JPH1116689A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路とでスイ
ッチング素子Ｑ１，Ｑ２を兼用し、商用交流電源ＡＣを
用いて低周波矩形波出力を得る電源装置において、負荷
が高圧放電灯である場合に、放電を開始するまでの極め
てインピーダンスの高い状態においても、安定した動作
を実現する。 【解決手段】無負荷時に、入力電源ＡＣと第１のインダ
クタＬ１の直列回路の両端を短絡して、入力電源ＡＣの
エネルギーを第１のインダクタＬ１に蓄積する期間の
後、第１のインダクタＬ１に蓄積したエネルギーを入力
電源ＡＣを通じて平滑コンデンサＣに放出、あるいは、
負荷と第２のインダクタＬ２の直列回路の両端を短絡し
て、負荷のエネルギーを第２のインダクタＬ２に蓄積す
る期間の後、第２のインダクタＬ２に蓄積したエネルギ
ーを負荷を通じて平滑コンデンサＣに放出する動作を行
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、複数の電力変換を
行うスイッチング回路がスイッチング素子を共用する電
源装置に関するものであり、さらに詳しくはチョッパ回
路により交流電源からの入力歪みを改善するとともに負
荷回路には交流電源に同期した低周波出力を供給するイ
ンバータ回路を備える電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２０は従来の電源装置の回路図であ
る。この電源装置では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の
直列回路と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路
と、ダイオードＤ５，Ｄ６の直列回路とが、電解コンデ
ンサＣの両端間に並列に接続されている。また、スイッ
チング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点とスイッチング素子Ｑ
３，Ｑ４の接続点との間にはインダクタＬ２と負荷回路
Ｚが接続されており、ダイオードＤ５，Ｄ６の接続点Ａ
とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点との間には、交
流電源ＡＣとインダクタＬ１とが接続されている。な
お、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は逆並列のダイオー
ドＤ１〜Ｄ４をそれぞれ備えている。

【０００３】まず、この回路の動作の一例を、以下に示
す。入力の交流電源のダイオードＤ１、Ｄ２の接続点側
が負極性の場合、図２１（ａ）に示すように、スイッチ
ング素子Ｑ２及びＱ３がＯＮ、スイッチング素子Ｑ１及
びＱ４がＯＦＦの期間（図２２（ａ）参照）と、スイッ
チング素子Ｑ１及びＱ３がＯＮ、スイッチング素子Ｑ２
及びＱ４がＯＦＦの期間（図２２（ｂ）参照）と、すべ
てのスイッチング素子がＯＦＦの期間（図２２（ｃ）参
照）が順にあり、それらを周期的に繰り返すように動作
する。

【０００４】また、入力の交流電源のダイオードＤ１、
Ｄ２の接続点側が正極性の場合、図２１（ｂ）に示すよ
うに、スイッチング素子Ｑ１及びＱ４がＯＮ、スイッチ
ング素子Ｑ２及びＱ３がＯＦＦの期間（図２３（ａ）参
照）と、スイッチング素子Ｑ２及びＱ４がＯＮ、スイッ
チング素子Ｑ１及びＱ３がＯＦＦの期間（図２３（ｂ）
参照）と、すべてのスイッチング素子がＯＦＦの期間
（図２３（ｃ）参照）が順にあり、それらを周期的に繰
り返すように動作する。以上のごとく回路が動作するこ
とにより、負荷Ｚには入力の商用周波電源ＡＣと同期し
た矩形波状の電圧を印加するものである。

【０００５】そして、兼用されたスイッチング素子Ｑ
１、Ｑ２には２つのループの電流が同時に逆向きに流れ
ることで、スイッチング素子に実質的に流れる電流を少
なくして、スイッチング素子の損失を低減し、発熱等を
抑えて、小形且つ低コストの電源装置を提供するもので
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に高圧放電灯は、
放電を開始するまでの間は極めてインピーダンスの高い
状態（以下「無負荷状態」と称する）である。放電灯を
始動するには、その無負荷状態において、ランプ印加電
圧に高圧パルス電圧を重畳して放電を開始させる。放電
開始直後は管内の温度が低いため、管内の圧力が低く、
数オーム程度の極めて低いインピーダンスの状態（すな
わち低ランプ電圧状態）となり、その放電状態を持続す
ることで、温度の上昇とともに圧力も高くなり、電気的
なインピーダンスも上昇し、安定な点灯状態に移行す
る。このように、高圧放電灯を安定に始動し点灯させる
には、高圧パルスを印加する際に２００Ｖから４００Ｖ
程度の電圧を印加した状態を作る必要がある。また、高
圧放電灯は放電の安定化のためにコンデンサを並列に接
続し、電流の高周波成分をバイパスさせて放電灯に高周
波電流が流れないようにする必要がある。これは音響的
共鳴現象を発生させないためである。

【０００７】以上のような、高圧放電灯を負荷として使
用する場合の始動時の動作等について従来例では考慮さ
れておらず、電源電圧と負荷に印加する電圧等に関して
も考慮されていない。そこで、本発明では負荷に高圧放
電灯を使用する場合における動作等を提案しようとする
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
課題を解決するために、交流電源を入力され少なくとも
１つのスイッチング素子と、少なくとも１つの第１のイ
ンダクタとを備えた少なくとも１つの昇圧チョッパ回路
と、少なくとも１つの第２のインダクタと負荷回路を含
み、前記昇圧チョッパ回路に平滑コンデンサを介して接
続された少なくとも１つの降圧チョッパ回路とを備え、
少なくとも１つの前記昇圧チョッパ回路のスイッチング
素子と前記降圧チョッパ回路のスイッチング素子を兼用
し、昇圧動作時の電流と降圧動作時の電流が前記兼用さ
れているスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れ
る期間を少なくとも生ずるように動作させる制御回路を
備え、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加
する電源装置において、定常時よりも負荷抵抗の高い略
無負荷時（負荷が電力をほとんど消費しない状態）に、
入力電源と第１のインダクタの直列回路の両端を短絡し
て、入力電源のエネルギーを第１のインダクタに蓄積す
る期間の後、第１のインダクタに蓄積したエネルギーを
入力電源を通じて平滑コンデンサに放出する期間を含む
周期でスイッチング動作を行うことを特徴とするもので
ある。

【０００９】

【発明の実施の形態】

（実施例１）図１は本発明の第１の実施例の回路図であ
る。この回路は、インバータ回路の部分と制御回路の部
分よりなっている。インバータ回路の部分は、スイッチ
ング素子Ｑ１、Ｑ２とインダクタＬ１及びダイオードＤ
５、Ｄ６による入力電流歪み改善用の昇圧チョッパ回路
と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４とインダクタＬ２によ
る負荷電流限流用の降圧チョッパ回路とを備えている。
以下、その回路構成について説明すると、平滑コンデン
サＣ１と並列に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回
路、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の直列回路、ダイオー
ドＤ５、Ｄ６の直列回路が接続されている。スイッチン
グ素子Ｑ１、Ｑ２の接続点とスイッチング素子Ｑ３、Ｑ
４の接続点との間には、放電灯ＬａｍｐとコンデンサＣ
２の並列回路がインダクタＬ２を介して接続されてい
る。ダイオードＤ５、Ｄ６の接続点とスイッチング素子
Ｑ１、Ｑ２の接続点との間には、交流電源ＡＣとインダ
クタＬ１が直列回路を構成して接続されている。

【００１０】極性判別回路１は、入力電源ＡＣの極性を
検出し、その極性に応じた信号を出力する。点灯判別回
路２は、ランプが点灯しているか否かを検出し、不点灯
時には信号を出力する。タイマー回路３は点灯判別回路
２からの入力信号があったとき（不点灯時）に、入力電
源ＡＣの電圧がゼロクロスした時点からΔｔの期間、タ
イマー信号を出力し、点灯判別回路２からの入力信号が
無いとき（点灯時）には何も出力しない。図２（ａ）に
不点灯時の信号波形を、図２（ｂ）に点灯時の信号波形
を示す。

【００１１】発振回路Ａは昇圧動作時の駆動信号の基準
となる信号（図３参照）を発生させるものであり、発振
回路Ｂは定常時の駆動信号の基準となる信号（図４参
照）を発生させるものである。信号切り替え回路４は電
源ＡＣの極性にしたがって、スイッチング素子の動作極
性を切り替えるとともに、不点灯時には電源ＡＣの極性
が変わった時点から上述のタイマー信号によりΔｔの
間、昇圧動作を行う期間を挿入し、その後、定常時の駆
動信号に切り替えるように動作する。その結果、スイッ
チング素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動波形としては、昇圧時は図
３のようになり、定常時の駆動波形は図４のようにな
る。また、図３、図４の（ａ）、（ｂ）は電源の極性が
正極性（電源ＡＣのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続
点側が負極）のとき、及び負極性（電源ＡＣのスイッチ
ング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点側が正極）のときに、それ
ぞれ対応する。

【００１２】図４に示す定常時の駆動方法は、スイッチ
ング素子Ｑ１及びＱ２に流れる電流を少なくする方法の
１つであるが、図４に示すように、Ｔ２の期間に負荷回
路（この場合、ランプとコンデンサＣ２の並列回路）と
インダクタＬ２の直列回路をスイッチング素子Ｑ１とＱ
３又はＱ２とＱ４によって短絡する状態が生ずる。これ
は、負荷回路とインダクタＬ２の直列回路にＴ１の期間
に、平滑コンデンサＣ１のエネルギーを供給するが、無
負荷状態であると、直ちに充電は終了し、平滑コンデン
サＣ１の電圧とほぼ同じ電圧が負荷回路のコンデンサＣ
２に充電された後、前述のごとく負荷回路をＴ２の期間
は短絡することになるので、コンデンサＣ２のエネルギ
ーをインダクタＬ２に供給し、それをＴ３の期間以降で
平滑コンデンサＣ１に還流して戻してしまうことにな
る。すなわち、コンデンサＣ２の電圧は平滑コンデンサ
Ｃ１の電圧に比べて低くなってしまう。また、この動作
のみにおいてもＴ２の期間、電源電圧を昇圧し、平滑コ
ンデンサＣ１の電圧を高くする作用は一応あるが、コン
デンサＣ２の電圧はどうしても小さくなってしまう。

【００１３】そこで、本実施例では、不点灯時では、入
力電圧極性が反転して所定時間、図３に示す駆動方法に
よる昇圧動作を行うことにより、平滑コンデンサＣ１の
電圧を入力電圧より十分に昇圧し、コンデンサＣ２には
点灯するのに必要な電圧を得ようとするものである。す
なわち、この構成は入力電源電圧Ｖａｃのピーク値より
もコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が高く、コンデンサＣ１
の電圧はコンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２よりも高い場合に
有効である。負荷電圧は図５のようになる。

【００１４】また、本実施例では電源極性の反転直後に
のみ昇圧動作を行うように構成しているが、この部分の
みならず、商用周期の間のいかなる所で行うようにして
も良いし、入力電源ＡＣとインダクタＬ１の直列回路を
短絡する動作が含まれている、いかなるスイッチング方
法でも、略無負荷状態において動作する場合には本発明
を適用できる。以上のように構成することにより、電源
電圧が低くても十分な始動電圧が得られるものである。

【００１５】（実施例２）図６は第２の実施例の回路図
である。インバータ回路を含む主回路の構成について
は、図１に示した第１の実施例と同様である。ただし、
本実施例では、主回路に電源の極性を検出する極性判別
回路１と、負荷であるランプが点灯しているか否かを検
出する点灯判別回路２のほかに、平滑コンデンサＣ１の
電圧を検出するコンデンサ電圧検出回路５が新たに付加
されている。極性切り替え回路４ａは、電源ＡＣの極性
にしたがって、駆動回路の出力を切り替え、電源ＡＣと
同期した電圧を負荷に印加するように動作する。発振回
路６は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に印加する高周波
信号（図７参照）を発生させる。この発振回路６は、極
性切り替え回路４と共に、電源の極性が正極性（電源Ａ
Ｃのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点側が負極）の
ときは、図７（ａ）の駆動信号波形を発生させ、電源の
極性が負極性（電源ＡＣのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２
の接続点側が正極）のときは、図７（ｂ）の駆動信号波
形を発生させる。これらの駆動信号波形において、Ｔ１
の期間は固定されており、Ｔ２の期間がＰＷＭ変調され
るように動作する。そのＰＷＭ変調は平滑コンデンサＣ
１の電圧の検出値と基準電圧ｅ１あるいはｅ２を比較し
て、コンデンサＣ１の検出値と基準電圧ｅ１あるいはｅ
２が等しくなるように動作する。すなわち、Ｔ２の期間
を変化させ、入力電源ＡＣより流入するエネルギーの量
を調節することにより、コンデンサＣ１の電圧を基準電
圧ｅ１あるいはｅ２に応じた電圧に一致せしめるように
動作する。

【００１６】また、基準電圧ｅ１とｅ２は点灯判別回路
２の出力により切り替えられ、ｅ２＞ｅ１であるとする
と、ランプの不点灯時には高い方の基準電圧ｅ２に切り
替えられ、点灯時には低い方の基準電圧ｅ１に切り替え
るように構成する。これは、不点灯時の平滑コンデンサ
Ｃ１の電圧は、点灯時の平滑コンデンサＣ１の電圧より
高くなることを意味している。なぜならば、図７のＴ２
の期間のような電源電圧を昇圧し平滑コンデンサＣ１に
蓄積する動作を行う場合、どうしても負荷とインダクタ
Ｌ２の直列回路を短絡してしまうので、平滑コンデンサ
Ｃ１に比べてコンデンサＣ２の電圧は低くなる傾向があ
る。そこで、平滑コンデンサＣ１の電圧を予め高く設定
するのである。すなわち、この構成は入力電源電圧Ｖａ
ｃのピーク値よりもコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が高
く、コンデンサＣ１の電圧はコンデンサＣ２の電圧Ｖｃ
２よりも高い場合に有効である。

【００１７】以上のように構成することにより、電源電
圧が低くとも、負荷として高圧放電灯を使用しそれを点
灯させる場合に、前述のごとく放電開始までの間、ラン
プに始動に十分な電圧を供給するとともに、点灯時は平
滑コンデンサＣ１の電圧を低く抑え、スイッチング素子
の損失を低くし、回路を小型化することが可能である。

【００１８】また、本実施例では毎スイッチング周期に
昇圧の動作を挿入し、平滑コンデンサＣ１の電圧を切り
替えるように構成しているが、切り替えはいかなる検出
手段によって行われても良く、電源とインダクタＬ１の
直列回路を短絡する動作が含まれているスイッチング方
法であれば、いかなるスイッチング方法でも略無負荷状
態において動作するものには本発明を適用できる。

【００１９】（実施例３）図８は第３の実施例の回路図
である。この回路においても主回路の構成は前述の各実
施例と同様である。制御回路の構成については、本実施
例では、発振回路Ａと発振回路Ｂの２つの回路を備え、
それらは点灯判別回路２の出力により切り替えられる。
負荷として高圧放電灯を用いた際の不点灯時には、図９
に示すような駆動信号の発生を行い、点灯時には図１０
に示すような駆動信号の発生を行う。図９、図１０の
（ａ）、（ｂ）は電源の極性が正極性（電源ＡＣのスイ
ッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点側が負極）のとき、及
び負極性（電源ＡＣのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接
続点側が正極）のときに、それぞれ対応する。

【００２０】このスイッチング動作は無負荷時におい
て、負荷回路とインダクタＬ２の直列回路をＴ２の期間
に短絡し、コンデンサＣ２のエネルギーをインダクタＬ
２に蓄積して、コンデンサＣ２のエネルギーを平滑コン
デンサＣ１に戻す動作を行うものである。これは、前述
の実施例１、２と異なり、無負荷時には電源電圧を昇圧
することなく、コンデンサＣ２の電圧が平滑コンデンサ
Ｃ１よりも低くなるように動作している。このように構
成することにより、電源電圧が高い場合、たとえば、海
外などの２８８Ｖ電源（最大値は４００Ｖ程度）に対応
した装置を作成したときに不必要に負荷に高い電圧を印
加しないようにすることができる。（たとえば３００Ｖ
ぐらいにできる。）これにより、負荷回路の素子の耐圧
などを低く抑えることができ、装置の小型化や、コスト
ダウンに寄与することができる。この構成においては、
スイッチング素子の駆動方法の一例を示しているが、こ
れに限定されるものではない。

【００２１】（実施例４）図１１は第４の実施例の回路
図である。本実施例の回路図は図８と同じである。制御
回路の構成については、本実施例では、発振回路Ａと発
振回路Ｂの２つの回路を備え、それらは点灯判別回路２
の出力により切り替えられる。負荷として高圧放電灯を
用いた際の不点灯時には、図１２に示すような駆動信号
の発生を行い、点灯時には図１３に示すような駆動信号
の発生を行う。図１２、図１３の（ａ）、（ｂ）は電源
の極性が正極性（電源ＡＣのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ
２の接続点側が負極）のとき、及び負極性（電源ＡＣの
スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点側が正極）のとき
に、それぞれ対応する。

【００２２】このスイッチング素子の動作は、無負荷時
において、負荷回路とインダクタＬ２の直列回路に平滑
コンデンサＣ１のエネルギーを供給する動作のみを行う
もので、電源電圧に対して平滑コンデンサＣ１の電圧を
昇圧することはなく、電源のピーク電圧をそのまま、平
滑コンデンサＣ１に充電し、負荷に印加するものであ
る。これは、前述の実施例１、２、３と異なり、無負荷
時には電源電圧を昇圧することなく、また、平滑コンデ
ンサＣ１に対して降圧動作をすることもなく、電源電圧
の最大値が負荷に印加されるように動作するものであ
る。このように構成することにより、電源電圧の最大値
が無負荷時の印加電圧と略等しい場合、例えば、２００
Ｖ電源（最大値は２８０Ｖ程度）に対応した装置を作成
したときに、不必要に負荷に高い電圧を印加しないよう
にすることができる。よって、始動時の動作を簡単にす
ることができ、回路の低コスト化に寄与することができ
る。この構成においては、点灯時のスイッチング素子の
駆動法の一例とともに、不点灯時には切り替えることを
示しているが、点灯時の動作を規定しているのではな
く、無負荷時に平滑コンデンサＣ１の電圧を負荷回路と
コンデンサＣ２の直列回路に印加する動作のみであるこ
とを示しており、これに限定されるものではない。

【００２３】（実施例５）図１４は第５の実施例の回路
図である。主回路の構成などは前述のものに準ずるので
省略する。点灯判別回路２は、ランプが点灯しているか
否かを検出し、不点灯時には信号を出力する。タイマー
回路３’は点灯判別回路２からの入力信号があったとき
（不点灯時）に、極性判別回路１の出力を一定時間Δ
ｔ’遅らせて出力する。点灯判別回路２からの入力信号
が無いとき（点灯時）には、タイマー回路３は極性判別
回路１の出力をそのまま出力する。図１５（ａ）に不点
灯時の信号波形を、図１５（ｂ）に点灯時の信号波形を
示す。

【００２４】発振回路Ａ、Ｂではそれぞれ、不点灯時と
点灯時に対応した図１７、図１８に示す駆動波形が出力
されるように動作する。図１７に示す波形は実施例４に
示すもので、平滑コンデンサＣ１の電圧と略等しい電圧
が出力される動作で、タイマー回路７の作用により通常
と逆極性の場合、たとえば電源が正極性のときに、
（ｂ）の動作をした場合には負荷には通常と同じである
が、電源に対しては昇圧動作を行うものになる。すなわ
ち、平滑コンデンサＣ１の電圧に略等しい電圧をコンデ
ンサＣ２に印加しつつ、電源電圧を昇圧して平滑コンデ
ンサＣ１の電圧を高くすることが可能となるのである。
但し、副作用として、スイッチング素子に入力側の電流
と負荷側の電流が同じ向きに重なって流れて損失が増え
ることが考えられるが、これは、不点灯時の無負荷状態
の動作であるため、負荷側の電流はほとんど流れない。
したがって特に問題にはならない。

【００２５】以上のように構成することにより、電源よ
りも無負荷時の印加電圧が高い場合においてもランプの
始動に必要な電圧を供給することができる。なお、この
構成においては、図１６に示すように、電源の周期と同
じ周期で位相が遅れた形で負荷に電圧が供給されている
が、これは位相が進んだ形でも良く、限定されるもので
はない。

【００２６】（実施例６）図１９は本発明の第６の実施
例の出力波形を示している。この実施例は、第５の実施
例を別の形にしたもので、負荷への出力電圧を入力電圧
の周期よりも長くなるようにしたものである。この実施
例においては、負荷に平滑コンデンサＣ１のエネルギー
を供給する期間と、負荷に平滑コンデンサＣ１のエネル
ギーを供給しつつ、平滑コンデンサＣ１の電圧を昇圧す
る周期とが存在する。このように、無負荷状態において
のみ、動作の電源に対する極性をずらすことで電源電圧
が低くとも、不点灯状態のランプに適切な電圧を印加す
ることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように構成することにより、定常
負荷時はスイッチング素子に逆向きに２つの電流ループ
の電流が流れて、損失を小さくしつつ、負荷が電力をほ
とんど消費しない略無負荷時には電源電圧に応じた動作
をさせることで、必要な電圧を負荷に印加することがで
きる。したがって、負荷に高圧放電灯を使用した場合
に、定常点灯時にも不点灯時にも良好な動作を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の回路図である。

【図２】本発明の第１実施例の各部の動作を示す波形図
である。

【図３】本発明の第１実施例の無負荷時のスイッチング
動作を示す波形図である。

【図４】本発明の第１実施例の点灯時のスイッチング動
作を示す波形図である。

【図５】本発明の第１実施例の入出力電圧を示す波形図
である。

【図６】本発明の第２実施例の回路図である。

【図７】本発明の第２実施例のスイッチング動作を示す
波形図である。

【図８】本発明の第３実施例の回路図である。

【図９】本発明の第３実施例の無負荷時のスイッチング
動作を示す波形図である。

【図１０】本発明の第３実施例の点灯時のスイッチング
動作を示す波形図である。

【図１１】本発明の第４実施例の回路図である。

【図１２】本発明の第４実施例の無負荷時のスイッチン
グ動作を示す波形図である。

【図１３】本発明の第４実施例の点灯時のスイッチング
動作を示す波形図である。

【図１４】本発明の第５実施例の回路図である。

【図１５】本発明の第５実施例の各部の動作を示す波形
図である。

【図１６】本発明の第５実施例の入出力電圧を示す波形
図である。

【図１７】本発明の第５実施例の無負荷時のスイッチン
グ動作を示す波形図である。

【図１８】本発明の第５実施例の点灯時のスイッチング
動作を示す波形図である。

【図１９】本発明の第６実施例の入出力電圧を示す波形
図である。

【図２０】従来例の回路図である。

【図２１】従来例のスイッチング動作を示す波形図であ
る。

【図２２】従来例の一方の電源極性時のスイッチング動
作を示す回路図である。

【図２３】従来例の他方の電源極性時のスイッチング動
作を示す回路図である。

【符号の説明】

Ｑ１〜Ｑ４ スイッチング素子 Ｄ５、Ｄ６ ダイオード Ｃ１ コンデンサ Ｌ１ 第１のインダクタ Ｌ２ 第２のインダクタ ＡＣ 交流電源 Ｌａｍｐ 放電灯負荷

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 俊朗 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 (72)発明者 日妻 晋二 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を入力され少なくとも１つの
   スイッチング素子と、少なくとも１つの第１のインダク
   タとを備えた少なくとも１つの昇圧チョッパ回路と、 少なくとも１つの第２のインダクタと負荷回路を含み、
   前記昇圧チョッパ回路に平滑コンデンサを介して接続さ
   れた少なくとも１つの降圧チョッパ回路とを備え、 少なくとも１つの前記昇圧チョッパ回路のスイッチング
   素子と前記降圧チョッパ回路のスイッチング素子を兼用
   し、昇圧動作時の電流と降圧動作時の電流が前記兼用さ
   れているスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れ
   る期間を少なくとも生ずるように動作させる制御回路を
   備え、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加
   する電源装置において、 定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、入力電源と
   第１のインダクタの直列回路の両端を短絡して、入力電
   源のエネルギーを第１のインダクタに蓄積する期間の
   後、第１のインダクタに蓄積したエネルギーを入力電源
   を通じて平滑コンデンサに放出する期間を含む周期でス
   イッチング動作を行うことを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】 交流電源を入力され少なくとも１つの
   スイッチング素子と、少なくとも１つの第１のインダク
   タとを備えた少なくとも１つの昇圧チョッパ回路と、 少なくとも１つの第２のインダクタと負荷回路を含み、
   前記昇圧チョッパ回路に平滑コンデンサを介して接続さ
   れた少なくとも１つの降圧チョッパ回路とを備え、 少なくとも１つの前記昇圧チョッパ回路のスイッチング
   素子と前記降圧チョッパ回路のスイッチング素子を兼用
   し、昇圧動作時の電流と降圧動作時の電流が前記兼用さ
   れているスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れ
   る期間を少なくとも生ずるように動作させる制御回路を
   備え、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加
   する電源装置において、 定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、負荷と第２
   のインダクタの直列回路の両端を短絡して、負荷のエネ
   ルギーを第２のインダクタに蓄積する期間の後、第２の
   インダクタに蓄積したエネルギーを負荷を通じて平滑コ
   ンデンサに放出する期間を含む周期でスイッチング動作
   を行うことを特徴とする電源装置。
3. 【請求項３】 交流電源を入力され少なくとも１つの
   スイッチング素子と、少なくとも１つの第１のインダク
   タとを備えた少なくとも１つの昇圧チョッパ回路と、 少なくとも１つの第２のインダクタと負荷回路を含み、
   前記昇圧チョッパ回路に平滑コンデンサを介して接続さ
   れた少なくとも１つの降圧チョッパ回路とを備え、 少なくとも１つの前記昇圧チョッパ回路のスイッチング
   素子と前記降圧チョッパ回路のスイッチング素子を兼用
   し、昇圧動作時の電流と降圧動作時の電流が前記兼用さ
   れているスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れ
   る期間を少なくとも生ずるように動作させる制御回路を
   備え、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加
   する電源装置において、 定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、負荷と第２
   のインダクタの直列回路の両端を平滑コンデンサに接続
   して、平滑コンデンサのエネルギーをその直列回路に供
   給する電流ループを形成する期間の後、その直列回路に
   エネルギーを供給しないように前記電流ループを開放
   し、第２のインダクタのエネルギーを放出することが可
   能な期間があり、その二つの期間のみが周期的に形成さ
   れるようにスイッチング動作を行うことを特徴とする電
   源装置。
4. 【請求項４】 交流電源を入力され少なくとも１つの
   スイッチング素子と、少なくとも１つの第１のインダク
   タとを備えた少なくとも１つの昇圧チョッパ回路と、 少なくとも１つの第２のインダクタと負荷回路を含み、
   前記昇圧チョッパ回路に平滑コンデンサを介して接続さ
   れた少なくとも１つの降圧チョッパ回路とを備え、 少なくとも１つの前記昇圧チョッパ回路のスイッチング
   素子と前記降圧チョッパ回路のスイッチング素子を兼用
   し、昇圧動作時の電流と降圧動作時の電流が前記兼用さ
   れているスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れ
   る期間を少なくとも生ずるように動作させる制御回路を
   備え、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加
   する電源装置において、 定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、少なくとも
   兼用されたスイッチング素子がＯＮすることにより入力
   電源と第１のインダクタの直列回路を短絡し、入力電源
   のエネルギーを第１のインダクタに蓄積する第１の電流
   ループと、負荷回路と第２のインダクタの直列回路を平
   滑コンデンサに接続し、平滑コンデンサのエネルギーを
   負荷に供給しつつ、第２のインダクタに蓄積する第２の
   電流ループとを同時に形成する期間と、 兼用されたスイッチング素子がＯＦＦし、第１及び第２
   のインダクタに蓄積されていたエネルギーを平滑コンデ
   ンサに放出することが可能である期間のみが交互にスイ
   ッチング周期に含まれることを特徴とする電源装置。
5. 【請求項５】 逆方向通電要素をそれぞれ並列に備え
   る第１及び第２のスイッチング素子を順方向が一致する
   ように直列に接続した回路と、逆方向通電要素をそれぞ
   れ並列に備える第３及び第４のスイッチング素子を順方
   向が一致するように直列に接続した回路と、逆方向通電
   要素をそれぞれ並列に備える第５及び第６のスイッチン
   グ素子を順方向が一致するように直列に接続した回路と
   を同じ極性でコンデンサと並列に接続し、前記第１及び
   第２のスイッチング素子の接続点と第５及び第６のスイ
   ッチング素子の接続点との間に、交流電源と第１のイン
   ダクタの直列回路を接続し、前記第１及び第２のスイッ
   チング素子の接続点と第３及び第４のスイッチング素子
   の接続点との間に、負荷回路と第２のインダクタの直列
   回路を接続した回路構成を備え、 前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子
   が、前記昇圧チョッパ回路と前記降圧チョッパ回路で兼
   用されており、 定常負荷時においては、昇圧動作時の電流と降圧動作時
   の電流が兼用されている第１及び第２のスイッチング素
   子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ず
   るように動作させる制御回路を備え、負荷には入力交流
   電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、 定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、入力電源と
   第１のインダクタの直列回路の両端を短絡して、入力電
   源のエネルギーを第１のインダクタに蓄積する期間の
   後、第１のインダクタに蓄積したエネルギーを入力電源
   を通じて平滑コンデンサに放出する期間を含む周期でス
   イッチング動作を行うことを特徴とする請求項１記載の
   電源装貴。
6. 【請求項６】 逆方向通電要素をそれぞれ並列に備え
   る第１及び第２のスイッチング素子を順方向が一致する
   ように直列に接続した回路と、逆方向通電要素をそれぞ
   れ並列に備える第３及び第４のスイッチング素子を順方
   向が一致するように直列に接続した回路と、逆方向通電
   要素をそれぞれ並列に備える第５及び第６のスイッチン
   グ素子を順方向が一致するように直列に接続した回路と
   を同じ極性でコンデンサと並列に接続し、前記第１及び
   第２のスイッチング素子の接続点と第５及び第６のスイ
   ッチング素子の接続点との間に、交流電源と第１のイン
   ダクタの直列回路を接続し、前記第１及び第２のスイッ
   チング素子の接続点と第３及び第４のスイッチング素子
   の接続点との間に、負荷回路と第２のインダクタの直列
   回路を接続した回路構成を備え、 前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子
   が、前記昇圧チョッパ回路と前記降圧チョッパ回路で兼
   用されており、 定常負荷時においては、昇圧動作時の電流と降圧動作時
   の電流が兼用されている第１及び第２のスイッチング素
   子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ず
   るように動作させる制御回路を備え、負荷には入力交流
   電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、 定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、負荷と第２
   のインダクタの直列回路の両端を短絡して、負荷のエネ
   ルギーを第２のインダクタに蓄積する期間の後、第２の
   インダクタに蓄積したエネルギーを負荷を通じて平滑コ
   ンデンサに放出する期間を含む周期でスイッチング動作
   を行うことを特徴とする請求項２記載の電源装置。
7. 【請求項７】 逆方向通電要素をそれぞれ並列に備え
   る第１及び第２のスイッチング素子を順方向が一致する
   ように直列に接続した回路と、逆方向通電要素をそれぞ
   れ並列に備える第３及び第４のスイッチング素子を順方
   向が一致するように直列に接続した回路と、逆方向通電
   要素をそれぞれ並列に備える第５及び第６のスイッチン
   グ素子を順方向が一致するように直列に接続した回路と
   を同じ極性でコンデンサと並列に接続し、前記第１及び
   第２のスイッチング素子の接続点と第５及び第６のスイ
   ッチング素子の接続点との間に、交流電源と第１のイン
   ダクタの直列回路を接続し、前記第１及び第２のスイッ
   チング素子の接続点と第３及び第４のスイッチング素子
   の接続点との間に、負荷回路と第２のインダクタの直列
   回路を接続した回路構成を備え、 前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子
   が、前記昇圧チョッパ回路と前記降圧チョッパ回路で兼
   用されており、 定常負荷時においては、昇圧動作時の電流と降圧動作時
   の電流が兼用されている第１及び第２のスイッチング素
   子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ず
   るように動作させる制御回路を備え、負荷には入力交流
   電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、 定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、負荷と第２
   のインダクタの直列回路の両端を平滑コンデンサに接続
   して、平滑コンデンサのエネルギーをその直列回路に供
   給する電流ループを形成する期間の後、その直列回路に
   エネルギーを供給しないように前記電流ループを開放
   し、第２のインダクタのエネルギーを放出することが可
   能な期間があり、その二つの期間のみが周期的に形成さ
   れるようにスイッチング動作を行うことを特徴とする請
   求項３記載の電源装置。
8. 【請求項８】 逆方向通電要素をそれぞれ並列に備え
   る第１及び第２のスイッチング素子を順方向が一致する
   ように直列に接続した回路と、逆方向通電要素をそれぞ
   れ並列に備える第３及び第４のスイッチング素子を順方
   向が一致するように直列に接続した回路と、逆方向通電
   要素をそれぞれ並列に備える第５及び第６のスイッチン
   グ素子を順方向が一致するように直列に接続した回路と
   を同じ極性でコンデンサと並列に接続し、前記第１及び
   第２のスイッチング素子の接続点と第５及び第６のスイ
   ッチング素子の接続点との間に、交流電源と第１のイン
   ダクタの直列回路を接続し、前記第１及び第２のスイッ
   チング素子の接続点と第３及び第４のスイッチング素子
   の接続点との間に、負荷回路と第２のインダクタの直列
   回路を接続した回路構成を備え、 前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子
   が、前記昇圧チョッパ回路と前記降圧チョッパ回路で兼
   用されており、 定常負荷時においては、昇圧動作時の電流と降圧動作時
   の電流が兼用されている第１及び第２のスイッチング素
   子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ず
   るように動作させる制御回路を備え、負荷には入力交流
   電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、 定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、少なくとも
   兼用された第１のスイッチング素子あるいは第２のスイ
   ッチング素子がＯＮすることにより入力電源と第１のイ
   ンダクタの直列回路を短絡し、入力電源のエネルギーを
   第１のインダクタに蓄積する第１の電流ループと、負荷
   回路と第２のインダクタの直列回路を平滑コンデンサに
   接続し、平滑コンデンサのエネルギーを負荷に供給しつ
   つ、第２のインダクタに蓄積する第２の電流ループとを
   同時に形成する期間と、 兼用されたスイッチング素子がＯＦＦし、第１及び第２
   のインダクタに蓄積されていたエネルギーを平滑コンデ
   ンサに放出することが可能である期間のみが交互にスイ
   ッチング周期に含まれることを特徴とする請求項４記載
   の電源装置。
9. 【請求項９】 請求項５の電源回路構成を備え、定常
   負荷時には、制御回路の作用により、 入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が正のと
   きは、第２及び第３のスイッチング素子をＯＮし、第１
   及び第４のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間の後、
   第１及び第３のスイッチング素子をＯＮし、第２及び第
   ４のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を設け、その
   後、すべてのスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を少
   なくとも含むスイッチング周期の動作を行い、 入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が負のと
   きは、第１及び第４のスイッチング素子をＯＮし、第２
   及び第３のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間の後、
   第２及び第４のスイッチング素子をＯＮし、第１及び第
   ３のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を設け、その
   後、すべてのスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を少
   なくとも含むスイッチング周期の動作を行い、第１及び
   第２のスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる
   期間を少なくとも生ずるように動作を行い、負荷には入
   力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置にお
   いて、 定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、 入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が正のと
   きは、少なくとも兼用された第１のスイッチング素子を
   ＯＮすることにより入力電源と第１のインダクタの直列
   回路を短絡し、入力電源のエネルギーを第１のインダク
   タに蓄積する第１の電流ループを形成する期間を、 入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が負のと
   きは、少なくとも兼用された第２のスイッチング素子を
   ＯＮすることにより入力電源と第１のインダクタの直列
   回路を短絡し、入力電源のエネルギーを第１のインダク
   タに蓄積する第１の電流ループを形成する期間を少なく
   とも含む周期性のスイッチング動作を行うことを特徴と
   する請求項５記載の電源装置。
10. 【請求項１０】 請求項６の電源回路構成を備え、定
    常負荷時には、制御回路の作用により、 入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が正のと
    きは、第２及び第３のスイッチング素子をＯＮし、第１
    及び第４のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間の後、
    第１及び第３のスイッチング素子をＯＮし、第２及び第
    ４のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を設け、その
    後、すべてのスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を少
    なくとも含むスイッチング周期の動作を行い、 入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が負のと
    きは、第１及び第４のスイッチング素子をＯＮし、第２
    及び第３のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間の後、
    第２及び第４のスイッチング素子をＯＮし、第１及び第
    ３のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を設け、その
    後、すべてのスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を少
    なくとも含むスイッチング周期の動作を行い、第１及び
    第２のスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる
    期間を少なくとも生ずるように動作を行い、負荷には入
    力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置にお
    いて、 定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、 入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が正のと
    きは、少なくとも第４のスイッチング素子をＯＮするこ
    とにより負荷と第２のインダクタの直列回路を短絡し、
    負荷のエネルギーを第２のインダクタに蓄積する第１の
    電流ループを形成する期間の後、第２のインダクタに蓄
    積されたエネルギーを平滑コンデンサに放出する第２の
    電流ループを形成する期間が少なくとも含まれるスイッ
    チング動作を行い、 入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が負のと
    きは、少なくとも第３のスイッチング素子をＯＮするこ
    とにより負荷と第２のインダクタの直列回路を短絡し、
    負荷のエネルギーを第２のインダクタに蓄積する第１の
    電流ループを形成する期間の後、第２のインダクタに蓄
    積されたエネルギーを平滑コンデンサに放出する第２の
    電流ループを形成する期間が少なくとも含まれるスイッ
    チング動作を行うように、周期性のスイッチング動作を
    行うことを特徴とする請求項６記載の電源装置。
11. 【請求項１１】 請求項７の電源回路構成を備え、定
    常負荷時には、制御回路の作用により、 入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が正のと
    きは、第２及び第３のスイッチング素子をＯＮし、第１
    及び第４のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間の後、
    第１及び第３のスイッチング素子をＯＮし、第２及び第
    ４のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を設け、その
    後、すべてのスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を少
    なくとも含むスイッチング周期の動作を行い、 入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が負のと
    きは、第１及び第４のスイッチング素子をＯＮし、第２
    及び第３のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間の後、
    第２及び第４のスイッチング素子をＯＮし、第１及び第
    ３のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を設け、その
    後、すべてのスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を少
    なくとも含むスイッチング周期の動作を行い、第１及び
    第２のスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる
    期間を少なくとも生ずるように動作を行い、負荷には入
    力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置にお
    いて、 定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、 入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が正のと
    きは、第２及び第３のスイッチング素子をＯＮすること
    により負荷と第２のインダクタの直列回路に平滑コンデ
    ンサのエネルギーを供給できる電流ループを形成する期
    間の後、すべてのスイッチング素子がＯＦＦする期間に
    より構成される周期的なスイッチング動作を行い、 入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が負のと
    きは、第１及び第４のスイッチング素子をＯＮすること
    により負荷と第２のインダクタの直列回路に平滑コンデ
    ンサのエネルギーを供給できる電流ループを形成する期
    間の後、すべてのスイッチング素子がＯＦＦする期間に
    より構成される周期的なスイッチング動作を行うことを
    特徴とする請求項７記載の電源装置。
12. 【請求項１２】 請求項８の電源回路構成を備え、定
    常負荷時には、制御回路の作用により、 入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が正のと
    きは、第２及び第３のスイッチング素子をＯＮし、第１
    及び第４のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間の後、
    第１及び第３のスイッチング素子をＯＮし、第２及び第
    ４のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を設け、その
    後、すべてのスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を少
    なくとも含むスイッチング周期の動作を行い、 入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が負のと
    きは、第１及び第４のスイッチング素子をＯＮし、第２
    及び第３のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間の後、
    第２及び第４のスイッチング素子をＯＮし、第１及び第
    ３のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を設け、その
    後、すべてのスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を少
    なくとも含むスイッチング周期の動作を行い、第１及び
    第２のスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる
    期間を少なくとも生ずるように動作を行い、負荷には入
    力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置にお
    いて、 定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、 入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が正のと
    きは、第１及び第４のスイッチング素子をＯＮすること
    により入力電源のエネルギーを第１のインダクタに蓄積
    する電流ループと、負荷と第２のインダクタの直列回路
    に平滑コンデンサのエネルギーを供給できる電流ループ
    の２つを同時に形成する期間の後、すべてのスイッチン
    グ素子がＯＦＦする期間により構成される周期的なスイ
    ッチング動作を行い、 入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が負のと
    きは、第２及び第３のスイッチング素子をＯＮすること
    により入力電源のエネルギーを第１のインダクタに蓄積
    する電流ループと、負荷と第２のインダクタの直列回路
    に平滑コンデンサのエネルギーを供給できる電流ループ
    の２つを同時に形成する期間の後、すべてのスイッチン
    グ素子がＯＦＦする期間により構成される周期的なスイ
    ッチング動作を少なくとも行うことを特徴とする請求項
    ８記載の電源装置。
13. 【請求項１３】 負荷として高圧放電灯を使用するこ
    とを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の電
    源装置。