JPS6016192B2 - 負性抵抗特性を有する負荷用電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、放電灯、溶接機等の負性抵抗特性を有する負
荷に電力を供給する負・性抵抗特性を有する負荷用電源
装置に関するものである。

従来、電源の昇圧、降圧のために変圧器が用いられてい
るが、か）る変圧器は磁性体からなる磁芯および導体の
体積が大きく、またその重量も大きくなるとともに磁性
体における鉄損、導体における鋼損も大きく変圧器の効
率を低下させる欠点を有している。

さらに放電灯、溶接機等の負性抵抗特性を有する負荷に
電力を供給する変圧器においては、変圧器の出力電圧が
負荷電流に対し垂下特性を持たなければならないため漏
洩磁束を生じるための滋路を有し、そのためか）る変圧
器の力率は著しく低下し、これを改善するためには容量
素子を附加することが必要となる。

また特に昇降圧を必要としない場合においても放電現象
等に負性抵抗特性を有する場合には限流器としてィンダ
クタンス、抵抗等が直列に挿入され動作の安定化を図る
必要があり、放電灯等の場合には安定器としてィンダク
タンスが挿入されている。

この場合にもィンダクタンス素子が必要となる他に力率
改善用容量素子も必要となる。本発明は、このような従
来の欠点を除去したものであり、以下実施例を挙げて本
発明を説明する。実施例 １ まず第１図に放電灯を負荷とする本発明の電源装置の第
１の実施例を示す。

図におて、１は電源装置で、放電灯２が負荷として接続
されている。電源装置１は直流電源３（交流電源を用い
ても良い）、充電用ダイオード４，５、充電用サイリス
タ６，７、コンデンサ８，９，１０および放電用サィリ
スタ１１，１２からなっており、直流電源３の出力電圧
Ｅの３倍の出力電圧が得られる。今充電用サィリスタ６
，７が閉じ、放電用サィリスタ１，１２が開いている状
態で各々のコンデンサ８，９，１０ＧまＥに極めて短時
間のうちに充電される。その後、充電用サィリスタ６，
７は充電電流が一定値以下になると自然転流により開放
となり、その後放電用サイリスタ１１，１２が閉じるこ
とにより放電灯２には３Ｅの電圧が印加され、放電灯２
の放電開始電圧Ｅｄ以上となれば放電が起り、放電灯２
の放電停止電圧Ｅｆ以下となった時に放電は停止する。
次いでコンデンサ８，９，１０の充電が再度行なわれ、
以下前述のように充放電が繰返される。第１図では３段
の場合を示したが、ｎ段（ただし、ｎ≧１）の場合には
ｎＥなる出力電圧が得られることは勿論である。充放電
１サイクル当りの放電エネルギーＥ，はコンデンサの容
量をＣ（しＦ）とすると、ｎ段の場合で、Ｅ亨Ｃ〔Ｅ２
−（宅）２〕Ｘ１０−６ジュールであり、毎秒当りの充
放電サイクルをｆとすると、放電灯２にはＥ，×ｆ（ワ
ット）のエネルギーが供給できる。なお、負荷２の電圧
−電流特性によりダイオード５もしくは４，５をサイリ
スタ等に代替し開閉制御を行うことも効果のある構成で
ある。実施例 ２ 次に本発明の第２の実施例について第２図に沿って説明
する。

この実施例は電源電圧を降圧し負荷に供給する場合であ
り、負荷として例えば溶接用アーク等も含まれる。交流
電源を整流する電源１３（または直流電源）から充電用
サィリスタ１４，１５，１６を介し直列に接続されたコ
ンデンサ１７，１８，１９が電源電圧Ｅにより充電され
た後、充電用サィリスタ１４，１５，１６が開かれ、か
つ放電用サイリスタ２０，２１，２２が閉じられ、各々
のコンデンサ１７，１８，１９が負荷２３に並列に接続
され放電が行なわれる。

この実施例においては、コンデンサ１７，１８，１９が
３段の場合を示したが所要の降圧比によりｎ段（ただし
ｎ≧１）とすることができる。ダイオード２４，２５は
放電回路を構成するための放電用ダイオードであるが、
ダイオード２４は第２図におけるサィリスタ１６とコン
デンサー８の接続点とダイオード２４と２５の接続点間
を結ぶ線路中にダイオード２４′として挿入してもよい
。この実施例において制御用素子としてサイリスタを用
い自然転流により制御を行った場合を示したが、強制転
流素子（ゲートターンーオフ素子）を用いた制御あるい
は充電用サィリスタ１５，１６の代りに負性抵抗素子を
用いたスイッチング素子（ダイオードサィリスタ）等を
用いても良い。

充放電の繰返し周波数として電源１３の各々の脈流に対
し１回以上の充放電を繰返すことができるよう設定する
。実施例 ３ 次に第３図は本発明の第３実施例であり、放電灯用調光
装置など、負荷電力を連続的に調整する方式を電源電圧
を昇降圧しない回路構成において説明する。

電源２６（または直流電源）から充電用サイリスタ２７
を介してコンデンサ２８は充電され、充電が完了すると
ともにサィリスタ２７は自然転流により開かれる。次い
で放電用サィリスタ２９が閉じられコンデンサ２８に蓄
積されたエネルギーは放電灯３０に供給される。放電が
完了すると、放電用サィリスタ２９は自然転流により開
かれ、次いで次のサイクルの充電が開始できる状態とな
る。この時充放電サイクルを連続的に変化させることに
より放電灯３０に供給されるエネルギーは連続的に変化
させることが可能となり、負荷が放電灯の場合には調光
装置として作用させることができる。

実施例 ４ 第４図に負荷に交流を流す場合の本発明の第４の実施例
を示す。

この図においては電源電圧を昇降圧しない場合を示すが
、実施例１，２と同様にして昇降圧する場合にもこの実
施例を適用することができる。交流から脈流を得る電源
３１の出力端に２つの充電用サィリスタ３２，３３を介
してコンデンサ３４，３５が並列に接続され、さらにコ
ンデンサ３４，３５は放電灯負荷３６の両端に各々接続
され、負荷３６の両端は極性切換用サィリスタ３７，３
８を介して電源３１へ帰還している。コンデンサ３４が
放電するときサイリスタ３９，３８は閉じられ、またコ
ンデンサ３５は充電されているが、サイリスタ３２，３
７，４０は開かれている。次でコンデンサ３５が放電す
るとき負荷３６を流れる電流の極性は逆転し、サィリス
タ４０，３７は閉じられ、またコンデンサ３４は充電さ
れているが、サイリスタ３９，３３，３８は開かれてい
る。実施例 ５ 第５図に本発明の第５の実施例を実施例４と同じく負荷
に交流を供給する場合について説明する。

４１は電源であり、勿論直流電源でも良い。

４２は充電用サィリスタで、コンデンサ４３を充電する
。

サィリスタ４２が自然転流したのち放電用サイリスタ４
４と４５または４６と４７のいずれか一方の一対のサィ
リスタが閉じられ負荷４８にエネルギーを供給する。次
の放電のサイクルでは他の一対のサィリスタが閉じ負荷
電流の極性を反転させる。実施例 ６ 最後に本発明の第６の実施例については第６図とともに
説明する。

交流電源４９がアース電位に対し正の半サイクルにおい
てはサイリスタ５川こよりダイオード５１を通ってコン
デンサ５２が充電され、次でサィリスタ５０が開放とな
った後、サィリスタ５３が閉じ負荷５４に放電電流が流
れる。

この充放電は交流電源４９が正の半サイクルの期間に繰
返し行なわれ、負の半サイクルでは停止するが、この時
にはサイリスタ５５によりダイオード５６を通ってコン
デンサ５７が充電され、次でサィリスタ５５が開放とな
った後、サィリスタ５８が閉じ、負荷５４に逆極性の電
流となって放電々流が流れる。このようにこの実施例に
おいては交流電源の正負各々の期間毎に正もしくは員の
放電々流が繰返し流れることを特長としている。なお、
このように負荷が負・性抵抗を有するもの（例えば放電
灯など）においては、コンデンサの容量が負荷に供孫舎
するエネルギーを制御する重要な因子となり、放電灯の
電力、充放電の繰返しサイクル数等により適当に定める
ことができる。したがって本発明によれば、負Ｉ性抵抗
特性を有する負荷に電力を供孫舎する場合に不可欠であ
る電源の垂下特性や負荷回路に不可欠な直列インピーダ
ンス素子が不必要となり、さらにコンデンサの充放電サ
イクルを制御することにより負荷に供給する電力を制御
することが可能となり、従来大きなリアクトル装置を必
要とする放電灯などの調光もごく簡単に行うことができ
る。またスイッチング素子としてサィリスタをはじめト
ランジスタ、強制転流スイッチング素子（例えばゲート
・ターンオフサイリスタ）などを用いることができるこ
とは勿論であるとともにゲート制御信号あるいはベース
信号として従来から一般に知られているマルチパイプレ
ータ等の出力を用いることもできる。

以上のような本発明の電源装置によれば、次のような効
果がある。

０１ 変圧器を用いることなく昇降圧を行うことができ
、この結果電源装置としての効率を向上させることが可
能となる。

‘２’エネルギー密度を大きくすることが可能となり、
装置の小型、軽量化が容易である。

‘３’ エネルギー制御を充放電繰返しサイクルを変え
ることにより容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明による電源装置の各実施例の回
路図である。 ２，２３，３０，３６，４８，５４・・・・・・負荷、
６，７，１４，１５，１６，２７，３２，３３，４２，
５０，５５・・・・・・充電用制御素子、１１，１２，
２０，２１，２２，２９，３７，３８，３９，４０，４
４，４５，４６，４７，５３，５８・・・・・・放電用
制御素子、８，９，１０，１７，１８，１９，２８，３
４，３５，４３，５２，５７”““コンデンサ。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 充電用制御素子を介してコンデンサに充電を行い、
   続いて前記充電用制御素子を開放するとともに放電用制
   御素子を閉じることにより前記コンデンサに蓄積された
   エネルギーを負性抵抗特性を有する負荷に供給し、さら
   に前記放電用制御素子を開放し、再び次回の充放電を繰
   り返し、かつこの繰りしの周期を制御することにより供
   給する電力を制御することを特徴とする負性抵抗特性を
   有する負荷用電源装置。 ２ 充電用制御素子を介してコンデンサに充電を行い、
   続いて前記充電用制御素子を開放するとともに放電用制
   御素子を閉じることにより前記コンデンサに蓄積された
   エネルギーを負性抵抗特性を有する負荷に供給し、さら
   に前記放電用制御素子を開放し、再び次回の充放電を繰
   り返すように構成するとともに前記負荷に流れる電流の
   極性を周期的に反転させ、この周期を制御することによ
   り供給する電力を制御することを特徴とする負性抵抗特
   性を有する負荷用電源装置。