JPH03141598A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は外部からの信号により出力を可変としたインバ
ータ装置に関するものであり、例えば、ランプ負荷の調
光システムやモータの速度制御システムに利用されるも
のである。

［従来の技術］ 第５図は４線式の多灯同時調光システムの従来例を示し
ている。交流電源Ｖｓの交流電圧は電力線り、１２を介
してインバータ装置１に供給されている。インバータ装
置１は、インバータ点灯回路１１とランプ負荷１２及び
制御回路１３を備えている。インバータ点灯回路１１は
交流電源Ｖｓの交流電圧を整流平滑した直流電圧を高周
波電圧に変換してランプ負荷１２に供給する。制御回路
１３は、外部から供給される調光信号に応じてインバー
タ点灯回路１１の発振動作を制御して、ランプ負荷１２
への供給電力を制御し、光出力を可変とする。外部調光
回路２から出力される調光信号は、別途配線した信号線
１．．１４を介して制御回路１３に供給される。電力線
ｆｌｌ、ｂ及び信号線１．．１゜には、複数のインバー
タ装置１が並列接続されており、外部調光回路２から出
力される調光信号を変化させることにより、複数のラン
プ負荷１２の光出力を同時に変化させることができる。

第６図はこのような調光システムに用いるインバータ装
置１の具体回路図である。以下、その回路構成について
説明する。交流電源Ｖｓの交流電圧は、ダイオードブリ
ッジＤＢにより全波整流され、コンデンサＣ１により平
滑されて、直流電源ＥＩとなる。コンデンサＣ３の両端
には、主スイツチング素子たるトランジスタＱ、、Ｑ、
の直列回路が並列接続され、各トランジスタＱ、、Ｑ、
にはそれぞれダイオードＤ　＋　、　Ｄ　２が逆並列接
続されている。トランジスタＱ２の両端には、直流成分
をカットするための結合コンデンサＣ５と、限流及び共
振用のインダクタし、及び負荷電流を帰還するための電
流トランスＣＴ、を介して、共振用のコンデンサＣ１と
ランプ負荷１２の並列回路が接続されている。ランプ負
荷１２は、２灯の放電灯Ａ。

Ｂと、そのフィラメント予熱回路を構成するコンデンサ
Ｃ３及び電流トランスＣＴ、を含む。インダクタしはコ
ンデンサＣ，，Ｃ，と共にＬＣ共振回路を構成し、負荷
電流は振動電流となる。この振動電流は電流トランスＣ
Ｔ、の１次巻線を介して流れる。したがって、電流トラ
ンスＣＴ、の２次巻線には、負荷に流れる振動電流に応
じて極性の変化する電圧が誘起され、この誘起電圧を抵
抗Ｒ２を介してトランジスタＱ２のベース・エミッタ間
に印加して、トランジスタＱ、をスイッチングさせる。

トランジスタＱ、のベースには、制御回路１３の出力信
号が供給されている。制御回路１３は、トランジスタＱ
、を駆動するための駆動回路１３ａと、外部調光回路２
から供給される矩形波電圧よりなる調光信号を直流電圧
に変換する変換回路１３ｂを備えている。駆動回路１３
ａにおいては、トランジスタＱ、の両端電圧を検出して
、トランジスタＱ、の両端電圧が立ち下がってから所定
時間トランジスタＱ、をオンさせるものである。

この所定時間は、変換回路１３ｂから出力される直流電
圧に応じて決定される。

インバータ点灯回路１１は、直流電源Ｅ１が投入された
ときに、自励発振動作を開始するための起動回路を備え
ている。この起動回路は電源投入によりコンデンサＣ２
が抵抗Ｒ，を介して充電され、その充電電圧が２端子サ
イリスクＱ、のブレークオーバー電圧に達すると２端子
サイリスタＱ、がオンし、トランジスタＱ、のベースに
２端子サイリスタＱ、を介してベース電流を流してトラ
ンジスタＱ３を最初にオン動作させ、発振動作を開始さ
せるものである。

以下、第６図回路の動作について説明する。電源を投入
すると、起動回路によりトランジスタＱ。

がオンとなり、その両端電圧が“Ｌｏｕ＋”レベルにな
る。これにより、駆動回路１３ａがトリガーされて、そ
の出力が“Ｈｉｇｈ”レベルとなり、トランジスタＱ、
のオン状態が維持される。トランジスタＱ、がオンする
と、ダイオードＤ０が導通して、コンデンサＣ２は充電
されなくなるので、起動回路は停止する。このとき、電
流トランスＣＴ、の２次巻線は、トランジスタＱ２のベ
ース・エミッタ間に逆バイアスの電圧を印加するような
極性に巻かれているので、トランジスタＱ２はオフ状態
を維持する６次に、所定時間の経過後に、駆動回路１３
ａの出力は“Ｌｏｗ″レベルとなり、トランジスタＱ、
はオフ状態になる。トランジスタＱ、がオフすると、ト
ランジスタＱ、のコレクタ電流が減少することによりイ
ンダクタＬの残留インダクタンスは逆の誘起電圧を発生
し、インダクタしに流れる振動電流は同一方向に流れよ
うとするので、ダイオードＤ、が導通ずる。また、電流
トランスＣＴ１の２次巻線が逆の誘起電圧を発生するこ
とにより、トランジスタＱ２が順バイアスされて、トラ
ンジスタＱ２はオン状態となる。ダイオードＤの電流が
ゼロになると、コンデンサＣ５の蓄積電荷を電源として
トランジスタＱ２に電流が流れる。

このとき、インダクタＬのコアは飽和磁束に向かって直
線的に磁化される。やがて、コアが飽和磁束に達すると
、インダクタンスは急激にゼロの方向に向かい、その結
果、トランジスタＱ２のコレクタ電流の時間変化分は無
限大となる。トランジスタＱ２のコレクタ電流がベース
電流のｈｆｅ倍に達すると、トランジスタＱ２は不飽和
状態となり、電流トランスＣＴから帰還されるベース電
流が減少してトランジスタＱ２はオフする。トランジス
タＱ２がオフした後も、インダクタしに流れる振動電流
は同一方向に流れようとするので、ダイオードＤ２が導
通し、インダクタし、ランプ負荷１２、コンデンサＣ１
、直流電源Ｅｌの経路で電流が流れる、ダイオードＤ２
が導通すると、トランジスタＱ、の両端電圧はゼロにな
るので、駆動回路１３ａがトリガーされて、駆動回路１
３ａの出力がＨｉｇｈ”レベルになり、トランジスタＱ
、は順バイアスされる。ダイオードＤ２に流れる振動電
流がゼロになった後は、直流電源Ｅ１より、コンデンサ
Ｃ１、ランプ負荷１２、インダクタし、トランジスタＱ
。

の経路で電流が流れる。以下、上述の動作を繰り返すこ
とにより、インバータの発振動作が継続される。

外部調光回路２から変換回路１３ｂに供給される調光信
号としては、第８図（ａ）に示すように、周期１＋が一
定で、オン時間ｔ２が可変とされた信号が用いられる。

第８１ｆｆｉ　（ｂ）は、調光信号のオン・デユーティ
（ｔ２／ｌ＋）と、光出力の関係を示している。ここで
は、調光信号のオン・デユーティ（ｔ２／　１　ｌ）を
増加させると、光出力はほぼ直線的に減少する。

第７図は駆動回路１３ａと変換回路１３ｂの詳細を示し
ている。変換回路１３ｂは、オン・デユーティが可変と
された調光信号を外部調光回路２から供給されて、駆動
回路１３ａの出力パルス幅の制御を行うものである。駆
動回路１３ａは汎用の集積回路（例えば日本電気製μＰ
Ｄ４５３８）よりなる単安定マルチバイブレータＩＣ，
を備えている。この単安定マルチバイブレークＩＣ，は
５立ち下がりトリガー入力端子Ｂが“Ｈｉｇｈ”レベル
から“Ｌｏｗ″レベルに変化した後、一定時間は出力端
子ＱがＨｉｇｈ”レベル、出力端子ｑが“Ｌｏｗ”レベ
ルとなる０本実施例では、トランジスタＱ、の両端電圧
を抵抗Ｒ，，Ｒ４の直列回路で分圧することにより検出
し、単安定マルチバイブレータＩＣのトリガー信号とし
ている。単安定マルチバイブレータＩＣ，の出力端子Ｑ
が“Ｈｉｇｈ”レベルになる時間（出力端子ｑが“Ｌｏ
ｗ“レベルになる時間）は、抵抗Ｒ６とコンデンサＣ，
の時定数で決定される。

出力端子Ｑは駆動用のトランジスタＱ４のベースに接続
され、出力端子互は駆動用のトランジスタＱ、のベース
に接続されている。トランジスタＱ。

のコレクタはコンデンサＣ０の正極に、トランジスタＱ
、のエミッタはコンデンサＣ０の負極に、それぞれ接続
され、トランジスタＱ、のエミッタとトランジスタＱ、
のコレクタは、抵抗Ｒ９を介してトランジスタＱ、のベ
ースに接続されている。したがって、単安定マルチバイ
ブレータＩＣ，は、トランジスタＱ３のオン期間を決め
るためのタイマー回路として動作する。単安定マルチバ
イブレータＩＣ，の時定数設定用の抵抗Ｒ６とコンデン
サＣ１の接続点には、ダイオードＤ、及び抵抗Ｒｔを介
してオペアンプエＣ２の出力が接続されている。

オペアンプＩＣ２は反転入力端子を出力端子に接続され
たバッファアンプであり、非反転入力端子に印加された
コンデンサＣ７の電圧を低インピーダンス化して出力す
る。コンデンサＣ１には抵抗Ｒ８を介して、オペアンプ
ＩＣ，の出力端子が接続されている。オペアンプＩＣ，
は反転入力端子を出力端子に接続されたバッファアンプ
であり、非反転入力端子に印加された調光信号を低イン
ピーダンス化して出力する。抵抗Ｒ８とコンデンサＣ７
はＣＲ積分回路を構成しており、矩形波電圧よりなる調
光信号を直流電圧ＶＣｔに変換する。この直流電圧ｖｃ
、は、調光信号におけるオン時間ｔ２が長くなるにつれ
て高くなる。オペアンプ■Ｃ２は制御抵抗Ｒ１を介して
、上記の直流電圧■。、に応じた電流を抵抗Ｒ６と並列
的に流す、したがって、直流電圧ｖｃ、の上昇に応じて
コンデンサＣ６の充電電流が増加して、単安定マルチバ
イブレータエＣ２の時定数は小さくなり、駆動回路１３
ａの出力パルス幅が小さくなるので、インバータ点灯回
路１１の出力は低下する。

なお、第６図ではランプ負荷１２として２灯用の回路を
使用しており、第７図では１灯用の回路を使用している
が、この調光システムでは、どちらの回路を使用しても
良い。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の従来例においては、インバータ点灯回路１１の動
作電源であるコンデンサＣＩがら限流用の抵抗Ｒ０を介
してコンデンサｃｏを充電することにより、制御回路１
３の動作電源を得ている。具体的には、単安定マルチバ
イブレータ■ｃ、やオペアンプＩＣ２，ＩＣ３及びトラ
ンジスタＱ　＝　、　Ｑ　ｓの動作電流をコンデンサＣ
０から得ている。ところが、コンデンサＣ１の充電電圧
は、例えば１００〜２００Ｖ程度の高電圧であり、コン
デンサＣ０の充電電圧は、例えば１０数Ｖ程度の低電圧
であるので、抵抗Ｒ０での電力損失が問題となる。特に
、第５図に示すような多灯同時調光システムのように、
多数のインバータ装置１が並列接続されている場合には
、各インバータ装置１の抵抗Ｒ０で無駄な電力消費が生
じることになるので、全体として合計すれば、無視でき
ない程度の電力消費が生じることになる。また、交流電
源Ｖｓから専用の降圧トランスにより交流電圧を降圧し
、専用の整流平滑回路により制御回路１３の動作電源を
得る方式も考えられるが、この場合、各インバータ装置
１の重量及び形状が大きくなるという問題がある。

本発明はこ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、外部から供給される信号により
負荷への供給電力を可変としたインバータ装置において
、制御回路の動作電源を効率良く供給可能とすることに
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第１
図乃至第４図に示すように、交流電源Ｖｓから電力線１
．１２を介して交流電力を供給され、外部から信号線ム
、！、を介して供給される信号に応じて負荷への供給電
力を制御可能としたインバータ装置において、制御用電
源の全部又は一部を上記信号線！１，１４を介して外部
から供給される信号から得るための制御用電源回路１４
を備えることを特徴とするものである。

［作用］ 本発明のインバータ装置にあっては、電力線ｌ、。

１２を介して供給される交流電力から制御用電源の全部
を供給していた従来例とは異なり、信号線ム。

！、を介して外部から供給される信号から制御用電源の
全部又は一部を得るようにしたので、従来例のように、
降圧用の抵抗Ｒ０で大きな電力消費が生じることはなく
、インバータ装置における無駄な電力消費を防止できる
ものである。

［実施例１］ 第１図は本発明の一実施例の回路図である０本実施例に
あっては、第６図に示す従来例において、降圧用の抵抗
Ｒ０を省略し、ダイオードＤ、を介して信号線１３，１
．上の信号電圧によりコンデンサＣ０を充電しており、
このコンデンサＣ０から制御回路１３の動作電源を供給
している。また、信号線１、．１．上の信号は、ダイオ
ードＤ、を介して制御回路１３に入力されている。つま
り、信号線１．．１４上の信号電圧は、ダイオードＤ、
、Ｄ、により電源用と信号用とに分離され、一方はダイ
オードＤ。

を介して制御用電源として使用され、他方はダイオード
Ｄ５を介して制御用信号として使用されるものである。

［実施例２］ 第２図は本発明の第２実施例の回路図である。

本実施例にあっては、信号線１ｓ、１＝をダイオードブ
リッジＤＢ２の交流入力端に接続し、ダイオードブリッ
ジＤ　Ｂ　２の直流出力端にコンデンサＣ０を接続する
ことにより、信号線１ｔｓ、１＜上の信号電圧によりコ
ンデンサＣ０を充電している。また、−方の信号ｔｌ　
ｌ　４を変換回路１３ｂの入力端に接続して、変換回路
１３ｂに外部からの信号を入力している０本実施例にあ
っては、信号線ｅｚ、ｌ−の接続が逆であっても、コン
デンサＣｏに正常な極性の直流電圧を得られるという利
点がある。

し実施例３］ 第３図は本発明の第３実施例の回路図である。

本実施例にあっては、°第１図に示す回路において、イ
ンバータ点灯回路１１の動作電源となるコンデンサＣ１
に、降圧用の抵抗Ｒ０を介して、制御用電源となるコン
デンサＣ０を接続したものである。

ただし、降圧用の抵抗Ｒ０の抵抗値は、第６図に示す従
来例に比べると高く設定されている。このため、抵抗Ｒ
０における電力消費は第６図に示す従来例に比べると小
さくなるが、コンデンサＣ１からコンデンサＣ０への供
給電流が減少するので、制御回路１３への供給電力が不
足する。この供給電力が不足する分を、ダイオードＤ、
を介して信号線１．．ｆ、上の矩形波電圧から供給する
。これにより、制御回路１３には動作に必要な電力が十
分に供給され、しかもインバータ装置１における電力消
費は、第６図に示す従来例に比べると小さくなる。

し実施例４コ 第４図は本発明の第４実施例の回路図である。

本実施例にあっては、インバータ点灯回路１１の入力側
にチョッパー回路１６を備えている。多数のインバータ
装置１が電力線１．　、ｔ’２に並列接続される場合に
は、このようなチョッパー回路１６を各インバータ装置
１に備えることにより、入力力率を改善できると共に、
入力電流の高調波成分を低減できる。チョッパー回路１
６としては、昇圧型、降圧型、昇降圧型のいずれを用い
ても良いが、本実施例のように、２灯用のランプ負荷１
２を備える場合には、インバータ点灯回路１１の入力直
流電圧を高くするために、昇圧型のチョッパーを用いる
ことが特に好ましい、この昇圧型のチョッパー回路１６
にあっては、ダイオードブリッジＤＢの直流出力端に、
トランジスタＱ、を介してインダクタし、が接続されて
おり、トランジスタＱ。

の両端には、逆流阻止用のダイオードＤ６を介して平滑
用のコンデンサＣ１が接続されている。トランジスタＱ
４はチョッパー制御回路１５の出力により高周波でスイ
ッチングされる。まず、トランジスタＱ４がオン状態の
とき、ダイオードブリッジＤＢからの直流電流はトラン
ジスタＱ４を介してインダクタＬ＋に流れ、インダクタ
Ｌ１にエネルギーが蓄えられる０次に、トランジスタＱ
（がオフ状態になると、インダクタＬ１はその両端に電
圧を発生し、ダイオードブリッジＤＢの直流出力端の電
圧にインダクタＬ、の両端電圧を加えた電圧が、ダイオ
ードＤ６を介してコンデンサＣ１に印加される。これに
より、ダイオードブリッジＤＢの直流出力端の電圧より
も高い電圧をコンデンサＣ４に得ることができる。

ところで、このような昇圧型のチョッパー回路１６を備
える場合には、第６図に示すように、コンデンサＣ３か
ら降圧用の抵抗Ｒ８を介してコンデンサＣ０を充電する
方式を用いると、抵抗Ｒ０での電力消費が特に問題とな
る。そこで、本実施例では、信号１１　ｍ！　コ、　ｌ
　＜上の矩形波電圧により抵抗Ｒ３とダイオードＤ、を
介してコンデンサＣ０を充電し、チョッパー制御回路１
５の動作電源を得ている。

インバータ点灯回路１１の制御回路１３への制御用電源
の供給方式については特に図示していないが、第１図又
は第３図に示すいずれの方式を用いても良い。

なお、信号線１ｓ、１４を伝送される信号は矩形波電圧
に限定されるものではなく、電圧値を可変とされた直流
電圧であっても良いし、振幅又は周波数を可変とされた
交流電圧であっても良い。

また、インバータ装置の負荷は、ランプ負荷に限定され
るものではなく、モータやその他の負荷であっても良い
。

［発明の効果］ 本発明は、上述のように、交流電源から電力線を介して
交流電力を供給され、外部から信号線を介して供給され
る信号に応じて負荷への供給電力を制御可能としたイン
バータ装置において、制御用電源の全部又は一部を上記
信号線を介して外部から供給される信号から得るための
制御用電源回路を備えるものであるから、信号線は電力
線よりも一最に低電圧を扱うので、電力線を介して供給
される高電圧の交流電力から降圧用抵抗を介して制御用
電源の全部を供給する方式に比べると、制御用電源を効
率良く供給できるという効果がある。

また、上記交流電力から降圧用トランスと整流平滑回路
を介して制御用電源を供給する方式に比べると、インバ
ータ装置の小型・軽量化が可能になるという効果がある
。

なお、多数のインバータ装置が電力線及び信号線に並列
的に接続されるシステムにおいては、信号線への信号供
給源に大容量の低電圧電源回路を１つ備えれば、各イン
バータ装置には低電圧電源回路は不要となるので、全体
として小型・軽量化及び省電力化が可能となるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の回路図、第２図は本発明
の第２実施例の要部回路図、第３図は本発明の第３実施
例の回路図、第４図は本発明の第４実施例の回路図、第
５図は従来の調光システムのブロック図、第６図は同上
に用いるインバータ装置の回路図、第７図は同上に用い
る制御回路の詳細を示す回路図、第８図（ａ）は同上に
用いる調光信号の波形図、第８図（ｂ）は同上の調光信
号と光出力との関係を示す図である。 Ｖｓは交流電源、１はインバータ装置、２は外部調光回
路、１４は制御用電源回路、１．．１２は電力線、１．
　、（１，は信号線である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電源から電力線を介して交流電力を供給され
   、外部から信号線を介して供給される信号に応じて負荷
   への供給電力を制御可能としたインバータ装置において
   、制御用電源の全部又は一部を上記信号線を介して外部
   から供給される信号から得るための制御用電源回路を備
   えることを特徴とするインバータ装置。