DE69108586T2

DE69108586T2 - Stromversorgungsschaltung.

Info

Publication number: DE69108586T2
Application number: DE69108586T
Authority: DE
Inventors: Keiichi Shimizu
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1991-01-31
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2011-02-01
Also published as: US5303140A; EP0440245A2; JPH03226276A; DE69108586D1; EP0440245A3; EP0440245B1; KR910015099A; JP2929635B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungsschaltung und genauer eine Stromversorgungsschaltung zum Umwandeln eines niederfrequenten Wechselstroms in einen hochfrequenten Wechselstrom durch einen Gleichstrom und zum Ausgeben des umgewandelten Stroms.
Seit kurzem werden die Regelungen für eine Hochfrequenz bezüglich eines Eingangsstroms einer Stromversorgungsschaltung, wie eines an eine kommerzielle AC-Stromversorgung anzuschließenden Gleichrichters für eine Beleuchtung, Jahr für Jahr strenger. Aus diesem Grund muß eine Schaltung nicht nur eine hohe Wirksamkeit, wie bei einer herkömmlichen Schaltung, sondern auch einen Eingang mit niedriger Verzerrung realisieren. Bei einer bekannten herkömmlichen Anordnung ist zum Steuern eines Eingangsstroms an einem Eingang eine Zerhackerschaltung vorgesehen, um dadurch einen derartigen Eingang mit niedriger Verzerrung zu realisieren.
Wenn an einem Eingang eine Zerhackerschaltung vorgesehen ist, werden bei einer Stromversorgungsschaltung jedoch eine zweistufige Umwandlung der Zerhackerschaltung und ein Wechselrichter angeordnet, wodurch die Anzahl der eingesetzten Teile erhöht ist. Daher kann keine billige Stromversorgungsschaltung erhalten werden. Zu diesem Zweck ist eine in der ungeprüften, veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 61- 94569 offenbarte Anordnung bekannt. Bei dieser Schaltung ist, wie in der Fig. 1 gezeigt ist, ein Gleichrichter 14 an den Ausgangsanschluß einer kommerziellen AC-Stromversorgung 12 angeschlossen. Ein Anschluß einer Drosselspule 16 ist mit einem Ausgangsanschluß des Gleichrichters 14 verbunden, und ein glättender Elektrolytkondensator 18 ist mit dem anderen Anschluß der Drosselspule 16 verbunden. Eine aus rückwärtsleitenden Schaltern 20 und 22 gebildete Reihenschaltung und eine aus zwei Kondensatoren 24 und 26 gebildete Reihenschaltung sind parallel mit den zwei Anschlüssen des Elektrolytkondensators 18 verbunden. Ein Knoten zwischen den Schaltern 20 und 22 ist mit dem anderen Anschluß des Gleichrichters 14 verbunden. Eine Last 28 ist zwischen einem Knoten zwischen den Schaltern 20 und 22 und einem Knoten zwischen den Kondensatoren 24 und 26 angeschlossen.
Bei der Stromversorgungsschaltung mit der obigen Anordnung werden die rückwärts leitenden Schalter 20 und 22 abwechselnd mit einer hohen Frequenz ein-/ausgeschaltet. Folglich arbeitet die Schaltung als ein Wechselrichter und der Schalter 20 arbeitet als ein Zerhacker, um den Glättungskondensator 18 aufzuladen.
Bei der obigen herkömmlichen Schaltung muß jedoch, da durch den Zerhackerbetrieb ein Aufladen ausgeführt wird, eine DC- Spannung so ausgelegt sein, daß sie mindestens zweimal so groß wie eine Spitzenspannung einer AC-Spannung ist. Wenn eine AC-Spannung 100 V ist, ist eine entsprechende DC-Spannung ungefähr 300 V, und bei der Auswahl eines Schaltelements tritt kein Problem auf. Wenn eine AC-Spannung 200 V ist, ist jedoch eine entsprechende DC-Spannung 600 V, und es ist schwierig, ein Schaltelement auszuwählen.
Da durch den Zerhackerbetrieb ein Eingangsstrom intermittierend zugeführt wird, ist zusätzlich eine Filterschaltung erforderlich, um ein Glätten auszuführen. Aus diesem Grund sind eine große Kapazität und eine große Tnduktivität erforderlich.
Da ferner der rückwärts leitende Schalter 20 das Schalten der gesamten Kapazität alleine ausführt, muß der Schalter 20 wenigstens einen großen Nennstrom haben. Aus diesen Gründen sind die Herstellungskosten der Schaltung erhöht.
Das bekannte Dokument FR-A-2 527 889 offenbart eine Stromversorgungsschaltung, die in Reihe mit einem Vollwellengleichrichter und einem Glättungskondensator erste und zweite Dioden mit Polungen in Vorwärtsrichtung bezüglich einer Ausgabe des Vollwellengleichrichters und zwei Kondensatoren enthält.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromversorgungsschaltung zu schaffen, die zum Herabsetzen einer Spannungsfestigkeit gegen eine Welligkeitskomponente eines Eingangsstroms geeignet ist, wodurch Herstellungskosten verringert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Stromversorgungsschaltung bereit, wie sie im Anspruch 1 oder Anspruch 2 angegeben ist.
Diese Erfindung kann anhand der folgenden genauen Beschreibung besser verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen herangezogen wird, in denen:
Fig. 1 ein Schaltbild ist, das eine Anordnung einer Stromversorgungsschaltung gemäß des Standes der Technik zeigt,
Fig. 2 ein Schaltbild ist, das eine Anordnung einer ersten Ausführungsform der Stromversorgungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 3 ein Schaltbild ist, das eine Anordnung einer zweiten Ausführungsform der Stromversorgungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 4 ein Schaltbild ist, das eine Anordnung einer dritten Ausführungsform der Stromversorgungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und
Fig. 5 eine Schaltungsanordnung ist, das eine Anordnung einer vierten Ausführungsform der Stromversorgungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Die Fig. 2 ist ein Schaltbild, das eine Stromversorgungsschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 sind die zwei Anschlüsse einer kommerziellen AC-Stromversorgung 30 an ein Eingangsfilter 36, das durch einen Kondensator 32 und eine Induktorspule 34 gebildet ist, und über das Eingangsfilter 36 an den Eingangsanschluß einer Diodenbrücke 38 als Vollwellengleichrichter angeschlossen ist. Einer der zwei Ausgangsanschlüsse der Diodenbrücke 38 ist an eine Einschaltstromstoßverhinderungsschaltung 46 angeschlossen, die einen Thyristor 40, einen parallel zum Thyristor 40 angeschlossenen Widerstand 42 und eine Gate-Steuereinheit 44 hat. Die zwei Ausgangsanschlüsse der Diodenbrücke 38 sind über die Einschaltstromstoßverhinderungsschaltung 46 mit zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren 48 und 50 und einer Reihenschaltung verbunden, die durch eine Induktorspule 52, eine Diode 54, einen Glättungskondensator 56, eine Diode 58 und eine Induktorspule 60 gebildet ist. Die Dioden 54 und 58 sind bezüglich den Ausgängen der Diodenbrücke 38 in Vorwärtsrichtung gepolt angeschlossen, wie in der Fig. 2 gezeigt ist.
Der Glättungskondensator 56 ist parallel zu in Reihe geschalteten Feldeffekttransistoren 62 und 64, in Reihe geschalteten Dioden 66 und 68 und in Reihe geschalteten Spannungsteilungskondensatoren 70 und 72 angeschlossen. Die Dioden 66 und 68 sind bezüglich der Diodenbrücke 38 in Rückwärtssperrichtungen angeschlossen. Zu beachten ist, daß ein Knoten zwischen den Feldeffekttransistoren 62 und 64 und ein Knoten zwischen den Dioden 66 und 68 mit einem Knoten zwischen den Kondensatoren 48 und 50 verbunden sind.
Ein Paar aus dem Transistor 62 und der Diode 66 und ein Paar aus dem Transistor 64 und der Diode 68 bilden jeweils rückwärtsleitende Schalter 74 und 76. Zusätzlich sind jeweils Steuerschaltungen 78 und 80 zum Steuern eines EIN-AUS-Betriebes mit einer Hochfrequenz mit den Transistoren 62 und 64 verbunden.
Eine Last 82 ist zwischen einem Knoten zwischen den Schaltern 74 und 76 und einem Knoten zwischen den Kondensatoren 70 und 72 angeschlossen. Diese Last 82 hat z.B. eine Entladelampe 90, in der ein Startkondensator 88 zwischen Heizfäden 84 und 86 angeschlossen ist, und eine Induktorspule 92, die mit dem Heizfaden 84 in Reihe geschaltet ist.
Eine DC-Spannung des Glättungskondensators 56 ist so eingestellt, daß sie höher als eine AC-Spannung der Last 82 ist. Zusätzlich sind die Werte der Induktorspulen 52 und 60 festgelegt, um einen Stromunterbrechungsmodus einzustellen, bei dem ein Strom von der Kapazität der Last während der Ein-Zeiten der Feldeffekttransistoren 62 und 64 temporär auf Null (eine gespeicherte Energie ist vollständig entladen) reduziert wird.
Nachfolgend wird ein Betrieb der Stromversorgungsschaltung mit dem obigen Aufbau beschrieben. Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 wird ein Strom von der kommerziellen AC-Stromversorgung 30 über das Eingangsfilter 36 und die Diodenbrücke 38 eingegeben. Folglich wird die Eingangsspannung durch die Kondensatoren 48 und 50 in zwei 1/2-DC-Stromversorgungen geteilt. Zu beachten ist, daß die Kondensatoren 48 und 50 keinen sogenannten Glättungsbetrieb für eine Frequenzkomponente der Stromversorgung 30 ausführen. In diesem Zustand werden die Feldeffekttransistoren 62 und 64 abwechselnd mit einer hohen Frequenz ein-/ausgeschaltet.
Wenn der Transistor 62 eingeschaltet ist, ist der Transistor 64 ausgeschaltet. Daher fließt eine Ladung des Kondensators 48 durch einen Weg über die Induktorspule 52, die Diode 54 und den Transistor 62 vom und kehrt zurück zum Kondensator 48, und die Energie des Kondensators 48 ist in der Induktorspule 52 gespeichert. Eine Ladung des Kondensators 50 fließt durch einen Weg über die Diode 66, den Glättungskondensator 56, die Diode 58 und die Induktorspule 60 vom und kehrt zurück zum Kondensator 50. In diesem Fall wird die Energie von der Induktorspule 60 abgegeben, um den Glättungskondensator 56 zu laden.
Wenn der Transistor 62 ausgeschaltet ist, ist der Transistor 64 eingeschaltet. Daher fließt eine Ladung des Kondensators 48 durch einen Weg über die Induktorspule 52, die Diode 54, den Glättungskondensator 56 und die Diode 68 vom und kehrt zurück zum Kondensator 48, und die Energie wird vom Induktor 52 ausgegeben, um den Glättungskondensator 56 zu laden. Eine Ladung des Kondensators 50 fließt durch einen Weg über den Transistor 64, die Diode 58 und die Induktorspule 60 vom und kehrt zurück zum Kondensator 50. In diesem Fall wird die Energie des Kondensators 50 in der Induktorspule 60 gespeichert.
Durch Wiederholen des obigen Betriebs werden zwei Aufladezerhackerbetriebe mit einer Phasendifferenz von 180º ausgeführt.
Da die Feldeffekttransistoren 62 und 64 abwechselnd mit einer hohen Frequenz ein-/ausgeschaltet werden, wird zusätzlich ein Betrieb als Halbbrückeninvertor ausgeführt, um die Last mit einer Hochfrequenz zu versorgen.
Gemäß der obigen Ausführungsform ist eine DC-Spannung des Glättungskondensators 46 eingestellt, so daß sie höher als der Spitzenwert der AC-Spannung der Last 82 ist, und die Werte der Induktorspulen 52 und 60 sind in einem Stromunterbrechungsmodus eingestellt. Daher können, da ein Eingangsstrom bei einer niedrigen Frequenz nahe an einer Eingangsspannungswellenform erhalten wird, ein Hochleistungsfaktor und eine niedrige Verzerrung erreicht werden.
Wie oben beschrieben wurde wird, da zwei 1/2-Kapazität-Zerhacker mit einer Phasendifferenz von 180º parallel zueinander angeschlossen sind, eine Welligkeit eines Eingangsstroms so getilgt, daß sie kleiner als die ist, die bei einer herkömmlichen Anordnung erhalten wird. Daher kann eine Anordnung des Eingangsfilters 36 vereinfacht werden, und Herstellungskosten können verringert werden.
Ferner kann, da die durch die zwei Kondensatoren 48 und 50 gleichgerichtete Spannung geteilt ist, eine Niederspannungsausführung einer DC-Spannung von ungefähr 300 V realisiert werden, selbst wenn eine AC-Spannung 200 V ist. Daher können rückwärts leitende Schalter 74 und 76 mit einer geringen Stromkapazität und einer niedrigen Spannungsfestigkeit zum Verringern der Kosten verwendet werden.
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 beschrieben. Bei jeder der folgenden Ausführungsformen bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform dieselben Teile, und eine genaue Beschreibung eines Betriebs der gesamten Anordnung wird weggelassen, da sie dieselbe wie die der Anordnung gemäß der ersten Ausführungsform ist.
Bei der in der Fig. 3 gezeigten Stromversorgungsschaltung ist der Kondensator 50 in der in der Fig. 2 gezeigten Schaltung weggelassen und statt dessen ein Kondensator 94 über eine Einschaltstromstoßverhinderungsschaltung zwischen den zwei Anschlüssen einer Diodenbrücke 38 angeschlossen.
Bei der Stroinversorgungsschaltung mit der obigen Anordnung wird, wenn ein Feldeffekttransistor 62 eingeschaltet ist, ein durch einen Kondensator 48 und eine Diode 66 fließender Strom an eine Induktorspule 52 und eine Diode 54 nebengeschlossen.
Gemäß der zweiten Ausführungsform kann, obwohl verglichen mit der oben beschriebenen ersten Ausführungsform eine Hochfrequenzwelligkeit erhöht ist, die Anzahl der eingesetzten Teile verringert und ein Hochleistungsfaktor verwirklicht werden.
Die Fig. 4 ist ein Schaltbild, das eine Anordnung der dritten Ausführungsform einer Stromversorgungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der dritten Ausführungsform ist, wie bei der obigen zweiten Ausführungsform der Kondensator 48 in der in der Fig. 2 gezeigten Schaltung weggelassen und statt dessen ein Kondensator 94 über eine Einschaltstromstoßverhinderungsschaltung 46 zwischen den zwei Anschlüssen einer Diodenbrücke 38 angeschlossen.
Die Fig. 5 ist ein Schaltbild, das die vierte Ausführungsform einer Stromversorgungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der in der Fig. 5 gezeigten Stromversorgungsschaltung sind die zwei Induktorspulen 52 und 60 in der in der Fig. 2 gezeigten Stromversorgungsschaltung weggelassen, und eine Induktorspule 96 ist zwischen einem Knoten zwischen den Kondensatoren 48 und 50 und einem Knoten zwischen den rückwärts leitenden Schaltern 74 und 76 angeschlossen. In diesem Fall fließt ein Dreieckswellen-AC-Strom durch die Induktorspule 96.
Bei dieser Schaltung kann anstelle des Kondensators 50 ein Kondensator über die Einschaltstromstoßverhinderungsschaltung 46 zwischen den zwei Anschlüssen der Diodenbrücke 38 angeschlossen sein, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Zusätzlich kann anstelle des Kondensators 48 ein Kondensator über die Einschaltstromstoßverhinderungsschaltung 46 zwischen den zwei Anschlüssen der Diodenbrücke 38 angeschlossen sein, wie in der Fig. 4 gezeigt ist. Zu beachten ist, daß bei jeder der obigen Ausführungsformen die Last 82 parallel zum Glättungskondensator 56 angeschlossen sein kann.

Claims

1. Stromversorgungsschaltung, enthaltend AC-Stromversorgungseinrichtungen (30), einen mit den AC-Stromversorgüngseinrichtungen (30) verbündenen Vollwellengleichrichter (38) zum Ausführen einer Vollwellengleichrichtung, einen Glättungskondensator (56), der in einer Reihenschaltung über erste bzw. zweite Dioden (54, 58) an einen Ausgangsanschluß des Vollwellengleichrichters (38) angeschlossen ist, wobei die ersten und zweiten Dioden (54, 58) bezüglich einer Ausgabe des Vollwellengleichrichters (38) Polungen in Vorwärtsrichtung haben, erste und zweite rückwärts leitende Schalteinrichtungen (74, 76), die parallel zum Glättungskondensator (56) angeschlossen sind, wobei die ersten und zweiten rückwärts leitenden Schalteinrichtungen (74, 76) miteinander in Reihe geschaltet sind, und wenigstens zwei Kondensatoren (48, 50), dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung erste und zweite Induktorspulen (52, 60) enthält, wobei wenigstens zwei Kondensatoren (48, 50) in Reihe zwischen den ersten und zweiten Induktorspulen (52, 60) und parallel zum Vollwellengleichrichter (38) vorgesehen sind, um eine Schaltung zum Zuführen gespeicherter Energien der Induktorspulen (52, 60) zum Glättungskondensator (56) in Übereinstimmung mit einem EIN-/AUS-Betrieb der ersten und zweiten rückwärts leitenden Schalteinrichtungen (74, 76) zu bilden.

2. Stromversorgungsschaltung, enthaltend AC-Stromversorgungseinrichtungen (30), einen mit den AC-Stromversorgungseinrichtungen (30) verbundenen Vollwellengleichrichter (38) zum Ausführen einer Vollwellengleichrichtung, einen Glättungskondensator (56), der in einer Reihenschaltung über erste bzw. zweite Dioden (54, 58) an einen Ausgangsanschluß des Vollwellengleichrichters (38) angeschlossen ist, wobei die ersten und zweiten Dioden (54, 58) bezüglich einer Ausgabe des Vollwellengleichrichters (38) Polungen in Vorwärtsrichtung haben, erste und zweite rückwärts leitende Schalteinrichtungen (74, 76), die parallel zum Glättungskondensator (56) angeschlossen sind, wobei die ersten und zweiten rückwärts leitenden Schalteinrichtungen (74, 76) miteinander in Reihe geschaltet sind, eine Induktorspule (96) und wenigstens zwei Kondensatoren (48, 50), dadurch gekennzeichnet, daß die Induktorspule (96) zwischen wenigstens einem Ausgangsanschluß des Vollwellengleichrichters (38) und einem Knoten zwischen den ersten und zweiten reihen.geschalteten rückwärts leitenden Schalteinrichtungen (74, 76) angeschlossen ist, und

daß die wenigstens zwei Kondensatoren (48, 50) parallel zum Vollwellengleichrichter (38) angeordnet und in einer Sternschaltung mit der Induktorspule (96) vorgesehen sind, um eine Schaltung zum Zuführen gespeicherter Energie der Induktorspule (96) zum Glättungskondensator (56) in Übereinstimmung mit einem EIN-/AUS-Betrieb der ersten und zweiten rückwärts leitenden Schalteinrichtungen (74, 76) zu bilden.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine DC-Spannung des Glättungskondensators (56) so eingestellt ist, daß sie höher als die AC-Spannung einer Last ist, so daß sie zwischen einem Knoten zwischen den ersten und zweiten rückwärts leitenden Schalteinrichtungen (74, 76) und dem Glättungskondensator (56) angeschlossen ist, und Werte der ersten und zweiten Induktorspulen (52, 60) so bestimmt sind, um einen Stromaussetzmodus einzustellen, in dem eine gespeicherte Energie einer Kapazität der Last während EIN-Zeiten der ersten und zweiten rückwärts leitenden Schalteinrichtungen (74, 76) vollständig entladen wird.

4. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner Einschaltstromstoßverhinderungsschalteinrichtungen (46) enthält, die an den Ausgangsanschluß des Vollwellengleichrichters (38) angeschlossen sind, und einen Thyristor (40) mit einer Anode, einer Kathode und einem Gate, einen Widerstand (42), der parallel zum Thyristor (40) zwischen dessen Anode und dessen Kathode angeschlossen ist, und eine Gate-Steuereinheit (44) umfaßt, die zum Steuern des Gates zwischen dem Gate und der Kathode des Thyristors angeschlossen ist.

5 Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten rückwärts leitenden Schalteinrichtungen (74, 76) durch erste und zweite reihengeschaltete Feldeffekttransistoren (62, 64) und dritte und vierte Dioden (66, 68) gebildet sind, die bezüglich einer Ausgabe des Vollwellengleichrichters (38) in Rückwärtssperrichtungen parallel zu den ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (62, 64) angeschlossen sind.

6. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine DC-Spannung des Glättungskondensators (56) so eingestellt ist, daß sie höher als die AC-Spannung einer Last ist, so daß sie zwischen einem Knoten zwischen den ersten und zweiten rückwärts leitenden Schalteinrichtungen (74, 76) und dem Glättungskondensator (56) angeschlossen ist, und Werte der Induktorspule (96) so bestimmt sind, um einen Stromaussetzmodus einzustellen, in dem eine gespeicherte Energie einer Kapazität der Last während EIN-Zeiten der ersten und zweiten rückwärts leitenden Schalteinrichtungen (74, 76) vollständig entladen wird.