JPH0731153A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】矩形の高周波電圧による電流ノイズの発生を防
止し、電力変換効率の低下、回路素子の発熱、電力損失
を防止する。 【構成】全波整流回路２２の出力端子にダイオード２３
を介して半波スイッチ回路２５，２６を直列に接続し、
この各半波スイッチ回路を交互に開閉して矩形の高周波
電圧を発生し、この高周波電圧をコンデンサ３８、イン
ダクタ３９及び負荷４０の直列回路に印加し、共振エネ
ルギーの一部を負荷に供給するものにおいて、各半波ス
イッチ回路の接続点にコンデンサ３３及びダイオード３
４を順方向に介して平滑コンデンサ３２を接続し、また
その接続点にコンデンサ３３を介してダイオード３４と
は逆極性なダイオード３５を接続している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば放電灯点灯装置
に適用する直流−交流の電力変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の電力変換装置は、図３に示すよ
うに、商用交流電源１に全波整流回路２の入力端子を接
続している。そして第１、第２の平滑コンデンサ３，４
を設け、第１の平滑コンデンサ３の一端を全波整流回路
２の出力端子の正極側に接続し、他端をダイオード５を
逆方向に介して全波整流回路２の出力端子の負極側に接
続している。また第２の平滑コンデンサ４の一端をダイ
オード６を順方向に介して全波整流回路２の出力端子の
正極側に接続し、他端を全波整流回路２の出力端子の負
極側に接続している。そしてダイオード５のカソードを
ダイオード７を順方向に介し、さらにインダクタ８を介
してダイオード６のアノードに接続している。

【０００３】また全波整流回路２の出力端子にコンデン
サ９を接続するとともに１対の半波スイッチ回路１０，
１１の直列回路を接続している。この各半波スイッチ回
路１０，１１はトランジスタ等のスイッチ素子１２，１
３とダイオード１４，１５の並列回路により構成してい
る。なお、各半波スイッチ回路１０，１１はハーフブリ
ッジ形のインバータ回路を構成するもので、スイッチ素
子１２，１３の駆動回路は図示しないが周知の駆動回路
を使用している。

【０００４】各半波スイッチ回路１０，１１にそれぞれ
コンデンサ１６，１７を並列に接続している。

【０００５】そして他方の半波スイッチ回路１１にコン
デンサ１８及びインダクタ１９を介して負荷２０を並列
に接続している。

【０００６】この従来装置は、全波整流回路２の出力電
圧が各平滑コンデンサ３，４の直列電圧よりも高い場合
には、全波整流回路２の出力端子の正極側→第１の平滑
コンデンサ３→ダイオード７→インダクタ８→第２の平
滑コンデンサ４→全波整流回路２の出力端子の負極側の
経路で充電電流が流れ、各平滑コンデンサ３，４を充電
する。同時に負荷側に全波整流回路２の出力電圧を直接
供給する。

【０００７】全波整流回路２の出力電圧が各平滑コンデ
ンサ３，４の直列電圧よりも低くかつ各平滑コンデンサ
３，４の個々の電圧よりも高い場合には、各平滑コンデ
ンサ３，４への充電は停止するが、負荷側への全波整流
回路２の出力電圧の直接供給は継続する。

【０００８】全波整流回路２の出力電圧が各平滑コンデ
ンサ３，４の個々の電圧よりも低い場合には、各平滑コ
ンデンサ３，４は並列構成となり放電を行う。

【０００９】この装置ではスイッチ素子１２，１３が交
互に開閉すると、スイッチ素子１２，１３の接続点に矩
形電圧が発生する。この矩形電圧に対しコンデンサ１
８、インダクタ１９による共振が発生し、各スイッチ素
子１２，１３の開閉周波数をこの共振の近傍で適当なポ
イントに設定するとインバータ回路の発振が持続する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この従来装置では、ス
イッチ素子１３が閉じると、負荷２０→インダクタ１９
→コンデンサ１８→スイッチ素子１３の経路で電流が流
れる。この状態でスイッチ素子１３が開放すると、その
瞬間に電流経路が絶たれるが、インダンタ１９によるイ
ンダクタンス成分が存在するため電流は連続的に流れよ
うとする。その結果スイッチ素子１３の開放により絶た
れた電流は最初はコンデンサ１６の両端間電圧がゼロに
なるまでそのコンデンサ１６を経由してコンデンサ９を
充電する方向に流れ、コンデンサ１６の両端間電圧がゼ
ロになった後はダイオード１４を介してコンデンサ９を
充電する方向に流れる。

【００１１】このような動作のためコンデンサ１６やダ
イオード１４に対してスイッチ素子１３が開放した瞬間
から大きな電流が突如として流れる。この急激な電流変
化は、実際には配線にインダクタンス成分が存在するた
めにコンデンサ１６との共振を誘発し図４の(c) に示す
ようなノイズの多い電流波形になってしまう問題があっ
た。なお、図４の(a) はスイッチ素子１３の開閉タイミ
ングを示し、図４の(b) はスイッチ素子１３の両端電圧
波形を示している。

【００１２】このような急峻な電流変化で誘発された振
動は、これを吸収する抵抗成分が回路上存在しないため
減衰しにくい。

【００１３】以上はスイッチ素子１３の開閉動作に伴う
電流ノイズ発生ついて述べたがスイッチ素子１２の開閉
動作時も同様に発生する。

【００１４】このように従来装置では、インバータのス
イッチング周波数よりもはるかに高い高次の周波数で電
流ノイズが乗るため、スイッチ素子やダイオード等の半
導体素子に悪影響を与え、また余分な振動エネルギーが
発生するため電力変換効率が低下する問題があった。そ
して電力変換効率の低下は、具体的には半導体素子等の
温度上昇として表われる。このため素子の大形化や放熱
板の大形化等を招く問題があった。

【００１５】そこで本発明は、電流ノイズの発生を防止
し、それにより電力変換効率の低下や回路素子の発熱や
電力損失を防止できる電力変換装置を提供する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１対応の発明は、
直流電源に直列に接続した１対の半波スイッチ回路を交
互に開閉して矩形の高周波電圧を発生し、この高周波電
圧をＬＣ共振回路に印加して各半波スイッチ回路を交互
に開閉する周波数に対して共振状態を作り出し、このと
きの共振エネルギーの一部を負荷に供給する直流−交流
の電力変換装置において、電圧又は電流の変動点にコン
デンサ及び第１の整流素子を順方向に介して接続した平
滑コンデンサと、電圧又は電流の変動点にコンデンサを
介して接続した第１の整流素子とは逆極性な第２の整流
素子とを設けたものである。

【００１７】

【作用】このような構成の発明においては、電圧又は電
流の変動点に発生する振動エネルギーはコンデンサ及び
第１の整流素子を介して平滑コンデンサに電荷として還
元する。この還元によりコンデンサの失われた電荷は第
２の整流素子を介して補充する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１９】図１に示すように、商用交流電源２１に全
波整流回路２２の入力端子を接続している。そして前記
全波整流回路２２の出力端子にダイオード２３を順方向
に介してコンデンサ２４並びに１対の半波スイッチ回路
２５，２６の直列回路を接続している。

【００２０】前記各半波スイッチ回路２５，２６はトラ
ンジスタ等のスイッチ素子２７，２８とダイオード２
９，３０の並列回路により構成している。なお、各半波
スイッチ回路２５，２６はハーフブリッジ形のインバー
タ回路を構成するもので、スイッチ素子２７，２８の駆
動回路は図示しないが周知の駆動回路を使用している。

【００２１】前記ダイオード２３のカソードをダイオー
ド３１のカソードに接続し、そのダイオード３１のアノ
ードを平滑コンデンサ３２の一端に接続している。前記
平滑コンデンサ３２の他端は前記全波整流回路２２の出
力端子の負極側に接続している。

【００２２】電圧又は電流の変動点、例えば前記各半波
スイッチ回路２５，２６の接続点をコンデンサ３３を介
し、さらに第１の整流素子であるダイオード３４を順方
向に介して前記平滑コンデンサ３２の一端に接続してい
る。

【００２３】前記半波スイッチ回路２６に前記コンデン
サ３３を介して第２の整流素子であるダイオード３５を
前記ダイオード３４とは逆極性にして並列に接続してい
る。また、前記各半波スイッチ回路２５，２６の接続点
をインダクタ３６及びコンデンサ３７を直列に介して前
記全波整流回路２２の出力端子の正極側と前記ダイオー
ド２３のアノードとの接続点に接続している。

【００２４】前記半波スイッチ回路２６にコンデンサ３
８及びインダクタ３９を介して負荷４０を並列に接続し
ている。

【００２５】このような構成の実施例においては、電源
を投入すると、ダイオード２３を介してコンデンサ２４
が充電する。このコンデンサ２４はインバータの高周波
電流を吸収するためのコンデンサであり、商用交流電源
２１の周波数に対しては充分に容量が小さい。従って電
源の投入時に大きな突入電流が流れることはない。

【００２６】コンデンサ２４の両端に電圧が発生する
と、インバータ回路が動作を開始しスイッチ素子２７，
２８が交互にスイッチング動作を開始する。

【００２７】例えばスイッチ素子２８は図２の(a) に示
すタイミングで開閉動作を開始し、その両端間には図２
の(b) に示す矩形の高周波電圧が発生する。この矩形の
高周波電圧の上部は全くの平坦では無く、コンデンサ２
４に電流が流れ込むことでコンデンサ２４の電圧が僅か
に上昇し、その上昇分が矩形電圧にも現れる。

【００２８】なお、矩形の高周波電圧の発生はスイッチ
素子２７が開閉動作する時も同様で、この場合はスイッ
チ素子２８とは位相が１８０度異なるタイミングで発生
する。

【００２９】矩形の高周波電圧に対して、電圧が立ち上
がる時にはコンデンサ３３→ダイオード３４→平滑コン
デンサ３２の経路で電流が流れ平滑コンデンサ３２を充
電する。

【００３０】また、矩形の高周波電圧が立ち下がる時に
はダイオード３５→コンデンサ３３の経路で電流が流
れ，コンデンサ３３の失われた電荷を補充する。

【００３１】このようにコンデンサ３３、ダイオード３
４，３５からなる回路は一種の電流ポンプとして機能
し、高周波電圧のエネルギーを平滑コンデンサ３２の電
荷エネルギーに変換する機能を持つ。

【００３２】こうして高周波電圧のエネルギーにより振
動が発生しようとしても平滑コンデンサ３２への電流汲
み上げエネルギーとして消費するので、振動は速やかに
吸収される。従ってスイッチ素子２８の開閉動作により
流れる電流波形は図２の(c)に示すようになり、電流ノ
イズの発生は無い。

【００３３】インダクタ３６及びコンデンサ３７の直列
回路は、高周波電圧をもとに電流共振状態となり、全波
整流回路２２の出力端子とダイオード２３との間の電位
を変動させる。この電圧変動により電圧が一時的に入力
電圧よりも低くなったり、あるいは一時的にコンデンサ
２４の電位より高くなったりして、電源側からの入力電
流の引き込みを行う。

【００３４】コンデンサ３８、インダクタ３９及び負荷
４０の経路は、高周波電圧をもとにコンデンサ３８で直
流成分をカットして交流成分を伝達し、インダクタによ
る限流作用により電流を正弦波的に滑らかにして負荷４
０に供給する。このときコンデンサ３８とインダクタ３
９との関係は共振状態であっても、また無くてもよい。

【００３５】このようにスイッチ素子２７，２８のスイ
ッチング動作により矩形の高周波電圧が発生しても振動
の発生及びそれに基づく電流ノイズの発生を防止できる
ので、スイッチ素子２７，２８等の回路素子の発熱や電
力損失を軽減でき、従って回路素子として容量の小さい
ものが使用でき、また使用する放熱板も小さくできる。

【００３６】また、矩形の高周波電圧により発生しよう
とする振動は平滑コンデンサ３２が電荷エネルギーとし
て吸収し再利用するので、電力変換効率を向上できる。

【００３７】さらに、矩形の高周波電圧に対してコンデ
ンサ容量が作用するため、電圧の立上がり、立下がりの
傾きが大きくなり、スイッチ素子２７，２８のスイッチ
ングロスを軽減できる。すなわちスイッチ素子２８が開
放した瞬間に電圧が立上がるのと、流れていた電流がゼ
ロまで下がる部分のクロスする面積、すなわちＷ＝Ｉ×
Ｖを軽減できる。

【００３８】

【発明の効果】以上、本発明によれば、矩形の高周波電
圧の発生による電流ノイズの発生を防止し、それにより
電力変換効率の低下や回路素子の発熱や電力損失を防止
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路構成図。

【図２】同実施例の半波スイッチ回路の動作を説明する
ための波形図。

【図３】従来例を示す回路構成図。

【図４】同従来例の半波スイッチ回路の動作を説明する
ための波形図。

【符号の説明】

２５，２６…半波スイッチ回路 ３２…平滑コンデンサ ３３…コンデンサ ３４…ダイオード（第１の整流素子） ３５…ダイオード（第２の整流素子）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源に直列に接続した１対の半波ス
   イッチ回路を交互に開閉して矩形の高周波電圧を発生
   し、この高周波電圧をＬＣ共振回路に印加して前記各半
   波スイッチ回路を交互に開閉する周波数に対して共振状
   態を作り出し、このときの共振エネルギーの一部を負荷
   に供給する直流−交流の電力変換装置において、電圧又
   は電流の変動点にコンデンサ及び第１の整流素子を順方
   向に介して接続した平滑コンデンサと、前記電圧又は電
   流の変動点に前記コンデンサを介して接続した前記第１
   の整流素子とは逆極性な第２の整流素子とを設けたこと
   を特徴とする電力変換装置。