JP2004350469A - インバータ - Google Patents
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Abstract
【課題】負荷と電源の間の絶縁性を確保しているトランスにランプの状態を検出する巻き線を設けることなく、ランプ等の短絡時の過負荷の保護と断線を検出するインバータを提供する。
【解決手段】商用交流電源を直流に変換する直流変換回路３の出力に直列に接続した第１のコンデンサ４及び第２のコンデンサ５と、直流変換回路３の出力に直列に接続した第１のスイッチ素子６及び第２のスイッチ素子７と、第１のスイッチ素子６と第２のスイッチ素子７間と、トランス８と、第１のスイッチ素子６と第２のスイッチ素子７とを交互にオンオフし、トランス８に交番電流を付与する駆動回路１０とを備える。第２のコンデンサ５のリップル電圧を検出する検出回路１１を設ける。
【選択図】 図１
【解決手段】商用交流電源を直流に変換する直流変換回路３の出力に直列に接続した第１のコンデンサ４及び第２のコンデンサ５と、直流変換回路３の出力に直列に接続した第１のスイッチ素子６及び第２のスイッチ素子７と、第１のスイッチ素子６と第２のスイッチ素子７間と、トランス８と、第１のスイッチ素子６と第２のスイッチ素子７とを交互にオンオフし、トランス８に交番電流を付与する駆動回路１０とを備える。第２のコンデンサ５のリップル電圧を検出する検出回路１１を設ける。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用の電源電圧よりも低い電圧で動作するハロゲンランプ等の電球を駆動するためのインバータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハロゲンランプ等の白熱灯はフィラメントを高温に加熱し、この時に発する光を照明に利用している。白熱灯の中には商用交流電源電圧より低い定格電圧を持つランプが市販されている。こうした定格電圧の低いランプを商用電源で利用する場合、ランプに合わせた電圧を供給するダウントランスが必要となり、インバータ回路を利用して、小型化、軽量化された電子トランスが普及している。
【０００３】
ランプの振る舞いとして、寿命末期にはほとんどの場合断線し、まれに電極間放電が生じて短絡することがある。このようなランプの異常状態に対し、インバータ回路の故障を防止するために、トランスに巻き線を追加し、この電圧を利用した検出回路が提案されている（例えば、特許文献１並びに特許文献２参照）。
【０００４】
図４は、上記従来の回路の共通点を模式化して示す回路ブロック図である。商用交流電源２をダイオードブリッジ３で整流し、インバータ回路４１で高周波に変換し、トランス４２で電圧を下げ、白熱灯９に適した電圧を供給する。この時の電圧は、二次巻き線４３で検出し、検出回路４４を通してインバータ回路４１を制御している。これによれば、ランプ側の回路は独立した回路となり、構造的に絶縁型で構成できる。また、検出回路４４もランプ側の回路トランスで絶縁され、負荷側での短絡が生じても電源短絡とならないため、安全性の高い電子トランスを構成できる。しかしながら、負荷の状態を検出するためにトランスに二次巻き線４３が必要であり、トランスの構造が複雑となって製品コストが高価となる問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０８−２７９３９７号公報（段落０００１−段落０００６、図２）
【特許文献２】
特開平０６−０３０５６６号公報（段落００２３−段落００２５、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、負荷と電源の間の絶縁性を確保しているトランスにランプの状態を検出する巻き線を設けることなく、ランプ等の負荷の短絡或いは断線の異常を検出することのできるインバータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のインバータは、上記課題を解決するために、商用交流電源を直流に変換する直流変換回路と、前記直流変換回路の出力に直列に接続した第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、前記直流変換回路の出力に直列に接続した第１のスイッチ素子及び第２のスイッチ素子と、前記第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子間と、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサ間とに接続したトランスと、前記第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ素子とを交互にオンオフし、前記トランスに交番電流を付与するための駆動回路とからなり、前記第２のコンデンサのリップル電圧を検出する検出回路を設けたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るインバータを用いた白熱灯の点灯回路を示す図である。図１において、インバータ１は、商用交流電源を直流に変換する直流変換回路としてのダイオードブリッジ３、ダイオードブリッジ３の出力に直列に接続した第１のコンデンサ４及び第２のコンデンサ５と、ダイオードブリッジ３の出力に直列に接続した第１のスイッチ素子６及び第２のスイッチ素子７と、第１のスイッチ素子６と第２のスイッチ素子７間と、第１のコンデンサ４と第２のコンデンサ５間とに接続したトランス８と、第１のスイッチ素子６と第２のスイッチ素子７とを交互にオンオフし、トランス８に交番電流を付与するための駆動回路１０と、第２のコンデンサ５のリップル電圧を検出する検出回路１１とからなる。なお、この実施形態では、第１のスイッチ素子６及び第２のスイッチ素子７は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成してある。
【０００９】
商用交流電源２は、ダイオードブリッジ３で整流され、ダイオードブリッジ３で整流された直流電源電圧は、第１のコンデンサ４及び第２のコンデンサ５に充電されると同時に、駆動回路１０にも電源が供給される。駆動回路１０は、第１のスイッチ素子６及び第２のスイッチ素子７を交互にオンオフし、トランス８を通じて白熱灯９に電力を供給する。この時に流れる電流により、第２のコンデンサ５には動作周波数のリップル電圧が発生する。このリップル電圧は、白熱灯９が短絡した場合には増加し、白熱灯９が断線すると減少する。したがって、リップル電圧の大きさによって白熱灯９が正常に動作しているか、断線しているか、或いは短絡しているかを検出回路１１で検出し、駆動回路１０の動作を制御する。これにより、トランス８に二次巻き線を設けなくても、白熱灯９（ランプ）の状態が検出でき、簡単なトランス構造で安価なインバータを構成できる。また、ランプの状態を検出する検出回路１１と駆動回路１０の電源回路との基準電位が共通になり、駆動回路１０を制御しやすい特徴もある。白熱灯９の電圧又は電流を直接検出していないので、負荷と電源との間は絶縁構造になり、感電防止構造を取りやすい。
【００１０】
図２は、図１の実施形態のインバータ１のより詳細な回路図である。なお、図１に示す各要素と図２における対応関係を説明すると、図１の第１のコンデンサ４はコンデンサＣ２に対応し、図１の第２のコンデンサ５はコンデンサＣ３に対応する。また、図１の第１のスイッチ素子６はスイッチ素子（ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ）Ｕ１に対応し、図１の第２のスイッチ素子７はスイッチ素子（ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ）Ｕ２に対応する。さらに、図１のトランス８は図２のトランスＴＲ２に対応する。なお、図２において、商用交流電源は端子Ｔ１，Ｔ２間に印加し、白熱灯は端子Ｔ３，Ｔ４間に接続する。
【００１１】
駆動回路１０の動作を図２に付した回路記号を用いて説明する。Ｔ１，Ｔ２間に商用交流電源が印加されると、ＦＵＳＥ１を通してＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４からなるダイオードブリッジで整流され、前記ダイオードブリッジで整流された直流電源電圧は、コンデンサＣ４に充電される。コンデンサＣ４の電圧は、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２で分割されてコンデンサＣ２，Ｃ３にそれぞれ供給されると同時に、ダイオードＤ１０及び抵抗Ｒ２８を通してコンデンサＣ８に充電される。なお、コンデンサＣ８の電圧はツェナーダイオードＤ９で安定化される。さらに、コンデンサＣ４の電圧がダイオードＤ１０及び抵抗Ｒ２７を通してトランジスタＱ７のベースに印加され、ベース電流が供給されてトランジスタＱ７がオンすると、コンデンサＣ８に充電された電圧がトランジスタＱ９のベースに印加されてトランジスタＱ９がオンし、コンデンサＣ４からダイオードＤ１０、抵抗Ｒ２９、トランジスタＱ９のコレクタ、エミッタ、トランジスタＱ７のコレクタ、エミッタを通じてコンデンサＣ６が充電される。なお、コンデンサＣ６に充電される電圧は、トランジスタＱ９のコレクタ、エミッタ間の電圧降下及びトランジスタＱ７のコレクタ、エミッタ間の電圧降下分だけコンデンサＣ８より低い電圧で安定化される。なお、コンデンサＣ６に充電された電圧は、スイッチ素子Ｕ２をオンする駆動電源となる。
【００１２】
さて、コンデンサＣ６の電圧が上昇すると、抵抗Ｒ２５及び抵抗Ｒ２４に電流が流れることによって、抵抗Ｒ２５を通じてトランジスタＱ６にべース電流が供給され、トランジスタＱ６がオンし、コンデンサＣ７への充電が開始される。従って、抵抗Ｒ１９及び抵抗Ｒ２０を通じてトランジスタＱ６にコレクタ電流が流れる結果、トランジスタＱ１２にベース電流が供給されてトランジスタＱ１２がオンする。トランジスタＱ１２に流れるコレクタ電流は、抵抗Ｒ１７及び抵抗Ｒ１８と、これらに並列接続された抵抗Ｒ２１及び抵抗Ｒ２２と、さらにこれらに並列に接続された抵抗２３及び抵抗Ｒ２４に流れると共に、抵抗Ｒ２１を通る電流の一部によりコンデンサＣ７の充電が促進される。これによって、コンデンサＣ７の電圧が上昇してトランジスタＱ６のエミッタの電位が上昇する結果、トランジスタＱ６のコレクタ電流が減少してトランジスタＱ６がオフする。これに伴い、トランジスタＱ１２のベース電流も減少する結果、トランジスタＱ１２がオフする。
【００１３】
トランジスタＱ６及びトランジスタＱ１２がオフすると、コンデンサＣ７に蓄えられていた電荷が抵抗Ｒ２２を通じて放電し、トランジスタＱ６のエミッタの電位がコンデンサＣ７が充電される前の電位に下がる結果、トランジスタＱ６がオンできる状態に復帰し、トランジスタＱ６が再びオンし、トランジスタＱ１２もオンする。以上のようにして、トランジスタＱ６及びトランジスタＱ１２はオンオフを繰り返す。
【００１４】
ところで、トランジスタＱ１２がオンオフを繰り返すと、これに従って抵抗Ｒ１７を通じてトランジスタＱ４に供給されるべース電流もオンオフを繰り返すことになる。抵抗Ｒ１７を通じる電流がトランジスタＱ４のベースに供給される時には、トランジスタＱ４がオンし、コンデンサＣ６から抵抗Ｒ１６を通じて電流が流れる。これにより、抵抗Ｒ１６に電流が流れることによって生じる電圧降下で、トランジスタＱ４のコレクタ電圧が低くなる。一方、抵抗Ｒ１７を通じる電流がトランジスタＱ４のベースに供給されない時には、トランジスタＱ４がオフし、コンデンサＣ６から抵抗Ｒ１６を通じる電流は流れず、抵抗Ｒ１６による電圧降下もなくなってトランジスタＱ４のコレクタ電圧が高くなる。
【００１５】
給電後、まず、トランジスタＱ６及びトランジスタＱ１２がオンし、トランジスタＱ４がオンすることでトランジスタＱ４のコレクタ電圧が低くなる。トランジスタＱ４のコレクタ電圧が低い場合、トランジスタＱ１１のエミッタ−ベース−抵抗Ｒ１４を通じてベース電流が流れてトランジスタＱ１１がオンする。トランジスタＱ１１がオンする結果、トランジスタＱ１１にコレクタ電流が流れ、抵抗Ｒ９を通じてスイッチ素子Ｕ２のゲートに電荷が供給され、スイッチ素子Ｕ２がオンすることになる。スイッチ素子Ｕ２がオンすると、コンデンサＣ３に蓄えられていた電荷が放電され、コンデンサＣ３−トランスＴＲ２−スイッチ素子Ｕ２−コンデンサＣ３の経路で電流が流れる。なお、回路図では、電流の流れは、トランスＴＲ２の下から上への向きになる。また、スイッチ素子Ｕ２がオンすると、コンデンサＣ６−ダイオードＤ５−コンデンサＣ５−スイッチ素子Ｕ２の経路で電流が流れ、コンデンサＣ５を充電し、スイッチ素子Ｕ１をオンする駆動電源が蓄えられる。
【００１６】
次に、トランジスタＱ６及びトランジスタＱ１２がオフすると、トランジスタＱ４がオフすることでトランジスタＱ４のコレクタ電圧が高くなる。トランジスタＱ４のコレクタ電圧が高くなると、トランジスタＱ４のベース電圧も高くなり、トランジスタＱ１１がオフする。また、抵抗Ｒ１３、抵抗Ｒ１２、抵抗Ｒ１０、抵抗Ｒ１１に電流が流れることによってトランジスタＱ８及びトランジスタＱ２が両方オンし、スイッチ素子Ｕ２のゲート−トランジスタＱ２のコレクタ−エミッタの経路で電流が流れ、スイッチ素子Ｕ２のゲートの電荷が引き抜かれ、スイッチ素子Ｕ２がオフする。
【００１７】
さらに、トランジスタＱ８がオンすることで、コンデンサＣ５に貯まっていた電荷が放電し、抵抗Ｒ７、抵抗Ｒ８を経由してトランジスタＱ８に電流が流れ、抵抗Ｒ８を通してトランジスタＱ１０にベース電流が供給されてトランジスタＱ１０がオンする。トランジスタＱ１０がオンすると、コンデンサＣ５−トランジスタＱ１５−トランジスタＱ１６経由でトランジスタＱ１０のエミッタ−コレクタに電流が流れ、さらに、抵抗Ｒ６−抵抗Ｒ５に電流が流れ、トランジスタＱ３がオンする。トランジスタＱ３がオンすることにより、抵抗Ｒ４を通じてトランジスタＱ３にコレクタ電流が流れ、トランジスタＱ１のベースから電荷を引き抜くことから、トランジスタＱ１をオフに維持する。また、トランジスタＱ１０がオンすると、ダイオードＤ６−抵抗Ｒ３を通じてスイッチ素子Ｕ１のゲートに電荷が供給されるため、スイッチ素子Ｕ１がオンする。
【００１８】
スイッチ素子Ｕ１がオンすると、コンデンサＣ２に蓄えられていた電荷が放電され、コンデンサＣ２−スイッチ素子Ｕ１−トランスＴＲ２−コンデンサＣ２の経路で電流が流れる。なお、回路図では、電流の流れは、トランスＴＲ２の上から下への向きになる。
【００１９】
次に、再びトランジスタＱ６及びトランジスタＱ１２がオンし、トランジスタＱ４がオンすることでトランジスタＱ４のコレクタ電圧が低くなる。これに応じて、トランジスタＱ１１がオンする。また、トランジスタＱ１２がオンすることで、抵抗Ｒ１３及び抵抗Ｒ１０に流れる電流が減少するためトランジスタＱ８及びトランジスタＱ２がオフする。トランジスタＱ１１がオンする結果、トランジスタＱ１１にコレクタ電流が流れ、抵抗Ｒ９を通じてスイッチ素子Ｕ２のゲートに電荷が供給され、再びスイッチ素子Ｕ２がオンする。また、トランジスタＱ８がオフすると、応じてトランジスタＱ１０がオフし、トランジスタＱ１０がオフすると、コンデンサＣ５−トランジスタＱ１５−トランジスタＱ１６を経由した電荷が抵抗Ｒ４を通じてトランジスタＱ１に供給され、トランジスタＱ１がオンとなる。トランジスタＱ１がオンすることで、スイッチ素子Ｕ１のゲート−トランジスタＱ１のコレクタ−エミッタの経路で電流が流れ、スイッチ素子Ｕ１のゲートの電荷が引き抜かれる結果、スイッチ素子Ｕ１がオフする。
【００２０】
以上に説明したように、スイッチ素子Ｕ２をオンし、かつスイッチ素子Ｕ１をオフし、次に、スイッチ素子Ｕ２をオフし、かつスイッチ素子Ｕ１をオンする動作、即ち、スイッチ素子Ｕ２とスイッチ素子Ｕ１とを交互にオンオフすることで、トランスＴＲ２に交番電流を流し、端子Ｔ３，Ｔ４間に接続された白熱灯を点灯する。
【００２１】
なお、トランジスタＱ１０のエミッタに対して接続されている２段のトランジスタＱ１５，Ｑ１６は、トランジスタＱ８がターンオフした時に、トランジスタＱ８の漏れ電流によって誤ってトランジスタＱ１０がオンしないように、２段のトランジスタＱ１５，Ｑ１６の降下電圧を利用してベース電圧に対するエミッタ電圧が低くなるようにしたものである。また、コンデンサＣ５の放電により、コンデンサＣ５の電荷がなくなると、２段のトランジスタＱ１５，Ｑ１６もオフとなる。
【００２２】
また、スイッチ素子Ｕ１がオンすると、コンデンサＣ２からスイッチ素子Ｕ１−トランスＴＲ２を経由して電流が流れ、コンデンサＣ２の電圧は低下することになる。一方、電源側からスイッチ素子Ｕ１，トランスＴＲ２を経由してコンデンサＣ３にも充電電流が流れ、コンデンサＣ３の電圧は上昇する。また、スイッチ素子Ｕ１がオフすると共にスイッチ素子Ｕ２がオンすると、コンデンサＣ３の電圧が低下することになる。一方、電源側からコンデンサＣ２に充電電流が流れ、コンデンサＣ２の電圧が上昇する。こうしてコンデンサＣ２，コンデンサＣ３にはスイッチ素子Ｕ１とスイッチ素子Ｕ２の交互のオンオフに同期したリップル電圧を生じる。以上が、端子Ｔ３，Ｔ４間に接続された負荷（例えば、白熱灯）が正常である定格の負荷動作を行っている場合の動作である。なお、図３にトランジスタＱ６，Ｑ１２，Ｑ４，Ｑ８，Ｑ１１，Ｑ２，Ｑ１０，Ｑ３，Ｑ１並びにスイッチ素子Ｕ２，Ｕ１のオンオフ状態を表形式で示す。
【００２３】
次に、第２のコンデンサＣ３のリップル電圧を検出する検出回路１１について説明する。図１の検出回路１１は、図２の回路ではコンデンサＣ１０、抵抗Ｒ３１、抵抗Ｒ３０、ダイオードＤ１１、コンデンサＣ９、トランジスタＱ５、抵抗Ｒ２６、抵抗Ｒ３２、抵抗Ｒ３３、抵抗Ｒ３４、トランジスタＱ１３、トランジスタＱ１４、コンデンサＣ１１で構成されている。
【００２４】
スイッチ素子Ｕ２がオンした時にトランスＴＲ２に電流を流す電源を充電するコンデンサＣ３に接続されたプラスラインとマイナスラインとの間には、コンデンサＣ１０、抵抗Ｒ３１、抵抗Ｒ３０が直列に接続され、これと並列に、コンデンサＣ３のプラスラインに対して逆向きにダイオードＤ１１が接続され、ダイオードＤ１１にコンデンサＣ９の一端が直列に接続され、コンデンサＣ９の他端はコンデンサＣ３のマイナスラインに接続されている。また、トランジスタＱ５のベースはコンデンサＣ３のマイナスラインに接続され、トランジスタＱ５のコレクタは駆動回路１０のトランジスタＱ４のコレクタに接続され、トランジスタＱ５のエミッタは抵抗Ｒ２６を介してダイオードＤ１１とコンデンサＣ９との間に接続されている。
【００２５】
また、トランジスタＱ１３のベースは、抵抗Ｒ３２及び抵抗Ｒ３３を通じ、スイッチ素子Ｕ２のスイッチング動作を行わせるための駆動電源を充電するコンデンサＣ６のプラス側に対して接続されている。このトランジスタＱ１３のコレクタは、駆動回路１０のトランジスタＱ４のコレクタに接続され、トランジスタＱ１３のエミッタは、コンデンサＣ３のマイナスラインに接続されている。また、トランジスタＱ１４のベースは、抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３０との間に接続され、トランジスタＱ１４のコレクタは、抵抗Ｒ３２と抵抗Ｒ３３との間に接続され、トランジスタＱ１４のエミッタはコンデンサＣ３のマイナスラインに接続されている。さらに、トランジスタＱ１４のコレクタとエミッタとの間にコンデンサＣ１１が接続され、抵抗Ｒ３３とトランジスタＱ１３との間に抵抗Ｒ３４の一端が接続され、該抵抗Ｒ１４の他端はコンデンサＣ３のマイナスラインに接続されている。
【００２６】
以上のように構成された検出回路１１の動作を説明をする。端子Ｔ３，Ｔ４間に接続された負荷が動作しているときには、負荷電流分だけコンデンサＣ３に流れる電流も増加する。従って、コンデンサＣ３のリップル電圧も増加する。このコンデンサＣ３のリップル電圧分をコンデンサＣ１０を通して取り出すと共に、抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３０で分圧し、トランジスタＱ１４のベース電流として供給する。正常である定格の負荷動作では、コンデンサＣ１０を通じて流れる電流でトランジスタＱ１４はオンオフを繰り返す。従って、トランジスタＱ１４がオンした時にコンデンサＣ１１の電荷をコンデンサＣ３のマイナスラインに放電している。
【００２７】
次に、端子Ｔ３，Ｔ４間に接続された負荷（例えば、白熱灯）が異常である場合について説明する。端子Ｔ３，Ｔ４間に接続された負荷が短絡すると、電流が増加し、コンデンサＣ２，コンデンサＣ３に流れる電流も増加する。また、端子Ｔ３，Ｔ４間に接続された負荷が断線した場合には、トランスＴＲ２に流れる電流は励磁電流程度に減少し、コンデンサＣ２並びにコンデンサＣ３のリップル電圧も減少する。
【００２８】
負荷が短絡してＣ３のリップル電圧が増加した場合、トランスＴＲ２の励磁電流でコンデンサＣ３の両端の電圧極性が反転し、コンデンサＣ３のプラスラインの電圧よりもコンデンサＣ３のマイナスラインの電圧が高くなる。この場合、ダイオードＤ１１を通じてコンデンサＣ９が充電され、コンデンサＣ９に充電された電圧がトランジスタＱ５のベースに印加されることで、トランジスタＱ５がオンする。トランジスタＱ５がオンすると、抵抗Ｒ１６−トランジスタＱ５のコレクタ−トランジスタＱ５のエミッタ−抵抗Ｒ２６−ダイオードＤ１１を通って電流が流れ、抵抗Ｒ１６での電圧降下が発生し、トランジスタＱ４のコレクタ電圧が低い状態に維持されることになる。従って、スイッチ素子Ｕ２がオンでスイッチ素子Ｕ１がオフの状態のままとなって交互導通は停止し、コンデンサＣ２の充電及びコンデンサＣ３の放電が促進し、コンデンサＣ３の電荷がなくなると、スイッチ素子Ｕ２に流れる電流もやがてなくなり、スイッチ素子Ｕ２の電力損失が減少し、トランスＴＲ２の交流出力が停止する。
【００２９】
コンデンサＣ９が放電すると、トランジスタＱ５がオフし、再びスイッチ素子Ｕ１，Ｕ２が交互にオンオフを始めるが、継続して負荷が短絡している場合には再びコンデンサＣ３の両端の電圧極性が反転してコンデンサＣ９が充電されるため、駆動回路の動作は間欠動作となり、負荷の短絡による過負荷を防止する。
【００３０】
次に、負荷が断線した場合について説明する。負荷が断線した場合はリップル電圧が減少し、コンデンサＣ１０，抵抗Ｒ３１を通して流れる電流が減少し、トランジスタＱ４のベース・エミッタ間に十分な電圧がかからなくなり、トランジスタＱ４がオフのままとなる。このことで、コンデンサＣ１１は抵抗Ｒ３２を通る電流により充電され、コンデンサＣ１１に充電された電圧が抵抗Ｒ３３を通じてトランジスタＱ１３のベースに印加されることで、トランジスタＱ１３がオンする。トランジスタＱ１３がオンすると、抵抗Ｒ１６−トランジスタＱ１３のコレクタ−トランジスタＱ１３のエミッタを通って電流が流れ、抵抗Ｒ１６での電圧降下が発生し、トランジスタＱ４のオンオフに関係なくトランジスタＱ４のコレクタ電圧が低い状態に維持されることになる。従って、スイッチ素子Ｕ２がオンでスイッチ素子Ｕ１がオフの状態のままとなって交互導通は停止し、コンデンサＣ２の充電及びコンデンサＣ３の放電が促進し、コンデンサＣ３の電荷がなくなると、スイッチ素子Ｕ２に流れる電流もやがてなくなり、スイッチ素子Ｕ２の電力損失が減少し、トランスＴＲ２の交流出力が停止する。
【００３１】
なお、スイッチ素子Ｕ２がオンでスイッチ素子Ｕ１がオフの状態のままとなって交互導通が停止することで、コンデンサＣ６への充電動作が行われなくなるため、トランジスタＱ１３のオン状態はコンデンサＣ６の電荷が減少して電圧が下がるまで続き、コンデンサＣ６の電圧がトランジスタＱ１３をオンできる電圧以下に下がると、トランジスタＱ１３がオフする。従って、回路の電力損失は低減し、また、電源を切らずにランプを交換しても、電源を入れ直さなければランプに通電されないので、装着時のランプの熱による火傷の事故を防止できる。
【００３２】
以上に説明したように、トランスに負荷（例えば、ランプ或いは白熱灯）の状態を検出する巻き線を設けることなく、負荷の短絡或いは断線の異常を検出することができ、異常の検出に応じて駆動回路を制御するので、短絡時の過負荷の保謹と断線時の電力損失の低減を実現することができる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に記載の構成によれば、商用交流電源を直流に変換する直流変換回路の出力に直列に接続した第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、直流変換回路の出力に直列に接続した第１のスイッチ素子及び第２のスイッチ素子と、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子間と、第１のコンデンサと第２のコンデンサ間とに接続したトランスと、第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ素子とを交互にオンオフし、トランスに交番電流を付与するための駆動回路とからなり、第２のコンデンサのリップル電圧を検出する検出回路を設けたので、負荷と電源の間の絶縁性を確保しているトランスにランプの状態を検出する巻き線を設けることなく、ランプ等の負荷の短絡或いは断線の異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るインバータを用いた白熱灯の点灯回路を示す回路ブロック図
【図２】図１の実施形態のインバータの回路図
【図３】図２の回路におけるトランジスタＱ６，Ｑ１２，Ｑ４，Ｑ８，Ｑ１１，Ｑ２，Ｑ１０，Ｑ３，Ｑ１並びにスイッチ素子Ｕ２，Ｕ１のオンオフ状態を表形式で示す図
【図４】従来のランプの点灯回路を模式化して示す回路ブロック図
【符号の説明】
１ インバータ
２ 商用交流電源
３ 直流変換回路（ダイオードブリッジ）
４ 第１のコンデンサ
５ 第２のコンデンサ
６ 第１のスイッチ素子
７ 第２のスイッチ素子
８ トランス
９ 白熱灯
１０ 駆動回路
１１ 検出回路
４１ インバータ回路（従来）
４２ トランス（従来）
４３ 二次巻き線（従来）
４４ 検出回路（従来）
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用の電源電圧よりも低い電圧で動作するハロゲンランプ等の電球を駆動するためのインバータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハロゲンランプ等の白熱灯はフィラメントを高温に加熱し、この時に発する光を照明に利用している。白熱灯の中には商用交流電源電圧より低い定格電圧を持つランプが市販されている。こうした定格電圧の低いランプを商用電源で利用する場合、ランプに合わせた電圧を供給するダウントランスが必要となり、インバータ回路を利用して、小型化、軽量化された電子トランスが普及している。
【０００３】
ランプの振る舞いとして、寿命末期にはほとんどの場合断線し、まれに電極間放電が生じて短絡することがある。このようなランプの異常状態に対し、インバータ回路の故障を防止するために、トランスに巻き線を追加し、この電圧を利用した検出回路が提案されている（例えば、特許文献１並びに特許文献２参照）。
【０００４】
図４は、上記従来の回路の共通点を模式化して示す回路ブロック図である。商用交流電源２をダイオードブリッジ３で整流し、インバータ回路４１で高周波に変換し、トランス４２で電圧を下げ、白熱灯９に適した電圧を供給する。この時の電圧は、二次巻き線４３で検出し、検出回路４４を通してインバータ回路４１を制御している。これによれば、ランプ側の回路は独立した回路となり、構造的に絶縁型で構成できる。また、検出回路４４もランプ側の回路トランスで絶縁され、負荷側での短絡が生じても電源短絡とならないため、安全性の高い電子トランスを構成できる。しかしながら、負荷の状態を検出するためにトランスに二次巻き線４３が必要であり、トランスの構造が複雑となって製品コストが高価となる問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０８−２７９３９７号公報（段落０００１−段落０００６、図２）
【特許文献２】
特開平０６−０３０５６６号公報（段落００２３−段落００２５、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、負荷と電源の間の絶縁性を確保しているトランスにランプの状態を検出する巻き線を設けることなく、ランプ等の負荷の短絡或いは断線の異常を検出することのできるインバータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のインバータは、上記課題を解決するために、商用交流電源を直流に変換する直流変換回路と、前記直流変換回路の出力に直列に接続した第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、前記直流変換回路の出力に直列に接続した第１のスイッチ素子及び第２のスイッチ素子と、前記第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子間と、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサ間とに接続したトランスと、前記第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ素子とを交互にオンオフし、前記トランスに交番電流を付与するための駆動回路とからなり、前記第２のコンデンサのリップル電圧を検出する検出回路を設けたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るインバータを用いた白熱灯の点灯回路を示す図である。図１において、インバータ１は、商用交流電源を直流に変換する直流変換回路としてのダイオードブリッジ３、ダイオードブリッジ３の出力に直列に接続した第１のコンデンサ４及び第２のコンデンサ５と、ダイオードブリッジ３の出力に直列に接続した第１のスイッチ素子６及び第２のスイッチ素子７と、第１のスイッチ素子６と第２のスイッチ素子７間と、第１のコンデンサ４と第２のコンデンサ５間とに接続したトランス８と、第１のスイッチ素子６と第２のスイッチ素子７とを交互にオンオフし、トランス８に交番電流を付与するための駆動回路１０と、第２のコンデンサ５のリップル電圧を検出する検出回路１１とからなる。なお、この実施形態では、第１のスイッチ素子６及び第２のスイッチ素子７は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成してある。
【０００９】
商用交流電源２は、ダイオードブリッジ３で整流され、ダイオードブリッジ３で整流された直流電源電圧は、第１のコンデンサ４及び第２のコンデンサ５に充電されると同時に、駆動回路１０にも電源が供給される。駆動回路１０は、第１のスイッチ素子６及び第２のスイッチ素子７を交互にオンオフし、トランス８を通じて白熱灯９に電力を供給する。この時に流れる電流により、第２のコンデンサ５には動作周波数のリップル電圧が発生する。このリップル電圧は、白熱灯９が短絡した場合には増加し、白熱灯９が断線すると減少する。したがって、リップル電圧の大きさによって白熱灯９が正常に動作しているか、断線しているか、或いは短絡しているかを検出回路１１で検出し、駆動回路１０の動作を制御する。これにより、トランス８に二次巻き線を設けなくても、白熱灯９（ランプ）の状態が検出でき、簡単なトランス構造で安価なインバータを構成できる。また、ランプの状態を検出する検出回路１１と駆動回路１０の電源回路との基準電位が共通になり、駆動回路１０を制御しやすい特徴もある。白熱灯９の電圧又は電流を直接検出していないので、負荷と電源との間は絶縁構造になり、感電防止構造を取りやすい。
【００１０】
図２は、図１の実施形態のインバータ１のより詳細な回路図である。なお、図１に示す各要素と図２における対応関係を説明すると、図１の第１のコンデンサ４はコンデンサＣ２に対応し、図１の第２のコンデンサ５はコンデンサＣ３に対応する。また、図１の第１のスイッチ素子６はスイッチ素子（ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ）Ｕ１に対応し、図１の第２のスイッチ素子７はスイッチ素子（ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ）Ｕ２に対応する。さらに、図１のトランス８は図２のトランスＴＲ２に対応する。なお、図２において、商用交流電源は端子Ｔ１，Ｔ２間に印加し、白熱灯は端子Ｔ３，Ｔ４間に接続する。
【００１１】
駆動回路１０の動作を図２に付した回路記号を用いて説明する。Ｔ１，Ｔ２間に商用交流電源が印加されると、ＦＵＳＥ１を通してＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４からなるダイオードブリッジで整流され、前記ダイオードブリッジで整流された直流電源電圧は、コンデンサＣ４に充電される。コンデンサＣ４の電圧は、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２で分割されてコンデンサＣ２，Ｃ３にそれぞれ供給されると同時に、ダイオードＤ１０及び抵抗Ｒ２８を通してコンデンサＣ８に充電される。なお、コンデンサＣ８の電圧はツェナーダイオードＤ９で安定化される。さらに、コンデンサＣ４の電圧がダイオードＤ１０及び抵抗Ｒ２７を通してトランジスタＱ７のベースに印加され、ベース電流が供給されてトランジスタＱ７がオンすると、コンデンサＣ８に充電された電圧がトランジスタＱ９のベースに印加されてトランジスタＱ９がオンし、コンデンサＣ４からダイオードＤ１０、抵抗Ｒ２９、トランジスタＱ９のコレクタ、エミッタ、トランジスタＱ７のコレクタ、エミッタを通じてコンデンサＣ６が充電される。なお、コンデンサＣ６に充電される電圧は、トランジスタＱ９のコレクタ、エミッタ間の電圧降下及びトランジスタＱ７のコレクタ、エミッタ間の電圧降下分だけコンデンサＣ８より低い電圧で安定化される。なお、コンデンサＣ６に充電された電圧は、スイッチ素子Ｕ２をオンする駆動電源となる。
【００１２】
さて、コンデンサＣ６の電圧が上昇すると、抵抗Ｒ２５及び抵抗Ｒ２４に電流が流れることによって、抵抗Ｒ２５を通じてトランジスタＱ６にべース電流が供給され、トランジスタＱ６がオンし、コンデンサＣ７への充電が開始される。従って、抵抗Ｒ１９及び抵抗Ｒ２０を通じてトランジスタＱ６にコレクタ電流が流れる結果、トランジスタＱ１２にベース電流が供給されてトランジスタＱ１２がオンする。トランジスタＱ１２に流れるコレクタ電流は、抵抗Ｒ１７及び抵抗Ｒ１８と、これらに並列接続された抵抗Ｒ２１及び抵抗Ｒ２２と、さらにこれらに並列に接続された抵抗２３及び抵抗Ｒ２４に流れると共に、抵抗Ｒ２１を通る電流の一部によりコンデンサＣ７の充電が促進される。これによって、コンデンサＣ７の電圧が上昇してトランジスタＱ６のエミッタの電位が上昇する結果、トランジスタＱ６のコレクタ電流が減少してトランジスタＱ６がオフする。これに伴い、トランジスタＱ１２のベース電流も減少する結果、トランジスタＱ１２がオフする。
【００１３】
トランジスタＱ６及びトランジスタＱ１２がオフすると、コンデンサＣ７に蓄えられていた電荷が抵抗Ｒ２２を通じて放電し、トランジスタＱ６のエミッタの電位がコンデンサＣ７が充電される前の電位に下がる結果、トランジスタＱ６がオンできる状態に復帰し、トランジスタＱ６が再びオンし、トランジスタＱ１２もオンする。以上のようにして、トランジスタＱ６及びトランジスタＱ１２はオンオフを繰り返す。
【００１４】
ところで、トランジスタＱ１２がオンオフを繰り返すと、これに従って抵抗Ｒ１７を通じてトランジスタＱ４に供給されるべース電流もオンオフを繰り返すことになる。抵抗Ｒ１７を通じる電流がトランジスタＱ４のベースに供給される時には、トランジスタＱ４がオンし、コンデンサＣ６から抵抗Ｒ１６を通じて電流が流れる。これにより、抵抗Ｒ１６に電流が流れることによって生じる電圧降下で、トランジスタＱ４のコレクタ電圧が低くなる。一方、抵抗Ｒ１７を通じる電流がトランジスタＱ４のベースに供給されない時には、トランジスタＱ４がオフし、コンデンサＣ６から抵抗Ｒ１６を通じる電流は流れず、抵抗Ｒ１６による電圧降下もなくなってトランジスタＱ４のコレクタ電圧が高くなる。
【００１５】
給電後、まず、トランジスタＱ６及びトランジスタＱ１２がオンし、トランジスタＱ４がオンすることでトランジスタＱ４のコレクタ電圧が低くなる。トランジスタＱ４のコレクタ電圧が低い場合、トランジスタＱ１１のエミッタ−ベース−抵抗Ｒ１４を通じてベース電流が流れてトランジスタＱ１１がオンする。トランジスタＱ１１がオンする結果、トランジスタＱ１１にコレクタ電流が流れ、抵抗Ｒ９を通じてスイッチ素子Ｕ２のゲートに電荷が供給され、スイッチ素子Ｕ２がオンすることになる。スイッチ素子Ｕ２がオンすると、コンデンサＣ３に蓄えられていた電荷が放電され、コンデンサＣ３−トランスＴＲ２−スイッチ素子Ｕ２−コンデンサＣ３の経路で電流が流れる。なお、回路図では、電流の流れは、トランスＴＲ２の下から上への向きになる。また、スイッチ素子Ｕ２がオンすると、コンデンサＣ６−ダイオードＤ５−コンデンサＣ５−スイッチ素子Ｕ２の経路で電流が流れ、コンデンサＣ５を充電し、スイッチ素子Ｕ１をオンする駆動電源が蓄えられる。
【００１６】
次に、トランジスタＱ６及びトランジスタＱ１２がオフすると、トランジスタＱ４がオフすることでトランジスタＱ４のコレクタ電圧が高くなる。トランジスタＱ４のコレクタ電圧が高くなると、トランジスタＱ４のベース電圧も高くなり、トランジスタＱ１１がオフする。また、抵抗Ｒ１３、抵抗Ｒ１２、抵抗Ｒ１０、抵抗Ｒ１１に電流が流れることによってトランジスタＱ８及びトランジスタＱ２が両方オンし、スイッチ素子Ｕ２のゲート−トランジスタＱ２のコレクタ−エミッタの経路で電流が流れ、スイッチ素子Ｕ２のゲートの電荷が引き抜かれ、スイッチ素子Ｕ２がオフする。
【００１７】
さらに、トランジスタＱ８がオンすることで、コンデンサＣ５に貯まっていた電荷が放電し、抵抗Ｒ７、抵抗Ｒ８を経由してトランジスタＱ８に電流が流れ、抵抗Ｒ８を通してトランジスタＱ１０にベース電流が供給されてトランジスタＱ１０がオンする。トランジスタＱ１０がオンすると、コンデンサＣ５−トランジスタＱ１５−トランジスタＱ１６経由でトランジスタＱ１０のエミッタ−コレクタに電流が流れ、さらに、抵抗Ｒ６−抵抗Ｒ５に電流が流れ、トランジスタＱ３がオンする。トランジスタＱ３がオンすることにより、抵抗Ｒ４を通じてトランジスタＱ３にコレクタ電流が流れ、トランジスタＱ１のベースから電荷を引き抜くことから、トランジスタＱ１をオフに維持する。また、トランジスタＱ１０がオンすると、ダイオードＤ６−抵抗Ｒ３を通じてスイッチ素子Ｕ１のゲートに電荷が供給されるため、スイッチ素子Ｕ１がオンする。
【００１８】
スイッチ素子Ｕ１がオンすると、コンデンサＣ２に蓄えられていた電荷が放電され、コンデンサＣ２−スイッチ素子Ｕ１−トランスＴＲ２−コンデンサＣ２の経路で電流が流れる。なお、回路図では、電流の流れは、トランスＴＲ２の上から下への向きになる。
【００１９】
次に、再びトランジスタＱ６及びトランジスタＱ１２がオンし、トランジスタＱ４がオンすることでトランジスタＱ４のコレクタ電圧が低くなる。これに応じて、トランジスタＱ１１がオンする。また、トランジスタＱ１２がオンすることで、抵抗Ｒ１３及び抵抗Ｒ１０に流れる電流が減少するためトランジスタＱ８及びトランジスタＱ２がオフする。トランジスタＱ１１がオンする結果、トランジスタＱ１１にコレクタ電流が流れ、抵抗Ｒ９を通じてスイッチ素子Ｕ２のゲートに電荷が供給され、再びスイッチ素子Ｕ２がオンする。また、トランジスタＱ８がオフすると、応じてトランジスタＱ１０がオフし、トランジスタＱ１０がオフすると、コンデンサＣ５−トランジスタＱ１５−トランジスタＱ１６を経由した電荷が抵抗Ｒ４を通じてトランジスタＱ１に供給され、トランジスタＱ１がオンとなる。トランジスタＱ１がオンすることで、スイッチ素子Ｕ１のゲート−トランジスタＱ１のコレクタ−エミッタの経路で電流が流れ、スイッチ素子Ｕ１のゲートの電荷が引き抜かれる結果、スイッチ素子Ｕ１がオフする。
【００２０】
以上に説明したように、スイッチ素子Ｕ２をオンし、かつスイッチ素子Ｕ１をオフし、次に、スイッチ素子Ｕ２をオフし、かつスイッチ素子Ｕ１をオンする動作、即ち、スイッチ素子Ｕ２とスイッチ素子Ｕ１とを交互にオンオフすることで、トランスＴＲ２に交番電流を流し、端子Ｔ３，Ｔ４間に接続された白熱灯を点灯する。
【００２１】
なお、トランジスタＱ１０のエミッタに対して接続されている２段のトランジスタＱ１５，Ｑ１６は、トランジスタＱ８がターンオフした時に、トランジスタＱ８の漏れ電流によって誤ってトランジスタＱ１０がオンしないように、２段のトランジスタＱ１５，Ｑ１６の降下電圧を利用してベース電圧に対するエミッタ電圧が低くなるようにしたものである。また、コンデンサＣ５の放電により、コンデンサＣ５の電荷がなくなると、２段のトランジスタＱ１５，Ｑ１６もオフとなる。
【００２２】
また、スイッチ素子Ｕ１がオンすると、コンデンサＣ２からスイッチ素子Ｕ１−トランスＴＲ２を経由して電流が流れ、コンデンサＣ２の電圧は低下することになる。一方、電源側からスイッチ素子Ｕ１，トランスＴＲ２を経由してコンデンサＣ３にも充電電流が流れ、コンデンサＣ３の電圧は上昇する。また、スイッチ素子Ｕ１がオフすると共にスイッチ素子Ｕ２がオンすると、コンデンサＣ３の電圧が低下することになる。一方、電源側からコンデンサＣ２に充電電流が流れ、コンデンサＣ２の電圧が上昇する。こうしてコンデンサＣ２，コンデンサＣ３にはスイッチ素子Ｕ１とスイッチ素子Ｕ２の交互のオンオフに同期したリップル電圧を生じる。以上が、端子Ｔ３，Ｔ４間に接続された負荷（例えば、白熱灯）が正常である定格の負荷動作を行っている場合の動作である。なお、図３にトランジスタＱ６，Ｑ１２，Ｑ４，Ｑ８，Ｑ１１，Ｑ２，Ｑ１０，Ｑ３，Ｑ１並びにスイッチ素子Ｕ２，Ｕ１のオンオフ状態を表形式で示す。
【００２３】
次に、第２のコンデンサＣ３のリップル電圧を検出する検出回路１１について説明する。図１の検出回路１１は、図２の回路ではコンデンサＣ１０、抵抗Ｒ３１、抵抗Ｒ３０、ダイオードＤ１１、コンデンサＣ９、トランジスタＱ５、抵抗Ｒ２６、抵抗Ｒ３２、抵抗Ｒ３３、抵抗Ｒ３４、トランジスタＱ１３、トランジスタＱ１４、コンデンサＣ１１で構成されている。
【００２４】
スイッチ素子Ｕ２がオンした時にトランスＴＲ２に電流を流す電源を充電するコンデンサＣ３に接続されたプラスラインとマイナスラインとの間には、コンデンサＣ１０、抵抗Ｒ３１、抵抗Ｒ３０が直列に接続され、これと並列に、コンデンサＣ３のプラスラインに対して逆向きにダイオードＤ１１が接続され、ダイオードＤ１１にコンデンサＣ９の一端が直列に接続され、コンデンサＣ９の他端はコンデンサＣ３のマイナスラインに接続されている。また、トランジスタＱ５のベースはコンデンサＣ３のマイナスラインに接続され、トランジスタＱ５のコレクタは駆動回路１０のトランジスタＱ４のコレクタに接続され、トランジスタＱ５のエミッタは抵抗Ｒ２６を介してダイオードＤ１１とコンデンサＣ９との間に接続されている。
【００２５】
また、トランジスタＱ１３のベースは、抵抗Ｒ３２及び抵抗Ｒ３３を通じ、スイッチ素子Ｕ２のスイッチング動作を行わせるための駆動電源を充電するコンデンサＣ６のプラス側に対して接続されている。このトランジスタＱ１３のコレクタは、駆動回路１０のトランジスタＱ４のコレクタに接続され、トランジスタＱ１３のエミッタは、コンデンサＣ３のマイナスラインに接続されている。また、トランジスタＱ１４のベースは、抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３０との間に接続され、トランジスタＱ１４のコレクタは、抵抗Ｒ３２と抵抗Ｒ３３との間に接続され、トランジスタＱ１４のエミッタはコンデンサＣ３のマイナスラインに接続されている。さらに、トランジスタＱ１４のコレクタとエミッタとの間にコンデンサＣ１１が接続され、抵抗Ｒ３３とトランジスタＱ１３との間に抵抗Ｒ３４の一端が接続され、該抵抗Ｒ１４の他端はコンデンサＣ３のマイナスラインに接続されている。
【００２６】
以上のように構成された検出回路１１の動作を説明をする。端子Ｔ３，Ｔ４間に接続された負荷が動作しているときには、負荷電流分だけコンデンサＣ３に流れる電流も増加する。従って、コンデンサＣ３のリップル電圧も増加する。このコンデンサＣ３のリップル電圧分をコンデンサＣ１０を通して取り出すと共に、抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３０で分圧し、トランジスタＱ１４のベース電流として供給する。正常である定格の負荷動作では、コンデンサＣ１０を通じて流れる電流でトランジスタＱ１４はオンオフを繰り返す。従って、トランジスタＱ１４がオンした時にコンデンサＣ１１の電荷をコンデンサＣ３のマイナスラインに放電している。
【００２７】
次に、端子Ｔ３，Ｔ４間に接続された負荷（例えば、白熱灯）が異常である場合について説明する。端子Ｔ３，Ｔ４間に接続された負荷が短絡すると、電流が増加し、コンデンサＣ２，コンデンサＣ３に流れる電流も増加する。また、端子Ｔ３，Ｔ４間に接続された負荷が断線した場合には、トランスＴＲ２に流れる電流は励磁電流程度に減少し、コンデンサＣ２並びにコンデンサＣ３のリップル電圧も減少する。
【００２８】
負荷が短絡してＣ３のリップル電圧が増加した場合、トランスＴＲ２の励磁電流でコンデンサＣ３の両端の電圧極性が反転し、コンデンサＣ３のプラスラインの電圧よりもコンデンサＣ３のマイナスラインの電圧が高くなる。この場合、ダイオードＤ１１を通じてコンデンサＣ９が充電され、コンデンサＣ９に充電された電圧がトランジスタＱ５のベースに印加されることで、トランジスタＱ５がオンする。トランジスタＱ５がオンすると、抵抗Ｒ１６−トランジスタＱ５のコレクタ−トランジスタＱ５のエミッタ−抵抗Ｒ２６−ダイオードＤ１１を通って電流が流れ、抵抗Ｒ１６での電圧降下が発生し、トランジスタＱ４のコレクタ電圧が低い状態に維持されることになる。従って、スイッチ素子Ｕ２がオンでスイッチ素子Ｕ１がオフの状態のままとなって交互導通は停止し、コンデンサＣ２の充電及びコンデンサＣ３の放電が促進し、コンデンサＣ３の電荷がなくなると、スイッチ素子Ｕ２に流れる電流もやがてなくなり、スイッチ素子Ｕ２の電力損失が減少し、トランスＴＲ２の交流出力が停止する。
【００２９】
コンデンサＣ９が放電すると、トランジスタＱ５がオフし、再びスイッチ素子Ｕ１，Ｕ２が交互にオンオフを始めるが、継続して負荷が短絡している場合には再びコンデンサＣ３の両端の電圧極性が反転してコンデンサＣ９が充電されるため、駆動回路の動作は間欠動作となり、負荷の短絡による過負荷を防止する。
【００３０】
次に、負荷が断線した場合について説明する。負荷が断線した場合はリップル電圧が減少し、コンデンサＣ１０，抵抗Ｒ３１を通して流れる電流が減少し、トランジスタＱ４のベース・エミッタ間に十分な電圧がかからなくなり、トランジスタＱ４がオフのままとなる。このことで、コンデンサＣ１１は抵抗Ｒ３２を通る電流により充電され、コンデンサＣ１１に充電された電圧が抵抗Ｒ３３を通じてトランジスタＱ１３のベースに印加されることで、トランジスタＱ１３がオンする。トランジスタＱ１３がオンすると、抵抗Ｒ１６−トランジスタＱ１３のコレクタ−トランジスタＱ１３のエミッタを通って電流が流れ、抵抗Ｒ１６での電圧降下が発生し、トランジスタＱ４のオンオフに関係なくトランジスタＱ４のコレクタ電圧が低い状態に維持されることになる。従って、スイッチ素子Ｕ２がオンでスイッチ素子Ｕ１がオフの状態のままとなって交互導通は停止し、コンデンサＣ２の充電及びコンデンサＣ３の放電が促進し、コンデンサＣ３の電荷がなくなると、スイッチ素子Ｕ２に流れる電流もやがてなくなり、スイッチ素子Ｕ２の電力損失が減少し、トランスＴＲ２の交流出力が停止する。
【００３１】
なお、スイッチ素子Ｕ２がオンでスイッチ素子Ｕ１がオフの状態のままとなって交互導通が停止することで、コンデンサＣ６への充電動作が行われなくなるため、トランジスタＱ１３のオン状態はコンデンサＣ６の電荷が減少して電圧が下がるまで続き、コンデンサＣ６の電圧がトランジスタＱ１３をオンできる電圧以下に下がると、トランジスタＱ１３がオフする。従って、回路の電力損失は低減し、また、電源を切らずにランプを交換しても、電源を入れ直さなければランプに通電されないので、装着時のランプの熱による火傷の事故を防止できる。
【００３２】
以上に説明したように、トランスに負荷（例えば、ランプ或いは白熱灯）の状態を検出する巻き線を設けることなく、負荷の短絡或いは断線の異常を検出することができ、異常の検出に応じて駆動回路を制御するので、短絡時の過負荷の保謹と断線時の電力損失の低減を実現することができる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に記載の構成によれば、商用交流電源を直流に変換する直流変換回路の出力に直列に接続した第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、直流変換回路の出力に直列に接続した第１のスイッチ素子及び第２のスイッチ素子と、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子間と、第１のコンデンサと第２のコンデンサ間とに接続したトランスと、第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ素子とを交互にオンオフし、トランスに交番電流を付与するための駆動回路とからなり、第２のコンデンサのリップル電圧を検出する検出回路を設けたので、負荷と電源の間の絶縁性を確保しているトランスにランプの状態を検出する巻き線を設けることなく、ランプ等の負荷の短絡或いは断線の異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るインバータを用いた白熱灯の点灯回路を示す回路ブロック図
【図２】図１の実施形態のインバータの回路図
【図３】図２の回路におけるトランジスタＱ６，Ｑ１２，Ｑ４，Ｑ８，Ｑ１１，Ｑ２，Ｑ１０，Ｑ３，Ｑ１並びにスイッチ素子Ｕ２，Ｕ１のオンオフ状態を表形式で示す図
【図４】従来のランプの点灯回路を模式化して示す回路ブロック図
【符号の説明】
１ インバータ
２ 商用交流電源
３ 直流変換回路（ダイオードブリッジ）
４ 第１のコンデンサ
５ 第２のコンデンサ
６ 第１のスイッチ素子
７ 第２のスイッチ素子
８ トランス
９ 白熱灯
１０ 駆動回路
１１ 検出回路
４１ インバータ回路（従来）
４２ トランス（従来）
４３ 二次巻き線（従来）
４４ 検出回路（従来）
Claims (1)
- 商用交流電源を直流に変換する直流変換回路と、前記直流変換回路の出力に直列に接続した第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、前記直流変換回路の出力に直列に接続した第１のスイッチ素子及び第２のスイッチ素子と、前記第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子間と、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサ間とに接続したトランスと、前記第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ素子とを交互にオンオフし、前記トランスに交番電流を付与するための駆動回路とからなり、前記第２のコンデンサのリップル電圧を検出する検出回路を設けたことを特徴とするインバータ。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006231951A (ja) * | 2005-02-22 | 2006-09-07 | Japan Agengy For Marine-Earth Science & Technology | 潜水機の電源装置 |
| JP2009033098A (ja) * | 2007-06-26 | 2009-02-12 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Ｌｅｄ点灯装置およびそれを備えた照明器具 |
| JP2013127881A (ja) * | 2011-12-17 | 2013-06-27 | Mitsubishi Electric Corp | 光源点灯装置及び照明器具 |
-
2003
- 2003-05-26 JP JP2003147641A patent/JP2004350469A/ja active Pending
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