JP2012170289A - 放電回路及び電源 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源のＸコンデンサの残留電荷を速やかに放電し、また、放電回路の消費電力を低減する。
【解決手段】 交流電源の入力ライン間に接続されたフィルタ回路と、フィルタ回路によって動作が制御されるスイッチと、スイッチがオンしたときに、容量素子の電圧を放電する放電回路と、を備えた放電回路。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器の消費電力を低減することができる電源に関し、特に電源における雑音防止用のコンデンサに残留する電荷を速やかに放電することができる放電回路に関する。

商用交流電源からの交流電圧を入力とする電源（以下、コンバータともいう）を持つ電子機器における放電回路について図１７（ａ）を用いて説明する。交流電圧を入力とするコンバータにおいて、一般に商用交流電源からのライン間に外部からのノイズ低減用（雑音防止ともいう）の容量素子としてＸコンデンサ４０（通称、アクロス・ザ・ライン・コンデンサと呼ばれる。以下、Ｘコン４０ともいう）が接続される。また、ユーザがプラグ（ＡＣプラグともいう）を引き抜いた後の安全性を保つため、プラグを引き抜いた後、１秒以内に所定電圧以下までＸコン４０を放電する必要がある。これは、例えば電気用品安全法や国際電気標準会議（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ：ＩＥＣ）の規格で定められている。この仕様を満たすためにＸコン４０を使用する場合、一般には図１７（ａ）に示すようにＸコン４０と並列に放電抵抗２０で構成される放電回路が設けられる。

また、一般的な電子機器のコンバータは、この放電回路の後段の整流部８により交流電圧を全波整流し、さらに、コンバータ部９により電子機器の各部に必要な電圧に変換してから供給する。また、商用交流電源の交流電圧の周波数の判定や瞬時に停電したことを検出するため、交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路をもつ電子機器もある。このような機器では、放電回路としてゼロクロス検出回路を代用することも多い。

一方、昨今の電子機器は、環境等への配慮から電子機器が動作していない待機状態、つまり、動作待機時における消費電力をより低減することが求められている。ここで例えば、Ｘコン４０の容量を１．０μＦとした場合、要求される放電回路の放電抵抗２０の値は１ＭΩ以下である。例えば、商用電源電圧をＡＣ２３０Ｖとしたときの放電抵抗による消費電力は、約５２．９ｍＷとなる。この消費電力は動作待機時の消費電力としては無視できない電力である。Ｘコン４０と放電抵抗２０からなる放電回路や上記のゼロクロス検出回路は、電子機器の運転状態によらず放電回路としての放電抵抗に電流が流れるため常に電力を消費してしまう。

例えば、特許文献１では、動作待機時にはゼロクロス検出回路をオン・オフさせ、オン期間の比率を小さくしておき、ＡＣプラグの引き抜きをゼロクロス検出回路で検出すると、オン期間の比率を動作待機時に比べて高くする（もしくは、常にオンとする）構成が開示されている。これにより、Ｘコン４０の残留電荷を放電する時間を短くすることができ、かつ、動作待機時におけるゼロクロス検出回路の消費電力を低減している。

また、特許文献１以外の方法としては、例えば、図１７（ｂ）に示すように主電源１２とは別に待機時専用の電源１１を設けて、動作待機時に主電源１２の商用電源からのラインをオフして、Ｘコンデンサ４４の接続を切る回路構成も考えられる。図１７（ｂ）において、２０と３０は放電抵抗であり、４０と４４はＸコンデンサである。通常動作時は主電源１２から電力を供給し、動作待機時は主電源１２をスイッチ７３でオフし、待機時専用の電源１１から電力を供給する。動作待機時は電子機器に必要な電力が小さいため、Ｘコン４０の容量をＸコン４４よりも小さくすることができる。つまり、放電抵抗２０を大きくすることができるため、待機時の消費電力を低減することができる。

特開２００５−２０１５８７

上記のようにＸコンデンサを放電する回路の消費電力を低減するための工夫がなされているが、特許文献１の構成は、ゼロクロス検出回路を放電回路に代用しているため、全期間、ゼロクロス検出回路をオフとすることはできない。つまり、ゼロクロス検出回路のオン期間に依存する分の電力が消費されてしまう。さらに、ゼロクロス検出回路をオフする期間を設けるため、外来ノイズによって商用交流電源からの交流電圧が変動した場合は、ゼロクロスのタイミングを誤って検出する可能性やゼロクロスを検出できないタイミングが発生する可能性がある。

また、図８に示すような待機時における専用電源１１を設けた回路構成１０も考えられるが、待機時においてもＸコンが必要となることが多く、仮にＸコンの容量を１．０μＦとした場合、要求される放電抵抗は１ＭΩとなる。この場合、商用交流電源の交流電圧をＡＣ２３０Ｖとしたときの放電抵抗の消費電力は約５２．９ｍＷになる。待機時の専用電源１１を設けた回路構成１０でＸコンの容量を０．２２μＦに減らすことができた場合、要求される放電抵抗は約４．５ＭΩ以下となる。商用交流電源の交流電圧をＡＣ２３０Ｖとしたときの放電抵抗の消費電力は約１１．８ｍＷである。従来の構成よりも消費電力が低減できることにが、この構成では、さらに待機時の消費電力をより低減するには限界がある。また、待機時の専用電源１１を設ける回路構成であり、当然、専用電源の回路部品数が多くなり、回路コストが増大する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、安価な構成で待機時における消費電力をより低減し、かつ、プラグ引き抜き時等の商用電源からの電力の供給が断たれた場合に、残留電荷を速やかに放電することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の放電回路は、商用交流電源から入力される交流電圧の入力ライン間に接続されるノイズ低減用の容量素子の電圧を放電する放電回路において、前記入力ライン間に接続されたフィルタ部と、前記フィルタ回路によって動作が制御されるスイッチ部と、前記スイッチ部がオンしたときに、前記容量素子の電圧を放電する放電部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の他の放電回路は、商用交流電源から入力される交流電圧の入力ライン間に接続されるノイズ低減用の容量素子の電圧を放電する放電回路において、前記入力ライン間に接続された整流部と、前記整流部に接続された放電部と、前記放電部に接続されたフィルタ部と、前記フィルタ部によって動作が制御されるスイッチ部と、を有し、前記スイッチ部がオンしたときに、前記放電部により前記容量素子の電圧を放電することを特徴とする。

また、本発明の電源は、商用交流電源から入力される交流電圧を整流及び平滑して電圧を出力する電源において、入力される前記交流電圧を整流する整流部と、前記整流部と前記交流電圧の入力部との間に接続されたノイズ低減用の容量素子と、前記容量素子と前記整流部との間に設けられた放電回路と、を備え、前記放電回路は
前記入力ライン間に接続されたフィルタ部と、前記フィルタ回路によって動作が制御されるスイッチ部と、前記スイッチ部がオンしたときに、前記容量素子の電圧を放電する放電部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の他の電源は、商用交流電源から入力される交流電圧を整流及び平滑して電圧を出力する電源において、入力される前記交流電圧を整流する整流部と、前記整流部と前記交流電圧の入力部との間に接続されたノイズ低減用の容量素子と、
前記容量素子と前記整流部との間に設けられた放電回路と、を備え、前記放電回路は、前記入力ライン間に接続された整流部と、前記整流部に接続された放電部と、前記放電部に接続されたフィルタ部と、前記フィルタ部によって動作が制御されるスイッチ部と、を有し、前記スイッチ部がオンしたときに、前記放電部により前記容量素子の電圧を放電することを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、安価な構成で待機時における消費電力をより低減し、かつ、プラグ引き抜き時等の商用電源からの電力の供給が断たれた場合に、残留電荷を速やかに放電することができる。

実施例１の放電回路を示す図 実施例１の放電回路の動作波形 従来のゼロクロス検出回路を用いた場合の検出出力波形 実施例１の検出回路を用いた場合の検出出力波形 実施例２における放電回路を示す図 実施例２における放電回路の動作波形 実施例３における放電回路を示す図 実施例３における放電回路の動作波形 実施例３における放電回路の動作波形 従来のゼロクロス検出回路を用いた場合の検出出力波形 実施例３の検出回路を用いた場合の検出出力波形 実施例４の放電回路の変形例を示す回 実施例４の変形例の放電回路における接点ｃの電圧波形 実施例４における放電回路を示す図 実施例５における放電回路を示す図 実施例６における放電回路を示す図 従来の放電回路を示す図 本実施例の電源の適用例を示す図

次に、上述した課題を解決するための本発明の具体的な構成について、以下に実施例に基づき説明する。なお、以下に示す実施例は一例であって、この発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１に実施例１の電源装置における放電回路の構成を表す。図１における放電回路１００は、ノイズ低減用の容量素子と、容量素子の電圧を放電する放電部と、フィルタ部から構成されている。図１においてノイズ低減用の容量素子であるＸコンデンサ１４０（以下、Ｘコン１４０）と、放電部である放電抵抗１２０と、フィルタ部として、直列に接続されたコンデンサ１４１と抵抗素子１２１（なお、以下、抵抗素子は抵抗ともいう）から構成されるフィルタ回路１０２と、放電抵抗１２０を導通させる制御端子を持つスイッチ部としての双方向スイッチ素子１７０と、抵抗１２２を有している。なお、交流電圧の入力部である接点ａ及び接点ｂ（交流電圧の入力ライン間）には、商用交流電源（図１のＡＣ２３０Ｖ）のプラグ（ＡＣプラグともいう）が接続される。

双方向スイッチ素子１７０としては、例えば、図１の回路で示される双方向サイリスタのような双方向に電流を流すことのできるスイッチ素子を適用することができる。本例では双方向サイリスタを適用したが双方向に電流を流すことができる素子であれば適用できる。また、トランジスタのような一方向に電流を流す素子を複数個接続してもよい。

一般に商用交流電源１０１の後段には、整流部であるダイオード１６２、１６３、１６４、１６５からなるダイオードブリッジ１０３が接続されており、入力される交流電圧が全波整流された後、更に、後段の平滑コンデンサ１４２で平滑される。１０９は、その後段に接続されるコンバータ（例えば、ＡＣ−ＤＣコンバータ）を示している。図１では商用交流電源からの交流電圧を整流及び平滑化して使用している。なお、本例は、商用交流電圧からの交流電圧を整流及び平滑化せずに直接適用できる電子機器に応用することもできる。

以下に、実施例１の放電回路が動作することによって消費電力を低減できることについて詳細に説明する。

図１の放電回路１００におけるフィルタ回路１０２の両端には、商用交流電源からの交流電圧が印加される。抵抗１２１とコンデンサ１４１による時定数を交流電圧の周期よりも十分に長く設定すれば、コンデンサ１４１の両端電圧は交流電圧に比べて十分に低くなる。コンデンサ１４１の両端電圧がピーク値のときに、そのピーク値が双方向スイッチ素子１７０のオン閾値よりも小さい値であれば、双方向スイッチ素子１７０には導通しない。従って、Ｘコン１４０の両端には抵抗１２１と抵抗１２２が接続されているだけの状態となる。抵抗１２１と抵抗１２２の値を十分に大きくすれば、放電抵抗による消費電力を低減することができる。

例えば、上記の図７で説明した値と同様、Ｘコン１４の容量を１．０μＦとすると、要求される放電抵抗２０は１ＭΩとなり、商用交流電源の交流電圧を２３０Ｖとしたときの放電抵抗２０の消費電力は約５２．９ｍＷである。これに対して、本例にてＸコン１４０の容量を１．０μＦ、抵抗１２１を２０ＭΩとし、商用交流電源の交流電圧を同じく２３０Ｖとしたときの抵抗１２１の消費電力は、約２．６ｍＷになる。つまり、本実施例による従来構成に対する消費電力の低減効果は約５０．３ｍＷ（約５２．９ｍＷ−約２．６ｍＷ）になる。

一方、ＡＣプラグが引き抜きかれた際は、１秒以内にＡＣプラグの差し込み刃両端電圧を所定電圧以下にすることが要求される（例えば、電気用品安全法やＩＥＣ規格に定められている）。しかし、ＡＣプラグ引き抜きの瞬間はＸコン１４０に電荷が蓄積されており、Ｘコン１４０の両端電圧は凡そコンデンサ１４１の容量と抵抗１２１の時定数で減衰していく。上記のとおり抵抗１２１の抵抗値（放電抵抗の値）を大きく設定しているため、Ｘコン１４０の両端電圧は略直流になる。

一方、コンデンサ１４１の両端電圧は時間と共に指数関数的に上昇し、双方向スイッチ素子１７０のオン閾値を越えると放電抵抗１２０が導通するので、Ｘコン１４０の残留電荷を放電する。本例では双方向スイッチ素子１７０をオンさせ、放電抵抗１２０によりＸコン１４０の残留電荷（両端電圧）を要求される所定電圧Ｖ_ｒｅｇ未満に放電するまでの時間を１秒以内にする。次に、Ｘコン１４０の残留電荷を１秒以内に放電する方法について詳細に説明する。

まず、ＡＣプラグの引き抜き後のコンデンサ１４１の両端電圧を時間ｔの関数としてＶ_Ｃ１（ｔ）、コンデンサ１４１の容量をＣ_１、抵抗１２１の抵抗値をＲ_１、ＡＣプラグの引き抜きの瞬間（ｔ＝０）におけるＸコン１４０の両端電圧をＶ_ｄＣとする。コンデンサ１４１の両端電圧の時間に応じた変化、Ｖ_Ｃ１（ｔ）は以下の式１で与えられる。

双方向スイッチ素子１７０がオンするまでの時間をｔ＝ｔ_ｄｅｔとし、このときのＸコン１４０の両端電圧をＶ_ＣＸ（ｔ_ｄｅｔ）＝Ｖ_Ｃ１ｔｈとすると、双方向スイッチ素子１７０がオンする時間ｔ_ｄｅｔは以下の式２で求められる。

この式によれば、時間ｔ_ｄｅｔはＲ_１，Ｃ_１，Ｖ_Ｃ１ｔｈによって決まることが分かる。また、双方向スイッチ素子１７０のオン後のＸコン１４０の両端電圧、つまりＡＣライン間の電圧は時間の関数Ｖ_ＣＸ（ｔ）として、Ｘコンの容量をＣ_Ｘ、放電抵抗１２０の抵抗値をＲ_０とすると、以下の式３で求められる。

ただし、式３はｔ＝ｔ_ｄｅｔから再び双方向スイッチ素子がオフするまでの期間で成り立つ式である。

ＡＣプラグの引き抜き後、１秒以内にＶ_ＣＸ（ｔ）を所定電圧Ｖ_ｒｅｇ以下にする必要があるため、

となるように放電抵抗１２０の抵抗値Ｒ_０や双方向スイッチ素子１７０がオンするまでの時間ｔ_ｄｅｔを設定する。

次に、図２を用いて実施例１の放電回路の動作を説明する。図２は本実施例の放電回路の動作波形及びタイミングを示した図である。図２において、Ｖ_ＣＸ（ｔ）をＸコン１４０の両端電圧、Ｖ_Ｃ１（ｔ）をコンデンサ１４１の両端電圧、Ｖ_Ｃｔｈを双方向スイッチ１７０のオン閾値電圧、Ｖ_ｒｅｇをＡＣプラグの引き抜き後、１秒以内に下げる必要のある所定電圧とする。また、ｔ＝ｔ_ｄｅｔは双方向スイッチ１７０がオンする時間、

（ｔ_ｄｅｔ〜ｔ_ｏｆｆ）は双方向スイッチがオンすることによりＸコン１４０を放電している期間である。なお、図２に示されるように、双方向スイッチ１７０がオフした後、１秒以内に所定電圧Ｖ_ｒｅｇ以下になるように、放電抵抗１２０の抵抗値Ｒ_０や双方向スイッチ素子１７０がオンするまでの時間ｔ_ｄｅｔ設定している。また、図２において、Ｖ_ｃ１ｔｈは、双方向スイッチ１７０をオフしたときのＸコン１４０の電圧を示している。つまり、Ｖ_Ｃ１ｔｈ＜Ｖ_ｒｅｇという関係になる。なお、本例では、所定電圧Ｖ_ｒｅｇ＝６０Ｖ以下になるように、双方向スイッチ素子１７０がオンするまでの時間ｔ_ｄｅｔを０．４ｓに、Ｃ_Ｘ＝１．０μＦ、Ｃ_１＝０．０１μＦ、Ｒ_０＝３３０ｋΩ、Ｒ_１＝２０ＭΩ（抵抗１２２の抵抗値も同様）、商用交流電源の交流電圧２３０Ｖ_ａｃ、Ｖ_Ｃ１ｔｈ＝４０Ｖ、Ｖｄｃ＝３００Ｖ、Ｖ_ｒｅｇ＝６０Ｖとした。なお、この設定値は、上記所定電圧に応じて適宜変更すればよい。

以上、説明したようにＡＣコンセントを抜いたときは、Ｘコンの残留電荷を速やかに放電することができる。また、上記したように、従来の放電回路よりも消費電力を低減する（約５０．３ｍＷの低減効果が得られる）ことができる。

また、本例では、抵抗とコンデンサからなるＲＣ積分回路によってＡＣプラグの引き抜きを検知している。つまり、ＲＣ積分回路がフィルタとして機能するので、特許文献１のようにゼロクロス検知回路で検知する場合に比べて、外乱ノイズに対する耐性が強くなる。

図３に商用交流電源の交流電圧にノイズが重畳された状態と、従来のゼロクロス検出回路による検出出力を示す。特に、ゼロクロス検出のための閾値付近にノイズが重畳される場合は、検出出力の信号の立下り、立ち上がりで出力がばらついて図３のようになり、ＡＣプラグの引き抜きを誤検知する可能性や、ＡＣプラグの引き抜きの検知が遅れる可能性がある。

一方、図４に本例の構成において、商用交流電源の交流電圧にノイズが重畳された状態とＡＣプラグの引き抜きを検出するための検出出力を示す。検出出力は、例えば、図１におけるコンデンサ１４１の両端電圧Ｖ_Ｃ１（ｔ）である。本例では、ＲＣ積分回路がフィルタとして機能するので、図４のように交流電圧にノイズが重畳した場合であっても、ＡＣプラグの引き抜きを誤って検知をする可能性が低下する。つまり、本例によれば、商用交流電源の交流電圧にノイズが重畳しても、ＡＣプラグの引き抜きを正しく、かつ、速やかに検出することができる。

（実施例２）
図５に実施例２の放電回路を表す。実施例２の回路は、実施例１の図１の放電回路と基本構成は同様であるが、図１における双方向スイッチ素子１７０を一方向に電流を流すスイッチ素子に置き換えた構成である。この回路構成では、ＡＣプラグの引き抜きの瞬間における商用交流電源の交流電圧の位相によって、残留電荷を放電する極性が異なるため、第１の放電回路２０４と双対な関係の第２の放電回路２０５をＡＣライン間に接続している。

図５（ａ）において、放電回路２００は、Ｘコンデンサ１４０（以降、Ｘコン１４０という）と、第１の放電回路２０４と、第２の放電回路２０５とを有する。接点ａ及び接点ｂにはＡＣプラグ（商用交流電源１０１）の両端が接続される。第１の放電回路２０４は放電抵抗２２０と、コンデンサ２４１と抵抗２２１からなる第１のフィルタ回路２０６と、一方向に電流を流すスイッチ素子（以下、一方向スイッチ素子という）２７１と、抵抗２２４及び２２５と、ツェナダイオード２６４と、ダイオード２６５とを有する。第２の放電回路２０５は放電抵抗２２７と、コンデンサ２４３と抵抗２２６からなる第２のフィルタ２０７と、第１の放電回路２０４の一方向スイッチ素子２７１とは逆方向に電流を流す素子としての一方向スイッチ素子２７２と、抵抗２２８、２２９と、ツェナダイオード２６６と、ダイオード２６７とを有する。なお、図５において一方向スイッチ素子２７１及び２７２として、本例では第１のトランジスタと第２のトランジスタを適用しており、夫々はＮＰＮ型のトランジスタである。しかし、ＮＰＮ型のトランジスタをＰＮＰ型のトランジスタに置き換えて構成することもできる。

また、ツェナダイオード２６４は、一方向スイッチ素子２７１がオンするための閾値電圧を調整するために設けられている。なお、このツェナダイオード２６４は、一方向スイッチ素子２７１がオンするための閾値電圧の調整が不要な場合は設けなくても良い。同様にツェナダイオード２６６は一方向スイッチ素子２７２がオンするための閾値電圧を調整するために設けられている。ツェナダイオード２６６も一方向スイッチ素子２７２がオンするための閾値電圧の調整が不要であれば設けなくても良い。ダイオード２６５は、一方向スイッチ素子２７１のエミッタからコレクタに向かって流れる電流を防止するために設けられている。ダイオード２６７についてもダイオード２６５と同じ役割として、一方向スイッチ素子２７２のエミッタからコレクタに向かって流れる電流を防止するための素子である。

ダイオード２６８は、接点ｂが正電位のときに一方向スイッチ素子２７１のベース−エミッタ間の過電圧によって、その素子２７１が破壊するのを防止するために設けられている。ダイオード２６９についても同じように、接点ａが正の電位のときに一方向スイッチ素子２７２が破壊するのを防止するために設けられている。なお、これらのダイオード２６８と２６９は、例えば、夫々、一方向スイッチ素子のベースとダイオードのカソードを接続し、一方向スイッチのエミッタとダイオードのアノードを接続しても良い。

本例においても、実施例１の構成と同様に、第１のフィルタ部であるフィルタ回路２０６における放電抵抗２２１とコンデンサ２４１の時定数を商用交流電源の交流電圧の周期よりも十分に長く設定すれば、コンデンサ１４１の両端電圧は交流電圧に比べて十分に低くなる。コンデンサ２４１の両端電圧がピークのときに、一方向スイッチ素子２７０がオンするための閾値電圧Ｖ_Ｃ１ｔｈよりも小さくすると、一方向スイッチ素子２７０は導通しない。第２のフィルタ部であるフィルタ回路２０７についても同様に、その時定数を商用交流電源の電源電圧の周期よりも十分に長く設定すれば、一方向スイッチ素子２７２は導通しない。そして、放電抵抗２２１及び２２６の抵抗値を十分に大きくすれば、従来よりも放電抵抗（放電回路）による消費電力を低減することができる。

以下、本例の図５（ａ）の放電回路の動作として、接点ａの交流電圧が正の位相時におけるＡＣＶプラグが引き抜かれた場合における第１の放電回路２０４の動作について説明する。なお、第２の放電回路２０５の動作は第１の放電回路２０４と同様であるため説明を省略する。

ＡＣプラグ引き抜きの際は、その１秒以内に差し込み刃両端電圧を所定電圧以下にすることが要求される。ＡＣプラグ引き抜きの瞬間は、Ｘコン１４０に電荷が蓄積しており、Ｘコン１４０の両端電圧は凡そＸコン１４０の容量と、放電抵抗２２１と放電抵抗２２６の合成抵抗値との時定数で減衰する。上記の通り抵抗２２１の抵抗値を大きな値に設定しているため、Ｘコン１４０両端電圧は略直流になる。

一方、コンデンサ２４１の両端電圧は時間と共に上昇し、一方向スイッチ素子２７１がオンする閾値を越えると放電抵抗２２０及び抵抗２２５が導通するので、Ｘコン１４０の残留電荷を放電する。一方向スイッチ素子２７１をオンさせ、放電抵抗２２０及び抵抗２２５によりＸコン１４０の残留電荷が所定電圧Ｖ_ｒｅｇになるまでの時間を１秒以内にする必要がある。Ｘコン１４０の残留電荷が所定電圧Ｖ_ｒｅｇになるまでの時間を１秒以内にする方法については、実施例１と同様である。

図６に本例の放電回路の動作波形とタイミングを示す。なお、本例では、実施例１で説明した図２と異なる部分について説明する。図６においてＶ_ＣＸ（ｔ）をＸコン１４０の両端電圧、Ｖ_Ｃ１（ｔ）をコンデンサ２４１の両端電圧、Ｖ_Ｃｔｈを一方向スイッチ素子２７１がオンするための閾値電圧Ｖ_ｒｅｇを１秒以内に下げなければならない電圧としている。Ｖ_ＣＸ（ｔ）が一方向スイッチ素子２７１のオフするタイミングにおける電圧Ｖ_Ｃ１ｔｈより低くなると、Ｘコン１４０の両端電圧が再び略直流になり、Ｘコン１４０の残留電荷の放出が遅くなるので、Ｖ_Ｃ１ｔｈをＶ_ｒｅｇより低くすることが望ましい。

以上、実施例２によれば、ＡＣコンセントを抜いたときは、Ｘコンの残留電荷を速やかに放電することができる。また、実施例１と同様に従来の放電回路に比べて消費電力を低減することができる。

また、本例でも、実施例１と同様に、抵抗とコンデンサからなるＲＣ積分回路によってＡＣプラグの引き抜きを検知している。つまり、ＲＣ積分回路がフィルタとして機能するので、特許文献１のようにゼロクロス検知回路で検知する場合に比べて、外乱ノイズに対する耐性が強くなる。

なお、図５（ｂ）に、図５（ａ）で説明した回路の変形例を示す。この回路では、図５（ａ）の構成よりも回路部品をより少なくして回路構成を簡素化した安価な構成を実現している。図５（ａ）との違いは、ダイオード２６８、２６９の接続位置を変更して、ツェナダイオード２６４、２６６及び抵抗２２５、２２９を削除した構成になっている。この回路構成でも図５（ａ）と同様の動作を実現することができる。

（実施例３）
図７に実施例３の放電回路の構成を示す。実施例３の構成は、ＡＣライン間に整流素子１６０と１６１を接続し、整流素子１６０と１６１との間に放電のための回路構成を設けた点が実施例１と異なっている。実施例３の放電回路３００は、Ｘコン１４０と、整流素子１６０、１６１、放電抵抗３２０、コンデンサ３４１及び抵抗３２１からなるフィルタ回路３０２、抵抗３２２及び３２３とスイッチ素子３７１からなるコンデンサ３４１の電荷を放電する回路３０４と、放電抵抗３２０を導通させるスイッチ素子３７０とを有する回路である。なお、接点ａ及び接点ｂにはＡＣプラグが接続される。

以下に本例の放電回路によって消費電力を低減できることについて説明する。本例は商用交流電源の交流電圧の入力時に、放電抵抗３２０を含む回路が動作しないようにして、高抵抗な回路で動作させることにより消費電力を低減する点が特徴である。

図７において、フィルタ回路３０４は交流電圧を整流した電圧が印加される。もし、このフィルタ回路３０４がなければ、コンデンサ３４１の両端電圧は時間と共に上昇し、ある時、スイッチ素子３７０をオンする。スイッチ素子３７０がオンすると放電抵抗３２０を含む回路が動作して電力を消費してしまう。本例では、このフィルタ回路３０４を設けて、コンデンサ３４１に蓄積した電荷を放電することで、コンデンサ１４１の両端電圧をスイッチ素子３７０がオンする閾値電圧以下に維持する。

図２に本例の放電回路の動作波形を示す。スイッチ素子３７１のベース電位をＶ_Ｂ（ｔ）、エミッタ電位をＶ_Ｅ（ｔ）、ベース−エミッタ間の電位をＶ_ＢＥ（ｔ）とする。また、スイッチ素子３７１がオンする閾値電圧をＶ_{ｔｒ１７１ｏｎ}、スイッチ素子３７０がオンする閾値電圧をＶ_{ｔｒ１７１ｏｎ}とする。スイッチ素子３７１はＶ_ＢＥ（ｔ）が閾値電圧Ｖ_{ｔｒ３７１ｏｎ}を超えるとオンし、コンデンサ３４１の電荷を放電することでＶ_Ｅ（ｔ）は下がる。Ｖ_Ｅ（ｔ）はスイッチ素子３７０のゲート電圧と等しいためＶ_Ｅ（ｔ）＝Ｖ_Ｇ（ｔ）とする。商用交流電源の交流電圧が供給されている時にＶ_Ｇ（ｔ）が閾値電圧Ｖ_{ｔｒ３７０ｏｎ}を超えないように放電回路の定数を設定する。これにより、交流電圧が供給されている時は、放電抵抗３２０には導通せずに電力は抵抗３２１と抵抗３２２及び抵抗３２３によって消費される。

この時、抵抗３２１、３２２、３２３の抵抗値を十分に大きく設定すれば、従来よりも放電抵抗による消費電力を低減することができる。例えば、従来における放電回路でＸコン４０の容量を１．０μＦとすると、要求される放電抵抗２０は１ＭΩとなり、商用交流電源の交流電圧をＡＣ２３０Ｖとしたときの放電抵抗２０の消費電力は、約５２．９ｍＷである。本例にてＸコン１４０の容量を１．０μＦ、抵抗３２１を３０ＭΩ、抵抗３２２を２０ＭΩ、抵抗３２３を１．３ＭΩとし、交流電圧をＡＣ２３０Ｖとしたときの抵抗３２１、３２２、３２３の消費電力の合計は、約４．２５ｍＷである。本例による消費電力の低減効果は約４８．６５ｍＷ（約５２．０９ｍＷ−約４．２５ｍＷ）と算出できる。

一方、ＡＣプラグの引き抜きの際は、その１秒以内に差し込み刃両端電圧を所定電圧以下にすることが必要である。ＡＣプラグを引き抜いた瞬間はＸコン１４０に電荷が蓄積しており、Ｘコン１４０の両端電圧はＸコン１４０、コンデンサ３４１の容量と抵抗３２２及び抵抗３２３の抵抗値で定められる時定数で減衰する。しかし、上記のとおり抵抗３２１と抵抗３２２と抵抗３２３は抵抗値を大きく設定しているため、Ｘコン１４０の両端電圧はほとんど減衰しない。

一方、コンデンサ３４１の両端電圧は時間と共に指数関数的に上昇し、スイッチ素子３７０がオンする閾値を越えると放電抵抗３２０が導通するので、Ｘコン１４０の残留電荷を速やかに放電する。本例ではスイッチ素子３７０をオンさせ、放電抵抗３２０によりＸコン１４０の残留電荷に対する所定電圧はＶ_ｒｅｇ（本例では６０Ｖに設定した）であり、この電圧に放電するまでの時間を１秒以内にする必要がある。以下に、本例において１秒以内に残留電荷を放電する方法を詳細に説明する。

ここでＡＣプラグ引き抜き後のスイッチ素子３７０のゲート電位を時間ｔの関数としてＶ_Ｇ（ｔ）、コンデンサ１４１の容量をＣ_１、抵抗３２１の抵抗値をＲ_１、ＡＣプラグの引き抜きの瞬間（ｔ＝０）におけるＸコン１４０両端電圧をＶ_ｄｃとする。そうすると、スイッチ素子１７０のゲート電位を時間ｔの関数、Ｖ_Ｇ（ｔ）は以下の式４で得られる。

スイッチ素子３７０がオンするまでの時間をｔ＝ｔ_ｄｅｔとし、このときのスイッチ素子１７０のゲート−ソース間電圧をＶ_Ｇ（ｔ_ｄｅｔ）＝Ｖ_{ｔｒ３７０ｏｎ}とすると、ｔ_ｄｅｔは以下の式５で得られる。

この式５から、ｔ_ｄｅｔはＲ_１やＣ_１、Ｖ_{ｔｒ３７０ｏｎ}によって決まることが分かる。

またスイッチ素子１７０がオンした後のＸコン１４０両端電圧、つまりＡＣライン間の電圧は、時間の関数Ｖ_ＣＸ（ｔ）として、Ｘコン１４０の容量をＣ_Ｘ、放電抵抗３２０の抵抗値をＲ_０とすると、以下の式６で得られる。

ただし、この式６は、ｔ＝ｔ_ｄｅｔから再びスイッチ素子３７０がオフするまでの期間で成り立つ式である。

なお、ＡＣプラグの引き抜き後、１秒以内にＶ_ＣＸ（ｔ）を所定電圧Ｖ_ｒｅｇ（６０Ｖ）以下にする必要があるため、

となる放電抵抗３２０の抵抗値Ｒ_０、抵抗３２１の抵抗値Ｒ_１、コンデンサ３４１の容量Ｃ_１、スイッチ素子３７０のオン閾値電圧Ｖ_{ｔｒ３７０ｏｎ}を設定する。

図３は本例の放電回路３００の動作した際の動作波形及びタイミングを示している。図３においてＸコン１４０の両端電圧をＶ_ＣＸ（ｔ）、スイッチ素子３７０のゲート電位をＶ_Ｇ（ｔ）、スイッチ素子３７１のベース電位をＶ_Ｂ（ｔ）、スイッチ素子３７０がオンする閾値電圧をＶ_{ｔｒ１３０ｏｎ}、１秒以内に下げなければならない所定電圧をＶ_ｒｅｇ（６０Ｖ）としている。ｔ＝ｔ_ｄｅｔはスイッチ素子３７０がオンする時間、

（ｔ_ｄｅｔ〜ｔ_ｏｆｆ）はスイッチ素子３７０がオンしている期間で、放電抵抗３２０を介してＸコン１４０を放電している期間である。図３のように１秒以内にＶ_ｒｅｇ以下になるような定数を設定する。ここで、抵抗１２２の抵抗値をＲ_２、抵抗３２３の抵抗値をＲ_３とする。本例では、Ｃ_Ｘ＝１．０μＦ、Ｃ_１＝０．１μＦ、Ｒ_０＝１００ｋΩ、Ｒ_１＝３０ＭΩ、Ｒ_２＝２０ＭΩ、Ｒ_３＝１．３ＭΩ、商用交流電源の交流電圧を２３０Ｖａｃ、Ｖ_{ｔｒ１７０ｏｎ}＝４Ｖ、Ｖ_ｄｃ＝３００Ｖ、Ｖ_ｒｅｇ＝６０Ｖとした。これにより、図３に示すように動作するので、ＡＣプラグの引き抜き後、１秒以内にＶ_ｒｅｇ（６０Ｖ）以下にすることができる。

以上、説明したようにＡＣコンセントを抜いたときは、Ｘコンの残留電荷を速やかに放電することができる。また、上記したように、従来の放電回路よりも消費電力を低減する（約４８．６５ｍＷの低減効果が得られる）ことができる。

また、本例では、抵抗とコンデンサからなるＲＣ積分回路によってＡＣプラグの引き抜きを検知している。つまり、ＲＣ積分回路がフィルタとして機能するので、特許文献１のようにゼロクロス検知回路で検知する場合に比べて、外乱ノイズに対する耐性が強くなる。

図１０に商用交流電源の交流電圧にノイズが重畳された状態と、従来のゼロクロス検出回路による検出出力を示す。特に、ゼロクロス検出のための閾値付近にノイズが重畳される場合は、検出出力の信号の立下り、立ち上がりで出力がばらついて図１０のようになり、ＡＣプラグの引き抜きを誤検知する可能性、又は、引き抜きの検知が遅れる可能性がある。

一方、図１１に本例の構成において、商用交流電源の交流電圧にノイズが重畳された状態とＡＣプラグの引き抜きを検出するための検出出力を示す。検出出力は、例えば、図７におけるコンデンサ３４１の両端電圧Ｖ_Ｃ１（ｔ）である。本例では、ＲＣ積分回路フィルタとして機能するので、図１１のように交流電圧にノイズが重畳した場合であっても、ＡＣプラグの引き抜きを誤って検知をする可能性が低下する。つまり、本例によれば、商用交流電源の交流電圧にノイズが重畳しても、ＡＣプラグの引き抜きを正しく、かつ、速やかに検出することができる。

また、本例においては、スイッチ素子３７１は電界効果型トランジスタ（ＦＥＴともいう）である、しかし、ｎｐｎ型トランジスタやｐｎｐ型トランジスタ、トライアック等の電流を流すことができるスイッチ素子で構成することもできる。

また、本例においては、整流素子１６０及び１６１は互いにカソードを接続しているが、しかし、互いにアノードを接続し、夫々の整流素子のカソードとＡＣラインを接続しても良い。この構成の場合は図１２のように放電回路を形成すれば、接点ｃとコンバータのプラス端子間の電位Ｖ_ｈａｌｆ（ｔ）の値は、図１３のようになり、実質的に上記の説明と同様の動作となる。

（実施例４）
図１４に実施例４の放電回路を示す。実施例４の放電回路は、フィルタ回路４０２の出力電圧を比較部であるコンパレータ４０６で比較し、基準値（基準電圧）４０５の値以上であればフォトカプラ４０７を介して放電抵抗４２０をオンして放電する回路構成である。信号を伝達するための伝達部であるフォトカプラ４０７はフォトダイオード４６６とフォトトランジスタ４７０から構成される。抵抗４２４はフォトダイオード４２６の順方向電流を定めるための抵抗である。

本例は、実施例３と同様に商用交流電源の交流電圧が入力されている時は、放電抵抗４２０を含む放電回路が動作しないようにし、高抵抗な回路で動作させ消費電力を低減するものである。

実施例３の図９における放電回路の動作波形において、スイッチ素子３７０（図７）がオンする閾値電圧Ｖ_{ｔｒ３７０ｏｎ}を、コンパレータ４０６のプラス端子の基準電圧４０５に置き換えれば、実施例３と同様の動作（図１４の放電回路の動作）となる。つまり、本例によれば、実施例３と同様、ＡＣコンセントを抜いたときは、Ｘコンの残留電荷を速やかに放電することができる。また、上記したように、従来の放電回路よりも消費電力を低減することができる。

また、本例では、抵抗とコンデンサからなるＲＣ積分回路によってＡＣプラグの引き抜きを検知している。つまり、ＲＣ積分回路がフィルタとして機能するので、特許文献１のようにゼロクロス検知回路で検知する場合に比べて、外乱ノイズに対する耐性が強くなる。

なお、実施例３ではスイッチ素子３７０がオンする閾値電圧のばらつきによって、放電回路の動作に影響を与える可能性があるのに比べ、実施例４では基準電圧４０５によって放電回路を制御しているので、スイッチ素子４７０がオンする閾値電圧のばらつきによって生じる動作点のばらつきを低減することができる。

（実施例５）
図１５に実施例５の放電回路を示す。実施例３と同様に、商用交流電源から交流電圧が供給されている時は、抵抗５２０を含む放電回路が動作しないようにし、高抵抗な回路で動作させることにより消費電力を低減する回路構成である。

図１５において、平滑コンデンサ１４２のマイナス端子と接点ｃの両端には商用電圧の全波整流波形が印加され、全波整流波形を抵抗５２２、５２３で分圧して、分圧した電圧をＣＰＵ５０８に入力する。例えば、一定時間における電圧の変化量が少ないとき（交流電圧が入力されていない状態）、ＣＰＵ５０８は全波整流電圧でないことを検知して、ＡＣプラグが抜かれたと判断する。この時、ＣＰＵ５０８によりスイッチ素子５７０をオンするように制御すれば良い。抵抗５２５はスイッチ素子５７０のベース電流を決める抵抗である。スイッチ素子５７０がオンするとＸコンデンサ５４０に残留した電荷を放電抵抗５２０によって放電する。なお、スイッチ素子５７０を制御するために、本例では、ＣＰＵ５０８を適用しているが、スイッチ素子の動作を制御することができるものであれば、ＡＳＩＣ等、ＣＰＵ以外を用いることもできる。

以上説明したように、本例においても実施例３と同様、ＡＣコンセントを抜いたときは、Ｘコンデンサの残留電荷を速やかに放電することができる。また、従来の放電回路よりも消費電力を低減することができる。

（実施例６）
図１６に実施例６の放電回路を示す。本例は、実施例２（図５）の放電回路の変形例であり、図５におけるスイッチ素子（トランジスタ）をＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）に変更して回路を構成したものである。
図１６におけるＭＯＳＦＥＴ２７１０は、そのゲート電圧が２〜３Ｖ程度で動作を開始する。ツェナ(ーを略しました)ダイオード２６４は、ＭＯＳＦＥＴ２７１０の最大ゲート電圧が上昇しすぎないようにＭＯＳＦＥＴ２７１０のゲートを保護するための耐圧用の素子である。なお、本例ではＭＯＳＦＥＴのゲートの耐圧として約２０Ｖの素子を適用したので、その耐圧にあわせて、ツェナダイオード２６４としては１５〜２０Ｖのものを適用している。なお、図６のもう一つのＭＯＳＦＥＴ２７２０についても、ツェナダイオード２６６が同様の目的で設けられており、その動作についてはＭＯＳＦＥＴ２７１０の動作と同様であるため説明は省略する。また、本例の回路の動作は、スイッチ素子周辺の回路構成が異なるのみで実施例２で説明した動作と同様であるため、動作説明は省略する。
本例のように、スイッチ素子をＭＯＳＦＥＴで構成した場合、図５のようなトランジスタを使用した場合に比べて、抵抗２２１の抵抗値を高く設定することができる。つまり、本例によれば、更に、放電抵抗（放電回路）による消費電力を低減することができる。

＜本発明の放電回路を用いた電源の適用例＞
上記の実施例で説明した電源の一例として、装置の駆動部としてのモータや制御部であるコントローラ（ＣＰＵやメモリなどを含む）に電力を供給する低圧電源がある。このような低圧電源を、例えば、記録材に画像を形成する画像形成装置の低圧電源として適用することができる。以下に、画像形成装置の低圧電源として適用する場合の例について説明する。

図１８（ａ）に画像形成装置の一例であるレーザビームプリンタの概略構成を示す。レーザビームプリンタ１０は、画像形成部１１として潜像が形成される像担持体としての感光ドラム１２、感光ドラムに形成された潜像をトナーで現像する現像部１３を備えている。そして感光ドラム１２に現像されたトナー像をカセット１４から供給された記録媒体としてのシート（不図示）に転写して、シートに転写したトナー像を定着器１５で定着してトレイ１６に排出する。また、図１８（ｂ）画像形成装置の制御部としてのコントローラと駆動部としてのモータへの電源からの電力供給ラインを示す。前述の電流共振電源は、このような画像形成動作を制御するＣＰＵ１７ａを有するコントローラ１７への電力供給、また、画像形成のための駆動部としてのモータ１８ａ及びモータ１８ｂに電力を供給する低圧電源として適用できる。供給する電力としては、コントローラ１７へは３．３Ｖ、モータへは２４Ｖを供給する。例えばモータ１８ａはシートを搬送する搬送ローラを駆動するモータ、モータ１８ｂは定着器１５を駆動するモータである。このような画像形成装置の低電圧電源として、上記の電源を適用した場合でも、上記実施例と同様、ＡＣコンセントを抜いたときは、低電圧電源のＸコンデンサの残留電荷を速やかに放電することができる。また、従来の定電圧電源よりも消費電力を低減することができる。なお、上記実施例で説明した電源は、ここで示した画像形成装置に限らず他の電子機器の電源としても適用可能である。

１００ 放電回路
１０１ 商用交流電源
１０２ フィルタ回路
１０３ ダイオードブリッジ
１２０ 放電抵抗
１２１、１２２ 抵抗
１４０ Ｘコンデンサ
１７０ 双方向サイリスタ

Claims (16)

1. 商用交流電源から入力される交流電圧の入力ライン間に接続されるノイズ低減用の容量素子の電圧を放電する放電回路において、
   前記入力ライン間に接続されたフィルタ部と、
   前記フィルタ部によって動作が制御されるスイッチ部と、
   前記スイッチ部がオンしたときに、前記容量素子の電圧を放電する放電部と、
   を備えたことを特徴とする放電回路。
2. 前記フィルタ部は、前記ライン間に直列に接続される抵抗とコンデンサを有し、
   前記フィルタ部の時定数は、入力される前記交流電圧の周期よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の放電回路。
3. 前記スイッチ部と前記放電部は、前記ライン間に直列に接続されており、
   前記フィルタ部の前記抵抗と前記コンデンサの間に前記スイッチ部が接続されることを特徴とする請求項２に記載の放電回路。
4. 前記放電部は、抵抗素子であって、
   前記フィルタ部の前記抵抗し誌の抵抗値は、前記放電部の抵抗素子の抵抗値よりも大きいことを特徴とする請求項２または３に記載の放電回路。
5. 前記スイッチ部は、双方向に電流を流すことができる双方向サイリスタであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の放電回路。
6. 前記スイッチ部は、一方向に電流を流す第１のトランジスタと前記第１のトランジスタとは逆方向に電流を流す第２のトランジスタを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の放電回路。
7. 前記スイッチ部は、前記第１のトランジスタに接続された第１のフィルタ部と、前記第２のトランジスタに接続された第２のフィルタ部とを有することを特徴とする請求項６に記載の放電回路。
8. 商用交流電源から入力される交流電圧の入力ライン間に接続されるノイズ低減用の容量素子の電圧を放電する放電回路において、
   前記入力ライン間に接続された整流部と、
   前記整流部に接続された放電部と、
   前記放電部に接続されたフィルタ部と、
   前記フィルタ部によって動作が制御されるスイッチ部と、を有し、
   前記スイッチ部がオンしたときに、前記放電部により前記容量素子の電圧を放電することを特徴とする放電回路。
9. 前記整流部は、前記入力ライン間に直列に接続される２つのダイオードであって、放電部は、前記２つのダイオードの間に接続されることを特徴とする請求項８に記載の放電回路。
10. 前記スイッチ部は、ＦＥＴを含むことを特徴とする請求項８または９に記載の放電回路。
11. 更に、前記フィルタ部からの出力を基準値と比較する比較部と、
    前記比較部の出力を伝達する伝達部と、を含むことを特徴とする請求項８または９に記載の放電回路。
12. 前記整流部からの出力を検知して前記スイッチ部をオンする制御部を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかの項に記載の放電回路。
13. 商用交流電源から入力される交流電圧を整流及び平滑して電圧を出力する電源において、入力される前記交流電圧を整流する整流部と、
    前記整流部と前記交流電圧の入力部との間に接続されたノイズ低減用の容量素子と、
    前記容量素子と前記整流部との間に設けられた放電回路と、を備え、
    前記放電回路は、
    前記入力ライン間に接続されたフィルタ部と、
    前記フィルタ部によって動作が制御されるスイッチ部と、
    前記スイッチ部がオンしたときに、前記容量素子の電圧を放電する放電部と、
    を備えたことを特徴とする電源。
14. 請求項１３に記載の前記電源を備えた画像形成装置であって、
    画像形成動作を制御する制御部を備え、
    前記電源から前記制御部に電圧が供給されることを特徴とする画像形成装置。
15. 商用交流電源から入力される交流電圧を整流及び平滑して電圧を出力する電源において、
    入力される前記交流電圧を整流する整流部と、
    前記整流部と前記交流電圧の入力部との間に接続されたノイズ低減用の容量素子と、
    前記容量素子と前記整流部との間に設けられた放電回路と、を備え、
    前記放電回路は、
    前記入力ライン間に接続された整流部と、
    前記整流部に接続された放電部と、
    前記放電部に接続されたフィルタ部と、
    前記フィルタ部によって動作が制御されるスイッチ部と、を有し、
    前記スイッチ部がオンしたときに、前記放電部により前記容量素子の電圧を放電することを特徴とする電源。
16. 請求項１５に記載の前記電源を備えた画像形成装置であって、
    画像形成動作を制御する制御部を備え、
    前記電源から前記制御部に電圧が供給されることを特徴とする画像形成装置。