JP3951336B2 - 放電ランプ点灯装置および照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波で点灯するようにした放電ランプ点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蛍光ランプのような放電ランプを高周波で点灯することは、これにより、発光効率が向上し、明るさのちらつきを低減し、即時点灯ができるとともに、点灯装置を小形、軽量化できるため、近時多用されるようになってきた。
【０００３】
しかし、当初の高周波点灯回路方式では力率が低く、しかも低周波交流電源に高調波歪が生じる問題があり、これを克服するための種々の改良が提案されている。その一方式として、特開平６−２３１８８７号公報に記載の放電ランプ点灯装置がある。
【０００４】
図１０は、上記従来技術を示す回路図である。
【０００５】
図において、１０１ａ、１０１ｂはＡＣ入力端子、１０２はブースタ手段、１０３は整流手段、１０４はＤＣ−ＡＣコンバータ、１０５は負荷回路、１０６は帰還回路である。
【０００６】
ＡＣ入力端子１０１ａ、１０１ｂは、低周波ＡＣ電源に接続される。
【０００７】
ブースタ手段１０２は、ＡＣ入力端子間に接続されたコンデンサ１０２ａと、整流手段１０３との間に接続されたインダクタ１０２ｂとから形成されている。
【０００８】
整流手段１０３は、一対の整流器１０３ａと一対のコンデンサ１０３ｂとで倍電圧整流回路を構成している。
【０００９】
ＤＣ−ＡＣコンバータ１０４は、整流手段１０３の直流出力端子間に接続された一対のスイッチング手段１０４ａ１、１０４ａ２の直列回路と、負荷電流に応じてスイッチング手段１０４ａ１、１０４ａ２を制御する帰還トランス１０４ｂとを主構成要素として構成されている。
【００１０】
負荷回路１０５は、放電ランプ１０５ａと、インダクタ１０５ｂと、コンデンサ１０５ｃ、１０５ｄと、正温度係数抵抗１０５ｅとで構成されている。
【００１１】
帰還回路１０６は、ＡＣ入力端子１０１ａと整流手段１０３の一方の直流出力端子との間に接続された一対のコンデンサ１０６ａ、１０６ｂの直列回路から構成されている。
【００１２】
そうして、整流手段１０３で低周波交流を倍電圧整流した直流電圧でＤＣ−ＡＣコンバータを作動させるので、スイッチング手段１０４ａ１、１０４ａ２の導通損失を少なくするとともに、放電ランプ１０５ａの点灯中に一対のコンデンサがブースタ手段１０２を介して充電されるので、低周波ＡＣ電圧の振幅がその最大値に近いときに主電源からピーク状電流を引き出さないな電位になり、このため力率が高くなる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の従来技術においては、整流手段１０３のコンデンサが容量の大きい電解コンデンサを用いるため、電源投入時に過大な突入電流が流れる。この突入電流が流れることによって、電源を開閉するスイッチやリレーの接点が溶着しやすいという問題がある。
【００１４】
図１１は、図１０に示す従来技術における電源投入時の低周波ＡＣ電源電圧および電流の波形図である。
【００１５】
図において、時間ｔ0は電源投入時、Ｖinは放電ランプ点灯装置に印加される電源電圧、Ｉinは入力電流をそれぞれ示す。電源投入時ｔ0に過大な突入電流ｉpが流れる状態を図１１から理解できるであろう。
【００１６】
本発明は、電源投入時に過大な突入電流が流れないとともに、力率が高く、しかも高調波歪を低減した放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の放電ランプ点灯装置は、低周波交流電源に接続される交流端子と；交流端子間に接続された第１のコンデンサと；直列接続された一対の整流手段および直列接続されるとともに一対の整流手段に並列接続された比較的容量の小さい一対の第２のコンデンサを含み、一対の整流手段の接続点と一対の第２のコンデンサの接続点との間に交流端子から入力する低周波交流を印加する倍電圧整流する倍電圧整流手段と；第１のコンデンサおよび倍電圧整流手段の間に直列接続された第１のインダクタと；倍電圧整流手段の直列接続された一対の第２のコンデンサの両端から出力される倍電圧直流により第２のコンデンサを介して充電される比較的容量の大きい第３のコンデンサと；倍電圧整流手段の直流出力端に接続された直流入力端子、スイッチング手段および高周波出力端子を含む負荷回路を備えたインバータと；交流端子および負荷回路の間に接続された帰還回路と；を具備していることを特徴としている。
【００１８】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１９】
低周波交流電源は、一般的には５０または６０Ｈｚであるが、これらの周波数に限定されない。
【００２０】
倍電圧整流手段は、直列接続された一対の整流手段および直列接続されるとともに一対の整流手段に並列接続された比較的容量の小さい一対の第２のコンデンサを含んで構成されている。そして、一対の整流手段の接続点と一対の第２のコンデンサの接続点との間が交流入力端である。交流入力端には、交流端子から低周波交流が入力する。また、直列接続した一対の第２のコンデンサの両端が直流出力端である。そうして、倍電圧整流手段は、交流入力端から入力した低周波交流を倍電圧整流して直流出力端から出力する。第２のコンデンサは、第２のコンデンサは、インバータ動作以前には倍電圧整流手段の直流出力を平滑するので、それに見合った容量のものが用いられ、たとえば電解コンデンサのようなものが好適である。
【００２１】
第３のコンデンサは、直列接続された一対の第２のコンデンサの両端すなわち直流出力端から出力される倍電圧直流により第２のコンデンサを介して充電される。そして、倍電圧直流を平滑するとともに、インバータの動作後は低周波交流電源側に帰還された高周波出力が倍電圧整流手段により整流された高周波直流によって充電されて平滑作用をする。
【００２２】
インバータは、直流をスイッチング手段のスイッチングに基づいて負荷回路の高周波出力端子間に高周波を発生するもので、上記の構成要素を備えていればよく、任意の適当な回路方式のものを用いることができる。
【００２３】
負荷回路は、高周波出力端子を含む。出力端子間には放電ランプが接続される。負荷回路には必要に応じてその他の回路構成を備えることができる。たとえば、高周波出力端子と直列に第２のインダクタを接続することができる。また、放電ランプの非電源側端子間にはフィラメント予熱用のコンデンサを接続することができる。さらに、負荷回路の一端は直流カット用のコンデンサを直列に介してインバータの高周波電圧が現れる部分に接続することができる。
【００２４】
高周波とは、本発明においては２０ＫＨｚ以上、好ましくは２０〜２００ＫＨｚである。
【００２５】
帰還回路は、インバータにおいて発生した高周波を交流端子に帰還することにより、交流端子の電位を高周波分だけ高めることによって交流電源から高周波電流をインバータに引き込む作用をするものである。
【００２６】
そうして、本発明においては電源投入時に容量の大きい第３のコンデンサに対する充電回路が倍電圧整流手段の比較的容量の小さな第２のコンデンサを直列に介して形成されるので、その結果、充電電流は小さく抑制される。
【００２７】
低周波交流電源の投入により、倍電圧整流手段は低周波交流電圧の２倍の電圧値の整流化直流を生じるので、インバータはこの電圧を入力として動作を開始して高周波を発生する。
【００２８】
このインバータは、以下のように動作する。低周波交流電圧のピーク辺りすなわち山部と、立ち上がりおよび立ち下がりの辺りすなわち谷部とで、帰還回路の作用、不作用の関係から、共振周波数が異なるために、谷部での動作時にはより共振点に接近させることで、出力電圧を高めて負荷電流すなわちランプ電流を大きくし、反対に山部では出力電圧を低くしてランプ電流を小さくする。
【００２９】
したがって、高周波電流のリップルが抑制されることになり、ランプ電流の実効値に対するピーク値の比率で表されるクレストファクタをＩＥＣ規格、電気用品規格の許容値内に納まるようにすることが可能になる。
【００３０】
また、インバータの直流入力電圧が倍電圧整流手段により、高くできるので、インバータのスイッチング手段に流れる電流を電圧が高くなった分小さくできるから、スイッチング導通損失を低減することができる。
【００３１】
さらに、低周波交流電源から見た入力電流の導通ループ内に第１のインダクタが直列に介在しているから、入力電流の高調波を低減することができる。
【００３２】
請求項２の発明の放電ランプ点灯装置は、低周波交流電源に接続される交流端子と；交流端子間に接続された第１のコンデンサと；直列接続された一対の整流手段および直列接続されるとともに一対の整流手段に並列接続された比較的容量の小さい一対の第２のコンデンサを含み、一対の整流手段の接続点と一対の第２のコンデンサの接続点との間に交流端子から入力する低周波交流を印加する倍電圧整流する倍電圧整流手段と；第１のコンデンサおよび倍電圧整流手段の間に直列接続された第１のインダクタと；倍電圧整流手段の直列接続された一対の第２のコンデンサの両端から出力される倍電圧直流により第２のコンデンサを介して充電される比較的容量の大きい第３のコンデンサと；倍電圧整流手段の直流出力端に接続された直流入力端子、直流入力端子間に接続された一対のスイッチング手段の直列回路、各スイッチング手段に逆並列接続された一対のダイオードおよび高周波出力端子および第２のインダクタを直列に含む負荷回路を備えたインバータと；インバータの動作後一方のスイッチング手段がオン時に、高周波出力端子を含む負荷回路、一方のスイッチング手段、他方のスイッチング手段に逆並列接続されているダイオードおよび第３のコンデンサを含んで構成されるチョッパと；交流端子および負荷回路の間に接続された帰還回路と；を具備していることを特徴としている。
【００３３】
本発明は、請求項１の発明に比較して、インバータが直列接続された一対のスイッチング手段を備え、そのスイッチング手段の一方がオン時にインバータの一部がチョッパを構成することにより、インバータの動作電圧を倍電圧整流手段の直流出力よりさらに高くすることができる構成を規定している。インバータは、ハーフブリッジ形のインバータを構成する。
【００３４】
そうして、本発明においては、インバータの動作に伴ってチョッパ動作が行われると、第３のコンデンサの充電電圧が低周波交流電圧のピーク値よりさらに高くなる。また、インバータは、上記昇圧電圧に基づいて高周波を発生する。このようにして発生した昇圧された高周波は、帰還回路を通じて交流端子に帰還されるため、高周波電圧と低周波交流電圧が同一極性の間帰還回路を介して低周波交流電源から高周波電流が負荷回路に流れる。このため、力率が改善される。
【００３５】
請求項３の発明の放電ランプ点灯装置は、低周波交流電源間に接続される第１のコンデンサと；直列接続された一対の整流手段および直列接続されるとともに一対の整流手段に並列接続された比較的容量の小さい一対の第２のコンデンサを含み、一対の整流手段の接続点と一対の第２のコンデンサの接続点との間に交流端子から入力する低周波交流を印加する倍電圧整流する倍電圧整流手段と；低周波交流電源および倍電圧整流手段の間に直列接続された第１のインダクタと；倍電圧整流手段の直列接続された一対の第２のコンデンサの両端から出力される倍電圧直流により第２のコンデンサを介して充電される比較的容量の大きい第３のコンデンサと；倍電圧整流手段の直流出力端間に接続された一対のスイッチング手段の直列回路と；各スイッチング手段に逆並列接続された一対のダイオードと；一対のスイッチング手段の接続点およびスイッチング手段のスイッチングによって高周波電圧が現れる位置との間に接続された第２のインダクタおよび一対の高周波出力端子を直列に含む負荷回路と；交流端子および負荷回路の間に接続された帰還回路と；を具備していることを特徴としている。
【００３６】
本発明は、先行する請求項に比較すると、主として回路要素の接続形態を規定している点で異なる。
【００３７】
請求項４の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項２または３記載の放電ランプ点灯装置において、帰還回路は、一方の交流端子と負荷回路の第２のインダクタ側とは反対側の高周波出力端子との間に接続されていることを特徴としている。
【００３８】
本発明は、帰還回路の接続の一例を規定するものである。
【００３９】
請求項５の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項２または３記載の放電ランプ点灯装置において、帰還回路は、交流端子と負荷回路の高周波出力端子および第２のインダクタの接続点との間に接続されていることを特徴としている。
【００４０】
本発明は、帰還回路の接続の他の例を規定するものである。
【００４１】
請求項６の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項２または３記載の放電ランプ点灯装置において、帰還回路は、一方の交流端子と負荷回路の第２のインダクタ側の高周波出力端子とは反対側の高周波出力端子に接続されていることを特徴としている。
【００４２】
本発明は、帰還回路の接続のさらに他の例を規定するものである。
【００４３】
請求項７の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置において、帰還回路は、負荷回路の一端と倍電圧整流手段の整流手段を介して一方の交流端子との間に接続されていることを特徴としている。
【００４４】
本発明は、帰還回路の接続のさらに他の例を規定するものである。本発明においては、高周波の帰還をより確実に行わせるために、インバータの入力端のそれぞれに電流回り込み防止用のダイオードを順方向に直列に挿入することができる。
【００４５】
請求項８の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし７のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置において、低周波交流電圧の山部および谷部を検出する電圧検出手段と；山部の検出に応じてインバータの動作周波数を低く制御するとともに谷部の検出に応じて動作周波数を高く制御する制御手段と；を具備していることを特徴としている。
【００４６】
本発明は、インバータ内での動作周波数の変化の有無にかかわらず低周波交流電圧の山部、谷部に応じてインバータの動作周波数を制御部により強制的に変化させるので、ランプ電流の低周波交流電圧に応じたランプ電流のリップルを確実に低減することができる。
【００４７】
請求項９の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし８のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置において、高周波出力端子間に接続された放電ランプを具備していることを特徴としている。
【００４８】
本発明は、放電ランプを構成の一部として具備している。
【００４９】
請求項１０の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に支持された請求項９記載の放電ランプ点灯装置と；を具備していることを特徴としている。
【００５０】
照明装置は、照明器具、表示装置、信号灯装置および電球形蛍光ランプなど放電ランプの発光を利用するあらゆる装置に適応する。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００５２】
図１は、本発明の放電ランプ点灯装置の第１の実施形態を示す回路図である。
【００５３】
まず、回路構成を説明する。
【００５４】
図において、１ａ、１ｂは一対の交流端子、Ｃ１は第１のコンデンサ、２は倍電圧整流手段、Ｌ１は第１のインダクタ、Ｃ３は第３のコンデンサ、３はインバータ、４は帰還回路、５は低周波交流電源である。
【００５５】
一対の交流端子１ａ、１ｂは、低周波交流電源５に接続される。
【００５６】
第１のコンデンサＣ１は、交流端子１ａ、１ｂ間に接続される。
【００５７】
倍電圧整流手段２は、一対の整流手段２ａ、２ｂおよび一対の比較的容量が小さい第２のコンデンサＣ２１、Ｃ２２を備えている。一対の整流手段２ａ、２ｂは直列接続され、その接続点は一方の交流端子１ａに接続されている。一対の第２のコンデンサＣ２１、Ｃ２２は直列接続され、その接続点は第１のインダクタＬ１を直列に介して交流端子１ｂに接続されている。したがって、上記両接続点は倍電圧整流手段２の交流入力端を構成している。さらに、一対の整流手段２ａ、２ｂの直列回路および一対の第２のコンデンサＣ２１、Ｃ２２の直列回路は互いに並列接続され、その接続点が直流出力端を構成する。
【００５８】
第１のインダクタＬ１は、第１のコンデンサＣ１および倍電圧整流手段２の間に接続されている。
【００５９】
第３のコンデンサＣ３は、比較的容量が大きい電解コンデンサを用い、倍電圧整流手段２の直流出力端間に接続されている。
【００６０】
インバータ３は、倍電圧整流手段３の直流出力端間に接続された入力端子３ａ１、３ａ２、スイッチング手段３ｂ１、３ｂ２および高周波出力端子３ｃ１、３ｃ２を含む負荷回路３ｃを少なくとも備えている。
【００６１】
スイッチング手段３ｂ１、３ｂ２は、直列接続されて倍電圧整流手段２の直流出力端間に接続されている。各スイッチング手段３ｂ１、３ｂ２と逆並列にダイオード３ｆ１、３ｆ２が接続されている。
【００６２】
負荷回路３ｃの高周波出力端子３ｃ１、３ｃ２間には放電ランプ３ｄたとえば蛍光ランプが接続される。放電ランプ３ｄの非電源側端子間にはフィラメント予熱用の第４のコンデンサＣ４が接続されている。負荷回路３ｃには、第２のインダクタＬ２が直列に挿入されている。負荷回路３ｃの一端は直流カット用の第５のコンデンサＣ５を介して倍電圧整流手段２の直流出力端の負極側に接続されている。
【００６３】
帰還回路４は、第６のコンデンサＣ６からなり、交流端子１ａおよび負荷回路３ｃの一端の間に接続されている。
【００６４】
次に、動作を説明にする。
【００６５】
突入電流について
低周波交流電源５を投入すると、以下の３つの充電回路が形成されてコンデンサ充電電流が流れる。すなわち、第１の充電回路は、交流端子１ａ、整流手段２ａ、第３のコンデンサＣ３、第２のコンデンサＣ２２、第１のインダクタＬ１および交流端子１ｂの回路である。第２の充電回路は、交流端子１ａ、整流手段２ａ、第２のコンデンサＣ２１、第１のインダクタＬ１および交流端子１ｂの回路である。第３の充電回路は、交流端子１ａ、第６のコンデンサＣ６、第５のコンデンサＣ５、第２のコンデンサＣ２２、第１のインダクタＬ１および交流端子１ｂの回路である。
【００６６】
そうして、第１の充電回路は、容量の大きい第３のコンデンサＣ３を備えているが、コンデンサＣ３と直列に容量の小さい第２のコンデンサＣ２２が接続されているので、その充電電流は低く時間幅も狭い。第２の充電回路は、容量の小さい第２のコンデンサＣ２１であるから、やはり充電電流は低く時間幅も狭い。第３の充電回路は、第５および第６のコンデンサＣ５、Ｃ６ともに容量が小さいために、第２のコンデンサＣ２２がさらに直列されていても、その充電電流は問題になることはない。
【００６７】
図２は、図１における低周波交流電源投入時の電圧、電流波形を示す波形図である。
【００６８】
図において、横軸の時間ｔ0は低周波交流電源投入時を示す。Ｖinは入力電圧、Ｉinは入力電流、ｉpは突入電流を示す。図１１との比較をすれば、突入電流が非常に低くて、時間幅も狭いことがよく理解できる。
【００６９】
インバータおよびチョッパの動作について
低周波交流電源５の投入により、インバータ３が動作すると、一方のスイッチング手段３ｂ２のオン時、インバータ３の一部の構成部品は昇圧チョッパを構成する。
【００７０】
図３は、図１におけるチョッパの回路図である。
【００７１】
図において、図１と同一部分には同一符号を付している。すなわち、第２のインダクタＬ２を介してスイッチング手段３ｂ２が電源に接続され、スイッチング手段３ｂ２と並列にダイオード３ｆ１および第３のコンデンサＣ３の直列回路が接続されて昇圧チョッパを構成する。
【００７２】
そうして、スイッチング手段３ｂ２がオン時に、低周波交流電源５、第６のコンデンサＣ６、放電ランプ３ｄ、第２のインダクタＬ２、スイッチング手段３ｂ２、第２のコンデンサＣ２２、第１のインダクタＬ１および低周波交流電源５の回路を電流が流れて、第２のインダクタＬ２に電磁エネルギーが蓄積される。スイッチング手段３ｂ２がオフすると、第２のインダクタＬ２に蓄積されていた電磁エネルギーはダイオード３ｆ１を介して第３のコンデンサＣ３を充電する。
【００７３】
このとき、コンデンサＣ３の端子電圧は、スイッチング手段３ｂ２のオンデューティに比例して昇圧される。コンデンサＣ３の端子電圧は低周波交流電圧のピーク値のほぼ２倍に昇圧される。このため、インバータ３は昇圧された電圧に基づいて高周波を発生する。この間、低周波交流電源５から第２のコンデンサＣ２１、Ｃ２２に対する充電は行われない。
【００７４】
インバータ３により発生した高周波は、帰還回路４を通じて交流端子１ａに帰還されて交流端子１ａの低周波交流電圧に重畳されるため、高周波と低周波電圧とが同一極性の間すなわちスイッチング手段３ｂ２のオン時には常に帰還回路４を介して低周波交流電源５から高周波電流が負荷回路３ｃに電流が流れる。これは低周波電源５から高周波電流を呼び込むといった状態である。このため、本実施形態においては、力率が改善される。
【００７５】
ところで、低周波交流電圧の立ち上がり部および立ち下がり部の辺りすなわち谷部においては、低周波交流電源５からの電流が少ないため、第６のコンデンサＣ６の両端電圧が小さく、第６のコンデンサＣ６の容量を無視できる。このため、第５のコンデンサＣ５に、相対的に大容量のＣ１およびＣ２２の直列回路が並列接続される。このときの共振周波数は、次式による。
【００７６】
ｆV＝１／２π｛Ｌ２・Ｃ４｝1/2
低周波交流電圧のピーク値の辺りすなわち山部においては、上記とは逆で、第５のコンデンサＣ５に、第１のコンデンサＣ１および第２のコンデンサＣ２２の直列回路が並列接続される。このときの共振周波数は第２のコンデンサＣ２２は第６のコンデンサＣ６より大きいとすると次式による。
【００７７】
ｆM＝１／２π｛Ｌ２・（Ｃ５＋Ｃ６）・Ｃ４／（Ｃ５＋Ｃ６＋Ｃ４）｝1/2
なお、各コンデンサの容量関係は次のとおりである。
【００７８】
Ｃ１、Ｃ２１、Ｃ２２>>Ｃ６＞Ｃ４、Ｃ５
上記のように低周波交流電圧の谷部と山部とで共振周波数が変化する。他方のスイッチング手段３ｂ１のオン時においても共振周波数が同様に谷部と山部とで変化するので、谷部での共振周波数をｆVとし、山部での共振周波数をｆMとして、ｆV＜ｆMになるように第５のコンデンサＣ５および第６のコンデンサＣ６の容量をＣ５＜Ｃ６に選べば、遅相動作下においては同一周波数で動作させた場合、谷部で共振点に近く、山部で共振点から遠くなる。したがって、谷部で出力電圧が高くなるから、ランプ電流が大きくなり、反対に山部で出力電圧が低くなるから、ランプ電流が小さくなる。
【００７９】
図４は、図１における各部の電圧、電流波形を示す波形図である。
【００８０】
図において、（ａ）は低周波交流電源５から放電ランプ点灯装置に印加される電圧Ｖin、および流入する電流Ｉinを示す。（ｂ）は放電ランプ３ｄに流れる高周波電流を概念的に示す。
【００８１】
高調波について
帰還回路を介して高周波が低周波交流電源５に帰還される結果、低周波電源５から電流が位相遅れなく正弦波に近い波形で流入するから、高調波の発生は少ない。さらに、第１のインダクタＬ１が入力電流ループ内に直列に挿入されているため、高調波をしゃ断するので、高調波歪が低減する。
【００８２】
図５は、本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態を示す回路図である。
【００８３】
図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００８４】
本実施形態は、帰還回路４の接続位置を変更したものである。すなわち、帰還回路４の他端を放電ランプ３ｄと第２のインダクタＬ２との接続点に接続したものである。
【００８５】
図６は、本発明の放電ランプ点灯装置の第３の実施形態を示す回路図である。
【００８６】
図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００８７】
本実施形態は、帰還回路４の接続位置を変更したもので、帰還回路４の他端を負荷回路３ｃの他端に接続したものである。
【００８８】
図７は、本発明の放電ランプ点灯装置の第４の実施形態を示す回路図である。
【００８９】
図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００９０】
本実施形態は、帰還回路４の接続位置を変更したもので、帰還回路４の一端を倍電圧整流手段２の直流出力端３ａ１に接続し、インバータ３の両入力端と直列にダイオード６ａ、６ｂを順方向に接続して電流の回り込みを防止するようにしたものである。
【００９１】
図８は、本発明の放電ランプ点灯装置の第５の実施形態を示す回路ブロック図である。
【００９２】
図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。７は直流電源、８は駆動装置、９は電圧検出手段、１０は制御手段である。
【００９３】
直流電源７は、図１における第１のコンデンサＣ１、第１のインダクタＬ１および倍電圧整流手段２からなる。
【００９４】
駆動装置８は、同じくインバータ３、第３のコンデンサＣ３および帰還回路４からなる。
【００９５】
電圧検出手段９は、低周波交流電圧の山部および谷部を検出する。
【００９６】
制御手段１０は、インバータ３の動作周波数を制御するもので、電圧検出手段９が山部を検出したときには動作周波数を低く制御する。また、谷部を検出したときには動作周波数を高く制御する。
【００９７】
そうして、本発明はインバータ３の内部で低周波交流電圧の山部および谷部に応じてその動作周波数が変化しても、その程度が満足できない場合に好適である。すなわち、本発明によれば、確実に動作周波数を所望範囲に変化させることができる。したがって、ランプ電流のリップルを少なくしてクレストファクタを低減することできる。
【００９８】
図９は、本発明の照明装置の一実施形態である照明器具を示す斜視図である。
【００９９】
図において、１１は照明装置本体、１２は放電ランプである。
【０１００】
照明装置本体１１は、内部に放電ランプ点灯装置を内蔵している。
【０１０１】
放電ランプ１２は、照明装置本体１１に支持されている。
【０１０２】
【発明の効果】
請求項１ないし９の各発明によれば、電源投入時に容量の大きい第３のコンデンサに対する充電回路が整流手段の比較的容量の小さな第２のコンデンサを直列に介して形成されるので、その結果、充電電流は小さく抑制されるために、電源投入時に過大な突入電流が流れないとともに、力率が高く、しかも高調波歪を低減した放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０３】
請求項２および３の発明によれば、加えてインバータの一部の構成部品がチョッパを構成して、第３のコンデンサ端子電圧を低周波交流電圧のピーク値よりさらに高く昇圧するから、インバータはこの昇圧された電圧を高周波に変換することができ、スイッチング手段の導通損失をさらに低減した放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０４】
請求項４ないし７の発明によれば、加えて帰還回路の接続位置をそれぞれ変更した放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０５】
請求項８の発明によれば、加えて低周波交流電圧の山部および谷部を検出し、これに応じてインバータの動作周波数を山部で低く、谷部で高く制御することにより、ランプ電流のリップルを確実に低減してクレストファクタを改善することができる。
【０１０６】
請求項９の発明によれば、加えて放電ランプを構成要素として含む放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０７】
請求項１０の発明によれば、請求項１ないし９の効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放電ランプ点灯装置の第１の実施形態を示す回路図
【図２】図１における低周波交流電源投入時の電圧、電流波形を示す波形図
【図３】図１におけるチョッパの回路図
【図４】図１における各部の電圧、電流波形を示す波形図
【図５】本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態を示す回路図
【図６】本発明の放電ランプ点灯装置の第３の実施形態を示す回路図
【図７】本発明の放電ランプ点灯装置の第４の実施形態を示す回路図
【図８】本発明の放電ランプ点灯装置の第５の実施形態を示す回路ブロック図
【図９】本発明の照明装置の一実施形態である照明器具を示す斜視図
【図１０】上記従来技術を示す回路図
【図１１】図１０に示す従来技術における電源投入時の低周波ＡＣ電源電圧および電流の波形図
【符号の説明】
１…低周波交流電源
１ａ…交流端子
１ｂ…交流端子
２…倍電圧整流手段
３…インバータ
３ａ１…直流入力端子
３ａ２…直流入力端子
３ｂ１…スイッチング手段
３ｂ２…スイッチング手段
３ｃ…負荷回路
３ｃ１…高周波出力端子
３ｃ２…高周波出力端子
３ｄ…放電ランプ
４…帰還回路
Ｃ１…第１のコンデンサ
Ｃ２…第２のコンデンサ
Ｃ３…第３のコンデンサ
Ｌ１…第１のインダクタ
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波で点灯するようにした放電ランプ点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蛍光ランプのような放電ランプを高周波で点灯することは、これにより、発光効率が向上し、明るさのちらつきを低減し、即時点灯ができるとともに、点灯装置を小形、軽量化できるため、近時多用されるようになってきた。
【０００３】
しかし、当初の高周波点灯回路方式では力率が低く、しかも低周波交流電源に高調波歪が生じる問題があり、これを克服するための種々の改良が提案されている。その一方式として、特開平６−２３１８８７号公報に記載の放電ランプ点灯装置がある。
【０００４】
図１０は、上記従来技術を示す回路図である。
【０００５】
図において、１０１ａ、１０１ｂはＡＣ入力端子、１０２はブースタ手段、１０３は整流手段、１０４はＤＣ−ＡＣコンバータ、１０５は負荷回路、１０６は帰還回路である。
【０００６】
ＡＣ入力端子１０１ａ、１０１ｂは、低周波ＡＣ電源に接続される。
【０００７】
ブースタ手段１０２は、ＡＣ入力端子間に接続されたコンデンサ１０２ａと、整流手段１０３との間に接続されたインダクタ１０２ｂとから形成されている。
【０００８】
整流手段１０３は、一対の整流器１０３ａと一対のコンデンサ１０３ｂとで倍電圧整流回路を構成している。
【０００９】
ＤＣ−ＡＣコンバータ１０４は、整流手段１０３の直流出力端子間に接続された一対のスイッチング手段１０４ａ１、１０４ａ２の直列回路と、負荷電流に応じてスイッチング手段１０４ａ１、１０４ａ２を制御する帰還トランス１０４ｂとを主構成要素として構成されている。
【００１０】
負荷回路１０５は、放電ランプ１０５ａと、インダクタ１０５ｂと、コンデンサ１０５ｃ、１０５ｄと、正温度係数抵抗１０５ｅとで構成されている。
【００１１】
帰還回路１０６は、ＡＣ入力端子１０１ａと整流手段１０３の一方の直流出力端子との間に接続された一対のコンデンサ１０６ａ、１０６ｂの直列回路から構成されている。
【００１２】
そうして、整流手段１０３で低周波交流を倍電圧整流した直流電圧でＤＣ−ＡＣコンバータを作動させるので、スイッチング手段１０４ａ１、１０４ａ２の導通損失を少なくするとともに、放電ランプ１０５ａの点灯中に一対のコンデンサがブースタ手段１０２を介して充電されるので、低周波ＡＣ電圧の振幅がその最大値に近いときに主電源からピーク状電流を引き出さないな電位になり、このため力率が高くなる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の従来技術においては、整流手段１０３のコンデンサが容量の大きい電解コンデンサを用いるため、電源投入時に過大な突入電流が流れる。この突入電流が流れることによって、電源を開閉するスイッチやリレーの接点が溶着しやすいという問題がある。
【００１４】
図１１は、図１０に示す従来技術における電源投入時の低周波ＡＣ電源電圧および電流の波形図である。
【００１５】
図において、時間ｔ0は電源投入時、Ｖinは放電ランプ点灯装置に印加される電源電圧、Ｉinは入力電流をそれぞれ示す。電源投入時ｔ0に過大な突入電流ｉpが流れる状態を図１１から理解できるであろう。
【００１６】
本発明は、電源投入時に過大な突入電流が流れないとともに、力率が高く、しかも高調波歪を低減した放電ランプ点灯装置およびこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の放電ランプ点灯装置は、低周波交流電源に接続される交流端子と；交流端子間に接続された第１のコンデンサと；直列接続された一対の整流手段および直列接続されるとともに一対の整流手段に並列接続された比較的容量の小さい一対の第２のコンデンサを含み、一対の整流手段の接続点と一対の第２のコンデンサの接続点との間に交流端子から入力する低周波交流を印加する倍電圧整流する倍電圧整流手段と；第１のコンデンサおよび倍電圧整流手段の間に直列接続された第１のインダクタと；倍電圧整流手段の直列接続された一対の第２のコンデンサの両端から出力される倍電圧直流により第２のコンデンサを介して充電される比較的容量の大きい第３のコンデンサと；倍電圧整流手段の直流出力端に接続された直流入力端子、スイッチング手段および高周波出力端子を含む負荷回路を備えたインバータと；交流端子および負荷回路の間に接続された帰還回路と；を具備していることを特徴としている。
【００１８】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１９】
低周波交流電源は、一般的には５０または６０Ｈｚであるが、これらの周波数に限定されない。
【００２０】
倍電圧整流手段は、直列接続された一対の整流手段および直列接続されるとともに一対の整流手段に並列接続された比較的容量の小さい一対の第２のコンデンサを含んで構成されている。そして、一対の整流手段の接続点と一対の第２のコンデンサの接続点との間が交流入力端である。交流入力端には、交流端子から低周波交流が入力する。また、直列接続した一対の第２のコンデンサの両端が直流出力端である。そうして、倍電圧整流手段は、交流入力端から入力した低周波交流を倍電圧整流して直流出力端から出力する。第２のコンデンサは、第２のコンデンサは、インバータ動作以前には倍電圧整流手段の直流出力を平滑するので、それに見合った容量のものが用いられ、たとえば電解コンデンサのようなものが好適である。
【００２１】
第３のコンデンサは、直列接続された一対の第２のコンデンサの両端すなわち直流出力端から出力される倍電圧直流により第２のコンデンサを介して充電される。そして、倍電圧直流を平滑するとともに、インバータの動作後は低周波交流電源側に帰還された高周波出力が倍電圧整流手段により整流された高周波直流によって充電されて平滑作用をする。
【００２２】
インバータは、直流をスイッチング手段のスイッチングに基づいて負荷回路の高周波出力端子間に高周波を発生するもので、上記の構成要素を備えていればよく、任意の適当な回路方式のものを用いることができる。
【００２３】
負荷回路は、高周波出力端子を含む。出力端子間には放電ランプが接続される。負荷回路には必要に応じてその他の回路構成を備えることができる。たとえば、高周波出力端子と直列に第２のインダクタを接続することができる。また、放電ランプの非電源側端子間にはフィラメント予熱用のコンデンサを接続することができる。さらに、負荷回路の一端は直流カット用のコンデンサを直列に介してインバータの高周波電圧が現れる部分に接続することができる。
【００２４】
高周波とは、本発明においては２０ＫＨｚ以上、好ましくは２０〜２００ＫＨｚである。
【００２５】
帰還回路は、インバータにおいて発生した高周波を交流端子に帰還することにより、交流端子の電位を高周波分だけ高めることによって交流電源から高周波電流をインバータに引き込む作用をするものである。
【００２６】
そうして、本発明においては電源投入時に容量の大きい第３のコンデンサに対する充電回路が倍電圧整流手段の比較的容量の小さな第２のコンデンサを直列に介して形成されるので、その結果、充電電流は小さく抑制される。
【００２７】
低周波交流電源の投入により、倍電圧整流手段は低周波交流電圧の２倍の電圧値の整流化直流を生じるので、インバータはこの電圧を入力として動作を開始して高周波を発生する。
【００２８】
このインバータは、以下のように動作する。低周波交流電圧のピーク辺りすなわち山部と、立ち上がりおよび立ち下がりの辺りすなわち谷部とで、帰還回路の作用、不作用の関係から、共振周波数が異なるために、谷部での動作時にはより共振点に接近させることで、出力電圧を高めて負荷電流すなわちランプ電流を大きくし、反対に山部では出力電圧を低くしてランプ電流を小さくする。
【００２９】
したがって、高周波電流のリップルが抑制されることになり、ランプ電流の実効値に対するピーク値の比率で表されるクレストファクタをＩＥＣ規格、電気用品規格の許容値内に納まるようにすることが可能になる。
【００３０】
また、インバータの直流入力電圧が倍電圧整流手段により、高くできるので、インバータのスイッチング手段に流れる電流を電圧が高くなった分小さくできるから、スイッチング導通損失を低減することができる。
【００３１】
さらに、低周波交流電源から見た入力電流の導通ループ内に第１のインダクタが直列に介在しているから、入力電流の高調波を低減することができる。
【００３２】
請求項２の発明の放電ランプ点灯装置は、低周波交流電源に接続される交流端子と；交流端子間に接続された第１のコンデンサと；直列接続された一対の整流手段および直列接続されるとともに一対の整流手段に並列接続された比較的容量の小さい一対の第２のコンデンサを含み、一対の整流手段の接続点と一対の第２のコンデンサの接続点との間に交流端子から入力する低周波交流を印加する倍電圧整流する倍電圧整流手段と；第１のコンデンサおよび倍電圧整流手段の間に直列接続された第１のインダクタと；倍電圧整流手段の直列接続された一対の第２のコンデンサの両端から出力される倍電圧直流により第２のコンデンサを介して充電される比較的容量の大きい第３のコンデンサと；倍電圧整流手段の直流出力端に接続された直流入力端子、直流入力端子間に接続された一対のスイッチング手段の直列回路、各スイッチング手段に逆並列接続された一対のダイオードおよび高周波出力端子および第２のインダクタを直列に含む負荷回路を備えたインバータと；インバータの動作後一方のスイッチング手段がオン時に、高周波出力端子を含む負荷回路、一方のスイッチング手段、他方のスイッチング手段に逆並列接続されているダイオードおよび第３のコンデンサを含んで構成されるチョッパと；交流端子および負荷回路の間に接続された帰還回路と；を具備していることを特徴としている。
【００３３】
本発明は、請求項１の発明に比較して、インバータが直列接続された一対のスイッチング手段を備え、そのスイッチング手段の一方がオン時にインバータの一部がチョッパを構成することにより、インバータの動作電圧を倍電圧整流手段の直流出力よりさらに高くすることができる構成を規定している。インバータは、ハーフブリッジ形のインバータを構成する。
【００３４】
そうして、本発明においては、インバータの動作に伴ってチョッパ動作が行われると、第３のコンデンサの充電電圧が低周波交流電圧のピーク値よりさらに高くなる。また、インバータは、上記昇圧電圧に基づいて高周波を発生する。このようにして発生した昇圧された高周波は、帰還回路を通じて交流端子に帰還されるため、高周波電圧と低周波交流電圧が同一極性の間帰還回路を介して低周波交流電源から高周波電流が負荷回路に流れる。このため、力率が改善される。
【００３５】
請求項３の発明の放電ランプ点灯装置は、低周波交流電源間に接続される第１のコンデンサと；直列接続された一対の整流手段および直列接続されるとともに一対の整流手段に並列接続された比較的容量の小さい一対の第２のコンデンサを含み、一対の整流手段の接続点と一対の第２のコンデンサの接続点との間に交流端子から入力する低周波交流を印加する倍電圧整流する倍電圧整流手段と；低周波交流電源および倍電圧整流手段の間に直列接続された第１のインダクタと；倍電圧整流手段の直列接続された一対の第２のコンデンサの両端から出力される倍電圧直流により第２のコンデンサを介して充電される比較的容量の大きい第３のコンデンサと；倍電圧整流手段の直流出力端間に接続された一対のスイッチング手段の直列回路と；各スイッチング手段に逆並列接続された一対のダイオードと；一対のスイッチング手段の接続点およびスイッチング手段のスイッチングによって高周波電圧が現れる位置との間に接続された第２のインダクタおよび一対の高周波出力端子を直列に含む負荷回路と；交流端子および負荷回路の間に接続された帰還回路と；を具備していることを特徴としている。
【００３６】
本発明は、先行する請求項に比較すると、主として回路要素の接続形態を規定している点で異なる。
【００３７】
請求項４の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項２または３記載の放電ランプ点灯装置において、帰還回路は、一方の交流端子と負荷回路の第２のインダクタ側とは反対側の高周波出力端子との間に接続されていることを特徴としている。
【００３８】
本発明は、帰還回路の接続の一例を規定するものである。
【００３９】
請求項５の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項２または３記載の放電ランプ点灯装置において、帰還回路は、交流端子と負荷回路の高周波出力端子および第２のインダクタの接続点との間に接続されていることを特徴としている。
【００４０】
本発明は、帰還回路の接続の他の例を規定するものである。
【００４１】
請求項６の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項２または３記載の放電ランプ点灯装置において、帰還回路は、一方の交流端子と負荷回路の第２のインダクタ側の高周波出力端子とは反対側の高周波出力端子に接続されていることを特徴としている。
【００４２】
本発明は、帰還回路の接続のさらに他の例を規定するものである。
【００４３】
請求項７の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置において、帰還回路は、負荷回路の一端と倍電圧整流手段の整流手段を介して一方の交流端子との間に接続されていることを特徴としている。
【００４４】
本発明は、帰還回路の接続のさらに他の例を規定するものである。本発明においては、高周波の帰還をより確実に行わせるために、インバータの入力端のそれぞれに電流回り込み防止用のダイオードを順方向に直列に挿入することができる。
【００４５】
請求項８の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし７のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置において、低周波交流電圧の山部および谷部を検出する電圧検出手段と；山部の検出に応じてインバータの動作周波数を低く制御するとともに谷部の検出に応じて動作周波数を高く制御する制御手段と；を具備していることを特徴としている。
【００４６】
本発明は、インバータ内での動作周波数の変化の有無にかかわらず低周波交流電圧の山部、谷部に応じてインバータの動作周波数を制御部により強制的に変化させるので、ランプ電流の低周波交流電圧に応じたランプ電流のリップルを確実に低減することができる。
【００４７】
請求項９の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし８のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置において、高周波出力端子間に接続された放電ランプを具備していることを特徴としている。
【００４８】
本発明は、放電ランプを構成の一部として具備している。
【００４９】
請求項１０の発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に支持された請求項９記載の放電ランプ点灯装置と；を具備していることを特徴としている。
【００５０】
照明装置は、照明器具、表示装置、信号灯装置および電球形蛍光ランプなど放電ランプの発光を利用するあらゆる装置に適応する。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００５２】
図１は、本発明の放電ランプ点灯装置の第１の実施形態を示す回路図である。
【００５３】
まず、回路構成を説明する。
【００５４】
図において、１ａ、１ｂは一対の交流端子、Ｃ１は第１のコンデンサ、２は倍電圧整流手段、Ｌ１は第１のインダクタ、Ｃ３は第３のコンデンサ、３はインバータ、４は帰還回路、５は低周波交流電源である。
【００５５】
一対の交流端子１ａ、１ｂは、低周波交流電源５に接続される。
【００５６】
第１のコンデンサＣ１は、交流端子１ａ、１ｂ間に接続される。
【００５７】
倍電圧整流手段２は、一対の整流手段２ａ、２ｂおよび一対の比較的容量が小さい第２のコンデンサＣ２１、Ｃ２２を備えている。一対の整流手段２ａ、２ｂは直列接続され、その接続点は一方の交流端子１ａに接続されている。一対の第２のコンデンサＣ２１、Ｃ２２は直列接続され、その接続点は第１のインダクタＬ１を直列に介して交流端子１ｂに接続されている。したがって、上記両接続点は倍電圧整流手段２の交流入力端を構成している。さらに、一対の整流手段２ａ、２ｂの直列回路および一対の第２のコンデンサＣ２１、Ｃ２２の直列回路は互いに並列接続され、その接続点が直流出力端を構成する。
【００５８】
第１のインダクタＬ１は、第１のコンデンサＣ１および倍電圧整流手段２の間に接続されている。
【００５９】
第３のコンデンサＣ３は、比較的容量が大きい電解コンデンサを用い、倍電圧整流手段２の直流出力端間に接続されている。
【００６０】
インバータ３は、倍電圧整流手段３の直流出力端間に接続された入力端子３ａ１、３ａ２、スイッチング手段３ｂ１、３ｂ２および高周波出力端子３ｃ１、３ｃ２を含む負荷回路３ｃを少なくとも備えている。
【００６１】
スイッチング手段３ｂ１、３ｂ２は、直列接続されて倍電圧整流手段２の直流出力端間に接続されている。各スイッチング手段３ｂ１、３ｂ２と逆並列にダイオード３ｆ１、３ｆ２が接続されている。
【００６２】
負荷回路３ｃの高周波出力端子３ｃ１、３ｃ２間には放電ランプ３ｄたとえば蛍光ランプが接続される。放電ランプ３ｄの非電源側端子間にはフィラメント予熱用の第４のコンデンサＣ４が接続されている。負荷回路３ｃには、第２のインダクタＬ２が直列に挿入されている。負荷回路３ｃの一端は直流カット用の第５のコンデンサＣ５を介して倍電圧整流手段２の直流出力端の負極側に接続されている。
【００６３】
帰還回路４は、第６のコンデンサＣ６からなり、交流端子１ａおよび負荷回路３ｃの一端の間に接続されている。
【００６４】
次に、動作を説明にする。
【００６５】
突入電流について
低周波交流電源５を投入すると、以下の３つの充電回路が形成されてコンデンサ充電電流が流れる。すなわち、第１の充電回路は、交流端子１ａ、整流手段２ａ、第３のコンデンサＣ３、第２のコンデンサＣ２２、第１のインダクタＬ１および交流端子１ｂの回路である。第２の充電回路は、交流端子１ａ、整流手段２ａ、第２のコンデンサＣ２１、第１のインダクタＬ１および交流端子１ｂの回路である。第３の充電回路は、交流端子１ａ、第６のコンデンサＣ６、第５のコンデンサＣ５、第２のコンデンサＣ２２、第１のインダクタＬ１および交流端子１ｂの回路である。
【００６６】
そうして、第１の充電回路は、容量の大きい第３のコンデンサＣ３を備えているが、コンデンサＣ３と直列に容量の小さい第２のコンデンサＣ２２が接続されているので、その充電電流は低く時間幅も狭い。第２の充電回路は、容量の小さい第２のコンデンサＣ２１であるから、やはり充電電流は低く時間幅も狭い。第３の充電回路は、第５および第６のコンデンサＣ５、Ｃ６ともに容量が小さいために、第２のコンデンサＣ２２がさらに直列されていても、その充電電流は問題になることはない。
【００６７】
図２は、図１における低周波交流電源投入時の電圧、電流波形を示す波形図である。
【００６８】
図において、横軸の時間ｔ0は低周波交流電源投入時を示す。Ｖinは入力電圧、Ｉinは入力電流、ｉpは突入電流を示す。図１１との比較をすれば、突入電流が非常に低くて、時間幅も狭いことがよく理解できる。
【００６９】
インバータおよびチョッパの動作について
低周波交流電源５の投入により、インバータ３が動作すると、一方のスイッチング手段３ｂ２のオン時、インバータ３の一部の構成部品は昇圧チョッパを構成する。
【００７０】
図３は、図１におけるチョッパの回路図である。
【００７１】
図において、図１と同一部分には同一符号を付している。すなわち、第２のインダクタＬ２を介してスイッチング手段３ｂ２が電源に接続され、スイッチング手段３ｂ２と並列にダイオード３ｆ１および第３のコンデンサＣ３の直列回路が接続されて昇圧チョッパを構成する。
【００７２】
そうして、スイッチング手段３ｂ２がオン時に、低周波交流電源５、第６のコンデンサＣ６、放電ランプ３ｄ、第２のインダクタＬ２、スイッチング手段３ｂ２、第２のコンデンサＣ２２、第１のインダクタＬ１および低周波交流電源５の回路を電流が流れて、第２のインダクタＬ２に電磁エネルギーが蓄積される。スイッチング手段３ｂ２がオフすると、第２のインダクタＬ２に蓄積されていた電磁エネルギーはダイオード３ｆ１を介して第３のコンデンサＣ３を充電する。
【００７３】
このとき、コンデンサＣ３の端子電圧は、スイッチング手段３ｂ２のオンデューティに比例して昇圧される。コンデンサＣ３の端子電圧は低周波交流電圧のピーク値のほぼ２倍に昇圧される。このため、インバータ３は昇圧された電圧に基づいて高周波を発生する。この間、低周波交流電源５から第２のコンデンサＣ２１、Ｃ２２に対する充電は行われない。
【００７４】
インバータ３により発生した高周波は、帰還回路４を通じて交流端子１ａに帰還されて交流端子１ａの低周波交流電圧に重畳されるため、高周波と低周波電圧とが同一極性の間すなわちスイッチング手段３ｂ２のオン時には常に帰還回路４を介して低周波交流電源５から高周波電流が負荷回路３ｃに電流が流れる。これは低周波電源５から高周波電流を呼び込むといった状態である。このため、本実施形態においては、力率が改善される。
【００７５】
ところで、低周波交流電圧の立ち上がり部および立ち下がり部の辺りすなわち谷部においては、低周波交流電源５からの電流が少ないため、第６のコンデンサＣ６の両端電圧が小さく、第６のコンデンサＣ６の容量を無視できる。このため、第５のコンデンサＣ５に、相対的に大容量のＣ１およびＣ２２の直列回路が並列接続される。このときの共振周波数は、次式による。
【００７６】
ｆV＝１／２π｛Ｌ２・Ｃ４｝1/2
低周波交流電圧のピーク値の辺りすなわち山部においては、上記とは逆で、第５のコンデンサＣ５に、第１のコンデンサＣ１および第２のコンデンサＣ２２の直列回路が並列接続される。このときの共振周波数は第２のコンデンサＣ２２は第６のコンデンサＣ６より大きいとすると次式による。
【００７７】
ｆM＝１／２π｛Ｌ２・（Ｃ５＋Ｃ６）・Ｃ４／（Ｃ５＋Ｃ６＋Ｃ４）｝1/2
なお、各コンデンサの容量関係は次のとおりである。
【００７８】
Ｃ１、Ｃ２１、Ｃ２２>>Ｃ６＞Ｃ４、Ｃ５
上記のように低周波交流電圧の谷部と山部とで共振周波数が変化する。他方のスイッチング手段３ｂ１のオン時においても共振周波数が同様に谷部と山部とで変化するので、谷部での共振周波数をｆVとし、山部での共振周波数をｆMとして、ｆV＜ｆMになるように第５のコンデンサＣ５および第６のコンデンサＣ６の容量をＣ５＜Ｃ６に選べば、遅相動作下においては同一周波数で動作させた場合、谷部で共振点に近く、山部で共振点から遠くなる。したがって、谷部で出力電圧が高くなるから、ランプ電流が大きくなり、反対に山部で出力電圧が低くなるから、ランプ電流が小さくなる。
【００７９】
図４は、図１における各部の電圧、電流波形を示す波形図である。
【００８０】
図において、（ａ）は低周波交流電源５から放電ランプ点灯装置に印加される電圧Ｖin、および流入する電流Ｉinを示す。（ｂ）は放電ランプ３ｄに流れる高周波電流を概念的に示す。
【００８１】
高調波について
帰還回路を介して高周波が低周波交流電源５に帰還される結果、低周波電源５から電流が位相遅れなく正弦波に近い波形で流入するから、高調波の発生は少ない。さらに、第１のインダクタＬ１が入力電流ループ内に直列に挿入されているため、高調波をしゃ断するので、高調波歪が低減する。
【００８２】
図５は、本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態を示す回路図である。
【００８３】
図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００８４】
本実施形態は、帰還回路４の接続位置を変更したものである。すなわち、帰還回路４の他端を放電ランプ３ｄと第２のインダクタＬ２との接続点に接続したものである。
【００８５】
図６は、本発明の放電ランプ点灯装置の第３の実施形態を示す回路図である。
【００８６】
図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００８７】
本実施形態は、帰還回路４の接続位置を変更したもので、帰還回路４の他端を負荷回路３ｃの他端に接続したものである。
【００８８】
図７は、本発明の放電ランプ点灯装置の第４の実施形態を示す回路図である。
【００８９】
図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００９０】
本実施形態は、帰還回路４の接続位置を変更したもので、帰還回路４の一端を倍電圧整流手段２の直流出力端３ａ１に接続し、インバータ３の両入力端と直列にダイオード６ａ、６ｂを順方向に接続して電流の回り込みを防止するようにしたものである。
【００９１】
図８は、本発明の放電ランプ点灯装置の第５の実施形態を示す回路ブロック図である。
【００９２】
図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。７は直流電源、８は駆動装置、９は電圧検出手段、１０は制御手段である。
【００９３】
直流電源７は、図１における第１のコンデンサＣ１、第１のインダクタＬ１および倍電圧整流手段２からなる。
【００９４】
駆動装置８は、同じくインバータ３、第３のコンデンサＣ３および帰還回路４からなる。
【００９５】
電圧検出手段９は、低周波交流電圧の山部および谷部を検出する。
【００９６】
制御手段１０は、インバータ３の動作周波数を制御するもので、電圧検出手段９が山部を検出したときには動作周波数を低く制御する。また、谷部を検出したときには動作周波数を高く制御する。
【００９７】
そうして、本発明はインバータ３の内部で低周波交流電圧の山部および谷部に応じてその動作周波数が変化しても、その程度が満足できない場合に好適である。すなわち、本発明によれば、確実に動作周波数を所望範囲に変化させることができる。したがって、ランプ電流のリップルを少なくしてクレストファクタを低減することできる。
【００９８】
図９は、本発明の照明装置の一実施形態である照明器具を示す斜視図である。
【００９９】
図において、１１は照明装置本体、１２は放電ランプである。
【０１００】
照明装置本体１１は、内部に放電ランプ点灯装置を内蔵している。
【０１０１】
放電ランプ１２は、照明装置本体１１に支持されている。
【０１０２】
【発明の効果】
請求項１ないし９の各発明によれば、電源投入時に容量の大きい第３のコンデンサに対する充電回路が整流手段の比較的容量の小さな第２のコンデンサを直列に介して形成されるので、その結果、充電電流は小さく抑制されるために、電源投入時に過大な突入電流が流れないとともに、力率が高く、しかも高調波歪を低減した放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０３】
請求項２および３の発明によれば、加えてインバータの一部の構成部品がチョッパを構成して、第３のコンデンサ端子電圧を低周波交流電圧のピーク値よりさらに高く昇圧するから、インバータはこの昇圧された電圧を高周波に変換することができ、スイッチング手段の導通損失をさらに低減した放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０４】
請求項４ないし７の発明によれば、加えて帰還回路の接続位置をそれぞれ変更した放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０５】
請求項８の発明によれば、加えて低周波交流電圧の山部および谷部を検出し、これに応じてインバータの動作周波数を山部で低く、谷部で高く制御することにより、ランプ電流のリップルを確実に低減してクレストファクタを改善することができる。
【０１０６】
請求項９の発明によれば、加えて放電ランプを構成要素として含む放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【０１０７】
請求項１０の発明によれば、請求項１ないし９の効果を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放電ランプ点灯装置の第１の実施形態を示す回路図
【図２】図１における低周波交流電源投入時の電圧、電流波形を示す波形図
【図３】図１におけるチョッパの回路図
【図４】図１における各部の電圧、電流波形を示す波形図
【図５】本発明の放電ランプ点灯装置の第２の実施形態を示す回路図
【図６】本発明の放電ランプ点灯装置の第３の実施形態を示す回路図
【図７】本発明の放電ランプ点灯装置の第４の実施形態を示す回路図
【図８】本発明の放電ランプ点灯装置の第５の実施形態を示す回路ブロック図
【図９】本発明の照明装置の一実施形態である照明器具を示す斜視図
【図１０】上記従来技術を示す回路図
【図１１】図１０に示す従来技術における電源投入時の低周波ＡＣ電源電圧および電流の波形図
【符号の説明】
１…低周波交流電源
１ａ…交流端子
１ｂ…交流端子
２…倍電圧整流手段
３…インバータ
３ａ１…直流入力端子
３ａ２…直流入力端子
３ｂ１…スイッチング手段
３ｂ２…スイッチング手段
３ｃ…負荷回路
３ｃ１…高周波出力端子
３ｃ２…高周波出力端子
３ｄ…放電ランプ
４…帰還回路
Ｃ１…第１のコンデンサ
Ｃ２…第２のコンデンサ
Ｃ３…第３のコンデンサ
Ｌ１…第１のインダクタ
Claims (10)
- 低周波交流電源に接続される交流端子と；
交流端子間に接続された第１のコンデンサと；
直列接続された一対の整流手段および直列接続されるとともに一対の整流手段に並列接続された比較的容量の小さい一対の第２のコンデンサを含み、一対の整流手段の接続点と一対の第２のコンデンサの接続点との間に交流端子から入力する低周波交流を印加する倍電圧整流する倍電圧整流手段と；
第１のコンデンサおよび倍電圧整流手段の間に直列接続された第１のインダクタと；
倍電圧整流手段の直列接続された一対の第２のコンデンサの両端から出力される倍電圧直流により第２のコンデンサを介して充電される比較的容量の大きい第３のコンデンサと；
倍電圧整流手段の直流出力端に接続された直流入力端子、スイッチング手段および高周波出力端子を含む負荷回路を備えたインバータと；
交流端子および負荷回路の間に接続された帰還回路と；
を具備していることを特徴とする放電ランプ点灯装置。 - 低周波交流電源に接続される交流端子と；
交流端子間に接続された第１のコンデンサと；
直列接続された一対の整流手段および直列接続されるとともに一対の整流手段に並列接続された比較的容量の小さい一対の第２のコンデンサを含み、一対の整流手段の接続点と一対の第２のコンデンサの接続点との間に交流端子から入力する低周波交流を印加する倍電圧整流する倍電圧整流手段と；
第１のコンデンサおよび倍電圧整流手段の間に直列接続された第１のインダクタと；
倍電圧整流手段の直列接続された一対の第２のコンデンサの両端から出力される倍電圧直流により第２のコンデンサを介して充電される比較的容量の大きい第３のコンデンサと；
倍電圧整流手段の直流出力端に接続された直流入力端子、直流入力端子間に接続された一対のスイッチング手段の直列回路、各スイッチング手段に逆並列接続された一対のダイオードおよび高周波出力端子および第２のインダクタを直列に含む負荷回路を備えたインバータと；
インバータの動作後一方のスイッチング手段がオン時に、高周波出力端子を含む負荷回路、一方のスイッチング手段、他方のスイッチング手段に逆並列接続されているダイオードおよび第３のコンデンサを含んで構成されるチョッパと；
交流端子および負荷回路の間に接続された帰還回路と；
を具備していることを特徴とする放電ランプ点灯装置。 - 低周波交流電源間に接続される第１のコンデンサと；
直列接続された一対の整流手段および直列接続されるとともに一対の整流手段に並列接続された比較的容量の小さい一対の第２のコンデンサを含み、一対の整流手段の接続点と一対の第２のコンデンサの接続点との間に交流端子から入力する低周波交流を印加する倍電圧整流する倍電圧整流手段と；
低周波交流電源および倍電圧整流手段の間に直列接続された第１のインダクタと；
倍電圧整流手段の直列接続された一対の第２のコンデンサの両端から出力される倍電圧直流により第２のコンデンサを介して充電される比較的容量の大きい第３のコンデンサと；
倍電圧整流手段の直流出力端間に接続された一対のスイッチング手段の直列回路と；
各スイッチング手段に逆並列接続された一対のダイオードと；
一対のスイッチング手段の接続点およびスイッチング手段のスイッチングによって高周波電圧が現れる位置との間に接続された第２のインダクタおよび一対の高周波出力端子を直列に含む負荷回路と；
交流端子および負荷回路の間に接続された帰還回路と；
を具備していることを特徴とする放電ランプ点灯装置。 - 帰還回路は、一方の交流端子と負荷回路の第２のインダクタ側とは反対側の高周波出力端子との間に接続されていることを特徴とする請求項２または３記載の放電ランプ点灯装置。
- 帰還回路は、交流端子と負荷回路の高周波出力端子および第２のインダクタの接続点との間に接続されていることを特徴とする請求項２または３記載の放電ランプ点灯装置。
- 帰還回路は、一方の交流端子と負荷回路の第２のインダクタ側の高周波出力端子とは反対側の高周波出力端子に接続されていることを特徴とする請求項２または３記載の放電ランプ点灯装置。
- 帰還回路は、負荷回路の一端と倍電圧整流手段の整流手段を介して一方の交流端子との間に接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置。
- 低周波交流電圧の山部および谷部を検出する電圧検出手段と；
山部の検出に応じてインバータの動作周波数を低く制御するとともに谷部の検出に応じて動作周波数を高く制御する制御手段と；
を具備していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置。 - 高周波出力端子間に接続された放電ランプを具備していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置。
- 照明装置本体と；
照明装置本体に支持された請求項９記載の放電ランプ点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
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| JP03076597A JP3951336B2 (ja) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | 放電ランプ点灯装置および照明装置 |
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