JP2004146300A - 高圧放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧放電灯の始動時に必要な高電圧を得るためのインダクタンス部品を小形化して配線ダクト等に内蔵可能な小形の照明器具を実現する。
【解決手段】スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４よりなるブリッジ回路の出力を高周波で交番させることによりインダクタＬ２とコンデンサＣ２の直列共振回路をスイッチング周波数の高次の周波数成分、例えば３倍の高調波成分に対して共振させることにより始動用の高電圧を発生させ、放電灯ＤＬの始動後には、前記ブリッジ回路を低周波で出力極性が反転する降圧チョッパーとして動作させることによりインダクタＬ１とコンデンサＣ１のフィルタ回路を介して放電灯ＤＬに低周波の矩形波電圧を安定的に供給するようにした。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は配線ダクトに着脱自在に取り付けられるダクト用等小スペースに設置する高圧放電灯点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平１１−１１１０４０号公報
【特許文献２】
特開平１４−７５０４５号公報
【０００３】
従来のダクト取付用照明器具にあっては、配線ダクトの下方に配される外郭部は、ダウントランス部を配線ダクト下面より下方に位置させる大きさを有するものであった。従って、外郭部も大きなものとなり、外観上好ましくないという問題点があった。
この問題点を改善するための外観上好ましいダクト取付用の照明器具は過去に特開平１１−１１１０４０号公報（特許文献１）に提案されていた。しかし、今までに提供されていたダクト取付用照明器具のランプには、ダウントランスで点灯する白熱灯や、ハロゲンランプ等が使用されていた。一方、ＨＩＤランプのような高圧放電灯を用いたダクト取付用器具は、後述するような回路構成をとるため部品点数が多いことや、部品の温度上昇の問題からあまり回路を小さくできない等の問題を抱えている。
【０００４】
図２０は従来の高圧放電灯点灯装置の基本的な回路を示しており、昇圧チョッパよりなる整流回路部２と、降圧チョッパよりなる電力調整回路部７と、フルブリッジ回路よりなる極性反転回路部３と、高圧パルス電圧発生回路Ｉｇと、昇圧チョッパ用のスイッチング素子Ｑ５の駆動制御を行うための制御回路６と、降圧チョッパ用のスイッチング素子Ｑ６の駆動制御を行うための制御回路８から成る。以下、各回路部について説明する。
【０００５】
整流回路部２は全波整流器ＤＢで商用交流電源ＡＣを全波整流して得られる脈流電圧をインダクタＬ３、ダイオードＤ５、コンデンサＣ５、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子Ｑ５により構成される所謂昇圧チョッパ回路により直流電圧に変換するようになっている。
【０００６】
電力調整回路部７は、数１０ＫＨｚでオン・オフするＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子Ｑ６、ダイオードＤ６、インダクタＬ４、コンデンサＣ６で構成され、その出力電流は三角波状である。インダクタＬ４の２次巻線に発生する電圧は直列接続されている抵抗Ｒ４を介して出力電流の検出出力として制御回路８へ送られ、制御回路８を通じ降圧チョッパ用のスイッチング素子Ｑ６をゼロクロススイッチング駆動制御するためのフィードバック信号となる。また、コンデンサＣ６は、前段の降圧チョッパ回路２の出力電流から高周波成分を除去するものである。
【０００７】
極性反転回路部３は前段の降圧チョッパで構成された電力調整回路部７からの直流出力をＭＯＳＦＥＴのようなスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４で構成されるフルブリッジ回路により、低周波の矩形波交流電圧に変換し、数１００Ｈｚの低周波の矩形波交流電流を高圧放電灯ＤＬに供給する。
【０００８】
高圧パルス電圧発生回路Ｉｇは、始動時に高圧放電灯ＤＬを絶縁破壊させるための高圧パルス電圧を発生させ、高圧放電灯ＤＬの点灯後は動作を停止する。
【０００９】
以上のような回路にて点灯できるＨＩＤランプを含む高圧放電灯は、特開平１４−７５０４５号公報（特許文献２）に開示されているが、これを更に小型化するために回路方式を変更し、部品サイズを小型化することが望まれる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高圧放電灯の始動時に必要な高電圧を得るためのインダクタンス部品を小形化して配線ダクト等に内蔵可能な小形の照明器具を実現することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、少なくとも直流電源（コンデンサＣ５）と、直流電源の高圧側に一端を接続された第１のスイッチング素子Ｑ１と、直流電源の低圧側に一端を接続された第２のスイッチング素子Ｑ２と、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の各他端に一端を接続された第１のコンデンサＣ１と、直流電源の高圧側に一端を接続された第３のスイッチング素子Ｑ３と、直流電源の低圧側に一端を接続された第４のスイッチング素子Ｑ４と、第３および第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の各他端に一端を接続された第１のインダクタＬ１と、第１のインダクタＬ１の他端と第１のコンデンサＣ１の他端に一端を接続された高電圧放電灯ＤＬと、高圧放電灯ＤＬの他端と第１のコンデンサＣ１の前記一端との間に接続された第２のインダクタＬ２と、第２のインダクタＬ２の巻線の一部と直流電源の低圧側との間に接続されて第２のインダクタＬ２と共に直列共振回路を構成する第２のコンデンサＣ２と、第１ないし第４の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン・オフを制御する制御回路部４とを備え、前記制御回路部４は、高電圧放電灯ＤＬの点灯前には、第１および第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオンで第２及び第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオフである状態と、第１および第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオフで第２及び第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオンである状態とが高周波で交互に切り替わる第１の制御モードで動作し、高電圧放電灯ＤＬの点灯後には、第１および第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４が同時にオンである状態と少なくとも一方がオフである状態とが交互に高周波で切り替わる動作と、第２および第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が同時にオンである状態と少なくとも一方がオフである状態とが交互に高周波で切り替わる動作とが低周波で交互に切り替わる第２の制御モードで動作し、第１の制御モードでは、第２のインダクタＬ２と第２のコンデンサＣ２とからなる直列共振回路をスイッチング周波数の高調波成分で共振させて高圧放電灯ＤＬを始動させるための高電圧を発生するように構成されたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２の発明によれば、上記の課題を解決するために、図５に示すように、少なくとも直流電源（コンデンサＣ５）と、直流電源の高圧側に一端を接続された第１のスイッチング素子Ｑ１と、直流電源の低圧側に一端を接続された第２のスイッチング素子Ｑ２と、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の各他端に一端を接続された第１のコンデンサＣ１と、第１のコンデンサＣ１の他端に一端を接続された第１のインダクタＬ１と、第１のインダクタＬ１と第１のコンデンサＣ１の接続点に一端を接続された高電圧放電灯ＤＬと、高圧放電灯ＤＬの他端と第１のコンデンサＣ１の前記一端との間に接続された第２のインダクタＬ２と、第２のインダクタＬ２の巻線の一部と直流電源の低圧側との間に接続されて第２のインダクタＬ２と共に直列共振回路を構成する第２のコンデンサＣ２と、直流電源の高圧側と第１のインダクタＬ１の他端の間に接続された第３のコンデンサＣ３と、直流電源の低圧側と第１のインダクタＬ１の他端の間に接続された第４のコンデンサＣ４と、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフを制御する制御回路部４とを備え、前記制御回路部４は、高電圧放電灯ＤＬの点灯前には、第１のスイッチング素子Ｑ１がオンで第２のスイッチング素子Ｑ２がオフである状態と、第１のスイッチング素子Ｑ１がオフで第２のスイッチング素子Ｑ２がオンである状態とが高周波で交互に切り替わる第１の制御モードで動作し、高電圧放電灯ＤＬの点灯後には、第１のスイッチング素子Ｑ１が高周波でオン・オフする動作と、第２のスイッチング素子Ｑ２が高周波でオン・オフする動作とが低周波で交互に切り替わる第２の制御モードで動作し、第１の制御モードでは、第２のインダクタＬ２と第２のコンデンサＣ２とからなる直列共振回路をスイッチング周波数の高調波成分で共振させて高圧放電灯ＤＬを始動させるための高電圧を発生するように構成されたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３の発明によれば、請求項１または２において、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数ｆｓｗ１は、第１のインダクタＬ１と第１のコンデンサＣ１からなる直列共振回路の共振周波数ｆ１よりも高く、かつ、第２のインダクタＬ２と第２のコンデンサＣ２とからなる直列共振回路の共振周波数ｆ２よりも低いことを特徴とする。
請求項４の発明によれば、請求項１〜３のいずれかにおいて、第１の制御モードで第２のインダクタＬ２と第２のコンデンサＣ２とからなる直列共振回路で発生する高電圧の周波数は、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数ｆｓｗ１の（２ｎ＋１）倍（ｎは自然数）であることを特徴とする。
請求項５の発明によれば、請求項１〜４のいずれかにおいて、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数ｆｓｗ１は、第１のインダクタＬ１と第１のコンデンサＣ１からなる直列共振回路の共振周波数ｆ１の２倍より高く設定されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明によれば、請求項１〜５のいずれかにおいて、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数ｆｓｗ１は、時間の経過と共に変化するように制御されることを特徴とする。
請求項７の発明によれば、請求項６において、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数ｆｓｗ１の可変範囲は、その高調波成分の可変範囲内に第２のインダクタＬ２と第２のコンデンサＣ２とからなる直列共振回路の共振周波数ｆ２が含まれるように設定されていることを特徴とする。
請求項８の発明によれば、請求項７において、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数ｆｓｗ１の可変範囲は、その（２ｎ＋１）倍（ｎは自然数）の高調波成分の可変範囲内に第２のインダクタＬ２と第２のコンデンサＣ２とからなる直列共振回路の共振周波数ｆ２が含まれるように設定されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項９の発明によれば、請求項６〜８のいずれかにおいて、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数ｆｓｗ１はデジタル回路を用いて離散的に変化するように制御されることを特徴とする。
請求項１０の発明によれば、請求項６〜８のいずれかにおいて、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数ｆｓｗ１はアナログ回路を用いて連続的に変化するように制御されることを特徴とする。
【００１６】
請求項１１の発明によれば、請求項１〜１０のいずれかにおいて、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数ｆｓｗ１の可変範囲は、その３倍の高調波成分の可変範囲内に第２のインダクタＬ２と第２のコンデンサＣ２とからなる直列共振回路の共振周波数ｆ２が含まれるように設定されていることを特徴とする。
請求項１２の発明によれば、請求項１〜１１のいずれかにおいて、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はそれぞれ略５０％のオンデューティで交互にオン・オフを繰り返すことを特徴とする。
【００１７】
請求項１３の発明によれば、請求項１〜１２のいずれかにおいて、第２のインダクタＬ２はトランス構造で１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２があり、１次巻線Ｎ１の一端と２次巻線Ｎ２の一端とが接続され、その接続点に第２のコンデンサＣ２が接続されていることを特徴とする。
請求項１４の発明によれば、請求項１〜１３のいずれかにおいて、第２のインダクタＬ２はトランス構造で１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２があり、１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２の巻数比は１：Ｎ（Ｎ＞１）であることを特徴とする。
請求項１５の発明によれば、請求項１〜１４のいずれかにおいて、第２のインダクタＬ２はトランス構造で１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２があり、１次巻線Ｎ１はリッツ線、２次巻線Ｎ２は単線であることを特徴とする。
【００１８】
請求項１６の発明によれば、請求項１において、放電灯点灯検出手段を有し、放電灯ＤＬが点灯したことを検出して、第１の制御モードから第２の制御モードに切り換わった直後に、第１および第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４が同時にオンである状態と一方がオフである状態と両方がオフである状態とが順番に高周波で切り替わる動作と、第２および第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が同時にオンである状態と一方がオフである状態と両方がオフである状態とが順番に高周波で切り替わる動作とが低周波で交互に切り替わる第３の制御モードで動作することを特徴とする。
請求項１７の発明によれば、請求項１６において、第１の制御モードのスイッチング周波数ｆｓｗ１から第３の制御モードのスイッチング周波数ｆｓｗ２への切り換えは、ランプ点灯を検出してから所定の時間が経過した後に行うことを特徴とする。
請求項１８の発明によれば、請求項１６または１７において、第１の制御モードのスイッチング周波数ｆｓｗ１は第３の制御モードのスイッチング周波数ｆｓｗ２よりも高いことを特徴とする。
【００１９】
請求項１９の発明によれば、請求項１〜１８のいずれかにおいて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、回生電流通電用の逆方向ダイオードを内蔵した電界効果トランジスタであることを特徴とする。
請求項２０の発明によれば、照明器具において、請求項１〜１９のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を備えたことを特徴とするものであり、例えばダクト取付用照明器具などに利用される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１の回路図を示す。図中、１は交流電源、２は整流回路部、３は点灯回路部、４は制御回路部、５は共振回路部、６は力率改善制御回路である。交流電源１には、ノイズフィルター回路と電路保護素子を介して整流回路部２におけるダイオードブリッジＤＢの交流入力端が接続されている。ダイオードブリッジＤＢの直流出力の高圧側にはインダクタＬ３の一端が接続されている。ダイオードブリッジＤＢの直流出力の低圧側とインダクタＬ３の他端との間にはスイッチング素子Ｑ５が接続されている。インダクタＬ３とスイッチング素子Ｑ５の接続点にはダイオードＤ５のアノード側が接続されており、ダイオードＤ５のカソード側とグラウンド間にはコンデンサＣ５が接続されている。力率改善制御回路部６は、ダイオードブリッジＤＢから出力される全波整流波形に合わせて整流回路部２のスイッチング素子Ｑ５をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、インダクタＬ３に流れる三角電流波形のピークが全波整流波形を辿るようにＰＷＭ信号を送る制御回路である。（ここでは、点灯回路部３の電源として、交流電源１とチョッパ回路方式の整流回路部２を用いる場合について説明したが、これは点灯回路部３に直流電源を供給できるものであれば何でもよく、電池でも市販の直流電源でも良い。）
【００２１】
点灯回路部３は整流回路部２から供給される直流電源を交流に変換して負荷ＤＬに供給するために、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４によりフルブリッジ回路を形成している。スイッチング素子Ｑ１とＱ３の各一端が直流電源の高電位側に接続されており、スイッチング素子Ｑ１の他端とスイッチング素子Ｑ２の一端が直列に接続され、スイッチング素子Ｑ３の他端とスイッチング素子Ｑ４の一端が直列に接続されており、スイッチング素子Ｑ２とＱ４の各他端がグラウンドに接続されている。負荷電流を制限するために、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点と負荷ＤＬとの間にインダクタＬ１が直列に接続されており、負荷電流のリップル成分を除去するため負荷ＤＬと並列にコンデンサＣ１が接続されている。点灯回路部３の負荷ＤＬは高圧放電灯（以下、単にランプＤＬと呼ぶ）である。
【００２２】
制御回路部４は点灯回路部３を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を所望の動作に制御するものであり、制御用ＩＣ４０と駆動回路４１，４２を備えている。制御用ＩＣ４０は例えばマイクロコンピュータ（以下、単にマイコンと呼ぶ）で構成されている。駆動回路４１，４２はマイコンの出力信号によりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を駆動するドライバＩＣよりなる。
【００２３】
共振回路部５は、ランプＤＬを始動するための共振電圧を発生するために、前記スイッチング素子Ｑ１とＱ２の接続点と負荷ＤＬの間に直列に接続されたインダクタンスＬ２と、インダクタＬ２の巻線の一部に一端を接続されたコンデンサＣ２と、コンデンサＣ２の他端に直列に接続された抵抗Ｒ１とからなる。なお、ダイオードＤ１，Ｄ２は共振回路部５に流れる共振電流が電流検出抵抗Ｒ２には流れないようにバイパスさせている。
【００２４】
以下、図２〜図４を用いて高圧放電灯点灯装置の動作について説明する。
（始動モード）
まず、高圧放電灯を始動するには、ランプＤＬの電極間に高電圧を印如して、電極間の絶縁を破壊する必要がある。この放電灯点灯装置においては、インダクタＬ２とコンデンサＣ２の共振周波数ｆ２（≒３６０ＫＨｚ）の１／３の周波数１２０ＫＨｚで図２のようにスイッチング素子Ｑ１とＱ４のペアとスイッチング素子Ｑ２とＱ３のペアを交互に夫々略５０％のデューティーでオン・オフする。この動作（動作Ａとする）をマイコンで設定された回数（５０回）繰り返す。そして、動作Ａを５０回実施した後、ランプの発熱を下げるため、８００μｓｅｃの間、電圧印加を停止する。次に、この８００μｓｅｃの経過後、再び動作Ａを繰り返す。この動作Ａと８００μｓｅｃの休止動作の組み合わせ（動作Ｂとする）を２０秒間繰り返した後、ランプの発熱を下げるため、２分間、電圧印加を停止する。次に、この２分間の休止後、再び動作Ｂを繰り返す。この動作Ｂと２分間の休止動作の組み合わせ（動作Ｃとする）を３０分間繰り返してもランプが点灯しない場合は、回路が動作を停止する。
【００２５】
以下、高電圧印加中にランプが絶縁破壊して、点灯モードへ移行した場合を説明する。動作Ａにより、インダクタＬ２の１次巻線Ｎ１とコンデンサＣ２の接続点にはグラウンドＧＮＤに対して数ＫＶの共振電圧が発生し、インダクタＬ２の２次巻線Ｎ２を介してＮ１：Ｎ２の巻数比分、昇圧された共振電圧がランプＤＬに印加され、ランプＤＬが始動する。このとき、図１で示すインダクタＬ１の２次巻線からダイオードＤ３，Ｄ４により全波整流された電圧を検出することで、ランプＤＬの始動を検出し、次の点灯モードへ移行するものである。
【００２６】
（低Ｖｌａモード）
ランプＤＬの絶縁破壊後、制御回路部４は図３のようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングモードを切り替える。その動作を以下説明する。
【００２７】
ａ）制御回路４はまず、スイッチング素子Ｑ２とＱ３のペアをオフ状態、スイッチング素子Ｑ１とＱ４のペアをオン状態にして、ランプ電流Ｉ_ＤＬが所望の電流値に到達するのを電流検出抵抗Ｒ２で電圧に変換して検出した後、スイッチング素子Ｑ４をオフする。スイッチング素子Ｑ４がオフした後、所定の時間が経つとスイッチング素子Ｑ１もオフし、ランプ電流Ｉ_ＤＬはインダクタＬ４に蓄積されたエネルギー放出のため、スイッチング素子Ｑ２のボディーダイオード（図では省略）→ランプＤＬ→インダクタＬ４→スイッチング素子Ｑ３のボディーダイオード（図では省略）のルートを経て、コンデンサＣ５へ戻るループが形成される。この動作によりランプ電流Ｉ_ＤＬが０になるゼロクロス点を検出し、スイッチング素子Ｑ１とＱ４のペアをオンし、再度同じ動作を繰り返す。
【００２８】
ｂ）制御回路部４は次に、スイッチング素子Ｑ１とＱ４のペアをオフ状態、スイッチング素子Ｑ２とＱ３のペアをオン状態にして、ａ）の動作に対して逆向きのランプ電流Ｉ_ＤＬを流す。ランプ電流Ｉ_ＤＬが所望の電流値に到達するのを電流検出抵抗Ｒ２で電圧に変換して検出した後、スイッチング素子Ｑ３をオフする。スイッチング素子Ｑ３のオフ後、所定の時間が経つと、スイッチング素子Ｑ２もオフしてランプ電流Ｉ_ＤＬはインダクタＬ４に蓄積されたエネルギー放出のため、スイッチング素子Ｑ４のボディーダイオード（図では省略）→インダクタＬ１→ランプＤＬ→スイッチング素子Ｑ１のボディーダイオード（図では省略）のルートを経て、コンデンサＣ５へ戻るループが形成される。この動作によりランプ電流Ｉ_ＤＬが０になるゼロクロス点を検出し、スイッチング素子Ｑ２とＱ３のペアをオンし、再度同じ動作を繰り返す。
【００２９】
制御回路部４は前記ａ）、ｂ）の動作を１００Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数で交番させて、ランプ電圧が略定格点灯電圧である８０〜１１０Ｖ（ランプごとのばらつきによる）へ到達するまでの０〜６０Ｖほどの低ランプ電圧領域においては、ランプの立ち消え防止及び早くランプが温まるようにランプＤＬに流れるランプ電流Ｉ_ＤＬを多く流れるように制御する。
【００３０】
（安定点灯モード）
ランプＤＬが温まり管電圧が定格ランプ電圧近辺に到達すると、制御回路部４は図４のようにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングモードを切り替える。その動作を以下説明する。
【００３１】
Ａ）制御回路部４は、スイッチング素子Ｑ２とＱ３のペアをオフ状態、スイッチング素子Ｑ１とＱ４のペアをオン状態にして、ランプ電流Ｉ_ＤＬが所望の電流値に到達するのを電流検出抵抗Ｒ２で電圧に変換して検出した後、スイッチング素子Ｑ４をオフする。ランプ電流Ｉ_ＤＬが０になるゼロクロス点を検出し、スイッチング素子Ｑ４を再びオンし、再度同じ動作を繰り返して、図４のような三角波状のランプ電流Ｉ_ＤＬを流す。
【００３２】
Ｂ）制御回路部４は次に、スイッチング素子Ｑ１とＱ４のペアをオフ状態、スイッチング素子Ｑ２とＱ３のペアをオン状態にして、Ａ）の動作に対して逆向きのランプ電流Ｉ_ＤＬを流す。ランプ電流Ｉ_ＤＬが所望の電流値に到達するのを電流検出抵抗Ｒ２で電圧に変換して検出した後、スイッチング素子Ｑ３をオフする。ランプ電流Ｉ_ＤＬが０になるゼロクロス点を検出し、スイッチング素子Ｑ３を再びオンし、再度同じ動作を繰り返して、図４のような三角波状のランプ電流Ｉ_ＤＬを流す。
【００３３】
制御回路部４は前記Ａ）、Ｂ）の動作を１００Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数で交番させて、ランプＤＬに安定した電力を供給する。
上記低Ｖｌａモードと安定点灯モードの動作において、出力電力は図１８のランプ電力Ｗｌａとランプ電圧Ｖｌａの特性図にもとづいてマイコン制御される。
【００３４】
以上の高圧放電灯点灯装置により、従来なかなか飛躍的な小型化のできなかったインダクタンス部品を小型化でき、かつ、始動用高電圧発生のために高調波成分に対して共振させていることによりスイッチング周波数を上げなくて済むので、スイッチングロスも増えることなく、更にはランプ絶縁破壊に必要な高電圧も従来と同レベルを維持することができる。
【００３５】
（実施の形態２）
図５に本発明の実施の形態２の回路図を示す。図中、１は交流電源、２は整流回路部、３は点灯回路部、４は制御回路部、５は共振回路部、６は力率改善制御回路である。交流電源１には、ノイズフィルター回路と電路保護素子を介して整流回路部２におけるダイオードブリッジＤＢの交流入力端が接続されている。ダイオードブリッジＤＢの直流出力の高圧側にはインダクタＬ３の一端が接続されている。ダイオードブリッジＤＢの直流出力の低圧側とインダクタＬ３の他端との間にはスイッチング素子Ｑ５が接続されている。インダクタＬ３とスイッチング素子Ｑ５の接続点にはダイオードＤ５のアノード側が接続されており、ダイオードＤ５のカソード側とグラウンド間にはコンデンサＣ５が接続されている。力率改善制御回路部６は、ダイオードブリッジＤＢから出力される全波整流波形に合わせて整流回路部２のスイッチング素子Ｑ５をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、インダクタＬ３に流れる三角電流波形のピークが全波整流波形を辿るようにＰＷＭ信号を送る制御回路である。
【００３６】
点灯回路部３は整流回路部２から供給される直流電源を交流に変換して負荷ＤＬに供給するために、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とコンデンサＣ３，Ｃ４によりハーフブリッジ回路を形成している。スイッチング素子Ｑ１とコンデンサＣ３の各一端が直流電源の高電位側に接続されており、スイッチング素子Ｑ１の他端とスイッチング素子Ｑ２の一端が直列に接続され、コンデンサＣ３の他端とコンデンサＣ４の一端が直列に接続されており、スイッチング素子Ｑ２とコンデンサＣ４の各他端がグラウンドに接続されている。負荷電流を制限するために、コンデンサＣ３，Ｃ４の接続点と負荷ＤＬとの間にインダクタＬ１が直列に接続されており、負荷電流のリップル成分を除去するため負荷ＤＬに並列にコンデンサＣ１が接続されている。点灯回路部３の負荷ＤＬは高圧放電灯（以下、単にランプＤＬと呼ぶ）である。
【００３７】
制御回路部４は点灯回路部３を構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を所望の動作に制御するものであり、制御用ＩＣ４０と駆動回路４１を備えている。制御用ＩＣ４０は例えばマイコンで構成されている。駆動回路４１はマイコンの出力信号によりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動するドライバＩＣよりなる。
【００３８】
共振回路部５は、ランプＤＬを始動するための共振電圧を発生するために、前記スイッチング素子Ｑ１とＱ２の接続点と負荷ＤＬの間に直列に接続されたインダクタＬ２と、インダクタＬ２の巻線の一部に一端を接続されたコンデンサＣ２と、コンデンサＣ２の他端に直列に接続された抵抗Ｒ１とからなる。
【００３９】
以下、図７と図８を用いて放電灯点灯装置の動作について説明する。
（始動モード）
高圧放電灯を始動するにはランプＤＬの電極間に高電圧を印如して、電極間の絶縁を破壊する必要がある。この放電灯点灯装置においては、インダクタＬ２とコンデンサＣ２の共振周波数ｆ２（≒２４０ＫＨｚ）の１／２の周波数ｆｓｗ１＝１２０ＫＨｚで図６のようにスイッチング素子Ｑ１とＱ２を交互に夫々略４０％と６０％のデューティーでオン・オフする。ところで、図５の回路にはインダクタＬ２とコンデンサＣ２からなる共振回路と、インダクタＬ１とコンデンサＣ１からなる共振回路を具備しているが、ランプ点灯時のランプ電流抑制用であるインダクタＬ１のインダクタンス値は数百μＨ〜数ｍＨの範囲、ランプ点灯時のランプ電流リップル除去用のコンデンサであるコンデンサＣ１の容量は数百ｎＦ〜数μＦの範囲であり、これらの共振周波数は数ＫＨｚレベルと上記スイッチング素子Ｑ１とＱ２の始動モードにおける動作周波数ｆｓｗ１よりもかなり低いため影響されない。この実施の形態では、Ｌ１＝７００μＨ、Ｃ１＝２２０ｎＦとしており、故に、インダクタＬ１とコンデンサＣ１からなる共振回路の共振周波数はｆ１＝１２ＫＨｚである。無負荷動作時にはインダクタＬ１とコンデンサＣ１の共振回路の影響を無くすため、インダクタＬ１とコンデンサＣ１からなる共振回路の共振周波数ｆ１は始動モードのスイッチング周波数ｆｓｗ１の１／２以下にすることが好ましい。
【００４０】
この動作（動作Ａとする）をマイコンで設定された回数（５０回）繰り返す。動作Ａを５０回実施した後、ランプの発熱を下げるため、８００μｓｅｃの間、電圧印加を停止する。この８００μｓｅｃの経過後、再び動作Ａを繰り返す。そして、動作Ａと８００μｓｅｃの休止動作の組み合わせ（動作Ｂとする）を２０秒間繰り返した後、ランプの発熱を下げるため、２分間、電圧印加を停止する。２分間の休止後、再び動作Ｂを繰り返す。そして、動作Ｂと２分間の休止動作の組み合わせ（動作Ｃとする）を３０分間繰り返してもランプが点灯しない場合は、回路が動作を停止する。
【００４１】
以下、高電圧印加中にランプが絶縁破壊して、点灯モードへ移行した場合を説明する。動作Ａにより、インダクタＬ２の１次巻線Ｎ１とコンデンサＣ２の接続点にはグランドＧＮＤに対して数ＫＶの共振電圧が発生し、インダクタＬ２の２次巻線Ｎ２を介してＮ１：Ｎ２の巻数比分、昇圧された共振電圧がランプＤＬに印加され、ランプＤＬが始動する。このとき、図５で示すインダクタＬ１の２次巻線からダイオードＤ３，Ｄ４により全波整流された電圧を検出することで、ランプＤＬの始動を検出し、次の点灯モードへ移行するものである。
【００４２】
（点灯モード）
点灯モードでは制御回路部４は図７のようにスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチングモードを切り替える。その動作を以下説明する。
【００４３】
ａ）制御回路部４は、スイッチング素子Ｑ２をオフ状態にして、スイッチング素子Ｑ１をオン・オフ制御する。スイッチング素子Ｑ１がオンした後、ランプ電流Ｉ_ＤＬが所望の電流値に到達するのを電流検出回路Ｉ_ＤＥＴで電圧に変換して検出した後、スイッチング素子Ｑ１をオフする。ランプ電流Ｉ_ＤＬが０まで減衰するのを電流検出回路Ｉ_ＤＥＴにより電圧に変換して検出し、スイッチング素子Ｑ１を再びオンし、再度同じ動作を繰り返して、図７のような三角波状のランプ電流Ｉ_ＤＬを流す。
【００４４】
ｂ）制御回路部４は次に、スイッチング素子Ｑ１をオフ状態にして、スイッチング素子Ｑ２をオン・オフ制御する。この動作によりａ）の動作に対して逆向きのランプ電流Ｉ_ＤＬを流す。スイッチング素子Ｑ２がオンした後、ランプ電流Ｉ_ＤＬが所望の電流値に到達するのを電流検出回路Ｉ_ＤＥＴで電圧に変換して検出した後、スイッチング素子Ｑ２をオフする。ランプ電流Ｉ_ＤＬが０まで減衰するのを電流検出回路Ｉ_ＤＥＴにより電圧に変換して検出し、スイッチング素子Ｑ２を再びオンし、再度同じ動作を繰り返して、図７のような三角波状のランプ電流Ｉ_ＤＬを流す。
【００４５】
制御回路部４は前記ａ）、ｂ）の動作を１００Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数で交番させて、ランプＤＬに安定した電力を供給する。上記動作において、出力電力は図１８のランプ電力Ｗｌａとランプ電圧Ｖｌａのカーブにもとづいてマイコン制御される。
【００４６】
以上の高圧放電灯点灯装置により、従来なかなか飛躍的な小型化のできなかったインダクタンス部品を小型化でき、かつスイッチング周波数を上げなくて済むので、スイッチングロスも増えることなく、更にはランプの絶縁破壊に必要な高電圧も従来と同レベルを維持することができる。
【００４７】
（実施の形態３）
図８に本発明の実施の形態３の回路図を示す。基本的な回路構成は図１の回路と同様であり、さらにインダクタＬ１とランプＤＬの接続点の電圧を制御回路部４の制御用ＩＣ（マイコンまたはＡＳＩＣ等）に入力して検出可能としている。本実施の形態の動作を図９と図１０により説明する。
【００４８】
図９は、図８の回路の始動モードにおいて、スイッチング素子Ｑ１とＱ４のペアを周波数ｆｓｗ１、オンデューティ４０％で、また、スイッチング素子Ｑ２とＱ３のペアを周波数ｆｓｗ１、オンデューティ６０％で交互にオン・オフさせる時のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動信号とインダクタＬ２の２次巻線Ｎ２の出力端子電圧を示す。
【００４９】
図１０は、スイッチング周波数ｆｓｗ１の周波数可変範囲（ｆｓｗ１１〜ｆｓｗ１２）とその４倍の周波数可変範囲（４×ｆｓｗ１１〜４×ｆｓｗ１２）、インダクタＬ２とコンデンサＣ２とからなる共振回路部５の電流を周波数に対してプロットした図である。
【００５０】
スイッチング素子Ｑ１とＱ４のペアを周波数ｆｓｗ１、オンデューティ４０％で、スイッチング素子Ｑ２とＱ３のペアを周波数ｆｓｗ１、オンデューティ６０％で交互にオン・オフさせると、スイッチング素子Ｑ１とＱ２の接続点の電圧は高さ（振幅）が直流電源電圧（コンデンサＣ５の電圧）でオンデューティ４０％の矩形波になる。この波形には基本周波数ｆｓｗ１の２、３、４、６、…倍の周波数成分が含まれるので、ここでは、その４倍の周波数で始動電圧を発生させる場合である。
【００５１】
スイッチング周波数ｆｓｗ１の周波数可変範囲の下限ｆｓｗ１１を共振回路部５の共振周波数ｆ２の１／４以上に設定して、スイッチング周波数ｆｓｗ１を周波数可変範囲の上限ｆｓｗ１２から下限ｆｓｗ１１まで可変すると、インダクタＬ２からランプＤＬヘ向かう出力線に発生する高電圧の周波数は４×ｆｓｗ１２から４×ｆｓｗ１１まで変化し、共振回路部５のインピーダンスの周波数特性によりスイッチング周波数ｆｓｗ１が下がるにつれて共振電流が高まり、それに応じて次第に電圧が高くなる始動電圧を得ることができ、ランプＤＬを点灯することができる。本実施の形態では、周波数を高い方から低い方に変化させているが、逆でも構わない。
【００５２】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４の動作を図１１と図１２により説明する。図１１は、図１または図８の回路の始動モードにおいて、スイッチング素子Ｑ１とＱ４のペアとスイッチング素子Ｑ２とＱ３のペアを周波数ｆｓｗ１、デューティ５０％で交互にオン・オフさせる時のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動信号とインダクタＬ２の２次巻線Ｎ２の出力端子電圧を示す。
【００５３】
図１２は、スイッチング周波数ｆｓｗ１の周波数可変範囲（ｆｓｗ１１〜ｆｓｗ１２）とその３倍の周波数可変範囲（３×ｆｓｗ１１〜３×ｆｓｗ１２）、インダクタＬ２とコンデンサＣ２とからなる共振回路部５の電流を周波数に対してプロットした図である。
【００５４】
スイッチング素子Ｑ１とＱ４のペアとスイッチング素子Ｑ２とＱ３のペアをデューティ５０％で交互にオン・オフさせると、スイッチング素子Ｑ１とＱ２の接続点の電圧は高さ（振幅）が直流電源電圧（コンデンサＣ５の電圧）でデューティ５０％の矩形波になる。この波形には基本周波数ｆｓｗ１の奇数倍の周波数成分が含まれるので、この実施の形態では、その３倍の高調波の周波数で始動電圧を発生させている。
【００５５】
スイッチング周波数ｆｓｗ１の可変範囲を共振回路部５の共振周波数ｆ２の１／３を含むようにして、スイッチング周波数ｆｓｗ１を上限ｆｓｗ１２から下限ｆｓｗ１１まで変化させると、インダクタＬ２からランプＤＬヘ向かう出力線に発生する高電圧は３倍の高調波の周波数が３×ｆｓｗ１２から共振周波数ｆ２に近づくにしたがって電圧値が上昇し、共振周波数からｆ２からｆｓｗ１１に近づくにしたがって電圧値が低下する波形の始動電圧を得ることができ、ランプＤＬを点灯することができる。周波数可変範囲の下限ｆｓｗ１１と上限ｆｓｗ１２は、共振回路部５の部品ばらつきや高圧放電灯点灯装置からランプＤＬまでの出力線の浮遊容量の影響により共振周波数が変化してもカバーできるだけの可変範囲に設定するとよい。なお、本実施の形態ではスイッチング周波数ｆｓｗ１の３倍の高調波で始動電圧を発生させる場合を述べたが、５倍以上の奇数倍の高調波で始動電圧を発生させてもよい。
【００５６】
実施の形態３や４のような周波数の可変をマイコンを用いて制御することで、例えば図１９に示すように、スイッチング周波数ｆｓｗ１をあらかじめマイコンのプログラムに組み込み、離散的に変化させることができ、その周波数での繰り返し回数も容易に設定することができる。また、マイコンを用いることで周波数を高いほうから低いほうに変化させるような一方向の可変だけでなく、周波数の可変方向の設定は自由に行うことができる。一方、周波数の可変をＡＳＩＣのようなアナログＩＣを用いて行うことで、連続的に周波数を変化させることができる。
【００５７】
（実施の形態５）
図１３は本発明の実施の形態５の共振回路部５のみを示す。共振回路部５以外の回路構成は図１のフルブリッジ回路や図５のハーフブリッジ回路でよい。本実施の形態では、インダクタＬ２をトランス構造とし、１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２の中点にコンデンサＣ２が接続されている。本実施の形態の始動電圧は、インダクタＬ２の１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２の接続点に発生する電圧の（Ｎ１＋Ｎ２）／Ｎ１倍の電圧を発生させることができる。本実施の形態の共振周波数は、主としてインダクタＬ２の１次巻線Ｎ１のインダクタンスとコンデンサＣ２、抵抗Ｒ１からなる回路で決定される。また、実際にはインダクタＬ２とランプＤＬ間の接続線の浮遊容量が存在するので、その影響で共振周波数は変化することもある。本実施の形態では、インダクタＬ２の１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２の接続点にコンデンサＣ２の一端を、コンデンサＣ２の他端に抵抗Ｒ１を接続したが、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ１の接続が逆の場合でも電気的特性は変化しないので逆でも構わない。
【００５８】
（実施の形態６）
図１４と図１５に本発明の実施の形態６のトランスの構造図と結線図を示す。図１の高圧放電灯点灯装置において、トランスＬ２の１次巻線と２次巻線の巻数比を１：Ｎ（Ｎ＞１）とする。トランスの巻数比が１：１の場合と１：Ｎ（Ｎ＞１）の場合において、放電灯に同一の始動電圧Ｖｏを供給するには、共振回路の共振電圧は巻数比が１：１の場合Ｖｏ／２、巻数比が１：Ｎ（Ｎ＞１）の場合Ｖｏ／（１＋Ｎ）を発生させなければならない。Ｎ＞１なので、巻数比が１：Ｎ（Ｎ＞１）の方が発生させる共振電圧が小さくて済み、共振電流も同様に小さくできる。したがって、流せる電流が小さくて済み、静電容量の小さいコンデンサを使用することができる。また、図１６のように、トランスＬ２の１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２の接続点をスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点に接続する構成の共振回路部では、トランスＬ２の２次巻線出力端に始動電圧Ｖｏを供給するには、共振回路部で発生させる共振電圧はＶｏ／Ｎを発生させればよい。
【００５９】
（実施の形態７）
次に、本発明の実施の形態７について述べる。図１の高圧放電灯点灯装置において、共振回路部５の共振周波数を４００ＫＨｚ、その時のトランスＬ２の１次側インダクタンス値を４３０μＨとする。トランスＬ２の１次巻線Ｎ１をリッツ線で、２次巻線Ｎ２を単線とする。トランスのコアをＥＥ１９．４として、１次巻線Ｎ１が単線の場合と特性を比較すると表１〜表３のようになる。
【００６０】
【表１】

【表２】

【表３】

【００６１】
１次巻線の抵抗値は、ＤＣバイアスでは単線の方が小さくなるが、共振周波数ではリッツ線の方が小さくなる。放電灯を点灯させるための共振電圧は１ＫＶ以上の高い電圧を発生させる必要があるので、その周波数における抵抗成分はできるだけ小さくしなければならない。逆に、放電灯が点灯しているときにトランスに流れる電流は、数１００Ｈｚ以下の矩形波に高周波リップルが重畳された波形になるので、ＤＣバイアス時の抵抗成分が小さくなければトランスの発熱が大きくなる。
【００６２】
通常、外径寸法が同一の単線とリッツ線を比較すると、導体断面積は単線のほうが大きく、表面積はリッツ線のほうが大きい。共振回路を構成するのはトランスＬ２の１次巻線Ｎ１のみなので、共振時の抵抗成分を低減させるのは１次巻線Ｎ１のみでよく、ランプＤＬが点灯した後、電流が流れる２次巻線Ｎ２は低周波時に抵抗成分が小さければよい。したがって、この構成にすることで、安定して高い共振電圧を発生させると共に放電灯点灯時の発熱抑制を同時に実現することができる。
【００６３】
（実施の形態８）
図１７に本発明の実施の形態８の回路図を示す。図１７の回路では、インダクタＬ１に設けた電流検出用巻線により、インダクタＬ１に流れる電流をモニタすることにより、ランプ点灯を検出している。モニタ電流Ｉ_ＤＥＴが所定の値を超えると、コンパレータ４３からランプ点灯信号が出力され、制御用ＩＣ４０は始動モードから点灯モードに周波数を切り換える。周波数の切り換えはランプ点灯を検出した直後に行っているが、コンパレータ４３の出力部に抵抗とコンデンサよりなる遅延回路を接続することで、ランプ点灯を検出してから所定の時間の経過後にスイッチング周波数を切り換えることができる。図１７の回路では、低Ｖｌａモード切換回路４４と安定点灯モード切換回路４５を設けてあり、ランプ点灯を検出して所定の時間経過後に低Ｖｌａモードに移行し、ランプ電圧が上昇すると、安定点灯モードに移行するようにしている。なお、ランプの点灯検出は上記手段に限定されるものではない。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による高圧放電灯点灯装置は、インバータ回路の駆動周波数に対して、高次の周波数成分で共振昇圧しているため、共振用インダクタを大幅に小型化できるので、安定器の実装面積を従来よりも小型化、低コスト化でき、器具設計の自由度に大きく貢献する効果がある。更に、インバータ回路の駆動周波数は従来どおりであるので、スイッチングロスが増加することも防止できる。
【００６５】
請求項６の発明による高圧放電灯点灯装置は、第１の制御モードにおけるスイッチング周波数を時間の経過と共に変化するように制御しているので、部品のばらつきにより共振回路のインピーダンスの周波数特性が変化しても安定して始動電圧を発生させることができるという効果がある。
請求項７の発明による高圧放電灯点灯装置は、第１の制御モードにおけるスイッチング周波数の可変範囲は、その高調波成分の可変範囲内に始動電圧発生用の直列共振回路の共振周波数が含まれるので、部品のばらつきにより共振回路のインピーダンスの周波数特性が変化しても安定して高い始動電圧を容易に発生することができるという効果がある。
請求項８の発明による高圧放電灯点灯装置は、第１の制御モードにおけるスイッチング周波数の可変範囲は、その（２ｎ＋１）倍（ｎは自然数）の高調波成分の可変範囲内に始動電圧発生用の直列共振回路の共振周波数が含まれるので、比較的容易にスイッチング周波数を可変して（２ｎ＋１）次の周波数成分を生成することができ、安定して高い始動電圧を容易に発生することができるという効果がある。
【００６６】
請求項９の発明による高圧放電灯点灯装置は、第１の制御モードにおけるスイッチング周波数は、マイコンのようなデジタル回路を用いて離散的に変化するように制御されるので、その周波数での繰り返し回数も容易に設定することができ、周波数を高い方から低い方に変化させるような一方向の可変だけでなく、周波数の可変の設定は自由に行うことができるという効果がある。
請求項１０の発明による高圧放電灯点灯装置は、第１の制御モードにおけるスイッチング周波数は、ＡＳＩＣのようなアナログＩＣを用いて制御するので、連続的に周波数を変化させることができ、共振回路のインピーダンス特性から得られる始動電圧を確実に発生させることができるという効果がある。
【００６７】
請求項１１の発明による高圧放電灯点灯装置は、ランプ始動のための高電圧の周波数は、第１の制御モードにおけるスイッチング周波数の３倍であるので、もっとも容易に高次の周波数成分を生成することができると同時に、それ以上の高次の周波数で始動電圧を発生させるより簡単に高い始動電圧を発生させることができ、従来とほぼ同等のものを出力できるので、始動性も従来と同等レベルを維持できる。
請求項１２の発明による高圧放電灯点灯装置は、第１の制御モードにおいて、スイッチング素子のオンデューティがそれぞれ略５０％であるので、簡易な制御回路でスイッチング素子の制御信号を生成することができ、高圧放電灯点灯装置の小型化、低コスト化を実現することができるという効果がある。
【００６８】
請求項１３の発明による高圧放電灯点灯装置は、始動電圧発生用の共振回路を構成するインダクタはトランス構造で、１次巻線の一端と２次巻線の一端とが接続され、その接続点に共振回路のコンデンサが接続されているので、ランプ点灯に必要な始動電圧を小型のインダクタで発生することができ、小型化、低コスト化することができるという効果がある。
請求項１４の発明による高圧放電灯点灯装置は、始動電圧発生用の共振回路を構成するインダクタはトランス構造で１次巻線と２次巻線の巻数比は１：Ｎ（Ｎ＞１）であるので、放電灯を点灯させるために必要な始動電圧を発生させるための共振電圧が小さくて済み、共振電流も小さくできる。そのため共振回路を構成するトランスとコンデンサを小型化することができるという効果がある。
請求項１５の発明による高圧放電灯点灯装置は、始動電圧発生用の共振回路を構成するインダクタはトランス構造で、その１次巻線はリッツ線、２次巻線は単線であるので、１次巻線の高周波領域での抵抗値を小さくでき、また、２次巻線の直流抵抗値を小さくでき、小型のトランスを使用しても放電灯を点灯させるのに必要な始動電圧を発生させることができると共に、放電灯が点灯中のトランスの発熱も抑えることができるという効果がある。
【００６９】
請求項１６の発明による高圧放電灯点灯装置は、放電灯点灯検出手段を有し、放電灯が点灯したことを検出して、第１の制御モードから第２の制御モードに切り換わった直後に、第１および第４のスイッチング素子が同時にオンである状態と一方がオフである状態と両方がオフである状態とが順番に高周波で切り替わる動作と、第２および第３のスイッチング素子が同時にオンである状態と一方がオフである状態と両方がオフである状態とが順番に高周波で切り替わる動作とが低周波で交互に切り替わる第３の制御モードで動作するようにしたので、ランプが点灯した直後のランプ電流が休止するような不安定な状態を防止して、点灯状態を安定させることができるという効果がある。
請求項１７の発明による高圧放電灯点灯装置は、第１の制御モードのスイッチング周波数から第３の制御モードのスイッチング周波数への切り換えは、ランプ点灯を検出してから所定の時間が経過した後に行うようにしたので、ランプ点灯を検出して所定の時間が経過するまでに再びランプが消灯した場合、再度始動電圧を発生できるという効果がある。
請求項１８の発明による高圧放電灯点灯装置は、第１の制御モードのスイッチング周波数は第３の制御モードのスイッチング周波数よりも高いので、ランプ点灯直後のブリッジ間のインピーダンス特性を下げることができ、より高い電流をランプに供給することができ、ランプ電流が休止するような不安定な状態を防止することができるという効果がある。
【００７０】
請求項１９の発明による高圧放電灯点灯装置は、フルブリッジ回路またはハーフブリッジ回路を構成するスイッチング素子は、回生ダイオードを内蔵した電界効果トランジスタであるので、安価で他の部品を追加することなく所望の回路動作を得ることができるという効果がある。
請求項２０の発明による高圧放電灯点灯装置は、請求項１〜１９の高圧放電灯点灯装置を用いるので、小型形状の照明器具を実現することができ、取り付け自由度を大幅に向上させることができるという効果がある。これにより、高圧放電灯を用いた外観上好ましいダクト取付用照明器具を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１の始動モードの動作説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１の低Ｖｌａモードの動作説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１の安定点灯モードの動作説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２の回路図である。
【図６】本発明の実施の形態２の始動モードの動作説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２の安定点灯モードの動作説明図である。
【図８】本発明の実施の形態３の回路図である。
【図９】本発明の実施の形態３の始動モードの動作説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態３の始動モードの動作を示す周波数特性図である。
【図１１】本発明の実施の形態４の始動モードの動作説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態４の始動モードの動作を示す周波数特性図である。
【図１３】本発明の実施の形態５の共振回路部の回路図である。
【図１４】本発明の実施の形態６のトランスの構造図である。
【図１５】本発明の実施の形態６のトランスの結線図である。
【図１６】本発明の実施の形態６の共振回路部の構成を示す回路図である。
【図１７】本発明の実施の形態７の回路図である。
【図１８】本発明の実施の形態１の基本的な出力特性を示す電力特性図である。
【図１９】本発明の実施の形態４のマイコンを用いた周波数可変の動作説明図である。
【図２０】従来例の基本的な構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１　　交流電源
２　　整流回路部
３　　点灯回路部
４　　制御回路部
５　　共振回路部
ＤＬ　高圧放電灯

Claims (20)

1. 少なくとも直流電源と、直流電源の高圧側に一端を接続された第１のスイッチング素子と、直流電源の低圧側に一端を接続された第２のスイッチング素子と、第１および第２のスイッチング素子の各他端に一端を接続された第１のコンデンサと、直流電源の高圧側に一端を接続された第３のスイッチング素子と、直流電源の低圧側に一端を接続された第４のスイッチング素子と、第３および第４のスイッチング素子の各他端に一端を接続された第１のインダクタと、第１のインダクタの他端と第１のコンデンサの他端に一端を接続された高電圧放電灯と、高圧放電灯の他端と第１のコンデンサの前記一端との間に接続された第２のインダクタと、第２のインダクタの巻線の一部と直流電源の低圧側との間に接続されて第２のインダクタと共に直列共振回路を構成する第２のコンデンサと、第１ないし第４の各スイッチング素子のオン・オフを制御する制御回路部とを備え、
   前記制御回路部は、
   高電圧放電灯の点灯前には、第１および第４のスイッチング素子がオンで第２及び第３のスイッチング素子がオフである状態と、第１および第４のスイッチング素子がオフで第２及び第３のスイッチング素子がオンである状態とが高周波で交互に切り替わる第１の制御モードで動作し、
   高電圧放電灯の点灯後には、第１および第４のスイッチング素子が同時にオンである状態と少なくとも一方がオフである状態とが交互に高周波で切り替わる動作と、第２および第３のスイッチング素子が同時にオンである状態と少なくとも一方がオフである状態とが交互に高周波で切り替わる動作とが低周波で交互に切り替わる第２の制御モードで動作し、
   第１の制御モードでは、第２のインダクタと第２のコンデンサとからなる直列共振回路をスイッチング周波数の高調波成分で共振させて高圧放電灯を始動させるための高電圧を発生するように構成されたことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
2. 少なくとも直流電源と、直流電源の高圧側に一端を接続された第１のスイッチング素子と、直流電源の低圧側に一端を接続された第２のスイッチング素子と、第１および第２のスイッチング素子の各他端に一端を接続された第１のコンデンサと、第１のコンデンサの他端に一端を接続された第１のインダクタと、第１のインダクタと第１のコンデンサの接続点に一端を接続された高電圧放電灯と、高圧放電灯の他端と第１のコンデンサの前記一端との間に接続された第２のインダクタと、第２のインダクタの巻線の一部と直流電源の低圧側との間に接続されて第２のインダクタと共に直列共振回路を構成する第２のコンデンサと、直流電源の高圧側と第１のインダクタの他端の間に接続された第３のコンデンサと、直流電源の低圧側と第１のインダクタの他端の間に接続された第４のコンデンサと、第１および第２のスイッチング素子のオン・オフを制御する制御回路部とを備え、
   前記制御回路部は、
   高電圧放電灯の点灯前には、第１のスイッチング素子がオンで第２のスイッチング素子がオフである状態と、第１のスイッチング素子がオフで第２のスイッチング素子がオンである状態とが高周波で交互に切り替わる第１の制御モードで動作し、
   高電圧放電灯の点灯後には、第１のスイッチング素子が高周波でオン・オフする動作と、第２のスイッチング素子が高周波でオン・オフする動作とが低周波で交互に切り替わる第２の制御モードで動作し、
   第１の制御モードでは、第２のインダクタと第２のコンデンサとからなる直列共振回路をスイッチング周波数の高調波成分で共振させて高圧放電灯を始動させるための高電圧を発生するように構成されたことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
3. 請求項１または２において、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数は、第１のインダクタと第１のコンデンサからなる直列共振回路の共振周波数よりも高く、かつ、第２のインダクタと第２のコンデンサとからなる直列共振回路の共振周波数よりも低いことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、第１の制御モードで第２のインダクタと第２のコンデンサとからなる直列共振回路で発生する高電圧の周波数は、第１および第２のスイッチング素子が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数の（２ｎ＋１）倍（ｎは自然数）であることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数は、第１のインダクタと第１のコンデンサからなる直列共振回路の共振周波数の２倍より高く設定されていることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数は、時間の経過と共に変化するように制御されることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
7. 請求項６において、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数の可変範囲は、その高調波成分の可変範囲内に第２のインダクタと第２のコンデンサとからなる直列共振回路の共振周波数が含まれるように設定されていることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
8. 請求項７において、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数の可変範囲は、その（２ｎ＋１）倍（ｎは自然数）の高調波成分の可変範囲内に第２のインダクタと第２のコンデンサとからなる直列共振回路の共振周波数が含まれるように設定されていることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
9. 請求項６〜８のいずれかにおいて、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数はデジタル回路を用いて離散的に変化するように制御されることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
10. 請求項６〜８のいずれかにおいて、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数はアナログ回路を用いて連続的に変化するように制御されることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかにおいて、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子が交互にオン・オフを繰り返す動作周波数の可変範囲は、その３倍の高調波成分の可変範囲内に第２のインダクタと第２のコンデンサとからなる直列共振回路の共振周波数が含まれるように設定されていることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
12. 請求項１〜１１のいずれかにおいて、第１の制御モードで第１および第２のスイッチング素子はそれぞれ略５０％のオンデューティで交互にオン・オフを繰り返すことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
13. 請求項１〜１２のいずれかにおいて、第２のインダクタはトランス構造で１次巻線と２次巻線があり、１次巻線の一端と２次巻線の一端とが接続され、その接続点に第２のコンデンサが接続されていることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
14. 請求項１〜１３のいずれかにおいて、第２のインダクタはトランス構造で１次巻線と２次巻線があり、１次巻線と２次巻線の巻数比は１：Ｎ（Ｎ＞１）であることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
15. 請求項１〜１４のいずれかにおいて、第２のインダクタはトランス構造で１次巻線と２次巻線があり、１次巻線はリッツ線、２次巻線は単線であることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
16. 請求項１において、放電灯点灯検出手段を有し、放電灯が点灯したことを検出して、第１の制御モードから第２の制御モードに切り換わった直後に、第１および第４のスイッチング素子が同時にオンである状態と一方がオフである状態と両方がオフである状態とが順番に高周波で切り替わる動作と、第２および第３のスイッチング素子が同時にオンである状態と一方がオフである状態と両方がオフである状態とが順番に高周波で切り替わる動作とが低周波で交互に切り替わる第３の制御モードで動作することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
17. 請求項１６において、第１の制御モードのスイッチング周波数から第３の制御モードのスイッチング周波数への切り換えは、ランプ点灯を検出してから所定の時間が経過した後に行うことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
18. 請求項１６または１７において、第１の制御モードのスイッチング周波数は第３の制御モードのスイッチング周波数よりも高いことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
19. 請求項１〜１８のいずれかにおいて、各スイッチング素子は、回生電流通電用の逆方向ダイオードを内蔵した電界効果トランジスタであることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
20. 請求項１〜１９のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を備えたことを特徴とする照明器具。

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