JPH06315267A

JPH06315267A - 力率改善ｄｃ電源

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Publication number: JPH06315267A
Application number: JP5187031A
Authority: JP
Inventors: Ronald A Lesea; ロナルド・エー・レシー
Original assignee: X O Ind Inc; XO IND Inc
Current assignee: X O Ind Inc; XO IND Inc
Priority date: 1993-04-27
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 1994-11-08
Also published as: EP0622888B1; EP0622888A1; CA2114809A1; FI940553A; DE69411447T2; FI940553A0; KR940025140A; DE69411447D1; US5345164A; US5635825A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ＡＣ電力ライン上に相対的に低い高調波電流レ
ベルを生成し、比較的高い力率を示し、安価なＤＣ電源
を提供する。【構成】力率改善ＤＣ電源１００、２００は、力率補正
回路１２０と、全波整流器手段１２２と、一対のフィル
ターコンデンサ１２４、１２６と、三個の電流ステアリ
ングダイオード１２８、１３０、１３２とを含む。力率
補正回路１２０は、インダクタ手段１３６、２４０とコ
ンデンサ１３８とを含み、ＤＣ電源がＡＣ電力ラインに
発生する高調波電流のレベルを低減させ、ＤＣ電源によ
るＡＣ電力ラインの力率を改善する。フィルターコンデ
ンサ１２４、１２６は、直列に充電され、並列に放電さ
れ、電流ステアリングダイオード１２８、１３０、１３
２と共に回路を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に負荷がＡＣ電力
ラインにもたらす力率に関し、特にＤＣ電源によりＡＣ
ライン上に発生する高調波電流の低減に関する。

【０００２】

【従来の技術】負荷がＡＣラインにもたらす力率ＰＦ
は、関心事であり続けている。一般に、ＤＣ電源は、ブ
リッジ整流器、フィルター用コンデンサ、及び時には、
フィルター用チョークを含む。整流器の入力は、ＡＣ電
力ライン間に（ヒューズ、スイッチ等により）接続され
ている。整流器の出力は、直列チョークによりコンデン
サ（チョーク入力フィルター）の両端に接続されている
か、または、チョークのない場合は、直接にコンデンサ
（コンデンサ入力フィルター）の両端に接続され、コン
デンサに並列に出力電圧を形成する。

【０００３】チョーク（入力フィルター）がある場合
は、（チョークのインダクタンスが一般に「臨界」イン
ダクタンスと呼称されるものより大幅に大きい場合）Ｄ
Ｃ電源は、方形波に近い波形の電流をＡＣ電力ラインよ
り引き込む。チョークがない場合は、波形は、ＡＣ電力
ラインの電圧のピーク値に同期したパルスのパルス列に
より近くなる。どちらの場合にせよ、ＡＣ電力ラインか
らの電流は、ＡＣ電力ライン周波数の奇数高調波の各高
調波に一つある高調波成分を含む。

【０００４】ＤＣ電源の場合は、旧来の力率の慣習のす
べてが適応するわけではない。（例えば、ＤＣ電源がＡ
Ｃ電力ラインにもたらす力率を、ＤＣ電源の入力の電圧
と流れ込む電流との位相角のコサインとして定義するこ
とは意味を持たない。）しかし、ＤＣ電源もまた同じ種
類の多くの問題をもたらす。比較的低い力率を有する他
の負荷と同様に、ＤＣ電源は、ＡＣ電力ラインから、電
力消費をするために引き込まれるはずの電流を考慮すれ
ば不相応に高いと思われる実効値レベルの電流を消費す
る。［換言すれば、負荷（この場合ＤＣ電源）の力率
は、実際の消費電力対皮相電力の比で与えられる。］コ
ンデンサ入力フィルター型ＤＣ電源は、大体５８％の力
率ＰＦをＡＣ電力ラインにもたらし、大体１６０％のレ
ベルの高調波電流（全高調波歪、total harmonic disto
rtion：ＴＨＤ）を発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＡＣ電力発生装置及び
ＡＣ電力送電装置（ライン及び変圧器）が電流を許容す
るに十分な大きさの必要があるという点から、相対的に
高いＡＣ電力ライン実効電流が関心事である。更に、発
電及び送電損失は、主に抵抗性の損失であり、従って、
実効ＡＣ電力ライン電流のレベルの二乗で増加する。比
較的低い負荷（ＤＣ電源）でも関心事であるということ
は重要である。小さなパーソナルコンピュータは、例え
ば、コンピュータのＤＣ電源が相対的に低い力率であれ
ば、大型の煙突脱じん装置が消費する電流レベルほど消
費しないが、ＤＣ電源により引き込まれる電流は、単一
のＡＣ電力ラインの差し込みの消費レベルに制限され
る。

【０００６】更なる関心事は、電流高調波歪である。歪
成分は、ＡＣ配電システムの様々な部品の熱破壊を招き
得る。”三倍調波”高調波（３次、９次、１５次その
他）は、３相システムの中性点に加わり、中性ラインを
過熱される可能性がある。更に、これら高調波成分は、
ＡＣ電圧の歪をもたらす。電圧歪の量は、ＡＣラインの
電源インピーダンスと、他の接続負荷に依存する。この
電圧歪は、他の接続の負荷の適正な動作を妨げる可能性
がある。

【０００７】デー・ケープウエル（D. Capewell）の米
国特許４，２２２，０９６及びエフ・ブラム（F. Blu
m）の米国特許４，３６９，４９０では、（コンデンサ
入力型）ＤＣ電源のブリッジ整流器の入力に並列に接続
されているコンデンサと、ＡＣ電力ラインとＤＣ電源と
ＡＣ電力ラインを接続するため、ＡＣ電力ラインと整流
器の入力との間に接続されているインダクタとを含む回
路が開示されている。ブラム（Blum）特許は、第５欄、
２３から２９行で、上述の回路無しで、ＤＣ電源は、Ａ
Ｃ電力ラインに対して６５％の力率をもたらしたことを
示している。また、上述の回路無しで、基本波電流のレ
ベルに対して第３次高調波電流のレベルは８８％で、第
５次の高調波電流のレベルは６５％で、第７次の高調波
電流のレベルは、３８％である。上述の回路での一例と
して、ＤＣ電源は、ＡＣ電力ラインに対して９４％の力
率をもたらすことが見いだされた。また、上述の回路の
回路を使用の場合、基本波電流のレベルに対して、第３
次高調波電流のレベルは２０％で、第５次高調波電流の
レベルは、６％で、第７次高調波電流のレベルは、２％
であった。

【０００８】本発明の第一の目的は、相対的に低い高調
波電流レベルをＡＣ電力ライン上に生成するＤＣ電源を
提供することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、ＡＣ電力ライン上で
比較的高い力率をもたらすＤＣ電源を提供することにあ
る。

【００１０】本発明の更なる目的は、比較的安価なＤＣ
電源を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の好適な実施例
は、簡単にいうと、力率補正回路と、全波整流器と、一
対のコンデンサと、三個の電流ステアリングダイオード
とを含む。力率補正回路は、インダクタとコンデンサと
を含み、この組み合わせは、ＤＣ電源がＡＣ電力ライン
に生成する高調波電流を低減させることによって、ＤＣ
電源がＡＣ電力ラインにもたらす力率を改善するように
構成されている。フィルターコンデンサは、電流ステア
リングダイオードと共に、フィルターコンデンサが直列
に充電され、並列に放電するように構成される。更に、
フィルターコンデンサ及び電流ステアリングダイオード
は、負荷に発生する電圧のレベルがピーク値の半分を越
える期間は、力率改善のＤＣ電源があたかもフィルター
コンデンサが回路中に含まれないが如く動作するように
構成される。

【００１２】本発明のこれら及びその他の目的は、添付
図面を参照し、本発明の好適な実施例の詳細説明を読め
ば、当業者には容易に理解できよう。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明による力率改善ＤＣ電源の一
実施例であり、全体として参照符号１００で示される。
ＤＣ電源１００は、単相、ＡＣ電力ライン１０２で表現
されるＡＣ電力ラインへの接続と、抵抗１０４で表現さ
れる（ＤＣ）負荷への接続とに対する備えを有してい
る。このように接続されると、ＤＣ電源１００は、電力
ライン１０２から（ＡＣ）電力を得て、負荷１０４へＤ
Ｃ電力を供給する。以下に明白になるように、ＤＣ電源
がＡＣラインへもたらす力率を最大にし、前記ライン上
にＤＣ電源が生成する高調波電流のレベルを最小にする
ように、ＤＣ電源１００は、ＡＣ電力ラインから（Ａ
Ｃ）電力を得る。

【００１４】ＡＣ電力ライン１０２の種々の導体ライン
は、活線１１０、中性ライン１１２、接地ライン１１４
を含む。ＤＣ電源１００は、主要な部品として、力率補
正回路１２０と、全波整流器１２２と、一対のコン
デンサ１２４及び１２６と、三個の電流ステアリングダ
イオード１２８、１３０及び１３２とを含む。

【００１５】力率補正回路１２０は、ＤＣ電源１００が
ＡＣ電力ラインへもたらす力率を改善し、ＤＣ電源がＡ
Ｃ電力ラインに発生する高調波電流のレベルを低減する
ために回路構成されたインダクタ及びコンデンサを含
む。具体的には、この目的のために、力率補正回路１２
０のインダクタは、ＡＣ電力ライン間に備わった全波整
流器の入力に直列に連結され、力率補正回路１２０のコ
ンデンサは、全波整流回路の入力間に接続される。イン
ダクタ１３６は、力率補正回路１２０のインダクタとし
て利用され、コンデンサ１３８は、力率補正回路１２０
のコンデンサとして利用される。インダクタ１３６は、
ＡＣ電力ライン１０２のライン１１０と、全波整流器１
２２の一対の入力の一方に接続されている接続点１４６
との間に接続されている。全波整流器１２２の二つの入
力の他の一方は、接続点１４８へ接続されていて、接続
点１４８は、中性ライン１１２へ直接接続されている。
力率補正コンデンサ１３８は、接続点１４６及び１４８
の間で、全波整流器１２２の入力間に接続されている。
１２０ボルト、６０ヘルツ動作では、インダクタ１３６
は、０．１２ヘンリのインダクタンスであり、コンデン
サ１３８は、２．２マイクロファラドの容量であり、同
調周波数は、ＡＣ電力ライン１０２の周波数の第５次高
調波の周波数より幾分高いことが好ましい。

【００１６】力率補正回路１２０の一部分としての機能
に加えて、コンデンサ１３８は、導電雑音を低減するよ
うに動作する。また、この目的のために、ＤＣ電源１０
０は、更に、二つのコンデンサ１５０及び１５２を用い
る。コンデンサ１５０は、接続点１４８と、アースライ
ン１１４との間に接続され、コンデンサ１５２は、接続
点１４６と、アースライン１１４との間に接続される。
１２０ボルト、６０ヘルツの動作では、コンデンサ１５
０及び１５２の各々は、３．３ナノファラドの容量をも
つことが好ましい。

【００１７】入力の交番電流（電荷の流れ）から、全波
整流器１２２は、１６０及び１６２の一対のラインに整
流電流を発生するように構成される。ライン１６２は、
回路のコモン（アース）である。この好適な実施例で
は、具体的には、全波整流器１２２は、ブリッジ型であ
り、４個の整流ダイオード１６６、１６８、１７０及び
１７２を有している。ダイオード１６６は、そのカソー
ドが接続点１４６へ接続され、そのアノードがライン１
６２へ接続されるように構成されている。整流ダイオー
ド１６８は、そのアノードが接続点１４６へ接続され、
そのカソードがライン１６０へ接続されている。整流ダ
イオード１７０のカソードは、ライン１６０へ接続さ
れ、そのアノードは、接続点１４８へ接続されている。
最後に、整流ダイオード１７２は、そのカソードが接続
点１４８へ接続され、そのアノードがライン１６２へ接
続されている。１２０ボルト、６０ヘルツの動作で、整
流ダイオード１６６、１６８、１７０及び１７２は、共
通なタイプ１Ｎ５０６１であることが好ましい。

【００１８】ＤＣ電源１００は、ライン１６０と１６２
との間に、もう一つの雑音低減用コンデンサ１７６を有
す。１２０ボルト、６０ヘルツの動作では、コンデンサ
１７６は、１マイクロファラドの容量をもつことが好ま
しい。

【００１９】フィルターコンデンサ１２４及び１２６
は、フィルターコンデンサが直列に充電され、並列に放
電されるように、電流ステアリングダイオード１２８、
１３０及び１３２に対して接続されている。具体的に
は、コンデンサ１２４は、ライン１６０とライン１８０
との間に接続されており、コンデンサ１２６は、ライン
１８２とライン１６２との間に接続されている。ステア
リングダイオード１２８は、そのカソードがライン１８
０に接続され、そのアノードがライン１６２に接続され
るように構成される。ステアリングダイオード１３０の
アノードは、ライン１８０へ接続され、そのカソード
は、ライン１８２へ接続される。

【００２０】最後に、ステアリングダイオード１３２
は、そのカソードがライン１６０へ接続され、そのアノ
ードがライン１８２へ接続されるように構成される。１
２０ボルト、６０ヘルツの動作では、コンデンサ１２４
及び１２６は、各々１００マイクロファラドの容量をも
ち、電流ステアリングダイオード１２８、１３０、及び
１３２の各々は、共通の１Ｎ４００５であることが好ま
しい。

【００２１】ＤＣ電源１００は、１８６及び１８８で示
される一対のブリーダ抵抗を有す。抵抗１８６は、ライ
ン１６０とライン１８０との間のコンデンサ１２４に並
列に接続されている。一実施例では、抵抗１８８は、ラ
イン１８２と１６２との間のコンデンサ１２６に並列に
接続される。他の実施例では、抵抗１８８は、ライン１
８２と、ライン１９０との間に接続され、ライン１９０
は、以下で明かとなるように、比較的低い電流を引き込
む（比較的低い電圧の回路）の負荷へ接続される。１２
０ボルト、６０ヘルツの動作では、抵抗１８６は、４７
ｋオームの抵抗、抵抗１８８は、３０ｋオームの抵抗で
あることが好ましい。最後に、抵抗１０４で表される
（ＤＣ）負荷が、ライン１６０と回路コモンライン１６
２との間に接続される。

【００２２】インダクタ１３６は、ＡＣ電力ライン１０
２間に接続された全波整流器１２２の入力に直列に接続
されていることは重要である。この組み合わせは、直列
回路を形成するので、インダクタ１３６は、活線１１０
に接続されるか、中性ライン１１２に接続されるか、二
つに分割し、その両方に接続されるかである。言い替え
れば、電気的に等価な三つの変形があるということであ
る。

【００２３】力率改善ＤＣ電源の他の実施例が図２に示
されていて、全体的に参照符号２００で表される。図１
に類似した部品は、同一の参照符号が付けられている。
実施例２００では、２４０で示される変圧器は、力率補
正回路１２０のインダクタとして使用される。変圧器２
４０は、２４２及び２４４の二つの巻線を有す。巻線２
４２は、活線１１０と接続点１４６との間に接続されて
いる；巻線２４４は、中性ライン１１２と接続点１４８
との間に接続されている。巻線２４２及び２４４は、Ａ
Ｃ電力ライン１０２の電流に対し、変圧器による相互イ
ンダクタンスは、巻線各々による自己インダクタンスと
同符号となるように（加算されるように）接続される
（同位相に）ということは重要である。また、力率補正
コンデンサ１３８は、接続点１４６と１４８との間に、
全波整流器１２２の入力間に接続されている。（変圧器
２４０は、ＡＣ電力ラインで利用できるＡＣ電圧のレベ
ルを昇圧したり、降圧したりするために従来技術の普通
に見られるものと混同してはならない。変圧器２４０
は、そのように構成されてはならず、そのように動作さ
せてもいけない。）１２０ボルト、６０ヘルツの動作で
は、変圧器２４０は、０．１２ヘンリの総直列インダク
タンスを有することが好ましい。変圧器２４０は、半イ
ンチの厚みの珪素鋼板の積層（３６個）を含むコアを有
する。積層は、一般にＭ６と呼称されタイプで、そのサ
イズは、一般にＥＩ−３７と呼称され、二つの巻線はの
各々は、２５．５ＡＷＧエナメル銅線を２２０回巻いた
ものであることが好ましい。

【００２４】変圧器２４０の巻線２４２及び２４４の各
々の漏れリアクタンスは、変圧器自身と離れて、高周波
では直列インダクタンスとして現れることに注目するこ
とは重要である。これらの漏れインダクタンスは、電磁
妨害（ＥＭＩ）及び無線周波妨害（ＲＦＩ）のフィルタ
ーとして動作する。更に、これら漏れインダクタンス
は、これなしではＡＣ電力ライン（１０２）へ結合され
てしまうような高次（例えば、２０次）の高調波を減衰
させる。図１及び２に示された力率改善電源の動作を理
解するには、フィルターコンデンサ１２４及び１２６が
直列に充電され、並列に放電されるように、フィルター
コンデンサ１２４及び１２６が、電流ステアリングダイ
オード１２８、１３０及び１３２と構成されていること
を留意すべきである。フィルターコンデンサ１２４及び
１２６が、充電されると電流（電荷のながれ）は、ライ
ン１６０の全波整流器１２２の出力から、フィルターコ
ンデンサ１２４、電流ステアリングダイオード１３０、
フィルターコンデンサ１２８を通じ、ライン１６２を経
由して、全波整流器１２２の出力に戻る。フィルターコ
ンデンサ１２４及び１２６が充電された場合を除き、電
流ステアリングダイオード１３０は、フィルターコンデ
ンサにより逆バイアスされている。

【００２５】更に、電流ステアリングダイオード１２８
及び１３０は、ライン１６０と１６２との間で（ＡＣ電
力ライン１０２及び力率補正回路１２０により）発生し
た電圧のレベルがピークレベルの半分のレベルを越える
期間中は、逆バイアスされる。従って、これらの期間
中、電流ステアリングダイオード１２８及び１３２は、
フィルターコンデンサ１２４及び１２６の放電を防止す
る。実際に、これらの期間中に、力率改善ＤＣ電源は、
フィルターコンデンサ１２４及び１２６は、回路に存在
しないかの如く動作する。従って、これらの期間中、負
荷（抵抗１０４）に沿って発生する電圧の波形は、実質
的に、整流され、平滑されていないサイン波となる。
（従って、当然、負荷抵抗１０４で発生したＤＣ電圧の
ピークピークリップルのレベルは、ＡＣライン電圧のピ
ーク値の大体半分、１２０ボルト動作では、８０ボルト
ピークピーク値となる。）

【００２６】最後に、ライン１６０と１６２の間で発生
した電圧のレベルがピークレベルの半分より低い期間で
は、電流ステアリングダイオード１２８及び１３２は、
コンデンサ１２４及び１２６を並列に、負荷抵抗１０４
間に結合する。従って、負荷抵抗１０４に発生した電圧
のレベルは、ピークＡＣライン電圧の半分のレベル、１
２０ボルトの動作の場合８０ボルトより実質的に降下す
ることはない。

【００２７】既に述べたように、ライン１６０と１６２
との間に発生する電圧のレベルがピークレベルの半分を
越える期間では、電源１００及び２００は、フィルター
１２４及び１２６が回路中に存在しないが如く動作す
る。これは、本発明の適正な動作にとり極めて重要であ
る。従って、ＤＣ電源１００及び２００がＡＣ電力ライ
ン１０２へもたらす力率は、大幅に増加し、これらがラ
インに発生する高調波電流のレベルは、大幅に低減す
る。

【００２８】ライン１０２といったＡＣ電力ライン間に
直接負荷抵抗１０４といった抵抗を接続する場合を考え
る。この場合、負荷抵抗がＡＣ電力ラインに対する力率
は、１であり、ラインに発生する高調波電流はゼロであ
る。全高調波歪ＴＨＥは、ゼロである。

【００２９】次に、入力がＡＣ電力ラインに接続されて
いるブリッジ整流器の出力に負荷抵抗が接続されている
場合を考える。フィルターコンデンサが無いとき、電圧
が負荷に発生し、その電圧は、整流サイン波の波形とな
る。そのような回路は、ＡＣ電力ラインにはほぼ１に近
い力率をもたらし、ライン上に発生する高調波電流のレ
ベルはゼロに近い。

【００３０】ライン１６０と１６２との間に発生した電
圧のレベルがピークレベルの半分のレベルを越える期間
では、力率改善ＤＣ電源１００及び２００は、ＡＣ電力
ラインに入力が接続されたブリッジ整流器の出力に負荷
抵抗が接続されているような既に述べた回路と同様に動
作する。このように、これらの期間、力率改善ＤＣ電源
１００及び２００は、ほぼ１に近い力率をＡＣ電力ライ
ンにもたらし、かつラインには、ゼロに近い高調波電流
のレベルを発生する。従って、総合時間で考えて、ＤＣ
電源１００及び２００は、ＡＣ電力ライン１０２で、特
に第３次高調周波数にて大幅に低減した高調波電流を発
生する。高調波電流のレベル低減により、インダクタ
（１３６及び２４０）及びコンデンサ１３８は、実際に
起こり得るより遥かに高い周波数にて同調し、従って、
これらの部品のサイズ、重量及びコストを低減する。

【００３１】フィルターコンデンサ１２４及び１２６
は、直列に充電され、並列に放電されるように、電流ス
テアリングダイオード１２８、１３０及び１３２と接続
されていることに留意することは重要である。この結
果、コンデンサ１２４及び１２６には、単一のコンデン
サがライン１６０とライン１６２との間に接続される場
合よりはるかに低い電圧ストレスがかかる。更に、コン
デンサ１２４及び１２６の直列接続の容量は、コンデン
サ１２４及び１２６の並列接続の容量の１／４である。
このように、コンデンサ１２４及び１２６への電荷の流
れは、大幅に低減される。この結果、ＤＣ電源１００及
び２００がＡＣ電力ラインへもたらす力率は、増加し、
電源がラインに発生する高調波電流のレベルは大幅に低
減する。更に、フィルターコンデンサ１２４及び１２６
は、並列に放電するので、ＤＣ電源１００及び２００が
負荷１０４に対して発生するＤＣ電圧のリップル成分の
レベルは、これらのコンデンサが無い場合に比し低減さ
れる。

【００３２】図３は、力率改善電源の他の実施例であ
り、全体が参照符号３００により表される。電源３００
は、図２の改良型であり、ダイオード１６８に直列に、
ダイオード１７０とコンデンサ１７６との間に、小さな
追加インダクタ３１０（実施例の一つでは、大体１０ｍ
Ｈ）を備える。インダクタ３１０は、ある種の負荷で
は、更に力率を増し、総合高調波歪を低減し、入力イン
ダクタのサイズのサイズの縮小を可能とする。

【００３３】図４及び５は、図１及び２の電源に関連す
る波形図である。具体的には、図４では、ＡＣ電力ライ
ン１０２で発生する電圧の波形３２０が示される；電力
ラインが電源１００または２００に接続されたとき、Ａ
Ｃ電力ライン１０２での電流の波形３３０が示される。
波形３２０の電圧目盛りが図の左側に示され、電流波形
３３０の電流目盛りが図の右側に示される。

【００３４】図５は、力率補正回路１２０のコンデンサ
１３８に発生する電圧の波形４００と、負荷１０４に発
生する電圧の波形４０２とを含む。電圧波形図４００の
電圧目盛りは、図の左側にあり、波形４０２の電圧目盛
りは、図の右側にある。

【００３５】負荷１０４に発生するＤＣ電圧のリップル
成分は、当然、相対的に高い。この結果、ＤＣ電源１０
０及び２００は、全ての利用分野に適するとは限らな
い。しかし、多くの利用分野で、リップルの効果は、フ
ィードフォワード及びフィードバックまたはいずれかの
手段によって低減可能である。図６に示されるバラスト
回路５００を例として取り上げる。バラスト回路５００
は、ＤＣ電源１００または２００と、発振器５１２と、
スイッチング回路５１４と、電流制限（バラスト）回路
５１６とを含み、これらは全て、一対のランプ５２０及
び５２２で表されるような多数の蛍光ランプを駆動する
のに使用される。

【００３６】既に述べたように、ＤＣ電源１００は、Ａ
Ｃ電力をＡＣ電力ラインから得るためにそのラインに接
続される。ＡＣ電力ライン１０２の電力から、ＤＣ電源
１００は、ライン１６２に発生した回路コモン電圧に対
して、ライン１６０上に主ＤＣ電圧、ライン１９０上に
寄生ＤＣ電圧の一対のＤＣ電圧を発生する。

【００３７】発振器５１２は、ライン５５０上で、好ま
しくは方形波の高周波信号を発生するように構成され
る。発振器５１２は、集積回路タイプのデバイス５５
４、例えば３８４４と呼称されるタイプを中心に構成さ
れる。具体的には、デバイス５５４は、デバイスの７番
目のピン（Ｖｃｃ）は、ＤＣ電源１００の寄生ＤＣ電圧
ライン１９０に接続される。６番ピン（ＯＵＴＰＵＴ）
は、ライン５５０に接続される。更に、デバイス５５４
は、２番ピン（Ｖｆｂ）、３番ピン（ＩＳＥＮＳＥ）及
び５番ピン（ＧＲＯＵＮＤ）が回路コモンに接続される
ように回路構成される。デバイス５５４は、また、４番
ピン（ＲＴ／ＣＴ）がライン５６０に接続され、８番ピ
ン（ＶＲＥＦ）がライン５６６へ接続されるように回路
構成される。発振周波数を決定するコンデンサ５７０
は、ライン５６０と回路のコモンとの間に接続される。
可変抵抗５７２により表される、好ましくは６個の抵抗
が並列に、ライン５６６とライン５６０との間に接続さ
れる。（バラスト回路５００の製造時、回路が負荷に出
力する電力の測定がなされる。測定に基づき、予め設定
された数の抵抗が回路より切り放される。）最後に、バ
イパスコンデンサ５７６がライン５６６と回路のコモン
との間に接続される。好ましくは、コンデンサ５７０
は、４．７ナノファラドの容量であり、抵抗５７２で表
される６個の抵抗は、それぞれ５６０ｋオーム、２８０
ｋオーム、１４０ｋオーム、６９．８ｋオーム、３４．
８ｋオーム及び４．０２ｋオームであり、コンデンサ５
７６は、０．１マイクロファラドの容量を有す。

【００３８】フィードフォワード回路５７９が、回路コ
モン電圧に対してのＤＣ電源１００のライン１６０に発
生したＤＣ電圧のリップルの効果を軽減するため、利用
されている。具体的には、フィードフォワード回路は、
ライン１６０に発生したＤＣ電圧の瞬時レベルに応答し
て、周波数変調発振器５１２の発振周波数を変化させる
ことによって、蛍光ランプ５２０及び５２２へ供給され
る電力を変化させている。ライン１６０に発生したＤＣ
電圧の瞬時レベルが上昇すると、フィードフォワード回
路５７９は、コンデンサ５７０での電流のレベルを増加
させる。この目的のため、フィードフォワード回路は、
ツェナーダイオード５８０及び一対の抵抗５８２及び５
８４を含む。ライン１６０のリップル成分をライン５８
６の電圧に結合するために、ダイオード５８０は、その
カソードがライン１６０に接続され、そのアノードがラ
イン５８６へ接続されるように回路構成されている。リ
ップル電圧をリップル電流に変換するために、抵抗５８
２及び５８４が分圧器を構成し、抵抗５８２は、ライン
５８６と５６０の間に接続され、抵抗５８４は、ライン
５６０と回路コモンとの間に接続される。ツェナーダイ
オード５８０は、一般に１Ｎ５２６４と呼称されるタイ
プであり、抵抗５８２及び５８４は、それぞれ１メグオ
ーム及び２６．１ｋオームである。以上述べたように、
フィードフォワード回路は、ライン１６０に発生したＤ
Ｃ電圧に瞬時レベルに応答して周波数変調発振器５１２
の発振周波数を変化させる。他の実施例では、フィード
フォワード回路５７９は、ライン１６０に発生したＤＣ
電圧の瞬時レベルに応答して発振器５１２の発振パルス
幅（デューティーサイクル）を変化させている。

【００３９】フィードバック回路５８９は、蛍光ランプ
５２０及び５２２のほぼ一定の電力レベルを維持するの
に利用される。具体的には、フィードバック回路は、電
流制限（バラスト）回路５１６の電流レベルに応答して
周波数変調発振器５１２の周波数を変更することによっ
て、蛍光ランプに供給される電力を変化させている。こ
の目的のために、フィードバック回路５８９は、抵抗５
９０、コンデンサ５９２、ダイオード５９４及び一対の
抵抗５９６及び５９８を含む。検出電流を発生するため
に、抵抗５９０及びコンデンサ５９２は、回路５１６の
電流から、（回路のコモン電圧に対して）ライン１６０
に発生した低い検出電圧を得て、積分するように回路構
成される。この目的のために、抵抗５９０及びコンデン
サ５９２は、低域通型過積分器の構成をなし、抵抗５９
０は、ライン６００とライン６０２との間に接続され、
コンデンサ５９２は、ライン６０２と回路コモンとの間
に接続される。

【００４０】積分電圧を発振器５１２の駆動用の電流に
変換するため、ダイオード５９４は、電流ステアリング
ダイオードとして回路構成され、そのアノードは、ライ
ン６０２へ接続され、そのカソードは、ライン６０４へ
接続される。抵抗５９６は、ライン６０４とライン６０
６との間に接続され、抵抗５９８は、ライン６０６と５
６０との間に接続される。好適な実施例では、抵抗５９
０は、１３ｋオームの抵抗値、コンデンサ５９２は、
２．２ナノファラド、ダイオード５９４は、一般に１Ｎ
４１４８と呼称されるタイプ、抵抗５９６及び５９８
は、それぞれ１８ｋオーム及び２０ｋオームの抵抗値を
有する。既に述べたように、好適な実施例に於いては、
フィードバック回路５８９は、電流制限バラスト回路５
１６の電流のレベルに応答して周波数変調発振回路５１
２の発振周波数を変化させる。ほかの実施例では、フィ
ードバック回路５８９は、電流制限（バラスト）回路５
１６の電流のレベルに応答して、発振器５１２の発振パ
ルス幅（デューティサイクル）を変化させる。

【００４１】実施例５００では、スイッチング回路５１
４は、発振器５１２によりライン５５０上に発生した高
い周波数信号に応答して、周期的にライン７００を回路
のコモンに接続するように回路構成されている。この目
的のために、スイッチング回路５１４は、ダイオード７
０２、抵抗７０４、コンデンサ７０６及びトンランジス
タ７０８を含む。抵抗７０４及びコンデンサ７０６は、
トランジスタ７０８のゲートで発生する電圧の立ち上が
り時間を遅くし、トランジスタがトランジスタドレーン
での寄生容量を放電する速度を低速化し、トランジスタ
の必要ピーク電流条件を低減するように、回路構成され
る。具体的には、抵抗７０４は、ライン５５０とライン
７１０との間に接続され、コンデンサ７０６は、ライン
７１０と回路コモンとの間に接続されている。トランジ
スタ７０８のゲートに発生する電圧の高速下降時間を維
持するために、ダイオード７０２は、電流ステアリング
ダイオードとして、そのダイオードのカソードをライン
５５０に接続し、そのアノードをライン７１０に接続す
るように回路構成されている。トランジスタ７０８は、
そのゲートをライン７１０に接続し、そのドレーンをラ
イン７００に接続し、そのソースを回路のコモンに接続
するように回路構成されている。バイポーラ型トランジ
スタ、ＩＧＢＴ型デバイス、またはＳＣＲ型デバイスを
トランジスタ７０８に使用してもよいが、実施例５００
では、ＭＯＳ型ＦＥＴのトランジスタが使用され、一般
に６Ｎ７０と呼称されるタイプが好ましい。（トランジ
スタ６Ｎ７０は、７００ボルトのＢＶＤＳＳと、１．４
オームのＲＤＳ（オンで）を有す。）ダイオード７０２
は、一般に１Ｎ４１４８と呼称されるタイプが好まし
い。更に、抵抗７０４は、２７０オームの抵抗値、コン
デンサ７０６は、１ナノファラドの容量であることが好
ましい。

【００４２】一実施例では、電流制限（バラスト）回路
５１６は、変圧器（インダクタ手段）を含み、７４０の
参照符号を有すこの変圧器は、一次巻線７４４、一対の
二次巻線７４６及び７４８、コンデンサ７５０、もう一
つの変圧器（インダクタ手段）７５２、コンデンサ７５
４、及びコンデンサ７５６を含む。変圧器としての変圧
器７４０により、蛍光ランプ５２０及び５２２が分離さ
れている。インダクタとしての変圧器７４０により、イ
ンピーダンス変換がなされる。これらの目的のため、変
圧器７４０は、一次巻線７４４の一方の端がライン１６
０によりＤＣ電源１００に接続され、一次巻線７４４の
もう一方の端がライン７００によりトランジスタ７０８
のドレーンに接続されるように回路構成される。二次巻
線７４８は、発振器５１２へＤＣ電力を供給するように
回路構成される。この目的のために、二次巻線７４８
は、回路のコモンとダイオード７５８のアノードとの間
に接続され、ダイオード７５８のカソードは、ＤＣ電圧
ライン１９０を通じてＤＣ電源１００に接続される。一
対のコンデンサ７６０及び７６２が、並列に、ライン１
９０と回路コモンとの間に接続されている。二次巻線７
４６は、その巻線の一方の端がライン７６４に接続さ
れ、もう一方の端がライン７６６に接続されている。コ
ンデンサ７５０は、トランジスタ７０８のドレーンに接
続され、トランジスタ７０８のソースを通じて回路コモ
ンに接続されている。実施例５００では、コンデンサ７
５０は、ライン７００とライン１６０との間に接続さ
れ、このコンデンサにかかるＤＣ電圧（ストレス）を低
減している。変圧器７５２は、ライン７６４とライン７
７０との間に接続されるインダクタとして回路構成され
る。この実施例では、コンデンサ７５４及び７５６は直
列に、ライン７７０及び７６６間に接続されている。ま
た、直列接続の蛍光ランプ５２０及び５２２は、コンデ
ンサ７５６の両端に接続されている。始動補助器とし
て、コンデンサ７８０が蛍光ランプ５２０に並列に接続
されている。低いフィードバック検出電圧を発生するた
めに、若干の巻線（好ましくは７回）が変圧器７５２の
周りに巻かれ、検出巻線を形成している。（低い検出電
圧が、抵抗５９０及びコンデンサ５９２により積分さ
れ、インダクタ７５２の電流レベルに比例した電圧をコ
ンデンサ５９２に発生する。）検出巻線は、回路コモン
とライン６００との間に接続される。上述の電流制限
（バラスト）回路５１６の詳細については、米国特許
５，０２８，８４６で説明されている。他の実施例で
は、他の電流制限（バラスト）回路が用いられ、これら
は上述の特許及びロナルド・エー・レシー（Ronald A.
Lesea）及びジョン・ビー・サンプソン（John B. Samps
on）の米国特許５，０４７，６９１に開示されている。

【００４３】以上の説明により、本発明の変形及び改良
は、当業者にとっては容易であろう。特許請求の範囲
が、本発明の精神と範囲にある、以上の変形及び改良を
含むと理解されねばならない。

【００４４】

【発明の効果】上記のように構成したことにより、本発
明のＤＣ電源は、相対的に低い高調波電流レベルをＡＣ
電力ライン上に生成すると共に、ＡＣ電力ライン上に比
較的高い力率をもたらし、しかも比較的安価であるとい
った効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による力率改善ＤＣ電源の一実施例の回
路図である。

【図２】本発明による力率改善ＤＣ電源の他の実施例の
回路図である。

【図３】図２の実施例の変形の回路図である。

【図４】図１に示されるＤＣ電源による波形を示す。

【図５】図２に示されるＤＣ電源による波形を示す。

【図６】図２に示される電源をシングルエンドバラスト
回路の合成ブロック回路図である。

【符号の説明】

１００、２００力率改善ＤＣ電源１０２ＡＣ電力ライン１０４負荷１２０力率補正回路１２２全波整流器手段１２４第一のフィルターコンデンサ１２６第二のフィルターコンデンサ１２８第二の電流ステアリングダイオー
ド１３０第一の電流ステアリングダイオー
ド１３２第三の電流ステアリングダイオー
ド１３６、２４０第一のインダクタ手段１３８コンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】力率改善ＤＣ電源（１００または２００）
であって、ＡＣ電力ライン（１０２）と、前記ＡＣ電力ライン（１０２）間で、コンデンサ（１３
８）と前記コンデンサに直列に接続された第一のインダ
クタ手段（１３６及び２４０）を含む力率補正回路（１
２０）と、前記インダクタ手段は、前記電力ラインに直
列に挿入されていて、前記コンデンサ（１３８）を間にして接続された一対の
入力端子と、第一及び第二出力端子を有する全波整流器
手段と、第一のフィルターコンデンサ（１２４）と、第二のフィルターコンデンサ（１２６）と、前記全波整流器手段（１２２）の前記第一及び前記第二
出力端子の間で、前記第一フィルターコンデンサ及び前
記第二フィルターコンデンサ（１２４及び１２６）に直
列に接続された第一の電流ステアリングダイオード（１
３０）と、前記第一の電流ステアリングダイオード（１３０）及び
前記第二フィルターコンデンサ（１２６）の直列接続と
並列に接続された第二の電流ステアリングダイオード
（１２８）と、前記第一のフィルターコンデンサ（１２４）と前記第一
の電流ステアリングダイオード（１３０）の直列接続と
並列に接続された第三の電流ステアリングダイオード
（１３２）と、前記全波整流器手段（１２２）の前記第一及び前記第二
の出力端の間に接続された負荷（１０４）との組み合わ
せを含むことを特徴とする力率改善ＤＣ電源。
【請求項２】前記力率補正回路（１２０）のインダクタ
手段（１３６）は、前記ＡＣ電力ライン（１０２）間で
前記コンデンサ（１３８）に直列に接続されたインダク
タを含むことを特徴とする請求項１記載の力率改善ＤＣ
電源（１００または２００）。
【請求項３】前記ＡＣ電力ラインは、第一及び第二のラ
インを含み、前記インダクタ手段（１３６）は、第一の巻線（２４
２）および第二の巻線（２４４）を含み、前記第一の巻
線が前記第一のラインに直列に接続され、前記第二の巻
線が前記第二のラインに直列に接続されていることを特
徴とする請求項１記載の力率改善ＤＣ電源（１００また
は２００）。
【請求項４】前記第一のフィルターコンデンサ（１２
４）は、第一の端子と第二の端子を有し、前記第一の端
子は、前記全波整流器手段（１２２）の第一の出力端子
に接続され、前記第二のフィルターコンデンサ（１２６）は、第一及
び第二の端子を有し、前記第二の端子は、前記全波整流
器手段（１２２）の前記第二の出力端子へ接続されてい
て、前記第一の電流ステアリングダイオード（１３０）は、
前記フィルターコンデンサ（１２４）の第二の端子に接
続されているアノードと、前記第二のフィルターコンデ
ンサ（１２６）の第一の端子に接続されているカソード
とを有し、前記第二の電流ステアリングダイオード（１２８）は、
前記第一フィルターコンデンサ（１２４）の第二の端子
へ接続されているカソードと、前記全波整流器手段（１
２２）の第二出力端子へ接続されているアノードとを有
し、前記第三の電流ステアリングダイオード（１３２）は、
カソードとアノードとを有し、前記カソードは、前記全
波整流器手段（１２２）の第一の出力端子に接続されて
いて、前記アノードは、前記第二のフィルターコンデン
サ（１２６）の第一端子に接続されていることを特徴と
する請求項１に記載の力率改善ＤＣ電源（１００または
２００）。
【請求項５】前記力率補正回路（１２０）の前記コンデ
ンサ（１３８）は、第一の端子と第二の端子を有し、前記全波整流器手段（１２２）は、アノードが前記第二
のフィルターコンデンサ（１２６）の第二の端子に接続
され、カソードが前記力率補正回路（１２０）のコンデ
ンサ（１３８）の第一端子に接続されている第一の整流
ダイオード（１６６）と、アノードが前記コンデンサ
（１３８）の第一の端子に接続され、カソードが前記第
一のフィルターコンデンサ（１２４）の第一の端子に接
続されている第二の整流ダイオード（１６８）と、アノ
ードが前記コンデンサ（１３８）の第二の端子に接続さ
れ、カソードが前記第一のフィルターコンデンサ（１２
４）の第一の端子に接続されている第三の整流ダイオー
ド（１７０）と、アノードが前記第二のフィルターコン
デンサ（１２６）の第二の端子に接続され、カソードが
前記力率補正回路（１２０）の前記コンデンサ（１３
８）の第二の端子に接続されている第四の整流ダイオー
ド（１７２）とを含むことを特徴とする請求項４記載の
力率改善ＤＣ電源（１００または２００）。
【請求項６】前記インダクタ手段（１３６）は、前記Ａ
Ｃ電力ライン（１０２）間で前記コンデンサ（１３８）
に直列に接続されたインダクタを含むことを特徴とする
請求項５記載の力率改善ＤＣ電源（１００または２０
０）。
【請求項７】前記インダクタ手段（２４０）は、第一の
巻線（２４２）及び第二の巻線（２４４）を有す変圧器
を含み、前記第一の巻線及び前記第二の巻線は、コンデ
ンサ（１３８）の両端に接続されていることを特徴とす
る請求項５記載の力率改善ＤＣ電源（１００または２０
０）。
【請求項８】ＤＣ負荷（１０４）に発生するリップル成
分の効果を低減するためのフィードフォワード手段を更
に含むことを特徴とする請求項１記載の力率改善ＤＣ電
源（１００または２００）。
【請求項９】前記ＤＣ負荷（１０４）は、予め設定され
た周波数の高周波信号を発生する発振器（５１２）と、
前記発振器（５１２）の高周波信号により駆動されるス
イッチング回路（５１４）と、前記スイッチング回路
（５１４）に接続された電流制限バラスト回路（５１
６）と、前記電流制限バラスト回路（５１６）より駆動
される少なくとも一つのガス放電ランプ（５２０及び５
２２）と、前記リップルに応答するフィードフォワード
手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の力率改善
ＤＣ電源（１００または２００）。
【請求項１０】前記ＤＣ負荷（１０４）は、予め設定さ
れた周波数の高周波信号を発生する発振器（５１２）
と、前記発振器（５１２）の高周波信号により駆動され
るスイッチング回路（５１４）と、前記スイッチング回
路（５１４）に接続された電流制限バラスト回路（５１
６）と、前記電流制限バラスト回路（５１６）は予め設
定された電流レベルを通電させ、前記電流制限バラスト
回路（５１６）より駆動される少なくとも一つのガス放
電ランプ（５２０及び５２２）と、前記電流制限バラス
ト回路（５１６）の電流レベルに応答し、前記発振器
（５１２）の高周波信号周波数を変化させるように動作
するフィードバック手段とを含むことを特徴とする請求
項１記載の力率改善ＤＣ電源（１００または２００）。
【請求項１１】前記ＤＣ負荷（１０４）は、予め設定さ
れた周波数の高周波信号を発生する発振器（５１２）
と、前記発振器（５１２）の高周波信号により駆動され
るスイッチング回路（５１４）と、前記スイッチング回
路（５１４）に接続された電流制限バラスト回路（５１
６）と、前記電流制限バラスト回路（５１６）より駆動
される少なくとも一つのガス放電ランプ（５２０及び５
２２）とを含むことを特徴とする請求項１記載の力率改
善ＤＣ電源（１００または２００）。
【請求項１２】前記ＤＣ負荷（１０４）は、高周波信号
を発生するための自走インバータと、前記インバータに
接続された電流制限バラスト回路と、前記電流制限バラ
スト回路により駆動される少なくとも一つのガス放電ラ
ンプとを含むことを特徴とする請求項１記載の力率改善
ＤＣ電源（１００または２００）。
【請求項１３】前記ＤＣ負荷（１０４）は、高周波信号
を発生するための自走インバータと、前記インバータに
接続された電流制限バラスト回路と、前記電流制限バラ
スト回路により駆動される少なくとも一つのガス放電ラ
ンプとを含み、前記インバータは、前記リップル成分の
効果を低減するように出力を変化させるための手段を含
むことを特徴とする請求項１記載の力率改善ＤＣ電源
（１００または２００）。
【請求項１４】前記全波整流器手段の前記出力端子及び
前記ＤＣ負荷に直列に接続された第二のインダクタ（３
１０）を更に含むことを特徴とする請求項１記載の力率
改善ＤＣ電源（１００または２００）。
【請求項１５】前記第二のインダクタ（３１０）は、前
記第三の整流ダイオード（１６８）と前記第三の電流ス
テアリングダイオード（１３２）との間に接続されてい
ることを特徴とする請求項５記載の力率改善ＤＣ電源
（１００または２００）。
【請求項１６】前記全波整流器手段の前記第一の出力及
び前記ＤＣ負荷に直列に接続された第二のインダクタ
（３１０）を更に含むことを特徴とする請求項２記載の
力率改善ＤＣ電源（１００または２００）。
【請求項１７】前記全波整流器手段の前記第一の出力端
子及び前記ＤＣ負荷に直列に接続された第二のインダク
タ（３１０）を更に含むことを特徴とする請求項３記載
の力率改善ＤＣ電源（１００または２００）。