JP2002542757A - 力率補正回路 - Google Patents

力率補正回路

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JP2002542757A JP2000613064A JP2000613064A JP2002542757A JP 2002542757 A JP2002542757 A JP 2002542757A JP 2000613064 A JP2000613064 A JP 2000613064A JP 2000613064 A JP2000613064 A JP 2000613064A JP 2002542757 A JP2002542757 A JP 2002542757A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、力率補正回路に関する。当該回路は整流器（１４）を有している。前記整流器の入力側が交流電圧源（１０）に接続されており、前記整流器の出力側がコンデンサ（ＣＳ１）とダイオード（ＤＳ１）とから成る１つの直列回路に接続されている。前記ダイオード（ＤＳ１）は、該ダイオードにより、コンデンサが前記整流器の出力信号によって充電されないように設けられている。ハーフブリッジ又はフルブリッジの第１のスイッチ（Ｔ１）と第２のスイッチ（Ｔ２）との間の接続点が、インダクタンス（Ｌ）を介して、コンデンサとダイオードとから成る直列回路に付属のコンデンサとダイオードとの接続点に接続されており、負荷（ＬＤ）に対する接続端子を形成している。前記接続端子において信号は作動中、交流電圧源の出力信号よりも実質的に高い周波数を有する。蓄積コンデンサ（ＣＳ）は２つのスイッチに対して並列に接続されている。少なくとも１つの別のダイオード（ＤＰ１；ＤＰ２）が、蓄積コンデンサの放電が整流器によって防止されるように、蓄積コンデンサと整流器との間に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、力率を補正するための回路に関する。そのような回路は、”チャー
ジポンプ”又は”ポンプ回路”との呼称でも知られている。それらは例えばＩＥ
Ｃ規格１０００−３−２を満たすように用いられる、すなわちこのＩＥＣ規格１
０００−３−２では、電力供給会社により電源電流の許容高調波が決定されてい
る。したがって、電源回路網から高周波エネルギーを取出すことは望ましくない
。電源から取出される電源電流は、最適な場合には電源電圧に比例する。電源電
流と電源電圧との比例関係により、所定の線路のディメンション毎に最大のエネ
ルギー伝送が可能となる。電源電圧と電源電流とのあいだに比例関係がない場合
生じてしまう無効電流が線路損失を発生させることがある。この線路損失は、付
加的に線路に負荷を与え、したがって他の負荷の障害をもたらす。
【０００２】 特に、上述の力率補正回路は、ガス放電ランプの作動のための前置回路装置に
用いられる。
【０００３】 本発明は、１９９７年９月発行のIEEE Transactions on Power Electronics,
Vol.12, No.5、８６７頁〜８７５頁に掲載のW.Chen、F.Lee、T.Yamauchiの“An
Improved "Charge Pump" Electronic Ballast with Low THD and Low Crest Fac
tor”との表題を有する論文から公知のような技術水準から出発している。前記
論文の基礎を成しているのは、そのなかの図８において、同論文の図１に対して
回路を、点Ａの電圧すなわちＶａ（同論文の図７に示した図を参照）が一定の高
周波振幅を有するように改善するという問題であった。このようにして、電源か
ら取出されるエネルギーが電源電圧に比例することが実現されるのである。この
ことを保証するために、ダイオードＤａ１及びＤａ２が挿入され、それにより点
ＡがコンデンサＣＢでクランプされる。このことにより、負荷による反作用が遮
断され、高周波振幅に関して一定のＶａが供給される（同論文の図９に示した図
を参照）。
【０００４】 前記刊行物の図８の回路における欠点は、ダイオードＤａ２によりランプの電
圧も制限されることにある。それ故、ポンプ回路と作動すべきランプとの間に変
圧器を中間接続することなしに、必要な点灯電圧を発生することが出来ない。ラ
ンプ用前置回路装置のような量産品では、変圧器のための付加コストは望ましく
ない。
【０００５】 したがって本発明の課題は、、力率補正回路、すなわちトランスなしに実施で
きるポンプ回路を提供することである。
【０００６】 上記課題は本発明により、整流器を有しており、整流器の入力側が交流電圧源
に接続されており、整流器の出力側がコンデンサとダイオードとから成る少なく
とも１つの直列回路に接続されており、ダイオードが、該ダイオードにより、コ
ンデンサが整流器の出力信号によって充電されないように設けられている回路 により解決される。さらに、本発明の回路は、ハーフブリッジ又はフルブリッジ
の部分として直列接続にて第１及び第２の電子スイッチを具備しており、各スイ
ッチに対して並列にそれぞれ１つのフリーホイールダイオードが接続されており
、第１のスイッチと第２のスイッチとの間の接続点によって形成されている、ハ
ーフブリッジ又はフルブリッジの出力端子が一方では、インダクタンスを介して
、コンデンサとダイオードとから成る各直列回路のコンデンサとダイオードとの
接続点に接続されており、他方、負荷に対する接続端子を形成しており、該接続
端子において信号は、作動中、交流電圧源の出力信号よりも実質的に高い周波数
を有する。また、本発明の回路は、２つのスイッチに対して並列に接続されてい
る１つの蓄積コンデンサ、ならびに蓄積コンデンサの放電が整流器によって防止
されるように蓄積コンデンサと整流器との間に設けられている少なくとも１つの
別のダイオードを有している。
【０００７】 本発明により、まず、ポンプ回路及び負荷回路の素子の回路定数を決める場合
の付加的な自由度と云う利点が、２つの回路の間の反作用を最大限無くすように
することにより得られる。さらに、本発明により、コンデンサＣＳ１或いはコン
デンサＣＳ１，ＣＳ２の適当なディメンションによってランプの出力が次のよう
に容易に調整できる、すなわち、１つの或いは複数のコンデンサの電圧が少なく
とも１回、整流される給電交流電圧のその時点の値に達し、その際、充電サイク
ルを観察した場合、整流される交流電圧は一定であると見なすことができる。ま
た、負荷にポンピングされるべきエネルギーは、コンデンサＣＳ１の静電容量の
値或いはコンデンサＣＳ１及びＣＳ２の静電容量の値にのみ依存している。チョ
ークコイルＬのインダクタンスは小さくなければならず、小さくできる。チョー
クコイルＬのインダクタンスは次のように決めさえすればよい、つまり、電子ス
イッチが電流過負荷されないようにする、および電子スイッチのオン状態が電圧
０（ＺＶＳ）の場合保持されるようにする。
【０００８】 別の有利な実施例では、整流器の入力側の間にフィルタが設けられており、フ
ィルタは、交流電圧源を有する回路と接続されている場合、交流電圧源に対して
直列に又は並列に配置されている。これに対して付加的にまたは代替的に、整流
器の出力側に対して直列に又は並列にフィルタを配置することができる。
【０００９】 第１の実施形態において、本発明の回路が、ダイオードとコンデンサとから成
る直列回路ならびに１つの別のダイオードを具備している。２つのスイッチのそ
れぞれのオン状態においてポンピングを実現する１つの別の実施形態、すなわち
前記実施形態の対称化した実施例では、本発明の回路が、ダイオードとコンデン
サとから成る２つの直列回路ならびに２つの別のダイオードを具備している。
【００１０】 既述のように、本発明の回路は、ハーフブリッジ又はフルブリッジの形で駆動
される。フルブリッジでは、回路が２つの別のスイッチを具備しており、該２つ
の別のスイッチの接続点が第２の負荷端子を形成している。ハーフブリッジの場
合、回路が２つの結合コンデンサを具備しており、２つの結合コンデンサの間の
接続点が第２の負荷端子を形成しており、２つの結合コンデンサの直列回路が蓄
積コンデンサに対して並列に配置されている。これに対して代替的に、回路は唯
１つの結合コンデンサを具備し、該結合コンデンサの１つの端子が第２の負荷端
子を形成し、結合コンデンサの第２の端子が蓄積コンデンサの２つの端子の一方
に接続されているようにすることも出来る。
【００１１】 本発明の別の有利な実施例は従属請求項に記載されている。
【００１２】 次に本発明を実施の形態に基づき図を用いて詳細に説明する。
【００１３】 図１ａは、ハーフブリッジと２つの結合コンデンサとを有する本発明の回路の
第１の実施形態を示す。
【００１４】 図１ｂは、図１ａに示した実施形態の代替実施例である。
【００１５】 図１ｃは、ハーフブリッジを１つの結合コンデンサと共に用いた図１ａの負荷
接続の代替実施例である。
【００１６】 図１ｄは、フルブリッジを用いた図１ａ及び図１ｃの実施形態の負荷接続の代
替実施例である。
【００１７】 図２は、整流器に並列に配置されているフィルタを有する図１ａ、図１ｂ、図
１ｃの実施形態の代替実施例である。
【００１８】 図３は、図１及び図２の実施形態に関して対称化した別の実施形態である。
【００１９】 図１ａに、フィルタ１２に対して直列に配置されている交流電圧源１０を有す
る回路が示されている。交流電圧源１０として電源電圧を用いることができる。
フィルタ１２は、一方では高周波エネルギーが交流電圧源から取出されることを
阻止するために、他方高周波信号が交流電圧源に供給されることを阻止するため
に用いられる。それ故、例えばチョークコイルとして実現可能である低域フィル
タが取り扱われる。
【００２０】 交流電圧源１０及びフィルタ１２が整流器１４の入力側に接続されており、前
記整流器１４は４つのダイオードＤＧ１，ＤＧ２，ＤＧ３及びＤＧ４を具備して
いる。図示の接続の代わりに、フィルタ１２を整流器の入力端子に対して並列に
配置してもよい、その際、フィルタは僅かなコストでコンデンサとして実現可能
である。整流器の出力端子Ｋ１，Ｋ２に対して並列に、コンデンサＣＳ１とダイ
オードＤＳ１とから成る直列回路が配置されている。コンデンサＣＳ１は、ダイ
オードＤＰ１を介して、２つの電気スイッチＴ１及びＴ２との直列回路に接続さ
れており、該２つの電気スイッチＴ１及びＴ２に並列にそれぞれフリーホイール
ダイオードＤＦ１及びＤＦ２が接続されている。２つのスイッチＴ１とＴ２との
接続点が一方では、インダクタンスＬを介して、コンデンサＣＳ１とダイオード
ＤＳ１との間の接続点に接続されており、他方、負荷ＬＤに対する接続端子を形
成している。
【００２１】 図１ａの実施形態では、負荷ＬＤがハーフブリッジの出力端子に接続されてい
るので、第２の負荷端子は、２つの結合コンデンサＣＫ１，ＣＫ２の接続点によ
り形成されており、該２つの結合コンデンサＣＫ１，ＣＫ２はスイッチＴ１及び
Ｔ２に対して並列に配置されている。図１ａの回路において、結合コンデンサＣ
Ｋ１及びＣＫ２に対して並列に蓄積コンデンサＣＳが配置されている。
【００２２】 電子スイッチＴ１又はＴ２を電界効果トランジスタによって実施する場合、フ
リーホイールダイオードＤＦ１及びＤＦ２が既に電界効果トランジスタに含まれ
ていることを考慮しなければならない。
【００２３】 図１ａの回路が機能するために、逆相で駆動される２つの電気スイッチの作動
周波数は、交流電圧源の周波数に比して高周波である。例えば５０Ｈｚに対して
５０ｋＨｚである、すなわち、２つのトランジスタは交互にその都度１０μｓｅ
ｃの間オンにされる。スイッチＴ２がオンにされる期間、電流は、整流器１４か
ら端子Ｋ１を介してコンデンサＣＳ１を通り、インダクタンスＬ及び電気スイッ
チＴ２を介して整流器１４の端子Ｋ２に流れる。この場合、コンデンサＣＳ１及
びインダクタンスＬは次のように定められる、即ちコンデンサＣＳ１は既にスイ
ッチＴ２がオフにされる前に、交流電圧源１０のその時点の電圧に充電される。
【００２４】 ＣＳ１が交流電圧源のその時点の電圧に充電されるとすぐに、ダイオードＤＳ
１の両側に同じ電位が生じ、このことにより、ダイオードＤＳ１が導通するよう
になる。ＣＳ１が既に最終的な充電状態に達していたとしても、インダクタンス
Ｌに、このときダイオードＤＳ１、インダクタンスＬおよびスイッチＴ２から成
る回路に流れる電流がさらに供給される。この回路動作中にインダクタンスＬに
蓄積されるエネルギーは、交流電圧源のその時点の電圧に比例している。このよ
うにしてエネルギーは、スイッチＴ２の残りのオン時間の間当該回路に蓄積され
る。例えば、上記の例において、Ｔ２の全オン時間が１０μｓｅｃであり、ＣＳ
１の最終的な充電状態が既に８μｓｅｃ後に実現される場合、残りの２μｓｅｃ
の間、エネルギーがこのサイクル動作で蓄積される。スイッチＴ２の遮断後、す
なわち該スイッチが既に非導通状態であると、前述のサイクル動作において蓄積
されたエネルギーは、フリーホイールダイオードＤＦ１を介して蓄積コンデンサ
ＣＳに流れ、そこで放電される。蓄積コンデンサＣＳから整流器の出力端子Ｋ１
にエネルギーが戻されることが、ポンプダイオードＤＰ１によって防止される。
【００２５】 したがって、上述の回路では、電源から取出されるエネルギーは常に電源電圧
に比例している。このことにより、冒頭に述べた電源電流と電源電圧との比例関
係に対する要求が満たされる。また、この回路により負荷ＬＤの駆動、特に負荷
がガス放電ランプである場合の点灯が、トランスを中間接続することなく実現で
きる。
【００２６】 図１ｂに示した別の実施形態は、図１ａの実施形態に対して次のように変更さ
れている、すなわち、ここではコンデンサＣＳ２がスイッチＴ１のオン時間の間
充電される。相応して、ダイオードＤＳ２がコンデンサＣＳ２に対して直列に接
続されているが、このとき双方は、整流器１４の出力端子に対する位置が交換さ
れている。相応して、ダイオードＤＰ２が、蓄積コンデンサＣＳの放電を防止す
るために、コンデンサＣＳ２とスイッチＴ２との間に接続されている。
【００２７】 図１ｃは、唯１つの結合コンデンサＣＫ２を用いた実施形態を示す。これに代
わる方法としてＣＫ２の代わりに、図１ａ又は図１ｂの接続回路における結合コ
ンデンサＣＫ１が同じ機能を果たしてもよい、すなわちその機能は直流成分を除
去することである。結合コンデンサは有利にはフィルムコンデンサとして、蓄積
コンデンサは有利には電解コンデンサとして実現可能である。
【００２８】 図１ａ〜図１ｃの実施形態では、ハーフブリッジの出力端子に負荷ＬＤの接続
端子が示されていたが、図１ｄでは、フルブリッジを用いた回路において本発明
の思想の実現が示されている。このフルブリッジはさらに、電子スイッチＴ３及
びＴ４を具備している。
【００２９】 図２に、図１ａに対する代替的な接続回路が示されており、低域フィルタ１２
’が整流器１４’の出力端子Ｋ１及びＫ２に接続されている。図示の実施形態で
は、フィルタ１２’が並列に配置されているが、該フィルタは出力端子Ｋ１及び
Ｋ２に対して直列に接続することも出来る。特に簡単な構成ではフィルタ１２’
は、出力端子Ｋ１及びＫ２に対して並列に配置されている場合、コンデンサによ
って実現され、直列に配置されている場合には、チョークコイルとして実現可能
である。
【００３０】 図３に特に有利な実施形態が示されている。ここでは、図１ａ及び図１ｂの実
施形態による解決策が、回路技術の実現に関して及び機能に関して組み合わされ
ている、すなわち、Ｔ２のオン時間の間もＴ１のオン時間の間にも、交流電圧源
１０からエネルギーが取出される。図３の回路が図１ｃ、図１ｄ及び図２の変形
実施例を用いても実現できることは、当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 ハーフブリッジと２つの結合コンデンサとを有する本発明の回路の第１の実施
形態を示す。
【図１ｂ】 図１ａに示した実施形態の代替実施例を示す。
【図１ｃ】 ハーフブリッジを１つの結合コンデンサと共に用いた図１ａの負荷接続の代替
実施例を示す。
【図１ｄ】 フルブリッジを用いた図１ａ及び図１ｃの実施形態の負荷接続の代替実施例を
示す。
【図２】 整流器に並列に配置されているフィルタを有する図１ａ、図１ｂ、図１ｃの実
施形態の代替実施例を示す。
【図３】 図１及び図２の実施形態に関して対称化した別の実施形態である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランツ ライザー ドイツ連邦共和国 ミュンヘン ヴィリバ ルトシュトラーセ 153 Ｆターム(参考） 5H006 AA02 CA01 CA07 CA13 CB01 CC02 CC08 DA02 DA04 5H730 AA16 AA18 AS11 BB14 BB85 DD02 FG01

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 整流器（１４；１４’）を有しており、前記整流器の入力側
    が交流電圧源（１０）に接続されており、前記整流器の出力側がコンデンサ（Ｃ
    Ｓ１；ＣＳ２）とダイオード（ＤＳ１；ＤＳ２）とから成る少なくとも１つの直
    列回路に接続されており、前記ダイオード（ＤＳ１；ＤＳ２）は、該ダイオード
    （ＤＳ１；ＤＳ２）により前記コンデンサ（ＣＳ１；ＣＳ２）が前記整流器（１
    ４；１４’）の出力信号によって充電されないように設けられており、 ハーフブリッジ又はフルブリッジの部分として直列接続にて第１及び第２の電
    子スイッチ（Ｔ１，Ｔ２）を有しており、前記電子スイッチには、各スイッチ（
    Ｔ１；Ｔ２）に対して並列に接続されているそれぞれ１つのフリーホイールダイ
    オード（ＤＦ１；ＤＦ２）が設けられており、前記第１のスイッチ（Ｔ１）と前
    記第２のスイッチ（Ｔ２）との間の接続点によって形成されている、前記ハーフ
    ブリッジ又はフルブリッジの出力端子が一方では、インダクタンス（Ｌ）を介し
    て、コンデンサ（ＣＳ１；ＣＳ２）とダイオード（ＤＳ１；ＤＳ２）とから成る
    それぞれの直列回路のコンデンサ（ＣＳ１；ＣＳ２）とダイオード（ＤＳ１；Ｄ
    Ｓ２）との接続点に接続されており、他方、負荷（ＬＤ）に対する接続端子を形
    成しており、この接続端子において前記信号は作動中、前記交流電圧源（１０）
    の出力信号よりも実質的に高い周波数を有し、 蓄積コンデンサ（ＣＳ）を有しており、前記蓄積コンデンサは前記２つのスイ
    ッチ（Ｔ１，Ｔ２）に対して並列に接続されており、 少なくとも１つの別のダイオード（ＤＰ１；ＤＰ２）を有しており、該ダイオ
    ードは、前記蓄積コンデンサ（ＣＳ）の放電が前記整流器（１４；１４’）によ
    って防止されるように、前記蓄積コンデンサ（ＣＳ）と前記整流器（１４；１４
    ’）との間に設けられている、力率補正回路。
  2. 【請求項２】 前記整流器（１４；１４’）の入力側の間にフィルタ（１２
    ）が設けられており、前記フィルタは、交流電圧源（１０）を有する回路と接続
    されている場合、前記交流電圧源（１０）に対して直列に又は並列に配置されて
    いることを特徴とする、請求項１に記載の回路。
  3. 【請求項３】 前記整流器（１４；１４’）の出力側に対して直列に又は並
    列にフィルタ（１２’）が配置されることを特徴とする、請求項１に記載の回路
    。
  4. 【請求項４】 ダイオード（ＤＳ１；ＤＳ２）とコンデンサ（ＣＳ１；ＣＳ
    ２）とから成る１つの直列回路および１つの別のダイオード（ＤＰ１；ＤＰ２）
    を有することを特徴とする、請求項１に記載の回路。
  5. 【請求項５】 ダイオード（ＤＳ１，ＤＳ２）とコンデンサ（ＣＳ１，ＣＳ
    ２）とから成る２つの直列回路および２つの別のダイオード（ＤＰ１；ＤＰ２）
    を有することを特徴とする、請求項１に記載の回路。
  6. 【請求項６】 前記フルブリッジが２つの別のスイッチ（Ｔ３，Ｔ４）を具
    備しており、前記２つの別のスイッチ（Ｔ３，Ｔ４）の接続点が第２の負荷端子
    を形成していることを特徴とする、請求項１に記載の回路。
  7. 【請求項７】 前記ハーフブリッジが２つの結合コンデンサ（ＣＫ１，ＣＫ
    ２）を具備しており、前記２つの結合コンデンサ（ＣＫ１，ＣＫ２）の間の接続
    点が第２の負荷端子を形成しており、前記２つの結合コンデンサ（ＣＫ１，ＣＫ
    ２）の直列回路が前記蓄積コンデンサ（ＣＳ）に対して並列に配置されているこ
    とを特徴とする、請求項１に記載の回路。
  8. 【請求項８】 前記蓄積コンデンサが、前記ハーフブリッジの部分である２
    つの結合コンデンサ（ＣＫ１，ＣＫ２）によって形成されており、前記２つの結
    合コンデンサ（ＣＫ１，ＣＫ２）との間の接続点が第２の負荷端子を形成してい
    ることを特徴とする、請求項１に記載の回路。
  9. 【請求項９】 唯１つの結合コンデンサ（ＣＫ１；ＣＫ２）を具備しており
    、該結合コンデンサの１つの端子が第２の負荷端子を形成しており、該結合コン
    デンサの第２の端子が前記蓄積コンデンサ（ＣＳ）の２つの端子の一方に接続さ
    れていることを特徴とする、請求項１に記載の回路。
JP2000613064A 1999-03-30 2000-02-18 力率補正回路 Expired - Fee Related JP4503859B2 (ja)

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