JPH0591733A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷に変動が生じても電流波形の歪を小さく
することができる電源装置を提供する。 【構成】 チョッパ手段２はチョッピングにより電圧を
可変する。誤差増幅器３は、抵抗R1および抵抗R2の接続
点の電圧と基準電圧源E1の基準電圧とを比較して、電圧
差に応じた誤差信号を出力する。誤差信号に応じてＰＷ
Ｍ制御器４はスイッチング素子Q1のオンデューティーを
変化させる。リップル成分重畳回路５では、全波整流器
１の脈流出力から実質的に商用交流電源Ｅの２倍の周波
数のリップル成分のみを取出す。リップル成分を誤差信
号に脈流電圧と同相関係に重畳する。リップル成分制御
回路６は抵抗R5に流れる負荷電流を検出して、負荷電流
が大きくなると可変抵抗R4の抵抗値を大きくする。反対
に、負荷電流が小さくなると可変抵抗R4の抵抗値を小さ
くし、歪みを小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、チョッパ手段を用いた
定電圧形の電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、定電圧形のチョッパ手段を用いた
電源装置として、たとえば特開昭５８−５１３１６号公
報記載の構成が知られている。

【０００３】この特開昭５８−５１３１６号公報記載の
電源装置は、交流電源の出力を全波整流器で全波整流し
た後、チョッパ手段でチョッパ制御する。そして、出力
電圧の制御については、チョッパ手段の出力電圧と基準
電圧とを比較して差をなくすように誤差信号を出力し、
スイッチング素子のオン期間を制御する誤差信号によっ
て、出力の一定化を達成する。

【０００４】そして、脈流電圧が１サイクルのピーク値
付近にまで上昇していく期間では、スイッチング素子が
オンしてからこのスイッチング素子に電流が流れだすの
は同じであるが、脈流電圧値が上昇している分、インダ
クタに蓄積されるエネルギが大きくなっている。さら
に、脈流電圧の値が上昇すると、インダクタはスイッチ
ング素子のオフ期間に、前回のオン期間に蓄積されたエ
ネルギを放出し切れなくなる入力電流不連続モードとな
る。この入力電流不連続モードになると入力力率が低下
するので、フライホイール用のダイオードを介して流れ
ていた電流を、オンしたスイッチング素子を介して流れ
るようにし、スイッチング素子に流れる電流を零にし、
入力電流の連続モード期間をなくし、入力力率を向上さ
せる。

【０００５】さらに、脈流電圧から取り出した交流電圧
の２倍の周波数のリップル成分と、基準電圧と比較した
比較器の信号とを重畳し、リップル成分にてチョッパ手
段のスイッチング素子のオン期間を制御する。すなわ
ち、脈流電圧の１サイクルのピーク値付近ではリップル
成分が重畳されている分、スイッチング素子のオン期間
を立上がりあるいは立下がり期間より短くする。そし
て、脈流電圧のピーク値付近での入力電流の増大をなく
し、入力力率を高める。これにより、スイッチング素子
のオンデューティを予め小さめに設定する必要がなく、
大きな出力電圧を得ることが可能とするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭５８−５１３１６号公報記載の構成の場合、負荷に
変動が生じると、電流波形に歪みが生ずる問題を有して
いる。

【０００７】また、チョッパ手段の出力が生じていない
状態で、比較器に基準電圧のみが入力されると、始動時
にチョッパ手段の出力が安定しない問題を有している。

【０００８】本発明の請求項１または２記載のものは、
負荷に変動が生じても電流波形の歪を小さくすることが
できる電源装置を提供することを目的とする。

【０００９】請求項３記載のものは、始動時にもチョッ
パ手段の出力が安定した電源装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電源装置
は、交流電源からの交流電圧を整流して脈流電圧を出力
する全波整流器と、この全波整流器の出力端子間に設け
られたチョッピング動作を行なうスイッチング素子を有
し前記全波整流器および負荷の間に介在したチョッパ手
段と、このチョッピング手段の出力電圧と予め設定され
た基準電圧とを比較しこれら両電圧の差をなくすように
前記スイッチング素子を制御する比較器と、前記全波整
流器からの脈流電圧から実質的に前記交流電圧の周波数
のリップル成分を取出し、このリップル成分にても前記
スイッチング素子を制御するように、前記リップル成分
を前記比較器の出力または入力に前記脈流電圧と同相関
係に重畳するリップル成分重畳回路と、前記チョッパ手
段の出力電流に応じてこのリップル成分重畳回路で重畳
させるリップル成分を制御するリップル成分制御回路と
を具備したものである。

【００１１】請求項２記載の電源装置は、交流電源から
の交流電圧を整流して脈流電圧を出力する全波整流器
と、この全波整流器の出力端子間に設けられたチョッピ
ング動作を行なうスイッチング素子を有し前記全波整流
器および負荷の間に介在したチョッパ手段と、このチョ
ッパ手段の出力電圧と予め設定された基準電圧とを比較
しこれら両電圧の差をなくすように前記スイッチング素
子を制御する比較器と、前記全波整流器からの脈流電圧
から実質的に前記交流電圧の周波数のリップル成分を取
出し、このリップル成分にても前記スイッチング素子を
制御するように、前記リップル成分を前記比較器の出力
または入力に前記脈流電圧と同相関係に重畳するリップ
ル成分重畳回路と、前記負荷に応じてこのリップル成分
重畳回路で重畳させるリップル成分を可変するリップル
成分可変回路とを具備したものである。

【００１２】請求項３記載の電源装置は、交流電源から
の交流電圧を整流して脈流電圧を出力する全波整流器
と、この全波整流器の出力端子間に設けられたチョッピ
ング動作を行なうスイッチング素子を有し前記全波整流
器および負荷の間に介在したチョッパ手段と、このチョ
ッパ手段の出力が所定値以上のときこのチョッパ手段の
出力電圧と予め設定された基準電圧とを比較しこれら両
電圧の差をなくすように前記スイッチング素子を制御す
る比較器とを具備したものである。

【００１３】

【作用】請求項１記載の電源装置は、出力電圧の制御に
ついては、チョッパ手段の出力電圧と基準電圧とを比較
してこれらの差を無くすように、比較器のスイッチング
素子を制御して、出力を一定化する。また、交流電源の
交流出力を全波整流器で整流した脈流電圧から取出した
交流電圧の周波数のリップル成分と誤差信号とを重畳
し、リップル成分にてもチョッパ手段のスイッチング素
子を制御するから、脈流電圧の１サイクルのピーク値付
近ではリップル成分が重畳されている分、スイッチング
素子のオン期間を立上がりあるいは立下がり期間より一
層短くする。したがって、脈流電圧のピーク値付近での
入力電流の増大をなくし、入力力率を高めることがで
き、大きな出力電圧を得る。さらに、リップル成分制御
回路では、チョッパ手段の出力電流に応じてこのリップ
ル成分重畳回路で重畳させるリップル成分を制御し、歪
を小さくする。

【００１４】請求項２記載の電源装置は、出力電圧の制
御については、チョッパ手段の出力電圧と基準電圧とを
比較してこれらの差を無くすように、比較器のスイッチ
ング素子を制御して、出力を一定化する。また、交流電
源の交流出力を全波整流器で整流した脈流電圧から取出
した交流電圧の周波数のリップル成分と誤差信号とを重
畳し、リップル成分にてもチョッパ手段のスイッチング
素子を制御するから、脈流電圧の１サイクルのピーク値
付近ではリップル成分が重畳されている分、スイッチン
グ素子のオン期間を立上がりあるいは立下がり期間より
一層短くする。したがって、脈流電圧のピーク値付近で
の入力電流の増大をなくし、入力力率を高めることがで
き、大きな出力電圧を得る。さらに、リップル成分可変
回路では、負荷に応じてこのリップル成分重畳回路で重
畳させるリップル成分を可変するので、負荷の変化にか
かわらず、歪を小さくする。

【００１５】請求項３記載の電源装置は、出力電圧の制
御については、チョッパ手段の出力電圧と基準電圧とを
比較してこれらの差を無くすように、比較器のスイッチ
ング素子を制御して、出力を一定化する。また、比較器
では、チョッパ手段の出力が所定値以上のときこのチョ
ッパ手段の出力電圧と予め設定された基準電圧とを比較
しこれら両電圧の差をなくすようにスイッチング素子を
制御するため、チョッパ手段が確実に動作を始めてから
比較器は動作するので、始動時にもチョッパ手段の出力
が安定する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の電源装置の一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１７】図１において、Ｅは交流出力を行なう商用
交流電源で、この商用交流電源Ｅには全波制流用の全波
整流器１が接続され、この全波整流器１の出力端子間に
は、チョッパ手段２が接続されている。

【００１８】このチョッパ手段２は、全波整流器１の出
力端子間にスイッチング素子Q1を接続するとともに、全
波整流器１から見てスイッチング素子Q1と直列関係にイ
ンダクタL1を接続し、さらに、フライホイール用のダイ
オードD1、このフライホイール用のダイオードD1を介し
て出力側に平滑用のコンデンサC1を接続する。

【００１９】また、チョッパ手段２の正極出力側端子
に、分圧用の抵抗R1，R2が接続され、これら抵抗R1，R2
の一端は接地されている。そして、これら抵抗R1，R2の
接続点は比較器からなる誤差増幅器３の一端の入力端子
に接続され、誤差増幅器３の他端の入力端子には基準電
圧源E1が接続され、誤差増幅器３の出力端子は、ＰＷＭ
（Palse Width Modulation）制御器４を介してスイッチ
ング素子Q1の制御端子に接続されている。そして、誤差
増幅器３は、抵抗R1および抵抗R2の接続点の電圧と基準
電圧源E1の基準電圧とを比較して、電圧差に応じた誤差
信号を出力し、この誤差信号に応じてＰＷＭ制御器４は
スイッチング素子Q1のオンデューティを変化させる。

【００２０】さらに、５はリップル成分重畳回路で、こ
のリップル成分重畳回路５は、全波整流器１の正極出力
端子とインダクタL1との接続点と接地との間に接続され
た抵抗R3および可変抵抗R4とから構成され、これら抵抗
R3および可変抵抗R4の接続点と誤差増幅器３の一端の入
力端との間には、直流成分カット用のコンデンサC2が接
続されている。そして、リップル成分重畳回路５では、
全波整流器１の脈流出力から実質的に商用交流電源Ｅの
２倍の周波数のリップル成分のみを取出し、このリップ
ル成分を誤差信号に脈流電圧と同相関係に重畳する。

【００２１】またさらに、６はリップル成分制御回路
で、このリップル成分制御回路６はスイッチング素子Q1
に対して直列に電流検出用の抵抗R5を接続し、スイッチ
ング素子Q1および抵抗R5の接続点と接地との間に、抵抗
R6およびコンデンサC3の直列回路を接続し、これら抵抗
R6およびコンデンサC3の接続点の間に、可変抵抗R4の抵
抗値を接続する抵抗値制御器７を接続する。そして、抵
抗R5に流れる負荷電流を検出して、負荷電流が大きくな
ると可変抵抗R4の抵抗値を大きくし、反対に、負荷電流
が小さくなると可変抵抗R4の抵抗値を小さくする。

【００２２】さらに、コンデンサC1に対して並列に負荷
としてのインバータ回路８が接続され、このインバータ
回路８の出力端子にはチョークコイルL2を介して蛍光ラ
ンプFLが接続され、この蛍光ランプFLには始動用のコン
デンサC4が接続されている。

【００２３】次に、上記実施例の動作について説明す
る。

【００２４】商用交流電源Ｅからの交流電力は、全波整
流器１で全波整流され、脈流がチョッパ手段２に供給さ
れる。

【００２５】このチョッパ手段２では、脈流電圧が１サ
イクル中において低電圧である期間、すなわち、脈流電
圧の立上り期間では、スイッチング素子Q1がオンする
と、全波整流器１からインダクタL1を介して電流が流れ
だし、次第に立上がっていく。一方、スイッチング素子
Q1がオフすると、このスイッチング素子Q1の電流は遮断
されるが、インダクタL1は蓄積されたエネルギを、フラ
イホイール用のダイオードD1および平滑用のコンデンサ
C1を介して放出する。したがって、ダイオードD1にはス
イッチング素子Q1がオフした時点から電流が流れだす。
そして、スイッチング素子Q1のオフ期間中にインダクタ
L1のエネルギは次第に減少し、インダクタL1に流れる電
流も小さくなる。

【００２６】つぎに、再びスイッチング素子Q1がオンす
ると前述の動作を繰返す。そして、脈流電圧が１サイク
ル中のピーク値に向かって上昇するに従って、スイッチ
ング素子Q1に流れる電流すなわち全波整流器１から流入
する電流は、電圧上昇分に応じて増加していく。

【００２７】そして、インバータ回路８への供給電圧す
なわち出力電圧が基準電圧より高いときは誤差増幅器３
がたとえば正の誤差信号を出力し、この誤差信号に応じ
てスイッチング素子Q1のオンデューティを変化させ、チ
ョッパ手段２は通電量を減少し出力電圧を下げる。出力
電圧が基準電圧より低いときは各部が上述と反対に出力
電圧を上げるように動作する。したがって、常に基準電
圧に略等しい電圧を出力する定電圧特性を有する。

【００２８】また、リップル成分重畳回路５により、誤
差増幅器３からの誤差信号にリップル成分が脈流電圧と
同相関係に重畳されるので、リップル成分の波高値が大
きいときすなわち脈流電圧のピーク値付近であるとき、
誤差信号は出力電圧が高くなった場合と同じ向きに変動
する。

【００２９】反対に、リップル成分の波高値が小さいと
きすなわち脈流電圧の立上がりあるいは立下がり期間で
あるとき、誤差信号は出力電圧が低くなった場合と同じ
向きに変動する。したがって、誤差信号に制御されてス
イッチング素子Q1のオン期間が制御され、入力電流を減
少あるいは増加する。この結果、入力電流の連続モード
期間がなくなるので、入力電流波形は脈流電圧波形と同
相で相似形となり、たとえば９８％程度の高力率が得ら
れる。しかも、重畳するリップル成分は、出力電圧の一
定化制御に影響を与えない程度の量とすることが抵抗R
4，R5などの調整により十分可能であるから、実質的に
定電圧特性も損なわれない。

【００３０】さらに、負荷電流を抵抗R5で検出、すなわ
ちドレイン電流平均値として検出して、負荷電流が大き
い場合には、抵抗値制御器７で可変抵抗R4の抵抗値を大
きくし、反対に、抵抗値制御器７で可変抵抗R4の抵抗値
を小さくし、リップル成分の重畳量を変化させ、負荷電
流の大小にかかわらず、負荷電流の歪みを小さくする。

【００３１】また、他の実施例を図２を参照して説明す
る。

【００３２】この図２に示す実施例は、図１に示す回路
においてリップル成分制御回路を代えたものである。

【００３３】この図２に示すリップル成分制御回路９
は、蛍光ランプFLにトランスTr1 の入力巻線Tr1a，Tr1b
を接続し、このトランスTr1 の出力巻線Tr1cに整流回路
10を接続し、この整流回路10の出力端子間に抵抗R6およ
びコンデンサC5を接続し、抵抗R6およびコンデンサC5を
介して抵抗値制御器７を接続したものである。

【００３４】そして、蛍光ランプFLに流れる負荷電流を
トランスTr1で検出して、図１に示す回路と同様に、負
荷電流が大きい場合には、抵抗値制御器７で可変抵抗R4
の抵抗値を大きくし、反対に、抵抗値制御器７で可変抵
抗R4の抵抗値を小さくし、リップル成分の重畳量を変化
させ、負荷電流の大小にかかわらず、負荷電流の歪みを
小さくする。

【００３５】さらに、他の実施例を図３を参照して説明
する。

【００３６】この図３に示す実施例は、図２に示す回路
において、電流検出抵抗R7を全波整流器１の負極とイン
バータ回路８との間に接続し、この電流検出抵抗R7に電
流検出器11を接続し、さらに、リップル成分可変回路12
を接続したものである。

【００３７】また、このリップル成分可変回路12は、調
光を設定する調光制御手段13と、電流検出器11および調
光制御手段13に接続されスイッチSWを有する抵抗値制御
器14を有している。

【００３８】そして、調光制御手段13で調光を設定する
と、インバータ回路８の出力を調光用に低くするととも
に、抵抗値制御器14にも出力を行ない、負荷電流が小さ
くなった場合と同様に、可変抵抗R4の抵抗値を小さく
し、リップル成分の重畳量を変化させ、負荷電流の大小
にかかわらず、負荷電流の歪みを小さくする。

【００３９】またさらに、他の実施例を図４を参照して
説明する。

【００４０】この図４に示す実施例は、図１に示す回路
において、リップル成分重畳回路およびリップル成分制
御回路を取り除き、全波整流回路１の負極とインバータ
回路８の間に抵抗R8を接続し、この抵抗R8の一端から抵
抗R9、抵抗R10 およびコンデンサC4を接続し、これら抵
抗R9、抵抗R10 およびコンデンサC4の接続点に比較器15
の非反転入力端子を接続し、反転入力端子に基準電源E2
を接続し、この比較器15の出力端子を誤差増幅器３の非
反転入力端子に接続したものである。

【００４１】そして、チョッパ手段２の始動後、チョッ
パ手段２の出力が安定し、フィードバックにより、コン
デンサC2に所定の電荷が充電され、基準電圧源E2の電圧
より高くなった後でなければ、誤差増幅器３はＰＷＭ制
御器４を制御しないので、始動時の電源投入の順序にか
かわらず、確実に安定して動作を行なうことができる。

【００４２】また、他の実施例を図５を参照して説明す
る。

【００４３】この図５に示す実施例は、図４に示す回路
において、フィードバック制御をフィードフォワード制
御にしたものである。

【００４４】すなわち、インダクタL1に磁気的に結合さ
れたインダクタL3を設け、このインダクタL3に誘起され
る出力によりフィードフォワード制御するものである。

【００４５】

【発明の効果】請求項１記載の電源装置によれば、交流
電源の交流出力を全波整流器で整流した脈流電圧から取
出した交流電圧の周波数のリップル成分と誤差信号とを
重畳し、リップル成分にてもチョッパ手段のスイッチン
グ素子を制御するから、脈流電圧の１サイクルのピーク
値付近ではリップル成分が重畳されている分、スイッチ
ング素子のオン期間を立上がりあるいは立下がり期間よ
り一層短くする。したがって、脈流電圧のピーク値付近
での入力電流の増大をなくし、入力力率を高めることが
でき、大きな出力電圧を得る。さらに、リップル成分制
御回路では、チョッパ手段の出力電流に応じてこのリッ
プル成分重畳回路で重畳させるリップル成分を制御し、
歪を小さくすることができる。

【００４６】請求項２記載の電源装置によれば、交流電
源の交流出力を全波整流器で整流した脈流電圧から取出
した交流電圧の周波数のリップル成分と誤差信号とを重
畳し、リップル成分にてもチョッパ手段のスイッチング
素子を制御するから、脈流電圧の１サイクルのピーク値
付近ではリップル成分が重畳されている分、スイッチン
グ素子のオン期間を立上がりあるいは立下がり期間より
一層短くする。したがって、脈流電圧のピーク値付近で
の入力電流の増大をなくし、入力力率を高めることがで
き、大きな出力電圧を得る。さらに、リップル成分可変
回路では、負荷に応じてこのリップル成分重畳回路で重
畳させるリップル成分を可変するので、負荷の変化にか
かわらず、歪を小さくする。

【００４７】請求項３記載の電源装置によれば、比較器
では、チョッパ手段の出力が所定値以上のときこのチョ
ッパ手段の出力電圧と予め設定された基準電圧とを比較
しこれら両電圧の差をなくすようにスイッチング素子を
制御するため、チョッパ手段が確実に動作を始めてから
比較器は動作するので、始動時にもチョッパ手段の出力
が安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電源装置の一実施例を示す回路図であ
る。

【図２】同上他の実施例の電源装置を示す回路図であ
る。

【図３】同上また他の実施例の電源装置を示す回路図で
ある。

【図４】同上さらに他の実施例の電源装置を示す回路図
である。

【図５】同上またさらに他の実施例の電源装置を示す回
路図である。

【符号の説明】

１ 全波整流器 ２ チョッパ手段 ３ 比較器としての誤差増幅器 ５ リップル成分重畳回路 ６，９ リップル成分制御回路 ８ 負荷としてのインバータ回路 12 リップル成分可変回路 Ｅ 交流電源 Q1 スイッチング素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源からの交流電圧を整流して脈流
   電圧を出力する全波整流器と、 この全波整流器の出力端子間に設けられたチョッピング
   動作を行なうスイッチング素子を有し前記全波整流器お
   よび負荷の間に介在したチョッパ手段と、 このチョッピング手段の出力電圧と予め設定された基準
   電圧とを比較しこれら両電圧の差をなくすように前記ス
   イッチング素子を制御する比較器と、 前記全波整流器からの脈流電圧から実質的に前記交流電
   圧の周波数のリップル成分を取出し、このリップル成分
   にても前記スイッチング素子を制御するように、前記リ
   ップル成分を前記比較器の出力または入力に前記脈流電
   圧と同相関係に重畳するリップル成分重畳回路と、 前記チョッパ手段の出力電流に応じてこのリップル成分
   重畳回路で重畳させるリップル成分を制御するリップル
   成分制御回路とを具備したことを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】 交流電源からの交流電圧を整流して脈流
   電圧を出力する全波整流器と、 この全波整流器の出力端子間に設けられたチョッピング
   動作を行なうスイッチング素子を有し前記全波整流器お
   よび負荷の間に介在したチョッパ手段と、 このチョッパ手段の出力電圧と予め設定された基準電圧
   とを比較しこれら両電圧の差をなくすように前記スイッ
   チング素子を制御する比較器と、 前記全波整流器からの脈流電圧から実質的に前記交流電
   圧の周波数のリップル成分を取出し、このリップル成分
   にても前記スイッチング素子を制御するように、前記リ
   ップル成分を前記比較器の出力または入力に前記脈流電
   圧と同相関係に重畳するリップル成分重畳回路と、 前記負荷に応じてこのリップル成分重畳回路で重畳させ
   るリップル成分を可変するリップル成分可変回路とを具
   備したことを特徴とする電源装置。
3. 【請求項３】 交流電源からの交流電圧を整流して脈流
   電圧を出力する全波整流器と、 この全波整流器の出力端子間に設けられたチョッピング
   動作を行なうスイッチング素子を有し前記全波整流器お
   よび負荷の間に介在したチョッパ手段と、 このチョッパ手段の出力が所定値以上のときこのチョッ
   パ手段の出力電圧と予め設定された基準電圧とを比較し
   これら両電圧の差をなくすように前記スイッチング素子
   を制御する比較器とを具備したことを特徴とする電源装
   置。