JPH0487563A - 整流平滑装置 - 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Ｊ 本発明は、商用交流電圧を入力とし、平滑コンデンサに
直流電圧を得るための整流平滑装置に関するものである
。

［従来の技術］ 従来、放電灯を高周波点灯させる装置として、第１１図
に示すようなインバータ点灯装置が広く用いられている
。この装置では、交流電源ＡＣが投入されると、起動回
路４により発振用のスイッチング素子Ｑ２がトリガーさ
れて、自動発振が開始され、その後は、共振チョークＬ
２に巻回された巻線ｎ１１ｆ１２．ｎ３に振動電圧が誘
起され、ベース抵抗Ｒ＋　、　Ｒ２を介してそれぞれ発
振用のスイッチング素子Ｑ、、Ｑ、を交互にオン・オフ
制御するものであり、共振チョークＬ２、コンデンサＣ
４の共振回路の振動エネルギーで放電灯Ｌａを点灯させ
るものである。ここで、コンデンサＣ５は直流カット用
のカップリングコンデンサであり、ダイオードＤ　ｘ　
、　Ｄ　ａはフライホイールダイオードである。

この従来例においては、交流電源ＡＣを整流回路ＤＢに
て整流し、平滑コンデンサＣ０にて平滑した直流電源を
インバータ回路の入力電源として用いている。このため
、放電灯Ｌａに供給される高周波電流の包絡線が商用交
流周期で変動しないことにより放電灯Ｌａの再点弧現象
を実質的に無くし、放電灯Ｌａの発光効率を向上させて
、装置の消費電力を向上させ、装置の消費電力を少なく
し、また、光のちらつきも無くして照明装置としての性
能を向上させることができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、商用文流電ＮＡＣを整流回路ＤＢにより
整流平滑すると、商用電源ＡＣから平滑コンデンサＣ０
へ流入する電流Ｉｉｎが商用交流電圧Ｖｉｎのピーク値
付近でのみ流れることになり、第１２図で示すように、
商用交流電圧Ｖｉｎ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■ｉｎとなるため、入力力率が悪
く、また、交流基本周波数に対して多くの高次高調波電
流成分を含むことにより、同じ交流配電系につながれる
他の機器への高周波ノイズの混入等の悪影響があった。

本発明はこ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、交流電源からの入力電流の歪み
を少なくして、交流電源に流れる高次高調波電流成分を
低減した整流平滑装置を捉供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明仲あっては、上記の課題を解決するために、第１
図に示すように、交流電源ＡＣを整流する整流口ＮＤＢ
の出力端に、ダイオードＤ１と第１及び第２のスイッチ
ング素子Ｑ、、Ｑ２を順方向が一致するように直列的に
接続し、第１及び第２のスイッチング素子Ｑ、、Ｑ２の
直列回路と並列的に平滑用の第１のコンデンサＣ８を接
続し、第１及び第２のスイッチング素子Ｑ、、Ｑ２の接
続点に第２のコンデンサＣ５の一端を接続し、整流回路
ＤＢの出力端とダイオードＤ＋どの接続点に第２のコン
デンサＣ２の他端を接続し、第１及び第２のスイッチン
グ素子Ｑ、、Ｑ、を交流電源ＡＣの電源周波数よりも高
いスイッチング周波数で交互にオン・オフ駆動する制御
回路２を備えることを特徴とするものである。

［作用］ 第１図に示す整流平滑装置の作用を第２図（ａ）（ｂ）
により説明する。まず、スイッチング素子Ｑ。

がオフで、スイッチング素子Ｑ２がオンのときには、第
２図（ａ）に示すように、交流電源ＡＣから、整流回路
ＤＢ、コンデンサＣＩ、スイッチング素子Ｑ２を介して
電流ｉｌが流れる０次に、スイッチング素子Ｑ１がオン
で、スイッチング素子Ｑ２がオフのときには、第２図（
ｂ）に示すように、コンデンサＣ１からダイオードＤ３
、スイッチング素子Ｑを介して電流１２が流れて、コン
デンサＣ３の蓄積電荷が放電される。したがって、交流
電源ＡＣから見れば、スイッチング素子Ｑ、、Ｑ、のス
イッチング周期毎に入力電流＝１が必ず流れていること
になり、入力電流Ｉｉｎの休止期間が少なくなって、入
力電流の歪みが改善されるものである。

本発明の更に詳しい構成及び作用については、以下に述
べる実施例の説明において一層明らかとされる。

［実施例１］ 第１ｒＩＡ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等よりなる整流回路ＤＢの交流入
力端に接続されている。整流回路ＤＢの直流出力端には
入力波形改善回路１を介して平滑コンデンサＣ０が接続
されている。平滑コンデンサＣ０には直流駆動される負
荷３が並列接続されている。入力波形改善回路１では、
整流回路ＤＢの出力端にダイオードＤ１とスイッチング
素子Ｑ、、Ｑ２の直列回路を接続し、平滑コンデンサｃ
ｏをスイッチング素子Ｑ　１．　Ｑ　２の直列回路に並
列的に接続している。スイッチング素子Ｑ、、Ｑ、の接
続点にはコンデンサＣ３の一端を接続し、整流回路ＤＢ
の出力端とダイオードＤ、の接続点にコンデンサＣ１の
他端を接続しである。各スイッチング素子Ｑ、、Ｑ２は
バイポーラトランジスタよりなり、ベース抵抗Ｒ＋　、
　Ｒｚを介して制御回路２がらの制御信号により交互に
オン・オフ駆動される。

交流電源ＡＣは商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の
正弦波交流電圧Ｖｉｎを発生しており、制御回路２では
、この商用周波数よりも十分に高いスイッチング周波数
でスイッチング素子Ｑ、、Ｑ、を交互にオン・オフ駆動
するものである。

第２図（ａ）　、　（ｂ）は本実施例の動作説明のため
の回路図である。まず、スイッチング素子Ｑ、がオフで
、スイッチング素子Ｑ２がオンのときには、第２図（ａ
）の実線で示すように、交流電源ＡＣから整流回路ＤＢ
、コンデンサＣ１、スイッチング素子Ｑ２、整流回路Ｄ
Ｂ、交流電源ＡＣの経路で電流ｉ　＋が流れて、コンデ
ンサＣＩが充電される。

また、平滑コンデンサＣ８には、スイッチング素子Ｑ、
、Ｑ２のオン・オフとは無関係に、平滑コンデンサＣ０
の充電電圧ＶＣＯが整流回路ＤＢの出力端に得られる脈
流電圧よりも低いときにのみ、破線で示すような充電電
流ｉ、が流れる。

次に、スイッチング素子Ｑ、がオンで、スイッチング素
子Ｑ２がオフのときには、第２図（ｂ）の実線で示すよ
うに、コンデンサＣ１に充電されていた電荷がダイオー
ドＤ３、スイッチング素子Ｑ、を介して電流１２として
放電する。また、平滑コンデンサＣ０には、スイッチン
グ素子Ｑ、、Ｑ、のオン・オフとは無間係に、平滑コン
デンサＣ０の充電電圧ＶＣＯが整流回路ＤＢの出力端に
得られる脈流電圧よりも低いときにのみ、破線で示すよ
うな充電電流ｉ、が流れる。そして、その充電電圧Ｖｃ
０を負荷３に供給している。

このように、スイッチング素子Ｑ、、Ｑ２のオン・オフ
により平滑コンデンサＣＩを充放電することにより、入
力電圧Ｖｉｎの全区間にわたってコンデンサＣ３の充電
電流ｉ、を交流電源ＡＣから流入させている。その電流
波形を第３図に示す、第３図（ａ）の電流１１がコンデ
ンサＣ１の充電電流波形であり、スイッチング素子Ｑ１
がオフ、スイッチング素子Ｑ２がオンのとき、図示され
たように、入力電圧Ｖｉｎの全区間にわたってヒゲ状の
高周波電流がスイッチング素子Ｑ、、Ｑ、のスイッチン
グ周期に応じて流れる。また、電流ｉ、は平滑コンデン
サＣ０の充電電流波形である。これらの２つの入力電流
波形が合成された電流波形が第３図（ａ）に示されてい
る。実使用回路としては、フィルター回路を用いて、第
３図（ｂ）に示すように入力電流波形を整形するので、
交流電源ＡＣからの入力電流Ｉｉｎの波形は、第３図（
ｅ）に示すように、正弦波に近い波形となる。これを第
１２図に示した従来の入力電流Ｉｉｎの波形と比較する
と、歪みの少ない高力率の入力電流波形が得られること
が分かる。また、負荷３には第４図に示すようなリップ
ルの少ない直流電圧Ｖｃ０を供給することができる。

交流電源ＡＣからの入力電圧をＶ　ｉｎ＝　Ｅ−ｓｉｎ
（ωｔ）とすると、直流電圧■ｃ０のピーク値は凡そ、
ｌ’２Ｅとなる。

［実施例２］ 第５図は本発明の第２実施例の回路図である。

本実施例では、破線で囲まれたインバータ回路１ａのス
イッチング素子Ｑ、、Ｑ２を実施例１で説明した入力波
形改善回路１のスイッチング素子Ｑ、、Ｑ２と共用して
いる。負荷３ａは高周波交流駆動される放電灯等よりな
り、直流成分カット用のカップリングコンデンサＣ２を
介してスイッチング素子Ｑ２の両端に並列接続されてい
る。

以下、本実施例の動作を第６図（ａ）　、　（ｂ）によ
り説明する。電流’ｌｊ２＋ｊ）については、第２図で
説明した通りであるが、本実施例では、スイッチング素
子Ｑ、、Ｑ２をインバータ回路１ａのスイッチング素子
として共用しているので、インバータ回路１ａの負荷３
ａにもスイッチング素子Ｑ、、Ｑ２のオン・オフによる
スイッチング電流ｊ４＋ｊ％が流れることになる。

まず、スイッチング素子Ｑ１がオフで、スイッチング素
子Ｑ２がオンのときには、第６図（＆）に示すように、
コンデンサＣ２を充電する電流１１が交流電源ＡＣから
整流回路ＤＢ、コンデンサＣ１、スイッチング素子Ｑ２
を通って流れる。また、平滑コンデンサＣ０には、充電
電流ｉ、が流れ、インバータ回路１ａには、コンデンサ
Ｃ４の充電電荷を放出する向きに電流ｉ、がコンデンサ
Ｃ２、スイッチング素子Ｑ２、負荷３ａ、コンデンサＣ
３の経路で流れる。

次に、スイッチング素子Ｑ、がオン、スイッチング素子
Ｑ２がオフのときには、第６図（ｂ）に示すように、コ
ンデンサＣ１の電荷を放出する電流１２が、コンデンサ
Ｃ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ１、コンデ
ンサＣ１の経路で流れ、インバータ回路１ａでは、平滑
コンデンサＣ０を電源として、コンデンサＣ０、スイッ
チング素子Ｑ、、コンデンサＣ２、負荷３ａ、コンデン
サＣ０の経路で電流ｉ、が流れる。したがって、負荷３
ａには、高周波の交流電力が供給され、この電力により
放電灯を点灯することも可能である。

なお、スイッチング素子Ｑ、、Ｑ２としてパワーＭＯ８
ＦＥＴを使用した場合には、ドレイン・ソース間に寄生
の逆並列ダイオードが内蔵されているので、フライホイ
ールダイオードＤ　２　、　Ｄ　３を省略できる。

［実施例３］ 第７図は本発明の第３実施例の回路図である。

本実施例では、第１図に示す実施例１のダイオードＤ、
を整流回路ＤＢの低圧側に接続したもので、コンデンサ
Ｃ１もスイッチング素子Ｑ、、Ｑ、の接続点から整流回
路ＤＢの低圧側へ接続したものである０本実施例の動作
原理を第８図に示す、第２図に示した動作原理と異なる
ところは、コンデンサＣ１を充電するときは、スイッチ
ング素子Ｑ、がオン、スイッチング素子Ｑ２がオフのと
きで、コンデンサＣ１を放電するときは、スイッチング
素子Ｑ１がオフ、スイッチング素子Ｑ２がオンのときと
なることである。このように、第２図の場合とはコンデ
ンサＣ７の充電動作と放電動作が逆になるが、動作原理
的には第２図の場合と同様であり、入力電流は歪みの少
ない波形となる。

［実施例４］ 第９図は本発明の第４実施例の回路図である。

本実施例では、第５図に示す実施例２のダイオードＤｌ
を整流回路ＤＢの低圧側に接続したもので、コンデンサ
Ｃ０もスイッチング素子Ｑ、、Ｑ２の接続点から整流回
路ＤＢの低圧側へ接続したものである。その動作原理を
第１０図に示すが、この回路の動作もコンデンサＣ１の
充電動作と放電動作が第２図の場合と逆になるだけであ
り、動作原理的には、第５図に示す実施例２と同様であ
るので、詳細な説明は省略する。

なお、本発明では、スイッチング素子Ｑ、、Ｑ２を制御
する方式として制御回路２による他動方式を用いている
が、スイッチング素子Ｑ、がオンのときはスイッチング
素子Ｑ２がオフ、スイッチング素子Ｑ、がオフのときは
スイッチング素子Ｑ２がオンとなるスイッチング動作を
行う方式であれば、自励式の駆動方式を用いても構わな
い、また、交流電１！ＡＣには、第３図（＆）に示す電
流波形を第３図（ｅ）に示すように滑らかにするための
フィルター回路を挿入することが好ましいが、フィルタ
ー回路が無くても入力電流の休止期間を少なくするとい
う効果は達成できる。また、フィルター回路の挿入箇所
は、整流回路ＤＢの電源側、非電源側のどちらでも良い
。

［発明の効果］ 本発明の整流平滑装置は上述のように構成されているの
で、第１のスイッチング素子のオン時に整流回路の出力
により第２のコンデンサを充電し、第２のスイッチング
素子のオン時に第２のコンデンサの充電電荷を放電させ
ることができ、これにより交流電源からの入力電流の休
止期間を少なくして、入力力率を改善し、入力電流の高
調波成分を低減できるという効果がある。

なお、平滑コンデンサに並列接続される負荷として、イ
ンバータ回路を採用し、第１及び第２のスイッチング素
子を前記インバータＯＮのスイッチング素子として共用
すれば、インバータ装置を安価に構成できるので、好都
合である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の回路図、第２図は同上の
動作説明のための回路図、第３図及び第４図は同上の動
作波形図、第５図は本発明の第２実施例の回路図、第６
図は同上の動作説明のための回路図、第７図は本発明の
第３実施例の回路図、第８図は同上の動作説明のための
回路図、第９図は本発明の第４実施例の回路図、第１０
図は同上の動作説明のための回路図、第１１図は従来例
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は整流回路、Ｄ、はダイオード、
Ｑ、、Ｑ、はスイッチング素子、Ｃ０は平滑コンデンサ
、Ｃ１は第２のコンデンサ、１は入力波形改善回路、２
は制御回路、３は負荷である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電源を整流する整流回路の出力端に、ダイオ
   ードと第１及び第２のスイッチング素子を順方向が一致
   するように直列的に接続し、第１及び第２のスイッチン
   グ素子の直列回路と並列的に平滑用の第１のコンデンサ
   を接続し、第１及び第２のスイッチング素子の接続点に
   第２のコンデンサの一端を接続し、整流回路の出力端と
   ダイオードとの接続点に第２のコンデンサの他端を接続
   し、第１及び第２のスイッチング素子を交流電源の電源
   周波数よりも高いスイッチング周波数で交互にオン・オ
   フ駆動する手段を備えることを特徴とする整流平滑装置
   。