JP3812296B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、図7の回路図に示す如く、負荷を無電極放電灯8とした電源装置がある。この電源装置は、この無電極放電灯8に近接配置された誘導コイル7と、誘導コイル7に接続されて、高周波電力を誘導コイル7に供給する高周波電源回路3と、水晶振動子Xを用いた発振回路4a、及びこの発振回路4aの発振出力を増幅するプリアンプ4bから成る高周波電源回路3のドライブ回路4と、誘導コイル7と高周波電源回路3との両方のマッチングをとって相互の反射をなくして効率良く無電極放電灯8に高周波電力を供給するためのマッチング回路5とを備えている。そして、高周波電源回路3から誘導コイル7に数MHz〜数百MHzの高周波電流を流すことにより、誘導コイル7に高周波磁界を発生させて無電極放電灯8を点灯させる。
【0003】
なお、無電極放電灯8は、透明なあるいは内壁に蛍光体が塗布された、球状のガラスバルブ内に、不活性ガス、金属蒸気等の放電ガス(例えば水銀及び希ガス)を封入して形成されており、誘導コイル7に高周波磁界が発生されて高周波電力が供給され、その内部に高周波プラズマ電流を発生させて紫外線もしくは可視光を発生させ点灯される。
【0004】
高周波電源回路3は、この場合、2つの電界効果トランジスタ(以下、スイッチング素子と呼ぶ。)Q1、Q2を直列接続させた、所謂D級増幅回路で構成されている。スイッチング素子Q1、Q2のドレイン・ソース間電圧は矩形波状になり、そのピーク電圧は直流電源Eの電圧に略等しくなる。すなわち、直流電源Eの電圧値、つまり高周波電源回路3の駆動電圧値をDC400V、ドライブ回路4の駆動電圧値をDC24Vとし、スイッチング素子Q1、Q2の動作周波数を13.56MHzとした場合、ドライブ回路4への入力電力は約5W必要となる。したがって、ドライブ回路4への入力電力が約5W程度必要な場合においては、分圧用の抵抗R1での損失が非常に大きなものとなって回路効率が悪くなってしまうという問題が生じる。
【0005】
上記の問題の解決策としては、本出願人にて出願されて特開平10−14243として開示された図8のブロック図に示すものがある。この電源装置は、交流電源ACを整流器DB1で整流した直流電圧出力が入力される第1の直流電源回路1を高周波電源回路3の駆動電源とすると共に、交流電源ACを整流器DB2で整流した直流電圧出力が入力される第2の直流電源回路2をドライブ回路4の駆動電源としている。すなわち、交流電源ACに対して並列に第1の直流電源回路1と第2の直流電源回路2とを設けて無電極放電灯8を点灯させるように構成している。
【0006】
この様に構成したことにより、第2の直流電源回路2の出力電圧を適切に設定することにて入出力電圧の差を小さくし、第2の直流電源回路2での損失を低減できて装置全体の電気的な効率を向上することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の後者のものにおいても、以下に示す様な問題が生ずることが懸念される。すなわち、ドライブ回路4が高周波発振をしているにもかかわらず高周波電源回路3の電源である第1の直流電源回路1の出力電圧が徐々に立ち上がると、電源装置全体の動作が不安定となる。したがって、電源装置を構成する電子部品が破壊する恐れがある。
【0008】
さらに、上記のように負荷が無電極放電灯8を含む場合には、無電極放電灯8が一旦グロー放電をした後にアーク放電へと移行するので、無電極放電灯8の瞬時点灯が困難になるという問題も生ずる。同様に、第1の直流電源回路1が立ち上がり、その後、第2の直流電源回路2が徐々に立ち上がった場合も、このような問題が生じることがあった。
【0009】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、効率低下を防止することができるとともに構成する電子部品が破壊することがなく、また、負荷が無電極放電灯を含む場合に無電極放電灯の瞬時点灯が可能な電源装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電源装置にあっては、少なくとも1つのスイッチング素子を有し、直流電源を高周波交流に変換して負荷に電力供給する高周波電源回路と、前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路と、前記高周波電源回路を駆動する第1の直流電源回路、および前記ドライブ回路を駆動する第2の直流電源回路とを備える電源装置において、第1の直流電源回路および第2の直流電源回路は、昇圧チョッパ回路、昇降圧チョッパ回路、降圧チョッパ回路のうちの何れかであり、第1の直流電源回路の制御回路の駆動電源を第2の直流電源回路の出力とすることにより、前記第1の直流電源回路の出力電圧が立ち上がるより以前に、前記第2の直流電源回路の出力電圧が立ち上がり、この第2の直流電源回路の出力電圧が立ち上がった以降の所定時間、前記高周波電源回路および前記ドライブ回路の少なくとも一方がその動作を停止するよう成したことを特徴としている。
【0011】
これにより、第1の直流電源回路の出力電圧が立ち上がった後にドライブ回路および高周波電源回路を駆動させて、高周波電源回路の駆動電圧が徐々に上がることが無くなる。
【0012】
そして、上記の高周波電源回路およびドライブ回路の動作を停止させる時間を、前記第1の直流電源回路が立ち上がるまでの時間より長くさせることが好ましい。この場合、高周波電源回路およびドライブ回路が第1の直流電源回路が立ち上がった後に確実に安定駆動される。
【0014】
また、上記第1の直流電源回路および第2の直流電源回路は、昇圧チョッパ回路、昇降圧チョッパ回路、降圧チョッパ回路のうちの何れかであるのが好ましい。この場合、第1の直流電源回路及び第2の直流電源回路を小型化することができる。
【0015】
また、上記第1の直流電源回路は昇降圧チョッパ回路であり、前記第2の直流電源回路が降圧チョッパ回路であるのが好ましい。この場合、第1の直流電源回路及び第2の直流電源回路を小型化することができると共に、第2の直流電源回路の入出力電圧の差を小さくできる。
【0016】
また、上記高周波電源回路がD級増幅回路またはE級増幅回路を含んで成るのが好ましい。この場合、第1の直流電源回路からの供給電力をより低減でき、第1の直流電源回路を構成するスイッチング素子の耐圧を小さくできる。
【0017】
また、上記負荷は、無電極放電灯を含んで成るのが好ましい。これにより、第1の直流電源回路の出力電圧が立ち上がった後にドライブ回路および高周波電源回路を駆動させて、高周波電源回路の駆動電圧が徐々に上がることが無くなり、無電極放電灯がグロー放電からアーク放電へと瞬時に移行することができ、無電極放電灯を瞬時に点灯することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1乃至図4は、本発明の、請求項1、2及び4乃至7全てに対応する第1の実施形態を示し、図5、6は、請求項3に対応する第2の実施形態を示している。
【0019】
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態の電源装置の回路構成図、図2は、同電源装置の動作説明図、図3は、同電源装置の他の実施例を示すブロック図、図4は、同電源装置の動作説明図である。
【0020】
この実施形態の電源装置は、少なくとも1つのスイッチング素子を有し、直流電源を高周波交流に変換して負荷に電力供給する高周波電源回路3と、前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路4と、前記高周波電源回路3を駆動する第1の直流電源回路1、および前記ドライブ回路4を駆動する第2の直流電源回路2とを備える電源装置において、前記第1の直流電源回路1の出力電圧E1が立ち上がるより以前に、前記第2の直流電源回路2の出力電圧E2が立ち上がり、この第2の直流電源回路2の出力電圧E2が立ち上がった以降の所定時間、前記高周波電源回路3および前記ドライブ回路4の少なくとも一方がその動作を停止するよう成している。
【0021】
詳しくは、この電源装置は、図1に示すように、その負荷を無電極放電灯8とする照明装置に最適に使用され、第1の直流電源回路1と、第2の直流電源回路2と、高周波電源回路3と、ドライブ回路4と、マッチング回路5と、高周波電源回路3及びドライブ回路4の制御をし電力供給の制御をおこなう制御回路6とを備えている。
【0022】
第1の直流電源回路1は、後述する高周波電源回路3を駆動するもので、この場合、スイッチング素子Q3,Q4、インダクタL1、ダイオードD1,D2、平滑用コンデンサC1、及びこの第1の直流電源回路1の制御をおこなう制御回路1aから構成された2石昇降圧チョッパ回路にて形成されている。なお、この制御回路1aは、後述する第2の直流電源回路2の出力電圧E2が立ち上がった後にこの第1の直流電源回路1の出力電圧E1が立ち上がるよう、その駆動電源を第2の直流電源回路2の出力としている。
【0023】
上記構成により、第1の直流電源回路1は高周波電源回路3にのみに電力供給すればよいのでその供給電力を低減でき、第1の直流電源回路1を構成するスイッチング素子Q3,Q4の耐圧を小さくでき、第1の直流電源回路1を小型化することができると共に、装置全体での効率を向上できる。
【0024】
第2の直流電源回路2は、後述するドライブ回路4を駆動するもので、この場合、スイッチング素子Q5、インダクタL2、ダイオードD3、平滑用コンデンサC2、及びこの第2の直流電源回路2の制御をおこなう制御回路2aから構成された降圧チョッパ回路にて形成されている。したがって、第2の直流電源回路2を構成するスイッチング素子Q5の耐圧を小さくすることができ、第2の直流電源回路2を小型化することができると共に、第2の直流電源回路2の入出力電圧の差を小さくできるので、第2の直流電源回路2での損失を低減でき、装置全体での効率を向上できる。
【0025】
高周波電源回路3は、駆動トランスT1、スイッチング素子Q1,Q2から構成された所謂D級増幅回路と、インダクタL3、コンデンサC3を有している。そして、ドライブ回路4から出力される高周波電圧を駆動トランスT1を介して、スイッチング素子Q1,Q2をスイッチングさせることで増幅し、インダクタL3およびコンデンサC3による直列共振回路を介して略正弦波状の高周波電圧を出力する。この場合、スイッチング素子Q2のゲートには、図2に示す如く、そのゲート電圧を引き抜いて上記D級増幅回路の動作を停止させるためのダイオードD4が設けられており、後述する制御回路6にて当該D級増幅回路の駆動制御がなされて高周波電源回路3の動作が制御されるようになっている。
【0026】
マッチング回路5は、高周波電源回路3と誘導コイル7の間のマッチングをとり無電極放電灯8へ効率よく電力を供給するためのもので、この場合、コンデンサC4,C5にて構成されている。
【0027】
制御回路6は、例えばタイマーなどを有して形成され、高周波電源回路3およびドライブ回路4の制御をして負荷への電力供給の制御をおこなう。この制御回路6は、上記したようにダイオードD4を介してスイッチング素子Q2のゲートの電圧を引き抜いて高周波電源回路3の駆動を停止させ、負荷への電力供給の制御をおこなうが、図2に示す如く、この動作を停止させる時間(t3−t1)は、第1の直流電源回路1が立ち上がるまでの時間時間(t2−t1)より長くしてある。なお、この場合、第1の直流電源回路1と高周波電源回路3との間には、図1に示すように、制御回路6にて高周波電源回路3へ流れる過電流を検出する電流検出用の抵抗R2が設けられている。同図中のコンデンサC6は、ノイズ吸収用のためのものである。
【0028】
次に、上記の構成による電源装置の動作を、図2に基づいて説明する。
【0029】
まず、交流電源ACから交流電圧が入力されると、その交流電圧ACは整流器DBにより整流される。この整流器DBにより整流された電圧が出力されると、第2の直流電源回路2がまず動作して、直流電圧E2が立ち上がる(図2(b)参照)。そして、直流電圧E2が立ち上がった(この場合、大略24Vになった時点)後に第1の直流電源回路1が動作し、直流電圧E1が立ち上がる(図2(a)参照。この場合、大略250Vになった時点)。
【0030】
このとき、第1の直流電源回路1の制御回路1aの駆動電源を第2の直流電源回路2の出力としているので、より確実に第1の直流電源回路1の出力電圧E1が立ち上がるより以前に、第2の直流電源回路2の出力電圧E2が立ち上がることとなる。さらに、第2の直流電源回路2が立ち上がると制御回路6が動作するが、このとき、制御回路6にて所定時間(t3−t1間)だけ高周波電源回路3の駆動が停止され、その後にこの高周波電源回路3がドライブ回路4とともに駆動される。そのため、回路全体を安定に動作させることができで電源装置を構成する電子部品が破壊することが無い。また、高周波電源回路3の動作を停止させる時間(t3−t1)が、第1の直流電源回路1が立ち上がるまでの時間(t2−t1)より長いために、高周波電源回路3が確実に安定駆動される。
【0031】
このようにして高周波電源回路3から出力された高周波電力がマッチング回路5を介して誘導コイル7に供給され、さらに誘導コイル7が高周波磁界を発生することで無電極放電灯8が点灯するのである。
【0032】
したがって、以上説明した電源装置によると、第1の直流電源回路1の出力電圧E1が立ち上がった後にドライブ回路4および高周波電源回路3を駆動させて、高周波電源回路3の駆動電圧が徐々に上がることが無くなるので、効率低下を防止することができるとともに構成する電子部品が破壊することもない。また、この場合、第1の直流電源回路1が立ち上がった後に高周波電源回路3が確実に安定駆動され、以て、さらに安定度が向上する。そして、無電極放電灯8がグロー放電からアーク放電へと瞬時に移行することができて無電極放電灯8を瞬時に点灯することができる。
【0033】
また、本発明は、上記による構成以外に、第1の直流電源回路1および第2の直流電源回路2をチョッパ回路によらず、例えばトランス等を用いて図3に示すように構成し、図4に示す如く、第2の直流電源回路2が、第1の直流電源回路1の出力電圧の立ち上がるより以前にその出力電圧が立ち上がるよう、第1の直流電源回路1および第2の直流電源回路2を構成するそれぞれの電子部品の定数等を設定させても良い。
【0034】
この場合、まず、交流電源ACから交流電圧が入力されると、その交流電圧ACは整流器DBにより整流される。この整流器DBにより整流された電圧が入力されると、まず第2の直流電源回路2が動作して、直流電圧E2が立ち上がる(図4(b)参照)。そして、それと並行して第1の直流電源回路1が動作し直流電圧E1が立ち上がる(図4(a)参照、この場合、大略250Vになった時点)。さらに、第2の直流電源回路2が立ち上がると制御回路6が動作するが、このとき、制御回路6にて所定時間(t3−t1間)だけ高周波電源回路3の駆動が停止され、その後にこの高周波電源回路3がドライブ回路4とともに駆動され、上記のものと同様にして無電極放電灯8が点灯するのである。
【0035】
[参考例]図5は、参考例の電源装置の回路構成図、図6は、同電源装置の動作説明図である。
【0036】
この参考例の電源装置は、第1の実施形態とは電圧検出回路を設ける点、交流電源の出力を2つの整流器と整流器でそれぞれ整流した点が異なるもので、他の構成は第1の実施形態のものと同一で、該参考例の電源装置は、図5に示すように、第1の直流電源回路1の出力電圧E1を検出する電圧検出回路9を設け、同電圧検出回路9が前記第1の直流電源回路1の出力電圧E1が所定電圧値になった以降に電力供給をおこなうようにしている。いずれも、第1の実施形態と同じ構成要素には同じ番号を付している。
【0037】
すなわち、制御回路6により、電圧検出回路9が第1の直流電源回路1の出力電圧E1が立ち上がった(この場合、大略250V)ことを検出し、この第1の電源回路1が立ち上がった後、直ちに負荷すなわち誘導コイル7および無電極放電灯8への電力供給を開始する。
【0038】
したがって、以上説明した電源装置によると、電圧検出回路9にて第1の直流電源回路1の出力電圧E1が所定電圧値になったことが検出されてそれ以降に、電力供給されるので、ドライブ回路4および高周波電源回路3を確実に駆動させるよう制御することができ、より確実に無電極放電灯8を瞬時に点灯することができる。
【0039】
なお、本参考例は、上述による構成以外に、直流電源回路において整流器は、兼用させて1つの整流器を用いても、2つの整流器をそれぞれに用いてもよい。更に、第1の直流電源回路1は、昇圧チョッパ回路もしくは昇降圧チョッパ回路のいずれかを用いてもよく、第2の直流電源回路2は、昇圧チョッパ回路もしくは昇降圧チョッパ回路もしくは降圧チョッパ回路のいずれかを用いてもよい。更にまた、上記第1の実施形態では、負荷として無電極放電灯を用いたが、例えば有電極の放電灯などの他の負荷を用いてもよい。
【0040】
【発明の効果】
本発明は、上述の実施態様の如く実施されて、請求項1記載の電源装置にあっては、第1の直流電源回路の出力電圧が立ち上がった後にドライブ回路および高周波電源回路を駆動させて、高周波電源回路の駆動電圧が徐々に上がることが無くなるので、効率低下を防止することができるとともに構成する電子部品が破壊することもない。また、第1の直流電源回路の制御回路の駆動電源を第2の直流電源回路の出力としているので、より確実に第1の直流電源回路の出力電圧が立ち上がるより以前に、第2の直流電源回路の出力電圧が立ち上がることとなり、しかも制御回路用の電源の数を減らすことができる。
【0041】
また、請求項2記載の電源装置にあっては、高周波電源回路およびドライブ回路が第1の直流電源回路が立ち上がった後に確実に安定駆動されるので、さらに安定度が向上する。
【0044】
また、請求項3記載の電源装置にあっては、第1の直流電源回路及び第2の直流電源回路を小型化することができると共に、第2の直流電源回路の入出力電圧の差を小さくできるので、装置全体をより小型化することができると共に効率を向上できる。
【0045】
また、請求項4記載の電源装置にあっては、第1の直流電源回路からの供給電力をより低減でき、第1の直流電源回路を構成するスイッチング素子の耐圧を小さくできるので、第1の直流電源回路をより小型化できる。
【0046】
また、請求項5記載の電源装置にあっては、第1の直流電源回路の出力電圧が立ち上がった後にドライブ回路および高周波電源回路を駆動させて、高周波電源回路の駆動電圧が徐々に上がることが無くなり、無電極放電灯がグロー放電からアーク放電へと瞬時に移行することができ、無電極放電灯を瞬時に点灯することができる。
【0047】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の電源装置の回路構成図である。
【図2】同電源装置の動作説明図である。
【図3】同電源装置の他の実施例を示すブロック図である。
【図4】同電源装置の動作説明図である。
【図5】参考例の電源装置のブロック図である。
【図6】同電源装置の動作説明図である。
【図7】本発明の従来例である電源装置の回路構成図である。
【図8】本発明の他の従来例の電源装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 第1の直流電源回路
2 第2の直流電源回路
3 高周波電源回路
4 ドライブ回路
6 制御回路
E1 第1の直流電源回路の出力電圧
E2 第2の直流電源回路の出力電圧
Claims (5)
- 少なくとも1つのスイッチング素子を有し、直流電源を高周波交流に変換して負荷に電力供給する高周波電源回路と、前記スイッチング素子を駆動するドライブ回路と、前記高周波電源回路を駆動する第1の直流電源回路、および前記ドライブ回路を駆動する第2の直流電源回路とを備える電源装置において、第1の直流電源回路および第2の直流電源回路は、昇圧チョッパ回路、昇降圧チョッパ回路、降圧チョッパ回路のうちの何れかであり、第1の直流電源回路の制御回路の駆動電源を第2の直流電源回路の出力とすることにより、前記第1の直流電源回路の出力電圧が立ち上がるより以前に、前記第2の直流電源回路の出力電圧が立ち上がり、この第2の直流電源回路の出力電圧が立ち上がった以降の所定時間、前記高周波電源回路および前記ドライブ回路の少なくとも一方がその動作を停止するよう成したことを特徴とする電源装置。
- 前記の高周波電源回路およびドライブ回路の動作を停止させる時間を、前記第1の直流電源回路が立ち上がるまでの時間より長くさせた請求項1記載の電源装置。
- 第1の直流電源回路は昇降圧チョッパ回路であり、前記第2の直流電源回路が降圧チョッパ回路である請求項1又は2記載の電源装置。
- 高周波電源回路がD級増幅回路またはE級増幅回路を含んで成る請求項1乃至3の何れか1つの請求項に記載の電源装置。
- 前記負荷は、無電極放電灯を含んで成ることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つの請求項に記載の電源装置。
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