JP3743251B2 - Power supply - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は商用電源からインバータを介して負荷を駆動する電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、商用電源からの入力高調波電流成分を抑制するために、図2に示すような回路構成の電源装置が用いられている。以下、その回路構成について詳述する。交流電源ACには、ダイオードブリッジ等の整流部DBを接続し、この整流部DBの出力端子間に、第1のダイオードD1及び第2のダイオードD2とコンデンサC6の並列回路を直列接続した回路で構成される入力電流歪改善部5を介して、一対のスイッチング素子Q1,Q2の直列回路から構成されるインバータ部2を接続し、整流部DBとインバータ部2の間は配線VDCで、インバータ部2と入力電流歪改善部5の間は配線GNDでそれぞれ接続されている。
【0003】
直流電源部1として、スイッチング素子Q1と並列に平滑用のコンデンサC1、インダクタンス素子L0、ダイオードD3の直列回路を接続し、ダイオードD3とスイッチング素子Q2の直列回路にはダイオードD4を逆方向に並列接続し、平滑用のコンデンサC1、インダクタンス素子L0、ダイオードD4の直列回路にはコンデンサC2を並列接続してある。
【0004】
一方、インバータ回路としては、上記インバータ部2と、上記両スイッチング素子Q1,Q2の接続点とダイオードD1,D2の接続点との間に接続した直流カット用のコンデンサC3を含む出力部3と、スイッチング素子Q1,Q2を交互に高周波でオン、オフ駆動する制御部4で構成される。
【0005】
出力部3は、リーケージトランスLT1と、その2次側巻線n2に接続されたコンデンサC5と放電灯LAの直列回路、並びに放電灯LAのフィラメントの非電源側端子間に並列接続されたコンデンサC4を含み、リーケージトランスLT1の1次側巻線n1が上述の直流カット用コンデンサC3と直列に接続されている。
【0006】
次に、図2の回路構成をプリント配線板に実装した従来の実装例を図3に示す。図3のプリント配線板6は細長に形成され、出力部3からのランプ配線a〜dが長手方向の一端に配置され、長手方向の他端から交流電源ACが得られるように配置されている。交流電源ACから整流部DB、入力電流歪改善部5、直流電源部1、制御部4、インバータ部2、出力部3がプリント配線板6の長手方向に沿って実装されている。入力電流歪改善部5からは主回路配線VL 及び出力配線を流れる電流に対応する帰還電流が流れるグランド配線GNDが、また、整流部DBからは主回路配線VDCがプリント配線板6の長手方向に沿って出力部3に向かって配線されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図3のような実装、配線構成とすると、主回路配線VDC及びVL 及びグランド配線GNDのような比較的大きな電流が流れる雑音発生部分が、制御部4のような比較的小さな電流が流れており、雑音の影響を受けやすい部分を囲むように実装されており、雑音発生部からの影響を制御部4のような雑音に弱い部分が受けやすくなり、誤動作を招きやすいという欠点があった。
【0008】
本発明は、このような複数の雑音発生部が存在しても、その間での相互干渉を抑え、誤動作を防止できる電源装置を提供しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項1記載の発明によれば、図1に示すように、商用電源ACを全波整流する整流器を備えた整流部DBと、整流部の出力である脈流電圧を平滑コンデンサで直流電源に変換する直流電源部1と、二つのスイッチング素子の直列回路を備え前記直流電源部の出力を高周波に変換するインバータ部2と、インバータ部の出力から負荷へと接続される出力部3と、スイッチング素子をスイッチング制御するための制御部4とがプリント配線板6に実装されており、前記プリント配線板6は細長に形成され、出力部3からの配線がプリント配線板6の長手方向の一端から得られるように配置されている電源装置において、プリント配線板6の長手方向の一端より整流部DB、制御部4、直流電源部1、インバータ部2、出力部3の順に実装し、且つプリント配線板6の長手方向に対してほぼ平行に長手方向に沿った端部近傍より整流部DBから直流電源部1に接続される高圧側の出力配線VDC、その出力配線を流れる電流に対応する帰還電流が流れるグランド配線GND、制御部4の配線の順にパターンを形成したことを特徴とする。
【0010】
請求項2記載の発明によれば、上記構成において、直流電源部1は、図4に示すように、インダクタL1及びスイッチング素子Q3の直列回路と、前記スイッチング素子Q3に並列に接続された逆流阻止用のダイオードD5及び平滑用のコンデンサC1の直列回路と、前記スイッチング素子Q3の制御部7とで構成されたことを特徴とする。
【0011】
請求項3記載の発明によれば、図1及び図2に示すように、商用電源ACを全波整流する整流器を備えた整流部DBと、前記整流部DBの両出力端間に接続された二つのスイッチング素子Q1,Q2の直列回路を備えたインバータ部2と、前記整流部DBと前記インバータ部2との間に介して順方向に直列接続され前記整流部DBにつながる第1のダイオードD1と前記インバータ部2につながる第2のダイオードD2及び前記第2のダイオードD2に並列接続されたコンデンサC6からなる入力電流歪改善部5と、前記インバータ部2と並列に接続された平滑コンデンサC1を備えた直流電源部1と、インバータ部2の前記二つのスイッチング素子Q1,Q2の接続点と入力電流歪改善部5の前記第1、第2のダイオードD1,D2の接続点との間に介して接続された出力部3と、スイッチング素子Q1,Q2をスイッチング制御するための制御部4がプリント配線板6に実装されており、前記プリント配線板6は細長に形成され、出力部3からの配線a〜dがプリント配線板6の長手方向の一端から得られるように配置されている電源装置において、プリント配線板6の長手方向の一端より整流部DB、入力電流歪改善部5、制御部4、直流電源部1、インバータ部2、出力部3の順に実装し、且つプリント配線板6の長手方向に対してほぼ平行に長手方向に沿った端部より入力電流歪改善部5と出力部3とを結ぶ第1の出力配線VL 、整流部DBから直流電源部1及びインバータ部2に接続される高圧側の第2の出力配線VDC、それらの出力配線を流れる電流に対応する帰還電流が流れるグランド配線GND、制御部4の配線の順にパターンを形成したことを特徴とする。
【0012】
請求項4記載の発明によれば、上記構成において、直流電源部は、図2に示すように、平滑用コンデンサC1とインダクタンス素子L0と前記平滑用コンデンサC1の充電方向に接続される第3のダイオードD3からなる直列回路を前記インバータ部2の一方のスイッチング素子Q1と並列に接続すると共に、第3のダイオードD3と前記インバータ部2の他方のスイッチング素子Q2の直列回路に逆方向に第4のダイオードD4を並列接続し、前記インバータ部2の2つのスイッチング素子Q1,Q2の直列回路にコンデンサC2を並列に接続して構成されることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
図1に本発明の第1の実施形態の実装配置図を示す。図3に示した従来例と異なる点は、交流電源ACから整流部DB、入力電流歪改善部5、制御部4、直流電源部1、インバータ部2、出力部3がプリント配線板6の長手方向に沿って実装され、プリント配線板6の長手方向に対してほぼ平行に長手方向に沿った端部より入力電流歪改善部5と出力部3とを結ぶ出力配線VL 、整流部DBから直流電源部1及びインバータ部2に接続される出力配線VDC、それらの出力配線を流れる電流に対応する帰還電流が流れるグランド配線GND、制御部4の配線の順にパターンを形成した点であり、その他の従来例と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【0014】
このような実装配置、配線にすることにより、制御部4は直流電源部1とインバータ部2の間に配置されないため雑音の影響を受けにくく、さらには整流部DBから直流電源部1及びインバータ部2を経由して出力配線VDCからグランド配線GNDに流れる電流のループが制御部4のまわりを介さずに配線され、制御部4は、制御部4の横に配線されたグランド配線GNDにより出力配線VDC及びVL を流れる電流から遮蔽されるため、制御部4での小信号配線は比較的大きな電流が流れる出力配線VDC及びVL からの雑音の影響を受けにくくなり、誤動作を防止できる。
【0015】
(実施形態2)
図4に第2の実施形態の回路図を示す。図2に示した従来例と異なる点は、直流電源部1が入力電流歪改善部の役割を含む所謂昇圧チョッパ回路で構成されている点と、出力部3において、放電灯負荷LAがトランス結合することなくコンデンサC3と直列に接続された共振用インダクタL2を介してインバータ部2の出力に接続されている点である。直流電源部1の昇圧チョッパ回路は、インダクタL1及びFETよりなるスイッチング素子Q3の直列回路と、前記スイッチング素子Q3に並列に接続された逆流阻止用のダイオードD5及び平滑用のコンデンサC1との直列回路と、スイッチング素子Q3の制御部7とで構成されている。本実施形態では、入力電流歪改善部が直流電源部1に含まれているため、出力配線VL が無いことが特徴である。
【0016】
図5に本実施形態の実装配置図を示す。実施形態1と異なる点は、交流電源ACから整流部DB、制御部4、制御部7を含む直流電源部1、インバータ部2、出力部3がプリント配線板6の長手方向に沿って実装され、プリント配線板6の長手方向に対してほぼ平行に長手方向に沿った端部より整流部DBから直流電源部1に接続される出力配線VDC、その出力配線VDCを流れる電流に対応する帰還電流が流れるグランド配線GND、制御部4の配線の順にパターンを形成した点であり、その他の従来例と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【0017】
このような実装配置、配線にすることにより、制御部4は直流電源部1とインバータ部2の間に配置されないため雑音の影響を受けにくく、さらには整流部DBから直流電源部1及びインバータ部2を経由して出力配線VDCからグランド配線GNDに流れる電流のループが制御部4のまわりを介さずに配線され、制御部4は、制御部4の横に配線されたグランド配線GNDにより出力配線VDCを流れる電流から遮蔽されるため、制御部4での小信号配線は比較的大きな電流が流れる出力配線VDCからの雑音の影響を受けにくくなり、誤動作を防止できる。
【0018】
(実施形態3)
図6に第3の実施形態の実装配置図を示す。実施形態1と異なる点は、インバータ部2が放熱板9に取り付けられた2つのMOSFET8の直列回路から構成され、グランド配線GND及び出力配線VDCは平滑部DBから制御部4を通り過ぎた後、プリント配線板6の長手方向に対してほぼ平行に幅方向(長手方向と垂直な方向)の片側と他側とに分かれて配線され、2つのMOSFET8のピンが同じ向きで、ピンの配列方向がプリント配線板6の長手方向に対して垂直となるように実装されている点である。また、放熱板9の形状は図7に示すように、この放熱板9の細長のプリント配線板6の長手方向に対する垂直方向の長さWが、プリント配線板6の長手方向に対する垂直方向の寸法と同一としている。その他の従来例と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【0019】
このような実装配置、配線にすることにより制御部4は直流電源部1とインバータ部2の間に配置されないため雑音の影響を受けにくく、さらには整流部DBから直流電源部1及びインバータ部2を経由して出力配線VDCからグランド配線GNDに流れる電流のループが制御部4のまわりを介さずに配線され、制御部4は、制御部4の横に配線されたグランド配線GNDにより出力配線VDC及びVL を流れる電流から遮蔽されるため、制御部4での小信号配線は比較的大きな電流が流れる出力配線VDCからの雑音の影響を受けにくくなり、誤動作を防止できる。また放熱板9を上記のような構造とすることにより、プリント配線板6を収納するケース本体とねじ無しで接合することができる。
【0020】
(実施形態4)
図8に第4の実施形態の実装配置図を示す。実施形態1と異なる点は、インバータ部2が放熱板9に取り付けられた2つのMOSFET8の直列回路から構成され、グランド配線GND及び出力配線VDCは整流部DBから制御部4を通り過ぎた後もプリント配線板6の長手方向に対してほぼ平行に幅方向の片側に配線され、2つのMOSFET8のピンが同じ向きで、ピンの配列方向がプリント配線板6の長手方向に対して平行となるように実装されている点である。また放熱板9の形状は図9に示すように、この放熱板9の細長のプリント配線板6の長手方向と垂直な方向の長さWが、プリント配線板6の幅方向の寸法と同一としている。その他の従来例と同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略する。
【0021】
このような実装配置、配線にすることにより制御部4は直流電源部1とインバータ部2の間に配置されないため雑音の影響を受けにくく、さらには整流部DBから直流電源部1及びインバータ部2を経由して出力配線VDCからグランド配線GNDに流れる電流のループが制御部4のまわりを介さずに配線され、制御部4は、制御部4の横に配線されたグランド配線GNDにより出力配線VDC及びVL を流れる電流から遮蔽されるため、制御部4での小信号配線は比較的大きな電流が流れる出力配線VDCからの雑音の影響を受けにくくなり、誤動作を防止できる。
【0022】
また、放熱板9を上記のような構造とすることによりプリント配線板6を収納するケース本体とねじ無しで接合することができ、MOSFET8のピンの並び方向がプリント配線板6の長手方向に対して平行でかつピンがプリント配線板6の幅方向の片側に実装されることにより、細長のプリント配線板6においてはプリント配線板6の幅方向(長手方向に対する垂直方向)の配線スペースが広くとれるメリットがある。また、図8のような構成とすると出力配線VDC及びグランド配線GNDからMOSFET8への配線が容易となる。
【0023】
【発明の効果】
請求項1または3の発明によれば、比較的大きな電流が流れる出力配線や直流電源部からインバータの制御部への雑音の影響を抑え、誤動作を防止できるという効果がある。
請求項2または3の発明によれば、入力電流歪を改善できるという効果がある。
請求項4の発明によれば、請求項3の発明において、負荷を流れる電流の波高値を抑制することができ、放電灯負荷の場合、負荷電流の低周波リップルを低減でき、ちらつきを抑える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の実装配置と配線を示す平面図である。
【図2】従来の電源装置の回路図である。
【図3】従来の電源装置の実装配置と配線を示す平面図である。
【図4】本発明の第2の実施形態の回路図である。
【図5】本発明の第2の実施形態の実装配置と配線を示す平面図である。
【図6】本発明の第3の実施形態の実装配置と配線を示す平面図である。
【図7】本発明の第3の実施形態におけるインバータ部のスイッチング素子の配置を示す図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。
【図8】本発明の第4の実施形態の実装配置と配線を示す平面図である。
【図9】本発明の第4の実施形態におけるインバータ部のスイッチング素子の配置を示す図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。
【符号の説明】
1 直流電源部
2 インバータ部
3 出力部
4 制御部
5 入力電流歪改善部
6 プリント配線板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply apparatus that drives a load from a commercial power supply via an inverter.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a power supply device having a circuit configuration as shown in FIG. 2 has been used in order to suppress an input harmonic current component from a commercial power supply. The circuit configuration will be described in detail below. The AC power supply AC is a circuit in which a rectifier DB such as a diode bridge is connected, and a parallel circuit of a first diode D1 and a second diode D2 and a capacitor C6 is connected in series between output terminals of the rectifier DB. An
[0003]
As the DC
[0004]
On the other hand, as the inverter circuit, the
[0005]
The
[0006]
Next, FIG. 3 shows a conventional mounting example in which the circuit configuration of FIG. 2 is mounted on a printed wiring board. The printed
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the mounting and wiring configuration is as shown in FIG. 3, the noise generating portions such as the main circuit wirings V DC and V L and the ground wiring GND through which a relatively large current flows are relatively small currents such as the
[0008]
The present invention intends to provide a power supply apparatus that can suppress mutual interference between the plurality of noise generation units and prevent malfunction.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, according to the invention described in
[00 10 ]
According to the second aspect of the present invention, in the above configuration, as shown in FIG. 4, the DC
[00 11 ]
According to invention of
[00 12 ]
According to the invention of
[00 13 ]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a mounting layout of the first embodiment of the present invention. 3 differs from the conventional example shown in FIG. 3 in that the AC power source AC is connected to the rectifying unit DB, the input current
[00 14 ]
By adopting such mounting arrangement and wiring, the
[00 15 ]
(Embodiment 2)
FIG. 4 shows a circuit diagram of the second embodiment. 2 is different from the conventional example shown in FIG. 2 in that the DC
[00 16 ]
FIG. 5 shows a mounting layout of this embodiment. The difference from the first embodiment is that the AC power source AC, the rectifying unit DB, the
[00 17 ]
By adopting such mounting arrangement and wiring, the
[00 18 ]
(Embodiment 3)
FIG. 6 shows a mounting layout of the third embodiment. The difference from the first embodiment is that the
[00 19 ]
By adopting such mounting arrangement and wiring, the
[00 20 ]
(Embodiment 4)
FIG. 8 shows a mounting layout of the fourth embodiment. The difference from the first embodiment is that the
[00 21 ]
By adopting such mounting arrangement and wiring, the
[00 22 ]
Further, by making the
[00 23 ]
【The invention's effect】
According to the invention of
According to the invention of
According to the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a mounting arrangement and wiring according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional power supply device.
FIG. 3 is a plan view showing a mounting arrangement and wiring of a conventional power supply device.
FIG. 4 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view showing a mounting arrangement and wiring according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing a mounting arrangement and wiring according to a third embodiment of the present invention.
7A and 7B are diagrams showing an arrangement of switching elements of an inverter unit according to a third embodiment of the present invention, where FIG. 7A is a plan view and FIG. 7B is a side view.
FIG. 8 is a plan view showing a mounting arrangement and wiring according to a fourth embodiment of the present invention.
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing an arrangement of switching elements of an inverter unit in a fourth embodiment of the present invention, where FIG. 9A is a plan view and FIG. 9B is a side view;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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