(57)【要約】【課題】交流電源に高周波数ノイズ電圧が重畳されても破壊に到り難く、且つ直流電源として要求される機能を失い難くした容量性リアクタンス応用電源の提供を目的とする。【解決手段】本発明によれば、交流電源１に直列に容量性リアクタンスにより交流電圧を降下させる第１のコンデンサー２と規定以上の電流の増大で抵抗値が上昇する抵抗値変化抵抗体３とを接続して、通過電流を整流して２次側へ直流電力を供給する電源の構成に対して、抵抗値変化抵抗体３に並列に第１のコンデンサー２に対し静電容量を減じた第２のコンデンサー７を接続することで、交流電源１に高周波ノイズが重畳し、規定以上の電流の導通で抵抗値変化抵抗体３の抵抗値が上昇した状態においても、第２のコンデンサー７により高周波ノイズから２次側に要求される電流が供給されることから、直流電源の機能が維持される容量性リアクタンス応用電源を得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側の電力の供給源となる交流電源に対して直列に第１のコンデンサーと、および導通電流が規定以下であれば低抵抗を保ち規定以上に増大すれば抵抗値が上昇する抵抗値変化抵抗体とを接続し、前記の第１のコンデンサーの容量性リアクタンスにより前記の交流電源の交流電圧を降下させて、この降下させた交流電圧を前記の抵抗値変化抵抗体を通過させた後に整流することで２次側へ直流電力を供給する電源の構成において、前記の第１のコンデンサーよりも静電容量の小さい第２のコンデンサーを前記の抵抗値変化抵抗体に並列に接続して備えることで、前記の交流電源に対する高周波ノイズの重畳により、前記の抵抗値変化抵抗体に規定以上の導通電流が流れることで抵抗値が上昇した状態においても、前記の第２のコンデンサーを通して２次側の直流電源に電力を供給するようにした容量性リアクタンス応用電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源から容量性リアクタンスにより降圧された直流電圧を生成し制御回路用の電源を供給する電気機器に搭載する容量性リアクタンス応用電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気機器に搭載する制御回路に商用の交流電源から降圧された直流電圧を生成し電力を与え駆動するための電源の構成は、変圧器と整流素子と、および電圧の平滑用のコンデンサーを用いたトランス型降圧電源装置や、スイッチングの回路構成により変圧器や、またコイルに印加する１次電圧を断続させることで２次側に降圧した電圧を生じさせるスイッチング電源構成等、多種多様な構成が用いられている。
【０００３】
このような多様な電源構成の中で、供給に要する電力が０．２Ｗ以下程度と比較的小さくてもよいが、しかしながら効率的で、且つ最低限度のコストでの実現を求められる用途においては、コンデンサーの容量性リアクタンスに基づくインピーダンスに流れる無効電力を活用することで交流電圧を降下させる単純な電源の構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
なお、このコンデンサーを活用した電源の構成においては、交流電源に高周波ノイズが重畳されたときには、容量性リアクタンスは高周波ノイズを構成する高周波の交流電圧に対してはインピーダンスが短絡に近い低い状態に作用するために、コンデンサーに過電流が流れることでコンデンサー以降の回路構成が異常に発熱する、また場合によっては破壊に至るなどの課題を有しているために、この課題に対処する電源の構成も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
以下、その容量性リアクタンスを応用した電源の構成について図２の回路構成を参照しながら説明する。
【０００６】
図に示すように、交流電源１００に直列に接続されるコンデンサー１０１と、コンデンサー１０１の後段に直列に接続した抵抗１０２と、コンデンサー１０１の後段から交流電源１００に対して並列に接続されるコンデンサー１０３と、コンデンサー１０１に流れる交流電圧の電流を直流化して直流電圧を出力する整流素子１０４と、整流素子１０４の出力した直流電圧を安定化させる電解コンデンサー１０５と、電解コンデンサー１０５の両端に生じる電圧を規定電圧以下とするツェナーダイオード１０６とを備えて、前記の規定電圧以下に安定化した直流電圧を後段となる２次側に出力することにより、機器に搭載する回路に要求される仕様に応じた直流電源を供給できるように構成していた。
【０００７】
このような電源の構成においては交流電源１００の交流電圧（例えば対象が日本の商用電源であれば電圧はＡＣ１００Ｖ）を、その周波数（例えば対象が日本の商用電源であれば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に合わせて要求される出力電圧や電力を供給できるようにコンデンサー１０１の静電容量を調整して、交流電源１００の周波数とコンデンサー１０１の容量性リアクタンスで決定されるインピーダンスに基づいて降圧させるようにしているものである。
【０００８】
ここで、近年の家電製品等の電気機器においては回路構成の高周波動作化に伴い、掃除機やＩＨ調理器等から発生する数ｋＨｚから数十ｋＨｚの高周波ノイズが交流電源１に重畳する場合がある。
【０００９】
このような周波数帯の高周波ノイズが交流電源１００に重畳すると、その高周波電力に対しては前述のように交流電源１００の周波数において要求される電源仕様を満足するように静電容量を調整したコンデンサー１０１は、その容量性リアクタンスにより低いインピーダンスとして働くこととなる。
【００１０】
このとき、コンデンサー１０１の次段の抵抗１０２やツェナーダイオード１０６には高周波ノイズの電力が過剰な電力として印加されることとなり、各規定の電力以上を消費することで異常に発熱することがある。
【００１１】
そこで、コンデンサー１０３をコンデンサー１０１の後段に備えて、高周波ノイズの高周波成分にとって抵抗１０２よりもコンデンサー１０３の方のインピーダンスが低くなるようにして、高周波ノイズはコンデンサー１０３の側に流れ込ませて抵抗１０２に流れる高周波電力を低減することで抵抗１０２やツェナーダイオード１０６の発熱を抑制することができる。
【００１２】
さらに、前述の抵抗１０２を規定温度（キュリー点温度）以下においては低抵抗の値を保ち、導通電流の上昇に伴い消費電力が増大すると自己発熱により規定温度以上となれば抵抗値が対数的に急激に上昇する正特性サーミスターに代えることもできる。
【００１３】
この、正特性サーミスターを用いた構成にコンデンサー１０１を通過した高周波ノイズの電力が印加され過剰な電流が流れると、正特性サーミスターが発熱すると共に正特性サーミスター自体の抵抗値が増加することで導通させる電流を制限できることから、本構成においても抵抗１０２やツェナーダイオード１０６の発熱を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−１３１８２２号公報
【特許文献２】特開２００８−２７１６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
このような従来の容量性リアクタンス応用電源においては、交流電源１００に数ｋＨｚから数十ｋＨｚの高周波ノイズが重畳した状態に対して、コンデンサー１０３をコンデンサー１０１の後段に備えた構成においてはて、高周波ノイズの高周波成分にとって抵抗１０２よりもコンデンサー１０３の方のインピーダンスが低くなるようすることで、高周波ノイズをコンデンサー１０３の側に流れ込ませて抵抗１０２に流れる高周波電力を低減することでコンデンサー１０１の以降の構成の発熱や破壊への移行を抑制しようとするものであるが、高周波電力がコンデンサー１０３に流れるとコンデンサー１０３の両端に高周波の交流電圧が生じることなるために、結果的に抵抗１０２に流れる高周波電力を充分に低減することは難しいこととなる。
【００１６】
この点において、抵抗１０２を正特性サーミスターに代えた構成においては重畳される高周波ノイズの電圧や電力に応じて、正特性サーミスターへの導通電流が増加すれば、さらに正特性サーミスターの抵抗値も増加することとなるために、抵抗１０２の以降のツェナーダイオード１０６への高周波電力の導通を低減させることができる。
【００１７】
しかしながら、この抵抗値が増大した正特性サーミスターは交流電源１００を入力とし、要求されている直流電源の出力が得られるように静電容量を設定しているコンデンサー１０１に流れる電流も高周波ノイズと同様に阻止することとなる。
【００１８】
このことから、交流電源１００に重畳する高周波ノイズの交流電圧の大きさや周波数によっては正特性サーミスターの抵抗値が著しく増大して、交流電源１００を入力してコンデンサー１０１に流れる電流も遮断することで、直流電源として要求される電圧と電流を出力する機能が失われる課題を有していた。
【００１９】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、交流電源に高周波ノイズが重畳した状態においても直流電源として要求される電圧と電流を出力する機能を維持できる容量性リアクタンス応用電源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
そして、この目的を達成するために、本発明は、１次側の電力の供給源となる交流電源に対して直列に第１のコンデンサーと、および導通電流が規定以下であれば低抵抗を保ち規定以上に増大すれば抵抗値が上昇する抵抗値変化抵抗体とを接続し、前記の第１のコンデンサーの容量性リアクタンスにより前記の交流電源の交流電圧を降下させて、この降下させた交流電圧を前記の抵抗値変化抵抗体を通過させた後に整流することで２次側へ直流電力を供給する電源の構成において、前記の第１のコンデンサーよりも静電容量の小さい第２のコンデンサーを前記の抵抗値変化抵抗体に並列に接続して備えることで、前記の交流電源に対する高周波ノイズの重畳により、前記の抵抗値変化抵抗体に規定以上の導通電流が流れることで抵抗値が上昇した状態においても、前記の第２のコンデンサーを通して２次側の直流電源に電力を供給するようにして、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、１次側の電力の供給源となる交流電源に対して直列に第１のコンデンサーと、および導通電流が規定以下であれば低抵抗を保ち規定以上に増大すれば抵抗値が上昇する抵抗値変化抵抗体とを接続し、前記の第１のコンデンサーの容量性リアクタンスにより前記の交流電源の交流電圧を降下させて、この降下させた交流電圧を前記の抵抗値変化抵抗体を通過させた後に整流することで２次側へ直流電力を供給する電源の構成において、前記の第１のコンデンサーよりも静電容量の小さい第２のコンデンサーを前記の抵抗値変化抵抗体に並列に接続して備えることで、前記の交流電源に対する高周波ノイズの重畳により、前記の抵抗値変化抵抗体に規定以上の導通電流が流れることで抵抗値が上昇した状態においても、前記の第２のコンデンサーを通して２次側の直流電源に電力を供給するようにしたことにより、高周波ノイズが交流電源に重畳し、規定以上の導通電流が流れて抵抗値変化抵抗体の抵抗値が上昇した状態においても、第２のコンデンサーを通して高周波ノイズから２次側の直流電源に電力を供給することで、交流電源に高周波ノイズが重畳した状態においても直流電源の電圧と電流を出力する機能を維持できるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１の容量性リアクタンス応用電源の回路構成を示した回路図
【図２】従来の容量性リアクタンス応用電源の回路構成を示した回路図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の請求項１記載の容量性リアクタンス応用電源は、１次側の電力の供給源となる交流電源に対して直列に第１のコンデンサーと、および導通電流が規定以下であれば低抵抗を保ち規定以上に増大すれば抵抗値が上昇する抵抗値変化抵抗体とを接続し、前記の第１のコンデンサーの容量性リアクタンスにより前記の交流電源の交流電圧を降下させて、この降下させた交流電圧を前記の抵抗値変化抵抗体を通過させた後に整流することで２次側へ直流電力を供給する電源の構成において、前記の第１のコンデンサーよりも静電容量の小さい第２のコンデンサーを前記の抵抗値変化抵抗体に並列に接続して備えることで、前記の交流電源に対する高周波ノイズの重畳により、前記の抵抗値変化抵抗体に規定以上の導通電流が流れることで抵抗値が上昇した状態においても、前記の第２のコンデンサーを通して２次側の直流電源に電力を供給するようにしたという構成を有する。これにより、高周波ノイズが交流電源に重畳し、規定以上の導通電流が流れて抵抗値変化抵抗体の抵抗値が上昇した状態においても、第２のコンデンサーを通して高周波ノイズから２次側の直流電源に電力を供給することで、交流電源に高周波ノイズが重畳した状態においても直流電源の電圧と電流を出力する機能を維持できるという効果を奏する。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１に示しているように、本電源の構成は、先ず１次側である交流電力の供給源となる交流電源１に対して容量性リアクタンスを生じさせる第１のコンデンサー２と規定以上の電流の導通を制限するための抵抗値変化抵抗体３を直列に接続している。
【００２６】
次に、この抵抗値変化抵抗体３の後段には第１のコンデンサー２から抵抗値変化抵抗体３を通して交流電源１から流れる交流電圧の電流を直流化して直流電圧を出力する整流素子４と、この整流素子４から出力される直流電圧を安定化させる電解コンデンサー５と、この電解コンデンサー５の両端に生じる電圧を規定する電圧以下とするツェナーダイオード６とを備えており、このツェナーダイオード６により直流電源として要求された規定以下の電圧に制限した直流電圧を２次側となる次段へ出力するように構成している。
【００２７】
さらには、抵抗値変化抵抗体３には第１のコンデンサー２に対して静電容量を減じた第２のコンデンサー７を並列に接続している。
【００２８】
ここで、交流電源１は、例えば商用電源であり、日本国内で有ればＡＣ１００Ｖ±１０％の交流電圧で５０Ｈｚ／６０Ｈｚの規定の周波数となる。
【００２９】
ここで、整流素子４は交流電源１の交流電圧と２次側への導通電流に耐えうる仕様を備えた、一般的なシリコン整流ダイオードである。
【００３０】
ここで、ツェナーダイオード６は２次側に要求される電圧値に出力電圧を安定させるものであり、例えば出力電圧の要求仕様が５Ｖであるときには制限する電圧も同様に５Ｖの電圧値のものを選定するものである。
【００３１】
また、ツェナーダイオード６には２次側に要求される出力電流の範囲の上限電流が最大の電流値として流れることとなるために、例えば、この上限の電流値が２次側の要求仕様で３０ｍＡが必要であるとき、ツェナーダイオード６の制限電圧が５Ｖであれば１５０ｍＷ電力を消費することとなるために、交流電源１の一般的な変動による導通電流の増加や周囲温度の上昇を考慮して、３００ｍＷ程度以上の定格消費電力を備えたものを選定する。
【００３２】
ここで、第１のコンデンサー２は交流電源１の交流電圧に耐えうる耐圧を備えた、例えばポリプロピレン等の樹脂フィルム膜にアルミを蒸着したものを絶縁状態で積層して構成する一般的なフィルムコンデンサーを用いるものである。
【００３３】
また、コンデンサーの容量性リアクタンスはコンデンサーの静電容量と印加される交流電圧の周波数を乗した値の逆数で求められるインピーダンスを備えることから、電力の供給源が商用電源のように交流電圧と、および周波数の値が規定されているものであれば、その静電容量の選定を変えることで導通させる電流の値が調整できる。
【００３４】
よって、第１のコンデンサー２の静電容量の値は交流電源１が商用電源であれば、その規定された交流電圧と周波数において、直流電源として２次側への出力に要求される電流を供給しながら、且つ出力電圧がツェナーダイオード６で安定化させる電圧値以下とならないような電流を導通できるように実施の試験確認に基づいて求めることとなる。
【００３５】
すなわち、２次側に要求される出力の電圧と電流の仕様が、例えば前記同様に５Ｖ，３０ｍＡであり、交流電源１が前記同様の日本国内仕様であれば、この第１のコンデンサー２の静電容量の値は１．２μＦから１．７μＦ程度の間で選定することとなる。
【００３６】
ここで、抵抗値変化抵抗体３は規定以上の電流の導通を制限するものであるが、その備えるインピーダンスが規定している以下の電流が流れていれば、例えば５０Ω以下の低い状態を保つことで電流の導通を妨げず、且つ規定以上の電流の導通があれば速やかにインピーダンスが増大することで導通電流の増大を抑制するものが望ましい。
【００３７】
よって、この選定条件を考慮したとき抵抗値変化抵抗体３には正特性サーミスターの使用が適していることがわかる。
【００３８】
この正特性サーミスターは規定温度（キュリー点温度）以下においては低抵抗の値を保ち、導通電流の上昇に伴う消費電力の増大による自己発熱で規定温度以上となれば抵抗値が対数的に上昇することで導通電流を抑制する温度可変型の抵抗素子であり、前記の規定温度はキュリー点温度として一般的に知られ８０℃から１２０℃の温度である。
【００３９】
ここで、正特性サーミスターとして例えば、キュリー温度が１１０℃（動作開始電流約３００ｍＡ／２５℃）で同温度以下において２５Ωから５０Ω程度の抵抗値を備えたものを選定するものである。
【００４０】
このとき、２次側に要求される出力電流の仕様が前記同様に３０ｍＡであり、正特性サーミスターの抵抗値が５０Ωとすれば、整流素子４には交流の全体としては、ほぼ６０ｍＡの電流が流れることから２次側に要求される直流電源の仕様を満たす状態においては０．１８Ｗ程度の電力を正特性サーミスターは消費することとなる。
【００４１】
正特性サーミスターはこのように低い消費電力ではキュリー温度に到ることなく、消費電力値のそのものも小さいことから電源としての特性に影響を与えることなく、要求仕様で求められる電源としての性能が維持できることとなる。
【００４２】
ここで、交流電源１にその規定の周波数を大きく上回る高周波数（数ｋＨｚから数十ｋＨｚ）のノイズの交流電圧が重畳されると、前述した通り、第１のコンデンサー２は高周波の交流電圧に対しては容量性リアクタンスの特性により、短絡状態の低いインピーダンスの状態となるために、重畳した高周波ノイズに備わる電圧とインピーダンスに応じては、正特性サーミスターと、および次段のツェナーダイオード６に過大な電流が流れることとなる。
【００４３】
このとき、高周波ノイズ源のインピーダンスが零Ωに近い、すなわち低い状態であれば、高周波ノイズの交流電圧に応じて最も大きな電流が流れる。
【００４４】
例えば、前記同様に２次側に要求される出力仕様が５Ｖ，３０ｍＡであり、キュリー温度が１１０℃（動作開始電流約３００ｍＡ／２５℃）で同温度以下において約５０Ωの正特性サーミスターを用いていれば、実効電圧が２０Ｖから３０Ｖ以上となる高周波ノイズが重畳されると正特性サーミスターには３００ｍＡ以上の電流が流れることなるために、この状態において正特性サーミスターはキュリー温度を超えて５ｋΩから５００ｋΩ程度の高抵抗状態に移行することとなる。
【００４５】
正特性サーミスターが前記のような高抵抗に移行すると高周波ノイズが重畳された状態にあっても正特性サーミスターの導通電流は１００ｍＡ以下程度に押さえられることとなる。
【００４６】
しかしながら、前述した通り、正特性サーミスターはキュリー温度を超えると抵抗値の増大が急変するために、２次側の出力に要求される電流も制限することで直流電源としての機能を失う状態に陥り易く、この状態は高周波ノイズを構成する交流周波数や電圧の大きさにも左右されることから、使用する正特性サーミスターの選定による改善の対応は難しいものである。
【００４７】
そこで、第１のコンデンサー２に対して静電容量を減じた第２のコンデンサー７を抵抗値変化抵抗体３に並列に接続して備えることで、この第２のコンデンサー７を通して交流電源１に重畳した高周波ノイズの電力を導通させて２次側に要求される電流を確保することで直流電源としての機能を維持するようにしている。
【００４８】
ここで、この第２のコンデンサー７は交流電源１の交流電圧に重畳する高周波ノイズの想定される交流電圧を加算し電圧に耐えうる耐圧を備えた、例えばポリプロピレン等の樹脂フィルム膜にアルミを蒸着したものを絶縁状態で積層して構成する一般的なフィルムコンデンサーを用いるものである。
【００４９】
また、コンデンサーに導通させる電流の値は前述した通り、その静電容量を変えることで調整可能であり、さらには容量性リアクタンスのインピーダンスは印加される交流電源の周波数の大きさに逆比例して小さくなる関係にある。
【００５０】
このことから、この第２のコンデンサー７の静電容量は第１のコンデンサー２に対して、交流電源１の規定の周波数を高周波ノイズに含まれる最低交流周波数で除した値に相当させて低減した値を基本として実施の試験確認に基づいて求めれば良いこととなる。
【００５１】
このように第２のコンデンサー７の静電容量を選定すれば交流電源１の周波数に合わせて第１のコンデンサー２の静電容量を決定することで、直流電源として２次側への出力に要求される電流を供給しながら、且つ出力電圧がツェナーダイオード６で安定化させる電圧値以下とならないような電流を導通させているのと同様に直流電源の要求仕様を維持できる。
【００５２】
すなわち、第２のコンデンサー７の静電容量の値は、２次側に要求される出力の電圧と電流の仕様が前記同様に５Ｖ，３０ｍＡであり、交流電源１の規定の周波数が５０Ｈｚで、高周波ノイズを構成する交流周波数の最低値が５ｋＨｚであるとするならば第１のコンデンサー２の１％前後のものを選定することとなる。
【００５３】
このような構成によれば、交流電源１に高周波ノイズが重畳し、第１のコンデンサー２を通して規定以上の導通電流が流れることで抵抗値変化抵抗体３の抵抗値が上昇した状態においても、抵抗値変化抵抗体３に並列に接続している第２のコンデンサー７により重畳した高周波ノイズから２次側の直流電源に要求される電力が供給されるように構成することができるために、高周波ノイズが交流電源１に重畳した状態においても直流電源として要求される電圧と電流を出力する機能を維持することができる。
【００５４】
なお、直列に接続する第１のコンデンサー２と抵抗値変化抵抗体３は交流電源１に対する位置関係を入れ替えても、その作用効果に差異がないことは言うまでもない。
【００５５】
なお、抵抗値変化抵抗体３は高周波数の電圧変化に対しては誘導性リアクタンスの作用によりインピーダンスが増大する誘導素子であるところのコイルに置き替えても同様の作用と効果が果たせることは言うまでもない。
【００５６】
なお、第２のコンデンサー７に直列に、さらに抵抗、もしくは抵抗値変化抵抗体を接続して備えることで、第２のコンデンサー７を通して過電流が流れるような事態に際しても電源構成を保護できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明にかかる容量性リアクタンス応用電源は交流電源にその基本の周波数を大きく上回る高周波数の交流電圧が重畳される状態においても破壊に到り難く、且つ２次側の出力に要求される直流電源の機能が、より失われ難くしているものであるために、交流電源に高周波ノイズが重畳される可能性が想定される多様な電源環境下で使用される、一般家電や設備機器に搭載する電源構成等として有用である。
【符号の説明】
【００５８】
１  交流電源
２  第１のコンデンサー
３  抵抗値変化抵抗体
７  第２のコンデンサー
【図１】
2013169053.tif 000003
【図２】
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