JPH0998579A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な回路構成にて入力電流歪を改善可能で
あると共に、出力制御が容易に可能で、特に負荷が放電
灯の場合に放電灯の調光制御可能な電源装置を提供す
る。 【解決手段】 スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の発振周波
数を可変させてインバータ負荷Ｚ１へ供給される電力を
変化させる場合、例えばインバータ負荷Ｚ１が放電灯を
含み構成され、その放電灯を調光制御する場合、入力電
圧Ｖｉｎの山部近傍より谷部近傍で共振が強くなる回路
要素であるインピーダンス要素Ｚ２を補正手段２で可変
することにより、入力電流Ｉｉｎを実質的に連続とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】交流電源Ｖｓを高周波電力に変換して負
荷に供給する電源装置において、簡単な回路構成で、入
力電流高調波歪みを改善し、力率を向上可能であるもの
として、特開平５−３８１６１号公報があり、その回路
図を図１３に示す。

【０００３】本回路方式は、整流器ＤＢと平滑コンデン
サＣ１との間に接続されたコンデンサＣ４の両端電圧Ｖ
ｃ４、平滑コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｄｃ、フィルタ
ー回路Ｆを介し交流電源Ｖｓを整流器ＤＢで全波整流し
て得られた脈流直流電圧Ｖｉｎの３つの電圧間の関係
と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及びスイッチング素子
Ｑ１，Ｑ２の各々の両端に逆並列接続されたダイオード
Ｄ１，Ｄ２からなるインバータ回路の高周波動作とによ
り、整流器ＤＢから高周波的にパルス電流（以下、電流
と呼ぶ。）Ｉｄを流すようにした方式である。本回路方
式では、コンデンサＣ４の充放電が入力電流高調波歪み
を改書するのに大きく関与する。なお、コンデンサＣ４
と並列にダイオードＤ３が並列接続され、整流器ＤＢの
正の出力端子及びスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点
の間にはインバータ負荷Ｚ１が接続されており、インバ
ータ負荷Ｚ１を介して整流器ＤＢの出力端に前記インバ
ータ回路の高周波出力の一部が帰還される。また、スイ
ッチング素子Ｑ１，Ｑ２を制御する制御手段１が設けら
れ、インバータ負荷Ｚ１は、コンデンサＣ３，放電灯Ｌ
ａ，チョーク（以下、インダクタンス素子と呼ぶ。）Ｌ
１からなる直列接続と、放電灯Ｌａの非電源端子間に並
列接続されたコンデンサＣ２とから構成され、コンデン
サＣ４はインピーダンス要素Ｚ２を構成する。

【０００４】次に、本回路の回路動作について簡単に説
明する。まず脈流直流電圧Ｖｉｎがゼロ近傍つまり谷部
に於ける動作を説明する。

【０００５】スイッチング素子Ｑ２がオンの時、平滑コ
ンデンサＣ１を電源として、共振電流が平滑コンデンサ
Ｃ１→コンデンサＣ４→コンデンサＣ３→放電灯Ｌａ→
インダクタンス素子Ｌ１→スイッチング素子Ｑ２→平滑
コンデンサＣ１の経路で流れ、コンデンサＣ４が充電さ
れると共に、インダクタンス素子Ｌ１にエネルギーが蓄
積される。コンデンサＣ４の充電電圧Ｖｃ４が平滑コン
デンサＣ１の両端電圧Ｖｄｃと略等しくなると、コンデ
ンサＣ４に流れていた共振電流Ｉ１は停止し、整流器Ｄ
Ｂから電流Ｉｄが流れ込みインバータ動作を継続しよう
とする。スイッチング素子Ｑ２がオフ、スイッチング素
子Ｑ１がオンした瞬間はインダクタンス素子Ｌ１に蓄積
されたエネルギーによる回生電流がダイオードＤ１を介
して流れて平滑コンデンサＣ１を充電する。この時流れ
る電流Ｉｄが整流器ＤＢからの平滑コンデンサＣ１への
充電電流となって平滑コンデンサＣ１を充電する。やが
てインダクタンス素子Ｌ１に蓄積されたエネルギーがな
くなると、共振動作が反転して、コンデンサＣ３を電源
とするインバータ動作により、コンデンサＣ３→コンデ
ンサＣ４→スイッチング素子Ｑ１→インダクタンス素子
Ｌ１→放電灯Ｌａ→コンデンサＣ３の経路で共振電流が
流れ、コンデンサＣ４に充電されていた電荷を放電す
る。そしてその電荷がなくなると共振電流はダイオード
Ｄ３を介して流れるようになる。

【０００６】以上は脈流直流電圧Ｖｉｎが谷部での説明
であるが、脈流直流電圧Ｖｉｎがゼロ近傍でなくとも、
平滑コンデンサＣ１の両端電圧ＶｄｃがＶｉｎ＋Ｖｃ４
とほぼ等しくなると、上述の様に平滑コンデンサＣ１を
電源として動作するインバータ動作はなくなり、整流器
ＤＢから電流Ｉｄが流れ込みインバータ動作を継続しよ
うとする。この様にしてインバータ回路は共振動作を繰
り返し、またコンデンサＣ４は充放電を燥り返す。入力
電流Ｉｉｎが流れこむ期間は、スイッチング素子Ｑ２が
オンして平滑コンデンサＣ１がＶｃ４＋Ｖｉｎに充電さ
れた後、整流器ＤＢから電流Ｉｄが流れ込む期間であ
る。この様に、本回路方式においては、コンデンサＣ４
の充放電が入力電流Ｉｉｎを供給するのに大きく関与す
ることがわかる。この時の脈流直流電圧ＶｉｎとＶｃ４
＋Ｖｉｎと電流Ｉｄとの関係を図１４に示す。また、脈
流直流電圧Ｖｉｎの谷部を拡大した動作波形を図１５に
示す。なお、入力電流Ｉｉｎが脈流直流電圧Ｖｉｎの全
区間において流れるには、Ｖｉｎ＋Ｖｃ４＞Ｖｄｃの条
件が必要であり、Ｖｉｎ＝０ではＶｃ４＞Ｖｄｃの条件
が必要である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例に
は以下に示す様な問題点が生じる。

【０００８】ここで、例えば放電灯Ｌａの光出力を低下
させる様な調光制御を行う場合、インバータ回路を構成
するスイッチング素子の発振周波数をアップさせてイン
バータ回路の出力を低下させている方式は良く知られて
いる。そこで、本回路方式において、スイッチング素子
Ｑ１，Ｑ２の発振周波数をアップさせて調光点灯を行お
うとすると、発振周波数が高くなるためにインバータ回
路の共振動作によるコンデンサＣ４の充電時間が短くな
りコンデンサＣ４の充電電圧Ｖｃ４が低下する。Ｖｃ４
くＶｄｃとなると、図１６に示す様に脈流直流電圧Ｖｉ
ｎの谷部近傍において、電流Ｉｄが流れない区間が存在
することになる。つまり、発振周波数ｆ＝ｆ１の場合
に、入力電流Ｉｉｎは図１７（ａ）に示す様に脈流直流
電圧Ｖｉｎの全区間において流れていたのが、発振周波
数ｆをｆ１からｆ２にアップすることにより、図１７
（ｂ）に示す様に、入力電流Ｉｉｎは休止区間のある波
形となる。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、簡単な回路構成にて入力
電流歪を改善可能であると共に、出力制御が容易に可能
で、特に負荷が放電灯の場合に放電灯の調光制御可能な
電源装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１記載の発明によれば、交流電源を整流す
る整流器と、整流器の出力を平滑する平滑コンデンサ
と、平滑コンデンサの両端電圧を高周波電圧に変換して
負荷に供給するインバータ回路と、整流器の出力端に負
荷を介してインバータ回路の高周波出力の一部を帰還す
る高周波出力帰還手段と、負荷の少なくとも一部及び交
流電源の山部近傍より谷部近傍で共振が強くなるインピ
ーダンス要素を含み構成されるＬＣ共振回路とを備える
電源装置に於て、インバータ回路の発振周波数を可変さ
せて出力制御を行なう際、交流電源からの入力電流が実
質的に連続となる方向へ、インピーダンス要素のインピ
ーダンス値を可変することを特徴とする。

【００１１】請求項２記載の発明によれば、インピーダ
ンス要素は、複数のコンデンサと複数のスイッチ素子と
から構成されると共に、スイッチ素子を制御することに
より複数のコンデンサの接続を切り替えて、そのインピ
ーダンス値を可変することを特徴とする。

【００１２】請求項３記載の発明によれば、インピーダ
ンス要素は、複数のインダクタンス素子と複数のスイッ
チ素子とから構成されると共に、スイッチ素子を制御す
ることにより複数のインダクタンス素子の接続を切り替
えて、そのインピーダンス値を可変することを特徴とす
る。

【００１３】請求項４記載の発明によれば、インピーダ
ンス要素は、複数のコンデンサと複数のインダクタンス
素子と複数のスイッチ素子とから構成されると共に、ス
イッチ素子を制御することにより複数のコンデンサと複
数のインダクタンス素子との接続を切り替えて、そのイ
ンピーダンス値を可変することを特徴とする。

【００１４】請求項５記載の発明によれば、インピーダ
ンス要素は、過飽和インダクタンス素子であると共に、
過飽和インダクタンス素子に印加する直流電圧を可変す
ることにより、そのインピーダンス値を可変することを
特徴とする。

【００１５】請求項６記載の発明によれば、負荷は、放
電灯を含み構成されるものであることを特徴とする。

【００１６】請求項７記載の発明によれば、負荷は、２
次巻線を有するトランスと、トランスの２次巻線に並列
接続された放電灯と含み構成されるものであることを特
徴とする。

【００１７】

【実施の形態】

（実施の形態１）本発明に係る第１の実施の形態の回路
図を図１に示す。

【００１８】図１３に示した従来例と異なる点は、脈流
直流電圧Ｖｉｎの山部近傍より谷部近傍で共振が強くな
る回路要素であるインピーダンス要素Ｚ２を可変して、
入力電流Ｉｉｎが実質的に連続となる方向に制御する補
正手段２を新たに設けたことであり、その他の従来例と
同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略す
る。

【００１９】この様に構成したことにより、発振周波数
を可変させてインバータ負荷Ｚ１へ供給される電力を変
化させる場合、例えばインバータ負荷Ｚ１が放電灯を含
み構成され、その放電灯を調光制御する場合、補正手段
２によってインピーダンス要素Ｚ２を可変することによ
り入力電流Ｉｉｎを実質的に連続とすることが可能とな
る。なお、本実施の形態ではインバータ負荷Ｚ１，イン
ピーダンス要素Ｚ２は、図１３の回路に示したものであ
っても、また他の構成であってもよい。

【００２０】（実施の形態２）本発明に係る第２の実施
の形態の回路図を図２に示す。

【００２１】図１３に示した従来例と異なる点は、入力
電流波形歪に大きく関与するコンデンサＣ４を、コンデ
ンサＣ４１とコンデンサＣ４２とに分割すると共に、コ
ンデンサＣ４２にスイッチ素子ＳＷを直列接統したこと
であり、その他の従来例と同一構成には同一符号を付す
ことにより説明を省略する。なお、Ｃ４＝Ｃ４１＋Ｃ４
２とする。

【００２２】次に、図３に示すタイムチャートを参照し
て動作を簡単に説明する。発振周波数がｆ１の場合に
は、図３（ａ）に示す様にスイッチ素子ＳＷをオンして
インピーダンス要素Ｚ２の容量をコンデンサＣ４１とコ
ンデンサＣ４２との合成容量Ｃ４とし、インピーダンス
要素Ｚ２の両端電圧Ｖｚ２（＝コンデンサＣ４の両端電
圧Ｖｃ４）がＶｃ４＞Ｖｄｃの関係を満たすことによ
り、休止区間のない入力電流波形を得ることができ、入
力電流歪を改善できる。

【００２３】また、発振周波数をｆ１からｆ２へとアッ
プさせた場合、図３（ｂ）に示す様にスイッチ素子ＳＷ
をオフしてインピーダンス要素Ｚ２の容量をコンデンサ
Ｃ４からコンデンサＣ４１へとその容量値を小さくする
ことにより共振周波数を上昇させ、その共振周波数をｆ
２へと近付けることにより、脈流直流電圧の谷部近傍に
おいてインピーダンス要素Ｚ２の両端電圧Ｖｚ２（＝コ
ンデンサＣ４１の両端電圧Ｖｃ４１）がＶｃ４１＞Ｖｄ
ｃの関係を満たすことができ、脈流直流電圧の谷部でも
入力電流Ｉｉｎが流れ、休止区間のない入力電流波形を
得ることができ、入力電流歪を改善できる。

【００２４】この様に本実施の形態は、インピーダンス
要素Ｚ２の容量値を変化するだけで他の回路定数は変更
せずに、簡単に調光点灯時でも休止区間のない入力電流
波形を得ることができるものである。

【００２５】なお、本実施の形態に於てインピーダンス
要素Ｚ２は、図４に示す様に、コンデンサＣ４１とコン
デンサＣ４２とを直列接続し、コンデンサＣ４２の両端
にスイッチ素子ＳＷを並列接続すると共に、ｆ＝ｆ１の
場合はスイッチ素子ＳＷをオン、ｆ＝ｆ２の場合はスイ
ッチ素子ＳＷをオフさせてインピーダンス要素Ｚ２の容
量値を減少させる構成にしてもよい。また、図５に示す
様に、コンデンサＣ４をコンデンサＣ５１〜Ｃ５ｎ（ｎ
は２以上の正の整数）に分割して並列接続し、コンデン
サＣ５２〜Ｃ５ｎの各々に直列接続されたスイッチ素子
ＳＷ５２〜ＳＷ５ｎ（ｎは２以上の正の整数）を制御す
ることにより、インピーダンス要素Ｚ２の容量値を複数
段に変化することができるものを用い、複数段の調光制
御を行なう様に構成してもよい。更にインピーダンス要
素Ｚ２は、図６に示す様に、コンデンサＣ４をコンデン
サＣ６１〜Ｃ６ｎ（ｎは２以上の正の整数）に分割して
直列接続し、コンデンサＣ６２〜Ｃ６ｎの各々に並列接
続されたスイッチ素子ＳＷ６２〜ＳＷ６ｎ（ｎは２以上
の正の整数）を制御することにより、インピーダンス要
素Ｚ２の容量値を複数段に変化することができるものを
用い、複数段の調光制御を行なう様に構成してもよい。

【００２６】（実施の形態３）本発明に係る第３の実施
の形態の回路図を図７に示す。

【００２７】図２に示した第２の実施の形態と異なる点
は、インピーダンス要素Ｚ２として可変チョーク（以
下、インダクタンス素子と呼ぶ。）Ｌ２を設けたことで
あり、その他の第２の実施の形態と同一構成には同一符
号を付すことにより説明を省略する。

【００２８】本回路は、インバータ回路の発振動作によ
り、インダクタンス素子Ｌ２に印加される電圧が平滑コ
ンデンサＣ１の両端電圧Ｖｄｃに略等しくなるように設
定するものであり、つまり、調光制御を行なう為に発振
周波数ｆを変化させる場合、インダクタンス素子Ｌ２の
両端電圧が平滑コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｄｃに略等
しくなるようにインダクタンス素子Ｌ２のインダクタン
ス値を設定するだけで他の回路定数は変更せずに、簡単
に調光点灯時でも休止区間のない入力電流波形を得るこ
とができるものである。

【００２９】インダクタンス素子Ｌ２のインダクタンス
値を可変するものとして、図８〜図１０に示した構成が
考えられる。図８に示すものは、インダクタンス素子Ｌ
２をインダクタンス素子Ｌ２１とインダクタンス素子Ｌ
２２との直列接続に分割すると共に、インダクタンス素
子Ｌ２２の両端に並列接続されたスイッチ素子ＳＷ７を
制御することにより、インダクタンス素子Ｌ２のインダ
クタンス値を可変するものである。また、図９に示すも
のは、インダクタンス素子Ｌ２をインダクタンス素子Ｌ
３１とインダクタンス素子Ｌ３２との並列接続に分割す
ると共に、インダクタンス素子Ｌ３２に直列接続された
スイッチ素子ＳＷ８を制御することにより、インダクタ
ンス素子Ｌ２のインダクタンス値を可変するものであ
る。更に、図１０に示すものは、インダクタンス素子Ｌ
２としてセンタタップを有するものを用い、インダクタ
ンス素子Ｌ２に直列接続されたスイッチ素子ＳＷ９と、
インダクタンス素子Ｌ２のセンタタップ及びスイッチ素
子ＳＷ９の一端との間に並列接続されたスイッチ素子Ｓ
Ｗ１０とを制御することにより、インダクタンス素子Ｌ
２のインダクタンス値を可変するものである。これらス
イッチ素子ＳＷ７〜ＳＷ１０の制御は、共振条件などに
よって適した組合せで設計することが望ましい。また、
図１１に示す様に、可変チョークＬ２の代わりに過飽和
チョークＬ４を用い、過飽和チョークＬ４の制御巻線に
ＤＣ電圧発生回路３から供給される直流電圧をリニアに
変化させることにより、過飽和チョークＬ４のインダク
タンス値をリニアに変化させて、連続的な調光制御を行
う様に構成してもよい。

【００３０】（実施の形態４）本発明に係る第４の実施
の形態の回路図を図１２に示す。

【００３１】図２に示した第２の実施の形態と異なる点
は、放電灯ＬａをトランスＴ１にて絶縁したことであ
り、その他の第２の実施の形態と同一構成には同一符号
を付すことにより説明を省略する。

【００３２】なお、上記第１〜第４の実施の形態に示し
た構成にとどまらず、本発明は、交流電源を整流する整
流器と、整流器の出力を平滑する平滑コンデンサと、平
滑コンデンサの両端電圧を高周波電圧に変換して負荷に
供給するインバータ回路と、整流器の出力端に負荷を介
してインバータ回路の高周波出力の一部を帰還する高周
波出力帰還手段と、負荷の少なくとも一部及び前記交流
電源の山部近傍より谷部近傍で共振が強くなるインピー
ダンス要素を含み構成されるＬＣ共振回路とを備え、イ
ンバータ回路の発振周波数を可変させて出力制御を行な
う際、交流電源からの入力電流が実質的に連続となる方
向へ、インピーダンス要素のインピーダンス値を可変す
ることにより、発振周波数の可変に関わらず、入力電流
歪みが改善できるものであれば、どの様な構成でもよ
い。

【００３３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、簡単な回
路構成にて入力電流歪を改善可能であると共に、出力制
御が容易に可能で、特に負荷が放電灯の場合に放電灯の
調光制御が可能な電源装置を提供できる。

【００３４】請求項２から請求項４に記載の発明によれ
ば、簡単な回路構成にて入力電流歪を改善可能であると
共に、出力制御が容易に可能で、特に負荷が放電灯の場
合に放電灯の複数段の調光制御が可能な電源装置を提供
できる。

【００３５】請求項５から請求項７に記載の発明によれ
ば、簡単な回路構成にて入力電流歪を改善可能であると
共に、出力制御が容易に可能で、特に負荷が放電灯の場
合に放電灯の連続的な調光制御が可能な電源装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施の形態を示す回路図で
ある。

【図２】本発明に係る第２の実施の形態を示す回路図で
ある。

【図３】上記実施の形態に係る動作波形図である。

【図４】上記実施の形態に係るインピーダンス要素の第
１の別の構成を示す回路図である。

【図５】上記実施の形態に係るインピーダンス要素の第
２の別の構成を示す回路図である。

【図６】上記実施の形態に係るインピーダンス要素の第
３の別の構成を示す回路図である。

【図７】本発明に係る第３の実施の形態を示す回路図で
ある。

【図８】上記実施の形態に係るインピーダンス要素の第
１の別の構成を示す回路図である。

【図９】上記実施の形態に係るインピーダンス要素の第
２の別の構成を示す回路図である。

【図１０】上記実施の形態に係るインピーダンス要素の
第３の別の構成を示す回路図である。

【図１１】上記実施の形態に係るインピーダンス要素の
第３の別の構成を示す回路図である。

【図１２】本発明に係る第４の実施の形態を示す回路図
である。

【図１３】本発明に係る従来例を示す回路図である。

【図１４】上記従来例の第１の動作波形図である。

【図１５】上記従来例の第２の動作波形図である。

【図１６】上記従来例の第３の動作波形図である。

【図１７】上記従来例の第４の動作波形図である。

【符号の説明】

Ｃ コンデンサ ＤＢ 整流器 ｆ 発振周波数 Ｌａ 放電灯 ｎ 巻線 Ｖｓ 交流電源 ＳＷ スイッチ素子 Ｔ トランス Ｚ１ インバータ負荷 Ｚ２ インピーダンス要素

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を整流する整流器と、前記整流
   器の出力を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデ
   ンサの両端電圧を高周波電圧に変換して負荷に供給する
   インバータ回路と、前記整流器の出力端に前記負荷を介
   して前記インバータ回路の高周波出力の一部を帰還する
   高周波出力帰還手段と、前記負荷の少なくとも一部及び
   前記交流電源の山部近傍より谷部近傍で共振が強くなる
   インピーダンス要素を含み構成されるＬＣ共振回路とを
   備える電源装置に於て、 前記インバータ回路の発振周波数を可変させて出力制御
   を行なう際、前記交流電源からの入力電流が実質的に連
   続となる方向へ、前記インピーダンス要素のインピーダ
   ンス値を可変することを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】 前記インピーダンス要素は、複数のコン
   デンサと複数のスイッチ素子とから構成されると共に、
   前記スイッチ素子を制御することにより複数の前記コン
   デンサの接続を切り替えて、そのインピーダンス値を可
   変することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 【請求項３】 前記インピーダンス要素は、複数のイン
   ダクタンス素子と複数のスイッチ素子とから構成される
   と共に、前記スイッチ素子を制御することにより複数の
   前記インダクタンス素子の接続を切り替えて、そのイン
   ピーダンス値を可変することを特徴とする請求項１記載
   の電源装置。
4. 【請求項４】 前記インピーダンス要素は、複数のコン
   デンサと複数のインダクタンス素子と複数のスイッチ素
   子とから構成されると共に、前記スイッチ素子を制御す
   ることにより複数の前記コンデンサと複数の前記インダ
   クタンス素子との接続を切り替えて、そのインピーダン
   ス値を可変することを特徴とする請求項１記載の電源装
   置。
5. 【請求項５】 前記インピーダンス要素は、過飽和イン
   ダクタンス素子であると共に、前記過飽和インダクタン
   ス素子に印加する直流電圧を可変することにより、その
   インピーダンス値を可変することを特徴とする請求項１
   記載の電源装置。
6. 【請求項６】 前記負荷は、放電灯を含み構成されるも
   のであることを特徴とする請求項１から請求項５のいず
   れかに記載の電源装置。
7. 【請求項７】 前記負荷は、２次巻線を有するトランス
   と、前記トランスの２次巻線に並列接続された放電灯と
   含み構成されるものであることを特徴とする請求項１か
   ら請求項５のいずれかに記載の電源装置。