JP2585501B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

本発明は、直流電圧を高周波電圧に変換する変換装置
を備えた電源装置に関する。

【従来の技術】

本願発明者は、先に、整流装置と、この整流装置の出
力電圧を高周波電圧に変換する変換装置とを備え、さら
に、変換装置の入力側に電力蓄積手段を設けた電源装置
を提案した。 第１図はこのような従来例を示す回路図である。１は
商用電源等の交流電源で、この交流電源１に整流装置２
たとえば全波整流回路を接続している。この整流装置２
の出力端子ａ、ｂ間には、電力蓄積用コンデンサ３とア
イソレート用ダイオード４の直列回路からなる電力蓄積
手段を接続している。また、整流装置２の出力端子ａ、
ｂ間には、高周波変換装置５としての１石式のブロッキ
ング発振形のトランジスタインバータを接続している。
この変換装置５は、出力トランス51、スイッチング素子
52としてのトランジスタおよびベース駆動回路53等を具
備している。 前記出力トランス51の１次巻線51pは、整流装置２の
正側出力端子ａとスイッチング素子52のコレクタとの間
に設けられており、また、この１次巻線51pには共振用
のコンデンサ54が並列に接続されている。スイッチング
素子52は、エミッタをダイオード55を介して整流装置２
の負側出力端子ｂに接続され、ベースをベース駆動回路
53を介して出力トランス51のベース巻線51bの一端に接
続されている。このベース巻線51bの他端は、整流装置
２の負側出力端子ｂに接続されている。前記ダイオード
55はスイッチング素子52をエミッタ・ベース間逆電圧か
ら保護するためのものである。 前記出力トランス51の１次巻線51pの一端ｃと、前記
電力蓄積手段のコンデンサ３およびダイオード４の接続
点ｄとの間には、ダイオード６および限流用インダクタ
７からなる直列回路を設けている。限流用インダクタ７
は、電力蓄積用コンデンサ３の充電電流を限流してこの
コンデンサ３に蓄積される電力を調整するものである。
ダイオード６は、充電電流断時に限流用インダクタ７の
蓄積エネルギを電力蓄積用コンデンサ３に供給させるも
のである。 前記出力トランス51の２次巻線51sには、負荷８とし
て例えば放電灯を接続する。 この第１図のものは、交流電源１が投入されると、整
流装置２より全波整流出力が発生し、これが変換装置５
に与えられる。これにより、変換装置５では、ベース駆
動回路53のバイアス抵抗56を介してスイッチング素子52
にベース電流が与えられ、スイッチング素子52がオンす
る。スイッチング素子52がオンすることにより、出力ト
ランス51の各巻線51p、51s、51bに出力が発生する。ベ
ース巻線51bの出力は、ベース駆動回路53を介してスイ
ッチング素子52のベース・エミッタ間に供給される。ベ
ース駆動回路53では、ベース駆動回路53中のインダクタ
およびコンデンサが直列共振し、この共振電圧はベース
・エミッタに対して逆電圧になるまで、スイッチング素
子52をオンさせるように作用する。すなわち、図１のも
のにおいては、ベース駆動回路53中のインダクタおよび
コンデンサの直列共振作用により、スイッチング素子52
のオン期間を決定している。スイッチング素子52がオフ
すると、出力トランス51の１次巻線51pのインダクタン
ス成分とコンデンサ54とが並列共振する。この並列共振
電圧は、他の巻線51s、51bにも発生し、ベース巻線51b
はスイッチング素子52のオフを維持する。前記並列共振
電圧が反転すると、ベース巻線51bにもスイッチング素
子52のベース・エミッタに対して順方向電圧が発生す
る。したがって、スイッチング素子52はオンし、以後、
前述の動作を繰返して、出力トランス51から高周波電圧
を出力する。 また、スイッチング素子52がオンする毎に整流装置２
に対し電力蓄積用コンデンサ３、ダイオード６、限流用
インダクタ７およびスイッチング素子52を経由する閉回
路が形成される。ここで、整流装置２の出力の瞬時値が
後述する所定値より大きい期間では、電力蓄積用コンデ
ンサ３は前記閉回路を介して、整流装置２の整流出力を
高周波チョッパした電流により所定方向に充電される。 そして、整流装置２の整流出力の瞬時値が半サイクル
毎に所定値、すなわち第１図のものにおいて電力蓄積用
コンデンサ３の両端電圧以下になると、つぎのように作
動する。すなわち、この期間において、整流装置２から
の入力電流は流れず、変換装置５に対しては電力蓄積用
コンデンサ３の充電電荷がスイッチング素子52がオンす
る毎にアイソレート用ダイオード４を介して供給され
る。したがって、変換装置５は作動を継続して、高周波
電圧を出力する。 このような電源装置は、整流装置の出力を低周波的に
平滑しないため、従来のいわゆるコンデンサインプット
形のものに比べれば、交流電源の入力力率を高くでき
る。しかも、整流装置の出力電圧が所定値より低い区間
では、電力蓄積用コンデンサから変換装置に直流電圧を
供給しているので、非平滑整流電圧を用いているにもか
かわらず、休止区間がなくリップルの少ない高周波出力
を発生する。このため、この高周波出力で放電灯を点灯
すれば、半サイクル毎に消弧、再点弧を繰返すことによ
る光リップルがなく、再点弧に要するエネルギを省略で
きる分良好な発光効率で点灯できる。また、この高周波
電圧を整流すればリップルの少ない直流電圧を得ること
ができる。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、このような従来の電源装置においては、こ
の電源装置からの入力電流すなわち整流装置の入力端間
における入力電流は、第２図に示すように矩形波の包絡
線を持つ高周波となるため、入力力率の向上にはまだ改
善すべき点があった。この点について、第２図を参照し
て説明する。なお、同図において、正弦波として示すも
のは交流電源の電圧波形である。また、矩形波の包絡線
として示すものは整流装置の入力端における入力電流波
形である。この電源装置の変換装置は１個のスイッチン
グ素子のみを有するものであるため、スイッチング素子
がオンしている期間は整流装置から電流が流れるが、オ
フしている期間は電流が流れない。この理由によって、
入力電流は第２図のように高周波の間欠的なもの（矩形
波の包絡線の内部部分）となり、連続的のものに比し入
力力率が低下してしまうものである。 また、電源投入時または負荷の放電灯を調光するため
の位相制御時等のように、電力蓄積用コンデンサの端子
電圧が低い時には、このコンデンサを介してスイッチン
グ素子のコレクタ・エミッタに突入電流が流れる。この
ため、比較的定格電流の大きいトランジスタを必要とす
る。また、前記位相制御された電圧を印加された場合、
交流電圧の瞬時値が大きい位相のときに電源を投入され
た場合には、急峻な立上がりの電圧を印加される。これ
により、出力トランス１次巻線に過大な励磁電流が流れ
ることによる過渡振動により過大な電圧が発生し、これ
がスイッチング素子のコレレクタ・エミッタ間に印加さ
れる等スイッチング素子に悪影響を及ぼすことがあっ
た。 さらに、高周波的に間欠的な入力電流であるため、高
周波成分を多く含んだもので、高周波雑音の増大や電源
電圧波形を歪ませるといった問題もある。 本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされ
たもので、整流装置すなわち交流電源からの入力電流を
高周波的に極力連続的なものにすることによって、交流
電源からの入力力率を一層向上させるとともに、電源投
入時または位相制御電圧印加時等、電力蓄積用コンデン
サの端子電圧が低い際のスイッチング素子への突入電流
を低減し、また、スイッチング素子に過大な電圧が加わ
るのを防止し、かつ、高周波雑音の増大や電源電圧波形
を歪ませるといった問題を解消ないしは低減できる電源
装置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】

本発明は、交流電圧を整流して脈流電圧を出力する整
流装置と；整流装置の出力端と直列に接続された高周波
抑制用インダクタと；整流装置の出力端間に高周波抑制
用インダクタを介して接続された高周波電圧平滑用コン
デンサと；高周波でオン、オフする１個のスイッチング
素子を含み高周波抑制用インダクタおよび高周波電圧平
滑用コンデンサを介して整流装置の出力側に設けられ、
直流電圧を高周波電圧に変換する変換装置と；変換装置
の入力側に設けられ、変換装置のスイッチング素子のオ
ン、オフ周期に関連して放電される高周波電圧平滑用コ
ンデンサの充電電荷に基づいて充電されるとともに、整
流装置の脈流電圧の瞬時値が所定値より小さい期間に充
電電荷を変換装置に供給可能な電力蓄積用コンデンサ
と；電力蓄積用コンデンサと直列的に設けられ、電力蓄
積用コンデンサによる変換装置への放電経路を形成する
片方向性のスイッチ装置と；電力蓄積用コンデンサの充
電回路に介挿された限流用インダクタと；充電電流断時
に限流用インダクタの蓄積エネルギを電力蓄積用コンデ
ンサに供給させるダイオードと；を具備していることを
特徴とする。 本発明において高周波とは、商用電源等の交流電圧を
整流して得られた脈流出力（例えば100Hzまたは120Hz）
の周波数より高い周波数であり、一般的には可聴周波数
（20KHz程度）より高い周波数である。 また、「オン、オフ周期に関連して」とは、オン時、
オフ時あるいはオンまたはオフと同期することを意味す
るが、オン、オフ周期と１対１に対応することを要しな
い。例えば上述の従来例または後述の実施例における電
力蓄積用コンデンサの放電時においては、スイッチング
素子がオンでも充電されない。 さらに、本発明において、変換装置はたとえば自励式
の１石式トランジスタインバータを用い得るが、他励式
のものを用いてもよく、また、トランジスタ以外のスイ
ッチング素子で構成してもよい。 さらに、片方向性のスイッチ装置は、電力蓄積用コン
デンサによる変換装置への放電経路を形成し得るもので
あればよく、たとえばダイオード、トランジスタ等を用
い得る。 本発明の作用は、第１図のものに加えて、変換装置の
スイッチング素子がオフしている期間は、整流装置から
高周波電圧平滑用コンデンサに電流が流れ、整流装置か
らの入力電流を連続的なものにする。そして、この高周
波電圧平滑用コンデンサの充電電荷は、最終的には電力
蓄積用コンデンサの充電用として作用する。 また、電源投入時または位相制御電圧印加時等、電力
蓄積用コンデンサ端子電圧が低い時、このコンデンサを
介してスイッチング素子のコレクタ・エミッタに突入電
流が流れようとするとき、高周波抑制用インダクタが前
記突入電流を抑制する。 さらに、これに伴って、出力トランス１次巻線への過
大な励磁電流による過渡振動を抑制する。

【実施例】 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。 第３図は本発明の第１の実施例を示す回路図である。
なお、第１図と同じあるいは対応する部分には同じ符号
を付し、説明を省略する。第３図のものは、第１図のも
のに対し、整流装置２の一方の出力端子ｂと直列に高周
波抑制用インダクタ91を接続するとともに、前記整流装
置２の出力端子ａ、ｂ間に前記高周波抑制用インダクタ
91を介して高周波電圧平滑用コンデンサ92を接続したも
のである。これら高周波抑制用インダクタ91および高周
波電圧平滑用コンデンサ92はＬ形低域通過フィルタ９を
構成している。電力蓄積用コンデンサ３およびスイッチ
装置４としてのアイソレート用ダイオード４と、変換装
置５とはこのＬ形低域通過フィルタ９を介して整流装置
２の出力電圧を供給されるものである。 つぎに、本実施例の作用を説明する。変換装置５の動
作は、第１図のものと同様である。 本実施例においては、整流装置２からの脈流電圧の瞬
時値が所定値より大きい期間で、変換装置５のスイッチ
ング素子52のオン期間に、整流装置２から変換装置５に
電流が流れる。また、このスイッチング素子52のオン期
間には、高周波電圧平滑用コンデンサ92から電力蓄積用
コンデンサ３に、前記スイッチング素子52を介して充電
電流が流れる。すなわち、高周波電圧平滑用コンデンサ
92は、スイッチング素子52のオン、オフ周期に関連して
断続的に電力蓄積用コンデンサ３に充電電荷を供給する
直流電源の作用を果たすものである。この場合、高周波
電圧平滑用コンデンサ92の放電電荷の全部を電力蓄積用
コンデンサ３に供給するか、一部を供給して残りを変換
装置５に供給するかは、高周波電圧平滑用コンデンサ9
2、電力蓄積用コンデンサ３の容量等によって決定でき
ることが理解できる。また、電力蓄積用コンデンサ３へ
の充電の一部を整流装置２から行うようにしてもよい。 スイッチング素子52のオフ期間には、整流装置２から
前記高周波電圧平滑用コンデンサ92に電流が流れて充電
する。そして、この充電電荷がつぎのスイッチング素子
52のオン期間に上述のように放電される。 したがって、前記高周波電圧平滑用コンデンサ92の両
端電圧は第４図ａおよびｂ（ａの時間軸を拡大したも
の）のようになり、整流装置２から高周波電圧平滑用コ
ンデンサ92への入力電流波形は第５図のようになる。第
５図にも示されるように、入力電流波形は、高周波のリ
ップルを含んでいるものの連続的なもので、従来の高周
波的に間欠的な電流と異なる。したがって、整流装置の
入力端における入力力率を向上できるとともに、高周波
雑音や電源電圧波形の歪みの問題を低減できる。 また、前記高周波のリップルに関しては、高周波抑制
用インダクタ91が有効に作用して、高周波リップルに基
づく高周波雑音低減を果たしている。さらに、たとえば
起動時に電力蓄積用コンデンサ３に突入電流が流れよう
としても、高周波抑制用インダクタ91によりなまらせて
突入電流を抑えられる。 整流装置２からの脈流電圧の瞬時値が所定値より小さ
い期間は、電力蓄積用コンデンサ３から変換装置５に電
力が供給される。この場合、第３図のものは、スイッチ
ング素子52がオフ期間に、電力蓄積用コンデンサ３から
高周波電圧平滑用コンデンサ92に放電される。そして、
スイッチング素子52のオン期間に、高周波電圧平滑用コ
ンデンサ92の充電電荷が変換装置５に供給される。した
がって、高周波電圧平滑用コンデンサ92の両端電圧は、
第４図ａのようにあるレベルを維持する。このときの高
周波電圧平滑用コンデンサ92の両端電圧波形（第４図ａ
の時間軸を拡大したもの）を第４図ｃに示す。 なお、本実施例を定格入力電力が80Wの放電灯点灯装
置に適用した場合、高周波抑制用インダクタ91のインダ
クタンスは4mH、高周波電圧平滑用コンデンサ92の容量
は0.22マイクロＦであった。 また、本実施例において、ダイオード６のカソード
は、限流用インダクタ７を介してスイッチング素子52の
コレクタに接続しているが、出力トランス51の１次巻線
51pに設けられた中間タップに接続するようにしてもよ
い。 第６図は、本発明の第２の実施例を示す要部の回路図
である。本実施例は、出力トランス51に電力帰還用巻線
51fを設け、この帰還用巻線51f、半波整流用ダイオード
６、限流用インダクタ７とから構成される回路によりコ
ンデンサ３を充電する。なお、第６図における省略部分
は第３図のものと同様である。 本実施例において、変換装置５のスイッチング素子52
のオン時に、高周波電圧平滑用コンデンサ92の充電電荷
が変換装置５に放電される。そして、この高周波電圧平
滑用コンデンサ92からの放電電荷に相当する電力分（全
部か一部かについては、第３図のものと同様。）で電力
蓄積用コンデンサ３を充電する。 第７図は、本発明の第３の実施例を示す要部の回路図
である。本実施例は、変換装置５の入力端と直列にトラ
ンス54の１次巻線54pを接続し、このトランス54の２次
巻線54s、ダイオード６、限流用インダクタ７とから構
成される回路によりコンデンサ３を充電する。なお、第
７図における省略部分は第３図のものと同様である。 本実施例は、変換装置５のスイッチング素子52のオン
時に、高周波電圧平滑用コンデンサ92の充電電荷が変換
装置５に放電され、トランス54に蓄積される。そして、
この高周波電圧平滑用コンデンサ92のからの放電電荷に
相当する蓄積電力分（全部か一部かについては、第３図
のものと同様。）で電力蓄積用コンデンサ３を充電す
る。 第８図は、本発明の第４の実施例を示す要部の回路図
である。本実施例は、スイッチ装置４としてのアイソレ
ート用ダイオードを他のスイッチング装置たとえばトラ
ンジスタで置き換えたものである。この場合、スイッチ
装置４は整流装置２の出力電圧やこの出力電圧と同期し
て動作するタイマ、遅延回路等の出力信号等によって制
御することができる。例えば、脈流電圧が所定電圧より
低くなって、さらに所定時間経過後スイッチ装置４をオ
ンさせるようにすれば、第９図の太線に示すような電圧
を変換装置５に与えることができる。

【発明の効果】

以上のように、本発明は整流装置の出力端と直列に高
周波抑制用インダクタを接続するとともに、整流装置の
出力端間に高周波抑制用インダクタを介して高周波電圧
平滑用コンデンサを接続し、かつ、高周波抑制用インダ
クタおよび高周波平滑用コンデンサを介して整流装置の
出力側に電力蓄積用コンデンサおよび変換装置を設けた
から、変換装置のスイッチング素子がオフの期間も高周
波電圧平滑用コンデンサに電流を流すことによって、交
流電源からは連続的に電流が流れる。また、高周波抑制
用インダクタによって、突入電流および高周波成分を抑
制する。したがって、入力力率を向上できるとともに、
スイッチング素子への突入電流を低減でき、また、スイ
ッチング素子に過大な電圧が加わるのを防止でき、高周
波雑音や電源電圧波形を歪ませるといった問題を低減な
いしは解消できるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【第１図】従来例を示す回路図

【第２図】第１図の交流電圧波形および入力電流波形図

【第３図】本発明の第１の実施例を示す回路図

【第４図】第３図の実施例におけるＬ形フィルタのコン
デンサの両端電圧波形図

【第５図】第３図の実施例における交流電圧および入力
電流波形図

【第６図】本発明の第２の実施例の要部を示す回路図

【第７図】本発明の第３の実施例の要部を示す回路図

【第８図】本発明の第４の実施例の要部を示す回路図

【第９図】第９図の実施例における変換装置の入力電圧
波形図

【符号の説明】

１…交流電源 ２…全波整流装置 ３…電力蓄積用コンデンサ ４…スイッチ装置 ５…変換装置 ６…ダイオード ７…限流用インダクタ 91…高周波抑制用インダクタ 92…高周波電圧平滑要コンデンサ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電圧を整流して脈流電圧を出力する整
   流装置と； 整流装置の出力端と直列に接続された高周波抑制用イン
   ダクタと； 整流装置の出力端間に高周波抑制用インダクタを介して
   接続された高周波電圧平滑用コンデンサと； 高周波でオン、オフする１個のスイッチング素子を含み
   高周波抑制用インダクタおよび高周波電圧平滑用コンデ
   ンサを介して整流装置の出力側に設けられ、直流電圧を
   高周波電圧に変換する変換装置と； 変換装置の入力側に設けられ、変換装置のスイッチング
   素子のオン、オフ周期に関連して放電される高周波電圧
   平滑用コンデンサの充電電荷に基づいて充電されるとと
   もに、整流装置の脈流電圧の瞬時値が所定値より小さい
   期間に充電電荷を変換装置に供給可能な電力蓄積用コン
   デンサと； 電力蓄積用コンデンサと直列的に設けられ、電力蓄積用
   コンデンサによる変換装置への放電経路を形成する片方
   向性のスイッチ装置と； 電力蓄積用コンデンサの充電回路に介挿された限流用イ
   ンダクタと； 充電電流断時に限流用インダクタの蓄積エネルギを電力
   蓄積用コンデンサに供給させるダイオードと； を具備していることを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】前記変換装置は、出力の一部を整流して前
   記電力蓄積用コンデンサを充電するものであることを特
   徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 【請求項３】前記変換装置は、一方の入力端に対して直
   列に接続されたトランスを有し、このトランスの出力を
   整流して前記電力蓄積用コンデンサを充電するものであ
   ることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
4. 【請求項４】前記変換装置は、トランジスタと、１次巻
   線を上記トランジスタのコレクタ・エミッタと直列的に
   接続された出力トランスとを有してなるものであるとと
   もに、前記電力蓄積用コンデンサは上記トランジスタの
   オン時にこのトランジスタを介して前記高周波電圧平滑
   用コンデンサの充電電荷により充電されるものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の電源装置。