JP3430420B2

JP3430420B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP3430420B2
Application number: JP17564293A
Authority: JP
Inventors: 稔前原
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1993-07-15
Filing date: 1993-07-15
Publication date: 2003-07-28
Anticipated expiration: 2018-07-28
Also published as: JPH0739142A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電源を整流する整
流回路の出力電圧を変換するチョッパ回路を備えた電源
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の高力率の電源装置としては図１８
に示すように降圧チョッパ回路１’を用いたものがあ
る。この電源装置では、交流電源（商用電源）Ｖ_Sを整
流回路としてのダイオードブリッジＤＢで全波整流し、
この整流出力を降圧チョッパ回路１’で降圧し、負荷２
に供給する構成となっている。

【０００３】上記降圧チョッパ回路１’は、基本的なも
のであり、ダイオードブリッジＤＢの出力に、ダイオー
ドＤ₁を介してスイッチング素子としてのトランジスタ
Ｑ₁を並列に接続し、ダイオードＤ₁に並列にインダク
タＬ₁とコンデンサＣ₁との直列回路を並列に接続し、
コンデンサＣ₁の両端電圧を出力電圧として負荷２に供
給する構成となっている。なお、ダイオードＤ₁は、ダ
イオードブリッジＤＢの正電位側をカソードとして接続
してある。

【０００４】この降圧チョッパ回路１’では、トランジ
スタＱ₁のオン時に、交流電源Ｖ_S→ダイオードブリッ
ジＤＢ→インダクタＬ₁→コンデンサＣ₁→トランジス
タＱ ₁→ダイオードブリッジＤＢ→交流電源Ｖ_Sの経路
で、コンデンサＣ₁を充電し、このトランジスタＱ₁の
オン期間にインダクタＬ₁に蓄積されたエネルギで、ト
ランジスタＱ₁のオフ時に、インダクタＬ₁→コンデン
サＣ₁→ダイオードＤ ₁→インダクタＬ₁の経路で、コ
ンデンサＣ₁を充電するという動作を繰り返す。

【０００５】この電源装置においては、電源投入時にト
ランジスタＱ₁のオンデューティを小さくしておき、そ
の後に徐々にオンデューティを広げることにより、電源
投入時にコンデンサＣ₁に突入電流が流れることを防止
することができる。この種の他の電源装置としては特開
昭５９−２２００８１号公報で提案されたものがある。
この電源装置は、図１９に示すように、降圧チョッパ回
路１’の負荷２としてハーフブリッジ構成のインバータ
回路３を備え、インバータ回路３のスイッチング素子Ｑ
₃を降圧チョッパ回路１’のスイッチング素子として兼
用したものである。

【０００６】インバータ回路３は、交流電源Ｖ_Sを全波
整流するダイオードブリッジＤＢの出力に、スイッチン
グ素子Ｑ₂，Ｑ₃としてのトランジスタＱ₂，Ｑ₃及び
コンデンサＣ₂，Ｃ₃をブリッジ接続し、スイッチング
素子Ｑ₂，Ｑ₃及びコンデンサＣ₂，Ｃ₃の夫々の接続
点間に直列共振回路を構成するインダクタＬ₂とコンデ
ンサＣ₄との直列回路を接続し、コンデンサＣ₄の両端
にインバータ回路３の負荷５を接続した構成となってい
る。なお、トランジスタＱ₂，Ｑ₃は制御回路４でオ
ン，オフするようにしてあり、コンデンサＣ₂，Ｃ₃に
は両端電圧を規制するダイオードＤ₃，Ｄ₄を夫々並列
に接続してある。

【０００７】降圧チョッパ回路１’は、ダイオードブリ
ッジＤＢの出力に並列に接続されたコンデンサＣ₁、イ
ンダクタＬ₁及びダイオードＤ₂と、インダクタＬ₁及
びダイオードＤ₂の接続点とトランジスタＱ₂，Ｑ₃の
接続点との間に接続されたダイオードＤ₁と、上記イン
バータ回路３のトランジスタＱ₃で構成されている。こ
こで、上記ダイオードＤ₂はアノードをダイオードブリ
ッジＤＢの負極側にして接続し、コンデンサＣ₁に充電
された電荷をインバータ回路３に電源として供給する場
合の電流ループを形成するようにしてある。また、この
降圧チョッパ回路１’のインダクタＬ₁は主に限流要素
として機能する。

【０００８】降圧チョッパ回路１’は、トランジスタＱ
₃がオンのとき、交流電源Ｖ_S→ダイオードブリッジＤ
Ｂ→コンデンサＣ₁→インダクタＬ₁→ダイオードＤ₁
→トランジスタＱ₃→ダイオードブリッジＤＢ→交流電
源Ｖ_Sの経路で、コンデンサＣ₁を充電する。インバー
タ回路３の入力電圧は、図２０に示すように、ダイオー
ドブリッジＤＢの脈流出力の谷部（低電圧部）を埋める
形で部分平滑を行うことになる。つまり、降圧チョッパ
回路１’では、コンデンサＣ₁の両端電圧がダイオード
ブリッジＤＢの脈流出力のピーク値よりも高くならず、
ダイオードブリッジＤＢの出力電圧がコンデンサＣ₁の
両端電圧よりも高いとき（図２０のＴ₁で示す期間）に
は、ダイオードブリッジＤＢからインバータ回路３に直
接に電源が供給されるため、インバータ回路３の入力電
圧は図２０の波形となる。なお、図２０ではコンデンサ
Ｃ₁の両端電圧がダイオードブリッジＤＢの出力電圧よ
りも高い期間をＴ ₂で示す。

【０００９】インバータ回路３では、ダイオードブリッ
ジＤＢあるいは降圧チョッパ回路１’の出力で、コンデ
ンサＣ₂，Ｃ₃を充電し、これらコンデンサＣ₂，Ｃ₃
の充電電荷を電源として、トランジスタＱ₂がオン、ト
ランジスタＱ₃がオフのときには、コンデンサＣ₂→ト
ランジスタＱ₂→インダクタＬ₂→コンデンサＣ₄→コ
ンデンサＣ₂の経路で、またトランジスタＱ₂がオフ、
トランジスタＱ₃がオンのときには、コンデンサＣ₃→
コンデンサＣ₄→インダクタＬ₂→トランジスタＱ₃→
コンデンサＣ₃の経路で、高周波電流をインダクタＬ₂
とコンデンサＣ ₄からなる直列共振回路に流す。そし
て、コンデンサＣ₄の両端に発生する電圧を電源として
負荷５に供給する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たいずれの電源装置でも、ダイオードブリッジＤＢの出
力電圧がコンデンサＣ₁の両端電圧よりも高い期間しか
入力電流が流れず、入力電流の休止期間が存在し、この
ため入力歪みが大きくなるという問題がある。この入力
歪みを改善するには、別の回路手段を必要とする。ま
た、インバータ回路３の出力に交流電源Ｖ_Sの周波数に
応じたリップル成分が生じ、これを無くすにはインバー
タ回路３の制御がかなり複雑になるという問題があっ
た。

【００１１】本発明は上述の点に鑑みて為されたもので
あり、その目的とするところは、高力率で、突入電流を
抑制する効果は維持しつつ、入力歪みを少なくできる電
源装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、交流電源を整流する整流回路
と、この整流回路の出力の電圧変換を行うチョッパ回路
とを備え、電源投入時からの特定期間には、上記チョッ
パ回路を主に降圧動作させると共に、上記特定期間の経
過後主に昇降圧動作させる動作切換手段を上記チョッパ
回路に設けて成り、上記動作切換手段が、チョッパ回路
のコンデンサの両端電圧よりも整流回路の出力電圧が高
いとき、チョッパ回路を降圧動作させ、チョッパ回路の
コンデンサの両端電圧が整流回路の出力電圧よりも高い
とき、昇降圧動作させるようにチョッパ回路の動作を切
り換えると共に、チョッパ回路のコンデンサの両端電圧
が整流回路の出力電圧よりも高くなるまで、上記コンデ
ンサを充電するように動作させるようにしている。

【００１３】

【００１４】また、チョッパ回路の負荷がインバータ回
路である場合には、請求項２に示すように、インバータ
回路のスイッチング素子とチョッパ回路のスイッチング
素子とを兼用し、装置全体を小型化し、安価とすること
が可能である。

【００１５】さらに具体的には、請求項３に示すよう
に、上記インバータ回路が、夫々逆並列にダイオードが
接続され交互にオン，オフされる２つのスイッチング素
子の直列回路を備えるものである場合においては、整流
回路の出力間に第１のダイオードを介して上記スイッチ
ング素子の直列回路を接続し、上記スイッチング素子の
直列回路と並列に第１のコンデンサと第２のダイオード
との直列回路を接続し、第１のコンデンサと第２のダイ
オードとの接続点と上記２つのスイッチング素子の接続
点との間に第３のダイオードとインダクタとの直列回路
を接続し、整流回路の出力端の一方と上記第３のダイオ
ードとインダクタとの接続点との間に少なくとも第２の
コンデンサを含むインピーダンス要素を接続してチョッ
パ回路を構成すればよい。

【００１６】また、請求項４に示すように、上記インバ
ータ回路が、交互にオン，オフされる２つのスイッチン
グ素子の直列回路を備えるものである場合、整流回路の
出力に、第１及び第２のダイオードを直列接続すると共
に、インダクタと第３のダイオードを介して上記スイッ
チング素子の直列回路を接続し、一方のスイッチング素
子の両端にコンデンサと第４のダイオードとの直列接続
し、コンデンサと第４のダイオードとの接続点と上記第
１及び第２のダイオードとの接続点とを接続し、インダ
クタと第３のダイオードとの接続点と上記スイッチング
素子の接続点との間に少なくとも第２のコンデンサを含
むインピーダンス要素を接続してチョッパ回路を構成す
るようにしてもよい。

【００１７】

【作用】請求項１の発明は上述のように、チョッパ回路
のコンデンサの両端電圧よりも整流回路の出力電圧が高
いとき、チョッパ回路を降圧動作させ、チョッパ回路の
コンデンサの両端電圧が整流回路の出力電圧よりも高い
とき、昇降圧動作させるようにチョッパ回路の動作を切
り換えると共に、チョッパ回路のコンデンサの両端電圧
が整流回路の出力電圧よりも高くなるまで、上記コンデ
ンサを充電するように動作させることにより、電源投入
からチョッパ回路のコンデンサの両端電圧が整流回路の
出力電圧よりも高くなるまでの特定期間には、従来同様
にチョッパ回路を主に降圧形として動作させて高力率化
を図ると共に、入力突入電流を抑制する機能を維持し、
上記特定期間の経過後は、チョッパ回路を主に昇降圧形
として動作させ、この種の昇降圧形のチョッパ回路のコ
ンデンサの両端電圧と整流回路の出力電圧との関係にか
かわらず、インダクタに電流を流すことができるという
特徴を生かし、コンデンサの両端電圧が整流回路の出力
電圧よりも高いときにも、入力電流に休止期間が生じな
いようにし、入力歪みを少なくすると同時に、コンデン
サの両端電圧と整流回路の出力電圧との関係に応じて、
自動的にチョッパ回路を降圧形と昇降圧形とに切換動作
させ、コンデンサの充電状態に応じて自動的に入力突入
電流を抑制する動作と入力歪みを低減する動作との切換
を可能とし、さらにコンデンサの両端電圧が交流電源の
周波数の影響で変動しにくくして、チョッパ回路の負荷
に交流電源の周波数に応じたリップル成分を含む電源が
供給されることを防止する。

【００１８】

【００１９】

【００２０】請求項２の発明は、チョッパ回路の負荷が
インバータ回路である場合に、インバータ回路のスイッ
チング素子とチョッパ回路のスイッチング素子とを兼用
することにより、装置全体を小型化し、安価とする。

【００２１】

【実施例】（基本例）図１に本発明の基本例を示す。本基本例の電源装置で
は、チョッパ回路１において、ダイオードブリッジＤＢ
の正極側の出力に、ダイオードブリッジＤＢから電流を
流す方向にダイオードＤ₅を挿入すると共に、ダイオー
ドＤ₁のアノードとコンデンサＣ₁との間にインダクタ
Ｌ₁を移し、ダイオードブリッジＤＢとダイオードＤ₅
の接続点とコンデンサＣ₁とインダクタＬ₁の接続点と
の間に、スイッチＳＷを接続した点が図１８の従来構成
と異なる。なお、スイッチＳＷは、少なくともダイオー
ドブリッジＤＢの正極側からインダクタＬ₁とコンデン
サＣ₁との接続点の方向に電流を供給するものであれば
よく、例えばトランジスタなどのスイッチング素子を用
いればよい。但し、リレーなどの機械式スイッチであっ
てもよい。

【００２２】本基本例の電源装置では、スイッチＳＷが
オフのときには、ダイオードＤ₅が存在するが、基本的
には図１８の降圧チョッパ回路１’と実質的には同じ構
成であるので、スイッチＳＷのオフ時の動作は図１８の
降圧チョッパ回路１’と同様に動作する。スイッチＳＷ
がオンのときには、トランジスタＱ₁がオンすると、交
流電源Ｖ_S→ダイオードブリッジＤＢ→スイッチＳＷ→
インダクタＬ₁→トランジスタＱ₁→ダイオードブリッ
ジＤＢ→交流電源Ｖ_Sの経路で、入力電流が流れる。ト
ランジスタＱ₁がオフのときには、インダクタＬ₁に蓄
積されたエネルギが、インダクタＬ₁→ダイオードＤ₁
→コンデンサＣ₁→インダクタＬ₁の経路で放出され、
コンデンサＣ₁が充電される。

【００２３】つまり、本基本例のチョッパ回路１は、ス
イッチＳＷがオフのときには、降圧形として動作し、ス
イッチＳＷがオンのときには昇降圧形として動作する。
ここで、昇降圧形では、交流電源Ｖ_S（実際にはダイオ
ードブリッジＤＢの出力電圧）とコンデンサＣ₁の両端
電圧とに関係なく、トランジスタＱ₁のオン時に入力電
流が流れるため、入力電流に休止期間が生じず、入力歪
みを少なくできる。

【００２４】そこで、本基本例の具体的な動作の一例と
しては、電源投入時から一定期間には、スイッチＳＷを
オフし、降圧形で動作させ、入力突入電流を抑制し、そ
の後スイッチＳＷをオンとして、昇降圧形として動作さ
せ、入力歪みを少なくするというようにすればよい。こ
のようにすれば、高力率で、突入電流を抑制する効果は
維持しつつ、入力歪みを少なくできる。

【００２５】（実施例１）図２に本発明の一実施例を示す。本実施例のチョッパ回
路１は、基本例のインダクタＬ₁に直列に、ダイオード
ブリッジＤＢに電流を帰還する方向にダイオードＤ₆を
挿入し、このダイオードＤ₆とインダクタＬ₁の接続点
と、ダイオードブリッジＤＢとダイオードＤ₅の接続点
との間にコンデンサＣ₅を接続し、ダイオードＤ₁に並
列にスイッチング素子としてのトランジスタＱ₄を接続
した構成となっている。ここで、トランジスタＱ₁，Ｑ
₄は交互にオン，オフする。また、コンデンサＣ₄の容
量はコンデンサＣ₁の容量に比べて小さい。例えば、コ
ンデンサＣ₁を１００μＦとした場合、コンデンサＣ₄
は０．０３μＦというように数百〜数千倍程度に異なら
せてある。

【００２６】電源投入時には、コンデンサＣ₁の両端電
圧Ｖ_DCはほぼ０Ｖである。このとき、トランジスタＱ₁
がオンすると、交流電源Ｖ_S→ダイオードブリッジＤＢ
→ダイオードＤ₅→コンデンサＣ₁→ダイオードＤ₆→
インダクタＬ₁→トランジスタＱ₁→ダイオードブリッ
ジＤＢ→交流電源Ｖ_Sの経路（図３の実線イに示す経
路）と、交流電源Ｖ_S→ダイオードブリッジＤＢ→コン
デンサＣ₅→インダクタＬ₁→トランジスタＱ₁→ダイ
オードブリッジＤＢ→交流電源Ｖ_Sの経路（図３の実線
ロに示す経路）との２つの経路で入力電流が流れる。但
し、このとき上述のように図３のロで示すループでも電
流が流れるが、コンデンサＣ₅の容量は小さいので、コ
ンデンサＣ₅は直ぐに充電される。ここで、このコンデ
ンサＣ₅の両端電圧が僅かでもコンデンサＣ₁の両端電
圧よりも高くなると、コンデンサＣ ₅→ダイオードＤ₅
→コンデンサＣ₁→ダイオードＤ₆→コンデンサＣ₅の
経路（図３の破線ハで示す経路）で電流が流れる。この
ため、コンデンサＣ₄の両端電圧はコンデンサＣ₁の両
端電圧以上に上昇しない（コンデンサＣ₄の両端電圧は
コンデンサＣ₁の両端電圧にクランプされる）。

【００２７】上述した電源投入時には、ダイオード
Ｄ₅，Ｄ₆のオン電圧（順方向電圧降下）及びトランジ
スタＱ₁のオン電圧を無視すると、図３に示すように、
コンデンサＣ₁とコンデンサＣ₅とは並列接続されたと
等価になる。ここで、容量的にはコンデンサＣ₁がコン
デンサＣ₅よりも充分に大きいので、図３のイで示す経
路で流れる電流が支配的となり、チョッパ回路１は降圧
形として動作していると考えて差支えない。

【００２８】電源投入後にある程度コンデンサＣ₁が充
電された時点において、｜Ｖ_in｜（電源電圧の瞬時値）
＞Ｖ_DCのときには、上述の場合と同様にして、降圧チョ
ッパ動作する。一方、｜Ｖ_in｜＜Ｖ_DCのときには、上記
図３のイで示すループでは入力電流は流れなくなる。こ
の場合には、トランジスタＱ₁がオンのとき、上述した
図３のロで示すループで電流が流れる。そして、トラン
ジスタＱ₁がオフのときには、インダクタＬ₁に蓄積さ
れたエネルギにより、インダクタＬ₁→ダイオードＤ₁
→コンデンサＣ₁→ダイオードＤ₆→インダクタＬ₁の
経路で電流が流れる。つまり、｜Ｖ_in｜＜Ｖ_DCのときに
は昇降圧チョッパとして動作する。

【００２９】但し、上記図３のロで示すループには、コ
ンデンサＣ₅が挿入されているので、このループに流れ
る電流は、図１のコンデンサＣ₅の代わりにスイッチＳ
Ｗが挿入された場合に比べて小さくなる。また、コンデ
ンサＣ₅とインダクタＬ₁との共振作用により、上記ル
ープに流れる電流は丸みを帯びる。さらに、トランジス
タＱ₁のオフ時に、インダクタＬ₁→ダイオードＤ₁→
コンデンサＣ₁→ダイオードＤ₆→インダクタＬ₁の経
路で、インダクタＬ₁のエネルギがすべてコンデンサＣ
₁に放出されると、コンデンサＣ₅の電荷が、コンデン
サＣ₅→ダイオードＤ₅→トランジスタＱ₄→インダク
タＬ₁→コンデンサＣ₅の経路で放出される。以降、｜
Ｖ_in｜＜Ｖ_DCであれば、上述した昇降圧形の動作を繰り
返す。

【００３０】以上説明した本実施例の動作をまとめる
と、本実施例の電源装置は図４に示すように動作するこ
とになる。つまりは、交流電源Ｖ_Sの瞬時値｜Ｖ_in｜と
コンデンサＣ₁の両端電圧Ｖ_DCとの関係に応じて、自動
的に降圧形、昇降圧形の動作に切り換わって動作する。
なお、図４における期間Ａが降圧形として動作している
期間を示し、期間Ｂが昇降圧形として動作している期間
を示す。

【００３１】図４に示すように、チョッパ回路１の動作
により、電源投入後にコンデンサＣ ₁の両端電圧Ｖ_DCは
徐々に上昇する。なお、最終的に昇降圧動作により、Ｖ
_DC＞｜Ｖ_in｜_maxとなったときには、チョッパ回路１は
昇降圧動作のみで動作することになる。本実施例によれ
ば、電源投入時には主に降圧形としてチョッパ回路１を
動作させ、入力突入電流を抑制することができ、コンデ
ンサＣ₁の両端電圧Ｖ_DCの上昇に伴って主に昇降圧形と
して動作させ、入力電流の休止期間を短くするか、ある
いは無くすことで、入力歪みを少なくすることができ
る。

【００３２】（実施例２）図５はチョッパ回路１の負荷２を具体的に特定した実施
例であり、本実施例の場合には変形ハーフブリッジ構成
のインバータ回路３からなる放電灯点灯装置を負荷２と
する場合を示す。なお、本実施例は実施例１を基本とす
るものであり、同一の働きをする素子には、実施例１と
同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。

【００３３】本実施例の場合には、インバータ回路３の
スイッチング素子をチョッパ回路１のスイッチング素子
Ｑ₁，Ｑ₄と兼用してある。また、新たな素子としてダ
イオードＤ₇とコンデンサＣ₆とを設けてある。ダイオ
ードＤ₇は、コンデンサＣ₁とダイオードＤ₆の接続点
とダイオードブリッジＤＢの負極との間に、カソードを
コンデンサＣ₁側にして接続し、コンデンサＣ₁の両端
電圧を電源としてインバータ回路３に供給するループを
形成するために設けてある。さらに、コンデンサＣ
₆は、詳細は後述するようにインバータ回路３は回生モ
ード時に電源側に電流を回生するが、その回生電流がチ
ョッパ回路１に影響しないようにするために設けてあ
る。

【００３４】インバータ回路３は、コンデンサＣ₆に対
してトランジスタＱ₄，Ｑ₁とを直列に接続し、トラン
ジスタＱ₄に対して並列に、インバータ回路３の負荷と
しての放電灯Ｌａと、直流カット用のコンデンサＣ
₇と、インダクタＬ₂との直列回路を接続し、放電灯Ｌ
ａのフィラメントの非電源側に並列にコンデンサＣ₄を
接続した構成となっている。ここで、インダクタＬ₂と
コンデンサＣ₄とが直列共振回路を構成している。ま
た、コンデンサＣ₄は放電灯Ｌａのフィラメントの予熱
用コンデンサとしての機能を兼ねるものである。さら
に、トランジスタＱ₄，Ｑ₁に夫々逆並列に接続された
ダイオードＤ₁，Ｄ₈は、インダクタＬ₂に蓄積された
エネルギを電源側に回生するために設けてある。

【００３５】このインバータ回路３は、トランジスタＱ
₄，Ｑ₁を交互にオン，オフして放電灯Ｌａに高周波電
流を供給して、放電灯Ｌａを高周波点灯する。さらに、
具体的に動作を説明すると、トランジスタＱ₁のオン時
に、チョッパ回路１あるいはダイオードブリッジＤＢか
ら供給される電源で、放電灯Ｌａ，コンデンサＣ₄→コ
ンデンサＣ₇→インダクタＬ₂、トランジスタＱ₁の経
路で、放電灯Ｌａに電流を流し、この期間にコンデンサ
Ｃ₇に充電された電荷を電源として、トランジスタＱ₄
のオン時に、コンデンサＣ₇→放電灯Ｌａ，コンデンサ
Ｃ₄→トランジスタＱ₄→インダクタＬ₂→コンデンサ
Ｃ₇の経路で、放電灯Ｌａにそれまでとは逆方向の電流
を流す。

【００３６】なお、トランジスタＱ₁，Ｑ₄がオンから
オフに切り換わる時点においては、インダクタＬ₂にそ
れまでの電流を流し続ける方向で、エネルギが蓄積され
ている。そこで、このエネルギを放出するために、ダイ
オードＤ₁，Ｄ₈が設けてある。いま、トランジスタＱ
₁がオンからオフしたときには、インダクタＬ₂に蓄積
されたエネルギが、インダクタＬ₂→ダイオードＤ₁→
放電灯Ｌａ，コンデンサＣ₄→コンデンサＣ₇→インダ
クタＬ₂の経路で放出される。また、トランジスタＱ₄
がオンからオフしたときには、インダクタＬ₂→コンデ
ンサＣ₇→放電灯Ｌａ，コンデンサＣ₄→コンデンサＣ
₆→ダイオードＤ₈→インダクタＬ₂の経路で放出され
る。つまり、コンデンサＣ₆は上記回生電流による影響
がチョッパ回路１に影響しないようにするために設けて
ある。

【００３７】チョッパ回路１の動作は、詳細には実施例
１と同様に動作するのであるが、以下の説明では簡単に
その説明を行う。電源投入時には、トランジスタＱ₁が
オンすると、交流電源Ｖ_S→ダイオードブリッジＤＢ→
ダイオードＤ₅→コンデンサＣ₁→ダイオードＤ₆→イ
ンダクタＬ₁→トランジスタＱ₁→ダイオードブリッジ
ＤＢ→交流電源Ｖ_Sの経路で主に入力電流が流れる。そ
して、トランジスタＱ₁がオフすると、インダクタＬ₁
に蓄積されたエネルギで、インダクタＬ₁→ダイオード
Ｄ₁→コンデンサＣ₁→ダイオードＤ₆→インダクタＬ
₁の経路で、コンデンサＣ₁に電流が供給されるという
動作を繰り返すことにより、降圧形として動作する。な
お、さらに詳しくは実施例１で説明したと同様に動作す
る。

【００３８】そして、コンデンサＣ₁が充電され、コン
デンサＣ₁の両端電圧が交流電源Ｖ _Sの瞬時電圧よりも
高くなると、その期間には、上述した交流電源Ｖ_S→ダ
イオードブリッジＤＢ→ダイオードＤ₅→コンデンサＣ
₁→ダイオードＤ₆→インダクタＬ₁→トランジスタＱ
₁→ダイオードブリッジＤＢ→交流電源Ｖ_Sの経路での
電流は流れなくなり、交流電源Ｖ_S→ダイオードブリッ
ジＤＢ→コンデンサＣ ₅→インダクタＬ₁→トランジス
タＱ₁→ダイオードブリッジＤＢ→交流電源Ｖ _Sの経路
で電流が流れる。そして、トランジスタＱ₁がオフのと
きには、インダクタＬ₁に蓄積されたエネルギにより、
インダクタＬ₁→ダイオードＤ₁→コンデンサＣ₁→ダ
イオードＤ₆→インダクタＬ₁の経路で電流が流れる。
つまり、コンデンサＣ₁の両端電圧が交流電源Ｖ_Sの瞬
時電圧よりも高いときには、昇降圧チョッパとして動作
する。

【００３９】このように動作することにより、実施例１
で説明したと同様に、電源投入時からコンデンサＣ₁の
両端電圧が交流電源Ｖ_Sの電源電圧まで上昇する期間に
は、主に降圧形として動作し、入力突入電流を抑制する
ことができる。また、交流電源Ｖ_Sの電源電圧まで上昇
すると、昇降圧形として動作し、入力歪みを少なくする
ことができる。しかも、本実施例のチョッパ回路１は昇
降圧形としても動作可能であるので、コンデンサＣ₁の
両端電圧を交流電源Ｖ_Sの電源電圧以上に高くすること
もできる。このため、コンデンサＣ₁の両端電圧を交流
電源Ｖ_Sの電源電圧以上に高くすると、インバータ回路
３の入力電圧はコンデンサＣ₁の両端電圧のみとなり、
交流電源Ｖ_Sの周波数に応じたリップルが発生すること
もない。さらにまた、チョッパ回路１とインバータ回路
３とでスイッチング素子を兼用しているので、装置全体
の形状を小型化でき、安価に構成できるという利点もあ
る。

【００４０】（実施例３）図６は実質的には実施例２と同一のもので、実施例２の
トランジスタＱ₄，Ｑ₁の代わりにＭＯＳＦＥＴ
Ｑ₄’，Ｑ₁’を用いたものである。この場合には、Ｍ
ＯＳＦＥＴＱ₄’，Ｑ₁’が有する寄生ダイオードをダ
イオードＤ₁，Ｄ₈の代わりに利用できるので、さらに
構成を簡素にできる。

【００４１】（実施例４）図７はチョッパ回路１とインバータ回路３とで兼用する
スイッチング素子を、ダイオードブリッジＤＢの正負極
に対して逆に入れ換え、コンデンサＣ₁をダイオードブ
リッジＤＢの負極側に接続したものである。図５の実施
例２の場合には、インバータ回路３のダイオードブリッ
ジＤＢの負極側のスイッチング素子を、チョッパ回路１
のメインスイッチング素子として用いていたが、本実施
例の場合には、ダイオードブリッジＤＢの正極側のスイ
ッチング素子、つまりはトランジスタＱ₁をチョッパ回
路１のメインスイッチング素子として用いてある。な
お、実質的な動作は実施例２とほぼ同様であるので、説
明は省略する。

【００４２】なお、本実施例の場合には、インバータ回
路３をハーフブリッジ構成としてあるが、実施例２と同
様に変形ハーフブリッジ構成としてもよい。（実施例５）図８にさらに他の実施例を示す。本実施例の場合には、
図５の実施例２において、チョッパ回路１のコンデンサ
Ｃ₅と直列にインダクタＬ₃を接続してある点に特徴が
ある。

【００４３】本実施例で、コンデンサＣ₅と直列にイン
ダクタＬ₃を接続してある理由は、コンデンサＣ₅とイ
ンダクタＬ₁との直列共振回路の共振周波数がトランジ
スタＱ₁のスイッチング周波数よりも高い場合、チョッ
パ回路１が進相モードで動作することになり、トランジ
スタＱ₄，Ｑ₁に大きなストレスがかかる。そこで、コ
ンデンサＣ₅に直列にインダクタＬ₃を挿入することに
より、コンデンサＣ₅，インダクタＬ₁，Ｌ₃からなる
直列共振回路の共振周波数を低くし、トランジスタ
Ｑ₄，Ｑ₁に大きなストレスがかかることを防止したも
のである。

【００４４】なお、上記インダクタＬ₃を付加する代わ
りに、コンデンサＣ₅とインダクタＬ₁の定数またはト
ランジスタＱ₁のスイッチング周波数（つまりは、イン
バータ回路３のスイッチング周波数）を調整しても同様
の効果が得られる。また、本実施例の場合には、インバ
ータ回路３として、インダクタＬ₂，コンデンサＣ₇，
放電灯Ｌａ，コンデンサＣ₄からなる回路をトランジス
タＱ₁に対して並列に接続した構成のものを用いてある
が、図５の実施例２あるいは図７の実施例４のインバー
タ回路３であってもよい。

【００４５】（実施例６）図９は図５の実施例２におけるチョッパ回路１の負荷
を、フルブリッジ構成のインバータ回路３としたもの
で、チョッパ回路１は実施例２と同様のものである。イ
ンバータ回路３は、チョッパ回路１の出力、つまりはコ
ンデンサＣ₆に並列にトランジスタＱ₄，Ｑ₁，Ｑ₅，
Ｑ₆をブリッジ接続し、トランジスタＱ₄，Ｑ₁及びト
ランジスタＱ₅，Ｑ₆の接続点間にインダクタＬ₂、放
電灯Ｌａの直列回路を接続し、放電灯Ｌａのフィラメン
トの非電源側にコンデンサＣ₄を接続した構成となって
いる。ここで、インダクタＬ₂とコンデンサＣ₄とで直
列共振回路を構成し、コンデンサＣ₄は放電灯Ｌａのフ
ィラメントの予熱用として機能する。

【００４６】このインバータ回路３は、図中の対角位置
のトランジスタＱ₄，Ｑ₆とトランジスタＱ₁，Ｑ₅を
組として、夫々の組毎にトランジスタＱ₁，Ｑ₄〜Ｑ₆
を交互にオン，オフして、放電灯Ｌａに高周波電流を流
す。（実施例７）図１０に本発明のさらに別の実施例を示す。本実施例
は、図１８の従来のチョッパ回路１において、インダク
タＬ₁と直列に、負荷２側に電流を供給する方向でダイ
オードＤ₅を挿入すると共に、トランジスタＱ₁と直列
に、ダイオードブリッジＤＢに電流を供給する方向でダ
イオードＤ₆を挿入し、インダクタＬ₁及びダイオード
Ｄ₅の接続点とトランジスタＱ₁及びダイオードＤ₆の
接続点との間にスイッチＳＷを挿入したものである。な
お、スイッチＳＷは、少なくともインダクタＬ₁を介し
てダイオードブリッジＤＢの正極側からトランジスタＱ
₁とダイオードＤ₆との接続点の方向に電流を供給可能
なものであればよく、例えばトランジスタなどのスイッ
チング素子を用いることができる。但し、リレーなどの
機械式スイッチであってもよい。

【００４７】本実施例は、スイッチＳＷがオフのときに
は、チョッパ回路１は図１８の降圧チョッパ回路１’と
実質的に同じ構成となり、降圧形として動作する。一
方、スイッチＳＷがオンの状態で、トランジスタＱ₁が
オンのときには、交流電源Ｖ_S→ダイオードブリッジＤ
Ｂ→インダクタＬ₁→スイッチＳＷ→トランジスタＱ₁
→ダイオードブリッジＤＢ→交流電源Ｖ_Sの経路で、入
力電流が流れ、トランジスタＱ₁がオフのときには、イ
ンダクタＬ₁に蓄積されたエネルギが、インダクタＬ₁
→ダイオードＤ₅→コンデンサＣ₁→ダイオードＤ₁→
インダクタＬ₁の経路で放出され、コンデンサＣ₁が充
電される。つまり、スイッチＳＷがオンのときには昇降
圧形として動作する。

【００４８】従って、基本例と同様に、電源投入時から
一定期間には、スイッチＳＷをオフし、降圧形で動作さ
せ、入力突入電流を抑制し、その後スイッチＳＷをオン
として、昇降圧形として動作させ、入力歪みを少なくす
ることができる。（実施例８）図１１は実施例７のスイッチＳＷの代わりにコンデンサ
Ｃ₅を用い、ダイオードＤ₅及びコンデンサＣ₁の接続
点と、ダイオードＤ₆及びトランジスタＱ₁の接続点と
の間にトランジスタＱ₄を接続したものである。また、
コンデンサＣ₄の容量はコンデンサＣ₁の容量に比べて
小さくしてある。つまりは、本実施例は、実質的には、
図２に示す実施例１の変形的な実施例である。電源投入
時には、コンデンサＣ₁の両端電圧Ｖ_DCはほぼ０Ｖであ
る。このとき、トランジスタＱ₁がオンすると、交流電
源Ｖ_S→ダイオードブリッジＤＢ→インダクタＬ₁→ダ
イオードＤ₅→コンデンサＣ₁→ダイオードＤ₆→トラ
ンジスタＱ₁→ダイオードブリッジＤＢ→交流電源Ｖ_S
の経路（図１２の実線イに示す経路）と、交流電源Ｖ_S
→ダイオードブリッジＤＢ→インダクタＬ₁→コンデン
サＣ₅→トランジスタＱ₁→ダイオードブリッジＤＢ→
交流電源Ｖ_Sの経路（図１２の実線ロに示す経路）との
２つの経路で入力電流が流れる。但し、このとき上述の
ように図１２のロで示すループでも電流が流れるが、コ
ンデンサＣ₅の容量は小さいので、コンデンサＣ₅は直
ぐに充電される。ここで、このコンデンサＣ₅の両端電
圧が僅かでもコンデンサＣ₁の両端電圧よりも高くなる
と、コンデンサＣ₅→ダイオードＤ₅→コンデンサＣ₁
→ダイオードＤ₆→コンデンサＣ₅の経路（図１２の破
線ハで示す経路）で電流が流れる。このため、コンデン
サＣ₄の両端電圧はコンデンサＣ₁の両端電圧以上に上
昇しない（コンデンサＣ₄の両端電圧はコンデンサＣ₁
の両端電圧にクランプされる）。

【００４９】上述した電源投入時には、ダイオード
Ｄ₅，Ｄ₆のオン電圧（順方向電圧降下）及びトランジ
スタＱ₁のオン電圧を無視すると、図１２に示すよう
に、コンデンサＣ₁とコンデンサＣ₅とは並列接続され
たと等価になる。ここで、容量的にはコンデンサＣ₁が
コンデンサＣ₅よりも充分に大きいので、図１２のイで
示す経路で流れる電流が支配的となり、チョッパ回路１
は降圧形として動作すると考えて差支えない。

【００５０】電源投入後にある程度コンデンサＣ₁が充
電された時点において、｜Ｖ_in｜（電源電圧の瞬時値）
＞Ｖ_DCのときには、上述の場合と同様にして、降圧チョ
ッパ動作する。一方、｜Ｖ_in｜＜Ｖ_DCのときには、上記
図１２のイで示すループでは入力電流は流れなくなる。
この場合には、トランジスタＱ₁がオンのとき、上述し
た図１２のロで示すループで電流が流れる。そして、ト
ランジスタＱ₁がオフのときには、インダクタＬ₁に蓄
積されたエネルギにより、インダクタＬ₁→ダイオード
Ｄ₅→コンデンサＣ₁→ダイオードＤ₁→インダクタＬ
₁の経路で電流が流れる。つまり、｜Ｖ_in｜＜Ｖ_DCのと
きには昇降圧チョッパとして動作する。

【００５１】但し、上記図３のロで示すループには、コ
ンデンサＣ₅が入っているので、このループに流れる電
流は、コンデンサＣ₅とインダクタＬ₁との共振作用に
より、上記ループに流れる電流は丸みを帯びる。さら
に、トランジスタＱ₁のオフ時に、インダクタＬ₁→ダ
イオードＤ₅→コンデンサＣ₁→ダイオードＤ₁→イン
ダクタＬ₁の経路で、インダクタＬ₁のエネルギがすべ
てコンデンサＣ₁に放出されると、コンデンサＣ₅の電
荷が、コンデンサＣ₅→ダイオードＤ₅→トランジスタ
Ｑ₄→コンデンサＣ₅の経路で放出される。以降、｜Ｖ
_in｜＜Ｖ_DCであれば、上述した昇降圧形の動作を繰り返
す。

【００５２】以上説明した本実施例の動作をまとめる
と、本実施例の電源装置も実施例１における図４で説明
したと同様に、交流電源Ｖ_Sの瞬時値｜Ｖ_in｜とコンデ
ンサＣ₁の両端電圧Ｖ_DCとの関係に応じて、自動的に降
圧形、昇降圧形の動作に切り換わって動作する。本実施
例によれば、電源投入時には主に降圧形としてチョッパ
回路１を動作させ、突入電流を抑制することができ、コ
ンデンサＣ₁の両端電圧Ｖ_DCの上昇に伴って主に昇降圧
形として動作させ、入力電流の休止期間を短くするか、
あるいは無くすことで、入力歪みを少なくすることがで
きる。

【００５３】（実施例９）図１３に本実施例を示す。本実施例は、実施例８の負荷
２をインバータ回路３とし、そのインバータ回路３の負
荷が放電灯Ｌａである場合を示し、本実施例は実施例１
に対する実施例２に対応するものである。つまりは、具
体的には、インバータ回路３のスイッチング素子とチョ
ッパ回路１のスイッチング素子とを兼用し、チョッパ回
路１のコンデンサＣ₁の両端電圧を電源としてインバー
タ回路３に供給するループを形成するために、ダイオー
ドＤ₇を設けるてある。つまりは、ダイオードＤ₁とコ
ンデンサＣ₁の接続点とダイオードブリッジＤＢの負極
との間に、ダイオードＤ₁側をカソードとしてダイオー
ドＤ₇を接続してある。なお、本実施例の場合には、図
５に示す実施例２においるインバータ回路３の回線電流
を流すためのコンデンサＣ₆の機能を、コンデンサＣ₁
が兼用できるので、コンデンサＣ₆は設けていない。ま
た、トランジスタＱ₄に逆並列に接続されるダイオード
に、チョッパ回路１のダイオードＤ₁を兼用させること
はできないので、夫々ダイオードＤ₁，Ｄ₉は個別に設
けてある。

【００５４】本実施例の動作は、実質的に上述した実施
例８あるいは実施例２において説明した内容と同じであ
るので、説明は省略する。本実施例の場合にも、実施例
２で説明したと同様の効果が得られる。（実施例１０）図１４は実施例９のコンデンサＣ₅と直列にインダクタ
Ｌ₃を挿入し、図８に示す実施例４と同様に、コンデン
サＣ₅とインダクタＬ₁との直列共振回路の共振周波数
がトランジスタＱ₁のスイッチング周波数よりも高い場
合、チョッパ回路１が進相モードで動作することにな
り、トランジスタＱ₄，Ｑ₁に大きなストレスがかかる
ことを防止したものであり、直列にインダクタＬ₃を挿
入することにより、コンデンサＣ₅，インダクタＬ₁，
Ｌ₃からなる直列共振回路の共振周波数を低くし、トラ
ンジスタＱ₄，Ｑ₁に大きなストレスがかかることを防
止したものである。

【００５５】（実施例１１）図１５は実施例１０のトランジスタＱ₄，Ｑ₁としてＭ
ＯＳＦＥＴＱ₄’，Ｑ₁’を用いたもので、ＭＯＳＦＥ
ＴＱ₄’，Ｑ₁’の寄生ダイオードをダイオードＤ₈，
Ｄ₉に兼用したものである。（実施例１２）図１６は図１４に示す実施例１０において、チョッパ回
路１とインバータ回路３とで兼用するスイッチング素子
を、ダイオードブリッジＤＢの正負極に対して逆に入れ
換え、コンデンサＣ₁をダイオードブリッジＤＢの負極
側に接続するようにしたものであり、インバータ回路３
のインダクタＬ₂，コンデンサＣ₇，放電灯Ｌａ，コン
デンサＣ₄からなる回路をトランジスタＱ₁に対して並
列に接続したものを用いたものである。

【００５６】（実施例１３）図１７は図１４に示す実施例１０において、インダクタ
Ｌ₃とコンデンサＣ₅からなる直列回路を、ダイオード
ブリッジＤＢの正極側の出力とインダクタＬ₁の接続点
とトランジスタＱ₄，Ｑ₁の接続点との間に挿入したも
ので、コンデンサＣ₅の充電電荷の放出ループ内にイン
ダクタＬ₁が入るようにしたものである。このようにし
ても、実質的には、実施例１０と同様に動作する。

【００５７】

【発明の効果】請求項１の発明は上述のように、交流電
源を整流する整流回路と、この整流回路の出力の電圧変
換を行うチョッパ回路とを備え、電源投入時からの特定
期間には、上記チョッパ回路を主に降圧動作させると共
に、上記特定期間の経過後主に昇降圧動作させる動作切
換手段を上記チョッパ回路に設けて成り、上記動作切換
手段が、チョッパ回路のコンデンサの両端電圧よりも整
流回路の出力電圧が高いとき、チョッパ回路を降圧動作
させ、チョッパ回路のコンデンサの両端電圧が整流回路
の出力電圧よりも高いとき、昇降圧動作させるようにチ
ョッパ回路の動作を切り換えると共に、チョッパ回路の
コンデンサの両端電圧が整流回路の出力電圧よりも高く
なるまで、上記コンデンサを充電するように動作させる
ようにしているので、電源投入からチョッパ回路のコン
デンサの両端電圧が整流回路の出力電圧よりも高くなる
までの特定期間には、従来同様にチョッパ回路を主に降
圧形として動作させて高力率化を図ると共に、入力突入
電流を抑制する機能を維持し、また特定期間の経過後
は、チョッパ回路を主に昇降圧形として動作させ、この
種の昇降圧形のチョッパ回路のコンデンサの両端電圧と
整流回路の出力電圧との関係にかかわらず、インダクタ
に電流を流すことができるという特徴を生かし、コンデ
ンサの両端電圧が整流回路の出力電圧よりも高いときに
も、入力電流に休止期間が生じないようにすることがで
き、入力歪みを少なくすると同時に、コンデンサの両端
電圧と整流回路の出力電圧との関係に応じて、自動的に
チョッパ回路を降圧形と昇降圧形とに切換動作させるこ
とができ、コンデンサの充電状態に応じて自動的に入力
突入電流を抑制する動作と入力歪みを低減する動作とに
切り換えることができ、さらにコンデンサの両端電圧が
交流電源の周波数の影響で変動しにくくして、チョッパ
回路の負荷に交流電源の周波数に応じたリップル成分を
含む電源が供給されることを防止することができる。

【００５８】

【００５９】

【００６０】請求項２の発明は、チョッパ回路の負荷が
インバータ回路である場合に、インバータ回路のスイッ
チング素子とチョッパ回路のスイッチング素子とを兼用
しているので、装置全体を小型化し、安価とすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本例の回路図である。

【図２】本発明の実施例１の回路図である。

【図３】同上のチョッパ回路の動作に伴う電流ループの
説明図である。

【図４】同上のチョッパ回路の時間経過に伴う動作状態
を示す説明図である。

【図５】実施例２の回路図である。

【図６】実施例３の回路図である。

【図７】実施例４の回路図である。

【図８】実施例５の回路図である。

【図９】実施例６の回路図である。

【図１０】実施例７の回路図である。

【図１１】実施例８の回路図である。

【図１２】同上のチョッパ回路の動作に伴う電流ループ
の説明図である。

【図１３】実施例９の回路図である。

【図１４】実施例１０の回路図である。

【図１５】実施例１１の回路図である。

【図１６】実施例１２の回路図である。

【図１７】実施例１３の回路図である。

【図１８】従来の電源装置の回路図である。

【図１９】従来の他の電源装置の回路図である。

【図２０】インバータ回路の入力電圧の波形図である。

【符号の説明】

１チョッパ回路２負荷３インバータ回路Ｖ_S交流電源ＤＢダイオードブリッジＱ₁，Ｑ₄トランジスタＣ₁，Ｃ₅コンデンサＬ₁，Ｌ₃インダクタＤ₁，Ｄ₅〜Ｄ₈ダイオードＳＷスイッチ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源を整流する整流回路と、この整
流回路の出力の電圧変換を行うチョッパ回路とを備え、
電源投入時からの特定期間には、上記チョッパ回路を主
に降圧動作させると共に、上記特定期間の経過後主に昇
降圧動作させる動作切換手段を上記チョッパ回路に設け
て成り、上記動作切換手段が、チョッパ回路のコンデン
サの両端電圧よりも整流回路の出力電圧が高いとき、チ
ョッパ回路を降圧動作させ、チョッパ回路のコンデンサ
の両端電圧が整流回路の出力電圧よりも高いとき、昇降
圧動作させるようにチョッパ回路の動作を切り換えると
共に、チョッパ回路のコンデンサの両端電圧が整流回路
の出力電圧よりも高くなるまで、上記コンデンサを充電
するように動作することを特徴とする電源装置。
【請求項２】上記チョッパ回路の負荷がインバータ回
路であり、このインバータ回路のスイッチング素子とチ
ョッパ回路のスイッチング素子とを兼用して成ることを
特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】上記インバータ回路が、夫々逆並列にダ
イオードが接続され交互にオン，オフされる２つのスイ
ッチング素子の直列回路を備えるものであり、整流回路
の出力間に第１のダイオードを介して上記スイッチング
素子の直列回路を接続し、上記スイッチング素子の直列
回路と並列に第１のコンデンサと第２のダイオードとの
直列回路を接続し、第１のコンデンサと第２のダイオー
ドとの接続点と上記２つのスイッチング素子の接続点と
の間に第３のダイオードとインダクタとの直列回路を接
続し、整流回路の出力端の一方と上記第３のダイオード
とインダクタとの接続点との間に少なくとも第２のコン
デンサを含むインピーダンス要素を接続してチョッパ回
路を構成して成ることを特徴とする請求項２記載の電源
装置。
【請求項４】上記インバータ回路が、交互にオン，オ
フされる２つのスイッチング素子の直列回路を備えるも
のであり、整流回路の出力に、第１及び第２のダイオー
ドを直列接続すると共に、インダクタと第３のダイオー
ドを介して上記スイッチング素子の直列回路を接続し、
一方のスイッチング素子の両端にコンデンサと第４のダ
イオードとの直列接続し、コンデンサと第４のダイオー
ドとの接続点と上記第１及び第２のダイオードとの接続
点とを接続し、インダクタと第３のダイオードとの接続
点と上記スイッチング素子の接続点との間に少なくとも
第２のコンデンサを含むインピーダンス要素を接続して
チョッパ回路を構成して成ることを特徴とする請求項２
記載の電源装置。