JP3492779B2

JP3492779B2 - 電源装置

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Publication number: JP3492779B2
Application number: JP22505294A
Authority: JP
Inventors: 学貴家
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp; Toshiba Digital Media Engineering Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp; Toshiba Development and Engineering Corp
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 1994-09-20
Publication date: 2004-02-03
Anticipated expiration: 2019-02-03
Also published as: JPH0898544A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はハロゲンランプ高圧放電
灯などを点灯するために用いられる電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からスイッチング電源のスイッチン
グ周波数を上げることは、リアクトルや変圧器などの磁
気素子および平滑コンデンサを小形化できることから、
電源の小型化に対して有効とされてきた。しかし、スイ
ッチング周波数の上昇に伴ってスイッチング素子のター
ンオン、ターンオフ時におけるスイッチング損失が増加
するため、これによる発熱が高周波化の障害となってい
る。この問題を解決する手法として、共振回路を用いて
スイッチング素子の電流または電圧を正弦波状にするこ
とによって電圧と電流の重なりを小さく抑え、スイッチ
ング損失の低減を図ることが検討されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、共振形スイッ
チング電源の場合、上記のような共振回路によってスイ
ッチング波形を正弦波状にしているため、従来のスイッ
チング電源のようなＰＷＭ制御を行なうことはできず、
出力コントロールは周波数制御によらなければならな
い。したがって、制御用回路には周波数制御用のＩＣを
用いる必要があるが、現時点ではあまり一般化してな
く、使用法も難しい場合が多い。また、現在スイッチン
グ電源用に広く使われているＰＷＭ制御用ＩＣは、周波
数は一定であるため、共振形にまったく使用することが
できなかった。

【０００４】そこで、本発明者は安価なＰＷＭ制御用Ｉ
Ｃを使用できる共振形スイッチング電源を提案した。こ
の共振形スイッチング電源の制御回路を図８に示す。こ
の図で、ＩＣ１はＰＷＭ用ＩＣでありＩＣ２はプッシュ
プル用ＩＣである。ＰＷＭ用ＩＣ（ＩＣ１）には、共振
形プッシュプル出力回路に供給される入力電圧の検出信
号と入力電流の検出信号が入力されている。このＰＷＭ
用ＩＣ（ＩＣ１）の出力端子からは、後述する周波数切
替え用トランジスタ３７のベースにＰＷＭ制御信号Ｓ２
が出力される。プッシュプル用ＩＣ（ＩＣ２）の内部に
組み込まれた発振器のコンデンサ接続端子には、周波数
発振用コンデンサ３０が接続されている。また、このプ
ッシュプル用ＩＣ（ＩＣ２）の周波数調節端子には、抵
抗３１とソフトスタート用コンデンサ３２の並列回路の
一端が接続されている。この並列回路の他端には、抵抗
３３と周波数調節用半固定抵抗３４の直列回路の一端が
接続されているとともに、抵抗３５と周波数調節用半固
定抵抗３６と周波数切替え用トランジスタ３７の直列回
路の一端が接続されている。周波数調節用半固定抵抗３
４の他端は接地されているとともに周波数切替え用トラ
ンジスタ３７のエミッタは接地されている。また、プ
ッシュプル用ＩＣ（ＩＣ２）の出力端子ＯＵＴ１，ＯＵ
Ｔ２は、図１に示す駆動回路８，９の入力端子にそれぞ
れ接続される。これら駆動回路８，９によってプッシュ
プル出力回路のスイッチング出力トランジスタＱ１，Ｑ
２が駆動され、このプッシュプル出力回路によってハロ
ゲンランプ１２が点灯される。

【０００５】このように構成される制御回路７Ａでは、
動作周波数は図９に示すように第一および第二周波数の
２種類設定されており、それぞれの周波数は半固定抵抗
３４，３６によって微調節できるようになっている。こ
の２つの周波数は、周波数切替え用トランジスタ３７に
よって交互に切り替え可能であり、その切り替え制御を
ＰＷＭ用ＩＣ（ＩＣ１）によって行なっている。このＰ
ＷＭ用ＩＣ（ＩＣ１）では、入力側の電圧検出信号およ
び電流検出信号を受けて、各々の値によりＰＷＭ信号の
デューティを可変するようになっている。なお、この２
つの周波数は、プッシュプル出力回路においてそれぞれ
ゼロ電圧スイッチング可能な範囲で設定されている。定
格点灯時は、このＰＷＭ信号により周波数切替え用トラ
ンジスタ３７をオン・オフさせてプッシュプル用ＩＣの
周波数調節端子に接続される抵抗値を変えて、周波数切
り替えを行なう。この切り替えでは、入力が大きいとき
は平均周波数が高くなる方向にデュティ制御し、入力が
小さいときは平均周波数が低くなる方向にデュティ制御
する。図９で、（ａ）はＰＷＭ信号波形を示し、（ｂ）
は駆動回路８に出力される波形、（ｃ）は駆動回路９に
出力される波形を示す。また（ｄ）は出力電圧波形を示
す。なお、通電直後はソフトスタート用コンデンサ３２
の働きで、切り替え可能な２つの周波数よりさらに高い
周波数で始まるようになっており、出力は低く保たれ、
ある一定時間掛けて緩やかに定格出力に移行するソフト
スタート動作を行なうことができ、ランプ１２への過大
入力を防止している。

【０００６】このような制御により、負荷が変動した場
合や、入力電圧が変動した場合でもほぼ一定の出力を供
給することが可能となる。

【０００７】しかし、上述した共振形スイッチング電源
では、２つのＩＣが同期していないとともに、２つのＩ
Ｃの発振周波数が大きく異なるため、出力に大きなリッ
プルが発生し、安定出力を供給できないという問題があ
る。しかも、ノイズも多くなってしまうため、過大なフ
ィルタ回路を必要とするという問題もある。

【０００８】本発明は、このような従来の技術が有する
課題を解決するために提案されたものであり、リップル
が生じることなく出力を安定供給できる電源装置を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、スイッチング素子を有する出力回路に共振
回路を設けた共振形スイッチング電源装置において、前
記共振形スイッチング電源装置における入力検出または
出力検出を行う検出回路と、タイミングコンデンサが接
続され、このタイミングコンデンサに現れるノコギリ波
波形の電圧と前記検出回路による検出信号とを入力し、
ＰＷＭ制御信号を出力する第１のＩＣと、タイミングコ
ンデンサ及びタイミング抵抗とが接続され、前記タイミ
ング抵抗の抵抗値に応じた周波数の出力信号を前記スイ
ッチング素子へ与える第２のＩＣとを具備し、前記タイ
ミング抵抗は、第１の抵抗と、トランジスタに直列接続
された第２の抵抗とからなり、前記トランジスタが、前
記第１のＩＣから出力されるＰＷＭ制御信号に基づきオ
ンオフ制御されることにより、前記タイミング抵抗の値
が変化させられることを特徴とする。

【００１０】また、本発明では、前記第１のＩＣと前
記第２のＩＣは、接続されるタイミングコンデンサを共
有したことを特徴とする。

【００１１】

【００１２】また、本発明では、上記タイミング抵抗
に対し、並列にコンデンサを設け、タイミングコンデン
サの波形歪を少なくするように構成してある。

【００１３】また、本発明は前記共振形スイッチング
電源装置の出力側に負荷が接続されていることを特徴と
する。

【００１４】また、本発明は負荷に電球を用いた構成と
している。

【００１５】

【作用】上述した構成によれば、２つのＩＣが同期して
いるため、ＩＣ間で動作周波数のずれがなく、リップル
の発生が抑えられ、安定出力を供給できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図１のブロック図に本発明による電源装置の
一実施例を示し、図２にこの電源装置に用いられる制御
回路のブロック図を示す。これらの図で、商用交流電源
１はフィルタ回路２を介してダイオードブリッジからな
る整流回路３に送られて整流され、平滑回路４に通され
ることで直流に変換される。また、商用交流電源１はフ
ィルタ回路２を介してＩＣ用電源回路６に送られ、ＩＣ
を動作するための直流電源が作られる。この直流電源
は、端子Ｔ１を介して制御回路７に供給される。平滑回
路４から出力される直流電源は、後述するプッシュプル
出力回路に供給されるが、この入力電圧が電圧検出回路
５で検出され、この入力電圧検出信号が端子ＩＮ１を介
して制御回路７に入力される。プッシュプル出力回路
は、メイントランス１１の一次巻線１１ａにスイッチン
グ出力トランジスタＱ１，Ｑ２がプッシュプル接続され
ているとともに、この一次巻線１１ａに並列に共振用コ
ンデンサ１０が接続されている。制御回路７の出力端子
ＯＵＴ１，ＯＵＴ２は、駆動回路８，９にそれぞれ接続
され、これら駆動回路８，９の出力端子がスイッチング
出力トランジスタＱ１，Ｑ２のベースにそれぞれ接続さ
れている。これにより駆動回路８，９によって出力トラ
ンジスタＱ１，Ｑ２がスイッチング動作し、メイントラ
ンス１１の二次巻線１１ｂに接続されたハロゲンランプ
１２が点灯される。メイントランス１１の一次側に共振
用コンデンサ１０が設けられていることで、電圧共振に
よりゼロ電圧スイッチングを行なっている。

【００１７】つぎに、制御回路７の構成を説明する。こ
の制御回路７には、２つの汎用のＰＷＭ制御用ＩＣ（Ｉ
Ｃ１，ＩＣ２）が使用されている。このＰＷＭ制御用Ｉ
Ｃ（ＩＣ１，ＩＣ２）には、東芝社製「ＴＡ７６４９
４」や日本電気社製「ＰＣ４９４」などが用いられる。
ＩＣ１には、端子ＩＮ１を介して入力電圧検出信号が供
給されている。また、ＩＣ１とＩＣ２に組み込まれた発
振器の発振用コンデンサ接続端子と接地間には、タイミ
ングコンデンサＣ１が共通に接続されている。ＩＣ１と
ＩＣ２でタイミングコンデンサＣ１を共用したことによ
り、２つのＩＣ間で動作周波数が同期するようになって
いる。ＩＣ１の出力端子からは、周波数コントロール用
トランジスタ１７のベースにＰＷＭ制御信号Ｓ１が出力
される。また、ＩＣ２内部の発振器につながる発振用抵
抗接続端子と接地間には、タイミング抵抗１５とコンデ
ンサＣ３の並列回路が接続されているとともに、抵抗１
６と周波数コントロール用トランジスタ１７の直列回路
が接続されている。このトランジスタ１７のベースと接
地間には抵抗１８が接続されている。タイミング抵抗１
５と並列にコンデンサＣ３を設けたことで、タイミング
コンデンサＣ１の波形歪を少なくしている。ＩＣ２の２
つの出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２からは、駆動回路８，
９にプッシュプル出力信号が供給されている。

【００１８】この制御回路７では、入力電圧検出信号を
受けてＩＣ１のＰＷＭ制御信号Ｓ１により周波数コント
ロール用トランジスタ１７がオン・オフされ、タイミン
グ抵抗の抵抗値が変化することにより、発振周波数が制
御されるようになっている。

【００１９】つぎに、制御回路７のより具体的な回路構
成を図３の回路図に基づいて説明する。この図で、ＩＣ
用電源回路６から直流電源が入力される端子Ｔ１は、Ｉ
Ｃ１とＩＣ２の８番ピン、１１番ピン、１２番ピンにそ
れぞれ接続されている。また、ＩＣ１の４番ピン、７番
ピン、１３番ピン、１５番ピン、１６番ピンが接地され
ている。ＩＣ２については４番ピン、７番ピンが接地さ
れている。入力電圧検出信号が入力される端子ＩＮ１と
接地間には、抵抗２０とコントロール帯域調整用半固定
抵抗ＶＲ１の直列回路が接続され、この直列回路の接続
点がＩＣ１の１番ピン（制御入力端子）に接続されてい
る。基準電圧を出力するＩＣ１の１４番ピンと接地間に
は、抵抗２１，２２の直列回路が接続され、これら抵抗
２１，２２の接続点と３番ピンとの間に抵抗２３，２４
の直列回路が接続されている。これら抵抗２３，２４の
接続点が２番ピンに接続されている。また、入力電圧検
出信号が入力される端子ＩＮ１と接地間には、抵抗２５
と過大入力過小入力オフセット調整用半固定抵抗ＶＲ２
の直列回路が接続され、この直列回路の接続点がＩＣ２
の２番ピンに接続されている。また、端子ＩＮ１と接地
間には、抵抗２６と過大入力過小入力オフセット調整用
半固定抵抗ＶＲ３の直列回路が接続され、この直列回路
の接続点がＩＣ２の１６番ピンに接続されている。基準
電圧を出力するＩＣ２の１４番ピンは、１番ピン、１３
番ピン、１６番ピンに接続されている。ＩＣ１とＩＣ２
の内部に組み込まれた発振器につながる５番ピン（発振
用コンデンサ接続端子）には、タイミングコンデンサＣ
１が共通に接続されている。ＩＣ１の出力端子である９
番ピンと１０番ピンは、周波数コンロール用トランジス
タ１７のベースに接続され、このトランジスタ１７にＰ
ＷＭ制御信号Ｓ１が出力される。ＩＣ２内部の発振器に
つながる６番ピン（発振用抵抗接続端子）と接地間に
は、タイミング抵抗１５と周波数調整用半固定抵抗（出
力調整用半固定抵抗）ＶＲ４の直列回路が接続されてい
るとともに、抵抗１９とソフトスタート用コンデンサＣ
２の直列回路が接続されている。また、６番ピンと接地
間には、タイミングコンデンサＣ１の電圧波形をきれい
なノコギリ波に戻すためのコンデンサＣ３が接続されて
いる。さらに、６番ピンと接地間には、タイミング抵抗
１６と周波数コンロール用トランジスタ１７の直列回路
が接続されている。このトランジスタ１７のベースと接
地間には、抵抗１８が接続されている。

【００２０】このように構成される制御回路７では、Ｉ
Ｃ１とＩＣ２でタイミングコンデンサＣ１を共用したこ
とにより、前述したように２つのＩＣ間で動作周波数が
同期するようになっている。この周波数は半固定抵抗Ｖ
Ｒ４により微調整できるようになっており、ＩＣ１によ
るＰＷＭ制御により周波数コントロール用トランジスタ
１７がオン・オフされ、これによりＩＣ２の６番ピンに
接続されるタイミング抵抗の抵抗値が変化して、発振周
波数が制御される。入力電圧検出信号を受けるＩＣ１
は、プッシュプル出力回路への入力電圧の変動を検出し
てＰＷＭ制御信号Ｓ１を出力する。周波数コントロール
用トランジスタ１７にこのＰＷＭ制御信号Ｓ１を受ける
ＩＣ２では、入力電圧が定格近傍において１００％出力
のプッシュプル動作をし、駆動回路８，９を通じてスイ
ッチング出力トランジスタＱ１，Ｑ２をドライブしてい
る。入力電圧が著しく変動したときは、ＩＣ２により出
力を絞るよう制御している。それぞれの制御領域は、半
固定抵抗ＶＲ１，ＶＲ２，ＶＲ３で微調整できるように
なっている。また、電源投入直後は、コンデンサＣ２に
よりソフトスタートが掛かり、突入電流を防止してい
る。タイミング抵抗に並列にコンデンサＣ３を設けたこ
とで、タイミングコンデンサＣ１の電圧波形をきれいな
ノコギリ波に戻すことができ、周波数コントロール用ト
ランジスタ１７のオン・オフによる波形歪を防止し、安
定な周波数変調を可能にしている。

【００２１】図４乃至図６に動作波形を示す。これら図
４乃至図６で、（ａ）はＩＣ１，ＩＣ２の５番ピンのノ
コギリ波波形を示し、（ｂ）はＩＣ１の９番ピン、１０
番ピンから出力されるＰＷＭ制御信号波形を示す。
（ｃ）はＩＣ２の９番ピンの波形を示し、（ｄ）はＩＣ
２の１０番ピンの波形を示す。（ｅ）はランプへの出力
波形を示す。定格入力時は、図４に示すようにＩＣ１の
ＰＷＭ波形のデューティが５０％とるように設定されて
おり、動作周波数は中程度に保たれる。また、入力過大
時は図５に示すようにオンデューティを絞り、ＩＣ２の
６番ピンに接続されるタイミング抵抗の値が減少し、動
作周波数は高くなる。そして、入出力比は小さくなり、
出力電圧はほぼ一定を保つ。一方、入力過小時は図６に
示すようにオンデューティが開き、タイミング抵抗の値
が上昇して動作周波数は低くなる。これにより、入出力
比は大きくなり、出力電圧はほぼ一定を保つ。入力電圧
がさらに大きく変動した場合は、ＩＣ１によるＰＷＭ制
御の範囲を超えてしまうが、この場合はＩＣ２によって
急激にデューティが絞られ、出力はカットされる。この
ように上述した電源装置では、制御回路７を構成する２
つのＩＣを同期させることにより、安定な動作を維持で
きる。

【００２２】つぎに、図７に示す他の実施例を説明す
る。この実施例では、メイントランス１１の二次側に始
動用高電圧パルスを発生する始動器１３を追加し、メタ
ルハライドランプのような高圧放電灯１４を点灯できる
ようにしたものである。高圧放電灯の場合、１００ｋＨ
ｚ以下の正弦波で点灯するとアコースティックレゾナン
スによりアークが揺らぎ、最悪の場合立ち消えることも
ある。この対策としては、一度整流した後改めてフルブ
リッジ回路などで矩形波点灯する方法が一般的である
が、回路が複雑になるとともにコストも上がるという欠
点を有している。正弦波であっても、１００ｋＨｚ以上
であればアコースティックレゾナンスを防止することが
でき、この場合本発明による電源装置がコスト、大きさ
の面で大変優れている。

【００２３】なお、本発明では入力電圧を検出して定電
圧制御を行なっているが、入力電流を検出するか、出力
検出を行なって制御してもよい。さらに、出力制御は定
電流制御や定電力制御、特定の出力特性をもたせた制御
を行なってもよい。また、回路構成もプッシュプル構成
に限らず、フライバック、フォアードなどの回路構成
や、ハーフブリッジやフルブリッジなどの回路構成とし
てもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、市
販のＰＷＭ制御用ＩＣを用いて容易に周波数変調用制御
回路を構成することができ、小型、高効率で安価な共振
形スイッチング電源装置を提供できる。また、電源装置
の開発においても、従来のＰＷＭ制御の技術が流用で
き、短期間で開発可能になる。また、この電源装置で
は、制御回路に用いられている２つのＩＣ間で同期を取
っていることにより、リップルの発生やノイズを抑えら
れ、安定な出力を供給できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電源装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。

【図２】図１の電源装置の制御回路の構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】より具体的な制御回路の構成を示す回路図であ
る。

【図４】上記電源装置の動作波形図である。

【図５】上記電源装置の動作波形図である。

【図６】上記電源装置の動作波形図である。

【図７】他の実施例の電源装置を示すブロック図であ
る。

【図８】従来の電源装置に用いられる制御回路のブロッ
ク図である。

【図９】従来の電源装置の動作波形図である。

【符号の説明】

１商用交流電源２フィルタ回路３整流回路４平滑回路５電圧検出回路６ＩＣ用電源回路７制御回路８，９駆動回路１０共振用コンデンサ１１メイントランス１２ハロゲンランプ１３始動器１４高圧放電灯１５タイミング抵抗１７周波数コントロール用トランジスタＱ１，Ｑ２スイッチング出力トランジスタＣ１タイミングコンデンサＣ２ソフトスタート用コンデンサＣ３発振波形形状補正用コンデンサＶＲ１コントロール帯域調整用半固定抵抗ＶＲ２，ＶＲ３過大入力過小入力カットオフ調整用半
固定抵抗ＶＲ４周波数調整用半固定抵抗

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/48 H05B 41/231 H05B 41/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】スイッチング素子を有する出力回路に共
振回路を設けた共振形スイッチング電源装置において、前記共振形スイッチング電源装置における入力検出また
は出力検出を行う検出回路と、タイミングコンデンサが接続され、このタイミングコン
デンサに現れるノコギリ波波形の電圧と前記検出回路に
よる検出信号とを入力し、ＰＷＭ制御信号を出力する第
１のＩＣと、タイミングコンデンサ及びタイミング抵抗とが接続さ
れ、前記タイミング抵抗の抵抗値に応じた周波数の出力
信号を前記スイッチング素子へ与える第２のＩＣとを具
備し、前記タイミング抵抗は、第１の抵抗と、トランジスタに
直列接続された第２の抵抗とからなり、前記トランジスタが、前記第１のＩＣから出力されるＰ
ＷＭ制御信号に基づきオンオフ制御されることにより、
前記タイミング抵抗の値が変化させられることを特徴と
する電源装置。
【請求項２】前記第１のＩＣと前記第２のＩＣは、接
続されるタイミングコンデンサを共有したことを特徴と
する請求項１記載の電源装置。
【請求項３】上記タイミング抵抗に対し、並列にコン
デンサを設け、タイミングコンデンサの波形歪を少なく
したことを特徴とする請求項１または２に記載の電源装
置。
【請求項４】前記共振形スイッチング電源装置の出力
側には、負荷が接続されていることを特徴とする請求項
１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】前記負荷が電球であることを特徴とする
請求項４に記載の電源装置。