JP3147555B2 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JP3147555B2
JP3147555B2 JP34726992A JP34726992A JP3147555B2 JP 3147555 B2 JP3147555 B2 JP 3147555B2 JP 34726992 A JP34726992 A JP 34726992A JP 34726992 A JP34726992 A JP 34726992A JP 3147555 B2 JP3147555 B2 JP 3147555B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プッシュプル形の電力
変換装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の電力変換装置としては図6に示
すものが知られている。これは交流電源1に全波整流回
路2の入力端子を接続し、その全波整流回路2の出力端
子の正極側に出力トランス3の1次巻線3pの中点t1
を接続し、その全波整流回路2の出力端子の負極側にス
イッチング素子5,6をそれぞれ介し、さらにチョーク
コイル4を共通に介して出力トランス3の1次巻線3p
の各端を接続している。そして前記出力トランス3の1
次巻線3pにコンデンサ7を並列に接続しプッシュプル
形のインバータ回路を構成している。
【0003】また全波整流回路2の出力端子の正極側を
平滑コンデンサ8及びチョークコイル9を直列に介して
ダイオード10のアノードに接続すると共に平滑コンデ
ンサ8及びチョークコイル11を直列に介してダイオー
ド12のアノードに接続している。各ダイオード10,
12のカソードは出力トランス3の1次巻線3pの中点
tよりも端側の対称な巻線位置t2 ,t3 に接続してい
る。
【0004】また全波整流回路2の出力端子の正極側を
平滑コンデンサ8を介してダイオード13のカソードに
接続し、そのダイオード13のアノードを全波整流回路
2の出力端子の負極側に接続している。全波整流回路2
の出力端子間にコンデンサ14を接続している。
【0005】そして出力トランス3の2次巻線3sに負
荷として蛍光灯15の各フィラメント電極15a,15
bを接続している。
【0006】この電力変換装置においては、交流電源1
から図7の(a) にと示すような正弦波の交流電圧Eが印
加すると、全波整流回路2の出力端子に全波整流出力が
発生する。
【0007】そして全波整流出力が平滑コンデンサ8の
電圧よりも高いときには、全波整流回路2の出力端子の
正極側から平滑コンデンサ8及びチョークコイル9とダ
イオード10との直列回路又はチョークコイル11とダ
イオード12との直列回路を介して出力トランス3の1
次巻線3pに電流が流れ、平滑コンデンサ8が充電す
る。
【0008】また全波整流出力が平滑コンデンサ8の電
圧以下のときには入力電流が停止し、平滑コンデンサ8
は放電するようになる。このときの放電はダイオード1
3を介して行う。
【0009】従ってこのときの交流電源1からの入力電
流IINは図7の(b) に示すように途中にゼロレベル区間
が発生する波形となり、またコンデンサ14の両端間に
発生する電圧V14は図7の(c) に示す電圧波形となる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このような電力変換装
置では、入力電流IINは途中にゼロレベル区間を作る不
連続な波形となるため、入力電流に高調波成分が多く含
まれることになる。例えば50HZの交流電圧が印加され
たとき、入力電流も50HZ成分のみであればよいが、不
連続な波形のため特に3次、5次、7次、9次等の奇数
倍の高調波成分が多く含まれることになる。そしてこの
ような高調波成分が多く含まれる電力変換装置を使用し
た場合、変電設備や他の機器に悪影響を及ぼす危険があ
る。
【0011】そこで本発明は、プッシュプル形において
入力電流の高調波成分を減らすことができ、しかも高力
率を得ることができる電力変換装置を提供しようとする
ものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、交流電源を全
波整流する全波整流回路の出力端子の正極側に出力トラ
ンスの1次巻線の中点を接続するとともに、その全波整
流回路の出力端子の負極側にそれぞれスイッチング素子
を介して出力トランスの1次巻線の各端を接続し、かつ
全波整流回路の出力端子の正極側と出力トランスの1次
巻線の中点との間、又は全波整流回路の出力端子の負極
側と各スイッチング素子との間に第1のインダクタンス
を直列に介挿するとともに出力トランスの1次巻線に第
1のコンデンサを並列に接続し、各スイッチング素子を
交互にスイッチング動作して出力トランスの2次巻線に
交流電圧を出力するプッシュプル形のインバータ回路を
備えた電力変換装置において、全波整流回路の出力端子
の正極側と出力トランスの1次巻線の任意の巻線位置と
の間に接続した、少なくとも第2のインダクタンス、平
滑コンデンサ及びカソードを1次巻線側にして接続した
第1のダイオードの直列回路を備えた回路と、全波整流
回路の出力端子間に第2のインダクタンスと平滑コンデ
ンサを直列に介し、アノードを出力端子の負極側にして
接続した第2のダイオードと、第1のインダクタンスに
並列に接続した第3のインダクタンスと第2のコンデン
サとの直列回路と、第2のインダクタンス、平滑コンデ
ンサ及び第2のダイオードの直列回路に並列に接続した
第3のコンデンサを設けたものである。
【0013】
【作用】このような構成の本発明においては、スイッチ
ング素子が交互にオン、オフ動作すると、出力トランス
の1次巻線と第1のコンデンサとの並列回路に共振電圧
が発生する。すなわちインバータ回路が発振動作を行
う。
【0014】そしてこのインバータ回路に対しては、入
力電圧が高いときには入力電圧がそのまま印加し、また
入力電圧が低いときには平滑コンデンサの放電により印
加電圧を維持する。
【0015】入力電圧が平滑コンデンサの電圧よりも低
くなると、第3のインダクタンスと第2のコンデンサと
の直列回路によりインバータ回路側から振動エネルギー
が伝達され、第3のコンデンサの電圧が振動する。
【0016】この振動により入力電圧が本来の第3のコ
ンデンサの電圧よりも低い場合でも電源側から入力電流
を引く込むことになり、入力電流を正弦波に近い形状に
できる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
【0018】図1において21は交流電源で、この交流
電源21に高調波を吸収するコンデンサ22を接続する
と共に全波整流回路23の入力端子を接続している。
【0019】前記全波整流回路23の出力端子の正極側
に出力トランス24の1次巻線24pの中点t1 を接続
し、前記全波整流回路23の出力端子の負極側にスイッ
チング素子25,26をそれぞれ介し、さらに第1のイ
ンダクタンスであるチョークコイル27を共通に介して
前記出力トランス24の1次巻線24pの各端を接続し
ている。そして前記出力トランス24の1次巻線24p
にコンデンサ28を並列に接続してプッシュプル形のイ
ンバータ回路を構成している。
【0020】前記全波整流回路23の出力端子の正極側
を第2のインダクタンスであるチョークコイル29及び
平滑コンデンサ30の直列回路を共通に介し、さらにチ
ョークコイル31,32を個々に介して第1のダイオー
ドであるダイオード33,34のアノードにそれぞれ接
続している。
【0021】前記ダイオード33はそのカソードを前記
出力トランス24の1次巻線24pの中点t1 よりも前
記スイッチング素子25と接続した一端側に位置した任
意の巻線位置t2 に接続し、前記ダイオード34はその
カソードを前記出力トランス24の1次巻線24pの中
点t1 よりも前記スイッチング素子26と接続した他端
側に位置した任意の巻線位置t3 に接続している。
【0022】また前記全波整流回路23の出力端子の正
極側を前記チョークコイル29及び平滑コンデンサ30
を直列に介して第2のダイオード35のカソードに接続
している。前記第2のダイオード35はそのアノードを
前記全波整流回路23の出力端子の負極側に接続してい
る。
【0023】前記チョークコイル27に第2のコンデン
サ36と第3のインダクタンスであるチョークコイル3
7との直列回路を並列に接続している。
【0024】前記チョークコイル29、平滑コンデンサ
30及び第2のダイオード35の直列回路に第3のコン
デンサ38を並列に接続している。
【0025】そして前記出力トランス24の2次巻線2
4sに負荷として蛍光灯39の各フィラメント電極39
a,39bを接続している。
【0026】このような構成の実施例においては、スイ
ッチング素子25,26が交互にオン、オフ動作する
と、スイッチング素子25のオフ区間で出力トランス2
4の1次巻線24pとコンデンサ28の並列回路により
半波正弦波状の共振電圧が発生し、またスイッチング素
子26のオフ区間で出力トランス24の1次巻線24p
とコンデンサ28の並列回路により半波正弦波状の共振
電圧が発生する。
【0027】この共振エネルギーは出力トランス24の
2次巻線24sに伝達され、蛍光灯39に高周波の高電
圧が印加されると共にフィラメント電極39a,39b
が予熱されて蛍光灯39は点灯するようになる。
【0028】このときインバータ回路に印加される電圧
は、電圧が高いときには入力電圧がそのまま印加され、
入力電圧が低いときには平滑コンデンサ30の放電によ
り電圧が維持される。
【0029】そして入力電圧が平滑コンデンサ30の電
圧より低くなったときは、第2のコンデンサ36とチョ
ークコイル37との直列回路によりインバータ回路側か
ら振動エネルギーが伝達され、第3のコンデンサ38の
電圧が振動する。この振動により入力電圧が本来の第3
のコンデンサ38の電圧よりも低い場合でも電流を引き
込むことができる。
【0030】例えば交流電源21から図2の(a) に示す
ような50HZの正弦波電圧Eが印されたとすると、第3
のコンデンサ38の両端にはインバータ回路側からの振
動により電圧の谷の部分で高周波振動する図2の(c) に
示すような電圧V38が発生する。これにより入力電圧が
本来の第3のコンデンサ38の電圧よりも低い谷の部分
でも入力電流が引き込まれるため、入力電流はゼロ点ま
で達する電流となる。
【0031】従って振動エネルギーの大きさを適当に設
定することで入力電流IINは図2の(b) に示すような正
弦波に近い形状となる。
【0032】このように入力電流を連続した正弦波に近
い波形にできるため高調波成分を充分に減らすことがで
きる。しかも入力電圧の位相と入力電流の位相を略等し
くできるので高力率となる。
【0033】次に本発明の他の実施例を図面を参照して
説明する。なお、前記実施例と同一の部分には同一の符
号を付して詳細な説明は省略する。
【0034】図3に示すものは、全波整流回路23の出
力端子間に高調波を吸収するコンデンサ40を接続し、
そのコンデンサ40にダイオード41を介して第3のコ
ンデンサ38を並列に接続し、またチョークコイル27
を全波整流回路23の出力端子の正極側と出力トランス
24の1次巻線24pの中点t1 との間に前記ダイオー
ド41を介して直列に介挿し、そのチョークコイル27
に第2のコンデンサ36とチョークコイル37との直列
回路を並列に接続したものである。
【0035】このようにしても入力電圧が平滑コンデン
サ30の電圧より低くなったときは、第2のコンデンサ
36とチョークコイル37との直列回路によりインバー
タ回路側から振動エネルギーが伝達され、これにより第
3のコンデンサ38の電圧が振動して入力電流を引き込
むことができるので、前記実施例と同様の効果が得られ
るものである。
【0036】図4に示すものは、図3においてコンデン
サ40とダイオード41を省略したものである。
【0037】このようにしても入力電圧が平滑コンデン
サ30の電圧より低くなったときは、第2のコンデンサ
36とチョークコイル37との直列回路によりインバー
タ回路側から振動エネルギーが伝達され、これにより第
3のコンデンサ38の電圧が振動して入力電流を引き込
むことができるので、前記実施例と同様の効果が得られ
るものである。
【0038】図5に示すものは、図4においてチョーク
コイル31,32及びダイオード33,34を省略し、
代わってチョークコイル29、平滑コンデンサ30及び
第1のダイオードであるダイオード42の直列回路をチ
ョークコイル27に並列に接続したものである。
【0039】このようにしても入力電圧が平滑コンデン
サ30の電圧より低くなったときは、第2のコンデンサ
36とチョークコイル37との直列回路によりインバー
タ回路側から振動エネルギーが伝達され、これにより第
3のコンデンサ38の電圧が振動して入力電流を引き込
むことができるので、前記実施例と同様の効果が得られ
るものである。
【0040】なお、前記各実施例では出力トランスの2
次巻線に直接負荷である蛍光灯を接続したものについて
述べたが必ずしもこれに限定されるものではなく、例え
ば2次巻線に整流回路及び平滑回路を接続して2次側出
力を整流平滑して直流出力とし、その直流出力を負荷に
供給するものであってもよい。
【0041】
【発明の効果】以上、本発明によれば、プッシュプル形
の電力変換装置において、入力電流の高調波成分を減ら
すことができ、しかも高力率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路構成図。
【図2】同実施例における各部の電圧、電流波形を示す
図。
【図3】本発明の他の実施例を示す回路構成図。
【図4】本発明の別の他の実施例を示す回路構成図。
【図5】本発明のさらに別の他の実施例を示す回路構成
図。
【図6】従来例を示す回路構成図。
【図7】同従来例における各部の電圧、電流波形を示す
図。
【符号の説明】
21…交流電源 23…全波整流回路 24…出力トランス 25,26…スイッチング素子 27…チョークコイル(第1のインダクタンス) 28…第1のコンデンサ 29…チョークコイル(第2のインダクタンス) 30…平滑コンデンサ 33,34…第1のダイオード 35…第2のダイオード 36…第2のコンデンサ 37…チョークコイル(第3のインダクタンス) 38…第3のコンデンサ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源を全波整流する全波整流回路の
    出力端子の正極側に出力トランスの1次巻線の中点を接
    続するとともに、その全波整流回路の出力端子の負極側
    にそれぞれスイッチング素子を介して前記出力トランス
    の1次巻線の各端を接続し、かつ前記全波整流回路の出
    力端子の正極側と前記出力トランスの1次巻線の中点と
    の間、又は前記全波整流回路の出力端子の負極側と前記
    各スイッチング素子との間に第1のインダクタンスを直
    列に介挿するとともに前記出力トランスの1次巻線に第
    1のコンデンサを並列に接続し、前記各スイッチング素
    子を交互にスイッチング動作して前記出力トランスの2
    次巻線に交流電圧を出力するプッシュプル形のインバー
    タ回路を備えた電力変換装置において、前記全波整流回
    路の出力端子の正極側と前記出力トランスの1次巻線の
    任意の巻線位置との間に接続した、少なくとも第2のイ
    ンダクタンス、平滑コンデンサ及びカソードを1次巻線
    側にして接続した第1のダイオードの直列回路を備えた
    回路と、前記全波整流回路の出力端子間に前記第2のイ
    ンダクタンスと平滑コンデンサを直列に介し、アノード
    を出力端子の負極側にして接続した第2のダイオード
    と、前記第1のインダクタンスに並列に接続した第3の
    インダクタンスと第2のコンデンサとの直列回路と、前
    記第2のインダクタンス、平滑コンデンサ及び第2のダ
    イオードの直列回路に並列に接続した第3のコンデンサ
    を設けたことを特徴とする電力変換装置。
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