(57)【要約】【課題】簡易な構成でありながら高効率化、小形化および低コスト化を図ることのできる整流回路を提供する。【解決手段】交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換して出力する整流回路において交流電源から該整流回路に導かれる電源ラインにその両端に加わる電圧によってその静電容量が変化する可変容量コンデンサを直列に介挿した整流回路とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換して出力する整流部を備えた整流回路であって、
前記整流回路は、前記交流電源から前記整流部に導かれる電源ラインにその両端に加わる電圧によってその静電容量が変化する可変容量コンデンサを直列に介挿したことを特徴とする整流回路。
【請求項２】
請求項１に記載の整流回路であって、更に前記整流部から出力される直流電力を受けて、所定の直流電圧を出力する定電圧回路を備えたことを特徴とする整流回路。
【請求項３】
前記定電圧回路は、前記整流部の出力に並列に接続された定電圧ダイオードである請求項２に記載の整流回路。
【請求項４】
前記定電圧回路は、シリーズレギュレータであることを特徴とする請求項２に記載の整流回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換して出力する整流回路に係り、特に出力される直流電力の電圧精度が緩慢である簡易な構成の整流回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＣなどを用いた低電圧、低消費電力の制御回路に直流電力を供給する簡易な整流回路を用いて構成した電源回路が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この電源回路は、図６に示されるように構成されている。この図において商用周波数の交流電源１の両端子は、所定容量のコンデンサＣｆと、整流ダイオードＤ1との直列接続体に接続されている。整流ダイオードＤ1には、並列に整流ダイオードＤ2と平滑コンデンサＣｓとの直列接続体が接続される。また平滑コンデンサＣｓには、並列に負荷２が接続されている。そして整流ダイオードＤ1，Ｄ2と平滑コンデンサＣｓとで整流部３が構成される。尚、平滑コンデンサＣｓの容量は、直流電圧のリップル電圧が充分低くなるような値に設定されている。また、この図においてｖoutは、整流部３の出力電圧を示している。
この整流回路は、交流電源１の電圧をコンデンサＣｆの充放電を利用して、負荷２に適した数ボルト程度の低電圧の直流電圧に変換することができるようになっている。
【特許文献１】特開２０００−２９９９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した特許文献１に開示される電源回路は、交流電源１の電圧振幅の増大に伴い、整流部３の出力電圧ｖoutが上昇するため、負荷２に過電圧が印加される懸念があった。そこで、このような出力電圧ｖoutの上昇による過電圧から負荷２を保護するため、図７に示すように負荷２の定格電圧に適合した定電圧ダイオードＤｚを負荷２と並列に接続したり、或いは図８に示すように整流部３と負荷２との間にシリーズレギュレータ等の電圧安定化回路を介挿したりして一定の安定した直流電圧を得なければならなかった。
しかしながら図７に示されるように定電圧ダイオードＤｚを負荷２と並列に接続した場合、整流部３の出力電圧が負荷２の定格電圧よりも高くなって負荷２で消費されない余剰電流が生じると、この余剰電流はすべて定電圧ダイオードＤｚに流れ込むことになる。したがって定電圧ダイオードＤｚは、この大電流に耐え得る大きな電力容量の素子が必要であった。このため定電圧ダイオードＤｚが大形化し、それ故、整流回路が大形化して高コストになることが否めなかった。
また図８に示されるように整流部３と負荷２との間にシリーズレギュレータ４を介挿した場合は、整流部３の出力電圧ｖoutと負荷２の定格電圧との差電圧が大きくなるほどシリーズレギュレータ４の電力損失が増加するという問題もあった。
【０００４】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡易な回路構成でありながら、高効率化、小形化および低コスト化を図ることのできる整流回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した目的を達成するべく本発明の整流回路は、交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換して出力する整流部を備えた整流回路であって、特に前記整流回路は、前記交流電源から該整流回路に導かれる電源ラインにその両端に加わる電圧によってその静電容量が変化する可変容量コンデンサを直列に介挿したことを特徴としている。
上述の整流回路は、交流電源の電圧が上昇すると、可変容量コンデンサの両端に印加される電圧が上昇し、キャパシタンスが減少する。そのため交流電源と整流部との間のインピーダンスが増加し、整流部へ入力される電流を抑制する。
また本発明の整流回路は、更に前記整流部から出力される直流電力を受けて、所定の直流電圧を出力する定電圧回路を備えたことを特徴としている。
あるいは前記定電圧回路は、前記整流部の出力に並列に接続された定電圧ダイオードまたはシリーズレギュレータであっても良い。
【発明の効果】
【０００６】
上述したように本発明に係る整流回路は、交流電源から整流部に導かれる電源ラインに可変容量コンデンサを直列に介挿しているので、交流入力電圧（電圧振幅）の変動に伴う入力電流の変動を抑制することができると共に、簡易な構成でありながら直流出力電圧の安定化を図ることが実現することが可能となる。したがって本発明に係る整流回路は、高効率化、小形化および低コスト化を図ることができる。
更に本発明に係る整流回路は、整流部の出力側に、つまり整流部と負荷との間に定電圧回路（例えば定電圧ダイオードやシリーズレギュレータ）を介挿しているので、より一層安定した直流出力電圧を維持しつつ、高効率化、小形化および低コスト化を図ることが可能である等の実用上多大なる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施形態に係る整流回路について図面を参照しながら説明する。尚、図１〜図５は、本発明の一実施形態に係る整流回路を説明するための図であって、これらの図によって本発明が限定されるものではない。また、図１〜図３において図６〜図８と同一の符号を付した部分は同一物を表わし、基本的な構成は図６〜図８に示す従来のものと同様であるので、その説明を省略する。
＜実施例１＞
さて、図１は本発明の実施例１に係る整流回路の構成を図示したものである。この図１において従来の整流回路を示す図６と異なるところは、交流電源１と整流部３との電源ラインに介挿されたコンデンサＣｆに変えて、その両端に印加される電圧によってその静電容量が変化する可変容量コンデンサＣｖを適用した点にある。
この可変容量コンデンサＣｖは、図２の電圧・静電容量（キャパシタンス）特性図を参照すればわかるように、その両端に印加される電圧が高くなるにつれて静電容量（キャパシタンス）が減少する特性を備えている。このような特性を有するコンデンサとしては、例えばセラミックコンデンサの一部などがよく知られている。
ところで図１において、可変容量コンデンサＣｖに流れる入力電流の瞬時値ｉは、次式で求めることができる。
【０００８】
ｉ＝Ｃ（ｄｖ2／ｄｔ）
この式においてＣは、可変容量コンデンサＣｖのキャパシタンスを示し、ｖ2は、可変容量コンデンサＣｖの両端に印加される電圧の瞬時値を示す。また、（ｖ2／ｄｔ）は、可変容量コンデンサＣｖに加わる電圧の瞬時値ｖ2の微小時間ｄｔにおける変動量を示す。
ここに可変容量コンデンサＣｖに印加される電圧の瞬時値ｖ2は、整流部３における電圧降下を無視すれば交流電源１の電圧と負荷２に印加される出力電圧ｖoutとの差電圧となる。したがって、可変容量コンデンサＣｖに流れる電流の瞬時値ｉは、次式で求めることができる。
ｉ＝Ｃ｛ｄ（ｖi−ｖout）／ｄｔ｝
この式においてｖiは、交流電源１の電圧の瞬時値である。ここで理解をし易くするため、交流電源１の電圧瞬時値ｖiに対して、整流部３の出力電圧ｖoutが充分に小さいものとする。つまり負荷電圧の影響を無視できるものとして上式を簡略化すると次式が得られる。
ｉ＝Ｃ｛ｄ（ｖi−ｖout）／ｄｔ｝≒Ｃ（ｄｖi／ｄｔ）
可変容量コンデンサＣｖは、前述したようにその両端に印加される電圧によってキャパシタンスが変化する。ここでは例えば、可変容量コンデンサＣｖに電圧が印加されていないとき（無電圧時のキャパシタンスがＣ）、その両端に印加される電圧がｖおよび２ｖのときそれぞれキャパシタンスがＣ／２およびＣ／４であるとする。
【０００９】
そして図３に示したように交流電源１の電圧ｖの瞬時値ｖiが実線から破線に示すように２倍（２ｖ）に変化したとする。すると可変容量コンデンサＣｖは、その両端に印加される電圧が高くなるので、印加される交流電源１のピーク電圧時において、そのキャパシタンスがＣ／２からＣ／４へと半減する。このため可変容量コンデンサＣｖに流れる電流、すなわち交流電源１から整流部３へ流れ込む電流ｉは、交流電源１の電圧ｖの瞬時値ｖiが増加（電圧振幅が増大）するに伴って減少する。
ちなみに従来の整流回路は、交流電源１と整流部３との電源ラインにキャパシタンスが固定されたコンデンサＣｆを用いているので、交流電源１の電圧が２倍に増加したとしても、コンデンサＣｆのキャパシタンスは、図３の一点鎖線に示されるように変化せず一定のキャパシタンスを維持する。したがって従来の整流回路は、上式に示されるように交流電源１の電圧振幅が増加すると入力電流の瞬時値ｉが増加してしまう。
一方、本発明の整流回路は、交流電源１の電圧振幅の増加に伴い可変容量コンデンサＣｖのキャパシタンスが減少するため、容量性リアクタンスが増加し、それ故、入力電流の瞬時値ｉの増加を抑えることができる。このように本発明の整流回路によれば、各瞬時における瞬時値が下がるため、当然ながら１サイクルの平均値の増加が抑制される。これによって本発明の整流回路は、交流電源１の電圧振幅の増大に伴う整流部３の出力電圧ｖoutの上昇を低減させることができる。つまり本発明の整流回路は、出力電圧ｖoutの上昇を低減させ、負荷２に過電圧が印加されることを防止できるので、過電圧から負荷２の破壊を防止することが可能となる。
【００１０】
ちなみに本実施例１において交流電源１は、商用交流電源として説明したが、勿論、高周波の交流電源であってもかまわない。この場合は、電源側から負荷２を含む整流部３のインピーダンスが適当な値となるように可変容量コンデンサＣｖのキャパシタンスを調整すればよい。
このように本発明の実施例１に係る整流回路は、簡易な構成でありながら過電圧による負荷の破壊を防止することができる。
＜実施例２＞
次に本発明の実施例２に係る整流回路について図４に示す回路図を用いながら説明する。この実施例２が上述した実施例１と異なるところは、負荷２と並列に定電圧ダイオードＤｚを接続した点にある。
このように構成した本発明の実施例２に係る整流回路は、上述したように交流電源１の電圧瞬時値ｖiの振幅が増大したとしても、上述したように交流電源１と整流部３との電源ラインに直列に介挿した可変容量コンデンサＣｖの作用により、整流部３に流れ込む入力電流の瞬時値ｉの増加を抑えることができる。このため従来の整流回路（図７）より整流部３の出力電圧ｖoutの変動幅は、小さくなる。このため、定電圧ダイオードＤｚに流れる余剰電流も少なくて済み、小容量の定電圧ダイオードＤｚを用いることができる。
【００１１】
また本発明の整流回路は、定電圧ダイオードＤｚに流れる余剰電力が少ないため、電力損失が少なく、このため定電圧ダイオードＤｚの放熱対策も従来の整流回路に比べて簡便な方法でよい。このように本発明の整流回路は、従来の整流回路（図７）に比べて高効率化、小形化および低コスト化を図ることが可能となる。
＜実施例３＞
次に本発明の実施例３に係る整流回路について図５に示す回路図を用いながら説明する。この実施例３が上述した実施例１，２と異なるところは、整流部３と負荷２との間にシリーズレギュレータ４を介挿した点にある。
このように構成した本発明の実施例３に係る整流回路は、上述したように可変容量コンデンサＣｖの作用により、整流部３に流れ込む入力電流の瞬時値ｉの増加を抑えることができるので、従来の整流回路（図８）と比べて整流部３の出力電圧ｖoutの変動幅が小さくなる。したがってシリーズレギュレータ４における損失電力は、従来の整流回路（図８）と比べて少なくて済む。このためシリーズレギュレータ４の放熱対策も従来の整流回路に比べて簡便な方法でよい。このように本発明の整流回路は、従来の整流回路（図８）に比べて高効率化、小形化および低コスト化を図ることが可能となる。
【００１２】
尚、本発明の整流回路は、上記した実施例の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもかまわない。
例えば、整流部３と負荷２との間に介挿したシリーズレギュレータ４に代えて、他の電圧安定化回路を適用してもよい。この場合、例え交流電源１の振幅が増大したとしても可変容量コンデンサＣｖの作用により入力電流ｉの増加を防ぎ、整流部３の出力電圧ｖoutの変動を抑えることができるので、電圧安定化回路にて生じる損失を低減でき、装置の小形化や低コスト化、高効率化を図ることが可能となる。
あるいは本発明は、上述した整流部に変えて、例えばブリッジ整流回路を適用しても勿論かまわない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る整流回路の構成を示す回路図。
【図２】可変容量コンデンサの電圧・キャパシタンス特性を示す図。
【図３】交流電源の電圧瞬時値の時間変化と可変容量コンデンサのキャパシタンスの時間変化とを表したグラフ。
【図４】本発明の実施例２に係る整流回路の構成を示す回路図。
【図５】本発明の実施例３に係る整流回路の構成を示す回路図。
【図６】従来の整流回路の構成を示す回路図。
【図７】図６とは異なる従来の整流回路の構成を示す回路図。
【図８】図６および図７とは異なる従来の整流回路の構成を示す回路図。
【符号の説明】
【００１４】
１          交流電源
２          負荷
３          整流部
Ｃｓ        平滑コンデンサ
Ｃｖ        可変容量コンデンサ
Ｄ1，Ｄ2  整流ダイオード
【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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