JPH10293615A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷に安定した電圧を供給する電源装置にお
いて、高力率で低次の高周波を低減させるようにする。 【解決手段】 入力された交流をスイッチングするスイ
ッチング素子Ｑ１１と、スイッチング素子Ｑ１１にパル
ス変調した制御信号を出力するパルス幅変調回路８を備
え、パルス幅変調回路８はランプ２の端子電圧を検出回
路７により検出して得られた誤差電圧信号と、入力され
た交流から生成されたゼロクロス信号とこのゼロクロス
信号を位相シフト回路で位相を９０度シフトしたゼロク
ロス信号を基に生成された入力交流の２倍の周波数のキ
ャリア信号である三角波信号とを入力してパルス幅変調
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング素子
を用いた電源装置、特に複写機の原稿読み取りに使用す
るハロゲンランプ等の光源用ランプを安定に点灯させる
ためのランプレギュレータとして好適な電源装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば複写機用のランプレギュレ
ータとして、入力された交流をトライアック等の交流制
御素子にて位相制御して電圧安定化させ、ランプに供給
する方式が用いられている。図４はこのような従来のラ
ンプレギュレータの構成を示す図である。

【０００３】図４において、１は商用の交流電源で、こ
の交流電源１からの交流は入力端子１ａ，１ｂから入力
される。一方の入力端子１ａは、コンデンサＣ１をチョ
ークコイルＬ１のノイズフィルター回路を介してランプ
（ＨＬ）２への一方の出力端子２ａと接続され、もう一
方の入力端子１ｂは同ノイズフィルター回路およびトラ
イアックＱ１を介してランプ２への他方の出力端子２ｂ
と接続されている。

【０００４】また、入力端子１ａ，１ｂは波形整形回路
３の入力端子３ａ，３ｂと接続され、この波形整形回路
３の出力端子３ｃはトリガー回路４の一方の入力端子４
ａに接続されている。このトリガー回路４の他方の入力
端子４ｂは、入力端子５ａ，５ｂが上記出力端子２ａ，
２ｂと接続された検出回路５の出力端子５ｃと接続され
ており、該トリガー回路４の出力端子４ｃ，４ｄが上記
トライアックＱ１のゲート側と接続されている。

【０００５】上記検出回路５は負荷となるランプ２の端
子電圧を検出するためのものであり、ランプ２と並列に
接続されている。

【０００６】以下に図４の動作について説明する。

【０００７】入力端子１ａ，１ｂには商用の交流電源１
が接続され、この入力端子１ａ，１ｂに接続されたチョ
ークコイルＬ１、コンデンサＣ１からなるフィルター回
路は、次段のトライアックＱ１が発生する雑音が商用の
交流電源１に帰還することを阻止する。

【０００８】トライアックＱ１は、上記交流電源１の電
源ラインと直列に挿入され、負荷であるランプ２の電圧
をスイッチング制御するが、これはゲート端子に接続さ
れたトリガー回路４により制御されるものである。そし
て、トリガー信号によりオンしてゼロクロスにてオフと
なる。

【０００９】検出回路５は入力端子５ａ，５ｂ間に印加
された電圧信号を所定の信号レベルに変換した後、基準
電圧と比較して誤差電圧信号を生成してトリガー回路４
へ出力する。

【００１０】波形整形回路３は、入力された商用の交流
を波形整形して、商用の交流電源１の周波数の鋸歯状波
を生成してトリガー回路４へ出力する。

【００１１】トリガー回路４は検出回路５から出力され
る誤差電圧信号と波形整形回路３から出力される鋸歯状
波とを比較してトリガー位相を決定し、トリガートラン
スを介してトリガー出力をトライアックＱ１へ出力す
る。トライアックＱ１はトリガー回路４より印加される
トリガー信号により目的とする電圧に応じた位相角でオ
ンするスイッチング制御を行う。

【００１２】以上のように負荷電圧を検出し、トライア
ックＱ１のトリガー位相を制御することにより負荷電圧
を安定化させるようにしている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のような電源装置においては、定電圧制御を
位相制御にて行っているために力率が悪く、かつ、入力
電流に含まれる商用の交流電源周波数の低次数高調波が
多いという問題点があった。この低次数高調波は商用周
波数に近くて低い周波数の雑音となるため、ＬＣフィル
ター等では除去が困難であり、商用の交流電源系への帰
還雑音となり周辺機器への障害を与える原因となってい
た。

【００１４】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、高力率で低次の高調波を低減さ
せることができる電源装置を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の電源装置は次の
ように構成したものである。

【００１６】（１）入力された交流をスイッチングする
スイッチング素子と、前記スイッチング素子にパルス幅
変調した制御信号を出力するパルス幅変調回路を備え、
前記パルス幅変調回路は、負荷の端子電圧を検出して得
られた誤差信号と、前記入力された交流から生成された
ゼロクロス信号とこのゼロクロス信号を位相を９０度シ
フトしたゼロクロス信号をもとに生成された前記入力交
流の２倍の周波数のキャリア信号である三角波信号とを
入力してパルス幅変調を行うようにした。

【００１７】（２）入力された交流をスイッチングする
スイッチング素子と、前記スイッチング素子にパルス幅
変調した制御信号を出力するパルス幅変調回路を備え、
前記パルス幅変調回路は、負荷の端子電圧を検出して得
られた誤差信号と、前記入力された交流から生成された
ゼロクロス信号とこのゼロクロス信号を１／４周期遅延
したゼロクロス信号を基に生成された前記入力交流の２
倍の周波数のキャリア信号である三角波信号とを入力し
てパルス幅変調を行うことを特徴とする電源装置。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電源装置をラ
ンプレギュレータとして構成した例について説明する。

【００１９】（第１実施例）図１は本発明の第１の実施
例の構成を示す回路図である。

【００２０】図１において、１は商用の交流電源で、こ
の交流電源１からの交流は入力端子１ａ，１ｂから入力
される。一方の入力端子１ａは、整流器スタッフＤＭ１
と、コンデンサＣ１とチョークコイルＬ１からなるフィ
ルター回路を介してランプ（ＨＬ）２への一方の出力端
子２ａと接続され、もう一方の入力端子１ｂは整流器ス
タックＤＭ１と同フィルター回路及びスイッチング素子
Ｑ１１を介してランプ２への他方の出力端子２ｂと接続
されている。

【００２１】また、入力端子１ａ，１ｂは第１のゼロク
ロス回路であるゼロクロス回路１０の入力端子１０ａ，
１０ｂと接続され、このゼロクロス回路１０の出力端子
１０Ｃは三角波回路９の一方の入力端子９ａに接続され
ている。

【００２２】さらに、入力端子１ａ，１ｂは位相シフト
回路１１の入力端子１１ａ，１１ｂと接続され、この位
相シフト回路１１の出力端子１１ｃ，１１ｄは第２のゼ
ロクロス回路であるゼロクロス回路１２の入力端子１２
ａ，１２ｂに接続されている。そして、このゼロクロス
回路１２の出力端子１２ｃは三角波回路９のもう一方の
入力端子９ｂに接続されている。上記三角波回路９の出
力端子９ｃはパルス幅変調回路（以下ＰＷＭ回路と称
す）８の一方の入力端子８ａに接続されている。

【００２３】検出回路７の入力端子７ａ，７ｂは出力端
子２ａ，２ｂと接続され、この検出回路７の出力端子７
ｃはＰＭＷ回路８のもう一方の入力端子８ｂと接続され
ている。

【００２４】ＰＷＭ回路８の出力端子８ｃは駆動回路６
の入力端子６ａと接続され、この駆動回路６の出力端子
６ｂ，６はそれぞれスイッチング素子Ｑ１１のソース端
子と駆動端子であるゲート端子に接続されている。

【００２５】以下に図１の回路の動作について説明す
る。

【００２６】入力端子１ａ及び１ｂは商用の交流電源１
が接続される端子、出力端子２ａ及び２ｂは負荷となる
ランプ２が接続される端子であり、チョークコイルＬ
１、コンデンサＣ１からなるフィルター回路は次段のス
イッチング素子Ｑ１１が発生する高周波雑音が商用の交
流電源１に帰還することを阻止する。

【００２７】スイッチング素子Ｑ１１は自己消弧型のス
イッチ素子を用いる。本実施例では、ＮＭＯＳ型電解効
果トランジスタを使用しており、ソース・ゲート端子間
にしきい値以上の正極性電圧が印加されると導通し、し
きい値以下の電圧や負極性電圧が印加されると非導通と
なるスイッチング動作を行う。

【００２８】検出回路７は、入力端子７ａ，７ｂ間に印
加された電圧信号を所定の信号レベルに変換した後、基
準電圧と比較して誤差電圧信号を生成し、出力端子７ｃ
から出力する。また、必要に応じて絶縁トランス等によ
り入出力の絶縁を行う。

【００２９】ＰＷＭ回路８は、入力端子８ｂに印加され
た誤差電圧信号と、入力端子８ａに印加されたキャリア
信号となる三角波信号とを不図示のコンパレーターにて
比較し、三角波レベルが誤差電圧以下の期間にオンレベ
ル、誤差電圧以上の期間にオフレベルとなるパルス幅変
調されたデジタル信号（以下ＰＷＭ信号と称す）を生成
して出力する。

【００３０】駆動回路６は入力端子６ａに入力された信
号を所定のレベル増幅して出力端子６ｂ，６ｃからスイ
ッチング素子Ｑ１１のソース・ゲート端子間に駆動信号
を出力する。また、必要に応じて絶縁トランス等により
入出力の絶縁を行う。

【００３１】ゼロクロス回路１０は入力端子１０ａ，１
０ｂ間に印加された交流電圧のゼロクロスを検出し、ゼ
ロクロス点で微小パルス幅のパルスを出力する。このパ
ルス出力を後述する図２のゼロクロス信号１５とする。

【００３２】位相シフト回路１１は入力端子１１ａ，１
１ｂ間に印加された交流電圧の位相を９０度ずらした交
流電圧を出力端子１１ｃ，１１ｄより出力する。

【００３３】ゼロクロス回路１２は入力端子１２ａ，１
２ｂ間に印加された交流電圧のゼロクロスを検出し、ゼ
ロクロス点で微小パルス幅のパルスを出力する。このパ
ルス出力を後述する図２のゼロクロス信号１ｂとする。

【００３４】以下に入力端子１ａ，１ｂに商用交流電源
１が接続され、負荷のランプ２を定電圧制御している状
態の動作について説明する。

【００３５】図２は定電圧制御状態での各部の信号波形
を示す図である。同図において、１３は入力端子１ａ，
１ｂの端子間電圧信号、１４は位相シフト回路１１を通
した後の交流信号、１５はゼロクロス回路１０の出力で
ある第一のゼロクロス信号、１６はゼロクロス回路１２
の出力である第二のゼロクロス信号、１７は三角波回路
９の出力である三角波信号、１８は誤差電圧信号、１９
はＰＷＭ信号、２０は整流器スタックＤＷ１の出力であ
る脈流電圧信号、２１はランプ２の両端電圧信号であ
る。

【００３６】スイッチング素子Ｑ１１はＰＷＭ信号１９
が駆動回路６で増幅されてソース・ゲート間に印加され
ることにより、オン・オフの制御が行われている。

【００３７】上記のＰＷＭ信号１９は以下に述べる制御
ループで生成される。ＰＷＭ信号１９を用いたスイッチ
ング制御によりランプ２の電圧を定電圧制御する。

【００３８】検出回路７はランプ２の端子間電圧を検出
してランプ２の電圧を決定する基準電圧と比較し、目的
とするランプ２の電圧との誤差に応じた誤差電圧信号１
８を生成して出力する。

【００３９】また、ゼロクロス回路１０はゼロクロス信
号１５、ゼロクロス回路１２はゼロクロス信号１６を出
力する。ゼロクロス回路１２には入力電圧を位相シフト
回路で９０度位相をずらした信号が入力されるので、ゼ
ロクロス信号１５とゼロクロス信号１６は９０度の位相
差が発生する。

【００４０】三角波回路９は上記の二つのゼロクロス信
号より、商用の交流電源１の周波数の２倍の周波数の三
角波信号１７を生成して出力する。ＰＷＭ回路８は入力
端子８ａに印加された誤差電圧信号１８を三角波信号１
２でパルス幅変調し、パルス幅変調したデジタル信号で
あるＰＷＭ信号１９を駆動回路に出力する。

【００４１】誤差電圧信号１８の値に応じてＰＷＭ信号
１９のパルス幅が変化する。誤差電圧信号１８の値が小
さくなるとパルス幅は狭くなり、誤差電圧信号１８の値
が大きくなるとパルス幅は広くなる。

【００４２】駆動回路は、ＰＷＭ信号１９をスイッチン
グ素子Ｑ１１の駆動可能なレベルに増幅した後、スイッ
チング素子Ｑ１１に印加するこのスイッチング素子Ｑ１
１はＰＷＭ信号１９に応じてオン・オフを繰り返す。

【００４３】このように、本実施例では負荷電圧を検出
してＰＷＭ制御を行う制御ループにより、スイッチング
素子Ｑ１１を商用の交流電源１の周波数に同期してスイ
ッチング制御して負荷電圧を安定化する回路において、
キャリア信号として商用の交流電源１の周波数に同期し
た２倍の周波数の三角波を使用することにより図２に示
すように波高値の高い期間をオフ期間、波高値の低い期
間をオン期間とする制御を行いランプ２の電圧を安定さ
せている。

【００４４】（第２の実施例）図３は本発明の第２の実
施例を示す回路構成図である。

【００４５】図３において、１は商用の交流電源で、こ
の交流電源１からの交流は入力端子１ａ，１ｂから入力
される。一方の入力端子１ａは、整流器スタックＤＭ１
と、コンデンサＣ１とチョークコイルＬ１からなるフィ
ルター回路を介してランプ（ＨＬ）２への一方の出力端
子２ａと接続され、もう一方の入力端子１ｂは整流器ス
タックＤＭ１と同フィルター回路及びスイッチング素子
Ｑ１１を開始ランプ２への他方の出力端子２ｂと接続さ
れている。

【００４６】また、入力端子１ａ，１ｂはゼロクロス回
路１０の入力端子１０ａ，１０ｂと接続され、このゼロ
クロス回路１０の出力端子１０ｃは遅延回路２２の入力
端子２２ａ及び三角波回路９の入力端子９ａと接続され
ている。この遅延回路２２の出力端子２２ｂは三角波回
路９のもう一方の出力端子９ｂに接続されている。この
三角波回路９の出力端子９ｃはパルス幅変調回路（以下
ＰＷＭ回路と称す）８の入力端子８ａに接続される。

【００４７】検出回路７の入力端子７ａ，７ｂは出力端
子２ａ，２ｂと接続され、この検出回路７の出力端子７
ｃはＰＷＭ回路８のもう一方の入力端子８ｂと接続され
ている。

【００４８】ＰＷＭ回路８の出力端子８ｃは駆動回路６
の入力端子６ａと接続され、この駆動回路６の出力端子
６ｂ，６ｃはそれぞれスイッチング素子Ｑ１１のソース
端子と駆動単位であるゲート端子に接続されている。

【００４９】以下に、図３の各回路ブロックの動作につ
いて説明する。

【００５０】入力端子１ａ及び１ｂは商用の交流電源１
が接続される端子である。出力端子２ａ及び２ｂは負荷
となるランプ２が接続される端子である。

【００５１】チョークコイルＬ１、コンデンサＣ１から
なるフィルター回路は次段のスイッチング素子Ｑ１１が
発生する高周波雑音が商用の交流電源１に期間すること
を阻止する。

【００５２】スイッチング素子Ｑ１１は自己消弧型のス
イッチ素子を用いる。本実施例では、ＮＭＯＳ型電界効
果トランジスタを使用しており、ソース・ゲート端子間
にしきい値以上の正極電圧が印加されると導通し、しき
い値以下の電圧や負極性電圧が印加されると非導通とな
るスイッチング動作を行う。

【００５３】検出回路７は入力端子７ａ，７ｂ間に印加
された電圧信号を所定の信号レベルに変換した後、基準
電圧と比較して誤差電圧信号を生成し、出力端子７ｃか
ら出力する。また、必要に応じて絶縁トランス等により
入出力の絶縁を行う。

【００５４】ＰＷＭ回路８は入力端子８ａに印加された
誤差電圧信号と、入力端子８ｂに印加されたキャリア信
号となる三角波信号とを不図示のコンパレーターにて比
較し、三角波レベルが誤差電圧以下の期間にオンレベ
ル、誤差電圧以上の期間にオフレベルとなるパルス幅変
調されたデジタル信号（ＰＷＭ信号と称す）を生成して
出力する。

【００５５】駆動回路６は入力端子６ａに入力された信
号を所定のレベル増幅して出力端子６ｂ，６ｃからスイ
ッチング素子Ｑ１１のソース・ゲート端子間を駆動する
駆動信号を出力する。また、必要に応じて絶縁トランス
等により入出力の絶縁を行う。

【００５６】ゼロクロス回路１０は入力端子１０ａ，１
０ｂ間に印加された交流電圧のゼロクロスを検出し、ゼ
ロクロス点で微小パルス幅のパルスを出力する。このパ
ルス出力をゼロクロス信号１５とする。

【００５７】遅延回路２２は入力端子２２ａに印加され
たゼロクロス信号１５の遅延を行う。遅延時間Ｔｄは商
用交流周期Ｔの１／４とする。ゼロクロス信号１５より
遅延時間Ｔｄ遅れた信号を出力する。この信号をゼロク
ロス信号１６とする。

【００５８】遅延時間Ｔｄは商用交流の９０度の位相差
と同一なので、ゼロクロス信号１５とゼロクロス信号１
６の位相関係は第一の実施例と同一である。

【００５９】以下に入力端子１ａ，１ｂに商用の交流電
源１が接続され、負荷のランプ２を定電圧制御している
状態の動作について説明する。

【００６０】二つのゼロクロス信号の生成手段が違う以
外は、第一の実施例と同様の動作である。

【００６１】定電圧制御状態の各部波形は、図２とほぼ
同一である。ただし、交流信号１４は本実施例には存在
しない。

【００６２】スイッチング素子Ｑ１１はＰＷＭ信号１９
が駆動回路６で増幅されてソース・ゲート間に印加され
ることにより、オン・オフの制御が行われる。上記のＰ
ＷＭ信号１９は以下に述べる制御ループで生成される。
ＰＷＭ信号１７を用いたスイッチング制御によりランプ
電圧を定電圧制御する。

【００６３】検出回路７はランプ２の端子間電圧を検出
してランプ２の電圧を決定する基準電圧と比較し、目的
とするランプ２の電圧との誤差に応じた誤差電圧信号１
６を生成して出力する。

【００６４】また、ゼロクロス回路１０はゼロクロス信
号１５を出力する。遅延回路２２はゼロクロス信号１５
を遅延してゼロクロス信号１６を生成する。ゼロクロス
信号１６のゼロクロス信号１５に対する遅延時間は第一
の実施例のゼロクロス信号１６のゼロクロス信号１５に
対する９０度の位相ずれと同一の時間関係となる。

【００６５】三角は回路９で二つのゼロクロス信号から
商用の交流電源１の周波数の２倍の周波数の三角波信号
が生成されて出力される。

【００６６】ＰＷＭ回路８は、入力端子８ａに印加され
た誤差電圧信号１８を三角波信号１７を用いてパルス幅
変調し、パルスはは変調したデジタル信号であるＰＷＭ
信号１９を駆動回路６に出力する。

【００６７】誤差電圧信号１８の値に応じてＰＷＭ信号
１９のパルス幅が変化する。誤差電圧信号１８の値が小
さくなるとパルス幅は狭くなり、誤差電圧信号１８の値
が大きくなるとパルス幅は広くなる。

【００６８】駆動回路６は、ＰＷＭ信号１９をスイッチ
ング素子Ｑ１１の駆動可能なレベルに増幅した後、スイ
ッチング素子Ｑ１１に印加する。スイッチング素子Ｑ１
１はＰＷＭ信号１９に応じてオン・オフを繰り返す。

【００６９】このように、本実施例では第一の実施例と
同様に負荷電圧を検出してＰＷＭ制御を行う制御ループ
により、スイッチ素子Ｑ１１を商用の交流電源１の周波
数に同期してスイッチング制御して負荷電圧を安定化す
る回路において、キャリア信号として商用の交流電源１
の周波数に同期した２倍の周波数の三角波を使用するこ
とにより図２に示すように波高値の高い期間をオフ期
間、波高値の低い期間をオン期間とする制御を行いラン
プ２の電圧を安定させている。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
入力された交流をスイッチングするスイッチング素子
と、前記スイッチング素子にパルス幅変調した制御信号
を出力するパルス幅変調回路を備え、前記パルス幅変調
回路は、負荷の電圧を検出して得られた誤差信号と、入
力された交流から生成されたゼロクロス信号とこのゼロ
クロス信号を位相を９０度シフトしたゼロクロス信号を
基に生成された前記入力交流の２倍の周波数のキャリア
信号である三角信号とを入力してパルス幅変調を行うよ
うにしたため、波高値の高い期間をオフ期間、波高値の
低い期間をオン期間とすることが可能になり、導通路を
広くとることができ、高力率になるという効果がある。
また、雑音も低次の高調波も低減できるので小型のノイ
ズフィルターで十分に雑音除去可能となり、電源への帰
還雑音が低減できるという効果がある。

【００７１】また、入力された交流をスイッチングする
スイッチング素子と、前記スイッチング素子にパルス幅
変調した制御信号を出力するパルス幅変調回路を備え、
前記パルス幅変調回路は、負荷の端子電圧を検出して得
られた誤差信号と、入力された交流から生成されたゼロ
クロス信号とこのゼロクロス信号を１／４周期遅延した
ゼロクロス信号を基に生成された前記入力交流の２倍の
周波数のキャリア信号である三角波信号とを入力してパ
ルス幅変調を行うようにしたため、波高値の高い期間を
オフ期間、波高値の低い期間をオン期間とすることが可
能になり、導通幅を広くすることができ、高力率になる
という効果がある。また、雑音も低次の高調波も低減で
きるので小型のノイズフィルターで十分に雑音除去可能
となり、電源への帰還雑音が低減できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例の構成を示す回路構成
図

【図２】 定電圧制御状態での各部の信号波形を示す図

【図３】 本発明の第２の実施例の構成を示す回路構成
図

【図４】 従来のランプレギュレータの構成を示す回路
構成図

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ ランプ ７ 検出回路 ８ パルス幅変調回路 ９ 三角波回路 １０ ゼロクロス回路 １１ 位相シフト回路 １２ ゼロクロス回路 ２２ 遅延回路 Ｑ１１ スイッチング素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力された交流をスイッチングするスイ
   ッチング素子と、前記スイッチング素子にパルス幅変調
   した制御信号を出力するパルス幅変調回路を備え、前記
   パルス幅変調回路は、負荷の端子電圧を検出して得られ
   た誤差信号と、前記入力された交流から生成されたゼロ
   クロス信号とこのゼロクロス信号を位相を９０度シフト
   したゼロクロス信号をもとに生成された前記入力交流の
   ２倍の周波数のキャリア信号である三角波信号とを入力
   してパルス幅変調を行うことを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】 入力された交流をスイッチングするスイ
   ッチング素子と、前記スイッチング素子にパルス幅変調
   した制御信号を出力するパルス幅変調回路を備え、前記
   パルス幅変調回路は、負荷の端子電圧を検出して得られ
   た誤差信号と、前記入力された交流から生成されたゼロ
   クロス信号とこのゼロクロス信号を１／４周期遅延した
   ゼロクロス信号を基に生成された前記入力交流の２倍の
   周波数のキャリア信号である三角波信号とを入力してパ
   ルス幅変調を行うことを特徴とする電源装置。