JP4567144B2 - 力率を補正するための回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、第1の入力端子及び第2の入力端子及び第1の及び第2の出力端子を有するブリッジ整流器を有し、第1の入力端子と第2の入力端子との間に交流電圧源が配置可能であり、制御及び負荷回路を有し、少なくとも1つのエネルギ格納装置を有し、このエネルギ格納装置の第1の接続端子は制御及び負荷回路の接続端子に接続されており、動作中にこの接続端子において取り出すことができる信号は交流電圧源の出力信号よりもはるかに高い周波数を有し、格納コンデンサを有する、力率を補正するための回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
力率を補正するための回路は名称「チャージポンプ」又は「ポンプ回路」として周知である。この回路は、例えば、複数の電気供給機関(会社)が許容可能な電源電流高調波を定義したIEC標準1000-3-2を満足させるために使用される。従って、電流供給電源から高周波エネルギを取り出すことは望ましくない。電源から取り出される電源電流は最適な場合には電源電圧に比例する。この電源電流と電源電圧との間の比例関係は、所定の線路設計仕様毎に最大のエネルギ伝送を可能にする。電源電圧と電源電流とが比例しない場合に発生する無効電流は電力損失の原因となる。この電力損失は線路に付加的に負荷をかけ、従って他の負荷の妨害をもたらす。
【0003】
とりわけこのような力率の補正のための回路はガス放電ランプの動作のためのバラストに使用される。
【0004】
本発明は、例えばEP-A-0253224、DE-A-3841227又はUS-A-5488269から公知であるような従来技術から出発する。これらの刊行物による従来技術は図1に基本回路として図示されている。この回路には交流電圧源10、一般には電源電圧が整流器18の入力側14及び16に接続されており、この整流器18は4つのダイオードDG1、DG2、DG3及びDG4を含む。
【0005】
まず最初に実線で示された回路装置を参照する:エネルギ格納装置20は一方で2つのダイオードDP1、DP2の接続点に接続され、他方で接続端子28において高周波電圧源22、すなわち交流電圧源に接続されている。この交流電圧源は動作中には交流電圧源10よりもはるかに高い周波数の信号を供給する。この交流電圧源22は二重矢印26によって表されているように制御及び負荷回路24の部分である。この制御及び負荷回路24に対して並列に格納コンデンサCSが配置され、この格納コンデンサCSには交流電圧源10から取り出されるエネルギがこの制御及び負荷回路24に給電するために格納される。
【0006】
別の実施形態が図1において破線で示されている。この別の実施形態はエネルギ格納装置20′を含み、このエネルギ格納装置20′は一方で高周波電圧源22に接続され、他方で2つのダイオードDP1′、DP2′の接続点に接続されている。ダイオードDP2、DP2′はエネルギ格納装置20乃至は20′への制御及び負荷回路24のリアクションを阻止するために使用される。ダイオードDP1、DP1′は、整流器18のダイオードDG1からDG4までに対していわゆる「高速ダイオード」として構成されているが、交流電圧源10へのエネルギのポンピングを阻止するために使用される。
【0007】
このようなポンプ回路が例えば大量生産されるガス放電ランプの動作のためのバラストにおいて使用されることを考慮すると、コスト面が重要な意味を持つ。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、力率を補正するための回路、すなわち、従来技術において既に解決されているようなエネルギ格納装置への制御及び負荷回路のリアクションを阻止しならびに給電電源へのポンピングを阻止する、従来技術から周知のポンプ回路に比べてコスト的に有利に実現できるポンプ回路を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、冒頭に挙げたタイプの回路において、格納コンデンサはブリッジ整流器の出力端子に対して並列に配置されており、少なくとも1つのエネルギ格納装置の第2の接続端子はブリッジ整流器の2つの入力端子のうちの1つと接続されていることによって解決される。
【0010】
【発明の実施の形態】
この回路は、従来技術においてDP1及びDP2乃至はDP1′及びDP2′によって示されたダイオードを省略することができるという利点を有する。これらのダイオードを省略することによって、ダイオードのための材料費だけでなく、相応の取り付けコストも省くことができる。
【0011】
本発明の解決法は、ブリッジ整流器の既存のダイオードDG1からDG4を二重に使用すること、つまり、まず最初にこれらのダイオードの周知のブリッジ整流器における機能において使用し、次いで付加的にポンピング過程において使用するという技術思想に基づく。
【0012】
エネルギ格納装置は、少なくとも1つのインダクタンス及び/又は少なくとも1つのコンデンサを含むことができる。制御及び負荷回路の制御部分はインバータを含むことができる。この制御及び負荷回路の上記の接続端子はこのインバータの2つの電気的スイッチの接続点によって形成される。この上記の接続端子は動作中に交流電圧源よりもはるかに高い周波数の信号を供給する。
【0013】
特に有利な実施形態では、この回路は、ブリッジ整流器の2つの入力端子のうちの1つに接続された第1のエネルギ格納装置を有し、さらにこのブリッジ整流器のもう一つの入力端子に接続された第2のエネルギ格納装置を有する。この場合、これら複数のエネルギ格納装置は制御及び負荷回路の同一の接続端子に接続されうるが、各エネルギ格納装置は制御及び負荷回路の他の接続端子に接続されうる。
【0014】
とりわけ有利な実施形態では、制御及び負荷回路の少なくとも1つの接続端子の電圧は格納コンデンサの電圧にクランプされている。
【0015】
同一の発明者によるDE19914505.9に開示された原理を本発明に適用した他の有利な実施形態では、エネルギ格納装置はインダクタンス及び少なくとも1つのコンデンサを含み、各コンデンサは、その第1の接続端子によってインダクタンスに接続され、さらにその第2の接続端子によってブリッジ整流器の2つの入力端子のうちの1つに接続されており、インダクタンスと各コンデンサとの間の接続点はそれぞれダイオードを介してブリッジ整流器の第1の及び第2の出力端子に接続されている。
【0016】
有利には、ブリッジ整流器の第1の入力端子と第2の入力端子との間に少なくとも1つのフィルタ、とりわけローパスフィルタが交流電圧源に対して直列接続で及び/又は並列接続で配置されている。
【0017】
他の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【0018】
【実施例】
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳しく記述する。
【0019】
図2は本発明のポンプ回路の基本回路を示す。この場合、図1と同一の構成部材乃至はモジュールは同一の参照符号を付けてある。まず最初に実線で示された実施例を考察する。図1のポンプ回路とは対照的にエネルギ格納装置20の第2の接続端子がブリッジ整流器18の入力端子16に接続されている。格納コンデンサCSはブリッジ整流器18の出力端子30、32に対して並列に接続されている。実線で示された回路に対して付加的に又は代替的にインプリメントされうる破線で示された回路の場合、エネルギ格納装置20′はブリッジ整流器18の他方の入力端子14に接続されている。それぞれこのブリッジ整流器に接続されていないエネルギ格納装置20、20′の接続端子は、図示されているように、同一の高周波電圧源22に接続される。しかし、これらの接続端子は、(図示せず)それぞれ他の高周波電圧源に接続してもよい。高周波電圧源の概念は、このポンプ回路の分野では、回路において、交流電圧源10の周波数よりもはるかに高い周波数を有する信号が取り出される接続点として設けられる。
【0020】
以下の考察において理解しやすいように以下の仮定を挙げておく:
・実線による変形実施例しか考察しない。
【0021】
・交流電圧源10により供給される電圧UNの周波数と交流電圧源22により供給される電圧UHFの周波数の大きな差にのゆえに、簡略化のために、UNは一定であることを前提とする。UNの変化は以下に挙げるケースの差、UN<0乃至はUN>0、によって考慮される。よって、以下の考察はUHFの周期を調べる。UHFがちょうど降下し始めることをそれぞれのフェーズ1の出発点として仮定する。
【0022】
・エネルギ格納装置20はコンデンサとして実現される。
【0023】
・エネルギ格納装置20つまりコンデンサにおいて降下する電圧はUESとする。
【0024】
・格納コンデンサCSにおいて降下する電圧はUZとする。
【0025】
まず最初にケースAとしてUN<0を仮定する:
フェーズ1:UES+UHF<−UN
ここでは次の回路網、交流電圧源10、コンデンサ20、高周波電圧源22、ダイオードDG3において流れる電流が生じる。UESは直接的にこの回路の差電圧となるので、UHFが小さくなると、コンデンサ20は充電される。この場合コンデンサ20へとUN及びUHFのエネルギが流れる。この充電過程は、UHFがその最小値に降下するまで継続する。UHFの最小値において、UN=UESが成り立つ。この最小値を通過した後でUHFが上昇する場合、フェーズ1の条件はもはや満たされない。つまり、ダイオードDG3は阻止される。
【0026】
フェーズ2:UZ>UES+UHF>−UN
発生する電圧がこの条件を満たすならば、全てのダイオードが阻止される。すなわち、電流フローは発生しない。電圧UHFの更なる上昇は次のフェーズ3に導く。
【0027】
フェーズ3:UZ<UES+UHF
これはダイオードDG2が導通することをもたらす。すなわち、回路網、−UES、DG2、UZ、−UHFに電流が流れる。これによって、コンデンサ20は放電する。この場合エネルギはコンデンサ20及びUHFから格納コンデンサCSに流れる(CSはこの考察では無限に大きいと仮定する)。
【0028】
UHFはさらに最大値まで上昇する。続いてこの回路はフェーズ4に入る。
【0029】
フェーズ4:UZ>UES+UHF>−UN
UHFの最大値を越えると、ダイオードDG2が再び阻止され始める。これによりこの状態において全てのダイオードが阻止され、電流フローは発生しない。
【0030】
UHFは次いで引き続き上記のフェーズ1に入るまで降下する。
【0031】
次にケースBとしてUN>0を仮定する:
フェーズ1:UES+UHF<0
電流は回路網UES、UHF、DG4を流れる。というのも、このケースでは上記のケースAとは反対に、UNの極性のためにダイオードDG4がまず最初に導通し始めるからである。これにより、高周波電圧源UHFによってコンデンサ20は充電される。すなわち、エネルギはUHFからコンデンサ20に流れる。
【0032】
UHFさらにその最小値まで降下する。続いてこの回路はフェーズ2に入る。
【0033】
フェーズ2:UZ−UN>UES+UHF>0
この状態では全てのダイオードが阻止され、電流フローは生じない。
【0034】
続いて、UHFが上昇する。回路はフェーズ3に入る。
【0035】
フェーズ3:UZ−UN<UES+UHF
DG1及びDG2ののアノードにおける電位関係によって、ダイオードDG1は比較的高速に導通する。回路網、−UES、−UN、DG1、UZ、−UHFにおいて電流フローが生じる。これにより、コンデンサ20が放電される:UZは大きな格納コンデンサCSのためにほとんど変化しないので、UESはUHFの上昇により降下する。この場合、エネルギはUN、UHF、UESからUZに流れる。
【0036】
次いでUHFは最大値まで上昇する。この最大値を通過した後で、この回路はフェーズ4に入る。
【0037】
フェーズ4:UZ−UN>UES+UHF>0
この状態では全てのダイオードが阻止され、電流フローは生じない。
【0038】
UHFは続いてさらにこの回路が上記フェーズ1に入るまで再び降下する。この場合、UHFが電圧UESと釣り合う時に再びダイオードDG4が導通し始める。
【0039】
当業者にとっては、エネルギ格納装置20′がその第2の接続端子によってブリッジ整流器18の入力端子14に接続されている図2に破線で示された変形実施例が相応するやり方で作動することは明らかである。
【0040】
次に図2に図示された基本回路に対する複数の実施例を示す。これらの実施例は全体としてガス放電ランプのバラストにおいて本発明の回路原理を適用することを目指している。当業者には明らかであるように、本発明の回路原理は多数の他の分野にも適用できる。この結果、以下の実施例を限定されたものと見なしてはならない。
【0041】
図3は、制御及び負荷回路24が2つのトランジスタT1、T2を有するインバータ及び2つのトランジスタに対してアンチパラレルに接続されたフリーホイーリング・ダイオードDF1、DF2を含む実施例を示す。これらの2つのトランジスタT1、T2の制御はほんの概略的にしか示されていない。インダクタンスLは一方でランプ回路LKに接続され、他方で2つのトランジスタT1、T2と2つのフリーホイーリング・ダイオードDF1、DF2との間の接続点に接続されている。このランプ回路LKの他方の接続端子は2つのカップリング・コンデンサCK1、CK2の接続点に接続されている。これら2つのカップリング・コンデンサCK1、CK2は格納コンデンサCSに対して並列に接続されている。エネルギ格納装置20はコンデンサとして実現されている。図2の基本回路では高周波電圧源UHFとして図示されている交流電圧源22は制御及び負荷回路24の2つのトランジスタT1、T2の接続点28によって形成される。正反対の位相で動作されるこれら2つの電気的スイッチT1、T2の動作周波数は、交流電圧源10の周波数に対して高い周波数、例えば50Hzに対して50kHzである。すなわち、これら2つのトランジスタは交互にそれぞれほぼ10μsecでターンオンされる。接続端子28に接続されていないコンデンサ20の接続端子はブリッジ整流器18の入力端子16に接続されている。
【0042】
図4の実施例では、コンデンサ20は一方でブリッジ整流器18の入力端子16に接続され、他方で接続端子28に接続されている。この接続端子28はこの実施例ではインダクタンスLとランプ回路LKとの間に選択された。というのも、制御及び負荷回路24のこの箇所においてエネルギをポンピングするための高周波電圧が取り出されるからである。
【0043】
図5はそれぞれ例えばコンデンサとして実現される2つのエネルギ格納装置20a、20bを有する実施例を示す。一方のエネルギ格納装置20aはブリッジ整流器18の一方の入力端子16に接続され、他方のエネルギ格納装置20bはブリッジ整流器18の他方の入力端子14に接続されている。これら2つのエネルギ格納装置はそれぞれの他方の接続端子によって高周波電圧源として作用する接続端子28に接続されている。
【0044】
図6は図5に図示された実施例の変形実施例を示し、2つのエネルギ格納装置20a、20bは制御及び負荷回路24の他の高周波電圧源に接続されている。
【0045】
図7はさらに別の修正実施例を示す。この場合、第1のエネルギ格納装置20aは高周波電圧源として作用する接続端子28aに、第2のエネルギ格納装置20bは高周波電圧源として作用する接続端子28bに接続されている。これらのエネルギ格納装置20a、20bのそれぞれ他方の接続端子はブリッジ整流器18の入力端子16乃至は入力端子14に接続されている。
【0046】
図8は図4の実施例に比べて2つのダイオードDL1、DL2だけが拡張された実施例を示す。これによって、接続端子28における高周波電圧は格納コンデンサCSにクランプされることが実現される。これにより、負荷からのリアクションが阻止され、高周波振幅に関して一定の電圧が接続端子28において得られる。
【0047】
図9に図示されている図8の実施例の変形実施例も2つのエネルギ格納装置20a、20bを有する。これら2つのエネルギ格納装置20a、20bはそれぞれ一方の接続端子によって接続端子28の高周波電圧源に接続され、さらにそれぞれ他方の接続端子によって一方でブリッジ整流器の入力端子16に他方でブリッジ整流器の入力端子14に接続されている。
【0048】
図10はエネルギ格納装置20がコンデンサCES及びコイルLESから成る直列回路を含んでいる実施例を示す。
【0049】
図11は図10に図示された実施例に比べてエネルギ格納装置20のコンデンサCESとコイルLESとの間の接続点に2つのダイオードDS1a、DS1bが接続されている実施例を示す。これら2つのダイオードDS1a、DS1bはそれぞれその第2の接続端子によってブリッジ整流器の出力端子30、32に接続されている。これは、同一の発明者によるDE19914505.9に記述された発明と本発明の技術思想を組合せたものである。DE19914505.9の構成はこれにより本発明の開示に含まれる。
【0050】
DE19914505.9の実施形態に対して本発明ではエネルギ格納装置は直接ブリッジ整流器18の入力端子のうちの1つに接続されているので、この場合コイルLESを通過する電流フロー方向の変化によって2つのダイオードDS1a、DS1bが必要となる。DE19914505.9の図3に図示されているように、本発明の技術思想は2つのエネルギ格納装置を使用する場合に拡張できる。
【0051】
図12では、エネルギ格納装置はそれぞれコイルLESに接続されている2つのコンデンサCESa、CESbを含み、このコイルLESはその他方の接続端子によって高周波電圧源として作用する接続端子28に接続されている。一方のコンデンサCESaはそのコイルLESの反対側の接続端子によってブリッジ整流器18の入力端子16に接続され、他方のコンデンサCESabはそのコイルLESの反対側の接続端子によってブリッジ整流器18の入力端子14に接続されている。これら2つのコンデンサCESa、CESbとコイルLESとの接続点は2つのダイオードDS1a、DS1bを介してブリッジ整流器18の出力端子30、32に接続されている。
【0052】
図3から図12までにおいては、交流電圧源10はそれぞれフィルタ12と直列に接続されている。このフィルタ12は、一方で交流電圧源10から高周波エネルギが取り出されることを阻止し、さらに他方でこの交流電圧源に高周波エネルギが給電されることを阻止することを任務としている。簡単な実施例では、このフィルタは例えばインダクタとして実現できる。この代わりに又は付加的にフィルタを交流電圧源10に対して並列にも配置でき、簡単な実現の場合にはコンデンサの使用が提案される。このようなフィルタは本発明のポンプ回路のポンプ原理に影響を与えない。
【0053】
当業者にとっては、個々の実施例の特徴的な構成を組合せてさらに別の実施形態にすることができることは明らかである。とりわけ有利には少なくともダイオードDG1及びDG2をいわゆる「高速ダイオード」として構成する。
【図面の簡単な説明】
【図1】ポンプ回路原理を説明するための従来技術の回路の回路図である。
【図2】本発明のポンプ回路原理を説明するための基本回路の回路図である。
【図3】エネルギ格納装置を有する本発明の回路の第1の実施例の回路図である。
【図4】図3の実施例に比べて、制御及び負荷回路の接続端子に関して修正された実施例の回路図である。
【図5】2つのエネルギ格納装置を有する、図3に関して修正された実施例の回路図である。
【図6】図5に比べて、制御及び負荷回路の接続端子に関して修正された実施例の回路図である。
【図7】それぞれ制御及び負荷回路の異なる箇所乃至はブリッジ整流器の異なる入力側に接続された2つのエネルギ格納装置を有する実施例の回路図である。
【図8】制御及び負荷回路の接続端子を格納コンデンサの電圧にクランプするための2つの付加的なダイオードを有する実施例の回路図である。
【図9】図8の実施例を修正した2つのエネルギ格納装置を有する実施例の回路図である。
【図10】エネルギ格納装置がコンデンサ及びコイルを含む、本発明の実施例の回路図である。
【図11】エネルギ格納装置がインダクタンス及びコンデンサを含み、しかし2つの付加的なダイオードを有する、実施例の回路図である。
【図12】付加的なコンデンサがブリッジ整流器の他の入力側に接続されている、図11に比べて、第2のコンデンサが付加された実施例の回路図である。
【符号の説明】
10 交流電圧源
14、16 入力端子
18 ブリッジ整流器
20 エネルギ格納装置
22 高周波電圧源
24 制御及び負荷回路
26 二重矢印
30、32 出力端子
DP ダイオード
CS 格納コンデンサ
DG ダイオード
L インダクタンス
LK ランプ回路
LES コイル
CES コンデンサ
T トランジスタ
DF フリーホイーリング・ダイオード
Claims (10)
- 力率を補正するための回路であって、該回路は、
第1の入力端子及び第2の入力端子(14、16)及び第1の及び第2の出力端子(30、32)を有するブリッジ整流器(18)を有し、前記第1の入力端子(14)と第2の入力端子(16)との間に交流電圧源(10)が配置可能であり、
制御及び負荷回路(24)を有し、
第1及び第2のエネルギ格納装置(20a;20b)を有し、該エネルギ格納装置(20;20a;20b)の第1の接続端子は前記制御及び負荷回路(24)の接続端子(28)に接続されており、動作中にこの接続端子(28)において取り出すことができる信号は前記交流電圧源(10)の出力信号よりもはるかに高い周波数を有し、
前記制御及び負荷回路(24)に対して並列に配置された格納コンデンサ(CS)を有する、力率を補正するための回路において、
前記格納コンデンサ(CS)は前記ブリッジ整流器(18)の前記出力端子(30、32)に対して並列に配置されており、
前記第1のエネルギ格納装置(20a)は前記ブリッジ整流器(18)の2つの入力端子のうちの1つ(14:16)に接続されており、前記第2のエネルギ格納装置(20b)は前記ブリッジ整流器(18)のもう一つの入力端子(16:14)に接続されていることを特徴とする、力率を補正するための回路。 - 前記各エネルギ格納装置(20a;20b)は少なくとも1つのインダクタンス(LES)及び少なくとも1つのコンデンサ(CESa、CESb)を含むことを特徴とする請求項1記載の回路。
- 前記制御及び負荷回路(24)の制御部分はインバータ(T1、T2)を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の回路。
- 前記制御及び負荷回路(24)の前記接続端子(28)は前記インバータの2つの電気的スイッチ(T1、T2)の接続点によって形成されていることを特徴とする請求項3記載の回路。
- 前記第1及び第2のエネルギ格納装置(20a、20b)は前記制御及び負荷回路(24)の同一の接続端子(28)に接続されていることを特徴とする請求項1から4のうちの1項記載の回路。
- 前記各エネルギ格納装置(20a、20b)は前記制御及び負荷回路(24)の異なる接続端子(28a、28b)に接続されていることを特徴とする請求項1から4のうちの1項記載の回路。
- 前記制御及び負荷回路(24)の少なくとも1つの接続端子(28)の電圧は格納コンデンサ(CS)の電圧にクランプされていることを特徴とする請求項1から6のうちの1項記載の回路。
- 前記各エネルギ格納装置は1つのインダクタンス(LES)と1つのコンデンサ(CESa、CESb)を含み、各コンデンサ(CESa、CESb)は、その第1の接続端子によって前記インダクタンス(LES)に接続され、さらにその第2の接続端子によって前記ブリッジ整流器(18)の2つの入力端子のうちの1つ(14:16)に接続されており、前記インダクタンス(LES)と前記各コンデンサ(CESa、CESb)との間の接続点はそれぞれダイオード(DS1a、DS1b)を介して前記ブリッジ整流器(18)の第1の及び第2の出力端子(30、32)に接続されていることを特徴とする請求項1から7のうちの1項記載の回路。
- 前記ブリッジ整流器(18)の第1の入力端子(14)と第2の入力端子(16)との間に少なくとも1つのフィルタ(12)、とりわけローパスフィルタが交流電圧源(10)に対して直列接続で及び/又は並列接続で配置されていることを特徴とする請求項1から8のうちの1項記載の回路。
- 回路はガス放電ランプの動作のためのバラストの部分であることを特徴とする請求項1から9のうちの1項記載の回路。
Applications Claiming Priority (2)
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DE19923238.5 | 1999-05-20 | ||
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