JP6041532B2

JP6041532B2 - 電子負荷装置

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Publication number: JP6041532B2
Application number: JP2012119998A
Authority: JP
Inventors: 和田　直樹; 直樹和田; 恵柏崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Lighting Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Lighting Corp
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2032-05-25
Also published as: JP2013247778A

Description

本発明は、例えば、負荷である光源を点灯する電子負荷装置の技術に関する。

従来の電子負荷装置の例として、調光機能を有した蛍光ランプ用インバータの回路がある。蛍光ランプ用インバータの回路は、商用周波数の入力電圧を整流する整流回路と、整流された脈流直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路と、昇圧された直流電圧をオンオフし、高周波矩形電圧を生成するスイッチング回路と、外部からＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ・Ｗｉｄｔｈ・Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を入力し、調光指令信号を生成する調光インターフェイスを有している。

昇圧チョッパ回路は、ＩＣ（集積回路：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ・Ｃｉｒｃｕｉｔ）での制御が一般的であり、このＩＣには入力の高調波電流を抑制し、入力の力率を改善する機能も有している。

蛍光ランプを調光させるためには、定電流回路（スイッチング回路）の制御回路に外部からＰＷＭ等の調光信号を入力し、スイッチング回路のＭＯＳＦＥＴの発振周波数を可変することで調光させる。調光率は最大出力に対し５％以下に調光できる製品も存在する。

現在は、蛍光ランプに代わってより省電力のＬＥＤランプが主流になりつつあり、蛍光ランプよりも調光し易いことから、調光率は５％以下の製品も多く流通している。

また、昨今このような電子負荷装置の定格入力電圧範囲は、ワイドレンジ化が進んでおり、日本国内では、例えば、１００Ｖ〜２５４Ｖまでカバーしている製品もある。

特開平８−７８１７１号公報

しかしながら、負荷変動が大きい、または定格入力電圧範囲がワイドレンジである電子負荷装置では、昇圧チョッパ回路に搭載されているトランスのインダクタンス値を、負荷電力が最大で入力電圧が低いという条件寄りに設計する必要がある。その結果、負荷電力が最小あるいは入力電圧が高い場合に、昇圧チョッパ回路の動作周波数が高くなってスイッチング動作が不安定になり、高調波電流や力率が大幅に悪化するという課題がある。

また、上述の課題を解決するために、昇圧チョッパ回路のトランスのインダクタンス値を、負荷電力最大時あるいは入力電圧最小時の動作を損なわない範囲で大きくする方法がある。しかし、上述したように負荷変動が１００％〜５％以下で、かつ入力電圧範囲が１００Ｖ〜２５４Ｖの電源装置の場合、理想とする高調波電流や力率性能を得られない場合が多いという課題がある。

本発明は、負荷変動・定格入力電圧範囲が大きい電子負荷装置において、全範囲で高周波及び力率性能を満足させることができる電子負荷装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電子負荷装置は、負荷を備えた電子負荷装置において、直流電圧を入力し、入力される直流電圧を所定の大きさの電圧に変換して出力する電圧変換回路と、前記電圧変換回路により出力された直流電圧をスイッチング素子のスイッチングにより交流電圧に変換するスイッチング回路と、前記スイッチング回路により変換された交流電圧を前記負荷に供給する負荷回路とを備え、前記電圧変換回路は、入力される直流電圧が印加される第１の巻線を備える変圧器と、入力される直流電圧の大きさに関する値又は前記負荷に供給される交流電圧の大きさに関する値を検出値として検出し、検出した前記検出値に基づいて、前記第１の巻線のインダクタンス値を変化させる調整回路とを備えることを特徴とする。

本発明に係る電子負荷装置は、負荷を備えた電子負荷装置において、直流電圧を入力し、入力される直流電圧を所定の大きさの電圧に変換して出力する電圧変換回路と、前記電圧変換回路により出力された直流電圧をスイッチング素子のスイッチングにより交流電圧に変換するスイッチング回路と、前記スイッチング回路により変換された交流電圧を前記負荷に供給する負荷回路とを備え、前記電圧変換回路は、入力される直流電圧が印加される第１の巻線を備える変圧器と、入力される直流電圧の大きさに関する値又は前記負荷に供給される交流電圧の大きさに関する値を検出値として検出し、検出した前記検出値に基づいて、前記第１の巻線のインダクタンス値を変化させる調整回路とを備えたので、負荷変動・定格入力電圧範囲が大きい場合でも電子負荷装置において、全範囲で高周波及び力率性能を満足させることが可能となる。

実施の形態１に係る電子負荷装置２０の回路図である。実施の形態１に係る電子負荷装置２０との比較のための電子負荷装置２０１の回路図である。実施の形態２に係る電子負荷装置２０の回路図である。実施の形態３に係る電子負荷装置２０の回路図である。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る電子負荷装置２０の回路図である。図１を用いて、本実施の形態に係る電子負荷装置２０の回路構成について説明する。

電子負荷装置２０は、商用電源ＡＣ２１、整流回路１、昇圧チョッパ回路２、スイッチング回路３、負荷回路４、蛍光ランプ５を備える。電子負荷装置２０は、商用電源ＡＣ２１から交流電圧を入力する。本実施の形態に係る電子負荷装置２０では、光源として蛍光ランプ５を用いるが、例えば、ＬＥＤ、白熱灯、ミニハロゲンランプ等でもよい。

整流回路１は、ダイオードブリッジを用いて、商用電源ＡＣ２１から入力される交流電圧を整流し、脈流直流電圧を出力する。昇圧チョッパ回路２は、整流回路１が出力する脈流直流電圧を昇圧し、昇圧された直流電圧を出力する。昇圧チョッパ回路２は、直流電圧を入力し、直流電圧を所定の大きさの電圧に変換して出力する電圧変換回路である。

スイッチング回路３は、昇圧チョッパ回路２により昇圧された直流電圧を入力し、入力した直流電圧をスイッチング素子のオンオフ（スイッチング）により変換して高周波矩形電圧（交流電圧）を生成する。スイッチング回路３は、生成した高周波矩形電圧を負荷回路４を介して接続される蛍光ランプ５に電力を供給する。蛍光ランプ５は、負荷の一例である。負荷としては、蛍光ランプ５ではなく、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源、ハロゲンランプ等の他の光源でもよい。

スイッチング回路３は、蛍光ランプ５の調光率を示すＰＷＭ信号９（調光信号）を入力し、入力したＰＷＭ信号９に基づいて蛍光ランプ５に供給する交流電圧の大きさを制御するための制御信号を出力するＰＷＭ変換回路１０（信号変換回路）を備える。また、スイッチング回路３は、ＰＷＭ変換回路１０から出力された制御信号に基づいて、蛍光ランプ５に供給する交流電圧の大きさを制御する出力制御回路６を備える。

以上のように、スイッチング回路３は、スイッチング回路３の発振を制御するスイッチング制御回路８と、外部から入力されるＰＷＭ信号９（調光信号）を所定の直流電圧に変換するＰＷＭ変換回路１０と、ＰＷＭ変換回路１０から出力される直流電圧に基づいてスイッチング制御回路８の発振周波数を変える信号を出力する出力制御回路６とを備える。ＰＷＭ変換回路１０は、スイッチング回路３の外部にあってもよい。また、スイッチング回路３は、負荷回路４に流れる負荷電流を検出する負荷電流検出抵抗Ｒ１０を備える。

出力制御回路６は、負荷電流を検出する抵抗Ｒ１０により得られた電圧と、ＰＷＭ変換回路１０から出力される直流電圧とを比較し、スイッチング制御回路８の発振周波数を変える信号を出力する。

昇圧チョッパ回路２は、脈流電圧検出抵抗Ｒ４，Ｒ５と、トランスＴ１と、ＭＯＳＦＥＴＱ１（スイッチング素子でもよい）と、電流検出抵抗Ｒ６と、ダイオードＤ１と、アルミ電解コンデンサＣ１と、出力電圧検出抵抗Ｒ１，Ｒ２と、昇圧チョッパ制御回路７とを備えている。トランスＴ１（変圧器）は、１次巻線Ｐ１（第１の巻線）と、２次巻線Ｓ１（第２の巻線）、２次巻線Ｓ２とが巻かれたフェライトコアを備える。抵抗Ｒ６は、スイッチング素子Ｑ１の電流を検出する電流検出抵抗である。

脈流電圧検出抵抗Ｒ４，Ｒ５は、整流回路１の出力端に並列に接続される。トランスＴ１は、ＭＯＳＦＥＴＱ１に接続される。電流検出抵抗Ｒ６は、ＭＯＳＦＥＴＱ１に流れる電流を検出する。

ダイオードＤ１（スイッチングダイオード）は、アノード側がトランスＴ１と接続され、カソード側がアルミ電解コンデンサＣ１に接続される。アルミ電解コンデンサＣ１は、ダイオードＤ１のカソード側と整流回路１の低電位側とに接続される。出力電圧検出抵抗Ｒ１、Ｒ２は、アルミ電解コンデンサＣ１に並列に接続され、アルミ電解コンデンサＣ１に充電される電圧を検出する。

昇圧チョッパ制御回路７は、脈流電圧検出抵抗Ｒ４，Ｒ５が検出する検出信号、出力電圧検出抵抗Ｒ１，Ｒ２が検出する検出信号、及びＭＯＳＦＥＴＱ１の電流検出抵抗Ｒ６が検出する検出信号と、トランスＴ１の２次巻線Ｓ２側に発生する検出信号とを入力して、これらの検出信号に基づいて、昇圧チョッパ回路２を制御する。

昇圧チョッパ回路２のトランスＴ１は、１次巻線Ｐ１と２次巻線Ｓ１及びＳ２とを備える。２次巻線Ｓ１の片側には、トランジスタＱ５がオンした時に抵抗Ｒ７を介して２次巻線Ｓ１に直流電流を流す直流電源回路Ｖ１が接続されている。また、直流電源回路Ｖ１は、トランジスタＱ４がオフした時にトランジスタＱ５をオンさせるための電源も兼ねている。抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９、トランジスタＱ４，Ｑ５、コンデンサＣ２、直流電源回路Ｖ１から構成される回路は、２次巻線Ｓ１に直流電流を流すための調整回路２７である。調整回路２７の回路の構成及び動作については後述する。

スイッチング回路３は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３を高周波で交互にオンオフ（スイッチング）させる信号を発生するスイッチング制御回路８とを備えている。

負荷回路４は、スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ３との接続点からバラストチョークＬ２０を介して蛍光ランプ５に接続され、蛍光ランプ５とグランド間に直流成分除去のための直流電圧成分除去コンデンサＣ２０を備えた直列共振回路を備えている。

次に、図１を用いて、本実施の形態に係る電子負荷装置２０の動作について説明する。

まず、図１に示す電子負荷装置２０において、蛍光ランプ５を点灯させる動作について説明する。電子負荷装置２０（高周波変換回路）に商用電源ＡＣ２１からの交流電圧が供給されると、昇圧チョッパ回路２が動作してスイッチング回路３に昇圧された直流電圧が印加される。

スイッチング制御回路８は、スイッチング回路３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が交互にオンオフするように信号をスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３に対して出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続点と直流電圧成分除去コンデンサＣ２０の低電位側間に高周波の矩形波電圧が発生する。

スイッチング回路３により生成された矩形波高周波電圧が負荷回路４と蛍光ランプ５に印加される。バラストチョークＬ２０、蛍光ランプ５、直流電圧成分除去コンデンサＣ２０は直列共振回路であり、負荷回路４及び蛍光ランプ５には高周波の電流が流れ、蛍光ランプ５が点灯する。

次に、図１に示す電子負荷装置２０において、蛍光ランプ５を調光させる場合の動作について説明する。

抵抗Ｒ１０は、スイッチング回路３のＭＯＳＦＥＴＱ３のソース端子側に接続され、蛍光ランプ５が高周波で点灯中、負荷回路４の負荷電流を検出する。出力制御回路６には、抵抗Ｒ１０に発生した電圧が平滑されて入力される。

また、ＰＷＭ信号９は、外部から入力される調光信号である。ＰＷＭ変換回路１０は、外部から入力されるＰＷＭ信号９を、ＰＷＭ信号９のオンデューティに応じた直流電圧に変換する。そして、出力制御回路６は、ＰＷＭ変換回路１０から直流電圧を入力する。

出力制御回路６は、抵抗Ｒ１０に発生した電圧と、ＰＷＭ変換回路１０により出力された直流電圧とを入力する。この２つの電圧（直流信号）は、出力制御回路６の内部にあるオペアンプで比較され、比較結果に応じて以下のような制御が行われる。

例えば、ＰＷＭ信号９のオンデューティが大きい場合には、ＰＷＭ変換回路１０の出力する電圧は高くなる。出力制御回路６は、抵抗Ｒ１０に発生した電圧と、ＰＷＭ変換回路１０からの電圧とを比較した結果、ＰＷＭ変換回路１０からの電圧が高いため、出力を高く（光源を明るく）するように制御する。つまり、出力制御回路６は、スイッチング制御回路８の発振周波数が低くなるように信号が出力され、負荷回路４に流れる電流が増え、蛍光ランプ５は明るくなる。

また、ＰＷＭ信号９のオンデューティが小さい場合には、ＰＷＭ変換回路１０の出力する電圧は低くなる。出力制御回路６は、抵抗Ｒ１０に発生した電圧と、ＰＷＭ変換回路１０からの電圧とを比較した結果、ＰＷＭ変換回路１０からの電圧が低いため、出力を低く（光源を暗く）するように制御する。つまり、出力制御回路６は、スイッチング制御回路８の発振周波数が高くなるように信号が出力され、負荷回路４に流れる電流が減り、蛍光ランプ５は暗くなる。

図２は、本実施の形態に係る電子負荷装置２０との比較のための電子負荷装置２０１の回路図である。図２は、図１に対応する図であり、図１と同様の機能構成部には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図２に示すように、電子負荷装置２０１の昇圧チョッパ回路２２は、２次巻線Ｓ１と、２次巻線Ｓ１に接続されている回路構成（抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９、トランジスタＱ４，Ｑ５、コンデンサＣ２、直流電源回路Ｖ１）とを備えていない。

図２に示す電子負荷装置２０１において、商用電源ＡＣ２１が変動し、かつ、蛍光ランプ５を調光させた場合の昇圧チョッパ回路２２の動作について説明する。商用電源ＡＣ２１の変動は１００Ｖ〜２５４Ｖ、調光率は１００％〜５％とする。

昇圧チョッパ回路２２は、ＭＯＳＦＥＴＱ１がオンしたときに、トランスＴ１にエネルギーが蓄えられ、その後、ＭＯＳＦＥＴＱ１がオフするとトランスＴ１に蓄えられたエネルギーがダイオードＤ１を介してアルミ電解コンデンサＣ１に蓄えられることで電圧が上昇する。昇圧チョッパ制御回路７は、上昇した電圧を一定電圧に維持するために、アルミ電解コンデンサＣ１と並列に配置された抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧をモニターし、ＭＯＳＦＥＴＱ１のスイッチング周波数を可変させている。

商用電源ＡＣ２１が１００Ｖで調光率が１００％の時、装置の入力電流は最も大きくなる。この場合、トランスＴ１に大きいエネルギーを蓄える必要があるため、昇圧チョッパ回路２の昇圧チョッパ制御回路７は、ＭＯＳＦＥＴＱ１のオン時間を最も長くし、よって発振周波数は最も低くなる。

商用電源ＡＣ２１が２５４Ｖで調光率が５％の時、装置の入力電流は最も小さくなる。この場合、トランスＴ１に大きなエネルギーを蓄える必要がないため、昇圧チョッパ回路２の昇圧チョッパ制御回路７は、ＭＯＳＦＥＴＱ１のオン時間を最も短くし、よって発振周波数は最も高くなる。発振周波数は、整流回路１で整流された全波整流波形のピークレベルに沿っても変化しており、全波整流波形のボトム付近で最も高い。

ＭＯＳＦＥＴＱ１を駆動するゲート電圧の発振周波数が高くなりすぎると、ＭＯＳＦＥＴＱ１はオンできなくなる。よって、全波整流波形のボトム付近でＭＯＳＦＥＴＱ１がオンできなくなり、その結果、入力電流のゼロクロス付近で電流が流れないため、力率が悪化してしまう。

次に、図１を用いて、本実施の形態に係る電子負荷装置２０において、商用電源ＡＣ２１が変動し、かつ、蛍光ランプ５を調光させた場合の昇圧チョッパ回路２の動作について説明する。商用電源ＡＣ２１の変動は１００Ｖ〜２５４Ｖ、調光率は１００％〜５％とする。

本実施の形態に係る電子負荷装置２０では、昇圧チョッパ回路２のトランスＴ１の１次巻線Ｐ１のインダクタンス値は、商用電源ＡＣ２１が２５４Ｖ、調光率が５％の時に最適となるインダクタンス値と設定されているものとする。最適となるインダクタンス値とは、商用電源ＡＣ２１が２５４Ｖで調光率が５％の時に、最も高調波電流が低く、かつ、力率が高くなるようなインダクタンス値であり、周波数が高くなりすぎないようなインダクタンス値である。

昇圧チョッパ制御回路７は、入力電圧若しくは入力電流の変動を検出する変動検出回路（調整回路）を備える。抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の分圧比は、商用電源ＡＣ２１が２５４ＶのときはトランジスタＱ４がオンし、１２０Ｖ以下の時はトランジスタＱ４がオフする定数に設定する。つまり、商用電源ＡＣ２１が、１２０Ｖ＜ＡＣ≦２５４ＶのときはトランジスタＱ４がオンであり、ＡＣ≦１２０ＶのときはトランジスタＱ４がオフとなる。

電子負荷装置２０は、商用電源ＡＣ２１が２５４Ｖで調光率５％の場合、整流回路１で全波整流された電圧は昇圧チョッパ回路２の抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５で分圧され、その分圧電圧は抵抗Ｒ９及びコンデンサＣ２で平滑されてトランジスタＱ４のベースに入力される。

トランジスタＱ４がオンすると、直流電源回路Ｖ１から抵抗Ｒ８を介してトランジスタＱ５のベースに電流が流れないので、トランジスタＱ５はオフする。トランジスタＱ５がオフすると、直流電源回路Ｖ１からトランスＴ１の２次巻線Ｓ１・抵抗Ｒ７・トランジスタＱ５を介して直流電流は流れない。すなわち、商用電源ＡＣ２１が、１２０Ｖ＜ＡＣ≦２５４Ｖのときは、２次巻線Ｓ１に直流電流が流れないので、トランスＴ１のインダクタンス値に変化はなく、商用電源ＡＣ２１が２５４Ｖ、調光率が５％の時に最適となるインダクタンス値のままである。

次に、商用電源ＡＣ２１を２５４Ｖから降下させた場合について説明する。商用電源ＡＣ２１を２５４Ｖから降下させると、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の分圧電圧は減少する。商用電源ＡＣ２１が１２０Ｖを下回るとトランジスタＱ４がオフする。トランジスタＱ４がオフすると、直流電源回路Ｖ１から抵抗Ｒ８を介してトランジスタＱ５のベースに電流が流れ、トランジスタＱ５はオンする。トランジスタＱ５がオンすると、直流電源回路Ｖ１からトランスＴ１の２次巻線Ｓ１・抵抗Ｒ７・トランジスタＱ５を介して直流電流が流れる。

トランスＴ１の２次巻線Ｓ１に直流電流が流れると、トランスＴ１のフェライトコアの磁気抵抗が増大し、トランスＴ１の１次巻線Ｐ１側のインダクタンス値が低下する。すなわち、商用電源ＡＣ２１が、ＡＣ≦１２０Ｖのときは、２次巻線Ｓ１に直流電流が流れ、トランスＴ１のインダクタンス値が低下する。このときトランスＴ１のインダクタンス値は、商用電源ＡＣ２１が１００Ｖで調光率１００％のときに、最適となる（最も高調波電流が低く、力率が高くなる）インダクタンス値であり、周波数が低くなりすぎないようなインダクタンス値である。２次巻線Ｓ１に流す直流電流は、１００Ｖで調光率１００％の時、最も高調波電流が低く、力率が高くなるようなインダクタンス値となるように、抵抗Ｒ７の定数を設定する。

なお、トランジスタＱ５のオンオフの切替タイミングは、上記範囲に限定する必要は無く、高調波電流および力率に応じて変化させても良い。例えば、商用電源ＡＣ２１が１２０Ｖ＜ＡＣ≦２５４Ｖのときは、例えば、商用電源ＡＣ２１が２５４Ｖで調光率が２０％の時に最適となるインダクタンス値、あるいは、商用電源ＡＣ２１が２００Ｖで調光率が２０％の時に最適となるインダクタンス値でもよい。あるいは、商用電源ＡＣ２１がＡＣ≦１２０Ｖのときは、例えば、商用電源ＡＣ２１が１００Ｖで調光率が８０％の時に最適となるインダクタンス値、あるいは、商用電源ＡＣ２１が１１０Ｖで調光率が９０％の時に最適となるインダクタンス値でもよい。

以上のように、抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９、トランジスタＱ４，Ｑ５、コンデンサＣ２、直流電源回路Ｖ１から構成される調整回路２７は、入力される直流電圧の電圧値を検知し、検知した電圧値に基づいて、１次巻線Ｐ１のインダクタンス値を変化させる調整回路の一例である。調整回路は、２次巻線Ｓ１に直流電圧を印加する直流電源回路Ｖ１を備え、直流電源回路Ｖ１により２次巻線Ｓ１に検知した電圧値に応じた大きさの直流電圧を印加することにより、１次巻線Ｐ１のインダクタンス値を変化させる。また、調整回路２７は、検知した電圧値（入力電圧）が所定の値（例えば、１２０Ｖ）以下の場合に１次巻線Ｐ１のインダクタンス値を低下させ、周波数が低くなりすぎないように調整する。

以上のように、本実施の形態に係る電子負荷装置２０は、入力される商用電源ＡＣ２１の交流電圧を整流する整流回路１と、整流回路１で整流された電圧を所定の電圧に変換する昇圧チョッパ回路２（電圧変換回路）と、昇圧チョッパ回路２に設けられたトランスＴ１の２次巻線Ｓ１に直流電流を供給する直流電源回路Ｖ１と、昇圧チョッパ回路２の電圧を負荷に応じた所定の電圧に変換する負荷回路４と、負荷回路４に接続されている負荷の出力を変動させるスイッチング制御回路８（制御回路）と、入力電圧若しくは入力電流の変動を検出する調整回路２７（変動検出回路）とを備える。

以上のように、電子負荷装置２０は、調整回路２７の検出値（入力電圧）に応じて、直流電源回路Ｖ１の直流電流値を変化させ、昇圧チョッパ回路２（電圧変換回路）のトランスＴ１の１次巻線Ｐ１のインダクタンス値を可変させる。調整回路２７は、入力される直流電圧の大きさに関する値（検出値）として、整流回路１から入力される直流電圧の電圧値を検出する。

以上のように、本実施の形態に係る電子負荷装置２０によれば、商用電源ＡＣ２１の入力電圧等に応じて、最適なトランスＴ１のインダクタンス値を選択することができるので、高調波や力率を改善することができる。

実施の形態２．
図３は、本実施の形態に係る電子負荷装置２０の回路図である。本実施の形態において、実施の形態１で説明した図１と同様の機能を有する構成部分については同一の符号を付し、その説明を省略する。図３においては、昇圧チョッパ回路２の調整回路２７１の構成が実施の形態１の調整回路２７と異なっている。

図３に示すように、スイッチング回路３の負荷電流検出抵抗Ｒ１０は、昇圧チョッパ回路２の抵抗Ｒ９を介してトランジスタＱ５に接続されている。トランジスタＱ５のベース端子には負荷電流検出抵抗Ｒ１０で変換された高周波電圧が、抵抗Ｒ９とコンデンサＣ２で平滑され、平均値の直流電圧として印加される。

ＰＷＭ信号９から１００％出力信号を出した時、負荷電流検出抵抗Ｒ１０に流れる電流は最大になるから、トランジスタＱ５のベースに印加される電圧も最大になる。ＰＷＭ信号から５％出力信号を出した時、負荷電流に流れる電流は最小になるから、トランジスタＱ５のベース端子に印加される電圧も最小になる。

５％出力〜９０％出力時にトランジスタＱ５がオンしないように抵抗Ｒ９と抵抗Ｒ１０の値を設定する。９０％出力を超えるとトランジスタＱ５はオンし、直流電源回路Ｖ１から２次巻線Ｓ１、抵抗Ｒ７、トランジスタＱ５を介して直流電流が流れる。２次巻線Ｓ１に直流電流が流れるとトランスＴ１のフェライトコアの磁気抵抗が増大し、トランスＴ１の１次巻線Ｐ１側のインダクタンス値が低下する。これにより、昇圧チョッパ回路２の周波数を適正な範囲に維持することができる。

なお、負荷出力におけるトランジスタＱ５のオンオフの切替タイミングは上記出力範囲に限定する必要は無く、高調波電流および力率に応じて変化させても良い。

以上のように、本実施の形態に係る電子負荷装置２０の調整回路２７１（変動検出回路）は、負荷電流検出抵抗Ｒ１０に流れる電流を検出することにより負荷回路４に流れる負荷電流を検出し、直流電源回路Ｖ１の直流電流値を変化させ、１次巻線Ｐ１のインダクタンス値を可変させる。調整回路２７１は、蛍光ランプ５（負荷）に供給される交流電圧の大きさに関する値として、負荷回路４に流れる負荷電流を検出値として検出する。

以上のように、本実施の形態に係る電子負荷装置２０によれば、負荷電力に応じて、最適なトランスＴ１のインダクタンス値を選択することができるので、負荷電力に応じて高調波や力率を改善することができる。

実施の形態３．
図４は、本実施の形態に係る電子負荷装置２０の回路図である。本実施の形態において、実施の形態１，２で説明した図１及び図３と同様の機能を有する構成部分については同一の符号を付し、その説明を省略する。図４においては、昇圧チョッパ回路２の調整回路２７１の接続先が実施の形態２の調整回路２７１と異なっている。

図４に示すように、調整回路２７１は、ＰＷＭ変換回路１０に接続されている。ＰＷＭ変換回路１０が抵抗Ｒ９を介してトランジスタＱ５のベース端子に接続されている。

ＰＷＭ信号９から出力された信号は、ＰＷＭ変換回路１０に入力され、ＰＷＭ変換回路１０によってＰＷＭ信号９のオンデューティに応じた直流電圧（制御信号の一例）に変換されて出力される。例えば、オンデューティが最大（負荷出力が１００％）のとき出力される直流電圧は最大となり、オンデューティが最小（負荷出力が５％）のとき出力される直流電圧は最小となる。

負荷が５％出力〜９０％出力時にトランジスタＱ５がオンしないように抵抗Ｒ９と抵抗Ｒ１０の値を設定する。９０％出力を超えるとトランジスタＱ５はオンし、直流電源回路Ｖ１から２次巻線Ｓ１、直流電流制限抵抗Ｒ７、トランジスタＱ５を介して直流電流が流れる。２次巻線Ｓ１に直流電流が流れるとトランスＴ１のフェライトコアの磁気抵抗が増大し、トランスＴ１の１次巻線Ｐ１側のインダクタンス値が低下する。これにより、昇圧チョッパ回路２の周波数は適正な範囲に維持することができる。

尚、負荷出力におけるトランジスタＱ５のオンオフの切替タイミングは上記出力範囲に限定する必要は無く、高調波電流および力率に応じて変化させても良い。

以上のように、調整回路２７１（変動検出回路）は、ＰＷＭ変換回路１０からＰＷＭ信号９のオンデューティに応じた直流電圧（制御信号の一例）を検出値として検出することにより、直流電源回路Ｖ１の直流電流値を変化させ、１次巻線Ｐ１のインダクタンス値を可変させる。調整回路２７１は、蛍光ランプ５（負荷）に供給される交流電圧の大きさに関する値として、蛍光ランプ５（負荷）の調光率を示すＰＷＭ信号９のオンデューティに応じた直流電圧（制御信号の一例）を検出値として検出する。

また、本実施の形態に係る電子負荷装置２０は、負荷の変動が負荷最大出力に対して２５％以下であることを特徴とする。あるいは、負荷の変動が負荷最大出力に対して５％以下であってもよい。

以上のように、本実施の形態に係る電子負荷装置２０によれば、ＰＷＭ変換回路１０からＰＷＭ信号９のオンデューティに応じた直流電圧に応じて、最適なトランスＴ１のインダクタンス値を選択することができるので、負荷の変動に応じて高調波や力率を改善することができる。

以上、実施の形態１〜３について説明したが、これらの実施の形態のうち、２つ以上を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、１つを部分的に実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、２つ以上を部分的に組み合わせて実施しても構わない。なお、これらの実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

１整流回路、２昇圧チョッパ回路、３スイッチング回路、４負荷回路、５蛍光ランプ、６出力制御回路、７昇圧チョッパ制御回路、８スイッチング制御回路、９ＰＷＭ信号、１０ＰＷＭ変換回路、２０電子負荷装置、２１商用電源ＡＣ、２２昇圧チョッパ回路、２７調整回路、２０１電子負荷装置、２７１調整回路、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０抵抗、Ｔ１トランス、Ｐ１１次巻線、Ｓ１，Ｓ２２次巻線、Ｑ１スイッチング素子、Ｄ１ダイオード、Ｃ１アルミ電解コンデンサ、Ｑ２，Ｑ３スイッチング素子、Ｌ２０バラストチョーク、Ｃ２０直流電圧成分除去コンデンサ、Ｖ１直流電源回路、Ｑ４，Ｑ５トランジスタ、Ｃ２コンデンサ。

Claims

負荷を備えた電子負荷装置において、
直流電圧を入力し、入力される直流電圧を所定の大きさの電圧に変換して出力する電圧変換回路と、
前記電圧変換回路により出力された直流電圧をスイッチング素子のスイッチングにより交流電圧に変換するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路により変換された交流電圧を前記負荷に供給する負荷回路とを備え、
前記電圧変換回路は、
入力される直流電圧が印加される第１の巻線であってインダクタンス値が設定値に設定された第１の巻線と、直流電流が印加されることにより前記第１の巻線のインダクタンス値を前記設定値より低く変化させる第２の巻線とを備えた変圧器と、
入力される直流電圧の大きさに関する値又は前記負荷に供給される交流電圧の大きさに関する値を検出値として検出し、前記検出値が第１範囲にある場合に前記第２の巻線に直流電流を印加し、前記検出値が前記第１範囲と異なる第２範囲にある場合に前記第２の巻線に直流電流を印加しないスイッチング素子を備えた調整回路と
を備えた電子負荷装置。
前記スイッチング素子は、
前記検出値が前記第１範囲にある場合にオフとなり前記検出値が前記第２範囲にある場合にオンとなる第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタがオフの場合にオンとなり前記第１のトランジスタがオンの場合にオフとなる第２のトランジスタとを有し、
前記第２のトランジスタがオンになると前記第２の巻線に直流電流が印加され、前記第２のトランジスタがオフになると前記第２の巻線に直流電流が印加されない請求項１に記載の電子負荷装置。
前記負荷は、光源であり、
前記負荷回路は、
前記光源の調光率を示す調光信号を入力し、入力した調光信号に基づいて前記負荷に供給する交流電圧の大きさを制御するための制御信号を出力する信号変換回路と、
前記信号変換回路から出力された制御信号に基づいて、前記負荷に供給する交流電圧の大きさを制御する出力制御回路と
を備えた請求項１または２に記載の電子負荷装置。
前記調整回路は、
入力される直流電圧の電圧値を前記検出値として検出する請求項１から３のいずれか１項に記載の電子負荷装置。
前記調整回路は、
前記負荷に供給される交流電圧の電圧値を前記検出値として検出する請求項１から３のいずれか１項に記載の電子負荷装置。
前記調整回路は、
前記信号変換回路が出力した制御信号の示す値を前記検出値として検出する請求項３に記載の電子負荷装置。