JP2690418B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、昇圧チョッパー回路を
使用した電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば放電灯を点灯制御する電源装置と
しては図５に示すものが知られている。

【０００３】これは交流電源１にＡＣフィルタ２を介し
て全波整流用のダイオードブリッジ回路３の入力端子を
接続し、そのダイオードブリッジ回路３の出力端子に昇
圧チョッパー回路４を接続している。この昇圧チョッパ
ー回路４はダイオードブリッジ回路３の出力端子間にイ
ンダクタ５を介してＮＰＮ形スイッチングトランジスタ
６を接続するとともに、さらにダイオード７を順方向に
介して平滑コンデンサ８を接続している。

【０００４】前記昇圧チョッパー回路４の出力端子、す
なわち平滑コンデンサ８の両端間にハーフブリッジ形の
インバータ回路９が接続され、そのインバータ回路９の
出力端子に放電灯１０を接続している。

【０００５】前記インバータ回路９は、一対のＮＰＮ形
スイッチングトランジスタ１１，１２の直列回路を設
け、この各トランジスタ１１，１２にダイオード１３，
１４をそれぞれ並列に接続するとともに、スイッチング
トランジスタ１１のコレクタ、エミッタ間に直流成分カ
ット用のコンデンサ１５を介して共振用のインダクタ１
６とコンデンサ１７の直列回路が接続されている。そし
て前記コンデンサ１７の両端を出力端子とし、その出力
端子に放電灯１０を接続している。

【０００６】この装置は、昇圧チョッパー回路４におい
てスイッチングトランジスタ６がオンされると、ダイオ
ードブリッジ回路３からインダクタ５に電流が流れ、こ
のインダクタ５にエネルギーが蓄積される。そしてトラ
ンジスタ６がオフするとインダクタ５のエネルギーが放
出されダイオード７を介して平滑コンデンサ８に充電さ
れる。このとき平滑コンデンサ８にはダイオードブリッ
ジ回路３からの直流出力電圧にインダクタ５の両端に生
じる電圧を加えた電圧が充電されるので、平滑コンデン
サ８には交流電源１のピーク値よりも高い直流電圧が発
生する。またダイオードブリッジ回路３から平滑コンデ
ンサ８に充電電流が流れている期間が長くなる。

【０００７】従って昇圧チョッパー回路４のスイッチン
グトランジスタ６を高速でオン，オフさせることで、交
流電源１の入力電流をインダクタ５を介して常に流すこ
とができ、インダクタ５の電流波形は、その包絡線が図
６に示すような正弦波となる。ＡＣフィルタ２で入力電
流が連続的になるようにフィルタリングすれば、入力電
流は入力電圧と同相の正弦波となり、入力力率を改善で
きることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た電源装置では、チョッパー回路４のスイッチングトラ
ンジスタ６のオン時に流れる電流波形が急俊なパルス状
の三角波となるため、トランジスタ６のオフ時における
スイッチング損失が大きく、またオフ時の波形変化も大
きくなりノイズが発生し易いという問題があった。ま
た、チョッパー回路４の基本構成を為すインダクタ５が
電源からのメイン回路に入っているためインダクタとし
て大容量のものが必要となる問題があった。

【０００９】本発明は以上のような実情に鑑みてなされ
たもので、昇圧チョッパー回路を使用して入力力率の改
善を図ったものにおいて、スイッチング素子に流れる電
流の電流波形を正弦波状にすることができてスイッチン
グ損失及びノイズレベルを大幅に低減でき、しかも昇圧
チョッパー回路に使用されるインダクタの容量を小さく
できる電源装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明に係る電源装置は、交流電源に整流回路を
介して昇圧チョッパー回路を接続してなり、昇圧チョッ
パー回路は、整流回路の出力端子間に第１のダイオード
を順方向に介して接続された第１、第２のスイッチング
素子の直列回路と、この第１、第２のスイッチング素子
にこの各スイッチング素子とは逆極性にして並列に接続
された第２、第３のダイオードと、整流回路の出力端子
間に第１のダイオードを順方向に介して接続された平滑
コンデンサと、整流回路の出力端子の正極側と各スイッ
チング素子の接続点との間に第１のコンデンサを介して
接続されるとともに、第１のダイオード及び第２のコン
デンサを直列に介して接続されたインダクタとで構成さ
れている。

【００１１】また、第２の発明に係る電源装置は、交流
電源に整流回路を介して昇圧チョッパー回路を接続し、
さらにこの昇圧チョッパー回路にインバータ回路を接続
してなり、インバータ回路は、昇圧チョッパー回路の第
１、第２のスイッチング素子をスイッチング動作用のス
イッチング素子として兼用したものである。

【００１２】

【作用】以上のような手段を講じた第１の発明に係る電
源装置においては、第２のスイッチング素子がオンする
と、その第２のスイッチング素子には整流回路から第１
のコンデンサ、インダクタを介して電流が流れるととも
に平滑コンデンサから第２のコンデンサ、インダクタを
介して電流が流れる。そして第２のスイッチング素子が
オフすると、インダクタに誘起電圧が発生し、これによ
り第２のダイオードがオンして、整流回路から第１のコ
ンデンサ、インダクタ、第２のダイオード、平滑コンデ
ンサを介して電流が流れ平滑コンデンサが充電される。

【００１３】また第１のスイッチング素子がオンする
と、それまで流れていた共振電流が反転して第１のコン
デンサから第１のダイオード、第１のスイッチング素
子、インダクタの閉ループと、第２のコンデンサから第
１のスイッチング素子、インダクタの閉ループの経路で
流れる。そして第１のスイッチング素子がオフすると、
インダクタに誘起電圧が発生し、これにより第３のダイ
オードがオンして、インダクタから第１のコンデンサ、
第１のダイオード、平滑コンデンサ、第３のダイオード
を介して電流が流れるとともにインダクタから第２のコ
ンデンサ、平滑コンデンサ、第３のダイオードを介して
電流が流れ、平滑コンデンサが充電される。こうして各
スイッチング素子の交互のスイッチング動作によりイン
ダクタにはインダクタと第１、第２のコンデンサによる
共振電流が流れる。こうして昇圧チョッパー回路には正
弦波状の共振電流が流れることになる。

【００１４】また第２の発明に係る電源装置において
は、昇圧チョッパー回路の第１、第２のスイッチング素
子がインバータ回路のスイッチング素子としても動作す
る。すなわち第１、第２のスイッチング素子が交互にス
イッチング動作することによりインバータ回路が発振動
作を行う。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１６】図１には、本発明の第１実施例に係る電源
装置の構成が示されている。なお、同図には、実施例に
係る電源装置を放電灯点灯装置の電源に適用した例が示
されている。

【００１７】本実施例の電源装置は、交流電源２１にイ
ンダクタとコンデンサからなるＡＣフィルター２２を介
して全波整流ダイオードブリッジ回路２３の交流入力端
子を接続している。

【００１８】前記ダイオードブリッジ回路２３の整流出
力端子に昇圧チョッパー回路２４を接続し、その昇圧チ
ョッパー回路２４の出力端子にインバータ回路２５を接
続している。そして前記インバータ回路２５の出力端子
に放電灯２６を接続している。

【００１９】前記昇圧チョッパー回路２４は、前記ダイ
オードブリッジ回路２３の整流出力端子間に第１のダイ
オード２７を順方向に介して第１、第２のスイッチング
素子、例えばＮＰＮ形の第１、第２のスイッチングトラ
ンジスタ２８，２９の直列回路を接続するとともに平滑
コンデンサ３０を接続している。前記第１、第２のスイ
ッチングトランジスタ２８，２９にこの各トランジスタ
２８，２９とは逆極性にして第２、第３のダイオード３
１，３２をそれぞれ並列に接続している。前記ダイオー
ドブリッジ回路２３の整流出力端子の正極側と前記各ト
ランジスタ２８，２９の接続点との間にインダクタ３３
を第１のコンデンサ３４を介して接続するとともに前記
第１のダイオード２７及び第２のコンデンサ３５を直列
に介して接続している。

【００２０】前記インバータ回路２５は、一対のＮＰＮ
形スイッチングトランジスタ３６，３７の直列回路を設
け、この各トランジスタ３６，３７にダイオード３８，
３９をそれぞれ並列に接続するとともに、スイッチング
トランジスタ３６のコレクタ、エミッタ間に直流成分カ
ット用のコンデンサ４０を介してインダクタ４１とコン
デンサ４２の直列共振回路を接続している。そして共振
用の前記コンデンサ４２の両端には前記放電灯２６が接
続されている。

【００２１】以上のように構成された本実施例では、第
２のスイッチングトランジスタ２９がオンすると、第１
のコンデンサ３４，インダクタ３３，第２のスイッチン
グトランジスタ２９の経路でダイオードブリッジ回路２
３の端子間に電流が流れると共に、平滑コンデンサ３
０，第２のコンデンサ３５，インダクタ３３，第２のス
イッチングトランジスタ２９，平滑コンデンサ３０の経
路で電流が流れる。

【００２２】次に、第２のスイッチングトランジスタ２
９がオフしたときには、インダクタ３３に誘起電圧が発
生し、第２のダイオード３１がオンする。これによっ
て、第１のコンデンサ３４，インダクタ３３，第２のダ
イオード３１，平滑コンデンサ３０の経路で、ダイオー
ドブリッジ回路２３の端子間に電流が流れる。このとき
に、第１，第２のコンデンサ３４，３５及びインダクタ
３３からなる共振回路のエネルギーが平滑コンデンサ３
０に充電される。

【００２３】次に、第１のスイッチングトランジスタ２
８がオンすると、第１のコンデンサ３４，第１のダイオ
ード２７，第１のスイッチングトランジスタ２８，イン
ダクタ３３，第１のコンデンサ３４の経路で電流が流れ
ると共に、第２のコンデンサ３５，第１のスイッチング
トランジスタ２８，インダクタ３３，第２のコンデンサ
３５の経路で電流が流れる。

【００２４】次に、第１のスイッチングトランジスタ２
８がオフすると、インダクタ３３に誘起電圧が発生し、
第３のダイオード３２がオンしてインダクタ３３，第１
のコンデンサ３４，第１のダイオード２７，平滑コンデ
ンサ３３，第３のダイオード３２，インダクタ３３の経
路で電流が流れると共に、インダクタ３３，第２のコン
デンサ３５，平滑コンデンサ３０、第３のダイオード３
２，インダクタ３３の経路で電流が流れる。このとき
に、第１，第２のコンデンサ３４，３５及びインダクタ
３３からなる共振回路のエネルギーが平滑コンデンサ３
０に充電される。

【００２５】このように、第１，第２のスイッチングト
ランジスタ２８，２９の交互のスイッチング動作により
インダクタ３３にはインダクタ３３と第１、第２のコン
デンサ３４，３５による共振電流が流れる。こうして昇
圧チョッパー回路２４には図２に示すような正弦波状の
共振電流ＩＬｂが流れる。

【００２６】また、本実施例では、交流電源２１からの
入力電圧Ｖinが印加されると、ダイオードブリッジ回路
２３から出力される整流電流Ｉｓ及び昇圧チョッパー回
路２４を流れる共振電流ＩＬｂは、それぞれ図３に示す
ような波形となる。整流電流Ｉｓ及び共振電流ＩＬｂの
包絡線は、それぞれ入力電圧Ｖinの振幅に応じて変化す
るので、ＡＣフィルタ１０で高周波成分を除去すること
により、交流電源２１からの入力電流Ｉinは正弦波とな
り、入力力率が改善される。

【００２７】一方、インバータ回路２５のスイッチング
トランジスタ３６，３７は交互にオン，オフされ、スイ
ッチングトランジスタ３６がオンされたときには、コン
デンサ４０が電源となってスイッチングトランジスタ３
６，インダクタ４１，コンデンサ４２及び放電灯２６の
経路で電流が流れる。また、スイッチングトランジスタ
３７がオンされたときには、平滑コンデンサ３０が電源
となってコンデンサ４０，コンデンサ４２，放電灯２
６，インダクタ４１，スイッチングトランジスタ３７の
経路で電流が流れる。また、スイッチングトランジスタ
３６がオフしたときにはダイオード３９を介して、また
スイッチングトランジスタ３７がオフしたときにはダイ
オード３８を介して、インダクタ４１とコンデンサ４０
よりなる共振回路の残留エネルギーによる電流が流れ
る。この様にして、インダクタ４１とコンデンサ４０よ
りなる直列共振回路には共振電流が流れて、コンデンサ
４２の両端に発生する共振電圧が放電灯２６に印加され
て放電灯２６が始動点灯される。

【００２８】この様に本実施例によれば、第１，第２の
コンデンサ３４，３５とインダクタ３３よりなる共振回
路のエネルギーを平滑コンデンサー３０に蓄えるように
したので、第１，第２のスイッチングトランジスタ２
８，２９には正弦波形の共振電流ＩＬｂが流れるものと
なり、三角波状の電流が流れるのに比べて、スイッチン
グ損失を大幅に少なくできると共に、ノイズレベルを低
くすることができる。

【００２９】また、昇圧チョッパー回路２４の基本構成
を為すインダクタ３３が交流電源２１からのメイン回路
に入っていないため、インダクタとして小容量のものを
使用することができる利点がある。次に、本発明の第２
実施例に係る電源装置を図４を参照して説明する。

【００３０】本実施例の電源装置は、前記インバータ回
路２５のスイッチングトランジスタ３６，３７とダイオ
ード３８，３９を、前記昇圧チョッパー回路２４と同様
に構成される昇圧チョッパー回路２４′の第１、第２の
スイッチングトランジスタ及び第２、第３のダイオード
に兼用したものである。その他の部分の構成は図１に示
す第１実施例の電源装置と同じである。

【００３１】この様に構成された本実施例によれば、上
記第１実施例と同様に、スイッチング損失を少なくでき
ると共に、ノイズレベルを低減でき、さらに上記第１実
施例に比べて、スイッチングトランジスタ，ダイオード
を２個づつ削減できるので、回路構成を簡素化すること
ができる。なお、上記第１及び第２実施例では、本発明
の電源装置を放電灯点灯装置に用いた場合について説明
したが、他の装置の電源として用いることもできる。

【００３２】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、昇
圧チョッパー回路を使用して入力力率の改善を図ったも
のにおいて、スイッチング素子に流れる電流の電流波形
を正弦波状にすることができてスイッチング損失及びノ
イズレベルを大幅に低減でき、しかも昇圧チョッパー回
路に使用されるインダクタの容量を小さくできる電源装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る電源装置の構成図。

【図２】第１実施例に係る電源装置のトランジスタの駆
動パルスとそこを流れる電流の波形図。

【図３】第１実施例に係る電源装置における入力電圧，
入力電流，整流電流，共振電流の各波形図。

【図４】本発明の第２実施例に係る電源装置の構成図。

【図５】従来よりある電源装置の構成図。

【図６】図５に示す電源装置の入力電圧波形とトランジ
スタを流れる電流波形をそれぞれ示す図。

【符号の説明】

２１…交流電源、２２…ＡＣフィルタ、２３…ダイオー
ドブリッジ回路、２４，２４′…昇圧チョッパー回路、
２５…インバータ路、２７…第１のダイオード、２８…
第１のスイッチングトランジスタ、２９…第２のスイッ
チングトランジスタ、３０…平滑コンデンサ、３１…第
２のダイオード、３２…第３のダイオード、３３…イン
ダクタ、３４…第１のコンデンサ、３５…第２のコンデ
ンサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｂ 41/24 Ｈ０５Ｂ 41/24 Ｌ 41/29 41/29 Ｃ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源に整流回路を介して昇圧チョッ
   パー回路を接続してなり、 前記昇圧チョッパー回路は、前記整流回路の出力端子間
   に第１のダイオードを順方向に介して接続された第１、
   第２のスイッチング素子の直列回路と、この第１、第２
   のスイッチング素子にこの各スイッチング素子とは逆極
   性にして並列に接続された第２、第３のダイオードと、
   前記整流回路の出力端子間に前記第１のダイオードを順
   方向に介して接続された平滑コンデンサと、前記整流回
   路の出力端子の正極側と前記各スイッチング素子の接続
   点との間に第１のコンデンサを介して接続されるととも
   に、前記第１のダイオード及び第２のコンデンサを直列
   に介して接続されたインダクタからなることを特徴とす
   る電源装置。
2. 【請求項２】 交流電源に整流回路を介して昇圧チョッ
   パー回路を接続し、さらにこの昇圧チョッパー回路にイ
   ンバータ回路を接続してなり、 前記昇圧チョッパー回路は、前記整流回路の出力端子間
   に第１のダイオードを順方向に介して接続された第１、
   第２のスイッチング素子の直列回路と、この第１、第２
   のスイッチング素子にこの各スイッチング素子とは逆極
   性にして並列に接続された第２、第３のダイオードと、
   前記整流回路の出力端子間に前記第１のダイオードを順
   方向に介して接続された平滑コンデンサと、前記整流回
   路の出力端子の正極側と前記各スイッチング素子の接続
   点との間に第１のコンデンサを介して接続されるととも
   に、前記第１のダイオード及び第２のコンデンサを直列
   に介して接続されたインダクタからなり、 前記インバータ回路は、前記昇圧チョッパー回路の第
   １、第２のスイッチング素子をスイッチング動作用のス
   イッチング素子に兼用したことを特徴とする電源装置。