JPH0614548A

JPH0614548A - 電源装置

Info

Publication number: JPH0614548A
Application number: JP4167923A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamada; 晃司山田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1992-06-25
Filing date: 1992-06-25
Publication date: 1994-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】チョッパー型の電源装置において、電源投入時
に、ダイオードＤ₁ の逆回復時間内にスイッチング素子
Ｑ₁ がオンしたときに、平滑用のコンデンサＣ₁からス
イッチング素子Ｑ₁ に短絡電流が流れることを防止す
る。【構成】インダクタＬ₁ 、スイッチング素子Ｑ₁ 、ダイ
オードＤ₁ 、平滑用コンデンサＣ₁ を含むチョッパー型
の電源装置において、電源投入時に、平滑用コンデンサ
Ｃ₁ が充電されていない区間からスイッチング素子Ｑ₁
のオン／オフ動作を開始させる制御手段を設けた。【効果】電源投入時に、平滑用のコンデンサＣ₁ にリッ
プル電流が流れている区間でスイッチング素子Ｑ₁ がオ
ンすることはなく、ダイオードＤ₁ の逆回復時間内で平
滑コンデンサＣ₁ を短絡に近い状態で流れる過大電流を
防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、商用電源を直流電圧に
変換するチョッパー回路を用いた電源装置に関するもの
であり、さらに詳しくは、チョッパー回路の起動動作の
改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、商用電源を整流平滑した直流電圧
をインバータ回路によって高周波に変換し、高周波出力
で放電灯を点灯させる放電灯点灯装置が広く用いられて
いる。しかしながら、商用電源を整流平滑すると、平滑
コンデンサに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、入力電流波形が入力交流電
圧の正弦波波形に比べると、休止区間を含む歪みの大き
い波形となる。すなわち、交流電圧の基本周波数に対し
て多くの高次高調波成分を含むこととなり、トランスの
発熱や機器の誤動作等の悪影響がある。そこで、このよ
うな高調波成分を低減する手段として、図５に示すよう
に、電源側にチョッパー回路のようなスイッチング回路
を設けることが提案されている（特願平３−１６５６８
５号）。この回路では、電源スイッチＳＷを介して供給
される交流電源ＡＣから直流電源を作成する第１のスイ
ッチング回路Ａと、この第１のスイッチング回路Ａから
供給される直流電圧を電源とし、負荷５への供給電力を
作成する第２のスイッチング回路Ｂからなり、スイッチ
ング素子の駆動制御を行う制御回路３及び４を第１及び
第２のスイッチング回路Ａ、Ｂが夫々備えている。第１
のスイッチング回路Ａは、図６に示すように、整流回路
としてのダイオードブリッジＤＢと昇圧チョッパー回路
１とで構成されており、第２のスイッチング回路Ｂはイ
ンバータ回路２で構成されている。そして、夫々の制御
回路３、４は、図７及び図８に示すように構成されてお
り、図９の動作波形図に示すように、まず出力を小さく
制限した状態でインバータ回路２を動作させ、所望の時
間後にインバータ回路２を所望の出力が得られる動作状
態とし、さらにこのインバータ回路２の動作状態が安定
した後に昇圧チョッパー回路１の動作を開始させるよう
に、制御を行うものである。なお、図６〜図８の回路は
端子ａ，ｂ，ｃ，…，ｐを介してそれぞれ接続されてい
る。

【０００３】以下、図６に示す回路の具体的な構成につ
いて説明する。まず、昇圧チョッパー回路１は、インダ
クタＬ₁ 、ダイオードＤ₁ 、スイッチング素子Ｑ₁ 、及
びコンデンサＣ₁ で構成してある。インダクタＬ₁ とし
ては、トランスの１次巻線を用いている。インバータ回
路２は、ハーフブリッジ構成のものであるが、この回路
では、トランジスタＱ₂ を自励式でオン、オフさせると
共に、トランジスタＱ ₃ を制御回路４でオン、オフ制御
する、いわゆる自励他制式となっている。なお、トラン
ジスタＱ₂ を自励式でオン、オフさせるために、電流帰
還トランスＣＴを用いている。また、トランジスタＱ
₂ 、Ｑ₃ には夫々直列にエミッタ抵抗Ｒ₄、Ｒ₅ を挿入
してあり、これらのエミッタ抵抗Ｒ₄ 、Ｒ₅ でスイッチ
ング動作の安定化を図っている。

【０００４】次に、昇圧チョッパー回路１の制御回路３
について図７に基づいて説明する。この制御回路３は、
スイッチングレギュレータのための制御用ＩＣ（例えば
ジーメンス社製のＴＤＡ４８１４Ａなど）３１を用いて
構成してある。この制御用ＩＣ３１の３番端子は電源端
子である。この制御用ＩＣ３１の電源は、コンデンサＣ
₄ 、Ｃ₈ 及びダイオードＤ₄ 、Ｄ₆ で構成してあり、イ
ンバータ回路２が動作することにより、ダイオードＤ
₂ 、Ｄ₃ の接続点から変動成分がコンデンサＣ₄で抽出
され、ダイオードＤ₆ 及びコンデンサＣ₈ で整流平滑さ
れて、電源が得られるものである。なお、ダイオードＤ
₄ はダイオードＤ₂ 、Ｄ₃ の接続点の電位がローレベル
である期間に、コンデンサＣ₄ の充電電荷を放電させる
ためのものである。

【０００５】次に、制御用ＩＣ３１の１４番端子は、ス
イッチング素子Ｑ₁ のオン・タイミングをとるための端
子であり、昇圧チョッパー回路１の定常動作時にはイン
ダクタＬ₁を構成するトランスの２次巻線に誘起される
電圧が抵抗Ｒ₁₃を介して入力され、インダクタＬ₁ に流
れる電流に応じてスイッチング素子Ｑ₁ のオン・タイミ
ングを制御するものである。ところで、この制御用ＩＣ
３１ではスイッチング素子Ｑ₁ がスイッチングしている
定常時には、上記２次巻線の誘起電圧からスイッチング
素子Ｑ₁ のオン・タイミングを制御することができる
が、スイッチング素子Ｑ₁ が最初にオンするまでは、上
記２次巻線の誘起電圧からスイッチング素子Ｑ₁ のオン
・タイミングを制御することはできない。そこで、スイ
ッチング素子Ｑ₁ を最初にオンさせるために、ダイオー
ドＤ₂ 、Ｄ₃ の接続点の電圧を抵抗Ｒ₁₉、Ｒ₂₀を介して
上記１４番端子に印加することにより上記制御用ＩＣ３
１に起動をかけている。

【０００６】制御用ＩＣ３１に起動をかけて制御用ＩＣ
３１が動作を開始した後は、トランジスタＱ₄ 、Ｑ₅ 、
抵抗Ｒ₂₁〜Ｒ₂₄、コンデンサＣ₁₀及びダイオードＤ₅ か
らなる起動停止回路により、起動回路を停止させてい
る。インバータ回路２の制御回路４に制御電源Ｖｃｃが
供給されると、コンデンサＣ₁₀が抵抗Ｒ₂₁を介して充電
され、これによりトランジスタＱ₅ がオン、トランジス
タＱ₄ がオフとなり、抵抗Ｒ₂₀から制御用ＩＣ３１に起
動がかかる。制御用ＩＣ３１が起動されて、スイッチン
グ素子Ｑ₁ がオンすると、ダイオードＤ₅ を介してコン
デンサＣ₁₀の充電電荷が放電される。この場合、トラン
ジスタＱ₅ がオフ、トランジスタＱ₄ がオンとなり、抵
抗Ｒ₂₀から制御用ＩＣ３１への起動は停止される。ここ
で、スイッチング素子Ｑ₁ のスイッチング速度に対して
抵抗Ｒ₂₁とコンデンサＣ₁₀との時定数を充分に大きくし
ておけば、スイッチング素子Ｑ₁ がスイッチングしてい
る期間には、トランジスタＱ₄ がオン状態に保たれ、こ
れにより抵抗Ｒ₂₀から制御用ＩＣ３１に起動がかけられ
ることを阻止することができる。

【０００７】次に、制御用ＩＣ３１の２番端子は出力端
子であり、抵抗Ｒ₁₄、Ｒ₁₅を介してスイッチング素子Ｑ
₁ をオン、オフ制御する。制御用ＩＣ３１の１２番端子
及び１３番端子は、制御用ＩＣ３１の内蔵するオペアン
プの反転入力端子と出力端子であり、抵抗Ｒ₁₇、Ｒ₁₈の
分圧電圧を抵抗Ｒ₂₉を介して負帰還することにより、制
御用ＩＣ３１が昇圧チョッパー回路１の出力電圧を所望
の一定値に制御するように機能する。

【０００８】なお、この制御用ＩＣ３１の１２番端子に
入力される電圧を昇圧チョッパー回路１が動作を開始し
たときに高くし、その後、徐々に低下させることによ
り、昇圧チョッパー回路１をソフトスタート動作させて
いる。このソフトスタート回路は、トランジスタＱ₆ 、
コンデンサＣ₉ 、Ｃ₁₉、ダイオードＤ₇ 、Ｄ₈ 及び抵抗
Ｒ₂₅〜Ｒ₂₈等で構成してある。この回路では、後述する
昇圧チョッパー回路１の動作開始時点（昇圧チョッパー
回路１の不動作期間）を計時するタイマー回路の出力が
得られた時点でトランジスタＱ₆ がオフとなる。トラン
ジスタＱ₆ のオフ時点では、コンデンサＣ₉ が制御電源
の電圧まで充電されており、このため制御用ＩＣ３１に
よって昇圧チョッパー回路１に出力電圧が高い場合と同
様に出力を低くする制御がかかることにより、昇圧チョ
ッパー回路１の出力が起動直後は小さく制御される。そ
して、コンデンサＣ₉ の充電電圧が放電されるにつれて
昇圧チョッパー回路１の出力が徐々に上昇する、いわゆ
るソフトスタート制御が行われる。

【０００９】次に、制御用ＩＣ３１のその他の端子につ
いて簡単に説明する。１１番端子は抵抗Ｒ₁₁、Ｒ₁₂で分
圧した入力電圧が印加されるもので、入力電圧に同期し
てスイッチング素子Ｑ₁ のオン、オフ制御を行うための
端子である。また、４番端子はスイッチング素子Ｑ₁ に
直列に挿入された抵抗Ｒ₁₆の両端電圧からスイッチング
素子Ｑ₁ に流れる電流を検出するための端子であり、例
えば昇圧チョッパー回路１の異常状態を検出するための
ものである。さらに、１番端子はアース端子である。

【００１０】次に、インバータ回路２の制御回路４につ
いて図８に基づいて説明する。この制御回路４は汎用の
タイマーＩＣ（例えば、ＮＥＣ社製のμＰＣ１５５５
等）４１を用いて構成された単安定マルチバイブレータ
を備えている。この単安定マルチバイブレータは、抵抗
Ｒ₃₁及びコンデンサＣ₁₂の時定数で決まる所定の期間に
わたり、出力（３番端子）がハイレベルとなる。そし
て、この単安定マルチバイブレータにトリガーをかける
トリガー回路は、抵抗Ｒ₃₂、Ｒ₃₃、反転回路Ｉ₁ 、Ｉ₂
及びコンデンサＣ₁₄で構成してある。つまり、このトリ
ガー回路では、ダイオードＤ₂ 、Ｄ₃ の接続点ｋの電位
を抵抗Ｒ₃₂、Ｒ₃₃で検知し、この電位がほぼダイオード
ブリッジＤＢの負極の電位まで降下したときにハイレベ
ルとなる反転回路Ｉ₁ の出力をコンデンサＣ₁₄を通して
微分波形に変換し、タイマーＩＣ４１のトリガー端子
（２番端子）にトリガーパルスを入力するものである。
すなわち、トランジスタＱ₂ がオフとなり、このオフ時
にインダクタＬ₂ に蓄積されたエネルギーでダイオード
Ｄ₃ を介して電流が流れて、ダイオードＤ₂ 、Ｄ₃ の接
続点ｋの電位がほぼダイオードブリッジＤＢの負極の電
位まで降下するタイミングを検出するものである。

【００１１】この単安定マルチバイブレータの出力には
バッファＢ₁ を介してトーテムポール接続されたトラン
ジスタＱ₇ 、Ｑ₈ からなる駆動回路が接続されており、
単安定マルチバイブレータの出力がハイレベルであると
き、トランジスタＱ₇ がオンとなり、トランジスタＱ₃
にベース電流を供給してオンとする。

【００１２】このインバータ回路２においても、確実に
起動させるために起動回路が必要であり、ダイアック等
の双方向性トリガー素子Ｑ₁₁、トランジスタＱ₁₀、コン
デンサＣ₁₃、ダイオードＤ₁₀及び抵抗Ｒ₃₅、Ｒ₃₄で、起
動回路を構成してある。この起動回路では、昇圧チョッ
パー回路１のインダクタＬ₁ の出力側の電圧で抵抗Ｒ ₃₄
を介してコンデンサＣ₁₃が充電され、トリガー素子Ｑ₁₁
をブレークオーバーさせて、トランジスタＱ₁₀をオンと
して、単安定マルチバイブレータにトリガーをかけるこ
とにより、トランジスタＱ₃ をオンとして、インバータ
回路２に起動をかけるものである。なお、一旦起動をか
けた後は、トランジスタＱ₃ が正常にスイッチング動作
する限り、ダイオードＤ₁₀及び抵抗Ｒ₃₅により、コンデ
ンサＣ₁₃の電荷が放電され、トリガー素子Ｑ₁₁がブレー
クオーバーしないように構成されている。

【００１３】この制御回路４の電源は、図７に示すよう
に、抵抗Ｒ₆ 、ツェナダイオードＺＤ₆ 及びコンデンサ
Ｃ₆ からなる電源回路６から供給されている。この電源
回路６から供給される制御電源電圧が十分に安定した時
点で制御回路４を動作させるために、制御回路４の動作
制御回路を設けてある。この動作制御回路は、オペアン
プＯＰ₁ 、ツェナダイオードＺＤ₂、ダイオードＤ₁₂、
コンデンサＣ₁₅及び抵抗Ｒ₄₆、Ｒ₅₁、Ｒ₅₂で構成してあ
る。つまり、オペアンプＯＰ₁ でコンパレータを構成
し、制御電源電圧がツェナダイオードＺＤ₂ で決まる電
圧に達するまでは、コンデンサＣ₁₅の遅延作用によりコ
ンパレータの出力がローレベルとなり、タイマーＩＣ４
１のリセット端子（４番端子）をローレベルに引き下げ
ることにより、タイマーＩＣ４１を不動作状態に保つ。
そして、制御電源電圧が安定した時点でコンパレータの
出力がハイレベルとなることにより、タイマーＩＣ４１
が動作可能とする。

【００１４】さらに、この制御回路４には、放電灯Ｈの
予熱時間を計時するタイマー回路と、このタイマー回路
の出力に応じて単安定マルチバイブレータのハイレベル
の期間を短く制御して放電灯Ｈに印加される電圧を低く
抑えるための予熱制御回路とを設けてある。ここで、予
熱時間計時用のタイマー回路は、オペアンプＯＰ₂ 、コ
ンデンサＣ₁₇、ダイオードＤ₁₃及び抵抗Ｒ₄₁〜Ｒ₄₄で構
成してある。オペアンプＯＰ₂ を用いて構成したコンパ
レータの出力は、抵抗Ｒ₄₁及びコンデンサＣ₁₇の時定数
で決まる時間だけローレベルとなる。予熱制御回路は、
トランジスタＱ ₉ 、コンデンサＣ₁₆、ダイオードＤ₁₄及
び抵抗Ｒ₄₅、Ｒ₄₈で構成され、タイマー回路の出力がロ
ーレベルである期間、トランジスタＱ₉ がオンとなるこ
とにより、抵抗Ｒ₃₁とは別経路でコンデンサＣ₁₂を充電
することにより、コンデンサＣ₁₂の充電を早くする。こ
のため、単安定マルチバイブレータの出力がハイレベル
である期間が短くなって、トランジスタＱ₃ のオン期間
が短くなる。よって、インバータ回路２から放電灯Ｈに
印加される電圧が、始動電圧以下に制御され、放電灯Ｈ
が予熱される。

【００１５】この制御回路４において、単安定マルチバ
イブレータの出力をハイレベルにする期間を設定する時
定数回路では、抵抗Ｒ₃₁を介して平滑用のコンデンサＣ
₁ の出力でコンデンサＣ₁₂を充電している。これは、交
流電源ＡＣの電圧変動に対して予熱時におけるトランジ
スタＱ₃ のオン期間を適正に制御するためである。つま
り、交流電源ＡＣの電圧が高くなったときは、コンデン
サＣ₁₂の充電電流が大きくなり、トランジスタＱ₃ のオ
ン期間が短くなって予熱量が小さくなり、逆に、交流電
源ＡＣの電圧が低い場合には、上記とは逆の動作で、予
熱量が大きくなり、これによって、交流電源ＡＣの電圧
変動に対して予熱時におけるトランジスタＱ₃ のオン期
間を適正に制御できるのである。

【００１６】ところで、上記予熱時間を計時するタイマ
ー回路と共用されて、昇圧チョッパー回路１の動作を開
始する時点を計時するタイマー回路を設けてある。この
タイマー回路は、コンデンサＣ₁₇、ダイオードＤ₁₃及び
抵抗Ｒ₄₁〜Ｒ₄₄を予熱用のタイマーと兼用しており、オ
ペアンプＯＰ₃ で構成したコンパレータにより、コンデ
ンサＣ₁₇の両端電圧と抵抗Ｒ₄₂〜Ｒ₄₄による分圧電圧と
を比較している。なお、このタイマー回路のコンパレー
タの基準電圧は、予熱用のタイマー回路よりも高くなっ
ているので、出力がハイレベルとなる期間が一定時間遅
れることになる。このタイマー回路の出力をダイオード
Ｄ₁₆を介して制御用ＩＣ３１の１４番端子に入力するこ
とにより、昇圧チョッパー回路１が計時動作期間中に動
作しないようにしてある。また、上記タイマー回路の出
力をダイオードＤ₁₅を介してソフトスタート回路のトラ
ンジスタＱ₆ のベースに入力し、トランジスタＱ₆ をオ
ンさせることにより、コンデンサＣ₉ を充電して起動時
にソフトスタートさせることに備えるものである。

【００１７】以下、上記回路の動作について説明する。
まず、電源が投入されると、電源回路６から制御回路４
及び制御回路３の起動停止回路に電源が供給される。こ
の際に、制御回路４の動作制御回路の働きにより、電源
回路６から供給される電圧が安定するまでは制御回路４
の動作は停止状態に保たれる。以上の電源投入時の状態
を図９のｔ₀ 〜ｔａに示す。

【００１８】次に、電源回路６から制御回路４に供給さ
れる電圧が安定した後に、動作が停止している昇圧チョ
ッパー回路１のインダクタＬ₁ の出力側から電力の供給
を受ける起動回路により単安定マルチバイブレータに起
動がかかる。このため、トランジスタＱ₃ が一定時間オ
ンとなり、インバータ回路２が発振動作を開始する。但
し、この際のトランジスタＱ₃ のオン時間は、予熱用タ
イマー回路が計時動作中であるので、予熱制御回路の働
きでトランジスタＱ₃ のオン期間は短く制御され、イン
バータ回路２の出力が小さく抑えられる。このときに、
放電灯Ｈに印加される電圧は始動電圧以下に制御され、
放電灯Ｈは始動点灯することなく、先行予熱される。こ
の先行予熱状態を図３のｔａ〜ｔｂに示す。

【００１９】次に、上記予熱時間の計時用のタイマー回
路の計時動作が終了すると、このタイマー回路の出力が
ハイレベルとなることによりトランジスタＱ₉ がオフと
なり、予熱制御回路によるインバータ回路２の出力を小
さく抑える制御が解除される。但し、この際には予熱制
御回路のコンデンサＣ₁₆に蓄積された電荷が存在する
間、この電荷を電源として、抵抗Ｒ₃₁とは別経路でコン
デンサＣ₁₂が充電されるので、時間経過と共に徐々にト
ランジスタＱ₃ のオン時間が長くなる。このようにして
インバータ回路２の出力が増大する（図９のｔｂ〜ｔ
ｃ）と、やがてはインバータ回路２から放電灯Ｌａに印
加される出力電圧が始動電圧に達し、時刻ｔｃで放電灯
Ｈが始動点灯する。

【００２０】その後、抵抗Ｒ₃₁とコンデンサＣ₁₂の時定
数で決まるオン期間でトランジスタＱ₃ がオンされ、ト
ランジスタＱ₂ 、Ｑ₃ は交互にオン、オフされる安定状
態となる。このようにしてインバータ回路２が安定動作
するようになった場合、昇圧チョッパー回路１の動作停
止期間を計時するタイマー回路の限時動作が終了し、昇
圧チョッパー回路１が動作可能状態となる。そして、ト
ランジスタＱ₂ のオンによりダイオードＤ₂ 、Ｄ₃ の接
続点の電圧がコンデンサＣ₁ に充電された電圧（ダイオ
ードブリッジＤＢの出力電圧のピーク電圧Ｖｐ）に達し
たとき、起動回路により制御用ＩＣ３１に起動がかか
り、昇圧チョッパー回路１が昇圧動作を開始する。但
し、この場合、ソフトスタート回路の働きで昇圧チョッ
パー回路１の出力が徐々に増大し、やがては出力が一定
電圧に安定する。それ以降は、昇圧チョッパー回路１の
昇圧出力を電源としてインバータ回路２から放電灯Ｈに
電源を供給し、放電灯Ｈが光出力を一定とする状態で点
灯保持される。

【００２１】このように、図６〜図８の回路では、まず
出力を小さく制限した状態でインバータ回路２を動作さ
せ、所定の時間が経過した後にインバータ回路２を所望
の出力が得られる動作状態とし、さらに、このインバー
タ回路２の動作状態が安定した後に、昇圧チョッパー回
路１の動作を開始させているので、昇圧チョッパー回路
１とインバータ回路２とで過渡的な動作を行う期間の重
合がなく、昇圧チョッパー回路１及びインバータ回路２
を安定に動作させることができ、且つ放電灯Ｈの光出力
を安定的に変化させることができ、しかも昇圧チョッパ
ー回路１及びインバータ回路２を安定に動作させること
ができるので、回路素子へのストレスの増大を防止でき
る。また、インバータ回路２が放電灯Ｈの予熱時に出力
を制限できるので、昇圧チョッパー回路１の出力電圧を
高く設定する必要がなく、このため昇圧チョッパー回路
１及びインバータ回路２を安定に動作させて回路素子へ
のストレスを小さくできる点と相俟って、昇圧チョッパ
ー回路１及びインバータ回路２の回路素子の耐量を小さ
くできる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来例において
は、電源投入後の一定時間はチョッパー回路の動作を停
止させ、放電灯が安定に点灯した後、チョッパー回路を
動作させようとしたものである。チョッパー回路が動作
していない場合にコンデンサＣ₁ に流れる電流を図１０
に示す。図中、Ｖｓは交流電源ＡＣからの入力電圧、Ｉ
ｓは入力電流である。チョッパー回路が動作しない場合
には、交流電源ＡＣを全波整流した後にコンデンサＣ₁
で平滑するのと同様であり、入力電流は、休止区間ｔ₂
のあるピークの大きな電流波形となる。この状態からチ
ョッパー回路に起動パルスが与えられると、過大な電流
が流れることがある。まず、図１０の区間ｔ₁ では、ダ
イオードブリッジＤＢ、インダクタＬ₁ 、ダイオードＤ
₁ 、コンデンサＣ₁ 、ダイオードブリッジＤＢのループ
で電流が流れている。この区間ｔ₁ で、チョッパー回路
のスイッチング素子Ｑ₁ にオン信号が与えられると、上
記ループからダイオードブリッジＤＢ、インダクタＬ
₁ 、スイッチング素子Ｑ₁ 、抵抗Ｒ₁₆、ダイオードブリ
ッジＤＢに電流経路が変わるが、ダイオードＤ₁ のスト
レージタイム（少数キャリア蓄積時間）により、平滑コ
ンデンサＣ₁ からダイオードＤ₁ 、スイッチング素子Ｑ
₁ 、抵抗Ｒ₁₆のループで過渡的に電流が流れる。このル
ープでは、インピーダンスが小さいために過電流が流
れ、スイッチング素子Ｑ₁ に過大なストレスを与える。
この従来例では、インダクタＬ₁ の２次巻線の電圧によ
ってチョッパー回路が起動されるため、図１０の区間ｔ
₁ では、基本的に動作せず、起動パルスは定期的に与え
られ、そのたびに過大な電流が流れることになるという
問題がある。

【００２３】上述の従来例では、電源投入後の一定時間
にわたりチョッパー回路を不動作にした場合であるが、
チョッパー回路が負荷回路としてのインバータ回路と同
時に動作するような場合でも、チョッパー回路が動作す
るときに平滑用コンデンサに充電電流が流れていれば、
同様の問題が生ずる。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決するものであり、図１に示すように、交流電源ＡＣ
を全波整流するダイオードブリッジＤＢの全波整流出力
端にインダクタＬ₁ 及びスイッチング素子Ｑ₁ を直列的
に接続され、前記スイッチング素子Ｑ₁ の両端にダイオ
ードＤ₁ を介して平滑用コンデンサＣ₁ を接続された電
源装置において、電源投入時に、平滑用コンデンサＣ₁
が充電されていない区間から前記スイッチング素子Ｑ₁
のオン／オフ動作を開始させる制御手段を設けたことを
特徴とするものである。

【００２５】

【作用】本発明によれば、電源投入時に、平滑用のコン
デンサＣ₁ に電源からのリップル電流が流れない区間か
らスイッチング素子Ｑ₁ を間欠的に動作させることによ
って、リップル電流が流れている区間でスイッチング素
子Ｑ₁ がオンすると、ダイオードＤ₁ のリカバリー時間
（逆回復時間）内で平滑コンデンサＣ₁ を短絡に近い状
態で流れる過大電流を抑えることができる。

【００２６】

【実施例】図１は本発明の第１実施例の回路図である。
以下、その回路構成について説明する。商用電源ＡＣの
交流電圧は、インダクタＬ₀ とコンデンサＣ₀よりなる
フィルタ回路を介してダイオードブリッジＤＢで全波整
流される。その整流出力端子には、インダクタＬ₁ とス
イッチング素子Ｑ₁ が直列に接続されている。インダク
タＬ₁ 、ダイオードＤ₁ 、スイッチング素子Ｑ₁ 及びコ
ンデンサＣ₁ は、昇圧形チョッパー回路を構成してい
る。スイッチング素子Ｑ₁ は、制御用ＩＣ３１により制
御しており、その周辺回路として抵抗Ｒ₁₁、Ｒ₁₂、
Ｒ₁₃、Ｒ₁₆、Ｒ₁₇、Ｒ₁₈、及びインダクタＬ₁ の２次巻
線が用いられている。チョッパー回路の出力には、トラ
ンジスタＱ₂ 、Ｑ₃ が直列に接続されている。トランジ
スタＱ₂ 、Ｑ ₃ と、ダイオードＤ₂ 、Ｄ₃ 、コンデンサ
Ｃ₃ 、Ｃ₅ 、インダクタＬ₂ 及び駆動トランスＣＴで自
励式のインバータ回路が構成されており、コンデンサＣ
₅ と並列に負荷として放電灯Ｈが接続されている。ま
た、抵抗Ｒ₈ 、コンデンサＣ₂ 、ダイオードＤ₀ 、ダイ
アックＱ₁₁により、インバータ回路の起動回路が構成さ
れている。さらに、インバータ回路におけるダイオード
Ｄ₂ 、Ｄ₃の接続点からインダクタＬ₁ の２次巻線の抵
抗Ｒ₁₃との間に、抵抗Ｒ₉ が接続され、チョッパーに起
動信号を与えている。次に、チョッパーの制御回路の電
源は、抵抗Ｒ₆ 、コンデンサＣ₆ 、ツェナダイオードＺ
Ｄ₆ で構成されている。また、抵抗Ｒ₁₁、Ｒ ₁₂の接続点
をコンパレータＣＰ₁ の−端子に接続している。コンパ
レータＣＰ₁の＋端子には、制御電源電圧を抵抗Ｒ₆₁、
Ｒ₆₂で分圧した電圧が入力されている。このコンパレー
タＣＰ₁ の出力端子はオープンコレクタとなっており、
スイッチング素子Ｑ₁ のゲートに接続されている。

【００２７】次に、本実施例の動作について説明する。
まず、チョッパー回路の制御用ＩＣ３１についての動作
を説明する。制御用ＩＣ３１としては、スイッチングレ
ギュレータ用の制御用ＩＣ（ジーメンス社製ＴＤＡ４８
１４Ａ）を用いている。この制御用ＩＣ３１の内部構成
を示すブロック図を図２に示す。図中、ＡＭＰはオペア
ンプ、ＭＰＸは乗算器、ＣＭＰはコンパレータ、ＦＦは
フリップフロップ、ＤＲＶはドライバである。本実施例
では、インダクタＬ₁ に流れる電流が無くなるのを、イ
ンダクタＬ₁ の２次巻線で検出し、制御抵抗Ｒ₁₃を介し
て電圧の立ち下がり信号を制御用ＩＣ３１の１４番端子
に与えると、制御用ＩＣ３１の２番端子からスイッチン
グ素子Ｑ₁ をオンする駆動信号が出力される。

【００２８】この駆動信号のパルス幅は次のようにして
決定される。チョッパー回路からの出力電圧を抵抗
Ｒ₁₇、Ｒ₁₈により分圧した電圧をフィードバック用の１
２番端子に入力する。この１２番端子は、制御用ＩＣ３
１に内蔵されたオペアンプＡＭＰの−端子に接続されて
おり、オペアンプＡＭＰの＋端子には、基準電圧Ｖｒｅ
ｆが接続されている。そして、前述のオペアンプＡＭＰ
の出力と１１番端子の入力を乗算器ＭＰＸにより乗算し
て、スイッチング素子Ｑ₁ のオン幅を決定している。そ
して、スイッチング素子Ｑ₁ のソース抵抗Ｒ₁₆により検
出した信号を、制御用ＩＣ３１の４番端子に入力して、
スイッチング素子Ｑ₁ に流れる電流を検出し、乗算器Ｍ
ＰＸの出力とコンパレータＣＭＰで比較し、スイッチン
グ素子Ｑ₁ をオフさせるように動作する。

【００２９】スイッチング素子Ｑ₁ がオフすると、イン
ダクタＬ₁ に蓄えられたエネルギーは、ダイオードＤ
₁ 、コンデンサＣ₁ 、ダイオードブリッジＤＢのループ
で放出されて、コンデンサＣ₁ を充電する。インダクタ
Ｌ₁ に蓄えられたエネルギーを放出し終えると、インダ
クタＬ₁ に流れる電源がなくなり、再び制御用ＩＣ３１
の１４番端子に電圧の立ち下がり信号が入力されて、再
びスイッチング素子Ｑ₁がオンする。この動作が繰り返
されるものである。

【００３０】次に、本実施例の全体の動作について説明
する。交流電源ＡＣが投入されると、はじめはスイッチ
ング素子Ｑ₁ はオンせず、コンデンサＣ₁ が充電され、
抵抗Ｒ₈ を介してコンデンサＣ₂ が充電される。コンデ
ンサＣ₂ の電圧がダイアックＱ₁₁のブレークオーバー電
圧以上になると、ダイアックＱ₁₁がオンし、トランジス
タＱ₃ がオンする。すると、コンデンサＣ₅ とインダク
タＬ₂ の振動電流が駆動トランスＣＴにより帰還され
て、トランジスタＱ₂ 、Ｑ₃ が交互にオン、オフし、イ
ンバータが動作して、放電灯Ｈが点灯する。チョッパー
回路は抵抗Ｒ₆ とコンデンサＣ₆ の時定数により、コン
デンサＣ₁ の充電からは遅れて、制御用ＩＣ３１が動作
する。制御用ＩＣ３１が動作できる領域では、インバー
タ回路からの信号が抵抗Ｒ₉ を介して制御用ＩＣ３１の
１４番端子に与えられ、これが起動パルスとなってチョ
ッパー回路が動作し始める。このとき、本発明では、図
３に示すように、脈流電圧ＶｍとコンデンサＣ₂₀の電位
Ｖｘとの比較によって、チョッパー回路の動作を制限す
る。この回路は、商用周波数でコンデンサＣ₁ が充電さ
れる区間以外からチョッパー回路を動作させる手段とし
て、脈流電圧波形を間接的に利用した回路であり、図３
に示すように、コンデンサＣ₂₀の電位Ｖｘよりも脈流電
圧Ｖｍが高い区間では、チョッパー回路の起動を阻止
し、脈流電圧Ｖｍの方が低い区間でチョッパー回路を動
作させる。この区間を徐々に短くすることによって、商
用周波数での充電電流が低減され、全区間でチョッパー
動作を行えるように制御している。

【００３１】図４に本発明の第２実施例を示す。商用電
源ＡＣをインダクタＬ₀ とコンデンサＣ₀ のフィルター
回路を介してダイオードブリッジＤＢにより全波整流し
ている。その整流出力端子には、インダクタＬ₁ 、スイ
ッチング素子Ｑ₁ 、ダイオードＤ₁ 、コンデンサＣ₁ よ
りなる昇圧チョッパー回路が接続されている。抵抗
Ｒ ₁₁、Ｒ₁₂、インダクタＬ₁ の２次巻線、抵抗Ｒ₁₃、Ｒ
₁₆及びＲ₁₇、Ｒ₁₈は、昇圧チョッパー回路におけるスイ
ッチング素子Ｑ₁ を制御するための検出回路を構成して
いる。また、放電灯Ｈを点灯させるインバータ回路は、
チョッパー出力であるコンデンサＣ₁ を電源として、ト
ランジスタＱ₂ 、Ｑ₃ 、ダイオードＤ₂ 、Ｄ ₃ 、インダ
クタＬ₂ 、コンデンサＣ₅ 、Ｃ₃₁、Ｃ₃₂により、ハーフ
ブリッジ構成となっており、トランジスタＱ₂ 、Ｑ₃ の
オン、オフ制御は、制御回路７により他励制御とされて
いる。

【００３２】以下、本実施例の動作について説明する。
一般に、放電灯Ｈを点灯させる場合、放電灯Ｈの両端の
フィラメントを十分に予熱してから始動電圧を与えた方
が放電灯Ｈの寿命が長くなることが一般に知られてい
る。この場合、放電灯Ｈのフィラメントを予熱している
状態と放電灯Ｈが点灯している状態とでは、チョッパー
から見た負荷が大きく変化する。また、電源変動にも対
応する必要があり、インバータの電源となるコンデンサ
Ｃ₁ の電圧を一定にするには、制御回路が高精度にな
る。本実施例では、予熱用のタイマー回路８により電源
投入から一定時間は、コンパレータＣＰ₂ の出力が制御
用ＩＣ３１の１４番端子に接続されていることにより、
チョッパー回路の起動回路の動作を禁止している。すな
わち、放電灯Ｈの予熱時には、チョッパー回路が動作し
ないため低力率となり、図１０の波形となる。そのた
め、予熱後、チョッパー回路が動作し始める場合に、抵
抗Ｒ₀ に流れる電流を検出して、基準レベルと比較して
スイッチング素子Ｑ₁ のオン、オフを制御する。具体的
には、コンパレータＣＰ₁ の＋端子は、コンデンサＣ₂₀
の両端がコンパレータＣＰ₂ によりほぼ短絡されている
ため、ダイオードＤ₁₉のオン電圧分であり、予熱直後に
おいても同様の低い電圧となる。そのとき、コンデンサ
Ｃ₁ が電源から充電されるリップル電流が抵抗Ｒ₀ に流
れていれば、コンデンサＣ₂₁に電圧が発生しており、ス
イッチング素子Ｑ₁ のゲートは、オープンコレクタのコ
ンパレータＣＰ₁ の内部のトランジスタで短絡されてお
り、スイッチング素子Ｑ₁ は起動しない。スイッチング
素子Ｑ₁ の制御信号は、リップル電流が流れなくなった
時点で制御用ＩＣ３１から与えられることになる。

【００３３】次に、コンデンサＣ₂₀は抵抗Ｒ₆₁を介して
徐々に充電され、チョッパーが全領域で動作することに
なる。この場合、抵抗Ｒ₆₁、コンデンサＣ₂₀の時定数は
商用周波数の２倍（脈流の周波数）の周期に比べると、
十分に長いものである。また、コンデンサＣ₂₁は、チョ
ッパー動作時の高周波電圧を平滑し得る容量とする。本
実施例の回路によっても、チョッパー回路が起動すると
きに発生するスイッチング素子Ｑ₁ の過電流を抑えるこ
とが可能となる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、交流電源を全波整流す
る整流手段の全波整流出力端にインダクタ及びスイッチ
ング素子を直列的に接続され、前記スイッチング素子の
両端にダイオードを介して平滑用コンデンサを接続され
た電源装置において、電源投入時に、平滑用コンデンサ
が充電されていない区間から前記スイッチング素子のオ
ン／オフ動作を開始させる制御手段を設けたものである
から、交流電源の整流出力によるリップル電流がダイオ
ードを介して平滑用のコンデンサに流れて、このダイオ
ードのリカバリー時間内にスイッチング素子がオンする
ことにより、スイッチング素子に過大な電流が流れるよ
うな不都合を防止することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の回路図である。

【図２】本発明の第１実施例に用いる制御用ＩＣの内部
構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の第１実施例の動作説明のための波形図
である。

【図４】本発明の第２実施例の回路図である。

【図５】従来例の概略構成を示すブロック回路図であ
る。

【図６】従来例の第１の部分の回路構成を示す回路図で
ある。

【図７】従来例の第２の部分の回路構成を示す回路図で
ある。

【図８】従来例の第３の部分の回路構成を示す回路図で
ある。

【図９】従来例の電源投入時の動作波形図である。

【図１０】従来例の入力電圧と入力電流を示す波形図で
ある。

【符号の説明】

Ｈ放電灯ＡＣ交流電源３１制御用ＩＣＬ₁ インダクタＤＢダイオードブリッジＱ₁ スイッチング素子Ｄ₁ ダイオードＣ₁ 平滑用コンデンサＣＰ₁ コンパレータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源を全波整流する整流手段の全
波整流出力端にインダクタ及びスイッチング素子を直列
的に接続され、前記スイッチング素子の両端にダイオー
ドを介して平滑用コンデンサを接続された電源装置にお
いて、電源投入時に、平滑用コンデンサが充電されてい
ない区間から前記スイッチング素子のオン／オフ動作を
開始させる制御手段を設けたことを特徴とする電源装
置。
【請求項２】交流電源を全波整流する整流手段の全
波整流出力端にインダクタ及びスイッチング素子を直列
的に接続され、前記スイッチング素子の両端にダイオー
ドを介して平滑用コンデンサを接続され、交流電源が投
入されてから一定時間にわたり前記スイッチング素子を
不動作とする制御手段を備える電源装置において、前記
ダイオードに電流が流れていない区間から前記スイッチ
ング素子を起動させる手段を設けたことを特徴とする電
源装置。