JP3678050B2 - 電源装置および無電極放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電力を負荷に供給する電源装置およびこの電源装置を用いて無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図６に示すような電源装置が知られている（特開平７−３２６４８３号公報参照）。この電源装置は、直流電源Ｅが電源として供給され、発振回路１ａで発生させた高周波をプリアンプ１ｂで増幅し、プリアンプ１ｂの出力を出力回路５でさらに増幅して負荷である無電極放電灯２０に供給することにより、無電極放電灯２０を点灯させるものである。
【０００３】
発振回路１ａは、水晶振動子ＸとトランジスタＱ２とを用いて高周波を発生するものであり、インダクタＬ６とコンデンサＣ１５とにより低Ｑの同調回路を構成した無調整の発振回路である。プリアンプ１ｂは、トランジスタＱ４を用いて発振回路１ａの出力をＣ級増幅するものであり、抵抗Ｒ８〜Ｒ１０は減衰器を構成している。出力回路５は、ＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチング素子Ｑ５によってプリアンプ１ｂから出力された高周波を増幅する。
【０００４】
直流電源Ｅと出力回路５との間にはフィルタ回路３が挿入され、出力回路５からの高周波が直流電源Ｅに帰還することを防いでいる。出力回路５と無電極放電灯２０との間にはマッチング回路４が挿入され、出力回路５と無電極放電灯２０とのインピーダンスマッチングをとり、高周波電力の反射をなくして無電極放電灯２０への電力供給の効率をよくしている。
【０００５】
無電極放電灯２０は、ガラスバルブ内に不活性ガスや金属蒸気などの放電ガスを封入したバルブ７と、バルブ７の外周に近接して巻回された数ターンの空芯コイルよりなる誘導コイル８とによって構成され、誘導コイル８はバルブ７内の放電ガスに高周波電力を供給する。
【０００６】
また、図６に示す電源装置では、外部からの出力制御信号に応じてトランジスタＱ４のベース・エミッタおよびスイッチング素子Ｑ５のゲート・ソースをそれぞれ短絡させる短絡回路６を調光用に設けている。短絡回路６はＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチング素子Ｑ３を備え、スイッチング素子Ｑ３のゲート・ソースには外部からの出力制御信号が入力される。スイッチング素子Ｑ３のソースは接地され、ドレインは２個のダイオードＤ１，Ｄ２を介してトランジスタＱ４のベースおよびスイッチング素子Ｑ５のゲートにそれぞれ接続される。
【０００７】
上述の回路で直流電源Ｅが供給されると、出力回路５から高周波電力が誘導コイル８に供給され、誘導コイル８には数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波電流が流れる。このとき、誘導コイル８の周囲に生じる高周波電磁界によりバルブ７内の放電ガスが放電して無電極放電灯２０が点灯し、バルブ７から紫外線もしくは可視光線が放射される。
【０００８】
短絡回路６に入力される出力制御信号には、ＨレベルまたはＬレベルの２値信号が用いられる。短絡回路６への出力制御信号がＬレベルである期間には、スイッチング素子Ｑ３はオフ状態であるから、短絡回路６はプリアンプ１ｂおよび出力回路５に影響を与えず、無電極放電灯２０は点灯する。一方、短絡回路６への出力制御信号がＨレベルである期間には、スイッチング素子Ｑ３はオン状態となり、トランジスタＱ４のベース・エミッタおよびスイッチング素子Ｑ５のゲート・ソースがともに短絡されるので、出力回路５から高周波電力が出力されなくなり、無電極放電灯２０は消灯する。
【０００９】
上述したように、図６に示す電源装置では、出力制御信号に応じて短絡回路６により出力回路５の出力を制御することができ、無電極放電灯２０を点灯・消灯させることができる。ここで、無電極放電灯２０を目にチラツキ感を与えない程度の高い繰り返し周期で点滅させ、出力制御信号のＨレベルの期間とＬレベルの期間との比率を調節すると、無電極放電灯２０の光出力を調節することができ、調光制御が可能になる。この種の制御を時分割制御と呼ぶことがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図７に示すように、出力回路５のスイッチング素子Ｑ５のゲート・ソース間に入力される高周波を適切な振幅に調整するため、あるいは、プリアンプ１ｂのトランジスタＱ４での損失を低減させるために、プリアンプ１ｂと出力回路５との間に駆動トランスＣＴ１を挿入することが考えられる。この駆動トランスＣＴ１の１次巻線ｎ１はトランジスタＱ４のコレクタとエミッタとの間に接続され、２次巻線ｎ２はスイッチング素子Ｑ５のゲート（制御端子）とソースとの間に接続される。
【００１１】
図７に示す電源装置では、図６に示した構成と同様に短絡回路６を備える。この回路において短絡回路６のスイッチング素子Ｑ３をオンオフさせたとすると、誘導コイル８の両端電圧は、図８に示すような波形になり、誘導コイル８の両端には無電極放電灯２０の始動時（図に示す時刻ｔ）ごとにパルス状の高電圧Ｐが発生する。このようなパルス状の高電圧Ｐが発生すると、出力回路５のスイッチング素子Ｑ５にストレスがかかるので、スイッチング素子Ｑ５に耐圧の高い部品が必要となり、場合によってはスイッチング素子Ｑ５が破壊されることがある。
【００１２】
パルス状の高電圧Ｐが発生する原因は、次のように推測される。すなわち、無電極放電灯２０の始動時言い換えると短絡回路６のスイッチング素子Ｑ３がオフする瞬間には、トランジスタＱ４のベース・エミッタおよびスイッチング素子Ｑ５のゲート・ソースはそれぞれ短絡状態から非短絡状態に移行する。ここで、駆動トランスＣＴ１を介してスイッチング素子Ｑ５を高周波（例えば０．５〜数百ＭＨｚ）で動作させると、プリアンプ１ｂから出力回路５までの配線容量や駆動トランスＣＴ１の各巻線の両端間における浮遊容量などの影響により、パルス状の高電圧Ｐが発生すると推測される。
【００１３】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源投入時や外部からの出力制御信号に応じて出力回路の出力電力を制御する際における出力回路のスイッチング素子の破壊を防止した電源装置およびこの電源装置を用いて無電極放電灯を点灯させる無電極放電灯点灯装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、高周波を発生する高周波発生回路と、第１のスイッチング素子を用いて負荷に高周波電力を出力する出力回路と、上記高周波発生回路の出力が１次巻線に供給され上記第１のスイッチング素子の制御端子が２次巻線に接続された駆動トランスと、上記駆動トランスの１次巻線の両端間を短絡させるとともに上記第１のスイッチング素子の制御端子を接地する状態を短絡状態として選択可能とする短絡回路とを備えた電源装置である。この構成によれば、短絡回路によって駆動トランスの１次巻線の両端間を短絡させるとともに出力回路の第１のスイッチング素子の制御端子を接地することにより、高周波発生回路から出力回路までの配線容量や駆動トランスの各巻線の両端間における浮遊容量などの影響が小さくなるので、出力回路の始動時において負荷の両端に高電圧のパルス状の高電圧が発生することがなく、第１のスイッチング素子にかかるストレスを低減させて第１のスイッチング素子の破壊を防止することができる。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記高周波発生回路は出力端間に接続された第２のスイッチング素子を含み、上記短絡回路は、短絡状態として上記第２のスイッチング素子の制御端子を接地する状態を含んでいるものである。この構成によれば、短絡回路が高周波発生回路の第２のスイッチング素子の制御端子を接地することにより、高周波発生回路における配線容量などの影響も小さくなるので、請求項１の発明よりも確実にパルス状の高電圧の発生を防止することができる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、上記高周波発生回路はインダクタおよびコンデンサよりなる共振回路を有し、上記コンデンサは上記第２のスイッチング素子と並列接続されるとともに上記第２のスイッチング素子の近傍に配置されているものである。この構成によれば、共振回路のコンデンサが高周波発生回路の第２のスイッチング素子と並列接続されるとともに第２のスイッチング素子の近傍に配置されているから、第２のスイッチング素子と上記コンデンサとの間の配線におけるインダクタンスが小さくなり、第２のスイッチング素子における波形歪みが小さくなるので、請求項２の発明よりもさらにパルス状の高電圧の発生を防止することができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明において、上記短絡回路は、少なくとも電源投入直後からあらかじめ設定された期間に短絡状態を選択するものである。この構成によれば、電源投入直後からあらかじめ設定された期間は短絡回路が駆動トランスの１次巻線の両端間を短絡するとともに出力回路の第１のスイッチング素子の制御端子を接地するので、電源投入直後に電源電圧が安定した後に出力回路の動作を開始させることができる。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、上記短絡回路は、外部からの出力制御信号に応じて短絡状態の選択・非選択を繰り返すとともにその比率が制御されることにより、上記出力回路の出力電力を制御するものである。この構成によれば、出力制御信号を用いて出力電力を調節することができる。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、上記出力回路の出力周波数は０．５〜数百ＭＨｚに設定されているものである。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、上記高周波発生回路と上記駆動トランスの１次巻線との間に両者のインピーダンスを整合させるマッチング回路を設けたものである。この構成によれば、マッチング回路によって高周波発生回路と駆動トランスの１次巻線との間のインピーダンスを整合させることができるので、高周波発生回路で発生した高周波を効率よく駆動トランスに伝達することができる。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、上記高周波発生回路は、水晶振動子を含む発振回路を有するものである。この構成によれば、水晶振動子によって、高周波発生回路の出力周波数を設定することができるとともに、高周波発生回路の出力周波数を安定させることができる。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、上記高周波発生回路は、上記出力回路で生じる振動電流の一部を上記駆動トランスの１次巻線に流すように帰還するものである。この構成によれば、高周波発生回路が出力回路で生じる振動電流の一部を駆動トランスの１次巻線に流すように帰還することにより、第１のスイッチング素子が自励駆動され、第１のスイッチング素子を他励駆動させる構成よりも部品点数が少なくなり回路構成が簡単になる。
【００２３】
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項９の発明において、上記短絡回路は、一端が接地された第３のスイッチング素子の他端に一端が共通接続された複数個のダイオードを有し、上記複数個のダイオードには、上記第１のスイッチング素子の制御端子に他端が接続された第１のダイオードと、上記駆動トランスの１次巻線に他端が接続された第２のダイオードとが含まれているものである。この構成によれば、短絡回路の第３のスイッチング素子の他端に複数個のダイオードの一端が共通接続されているから、第３のスイッチング素子によって複数個のダイオードの他端が接続された複数箇所を同時に短絡させることができ、複数箇所を短絡させるために複数個のスイッチング素子を設ける必要がない。
【００２４】
請求項１１の発明は、請求項１０の発明において、上記第３のスイッチング素子と上記第１のダイオードとの直列回路は、上記第１のスイッチング素子の制御端子の近傍に配置されているものである。この構成によれば、短絡回路の第３のスイッチング素子と第１のダイオードとの直列回路が出力回路の第１のスイッチング素子の近傍に配置されているから、第３のスイッチング素子から第１のダイオードを介した第１のスイッチング素子までの配線容量が小さくなり、第１のスイッチング素子における波形歪みが小さくなるので、これによってもパルス状の高電圧の発生を抑制することができる。
【００２５】
請求項１２の発明は、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の電源装置と、上記電源装置からの高周波電力により点灯する上記負荷としての無電極放電灯とを備えた無電極放電灯点灯装置である。
【００２６】
請求項１３の発明は、水晶振動子を含む発振回路を有し０．５〜数百ＭＨｚの高周波を発生する高周波発生回路と、第１のスイッチング素子を用いて高周波電力を出力する出力回路と、上記高周波発生回路の出力が１次巻線に供給され上記第１のスイッチング素子の制御端子が２次巻線に接続された駆動トランスと、上記出力回路からの高周波電力により点灯される無電極放電灯と、一端が接地された第２のスイッチング素子の他端に一端が共通接続され他端が上記駆動トランスの１次巻線および上記第１のスイッチング素子の制御端子にそれぞれ接続された２個のダイオードを有する短絡回路とを備え、上記短絡回路は、上記駆動トランスの１次巻線の両端間を短絡させるとともに上記第１のスイッチング素子の制御端子を接地する状態を選択可能とされている無電極放電灯点灯装置である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、図７に示した電源装置において、プリアンプ１ｂのトランジスタＱ４のベースに接続したダイオードＤ１に代えて、駆動トランスＣＴ１の１次巻線ｎ１とスイッチング素子Ｑ３のドレインとの接続点にダイオードＤ３のアノードを接続したものである。
【００２９】
本実施形態では、発振回路１ａとプリアンプ１ｂとにより高周波発生回路１を構成している。また、直流電源Ｅが投入されてからあらかじめ設定された期間は出力回路５を始動させないためにタイマ回路９を設けている。他の構成は図７に示した従来構成と同様である。
【００３０】
タイマ回路９は、抵抗Ｒ５０，Ｒ５１の直列回路、抵抗Ｒ５２，Ｒ５３の直列回路、コンデンサＣ５０、コンパレータＩＣ１により構成され、抵抗Ｒ５０，Ｒ５１の直列回路と抵抗Ｒ５２，Ｒ５３の直列回路とは直流電源Ｅにそれぞれ並列接続される。抵抗Ｒ５０，Ｒ５１の接続点にはコンパレータＩＣ１の非反転入力端が接続され、抵抗Ｒ５２，Ｒ５３の接続点にはコンパレータＩＣ１の反転入力端が接続され、抵抗Ｒ５３の両端間にはコンデンサＣ５０が接続される。コンパレータＩＣ１の出力端は、短絡回路６を構成するスイッチング素子Ｑ３のゲートに接続される。
【００３１】
タイマ回路９では、直流電源Ｅが投入されると、抵抗Ｒ５２を介してコンデンサＣ５０の充電が始まり、コンデンサＣ５０の両端電圧が抵抗Ｒ５１の両端電圧よりも低い期間には、コンパレータＩＣ１の出力はＨレベルとなる。その後、コンデンサＣ５０が充電されて、コンデンサＣ５０の両端電圧が抵抗Ｒ５１の両端電圧よりも高くなると、コンパレータＩＣ１の出力はＬレベルとなる。したがって、コンパレータＩＣ１の出力は、電源投入から一定時間はＨレベルであって、その後Ｌレベルに移行する。
【００３２】
次に、本実施形態の電源装置の動作について説明する。図２（ｂ）に示すように、時刻ｔ０において直流電源Ｅが投入されると、上述したようにタイマ回路９の出力はＨレベルとなる。このとき、短絡回路６のスイッチング素子Ｑ３がオンし、駆動トランスＣＴ１の１次巻線ｎ１の両端間およびスイッチング素子Ｑ５のゲート・ソースがともに短絡されるから、スイッチング素子Ｑ５はオフする。その結果、出力回路５から無電極放電灯２０の誘導コイル８に高周波電力が供給されず、無電極放電灯２０は消灯した状態に保たれる。ここに、スイッチング素子Ｑ３がオンになったときの状態を短絡状態と呼ぶことにする。
【００３３】
その後、タイマ回路９により設定された時間が経過して時刻ｔ１になると、タイマ回路９の出力はＬレベルとなる。このとき、スイッチング素子Ｑ３がオフし、駆動トランスＣＴ１の１次巻線ｎ１の両端間およびスイッチング素子Ｑ５のゲート・ソースはともに短絡されなくなるから、スイッチング素子Ｑ５は動作を開始する。こうして、出力回路５から誘導コイル８に高周波電力が供給され、無電極放電灯２０は点灯する。
【００３４】
上述した動作によって、誘導コイル８の両端電圧は、図２（ａ）に示す波形になる。つまり、出力回路５の始動時（時刻ｔ１）において、図８に示したパルス状の高電圧Ｐは発生しなくなる。その結果、出力回路５のスイッチング素子Ｑ５にかかるストレスを低減させてスイッチング素子Ｑ５の破壊を防止することができる。
【００３５】
また、直流電源Ｅの投入直後からタイマ回路９により設定された期間は、短絡回路６が短絡状態であって出力回路５の動作が停止しているから、直流電源Ｅの投入直後にスイッチング素子Ｑ５に過大な電流が流れることがなく、しかも誘導コイル８には通電開始時から大きい電流を流すことができ、無電極放電灯２０が始動しやすくなる。
【００３６】
（実施形態２）
本実施形態は、図３に示すように、プリアンプ１ｂがＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチング素子Ｑ５３を備え、このスイッチング素子Ｑ５３のゲート・ソースも短絡回路６により短絡状態が選択可能になっているものである。また、出力回路５にＭＯＳＦＥＴよりなる２個のスイッチング素子Ｑ５１，Ｑ５２を用い、各スイッチング素子Ｑ５１，Ｑ５２が交互にオンオフすることによって高周波電力を出力する構成を採用している。さらに、出力回路５が２個のスイッチング素子Ｑ５１，Ｑ５２を備えるから、１次巻線ｎ２１と２個の２次巻線ｎ２２，ｎ２３とを備える駆動トランスＣＴ２を用いている。また、本実施形態では、商用電源ＡＣを直流電源回路Ｅ１により直流に変換して直流電源を得ている。
【００３７】
プリアンプ１ｂは、スイッチング素子Ｑ５３と、インダクタＬ５１とコンデンサＣ５１との直列回路よりなる共振回路とによって構成され、発振回路１ａから出力された高周波をスイッチング素子Ｑ５３により増幅して駆動トランスＣＴ２の１次巻線ｎ２１に出力する。コンデンサＣ５１はスイッチング素子Ｑ５３に並列接続されるとともに、スイッチング素子Ｑ５３の近傍に配置されている。
【００３８】
プリアンプ１ｂと駆動トランスＣＴ２の１次巻線ｎ２１との間には、２個のコンデンサＣ５２，Ｃ５３により構成されたマッチング回路１０が挿入され、プリアンプ１ｂと駆動トランスＣＴ２の１次巻線ｎ２１との間のインピーダンスを整合させている。
【００３９】
出力回路５は、スイッチング素子Ｑ５１，Ｑ５２の直列回路と、インダクタＬｓとコンデンサＣｓとの直列回路よりなる共振回路とによって構成される。スイッチング素子Ｑ５１，Ｑ５２の直列回路の両端には直流電源回路Ｅ１の出力端が接続される。各スイッチング素子Ｑ５１，Ｑ５２のゲートとソースとの間には駆動トランスＣＴ２の２次巻線ｎ２２，ｎ２３と抵抗Ｒ６１，Ｒ６２との並列回路がそれぞれ接続され、スイッチング素子Ｑ５２のドレインとソースとの間にはインダクタＬｓとコンデンサＣｓとからなる共振回路およびマッチング回路４を介して無電極放電灯２０の誘導コイル８が接続される。マッチング回路４は、３個のコンデンサＣ３０〜Ｃ３２を用いて構成され、出力回路５と誘導コイル８との間のインピーダンスを整合させている。
【００４０】
プリアンプ１ｂの出力は駆動トランスＣＴ２を介して出力回路５の各スイッチング素子Ｑ５１，Ｑ５２を交互にオンオフさせる。つまり、プリアンプ１ｂから出力された高周波は出力回路５でＤ級増幅されて、誘導コイル８に供給される。
【００４１】
短絡回路６は、カソードがスイッチング素子Ｑ３に共通接続された３個のダイオードＤ２，Ｄ３，Ｄ４を備える。各ダイオードＤ２，Ｄ３，Ｄ４のアノードは、スイッチング素子Ｑ５２のゲート、駆動トランスＣＴ２の１次巻線ｎ２１の一端、スイッチング素子Ｑ５３のゲートにそれぞれ接続される。
【００４２】
次に、本実施形態の動作について説明する。商用電源ＡＣが投入されると直流電源回路Ｅ１から直流電力が供給され、実施形態１と同様にタイマ回路９の出力がＨレベルとなる。このとき、スイッチング素子Ｑ３がオンし、駆動トランスＣＴ２の１次巻線ｎ２１の両端間および各スイッチング素子Ｑ５２，Ｑ５３のゲート・ソースがともに短絡されるので、スイッチング素子Ｑ５３はオフを保持してプリアンプ１ｂでの増幅が行われず、スイッチング素子Ｑ５１，Ｑ５２もオフに保たれる。その結果、出力回路５から誘導コイル８に高周波電力が供給されず、無電極放電灯２０は点灯しない。以後の動作は実施形態１と同様である。
【００４３】
本実施形態では、短絡回路６によって、駆動トランスＣＴ２の１次巻線ｎ２１の両端間および出力回路５のスイッチング素子Ｑ５２のゲート・ソースだけでなく、高周波発生回路１（プリアンプ１ｂ）のスイッチング素子Ｑ５３のゲート・ソースも短絡させることにより、高周波発生回路１における配線容量などの影響も小さくなるので、実施形態１よりも確実にパルス状の高電圧Ｐの発生を防止することができる。
【００４４】
また、高周波発生回路１のスイッチング素子Ｑ５３の近傍に第１の共振回路のコンデンサＣ５１を配置することにより、スイッチング素子Ｑ５３とコンデンサＣ５１との間の配線におけるインダクタンスが小さくなり、スイッチング素子Ｑ５３における波形歪みが小さくなるので、これによってもパルス状の高電圧Ｐの発生を抑制することができる。
【００４５】
さらにまた、高周波発生回路１と駆動トランスＣＴ２の１次巻線ｎ２１との間にマッチング回路１０を挿入していることにより、高周波発生回路１と駆動トランスＣＴ２の１次巻線ｎ２１とのインピーダンスが整合するので、高周波発生回路１で発生した高周波を効率よく駆動トランスＣＴ２に伝達することができる。
【００４６】
（実施形態３）
本実施形態は、図４に示すように、実施形態２の構成において、タイマ回路９に代えて、短絡回路６に２値信号である出力制御信号を与える制御回路１１を外部回路として設けたものである。
【００４７】
本実施形態では、制御回路１１からの出力制御信号によって、短絡回路６で出力回路５から無電極放電灯２０に与える出力電力を制御することができる。つまり、目にチラツキ感を与えない程度の高い繰り返し周期で無電極放電灯２０を点滅させ、制御回路１１で出力制御信号のデューティー比を変化させると、無電極放電灯２０の明るさを変化させる調光制御を行うことができる。
【００４８】
本実施形態では、無電極放電灯２０の調光制御を行う際に、出力回路５の動作開始と動作停止とを繰り返しているが、動作開始前まで短絡回路６によって駆動トランスＣＴ２の１次巻線ｎ２１の両端間および各スイッチング素子Ｑ５２，Ｑ５３のゲート・ソースがともに短絡されているので、無電極放電灯２０の誘導コイル８の両端にパルス状の高電圧Ｐが発生することがない。
【００４９】
（実施形態４）
本実施形態は、図５に示すように、出力回路５としてＭＯＳＦＥＴよりなる２個のスイッチング素子Ｑ５４，Ｑ５５の直列回路とインダクタＬｓとコンデンサＣｓとの直列回路よりなる共振回路とによって構成したものを用い、スイッチング素子Ｑ５４，Ｑ５５を自励駆動するようにしたものである。したがって、出力回路５で発生する高周波電力の一部を帰還する回路を高周波発生回路１として用いている。この高周波電力は、１次巻線ｎ３１と２個の２次巻線ｎ３２，ｎ３３とを備えた駆動トランスＣＴ３を介してスイッチング素子Ｑ５４，Ｑ５５の駆動に用いられる。
【００５０】
スイッチング素子Ｑ５４，Ｑ５５の直列回路の両端には直流電源回路Ｅ１の出力端が接続される。スイッチング素子Ｑ５５のドレインとソースとの間には上記共振回路を介して無電極放電灯２０の誘導コイル８が接続される。駆動トランスＣＴ３の１次巻線ｎ３１、コンデンサＣ５４、上記共振回路、誘導コイル８により閉回路が構成され、駆動トランスＣＴ３の各２次巻線ｎ３２，ｎ３３には各スイッチング素子Ｑ５４，Ｑ５５のゲート・ソースがそれぞれ接続される。
【００５１】
本実施形態では、電源投入直後に出力回路５に起動パルスを与える起動回路１２を設けてある。この起動パルスはスイッチング素子Ｑ５５のゲート・ソースに与えられる。スイッチング素子Ｑ５４のドレインとソースとの間には抵抗Ｒ６０が接続され、出力回路５を起動しやすくしている。
【００５２】
また、実施形態３と同様に制御回路１１および短絡回路６を設けており、短絡回路６はスイッチング素子Ｑ３のドレインにカソードを共通接続した２個のダイオードＤ５，Ｄ６を備える。各ダイオードＤ５，Ｄ６のアノードは、駆動トランスＣＴ３の１次巻線ｎ３１とスイッチング素子Ｑ５５のゲートとにそれぞれ接続される。
【００５３】
次に、本実施形態の電源装置の動作について説明する。商用電源ＡＣが投入されると、直流電源回路Ｅ１から直流電力が供給される。そして、起動回路１２からスイッチング素子Ｑ５５のゲート・ソースに起動パルスが与えられてスイッチング素子Ｑ５５がオンし、上記共振回路の共振作用によって振動電流が発生する。この振動電流がコンデンサＣ５４を介して駆動トランスＣＴ３の１次巻線ｎ３１に流れることにより、駆動トランスＣＴ３の各２次巻線ｎ３２，ｎ３３から各スイッチング素子Ｑ５４，Ｑ５５のゲート・ソースにそれぞれ高周波が与えられ、スイッチング素子Ｑ５４，Ｑ５５は交互にオンオフされる。その結果、スイッチング素子Ｑ５５のドレイン・ソースから上記共振回路を介して誘導コイル８に高周波電力が供給され、無電極放電灯２０が点灯する。すなわち、上記共振回路から発生した振動電流を駆動トランスＣＴ３の１次巻線ｎ３１に流すことにより、スイッチング素子Ｑ５４，Ｑ５５は自励駆動される。
【００５４】
本実施形態では、無電極放電灯２０の調光制御を行う際に、短絡回路６によって駆動トランスＣＴ３の１次巻線ｎ３１の両端間およびスイッチング素子Ｑ５５のゲート・ソースがともに短絡されるので、出力回路５ｂのスイッチング素子Ｑ５４，Ｑ５５を自励駆動しながらも、無電極放電灯２０の誘導コイル８の両端にパルス状の高電圧Ｐが発生することがなく、スイッチング素子Ｑ５４，Ｑ５５の破壊を防止することができる。他の構成および動作は実施形態３と同様である。
【００５５】
なお、上述した各実施形態では、タイマ回路９を用いて電源投入直後からあらかじめ設定された期間は出力回路を始動させないようにする例と、制御回路１１を用いて無電極放電灯２０の調光制御を行う例とを示したが、無負荷時などに何らかの異常を検出して出力回路の出力を断続させる回路にも本発明の技術思想は適用可能である。つまり、駆動トランスの１次巻線の両端間を短絡させるとともに出力回路のスイッチング素子の制御端子を接地するという動作を行うか否かによって出力回路の出力を制御するものであれば、どのようなものにも適用することができる。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、高周波を発生する高周波発生回路と、第１のスイッチング素子を用いて負荷に高周波電力を出力する出力回路と、上記高周波発生回路の出力が１次巻線に供給され上記第１のスイッチング素子の制御端子が２次巻線に接続された駆動トランスと、上記駆動トランスの１次巻線の両端間を短絡させるとともに上記第１のスイッチング素子の制御端子を接地する状態を短絡状態として選択可能とする短絡回路とを備えた電源装置であり、短絡回路によって駆動トランスの１次巻線の両端間を短絡させるとともに出力回路の第１のスイッチング素子の制御端子を接地することにより、高周波発生回路から出力回路までの配線容量や駆動トランスの各巻線の両端間における浮遊容量などの影響が小さくなるので、出力回路の始動時において負荷の両端に高電圧のパルス状の高電圧が発生することがなく、第１のスイッチング素子にかかるストレスを低減させて第１のスイッチング素子の破壊を防止することができるという効果がある。
【００５７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記高周波発生回路は出力端間に接続された第２のスイッチング素子を含み、上記短絡回路は、短絡状態として上記第２のスイッチング素子の制御端子を接地する状態を含んでいるものであり、短絡回路が高周波発生回路の第２のスイッチング素子の制御端子を接地することにより、高周波発生回路における配線容量などの影響も小さくなるので、請求項１の発明よりも確実にパルス状の高電圧の発生を防止することができるという効果がある。
【００５８】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、上記高周波発生回路はインダクタおよびコンデンサよりなる共振回路を有し、上記コンデンサは上記第２のスイッチング素子と並列接続されるとともに上記第２のスイッチング素子の近傍に配置されているから、第２のスイッチング素子と上記コンデンサとの間の配線におけるインダクタンスが小さくなり、第２のスイッチング素子における波形歪みが小さくなるので、請求項２の発明よりもさらにパルス状の高電圧の発生を防止することができるという効果がある。
【００５９】
請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明において、上記短絡回路は、少なくとも電源投入直後からあらかじめ設定された期間に短絡状態を選択するものであり、電源投入直後からあらかじめ設定された期間は短絡回路が駆動トランスの１次巻線の両端間を短絡するとともに出力回路の第１のスイッチング素子の制御端子を接地するので、電源投入直後に電源電圧が安定した後に出力回路の動作を開始させることができるという利点がある。
【００６０】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、上記短絡回路は、外部からの出力制御信号に応じて短絡状態の選択・非選択を繰り返すとともにその比率が制御されることにより、上記出力回路の出力電力を制御するものであり、出力制御信号を用いて出力電力を調節することができるという利点がある。
【００６１】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、上記高周波発生回路と上記駆動トランスの１次巻線との間に両者のインピーダンスを整合させるマッチング回路を設けたものであり、マッチング回路によって高周波発生回路と駆動トランスの１次巻線との間のインピーダンスを整合させることができるので、高周波発生回路で発生した高周波を効率よく駆動トランスに伝達することができるという利点がある。
【００６２】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、上記高周波発生回路は、水晶振動子を含む発振回路を有するものであり、水晶振動子によって、高周波発生回路の出力周波数を設定することができるとともに、高周波発生回路の出力周波数を安定させることができるという利点がある。
【００６３】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、上記高周波発生回路は、上記出力回路で生じる振動電流の一部を上記駆動トランスの１次巻線に流すように帰還するから、第１のスイッチング素子が自励駆動され、第１のスイッチング素子を他励駆動させる構成よりも部品点数が少なくなり回路構成が簡単になるという利点がある。
【００６４】
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項９の発明において、上記短絡回路は、一端が接地された第３のスイッチング素子の他端に一端が共通接続された複数個のダイオードを有し、上記複数個のダイオードには、上記第１のスイッチング素子の制御端子に他端が接続された第１のダイオードと、上記駆動トランスの１次巻線に他端が接続された第２のダイオードとが含まれているものであり、短絡回路の第３のスイッチング素子の他端に複数個のダイオードの一端が共通接続されているから、第３のスイッチング素子によって複数個のダイオードの他端が接続された複数箇所を同時に短絡させることができ、複数箇所を短絡させるために複数個のスイッチング素子を設ける必要がないという利点がある。
【００６５】
請求項１１の発明は、請求項１０の発明において、上記第３のスイッチング素子と上記第１のダイオードとの直列回路は、上記第１のスイッチング素子の制御端子の近傍に配置されているから、第３のスイッチング素子から第１のダイオードを介した第１のスイッチング素子までの配線容量が小さくなり、第１のスイッチング素子における波形歪みが小さくなるので、これによってもパルス状の高電圧の発生を抑制することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の回路図である。
【図２】同上の動作波形図である。
【図３】本発明の実施形態２の回路図である。
【図４】本発明の実施形態３の回路図である。
【図５】本発明の実施形態４の回路図である。
【図６】従来例の回路図である。
【図７】別の従来例の回路図である。
【図８】同上の動作波形図である。
【符号の説明】
１ 高周波発生回路
１ａ 発振回路
５ 出力回路
６ 短絡回路
１０ マッチング回路
２０ 無電極放電灯
Ｃ５１ コンデンサ
ＣＴ１〜ＣＴ３ 駆動トランス
Ｄ２〜Ｄ６ ダイオード
Ｌ５１ インダクタ
ｎ１，ｎ２１，ｎ３１ １次巻線
Ｑ３，Ｑ５ スイッチング素子
Ｑ５１〜Ｑ５５ スイッチング素子
Ｘ 水晶振動子

Claims (13)

1. 高周波を発生する高周波発生回路と、第１のスイッチング素子を用いて負荷に高周波電力を出力する出力回路と、上記高周波発生回路の出力が１次巻線に供給され上記第１のスイッチング素子の制御端子が２次巻線に接続された駆動トランスと、上記駆動トランスの１次巻線の両端間を短絡させるとともに上記第１のスイッチング素子の制御端子を接地する状態を短絡状態として選択可能とする短絡回路とを備えることを特徴とする電源装置。
2. 上記高周波発生回路は出力端間に接続された第２のスイッチング素子を含み、上記短絡回路は、短絡状態として上記第２のスイッチング素子の制御端子を接地する状態を含んでいることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 上記高周波発生回路はインダクタおよびコンデンサよりなる共振回路を有し、上記コンデンサは上記第２のスイッチング素子と並列接続されるとともに上記第２のスイッチング素子の近傍に配置されていることを特徴とする請求項２記載の電源装置。
4. 上記短絡回路は、少なくとも電源投入直後からあらかじめ設定された期間に短絡状態を選択することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電源装置。
5. 上記短絡回路は、外部からの出力制御信号に応じて短絡状態の選択・非選択を繰り返すとともにその比率が制御されることにより、上記出力回路の出力電力を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電源装置。
6. 上記出力回路の出力周波数は０．５〜数百ＭＨｚに設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電源装置。
7. 上記高周波発生回路と上記駆動トランスの１次巻線との間に両者のインピーダンスを整合させるマッチング回路を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電源装置。
8. 上記高周波発生回路は、水晶振動子を含む発振回路を有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の電源装置。
9. 上記高周波発生回路は、上記出力回路で生じる振動電流の一部を上記駆動トランスの１次巻線に流すように帰還することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の電源装置。
10. 上記短絡回路は、一端が接地された第３のスイッチング素子の他端に一端が共通接続された複数個のダイオードを有し、上記複数個のダイオードには、上記第１のスイッチング素子の制御端子に他端が接続された第１のダイオードと、上記駆動トランスの１次巻線に他端が接続された第２のダイオードとが含まれていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の電源装置。
11. 上記第３のスイッチング素子と上記第１のダイオードとの直列回路は、上記第１のスイッチング素子の制御端子の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１０記載の電源装置。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の電源装置と、上記電源装置からの高周波電力により点灯する上記負荷としての無電極放電灯とを備えることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。
13. 水晶振動子を含む発振回路を有し０．５〜数百ＭＨｚの高周波を発生する高周波発生回路と、第１のスイッチング素子を用いて高周波電力を出力する出力回路と、上記高周波発生回路の出力が１次巻線に供給され上記第１のスイッチング素子の制御端子が２次巻線に接続された駆動トランスと、上記出力回路からの高周波電力により点灯される無電極放電灯と、一端が接地された第２のスイッチング素子の他端に一端が共通接続され他端が上記駆動トランスの１次巻線および上記第１のスイッチング素子の制御端子にそれぞれ接続された２個のダイオードを有する短絡回路とを備え、上記短絡回路は、上記駆動トランスの１次巻線の両端間を短絡させるとともに上記第１のスイッチング素子の制御端子を接地する状態を選択可能とされていることを特徴とする無電極放電灯点灯装置。

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