様で作成することができる。従い、ステレオオーディオアンプのＬ(Left)チャンネル、Ｒ(Right)チャンネル用としてそのまま使用することが可能である。また、2系統の電源回路は同じものであるため、使用する部品も共通にできるので、生産性を高めることができる。
【００３２】
図４は、本発明の電源回路の第４の実施例の構成を示すブロック図であり、２個の同じトランスで±電源とする回路構成にトランスの一次側巻き線を直列接続としたときにのみ有効となるヒューズを追加した構成を示すブロック図である。ここで、図１に示した実施例と共通の構成については、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００３３】
図１で示された第１の実施例において、リレースイッチ３ａとリレースイッチ３ｂの間にヒューズ６を接続することにより、二次側に半分の電圧を出力するようにリレースイッチ３ａ、３ｂをＡ側に切り換え接続した場合にのみ、一次側にヒューズ６が追加されるように構成したものである。リレースイッチ３ａ、３ｂをＡ側に切り換え接続した場合は、トランスの一次側巻き線にかかる電圧は電源電圧の半分となるため、リレースイッチ３ａ、３ｂをＢ側に接続した場合に比べて、小さい容量のヒューズを使用しないと安全性を確保できない場合があるが、そのようなときに有効な手段である。
【００３４】
ここで、同じ仕様のトランスを、図３に示した本発明の出力電圧切り換え電源回路と、図５に示した従来の技術によるトランスの二次側巻き線にタップを設けて出力電圧を切り換える電源回路に使用して、それぞれ、高電圧／低電圧の切り換えを行った場合の電気的な特性の比較検証を行う。電源回路の負荷として、オーディオ信号増幅器を想定し、増幅器のバイアス電流に相当する400mAを消費させて、それぞれの電源回路における、一次側消費電力・電源回路の効率・トランスの温度上昇・トランスのうなり・トランスの漏洩磁束を比較検証する。
【００３５】
図７、図８、図９、は、本発明の電源回路に関し、上記比較検証に使用した実際の回路図である。
トランスは、二次側の巻き線タップに100％と50％の出力を持つものを使用し、従来の技術による二次側タップの切り換えによる出力電圧を低電圧に切り換えた場合に、概略50％の出力が得られるようにして、本発明によるトランスの一次側巻き線の直列／並列による出力電圧の切り換え方式と、概略の比較ができるようにした。全ての回路で同一のトランスを使用した。低電圧時の二次側出力電圧が両者で同じになるよう、一次側入力電圧を微調整して比較した。
【００３６】
図７は高電圧の場合の回路であり、入力はAC120V、出力はDC60V、400mA×4系統である。図８は従来の技術による二次側巻き線にタップを設けて(50％に設定)、出力電圧を低電圧に切り換える回路であり、入力はAC120V、出力はDC30V、400mA×4系統である。図９は本発明による一次側巻き線の直列／並列の切り換えにより出力電圧を低電圧に切り換える回路であり、入力はAC120V、出力はDC30V、400mA×4系統である。
【００３７】
図１０は、上記比較検証の結果を示す表である。
本発明の電源回路は、従来技術の電源回路に比べて、一次側消費電力は小さくなり、効率は向上し、トランスの温度上昇は小さく抑制され、トランスの漏洩磁束や騒音（うなり）も小さく抑えられている。
本発明の電源回路により、トランスの無駄な消費電力の削減、温度上昇分の削減、漏洩磁束の低減、うなり（騒音）の改善といった効果が認められる結果となった。
【００３８】
本実施形態の電源回路によれば、リレースイッチによって、二次側の電圧を高電圧の概略半分の低電圧に切り換えたとき、それぞれの一次側巻き線は巻き数が同じで加わる電圧が半分になることにより、高電圧時に比べて鉄心の磁束密度を概略半分に削減できる。そのため、パワートランスの駆動能力に大きな余裕が生まれ、トランスのうなりの減少、漏洩磁束の減少によるハムノイズの改善による音質の改善、鉄心のヒステリシス損によるトランス発熱の減少、などの効果が得られる。
伴い、２次側の電圧は半分になりアンプでの出力電圧は半分に減少するが、アンプ部分の消費電力・発熱を半分に抑えられる。トランスの発熱を含めた機器全体の発熱量が減少するため、機器寿命の延長効果も期待できる。
２個のパワートランスを装備して、それぞれオーディオ増幅器の左右２チャンネルの電圧を給電する構造でも同様の効果が期待できる。
室内楽の再生や夜間のオーディオ再生など、大音量を必要としない使用環境で、品位の高いオーディオ再生を、少ない消費電力・長寿命で実現できるモードをユーザーに提供することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
電源回路のトランスの二次側の回路電圧が半分程度まで変化しても問題なく機能する回路の電圧切り換え回路として利用することができる。
例えば、オーディオ増幅器などにおいて、機器が過熱した場合に回路電圧を切り換えて温度上昇を抑えたい場合に利用することができる。
また、狭い部屋などでの使用で特に消費電力を抑えて発熱量を少なくしたい場合に利用することができる。
また、長時間・長期間に渡る使用状況において、セット全体の温度上昇を抑えて、機器の長寿命化を実現するために利用することができる。
また、トランスのうなり音と漏洩磁束を低減する効果により、再生音質・聴取音質を向上させることに利用することができる。
電池駆動のラジオ、拡声器、携帯電話などに利用することにより、消費電力を削減し電池寿命を延長することができる。
カーオーディオなど、広さが限られ環境条件によっては高温になりうる車室内で、アンプ発熱を低減させながら利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  電源プラグ
２、６  ヒューズ
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  リレースイッチ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ  トランス
５、５ａ、５ｂ  整流回路
７  ブリッジ整流回路
８  スライドスイッチ
【図１】
2013211988.tif 000003
【図２】
2013211988.tif 000004
【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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【図１０】
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