Keiichi Shimizu

Performance characteristics of a novel modified half-bridge inverter as an electronic ballast for lighting

A novel modified half-bridge type inverter for the electronic ballast of fluorescent lamps is proposed. In this inverter, one of the conventional two voltage-dividing capacitors with relatively large capacitance is replaced by that with extremely small capacitance to prevent the inrush current from the AC voltage source and to work as a resonant capacitor for improving the power factor and harmonic distortion of the input current. Also, another capacitor with large capacitance plays an important role as a smoothing capacitor to improve the output crest factor. This inverter is analysed to define the relationship between the input current harmonics and parameters of the transformer. As a result, it is clarified that this inverter satisfies the maximum limits of the input current harmonic distortions in IEC 1000-3-2 Class C and that it realizes a power factor over 97% and THD less than 11%. Also, the power efficiency is 93%.

Input current analysis of the modified half bridge inverter as electronic ballast for fluorescent lamps

This paper analyzes the input current waveform of a modified half bridge inverter as the electronic ballast for fluorescent lamps, in which a single stage inverter achieves sufficient reduction of harmonic distortion in the input current. The input current can be described as a simple formula using the simplified circuit model. The harmonic distortion can be decreased effectively by using duty ratio modulation of the switches.

Transformer in a Modified Half-Bridge Type Inverter as an Electronic Ballast for Suppression of the Input Harmonic Currents

照明機器においてはスイッチング方式の電子安定器が広 く用いられている。近年,こ の照明用電子安定器 に対 しては電力系統の高調波障害を防止するためにIEC(国 際電気標準会議)や 通産省か ら,入 力高調波電 流の抑制に関しての厳 しい規制値が示されている。 この問題を解決するため筆者 らは,低 い入力電流 歪率を持つハーフブリッジ形インバータを提案し (1),(2) て いる 。 本稿 では,こ の低 い入力電流 歪率 を持つハ ー フ ブ リッジ形イ ンバー タにお いて,ト ランスの漏れ イ ンダクタンスお よび励磁イ ンダ クタンスが回路 の動作特性 に与え る影響 につ いて検討 したので報 告す る。図1に 基本 回路 を示す 。 この回路では, 通常のハー フブ リッジ形イ ンバ ータ回路 と異 な り, キ ャパ シタC1は 大 きなキ ャパ シタを持つが,C2 のキ ャパ シタ ンス は極端 に小 さ く選 ばれてい る。 ここで は,C1 は270μFでC2は0.027μFで ある。C2が 小 さいため に,交 流 ス イ ッチ のオ ンに伴 う交流電源 か らの ラッシュ電流 の抑制 がで き る。 また,ト ランスTは 比較 的大 きな漏れイ ンダクタ ンスLeと 励磁イ ンダクタ ンスLeを 有 して いる。この回路は,ス イ ッチS1 (Tr1とD1の 逆並列 回路),ス イ ッチS2(Tr2とD2の 逆並列回 路),お よび全波 整流 ダイオー ドDBの オン,オ フによ り図2の 3つ の動作 状態 を取 る。ただ し,C1は 十分に大 きいキ ャパ シタ ンス を持 ち,定 電圧源Ec1で 表す。eo*,Co*,R*は そ れぞ れeo, Co,Rを トランスTの 巻 数 比 で規格 化 した もので あ る。 図1 の 回 路 は 交流 入 力電 圧eacの 変化 に伴 い表1の2つ の 動作 モー ドを取 る。 図2の 等価 回路 および表1の 動作 モー ドを用 いて 図1の 回路 の各部の電圧,電 流 の計算値 を求め る。ここで は,高 周波 スイ ッ チ ング周 期および 商用交流 の周波 数の両方 に対 してそれ ぞれ の 入 出力 エネルギーバ ランス を利用す る ことによ り計算値 を求 め て いる(3)。図3お よび 図4に,図2,表1を もとに して,ス イ ッ チ ング周波数fsを パ ラメータ にと り,ト ランスTのQお よびLe を変化 させ た場 合の出力電圧eoの 実効値Eoお よび入 力電 流iac の総 合高調波歪 率(THD)を 示す。図2に 示す ように,共 振 回路 は LeとCoの 並列回路およびUとC2の 直列回路 よ り構 成 されて い る。このため,図3お よび図4に お いてLeお よびLeの 減少 によ りEoは 上昇す る。THDに 関 しては,Leお よびLeの 減少 によ り 基本 的 に減 少す る。 しか し,Leに 対 しては,あ る点 を過 ぎ る と,再 び増加す るので,最 適値 が存在す る。 また,Le,Leの 変 図1照 明用変形ハーフブリッジ形イ ンバータ の基本回路