JP6554104B2 - 制御された放電電流を有するダイオードブリッジ整流器のバッファリングコンデンサ - Google Patents

Description

本発明は、エネルギーをバッファリングする装置に関する。本発明は、当該装置を含み、当該装置に第１の電力を供給する整流器回路を更に含む機器に更に関する。本発明は、当該装置を含み、当該装置から第２の電力を受け取る負荷を更に含むデバイスに更に関する。

このような装置の例は、バレイフィルイン回路とコンデンサ回路との組み合わせである。このようなデバイスの例は、ランプといった負荷である。

仏国特許第２７４２０１０号は、バレイフィルイン回路とコンデンサ回路との組み合わせを開示している。このバレイフィルイン回路は、サイリスタに基づいている。

米国特許出願公開第２０１３／００４９６１８号は、負荷を駆動する適応回路を開示している。適応回路は、直列の２つのバッファコンデンサを有するバッファコンデンサ回路を含む。第１の回路が、バッファコンデンサ用の充電電流を導き、第２の回路が、バッファコンデンサの放電（de-charging）電流を規定する。平滑コンデンサがバッファコンデンサと直列に提供される。

本発明は、改良型装置を提供することを目的とする。本発明は、機器及びデバイスを提供することを更なる目的とする。

第１の態様によれば、エネルギーをバッファリングする装置が提供される。当該装置は、
１つ以上のバッファコンデンサを含むバッファコンデンサ回路と、
１つ以上の平滑コンデンサを含む平滑コンデンサ回路と、
充電電流を導く第１の回路と、
放電電流の振幅を規定する電流源回路を含む第２の回路とを含み、
バッファコンデンサ回路は、充電電流を介して充電され、バッファコンデンサ回路は、放電電流を介して放電され、
平滑コンデンサ回路は、バッファコンデンサ回路と並列であり、
バッファコンデンサ回路のキャパシタンスは、平滑コンデンサ回路のキャパシタンスよりも大きい。

平滑コンデンサ回路は、直列接続された１つ以上の平滑コンデンサ、並列接続された２つの平滑コンデンサ、又は、直列及び／若しくは並列接続された３つ以上の平滑コンデンサを含む。バッファコンデンサ回路のキャパシタンスは、平滑コンデンサ回路のキャパシタンスよりも大きいべきであり、好適には少なくとも２倍大きく、より好適には少なくとも５倍大きい。バッファコンデンサ回路は、１つのバッファコンデンサ、直列接続された２つのバッファコンデンサ、並列接続された２つのバッファコンデンサ、又は、直列及び／若しくは並列接続された３つ以上のバッファコンデンサを含む。バッファコンデンサ回路は、第１の回路を流れる充電電流を介して充電される。バッファコンデンサ回路は、第２の回路を流れる放電電流を介して放電される。第２の回路内の電流源回路が、この放電電流の振幅を規定する。結果として、仏国特許第２７４２０１０号に示されるサイリスタの使用と比べて、放電電流の振幅がより良好に規定され、バッファコンデンサ回路の放電がより良好に制御される。これは、大きな利点である。

上記装置の一実施形態は、第２の回路が、電流源回路をアクティブモードにするトリガ回路を更に含み、電流源回路が、アクティブモードにおける放電電流の振幅を規定することによって規定される。トリガ回路は、例えばバッファコンデンサ回路の両端間にある電圧の振幅と、例えば整流器回路を介して供給源によって供給される入力電圧の振幅との差分振幅を検出する電圧検出器を含む。この差分振幅が閾値振幅に到達する及び／又は上回ると、電流源回路は、放電電流の振幅を規定するためのアクティブモードにされる。他の種類のトリガ回路及び他の種類の信号は排除されない。

上記装置の一実施形態は、第２の回路が、電流源回路をラッチするラッチ回路を更に含むことによって規定される。ラッチ回路は、第２の回路の動作を安定させる。

上記装置の一実施形態は、第２の回路が、電流源回路の非アクティブモードにおける漏れ電流を導き、漏れ電流の振幅が、放電電流の振幅よりも少なくとも１０倍小さいことによって規定される。電流源回路の非アクティブモードにおいて、漏れ電流は、第２の回路を流れる。漏れ電流の振幅は、放電電流の振幅より少なくとも１０倍小さいべきであり、好適には少なくとも５０倍小さく、より好適には少なくとも１００倍小さい。

つまり、非アクティブモード中、電流源回路が放電電流を導いていない場合、かなり少量の漏れ電流しか、第２の回路を、反対方向に流れない。同様に、第１の回路が充電電流を導いていない場合、かなり少量の更なる漏れ電流しか、第１の回路を、反対方向に流れない。更なる漏れ電流の振幅は、充電電流の振幅の少なくとも１０倍小さいべきであり、好適には少なくとも５０倍小さく、より好適には少なくとも１００倍小さい。

或いは、平滑コンデンサ回路は、装置に結合される負荷の一部を形成してもよい。

上記装置の一実施形態は、バッファコンデンサ回路が、第１の回路に直列に結合され、第２の回路が、第１の回路に並列に結合されることによって規定される。バッファコンデンサ回路及び第１の回路の直列接続と、第１及び第２の回路の並列接続とによって、第１及び第２の回路が、単純、低価格及びロバストな実施形態によって実現される。

上記装置の一実施形態は、第２の回路が、第１の回路の第１及び第２の端子に結合される第１及び第２の端子を含み、第２の回路が、第１のトランジスタと、第１及び第２のツェナーダイオードのうちの１つ以上と、第１、第２及び第３の抵抗器のうちの１つ以上とを含むことによって規定される。ほんの一例として、第１のトランジスタの第１の主電極は、第１の抵抗器を介して、第２の回路の第１の端子に結合され、直列接続される第２及び第３の抵抗器は、第２の回路の第１及び第２の端子に結合され、相互接続される第２及び第３の結合器は、第２のツェナーダイオードを介して、第１のトランジスタの制御電極に結合され、第１のトランジスタの制御電極は、第１のツェナーダイオードを介して、第２の回路の第１の端子に結合される。電流源回路は、第１のトランジスタと、第１の抵抗器と、第１のツェナーダイオードとに基づいていてよい。トリガ回路は、第２及び第３の抵抗器と、第２のツェナーダイオードとに基づいていてよい。第１のトランジスタ及び第１の抵抗器と組み合わされる第１のツェナーダイオードは、放電電流の振幅を規定してよい。第２及び第３の抵抗器と組み合わされる第２のツェナーダイオードは、閾値振幅を規定してよい。

ツェナーダイオードは、実際のツェナーダイオードであっても、１つ以上の通常のダイオードを含んでも、トランジスタ回路を介して実現されてもよい。

上記装置の一実施形態は、第２の回路が、第２のトランジスタと、第４及び第５の抵抗器のうちの１つ以上とを更に含むことによって規定される。ほんの一例として、第２のトランジスタの制御電極は、第１のトランジスタの第２の主電極に結合され、また、第４の抵抗器を介して、第２の回路の第２の端子に結合され、第２のトランジスタの第１の主電極は、第５の抵抗器を介して、第２の回路の第２の端子に結合され、第２のトランジスタの第２の主電極は、第１のトランジスタの制御電極に結合される。ラッチ回路は、第２のトランジスタと、第４及び第５の抵抗器とに基づいていてよい。

上記装置の一実施形態は、第２の回路が、コンデンサを更に含むことによって規定される。ほんの一例として、コンデンサは、第２の回路の第１の端子と、第１のトランジスタの制御電極とに結合される。コンデンサは、電流源回路の動作を滑らかにする。

上記装置の一実施形態は、第１の回路が、ダイオードを含むことによって規定される。ダイオードの形の第１の回路は、充電電流に対し比較的低いインピーダンスを形成し、放電電流に対し比較的高いインピーダンスを形成する。

第２の態様によれば、上記装置を含み、当該装置に、第１の電力を供給する整流器回路を更に含む機器が提供される。整流器回路からの第１の電力は、バッファコンデンサ回路及び平滑コンデンサ回路を充電するために使用される。整流器回路は、更なる電力を、装置に結合される負荷に直接供給してもよい。

上記機器の一実施形態は、整流器回路が、供給源から交流電圧を受け取る入力部と、上記装置に、変動振幅を有する直流電圧を提供する出力部とを含むことによって規定される。特に、変動振幅を有する直流電圧が負荷に供給される場合、装置は、バレイフィルイン目的に有用である。

上記機器の一実施形態は、整流器回路が、充電電流を導き、放電電流を遮断することによって規定される。

上記機器の一実施形態は、整流器回路が、ダイオードブリッジ状の４つのダイオードを含むことによって規定される。

第３の態様によれば、上記装置を含み、上記装置から第２の電力を受け取る負荷を更に含むデバイスが提供される。第２の電力は、バッファコンデンサ回路及び平滑コンデンサ回路によって提供されてよい。負荷は、供給源から、場合によっては整流器回路を介して、更なる電力を直接受けとってもよい。

基本的な考えは、バッファコンデンサ回路が、充電電流を介して充電され、また、明確に規定された振幅を有する放電電流を介して放電されることである。

改良型装置を提供するという課題が達成された。改良型装置を用いると、バッファコンデンサ回路の放電がよりよく制御される。電流源回路は、例えばサイリスタに比べて、放電電流の振幅及びそのタイミングがより正確に規定されることを可能にする。更なる利点は、力率が向上される点である。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施形態から明らかとなり、また、以下に説明される実施形態を参照して説明される。

図１は、システムの一実施形態を示す。 図２は、装置の一実施形態を示す。 図３は、従来技術の波形を示す。 図４は、改良された波形を示す。

図１に、システムが示される。システムは、交流電圧を、整流器回路２を介して、並列接続されている装置１と負荷４とに提供する並列供給源３を含む。整流器回路２は、例えば整流器ブリッジ状の４つのダイオードを含み、交流電圧を、変動振幅を有する直流電圧に変換する。負荷４は、例えばドライバを含むランプといった、スイッチドモード電源を含む消費者製品を含む。他の種類の整流器回路２及び他の種類の負荷４は排除されない。

装置１は、エネルギーをバッファリングし、１つ以上のバッファコンデンサ１１（図２に示す）を含むバッファコンデンサ回路１０を含む。装置１は更に、下方向矢印によって示される充電電流を導く第１の回路２０を含む。バッファコンデンサ回路１０は、供給源３と組み合わされる整流器回路２を介して実現されるループで、充電電流を介して、充電される。装置１は更に、上方向矢印によって示される放電電流の振幅を規定する電流源回路３１〜３４（図２に示す）を有する第２の回路３０を含む。バッファコンデンサ回路１０は、負荷４を介して、及び／又は、１つ以上の平滑コンデンサ４１（図２に示す）を含む平滑コンデンサ回路４０を介して実現されるループで、放電電流を介して、放電される。好適には、バッファコンデンサ回路１０のキャパシタンスは、平滑コンデンサ回路４０のキャパシタンスよりも大きい。

第２の回路３０は更に、電流源回路３１〜３４をアクティブモードにするトリガ回路５１〜５３（図２に示す）を含む。電流源回路３１〜３４は、アクティブモードにおける放電電流の振幅を規定する。第２の回路３０は、電流源回路３１〜３４の非アクティブモードにおける漏れ電流を導く。通常、漏れ電流の振幅は、放電電流の振幅よりも少なくとも１０倍小さい。第２の回路３０は更に、電流源回路３１〜３４をラッチするラッチ回路６１〜６３（図２に示す）を含む。

好適には、バッファコンデンサ回路１０は、第１の回路２０に直列に結合され、第２の回路３０は、第１の回路２０に並列に結合される。

図２に、装置１の一実施形態が示される。図１に示されるバッファコンデンサ回路１０は、ここでは、装置１の第１の（上部）端子に結合される１つのバッファコンデンサ１１を含む。図１に示される第１の回路２０は、ここでは、充電電流を導くダイオード２１を含む。ダイオード２１のアノードは、バッファコンデンサ１１に結合され、ダイオード２１のカソードは、装置１の第２の（下部）端子に結合される。図１に示される第２の回路３０は、放電電流の振幅を規定する電流源回路３１〜３４を含み、また、電流源回路３１〜３４をアクティブモードにするトリガ回路５１〜５３を更に含み、また、電流源回路３１〜３４をラッチするラッチ回路６１〜６３を更に含む。

第２の回路３０は、ダイオード２１のアノード及びカソードに結合される第１及び第２の端子を含む。電流源回路３１〜３４は、第１のトランジスタ３１と、第１のツェナーダイオード３３と、第１の抵抗器３２と、コンデンサ３４とを含む。トリガ回路５１〜５３は、第２及び第３の抵抗器５１、５２と、第２のツェナーダイオード５３とを含む。ラッチ回路６１〜６３は、第２のトランジスタ６１と、第４及び第５の抵抗器６２、６３とを含む。第１のトランジスタ３１の第１の主電極が、第１の抵抗器３２を介して、第２の回路３０の第１の端子に結合される。直列接続される第２及び第３の抵抗器５１、５２は、第２の回路３０の第１及び第２の端子に結合される。相互接続される第２及び第３の抵抗器５１、５２は、第２のツェナーダイオード５３を介して、第１のトランジスタ３１の制御電極に結合される。第１のトランジスタ３１の制御電極は、並列接続される第１のツェナーダイオード３３及びコンデンサ３４を介して、第２の回路３０の第１の端子に結合される。第２のトランジスタ６１の制御電極が、第１のトランジスタ３１の第２の主電極に結合され、また、第４の抵抗器６２を介して、第２の回路３０の第２の端子に結合される。第２のトランジスタ６１の第１の主電極が、第５の抵抗器６３を介して、第２の回路３０の第２の端子に結合される。第２のトランジスタ６１の第２の主電極が、第１のトランジスタ３１の制御電極に結合される。

図２に示される装置１は、次の通りに機能する。整流器回路２は、供給源３からの交流電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧を、並列接続される装置１及び負荷４に提供する。この直流電圧は、整流された正弦波電圧である。整流された正弦波電圧のゼロ交差から開始してピークまで、バッファコンデンサ１１は、直流電圧のピーク値まで実質的に充電される。充電電流は、バッファコンデンサ１１及びダイオード２１を流れる。ダイオード２１は導通モードにあることにより、ダイオード２１の両端間には、例えば０．６ボルト又は０．７ボルトの振幅を有する電圧がある。同じ電圧が、第２の回路３０の両端間にあり、結果として、電流源回路３１〜３４及びトリガ回路５１〜５３は、反応することができない。

整流された正弦波のピークから下降して、バッファコンデンサ１１は、最初は、その電圧振幅を保持する（ことを試みる）。第１の結果として、相互接続されるバッファコンデンサ１１及びダイオード２１は、装置１の第２の（下部）端子の観点から、負の電圧電位を得る。第２の結果として、ダイオード２１は、非導通モードとなる。第３の結果として、第２の回路３０の第２の端子（又はダイオード２１のカソード）から第２の回路３０の第１の端子（又はダイオード２１のアノード）に存在する電圧の振幅は、より大きくなる。この振幅が、第２及び第３の抵抗器５１、５２及び第２のツェナーダイオード５３によって規定される十分なサイズに到達するとすぐに、トリガ回路５１〜５３は、電流源回路３１〜３４をアクティブにし、第１のツェナーダイオード３３、第１のトランジスタ３１及び第１の抵抗器３２によって規定される放電電流が、第２の回路３０、バッファコンデンサ１１及び平滑コンデンサ４１を（充電のために）及び／又は負荷４を（給電のために）流れ始める。整流された正弦波電圧は、ピークからゼロ交差に下降するが、この瞬間以降、負荷４の両端間の電圧は上昇し、整流器回路２は、非導通モードになる。これは、すべて、整流された正弦波電圧におけるゼロ交差に到達するまでであり、その後、サイクルが再開する。

ラッチ回路６１〜６３は、電流源回路３１〜３４を安定させ、電流源回路３１〜３４のオンオフが不必要に切替わらないようにするために導入されてよい。

図３に、バレイフィルインがない状況に対する従来技術の波形が示される。Ａは、整流された正弦波であり、Ｂ１は、負荷４の両端間の電圧であり、Ｃ１は、バッファコンデンサ１１を流れる電流であり、Ｄ１は、供給源３を流れる電流である。

図４に、装置１を含む状況に対する改良された波形が示される。Ａは、整流された正弦波であり、Ｂ２は、負荷４の両端間の電圧であり、Ｃ２は、バッファコンデンサ１１を流れる電流であり、Ｄ２は、供給源３を流れる電流である。明らかに、Ｄ１とＤ２とを比較すると、導通角（供給源３の出力部を通る電流がゼロではない時間）が増加し、これは、装置１を追加したことにより、力率が増加したことを意味する。

バレイフィルイン回路とコンデンサ回路との組み合わせを開示し、このバレイフィルイン回路は、サイリスタに基づいている仏国特許第２７４２０１０号に比べて、装置１を導入することによって、放電電流の振幅及びそのタイミングがより良好に規定され、バッファコンデンサ回路１０の放電がより良好に制御され、これは、大きな改良点である。

整流された正弦波電圧ではなく、変動振幅を有する他の種類の電圧も可能である。電流源回路、トリガ回路及びラッチ回路の多くの他の種類の実施形態も可能である。第１及び第２の要素が、第３の要素を介して、間接的に結合されても、第３の要素を間に有さずに、直接的に結合されてもよい。

要約するに、エネルギーをバッファリングする装置１は、１つ以上のバッファコンデンサ１１を有するバッファコンデンサ回路１０と、バッファコンデンサ回路１０を充電するための充電電流を導く第１の回路２０と、バッファコンデンサ回路１０を放電するための放電電流の振幅を規定する電流源回路３１〜３４を有する第２の回路３０とを含み、バッファコンデンサ回路１０の放電がより良好に制御される。第２の回路３０は更に、電流源回路３１〜３４をアクティブモードにするトリガ回路５１〜５３と、電流源回路３１〜３４をラッチするラッチ回路６１〜６３とを含む。装置１は更に、１つ以上の平滑コンデンサ４１を有する平滑コンデンサ回路４０を含む。バッファコンデンサ回路１０は第１の回路２０に直列に結合され、第１及び第２の回路２０、３０は互いに並列に結合される。

本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示され、説明されたが、当該例示及び説明は、例示的に見なされるべきであり、限定的に見なされるべきではない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示された実施形態の他の変形態様は、図面、開示内容及び従属請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実施される。請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (14)

1. エネルギーをバッファリングする装置であって、
   １つ以上のバッファコンデンサを含むバッファコンデンサ回路と、
   １つ以上の平滑コンデンサを含む平滑コンデンサ回路と、
   充電電流を導く第１の回路と、
   放電電流の振幅を規定する電流源回路を含む第２の回路と、
   を含み、
   前記バッファコンデンサ回路は、前記充電電流によって充電され、
   前記バッファコンデンサ回路は、前記放電電流によって放電され、
   前記バッファコンデンサ回路は、前記第１の回路に直列に結合され、前記第２の回路は、前記第１の回路に並列に結合され、
   前記平滑コンデンサ回路は、前記バッファコンデンサ回路と前記第１の回路との組み合せに並列に結合され、
   前記第２の回路は、前記バッファコンデンサ回路の両端間にある電圧の振幅と、入力電圧の振幅との間の差分振幅を検出し、この差分振幅が閾値振幅に到達する及び／又は上回ると、前記電流源回路を、前記放電電流の前記振幅を規定するためのアクティブモードにするトリガ回路を更に含み、
   前記バッファコンデンサ回路のキャパシタンスは、前記平滑コンデンサ回路のキャパシタンスよりも大きい、装置。
2. 前記第２の回路は、前記電流源回路の動作を安定させるラッチ回路を更に含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記第２の回路は、前記電流源回路の非アクティブモード中、漏れ電流を導き、前記漏れ電流の振幅は、前記放電電流の前記振幅よりも少なくとも１０倍小さい、請求項１に記載の装置。
4. 前記平滑コンデンサ回路は、負荷に並列に結合され、前記バッファコンデンサ回路は、前記平滑コンデンサ回路及び／又は前記負荷を含むループを通る前記放電電流を介して放電される、請求項１に記載の装置。
5. 前記第２の回路は、前記第１の回路の第１の端子及び第２の端子に結合される第１の端子及び第２の端子を含み、前記第２の回路は、第１のトランジスタと、１つ以上のツェナーダイオードと、１つ以上の抵抗器とを含む、請求項１に記載の装置。
6. 前記第２の回路は、第２のトランジスタと、１つ以上の更なる抵抗器とを更に含む、請求項５に記載の装置。
7. 前記第２の回路は、コンデンサを更に含む、請求項５に記載の装置。
8. 前記第１の回路は、ダイオードを含む、請求項１に記載の装置。
9. 請求項１に記載される装置を含み、前記装置に、第１の電力を供給する整流器回路を更に含む、機器。
10. 前記整流器回路は、供給源から交流電圧を受け取る入力部と、前記装置に、変動振幅を有する直流電圧を提供する出力部と、を含む、請求項９に記載の機器。
11. 前記整流器回路は、前記充電電流を導き、前記放電電流を遮断する、請求項９に記載の機器。
12. 前記整流器回路は、ダイオードブリッジ状の４つのダイオードを含む、請求項９に記載の機器。
13. 請求項１に記載の装置を含み、前記装置から第２の電力を受け取る負荷を更に含む、デバイス。
14. 前記平滑コンデンサ回路は、前記負荷に並列に結合され、前記バッファコンデンサ回路は、前記平滑コンデンサ回路及び／又は前記負荷を含むループを通る前記放電電流を介して放電される、請求項１３に記載のデバイス。