JPH04165958A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、商用電源の交流電圧を整流平滑して負荷に電
力を供給する電源装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、商用電源の交流電圧を整流平滑した直流電圧をイ
ンバータによって高周波に変換して、放電灯に点灯用の
電力を供給する装置か広く用いられている。この種の装
置において、商用交流電圧の整流出力を平滑しているの
は、放電灯に供給される高周波電流の包絡線が商用交流
電圧の周期で変動しないようにすることにより、放電灯
の発光効率を向上させて装置の消費電力を少なくし、ま
た、光のちらつきを無くして、照明装置としての性能を
向上させるためである。

しかしながら、商用交流電圧を整流平滑すると、商用電
源から平滑コンデンサへ流入する電流か商用交流電圧の
ピーク値付近てのみ流れることになり、商用交流電圧の
半サイクル毎に休止期間を持つピーク値の高い入力電流
となるため、入力力率か悪く、また交流基本周波に対し
て多くの高次高調波成分を含むことになり、同し交流配
電系につながれる他の機器への高周波ノイスの混入等の
悪影響があった。そのため、入力電流の力率を高くする
と共に、高調波成分を低減し、且つ可能な限り平坦な直
流平滑電圧をインバータに供給するために、以下に述べ
るように、各種の提案がなされている。

従漣側［し 第６図は従来例の回路図である。この回路にあっては、
全波整流器ＤＢと平滑コンデンサＣ１の間に、昇圧型チ
ョッパー１を挿入している。昇圧型チョッパー１は、全
波整流器ＤＢの整流出力端に、スイッチング用のＭＯＳ
トランジスタＴｒ＋を介してインダクタＬ１を接続し、
トランジスタＴ　ｒ　ｌの両端に、逆流阻止用のダイオ
ードＤ１を介して平滑コンデンサＣ１を接続したちので
ある。駆動回路工Ｃ１は汎用のタイマー回路（例えはμ
ＰＣｌ５５５）よりなり、これを抵抗Ｒ５，Ｒ６及びコ
ンデンサＣ１よりなる時定数回路で無安定マルチバイブ
レータとして発振動作させ、その発振出力をバッファ回
路（例えばμＰＤ４０５０）ＩＣ２を介してスイッチン
グ用のトランジスタＴｒ、の制御端子に印加して、トラ
ンジスタＴｒ＋を高周波でスイッチングする。そして、
トランジスタＴｒ、のオン期間てインダクタし、にエネ
ルギーを蓄え、オフ期間てインダクタＬ１の自己誘導起
電力を商用電源ＡＣの全波整流出力に重畳して平滑コン
デンサＣ１を充電するものである。このとき、インダク
タ１−１に流れる電流と、トランジスタＴ　ｒ　、に印
加される電圧を第７図（ａ）　、　（ｂ）に示す。つま
り、時間Ｌ１でトランジスタＴｒ、かオンして、インダ
クタＩ−、に流れる電流が徐々に増えて行き、時間１２
てオフすると、以後、インダクタＬ１か蓄えたエネルギ
ーを放出して行き、電流か徐々に減少して行く。そして
、時間し３にインダクタＬ１の電流がＯになると、第８
図に示すように、トランジスタＴｒ＋やダイオードＤユ
の浮遊容量ＣＧ　、　Ｃ７に蓄えられた電荷により、イ
ンダクタし、に逆方向の電流を流そうとして、全波整流
器ＤＢの浮遊容量Ｃ５を通してＬＣ共振を生じる。この
ため、時間ｔ３〜ｔ４では、トランジスタＴｒ１に共振
電圧か印加され、トランジスタＴｒ、や全波整流器ＤＢ
へのストレスか大きくなるという問題かあった。また、
時間ｔ３〜ｔ、のような電流体止期間か長いと、高調波
成分の多い入力電流となる。つまり、入力電圧が正弦波
のとき、瞬時電圧値がピーク付近では時間ｔ３〜ｔ４の
休止期間が短くなるが、逆に瞬時電圧値が低い部分では
休止期間か長くなるため、第９図に示すように、入力電
圧のピーク付近での入力電流は多く、入力電圧の低い部
分の入力電流は少ない波形となるという問題かあり、何
等かの補正回路が必要であった。

そこで、第１０図に示すように、上述の時間ｔ３〜ｔ４
の休止期間を完全に無くして、インダクタＬ　。

のエネルギーが完全に放出する前に、トランジスタＴｒ
１をオンさせて、インダクタＬｌに電流を流す制御方式
か考えられるか、この場合、ダイオードＤＩに電流が流
れている状態でコンデンサＣＩの逆電圧が印加されるた
め、ダイオードＤ、のりカバリ−電流が流れ、ダイオー
ドＤ１のストレスも大きくなる。また、インダクタＬ１
の電流ｉに基づく蓄積エネルギーＬ　＋　ｉ２／　２が
増えて行き、インダクタＬ１の飽和等の問題かある。し
たかつて、インダクタし、のエネルギーを完全に放出し
て、且つ休止期間を無くす制御が必要とされ、制御回路
か複雑となる。

光速に悸ユ 第１１図は他の従来例の回路図である。この従来例では
、上述の問題点を改良するなめに、インダクタＬ１の２
次巻線Ｌ２からダイオードＤ３を通して抵抗Ｒ＋　、　
Ｒ２で分圧した箇所から、駆動回路丁Ｃ１のトリカ一端
子（２番ビン）に接線して、駆動回路ＩＣ，を単安定マ
ルチバイブレータとして動作させている。この場合には
、第１２図（ａ）に示すように、インダクタＬ１を流れ
る電流が０になることを検出して、１ヘランジスタＴｒ
＋をオンさせているので、前述のような休止区間が生じ
ることもなく、高調波成分の少ない入力電流波形となる
。しかしなから、第１２図＜１））に示すように、イン
ダクタしＩの２次巻線Ｌ２に交流電圧か発生するため、
タイオードＤ３が必要であり、また、チョッパー用のイ
ンダクタＬ１に２次巻線Ｌ２を巻くため、寸法が大きく
なったり、コストが高くなるという問題かある。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、昇圧型のチョッパー回路構成
の電源装置において、安価で簡単な構成て、インダクタ
に流れる電流の休止区間を無くずことにより、部品のス
トレスを低減させ、入力電流の高調波成分を低減させる
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の電源装置にあっては、上記の課題を解決するた
めに、第１図に示すように、チョッパー用のスイッチン
グトランジスタＴｒ１とインダクタＬ、と整流器ＤＢと
交流電源ＡＣとで直列閉回路を構成し、スイッチングト
ランジスタＴｒｌの両端に逆流阻止用のタイオードＤ１
を介して平滑コンデンサＣ１を接続したチョッパー回路
において、スイッチングトランジスタＴｒ、の両端電圧
の低下を検出する同期手段３と、両端電圧の低下を検出
した時点から所定の時間スイッチングトランジスタＴｒ
、をオンさせるタイマー手段４とを備えることを特徴と
するものである。

［作用］ 本発明にあっては、このように、チョッパーのスイッチ
ングトランジスタＴｒ、の両端電圧の変化を検出するこ
とにより、インダクタＬ、に流れる電流か０になること
を検出てき、この電圧変化を同期信号として、トランジ
スタＴｒ＋をオン駆動することにより、インダクタＬ１
の電流の休止区間を無くしたので、スイッチングトラン
ジスタＴｒ。

の両端の電圧は交流になることはなく、片極性の電圧で
あるため、上述の従来例２で示すようなダイオードＤ３
等か不要で、且つ、２次巻線Ｌ２も不要となり、インダ
クタＬ１を小形化できるものである。

［実施例１コ 第２図は本発明の第１実施例の回路図である。

以下、その回路構成について説明する。交流電源ＡＣは
ダイオードブリッジよりなる全波整流器ＤＢの交流入力
端に接続されている。全波整流器ＤＢの直流出力端には
、スイッチング用のＭＯＳトランジスタＴｒ、を介して
インダクタＬ１を接続し、トランジスタＴｒｌの両端に
は、逆流阻止用のダイオードＤ１を介して平滑コンデン
サＣ１を接続している。このトランジスタＴｒ、の両端
に分圧抵抗Ｒ１゜Ｒ２を接続し、その接続点ａを駆動回
路ＩＣ，のトリカ一端子（２番ピン）に接続して、駆動
回路Ｉ　Ｃ＋を単安定マルチバイブレータとして動作さ
せている。この駆動回路ＩＣ，は汎用のタイマー回路（
例えばμＰＣｌ５５５）よりなり、その出力パルス幅は
抵抗Ｒ８とコンデンサＣ１の時定数て決まる。

コンデンサＣ３はデカップリングコンデンサであり、周
波数制御端子（５番ピン）を交流的に接地している。電
源端子（８番ピン）とアース端子（１番ビン）の間には
、コンデンサＣ２に得られる直流低電圧が印加されてい
る。コンデンサＣ２は交流電源ＡＣをタイオードＤ２て
整流し、抵抗Ｒ３て限流し、ツェナーダイオードＺＤ、
て電圧規制した直流電圧を充電されている。

以下、本実施例の動作について第３図の波形図を参照し
ながら説明する。今、ある時刻ｔ１てトランジスタＴｒ
、がオンすると、インダクタＬ１に流れる電流（第３図
（ａ）参照）が徐々に増加し、時刻ｔ２てトランジスタ
Ｔｒ、かオフすると、インダクタＩ−。

の電流が減少して行く。そして、時刻ｔ３てインダクタ
Ｌｌの電流が０になると、トランジスタＴｒｌの両端の
電圧が無くなり、抵抗Ｒ，，Ｒ２の接続点ａの電圧か第
３図（）〕）に示すように’ＨｉＦｉｈ”レベルから”
Ｌｏｕｄ”レベルに変化し、駆動回路ＩＣ，のトリカ一
端子（２番ピン）に立ち下がりトリカー信号か送られる
。これにより、第３図（ｃ）に示すように、駆動回路Ｉ
Ｃ，の出力端子く３番ピン）より一定期間（ｔ３〜シ、
）のオン信号が出力され、バッファ回路Ｉ　Ｃ２を通し
てトランジスタＴｒ、のケーＩ・に駆動信号か送られ、
再びトランジスタＴｒ＋がオンして、上記の動作を繰り
返す。この場合、交流電源ＡＣからの入力電圧か正弦波
状に変化して、インダクタＬ１に流れる電流値が変化し
ても、それに応して、トランジスタＴｒｌのオフ期間（
ｔ２〜ｔ３＋ｔ４〜し５等）が変化し、結局、インダク
タＬ１には休止期間の無い電流が流れることになる。

［実施例２］ 第４図は、本発明の第２実施例の回路図である。

本実施例では、コンデンサＣ８，Ｃ９及びトランスＬ３
よりなるフィルタ回路が交流電源ＡＣと全波整流器ＤＢ
の間に挿入されている。このフィルタ回路を設けること
により、チョッパーのスイッチング電流を平滑化して、
交流電源ＡＣからの入力電流を、入力電圧と相似形の正
弦波波形としている。なお、抵抗Ｒ７は平滑コンデンサ
Ｃ１の電圧を駆動回路ＩＣ，の時定数回路にフィードバ
ックしており、平滑コンデンサＣ１の電圧が高いときは
、抵抗Ｒ７を通して時定数回路のコンデンサＣ４を充電
する電流が大きくなるので、駆動回路ＩＣ，の出力端子
（３番ピン）から送り出されるオン信号幅は短くなり、
逆に、平滑コンデンサＣ１の電圧か低いときは、オン信
号幅が長くなって、平滑コンデンサＣ１の電圧を一定化
するような制御を行うものである。

［実施例３］ 第５図は、本発明の第３実施例の回路図である。

本実施例では、一対のスイッチング用のＭＯＳトランジ
スタＴ　ｒ　＋　、　Ｔ　ｒ　２よりなるインバータ回
路を負荷としている。Ｍｏ３）ランジスタＴｒ１はチョ
ッパー回路とインバータ回路とで兼用されている。

また、Ｍｏ３）ランジスタＴｒ２の１−レイン・ソース
間に寄生する逆並列ダイオードを介してチョッパー回路
の電流を流して、平滑コンデンサＣＩを充電している。

ＭＯＳトランジスタＴｒ２の両端には、限流及び共振用
のインダクタＬ、と直流成分カット用の結きコンデンサ
ＣＯＯの直列回路を介して放電灯Ｌａが並列的に接続さ
れている。放電灯Ｌａのフィラメントの非電源側には、
共振用及び予熱電流通電用のコンデンサＣ１１か並列接
続されている。ＭＯＳトランジスタＴｒ２のゲート・ソ
ース間には駆動トランスＴ、の２次巻線か接続されてお
り、駆動トランスＴ１の１次巻線には駆動回路ＩＣ，の
出力が反転バッファ回路■Ｃ３を介して供給されている
。したがって、Ｍｏ５ｔ〜ランジスタＴｒ２はＭｏ３）
ランジスタＴｒ、と交互にオンオフ駆動される。なお、
Ｍｏ３）ランシスタＴｒｌのソースには、過電流防止用
の抵抗Ｒ９が直列的に挿入されている。その他の回路構
成は上述の実施例と同様である。

以下、本実施例の動作を説明する。今、駆動回路ＩＣ，
の出力端子（３番ピン）より一定期間のＩ」ｉｇｈ”レ
ベルの信号か送られると、トランジスタＴｒｌはオンし
て、トランジスタＴｒ２はオフする。そして、交流電源
ＡＣ１全波整流器ＤＢ、インダクタし７、ダイオードＤ
５、トランジスタＴｒ、の経路て電流が流れて、インダ
クタＬ１にエネルギーか蓄積される。やがて、出力端子
（３番ピン）が゛’Ｌｏｕｄ’″レヘルに変化すレベ、
トランジスタＴｒｌはオフ、トランジスタＴｒ２はオン
して、インダクタＬ１に蓄えられていたエネルギーが、
インタ゛クタＬ１、ダイオードＤ、、トランジスタＴｒ
２の内蔵ダイオード、コンデンサＣ３、全波整流器ＤＢ
、交流電源ＡＣの経路を介して放出し、コンデンサＣ１
に電荷が蓄積される。やがて、インダクタＬ１のエネル
ギーが全て放出され、インダクタし、に流れる電流か０
になると、インダクタＬ１とダイオードＤ１の接続点の
電位かＯになり、抵抗Ｒ１とＲ２の接続点が’Ｈｉｇｈ
”レベルから’Ｌｏｕ＋“レベルに変化し、この立ち下
かり信号が駆動回路ＴＣ，のＩ〜リカー入力端子（２番
ビン）に与えられる。しながって、駆動回路ＩＣ，の出
力端子（３番ピン）より再度、一定期間の’Ｈｉｇｈ”
レベルの信号が送られ、トランジスタＴｒ１はオン、ト
ランジスタＴｒ、はオフする。以後、同し動作の繰り返
しで、トランジスタＴ　ｒ　、　、　Ｔ　ｒ２が交互に
オン／オフするため、インダクタし、とコンデンサＣ１
１てＬＣ共振により、放電灯Ｌａに対して高周波の電力
を供給するインバータ装置が構成されるものである。

［発明の効果］ 本発明にあっては、上述のように、昇圧型のチョッパー
回路において、チョッパー回路のインダクタに流れる電
流がＯになると、スイッチンク素子に印加される電圧が
変化することを利用して、スイッチンク素子の両端電圧
の低下を検出した時点から所定の時間スイッチング素子
をオンさせるようにしたちのであるから、インダクタの
電流の休止区間か無くなり、各部品へのストレスが低減
できると共に、入力電流の高調波成分を低減できるとい
う効果かあり、また、同期を取るための回路構成として
、従来例のように、チョッパーのインダクタに２次巻線
を設ける必要かないので、整流用のダイオード等が不要
てあり、チョッパーのインダクタも小形にてきるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示すフロック回路図、第２
図は本発明の第１実施例の回路図、第３図は同上の動作
波形図、第４図は本発明の第２実施例の回路図、第５図
は本発明の第３実施例の回路図、第６図は従来例の回ｉ
￥８図、第７図は同上の高周波的な動作波形図、第８図
は同上の動作説明のための回路図、第９図は同上の低周
波的な動作波形図、第１０図は他の従来例の動作波形図
、第１１図はさらに他の従来例の回路図、第１２図は同
上の動作波形図である。 ＡＣは交流電源、ＤＢは全波整流器、Ｌｌはインダクタ
、Ｄｌはダイオード、Ｔ　ｒ　、はスイッチングトラン
ジスタ、Ｃ１は平滑コンデンサ、１はチョッパー回路、
２は負荷、３は同期手段、４はタイマー手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）チョッパー用のスイッチング素子とインダクタと
   整流手段と交流電源とで直列閉回路を構成し、スイッチ
   ング素子の両端に逆流阻止用のダイオードを介して平滑
   コンデンサを接続したチョッパー回路において、スイッ
   チング素子の両端電圧の低下を検出する手段と、両端電
   圧の低下を検出した時点から所定の時間スイッチング素
   子をオンさせるタイマー手段とを備えることを特徴とす
   る電源装置。