JP2007143211A - スイッチング電源 - Google Patents

Abstract

【課題】過電圧から素子を保護することができるスイッチング電源を提案し、過電圧の入力によるスイッチング電源の破壊を防止する。
【解決手段】入力された交流電圧を直流電圧に整流する整流回路と、保護の必要性が高い第１負荷に直流電圧を第１平滑素子で平滑化して供給する第１回路と、前記第１負荷より保護の必要性が低い第２負荷に直流電圧を第２平滑素子で平滑化して供給する第２回路とを備えたスイッチング電源に、入力された電圧が過電圧であった場合に少なくとも前記第１平滑素子と第２平滑素子に電圧を供給しないように切り替える切替回路を備えたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

この発明は、例えばパチンコ機やパチスロ機といった遊技機に用いられ、交流電圧を直流電圧に変換するようなスイッチング電源に関する。

従来、パチンコ機やパチスロ機といった遊技機には、ＡＣ２４Ｖが入力電源として用いられている。このＡＣ２４Ｖの電源は、遊技ホールに設けられたトランスにより、商用電源であるＡＣ１００Ｖが変換されて提供されている。そして、遊技機内には、このＡＣ２４Ｖの入力電源を遊技機内で使用するＤＣ１２ＶやＤＣ５Ｖに変換するスイッチング電源が用いられている。

近年、遊技機に設けられる液晶や役物は大型化する傾向にある。このため、スイッチング電源を大容量化して欲しいとの要望が強くなってきている。
また、遊技機は、停電時などに大当たり等の情報が消去されないように、大当たりか否かの判定を実行するＣＰＵや払い出しのトリガとなるセンサ等の動作を保持する必要がある。
この動作を保持するための保持時間は、一般に入力の全波整流平滑用コンデンサで生成される。そして、スイッチング電源が大電力になった場合、充分な保持時間を確保するために、全波整流平滑用コンデンサの大型化が必要になる。

このような背景が存在する中、保持時間の必要な出力と保持時間の不要な出力とに回路を分離し、保持時間の不要な回路については停電時に負荷を動作停止とする遊技機用電源が提案されている（特許文献１参照）。この遊技機用電源により、全波整流平滑用コンデンサの容量を少なくすることができるとされている。

一方、遊技ホールなど、遊技機が設置される施設には、トランスにより変換されたＡＣ２４Ｖの電源に加えて、玉貸し機などの装置に用いられるＡＣ１００Ｖの電源が混在している。このため、ＡＣ２４Ｖの電源に接続すべきスイッチング電源が誤ってＡＣ１００Ｖの電源に接続される可能性がある。

ＡＣ２４Ｖのスイッチング電源の小型・効率化を実現するためには、内部のコンデンサや半導体に５０Ｖ前後の耐圧の部品を使用することが望ましい。しかし、これらの部品に過電圧となるＡＣ１００Ｖが誤って印加された場合、素子の破壊、すなわちスイッチング電源の破壊を招くことになる。

このような過電圧によるスイッチング電源の破壊は、電源接続時に充分注意すれば回避できるものである。しかし、遊技機の設置作業や入れ替え作業は、多数の遊技機について一斉に実行することが多い。このため、熟練者だけでなく不慣れな人員に作業を手伝わせる必要があり、接続間違いの防止を徹底できない場合がある。

ここで、スイッチング電源をＡＣ１００Ｖの印加に耐え得る設計とする場合、全て１５０Ｖ前後の耐圧を有する部品で構成することが考えられる。
しかし、このように全ての部品をＡＣ１００Ｖの印加に耐え得るようにすると、スイッチング電源が大型化し、損失が増加し、コストアップに繋がるという問題点がある。
そして、前述した遊技機用電源は、このような問題点に対応できるものではなかった。

特開２００３−１５４０７９号公報

この発明は、上述の問題に鑑み、過電圧から素子を保護することができるスイッチング電源を提案し、過電圧の入力によるスイッチング電源の破壊を防止することを目的とする。

この発明は、入力された交流電圧を直流電圧に整流する整流回路と、保護の必要性が高い第１負荷に直流電圧を第１平滑素子で平滑化して供給する第１回路と、
前記第１負荷より保護の必要性が低い第２負荷に直流電圧を第２平滑素子で平滑化して供給する第２回路とを備えたスイッチング電源であって、入力された電圧が過電圧であった場合に少なくとも前記第１平滑素子と第２平滑素子に電圧を供給しないように切り替える切替回路を備えたスイッチング電源であることを特徴とする。
これにより、少なくとも第１平滑素子と第２平滑素子を過電圧から保護でき、過電圧の入力によるスイッチング電源の破壊を防止できる。

この発明の態様として、入力電圧が断となった場合に前記第１負荷に平滑電圧を供給する前記第１平滑素子から前記第１負荷以外の負荷に電圧供給されることを防止する電圧供給安定化回路を備えることができる。

これにより、停電等によって入力電圧が突然断となった場合に、第１負荷に電圧供給を一定時間継続することができる。従って、第１負荷への電圧供給が断となるまでに必要な動作（例えばバックアップ動作など）を第１平滑素子からの電圧供給中に完了させるといったことも可能となる。

またこの発明の態様として、一定時間が経過するまで前記第１平滑素子と第２平滑素子に電圧を供給しないようにするタイマ回路を備えることができる。
これにより、過電圧が入力された場合に、入力された瞬間に第１平滑素子および第２平滑素子に過電圧が入力されることを防止でき、過電圧からの保護をより確実に実行することができる。

またこの発明の態様として、前記タイマ回路を、前記第２回路内に配設することができる。
これにより、電源断時に第１平滑素子から第１負荷へ電圧供給する際に、第１平滑素子がタイマ回路に電圧供給してしまうことがなく、第１負荷に安定して電圧供給することができる。したがって、第１平滑素子の容量設計等を容易に行うことが可能となる。

過電圧から素子を保護することができるスイッチング電源を提案し、過電圧の入力によるスイッチング電源の破壊を防止する。

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
図１は、パチンコ機やパチスロ機といった遊技機に設けられるスイッチング電源１の回路図を示す。

このスイッチング電源１は、例えばＡＣ２４Ｖの交流電源１０１に接続されて動作するものである。このＡＣ２４Ｖの交流電圧は、遊技ホール等に設けられた適宜のトランスにより、商用電源のＡＣ１００Ｖが変換されて供給される。

スイッチング電源１は、交流電源１０１近傍に設けた分岐部１０２，１０３の後段に、例えばＤＣ５Ｖの直流電圧を第１負荷回路２０に供給する第１系統の第１電源回路２と、例えばＤＣ１２Ｖの直流電圧を第２負荷回路３０に供給する第２系統の第２電源回路３とがそれぞれ設けられている。

第１負荷回路２０は、突然の電源断によって大当たりなどの情報が消去されないように電圧保持が必要であるＣＰＵやセンサなどの負荷が接続されている回路である。

第２負荷回路３０は、電飾用ＬＥＤや音声出力部など、突然の電圧断があってもそれほど影響がなく電圧保持が不要な負荷が接続されている回路である。

なお、第２負荷回路３０に接続される電圧保持の不要な負荷には、電圧保持が完全に不要な負荷だけでなく、電圧を保持する方が好ましいが保持しなくても構わないという負荷も含まれる。

また、この実施形態では、平滑コンデンサ２０３により第１負荷回路２０が一定時間だけ電圧保持され、平滑コンデンサ３０３により第２負荷回路３０が一定時間だけ電圧保持される。この電圧保持する一定時間は、平滑コンデンサ２０３により電圧保持する一定時間と平滑コンデンサ３０３により電圧保持する一定時間が異なるように適宜設計して効率化を図っているが、同一時間に設定することも可能である。

第１電源回路２は、主にダイオードブリッジ２０１、電解コンデンサである平滑コンデンサ２０３、およびＭＯＳＦＥＴ１４１で構成された直列回路であり、過電圧か否かを判定するための判定回路１１０、および過電圧と判定された場合にＭＯＳＦＥＴ１４１のゲート電圧を短絡（バイパス）する短絡回路１２０が接続されている。この第１電源回路２は、平滑化した直流電圧を第１負荷回路２０に供給するための回路である。

第１電源回路２における各素子の接続は、次の通りである。交流電源１０１に接続された分岐部１０２，１０３は、入力電圧を全波整流するダイオードブリッジ２０１に接続されている。このダイオードブリッジ２０１の正極は、第１負荷回路２０に入力する電圧を平滑化する平滑コンデンサ２０３の正極に接続されている。平滑コンデンサ２０３の負極は、平滑コンデンサ２０３への電圧供給のＯＮ／ＯＦＦ切り替え機能を有するＭＯＳＦＥＴ１４１のドレインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１４１のソースは、ダイオードブリッジ２０１の負極と、前記判定回路１１０の後段に設けられた短絡回路１２０に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１４１のゲートは、交流電源１０１からの電圧供給から一定時間経過してからＭＯＳＦＥＴ１４１を閉路状態にさせるタイマ機能を有する積分回路１３０に接続されている。

第２電源回路３は、主にダイオードブリッジ３０１、電解コンデンサである平滑コンデンサ３０３、およびＭＯＳＦＥＴ１４１で構成された直列回路であり、判定回路１１０、短絡回路１２０、およびダイオードブリッジ２０１，３０１の出力電圧を分圧してＭＯＳＦＥＴ１４１のゲートを充電する積分回路１３０が接続されている。この第２電源回路３は、平滑化した直流電圧を第２負荷回路３０に供給するための回路である。

第２電源回路３における各素子の接続は、次の通りである。交流電源１０１に接続された分岐部１０２，１０３は、入力電圧を全波整流するダイオードブリッジ３０１に接続されている。このダイオードブリッジ３０１の正極は、第２負荷回路３０に入力する電圧を平滑化する平滑コンデンサ３０３の正極に接続されている。平滑コンデンサ３０３の負極は、平滑コンデンサ３０３への電圧供給のＯＮ／ＯＦＦ切り替え機能を有するＭＯＳＦＥＴ１４１のドレインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１４１のソースは、ダイオードブリッジ３０１の負極と、前記判定回路の後段に設けられた短絡回路１２０に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１４１のゲートは、交流電源１０１からの電圧供給から一定時間経過してからＭＯＳＦＥＴ１４１を閉路状態にさせるタイマ機能を有する積分回路１３０に接続されている。

判定回路１１０は、ダイオード２０２，３０２および判定素子であるツェナーダイオード１１１で構成される。ダイオード２０２は、アノードがダイオードブリッジ２０１の正極に接続され、カソードがツェナーダイオード１１１のカソードに接続されている。ダイオード３０２は、アノードがダイオードブリッジ３０１の正極に接続され、カソードがツェナーダイオード１１１のカソードに接続されている。ツェナーダイオード１１１のアノードは、短絡回路１２０に接続されている。ツェナーダイオード１１１は、正規の交流入力電圧（例えばＡＣ２４Ｖ）の最大値に√２を乗算して得た値よりもツェナー電圧の値が少し高いものを使用することが好ましい。

短絡回路１２０は、抵抗器１２２，１２３、コンデンサ１２１、およびトランジスタ１２５で構成されている。抵抗器１２２，１２３は直列接続され、抵抗器１２２の前段側の端部がツェナーダイオード１１１のアノードに接続され、抵抗器１２３の後段側の端部がダイオードブリッジ２０１，３０１の各負極とＭＯＳＦＥＴ１４１のソースとに接続されている。コンデンサ１２１の正極は、ツェナーダイオード１１１のアノードと抵抗器１２２の前段側の端部とに接続されている。コンデンサ１２１の負極は、ダイオードブリッジ２０１，３０１の各負極とＭＯＳＦＥＴ１４１のソースとに接続されている。トランジスタ１２５は、ベースが抵抗器１２２と抵抗器１２３の間に接続され、コレクタが積分回路１３０に接続され、エミッタがダイオードブリッジ２０１，３０１の各負極とＭＯＳＦＥＴ１４１のソースとに接続されている。

積分回路１３０は、抵抗器１３１，１３２、およびコンデンサ１３３で構成されている。抵抗器１３１と抵抗器１３２は直列接続されて分圧回路を構成し、抵抗器１３１の前段側の端部がダイオードブリッジ３０１の正極に接続され、抵抗器１３２の後端側の端部がダイオードブリッジ２０１，３０１の各負極とＭＯＳＦＥＴ１４１のソースとに接続されている。抵抗器１３１と抵抗器１３２の間には、トランジスタ１２５のコレクタと、コンデンサ１３３の正極と、ＭＯＳＦＥＴ１４１のゲートが接続されている。コンデンサ１３３の負極は、ダイオードブリッジ２０１，３０１の各負極とＭＯＳＦＥＴ１４１のソースとに接続されている。

以上の構成により、交流電源１０１から供給される交流電圧を分岐部１０２，１０３で分岐し、第１電源回路２を通じて平滑化した直流電圧を第１負荷回路２０に供給し、第２電源回路３を通じて平滑化した直流電圧を第２負荷回路３０に供給することができる。

次に、回路の動作について説明する。
まず、交流電源１０１から正規の入力電圧（例えばＡＣ２４Ｖ）が入力されると、図２の回路図に示すように、電流ｉ１は積分回路１３０を流れる。具体的に説明すると、電流ｉ１は、交流電源１０１、分岐部１０２、ダイオードブリッジ３０１、抵抗器１３１、コンデンサ１３３、分岐部１０３、および交流電源１０１をこの順で流れる。これにより、開路状態のＭＯＳＦＥＴ１４１のゲートとソースの間にあるコンデンサ１３３が充電される。

所定時間（例えば４０ｍｓ〜８０ｍｓ）が経過してＭＯＳＦＥＴ１４１のゲートとソースの間にあるコンデンサ１３３が充電されると、ＭＯＳＦＥＴ１４１が閉路状態となって、図１に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１４１のドレインとソースの間に電流ｉ２，ｉ３が流れる。このとき、判定回路１１０における判定素子のツェナーダイオード１１１は、設定済みの電圧（例えば５０Ｖ）よりも入力電圧が小さいために電流を流さない。

電流ｉ２は、交流電源１０１から分岐部１０２、ダイオードブリッジ２０１、平滑コンデンサ２０３、ＭＯＳＦＥＴ１４１、ダイオードブリッジ２０１、および分岐部１０３をこの順で流れる。これにより、平滑コンデンサ２０３が充電される。

電流ｉ３は、交流電源１０１から分岐部１０２、ダイオードブリッジ３０１、平滑コンデンサ３０３、ＭＯＳＦＥＴ１４１、ダイオードブリッジ３０１、および分岐部１０３をこの順で流れる。これにより、平滑コンデンサ３０３が充電される。

次に、図３に示す回路図と共に、過電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）が入力された場合の電流ｉ５の流れについて説明する。
交流電源１０１から過電圧が入力された場合、電流ｉ５に示すように、交流電源１０１から、分岐部１０２、ダイオードブリッジ３０１、ダイオード３０２、ツェナーダイオード１１１、短絡回路１２０、および分岐部１０３をこの順で電流が流れる。なお、この例は平滑コンデンサ３０３が過電圧を検知した場合について説明しているが、位相によっては平滑コンデンサ２０３が過電圧を検知することもある。このような場合に電流ｉ５は、分岐部１０２の後にダイオードブリッジ３０１、ダイオード２０２、おおびツェナーダイオード１１１をこの順で流れ、その他の流れは上述した平滑コンデンサ３０３が過電圧を検知した場合と同一の流れとなる。

電流ｉ５がこのように流れることにより、短絡回路１２０が作動し、タイマ機能を有するコンデンサ１３３が充電されずにＭＯＳＦＥＴ１４１は開路状態となり、図１に示した電流ｉ２，ｉ３が流れず、各系統の電解コンデンサが充電されないこととなる。

また、一旦過電圧が入力された後は、入力される電圧の位相の関係から判定回路１１０が作動しない瞬間が発生しても、コンデンサ１２１からの電圧供給によって短絡回路１２０に電流ｉ６が流れ続ける。この電流ｉ６は、コンデンサ１２１の正極から、抵抗器１２２、トランジスタ１２５のベース、トランジスタ１２５のエミッタ、コンデンサ１２１の負極へと流れる。これにより、トランジスタ１２５による短絡回路１２０が作動し続け、回路を安定動作させるようにしている。

以上の動作により、ダイオードブリッジ２０１，３０１のいずれか一方が過電圧状態となった場合に、判定回路１１０と短絡回路１２０によりコンデンサ１３３が充電されず、ＭＯＳＦＥＴ１４１が開路状態となり、平滑コンデンサ２０３，３０３、積分回路１３０、第１負荷回路２０、および第２負荷回路３０に過電圧を印加することがなく、これらを過電圧から保護することができ、スイッチング電源１の破壊を防止することができる。

従って、スイッチング電源１を構成する全ての素子を過電圧に耐え得る素子で構成する必要がなくなり、スイッチング電源１の小型化、損失の低減、およびコストダウンを図ることが可能となる。

また、ダイオード２０２，３０２を備えているため、位相がずれた場合であっても、平滑コンデンサ２０３，３０３、積分回路１３０、第１負荷回路２０、および第２負荷回路３０を過電圧から保護することができ、スイッチング電源１の破壊を防止することができる。

また、ＭＯＳＦＥＴ１４１を使用しているため、正規の電圧が入力された場合に損失を低減することができ、サイリスタを使用するよりもスイッチング電源１の高効率化を図ることができる。

また、停電などによって突然電源が断となった場合に、平滑コンデンサ２０３が第１負荷回路２０に電圧を供給して電圧保持することができる。

特に、電源断となって平滑コンデンサ２０３から電圧供給する際、ダイオード３０２とツェナーダイオード１１１の存在によって第２電源回路３に電圧が供給されることを防止でき、またダイオードブリッジ２０１の存在によって電圧の逆流を防止できる。

これにより、平滑コンデンサ２０３が充電した電圧を第１負荷回路２０のみに供給することができ、ＣＰＵなどの電圧保持の必要な負荷が設けられて一定時間の電圧保持が非常に重要となる第１負荷回路２０に対して、電源断後に平滑コンデンサ２０３から電圧供給する保持時間を正確に一定時間確保することができる。

従って、第１負荷回路２０に対して保持電圧の供給が必要な保持時間に基づいた回路設計を容易かつ正確に行うことができる。そして、この保持時間として、バックアップを行うバックアップ時間も含めた時間を設定することができる。

また、このようにして電源断時に電圧保持の不要な素子に平滑コンデンサ２０３から電圧供給を行わないことにより、第１負荷回路２０への保持電圧の供給時間を長時間化させるために平滑コンデンサ２０３の容量を大幅に大容量化するといった必要がなく、搭載する平滑コンデンサ２０３の小型化、低価格化を図ることができる。

なお、スイッチング電源１は、第１電源回路２と第２電源回路３とを合わせて２系統の回路としたが、３系統以上の複数系統の回路を並列に接続して構成してもよい。この場合も、並列回路（２，３，…）の数と同数のダイオード（２０２，３０２，…）を追加するだけで全ての系統に対して同様の機能を実現することが可能になり、過電圧保護機能を有するスイッチング電源１を小型で低コストに製造することが可能になる。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の第１回路は、実施形態の第１電源回路２に対応し、
以下同様に、
第２回路は、第２電源回路３に対応し、
第１負荷は、第１負荷回路２０に接続された電圧保持の必要な負荷に対応し、
第２負荷は、第２負荷回路３０に接続された電圧保持の不要な負荷に対応し、
切替回路は、判定回路１１０と短絡回路１２０と積分回路１３０とＭＯＳＦＥＴ１４１対応し、
一定時間は、コンデンサ１３３が充電されるまでの時間に対応し、
タイマ回路は、コンデンサ１３３を備えた積分回路１３０に対応し、
整流回路は、ダイオードブリッジ２０１を備えた回路、およびダイオードブリッジ３０１を備えた回路に対応し、
電圧供給安定化回路は、ダイオード２０２を備えた回路に対応し、
第１平滑素子は、平滑コンデンサ２０３に対応し、
第２平滑素子は、平滑コンデンサ３０３に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

スイッチング電源の回路図。 スイッチング電源の回路図。 スイッチング電源の回路図。

符号の説明

１…スイッチング電源
２…第１電源回路
３…第２電源回路
２０…第１負荷回路
３０…第２負荷回路
１１０…判定回路
１２０…短絡回路
１３０…積分回路
１３３…コンデンサ
１４１…ＭＯＳＦＥＴ
２０１，３０１…ダイオードブリッジ
２０２…ダイオード
２０３，３０３…平滑コンデンサ

Claims (4)

1. 入力された交流電圧を直流電圧に整流する整流回路と、
   保護の必要性が高い第１負荷に直流電圧を第１平滑素子で平滑化して供給する第１回路と、
   前記第１負荷より保護の必要性が低い第２負荷に直流電圧を第２平滑素子で平滑化して供給する第２回路とを備えたスイッチング電源であって、
   入力された電圧が過電圧であった場合に少なくとも前記第１平滑素子と第２平滑素子に電圧を供給しないように切り替える切替回路を備えた
   スイッチング電源。
2. 入力電圧が断となった場合に前記第１負荷に平滑電圧を供給する前記第１平滑素子から前記第１負荷以外の負荷に電圧供給されることを防止する電圧供給安定化回路を備えた
   請求項１記載のスイッチング電源。
3. 一定時間が経過するまで前記第１平滑素子と第２平滑素子に電圧を供給しないようにするタイマ回路を備えた
   請求項１または2記載のスイッチング電源。
4. 前記タイマ回路を、前記第２回路内に配設した
   請求項３記載のスイッチング電源。
   

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