JP2004273161A - インバータ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】回路構成、特に制御回路が簡単で部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させるインバータ装置の提供。
【解決手段】交流電力を整流回路２が整流して出力した直流電力を、スイッチング回路３７，３８及び漏洩変圧器３３の一次巻線３３ａ，３３ａ′を含むインバータにより交流電力に変換し、変換した交流電力を漏洩変圧器３３の二次巻線３３ｄにより昇圧する昇圧インバータ部３と、昇圧インバータ部３が出力した交流電力を整流する整流回路５と、整流回路５が整流した直流電力を交流電力に変換するインバータ部６とを備え、インバータ部６が出力した交流電力によりＨＩＤランプ８を点灯すべくなしてあるインバータ装置。整流回路５が整流した直流電力を降圧する降圧コンバータ１０を備え、インバータ部６は、降圧コンバータ１０が降圧した直流電力を交流電力に変換する構成である。
【選択図】 図２
【解決手段】交流電力を整流回路２が整流して出力した直流電力を、スイッチング回路３７，３８及び漏洩変圧器３３の一次巻線３３ａ，３３ａ′を含むインバータにより交流電力に変換し、変換した交流電力を漏洩変圧器３３の二次巻線３３ｄにより昇圧する昇圧インバータ部３と、昇圧インバータ部３が出力した交流電力を整流する整流回路５と、整流回路５が整流した直流電力を交流電力に変換するインバータ部６とを備え、インバータ部６が出力した交流電力によりＨＩＤランプ８を点灯すべくなしてあるインバータ装置。整流回路５が整流した直流電力を降圧する降圧コンバータ１０を備え、インバータ部６は、降圧コンバータ１０が降圧した直流電力を交流電力に変換する構成である。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧ナトリウム灯、メタルハライド灯及び高圧水銀灯等のＨＩＤ（Ｈｉｇｈ−Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）ランプ（高輝度放電ランプ）を点灯する為のインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、ＨＩＤランプを点灯する為の従来のインバータ装置の構成例を示すブロック図である。このインバータ装置では、商用交流電源Ｖｓが整流回路１０１により全波整流され、全波整流された直流電力は、昇圧コンバータ１０２により３５０Ｖ〜４００Ｖ程度に一旦昇圧され、昇圧コンバータ１０２が出力端に内蔵する電解コンデンサ（図示せず）に充電される。この電解コンデンサの両端電圧は降圧コンバータ１０３により３００Ｖ程度に降圧され、降圧された直流電圧は、フルブリッジに構成された低周波インバータ１０４により、矩形波交流電圧（周波数は１００〜５００Ｈｚ程度）に変換される。
【０００３】
一方、整流回路１０１の出力電圧を検出する電圧検出器ｈ、昇圧コンバータ１０２の出力電圧を検出する電圧検出器ｉ、及び降圧コンバータ１０３の出力電圧を検出する電圧検出器ｊの各検出結果が、制御回路１０７に与えられ、制御回路１０７は、与えられた各検出結果に基づき、昇圧コンバータ１０２、降圧コンバータ１０３及び低周波インバータ１０４をそれぞれ制御している。
【０００４】
低周波インバータ１０４により変換された矩形波交流電圧は、高圧パルス発生回路１０５を通じて、ＨＩＤランプ１０６の両電極に加えられ、ＨＩＤランプ１０６を点灯する。高圧パルス発生回路１０５は、始動点灯時に制御回路１０７から制御されて高圧パルスを発生させ、ＨＩＤランプ１０６を始動点灯させる。ＨＩＤランプ１０６が高圧水銀灯の場合は不要である。
ＨＩＤランプ１０６の点灯に矩形波を使用することにより、ＨＩＤランプ１０６に音響的共鳴現象が発生するのを防止している。尚、降圧コンバータ１０３と低周波インバータ１０４との間には、点灯初期の急峻な短絡電流を防止する為に、図示しない誘導素子を設けてあるが、その必要が無ければ省略しても良い。
【０００５】
また、特許文献１には、図１５に従来例として、交流電源を全波整流する全波整流器と、全波整流器の脈流出力を昇圧する昇圧チョッパ回路と、昇圧チョッパ回路の直流出力を降圧する降圧チョッパ回路と、降圧チョッパ回路の直流出力を極性反転させて、高圧放電灯を含む負荷回路に印加する極性反転回路とを備えたインバータ装置が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３５４８４３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のインバータ装置（図５）では、上述したような構成により、ＩＥＣ（電気標準会議）規格（電子機器から発生する高調波電流の電磁環境へのガイドライン）への整合性を図っている。しかし、昇圧コンバータ１０２及び降圧コンバータ１０３を、互いに密接な関連を保たせながら制御する必要がある為、制御回路１０７が煩雑化して、大幅な部品コストの上昇を招き、また、電力効率も低下するという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るインバータ装置は、交流電力を整流する第１整流回路と、該第１整流回路が整流して出力した直流電力を、スイッチング回路及び漏洩変圧器の一次巻線を含むインバータにより交流電力に変換し、変換した交流電力を前記漏洩変圧器の二次巻線により昇圧する昇圧インバータ部と、該昇圧インバータ部が出力した交流電力を整流する第２整流回路と、該第２整流回路が整流した直流電力を交流電力に変換するインバータ部とを備え、該インバータ部が出力した交流電力によりＨＩＤランプを点灯すべくなしてあるインバータ装置であって、前記第２整流回路が整流した直流電力を降圧する降圧コンバータを備え、前記インバータ部は、該降圧コンバータが降圧した直流電力を交流電力に変換すべくなしてあることを特徴とする。
【０００９】
このインバータ装置では、第１整流回路が交流電力を整流し、昇圧インバータ部が、第１整流回路が整流して出力した直流電力を、スイッチング回路及び漏洩変圧器の一次巻線を含むインバータにより交流電力に変換し、変換した交流電力を前記漏洩変圧器の二次巻線により昇圧する。第２整流回路が、昇圧インバータ部が出力した交流電力を整流し、インバータ部が、第２整流回路が整流した直流電力を交流電力に変換し、インバータ部が出力した交流電力によりＨＩＤランプを点灯する。降圧コンバータが、第２整流回路が整流した直流電力を降圧し、インバータ部は、降圧コンバータが降圧した直流電力を交流電力に変換する。
これにより、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【００１０】
第２発明に係るインバータ装置は、前記二次巻線に直列接続されたコンデンサを含み、前記二次巻線に流れる交流電力を制限する限流回路を更に備え、前記第２整流回路は、該限流回路が出力した交流電力を整流すべくなしてあることを特徴とする。
【００１１】
このインバータ装置では、限流回路が、二次巻線に直列接続されたコンデンサを含み、二次巻線に流れる交流電力を制限し、第２整流回路は、限流回路が出力した交流電力を整流する。
これにより、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【００１２】
第３発明に係るインバータ装置は、前記第１整流回路に代えて、直流電力が与えられるべき２つの端子を備え、前記スイッチング回路及び漏洩変圧器の一次巻線を含むインバータは、前記端子に与えられた直流電力を交流電力に変換すべくなしてあることを特徴とする。
【００１３】
このインバータ装置では、第１整流回路に代えて、直流電力が与えられるべき２つの端子を備え、スイッチング回路及び漏洩変圧器の一次巻線を含むインバータは、２つの端子に与えられた直流電力を交流電力に変換する。
これにより、直流電源で作動し、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【００１４】
第４発明に係るインバータ装置は、前記スイッチング回路は、プッシュプル動作により作動すべくなしてあることを特徴とする。
【００１５】
このインバータ装置では、スイッチング回路は、プッシュプル動作により作動するので、回路構成、特に制御回路が更に簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【００１６】
第５発明に係るインバータ装置は、前記スイッチング回路は、ハーフブリッジ回路であることを特徴とする。
【００１７】
このインバータ装置では、スイッチング回路は、ハーフブリッジ回路であるので、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【００１８】
第６発明に係るインバータ装置は、前記インバータ部が出力する交流電力の電圧は矩形波電圧であることを特徴とする。
【００１９】
このインバータ装置では、インバータ部が出力する交流電力の電圧は矩形波電圧であるので、音響的共鳴現象が発生するのを防止出来、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【００２０】
第７発明に係るインバータ装置は、前記インバータ部が出力する交流電力の電圧より高圧のパルスを発生させる高圧パルス発生回路を更に備え、該高圧パルス発生回路が発生させたパルスにより前記ＨＩＤランプを始動点灯すべくなしてあることを特徴とする。
【００２１】
このインバータ装置では、高圧パルス発生回路が、インバータ部が出力する交流電力の電圧より高圧のパルスを発生させ、高圧パルス発生回路が発生させたパルスによりＨＩＤランプを始動点灯するので、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係るインバータ装置の実施の形態１の要部構成を示すブロック図である。このインバータ装置は、整流回路２が商用交流電力Ｖｓを全波整流し、整流回路２が全波整流した直流電力を、昇圧インバータ部３が交流電力に変換して３５０Ｖ〜４００Ｖ程度に一旦昇圧する。昇圧インバータ部３が出力する交流電力を、限流回路４が制限し、昇圧インバータ部３が出力し、限流回路４が制限した交流電力を、整流回路５が整流する。
【００２３】
整流回路５が整流した直流電力を、降圧コンバータ１０が３００Ｖ程度に降圧し、降圧コンバータ１０が降圧した直流電力は、フルブリッジに構成された低周波インバータ６により、矩形波交流電圧（周波数は１００〜５００Ｈｚ程度）に変換される。
低周波インバータ６（インバータ部）により変換された矩形波交流電圧は、高圧パルス発生回路７を通じて、ＨＩＤランプ８の両電極に加えられ、ＨＩＤランプ８を点灯する。ＨＩＤランプ８の点灯に矩形波を使用することにより、ＨＩＤランプ８に音響的共鳴現象が発生するのを防止している。
【００２４】
高圧パルス発生回路７は、始動点灯時に制御回路９から制御されて高圧パルスを発生させ、ＨＩＤランプ８を始動点灯させる。高圧パルス発生回路７は、ＨＩＤランプ８が高圧水銀灯の場合は不要である。
一方、整流回路２の出力電圧を検出する電圧検出器ｈの検出結果が、制御回路９に与えられ、制御回路９は、与えられた検出結果に基づき、降圧コンバータ１０及び低周波インバータ６をそれぞれ制御している。
【００２５】
図２は、図１に示すインバータ装置の具体的な回路の例を示すブロック図である。整流回路２は、商用交流電力Ｖｓをダイオードブリッジ回路２１により全波整流した後、チョークコイル２２よりダイオード２３を通じて出力する。ダイオードブリッジ回路２１の出力電圧は、電圧検出回路ｈに検出され、その検出した電圧は、制御回路９に与えられる。
【００２６】
昇圧インバータ部３は、ＮＰＮ型トランジスタ３７，３８が、プッシュプル回路を構成し、エミッタ同士が接続されている。ＮＰＮ型トランジスタ３７のコレクタは、リーケージトランス３３（漏洩変圧器）の一次巻線３３ａ′の一端（いったん、以下、同じ）に接続され、ＮＰＮ型トランジスタ３８のコレクタは、リーケージトランス３３の一次巻線３３ａの一端に接続されている。一次巻線３３ａ′，３３ａの各他端は、リーケージトランス３３の一次巻線の中間タップＴとなっており、中間タップＴは、ダイオード２３のカソードに接続されている。
【００２７】
ＮＰＮ型トランジスタ３７，３８の各コレクタ間にはコンデンサ３９が接続され、各ベース間には、リーケージトランス３３の帰還巻線３３ｂが接続されている。
ＮＰＮ型トランジスタ３７，３８の各エミッタの接続節点は、ダイオードブリッジ回路２１の負側出力端子、及び電解コンデンサ３３１の陰極に接続されている。
ＮＰＮ型トランジスタ３７のベースには抵抗３５の一端が、ＮＰＮ型トランジスタ３８のベースには抵抗３６の一端がそれぞれ接続され、抵抗３５，３６の各他端は、抵抗３４，３３２の各一端に接続されている。
【００２８】
抵抗３４の他端は、ダイオード２３のアノードに接続され、抵抗３３２の他端は、電解コンデンサ３３１の陽極に接続されている。
リーケージトランス３３のベースドライブ用巻線３３ｃの両端には、ダイオード３３ｅ，３３ｆの各アノ−ドがそれぞれ接続され、ダイオード３３ｅ，３３ｆの各カソ−ドは、抵抗３３２の他端及び電解コンデンサ３３１の陽極に共通接続されている。ベースドライブ用巻線３３ｃの中間タップが、電解コンデンサ３３１の陰極に接続されている。
昇圧インバータ部３は、リーケージトランス３３の二次巻線３３ｄの両端から、昇圧した交流電力を出力する。
【００２９】
限流回路４は、リーケージトランス３３の二次巻線３３ｄの一端と、整流回路５のダイオードブリッジ回路５１の一方の入力端との間に接続されたコンデンサ４１を備えている。
限流回路４は、リーケージトランス３３が有する誘導性インピーダンスとコンデンサ４１の容量性インピーダンスとの合成インピーダンスにより、負荷であるＨＩＤランプ８の状態に応じて、二次巻線３３ｄからの出力電圧及び出力電流を略定める。尚、負荷であるランプの種類によっては、コンデンサ４１が不要の場合もある。
二次巻線３３ｄの他端は、ダイオードブリッジ回路５１の他方の入力端に接続されている。
整流回路５は、ダイオードブリッジ回路５１の両出力端に平滑コンデンサ５２が接続され、平滑コンデンサ５２の両端から直流電力を出力する。
【００３０】
降圧コンバータ１０は、平滑コンデンサ５２の陽極にＦＥＴ５３のドレインが接続され、ＦＥＴ５３のソースが、チョークコイル５４の一端に接続され、ＦＥＴ５３のゲートは、制御回路９によりオン／オフ制御される。チョークコイル５４の他端が、平滑コンデンサ５５の陽極に接続され、平滑コンデンサ５５の陰極は、平滑コンデンサ５２の陰極に接続されている。
チョークコイル５４の一端には、還流ダイオード５６のカソードが接続され、還流ダイオード５６のアノードは、平滑コンデンサ５２の陰極に接続されている。
降圧コンバータ１０は、平滑コンデンサ５５の両端から直流電力を出力する。
【００３１】
低周波インバータ６は、フルブリッジ回路であり、ＦＥＴ６１，６２の直列回路及びＦＥＴ６３，６４の直列回路が、平滑コンデンサ５５の陽極及び陰極間に並列接続されており、ＦＥＴ６１，６２，６３，６４には、それぞれ還流ダイオードが逆並列に接続されている。ＦＥＴ６１，６２，６３，６４は、制御回路９によりそれぞれオン／オフ制御される。
低周波インバータ６が、ＦＥＴ６１，６２の接続節点及びＦＥＴ６３，６４の接続節点から出力した矩形波交流電力は、高圧パルス発生回路７を通じて、ＨＩＤランプ８の両電極に加えられ、ＨＩＤランプ８を点灯する。
【００３２】
以下に、このような構成のインバータ装置の動作を説明する。
整流回路２が整流した直流電力の電圧が、ダイオード２３を通じて、リーケージトランス３３の一次巻線３３ａ′，３３ａの中間タップＴに与えられる。
また、整流回路２が整流した直流電力の電圧が、抵抗３４，３５，３６を通じて、トランジスタ３７，３８の各ベースに与えられる。
【００３３】
ここで、整流回路２からの直流電圧が立ち上がったとき、トランジスタ３７，３８がオンする速度には僅かの差があるから、何れかが先にオンになる。例えば、トランジスタ３７が先にオン状態になると、一次巻線３３ａ′→トランジスタ３７→電解コンデンサ３３１の陰極の経路で電流が流れる。このとき、リーケージトランス３３の帰還巻線３３ｂに発生した誘導電圧により、トランジスタ３８のベース・エミッタ間には逆電圧がかかるので、トランジスタ３７はオンからオフに、トランジスタ３８はオフからオンになるよう帰還がかかる。
【００３４】
トランジスタ３８がオン状態になると、一次巻線３３ａ→トランジスタ３８→電解コンデンサ３３１の陰極の経路で電流が流れる。このとき、帰還巻線３３ｂに発生した誘導電圧により、トランジスタ３７のベース・エミッタ間には逆電圧がかかるので、トランジスタ３７がオンに、トランジスタ３８はオフ状態になる。
以下、同様なことを繰返し、コンデンサ３９及びリーケージトランス３３の一次巻線３３ａ′，３３ａとによって発振を起こす。
【００３５】
また、上述した共振回路の共振過程で、リーケージトランス３３のベースドライブ用巻線３３ｃにも誘導電圧が発生し、この誘導電圧による電流をダイオード３３ｅ，３３ｆにより整流して電解コンデンサ３３１に充電し、電解コンデンサ３３１から抵抗３３２，３５，３６を通じて、トランジスタ３７，３８の各ベースに電流が供給される。このベース電流の供給により急速に正常発振に至る。
【００３６】
上述したように、昇圧インバータ部３が発振して定常状態になると、一次巻線３３ａ′，３３ａに高周波の正弦波電圧が発生するので、二次巻線３３ｄにも、一次巻線３３ａ′，３３ａと二次巻線３３ｄとの巻数比に応じて昇圧された正弦波電圧が発生する。
尚、一次巻線３３ａ′，３３ａのインダクタンスをＬ、コンデンサ３９の容量をＣとすると、昇圧インバータ部３の発振周波数ｆは、
ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））
であり、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度に設定する。
【００３７】
限流回路４は、リーケージトランス３３が有する誘導性インピーダンスとコンデンサ４１の容量性インピーダンスとの合成インピーダンス、及びＨＩＤランプ８の状態（始動から定常点灯状態に至るＨＩＤランプ８のランプ電流の変動状態）に応じて、その二次巻線３３ｄからの出力電圧及び出力電流の概略値が決まる。
【００３８】
リーケージトランス３３は、等価回路的にはトランス＋チョークコイルと見做すことも出来る。コンデンサ４１が存在しない場合、負荷（整流回路５以降の回路）が直接かかると、その動作を示すベクトル図は図４（ａ）に示すようになり、二次巻線３３ｄに流れる負荷電流Ｉ２ による電圧降下により、二次巻線３３ｄの両端電圧Ｅ２ はＶ２ となる。
一方、コンデンサ４１を図２に示すように接続し、進相回路とした場合、コンデンサ４１を介して負荷（整流回路５以降）がかかると、その動作を示すベクトル図は図４（ｂ）に示すようになり、二次巻線３３ｄに流れる負荷電流Ｉ２ による電圧降下により、二次巻線３３ｄの両端電圧Ｅ２ はＶ２ となる。
【００３９】
但し、無負荷のときの一次巻線３３ａ′の両端電圧をＥ１ 、一次巻線３３ａ′に流れる電流をＩ０ 、二次巻線３３ｄの両端電圧をＥ２ とし、負荷がかかっているときの一次巻線３３ａ′の両端電圧をＶ１ 、一次巻線３３ａ′に流れる電流をＩ１ 、二次巻線３３ｄの両端電圧をＶ２ 、二次巻線３３ｄに流れる電流をＩ２ とし、一次巻線３３ａ′側の抵抗をｒ１ 、一次巻線３３ａ′側のリアクタンスをｘ１ 、二次巻線３３ｄ側の抵抗をｒ２ 、二次巻線３３ｄ側のリアクタンスをｘ２ とする。
上述したように、何れの場合でも、負荷電流Ｉ２ の変動に応じて二次巻線３３ｄの両端電圧Ｖ２ の値も自動的に変動し、各部の各値もあるべき値に遷移する。
尚、以上は、トランジスタ３７がオンのときであるが、トランジスタ３８がオンのときは、図４（ａ）（ｂ）のベクトル図をπだけ回転すれば良い。
【００４０】
限流回路４からの高周波電力は、整流回路５により全波整流されて平滑される。
降圧コンバータ１０は、整流回路５が出力した直流電力を、ＦＥＴ５３によりチョっピングし、チョッピングした電力を、チョークコイル５４、平滑コンデンサ５５及び還流ダイオード５６により平均化することにより、直流電力を降圧する。従って、ＦＥＴ５３のオン／オフのデューティ比を、制御回路９により調整して、降圧コンバータ１０が出力する直流電力の電圧を調整することが出来る。
【００４１】
低周波インバータ６は、ＦＥＴ６１，６４がオンであり、ＦＥＴ６２，６３がオフであるとき、降圧コンバータ１０の正側出力端子（平滑コンデンサ５５の陽極）→ＦＥＴ６１→ＨＩＤランプ８→ＦＥＴ６４→降圧コンバータ１０の負側出力端子（平滑コンデンサ５５の陰極）の経路で電流が流れる。
一方、ＦＥＴ６２，６３がオンであり、ＦＥＴ６１，６４がオフであるとき、降圧コンバータ１０の正側出力端子→ＦＥＴ６３→ＨＩＤランプ８→ＦＥＴ６２→降圧コンバータ１０の負側出力端子の経路で電流が流れる。
【００４２】
このように、ＦＥＴ６１，６２，６３，６４がオン／オフを繰り返すことにより、矩形波交流電圧がＨＩＤランプ８に印加され、これにより、ＨＩＤランプ８の音響的共鳴現象を防止することが出来る。この矩形波交流電圧は、上述したように、１００〜５００Ｈｚ程度である。
【００４３】
高圧パルス発生回路７は、ＨＩＤランプ８の放電開始時に３〜５ｋＶ程度の高圧パルスを、ＨＩＤランプ８の両電極に印加して、ＨＩＤランプ８内にグロー放電を発生させ、これがアーク放電へと移行して行く。アーク放電へ移行した後は、低周波インバータ６により矩形波交流電圧がＨＩＤランプ８に印加され、音響的共鳴現象を発生させることなく、正常にアーク放電を維持することが出来る。
【００４４】
このように、本実施の形態１のインバータ装置では、昇圧インバータ部３を構成するリーケージトランス３３の二次巻線３３ｄからの出力電圧及び出力電流を、リーケージトランス３３が有する誘導性インピーダンスとコンデンサ４１の容量性インピーダンスとの合成インピーダンスにより、負荷の変動に応じて概略定めることが出来る。更に、リーケージトランス３３の無負荷時の出力電圧、ＨＩＤランプ８の放電初期時の短絡電流、及び正常点灯に至った後のランプ電流値を適正値に保つことが出来る。更に加えて、降圧コンバータ１０のＦＥＴ５３のオン／オフのデューティ比を調整することにより、負荷変動に対応する出力特性を得ることがより容易になる。
【００４５】
また、このインバータ装置では、ダイオード２３を設けているので、昇圧インバータ部３のスイッチングによるノイズも軽減することが出来る。更に、昇圧インバータ部３を構成するリーケージトランス３３は、絶縁形（一次側及び二次側は磁気的に結合されているだけである）である為、ＨＩＤランプ８側のノイズが入力側にフィードバックされることも極めて軽微である。
【００４６】
しかも、図５に示す従来のインバータ装置のように、昇圧コンバータと降圧コンバータとを、互いに密接な関連を保つように制御する必要が無くなるので、制御回路を簡略化することが出来、部品コストも大幅に低減させることが可能となと共に、電力効率の向上にも資することが出来る。
尚、ＨＩＤランプには、放電始動装置を内蔵するものが有り、その場合は、高圧パルス発生回路７は格別に設ける必要は無い。
また、リーケージトランス３３は、等価回路的には単なるトランスとチョークコイルとを直列接続したものと同じであるから、リーケージトランス３３に代えて、直列接続したトランスとチョークコイルとを用いても良い。
【００４７】
実施の形態２．
図３は、本発明に係るインバータ装置の実施の形態２のの具体的な回路の例を示すブロック図である。このインバータ装置は、整流回路２ａが、商用交流電力Ｖｓをダイオードブリッジ回路２１により全波整流した後、チョークコイル１２２よりダイオード１２３を通じて出力する。ダイオードブリッジ回路２１の出力電圧は、電圧検出回路ｈに検出され、その検出した電圧は、制御回路９ａに与えられる。
【００４８】
昇圧インバータ部１３は、ＦＥＴ１３４，１３５が、ハーフブリッジ回路を構成している。ＦＥＴ１３４のドレーンは、電解コンデンサ１３３の陽極及びコンデンサ１３８の一端に接続され、電解コンデンサ１３３の陰極は、ダイオードブリッジ回路２１の負側出力端子に接続されている。ＦＥＴ１３４には、還流ダイオード１３４′が逆並列に接続されている。
ＦＥＴ１３５のソースは、電解コンデンサ１３３の陰極及びコンデンサ１３９の一端に接続され、コンデンサ１３９の他端は、コンデンサ１３８の他端と接続され、その接続節点は、コンデンサ１３７を通じてリーケージトランス１３６の一次巻線１３６ａの一端に接続されている。ＦＥＴ１３５には、還流ダイオード１３５′が逆並列に接続されている。
【００４９】
ＦＥＴ１３４，１３５は直列接続され、その接続節点は、ダイオード１２３のカソード及び一次巻線１３６ａの他端に接続されている。
ＦＥＴ１３４，１３５の各ゲートは、制御回路９ａによりそれぞれオン／オフ制御される。
昇圧インバータ部１３は、リーケージトランス１３６の二次巻線１３６ｂの両端から、昇圧した交流電力を出力する。
【００５０】
限流回路４は、二次巻線１３６ｂの一端と、整流回路５のダイオードブリッジ回路５１の一方の入力端との間に接続されたコンデンサ４１を備えている。
限流回路４は、リーケージトランス１３６が有する誘導性インピーダンスとコンデンサ４１の容量性インピーダンスとの合成インピーダンスにより、負荷であるＨＩＤランプ８の状態に応じて、二次巻線１３６ｂからの出力電圧及び出力電流を略定める。その他の構成は、上述した実施の形態１のインバータ装置の構成（図１，２）と同様であるので、同一個所には同一符号を付して、説明を省略する。
【００５１】
以下に、このような構成のインバータ装置の動作を説明する。
昇圧インバータ部１３は、制御回路９ａがＦＥＴ１３４，１３５をオン／オフ制御する以前は、整流回路２ａのチョークコイル１２２→ダイオード１２３→一次巻線１３６ａ→コンデンサ１３７→コンデンサ１３９→ダイオードブリッジ回路２１の負側出力端子の経路で電流が流れ、コンデンサ１３９が充電される。また、ダイオード１２３，１３４′を経由して、電解コンデンサ１３３及びコンデンサ１３８，１３９も充電される。
【００５２】
この状態で、制御回路９ａが、ＦＥＴ１３４をオン，１３５をオフにすると、チョークコイル１２２→ダイオード１２３→一次巻線１３６ａ→コンデンサ１３７→コンデンサ１３９→ダイオードブリッジ回路２１の負側出力端子の経路で電流が流れ、コンデンサ１３９が充電される。また、同時に、電解コンデンサ１３３及びコンデンサ１３８からも、ＦＥＴ１３４→一次巻線１３６ａ→コンデンサ１３７→コンデンサ１３９→ダイオードブリッジ回路２１の負側出力端子の経路で電流が流れる。
上述した動作が経過するとき、一次巻線１３６ａに磁気エネルギーが蓄積される。
【００５３】
次に、制御回路９ａは、ＦＥＴ１３４，１３５を共にオフにする。このとき、一次巻線１３６ａに蓄積されていた磁気エネルギーが放出され、還流ダイオード１３４′を通じて電解コンデンサ１３３及びコンデンサ１３８へと電流が流れ、電解コンデンサ１３３及びコンデンサ１３８が充電される。
次に、制御回路９ａは、ＦＥＴ１３４をオフ，１３５をオンにする。このとき、コンデンサ１３９が放電し、コンデンサ１３９→コンデンサ１３７→一次巻線１３６ａ→ＦＥＴ１３５の経路で電流が流れる。
【００５４】
昇圧インバータ部１３は、以上の動作を順次繰り返し、これに伴って、リーケージトランス１３６の一次巻線１３６ａとコンデンサ１３７とからなる回路に振動電流が流れ、正弦波状の定常電流が流れるようになる。
この一次巻線１３６ａに流れる電流は、正弦波状の交流電流であるから、リーケージトランス１３６の二次巻線１３６ｂに、一次巻線１３６ａと二次巻線１３６ｂとの巻数比に応じて昇圧された正弦波電圧が発生する。
【００５５】
限流回路４は、リーケージトランス１３６が有する誘導性インピーダンスとコンデンサ４１の容量性インピーダンスとの合成インピーダンス、及びＨＩＤランプ８の状態（始動から定常点灯状態に至るＨＩＤランプ８のランプ電流の変動状態）に応じて、その二次巻線１３６ｂからの出力電圧及び出力電流の概略値が決まる。その他の動作は、上述した実施の形態１のインバータ装置の動作と同様であるので、説明を省略する。
尚、本発明に係るインバータ装置は、ＩＥＣ（電気標準会議）規格ＩＥＣ６１０００の高調波ガイドラインを満たしていることは勿論のことである。また、商用交流電源を整流する整流回路を、直流電源に置き換えても、同様の効果を得ることが出来、何ら支障はない。
【００５６】
【発明の効果】
第１，２，４，５，７発明に係るインバータ装置によれば、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
つまり、昇圧インバータ部のスイッチング回路をプッシュプル方式又はハーフブリッジ方式により作動させることが出来るので（自励又は他励の何れでも良い）、制御回路を簡略化出来、大幅なコストダウンを実現することが出来る。
更に、従来のインバータ装置の昇圧コンバータ及び降圧コンバータを構成するスイッチング素子による多様なノイズ発生が少なくなるので、ノイズ対策が極めて容易である。
【００５７】
第３発明に係るインバータ装置によれば、直流電源で作動し、回路構成が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【００５８】
第６発明に係るインバータ装置によれば、音響的共鳴現象が発生するのを防止出来、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインバータ装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すインバータ装置の具体的な回路の例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係るインバータ装置の実施の形態のの具体的な回路の例を示すブロック図である。
【図４】昇圧インバータ部及び限流回路の動作の例を説明するベクトル図である。
【図５】従来のインバータ装置の要部構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
２，２ａ 整流回路（第１整流回路）
３，１３ 昇圧インバータ部
４ 限流回路
５ 整流回路（第２整流回路）
６ 低周波インバータ（インバータ部）
７ 高圧パルス発生回路
８ ＨＩＤランプ
９，９ａ 制御回路
１０ 降圧コンバータ
３３，１３６ リーケージトランス（漏洩変圧器）
３３ａ，３３ａ′，１３６ａ 一次巻線
３３ｂ 帰還巻線
３３ｃ ベースドライブ用巻線
３３ｄ，１３６ｂ 二次巻線
３７，３８ ＮＰＮ型トランジスタ（スイッチング回路）
４１ コンデンサ
５３ ＦＥＴ
５４，１２２ チョークコイル
５５ 平滑コンデンサ
５６ 還流ダイオード
１３４，１３５ ＦＥＴ（スイッチング回路、ハーフブリッジ回路）
ｈ 電圧検出器
Ｖｓ 商用交流電力
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧ナトリウム灯、メタルハライド灯及び高圧水銀灯等のＨＩＤ（Ｈｉｇｈ−Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）ランプ（高輝度放電ランプ）を点灯する為のインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、ＨＩＤランプを点灯する為の従来のインバータ装置の構成例を示すブロック図である。このインバータ装置では、商用交流電源Ｖｓが整流回路１０１により全波整流され、全波整流された直流電力は、昇圧コンバータ１０２により３５０Ｖ〜４００Ｖ程度に一旦昇圧され、昇圧コンバータ１０２が出力端に内蔵する電解コンデンサ（図示せず）に充電される。この電解コンデンサの両端電圧は降圧コンバータ１０３により３００Ｖ程度に降圧され、降圧された直流電圧は、フルブリッジに構成された低周波インバータ１０４により、矩形波交流電圧（周波数は１００〜５００Ｈｚ程度）に変換される。
【０００３】
一方、整流回路１０１の出力電圧を検出する電圧検出器ｈ、昇圧コンバータ１０２の出力電圧を検出する電圧検出器ｉ、及び降圧コンバータ１０３の出力電圧を検出する電圧検出器ｊの各検出結果が、制御回路１０７に与えられ、制御回路１０７は、与えられた各検出結果に基づき、昇圧コンバータ１０２、降圧コンバータ１０３及び低周波インバータ１０４をそれぞれ制御している。
【０００４】
低周波インバータ１０４により変換された矩形波交流電圧は、高圧パルス発生回路１０５を通じて、ＨＩＤランプ１０６の両電極に加えられ、ＨＩＤランプ１０６を点灯する。高圧パルス発生回路１０５は、始動点灯時に制御回路１０７から制御されて高圧パルスを発生させ、ＨＩＤランプ１０６を始動点灯させる。ＨＩＤランプ１０６が高圧水銀灯の場合は不要である。
ＨＩＤランプ１０６の点灯に矩形波を使用することにより、ＨＩＤランプ１０６に音響的共鳴現象が発生するのを防止している。尚、降圧コンバータ１０３と低周波インバータ１０４との間には、点灯初期の急峻な短絡電流を防止する為に、図示しない誘導素子を設けてあるが、その必要が無ければ省略しても良い。
【０００５】
また、特許文献１には、図１５に従来例として、交流電源を全波整流する全波整流器と、全波整流器の脈流出力を昇圧する昇圧チョッパ回路と、昇圧チョッパ回路の直流出力を降圧する降圧チョッパ回路と、降圧チョッパ回路の直流出力を極性反転させて、高圧放電灯を含む負荷回路に印加する極性反転回路とを備えたインバータ装置が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３５４８４３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のインバータ装置（図５）では、上述したような構成により、ＩＥＣ（電気標準会議）規格（電子機器から発生する高調波電流の電磁環境へのガイドライン）への整合性を図っている。しかし、昇圧コンバータ１０２及び降圧コンバータ１０３を、互いに密接な関連を保たせながら制御する必要がある為、制御回路１０７が煩雑化して、大幅な部品コストの上昇を招き、また、電力効率も低下するという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るインバータ装置は、交流電力を整流する第１整流回路と、該第１整流回路が整流して出力した直流電力を、スイッチング回路及び漏洩変圧器の一次巻線を含むインバータにより交流電力に変換し、変換した交流電力を前記漏洩変圧器の二次巻線により昇圧する昇圧インバータ部と、該昇圧インバータ部が出力した交流電力を整流する第２整流回路と、該第２整流回路が整流した直流電力を交流電力に変換するインバータ部とを備え、該インバータ部が出力した交流電力によりＨＩＤランプを点灯すべくなしてあるインバータ装置であって、前記第２整流回路が整流した直流電力を降圧する降圧コンバータを備え、前記インバータ部は、該降圧コンバータが降圧した直流電力を交流電力に変換すべくなしてあることを特徴とする。
【０００９】
このインバータ装置では、第１整流回路が交流電力を整流し、昇圧インバータ部が、第１整流回路が整流して出力した直流電力を、スイッチング回路及び漏洩変圧器の一次巻線を含むインバータにより交流電力に変換し、変換した交流電力を前記漏洩変圧器の二次巻線により昇圧する。第２整流回路が、昇圧インバータ部が出力した交流電力を整流し、インバータ部が、第２整流回路が整流した直流電力を交流電力に変換し、インバータ部が出力した交流電力によりＨＩＤランプを点灯する。降圧コンバータが、第２整流回路が整流した直流電力を降圧し、インバータ部は、降圧コンバータが降圧した直流電力を交流電力に変換する。
これにより、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【００１０】
第２発明に係るインバータ装置は、前記二次巻線に直列接続されたコンデンサを含み、前記二次巻線に流れる交流電力を制限する限流回路を更に備え、前記第２整流回路は、該限流回路が出力した交流電力を整流すべくなしてあることを特徴とする。
【００１１】
このインバータ装置では、限流回路が、二次巻線に直列接続されたコンデンサを含み、二次巻線に流れる交流電力を制限し、第２整流回路は、限流回路が出力した交流電力を整流する。
これにより、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【００１２】
第３発明に係るインバータ装置は、前記第１整流回路に代えて、直流電力が与えられるべき２つの端子を備え、前記スイッチング回路及び漏洩変圧器の一次巻線を含むインバータは、前記端子に与えられた直流電力を交流電力に変換すべくなしてあることを特徴とする。
【００１３】
このインバータ装置では、第１整流回路に代えて、直流電力が与えられるべき２つの端子を備え、スイッチング回路及び漏洩変圧器の一次巻線を含むインバータは、２つの端子に与えられた直流電力を交流電力に変換する。
これにより、直流電源で作動し、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【００１４】
第４発明に係るインバータ装置は、前記スイッチング回路は、プッシュプル動作により作動すべくなしてあることを特徴とする。
【００１５】
このインバータ装置では、スイッチング回路は、プッシュプル動作により作動するので、回路構成、特に制御回路が更に簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【００１６】
第５発明に係るインバータ装置は、前記スイッチング回路は、ハーフブリッジ回路であることを特徴とする。
【００１７】
このインバータ装置では、スイッチング回路は、ハーフブリッジ回路であるので、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【００１８】
第６発明に係るインバータ装置は、前記インバータ部が出力する交流電力の電圧は矩形波電圧であることを特徴とする。
【００１９】
このインバータ装置では、インバータ部が出力する交流電力の電圧は矩形波電圧であるので、音響的共鳴現象が発生するのを防止出来、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【００２０】
第７発明に係るインバータ装置は、前記インバータ部が出力する交流電力の電圧より高圧のパルスを発生させる高圧パルス発生回路を更に備え、該高圧パルス発生回路が発生させたパルスにより前記ＨＩＤランプを始動点灯すべくなしてあることを特徴とする。
【００２１】
このインバータ装置では、高圧パルス発生回路が、インバータ部が出力する交流電力の電圧より高圧のパルスを発生させ、高圧パルス発生回路が発生させたパルスによりＨＩＤランプを始動点灯するので、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係るインバータ装置の実施の形態１の要部構成を示すブロック図である。このインバータ装置は、整流回路２が商用交流電力Ｖｓを全波整流し、整流回路２が全波整流した直流電力を、昇圧インバータ部３が交流電力に変換して３５０Ｖ〜４００Ｖ程度に一旦昇圧する。昇圧インバータ部３が出力する交流電力を、限流回路４が制限し、昇圧インバータ部３が出力し、限流回路４が制限した交流電力を、整流回路５が整流する。
【００２３】
整流回路５が整流した直流電力を、降圧コンバータ１０が３００Ｖ程度に降圧し、降圧コンバータ１０が降圧した直流電力は、フルブリッジに構成された低周波インバータ６により、矩形波交流電圧（周波数は１００〜５００Ｈｚ程度）に変換される。
低周波インバータ６（インバータ部）により変換された矩形波交流電圧は、高圧パルス発生回路７を通じて、ＨＩＤランプ８の両電極に加えられ、ＨＩＤランプ８を点灯する。ＨＩＤランプ８の点灯に矩形波を使用することにより、ＨＩＤランプ８に音響的共鳴現象が発生するのを防止している。
【００２４】
高圧パルス発生回路７は、始動点灯時に制御回路９から制御されて高圧パルスを発生させ、ＨＩＤランプ８を始動点灯させる。高圧パルス発生回路７は、ＨＩＤランプ８が高圧水銀灯の場合は不要である。
一方、整流回路２の出力電圧を検出する電圧検出器ｈの検出結果が、制御回路９に与えられ、制御回路９は、与えられた検出結果に基づき、降圧コンバータ１０及び低周波インバータ６をそれぞれ制御している。
【００２５】
図２は、図１に示すインバータ装置の具体的な回路の例を示すブロック図である。整流回路２は、商用交流電力Ｖｓをダイオードブリッジ回路２１により全波整流した後、チョークコイル２２よりダイオード２３を通じて出力する。ダイオードブリッジ回路２１の出力電圧は、電圧検出回路ｈに検出され、その検出した電圧は、制御回路９に与えられる。
【００２６】
昇圧インバータ部３は、ＮＰＮ型トランジスタ３７，３８が、プッシュプル回路を構成し、エミッタ同士が接続されている。ＮＰＮ型トランジスタ３７のコレクタは、リーケージトランス３３（漏洩変圧器）の一次巻線３３ａ′の一端（いったん、以下、同じ）に接続され、ＮＰＮ型トランジスタ３８のコレクタは、リーケージトランス３３の一次巻線３３ａの一端に接続されている。一次巻線３３ａ′，３３ａの各他端は、リーケージトランス３３の一次巻線の中間タップＴとなっており、中間タップＴは、ダイオード２３のカソードに接続されている。
【００２７】
ＮＰＮ型トランジスタ３７，３８の各コレクタ間にはコンデンサ３９が接続され、各ベース間には、リーケージトランス３３の帰還巻線３３ｂが接続されている。
ＮＰＮ型トランジスタ３７，３８の各エミッタの接続節点は、ダイオードブリッジ回路２１の負側出力端子、及び電解コンデンサ３３１の陰極に接続されている。
ＮＰＮ型トランジスタ３７のベースには抵抗３５の一端が、ＮＰＮ型トランジスタ３８のベースには抵抗３６の一端がそれぞれ接続され、抵抗３５，３６の各他端は、抵抗３４，３３２の各一端に接続されている。
【００２８】
抵抗３４の他端は、ダイオード２３のアノードに接続され、抵抗３３２の他端は、電解コンデンサ３３１の陽極に接続されている。
リーケージトランス３３のベースドライブ用巻線３３ｃの両端には、ダイオード３３ｅ，３３ｆの各アノ−ドがそれぞれ接続され、ダイオード３３ｅ，３３ｆの各カソ−ドは、抵抗３３２の他端及び電解コンデンサ３３１の陽極に共通接続されている。ベースドライブ用巻線３３ｃの中間タップが、電解コンデンサ３３１の陰極に接続されている。
昇圧インバータ部３は、リーケージトランス３３の二次巻線３３ｄの両端から、昇圧した交流電力を出力する。
【００２９】
限流回路４は、リーケージトランス３３の二次巻線３３ｄの一端と、整流回路５のダイオードブリッジ回路５１の一方の入力端との間に接続されたコンデンサ４１を備えている。
限流回路４は、リーケージトランス３３が有する誘導性インピーダンスとコンデンサ４１の容量性インピーダンスとの合成インピーダンスにより、負荷であるＨＩＤランプ８の状態に応じて、二次巻線３３ｄからの出力電圧及び出力電流を略定める。尚、負荷であるランプの種類によっては、コンデンサ４１が不要の場合もある。
二次巻線３３ｄの他端は、ダイオードブリッジ回路５１の他方の入力端に接続されている。
整流回路５は、ダイオードブリッジ回路５１の両出力端に平滑コンデンサ５２が接続され、平滑コンデンサ５２の両端から直流電力を出力する。
【００３０】
降圧コンバータ１０は、平滑コンデンサ５２の陽極にＦＥＴ５３のドレインが接続され、ＦＥＴ５３のソースが、チョークコイル５４の一端に接続され、ＦＥＴ５３のゲートは、制御回路９によりオン／オフ制御される。チョークコイル５４の他端が、平滑コンデンサ５５の陽極に接続され、平滑コンデンサ５５の陰極は、平滑コンデンサ５２の陰極に接続されている。
チョークコイル５４の一端には、還流ダイオード５６のカソードが接続され、還流ダイオード５６のアノードは、平滑コンデンサ５２の陰極に接続されている。
降圧コンバータ１０は、平滑コンデンサ５５の両端から直流電力を出力する。
【００３１】
低周波インバータ６は、フルブリッジ回路であり、ＦＥＴ６１，６２の直列回路及びＦＥＴ６３，６４の直列回路が、平滑コンデンサ５５の陽極及び陰極間に並列接続されており、ＦＥＴ６１，６２，６３，６４には、それぞれ還流ダイオードが逆並列に接続されている。ＦＥＴ６１，６２，６３，６４は、制御回路９によりそれぞれオン／オフ制御される。
低周波インバータ６が、ＦＥＴ６１，６２の接続節点及びＦＥＴ６３，６４の接続節点から出力した矩形波交流電力は、高圧パルス発生回路７を通じて、ＨＩＤランプ８の両電極に加えられ、ＨＩＤランプ８を点灯する。
【００３２】
以下に、このような構成のインバータ装置の動作を説明する。
整流回路２が整流した直流電力の電圧が、ダイオード２３を通じて、リーケージトランス３３の一次巻線３３ａ′，３３ａの中間タップＴに与えられる。
また、整流回路２が整流した直流電力の電圧が、抵抗３４，３５，３６を通じて、トランジスタ３７，３８の各ベースに与えられる。
【００３３】
ここで、整流回路２からの直流電圧が立ち上がったとき、トランジスタ３７，３８がオンする速度には僅かの差があるから、何れかが先にオンになる。例えば、トランジスタ３７が先にオン状態になると、一次巻線３３ａ′→トランジスタ３７→電解コンデンサ３３１の陰極の経路で電流が流れる。このとき、リーケージトランス３３の帰還巻線３３ｂに発生した誘導電圧により、トランジスタ３８のベース・エミッタ間には逆電圧がかかるので、トランジスタ３７はオンからオフに、トランジスタ３８はオフからオンになるよう帰還がかかる。
【００３４】
トランジスタ３８がオン状態になると、一次巻線３３ａ→トランジスタ３８→電解コンデンサ３３１の陰極の経路で電流が流れる。このとき、帰還巻線３３ｂに発生した誘導電圧により、トランジスタ３７のベース・エミッタ間には逆電圧がかかるので、トランジスタ３７がオンに、トランジスタ３８はオフ状態になる。
以下、同様なことを繰返し、コンデンサ３９及びリーケージトランス３３の一次巻線３３ａ′，３３ａとによって発振を起こす。
【００３５】
また、上述した共振回路の共振過程で、リーケージトランス３３のベースドライブ用巻線３３ｃにも誘導電圧が発生し、この誘導電圧による電流をダイオード３３ｅ，３３ｆにより整流して電解コンデンサ３３１に充電し、電解コンデンサ３３１から抵抗３３２，３５，３６を通じて、トランジスタ３７，３８の各ベースに電流が供給される。このベース電流の供給により急速に正常発振に至る。
【００３６】
上述したように、昇圧インバータ部３が発振して定常状態になると、一次巻線３３ａ′，３３ａに高周波の正弦波電圧が発生するので、二次巻線３３ｄにも、一次巻線３３ａ′，３３ａと二次巻線３３ｄとの巻数比に応じて昇圧された正弦波電圧が発生する。
尚、一次巻線３３ａ′，３３ａのインダクタンスをＬ、コンデンサ３９の容量をＣとすると、昇圧インバータ部３の発振周波数ｆは、
ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））
であり、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度に設定する。
【００３７】
限流回路４は、リーケージトランス３３が有する誘導性インピーダンスとコンデンサ４１の容量性インピーダンスとの合成インピーダンス、及びＨＩＤランプ８の状態（始動から定常点灯状態に至るＨＩＤランプ８のランプ電流の変動状態）に応じて、その二次巻線３３ｄからの出力電圧及び出力電流の概略値が決まる。
【００３８】
リーケージトランス３３は、等価回路的にはトランス＋チョークコイルと見做すことも出来る。コンデンサ４１が存在しない場合、負荷（整流回路５以降の回路）が直接かかると、その動作を示すベクトル図は図４（ａ）に示すようになり、二次巻線３３ｄに流れる負荷電流Ｉ２ による電圧降下により、二次巻線３３ｄの両端電圧Ｅ２ はＶ２ となる。
一方、コンデンサ４１を図２に示すように接続し、進相回路とした場合、コンデンサ４１を介して負荷（整流回路５以降）がかかると、その動作を示すベクトル図は図４（ｂ）に示すようになり、二次巻線３３ｄに流れる負荷電流Ｉ２ による電圧降下により、二次巻線３３ｄの両端電圧Ｅ２ はＶ２ となる。
【００３９】
但し、無負荷のときの一次巻線３３ａ′の両端電圧をＥ１ 、一次巻線３３ａ′に流れる電流をＩ０ 、二次巻線３３ｄの両端電圧をＥ２ とし、負荷がかかっているときの一次巻線３３ａ′の両端電圧をＶ１ 、一次巻線３３ａ′に流れる電流をＩ１ 、二次巻線３３ｄの両端電圧をＶ２ 、二次巻線３３ｄに流れる電流をＩ２ とし、一次巻線３３ａ′側の抵抗をｒ１ 、一次巻線３３ａ′側のリアクタンスをｘ１ 、二次巻線３３ｄ側の抵抗をｒ２ 、二次巻線３３ｄ側のリアクタンスをｘ２ とする。
上述したように、何れの場合でも、負荷電流Ｉ２ の変動に応じて二次巻線３３ｄの両端電圧Ｖ２ の値も自動的に変動し、各部の各値もあるべき値に遷移する。
尚、以上は、トランジスタ３７がオンのときであるが、トランジスタ３８がオンのときは、図４（ａ）（ｂ）のベクトル図をπだけ回転すれば良い。
【００４０】
限流回路４からの高周波電力は、整流回路５により全波整流されて平滑される。
降圧コンバータ１０は、整流回路５が出力した直流電力を、ＦＥＴ５３によりチョっピングし、チョッピングした電力を、チョークコイル５４、平滑コンデンサ５５及び還流ダイオード５６により平均化することにより、直流電力を降圧する。従って、ＦＥＴ５３のオン／オフのデューティ比を、制御回路９により調整して、降圧コンバータ１０が出力する直流電力の電圧を調整することが出来る。
【００４１】
低周波インバータ６は、ＦＥＴ６１，６４がオンであり、ＦＥＴ６２，６３がオフであるとき、降圧コンバータ１０の正側出力端子（平滑コンデンサ５５の陽極）→ＦＥＴ６１→ＨＩＤランプ８→ＦＥＴ６４→降圧コンバータ１０の負側出力端子（平滑コンデンサ５５の陰極）の経路で電流が流れる。
一方、ＦＥＴ６２，６３がオンであり、ＦＥＴ６１，６４がオフであるとき、降圧コンバータ１０の正側出力端子→ＦＥＴ６３→ＨＩＤランプ８→ＦＥＴ６２→降圧コンバータ１０の負側出力端子の経路で電流が流れる。
【００４２】
このように、ＦＥＴ６１，６２，６３，６４がオン／オフを繰り返すことにより、矩形波交流電圧がＨＩＤランプ８に印加され、これにより、ＨＩＤランプ８の音響的共鳴現象を防止することが出来る。この矩形波交流電圧は、上述したように、１００〜５００Ｈｚ程度である。
【００４３】
高圧パルス発生回路７は、ＨＩＤランプ８の放電開始時に３〜５ｋＶ程度の高圧パルスを、ＨＩＤランプ８の両電極に印加して、ＨＩＤランプ８内にグロー放電を発生させ、これがアーク放電へと移行して行く。アーク放電へ移行した後は、低周波インバータ６により矩形波交流電圧がＨＩＤランプ８に印加され、音響的共鳴現象を発生させることなく、正常にアーク放電を維持することが出来る。
【００４４】
このように、本実施の形態１のインバータ装置では、昇圧インバータ部３を構成するリーケージトランス３３の二次巻線３３ｄからの出力電圧及び出力電流を、リーケージトランス３３が有する誘導性インピーダンスとコンデンサ４１の容量性インピーダンスとの合成インピーダンスにより、負荷の変動に応じて概略定めることが出来る。更に、リーケージトランス３３の無負荷時の出力電圧、ＨＩＤランプ８の放電初期時の短絡電流、及び正常点灯に至った後のランプ電流値を適正値に保つことが出来る。更に加えて、降圧コンバータ１０のＦＥＴ５３のオン／オフのデューティ比を調整することにより、負荷変動に対応する出力特性を得ることがより容易になる。
【００４５】
また、このインバータ装置では、ダイオード２３を設けているので、昇圧インバータ部３のスイッチングによるノイズも軽減することが出来る。更に、昇圧インバータ部３を構成するリーケージトランス３３は、絶縁形（一次側及び二次側は磁気的に結合されているだけである）である為、ＨＩＤランプ８側のノイズが入力側にフィードバックされることも極めて軽微である。
【００４６】
しかも、図５に示す従来のインバータ装置のように、昇圧コンバータと降圧コンバータとを、互いに密接な関連を保つように制御する必要が無くなるので、制御回路を簡略化することが出来、部品コストも大幅に低減させることが可能となと共に、電力効率の向上にも資することが出来る。
尚、ＨＩＤランプには、放電始動装置を内蔵するものが有り、その場合は、高圧パルス発生回路７は格別に設ける必要は無い。
また、リーケージトランス３３は、等価回路的には単なるトランスとチョークコイルとを直列接続したものと同じであるから、リーケージトランス３３に代えて、直列接続したトランスとチョークコイルとを用いても良い。
【００４７】
実施の形態２．
図３は、本発明に係るインバータ装置の実施の形態２のの具体的な回路の例を示すブロック図である。このインバータ装置は、整流回路２ａが、商用交流電力Ｖｓをダイオードブリッジ回路２１により全波整流した後、チョークコイル１２２よりダイオード１２３を通じて出力する。ダイオードブリッジ回路２１の出力電圧は、電圧検出回路ｈに検出され、その検出した電圧は、制御回路９ａに与えられる。
【００４８】
昇圧インバータ部１３は、ＦＥＴ１３４，１３５が、ハーフブリッジ回路を構成している。ＦＥＴ１３４のドレーンは、電解コンデンサ１３３の陽極及びコンデンサ１３８の一端に接続され、電解コンデンサ１３３の陰極は、ダイオードブリッジ回路２１の負側出力端子に接続されている。ＦＥＴ１３４には、還流ダイオード１３４′が逆並列に接続されている。
ＦＥＴ１３５のソースは、電解コンデンサ１３３の陰極及びコンデンサ１３９の一端に接続され、コンデンサ１３９の他端は、コンデンサ１３８の他端と接続され、その接続節点は、コンデンサ１３７を通じてリーケージトランス１３６の一次巻線１３６ａの一端に接続されている。ＦＥＴ１３５には、還流ダイオード１３５′が逆並列に接続されている。
【００４９】
ＦＥＴ１３４，１３５は直列接続され、その接続節点は、ダイオード１２３のカソード及び一次巻線１３６ａの他端に接続されている。
ＦＥＴ１３４，１３５の各ゲートは、制御回路９ａによりそれぞれオン／オフ制御される。
昇圧インバータ部１３は、リーケージトランス１３６の二次巻線１３６ｂの両端から、昇圧した交流電力を出力する。
【００５０】
限流回路４は、二次巻線１３６ｂの一端と、整流回路５のダイオードブリッジ回路５１の一方の入力端との間に接続されたコンデンサ４１を備えている。
限流回路４は、リーケージトランス１３６が有する誘導性インピーダンスとコンデンサ４１の容量性インピーダンスとの合成インピーダンスにより、負荷であるＨＩＤランプ８の状態に応じて、二次巻線１３６ｂからの出力電圧及び出力電流を略定める。その他の構成は、上述した実施の形態１のインバータ装置の構成（図１，２）と同様であるので、同一個所には同一符号を付して、説明を省略する。
【００５１】
以下に、このような構成のインバータ装置の動作を説明する。
昇圧インバータ部１３は、制御回路９ａがＦＥＴ１３４，１３５をオン／オフ制御する以前は、整流回路２ａのチョークコイル１２２→ダイオード１２３→一次巻線１３６ａ→コンデンサ１３７→コンデンサ１３９→ダイオードブリッジ回路２１の負側出力端子の経路で電流が流れ、コンデンサ１３９が充電される。また、ダイオード１２３，１３４′を経由して、電解コンデンサ１３３及びコンデンサ１３８，１３９も充電される。
【００５２】
この状態で、制御回路９ａが、ＦＥＴ１３４をオン，１３５をオフにすると、チョークコイル１２２→ダイオード１２３→一次巻線１３６ａ→コンデンサ１３７→コンデンサ１３９→ダイオードブリッジ回路２１の負側出力端子の経路で電流が流れ、コンデンサ１３９が充電される。また、同時に、電解コンデンサ１３３及びコンデンサ１３８からも、ＦＥＴ１３４→一次巻線１３６ａ→コンデンサ１３７→コンデンサ１３９→ダイオードブリッジ回路２１の負側出力端子の経路で電流が流れる。
上述した動作が経過するとき、一次巻線１３６ａに磁気エネルギーが蓄積される。
【００５３】
次に、制御回路９ａは、ＦＥＴ１３４，１３５を共にオフにする。このとき、一次巻線１３６ａに蓄積されていた磁気エネルギーが放出され、還流ダイオード１３４′を通じて電解コンデンサ１３３及びコンデンサ１３８へと電流が流れ、電解コンデンサ１３３及びコンデンサ１３８が充電される。
次に、制御回路９ａは、ＦＥＴ１３４をオフ，１３５をオンにする。このとき、コンデンサ１３９が放電し、コンデンサ１３９→コンデンサ１３７→一次巻線１３６ａ→ＦＥＴ１３５の経路で電流が流れる。
【００５４】
昇圧インバータ部１３は、以上の動作を順次繰り返し、これに伴って、リーケージトランス１３６の一次巻線１３６ａとコンデンサ１３７とからなる回路に振動電流が流れ、正弦波状の定常電流が流れるようになる。
この一次巻線１３６ａに流れる電流は、正弦波状の交流電流であるから、リーケージトランス１３６の二次巻線１３６ｂに、一次巻線１３６ａと二次巻線１３６ｂとの巻数比に応じて昇圧された正弦波電圧が発生する。
【００５５】
限流回路４は、リーケージトランス１３６が有する誘導性インピーダンスとコンデンサ４１の容量性インピーダンスとの合成インピーダンス、及びＨＩＤランプ８の状態（始動から定常点灯状態に至るＨＩＤランプ８のランプ電流の変動状態）に応じて、その二次巻線１３６ｂからの出力電圧及び出力電流の概略値が決まる。その他の動作は、上述した実施の形態１のインバータ装置の動作と同様であるので、説明を省略する。
尚、本発明に係るインバータ装置は、ＩＥＣ（電気標準会議）規格ＩＥＣ６１０００の高調波ガイドラインを満たしていることは勿論のことである。また、商用交流電源を整流する整流回路を、直流電源に置き換えても、同様の効果を得ることが出来、何ら支障はない。
【００５６】
【発明の効果】
第１，２，４，５，７発明に係るインバータ装置によれば、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
つまり、昇圧インバータ部のスイッチング回路をプッシュプル方式又はハーフブリッジ方式により作動させることが出来るので（自励又は他励の何れでも良い）、制御回路を簡略化出来、大幅なコストダウンを実現することが出来る。
更に、従来のインバータ装置の昇圧コンバータ及び降圧コンバータを構成するスイッチング素子による多様なノイズ発生が少なくなるので、ノイズ対策が極めて容易である。
【００５７】
第３発明に係るインバータ装置によれば、直流電源で作動し、回路構成が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【００５８】
第６発明に係るインバータ装置によれば、音響的共鳴現象が発生するのを防止出来、回路構成、特に制御回路が簡単であり、部品コストを低減させ、電力効率を向上させることが可能な、ＨＩＤランプを点灯させる為のインバータ装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインバータ装置の実施の形態の要部構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すインバータ装置の具体的な回路の例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係るインバータ装置の実施の形態のの具体的な回路の例を示すブロック図である。
【図４】昇圧インバータ部及び限流回路の動作の例を説明するベクトル図である。
【図５】従来のインバータ装置の要部構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
２，２ａ 整流回路（第１整流回路）
３，１３ 昇圧インバータ部
４ 限流回路
５ 整流回路（第２整流回路）
６ 低周波インバータ（インバータ部）
７ 高圧パルス発生回路
８ ＨＩＤランプ
９，９ａ 制御回路
１０ 降圧コンバータ
３３，１３６ リーケージトランス（漏洩変圧器）
３３ａ，３３ａ′，１３６ａ 一次巻線
３３ｂ 帰還巻線
３３ｃ ベースドライブ用巻線
３３ｄ，１３６ｂ 二次巻線
３７，３８ ＮＰＮ型トランジスタ（スイッチング回路）
４１ コンデンサ
５３ ＦＥＴ
５４，１２２ チョークコイル
５５ 平滑コンデンサ
５６ 還流ダイオード
１３４，１３５ ＦＥＴ（スイッチング回路、ハーフブリッジ回路）
ｈ 電圧検出器
Ｖｓ 商用交流電力
Claims (7)
- 交流電力を整流する第１整流回路と、該第１整流回路が整流して出力した直流電力を、スイッチング回路及び漏洩変圧器の一次巻線を含むインバータにより交流電力に変換し、変換した交流電力を前記漏洩変圧器の二次巻線により昇圧する昇圧インバータ部と、該昇圧インバータ部が出力した交流電力を整流する第２整流回路と、該第２整流回路が整流した直流電力を交流電力に変換するインバータ部とを備え、該インバータ部が出力した交流電力によりＨＩＤランプを点灯すべくなしてあるインバータ装置であって、
前記第２整流回路が整流した直流電力を降圧する降圧コンバータを備え、前記インバータ部は、該降圧コンバータが降圧した直流電力を交流電力に変換すべくなしてあることを特徴とするインバータ装置。 - 前記二次巻線に直列接続されたコンデンサを含み、前記二次巻線に流れる交流電力を制限する限流回路を更に備え、前記第２整流回路は、該限流回路が出力した交流電力を整流すべくなしてある請求項１記載のインバータ装置。
- 前記第１整流回路に代えて、直流電力が与えられるべき２つの端子を備え、前記スイッチング回路及び漏洩変圧器の一次巻線を含むインバータは、前記端子に与えられた直流電力を交流電力に変換すべくなしてある請求項１又は２記載のインバータ装置。
- 前記スイッチング回路は、プッシュプル動作により作動すべくなしてある請求項１乃至３の何れかに記載のインバータ装置。
- 前記スイッチング回路は、ハーフブリッジ回路である請求項１乃至３の何れかに記載のインバータ装置。
- 前記インバータ部が出力する交流電力の電圧は矩形波電圧である請求項１乃至５の何れかに記載のインバータ装置。
- 前記インバータ部が出力する交流電力の電圧より高圧のパルスを発生させる高圧パルス発生回路を更に備え、該高圧パルス発生回路が発生させたパルスにより前記ＨＩＤランプを始動点灯すべくなしてある請求項１乃至６の何れかに記載のインバータ装置。
Priority Applications (1)
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| JP2003058977A JP2004273161A (ja) | 2003-03-05 | 2003-03-05 | インバータ装置 |
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Publications (1)
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| WO2021020404A1 (ja) * | 2019-07-30 | 2021-02-04 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | トルク検出器、モータユニット及び電動自転車 |
-
2003
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