JP3812296B2

JP3812296B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP3812296B2
Application number: JP2000190155A
Authority: JP
Inventors: 進吾増本; 大志城戸; 伸司牧村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2000-06-23
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2020-06-23
Also published as: JP2002008884A

Description

【０００１】
【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

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。