JP2006230089A - 中性点形降圧インバータ - Google Patents
中性点形降圧インバータ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006230089A JP2006230089A JP2005039999A JP2005039999A JP2006230089A JP 2006230089 A JP2006230089 A JP 2006230089A JP 2005039999 A JP2005039999 A JP 2005039999A JP 2005039999 A JP2005039999 A JP 2005039999A JP 2006230089 A JP2006230089 A JP 2006230089A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- capacitor
- diode
- connection point
- circuit
- inductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
Landscapes
- Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
【課題】 商用電源の入力電流における高調波を抑制しつつ、電源投入時の突入電流を抑え、かつ、小型化に適したインバータを提供する。
【解決手段】 商用電源Viを半波整流した正側と負側の電圧をそれぞれ平滑せずにQ1,Q2,L1で降圧チョッピングして各コンデンサC1,C2に充電し、それらを平滑コンデンサC4で平滑して直流電圧を生成する中性点形降圧インバータとし、平滑コンデンサへの突入電流を抑える。さらに、コンデンサC1,C2の接続点(中性点)と電源との間にチャージポンプ動作をする充放電コンデンサC3を設け、電源の入力電圧がコンデンサC1,C2の電圧より低く当該コンデンサへ充電されないときでも、電源から電流が流れるようにして、商用電源の入力電流を高調波の発生原因となる断続波形にしない。
【選択図】 図1
【解決手段】 商用電源Viを半波整流した正側と負側の電圧をそれぞれ平滑せずにQ1,Q2,L1で降圧チョッピングして各コンデンサC1,C2に充電し、それらを平滑コンデンサC4で平滑して直流電圧を生成する中性点形降圧インバータとし、平滑コンデンサへの突入電流を抑える。さらに、コンデンサC1,C2の接続点(中性点)と電源との間にチャージポンプ動作をする充放電コンデンサC3を設け、電源の入力電圧がコンデンサC1,C2の電圧より低く当該コンデンサへ充電されないときでも、電源から電流が流れるようにして、商用電源の入力電流を高調波の発生原因となる断続波形にしない。
【選択図】 図1
Description
本発明は、交流電圧を整流して一旦直流電圧に変換した後、さらに高周波電圧に変換して高周波電力を負荷に供給するインバータ装置に関し、より詳細には、中性点形降圧インバータ装置もしくは照明機器に好適な中性点形降圧インバータ式安定器(以下、両者をまとめて単に「中性点形降圧インバータ」という)に関するものである。
最近の小型化された家電製品やOA機器においては高性能・高効率化のため高周波インバータ装置が搭載されている。
また、家庭用蛍光灯器具や施設用蛍光灯器具においては、蛍光灯を点灯させる回路方式として、従来はチョーク限流型・漏洩変圧器型等の銅鉄型安定器と称されるものが使用されてきたが、形状・重量および効率の面で限界があることから、今日の蛍光灯器具には高周波点灯式安定器(インバータ式安定器)といわれるランプ制御装置が使用されるようになり、水銀灯やメタルハライド等のHIDランプ器具、電球型蛍光ランプ等にも使用されている。
このインバータ式安定器は、効率がよく省電力化が図れること、ランプのチラツキや安定器の騒音を少なくできること、軽量化が図れること等の利点があることから、上記各種蛍光灯器具のインバータ化が急速に進んでいる。
ところが、上記高周波インバータ装置やインバータ式安定器(以下、これらをまとめて単に「インバータ」という)は、一般に安価なコンデンサインプット型平滑回路方式が多く用いられており、ダイオードの非線形特性に起因する歪波電流が商用電源に流れ、商用電源側の入力電流に高調波電流が流れるようになり、この高調波電流がおよぼす高調波障害の問題が顕著になってきている。
このため、高調波電流を抑制するための回路技術の検討がなされ、例えば、交流リアクトル挿入方式・部分平滑方式、アクティブ平滑フィルタ方式(非特許文献1参照)、中性点形昇圧インバータ方式(非特許文献2,3等参照)などが既に実用化されている。
"インバータランプ";電子技術,Vol.32,No3,pp.113-119 "簡易高調波低減回路の一方法";加藤義人,電気設備学会誌,Vol.12,No.10,pp.902-904 "中性点形インバータによる入力電流低歪み形電子安定器の開発";加藤義人,照明学会誌,Vol79,No.2,pp.14-20
"インバータランプ";電子技術,Vol.32,No3,pp.113-119 "簡易高調波低減回路の一方法";加藤義人,電気設備学会誌,Vol.12,No.10,pp.902-904 "中性点形インバータによる入力電流低歪み形電子安定器の開発";加藤義人,照明学会誌,Vol79,No.2,pp.14-20
しかしながら、交流リアクトル挿入方式では、回路に挿入するリアクトル(インダクタ)が大きく小形化に適さないという問題があり、部分平滑方式では、突入電流の発生はないが高調波規制値を満足することができないという問題があり、アクティブ平滑フィルタ方式および中性点形昇圧インバータ方式では、スイッチング素子のオン・オフ状態に関係なく交流電源から直接平滑コンデンサを充電する閉路が存在するため、電源投入時に突入電流が発生するという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑み、商用電源側の入力電流における高調波を抑制しつつ、電源投入時の突入電流の発生を抑え、かつ、小型化に適したインバータを提供することを目的とするものである。
本発明の中性点形降圧インバータは、第1および第2のダイオードを該第2のダイオードから該第1のダイオードの向きが順方向となるように直列接続してなる半波整流回路と、該半波整流回路の両端子間に前記第1のダイオードから前記第2のダイオードの向きで順に接続された第1および第2のスイッチング素子の直列回路と、第1および第2のコンデンサを直列接続してなるコンデンサ直列回路と、前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と前記第1および第2のコンデンサの接続点との間に接続されたインダクタと、前記コンデンサ直列回路の両端子間に、第1のコンデンサから第2のコンデンサに向けて順方向に直列接続された第3および第4のダイオードの整流回路と、前記第1および第2のコンデンサの接続点と前記第3および第4のダイオードの接続点との間に接続された充放電用の第3のコンデンサと、前記第1および第2のダイオードの接続点と前記第3および第4のダイオードの接続点との間に接続された交流電源と、前記第1のコンデンサと前記インダクタの直列回路と並列に、前記第1のコンデンサから前記インダクタに向けて順方向に接続された第5のダイオードと、前記第2のコンデンサと前記インダクタの直列回路と並列に、前記インダクタから前記第2のコンデンサに向けて順方向に接続された第6のダイオードと、前記コンデンサ直列回路の両端子間に接続された平滑用の第4のコンデンサと、前記第2のコンデンサと前記第4のコンデンサの接続点から前記第1のダイオードと前記第1のスイッチング素子の接続点へ順方向に接続された第7のダイオードと、前記第2のダイオードと前記第2のスイッチング素子の接続点から前記第1のコンデンサと前記第4のコンデンサの接続点へ順方向に接続された第8のダイオードと、前記第1および第2のスイッチング素子を交互にオン・オフ動作させる駆動回路と、前記第7のダイオードと前記第1のスイッチング素子の接続点と、前記第8のダイオードと前記第2のスイッチング素子の接続点との間に接続された第5および第6のコンデンサの直列回路と、前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と前記第5および第6のコンデンサの接続点との間に接続された負荷回路とを備え、前記第1および第2のスイッチング素子のオン・オフ動作により前記負荷回路に交流電力が供給されることを特徴とするものである(第1の中性点形降圧インバータ)。
また、本発明の中性点形降圧インバータは、第1および第2のダイオードを該第2のダイオードから該第1のダイオードの向きが順方向となるように直列接続してなる半波整流回路と、該半波整流回路の両端子間に前記第1のダイオードから前記第2のダイオードの向きで順に接続された第1および第2のスイッチング素子の直列回路と、第1および第2のコンデンサを直列接続してなるコンデンサ直列回路と、前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と前記第1および第2のコンデンサの接続点との間に接続されたインダクタと、前記コンデンサ直列回路の両端子間に、第1のコンデンサから第2のコンデンサに向けて順方向に直列接続された第3および第4のダイオードの整流回路と、前記第1および第2のコンデンサの接続点と前記第3および第4のダイオードの接続点との間に接続された充放電用の第3のコンデンサと、前記第1および第2のダイオードの接続点と前記第3および第4のダイオードの接続点との間に接続された交流電源と、前記第1のコンデンサと前記インダクタの直列回路と並列に、前記第1のコンデンサから前記インダクタに向けて順方向に接続された第5のダイオードと、前記第2のコンデンサと前記インダクタの直列回路と並列に、前記インダクタから前記第2のコンデンサに向けて順方向に接続された第6のダイオードと、前記コンデンサ直列回路の両端子間に接続された平滑用の第4のコンデンサと、前記第2のコンデンサと前記第4のコンデンサの接続点から前記第1のダイオードと前記第1のスイッチング素子の接続点へ順方向に接続された第7のダイオードと、前記第2のダイオードと前記第2のスイッチング素子の接続点から前記第1のコンデンサと前記第4のコンデンサの接続点へ順方向に接続された第8のダイオードと、前記第1および第2のスイッチング素子を交互にオン・オフ動作させる駆動回路と、前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と、前記第7のダイオードと前記第1のスイッチング素子の接続点または前記第8のダイオードと前記第2のスイッチング素子の接続点との間に接続された第5のコンデンサおよび負荷回路の直列回路とを備え、前記第1および第2のスイッチング素子のオン・オフ動作により前記負荷回路に交流電力が供給されることを特徴とするものである(第2の中性点形降圧インバータ)。
また、本発明の中性点形降圧インバータは、第1および第2のダイオードを該第2のダイオードから該第1のダイオードの向きが順方向となるように直列接続してなる半波整流回路と、該半波整流回路の両端子間に前記第1のダイオードから前記第2のダイオードの向きで順に接続された第1および第2のスイッチング素子の直列回路と、第1および第2のコンデンサを直列接続してなるコンデンサ直列回路と、前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と前記第1および第2のコンデンサの接続点との間に接続されたインダクタを含む負荷回路と、前記コンデンサ直列回路の両端子間に、第1のコンデンサから第2のコンデンサに向けて順方向に直列接続された第3および第4のダイオードの整流回路と、前記第1および第2のコンデンサの接続点と前記第3および第4のダイオードの接続点との間に接続された充放電用の第3のコンデンサと、前記第1および第2のダイオードの接続点と前記第3および第4のダイオードの接続点との間に接続された交流電源と、前記第1のコンデンサと前記負荷回路の直列回路と並列に、前記第1のコンデンサから前記負荷回路に向けて順方向に接続された第5のダイオードと、前記第2のコンデンサと前記負荷回路の直列回路と並列に、前記負荷回路から前記第2のコンデンサに向けて順方向に接続された第6のダイオードと、前記コンデンサ直列回路の両端子間に接続された平滑用の第4のコンデンサと、前記第2のコンデンサと前記第4のコンデンサの接続点から前記第1のダイオードと前記第1のスイッチング素子の接続点へ順方向に接続された第7のダイオードと、前記第2のダイオードと前記第2のスイッチング素子の接続点から前記第1のコンデンサと前記第4のコンデンサの接続点へ順方向に接続された第8のダイオードと、前記第1および第2のスイッチング素子を交互にオン・オフ動作させる駆動回路とを備え、前記第1および第2のスイッチング素子のオン・オフ動作により前記負荷回路に交流電力が供給されることを特徴とするものである(第3の中性点形降圧インバータ)。
ここで、「交流電源」は、交流電流の基本周波数を通過させ、高調波信号を遮断する低域通過フィルタを備えたものが好ましい。
「スイッチング素子」としては、例えば、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ(FET)等を考えることができる。
本発明の中性点形降圧インバータにおいて、前記第3のコンデンサと、前記第1および第2のコンデンサの接続点または前記第3および第4のダイオードの接続点との間に接続された入力電流波形改善用インダクタをさらに備えるようにしてもよい。
また、本発明の中性点形降圧インバータにおいて、前記負荷回路は、該負荷回路の両端が1次巻線の両端となるトランスと、該トランスの2次巻線間に接続された負荷とからなるものであってもよいし、第2のインダクタと負荷の直列回路であってもよい。
さらに、前記負荷は、放電灯であってもよい。
「放電灯」とは、高周波放電によって点灯する電灯であり、いわゆる蛍光灯を含む。
本発明の中性点形降圧インバータによれば、上記構成により、交流電源から平滑コンデンサに直接的に電流が流れる閉路が存在せず、電源投入後の2つのスイッチング素子のオン・オフ動作によって平滑コンデンサに徐々に充電がなされるため、電源投入時の突入電流を防ぐことができる。
また、本発明の中性点形降圧インバータによれば、インダクタと交流出力端子との間にチャージポンプ動作を行う充放電用のコンデンサが接続されおり、交流電源の電圧(片振幅)が、タイミング的に充放電がなされようとする第1のコンデンサもしくは第2のコンデンサの電圧(通常、交流電源の1/2の振幅に相当する電圧)より低く、当該コンデンサの充放電がなされないときであっても、これとは別の上記充放電用のコンデンサに対する充電がなされ、交流電源の入力電流波形が、部分平滑に見られるような高調波の発生原因となる断続波形とならないため、高調波を抑制し高調波に対するIEC規格値を満足させることができる。
また、本発明の中性点形降圧インバータは、原理的に、交流リアクトル挿入方式ではないことから、比較的大きなインダクタを必要としないため、小型化にも適している。
さらに、本発明の中性点形降圧インバータは、降圧チョッパ方式を採用しているため、平滑コンデンサをはじめとする各回路素子にかかる電圧は昇圧チョッパ方式に比してより低い電圧となり、各回路素子への電圧ストレスを軽減することができる。
また、本発明の中性点形降圧インバータのうち、コンバータ部を構成するインダクタが負荷回路の一部となるように構成したインバータによれば、そのインダクタがコンバータ部と負荷回路とで兼用されるため、部品点数を少なくすることができ、インバータのコスト削減、小型化を図ることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は本発明の第1の中性点形降圧インバータの一実施形態(第1の実施形態)を示す回路図であり、蛍光灯LTを点灯させるインバータ式安定器を構成している。
図1に示すように、本実施形態による中性点形降圧インバータ1は、第1および第2のダイオードD1,D2をダイオードD2からダイオードD1への向きが順方向となるように直列接続してなる半波整流回路と、当該半波整流回路の両端子間にダイオードD1からダイオードD2の向きで順に接続された第1および第2のスイッチング素子であるFET(電界効果トランジスタ)Q1,Q2の直列回路と、第1および第2のコンデンサC1,C2を直列接続してなるコンデンサ直列回路と、FETQ1,Q2の接続点とコンデンサC1,C2の接続点との間に接続されたインダクタL1と、上記コンデンサ直列回路の両端子間に、コンデンサC1からコンデンサC2に向けて順方向に直列接続された第3および第4のダイオードD3,D4の整流回路と、コンデンサC1,C2の接続点とダイオードD3,D4の接続点との間に接続された充放電用の第3のコンデンサC3と、ダイオードD1,D2の接続点とダイオードD3,D4の接続点との間に、インダクタLfとコンデンサCfとからなるローパスフィルタLPFを介して接続された商用電源(交流電源)と、コンデンサC1とインダクタL1の直列回路と並列に、コンデンサC1からインダクタL1に向けて順方向に接続された第5のダイオードD5と、コンデンサC2とインダクタL1の直列回路と並列に、インダクタL1からコンデンサC2に向けて順方向に接続された第6のダイオードD6と、上記コンデンサ直列回路の両端子間に接続された平滑用の第4のコンデンサC4と、コンデンサC2とコンデンサC4の接続点からダイオードD1とFETQ1の接続点へ順方向に接続された第7のダイオードD7と、ダイオードD2とFETQ2の接続点からコンデンサC1とコンデンサC3の接続点へ順方向に接続された第8のダイオードD8と、FETQ1,Q2を交互にオン・オフ動作させるドライブ回路(駆動回路)DRと、ダイオードD7とFETQ1の接続点と、ダイオードD8とFETQ2の接続点との間に接続された第5および第6のコンデンサC5,C6の直列回路と、FETQ1,Q2の接続点とコンデンサC5,C6の接続点との間に接続された負荷回路とを備え、FETQ1,Q2のオン・オフ動作により負荷回路に交流電力が供給されるものである。
この中性点形降圧インバータ1を、個々の回路素子の接続形態に着目しながら説明すると以下のようになる。商用電源が、インダクタLfとコンデンサCfとから構成されるローパスフィルタLPFに接続されており、商用電源の交流電圧Viがローパスフィルタの交流出力端子AC1,AC2間に発生する。交流出力端子AC1には、正電圧側を半波整流するためのダイオードD1のアノードと、負電圧側を半波整流するためのダイオードD2のカソードが接続されており、ダイオードD1のカソードとダイオードD2のアノードとの間に、FETQ1,Q2が直列に接続されている。FETQ1,Q2の接続点には、インダクタL1の一方の端子が接続されている。
インダクタL1の他方の端子にはコンデンサC1の一方の端子が接続され、このコンデンサC1の他方の端子と交流出力端子AC2との間に、カソードがAC2側となるようにダイオードD3が接続されている。また、コンデンサC1の上記他方の端子とインダクタL1の上記一方の端子との間に、カソードがインダクタL1側となるようにダイオードD5が接続されており、FETQ2とダイオードD2の接続点とコンデンサC1の上記他方の端子との間に、カソードがC1側となるようにダイオードD8が接続されている。
インダクタL1の他方の端子にはさらにコンデンサC2の一方の端子が接続され、このコンデンサC2の他方の端子と交流出力端子AC2との間に、カソードがコンデンサC2側となるようにダイオードD4が接続されている。また、コンデンサC2の上記他方の端子とインダクタL1の上記一方の端子との間にカソードがコンデンサC2側となるようにダイオードD6が接続されており、FETQ1とダイオードD1の接続点とコンデンサC2の上記他方の端子との間に、カソードがQ1側となるようにダイオードD7が接続されている。
コンデンサC1の上記他方の端子とコンデンサC2の上記他方の端子との間には、平滑用のコンデンサC4が接続されており、インダクタL1の上記他方の端子と交流出力端子AC2との間には、後述のチャージポンプ動作をさせるための充放電コンデンサC3が接続されている。
FETQ1,Q2の各ゲート端子には、これらFETを交互にオン・オフ駆動するドライブ回路DRが接続されており、このドライブ回路DRは、その+−電源端子をそれぞれダイオードD1のカソードとダイオードD2のアノードに接続され、ここから電力供給を受ける構成となっている。
なお、ダイオードD7,D8は、交流電圧Viから直流電圧を生成するコンバータ部におけるスイッチと、生成した直流電圧を高周波電力に変換するインバータ部におけるスイッチの役割とを同時に果たしており、いわゆる兼用形バラスト構造となっている。
負荷回路は、1次巻線と2次巻線を有するトランスT1と、トランスT1の2次巻線間に並列接続された蛍光灯LTと、蛍光灯LTと並列接続された共振コンデンサC7とからなり、トランスT1の1次巻線の一方の端子がFETQ1,Q2の接続点に接続され、この1次巻線の他方の端子が、ダイオードD7のカソードとダイオードD8のアノードにそれぞれコンデンサC5,C6を介して接続されている。トランスT1の2次巻線と共振コンデンサC7は並列共振回路を形成しており、共振コンデンサC7の両端に発生する共振電圧が蛍光灯LTに印加され安定に点灯する。
次に、上記構成の中性点形降圧インバータ1の動作について説明する。図1において、商用電源を投入すると、その交流電圧ViがローパスフィルタLPFを介して交流出力端子AC1,AC2間に発生する。交流出力端子AC1には、交流出力端子AC2を基準として正電圧と負電圧が交互に発生するが、交流出力端子AC1に正電圧が発生しているときには、AC1,D1,DR,D8,D3,AC2のループで半波整流された電流が流れ、交流出力端子AC1に負電圧が発生しているときには、AC2,D4,D7,DR,D2,AC1のループで半波整流された電流が流れ、ドライブ回路DRに電力が供給される。これにより、ドライブ回路DRはFETQ1,Q2のゲート端子に交互にパルス電圧を加えてFETQ1,Q2を交互にオン・オフさせる。
ここで、まず、交流出力端子AC1に正電圧が発生している場合の回路動作について説明する。FETQ1がオン(FETQ2はオフ)すると、AC1,D1,Q1,L1,C3,AC2のループで電流が流れるとともに、AC1,D1,Q1,L1,C1,D3,AC2のループでも電流が流れ、インダクタL1に磁気エネルギーが蓄積されると同時にコンデンサC1,C3に電荷が充電される。
そして、FETQ1がオフ(FETQ2はオフ)すると、インダクタL1に蓄えられた磁気エネルギーが逆起電力となり、L1,C1,D5,L1のループで電流が流れる。この途中、FETQ2はオン(FETQ1はオフ)するが、インダクタL1の磁気エネルギーがなくなるまでこの状態が続き、この磁気エネルギーがなくなると、コンデンサC3に充電されたすべての電荷が、C3,L1,Q2,D8,D3,C3のループで放電されるとともに、コンデンサC1に充電された電荷が、C1,L1,Q2,D8,C1のループで放電され、FETQ2はオフとなる。その後、FETQ1が再びオンし、上記と同様の動作が繰り返されて、コンデンサC1に充電された電荷量が徐々に増大し、コンデンサC1の端子間電圧も徐々に高くなり所定の電圧に達する。
ここで、交流出力端子AC1に発生している電圧Vac1の絶対値が、コンデンサC1の端子間電圧Vc1のそれよりも大きい場合には、上記のように、FETQ1オン時にコンデンサC1に充電電流が流れるが、電圧Vac1の絶対値が電圧Vc1のそれより小さい場合には、コンデンサC1に充電電流が流れない。しかし、コンデンサC3はFETオン時には常にすべての電荷が放出された状態となっており、電圧Vac1の絶対値が電圧Vc1のそれより小さい場合であっても、FETQ1オン時には、AC1,D1,Q1,L1,C3,AC2のループで電流が流れ、インダクタL1に磁気エネルギーが蓄積されるとともにコンデンサC3に電荷が充電され、FETQ1オフ(FETQ2はオン)時にインダクタL1の逆起電力によるコンデンサC1の充電がなされ、インダクタL1の磁気エネルギーがなくなると、コンデンサC3のすべての充電電荷とコンデンサC1の充電電荷の一部が上記と同様にインダクタL1を介して放出されることとなる。このようにコンデンサC3が充放電を繰り返す動作をチャージポンプ動作という。
なお、FETQ1,Q2がそれぞれオンデューティ略50%で駆動されている場合には、コンデンサC1の端子間電圧は、交流電圧Viの片振幅をVaとして電圧1/2Vaが上限となる。
次に、交流出力端子AC1に負電圧が発生している場合の回路動作について説明するが、基本的な動作の流れは、交流出力端子AC1に正電圧が発生している場合と同様である。すなわち、FETQ2がオン(FETQ1はオフ)すると、AC2,C3,L1,Q2,D2,AC1のループで電流が流れるとともに、AC2,D4,C2,L1,Q2,D2,AC1のループでも電流が流れ、インダクタL1に磁気エネルギーが蓄積されると同時にコンデンサC2,C3に電荷が充電される。
そして、FETQ2がオフ(FETQ1はオフ)すると、インダクタL1に蓄えられた磁気エネルギーが逆起電力となり、L1,D6,C2,L1のループで電流が流れる。この途中、FETQ1はオン(FETQ2はオフ)するが、インダクタL1の磁気エネルギーがなくなるまでこの状態が続き、この磁気エネルギーがなくなると、コンデンサC3に充電されたすべての電荷が、C3,D4,D7,Q1,L1,C3のループで放電されるとともに、コンデンサC2に充電された電荷が、C2,D7,Q1,L1,C2のループで放電され、FETQ1はオフとなる。その後、FETQ1が再びオンし、上記と同様の動作が繰り返されて、コンデンサC2に充電された電荷量が徐々に増大し、コンデンサC2の端子間電圧も徐々に高くなり、所定の電圧に達する。
ここで、交流出力端子AC1に発生している電圧Vac1の絶対値が、コンデンサC2の端子間電圧Vc2のそれよりも大きい場合には、上記のように、FETQ2オン時にコンデンサC2に充電電流が流れるが、電圧Vac1の絶対値が電圧Vc2のそれより小さい場合には、コンデンサC2に充電電流が流れない。しかし、コンデンサC3はFETQ2オン時には常にすべての電荷が放出された状態となっており、電圧Vac1の絶対値が電圧Vc2のそれより小さい場合であっても、FETQ2オン時には、AC2,C3,L1,Q2,D2,AC1のループで電流が流れ、インダクタL1に磁気エネルギーが蓄積されるとともにコンデンサC3に電荷が充電され、FETQ2オフ(FETQ1はオン)時にインダクタL1の逆起電力によるコンデンサC2の充電がなされ、インダクタL1の磁気エネルギーがなくなると、コンデンサC3のすべての充電電荷とコンデンサC2の充電電荷の一部が上記と同様にインダクタL1を介して放出されることとなる。
このように、交流出力端子AC1に正電圧が発生している場合にはコンデンサC1への充電がなされ、交流出力端子AC1に負電圧が発生している場合にはコンデンサC2への充電がなされるわけであるが、交流出力端子AC1は、正電圧と負電圧が交互に発生するので、これに応じてコンデンサC1への充電とコンデンサC2への充電とが繰り返され、その結果、FETQ1,Q2がそれぞれオンデューティ略50%で駆動されている場合には、コンデンサC1,C2の端子間電圧は、それぞれ、交流電圧Viの片振幅をVaとして電圧1/2Vaが上限となる。したがって、これらの電圧の合算された電圧Vaが平滑コンデンサC4の両端子である直流電圧端子DC+,DC−間に出力されることとなる。
そして、FETQ1,Q2のオン・オフ動作により、負荷回路に高周波電力が供給される。すなわち、トランスT1の1次巻線に高周波の交流電流が交互に流れることにより、トランスT1の2次側に巻線比に応じた高周波電圧が発生する。蛍光灯LTと並列に接続された共振コンデンサC7により2次側電圧が共振して、蛍光灯LTのフィラメントの予熱とともにこの共振電圧により蛍光灯LTを点灯する。
このように、本実施形態の中性点形降圧インバータによれば、上記構成により、商用電源から平滑コンデンサC4に直接的に電流が流れる閉路が存在せず、電源投入後の2つのスイッチング素子のオン・オフ動作によって平滑コンデンサC4に徐々に充電がなされるため、電源投入時の突入電流を防ぐことができる。
また、本実施形態の中性点形降圧インバータによれば、インダクタL1と交流出力端子AC2との間にチャージポンプ動作を行う充放電用のコンデンサC3が接続されおり、商用電源の電圧(片振幅)が、タイミング的に充放電がなされようとするコンデンサC1もしくはC2の電圧(通常、商用電源の1/2の振幅に相当する電圧)より低く、当該コンデンサの充放電がなされないときであっても、これとは別の上記充放電用のコンデンサC3に対する充放電がなされ、商用電源の入力電流波形が、部分平滑に見られるような高調波の発生原因となる断続波形とならないため、高調波を抑制し高調波に対するIEC規格値を満足させることができる。
また、本実施形態の中性点形降圧インバータは、原理的に、交流リアクトル挿入方式ではないことから、比較的大きなインダクタを必要としないため、小型化にも適している。
さらに、本実施形態の中性点形降圧インバータは、降圧チョッパ方式を採用しているため、平滑コンデンサC4をはじめとする各回路素子にかかる電圧は昇圧チョッパ方式に比してより低い電圧となり、各回路素子への電圧ストレスを軽減することができる。
次に図2を参照して、本発明の第1の中性点形降圧インバータの他の実施形態(第2の実施形態)について説明する。なお、この図2において、図1中の要素と同等の要素には同じ符号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
この第2の実施形態にかかる中性点形降圧インバータは、第1の実施形態とは負荷回路の構成のみが異なった構成となっている。すなわち、本実施形態における負荷回路は、インダクタL2と、インダクタL2と直列に接続された蛍光灯LTと、蛍光灯LTと並列接続された共振コンデンサC7とからなり、インダクタL2の一方の端子がFETQ1,Q2の接続点に接続され、蛍光灯LTの一方の端子が、ダイオードD7のカソードとダイオードD8のアノードにそれぞれコンデンサC5,C6を介して接続されている。インダクタL2と共振コンデンサC7は直列共振回路を形成しており、共振コンデンサの両端に発生する共振電圧が蛍光灯LTに印加され安定に点灯する。
このように、本発明の中性点形降圧インバータは、負荷回路を直列共振形のものとしても問題なく動作する。
次に図3を参照して、本発明の第2の中性点形降圧インバータの一実施形態(第3の実施形態)について説明する。なお、この図3において、図1中の要素と同等の要素には同じ符号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
この第3の実施形態にかかる中性点形降圧インバータは、第1の実施形態とは負荷回路の接続形態のみが異なった構成となっている。すなわち、本実施形態における負荷回路は、1次巻線と2次巻線を有するトランスT1と、トランスT1の2次巻線間に並列接続された蛍光灯LTと、蛍光灯LTと並列接続された共振コンデンサC7とからなり、トランスT1の1次巻線の一方の端子がFETQ1,Q2の接続点に接続され、この1次巻線の他方の端子が、ダイオードD8のアノードにのみコンデンサC6(本発明の第2の中性点形降圧インバータにおける第5のコンデンサ)を介して接続されている。トランスT1の2次巻線と共振コンデンサC7が並列共振回路を形成する点は第1の実施形態と同様であるが、電流の流れ方が下記のように異なる。すなわち、FETQ1オン、FETQ2オフのときは、電流がQ1,T1の1次巻線,C6の経路でトランスT1の一次側を流れコンデンサC6を充電し、FETQ1オフ、FETQ2オンになれば、電流はC6,T1の1次巻線,Q2の経路でさきほどとは逆の方向に流れる。その結果、トランスT1の一次側には高周波の交流電流が流れる。このような接続形態であっても、共振コンデンサC7の両端に共振電圧が発生し、この共振電圧が蛍光灯LTに印加され安定に点灯する。
なお、本実施形態における負荷回路は、1次巻線と2次巻線を有するトランスT1と、トランスT1の2次巻線間に並列接続された蛍光灯LTと、蛍光灯LTと並列接続された共振コンデンサC7とからなり、トランスT1の1次巻線の一方の端子がFETQ1,Q2の接続点に接続され、この1次巻線の他方の端子が、ダイオードD7のカソードにのみコンデンサC5(本発明の第2の中性点形降圧インバータにおける第5のコンデンサ)を介して接続されるようにしてもよい。このような接続形態であっても、上記と同様の動作により、共振コンデンサC7の両端に共振電圧が発生し、この共振電圧が蛍光灯LTに印加され安定に点灯する。
また、本実施形態において、負荷回路は、第2の実施形態と同様、インダクタL2と、インダクタL2と直列に接続された蛍光灯LTと、蛍光灯LTと並列接続された共振コンデンサC7とからなる直列共振型とすることもできる。
次に図4を参照して、本発明の第3の中性点形降圧インバータの一実施形態(第4の実施形態)について説明する。なお、この図4において、図1中の要素と同等の要素には同じ符号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
この第4の実施形態にかかる中性点形降圧インバータは、コンバータ部に用いるインダクタと負荷回路に含まれるインダクタとを兼用化した構成となっている。すなわち、本実施形態では、インダクタL1の代わりにトランスT1の1次巻線を用い、負荷回路をトランスT1とその2次巻線間に並列接続させた蛍光灯LTと、蛍光灯LTと並列接続された共振コンデンサC7とからなるようにしたものである。このような形態であっても、トランスT1の1次巻線に高周波の交流電流が交互に流れることにより、トランスT1の2次側に巻線比に応じた高周波電圧が発生し、蛍光灯LTと並列に接続された共振コンデンサC7により2次側電圧が共振して、蛍光灯LTのフィラメントの予熱とともにこの共振電圧により蛍光灯LTを点灯する。
このように、本実施形態による中性点形降圧インバータは、コンバータ部を構成するインダクタが負荷回路の一部となるように構成してあるので、そのインダクタがコンバータ部と負荷回路とで兼用されるため、部品点数を少なくすることができ、インバータのコスト削減、小型化を図ることができる。
なお、本実施形態においても、負荷回路は、第2の実施形態と同様、インダクタL2と、インダクタL2と直列に接続された蛍光灯LTと、蛍光灯LTと並列接続された共振コンデンサC7とからなる直列共振型とすることができる。
なお、上記の各実施形態においては、充放電用のコンデンサC3と、コンデンサC1,C2の接続点またはダイオードD3,D4の接続点との間に接続された入力電流波形改善用インダクタL3をさらに備えるようにしてもよい。すなわち、コンデンサC3の代わりに、コンデンサC3とインダクタンス成分が比較的小さいインダクタL3との直接回路を設けるようにしてもよい。これにより、入力電流波形が改善され、高調波のレベルが一層低下する。ここではその一例として、図1の中性点形降圧インバータにおいて、コンデンサC3とコンデンサC1,C2の接続点との間に入力電流波形改善用インダクタL3を設けた例を図5に示す。
また、上記の各実施形態においては、ドライブ回路を用いた他励式を採用しているが、特開2002−153072号公報に開示されているような自励式を採用することもできる。
また、上記の各実施形態における回路構成は、本発明の中性点形降圧インバータの回路動作を説明するために単純化したものである。したがって、本発明はその回路構成を上記実施形態に限定するものではなく、保護目的等により種々の回路や素子を挿入したり、所定の素子を他の素子に代替したりできることは言うまでもない。
また、本発明の中性点形降圧インバータに適用する負荷回路についても同様であり、本発明に種々の負荷回路を適用できることは言うまでもない。
Vi 交流電源(商用電源)
LPF ローパスフィルタ(低域通過フィルタ)
Q1,Q2 FET(スイッチング素子)
D1〜D7 ダイオード(整流素子)
C1〜C7 コンデンサ
DR ドライブ回路(駆動回路)
L1,L2 インダクタ
L3 入力電流波形改善用インダクタ
LT 蛍光灯(負荷)
T1 トランス
LPF ローパスフィルタ(低域通過フィルタ)
Q1,Q2 FET(スイッチング素子)
D1〜D7 ダイオード(整流素子)
C1〜C7 コンデンサ
DR ドライブ回路(駆動回路)
L1,L2 インダクタ
L3 入力電流波形改善用インダクタ
LT 蛍光灯(負荷)
T1 トランス
Claims (7)
- 第1および第2のダイオードを該第2のダイオードから該第1のダイオードの向きが順方向となるように直列接続してなる半波整流回路と、
該半波整流回路の両端子間に前記第1のダイオードから前記第2のダイオードの向きで順に接続された第1および第2のスイッチング素子の直列回路と、
第1および第2のコンデンサを直列接続してなるコンデンサ直列回路と、
前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と前記第1および第2のコンデンサの接続点との間に接続されたインダクタと、
前記コンデンサ直列回路の両端子間に、第1のコンデンサから第2のコンデンサに向けて順方向に直列接続された第3および第4のダイオードの整流回路と、
前記第1および第2のコンデンサの接続点と前記第3および第4のダイオードの接続点との間に接続された充放電用の第3のコンデンサと、
前記第1および第2のダイオードの接続点と前記第3および第4のダイオードの接続点との間に接続された交流電源と、
前記第1のコンデンサと前記インダクタの直列回路と並列に、前記第1のコンデンサから前記インダクタに向けて順方向に接続された第5のダイオードと、
前記第2のコンデンサと前記インダクタの直列回路と並列に、前記インダクタから前記第2のコンデンサに向けて順方向に接続された第6のダイオードと、
前記コンデンサ直列回路の両端子間に接続された平滑用の第4のコンデンサと、
前記第2のコンデンサと前記第4のコンデンサの接続点から前記第1のダイオードと前記第1のスイッチング素子の接続点へ順方向に接続された第7のダイオードと、
前記第2のダイオードと前記第2のスイッチング素子の接続点から前記第1のコンデンサと前記第4のコンデンサの接続点へ順方向に接続された第8のダイオードと、
前記第1および第2のスイッチング素子を交互にオン・オフ動作させる駆動回路と、
前記第7のダイオードと前記第1のスイッチング素子の接続点と、前記第8のダイオードと前記第2のスイッチング素子の接続点との間に接続された第5および第6のコンデンサの直列回路と、
前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と前記第5および第6のコンデンサの接続点との間に接続された負荷回路とを備え、
前記第1および第2のスイッチング素子のオン・オフ動作により前記負荷回路に交流電力が供給されることを特徴とする中性点形降圧インバータ。 - 第1および第2のダイオードを該第2のダイオードから該第1のダイオードの向きが順方向となるように直列接続してなる半波整流回路と、
該半波整流回路の両端子間に前記第1のダイオードから前記第2のダイオードの向きで順に接続された第1および第2のスイッチング素子の直列回路と、
第1および第2のコンデンサを直列接続してなるコンデンサ直列回路と、
前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と前記第1および第2のコンデンサの接続点との間に接続されたインダクタと、
前記コンデンサ直列回路の両端子間に、第1のコンデンサから第2のコンデンサに向けて順方向に直列接続された第3および第4のダイオードの整流回路と、
前記第1および第2のコンデンサの接続点と前記第3および第4のダイオードの接続点との間に接続された充放電用の第3のコンデンサと、
前記第1および第2のダイオードの接続点と前記第3および第4のダイオードの接続点との間に接続された交流電源と、
前記第1のコンデンサと前記インダクタの直列回路と並列に、前記第1のコンデンサから前記インダクタに向けて順方向に接続された第5のダイオードと、
前記第2のコンデンサと前記インダクタの直列回路と並列に、前記インダクタから前記第2のコンデンサに向けて順方向に接続された第6のダイオードと、
前記コンデンサ直列回路の両端子間に接続された平滑用の第4のコンデンサと、
前記第2のコンデンサと前記第4のコンデンサの接続点から前記第1のダイオードと前記第1のスイッチング素子の接続点へ順方向に接続された第7のダイオードと、
前記第2のダイオードと前記第2のスイッチング素子の接続点から前記第1のコンデンサと前記第4のコンデンサの接続点へ順方向に接続された第8のダイオードと、
前記第1および第2のスイッチング素子を交互にオン・オフ動作させる駆動回路と、
前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と、前記第7のダイオードと前記第1のスイッチング素子の接続点または前記第8のダイオードと前記第2のスイッチング素子の接続点との間に接続された第5のコンデンサおよび負荷回路の直列回路とを備え、
前記第1および第2のスイッチング素子のオン・オフ動作により前記負荷回路に交流電力が供給されることを特徴とする中性点形降圧インバータ。 - 第1および第2のダイオードを該第2のダイオードから該第1のダイオードの向きが順方向となるように直列接続してなる半波整流回路と、
該半波整流回路の両端子間に前記第1のダイオードから前記第2のダイオードの向きで順に接続された第1および第2のスイッチング素子の直列回路と、
第1および第2のコンデンサを直列接続してなるコンデンサ直列回路と、
前記第1および第2のスイッチング素子の接続点と前記第1および第2のコンデンサの接続点との間に接続されたインダクタを含む負荷回路と、
前記コンデンサ直列回路の両端子間に、第1のコンデンサから第2のコンデンサに向けて順方向に直列接続された第3および第4のダイオードの整流回路と、
前記第1および第2のコンデンサの接続点と前記第3および第4のダイオードの接続点との間に接続された充放電用の第3のコンデンサと、
前記第1および第2のダイオードの接続点と前記第3および第4のダイオードの接続点との間に接続された交流電源と、
前記第1のコンデンサと前記負荷回路の直列回路と並列に、前記第1のコンデンサから前記負荷回路に向けて順方向に接続された第5のダイオードと、
前記第2のコンデンサと前記負荷回路の直列回路と並列に、前記負荷回路から前記第2のコンデンサに向けて順方向に接続された第6のダイオードと、
前記コンデンサ直列回路の両端子間に接続された平滑用の第4のコンデンサと、
前記第2のコンデンサと前記第4のコンデンサの接続点から前記第1のダイオードと前記第1のスイッチング素子の接続点へ順方向に接続された第7のダイオードと、
前記第2のダイオードと前記第2のスイッチング素子の接続点から前記第1のコンデンサと前記第4のコンデンサの接続点へ順方向に接続された第8のダイオードと、
前記第1および第2のスイッチング素子を交互にオン・オフ動作させる駆動回路とを備え、
前記第1および第2のスイッチング素子のオン・オフ動作により前記負荷回路に交流電力が供給されることを特徴とする中性点形降圧インバータ。 - 前記第3のコンデンサと、前記第1および第2のコンデンサの接続点または前記第3および第4のダイオードの接続点との間に接続された入力電流波形改善用インダクタを備えたことを特徴とする請求項1、2または3記載の中性点形降圧インバータ。
- 前記負荷回路が、該負荷回路の両端が1次巻線の両端となるトランスと、該トランスの2次巻線間に接続された負荷とからなるものであることを特徴とする請求項1から4いずれか記載の中性点形降圧インバータ。
- 前記負荷回路が、第2のインダクタと負荷の直列回路であることを特徴とする請求項1から4いずれか記載の中性点形降圧インバータ。
- 前記負荷が、放電灯であることを特徴とする請求項1から6いずれか記載の中性点形降圧インバータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005039999A JP2006230089A (ja) | 2005-02-17 | 2005-02-17 | 中性点形降圧インバータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005039999A JP2006230089A (ja) | 2005-02-17 | 2005-02-17 | 中性点形降圧インバータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006230089A true JP2006230089A (ja) | 2006-08-31 |
Family
ID=36990933
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005039999A Pending JP2006230089A (ja) | 2005-02-17 | 2005-02-17 | 中性点形降圧インバータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006230089A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100772332B1 (ko) | 2006-11-24 | 2007-10-31 | 엘지이노텍 주식회사 | 램프 구동 인버터의 보호회로 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11308879A (ja) * | 1998-04-22 | 1999-11-05 | Nippo Denki Kk | 中性点形インバータ |
-
2005
- 2005-02-17 JP JP2005039999A patent/JP2006230089A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11308879A (ja) * | 1998-04-22 | 1999-11-05 | Nippo Denki Kk | 中性点形インバータ |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100772332B1 (ko) | 2006-11-24 | 2007-10-31 | 엘지이노텍 주식회사 | 램프 구동 인버터의 보호회로 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3861220B2 (ja) | Dc−dcコンバータ | |
JP2011019371A (ja) | Dc−dcコンバータ | |
JP2009529312A (ja) | 供給回路及び供給回路を有する装置 | |
JP2008187821A (ja) | 絶縁型ac−dcコンバータおよびそれを用いるled用直流電源装置 | |
JP6134479B2 (ja) | アクティブ降圧型パワーファクター修正装置 | |
US20150303813A1 (en) | Ac-to-dc power converting device | |
Corrêa et al. | Non‐isolated high step‐up/step‐down quadratic converter for light‐emitting diode driving | |
JP5576748B2 (ja) | 放電灯点灯装置 | |
KR20170116415A (ko) | 단일-스테이지 ac-dc 플라이백 컨버터 회로 | |
JP2006230089A (ja) | 中性点形降圧インバータ | |
TW565988B (en) | Soft-switching DC-DC converter having active energy discharge slot | |
JP5500438B2 (ja) | 負荷駆動装置 | |
JP2002078323A (ja) | 電源装置 | |
JP2019187021A (ja) | スイッチング電源装置及びその制御方法 | |
JP2005287257A (ja) | コンバータ | |
JP4527959B2 (ja) | 高周波インバータ装置 | |
JP2012060704A (ja) | 負荷駆動装置 | |
JP2011182493A (ja) | スイッチング電源回路 | |
JP3493943B2 (ja) | 電源装置 | |
JP4306234B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
Shrivastava et al. | Improved Power Quality Based Electronic Ballast for a Fluorescent Lamp with Constant DC Link Voltage | |
JP4329451B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
JP4421250B2 (ja) | 高周波インバータ装置 | |
JP3538339B2 (ja) | インバータ装置 | |
JP3725378B2 (ja) | 単相昇降圧形高力率コンバータ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080123 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101115 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101130 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110329 |