JP3433343B2

JP3433343B2 - 電源制御回路

Info

Publication number: JP3433343B2
Application number: JP07362498A
Authority: JP
Inventors: 木晟篠
Original assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Orc Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 2003-08-04
Anticipated expiration: 2018-03-23
Also published as: JPH11275870A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光処理に使用す
る放電灯や、また、電動機などの作動負荷の電源回路を
立ち上げる際に、発生するトランジェント部分を制御す
る回路に係り、特に、立ち上げ時の微小時間に発生する
過電流（過電圧）を制御することに優れた電源制御回路
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、作動負荷として例えば、放電灯
は、所定波長の紫外線をワークに照射して作業を行う構
成としており、この放電灯で作業を行う場合、安定点灯
させるための安定器（バラスト）を使用して放電開始に
必要な高電圧を発生すると共に放電電流を制御する必要
がある。

【０００３】そのため、前記高電圧を発生させ、かつ放
電電流を制御するために、様々な方法が取られており、
その一例としは、安定器としてチョークコイルやコンデ
ンサなどのリアクタンス素子またはそれらの組み合わせ
を用いることが知られている。

【０００４】また、他の制御回路の例としては、半導体
素子を使った回路による方法があり、この半導体素子を
使用した回路は、つぎのように構成されている。すなわ
ち、図１１で示すように、商用電源１０１を整流器１０
２および平滑コンデンサ１０３を介して接続するスイッ
チング回路１０４と、このスイッチング回路１０４にト
ランス１０６、高周波整流器１０７、平滑コンデンサ１
０８を介して接続される極性切替回路１０９と、この極
性切替回路１０９に電圧検出器１１３および電流検出器
１１２を介して接続される放電灯１１４と、前記極性切
替回路１０９の極性を切り替えるドライブ回路１１０
と、前記電流検出器１１２および電圧検出器１１３と前
記スイッチング回路１０４とを接続する制御回路１１７
とを有する構成としている。そして、前記制御回路１１
７は、電力演算回路１１５と、ＰＷＭ制御回路１１６お
よびＦＥＴドライブ回路１０５を備えている。

【０００５】そのため、商用電源１０１から供給される
電力は、整流器１０２および平滑コンデンサ１０３によ
って直流電力に変換される。そして、変換された直流電
力は、ＦＥＴ、トランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Ga
tes Bipoler Tranzistor）などの半導体を備えるスイッ
チング回路１０４により高周波パルスに変換される。前
記スイッチング回路１０４を構成する素子の導通・非導
通は、ＦＥＴドライブ回路１０５により制御され、この
素子の導通する時間を制御することによりパルス幅が任
意に変更できるように構成されている。

【０００６】さらに、スイッチング回路１０４からの高
周波パルスは、必要に応じてトランス１０６により電圧
を変えると共に、商用電源１０１と負荷との間の絶縁が
確保される。前記トランス１０６の出力は高周波整流器
１０７と平滑コンデンサ１０８によって直流電力に変換
される。そして、このときの直流電力は、トランス１０
６の一次コイルに入力する高周波パルスのデューティー
比、すなわち、スイッチのオン時間の周期に対する割合
である次式の（１）式に比例した電圧となる。Ｔ_on／（Ｔ_on＋Ｔ_off） …（１）式

【０００７】ここで、Ｔ_onは、スイッチが導通する時間
であり、Ｔ_offは、スイッチが非導通となっている時間
である。したがって、Ｔ_on＋Ｔ_offは、スイッチング回
路１０４からの出力高周波の１／２周期となる。前記
（１）式は、交流の電圧であるため、Ｔ_onおよびＴ_off
は、正と負の両側に存在し、その交流の平均電圧がＶ₀
で示され、このＶ₀は、入力電圧Ｖｃが一定であって
も、任意に可変できることになる。

【０００８】そして、平滑コンデンサ１０８からの直流
電力は、ＩＧＢＴやＦＥＴなどによる極性切替回路１０
９により周期的に極性を反転し、放電灯１１４に交流電
力を供給する。前記放電灯１１４への交流電力を供給す
る極性切替回路１０９は、ドライブ回路１１０により導
通・非導通が制御され、放電灯１１４に流れる電流の向
きを変える。このとき、電流検出回路１１２は、放電灯
１１４に流れる電流に比例した電圧に変換し、前記制御
回路１１７に供給される。

【０００９】また、前記ＰＷＭ制御回路１１６は、放電
灯１１４に供給する電力が所定の大きさになるようにＦ
ＥＴドライブ回路１０５を経由してスイッチング回路１
０４の前記デューティー比を変化させる構成としてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の電源制
御回路では、次のような問題点が存在していた。

【００１１】商用電源からの電力により作動負荷で
ある放電灯に電圧を印加し始めると、放電開始電圧まで
は電流は流れないが、その放電開始電圧を越えると、放
電灯内の気体は電離して絶縁破壊を起こし放電を開始す
る。そのため、図１０で示すように、放電開始の瞬間の
抵抗変化は、気体中の電子の雪崩現象であるため、１マ
イクロ秒以下の時間から１００マイクロ秒以下の間の瞬
間に起こることになる。したがって、この瞬時に起こる
大電流の半導体素子に対する悪影響を、回路内の安定器
では対応することができなかった。この理由として、安
定器は、放電灯側から制御回路を介してスイッチング回
路で制御を行うため、１ｍｓ〜１０ｍｓで反応する構造
となってしまうからである。

【００１２】また、作動負荷の放電灯を点灯すると
きに必ず必要となる整流回路、増幅器、および放電灯の
安定性を維持するＮＦＢ（ネガティブフィードバック）
回路などを備えることから、安定器の制御動作を遅くす
ることになった。

【００１３】一方、放電開始の瞬間は、放電灯内の
気体の温度が低く圧力も低いため電流が流れ易い状態す
なわち抵抗の低い状態に急変するため、高電圧発生回路
に組み込まれている平滑コンデンサに蓄積されていた電
荷が放電灯に一気に流れ込むことになり、放電灯の電極
の劣化を引き起こした。

【００１４】作動負荷である放電灯の点灯の瞬間に
大電流が流れることにより、大きな電流変化が起こるた
め、回路配線に付随するインダクタンス成分により高電
圧パルスが発生することになり、この高電圧パルスによ
る半導体素子に対しての悪影響を回避することができな
かった。

【００１５】さらに、従来の作動負荷の始動時の問
題点を解決するために、大電流に耐えられる最大定格の
大きな半導体素子を使用することも考えられるが、放電
灯の定常状態の電流を制御する場合に比べて、はるかに
大容量の半導体素子を使用することになり、半導体素子
に無駄な余裕を持たせることや、製造コストが余計にか
かることになった。

【００１６】作動負荷である放電灯の電流検出方法
では、検出する電流成分が、交流成分の状態から周波数
の低い直流成分に近い状態になる場合もあり、検出する
電流が直流に近い低周波状態であっても適切に微小時間
に対応できるものが望まれていた。また、検出する電流
成分に依存することなく対応できるものも望まれてい
た。

【００１７】この発明は、前述の問題点を解決すべく創
案されたもので、作動負荷に接続する回路を改良するこ
とで、作動開始時の過電流（過電圧）を制御し、放電灯
の電極の劣化や半導体素子ヘの悪影響を除き、製造コス
トをかけることなく過電流の制御ができ、検出する電流
の成分に依存することなく対応できる電源制御回路を提
供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明は、作動負荷を作動させるために使用され
る商用電源と、この商用電源に接続された１次整流回路
と、この１次整流回路に接続された高周波発生用のスイ
ッチング回路と、このスイッチング回路に接続されるト
ランス、高周波整流素子、平滑コンデンサからなる２次
整流回路と、極性を切り替えて矩形波形の交流電流とす
る極性切替回路と、この極性切替回路を制御するドライ
ブ回路と、前記極性切替回路に接続される前記作動負荷
と、前記極性切替回路と前記作動負荷との間に介在して
前記スイッチング回路に接続される電流検出回路と、こ
の電流検出回路によって検出された交流電流の電流値に
基づいて前記スイッチング回路を制御する制御回路と、
からなる電源制御回路において、前記作動負荷と前記極
性切替回路との間にリアクトルを介在させると共に前記
ドライブ回路と前記電流検出回路とを接続し、前記ドラ
イブ回路は、前記電流検出回路に接続する整流回路と、
この整流回路に接続されるヒステリシス回路とを備え、
前記電源検出回路で検出した電流値に基づいて前記極性
切替回路を制御して過電流を抑制する電源制御回路とし
て構成した。

【００１９】また、前記電流検出回路は、電流値の変化
を捉えて交流電流を電圧で読み変える磁気変化電圧検知
手段を用いることや、また、前記電流検出回路は、検出
位置に抵抗を設け、その抵抗の電位差を検知して増幅器
を介して検出する電位差検知手段を用いる構成としても
良い。

【００２０】さらに、前記電流検出回路は、前記磁気変
化電圧検知手段および前記電位差検知手段を検出位置に
それぞれ接続すると共に、前記磁気変化電圧検知手段の
終端抵抗として負荷抵抗を有し、かつ、前記電位差検知
手段の信号の出力端位置にダイオードを接続する構成と
しても良い。

【００２１】そして、前記極性切替回路は、前記作動負
荷に供給される電流の大きさにより、前記作動負荷およ
びリアクトルならびに前記電流検出回路を含む閉回路
と、前記商用電源から供給された電流を循環させる閉回
路とを形成する構成とすると都合が良い。

【００２２】また、前記極性切替回路は、切替スイッチ
を複数備え、前記ドライブ回路は、前記電流検出回路か
ら検出される電流があらかじめ決めた上限設定値に到達
した場合に、そのドライブ回路からの出力により所定位
置の前記切替スイッチのオン・オフを行い前記商用電源
から作動負荷側に供給される電力を一時遮断し、かつ、
前記作動負荷および前記リアクトルを流れる電流を持続
させたまま、前記電流検出回路から検出される電流があ
らかじめ決められた下限設定値に復帰した場合に、その
ドライブ回路からの出力により所定位置の前記切替スイ
ッチのオン・オフを行い前記商用電源から作動負荷側に
電力を供給する構成としても良い。

【００２３】さらに、前記ドライブ回路は、前記電流検
出回路からの電流を整流する整流回路と、この整流回路
からの信号により作動するスイッチ作動回路と、このス
イッチ作動回路により、前記極性切替回路の切替スイッ
チを作動させる駆動回路とを備える構成とすると都合が
良い。

【００２４】そして、前記スイッチ作動回路は、電流検
出回路から発生する電流の値があらかじめ設定された値
を越えると電流が流れる第１スイッチと、この第１スイ
ッチからの電流により通電する第２スイッチとを備え、
前記第１スイッチから第２スイッチ側に流れる電流を正
帰還させるヒステリシス回路を使用する構成にすると都
合が良い。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る放電灯
点灯用電源回路の全体を示す回路構成図、図２は、ドラ
イブ回路を示す回路図、図３（ａ），（ｂ）は、極性切
替回路の作動状態を示す回路図、図４は、放電灯の電流
制御状態を示すグラフ図、図５は、ヒステリシス回路を
示す回路図、図６はヒステリシス回路の制御状態を示す
電流のグラフ図、図７はヒステリシス回路の制御状態を
示す電圧のグラフ図、図８は電流検出回路の他の構成を
示す回路図、図９は電流検出回路のさらに他の構成を示
す回路図である。

【００２６】図１で示すように、作動負荷としての放電
灯１４の電源回路４０は、商用電源１を１次整流回路と
しての整流器２、平滑コンデンサ３を介して接続するス
イッチング回路４と、このスイッチング回路４に２次整
流回路としてのトランス６、高周波整流器７、平滑コン
デンサ８を介して接続される極性切替回路９と、この極
性切替回路９にリアクトル１１、電流検出回路としての
電流検出器１２および電圧検出器１３を介して接続され
る放電灯１４と、前記極性切替回路９の極性を制御する
ドライブ回路１０と、前記電流検出器１２および電圧検
出器１３に接続される制御回路１７とを備え、前記制御
回路１７を前記スイッチング回路４に接続する構成とし
ている。そして、前記制御回路１７は、電力演算回路１
５と、ＰＷＮ制御回路１６、およびＦＥＴドライブ回路
５を備えている。

【００２７】図１で示すように、前記極性切替回路９
は、トランジスタまたはＩＧＢＴ（Insulated Gates Bi
poler Tranzistor）で構成した切替スイッチＱ₁，
Ｑ₃，Ｑ₂，Ｑ₄を備えており、接続点Ｐ0 からは、前
記切替スイッチＱ₁，Ｑ₃と、切替スイッチＱ₂，Ｑ₄
をそれぞれ直列に接続し、前記平滑コンデンサ８から
は、切替スイッチＱ₁，Ｑ₃と、切替スイッチＱ₂，Ｑ
₄とが並列になるように接続している。さらに、切替ス
イッチＱ₁，Ｑ₂，Ｑ₃，Ｑ₄は、それぞれエミッタお
よびコレクタ間にダイオードＤ₁，Ｄ₂，Ｄ₃，Ｄ₄が
接続されている。そして、各切替スチッチＱ₁，Ｑ₂，
Ｑ₃，Ｑ₄は、それぞれドライブ回路１０に接続されて
いる。

【００２８】一方、図１で示すように、前記リアクトル
１１は、前記切替スイッチＱ₁とＱ ₃の接続点にその一
端を接続され、その他端を前記電圧検出器１３側に接続
している。また、前記電流検出器１２は、その一端側を
前記電圧検出器１３に接続すると共に、その他端側を前
記切替スイッチＱ₂、Ｑ₄の接続点に接続している。そ
して、前記切替スイッチＱ₁，Ｑ₂を遮断することで、
前記リアクトル１１、ダイオードＤ₃、切替スイッチＱ
₄および電流検出器１２ならびに放電灯１４とによる閉
回路（逆向電流の場合は、リアクトル１１、切替スイッ
チＱ₃、ダイオードＤ₄、電流検出器１２、放電灯１４
とによる閉回路）を形成することができるように構成し
ている。

【００２９】図１および図２で示すように、前記極性切
替回路９を制御するドライブ回路１０は、電流検出器１
２に接続される整流回路としての整流器２７と、この整
流器２７に接続されるヒステリシス回路２０と、クロッ
ク発生回路３０と、前記切替スイッチＱ₁，Ｑ₂，
Ｑ₃，Ｑ₄を駆動制御する駆動回路３７、４７、５７、
６７を備えている。なお、前記クロック発生回路３０
は、放電灯１４を流れる電流の極性を切り替える基とな
る。

【００３０】前記ヒステリシス回路２０は、図２で示す
ように、ＮＰＮトランジスタ２５、およびＰＮＰトラン
ジスタ２６と、抵抗２１、２２および抵抗１８、１９と
から構成されている。また、前記ヒステリシス回路２０
に並列に電源２３を接続させている。前記電源２３の一
端側は、抵抗３１を介して駆動回路３７側および駆動回
路４７側に接続されている。そして、前記ヒステリシス
回路２０の出力は、ＮＰＮトランジスタ２５のコレクタ
より抵抗２４を経由し、それぞれフォトカプラ３２，４
２を介して駆動回路３７、４７に接続されている。

【００３１】また、このヒステリシス回路２０において
は、図４で示す上限設定値Ａおよび下限設定値Ｂを設定
するために以下のように構成するものである。すなわ
ち、図５で示すように、初期状態および定常状態では、
電流検出器１２から抵抗２２に流れる電流は少なく、抵
抗２２の端子電圧はＮＰＮトランジスタ２５のベース電
流を流すだけの電圧（シリコントランジスタで約０．６
Ｖ）に達しない。したがって、ＮＰＮトランジスタ２５
はオフ状態である。また、ＰＮＰトランジスタ２６もオ
フであり、抵抗２１を流れる電流Ｉ₂はゼロである。電
線１４ａを流れる電流が増加すると、抵抗２２の端子電
圧が増加し、ＮＰＮトランジスタ２５のベース電流が流
れるようになる。このため、ＮＰＮトランジスタ２５の
電流増幅率に依存してＮＰＮトランジスタ２５のコレク
タ電流が増加する（図６、図７参照）。

【００３２】図５ないし図７で示すように、ＰＮＰトラ
ンジスタ２６のコレクタ電流Ｉ₂は、電流検出器１２か
らＮＰＮトランジスタ２５のベースへ流れる電流Ｉ₁に
加わってＮＰＮトランジスタ２５のコレクタ電流を一層
増加させる。この動作は正帰還であり両トランジスタ２
５、２６を完全にオン状態とする。このときのＮＰＮト
ランジスタ２５のベース電流をＩ_1sとする。この様に両
トランジスタ２５、２６をオフからオンにする時に、電
線１４ａを流れる電流が設定値Ａとなるように抵抗２２
の値を決定する。

【００３３】図５ないし図６で示すように、電線１４ａ
を流れる電流が設定値１よりも減少すると電流検出器１
２からＮＰＮトランジスタ２５への電流Ｉ₁は、減少す
るが、ＰＮＰトランジスタ２６のコレクタ電流Ｉ₂が、
ＮＰＮトランジスタ２５のベースに流れているので、そ
のＮＰＮトランジスタ２５は直ぐにはオフとならない。
そして、電流Ｉ₁およびコレクタ電流Ｉ₂の値が、両ト
ランジスタ２５、２６をオフからオンにしたときのベー
ス電流Ｉ_1s以下になって始めてＮＰＮトランジスタ２５
のベース電流は減少し始める。この結果ＮＰＮトランジ
スタ２５のコレクタ電流が減少し、ＰＮＰトランジスタ
２６はオン状態からオフ状態に戻る。

【００３４】そのため、ＮＰＮトランジスタ２５のコレ
クタ電流が減少し、ＮＰＮトランジスタ２５のベース電
流は一層減少する。このような動作で両トランジスタ２
５、２６は完全にオフ状態になる。すなわち、電流検出
器１２の出力電流が、ベース電流Ｉ_1sよりコレクタ電流
Ｉ₂の大きさ分だけ少なくなったところでオフになる。
このコレクタ電流Ｉ₂の大きさが正帰還によるヒステリ
シス幅である。

【００３５】そして、抵抗２１の値は、電源２３の電源
電圧からＮＰＮトランジスタ２５のコレクタ電圧および
ＮＰＮトランジスタ２５のベース電圧を差し引いた値
（Ｖｒ）と、電流Ｉ₂とによって決まる。すなわち、Ｖ
ｒ／Ｉ₂となる。ここではＶｒは抵抗２１の端子電圧で
あるが、トランジスタのオン状態のコレクタ電圧は小さ
いので電源２３の電圧で近似できる。

【００３６】また、前記クロック発生回路３０とフォト
カプラ３２，４２，５２，６２を介して接続される駆動
回路３７，４７，５７，６７は、同一機能を持つものな
ので、前記駆動回路３７についてのみ説明する。駆動回
路３７は、図２で示すように、フォトカプラ３２と、ト
ランジスタ３４、３５と、抵抗３３ならびに電源３６を
備えたものである。そして、前記フォトカプラ３２のコ
レクタ側は、トランジスタ３４のコレクタ側に接続され
ている。さらに、前記トランジスタ３４に並設してトラ
ンジスタ３５が接続され、前記フォトカプラ３２のエミ
ッタ側から各トランジスタ３４、３５のベース側に信号
が送られるように接続されている。

【００３７】そして、図２で示すように、前記抵抗３３
は、その一端側が前記フォトカプラ３２のエミッタ側の
接続部に接続し、その他端側を前記極性切替回路９の切
替スイッチＱ₁のエミッタ側に接続している。また、電
源３６は、その一端側をフォトカプラ３２のコレクタ側
およびトランジスタ３４のコレクタ側に接続され、その
他端側を、前記抵抗３３および切替スイッチＱ₁間に接
続されている。そして、この駆動回路３７の出力側は、
前記極性切替回路９の切替スイッチＱ₁のベースに接続
されている。同様に駆動回路４７，５７，６７の出力側
も、それぞれ切替スイッチＱ₂，Ｑ₃，Ｑ₄のベースに
接続されている。

【００３８】また、放電灯１４に流れる電流を検出する
電流検出器１２は、図２で示すように、前記放電灯１４
に電流を供給する電線１４ａに挿入されている。この電
流検出器１２は、フェライトコアが組み込まれ、このフ
ェライトコアには、二次コイルとして２００〜２０００
回程度の捲き数のコイルが組み込まれて信号出力を行う
ように構成されている。そして、前記電線１４ａを一次
コイルとして、フェライトコアと共にトランスとして動
作するように構成されている。

【００３９】したがって、放電灯１４の電線１４ａに流
れる電流が変化すると、電流検出器１２の捲き数に反比
例した電流（例えば１／１０００）が負荷抵抗２２に流
れるものである。この電線１４ａに流れる電流は交流で
あるため電流の方向が切り替わるが、整流器２７を介在
させているため、前記負荷抵抗２２に流れる電流は直流
となるので、ドライブ回路１０でその電圧値を読取り、
あらかじめ設定した値と比較して極性切替回路９を制御
するようになっている。

【００４０】一方、ドライブ回路１０は、そのクロック
発生回路３０から発生する逆相のスイッチング信号によ
って切替スイッチＱ₁，Ｑ₄と切替スイッチＱ₂，Ｑ₃
のゲートをオン・オフ作動させるように構成されてい
る。すなわち、クロック発生回路３０から信号ａがロー
状態（オン）となり、信号ｂがハイ状態（オフ）で発生
するとき、フォトカプラー３２、６２がオンとなる。さ
らに、駆動回路３７、６７の出力３８、６８は、独立電
源３６、６６の電圧が出力信号として出力され、この出
力信号が供給される切替スイッチＱ₁、Ｑ₄をオンとす
るようになっている。

【００４１】このとき、フォトカプラー４２、５２のト
ランジスタはオフであり、トランジスタ４５、５５はオ
ンとなり、駆動回路４７、５７の出力４８、５８は、独
立電源４６、５６からの電圧が低電圧として出力され
る。そして、前記出力４８、５８は、低電圧であるため
切替スイッチＱ₂、Ｑ₃がオフとなる。

【００４２】さらに、ドライブ回路１０は、前記ヒステ
リシス回路２０との関連により、つぎの動作を行なう。
すなわち、放電灯１４の電線１４ａに大きな電流が流れ
ると、電流検出器１２からの信号によりヒステリシス回
路２０をオンさせる。このとき、電源２３から抵抗３１
を通ってフォトカプラー３２、４２に流れていた電流
は、流れない状態となり、フォトカプラー３２、４２の
出力はオフとなる。この結果、クロック発生回路３０か
らの信号にかかわらず駆動回路３７、４７からの出力３
８、４８は共に低電圧となり、切替スイッチＱ₁、Ｑ₂
はともにオフとなる。

【００４３】一方、放電灯１４の電線１４ａに流れる電
流が減少し、両トランジスタ２５、２６がオフとなる
と、駆動回路３７、４７の出力３８、４８は、クロック
発生回路３０からの信号入力にしたがったオン・オフ状
態となり、切替スイッチＱ₁、Ｑ₂をオンにするため、
前記電流１４ａを流れる電流を増加させる動作に移行す
ることになる。

【００４４】このように、放電灯１４の電流１４ａに流
れる値により、極性切替回路９の各切替スイッチＱ₁、
Ｑ₂、Ｑ₃、Ｑ₄を切り替える動作が可能となり、この
切替動作は遅れ要素がなく、正帰還回路であるため応答
速度は非常に速く、したがって、１μｓ以下の短い時間
内に電流の変化があっても十分対応できる。

【００４５】つぎに、この発明の放電灯点灯用電源回路
の全体の動作を説明する。はじめに、図１で示すよう
に、電源１がオン状態になると、電力が整流器２および
平滑コンデンサ３により直流電力に変換される。そし
て、その直流電力は、スイッチ回路４により高周波パル
スに変換され、この高周波パルスは必要に応じてトラン
ス６により電圧を変えると共に、電源１と負荷との間の
絶縁を確保することができる。

【００４６】前記トランス６からの出力は、整流器７と
平滑コンデンサ８によって直流電力に変換され、極性切
替回路９によって周期的に電極を反転し放電灯１４に交
流電力を供給する。

【００４７】一方、クロック発生回路３０から発生する
逆相のスイッチング信号によって切替スイッチＱ₁，Ｑ
₄と切替スイッチＱ₂，Ｑ₃のゲートをオン・オフ作動
させる。すなわち、クロック発生回路３０から信号ａが
ロー状態（オン）となり、信号ｂがハイ状態（オフ）で
発生するとき、フォトカプラー３２、６２がオンとな
る。さらに、駆動回路３７、６７の出力３８、６８は、
独立電源３６、６６の電圧が出力信号として出力され、
この出力信号が供給される切替スイッチＱ₁、Ｑ ₄をオ
ンとし、信号ｂがハイ状態（オフ）のため切替スイッチ
Ｑ₂、Ｑ₃をオフにするようになっている。したがっ
て、前記切替スイッチＱ₁、Ｑ₄と切替スイッチＱ₂、
Ｑ₃を交互にオンオフさせることで交流電流を放電灯１
４側に送る。

【００４８】図３で示すように、放電灯１４の点灯を開
始する場合は、リアクトル１１が接続されているため、
電流の増加率は小さくなる。そして、平滑コンデンサ８
の電圧がＶのとき放電を開始するとつぎの関係式が成り
立つ状態となる。すなわち、Ｖ＝Ｌ・ｄＩ／ｄｔ …（２）前記（２）式を満たすように電圧は変化する。ここで、
ｄＩ／ｄｔは電流増加率であり、Ｌはリアクトルのイン
ダクタンスである。

【００４９】放電灯１４の電線１４ａ側に流れる電流
が、図４で示す曲線の状態で、あらかじめ設定されて
いる第１の設定値Ａに到達しての状態になると、図２
の電流検出器１２からヒステリシス回路２０に信号が送
られ、クロック発生回路３０と共に各駆動回路３７、４
７、５７、６７を作動させ、極性切替回路９の切替スチ
ッチＱ₁がオフとなる。

【００５０】そのため、図３（ｂ）の矢印で示すよう
に、リアクトル１１を流れていた電流は、放電灯１４、
切替スイッチＱ₄、ダイオードＤ₃およびリアクトル１
１からなる閉回路を流れ続ける。したがって、電源１の
電流供給から切り離されてることになるため、図４の曲
線の状態から曲線の状態に電流の流量が変化する。
電流の減少の速さは閉回路の抵抗をＲとすると、

【００５１】ＩＲ＝−Ｌ・ｄＩ／ｄｔ …（３）の関係を満たすので、Ｉ＝Ｉ₀ｅｘｐ（−Ｒ／Ｌ）ｔ …（４）となる。ここでＩ₀はＱ₁が非導通となる時にリアクト
ル１１を流れていた電流の大きさである。

【００５２】前記閉回路により、電源１からの電流が遮
断した状態であると、放電灯１４の電線１４ａ側に電流
は供給されず，減少して図４の曲線の方向に減少し
て、下限設定値Ｂに到達する。そのため、図２で説明し
たように、電流検出器から送られる電流量が減少し、ヒ
ステリシス回路２０の両トランジスタ２５、２６がオフ
するために、クロック発生回路３０からの信号により駆
動回路３７が作動し、極性切替回路９の切替スイッチＱ
₁が導通し、放電灯１４側の電流は増加する。そして、
この電流の増加状態は、図１の平滑コンデンサ８に蓄積
された電荷が残っている限り増加するものである。

【００５３】したがって、図４で示すように、曲線の
状態から再び電流は増加曲線を描き、上限設定値Ａに到
達すると、前記したように図２のヒステリシス回路２０
の両トランジスタ２５、２６が作動し、電極切替回路９
の切替スイッチＱ₁が非導通となる。そのため、図３
（ｂ）の矢印で示すように、リアクトル１１を流れてい
た電流は、放電灯１４、切替スイッチＱ₄、ダイオード
Ｄ₃およびリアクトル１１からなる閉回路を流れて放電
灯１４側には電源１からの電流が供給されず、曲線で
示すように電流曲線が減少する方向に向かう。

【００５４】図４に対して電流の向きがプラス側からマ
イナス側に変わる場合があっても（図示せず）、マイナ
ス側でも曲線から曲線で示すように上限設定値Ａお
よび下限設定値Ｂの間で電流が制御される動作が行われ
る。以上の動作を繰り返す間に、全体の回路の電力を制
御する制御回路１７（図１参照）が応答するようにな
る。

【００５５】そのため、図１で示すように、スイッチン
グ回路４から極性切替回路９に供給される電力が一時的
に減少するので、リアクトル１１、放電灯１４を流れる
電流は、切替スイッチＱ₁が導通状態であっても適切に
その電流供給量が制御されるようになる。また、前記ド
ライブ回路１０での制御動作が行われている間に、制御
回路１７が応答するようになり、放電灯１４を流れる電
流は、定常状態の電流値に収束する。

【００５６】なお、放電灯１４に供給される電流は交流
であるため、供給電流の向きによっては、図４の時間軸
を中心に上下対称な曲線の状態となる場合があるが、そ
の場合は、切替スイッチＱ₂、Ｑ₃がオンで、切替スイ
ッチＱ₁、Ｑ₄がオフの状態となり、切替スイッチＱ₄
をダイオードＤ₄に置き換え、ダイオードＤ₃を切替ス
イッチＱ₃に置き換えて、図３（ｂ）と全く同様な動作
を行うことになる。

【００５７】そして、前記極性切替回路９は、図３
（ａ）で示すように、放電灯１４側に正常な状態で電力
を供給する場合は、切替スイッチＱ₁、Ｑ₄がオン状態
であり、切替スイッチＱ₂、Ｑ₃がオフ状態となる実線
の矢印で示す回路状態と、切替スイッチＱ₁、Ｑ₄がオ
フ状態であり、切替スイッチＱ₂、Ｑ₃がオン状態とな
る点線の矢印で示す回路状態とにより周期的に回路状態
を切り替えて交流電流を放電灯１４側に供給している。

【００５８】また、前記（４）式の変化の時定数はＲ／
Ｌであり、この値が１０μｓ程度以上であれば、切替ス
イッチＱ₁、Ｑ₂の導通・非導通を制御する回路は十分
に動作できる。一方、制御回路１７の電力制御回路は、
放電灯への電力を制御するための負帰還回路を構成して
いるので、ループを安定にするためには、必然的に応答
速度は遅く設定されることになるが、そうすると、通常
１０ｍｓ以上の応答遅れが起こるので放電開始の時の大
電流は制御できない。そのため、その制御できない瞬間
的な時間の制御をドライブ回路１０により行うものであ
る。

【００５９】そして、時定数を例えば１０μｓとするに
は閉回路の等価抵抗が１０Ωとして１００μＨのインダ
クタンスを持つリアクトルを挿入すれば良い。このイン
ダクタンスの値は、５０Ｈｚ（東日本）の商用交流電源
で放電灯を点灯する場合のバラストのインダクタンスが
１００ｍＨ程度になるのに比べて非常に小さな値（１／
１０００）で足りるため都合が良い。

【００６０】なお、前記電流検出器は、図８または図９
で示す構成としても良い。また、前記した構成と同じ構
成は同じ符号を付して説明を省略する。電流検出器１２
の検出素子は、磁気的に結合しているので、低い周波数
の電流変化に対して感度が低下する。その場合は、放電
灯１４（図１参照）に接続される電線１４ａの所定位置
に検出抵抗７２を接続し、この検出抵抗７２の両端の電
位差を増幅器７３を介して検出する構成としている。

【００６１】そして、整流回路としての検出部極性切替
回路７４を、前記増幅器７３に接続し、前記検出部極性
切替回路７４からの信号を制御用抵抗７７を介して前記
ヒステリシス回路２０に接続している。

【００６２】さらに、前記検出部極性切替回路７４は、
切替用スイッチ７６と、位相反転増幅器７５などを有し
ている。そして、前記切替用スイッチ７６は、クロック
発生回路３０からの信号ａにより切替作動するように構
成されている。また、前記切替用スイッチ７６から送ら
れる信号７８は、図１で示す制御回路１７側に送られる
ように構成されている。

【００６３】なお、ヒステリシス回路２０の動作を決め
る設定値１および設定値２は、前記制御用抵抗７７と、
抵抗２１および抵抗２２の調整により決定することがで
きる。また、放電灯１４（図１参照）の設置形態によっ
ては、増幅器７３は、絶縁増幅器とすることが有効であ
る。

【００６４】そのため、図８で示すように、電線１４ａ
に電流が流れると、その電位差を増幅器７３で増幅して
検出部極性切替回路７４に送る。検出部極性切替回路７
４に送られた入力信号がプラスの極性を持っている場
合、増幅器７３で増幅された信号は切替用スイッチ７６
に送られ、この切替スイッチの開閉状態によりその検出
部極性切替回路７４の出力端に送られる。

【００６５】また、入力信号がマイナスの極性を持って
いる場合、増幅器７３で増幅された信号は位相反転増幅
器７５を通って極性がプラスに変換された後、切替用ス
イッチ７６が導通しているときに、検出部極性切替回路
７４の出力端に送られる。したがって、検出部極性切替
回路７４の出力端に送られた信号は、制御回路１７側に
送られる信号７８と、制御用抵抗７７を介してヒステリ
シス回路２０側に送られる信号となる。

【００６６】前記ヒステリシス回路２０に送られる信号
は、図２ですでに説明したようにクロック発生回路３０
と連動して電線１４ａからの信号により極性切替回路９
（図１参照）の各切替スイッチＱ₁、Ｑ₂、Ｑ₃、Ｑ₄
の動作を制御する。したがって、送られる信号は極性切
替以外は、放電灯１４を流れる電流に比例した信号であ
り、増幅器７３の応答速度によってのみ応答速度が制限
されるだけなので、過電流抑制のために必要な応答速度
を容易に満たすことができる。

【００６７】つぎに、図９で示すように、電線１４ａの
電流検出手段としては、電流検出器７１および電流検出
器１２をそれぞれ直列に接続して、検出電流の波形の状
態に依存することなく適切な電流の検出を行うことがで
きる構成としても良い。そして、前記電流検出器７１、
１２を併存する場合は、制御用抵抗７７とヒステリシス
回路２０の間にダイオード８２を接続し、また、電流検
出器１２と整流器２７の間に終端抵抗８１（負荷抵抗）
を並列に接続する構成とすることで、各電流検出器７
１、１２の長所を生かした構成となる。

【００６８】したがって、前記電流検出器１２、７１か
ら送られて来る電流振動の大きな値によりドライブ回路
１０を駆動すれば良く、それに伴って前記極性切替回路
９を作動させて放電灯１４の電流制御を行うことにな
る。

【００６９】なお、上記説明では作動負荷を放電灯とし
て説明したが、例えば、電動機や、その他の作動負荷を
作動させる電源制御回路に使用する構成として使用でき
ることは勿論である。また、図面では矩形波を示して説
明したが正弦波やその他の波形であっても適正に制御す
ることができることは勿論である。

【００７０】

【発明の効果】この発明は上記したように構成している
ため、以下の優れた効果を奏する。作動負荷である放電灯の点灯制御および作動に使用
される電源回路は、リアクトルおよび電流検出回路を介
して放電灯に接続し、前記電流検出回路からドライブ回
路を介して極性切替回路を制御する構成としているた
め、放電灯の点灯時の微小時間に発生する半導体および
放電灯に悪影響を与える大電流を制御することができ
る。

【００７１】作動負荷である放電灯に交流電力を供
給する極性切替回路は、少なくとも２つの閉回路を備え
ているため、あらかじめ設定された値より放電灯側に流
れる電流が大きくなると、閉回路の一方側にリアクトル
からの残留電流により電流を流し、電源からの電力供給
を一時的に停止するため、放電灯に設定された以上の電
流を流すことがなく、適切な電流制御を可能とする。

【００７２】作動負荷である放電灯に交流電力を供
給する極性切替回路を制御するドライブ回路は、極性切
替回路を制御しているため、放電灯の点灯開始時間を遅
らせること無く、放電灯の点灯開始の微小時間に発生す
る大電流を放電灯側に流さずに的確に制御して、放電灯
を作動できる。

【００７３】過大放電電流を制御し、維持するリア
クトルは、従来使用されているバラストなどのインダク
タンスに比べると１／１０００程度で良く、また、構成
が簡単でかつ、迅速な応答性能を備えている。

【００７４】極性切替回路の切替スイッチを制御す
るドライブ回路は、クロック発生回路、スイッチ作動回
路および、切替スイッチを駆動する駆動回路を備えてい
るため、作動負荷である放電灯の点灯時に流れる大電流
を適切に制御して、放電灯の点灯を行うことが可能とな
る。

【００７５】ドライブ回路は、トランジスタおよび
抵抗によるヒステリシス回路を備えているため、ドライ
ブ回路の構成が簡単で、遅れ要素がなく、そのヒステリ
シス回路が正帰還回路であるため、応答速度は非常に速
く、したがって、１μｓ以下の短時間に起こる電流の変
化にも十分応答することが可能となる。

【００７６】電源制御回路は、リアクトルおよび電
流検出回路を設けると共に、ドライブ回路を介して極性
切替回路に接続しているため、放電灯の点灯時のみでな
く、使用中の放電灯の異常や、あるいは、他の結線状態
の異常が発生して負荷を短絡したような状態が発生して
も回路を保護することができる。

【００７７】電流検出回路は、検出抵抗の電位差を
検出する構成とすることで、検出電流が低周波であって
も適切に検出することが可能となる。また、電位差を検
出する手段と、磁気変化電圧検知手段を併用すること
で、検出電流の状態に依存することなく的確な電流の検
出が可能となり、作動負荷である放電灯に大電流を流す
ことなく適正な制御回路の作動を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の放電灯点灯用電源回路の全体を示す
回路図である。

【図２】この発明のドライブ回路の全体を示す回路図で
ある。

【図３】（ａ）（ｂ）はこの発明の極性切替回路の作動
状態を示す回路図である。

【図４】この発明の放電灯の電流制御状態を示すグラフ
図である。

【図５】この発明のヒステリシス回路を示す回路図であ
る。

【図６】この発明のヒステリシス回路の制御状態を示す
電流のグラフ図である。

【図７】この発明のヒステリシス回路の制御状態を示す
電圧のグラフ図である。

【図８】この発明の他の電流検出手段を示す回路図であ
る。

【図９】この発明のさらに他の電流検出手段を示す回路
図である。

【図１０】従来の放電灯の点灯開始時における電流の流
量を示すグラフ図である。

【図１１】従来の放電灯点灯用電源回路の全体を示す回
路図である。

【符号の説明】

１電源２整流器（整流回路）３平滑コンデンサ４スイッチング回路５ＦＥＴドライブ回路６トランス７整流器８平滑コンデンサ９極性切替回路１０ドライブ回路１１リアクトル１２電流検出器１３電圧検出器１４放電灯（作動負荷）１４ａ電線（放電灯の）１５電力演算回路１６ＰＷＭ制御回路１７制御回路１８、１９、２１、２２、２４抵抗２０ヒステリシス回路（スイッチ作動回路）２３独立電源２５ＮＰＮトランジスタ２６ＰＮＰトランジスタ２７整流器３０クロック発生回路３１抵抗４０電源回路３２、４２、５２、６２フォトカプラー３３、４３、５３、６３抵抗３４、４４、５４、６４トランジスタ３５、４５、５５、６５トランジスタ３６、４６５６６６独立電源３７、４７、５７、６７駆動回路３８、４８、５８、６８出力Ｑ₁ Ｑ₂ Ｑ₃ Ｑ₄ 切替スイッチＤ₁ Ｄ₂ Ｄ₃ Ｄ₄ ダイオード７１電流検出器７２検出抵抗７３増幅器

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/48 H02M 7/5387 H05B 41/16 H05B 41/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】作動負荷を作動させるために使用される商
用電源と、この商用電源に接続された１次整流回路と、
この１次整流回路に接続された高周波発生用のスイッチ
ング回路と、このスイッチング回路に接続されるトラン
ス、高周波整流素子、平滑コンデンサからなる２次整流
回路と、極性を切り替えて矩形波形の交流電流とする極
性切替回路と、この極性切替回路を制御するドライブ回
路と、前記極性切替回路に接続される前記作動負荷と、
前記極性切替回路と前記作動負荷との間に介在して前記
スイッチング回路に接続される電流検出回路と、この電
流検出回路によって検出された交流電流の電流値に基づ
いて前記スイッチング回路を制御する制御回路と、から
なる電源制御回路において、前記作動負荷と前記極性切替回路との間にリアクトルを
介在させると共に前記ドライブ回路と前記電流検出回路
とを接続し、前記ドライブ回路は、前記電流検出回路に接続する整流
回路と、この整流回路に接続されるヒステリシス回路と
を備え、前記電源検出回路で検出した電流値に基づいて
前記極性切替回路を制御して過電流を抑制することを特
徴とする電源制御回路。
【請求項２】前記電流検出回路は、電流値の変化を捉え
て交流電流を電圧で読み変える磁気変化電圧検知手段を
用いることを特徴とする請求項１に記載の電源制御回
路。
【請求項３】前記電流検出回路は、検出位置に抵抗を設
け、その抵抗の電位差を検知して増幅器を介して検出す
る電位差検知手段を用いることを特徴とする請求項１に
記載の電源制御回路。
【請求項４】前記電流検出回路は、前記磁気変化電圧検
知手段および前記電位差検知手段を検出位置にそれぞれ
接続すると共に、前記磁気変化電圧検知手段の終端に負
荷抵抗を接続し、かつ、前記電位差検知手段の信号の出
力端位置に整流器を接続したことを特徴とする請求項１
に記載の電源制御回路。
【請求項５】前記極性切替回路は、前記作動負荷に供給
される電流の大きさにより、前記作動負荷および前記リ
アクトルならびに前記電流検出回路を含む閉回路と、前
記商用電源から供給された電流を循環させる閉回路とを
形成することを特徴とする請求項１に記載の電源制御回
路。
【請求項６】前記極性切替回路は、切替スイッチを複数
備え、前記ドライブ回路は、前記電流検出回路から検出
される電流があらかじめ設定した上限設定値に到達した
場合に、前記ドライブ回路からの出力により所定位置の
前記切替スイッチのオフを行い前記商用電源から作動負
荷側に供給される電力を一時遮断し、かつ、前記作動負
荷および前記リアクトルを流れる電流を持続させたま
ま、前記電流検出回路から検出される電流があらかじめ
決められた下限設定値に復帰した場合に、そのドライブ
回路からの出力により所定位置の前記切替スイッチのオ
ンを行い前記商用電源から作動負荷側に電力を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の電源制御回路。
【請求項７】前記ドライブ回路は、前記電流検出回路か
らの電流を整流する整流回路と、この整流回路からの信
号により作動するスイッチ作動回路と、このスイッチ作
動回路により前記極性切替回路の前記切替スイッチを作
動させる駆動回路とを備えることを特徴とする請求項１
に記載の電源制御回路。
【請求項８】前記スイッチ作動回路は、前記電流検出回
路から発生する電流の値があらかじめ設定された値を越
えると電流が流れる第１スイッチと、この第１スイッチ
からの電流により通電する第２スイッチを備え、前記第
１スイッチから前記第２スイッチ側に流れる電流を正帰
還させるヒステリシス回路を使用することを特徴とする
請求項７に記載の電源制御回路。