JPH0622541A - 制御電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電源投入時の過負荷電流を抑えることがで
き、かつ負荷電流安定化時間の短い制御電源装置を提供
する。 【構成】 電源投入時、ランプＬＭＰの抵抗が小さいた
め負荷電流ＩＬが大きく、出力電流検出回路２の出力が
ＯＲ回路４を介してＰＷＭ制御回路３に供給され、負荷
電流ＩＬを抑制するように、スイッチング素子であるト
ランジスタＴｒ１が断続制御される。ランプＬＭＰの発
熱によりその抵抗が大きくなると、ＯＲ回路４で出力電
圧検出回路１の出力が選択され、ＰＷＭ制御回路３に供
給され、負荷電圧が安定化するように、トランジスタＴ
ｒ１が断続制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電源投入時、または、電
源再投入時における突入電流が比較的大きくなるハロゲ
ンランプ等の負荷に電力を供給する制御電源装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、複写機等の露光用ハロゲンランプ
やプロジェクタに用いられているランプのレギュレータ
の一般的な制御方式としては、サイリスタやトライアッ
ク等を用いた位相制御方式が用いられてきた。この位相
制御方式とは、図１１に示すように、スイッチング素子
により商用周波数の各半サイクル内において、オン期間
を制御し負荷への電力供給を調整する制御方式である。
例えば、負荷であるランプの光束を増加するときは導通
期間をθ１，θ２と長くし、また、負荷への電力供給を
抑制する、つまり光束を絞るときは導通期間をθ３，θ
４と短くするというように、調整する方式である。

【０００３】図１３は従来の一般的なランプレギュレー
タの回路構成を示している。ランプに印加される電圧は
降圧トランス（フィードバックトランス）ＴＬで検出さ
れ、その出力を制御回路に入力することで、トランジス
タＴｒ１がオンし、その出力はパルストランスＴｓを通
してトライアックＴ１のゲート信号として入力され、ト
ライアックＴ１がトリガする。そして、それによって出
力された値がフィードバックトランスＴＬによって検出
される、ということが繰り返されることで電力制御、つ
まり光束制御が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ランプ等のよ
うに点灯した瞬間は抵抗値が低く、その後発熱して抵抗
値が落ち着くというような特性をもつ負荷の場合、図１
３の従来例のような電力制御（通常は定電圧制御）では
電源投入時には定常電流の１０倍程度の大きな突入電流
が流れることになり、この繰返しによりランプ寿命の低
下を招くばかりではなく、使用するトライアック等のス
イッチング素子の発熱を招き、それによりその劣化を早
める原因ともなっている。

【０００５】そのため、従来の制御電源ではこのような
突入電流を防ぐための手法として、あらかじめ微少電流
をランプに流し予熱しておく手法と、位相制御における
電源投入時の位相角αｉを図１２に示すように、徐々に
進めていく、つまりランプに印加する電圧を次第に大き
くすることで突入電流を抑制するいわゆるソフトスター
トの手法が用いられてきたが、前者は常時電流がランプ
に流れることになり効率が悪く、後者は突入電流を小さ
く押え込む場合、電圧が安定するまでに時間が掛かると
いった問題がある。

【０００６】また位相制御の場合、光束制御などで光束
の変動が問題となるような場合にスイッチング周波数を
高くできないという問題がある。その改善対策としては
直流電源を高周波に変換する高周波点灯があるが、この
場合整流回路が必要となる。ただし、従来の整流回路に
おいては、コンデンサ・インプット型の整流回路がその
経済性から多く用いられており、整流動作時に入力され
るライン電流は図７の（ａ）に示すように平滑用コンデ
ンサの充電期間のみパルス状に値が大きなものとなって
流れ、力率の低下や、商用電源ラインへの高調波電流に
よる電流波形歪などを招き、また高調波成分によるノイ
ズが電子機器間の誤動作を引き起こしたり、コンデンサ
自体も内部損失による発熱で寿命が短くなる等の問題が
ある。

【０００７】本発明は、このような問題を解消するため
なされたもので、電源投入時の過負荷電流を抑えること
ができ、かつ負荷電流安定化時間の短い制御電源装置を
提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、制御電源装置を次の（１）〜（７）の
とおりに構成する。

【０００９】（１）出力電流検出手段と、出力電圧検出
手段と、前記出力電流検出手段の出力と前記出力電圧検
出手段の出力から大きい値の方の出力を選択する選択手
段と、当該制御電源装置の主回路を断続するスイッチン
グ素子と、前記選択手段の出力に応じて前記スイッチン
グ素子を断続制御する制御手段とを備えた制御電源装
置。

【００１０】（２）入力電圧検出手段と、この入力電圧
検出手段の出力により出力電流検出手段の出力を補正す
る補正手段とを更に備えた前記（１）記載の制御電源装
置。

【００１１】（３）負荷であるランプの光束を検出する
光束検出手段と、この光束検出手段の出力に応じて出力
電流検出手段の検出レベルを設定する検出レベル設定手
段とを更に備えた前記（１）記載の制御電源装置。

【００１２】（４）入力段と出力段とを備える制御電源
装置であって、入力段は、整流回路と、この整流回路の
交流入力電圧の波形を検出する交流入力電圧波形検出手
段と、前記入力段の主回路を断続する第１のスイッチン
グ素子と、前記入力段の出力電流を検出する第１の出力
電流検出手段と、この第１の出力電流検出手段の出力波
形が前記交流入力電圧波形検出手段の出力波形に近似す
るように前記第１のスイッチング素子を断続制御する第
１の制御手段とを備え、出力段は、この出力段の出力電
流を検出する第２の出力電流検出手段と、前記出力段の
出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記第２の出
力電流検出手段と前記出力電圧検出手段の出力から大き
い値の方の出力を選択する選択手段と、前記出力段の主
回路を断続する第２のスイッチング素子と、前記選択手
段の出力に応じて前記第２のスイッチング素子を断続制
御する第２の制御手段とを備えた制御電源装置。

【００１３】（５）１つの制御手段を時分割で切り換え
て第１の制御手段と第２の制御手段とする前記（４）記
載の制御電源装置。

【００１４】（６）入力段の出力電圧を検出する第２の
出力電圧検出手段を更に備え、この第２の出力電圧検出
手段の出力レベルが一定になるよう第１の制御手段を動
作させる前記（４）記載の制御電源装置。

【００１５】（７）負荷であるランプの光束を検出する
光束検出手段と、この光束検出手段の出力に応じて第２
の出力電流検出手段の検出レベルを設定する検出レベル
設定手段とを更に備えた前記（４）記載の制御電源装
置。

【００１６】

【作用】前記（１）〜（３）の構成では、スイッチング
素子の断続制御により、出力は定電流・定電圧になる。
前記（４）〜（７）の構成では、前述の作用の他に、第
１のスイッチング素子の制御断続により、制御電源装置
の交流入力電流の波形が交流入力電圧の波形に近似す
る。

【００１７】

【実施例】以下本発明を実施例により詳しく説明する。

【００１８】（実施例１）図１は実施例１である“制御
電源装置”の回路図である。

【００１９】図に示すように、本実施例は、電流検出抵
抗Ｒｉと、トランジスタＴｒ１、還流ダイオードＤ５、
チョークコイルＬ１、ランプＬＭＰ、出力電圧検出回路
１、出力電流検出回路２、ＰＷＭ回路３、ＯＲ回路４、
点灯制御回路５で構成されている。

【００２０】電源入力端子に接続された商用周波数電源
は、整流ブリッジ（ダイオードＤ１〜Ｄ４）により整流
された後、コンデンサＣ１により平滑され、トランジス
タＴｒ１のコレクタに供給されている。トランジスタＴ
ｒ１の断続によりエミッタに発生する交流出力は、チョ
ークコイルＬ１とコンデンサＣ２で構成される平滑回路
で平滑され電流検出抵抗Ｒｉを介して負荷であるランプ
ＬＭＰに供給される。ここでランプの点灯のオン／オフ
は点灯制御回路５により制御される。

【００２１】点灯制御回路５によりランプの点灯の制御
信号がＰＷＭ制御回路３に発せられると、ＰＷＭ制御回
路３は出力電流検出回路２，出力電圧検出回路１からの
検出信号をもとに決定される期間だけトランジスタＴｒ
１をオンする。トランジスタＴｒ１がオンすることで回
路には電流ＩＬが流れ出し、電流検出抵抗Ｒｉの両端に
電位差が生じ、その値は出力電流検出回路２へ入力され
る。またランプＬＭＰに供給される電圧ＶＬＭＰは抵抗
Ｒ１，Ｒ２により分圧され出力電圧検出回路１に入力さ
れる。出力電流検出回路２，出力電圧検出回路１に検出
された値が入力されると、それぞれの値に応じた検出信
号が生成されＯＲ回路４に出力される。

【００２２】このＯＲ回路４により、出力電流検出回路
２，出力電圧検出回路１から出力される検出信号の、Ｐ
ＷＭ回路３へ入力される優先順位が、それらの電圧レベ
ルの高さによって決定される。つまり、図２の（ａ）に
示すように、点灯開始時にはハロゲンランプの抵抗値が
低いために流れる電流が大きくなってしまうため、同図
の（ｂ）に示すように、出力電流検出信号の電圧レベル
を予め出力電圧検出信号の電圧レベルより高めになるよ
う設定しておくことで、出力電流検出回路２からの検出
信号が優先され、制御電源装置は定電流制御を行うこと
になり、その後ハロゲンランプＬＭＰの抵抗値が温度上
昇と共に安定してくると電流値が低くなるためＰＷＭ制
御回路３において、同図の（ｃ）に示すように、デュー
ティ規制がかかり出力電流検出回路２から出力される電
圧値よりも出力電圧検出回路１から出力される電圧値の
方が大きくなり、制御は定電圧制御へと移行する。

【００２３】以上の動作は、１パルス毎、つまりトラン
ジスタＴｒ１のオン毎に行われる。これによりランプＬ
ＭＰへの突入電流は定電流制御により制限され、その後
短時間で定電圧制御に移行し光束（いわゆる光量）の安
定制御が行なわれる。

【００２４】以上説明したように、本実施例によれば突
入電流が大きくなるようなランプ負荷に電力を供給する
回路、いわゆる光量制御回路などにおいて、ランプ点灯
時の突入電流を制限しつつ、立上がり時間を早くするこ
とが可能となり、スイッチング素子へのストレスを低減
できる。

【００２５】なお、本実施例では電流検出に抵抗を用い
たが、これはカレントトランスを用いてもよい。

【００２６】（実施例２）図３は実施例２の回路図であ
る。本実施例の回路構成は実施例１とほぼ同じであり、
スイッチング素子Ｔｒ１の入力側の電圧を検出する入力
電圧検出部６を設けて、入力電圧の変化により電流検出
抵抗Ｒｉによる検出レベルが変化することのないように
する部分のみが相違する。

【００２７】つまり、入力電圧検出部６により、電流検
出抵抗Ｒｉでの電圧降下は入力電圧に合せて補正され、
入力変動に左右されない制御電源となる。その他の動作
は実施例１と同一である。

【００２８】（実施例３）図４に示す実施例３は、回路
構成は実施例１にほぼ同じであり、出力電流検出回路２
−２において、電流検出レベルを決定するツェナーダイ
オードＺＤ１の代わりに機器本体側のＣＰＵ（中央処理
装置）７から与えられるオフセット信号とした部分、及
びランプＬＭＰの光束読取り部８が加わったところのみ
が相違する。

【００２９】この構成をとることにより、ランプＬＭＰ
の光束安定までの時間と電流検出レベルが相互に最適値
となるよう、電流検出レベルがＣＰＵ７により制御され
ることになる。

【００３０】また、現在多くの家電品において用いられ
るようになったファジー制御やニューロ制御等をこの検
出レベル制御に、光束だけでなくスイッチング素子の発
熱量などのパラメータを含めて用いれば、より最適な制
御が可能となる。

【００３１】（実施例４）実施例４を説明する。本実施
例は、以上の制御電源装置を、モータ負荷のようなピー
ク電流に対し、平均電流が低い負荷の電源として用いた
場合の例である。この制御電源装置をモータ負荷の電源
に応用すれば、ピーク電流が大きくなった時には定電流
制御回路として働くことでピーク電流を押え、スイッチ
ング素子へのストレスを軽減でき、従来ピーク電流で熱
設計しなければならなかった、放熱板，トランス，スイ
ッチング素子を平均電流で熱設計することが可能とな
る。

【００３２】（実施例５）図５は実施例５である“制御
電源装置”の回路図である。図に示すように、本実施例
の装置は、大別して入力段のＳＭＲ制御回路を構成する
部分と、出力段の定電流・定電圧制御回路を構成する部
分から成っている。

【００３３】ＳＭＲを構成する部分すなわち入力段は、
ダイオードＤｓ，トランジスタＴｓ，電流検出部３１，
チョークコイルＬｓ，コンデンサＣｓ，交流入力電圧波
形検出回路３２，乗算回路３３，減算回路３４，増幅回
路３５，ＰＷＭ制御回路３６からなっている。定電流・
定電圧制御回路を構成する部分すなわち出力段はトラン
ジスタＴ１，電流検出抵抗Ｒｉ，出力電圧検出回路３
７，出力電流検出回路３８，ＰＷＭ制御回路３６，ＯＲ
回路３９，点灯制御回路４０，それと時分割制御に使用
されるクロック４１，アナログスイッチ４２，ラッチ４
３，４４で構成されている。

【００３４】まず入力段の動作について説明する。電源
入力端子に接続された商用周波数電源は、整流ブリッジ
（ダイオードＤ１〜Ｄ４）により整流され、チョークコ
イルＬｓを介してトランジスタＴｓのコレクタに供給さ
れている。トランジスタＴｓの断続によりコンデンサＣ
ｓには入力電圧波形に近似した波形に整形された電流が
ダイオードＤｓを介して充電される。トランジスタＴｓ
の断続により発生する電流波形は電流検出部３１により
検出され減算回路３４に出力される。また減算回路３４
には、交流入力電圧波形検出回路３２で得られた波形デ
ータを負荷電流に応じて波高値を変えるため乗算回路３
３を介した値が入力される。減算回路３４，増幅回路３
５により２入力値の誤差が増幅され、ＰＷＭ制御回路３
６に入力されることによりトランジスタＴｓは電流波形
が図７の（ｂ）に示すように交流入力電圧波形に近似し
た波形となるように断続が制御される。

【００３５】次に、出力段の動作について説明する。入
力段で得られた直流出力はトランジスタＴ１の断続によ
りエミッタに発生する交流出力に変換され、この出力は
チョークコイルＬ１とコンデンサＣ２で構成される平滑
回路で平滑され電流検出抵抗Ｒｉを介してランプＬＭＰ
に供給される。ここでランプＬＭＰの点灯のオン／オフ
は点灯制御回路４０により制御される。

【００３６】点灯制御回路４０によりランプの点灯の制
御信号がＰＷＭ制御回路３６に発せられると、ＰＷＭ制
御回路３６，出力電流検出回路３８，出力電圧検出回路
３７からの検出信号をもとに決定される期間だけトラン
ジスタＴ１をオンする。トランジスタＴ１がオンするこ
とで主回路には電流ＩＬが流れ出し、電流検出抵抗Ｒｉ
の両端に電位差が生じその値は出力電流検出回路３８へ
入力される。またランプＬＭＰに供給される電圧は抵抗
Ｒ１，Ｒ２により分圧され出力電圧検出回路３７に入力
される。出力電流検出回路３８，出力電圧検出回路３７
で検出された信号はＯＲ回路３９に出力される。

【００３７】このＯＲ回路３９により、出力電流検出回
路３８，出力電圧検出回路３７から出力される検出信号
のＰＷＭ制御回路３６へ入力される優先順位が、それら
の電位レベルの高さによって決定される。つまり、図６
の（ａ）に示すように、点灯開始時にはハロゲンランプ
ＬＭＰの抵抗値が低いために流れる電流が大きくなって
しまうため、同図の（ｂ）に示すように、電流検出信号
の電圧レベルを予め電圧検出信号の電圧レベルより高め
に設定しておくことで、出力電流検出回路３８からの信
号が優先され、制御電源装置は定電流制御を行うことに
なり、その後ハロゲンランプＬＭＰの抵抗値が温度上昇
と共に安定してくると電流値が低くなるため、出力電流
検出回路３８から出力される値よりも出力電圧検出回路
３７から出力される値の方が大きくなり、同図の（ｃ）
に示すように、ＰＷＭ制御回路３６においてデューティ
規制がかかり制御は定電圧制御へと移行される。このよ
うにして、ランプＬＭＰへの突入電流は定電流制御によ
り制限され、定電圧制御で光束の安定制御が行われ、な
おかつ、入力ライン電流を図７の（ａ）のピーク状から
（ｂ）の正弦波状にする制御が行われる。

【００３８】前述の二つの制御動作は、図８に示すよう
にクロック４１から出力される１クロック毎に切換えら
れながら行われる。クロック４１から出力された１パル
ス毎にアナログスイッチ４２は、ＰＷＭ制御回路３６に
入力される信号を入力段側，出力段側と交互に切り換
え、その時点でのトランジスタＴｓ，Ｔ１のドライブ信
号をラッチ回路４３，４４により保持し無信号期間のオ
ン／オフを決定する。この時クロック４１の発振周波数
は、スイッチング素子Ｔｓ，Ｔ１のスイッチング周波数
よりも十分大きくとる。

【００３９】以上説明したように、本実施例によれば、
突入電流が大きくなるようなランプ負荷等に電力を供給
する回路、いわゆる光量制御回路等において、ランプ点
灯時の突入電流を制限しつつ、立上がり時間を早くする
ことが可能となり、スイッチング素子へのストレスを低
減できる。また、点灯時において商用電源側の力率改善
や電流波形歪の低減が可能となり、更に平滑コンデンサ
のリップル電流を大幅に低減でき、電源としての信頼性
の向上が得られ、スイッチング素子へのストレスや入力
段のフィルタをも軽減できる。

【００４０】なお、本実施例ではスイッチング素子とし
てトランジスタを用いた場合について説明したが、スイ
ッチング素子はＦＥＴ，ＩＧＢＴなど高速スイッチング
が可能なものならば何れのものを用いてもよく、電流検
出も抵抗以外にカレントトランスなどを用いてもよい。

【００４１】（実施例６）図９に示す実施例６は、回路
構成は実施例５とほぼ同じであり、入力段を昇降圧形と
し、その直流出力部に直流電圧検出回路５０を設け、負
荷電流のフィードバックを無くしたところのみ相違す
る。

【００４２】つまり、直流電圧検出回路５０の出力を乗
算回路３３へ送ることにより、入力電圧変動，負荷急変
による入力段の直流出力電圧変動が起こらないように入
力電流波高値を可変させ、直流出力の定電流・定電圧制
御を行う。その他の動作は実施例５と同一である。

【００４３】（実施例７）実施例７を説明する。図１０
に示す実施例７は、回路構成は実施例５にほぼ同じであ
り、出力電流検出回路３８における電流検出レベルと、
入力電流波高値を決定する乗算回路の乗数を機器本体側
のＣＰＵ７から与えられるオフセット信号とした部分、
及びランプの光束読取り部が加わったところのみが相違
する。

【００４４】この構成をとることにより、ランプの光束
安定までの時間と電流検出レベルが相互に最適値となる
よう、検出レベルがＣＰＵ７により制御され、また、入
力段の直流出力制御を、負荷が変動する時（負荷のオン
／オフ時等）に変えることが可能となる。

【００４５】なお、現在多くの家電品において用いられ
るようになったファジー制御やニューロ制御等をこの検
出レベル制御に、光束だけでなくスイッチング素子の発
熱量などのパラメータを含めて用いれば、より最適な制
御が可能となる。

【００４６】（実施例８）実施例８を説明する。本実施
例は、実施例５のような制御電源装置をモータ負荷のよ
うなピーク電流に対し、平均電流が低い負荷の制御回路
として用いた場合の例である。この制御電源装置をモー
タ負荷の制御回路に応用すれば、ピーク電流が大きくな
った時には定電流制御回路として働くことでピーク電流
を押え、スイッチング素子へのストレスを軽減でき、従
来ピーク電流で熱設計しなければならなかった、放熱
板，トランス，スイッチング素子を平均電流で熱設計す
ることが可能となる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ランプやモータ等、電源投入時に大きな突入電流が流れ
る負荷を接続したとき、突入電流を抑えることができ、
かつ短時間に負荷電流を安定化できる。また、請求項４
〜７の発明では、更に交流入力電流を正弦波状に制御で
きて、力率の改善及び電流波形歪の低減ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１の回路図

【図２】 実施例１の動作説明図

【図３】 実施例２の回路図

【図４】 実施例３の回路図

【図５】 実施例５の回路図

【図６】 実施例５の動作説明図

【図７】 実施例５の各部波形図

【図８】 実施例５における時分割制御の説明図

【図９】 実施例６の回路図

【図１０】 実施例７の回路図

【図１１】 位相制御方式の説明図

【図１２】 ソフトスタートの説明図

【図１３】 従来例の回路図

【符号の説明】

１ 出力電圧検出回路 ２ 出力電流検出回路 ３ ＰＷＭ制御回路 ４ ＯＲ回路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力電流検出手段と、出力電圧検出手段
   と、前記出力電流検出手段の出力と前記出力電圧検出手
   段の出力から大きい値の方の出力を選択する選択手段
   と、当該制御電源装置の主回路を断続するスイッチング
   素子と、前記選択手段の出力に応じて前記スイッチング
   素子を断続制御する制御手段とを備えたことを特徴とす
   る制御電源装置。
2. 【請求項２】 入力電圧検出手段と、この入力電圧検出
   手段の出力により出力電流検出手段の出力を補正する補
   正手段とを更に備えたことを特徴とする請求項１記載の
   制御電源装置。
3. 【請求項３】 負荷であるランプの光束を検出する光束
   検出手段と、この光束検出手段の出力に応じて出力電流
   検出手段の検出レベルを設定する検出レベル設定手段と
   を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の制御電源
   装置。
4. 【請求項４】 入力段と出力段とを備える制御電源装置
   であって、入力段は、整流回路と、この整流回路の交流
   入力電圧の波形を検出する交流入力電圧波形検出手段
   と、前記入力段の主回路を断続する第１のスイッチング
   素子と、前記入力段の出力電流を検出する第１の出力電
   流検出手段と、この第１の出力電流検出手段の出力波形
   が前記交流入力電圧波形検出手段の出力波形に近似する
   ように前記第１のスイッチング素子を断続制御する第１
   の制御手段とを備え、出力段は、この出力段の出力電流
   を検出する第２の出力電流検出手段と、前記出力段の出
   力電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記第２の出力
   電流検出手段と前記出力電圧検出手段の出力から大きい
   値の方の出力を選択する選択手段と、前記出力段の主回
   路を断続する第２のスイッチング素子と、前記選択手段
   の出力に応じて前記第２のスイッチング素子を断続制御
   する第２の制御手段とを備えたことを特徴とする制御電
   源装置。
5. 【請求項５】 １つの制御手段を時分割で切り換えて第
   １の制御手段と第２の制御手段とすることを特徴とする
   請求項４記載の制御電源装置。
6. 【請求項６】 入力段の出力電圧を検出する第２の出力
   電圧検出手段を更に備え、この第２の出力電圧検出手段
   の出力レベルが一定になるよう第１の制御手段を動作さ
   せることを特徴とする請求項４記載の制御電源装置。
7. 【請求項７】 負荷であるランプの光束を検出する光束
   検出手段と、この光束検出手段の出力に応じて第２の出
   力電流検出手段の検出レベルを設定する検出レベル設定
   手段とを更に備えたことを特徴とする請求項４記載の制
   御電源装置。