JPH0487567A - インバータ装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、商用交流電圧を入力とし、負荷を高周波で駆
動するインバータ装置に間するものであり、例えば、放
電灯を高周波点灯する用途に利用されるものである。

［従来の技術］ 従来、商用電源の交流電圧を整流平滑した直流電圧をイ
ンバータによって高周波に変換して放電灯に供給し、放
電灯を高周波点灯させる放電灯点灯装置が広く用いられ
ている。この種の点灯装置において、商用交流電圧の整
流出力を平滑しているのは、放電灯に供給される高周波
電流の包絡線が商用交流電圧の周期で変動しないように
することにより、放電灯の発光効率を向上させて装置の
消費電力を少なくし、また、光のちらつきを無くして、
照明装置としての性能を向上させるためである。

しかしながら、商用交流電圧を整流平滑すると、商用電
源から平滑コンデンサへ流入する電流が商用交流電圧の
ピーク値付近でのみ流れることになり、商用交流電圧の
半サイクル毎に休止期間を持つピーク値の高い入力電流
となるため、入力力率が悪く、また交流基本周波に対し
て多くの高次高調波成分を含むことになり、同じ交流配
電系につながれる他の機器への高周波ノイズの混入等の
悪影響があった。そのため、入力電流の力率を高くする
と共に、高調波成分を低減し、且つ可能な限り平坦な直
流平滑電圧をインバータに供給するために、以下に述べ
るように、各種の提案がなされている。

良鷹ｎ 第１３図は特願昭６３−１６０１６３号に示されている
回路であり、商用電源ＡＣの交流電圧を整流回路ＤＢに
より整流し、インダクタＬ０と第１の平滑コンデンサＣ
３により平滑してインバータＩＮＶに入力し、インバー
タＩＮＶの高周波出力にて放電灯Ｌａを点灯する装置に
おいて、インバータＩＮＶの一部から帰還した電流によ
り第２の平滑コンデンサＣ０を充電し、スイッチング素
子Ｑ０を介して第２の平滑コンデンサＣ６の電圧をイン
ダクタＬ０に断続的に印加させるように構成したもので
ある。トランジスタＱ０のオン期間では、第２のコンデ
ンサＣ０の電圧がインダクタＬ。

に加わって、インダクタＬ０にエネルギーが蓄積され、
トランジスタＱ。のオフ期間では、インダクタし。の自
己誘導電圧が全波整流出力に重畳されて、第１の平滑コ
ンデンサＣ１に充電される。

インダクタＬ０の自己誘導電圧は商用電源ＡＣの瞬時電
圧値が低い期間では有効に重畳され、第１の平滑コンデ
ンサＣ１へ商用電源ＡＣからの入力電流Ｉｉｎを流すこ
とができるので、商用電源ＡＣからの入力電流Ｉｉｎの
休止期間が無くなり、放電灯Ｌａに流れる電流■Ｌａが
安定すると共に、入力力率が高くなり、入力電流の高調
波成分が低減される。しかしながら、この従来例にあっ
ては、第２の平滑コンデンサＣｏとその充電手段を必要
とすると共に、整流回路ＤＢの全波整流出力に重畳させ
る電圧源を作るために、インダクタし。やスイッチング
素子Ｑ０が必要となり、装置コストが高価になるという
欠点があった。

【１肚え 第１４図は特願平１−２５２１７５号に示されている回
路であり、商用電源ＡＣの交流電圧は整流回路ＤＢによ
って整流され、インダクタＬ０及びダイオードＤ０の直
列回路を介して平滑コンデンサＣ１に印加される。平滑
コンデンサＣ３には、インダクタし、とコンデンサＣ９
の並列共振回路を介してスイッチング用のトランジスタ
Ｑ、が接続されている。上記並列共振回路には、インダ
クタＬ８を介して放電灯Ｌａが接続されており、放電灯
Ｌａの非電源側端子間にはコンデンサＣ２が接続されて
いる。トランジスタＱ、のベースには数１０ＫＨｚの周
波数のスイッチング信号が入力される。

これにより、−石インバータ回路が構成されている。ま
た、トランジスタＱ１のオン・オフにより、コレクタに
発生した高周波電圧はコンデンサＣｍを介してインダク
タＬ０とダイオードＤ。の接続点に印加される。これに
よりダイオードＤ０は入力商用電源ＡＣの周波数よりも
高い周波数でオンオフを繰り返し、交流入力電流は入力
交流電圧の瞬時値が低いところでも導通期間を持つよう
になる。つまり、トランジスタＱ１がオンの期間では、
整流回路ＤＢからインダクタＬ０を通りコンデンサＣ３
に電流が流れ、このコンデンサＣ＠が充電される。コン
デンサＣ８が徐々に充電されてダイオードＤ０のアノー
ド電圧が上昇し、平滑コンデンサＣ３の電圧以上になる
と、ダイオードＤ０がオンとなり、インダクタＬ０が昇
圧要素として働き、整流回路ＤＢからインダクタＬ０を
介して電流が流れ、平滑コンデンサＣ１を充電する。

この方式においては、インダクタＬ６とダイオードＤ０
の接続点の電位をスイッチング素子で直接的に変化させ
るものではなく、コンデンサＣｓを介して間接的に変化
させているので、平滑コンデンサＣ２の両端の電圧が余
り上昇しない、そして、第１５図（ａ）に示すように、
入力電流Ｉｉｎの包路線を入力電圧Ｖｉｎに比例させる
ことができ、第１５図（ｂ）に示す比較例と対比すると
、入力電流Ｉｉｎの高調波成分を低減させ、入力力率を
向上させることができるという利点を持っている。しか
しながら、この場合、ダイオードＤ０のアノード電位を
変化させるために、整流回路ＤＢとダイオードＤ０との
間には、何らかのインピーダンス要素が必要である。し
かも、平滑コンデンサＣ１を充電させ、入力電流歪みを
改善し、完全平滑させるには、人、実電圧が低いときに
も、平滑コンデンサＣ１の両端電圧を越える電圧の発生
が必要である、つまり、昇圧作用が必要である。したが
って、整流回路ＤＢとダイオードＤ０との間には、昇圧
チョッパーとして作用するインダクタＬ１が必要となり
、装置コストが高価になるという欠点があった。

［発明が解決しようとする課題〕 本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、昇圧チョッパーとして作用す
る高価なインダクタを用いることなく、安価なコンデン
サを付加し、このコンデンサの極性をインバータの共振
作用を利用して反転させ、その電荷を入力電流に帰還さ
せることにより、入力電流の高調波成分を低減し、入力
力率を改善したインバータ装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第１
図に示すように、商用電源ＡＣの交流電圧を整流する整
流回路ＤＢと、整流された電圧を平滑する平滑コンデン
サＣＩと、平滑コンデンサＣ３の電圧を高周波に変換し
て負荷（放電灯Ｌａ）に印加するインバータＩＮＶとを
備える装置において、商用電源ＡＣから整流回路ＤＢと
インバータＩＮＶを介して充電され、インバータＩＮＶ
の共振作用により極性を反転される力率改善用のコンデ
ンサＣ１を備えることを特徴とするものである。

［作用］ 本発明にあっては、このように、商用電源ＡＣから整流
回路ＤＢとインバータＩＮＶを介して充電され、インバ
ータの共振作用により極性を反転される力率改善用のコ
ンデンサＣ８を備えるものであるから、比較的安価なコ
ンデンサＣ１を備えるだけで、商用電源ＡＣから入力電
流が流れている期間を実質的に長くすることができ、入
力電流の高調波成分を低減できると共に、入力力率を改
善できるものである。

本発明の更に詳しい構成及び動作については、以下に述
べる実施例の説明において一層明らかとされる。

［実施例１］ 第１図は本発明の一実施例の回路図である０本実施例で
は、商用電源ＡＣからの入力交流電圧をダイオードＤ、
〜Ｄ４のブリッジ回路ＤＢにより整流し、ダイオードＤ
５を介してコンデンサＣ１により平滑している。この平
滑コンデンサＣ１に得られた電圧は、インダクタし、と
トランジスタＴ「の直列回路に印加されており、トラン
ジスタＴｒの両端には、インダクタＬ２を介して放電灯
Ｌａが接続されている。放電灯Ｌａの非電源側端子間に
は、コンデンサＣ２が並列接続されている。インダクタ
Ｌ２の２次巻線り、はベース抵抗Ｒ２を介してトランジ
スタＴｒｌのベース・エミッタ間に接続されている。ダ
イオードＤ、とインダクタＬ１の直列回路には、コンデ
ンサＣ１が並列的に接続されており、これが本発明の特
徴的構成となっている。

インダクタＬ１とコンデンサＣ１はＬＣ共振回路を構成
しており、インダクタＬ２は限流用のパラストインダク
タであり、コンデンサＣ２は放電灯Ｌａのフィラメント
予熱用である。

抵抗Ｒ１、コンデンサＣ４、ダイアックＤ　Ａ　＋は起
動回路を構成している。抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ
４が充電され、その電圧がダイアックＤＡｌの降伏電圧
に達すると、ダイアックＤＡ、ｈ：導通し、コンデンサ
Ｃ４からトランジスタＴｒ＋のベース電流を供給して、
インバータＩＮＶの発振を開始させる。インバータＩＮ
Ｖの発振動作は、インダクタＬ２を介して流れる負荷電
流を２次巻線Ｌ３を介してトランジスタＴｒ、のベース
・エミッタ間に帰還させることにより維持される。イン
バータＩＮＶが自動発振動作を開始した後は、トランジ
スタＴｒｌのコレクタ電位が周期的に低下するので、ダ
イオードＤ６を介してコンデンサＣ４の電荷が放電され
、上述の起動回路は動作を停止する。

トランジスタＴｒ１には、ダイオードＤｔが逆並列接続
されている。このダイオードＤ、は、インバータＩＮＶ
の共振エネルギーに起因する電流を通電するために設け
られている。

以下、本実施例の動作を説明する。まず、トランジスタ
Ｔｒ＋がＯＮのときには、第２Ｗ（ａ）に示すように、
商用電源ＡＣより整流回路ＤＢ、コンデンサＣ３、トラ
ンジスタＴｒ＋を通して再び商用電源ＡＣへ戻る電流（
破線■参照）と、平滑コンデンサＣＩよりインダクタＬ
、、トランジスタＴｒ＋を介してコンデンサＣ１へ戻る
電流（実線■参照）が流れる０次に、トランジスタＴｒ
ｌがＯＦＦすると、第２図（ｂ）に示すように、インダ
クタＬ、の蓄積エネルギー及びコンデンサＣ３の蓄積電
荷により、インダクタし３、コンデンサＣ１、ダイオー
ドＤ５を介して電流（破線■参照）が流れて、コンデン
サＣ５の極性が反転する。そして、極性が反転したコン
デンサＣ３に蓄えられている電荷は、第１図に示すイン
ダクタＬ２、放電灯Ｌａ、ダイオードＤ。

又はり１、交流電源ＡＣ、ダイオードＤ２又はＤｌ、コ
ンデンサＣコの紅路で放電される。したがって、結局、
コンデンサＣ１に蓄えられた電荷をインダクタＬ１との
共振で極性反転させ、ダイオードＤ５によりその電荷の
放電を入力電源へ帰還させることができるものである。

第３図に本実施例の動作波形を示す、コンデンサＣコに
よる商用電源ＡＣへの高周波の帰還電流と、平滑用コン
デンサＣ１への低周波の充電電流を合成した電流が、入
力電流波形となる。このように、本実施例では、入力電
圧のピーク時以外でも入力を流が流れており、入力力率
が顕著に改善される。

［実施例２］ 第４図に示す実施例は、整流回路ＤＢの出力側にインダ
クタＬ４を直列的に挿入して高周波電流の谷埋めを行い
、入力電流を滑らかにしたものである。この実施例では
、インダクタＬ４の存在によりコンデンサＣ３の電圧が
昇圧されるので、商用電源ＡＣから平滑用のコンデンサ
Ｃ３への低周波の充電電流が無くなる。したがって、第
５（２Ｉに示すような入力電流波形となる。

［実施例３〕 第６図に示す実施例は、整流回路ＤＢの入力側にインダ
クタＬ４を直列的に挿入した回路であり、その動作波形
を第７図に示す０本実施例では、コンデンサＣ１からの
高周波の帰還電流（第７図（ｂ）参照）が、インダクタ
Ｌ４の作用により、低周波の正弦波包路線を備える電流
（第７図（ｄ）参照）として交流電源ＡＣへ帰還され、
残りの電流（第７図（ｃ）参照）は整流回路ＤＢを構成
するダイオードＤ３、Ｄ、又はＤ４、Ｄ２を通じて、コ
ンデンサＣ１へ帰還される。さらに、商用電源ＡＣへ帰
還された電流（第７１Ｍ（ｄ）参照）は、インダクタし
、の作用により谷埋めされて、低周波の正弦波電流（第
７図（ｅ）参照）となる、この場合もインダクタＬ４の
作用により谷埋めされた電流で平滑用コンデンサＣ１が
充電され、その電圧が昇圧されることになる。

［実施例４］ 第８図に示す実施例は、整流回路ＤＢの入力側と出力側
にそれぞれインダクタＬ　＝　、　Ｌ　ｓを挿入したも
のである０本実施例の場合も、上述の実施例３と同様に
、入力電流は休止区間の無い正弦波状の電流波形となる
。

［実施例５］ 第９図に示す実施例は、２個のトランジスタＴ　ｒ　、
　。

Ｔｒ２が交互にオン・オフすることにより、インダクタ
し２とコンデンサＣ９及びＣ６が共振動作を行うハーフ
ブリッジ形のインバータＩＮＶを用いている。商用電源
ＡＣの交流電圧は、インダクタＬ。

を介して整流回路ＤＢにより整流され、ダイオードＤ、
を介してコンデンサＣＩに直流電圧が充電される。コン
デンサＣＩの電圧は、トランジスタＴ　ｒ　１゜Ｔｒ２
の直列回路に印加される。各トランジスタＴ’　＋　ｔ
　Ｔ　ｒ　２には、それぞれダイオードＤ、、Ｄ、が逆
並列接続されている。トランジスタＴｒ２の両端には、
インダクタＬ２とコンデンサＣ１の直列回路が接続され
ており、コンデンサＣ９の両端には、コンデンサＣ７を
介して放電灯Ｌａが接続されている。放電灯Ｌａの非電
源側端子間には、コンデンサＣ２が並列接続されている
。インダクタＬ２とコンデンサＣ５の接続点は、コンデ
ンサＣ６を介して、ダイオードＤ、と整流回路ＤＢの接
続点に接続されている。

以下、本実施例の動作について説明する。まず、トラン
ジスタＴ　ｒ　＋がＯＮ、トランジスタＴｒ２がＯＦＦ
のとき、コンデンサＣ６には、平滑コンデンサＣＩ、ト
ランジスタＴｒ＋、インダクタし２、コンデンサＣ６の
経路で共振電流が流れる（第１０図の実線参照）、コン
デンサＣ６には、交流電源ＡＣ、トランジスタＴｒ、、
インダクタＬ２、コンデンサＣ６の経路で共振電流が流
れる（第１０図の破線参照）。

次に、トランジスタＴｒ＋がＯＦＦ、トランジスタＴｒ
２がＯＮのときには、コンデンサＣ５、インダクタＬ２
、トランジスタＴｒ２の経路で共振電流が流れて、コン
デンサＣ５の極性が反転する（第１１図の実線参照）、
また、コンデンサＣ６、インダクタＬ２、トランジスタ
Ｔｒｚ、ダイオードＤ、の経路での共振電流が流れて、
コンデンサＣ６の極性も反転する（第１１図の破線参照
）、シたがって、この回路においても、コンデンサＣ６
の共振電流が入力電源側へ帰還されるため、インダクタ
し４等で谷埋めを行うことで、休止区間の無い入力電流
、あるいは高調波成分の少ない正弦波状の電流にするこ
とができる。

［実施例６］ 第１２図に示す実施例は、インダクタＬ４を整流回路Ｄ
Ｂの出力側に配置している。また、コンデンサＣ１とダ
イオードＤ、は、実施例５とは逆に配置している。さら
に、インバータＩＮＶの負荷回路は、トランジスタＴｒ
＋の側に並列接続している。この実施例においても、上
述の実施例５と同様の動作が実現できる。

［発明の効果］ 本発明にあっては、上述のように、商用電源の交流電圧
を整流する整流手段と、整流された電圧を平滑する平滑
コンデンサと、平滑コンデンサの電圧を高周波に変換し
て負荷に印加するインバータとを備える装置において、
商用電源から整流手段とインバータを介して充電され、
インバータの共振作用により極性を反転される力率改善
用のコンデンサを備えたものであるから、昇圧チョッパ
ーとして作用するインダクタを用いなくても、共振要素
として作用する比較的安価なコンデンサを付加するだけ
で、商用電源からの入力電流の高調波成分を低減し、入
力力率を改善できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の回路図、第２図は同上の
動作説明のための回路図、第３図は同上の動作波形図、
第４図は本発明の第２実施例の回路図、第５図は同上の
動作波形図、第６図は本発明の第３実施例の回路図、第
７図は同上の動作波形図、第８図は本発明の第４実施例
の回路図、第９図は本発明の第５実施例の回路図、第１
０図及び第１１図は同上の動作説明のための回路図、第
１２図は本発明の第６実施例の回路図、第１３図は従来
例の回路図、第１４図は他の従来例の回路図、第１５図
は同上の動作説明のための波形図である。 ＡＣは商用電源、ＤＢは整流回路、Ｃ１は平滑コンデン
サ、Ｃ１は力率改善用のコンデンサ、ＩＮＶはインバー
タ、Ｌａは放電灯である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）商用電源の交流電圧を整流する整流手段と、整流
   された電圧を平滑する平滑コンデンサと、平滑コンデン
   サの電圧を高周波に変換して負荷に印加するインバータ
   とを備える装置において、商用電源から整流手段とイン
   バータを介して充電され、インバータの共振作用により
   極性を反転される力率改善用のコンデンサを備えること
   を特徴とするインバータ装置。