JP2011229391A - 力率改善用電流制御回路を有する電源供給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型で低価の高力率の達成が可能な力率改善回路を提供するものである。
【解決手段】力率改善用電源供給装置は、ＬＥＤランプやコンパクト蛍光灯、小型アダプター用の小型電源供給装置において力率を改善する回路に関するもので、入力される交流電圧を整流する整流回路１と，負荷と直列に連結される第１の定電流回路３と，直列に連結された第１の定電流回路３と負荷が並列に連結されるコンデンサーＣと、整流回路１の出力とコンデンサーＣとの間に存在する第２の定電流回路２とを含む。
【選択図】図５

Description

本発明はＬＥＤランプやコンパクト蛍光灯、小型アダプター用の小型電源供給装置において力率を改善する回路に関するものである。
ＬＥＤランプやコンパクト蛍光灯、小型アダプターは大きさが小さいから、内部に小型電源供給装置が使用され、従来の電源供給装置は、図１に示すような構成を有することによって、交流(ＡＣ)がブリッジダイオード回路に供給されて脈流を形成して、これをまた電解コンデンサーを用いて直流(ＤＣ)に近接するようにして負荷などに供給するようになる。
ところが、このような従来の技術においては、単に電解コンデンサーを使用するから、図３の２番目グラフの如く入力電圧のピーク値の近くで迅速に充電が始めて迅速に放電するので、入力電流の流れる期間が短くて入力電圧の波形の中で一部期間のみに入力電流が流れて力率が低下して電力を供給する伝送線路に損失が発生する。
これを改善するためには、力率改善回路(Power Factor Correction Circuit:ＰＦＣ)を有する電源供給装置を適用しなければならないのに、このようなＬＥＤランプやコンパクト蛍光灯、小型アダプターにおいては、回路を収容することができる内部空間の大きさが小さくて、力率改善回路の追加に伴う費用の増加が発生するので、力率改善回路を適用した電源供給装置を低価で小型化するのが難しくて多くの場合にこのような力率改善回路を適用しなくてエネルギーの浪費がもたらされる。
一方、力率改善回路には受動(Passive)方式と能動(Active)方式があるのに、受動方式の代表的な方法は図２に示すように電解コンデンサー(Ｃ)に対応するインダクター(Ｌ)を使用するＬＣ共振回路方式であり、この方式では図３の３番目グラフの如く２番目グラフに比べてインダクターがコンデンサーの位相差を補償してくれて力率が改善して(すなわち、コンデンサーによる進相(Ｌｅａｄ)をインダクターの遅相(Ｌａｇ)にして補償してくれる)、この受動方式では普通０．８ほどまで力率を改善することができる。
しかし、交流電流が５０Ｈｚないし６０Ｈｚの低周波数であるので低周波インダクターを作るためにはインダクターが大きくて重くて、小型電源供給装置に使用することができない。
また、能動方式はスイッチング方式を利用して高力率が具現可能であるが、回路が複雑で価格が高くてスイッチングに伴う高調波の発生によってＥＭＩなどの対策を立てなければならない問題があって、内部空間が狭小で低価の製造が必要な小型電源供給装置においてはこのような能動方式の力率改善回路を使用しにくい。
本発明は上記のような従来の能動方式及び受動方式の力率改善装置の問題点を勘案して、小型で低価の高力率の達成が可能な力率改善回路を提供するものである。
このような目的を達成するために、本発明は、力率改善用電源供給装置において、入力される交流電圧を整流する整流回路(１)；負荷と直列に連結される第１の定電流回路(３)；上記直列に連結された第１の定電流回路(３)と負荷が並列に連結されるコンデンサー(Ｃ)；上記整流回路(１)の出力と上記コンデンサー(Ｃ)との間に存在する第２の定電流回路(２)を含むことを特徴とする。
以上のような本発明の力率改善回路を利用すれば、ＬＥＤランプやコンパクト蛍光灯、小型アダプターに使用することに相応しい、小型で低価の高力率の力率改善回路を提供することができる。
従来の技術に伴う電源供給装置を示す。 従来の技術において、電解コンデンサー(Ｃ)に対応するインダクター(Ｌ)を使用するＬＣ共振回路方式の力率改善回路を示す。 従来の技術と本発明に伴う入力電流の波形を示す。 本発明の第１の実施例に伴う電源供給装置を示す。 本発明の第２の実施例に伴う電源供給装置を示す。
以下では、図面を参照して本発明をより具体的に説明する。
本発明は図４に示すように、交流電源がブリッジダイオード回路(１)によって脈流形態で整流されて、既存の体積が大きくて重いインダクターの代りに定電流回路(２)を使用する。
それでは、この定電流回路(２)ではいつも一定電流が出力されるので、この定電流回路(２)のない場合に急激な充放電電流が流れて入力電流が急激に変化(図３の２番目グラフ)する従来の技術と異なり、図３の４番目グラフ(本発明の第１の実施例のグラフ)の如くコンデンサー(Ｃ)に電荷が徐々に充電するようになってほぼ入力電圧の位相と一致する入力電流が流れるようになって力率が０．９以上に向上するようになる。
すなわち、この定電流回路(２)はコンデンサー(Ｃ)の電荷充電時間を増加させることによって、交流入力端の電流及び電圧の位相をマッチングして無効電力分を減少させて力率を改善するようになる。
この際、定電流回路(２)の出力が一定であるので、この一定電流値が負荷(ＬＥＤ)とコンデンサー(Ｃ)とに分割して流れるようになる。
特に、定電流回路(２)のような電流制御回路はワンチップに製作されるので低価で体積が小さくて、アダプターやＬＥＤランプ、コンパクト蛍光灯のような小型で低価の電源装置に適用して高力率が達成されるので、エネルギー節減の效果が大きくなる。
次に、図４に示すよりも力率を改善した本発明のその他の実施例を、図５を参照にして説明する。
図５が図４と相違している点は負荷の直前にまた定電流回路(３)を追加したものである。
図４では定電流回路(２)を使用して全体の電流が一定であり、コンデンサー(Ｃ)へ急激に電流が流れるようになることを防止するものであって、なだらかにコンデンサー(Ｃ)に充電するようになるので、入力電流は図３の４番目グラフの如くなる。
しかし、図５ではコンデンサー(Ｃ)へ急激な電流が流れることを防止する次元を越えて、コンデンサー(Ｃ)の充電時間だけでなく放電時間までも一層増やしてくれて、図３の５番目グラフ(本発明の第２の実施例のグラフ)の如く入力電流が流れるようにしてほぼ完璧に入力電圧と同一位相になるように力率を０．９以上にするものである。
すなわち、定電流回路(２)と定電流回路(３)との出力電流が一定であるので、例えば、定電流回路(２)の出力電流が２５ｍＡであり、定電流回路(３)の出力電流が２０ｍＡであれば、コンデンサー(Ｃ)にはいつも一定電流(２５−２０＝５ｍＡ)が流れることによって、一層なだらかに充放電が進行されて図３の５番目グラフの如く、よりなだらかに入力電流が流れてほぼ入力電圧と入力電流が同一位相になってより力率が改善するようになる。
一方、以上では、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるのではなく、本発明の精神を脱しない範囲内において多様な変形が可能である点に留意しなければならない。
すなわち、以上では、急速な充放電電流を制限するために定電流回路を使用することと記載したが、本発明の原理がコンデンサーに電荷が徐々に充放電するようにすることなので、定電流回路ではなくてもこのような原理を達成することができる多様な電流制御回路が使用されることができる。
例えば、図５において、定電流回路(２)の代りに電流制限用として抵抗(Ｒ)を使用する場合にも、抵抗(Ｒ)によって充電電流が制限されて充電時間を増やしてくれて、定電流回路(３)によって放電時間を増やしてくれるようになって、図５と似ている力率改善の效果を達成することができるようになる。

Claims (6)

  1. 力率改善用電源供給装置において、
    入力される交流電圧を整流する整流回路(１)；
    負荷と直列に連結される第１の定電流回路(３)；
    上記直列に連結された第１の定電流回路(３)と負荷が並列に連結されるコンデンサー(Ｃ)；
    上記整流回路(１)の出力と上記コンデンサー(Ｃ)との間に存在する第２の定電流回路(２)を含むことを特徴とする力率改善用電源供給装置。
  2. 請求項１に記載の力率改善用電源供給装置において、
    上記負荷はＬＥＤ素子であることを特徴とする力率改善用電源供給装置。
  3. 入力される交流電圧を整流する整流回路(１)；
    負荷と直列に連結される第１の定電流回路(３)；
    上記直列に連結された第１の定電流回路(３)と負荷が並列に連結されるコンデンサー(Ｃ)；
    上記整流回路(１)の出力とコンデンサー(Ｃ)との間に存在する抵抗(Ｒ)を含むことを特徴とする力率改善用電源供給装置。
  4. 請求項３に記載の力率改善用電源供給装置において、
    上記負荷はＬＥＤ素子であることを特徴とする力率改善用電源供給装置。
  5. 力率改善用電源供給装置において、
    入力される交流電圧を整流する整流回路(１)；
    負荷と並列に連結されるコンデンサー(Ｃ)；
    上記整流回路(１)の出力と上記コンデンサー(Ｃ)との間に連結される定電流回路(２)を含むことを特徴とする力率改善用電源供給装置。
  6. 請求項５に記載の力率改善用電源供給装置において、
    上記負荷はＬＥＤ素子であることを特徴とする力率改善用電源供給装置。
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