特開 2023-45628 電圧自動切替回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023045628

(43)【公開日】2023-04-03

(54)【発明の名称】電圧自動切替回路

(51)【国際特許分類】

   G05F 1/10 20060101AFI20230327BHJP

   H02M 3/28 20060101ALI20230327BHJP

【ＦＩ】

G05F1/10 L

H02M3/28 B

G05F1/10 301A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021154159

(22)【出願日】2021-09-22

(71)【出願人】

【識別番号】598162562

【氏名又は名称】株式会社白寿生科学研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100126561

【弁理士】

【氏名又は名称】原嶋 成時郎

(72)【発明者】

【氏名】北野 利明

【テーマコード（参考）】

5H410

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H410BB04

5H410CC03

5H410CC05

5H410DD03

5H410EA19

5H410EA28

5H410EB38

5H410FF03

5H410FF25

5H410LL02

5H730AS01

5H730CC01

5H730EE53

5H730FD01

5H730FF09

(57)【要約】      （修正有）

【課題】各国の商用電源電圧に対応でき、消費電力の大きな電気製品に使用できる電圧自動切替回路を提供する。
【解決手段】電圧自動切替回路１Ａは、一次巻線１１に商用電源Ｖが接続された電源トランス１０と、一次巻線１１に設けられた中間タップ１１ａと、常閉端子１３ｎｃが中間タップに、常開端子１３ｎｏが商用電源Ｖに夫々接続され、常閉端子１３ｎｃと常開端子１３ｎｏとを切替えて所定の電圧を出力する切替スイッチと、二次巻線１２に接続されたＡＣ／ＤＣ変換器１４と、ＡＣ／ＤＣ変換器１４に接続されたレギュレータ１５と、ＡＣ／ＤＣ変換器１４の出力電圧を分圧する分圧回路１６と、レギュレータ１５の出力電圧と分圧回路１６の出力電圧を比較する比較器１７と、を備える。比較器による比較の結果、分圧回路の出力電圧がレギュレータの出力電圧より低い場合は切替スイッチを商用電源側に切替え、高い場合は切替スイッチを中間タップ側に切替える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数種の商用電源電圧に対応し、異なる商用電源電圧が入力されても所定の電圧を出力する電圧自動切替回路であって、
一次巻線に商用電源が接続された電源トランスと、
前記電源トランスの一次巻線に設けられた中間タップと、
一方の接点が前記商用電源に、他方の接点が前記中間タップにそれぞれ接続され、前記一方の接点と前記他方の接点とを選択的に切替えて共通端子から前記所定の電圧を出力する切替スイッチと、
前記電源トランスの二次巻線に接続されたＡＣ／ＤＣ変換器と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換器に接続され一定電圧を出力するレギュレータと、
前記ＡＣ／ＤＣ変換器の出力電圧を分圧する分圧回路と、
前記レギュレータの出力電圧と前記分圧回路の出力電圧を比較する比較器と、を備え、
前記中間タップは前記所定の電圧を出力する位置に形成されており、
前記比較器による比較の結果、前記分圧回路の出力電圧が前記レギュレータの出力電圧より低い場合は前記切替スイッチを前記商用電源側に切替え、前記分圧回路の出力電圧が前記レギュレータの出力電圧より高い場合は前記切替スイッチを前記中間タップ側に切替えることで、所定の電圧を切替スイッチから出力するように制御する、
ことを特徴とする電圧自動切替回路。

【請求項2】

前記切替スイッチは常閉端子を有し、前記常閉端子が前記中間タップに接続された、
ことを特徴とする請求項１に記載の電圧自動切替回路。

【請求項3】

前記切替スイッチの共通端子側に安全スイッチが設けられ、
前記安全スイッチは前記切替スイッチが制御された後、ＯＮ状態になるようにした、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電圧自動切替回路。

【請求項4】

請求項１～３に記載の電圧自動切替回路を用いた、
ことを特徴とする電気製品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、各国の商用電源電圧の相違に踏まえ、生産国の電源電圧仕様の電気製品を使用国の商用電源に接続可能にする電圧自動切替回路に関する。

【背景技術】

【0002】

各国において商用電源電圧は異なっており、例えば、日本国内はＡＣ１００Ｖであるが、韓国および中国はＡＣ２２０Ｖ、アメリカはＡＣ１２０Ｖ、欧州はＡＣ２２０Ｖ～２４０Ｖなどとなっている。

【0003】

スイッチング電源の普及で、商用電源電圧が異なっても、国内／海外で容易に共通の電気製品を使用できるようになっているが、大型家電、ヒーターや冷却ファン等の制御を要する電気製品は商用電源電圧をそのまま利用するケースが多く、海外電気製品を使用するユーザーは別途変圧トランスを用意する必要があった。

【0004】

また、メーカーにおいては海外に電気製品を輸出する場合、当該電気製品を各国ごとの電源電圧の仕様にする必要があり、国内／海外で別仕様の電気製品を開発する必要があった。

【0005】

このような問題を解決するものとして、特許文献１に記載のＡＣアダプタがある。このＡＣアダプタは、電源トランスの一次巻線に所定の巻線比で中間タップを設け、電源トランスの両端に２２０Ｖプラグを接続し、中間タップと電源トランスの一端とに１００Ｖプラグを接続したもので、２２０Ｖプラグと１００Ｖプラグとを人為的に選択することで、二次巻線から一定の電圧（例えば１０Ｖ）が出力されるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平９－１４８０１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、特許文献１に記載のＡＣアダプタにあっては、差込プラグを人為的に選択しなければならないという煩わしさがあり、また、電源トランスの二次巻線からのＡＣ出力電圧をＤＣにして電気製品に対して供給するため、消費電力の小さなＤＣ電源の製品しか使用出来ないという問題もあった。

【0008】

そこでこの発明は、各国の商用電源電圧に対応することができ、自動的にかつ商用電源電圧を電気製品に効率よく供給するため、商用電源と直に接続する消費電流の大きな製品にも使用することができる電圧自動切替回路を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数種の商用電源電圧に対応し、異なる商用電源電圧が入力されても所定の電圧を出力する電圧自動切替回路であって、一次巻線に商用電源が接続された電源トランスと、前記電源トランスの一次巻線に設けられた中間タップと、一方の接点が前記商用電源に、他方の接点が前記中間タップにそれぞれ接続され、前記一方の接点と前記他方の接点とを選択的に切替えて共通端子から前記所定の電圧を出力する切替スイッチと、前記電源トランスの二次巻線に接続されたＡＣ／ＤＣ変換器と、前記ＡＣ／ＤＣ変換器に接続され一定電圧を出力するレギュレータと、前記
ＡＣ／ＤＣ変換器の出力電圧を分圧する分圧回路と、前記レギュレータの出力電圧と前記分圧回路の出力電圧を比較する比較器と、を備え、前記中間タップは前記所定の電圧を出力する位置に形成されており、前記比較器による比較の結果、前記分圧回路の出力電圧が前記レギュレータの出力電圧より低い場合は前記切替スイッチを前記商用電源側に切替え、前記分圧回路の出力電圧が前記レギュレータの出力電圧より高い場合は前記切替スイッチを前記中間タップ側に切替えることで、所定の電圧を切替スイッチから出力するように制御する、ことを特徴とする。

【0010】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電圧自動切替回路において、前記切替スイッチは常閉端子を有し、前記常閉端子が前記中間タップに接続された、ことを特徴とする。

【0011】

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電圧自動切替回路において、前記切替スイッチの共通端子側に安全スイッチが設けられ、前記安全スイッチは前記切替スイッチが制御された後、ＯＮ状態になるようにした、ことを特徴とする。

【0012】

請求項４に記載の発明は、電気製品であって、請求項１～３に記載の電圧自動切替回路を用いたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

請求項１に記載の発明によれば、商用電源の電圧の高低を、電源トランスの二次巻線の出力電圧の高低から判断して、商用電源電圧をそのまま出力するか、電源トランスの一次巻線に設けた中間タップで降圧した電圧で出力するかを決定するようにしたので、自動で、しかも、商用電源電圧を電気製品に効率よく供給することができる。

【0014】

請求項２に記載の発明によれば、切替スイッチの常閉端子は電源トランスの一次巻線に設けた中間タップに接続しているため、電圧自動切替回路を商用電源に接続した時点で、商用電源電圧よりも低電圧としか成り様がなく、例えばＡＣ２２０Ｖの商用電源に接続された場合でもＡＣ２２０Ｖが電気製品に供給されることはなく、電気製品へのダメージを防止することができる。

【0015】

請求項３に記載の発明によれば、切替スイッチの共通端子側に安全スイッチが設け、安全スイッチを前記切替スイッチが制御された後、ＯＮ状態になるようにしたので、電気製品における適正な電圧（定格電圧）になってからでないと、電圧の供給がなされないため、誤った電圧が供給されず、電気製品の故障、あるいは誤動作を防止することができる。

【0016】

請求項４に記載の発明によれば、電気製品の輸出入時に、輸出先における使用者が商用電源電圧を変換する変圧トランスを用意する必要がなく、また、生産者は輸出先の商用電源電圧を考慮しての製品設計・開発をする必要がないため、多くの無駄を省くことができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】この発明の実施の形態１に係る電圧自動切替回路を用いた電位治療装置の回路図である。

【図2】この発明の実施の形態２に係る電圧自動切替回路を用いた電位治療装置の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１及び図２は、本発明の各実施の形態を図示したものであり、本発明に係る電圧自動切替回路１、１Ａを用いた電位治療装置Ｐに適用したものである。なお、図１及び図２は
、電圧自動切替回路１、１Ａの回路図を中心に示したもので、実際には、電圧自動切替回路１、１Ａは電位治療装置Ｐの一構成部品として電位治療装置Ｐに内蔵されている。

【0019】

電位治療装置Ｐは、商用電源Ｖを昇圧トランスで、例えば、ＡＣ９０００Ｖに昇圧し、絶縁された人体の周囲に電界を発生させて治療を行うものとして知られている。

【0020】

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電圧自動切替回路１を用いた電位治療装置Ｐの回路図である。この電圧自動切替回路１は、例えばＡＣ１００Ｖ仕様（日本仕様）の電位治療装置Ｐを商用電源電圧がＡＣ２２０Ｖの国（例えば韓国）でも使用可能にするためのものである。

【0021】

電圧自動切替回路１は、電源トランス１０と、電源トランス１０の入力側となる商用電源Ｖと、商用電源Ｖ及び電源トランス１０の一次巻線１１の中間タップ１１ａを選択的に接続し電位治療装置Ｐに給電する切替スイッチ１３と、電源トランス１０の二次巻線１２に接続されたＡＣ／ＤＣ変換器１４と、ＡＣ／ＤＣ変換器１４の出力側に接続され定圧を出力するレギュレータ１５と、ＡＣ／ＤＣ変換器１４の出力側に接続され電圧を分圧する分圧回路１６と、レギュレータ１５で出力される定圧と分圧回路１６の出力電圧とを比較するとともに、各種制御信号を送出するマイコン１７と、を備える。

【0022】

電源トランス１０は、一次巻線１１の両端タップが商用電源Ｖに接続され、ＡＣ２２０Ｖ又はＡＣ１００Ｖが入力されるようになっている。また、一次巻線１１には中間タップ１１ａが設けられ、中間タップ１１ａは巻線比４５：５５の位置に設けられており、一次巻線１１にＡＣ２２０Ｖが入力されたときに、中間タップ１１ａの出力電圧がＡＣ１００Ｖになるようになっている。

【0023】

なお、以下の実施の形態１、２に係る電圧自動切り替えスイッチ１、１Ａの説明においては、簡略化を図るため商用電源Ｖの片側（一方）のみ行い、もう片側（他方）は省略するが、前記切替スイッチ１３の共通端子１３comの出力と共に後段に接続する電位治療装置Ｐ（電気製品）に直接接続するものとする。

【0024】

切替スイッチ１３はｃ接点スイッチで、共通端子１３comは電位治療装置Ｐに、接点のうち常開端子１３noは商用電源Ｖに、常閉端子１３ncは中間タップ１１ａにそれぞれ接続されている。

【0025】

電源トランス１０の一次巻線１１と二次巻線１２との巻線比は例えば１１：１とされ、一次巻線１１にＡＣ２２０Ｖが入力されると、二次巻線１２にＡＣ２０Ｖが、一次巻線１１にＡＣ１００Ｖが入力されると二次巻線１２に約ＡＣ９Ｖが出力されるようになっている。

【0026】

ＡＣ／ＤＣ変換器１４は二次巻線１２の出力をＡＣからＤＣに変換するもので、後段にレギュレータ１５と分圧回路１６が接続されている。

【0027】

レギュレータ１５はＡＣ／ＤＣ変換器１４の出力電圧にかかわらず、定圧（例えば、ＤＣ３Ｖ）をマイコン１７に後述する比較器の基準電圧として出力するようになっている。

【0028】

分圧回路１６はＡＣ／ＤＣ変換器１４の出力電圧を分圧するもので、例えば、ＡＣ／ＤＣ変換器１４の入力電圧がＡＣ９Ｖで出力電圧が約ＤＣ１２Ｖのとき、すなわち、一次巻線１１にＡＣ１００Ｖが入力されているとき、分圧された電圧はレギュレータ１５から出力されたＤＣ３Ｖよりも小さく（例えばＤＣ２Ｖ）なるようにされている。

【0029】

マイコン１７は比較器を備え、レギュレータ１５の出力電圧（この電圧が基準電圧となる。）と分圧回路１６により分圧された電圧とを比較し、上記切替スイッチ１３を制御する。

【0030】

次に、電圧自動切替回路１の動作について説明する。

【0031】

まず、商用電源Ｖの電圧がＡＣ２２０Ｖの場合（例えば韓国で使用した場合）、電源トランス１０の一次巻線１１の両端タップにＡＣ２２０Ｖが入力されるとともに、切替スイッチ１３の常開端子１３noにＡＣ２２０Ｖが印加される。

【0032】

また、電源トランス１０の一次巻線１１の中間タップ１１ａからはＡＣ１００Ｖが出力され、切替スイッチ１３の常閉端子１３ncにＡＣ１００Ｖが印加される。

【0033】

電源トランス１０の二次巻線１２にはその両端タップにＡＣ２０Ｖが出力され、例えばＡＣ／ＤＣ変換器１４の出力電圧が約ＤＣ２６Ｖ、分圧回路１６で分圧された電圧が例えばＤＣ４．５Ｖとなる。

【0034】

これを受けてマイコン１７では、レギュレータ１５の出力電圧ＤＣ３Ｖと分圧回路１６の分圧電圧ＤＣ４．５Ｖとが比較され、分圧電圧が高いため、上記切替スイッチ１３へ、その可動子１３mが常閉端子１３ncに接触するように制御信号が送出され、切替スイッチ１３においては、共通端子１３comと常閉端子１３ncとが接続された状態が維持される。

【0035】

これにより、中間タップ１１ａからの出力電圧ＡＣ１００Ｖが切替スイッチ１３を介して電位治療装置Ｐに供給されることになる。

【0036】

次に、商用電源Ｖの電圧がＡＣ１００Ｖの場合（例えば日本国内で使用した場合）、電源トランス１０の一次巻線１１の両端タップにＡＣ１００Ｖが入力されるとともに、切替スイッチ１３の常開端子１３noにＡＣ１００Ｖが印加される。

【0037】

また、電源トランス１０の一次巻線１１の中間タップ１１ａからはＡＣ４５．５Ｖが出力され、切替スイッチ１３の常閉端子１３ncにＡＣ４５．５Ｖが印加される。ちなみに、このとき切替スイッチ１３の共通端子１３comからはＡＣ４５．５Ｖが電位治療装置Ｐに供給されるが、商用電源Ｖに接続してから切替スイッチ１３内の可動子１３mが常閉端子１３ncから常開端子１３noに切り替わる時間が短いこと、さらに入力電圧が定格電圧以下であることから、問題を引き起こすことはない。

【0038】

電源トランス１０の二次巻線１２にはその両端タップにＡＣ９Ｖが出力され、分圧回路１６で分圧された電圧が例えばＤＣ２Ｖとなる。

【0039】

これを受けてマイコン１７では、レギュレータ１５の出力電圧ＤＣ３Ｖと分圧回路１６の分圧電圧ＤＣ２Ｖとが比較され、分圧電圧が低いため、上記切替スイッチ１３へ制御信号が送出され、切替スイッチ１３においては、可動子１３mが動作して共通端子１３comと常開端子１３noとが接続されることになる。

【0040】

これにより、商用電源Ｖと直接接続されたＡＣ１００Ｖが切替スイッチ１３を介して電位治療装置Ｐに供給されることになる。

【0041】

以上のように、この実施の形態１に係る電圧自動切替回路１によれば、電源トランス１０の二次側出力電圧を所定の基準電圧と分圧回路１６にて分圧した電圧とを比較し、電源
トランス１０に入力された電圧が高いか低いかを自動で判断することで、中間タップ１１ａの出力か、電源電圧Ｖの出力かを切替えるため、接続される商用電源ＶがＡＣ２２０ＶであってＡＣ１００Ｖであっても、ＡＣ１００Ｖの電圧を電位治療装置Ｐに供給することができる。

【0042】

また、この実施の形態１に係る電圧自動切替回路１にあっては、切替スイッチ１３の接点のうち常開端子１３noに商用電源Ｖを接続したので、当該電圧自動切替回路１を商用電源Ｖに不用意に接続しても高電圧ＡＣ２２０Ｖが電位治療装置Ｐに供給されることはなく、電気製品へのダメージを防止することができる。

【0043】

なお、この実施の形態１にあっては切替スイッチ１３の接点のうち、常閉端子１３ncが中間タップ１１ａに接続したものについて説明したが、本発明はこれに限らず、常時は可動子１３mがいずれの接点にも接触していない切替スイッチでも良く、マイコン１７からの制御信号を受けて可動子１３mが中間タップ１１ａもしくは商用電源Ｖに接触するように動くようになっていれば良い。

【0044】

（実施の形態２）
図２は、実施の形態２に係る電圧自動切替回路１Ａを用いた電位治療装置Ｐの回路図であり、この実施の形態２では、電位治療装置Ｐに不用意な事態であってもダメージをより与えないように、メインスイッチ１８及び安全スイッチ１９を設けた点で上記実施の形態１を異なっており、実施の形態１と同等の構成については、同一符号を付することでその説明を省略する。

【0045】

メインスイッチ１８は商用電源Ｖの後段に設けられ、このメインスイッチ１８をＯＮにしなければ、電源トランス１０及び切替スイッチ１３に電圧がかからないようになっている。

【0046】

安全スイッチ１９は切替スイッチ１３の後段であって電位治療装置Ｐとの間に設けられており、上記マイコン１７により制御される。

【0047】

この安全スイッチ１９は常時はＯＦＦ状態であるが、上記切替スイッチ１３の可動子１３mの常開端子１３no又は常閉端子１３ncへの接触が選択された後、マイコン１７から制御信号が送出され、ＯＮ状態になるようになっている。

【0048】

これは、メインスイッチ１８を投入したときに、供給電圧が定格のＡＣ１００Ｖになっていない状態（電圧が高くても低くても）で電位治療装置Ｐに給電されると、電位治療装置Ｐの制御回路などの故障あるいは誤動作する恐れがあり、これらを回避するためである。換言すれば、供給電圧が確実に定格のＡＣ１００Ｖになってから電位治療装置Ｐに給電することで、より安全な設計とするためのものである。

【0049】

これにより、この実施の形態２に係る電圧自動切替回路１Ａにあっては、切替スイッチ１３の切替えが完了後、供給電圧がＡＣ１００Ｖになった状態で、当該安全スイッチ１９がＯＮ状態になり、電位治療装置Ｐには確実に定格電圧（ＡＣ１００Ｖ）を供給することができる。

【0050】

以上のように、この電圧自動切替回路１、１Ａ及びこの電圧自動切替回路を用いた電位治療装置Ｐによれば、商用電源Ｖの電圧の高低（ＡＣ１００ＶかＡＣ２２０Ｖか）を、電源トランス１０の二次巻線１２の出力電圧の高低（ＡＣ９ＶかＡＣ２０Ｖか）を元に、ＡＣ／ＤＣ変換器１４（ＤＣ１２ＶかＤＣ２６Ｖ）、そして分圧器１６（ＤＣ２ＶかＤＣ４．５Ｖ）を作り出し、レギュレータ１５の出力電圧（ＤＣ３Ｖ）との高低を、マイコン１
７内の比較器にて判断して、商用電源電圧をそのまま出力するか、電源トランス１０の一次巻線１１に設けた中間タップ１１ａで降圧した電圧で出力するかを決定するようにしたので、商用電圧のＡＣ１００ＶであってもＡＣ２２０Ｖであっても、常にＡＣ１００Ｖ（定格電圧）が電位治療装置Ｐに供給される。

【0051】

しかも、その使用に当たっては自動で切替スイッチ１３が作動するため、使用者は商用電圧を意識する必要はなく、煩わしさを感ずることもない。

【0052】

なお、上記各実施の形態においては、商用電源Ｖをトランスで高電圧に昇圧して電界を発生させる電位治療装置Ｐを電気製品として説明したが、本発明に係る電圧自動切替回路１、１Ａにあっては、他の電気製品にも適用することができる。

【0053】

例えば、商用電源電圧をそのまま駆動電圧とするモーター、ヒーターなどを主要部品とする電気製品、例えば、電気毛布、ドライヤー、アイロン、各種ファン、扇風機、洗濯機などにも適用することができ、同時に一般の電気製品例えば冷蔵庫、電子レンジ等にも適用することができる。

【0054】

本発明電圧自動切替回路１、１Ａは上記実施の形態のように電位治療装置Ｐに組み込んでも良いが、電圧自動切替回路のみの製品にすることもできる。例えば、当該電圧自動切替回路１、１Ａの入力側に海外での使用できるプラグを設け、出力側に所望の電気製品のプラグが差込可能なコンセントにすることが考えられる。このようにすることで、いわゆる変換アダプタとして機能する。

【0055】

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記実施の形態１、２にあっては、商用電源電圧がＡＣ２２０ＶとＡＣ１００Ｖとについて説明したが、本発明はこれに限らず、ＡＣ１００Ｖ、ＡＣ１２０Ｖ、ＡＣ２２０Ｖ、ＡＣ２３０Ｖ、ＡＣ２４０Ｖなど、いずれの組み合わせでも良いし、また、２種類の電源電圧に限らず、３種類、４種類など多種類の商用電源電圧の組み合わせが考えられる。

【0056】

多種類の商用電源電圧の組み合わせにする場合には、電源トランスの中間タップ、分圧回路の出力、比較器の比較数、切替スイッチの接点数などをその分を増やすこと事により実現することができる。

【0057】

なお、上記実施の形態１、１Ａにあっては、マイコン１７に比較器を備えたものについて説明したが、本発明はこれに限らず、マイコン制御によらず、比較器のみで所定の基準電圧と分圧回路にて分圧した電圧とを比較して切替スイッチ１３を動作させるようにしても良い。

【符号の説明】

【0058】

Ｖ 商用電源
Ｐ 電位治療装置（電気製品）
１０ 電源トランス
１１ 一次巻線
１１ａ 中間タップ
１２ 二次巻線
１３ 切替スイッチ
１３com 共通端子
１３no 常開端子（一方の接点）
１３nc 常閉端子（他方の接点）
１４ ＡＣ／ＤＣ変換器
１５ レギュレータ
１６ 分圧回路
１７ マイコン（比較器）
１８ メインスイッチ
１９ 安全スイッチ

【図1】

【図2】