JPH0487564A - 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］ 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、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供給し、放
電灯を高周波点灯させる放電灯点灯装置が広く用いられ
ている。この種力点灯装置において、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
電流の包路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が商用交流電圧の
ピーク値付近でのみ流れることになリ、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、入力力率が悪く、丈な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。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。

従速」１し 第１６図は特願昭６３−１６０１６３号に示されている
回路であり、商用電源ＡＣの交流電圧を整流回路ＤＢに
より整流し、インダクタし。と第１の平滑コンデンサＣ
０により平滑してインバータＩＮＶに入力し、インバー
タＩＮＶの高周波出力にて放電灯Ｌａを点灯する装置に
おいて、インバータＩＮＶの一部から帰還した電流によ
り第２の平滑コンデンサＣ８を充電し、スイッチング素
子Ｑ。を介して第２の平滑コンデンサＣ８の電圧をイン
ダクタＬ。に断続的に印加させるように構成したもので
ある。トランジスタＱ。のオン期間では、第２のコンデ
ンサＣ８の電圧がインダクタＬ。

に加わって、インダクタし。にエネルギーが蓄積され、
トランジスタＱ０のオフ期間では、インダクタし。の自
己誘導電圧が全波整流出力に重畳されて、第１の平滑コ
ンデンサＣＩに充電される。

インダクタＬ。の自己誘導電圧は商用電源ＡＣの瞬時電
圧値が低い期間では有効に重畳され、第１の平滑コンデ
ンサＣ４へ商用電源ＡＣからの入力電流Ｉｉｎを流すこ
とができるので、商用電源ＡＣからの入力を流Ｉｉｎの
休止期間が無くなり、放電灯Ｌａに流れる電流ＩＬａが
安定すると共に、入力力率が高くなり、入力電流の高調
波成分が低減される。しかしながら、この従来例にあっ
ては、第２の平滑コンデンサＣ６とその充電手段を必要
とすると共に、整流回路ＤＢの全波整流出力に重畳させ
る電圧源を作るために、インダクタし。やスイッチング
素子Ｑ。が必要となり、装置コストが高価になるという
欠点があった。

文法ｊＬＬ 第１７図は特願平１−２５２１７５号に示されている回
路であり、商用電源ＡＣの交流電圧は整流回路ＤＢによ
って整流され、インダクタＬ０及びダイオードＤ０の直
列回路を介して平滑コンデンサＣ１に印加される。平滑
コンデンサＣ１には、インダクタし、とコンデンサＣ５
の並列共振回路を介してスイッチング用のトランジスタ
Ｑ１が接続されている。上記並列共振回路には、インダ
クタＬ６を介して放電灯Ｌａが接続されており、放電灯
Ｌａの非電源側端子間にはコンデンサＣ２が接続されて
いる。トランジスタＱ１のベースには数１０ＫＨｚの周
波数のスイッチング信号が入力される。

これにより、−石インバータ回路が構成されている。ま
た、トランジスタＱ１のオン・オフにより、コレクタに
発生した高周波電圧はコンデンサＣ８を介してインダク
タＬ０とダイオードＤ０の接続点に印加される。これに
よりダイオードＤ０は入力商用電源ＡＣの周波数よりも
高い周波数でオン・オフを繰り返し、交流入力電流は入
力交流電圧の瞬時値が低いところでも導通期間を持つよ
うになる。つまり、トランジスタＱ１がオンの期間では
、整流回路ＤＢからインダクタし。を通りコンデンサＣ
８に電流が流れ、このコンデンサＣ８が充電される。コ
ンデンサＣ８が徐々に充電されてダイオードＤ。のアノ
ード電圧が上昇し、平滑コンデンサＣ２の電圧以上にな
ると、ダイオードＤ０がオンとなり、インダクタし。が
昇圧要素として働き、整流回路ＤＢからインダクタＬ０
を介して電流が流れ、平滑コンデンサＣ５を充電する。

この方式においては、インダクタし。とダイオードＤ、
の接続点の電位をスイッチング素子で直接的に変化させ
るものではなく、コンデンサＣ８を介して間接的に変化
させているので、平滑コンデンサＣ１の両端の電圧が余
り上昇しない、そして、第１８図（ａ）に示すように、
入力電流ｌ１ｎＯ包絡線を入力電圧Ｖｉｎに比例させる
ことができ、第１８図（ｂ）に示す比較例と対比すると
、入力電流ｆｉｎの高調波成分を低減させ、入力力率を
向上させることができるという利点を持っている。しか
しながら、この場合、ダイオードＤ。のアノード電位を
変化させるために、整流回路ＤＢとダイオードＤ。との
間には、何らかのインピーダンス要素が必要である。し
かも、平滑コンデンサＣを充電させ、入力電流歪みを改
善し、完全平滑させるには、入力電圧が低いときにも、
平滑コンデンサＣＩの両端電圧を越える電圧の発生が必
要である。つまり、昇圧作用が必要である。したがって
、整流回路ＤＢとダイオードＤ。どの間には、昇圧チョ
ッパーとして作用するインダクタし。が必要となり、装
置コストが高価になるという欠点があった。

［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、昇圧チョッパーとして作用す
る高価なインダクタを用いることなく、安価なコンデン
サを付加し、このコンデンサに交流電源により充電され
た電荷を共振作用を利用して平滑コンデンサへ放電され
ることにより、入力電流の高調波成分を低減し、入力力
率を改善した整流平滑装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第１
図に示すように、交流電源ＡＣを整流する整流回路ＤＢ
の出力端に、第１及び第２のスイッチング素子Ｔ　ｒ　
、　、　Ｔ　ｒ　２の直列回路を並列的に接続すると共
に、ダイオードＤ１を介して平滑用の第１のコンデンサ
Ｃ１を並列的に接続し、前記ダイオードＤ、と接続され
る整流回路ＤＢの第１の出力端と第１及び第２のスイッ
チング素子Ｔ　ｒ　＋　、　Ｔ　ｒ　２の接続点の間に
第２のコンデンサＣ２を接続し、整流回路ＤＢの第２の
出力端と第１及び第２のスイッチング素子Ｔｒ、、Ｔｒ
２の接続点の間にスイッチング電流に慣性を与えるため
の共振回路（インダクタＬ１とコンデンサＣ３＞を接続
し、第１及び第２のスイッチング素子Ｔ　ｒ　１．　Ｔ
　ｒ　２は、一方がオンで他方がオフとなる第１の状態
と、一方がオフで他方がオンとなる第２の状態とが、双
方が共にオフとなる第３の状態を経て、交流電源ＡＣの
電源周期よりも十分に短い周期で交番するように駆動さ
れることを特徴とするものである。

［作用］ 本発明にあっては、このように構成されているので、第
１及び第２のスイッチング素子Ｔ　ｒ　＋　、　Ｔ　ｒ
　２のうち、一方がオンで他方がオフとなる第１の状態
において、商用電源ＡＣから共振回路に電流が流れ込む
０次に、双方がオフとなる第３の状態において、共振回
路の共振作用により商用電源ＡＣから流れ込む電流がコ
ンデンサＣ２に充電される。

次に、一方がオフで他方がオンとなる第２の状態におい
て、共振回路の共振電流が逆転する。次に、双方がオフ
となる第３の状態において、共振回路の共振作用により
コンデンサＣ２の電荷が平滑コンデンサＣ１に流れ込む
。

以上の動作が商用電源ＡＣの電源周期よりも十分に短い
周期で繰り返されるので、商用電源ＡＣからの入力電流
Ｉｉｎの休止期間は少なくなる。また、コンデンサＣ２
に蓄積された電荷は、共振回路の共振作用を利用して平
滑コンデンサＣ１に流れ込むように構成しているので、
入力力率改善用のスイッチング電流が有効に利用され・
、効率の良い整流平滑装置が得られるものである。

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がとされる。

［実施例］ 第１図は本発明の一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の直流出力端にはダイオード
Ｄ、を介して平滑コンデンサＣ１が接続されている。平
滑コンデンサＣＩにはインバータ１を介して放電灯のよ
うな負荷２が接続されている。整流回路ＤＢの出力端に
はスイッチング素子Ｔｒ、、Ｔｒ２の直列回路を並列的
に接続している。各スイッチング素子Ｔｒ、、Ｔｒ２に
は、それぞれダイオードＤ　２　、　Ｄ　３を逆並列接
続している。ダイオードＤ１と接続される整流回路ＤＢ
の第１の出力端と、スイッチング素子Ｔ　ｒ　＋　。

Ｔｒ２の接続点の間には、コンデンサＣ２を接続しであ
る、また、整流回路ＤＢの第２の出力端と、スイッチン
グ素子Ｔ　ｒ　１．　Ｔ　ｒ　２の接続点の間には、共
振回路を接続しである。この共振回路は、インダクタＬ
１とコンデンサＣ３の直列回路よりなる。

各スイッチング素子Ｔ　ｒｌ　、　Ｔ　ｒ２は例えばバ
イポーラトランジスタよりなり、図示しない制御回路か
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、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Ｔ　ｒ　＋　、　Ｔ　ｒ　２を交互にオン・オフ駆動
するものである。なお、スイッチング素子Ｔｒ、。

Ｔｒ２が同時にオフとなる期間（デッドオフタイム）が
設けられている。

第２図乃至第４図は上記回路の種々の変形例である。第
２図に示す回路では、ダイオードＤＩとコンデンサＣ２
、インダクタし、とコンデンサＣ３の直列共振回路の配
置を第１図に示す回路とは逆としている。第３図に示す
回路では、第１及び第２のスイッチング素子Ｔ　ｒ　＋
　、　Ｔ　ｒ　２の直列回路を、ダイオードＤ１を介し
て整流回路ＤＢの出力端に接続している。第４図に示す
回路では、ダイオードＤ、とコンデンサＣ２、インダク
タＬ、とコンデンサＣ１の直列共振回路の配置を第３図
に示す回路とは逆としている。第２図乃至第４図に示す
回路も第１図に示す回路と同様の動作を行うことができ
る。

以下、第１図に示す回路の動作を第５図乃至第８図を用
いて説明する。

まず、スイッチング素子Ｔｒ、がオンで、スイッチング
素子Ｔｒ２がオフのときには、第５図の破線で示すよう
に、交流電源ＡＣ１整流回路ＤＢ、スイッチング素子Ｔ
ｒ＋、インダクタＬ１、コンデンサＣ３、整流回路ＤＢ
、交流電源ＡＣの経路で電流が流れて、インダクタし、
とコンデンサＣ５の直列共振回路にエネルギーが蓄積さ
れる。

次に、スイッチング素子”　ｒ　１．　Ｔ　ｒ　２が共
にオフになると、第６図の破線で示すように、交流電源
ＡＣ１整流回路ＤＢ、コンデンサＣ２、インダクタＬ、
、コンデンサＣ２、整流回路ＤＢ、交流電源ＡＣの経路
で電流が流れて、コンデンサＣ２が充電される。

次に、スイッチング素子Ｔｒ＋がオフで、スイッチング
素子Ｔｒ２がオンのときには、第７図の破線で示すよう
に、スイッチング素子Ｔ　ｒ　２を介してインダクタＬ
１とコンデンサＣ１の蓄積エネルギーが放出されて、共
振電流の方向が反転する。

次に、スイッチング素子Ｔｒ、、Ｔｒ２が共にオフにな
ると、第８図の破線で示すように、インダクタＬ１とコ
ンデンサＣ１の直列共振回路から、コンデンサＣ２、ダ
イオードＤ、を介して、平滑コンデンサＣ１に電流が流
れて、コンデンサＣ２の蓄積電荷が平滑コンデンサＣ３
に有効に充電される。なお、コンデンサＣ２が完全に放
電してしまうと、コンデンサＣ２の代わりに、ダイオー
ドＤ２を通る経路となる。

ところで、平滑コンデンサＣ２には、スイッチング素子
Ｔ　ｒ　ｌ、　Ｔ　ｒ　２のオン・オフとは無関係に、
平滑コンデンサＣＩの充電電圧が整流回路ＤＢの出力端
に得られる脈流電圧よりも低いときにのみ、ピーク値の
高い充電電流（第１８図（ｂ）参照）が流れる。そして
、この充電電流のほかに、第８図の破線で示す高周波の
充電電流が平滑コンデンサＣに流れ込むので、平滑コン
デンサＣ１にはリップルの少ない直流電圧が得られる。

また、交流電源ＡＣからは、第５図及び第６図の破線で
示す高周波のスイッチング電流が流れ込むので、入力電
流の休止期間は実質的に少なくなり、入力力率が改善さ
れる０、ｔな、入力電流の波形歪みが改善されるので、
入力電流の高調波成分が低減される。

第９図は本発明の他の実施例の回路図である。

本実施例にあっては、スイッチング素子Ｔ　ｒ　＋　、
　Ｔ　ｒ　２及びインダクタし、とコンデンサＣ１の直
列共振回路をインバータ１と共用している。以下、本実
施例に用いるインバータ１の回路構成について説明する
。平滑コンデンサＣ１に得られた電圧は、スイッチング
素子Ｔｒ１．Ｔｒ２の直列回路に印加されている０片側
のスイッチング素子Ｔｒ２の両端には、インダクタＬ、
とコンデンサＣ１の直列共振回路が接続されており、共
振用のコンデンサＣ２の両端には、直流成分カット用の
カップリングコンデンサＣ４を介して放電灯Ｌａが接続
されている。放電灯Ｌａの非電源側端子間にはコンデン
サＣ５が並列接続されている。インダクタＬ１の２次巻
１１Ｌ２゜Ｌ、はバイポーラトランジスタよりなるスイ
ッチング素子Ｔ　ｒ　、　、　Ｔ　ｒ　２のベース・エ
ミッタ間にそれぞれ抵抗Ｒ２、Ｒｓを介して接続されて
いる。これにより、インダクタＬ１に流れる共振電流は
、スイッチング素子Ｔｒ、、Ｔｒ２のベース・エミッタ
間に帰還されて、自動発振動作が行われる。

この自動発振動作を開始させるために、抵抗Ｒとコンデ
ンサＣ６、ダイアックＤＡ、及びダイオードＤ４よりな
る起動回路が設けられている。起動回路では、抵抗Ｒ１
を介してコンデンサＣ６が充電され、その電圧がダイア
ックＤ　Ａ　＋の降伏電圧に達すると、ダイアックＤＡ
、が導通し、スイッチング素子Ｔｒ２に起動用の電流を
供給して、自動発振動作を開始させる。自動発振動作が
開始した後は、スイッチング素子Ｔｒｚのコレクタ電位
が周期的に低下するので、ダイオードＤ４を介してコン
デンサＣ６の電荷が放電され、起動回路は動作を停止す
る。

次に本実施例の動作について第１０図乃至第１３図を用
いて説明する。最初に、第１０図に示すように、スイッ
チング素子Ｔｒ＋がオン、スイッチング素子Ｔｒ２がオ
フのときには、平滑コンデンサＣ３、スイッチング素子
Ｔ　ｒ　＋、インダクタＬ１、コンデンサＣ３の経路で
電流が流れ、インダクタしにエネルギーが蓄積される０
次に、第１１図に示すように、スイッチング素子Ｔｒ、
、Ｔｒ２が共にオフになると、交流電源ＡＣ，整流回路
ＤＢ、コンデンサＣ２、インダクタＬ１、コンデンサＣ
１の経路で電流が流れ、コンデンサＣ２に電荷が蓄積さ
れる。なお、コンデンサＣ２の両端電圧が整流回路ＤＢ
の両端電圧と等しくなると、インダクタＬ１、コンデン
サＣ１、ダイオードＤ、の経路で電流が流れることにな
る。

次に、第１２図に示すように、スイッチング素子Ｔｒ＋
がオフ、スイッチング素子Ｔｒｚがオンのときには、イ
ンダクタＬ１、スイッチング素子Ｔｒ２、コンデンサＣ
１の経路で電流が流れて、コンデンサＣ１の電荷が放電
され、インダクタＬ、にエネルギーが蓄積される。そし
て、第１３図に示すように、スイッチング素子Ｔｒ＋、
Ｔｒ２が共にオフになると、インダクタＬ１、コンデン
サＣ２、ダイオードＤＩ、平滑コンデンサＣ１、コンデ
ンサＣ１の経路で電流が流れ、コンデンサＣ２の蓄積電
荷を平滑用コンデンサＣ１へ放出する。したがって、入
力交流電源ＡＣの側から見ると、入力交流電圧Ｖｉｎの
全区間に亘って、コンデンサＣ２を充電する高周波電流
が流れることになる。

なお、第１４図に示す実施例では、第９図に示す回路の
入力に、フィルター用のインダクタＬ４を直列的に挿入
したものであり、コンデンサＣ２を充電する高周波電流
をインダクタＬ４によって谷埋めすることにより、入力
電流Ｉｉｎを低周波の電流に波形整形している。その電
流波形を第１５図に示す、同図（ｉ）は交流電源ＡＣの
入力電圧Ｖｉｎであり、同図（ｂ）はコンデンサＣ２の
充電電流である。これをインダクタし、によって谷埋め
することにより、同図（ｃ）に示すように入力電圧Ｖｉ
ｎと相似型の入力電流が流れる。これにより、入力力率
が改善されると共に、入力電流の高調波電流成分が低減
されるものである。

［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及び第２のスイッチング素子のうち、一方のオ
ン時に整流回路の出力により共振回路に共振電流を流し
、オフ時に共振回路の共振電流により第２のコンデンサ
を充電し、他方のオン時に共振回路の共振電流を反転さ
せ、オフ時に第２のコンデンサの電荷を平滑用の第１の
コンデンサに放出させることができ、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
ンバータを採用し、整流平滑装置の第１及び第２のスイ
ッチング素子と共振回路を前記インバータのスイッチン
グ素子と共振回路として共用すれば、インバータを安価
に構成できるので、好都合である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２図乃至第４図
は同上の変形例の回路図、第５図乃至第８図は同上の動
作説明のための回路図、第９図は本発明の他の実施例の
回路図、第１０図乃至第１３図は同上の動作説明のため
の回路図、第１４図は本発明のさらに他の実施例の回路
図、第１５図は同上の動作波形図、第１６図は従来例の
回路図、第１７図は他の従来例の回路図、第１８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、Ｔｒ、、Ｔｒ２はス
イッチング素子、Ｃ１，Ｃ２、Ｃｓはコンデンサ、Ｄｌ
はダイオード、Ｌ、はインダクタである。

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、第１及
   び第２のスイッチング素子の直列回路を並列的に接続す
   ると共に、ダイオードを介して平滑用の第１のコンデン
   サを並列的に接続し、前記ダイオードと接続される整流
   回路の第１の出力端と第１及び第２のスイッチング素子
   の接続点の間に第２のコンデンサを接続し、整流回路の
   第２の出力端と第１及び第２のスイッチング素子の接続
   点の間にスイッチング電流に慣性を与えるための共振回
   路を接続し、第１及び第２のスイッチング素子は、一方
   がオンで他方がオフとなる第１の状態と、一方がオフで
   他方がオンとなる第２の状態とが、双方が共にオフとな
   る第３の状態を経て、交流電源の電源周期よりも十分に
   短い周期で交番するように駆動されることを特徴とする
   整流平滑装置。