JP3443654B2 - 電圧共振型インバータ回路 - Google Patents
電圧共振型インバータ回路Info
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- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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- H05B41/14—Circuit arrangements
- H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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- H05B41/2821—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices by means of a single-switch converter or a parallel push-pull converter in the final stage
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies 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
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、広い範囲で電流制御が
必要な負荷の電源として好適なインバータ装置に関し、
特に調光自在な冷陰極管を負荷とする電源に用いて好適
なインバータ装置に関する。
必要な負荷の電源として好適なインバータ装置に関し、
特に調光自在な冷陰極管を負荷とする電源に用いて好適
なインバータ装置に関する。
【0002】
【従来技術】インバータ装置は直流電力を交流電力に変
換する装置であって、いわゆる逆変換装置として各種の
電気機器に使用されている。
換する装置であって、いわゆる逆変換装置として各種の
電気機器に使用されている。
【0003】図6は、放電管用として使用されている従
来のインバータ装置に示す回路図である。図6におい
て、トランスT10は一次コイル10P、二次コイル1
0S、帰還コイル10Fを備えたロイヤー発振回路用の
トランスである。TR11、TR12はNPN型のスイ
ッチング作動用トランジスタで昇圧トランスT10と共
に、ロイヤー発振回路を構成する。C13は電圧共振用
のコンデンサ、L14はチョークコイルである。これに
より、トランジスタTR11、TR12のOFF時の電
圧波形は正弦波状となり、トランスT10の一次コイル
10P、二次コイル10Sの電圧波形は正弦波となる。
チョークコイルL14は、後に述べるDC−DCコンバ
ータに接続され、出力側にはCFL31が接続されてい
る。このインバータの自励発振により、出力側には正弦
波状の高電圧が数10KHz単位の周波数で現れ、冷陰
極管CFL31が点灯する。IC20はDC−DCコン
バータを構成するスイッチング作動用のPNP型トラン
ジスタTR21ベース回路を制御する集積回路(IC)
であり、降圧型チョッパー回路として動作する。このI
Cは三角波を発生する発振器OSCと二つの比較用演算
増幅器A1演算増幅器A2と発振器OSCと演算増幅器
A1かA2のいずれか一方の出力電圧とを比較するPW
NコンバータCOMPと、このCOMPコンバータによ
り駆動され、前記スイッチング作動用のPNPトランジ
スタTR21のベースを駆動する出力トランジスタTR
113とを有する。このICは、前記のようにPWMコ
ンバータで発振器OSCと比較する他方のPWMコンバ
ータ入力回路には二つの演算増幅器A1、A2が接続さ
れているが、これら二つの演算増幅器の内の出力電圧が
高い方の電圧と発振器OSCの出力とが比較される。な
お、前記の構成を有するICをここでDC−DCコンバ
ータ制御用ICと定義し、また、これを他の用途に使用
しても内部の構成が変わらない限りDC−DCコンバー
タ制御用ICと定義することにする。D22はフライホ
イールダイオード、L23はチョークコイルである。C
24はコンデンサであり、チョークコイルL23とコン
デンサC24でLCフィルタを構成する。C25、R2
6は発振周波数決定用のコンデンサと抵抗、C27乃至
R30は、DC−DCコンバ−タ制御用IC20の演算
増幅器A1、A2の位相補正用C、R素子である。ダイ
オードD15、D16はCFL31に流れる放電電流の
正の成分を整流するためのものである。R18、C19
は電流波形を直流化するためのローパルフィルタを構成
する抵抗とコンデンサである。このフィルタ出力は、D
C−DCコンバータ制御用IC20の演算増幅器A2の
+入力端に接続される。即ち、コンデンサC19の両端
には放電電流の正のサイクル平均値に比例した電圧が得
られ、この電圧とDC−DCコンバータ制御用IC20
内部の基準電圧とが演算増幅器A2で比較され、両者の
差電圧に比例した出力電圧が得られる。図7に示すよう
に、この出力電圧とDC−DCコンバータ制御用IC2
0の発振器OSCの三角波出力とがPWMコンパレータ
で比較される。即ち、放電電流が何等かの原因で増加す
ると、エラーアンプとなる演算増幅器A2の出力電圧は
BラインからAラインに移行する。その結果、PWMコ
ンパレータの出力はCラインからDラインへと変化す
る。即ち、出力トランジスタであるスイッチング作動用
のPNPトランジスタTR21のオン時間は狭くなり、
DC=DCコンバータの出力電圧は減少し、ロイヤー発
振回路の電源電圧が下がることになるので放電電流は減
少する。従って、放電電流の定電流制御を可能としてい
る。抵抗R32、R33はDC−DCコンバータの出力
電圧を定電圧化するための抵抗であり、これは冷陰極管
CFL31を接続しない時、又は放電を開始する以前の
昇圧トランス10の二次コイル10Sの電圧を定電圧化
するためのDC−DCコンバータ出力電圧検出用の抵抗
である。抵抗R32、R33の接続点はDC−DCコン
バータ制御用IC20の演算増幅器A1の+入力端に接
続され、負帰還ループを構成し、DC−DCコンバータ
の出力電圧を定電圧化している。演算増幅器A1、A2
の出力はOR接続されているので、演算増幅器A1、A
2の出力電圧の高い方が優先されてPWMコンパレータ
に入力される。
来のインバータ装置に示す回路図である。図6におい
て、トランスT10は一次コイル10P、二次コイル1
0S、帰還コイル10Fを備えたロイヤー発振回路用の
トランスである。TR11、TR12はNPN型のスイ
ッチング作動用トランジスタで昇圧トランスT10と共
に、ロイヤー発振回路を構成する。C13は電圧共振用
のコンデンサ、L14はチョークコイルである。これに
より、トランジスタTR11、TR12のOFF時の電
圧波形は正弦波状となり、トランスT10の一次コイル
10P、二次コイル10Sの電圧波形は正弦波となる。
チョークコイルL14は、後に述べるDC−DCコンバ
ータに接続され、出力側にはCFL31が接続されてい
る。このインバータの自励発振により、出力側には正弦
波状の高電圧が数10KHz単位の周波数で現れ、冷陰
極管CFL31が点灯する。IC20はDC−DCコン
バータを構成するスイッチング作動用のPNP型トラン
ジスタTR21ベース回路を制御する集積回路(IC)
であり、降圧型チョッパー回路として動作する。このI
Cは三角波を発生する発振器OSCと二つの比較用演算
増幅器A1演算増幅器A2と発振器OSCと演算増幅器
A1かA2のいずれか一方の出力電圧とを比較するPW
NコンバータCOMPと、このCOMPコンバータによ
り駆動され、前記スイッチング作動用のPNPトランジ
スタTR21のベースを駆動する出力トランジスタTR
113とを有する。このICは、前記のようにPWMコ
ンバータで発振器OSCと比較する他方のPWMコンバ
ータ入力回路には二つの演算増幅器A1、A2が接続さ
れているが、これら二つの演算増幅器の内の出力電圧が
高い方の電圧と発振器OSCの出力とが比較される。な
お、前記の構成を有するICをここでDC−DCコンバ
ータ制御用ICと定義し、また、これを他の用途に使用
しても内部の構成が変わらない限りDC−DCコンバー
タ制御用ICと定義することにする。D22はフライホ
イールダイオード、L23はチョークコイルである。C
24はコンデンサであり、チョークコイルL23とコン
デンサC24でLCフィルタを構成する。C25、R2
6は発振周波数決定用のコンデンサと抵抗、C27乃至
R30は、DC−DCコンバ−タ制御用IC20の演算
増幅器A1、A2の位相補正用C、R素子である。ダイ
オードD15、D16はCFL31に流れる放電電流の
正の成分を整流するためのものである。R18、C19
は電流波形を直流化するためのローパルフィルタを構成
する抵抗とコンデンサである。このフィルタ出力は、D
C−DCコンバータ制御用IC20の演算増幅器A2の
+入力端に接続される。即ち、コンデンサC19の両端
には放電電流の正のサイクル平均値に比例した電圧が得
られ、この電圧とDC−DCコンバータ制御用IC20
内部の基準電圧とが演算増幅器A2で比較され、両者の
差電圧に比例した出力電圧が得られる。図7に示すよう
に、この出力電圧とDC−DCコンバータ制御用IC2
0の発振器OSCの三角波出力とがPWMコンパレータ
で比較される。即ち、放電電流が何等かの原因で増加す
ると、エラーアンプとなる演算増幅器A2の出力電圧は
BラインからAラインに移行する。その結果、PWMコ
ンパレータの出力はCラインからDラインへと変化す
る。即ち、出力トランジスタであるスイッチング作動用
のPNPトランジスタTR21のオン時間は狭くなり、
DC=DCコンバータの出力電圧は減少し、ロイヤー発
振回路の電源電圧が下がることになるので放電電流は減
少する。従って、放電電流の定電流制御を可能としてい
る。抵抗R32、R33はDC−DCコンバータの出力
電圧を定電圧化するための抵抗であり、これは冷陰極管
CFL31を接続しない時、又は放電を開始する以前の
昇圧トランス10の二次コイル10Sの電圧を定電圧化
するためのDC−DCコンバータ出力電圧検出用の抵抗
である。抵抗R32、R33の接続点はDC−DCコン
バータ制御用IC20の演算増幅器A1の+入力端に接
続され、負帰還ループを構成し、DC−DCコンバータ
の出力電圧を定電圧化している。演算増幅器A1、A2
の出力はOR接続されているので、演算増幅器A1、A
2の出力電圧の高い方が優先されてPWMコンパレータ
に入力される。
【0004】
【発明が解決しようとする問題点】これに対して効率を
上げる手段として、準E級電圧共振型インバータを用い
ることが考えられるが、準E級電圧共振型インバータに
おいては、一般的に広範囲な入力電圧の変動に対してパ
ワースイッチを零電圧スイッチングさせることが難し
い。非零電圧スイッチングモードでは、スイッチングノ
イズやスイッチングロスの増大を伴う。本発明では入力
電圧の変動に対して、常に零電圧スイッチング動作が可
能となる電圧共振型インバータ回路を提供しようとする
ものである。
上げる手段として、準E級電圧共振型インバータを用い
ることが考えられるが、準E級電圧共振型インバータに
おいては、一般的に広範囲な入力電圧の変動に対してパ
ワースイッチを零電圧スイッチングさせることが難し
い。非零電圧スイッチングモードでは、スイッチングノ
イズやスイッチングロスの増大を伴う。本発明では入力
電圧の変動に対して、常に零電圧スイッチング動作が可
能となる電圧共振型インバータ回路を提供しようとする
ものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の如き本発明の目的
を達成するために、本発明の請求項1に記載の発明は、
準E級電圧共振インバータにより冷陰極管を直接ドライ
ブしている回路で、昇圧トランスの一次側に直列共振回
路を形成し、該直列共振回路をスイッチング素子により
該共直列振回路の共振周波数より位相が進んだタイミン
グでオン・オフする制御回路を設けて出力電圧を制御
し、かつ昇圧ランスの二次側に負荷に冷陰極管を接続し
た電圧共振型インバータ回路において、前記電圧共振型
インバータ回路の入力電圧を検知するコンパレータと、
前記共振回路の周波数を切り替える切り替え回路と、前
記入力電圧が高い程共振周波数を高く切り替える制御手
段と、を具備することにより入力電圧の変動に対し、常
に零電圧スイッチング動作が可能となることを特徴とす
る電圧共振型インバータ回路を提供する。本願の請求項
2に記載の発明は、請求項1に記載の発明に加えて、前
記共振回路の周波数を切り替える切り替え回路はコンデ
ンサの容量を切り替える切り替え回路であることを特徴
とする電圧共振型インバータ回路を提供する。本願の請
求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明に加え
て、前記共振回路の周波数を切り替える切り替え回路は
インダクタンスを切り替える切り替え回路であることを
特徴とする電圧共振型インバータ回路を提供する。
を達成するために、本発明の請求項1に記載の発明は、
準E級電圧共振インバータにより冷陰極管を直接ドライ
ブしている回路で、昇圧トランスの一次側に直列共振回
路を形成し、該直列共振回路をスイッチング素子により
該共直列振回路の共振周波数より位相が進んだタイミン
グでオン・オフする制御回路を設けて出力電圧を制御
し、かつ昇圧ランスの二次側に負荷に冷陰極管を接続し
た電圧共振型インバータ回路において、前記電圧共振型
インバータ回路の入力電圧を検知するコンパレータと、
前記共振回路の周波数を切り替える切り替え回路と、前
記入力電圧が高い程共振周波数を高く切り替える制御手
段と、を具備することにより入力電圧の変動に対し、常
に零電圧スイッチング動作が可能となることを特徴とす
る電圧共振型インバータ回路を提供する。本願の請求項
2に記載の発明は、請求項1に記載の発明に加えて、前
記共振回路の周波数を切り替える切り替え回路はコンデ
ンサの容量を切り替える切り替え回路であることを特徴
とする電圧共振型インバータ回路を提供する。本願の請
求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明に加え
て、前記共振回路の周波数を切り替える切り替え回路は
インダクタンスを切り替える切り替え回路であることを
特徴とする電圧共振型インバータ回路を提供する。
【0006】
【作用】電圧共振用キャパシターの容量を入力電圧が高
くなると減少させることによって、共振回路の特性イン
ピーダンスを上げ、共振電圧の振幅を増加させて、前記
スイッチング素子の零電圧スイッチング動作を行なう。
くなると減少させることによって、共振回路の特性イン
ピーダンスを上げ、共振電圧の振幅を増加させて、前記
スイッチング素子の零電圧スイッチング動作を行なう。
【0007】
【実施例】本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明
する。図1は冷陰極管(CFL1)を負荷とした場合の
インバータ装置の回路図である。CFL1の放電電流を
定電流制御する方法は、図3に示す従来例ではロイヤー
発振回路の電源電圧、即ちDC−DCコンバータの出力
電圧を放電電流の値に応じて可変することによって行っ
ていたが、本発明では準E級電圧共振インバータにより
CFL1を直接ドライブしている。準E級電圧共振イン
バータは、パワースイッチに流れる電流とスイッチにか
かる電圧が共に正弦波の一部になり、正弦波出力が可能
なインバータとして知られている。以下に動作原理を簡
単に説明する。図2に準E級電圧共振インバータの基本
回路を示す。図2においてリアクトルLはチョークコイ
ルであり、その電流が近似的に直流Icとなる。インダ
クタLT とコンデンサCT は共振回路を構成する。スイ
ッチのON/OFF動作によって、RLC同調回路にパ
ルス状の電圧が加えられる。スイッチング周波数がLT
−CT の共振周波数より少々高いとすれば、同調回路に
よってR−LT −CTを流れる電流が近似的に正弦波と
なる。この場合、R−L−C同調回路は誘導性リアクタ
ンスを持ち、同調回路に流れる電流iT は同調回路にか
かる電圧、即ちスイッチSの電圧Vに基本波より位相が
遅れる。ここで、Ic=Isdc+iTなので、直流電
流Icから正弦波電流iT を引いた分は、スイッチS、
ダイオードDs、コンデンサCsの並列回路に流れる電
流Isdcとなり、これも正弦波となる。
する。図1は冷陰極管(CFL1)を負荷とした場合の
インバータ装置の回路図である。CFL1の放電電流を
定電流制御する方法は、図3に示す従来例ではロイヤー
発振回路の電源電圧、即ちDC−DCコンバータの出力
電圧を放電電流の値に応じて可変することによって行っ
ていたが、本発明では準E級電圧共振インバータにより
CFL1を直接ドライブしている。準E級電圧共振イン
バータは、パワースイッチに流れる電流とスイッチにか
かる電圧が共に正弦波の一部になり、正弦波出力が可能
なインバータとして知られている。以下に動作原理を簡
単に説明する。図2に準E級電圧共振インバータの基本
回路を示す。図2においてリアクトルLはチョークコイ
ルであり、その電流が近似的に直流Icとなる。インダ
クタLT とコンデンサCT は共振回路を構成する。スイ
ッチのON/OFF動作によって、RLC同調回路にパ
ルス状の電圧が加えられる。スイッチング周波数がLT
−CT の共振周波数より少々高いとすれば、同調回路に
よってR−LT −CTを流れる電流が近似的に正弦波と
なる。この場合、R−L−C同調回路は誘導性リアクタ
ンスを持ち、同調回路に流れる電流iT は同調回路にか
かる電圧、即ちスイッチSの電圧Vに基本波より位相が
遅れる。ここで、Ic=Isdc+iTなので、直流電
流Icから正弦波電流iT を引いた分は、スイッチS、
ダイオードDs、コンデンサCsの並列回路に流れる電
流Isdcとなり、これも正弦波となる。
【0008】図3の(a)にスイッチのデューティが5
0%の時のE級共振インバータの動作波形を示す。スイ
ッチSがターン・オフされると正弦波の電流はコンデン
サCsを流れ、コンデンサCsが電流Icsで充電さ
れ、電圧Vsが零から正弦波に上昇する。そのためスイ
ッチのターン・オフは零電圧、非零電流スイッチングと
なる。最適負荷Roptでは、図3の(a)に示す様に
スイッチの電圧Vsは零に近い勾配dVs/dtで零に
降下し、Vs=O、且つdVs/dt=Oとなった時点
で、スイッチSがターン・オンされる。負荷抵抗が最適
抵抗Roptより小さい場合、図3の(b)に示す様に
スイッチの電圧Vsは大きな勾配dVs/dtで零に降
下し、並列の逆方向ダイオードDSがONとなる。スイ
ッチの電圧Vsは零電圧にクランプされ、この間スイッ
チSがターン・オンされる。これは準E級動作であり、
電圧共振スイッチと同様で零電圧スイッチングとなる。
スイッチングレギュレータとして動作される場合、負
荷、入力電圧の可変範囲全体に亘ってE級動作させるこ
とは出来ず、準E級動作となる。R−L−C同調回路の
インピーダンスは、スイッチング周波数に敏感であるた
め、スイッチング周波数変調により、出力電圧Vo(=
iT )を制御した場合、スイッチング周波数の変化が少
ないという利点を持つ。
0%の時のE級共振インバータの動作波形を示す。スイ
ッチSがターン・オフされると正弦波の電流はコンデン
サCsを流れ、コンデンサCsが電流Icsで充電さ
れ、電圧Vsが零から正弦波に上昇する。そのためスイ
ッチのターン・オフは零電圧、非零電流スイッチングと
なる。最適負荷Roptでは、図3の(a)に示す様に
スイッチの電圧Vsは零に近い勾配dVs/dtで零に
降下し、Vs=O、且つdVs/dt=Oとなった時点
で、スイッチSがターン・オンされる。負荷抵抗が最適
抵抗Roptより小さい場合、図3の(b)に示す様に
スイッチの電圧Vsは大きな勾配dVs/dtで零に降
下し、並列の逆方向ダイオードDSがONとなる。スイ
ッチの電圧Vsは零電圧にクランプされ、この間スイッ
チSがターン・オンされる。これは準E級動作であり、
電圧共振スイッチと同様で零電圧スイッチングとなる。
スイッチングレギュレータとして動作される場合、負
荷、入力電圧の可変範囲全体に亘ってE級動作させるこ
とは出来ず、準E級動作となる。R−L−C同調回路の
インピーダンスは、スイッチング周波数に敏感であるた
め、スイッチング周波数変調により、出力電圧Vo(=
iT )を制御した場合、スイッチング周波数の変化が少
ないという利点を持つ。
【0009】図1に示す本発明の一実施例において、T
1は一次コイルNp、二次コイルNs、帰還コイルNf
を備えた昇圧トランスである。Q1はNチャンネルのパ
ワーMOS−FETであり、スイッチング素子として機
能する。Lはチョークコイルである。LtとトランスT
1のリーケージインダクタンスlgの直列合成インダク
タンスとコンデンサCtは共振回路を構成し、CFL1
はその共振回路と直列に接続される。共振回路の共振周
波数Frは、
1は一次コイルNp、二次コイルNs、帰還コイルNf
を備えた昇圧トランスである。Q1はNチャンネルのパ
ワーMOS−FETであり、スイッチング素子として機
能する。Lはチョークコイルである。LtとトランスT
1のリーケージインダクタンスlgの直列合成インダク
タンスとコンデンサCtは共振回路を構成し、CFL1
はその共振回路と直列に接続される。共振回路の共振周
波数Frは、
【数1】
【0010】となる。ただし、C2はバラストコンデン
サCB のトランス一次換算値でC2=n2 CB となる。
nは一次:二次巻線比である。Cs1は電圧共振用コン
デンサである。チョークコイルLとコンデンサCs1に
よりスイッチング素子Q1のOFF時のドレインーソー
ス間電圧は正弦波状になる。IC1はQ1のゲート回路
を制御する電圧共振型スイッチング用ICである。この
ICは電圧制御発振器(VCO)と演算増幅器A1とス
イッチング周波数変調回路PFMLOGICにより駆動され、ス
イッチング素子Q1のゲートを駆動するFETDRIVER より
なる。R4、C2はIC1の演算増幅器A1の位相補正
用のコンデンサと抵抗である。R5、C3はIC1のV
COの発振周波数決定用のC−R素子である。R6、R
7はIC1の演算増幅器A1の−入力端のDCバイアス
用の抵抗である。R1はスイッチング素子Q1のゲート
ドライブ抵抗である。D1はゲート蓄積電荷引き抜き用
のスピードアップダイオードである。抵抗R12により
ランプ電流が検出され、ダイオードD3とコンデンサC
4によりランプ電流の正のサイクルが検出され、直流化
される。その出力はランプ電流設定用可変抵抗VR1、
抵抗R8を介してIC1の演算増幅器A1の+入力端に
入力される。即ち、可変抵抗VR1のセンタータップに
は、放電電流の正のサイクルの平均値に比例した電圧が
得られ、この電圧とIC1の内部基準電圧とが演算増幅
器A1で比較され、両者の差電圧に比例した出力電圧が
得られる。この出力電圧は電圧制御発振器VCOの入力
端に接続されていて、VCOの発振周波数を制御する。
即ち、放電電流が何等かの原因で増加すると、演算増幅
器A1の出力は上昇し、電圧制御発振器VCOの発振周
波数は上昇する。電圧制御発振器VCOの出力の立ち下
がりで単安定マルチバイブレータ(ONESHOT)はセットさ
れ、その出力はハイレベルとなる。抵抗R2とコンデン
サC5は、ONESHOT の出力パルス幅決定用の抵抗とコン
デンサであり、その時定数で定まる時間のONESHOT の出
力をハイレベルに保つ。
サCB のトランス一次換算値でC2=n2 CB となる。
nは一次:二次巻線比である。Cs1は電圧共振用コン
デンサである。チョークコイルLとコンデンサCs1に
よりスイッチング素子Q1のOFF時のドレインーソー
ス間電圧は正弦波状になる。IC1はQ1のゲート回路
を制御する電圧共振型スイッチング用ICである。この
ICは電圧制御発振器(VCO)と演算増幅器A1とス
イッチング周波数変調回路PFMLOGICにより駆動され、ス
イッチング素子Q1のゲートを駆動するFETDRIVER より
なる。R4、C2はIC1の演算増幅器A1の位相補正
用のコンデンサと抵抗である。R5、C3はIC1のV
COの発振周波数決定用のC−R素子である。R6、R
7はIC1の演算増幅器A1の−入力端のDCバイアス
用の抵抗である。R1はスイッチング素子Q1のゲート
ドライブ抵抗である。D1はゲート蓄積電荷引き抜き用
のスピードアップダイオードである。抵抗R12により
ランプ電流が検出され、ダイオードD3とコンデンサC
4によりランプ電流の正のサイクルが検出され、直流化
される。その出力はランプ電流設定用可変抵抗VR1、
抵抗R8を介してIC1の演算増幅器A1の+入力端に
入力される。即ち、可変抵抗VR1のセンタータップに
は、放電電流の正のサイクルの平均値に比例した電圧が
得られ、この電圧とIC1の内部基準電圧とが演算増幅
器A1で比較され、両者の差電圧に比例した出力電圧が
得られる。この出力電圧は電圧制御発振器VCOの入力
端に接続されていて、VCOの発振周波数を制御する。
即ち、放電電流が何等かの原因で増加すると、演算増幅
器A1の出力は上昇し、電圧制御発振器VCOの発振周
波数は上昇する。電圧制御発振器VCOの出力の立ち下
がりで単安定マルチバイブレータ(ONESHOT)はセットさ
れ、その出力はハイレベルとなる。抵抗R2とコンデン
サC5は、ONESHOT の出力パルス幅決定用の抵抗とコン
デンサであり、その時定数で定まる時間のONESHOT の出
力をハイレベルに保つ。
【0011】図4に各部の波形を示す。図4において、
Toff はチョ−クコイルL、電圧共振型コンデンサCS
等のばらつきや温度変化による共振周波数の変動を考慮
して準E級動作が満足されるように設定する。すなわ
ち、Toff は一定のまま発振周波数が上昇するのでスイ
ッチのオン時間が減少しその結果CFL1に供給される
電流が減少し、定電流制御が保たれる。ランプ電流が減
少すると演算増幅器A1の出力は低下し、電圧制御発振
器VCOの発振周波数は低くなり、定電流制御が行われ
る。
Toff はチョ−クコイルL、電圧共振型コンデンサCS
等のばらつきや温度変化による共振周波数の変動を考慮
して準E級動作が満足されるように設定する。すなわ
ち、Toff は一定のまま発振周波数が上昇するのでスイ
ッチのオン時間が減少しその結果CFL1に供給される
電流が減少し、定電流制御が保たれる。ランプ電流が減
少すると演算増幅器A1の出力は低下し、電圧制御発振
器VCOの発振周波数は低くなり、定電流制御が行われ
る。
【0012】CFL1が放電を開始するためには、約1
kV程度の高電圧をこれに印加する必要がある。これを
開放電圧というが、該開放電圧の設定方法としては、昇
圧トランスT1の二次コイルNsの電圧を分圧し、ダイ
オードとコンデンサにより直流化し、電圧共振型スイッ
チング用ICであるIc1の演算増幅器A1のプラス入
力端子に加える方法も考えられるが、高耐圧の抵抗が必
要となったり、これらに用いる抵抗やコンデンサによる
遅れ時定数による不帰還ループの不安定性が増すなどの
欠点を有する。この問題を解決するために、図1に示す
ように、昇圧トランスT1に帰還コイルNfを設け、こ
の帰還コイルNfの電圧をダイオードD2、コンデンサ
C6により直流化し、抵抗R10、R11で分圧した
後、抵抗R9を介して前記Ic1の演算増幅器A1のプ
ラス入力端子に入力して、帰還を掛ける。二次コイルN
sの巻数、電圧をそれぞれns、Es、帰還コイルNf
の巻数、電圧をそれぞれnf,Efとすると、二次コイ
ルNsの電圧Esは、 Es=(ns/nf)*Ef なのでEfを安定化することにより、入力される直流電
圧の値いかんにかかわらず、Esを一定化できる。ま
た、帰還コイルNfの電圧は演算増幅器A1の入力電圧
と同レベルでよいので、電圧も低くてよく、位相遅れも
生じない。
kV程度の高電圧をこれに印加する必要がある。これを
開放電圧というが、該開放電圧の設定方法としては、昇
圧トランスT1の二次コイルNsの電圧を分圧し、ダイ
オードとコンデンサにより直流化し、電圧共振型スイッ
チング用ICであるIc1の演算増幅器A1のプラス入
力端子に加える方法も考えられるが、高耐圧の抵抗が必
要となったり、これらに用いる抵抗やコンデンサによる
遅れ時定数による不帰還ループの不安定性が増すなどの
欠点を有する。この問題を解決するために、図1に示す
ように、昇圧トランスT1に帰還コイルNfを設け、こ
の帰還コイルNfの電圧をダイオードD2、コンデンサ
C6により直流化し、抵抗R10、R11で分圧した
後、抵抗R9を介して前記Ic1の演算増幅器A1のプ
ラス入力端子に入力して、帰還を掛ける。二次コイルN
sの巻数、電圧をそれぞれns、Es、帰還コイルNf
の巻数、電圧をそれぞれnf,Efとすると、二次コイ
ルNsの電圧Esは、 Es=(ns/nf)*Ef なのでEfを安定化することにより、入力される直流電
圧の値いかんにかかわらず、Esを一定化できる。ま
た、帰還コイルNfの電圧は演算増幅器A1の入力電圧
と同レベルでよいので、電圧も低くてよく、位相遅れも
生じない。
【0013】切り替え用トランジスタQ2ののコレクタ
は抵抗R9,R10,R11の接続点に接続されてい
る。CFL1を接続しないとき、または放電を開始する
前にはコンデンサC4の両端の電圧は0ボルトなので、
切り替え用トランジスタQ2はオフである。したがっ
て、抵抗R10,R11,R9、演算増幅器A1による
負帰還により昇圧トランスT1の二次コイルNsの電圧
は入力直流電圧にかかわらず一定となる。CFL1が接
続されていて、放電電流が流れている時に、コンデンサ
4の電圧を0.7ボルト以上に設定することにより切り
替え用トランジスタQ2はオンし、抵抗R10,R11
による定電圧動作を阻止し演算増幅器A1による定電流
制御のみになる。
は抵抗R9,R10,R11の接続点に接続されてい
る。CFL1を接続しないとき、または放電を開始する
前にはコンデンサC4の両端の電圧は0ボルトなので、
切り替え用トランジスタQ2はオフである。したがっ
て、抵抗R10,R11,R9、演算増幅器A1による
負帰還により昇圧トランスT1の二次コイルNsの電圧
は入力直流電圧にかかわらず一定となる。CFL1が接
続されていて、放電電流が流れている時に、コンデンサ
4の電圧を0.7ボルト以上に設定することにより切り
替え用トランジスタQ2はオンし、抵抗R10,R11
による定電圧動作を阻止し演算増幅器A1による定電流
制御のみになる。
【0014】入力電圧が高くなると、ランプ電流を一定
電流に制御するために電圧共振型スイッチング用ICで
あるIC1の発振周波数が上昇する。すなわち、パワー
MOSFET(Q1)のオン時間が短くなるため、共振
エネルギーは減少し、結果的に共振電圧の振幅が減少
し、図5の(a)に示すように、非零電圧スイッチング
となる。A2は入力電圧検出用のコンパレータ、Q3は
共振コンデンサ切り替え用のトランジスタ、ZDは入力
電圧検出用の基準電圧を発生するツェナーダイオードで
ある。
電流に制御するために電圧共振型スイッチング用ICで
あるIC1の発振周波数が上昇する。すなわち、パワー
MOSFET(Q1)のオン時間が短くなるため、共振
エネルギーは減少し、結果的に共振電圧の振幅が減少
し、図5の(a)に示すように、非零電圧スイッチング
となる。A2は入力電圧検出用のコンパレータ、Q3は
共振コンデンサ切り替え用のトランジスタ、ZDは入力
電圧検出用の基準電圧を発生するツェナーダイオードで
ある。
【0015】ここで、入力電圧をVINとすると、
VIN[R15/(R14+R15)]<VZ(ツェナーダ
イオードZDの電圧) の時は、コンパレータA2はハイレベルとなり、トラン
ジスタQ3はオンし、電圧共振用のコンデンサはCs1
+Cs2となる。
イオードZDの電圧) の時は、コンパレータA2はハイレベルとなり、トラン
ジスタQ3はオンし、電圧共振用のコンデンサはCs1
+Cs2となる。
【0016】VIN[R15/(R14+R15)]>VZ
にすると、コンパレータA2はローレベルとなり、トラ
ンジスタQ3はオフし、電圧共振コンデンサはCs1の
みとなる。したがって、図5の(b)に示すように、共
振周波数が上昇し、かつ特性インピーダンスも上昇する
ので、共振電圧の振幅は増加し、零電圧スイッチングが
保たれる。
にすると、コンパレータA2はローレベルとなり、トラ
ンジスタQ3はオフし、電圧共振コンデンサはCs1の
みとなる。したがって、図5の(b)に示すように、共
振周波数が上昇し、かつ特性インピーダンスも上昇する
ので、共振電圧の振幅は増加し、零電圧スイッチングが
保たれる。
【0017】上記実施例では、電圧共振用のコンデンサ
の容量を、入力電圧が高くなると減少させるように構成
し、共振回路の特性インピーダンスを上げるようにして
いるが、電圧共振用のインダクタを複数個設けるととも
に、これらインダクタを入力電圧の変動により切り替え
るようにして共振回路の特性インピーダンスを上げるよ
うにしても良い。さらに、電圧共振用のコンデンサやイ
ンダクタは2個に限る事無く、切り替え回路の増設とと
もに3個以上に増設して、木目の細かい周波数変更制御
を行なうこともできる
の容量を、入力電圧が高くなると減少させるように構成
し、共振回路の特性インピーダンスを上げるようにして
いるが、電圧共振用のインダクタを複数個設けるととも
に、これらインダクタを入力電圧の変動により切り替え
るようにして共振回路の特性インピーダンスを上げるよ
うにしても良い。さらに、電圧共振用のコンデンサやイ
ンダクタは2個に限る事無く、切り替え回路の増設とと
もに3個以上に増設して、木目の細かい周波数変更制御
を行なうこともできる
【0018】本発明では、準E級電圧共振インバータの
電圧共振用コンデンサを入力電圧の大小に応じて切り替
えることっができ、このために、スイッチング素子(Q
1)のターンオンを常に零電圧スイッチングとすること
ができ、スイッチング損失を低減でき、インバータの効
率を高めることができると同時に、スイッチングノイズ
も低減できる。
電圧共振用コンデンサを入力電圧の大小に応じて切り替
えることっができ、このために、スイッチング素子(Q
1)のターンオンを常に零電圧スイッチングとすること
ができ、スイッチング損失を低減でき、インバータの効
率を高めることができると同時に、スイッチングノイズ
も低減できる。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、一石のパワースイッチ
ング素子からなる電圧共振型インバ−タ−を用いること
により、パワ−スイッチング素子の数を一個に減らすこ
とができ、インバータ回路全体の効率も向上する。起動
パルスとして、インバ−タ−出力を利用することによ
り、特別な起動回路が不要となり、部品点数を大幅に減
らすことができる。起動方式として、高周波パルスを用
いることにより、従来の低周波起動パルスに比べて、パ
ルス振幅を5分の1〜7分の1に減らすことができる。
市販の電圧共振型制御ICを使用できるので、部品点数
を少なくでき小型化できる。さらに電圧共振用のコンデ
ンサの容量を、入力電圧が高くなると減少させるように
構成し、共振回路の特性インピーダンスを上げるように
したので、共振電圧の振幅を増加させ、零電圧スイッチ
ングを実現することができる。
ング素子からなる電圧共振型インバ−タ−を用いること
により、パワ−スイッチング素子の数を一個に減らすこ
とができ、インバータ回路全体の効率も向上する。起動
パルスとして、インバ−タ−出力を利用することによ
り、特別な起動回路が不要となり、部品点数を大幅に減
らすことができる。起動方式として、高周波パルスを用
いることにより、従来の低周波起動パルスに比べて、パ
ルス振幅を5分の1〜7分の1に減らすことができる。
市販の電圧共振型制御ICを使用できるので、部品点数
を少なくでき小型化できる。さらに電圧共振用のコンデ
ンサの容量を、入力電圧が高くなると減少させるように
構成し、共振回路の特性インピーダンスを上げるように
したので、共振電圧の振幅を増加させ、零電圧スイッチ
ングを実現することができる。
【図1】本発明の第1実施例の回路図である。
【図2】E級電圧共振回路の回路図である。
【図3】E級動作の共振回路の波形図である。
【図4】本発明の実施例の各部の波形図である。
【図5】本発明の実施例の異なる動作状態の各部の波形
図である。
図である。
【図6】従来例を示す回路図である。
【図7】従来例の波形図である。
CFL1・・・冷陰極管
T1・・・・・昇圧トランス
L・・・・・・チョークコイル
LT ・・・・・インダクタ
S・・・・・・スイッチ
Ds・・・・・ダイオード
Cs・・・・・コンデンサ
CB ・・・・・バラストコンデンサ
Cs1・・・・コンデンサ
Q1・・・・・スイッチング素子
Q2・・・・・切り替え用トランジスタ
Q3・・・・・共振コンデンサ切り替え用のトランジス
タ ZD・・・・・ツェナーダイオード CT ・・・・・コンデンサ IC1・・・・電圧共振型スイッチング用IC VCO・・・・電圧制御発振器 A1・・・・・演算増幅器 A2・・・・・入力電圧検出用のコンパレータ PFMROGIC・・スイッチング周波数変調回路 FETDRIVER・・ゲート駆動回路 D1・・・・・スピードアップダイオード VR1・・・・ランプ電流設定用可変抵抗器 ONESHOT・・単安定マルチバイブレータ
タ ZD・・・・・ツェナーダイオード CT ・・・・・コンデンサ IC1・・・・電圧共振型スイッチング用IC VCO・・・・電圧制御発振器 A1・・・・・演算増幅器 A2・・・・・入力電圧検出用のコンパレータ PFMROGIC・・スイッチング周波数変調回路 FETDRIVER・・ゲート駆動回路 D1・・・・・スピードアップダイオード VR1・・・・ランプ電流設定用可変抵抗器 ONESHOT・・単安定マルチバイブレータ
─────────────────────────────────────────────────────
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(56)参考文献 特開 昭60−139180(JP,A)
特開 平2−100295(JP,A)
特開 平2−162681(JP,A)
特開 平6−14556(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H02M 7/48
H05B 41/24
Claims (3)
- 【請求項1】準E級電圧共振インバータにより冷陰極管
を直接ドライブしている回路で、昇圧トランスの一次側
に直列共振回路を形成し、該直列共振回路をスイッチン
グ素子により該共直列振回路の共振周波数より位相が進
んだタイミングでオン・オフする制御回路を設けて出力
電圧を制御し、かつ昇圧トランスの二次側に負荷に冷陰
極管を接続した電圧共振型インバータ回路において、 前記電圧共振型インバータ回路の入力電圧を検知するコ
ンパレータと、前記共振回路の周波数を切り替える切り
替え回路と、前記入力電圧が高い程共振周波数を高く切
り替える制御手段と、を具備することにより入力電圧の
変動に対し、常に零電圧スイッチング動作が可能となる
ことを特徴とする電圧共振型インバータ回路。 - 【請求項2】前記共振回路の周波数を切り替える切り替
え回路はコンデンサの容量を切り替える切り替え回路で
あることを特徴とする請求項1に記載の電圧共振型イン
バータ回路。 - 【請求項3】前記共振回路の周波数を切り替える切り替
え回路はインダクタンスを切り替える切り替え回路であ
ることを特徴とする請求項1に記載の電圧共振型インバ
ータ回路。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31415694A JP3443654B2 (ja) | 1994-11-24 | 1994-11-24 | 電圧共振型インバータ回路 |
US08/562,178 US5666279A (en) | 1994-11-24 | 1995-11-22 | Voltage resonance inverter circuit for dimable cold cathode tubes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31415694A JP3443654B2 (ja) | 1994-11-24 | 1994-11-24 | 電圧共振型インバータ回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08149836A JPH08149836A (ja) | 1996-06-07 |
JP3443654B2 true JP3443654B2 (ja) | 2003-09-08 |
Family
ID=18049918
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31415694A Expired - Fee Related JP3443654B2 (ja) | 1994-11-24 | 1994-11-24 | 電圧共振型インバータ回路 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
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US6144570A (en) * | 1997-10-16 | 2000-11-07 | Illinois Tool Works Inc. | Control system for a HVDC power supply |
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US6215680B1 (en) * | 2000-05-24 | 2001-04-10 | Garmin Corporation | Circuit for obtaining a wide dimming ratio from a royer inverter |
US6864755B2 (en) | 2000-10-06 | 2005-03-08 | Alfred E. Mann Institute For Biomedical Engineering At The University Of Southern California | Switched reactance modulated E-class oscillator design |
US7005935B2 (en) * | 2001-10-05 | 2006-02-28 | Alfred E. Mann Institute For Biomedical Engineering At The University Of Southern California | Switched reactance modulated E-class oscillator |
KR100488448B1 (ko) * | 2001-11-29 | 2005-05-11 | 엘지전자 주식회사 | 플라즈마 디스플레이 패널의 서스테인펄스 발생장치 |
JP4345385B2 (ja) * | 2003-07-15 | 2009-10-14 | ウシオ電機株式会社 | Dc−dcコンバータおよびそれを用いた高圧放電ランプ点灯装置 |
JP2005051845A (ja) * | 2003-07-30 | 2005-02-24 | Ushio Inc | Dc−dcコンバータおよびそれを用いた高圧放電ランプ点灯装置 |
JP2005063819A (ja) * | 2003-08-13 | 2005-03-10 | Koito Mfg Co Ltd | 放電灯点灯回路 |
JP2005063821A (ja) * | 2003-08-13 | 2005-03-10 | Koito Mfg Co Ltd | 放電灯点灯回路及び放電灯点灯方法 |
US20050136733A1 (en) * | 2003-12-22 | 2005-06-23 | Gorrell Brian E. | Remote high voltage splitter block |
KR100616538B1 (ko) * | 2004-01-05 | 2006-08-29 | 삼성전기주식회사 | 싱글 스테이지 백라이트 인버터 및 그 구동방법 |
JP5048920B2 (ja) * | 2004-11-01 | 2012-10-17 | 昌和 牛嶋 | 電流共振型インバータ回路と電力制御手段 |
US7908080B2 (en) | 2004-12-31 | 2011-03-15 | Google Inc. | Transportation routing |
US7332871B2 (en) * | 2005-04-04 | 2008-02-19 | Chao-Cheng Lu | High frequency power source control circuit and protective circuit apparatus |
US7619368B2 (en) * | 2005-07-05 | 2009-11-17 | Chao-Cheng Lu | Power source apparatus |
CN101154113B (zh) * | 2006-09-26 | 2010-05-12 | 尼克森微电子股份有限公司 | 电源供应器的准谐振控制电路及其控制方法 |
US7701731B2 (en) * | 2007-02-13 | 2010-04-20 | Akros Silicon Inc. | Signal communication across an isolation barrier |
JP2014528688A (ja) * | 2011-10-14 | 2014-10-27 | インディス、プロプライエタリー、リミテッドIndice Pty Ltd | 電力制御 |
EP3783788B1 (en) * | 2018-04-20 | 2023-05-10 | Nissan Motor Co., Ltd. | Method for controlling resonant power conversion device, and resonant power conversion device |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE4313359A1 (de) * | 1992-04-24 | 1993-10-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Schaltnetzteil |
DE4328458B4 (de) * | 1992-08-25 | 2005-09-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma | Schalt-Spannungsversorgung |
US5450307A (en) * | 1993-02-19 | 1995-09-12 | Sony Corporation | Switching power source apparatus |
US5530638A (en) * | 1993-09-24 | 1996-06-25 | At&T Corp. | Multi-resonant electronic power converter with a wide dynamic range |
-
1994
- 1994-11-24 JP JP31415694A patent/JP3443654B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-11-22 US US08/562,178 patent/US5666279A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08149836A (ja) | 1996-06-07 |
US5666279A (en) | 1997-09-09 |
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