JPH0564460A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 チョッパ部とインバータ部との少なくとも一
つのスイッチング素子を共用する電源装置において、入
力電流歪の改善と出力の低周波リップル電圧の低減と回
路要素のストレス低減とを同時に達成する電源装置を得
る。 【構成】 交流電源ＡＣの交流電圧を電源フィルタＤを
介して脈動直流電圧に変換する整流部ＤＢを有し、この
脈動直流電圧をチョッパ用インダクタＬ１とインバータ
部Ａのスイッチング素子Ｑ１との直列回路で昇圧チョッ
パ動作を行い、インダクタＬ１に蓄積された電磁エネル
ギーをダイオードＤ２を介して平滑コンデンサＣ１に放
出して、平滑コンデンサＣ１を充電する。インバータ部
Ａは、この平滑コンデンサＣ１の電荷を電源として高周
波の発振動作を継続する。そして、制御部Ｃにより、チ
ョッパ用インダクタＬ１に流れる電流の連続性を維持す
れば、回路要素への過大なストレスが抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波電圧を出力する
電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば商用電源等の低周波の交流
電源の電圧を整流して直流電圧を得、高周波電圧に変換
して負荷に高周波電圧を供給する電源装置がよく用いら
れている。そして、負荷に供給される高周波電圧に含ま
れる低周波のリップル電圧成分をさらに低減させるため
に、交流電源電圧を整流した後に平滑コンデンサなどよ
り平滑することが多い。しかしながら、低周波リップル
電圧は低減されるものの、平滑コンデンサ等の挿入によ
り、交流電源から供給される入力電流に高調波成分が多
く、そのために入力力率は低いものとなる。

【０００３】そこで、低周波リップル電圧の低減と入力
力率の向上を同時に達成するために、発明者らは、図４
に示す回路構成を考えた。以下、その構成について説明
する。 交流電源ＡＣから電源フィルタＤを介して接続
される整流部ＤＢと、この整流部ＤＢの両端に接続され
平滑コンデンサＣ１を充電するチョッパ部Ｂと、前記平
滑コンデンサＣ１の両端に接続され負荷Ｌａ，制御部Ｅ
を含んで成るインバータ部Ａとから構成される。そし
て、インバータ部Ａとチョッパ部Ｂの少なくとも一つの
スイッチング素子Ｑ１を共用している。

【０００４】ここで、インバータ部Ａは、前記コンデン
サＣ１の両端に接続されるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２
の直列回路と、この各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と逆
並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２と、前記少なく
とも一方のスイッチング素子Ｑ２の両端に接続されるコ
ンデンサＣ２と負荷であるところの蛍光灯Ｌａとインダ
クタＬ２との直列回路と、蛍光灯Ｌａの電源側フィラメ
ント端子間に接続されるコンデンサＣ４と、蛍光灯Ｌａ
の非電源側フィラメント端子間に接続されるコンデンサ
Ｃ３と制御部Ｅとから構成され、平滑コンデンサＣ１の
直流電圧を高周波電圧に変換している。

【０００５】電源フィルタＤは、交流電源ＡＣと並列に
接続されるコンデンサＣＦと、交流電源ＡＣの一受電端
と整流部ＤＢの一入力端との間に挿入されて成るインダ
クタＬＦとから構成され、高周波雑音の交流電源側への
帰還を阻止している。

【０００６】チョッパ部Ｂは、チョッパ用インダクタＬ
１，スイッチング素子Ｑ１，ダイオードＤ２，平滑コン
デンサＣ１とから構成され、整流部ＤＢの両端にチョッ
パ用インダクタＬ１と前記インバータ部Ａのスイッチン
グ素子Ｑ１とが直列に接続され、スイッチング素子Ｑ１
オン時にインダクタＬ１に電磁エネルギーを蓄積し、ス
イッチング素子Ｑ１オフ時に電磁エネルギーをダイオー
ドＤ２を介して平滑コンデンサＣ１に放出している。

【０００７】次に、上記回路構成の動作状態を図５〜図
８を用いて説明する。まず、図７に示すものは、各部の
動作説明図であり、（ａ）はトランジスタ等のスイッチ
ング素子Ｑ１のコレクタ・エミッタ間電圧波形を示し、
（ｂ）は、スイッチング素子Ｑ１のコレクタ電流ＩC1波
形を示し、（ｃ）は、ダイオードＤ１の順方向電流ＩD1
波形を示し、（ｄ）は、トランジスタ等のスイッチング
素子Ｑ２のコレクタ電流いＩC2波形を示し、（ｅ）は、
ダイオードＤ２の順方向電流ＩD2波形を示し、（ｆ）
は、インダクタＬ１に流れるＩDC電流波形を示し、
（ｇ）は、インダクタＬ２に流れる電流ＩL2波形をそれ
ぞれ示している。

【０００８】図８に示すものは、商用電源等の低周波の
交流電源ＡＣに対応する各部の動作説明図であり、
（ａ）は、交流電源ＡＣの電源電圧波形を示し、（ｂ）
は、チョッパ用インダクタＬ１に流れる電流ＩDC波形を
示し、（ｃ）は、交流電源ＡＣから本電源装置への入力
電流波形を示し、（ｄ）は、平滑コンデンサＣ１の両端
電圧波形を示し、（ｅ）は、インバータ部Ａから出力さ
れる高周波電圧波形をそれぞれ示している。

【０００９】今、交流電源ＡＣからの交流電圧を受電す
ると、交流電源ＡＣ→電源フィルタＤ→整流部ＤＢの出
力端間に脈動直流電圧が発生する。この脈動直流電圧を
受けて、インバータ部Ａの制御部Ｅが制御動作を開始
し、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は交互にオンオフ駆
動を始める。整流部ＤＢの出力端間に発生した脈動直流
電圧は、チョッパ用インダクタＬ１を介してスイッチン
グ素子Ｑ１に印加され、このスイッチング素子Ｑ１のオ
ン動作により、インダクタＬ１にＩDC電流が流れ、電磁
エネルギーがインダクタＬ１に蓄積される。

【００１０】次に、スイッチング素子Ｑ１がオフ動作す
ると、インダクタＬ１に蓄積されたエネルギーは、イン
ダクタＬ１→ダイオードＤ２→平滑コンデンサＣ１→イ
ンダクタＬ１に至る閉回路に電流が流れ、平滑コンデン
サＣ１が充電される。この動作状態は、通常の昇圧チョ
ッパ回路の動作状態と同様に脈動直流電圧を昇圧して平
滑コンデンサＣ１が充電されている。インバータ部Ａ
は、この平滑コンデンサＣ１に昇圧されて充電された電
荷を直流電源として動作し、蛍光灯Ｌａに高周波電圧を
印加している。

【００１１】ここで、スイッチング素子Ｑ２の両端に接
続されているコンデンサＣ２，インダクタＬ２などの振
動回路の固有振動周波数よりも各スイッチング素子Ｑ
１，Ｑ２のオンオフするスイッチング周波数は高く設定
されている。従って、インダクタＬ２に流れる電流は、
遅れ位相の電流となっている。

【００１２】なお、図７に示す期間T1，T3は、スイッチ
ング素子Ｑ１オフ状態、スイッチング素子Ｑ２オン状態
の場合を示し、期間T2はスイッチング素子Ｑ１がオン状
態、スイッチング素子Ｑ２オフ状態を示している。この
とき、インダクタＬ２に流れる電流は、スイッチング素
子Ｑ１又はＱ２と、ダイオードＤ１又はＤ２とに分流し
て流れる。そして、スイッチング素子Ｑ１がオン状態の
場合には、オン状態のスイッチング素子Ｑ１に、インダ
クタＬ２に流れる電流の分流電流ＩC1’とインダクタＬ
１に流れるＩDCとの合成電流が流れ、スイッチング素子
Ｑ１がオフ状態の場合には、ダイオードＤ２に流れる電
流ＩD2は、インダクタＬ２に流れる電流の分流電流ＩD
2’と整流部ＤＢの出力電流ＩDCとの合成電流となる。

【００１３】また、図７に示す（ｂ）（ｅ）（ｆ）の想
像線部分は、低周波リップルによる各動作波形の変動状
態を示している。

【００１４】このように、インバータ部Ａの構成要素の
一部であるスイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ２とを
共用して、インダクタＬ１を付加することにより昇圧チ
ョッパ回路を構成できるので、回路構成が簡単になると
ともに、チョッパ部Ｂのチョッパ動作によりパルス状の
入力電流が広い区間流れて入力力率を改善することがで
きる。

【００１５】図５は説明のために図７（ｆ）、すなわち
インダクタＬ１に流れる電流波形と同様のものを示して
いる。今、時刻t1でスイッチング素子Ｑ１がオン状態と
なると、インダクタＬ１に流れる電流が徐々に増加す
る。時刻t2でスイッチング素子Ｑ１がオフ状態となる
と、インダクタＬ１に蓄積されている電磁エネルギーが
放出され、インダクタＬ１に流れる電流は徐々に減少す
る。

【００１６】時刻t3に至ると、ついにインダクタＬ１に
流れる電流が零になる。すると、スイッチング素子Ｑ
１,ダイオードＤ２等の浮遊容量に蓄えられた電荷によ
り、インダクタＬ１に逆方向の電流を流そうとする。そ
して、整流部ＤＢの浮遊容量を介して共振回路が形成さ
れ、時刻t3と時刻t4との期間（以下休止期間と称す。）
では、スイッチング素子Ｑ１，整流部ＤＢに過大な電圧
が印加され、部品の劣化を促進するという問題があっ
た。

【００１７】また、交流電源ＡＣの交流電圧波形が正弦
波の場合を考慮すると、交流電圧のピーク付近では休止
期間が短く、交流電圧の低い付近では休止期間が長くな
る傾向にあるので、図６に示すような入力電流波形とな
り、正弦波電圧を得る場合には何等かの補正回路が必要
となる。

【００１８】本発明は上記問題点を解決しようとするも
のである。なお、本発明と一見よくにていると思われる
出願として、図９、図１０に示すものがある（特公昭６
１−３０４００号公報参照）。このものは、脈動電圧の
瞬時値に応じてスイッチング素子の周波数、オンデュテ
ィーを可変する点で一見似ているが、そもそも放電灯な
どを安定に点灯させるインダクタ等の安定要素を半導体
に置き換えて小型化を図ろうとするものであり、本発明
のように低周波リップル電圧を負荷に供給し、かつ入力
電流の歪を改善して入力力率を高めようとするものと
は、目的、効果を全く異にするものであり、その構成も
異なることから全く別異の発明である。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来例において
は、低周波リップル電圧の低減と入力力率の向上を図る
ためにチョッパ部を用いると、部品点数の増大、回路の
複雑化を招くとともに、チョッパ用インダクタに流れる
電流に休止期間が発生し、スイッチング素子及び整流部
に過大なストレスが加わるという問題があった。

【００２０】本発明は、このような課題を解決しようと
するものであり、その目的とするところは、入力力率が
高く、低周波リップル電圧の少ない出力を得るととも
に、各回路要素へのストレスを低減することができる電
源装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、交流電源の交
流電圧を受けて直流電圧を出力する整流部と、この整流
部の出力端間に接続されるインダクタとスイッチング素
子との直列回路と、前記スイッチング素子のオフ時にイ
ンダクタに蓄積された電荷の放電により充電される平滑
コンデンサと、この平滑コンデンサの直流電圧を受けて
少なくとも前記スイッチング素子を含んで形成され高周
波電圧を出力するインバータ部と、前記インダクタに流
れる電流に休止期間が生じないように前記スイッチング
素子を制御する制御部とを備えたことを特徴としてい
る。

【００２２】

【作用 】本発明では、インダクタに流れる電流に休止
期間が生じないようにスイッチング素子を制御する制御
部を備えることにより、入力力率の改善と負荷に供給さ
れる低周波リップル電圧の低減とチョッパ用インダクタ
に流れる電流の連続性による各回路要素へのストレス低
減とをそれぞれ達成することができるものである。

【００２３】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示している。従来
例と異なる構成は制御部Ｃである。なお、従来例と同一
箇所には同一符号を付してその説明を省略する。

【００２４】制御部Ｃは、ダイオードＤ４，抵抗Ｒ３，
ツェナーダイオードＺＤ１，コンデンサＣ５からなる電
源回路と、抵抗Ｒ１，Ｒ２の同期回路と、抵抗Ｒ４，コ
ンデンサＣ７のタイマー回路と、ＩＣ２，ＩＣ３，Ｔ１
はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の駆動回路とから構成さ
れている。

【００２５】以下、動作状態を説明する。まず、交流電
源が印加されると、交流電源ＡＣ→電源フィルタＤ→整
流部ＤＢ→インダクタＬ１ダイオードＤ３→スイッチン
グ素子Ｑ１→整流部ＤＢ→電源フィルタＤ→交流電源Ａ
Ｃに至る閉回路にスイッチング素子Ｑ１オン状態のとき
に電流が流れる。そして、駆動回路ＩＣ２の出力がＬレ
ベルで駆動回路ＩＣ３の出力がＨレベルに変化すると、
スイッチング素子Ｑ１オフ状態、スイッチング素子Ｑ２
オン状態となり、先の従来例でも説明したように、イン
ダクタＬ１に蓄積されている電磁エネルギーが放出さ
れ、インダクタＬ１→ダイオードＤ３→ダイオードＤ２
→平滑コンデンサＣ１→整流部ＤＢ→インダクタＬ１に
至る閉回路に電流が流れる。

【００２６】やがて、インダクタＬ１に蓄積されている
電磁エネルギーが全て放出されると、インダクタＬ１に
流れる電流は零となる。このとき、スイッチング素子Ｑ
１の両端にダイオードＤ３を介して接続されている同期
回路の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の両端電圧は零となる。従っ
て、同期信号はＨレベルの状態からＬレベルの状態に変
化し発振回路ＩＣ１の２番端子に入力される。発振回路
ＩＣ１の３番端子の出力状態が反転し、スイッチング素
子Ｑ１オン状態、スイッチング素子Ｑ２オフ状態に移行
する。

【００２７】以上のようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２
が交互にオンオフするとともに、同期回路Ｒ１，Ｒ２に
よりインダクタＬ１に流れる電流の「零」となる状態を
検出するように構成しているので、インダクタＬ１に流
れる電流を連続的に制御することができるのである。

【００２８】なお、インバータ部Ａは共振回路を有す必
要はなく、また、インダクタＬ１に流れる電流を検出す
る手段は本実施例に限定されることはなく、要は、イン
ダクタＬ１の電流を検出できるものであれば、直接（例
えば図３に示す構成）、間接（例えば本実施例）を問わ
ずどのような手段でもよいことは言うまでもない。

【００２９】

【発明の効果】本発明のように、交流電源の交流電圧を
受けて直流電圧を出力する整流部と、この整流部の出力
端間に接続されるインダクタとスイッチング素子との直
列回路と、前記スイッチング素子のオフ時にインダクタ
に蓄積された電荷の放電により充電される平滑コンデン
サと、この平滑コンデンサの直流電圧を受けて少なくと
も前記スイッチング素子を含んで形成され高周波電圧を
出力するインバータ部と、前記インダクタに流れる電流
に休止期間が生じないように前記スイッチング素子を制
御する制御部とを備えたので、入力力率の改善と負荷に
供給される低周波リップル電圧の低減とチョッパ用イン
ダクタに流れる電流の連続性による各回路要素へのスト
レス低減とをそれぞれ達成することができるという顕著
な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路構成図である。

【図２】本発明の一実施例を説明する動作説明図であ
る。

【図３】本発明の他の実施例を説明する回路構成図であ
る。

【図４】本発明の従来例を示す回路構成図である。

【図５】本発明の従来例を説明する動作説明図である。

【図６】本発明の従来例を説明する動作説明図である。

【図７】本発明の従来例を説明する動作説明図である。

【図８】本発明の従来例を説明する動作説明図である。

【図９】本発明の従来例を示す回路構成図である。

【図１０】本発明の従来例を示す回路構成図である。

【符号の説明】

ＡＣ 交流電源」 ＤＢ 整流部 Ｌ１ インダクタ Ｑ１ スイッチング素子 Ｃ１ 平滑コンデンサ Ａ インバータ部 Ｃ 制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源と、この交流電源の交流電圧を
   受けて直流電圧を出力する整流部と、この整流部の出力
   端間に接続されるインダクタとスイッチング素子との直
   列回路と、前記スイッチング素子のオフ時にインダクタ
   に蓄積された電荷の放電により充電される平滑コンデン
   サと、この平滑コンデンサの直流電圧を受けて少なくと
   も前記スイッチング素子を含んで形成され高周波電圧を
   出力するインバータ部と、前記インダクタに流れる電流
   に休止期間が生じないように前記スイッチング素子を制
   御する制御部とを備えたことを特徴とする電源装置。