JP3126186B2 - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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JP3126186B2
JP3126186B2 JP03323255A JP32325591A JP3126186B2 JP 3126186 B2 JP3126186 B2 JP 3126186B2 JP 03323255 A JP03323255 A JP 03323255A JP 32325591 A JP32325591 A JP 32325591A JP 3126186 B2 JP3126186 B2 JP 3126186B2
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敏行 平岡
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高調波成分を抑制する
とともに、負荷にかかる負担を軽減させた電源回路に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来の電源装置を図3を参照して説明す
る。この図3に示す従来の電源装置は、商用交流電源E
に、インダクタL1およびコンデンサC1からなるフィルタ
回路1を接続し、このフィルタ回路1に全波整流回路2
を接続する。この全波整流回路2の出力端子間には、イ
ンダクタL2を介してトランジスタQ1のコレクタ・エミッ
タ間を接続し、このトランジスタQ1のベースには制御回
路3を接続する。また、全波整流回路2の正極側には順
方向にダイオードD1を接続し、このダイオードD1を介し
た全波整流回路2にコンデンサC2を接続する。このコン
デンサC2の両端子間には負荷としての放電灯点灯回路4
を接続する。
【0003】そして、この放電灯点灯回路4はインバー
タ回路5を有し、このインバータ回路5は、コンデンサ
C2の両端子間にインバータトランスTr1 の1次巻線Tr1a
およびトランジスタQ2の直列回路を接続し、1次巻線Tr
1aに対して並列にコンデンサC3を接続するとともに、ト
ランジスタQ2のコレクタ・エミッタ間には帰還用のダイ
オードD2を接続する。
【0004】また、インバータトランスTr1 の2次巻線
Tr1bには、コンデンサC4を介して放電ランプFLのフィラ
メントFLa ,FLb を接続する。さらに、これらフィラメ
ントFLa ,FLb には、始動用のコンデンサC5を接続す
る。
【0005】次に、上記図3に示す従来例の動作につい
て説明する。
【0006】まず、電源が投入されると、全波整流回路
2で全波整流を行ない、制御回路3によりトランジスタ
Q1を制御し、トランジスタQ1がオンの時には、整流され
た脈流電流によりインダクタL2へのエネルギーを蓄積
し、トランジスタQ1のオフのときには、インダクタL2の
蓄積エネルギーを脈流電圧に重畳してダイオードD1を介
してコンデンサC2に充電する。このトランジスタQ1のス
イッチング動作は連続して行なわれ、コンデンサC1への
充電電圧は平滑される。
【0007】そして、インダクタL1には、脈流電圧に対
応した包絡線をピークとした電流が流れる。このインダ
クタL1に流れる電流は、インダクタL1およびコンデンサ
C1のフィルタ回路1で交流電圧と同相の正弦波電流とな
るので、装置に流入する入力電流は高調波成分を含ま
ず、かつ、高力率となる。
【0008】さらに、インバータ回路5は、コンデンサ
C2から供給された直流電圧を、トランジスタQ2を高周波
でスイッチング制御し、インバータトランスTr1 の1次
巻線Tr1aのインダクタンスとコンデンサC3で共振した電
圧が2次巻線Tr1bに伝達され、放電ランプFLに供給され
る。そして、コンデンサC5が放電ランプFLのフィラメン
トFLa ,FLb を予熱し,同時にコンデンサC4の発生電圧
を放電ランプFLに印加し、放電ランプFLを始動、点灯さ
せる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実用上
は放電灯点灯回路4のインバータ回路5の損失分を、脈
流電圧の全ての区間で連続的にトランジスタQ1をスイッ
チング制御しても、インダクタL2、コンデンサC2などの
各素子のエネルギー処理量が大きく、素子の大容量化、
高価格化を招く。また、トランジスタQ1の制御回路3
も、瞬時電圧値が常に変化する脈流に対して、連続的
に、かつ、インダクタL2へのエネルギー蓄積が残らない
ように、毎サイクル、スイッチングしなければならない
ため、回路が複雑化、大型化する。
【0010】また、動作上においてもトランジスタQ1の
スイッチングするエネルギー処理が、脈流電圧の全ての
区間で連続的に行なうため、トランジスタQ1のスイッチ
ング損失が大きく、スイッチングによって電流も連続的
な三角波となるためのノイズの発生量が多くなる。
【0011】さらに、電源投入時にコンデンサC2に対し
て過大な突入電流が流れてしまい、電源ライン部品の容
量増加対応が必要となるなどの問題点を有している。
【0012】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、装置の小型化、低価格化、回路を簡素化し、また、
スイッチング損失をなくしてノイズの発生量も減少させ
る電源装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の電源装置は、交
流電源の交流電力を整流する整流回路と、この整流回路
の出力端子間に接続された第1のコンデンサと、この第
1のコンデンサに接続され前記整流回路の直流出力に対
して順方向に接続されたダイオードと、このダイオード
に対して逆並列に接続されたスイッチング手段と、前記
ダイオードを介して前記整流回路の出力端子間に接続さ
れるとともに、両端子間に接続されたインダクタを有す
る負荷に電力を供給する第2のコンデンサと、この第2
のコンデンサに並列に接続され前記整流回路の最大瞬時
電圧値より低い値の電圧で充電を行なう充電用コンデン
サと、この充電用コンデンサに接続されこの充電用コン
デンサが充電されているときのみ前記スイッチング手段
を閉成する制御手段とを具備したものである。
【0014】
【作用】本発明は、第1のコンデンサ、第2のコンデン
サおよびダイオードにより、負荷により発生する高調波
成分を吸収することにより、簡単な回路構成で高調波成
分を抑制し、ノイズの発生量を低減させ、充電用コンデ
ンサが充電されているときのみダイオードに逆並列に接
続されたスイッチング手段を閉成し、ダイオードの逆阻
止方向にも電流を流れるようにすることにより、脈流電
圧の電圧値に合わせて第1のコンデンサおよび第2のコ
ンデンサを並列に接続し、負荷のインダクタと第2のコ
ンデンサによる発振を防止するとともに、第1のコンデ
ンサが接続されていない状態と同一の状態にして脈流電
圧を供給し、三角波および電圧が重畳されて上昇するこ
とを防止して、負荷内のスイッチング素子などに悪影響
を与えることを防止する。
【0015】
【実施例】以下、本発明の電源装置の一実施例を図面を
参照して説明する。
【0016】図1に示すように、商用交流電源Eに、フ
ィルタ用のインダクタL11 を介して、全波整流回路11が
接続されている。この全波整流回路11の出力端子間に
は、第1のコンデンサC11 が接続されるとともに、全波
整流回路11の正極側には順方向にダイオードD11 が接続
され、このダイオードD11 を介した全波整流回路11に第
1のコンデンサC11 より容量の小さい第2のコンデンサ
C12 が接続される。そして、このダイオードD11 に対し
て逆並列となるように、エミッタ・コレクタ間が接続さ
れたスイッチング手段としてのトランジスタQ11が接続
されている。また、第2のコンデンサC12 に対して並列
にダイオードD12 、インダクタL12 および充電用コンデ
ンサC13の直列回路が接続されている。
【0017】さらに、第2のコンデンサC12 の両端子間
には負荷としての放電灯点灯回路12が接続される。
【0018】そして、この放電灯点灯回路12はインバー
タ回路13を有し、このインバータ回路13は、コンデンサ
C12 の両端子間にインダクタとしてのインバータトラン
スTr11の1次巻線Tr11a およびトランジスタQ12 の直列
回路を接続し、1次巻線Tr11a に対して並列にコンデン
サC14 を接続するとともに、トランジスタQ12 のコレク
タ・エミッタ間には帰還用のダイオードD13 を接続す
る。
【0019】また、インバータトランスTr11の2次巻線
Tr11b には、コンデンサC15 を介して放電ランプFLのフ
ィラメントFLa ,FLb を接続する。さらに、これらフィ
ラメントFLa ,FLb には、始動用のコンデンサC16 を接
続する。
【0020】一方、インバータトランスTr11は、検知巻
線Tr11cを有しており、この検知巻線Tr11c は、制御手
段14の変流器CTの1次巻線CTa およびダイオードD14 を
介してインダクタL12 および充電用コンデンサC13 の接
続点に接続されている。また、変流器CTの2次巻線CTb
は、ダイオードD15 、コンデンサC17 および抵抗R11を
介してトランジスタQ11のベースに接続されている。
【0021】次に、上記図1に示す回路の動作について
図2を参照して説明する。
【0022】まず、電源が投入されると、全波整流回路
11で全波整流を行ない、第1のコンデンサC11 および第
2のコンデンサC12 には脈流が印加される。そして、イ
ンバータ回路13は、第2のコンデンサC12 から供給され
た直流電圧を、トランジスタQ12 を高周波でスイッチン
グ制御し、インバータトランスTr11の1次巻線Tr11aの
インダクタンスとコンデンサC14 のキャパシタンスで共
振した電圧が2次巻線Tr11b に誘起され、放電ランプFL
に供給される。そして、コンデンサC15 が放電ランプFL
のフィラメントFLa ,FLb を予熱し,同時にコンデンサ
C16 の発生電圧を放電ランプFLに印加し、放電ランプFL
を始動、点灯させる。
【0023】その後の定常時の動作を、第1のコンデン
サC11 の電圧値が、充電用コンデンサC13 の電圧値より
高い期間TA と、低い期間TB とに分けて説明する。
【0024】まず、充電用コンデンサC13 の電圧より第
1のコンデンサC11 の電圧が低い期間TB では、インバ
ータ回路13のトランジスタQ12 がオンされると、第1の
コンデンサC11 および第2のコンデンサC12 から、イン
バータトランスTr11の1次巻線Tr11a に電力が供給され
る。そして、トランジスタQ12 の電流は、ダイオードD1
3 、コンデンサC14 およびインバータトランスTr11の1
次巻線Tr11a のループで流れる。このとき、インバータ
トランスTr11の1次巻線Tr11a およびコンデンサC14 が
振動し、振動電圧が発生する。そして、ダイオードD11
により逆阻止状態が維持され、インバータトランスTr11
の1次巻線Tr11a およびコンデンサC14が振動し、振動
電圧が発生する。
【0025】また、第2のコンデンサC12 の容量は、イ
ンバータ回路13の発振を維持するには十分ではないため
徐々に電圧値が低下し、この第2のコンデンサC12 の電
圧値が第1のコンデンサC11 の電圧値に達すると、第1
のコンデンサC11 からも電力が供給される。さらに、ト
ランジスタQ12 がオフした状態では、充電用コンデンサ
C13 の電荷は放電され、インダクタL12 およびコンデン
サC14 で共振して、正弦波状に第2のコンデンサC12 を
充電し、この充電用コンデンサC13 が放電されている
と、制御手段14からはトランジスタQ11 にベース電流は
供給されず、トランジスタQ11 はオフ状態を保つ。
【0026】次に、充電用コンデンサC13 の電圧より第
1のコンデンサC11 の電圧が高い期間TA では、インバ
ータ回路13のトランジスタQ12 がオンされると、第1の
コンデンサC11 および第2のコンデンサC12 から、イン
バータトランスTr11の1次巻線Tr11a に電力が供給され
る。そして、トランジスタQ12 の電流は、ダイオードD1
3 、コンデンサC14 およびインバータトランスTr11の1
次巻線Tr11a のループで流れる。このとき、インバータ
トランスTr11の1次巻線Tr11a およびコンデンサC14 が
振動し、振動電圧が発生する。
【0027】そして、この振動電圧が第1のコンデンサ
C11 の脈流電圧に重畳されて脈流のレベルより高くなる
ことになるが、第1のコンデンサC11 の電圧値が、充電
用コンデンサC13 の電圧値より高くなると、充電用コン
デンサC13 の電圧値に従い、制御手段14はトランジスタ
Q11 にベース電流を供給して、トランジスタQ11 をオン
状態に変化させる。すなわち、期間TA のトランジスタ
Q11 がオフしている状態では、充電用コンデンサC13 を
充電している期間であるので、充電電流を変流器CTの1
次巻線CTa で検出することにより、2次巻線CTb に電流
が生じ、この電流をダイオードD15 、コンデンサC17 お
よび抵抗R11 で整流して、トランジスタQ11 にベース電
流を供給する。
【0028】このように、トランジスタQ11 をオンさせ
ると、ダイオードD11 の逆阻止状態が解除され、インバ
ータトランスTr11の1次巻線Tr11a およびコンデンサC1
4 の振動条件が大幅に変化し、インバータ回路13自体の
固有振動周波数からずれることとなり、図2(C)に示
すように、脈流電圧に振動電圧が重畳されなくなる。な
お、第1のコンデンサC11 の容量が第2のコンデンサC1
2 の容量に比べて大きければ大きいほど、振動電圧は0
に近付く。
【0029】また、放電灯点灯回路12に供給される電流
Iは、電圧Vと同様に、図2(D)に示すように、連続
的になるので、高調波成分を有効に減少させている。
【0030】さらに、第1のコンデンサC11 の容量を大
きくすることにより、トランジスタQ11 のリプル電流を
十分に吸収できるとともに、第1のコンデンサC11 、第
2のコンデンサC12 およびダイオードD11 により高調波
成分を吸収することもできる。
【0031】なお、スイッチング手段としては、トラン
ジスタを例にあげて説明したが電界効果トランジスタあ
るいはサイリスタなどのスイッチング素子を用いること
ができる。
【0032】
【発明の効果】本発明の電源装置によれば、第1のコン
デンサ、第2のコンデンサおよびダイオードにより、負
荷により発生する高調波成分を吸収することにより、簡
単な回路構成で高調波成分を抑制し、ノイズの発生量を
低減させ、充電用コンデンサが充電されているときのみ
ダイオードに逆並列に接続されたスイッチング手段を閉
成し、ダイオードの逆阻止方向にも電流を流れるように
することにより、脈流電圧の電圧値に合わせて第1のコ
ンデンサおよび第2のコンデンサを並列に接続し、負荷
のインダクタと第2のコンデンサによる発振を防止する
とともに、第1のコンデンサが接続されていない状態と
同一の状態にして脈流電圧を供給し、三角波および電圧
が重畳されて上昇することを防止して、負荷内のスイッ
チング素子などに悪影響を与えることを防止することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電源装置の一実施例を示す回路図であ
る。
【図2】同上動作を示す波形図である。 (A) 第1のコンデンサの電圧波形図である。 (B) 第2のコンデンサの平均電圧および充電コンデ
ンサの電圧波形図である。 (C) 第2のコンデンサの電圧波形図である。 (D) 出力電圧および出力電流波形図である。
【図3】従来例の電源装置を示す回路図である。
【符号の説明】
11 全波整流回路 12 負荷としての放電灯点灯回路 14 制御手段 C11 第1のコンデンサ C12 第2のコンデンサ C13 充電用コンデンサ D11 ダイオード E 交流電源 Q11 スイッチング手段としてのトランジスタ Tr11 インダクタとしてのインバータトランス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/537 H05B 41/282

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源の交流電力を整流する整流回路
    と、 この整流回路の出力端子間に接続された第1のコンデン
    サと、 この第1のコンデンサに接続され前記整流回路の直流出
    力に対して順方向に接続されたダイオードと、 このダイオードに対して逆並列に接続されたスイッチン
    グ手段と、 前記ダイオードを介して前記整流回路の出力端子間に接
    続されるとともに、両端子間に接続されたインダクタを
    有する負荷に電力を供給する第2のコンデンサと、 この第2のコンデンサに並列に接続され前記整流回路の
    最大瞬時電圧値より低い値の電圧で充電を行なう充電用
    コンデンサと、 この充電用コンデンサに接続されこの充電用コンデンサ
    が充電されているときのみ前記スイッチング手段を閉成
    する制御手段とを具備したことを特徴とする電源装置。
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