JP3760074B2 - 放電灯点灯回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯点灯回路において、放電灯への起動用高圧信号を生成する起動回路への電圧供給のための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電灯（メタルハライドランプ等）の点灯回路については、直流電源回路、直流−交流変換回路、起動回路（所謂スタータ回路）を備えた構成が知られている。例えば、直流電源回路にＤＣ−ＤＣコンバータの構成を用い、直流−交流変換回路にはフルブリッジ型回路（４つの半導体スイッチ素子（あるいはスイッチング素子）をそれぞれ２組にしてスイッチング制御を行うように構成された回路）及びそのドライバ回路を使用した構成では、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力する正極性又は負極性の電圧がフルブリッジ型回路を経て矩形波状電圧に変換されて放電灯に供給される。
【０００３】
尚、起動回路については、例えば、トランスとその１次巻線側に設けられるコンデンサ及び自己降伏型スイッチ素子を備えた構成が挙げられ、コンデンサの両端電圧が所定の閾値を越えたときに自己降伏型スイッチ素子が降伏して１次電流が流れ、これが昇圧されてトランスの２次巻線から放電灯に印加される。
【０００４】
ところで、放電灯が点灯する前の無負荷時において直流電源回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）が一時的に出力する高電圧（所謂オープンサーキット電圧あるいは開放電圧）が高いほど放電灯が点灯し易いことが知られている。
【０００５】
しかし、上記オープンサーキット電圧を高くしすぎると直流電源回路や直流−交流変換回路の耐圧を大きくする必要があり、コスト上昇の原因となるため、上限についての制約がある。
【０００６】
放電灯への起動電圧を発生させるにあたって、直流電源回路又は直流−交流変換回路から得たオープンサーキット電圧を起動回路の１次側回路に供給して起動パルス（あるいはスタータパルス）を生成させることができれば回路的に最も部品点数が少ない構成となるが、放電灯の起動に充分な波高値のパルスを得るために起動回路のトランスの昇圧比を高くする必要があり、そのために当該トランスの２次巻線のインダクタンスを大きくしなければならず、結果としてトランスの大型化及びコスト上昇を招くことになる。
【０００７】
そこで、直流電源回路や直流−交流変換回路の出力電圧に対して、コンデンサやダイオードを含む倍電圧回路を付設して昇圧した後、これを起動回路に供給する構成や、直流電源回路を構成するコンバータトランスの２次側に新たな２次巻線を付設して当該巻線からの高圧出力を起動回路に供給する構成が挙げられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の回路構成では、倍電圧回路や２次巻線からの出力電圧を起動回路に供給するラインの耐圧を大きくする必要が生じるため、耐圧設計が厳しくなるという問題がある。
【０００９】
また、起動回路（の１次側回路）への供給電圧が高くなると、配線の安全性にも問題が生じてくる。即ち、起動回路を放電灯の近くに配置する場合（例えば、起動回路を灯具に付設した構成等。）に、点灯回路の出力端子からは、放電灯への給電ライン２本の他に、起動回路への電圧供給ライン１本の配線の引き廻しが必要となるが、電圧供給ラインの電圧は極力低いこと（グランド（ＧＮＤ）に対する電位差が低いこと）が、感電事故等の防止の観点から望ましい。
【００１０】
そこで、本発明は、点灯回路の起動回路への電圧供給ラインについてグランドに対する電位差を極力小さくすることで耐圧を下げ、かつ安全性を高めること、そしてコストを削減することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した課題を解決するために、直流電圧を出力する直流電源回路と、該直流電源回路の出力電圧を交流電圧に変換した後にこれを放電灯に供給するための直流−交流変換回路と、放電灯への起動用高圧信号を発生させる起動回路とを備えた放電灯点灯回路において、下記の（イ）乃至（ニ）に示す構成を備えたものである。
【００１２】
（イ）起動回路が、磁性体及び１次巻線、２次巻線を含むトランスと、該トランスの１次側に設けられる１次側回路とにより構成されていること。
【００１３】
（ロ）（イ）の１次側回路が、上記トランスの１次巻線に対してコンデンサ及びスイッチ素子の直列回路を有し、当該直列回路が１次巻線に対して並列に接続されること。
【００１４】
（ハ）（ロ）のコンデンサの電荷蓄積に伴い当該コンデンサの両端電圧が閾値を越えたとき又はその後にスイッチ素子が導通して１次巻線から２次巻線を介して起動用高圧信号が放電灯に印加されること。
【００１５】
（ニ）直流電源回路の出力電圧がグランド電位に対して正電圧とされる場合には、該直流電源回路又は直流−交流変換回路からの出力に基づいて（イ）の１次側回路のコンデンサを充電するために、直流−交流変換回路の正極性の出力電圧が該コンデンサの一端に供給されるとともに、該コンデンサの他端には直流電源回路又は直流−交流変換回路からの負極性の電圧されること。
又は、直流電源回路の出力電圧がグランド電位に対して負電圧とされる場合には、該直流電源回路又は直流−交流変換回路からの出力に基づいて（イ）の１次側回路のコンデンサを充電するために、直流−交流変換回路の負極性の出力電圧が該コンデンサの一端に供給されるとともに、該コンデンサの他端には直流電源回路又は直流−交流変換回路からの正極性の電圧が供給されること。
【００１６】
従って、本発明によれば、直流電源回路の出力電圧の極性とは逆極性の給電電圧を起動回路の１次側回路に供給することによって、当該回路への電圧供給ラインについて耐圧を下げることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る放電灯点灯回路の基本構成を示すものであり、１つの放電灯に関する回路構成を示している。
【００１８】
放電灯点灯回路１は、電源２、直流電源回路３、直流−交流変換回路４、起動回路５を備えており、放電灯６（メタルハライドランプ等）の点灯制御を行う。
【００１９】
直流電源回路３は、電源２からの直流入力電圧（これを「Ｖin」と記す。）を受けて所望の直流電圧を出力するものであり、制御回路７からの制御信号に応じてその出力電圧が可変制御される。この直流電源回路３には、スイッチングレギュレータの構成を有するＤＣ−ＤＣコンバータ（チョッパー式、フライバック式等。）が用いられるが、一般には下記に示す形態が挙げられる。
【００２０】
ｉ）正極性出力（グランド電位に対して正電位とされる出力電圧）の形態
ｉｉ）負極性出力（グランド電位に対して負電位とされる出力電圧）の形態
ｉｉｉ）両極性出力（グランド電位に対して正極性及び負極性の両出力）の形態。
【００２１】
つまり、ｉ）やｉｉ）の形態では、直流電源回路３の出力電圧が正電圧又は負電圧のいずれか一方の極性に固定されているのに対して、ｉｉｉ）の形態では正負の両極性電圧を出力する。
【００２２】
図２は、ｉｉｉ）の形態について直流電源回路３の構成例を示したものである。
【００２３】
トランスＴの１次巻線Ｔｐの一端が直流入力端子「ｔａ」に接続されることで電圧Ｖinが入力されるようになっており、１次巻線Ｔｐの他端は半導体スイッチ素子ＳＷ（図には単にスイッチの記号で示すが、電界効果トランジスタ等が用いられる。）及び電流検出用抵抗Ｒｓを介して接地されている（この抵抗Ｒｓについては任意であり、特に設けなくても良い）。尚、半導体スイッチ素子ＳＷの制御端子（ＦＥＴの場合にはゲート）には制御回路７からの制御信号「Ｓｃ」が供給されてそのスイッチング制御が行われる。
【００２４】
トランスＴの２次巻線Ｔｓは、その一端がダイオードＤ１のアノードに接続され、該ダイオードＤ１のカソードがコンデンサＣ１を介して接地されている。そして、コンデンサＣ１の端子電圧が端子「ｔｏ１」を介して正極性の出力電圧（これを「Ｖdcp」と記す。）となる。また、２次巻線Ｔｓの他端は、ダイオードＤ２のカソードに接続されており、該ダイオードＤ２のアノードがコンデンサＣ２を介して接地されるとともに端子「ｔｏ２」に接続されており、当該端子を介して負極性の出力電圧（これを「Ｖdcn」と記す。）が得られる。
【００２５】
本回路では、正極性電圧Ｖdcp（＞０）、負極性電圧Ｖdcn（＜０）を２つの出力端子「ｔｏ１」、「ｔｏ２」から各別に出力する構成となっている。
【００２６】
尚、トランスＴの巻線に付した「・」印は巻き始めを示しており、例えば、２次巻線ＴｓについてはダイオードＤ２との接続端及び接地された中間タップにおける巻き始端にそれぞれ「・」印が付されている。
【００２７】
また、上記ｉ）、ｉｉ）の形態については、以上の説明において正負いずれかの極性電圧を出力する２次側回路だけを有すると考えれば済むので、それ以上の説明は省略する。
【００２８】
直流−交流変換回路４は直流電源回路３の後段に配置されており（図１参照。）、該直流電源回路３の出力電圧を交流電圧（矩形波状電圧等）に変換した後にこれを放電灯６に供給するために設けられている。本回路については、半導体スイッチ素子を用いたハーフブリッジ型やフルブリッジ型の回路構成が挙げられる。
【００２９】
起動回路５は、放電灯６の点灯初期に起動用高圧信号（あるいは起動パルス）を発生させて放電灯６に起動をかけるために設けられており、当該信号は直流−交流変換回路４の出力する交流電圧「Ｖout」に重畳されて放電灯６に印加される。
【００３０】
図３は直流−交流変換回路４の後段に配置される起動回路５について基本構成を示したものである。
【００３１】
起動回路５は、磁性体（コア）及び１次巻線、２次巻線を含むトランス８と、該トランスの１次側に設けられる１次側回路９から構成されており、該１次側回路は、図示するように、トランス８の１次巻線８ａと、コンデンサ１０及びスイッチ素子１１（例えば、自己降伏型スイッチ素子や、外部信号により制御されるサイリスタ等のスイッチ素子）の直列回路とを有する。つまり、この直列回路がトランス８の１次巻線８ａに対して並列に接続されている。尚、トランス８の２次巻線８ｂについては、その一端が１次巻線８ａとコンデンサ１０との接続点に接続されるとともに直流−交流変換回路４の出力端子の一方に接続され、２次巻線８ｂの他端が放電灯６に接続されている。
【００３２】
放電灯６の起動に際して、コンデンサ１０の電荷蓄積に伴い当該コンデンサの両端電圧が閾値を越えたとき又はその後にトリガー信号を受けたときにスイッチ素子１１が導通して１次巻線８ａに電流が流れるとともに、２次巻線８ｂを介して起動用高圧信号が放電灯６に印加される。
【００３３】
１次側回路９に対する給電電圧については直流電源回路３からの電圧（あるいは直流−交流変換回路４からの電圧）として供給することができる。
【００３４】
図４はそのような回路構成の一例を示しており、直流電源回路（例えば、フライバック型ＤＣ−ＤＣコンバータ等。）を構成するコンバータトランスの２次側以降の回路部分を示している。尚、直流電源回路の出力電圧についてはその極性が正極性であるとする。
【００３５】
コンバータトランス１２の２次巻線１２ｂの一端には整流用ダイオード１３のアノードが接続されており、該ダイオードのカソードには平滑用コンデンサ１４が接続されて、当該コンデンサの他端が接地されている。つまり、コンバータトランス１２の２次電圧が整流・平滑後に直流−交流変換回路４に送出される。
【００３６】
起動回路５の１次側回路９への供給電圧に関与する回路部（電圧供給回路）１５は、ダイオード１３に対して並列に設けられたコンデンサ１６と、該コンデンサ１６に対して直列接続された抵抗１７、そして、ダイオード１８、１９である。つまり、コンデンサ１６は、その一端がダイオード１３のアノードに接続されるとともに、その他端が抵抗１７及びダイオード１８のアノードに接続されており、該ダイオード１８のカソードが接地されている。そして、抵抗１７のうちコンデンサ１６との接続点とは反対側の端子が電圧供給端子２０に接続されており、該電圧供給端子がダイオード１９を介して１次側回路９に接続されている（つまり、ダイオード１９のカソードが電圧供給端子２０に接続され、そのアノードが１次側回路９内のコンデンサ１０とスイッチ素子１１との接続点に接続されている。）。
【００３７】
尚、本例では、直流−交流変換回路４が４つの半導体スイッチ素子ｓｗ１乃至ｓｗ４（図には単にスイッチの記号で示すが、ＦＥＴ等が用いられる。）からなるフルブリッジ型の構成となっており、図示しない駆動回路からの信号によって素子ｓｗ１とｓｗ４を対とし、素子ｓｗ２とｓｗ３とを対にして互いに相反的にスイッチング制御が行われるようになっている。また、素子ｓｗ１とｓｗ２との接続点が起動回路５のトランス８の各巻線に接続されて、素子ｓｗ３とｓｗ４との接続点が放電灯６の一端に接続されている。
【００３８】
上記したようにコンバータトランス１２の２次電圧の極性が正極性とされる場合に、放電灯の点灯前において直流電源回路３が出力するオープンサーキット電圧（以下、これを「ＯＣＶ」と記す。）が、例えば、３５０Ｖ程度であったとすると、直流−交流変換回路４の出力が概ね０Ｖから３５０Ｖの間で交番する電圧となってトランスの２次巻線を介して放電灯に供給されることになる。
【００３９】
そして、起動回路５の１次側回路９を構成するスイッチ素子１１として自己降伏型素子を用いており（以降、スイッチ素子を自己降伏型スイッチ素子として説明する。）、かつ、その降伏電圧が仮に６００Ｖであるとした場合には、ＯＣＶ＝３５０Ｖの電圧では足りないので、図３の回路において電圧供給端子２０に、例えば、−３５０Ｖの電圧を供給すれば、最大で７００Ｖの電圧をもって１次側回路９のコンデンサ１０の充電を行うことができ、これによってスイッチ素子１１の導通が可能になることが分かる。
【００４０】
図４において、コンバータトランス１２の２次巻線１２ｂ側に付設された整流用ダイオード１３のアノードでは、半波整流作用によりコンバータのスイッチング周波数をもってＯＣＶ＝３５０Ｖと０Ｖ以下の交番電圧が繰り返される。そして、この電圧が３５０Ｖとなった時に、コンデンサ１６にはダイオード１８を介して電流が流れて当該コンデンサの充電が行われる。また、当該電圧（アノード電圧）が０Ｖ以下になった時には、コンデンサ１６とダイオード１８との接続点の電位が、一旦低くなって（図にはコンデンサの極性を記号「＋」で示す。）、このときに直流−交流変換回路４の出力端子→起動回路５のコンデンサ１０→ダイオード１９→抵抗１７→コンデンサ１６（さらには→トランス１２の２次巻線１２ｂ→平滑コンデンサ１４、直流−交流変換回路４の入力端子）へと至る電流経路が形成される。これによって１次側回路９のコンデンサ１０の電荷がコンデンサ１６へと移動する。従って、このようなサイクルが何回かに亘って繰り返されれば（充電時間は、各コンデンサの静電容量の比値や抵抗１７の抵抗値に依存する。）、最終的には電圧供給端子２０に−３５０Ｖの電圧が得られることになる。結果として、１次側回路９のコンデンサ１０には、その一端側に最大で絶対値３５０Ｖの負電圧（−３５０Ｖ）が、他端側に３５０Ｖ（＝ＯＣＶ）が印加され、両端電圧として最大で７００Ｖの電圧（スイッチ素子を非導通とした場合）が得られるので、スイッチ素子を充分に導通させるに足る電圧値を得ることができる。
【００４１】
このように、直流電源回路の出力電圧の極性が正極性とされる場合には、直流−交流変換回路の出力電圧も当然に正極性となるので、これを起動回路の１次側回路においてコンデンサの一端に供給するとともに、該コンデンサの他端には電圧供給端子からの負極性の電圧を供給すれば、グランド電位（大地）に対して低い電圧を供給するだけで放電灯への起動用高圧信号を発生させるという所期の目的を達成できる。即ち、従来のように直流電源回路の出力電圧の極性と同極性の電圧を１次側回路に供給する場合において、例えば、降伏電圧６００Ｖの自己降伏型スイッチ素子を導通させるには、それ以上の電圧（例えば、＋７００Ｖ）の電圧供給を行う必要があるため、耐圧設計が厳しくなり、また電磁干渉の防止対策として給電コードをシールドする際の電位（シールド電位）に対する耐圧設計にも配慮を要することになるが、本発明によれば、１次側回路についてグランド電位に対して低い電圧供給で済むため、耐圧設計が楽になり、安全性の向上やコスト削減を図ることができる。
【００４２】
尚、図４に示した抵抗１７は、ダイオード１９に流れる電流に対する制限及び１次側回路９のコンデンサ１０が満充電となるのに要する時間の調整を目的として付設されたものであり、同様の目的をもって、例えば、ダイオード１８やコンデンサ１６に対して直列に接続される抵抗を追加しても良いし、あるいは、これらの抵抗を全く設けなくても何等構わない。
【００４３】
また、図にはトランス８の２次巻線８ｂと１次巻線８ａとの接続端子が直流−交流変換回路の出力端子の一方に接続されているが、これに限らず、トランスの１次巻線、コンデンサ、スイッチ素子とで構成される、閉じた回路（１次側回路）内の何れかを直流−交流変換回路の出力端子に接続するとともに、コンデンサの両端電圧がスイッチ素子の導通に足る電圧レベルとなるように１次側回路への電圧供給（この場合には負極性電圧の供給）を行うようにした各種の回路構成が可能である。
【００４４】
この他、図５に示すように、コンバータトランス１２の２次側において２次巻線１２ｂとは別の２次巻線２１を付設するとともに、これにダイオード２２及びコンデンサ２３を付設した回路によって負電圧を生成して起動回路５の１次側回路９に供給する構成を用いても良い。
【００４５】
即ち、この例では新たに付設した２次巻線２１の一端を整流用ダイオード２２のカソードに接続するとともに、該ダイオードのアノードを、抵抗１７を介して電圧供給端子２０に接続する。そして、平滑用コンデンサ２３については、その一端をダイオード２２と抵抗１７との接続点に接続するとともに、他端を２次巻線２１に接続して接地する。本回路において２次巻線２１に発生した後、整流・平滑後に得られる負電圧が電圧供給端子２０から上記ダイオード１９を介して起動回路５の１次側回路９に供給される。尚、この２次電圧について、その絶対値を上記２次巻線での２次電圧と同じにするには、巻数比を両２次巻線について同じ比値にすれば良い（例えば、２次巻線１２ｂの電圧＝３５０Ｖに対して、２次巻線２１の電圧＝−３５０Ｖが得られる。）し、あるいは、より絶対値の大きな負電圧を得るには巻数比の設定を適宜に変えれば良い。
【００４６】
以上の説明では、１次側回路への供給電圧を直流電源回路から取得するようにした構成例を示したが、これを直流−交流変換回路の出力から取得する構成も可能である。
【００４７】
図６は直流−交流変換回路４の出力段に設けられた回路部を示しており、ダイオード２４のカソードが直流−交流変換回路４の一方の出力端子「Ｏ１」に接続され、該ダイオード２４のアノードがコンデンサ２５を介して直流−交流変換回路４の他方の出力端子「Ｏ２」に接続されている。
【００４８】
そして、ダイオード２４とコンデンサ２５との接続点に抵抗２６の一端が接続され、該抵抗２６の他端が電圧供給端子２０に接続されている。よって、この電圧供給端子２０が上記ダイオード１９を介して１次側回路９のコンデンサ１０に接続される。
【００４９】
本回路おいて、ＯＣＶ＝３５０Ｖを想定した場合に、直流−交流変換回路４の出力端子「Ｏ２」から得られる出力電圧が＋３５０Ｖである時にダイオード２４の導通によりコンデンサ２５の充電が行われる。また、出力端子「Ｏ２」の出力電圧が０Ｖ以下になった時には、１次側回路９のコンデンサ１０からダイオード１９、抵抗２６を介してコンデンサ２５へと電流が流れて電荷移動が行われる。コンデンサ２５とコンデンサ１０との静電容量の比値や抵抗２６の抵抗値によって時間に差はあるものの、このようなサイクルが何度か繰り返えされることで、電圧供給端子２０には−３５０Ｖの電圧が得られる。その結果、コンデンサ１０の両端電圧としては最大で７００Ｖ、つまりスイッチ素子１１の自己降伏電圧を越える値を得ることができる。尚、抵抗２６のもつ役割は抵抗１７と同じである。
【００５０】
上記の例では、スイッチ素子１１の自己降伏電圧を６００Ｖ程度として説明してきたが、これが更に高い場合（例えば、８００Ｖ）の回路構成例を図７に示す。
【００５１】
図には、直流電源回路を構成するコンバータトランス１２の２次側回路と直流−交流変換回路との間に配置される回路部（電圧供給回路）を示しており、複数のダイオード１８、２７、２８及びコンデンサ１６、２９、３０から構成される。
【００５２】
図示するように、コンバータトランス１２の２次巻線１２ｂに対する整流用ダイオード１３及び平滑用コンデンサ１４の接続関係については、図４に示した例と同じとされ、ダイオード１３のアノードが２次巻線１２ｂの一端に接続され、そのカソードがコンデンサ１４を介して接地されている。
【００５３】
また、ダイオード１３に対して並列に設けられたコンデンサ１６は、その一端がダイオード１３のアノードに接続されるとともに、他端がダイオード１８のアノードに接続されており、該ダイオード１８のカソードが接地されている。
【００５４】
ダイオード２７については、そのカソードがコンデンサ１６とダイオード１８との接続点に接続され、そのアノードがコンデンサ２９を介して接地されるとともに、ダイオード２８のカソードに接続されている。
【００５５】
そして、ダイオード２８のアノードがコンデンサ３０を介してダイオード１３のアノードに接続されるとともに、抵抗１７を介して電圧供給端子２０に接続されており、当該端子２０から得られる負電圧が起動回路５の１次側回路９に供給される。
【００５６】
尚、図には破線で示す複数の矢印により電荷移動時の電流についてその向きを示している。つまり、放電灯の点灯前において２次巻線に得られる電圧として、例えば、ＯＣＶ＝３５０Ｖを想定した場合に、ダイオード１３のアノード電圧が３５０Ｖになったときに流れる電流路として、コンデンサ１６からダイオード１８の順方向に沿う矢印及びコンデンサ３０からダイオード２８の順方向に沿う矢印でそれぞれ示す経路が形成され、また、ダイオード１３のアノード電圧が０Ｖ以下になったときに流れる電流路として、コンデンサ２９からダイオード２７の順方向に沿う矢印及び抵抗１７からコンデンサ３０に向かう矢印でそれぞれ示す経路が形成される。
【００５７】
本回路では、このような電荷移動の結果として、最大で「−３５０×２＝−７００Ｖ」の供給電圧を得ることができ、１次側回路のコンデンサの両端電圧としては、ＯＣＶの３倍の電圧供給が可能である。よって、スイッチ素子１１については、その自己降伏電圧が、「ＯＣＶ×３」未満であって、かつ「ＯＣＶ×２」を超える値を有するものを使用すれば良い（その理由は、起動回路の大きさやコストの面からは１次側電圧が高い方が有利であること及びスイッチ素子について自己降伏電圧のバラツキを考慮する必要があることに依る。）。
【００５８】
尚、このようにダイオードとコンデンサを使った回路の段数を増やせば、さらに絶対値の大きい負電圧の供給が可能であるが、これ以上の説明は割愛する。
【００５９】
しかして、以上のように正極性出力を利用した放電灯回路において、その結果をまとめると、下記のようになる。
【００６０】
（Ａ）直流電源回路の出力電圧がグランド電位に対して正電圧とされる場合には、当該直流電源回路又は直流−交流変換回路の出力に基づいて起動回路の１次側回路におけるコンデンサの充電用に当該回路へ供給される給電電圧の極性を負極性とする。
【００６１】
次に、直流電源回路の出力電圧についてその極性が負極性とされる場合の構成について説明する。
【００６２】
図８は直流−交流変換回路４の後段に配置される起動回路５について基本構成を示したものであり、図３との相違点は下記の通りである。
【００６３】
・直流−交流変換回路が出力する交番電圧の極性が負極性であること
・１次側回路に対するダイオード（１９′）の向きが逆方向になっていること。
【００６４】
例えば、放電灯６の点灯前において「ＯＣＶ＝−３５０Ｖ」を想定した場合に、このときの直流−交流変換回路４の出力電圧は、０Ｖと−３５０Ｖとを繰り返す交番電圧（矩形波、台形波等）である。
【００６５】
そして、ダイオード１９′の向きについては、そのアノードが電圧供給端子２０に接続され、そのカソードがコンデンサ１０とスイッチ素子１１との接続点に接続される。
【００６６】
従って、スイッチ素子１１の自己降伏電圧を仮に６００Ｖとした場合に、電圧供給端子２０には、＋３５０Ｖの電圧を供給すれば、コンデンサ１０の両端電圧として最大７００Ｖの電圧（＝２×ＯＣＶ）が得られることになり、スイッチ素子１１を導通させるのに充分な電圧値が得られる。
【００６７】
図９は、１次側回路９に対する給電電圧を、直流電源回路からの電圧として供給するための電圧供給回路１５′の構成例を示したものであるが、図４に示した構成との相違点は、電圧極性が逆になったことに起因して、ダイオードの向き及びコンデンサに係る電荷移動の向きが全く正反対になっていることである。
【００６８】
即ち、整流用ダイオード１３′については、そのカソードがコンバータトランス１２の２次巻線１２ｂに接続され、そのアノードがコンデンサ１４に接続されており、また、ダイオード１８′については、そのカソードが抵抗１７とコンデンサ１６との接続点に接続されるとともに、そのアノードが接地されている。
【００６９】
従って、整流用ダイオード１３′のカソード電圧が、−３５０Ｖとなったときにダイオード１８′を介してコンデンサ１６が充電され、また、当該カソード電圧が０Ｖ以上になった時には抵抗１７及び１次側回路９のコンデンサ１０を介して電流が流れてコンデンサ１６への電荷移動が行われる。よって、このサイクルが何回か繰り返えされて、電圧供給端子２０に＋３５０Ｖの電圧が得られる（１次側回路９のコンデンサ１０にかかる−３５０Ｖと合わせて最大７００Ｖの電圧を得ることができる。）。
【００７０】
尚、本形態においても、図６に示したように、直流−交流変換回路の出力から１次側回路への供給電圧を得たり、あるいは、図５に示したように、コンバータトランス１２に２次巻線を付設して１次側回路への供給電圧を得る構成、スイッチ素子の自己降伏電圧が高い場合の図７に示した構成等が挙げられる。但し、ダイオードの向きや電荷移動の向きの逆転を要することに注意する。
【００７１】
しかして、以上のように負極性出力を利用した放電灯回路において、その結果をまとめると、下記のようになる。
【００７２】
（Ｂ）直流電源回路の出力電圧がグランド電位に対して負電圧とされる場合には、当該直流電源回路又は直流−交流変換回路の出力に基づいて、起動回路の１次側回路におけるコンデンサの充電用に当該回路へ供給される給電電圧の極性を正極性とする。
【００７３】
次に、直流電源回路がグランド電位に対して正極性及び負極性の両極性電圧を出力する形態について説明する。
【００７４】
図１０及び図１１はそのような点灯回路の構成例について要部を示したものである。
【００７５】
図１０は２つの放電灯６＿１、６＿２を共通の点灯回路１Ａによって点灯させることができるようにした回路構成を示すものである。
【００７６】
本例では直流電源回路３が、正極出力用ＤＣ−ＤＣコンバータ３Ａと負極出力用ＤＣ−ＤＣコンバータ３Ｂとにより構成されており（回路例は図２を参照。）、これらの後段には４つのスイッチ素子ｓｗ１、ｓｗ２、ｓｗ３、ｓｗ４（これらには半導体スイッチ素子が用いられるが、図には単にスイッチの記号で示す。）からなるフルブリッジ型の回路構成を有する直流−交流変換回路４Ａが配置されている。
【００７７】
即ち、４つのスイッチ素子のうち、互いに直列接続とされることにより第１の組をなすスイッチ素子ｓｗ１、ｓｗ２については、その一方ｓｗ１の一端がＤＣ−ＤＣコンバータ３Ａの出力端子に接続され、当該スイッチ素子ｓｗ１の他端がスイッチ素子ｓｗ２を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３Ｂの出力端子に接続されている。そして両スイッチ素子同士の接続点αに対して第１の放電灯６＿１が起動回路５＿１（の誘導性負荷）を介して接続されている。
【００７８】
また、互いに直列接続されることで第２の組をなすスイッチ素子ｓｗ３、ｓｗ４については、その一方ｓｗ３の一端がＤＣ−ＤＣコンバータ３Ａの出力端子に接続され、当該スイッチ素子ｓｗ３の他端がスイッチ素子ｓｗ４を介してＤＣ−ＤＣコンバータ３Ｂの出力端子に接続されている。そして、両スイッチ素子同士の接続点βに対して第２の放電灯６＿２が起動回路５＿２（の誘導性負荷）を介して接続されている。
【００７９】
尚、各放電灯６＿１、６＿２のそれぞれの端子のうち、上記接続点αやβに接続されない方の端子については接地されるか、又は電流検出用抵抗Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ介して接地される。
【００８０】
駆動回路ＤＲＶ１、ＤＲＶ２についてはともにハーフブリッジドライバ用のＩＣ（集積回路）が使用され、その一方の駆動回路ＤＲＶ１がスイッチ素子ｓｗ１、ｓｗ２のオン／オフ制御を担当し、他方の駆動回路ＤＲＶ２がスイッチ素子ｓｗ３、ｓｗ４のオン／オフ制御を担当している。即ち、ある時刻において、駆動回路ＤＲＶ１によりスイッチ素子ｓｗ１がオン状態、スイッチ素子ｓｗ２がオフ状態となるように各素子の状態を規定されたとすると、このとき、駆動回路ＤＲＶ２によりスイッチ素子ｓｗ３がオフ状態、スイッチ素子ｓｗ４がオン状態となるように各素子の状態が規定される。また、別の時刻において、駆動回路ＤＲＶ１によりスイッチ素子ｓｗ１がオフ状態、スイッチ素子ｓｗ２がオン状態となるように各素子の状態を規定されたとすると、このとき、駆動回路ＤＲＶ２によりスイッチ素子ｓｗ３がオン状態、スイッチ素子ｓｗ４がオフ状態となるように各素子の状態が規定される。このようにしてスイッチ素子ｓｗ１とｓｗ４とが同じ状態、スイッチ素子ｓｗ２とｓｗ３とが同じ状態となって、これらが相反的に交番動作する。
【００８１】
従って、２組のスイッチ素子のオン／オフ動作によって、例えば、第１の放電灯６＿１に正極性の電圧（正電圧）が供給される間、第２の放電灯６＿２には負極性の電圧（負電圧）が供給される（逆に、第１の放電灯に負極性の電圧が供給される間、第２の放電灯には正極性の電圧が供給される。）。
【００８２】
図１１は１つの放電灯に対する放電灯の点灯回路１Ｂについてコンバータトランスの２次巻線以降における回路構成の要部を示したものである。
【００８３】
図示するように、コンバータトランス１２の２次巻線１２ｂの終端側には整流用ダイオード３１が設けられており、該ダイオードの作用によって半波整流された電圧が、当該ダイオード３１のカソードと２次巻線の中間タップとの間に設けられたコンデンサ３２により平滑されることで、正極性の電圧Ｖdcpが得られる。また、コンバータトランス１２の２次巻線１２ｂの始端側には整流用ダイオード３３が設けられており、その作用によって半波整流された電圧が、当該ダイオードのアノードと２次巻線１２ｂの中間タップとの間に設けられたコンデンサ３４により平滑されることで、負極性の電圧Ｖdcnが得られる。
【００８４】
後段に配置された直流−交流変換回路４Ｂについては、これらの出力電圧Ｖdcp、Ｖdcnを切り換えるために、１対の半導体スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２（これらの素子には電界効果トランジスタ等が用いられるが、図には単にスイッチの記号で示す。）が設けられており、各素子が駆動回路ＤＲＶによって交番動作されることで生成される交流電圧が、起動回路５（の誘導性負荷）を介して放電灯６に供給される。
【００８５】
つまり、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２については、その一方ＳＷ１がダイオード３１のカソードに接続されるとともに、ＳＷ２を介してダイオード３３のアノードに接続されている。そして、これらのスイッチ素子をそれぞれ相反的にスイッチング制御する駆動回路ＤＲＶについては、ハーフブリッジドライバとして既知のＩＣが使用され、駆動回路ＤＲＶから各スイッチ素子の制御端子にそれぞれ供給される信号により、素子ＳＷ１がオン状態のとき、素子ＳＷ２がオフ状態となり、逆に素子ＳＷ１がオフ状態のとき、素子ＳＷ２がオン状態となるようにハーフブリッジの交番動作が行われて直流電圧が交流電圧に変換される。尚、図示するように、駆動回路ＤＲＶは電圧Ｖdcnの負極性電圧に基づいて動作させる。従って、このために駆動回路ＤＲＶ用の電源電圧が必要になる。また、図示しない制御部から駆動回路ＤＲＶに入力される制御信号についても同様の配慮が必要である。
【００８６】
図１０や図１１においては、いずれも直流電源回路の出力が正負両極性をもち、これらをスイッチ素子により切り換えて放電灯に供給する構成を採っているため、放電灯に起動用高圧信号を印加して点灯させる時点における直流−交流変換回路の出力電圧の極性について配慮が必要である。
【００８７】
即ち、該放電灯の起動前に直流−交流変換回路から放電灯に供給される電圧の極性ついては、これが正極又は負極のいずれか一方に規定されるように直流−交流変換回路のスイッチ素子の状態を固定して（駆動回路への制御信号に係るレベル規定による。）、当該放電灯の点灯後にスイッチ素子の交番動作が行われるように制御することが望ましい。その理由は、放電灯の点灯前において直流電源回路の出力電圧を必要十分なレベル（ＯＣＶ）まで高めておき、直流−交流変換回路の極性を固定して起動用高圧パルスを放電灯に印加することで、放電灯の点灯性を確実なものにすることができ、その後にスイッチ素子の交番動作を行う方が安定した点灯が保証されるからである。
【００８８】
そして、起動回路への供給電圧についての極性は下記のように規定することが好ましい。
【００８９】
・放電灯がブレークダウンする起動時点において直流−交流変換回路の出力電圧の極性を正極性に規定した場合には、直流電源回路又は直流−交流変換回路から起動回路の１次側回路に供給される給電電圧の極性を負極性とする。
【００９０】
・放電灯がブレークダウンする起動時点において直流−交流変換回路の出力電圧の極性を負極性に規定した場合には、直流電源回路又は直流−交流変換回路から起動回路の１次側回路に供給される給電電圧の極性を正極性とする。
【００９１】
例えば、図１０や図１１に示した構成において、放電灯をブレークダウンさせる時点での電圧極性を正極性に規定したとすると、当該放電灯に対する起動回路の１次側回路への供給電圧の極性を負極性にすれば良く、そのための回路としては図３乃至図７に示した構成をそのまま使用できることが明らかである（同様にして、図１０や図１１の放電灯をブレークダウンさせる時点での電圧極性を負極性に規定したとすると、当該放電灯に対する起動回路の１次側回路への供給電圧の極性を正極性にすれば良く、そのための回路としては図８、図９に示した構成や、図５乃至図７に示す構成においてダイオードの向きの逆転に注意して変更したものを使用すれば良い。）。
【００９２】
尚、生成される起動用高圧信号については、起動回路によってほぼ正弦波状をした共振波形として生成されるが、当該信号の最初の半波期間における電圧極性が、直流電源回路又は直流−交流変換回路の出力電圧の極性に対して逆極性となるように規定することが好ましい。
【００９３】
以下に、その理由を説明する。
【００９４】
図１２は図３に示した起動回路の部分を取り出して示したものであり、直流電源回路３の出力電圧の極性についてはこれを正極性としている。尚、トランス８の１次巻線８ａや２次巻線８ｂに流れる電流の向きについては、同図に右向きの矢印で示す向き（巻き始端を示す「・」印に近づく向き）を正の向きと定義する。また、トランス８の各巻線については、１次巻線８ａの始端側端子にスイッチ素子１１が接続され、２次巻線８ｂの始端側端子に放電灯６が接続されるものとする。
【００９５】
上記したように、放電灯６をブレークダウンさせる時点での電圧極性を正極性に規定したときには、トランス８の１次側回路９内のコンデンサ１０が「＋」記号で示す極性をもって充電され、該コンデンサの両端電圧が所定の閾値に達したときにスイッチ素子１１がオン状態となり、この時に流れる共振電流（１次電流）について最初の半周期には正の向きとなる。その際、放電灯が接続されておらずに無負荷の状況を仮定すると、共振による高圧パルスにおいて、図に波形ｗで示すように、最初の半周期Ｔでの電圧極性が負極性となる（１次巻線８ａ、２次巻線８ｂの始端側が負の電圧とされる。）。他方、電流については放電灯があるインピーダンスを有しており、２次巻線８ｂに電流が流れる状態にあると仮定した場合に当該２次巻線に流れる共振電流については最初の半周期にその向きが負方向となる。
【００９６】
放電灯の点灯において、はじめは無負荷状態にあり、その後の高圧パルスにより放電灯が導通して、あるインピーダンスをもつようになるため、トランス８の２次電流については、はじめは流れないが放電灯６の導通とともに流れ始めることになる。つまり、１次側回路９のスイッチ素子１１がオンすると、１次巻線８ａには正の向きの電流が流れ始め、２次巻線８ｂのうち放電灯側の端子（始端側端子）には負の電圧が発生して放電灯が導通する（ブレークダウン）。これにより２次巻線８ｂには１次巻線８ａと結合した、負の向きの電流が流れ始める。
【００９７】
１次電流は共振後に極く短い時間で減衰していくため、２次電流についても同様に減衰していくことになるが、共振完了後に残る電流（オフセット電流）の向きについては正の向きとなる。この電流の向きが放電灯の点灯性能にとって重要な意味をもっており、上記した電圧極性の規定は、オフセット電流の向き（この場合には正方向）と直流−交流変換回路の出力電圧の極性（正極性）とを合わせるために必要な条件とされる。このために、高圧パルスについて最初の半波期間における電圧極性を、直流電源回路の出力電圧の極性（本例では正極性）に対して逆極性（本例では負極性）となるように規定する。もしも、両者が同極性となるように規定したとすると、オフセット電流の向きが負方向となるため、放電灯の点灯性能が悪化する危険性が生じてくる。
【００９８】
尚、以上の説明では、直流電源回路の出力電圧の極性について正極性を想定したが、負極性の場合には、上記した電流の向きを示す矢印の定義を逆にすれば良いので、高圧パルスに係る最初の半周期での共振電圧についてその極性を正極性にすれば良い（図１２の波形ｗについて上下をひっくり返せば良い。）。そのためには、例えば、トランス８の巻き始端と終端との関係が逆相関係となるように変更する（２次巻線８ｂの終端側端子に放電灯６が接続されるようにする。）か、あるいは、図１２においてコンデンサ１０とスイッチ素子１１の位置関係を入れ替えれば済む。
【００９９】
また、上記の極性規定は、図１０や図１１に示した正負両極性の出力をもつ回路において、放電灯の点灯前に直流−交流変換回路の極性を一時的に固定する場合にも適用することが好ましい（つまり、直流−交流変換回路の出力電圧の極性を正極性（又は負極性）に規定した場合には、高圧パルスについて最初の半波期間における電圧極性を負極性（又は正極性）に規定する。）。
【０１００】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように、請求項１に係る発明によれば、直流電源回路の出力電圧の極性とは逆極性の給電電圧を起動回路の１次側回路に供給することによって、当該回路への電圧供給ラインについて耐圧を下げることができるので、耐圧設計が容易になり、安全性の向上及びコストの削減（高耐圧部品の不要化等）を図ることができる。
【０１０１】
請求項２に係る発明によれば、グランド電位に対して正極性及び負極性の両極性電圧を出力する直流電源回路を用いた場合でも、起動回路の１次側回路への供給電圧（グランド電位に対する電位差）を小さくすることができる。
【０１０２】
請求項３に係る発明によれば、起動回路により生成される起動用高圧信号について、その最初の半波期間における電圧極性を、直流電源回路又は直流−交流変換回路の出力電圧の極性に対して逆極性に規定することにより、放電灯の点灯性を良好にして、立ち消え等の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放電灯点灯回路の基本構成を示す回路ブロック図である。
【図２】直流電源回路の構成例を示す回路図である。
【図３】起動回路の構成例を示す回路図である。
【図４】起動回路への電圧供給回路の構成例を示す図である。
【図５】起動回路への電圧供給回路の構成について別例を示す図である。
【図６】直流−交流変換回路の出力段において起動回路への供給電圧を得るようにした回路構成例を示す図である。
【図７】起動回路内のスイッチ素子として自己降伏電圧の高い素子を使用した場合において、起動回路への電圧供給回路の構成例を示す図である。
【図８】起動回路の構成についての別例を示す回路図である。
【図９】直流電源回路の出力する負極性電圧に基づいて起動回路への電圧供給のための回路構成例を示す図である。
【図１０】正負両極性の電圧を出力する直流電源回路を備えるとともに、２つの放電灯を点灯させるための点灯回路の構成例を示す図である。
【図１１】正負両極性の電圧を出力する直流電源回路を備えるとともに、１つの放電灯を点灯させるための点灯回路の構成例を示す図である。
【図１２】起動用高圧信号に係る極性規定について説明するための図である。
【符号の説明】
１、１Ａ、１Ｂ…放電灯点灯回路、３、３Ａ、３Ｂ…直流電源回路、４、４Ａ、４Ｂ…直流−交流変換回路、５、５＿１、５＿２…起動回路、６、６＿１、６＿２…放電灯、８…トランス、８ａ…１次巻線、８ｂ…２次巻線、９…１次側回路、１０…コンデンサ、１１…スイッチ素子

Claims (3)

1. 直流電圧を出力する直流電源回路と、該直流電源回路の出力電圧を交流電圧に変換した後にこれを放電灯に供給するための直流−交流変換回路と、放電灯への起動用高圧信号を発生させる起動回路とを備えた放電灯点灯回路において、
   （イ）上記起動回路が、磁性体及び１次巻線、２次巻線を含むトランスと、該トランスの１次側に設けられる１次側回路とにより構成されていること、
   （ロ）上記１次側回路が、上記１次巻線と、コンデンサ及びスイッチ素子の直列回路とを有し、当該直列回路が上記１次巻線に対して並列に接続されること、
   （ハ）上記コンデンサの電荷蓄積に伴い当該コンデンサの両端電圧が閾値を越えたとき又はその後に、上記スイッチ素子が導通して１次巻線から２次巻線を介して起動用高圧信号が放電灯に印加されること、
   （ニ）上記直流電源回路の出力電圧がグランド電位に対して正電圧とされる場合には、該直流電源回路又は上記直流−交流変換回路からの出力に基づいて上記１次側回路のコンデンサを充電するために、上記直流−交流変換回路の正極性の出力電圧が上記コンデンサの一端に供給されるとともに、該コンデンサの他端には上記直流電源回路又は上記直流−交流変換回路からの負極性の電圧が供給されること、
   又は、上記直流電源回路の出力電圧がグランド電位に対して負電圧とされる場合には、該直流電源回路又は上記直流−交流変換回路からの出力に基づいて上記１次側回路のコンデンサを充電するために、上記直流−交流変換回路の負極性の出力電圧が上記コンデンサの一端に供給されるとともに、該コンデンサの他端には上記直流電源回路又は上記直流−交流変換回路からの正極性の電圧が供給されること、
   を特徴とする放電灯点灯回路。
2. 請求項１に記載の放電灯点灯回路において、
   直流電源回路がグランド電位に対して正極性及び負極性の両極性電圧を出力するとともに、
   放電灯がブレークダウンする起動時点において直流−交流変換回路の出力電圧の極性が正極性である場合には、直流電源回路又は直流−交流変換回路から起動回路の１次側回路に供給される給電電圧の極性が負極性とされ、
   又は、上記起動時点において直流−交流変換回路の出力電圧の極性が負極性である場合には、直流電源回路又は直流−交流変換回路から起動回路の１次側回路に供給される給電電圧の極性が正極性とされる
   ことを特徴とする放電灯点灯回路。
3. 請求項１又は請求項２に記載の放電灯点灯回路において、
   起動回路により起動用高圧信号がほぼ正弦波状をした共振波形として生成され、かつ当該信号の最初の半波期間での電圧極性が、直流電源回路又は直流−交流変換回路の出力電圧の極性に対して逆極性である
   ことを特徴とする放電灯点灯回路。

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