JP4957180B2 - 電力変換装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング方式を採用した電流共振型の電力変換装置及びその制御方法に関し、特に、軽負荷又は無負荷時の変換効率を向上させる技術に関する。

従来、スイッチング電源装置の１つとして、電流共振型の電力変換装置が知られている。この電力変換装置は、定常負荷状態では電流共振状態を維持することによって、ゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ：Zero Current Switching）及びゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ：Zero Voltage Switching）を行い、低ノイズ且つ高効率の電力変換を行うことができる。

しかしながら、電流共振型の電力変換装置は、負荷とは無関係に共振電流が常に流れるため、スタンバイ時などの軽負荷や無負荷状態においても常に一定の電力損失が発生し、電力変換効率が著しく低下するという問題があった。このような軽負荷又は無負荷時の電力変換効率を改善するために、軽負荷又は無負荷時には電力変換動作（スイッチング動作）を一時的に休止し、間欠的に電力変換を行う電力変換装置（以下、「間欠発振モード付き共振型の電力変換装置」という）が知られている（例えば特許文献３参照）。

図６は、このような間欠発振モード付き共振型の電力変換装置を用いたランプ点灯装置の構成を示すブロック図である。このランプ点灯装置においては、直流電源Ｖｄｃの両端間に、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈ及びローサイドスイッチング素子Ｑｌからなる直列回路が接続されている。ハイサイドスイッチング素子Ｑｈ及びローサイドスイッチング素子Ｑｌは、例えばＭＯＳＦＥＴから構成されている。直流電源Ｖｄｃは、図示は省略しているが、例えば商用の交流電源を整流するダイオードブリッジ整流回路と、このダイオードブリッジ整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサとからなる整流平滑回路から構成されている。

ハイサイドスイッチング素子Ｑｈのソース−ドレイン間には、クランプ用のハイサイドダイオードＤｈが接続されている。このハイサイドダイオードＤｈは、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈの寄生ダイオードで代用される場合もある。同様に、ローサイドスイッチング素子Ｑｌのソース−ドレイン間には、クランプ用のローサイドダイオードＤｌが接続されている。このローサイドダイオードＤｌは、ローサイドスイッチング素子Ｑｌの寄生ダイオードで代用される場合もある。

また、ローサイドスイッチング素子Ｑｌのソース−ドレイン間には、電圧共振コンデンサＣｒｖが接続されている。この電圧共振コンデンサＣｒｖは、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈとローサイドスイッチング素子Ｑｌの寄生容量で代用される場合もある。

また、ローサイドスイッチング素子Ｑｌのソース−ドレイン間には、１次側共振コンデンサＣｒｉ及びトランスＴの１次巻線Ｎ１が直列に接続されたＬＣ直列共振回路（以下、単に「共振回路」という）が接続されている。なお、トランスＴは、周知のように、励磁インダクタンスＬｐと図示しないリーケージインダクタンスＬｒとを有する。

トランスＴの２次巻線Ｎ２の両端子間には、出力回路が接続されている。出力回路は、２次側共振コンデンサＣｓから構成されており、この２次側共振コンデンサＣｓの両端子間に、電流検出用の抵抗Ｒｒｅｆを介して、負荷Ｌとしてのランプが接続されている。また、負荷Ｌと抵抗Ｒｒｅｆとの間には誤差増幅器１１が接続され、誤差増幅器１１は、抵抗Ｒｒｅｆと負荷Ｌとの接続点の電圧を入力し、入力された電圧と所定の基準電圧とを比較して誤差電圧を出力する。誤差増幅器１１から出力される誤差電圧は、制御回路１３に送られる。

また、間欠的な電力変換を制御するために、間欠信号発生器１２が設けられている。この間欠信号発生器１２は、間欠動作を指示する間欠信号を生成して制御回路１３に送る。間欠信号は、負荷Ｌであるランプの点灯時はハイレベル（以下、「Ｈレベル」という）になり、消灯時はローレベル（以下、「Ｌレベル」という）になるように生成される。この間欠信号は、外部からの指示又は負荷Ｌの軽重に応じて消灯期間（Ｌレベルの期間）が決定される。

制御回路１３は、間欠信号発生器１２から送られてくる間欠信号が定常負荷（軽負荷又は無負荷でない）であることを示している場合は、誤差増幅器１１から送られてくる誤差電圧に応じたパルス幅（オン幅）を有し、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈとローサイドスイッチング素子Ｑｌとを交互にオン／オフさせる制御信号を生成して駆動回路１４に送る。

一方、間欠信号発生器１２から送られてくる間欠信号が軽負荷又は無負荷であることを示している場合は、制御回路１３は、誤差増幅器１１から送られてくる誤差電圧とは無関係に、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈ及びローサイドスイッチング素子Ｑｌをオフさせる制御信号を生成して駆動回路１４に送る。

駆動回路１４は、制御回路１３からの制御信号に応じて、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈ及びローサイドスイッチング素子Ｑｌを駆動するための駆動信号を生成し、ゲート信号Ｖｇ１及びゲート信号Ｖｇ２として、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈ及びローサイドスイッチング素子Ｑｌのゲートにそれぞれ送る。

次に、上記のように構成される従来のランプ点灯装置の動作を、図７に示す動作波形図を参照しながら説明する。なお、定常負荷時の動作（図７に示す時刻ｔ０までの動作）は、例えば特許文献１〜特許文献３等に説明されているように周知であるので、ここでは説明を省略する。

図７では、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ１及びドレイン電流Ｉｄ１、ローサイドスイッチング素子Ｑｌのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ２及びドレイン電流Ｉｄ２、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈのゲートに供給されるゲート信号Ｖｇ１、ローサイドスイッチング素子Ｑｌのゲートに供給されるゲート信号Ｖｇ２、負荷Ｌに流れる負荷電流、間欠信号発生器１２から出力される間欠信号を示す。

従来のランプ点灯装置においては、電力変換の休止期間、つまり、間欠信号がＬレベルの期間（時刻ｔ０からｔ１まで）は、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈに供給するゲート信号Ｖｇ１及びローサイドスイッチング素子Ｑｌに供給するゲート信号Ｖｇ２を両方ともＬレベルにしてハイサイドスイッチング素子Ｑｈ及びローサイドスイッチング素子Ｑｌのスイッチング動作は休止される。

このランプ点灯装置において、スイッチング動作を休止した際は、インダクタンスＬｐと１次側共振コンデンサＣｒｉとから構成される共振回路に残されているエネルギーは、図８に示すように、
Ｌｐ→Ｃｒｉ→Ｄｈ→Ｖｄｃ→Ｌｐ
といった経路に電流として流れ、エネルギーのほとんどは、直流電源Ｖｄｃへ回生され、ここで共振動作が終ってしまう。

このように共振回路にエネルギーが存在しない状態でスイッチング動作の休止が続き、時刻ｔ１で間欠信号発生器１２から発振を開始すべき旨を指示する間欠信号が送られてくると、制御回路１３は、間欠信号に応答して起動される。これにより、制御回路１３は、制御信号を生成して駆動回路１４に送り、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈ及びローサイドスイッチング素子Ｑｌのスイッチング動作が開始される。

以上説明した従来のランプ点灯装置によれば、負荷Ｌに供給する電圧を制御しながら間欠的に電力変換、つまり、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈ及びローサイドスイッチング素子Ｑｌのスイッチング動作が休止されるので、簡単な制御で出力の調整が可能であり、平均消費電力を低減し、変換効率を向上させることができる。

なお、関連する技術として、特許文献１は、小型且つ低コストにすると共に、耐ノイズ性を高めることのできるハーフブリッジ構成の共振型スイッチング電源装置を開示している。この共振型スイッチング電源装置においては、直流電源に第１及び第２のトランジスタの直列回路が接続され、第２のトランジスタに並列にトランスの１次巻線が接続されている。また、１次巻線に直列に直列共振用コンデンサとインダクタンスとが接続され、第１のトランジスタには補助コンデンサを並列に接続しないで、第２のトランジスタのみに補助コンデンサが並列に接続されている。

また、特許文献２は、充電側及び放電側のスイッチング手段の動作周波数が共振周波数より高くなる範囲を低域側に拡げた電流共振電源回路を開示している。この電流共振電源回路は、２つのスイッチング手段のオン／オフによりスイッチングトランスの一次巻線及び電流共振コンデンサを共振させ、この共振に基づいてスイッチングトランスの二次巻線から高周波出力を得る電流共振電源回路において、電流共振コンデンサに２つのスイッチング手段の動作周波数が下がると容量が増大するものを用いている。

また、特許文献３は、動作状態を駆動状態から停止状態へ切り替えたときに、共振回路での共振振動を直ちに停止させることができる共振型電源装置の制御方法を開示している。この共振型電源装置の制御方法は、トランスの一次側に共振回路を備え、この共振回路を流れる共振電流を、スイッチング手段を駆動することにより制御し、トランスの二次側に接続された出力回路を備えた共振型電源装置の制御方法であって、共振型電源装置の駆動状態では、出力回路から出力される出力電圧が一定となるように、共振電流が所定の振幅を保つようにスイッチング手段を駆動する。共振型電源装置の駆動を停止させる場合には、共振電流の振幅がゼロとなるように、駆動状態の場合とは逆位相でスイッチング手段を駆動する。
特開平８−６６０２５号公報 特開平１１−１６４５５４号公報 特開２００５−１４３２５５号公報

しかしながら、上述した従来の間欠発振モード付き共振型電力変換装置は、次のような問題を有する。すなわち、休止期間が終了して間欠信号発生器からの間欠信号がＨレベルになれば、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈ又はローサイドスイッチング素子Ｑｌのいずれかがオンされることによりスイッチング動作が開始される。

しかし、共振回路に残されているエネルギーのほとんどは、直流電源Ｖｄｃへ回生されて共振動作が終了してしまうので、どちらのスイッチング素子からオンを始めても必ずハードスイッチング動作になる。すなわち、電力変換動作（スイッチング動作）を間欠的に行うと、図７に示すように、休止状態から動作状態に復帰する際に共振条件から外れ、ハードスイッチング動作となってしまい、大きなサージ電流が流れる。その結果、サージ電圧を発生するためノイズが発生し、スイッチング素子に大きな電圧が印加され、スイッチング素子の負担が大きくなり信頼性を低下させる。

また、共振条件から外れた時には、ゼロ電流スイッチング及びゼロ電圧スイッチングができないため、スイッチング損失も大幅に増加し、電力損失の増加により効率が悪化するという問題がある。

本発明の課題は、軽負荷時又は無負荷時の電力変換効率を向上させることができる電力変換装置及びその制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、直流電源に並列に接続された第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とからなる直列回路と、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のいずれかに並列に接続された、コンデンサとトランスの１次巻線とからなる共振回路と、トランスの２次巻線に接続された負荷の軽重又は外部からの指示に応じて間欠動作を指示する間欠信号を発生する間欠信号発生器と、間欠信号発生器から出力される間欠信号に基づき第１スイッチング素子と第２スイッチング素子のスイッチング動作の開始及び休止を制御する制御回路とを備えた共振型の電力変換装置において、共振回路に流れる共振電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段で検出された共振電流が共振条件を満たした場合にタイミング信号を発生するタイミング発生手段とを備え、前制御回路は、前記間欠信号発生器からの間欠信号により前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のスイッチング動作が休止されている休止期間中は、前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のいずれか一方をオンさせ、他方をオフさせ、前記タイミング発生手段は、休止期間中にオンしている第１スイッチング素子又は第２スイッチング素子に流れる共振電流が正になる期間を検出してタイミング信号を発生し、前記制御回路は、前記タイミング発生手段で発生されたタイミング信号に応答して、オフしている第１スイッチング素子又は第２スイッチング素子をオンさせ、且つ、オンしている第１スイッチング素子又は第２スイッチング素子をオフさせ、前記間欠信号発生器からの間欠信号により休止されている前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のスイッチング動作を再開させることを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、電流検出手段は、共振回路を構成するトランス又はコンデンサの電圧から共振電流を検出することを特徴とする。

さらに、請求項３記載の発明は、直流電源に並列に接続された第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とからなる直列回路と、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のいずれかに並列に接続された、コンデンサとトランスの１次巻線とからなる共振回路と、トランスの２次巻線に接続された負荷の軽重又は外部からの指示に応じて間欠動作を指示するための間欠信号を発生する間欠信号発生器と、間欠信号発生器から出力される間欠信号に基づき第１スイッチング素子と第２スイッチング素子のスイッチング動作の開始及び休止を制御する制御回路を備えた共振型の電力変換装置の制御方法において、共振回路に流れる共振電流を検出するステップと、該検出された共振電流が共振条件を満たした場合にタイミング信号を発生するステップと、間欠信号発生器からの間欠信号により第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のスイッチング動作が休止されている休止期間中は、前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のいずれか一方をオンさせ、他方をオフさせるステップと、休止期間中にオンしている第１スイッチング素子又は第２スイッチング素子に流れる共振電流が正になる期間を検出してタイミング信号を発生するステップと、発生されたタイミング信号に応答して、オフしている第１スイッチング素子又は第２スイッチング素子をオンさせ、且つ、オンしている第１スイッチング素子又は第２スイッチング素子をオフさせるステップと、間欠信号発生器からの間欠信号により休止された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のスイッチング動作を再開させるステップとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、共振回路に流れる電流を検出する電流検出手段を設けて電力変換動作の休止時の電流を検出し、検出した電流が共振条件を満たすタイミングで第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のオン・オフを開始するように構成したので、電力変換動作の休止から変換動作を再開する際にも電流共振が維持されてゼロ電流スイッチング及びゼロ電圧スイッチングを行なうことができる。したがって、低ノイズ且つ高効率の電力変換を行うことができるとともに、軽負荷時又は無負荷時の電力変換効率を向上させることができる。

以下、本発明の電力変換装置及びその制御方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る間欠発振モード付き共振型の電力変換装置を用いたランプ点灯装置の構成を示すブロック図である。なお、図１に示すハイサイドスイッチング素子Ｑｈは、本発明の第１スイッチング素子に対応し、ローサイドスイッチング素子Ｑｌは、本発明の第２スイッチング素子に対応する。

このランプ点灯装置は、図６に示した従来のランプ点灯装置に、カレントトランスＣＴ、抵抗Ｒｔｓ、基準電圧源Ｖｒｅｆ、比較器Ｃｏｍｐ１及びＡＮＤ回路ＡＮＤ１が追加されて構成されている。以下では、従来のランプ点灯装置と同一又は相当する部分には背景技術の欄で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。

カレントトランスＣＴは、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈとローサイドスイッチング素子Ｑｌとを接続する線路を流れる共振電流を検出する。具体的には、カレントトランスＣＴを流れる共振電流に比例した電流は、抵抗Ｒｔｓで電圧に変換され、比較器Ｃｏｍｐ１の非反転入力端子に印加される。

比較器Ｃｏｍｐ１は、抵抗Ｒｔｓに発生された共振電流に比例した電圧と基準電圧源Ｖｒｅｆからの基準電圧とを比較し、比較結果を表す信号をＡＮＤ回路ＡＮＤ１の一方の入力端子に供給する。

カレントトランスＣＴ、抵抗Ｒｔｓ、基準電圧源Ｖｒｅｆ及び比較器Ｃｏｍｐ１は、本発明の電流検出手段に対応する。なお、本発明の電流検出手段は、カレントトランスＣＴの代わりに、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈとローサイドスイッチング素子Ｑｌとを接続する線路に抵抗を挿入し、この抵抗に発生する電圧を比較器Ｃｏｍｐ１の非反転入力端子に印加することにより実現できる。この構成によれば、回路構成が簡単且つ安価になるという利点がある。

ＡＮＤ回路ＡＮＤ１は、本発明のタイミング発生手段に対応し、間欠信号発生器１２から送られてくる間欠信号と、比較器Ｃｏｍｐ１から送られてくる信号との論理積をとり、タイミング信号として制御回路１３に送る。ＡＮＤ回路ＡＮＤ１は、電流検出手段で検出された共振電流が共振条件を満たした場合にタイミング信号を発生する。

制御回路１３は、発生されたタイミング信号に応答して、間欠信号発生器１２からの間欠信号により休止されているハイサイドスイッチング素子Ｑｈ及びローサイドスイッチング素子Ｑｌのスイッチング動作を再開させる。

次に、上記のように構成される実施例１に係る間欠発振モード付き共振型の電力変換装置を用いたランプ点灯装置の動作を、図２に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。なお、定常負荷時の動作（時刻ｔ０までの動作）は、例えば特許文献１〜特許文献３に説明されているように周知であるので、ここでは説明を省略する。

図２では、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ１及びドレイン電流Ｉｄ１、ローサイドスイッチング素子Ｑｌのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ２及びドレイン電流Ｉｄ２、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈのゲートに供給されるゲート信号Ｖｇ１、ローサイドスイッチング素子Ｑｌのゲートに供給されるゲート信号Ｖｇ２、負荷Ｌに流れる負荷電流、間欠信号発生器１２から出力される間欠信号、比較器Ｃｏｍｐ１の出力、ＡＮＤ回路ＡＮＤ１の出力を示す。

今、図２に示すように、時刻ｔ０において間欠信号がＬレベルになり、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈがオフし、ローサイドスイッチング素子Ｑｌがオンした状態でスイッチング動作が停止したとする。このとき、共振回路に残っているエネルギーは、図３に示すように、
第１経路：Ｌｐ→Ｃｒｉ→Ｄｌ→Ｌｐ
及び、
第２経路：Ｌｐ→Ｑｌ→Ｃｒｉ→Ｌｐ
といった２つの経路で、図２のＱｌに示すようなリンギング電流として流れ続ける。このリンギング電流は、第１経路及び第２経路に存在する抵抗成分によって減衰振動となるが、理想素子上では無限に流れ続ける。

このリンギング電流が流れている状態では、比較器Ｃｏｍｐ１は、図２に示すように、リンギング電流が基準電圧源Ｖｒｅｆからの基準電圧より高い場合にのみパルスを出力する。しかし、間欠信号発生器１２から出力される間欠信号がＬレベルであるため、ＡＮＤ回路ＡＮＤ１の出力はＬレベルのままであり、制御回路１３は起動されない。

この状態が継続し、時刻ｔ１で間欠信号がＨレベルになるが、リンギング電流が負の期間中では、比較器Ｃｏｍｐ１の出力はＬレベルのままであるので、ＡＮＤ回路ＡＮＤ１の出力はＬレベルのままであり、タイミング信号はアクティブ（Ｈレベル）にならないので制御回路１３は起動されない。そして、時刻ｔ２において、リンギング電流に比例した電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより高い正の電圧になると、比較器Ｃｏｍｐ１の出力はＨレベルになる。これにより、ＡＮＤ回路ＡＮＤ１か出力されるタイミング信号もＨレベルになり、制御回路１３が起動される。この場合、リンギング電流に比例した電圧が最も高くなる付近で、比較器Ｃｏｍｐ１からパルスが出力されるように基準電圧を定めるのが好ましい。

以上のように、間欠信号がＬレベルになることによって休止されたハイサイドスイッチング素子Ｑｈ及びローサイドスイッチング素子Ｑｌのスイッチング動作は、間欠信号がＨレベルになっても、リンギング電流が第１経路を流れるまで再開されない。そして、第１経路をリンギング電流が流れ始めたら、つまり、ローサイドスイッチング素子Ｑｌに正の向きの電流が流れ、擬似共振ができる（つまり共振条件が満たされた）タイミングで、オン状態を継続していたローサイドスイッチング素子Ｑｌをオフさせるところからスイッチング動作が開始される。これにより、電圧擬似共振が成り立つので、サージとノイズを抑えることができる。

次に、オン状態を継続していたローサイドスイッチング素子Ｑｌがオフされると、リンギング電流は、第１経路（Ｌｐ→Ｃｒｉ→Ｄｌ→Ｌｐ）を流れることができなくなるので、ローサイドスイッチング素子Ｑｌの代わりに、ハイサイドダイオードＤｈを流れるようになる。したがって、リンギング電流の経路は変化し、
Ｌｐ→Ｃｒｉ→Ｄｈ→Ｖｄｃ→Ｌｐ
といった経路にリンギング電流が流れる。この経路をリンギング電流が流れている期間中に、制御回路１３は、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈのゲート信号Ｖｇ１をアクティブにする。これにより、定常動作時のようにゼロ電流スイッチングが実現される。

なお、上述した実施例１に係る間欠発振モード付き共振型の電力変換装置を用いたランプ点灯装置では、スイッチング動作の休止期間では、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈをオフにし、ローサイドスイッチング素子Ｑｌをオンにした状態で電力変換を休止させるように構成したが、逆に、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈをオンにし、ローサイドスイッチング素子Ｑｌをオフにさせた状態で電力変換を休止させるように構成することもできる。

この場合は、休止期間中に流れるリンギング電流は、
第３経路：Ｌｐ→Ｃｒｉ→Ｑｈ→Ｖｄｃ→Ｌｐ
及び
第４経路：Ｌｐ→Ｖｄｃ→Ｑｈ→Ｃｒｉ→Ｌｐ
といった２つの経路で、交互に繰り返し流れる続けるので、第４経路にリンギング電流が流れている、つまりハイサイドスイッチング素子Ｑｈに正の向きの電流が流れることを検出し、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈをオフにする。これにより電圧擬似共振が成り立つので、サージとノイズを抑えることができる。

次に、オン状態を継続していたハイサイドスイッチング素子Ｑｈがオフされると、リンギング電流は、第３経路（Ｌｐ→Ｃｒｉ→Ｑｈ→Ｖｄｃ→Ｌｐ）を流れることができなくなるので、ハイサイドスイッチング素子Ｑｈの代わりに、ローサイドダイオードＤｌを流れるようになる。したがって、リンギング電流の経路は変化し、
Ｌｐ→Ｄｌ→Ｃｒｉ→Ｌｐ
といった経路にリンギング電流が流れる。この経路をリンギング電流が流れている期間中に、制御回路１３は、ローサイドスイッチング素子Ｑｌのゲート信号Ｖｇ２をアクティブにする。これにより、定常動作時のようにゼロ電流スイッチングが実現される。

以上説明したように、本発明の実施例１によれば、間欠動作の場合であっても共振動作を保つことができるので、低ノイズ、高効率な電力変換装置を構成することができる。すなわち、従来の共振型電力変換装置は、間欠動作時には共振を保てないという問題があったが、実施例１に係る電力変換装置によれば、間欠動作時であっても共振を保つことができる。これによって、サージ電圧が発生しなくなるため、使用するスイッチング素子の耐圧を下げることができる。その結果、安価で且つ高効率な電力変換装置を実現することができる。また、ソフトスイッチング動作となるためノイズも抑えることができる。

なお、上述した電力変換装置は、ランプを点灯装置としてのインバータとして機能するものであるが、本発明は、インバータのみに限らず、２次側の出力回路として整流回路を採用することにより、コンバータに適用することができる。図４は、２次側の出力回路に半波整流回路を採用してコンバータを構成した例を示す図である。半波整流回路は、トランスＴの２次巻線Ｎ２に並列に接続された、ダイオードＤｏとコンデンサＣｏとからなる直列回路から構成されている。負荷Ｌは、コンデンサＣｏの両端子間に接続されている。

また、誤差増幅器１１は、コンデンサＣｏの電圧を入力し、入力された電圧と所定の基準電圧とを比較して誤差電圧を出力する。誤差増幅器１１から出力される誤差電圧は、間欠信号発生器１２及び制御回路１３に送られる。間欠信号発生器１２は、誤差増幅器１１からの誤差電圧に応じたＬレベル期間を有する間欠信号を生成し、ＡＮＤ回路ＡＮＤ１に送る。この構成により、上述した実施例１に係る電力変換装置と同様の効果が得られる。

図５は、２次側の出力回路に全波整流回路を採用してコンバータを構成した他の例を示す図である。全波整流回路は、トランスＴの２次巻線Ｎ２の一方の端子と中性端子との間に接続された、ダイオードＤｏ１とコンデンサＣｏとからなる直列回路と、トランスＴの２次巻線Ｎ２の他方の端子とダイオードＤｏ１のカソードとの間に接続されたダイオードＤｏ２から構成されている。この構成によっても、上述した実施例１に係る電力変換装置と同様の効果が得られるとともに出力電圧のリップル成分が大幅に低減できる。

なお、実施例１では、カレントトランスＣＴを用いて共振電流を検出したが、例えば、共振回路のトランスＴの１次巻線Ｎ１の電圧又は１次側共振コンデンサＣｒｉの電圧を検出することにより、共振電流を検出しても良い。

本発明に係る電力変換装置及びその制御方法は、低ノイズ及び高効率が要求されるインバータやコンバータに利用可能である。

本発明の実施例１に係る間欠発振モード付き共振型電力変換装置を用いたランプ点灯装置の構成を示す図である。 図１に示すランプ点灯装置の動作を示す動作波形図である。 図１に示すランプ点灯装置における休止期間中の電流経路を示す図である。 本発明の実施例１に係る間欠発振モード付き共振型電力変換装置をコンバータに適用した例を示す図である。 本発明の実施例１に係る間欠発振モード付き共振型電力変換装置をコンバータに適用した他の例を示す図である。 従来の間欠発振モード付き共振型電力変換装置を用いたランプ点灯装置の構成を示す図である。 図６に示すランプ点灯装置の動作を示す動作波形図である。 図６に示すランプ点灯装置における休止期間中の電流経路を示す図である。

符号の説明

Ｑｈ ハイサイドスイッチング素子
Ｑｌ ローサイドスイッチング素子
Ｄｈ ハイサイドダイオード
Ｄｌ ローサイドダイオード
Ｃｒｖ 電圧共振コンデンサ
Ｃｒｉ １次側共振コンデンサ
Ｔ トランス
Ｎ１ トランスの１次巻線
Ｎ２ トランスの２次巻線
Ｌｐ インダクタンス
Ｃｓ ２次側共振コンデンサ
Ｒｒｅｆ 電流検出用抵抗
Ｒｔｓ 抵抗
Ｖｒｅｆ 基準電圧源
Ｃｏｍｐ１ 比較器
ＡＮＤ１ ＡＮＤ回路
１１ 誤差増幅器
１２ 間欠信号発生器
１３ 制御回路
１４ 駆動回路

Claims (3)

1. 直流電源に並列に接続された第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とからなる直列回路と、
   前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のいずれかに並列に接続された、コンデンサとトランスの１次巻線とからなる共振回路と、
   前記トランスの２次巻線に接続された負荷の軽重又は外部からの指示に応じて間欠動作を指示する間欠信号を発生する間欠信号発生器と、
   前記間欠信号発生器から出力される間欠信号に基づき前記第１スイッチング素子と第２スイッチング素子のスイッチング動作の開始及び休止を制御する制御回路と、
   前記共振回路に流れる共振電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段で検出された共振電流が共振条件を満たした場合にタイミング信号を発生するタイミング発生手段とを備え、
   前制御回路は、前記間欠信号発生器からの間欠信号により前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のスイッチング動作が休止されている休止期間中は、前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のいずれか一方をオンさせ、他方をオフさせ、
   前記タイミング発生手段は、休止期間中にオンしている第１スイッチング素子又は第２スイッチング素子に流れる共振電流が正になる期間を検出してタイミング信号を発生し、
   前記制御回路は、前記タイミング発生手段で発生されたタイミング信号に応答して、オフしている第１スイッチング素子又は第２スイッチング素子をオンさせ、且つ、オンしている第１スイッチング素子又は第２スイッチング素子をオフさせ、
   前記間欠信号発生器からの間欠信号により休止されている前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のスイッチング動作を再開させることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記電流検出手段は、共振回路を構成するトランス又はコンデンサの電圧から共振電流を検出することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 直流電源に並列に接続された第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とからなる直列回路と、
   前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のいずれかに並列に接続された、コンデンサとトランスの１次巻線とからなる共振回路と、
   前記トランスの２次巻線に接続された負荷の軽重又は外部からの指示に応じて間欠動作を指示するための間欠信号を発生する間欠信号発生器と、
   前記間欠信号発生器から出力される間欠信号に基づき前記第１スイッチング素子と第２スイッチング素子のスイッチング動作の開始及び休止を制御する制御回路とを備えた電力変換装置において、
   前記共振回路に流れる共振電流を検出するステップと、
   該検出された共振電流が共振条件を満たした場合にタイミング信号を発生するステップと、
   前記間欠信号発生器からの間欠信号により前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のスイッチング動作が休止されている休止期間中は、前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のいずれか一方をオンさせ、他方をオフさせるステップと、
   休止期間中にオンしている第１スイッチング素子又は第２スイッチング素子に流れる共振電流が正になる期間を検出してタイミング信号を発生するステップと、
   発生されたタイミング信号に応答して、オフしている第１スイッチング素子又は第２スイッチング素子をオンさせ、且つ、オンしている第１スイッチング素子又は第２スイッチング素子をオフさせるステップと、
   前記間欠信号発生器からの間欠信号により休止された前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のスイッチング動作を再開させるステップとを備えたことを特徴とする電力変換装置の制御方法。

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