JPH1042574A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチング損失を増加することなく高調波
成分を低減できる電源装置を提供する。 【解決手段】 全波整流回路11の電圧より充電用コンデ
ンサC4の電圧が高い場合には、第１のコンデンサC1から
インバータ回路12に電力を供給して、蛍光ランプFLを高
周波点灯する。全波整流回路11の出力電圧が充電用コン
デンサC4の電圧より低い場合には、充電用コンデンサC4
からトランスTr2 と第２のコンデンサC2による振幅し多
電流を供給し、高調波を低減する。トランジスタQ1のス
イッチング損失の増大を防ぐため、第２のコンデンサC2
の容量を十分に大きくしなくても、充電用コンデンサC4
の放電時に電界効果トランジスタQ2がオンして、第１の
コンデンサC1に対して並列に抵抗R2が接続され、抵抗R2
を介してインバータ回路12に電流が供給され、第２のコ
ンデンサC2の容量が十分でなくても高調波成分を抑制す
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、スイッチング損失
を大きくすることなく高調波成分を減少させる電源装置
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５−２１１７７４号公報に記載の構成が知られ
ている。

【０００３】この特開平５−２１１７７４号公報に記載
の電源装置は、商用交流電源にインダクタを介して全波
整流回路としてのダイオードブリッジの入力端子が接続
され、このダイオードブリッジの出力端子には第１のコ
ンデンサが接続され、この第１のコンデンサに対して並
列にダイオードを介して第２のコンデンサが接続されて
いる。また、この第２のコンデンサに対して並列にダイ
オード、インダクタ素子および充電用コンデンサの振動
回路が接続され、この振動回路に並列に、負荷の蛍光ラ
ンプを点灯させるスイッチング素子としてトランジスタ
が発振するインバータ回路が接続されている。

【０００４】そして、トランジスタが高周波スイッチン
グ動作されると、トランジスタがオンのときに、全波整
流回路にて整流された脈流電圧がインダクタンス素子へ
エネルギーを蓄積し、トランジスタのオフ時に脈流電圧
にインダクタンス素子のエネルギーを重畳してダイオー
ドを介して第２のコンデンサを充電する。すなわち、こ
のトランジスタのスイッチング動作が連続して行なわれ
ることにより、第２のコンデンサの充電電圧は平滑され
る。そして、脈流電圧に対応した包絡線をピークとした
電流がインダクタンス素子に流れる。また、このスイッ
チング電流は商用交流電源の交流電圧と同相の正弦波電
流となるので、入力電流は高調波成分を含まず、かつ高
力率となる。

【０００５】さらに、第２のコンデンサの充電電圧はイ
ンバータ回路の電源となり、トランジスタの高周波スイ
ッチング動作により、蛍光ランプを高周波点灯させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平５−２１１７７４号公報に記載の構成の場合、高調
波成分を十分に除去するには、第２のコンデンサの容量
を大きくしなければならず、第２のコンデンサの容量を
大きくするとトランジスタの損失が大きくなる。

【０００７】反対に、第２のコンデンサの容量が小さい
場合には、第２のコンデンサからインバータ回路に電力
を供給する場合、第２のコンデンサの電力ではインバー
タ回路に十分に電力が供給されないこととなり、第１の
コンデンサの電力を引き込むものの、十分に高調波を減
少できない問題を有している。

【０００８】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、スイッチング損失を増加することなく高調波成分を
低減できる電源装置を提供しようとするものである。

【０００９】

【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を整流する整流回路と、この整
流回路の出力端子に並列に接続された第１のコンデンサ
と、この第１のコンデンサの一端に順極性で直列に接続
されたダイオードと、このダイオードを介して前記第１
のコンデンサに接続された第２のコンデンサ、インダク
タンス素子、充電用コンデンサを有し、前記充電用コン
デンサに前記整流回路の最大瞬時電圧値より低い電圧で
充電する振動回路と、前記充電用コンデンサの放電時に
前記第１のコンデンサに対して並列に接続される抵抗成
分を含む短絡手段と、発振用のスイッチング素子を有
し、前記整流回路の瞬時電圧値が前記充電用コンデンサ
に充電された電圧値以上のときに前記第１のコンデンサ
から入力電流が供給され、前記整流回路の瞬時電圧値が
前記充電用コンデンサに充電された電圧値より低いとき
に前記インダクタンス素子を介して主として充電用コン
デンサから入力電流が供給されてスイッチング素子の発
振により交流に変換して負荷に電力を供給するインバー
タ手段とを具備したもので、充電用コンデンサの充電電
圧が整流回路の出力電圧より低い区間でインバータ回路
が発振動作すると、発振のオン時にインバータ回路に主
として第１のコンデンサから入力電流が供給され、交流
電源から第１のコンデンサにエネルギーを補給する入力
電流が流入し、発振のオフ時に充電用コンデンサが充電
される。整流回路の出力電圧が充電用コンデンサの充電
電圧より低くなると、インバータ回路の発振のオン時に
インバータ回路に第２のコンデンサから入力電流が供給
され、第２のコンデンサの容量ではインバータ回路の必
要とする電力を供給するには不十分なため第２のコンデ
ンサの電圧は低下し、第２のコンデンサの電圧が第１の
コンデンサの電圧まで低下すると、第１のコンデンサか
らの電力の供給が開始される。また、第２のコンデンサ
の容量をスイッチング素子のスイッチング損失を大きく
しない程度小さくしても、充電用コンデンサの放電時に
第１のコンデンサに対して短絡手段が並列に接続される
ため、短絡手段によりインバータ回路に十分に電力が供
給されるため、高調波を抑えることができる。

【００１０】請求項２記載の電源装置は、交流電源から
の交流を整流する整流回路と、この整流回路の出力端子
に並列に接続された第１のコンデンサと、この第１のコ
ンデンサの一端に順極性で直列に接続されたダイオード
と、このダイオードに並列に接続された第２のコンデン
サ、インダクタンス素子、充電用コンデンサを有し、前
記充電用コンデンサに前記整流回路の最大瞬時電圧値よ
り低い電圧で充電する振動回路と、前記充電用コンデン
サの放電時に前記第１のコンデンサに対して並列に接続
される抵抗成分を含む短絡手段と、発振用のスイッチン
グ素子を有し、前記整流回路の瞬時電圧値が前記充電用
コンデンサに充電された電圧値以上のときに前記第１の
コンデンサから入力電流が供給され、前記整流回路の瞬
時電圧値が前記充電用コンデンサに充電された電圧値よ
り低いときに前記インダクタンス素子を介して主として
充電用コンデンサから入力電流が供給されて前記スイッ
チング素子の発振により交流に変換して負荷に電力を供
給するインバータ手段とを具備したもので、充電用コン
デンサの充電電圧が整流回路の出力電圧より低い区間で
インバータ回路が発振動作すると、発振のオン時にイン
バータ回路に主として第１のコンデンサから入力電流が
供給され、交流電源から第１のコンデンサにエネルギー
を補給する入力電流が流入し、発振のオフ時に充電用コ
ンデンサが充電される。整流回路の出力電圧が充電用コ
ンデンサの充電電圧より低くなると、インバータ回路の
発振のオン時にインバータ回路に第２のコンデンサから
入力電流が供給され、第２のコンデンサの容量ではイン
バータ回路の必要とする電力を供給するには不十分なた
め第２のコンデンサの電圧は低下し、第２のコンデンサ
の電圧が第１のコンデンサの電圧まで低下すると、第１
のコンデンサからの電力の供給が開始される。また、第
２のコンデンサの容量をスイッチング素子のスイッチン
グ損失を大きくしない程度小さくしても、充電用コンデ
ンサの放電時に第１のコンデンサに対して短絡手段が並
列に接続されるため、短絡手段によりインバータ回路に
十分に電力が供給されるため、高調波を抑えることがで
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電源装置の一実施
の形態の放電灯点灯装置を図面を参照して説明する。

【００１２】図１に示すように、商用交流電源ｅにフィ
ルタとなるインダクタL1を介してダイオードブリッジの
全波整流回路11の入力端子が接続され、全波整流回路11
の出力端子間に第１のコンデンサC1が接続されている。
また、第１のコンデンサC1にダイオードD1を順極性に介
して第２のコンデンサC2が並列に接続されている。

【００１３】そして、第２のコンデンサC2にインバータ
手段としての１石式の高周波のインバータ回路12を接続
している。このインバータ回路12は、インバータトラン
スTr1 の一次巻線Tr1aおよびコンデンサC3の並列共振回
路13とスイッチング素子としてのトランジスタQ1のコレ
クタ、エミッタの直列回路にて構成され、トランジスタ
Q1のコレクタ、エミッタ間に還流用のダイオードD2が接
続されている。なお、トランジスタQ1は図示しない駆動
回路により高周波でスイッチング動作される。

【００１４】また、第２のコンデンサC2に対して並列
に、ダイオードD3、インダクタンス素子としてのトラン
スTr2 の一次巻線Tr2aおよび充電用コンデンサC4の直列
が接続され、これらにて振動回路14を形成している。さ
らに、インバータトランスTr1に三次巻線Tr1cが形成さ
れ、ダイオードD4を介して一次巻線Tr2aおよび充電用コ
ンデンサC4の接続点に接続されている。

【００１５】さらに、トランスTr2 の二次巻線Tr2bの両
端子間には、整流用のダイオードD5およびコンデンサC5
の直列回路が接続され、コンデンサC5には並列に抵抗R1
が接続され、ダイオードD5およびコンデンサC5の接続点
には、電界効果トランジスタQ2のゲートが接続され、こ
の電界効果トランジスタQ2のドレイン、ソース間は抵抗
成分を含む短絡手段としての抵抗R2を介して、第１のコ
ンデンサC1の両端子間に接続されている。

【００１６】また、インバータトランスTr1 の二次巻線
Tr1bに直流カット用のコンデンサC6を介して負荷である
放電ランプとしての蛍光ランプFLの各フィラメントFL1
，FL2 の一端が接続され、これらフィラメントFL1 ，F
L2 の非電源側には予熱用のコンデンサC7が接続されて
いる。

【００１７】なお、第２のコンデンサC2の容量は、トラ
ンジスタQ1のスイッチング損失を大きくしない程度の容
量に設定されている。

【００１８】次に、上記実施の形態の動作について説明
する。

【００１９】まず、インバータ回路12がトランジスタQ1
のスイッチング動作によって発振動作を行なうと、イン
バータトランスTr1 の一次巻線Tr1aとコンデンサC3との
共振作用により高周波電圧が発生し、二次巻線Tr1bにも
高周波電圧が誘起される。

【００２０】また、トランジスタQ1がオンすると、イン
バータトランスTr1 の一次巻線Tr1aに電流が流れるとと
もに、トランジスタQ1の発振により、三次巻線Tr1cに電
圧が誘起されて充電用コンデンサC4が充電される。そし
て、充電用コンデンサC4に全波整流回路11からの脈流電
圧のピーク値よりも低い直流電圧を蓄えることができ
る。

【００２１】ここで、全波整流回路11の脈流電圧が充電
用コンデンサC4の充電電圧よりも高い区間とし、低い区
間に分けて説明する。

【００２２】まず、全波整流回路11の脈流電圧が充電用
コンデンサC4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12のトランジスタQ1がオンす
ると、インバータトランスTr1 の一次巻線Tr1aへの電流
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から行なわれる。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12が必要とするエネルギーを与えるのに十分な
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
らエネルギー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行なわれ、交流電圧正弦波値上
に沿ってインバータ回路12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区間に重畳される。なお、第
２のコンデンサC2の容量も必要以上に大きくないので、
トランジスタQ1のスイッチング損失を大きくすることも
ない。

【００２３】すなわち、この区間では第１のコンデンサ
C1と第２のコンデンサC2との合成値は供給脈流電圧によ
り与えられるエネルギーがインバータ回路12の要求する
エネルギーに対して満たされた値となっている。

【００２４】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。

【００２５】そして、この区間においてトランジスタQ1
のオフ時にトランスTr2 の一次巻線Tr2a、ダイオードD
3、第２のコンデンサC2および充電用コンデンサC4の閉
路で、充電用コンデンサC4への充電が行なわれ、充電用
コンデンサC4からインバータ回路12側への放電は行なわ
れない。

【００２６】また、トランスTr2 の二次巻線Tr2bにも電
圧が誘起されないため、コンデンサC5は充電されず、電
界効果トランジスタQ2のゲートにもゲート電圧が印加さ
れないため、電界効果トランジスタQ2がオフ状態を維持
し、第１のコンデンサC1に対して抵抗R2は並列に接続さ
れた状態にはならない。

【００２７】次に、全波整流回路11の脈流電圧が充電用
コンデンサC4の充電電圧より低い区間の任意の時間部分
において、充電用コンデンサC4の充電電圧に対して整流
回路11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、インバータトランスTr1 の一次
巻線Tr1aへの電流供給は最初に第２のコンデンサC2から
行なわれる。そして、第２のコンデンサC2の容量はイン
バータ回路12が必要とするエネルギーを与えるには不十
分なため、トランジスタQ1のオン後に一次巻線Tr1aに流
れる電流が増加するに従って、第２のコンデンサC2の電
圧は低下する。そして、第２のコンデンサC2の電圧が第
１のコンデンサC1の電圧まで低下した時点から第２のコ
ンデンサC2で不足しているインバータ回路12へのエネル
ギー供給を第１のコンデンサC1が行なう。

【００２８】そして、トランジスタQ1がオフするまで行
なわれるが、第１のコンデンサC1からのエネルギー供給
が開始されてから第２のコンデンサC2の電圧の低下は少
なくなる。また、第１のコンデンサC1からインバータ回
路12へのエネルギー供給は、これに見合った分のエネル
ギーを商用交流電源ｅ側から入力電流として流入させ
る。

【００２９】一方、充電用コンデンサC4の充電電圧はト
ランスTr2 の過渡インピーダンスによりエネルギーの放
出が遅れ、トランジスタQ1がオフする直前の時点でエネ
ルギーを放出するようになる。この充電用コンデンサC4
が放電すると、トランスTr2の二次巻線Tr2bに電圧が誘
起されてコンデンサC5が充電され、電界効果トランジス
タQ2のゲートにゲート電圧が印加されて電界効果トラン
ジスタQ2がオンし、第１のコンデンサC1に対して並列に
抵抗R2が接続された状態になり、抵抗R2を介してインバ
ータ回路12に電流が供給され、第２のコンデンサC2の容
量が十分でなくても高調波成分を抑制する。

【００３０】そして、トランジスタQ1がオフすると、充
電用コンデンサC3の充電電圧はトランスTr2 の一次巻線
Tr2a、ダイオードD3、第２のコンデンサC2および充電用
コンデンサC4の閉路の電圧供給源となる。ここで、トラ
ンスTr2 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る。そして、この充電はイ
ンバータ回路12において、トランジスタQ1が次にオンし
たときダイオード供給が不足とならない電圧まで高めら
れる。

【００３１】そして、充電用コンデンサC4の充電電圧に
対して第１のコンデンサC1の電圧が低下するに従って第
２のコンデンサC2の電圧は低下し、トランスTr2 と第２
のコンデンサC2による振幅が大きくなる。また、入力電
流は少なくなるが電流は連続して流れ込む。

【００３２】このように、商用交流電源ｅからの入力電
流が連続して流れることにより入力電流に高調波成分が
介入するのを阻止している。

【００３３】次に、他の実施の形態を図２を参照して説
明する。

【００３４】この図２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をダイオード
D1に対して並列に接続したものである。

【００３５】なお、この図２に示す実施の形態も図１に
示す実施の形態と同様の動作を行ない、同様の効果が得
られる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１記載の電源装置によれば、充電
用コンデンサの充電電圧が整流回路の出力電圧より低い
区間でインバータ回路が発振動作すると、発振のオン時
にインバータ回路に主として第１のコンデンサから入力
電流が供給され、整流回路の出力電圧が充電用コンデン
サの充電電圧より低くなると、インバータ回路の発振の
オン時にインバータ回路に第２のコンデンサから入力電
流が供給され、第２のコンデンサの電圧が第１のコンデ
ンサの電圧まで低下すると、第１のコンデンサからの電
力の供給が開始され、第２のコンデンサの容量をスイッ
チング素子のスイッチング損失を大きくしない程度小さ
くしても、充電用コンデンサの放電時に第１のコンデン
サに対して短絡手段が並列に接続されるため、短絡手段
によりインバータ回路に十分に電力が供給されるため、
高調波を抑えることができる。

【００３７】請求項２記載の電源装置によれば、充電用
コンデンサの充電電圧が整流回路の出力電圧より低い区
間でインバータ回路が発振動作すると、発振のオン時に
インバータ回路に主として第１のコンデンサから入力電
流が供給され、整流回路の出力電圧が充電用コンデンサ
の充電電圧より低くなると、インバータ回路の発振のオ
ン時にインバータ回路に第２のコンデンサから入力電流
が供給され、第２のコンデンサの電圧が第１のコンデン
サの電圧まで低下すると、第１のコンデンサからの電力
の供給が開始され、第２のコンデンサの容量をスイッチ
ング素子のスイッチング損失を大きくしない程度小さく
しても、充電用コンデンサの放電時に第１のコンデンサ
に対して短絡手段が並列に接続されるため、短絡手段に
よりインバータ回路に十分に電力が供給されるため、高
調波を抑えることができる。

【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の放電灯点灯
装置を示す回路図である。

【図２】同上他の実施の形態の放電灯点灯装置を示す回
路図である。

【符号の説明】

11 全波整流回路 12 インバータ手段としてのインバータ回路 14 振動回路 C1 第１のコンデンサ C2 第２のコンデンサ C4 充電用コンデンサ D1 ダイオード ｅ 商用交流電源 FL 負荷としての蛍光ランプ R2 抵抗成分を含む短絡手段としての抵抗 Tr2 インダクタンス素子としてのトランス Q1 スイッチング素子としてのトランジスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源からの交流を整流する整流回路
   と、 この整流回路の出力端子に並列に接続された第１のコン
   デンサと、 この第１のコンデンサの一端に順極性で直列に接続され
   たダイオードと、 このダイオードを介して前記第１のコンデンサに接続さ
   れた第２のコンデンサ、インダクタンス素子、充電用コ
   ンデンサを有し、前記充電用コンデンサに前記整流回路
   の最大瞬時電圧値より低い電圧で充電する振動回路と、 前記充電用コンデンサの放電時に前記第１のコンデンサ
   に対して並列に接続される抵抗成分を含む短絡手段と、 発振用のスイッチング素子を有し、前記整流回路の瞬時
   電圧値が前記充電用コンデンサに充電された電圧値以上
   のときに前記第１のコンデンサから入力電流が供給さ
   れ、前記整流回路の瞬時電圧値が前記充電用コンデンサ
   に充電された電圧値より低いときに前記インダクタンス
   素子を介して主として充電用コンデンサから入力電流が
   供給されて前記スイッチング素子の発振により交流に変
   換して負荷に電力を供給するインバータ手段とを具備し
   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を整流する整流回路
   と、 この整流回路の出力端子に並列に接続された第１のコン
   デンサと、 この第１のコンデンサの一端に順極性で直列に接続され
   たダイオードと、 このダイオードに並列に接続された第２のコンデンサ、
   インダクタンス素子、充電用コンデンサを有し、前記充
   電用コンデンサに前記整流回路の最大瞬時電圧値より低
   い電圧で充電する振動回路と、 前記充電用コンデンサの放電時に前記第１のコンデンサ
   に対して並列に接続される抵抗成分を含む短絡手段と、 発振用のスイッチング素子を有し、前記整流回路の瞬時
   電圧値が前記充電用コンデンサに充電された電圧値以上
   のときに前記第１のコンデンサから入力電流が供給さ
   れ、前記整流回路の瞬時電圧値が前記充電用コンデンサ
   に充電された電圧値より低いときに前記インダクタンス
   素子を介して主として充電用コンデンサから入力電流が
   供給されて前記スイッチング素子の発振により交流に変
   換して負荷に電力を供給するインバータ手段とを具備し
   たことを特徴とする電源装置。