(57)【要約】【課題】複合コンデンサ回路の特性を利用して更なる力率改善を図る。【解決手段】交流電源４１電圧を整流する整流電源４０を備える。複数のコンデンサＣ１１・Ｃ１２と複数のダイオードＤ０１・Ｄ０２・Ｄ１０を含みそれら全体の充電電荷量が小で放電電荷量が大となる複合コンデンサ回路５０を備える。交互に導通する一対のスイッチング素子１１・１２を備える。以上の四者を交流出力が形成されるようにブリッジ結線する。その交流出力端子間に誘導性負荷３０を接続する。前記複合コンデンサ回路５０は補助直流源として機能する。それと整流電源４０を交互に働かせることで、直流成分の少ない交流出力が得られる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源電圧を整流する整流電源を備え、複数のコンデンサと複数のダイオードを含みそれら全体の充電電荷量が小で放電電荷量が大となる複合コンデンサ回路を備え、交互に導通する一対のスイッチング素子を備え、以上の四者を交流出力が形成されるようにブリッジ結線し、その交流出力端子間に誘導性負荷を接続したことを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数のコンデンサと複数のダイオードを含みそれら全体の充電電荷量が小で放電電荷量が大となる複合コンデンサ回路を用いたインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８の従来のインバータ装置について説明する。図８装置は交流電源４１電圧を整流する整流電源４０を備える。複数のコンデンサＣ１１・Ｃ１２と複数のダイオードＤ０１・Ｄ０２・Ｄ１０を含む複合コンデンサ回路５０を備える。交互に導通する一対の図外のスイッチング素子を含むインバータ主回路１００を備える。以上の三者を並列に接続する。図８の複合コンデンサ回路５０は部分平滑特性をもつ。それは充電電圧が高く、放電電圧が低い…という性質である。整流電源４０はその電圧瞬時値が最大値をやや下回る期間にも適宜に導通しする。このため、単なる平滑用コンデンサを用いる場合よりも複合コンデンサ回路５０を用いた方が力率が高まる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図８の整流電源４０電圧がその最大値の半分以下の期間（位相）には整流電源４０給電が全くなされない。このため、力率改善の効果が今一歩であり、不満が残る。本発明の目的は、複合コンデンサ回路の別な特性を利用して更なる力率改善を図ることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、交流電源電圧を整流する整流電源を備える。複数のコンデンサと複数のダイオードを含みそれら全体の充電電荷量が小で放電電荷量が大となる複合コンデンサ回路を備える。交互に導通する一対のスイッチング素子を備える。以上の四者を交流出力が形成されるようにブリッジ結線する。その交流出力端子間に誘導性負荷を接続する。
前記複合コンデンサ回路は補助直流源として機能する。それと整流電源を交互に働かせることで、直流成分の少ない交流出力が得られる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１の実施の形態について説明する。なお、図８同様の部品には便宜的に同一の部品符号を付す。図１装置は、交流電源４１電圧を整流する整流電源４０を備える。複数のコンデンサＣ１１・Ｃ１２と複数のダイオードＤ０１・Ｄ０２・Ｄ１０を含みそれら全体の充電電荷量が小で放電電荷量が大となる複合コンデンサ回路５０を備える。交互に導通する一対のスイッチング素子１１・１２を備える。以上の四者を交流出力が形成されるようにブリッジ結線する。その交流出力端子間に誘導性負荷３０を接続する。６０は補助コンデンサであり、整流電源４０と並列に接続する。
整流電源４０は整流用ダイオード４２〜４５を含む。誘導性負荷３０の中身は放電灯点灯回路であり、蛍光ランプ３１と蛍光ランプ３１に直列のバラスト用インダクタ３２誘導性負荷３０と蛍光ランプ３１に並列の予熱用コンデンサ３３を含む。誘導性負荷３０としての誘導性はバラスト用インダクタ３２に依存する。入力段に図外の変圧器を配置し、その後段に３１〜３３を接続することもできる。その場合は特に漏洩変圧器とすることでバラスト用インダクタ３２を省略することも可能である。
【０００６】
本明細書においては「複数のコンデンサと複数のダイオードを含みそれら全体の充電電荷量が小で放電電荷量が大となる複合コンデンサ回路」の記述を用いる。この意味について図７を用いて説明し、その後に図１の説明に戻る。
図７は正負端子十一間に接続された複合コンデンサ回路である。コンデンサＣ１１〜Ｃ４７数は全部で４×７＝２８個である。多目であるが、その方が一般的性質の把握がむしろし易いと考え、あえて多目とした。別に、部品符号を省略した多数のダイオードを用いる。基本的にはコンデンサＣ１１〜Ｃ４７の直並列回路であるが、その直並列形態が充電時と放電時では異なる。その切り替えが各ダイオードでなされる。充電電流Ｉ０はＩ０１・Ｉ０２・Ｉ０３・Ｉ０４に４分する。放電電流Ｉ００はＩ００１・１００２・Ｉ００３・Ｉ００４・Ｉ００５・Ｉ００６・Ｉ００７に７分する。いわば４列充電・７列放電の形態である。個々のコンデンサＣ１１〜Ｃ４７の充電電荷量・放電電荷量は定常状態では見合わなかればならない。それをＱとすると、４列充電の場合は全体で４Ｑとなり、７列放電の場合は７Ｑとなる。４Ｑを受け、３Ｑを足し増し、７Ｑを出力する。足し増し分の３Ｑは直流成分電流を構成する。図７は４列充電・７列放電の形態であるが、一般化すればＮ列充電・Ｍ列放電の形態（ＮＭは共に整数、Ｎ＜Ｍ）である。図７の例えばコンデンサＣ２６（図７のほぼ中央）は第二列目充電路（充電電流Ｉ０２に対応）に属し、かつ第６列目放電路（放電電流１００６に対応）に属する。他のコンデンサ（コンデンサ部品符号）も同様である。なお、Ｎ＝Ｍは充放電電荷量が相等しい単一コンデンサ回路に帰着する。Ｍ＞Ｎでは各ダイオードによる直並列切り替えが困難となる。
【０００７】
図１に戻って説明する。５０は前記のごとく、複数のコンデンサＣ１１・Ｃ１２と複数のダイオードＤ０１・Ｄ０２・Ｄ１０を含む複合コンデンサ回路である。それは、１列充電・２列放電の形態であり、充電電荷量Ｑ・放電電荷量２Ｑとなる。２Ｑ−Ｑ＝Ｑは回路５０内を下から上へ流れる直流成分電流を形成する。複合コンデンサ回路５０の構成要素は次ぎの通りである。
Ｃ１１：第１列目充電路に属し、第１列目放電路に属するコンデンサ
Ｃ１２：第１列目充電路に属し、第２列目放電路に属するコンデンサ
Ｄ０１：充電路に属さない、第１列目放電路に属するダイオード
Ｄ０２：充電路に属さない、第２列目放電路に属するダイオード
Ｄ１０：第１列目充電路に属し、放電路に属さないダイオード
コンデンサＣ１１・１２は相対的に大容量コンデンサであり、平滑用コンデンサとして機能する。補助コンデンサ６０は相対的に小容量のコンデンサであり、フライホイールダイオード２１電流を吸収する。
図１装置の動作を図２〜図６を用いて説明する。図２：電流１１５０・図３：電流Ｉ２３０・図４：電流Ｉ３６０・図５：電流１４４０・図６：電流Ｉ５３０の順の動作となり、その後は図２：電流Ｉ１５０の動作に戻る。たとえば、電流Ｉ１５０の「１」は動作番号、「５０」はその電流を押し流すエネルギ源である。他の電流記号においても同様である。インバータ装置としての基本は素子１２・２１・１１・２２・１２．．．が８の字の順に導適する周知の動作であり、それにともなうブリッジ動作である。１１・２１と１２・２２は上下に対時する。４０・６０と５０は上下に対山寺する。前者は上下に対称である。後者も上下に対称であることが望ましい。全てが上下に対称であれば誘導性負荷３０に直流成分電流を含まない交流電流が流れる。本発明においては、整流電源４０ないしはそれと補助コンデンサ６０の相手役とそて放電電荷を足し増し、直流成分電流を形成する複合コンデンサ回路５０を起用する。単なるコンデンサは電圧の点では整流電源４０に近似するが、直流成分電流を流せない性質があり、その意味では整流電源４０にほど遠い。それよりは、直流成分電流を流せる複合コンデンサ回路５０の方が整流電源４０により近似する。整流電源４０電流は十Ｉ４４０である。それは上向きの直流成分電流と各次高調波電流成分を含む。複合コンデンサ回路５０電流は十Ｉ１５０・−Ｉ５３０である。それは上向きの直流成分電流と各次高調波電流成分を含む。補助コンデンサ６０電流は−１２３０・十Ｉ３６０である。それは直流成分電流を含まず、各次高調波電流成分を含む。誘導性負荷３０電流は十Ｉ１５０・−Ｉ２３０・十Ｉ３６０・十Ｉ４４０・−Ｉ５３０であり、若干の直流成分電流と各次高調波電流成分を含む。それらは基本的には誘導性負荷３０を経巡る電流動作であるめで、その意味では無駄がなく高効率である。若干の直流成分電流は残る。それは、誘導性負荷３０のもっぱら抵抗成分のみに作用し、損失要因となり、また蛍光ランプ３１の場合は有害な管端減光現象をもたらすが、その程度は本発明の場合は軽微である。その理由は次ぎの通りである。
【０００８】
整流電源４０を上向きに流れる直流成分電流はその下段の誘導性負荷３０誘導性負荷３０から供給される。しかし、その一部は複合コンデンサ回路５０からも供給される。その後者供給の分だけ前者供給が少なくなる。かくして、誘導性負荷３０に重畳する直流成分電流が減少する。整流電源４０の直流成分電流はその給電電力量に依存する。複合コンデンサ回路５０の直流成分電流はその独自の仕組みに依存する。その両者が一致するとは限らないが、本発明においては、その相互の相殺によって誘導性負荷３０の直流成分電流が低減することで、基本的にはよしとする。誘導性負荷３０の直流成分電流を積極的にゼロにするためには、それと直列に図外のコンデンサを挿入する。このコンデンサは誘導性負荷３０の直流成分電流によって偏充電する。この偏充電の進行は整流電源４０・複合コンデンサ回路５０の各直流成分電流が一致する段階まで継続する。
【０００９】
補助コンデンサ６０について補足する。補助コンデンサ６０は誘導性負荷３０からの電磁エネルギ放出電流（図３：Ｉ２３０）を受けて充電し、図４：電流Ｉ３６０のごとくに放電し、誘導性負荷３０電流の一部を形成する。これにともない補助コンデンサ６０電圧は振動する。補助コンデンサ６０容量を適度に小さくすると、補助コンデンサ６０電圧は十分に小さな瞬時値を取るようになり、図４：電流Ｉ３６０に引き続く、整流電源４０からの給電電流（図５：電流Ｉ４４０）が生まれる。もしも、補助コンデンサ６０電圧が高レベルで安定するのであれば、整流電源４０電圧瞬時値の低い期間における給電電流が阻害され、力率がその分だけ低下する。このため、補助コンデンサ６０を安定なインバータ動作を保証する平滑用コンデンサとして用いることはできないが、その役割分担は複合コンデンサ回路５０に負わせることができるので、実用上は問題がない。補助コンデンサ６０はフライホイールダイオード２１を介して流れる誘導性負荷３０電流（電磁エネルギ放出電流）を吸収する。例えば図３に示すように、その補助コンデンサ６０下端はコンデンサＣ１２上端に接続されているが、それをコンデンサＣ１２下端に繋ぎ替えることが可能である。またで別のコンデンサＣ１１の下端あるいは上端に繋ぎ替えることが可能である。これらの変更は図３：電流Ｉ２３０の形成を妨げず、その閉路中にコンデンサＧ１２・Ｃ１１の一方ないしは両方を加えることとなるが、これでも同効である。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、誘導性負荷電流に含む直流成分電流が軽微な高効率の、しかも高力率のインバータ装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインバータ装置の回路図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】図１の動作説明図である。
【図４】図１の動作説明図である。
【図５】図１の動作説明図である。
【図６】図１の動作説明図である。
【図７】本発明の複合コンデンサ回路を説明する回路図である。
【図８】従来装置の回路図である。
【符号の説明】
１１・１２：スイッチング素子
３０：誘導性負荷
４０：整流電源
４１：交流電源
５０：複合コンデンサ回路
６０：補助コンデンサ
Ｃ１１・Ｃ１２：コンデンサ
Ｄ０１・Ｄ０２・Ｄ１０：ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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