JPH01190265A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、交流電源から負荷に調整した電力を供給する
電源装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の電源装置として広く用いられているもの
に、第７図に示すような交流電源ＥからトライアックＱ
を介して位相制御により調整された電力を負荷りに供給
する位相制御装置がある。

このような装置は、比較的容易に構成できるものの、負
荷りの両端に生じる電圧の瞬時電圧値の変化が大きとい
う問題があった。

また、第９図に示すような直流電源ＤＣを用い限流抵抗
りを介して調整された電力を負荷りに供給する装置では
、負荷りに瞬時電圧値の変化の殆どない略一定の電圧を
供給できるものの、限流抵抗りの発熱による形状・コス
トの上昇及び交流用の負荷に電力を長時間供給できない
という問題があった。

更に、第１０図に示すものは、先の第９図に示す直流電
源ＤＣと限流抵抗りとを、それぞれ整流器ＤＢと平滑コ
ンデンサＣＯとの並列回路及びチョッパ回路Ｆとで形成
したもので、負荷りの両端に調整された略一定の電圧を
印加でき、発熱の少ないチョッパ回路Ｆを小型・軽量に
構成できるものの、チョッパ回路Ｆを用いて直流電圧を
高周波電圧に一旦変換した後に再び直流電圧に変換して
いるので、高繰り返しによるスイッチング損失の増加に
耐え得る比較的大容量の高周波スイッチング素子（例え
ば数十ＫＨｚ）等の使用にてコストが上昇するという問
題があった。これは、負荷りに供給する電力が増大する
程顕著に現れる。また、交流用の負荷には長時間電力を
供給できないという問題もあった。

そこで、第１１図に示すように、負荷りに流れる電流の
極性を反転させるスイッチを負荷り両端に設け、瞬時電
圧値の変化の殆どない交流電圧（理想的には矩形波電圧
）を負荷りに供給するようにしたものがあるが、先の第
１０図に示すものと同様にコストが上昇するという問題
があった。

（発明が解決しようとする問題点） このように、従来の電源装置にあっては、交流電源から
そのまま位相制御にて調整された交流電力を負荷に供給
するものでは、瞬時電圧値の変化の少ない交流電力の供
給が困難であると共に、チョッパ回路等により一旦高周
波電圧に変換した後に直流電圧に変換し交互に反転した
出力にて調整された交流電力を負荷に供給するものでは
、負荷に供給する電力の増加に応じて低周波（例えば商
用周波数など）用より大容量の高周波スイッチング素子
等を用いる必要がありコストが上昇するという問題があ
った。

本発明は、上記問題点を改善するためになされたもので
、その目的とするところは、スイッチング損失を低減さ
せると共に、負荷に瞬時電圧値の変化の少ない交流電力
を供給することのできる電源装置を提供することにある
。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、少なくとも第１のコンデンサと第２のコンデ
ンサとを直列接続して成る第１の直列回路を出力両端に
備え倍電圧整流された直流電圧を出力する直流電源装置
を交流電源に結合し、この交流電源から前記それぞれの
コンデンサへの充電電流を、交流電源に同期してオン・
デューティ制御する第１のスイッチ要素を交流電源と前
記直流電源装置との間に介挿し、この直流電源装置の出
力両端に交互にオン・オフ駆動する第２のスイッチ要素
と第３のスイッチ要素とを直列接続して成る第２の直列
回路を設け、前記第１の直列回路の接続点と第２の直列
回路の接続点との間に負荷を介挿し、前記一方のコンデ
ンサが充電される交流電源半サイクル時に、当該コンデ
ンサと並列関係にある前記一方のスイッチ要素を所定期
間オンさせ、当該コンデンサの蓄積電荷を負荷に放電さ
せるようにしたものである。

（作　用） 本発明は、上記のように第１のスイッチ要素と、交互に
反転動作する第２のスイッチ要素及び第３のスイッチ要
素とを、交流電源に同期して駆動させたので、スイッチ
ング損失が低減され小容量のスイッチ要素にできると共
に、第１のスイッチ要素のオン期間を可変してそれぞれ
のコンデンサへの充電電荷量を調整するオン・デューテ
ィ制御を行っているので、負荷に供給する電力を調整し
ても瞬時電圧値の変化の少ない実質的に安定した交流電
力を負荷に供給できるものである。

（実施例） 以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示すもので、その構成
は、交流電源Ｅと、この交流電源Ｅに結合され少なくと
も第１のコンデンサＣＩと第２のコンデンサＣ２とを直
列接続する第１の直列回路を出力両端に備える直流電源
装置へと、この直流電源装置Ａと前記交流電源Ｅとの間
に介挿される第１のスイッチ要素ＳｗＯと、前記直流電
源装置への出力両端に第２のスイッチ要素Ｓｗｌと第３
のスイッチ要素Ｓｗ２とを直列接続する第２の直列回路
と、前記第１の直列回路の接続点と第２の直列回路の接
続点との間に介挿される負荷りとより成るものである。

前記直流電源装置Ａは、交流電源Ｅの両端に整流用の第
１のダイオードＤ１を介して充電される第１のコンデン
サＣ１を接続し、更に交流電源Ｅの両端に前記第１のダ
イオードＤ１と逆極性の第２のダイオードＤ２を介して
充電される第２のコンデンサＣ２を接続し、これら両コ
ンデンサＣＩ。

Ｃ２を同一極性にて直列に接続して第１の直列回路が形
成されている。

第１のスイッチ要素ＳｗＯは、交流電源Ｅに同期してオ
ン期間を可変しそれぞれのコンデンサＣＩ。

Ｃ２への充電電流を調整できるオン・デューティ制御手
段（図示せず）を含んで構成されている。

第２のスイッチ要素Ｓｗｌと第３のスイッチ要素Ｓｗ２
は、第１のコンデンサＣ１が充電される交流電源Ｅの半
サイクル時に第２のスイッチ要素Ｓｗｌが所定期間オン
し、第３のスイッチ要素Ｓｗ２は第２のコンデンサＣ２
の充電動作に対応して同様に所定期間オンする。また、
これらのスイッチ要素Ｓｗｌ、　　３ｗ２は交流電源Ｅ
に同期して交互にオンする。

ここで、第１の実施例を用いると特に大きな効果の期待
できる電源装置として、光学式読み取り装置（例えばコ
ピー装置、ファックス、スキャナー等）に備えられてい
るハロゲン電球用の点灯装置がある。この装置の適する
理由を簡単に説明すると次のようになる。

■　交流点灯用の電球である。これは、第１２図に示す
タングステンフィラメント２が断線すると、直流では断
線箇所でアーク放電が停止しないことと、長寿命の原因
であるハロゲンサイクルが直流では効果的に行われずし
かも黒化が早いことによる。ここで、第１２図中の１は
口金、２はガラス管である。

■　大容量のハロゲン電球（２００Ｗ〜１５００Ｗ）の
使用が可能である。

■　光学式読み取り装置の要求を満たす。

これは、高スピード化・カラー化・高鮮明度化等の要求
に対して光のリップル率ｒの８％以下が求められこれに
対応できる。また、調光によるコピーの濃淡にも対応で
きる。

（光のリップル率ｒは交流成分の最大−最）ｊい１００
／直流平均値で表す） 従って、本実施例を理解しやすくするために、以下本実
施例をハロゲン電球用の点灯装置に応用したものについ
て説明する。

第１の実施例の説明を、第２図に示すように、動作状態
を各モードに分けて説明する。

（モード■：時刻ｔＯ〜時刻ｔｌ） 時刻ｔｏにて電源スィッチ（例えばコピー装置のメイン
スイッチ等図示せず）が投入されると、交流電源Ｅから
交流電圧ＶＢが直流電源装置Ａの入力端に印加される。

（第２図ａに示す電圧波形）この交流電圧ＶＢを受けて
第１のスイッチ要素ＳｗＯがオン状態となり、交流電源
Ｅから整流用の第１のダイオードＤｌ＝平滑用の第１の
コンデンサＣ１→交流電源Ｅに至る閉回路に電流が流れ
、第１のコンデンサＣ１が充電される。この充電される
第１のコンデンサＣ１に対応する第２のスイッチ要素Ｓ
ｗｌがオン状態に移行する。この時、第３のスイッチ要
素Ｓｗ２はオフ状態を維持している。

そして、第２のスイッチ要素Ｓｗｌがオン状態になると
、負荷であるハロゲン電球りは、平滑用の第１のコンデ
ンサＣ１と並列に接続され、交流電源Ｅにはオン状態の
第１のスイッチ要素Ｓ−と順方向の第１のダイオードＤ
Ｉとを介して接続されるので、ハロゲン電球りの両端に
は第２図Ｃに示すように交流電圧波形と同様の電圧波形
ＶＬが印加される。

（モード■：時刻ｔｌ〜時刻ｔシ） 次に、時刻ｔ１に至ると、第１のスイッチ要素ＳｗＯが
オン状態からオフ状態となる。このとき、第２のスイッ
チ要素Ｓｗｌと第３のスイッチ要素Ｓｗ２はそれぞれオ
ン状態及びオフ状態を維持している。

第１のスイッチ要素ＳｗＯがオフ状態になったことから
、第１のコンデンサＣ１の充電は中断され両端電圧はこ
の時刻ｔｌにおいて最も高くなる。

（この電圧をＶｌ電圧とする）そして、この第１のコン
デンサＣ１から→第２のスイッチ要素Ｓｗｌ→ハロゲン
電球し→第１のコンデンサＣＩに至る閉回路に充電され
ている電荷が放電される。このときのハロゲン電球りの
両端電圧ＶＬは、第２図Ｃに示すようにハロゲン電球り
と第１のコンデンサＣ１との時定数により決る放電特性
にて徐々に低下し、時刻ｔ２において最も低下する。（
この電圧をＶ２電圧とする） （モード■：時刻む２〜時刻ｔ３） 次に、時刻ｔ２に至ると、第２のスイッチ要素Ｓｗｌが
オン状態からオフ状態に移行し第２及び第３のスイッチ
要素Ｓｗｌ、　　３ｗ２は一瞬同時オフとなる。

このとき、ハロゲン電球りの両端電圧Ｖしは、第２Ｚｃ
に示すように時刻ｔ２にて零となる。

これ以降の動作状態は、第１のスイッチ要素ＳＷＯがオ
フ状態から所定期間オン状態になると共に、第２のスイ
ッチ要素Ｓｗｌがオフ状態で第３のスイッチ要素Ｓｗ２
がオン状態と逆になり、先に説明したモード■と同様に
動作する。

（モード■：時刻し３〜時刻ｔ４） このモードの動作状態も、第１のスイッチ要素ＳＷＯが
オフ状態となり第２のスイッチ要素Ｓｗｌがオフ状態で
第３のスイッチ要素Ｓｗ２がオン状態と逆になり、先に
説明したモード■と同様に動作する。

（モード■：時刻し４〜時刻ｔ５） 次に、時刻ｔ４に至ると、先に説明したモードＩと同様
の動作を繰り返すのであるが、すでに先のモードＩの動
作の時に充電された電荷が第１のコンデンサＣＩに残っ
ているために、ハロゲン電球りの両端電圧ＶＬは、第２
図Ｃに示す時刻ｔ４において零とならず、最も低下した
時の電圧Ｖ２　　［ｖ］からスタートする。そして、こ
の第１のコンデンサＣ１電圧より交流電源Ｅの電圧の方
が大きくなると、それ以降のハロゲン電球りの両端電圧
Ｖしは、第２図Ｃに示すように、交流電圧波形と同様の
電圧波形が印加される。

（モード■：待刻ｔ５〜時刻ｔ６） モードＨの動作状態と同様である。

このような動作状態を繰り返して定常点灯時のハロゲン
電球りの両端電圧ＶＬは、第３図に示すような矩形波電
圧に近い電圧波形となる。

ここで、第２図すに示すものは、平滑用の両コンデンサ
Ｃ１，Ｃ２を用いない時のハロゲン電球りの両端電圧波
形であり、それぞれのスイッチ要素ＳＷＯ，ＳＷｌ、　
　ＳＷ２が交互に動作する状態を分り易くしている。

また、調光する場合には、第１のスイッチ要素ＳｗＯの
オン期間を少なく調整することにより、このオン期間に
応じて第１及び第２のコンデンサＣＩ、Ｃ２の充電電荷
量を調整でき、ハロゲン電球りに供給される電力を制限
し調光できる。この場合には、交流電源Ｅ半サイクルの
前半０〜９０度の位相の範囲を用いているので、第１の
スイッチ要素ＳｗＯがオフ状態になる位相は、調光が深
くなるにつれて９０度の位相から０度の位相に近付き、
この位相に対応する交流電源Ｅの瞬時電圧値も徐々に減
少する。従って、このオフ位相にて決るハロゲン電球り
に印加される電圧の最大値Ｖｌ　　［ｖ〕は、深く調光
するにつれて減少する。

このように、第１のスイッチ要素ＳｗＯのオン期間を調
整して調光を行うと、調光点灯時のＶＬ波形は、第３図
に示すように略矩形波状の電圧波形となる。

従って、第７図に示す従来例のように、光のリップル率
ｒが全点灯ですでに８１％程度（第８図ａに示す）とな
り、更に５０％調光を行うと光のリップル率ｒは１６％
をも越える程となり、コピー装置等への対応ができなか
ったものを、このような構成にてハロゲン電球りを点灯
すると、第８図Ｃに示すように、全点灯（１００％）か
ら５０％調光を行っても、光のリップル率ｒが８％程度
までしか上昇しない安定な出力が得られ、コピー装置等
への対応が十分可能となった。また、第１のスイッチ要
素ＳｗＯと第２及び第３のスイッチ要素Ｓｗｌ、　　Ｓ
ｗ２とを交流電源Ｅに同期して駆動させたので、スイッ
チング損失が低減され小容量のスイッチ要素の使用が可
能となった。

次に、第４図は本発明の第２の実施例を示すもので、前
記第１の実施例と異なる構成は、第１図に示す第１のス
イッチ要素ＳｗＯを２個のトランジスタＴ　ｒｌ、　Ｔ
　ｒ２とし、それぞれ整流用ダイオードＤｉ、Ｄ２と平
滑用コンデンサＣ１，Ｃ２との間に介挿した点と、第２
及び第３のスイッチ要素をそれぞれトランジスタＴ　ｒ
３．　Ｔ　ｒ４とした点である。

このように構成すれば、それぞれのコンデンサＣＩ、Ｃ
２の充電電荷量を独立して調整できるので、両コンデン
サＣ１，Ｃ２の容量のバラツキ等によりハロゲン電球り
への正負電力供給のアンバランスが発生しても容易に補
正できる。

第５図は本発明の第３の実施例を示すもので、前記第２
の実施例と異なる構成は、第１　（第２）のコンデンサ
ＣＩ（Ｃ２）と第２　（第３）のスイッチ要素であるト
ランジスタＴ　ｒ３．　　（Ｔ　ｒ４）との間に抵抗Ｒ
１，（Ｒ２＞を介挿した点である。

このように構成すれば、ハロゲン電球りへの電流を制限
する限流抵抗Ｒ１，Ｒ２の電力消費を少なくでき、限流
抵抗Ｒ１，Ｒ２の小型化が図れる。

次に、第６図は、本発明の第４の実施例を示すもので、
前記第２の実施例と異なる構成は、第１（第２）のコン
デンサＣＩ　、　　（Ｃ２）　の両端に、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータＢｌ　、　　（Ｂ２　’）を介して第２　（第
３）のスイッチング要素Ｔｒ３．　　（Ｔｒ４）とハロ
ゲン電球りとの直列回路を接続して成る点である。

従って、更に矩形波に近い安定した電力（路光のリップ
ル率ｒが０％）を供給できる。

なお、上記負荷りにハロゲン電球を用いた場合の説明を
行ったが、安定な出力を必要とする負荷であればどのよ
うなものでもよく、例えば光源として高圧放電灯や蛍光
灯等、抵抗負荷としてヒータ等でもよいことは言うまで
もない。

また、第１乃至第３のスイッチ要素Ｓ　ｗｌ、　　Ｓ　
ｗ２゜３ｗ３のオン・オフする手段及びこれを制御する
手段は、本発明を構成するものであればどのようなもの
でもよく　（例えばリレー接点やＭＯ５形ＦＥＴ等）、
それぞれのスイッチ要素を制御する手段は、それぞれの
スイッチ要素に分散してもよく、制御手段として一箇所
に集中して備えてもよい。

更に、それぞれのコンデンサ及びスイッチ要素は、それ
ぞれ並列的に複数個接続して高容量化を図る構成として
もよい。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように第１のスイッチ要素と、交互に反
転動作する第２のスイッチ要素及び第３のスイッチ要素
とを、交流電源に同期して駆動させたので、スイッチン
グ損失が低減され小容量のスイッチ要素にできると共に
、第１のスイッチ要素のオン期間を可変してそれぞれの
コンデンサへの充電電荷量を調整するオン・デューティ
制御を行っているので、負荷に供給する電力を調整して
も瞬時電圧値の変化の少ない実質的に安定した交流電力
を負荷に供給できるという顕著な効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す回路構成図、第２
図は同上の動作を説明するタイムチャート、第３図は同
上の動作説明図、第４図は本発明の第２の実施例を示す
回路構成図、第５図は本発明の第３の実施例を示す回路
構成図、第６図は本発明の第４の実施例を示す回路構成
図、第７図及び第９図乃至第１１図は従来例を示す回路
構成図、第８図は調光度合と光のリップル率を示す特性
図、第１２図はハロゲン電球を説明するための概略構成
図である。 Ｅ・・・交流電源、Ａ・・・直流電源装置、ＣＩ・・・
第１のコンデンサ、Ｃ２・・・第２のコンデンサ、Ｓｗ
Ｏ・・・第１のスイッチ要素、５ＩＩ１１・・・第２の
スイッチ要素、３ｗ２・・・第３のスイッチ要素、Ｌ・
・・負荷。 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第ｇ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電源と、 この交流電源に結合され少なくとも第１のコンデンサと
   第２のコンデンサとを直列接続して成る第１の直列回路
   を出力両端に備え倍電圧整流された直流電圧を出力する
   直流電源装置と、 この直流電源装置と前記交流電源との間に介挿し前記そ
   れぞれのコンデンサへの充電電流を交流電源に同期して
   オン・デューティ制御する第１のスイッチ要素と、 前記直流電源装置の出力両端に第２のスイッチ要素と第
   ３のスイッチ要素とを直列接続し、前記一方のコンデン
   サが充電される交流電源半サイクル時に、当該コンデン
   サと並列関係にある前記一方のスイッチ要素を所定期間
   オンさせ当該コンデンサの蓄積電荷を放電するようにし
   て成る第２の直列回路と、 前記第１の直列回路の接続点と第２の直列回路の接続点
   との間に介挿され前記それぞれのコンデンサからの放電
   電流が流れる負荷とを備えたことを特徴とする電源装置
   。