JP2674267B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、入力力率を低下させることなく負荷装置に
平滑化直流電圧を供給できるよう、いわゆる部分平滑装
置を備えた電源装置に関する。

（従来の技術） 従来、この種装置として、たとえば特開昭56−49682
号公報のものが提案されている。このものは、入力され
る交流電源からの電圧を整流する整流装置の出力にて付
勢される高周波発生装置の入力側にコンデンサを含んで
なる部分平滑装置を設け、前記整流装置の脈流出力電圧
の瞬時値が大きい山部の期間には前記コンデンサを前記
高周波発生装置の出力の一部を整流した電圧で充電し、
前記整流装置の脈流出力電圧の瞬時値が小さい谷部の期
間に前記コンデンサの充電電荷を前記高周波発生装置に
供給するものである。

また、他の従来装置としては、特開昭57−180896号公
報に示されているように、整流装置の出力端子間に第１
のコンデンサ、ダイオードおよび第２のコンデンサをこ
の順に直列接続するとともに、前記各コンデンサそれぞ
れに放電用のダイオードを設けて部分平滑装置を形成
し、前記整流装置の脈流出力電圧が山部の期間に前記各
コンデンサを整流装置の出力にて充電し、山部の期間に
前記放電用のダイオードを介してドランジスタインバー
タに放電するようにしたものも提案されている。

さらに、前記特開昭56−49682号公報のようなものに
おいて、部分平滑装置のコンデンサを高周波発生装置の
出力ではなく、入力交流電圧を降圧、整流した電圧で充
電するようにしたものも提案されている。

これらはいずれも、平滑用のコンデンサを直接整流装
置の出力端子間に接続したものより、入力率を改善でき
ながら、負荷装置に平滑化直流電圧を供給できるもので
ある。また、特開昭58−34596号公報に示されるよう
に、インバータの入力側に整流装置と直列的関係になる
ように補助直流電源を構成し、インバータに整流装置の
出力電圧と補助直流電源の出力電圧との和の電圧を供給
するようにしたものも提案されている。

さらにまた、たとえば特開昭６−77860号公報に示さ
れるように負荷装置たとえばインバータの入力側にチョ
ッパ回路およびこのチョッパ回路の出力を平滑するフィ
ルタを設け、前記チョッパ回路のオンデューティ等を制
御して、平滑化直流電圧を得るようにしたものもある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来のうち部分平滑装置を利用し
たものは、いずれも部分平滑用のコンデンサが放電して
いる期間は交流電源からの入力電流が遮断される。この
ため、前記入力電流の波形は、交流電圧の各半サイクル
の谷部（整流化脈流電圧の谷部）に対応する部分に休止
区間を有する矩形波形であり、高周波成分を多く含んだ
ものであった。この高調波成分は、交流電源に接続され
た他の機器に悪影響をおよぼすので、近時、このような
高調波成分の低減が強く要求されるようになってきた。

また、チョッパを用いるものは、前記高調波の問題は
少ないが、チョッパが負荷装置に供給する電力のすべて
を変換するために、回路容量が大きくなり高価になって
しまうものであった。

さらに、特開昭58−34596号公報のものは、整流装置
の出力電圧と補助直流電源の部分電圧との和の電圧をイ
ンバータに供給するから、この和の電圧は和の開始時点
での急峻な立上がり部、和の終了時点での急峻な立下が
り部を有するとともに、脈流電圧の谷部のくびれが残っ
たものである。したがって、平滑度が悪く、さらに、急
峻な立上がり部、立下がり部の電圧急変時にインバータ
のインダクタがうなり音を発生したり、コンデンサに過
電流が流れたり、インバータの動作が不安定になったり
する虞がある。また、補助直流電源のコンデンサは整流
装置からの出力電圧から充電されるだけであるから、イ
ンバータへの放電により電圧が減衰して平滑度をより低
下させるか、大容量のコデンサが必要になって高価格化
するという問題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされた
もので、高力率および負荷装置への供給電圧の平滑化を
達成しながら、高調波成分の低減を図れ、かつ、比較的
安価な電源装置を提供することを目的とするものであ
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、既述したような部分平滑装置を有するもの
であって、整流装置の出力端子間に、少なくとも前記部
分平滑装置が負荷装置に給電している期間に作動するス
イッチング形のDC−DCコンバータを設け、このコンバー
タの出力を前記部分平滑装置のコンデンサの両端に印加
するようにしたことを構成上の特徴とするものである。

本発明において、負荷装置はたとえば前述したような
インバータ等のような高周波発生装置を含んでなるもの
でもよいし、その他のものでもよい。

（作用） 本発明は、スイッチング形のコンバータが部分平滑装
置の給電期間すなわち整流化脈流電圧の谷部の期間に作
動しているから、この期間も前記コンバータに電流が流
れ、交流電源からの入力電流は前記整流化脈流電圧の谷
部（交流電源電圧の各半サイクルの谷部）において遮断
されることがない。したがって、入力電流の急峻な立上
がり、立下がりがなくなり、これに伴って、高調波成分
が減少する。しかも、入力力率の向上も図れる。

また、前記コンバータの出力が部分平滑装置のコンデ
ンサ両端に加わって負荷装置に給電されるから、負荷装
置に供給される電圧がより平滑化される。または、平滑
度を本発明によらない、単に部分平滑装置を備えたもの
と同程度にするなら、コンデンサを小容量のものにで
き、安価にできる。

なお、本発明は、コンバータを部分平滑装置が充電さ
れている期間、すなわち整流化脈流電圧の山部の期間に
も作動させるようにしてもよい。この場合には、入力電
流波形を一層正弦波に近づけるためおよびDC−DCコンバ
ータの小容量化のために、部分平滑装置の充電期間にお
ける、前記コンバータの出力を抑制すべきである。抑制
するには、たとえばコンバータにおけるスイッチング装
置のオンデューティを小さくする等の制御を行なえばよ
い。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図および第２図を参照
して説明する。１は交流電源であり、２はこの交流電源
１の出力を整流する整流装置である。３は負荷装置で、
前記整流装置２の出力にて付勢されるように設けられて
いる。本実施例の負荷装置３は、つぎのように構成され
ている。すなわち、前記整流装置２からの電圧を高周波
電圧に変換するインバータ４と、このインバータ４の出
力にて点灯されるけい光ランプ、高圧放電灯等の放電灯
５とを含んで構成されている。前記インバータ４は、ス
イッチング用のトランジスタ６、リーケージ形の出力ト
ランス７および共振用のコンデンサ８を主として形成さ
れるいわゆる一石式のインバータで、それ自体は周知の
ものである。前記放電灯５は、前記トランス７のリーケ
ージインダクタを限流インピーダンスとして点灯される
ようになっている。

９は部分平滑装置で前記負荷装置３の入力側に設けら
れている。本実施例の部分平滑装置９は、平滑用のコン
デンサ10と、このコンデンサ10に直列接続された放電用
のダイオード11および限流用のインダクタ12と、このダ
イオード11およびインダクタ12の中間と前記トランジス
タ６のコレクタ側との間に接続されたダイオード13とか
らなる。そして、前記コンデンサ10は、前記整流装置２
の出力電圧の瞬間値が大きい山部の期間に、前記整流装
置２の出力および前記インバータ４の出力の一部を整流
した電圧にて充電される。すなわち、前記整流装置２の
出力にては、トランジスタ６のオン期間に、整流装置２
−逆流防止用のダイオード14−コンデンサ10−インダク
タ12−ダイオード13−トランジスタ６−整流装置２の経
路で充電される。また、インバータ４の出力にては、ト
ランジスタ６のオフ期間に、共振用コンデンサ８および
トランス７の一次巻線の両端に発生する電圧により、コ
ンデンサ10−インダクタ12−ダイオード13の経路で充電
される。このように充電されたコンデンサ10の電荷は、
整流装置２の出力電圧が小さい谷部の期間にダイオード
11を介して、負荷装置３に給電される。

15はスイッチング形のDC−DCコンバータであり、前記
整流装置２の出力端子間に設けられている。そして、本
実施例のものは、前記部分平滑装置９が負荷装置３に電
力を供給している期間および平滑装置９のコンデンサ10
が充電されている期間の両期間とも作動するようになさ
れている。このような本実施例のスイッチング形のDC−
DCコンバータ15の詳細をつぎに述べる。すなわち、16は
スイッチング装置であり、このスイッチング装置16と出
力トランス17の入力巻線17aとが直列接続されて、前記
整流装置２の出力端子間に設けられている。前記スイッ
チング装置16は、出力オンデューティを変化可能な発振
回路18にてオン・オフを制御されるようになされてい
る。そして、この発振回路18の出力は前記部分平滑装置
９のダイオード11に流れる電流の有無を検知する電流検
知装置19からの出力に応じて切換えられるようになって
いる。すなわち、前記ダイオード11にコンデンサ10の放
電電流が流れているときの電流検知装置19の出力にて
は、オンデューティを相対的に大きくし、電流が流れて
いないときの出力にては、オンデューティを相対的に小
さくする。前記出力トランス17の出力巻線17bは、その
両出力端をダイオード20を介して平滑用のコンデンサ10
の両端に接続されている。なお、21は無効電流バイパス
用のコンデンサである。

つぎに、本実施例の作用を説明する。まず、整流装置
２の出力電圧値が大きい山部の期間について述べる。整
流装置２から負荷装置３に給電され、負荷装置３におい
てはインバータ４が作動して放電灯５に高周波電圧を供
給する。この期間において、部分平滑装置９のコンデン
サ10は上述したように、整流装置２の出力およびインバ
ータ４の出力にて充電される。また、本実施例において
は、この期間もコンバータ15が作動しているから、前記
コンデンサ10はこのコンバータ15の出力にてもダイオー
ト20を介して充電される。なお、この期間におけるコン
バータ15のスイッチング装置16のオンデューティは相対
的に小さいから、コンバータ15の出力も小さく、部分平
滑用コンデンサ10を補助的に充電するにすぎない。この
期間の交流電源１からの入力電流波形は第２図（ロ）の
ようになる。なお、第２図（イ）は交流電源電圧波形を
示す。

ついで、整流装置２の出力電圧値が小さい谷部の期間
について述べる。整流装置２の出力電圧の瞬時値が次第
に低下して、略コンデンサ10の両端電圧値より低くなる
と（実際にはダイオード11、14の順方向電圧降下分も影
響する。）、前記コンデンサ10が負荷装置３に給電する
ようになる。すなわち、インバータ４のトランジスタ６
のオン時は、コンデンサ10−出力トランス７の入力巻線
−トランジスタ６−電流検知装置19−ダイオード11−イ
ンダクタ12−コンデンサ10の経路で給電する。トランジ
スタ６のオフ時は、前記出力トランス７の入力巻線ある
いは共振コンデンサ８の両端から、部分平滑用コンデン
サ10−インダクタ12−ダイオード13を介して、電圧の一
部が帰還される。また、電流検知装置19は前記のように
自己に電流が流れることにより、発振回路18をオンデュ
ーティが相対的に大きくなるように制御する。このコン
バータ15の出力は、前述の山部の期間と同様に部分平滑
用のコンデンサ10を充電する。あるいは、このコンデン
サ10にて平滑されて負荷装置３に加わる。前記コンデン
サ10の放電は、整流装置２のつぎのサイクルになって、
前記コンデンサ10の両端電圧値を上回るまで継続する。
したがって、この期間における交流電源１からの入力電
流波形は第２図（ハ）のようになる。この第２図（ハ）
の入力電流と、前記第２図（ロ）の出力電流とを足し
た、第２図（ニ）のものが交流電源１からの入力電流で
あることは明らかである。この第２図（ニ）からも明白
なように、本実施例のものは、入力電流波形は急峻な立
上がり、立下がりを含まず連続的なもので、高周波成分
が充分低減され、かつ、入力力率がさらに改善されてい
るものである。さらに、第２図（ホ）は、負荷装置３に
供給される電圧を示すものであるが、コンバータ15の作
用により谷部を補償される結果、一層平滑化されてい
る。すなわち、第２図（ホ）中点線は従来の部分平滑装
置のみのものであり、これとの対比により平滑化が向上
していることが明白である。このことは、従来と同程度
の平滑度とするなら、部分平滑用のコンデンサ10の容量
を小さくできることになる。

なお、交流電源１からの入力電流波形をどのようにす
るかは、要求される平滑度、入力力率、高調波成分の低
減レベル等によって決めればよいことであり、その変更
のためには、主として、谷部の期間における入力電流値
を制御すればよい。具体的にはたとえば、コンバータ15
におけるスイッチング装置16のオンデューティを変化さ
せればよいことが容易に理解されるであろう。

なお、コンバータ15を部分平滑装置９が放電している
期間のみ作動させることも、もちろん可能である。すな
わち、たとえば上記実施例に適用する場合には、電流検
知装置19の検知出力に応じて、発振回路18を作動、停止
すればよいことが理解されるであろう。この場合の各部
の電圧、電流波形は、第３図のようになる。なお、第３
図の（イ）〜（ニ）は、第２図の（イ）〜（ニ）と同じ
部分の電圧、電流波形を示すものである。ちなみに、従
来の部分平滑装置のみを備えたものの入力電流波形は、
第３図（ロ）に示すものである。

第４図を参照して、他の実施例を説明する。本実施例
において、第１図のものと同じあるいは対応する部分は
同じ符号を付して、説明を省略する。本実施例の負荷装
置30は、出力トランス311、一対のトランジスタ312、31
3および定電流用のインダクタ314を主として構成された
いわゆるプッシュプル形のトランジスタインバータ31
と、このインバータ31にて点灯されるけい光ランプ32と
からなるものである。そして、部分平滑装置33は、コン
デンサ34、ダイオード35、それぞれアノードを前記コン
デンサ34およびダイオード35の中間に接続された一対の
ダイオード36、37、互いに磁気結合されそれぞれ前記ダ
イオード36、37のカソードおよび前記インバータ31にお
ける出力トランス311の入力巻線の中間点ａ、ｂの間に
設けられた限流用のインダクタ38、39を有してなる。

このような本実施例の作用は、まず、整流装置２の出
力電圧値の大きい期間においては、インバータ31の出力
トランス311の中間点ｃから、コンデンサ34−ダイオー
ド36（37）−限流インダクタ38（39）−中間点ａ（ｂ）
の経路でコンデンサ34を充電する。また、この期間、前
記コンデンサ34は、整流装置２の出力にても、オンして
いる一方のトランジスタ312または313を介して、コンデ
ンサ34−ダイオード36（37）−限流インダクタ38（39）
−中間点ａ（ｂ）−トランジタ312（313）−定電流用イ
ンダクタ314の経路で補助的に充電される。コンバータ1
5の作用は、上記実施例のものと同様である。

整流装置２の出力電圧値が小さい期間の作用は、前記
コンデンサ34が、中間点ｃ−トランジスタ312（313）−
インダクタ314−ダイオード35の経路で放電する。そし
て、この期間におけるコンバータ15の作用も、上記実施
例のものと同様である。したがって、負荷装置30には平
滑化された直流電圧が供給されることになる。

さらに、他の実施例を第５図を参照して説明する。本
実施例においても、第１図の実施例と同じあるいは対応
する部分には同じ符号を付して、説明を省略する。本実
施例において、部分平滑装置40は、整流装置２の出力端
子間に互いに直列接続された第１のコンデンサ41、第１
のダイオード42、第２のコンデンサ43、前記第１のコン
デンサ41およびダイオード42に並列接続された第２のダ
イオード44、前記ダイオード42および第２のコンデンサ
43に並列接続された第３のダイオード45を有してなるも
のである。また、本実施例におけるコンバータ15′は、
出力トランス17′に２個の出力巻線17c、17dを有し、こ
れらをダイオード20′、20′を介して前記コンデンサ4
1、43の両端に接続している。

本実施例の作用は、部分平滑装置40が整流装置２の出
力電圧値が大きい期間は整流装置２の出力にて、第１の
コンデンサ41−第１のダイオード42−第２のコンデンサ
43の経路で充電され、整流装置２の出力電圧値が小さい
期間は、前記各コンデンサ41、43が対応するダイオード
44または45は介して負荷装置３に放電する。コンバータ
15′は、各出力巻線17c、17dの出力を前記コンデンサ4
1、43の両端に加える。

したがって、本実施例においても、負荷装置３に平滑
化直流電圧を供給できながら、交流電源からの入力電流
に含まれる高調波成分を減少できる。

さらに、第６図は、本発明の他の実施例を示すもので
ある。すなわち、本実施例においては部分平滑装置50が
交流電源電圧を降圧整流した電圧で充電されるようにし
たものである。51は前記高圧用のトランス、52は前記整
流用の整流器である。本実施例の作用は既述のことがら
から、容易に理解されるので、説明を省略する。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明は、交流電源からの入力力
率を改善しながら、負荷装置に平滑化直流電圧を供給す
るために部分平滑装置を備えたものであって、整流装置
の出力端子間に少なくとも、前記部分平滑装置が負荷装
置に給電している期間に作動して、その出力を前記部分
平滑装置のコンデンサの両端に加えるスイッチング形の
DC−DCコンバータを設けたから、前記整流装置の出力が
小さい谷部の期間も交流電源から入力電流が流れ、この
入力電流を連続的にして、高調波成分を減少できる。し
たがって、交流電源に接続された他の電気機器に対する
悪影響を低減できる。しかも、前記コンバータの出力は
部分平滑装置のコンデンサ両端に加えられて、負荷装置
に給電されるから、負荷装置に印加される電圧がより平
滑化されるか、あるいは、前記コンデンサの容量を小さ
くできるものである。また、従来、整流装置と負荷装置
との間に、チョッパを設けたものに比し、DC−DCコンバ
ータの容量を小さくできるので、安価に提供できるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は同実
施例の作用を説明する電圧および電流波形図、第３図は
他の実施例の作用を説明する電圧および電流波形図、第
４図〜第６図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す回路
図である。 ２……整流装置、3,30……負荷装置、 9,,33,40,50……部分平滑装置、 15、15′……DC−DCコンバータ、 10,34,41,43……コンデンサ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力される交流電圧を整流する整流装置
   と； この整流装置の出力にて付勢される負荷装置と； 少なくとも１個のコンデンサを有し、かつ、前記負荷装
   置から見て整流装置と並列的関係に設けられ、前記整流
   装置の出力電圧の瞬時値が大きい山部の期間に前記コン
   デンサが前記整流装置の出力電圧、前記負荷装置からの
   帰還電圧、前記交流電圧を整流した電圧等にて前記整流
   装置の出力電圧のピーク値より小さい値に充電され、前
   記整流装置の出力電圧の瞬時値が小さい谷部の期間に前
   記コンデンサの充電電荷を前記負荷装置に供給する部分
   平滑装置と； 前記整流装置の出力端子間に設けられ、少なくとも前記
   部分平滑装置が前記負荷装置に給電している期間に作動
   して、出力を前記コンデンサの両端に加えるスイッチン
   グ形のDC−DCコンバータと； を具備したことを特徴とする電源装置。