JP3319882B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

放電灯点灯装置

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JP3319882B2
JP3319882B2 JP20250594A JP20250594A JP3319882B2 JP 3319882 B2 JP3319882 B2 JP 3319882B2 JP 20250594 A JP20250594 A JP 20250594A JP 20250594 A JP20250594 A JP 20250594A JP 3319882 B2 JP3319882 B2 JP 3319882B2
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敏也 神舎
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    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、放電灯点灯装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来より図8に示す構成の放電灯点灯装
置が提案されている。この放電灯点灯装置は、商用電源
のような交流電源ACをインダクタL1 およびコンデン
サC1からなるACフィルタを通してダイオードブリッ
ジのような整流回路DBにより全波整流して得た脈流電
源を、共振型かつ昇圧型のチョッパ回路2を用いて平滑
かつ昇圧した後にインバータ回路1により高周波電力に
変換して放電灯DLを高周波点灯させるように構成され
ている。
【0003】チョッパ回路2とインバータ回路1とは一
対のスイッチング素子Q1 ,Q2 を共用して構成され
る。各スイッチング素子Q1 ,Q2 は、バイポーラ型の
トランジスタのコレクタ−エミッタ間にダイオード
1 ,D2 を逆並列に接続して構成され双方向に通電可
能となっている。両スイッチング素子Q1 ,Q2 はバイ
ポーラ型のトランジスタのコレクタ−エミッタを順方向
に直列接続してある。整流回路DBの両出力端とスイッ
チング素子Q1 ,Q2 の直列回路との間には、それぞれ
ダイオードD7 ,D8 が順方向に挿入され、スイッチン
グ素子Q1 ,Q2 の直列回路には平滑用コンデンサC2
が並列接続される。また、整流回路DBの出力端間には
共振用コンデンサC3 ,C4 の直列回路が接続され、両
共振用コンデンサC3 ,C4 の接続点と両スイッチング
素子Q1 ,Q2 の接続点との間にはインダクタL2 が挿
入され、各共振用コンデンサC3 ,C4 はそれぞれイン
ダクタL 2 とともに直列共振回路を構成する。ここに、
共振用コンデンサC3 ,C4 の容量は、整流回路DBの
出力電圧が両共振用コンデンサC3 ,C4 の直列回路の
両端にそのまま現れる程度に小さく設定される。
【0004】スイッチング素子Q1 のエミッタ−コレク
タには、共振用コンデンサC5 とインダクタL3 の1次
巻線n1 とを直列接続した直列共振回路が直流カット用
のコンデンサC6 を介して接続される。また、放電灯D
Lは共振用コンデンサC5 に並列接続されて共振回路の
一部を構成する。インダクタL3 は一対の帰還巻線
2 ,n3 を有し、各帰還巻線n2 ,n3 の一端は抵抗
1 ,R2 を介して各スイッチング素子Q1 ,Q2 のベ
ースにそれぞれ接続され、各帰還巻線n2 ,n3 の他端
は各スイッチング素子Q1 ,Q2 のエミッタにそれぞれ
接続される。各スイッチング素子Q1 ,Q2 はインダク
タL3 の1次巻線n1 に流れる高周波電流を帰還巻線n
2 ,n3 で帰還することにより自励発振して高周波で交
互にオン・オフされる。
【0005】次に、上記構成の動作を説明する。まず、
スイッチング素子Q1 をオンにすると、チョッパ回路2
では、共振用コンデンサC3 −ダイオードD7 −スイッ
チング素子Q1 −インダクタL2 −共振用コンデンサC
3 という経路が形成され、共振用コンデンサC3 とイン
ダクタL2 との直列共振回路に共振電流が流れ共振用コ
ンデンサC3 の電荷が放出され、共振用コンデンサC3
の両端電圧は次第に低下する。一方、共振用コンデンサ
3 ,C4 の直列回路の両端電圧は整流回路DBの出力
電圧に略等しいので、共振用コンデンサC3 の両端電圧
が低下すると、交流電源ACから整流回路DB−ダイオ
ードD7 −スイッチング素子Q1 −インダクタL2 −共
振用コンデンサC4 −整流回路DBという経路で電流が
流れて共振用コンデンサC4 が充電され、共振用コンデ
ンサC3 の端子電圧の低下分だけ共振用コンデンサC4
の端子電圧が上昇する。また、インバータ回路1では、
スイッチング素子Q1 のオン期間には、コンデンサC6
−トランジスタQ1 −インダクタL3 −共振用コンデン
サC5 および放電灯DL−コンデンサC6 という経路が
形成され、インダクタL3 と共振用コンデンサC5 およ
び放電灯DLとの直列共振回路に共振電流が流れコンデ
ンサC6 から放電灯DLに給電される。
【0006】一方、スイッチング素子Q1 がオフになる
と、チョッパ回路1では、インダクタL2 に蓄積された
エネルギが、共振用コンデンサC3 −ダイオードD7
平滑用コンデンサC2 −ダイオードD2 という経路を通
して放出される。このとき、共振用コンデンサC3 の両
端電圧はさらに低下するとともに、交流電源ACから整
流回路DB−ダイオードD7 −平滑用コンデンサC2
ダイオードD2 −インダクタL2 −共振用コンデンサC
4 −整流回路DBという経路で電流が流れて共振用コン
デンサC4 が充電され、共振用コンデンサC4 の端子電
圧がさらに上昇する。すなわち、インダクタL2 の蓄積
エネルギは、整流回路DBの出力に加算されて平滑用コ
ンデンサC2 を充電するから、平滑用コンデンサC2
端子電圧は整流回路DBの出力電圧に対して昇圧される
ことになる。この間、インバータ回路1では、インダク
タL3 の蓄積エネルギが、共振用コンデンサC5 および
放電灯DL−コンデンサC6 −平滑用コンデンサC2
ダイオードD2 という経路で放出される。
【0007】スイッチング素子Q1 のオフに伴ってスイ
ッチング素子Q2 がオンになると、チョッパ回路2で
は、共振用コンデンサC4 −インダクタL2 −スイッチ
ング素子Q2 −ダイオードD8 −共振用コンデンサC4
という経路が形成され、共振用コンデンサC4 とインダ
クタL2 との直列共振回路に共振電流が流れて共振用コ
ンデンサC4 の電荷が放出され、共振用コンデンサC4
の両端電圧は次第に低下する。また、共振用コンデンサ
4 の両端電圧が低下すれば、交流電源ACから整流回
路DB−共振用コンデンサC3 −インダクタL2 −スイ
ッチング素子Q2−ダイオードD8 −整流回路DBとい
う経路で電流が流れて共振用コンデンサC 3 の端子電圧
を共振用コンデンサC4 の端子電圧の低下分だけ上昇さ
せる。また、インバータ回路1では、スイッチング素子
2 のオン期間には、平滑用コンデンサC2 からコンデ
ンサC6 −共振用コンデンサC5 および放電灯DL−イ
ンダクタL3 −スイッチング素子Q2 −平滑用コンデン
サC2 という経路が形成され、インダクタL3 と共振用
コンデンサC5 および放電灯DLとの直列共振回路に共
振電流が流れ平滑用コンデンサC2 から放電灯DLに給
電される。
【0008】その後、スイッチング素子Q2 がオフにな
れば、チョッパ回路2ではインダクタL2 の蓄積エネル
ギが、ダイオードD1 −平滑用コンデンサC2 −ダイオ
ードD8 −共振用コンデンサC4 という経路で放出され
る。このとき、共振用コンデンサC4 の両端電圧はさら
に低下し、交流電源ACから整流回路DB−共振用コン
デンサC3 −インダクタL2 −ダイオードD1 −平滑用
コンデンサC2 −ダイオードD8 −整流回路DBという
経路で電流が流れて共振用コンデンサC3 が充電され、
共振用コンデンサC3 の端子電圧がさらに上昇する。す
なわち、インダクタL2 の蓄積エネルギは、整流回路D
Bの出力に加算されて平滑用コンデンサC2 を充電する
から、平滑用コンデンサC2 の端子電圧は整流回路DB
の出力電圧に対して昇圧されることになる。その間、イ
ンバータ回路1では、インダクタL3 の蓄積エネルギ
が、ダイオードD1 −コンデンサC6 −共振用コンデン
サC 5 および放電灯DLという経路で放出される。
【0009】上述したように、両スイッチング素子
1 ,Q2 が高周波で交互にオン・オフすることによっ
て、オン期間には共振用コンデンサC3 ,C4 への充電
電流が流れ、オフ期間には平滑用コンデンサC2 への充
電電流が流れるから、交流電源ACからは休止期間が生
じることなく入力電流が流れ続け、ACフィルタによっ
て入力電流は電源電圧と同相の正弦波になり入力力率は
ほぼ1になる。また、入力電流の歪率が小さく高調波成
分が少なくなるのである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来構成で
は、寿命末期のエミレス状態で軽負荷になったり、放電
灯DLが外れたり点灯しなくなって無負荷になったりす
ると、入力されるエネルギに対してインバータ回路1で
の消費エネルギが減少するから、インバータ回路1の電
源である平滑用コンデンサC2 の端子電圧が異常に上昇
し、スイッチング素子Q1 ,Q2 に高電圧がかかるよう
になって回路破壊を招くおそれがある。
【0011】また、上記構成では共振電流が流れるイン
ダクタL3 に帰還巻線n2 ,n3 を設けて、スイッチン
グ素子Q1 ,Q2 に帰還をかけることでスイッチング素
子n 2 ,n3 を自励発振させているものであるから、軽
負荷になったときにもインバータ回路1の出力周波数が
ほとんど変化せず定常点灯時と同様のエネルギを出力し
ようとするから、インバータ回路1の出力電圧(共振用
コンデンサC5 の両端電圧)が上昇し、このことによっ
ても回路破壊を招くおそれがある。
【0012】本発明は上述のような問題点に鑑みて為さ
れたものであり、その目的とするところは、放電灯の点
灯状態では入力力率を高力率に保ち、軽負荷ないし無負
荷になると平滑用コンデンサの端子電圧の過昇圧を防止
し、かつインバータ回路の出力電圧の上昇を防止するこ
とで回路破壊を防止した放電灯点灯装置を提供すること
にある。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、交流
電源を全波整流する整流回路と、共振型であって出力部
に平滑用コンデンサを備えた昇圧型のチョッパ回路と、
平滑用コンデンサを電源とし共振回路を通して放電灯に
高周波電力を供給するインバータ回路と、チョッパ回路
およびインバータ回路で共用されるスイッチング素子を
オン・オフさせる制御回路とを備え、制御回路は、放
灯の定常点灯時には上記スイッチング素子のスイッチン
グ周波数をインバータ回路の共振周波数よりも高くかつ
チョッパ回路の共振周波数の2分の1よりも低く設定
ることによりチョッパ回路とインバータ回路とをともに
遅相で発振させてチョッパ回路での昇圧を行い、インバ
ータ回路の軽負荷時には上記スイッチング素子のスイッ
チング周波数をチョッパ回路の共振周波数の2分の1よ
りも高くかつチョッパ回路の共振周波数よりも低く設定
することによりインバータ回路を遅相で発振させるとと
もにチョッパ回路を進相で発振させてチョッパ回路での
昇圧機能を停止させることを特徴とする。
【0014】請求項2の発明は、チョッパ回路は、整流
回路の各出力端との間にそれぞれ第1、第2のダイオー
ドを介して接続された平滑用コンデンサと、双方向に通
電可能であって互いに直列接続された直列回路が平滑用
コンデンサに並列接続された一対のスイッチング素子
と、互いに直列接続された直列回路が整流回路の出力端
間に接続された一対の共振用コンデンサと、両共振用コ
ンデンサと両スイッチング素子との接続点間に接続され
各共振用コンデンサとともに直列共振回路を形成するイ
ンダクタとからなり、制御回路は両スイッチング素子を
交互にオン・オフさせ、インバータ回路は両スイッチン
グ素子がオン・オフするたびに放電灯への通電方向を反
転させることを特徴とする。
【0015】請求項3の発明は、制御回路は、軽負荷時
に共振用コンデンサの直列回路の両端電圧を整流回路の
ピーク電圧よりも低くするように両スイッチング素子を
制御することを特徴とする。請求項4の発明は、チョッ
パ回路は、整流回路の各出力端との間にそれぞれ第1、
第2のダイオードを介して接続された平滑用コンデンサ
と、双方向に通電可能であって互いに直列接続された直
列回路が平滑用コンデンサに並列接続された一対のスイ
ッチング素子と、互いに直列接続された直列回路が整流
回路の出力端間に接続された共振用コンデンサおよび第
3のダイオードと、共振用コンデンサと第3のダイオー
ドとの接続点と両スイッチング素子の接続点との間に接
続され共振用コンデンサとともに直列共振回路を形成す
るインダクタとからなり、制御回路は両スイッチング素
子を交互にオン・オフさせ、インバータ回路は両スイッ
チング素子がオン・オフするたびに放電灯への通電方向
を反転させることを特徴とする。
【0016】
【作用】各請求項に係る発明は、共振型かつ昇圧型のチ
ョッパ回路に設けた平滑用コンデンサをインバータ回路
の電源とし、スイッチング素子をオン・オフさせるスイ
ッチング周波数を、放電灯の定常点灯時にはインバータ
回路の共振周波数よりも高くかつチョッパ回路の共振周
波数の2分の1よりも低く設定していることによって、
放電灯の定常点灯時にはチョッパ回路とインバータ回路
とをともに遅相で発振させるのである。この状態ではチ
ョッパ回路でのスイッチング素子のオン・オフによって
交流電源からの入力電流に休止期間がほとんど生じない
のであって高入力力率になる。また、平滑用コンデンサ
をインバータ回路の電源とすることでインバータ回路1
の電源がほぼ一定電圧になり、放電灯をちらつきなく安
定に点灯させることができる。しかも、インバータ回路
の負荷が軽負荷ないし無負荷になると、スイッチング周
波数をチョッパ回路の共振周波数の2分の1よりも高く
かつチョッパ回路の共振周波数よりも低く設定すること
によって、インバータ回路を遅相で発振させ、チョッパ
回路を進相で発振させることになり、チョッパ回路での
昇圧機能が停止し、平滑用コンデンサの過昇圧を防止す
ることができる。また、軽負荷時ないし無負荷時に発振
周波数が高くなるから、インバータ回路においては共振
回路のインピーダンスが高くなってインバータ回路の出
力電圧の上昇を防止することができ、このことによって
もスイッチング素子などへのストレスを抑制することが
できる。さらには、チョッパ回路とインバータ回路とで
スイッチング素子を兼用していることによって構成部品
点数が少なくなるのである。
【0017】請求項3の発明では、軽負荷時に共振用コ
ンデンサの直列回路の両端電圧を整流回路のピーク電圧
よりも低くすることによって、平滑用コンデンサの過昇
圧を一層確実に防止することができる。
【0018】
【実施例】
(実施例1)本実施例は、図1に示すように、スイッチ
ング素子Q1 ,Q2 のスイッチング周波数を別に設けた
制御回路3によって他励制御することにより、平滑用コ
ンデンサC2 の端子電圧の上昇を防止し、またインバー
タ回路1の出力電圧の上昇を防止する構成を採用してい
る。
【0019】すなわち、図8に示した従来構成に対し
て、インダクタL3 に帰還巻線を設けず、平滑用コンデ
ンサC2 に2個の抵抗R11,R12の直列回路を並列接続
して平滑用コンデンサC2 の端子電圧を分圧し、この電
圧を制御回路3に入力することで平滑用コンデンサC2
の端子電圧に応じて制御回路3がスイッチング素子
1,Q2 のスイッチング周波数を変化させる点が主な
相違点である。また、本実施例では、スイッチング素子
1 ,Q2 としてバイポーラトランジスタに代えてnチ
ャネルのMOSFETを用いている。MOSFETの内
部には寄生ダイオードが存在するから、ダイオード
1 ,D2 も省略される。他の接続関係は図8に示した
従来例と同様である。
【0020】制御回路3は、図2に示すように、汎用の
タイマ集積回路(たとえば、日本電気社製のμPD55
55)ICに時定数を決定するためのコンデンサC7
抵抗R6 〜R8 、トランジスタQ3 を接続して構成した
無安定マルチバイブレータを有する。抵抗R8 はトラン
ジスタQ3 のエミッタ−コレクタに直列接続され、この
直列回路を抵抗R7 に並列接続することによって、トラ
ンジスタQ3 のオン・オフによって無安定マルチバイブ
レータの発振周波数を変化させる。トランジスタQ
3 は、平滑用コンデンサC2 の端子電圧を抵抗R11,R
12により分圧した電圧と、平滑用コンデンサC2 の両端
電圧をレギュレータRGで定電圧化した後に抵抗R3
4 で分圧した基準電圧とを比較するコンパレータCP
の出力によりオン・オフされる。また、コンパレータC
Pの出力端にはプルアップ抵抗R5 が接続されている。
しかして、平滑用コンデンサC2 の端子電圧が基準電圧
以下であればコンパレータCPの出力はLレベルである
から、タイマ集積回路ICの3番端子からの出力周波数
はコンデンサC7 と抵抗R6 ,R7 とによって決定さ
れ、比較的低い周波数になる。一方、平滑用コンデンサ
2 の端子電圧が上昇してコンパレータCPの出力がH
レベルになると、トランジスタQ3 がオンになって抵抗
8 が抵抗R7 に並列接続されるから、3番端子の出力
周波数が高くなるのである。ここに、制御回路3におい
てa,a′,b,c,Eの符号を付した端子は、図1に
示すインバータ回路1およびチョッパ回路2の対応する
符号a,a′,b,c,Eの部位に接続される。
【0021】タイマ集積回路ICの3番端子は、抵抗R
10を介してスイッチング素子Q2 のゲートに接続され、
また、抵抗R9 を介してトランジスタQ4 のベースに接
続される。このトランジスタQ4 のコレクタにはパルス
トランスPTの1次巻線が接続され、パルストランスP
Tの2次巻線はスイッチング素子Q1 のゲートとソース
とに接続される。ここに、パルストランスPTの極性は
両スイッチング素子Q 1 ,Q2 が同時にオンにならない
ように設定されている。すなわち、スイッチング素子Q
1 ,Q2 は交互にオン・オフされる。
【0022】ところで、インバータ回路1は定常点灯時
と軽負荷時ないし無負荷時とにかかわらず共振周波数f
1 (定常点灯時),f1 ′(軽負荷時ないし無負荷時)
が、チョッパ回路2の共振周波数f2 の2分の1よりも
小さくなるように構成してある。負荷によってインバー
タ回路1の共振周波数が変化するのは、放電灯DLも共
振回路の一部を構成しているからである。しかして、上
述したように制御回路3では、軽負荷ないし無負荷によ
る平滑用コンデンサC2 の端子電圧の上昇時には、スイ
ッチング素子Q1 ,Q2 のスイッチング周波数を高くす
るのであって、定常点灯時のスイッチング周波数を
SW、軽負荷時ないし無負荷時のスイッチング周波数を
SW′(>fSW)とするときに、インバータ回路1およ
びチョッパ回路2の共振周波数f1 ,f1 ′,f2 とス
イッチング周波数fSW,fSW′との関係が、図3、図4
に示すように、f1 <fSW<f2 /2、f2 /2<
SW′<f 2 になるようにスイッチング周波数fSW、f
SW′を選択してある。なお、図3、図4において縦軸は
共振周波数f1 ,f1 ′については共振用コンデンサC
5 の両端電圧、共振周波数f2 については共振用コンデ
ンサC3 または共振用コンデンサC4 の端子電圧の大き
さを表している。
【0023】以下に、本実施例の動作について説明す
る。図5は放電灯DLが定常点灯状態であるときの動作
を示し、また図6は放電灯DLが軽負荷ないし無負荷で
あるときの動作を示す。また両図において、(a)はス
イッチング素子Q2 の両端電圧、(b)はインダクタL
2 に流れる電流、(c)はインダクタL3 を流れる電
流、(d)はスイッチング素子Q2 を流れる電流を示
す。
【0024】放電灯DLが定常点灯状態であるときの基
本的な動作は従来の技術として説明した通りであって、
まず図5(a)のようにスイッチング素子Q2 がオンに
なると(スイッチング素子Q2 の両端電圧がほぼ0Vに
なると)、チョッパ回路1では交流電源ACから整流回
路DB−共振用コンデンサC3 −インダクタL2 −スイ
ッチング素子Q2 −ダイオードD8 −整流回路DBとい
う経路で電流が流れる。ここで、チョッパ回路2の共振
周波数f2 とスイッチング素子Q2 のスイッチング周波
数fSWとには、上述のようにfSW<f2 /2の関係があ
るから、スイッチング素子Q2 のオン期間に電流の向き
が反転する。電流の向きが反転すれば、ダイオードD7
−平滑用コンデンサC2 −スイッチング素子Q2 の寄生
ダイオード−インダクタL2 の経路を通して共振用コン
デンサC3 の電荷が放出されて平滑用コンデンサC2
充電する。その後、再び共振周波数f2 に従って電流の
向きが反転し、インダクタL2 に図5(b)のような共
振電流が流れるのである。このようにして、整流回路D
BからダイオードD7 ,D8 を通して平滑用コンデンサ
2 に充電電流が流れるほか、この経路での充電電流が
休止している間にも、スイッチング素子Q2 のオン時に
は、交流電源ACから共振用コンデンサC3およびイン
ダクタL2 よりなる直列共振回路へのエネルギの供給
と、直列共振回路から平滑用コンデンサC2 への充電と
が交互に繰り返されるのである。
【0025】一方、インバータ回路1では、平滑用コン
デンサC2 から直流カット用のコンデンサC6 −共振用
コンデンサC5 および放電灯DL−インダクタL3 −ス
イッチング素子Q2 という経路を通して電流が流れ、放
電灯DLに対して給電される。ここで、インバータ回路
1の共振周波数f1 とスイッチング素子Q2 のスイッチ
ング周波数fSWとには、上述のようにf1 <fSWの関係
があるから、図5(c)に示すように、スイッチング素
子Q2 のオン期間にはインダクタL3 に流れる共振電流
は反転しない。しかして、スイッチング素子Q2 に流れ
る電流は、インダクタL2 とインダクタL3 とを流れる
電流を合成した図5(d)のような電流になる。
【0026】次に、スイッチング素子Q2 がオフになる
と、チョッパ回路2では、インダクタL2 の蓄積エネル
ギが、スイッチング素子Q1 の寄生ダイオード−平滑用
コンデンサC2 −ダイオードD8 −共振用コンデンサC
4 という経路で放出され、平滑用コンデンサC2 が充電
される。すなわち、チョッパ回路2では整流回路DBの
出力電圧にインダクタL2 の逆起電圧を加えて平滑用コ
ンデンサC2 を充電することになり、平滑用コンデンサ
2 の端子電圧は整流回路DBの出力電圧に対して昇圧
される。また、インバータ回路1では、インダクタL3
の蓄積エネルギがスイッチング素子Q1 の寄生ダイオー
ド−コンデンサC6 −共振用コンデンサC5 および放電
灯DLという経路で放出され、放電灯DLに給電され
る。
【0027】制御回路3ではスイッチング素子Q2 をオ
フにするのに伴ってスイッチング素子Q1 をオンにする
から、スイッチング素子Q1 がオンになることによっ
て、チョッパ回路2では、交流電源ACから整流回路D
B−ダイオードD7 −スイッチング素子Q1 −インダク
タL2 −共振用コンデンサC4 −整流回路DBという経
路で電流が流れる。スイッチング素子Q1 のオン期間に
おいてもスイッチング素子Q2 のオン期間と同様にイン
ダクタL2 に流れる電流が共振周波数f2 に従って反転
し、インダクタL2 −スイッチング素子Q1 の寄生ダイ
オード−平滑用コンデンサC2 −ダイオードD8 という
経路を通して共振用コンデンサC4 の電荷が放出されて
平滑用コンデンサC2 を充電する。その後、再び共振周
波数f2 に従ってインダクタL2 に流れる電流の向きが
反転する。すなわち、スイッチング素子Q1 のオン期間
にもスイッチング素子Q2 のオン期間と同様に、インダ
クタL2 と共振用コンデンサC4 とからなる直列共振回
路への交流電源ACからのエネルギの供給と,直列共振
回路から平滑用コンデンサC2 への充電とが交互に繰り
返されるのである。
【0028】インバータ回路1では、スイッチング素子
1 のオン期間には、コンデンサC 6 −スイッチング素
子Q1 −インダクタL3 −共振用コンデンサC5 および
放電灯DL−コンデンサC6 という経路でコンデンサC
6 の電荷が放出されることによって放電灯DLに給電さ
れる。ここでも、スイッチング素子Q1 のオン期間中に
は放電灯DLを流れる電流の向きは反転しない。
【0029】スイッチング素子Q1 がオフになると、チ
ョッパ回路2ではインダクタL2 の蓄積エネルギが、共
振用コンデンサC3 −ダイオードD7 −平滑用コンデン
サC 2 −スイッチング素子Q2 の寄生ダイオードという
経路で放出されて、平滑用コンデンサC2 が充電され
る。すなわち、平滑用コンデンサC2 の端子電圧は、ス
イッチング素子Q2 のオフ時と同様に、整流回路DBの
出力電圧に対して昇圧されるのである。また、インバー
タ回路1では、インダクタL3 の蓄積エネルギが共振用
コンデンサC5 および放電灯DL−コンデンサC6 −平
滑用コンデンサC 2 −スイッチング素子Q2 の寄生ダイ
オードを通して放出され、放電灯DLに給電される。
【0030】以上のように、チョッパ回路2のインダク
タL2 を流れる電流はスイッチング素子Q1 ,Q2 のス
イッチング周波数の半周期の間で反転するが、制御回路
3でスイッチング素子Q1 ,Q2 を交互にオン・オフす
ることによって、インダクタL2 の逆起電圧を整流回路
DBの出力電圧に加えて平滑用コンデンサC2 を充電す
ることになり、平滑用コンデンサC2 の端子電圧が整流
回路DBの出力電圧に対して昇圧されるのである。すな
わち、チョッパ回路2は昇圧型として機能することで入
力電流に休止期間が生じないようにすることで入力力率
が高くなり、かつ平滑用コンデンサC2 でインバータ回
路1の電源を安定化するから放電灯DLを安定点灯させ
ることができるのである。
【0031】次に、インバータ回路1が軽負荷ないし無
負荷であるときの動作について説明する。この状態で
は、放電灯DLでの電力消費は無いかまたは非常に低下
する。すなわち、インバータ回路1での電力消費が著し
く低下するから、インバータ回路1の電源である平滑用
コンデンサC2 の両端電圧が上昇しようとする。上述し
たように平滑用コンデンサC2 の両端電圧が上昇すれば
制御回路3ではスイッチング周波数をfSWからfSW′に
高くする。これは、インバータ回路1の共振周波数が共
振回路の一部を構成する放電灯DLの状態変化によって
1 からf1 ′に変化し、スイッチング周波数を変化さ
せなければインバータ回路1の出力電圧が過大になるか
らである。
【0032】まず、スイッチング素子Q2 をオンにする
と(このとき、図6(a)のようにスイッチング素子Q
2 の両端電圧はほぼ0Vになる)、チョッパ回路2で
は、交流電源ACから整流回路DB−共振用コンデンサ
3 −インダクタL2 −スイッチング素子Q2 −ダイオ
ードD8 −整流回路DBという経路で電流が流れる。チ
ョッパ回路2の共振周波数f2 とスイッチング周波数f
SW′とには、上述のようにf2 /2<fSW′<f2 の関
係があるから、図6(b)に示すように、スイッチング
素子Q2 のオン期間にはインダクタL2 に流れる電流は
反転する。インダクタL2 に流れる電流の向きが反転す
ると、共振用コンデンサC3 −ダイオードD7 −平滑用
コンデンサC2 −スイッチング素子Q2 の寄生ダイオー
ド−インダクタL2 −共振用コンデンサC3 という経路
で共振用コンデンサC3 の電荷が放出される。ここで、
平滑用コンデンサC2 を充電する経路が存在するもの
の、インダクタL2 から平滑用コンデンサC2 を充電す
る遅相電流に比べれば充電量は少ないものである。ま
た、共振用コンデンサC3 の両端電圧を平滑用コンデン
サC2 の両端電圧よりも低くなるような関係に制御回路
3でスイッチング素子Q1,Q2 のオン期間を制御すれ
ば、上記経路での共振用コンデンサC3 の放電が行なわ
れず、共振用コンデンサC3 からの平滑用コンデンサC
2 への充電動作が停止する。
【0033】次に、スイッチング素子Q1 がオンになる
と、交流電源ACから整流回路DB−ダイオードD7
スイッチング素子Q1 −インダクタL2 −共振用コンデ
ンサC4 −整流回路DBという経路で電流が流れる。そ
の後、スイッチング素子Q2のオン時と同様にチョッパ
回路2の共振回路f2 に従ってインダクタL2 に流れる
電流の向きが反転し、共振用コンデンサC4 の電荷は、
インダクタL2 −スイッチング素子Q1 の寄生ダイオー
ド−平滑用コンデンサC2 −ダイオードD8 という経路
を通って放出され、平滑用コンデンサC2 が充電され
る。ただし、インダクタL2 から平滑用コンデンサC2
を充電する遅相電流に比べると充電量は少なくなる。ま
た、共振用コンデンサC3 と同様に、共振用コンデンサ
4 の両端電圧を平滑用コンデンサC2 の両端電圧より
も低くなるような関係に制御することによって、共振用
コンデンサC4 は上記経路で放電せず、共振用コンデン
サC 4 からの平滑用コンデンサC2 への充電動作が停止
する。
【0034】(実施例2)本実施例は、図7に示すよう
に、実施例1に対して、共振用コンデンサC4 の代わり
にダイオードD9 を用いた点が相違する。他の構成は実
施例1と同様であるから、基本的な動作は実施例1と同
様であるが、スイッチング素子Q1 がオンになったとき
には、共振用コンデンサC4 を通してインダクタL2
電流が流れるのではなく、共振用コンデンサC3 の電荷
が、ダイオードD7 −スイッチング素子Q1 −インダク
タL2 を通して放出されることで、インダクタL2 に電
流が流れるようになっている。なお、共振用コンデンサ
3 とダイオードD9 とを入れ換えても同様の機能が得
られる。
【0035】
【発明の効果】各請求項に係る発明は、共振型かつ昇圧
型のチョッパ回路に設けた平滑用コンデンサをインバー
タ回路の電源とし、スイッチング素子をオン・オフさせ
るスイッチング周波数を、放電灯の定常点灯時にはイン
バータ回路の共振周波数よりも高くかつチョッパ回路の
共振周波数の2分の1よりも低く設定しているので、放
電灯の定常点灯時にはチョッパ回路とインバータ回路と
をともに遅相で発振させチョッパ回路でのスイッチング
素子のオン・オフによって交流電源からの入力電流に休
止期間がほとんど生じないのであって高入力力率になる
という利点を有する。また、平滑用コンデンサをインバ
ータ回路の電源とすることでインバータ回路1の電源が
ほぼ一定電圧になり、放電灯をちらつきなく安定に点灯
させることができるという利点がある。
【0036】さらに、インバータ回路の負荷が軽負荷な
いし無負荷になると、スイッチング周波数をチョッパ回
路の共振周波数の2分の1よりも高くかつチョッパ回路
の共振周波数よりも低く設定することによって、インバ
ータ回路を遅相で発振させ、チョッパ回路を進相で発振
させることになり、チョッパ回路での昇圧機能が停止
し、平滑用コンデンサの過昇圧を防止することができる
という効果を有する。また、軽負荷時ないし無負荷時に
発振周波数が高くなるから、インバータ回路においては
共振回路のインピーダンスが高くなってインバータ回路
の出力電圧の上昇を防止することができ、このことによ
ってもスイッチング素子などへのストレスを抑制するこ
とができるという利点がある。さらには、チョッパ回路
とインバータ回路とでスイッチング素子を兼用している
ことによって構成部品点数が少なくなるという利点もあ
る。
【0037】とくに、請求項3の発明のように、軽負荷
時に共振用コンデンサの直列回路の両端電圧を整流回路
のピーク電圧よりも低くすれば、平滑用コンデンサの過
昇圧を一層確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1を示す回路図である。
【図2】実施例1に用いる制御回路を示す回路図であ
る。
【図3】実施例1における定常点灯時の共振周波数とス
イッチング周波数との関係を示す動作説明図である。
【図4】実施例1における軽負荷時ないし無負荷時の共
振周波数とスイッチング周波数との関係を示す動作説明
図である。
【図5】実施例1における定常点灯時の動作説明図であ
る。
【図6】実施例1における軽負荷時ないし無負荷時の動
作説明図である。
【図7】実施例2を示す回路図である。
【図8】従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 インバータ回路 2 チョッパ回路 3 制御回路 AC 交流電源 DB 整流回路 C2 平滑用コンデンサ C3 共振用コンデンサ C4 共振用コンデンサ C5 共振用コンデンサ DL 放電灯 L2 インダクタ L3 インダクタ Q1 スイッチング素子 Q2 スイッチング素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 41/24 H02M 7/48 H02M 7/538 H05B 41/282

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源を全波整流する整流回路と、共
    振型であって出力部に平滑用コンデンサを備えた昇圧型
    のチョッパ回路と、平滑用コンデンサを電源とし共振回
    路を通して放電灯に高周波電力を供給するインバータ回
    路と、チョッパ回路およびインバータ回路で共用される
    スイッチング素子をオン・オフさせる制御回路とを備
    え、制御回路は、放電灯の定常点灯時には上記スイッチ
    ング素子のスイッチング周波数をインバータ回路の共振
    周波数よりも高くかつチョッパ回路の共振周波数の2分
    の1よりも低く設定することによりチョッパ回路とイン
    バータ回路とをともに遅相で発振させてチョッパ回路で
    の昇圧を行い、インバータ回路の軽負荷時には上記スイ
    ッチング素子のスイッチング周波数をチョッパ回路の共
    振周波数の2分の1よりも高くかつチョッパ回路の共振
    周波数よりも低く設定することによりインバータ回路を
    遅相で発振させるとともにチョッパ回路を進相で発振さ
    せてチョッパ回路での昇圧機能を停止させることを特徴
    とする放電灯点灯装置。
  2. 【請求項2】 チョッパ回路は、整流回路の各出力端と
    の間にそれぞれ第1、第2のダイオードを介して接続さ
    れた平滑用コンデンサと、双方向に通電可能であって互
    いに直列接続された直列回路が平滑用コンデンサに並列
    接続された一対のスイッチング素子と、互いに直列接続
    された直列回路が整流回路の出力端間に接続された一対
    の共振用コンデンサと、両共振用コンデンサと両スイッ
    チング素子との接続点間に接続され各共振用コンデンサ
    とともに直列共振回路を形成するインダクタとからな
    り、制御回路は両スイッチング素子を交互にオン・オフ
    させ、インバータ回路は両スイッチング素子がオン・オ
    フするたびに放電灯への通電方向を反転させることを特
    徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
  3. 【請求項3】 制御回路は、軽負荷時に共振用コンデン
    サの直列回路の両端電圧を整流回路のピーク電圧よりも
    低くするように両スイッチング素子を制御することを特
    徴とする請求項2記載の放電灯点灯装置。
  4. 【請求項4】 チョッパ回路は、整流回路の各出力端と
    の間にそれぞれ第1、第2のダイオードを介して接続さ
    れた平滑用コンデンサと、双方向に通電可能であって互
    いに直列接続された直列回路が平滑用コンデンサに並列
    接続された一対のスイッチング素子と、互いに直列接続
    された直列回路が整流回路の出力端間に接続された共振
    用コンデンサおよび第3のダイオードと、共振用コンデ
    ンサと第3のダイオードとの接続点と両スイッチング素
    子の接続点との間に接続され共振用コンデンサとともに
    直列共振回路を形成するインダクタとからなり、制御回
    路は両スイッチング素子を交互にオン・オフさせ、イン
    バータ回路は両スイッチング素子がオン・オフするたび
    に放電灯への通電方向を反転させることを特徴とする請
    求項1記載の放電灯点灯装置。
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