電源装置
【課題】電源と負荷との間に変圧器を使用しない電源装置において、正と負側線路それぞれに挿入される直列回路におけるインダクタの誘導値とキャパシタの容量値とが、非対称であっても、電源側と負荷側との絶縁を図ることができる電源装置を提供すると共に、より容易、より効率的に負荷を駆動できる電源装置を提供する。
【解決手段】正側と負側との線路間に接続されたフルブリッジ回路と、第１インダクタと第１キャパシタとからなる少なくとも１つの直列回路と、第２インダクタと第２キャパシタとからなる少なくとももう１つの直列回路と、を備え、フルブリッジ回路内のスイッチング素子を同時オン駆動し、Ｌ１，Ｌ２を第１、第２インダクタそれぞれの誘導値、Ｃ１，Ｃ２を第１、第２キャパシタそれぞれの容量値、Ｋ０を、Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０とし、負荷の一端側と接地との間に接続された抵抗の両端間電圧が規定電圧より低い電圧となるよう定められる数としたとき、Ｋ０が１．７以下の数である。
【解決手段】正側と負側との線路間に接続されたフルブリッジ回路と、第１インダクタと第１キャパシタとからなる少なくとも１つの直列回路と、第２インダクタと第２キャパシタとからなる少なくとももう１つの直列回路と、を備え、フルブリッジ回路内のスイッチング素子を同時オン駆動し、Ｌ１，Ｌ２を第１、第２インダクタそれぞれの誘導値、Ｃ１，Ｃ２を第１、第２キャパシタそれぞれの容量値、Ｋ０を、Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０とし、負荷の一端側と接地との間に接続された抵抗の両端間電圧が規定電圧より低い電圧となるよう定められる数としたとき、Ｋ０が１．７以下の数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源と負荷との間を、変圧器を使用することなく、絶縁することができるようにした電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電源装置は小型化・軽量化の目的のために、変圧器を用いない電源装置が求められるものの、変圧器がないと、電源側と負荷側との絶縁を保つことが一般には困難である。
【０００３】
上記絶縁は、電源が立ち上がっている状態で、当該電源装置に接続する負荷側と接地間に人体等の抵抗体が電気的に接続された状態となった場合に、当該抵抗体両端間電圧を規定の安全電圧以下として上記負荷側を電源側から絶縁し、これにより人体の安全を図るという意義である。
【０００４】
そこで、この絶縁のため、電源側と負荷側との間でキャパシタを直列に結合させることも提案されているが、キャパシタにより直流絶縁は可能でも、交流絶縁の確保ができない。
【０００５】
そこで、本発明者らは、直流絶縁および交流絶縁もできる発明を提案した（特許文献１、２参照）。
【０００６】
特許文献１では図５の構成、特許文献２では図６の構成の電源装置である。
【０００７】
これらの図において、１は電源、２ａ，２ｂは第１、第２直列回路、３はスイッチング素子回路、４は負荷を示す。これらの図で示す電源装置では、電源１と負荷４との間にはそれらの絶縁をとるための変圧器が使用されていない。
【０００８】
第１直列回路２ａは、電源１と負荷４との間の正側線路５に第１インダクタＬ１（誘導値Ｌ１）と第１キャパシタＣ１（容量値Ｃ１）とが直列に接続されて構成される。
【０００９】
第２直列回路２ｂは、負側線路６に第２インダクタＬ２（誘導値Ｌ２）と第２キャパシタＣ２（容量値Ｃ２）とが直列に接続されて構成される。
【００１０】
これら誘導値と容量値とを図５、図６ではＬ１・Ｃ１＝Ｌ２・Ｃ２でかつ、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃの関係を満足することで、電源１側と負荷４側との絶縁を図るようにしている。
【００１１】
なお、図５のスイッチング素子回路３は、第１インダクタＬ１と第１キャパシタＣ１との接続部ａ１と第２インダクタＬ１と第２キャパシタＣ１との接続部ａ２との間に挿入されたスイッチング素子ＳＷ１で構成される。また、図６のスイッチング素子回路３は、３つの直列の第１ないし第３のスイッチング素子ＳＷ１−ＳＷ３を備え、第１、第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の接続部ａ３に第１直列回路２ａ、第２、第３スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３の接続部ａ４に第２直列回路２ｂが接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−１１６２６８号公報
【特許文献２】国際公開番号ＷＯ ２００５／０６２４５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１，２は共に、誘導値と容量値とがＬ１・Ｃ１＝Ｌ２・Ｃ２でＬ１＝Ｌ２＝Ｌ、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃの関係を満足することが絶縁に必要とし、他の誘導値と容量値との関係については、特許文献２には、キャパシタＣ１，Ｃ２の値を対称（共に０．０１μＦ）とし、インダクタＬ１，Ｌ２の値を非対称（一方を３５０μＨ、他方を１５０μＨ）とし、絶縁を図ることができなかったことが記載されている。
【００１４】
さらに、特許文献１，２のいずれの方式もスイッチング素子回路３の構成が図５ではスイッチング素子ＳＷ１単一のみで制御範囲が小さく、また、高精度な制御はできず、また、図６では制御が複雑で、かつ、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２とＳＷ３とで耐圧仕様が異なるので電源装置に組み込みにくい、などの課題がある。
【００１５】
本発明は、電源と負荷との間に変圧器を使用しない電源装置において、正と負側線路それぞれに挿入される直列回路におけるインダクタの誘導値とキャパシタの容量値とが、非対称であっても、電源側と負荷側との絶縁を図ることができる電源装置を提供すると共に、より容易、より効率的に負荷を駆動できる電源装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による電源装置は、少なくとも直流を導く正側と負側との線路間に並列に接続された単一のスイッチング素子または直列接続された複数のスイッチング素子を含み、これらスイッチング素子のオンオフにより該直流を交流に変換して２つの出力間に出力するスイッチング素子回路と、上記スイッチング素子回路の一方の出力点と負荷一端側との間に接続された、第１インダクタと第１キャパシタとからなる第１の直列回路と、上記スイッチング素子回路の他方の出力点と負荷他端側との間に接続された、第２インダクタと第２キャパシタとからなる第２の直列回路と、を備え、Ｌ１，Ｌ２を第１、第２インダクタそれぞれの誘導値、Ｃ１，Ｃ２を第１、第２キャパシタそれぞれの容量値、Ｋ０を、Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０とし、負荷の一端側と接地との間に接続された抵抗の両端間電圧が規定電圧より低い電圧となるよう定められる数としたとき、上記Ｋ０を１．７以下の数とした、ことを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、上記スイッチング素子回路が、少なくとも２つのスイッチング素子が直列接続されてなる２つのアームを有すると共に、上記両アームが直流を導く正側と負側との線路間に並列に接続されたフルブリッジ回路であり、このフルブリッジ回路は、一方のアーム内の上側のスイッチング素子と他方のアーム内の下側のスイッチング素子とを第１組合せで同時オンまたは同時オフで駆動し、一方のアーム内の下側のスイッチング素子と他方のアーム内の上側のスイッチング素子とを第２組合せで前記第１組合せの駆動とは駆動位相が正反対で同時オフまたは同時オンで駆動し、上記第１の直列回路は、上記フルブリッジ回路の一方のアーム中点と負荷一端側との間に接続され、上記第２の直列回路は、上記フルブリッジ回路の他方のアーム中点と負荷他端側との間に接続されている。
【００１８】
また、好ましくは、上記各スイッチング素子の駆動周期が負荷に対応して調整可変である。
【００１９】
以上の本発明において、Ｋ０を１．７以下に設定したことで、感電電圧を６０Ｖｐ未満に低くでき、絶縁をとることができるようになった。
【００２０】
また、スイッチング素子回路を、フルブリッジ回路とし、そのフルブリッジ回路内の一方のアーム内の上側のスイッチング素子と他方のアーム内の下側のスイッチング素子とを第１組合せで同時オンまたは同時オフで駆動し、一方のアーム内の下側のスイッチング素子と他方のアーム内の上側のスイッチング素子とを第２組合せで前記第１組合せの駆動とは駆動位相が正反対で同時オフまたは同時オンで駆動することを前提とした場合、特許文献２とは異なり、スイッチング素子としてはいずれも同等の素子を利用することができ、これらの駆動も簡単に済むうえ、電源側として低電圧から高電圧まで広い範囲の電源を入力電源として利用することができ、汎用性が拡大する。
【００２１】
なお、上記直流は、交流電源から整流回路を通して供給された直流、または直流電源から直接供給された直流を含む。
【００２２】
なお、他方アーム中点と負荷一端側との間に第１直列回路と共に他の回路、例えば整流回路等を含む場合、一方アーム中点と負荷他端側との間に第２直列回路と共に他の回路、例えば整流回路等を含む場合も、本発明の範囲に含む。
【００２３】
なお、上記第１、第２インダクタは、それぞれ単一のインダクタに限定するものではなく、１つないし複数のインダクタを含む。
【００２４】
なお、第１、第２キャパシタは、それぞれ単一のキャパシタに限定するものではなく、１つないし複数のキャパシタを含む。
【００２５】
また、上記各スイッチング素子の駆動周期が負荷に対応して調整可変としたいわゆるＰＦＭ（パルス周波数変調）可能とすることが好ましい。
【００２６】
こうした場合、駆動周期を可変すると、コンピュータシミュレーションによれば、負荷に対して所望とする大きさの電圧ないし電流を印加することができると共に、この印加電圧ないし電流の値を一定にも制御することができ、負荷の利用範囲を大きく拡大させることができるようになる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、従来よりもより容易でかつより効率的に負荷を駆動できる電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は本発明の実施形態に係る電源装置の構成を示す図である。
【図２】図２は図１の電源装置におけるフルブリッジ構成のスイッチング素子回路に対する駆動波形を示す図である。
【図３】図３は本発明の効果を検証するために用いた電源装置のシミュレーション用回路を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは図３の回路を用いてコンピュータシミュレーションを行った検証例１での電源入力後の負荷抵抗Ｒ５の両端間電圧波形と負荷抵抗一端側と接地間の抵抗Ｒ６の両端間電圧波形と、を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは検証例２での電源入力後の負荷抵抗Ｒ５の両端間電圧波形と負荷抵抗一端側と接地間の抵抗Ｒ６の両端間電圧波形と、を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは検証例３での電源入力後の負荷抵抗Ｒ５の両端間電圧波形と負荷抵抗一端側と接地間の抵抗Ｒ６の両端間電圧波形と、を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは検証例４での電源入力後の負荷抵抗Ｒ５の両端間電圧波形と負荷抵抗一端側と接地間の抵抗Ｒ６の両端間電圧波形と、を示す図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは検証例５での電源入力後の負荷抵抗Ｒ５の両端間電圧波形と負荷抵抗一端側と接地間の抵抗Ｒ６の両端間電圧波形と、を示す図である。
【図５】図５は従来の特許文献１に係る電源装置の構成を示す図である。
【図６】図６は従来の特許文献２に係る電源装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電源装置を説明する。図１に本発明の実施形態に係る電源装置の構成を示す。図１において図５、図６と対応する部分には同一の符号を付している。
【００３０】
１は電源である。この電源１は、商用交流電源と全波整流回路とを含む。電源１の出力は、全波整流出力であるので、脈流となっている。こうした交流電源の電源電圧、周波数は、国内、海外いずれの電源電圧、周波数も含む。
【００３１】
２ａは第１直列回路、２ｂは第２直列回路である。
【００３２】
第１直列回路２ａは、インダクタＬ１とキャパシタＣ１とが直列接続されて構成される。この場合、インダクタＬ１とキャパシタＣ１の直列接続順序を逆にしてもよい。インダクタＬ１やキャパシタＣ１の接続個数は実施形態ではそれぞれ１つであるが、複数にしてもよい。
【００３３】
第２直列回路２ｂは、インダクタＬ２とキャパシタＣ２とが直列接続されて構成される。この場合、インダクタＬ２とキャパシタＣ２の直列接続順序を逆にしてもよい。インダクタＬ２やキャパシタＣ２の接続個数は実施形態ではそれぞれ１つであるが、複数にしてもよい。
【００３４】
また、第１、第２直列回路２ａ，２ｂそれぞれにおけるインダクタＬ１とＬ２は電磁結合する形態としてもよいなど、実施形態で示す第１、第２直列回路２ａ，２ｂは一例である。
【００３５】
３はスイッチング素子回路である。
【００３６】
４は負荷であり、この負荷４は実施形態の電源装置を電流源として電流供給を受けることができるようになっている。これにより負荷４はＬＥＤや蛍光灯等の照明灯を負荷として選択して接続することができる。照明灯としては例えば屋内の照明器具用としたり、あるいは液晶表示装置のバックライトとして用いることができる。このように実施形態の電源装置ではこうした照明灯の電源装置とすることができる。
【００３７】
スイッチング素子回路３は、電源１と負荷４との間の正側線路５と負側線路６との間に接続される。スイッチング素子回路３は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子からなる、４つのスイッチング素子ＳＷ１−ＳＷ４がフルブリッジ接続されてなる回路である。スイッチング素子回路３は、線路５，６に対して並列接続された２つの第１、第２アームＡ１，Ａ２を有する。第１アームＡ１はスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３が直列接続されてなり、第２アームＡ２はスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４が直列接続されてなる。
【００３８】
電源１においては、商用交流電圧を全波整流回路で全波整流し、線路５，６に直流を供給するようになっている。この直流は、スイッチング素子回路３により交流に変換されて、第１、第２直列回路２ａ，２ｂに印加される。
【００３９】
第１直列回路２ａは、第２アームＡ２の中点ｂ２と負荷４一端側との間に接続された、第１インダクタＬ１と第１キャパシタＣ１との直列回路で構成される。
【００４０】
第２直列回路２ｂは、第１アームＡ１の中点ｂ１と負荷４他端側との間に接続された、第２インダクタＬ２と第２キャパシタＣ２との直列回路で構成される。
【００４１】
上記インダクタＬ１，Ｌ２、キャパシタＣ１，Ｃ２は個別の部品で構成してもよいし、プリント基板上に形成してもよい。例えばインダクタでは、プリントコイル形状としたり、また、キャパシタでは、積層コンデンサ形状としたりしてもよい。本発明では、そうしたインダクタやキャパシタの形状等には限定されない。
【００４２】
以上の構成において、制御部７は、スイッチング素子回路３における第１アームＡ１内の上側のスイッチング素子ＳＷ１と第２アームＡ２内の下側のスイッチング素子ＳＷ４とを第１組合せで所定の駆動周波数のパルスで同時オンまたは同時オフで駆動し、第１アームＡ１内の下側のスイッチング素子ＳＷ３と第２アームＡ２内の上側のスイッチング素子ＳＷ２とを第２組合せで前記第１組合せの駆動とは駆動位相が正反対で同時オフまたは同時オンで駆動する。
【００４３】
この駆動タイミングチャートを図２に示す。図２においてＰ１，Ｐ２，Ｐ３…は第１組合せ内のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４の同時オン駆動パルス、Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６…は第２組合せ内のスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３の同時オン駆動パルス、を示す。また、第１組合せ内のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４は第２組合せ内のスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３の同時オン時には同時オフされ、第２組合せ内のスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３は第１組合せ内のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４の同時オン時には同時オフされる。このような同時オンオフは、電源１側と負荷４側との絶縁を行うために必要である。
【００４４】
制御部７は、これら同時オン駆動パルスによるスイッチング素子ＳＷ１−ＳＷ４の駆動周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…を負荷４に対応して調整可変となっている。すなわち、制御部７は、スイッチング素子回路３をＰＦＭ（パルス周波数変調）駆動するようになっている。このＰＦＭにおけるパルス周波数は例えば１００〜３００ｋＨｚである。
【００４５】
上記制御部７の制御により、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４が同時オンし、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３が同時オフするときは、電源１からの直流は、スイッチング素子ＳＷ１、第２直列回路２ｂ、負荷４、第１直列回路２ａ、スイッチング素子ＳＷ４を介して、流れる。また、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４が同時オフし、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３が同時オンするときは、電源１からの直流は、スイッチング素子ＳＷ２、第１直列回路２ａ、負荷４、第２直列回路２ｂ、スイッチング素子ＳＷ３を介して、流れる。すなわち、電源１の直流は、スイッチング素子回路３により交流に変換されて負荷４に流れる。なお、実施形態では、上記のように負荷４に交流を出力する交流出力タイプであるが、その交流を全波整流するなどして直流とし、その直流を負荷に供給する直流出力タイプとすることができる。
【００４６】
本実施形態では、電源１側と負荷４側との間で変圧器無しで上記した絶縁をとるために、第１、第２直列回路２ａ，２ｂにおいて、第１、第２インダクタＬ１，Ｌ２それぞれの誘導値をＬ１，Ｌ２とし、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２それぞれの容量値をＣ１，Ｃ２として、次式（１）を満足するように設定する。
【００４７】
Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０ …（１）
ただし、Ｋ０は１．７以下の数であり、実験により負荷を抵抗としその負荷抵抗の一端側と接地との間に接続されて絶縁を調べるための抵抗（絶縁測定用抵抗）の両端間電圧が規定電圧より低い電圧となるように定められる。上記式（１）はＬ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝１すなわちＬ１・Ｃ１＝Ｌ２・Ｃ２も含むと共に、Ｌ１＝Ｌ２，Ｃ１＝Ｃ２の場合も含むが、Ｌ１・Ｃ１＝Ｌ２・Ｃ２の関係に限定されず、Ｌ１・Ｃ１≠Ｌ２・Ｃ２であっても、これらの間に上記式（１）を満たす関係があればよい。
【００４８】
Ｋ０は実験で定めることができ、好ましいＫ０の値は、絶縁測定用抵抗の両端間電圧を人体の感電電圧とし、規定電圧を安全電圧（例えば６０Ｖｐである。このＶｐは、ピーク電圧値を示す）とすると、１．７以下にすることで、電源１と負荷４との間における直流絶縁および交流絶縁が達成される。
【００４９】
このことは、後述するように、負荷端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２間の抵抗に対してそのいずれか一方あるいは両方と接地との間で人体に見立てた抵抗を接続しても、この抵抗にはその両端間電圧（上記感電電圧）が安全電圧以下となるような直流電流、交流電流が流れることを確認することで、証明することができる。
【００５０】
この証明を、回路解析ソフトを用いたコンピュータシミュレーションにより行う。
【００５１】
なお、本実施形態では、電源１において、商用交流電源、全波整流回路が無く、直流入力形の電源装置にも適用可能である。また、全波整流回路が無く、直接、商用交流電源が接続した交流入力形の電源装置にも適用可能である。また、負荷４において直流出力形、交流出力形いずれの電源装置にも適用可能である。本発明はこの範囲内で種々の変更を含むことができる。
【００５２】
次に、図３および図４を参照して、回路解析ソフトを用いたコンピュータシミュレーションにより上記を証明する。このソフトにより、図３の回路構成、回路定数をコンピュータに入力すると共に、各部の電圧、電流の波形を算出する。図３は本発明の効果を検証するために用いた電源装置のシミュレーション用回路を示す。電源１は直流１４０Ｖ、スイッチング素子ＳＷ１−ＳＷ４はいずれもＭＯＳＦＥＴ、駆動部Ｖ１−Ｖ４からそれぞれ１００Ωの抵抗Ｒ１−Ｒ４を介して図２に対応する駆動パルスが印加される。駆動パルスの波形の図示は略する。出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２間に負荷４に２０Ωの抵抗Ｒ５、出力端子ＯＵＴ２と接地との間に１０ｋΩの抵抗Ｒ６を接続している。
【００５３】
図４Ａ−図４Ｅにおいて、ＶＬは図３の回路における電源入力後の負荷抵抗Ｒ５両端間電圧の波形、Ｖｉは、負荷抵抗一端側と接地間の抵抗Ｒ６両端間の電圧波形、を示す。図４Ａ−図４Ｅ中、横軸は時間（μｓｅｃ．）、縦軸は電圧（ｖｏｌｔ．）を示す。また、駆動部Ｖ１−Ｖ４によるスイッチング素子ＳＷ１−ＳＷ４のスイッチング駆動周波数ｆは３３０ｋＨｚである。以下の各検証例において、Ｌ１は第１直列回路２ａのインダクタＬ１の誘導値、Ｃ１は同回路２ａのキャパシタＣ１の容量値、Ｌ２は第２直列回路２ｂのインダクタＬ２の誘導値、Ｃ２は同回路２ｂのキャパシタＣ２の容量値である。
【００５４】
＜検証例１＞…図４Ａ
Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０＝１である。ただし、Ｌ１＝Ｌ２＝３２μＨ、Ｃ１＝Ｃ２＝０．０１μＦである。図４Ａでは、負荷電圧ＶＬは６０Ｖｐであり、感電電圧Ｖｉは３０Ｖｐであり、安全電圧上限の６０Ｖ未満である。したがって、安全であり、絶縁がとられている。
【００５５】
＜検証例２＞…図４Ｂ
Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０＝１である。ただし、Ｌ１＝２７μＨ、Ｌ２＝４６μＨ、Ｃ１＝０．０１３５μＦ、Ｃ２＝０．００７９４μＦである。図４Ｂでは、負荷電圧ＶＬは６０Ｖｐであり、感電電圧Ｖｉは３０Ｖｐであり、安全電圧上限の６０Ｖ未満である。したがって、安全であり、絶縁がとられている。
【００５６】
＜検証例３＞…図４Ｃ
Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０＝１である。ただし、Ｌ１＝８μＨ、Ｌ２＝６５μＨ、Ｃ１＝０．０４５６μＦ、Ｃ２＝０．００５６２μＦである。図４Ｃでは、負荷電圧ＶＬは６０Ｖｐであり、感電電圧Ｖｉは安全電圧上限の６０Ｖｐであり、安全ではなく、絶縁がとられていない。
【００５７】
＜検証例４＞…図４Ｄ
Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０＝１．４である。ただし、Ｌ１＝５７．７μＨ、Ｌ２＝４１．３μＨ、Ｃ１＝Ｃ２＝０．０１μＦである。図４Ｄでは、負荷電圧ＶＬは６０Ｖｐであり、感電電圧Ｖｉは安全電圧上限の６０Ｖｐであり、絶縁がとられている。
【００５８】
＜検証例５＞…図４Ｅ
Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０＝１．７である。ただし、Ｌ１＝４６μＨ、Ｌ２＝２７μＨ、Ｃ１＝Ｃ２＝０．０１μＦである。図４Ｅでは、負荷電圧ＶＬは６０Ｖｐであり、またも感電電圧Ｖｉは安全電圧上限の６０Ｖｐを超えていて、安全ではなく、絶縁がとられていない。すなわち、Ｋ０が１．７以上では、絶縁をとることができない。
【００５９】
以上の検証例からＫ０は１．７以下であることが感電電圧を６０Ｖｐ以下にすることができる。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態では、コンピュータシミュレーション結果に示すように、電源１と負荷４との間の絶縁を、直流に対しても、交流に対しても達成することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 電源
２ａ，２ｂ 直列回路
３ スイッチング素子回路
４ 負荷
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源と負荷との間を、変圧器を使用することなく、絶縁することができるようにした電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電源装置は小型化・軽量化の目的のために、変圧器を用いない電源装置が求められるものの、変圧器がないと、電源側と負荷側との絶縁を保つことが一般には困難である。
【０００３】
上記絶縁は、電源が立ち上がっている状態で、当該電源装置に接続する負荷側と接地間に人体等の抵抗体が電気的に接続された状態となった場合に、当該抵抗体両端間電圧を規定の安全電圧以下として上記負荷側を電源側から絶縁し、これにより人体の安全を図るという意義である。
【０００４】
そこで、この絶縁のため、電源側と負荷側との間でキャパシタを直列に結合させることも提案されているが、キャパシタにより直流絶縁は可能でも、交流絶縁の確保ができない。
【０００５】
そこで、本発明者らは、直流絶縁および交流絶縁もできる発明を提案した（特許文献１、２参照）。
【０００６】
特許文献１では図５の構成、特許文献２では図６の構成の電源装置である。
【０００７】
これらの図において、１は電源、２ａ，２ｂは第１、第２直列回路、３はスイッチング素子回路、４は負荷を示す。これらの図で示す電源装置では、電源１と負荷４との間にはそれらの絶縁をとるための変圧器が使用されていない。
【０００８】
第１直列回路２ａは、電源１と負荷４との間の正側線路５に第１インダクタＬ１（誘導値Ｌ１）と第１キャパシタＣ１（容量値Ｃ１）とが直列に接続されて構成される。
【０００９】
第２直列回路２ｂは、負側線路６に第２インダクタＬ２（誘導値Ｌ２）と第２キャパシタＣ２（容量値Ｃ２）とが直列に接続されて構成される。
【００１０】
これら誘導値と容量値とを図５、図６ではＬ１・Ｃ１＝Ｌ２・Ｃ２でかつ、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃの関係を満足することで、電源１側と負荷４側との絶縁を図るようにしている。
【００１１】
なお、図５のスイッチング素子回路３は、第１インダクタＬ１と第１キャパシタＣ１との接続部ａ１と第２インダクタＬ１と第２キャパシタＣ１との接続部ａ２との間に挿入されたスイッチング素子ＳＷ１で構成される。また、図６のスイッチング素子回路３は、３つの直列の第１ないし第３のスイッチング素子ＳＷ１−ＳＷ３を備え、第１、第２スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の接続部ａ３に第１直列回路２ａ、第２、第３スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３の接続部ａ４に第２直列回路２ｂが接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−１１６２６８号公報
【特許文献２】国際公開番号ＷＯ ２００５／０６２４５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１，２は共に、誘導値と容量値とがＬ１・Ｃ１＝Ｌ２・Ｃ２でＬ１＝Ｌ２＝Ｌ、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃの関係を満足することが絶縁に必要とし、他の誘導値と容量値との関係については、特許文献２には、キャパシタＣ１，Ｃ２の値を対称（共に０．０１μＦ）とし、インダクタＬ１，Ｌ２の値を非対称（一方を３５０μＨ、他方を１５０μＨ）とし、絶縁を図ることができなかったことが記載されている。
【００１４】
さらに、特許文献１，２のいずれの方式もスイッチング素子回路３の構成が図５ではスイッチング素子ＳＷ１単一のみで制御範囲が小さく、また、高精度な制御はできず、また、図６では制御が複雑で、かつ、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２とＳＷ３とで耐圧仕様が異なるので電源装置に組み込みにくい、などの課題がある。
【００１５】
本発明は、電源と負荷との間に変圧器を使用しない電源装置において、正と負側線路それぞれに挿入される直列回路におけるインダクタの誘導値とキャパシタの容量値とが、非対称であっても、電源側と負荷側との絶縁を図ることができる電源装置を提供すると共に、より容易、より効率的に負荷を駆動できる電源装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による電源装置は、少なくとも直流を導く正側と負側との線路間に並列に接続された単一のスイッチング素子または直列接続された複数のスイッチング素子を含み、これらスイッチング素子のオンオフにより該直流を交流に変換して２つの出力間に出力するスイッチング素子回路と、上記スイッチング素子回路の一方の出力点と負荷一端側との間に接続された、第１インダクタと第１キャパシタとからなる第１の直列回路と、上記スイッチング素子回路の他方の出力点と負荷他端側との間に接続された、第２インダクタと第２キャパシタとからなる第２の直列回路と、を備え、Ｌ１，Ｌ２を第１、第２インダクタそれぞれの誘導値、Ｃ１，Ｃ２を第１、第２キャパシタそれぞれの容量値、Ｋ０を、Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０とし、負荷の一端側と接地との間に接続された抵抗の両端間電圧が規定電圧より低い電圧となるよう定められる数としたとき、上記Ｋ０を１．７以下の数とした、ことを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、上記スイッチング素子回路が、少なくとも２つのスイッチング素子が直列接続されてなる２つのアームを有すると共に、上記両アームが直流を導く正側と負側との線路間に並列に接続されたフルブリッジ回路であり、このフルブリッジ回路は、一方のアーム内の上側のスイッチング素子と他方のアーム内の下側のスイッチング素子とを第１組合せで同時オンまたは同時オフで駆動し、一方のアーム内の下側のスイッチング素子と他方のアーム内の上側のスイッチング素子とを第２組合せで前記第１組合せの駆動とは駆動位相が正反対で同時オフまたは同時オンで駆動し、上記第１の直列回路は、上記フルブリッジ回路の一方のアーム中点と負荷一端側との間に接続され、上記第２の直列回路は、上記フルブリッジ回路の他方のアーム中点と負荷他端側との間に接続されている。
【００１８】
また、好ましくは、上記各スイッチング素子の駆動周期が負荷に対応して調整可変である。
【００１９】
以上の本発明において、Ｋ０を１．７以下に設定したことで、感電電圧を６０Ｖｐ未満に低くでき、絶縁をとることができるようになった。
【００２０】
また、スイッチング素子回路を、フルブリッジ回路とし、そのフルブリッジ回路内の一方のアーム内の上側のスイッチング素子と他方のアーム内の下側のスイッチング素子とを第１組合せで同時オンまたは同時オフで駆動し、一方のアーム内の下側のスイッチング素子と他方のアーム内の上側のスイッチング素子とを第２組合せで前記第１組合せの駆動とは駆動位相が正反対で同時オフまたは同時オンで駆動することを前提とした場合、特許文献２とは異なり、スイッチング素子としてはいずれも同等の素子を利用することができ、これらの駆動も簡単に済むうえ、電源側として低電圧から高電圧まで広い範囲の電源を入力電源として利用することができ、汎用性が拡大する。
【００２１】
なお、上記直流は、交流電源から整流回路を通して供給された直流、または直流電源から直接供給された直流を含む。
【００２２】
なお、他方アーム中点と負荷一端側との間に第１直列回路と共に他の回路、例えば整流回路等を含む場合、一方アーム中点と負荷他端側との間に第２直列回路と共に他の回路、例えば整流回路等を含む場合も、本発明の範囲に含む。
【００２３】
なお、上記第１、第２インダクタは、それぞれ単一のインダクタに限定するものではなく、１つないし複数のインダクタを含む。
【００２４】
なお、第１、第２キャパシタは、それぞれ単一のキャパシタに限定するものではなく、１つないし複数のキャパシタを含む。
【００２５】
また、上記各スイッチング素子の駆動周期が負荷に対応して調整可変としたいわゆるＰＦＭ（パルス周波数変調）可能とすることが好ましい。
【００２６】
こうした場合、駆動周期を可変すると、コンピュータシミュレーションによれば、負荷に対して所望とする大きさの電圧ないし電流を印加することができると共に、この印加電圧ないし電流の値を一定にも制御することができ、負荷の利用範囲を大きく拡大させることができるようになる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、従来よりもより容易でかつより効率的に負荷を駆動できる電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は本発明の実施形態に係る電源装置の構成を示す図である。
【図２】図２は図１の電源装置におけるフルブリッジ構成のスイッチング素子回路に対する駆動波形を示す図である。
【図３】図３は本発明の効果を検証するために用いた電源装置のシミュレーション用回路を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは図３の回路を用いてコンピュータシミュレーションを行った検証例１での電源入力後の負荷抵抗Ｒ５の両端間電圧波形と負荷抵抗一端側と接地間の抵抗Ｒ６の両端間電圧波形と、を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは検証例２での電源入力後の負荷抵抗Ｒ５の両端間電圧波形と負荷抵抗一端側と接地間の抵抗Ｒ６の両端間電圧波形と、を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは検証例３での電源入力後の負荷抵抗Ｒ５の両端間電圧波形と負荷抵抗一端側と接地間の抵抗Ｒ６の両端間電圧波形と、を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは検証例４での電源入力後の負荷抵抗Ｒ５の両端間電圧波形と負荷抵抗一端側と接地間の抵抗Ｒ６の両端間電圧波形と、を示す図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは検証例５での電源入力後の負荷抵抗Ｒ５の両端間電圧波形と負荷抵抗一端側と接地間の抵抗Ｒ６の両端間電圧波形と、を示す図である。
【図５】図５は従来の特許文献１に係る電源装置の構成を示す図である。
【図６】図６は従来の特許文献２に係る電源装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電源装置を説明する。図１に本発明の実施形態に係る電源装置の構成を示す。図１において図５、図６と対応する部分には同一の符号を付している。
【００３０】
１は電源である。この電源１は、商用交流電源と全波整流回路とを含む。電源１の出力は、全波整流出力であるので、脈流となっている。こうした交流電源の電源電圧、周波数は、国内、海外いずれの電源電圧、周波数も含む。
【００３１】
２ａは第１直列回路、２ｂは第２直列回路である。
【００３２】
第１直列回路２ａは、インダクタＬ１とキャパシタＣ１とが直列接続されて構成される。この場合、インダクタＬ１とキャパシタＣ１の直列接続順序を逆にしてもよい。インダクタＬ１やキャパシタＣ１の接続個数は実施形態ではそれぞれ１つであるが、複数にしてもよい。
【００３３】
第２直列回路２ｂは、インダクタＬ２とキャパシタＣ２とが直列接続されて構成される。この場合、インダクタＬ２とキャパシタＣ２の直列接続順序を逆にしてもよい。インダクタＬ２やキャパシタＣ２の接続個数は実施形態ではそれぞれ１つであるが、複数にしてもよい。
【００３４】
また、第１、第２直列回路２ａ，２ｂそれぞれにおけるインダクタＬ１とＬ２は電磁結合する形態としてもよいなど、実施形態で示す第１、第２直列回路２ａ，２ｂは一例である。
【００３５】
３はスイッチング素子回路である。
【００３６】
４は負荷であり、この負荷４は実施形態の電源装置を電流源として電流供給を受けることができるようになっている。これにより負荷４はＬＥＤや蛍光灯等の照明灯を負荷として選択して接続することができる。照明灯としては例えば屋内の照明器具用としたり、あるいは液晶表示装置のバックライトとして用いることができる。このように実施形態の電源装置ではこうした照明灯の電源装置とすることができる。
【００３７】
スイッチング素子回路３は、電源１と負荷４との間の正側線路５と負側線路６との間に接続される。スイッチング素子回路３は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子からなる、４つのスイッチング素子ＳＷ１−ＳＷ４がフルブリッジ接続されてなる回路である。スイッチング素子回路３は、線路５，６に対して並列接続された２つの第１、第２アームＡ１，Ａ２を有する。第１アームＡ１はスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３が直列接続されてなり、第２アームＡ２はスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４が直列接続されてなる。
【００３８】
電源１においては、商用交流電圧を全波整流回路で全波整流し、線路５，６に直流を供給するようになっている。この直流は、スイッチング素子回路３により交流に変換されて、第１、第２直列回路２ａ，２ｂに印加される。
【００３９】
第１直列回路２ａは、第２アームＡ２の中点ｂ２と負荷４一端側との間に接続された、第１インダクタＬ１と第１キャパシタＣ１との直列回路で構成される。
【００４０】
第２直列回路２ｂは、第１アームＡ１の中点ｂ１と負荷４他端側との間に接続された、第２インダクタＬ２と第２キャパシタＣ２との直列回路で構成される。
【００４１】
上記インダクタＬ１，Ｌ２、キャパシタＣ１，Ｃ２は個別の部品で構成してもよいし、プリント基板上に形成してもよい。例えばインダクタでは、プリントコイル形状としたり、また、キャパシタでは、積層コンデンサ形状としたりしてもよい。本発明では、そうしたインダクタやキャパシタの形状等には限定されない。
【００４２】
以上の構成において、制御部７は、スイッチング素子回路３における第１アームＡ１内の上側のスイッチング素子ＳＷ１と第２アームＡ２内の下側のスイッチング素子ＳＷ４とを第１組合せで所定の駆動周波数のパルスで同時オンまたは同時オフで駆動し、第１アームＡ１内の下側のスイッチング素子ＳＷ３と第２アームＡ２内の上側のスイッチング素子ＳＷ２とを第２組合せで前記第１組合せの駆動とは駆動位相が正反対で同時オフまたは同時オンで駆動する。
【００４３】
この駆動タイミングチャートを図２に示す。図２においてＰ１，Ｐ２，Ｐ３…は第１組合せ内のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４の同時オン駆動パルス、Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６…は第２組合せ内のスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３の同時オン駆動パルス、を示す。また、第１組合せ内のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４は第２組合せ内のスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３の同時オン時には同時オフされ、第２組合せ内のスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３は第１組合せ内のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４の同時オン時には同時オフされる。このような同時オンオフは、電源１側と負荷４側との絶縁を行うために必要である。
【００４４】
制御部７は、これら同時オン駆動パルスによるスイッチング素子ＳＷ１−ＳＷ４の駆動周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…を負荷４に対応して調整可変となっている。すなわち、制御部７は、スイッチング素子回路３をＰＦＭ（パルス周波数変調）駆動するようになっている。このＰＦＭにおけるパルス周波数は例えば１００〜３００ｋＨｚである。
【００４５】
上記制御部７の制御により、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４が同時オンし、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３が同時オフするときは、電源１からの直流は、スイッチング素子ＳＷ１、第２直列回路２ｂ、負荷４、第１直列回路２ａ、スイッチング素子ＳＷ４を介して、流れる。また、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４が同時オフし、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３が同時オンするときは、電源１からの直流は、スイッチング素子ＳＷ２、第１直列回路２ａ、負荷４、第２直列回路２ｂ、スイッチング素子ＳＷ３を介して、流れる。すなわち、電源１の直流は、スイッチング素子回路３により交流に変換されて負荷４に流れる。なお、実施形態では、上記のように負荷４に交流を出力する交流出力タイプであるが、その交流を全波整流するなどして直流とし、その直流を負荷に供給する直流出力タイプとすることができる。
【００４６】
本実施形態では、電源１側と負荷４側との間で変圧器無しで上記した絶縁をとるために、第１、第２直列回路２ａ，２ｂにおいて、第１、第２インダクタＬ１，Ｌ２それぞれの誘導値をＬ１，Ｌ２とし、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２それぞれの容量値をＣ１，Ｃ２として、次式（１）を満足するように設定する。
【００４７】
Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０ …（１）
ただし、Ｋ０は１．７以下の数であり、実験により負荷を抵抗としその負荷抵抗の一端側と接地との間に接続されて絶縁を調べるための抵抗（絶縁測定用抵抗）の両端間電圧が規定電圧より低い電圧となるように定められる。上記式（１）はＬ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝１すなわちＬ１・Ｃ１＝Ｌ２・Ｃ２も含むと共に、Ｌ１＝Ｌ２，Ｃ１＝Ｃ２の場合も含むが、Ｌ１・Ｃ１＝Ｌ２・Ｃ２の関係に限定されず、Ｌ１・Ｃ１≠Ｌ２・Ｃ２であっても、これらの間に上記式（１）を満たす関係があればよい。
【００４８】
Ｋ０は実験で定めることができ、好ましいＫ０の値は、絶縁測定用抵抗の両端間電圧を人体の感電電圧とし、規定電圧を安全電圧（例えば６０Ｖｐである。このＶｐは、ピーク電圧値を示す）とすると、１．７以下にすることで、電源１と負荷４との間における直流絶縁および交流絶縁が達成される。
【００４９】
このことは、後述するように、負荷端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２間の抵抗に対してそのいずれか一方あるいは両方と接地との間で人体に見立てた抵抗を接続しても、この抵抗にはその両端間電圧（上記感電電圧）が安全電圧以下となるような直流電流、交流電流が流れることを確認することで、証明することができる。
【００５０】
この証明を、回路解析ソフトを用いたコンピュータシミュレーションにより行う。
【００５１】
なお、本実施形態では、電源１において、商用交流電源、全波整流回路が無く、直流入力形の電源装置にも適用可能である。また、全波整流回路が無く、直接、商用交流電源が接続した交流入力形の電源装置にも適用可能である。また、負荷４において直流出力形、交流出力形いずれの電源装置にも適用可能である。本発明はこの範囲内で種々の変更を含むことができる。
【００５２】
次に、図３および図４を参照して、回路解析ソフトを用いたコンピュータシミュレーションにより上記を証明する。このソフトにより、図３の回路構成、回路定数をコンピュータに入力すると共に、各部の電圧、電流の波形を算出する。図３は本発明の効果を検証するために用いた電源装置のシミュレーション用回路を示す。電源１は直流１４０Ｖ、スイッチング素子ＳＷ１−ＳＷ４はいずれもＭＯＳＦＥＴ、駆動部Ｖ１−Ｖ４からそれぞれ１００Ωの抵抗Ｒ１−Ｒ４を介して図２に対応する駆動パルスが印加される。駆動パルスの波形の図示は略する。出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２間に負荷４に２０Ωの抵抗Ｒ５、出力端子ＯＵＴ２と接地との間に１０ｋΩの抵抗Ｒ６を接続している。
【００５３】
図４Ａ−図４Ｅにおいて、ＶＬは図３の回路における電源入力後の負荷抵抗Ｒ５両端間電圧の波形、Ｖｉは、負荷抵抗一端側と接地間の抵抗Ｒ６両端間の電圧波形、を示す。図４Ａ−図４Ｅ中、横軸は時間（μｓｅｃ．）、縦軸は電圧（ｖｏｌｔ．）を示す。また、駆動部Ｖ１−Ｖ４によるスイッチング素子ＳＷ１−ＳＷ４のスイッチング駆動周波数ｆは３３０ｋＨｚである。以下の各検証例において、Ｌ１は第１直列回路２ａのインダクタＬ１の誘導値、Ｃ１は同回路２ａのキャパシタＣ１の容量値、Ｌ２は第２直列回路２ｂのインダクタＬ２の誘導値、Ｃ２は同回路２ｂのキャパシタＣ２の容量値である。
【００５４】
＜検証例１＞…図４Ａ
Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０＝１である。ただし、Ｌ１＝Ｌ２＝３２μＨ、Ｃ１＝Ｃ２＝０．０１μＦである。図４Ａでは、負荷電圧ＶＬは６０Ｖｐであり、感電電圧Ｖｉは３０Ｖｐであり、安全電圧上限の６０Ｖ未満である。したがって、安全であり、絶縁がとられている。
【００５５】
＜検証例２＞…図４Ｂ
Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０＝１である。ただし、Ｌ１＝２７μＨ、Ｌ２＝４６μＨ、Ｃ１＝０．０１３５μＦ、Ｃ２＝０．００７９４μＦである。図４Ｂでは、負荷電圧ＶＬは６０Ｖｐであり、感電電圧Ｖｉは３０Ｖｐであり、安全電圧上限の６０Ｖ未満である。したがって、安全であり、絶縁がとられている。
【００５６】
＜検証例３＞…図４Ｃ
Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０＝１である。ただし、Ｌ１＝８μＨ、Ｌ２＝６５μＨ、Ｃ１＝０．０４５６μＦ、Ｃ２＝０．００５６２μＦである。図４Ｃでは、負荷電圧ＶＬは６０Ｖｐであり、感電電圧Ｖｉは安全電圧上限の６０Ｖｐであり、安全ではなく、絶縁がとられていない。
【００５７】
＜検証例４＞…図４Ｄ
Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０＝１．４である。ただし、Ｌ１＝５７．７μＨ、Ｌ２＝４１．３μＨ、Ｃ１＝Ｃ２＝０．０１μＦである。図４Ｄでは、負荷電圧ＶＬは６０Ｖｐであり、感電電圧Ｖｉは安全電圧上限の６０Ｖｐであり、絶縁がとられている。
【００５８】
＜検証例５＞…図４Ｅ
Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０＝１．７である。ただし、Ｌ１＝４６μＨ、Ｌ２＝２７μＨ、Ｃ１＝Ｃ２＝０．０１μＦである。図４Ｅでは、負荷電圧ＶＬは６０Ｖｐであり、またも感電電圧Ｖｉは安全電圧上限の６０Ｖｐを超えていて、安全ではなく、絶縁がとられていない。すなわち、Ｋ０が１．７以上では、絶縁をとることができない。
【００５９】
以上の検証例からＫ０は１．７以下であることが感電電圧を６０Ｖｐ以下にすることができる。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態では、コンピュータシミュレーション結果に示すように、電源１と負荷４との間の絶縁を、直流に対しても、交流に対しても達成することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 電源
２ａ，２ｂ 直列回路
３ スイッチング素子回路
４ 負荷
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも直流を導く正側と負側との線路間に並列に接続された単一のスイッチング素子または直列接続された複数のスイッチング素子を含み、これらスイッチング素子のオンオフにより該直流を交流に変換して２つの出力間に出力するスイッチング素子回路と、
上記スイッチング素子回路の一方の出力点と負荷一端側との間に接続された、第１インダクタと第１キャパシタとからなる第１の直列回路と、
上記スイッチング素子回路の他方の出力点と負荷他端側との間に接続された、第２インダクタと第２キャパシタとからなる第２の直列回路と、
を備え、
Ｌ１，Ｌ２を第１、第２インダクタそれぞれの誘導値、Ｃ１，Ｃ２を第１、第２キャパシタそれぞれの容量値、Ｋ０を、Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０とし、負荷の一端側と接地との間に接続された抵抗の両端間電圧が規定電圧より低い電圧となるよう定められる数としたとき、上記Ｋ０を１．７以下の数とした、
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
上記スイッチング素子回路が、
少なくとも２つのスイッチング素子が直列接続されてなる２つのアームを有すると共に、上記両アームが直流を導く正側と負側との線路間に並列に接続されたフルブリッジ回路であり、
このフルブリッジ回路は、一方のアーム内の上側のスイッチング素子と他方のアーム内の下側のスイッチング素子とを第１組合せで同時オンまたは同時オフで駆動し、一方のアーム内の下側のスイッチング素子と他方のアーム内の上側のスイッチング素子とを第２組合せで前記第１組合せの駆動とは駆動位相が正反対で同時オフまたは同時オンで駆動し、
上記第１の直列回路は、上記フルブリッジ回路の一方のアーム中点と負荷一端側との間に接続され、
上記第２の直列回路は、上記フルブリッジ回路の他方のアーム中点と負荷他端側との間に接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
上記各スイッチング素子の駆動周期が負荷に対応して調整可変である、請求項２に記載の電源装置。
【請求項１】
少なくとも直流を導く正側と負側との線路間に並列に接続された単一のスイッチング素子または直列接続された複数のスイッチング素子を含み、これらスイッチング素子のオンオフにより該直流を交流に変換して２つの出力間に出力するスイッチング素子回路と、
上記スイッチング素子回路の一方の出力点と負荷一端側との間に接続された、第１インダクタと第１キャパシタとからなる第１の直列回路と、
上記スイッチング素子回路の他方の出力点と負荷他端側との間に接続された、第２インダクタと第２キャパシタとからなる第２の直列回路と、
を備え、
Ｌ１，Ｌ２を第１、第２インダクタそれぞれの誘導値、Ｃ１，Ｃ２を第１、第２キャパシタそれぞれの容量値、Ｋ０を、Ｌ１・Ｃ１／Ｌ２・Ｃ２＝Ｋ０とし、負荷の一端側と接地との間に接続された抵抗の両端間電圧が規定電圧より低い電圧となるよう定められる数としたとき、上記Ｋ０を１．７以下の数とした、
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
上記スイッチング素子回路が、
少なくとも２つのスイッチング素子が直列接続されてなる２つのアームを有すると共に、上記両アームが直流を導く正側と負側との線路間に並列に接続されたフルブリッジ回路であり、
このフルブリッジ回路は、一方のアーム内の上側のスイッチング素子と他方のアーム内の下側のスイッチング素子とを第１組合せで同時オンまたは同時オフで駆動し、一方のアーム内の下側のスイッチング素子と他方のアーム内の上側のスイッチング素子とを第２組合せで前記第１組合せの駆動とは駆動位相が正反対で同時オフまたは同時オンで駆動し、
上記第１の直列回路は、上記フルブリッジ回路の一方のアーム中点と負荷一端側との間に接続され、
上記第２の直列回路は、上記フルブリッジ回路の他方のアーム中点と負荷他端側との間に接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
上記各スイッチング素子の駆動周期が負荷に対応して調整可変である、請求項２に記載の電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２３９４９２（Ｐ２０１１−２３９４９２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０６２８３（Ｐ２０１０−１０６２８３）
【出願日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【特許番号】特許第４６４７７１３号（Ｐ４６４７７１３）
【特許公報発行日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００１１１０８５）ニッタ株式会社 (588)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【特許番号】特許第４６４７７１３号（Ｐ４６４７７１３）
【特許公報発行日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００１１１０８５）ニッタ株式会社 (588)
【Ｆターム（参考）】
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