JPS5926110B2 - 正弦波を取出す発振昇圧回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は正弦波を取出す発振昇圧回路に関し、特にた
とえは昇圧インダクタとサイリスタのようなスイッチン
グ素子とを含む発振昇圧回路に関す 。

る。本発明者らは先にたとえは放電灯点灯装置等の小型
かつ軽量化に有効な半導体発振昇圧回路を提案した。

第１図はこの発明の背景となる発振昇圧回路を 。

示す。この発明の実施例の詳細な説明に先だち、この発
明の理解に必要な範囲で、まずこの発振昇圧回路の構成
および動作について述べる。この発振昇圧回路は、電源
Ｐに直列に接続された直線性インダクタＬｉとコンデン
サＣｌと電源スイッチＳＷとから成る第１の振動回路Ｒ
、と、前記コンデンサＣに並列に昇圧インダクタＬ２お
よびサイリスタｓの直列回路が接続されて成る第２の振
動回路Ｒ２とを含む、前記昇圧インダクタＬ２は、流過
電流がふえるとインダクタンス値が減少するものであつ
て、コイルのコアに起磁力がふえると磁気的に飽和する
特性を有しかつ誘電性でもあるＭｎ−Ｚｎ系フェライト
などの磁性材料を用いることによつて実現できる。また
、第２振動回路Ｒ２の振動周期は、昇圧インダクタＬ２
の飽和時において、第１振動回路Ｒ１の振動周期たり小
さく選はれる。第１図の構成において、電源スイッチＳ
Ｗをオンにすると、電源Ｅから直線性インダクタＬｉを
介してコンデンサＣｌが充電され、その端子電圧ＶＣＩ
を高める。

端子電圧ＶＣＩは、昇圧インダクタＬ２を介して、サイ
リスタｓに与えられているが、昇圧インダクタＬ２はこ
のような低周波の電圧変化に対してはほとんどインピー
ダンスを有しない。そのため、印加電圧がサイリスタｓ
の破壊電圧ＶＢＯを超えると、サイリスタｓがオンとな
り、コンデンサＣｌの電荷が放電される。この放電電流
Ｉｃｌは、第２図に示すように、正弦波状に増加し、放
電とともに減少する。したがつて、サイリスタＳに流れ
る電流は、コンデンサＣｌの放電々流Ｉｃ１と、電源Ｅ
からＥ−Ｌｉ−Ｌ２−Ｓ−Ｅの経路で供給される電流と
の和電流で与えられる。サイリスタＳに流れる電流がそ
の保持電流以下になつたとき、このサイリスタｓはオフ
となる。このようにして、サイリスタｓが阻止状態にな
ると、昇圧インダクタＬ２が非飽和状態に復する。サイ
リスタｓが阻止状態になると、再びコンデンサＣｌの回
路の充電過程が始まる。このときのコンデンサ充電電流
は、インダクタＬｉの蓄積工ネルギに基づく電流と、本
来の充電電流との和として与えられる。このようにして
充電されたコンデンサＣ１の端子電圧Ｖ。ｌは、−Ｖ３
Ｏからゼロラインを超え、＋ＶＢＯを超えさらに成長す
る。この間端子電圧。１がサイリスタＳの破壊電圧ＢＯ
以上となつても、このサイリスタＳは導通しない。

この理由は、サイリスタＳがオンのとき、昇圧インダク
タＬ２に流れた電流によつて該昇圧インダクタＬ２にエ
ネルギが蓄積されたため、サイリスタＳがオフのとき該
昇圧インダクタＬ２の両端にコンデンサＣ１の端子電圧
。１とは逆極性のはねかえり電圧が発生するためである
。

したがつて、端子電圧ＶＯｌと昇圧インダクタＬ２によ
るはねかえり電圧との差によつてきまるサイリスタＳの
端子電圧は、端子電圧Ｖ。ｌ上昇にもかかわらず、相当
時間にわたつて低電圧に維持され、端子電圧０１は増加
し続ける。そして、ついにその差電圧がサイリスタＳの
破壊電圧ＢＯに達したとき、このサイリスタＳは再びオ
ンになる。このようにして、充電回路で端子電圧Ｖ。ｌ
の増幅、放電回路で端子電圧Ｖ。ｌの反転およびはねか
えり電圧の増幅が起こり、徐々に電圧Ｖ。ｌが高まり、
極限の電圧ＶＯｌに対して昇圧インダクタＬ２のはねか
えり電圧が追従できるところまでこの端子電圧。１力塙
められる。

この端子電圧Ｖ。ｌの安定した状態に対してこの発振昇
圧回路の発振周期が決定される。以下この動作を繰返し
、発振昇圧回路は発振動作して交流出力を与える。この
状態が第２図に示される。すなわち、この発振昇圧回路
の出力電圧は、コンデンサＣ１端子電圧Ｖ。ｌで与えら
れる。このようにして、コンデンサＣ，の両端には電源
電圧より高い電圧の、かつ比較的高い周波数の交流電圧
が得られる。回路設計の一例によれは、発振周波数は数
＋ＫＨｚで、発振電圧は電源電圧の約１０倍近くにもな
る。このような発振昇圧回路は高圧を必要とする種々の
装置に用いることができるが、その出力波形は第２図か
らも明らかなように、鋸歯状波であり、その実用化に際
して、種々の問題を引起こす原因になつていた。そして
、一般に交流駆動されるものにあつては、その電源とし
ては正弦波であることが望ましい。それゆえに、この発
明の主たる目的は、上述の要望を満たし得る発振昇圧回
路を提供することである。

この発明は、要約すれは、昇圧インダクタとサイリスタ
のようなスイツチング素子との直列回路に対して、複数
の異なる振動経路を並列的に接続し、１つの経路に含ま
れるコンデンサの充放電に対して他の経路から影響を及
ぼし、前記１つの経路のコンデンサの出力電圧波形を正
弦波にするようにした発振昇圧回路である。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特徴は図面
を参照して行なう以下の詳細な説明から一層明らかとな
ろう。

第３図はこの発明の基本的な原理を示す回路図である。

構成において、第３図の回路は、以下の点を除いて、第
１図の回路と同様である。すなわち、昇圧インダクタＬ
２とサイリスタＳとの直列回路に対して、さらに、イン
ダクタＬ３とコンデンサＣ２との直列回路を並列接続し
た。そして、このインダクタＬ３とコンデンサＣ２との
直列回路は、コンデンサＣ１による振動周期すなわち発
振周波数の奇数次高調波（３倍，５倍・・・・・・）に
共振するようにそれぞれの値が選ばれている。動作にお
いて、コンデンサＣ１が充電する期間に、コンデンサＣ
２がその振動周期に応じて充放電を繰返し、大勢的に、
充電され、コンデンサＣ１が放電する期間にコンデンサ
Ｃ２が充放電を繰返し、大勢的に放電される。すなわち
、コンデンサＣ，の充放電の電荷に対して、コンデンサ
Ｃ２の充放電の電荷が作用して、その端子電圧ＶＯ，の
波形に影響を及ぼす。より詳しく述べると、サイリスタ
Ｓがオンすると、コンデンサＣｌ，Ｃ２はともに放電す
る。しかしながら、コンデンサＣ２は、インダクタＬ３
と協働して、高調波に共振するように選ばれているため
、その周期が短い。したがつて、コンデンサＣ１の放電
期間においても、そのコンデンサＣ２は充電したり放電
したりする。そして、このコンデンサＣ２の電流Ｃ２が
、サイリスタＳの経路および／またはコンデンサＣ１の
経路に流れる。このコンデンサＣ１の経路に流れる電流
。２によつて、コンデンサＣ，の端子電圧Ｖ。

ｌが影響を受ける。そして、サイリスタＳがオフになれ
は、コンデンサＣ１は充電され、かつコンデンサＣ２も
充電される。

しかしながら、このコンデンサＣ２はより高い共振周波
数に応じて、コンデンサＣ１の充電期間に充放電を繰返
す。したがつて、結果的に、このコンデンサＣ２の充放
電電流がコンデンサＣ１の端子電圧。，に影響を及ぼす
。第４Ａ図〜第４Ｃ図はそれぞれコンデンサＣ１の端子
電圧Ｖ。

ｌを示す。ここで、第４Ｃ図については完全な正弦波で
あるが、第４Ａ図および第４Ｂ図は、正弦波ではない。
すなわち、直線性インダクタＬ３とコンデンサＣ２との
定数をかえることによつて、第４Ａ図から第４Ｂ図そし
て第４Ｃ図に示すように出力電圧が正弦波となる最適の
値をきめることができる。このような正弦波を取出す発
振昇圧回路は、種種の高圧を必要とする装置ないし機器
に実用可能であるが、以下には、好ましい実施例として
放電灯点灯装置に用いた例を示す。

第５図はこの発明の好ましい実施例としての放電灯点灯
装置を示す回路図である。

構成において、放電灯ＦＬの１次側（電源側）にインダ
クタＬ３とコンデンサＣ２との経路を接続し、放電灯Ｆ
Ｌの２次側（非電源側）にコンデンサＣ１を並列接続す
る。そして、はねかえり昇圧インダクタＬ２とサイリス
タＳとの直列接続はこの放電灯ＦＬの２次側に並列接続
する。動作において、電源Ｅをオンすると、先の第３図
について説明したと同様に、コンデンサＣ１の両端に高
圧の正弦波電圧が得られる。

したがつて、放電灯ＦＬはその端子電圧。１が印加され
る。

そして、この放電灯ＦＬのフイラメントｆ１およびＦ２
は、振動回路Ｒ２・＼の入力電流と、コンデンサＣ２の
電流１。２との和によつて加熱される。

ここで、このコンデンサＣ２の電流１０２は、共振電流
であることから、正弦波である。したがつて、放電灯Ｆ
ＬのフイラメントＦｌ，ｆ２・には正弦波電流が与えら
れ、予熱される。したがつて、このフイラメントＦｌ，
ｆ２には従来のような衝撃的な電流が流れることはなく
、したがつて、その寿命が延びる。さらに、従来のこの
ような放電灯点灯装置にあつては、コンデンサＣ１を放
電灯ＦＬの１次側に接続し、そのコンデンサＣ１の容量
を非常に大きくしなければ十分な予熱電流が得られなか
つた。しかしながら、この第５図の実施例によれば、予
熱電流の周波数が高くその実効値は大きく取れ、したが
つて放電灯ＦＬの１次側に接続すべきコンデンサＣ２の
容量は小さくてもよい。そのために、このような従来点
灯装置において問題となつていたスパイク電圧等の影響
を受けにくく、したがつて昇圧インダクタのコア材料等
の選定に対してきわめて有利である。第６図はこの発明
の他の好ましい実施例としての放電灯点灯装置を示す回
路図である。

構成において、この実施例は、以下の点を除いて、第５
図と同様である。すなわち、２つの放電灯ＦＬｌおよび
ＦＬ２の直列点灯回路である。また、間欠発振用コンデ
ンサＣ３を介挿して、振動回路Ｒ２を電源Ｅの各半サイ
クル毎に間欠的に発振させるいわゆる毎半サイクルスタ
ート点灯方式としたことである。この実施例によれは、
放電灯ＦＬｌのフイラメントＦｌｌ，ｆｌ２および放電
灯ＦＬ２のフイラメントＦ２ｌ，ｆ２２の予熱電流は、
非常に大きくすることができる。

すなわち、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２との比は、
放電灯ＦＬｌ，ＦＬ２の電圧等によつて一義的に最適の
比がきまる。この場合、フイラメントＦｌ２，ｆ２ｌの
予熱電流は、間欠発振用コンデンサＣ３の働らきによつ
て、第７図ａに示すように間欠的な電流となり、小さい
ものであつた。そして、この予熱電流を大きくしようと
すれは、すなわちコンデンサＣ２を大きくする必要があ
り、そのために毎半サイクルスタート点灯方式ではなく
なつてしまうことがある。しかしながら、この実施例に
よれば、コンデンサＣ２に流れる電流１。２の周波数は
高く、たとえば１ＭＨｚ程度であり、予熱電流の実効値
は大きいものとなる。

したがつて、このコンデンサＣ２が小さくても、放電灯
ＦＬｌおよびＦＬ２のフイラメントＦｌｌ，ｆｌ２，ｆ
２ｌ，ｆ２２の予熱電流を大きくできる。したがつて、
上述のような誤作動は生じない。さらに、フイラメント
Ｆｌ２およびＦ２ｌの予熱電流はコンデンサＣ１ （Ｃ
ｌｌ，Ｃｌ２）とコンデンサＣ２，インダクタＬ３との
振動周期を適当にずらせることによつて、サイリスタＳ
の非導通期間中のコンデンサＣｌｌ，Ｃｌ２の充電電流
およびサイリスタＳの導通期間中のコンデンサＣｌｌ，
Ｃｌ２の放電電流に加えて、間欠発振用コンデンサＣ２
を介してコンデンサＣ２とコンデンサＣｌｌ，Ｃｌ２を
含む閉回路を電流が流れるようになるために、間欠発振
用コンデンサＣ２の逆充電作用によつて充電期間が長く
なる結果、たとえは第７図ｂまたは第７図Ｃのようにそ
の休止期間を小さくし、結果的に予熱電流を大きくし得
る。第６図において、インダクタＬ３は図中×印のいず
れの個所に接続しても同様の効果が得られる。

以上のように、この発明によれは、高周波でかつその出
力波形が正弦波の発振昇圧回路が得られる。その出力が
逓倍されるため、従来と同じ程度の周波数を得るために
は、たとえぱスイツチング素子の応答速度がおそいもの
でもよい。したがつて、このようなスイツチング素子の
選定が簡単である。なお、上述の実施例においては、エ
ネルギ源としてコンデンサの経路とインダクタおよびコ
ンデンサの直列経路とを示したが、これは、たとえはコ
ンデンサにかえて昇圧インダクタとサイリスタのような
スイツチング素子の直列回路の経路を用いるようにして
もよい。

要は、複数の経路によつてきまるそれぞれの振動周期が
異なつていれはよいものである。さらに、好ましい実施
例では、放電灯点灯装置について実施した例を示したが
、これは、このほかに種々の高圧回路に応用され得るこ
とはもちろんである．また、インダクタＬ３に２次巻線
を設けて、この２次巻線から高周波の正弦波高電圧を得
るようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の背景となる半導体発振昇圧回路の一
例を示す回路図である。 第２図は第１図によつて得られる出力波形を示す。第３
図はこの発明の一実施例を示す回路図である。第４Ａ図
〜第４Ｃ図は第３図の実施例によつて得られる出力波形
を示す。第５図および第６図は、ともに、それぞれ異な
るこの発明の好ましい実施例を示す回路図である。第７
図は第６図の予熱電流波形図である。図において、Ｅは
電源、Ｌｌ，Ｌ３は直線性インダクタ、Ｌ２は昇圧イン
ダクタ、Ｃｌ，Ｃ２，Ｃｌｌ，Ｃｌ２はコンデンサ、Ｃ
３は間欠発振用コンデンサ、Ｓはサイリスタを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電源と、 少なくとも直線性インダクタを含む限流装置と、前記限
   流装置を介して前記電源に接続される少なくとも昇圧イ
   ンダクタとスイッチング素子との直列回路と、前記直列
   回路に対して並列接続される、少なくともコンデンサを
   含む第１経路と、コンデンサとインダクタとの直列接続
   を含む第２経路とを有し、前記第１経路と第２経路は前
   記直列回路と協働して発振動作する際の振動周期が異な
   るように選ばれている正弦波を取出す発振昇圧回路。