JPH0515153A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】出力インピーダンを高くし、かつリップル成分
及びノイズがなく安定した出力を維持する。 【構成】複数の直流−直流コンバータ１３1 〜１３n の
入力端子を互いに直列に接続して全波整流ダイオードブ
リッジ回路１２の出力端子に接続し、各直流−直流コン
バータの出力端子を互いに直列に接続して負荷１４に接
続する。そして各直流−直流コンバータを同一の周波数
でかつ位相が等間隔でずれている発振制御回路１５から
の制御信号によって発振動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流−直流コンバータ
を使用した電力変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の電力変換装置としては図
７に示すように交流電源１に全波整流ダイオードブリッ
ジ回路２を介して直流−直流コンバータ３を接続し、そ
のコンバータ３に負荷４を接続したものが知られてい
る。

【０００３】直流−直流コンバータ３は、コンデンサ４
とトランス５の１次巻線５ａを並列に接続した並列共振
回路と、スイッチング素子６とこの素子６に逆極性なダ
イオード７を並列接続した半波スイッチ回路を直列に接
続し、トランス５の１次巻線５ａと磁気的に結合された
２次巻線５ｂに整流用ダイオード８を介してコンデンサ
９を並列に接続して構成されている。そして前記スイッ
チング素子６を発振制御回路１０によって所定の周波数
でスイッチング動作するようになっている。そして前記
コンデンサ９の両端間に前記負荷４を接続している。こ
の電力変換装置では、交流電源１が投入されると、ダイ
オードブリッジ回路２によって全波整流され、その脈流
が直流−直流コンバータ３に入力される。

【０００４】一方、発振制御回路１０によってコンデン
サ４と１次巻線５ａからなる共振回路の共振周波数に近
い周波数でスイッチング素子６がオン、オフ動作され
る。これによりスイッチング素子６の両端には半波状の
共振電圧が発生する。

【０００５】またトランス５の１次巻線５ａにはスイッ
チング素子６の動作により交流的に電流変化が発生し、
この電流変化が磁気的に結合されたトランス５の２次巻
線５ｂに作用し、２次巻線５ｂの両端間に電位差として
発生する。こうしてトランス５の２次巻線５ｂに発生し
た交流電圧はダイオード８により整流された後コンデン
サ９によって平滑される。こうして負荷４には１次側と
絶縁された直流電圧が供給されることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのような従来
装置では、コンデンサ９の容量によって出力電圧のリッ
プルが決定される。出力電圧を安定させるにはコンデン
サ９の容量を大きくすればよいが、コンバータの出力イ
ンピーダンスを大きくして負荷４を駆動するものではコ
ンデンサ９の容量を小さくして出力インピーダンスを大
きくしなければならずコンデンサ９の容量を大きくする
ことはできなかった。しかしコンデンサ９の容量を小さ
くすると、図８に示すようにリップル成分が大きくなっ
て電圧が維持できなくなる問題があった。

【０００７】そこで本発明は、出力インピーダンを十分
に高くでき、しかもリップル成分及びノイズがなく安定
した出力を維持できる電力変換装置を提供しようとする
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力を発振動
作により一度交流に変換した後直流に変換して出力する
出力部にコンデンサを設けた複数の直流−直流コンバー
タと、この各コンバータの入力端子を互いに直列又は並
列に接続してなる回路に接続される直流電源又は脈流電
源と、各コンバータの出力端子を互いに直列又は並列に
接続してなる回路に接続される負荷と、各コンバータの
発振動作を発振周波数が共通で、発振位相が等間隔ずつ
ずれるように制御する発振制御回路を設けたものであ
る。

【０００９】

【作用】このような構成の本発明においては、複数の直
流−直流コンバータはその発振動作において発振周波数
が共通で、かつ発振位相が等間隔ずつずれるように制御
される。これにより出力部のコンデンサの容量を小さく
しても負荷に供給される出力はリップル成分及びノイズ
のない安定したものとなる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１において１１は交流電源で、この電源１１
に全波整流ダイオードブリッジ回路１２の交流入力端子
を接続している。

【００１１】１３1 ，１３2 ，１３3 ，…１３n は直流
−直流コンバータで、この各直流−直流コンバータ１３
1 〜１３n の１次側入力端子を互いに直列に接続し、そ
の直列回路の一端、すなわち直流−直流コンバータ１３
1 の入力端子の一端を前記全波整流ダイオードブリッジ
回路１２の出力端子の正極側に接続し、またその直列回
路の他端、すなわち直流−直流コンバータ１３n の入力
端子の他端を前記全波整流ダイオードブリッジ回路１２
の出力端子の負極側に接続している。前記各直流−直流
コンバータ１３1 〜１３n の２次側出力端子を互いに直
列に接続し、その直列回路の両端間に負荷１４を接続し
ている。

【００１２】前記各直流−直流コンバータ１３1 〜１３
n は、図２に示すようにそれぞれ１次側入力端子ａ，ｂ
間に平滑コンデンサ２１を接続し、その平滑コンデンサ
２１の両端間にコンデンサ２２とトランス２３の１次巻
線２３ａとを並列に接続した並列共振回路を介してＭＯ
Ｓ形ＦＥＴ等のスイッチング素子２４を接続し、そのス
イッチング素子２４にダイオード２５を図示極性に並列
に接続して半波スイッチ回路を構成している。

【００１３】そして前記トランス２３の２次巻線２３ｂ
に整流用ダイオード２６を介してコンデンサ２７を並列
に接続している。そして前記コンデンサ２７の両端間を
出力端子ｃ，ｄとしている。

【００１４】前記各コンバータ１３1 〜１３n のスイッ
チング素子２４は発振制御回路１５からの制御信号Ｓ1
，Ｓ2 ，Ｓ3 ，…Ｓn によってスイッチング動作され
るようになっている。この制御信号Ｓ1 〜Ｓn は図３に
示すように同一の周波数で、位相が少しずつ等間隔でず
れた矩形波となっている。なお、制御信号がハイレベル
のときスイッチ素子はオンとなり、ローレベルのときス
イッチ素子はオフとなるようになっている。

【００１５】このような構成の本実施例においては、交
流電源１１を投入すると、各直流−直流コンバータ１３
1 〜１３n には全波整流された脈流電圧が印加される。
そして各コンバータ１３1 〜１３n の入力端子、すなわ
ち平滑コンデンサ２１の両端間に印加される電圧は全体
に印加される電圧の１／ｎとなる。例えば入力が１００
Ｖの商用電源のときにはピーク電圧は１４１Ｖであり、
コンバータの数が１２個であればコンバータ１個当たり
に印加される電圧は約１２Ｖとなる。

【００１６】この電圧が印加されているときにスイッチ
ング素子２４を制御信号Ｓによって適当な周波数でオ
ン、オフすると、コンデンサ２２とトランス２３の１次
巻線２３ａの並列回路は発振する。この発振により電力
の一部はトランス２３により変換されて２次巻線２３ｂ
に供給される。これによりトランス２３の２次巻線２３
ｂには交流電圧が発生し、これをダイオード２６で半波
整流しコンデンサ２７で平滑して直流電圧を得る。

【００１７】また当初均等に分圧されていた平滑コンデ
ンサ２１の電圧はコンバータの動作により変動する。
今、仮にあるコンバータの入力分圧が極端に低くなった
と仮定すると、コンバータの発振電流が小さくなること
からトランス２３を介して２次側に伝達される電力が減
少する。これにより平滑コンデンサ２１の電圧低下が鈍
化する。

【００１８】入力電流はすべてのコンバータ１３1 〜１
３n で共通なので、あるコンバータにおいては入力電力
が出力電力より多くなり、これによりあるコンバータの
入力分圧は復活する。

【００１９】逆にあるコンバータの入力分圧が極端に高
くなった場合は、コンバータの共振電流が増加し、これ
により出力側に伝達される電力が増加する。この場合も
入力電流はすべてのコンバータ１３1 〜１３n で共通な
ので、あるコンバータにおいては入力電力より出力電力
が多くなり、これによりあるコンバータの入力分圧は低
下して安定する。このように複数のコンバータ１３1 〜
１３n に入力される分圧均衡が崩れても直ちに復帰する
のでコンバータが破損するようなことはない。

【００２０】また複数のコンバータ１３1 〜１３n は発
振制御回路１５からの制御信号Ｓ1〜Ｓn によって同一
周波数でかつ位相が等間隔に制御されて発振動作を行う
ので、負荷１４に供給される複数のコンバータ１３1 〜
１３n の和の出力電圧は各コンバータ１３1 〜１３n の
コンデンサ２７の容量を小さくしても図４の(a) に示す
ようにリップル成分及びノイズがなく滑らかな電圧波形
となる。従って負荷１４に対する出力インピーダンスを
十分高くできる。

【００２１】なお、各コンバータ１３1 〜１３n がそれ
ぞれ勝手な周波数及び位相で動作したときには図４の
(b) に示すようにリップル成分は従来よりも減るがラン
ダムにノイズが乗った波形となる。次に本発明の他の実
施例を図面を参照して説明する。なお、前記実施例と同
一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【００２２】図５に示すものは複数の直流−直流コンバ
ータ１３1 〜１３n の入力端子を互いに並列に接続して
直流電源１６に接続するとともに、その各コンバータ１
３1〜１３n の出力端子を互いに並列に接続し、その並
列回路に負荷１４を接続したものである。この実施例の
場合は各コンバータ１３1 〜１３n への入力電圧はすべ
て共通なので分圧均衡を気にする必要はまったくない。

【００２３】なお、本実施例においてもコンバータ１３
1 〜１３n からの出力電圧はコンデンサ２７の容量を小
さくしてもリップル成分及びノイズがなく滑らかな電圧
波形となるので、前記実施例と同様の効果が得られるも
のである。

【００２４】また図６に示すものは本発明を放電灯点灯
装置に適用したもので、交流電源１１と全波整流ダイオ
ードブリッジ回路１２の交流入力端子との間に２個のコ
ンデンサとトランスからなるノイズフイルタ回路１７を
介挿し、複数の直流−直流コンバータ１３1 〜１３n の
出力端子の直列回路の一端を第１の切替スイッチ１８の
ａ接点に接続すると共に第２の切替スイッチ１９のｂ接
点に接続し、他端を第１の切替スイッチ１８のｂ接点に
接続すると共に第２の切替スイッチ１９のａ接点に接続
している。そして各切替スイッチ１８，１９のコモン接
点ｃ間に負荷として放電灯２０を接続している。

【００２５】前記各切替スイッチ１８，１９は互いに同
期して所定の周期で切替わり動作するもので、第１の切
替スイッチ１８がａ接点をオンしたときには第２の切替
スイッチ１９もａ接点をオンし、また第１の切替スイッ
チ１８がｂ接点をオンしたときには第２の切替スイッチ
１９もｂ接点をオンするようになっている。

【００２６】このような実施例においては、交流電源１
１が投入されると、フイルタ回路１７を介して全波整流
ダイオードブリッジ回路１２に交流電力が供給され、そ
のダイオードブリッジ回路１２の出力端子から全波整流
された電力が各コンバータ１３1 〜１３n の入力端子の
直列回路に供給される。

【００２７】こうして各コンバータ１３1 〜１３n は同
一周波数でかつ位相が等間隔に制御されて発振動作を開
始し、各コンバータ１３1 〜１３n の出力端子に直流電
圧が発生する。そして各コンバータ１３1 〜１３n の出
力端子の直列回路の両端間には各コンバータ１３1 〜１
３n からの出力電圧の和により高電圧が発生し、放電灯
２０に印加される。こうして放電灯２０は点灯動作する
ことになる。このとき各コンバータ１３1 〜１３n の出
力部にあるコンデンサ２７の容量を小さくできるので、
各コンバータ１３1 〜１３n の出力端子の直列回路のイ
ンピーダンスは高く、従って放電灯２０に瞬時に大電流
が流れることはない。

【００２８】また各切替スイッチ１８，１９が所定の周
期で切替わり動作するので、放電灯２０に流れる電流の
向きが所定の周期で切替わり、これにより放電灯内部の
水銀蒸気が偏るのを防止でき、放電灯２０の片側が暗く
なるような現象を防止できる。また放電灯２０の電極の
早期黒化、すなわち寿命低下を防止できる。そして放電
灯２０にはリップル成分やノイズのない電力供給ができ
るので、放電灯２０を安定に連続点灯できる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、出
力インピーダンを十分に高くでき、しかもリップル成分
及びノイズがなく安定した出力を維持できる電力変換装
置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路構成図。

【図２】同実施例の直流−直流コンバータの構成を示す
回路図。

【図３】同実施例の発振制御回路からの制御信号波形を
示す図。

【図４】同実施例の出力波形と各直流−直流コンバータ
を異なる周波数及び位相で発振させたときの出力波形を
示す図。

【図５】本発明の他の実施例を示す回路構成図。

【図６】本発明の他の実施例を示す回路構成図。

【図７】従来例を示す回路構成図。

【図８】同従来例の出力波形を示す図。

【符号の説明】

１３1 〜１３n …直流−直流コンバータ、１４…負荷、
１５…発振制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 入力を発振動作により一度交流に変換し
   た後直流に変換して出力する出力部にコンデンサを設け
   た複数の直流−直流コンバータと、この各コンバータの
   入力端子を互いに直列又は並列に接続してなる回路に接
   続される直流電源又は脈流電源と、前記各コンバータの
   出力端子を互いに直列又は並列に接続してなる回路に接
   続される負荷と、前記各コンバータの発振動作を発振周
   波数が共通で、発振位相が等間隔ずつずれるように制御
   する発振制御回路を設けたことを特徴とする電力変換装
   置。