JP3588909B2 - 整流平滑形直流電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は交流電源電圧を整流し平滑する方式の整流平滑形直流電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
交流電源電圧を整流し平滑する方式の整流平滑形直流電源装置は周知である。整流後の平滑は平滑コンデンサを用いてなされる。平滑コンデンサ容量を大きくすると、直流出力端子電圧の平滑度は高まる。平滑コンデンサ容量を小さくすると、交流電源の力率は高まる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前記直流出力端子電圧の平滑度と交流電源の力率は二律背反の関係にある。これは、交流電源電圧瞬時値が平滑コンデンサ電圧を下回る低電圧期間に交流電源給電が停止することによる。本発明の目的は低電圧期間にも交流電源給電がなお確保されるように工夫することであり、それにより高力率化を図ることである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、交流電源電圧が正極性のときに前記交流電源電圧を印加して正極性側コンデンサを充電する正極性側充電回路を備える。前記交流電源電圧が負極性のときに前記交流電源電圧を印加して負極性側コンデンサを充電する負極性側充電回路を備える。前記交流電源電圧が正極性のときに前記交流電源電圧を前記負極性側コンデンサ電圧に足し加えて共通直流出力端子に出力する正極性側放電回路を備える。前記交流電源電圧が負極性のときに前記交流電源電圧を前記正極性側コンデンサ電圧に足し加えて前記共通直流出力端子に出力する負極性側放電回路を備える。前記交流電源からの給電は、該交流電源電圧が正極性のときは前記正極性側放電回路を介してなされ、該交流電源電圧が負極性のときは負極性側放電回路を介してなされる。これによる交流電源給電は交流電源電圧についての低電圧期間であっても継続する。
また本発明においては、前記交流電源(1100)と直列に挿置されチョッパインダクタとして機能する電源側インダクタ(1600)を備え、前記共通直流出力端子(1800・1900)に接続され入力電流が断続する特性の直流負荷(2000)を備える。これにより、前記直流負荷(2000)の入力電流断続にともうチョッパ動作が形成され、前記正極性側コンデンサ・負極性側コンデンサを充電する。このため、力率がさらに向上す る。これは前記直流負荷(2000)に必要な入力電流を利用したチョッパ動作であり、効率向上に寄与する。
【0005】
【発明の実施の形態】
図1に示す整流平滑形直流電源装置について説明する。これは本発明装置の実施形態ではなく、その前提となるものである。図1の1000番台の部品は整流平滑形直流電源装置としてのいわば本体1000を構成する。1000番台の部品符号における10の桁の数字は充電回路の属性を示し、1の桁の数字は放電回路の属性を示す。2000番台の部品は共通直流出力端子1800・1900に接続される直流負荷2000を構成する。
図1の整流平滑形直流電源装置は、交流電源1100電圧が図示の正極性のときに交流電源1100電圧を印加して正極性側コンデンサ1212を充電する正極性側充電回路(1100−1310−1212−1100)を備える。1310は正極性側充電回路に属するダイオードである。交流電源1100電圧が図示とは逆の負極性のときに交流電源1100電圧を印加して負極性側コンデンサ1221を充電する負極性側充電回路(1100−1320−1221−1100)を備える。1320は負極性側充電回路に属するダイオードである。交流電源1100電圧が正極性のときに交流電源1100電圧を負極性側コンデンサ1221電圧に足し加えて共通直流出力端子1800・1900に出力する正極性側放電回路(1800−1401−1100−1221−1501−1900)を備える。1401・1501は正極性側放電回路に属するダイオードである。
交流電源1100電圧が負極性のときに交流電源1100電圧を正極性側コンデンサ1212電圧に足し加えて共通直流出力端子1800・1900に出力する負極性側放電回路(1800−1402−1100−1212−1502−1900)を備える。1402・1502は負極性側放電回路に属するダイオードである。
正極性側コンデンサ1212は正極性側充電回路(1100−1310−1212−1100)に属し、負極性側放電回路(1800−1402−1100−1212−1502−1900)に属し、交流電源1100電圧が正極性のときに充電され,負極性のときに放電する。負極性側コンデンサ1221は負極性側充電回路(1100−1320−1221−1100)に属し、正極性側放電回路(1800−1401−1100−1221−1501−1900)に属し、交流電源1100電圧が負極性のときに充電され、正極性のときに放電する。正極性側コンデンサ1212・負極性側コンデンサ1221は平滑コンデンサとして機能する。正極性側コンデンサ1212・負極性側コンデンサ1221の容量は十分に大きく、定常状況下での電圧変動は軽微である。ダイオード1401・1402・1501・1502は正極性側放電回路・負極性側放電回路の相互干渉を防止する。
直流負荷2000について説明する。本実施形態における直流負荷2000は高周波点灯回路である。高周波点灯回路2000はスイッチング用トランジスタ2101と、スイッチング用トランジスタ2101を介して共通直流出力端子1800・1900間電圧を断続的に印加される振動用インダクタ2102と、振動用インダクタ2102に並列の振動用コンデンサ2103を含む。以上の3者は単スイッチ形のインバータ回路を形成する。高周波点灯回路2000はさらに蛍光ランプ2901と、蛍光ランプ2901に並列の予熱コンデンサ2902と、蛍光ランプ2901に直列のバラストインダクタ2903を含む。以上の3者は主点灯回路を形成し、前記インバータ回路の高周波出力を受ける交流負荷となる。これらの範囲は周知であるため、動作説明等を割愛する。
直流負荷2000が軽すぎない場合の共通直流出力端子1800・1900電圧は正極性側コンデンサ1212もしくは負極性側コンデンサ1221の電圧に交流電源1100電圧の全波整流出力を足し加えた変動波形となる。交流電源1100電圧についての低電圧期間には、共通直流出力端子1800・1900電圧も低くなるが、正極性側コンデンサ1212もしくは負極性側コンデンサ1221電圧を下回ることはない。低電圧期間における交流電源1100給電は軽微となるが、十分な容量の正極性側コンデンサ1212もしくは負極性側コンデンサ1221からの給電で回路動作はなお保持される。
交流電源1100電圧が例えば図示の正極性であるものとする。この場合は正極性側放電回路(1800−1401−1100−1221−1501−1900)が機能する。この正極性側放電回路を介して直流負荷2000電流が形成される。直流負荷2000電流は負極性側コンデンサ1221の放電電流であり、交流電源1100からの給電電流である。正極性の交流電源1100電圧が高い高電圧期間であっても低電圧期間であっても交流電源1100給電は継続する。負極性の場合も同様である。本発明が高力率であるのはこの理由による。正極性の交流電源1100電圧がほぼ最大値となる時期に正極性充電回路(1100−1310−1212−1100)を介して正極性側コンデンサ1212が充電される。負極性の交流電源1100電圧がほぼ最大となる最大値期間に負極性側充電回路(1100−1221−1320−1100)を介して負極性側コンデンサ1221が充電される。これらの折にピーク性の交流電源1100電流を形成し、力率を低める。しかし、交流電源1100電流はそれだけではなく、最大値期間以外の期間にも交流電源1100電流を確保できるので、その分だけ力率が高まる。
図2を用いて本発明の実施形態について説明する。図2装置は前記図1装置を改良したものである。図2装置は前記図1装置に類似するので、その部品符号を全面的に転用して重複する説明を割愛する。図1と異なる点は交流電源1100と直列に電源側インダクタ1600を挿置したことである。交流電源1100電圧が図示の正極性であるものとする。この場合は正極性側放電回路(1800−1401−1100−1600−1221−1501−1900)に直流負荷2000電流が形成される。これにより電源側インダクタ1600に電磁エネルギがされる。直流負荷2000電流は直流負荷2000中のスイッチングトランジスタ2101がターンオフするとゼロになる。これにともない、電源側インダクタ1600の電磁エネルギは正極性側充電回路(1600−1310−1212−1100−1600)を介して放出され、正極性側コンデンサ1212を充電する。かくして、スイッチング用トランジスタ2101をチョッパスイッチ、電源側インダクタ1600をチョッパインダクタとするチョッパ動作が形成され、それによって正極性側コンデンサ1212が充電される。交流電源1100電圧が図示とは逆の負極性である場合は同様の動作で負極性側コンデンサ1221が充電される。正極性側コンデンサ1212・負極性側コンデンサ1221のための充電期間は前記最大値期間に制限されず、ほぼ全期間に分散し波及するので、力率はさらによくなる。上記動作は直流負荷2000電流を利用して電源側インダクタ(チョッパインダクタ)1600に電磁エネルギを蓄積する、いわば負荷チョッパである。このため電源側インダクタ(チョッパインダクタ)1600にチョッパ専用電流を形成する場合よりも高効率動作となる。電源側インダクタ(チョッパインダクタ)1600は交流電源1100電圧が図示の正極性のときにも、図示とは逆の負極性のときにも、チョッパインダクタとして機能する単一のインダクタである。
図3の実施形態について説明する。前記図1および図2の部品符号をそのまま転用し、重複する説明を割愛する。前記図1および図2装置では単スイッチ形のインバータ回路を使用する。図3装置はこれを改め、複スイッチ形のハーフブリッジインバータ回路としたものである。順直列の一対のスイッチング用トランジスタ2201・2202、各スイッチング用トランジスタ2201・2202と逆並列のフライホイールダイオード2301・2302、直列一対のコンデンサ2401・2402はハーフブリッジインバータ回路を構成する。
図4の実施形態について説明する。前記図1〜図3の部品符号をそのまま転用し、重複する説明を割愛する。図3と異なる点は一方のフライホイールダイオード2302を順直列一対のダイオード23021・13022に置換し、その間の接続点にコンデンサ2402の一端を接続したことである。ダイオード23021はスイッチング用トランジスタ2201のターンオフ時のバラストインダクタ2903の電磁エネルギをコンデンサ2402で吸収する経路を提供する。ダイオード23022はコンデンサ2402電荷がスイッチング用トランジスタ2202を介して放電する経路を提供する。このため、図4回路は図3回路にほぼ等価である。図4回路の特徴はダイオード23022の逆阻止特性により、共通直流出力端子1800・1900からコンデンサ2401・1402へ流れ込む電流を阻止することである。このため、スイッチング用トランジスタ2201がターンオフすると、直流負荷2000の入力電流は完璧に遮断される。よって、直流負荷2000の高周波動作に伴う断続特性がより顕著となり、電源側インダクタ1600の電流変化率が大きくなり、前記チョッパ動作が強められる。
図5の実施形態について説明する。前記図1〜図4の部品符号をそのまま転用し、重複する説明を割愛する。前記各実施形態と異なる点は末尾に添え字aを加えた新たな正極性側コンデンサ1212aと新たな負極性側コンデンサ1221aを加え、新たな正極性側充電回路(1100−1600−1212a−1301a−1100)用のダイオード1310aと新たな負極性側充電回路(1100−1221a−1320a−1600−1100)用のダイオード1320aを加えたことである。図5の場合の正極性側放電回路は1800−1401−1222a−1100−1600−1221−1501−1900となる。負極性側放電回路は1800−1402−1212a−1600−1100−1212−1502−1900となる。図5における添え字aの伴う部品は添え字aのない対応部品と同等に機能する。この場合の共通直流出力端子1800・1900電圧は新たな正極性側コンデンサ1212aないしは負極性側コンデンサ1221aの電圧が新たに足し加わる分だけ高くなる。したがって、高い電圧を要する直流負荷負2000に対して好適である。
【0009】
【発明の効果】
本発明は正極性側充電回路・負極性側充電回路・正極性側放電回路・負極性側放電回路を備えたものである。これによれば交流電源電圧についての低電圧期間にも交流電源給電がなお確保されるので、高力率化が図れる。
また前記交流電源(1100)と直列に挿置されチョッパインダクタとして機能する電源側インダクタ(1600)を利用し、かつ直流負荷(2000)の入力電流断続を利用したチョッパ動作で前記正極性側コンデンサ・負極性側コンデンサを充電するので、力率がさらに向上し、効率も向上する。
さらに単一の電源側インダクタ(1600)を前記正極性側コンデンサ・負極性側コンデンサを充電するための各チョッパインダクタとして兼用するので、構造が簡単である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の前提となる整流平滑形直流電源装置の回路図である。
【図2】本発明に係る第1の実施形態を示す整流平滑形直流電源装置の回路図である。
【図3】本発明に係る第2の実施形態を示す整流平滑形直流電源装置の回路図である。
【図4】本発明に係る第3の実施形態を示す整流平滑形直流電源装置の回路図である。
【図5】本発明に係る第4の実施形態を示す整流平滑形直流電源装置の回路図である。
【符号の説明】
1100:交流電源、1212:正極性側コンデンサ、1221:負極性側コンデンサ、1600:電源側インダクタ、1800・1900:共通直流出力端子、2000:直流負荷
Claims (1)
- 交流電源(1100)電圧が正極性のときに前記交流電源(1100)電圧を印加して正極性側コンデンサ(1212)を充電する正極性側充電回路を備え、前記交流電源(1100)電圧が負極性のときに前記交流電源(1100)電圧を印加して負極性側コンデンサ(1221)を充電する負極性側充電回路を備え、前記交流電源(1100)電圧が正極性のときに前記交流電源(1100)電圧を前記負極性側コンデンサ(1221)電圧に足し加えて共通直流出力端子(1800・1900)に出力する正極性側放電回路を備え、前記交流電源(1100)電圧が負極性のときに前記交流電源(1100)電圧を前記正極性側コンデンサ(1212)電圧に足し加えて前記共通直流出力端子(1800・1900)に出力する負極性側放電回路を備え、前記交流電源(1100)と直列に挿置されチョッパインダクタとして機能する電源側インダクタ(1600)を備え、前記共通直流出力端子(1800・1900)に接続され入力電流が断続する特性の直流負荷(2000)を備えたことを特徴とする整流平滑形直流電源装置。
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Applications Claiming Priority (1)
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JPH09271170A JPH09271170A (ja) | 1997-10-14 |
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JP (1) | JP3588909B2 (ja) |
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1996
- 1996-03-28 JP JP11182796A patent/JP3588909B2/ja not_active Expired - Fee Related
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