JP3016831B2 - インバータ装置 - Google Patents

インバータ装置

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JP3016831B2
JP3016831B2 JP2198179A JP19817990A JP3016831B2 JP 3016831 B2 JP3016831 B2 JP 3016831B2 JP 2198179 A JP2198179 A JP 2198179A JP 19817990 A JP19817990 A JP 19817990A JP 3016831 B2 JP3016831 B2 JP 3016831B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、商用交流電圧を入力して、負荷を高周波で
駆動するインバータ装置に関するものである、例えば、
放電灯を高周波点灯する用途に利用されるものである。
[従来の技術] 従来、商用電源の交流電圧を整流平滑した直流電圧を
インバータによって高周波に変換して放電灯に供給し、
放電灯を高周波点灯させる放電灯点灯装置が広く用いら
れている。この種の点灯装置において、商用交流電圧の
整流出力を平滑しているのは、放電灯に供給される高周
波電流の包絡線が商用交流電圧の周期で変動しないよう
にすることにより、放電灯の発光効率を向上させて装置
の消費電力を少なくし、また、光のちらつきを無くし
て、照明装置としての性能を向上させるためである。
しかしながら、商用交流電圧を整流平滑すると、商用
電源から平滑コンデンサへ流入する電流が商用交流電圧
のピーク値近辺でのみ流れることになり、商用交流電圧
の半サイクル毎に休止時間を待つピーク値の高い入力電
流となるため、入力力率が悪く、また交流基本周波に対
して多くの高次高調波成分を含むことにより、同じ交流
配電系につながれる他の機器への高周波ノイズの混入等
の悪影響があった。そのため、入力電流の力率を高くす
ると共に、高調波成分を低減し、且つ可能な限り平坦な
直流平滑電圧をインバータに供給するために、以下に述
べるように、各種の提案がなされている。
従来例1 第13図は特願昭63−160163号に示されている回路であ
り、商用電源ACの交流電圧を整流回路DBにより整流し、
インダクタL0と第1の平滑コンデンサC1により平滑して
インバータINVに入力し、インバータINVの高周波出力に
て放電灯Laを点灯する装置においで、インバータINVの
一部から帰還した電流により第2の平滑コンデンサC0
充電し、スイッチング素子Q0を介して第2の平滑コンデ
ンサC0の電圧をインダクタL0に断続的に印加させるよう
に構成したものである。トランジスタQ0のオン期間で
は、第2のコンデンサC0の電圧がインダクタL0に加わっ
て、インダクタL0にエネルギーが蓄積され、トランジス
タQ0のオフ期間では、インダクタL0の自己誘導電圧が全
波整流出力に重畳されて、第1の平滑コンデンサC1に充
電される。インダクタL0の自己誘導電圧は商用電源ACの
瞬時電圧値が低い期間では有効に重畳され、第1の平滑
コンデンサC1へ商用電源ACからの入力電流Iinを流すこ
とができるので、商用電源ACからの入力電流Iinの休止
期間が無くなり、放電灯Laに流れる電流ILaが安定する
と共に、入力率が高くなり、入力電流の高調波成分が低
減される。しかしながら、この従来例にあっては、第2
の平滑コンデンサC0とその充電手段を必要とすると共
に、整流回路DBの全波整流出力に重畳させる電圧源を作
るために、インダクタL0やスイッチング素子Q0が必要と
なり、装置コストが高価になるという欠点があった。
従来例2 第14図は特願平1−252175号に示されている回路であ
り、商用電源ACの交流電圧は整流回路DBによって整流さ
れ、インダクタL0及びダイオードD0の直列回路を介して
平滑コンデンサC1に印加される。平滑コンデンサC1
は、インダクタL9とコンデンサC9の並列共振回路を介し
てスイッチング用のトランジスタQ1が接続される。上記
並列共振回路には、インダクタL8を介して放電灯Laが接
続されており、放電灯Laの非電源側端子間にはコンデン
サC2が接続されている。トランジスタQ1のベースには数
10KHzの周波数のスイッチング信号が入力される。これ
により、一石インバータ回路が構成されている。また、
トランジスタQ1のオン・オフにより、コレクタに発生し
た高周波電圧はコンデンサC8を介してインダクタL0とダ
イオードD0の接続点に印加される。これによりダイオー
ドD0は入力商用電源ACの周波数よりも高い周波数でオン
・オフを繰り返し、交流入力電流は入力交流電圧の瞬間
値が低いところでも導通期間を持つようになる。つま
り、トランジスタQ1がオンの期間では、整流回路DBから
インダクタL0を通りコンデンサC8に電流が流れ、このコ
ンデンサC8が充電される。コンデンサC8が徐々に充電さ
れてダイオードD0のアノード電圧が上昇し、平滑コンデ
ンサC1の電圧以上になると、ダイオードD0がオンとな
り、インダクタL0が昇圧要素として働き、整流回路DBか
らインダクタL0を介して電流が流れ、平滑コンデンサC1
を充電する。
この方式においては、インダクタL0とダイオードD0
接続点の電位をスイッチング素子で直接的に変化させる
ものではなく、コンデンサC8を介して間接的に変化させ
ているので、平滑コンデンサC1の両端の電圧が余り上昇
しない。そして、第15図(a)に示すように、入力電流
I inの包絡線を入力電圧V inに比例させることができ、
第15図(b)に示す比較例と対比すると、入力電流I in
の高調波成分を低減させ、入力力率を向上させることが
できるという利点を持っている。しかしながら、この場
合、ダイオードD0のアノード電位を変化させるために、
整流回路DBとダイオードD0との間には、何らかのインピ
ーダンス要素が必要である。しかも、平滑コンデンサC1
を充電させ、入力電流歪みを改善し、完全平滑させるに
は、入力電圧が低いときにも、平滑コンデンサC1の両端
電圧を越える電圧の発生が必要である。つまり、昇圧作
用が必要である。したがって、整流回路DBとダイオード
D0との間には、昇圧チョッパーとして作用するインダク
タL0が必要となり、装置コストが高価になるという欠点
があった。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、昇圧チョッパーとして作
用する高価なインダクタを用いることなく、安価なコン
デンサを付加し、このコンデンサの極性をインバータの
共振作用を利用して反転させ、その電荷を入力電流に帰
還させることにより、入力電流の高調波成分を低減し、
入力力率を改善したインバータ装置を提供することにあ
る。
[課題を解決するための手段] 請求項1の発明にあっては、上記の課題を解決するた
めに、第1図に示すように、商用電源ACの交流電圧を整
流する整流手段DBと、整流された電圧を平滑する第1コ
ンデンサC1と、整流手段DBと第1コンデンサC1の間に第
1コンデンサC1を充電する方向に直列接続されたダイオ
ードD5と、整流手段DBとダイオードD5の接続点に一端を
接続された第2コンデンサC3と、第1コンデンサC1とダ
イオードD5の接続点に一端を接続され、他端を第2コン
デンサC3の他端に接続されて第2コンデンサC3と共に第
1のLC直列共振回路を構成するインダクタL1と、該イン
ダクタL1を介して第1コンデンサC1の両端間に接続され
たスイッチング素子(トランジスタTr1)と、該スイッ
チング素子の両端間に接続された第2のLC直列共振回路
(インダクタL2とコンデンサC2)と、スイッチング素子
が高周波でオン・オフされたときに第2のLC直列共振回
路に発生する高周波電圧を供給される負荷(放電灯La)
とを備えることを特徴とするものである。
また、請求項2の発明にあっては、上記の課題を解決
するために、第9図に示すように、商用電源ACの交流電
圧を整流する整流手段DBと、整流された電圧を平滑する
第1コンデンサC1と、整流手段DBと第1コンデンサC1
間に第1コンデンサC1を充電する方向に直列接続された
ダイオードD9と、整流手段DBとダイオードD9の接続点に
一端を接続された第2コンデンサC6と、第1コンデンサ
C1の両端間に接続されて高周波で交互にオン・オフされ
る一対のスイッチング素子(トランジスタTr1,Tr2)の
直列回路と、前記一対のスイッチング素子の接続点に一
端を接続され、他端を第2コンデンサC6の他端に接続さ
れて第2コンデンサC6と共に第1のLC直列共振回路を構
成するインダクタL2と、インダクタL2の前記他端に一端
を接続され、他端を第1コンデンサC1のいずれか一端に
接続されて前記インダクタL2と共に第2のLC直列共振回
路を構成する第3コンデンサC5と、前記一対のスイッチ
ング素子が高周波で交互にオン・オフされたときに第2
のLC直列共振回路に発生する高周波電圧を供給される負
荷(放電灯La)とを備えることを特徴とするものであ
る。
[作 用] 本発明にあっては、このように、商用電源ACから整流
回路DBとインバータINVを介して充電され、インバータ
の共振作用により極性を反転される力率改善用のコンデ
ンサC3(第1図参照)あるいはC6(第9図参照)を備え
るものであるから、比較的安価なコンデンサC3あるいは
C6を備えるだけで、商用電源ACから入力電流が流れてい
る期間を実質的に長くすることができ、入力電流の高調
波成分を低減できると共に、入力力率を改善できるもの
である。
本発明の更に詳しい構成及び動作については、以下に
述べる実施例の説明において一層明らかとされる。
[実施例1] 第1図は本発明の一実施例の回路図である。本実施例
では、商用電源ACからの入力交流電圧をダイオードD1
D4のブリッジ回路DBにより整流し、ダイオードD5を介し
てコンデンサC1により平滑している。この平滑コンデン
サC1に得られた電圧は、インダクタL1とトランジスタTr
1の直列回路に印加されており、トランジスタTr1の両端
には、インダクタL2を介して放電灯Laが接続されてい
る。放電灯Laの非電源側端子間には、コンデンサC2が並
列接続されている。インダクタL2の2次巻線L3はベース
抵抗R2を介してトランジスタTr1のベース・エミッタ間
に接続されている。ダイオードD5とインダクタL1の直列
回路には、コンデンサC3が並列的に接続されており、こ
れが本発明の特徴的構成となっている。インダクタL1
コンデンサC3はLC共振回路を構成しており、インダクタ
L2は限流用のバラストインダクタであり、コンデンサC2
は放電灯Laのフィラメント予熱用である。
抵抗R1、コンデンサC4、ダイアックDA1は起動回路を
構成している。抵抗R1を介してコンデンサC4が充電さ
れ、その電圧がダイアックDA1の降状電圧に達すると、
ダイアックDA1が薄通し、コンデンサC4からトランジス
タTr1のベース電流を供給して、インバータINVの発振を
開始される。インバータINVの発振動作は、インダクタL
2を介して流れる負荷電流を2次巻線L3を介してトラン
ジスタTr1のベース・エミッタ間に帰還させることによ
り維持される。インバータINVが自動発振動作を開始し
た後は、トランジスタTr1のコレクタ電位が周期的に低
下するので、ダイオードD6を介してコンデンサC4の電荷
が放電され、上述の起動回路は動作を停止する。トラン
ジスタTr1には、ダイオードD7が逆並列接続されてい
る。このダイオードD7は、インバータINVの共振エネル
ギーに起因する電流を通電するために設けられている。
以下、本実施例の動作を説明する。まず、トランジス
タTr1がONのときには、第2図(a)に示すように、商
用電源ACより整流回路DB、コンデンサC3、トランジスタ
Tr1を通して再び商用電源ACへ戻る電流(破線参照)
と、平滑コンデンサC1によりインダクタL1、トランジス
タTr1を介してコンデンサC1へ戻る電流(実線参照)
が流れる。次に、トランジスタTr1がOFFすると、第2図
(b)に示すように、インダクタL1の蓄積エネルギー及
びコンデンサC3の蓄積電荷により、インダクタL1、コン
デンサC3、ダイオードD5を介して電流(破線参照)が
流れて、コンデンサC3の極性が反転する。そして、極性
が反転したコンデンサC3に蓄えられている電荷は、第1
図に示すインダクタL2、放電灯La、ダイオードD3又は
D4、交流電源AC、ダイオードD2又はD1、コンデンサC3
経路で放電される。したがって、結局、コンデンサC3
蓄えられた電荷をインダクタL1との共振で極性反転さ
せ、ダイオードD5によりその電荷の放電を入力電源へ帰
還させることができるものである。
第3図に本実施例の動作波形を示す。コンデンサC3
よる商用電源ACへの高周波の帰還電流と、平滑用コンデ
ンサC1への低周波の充電電流を合成した電流が、入力電
流波形となる。このように、本実施例では、入力電圧の
ピーク時以外でも入力電流が流れており、入力力率が顕
著に改善される。
[実施例2] 第4図に示す実施例は、整流回路DBの出力側にインダ
クタL4を直列的に挿入して高周波電流の谷埋めを行い、
入力電流を滑らかにしたものである。この実施例では、
インダクタL4の存在によりコンデンサC1の電圧が昇圧さ
れるので、商用電源ACから平滑用のコンデンサC1への低
周波の充電電流が無くなる。したがって、第5図に示す
ような入力電流波形となる。
[実施例3] 第6図に示す実施例は、整流回路DBの入力側にインダ
クタL4を直列的に挿入した回路であり、その動作波形を
第7図に示す。本実施例では、コンデンサC3からの高周
波の帰還電流(第7図(b)参照)が、インダクタL4
作用によ、低周波の正弦波絡線を備える電流(第7図
(d)参照)として交流電源ACへ帰還され、残りの電流
(第7図(c)参照)は整流回路DBを構成するダイオー
ドD3、D1又はD4、D2を通じて、コンデンサC3へ帰還され
る。さらに、商用電源ACへ帰還された電流(第7図
(d)参照)は、インダクタL4の作用により谷埋めされ
て、低周波の正弦波電流(第7図(e)参照)となる。
この場合もインダクタL4の作用により谷埋めされた電流
で平滑用コンデンサC1が充電され、その電圧が昇圧され
ることになる。
[実施例4] 第8図に示す実施例は、整流回路DBの入力側と出力側
にそれぞれインダクタL4,L5を挿入したものである。本
実施例の場合も、上述の実施例3と同様に、入力電流は
休止区間の無い正弦波状の電流波形となる。
[実施例5] 第9図に示す実施例は、2個のトランジスタTr1,Tr2
が交互にオン・オフすることにより、インダクタL2とコ
ンデンサC5及びC6が共振動作を行うハーフブリッジ形の
インバータINVを用いている。商用電源ACの交流電圧
は、インダクタL4を介して整流回路DBにより整流され、
ダイオードD9を介してコンデンサC1に直流電圧が充電さ
れる。コンデンサC1の電圧は、トランジスタTr1,Tr2
直列回路に印加される。各トランジスタTr1,Tr2には、
それぞれダイオードD7,D8が逆並列接続されている。ト
ランジスタTr2の両端には、インダクタL2とコンデンサC
5の直列回路が接続されており、コンデンサC5の両端に
は、コンデンサC7を介して放電灯Laが接続されている。
放電灯Laの非電源側端子間には、コンデンサC2が並列接
続されている。インダクタL2とコンデンサC5の接続点
は、コンデンサC6を介して、ダイオードD9と整流回路DB
の接続点に接続されている。
以下、本実施例の動作について説明する。まず、トラ
ンジスタTr1がON、トランジスタTr2がOFFのとき、コン
デンサC5には、平滑コンデンサC1、トランジスタTr1
インダクタL2、コンデンサC5の経路で共振電流が流れる
(第10図の実線参照)。コンデンサC6には、交流電源A
C、トランジスタTr1、インダクタL2、コンデンサC6の経
路で共振電流が流れる(第10図の破線参照)。
次に、トランジスタTr1がOFF、トランジスタTr2がON
のときには、コンデンサC5、インダクタL2、トランジス
タTr2の経路の共振電流が流れて、コンデンサC5の極性
が反転する(第11図の実線参照)。また、コンデンサ
C6、インダクタL2、トランジスタTr2、ダイオードD9
経路での共振電流が流れて、コンデンサC6の極性も反転
する(第11図の破線参照)。したがって、この回路にお
いても、コンデンサC6の共振電流が入力電源側へ帰還さ
れるため、インダクタL4等で谷埋めを行うことで、休止
区間の無い入力電流、あるいは高調波成分の少ない正弦
波状の電流にすることができる。
[実施例6] 第12図に示す実施例は、インダクタL4を整流回路DBの
出力側に配置している。また、コンデンサC1とダイオー
ドD9は、実施例5とは逆に配置している。さらに、イン
バータINVの負荷回路は、トランジスタTr1の側に並列接
続している。この実施例においても、上述の実施例5と
同様の動作が実現できる。
[発明の効果] 本発明にあっては、上述のように、商用電源の交流電
圧を整流する整流手段と、整流された電圧を平滑する平
滑コンデンサと、平滑コンデンサの電圧を高周波に変換
して負荷に印加するインバータとを備える装置におい
て、商用電源から整流手段とインバータを介して充電さ
れ、インバータの共振作用により極性を反転される力率
改善用のコンデンサを備えたものであるから、昇圧チョ
ッパーとして作用するインダクタを用いなくても、共振
要素として作用する比較的安価なコンデンサを付加する
だけで、適用電源からの入力電流の高調波成分を低減
し、入力力率を改善できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例の回路図、第2図は同上の
動作説明のための回路図、第3図は同上の動作波形図、
第4図は本発明の第2実施例の回路図、第5図は同上の
動作波形図、第6図は本発明の第3実施例の回路図、第
7図は同上の動作波形図、第8図は本発明の第4実施例
の回路図、第9図は本発明の第5実施例の回路図、第10
図及び第11図は同上の動作説明のための回路図、第12図
は本発明の第6実施例の回路図、第13図は従来例の回路
図、第14図は他の従来例の回路図、第15図は同上の動作
説明のための波形図である。 ACは商用電源、DBは整流回路、C1は平滑コンデンサ、C3
は力率改善用のコンデンサ、INVはインバータ、Laは放
電灯である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/42 - 7/98

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】商用電源の交流電圧を整流する整流手段
    と、 整流された電圧を平滑する第1コンデンサと、 整流手段と第1コンデンサの間に第1コンデンサを充電
    する方向に直列接続されたダイオードと、 整流手段とダイオードの接続点に一端を接続された第2
    コンデンサと、 第1コンデンサとダイオードの接続点に一端を接続さ
    れ、他端を第2コンデンサの他端に接続されて第2コン
    デンサと共に第1のLC直列共振回路を構成するインダク
    タと、 該インダクタを介して第1コンデンサの両端間に接続さ
    れたスイッチング素子と、 該スイッチング素子の両端間に接続された第2のLC直列
    共振回路と、 スイッチング素子が高周波でオン・オフされたときに第
    2のLC直列共振回路に発生する高周波電圧を供給される
    負荷とを備えるインバータ装置。
  2. 【請求項2】商用電源の交流電圧を整流する整流手段
    と、 整流された電圧を平滑する第1コンデンサと、 整流手段と第1コンデンサの間に第1コンデンサを充電
    する方向に直列接続されたダイオードと、 整流手段とダイオードの接続点に一端を接続された第2
    コンデンサと、 第1コンデンサの両端間に接続されて高周波で交互にオ
    ン・オフされる一対のスイッチング素子の直列回路と、 前記一対のスイッチング素子の接続点に一端を接続さ
    れ、他端を第2コンデンサの他端に接続されて第2コン
    デンサと共に第1のLC直列共振回路を構成するインダク
    タと、 インダクタの前記他端に一端を接続され、他端の第1コ
    ンデンサのいずれか一端に接続されて前記インダクタと
    共に第2のLC直列共振回路を構成する第3コンデンサ
    と、 前記一対のスイッチング素子が高周波で交互にオン・オ
    フされたときに第2のLC直列共振回路に発生する高周波
    電圧を供給される負荷とを備えるインバータ装置。
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