JPH10234188A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ランプ電流の波高値を改善した電源装置を提
供する。 【解決手段】 トランジスタQ1がオンしたとき、平滑直
流電源回路４から一次巻線Tr1aの主インダクタTr1am お
よびトランジスタQ1に電流が流れ、トランスTr1の二次
巻線Tr1bに電圧が誘起されて点灯回路８に電力を供給
し、主インダクタTr1am に磁気エネルギを蓄積する。ト
ランジスタQ1がオフすると、主インダクタTr1am に蓄積
された磁気エネルギは逆位相の副インダクタTr1as およ
び共振コンデンサ４との直列回路に転移して自由振動す
る。副インダクタTr1am により、トランジスタQ1に印加
される電圧を低減する。充電用コンデンサC3の平滑時に
は全波整流回路２で整流した商用交流電源ｅの電圧より
高い電圧を加えて、平滑直流電源回路４に印加する電圧
を高くすることなく、部分平滑回路３に高い電圧を印加
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波高率を改善した
電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の電源装置としては、たと
えば特開平８−７８１７４号公報に記載の構成が知られ
ている。

【０００３】この特開平８−７８１７４号公報記載の電
源装置は、商用交流電源にフィルタ回路を介して全波整
流回路が接続され、この全波整流回路にコンデンサ、ダ
イオードおよびコンデンサのπ型回路と、インダクタ、
コンデンサおよびダイオードを有する部分平滑回路とを
備えた平滑直流電源回路が接続されている。また、この
平滑直流電源回路には、キャパシタおよびトランスの並
列回路とトランジスタとの直列回路が接続され、トラン
スの二次巻線には蛍光ランプを蛍光灯点灯回路が接続さ
れている。

【０００４】そして、平滑直流電源回路の直流電圧をト
ランジスタでオン、オフし、このトランジスタのオン時
にトランスのインダクタンスにエネルギを蓄積する強制
振動し、トランジスタのオフ時にトランスのインダクタ
ンスとキャパシタのキャパシタンスで並列共振する自由
振動させ、強制振動と自由振動とによりトランスの二次
巻線に高周波を誘起して蛍光ランプを高周波点灯してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平８−７８１７４号公報に記載の構成では、トランジ
スタがオフした時に並列共振回路に発生する共振電圧
が、平滑直流電源回路とトランジスタとに逆電圧として
印加されてしまう。

【０００６】そして、この逆電圧は、商用交流電源が２
００Ｖの時に、トランジスタには１１００Ｖ以上印加さ
れてしまい大きなストレスがかかる。

【０００７】そこで、並列共振回路の共振用インダクタ
を主インダクタおよび副インダクタに分け、主インダク
タに対して共振用キャパシタおよび副インダクタの直列
回路を並列に接続することが考えられる。

【０００８】ところが、部分平滑回路で整流波形の谷部
のエネルギの蓄積量を確保するには、山部での共振電圧
が相対的に高くなり、蛍光ランプのランプ電流の波高値
が高くなって波高率が悪くなる問題を有している。

【０００９】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、部分平滑回路とスイッチング手段との逆電圧を低減
しつつ、ランプ電流の波高値を改善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、交流電圧を整流する整流回路と、この整流回路に接
続され共振用インダクタおよび共振用キャパシタを有す
る並列共振回路と、この並列共振回路に直列に接続され
たスイッチング手段と、平滑用インダクタおよび平滑用
キャパシタを有し前記共振用インダクタの前記整流回路
の電位より高い電位の位置に接続された部分平滑回路と
を具備したものである。そして、部分平滑回路の充電時
には、平滑用キャパシタを整流回路を介した交流電源よ
り電圧の高い共振用インダクタの部分より高い電圧で充
電し、電圧の高いいわゆる山部での部分平滑回路とトラ
ンジスタの逆電圧を高くすることなく、電圧の低いいわ
ゆる谷部のためのエネルギ供給を増加でき、谷部のエネ
ルギ蓄積量を確保でき、部分平滑回路とスイッチング手
段との逆電圧を低減しつつ、電流の波高値を低くして波
高値を改善できる。

【００１１】請求項２記載の電源装置は、交流電圧を整
流する整流回路と、平滑用インダクタおよび平滑用キャ
パシタを有しこの整流回路で整流された電圧を平滑する
部分平滑回路と、主インダクタおよび副インダクタを有
する共振用インダクタおよび共振用キャパシタを備え、
前記主インダクタおよび副インダクタの接続点が前記部
分平滑回路の高電位点に接続され、共振用インダクタお
よび共振用キャパシタの接続点の高電位側が前記平滑用
インダクタに接続された並列共振回路と、この並列共振
回路に直列に接続されたスイッチング手段とを具備した
ものである。そして、部分平滑回路の充電時には、平滑
用キャパシタを整流回路を介した交流電源より高い電圧
で充電し、部分平滑時には平滑用キャパシタから放電さ
れるので、平滑用インダクタの平滑用キャパシタ側の電
位が高くなり、平滑用インダクタの高い電圧からエネル
ギ供給でき、山部での電圧を高くすることなく、谷部で
のエネルギの供給を増加でき、電流の波高値を低くして
波高値を改善できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電源装置の一実施
の形態を図面を参照して説明する。

【００１３】図１に示すように、商用交流電源ｅに雑音
防止回路１が接続され、この雑音防止回路１にはダイオ
ードD1，D2，D3，D4のブリッジで構成された整流手段と
しての全波整流回路２の入力端子が接続され、この全波
整流回路２の出力端子には、比較的容量の大きな第１の
コンデンサC1を接続するとともに、この第１のコンデン
サC1に対して並列にダイオードD5および第１のコンデン
サC1より容量の小さな第２のコンデンサC2の直列回路を
有するπ型が形成されている。

【００１４】また、この第２のコンデンサC2の低電位側
には、部分平滑回路３が接続され、この部分平滑回路３
は、平滑用インダクタL1、平滑用キャパシタとしての平
滑用コンデンサC3および第１のダイオードD6の直列回路
が接続され、平滑用インダクタL1および第１のダイオー
ドD6の接続点には第２のダイオードD7が接続され、直流
電源としての平滑直流電源回路４が構成されている。

【００１５】さらに、この平滑直流電源回路４には、イ
ンバータ回路５が接続されている。このインバータ回路
５は、共振用インダクタとしてのトランスTr1 の一次巻
線Tr1aおよび共振用キャパシタとしての共振用コンデン
サC4の並列共振回路６を有し、一次巻線Tr1aは一端側に
遅相用の主インダクタTr1am が形成され、他端側に副イ
ンダクタTr1as が形成され、これら主インダクタTr1am
および副インダクタTr1as の接続点にダイオードD5およ
び第２のコンデンサC2の接続点が接続され、副インダク
タTr1as の端部には部分平滑回路３の平滑用インダクタ
L1が接続されている。なお、共振用コンデンサC4および
副インダクタTr1as の合成リアクタンスは、主インダク
タTr1am に対して逆の位相、すなわち進相に設定され
る。そして、並列共振回路６に対して直列にスイッチン
グ手段となるトランジスタQ1のコレクタ、エミッタが接
続されている。また、トランジスタQ1のベースにはベー
スドライブ回路７が接続されている。

【００１６】またさらに、トランスTr1 の二次巻線Tr1b
には、バラストL2を介して放電ランプとしての蛍光ラン
プFLのフィラメントFL1 ，FL2 が接続され、これらフィ
ラメントFL1 ，FL2 には始動用のコンデンサC5が接続さ
れ、点灯回路８を構成している。

【００１７】次に、上記実施の形態の動作について説明
する。

【００１８】まず、図２に示す簡易等価回路によれば、
インバータ回路５の並列共振回路では、トランジスタQ1
がオンしたとき、平滑直流電源回路４からトランスTr1
の一次巻線Tr1aの主インダクタTr1am およびトランジス
タQ1に電流が流れ、トランスTr1 の二次巻線Tr1bに電圧
が誘起されて点灯回路８に電力が供給されるとともに、
主インダクタTr1am に磁気エネルギが蓄積される。

【００１９】次に、トランジスタQ1がオフすると、主イ
ンダクタTr1am に蓄積された磁気エネルギは逆位相の副
インダクタTr1as および共振用コンデンサC4との直列回
路に転移する自由振動を行なう。

【００２０】そして、遅相成分である主インダクタTr1a
m および副インダクタTr1as と、進相成分である共振用
コンデンサC4との接続点に発生する電圧は、主インダク
タTr1am および副インダクタTr1as が同相であるから、
分圧された電圧が平滑直流電源回路４およびトランジス
タQ1に逆電圧として印加され、副インダクタTr1am があ
ることにより、トランジスタQ1に印加される電圧は低減
される。

【００２１】したがって、平滑直流電源回路４によりイ
ンバータ回路５が動作するとき、すなわち非平滑時の山
部では並列共振電圧が最大となるが、副インダクタTr1a
s があることによりトランジスタQ1に印加される電圧は
低減され、このとき全波整流回路２で整流された商用交
流電源ｅの電圧より高い電圧となるトランスTr1 の一次
巻線Tr1aの高圧側の電圧、すなわち主インダクタTr1am
の電圧を副インダクタTr1as を加えて昇圧した電圧を部
分平滑回路３に印加する。

【００２２】このような動作により、平滑直流電源回路
４で動作する山部での電圧を高くすることなく、谷部で
の電圧が引き上げられ、蛍光ランプFLのランプ電流の波
高率が改善される。

【００２３】したがって、部分平滑回路３の山部の電圧
を高くすることなく谷部の電圧が引き上げられ、ランプ
電流の波高率が改善される。

【００２４】ここで、平滑直流電源回路４の全波整流回
路２の脈流電圧が平滑用コンデンサC3の充電電圧よりも
高い区間と、低い区間に分けて図１を参照して説明す
る。

【００２５】まず、全波整流回路２の脈流電圧が平滑用
コンデンサC3の充電電圧より高い区間の任意の時間部分
において、インバータ回路５のトランジスタQ1がオンす
ると、トランスTr1 の一次巻線Tr1aの電流の供給はほと
んどが第１のコンデンサC1から、一部が第２のコンデン
サC2から供給される。そして、第１のコンデンサC1と第
２のコンデンサC2との合成容量は、インバータ回路５が
必要とするエネルギを与えるに十分な容量である。これ
ら第１のコンデンサC1と第２のコンデンサC2とからの電
流供給に見合って商用交流電源ｅ側からエネルギが入力
電流となって流入する。そして、脈流電圧の変化に対応
してトランジスタQ1のスイッチング動作に伴うように動
作がなされ、交流電圧正弦波値上に沿ってインバータ回
路５のインバータ動作の高周波の微少でかつ等しい振幅
が全波整流回路２の電圧値が高い全区間に重畳される。

【００２６】すなわち、この全波整流回路２の電圧値が
高い区間では第１のコンデンサC1と第２のコンデンサC2
との合成値は供給された脈流電圧により与えられるエネ
ルギがインバータ回路５の要求するエネルギに対して満
たされた値となっている。

【００２７】このため第１のコンデンサC1および第２の
コンデンサC2のいずれもリップル成分が小さく、発熱も
小さく、動作の信頼性を高めることができる。

【００２８】そして、この全波整流回路２の電圧値が高
い区間においてトランジスタQ1のオン時にトランスTr1
の一次巻線Tr1aで昇圧して平滑用コンデンサC3へ充電さ
れる。なお、この全波整流回路２の電圧値が高い区間に
おいては平滑用コンデンサC3からインバータ回路５側へ
は放電しない。

【００２９】すなわち、トランジスタQ1がオンすると、
インダクタL1、平滑用コンデンサC3、第２のダイオード
D7およびトランジスタQ1の経路で電流が流れ、平滑用コ
ンデンサC3が充電される。そして、トランジスタQ1がオ
フすると、インダクタL1に蓄えられた磁気エネルギによ
り、インダクタL1に電流が流れ続けるため、平滑用コン
デンサC3、インダクタL1、ダイオードD3および並列共振
回路６の経路で平滑用コンデンサC3を充電する電流が流
れる。

【００３０】次に、全波整流回路２の電圧値が低い区間
において、平滑用コンデンサC3の充電電圧に対して全波
整流回路２の脈流正弦波電圧が低下し始めたときにトラ
ンジスタQ1がオンされると、インバータ回路５への電流
は最初に第２のコンデンサC2から供給され、第２のコン
デンサC2、トランスTr1 の一次巻線Tr1aおよびトランジ
スタQ1の経路で電流が流れる。そして、このとき、トラ
ンジスタQ1のオン量が増加するにしたがって第２のコン
デンサC2の電圧が低下して、全波整流回路２の出力電
圧、すなわち第１のコンデンサC1の電圧より低くなる
と、インバータ回路５へは、第１のコンデンサC1、トラ
ンスTr1 の一次巻線Tr1aの副インダクタTr1as 、共振用
コンデンサC4およびトランジスタQ1に流れ、蛍光ランプ
FLに供給される。

【００３１】一方、平滑用コンデンサC3の充電電圧はイ
ンダクタL1の過渡インピーダンスによりにエネルギの放
出が遅れ、トランジスタQ1がオフする直前にエネルギを
放出する。そして、トランジスタQ1がオフすると、イン
ダクタL1の充電電圧が電源となり、平滑用コンデンサC
3、第２のコンデンサC2、第１のダイオードD1および第
２のコンデンサC2の経路で電流が流れて第２のコンデン
サC2が充電され、インダクタL1および平滑用コンデンサ
C3の共振により、振動電圧に平滑用コンデンサC3の電圧
が重畳される。ここで、インダクタL1および第２のコン
デンサC2は振動的共振が得られるように設定されている
ので、第２のコンデンサC2への充電が正弦波状に行なわ
れ、商用交流電源ｅの最高瞬時電圧の部分も最低瞬時電
圧の部分も電圧値がほぼ等しく直流電圧に近くなる。

【００３２】ここで、図１に示す回路と従来例の回路と
の比較実験について説明する。

【００３３】図１に示す回路において、蛍光ランプにＨ
Ｆ４５を２本直列に用い、商用交流電源ｅの実効電圧を
２００Ｖとし、トランスTr1 の一次巻線Tr1aのインダク
タンスを１．３８ｍＨ、共振用コンデンサC4を８２００
ｐＦとし、副インダクタTr1as の巻き数を全体の１５％
ととしたものと、副インダクタを形成しない図４に示す
等価回路と、平滑用コンデンサC3には昇圧しない図６の
等価回路とのものを用いた。なお、蛍光ランプFLのラン
プ入力電力はベースドライブ回路７を調整して一定にす
る。

【００３４】そして、図４に示す等価回路のものは、発
振周波数を４３．５ｋＨｚにすると、ランプ電流実効値
は３５８ｍＡ、ランプ電流波高値６５２ｍＡ、図５に示
すようなランプ電流波形になり、ランプ電流波高率が
１．８２となる。

【００３５】また、図６に示す等価回路のものは、発振
周波数を４６．１ｋＨｚにすると、ランプ電流実効値は
３４９ｍＡ、ランプ電流波高値６０８ｍＡ、図７に示す
ようなランプ電流波形になり、ランプ電流波高率が１．
７４となる。

【００３６】これに対し、上記図１および図２に示す実
施の形態の場合には、発振周波数は４８．５ｋＨｚで、
ランプ電流実効値は３５４ｍＡ、ランプ電流波高値５９
６ｍＡ、図３に示すようなランプ電流波形になり、ラン
プ電流波高率が１．６８に改善される。

【００３７】次に、他の実施の形態を図８を参照して説
明する。

【００３８】この図８に示す実施の形態は、図１に示す
実施の形態において、第２のコンデンサC2に対して並列
に部分平滑回路３を接続し、平滑用インダクタL1の平滑
用コンデンサC3と反対側の部分を第２のコンデンサC2の
高圧側と接続し、この平滑用コンデンサC3および第２の
コンデンサC2の接続点を主インダクタTr1am および副イ
ンダクタTr1as の接続点に接続し、平滑用インダクタL1
にタップを設けてトランスTr1 の一次巻線Tr1aおよび共
振用コンデンサC4の接続点に接続したものである。

【００３９】そして、基本的には図１および図２に示す
実施の形態と同様に動作するが、部分平滑時には平滑用
コンデンサC3から放電されるので、平滑用インダクタL1
の平滑用コンデンサC3側の電位が高くなり、平滑用イン
ダクタL1のタップにより高いエネルギが並列共振回路６
に供給され、このような動作により、平滑直流電源４で
動作する山部での電圧を高くすることなく、谷部での電
圧が引き上げられ、蛍光ランプFLのランプ電流の波高率
が改善される。

【００４０】また、図１および図２に示す実施の形態と
同様の条件で実験すると、図８および図９に示す実施の
形態の場合には、発振周波数は５０．０ｋＨｚで、ラン
プ電流実効値は３５１ｍＡ、ランプ電流波高値５７６ｍ
Ａ、図１０に示すようなランプ電流波形になり、ランプ
電流波高率が１．６４に改善される。

【００４１】なお、発振周波数が増加するのは、部分並
列回路３の非平滑時に強制振動のインダクタンスを副イ
ンダクタTr1as のインダクタンス分を減らすためであ
る。

【００４２】

【発明の効果】請求項１記載の電源装置によれば、部分
平滑回路の充電時には、平滑用キャパシタを整流回路を
介した交流電源より電圧の高いインダクタの部分より高
い電圧で充電し、山部での部分平滑回路とスイッチング
手段の逆印加電圧を高くすることなく谷部でのエネルギ
の供給を増加でき、電流の波高値を低くして波高値を改
善できる。

【００４３】請求項２記載の電源装置によれば、部分平
滑回路の充電時には、平滑用キャパシタを整流回路を介
した交流電源より高い電圧で充電し、部分平滑時には、
平滑用キャパシタから放電されるので、平滑用インダク
タの平滑用キャパシタ側の電位が高くなり、平滑用イン
ダクタの高い電圧からエネルギが供給でき、山部での電
圧を高くすることなく、谷部でのエネルギの供給を増加
でき、電流の波高値を低くして波高値を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電源装置の一実施の形態を示す回路図
である。

【図２】同上図１の等価回路図である。

【図３】同上ランプ電流を示す波形図である。

【図４】同上比較例を示す等価回路図である。

【図５】同上ランプ電流を示す波形図である。

【図６】同上他の比較例を示す等価回路図である。

【図７】同上ランプ電流を示す波形図である。

【図８】同上電源装置の他の実施の形態を示す回路図で
ある。

【図９】同上図８の等価回路図である。

【図１０】同上ランプ電流を示す波形図である。

【符号の説明】

３ 部分平滑回路 ６ 並列共振回路 C3 平滑用キャパシタとしての平滑用コンデンサ C4 共振用キャパシタとしての共振用コンデンサ L1 平滑用インダクタ Q1 スイッチング手段としてのトランジスタ Tr1 共振用インダクタとしてのトランス Tr1am 主インダクタ Tr1as 副インダクタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧を整流する整流回路と、 この整流回路に接続され共振用インダクタおよび共振用
   キャパシタを有する並列共振回路と、 この並列共振回路に直列に接続されたスイッチング手段
   と、 平滑用インダクタおよび平滑用キャパシタを有し前記共
   振用インダクタの前記整流回路の電位より高い電位の位
   置に接続された部分平滑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】 交流電圧を整流する整流回路と、 平滑用インダクタおよび平滑用キャパシタを有しこの整
   流回路で整流された電圧を平滑する部分平滑回路と、 主インダクタおよび副インダクタを有する共振用インダ
   クタおよび共振用キャパシタを備え、前記主インダクタ
   および副インダクタの接続点が前記部分平滑回路の高電
   位点に接続され、共振用インダクタおよび共振用キャパ
   シタの接続点の高電位側が前記平滑用インダクタに接続
   された並列共振回路と、 この並列共振回路に直列に接続されたスイッチング手段
   とを具備したことを特徴とする電源装置。