JP3475687B2 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

Info

Publication number
JP3475687B2
JP3475687B2 JP00506597A JP506597A JP3475687B2 JP 3475687 B2 JP3475687 B2 JP 3475687B2 JP 00506597 A JP00506597 A JP 00506597A JP 506597 A JP506597 A JP 506597A JP 3475687 B2 JP3475687 B2 JP 3475687B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power supply
output voltage
supply unit
voltage
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP00506597A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH10201245A (ja
Inventor
雅人 大西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP00506597A priority Critical patent/JP3475687B2/ja
Priority to US09/006,951 priority patent/US5969963A/en
Publication of JPH10201245A publication Critical patent/JPH10201245A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3475687B2 publication Critical patent/JP3475687B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、不連続波形の交流
電圧を発生する電源部を用いて所要電圧かつほぼ連続し
た波形の交流電圧を負荷に印加することができるように
した電力変換装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】本件発明者は、スイッチトキャパシタお
よびインバータ回路を併用することによって直流から交
流に電力変換する電力変換装置を従来より提案してき
た。図17に、この種の電力変換装置の基本的な回路構
成を示す。スイッチトキャパシタとしては、3個のキャ
パシタC1 〜C3 を備えたものを図示してある。また、
直流電源Eの正極とキャパシタC1 との間には充電用ス
イッチング素子S1 を挿入し、キャパシタC2 ,C3
直流電源Eの各極との間にはそれぞれ充電用スイッチン
グ素子S2 〜S5 を挿入してある。さらに、各キャパシ
タC1 〜C3 と充電用スイッチング素子S1 ,S2 ,S
4 との接続点に一端を接続し他端を共通に接続した放電
用スイッチング素子S8 〜S10を設け、キャパシタC1
の正極とキャパシタC2 の負極との間およびキャパシタ
2 の正極とキャパシタC3 の負極との間にそれぞれ放
電用スイッチング素子S6 ,S7 を挿入してある。充電
用スイッチング素子S1 〜S5 および放電用スイッチン
グ素子S6 〜S10のオンオフのタイミングは図示しない
制御回路により制御され、放電用スイッチング素子S8
〜S10を共通に接続した接続点の電位を階段状に変化さ
せる。
【0003】一方、インバータ回路は、スイッチング素
子Sa〜Sdをブリッジ接続したものであって、それぞ
れスイッチング素子Sa〜Sdを直列接続した各アーム
におけるスイッチング素子Sa,SbおよびSc,Sd
の接続点間に負荷3とインダクタL1 との直列回路を接
続してある。また、負荷3にはコンデンサC4 を並列接
続してある。この種のインバータ回路は周知のものであ
って、ブリッジ回路の対角位置に配置されたスイッチン
グ素子Sa,SdまたはSb,Scを同時にオンにする
期間を設けるとともに、各アームのスイッチング素子S
a,SbまたはSc,Sdが同時にオンにならないよう
に制御し、かつスイッチング素子Sa,Sdを同時にオ
ンにする期間とスイッチング素子Sb,Scを同時にオ
ンにする期間とを交互に発生させることによって、負荷
3に印加される電圧の極性を交番させるようになってい
る。スイッチング素子Sa〜Sdのオンオフはスイッチ
トキャパシタの充電用スイッチング素子S1 〜S5 や放
電用スイッチング素子S6〜S10と同様に制御回路によ
り制御される。
【0004】したがって、スイッチトキャパシタにより
階段状に変化する電圧を発生させ、インバータ回路によ
り負荷3に印加する電圧の極性を交番させることができ
るのであって、スイッチトキャパシタとインバータ回路
とを適宜に制御することで階段状に変化する(つまり不
連続波形である)正弦波形状の交流電圧を負荷3に印加
することが可能になるのである。
【0005】ところで、制御回路は、各充電用スイッチ
ング素子S1 〜S5 、放電用スイッチング素子S6 〜S
10、スイッチング素子Sa〜Sdを図18に示すような
タイミングで制御する。いま、図17に示す回路が定常
動作を行なっているものとして動作を説明する。まず、
時刻t0 において充電用スイッチング素子S1 〜S5
すべてオンにし、かつ放電用スイッチング素子S10をオ
ンにする。このとき、各キャパシタC1 〜C3 の両端電
圧は直流電源Eの両端電圧にほぼ一致する電圧まで充電
され、インバータ回路に印加される電圧V1 は、図18
(o)に示すように、直流電源Eの電圧にほぼ等しくな
る。
【0006】次に、時刻t1 においてすべての充電用ス
イッチング素子S1 〜S5 をオフにし、放電用スイッチ
ング素子S6 ,S9 のみをオンにする。これによって、
キャパシタC1 ,C2 が直列接続され、電圧V1 は直流
電源Eの両端電圧のほぼ2倍になる。さらに時刻t2
おいて、この状態から放電用スイッチング素子S9 をオ
フにし、スイッチング素子S7 ,S8 をオンにすれば、
すべてのキャパシタC 1 〜C3 を直列に接続したことに
なり、電圧V1 は直流電源Eの両端電圧のほぼ3倍にな
る。
【0007】時刻t3 においては時刻t1 と同じ状態に
設定し、時刻t4 においては時刻t 0 と同じ状態に設定
する。また、時刻t5 では時刻t4 の状態をそのまま保
つ。以後、上述の動作を繰り返すことによって、電圧V
1 は図18(o)のように階段状に電圧が上下する脈流
波形状になる。一方、インバータ回路を構成するスイッ
チング素子Sa〜Sdは、図18(k)〜(n)に示す
ように、上述した充電用スイッチング素子S1 〜S5
よび放電用スイッチング素子S6 〜S10の期間t0 〜t
5 の一連の動作ごとに、インダクタL1 とコンデンサC
4 との直列回路に印加する電圧極性を反転させる。つま
り、期間t0 〜t5 はスイッチング素子Sa,Sdをオ
ン、スイッチング素子Sb,Scをオフにするのであ
り、期間t5 〜t10はスイッチング素子Sa,Sdをオ
フ、スイッチング素子Sb,Scをオンにするのであ
る。このようにして、インダクタL1 とコンデンサC4
との直列回路に印加される電圧は、階段状に電圧が変化
し、かつ全体としては正弦波交流波形状に電圧が変化す
ることになる。
【0008】上述の説明から明らかなように、スイッチ
トキャパシタを構成する充電用スイッチング素子S1
5 および放電用スイッチング素子S6 〜S10と、イン
バータ回路を構成するスイッチング素子Sa〜Sdとは
互いに連動するように制御される。また、各スイッチン
グ素子S1 〜S10,Sa〜Sdのオンオフの組み合わせ
を切り換える時間間隔を変化させることによって、イン
ダクタL1 とコンデンサC4 との直列回路に印加する電
圧の周期を容易に変化させることができるから、この構
成によって出力周波数を可変とした電源部を構成するこ
とができる。
【0009】ここにおいて、インダクタL1 とコンデン
サC4 との直列回路に印加される電圧は階段状に変化す
るものであるが、インダクタL1 およびコンデンサC4
はフィルタ回路として機能し、図18(p)に示すよう
なほぼ連続して変化する正弦波形状の交流電圧V2 を負
荷3に印加することができるのである。この回路構成で
は、スイッチング素子S1 〜S10,Sa〜Sdをスイッ
チングさせる周波数を高くすることによって、各キャパ
シタC1 〜C3 の1回の充放電のエネルギを小さくする
ことができるから、キャパシタC1 〜C3 の容量を小さ
くすることができ、小型の電力変換装置を提供すること
が可能になる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成で
は、高電圧を印加しなければならないような負荷3を用
いる場合には、直流電源Eの両端電圧を高くするか、直
列接続して放電させるキャパシタの個数を増やすことが
考えられる。しかしながら、前者の場合には充電用スイ
ッチング素子S1 〜S5 や放電用スイッチング素子S6
〜S10として高耐圧のものが必要になり、サイズの大き
な素子が必要になって大型化するという問題が生じる。
また、後者の場合には部品点数が増加して大型化すると
ともに、キャパシタの放電時に直列的に接続される放電
用スイッチング素子の個数が多くなるから放電用スイッ
チング素子の抵抗分での損失が大きくなって電力変換効
率が低下することになる。
【0011】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、負荷への印加電圧をほぼ連続した波
形とするのはもちろんのこと、負荷に対して所要の電圧
を印加する際に高耐圧の素子を用いたり、電力変換効率
が低下したりすることのない電力変換装置を提供するこ
とにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、不連
続な正弦波状波形の交流を出力する電源部と、電源部の
出力電圧波形をほぼ連続した波形に整形するフィルタ要
および電源部の出力電圧を電圧変換する変圧要素とを
兼ねる圧電トランスとを備え、電源部の出力電圧を圧電
トランスを通して放電灯からなる負荷に供給するもので
ある。この構成によれば、電源部として出力電圧波形が
不連続であるものを用いながらもフィルタ要素を用いて
電圧波形をほぼ連続した波形に整形することができ、し
かも変圧要素を用いて変圧することにより電源部に高耐
圧の素子を用いたり、電力変換効率を低下させたりする
ことなく、所望の電圧を負荷に印加することが可能にな
る。その結果、比較的小型の電力変換装置を提供するこ
とができる。しかも、圧電トランスがフィルタ要素と変
圧要素とに兼用されるから、部品点数が少なく小型化を
図ることができる。すなわち、圧電トランスを設けるだ
けで、電源部から出力された不連続な正弦波状波形の交
流を連続した波形に整形するとともに、放電灯の点灯に
必要な高電圧に変圧することができ、少ない部品点数で
構成することができる。
【0013】請求項2の発明は、請求項1の発明にお
て、圧電トランスが、圧電素子を挟んで一対の入力電極
を対向配置した駆動部と、駆動部から所定距離だけ離し
て圧電素子に出力電極を設けた発電部とからなり、電源
部の出力周波数を発電部の共振周波数にほぼ一致させた
ものであって、この構成では圧電トランスを高効率で用
いることができ高い電力変換効率を得ることができる。
【0014】請求項3の発明は、請求項1または請求項
の発明において、圧電トランスでは放電灯を安定に点
灯維持することができる電圧を出力するのである。この
構成は望ましい実施態様である。請求項4の発明は、請
求項1ないし請求項3の発明において、電源部が、複数
個のキャパシタと、直流電源からキャパシタへの充電経
路に挿入された充電用スイッチング素子と、キャパシタ
から圧電トランスへの放電経路に挿入された放電用スイ
ッチング素子と、充電用スイッチング素子および放電用
スイッチング素子のオンオフのタイミングを制御するこ
とにより出力電圧波形を段階的に変化する脈流波形状と
する制御回路とからなるスイッチトキャパシタを備える
とともに、スイッチトキャパシタの出力電圧の極性を脈
流波形の1周期ごとに反転させる手段を備えるのであ
る。この構成は望ましい実施態様である。請求項5の発
明は、請求項1ないし請求項3の発明において、電源部
が、正電位の出力電圧が得られる正電源部と、負電位の
出力電圧が得られる負電源部とからなり、正電源部と負
電源部とはそれぞれ複数個のキャパシタと、直流電源か
らキャパシタへの充電経路に挿入された充電用スイッチ
ング素子と、キャパシタから圧電トランスへの放電経路
に挿入された放電用スイッチング素子と、充電用スイッ
チング素子および放電用スイッチング素子のオンオフの
タイミングを制御することにより出力電圧波形を段階的
に変化する脈流波形状とする制御回路とからなるスイッ
チトキャパシタからなり、制御回路は正電源部と負電源
部とを交互に動作させることにより出力電圧を交流波形
状とするのである。この構成は望ましい実施態様であ
る。
【0015】請求項6の発明は、請求項1ないし請求項
5の発明において、電源部の出力電圧を可変としたもの
であり、印加電圧の低い負荷を用いる場合にとくに有効
なものである。請求項7の発明は、不連続な正弦波状波
形の交流を出力する電源部と、圧電素子を挟んで一対の
入力電極を対向配置した駆動部から所定距離だけ離して
圧電素子に出力電極を設けて発電部が形成されたトラン
スであって電源部の出力電圧波形をほぼ連続した波形に
整形するとともに電源部の出力電圧を電圧変換する圧電
トランスとを備え、電源部は、複数個のキャパシタと、
直流電源からキャパシタへの充電経路に挿入された充電
用スイッチング素子と、キャパシタから圧電トランスへ
の放電経路に挿入された放電用スイッチング素子と、充
電用スイッチング素子および放電用スイッチング素子の
オンオフのタイミングを制御することにより出力電圧波
形を段階的に変化する脈流波形状とする制御回路とから
なるスイッチトキャパシタを備えるとともに、スイッチ
トキャパシタの出力電圧の極性を脈流波形の1周期ごと
に反転させる手段を備え、電源部の出力周波数は圧電ト
ランスの発電部の共振周波数にほぼ一致するように設定
され、電源部の出力電圧を圧電トランスを介して放電灯
に印加するものである。この構成によれば、電源部とし
て出力電圧波形が階段状に変化するものを用いながらも
圧電トランスをフィルタ要素として用いて電圧波形をほ
ぼ連続した波形に整形することができ、しかも圧電トラ
ンスは変圧要素として機能するから、電源部に高耐圧の
素子を用いたり、電力変換効率を低下させたりすること
なく、所望の電圧を負荷に印加することが可能になる。
その結果、比較的小型の電力変換装置を提供することが
できる。しかも、圧電トランスがフィルタ要素と変圧要
素とに兼用されるから、部品点数が少なく小型化を図る
ことができる。さらに、電源部の出力周波数を圧電トラ
ンスの発電部の共振周波数にほぼ一致させるから、圧電
トランスを高効率で用いることができ高い電力変換効率
を得ることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)本実施形態では、図1に示すように、階
段状に変化する脈流波形状の電圧を出力する第1電源部
2aと、ブリッジ接続されている4個のスイッチング素
子Sa〜Sdを備えたインバータ回路よりなる第2電源
部2bとにより電源部を構成している。ブリッジの各ア
ームを構成する直列接続された各一対のスイッチング素
子Sa,SbおよびSc,Sdの接続点間には変圧要素
としてのリーケージトランスT1 の1次巻線が接続され
る。また、リーケージトランスT1 の2次巻線には負荷
3が接続される。リーケージトランスT1 の1次巻線に
はコンデンサC4が並列接続され、リーケージトランス
1 のリーケージ成分とコンデンサC4 とによってフィ
ルタ要素も構成される。このフィルタ要素は電源部の基
本波成分のみを通過させるように設定される。したがっ
て、第2電源部2bの出力電圧波形は階段状で不連続に
なるが、リーケージトランスT1 の2次巻線にはほぼ連
続した電圧波形が得られる。また、リーケージトランス
1 を用いているから、変圧比を適宜に設定することが
でき、負荷3に対して昇圧ないし降圧した所要の電圧を
印加することができる。
【0017】リーケージトランスT1 によって昇圧して
いる場合には、高電圧を負荷3に印加するに際して第1
電源部2aや第2電源部2bに高耐圧の素子を必要とせ
ず、また部品点数の増加もなく、小型の電力変化回路を
提供することができる。しかも、負荷3に印加される電
圧波形を正弦波形状にほぼ連続させているから、安定し
て負荷3に電力を供給することができ、かつ低ノイズに
なるのである。
【0018】(実施形態2)本実施形態は、図2に示す
ように、第1電源部2aとして図17に示したスイッチ
トキャパシタを用いたものであり、図18(o)のよう
な階段状の電圧波形を第2電源部2bから出力するよう
に構成してある。この構成では、リーケージトランスT
2 の2次巻線には正弦波形状の交流電圧が得られること
になる。他の構成および動作は実施形態1と同様であ
る。
【0019】(実施形態3)本実施形態は、実施形態2
におけるコンデンサC4 の位置を変更したものであっ
て、図3に示すように、リーケージトランスT1 の1次
巻線にコンデンサC4を直列接続してある。他の構成お
よび動作は実施形態2と同様である。 (実施形態4)本実施形態は、図4に示すように、実施
形態2におけるリーケージトランスT 1 に代えて圧電ト
ランスT2 を用いたものであり、負荷3にはコンデンサ
5 を並列接続してある。したがって、第1電源部2a
および第2電源部2bの構成は実施形態2と同様のもの
である。
【0020】圧電トランスT2 は、直方体状の圧電素子
11の長手方向の一端部に一対の入力電極12a,12
bを対向させて設け、長手方向の他端面に出力電極13
を設けた形状を有している。両入力電極12a,12b
の間は駆動部15として機能し、駆動部15から出力電
極13までの間で発電部16が形成される。圧電トラン
スT2 は駆動部15に交流電圧を印加することによって
圧電素子11に機械的振動を生じさせ、この機械的振動
により生じる電圧を出力電極13から取り出すようにし
たものである。しかして、機械的振動には慣性があるか
ら、等価的にはフィルタ回路として機能することにな
る。また、圧電トランスT2 は発電部16の長さ寸法に
応じた共振周波数を有しており、この共振周波数に近い
周波数の電圧を入力電極12a、12bに印加して圧電
素子11を共振させることにより、出力電極13から大
きく昇圧された電圧を得ることができるようになってい
る。
【0021】このように、圧電トランスT2 はフィルタ
要素としての機能と昇圧要素としての機能とを兼ね備え
ているから、フィルタ要素を構成するための素子を別途
に設ける必要がないのである。しかも、鉄芯に巻線を設
けたトランスに比較して圧電トランスT2 は小型化可能
であるから、全体としての小型化ないし低背化(薄型
化)につながる。
【0022】本実施形態における各スイッチング素子S
1 〜S10,Sa〜Sdは図示しない制御回路により図5
のようなタイミングで制御される。このタイミングは図
18に示した従来構成におけるタイミングと同様であ
る。つまり、図5(o)のように第1電源部2aの出力
電圧V1 は従来例と同様であり、また図5(p)のよう
に第2電源部2bの出力電圧も従来例と同様の階段状で
ある正弦波交流波形状になる。ここで、圧電トランスT
2 を介して負荷3に電圧を印加することによって、図5
(q)に示すように、正弦波交流波形状かつ昇圧された
電圧を負荷3に印加することができるのである。他の構
成および動作は従来例と同様である。
【0023】(実施形態5)本実施形態は、図6に示す
ように、実施形態4において、負荷3と並列接続したコ
ンデンサC5 を省略したものである。この構成では第2
電源部2bの出力周波数を、圧電トランスT2 の発電部
16の共振周波数にほぼ一致させることによって、コン
デンサC5 がなくとも負荷3に連続した波形の交流電圧
を印加し、低ノイズで電力を供給することができるよう
にしてある。他の構成および動作は実施形態4と同様で
ある。
【0024】(実施形態6)本実施形態は、図7に示す
ように、実施形態4の構成における負荷3を冷陰極32
を備える放電灯31としたものである。この構成では、
放電灯31の始動時に高電圧が必要であるが、第1電源
部2aおよび第2電源部2bの出力電圧は低いものでよ
いから、第1電源部2aおよび第2電源部2bを構成す
る素子として高耐圧のものを用いる必要がなく、低耐圧
の素子を用いながらも高電圧を得ることができる。他の
構成および動作は実施形態4と同様である。
【0025】(実施形態7)本実施形態は、図8に示す
ように、実施形態4の構成における負荷3を熱陰極(フ
ィラメント)33を備える放電灯31としたものであ
る。また、両フィラメント33の一端間にはコンデンサ
6 が接続されている。したがって、予熱時にはコンデ
ンサC5 を通して電流を流すことによりフィラメント3
3を加熱することができ、その後、圧電トランスT2
昇圧された高電圧を放電灯31に印加することにより、
放電灯31を始動することができるのである。他の構成
および動作は実施形態4と同様である。
【0026】(実施形態8)本実施形態は、図9に示す
ように、図6に示した実施形態4の構成において、圧電
トランスT2 の1次側にコンデンサC4 を並列接続し、
コンデンサC4 とインダクタL1 との直列回路を第2電
源部2bの出力端間に接続したものである。一般に圧電
トランスT2 は容量成分を持っているから、第2電源部
2bの出力電圧を印加したときに突入電流が流れる可能
性があるが、本実施形態の回路構成では、圧電トランス
2 およびコンデンサC4 の並列回路に対してインダク
タL1を直列接続したことによってチョークインプット
型の回路が構成され、突入電流を軽減することができ
る。したがって、突入電流によるストレスやノイズの発
生を抑制することができる。他の構成および動作は実施
形態4と同様である。
【0027】(実施形態9)本実施形態は、図10に示
すように、図6に示した実施形態5の構成において、第
1電源部2aと第2電源部2bとの間にインダクタL2
およびコンデンサC 7 よりなるフィルタ回路を設けたも
のである。このフィルタ回路はチョークインプット型の
ローパスフィルタであって、第1電源部2aから出力さ
れる階段状の不連続な電圧波形をやや滑らかにする機能
があり、しかも圧電トランスT2 への突入電流を軽減す
る機能を持つ。したがって、実施形態8と同様に、突入
電流によるストレスやノイズの発生を抑制することがで
きる。他の構成および動作は実施形態4と同様である。
【0028】(実施形態10)本実施形態は、図11に
示すように、階段状かつ正弦波交流波形状の出力電圧が
得られる電源部をインバータ回路を用いることなくスイ
ッチトキャパシタのみを用いて実現するものである。す
なわち、従来例において示したスイッチトキャパシタと
同様の構成のスイッチトキャパシタよりなる正電源部2
cと負電源部2dとを設ける。ただし、正電源部2cと
負電源部2dとは直流電源Eへの接続極性を互いに逆に
してある。したがって、正電源部2cからは従来例とし
て説明したように、正電位において階段状かつ脈流波形
状の出力電圧が得られ、負電源部2dからは極性を逆転
させた階段状かつ脈流波形状の出力電圧が得られる。つ
まり、正電源部2cと負電源部2dとを交互に動作させ
ることにより、階段状かつ正弦波交流波形状の出力が得
られることになる。
【0029】さらに具体的に説明する。正電源部2cは
従来例で説明したスイッチトキャパシタと同構成であっ
て、キャパシタC1 〜C3 、充電用スイッチング素子S
1 〜S5 、放電用スイッチング素子S6 〜S10により構
成される。一方、負電源部2dは、キャパシタC11〜C
13、充電用スイッチング素子S11〜S15、放電用スイッ
チング素子S16〜S20により構成される。正電源部2c
と負電源部2dとは同構成を有しているが、正電源部2
cではコンデンサC1 を直流電源Eの負極に接続してい
るのに対して、負電源部2dではコンデンサC11を直流
電源Eの正極に接続している点が異なる。また、放電用
スイッチング素子S8 〜S10の一端を共通に接続した出
力端に、放電用スイッチング素子S18〜S20の一端を共
通に接続してある。電源部と負荷3との間には圧電トラ
ンスT2 が挿入され、放電用スイッチング素子S8 〜S
10,S18〜S20の一端が圧電トランスT2 の一方の入力
端子12aに共通に接続され、他方の入力端子12bに
は直流電源Eの負極が接続される。
【0030】しかして、各スイッチング素子S1 〜S20
は、図12(a)〜(t)に示すように図示しない制御
回路によって制御される。すなわち、期間t0 〜t1
は、充電用スイッチング素子S1 〜S5 および放電用ス
イッチング素子S10がオンになり、図12(u)のよう
に直流電源Eの両端電圧にほぼ等しい電圧が出力され
る。次に、時刻t1 において、充電用スイッチング素子
1 〜S5 および放電用スイッチング素子S10をオフに
し、放電用スイッチング素子S6 ,S9 をオンにする。
これによって、キャパシタC1 ,C2 が直列接続され、
電圧V1 は直流電源Eの両端電圧のほぼ2倍になる。さ
らに時刻t2 において、この状態から放電用スイッチン
グ素子S9 をオフにし、スイッチング素子S7 ,S8
オンにすれば、すべてのキャパシタC1 〜C3 を直列に
接続したことになり、電圧V1 は直流電源Eの両端電圧
のほぼ3倍になる。
【0031】時刻t3 においては時刻t1 と同じ状態に
設定し、時刻t4 においては時刻t 0 と同じ状態に設定
する。また、時刻t5 では時刻t4 の状態をそのまま保
つ。上述した一連の動作の間にはスイッチング素子S11
〜S20はすべてオフに保たれる。このような動作によっ
て、圧電トランスT2 の入力端子12a,12bに印加
される電圧V1 は図12(u)のように正極性で階段状
に上下する。
【0032】時刻t5 になると、上述の動作を負電源部
2dにおいて行なうのであって、期間t5 〜t6 では、
充電用スイッチング素子S11〜S15および放電用スイッ
チング素子S20がオンになり、図12(u)のように直
流電源Eの両端電圧にほぼ等しい負電圧が出力される。
次に、時刻t6 において、充電用スイッチング素子S 11
〜S15および放電用スイッチング素子S20をオフにし、
放電用スイッチング素子S16,S19をオンにする。これ
によって、キャパシタC11,C12が直列接続され、電圧
1 は直流電源Eの両端電圧のほぼ2倍になる。さらに
時刻t7 において、この状態から放電用スイッチング素
子S19をオフにし、スイッチング素子S 17,S18をオン
にすれば、すべてのキャパシタC1 〜C3 を直列に接続
したことになり、電圧V1 は直流電源Eの両端電圧のほ
ぼ3倍になる。
【0033】時刻t8 においては時刻t6 と同じ状態に
設定し、時刻t9 においては時刻t 0 と同じ状態に設定
する。また、時刻t10では時刻t9 の状態をそのまま保
つ。上述した一連の動作の間にはスイッチング素子S1
〜S10はすべてオフに保たれる。このような動作によっ
て、圧電トランスT2 の入力端子12a,12bに印加
される電圧V1 は、期間t5 〜t10においては図12
(u)のように負極性で階段状に上下する。
【0034】上述の動作を繰り返すことによって、階段
状かつ正弦波交流波形状に変化する出力電圧を得ること
ができ、圧電トランス1を通すことによって、図12
(v)に示すような正弦波状の高電圧を負荷3に印加す
ることが可能になる。この構成でも低ノイズの電力変化
装置を提供することができる。 (実施形態11)本実施形態は、図13に示すように、
実施形態4の構成において直流電源Eの出力電圧を可変
としたものである。この構成によれば、直流電源Eの両
端電圧を調節すれば、負荷3や圧電トランスT2 への印
加電圧を変化させることができる。とくに、負荷3への
印加電圧を低減しようとする場合に有効なものである。
【0035】負荷3や圧電トランスT2 への印加電圧を
低減するには、直流電源Eの出力電圧を変化させるので
はなく、スイッチング素子S1 〜S10を制御して第1電
源部2aの出力電圧のピーク値を直流電源Eの両端電圧
の2倍までに抑制することも可能である。他の構成およ
び動作は実施形態4と同様である。 (実施形態12)本実施形態は、図14に示すように、
直流電源Eとスイッチトキャパシタとの間にスイッチン
グ素子Sxとインピーダンス要素Zとの直列回路を挿入
し、さらに、スイッチング素子Sxと直流電源Eとの直
列回路にダイオードD1 を並列接続した構成を有する。
この構成では、充電用スイッチング素子S1 〜S3 のい
ずれかがオンである期間にスイッチング素子Sxをオン
にし、インピーダンス要素Zを介してキャパシタC1
3 を充電することによって、キャパシタC1 〜C 3
両端電圧を低電圧にするものである。したがって、スイ
ッチング素子Sxを適宜に制御することによって、第1
電源部2aの出力電圧を調節することが可能になる。な
お、ダイオードD1 は回生用のものである。インピーダ
ンス要素Zとしては、図15(a)〜(c)に示すよう
な抵抗R0 、インダクタL0 、インダクタL0 とコンデ
ンサC0 との直列回路など各種のものを用いることがで
きる。他の構成および動作は実施形態4と同様である。
【0036】(実施形態13)本実施形態は、図16に
示すように、実施形態4の構成において、第1電源部2
aと第2電源部2bとの間にインピーダンス要素Z2
挿入するとともに、第2電源部2bの入力端間にコンデ
ンサC7 を接続し、さらには第1電源部2aの出力端間
に回生用のダイオードD2 を接続したものである。
【0037】この構成によれば、キャパシタC1 〜C3
の放電経路にインピーダンス要素Z 2 が挿入されている
から、スイッチング素子S8 〜S10のオン期間を適宜に
調節すれば、第2電源部2bへの入力電圧を調節するこ
とが可能になる。ここに、インピーダンス要素Z2 には
実施形態12と同様のものを用いることができる。他の
構成および動作は実施形態4と同様である。
【0038】
【発明の効果】請求項1の発明は、不連続な正弦波状波
形の交流を出力する電源部と、電源部の出力電圧波形を
ほぼ連続した波形に整形するフィルタ要素および電源部
の出力電圧を電圧変換する変圧要素とを兼ねる圧電トラ
ンスとを備え、電源部の出力電圧を圧電トランスを通し
放電灯からなる負荷に供給するものであり、電源部と
して出力電圧波形が不連続であるものを用いながらもフ
ィルタ要素を用いて電圧波形をほぼ連続した波形に整形
することができ、しかも変圧要素を用いて変圧すること
により電源部に高耐圧の素子を用いたり、電力変換効率
を低下させたりすることなく、所望の電圧を負荷に印加
することが可能になるという利点を有する。その結果、
比較的小型の電力変換装置を提供することができるとい
う利点がある。しかも、圧電トランスがフィルタ要素と
変圧要素とに兼用されるから、部品点数が少なく小型化
を図ることができる。すなわち、圧電トランスを設ける
だけで、電源部から出力された不連続な正弦波状波形の
交流を連続した波形に整形するとともに、放電灯の点灯
に必要な高電圧に変圧することができ、少ない部品点数
で構成することができるという利点がある。
【0039】請求項2の発明のように、圧電トランス
が、圧電素子を挟んで一対の入力電極を対向配置した駆
動部と、駆動部から所定距離だけ離して圧電素子に出力
電極を設けた発電部とからなり、電源部の出力周波数を
発電部の固有振動数にほぼ一致させたものでは、圧電ト
ランスを高効率で用いることができ高い電力変換効率を
得ることができるという利点がある。
【0040】請求項6の発明のように、電源部の出力電
圧を可変としたものでは、印加電圧の低い負荷を用いる
場合に、電源部の出力電圧を引き下げるだけでよいか
ら、印加電圧の低い負荷でも対応可能になるという利点
がある。請求項7の発明は、不連続な正弦波状波形の交
流を出力する電源部と、圧電素子を挟んで一対の入力電
極を対向配置した駆動部から所定距離だけ離して圧電素
子に出力電極を設けて発電部が形成されたトランスであ
って電源部の出力電圧波形をほぼ連続した波形に整形
るとともに電源部の出力電圧を電圧変換する圧電トラン
スとを備え、電源部は、複数個のキャパシタと、直流電
源からキャパシタへの充電経路に挿入された充電用スイ
ッチング素子と、キャパシタから圧電トランスへの放電
経路に挿入された放電用スイッチング素子と、充電用ス
イッチング素子および放電用スイッチング素子のオンオ
フのタイミングを制御することにより出力電圧波形を段
階的に変化する脈流波形状とする制御回路とからなるス
イッチトキャパシタを備えるとともに、スイッチトキャ
パシタの出力電圧の極性を脈流波形の1周期ごとに反転
させる手段を備え、電源部の出力周波数は圧電トランス
の発電部の固有振動数にほぼ一致するように設定され、
電源部の出力電圧を圧電トランスを介して放電灯に印加
するものであり、電源部として出力電圧波形が階段状に
変化するものを用いながらも圧電トランスをフィルタ要
素として用いて電圧波形をほぼ連続した波形に整形する
ことができ、しかも圧電トランスは変圧要素として機能
するから、電源部に高耐圧の素子を用いたり、電力変換
効率を低下させたりすることなく、所望の電圧を負荷に
印加することが可能になるという利点を有する。その結
果、比較的小型の電力変換装置を提供することができる
という効果がある。しかも、圧電トランスがフィルタ要
素と変圧要素とに兼用されるから、部品点数が少なく小
化を図ることができるという効果があり、さらに、電
源部の出力周波数を圧電トランスの発電部の固有振動数
にほぼ一致させるから、圧電トランスを高効率で用いる
ことができ高い電力変換効率を得ることができるという
利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1を示す概略回路図である。
【図2】実施形態2を示す回路図である。
【図3】実施形態3を示す要部回路図である。
【図4】実施形態4を示す回路図である。
【図5】同上の動作説明図である。
【図6】実施形態5を示す要部回路図である。
【図7】実施形態6を示す要部回路図である。
【図8】実施形態7を示す要部回路図である。
【図9】実施形態8を示す回路図である。
【図10】実施形態9を示す回路図である。
【図11】実施形態10を示す回路図である。
【図12】同上の動作説明図である。
【図13】実施形態11を示す要部回路図である。
【図14】実施形態12を示す要部回路図である。
【図15】同上に用いるインピーダンス要素の例を示す
図である。
【図16】実施形態13を示す要部回路図である。
【図17】従来例を示す回路図である。
【図18】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
2a 第1電源部 2b 第2電源部 3 負荷 11 圧電素子 12a,12b 入力電極 13a,13b 出力電極 15 駆動部 16 発電部 31 放電灯 33 フィラメント C1 〜C3 ,C11〜C13 キャパシタ C4 コンデンサ L1 インダクタ S1 〜S5 ,S11〜S15 充電用スイッチング素子 S6 〜S10,S16〜S20 放電用スイッチング素子 T1 リーケージトランス T2 圧電トランス

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不連続な正弦波状波形の交流を出力する
    電源部と、電源部の出力電圧波形をほぼ連続した波形に
    整形するフィルタ要素および電源部の出力電圧を電圧変
    換する変圧要素とを兼ねる圧電トランスとを備え、電源
    部の出力電圧を圧電トランスを通して放電灯からなる
    荷に供給することを特徴とする電力変換装置。
  2. 【請求項2】 前記圧電トランスは、圧電素子を挟んで
    一対の入力電極を対向配置した駆動部と、駆動部から所
    定距離だけ離して圧電素子に出力電極を設けた発電部と
    からなり、電源部の出力周波数を発電部の共振周波数に
    ほぼ一致させることを特徴とする請求項1記載の電力変
    換装置。
  3. 【請求項3】 前記圧電トランスは前記放電灯を安定に
    点灯維持することができる電圧を出力することを特徴と
    する請求項1または請求項2記載の電力変換装置。
  4. 【請求項4】 前記電源部は、複数個のキャパシタと、
    直流電源からキャパシタへの充電経路に挿入された充電
    用スイッチング素子と、キャパシタから圧電トランスへ
    の放電経路に挿入された放電用スイッチング素子と、充
    電用スイッチング素子および放電用スイッチング素子の
    オンオフのタイミングを制御することにより出力電圧波
    形を段階的に変化する脈流波形状とする制御回路とから
    なるスイッチトキャパシタを備え、スイッチトキャパシ
    タの出力電圧の極性を脈流波形の1周期ごとに反転させ
    る手段を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項
    3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  5. 【請求項5】 前記電源部は、正電位の出力電圧が得ら
    れる正電源部と、負電位の出力電圧が得られる負電源部
    とからなり、正電源部と負電源部とはそれぞれ複数個の
    キャパシタと、直流電源からキャパシタへの充電経路に
    挿入された充電用スイッチング素子と、キャパシタから
    圧電トランスへの放電経路に挿入された放電用スイッチ
    ング素子と、充電用スイッチング素子および放電用スイ
    ッチング素子のオンオフのタイミングを制御することに
    より出力電圧波形を段階的に変化する脈流波形状とする
    制御回路とからなるスイッチトキャパシタからなり、制
    御回路は正電源部と負電源部とを交互に動作させること
    により出力電圧を交流波 形状とすることを特徴とする請
    求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の電力変換
    装置。
  6. 【請求項6】 前記電源部の出力電圧が可変であること
    を特徴とする請求項1ないし請求項5記載の電力変換装
    置。
  7. 【請求項7】 不連続な正弦波状波形の交流を出力する
    電源部と、圧電素子を挟んで一対の入力電極を対向配置
    した駆動部から所定距離だけ離して圧電素子に出力電極
    を設けて発電部が形成されたトランスであって電源部の
    出力電圧波形をほぼ連続した波形に整形するとともに電
    源部の出力電圧を電圧変換する圧電トランスとを備え、
    電源部は、複数個のキャパシタと、直流電源からキャパ
    シタへの充電経路に挿入された充電用スイッチング素子
    と、キャパシタから圧電トランスへの放電経路に挿入さ
    れた放電用スイッチング素子と、充電用スイッチング素
    子および放電用スイッチング素子のオンオフのタイミン
    グを制御することにより出力電圧波形を段階的に変化す
    る脈流波形状とする制御回路とからなるスイッチトキャ
    パシタを備えるとともに、スイッチトキャパシタの出力
    電圧の極性を脈流波形の1周期ごとに反転させる手段を
    備え、電源部の出力周波数は圧電トランスの発電部の共
    振周波数にほぼ一致するように設定され、電源部の出力
    電圧を圧電トランスを介して放電灯に印加することを特
    徴とする電力変換装置。
JP00506597A 1997-01-14 1997-01-14 電力変換装置 Expired - Fee Related JP3475687B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP00506597A JP3475687B2 (ja) 1997-01-14 1997-01-14 電力変換装置
US09/006,951 US5969963A (en) 1997-01-14 1998-01-14 Power converting device supplying AC voltage of a continuous wave form

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP00506597A JP3475687B2 (ja) 1997-01-14 1997-01-14 電力変換装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10201245A JPH10201245A (ja) 1998-07-31
JP3475687B2 true JP3475687B2 (ja) 2003-12-08

Family

ID=11600996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP00506597A Expired - Fee Related JP3475687B2 (ja) 1997-01-14 1997-01-14 電力変換装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3475687B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200425628A (en) 2002-11-25 2004-11-16 Matsushita Electric Industrial Co Ltd Driving method and driving circuit for piezoelectric transformer, cold-cathode tube light-emitting apparatus, liquid crystal panel and device with built-in liquid crystal panel
KR101813011B1 (ko) * 2011-05-27 2017-12-28 삼성전자주식회사 무선 전력 및 데이터 전송 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10201245A (ja) 1998-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101180787B (zh) 双向电池功率变换器
JP5396251B2 (ja) 直流―直流双方向コンバータ回路
KR101654490B1 (ko) 컨버터 및 쌍방향 컨버터
JPH06197558A (ja) 力率補正機能を有する電源回路
CN116997483A (zh) 用于电动车的马达驱动集成式车载充电器及其控制方法
CN111585443B (zh) Dc-dc转换器
JPH08275553A (ja) 圧電トランスの駆動回路
JP3475688B2 (ja) 電力変換装置
JP3475687B2 (ja) 電力変換装置
JP2002112548A (ja) 定電力出力直流電源装置
TWI816719B (zh) 雙向dc-ac變換器及其控制方法
JPH0191672A (ja) インバータ装置
US5969963A (en) Power converting device supplying AC voltage of a continuous wave form
JPH07230890A (ja) 電源装置
JPS62163581A (ja) 高周波高圧電源
JPH0327768A (ja) 共振形dc―dcコンバータの制御方法
JPH10201233A (ja) 電力変換装置
JP7506785B1 (ja) コンバータ
JPH0997694A (ja) 放電灯点灯装置
CN100484358C (zh) 用于无极放电灯的电路装置
TWI752360B (zh) 具寬電壓範圍之雙向隔離式多階直流-直流電能轉換裝置及其方法
JP3225271B2 (ja) 電子交流降圧回路
JP3820902B2 (ja) 放電灯点灯装置
JPH10106786A (ja) 電源装置
JP2003158881A (ja) 高周波変換回路

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20030826

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080926

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080926

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090926

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090926

Year of fee payment: 6

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090926

Year of fee payment: 6

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090926

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100926

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110926

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110926

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120926

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130926

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees