JP3617361B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源の電源電圧を整流、平滑して得られた直流電圧を高周波電圧に変換して負荷に供給する電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
この種の電源装置として、本発明者らは図1に示すような構成の回路を有する電源装置を提案している。この電源装置は、交流電源ACの電源電圧を全波整流する整流器DBと、整流器DBの直流出力端子間にダイオードD1とコンデンサC2の並列回路を介して接続された平滑用コンデンサC0と、平滑用コンデンサC0の両端間にダイオードD2とコンデンサC3の並列回路を介して接続されたMOSFETよりなるスイッチング素子Q1,Q2の直列回路と、整流器DBの高電位側の直流出力端子とスイッチング素子Q1,Q2の接続点との間に一次巻線が接続されたリーケージトランスよりなるトランスT1と、トランスT1の二次巻線の両端間に接続された負荷回路1と、スイッチング素子Q1,Q2を電源周波数よりも十分高い周波数で交互にオン/オフさせる制御回路2とを備えている。ここで、負荷回路1はトランスT1の二次巻線の両端間に両フィラメント電極の電源側端子が接続された蛍光ランプよりなる放電灯FLと、放電灯FLの両フィラメント電極の非電源側端子間に接続された予熱用及び共振用のコンデンサC1とで構成され、トランスT1の漏れインダクタンスとコンデンサC1とにより共振回路が構成される(例えば、特開平10−285946号公報参照)。
【0003】
本回路の定常状態における動作について図8(a)〜(h)に示す波形図を参照して簡単に説明する。ここに、図8(a)(b)はスイッチング素子Q1,Q2のドレイン−ソース間電圧VQ1,VQ2の波形図、図8(c)はトランスT1の一次巻線に流れる電流IT1の波形図、図8(d)(e)はスイッチング素子Q1,Q2に流れる電流IQ1,IQ2の波形図、図8(f)(g)はコンデンサC2,C3の両端電圧Vc2,Vc3の波形図、図8(h)は交流電源ACからの入力電流Iinの波形図である。
【0004】
定常状態では平滑用コンデンサC0は充電されているので、スイッチング素子Q2がオン状態になると、平滑用コンデンサC0→コンデンサC2→トランスT1の一次巻線→スイッチング素子Q2→平滑用コンデンサC0の経路で平滑用コンデンサC0から放電電流が流れ、コンデンサC2を充電しつつ、負荷回路1に電力が供給される(図8の期間Ta)。その後、図8(f)に示すようにコンデンサC2の両端電圧Vc2が、平滑用コンデンサC0の両端電圧Vdcと整流器DBの出力電圧|Vs|との差の電圧(=Vdc−|Vs|)まで充電されると、交流電源AC→整流器DB→トランスT1の一次巻線→スイッチング素子Q2→整流器DB→交流電源ACの経路で電流が流れて、交流電源ACから入力電流Iinが引き込まれる(図8の期間Tb)。
【0005】
次にスイッチング素子Q2がオフ状態になると、スイッチング素子Q2のオン時にトランスT1に蓄積されたエネルギによって、交流電源AC→整流器DB→トランスT1の一次巻線→スイッチング素子Q1の寄生ダイオード(図示せず)→コンデンサC3→平滑用コンデンサC0→整流器DB→交流電源ACの経路で電流が流れ、交流電源ACから入力電流Iinを引き込みつつ、平滑用コンデンサC0及びコンデンサC3を充電する(図8の期間Tc)。この期間では図8(g)に示すようにコンデンサC3の両端電圧Vc3が、トランスT1の漏れインダクタンスとの共振作用によって増加する。
【0006】
その後、スイッチング素子Q1がオン状態になると、トランスT1の漏れインダクタンスとコンデンサC1,C2,C3との共振作用によって、コンデンサC2→コンデンサC3→スイッチング素子Q1→トランスT1の一次巻線→コンデンサC2の経路で共振電流が流れ、コンデンサC2,C3の両端電圧Vc2,Vc3は増加から減少に転じ、これらのエネルギーがトランスT1を介して負荷回路1に供給される(図8の期間Td)。この時、トランスT1の一次巻線に流れる電流の方向は、スイッチング素子Q2のオン時の電流方向とは逆向きになるから負荷回路1に交番した高周波電圧を印加することができる。
【0007】
次にスイッチング素子Q1がオフ状態になると、スイッチング素子Q1のオン時にトランスT1の一次巻線に蓄積されたエネルギが放出されて、トランスT1の一次巻線→コンデンサC2→平滑用コンデンサC0→スイッチング素子Q2の寄生ダイオード(図示せず)→トランスT1の一次巻線の経路で電流が流れる(図8の期間Te)。尚、これらの期間においてコンデンサC2,C3の両端電圧Vc2,Vc3が零となった場合は、コンデンサC2,C3にそれぞれ並列接続されたダイオードD1,D2が導通して、電流が流れ続ける。
【0008】
この状態でトランスT1に蓄積されたエネルギが放出されると、平滑用コンデンサC0から電流が放電される状態に戻り(図8の期間Ta)、上述した一連の動作を繰り返すことによって負荷回路1に交番した高周波電力が供給される。また、図8(a)〜(h)より明らかなように、スイッチング素子Q1,Q2がオンオフを1回繰り返す間に、交流電源ACから入力電流Iinが引き込まれる期間が存在する。なお、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数は、スイッチング素子Q1,Q2がオンオフする1周期の間で交流電源ACの電源電圧Vsが略一定と見なせる程度の高い周波数に設定されている。
【0009】
上述の動作を行うことによって、本回路の各部の動作波形は交流電源ACの電源電圧Vsの1周期の間に図9(a)〜(f)に示すように変化する。ここに、図9(a)(b)はコンデンサC2,C3の両端電圧Vc2,Vc3の波形図、図9(c)はトランスT1の一次巻線に印加される電圧VT1の波形図、図9(d)はトランスT1の一次巻線に流れる電流IT1の波形図、図9(e)は交流電源ACからの入力電流Iinの波形図、図9(g)は放電灯FLに流れるランプ電流Ilaの波形図である。
【0010】
図9(a)〜(f)に示すように、コンデンサC2の両端電圧Vc2は、交流電源ACの電源電圧Vsが高くなるほど低くなっているのに対して、コンデンサC3の両端電圧Vc3は、交流電源ACの電源電圧Vsに応じて変化する。トランスT1の一次巻線には、コンデンサC2,C3の両端電圧Vc2,Vc3の和の電圧が印加されるので、トランスT1の一次巻線に印加される電圧VT1は図9(c)に示すように略一定の電圧とすることができ、トランスT1の二次側に接続された負荷(放電灯FL)に流れる電流Ilaの波高率を小さくすることができる。また、スイッチング素子Q1,Q2の直列回路は、平滑用コンデンサC0の両端電圧VdcにコンデンサC3の両端電圧Vc3を加算した電圧により動作しているので、平滑用コンデンサC0の両端電圧Vdcを低くすることができる。さらに、コンデンサC3の両端電圧Vc3は共振的に増加するため、図8(b)に示すように、スイッチング素子Q2がオフ状態となる瞬間の電圧は、平滑用コンデンサC0の両端電圧Vdcと略等しく、平滑用コンデンサC0の両端電圧Vdcを低くできる分だけスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング損失を低減することができる。
【0011】
ところで、図1では図示を省略しているが、この種の高周波電力を負荷回路1に供給する電源装置では、交流電源AC側に高周波成分が混入するのを防止するために、交流電源ACと整流器DBとの間に高周波成分を阻止するためのフィルタ回路を挿入することが一般的に行われており、このようなフィルタ回路を設けることによって、交流電源ACからの入力電流Iinは、図9(e)に示すような入力電流Iinの包絡線成分のみが抽出され、交流電源ACの電源電圧Vsにほぼ比例した入力電流が得られる。ここで、交流電源ACからの入力電流Iinの電流波形はコンデンサC2の静電容量によって大きく変化する。例えば、コンデンサC2の両端電圧Vc2の振幅が大きくなる時には、図10(a)に示すように、交流電源ACからフィルタ回路に入力電流Iinが流れている期間に極性が反転して大きなノイズが発生する。また、コンデンサC2の両端電圧Vc2の振幅が小さくなるときには、図10(c)に示すように、交流電源ACからフィルタ回路に流れる入力電流Iinに休止期間が発生する。いずれの場合でも交流電源ACに対して高周波ノイズが混入するので、入力電流Iinが図10(b)に示すような電流波形となるように、コンデンサC2の静電容量値を設定することにより、入力電流Iinの高調波歪みを低減するとともに、入力力率を向上させることもできる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の電源装置では、平滑コンデンサC0の両端電圧とコンデンサC3の両端電圧の和の電圧がスイッチング素子Q2に印加され、スイッチング素子Q2に印加される電圧は交流電源ACの電源電圧のピーク値付近で最大となる。ここで、コンデンサC3の静電容量値が小さい場合、コンデンサC3の両端電圧の振幅が大きくなるので、スイッチング素子Q2に耐圧の大きい素子を用いる必要があり、コストアップとなるという問題があった。一方、コンデンサC3の静電容量値が大きい場合、コンデンサC3の両端電圧の振幅が小さくなるので、コンデンサC3の両端電圧が0Vとなる前にスイッチング素子Q1がオフしてしまい、スイッチング素子Q1がオンからオフに切り替わる際にスイッチング素子Q2に印加される電圧が上昇していた。その後、スイッチング素子Q1がオフからオンに切り替わる際も、スイッチング素子Q1がオンからオフに切り替わる際の電圧がスイッチング素子Q2に印加されるため、スイッチング損失が増加し回路効率が低下するという問題があった。
【0013】
本発明は上記問題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、入力電流に含まれる高調波が少なく、平滑用コンデンサの両端電圧を低くするとともに、負荷電流の波高率を小さくした電源装置において、スイッチング損失を増やすことなく、スイッチング素子に耐圧の低いものを使用することができる電源装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明では、交流電源の電源電圧を整流する整流器と、整流器の整流電圧を平滑する平滑用コンデンサと、平滑用コンデンサと並列に接続され高周波で交互にオンオフされる第1及び第2のスイッチング手段の直列回路と、第1及び第2のスイッチング手段に夫々逆並列接続された第1及び第2の整流手段と、第1及び第2のスイッチング手段の接続点と整流器の一方の直流出力端子との間に一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に接続された負荷回路と、トランスの一次巻線と整流器の一方の直流出力端子との接続点に一端が接続されるとともに平滑用コンデンサの一方の端子に他端が接続された第1のコンデンサ及び第3の整流手段の並列回路と、第1のコンデンサ及び第3の整流手段の並列回路と平滑用コンデンサとの接続点と第1及び第2のスイッチング手段の直列回路との間に接続された第2のコンデンサ及び第4の整流手段の並列回路とを備え、交流電源の電源電圧のピーク値付近で第2のコンデンサに印加される共振電圧の半周期と、第1又は第2のスイッチング手段のオン期間とが略等しくなるように、第2のコンデンサの静電容量が設定されたことを特徴とし、第1及び第2のスイッチング素子の内、一端が第2のコンデンサに接続された一方のスイッチング素子がオンすると、他方のスイッチング素子の両端間に平滑用コンデンサの両端電圧と第2のコンデンサの両端電圧との和の電圧が印加されるのであるが、第2のコンデンサの共振電圧の半周期と第1又は第2のスイッチング素子のオン期間とが略等しくなるように、第2のコンデンサの静電容量が設定されているので、共振電圧の半周期がオン期間より短い場合に比べて、第2のコンデンサの共振電圧の振幅を小さくすることができ、且つ、一方のスイッチング素子がオフする際は第2のコンデンサに蓄積された電荷が全て放電されているので、一方のスイッチング素子がオンからオフ、又は、オフからオンに切り替わる時点での第2のコンデンサの両端電圧が略0となり、他方のスイッチング素子に印加される電圧を平滑用コンデンサの両端電圧と略等しくすることができ、スイッチング損失を増やすことなくスイッチング素子に印加される電圧のピーク値を低減することができる。
【0015】
請求項2の発明では、交流電源の電源電圧を整流する整流器と、整流器の整流電圧を平滑する平滑用コンデンサと、平滑用コンデンサと並列に接続され高周波で交互にオンオフされる第1及び第2のスイッチング手段の直列回路と、第1及び第2のスイッチング手段に夫々逆並列接続された第1及び第2の整流手段と、第1及び第2のスイッチング手段の接続点と整流器の一方の直流出力端子との間に一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に接続された負荷回路と、整流器の直流出力端子間に接続された第1のコンデンサと、トランスの一次巻線と整流器の一方の直流出力端子との接続点に一端が接続されるとともに平滑用コンデンサの一方の端子に他端が接続された第3の整流手段と、第3の整流手段と平滑用コンデンサとの接続点と第1及び第2のスイッチング手段の直列回路との間に接続された第2のコンデンサ及び第4の整流手段の並列回路とを備え、交流電源の電源電圧のピーク値付近で第2のコンデンサに印加される共振電圧の半周期と、第1又は第2のスイッチング手段のオン期間とが略等しくなるように、第2のコンデンサの静電容量が設定されたことを特徴とし、第1及び第2のスイッチング素子の内、一端が第2のコンデンサに接続された一方のスイッチング素子がオンすると、他方のスイッチング素子の両端間に平滑用コンデンサの両端電圧と第2のコンデンサの両端電圧との和の電圧が印加されるのであるが、第2のコンデンサの共振電圧の半周期と第1又は第2のスイッチング素子のオン期間とが略等しくなるように、第2のコンデンサの静電容量が設定されているので、共振電圧の半周期がオン期間より短い場合に比べて、第2のコンデンサの共振電圧の振幅を小さくすることができ、且つ、一方のスイッチング素子がオフする際は第2のコンデンサに蓄積された電荷が全て放電されているので、一方のスイッチング素子がオンからオフ、又は、オフからオンに切り替わる時点での第2のコンデンサの両端電圧が略0となり、他方のスイッチング素子に印加される電圧を平滑用コンデンサの両端電圧と略等しくすることができ、スイッチング損失を増やすことなくスイッチング素子に印加される電圧のピーク値を低減することができる。
【0016】
請求項3の発明では、請求項1又は2の発明において、上記第2のコンデンサの静電容量を可変とする静電容量可変手段を設けたことを特徴とし、例えば交流電源の電圧変動に応じてスイッチング素子のスイッチング周波数やオンデューティを変化させる場合のようにスイッチング素子のオン期間が変化したとしても、静電容量可変手段がオン期間の変化に応じて、交流電源の電源電圧のピーク値付近で第2のコンデンサに印加される共振電圧の半周期と、第1又は第2のスイッチング手段のオン期間とが略等しくなるように、第2のコンデンサの静電容量を変化させることができ、請求項1又は2の発明と同様、スイッチング損失を増やすことなくスイッチング素子に印加される電圧のピーク値を低減することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0018】
(実施形態1)
図1は本実施形態の電源装置の回路図である。この電源装置は、交流電源ACの電源電圧を全波整流する整流器DBと、整流器DBの直流出力端子間に第3の整流手段たるダイオードD1と第1のコンデンサたるコンデンサC2の並列回路を介して接続された平滑用コンデンサC0と、平滑用コンデンサC0の両端間に第4の整流手段たるダイオードD2と第2のコンデンサたるコンデンサC3の並列回路を介して接続されたMOSFETよりなるスイッチング素子Q1,Q2の直列回路と、整流器DBの高電位側の直流出力端子とスイッチング素子Q1,Q2の接続点との間に一次巻線が接続されたリーケージトランスよりなるトランスT1と、トランスT1の二次巻線の両端間に接続された負荷回路1と、スイッチング素子Q1,Q2を電源周波数よりも十分高い周波数で交互にオン/オフさせる制御回路2とを備えている。負荷回路1はトランスT1の二次巻線の両端間に両フィラメント電極の電源側端子が接続された蛍光ランプよりなる放電灯FLと、放電灯FLの両フィラメント電極の非電源側端子間に接続された予熱用及び共振用のコンデンサC1とで構成され、トランスT1の漏れインダクタンスとコンデンサC1とにより共振回路が構成される。本回路では、上述した図1に示す回路において交流電源ACの電源電圧のピーク値(整流器DBの脈流電圧の山部)付近でのコンデンサC3の共振電圧の半周期と、スイッチング素子Q1のオン期間とが略等しくなるように、コンデンサC3の静電容量を設定している。なお、本回路の基本的な動作は上述した従来例の説明と同様であり、平滑用コンデンサC0の両端電圧を高くすることなく、負荷回路2に流れる電流の波高率を小さくすることができる。以下に従来例で説明した回路と異なる部分を中心に説明を行う。
【0019】
図2(a)〜(c)に、交流電源電圧のピーク値付近においてスイッチング素子Q2に印加される電圧VQ2の高周波での電圧波形を示し、図3(a)〜(c)に、交流電源電圧の1周期内でのコンデンサC3の両端電圧Vc3の電圧波形を示す。ここで、コンデンサC3の静電容量が小さい場合、図3(a)に示すようにコンデンサC3の両端電圧Vc3の振幅が大きくなるので、スイッチング素子Q2に印加される電圧VQ2のピーク値VQ2peakが高くなり、スイッチング素子Q2に高耐圧の素子を用いる必要がある。尚、この時のコンデンサC3の共振電圧の半周期は、図2(a)に示すようにスイッチング素子Q1のオン期間Ton(すなわちスイッチング素子Q2のオフ期間)よりも短くなっている。
【0020】
一方、コンデンサC3の静電容量が大きい場合、図3(b)に示すようにコンデンサC3の両端電圧Vc3の振幅は小さくなるが、交流電源電圧のピーク値付近でコンデンサC3の両端電圧Vc3が0Vまで下がらない領域が発生する。これは図2(b)に示すようにコンデンサC3の共振電圧の半周期が、スイッチング素子Q1のオン期間Tonよりも長いために、コンデンサC3に蓄えられた電荷が全て放電される前にスイッチング素子Q1がオフしてしまうからである。このため、スイッチング素子Q1がオン状態からオフ状態に切り替わる際や、オフ状態からオン状態に切り替わる際にスイッチング素子Q2に印加される電圧VQ2が平滑用コンデンサC0の両端電圧Vdcよりも高くなり、スイッチング損失が増加する。
【0021】
そこで、本実施形態の回路では、交流電源電圧のピーク値付近でのコンデンサC3の共振電圧の半周期と、スイッチング素子Q1のオン期間Tonとが略等しくなるように、コンデンサC3の静電容量を設定しているので、図3(c)に示すようにコンデンサC3の両端電圧Vc3の振幅を、コンデンサC3の静電容量が小さい場合(図3(a)参照)に比べて小さくし、且つ、図2(c)に示すようにスイッチング素子Q1がオン状態からオフ状態に切り替わる際や、オフ状態からオン状態に切り替わる際にスイッチング素子Q2に印加される電圧VQ2を平滑コンデンサC3の両端電圧Vdcと略等しくすることができ、スイッチング損失を増やすことなく、スイッチング素子Q2に印加される電圧VQ2のピーク値VQ2peakを低減することができる。したがって、スイッチング素子Q1,Q2に耐圧の低い素子を用いることができ、回路のコストダウンを図ることができる。
【0022】
(実施形態2)
図4に本実施形態の電源装置の回路図を示す。本回路では、実施形態1の回路において、静電容量が固定されたコンデンサC3の代わりに可変容量形のコンデンサC4を用いており、実施形態1と同様、交流電源電圧のピーク値付近でのコンデンサC4の共振電圧の半周期と、スイッチング素子Q1のオン期間とが略等しくなるように、コンデンサC4の静電容量を設定することによって、スイッチング損失を増やすことなく、スイッチング素子に印加される電圧を低減し、スイッチング素子に耐圧の低い素子を使用できるようにしている。ここに、可変容量型のコンデンサC4から静電容量可変手段が構成される。
【0023】
なお図4の回路ではコンデンサC4の静電容量を所望の値に変化させることができるので、例えば交流電源ACの電源電圧に応じてスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数やオンデューティを変化させて、負荷の出力変動を抑制する場合のように、スイッチング素子Q1,Q2のオン期間が変化したとしても、スイッチング素子Q1のオン期間に応じて、スイッチング素子Q1のオン期間がコンデンサC4の共振電圧の半周期と略一致するように、コンデンサC4の静電容量を変化させることにより、スイッチング損失を増やすことなくスイッチング素子Q2に印加される電圧を低減し、スイッチング素子Q1,Q2により耐圧の低い素子を使用することができる。
【0024】
ここで、図5に示すように、図1に示す回路においてダイオードD2の両端間にコンデンサC3を介してコンデンサC5と静電容量可変手段たるスイッチ素子Q3との並列回路を接続しても良く、制御回路2がスイッチ素子Q3をオンオフすることにより、コンデンサC5をコンデンサC3と直列に接続するか、又は、切り離すかを選択することができ、コンデンサC3,C5の静電容量の合成値を二段階に切り換えることができる。
【0025】
また、図6に示すように、図1に示す回路においてコンデンサC3と並列にコンデンサC6及び静電容量可変手段たるスイッチ素子Q4の直列回路を接続しても良く、制御回路2がスイッチ素子Q4をオンオフすることにより、コンデンサC3と並列にコンデンサC6を接続するか否かを選択することができ、コンデンサC3,C6の静電容量の合成値を二段階に切り換えることができる。
【0026】
(実施形態3)
図7に本実施形態の電源装置の回路図を示す。上述した図1に示す回路では、トランスT1の一次巻線及び整流器DBの直流出力端子の接続点と、平滑用コンデンサC0の一端との間にコンデンサC2及びダイオードD1の直列回路を接続しているが、本実施形態の回路では、図1に示す回路において整流器DBの直流出力端子間に第1のコンデンサたるコンデンサC2を接続し、トランスT1の一次巻線及び整流器DBの直流出力端子の接続点に第3の整流手段たるダイオードD1のアノードを接続するとともに、ダイオードD1のカソードを平滑用コンデンサC0の一端に接続し、ダイオードD1及び平滑用コンデンサC0の接続点とスイッチング素子Q1,Q2の直列回路との間に、第2のコンデンサたるコンデンサC3及び第4の整流手段たるダイオードD2の並列回路を接続している。本回路では、コンデンサC2の両端電圧が、平滑用コンデンサC0の両端電圧Vdcと整流器DBの出力電圧|Vs|とでクランプされた波形となる以外は図1に示す回路の動作と同様であるので、その説明は省略する。本回路においても、図1に示す回路と同様に平滑用コンデンサC0の両端電圧を高くすることなく、負荷回路2に流れる電流の波高率を下げることができる。
【0027】
ここで、実施形態1と同様に、交流電源電圧のピーク値付近でのコンデンサC3の共振電圧の半周期と、スイッチング素子Q1のオン期間Tonとが略等しくなるように、コンデンサC3の静電容量を設定しているので、コンデンサC3の両端電圧Vc3の振幅をコンデンサC3の静電容量が小さい場合に比べて小さくし、且つ、スイッチング素子Q1がオン状態からオフ状態に切り替わる際や、オフ状態からオン状態に切り替わる際にスイッチング素子Q2に印加される電圧VQ2を平滑コンデンサC3の両端電圧Vdcと略等しくすることができ、スイッチング損失を増やすことなく、スイッチング素子Q2に印加される電圧VQ2のピーク値VQ2peakを低減することができる。したがって、スイッチング素子Q1,Q2に耐圧の低い素子を用いることができ、回路のコストダウンを図ることができる。尚、本実施形態の構成を実施形態2の電源装置に適用しても良いのは勿論のことであり、本実施形態の回路と同様の作用効果を得ることができる。
【0028】
ところで、上述の各実施形態では、第1及び第2のスイッチング手段をMOSFETよりなるスイッチング素子Q1,Q2により構成しているので、MOSFETの寄生ダイオード(図示せず)により第1及び第2の整流手段を兼用し、回路部品の数を減らしてコストダウンを図ることができる。尚、第1及び第2のスイッチング手段をMOSFETに限定する趣旨のものではなく、第1及び第2のスイッチング手段にバイポーラトランジスタを用い、バイポーラトランジスタと逆並列に第1及び第2の整流手段たるダイオードを接続しても良い。
【0029】
また上述の各実施形態では、整流器DBの直流出力端子間にトランスT1の一次巻線を介してスイッチング素子Q2を接続しているが、整流器DBの直流出力端子間にトランスT1の一次巻線を介してスイッチング素子Q1を接続しても良く、上述と同様の作用効果を得ることができる。また各実施形態では負荷回路2を放電灯FLから構成しているが、負荷を放電灯FLに限定する趣旨のものではなく、放電灯FL以外の負荷でも良い。
【0030】
【発明の効果】
上述のように請求項1の発明は、交流電源の電源電圧を整流する整流器と、整流器の整流電圧を平滑する平滑用コンデンサと、平滑用コンデンサと並列に接続され高周波で交互にオンオフされる第1及び第2のスイッチング手段の直列回路と、第1及び第2のスイッチング手段に夫々逆並列接続された第1及び第2の整流手段と、第1及び第2のスイッチング手段の接続点と整流器の一方の直流出力端子との間に一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に接続された負荷回路と、トランスの一次巻線と整流器の一方の直流出力端子との接続点に一端が接続されるとともに平滑用コンデンサの一方の端子に他端が接続された第1のコンデンサ及び第3の整流手段の並列回路と、第1のコンデンサ及び第3の整流手段の並列回路と平滑用コンデンサとの接続点と第1及び第2のスイッチング手段の直列回路との間に接続された第2のコンデンサ及び第4の整流手段の並列回路とを備え、交流電源の電源電圧のピーク値付近で第2のコンデンサに印加される共振電圧の半周期と、第1又は第2のスイッチング手段のオン期間とが略等しくなるように、第2のコンデンサの静電容量が設定されたことを特徴とし、第1及び第2のスイッチング素子の内、一端が第2のコンデンサに接続された一方のスイッチング素子がオンすると、他方のスイッチング素子の両端間に平滑用コンデンサの両端電圧と第2のコンデンサの両端電圧との和の電圧が印加されるのであるが、第2のコンデンサの共振電圧の半周期と第1又は第2のスイッチング素子のオン期間とが略等しくなるように、第2のコンデンサの静電容量が設定されているので、共振電圧の半周期がオン期間より短い場合に比べて、第2のコンデンサの共振電圧の振幅を小さくすることができ、且つ、一方のスイッチング素子がオフする際は第2のコンデンサに蓄積された電荷が全て放電されているので、一方のスイッチング素子がオンからオフ、又は、オフからオンに切り替わる時点での第2のコンデンサの両端電圧が略0となり、他方のスイッチング素子に印加される電圧を平滑用コンデンサの両端電圧と略等しくすることができ、スイッチング損失を増やすことなくスイッチング素子に印加される電圧のピーク値を低減できるという効果があり、しかもスイッチング素子に印加される電圧のピーク値を低減できるので、スイッチング素子により耐圧の低い素子を使用することができるので、コストダウンを図ることができるという効果がある。
【0031】
請求項2の発明は、交流電源の電源電圧を整流する整流器と、整流器の整流電圧を平滑する平滑用コンデンサと、平滑用コンデンサと並列に接続され高周波で交互にオンオフされる第1及び第2のスイッチング手段の直列回路と、第1及び第2のスイッチング手段に夫々逆並列接続された第1及び第2の整流手段と、第1及び第2のスイッチング手段の接続点と整流器の一方の直流出力端子との間に一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に接続された負荷回路と、整流器の直流出力端子間に接続された第1のコンデンサと、トランスの一次巻線と整流器の一方の直流出力端子との接続点に一端が接続されるとともに平滑用コンデンサの一方の端子に他端が接続された第3の整流手段と、第3の整流手段と平滑用コンデンサとの接続点と第1及び第2のスイッチング手段の直列回路との間に接続された第2のコンデンサ及び第4の整流手段の並列回路とを備え、交流電源の電源電圧のピーク値付近で第2のコンデンサに印加される共振電圧の半周期と、第1又は第2のスイッチング手段のオン期間とが略等しくなるように、第2のコンデンサの静電容量が設定されたことを特徴とし、第1及び第2のスイッチング素子の内、一端が第2のコンデンサに接続された一方のスイッチング素子がオンすると、他方のスイッチング素子の両端間に平滑用コンデンサの両端電圧と第2のコンデンサの両端電圧との和の電圧が印加されるのであるが、第2のコンデンサの共振電圧の半周期と第1又は第2のスイッチング素子のオン期間とが略等しくなるように、第2のコンデンサの静電容量が設定されているので、共振電圧の半周期がオン期間より短い場合に比べて、第2のコンデンサの共振電圧の振幅を小さくすることができ、且つ、一方のスイッチング素子がオフする際は第2のコンデンサに蓄積された電荷が全て放電されているので、一方のスイッチング素子がオンからオフ、又は、オフからオンに切り替わる時点での第2のコンデンサの両端電圧が略0となり、他方のスイッチング素子に印加される電圧を平滑用コンデンサの両端電圧と略等しくすることができ、スイッチング損失を増やすことなくスイッチング素子に印加される電圧のピーク値を低減できるという効果があり、しかもスイッチング素子に印加される電圧のピーク値を低減できるので、スイッチング素子により耐圧の低い素子を使用することができるので、コストダウンを図ることができるという効果がある。
【0032】
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、上記第2のコンデンサの静電容量を可変とする静電容量可変手段を設けたことを特徴とし、例えば交流電源の電圧変動に応じてスイッチング素子のスイッチング周波数やオンデューティを変化させる場合のようにスイッチング素子のオン期間が変化したとしても、静電容量可変手段がオン期間の変化に応じて、交流電源の電源電圧のピーク値付近で第2のコンデンサに印加される共振電圧の半周期と、第1又は第2のスイッチング手段のオン期間とが略等しくなるように、第2のコンデンサの静電容量を変化させることができ、請求項1又は2の発明と同様、スイッチング損失を増やすことなくスイッチング素子に印加される電圧のピーク値を低減できるという効果があり、しかもスイッチング素子に印加される電圧のピーク値を低減できるので、スイッチング素子により耐圧の低い素子を使用することができるので、コストダウンを図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1の電源装置の回路図である。
【図2】(a)〜(c)は同上の動作を説明するための波形図である。
【図3】(a)〜(c)は同上の動作を説明するための波形図である。
【図4】同上の別の電源装置の回路図である。
【図5】実施形態2の電源装置の回路図である。
【図6】同上の別の電源装置の回路図である。
【図7】実施形態3の電源装置の回路図である。
【図8】(a)〜(h)は従来の電源装置の各部の波形図である。
【図9】(a)〜(f)は同上の電源装置の各部の波形図である。
【図10】(a)〜(c)は同上の電源装置の動作を説明するための波形図である。
【符号の説明】
1 負荷回路
C0 平滑用コンデンサ
C2,C3 コンデンサ
D1,D2 ダイオード
DB 整流器
FL 放電灯
Q1,Q2 スイッチング素子
T1 トランス
Claims (3)
- 交流電源の電源電圧を整流する整流器と、整流器の整流電圧を平滑する平滑用コンデンサと、平滑用コンデンサと並列に接続され高周波で交互にオンオフされる第1及び第2のスイッチング手段の直列回路と、第1及び第2のスイッチング手段に夫々逆並列接続された第1及び第2の整流手段と、第1及び第2のスイッチング手段の接続点と整流器の一方の直流出力端子との間に一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に接続された負荷回路と、トランスの一次巻線と整流器の一方の直流出力端子との接続点に一端が接続されるとともに平滑用コンデンサの一方の端子に他端が接続された第1のコンデンサ及び第3の整流手段の並列回路と、第1のコンデンサ及び第3の整流手段の並列回路と平滑用コンデンサとの接続点と第1及び第2のスイッチング手段の直列回路との間に接続された第2のコンデンサ及び第4の整流手段の並列回路とを備え、交流電源の電源電圧のピーク値付近で第2のコンデンサに印加される共振電圧の半周期と、第1又は第2のスイッチング手段のオン期間とが略等しくなるように、第2のコンデンサの静電容量が設定されたことを特徴とする電源装置。
- 交流電源の電源電圧を整流する整流器と、整流器の整流電圧を平滑する平滑用コンデンサと、平滑用コンデンサと並列に接続され高周波で交互にオンオフされる第1及び第2のスイッチング手段の直列回路と、第1及び第2のスイッチング手段に夫々逆並列接続された第1及び第2の整流手段と、第1及び第2のスイッチング手段の接続点と整流器の一方の直流出力端子との間に一次巻線が接続されたトランスと、トランスの二次巻線に接続された負荷回路と、整流器の直流出力端子間に接続された第1のコンデンサと、トランスの一次巻線と整流器の一方の直流出力端子との接続点に一端が接続されるとともに平滑用コンデンサの一方の端子に他端が接続された第3の整流手段と、第3の整流手段と平滑用コンデンサとの接続点と第1及び第2のスイッチング手段の直列回路との間に接続された第2のコンデンサ及び第4の整流手段の並列回路とを備え、交流電源の電源電圧のピーク値付近で第2のコンデンサに印加される共振電圧の半周期と、第1又は第2のスイッチング手段のオン期間とが略等しくなるように、第2のコンデンサの静電容量が設定されたことを特徴とする電源装置。
- 上記第2のコンデンサの静電容量を可変とする静電容量可変手段を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の電源装置。
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