JPS6051464A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は、交流電源より高周波出力を発生する電源装置
に関する。

（発明の背景） 従来、この種の電源装置として、交流電源と、この交流
電源より脈流出力を発生する第１の整流回路と、この脈
流出力より高周波出力を発生ずるインバータと、この高
周波出力の一部より直流出力を発生する第２の整流回路
と、この直流出力を蓄積するとともに前記脈流出力が所
定の電圧より低い間前記インバータに電力を供給するコ
ンデンサとを具備するものが知られている。

この電源装置は補助電源式またはパワーフィードバック
型等と呼称されるもので、メインの整流回路に甲滑」ン
デンリを右しないため回路力率が高く、しかも整流回路
の出力電圧が所定電圧より低い区間では電力蓄積手段例
えばコンデンサからインバータに直流電圧を供給するこ
とにより休止区間がなくリップルの少ない包絡線を持っ
た高周波出力を発生ずるため、この高周波出力をもって
放電灯を点灯づれば良好な発光効率で点灯され、また、
この高周波出力を整流すればリップルの少ない直流出力
を得ることができる等の長所を有している。

ところで、この従来例にＪ３いては、補助電力供給用コ
ンデンサーへの充電電流限流用のトランスを必要とし、
このため、装置の構成が複雑であるとか、製造Ｔ数が多
い、コスト高である等の不都合があった。

これらの問題点を解消づるものとして本願発明者等は、
先に、交流電圧を整流して脈流電圧を出力覆る整流装置
と、高周波でオン・オフするスイッチング素子を含み上
記整流装置の出力を高周波型１ｆに変換りる変換装置ど
、この変換装置の入力５− 側に段Ｃプられ充Ｍ電荷を上記変４Ｉ！！駁置に（Ｊξ
給可ｒ１シなコンデンサと、このコンデンサによる上記
変換装置への電力供給期間を制御覆るスイッチ装置ど、
上記スイッチング素子のオン・オフ周期に関連して断続
的に上記コンデンサに充電電流を供給する直流電源と、
上記コンデンサーの充電回路に介挿されたインダクタと
、上記直流電源からの充電電流断時に上記インダクタの
蓄積エネルギーを上記コンデンサに供給させるダイオー
ドどを具備することを特徴とする放電灯点灯装置を案出
し、出願した（特願昭５８−２２０８４号）。

しかし、この先願に係る放電灯点灯装置においても、充
電電流限流用にインダクタ（チョーク）を用いているた
め、未だ抵抗損やコア１０等の「１スが多く、また、イ
ンダクタのインダクタンスど巻線の浮遊容量との共振等
に起因して発生する過渡電圧つまり主回路の共振電圧の
２〜３倍の過大な電圧がダイオードに印加されるとか、
インダクタによる定電流性のため、電流の遮断時にはダ
イオードに高い電圧が印加され、ダイオードの逆回復６
− 狛ｔ１に、１、る人きイＣスイツＪング［１スを生ずる
という不都合／１〜ある、。

（発明の１−］目的 本弁明の［１的は、ト述の従来形にｄ−３１）る問題点
に鑑み、いわゆる補ｌｖｊ電源式の電源装置において、
電力蓄梢用］ンシ゛ンリへの充電電流限流用として］ン
デンリを用いるという構想に基づき、この充電回路の高
速ダイオードに過渡電しトが印加されないＪ−うするど
どｂに装繭仝体の損失の減少および装置の゛−１スＩ〜
ダウンを図ることにある。

（発明の構成） 上記目的を達成りるため本発明では、交流電圧を整流１
ノで脈流電圧を出力する第１の整流装置と、に口、′１
１波でＡン・オフづるスイッチング素子を含み上記整流
装置の出力を高周波電圧に変ＩＩＡする変換装置と、こ
の変換装置Ｎの入力側に設置ノられ充電電油１を−１−
＋ｉｄ変換装首に供給可能なコンデン（ｊ−ど、この丁
１ンシ２ンリによる上記変換装置への電力供給期間を制
御するスイッヂ装置と、高周波電／７Ｅｌｌ！とこの高
周波電圧を整流する第２の整流装置〜とを含み上記スイ
ッチング素子のオン・オフ周期に関連して断続的に上記
コンデンサに充電電流を供給する直流電源と、上記第１
のコンデンサの充電回路に介挿された第２のコンデン１
）”とを具備したことを特徴とする。

本発明において高周波とは、商用電源等の交流電圧を整
流して得られた脈流出力（例えば１００１−１２または
１２０Ｈｚ）の周波数より高い周波数であり、一般的に
は可聴周波数（２０Ｋ　Ｉ−１ｚ程度）より高い周波数
である。また、［オン・オフ周期に関連して断続的に］
とは、オン時、オフ時あるいはオンまたはオフと同期す
ることを意味するが、オン・オフ周期と１対１に対応す
ることを要しない。例えば後述する第１図の実施例にお
いては充電はフライバック電圧波形の傾きが正または負
の位相で行なわれるためスイッチング素子オンでも充電
されない。

（実施例の説明） 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の１実施例に係る電源装置の回路構成を
示で。同図の電源装置においては、交流電源１に整流装
置例えば全波整流回路２を接続し、この整流回路２の整
流出力端子ａ、１）間には電源フィルタ３を介１ノでｈ
ｌ＋助電源回路４の補助電力供給用コンデンサ４１どア
イツレ−１・用ダイオード４２どの直列回路を接続する
どどもに高周波変換装置としＣの１石式のブ目ツ：１−
ング発振型トランジスタインバータ５を接続している。

電源フィルタ３は、インダクタ３１およびコンデンサ３
２からなる１−型の高周波ｆｉｆｌ　ｌｆニフィルタで
、このにうに電源フィルタ３を介して整流回路２からの
非平滑直流（整流出力）を以降の補助電源回路４おにび
インバータ５へ供給することにより、交流電源１への高
周波電流の流入を用止し、電源配線のインピーダンスが
インバータの発振動作に及ばず影響を排除するとともに
、入力力率のＪ：り以」−の向−１および入力端子雑音
電圧の減少を図っている。

インバータ５は、出カドランス５１、出力トランジスタ
５２およびベース駆動回路５３等を具備し、整９− 流回路２の正側出力端子ａとトランジスタ５２の］レク
タとの間に出カドランス５１０１次巻線５１ｐを接続す
るとともにこの１次巻線５１ｐと並列に共撮コンデンサ
５４を接続し、トランジスタ５２のエミッタをダイオー
ド５５およびインダクタ３１を介して整流回路２の負側
出力端子すに接続し、トランジスタ５２のベースをベー
ス駆動回路５３を介して出力１−ランス５１のベース巻
線５１ｂの一端に接続し、このベース巻線５１ｂの他端
はインダクタ３１を介し整流回路２の負側出力端子すに
接続し、トランジスタ５２のコレクタ・エミッタと逆並
列にダイオード５６を接続している。

さらに、トランジスタ５２のコレクタと補助Ｍ源回路４
のコンデンサ４１およびダイオード４２の接続点ｄとを
ダイオード４３およびコンデンサ４４を介して接続し、
ダイオード４３およびコンデンサ４４の接続点と前記正
側出力端子ａとをダイオード４５を介して接続し、前記
出カドランス５１の２次巻線５１ｓには負荷６として例
えば放電灯を接続する。

なお、ダイオード５５はトランジスタ５２をエミッー１
〇− タベース間逆電圧から保護するとともに、主トランジス
タのターンオフ時、コレクタ電流がベース引抜電流ど等
１ノくなったとぎターンオフすることににす、ベース引
抜電流を停止にしベース引抜電流の過小Ｂシを防１１η
る作用を行なうためのものである。、［、た、ダイＡ゛
−ド５６はトランジスタ５２のオフ１１ｈに出力１ヘラ
ンス５１０１次巻線５１ｐに逆方向の電流経路を与える
ことにより、出力波形歪を防１１−するためのダンパー
ダイオードである。

次に以１−のように構成した装置の作用を述べる。

今、交流電Ｗｌ′ＡＩが投入されると、全波整流回路２
３」、り全波整流出力が発生１）、これが電源フィルタ
３を介しＣインバータ５に与えられる。これにＪ：す、
インバータ５では前記整流出力がベース駆動回路５３の
起動抵抗５７を介してｉ・ランジスタ５２にベース電流
どして６えられ、］・ラランジッタ５がオン覆る。以後
１〜ウンジスタ５２は］レクタベース間の正帰還および
１次巻線５１ｐのインダクタンス分と一］ンデン罎Ｊ５
４の共振により発振し、出カドランス５１の各巻線５１
ｐ　、　５１ｓ　、　５１ｂに高周波出力を発生する。

補助電源回路４においては、インバータ５のトランジス
タ５２がオフし、出カドランス１次巻線５１ｐに蓄えら
れたエネルギーにより巻線５ｉｐと］ンデンサ５４とで
共振しフライバック電圧を発生するごとに出カドランス
１次巻線５１ｐに対し、電流の方向によりコンデンサ４
１、ダイオード４３おにび］ンデンサ４４、または］コ
ンデンサ　４　Ｊ＞よびダイオード４５を経由する開回
路が形成され、コンデンサ４１は整流回路２の正側出力
端子ａを基準にした出カドランス１次巻線５１ｐのフラ
イバック電圧の傾きが負の時にこの電圧を］ンデンリ４
４で微分した電流で所定方向に充電される。ここで、］
ンデン（Ｊ−４４はコンデンサ４１への充電電流を制限
するためのものである。また、ダイオード４５は、正側
出力端子ａを基準にした出カドランス１次巻線５１ρの
フライバック電圧の傾きが正の時にコンデンサ４１への
充電電流によりコンデンサ４４に蓄積された電荷を放電
（リセット）するもので、これにより、＝１ンデンサ４
４は次サイクルにおける］ンデンリ−４１への充電電流
の供給が可能どなる。第２図はトランジスタ５２０］レ
クタ電圧波形（Ｖｃｅ）およびコンデンサ４４の電流波
形Ｔ　４４を示す。

電力蓄積１１ト］ンデンリ゛４１は整流回路２の整流出
力が電源周波数の半す−イクルごとに所定電圧すなわち
本実施例においてコンデンサ４１の充電電圧以下に４Ｔ
るどアイツレ−１〜用ダイオード４２を介して放電ｌノ
、この放電出力をインバータ５に与える。

４ｒお、ベース駆動回路５３のコンデンサ５３１および
インダクタ５３２は１〜ランジスタ５２の高周波スイッ
ヂング特性の改善用、］ンデンサ５３３と抵抗５３４の
直列回路はインダクタ５３２の巻線インダクタンスとＲ
′ｉｔｉ容品との自己共ｉｔにＪ：るリンギング防止用
であり、トランジスタ５３５　ｄ３よびダイオード５３
６等は］ンデンリ５３１の電荷を高周波出力の各り°イ
クルごとに放電づるコンデンサリセット回路である。

なお、上述において、＝１ンデンサ４１は、整流回路２
の正側出力端子ａを基準にした出カドランス１次巻線５
１ｐのフライバック電圧の傾きが負の時１３− にコンデンサ４４により微分されて生ずる限流された電
流で充電しているが、第３〜５図に示すように出カドラ
ンス１次巻線５１１１に発生する高周波誘起出力電圧の
一部または全部をコンデンサ４４で微分、限流しダンオ
ード４３で半波整流した電流にＪこり充電するようにし
てもよい。

第６図の電源装置は第１図のシングル式インバータの代
りに定電流プッシュプルインバータを用いたものである
。同図において、インバータ５は出カドランス５１の１
次巻線５１ｐの中点（センタタップ）Ｃを整流回路２の
正側出力端子ａに接続し、１次巻線５１ｐの両端ｅ、　
ｆにそれぞれトランジスタ５２ａ　、　５２ｂを接続す
るとともに共振用コンデンサ５４を接続し、トランジス
タ５２ａ　、　５２ｂのエミッタを定電流インダクタ３
１を介して整流回路２の負側出力端子すに接続し、トラ
ンジスタ５２ａ　、　５２ｂのベースはそれぞれベース
駆動回路５３のバイアス抵抗５３１ａ、　５３１ｂに接
続している。さらに、補助電源回路４のコンデンサ４４
はいずれか一方のトランジスタここではトランジスタ５
２ａのコレクタすな１４− わ’５１次巻線５１ｐの片端０に接続１ノでいる。なお
、インダクタ３１は定電流チョークとして、コンデンサ
；３２１まｌｉ！モ周波田１１フィルタとして作用しＣ
いる。

次にこの電源装Ｐｆの作用を説明する。

交流電源１が投入され、整流回路２より脈流出力がｊｔ
牛すると、これによりインバータ５では前記整流出力が
起動抵抗５７およびベース駆動回路５３のバイアス抵抗
５３１ａ、　５３１ｂを介して］・ランジスタ５２ａ　
、　５２１）にベース電流として与えられる。するど（
・ランジス’ｊ！＋２８　、５２ｂはわずかなアンバラ
ンスにＪ、リームが先にオン覆るが、今トランジスタｂ
２ａが先にＡントると出カドランス５１の１次巻線５１
ｐに電流が流れる。従って、この状態で１次巻線５１ｐ
のインダクタンス分と共振コンデンサ５４の共振にＪ、
り振ｉ１）市１「が発イ１−シ、これがベース巻線５１
ｈに起電力を生じ今麿は１ヘランジスタ５２ｂをオンリ
ーる。従って以下同様にしてトランジスタ５２ａ。

５２１）が交りにオンオフされて発振り−ることになる
。

なお、出力１−ランス５１の帰ｊψ巻線５１ｆ１ベース
駆動回路５３のダイオード５３７およびコンデンサ５３
８からなる回路は、このインバータ５の出力に応じたバ
イアス電流をトランジスタ５２ａ　、　５２ｂに与え、
このトランジスタ５２ａ　、　５２ｂのベース電流が大
ぎ過ぎることによるスイッチングロスの増加およびベー
ス電流が少な過ぎることによるサチコレーションロスの
増加を防いでいる。

発振開始後は、トランジスタ５２ａ　、　５２ｂのスイ
ッチングにより出カドランス１次巻線５１ｐの中点Ｃ端
子とトランジスタ５２ａのコレクタに接続される端子間
には高周波正弦波が発生するが、この１次巻線５１ｐに
対して、電流の方向にＪ：リコンデンサ４４およびダイ
オード４５、またはコンデンサ４１、ダイオード４３お
よびコンデンサ４４からなる閉回路が形成されるが、１
次巻線５１ｐの中点端子Ｃに対するｄ端子の電圧波形の
傾きが負になる時、この電圧をコンデンサ４４で微分、
限流した電流によりコンデンサ４１は所定方向に充電さ
れ、また、このコンデンサ４１は整流回路２の整流出力
が半サイクル毎に所定電圧すなわち本例においてコンデ
ンサ４１の充電電圧以下になると放電され、この放電出
力をインバータ５にノうえる。第７図は１次巻線５１ｐ
の中点Ｃに対づる端子ｅの電圧波形を示す。

振幅Ｖｐｐは整流回路２の出力電圧×πである。

第８図の電源装置は高周波変換装置と【ノで第１図のシ
ングル式インバータの代りにいわゆるシリーズインバー
タを用いたしのである。同図において、インバータＦ′
１は整流回路２の出力端子ａ、ｂ間に電源フィルター３
を介してトランジスタ５２ａと５２１）どの自′ｌｌ１
１回路を接続し、この１ヘランジスタ５２ａと！ｉ　２
　ｂとの接続点にバラストインダクタ７、直流カッ］−
用］ンデンリ８　ａ３　Ｊ：び放電灯６からなる直列回
路を接続し、１〜ランジスタ５２ａおよび５２１）のベ
ースにはこれらのトランジスタを交互にオンオフさせる
ベース駆動回路５３が接続されている。放電灯６の非電
源側に接続されている］ンデン１ノ゛９は、放電灯６に
フィラメント電力を供給するとともにバラストインダク
タ７と的列共振回路を構成するためのものである。なお
、この装置においてはインバータ５の他には補助電力回
路４の］ンデンザ４４が一端をインバータ５の出力端に
直１７− 接ではなく、インダクタ７を介して接続していることを
除き第１図の装置と同様に構成されているので、ここで
は詳細な説明は省略する。なお、コンデンサ４４をイン
バータ５の出力端に直接接続すると、コンデンサのみか
らなる充電回路に矩形波出力による大電流のパルス電流
が流れ、これによりトランジスタ５２ａ　、　５２ｂが
ベースドライブ不定となって発熱したり破壊したりする
恐れがある。

従って、補助電源回路４の充電回路にはインダクタを直
列に接続するか、またはインバータ５の負荷における第
９図に示すような波形の電圧によってコンデンサ４１の
充電を行なう。

次に、第８図の電源装置の作用を説明する。

交流電源１が投入され、整流回路２より脈流出力が発生
すると、ベース駆動回路５３が２つの出力端（１１，Ｑ
２に交互にＨレベルとなり同時にＨレベルとなる区間の
ない高周波出力を発生し、これがトランジスタ５２ａ　
、　５２ｂに印加されてトランジスタ５２ａと５２ｂが
交互にオンする。これにより、出力端すなわちトランジ
スタ５２ａと５２ｂとの接続点に１８− は高周波の矩形波出力を発生ずる。この高周波矩形波出
力はインダクタ７どコンデンサ９との直列共振回路を介
して放電＊Ｉ６の両コイラメン１へに流れてこの両フィ
ラメントを加熱丈る。また、インダクタ７ど＝１ンデン
リ９どは前記矩形波出力とほぼバ振しており、これによ
り放電灯６の両コイラメント間にＩＪｌこの矩形波出力
にり高い電圧が印加、されて放電灯６は点灯する。点刻
後は低インピーダンスのランプ０荷がコンデン′＋７９
に４（列に接続されるのでＬ　ＣＪＬ振開回路Ｑが低下
し、以後、インダクタ７はｈ（電灯６のバラス］・どし
て作用し、放電灯は安定に点灯Ｊる。また、補助電源回
路４のコンデン１Ｌ４１は、トランジスタ５２ｂがオン
する度にトランジスタ５２ｂ（７）Ｉミッタを！；１半
とするインダクタ７とランプ６の接続点りの電圧波形の
傾きは負になり整流回路２の正側出力端子ａからコンデ
ンサ４１、ダイオード４３、］ンデン（＋４４、インダ
クタ７．１−ランジスタ５２ｂおよびインダクタ３１を
介し−Ｃ整流回路２の負側出力端子すに至る閉回路によ
り充電され、交流電源１の半り°イクルごとに整流回路
２の脈流出力がこの］ンデンリー４１の両端電圧より低
くなる都度その放電電力をインバータ５に与える。

（発明の効果） 以上のように本発明にＪ、ると、補助電力供給用コンデ
ンサへの充電電流供給回路の限流用素子としてインダク
タまたは限流用トランスの代りにコンデンサを用いてい
るので、これらの素子による損失および充電回路の高速
ダイオードのスイップング損失が減少して回路効率が向
上し、また、この充電回路の高速ダイオードに巻線の自
己共振等に起因する過渡電圧が印加されることを防＋に
ｉすることができるとともに装置の：１ス１へダウンを
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例に係る電源装置の回路図、第
２図は第１図におけるインバータの出力トランジスタの
コレクタ電圧波形図および補助電源回路の充電電流限流
用コンデンサの電流波形図、第３〜５図は第１図の電源
装置の変形例を示す部分回路図、第（１図は本発明の（
＋１７の実ＭＪｉ例に係る電源装置の回路図、第７図は
第６図の装置の出カドランス１次側光線電圧波形図、第
８図は本発明のさらに他の実施例に係る電りｌＱ装買の
回路図、そし°（第９図１．１第８図の電源装置におけ
る補助電源口ｒ８の光電′電流供給嫡子の電圧波形図で
ある。 １・・・交流電源、 ２・・・金波整流回路、 ３・・・高周波用１１−フィルタ、 ４・・・補ｌ１１１電源回路、 ４１・・・補助？ｔｆ力供給用コンデンサ、４２・・・
ダイオード（スイッチ装置）４３、４５・・・ダイオー
ド、４４・・・限流用コンデンサ、５・・・インバータ
、 ５１・・・出力トランス、５２・・・出力トランジスタ
、６・・・Ｃ１間、。 ２１− −＼ ψ 旧 ｃ′Ｊ　讐 寸 ８　＄ 〉−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流電圧を整流して脈流電圧を出力りる第１の整流
   装置と、 高周波でオン・オフするスイッチング素子を含み上記整
   流装置の出力を高周波電圧に変換する変換装置と、 この変換装置の入力側に設番プられ充電電荷を上記変換
   装置に供給可能なコンデンサと、このコンデンサにＪ：
   る上記変換装置への電力供給期間を制御するスイッチ装
   置と、 上記スイッチング素子のオン・オフ周期に関連して断続
   的に上記コンデンサに充電電流を供給する高周波電圧源
   および第２の整流装置と、上記コンデンサの充電回路に
   介挿されたＦ記高周波電圧に対して容量性の限流要素と を具備したことを特徴とする電源装置。 ２、前記変換装置は１石式トランジスタインバータテあ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電源装
   置。 ３、前記変換装置は２石式トランジスタインバータであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電源装
   置。 ４、前記変換装置は前記第１の整流回路に対し交互にオ
   ンオフ駆動される２個のスイッチング素子を直列に接続
   するとともにこれらのスイッチング素子の接続点より高
   周波矩形波を出力するシリーズインバータであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電源装置。 ５、前記高周波電圧源はスイッチング素子のスイッチン
   グによりエネルギーを供給されるＬＧ並列共振回路また
   はＬＣ直列共振回路であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１〜３項のいずれか１つに記載の電源装置。 ６、前記高周波電圧源は前記変換装置の出力の一部を利
   用してなるものであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１〜３項のいずれか１つに記載の電源装置。 ７、前記変換装置＆　ｌまトランジスタど、１次巻線を
   １−記１ヘランジスタのコレクタ・エミッタと直列的に
   接続さｌ’１．７こ出力１〜ランスどを有してなるもの
   であるとと１）に、前記第１のコンデンサは」二記１次
   巻線にｆｌｌりるフライバック電圧を前記第２の］ンデ
   ンリＣ微分１ノ前記第２の整流装置で整流された出力に
   Ｊ、り充？Ｕされるものであることを特徴とする特１１
   請求の範囲第１，２または４項のいずれか１つにｉＩ；
   載の電源′ＪＡ首。 ８、ｉｉ＋７記疫倦装置ｔＩは出力［・ランスと、この
   出カドランスの一次巻線の両端に］１ノクタ・エミッタ
   が直列的に１ａ続されこの１次巻線をプッシュプル駆動
   づ−る１対の１〜ランジスタどを有してなるものである
   とともに、前記第１の］ンデンサは上記１対の１〜ラン
   ジスタのスイッチングにより直列共振回路に発生する高
   周波電圧を前記第２のコンデンサで微分し、前記第２の
   整流装置で整流された出力により充電されるものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の電源装
   置。 ９、前８１２限流要索は］ンデンザであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１〜８項のいずれか１つに記載の
   電源装置。 １０、前記限流要素はコンデンサどインダクタンスとの
   直列回路であることを特徴とする特許請求の範囲第１ま
   たは４項に記載の電源装置。