JP3211380B2 - Power converter - Google Patents

Power converter

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JP3211380B2
JP3211380B2 JP16499092A JP16499092A JP3211380B2 JP 3211380 B2 JP3211380 B2 JP 3211380B2 JP 16499092 A JP16499092 A JP 16499092A JP 16499092 A JP16499092 A JP 16499092A JP 3211380 B2 JP3211380 B2 JP 3211380B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、放電灯を高周波点灯さ
せる放電灯点灯装置や各種電子機器の電源等に使用され
る電力変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a discharge lamp lighting device for lighting a discharge lamp at a high frequency, and a power conversion device used for a power supply of various electronic devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の電力変換装置としては例
えば図7に示すプッシュプルインバータを使用したもの
が知られている。これは交流電源1に全波整流回路2の
入力端子を接続し、その全波整流回路2の出力端子に平
滑コンデンサ3を並列に接続している。そして平滑コン
デンサ3にはプッシュプルインバータ4が接続されてい
る。
2. Description of the Related Art Heretofore, as this type of power converter, for example, an apparatus using a push-pull inverter shown in FIG. 7 has been known. In this configuration, an input terminal of a full-wave rectifier circuit 2 is connected to an AC power supply 1, and a smoothing capacitor 3 is connected in parallel to an output terminal of the full-wave rectifier circuit 2. A push-pull inverter 4 is connected to the smoothing capacitor 3.

【0003】プッシュプルインバータ4は、直列に第1
巻線5a及び第2巻線5bと、その第1巻線5a、第2
巻線5bと磁気的に結合された第3巻線5cを有するト
ランス5を設け、第1巻線5aと第2巻線5bとの接続
点を平滑コンデンサ3の正極端子に接続している。第1
巻線5aの非接続端を第1のスイッチング素子6と第1
のダイオード7の並列回路を有する第1の半波スイッチ
回路8を介して平滑コンデンサ3の負極端子に接続し、
第2巻線5bの非接続端を第2のスイッチング素子9と
第2のダイオード10の並列回路を有する第2の半波ス
イッチ回路11を介して平滑コンデンサ3の負極端子に
接続している。なお、第1、第2のスイッチング素子
6,9はトランジスタ等の極性を有するものでそれぞれ
第1、第2のダイオード7,10とは逆極性になってい
る。第1、第2のダイオード7,10はそのアノードが
平滑コンデンサ3の負極端子に接続している。
The push-pull inverter 4 is connected in series with the first
The winding 5a and the second winding 5b, and the first winding 5a and the second
A transformer 5 having a third winding 5c magnetically coupled to the winding 5b is provided, and a connection point between the first winding 5a and the second winding 5b is connected to a positive terminal of the smoothing capacitor 3. First
The non-connection end of the winding 5a is connected to the first switching element 6 and the first switching element 6.
Connected to the negative terminal of the smoothing capacitor 3 via a first half-wave switch circuit 8 having a parallel circuit of
The non-connection end of the second winding 5b is connected to the negative terminal of the smoothing capacitor 3 via a second half-wave switch circuit 11 having a parallel circuit of the second switching element 9 and the second diode 10. The first and second switching elements 6 and 9 have polarities such as transistors, and have opposite polarities to the first and second diodes 7 and 10, respectively. The anodes of the first and second diodes 7 and 10 are connected to the negative terminal of the smoothing capacitor 3.

【0004】トランス5の第3巻線5cにコンデンサ1
2及びチョークコイル13を直列に介して負荷14を接
続している。なお、負荷としては放電灯等が使用され
る。
A capacitor 1 is connected to a third winding 5c of a transformer 5.
2 and a load 14 are connected via a choke coil 13 in series. Note that a discharge lamp or the like is used as the load.

【0005】この装置においては、電源1が投入される
と、全波整流回路2と平滑コンデンサ3により平滑コン
デンサ3の両端間には直流電圧が発生する。そして第
1、第2のスイッチング素子6,9が駆動手段(図示せ
ず)により高周波で交互にオン、オフ制御される。今仮
に、第1のスイッチング素子6がオン、第2のスイッチ
ング素子9がオフしたとすると、第1の巻線5a→第1
のスイッチング素子6の方向で電流が流れ第1の巻線5
aに平滑コンデンサ3の両端間からの直流電圧が印加さ
れる。
In this device, when the power supply 1 is turned on, a DC voltage is generated across the smoothing capacitor 3 by the full-wave rectifier circuit 2 and the smoothing capacitor 3. Then, the first and second switching elements 6 and 9 are alternately turned on and off at a high frequency by driving means (not shown). Assuming now that the first switching element 6 is turned on and the second switching element 9 is turned off, the first winding 5a → the first winding 5a
Current flows in the direction of the switching element 6 of the first winding 5
DC voltage from both ends of the smoothing capacitor 3 is applied to a.

【0006】同時に第3巻線5cにも巻数比に応じた電
圧が発生し、リアクトル素子13→負荷14→コンデン
サ12の方向に電流が流れる。
At the same time, a voltage corresponding to the turns ratio is generated in the third winding 5c, and a current flows in the direction of the reactor 13 → the load 14 → the capacitor 12.

【0007】次に第1、第2のスイッチング素子6,9
のオン、オフが反転すると、今度は第2巻線5b→第2
のスイッチング素子9の方向で電流が流れ第2の巻線5
bに平滑コンデンサ3の両端間からの直流電圧が印加さ
れる。
Next, first and second switching elements 6, 9
Is turned on and off, this time, the second winding 5b → the second winding
Current flows in the direction of the switching element 9 of the second winding 5
DC voltage is applied to b between both ends of the smoothing capacitor 3.

【0008】これにより今度は第3巻線5cにそれまで
とは逆向きの電圧が発生し、コンデンサ12→負荷14
→リアクトル素子13の方向に電流が流れる。
As a result, a voltage in the third winding 5c is generated in a direction opposite to that of the third winding 5c.
→ Current flows in the direction of the reactor element 13.

【0009】このようにして負荷14には交流電力が供
給されることになる。
In this way, AC power is supplied to the load 14.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】このような従来装置で
は、交流電源1からの入力電圧波形は図8の(a) に示す
ような正弦波となるが、入力電流波形は平滑コンデンサ
3への充電電流に等しく、図8の(b) に示すように平滑
コンデンサ3の充電期間に非常に大きなピーク値を持っ
た波形となる。そして入力電圧が平滑コンデンサ3の両
端間電圧よりも低い充電期間以外では充電電流は流れな
い。従って入力電流波形は休止区間をもった不連続波形
となる。このため電流高調波や電流歪みが発生する問題
があった。
In such a conventional apparatus, the input voltage waveform from the AC power supply 1 is a sine wave as shown in FIG. The waveform is equal to the charging current and has a very large peak value during the charging period of the smoothing capacitor 3 as shown in FIG. The charging current does not flow except during the charging period in which the input voltage is lower than the voltage across the smoothing capacitor 3. Therefore, the input current waveform is a discontinuous waveform having a pause. Therefore, there is a problem that current harmonics and current distortion occur.

【0011】また入力電流の力率が悪いので実効値が大
きくなるという問題があった。
Another problem is that the effective value increases because the power factor of the input current is poor.

【0012】そこで本発明は、入力電流波形を正弦波ま
たはそれに近い波形にでき、従って電流高調波や電流歪
みの発生を防止できるとともに力率を改善できる電力変
換装置を提供しようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a power converter capable of making the input current waveform a sine wave or a waveform close thereto, thereby preventing current harmonics and current distortion from occurring and improving the power factor. .

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、交流電源に入
力端子が接続された整流回路と、この整流回路の出力端
子間に接続されたコンデンサと、第1巻線、この第1巻
線と磁気結合した第2巻線並びに第1巻線、第2巻線と
磁気結合した第3巻線を備えたトランスと、整流回路の
出力端子にトランスの第1巻線を直列に介して接続さ
第1のスイッチング素子および逆方向電流を流すこ
とができるダイオードを有する第1のスイッチ回路と、
トランスの第2巻線に直列に接続され、第1のスイッチ
ング素子とは交互にスイッチング動作する第2のスイッ
チング素子および逆方向電流を流すことができるダイオ
ドを有する第2のスイッチ回路と、トランスの第2巻
線と第2のスイッチ回路との直列回路に並列に接続され
た平滑コンデンサと、トランスの第3巻線にコンデンサ
とリアクトル素子を直列に介して接続された負荷とを具
備しており、整流回路の出力端子間に接続されたコンデ
ンサの容量は、電源からの入力電流波形が連続的となる
ような値に設定されていることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a rectifier circuit having an input terminal connected to an AC power supply, a capacitor connected between output terminals of the rectifier circuit, a first winding, and a first winding. A transformer having a second winding magnetically coupled to the first winding, a third winding magnetically coupled to the second winding, and a first winding of the transformer connected in series to an output terminal of the rectifier circuit. is, this flowing a first switching element and the reverse current
Preparative a first switch circuit having a diode that can,
Connected in series with the second winding of the transformer, the second having a diode <br/> over de of the first switching element can be passed the second switching element and the reverse current to the switching operation to alternately and the switch circuit, connected to the smoothing capacitors connected in parallel with the series circuit of the second winding and the second switch circuit of the transformer, via a capacitor and a reactor element in series with the third winding of the transformer Load and equipment
The capacity of the capacitor connected between the output terminals of the rectifier circuit makes the input current waveform from the power supply continuous.
It is set to such a value .

【0014】[0014]

【作用】このような構成の本発明においては、整流回路
の出力端子間に接続されたコンデンサとトランスの第1
巻線とにより、入力電圧が比較的低くなったときに電源
から電流を回路側に引き込み入力電流波形を連続波形に
する。
In the present invention having such a configuration, the capacitor connected between the output terminals of the rectifier circuit and the first of the transformer are connected.
The winding draws a current from the power supply to the circuit side when the input voltage becomes relatively low, so that the input current waveform becomes a continuous waveform.

【0015】また、コンデンサの容量は、電源からの入
力電流波形が連続的となるような値に設定されているの
で、第1のスイッチング素子がオンしたときに発生する
トランスの第1巻線両端の電圧の上昇を適度に抑えるこ
とができ、この点においても電源からの入力電流波形を
連続波形にする。
Further, the capacity of the capacitor depends on the input from the power supply.
Since the value of the current waveform is set to be continuous, the rise in the voltage across the first winding of the transformer, which occurs when the first switching element is turned on, can be appropriately suppressed. Also at the point, the input current waveform from the power supply is made a continuous waveform.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】図1に示すように、交流電源21にダイオ
ードブリッジからなる全波整流回路22の入力端子を接
続し、その全波整流回路22の出力端子にコンデンサ2
3を接続すると共に、トランス24の第1巻線24a及
びトランジスタ等からなる第1のスイッチング素子25
と第1のダイオード26の並列回路を有する第1の半波
スイッチ回路27の直列回路を接続している。前記トラ
ンス24は前記第1巻線24aの他、この第1巻線24
aと磁気結合した第2巻線24b並びに第1巻線24
a、第2巻線24bと磁気結合した第3巻線24cを設
けている。
As shown in FIG. 1, an input terminal of a full-wave rectifier circuit 22 composed of a diode bridge is connected to an AC power supply 21, and a capacitor 2 is connected to an output terminal of the full-wave rectifier circuit 22.
3 and a first switching element 25 composed of a first winding 24a of a transformer 24, a transistor and the like.
And a series circuit of a first half-wave switch circuit 27 having a parallel circuit of a first diode 26. The transformer 24 includes the first winding 24a in addition to the first winding 24a.
a and the first winding 24 magnetically coupled to
a, a third winding 24c magnetically coupled to the second winding 24b.

【0018】前記トランス24の第2巻線24bにトラ
ンジスタ等からなる第2のスイッチング素子28と第2
のダイオード29の並列回路を有する第2の半波スイッ
チ回路30を直列に接続し、その第2巻線24bと第2
の半波スイッチ回路30との直列回路に平滑コンデンサ
31を並列に接続している。
A second switching element 28, such as a transistor, is connected to a second winding 24b of the transformer
A second half-wave switch circuit 30 having a parallel circuit of the diode 29 is connected in series, and its second winding 24b and the second
The smoothing capacitor 31 is connected in parallel to a series circuit with the half-wave switch circuit 30 of FIG.

【0019】前記トランス24の第3巻線24cにコン
デンサ32とリアクトル素子であるチョークコイル33
を直列に介して放電灯等の負荷34を接続している。
A capacitor 32 and a choke coil 33 as a reactor element are provided on the third winding 24c of the transformer 24.
Are connected in series to a load 34 such as a discharge lamp.

【0020】前記各半波スイッチ回路27,30のスイ
ッチング素子25,28は、駆動手段(図示せず)によ
り高周波で交互にオン、オフ制御されるようになってい
る。前記第1、第2のダイオード26,29はそのアノ
ードが前記平滑コンデンサ31の負極端子に接続してい
る。前記第1、第2のスイッチング素子25,28と第
1、第2のダイオード26,29とは互いに逆極性にし
て並列に接続されている。
The switching elements 25 and 28 of the half-wave switch circuits 27 and 30 are alternately turned on and off at a high frequency by driving means (not shown). The anodes of the first and second diodes 26 and 29 are connected to the negative terminal of the smoothing capacitor 31. The first and second switching elements 25 and 28 and the first and second diodes 26 and 29 are connected in parallel with opposite polarities.

【0021】次に本実施例の作用について説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

【0022】交流電源21を投入すると、各半波スイッ
チ回路27,30のスイッチング素子25,28が駆動
手段により高周波で交互にオン、オフ制御され、そのス
イッチングに応じた高周波の磁気エネルギーが発生し、
第3巻線24cから負荷34に高周波電力が供給され
る。
When the AC power supply 21 is turned on, the switching elements 25 and 28 of the half-wave switch circuits 27 and 30 are alternately turned on and off at a high frequency by the driving means, and high-frequency magnetic energy corresponding to the switching is generated. ,
High frequency power is supplied to the load 34 from the third winding 24c.

【0023】このとき第3巻線24cに伝達される電力
の直流成分はコンデンサ32によって取り除かれ、交流
波形はチョークコイル33によって滑らかな波形とな
る。
At this time, the DC component of the power transmitted to the third winding 24 c is removed by the capacitor 32, and the AC waveform becomes a smooth waveform by the choke coil 33.

【0024】この動作をさらに具体的に述べると、第1
のスイッチング素子25が図2の(a) に示すタイミング
でオン、オフ動作し、第2のスイッチング素子28が図
2の(b) に示すタイミングでオン、オフ動作すると、す
なわち各スイッチング素子25,28がt1〜t2、t3〜t4
の非導通期間を持ちながら交互にオン、オフ動作する
と、トランス24の第1巻線24aには図2の(c) に示
す電流I24a が流れ、また第2巻線24bには図2の
(d) に示す電流I24b が流れる。例えば今、第1のスイ
ッチング素子25がオンし、第2のスイッチング素子2
8がオフすると、第1巻線24aと第1のスイッチング
素子25を介して電流I24a が流れ、その電流I24a は
図2の(c) に示すように直線的に増加する。
This operation will be described more specifically.
2 turns on and off at the timing shown in FIG. 2A, and the second switching element 28 turns on and off at the timing shown in FIG. 28 is t1-t2, t3-t4
2A and 2B, the current I24a shown in FIG. 2C flows through the first winding 24a of the transformer 24, and the current I24a shown in FIG.
The current I24b shown in (d) flows. For example, now, the first switching element 25 is turned on, and the second switching element 2
When the switch 8 is turned off, a current I24a flows through the first winding 24a and the first switching element 25, and the current I24a linearly increases as shown in FIG.

【0025】次にある時点t1で第1のスイッチング素子
25がオフすると、第1巻線24aに流れていた電流I
24a は瞬時に停止される。このとき蓄えられていた磁気
エネルギーはトランス24の1次側の経路が絶たれるの
で、第2巻線24bの経路に流れることで磁気エネルギ
ーを放出する。これによりダイオード29、第2巻線2
4b、平滑コンデンサ31の経路で電流I24b が流れ平
滑コンデンサ31に電荷を充電する。このとき第2巻線
24bを流れる電流I24b の大きさは直線的に減少す
る。
Next, when the first switching element 25 is turned off at a certain point in time t1, the current I flowing through the first winding 24a is turned off.
24a is stopped instantly. At this time, the magnetic energy stored at this time is cut off the path on the primary side of the transformer 24, so that the magnetic energy is discharged by flowing through the path of the second winding 24b. Thereby, the diode 29, the second winding 2
4b, a current I24b flows through the path of the smoothing capacitor 31 to charge the smoothing capacitor 31. At this time, the magnitude of the current I24b flowing through the second winding 24b decreases linearly.

【0026】ダイオード29に電流が流れている間の時
点t2で第2のスイッチング素子28をオンさせれば、第
2のスイッチング素子28の両端間電圧はゼロであるか
ら、スイッチング損失を生じることがない。
If the second switching element 28 is turned on at the time t2 while the current is flowing through the diode 29, the voltage across the second switching element 28 is zero, so that switching loss may occur. Absent.

【0027】そして第2のスイッチング素子28がオン
すると、その前のt1〜t2の期間に充電された平滑コンデ
ンサ31が電源の働きをして2次側回路を動作させる。
従って第2巻線24bを流れる電流I24b は、ある時点
から流れる向きが反転し、直線的に増加する。
Then, when the second switching element 28 is turned on, the smoothing capacitor 31 charged in the previous period from t1 to t2 acts as a power source to operate the secondary circuit.
Accordingly, the direction of the current I24b flowing through the second winding 24b is reversed at a certain point in time and increases linearly.

【0028】次に時点t3で第2のスイッチング素子28
がオフすると、第2巻線24bを流れる電流I24b は瞬
時に停止され、第2のスイッチング素子28の両端には
図2の(f) に示すように共振電圧が発生する。このとき
2次側の回路には電流の流れる経路が存在しないため、
トランス24に磁気エネルギーが蓄積される。
Next, at time t3, the second switching element 28
Is turned off, the current I24b flowing through the second winding 24b is instantaneously stopped, and a resonance voltage is generated at both ends of the second switching element 28 as shown in FIG. At this time, since there is no current flow path in the secondary side circuit,
Magnetic energy is stored in the transformer 24.

【0029】そしてこの磁気エネルギーは第1巻線24
a、コンデンサ23、ダイオード26の経路を循環する
ことになり、このとき第1巻線24aに流れる電流I24
a は直線的に減少する。またコンデンサ23には図2の
(g) に示す電流I23が流れる。
This magnetic energy is supplied to the first winding 24
a, the capacitor 23, and the diode 26 circulate, and the current I24 flowing through the first winding 24a at this time.
a decreases linearly. The capacitor 23 shown in FIG.
A current I23 shown in (g) flows.

【0030】ダイオード26に電流が流れている間の時
点t4で第1のスイッチング素子25をオンさせれば、第
1のスイッチング素子25の両端間電圧は図2の(e) に
示すようにゼロであるから、スイッチング損失を生じる
ことがない。
If the first switching element 25 is turned on at time t4 while the current is flowing through the diode 26, the voltage between both ends of the first switching element 25 becomes zero as shown in FIG. Therefore, no switching loss occurs.

【0031】以下、この動作が繰り返され負荷34に交
流電力が供給される。
Thereafter, this operation is repeated, and AC power is supplied to the load 34.

【0032】このような動作において交流電源21から
は図3の(a) に示すような正弦波交流電圧V1 波形が入
力される。そしてコンデンサ23の両端間には図3の
(b) に示すような電圧V2 波形が発生する。すなわちこ
の電圧波形は全波整流回路22の出力端子からの電圧波
形にトランス24の第1巻線24aとコンデンサ23か
らなる閉回路によって発生する振動電圧が乗った波形と
なる。
In such an operation, a sine wave AC voltage V1 waveform as shown in FIG. 3 between both ends of the capacitor 23.
A voltage V2 waveform as shown in FIG. That is, this voltage waveform is a waveform in which a voltage waveform from the output terminal of the full-wave rectifier circuit 22 is superimposed on an oscillating voltage generated by a closed circuit including the first winding 24a of the transformer 24 and the capacitor 23.

【0033】今、第2のスイッチング素子28がオンし
て平滑コンデンサ31から所定の電流が流れた後に第2
のスイッチング素子28がオフすると、トランス24に
蓄えられた磁気エネルギーはトランス24の第3巻線2
4cを介して負荷34に供給される。
Now, after the second switching element 28 is turned on and a predetermined current flows from the smoothing capacitor 31,
Is turned off, the magnetic energy stored in the transformer 24 is transferred to the third winding 2 of the transformer 24.
4c to the load 34.

【0034】しかしこのとき一部の磁気エネルギーは第
1巻線24aに誘起される逆起電力によって第1巻線2
4a、コンデンサ23、第1のダイオード26の閉回路
に電流が流れる。この電流はあるピーク値から時間とと
もに減少して行く。またある時刻で電流がゼロになると
第1巻線24aは電流を流し続けようとするため第1巻
線24aには第1のスイッチング素子25側が高電位と
なる方向で逆起電力が発生する。
However, at this time, a part of the magnetic energy is generated by the back electromotive force induced in the first winding 24a.
A current flows through a closed circuit of the capacitor 4a, the capacitor 23, and the first diode 26. This current decreases with time from a certain peak value. Further, when the current becomes zero at a certain time, the first winding 24a tries to keep the current flowing, so that a back electromotive force is generated in the first winding 24a in a direction in which the first switching element 25 side has a high potential.

【0035】このためコンデンサ23の両端電圧が入力
電圧よりも低くなろうとするので、交流電源21からト
ランス24の第1巻線24a側に電流が引き込まれる。
As a result, the voltage across the capacitor 23 tends to be lower than the input voltage, so that current is drawn from the AC power supply 21 to the first winding 24a side of the transformer 24.

【0036】次に第1のスイッチング素子25がオン状
態に移行すると、コンデンサ23に蓄積された電荷を放
出する方向に電流が流れ始める。これによりトランス2
4の第1巻線24aに流れる電流の向きが反転し、第1
巻線24aの両端電位が上昇する。すなわちコンデンサ
23の両端電位が上昇する。
Next, when the first switching element 25 shifts to the ON state, a current starts flowing in a direction of discharging the electric charge stored in the capacitor 23. This allows the transformer 2
4, the direction of the current flowing through the first winding 24a is reversed.
The potential at both ends of the winding 24a increases. That is, the potential at both ends of the capacitor 23 increases.

【0037】このため第1巻線24aと第1のスイッチ
ング素子25からなる回路は入力電圧が低いにもかかわ
らずあたかも入力電圧が高いかのように動作する。
Therefore, the circuit composed of the first winding 24a and the first switching element 25 operates as if the input voltage is high despite the low input voltage.

【0038】このような動作により入力電流I1 は図3
の(c) に示すような連続した波形となる。この入力電流
I1 波形は略三角波的であるので、そのピークを抑制す
るような方向に制御をかけることによって入力電流I1
波形を図3の(d) に示すような正弦波に近い入力電流I
1 ′波形にすることができる。
With such an operation, the input current I1 is reduced as shown in FIG.
A continuous waveform as shown in FIG. Since the waveform of the input current I1 is substantially triangular, the input current I1 is controlled by controlling in such a direction as to suppress the peak.
The waveform of the input current I close to a sine wave as shown in FIG.
It can be 1 'waveform.

【0039】このようにすることによって入力電流歪み
や高調波の問題を大幅に改善することができ、また力率
も改善できる。これを実現するにはコンデンサ23の容
量を各半波スイッチ回路27,30のスイッチング周波
数及び各部の回路定数によって限定される値に設定する
必要がある。
By doing so, the problems of input current distortion and harmonics can be significantly improved, and the power factor can be improved. To realize this, it is necessary to set the capacitance of the capacitor 23 to a value limited by the switching frequency of each half-wave switch circuit 27, 30 and the circuit constant of each part.

【0040】また電流のピークを低く抑えることできる
ので、配線の線形を細くできる。
Further, since the peak of the current can be suppressed low, the line shape of the wiring can be narrowed.

【0041】例えば、交流電源21からの入力電圧をA
C200Vとし、負荷34として100W程度のものを
使用した場合、各部の回路定数としてトランス24の第
1巻線24a及び第2巻線24bをそれぞれ100ター
ン、第3巻線24cを220ダーン、チョークコイル3
3を180ターン、平滑コンデンサ31の容量を200
μF、コンデンサ32の容量を0.22μFとし、各半
波スイッチ回路27,30のスイッチング周波数fを約
45KHzとすると、入力電流波形を連続にするにはコン
デンサ23の容量は0.022μF程度にすればよい。
For example, if the input voltage from the AC power supply 21 is A
When a load of about 200 W is used as the load 34, the first and second windings 24a and 24b of the transformer 24 are 100 turns, the third winding 24c is 220 Dahn, and the choke coil is a circuit constant of each part. 3
3 for 180 turns and the capacity of the smoothing capacitor 31 for 200 turns.
μF, the capacitance of the capacitor 32 is 0.22 μF, and the switching frequency f of each half-wave switch circuit 27, 30 is about 45 KHz. In order to make the input current waveform continuous, the capacitance of the capacitor 23 is about 0.022 μF. I just need.

【0042】次にコンデンサ23の容量を0.022μ
Fよりも小さくした場合並びに大きくした場合について
述べる。
Next, the capacity of the capacitor 23 is set to 0.022 μm.
A case where the value is smaller than F and a case where the value is larger than F will be described.

【0043】例えばコンデンサ23の容量を0.01μ
Fにすると、コンデンサ23のインピーダンスが大きく
なるため、第1のスイッチング素子25がオフした後、
コンデンサ23に流れる電流が少なくなるが、そのコン
デンサ23の両端間電圧V2は図4の(b) に示すように
大きくなる。
For example, when the capacity of the capacitor 23 is 0.01 μm
When F, the impedance of the capacitor 23 increases, so after the first switching element 25 is turned off,
Although the current flowing through the capacitor 23 decreases, the voltage V2 across the capacitor 23 increases as shown in FIG.

【0044】従って、第1のスイッチング素子25がオ
ンしたとき第1巻線24aに印加される電圧はコンデン
サ23の両端間電圧に等しいので、入力電圧がたとえ低
い状態であってもあたかも入力電圧が高くなったかのよ
うに動作する。しかしコンデンサ23の容量が小さい
と、入力電圧が低くなったときに発生するコンデンサ2
3の両端間電圧があまりにも大きくなり過ぎてしまい、
あたかもこの部分での入力電圧が急激に増加したかのよ
うに働いてしまうため、それに伴い入力電流I1も図4
の(c) に示すように入力電圧が略ゼロのときに急俊な立
上がりとなってしまい入力電流歪みや高調波の問題を解
決できなくなる。
Accordingly, when the first switching element 25 is turned on, the voltage applied to the first winding 24a is equal to the voltage between both ends of the capacitor 23. Therefore, even if the input voltage is low, it is as if the input voltage is low. Act as if it were higher. However, if the capacity of the capacitor 23 is small, the capacitor 2 generated when the input voltage becomes low
3, the voltage between both ends becomes too large,
Since the input voltage at this portion works as if it increased sharply, the input current I1 is accordingly reduced as shown in FIG.
As shown in (c), when the input voltage is substantially zero, a sharp rise occurs, and the problems of input current distortion and harmonics cannot be solved.

【0045】また例えばコンデンサ23の容量を0.0
33μFにすると、コンデンサ23のインピーダンスが
小さくなるため、第1のスイッチング素子25がオフし
た後、コンデンサ23に流れる電流が多くなり、コンデ
ンサ23の両端間電圧V2 は図5の(b) に示すように低
くなる。
For example, when the capacity of the capacitor 23 is set to 0.0
If it is set to 33 μF, the impedance of the capacitor 23 becomes small, so that the current flowing through the capacitor 23 increases after the first switching element 25 is turned off, and the voltage V2 across the capacitor 23 becomes as shown in FIG. Lower.

【0046】従って、入力電圧の低いときに交流電源2
1からの電流の引き込みが行われても、第1のスイッチ
ング素子25がオンしたときに第1巻線24aに印加さ
れる電圧が不足してしまい、入力電圧がゼロの付近であ
る程度の休止区間を持ってしまい図5の(c) に示すよう
に入力電流I1 の波形は連続とはならなくなる。従って
この場合も入力電流歪みや高調波の問題を解決できなく
なる。
Therefore, when the input voltage is low,
1, the voltage applied to the first winding 24a when the first switching element 25 is turned on is insufficient, and the input voltage is close to zero to some extent during the idle period. And the waveform of the input current I1 is not continuous as shown in FIG. 5 (c). Therefore, also in this case, the problems of input current distortion and harmonics cannot be solved.

【0047】上記例ではコンデンサ23の容量を0.0
22μFから0.01μFや0.033μFに変化させ
た場合について述べたが、実際にはコンデンサ23の容
量が0.022μFから数十nF程度変化する程度で入
力電流I1 の波形は連続にはならなくなる。
In the above example, the capacity of the capacitor 23 is set to 0.0
Although the case where the capacitance is changed from 22 μF to 0.01 μF or 0.033 μF has been described, the waveform of the input current I1 does not become continuous when the capacitance of the capacitor 23 changes from 0.022 μF to about several tens nF. .

【0048】次に本発明の他の実施例について図面を参
照して説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0049】この実施例の回路構成は図1と同一構成で
ある。本実施例ではコンデンサ23の容量とトランス2
4の第1巻線24aのインダクタンスにより決まる共振
周波数fを、スイッチング周波数fSWと同一か又は若干
低くなるような範囲において回路定数等によって決まる
限定的な共振周波数としたものである。
The circuit configuration of this embodiment is the same as that of FIG. In this embodiment, the capacity of the capacitor 23 and the transformer 2
4, the resonance frequency f determined by the inductance of the first winding 24a is set to a limited resonance frequency determined by a circuit constant or the like in a range that is equal to or slightly lower than the switching frequency fSW.

【0050】具体的には交流電源21からの入力電圧を
AC200Vとし、負荷34として100W程度のもの
を使用した場合に、コンデンサ23の容量を16μF、
トランス24の第1巻線24aのインダクタンスを90
0μH、第2巻線24bのインダクタンスを900μ
H、第3巻線24cのインダクタンスを4.5mH、平
滑コンデンサ31の容量を100μF、コンデンサ32
の容量を0.22μF、チョークコイル33のインダク
タンスを6mHに設定する。そしてスイッチング周波数
fSWを45KHz、共振周波数fを42KHzとする。
More specifically, when the input voltage from the AC power supply 21 is set to 200 V AC and a load 34 of about 100 W is used, the capacity of the capacitor 23 is set to 16 μF,
The inductance of the first winding 24a of the transformer 24 is 90
0 μH, the inductance of the second winding 24b is 900 μH
H, the inductance of the third winding 24c is 4.5 mH, the capacitance of the smoothing capacitor 31 is 100 μF,
Is set to 0.22 μF, and the inductance of the choke coil 33 is set to 6 mH. The switching frequency fSW is set to 45 KHz, and the resonance frequency f is set to 42 KHz.

【0051】ここで共振周波数f=42KHzは、第2の
スイッチング素子28がオフしたときに発生する電圧共
振が、入力電圧が最低となっているときに第2のスイッ
チング素子28がオフした瞬間から第1のスイッチング
素子25がオンした瞬間までの期間内、すなわち図2の
t3〜t5の期間内に略等しくその電圧共振を終了するよう
な共振周波数となっている。このときの共振電圧波形は
図6の(a) に示すようになり、入力電流I1 の波形は連
続となる。すなわち図3の(c) に示すような波形とな
る。従って入力電流歪みや高調波の問題を大幅に改善す
ることができ、また力率も改善できる。
Here, the resonance frequency f = 42 KHz is the voltage resonance generated when the second switching element 28 is turned off, from the moment when the second switching element 28 is turned off when the input voltage is at the minimum. During the period up to the moment when the first switching element 25 is turned on, that is, in FIG.
The resonance frequency is such that the voltage resonance ends substantially equally during the period from t3 to t5. The resonance voltage waveform at this time is as shown in FIG. 6A, and the waveform of the input current I1 is continuous. That is, the waveform is as shown in FIG. Therefore, the problems of input current distortion and harmonics can be greatly improved, and the power factor can be improved.

【0052】これに対してコンデンサ23の容量を10
μFにすると共振周波数fが53KHzと高くなり、共振
電圧波形は図6の(b) に示すように共振が早く終了して
しまう。このときには入力電流I1 の波形は連続となら
ず0V付近で急激に立ち上がる電流波形となる。すなわ
ち図4の(c) に示すような波形となる。
On the other hand, the capacity of the capacitor 23 is set to 10
When the frequency is set to μF, the resonance frequency f becomes as high as 53 KHz, and the resonance of the resonance voltage waveform ends early as shown in FIG. At this time, the waveform of the input current I1 does not become continuous, but becomes a current waveform which rises rapidly around 0V. That is, the waveform is as shown in FIG.

【0053】またコンデンサ23の容量を33μFにす
ると共振周波数fが29KHzと低くなり、共振電圧波形
は図6の(c) に示すように共振がt3〜t5の期間内に終了
しないという現象が生じる。このときには入力電流I1
の波形は連続とならず休止区間を持つ電流波形となる。
すなわち図5の(c) に示すような波形となる。
When the capacitance of the capacitor 23 is set to 33 μF, the resonance frequency f is reduced to 29 KHz, and the resonance voltage waveform has a phenomenon that the resonance does not end within the period from t3 to t5 as shown in FIG. . At this time, the input current I1
Is not continuous and becomes a current waveform having a pause period.
That is, the waveform is as shown in FIG.

【0054】このようにコンデンサ23の容量とトラン
ス24の第1巻線24aのインダクタンスにより決まる
共振周波数fが、スイッチング周波数fSW=45KHzと
同一か又は若干低くなるような範囲において、回路定数
等によって限定されるある周波数に設定することで入力
電流を連続した波形にでき、入力電流歪みや高調波の問
題を大幅に改善し、力率も改善できる。すなわち前記実
施例と同様の効果が得られるものである。
In the range where the resonance frequency f determined by the capacitance of the capacitor 23 and the inductance of the first winding 24a of the transformer 24 is equal to or slightly lower than the switching frequency fSW = 45 KHz, it is limited by the circuit constant and the like. By setting the frequency to a certain value, the input current can be made into a continuous waveform, the input current distortion and harmonic problems can be greatly improved, and the power factor can be improved. That is, the same effects as in the above embodiment can be obtained.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、入
力電流波形を正弦波またはそれに近い波形にでき、従っ
て電流高調波や電流歪みの発生を防止できるとともに力
率を改善できる電力変換装置を提供できるものである。
As described in detail above, according to the present invention, the input current waveform can be a sine wave or a waveform close to the sine wave. An apparatus can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例を示す回路図。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】同実施例における各スイッチング素子のオン、
オフタイミングと各部の電圧波形及び電流波形を示す
図。
FIG. 2 shows ON and OFF states of each switching element in the embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating an OFF timing and a voltage waveform and a current waveform of each unit.

【図3】同実施例における各部の電圧波形及び電流波形
を示す図。
FIG. 3 is a view showing a voltage waveform and a current waveform of each part in the embodiment.

【図4】同実施例においてコンデンサ容量を小さくした
ときの各部の電圧波形及び電流波形を示す図。
FIG. 4 is a view showing a voltage waveform and a current waveform of each part when the capacitance of the capacitor is reduced in the embodiment.

【図5】同実施例においてコンデンサ容量を大きくした
ときの各部の電圧波形及び電流波形を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a voltage waveform and a current waveform of each part when the capacitance of the capacitor is increased in the embodiment.

【図6】本発明の他の実施例における共振電圧波形を示
す図。
FIG. 6 is a diagram showing a resonance voltage waveform according to another embodiment of the present invention.

【図7】従来例を示す回路図。FIG. 7 is a circuit diagram showing a conventional example.

【図8】同従来例における入力電圧波形及び入力電流波
形を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing an input voltage waveform and an input current waveform in the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21…交流電源、22…全波整流回路、23…コンデン
サ、24…トランス、25,28…スイッチング素子、
27…第1の半波スイッチ回路、30…第2の半波スイ
ッチ回路、31…平滑コンデンサ、34…負荷。
21 ... AC power supply, 22 ... full-wave rectifier circuit, 23 ... capacitor, 24 ... transformer, 25, 28 ... switching element,
27: first half-wave switch circuit, 30: second half-wave switch circuit, 31: smoothing capacitor, 34: load.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/48 H05B 41/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 7/48 H05B 41/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 交流電源に入力端子が接続された整流回
路と この整流回路の出力端子間に接続されたコンデンサと 第1巻線、この第1巻線と磁気結合した第2巻線並びに
前記第1巻線、第2巻線と磁気結合した第3巻線を備え
たトランスと 前記整流回路の出力端子に前記トランスの第1巻線を直
列に介して接続され第1のスイッチング素子および逆
方向電流を流すことができるダイオードを有する第1
イッチ回路と 前記トランスの第2巻線に直列に接続され、前記第1の
スイッチング素子とは交互にスイッチング動作する第2
のスイッチング素子および逆方向電流を流すことができ
ダイオードを有する第2のスイッチ回路と 前記トランスの第2巻線と前記第2のスイッチ回路との
直列回路に並列に接続された平滑コンデンサと 前記トランスの第3巻線にコンデンサとリアクトル素子
を直列に介して接続された負荷と を具備しており、 前記整流回路の出力端子間に接続され
たコンデンサの容量は、前記電源からの入力電流波形が
連続的となるような値に設定されていることを特徴とす
る電力変換装置。
A rectifier circuit having an input terminal connected to an AC power supply ; a capacitor connected between output terminals of the rectifier circuit ; a first winding ; a second winding magnetically coupled to the first winding ; and said first winding, a transformer with a third winding which second winding and magnetically coupled; connected with first winding of the transformer to the output terminal of the rectifier circuit via the series, the first Switching element and reverse
First with a diode which can flow direction current
Switch circuit and; are connected in series to a second winding of said transformer, second switching operation alternately with said first switching element
Of switching element and reverse current can flow
A smoothing capacitor connected in parallel to the series circuit of the second winding and the second switch circuit of the transformer; second switch circuit and having that diode to the third winding of the transformer A capacitor and a load connected in series with a reactor element ; and the capacity of the capacitor connected between the output terminals of the rectifier circuit is such that the input current waveform from the power supply is
A power converter characterized by being set to a value that is continuous .
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