JP3427238B2 - インバータ装置 - Google Patents

インバータ装置

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JP3427238B2
JP3427238B2 JP00774995A JP774995A JP3427238B2 JP 3427238 B2 JP3427238 B2 JP 3427238B2 JP 00774995 A JP00774995 A JP 00774995A JP 774995 A JP774995 A JP 774995A JP 3427238 B2 JP3427238 B2 JP 3427238B2
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voltage
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capacitor
switching element
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直景 岸本
幸男 山中
淳 上岡
勝信 濱本
省互 一村
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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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、商用電源のような交流
電源により給電され、負荷に高周波電力を供給するイン
バータ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種のインバータ装置とし
ては、図11に示す特公昭63−37584号公報に記
載された直流電源回路のように、負荷に高周波電力を供
給するインバータ回路INVの電源として、商用電源の
ような交流電源ACをダシオードブリッジのような整流
回路REによって全波整流し、さらに整流回路REの出
力端間に谷埋回路2を接続した構成のものが知られてい
る。谷埋回路2は、一対のコンデンサC3 ,C4 と、両
コンデンサC3 ,C4 の間に直列接続されたダイオード
1 と、一方のコンデンサC3 とダイオードD1 との直
列回路に並列であってダイオードD1 のカソードにアノ
ードが接続されたダイオードD2 と、他方のコンデンサ
4 とダイオードD1 との直列回路に並列であってダイ
オードD1のアノードにカソードが接続されたダイオー
ドD3 とにより構成されている。
【0003】上記構成の谷埋回路2では、ダイオードD
1 〜D3 による順方向電圧降下を無視すれば、両コンデ
ンサC3 ,C4 の両端電圧の加算値よりも谷埋回路2の
両端電圧が高い期間にダイオードD1 を通してコンデン
サC3 ,C4 への充電電流が流れる。したがって、谷埋
回路2の両端電圧は整流回路REの出力電圧のピーク値
まで上昇することになる。また、谷埋回路2の両端電圧
が各コンデンサC3 ,C4 の両端電圧よりも下がるとダ
イオードD2 ,D3 を通してコンデンサC3 ,C4 が放
電する。つまり、両コンデンサC3 ,C4 の容量は一般
に等しく設定されるから、各コンデンサC3 ,C4 には
整流回路REの出力電圧のピーク値の2分の1まで充電
される。その結果、整流回路REの出力電圧がピーク値
の2分の1よりも下がると谷埋回路2からの放電によっ
て谷埋回路2の両端電圧が整流回路REの出力電圧のピ
ーク値の2分の1に保たれるのである。
【0004】結局、上述した谷埋回路2を用いると、交
流電源ACの電圧VACが図12(a)のように変化する
ときに、整流回路REの出力電圧VREが図12(b)の
ようになり、整流回路REの出力電圧VREのピーク値を
0 とすれば、谷埋回路2の両端電圧VB は、図12
(c)のように、整流回路REの出力電圧VREがVRE
0 /2の期間(t21〜t22,t24〜t25)では整流回
路REの出力電圧に等しく、VRE<E0 /2の期間(t
23〜t24,t25〜t26)ではE0 /2に保たれる(実際
にはインバータ回路INVでの電力消費により時間経過
に伴って低下するが、この低下を無視できる程度にコン
デンサC3 ,C4 の容量を設定してある)。言い換える
と、上述した谷埋回路2は印加電圧が充電時における印
加電圧のピーク値に0.5を乗じた電圧以下になると放
電を開始するのである。
【0005】つまり、図12(d)のように、整流回路
2の出力電圧VREがVRE≧E0 /2の期間に整流回路R
Eに対して交流電源ACから電流IACが流れ込むことに
なる。ここに、整流回路REの出力電圧VREがピーク値
0 に近い期間には、コンデンサC3 ,C4 への充電電
流がとくに多くなるから、交流電源ACから流入する電
流IACも大きくなる。また、整流回路2の出力電圧VRE
がVRE<E0 /2の期間には交流電源ACからの電流I
ACは停止する。このように、谷埋回路2を用いたことに
よって、通常の平滑用コンデンサを用いる場合に比較す
れば、交流電源ACからの電流が流入する期間を長くす
ることができ、結果的に単に平滑用コンデンサを用いる
構成に比較すれば力率を改善することができるのであ
る。
【0006】ところで、交流電源ACから直流電源を得
るようにしたこの種の直流電源回路では、交流電源AC
への雑音を低減するなどの目的で、図13に示すよう
に、交流電源ACと整流回路REとの間にフィルタ回路
1を挿入することが考えられている。フィルタ回路1
は、たとえばインダクタLF とコンデンサCF とにより
構成される。このようなフィルタ回路1を挿入すること
で、高周波成分がある程度除去されて交流電源ACから
の入力電流IACの波形は正弦波に近付く。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】一方、負荷として照明
負荷を用いる場合には、高調波電流規制に関するIEC
規格のクラスCに準じた入力電流歪特性を持たせる必要
がある(あるいは、入力電流のTHDを10%より小さ
くする必要がある)。交流電源ACからの入力電流IAC
がこれらの条件を満たすようにしようとすれば、フィル
タ回路1として十分な容量のものを用いる必要があり、
結果的にコストが増加し、またインバータ装置が全体と
して大型化するという問題が生じる。
【0008】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、上記規制を満足できる程度に入力電
流歪特性を改善しながらも、比較的低コストで提供で
き、しかも大型化することのないインバータ装置を提供
することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、交流
電源を整流する整流回路と、整流回路の出力側に接続さ
れるとともに複数個のコンデンサを備え印加電圧が充電
時の印加電圧のピーク値に1より小さい規定倍率を乗じ
た電圧以下になると放電を開始する谷埋回路と、谷埋回
路が電源側に接続され負荷に高周波電力を供給するイン
バータ回路と、交流電源と谷埋回路との間に挿入された
インダクタと、谷埋回路に並列接続された歪改善用コン
デンサとを備え、インバータ回路に設けたスイッチング
素子のスイッチングによってインダクタに高周波電流が
流れるようにインダクタとスイッチング素子との接続関
係を設定するとともに、インバータ回路に設けたスイッ
チング素子のスイッチングによって歪改善用コンデンサ
の両端電圧が高周波で振動するように歪改善用コンデン
サとスイッチング素子との接続関係を設定したことを特
徴とする。
【0010】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、交流電源と整流回路との間にコモンモードノイズの
通過を阻止するフィルタチョークを挿入し、このフィル
タチョークのノーマルモード電圧に対するインダクタン
ス成分を上記インダクタとして用いることを特徴とす
る。
【0011】
【作用】請求項1の発明の構成によれば、谷埋回路の入
力側にインダクタを設け、インバータ回路のスイッチン
グ素子のスイッチングに伴ってインダクタに高周波電流
が流れるようにしているから、谷埋回路の入力側にアク
ティブフィルタ(昇圧型チョッパ回路)を設けたことと
等価になり、交流電源からの入力電流が流れる期間を長
くすることができる。すなわち、入力電流の休止期間が
短くなり、単に谷埋回路のみを設けている従来構成に比
較して入力電流歪を大幅に改善することができる。その
結果、IEC規格のクラスCに準じた規制の条件を満た
すに際して比較的小型かつ低コストで実現することがで
きるのである。しかも、アクティブフィルタを構成する
スイッチング素子をインバータ回路を構成するスイッチ
ング素子で兼用しているから、この点でもコストの低減
につながるのである。
【0012】しかも、インバータ回路に設けたスイッチ
ング素子のスイッチングによって歪改善用コンデンサの
両端電圧が高周波で振動するようにしたことによって、
単に谷埋回路を設けている場合に比較して整流回路の出
力電圧の高い期間(交流電源の電圧の絶対値の高い期
間)での交流電源から谷埋回路への充電電流を減少させ
ることができ、入力電流のピーク値の抑制によって入力
電流歪を低減することができる。
【0013】請求項2の発明の構成によれば、フィルタ
チョークを設けたことによって交流電源への雑音を低減
でき(つまり、入力電流を正弦波に近づけることで入力
電流歪特性が改善され)、しかもこのフィルタチョーク
のノーマルモード電圧に対するインダクタンス成分を上
記インダクタとして用いるから、雑音の除去に用いるフ
ィルタチョークをアクティブフィルタに用いるインダク
タとして兼用することになり、このことによって低コス
ト化および小型化につながる。
【0014】
【実施例】
(実施例1)本実施例は、基本的には、図1のように商
用電源のような交流電源ACにフィルタ回路1を介して
接続されたダイオードブリッジのような全波整流を行な
う整流回路REと、整流回路REにインダクタンスの小
さい(数十〜数百μH)インダクタL0 を介して接続さ
れた谷埋回路2と、谷埋回路2の両端電圧が電源電圧と
して印加されるインバータ回路INVと、谷埋回路2に
並列接続された歪改善用コンデンサとしてのコンデンサ
0 とを備える。
【0015】フィルタ回路1は、ノーマルモードノイズ
を阻止するために一対のコイルを逆極性に電磁結合した
フィルタチョーク(ノーマルモードノイズを通さないと
いう意味で、以下ではノーマルチョークという)CH1
と、コモンモードノイズを阻止するために一対のコイル
を同極性に電磁結合したフィルタチョーク(コモンモー
ドノイズを通さないという意味で、以下ではコモンチョ
ークという)CH2 とのコイル同士を直列接続し、ノー
マルチョークCH1 とコモンチョークCH2 とのコイル
同士を直列接続した一対の直列回路の両端間にそれぞれ
コンデンサC1,C2 を接続した構成を有する。また、
フィルタ回路1はインバータ回路INVで発生する高周
波ノイズを交流電源AC側に通さない程度に設計され
る。
【0016】谷埋回路2は、一対のコンデンサC3 ,C
4 をダイオードD1 を介して直列接続し、一方のコンデ
ンサC3 とダイオードD1 との直列回路にダイオードD
2 を逆並列に接続し、ダイオードD1 と他方のコンデン
サC4 との直列回路にダイオードD3 を逆並列に接続し
た構成を有する。この構成では、両コンデンサC3 ,C
4 はダイオードD1 を介して直列接続された状態で充電
され、各コンデンサC 3 ,C4 と各ダイオードD2 ,D
3 との直列回路が並列接続された状態で放電される。ま
た、両コンデンサC3 ,C4 の容量はほぼ等しく設定さ
れている。したがって、谷埋回路2の両端に印加される
電圧が両コンデンサC3 ,C4 の両端電圧の加算値より
も高いと両コンデンサC3 ,C4 が直列接続された状態
で充電され、谷埋回路2の両端に印加される電圧が各コ
ンデンサC3 ,C4 の両端電圧よりも低いと両コンデン
サC3 ,C4 が並列接続された状態で放電されることに
なる。
【0017】谷埋回路2への印加電圧は整流回路REよ
り出力される脈流電圧であるから、各コンデンサC3
4 には上記脈流電圧のピーク値の略2分の1まで充電
されるのであって、谷埋回路2は上記脈流電圧のピーク
値付近の期間に充電され、上記脈流電圧がピーク値の略
2分の1よりも低い期間に放電されることになる。ここ
において、谷埋回路2の各コンデンサC3 ,C4 の容量
は、上記脈流電圧がピーク値の略2分の1よりも低い期
間にインバータ回路INVに谷埋回路2から給電したと
きに谷埋回路2の両端電圧が大きく変化しない程度に設
定されている。つまり、谷埋回路2をコンデンサと見れ
ば放電時には充電時の2倍の容量になることによって充
電を短時間で行ない長時間の放電が可能になるのであ
る。このように、充電時の電圧のピーク値の2分の1の
電圧を放電するという意味で、この谷埋回路2を1/2
谷埋回路という。
【0018】インバータ回路INVは昇圧型であって、
オートトランスT1 の一部の巻線(以下、1次巻線とい
う)n1 とMOSFETよりなるスイッチング素子Q1
との直列回路を谷埋回路2に並列接続してある。また、
スイッチング素子Q1 には、オートトランスT1 の他部
の巻線(以下、2次巻線という)n2 と、インダクタL
5 およびコンデンサC5 よりなる並列共振回路と、イン
ダクタL4 と負荷Zと直流カット用のコンデンサC6
の直列回路が並列に接続される。さらに、負荷Zとコン
デンサC6 との直列回路にはコンデンサC7 が並列接続
され、インダクタL4 とコンデンサC7 との直列回路に
はコンデンサC8 が並列接続される。スイッチング素子
1 は図示していない制御回路によって高周波でスイッ
チングされる。
【0019】インダクタL4 とオートトランスT1 の2
次巻線n2 とコンデンサC7 ,C8とは主共振回路を構
成し、インダクタL5 およびコンデンサC5 よりなる並
列共振回路は副共振回路として機能する。また、主共振
回路の共振周波数をf01し、副共振回路の共振周波数f
02とするときに、f02≒3f01となるように共振周波数
01,f02が設定される。共振周波数を上記関係に設定
すれば、主共振回路の共振電圧のピーク付近では副共振
回路の共振電圧は逆極性のピーク付近になるのであっ
て、スイッチング素子Q1 の両端には、主共振回路の両
端電圧と副共振回路の両端電圧とを加算した電圧が印加
されるから、結果的にスイッチング素子Q 1 の両端に印
加される電圧のピーク値を小さくすることができ、スイ
ッチング素子Q1 のストレスを低減することができる。
【0020】インバータ回路INVを上述のように構成
したことにより、スイッチング素子Q1 のオン時にオー
トトランスT1 に蓄積されたエネルギーが、スイッチン
グ素子Q1 のオフ時にオートトランスT1 で昇圧される
とともに、オートトランスT 1 の両端電圧が谷埋回路2
の両端電圧に加算されるのであり、主共振回路と副共振
回路と負荷ZとコンデンサC6 との直列回路に谷埋回路
2の両端電圧よりも高い電圧を印加することができる。
いま、主共振回路と副共振回路とを無視すれば、スイッ
チング素子Q1 のオフ時にはオートトランスT1 の蓄積
エネルギの放出によって負荷Z→コンデンサC6 の向き
で電流が流れ、スイッチング素子Q1 のオン時にはオー
トトランスT1 に蓄積されたエネルギのうちオフ時に放
出できなかった余剰のエネルギがスイッチング素子Q1
の寄生ダイオードを通して放出された後、コンデンサC
6 の電荷が負荷Z→スイッチング素子Q1 の経路で放出
されることになる。つまり、負荷Zにはスイッチング素
子Q1 のスイッチング周波数の交番電流が流れる。ただ
し実際には、主共振回路と副共振回路とが存在すること
によって主共振回路および副共振回路によって負荷Zへ
の供給ネネルギが吸収され、エネルギの吸収量はスイッ
チング素子Q1 のスイッチング周波数と主共振回路およ
び副共振回路の共振周波数との関係によって決まるか
ら、スイッチング周波数を変化させれば、負荷Zへの供
給エネルギを変化させることが可能である。
【0021】以下、本実施例の動作を具体的に説明す
る。ただし、以下の説明ではダイオードD1 〜D3 によ
る順方向電圧降下については無視している。いま、整流
回路REの出力電圧波形が図2(a)のような脈流波形
であるものとし、整流回路REの出力電圧がピーク値E
0 に近く、整流回路REの出力電圧VREとインダクタL
0 の両端電圧VL0との加算値VRE+VL0が、谷埋回路2
の各コンデンサC3 ,C 4 の端子電圧VC3,VC4(VC3
≒VC4)の加算値VC3+VC4よりも高い期間(図2の期
間t2 〜t3 、期間t6 〜t7 )について考える。イン
ダクタL0 の両端電圧VL0は整流回路REの両端電圧V
REに比較して十分に小さいから無視すれば、この期間に
は、谷埋回路2に印加される電圧の最大値は整流回路R
Eの出力電圧のピーク値E0 にほぼ等しくなり、結果的
に各コンデンサC3 ,C4 は、端子電圧VC3,VC4が整
流回路REの出力電圧のピーク値E0 のほぼ2分の1に
達するまで充電される。この期間では、インバータ回路
INVへは整流回路REから給電される。
【0022】谷埋回路2の各コンデンサC3 ,C4 の端
子電圧が整流回路REの出力電圧のピーク値E0 のほぼ
2分の1に達した後、整流回路REの出力電圧がコンデ
ンサC3 ,C4 の端子電圧(ここではE0 /2とする)
に低下するまでの期間(図2の期間t3 〜t4 、期間t
7 〜t8 )には、整流回路REの出力電圧VREとインダ
クタL0 の両端電圧VL0との加算値VRE+VL0は、両コ
ンデンサC3 ,C4 の端子電圧VC3,VC4の加算値VC3
+VC4よりも低くなるから、整流回路REから谷埋回路
2への充電電流は停止する。
【0023】ところで、この期間にも整流回路REから
インバータ回路INVへの給電は継続しているから、ス
イッチング素子Q1 が高周波でスイッチングされている
ことによって、スイッチング素子Q1 のオン期間にイン
ダクタL0 とオートトランスT1 の1次巻線n1 との直
列回路に電流が流れ、スイッチング素子Q1 のオフ期間
には整流回路REの出力電圧VREとインダクタL0 の両
端電圧VL0との加算値が谷埋回路2およびインバータ回
路INVに印加される。この動作についてさらに詳しく
説明する。図3における時刻t10でスイッチング素子Q
1 がオンになったとすると、上述したようにオートトラ
ンスT1 に蓄積されていた余剰エネルギがスイッチング
素子Q1 の寄生ダイオードを通して放出されるから、こ
のエネルギによって図3(a)のようにコンデンサC0
への充電電流が流れる。この充電電流はコンデンサC0
の両端電圧VC0が谷埋回路2を構成するコンデンサ
3 ,C4 の端子電圧VC3,VC4の加算値VC3+VC4
達するまで流れる。ただし、コンデンサC3 ,C4 はこ
の充電電流に対して十分に大きい容量を有し、コンデン
サC0 への充電電流が流れている間の両端電圧VC3,V
C4の変化を無視できるものとする。つまり、図3(c)
のようにコンデンサC0 への充電電流が流れ始める時刻
10から充電電流の停止する時刻t11まではコンデンサ
0 の両端電圧V C0は谷埋回路2の両コンデンサC3
4 の両端電圧VC3,VC4の加算値VC3+VC4(つま
り、整流回路REの出力電圧のピーク値E0 にほぼ等し
い)に保たれる。
【0024】スイッチング素子Q1 のオン期間において
コンデンサC0 への充電電流が停止すると、スイッチン
グ素子Q1 には順方向に電流が流れる。上述のようにこ
の期間では整流回路REの出力電圧と谷埋回路2を構成
するコンデンサC3 ,C4 の両端電圧VC3,VC4の加算
値VC3+VC4との関係によって谷埋回路2からの給電は
ないから、スイッチング素子Q1 に流れる電流はコンデ
ンサC0 から供給されることになる。したがって、コン
デンサC0 の両端電圧VC0は下降し始め、時刻t12では
コンデンサC0 の両端電圧VC0が整流回路REの出力電
圧VREと等しくなり、さらに時刻t13においてコンデン
サC0 の両端電圧VC0が谷埋回路2を構成する各コンデ
ンサC3 ,C4 の両端電圧VC3,VC4まで下降するとコ
ンデンサC0 の放電は停止する。時刻t12から時刻t13
の期間では、整流回路REの出力電圧VREがコンデンサ
0 の両端電圧VC0よりも高くなるから、図3(d)に
示すように、インダクタL0 を通して電流IL0が流れ始
める。この電流IL0は、期間t12〜t13の時刻tにおい
て、 IL4=(VRE−VC0)(t−t12)/L0 と表すことができ、この期間t12〜t13ではインバータ
回路INVに対して整流回路REから給電されることに
なる。
【0025】スイッチング素子Q1 はその後の時刻t14
にオフになるように制御されており、時刻t13から時刻
14までの期間ではコンデンサC0 の両端電圧VC0が谷
埋回路2を構成するコンデンサC3 ,C4 の両端電圧V
C3,VC4よりも下がろうとするから、谷埋回路2からコ
ンデンサC0 およびインバータ回路INVに給電される
ことになる。この期間t13〜t14においてもインダクタ
0 には引き続いて電流IL0が流れ、次式で表すことが
できる。 IL0=(VRE−E0 /2)(t−t13)/L0 時刻t14においてスイッチング素子Q1 がオフになる
と、インバータ回路INVに設けた主共振回路および副
共振回路により生じている共振電圧がスイッチング素子
1 に印加され、図3(b)のような波形の電圧がスイ
ッチング素子Q1の両端に印加される。図3(b)にお
いて破線で示しているのは主共振回路による共振電圧の
波形であり、副共振回路を付加したことによって主共振
回路による共振電圧のピーク値が抑制されているのであ
る。スイッチング素子Q1 がオフになれば、谷埋回路2
からの給電が停止してコンデンサC0 は整流回路REか
らインダクタL0 を介して充電され、両端電圧VC0が上
昇する。コンデンサC0 の両端電圧VC0の上昇は時刻t
15において両端電圧VC0が整流回路REの出力電圧に等
しくなるまで継続する。この期間t14〜t15ではインダ
クタL0 に流れる電流IL0は次式で表すことができる。 IL0=(VRE−VC0)(t−t14)/L0 時刻t15の後もコンデンサC0 の両端電圧VC0は整流回
路REの出力電圧VREを越えて上昇を続け、時刻t16
おいてコンデンサC0 の両端電圧VC0が整流回路REの
出力電圧VREのピーク値E0 にほぼ等しくなる。つま
り、期間t15〜t 16にはインダクタL0 に流れる電流I
L0は減少し始めるから、 IL0=(VRE−VC0)(t−t15)/L0 時刻t16においてコンデンサC0 の両端電圧VC0が整流
回路REの出力電圧VREのピーク値E0 にほぼ等しくな
ると、谷埋回路2への充電が開始され、コンデンサC0
の両端電圧VC0は整流回路REの出力電圧のピーク値E
0 付近にほぼ等しい状態で維持される。また、このとき
にはインダクタL0 を通して次式で表される電流IL0
流れ、この電流IL0は時間の経過とともに減少する。 IL0=(VRE−E0 )(t−t16)/L0 スイッチング素子Q1 が再びオンになる時刻t17に達す
るまでにはインダクタL0 を通して流れる電流IL0は停
止するようにインダクタL0 の値が選択されており、そ
の後は上述した時刻t11から時刻t17の動作を繰り返す
のである。
【0026】以上説明したように、図2に示す期間t3
〜t4 (t7 〜t8 )においては、コンデンサC0 の両
端電圧VC0が図2(b)に示すようなE0 とE0 /2と
の間で高周波で振動し、またインダクタL0 には図2
(c)のように高周波の電流I L0が流れることになる。
結局、図3によって、スイッチング素子Q1 のオン・オ
フに伴うコンデンサC0 の両端電圧VC0の変化を見れば
わかるように、コンデンサC0 を昇圧型チョッパ回路の
スイッチング素子に見立てることができ、インダクタL
0 には昇圧に用いられるインダクタタL0 と同様の波形
の電流が流れている。要するに、期間t3 〜t4 には整
流回路REからインダクタL0 を介して高周波電流が流
れるのである。
【0027】図2における期間t4 〜t5 (t8
9 )では、整流回路REの出力電圧V REとインダクタ
0 の両端電圧VL0との加算値VRE+VL0は、出力電圧
REのピーク値E0 よりも小さいから、谷埋回路2から
インバータ回路INVに給電される。この期間t4 〜t
5 ではコンデンサC0 の両端電圧VC0はE0 /2に保た
れる。また、整流回路REから谷埋回路2やインバータ
回路INVへは給電されない。
【0028】図2における期間t5 〜t6 (t1
2 )では、期間t3 〜t4 と同様に動作し、コンデン
サC0 の両端電圧VC0はE0 とE0 /2との間で振動す
る。また、整流回路REからインダクタL0 を通して高
周波電流が流れる。以上説明したように、コンデンサC
0 の両端電圧VC0(=VB )およびインダクタL0 の電
流IL0は、図2(b)(c)に示す時刻t1 〜t5 の波
形を繰り返すことになる。また、谷埋回路2には、期間
2 〜t3 にのみ電流が流入するから、コンデンサ
3 ,C4 への充電電流は図2(d)のような波形にな
り、整流回路REに流入する電流は図2(e)のように
なる。つまり、整流回路REの出力電圧VREの低い期間
(つまり、期間t1 〜t2 ,t3 〜t4 )における整流
回路REへの入力電流が従来構成よりも増加し、逆に整
流回路REの出力電圧VREの高い期間(つまり、期間t
2 〜t3 )における整流回路REへの入力電流のピーク
値が従来構成よりも低くなるのである。したがって、容
量の比較的小さいフィルタ回路1を用いながらも、交流
電源ACからの入力電流波形を図2(f)のような正弦
波状にすることができる。つまり、IEC規格のクラス
Cに適合する程度の入力電流歪性能を得ながらも、比較
的低コストに提供することができ、かつ小型化が可能に
なるのである。
【0029】(実施例2)本実施例は、図4に示すよう
に、実施例1の構成からフィルタ回路1を除去したもの
である。実施例1でも説明したように、整流回路REへ
の入力電流の波形は図2(e)のように従来構成に比較
して大幅に歪が低減されているから、入力電流歪性能と
してとくに高い性能が要求されなければ、本実施例の構
成を採用してもよい。他の構成は実施例1と同様であっ
て、この構成でも従来例に比較すれば、高い力率が得ら
れ、また入力電流歪性能を改善することができる。
【0030】(実施例3)本実施例は、図5に示すよう
に、実施例1の構成についてインバータ回路INVの構
成を変更したものである。すなわち、コンデンサC5
インダクタL5 とからなる副共振回路としての並列共振
回路を、スイッチング素子Q1 とオートトランスT1
の間に挿入し、また、スイッチング素子Q1 と副共振回
路との直列回路にコンデンサC7 を並列接続した構成を
有している。他の構成は実施例1と同様であって、イン
ダクタL4 とオートトランスT1 の2次巻線n2 とコン
デンサC7 ,C8 とが主共振回路を構成し、インダクタ
5 とコンデンサC5 とからなる副共振回路の共振周波
数は主共振回路の共振周波数の3倍に設定されているの
である。
【0031】また、オートトランスT1 は1次巻線n1
と2次巻線n2 との間で磁気漏洩を生じるリーケージ型
のものを用いており、このリーケージインダクタンスに
よってスイッチング素子Q1 のターンオフの際にスイッ
チング素子Q1 の両端にスパイク電圧が発生しないよう
にしてある。すなわち、スイッチング素子Q1 のストレ
スが軽減され、インバータ回路INVの信頼性を高める
ことができる。他の構成および効果は実施例1と同様で
ある。
【0032】(実施例4)本実施例は、図6に示すよう
に、実施例1の構成についてインダクタL0 をフィルタ
回路1と整流回路REとの間に挿入したものである。こ
の構成でも実施例1と同様に動作し、同様の効果を得る
ことができる。インダクタL0 を挿入する位置は、本実
施例に示したもののほか、フィルタ回路1と谷埋回路2
との間(実施例2のようにフィルタ回路1を用いなけれ
ば交流電源ACと谷埋回路2との間)であれば整流回路
REの前後のどの位置(図6の上下2本のラインのうち
のどちらか、あるいは両方)でもよい。
【0033】(実施例5)本実施例は、図7に示すよう
に、実施例1におけるフィルタ回路1に代えてノーマル
チョークCH1 のみを持つフィルタ回路1を構成し、ま
たインダクタL0に代えてコモンチョークCH2 を整流
回路REと谷埋回路2との間に挿入してある。
【0034】本実施例の構成では、コモンチョークCH
2 におけるノーマルモード電圧に対するインダクタンス
成分をインダクタL0 として利用しているのであって、
このようなインダクタンス成分は微小であるから、実施
例1と同様に動作させることが可能になる。しかも、コ
モンチョークCH2 であるからコモンモードノイズを阻
止する機能もあり、両機能を1つのコモンチョークCH
2 で兼用することによりコストの低減が図れるととも
に、小型化が可能になるのである。他の構成および動作
は実施例1と同様である。
【0035】(実施例6)本実施例も実施例5と同様に
コモンチョークCH2 におけるノーマルモード電圧に対
するインダクタンス成分をインダクタL0 として利用し
ているものであって、図8に示すように、図6に示した
実施例4のインダクタL0 の機能をコモンチョークCH
2 に持たすようにしてある。つまり、実施例5と同様の
構成のフィルタ回路1と整流回路REとの間にコモンチ
ョークCH2 を挿入した構成を有している。この構成で
も、コモンチョークCH2 をインダクタL0 として利用
することにより、実施例5と同様の効果が得られるので
ある。他の構成および動作は実施例1と同様である。
【0036】ところで、上述した各実施例において、オ
ートトランスT1 に代えて通常のトランスを用いてもよ
い。また、インバータ回路IVNとしてはどのようなも
のを用いてもよいが、たとえば、図9に示すような構成
のインバータ回路INVを用いることできる。このイン
バータ回路INVは、一対のスイッチング素子Q2 ,Q
3 の直列回路を入力電源に接続し、直流カット用のコン
デンサC6 と負荷Zと共振用のインダクタL9 との直列
回路を高圧側のスイッチング素子Q2 に並列接続し、さ
らに、インダクタL9 とともに共振回路を構成するコン
デンサC9 を負荷Zに並列接続した構成を有する。
【0037】この構成のインバータ回路INVは周知の
ものであるが、動作を簡単に説明する。両スイッチング
素子Q2 ,Q3 は同時にオンにならないように交互にオ
ン・オスされ、スイッチング素子Q3 のオン時には電源
からコンデンサC6 −負荷ZおよびコンデンサC9 −イ
ンダクタL9 −スイッチング素子Q3 の経路で電流が流
れ、スイッチング素子Q2 のオン時にはコンデンサC6
の放電によってスイッチング素子Q2 −インダクタL9
−負荷ZおよびコンデンサC9 という経路で電流が流れ
る。したがって、スイッチング素子Q2 ,Q3 のオン・
オフによって負荷Zには交番電流が流れるのである。ま
た、このインバータ回路INVは、インダクタL9 とコ
ンデンサC9 とによる直列共振回路を備えているから、
スイッチング素子Q2 ,Q3 のスイッチング周波数を変
化させることで負荷Zへの供給電力を変化させることが
できる。このような構成のインバータ回路INVを用い
る場合でも効果は実施例1と同様である。また、上述し
た各実施例では、谷埋回路2として印加電圧が充電時の
印加電圧のピーク値の2分の1になると放電を開始する
ものを用いていたが、谷埋回路2の構成はこれに限定さ
れるものではなく、印加電圧が充電時の印加電圧のピー
ク値に1より小さい規定倍率を乗じた電圧以下になると
放電を開始する構成のものであれば、どのようなものを
用いてもよい。たとえば、印加電圧が充電時の印加電圧
のピーク値に3分の1を乗じた電圧以下になると放電を
開始する構成のものとしては、図10に示すようなもの
がある。この谷埋回路2は、3個のコンデンサC11,C
12,C13をそれぞれダイオードD11,D12を介して直列
接続し、コンデンサC11とダイオードD11との直列回路
に並列であってダイオードD11のカソードにアノードを
接続したダイオードD13と、コンデンサC11,C12とダ
イオードD11,D12との直列回路に並列であってダイオ
ードD12のカソードにアノードを接続したダイオードD
14と、コンデンサC13とダイオードD12との直列回路に
並列であってダイオードD12のアノードにカソードを接
続したダイオードD15と、コンデンサC12,C13とダイ
オードD11,D12との直列回路に並列であってダイオー
ドD11のアノードにカソードを接続したダイオードD16
とにより構成される。各コンデンサC11,C12,C13
同容量であって、ダイオードD11〜D16の順方向降下電
圧を無視すれば、各コンデンサC11,C12,C13の両端
電圧は谷埋回路2の両端に印加される電圧のピーク値の
3分の1になるから、谷埋回路2への印加電圧が充電時
の3分の1より低くなると谷埋回路2から放電されて、
谷埋回路2の両端電圧はピーク値のほぼ3分の1に保た
れるのである。
【0038】
【発明の効果】請求項1の発明は、谷埋回路の入力側に
インダクタを設け、インバータ回路のスイッチング素子
のスイッチングに伴ってインダクタに高周波電流が流れ
るようにしているので、谷埋回路の入力側にアクティブ
フィルタを設けたことと等価になり、交流電源からの入
力電流が流れる期間を長くすることができるのであっ
て、入力電流の休止期間が短くなり、単に谷埋回路のみ
を設けている従来構成に比較して入力電流歪を大幅に改
善することができるという効果を奏する。その結果、I
EC規格のクラスCに準じた規制の条件を満たすに際し
て比較的小型かつ低コストで実現することができるとい
う利点があり、しかも、アクティブフィルタを構成する
スイッチング素子をインバータ回路を構成するスイッチ
ング素子で兼用しているから、この点でもコストの低減
につながるという利点がある。
【0039】しかも、インバータ回路に設けたスイッチ
ング素子のスイッチングによって歪改善用コンデンサの
両端電圧が高周波で振動するようにしたので、単に谷埋
回路を設けている場合に比較して整流回路の出力電圧の
高い期間での交流電源から谷埋回路への充電電流を減少
させることができ、入力電流のピーク値の抑制によって
入力電流歪を低減することができるという利点がある。
【0040】請求項2の発明は、フィルタチョークを設
けたことによって交流電源への雑音を低減でき、しかも
このフィルタチョークのノーマルモード電圧に対するイ
ンダクタンス成分を上記インダクタとして用いるから、
雑音の除去に用いるフィルタチョークをアクティブフィ
ルタに用いるインダクタとして兼用することになり、2
つの機能を1つの部品で実現することができ、このこと
によってコストが低減され、かつ小型化が可能になると
いう利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1を示す回路図である。
【図2】実施例1の動作説明図である。
【図3】実施例1の要部動作説明図である。
【図4】実施例2を示す回路図である。
【図5】実施例3を示す回路図である。
【図6】実施例4を示す回路図である。
【図7】実施例5を示す回路図である。
【図8】実施例6を示す回路図である。
【図9】本発明に用いるインバータ回路の他例を示す回
路図である。
【図10】本発明に用いる谷埋回路の他例を示す回路図
である。
【図11】従来例を示す回路図である。
【図12】従来例の動作説明図である。
【図13】他の従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 フィルタ回路 2 谷埋回路 AC 交流電源 C0 コンデンサ CH2 コモンチョーク INV インバータ回路 L0 インダクタ Q1 スイッチング素子 RE 整流回路 Z 負荷
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱本 勝信 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (72)発明者 一村 省互 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−89068(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/48 H02M 7/537

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源を整流する整流回路と、整流回
    路の出力側に接続されるとともに複数個のコンデンサを
    備え印加電圧が充電時の印加電圧のピーク値に1より小
    さい規定倍率を乗じた電圧以下になると放電を開始する
    谷埋回路と、谷埋回路が電源側に接続され負荷に高周波
    電力を供給するインバータ回路と、交流電源と谷埋回路
    との間に挿入されたインダクタと、谷埋回路に並列接続
    された歪改善用コンデンサとを備え、インバータ回路に
    設けたスイッチング素子のスイッチングによってインダ
    クタに高周波電流が流れるようにインダクタとスイッチ
    ング素子との接続関係を設定するとともに、インバータ
    回路に設けたスイッチング素子のスイッチングによって
    歪改善用コンデンサの両端電圧が高周波で振動するよう
    に歪改善用コンデンサとスイッチング素子との接続関係
    を設定したことを特徴とするインバータ装置。
  2. 【請求項2】 交流電源と整流回路との間にコモンモー
    ドノイズの通過を阻止するフィルタチョークを挿入し、
    このフィルタチョークのノーマルモード電圧に対するイ
    ンダクタンス成分を上記インダクタとして用いることを
    特徴とする請求項1記載のインバータ装置。
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