JPH0556659A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】入力電流の高調波成分が少なく、電源投入時の
突入電流が小さい電源装置を提供する。 【構成】インバータＡにダイオードＤ４を介して直流電
力を供給するためのコンデンサＣ１を、インバータＡの
電力回生時にダイオードＤ３を介して充電するように構
成した。また、インバータＡの負荷回路の一部をコンデ
ンサＣ４のようなインピーダンス素子を介して全波整流
器ＤＢの出力に接続した。 【効果】交流電源Ｖｓの電源投入初期におけるコンデン
サＣ１への突入電流は、ダイオードＤ４により阻止され
る。交流電源Ｖｓからの入力電圧の瞬時値が低い期間に
おいても、コンデンサＣ４のようなインピーダンス素子
を介して入力電流を流すことができ、入力電流の高調波
成分を低減し、入力力率を改善できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電源からの交流入
力電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧をインバータ
により高周波に変換して負荷に供給する電源装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、蛍光灯の高周波点灯装置を駆動す
るために、交流電源からの交流入力電圧を整流平滑して
直流電圧に変換し、この直流電圧をインバータなどの負
荷に供給する電源装置が広く用いられている。このよう
な電源装置には、次に挙げるような２つの問題がある。

【０００３】入力電流高調波の問題。つまり、交流電
源からの正弦波の入力電圧に対して入力電流の波形が歪
んだ波形となり、多くの高調波成分を含むことから、他
の電気機器に対して、誤動作や停止などの動作不良を招
く原因になるという問題がある。

【０００４】電源投入時の突入電流の問題。つまり、
平滑に用いるコンデンサは大容量であるため、電源が投
入されると、この平滑用のコンデンサが急激に充電され
る。これにより、交流電源から突入電流が流れる。この
突入電流は、非常にピーク値の高い電流であるため、ヒ
ューズの溶断やブレーカの遮断などを招く原因になると
いう問題がある。

【０００５】従来、このような問題を解決するために、
図１０に示すような回路が提案されている（特開昭５９
−２２００８１号参照）。この回路は、交流電源Ｖｓか
らの入力電圧の瞬時値が高い期間において、整流器Ｄ
Ｂ、コンデンサＣ１、インダクタＬ２、ダイオードＤ
３、トランジスタＱ２、整流器ＤＢを通る経路で入力電
流が流れて、コンデンサＣ１が充電される。この回路
は、降圧チョッパーの構成を有しており、駆動回路Ｋに
よるスイッチング素子Ｑ２のオン・オフ制御を工夫すれ
ば、突入電流は低減できる。しかしながら、降圧チョッ
パーであるため、入力電流に休止期間が生じる。このた
め、入力電流の高調波成分が比較的大きいという問題が
ある。

【０００６】

【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、入力電流の高調波成分が少なく、電源投入時の突入
電流が小さい電源装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の電源装置にあっ
ては、上記の課題を解決するために、図１に示すよう
に、交流電源Ｖｓと、前記交流電源Ｖｓからの交流入力
電圧を全波整流する全波整流器ＤＢと、全波整流器ＤＢ
の出力に接続されＬＣ共振系を含む負荷回路を備えるイ
ンバータＡと、インバータＡに直流電力を供給するため
のコンデンサＣ１と、インバータＡの電力回生時に前記
コンデンサＣ１に充電電流を流すための充電用ダイオー
ドＤ３と、前記コンデンサＣ１からインバータＡに直流
電力を供給するための放電用ダイオードＤ４と、インバ
ータＡの負荷回路の一部を前記全波整流器ＤＢの出力に
接続するためのコンデンサＣ４のようなインピーダンス
素子とを備えることを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明にあっては、インバータＡにダイオード
Ｄ４を介して直流電力を供給するためのコンデンサＣ１
を、インバータＡの電力回生時にダイオードＤ３を介し
て充電するように構成したので、交流電源Ｖｓの電源投
入初期におけるコンデンサＣ１への突入電流は、ダイオ
ードＤ４により阻止される。また、インバータＡの電力
回生時にコンデンサＣ１がダイオードＤ３を介して充電
されるので、インバータＡのスイッチング制御を工夫す
ることにより、コンデンサＣ１の電圧を徐々に上昇させ
ることができ、したがって、コンデンサＣ１への突入電
流を防止することができる。また、インバータＡの負荷
回路の一部をコンデンサＣ４のようなインピーダンス素
子を介して全波整流器ＤＢの出力に接続したことによ
り、交流電源Ｖｓからの入力電圧の瞬時値が低い期間に
おいても、入力電流を流すことができ、入力電流の高調
波成分を低減し、入力力率を改善できる。さらに、この
コンデンサＣ４のようなインピーダンス素子を介して全
波整流器ＤＢから流れる電流を、負荷回路の他の部分と
充電用のダイオードＤ３を介してコンデンサＣ１に流す
ことにより、コンデンサＣ１にインピーダンス成分を介
して充電電流を流すことができ、突入電流を防止しなが
ら、コンデンサＣ１の電圧を徐々に上昇させることがで
きる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の第１実施例の回路図である。
以下、本実施例の回路構成について説明する。交流電源
Ｖｓは全波整流器ＤＢの交流入力端子に接続されてい
る。全波整流器ＤＢの直流出力端子間には、ダイオード
Ｄ５を介してトランジスタＱ１，Ｑ２の直列回路が接続
されている。トランジスタＱ１，Ｑ２には、それぞれダ
イオードＤ１，Ｄ２が逆並列接続されている。トランジ
スタＱ２の両端には、限流及び共振用のインダクタＬ１
と、直流成分カット用の結合コンデンサＣ３を介して、
共振用のコンデンサＣ２と負荷Ｆの並列回路が接続され
ている。コンデンサＣ２と負荷Ｆの並列回路は、コンデ
ンサＣ４を介して全波整流器ＤＢの直流出力端子間に接
続されている。また、トランジスタＱ２の両端には、充
電用のダイオードＤ３を介して平滑用のコンデンサＣ１
が接続されており、このコンデンサＣ１には放電用のダ
イオードＤ４を介してトランジスタＱ１，Ｑ２の直列回
路が接続されている。図中、破線で囲まれた回路は、ハ
ーフブリッジインバータＡを構成している。

【００１０】以下、本実施例の動作について説明する。
本実施例では、ダイオードＤ４を設けたことにより、電
源投入時に、交流電源Ｖｓからの入力電流により平滑用
のコンデンサＣ１が直接充電されることはなく、これに
より突入電流を防止できる。平滑用のコンデンサＣ１
は、インバータＡの回生電流により充電される。まず、
トランジスタＱ２がオンしたときには、全波整流器Ｄ
Ｂ、コンデンサＣ４、コンデンサＣ３、インダクタＬ
１、トランジスタＱ２、全波整流器ＤＢを通る経路で入
力電流が流れる。また、コンデンサＣ３、インダクタＬ
１、トランジスタＱ２、コンデンサＣ２と負荷Ｆの並列
回路、コンデンサＣ３を通る経路でも電流が流れる。こ
れにより、インダクタＬ１にはエネルギーが蓄積され
る。次に、トランジスタＱ２がオフすると、インダクタ
Ｌ１の蓄積エネルギーにより、インダクタＬ１から、ダ
イオードＤ３、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２と負荷
Ｆの並列回路、コンデンサＣ３を介して、インダクタＬ
１に戻る経路で回生電流が流れる。この回生電流により
平滑用のコンデンサＣ１が充電される。そして、コンデ
ンサＣ１に充電された直流電圧が、ダイオードＤ４を介
してハーフブリッジインバータＡの電源電圧となる。こ
のように、電力回生時には、ダイオードＤ３を介してコ
ンデンサＣ１に電流が流れるので、トランジスタＱ１と
逆並列のダイオードＤ１は省略しても構わない。

【００１１】なお、ダイオードＤ５は、コンデンサＣ４
の電荷をトランジスタＱ１のオン時にインダクタＬ１と
コンデンサＣ３に放電するため、及び、トランジスタＱ
１のオン時に全波整流器ＤＢの出力とダイオードＤ４を
介するコンデンサＣ１の出力とを切り離すために設けら
れている。トランジスタＱ２がオンしたときに、入力電
流がコンデンサＣ４を介してインバータＡに流れ込むの
は、コンデンサＣ４が接続された負荷Ｆの一端は高周波
的に電位が振動しており、全波整流器ＤＢの負出力端子
よりも電位が低くなる期間が必ず存在するからであり、
したがって、電源電圧の瞬時値に関係なく、常に入力電
流を流すことができるものである。これにより、入力電
流の休止期間が無くなり、入力電流の高調波成分を低減
することができ、入力力率も更に高くすることができ
る。なお、電源投入時には、トランジスタＱ２のみをオ
ン・オフさせて、チョッパー作用により平滑用のコンデ
ンサＣ１を充電し、このコンデンサＣ１の電圧が十分に
上昇したのち、トランジスタＱ１，Ｑ２を交互にオン・
オフさせることにより、電源投入時の突入電流を効果的
に防止できる。

【００１２】図２は本発明の第２実施例の回路図であ
る。本実施例では、図１の回路において、全波整流器Ｄ
Ｂの直流出力の直後にインダクタＬ２を挿入したもので
ある。交流電源Ｖｓからの入力電圧の瞬時値が低い期間
でも入力電流が流れる理由については、図１の実施例と
同様である。また、電源投入時には、全波整流器ＤＢ、
インダクタＬ２、ダイオードＤ５、トランジスタＱ１、
ダイオードＤ３、コンデンサＣ１、全波整流器ＤＢを通
る経路で入力電流が流れて、コンデンサＣ１を充電する
降圧チョッパーを構成している。この降圧チョッパーに
おいて、トランジスタＱ１のオン・オフ制御を工夫すれ
ば、コンデンサＣ１を徐々に充電することができ、これ
により、突入電流を防ぐことができる。なお、図１に示
す実施例では、インダクタＬ２が無いので、電源投入初
期には、トランジスタＱ１をオン・オフさせないで、ト
ランジスタＱ２のみをオン・オフさせる制御方式を採用
しているが、図２に示す実施例では、全波整流器ＤＢの
直流出力の直後にインダクタＬ２を設けたことにより、
電源投入初期からトランジスタＱ１，Ｑ２を交互にオン
・オフすることができる。もちろん、図１に示す実施例
と同様に、電源投入初期はトランジスタＱ２のみをオン
・オフさせる制御方式を採用しても良いことは言うまで
もない。

【００１３】図３は本発明の第３実施例の回路図であ
る。本実施例では、図１の回路において、コンデンサＣ
４と直列にインダクタＬ２を挿入したものであり、その
他の構成は、図１の回路と同じである。本実施例では、
インダクタＬ２を挿入したことにより、図１の回路に比
べると、入力電流が少し流れやすくなる。その理由は、
インダクタＬ２の電圧が高周波的に振動し、インダクタ
Ｌ２の両端電圧が全波整流器ＤＢの出力電圧と重畳し
て、交流電源Ｖｓからの入力電流を流しやすくする期間
が必ず生じるからである。なお、入力電流の高調波成分
が少なくなり、突入電流を小さくできる作用を有するこ
とについては、図１の回路と同様である。

【００１４】図４は本発明の第４実施例の回路図であ
る。本実施例では、図３の回路において、負荷Ｆとコン
デンサＣ２，Ｃ３及びインダクタＬ１の配置を入れ換え
ると共に、コンデンサＣ４とインダクタＬ２の直列回路
の接続箇所を変更したものである。このような回路構成
の場合にも、入力電流の高調波成分が少なくなり、電源
投入時の突入電流を小さくすることができる。

【００１５】図５は本発明の第５実施例の回路図であ
る。本実施例では、図１の回路において、負荷Ｆとコン
デンサＣ２の並列回路とコンデンサＣ３の配置を入れ換
えると共に、ダイオードＤ４と直列にインダクタＬ２を
挿入し、ダイオードＤ５を省略したものである。コンデ
ンサＣ４の容量は、コンデンサＣ３の容量に比べると小
さく設定されている。本実施例では、電源投入初期に
は、トランジスタＱ１はオフとし、トランジスタＱ２の
みを高周波的にオン・オフさせる。トランジスタＱ２が
オンしたときに、交流電源Ｖｓからの入力電流が、全波
整流器ＤＢ、コンデンサＣ４、負荷ＦとコンデンサＣ２
の並列回路、インダクタＬ１、トランジスタＱ２、全波
整流器ＤＢを通る経路に流れる。そして、トランジスタ
Ｑ２がオフしたときには、インダクタＬ１の蓄積エネル
ギーによる回生電流がダイオードＤ３を介してコンデン
サＣ１に流れて、コンデンサＣ１を充電する。コンデン
サＣ１の電圧が上昇するまでは、トランジスタＱ１はオ
ンさせない。これにより、電源投入初期の突入電流を防
ぐことができる。

【００１６】図６は本発明の第６実施例の回路図であ
る。本実施例では、図２の回路において、負荷Ｆとコン
デンサＣ２の並列回路とコンデンサＣ３の配置を入れ換
えると共に、ダイオードＤ５を省略したものである。本
実施例では、図２の回路と同様に、全波整流器ＤＢの直
流出力の直後にインダクタＬ２を挿入しているので、電
源投入時には、全波整流器ＤＢ、インダクタＬ２、トラ
ンジスタＱ１、ダイオードＤ３、コンデンサＣ１、全波
整流器ＤＢを通る経路で入力電流が流れて、コンデンサ
Ｃ１を充電する降圧チョッパーが構成される。この降圧
チョッパーにおいて、トランジスタＱ１のオン・オフ制
御を工夫すれば、コンデンサＣ１を徐々に充電すること
ができ、これにより、突入電流を防ぐことができる。

【００１７】図７は本発明の第７実施例の回路図であ
る。本実施例では、図６の回路において、平滑用のコン
デンサＣ１と放電用のダイオードＤ４の配置を入れ換え
ると共に、インダクタＬ２の配置を変更したものであ
る。また、コンデンサＣ１を充電するためのダイオード
Ｄ３の向きが図６とは逆向きとなっている。電源投入時
には、全波整流器ＤＢ、インダクタＬ２、コンデンサＣ
１、ダイオードＤ３、トランジスタＱ２、全波整流器Ｄ
Ｂを通る経路で入力電流が流れて、コンデンサＣ１を充
電する降圧チョッパーが構成される。この降圧チョッパ
ーにおいて、トランジスタＱ２のオン・オフ制御を工夫
すれば、コンデンサＣ１を徐々に充電することができ、
これにより、突入電流を防ぐことができる。

【００１８】また、図７の回路では、インダクタＬ２が
入力電流の高調波成分を低減する作用も有している。な
ぜなら、トランジスタＱ２がオンしたときには、コンデ
ンサＣ１、インダクタＬ２、コンデンサＣ４、負荷Ｆと
コンデンサＣ２の並列回路、インダクタＬ１、トランジ
スタＱ２、ダイオードＤ４を通る経路で電流が流れて、
このとき、インダクタＬ２に図中の右向きに電圧が発生
して、電源電圧がコンデンサＣ１の電圧よりも低くても
入力電流が流れるからである。

【００１９】図８は本発明の第８実施例の回路図であ
る。本実施例では、図７の回路において、インダクタＬ
２と直列にコンデンサＣ５を挿入し、インダクタＬ２と
コンデンサＣ５の直列回路と並列にダイオードＤ５を図
示された極性で接続したものである。インダクタＬ２と
コンデンサＣ５の直列回路に振動電流が流れることによ
り、電源電圧がコンデンサＣ１の電圧よりも低くても導
通が可能となる期間が存在する。これにより、入力電流
の休止が少なくなり、入力電流の高調波成分が低減され
ると共に、入力力率が改善されるものである。なお、ダ
イオードＤ５とコンデンサＣ１、ダイオードＤ３及びト
ランジスタＱ２の直列回路が全波整流器ＤＢの直流出力
端子間に接続されているので、電源投入初期において
は、トランジスタＱ２をオフさせて、トランジスタＱ１
のみをオン・オフさせる必要がある。そして、コンデン
サＣ１の電圧が十分に上昇した後、トランジスタＱ１，
Ｑ２を交互にオン・オフさせることにより、交流電源Ｖ
ｓからコンデンサＣ１への突入電流を防止することがで
きるものである。

【００２０】図９は本発明の第９実施例の回路図であ
る。本実施例では、図７の回路において、トランジスタ
Ｑ１，Ｑ２の直列回路と、コンデンサＣ３，Ｃ４の直列
回路の配置を入れ換えたものである。その他の構成は、
図７の回路と同じである。電源投入初期において、トラ
ンジスタＱ２がオンすると、全波整流器ＤＢ、インダク
タＬ２、コンデンサＣ１、ダイオードＤ３、トランジス
タＱ２、全波整流器ＤＢを通る経路で入力電流が流れ
て、インダクタＬ２は降圧チョッパーの構成要素とな
る。トランジスタＱ２のオン・オフ制御を工夫すること
により、コンデンサＣ１の電圧を徐々に上昇させること
ができ、これにより、電源投入時の突入電流を防止する
ことができる。なお、インダクタＬ２が入力電流の高調
波成分低減用の素子としても作用することについては、
図７の回路と同じである。

【００２１】なお、本発明の電源装置では、負荷Ｆを特
に限定していないが、例えば、蛍光灯負荷や白熱灯負荷
などを用いることが考えられる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、交流電源を全波整流す
る全波整流器と、全波整流器の出力を平滑するコンデン
サと、コンデンサからの直流電力により駆動されるイン
バータとを備える電源装置において、インバータの負荷
回路の一部を全波整流器の出力に接続するためのインピ
ーダンス素子と、コンデンサの充電及び放電用のダイオ
ードを追加するだけで、入力電流の高調波成分を低減す
ると共に、電源投入初期の突入電流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２実施例の回路図である。

【図３】本発明の第３実施例の回路図である。

【図４】本発明の第４実施例の回路図である。

【図５】本発明の第５実施例の回路図である。

【図６】本発明の第６実施例の回路図である。

【図７】本発明の第７実施例の回路図である。

【図８】本発明の第８実施例の回路図である。

【図９】本発明の第９実施例の回路図である。

【図１０】従来例の回路図である。

【符号の説明】 Ａ ハーフブリッジインバータ Ｖｓ 交流電源 ＤＢ 全波整流器 Ｑ１ トランジスタ Ｑ２ トランジスタ Ｌ１ インダクタ Ｆ 負荷 Ｄ１，…，Ｄ５ ダイオードＣ１，…，Ｃ４ コン
デンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源と、前記交流電源からの交流
   入力電圧を全波整流する全波整流器と、全波整流器の出
   力に接続されＬＣ共振系を含む負荷回路を備えるインバ
   ータと、インバータに直流電力を供給するためのコンデ
   ンサと、インバータの電力回生時に前記コンデンサに充
   電電流を流すための充電用ダイオードと、前記コンデン
   サからインバータに直流電力を供給するための放電用ダ
   イオードと、インバータの負荷回路の一部を前記全波整
   流器の出力に接続するためのインピーダンス素子とを備
   えることを特徴とする電源装置。