JPH0487568A - 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関するものであり、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。

微速ｔｌ 第６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Ｃ１
により平滑してインバータＩＮＶに入力し、インバータ
ｒＮＶ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Ｃ８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Ｃ２に充電される。インダクタし。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Ａ
Ｃからの入力電流ｆｉｎ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ＩＬａ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Ｃ６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Ｌ０やスイッチング素子Ｑ、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股λ１ 第７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Ｄ。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ＣＩには、インダクタＬ９とコンデンサＣ１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Ｔ
ｒが接続されている。上記並列共振回路には、インダク
タＬｓを介して放電灯Ｌａが接続されており、放電灯Ｌ
ａの非電源側端子間にはコンデンサＣ１が接続されてい
る。トランジスタＴｒ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Ｔｒ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Ｃ８を介してインダク
タＬ０とダイオードＤ０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Ｔｒ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Ｃ
ａに電流が流れ、このコンデンサＣ１が充電される。コ
ンデンサＣ，が徐々に充電されてダイオードＤ。のアノ
ード電圧が上昇し、平滑コンデンサＣ１の電圧以上にな
ると、ダイオードＤｏ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ＣＩを充電する。

この方式においては、インダクタＬ０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Ｃ。

を介して間接的に変化させているので、平滑コンデンサ
Ｃ１の両端の電圧が余り上昇しない、そして、第８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８図（ｂ）に示す比
敦例と対比すると、入力ＩＥ流ｆｉｎ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
を待っている。しかしながら、この場合、ダイオードＤ
０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、入力
電圧が低いときにも、平滑コンデンサＣ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Ｌ
１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、インバータの第
１の共振回路とは別に第２の共振回路を付加し、インバ
ータのスイッチング素子を共用して第２の共振回路にス
イッチング電流を流し、そのスイッチング電流を入力電
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Ｃ３と、平滑コンデンサＣ７の電圧を電源として、ス
イッチング素子Ｑ１゜Ｑ２のオン／オフにより高周波の
出力を発生する第１の共振回路１とを有し、この高周波
の出力により負荷（放電灯Ｌａ）に電力を供給するイン
バータ装置において、第１の共振回路１とスイッチング
素子Ｑ、、Ｑ２を共用し、スイッチング素子ＱＱ２のオ
ン／オフによるスイッチング電流を商用電源ＡＣに帰還
する第２の共振回路２を設けた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、第１の共振回路１とス
イッチング素子Ｑ、、Ｑ２を共用し、スイッチング素子
Ｑ、、Ｑ２のオン／オフによるスイッチング電流を商用
電源ＡＣに帰還する第２の共振回路２を設けたものであ
るから、比較的安価な第２の共振回路２を付加するだけ
で、商用電源ＡＣが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６本実施例で
は、商用電源ＡＣからの入力交流電圧を整流回路ＤＢに
より整流し、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に
より平滑している。平滑コンデンサＣ４に得られた電圧
は、スイッチング素子Ｑ、、Ｑ２の直列回路に印加され
ている。片側のスイッチング素子Ｑ２の両端には、イン
ダクタＬ１とコンデンサＣ１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Ｃ４が並列接続されている。インダクタＬ１の２次巻
線はバイポーラトランジスタよりなるスイッチング素子
Ｑ、、Ｑ２のベース・エミッタ間にそれぞれ抵抗Ｒ２、
Ｒ３を介して接続されている。スイッチング素子Ｑ　１
．　Ｑ　２の接続点は、インダクタＬ２とコンデンサＣ
２の直列回路を介して、整流口路ＤＢとダイオードＤ、
の接続点に接続されている。

スイッチング素子Ｑ　１．　Ｑ　２は第１の共振回路１
と第２の共振回路２とで共用されている。第１の共振回
路１の共振要素は主としてインダクタＬ１とコンデンサ
Ｃ４であり、コンデンサＣ１は直流成分カット用のカッ
プリングコンデンサである。インダクタＬ１に流れる共
振電流は、その２次巻線を介してバイポーラトランジス
タよりなるスイッチング素子Ｑ、、Ｑ２のベース・エミ
ッタ間に帰還されて、自励発振動作が行われる。

この自動発振動作を開始させるために、起動回路３が設
けられている。起動回路３では、抵抗Ｒを介してコンデ
ンサｃ６が充電され、その電圧が電圧応答素子Ｑ、の降
伏電圧に達すると、電圧応答素子Ｑ、が導通し、バイポ
ーラトランジスタよりなるスイッチング素子Ｑ２のベー
スに起動用の電流を供給して、自動発振動作を開始させ
る。自励発振動作が開始した後は、スイッチング素子。

２のコレクタ電位が周期的に低下するので、ダイオード
Ｄ２を介してコンデンサｃ６の電荷が放電され、起動回
路３は動作を停止する。

第２図はスイッチング素子Ｑ、がオンで、スイッチング
素子Ｑ２がオフしたときの動作を示している。まず、第
１の共振回路１には、コンデンサＣからスイッチング素
子Ｑ、、インダクタＬ、、カップリングコンデンサＣ３
、放電灯ＬａとコンデンサＣ１の並列回路を介して、コ
ンデンサＣＩに戻る経路で共振電流■が流れる（第２図
の実線参照）０次に、第２の共振回路２には、商用電源
ＡＣから整流回路ＤＢ、スイッチング素子Ｑ２、インダ
クタＬ２、コンデンサＣ２、整流回路ＤＢ、商用電源Ａ
Ｃの経路で共Ｓ電流■が流れる（第２図の破線参照）。

第３図はスイッチング素子Ｑ、がオフで、スイッチング
素子Ｑ２がオンのときの動作を示している。

まず、第１の共振回路１には、インダクタＬ、とコンデ
ンサＣ４の振動エネルギーにより、インダクタＬ、、ス
イッチング素子Ｑ２、放電灯Ｌａと共振コンデンサＣ１
の並列回路、カップリングコンデンサＣ７の経路で共振
電流■が流れる（第３図の実線参照）０次に、第２の共
振回路２には、インダクタＬ２とコンデンサＣ２の振動
エネルギーにより、コンデンサＣ２、インダクタＬ２、
スイッチング素子Ｑ２、ダイオードＤ１、コンデンサＣ
２の閉回路で共振電流■が流れる（第３図の破線参照）
。

これにより、共振コンデンサＣ２の電荷が放電される。

このように、スイッチング素子Ｑ　＝　、　Ｑ　２のオ
ン／オフにより第１の共振回路１に第１の共振電流■、
■を流して放電灯Ｌａに電力を供給し、同時に、第２の
共振回路２に第２の共振電流■、■を流して商用電源Ａ
Ｃにスイッチング電流を帰還させている。

第４図に本実施例における商用電源ＡＣからの入力電流
の波形を示す、第１の共振回路１の電源となる平滑用の
電解コンデンサＣ３は、第４図（ａ）に示すような入力
電流で充電され、また、第２の共振回路２には、スイッ
チング素子Ｑ、、Ｑ、のオン／オフにより、第４図（ｂ
）に示すような６０Ｈｚ（又は５０Ｈｚ）の商用周波数
の正弦波状の包絡線を有するスイッチング電流が流れる
。この電流波形は、フィルター回路（図示せず）にて、
はぼ正弦波状の入力電流に整形される。このため、第４
図（ａ）　、　（ｂ）に示す２つの入力電流を合成した
第４図（ｅ）に示す電流波形が、本実施例の入力電流波
形となる。このように、全区間で入力電流が流れている
ために、入力力率が高く、交流基本周波に対して高次高
調波成分の少ない入力電流が流れることになる。

［実施例２］ 第５図は本発明の他の実施例の回路図である。

本実施例では、上述の実施例１のスイッチング素子Ｑ２
の代わりに、コンデンサＣ７とインダクタし。

の共振回路を配置したものであり、第１の共振回路１は
バイポーラトランジスタよりなるスイッチング素子Ｑ１
、インダクタし１、コンデンサＣ１、インダクタＬ１、
カップリングコンデンサＣ，，放電灯Ｌａとコンデンサ
Ｃ１の並列回路にて構成され、電解コンデンサＣ１の充
電電荷を電源として発振する自動発振回路である。その
回路動作も実施例１とほぼ同じであり、起動抵抗Ｒ３に
流れる電流によりスイッチング素子Ｑ、を起動した後、
インダクタＬ１に流れる共振電流を２次巻線を介してス
イッチング素子Ｑ、のベースに帰還させることによりス
イッチング素子Ｑ１をオン／オフさせて、放電灯Ｌａに
高周波の電力を供給している。第２の共振回路２は、イ
ンダクタＬ２、コンデンサＣ２で構成され、実施例１と
同じく、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフで商用電源
ＡＣにスイッチング電流を帰還している。入力電流波形
も第４図とほぼ同じような波形となり、高入力力率で、
高次高調波成分の少ない入力電流波形が得られる。

以上の実施例の説明では、自動式回路を例示したが、他
励式回路であっても構わない、要するに、第１の共振回
路とスイッチング素子を共用し、商用電源に対してスイ
ッチング電流を帰還させる第２の共振回路を備えていれ
ば、回路方式は限定されない。

［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電源として、ス
イッチング素子のオン／オフにより高周波の出力を発生
する第１の共振回路とを有し、この高周波の出力により
負荷に電力を供給するインバータ装置において、第１の
共振回路とスイッチング素子を共用し、スイッチング素
子のオン／オフによるスイッチング電流を商用電源に帰
還する第２の共振回路を設けたものであるから、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、比
較的安価な第２の共振回路を付加するだけで、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図及び第３
図は同上の動作説明のための回路図、第４図は同上の動
作波形図、第５図は本発明の第２実施例の回路図、第６
図は従来例の回路図、第７図は他の従来例の回路図、第
８図は同上の動作説明のための波形図である。 １は第１の共振回路、２は第２の共振回路、ＡＣは商用
電源、ＤＢは整流回路、Ｃ１は平滑コンデンサ、Ｃ２、
Ｃ４は共振用のコンデンサ、Ｌ、、Ｌ２は共振用のイン
ダクタ、Ｌａは放電灯、Ｑ、、Ｃ２はスイッチング素子
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
   サの電圧を電源として、スイッチング素子のオン／オフ
   により高周波の出力を発生する第１の共振回路とを有し
   、この高周波の出力により負荷に電力を供給するインバ
   ータ装置において、第１の共振回路とスイッチング素子
   を共用し、スイッチング素子のオン／オフによるスイッ
   チング電流を商用電源に帰還する第２の共振回路を設け
   たことを特徴とするインバータ装置。