JPH08328670A - 電力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力電流に含まれる高調波電流を抑制でき、
しかも比較的小型でノイズを低く抑えることができる電
力制御装置を提供する。 【構成】 ランプ点灯装置では、商用電源ＶIN（ＡＣ）
をダイオードブリッジＤＢ１で整流し、その出力の＋端
子は、負荷としてのランプＬＭＰ１の一端とダイオード
Ｄ２のカソードに接続されている。ダイオードブリッジ
ＤＢ１の−端子はスイッチ素子Ｑ１のソース端子と電解
コンデンサＣ１の−端子に接続される。ダイオードＤ１
のアノード端子はランプＬＭＰ１の他端とスイッチ素子
Ｑ１のドレインに接続され、ダイオードＤ１のカソード
端子はダイオードＤ２のアノード端子と電解コンデンサ
Ｃ１の＋端子に接続される。ランプＬＭＰ１、スイッチ
素子Ｑ１、ダイオードＤ２、ダイオードＤ１および電解
コンデンサＣ１はブリッジ回路を形成する。Ｖｓ＜Ｖ
（Ｃ１）の状態のみスイッチ素子Ｑ１をオンさせる場合
には、ランプＬＭＰ１の入力電流は、正弦波であるダイ
オードブリッジＤＢ１の出力電圧Ｖｓの一側部分を切り
取ったような波形となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位相角制御を用いたラ
ンプ点灯装置などの電力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、商用電源ラインの歪電流波形によ
る各種電気装置の誤動作等の問題が深刻化している。こ
れに対して、電子機器の入力電流の高調波成分を規制す
る法律が整備されつつある。

【０００３】図８はランプ点灯装置の一般的な構成を示
す回路図である。一般に、ランプ点灯装置はトライアッ
クＴ１ａを用いて位相角制御を行っており、それが原因
で入力電流には多くの高調波成分が含まれている。

【０００４】従来、この問題を解決するために種々の方
法が提案されている。図９は従来のランプ点灯装置の構
成を示す回路図である。このランプ点灯装置では、商用
電源から整流された脈流波形を、チョッパ回路を用いて
高周波チョッピングを行い、そのオン／オフ比率を変化
させることでランプ光量を制御することにより入力電流
波形を正弦波にしている。

【０００５】図１０は他の従来のランプ点灯装置の構成
を示す回路図である。このランプ点灯装置では、昇圧型
アクティブフィルタ回路を用いて直流点灯し、入力電圧
波形と相似な入力電流波形を得ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のランプ点灯装置では、部品点数の増加、電力損失の
増加、制御回路の複雑化などの理由により装置全体の小
型軽量化を図ることが難しい。また、ノイズの増大も激
しく、製造コストが高くなってしまう。

【０００７】そこで、本発明は入力電流に含まれる高調
波電流を抑制でき、しかも比較的小型でノイズを低く抑
えることができる電力制御装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に係る電力制御装置は、商用電源
から負荷に供給される電力を制御する電力制御装置にお
いて、前記商用電源の整流を行う第１ダイオードと、該
第１ダイオードの出力に前記負荷と共に直列に接続さ
れ、オン／オフを行うスイッチ素子と、該スイッチ素子
のオフのときに前記負荷および第２ダイオードを通じて
充電し、前記スイッチ素子のオンのときに前記負荷およ
び第３ダイオードを通じて放電するコンデンサとを備え
る。

【０００９】請求項２に係る電力制御装置では、請求項
１に係る電力制御装置において前記商用電源の交流波形
の振幅が所定電圧値以下となる位相時に、前記スイッチ
素子をオンにし、前記商用電源の交流波形の振幅が所定
電圧値以上となる位相時に、前記スイッチ素子をオフに
することを特徴とする。

【００１０】請求項３に係る電力制御装置では、請求項
１に係る電力制御装置において前記商用電源の交流波形
の振幅が所定電圧値以下、かつ該振幅が前記コンデンサ
の電圧値以下となる位相時に前記スイッチ素子をオンに
し、前記商用電源の交流波形の振幅が所定電圧値以上、
または該振幅が前記コンデンサの電圧値以上となる位相
時に前記スイッチ素子をオフにすることを特徴とする。

【００１１】請求項４に係る電力制御装置では、請求項
１に係る電力制御装置において前記第１ダイオードは互
いに反対の位相において整流を行う一対の半波整流用ダ
イオードであり、該一対の半波整流用ダイオードに対応
して前記スイッチ素子および前記コンデンサは対で設け
られていることを特徴とする。

【００１２】請求項５に係る電力制御装置は、商用電源
から負荷に供給される電力を制御する電力制御装置にお
いて、前記商用電源の整流を行うダイオードブリッジ
と、該ダイオードブリッジの出力に前記負荷と共に接続
され、いずれか一方のみオンになる一対のスイッチ素子
と、該一対のスイッチ素子のうち、一方のスイッチ素子
がオンのときに前記負荷を通じて充電し、他方のスイッ
チ素子がオンのときに前記負荷を通じて放電するコンデ
ンサとを備える。

【００１３】

【作用】本発明の請求項１に係る電力制御装置では、商
用電源から負荷に供給される電力を制御する際に、第１
ダイオードにより前記商用電源の整流を行い、該第１ダ
イオードの出力に前記負荷と共に直列に接続されたスイ
ッチ素子によりオン／オフを行い、該スイッチ素子のオ
フのときに前記負荷および第２ダイオードを通じてコン
デンサにより充電し、前記スイッチ素子のオンのときに
前記負荷および第３ダイオードを通じてコンデンサによ
り放電する。

【００１４】

【実施例】本発明の電力制御装置の実施例について説明
する。本実施例の電力制御装置はランプ点灯装置に適用
される。 ［第１実施例］図１は第１実施例のランプ点灯装置の構
成を示す回路図である。本実施例のランプ点灯装置で
は、商用電源ＶIN（ＡＣ）をダイオードブリッジＤＢ１
で整流し、その出力の＋端子は、負荷としてのランプＬ
ＭＰ１の一端とダイオードＤ２のカソードに接続されて
いる。

【００１５】また、ダイオードブリッジＤＢ１の−端子
はスイッチ素子Ｑ１のソース端子と電解コンデンサＣ１
の−端子に接続される。

【００１６】さらに、ダイオードＤ１のアノード端子は
ランプＬＭＰ１の他端とスイッチ素子Ｑ１のドレインに
接続され、ダイオードＤ１のカソード端子はダイオード
Ｄ２のアノード端子と電解コンデンサＣ１の＋端子に接
続される。

【００１７】ランプＬＭＰ１、スイッチ素子Ｑ１、ダイ
オードＤ２、ダイオードＤ１および電解コンデンサＣ１
はブリッジ回路を形成し、ランプＬＭＰ１に電力が供給
される。

【００１８】また、ランプ点灯装置は差動増幅回路１
０、誤差増幅回路２０、ＰＷＭ（パルス幅制御）回路３
０、同期回路４０などを有する。ランプ点灯装置では、
差動増幅回路１０によりランプＬＭＰ１の両端の電圧が
検出され、その出力が基準電圧ＶREF1と一致するよう
に、誤差増幅回路２０、ＰＷＭ回路３０、同期回路４０
を用いてスイッチ素子Ｑ１のオン／オフをダイオードブ
リッジＤＢ１の出力電圧Ｖｓに同期させながら行う。

【００１９】図２は図１に示す回路を単純化したランプ
点灯装置の構成を示す回路図である。図３は図２に示し
たランプ点灯装置の回路動作を４つのモードに分類して
示す説明図である。ここで、ランプＬＭＰ１の定常点灯
時のインピーダンスをＲとし、Ｒ、Ｃ１の時定数が十分
に大きくなるように電解コンデンサＣ１の容量は選択さ
れる。電解コンデンサとして、例えばＡＬ電解コンデン
サ４００Ｖ、２２０μＦが挙げられる。電解コンデンサ
Ｃ１は短時間においては電圧Ｖ（Ｃ１）を有する定電圧
源として扱える。

【００２０】まず、ダイオードブリッジＤＢ１の出力電
圧Ｖｓと電解コンデンサＣ１の＋端子電圧Ｖ（Ｃ１）と
の比較において、Ｖｓ＜Ｖ（Ｃ１）の状態でスイッチ素
子Ｑ１をオンにする場合（Ｉ）について説明する。

【００２１】図４はランプＬＭＰ１の電流波形などを示
すタイミングチャートである。Ｖｓ＜Ｖ（Ｃ１）の状態
のみスイッチ素子Ｑ１をオンさせる場合、図３に示すモ
ード２、モード３、モード２、モード１の順に動作が繰
り返し行われる。

【００２２】モード２では、Ｖｓ＜Ｖ（Ｃ１）の状態で
スイッチ素子Ｑ１はオフであり、スイッチ素子Ｑ１、ラ
ンプＬＭＰ１、電解コンデンサＣ１に電流は流れない。

【００２３】続くモード３では、Ｖｓ＜Ｖ（Ｃ１）の状
態でスイッチ素子Ｑ１はオンであり、電解コンデンサＣ
１、ランプＬＭＰ１、スイッチ素子Ｑ１を経由するルー
プによりＶ（Ｃ１）／Ｒの電流が流れる。

【００２４】再びモード２では、Ｖｓ＜Ｖ（Ｃ１）の状
態でスイッチ素子Ｑ１はオフであり、スイッチ素子Ｑ
１、ランプＬＭＰ１、電解コンデンサＣ１に電流は流れ
ない。

【００２５】続くモード１では、Ｖｓ＞Ｖ（Ｃ１）の状
態となり、スイッチ素子Ｑ１はオフのままで｛Ｖｓ−Ｖ
（ｃ１）｝／Ｒの電流が流れる。

【００２６】このように、ランプＬＭＰ１に流れる入力
電流は、正弦波であるダイオードブリッジＤＢ１の出力
電圧Ｖｓの一側部分を切り取ったような波形となる。

【００２７】つぎに、ダイオードブリッジＤＢ１の出力
電圧Ｖｓと電解コンデンサＣ１の＋端子電圧Ｖ（Ｃ１）
との比較において、Ｖｓ＞Ｖ（Ｃ１）の状態でスイッチ
素子Ｑ１をオンにする場合（ＩＩ）について説明する。
図５はランプＬＭＰ１の電流波形などを示すタイミング
チャートである。Ｖｓ＞Ｖ（Ｃ１）の状態でスイッチ素
子Ｑ１をオンさせる場合、図３に示すモード４、モード
３、モード４、モード１の順に動作が繰り返し行われ
る。

【００２８】モード４では、Ｖｓ＞Ｖ（Ｃ１）の状態で
スイッチ素子Ｑ１はオンであり、ランプＬＭＰ１には
｛Ｖｓ−Ｖ（Ｃ１）｝／Ｒの電流が流れる。

【００２９】続くモード３では、Ｖｓ＜Ｖ（Ｃ１）の状
態になり、スイッチ素子Ｑ１はオンのままで、Ｖ（Ｃ
１）／Ｒの電流が流れる。

【００３０】再びモード４では、Ｖｓ＞Ｖ（Ｃ１）の状
態になり、スイッチ素子Ｑ１はオンのままで、｛Ｖｓ−
Ｖ（Ｃ１）｝／Ｒの電流が流れる。

【００３１】続くモード１では、Ｖｓ＞Ｖ（Ｃ１）の状
態のままでスイッチ素子Ｑ１はオフになり、｛Ｖｓ−Ｖ
（Ｃ１）｝／Ｒの電流が流れる。

【００３２】このように、ランプＬＭＰ１に流れる入力
電流は、正弦波であるダイオードブリッジＤＢ１の出力
電圧Ｖｓの一側部分を切り取ったような波形を２つ重ね
たような複雑な波形となる。

【００３３】従って、Ｖｓ＜Ｖ（Ｃ１）の状態でスイッ
チ素子Ｑ１をオンにする場合（Ｉ）で回路動作を行う方
が高調波成分を抑えることができる。

【００３４】但し、スイッチ素子Ｑ１のオン時間を広げ
ていくと、必ずＶｓ＞Ｖ（Ｃ１）の状態になってしまう
ので、必要なランプ電力に合わせて抵抗値Ｒを選択する
必要がある。また、抵抗値Ｒを大きくしすぎると電力が
取れなくなり、抵抗値Ｒを小さくしすぎると電解コンデ
ンサの負担が大きくなるので注意する必要がある。

【００３５】例えば、抵抗値Ｒ＝４７．７Ωを選択する
と、ＡＣ２３０Ｖ入力時に約３００Ｗのランプを前述の
（Ｉ）の状態で動作させることができる。

【００３６】以上示した本実施例のランプ点灯装置によ
れば、従来例に較べて以下に掲げる点において優れてい
る。即ち、インダクタンス素子を不要にできる。また、
１００Ｈｚ（１２０Ｈｚ）のスイッチングであり、スイ
ッチング損失が少ない。さらに、制御回路が単純で低ノ
イズであり、高速のスイッチング素子を不要にできる。
しかも、コストを低く抑えることができる。 ［第２実施例］つぎに、第２実施例のランプ点灯装置に
ついて説明する。図６は第２実施例のランプ点灯装置の
構成を示す回路図である。本実施例のランプ点灯装置で
は、一対のダイオードＤ１１、Ｄ１２で半波整流を行
い、それぞれの半波整流に対応して一対のスイッチ素子
Ｑ１１、Ｑ１２および電解コンデンサＣ１１、Ｃ１２が
設けられている。

【００３７】スイッチ素子Ｑ１１、Ｑ１２は前記第１実
施例と同じタイミングで同期してオン／オフ動作を行
う。電解コンデンサＣ１１、Ｃ１２はそれぞれ半波整流
された電流を充電するので、放電時の電圧は前記第１実
施例の２倍となる。

【００３８】したがって、電解コンデンサＣ１１、Ｃ１
２の放電量は増加し、充電期間における電流も増加す
る。このため、前記第１実施例の約２倍の電力を使用し
ても、ランプＬＭＰ１１の入力電流に含まれる高調波成
分を抑えることができる。 ［第３実施例］つぎに、第３実施例のランプ点灯装置に
ついて説明する。図７は第３実施例のランプ点灯装置の
構成を示す回路図である。本実施例のランプ点灯装置で
は、スイッチ素子Ｑ２１、Ｑ２２を同時にオンしないよ
うに制御する回路は単純な構成になっている。しかし、
この回路構成では最大電力を大きくとることはできな
い。

【００３９】

【発明の効果】本発明の請求項１に係る電力制御装置に
よれば、商用電源から負荷に供給される電力を制御する
際に、第１ダイオードにより前記商用電源の整流を行
い、該第１ダイオードの出力に前記負荷と共に直列に接
続されたスイッチ素子によりオン／オフを行い、該スイ
ッチ素子のオフのときに前記負荷および第２ダイオード
を通じてコンデンサにより充電し、前記スイッチ素子の
オンのときに前記負荷および第３ダイオードを通じてコ
ンデンサにより放電するので、入力電流に含まれる高調
波電流を抑制でき、しかも比較的小型でノイズを低く抑
えることができる。

【００４０】請求項２に係る電力制御装置によれば、前
記商用電源の交流波形の振幅が所定電圧値以下となる位
相時に、前記スイッチ素子をオンにし、前記商用電源の
交流波形の振幅が所定電圧値以上となる位相時に、前記
スイッチ素子をオフにするので、高調波成分を抑制でき
る。

【００４１】請求項３に係る電力制御装置によれば、前
記商用電源の交流波形の振幅が所定電圧値以下、かつ該
振幅が前記コンデンサの電圧値以下となる位相時に前記
スイッチ素子をオンにし、前記商用電源の交流波形の振
幅が所定電圧値以上、または該振幅が前記コンデンサの
電圧値以上となる位相時に前記スイッチ素子をオフにす
るので、高調波電流をより一層抑制できる。

【００４２】請求項４に係る電力制御装置によれば、前
記第１ダイオードは互いに反対の位相において整流を行
う一対の半波整流用ダイオードであり、該一対の半波整
流用ダイオードに対応して前記スイッチ素子および前記
コンデンサは対で設けられているので、供給される電力
を２倍にしても入力電流に含まれる高調波成分を抑制で
きる。

【００４３】請求項５に係る電力制御装置によれば、商
用電源から負荷に供給される電力を制御する電力制御装
置において、前記商用電源の整流を行うダイオードブリ
ッジと、該ダイオードブリッジの出力に前記負荷と共に
接続され、いずれか一方のみオンになる一対のスイッチ
素子と、該一対のスイッチ素子のうち、一方のスイッチ
素子がオンのときに前記負荷を通じて充電し、他方のス
イッチ素子がオンのときに前記負荷を通じて放電するコ
ンデンサとを備えるので、回路構成を単純にして小型化
を図りつつ、高調波成分を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のランプ点灯装置の構成を示す回路
図である。

【図２】図１に示す回路を単純化したランプ点灯装置の
構成を示す回路図である。

【図３】図２に示したランプ点灯装置の回路動作を４つ
のモードに分類して示す説明図である。

【図４】ランプＬＭＰ１の電流波形などを示すタイミン
グチャートである。

【図５】ランプＬＭＰ１の電流波形などを示すタイミン
グチャートである。

【図６】第２実施例のランプ点灯装置の構成を示す回路
図である。

【図７】第３実施例のランプ点灯装置の構成を示す回路
図である。

【図８】ランプ点灯装置の一般的な構成を示す回路図で
ある。

【図９】従来のランプ点灯装置の構成を示す回路図であ
る。

【図１０】他の従来のランプ点灯装置の構成を示す回路
図である。

【符号の説明】

ＤＢ１ ダイオードブリッジ Ｑ１、Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２ スイッチ素子 ＬＭＰ１、ＬＭＰ１１、ＬＭＰ２１ ランプ Ｄ１、Ｄ２ ダイオード

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電源から負荷に供給される電力を制
   御する電力制御装置において、 前記商用電源の整流を行う第１ダイオードと、 該第１ダイオードの出力に前記負荷と共に直列に接続さ
   れ、オン／オフを行うスイッチ素子と、 該スイッチ素子のオフのときに前記負荷および第２ダイ
   オードを通じて充電し、前記スイッチ素子のオンのとき
   に前記負荷および第３ダイオードを通じて放電するコン
   デンサとを備えたことを特徴とする電力制御装置。
2. 【請求項２】 前記商用電源の交流波形の振幅が所定電
   圧値以下となる位相時に、前記スイッチ素子をオンに
   し、 前記商用電源の交流波形の振幅が所定電圧値以上となる
   位相時に、前記スイッチ素子をオフにすることを特徴と
   する請求項１記載の電力制御装置。
3. 【請求項３】 前記商用電源の交流波形の振幅が所定電
   圧値以下、かつ該振幅が前記コンデンサの電圧値以下と
   なる位相時に前記スイッチ素子をオンにし、 前記商用電源の交流波形の振幅が所定電圧値以上、また
   は該振幅が前記コンデンサの電圧値以上となる位相時に
   前記スイッチ素子をオフにすることを特徴とする請求項
   １記載の電力制御装置。
4. 【請求項４】 前記第１ダイオードは互いに反対の位相
   において整流を行う一対の半波整流用ダイオードであ
   り、 該一対の半波整流用ダイオードに対応して前記スイッチ
   素子および前記コンデンサは対で設けられていることを
   特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
5. 【請求項５】 商用電源から負荷に供給される電力を制
   御する電力制御装置において、 前記商用電源の整流を行うダイオードブリッジと、 該ダイオードブリッジの出力に前記負荷と共に接続さ
   れ、いずれか一方のみオンになる一対のスイッチ素子
   と、 該一対のスイッチ素子のうち、一方のスイッチ素子がオ
   ンのときに前記負荷を通じて充電し、他方のスイッチ素
   子がオンのときに前記負荷を通じて放電するコンデンサ
   とを備えたことを特徴とする電力制御装置。