JP3367692B2 - 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、インバータ回路を有す
る電源装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来のこの種の電源装置としては、たと
えば図１０に示す回路が知られている。 【０００３】この図１０に示す回路は、商用交流電源Ｅ
の両端間に、インダクタL1およびコンデンサC1の直列回
路からなる雑音防止回路１を接続し、この雑音防止回路
１のコンデンサC1の両端子間にダイオードブリッジから
なる全波整流回路２の入力端子を接続する。そして、全
波整流回路２の出力端子にチョークコイルL2を介してト
ランジスタQ1のコレクタ、エミッタを接続し、トランジ
スタQ1のコレクタ、エミッタ間に、ダイオードD1を順極
性に介して平滑用のコンデンサC2を接続し、また、トラ
ンジスタQ1のベースには制御回路３を接続している。そ
して、チョークコイルL2、トランジスタQ1、ダイオード
D1およびコンデンサC2にて昇圧チョッパ回路４を形成し
ている。 【０００４】また、コンデンサC2の両端には、変形ハー
フブリッジ形の高周波のインバータ回路５の一対のトラ
ンジスタQ2，Q3が直列に接続されるとともに、これらト
ランジスタQ2，Q3には還流用のダイオードD2，D3が接続
されている。 【０００５】さらに、トランジスタQ2のコレクタ、エミ
ッタ間には、コンデンサC3と、放電ランプFLを有する点
灯回路６の直列回路が接続されている。また、この点灯
回路６は、放電ランプFLに対して直列にバラストチョー
クL3が接続され、放電ランプFLに対して並列に始動用の
コンデンサC4が接続されている。 【０００６】そして、商用交流電源Ｅが投入されると、
トランジスタQ1が制御回路３により高周波スイッチング
動作し、トランジスタQ1がターンオンのときに、全波整
流回路２にて整流された脈流電圧から供給される電流に
よりチョークコイルL2へ磁気エネルギーが蓄積され、ト
ランジスタQ1がターンオフするときに、チョークコイル
L2の磁気エネルギーが全波整流回路２からの脈流電圧に
重畳し、ダイオードD1を介してコンデンサC2に充電され
る。また、トランジスタQ1のスイッチング動作が連続し
て行なわれることにより、コンデンサC2の充電電圧は平
滑され、脈流電圧に対応した包絡線を有する電流がチョ
ークコイルL2に流れる。 【０００７】この場合、トランジスタQ1のスイッチング
電流は、雑音防止回路１で商用交流電源Ｅと同相の正弦
波電流となるので、入力電流は奇数高調波が少なく、か
つ、高力率の波形となる。 【０００８】そして、コンデンサC2の充電電圧は、イン
バータ回路５の電源となり、一対のトランジスタQ2，Q3
の高周波スイッチング動作により、バラストチョークL3
とコンデンサC4とが共振し、コンデンサC4の両端に高電
圧が発生して、放電ランプFLが点灯始動する。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】この図１０に示す従来
装置は、昇圧チョッパ回路４のチョッパ制御により、商
用交流電源Ｅからの入力電流には高調波をほとんど含ま
ないものの、インバータ回路５および放電ランプFLなど
の損失分により、直流の入力ライン電流を脈流電圧のす
べての区間連続的に供給するため、たとえばトランジス
タQ2，Q3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、すなわち大形化および高価格化を招く。 【００１０】また、スイッチング用のトランジスタQ1を
スイッチング制御する制御回路３は、瞬時値が常に変化
する脈流の直流電圧に対して常に連続的に、かつ、チョ
ークコイルL2へのエネルギー蓄積が残らないように、ト
ランジスタQ1を１サイクル毎にスイッチングするための
制御方法が要求されるために構成が複雑化し、大形化す
る。また、商用交流電源Ｅの投入時に平滑用のコンデン
サC2に対して過大な突入電流が流れ込むため、電源ライ
ンに接続される部品の容量を増加しなければならず、こ
の点においても大形化する。 【００１１】さらに、トランジスタQ1をスイッチングす
るエネルギー処理が脈流直流電圧のすべての区間で連続
的に行なわれるため、トランジスタQ1のスイッチング損
失が大きく、また、スイッチングによって流れる電流も
連続的な三角波となるため、ノイズの発生量が多くなる
問題を有している。 【００１２】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、昇圧チョッパ回路を用いることなく、入力電流にお
ける高調波成分を低減でき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
流電源電圧を整流する整流回路と、この整流回路の出力
端に並列的に接続された第１のコンデンサと、この第１
のコンデンサに並列的に接続されたダイオードおよび第
２のコンデンサの直列回路と、前記第２のコンデンサの
両端間に一対のスイッチング素子を有するハーフブリッ
ジ形のインバータ回路と、前記一対のスイッチング素子
の少なくとも一方のスイッチング素子の両端間に接続さ
れた第１の共振回路を含む負荷と、前記インバータ回路
の一対のスイッチング素子両端間に接続され前記第２の
コンデンサと共に第２の共振回路を形成する第３のコン
デンサおよびチョークコイルの直列回路とを具備し、前
記第２のコンデンサが前記インバータ回路の作動に応じ
て断続的に充電電圧を放電し、その両端電圧が低下する
分を前記第１のコンデンサを介して交流電源から補充す
るとともに前記第２の共振回路の共振により補充し、か
つ、前記第２の共振回路は、前記第２のコンデンサの両
端電圧の低下の程度に応じて共振電圧を異ならせること
によって前記第２のコンデンサの両端電圧の包絡線を平
滑化するように構成されていることを特徴とする。 【００１４】 【作用】本発明は、インバータ回路に接続される負荷の
第１の共振回路の還流時に放出されるエネルギーにより
第２のコンデンサおよび第３のコンデンサを充電する。
そして、第２のコンデンサからインバータ回路へエネル
ギーを供給すると、第２のコンデンサの電圧レベルが低
下し、第２のコンデンサの電圧レベルが第１のコンデン
サの電圧レベルまで低下すると、第２のコンデンサに第
１のコンデンサから不足分のエネルギーが供給される。
さらに、第１のコンデンサには全波整流回路からエネル
ギーが供給される。また、エネルギー放出後の第２のコ
ンデンサへの充電は、インバータ回路の還流エネルギー
により充電されている第３のコンデンサより第２の共振
回路の共振作用の結果として供給される。そして、第２
の共振回路では、第２のコンデンサの放電による電圧低
下が整流回路の出力電圧が最小値になる期間に向かって
大きくなるから、見かけ上、第２のコンデンサの容量が
変化したのと同等になる。したがって、整流回路の出力
電圧が最小値になる期間に向かって大きな共振電圧を発
生し、第２のコンデンサの両端電圧の包絡線を平滑化す
る。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下、本発明の電源装置の一実施
例を図面に示す放電灯点灯装置を参照して説明する。な
お、図１０に示す従来例に対応する部分には、同一符号
を付して説明する。 図１に示すように、商用交流電源
Ｅには、インダクタL1およびコンデンサC1の直列回路か
らなる雑音防止回路１が接続され、この雑音防止回路１
にはダイオードブリッジなどの全波整流回路２が接続さ
れ、この全波整流回路２には平滑回路11が接続されてい
る。 【００１６】そして、この平滑回路11は、全波整流回路
２の出力端子間に、第１のコンデンサC11 が接続され、
この第１のコンデンサC11 の両端子間には、順極性に接
続されたダイオードD11 を介して、第２のコンデンサC1
2 が接続されている。さらに、この第２のコンデンサC1
2 に対して並列に、平滑用の第３のコンデンサC13 およ
びチョークコイルL11 の直列回路が接続されている。ま
た、第２のコンデンサC12 、第３のコンデンサC13 およ
びチョークコイルL11 にて、第２の共振回路12が形成さ
れている。 【００１７】また、第２のコンデンサC12 の両端には、
たとえば４５ｋHz程度の周波数で発振を行なう変形ハー
フブリッジ形のインバータ回路５の一対のスイッチング
素子としてのトランジスタQ2，Q3が直列に接続されると
ともに、これらトランジスタQ2，Q3のコレクタ、エミッ
タ間には還流用のダイオードD2，D3が接続されている。 【００１８】さらに、トランジスタQ3のコレクタ、エミ
ッタ間には、直流カット用のコンデンサC3と、放電ラン
プFLを含む負荷としての点灯回路６の直列回路が接続さ
れている。また、点灯回路６は、放電ランプFLに対して
直列にチョークコイルL3が接続され、放電ランプFLに対
して並列に始動用のコンデンサC4が接続されている。そ
して、バラストチョークL3およびコンデンサC4にて第１
の共振回路13が構成されている。 【００１９】次に、上記実施例の動作について説明す
る。 【００２０】まず、商用交流電源Ｅが投入されると、雑
音防止回路１により雑音を防止し、全波整流回路２で整
流して、商用交流電源Ｅの周波数の２倍の周波数の脈流
を出力する。さらに、第１のコンデンサC11 、第１のダ
イオードD11 、第２のコンデンサC12 、第３のコンデン
サC13 およびチョークコイルL11 で構成される平滑回路
11により平滑し、インバータ回路５に電力を供給する。 【００２１】そして、インバータ回路５では一対のトラ
ンジスタQ2，Q3のオン、オフ動作により、バラストチョ
ークL3とコンデンサC4とによる第１の共振回路13を共振
させ、コンデンサC4の両端に並列接続された放電ランプ
FLに高周波電力を供給して点灯始動させる。 【００２２】また、平滑回路11の電力供給について、図
３に示す簡易回路を参照して説明する。 【００２３】まず、図２に示す第１のコンデンサC11 の
脈流電圧が最大値になるＡ点における動作について説明
する。 【００２４】図２に示すＡ点においては、インバータ回
路５のトランジスタQ2がターンオンすると、図３（ａ）
に示すように、第２のコンデンサC12 が放電してこの第
２のコンデンサC12 から電流が供給され、第２のコンデ
ンサC12 、トランジスタQ2、バラストチョークL3、放電
ランプFLおよびコンデンサC4の並列回路、コンデンサC3
およびコンデンサC12 のループで電流が流れる。また、
第２のコンデンサC12の容量は、インバータ回路５に電
力を供給するには不十分なため、第２のコンデンサC12
の両端電圧は低下する。そして、第２のコンデンサC12
の電圧レベルが、第１のコンデンサC11 の電圧レベルま
で低下すると、第１のコンデンサC11 からインバータ回
路５に電力が供給される。さらに、第１のコンデンサC1
1 の放電エネルギーは、全波整流回路２を介して商用交
流電源Ｅにより直接補充され、商用交流電源Ｅより電流
が流入する。 【００２５】次に、インバータ回路５のトランジスタQ2
がターンオフすると、図３（ｂ）に示すように、点灯回
路６のバラストチョークL3より磁気エネルギーが、バラ
ストチョークL3、放電ランプFLおよびコンデンサC4の並
列回路，コンデンサC3、ダイオードD3およびバラストチ
ョークL3の還流ループで放出される。そして、次にトラ
ンジスタQ3がターンオンする。 【００２６】トランジスタQ3がターンオンすると、図３
（ｃ）に示すように、トランジスタQ2のターンオン時に
充電されたコンデンサC3から電力が供給され、コンデン
サC3、放電ランプFLおよびコンデンサC4の並列回路、バ
ラストチョークL3、トランジスタQ3およびコンデンサC3
のループで電流が流れ（第１の共振回路１３による共
振）、放電ランプFLの点灯は維持される。 【００２７】さらに、トランジスタQ3がターンオフする
と、図３（ｄ）に示すように、バラストチョークL3の磁
気エネルギーが、バラストチョークL3、ダイオードD2、
第２のコンデンサC12 および第３のコンデンサC13 とチ
ョークコイルL11 との直列回路の並列回路、コンデンサ
C3、放電ランプFLおよびバラストチョークL3の還流ルー
プで放出される。このとき、バラストチョークL3の磁気
エネルギーは、全波整流回路２にて整流された商用交流
電源Ｅの電圧に重畳されて、第２のコンデンサC12 と第
３のコンデンサC13 およびチョークコイルL2の直列回路
との並列回路の両端電圧を昇圧させ、トランジスタQ3の
コレクタ・エミッタ間には、図５（ｂ）に示す磁気エネ
ルギーαが印加される。 【００２８】したがって、第１のコンデンサC11 の電圧
レベルより第２のコンデンサC12 の電圧レベルの方が高
くなり、また、第３のコンデンサC13 も第２のコンデン
サＣ１２と同様に充電され、商用交流電源Ｅからは３次
高調波を多く含む充電電流が流入しなくなる。その後、
再びトランジスタQ2がターンオンして、同様な動作を繰
り返す。 【００２９】次に、図２に示す第１のコンデンサC11 の
脈流電圧が最小値になるＢ点における動作について説明
する。 【００３０】図２に示すＢ点においても、Ａ点と同様に
トランジスタQ2がターンオンすると、図４（ａ）に示す
ように、第２のコンデンサC12 より電力が供給され、第
２のコンデンサC12 、トランジスタQ2、バラストチョー
クL3、放電ランプFLおよびコンデンサC4の並列回路、コ
ンデンサC3および第２のコンデンサC12 のループで電流
が流れる。このとき第２のコンデンサC12 の電圧レベル
は、図６（ｂ）γに示すように、放電により低下し、ゼ
ロレベルに達する。また、Ａ点においては、第１のコン
デンサC11 から第２のコンデンサC12 にエネルギーの補
充を行なったが、Ｂ点においては、第１のコンデンサC1
1 の電圧レベルが、図２に示すように、商用交流電源Ｅ
のゼロクロス点のため、第２のコンデンサC12 への補充
はできない。 【００３１】次に、トランジスタQ2がターンオフする
と、図４（ｂ）に示すように、インバータ回路５のバラ
ストチョークL3の磁気エネルギーが、Ａ点の場合と同様
に、バラストチョークL3、放電ランプFLおよびコンデン
サC4の並列回路，コンデンサC3、ダイオードD3およびバ
ラストチョークL3の還流ループで放出される。そして、
次にトランジスタQ3がターンオンする。 【００３２】トランジスタQ3がターンオンすると、図４
（ｃ）に示すように、Ａ点同様、トランジスタQ2のター
ンオン時に充電されたコンデンサC3から電力が供給さ
れ、コンデンサC3、放電ランプFLおよびコンデンサC4の
並列回路、バラストチョークL3、トランジスタQ3および
コンデンサC3のループで電流が流れ、放電ランプFLの点
灯は維持される。このとき、第３のコンデンサC13 は、
トランジスタQ2のターンオン時に電荷を放出しきった第
２のコンデンサC12 に電荷を放出して、第２のコンデン
サC12 を充電する。すなわち、このときチョークコイル
L11と第２のコンデンサC12 は共振し、第２のコンデン
サC12 の両端に共振電圧が印加される。 【００３３】次に、トランジスタQ3がターンオフする
と、図４（ｄ）に示すように、Ａ点の場合と同様に、バ
ラストチョークL3の磁気エネルギーが、バラストチョー
クL3、ダイオードD2、第２のコンデンサC12 および第３
のコンデンサC13 とチョークコイルL11 との直列回路の
並列回路、コンデンサC3、放電ランプFLおよびバラスト
チョークL3の還流ループで放出される。このとき、バラ
ストチョークL3の磁気エネルギーは、全波整流回路２に
て整流された商用交流電源Ｅの電圧に重畳されて、第２
のコンデンサC12 と第３のコンデンサC13 およびチョー
クコイルL2の直列回路との並列回路の両端電圧を昇圧さ
せ、トランジスタQ3のコレクタ・エミッタ間には、図６
（ａ）に示す磁気エネルギーαが印加される。 【００３４】その後、トランジスタQ2が再びターンオン
して、繰り返し動作を行なう。 【００３５】なお、Ａ点およびＢ点においては上述のよ
うに動作するが、Ａ点、Ｂ点以外の動作については、バ
ラストチョークL3による第２のコンデンサC12 などへの
還流電流値のレベルや第３のコンデンサC13 、チョーク
コイルL11 と第２のコンデンサC12 による第２の共振回
路の昇圧作用のレベルが異なるが、基本的にはＡ点およ
びＢ点と同様に動作する。 【００３６】そして、全波整流回路２の出力電圧に沿っ
て以上の動作を繰り返し行なうことにより、図２に示す
ように、第２のコンデンサC12 の両端電圧は、商用交流
電源Ｅの２倍の周波数の第１のコンデンサC11 の両端電
圧にインバータ回路５の４５ｋHz程度の振動電圧が重畳
したものとなる。これにより第２のコンデンサC12 の両
端電圧は、第１のコンデンサC11 より高く維持され、第
３のコンデンサC13 には、３次高調波を多く含む商用交
流電源Ｅから充電電流が流入しない。 【００３７】また、インバータ回路５の振動電圧により
第２のコンデンサC12 の両端電圧のレベルが低下する
と、第１のコンデンサC11 が補充し、さらに、この第１
のコンデンサC11 の補充分を商用交流電源Ｅより流入さ
せる。 【００３８】これらの動作により、商用交流電源Ｅから
流入する電流波形Ｉ1 は、図７に示すような正弦波とな
り、商用交流電源Ｅの電圧波形Ｖ1 とほぼ同位相となり
奇数高調波が少なくなる。また、商用交流電源Ｅの電源
波形のゼロクロス付近において、第２のコンデンサC12
の両端の電圧が昇圧しているため、放電ランプFLの電流
波形も高くなり、発光率が向上し、インバータ回路５の
損失も低減できる。 【００３９】次に、他の実施例を図８を参照して説明す
る。 【００４０】この図８に示す回路は、図１に示す回路に
おいて、第２の共振回路12において、第２のコンデンサ
C12 に対して、ダイオードD12 、チョークコイルL11 お
よび第３のコンデンサC13 の直列回路を接続し、インバ
ータ回路５の一対のトランジスタQ2，Q3の接続点と、ダ
イオードD12 およびチョークコイルL11 の接続点との間
にダイオードD13 を接続したものである。 【００４１】さらに、他の実施例を図９を参照して説明
する。 【００４２】この図９に示す回路は、図８に示す回路に
おいて、第２のコンデンサC12 に対して、第３のコンデ
ンサC13 、チョークコイルL11 およびダイオードD12 を
接続したもので、ダイオードD13 の極性は反対になって
いる。 【００４３】そして、これら図８および図９に示す回路
は、平滑回路11を部分平滑とし、第３のコンデンサC13
の放電エネルギーを第２のコンデンサC12 に効率よく供
給している。 【００４４】また、このように第３のコンデンサC13 の
放電エネルギーを、第２のコンデンサC12 に効率よく供
給するため、点灯回路６の接続位置により平滑回路の構
成が異なっている。この理由としては、第３のコンデン
サC13 の放電エネルギーを、インバータ回路５に供給す
ることなく、第２のコンデンサC12 に供給するようにし
たためである。 【００４５】 【発明の効果】本発明の電源装置によれば、第２のコン
デンサがインバータ回路の作動に応じて断続的に充電電
圧を放電し、その両端電圧が低下する分を第１のコンデ
ンサを介して交流電源から補充するとともに第２の共振
回路の共振により補充し、かつ、第２の共振回路は、第
２のコンデンサの両端電圧の低下の程度に応じて共振電
圧を異ならせることによって第２のコンデンサの両端電
圧の包絡線を平滑化するように構成され、入力電流にお
ける高調波成分を低減することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の電源装置一実施例を示す回路図であ
る。 【図２】同上図１に示す電源装置の動作を示す波形図で
ある。 （ａ） 第１のコンデンサC11の電圧 （ｂ） 第２のコンデンサC12の電圧 【図３】同上図１に示す電源装置の図２に示すＡ点にお
ける動作を説明する回路図である。 【図４】同上図１に示す電源装置の図２に示すＢ点にお
ける動作を説明する回路図である。 【図５】同上図１に示す電源装置の図２に示すＡ点にお
ける動作を説明する回路図である。 （ａ） トランジスタQ2のコレクタ、エミッタ電圧 （ｂ） トランジスタQ3のコレクタ、エミッタ電圧 （ｃ） トランジスタQ2のコレクタ電流 （ｄ） ダイオードD2の電流 【図６】同上図１に示す電源装置の図２に示すＢ点にお
ける動作を説明する回路図である。 （ａ） トランジスタQ2のコレクタ、エミッタ電圧 （ｂ） トランジスタQ3のコレクタ、エミッタ電圧 （ｃ） トランジスタQ2のコレクタ電流 （ｄ） ダイオードD2の電流 【図７】同上入力電流と電源電圧との関係を示す波形図
である。 【図８】同上他の実施例の電源装置を示す回路図であ
る。 【図９】同上また他の実施例の電源装置を示す回路図で
ある。 【図１０】従来例の電源装置を示す回路図である。 【符号の説明】 ２ 全波整流回路 ５ インバータ回路 ６ 負荷としての点灯回路 12 第２の共振回路 13 第１の共振回路 C11 第１のコンデンサ C12 第２のコンデンサ C13 第３のコンデンサ D11 ダイオード Ｅ 商用交流電源 L11 チョークコイル Q2，Q3 スイッチング素子としてのトランジスタ

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】交流電源電圧を整流する整流回路と、この
   整流回路の出力端に並列的に接続された第１のコンデン
   サと、この第１のコンデンサに並列的に接続されたダイ
   オードおよび第２のコンデンサの直列回路と、前記第２
   のコンデンサの両端間に一対のスイッチング素子を有す
   るハーフブリッジ形のインバータ回路と、前記一対のス
   イッチング素子の少なくとも一方のスイッチング素子の
   両端間に接続された第１の共振回路を含む負荷と、前記
   インバータ回路の一対のスイッチング素子両端間に接続
   され前記第２のコンデンサと共に第２の共振回路を形成
   する第３のコンデンサおよびチョークコイルの直列回路
   とを具備し、 前記第２のコンデンサが前記インバータ回路の作動に応
   じて断続的に充電電圧を放電し、その両端電圧が低下す
   る分を前記第１のコンデンサを介して交流電源から補充
   するとともに前記第２の共振回路の共振により補充し、
   かつ、前記第２の共振回路は、前記第２のコンデンサの
   両端電圧の低下の程度に応じて共振電圧を異ならせるこ
   とによって前記第２のコンデンサの両端電圧の包絡線を
   平滑化するように構成されていること を特徴とする電源
   装置。