JP3484811B2 - 電源装置、放電灯点灯装置および照明装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電源からの入力力
率を向上し、入力電流の歪みを低減した電源装置、放電
灯点灯装置および照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の放電灯点灯装置として
は、たとえば特開平５−１７４９８６号公報に記載の構
成が知られている。

【０００３】この特開平５−１７４９８６号公報に記載
の構成は、商用交流電源に共振用の共振コイルおよび共
振コンデンサを介して接続された全波整流器の出力側に
小容量のコンデンサが接続され、この平滑コンデンサの
出力側にスイッチング素子を直列に接続したハーフブリ
ッジ型のインバータ回路を接続したものである。

【０００４】そして、高圧側のスイッチング素子のオン
期間では、インバータ回路には最初は小容量のコンデン
サから給電し、このコンデンサは小容量であるのでまも
なく電圧が低下し、このコンデンサの放電後は商用交流
電源から電流を流入させる。

【０００５】また、高圧側のスイッチング素子のオフ期
間では、流入電流が遮断されて共振コイルおよび共振コ
ンデンサで共振された共振電圧を発生させ、コンデンサ
にこの共振電流を供給する。

【０００６】そして、商用交流電源からの入力電圧が低
い期間においても入力電流を流すようにして、高入力力
率と入力電流との低歪み化を図るものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平５−１７４９８６号公報に記載の構成では、出力を
変動させる構成は有しておらず、出力を可変できない問
題を有している。

【０００８】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、出力を可変できる電源装置、放電灯点灯装置および
照明装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電源装置
は、交流電源の出力電圧を整流して非平滑直流電圧を出
力する整流手段と；互いに直列的に接続され交互にオ
ン、オフして整流手段の出力を整流手段の出力より高い
周波数でスイッチングする一対のスイッチング手段と；
一方のスイッチング手段に対して並列的に設けられ、他
方のスイッチング手段のオン期間に他方のスイッチング
手段を介して整流手段の出力により充電され、整流手段
の出力周波数に対して平滑作用を行なうとともに、一方
のスイッチング手段のオン期間に充電電荷を一方のスイ
ッチング手段を介して放電する第１のコンデンサと；一
方のスイッチング手段および他方のスイッチング手段の
接続点と第１のコンデンサとの間に介挿され第１のコン
デンサの充放電電流を通流するインダクタと；一方のス
イッチング手段および他方のスイッチング手段のオン、
オフに応じてインダクタとともに共振する第２のコンデ
ンサと；交流電源波形に基づいた脈流で変調してスイッ
チング手段の駆動周波数およびデューティ比を制御する
制御手段と；を具備したものである。

【００１０】請求項２記載の電源装置は、交流電源の出
力電圧を整流して非平滑直流電圧を出力する整流手段
と；互いに直列的に接続され交互にオン、オフして整流
手段の出力を整流手段の出力より高い周波数でスイッチ
ングする一対のスイッチング手段と；一方のスイッチン
グ手段に対して並列的に設けられ、他方のスイッチング
手段のオン期間に他方のスイッチング手段を介して整流
手段の出力により充電され、整流手段の出力周波数に対
して平滑作用を行なうとともに、一方のスイッチング手
段のオン期間に充電電荷を一方のスイッチング手段を介
して放電する第１のコンデンサと；一方のスイッチング
手段および他方のスイッチング手段の接続点と第１のコ
ンデンサとの間に介挿され第１のコンデンサの充放電電
流を通流するインダクタと；一方のスイッチング手段お
よび他方のスイッチング手段のオン、オフに応じてイン
ダクタとともに共振する第２のコンデンサと；脈流のゼ
ロクロス付近近傍で発振周波数を増加させる制御手段
と；を具備したものである。

【００１１】請求項３記載の電源装置は、交流電源の出
力電圧を整流して非平滑直流電圧を出力する整流手段
と；互いに直列的に接続され交互にオン、オフして整流
手段の出力を整流手段の出力より高い周波数でスイッチ
ングする一対のスイッチング手段と；一方のスイッチン
グ手段に対して並列的に設けられ、他方のスイッチング
手段のオン期間に他方のスイッチング手段を介して整流
手段の出力により充電され、整流手段の出力周波数に対
して平滑作用を行なうとともに、一方のスイッチング手
段のオン期間に充電電荷を一方のスイッチング手段を介
して放電する第１のコンデンサと；一方のスイッチング
手段および他方のスイッチング手段の接続点と第１のコ
ンデンサとの間に介挿され第１のコンデンサの充放電電
流を通流するインダクタと；一方のスイッチング手段お
よび他方のスイッチング手段のオン、オフに応じてイン
ダクタとともに共振する第２のコンデンサと；いずれか
のスイッチング手段のオフ幅を固定してオン幅を制御す
る制御手段と；を具備したものである。

【００１２】請求項４記載の放電灯点灯装置は、請求項
１ないし３いずれか記載の電源装置と；この電源装置に
より付勢点灯される放電ランプと；を具備したものであ
る。

【００１３】請求項５記載の放電灯点灯装置は、請求項
４記載の放電灯点灯装置において、電源装置は、放電ラ
ンプの予熱、始動時には出力を低下させ、点灯時には出
力を増加させるものである。

【００１４】請求項６記載の照明装置は、照明装置本体
と；請求項４または５記載の放電灯点灯装置と；を具備
したものである。

【００１５】

【作用】請求項１記載の電源装置は、第１のコンデンサ
により、整流手段の非平滑直流電圧を平滑化し、第２の
コンデンサおよびインダクタの共振回路により発生した
共振電圧により、第１のコンデンサの電圧を一対のスイ
ッチング手段のスイッチングの一周期中に整流手段で整
流された非平滑直流電圧より低くしようとし、整流され
た非平滑直流電圧の波高値が低い期間にも入力電流を確
保して入力を高めるととともに、入力電流を低歪み化し
て入力電流の高調波を低減させ、さらに、交流電源波形
に基づいた脈流で変調してスイッチング手段の駆動周波
数およびデューティ比を制御するため、電流を進相させ
ずに出力が制御される。

【００１６】請求項２記載の電源装置は、第１のコンデ
ンサにより、整流手段の非平滑直流電圧を平滑化し、第
２のコンデンサおよびインダクタの共振回路により発生
した共振電圧により、第１のコンデンサの電圧を一対の
スイッチング手段のスイッチングの一周期中に整流手段
で整流された非平滑直流電圧より低くしようとし、整流
された非平滑直流電圧の波高値が低い期間にも入力電流
を確保して入力を高めるととともに、入力電流を低歪み
化して入力電流の高調波を低減させ、さらに、制御手段
は脈流のゼロクロス付近近傍で発振周波数を増加させて
スイッチング手段のデューティ比を制御するため、電流
を進相させずに出力が制御される。

【００１７】請求項３記載の電源装置は、第１のコンデ
ンサにより、整流手段の非平滑直流電圧を平滑化し、第
２のコンデンサおよびインダクタの共振回路により発生
した共振電圧により、第１のコンデンサの電圧を一対の
スイッチング手段のスイッチングの一周期中に整流手段
で整流された非平滑直流電圧より低くしようとし、整流
された非平滑直流電圧の波高値が低い期間にも入力電流
を確保して入力を高めるととともに、入力電流を低歪み
化して入力電流の高調波を低減させ、さらに、制御手段
はいずれかのスイッチング手段のオフ幅を固定してオン
幅を制御するため、簡易な構成で出力が制御される。

【００１８】請求項４記載の放電灯点灯装置は、請求項
１ないし３いずれか記載の電源装置により放電ランプを
付勢点灯するため、容易に放電ランプの出力が変動す
る。

【００１９】請求項５記載の放電灯点灯装置は、請求項
４記載の放電灯点灯装置において、放電ランプの予熱、
始動時には出力を低下させ、点灯時には出力を増加させ
るため、放電ランプにストレスがかからず、放電ランプ
が長寿命化する。

【００２０】請求項６記載の照明装置は、照明装置本体
に、請求項４または５記載の放電灯点灯装置を設けたた
め、それぞれの作用を奏する。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の照明装置の一実施例を図面を
参照して説明する。

【００２２】図２は、照明装置の外観を示す斜視図で、
この図２に示すように照明装置本体１の両端には、ソケ
ット２，２が設けられ、これらソケット２，２間には、
放電ランプとしての蛍光ランプFLが取り付けられ、内部
に設けられた放電灯点灯装置11により始動、点灯され
る。

【００２３】また、図１はこの照明装置本体１に内蔵さ
れる放電灯点灯装置11の回路図で、この放電灯点灯装置
11は、商用交流電源Ｅに整流手段としての整流回路12の
入力端子が接続され、この整流回路12の出力端子間に
は、一方のスイッチング手段としての第１の電界効果ト
ランジスタQ1および他方のスイッチング手段としての第
２の電界効果トランジスタQ2が直列的に接続されてお
り、これら第１の電界効果トランジスタQ1および第２の
電界効果トランジスタQ2はそれぞれ寄生ダイオードを有
している。

【００２４】さらに、整流回路12の出力端子間には、比
較的容量の大きな平滑用の第１のコンデンサC1および比
較的容量の小さな共振用の第２のコンデンサC2の直列回
路が接続されている。

【００２５】また、これら第１の電界効果トランジスタ
Q1および第２の電界効果トランジスタQ2の接続点と、第
１のコンデンサC1および第２のコンデンサC2の接続点と
の間には、インダクタとしての出力トランスTr1 の一次
巻線Tr1aの直列回路が接続されている。そして、出力ト
ランスTrの二次巻線Tr1bには蛍光ランプFLの熱陰極であ
るフィラメントFL1 ，FL2 の一端がそれぞれ接続され、
これらフィラメントFL1 ，FL2 の他端には始動用のコン
デンサC3が接続されている。

【００２６】さらに、第１の電界効果トランジスタQ1の
ゲート、ソース間に、制御トランスTr2 の第１の二次巻
線Tr2bが接続され、第２の電界効果トランジスタQ2のゲ
ート、ソース間に、第２の二次巻線Tr2cが接続されてい
る。

【００２７】一方、整流回路12の出力端子間には、直列
に接続された抵抗R1および抵抗R2の直列回路が接続さ
れ、これら抵抗R1および抵抗R2の接続点には、制御手段
としての制御回路13が接続されている。

【００２８】この制御回路13は、抵抗R1および抵抗R2の
接続点に、電圧バッファ用のトランジスタQ3のベースが
接続され、このコレクタは接地され、このエミッタは抵
抗R3を介して定電流用の電流ミラー回路を構成するトラ
ンジスタQ4およびトランジスタQ5が接続されている。一
方、抵抗R1および抵抗R2の接続点には、三角波を形成す
るコンパレータ14の反転入力端子が接続され、このコン
パレータ14の非反転入力端子にはトランジスタQ5のコレ
クタが接続されている。

【００２９】また、トランジスタQ5のコレクタには、コ
ンデンサC4が接続されるとともに、タイマ回路を構成す
るスイッチSW1 、オペアンプ15および基準電源E1が接続
されている。

【００３０】さらに、コンパレータ14の出力端子には、
トランジスタQ6およびトランジスタQ7のプッシュプル回
路が接続され、これらトランジスタQ6およびトランジス
タQ7はコンデンサC5を介して制御トランスTr2 の一次巻
線Tr2aに接続されている。

【００３１】次に、上記実施例の動作について説明す
る。

【００３２】まず、整流回路12で整流された非平滑直流
電圧の波高値が大きな期間では、第２の電界効果トラン
ジスタQ2のオン期間が相対的に小さくなるように制御回
路13を制御し、第１の二次巻線Tr2bにより第１の電界効
果トランジスタQ1をオンすると、第１のコンデンサC1が
放電し、第１のコンデンサC1、高圧側の電界効果トラン
ジスタQ1、一次巻線Tr1aおよび第１のコンデンサC1の閉
路で電流が流れる。

【００３３】次に、第１の出力巻線Tr2bの出力が反転し
て第１の電界効果トランジスタQ1をオフし、第２の二次
巻線Tr2cにより第２の電界効果トランジスタQ2がオンす
ると、一次巻線Tr1 および第２のコンデンサC2で直列共
振が生じ、一次巻線Tr1a、第２のコンデンサC2、低圧側
の電界効果トランジスタQ2の寄生ダイオードおよび一次
巻線Tr1aの閉路で共振電流が流れるとともに、第２のコ
ンデンサC2および第１のコンデンサC1の電圧の和に等し
い、整流回路12にも共振電流が流れる。

【００３４】さらに、共振作用により電流が反転する
と、一次巻線Tr1a、第２の電界効果トランジスタQ2、第
２のコンデンサC2および一次巻線Tr1aの閉路で電流が流
れ、抵抗成分が小さいためこれらの共振電流に基づく共
振電圧は、整流回路12の脈流電圧より高い電圧になる。

【００３５】そして、共振電圧が低下して第２のコンデ
ンサC2および第１のコンデンサC1のいずれの電圧も低下
すると、整流回路12からの脈流が供給され、整流回路1
2、第１のコンデンサC1、一次巻線Tr1a、第２の電界効
果トランジスタQ2および整流回路12の閉路で電流が流れ
る。

【００３６】また、第２の二次巻線Tr2cが反転して第２
の電界効果トランジスタQ2がオフすると、一次巻線Tr1a
の蓄積エネルギが放出され、一次巻線Tr1a、第１の電界
効果トランジスタQ1の寄生ダイオード、第１のコンデン
サC1および一次巻線Tr1aの閉路で電流が流れる。

【００３７】そして、第１の二次巻線Tr2bの出力が反転
して第１の電界効果トランジスタQ1がオンして、上述の
動作を繰り返す。

【００３８】また、整流回路12で整流された非平滑直流
電圧の波高値が小さな期間では、第２の電界効果トラン
ジスタQ2のオン期間が相対的に大きくなるように制御
し、基本的な動作は上述の場合と同様であるが、整流回
路12で整流された電流の波高値が最も低いゼロクロス近
傍での共振を最も大きくして、整流回路12からの非平滑
整流波形が小さくなる部分では、より昇圧を大きくし、
出力を平滑化させている。

【００３９】さらに、制御回路13の抵抗R3には、電圧Ｖ
CCと抵抗R1および抵抗R2の接続点の電位との差からトラ
ンジスタQ4およびトランジスタQ3の順電圧降下を引いた
値が印加され、抵抗R1および抵抗R2の接続点の電位が低
いほど大きくなり、抵抗R3に流れる電流が多くなる。そ
して、抵抗R3に流れる電流はトランジスタQ4およびトラ
ンジスタQ5のミラー回路により折り返され、コンデンサ
C4の充電電流になる。また、コンデンサC4の充電電流が
多いほどコンデンサＣが所定電位に達するまでの時間が
短くなり、発振周波数が上昇する。したがって、抵抗R1
および抵抗R2の接続点の電位が低くなるゼロクロス付近
で動作周波数が上昇し、第２の電界効果トランジスタQ2
のデューティ比が大きくなっても、オン時間が過大にな
る問題を解決でき、電流が進相になることを防止でき、
図３に示す第２の電界効果トランジスタQ2の通常の状態
の電流波形図の波形となり、効率が低下することを防止
できる。また、第１の電界効果トランジスタQ1の寄生ダ
イオードおよび第２の電界効果トランジスタQ2の寄生ダ
イオードの逆相回復期間で、第１の電界効果トランジス
タQ1および第２の電界効果トランジスタQ2の短絡が生じ
て、効率が低下することも防止できる。

【００４０】そして、蛍光ランプFLの予熱、始動時に
は、第１の電界効果トランジスタQ1のオン幅を短くし、
出力電圧を低下させて蛍光ランプFLのフィラメントを予
熱するとともに、ソフトスタートを行なう。

【００４１】また、蛍光ランプFLが点灯した後は、第２
の電界効果トランジスタQ2のオン幅を長くし、出力電圧
を大きくして蛍光ランプFLを通常の電圧で点灯させる。

【００４２】次に、他の実施例について説明する。

【００４３】この実施例は、図１に示す放電灯点灯装置
において、図４に示す出力状態を示すグラフのように、
第２の電界効果トランジスタQ2のオフ時間を一定の状態
にして、第２の電界効果トランジスタQ2のオン時間を短
くして低い電圧で蛍光ランプFLを予熱し、時間ｔ1 経過
後に第２の電界効果トランジスタQ2のオン時間を長くし
て出力を上昇させて始動させ、時間ｔ2 経過後に第２の
電界効果トランジスタQ2のオン時間を再び短くして、出
力を低下させる。なお、予熱、始動および点灯の状態は
時定数により切り換えるようにしてもよい。

【００４４】また、第２の電界効果トランジスタQ2のオ
ン時間を一定の状態にして、予熱時にはオフ時間を長く
し、予熱時にはオフ時間を短くし、点灯時には再びオフ
時間を長くしても同様の効果を得ることができる。

【００４５】さらに、第１の電界効果トランジスタQ1の
オフ時間を一定の状態にして、予熱時にはオン時間を長
くし、予熱時にはオン時間を短くし、点灯時には再びオ
ン時間を長くしても同様の効果を得ることができる。

【００４６】またさらに、第１の電界効果トランジスタ
Q1のオン時間を一定の状態にして、予熱時にはオフ時間
を短くし、予熱時にはオフ時間を長くし、点灯時には再
びオフ時間を短くしても同様の効果を得ることができ
る。

【００４７】また、第１のコンデンサC1および第２のコ
ンデンサC2の容量の関係を反対にし、上述と反対の動作
を行なわせても同様の効果を得ることができる。

【００４８】

【発明の効果】請求項１記載の電源装置によれば、入力
電流を低歪み化して入力電流の高調波を低減させ、さら
に、制御手段で整流された脈流で変調してスイッチング
手段の駆動周波数およびデューティ比を制御するため、
電流を進相させずに出力を制御できる。

【００４９】請求項２記載の電源装置によれば、入力電
流を低歪み化して入力電流の高調波を低減させ、さら
に、制御手段は脈流のゼロクロス付近近傍で発振周波数
を増加させてスイッチング手段のデューティ比を制御す
るため、電流を進相させずに出力を制御できる。

【００５０】請求項３記載の電源装置によれば、入力電
流を低歪み化して入力電流の高調波を低減させ、さら
に、制御手段はいずれかのスイッチング手段のオフ幅を
固定してオン幅を制御するため、簡易な構成で出力を制
御できる。

【００５１】請求項４記載の放電灯点灯装置によれば、
請求項１ないし３いずれか記載の電源装置により放電ラ
ンプを付勢点灯するため、容易に放電ランプの出力が変
動できる。

【００５２】請求項５記載の放電灯点灯装置によれば、
請求項４記載の放電灯点灯装置に加え、放電ランプの予
熱、始動時には出力を低下させ、点灯時には出力を増加
させるため、放電ランプにストレスがかからず、放電ラ
ンプを長寿命化できる。

【００５３】請求項６記載の照明装置によれば、照明装
置本体に、請求項４または５記載の放電灯点灯装置を設
けたため、それぞれの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の放電灯点灯装置を示す回路
図である。

【図２】同上照明装置の外観を示す斜視図である。

【図３】同上第２の電界効果トランジスタQ2の通常の状
態の電流波形図である。

【図４】同上他の実施例の出力状態を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ 照明装置本体 11 放電灯点灯装置 12 整流手段としての整流回路 13 制御手段としての制御回路 C1 第１のコンデンサ C2 第２のコンデンサ FL 放電ランプとしての蛍光ランプ Q1 一方のスイッチング手段としての第１の電界効果
トランジスタ Q2 他方のスイッチング手段としての第２の電界効果
トランジスタ Tr1 インダクタとしての出力トランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 雄治 東京都品川区東品川四丁目３番１号 東 芝ライテック株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−3675（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−218096（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−226089（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−315269（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−163890（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−223990（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−60269（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/48 H05B 41/24

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源の出力電圧を整流して非平滑直
   流電圧を出力する整流手段と；互いに直列的に接続され
   交互にオン、オフして整流手段の出力を整流手段の出力
   より高い周波数でスイッチングする一対のスイッチング
   手段と；一方のスイッチング手段に対して並列的に設け
   られ、他方のスイッチング手段のオン期間に他方のスイ
   ッチング手段を介して整流手段の出力により充電され、
   整流手段の出力周波数に対して平滑作用を行なうととも
   に、一方のスイッチング手段のオン期間に充電電荷を一
   方のスイッチング手段を介して放電する第１のコンデン
   サと；一方のスイッチング手段および他方のスイッチン
   グ手段の接続点と第１のコンデンサとの間に介挿され第
   １のコンデンサの充放電電流を通流するインダクタと；
   一方のスイッチング手段および他方のスイッチング手段
   のオン、オフに応じてインダクタとともに共振する第２
   のコンデンサと；交流電源波形に基づいた脈流で変調し
   てスイッチング手段の駆動周波数およびデューティ比を
   制御する制御手段と；を具備したことを特徴とする電源
   装置。
2. 【請求項２】 交流電源の出力電圧を整流して非平滑直
   流電圧を出力する整流手段と；互いに直列的に接続され
   交互にオン、オフして整流手段の出力を整流手段の出力
   より高い周波数でスイッチングする一対のスイッチング
   手段と；一方のスイッチング手段に対して並列的に設け
   られ、他方のスイッチング手段のオン期間に他方のスイ
   ッチング手段を介して整流手段の出力により充電され、
   整流手段の出力周波数に対して平滑作用を行なうととも
   に、一方のスイッチング手段のオン期間に充電電荷を一
   方のスイッチング手段を介して放電する第１のコンデン
   サと；一方のスイッチング手段および他方のスイッチン
   グ手段の接続点と第１のコンデンサとの間に介挿され第
   １のコンデンサの充放電電流を通流するインダクタと；
   一方のスイッチング手段および他方のスイッチング手段
   のオン、オフに応じてインダクタとともに共振する第２
   のコンデンサと；脈流のゼロクロス付近近傍で発振周波
   数を増加させる制御手段と；を具備したことを特徴とす
   る電源装置。
3. 【請求項３】 交流電源の出力電圧を整流して非平滑直
   流電圧を出力する整流手段と；互いに直列的に接続され
   交互にオン、オフして整流手段の出力を整流手段の出力
   より高い周波数でスイッチングする一対のスイッチング
   手段と；一方のスイッチング手段に対して並列的に設け
   られ、他方のスイッチング手段のオン期間に他方のスイ
   ッチング手段を介して整流手段の出力により充電され、
   整流手段の出力周波数に対して平滑作用を行なうととも
   に、一方のスイッチング手段のオン期間に充電電荷を一
   方のスイッチング手段を介して放電する第１のコンデン
   サと；一方のスイッチング手段および他方のスイッチン
   グ手段の接続点と第１のコンデンサとの間に介挿され第
   １のコンデンサの充放電電流を通流するインダクタと；
   一方のスイッチング手段および他方のスイッチング手段
   のオン、オフに応じてインダクタとともに共振する第２
   のコンデンサと；いずれかのスイッチング手段のオフ幅
   を固定してオン幅を制御する制御手段と；を具備したこ
   とを特徴とする電源装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３いずれか記載の電源装
   置と；この電源装置により付勢点灯される放電ランプ
   と；を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
5. 【請求項５】 電源装置は、放電ランプの予熱、始動時
   には出力を低下させ、点灯時には出力を増加させること
   を特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
6. 【請求項６】 照明装置本体と；請求項４または５記載
   の放電灯点灯装置と；を具備したことを特徴とする照明
   装置。