JP2017212795A - コンデンサ放電回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】コンデンサを用いて交流電圧を検出し、小型化を図るコンデンサ放電回路。【解決手段】整流素子DB1、交流電源間に接続されたコンデンサC1の一端に第1ダイオードD1のアノードが接続され、コンデンサの他端に第2ダイオードD2のアノードが接続され、各ダイオードのカソードが共通接続され、カソード及び整流素子のグランド端子間にコンデンサを放電させる第1放電回路R1,Q1、交流電源の一端及び整流素子のグランド端子間に第1コンデンサC2と第2コンデンサC3とが直列に接続された直列回路、整流素子のグランド端子側に接続された第2コンデンサの両端電圧の絶対値が所定の電圧以上にならないように第2コンデンサを放電させる第2放電回路Q2,CP1,CP2,V1,V2、第2放電回路の放電動作が停止した時から所定の期間が経過した後に、第1放電回路を動作させる所定期間生成部11を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、交流電源ライン間に接続されたコンデンサに蓄えられた電荷を放電するコンデンサ放電回路に関する。
従来、電気機器の電源回路には、アクロスザラインコンデンサ(Xコンデンサと略する。)と呼ばれる不要輻射を回避するコンデンサが交流電源の両端間に設けられている。従来、Xコンデンサを備えたコンデンサ放電回路として、特許文献1に記載されたものが知られている。
このコンデンサ放電回路は、交流電源ライン間に接続されたXコンデンサと、交流電源ライン間に接続され交流電源の電圧を検出するための第1コンデンサと第2コンデンサとの直列回路とを備える。この直列回路には、第3コンデンサと第1抵抗と第2抵抗の第1時定数回路が接続されるとともに、第4コンデンサと第3抵抗と第4抵抗の第2時定数回路が接続される。第1時定数回路の時定数は、第2時定数の時定数よりも小さく設定されているため、第3コンデンサの電荷は、第4コンデンサの電荷よりも早く放電する。
第1時定数回路及び第2時定数回路の出力にはトランジスタが接続される。Xコンデンサの両端間には、放電抵抗と第1スイッチと第2スイッチとの直列回路が接続され、トランジスタのコレクタは、第1スイッチと第2スイッチとのゲートに接続され、トランジスタのエミッタは、第1スイッチと第2スイッチとの接続点に接続される。
ここで、プラグが商用電源から引き抜かれた場合には、第3コンデンサの電荷が第1抵抗と第2抵抗を介して放電し、トランジスタがオフしても第4コンデンサの電荷は残される状態となる。このため、第4コンデンサに残された電荷により、第4コンデンサの電圧が、第1スイッチと第2スイッチのゲートに印加される。
これにより、第1スイッチと第2スイッチがオンし、Xコンデンサの電荷は、放電抵抗を介して放電する。従って、電源回路の入力端子間の電位差はなくなり、ユーザがプラグを触れることによる感電を回避することができる。
また、商用電源がオフ時に、Xコンデンサに残った電荷を放電させるために、交流電圧検出が行われるが、一般的に商用電源の電圧を抵抗で分圧して交流電圧検出が行われている。
特許第4446136号公報
しかしながら、特許文献1に記載されたコンデンサ放電回路では、交流電源ライン間に接続された第1コンデンサと第2コンデンサとの直列回路の容量が比較的大きくなり、直列回路と時定数回路とコンデンサとを合せて3つ以上の構成が必要となり、コンデンサ放電回路の小型化を図ることができなかった。
また、商用電源の電圧を抵抗で分圧して交流電圧検出を行う場合には、抵抗損失が発生してしまい、待機電力を削減できない。また、抵抗で交流電圧検出を行う場合には、抵抗が高抵抗値である必要があり、プロセス上の工夫が必要となり、抵抗の実装面積が大きくなる。
本発明の課題は、コンデンサを用いて交流電圧を検出し、小型化を図ることができるコンデンサ放電回路を提供することにある。
本発明に係るコンデンサ放電回路は、交流電源間に接続されたコンデンサと、前記交流電源の交流電圧を全波整流し整流出力を負荷に供給する整流素子と、前記コンデンサの一端に第1ダイオードのアノードが接続され、前記コンデンサの他端に第2ダイオードのアノードが接続され、各ダイオードのカソードが共通接続され、前記カソード及び前記整流素子のグランド端子間に前記コンデンサを放電させる第1放電回路と、前記交流電源の一端及び前記整流素子のグランド端子間に第1コンデンサと第2コンデンサとが直列に接続された第1直列回路と、前記整流素子のグランド端子側に接続された前記第2コンデンサの両端電圧の絶対値が所定の電圧以上にならないように前記第2コンデンサを放電させる第2放電回路と、前記第2放電回路の放電動作が停止した時から所定の期間が経過した後に、前記第1放電回路を動作させる所定期間生成部とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、第2放電回路の放電動作が停止した時から所定の期間が経過した後に、第1放電回路を動作させるので、第1放電回路は、ダイオードのカソード及び整流素子のグランド端子間にコンデンサを放電させる。第1コンデンサと第2コンデンサを用いて交流電圧を検出するので、コンデンサ放電回路が簡単になり、コンデンサ放電回路の小型化を図ることができる。
本発明の実施例1に係るコンデンサ放電回路の回路構成を示す図である。 本発明の実施例1に係るコンデンサ放電回路の充電時の経路を示す図である。 本発明の実施例1に係るコンデンサ放電回路の放電時の経路を示す図である。 本発明の実施例1に係るコンデンサ放電回路の各部の波形を示すタイミングチャートである。 本発明の実施例2に係るコンデンサ放電回路の回路構成を示す図である。 本発明の実施例2に係るコンデンサ放電回路の各部の波形を示すタイミングチャートである。 本発明の実施例3に係るコンデンサ放電回路の回路構成を示す図である。 本発明の実施例3に係るコンデンサ放電回路の各部の波形を示すタイミングチャートである。
以下、本発明の実施の形態のコンデンサ放電回路について、図面を参照しながら詳細に説明する。
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1に係るコンデンサ放電回路の回路構成を示す図である。図1において、コンデンサ放電回路は、交流電源AC、コンデンサC1,C2,C3、ダイオードD1,D2,Da〜Dd、スイッチング素子Q1,Q2、抵抗R1、基準電源V1,V2、コンパレータCP1,CP2、オア回路OR1、負荷10、タイマー11を備える。スイッチング素子Q1,Q2は、N型のMOSFETからなる。スイッチング素子Q1は、本発明の第1スイッチング素子に対応する。スイッチング素子Q2は、本発明の第2スイッチング素子に対応する。
交流電圧を発生する交流電源ACの両端にはXコンデンサからなるコンデンサC1が接続され、コンデンサC1の両端にはダイオードブリッジ回路DB1が接続される。ダイオードブリッジ回路DB1は、本発明の整流素子に対応し、ブリッジ接続された4つのダイオードDa〜Ddからなる。
コンデンサC1の一端にはダイオードDdのカソードとダイオードDaのアノードが接続される。コンデンサC1の他端にはダイオードDcのカソードとダイオードDbのアノードが接続される。ダイオードDdのアノードは、ダイオードDcのアノードに接続され、ダイオードDaのカソードは、ダイオードDbのカソードに接続される。
コンデンサC1の一端にはダイオードD1(本発明の第1ダイオードに対応)のアノードが接続され、ダイオードD1のカソードは、抵抗R1の一端に接続される。コンデンサC1の他端にはダイオードD2(本発明の第2ダイオードに対応)のアノードが接続され、ダイオードD2のカソードは、抵抗R1の一端及びダイオードD1のカソードに接続される。
ダイオードD1、ダイオードD2、抵抗R1及びスイッチング素子Q1は、本発明の第1放電回路に対応する。第1放電回路は、ダイオードD1,D2及びダイオードブリッジ回路DB1のグランド端子(ダイオードDcのアノード端子)間にコンデンサC1を放電させる。
ダイオードDaのカソードとダイオードDbのカソードとは、負荷10の一端に接続され、ダイオードDdのアノードとダイオードDcのアノードとは、負荷10の他端に接続される。
交流電源ACの一端及びダイオードブリッジ回路DB1のグランド端子間(ダイオードDcのアノード端子)に、コンデンサC2(本発明の第1コンデンサに対応)とコンデンサC3(本発明の第2コンデンサに対応)とが直列に接続されている。
コンデンサC1の他端には、コンデンサC2の一端が接続され、コンデンサC2の他端は、コンデンサC3の一端とスイッチング素子Q2のドレインとコンパレータCP1の非反転入力端子(+)とコンパレータCP2の反転入力端子(−)とに接続される。
コンデンサC3の他端は、ダイオードDdのアノードとダイオードDcのアノードとスイッチング素子Q2のソースと基準電源V1の負極と基準電源V2の正極とスイッチング素子Q1のソースと負荷10の他端に接続される。
コンパレータCP1は、非反転入力端子がコンデンサC2とコンデンサC3との接続点に接続され、反転入力端子が基準電源V1の正極に接続される。基準電源V1は、例えば、0.1Vの直流電圧である。コンパレータCP1の出力端子は、オア回路OR1の入力端子に接続される。
コンパレータCP2は、反転入力端子がコンデンサC2とコンデンサC3との接続点に接続され、非反転入力端子が基準電源V2の負極に接続される。基準電源V2は、例えば、0.1Vの直流電圧である。コンパレータCP2の出力端子は、オア回路OR1の入力端子に接続される。オア回路OR1の出力端子は、スイッチング素子Q2のゲートとタイマー11のリセット端子Rに接続される。
コンパレータCP1、コンパレータCP2、基準電源V1、基準電源V2、オア回路OR1、スイッチング素子Q2は、本発明の第2放電回路に相当する。第2放電回路は、コンデンサC3の両端電圧の絶対値が所定の電圧以上、例えば0.1V以上にならないようにコンデンサC3を放電させる。
タイマー11は、本発明の所定期間生成部に相当する。タイマー11は、コンデンサC3の放電動作が停止した時から所定の期間が経過した後に、第1放電回路の一部であるスイッチング素子Q1をオンさせる。
具体的には、タイマー11は、オア回路OR1からLレベルを入力した時からタイマー内部電圧を上昇させ、タイマー内部電圧がタイマー閾値に達したとき、即ち、コンデンサC3の放電動作が停止した時から所定の期間が経過したとき、交流電源ACの入力断と判断して、オン信号をスイッチング素子Q1に出力する。スイッチング素子Q1は、タイマー11からのオン信号によりオンする。
なお、前記所定の期間は、交流電源ACの半周期よりも長い。即ち、図4の時刻t4〜時刻t5の期間は、交流電源ACの半周期であり、時刻t6〜時刻t7の期間は、交流電源ACの半周期よりも長いからである。
次に、このように実施例1のコンデンサ放電回路の動作を図面を参照しながら、詳細に説明する。
まず、コンデンサC2,C3の充電時の動作を図2を参照しながら説明する。コンデンサC2,C3の充電時には、図2に示すように、交流電源AC→コンデンサC2→コンデンサC3→ダイオードDd→交流電源ACの経路で電流が流れて、コンデンサC2,C3が充電される。また、交流電源AC→ダイオードDb→負荷10→ダイオードDd→交流電源ACの経路で電流が流れる。
次に、コンデンサC2,C3の放電時の動作を図3を参照しながら説明する。この場合には、交流電源AC→ダイオードDa→負荷10→コンデンサC3,C2→交流電源ACの経路で電流が流れる。コンデンサC3,C2の放電が完了すると、ダイオードDcがオンする。
次に、図4に示すタイミングチャートを参照しながら各部の動作を説明する。図4において、P1はコンデンサC2の電圧、P2はコンデンサC3の電圧、CP1はコンパレータCP1の出力電圧、CP2はコンパレータCP2の出力電圧、タイマー内部電圧、Q1はスイッチング素子Q1のオンオフ出力を示す。
まず、交流電源ACの電圧が上昇すると、図4に示すように、時刻t1からt2において、コンデンサC2の電圧P1も半波の正弦波で上昇し、+dV/dtで変化していく。
コンデンサC2の電圧P1が+dV/dtで変化していくと、コンデンサC3の電圧P2も+dV/dtと容量分圧比とに応じて上昇していく。このため、電圧P2が基準電源V1の電圧0.1Vを超えると、コンパレータCP1は、Hレベルをオア回路OR1に出力する。このため、オア回路OR1はHレベルをスイッチング素子Q2のゲートに印加するので、スイッチング素子Q2がオンする。このため、コンデンサC3の電荷が放電する。
さらに、電圧P1が上昇することで、コンデンサC3が充電されて、電圧P2が基準電源V1の電圧0.1Vを超えると、コンパレータCP1は、Hレベルを出力してスイッチング素子Q2がオンするため、コンデンサC3の電荷が放電する。このため、電圧P2は、時刻t1〜t2において、図4に示すように充放電を繰り返す。また、コンパレータCP1の出力は、HレベルとLレベルとが繰り返されるパルス信号となる。タイマー11は、オア回路OR1を介したパルス信号によりタイマー内部電圧もパルス信号となる。
次に、交流電源ACの電圧が下降すると、図4に示すように、時刻t3からt4において、コンデンサC2の電圧P1も半波の正弦波で下降し、−dV/dtで変化していく。
コンデンサC2の電圧P1が−dV/dtで変化していくと、コンデンサC3の電圧P2も−dV/dtと容量分圧比とに応じて下降していく。このため、電圧P2が基準電源V2の電圧−0.1Vを超えると、コンパレータCP2は、Hレベルをオア回路OR1に出力する。このため、オア回路OR1はHレベルをスイッチング素子Q2のゲートに印加するので、スイッチング素子Q2がオンする。このため、コンデンサC3の電荷が放電する。
さらに、電圧P1が下降することで、コンデンサC3が放電されて、電圧P2が基準電源V2の電圧−0.1Vを超えると、コンパレータCP2は、Hレベルを出力してスイッチング素子Q2がオンするため、コンデンサC3の電荷が放電する。このため、電圧P2は、時刻t3〜t4において、図4に示すように充放電を繰り返す。また、コンパレータCP2の出力は、HレベルとLレベルとが繰り返されるパルス信号となる。タイマー11は、オア回路OR1を介したパルス信号によりタイマー内部電圧がパルス信号となる。
次に、時刻t4〜時刻t5では、コンデンサC2の電圧P1がゼロとなると、コンパレータCP1は、Lレベルをオア回路OR1に出力する。このため、タイマー11は、時刻t4〜時刻t5までタイマー内部電圧を上昇させていく。時刻t5になると、時刻t1と同様に電圧P1が上昇するので、それ以降の動作は、時刻t1から時刻t4の動作と同じである。
そして、時刻t6において、交流電源ACがオフされると、即ち、プラグが引き抜かれると、コンデンサC2の電圧P1の電圧は、保持される。このとき、コンデンサC3の電圧P2は、0.1V近傍となるので、オア回路OR1は、Lレベルをタイマー11に出力する。
このため、タイマー11は、時刻t6〜時刻t7までタイマー内部電圧を上昇させていく。時刻t7になると、タイマー内部電圧がタイマー閾値になるので、タイマー11は、オン信号をスイッチング素子Q1のゲートに出力する。
すると、時刻t7にスイッチング素子Q1はオンするので、コンデンサC1→ダイオードD1→放電抵抗R1→スイッチング素子Q1→ダイオードDc→コンデンサC1の経路で電流が流れる。これにより、コンデンサC1の電荷を放電させることができるので、ユーザがプラグを触れることによる感電を回避することができる。
このように実施例1のコンデンサ放電回路によれば、2つの電圧検出用のコンデンサC2,C3を用いて交流電圧を検出するので、コンデンサ放電回路が簡単になり、コンデンサ放電回路の小型化を図ることができる。このため、コンデンサ放電回路をIC(集積回路)に内蔵し易くなる。
また、2つの電圧検出用のコンデンサC2,C3を用いて交流電圧を検出することで、検出抵抗での損失をなくし、さらなる待機電力を削減できる。また、検出抵抗として高抵抗値を有する抵抗が不要となり、コンデンサ放電回路のチップ面積も小型化が可能となる。
なお、放電手段として、放電抵抗R1を用いたが、起動回路を介してコンデンサC1の電荷を放電してもよい。
(実施例2)
図5は、本発明の実施例2に係るコンデンサ放電回路の回路構成を示す図である。図5に示す実施例2に係るコンデンサ放電回路は、図1に示す実施例1に係るコンデンサ放電回路に対して、以下の構成が異なる。
実施例2に係るコンデンサ放電回路は、実施例1に係るコンデンサ放電回路の基準電源V1と基準電源V2の代わりに、抵抗R3〜R5、基準電源Vrefを設けたことを特徴とする。
コンデンサC3の他端には、抵抗R4(本発明の第1抵抗に対応)の一端が接続され、抵抗R4の他端には、抵抗R5(本発明の第2抵抗に対応)の一端が接続されている。抵抗R5の他端は、ダイオードDdのアノードとダイオードDcのアノードとに接続される。
スイッチング素子Q2のソースには抵抗R3(本発明の第3抵抗に対応)の一端が接続され、抵抗R3の他端は抵抗R2(本発明の第4抵抗に対応)の一端に接続される。抵抗R2の他端は、基準電源Vref(本発明の基準電源に対応)の正極に接続され、基準電源Vrefの負極は、ダイオードDdのアノードとダイオードDcのアノードとに接続される。
コンパレータCP1の非反転入力端子とコンパレータCP2の反転入力端子とは、コンデンサC3の一端とスイッチング素子Q2のドレインに接続される。コンパレータCP1の反転入力端子は、抵抗R3の他端と抵抗R2の一端とに接続される。コンパレータCP2の非反転入力端子は、抵抗R4の他端と抵抗R5の一端とに接続される。
なお、抵抗R4とコンデンサC3の接続点の電圧がP3であり、抵抗R2と抵抗R3との接続点の電圧がP4であり、抵抗R5と抵抗R4との接続点の電圧がP5である。
図6は、本発明の実施例2に係るコンデンサ放電回路の各部の波形を示すタイミングチャートである。図6に示すP1、CP1、CP2、タイマー内部電圧、Q1は、図4に示すそれらと同じである。図4では、コンデンサC3の電圧P2が基準電源V2の電圧−0.1V〜基準電源V1の電圧+0.1Vの範囲で変化した。
実施例2に係るコンデンサ放電回路では、第2放電回路としてのコンパレータCP1,CP2、スイッチング素子Q2、オア回路OR1は、コンデンサC3の両端電圧の絶対値が抵抗R2と抵抗R3との接続点における電圧P4以上にならないようにコンデンサC3を放電させ、又は抵抗R4と抵抗R5との接続点における電圧P5以下にならないようにコンデンサC3を放電させる。
この場合、抵抗R2と抵抗R3との接続点の電圧P4がコンパレータCP1の基準電源の電圧となる。抵抗R5と抵抗R4との接続点の電圧P5がコンパレータCP2の基準電源の電圧となる。このため、図6に示すコンデンサC3の電圧は、抵抗R5の電圧P5〜抵抗R2の電圧P4の範囲で変化する。
実施例2に係るコンデンサ放電回路のその他の動作は、実施例1に係るコンデンサ放電回路の動作と同様であるので、その説明は省略する。また、実施例2に係るコンデンサ放電回路においても、実施例1に係るコンデンサ放電回路の効果と同様な効果が得られる。
(実施例3)
図7は、本発明の実施例3に係るコンデンサ放電回路の回路構成を示す図である。図7に示す実施例3に係るコンデンサ放電回路は、図1に示す実施例1に係るコンデンサ放電回路に対して、以下の構成が異なる。
実施例3に係るコンデンサ放電回路は、実施例1に係るコンデンサ放電回路のコンパレータCP2と基準電源V2、及びオア回路OR1の代わりに、ダイオードD3を設けたことを特徴とする。
コンパレータCP1の出力は、タイマー11のリセット端子Rに接続される。スイッチング素子Q2のドレインにダイオードD3のカソードが接続され、ソースにはアノードが接続される。基準電源V1は、ダイオードD3の順方向電圧よりも高い、例えば1Vの電圧に変更される。
図8は、本発明の実施例3に係るコンデンサ放電回路の各部の波形を示すタイミングチャートである。図8に示すP1、CP1、タイマー内部電圧、Q1は、図4に示すそれらと類似している。図4では、コンデンサC3の電圧P2が基準電源V2の電圧−0.1V〜基準電源V1の電圧+0.1Vの範囲で変化した。
実施例3に係るコンデンサ放電回路では、第2放電回路としてのコンパレータCP1、スイッチング素子Q2は、コンデンサC3の両端電圧の正極値が基準電圧V1以上にならないようにコンデンサC3を放電させる。また、コンデンサC3の両端電圧の負極値は、ダイオードD3の順方向電圧でクランプされる。
即ち、実施例3に係るコンデンサ放電回路では、コンデンサC3の充電時のコンデンサC3の電圧P2の+dV/dt時のみスイッチング素子Q2により放電される点で、実施例1とは異なる。従って、タイマー内部電圧の上昇するタイミングは、早まり、タイマー内部電圧は、時刻t2〜t5にかけて上昇する。このため、実施例1と比較してタイマー閾値に達するまでの時間を、交流電源ACの半周期以上から3/4周期以上に変更する必要がある。
なお、タイマー閾値を変更することにより、実施例3に係るコンデンサ放電回路においても、実施例1に係るコンデンサ放電回路の効果と同様な効果が得られる。
(実施例の応用)
以上の実施例の応用として、負荷にスイッチング電源装置を接続し、該スイッチング電源装置の制御回路の中に本発明のコンデンサ放電回路を組み込み、制御回路を集積回路としても良い。
また、上述のタイマー11は時定数回路で説明したが、時定数回路の代わりに、カウンタ回路で構成しても良い。
AC 交流電源
R1〜R5 抵抗
C1,C2,C3 コンデンサ
D1,D2,D3、Da〜Dd ダイオード
Q1,Q2 スイッチング素子
V1,V2,Vreg 基準電源
CP1,CP2 コンパレータ
OR1 オア回路
10 負荷
11 タイマー

Claims (5)

  1. 交流電源間に接続されたコンデンサと、
    前記交流電源の交流電圧を全波整流し整流出力を負荷に供給する整流素子と、
    前記コンデンサの一端に第1ダイオードのアノードが接続され、前記コンデンサの他端に第2ダイオードのアノードが接続され、各ダイオードのカソードが共通接続され、前記カソード及び前記整流素子のグランド端子間に前記コンデンサを放電させる第1放電回路と、
    前記交流電源の一端及び前記整流素子のグランド端子間に第1コンデンサと第2コンデンサとが直列に接続された第1直列回路と、
    前記整流素子のグランド端子側に接続された前記第2コンデンサの両端電圧の絶対値が所定の電圧以上にならないように前記第2コンデンサを放電させる第2放電回路と、
    前記第2放電回路の放電動作が停止した時から所定の期間が経過した後に、前記第1放電回路を動作させる所定期間生成部と、
    を備えることを特徴とするコンデンサ放電回路。
  2. 前記所定の期間は、前記交流電源の半周期よりも長いことを特徴とする請求項1記載のコンデンサ放電回路。
  3. 前記整流素子のグランド端子側に接続された前記第2コンデンサ及び前記整流素子のグランド端子間に第1抵抗と第2抵抗とが直列に接続された第2直列回路と、
    前記第2コンデンサ及び前記整流素子のグランド端子間に第3抵抗と第4抵抗と基準電源とが直列に接続され、前記基準電源のグランド端子が前記整流素子のグランド端子に接続された第3直列回路と、
    を備え、
    前記第2放電回路は、前記第2コンデンサの両端電圧の絶対値が前記所定の電圧として、前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続点における電圧以下にならないように前記第2コンデンサを放電させ、又は前記第3抵抗と前記第4抵抗との接続点における電圧以上にならないように前記第2コンデンサを放電させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のコンデンサ放電回路。
  4. 前記第1放電回路は、前記各ダイオードのカソードに接続された放電抵抗と、
    前記放電抵抗に直列に接続され、前記所定期間生成部からの信号によりオン動作する第1スイッチング素子と、
    を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のコンデンサ放電回路。
  5. 前記第2放電回路は、前記第2コンデンサ電圧が+dV/dt時のみ放電させ、前記所定の期間は、前記交流電源の3/4周期よりも長いことを特徴とする請求項1記載のコンデンサ放電回路。
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