JPH01190266A - 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光学式読み取り装置（例
えばコピー装置、ファクス、スキャナー等）が知られて
いる。

このような光学式読み取り装置には、交流電源から位相
制御された電力をハロゲン電球等の負荷に供給する位相
制御装置や、直流電源を用い限流抵抗を介して調整され
た電力をハロゲン電球等の負荷に供給する装置等のハロ
ゲン電球用点灯装置がよく用いられていた。

このハロゲン電球用点灯装置を直流点灯に用いると、タ
ングステンフィラメントが断線した場合、断線箇所でア
ーク放電が停止しなかったり、長寿命の原因であるハロ
ゲンサイクルが効果的に行われず短寿命になるという問
題があった。

また、大容量のハロゲン電球（２００Ｗ〜１５００Ｗ）
を使用するために、限流抵抗等を用いる電源装置ではそ
の発熱量が大きくなり形状・コストが増大した。

更に、近年の光学式読み取り装置の性能には、高スピー
ド化・カラー化・高鮮明度化等が求められ、これを満足
するには光のリップル率「（光のリップル率ｒは交流成
分の最大−最小・１００／直流平均値で表す）が８％程
度以下となるハロゲン電球用点灯装置が必要となった。

例えば先の位相制御の方式では全点灯の状態ですでに光
のリップル率ｒが８％程度であり、５０％調光すると光
のリップル率ｒは１６％を越えてしまう。そのため調光
によるコピーの濃淡の調整が効果的に行えないという問
題があった。

従って、光のリップル率「のより小さい直流電源を用い
て、直流電圧を交互に反転させ負荷であるハロゲン電球
に印加する構成のハロゲン電球用点灯装置が用いられた
。

第２図は、このような装置の一例を示すものであり、そ
の構成は、交流電源Ｅに整流器ＤＢと平滑コンデンサＣ
Ｏとの並列回路を介挿して接続したチョッパ回路Ｆと、
このチョッパ回路Ｆの出力両端に交互に反転動作する切
替スイッチＳ１．Ｓ２を介して接続されるハロゲン電球
りとより成るものである。

第３図に示すものは、第２図に示す基本構成に基づいた
具体的な回路構成図である。その構成は、先の第２図に
対応させると、倍電圧整流回路Ａは整流器ＤＢと平滑コ
ンデンサＣＯとの回路に、トランジスタＴｒｉ、　Ｔｒ
２は切替スイッチＳｔ、Ｓ２に、トランジスタＴ　ｒ３
．　　Ｔ　ｒ４とダイオードＤ３゜Ｄ４．Ｄ５．Ｄ６と
インダクタンス要素Ｌ１とコンデンサＣとで構成された
回路はチョッパ回路Ｆに相当するものである。

これらのトランジスタの動作状態は第５図に示している
。

ここで、トランジスタＴｒｉとトランジスタＴｒ２とは
交互に反転動作する。また、トランジスタＴｒ３はトラ
ンジスタＴｒ２がオン状態の時に高繰り返し周波数にて
オン・オフ動作する。そして、トランジスタＴｒ４はト
ランジスタＴｒｉがオン状態の時に高繰り返し周波数に
てオン・オフ動作する。

このときハロゲン電球りの両端電圧Ｖしは、第５図に示
すＶＬのようになり、この電圧を並列接続されるコンデ
ンサＣにより平滑されて矩形波状の電圧波形となる。

このように構成したので、負荷であるハロゲン電球しめ
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、直
流電圧を高周波電圧に一旦変換した後に直流電圧を得る
ためのチョッパ回路Ｆを用いているので、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（例えば数十にＨｚ）等を使用
することになりコストが上昇するという問題があった０ また、トランジスタＴｒ３　（Ｔｒ４）がオン状態のと
きに万一トランジスタＴｒｉ　（Ｔｒ２）がオン状態に
なった場合には、平滑用コンデンサＣ１，Ｃ２に充電さ
れている電荷が、平滑用コンデンサＣ１゜Ｃ２→トラン
ジスタＴｒ３→トランジスタＴｒｉ（）ランジスタＴｒ
４→トランジスタＴ　ｒ２）→平滑用コンデンサＣ１，
Ｃ２の短絡回路にて一瞬に放電され、これらのトランジ
スタに過大なストレスが加わり短寿命になるという問題
もあった。この同時オン状態を防ぐために、大容量のス
イッチング素子の比較的長いターンオン・ターンオフす
る期間に加え同時オフする時間を加算する構成も考えら
れるが、この同時オフ期間が長くなると光のリップル率
ｒが上昇するという問題がある。

第４図に示すものは、インダクタンス要素Ｌｌｌ（Ｌ１
２）を設けて、同時オン時に発生する過大な電流を抑制
したものであるが、インダクタンス要素Ｌ１１．　　Ｌ
１２に蓄積されたエネルギーを効果的に放電する手段が
必要となる。

（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
用いるためにコストが上昇するのである。

更に、スイッチング素子が万一同時オンした場合には過
大な短絡電流が流れ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
を安全に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、交流電源に結合され少なくとも直列接続され
る第１のコンデンサと第２のコンデンサとを出力両端に
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
第１のコンデンサに結合され第３のコンデンサを出力両
端に備えて成る第１のチョッパ回路と、前記第２のコン
デンサに結合され第４のコンデンサを出力両端に備えて
成る第２のチョッパ回路と、前記第３のコンデンサと第
４のコンデンサとを直列接続して成る第１の直列回路と
、この第１の直列回路の出力両端に第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
が流れる負荷とを具備して成る電源装置にあって、前記
第３のコンデンサと第２のスイッチ要素との間及び前記
第４のコンデンサと第３のスイッチ要素との間にそれぞ
れ負荷電流検出手段を介挿したものである。

（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。

更に、第２及び第３のスイッチ要素が万一同時オン状態
になっても、負荷電流検出手段であるところの電流検出
トランスの１次巻線のインダクタンス成分により過大な
電流を防止できるのである。

（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図は本発明の一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Ｃ１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、この直流電源装置へと前記交流電源Ｅとの間に介
挿される第１のスイッチ要素ＳｗＯと、前記第１のコン
デンサＣ１に結合され第３のコンデンサＣ３を出力両端
に備えて成る第１のチョッパ回路１と、前記第２のコン
デンサＣ２に結合され第４のコンデンサＣ４を出力両端
に備えて成る第２のチョッパ回路２と、前記第３のコン
デンサＣ３と第４のコンデンサＣ４とを直列接続して成
る第１の直列回路と、この第１の直列回路の出力両端に
第２のスイッチ要素であるトランジスタＴｒｉと第３の
スイッチ要素であるＴｒ２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、前記第３のコン
デンサＣ３と第２のスイッチ要素Ｔｒｉとの間及び前記
第４のコンデンサＣ４と第３のスイッチ要素Ｔｒ２との
間にそれぞれ介挿して成る負荷電流検出手段３．４とか
らなるものである。

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ＤＩ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Ｃ１゜Ｃ２を同一極性にて直列に接続して形成
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するオン・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１のチョッパ回路１は、第１のコンデンサＣ１の両端
に高周波動作するトランジスタＴｒ３とインダクタンス
要素Ｌｌと第３のコンデンサＣ３とより成る直列回路が
接続され、このインダクタンス要素Ｌｌと第３のコンデ
ンサＣ３との直列回路と並列にダイオードＤ３が接続さ
れて構成されている。

第２のチョッパ回路２も同様に構成されている。

第２のスイッチ要素Ｔｒｉと第３のスイッチ要素Ｔｒ２
は、第１のコンデンサＣＩ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Ｔｒｉが所定期間オン
し、第３のスイッチ要素Ｔｒ２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は交流電源Ｅに同期して交互にオ
ンする。

負荷電流検出手段３．４は、電流検出トランスＰＴＩ、
ＰＴ２と、第１のスイッチ要素ＳｗＯのオン期間を制御
する制御部Ｂ１．Ｂ２とから構成されている。

動作状態を第５図に示すような各モードに分けて説明す
る。

（交流電源の正の半サイクル） 今、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
が直流電源装置Ａの入力端に印加される。この交流電圧
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ＤＩ→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。

第１のコンデンサＣＩが充電されると、第１のチョッパ
回路１が動作を開始する。そして、トランジスタＴｒ３
オン時には、第１のコンデンサＣ１から→オン状態のト
ランジスタＴｒ３→インダクタンス要素Ｌｌ→第３のコ
ンデンサＣ３→第１のコンデンサＣＩに至る閉回路に電
流が流れ、トランジスタＴｒ３オフ時には、インダクタ
ンス要素Ｌｌから第３のコンデンサＣ３→ダイオードＤ
３→インダクタンス要素Ｌ１に至る閉回路に電流が流れ
て、第３のコンデンサＣ３の両端に直流電圧が生じる。

このとき、トランジスタＴｒｉはオン状態を維持し、ト
ランジスタＴ、ｒ２はオフ状態を維持する。そして、負
荷であるハロゲン電球りは、平滑用の第３のコンデンサ
Ｃ３の両端に電流検出トランスＰＴ１の１次巻線を介し
て接続され、直流電力の供給を受ける。

次に、所定時間経過すると、第１のスイッチ要素ＳｗＯ
がオン状態からオフ状態に移行し、第１のコンデンサＣ
１の充電は中断される。そして、第１のコンデンサＣ１
の両端電圧はこの時点で最も高くなる。（この電圧をＶ
１電圧とする）これ以降は第１のコンデンサＣ１に充電
されている電荷が、第１のコンデンサＣ１→第１のチョ
ツパ回路１→ハロゲン電球Ｌ→第１のコンデンサＣ１に
至る閉回路に放電され、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ハロゲン電
球りの両端電圧ＶＬは徐々に低下する。従って、交流電
源Ｅの正負の反転直前においてハロゲン電球りの両端電
圧ＶＬは最も低下する。（この電圧をＶ２電圧とする） （交流電源の負の半サイクル時） 次に、交流電源Ｅの正負が反転すると、トランジスタＴ
ｒｉがオン状態からオフ状態に移行し、トランジスタＴ
ｒｉ、　Ｔｒ２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ＶＬは一瞬零となる。

以下光の動作状態の繰り返しで、第１のスイッチ要素Ｓ
ｗＯがオフ状態からオン状態に移行し、トランジスタＴ
ｒｉはオフ状態を維持し、トランジスタＴｒ２はオフ状
態からオン状態に移行する。第１のスイッチ要素ＳｗＯ
は所定期間後にオフ状態となる。　ここで、負荷電流検
出手段３，４は、電流検出トランスＰＴ１．ＰＴ２の２
次巻線に負荷電流に応じた電圧を検出し、制御部Ｂ１．
Ｂ２から制御信号を出力して第１のスイッチ要素ＳｗＯ
のオン期間を調整している。

次に、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波形は略矩形波
状（光のリップル率ｒは（Ｖｌ　−Ｖ２）　・１００／
直流平均電圧値で表される）の電圧波形となり、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、それぞれのコンデンサＣ１，Ｃ２への充電電荷量
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。

さらに、第２及び第３のスイッチ要素であるトランジス
タＴｒｉ、　Ｔｒ２が万一同時オン状態になっても電流
検出トランスＰＴ１．ＰＴ２の１次巻線のインダクタン
ス成分により、過大な電流を防止でき回路の信頼性及び
安全性が向上する。

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りであればどの
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　ｗＯ，Ｓ　ｗｌ
。

３ｗ２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ＭＯ３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ものである。

更に、第２及び第３のスイッチ要素が万一同時オン状態
になっても、負荷電流検出手段であるところの電流検出
トランスの１次巻線のインダクタンス成分により過大な
電流を防止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
図乃至第４図は従来例を示す回路構成図、第５図は動作
を説明するためのタイムチャートである。 １・・・第１のチョッパ回路、２・・・第２のチョッパ
回路、３．４・・・負荷電流検出手段、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、Ｃ３・・・第３のコ
ンデンサ、Ｃ４・・・第４のコンデンサ、ＳｗＯ・・・
第１のスイッチ要素、Ｔｒｉ・・・第２のスイッチ要素
、Ｔｒ２・・・第３のスイッチ要素、Ｌ・・・負荷。 第１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直列接続される第１
   のコンデンサと第２のコンデンサと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、 前記第１のコンデンサに結合され第３のコンデンサを出
   力両端に備えて成る第１のチョッパ回路と、 前記第２のコンデンサに結合され第４のコンデンサを出
   力両端に備えて成る第２のチョッパ回路と、 前記第３のコンデンサと第４のコンデンサとを直列接続
   して成る第１の直列回路と、 前記第１の直列回路の出力両端に第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具備して成る電源装置にあって、 前記第３のコンデンサと第２のスイッチ要素との間及び
   前記第４のコンデンサと第３のスイッチ要素との間にそ
   れぞれ負荷電流検出手段を介挿したことを特徴とする電
   源装置。