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公開番号2021106487
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210726
出願番号2020114815
出願日20200702
発明の名称AC-DCコンバータ
出願人個人
代理人
主分類H02M 3/155 20060101AFI20210625BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】LED照明用駆動電源等で用いられる、スイッチング損失やノイズの低減に有効な高力率AC-DCコンバータを提供する。
【解決手段】高力率AC-DCコンバータは、単相、三相システムともに、1個のスイッチング素子によりLC共振周期で決まる一定の期間スイッチをオンするオン期間と、共振動作が維持できるに必要なオフ期間と組み合わせたスイッチング電圧波形をLC共振回路に加える手段をとっており、零電流でのスイッチング動作を可能とし、共振電流も負荷電流の大きさに応じた大きさで働かせることができる。
【選択図】図16
特許請求の範囲【請求項1】
交流電源に全波整流回路を接続し、その直流出力端子側に直流スイッチ回路を介して共振インダクタLと共振キャパシタCで構成するLC共振回路に接続し、前記共振キャパシタの両端から直流出力を得る交流―直流変換回路において、
前記直流スイッチ回路を前記LC共振回路の共振周期あるいはその整数倍の周期で決まる一定の期間オンした後、正常に次の共振動作ができるに必要な期間以上のオフ期間を与えてスイッチングさせるスイッチング動作の繰り返し電圧波形を前記LC共振回路に加えることにより、前記直流スイッチ回路に流れる振動電流が零あるいはほぼ零に近い値で前記直流スイッチ回路をスイッチング動作させることを特徴とするAC-DCコンバータ。
続きを表示(約 980 文字)【請求項2】
請求項1記載のAC-DCコンバータにおいて、前記全波整流回路を前記交流電源が単相交流の場合は単相ブリッジ整流回路とし、前記交流電源が三相交流の場合は三相ブリッジ整流回路で構成することを特徴とするAC-DCコンバータ。
【請求項3】
請求項1から2記載のAC-DCコンバータにおいて、前記直流スイッチ回路を単独のスイッチまたはスイッチに逆流阻止ダイオードを接続し、これと前記共振インダクタに対するフリーフォイーリングダイオードとで構成することを特徴とするAC-DCコンバータ。
【請求項4】
請求項1から3記載のAC-DCコンバータにおいて、前記共振キャパシタに対してインダクタまたはインダクタとキャパシタで構成される直流フィルタ回路を出力側に配置して負荷に接続することを特徴とするAC-DCコンバータ。
【請求項5】
請求項1から4記載のAC-DCコンバータにおいて、直流スイッチ回路のスイッチング動作による交流電源電流へのスイッチング調波成分を除去するために、前記全波整流回路の直流側または交流側にインダクタとキャパシタとで構成するフィルタ回路を入力側に接続することを特徴とするAC-DCコンバータ。
【請求項6】
請求項1記載のAC-DCコンバータにおいて、請求項2から5記載の回路構成を付加することにより、優れたスイッチング制御特性が得られることを特徴とするAC-DCコンバータ。
【請求項7】
請求項1から6記載のAC-DCコンバータにおいて、前記直流スイッチ回路によるオン、オフスイッチング動作の繰り返し電圧波形列からなる給電期間と、前記直流スイッチ回路をスイッチング周期に同期させてオフさせる無給電期間との制御周期に対する給電期間の割合のデユーティー制御により直流電圧を制御することを特徴とするAC-DCコンバータ。
【請求項8】
請求項1から6記載のAC-DCコンバータにおいて、前記直流スイッチ回で前記LC共振回路の共振周期あるいはその整数倍の周期より決まる一定の期間オンした後、正常に次の共振動作ができるに必要な期間以上のオフ期間を調整するスイッチング周波数制御により直流電圧を制御することを特徴とするAC-DCコンバータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、光源や熱源としてのLED照明や電熱器など電気エネルギーを需要要求に応じて消費する負荷に対する駆動電源の電源品質改善と小型化、軽量化、低価格化に貢献する技術である。
続きを表示(約 1,500 文字)【背景技術】
【0002】
特にLED照明は、本来の低消費電力や長寿命の特徴に加えて省エネ化への期待や制御機能の向上が図られるため、近年の照明器具の低価格化と共に広く普及してきた。
【0003】
LED照明電源は、電気エネルギーを一方的に需要要求に応じて消費する負荷であるため、極めて簡単な回路構成でも実用に供することができることと、市販される台数が極めて多いため、低価格な電源で構成されることが多く、今後のさらなる普及発展には解決すべき課題も多い。
【0004】
一般的なLED照明用駆動電源は、交流電源を整流して電解コンデンサで平滑した後、スイッチ回路で調光制御しており、ハードスイッチング損失、スイッチングノイズ、電解コンデンサによる寿命等の課題に加えて力率改善対策としてPFC整流回路を付加したものは、回路構成がさらに複雑化するなどの課題があった。
【0005】
本発明は、新しく開発したソフトスイッチング技術による整流電源をLED照明用電源として用いることにより、平滑用電解コンデンサを用いることなく、簡単な回路構成でスイッチング損失やスイッチングノイズの低減および交流電源電流の波形改善を可能とした高性能で小型軽量化につながるLED照明用駆動電源を実現するものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0006】
矢野、内田著、「パワーエレクトロニクス」、丸善株式会社、pp.105-pp.112、2000.
國松、河邊、石田著、「LED照明駆動用IPDの開発」、Panasonic Technical Journal Vol.58, No.1, pp.18-23,Apr.2012
【特許文献】
【0007】
特開2009−516922:「LED駆動装置」
特開平1−218352:「スイッチング電源回路」
特許第6667750:「DC-DCコンバータ」
【0008】
ソフトスイッチング制御には、(
)でも述べられているように、代表的なものに電圧共振型のものと電流共振型のものがあり、前者は電圧共振により、電圧が零のときにオン、オフするゼロ電圧スイッチング (ZVS: Zero Voltage Switching )を実現し、後者は電流共振により、電流が零のときにオン、オフするゼロ電流スイッチ(ZCS: Zero Current Switching)を実現して、いずれもスイッチング損失やスイッチングノイズを低減することを目的とするスイッチング制御手法であり、通常のハードスイッチング制御と区別されている。
【0009】
ソフトスイッチング制御は、一般に電圧共振型では大きな振動電圧が素子の耐圧に、電流共振型では大きな共振電流が素子の電流容量の増大と通電損失の増加につながるため、特に軽負荷時において効率等の点で課題も多く、これらのスイッチング制御の適用可能範囲は限られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
ソフトスイッチングに関する先行技術文献のうち、(
)、(
)は、LC共振回路による零電流スイッチ作用を用いているが、いずれもスイッチングの周期毎に共振キャパシタの電圧を零まで放電させるため、電源からのスイッチを投入する度に、負荷電流の軽重に関わらず大きな振動電流が流れることが課題となっている。
(【0011】以降は省略されています)

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