JP2019126236A - 電源回路の突入電流抑制装置及び突入電流抑制装置を用いた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源回路におけるサーミスタの並列リレーの頻繁な作動を防止させるとともに簡単な制御回路でリレーを作動できサーミスタの通電時間を適切なものにできる電源回路の突入電流抑制装置及び突入電流抑制装置を用いた画像表示装置を提供する。【解決手段】電源回路の突入電流抑制装置は、商用交流電源１０が一次側に供給されると共に商用交流電源を二次側の負荷に対応する電圧又は電流に変換して供給する電源変換手段１６と、商用交流電源の投入時に発生する突入電流を抑制するため交流ラインに挿入されたサーミスタ１８と、サーミスタに並列にリレー接点が配置されたリレー回路部２０と、リレー回路部のリレー接点のオン／オフを制御するものであって、電源変換手段の一次側に対する電圧の供給開始時にリレー接点をオフ状態とし、開始時から一定時間後にリレー接点をオン状態とするリレー制御手段２２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電源回路でオン／オフ時の突入電流を緩和する突入電流抑制装置及び突入電流抑制装置を用いたテレビジョン等の画像表示装置に関する。

従来、テレビジョン等の機器の電源に用いる電源回路においては、商用交流電源に接続時の突入電流を抑止する部品としてサーミスタを使用している。

一方、接続後に時間が経過して通常動作時になった後もサーミスタに電源が接続されていると、サーミスタに大電流が流れてサーミスタが発熱することから、通常動作時には、サーミスタに並列に接続したリレーによってサーミスタの両端子をショートさせることで温度上昇を抑えている。

図４は、ＡＣ／ＤＣコンバータの電源回路に設けた突入電流抑制装置の概略説明図である。図４に示すように、電源回路では、供給される商用交流電源ａがサーミスタｂを経由して整流ブリッジｃで整流されて直流電圧となり、直流電圧が電解コンデンサからなる平滑コンデンサｄで平滑されて直流電源出力となる。直流電源出力が図示しないスイッチング素子でチョッピングされて高周波電圧となってトランス（高周波トランス）ｅに供給され、トランスｅを介して二次側で図示しないダイオード及び整流コンデンサなどで所定の直流電圧・電源に変換される。二次側で変換された直流電力が制御用マイコン（マイクロコンピュータ）ｍに供給される。

電源回路には、スイッチング素子を作動させて、トランスｅ一次側に印加する高周波電圧を制御するための、電源制御ＩＣ（集積回路）ｆが設けられる。電源制御ＩＣｆには、商用交流電源ａからダイオードｇ1及び抵抗素子ｈを介して入力され、また、トランスｅの電圧値がサブ巻き線ｅ１からダイオードｇ２を経由して入力される。

ここで、電源回路の突入電流抑制装置は、サーミスタｂに並列に接続した（電磁リレーの）リレー接点ｋ１のオン／オフで行う。トランスｅの二次側は所定値の直流電圧・電源となりそれが制御用マイコンｍに供給される。制御用マイコンｍは、初期化したならばリレー制御信号ｍ１を出力することによって電磁リレーｋのリレー接点ｋ１をオン制御する。
この場合、制御用マイコンｍは、初期化するまでサーミスタｂに商用交流電源ａを流し、その後、初期化したと判断したならば、リレー制御信号ｍ１がフォトカプラｉを介してオン／オフ回路ｊに入力する。リレー制御信号ｍ１が入力されたオン／オフ回路ｊは、サブ巻き線ｅ１の電圧を、リレーｋのコイルｋ２に制御信号として出力する。これによって、リレー接点ｋ１をオン制御してサーミスタｂの両端をショートさせるので、サーミスタｂを介さずリレー接点ｋ１を介してダイオードブリッジｃに商用交流電源ａが流れるようにしている。

テレビジョン等の機器はデジタル化され、ソフトウェアのダウンロードが頻繁に行われている。そのようなダウンロードため電源のオン／オフの回数が増えることで、電源回路内に使用しているサーミスタをショートさせるリレーの動作が頻繁に行われる。

具体的には、図４の回路で言えば、待機状態では制御用マイコンｍは作動せず、リレーｋはオフ状態である。そして、ダウンロードのために再投入する際には制御用マイコンｍが初期化した後にリレーｋがオンとなり、その後、ダウンロードが終了すると、再び待機状態でリレーｋがオフ状態となるというように、ダウンロードの度に再投入する。このように再投入の際には、再度制御用マイコンｍが初期化する手順を踏むので、再投入から初期化の時間を経て制御用マイコンｍがリレーｋのリレー接点ｋ１をオン制御する。

このように待機時にダウンロードが頻繁に行われると、制御用マイコンｍが待機から電源の立ち上がりが生じてそのたびにリレーｋが動作することになる。この頻繁な立ち上がりによってリレー接点ｋ１の動作音が頻繁に生じるので、ユーザにとって耳障りになり、また、動作回数が増えることで、製品寿命にも影響するという不具合が生じる。

不具合の対策として、リレーを使用しないか、立ち上がりの設定を変更してリレーの動作回数を減らす方法があるが、大電力対応の電源の場合、サーミスタの抵抗値を大きくすることで、突入電流を抑止する必要があるため、リレーは設ける必要性がある。

なお、電源回路のサーミスタをショートさせるリレーについて、従来、特許文献１の突入電流抑制装置が提案されている。その抑制装置は、ＰＴＣサーミスタと並列に電磁リレーを設け、電源回路の平滑用コンデンサの両端電圧をリレー制御用マイコン（マイクロコンピュータ）で監視して、監視電圧が動作基準電圧（平滑用コンデンサが十分に充電されたと看做し得る電圧）に達したら、電磁リレーをオン状態として、サーミスタの両端をショートさせる装置である。

しかしながら、特許文献１の突入電流抑制装置では、平滑用コンデンサの両端電圧を監視するリレー制御用マイコンが、制御用情報を記憶する不揮発性メモリや両端電圧と制御用情報とを比較する比較器などを使用するので構成が複雑なものである。また、平滑用コンデンサの充電が完了し動作基準電圧に達するまで時間がかかり、その間にサーミスタが発熱するので、消費電力を抑えるためサーミスタの通電時間を短くする要請があるが、その点に関して従来は解決されていなかった。

特開２０１１−１８２５６８号公報

本発明は、斯かる実情に鑑み、電源回路におけるサーミスタの並列リレーの頻繁な作動を防止させるとともに簡単な制御回路でリレーを作動できサーミスタの通電時間を適切なものにできる電源回路の突入電流抑制装置及び突入電流抑制装置を用いた画像表示装置を提供しようとするものである。

本発明は、交流ラインを通して供給される商用交流電源が一次側に供給されると共に該商用交流電源を二次側の負荷に対応する電圧又は電流に変換して供給する電源変換手段を設けた電源回路の突入電流抑制装置であって、
前記商用交流電源の投入時に発生する突入電流を抑制するため前記交流ラインに挿入されたサーミスタと、
前記サーミスタに並列にリレー接点が配置されたリレー回路部と、
前記リレー回路部のリレー接点のオン／オフを制御するものであって、前記電源変換手段の一次側に対する電圧の供給開始時に前記リレー接点をオフ状態とし、該開始時から一定時間後に前記リレー接点をオン状態とするリレー制御手段と、を備えたことを特徴とする電源回路の突入電流抑制装置である。

本発明の電源回路の突入電流抑制装置によれば、リレー制御手段が、前記電源変換手段の一次側に対する電圧の供給開始時に前記リレー接点をオフ状態とし、該開始時から一定時間後に前記リレー接点をオン状態とするので、一次側に対する電圧の供給の開始後に一定時間後にリレー接点をオン状態とするので、商用交流電源に接続されているときは、二次側の回路の制御にかかわりなく、リレー接点のオン／オフが発生しない。
したがって、二次側回路で通常動作と待機動作に応じてリレー接点を動作させた場合に比較して、電源回路におけるサーミスタの並列リレーの頻繁な作動の防止ができる。また、一次側でリレー制御の回路を構成するだけでよく簡単な制御回路でリレーを作動できサーミスタの通電時間を適切なものにできる電源回路の突入電流抑制装置を提供しようとするものである。

本発明の実施形態に係る電源回路の突入電流抑制装置の回路図である。 （ａ）が図１の電流抑制装置について回路の詳細説明図、（ｂ）が遅延回路の回路図例である。 図１の突入電流抑制装置の電圧値、電流値の例の説明図である。 従来の電源抑制装置の回路図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電源回路の突入電流抑制装置の回路図、図２（ａ）は電流抑制装置の回路の詳細説明図、（ｂ）が遅延回路例、図３は突入電流抑制装置の電圧値、電流値の例の説明図である。

実施形態に係る電源回路の突入電流抑制装置は、テレビジョン等の画像表示装置の電源回路に用いるものであって、図１、図２に示すように、電灯線等の交流ラインを通して供給される商用交流電源１０が直流化後に高周波化されて一次側１２ｐに供給されると共に商用交流電源を二次側１２ｓの二次側回路１４に対応する電圧に変換するトランス１２を設けた電源変換手段１６と備えた電源回路に設けた突入電流抑制装置である。

突入電流抑制装置は、商用交流電源１０の投入時に発生する突入電流を抑制するため、商用交流電源１０と電源回路の整流手段２４との間に接続されるサーミスタ１８と、サーミスタ１８に並列にリレー接点２０ａが配置されたリレー回路部２０と、リレー回路部２０のコイル２０ｂに信号を入力してリレー接点２０ａのオン／オフを制御するものであって、電源変換手段１６の一次側に対する電圧の供給開始時にリレー接点２０ａをオフ状態とし、電圧の供給開始から所定時間後にリレー接点２０ａをオン状態とするディレイ回路（遅延回路）を備えたリレー制御手段２２とを備えたものである。

整流手段２４は、整流ダイオードがブリッジ接続されたものであり、交流側端子２４ａ、２４ａにサーミスタ１８又はリレー接点２０ａを経由した商用交流電源１０が入力され、全波整流後の直流電圧を直流側端子２４ｄ、２４ｄから平滑用コンデンサ２４ｐによって脈動を無くした直流電源を出力する。

電源回路には、図２に示すように、その出力電圧を制御する電源制御ＩＣ（集積回路）２６が設けられる。電源制御ＩＣ２６は、商用交流電源１０の電圧を検出すると共に、トランス１２から検出用電源を三次巻き線（サブ巻き線）１２ｔから検出する。そして、電源制御ＩＣ２６は、ＦＥＴ（電解効果トランジスタ）からなるスイッチング素子１６ｓｗを駆動して、トランス１２の二次側１２ｓの出力を制御するものである。電源回路は、一例としてＡＣ／ＤＣコンバータでありＰＷＭ方式のフライバックコンバータの回路例を挙げている。なお、符号２８ａ、２８ｂはダイオード、３０は抵抗であり、検出用としてのものである。また符号Ｇはグランド（接地）である。

電源回路は、図２（ａ）に詳細に示すように、交流ラインを介して供給される商用交流電源１０を整流するダイオードブリッジ回路からなる整流手段２４と、整流手段２４によって整流した後の電圧を平滑する電解コンデンサからな平滑コンデンサ２４ｐと、平滑コンデンサ２４ｐをチョッピングした電圧がトランス１２の一次側１２ｐに供給され、変圧後の二次側１２ｓの電圧を二次側回路１４の整流手段等で整流した直流電圧を負荷に供給する電源変換手段１６とを備えたものである。

電源変換手段１６にはトランス１２を設けており、リレー制御手段２２は、トランス１２の一次側巻線１２ｐに平滑コンデンサ２４ｐを経由した電流が供給／非供給されたときに、商用交流電源が投入／非投入されたとしてリレー回路部２０のリレー接点２０ａのオン／オフを制御するものである。

リレー制御手段２２において、トランス１２が三次巻線１２ｔを有し、三次巻線１２ｔの電圧は、トランス１２の一次側巻線１２ｐに平滑コンデンサ２４ｐを経由した電流が供給されたときに出力されるものである。つまり、商用交流電源１０が投入されたときに出力されるものであり、この電源の投入時点から遅延回路で遅延した信号をリレー回路部２０のコイル２０ｂに入力してリレー接点２０ａのオン／オフを制御するようになっている。

リレー制御手段２２は、電源投入からリレー接点２０ａがオンするまでの遅延時間が２ｍｓ〜５０ｍｓと遅延回路にできる。

遅延回路の例を図２（ｂ）に示している。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、ツェナーダイオードＤｚ、ダイオードＤ、抵抗Ｒ１〜Ｒ５、コンデンサＣによるディレイ回路である。Ａ端子の電圧入力の有った時点から、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の特性や抵抗Ｒ１〜Ｒ５及びコンデンサＣで設定される遅延時間後にＢ端子からリレー回路部２０に向けてリレー接点２０ａの作動信号が出力される。したがって、商用交流電圧が印加されて設定される遅延時間後にサーミスタ１８をショートさせる。

実施形態に係る電源回路の突入電流抑制装置によれば、リレー制御手段２２が、電源変換手段１６のトランス一次側１２ｐに対する電圧の供給開始時にリレー接点２０ａをオフ状態としその開始から一定時間後（所定時間後）にリレー接点２０ａをオン状態とする。したがって、トランス一次側１２ｐに対する電圧の供給の開始後に一定時間経過したならばリレー接点２０ａがオン状態となるので、商用交流電源１０に接続され続けている間は、二次側１２ｓの回路の制御にかかわりなく、リレー接点２０ａのオン／オフが発生しない。

よって、実施形態によれば、通常動作と待機動作に応じてリレー接点２０ａを動作させた場合に比較して、商用交流電源１０投入時から設定時間でリレー接点２０ａがオンするため、リレー接点の作動が繰り返さず、動作回数を減らすことができる。

ところで、図４に示した突入電流抑制装置によれば、制御用マイコンｍは、商用交流電源ａの電圧値、サーミスタｂの抵抗値、平滑コンデンサ（電解コンデンサ）ｄの容量値によって、突入電流の時間を設定することができ、これらの設定値が同じ電源回路に共通に使用できる（共通化できる）が、サーミスタｂの抵抗値、平滑コンデンサｄの容量値が変わった場合には共通化ができないことから、図４に示した従来のリレー制御用マイコンｍにおいてリレー制御信号を出力する２次側のマイコンｍ内に設けた遅延回路の変更は電源回路の変更と同じになり構成が複雑になる。

これに対して、実施形態では、２次側のマイコンの信号によってサーミスタに並列のリレーの制御をしないので、電源回路側のみで対応することができ、部品点数の削減、安全性の向上に繋がる。

また、従来の突入電流抑制装置では、マイコンｍを使用してソフトウェアで制御することで機器の動作に合わせて、制御することが可能になるが、仮にソフトウェアのバグが生じた場合には、意図しないときに動作したり、動作しなかったりする可能性が発生する場合が考えられる。

これに対して、実施形態では、ソフトウェアに依存しない制御回路であり、商用交流電源１０が入力された時点でリレー制御回路２２が動作されることにより、確実な動作を実現する事が出来る。

ここで図３の波形は、突入電流の波形例である。
図３中、Ｉは電流値、Ｖは電圧値を示す。図３に示す波形は、図１、図２に示す符号１０ａの点で観測したものである。
図３は、商用電源の接続部分１０ａにおける電圧、電流を示すものである。当初に電圧、電流ともゼロであり、電源接続後、電圧が変化する。この図では、電圧はマイナス側に振れている状態である。１ｍｓ程度で、電流が流れ始め、サージのピークとなる。

商用交流電源投入後、約２ｍｓで突入電流が無くなる。
この突入電流は、商用交流電源の電圧、サーミスタの抵抗値、電解コンデンサの容量によって異なる。リレー制御回路２２の遅延回路の遅延時間は、実際の測定結果を基に設定することができる。その場合、部品のバラつきなどを考慮すると、５０ｍｓ程度の遅延がされる事になる。
したがって、遅延回路のリレーのオンする遅延時間は５０ｍｓ以下とすることが好適できる。

図４に示して従来の制御用マイコンでは、立ち上がって動作するまでに、３００ｍｓ以上の時間必要な為、その間にサーミスタに電流が流れる事で、サーミスタに負荷がかかった状態になっている。できるだけ、サーミスタに負荷のかかる時間を短くする為に、実施形態では、電源回路内で遅延時間を設定することができる。

ここで、従来の制御用マイコンでリレーを制御する場合に不利な点は、制御用マイコンでサーミスタをショートさせるリレーを制御する場合は、交流電源投入から制御用マイコンの初期化まで所定の時間がかかってしまう。そのため、リレーは、マイコンの初期化が完了するまでオフ状態となる。したがって、サージが終わり、有る程度の電流が流れ、制御用マイコンが動作してからリレーがオンすることになる。そうすると、長い時間、リレーがオフ状態となるので、サーミスタによる電圧降下、電力消費が大きくなる。

前述のことに対して、実施形態では、サージに対して最適にタイミングでリレーをオンすることが出来るので、マイコンの初期化等の影響を受けず、サーミスタによる電圧降下、電力消費を小さく出来、サーミスタの劣化も軽減することができるという優れた作用効果を奏する。

なお、実施形態では、電源回路の一例としてＡＣ／ＤＣコンバータでありＰＷＭ方式のフライバックコンバータの回路例を挙げているが、本発明はこれに限定されず各種の電源回路に使用することができる。

また、サーミスタの並列リレーを制御するのに、図２に示す遅延回路例を説明したが、本発明はこの回路に限定されないことはもちろんである。

本発明の電源回路の突入電流抑制装置は、テレビジョン等の画像表示装置の他、各種の電子機器用の電源回路の突入電流抑制装置として利用することができる。

１０ 商用交流電源
１２ トランス
１４ 二次側回路
１６ 電源変換手段
１８ サーミスタ
２０ リレー回路部
２０ａ リレー接点
２２ リレー制御手段
２４ 整流手段

Claims (5)

1. 交流ラインを通して供給される商用交流電源が一次側に供給されると共に該商用交流電源を二次側の負荷に対応する電圧又は電流に変換して供給する電源変換手段を設けた電源回路の突入電流抑制装置であって、
   前記商用交流電源の投入時に発生する突入電流を抑制するため前記交流ラインに挿入されたサーミスタと、
   前記サーミスタに並列にリレー接点が配置されたリレー回路部と、
   前記リレー回路部のリレー接点のオン／オフを制御するものであって、前記電源変換手段の一次側に対する電圧の供給開始時に前記リレー接点をオフ状態とし、該開始時から一定時間後に前記リレー接点をオン状態とするリレー制御手段と、を備えたことを特徴とする電源回路の突入電流抑制装置。
2. 前記交流ラインを介して供給される商用交流電源を整流する整流手段と、
   前記整流手段によって整流した後の電圧を平滑するコンデンサと、
   前記コンデンサの電圧が一次側に供給され、二次側の負荷に電圧を供給する電源変換手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電源回路の突入電流抑制装置。
3. 前記電源変換手段がトランスであり、
   前記リレー制御手段は、前記トランスの一次側巻線に前記コンデンサを経由した電流が供給／非供給されたときに、前記商用交流電源が投入／非投入されたとして前記リレー回路部の前記リレー接点のオン／オフを制御することを特徴とする請求項２に記載の電源回路の突入電流抑制装置。
4. 前記リレー制御手段は、前記トランスは三次巻線を有し、該三次巻線の電圧から前記トランスの一次側巻線に前記コンデンサを経由した電流が供給されたことを検出して、前記リレー回路部の前記リレー接点のオン／オフを制御することを特徴とする請求項３に記載の電源回路の突入電流抑制装置。
5. 前記リレー制御手段は、電源投入からリレー接点がオンするまでの遅延時間が２ｍｓ〜５０ｍｓであることを特徴とする請求項１から４のうちの何れか１項に記載の電源回路の突入電流抑制装置を用いた画像表示装置。

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