JP3982102B2

JP3982102B2 - 放電灯点灯装置

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Publication number: JP3982102B2
Application number: JP08473299A
Authority: JP
Inventors: 雅人大西; 誠浩鳴尾
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP2000277286A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は小さな限流要素を用いて放電灯を安定に点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小さな限流要素を用いて放電灯を安定に点灯する技術として、ランプの特性電圧よりも高い電圧と、ランプの特性電圧よりも低い電圧を交互に高速に切り替えて、ランプ電流を設定範囲に制御しようとする技術が存在する。ランプの特性電圧よりも高い電圧を供給するとランプ電流は増大し、ランプの特性電圧よりも低い電圧を供給するとランプ電流は減少するので、切替えを適切に制御することにより、ランプ電流を制御することができる。以下、その原理について説明する。
【０００３】
一般的に、ランプ（放電灯）を点灯するにはバラスト（限流要素）が必要である。その理由はランプの電気特性が負特性である（つまり負性抵抗を有する）からである。ランプの電流Ｅと電流密度Ｊとの関係は一般に以下の式で示される。
Ｊ＝σＥ
ここで、σは導電率と呼ばれ、固体の場合には定数とみなしてよいものである。しかし、気体放電の場合には導電率は以下の式に示されるように電子密度の関数になる。
σ＝ｅｎμ
ただし、ｅは単位電荷、ｎは電子密度、μは移動度である。移動度μは電子温度と圧力の関数であるが一定とみなしてよい。このことから、電流密度（つまり放電電流）はランプ内部の電子密度と電界の２つによって決定されることが分かる。基本的にはランプ電流（電流密度）が決まると、結果として電子密度と電界が決まる、という考え方が最も分かりやすく、しかも現実にそうなっている。一般に電流を増やすと電子密度が増加し、電界はさほど変化しない（実際には多少変化するが、電子密度ほど顕著でない）。
【０００４】
ランプは限流要素無しの電圧源で点灯されると、電子密度が増加してしまい、結果として電流が増加してしまう。その結果、過電流が流れ、諸々のトラブルが生じる。増加する時定数の方が減少する時定数よりも大きいために電子密度は増加する。これを避けるためには、印加する電界を変化させて電子に与えるエネルギーを変化させなければならない。
安定点灯状態から高い電圧源に接続すると、電流は増加し始めるので電圧を低下させる。これはランプ特性電圧（維持電圧）以下まで低下させる必要がある。すると、電流は減少し始めるので、次に電圧を上昇させる。これはランプ特性電圧（維持電圧）以上まで上昇させる必要がある。すると、電流は再び増加し始める。そこで、再び電圧を低下させる。これはランプ特性電圧（維持電圧）以下まで低下させる必要がある。以下、これらの動作を繰り返す。
【０００５】
このように電圧をランプの特性電圧ラインの上下に変化させれば、ランプを安定に点灯できる。実際に電流が増加する時間と減少する時間は、減少が０．数ｍｓｅｃから数ｍｓｅｃのオーダー、増加が数μｓｅｃから数十μｓｅｃ程度と考えられる。
このことから、ランプの特性電圧よりも高い電圧とランプの特性電圧よりも低い電圧とを高速に切り替えてランプ電流を設定範囲に制御すれば、ランプの限流要素を小さくし、或いは削除する形でランプを安定に点灯できることが分かる。また、印加する電圧波形を正弦波状にして、その実効値を上記のようにランプの特性電圧よりも高い電圧とランプの特性電圧よりも低い電圧とに交互に高速に切り替えることによっても安定点灯動作は可能であり、この場合は、正弦波による点灯動作であるので、ランプからのノイズ成分も減少できるという利点がある。
【０００６】
（従来例１）
従来より微小なインダクタとスイッチドキャパシタを利用して直流電源から滑らかな交流出力を得る電力変換回路として図１３に示すような回路（特開平８−１１６６７９号）がある。本従来例では、スイッチ素子Ｓｉ１とキャパシタＣｉ（ｉ＝１〜５）の直列回路を並列に接続し、直流電源Ｅにスイッチ素子ＳｓとインダクタＬ１を介して、この並列回路を接続し、スイッチ素子ＳｓとインダクタＬ１の接続点とグランドの間にダイオードＤｓを接続してキャパシタＣ１〜Ｃ５の充電部を構成している。さらにスイッチ素子Ｓｉ２とキャパシタＣｉ（ｉ＝１〜５）との直列回路を並列に接続し、インダクタＬ２を介して負荷Ｚと負荷用キャパシタＣｚの並列回路４に接続して電力変換部を構成している。また、負荷Ｚにはスイッチ素子Ｓｚ１〜Ｓｚ４よりなる極性反転回路が付加されており、負荷Ｚの電圧Ｖｚの極性を切り替え可能としている。各スイッチ素子の制御回路は図示しないが、以下に述べる制御を行う回路が付加されている。
【０００７】
図１３の回路の動作を図１４に示す。直流電源ＥからインダクタＬ１を介してキャパシタＣ１〜Ｃ５にＶ１０＜Ｖ２０＜Ｖ３０＜Ｖ４０＜Ｖ５０の電圧関係で異なる電圧を充電し、キャパシタＣ１〜Ｃ５をインダクタＬ２を介して１つずつ順番に負荷Ｚと負荷用キャパシタＣｚの並列回路４に接続することにより負荷電圧Ｖｚを滑らかに昇降させ、また、スイッチ素子Ｓｚ１〜Ｓｚ４により極性を反転させて、負荷Ｚに交流電圧を供給する。微小インダクタＬ１，Ｌ２は、これらを介して共振的に電力を伝達することにより電力伝達効率を向上するために設けられている。
【０００８】
図１４ではキャパシタＣ１〜Ｃ５を用いて交流出力を得る例を示したが、このうち使用するキャパシタの数を減らすことで、供給する正弦波の振幅を変化させることができ、先に説明したランプの特性電圧を超える電圧と下回る電圧を供給でき、バラストの小型化を達成できるものである。また、入力電源が交流の場合、同様のスイッチドキャパシタ関連の技術を用いて、入力電流波形を略正弦波状にする回路方式を従来例２として示す。
【０００９】
（従来例２）
従来例２の回路図を図１５に、各スイッチング素子の制御による回路動作図を図１６に、動作波形図を図１７に、各素子の電流電圧波形を図１８に示す。従来例２の主回路の基本構成は、交流電源ＡＣに全波整流器ＤＢを接続し、その出力にスイッチング素子Ｓｗ１とキャパシタＣ１、及び平滑コンデンサＣ２と負荷Ｚの並列回路を直列に接続し、キャパシタＣ１と並列にキャパシタＣ１の電圧を調整する制御手段を接続する。その制御手段として、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｓｗ２，Ｓｗ３、ダイオードＤ１，Ｄ２からなる回路を用いている。回路構成としては、キャパシタＣ１に並列にスイッチング素子Ｓｗ２とインダクタＬ１、ダイオードＤ１を接続し、インダクタＬ１とダイオードＤ１の接続点とグランドの間にスイッチング素子Ｓｗ３を接続する。また、インダクタＬ１の残留エネルギーを負荷回路に送るために、スイッチング素子Ｓｗ２とインダクタＬ１の接続点とグランド間にダイオードＤ２を接続している。
【００１０】
以下、図１５の回路の動作について説明する。まず、交流電源ＡＣから入力される電圧Ｖｉｎは全波整流器ＤＢにより整流されて、脈流電圧Ｖ１を出力として得る。スイッチング素子Ｓｗ１が制御回路からの制御信号でオンすると、キャパシタＣ１と平滑コンデンサＣ２の和の電圧がＶ１まで充電される（図１６（ａ）の状態１）。
【００１１】
次に、スイッチング素子Ｓｗ１がオフした後について述べる。脈流電圧Ｖ１が出力電圧Ｖｏｕｔよりも高い脈流山部では、スイッチング素子Ｓｗ２のみをオンさせる。すると、キャパシタＣ１とインダクタＬ１が直列に接続され、キャパシタＣ１のエネルギーの一部がインダクタＬ１に移動し、磁気エネルギーとなってインダクタＬ１に蓄積される（図１６（ｂ）の状態２−Ａ）。また、脈流電圧Ｖ１が出力電圧Ｖｏｕｔよりも低い脈流谷部では、スイッチング素子Ｓｗ２とＳｗ３をオンさせる。すると、キャパシタＣ１と平滑コンデンサＣ２、インダクタＬ１が直列に接続され、平滑コンデンサＣ２のエネルギーの一部がキャパシタＣ１を充電しながらインダクタＬ１に移動し、磁気エネルギーとなってインダクタＬ１に蓄積される（図１６（ｂ）の状態２―Ｂ）。インダクタＬ１に流れる電流は共振的な波形となるが、今の場合、キャパシタＣ１（及び平滑コンデンサＣ２）とインダクタＬ１で決まる共振の周期に対して微小区間での動作を示しているので、電流の変化はほぼ直線的に描かれている。上記のような過程によってインダクタＬ１に一時蓄積されたエネルギーは、スイッチング素子Ｓｗ２（及びＳｗ３）をオフした瞬間にダイオードＤ２がオンし、ダイオードＤ１を介して負荷回路に全て送られる（図１６（ｃ）の状態３）。
【００１２】
このようにしてキャパシタＣ１に蓄積された余分なエネルギーをインダクタＬ１によって負荷回路に送り、効率良くキャパシタＣ１の電圧調整を行うものである。回路状態１と状態３は同時に行われてもよい。この繰り返しで平滑コンデンサＣ２の電圧は徐々に増加していく。また、キャパシタＣ１は、およそ脈流電圧Ｖ１と出力電圧Ｖｏｕｔの差の電圧を記億させることにより、スイッチング素子Ｓｗ１のオン時には、入力電圧とキャパシタＣ１を直列に接続し、負荷回路に一定電圧を供給する。さらに、スイッチング素子Ｓｗ１のオン直前のキャパシタＣ１と平滑コンデンサＣ２の電圧の和Ｖ２の波形が全波整流出力Ｖ１の波形と相似形になるようにスイッチング素子Ｓｗ２（及びＳｗ３）のオン時間を制御することで入力電流波形の包絡線を入力電圧波形と相似にし、入力高調波歪を抑制する。また、この相似比をスイッチング素子Ｓｗ２（及びＳｗ３）のオン時間の調整によって変えることにより入力電流のピーク値が変化し、出力電圧は上下する。このことにより、この回路は出力電圧の調整が可能である。
【００１３】
このように、交流電源ＡＣに整流器ＤＢを接続し、その出力にスイッチング素子Ｓｗ１とキャパシタＣ１、及び平滑コンデンサＣ２と負荷Ｚの並列回路を直列に接続し、キャパシタＣ１と並列に、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｓｗ２，Ｓｗ３、ダイオードＤ１，Ｄ２からなる回路によってキャパシタＣ１の電圧を調整する制御手段を接続し、この制御手段によってキャパシタＣ１の電圧を制御することにより、入力高調波歪の抑制及び入力電流値の調整、出力電圧の調整を行うことができ、また、動作周波数を高くとることによって各キャパシタやインダクタ、スイッチング素子を小さくすることができるので、任意の一定電圧を発生できる小型の電源装置を提供できるものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１の直流電源Ｅとして、従来例２の出力電圧Ｖｏｕｔを用いれば、入力電流歪・高調波の抑制機能を持つ電力変換装置を実現できると考えられる。しかしながら、その場合、ＰＦＣ部（従来例２）と電力変換部（従来例１）のそれぞれにスイッチドキャパシタを用いるので、直列的に回路が接続されることになり、回路構成部品が多くなったり、効率が低下するという課題があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小さな限流素子を用いて放電灯を安定に点灯させる電力変換装置に、入力電流歪・高調波の抑制機能を持たせることにより、特別な力率改善回路が不要で、安価で信頼性の高い放電灯点灯装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、交流電源Ｖｓを全波整流する全波整流器ＤＢと、全波整流器ＤＢの出力端に入力電流高調波抑制手段を備え、前記入力電流高調波抑制手段は第１のエネルギー蓄積手段Ｃ０を具備し、前記入力電流高調波抑制手段の出力端に直流電圧を前記交流電源Ｖｓよりも高周波の略正弦波のステップ電圧に変換する電力変換手段を具備し、前記電力変換手段の出力端にステップ電圧を滑らかにするフィルタリング手段２を介して放電灯負荷３を接続し、前記電力変換手段は放電灯３に印加する電圧の実効値をランプの特性電圧よりも高い電圧とランプの特性電圧よりも低い電圧とに交互に高速に切り替えることによって放電灯３を安定点灯動作させる出力制御手段を備えた放電灯点灯装置において、前記電力変換手段は出力部に極性反転手段１を備え、前記第１のエネルギー蓄積手段Ｃ０によって複数のエネルギー蓄積手段Ｃ１〜Ｃ５に所定の電圧となるよう充放電する電圧調整手段を具備し、入力電流高調波を抑制しつつ入力電流を引き込むように入力電圧に応じて前記複数のエネルギー蓄積手段Ｃ１〜Ｃ５を択一的に入力側に接続する第１のスイッチング手段Ｓｉ１（ｉ＝１〜５）と、前記複数のエネルギー蓄積手段Ｃ１〜Ｃ５を択一的に出力側に接続する第２のスイッチング手段Ｓｉ２（ｉ＝１〜５）とを具備し、前記電力変換手段により交流電源Ｖｓから前記ステップ電圧の絶対値が前記全波整流器ＤＢの出力電圧の瞬時値よりも低く且つ異なるステップ電圧の絶対値に比べると電圧差が小さくなるタイミングで入力電流Ｉｓを引き込む動作により前記入力電流高調波抑制手段の機能を兼用させたことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明の実施例１の回路図を図１に示す。本実施例の回路構成は、交流電源Ｖｓに全波整流器ＤＢを接続し、その整流出力端にスイッチング素子Ｓ０１を介して従来例（図１３）の電力変換回路を接続し、スイッチング素子Ｓ０１と電力変換回路の接続点と整流器ＤＢの出力端（負極側）との間にスイッチング素子Ｓ０２を介して平滑コンデンサＣ０を接続し、また、従来例の電力変換回路のキャパシタＣ１をキャパシタＣ１とスイッチング素子Ｓ１３の直列回路に置き換え、キャパシタＣ１とスイッチング素子Ｓ１３の接続点とスイッチング素子Ｓ４１とキャパシタＣ４の接続点の間にスイッチング素子Ｓ１４を接続し、また、従来例の電力変換回路のキャパシタＣ２をキャパシタＣ２とスイッチング素子Ｓ２３の直列回路に置き換え、キャパシタＣ２とスイッチング素子Ｓ２３の接続点とスイッチング素子Ｓ３１とキャパシタＣ３の接続点の間にスイッチング素子Ｓ２４を接続したものである。
【００１７】
本実施例では、各キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５の電圧関係はＶｃ１＜Ｖｃ２＜Ｖｃ３＜Ｖｃ４＜Ｖｃ５であり、Ｖｃ１＋Ｖｃ４、Ｖｃ２＋Ｖｃ３、Ｖｃ５、Ｖｃ０は近い電圧値となるように制御される。電力変換回路の出力部は極性反転回路１と、ステップ状の交流電圧を滑らかにするフィルタ回路２を介して負荷としての放電灯３に接続されている。
【００１８】
本実施例の動作について説明する。まず、交流出力を得るための電力変換回路の動作、すなわち、出力側のスイッチング素子Ｓｉ２（ｉ＝１〜５）の動作については、入力交流電源Ｖｓの瞬時値に関わらず、基本的に従来例（図１４のＳ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４２，Ｓ５２）と同じである。その他のスイッチング素子は入力交流電源Ｖｓの瞬時値によってその動作が変わるので、その点を中心に説明する。
【００１９】
本実施例では、スイッチング素子Ｓ０１がオンする直前のインダクタＬ１とダイオードＤ１の接続点の電圧Ｖａを、コンデンサＣ１〜Ｃ５の電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ５を組み合わせることによって、図２に示すように、入力交流電源Ｖｓと相似の電圧ｋ・Ｖｓ（０＜ｋ＜１）に近いステップ電圧とするものである。このように制御することによって、交流電源Ｖｓと相似の入力電流Ｉｓを引き込み、入力電流高調波を抑制することができる。入力電流の引き込みは図３の灰色部分で示すように、電力変換回路の出力Ｖｂがｋ・Ｖｓ以下でかつ一番近い電圧となる期間でスイッチング素子Ｓ０１をオンして行う。
【００２０】
次に具体的な動作について、図２に示す▲１▼〜▲９▼の区間を使って述べる。区間▲１▼および▲９▼では、図４に示すようにＶｂが０Ｖとなる期間にスイッチング素子Ｓ０１をオンし、入力電流を引き込む。この区間では入力されるエネルギーが小さいので、キャパシタＣ１〜Ｃ５の蓄積エネルギーを補う必要が有る。そのため、スイッチング素子Ｓ０１のオフ時には、スイッチング素子Ｓ０２とＳ５１をオンするほか、スイッチング素子Ｓ１２のオフ時には、スイッチング素子Ｓ１１とＳ１４をオン、スイッチング素子Ｓ１３をオフし、スイッチング素子Ｓ２２のオフ時には、スイッチング素子Ｓ２１とＳ２４をオン、スイッチング素子Ｓ２３をオフすることで、図６（ａ）に示すように、平滑コンデンサＣ０からキャパシタＣ５、キャパシタＣ１とＣ４の直列回路、キャパシタＣ２とＣ３の直列回路への充電を行ってエネルギーを補う。同様に、図２の区間▲２▼と▲８▼ではスイッチング素子Ｓ２２がオンする期間、区間▲３▼と▲７▼ではスイッチング素子Ｓ３２がオンする期間にスイッチング素子Ｓ０１がオンして入力電流を引き込む。
【００２１】
次に、図２の区間▲４▼と▲６▼でのスイッチ動作を図５に示す。この区間と区間▲５▼も入力電流引き込みのタイミングが変わるだけで、後の動作はほぼ同じであるが、この付近では入力されるエネルギーが大きくなり、キャパシタＣ１〜Ｃ５に過剰にエネルギーが供給されることになる。そのため、図６（ｂ）に示すように、キャパシタＣ５、キャパシタＣ１とＣ４の直列回路、キャパシタＣ２とＣ３の直列回路から平滑コンデンサＣ０へ充電する。これによって平滑コンデンサＣ０に脈流谷部で必要なエネルギーを脈流山部で充電することができる。
【００２２】
また、インダクタＬ１は電源もしくは平滑コンデンサＣ０から各キャパシタＣ１〜Ｃ５に接続するスイッチング素子の動作で生じる電圧差を一時的に分担するものであり、ダイオードＤ１やスイッチング動作によってインダクタＬ１のエネルギーを回生することにより、損失を低減するものである。
以上のように本実施例では、小さな限流要素を用いてランプを安定に点灯させる電力変換回路に入力電流歪・高調波の抑制機能を持たせることで、特別なＰＦＣ回路が不要となり、安価で信頼性の高い放電灯点灯装置を提供することができる。
【００２３】
（実施例２）
本発明の実施例２の回路図を図７に示す。本実施例は、交流電源Ｖｓに全波整流器ＤＢを接続し、その整流出力端にスイッチング素子Ｓ０２とＳ０１の直列回路を接続すると共に、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｓ０３を介して、インダクタＬ２と平滑コンデンサＣ０の直列回路を接続している。従来例の電力変換回路（図１３）はスイッチング素子Ｓ０２と並列に接続されており、そのスイッチング素子Ｓｉ１とキャパシタＣｉ（ｉ＝１〜５）の接続点と、スイッチング素子Ｓ０３とインダクタＬ２の接続点の間にスイッチング素子Ｓｉ３（ｉ＝１〜５）を接続したものである。各キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５の電圧関係はＶｃ１＜Ｖｃ２＜Ｖｃ３＜Ｖｃ４＜Ｖｃ５とする。
【００２４】
本実施例の動作も、入力電流引き込みと交流電圧出力の動作は基本的に実施例１と同様である。実施例１と大きく違う点は、スイッチング素子Ｓ０１がオフ、スイッチング素子Ｓ０２がオンの時に、｜Ｖｓ｜＋Ｖｃｉ≧Ｖｃ０となるようなキャパシタＣｉを、スイッチング素子Ｓｉ３をオンすることで電源と直列に接続し、図８に示すように、入力電流をより長い期間引き込みながら平滑コンデンサＣ０を充電するものである。インダクタＬ２はこの動作における電源ＶｓとキャパシタＣｉの電圧和（｜Ｖｓ｜＋Ｖｃｉ）と平滑コンデンサＣ０の電圧Ｖｃ０との差分、およびスイッチング素子Ｓ０３をオンして各キャパシタＣｉへエネルギーを補充するときの電圧差を一時的に分担するものである。
本実施例も同様に、小さな限流要素を用いてランプを安定に点灯させる電力変換回路に入力電流歪・高調波の抑制機能を持たせることで、特別なＰＦＣ回路が不要となり、安価で信頼性の高い放電灯点灯装置を提供することができる。
【００２５】
（実施例３）
本発明の実施例３の回路図を図９に示す。本実施例は平滑コンデンサＣ０の電圧Ｖｃ０をキャパシタＣ１〜Ｃ４の電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４のどれかに近い電圧とした場合の回路構成を示すものであり、図９はＶｃ０≒Ｖｃ３のときの例を示す。回路構成は、交流電源Ｖｓに全波整流器ＤＢを接続し、その整流出力端にスイッチング素子Ｓ０１を介してインダクタＬ２と平滑コンデンサＣ０とスイッチング素子Ｓ０２の直列回路を接続し、この直列回路に並列に、従来例の電力変換回路（図１３）を接続し、従来例の電力変換回路のスイッチング素子Ｓ１１とキャパシタＣ１の接続点と、平滑コンデンサＣ０とスイッチング素子Ｓ０２の接続点の間に、スイッチング素子Ｓ１３を接続し、また、スイッチング素子Ｓ２１とキャパシタＣ２の接続点と、平滑コンデンサＣ０とスイッチング素子Ｓ０２の接続点の間に、スイッチング素子Ｓ２３を接続し、スイッチング素子Ｓ４１とキャパシタＣ４の接続点と、インダクタＬ２とＬ１の接続点の間にスイッチング素子Ｓ４３を接続し、また、スイッチング素子Ｓ５１とキャパシタＣ５の接続点と、インダクタＬ２とＬ１の接続点の間にスイッチング素子Ｓ５３を接続したものである。各キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５の電圧関係はＶｃ１＜Ｖｃ２＜Ｖｃ３＜Ｖｃ４＜Ｖｃ５とする。
【００２６】
本実施例の動作も、入力電流引き込みと交流電圧出力の動作は基本的に実施例１と同様に行う。実施例１と大きく違う点を述べる。入力電圧の脈流谷部、例えば図２の区間▲２▼，▲８▼の場合、交流電源ＶｓからキャパシタＣ１に充電した後、図１０（ａ）のように、スイッチング素子Ｓ０１をオフ、スイッチング素子Ｓ０２をオフ、スイッチング素子Ｓ１３をオンとして、平滑コンデンサＣ０とキャパシタＣ１を直列接続し、スイッチング素子Ｓ４３をオンして平滑コンデンサＣ０からキャパシタＣ４（もしくはスイッチング素子Ｓ５３をオンしてキャパシタＣ５）を充電する。区間▲３▼，▲７▼ではキャパシタＣ２を平滑コンデンサＣ０と直列接続して同様に充電を行う。次に入力電圧の脈流山部、例えば図２の区間▲４▼，▲６▼の場合、交流電源ＶｓからキャパシタＣ４に充電した後、図１０（ｂ）のように、スイッチング素子Ｓ０１をオフ、スイッチング素子Ｓ０２をオフ、スイッチング素子Ｓ４３をオンとして平滑コンデンサＣ０とキャパシタＣ４を直列接続し、スイッチング素子Ｓ１３をオンしてキャパシタＣ４から平滑コンデンサＣ０とキャパシタＣ１（もしくはスイッチング素子Ｓ０２をオンしておいて平滑コンデンサＣ０）を充電する。区間▲５▼ではキャパシタＣ５を平滑コンデンサＣ０と直列接続して同様に充電を行う。このように、脈流谷部では平滑コンデンサＣ０の蓄積エネルギーをキャパシタＣ４，Ｃ５に補充し、脈流山部ではキャパシタＣ１，Ｃ２にエネルギーを補充しつつ、平滑コンデンサＣ０にエネルギーを蓄積する。また、キャパシタＣ３へのエネルギー補充は脈流谷部、山部を問わず、スイッチング素子Ｓ０２、Ｓ３１のオンによって行える。
本実施例も同様に、小さな限流要素を用いてランプを安定に点灯させる電力変換回路に入力電流歪・高調波の抑制機能を持たせることで、特別なＰＦＣ回路が不要となり、安価で信頼性の高い放電灯点灯装置を提供することができる。
【００２７】
（実施例４）
本発明の実施例４の回路図を図１１に示す。本実施例は、実施例１のスイッチング素子Ｓ０２と平滑コンデンサＣ０の直列回路を電力変換回路の一部と共用したものであり、具体的には電力変換回路のキャパシタＣ５をインダクタＬ２と平滑コンデンサＣ０の直列回路とし、この直列回路に逆並列にダイオードＤ２を接続し、インダクタＬ２と平滑コンデンサＣ０の接続点にスイッチング素子Ｓ５２の一端を接続したものである。
本実施例の回路動作は実施例１とほぼ同様であり、実施例１のスイッチング素子Ｓ０２の動作をスイッチング素子Ｓ５１と共用したものとなっている。そのため、キャパシタＣ５へのエネルギー補充動作が不要となり、この動作による損失が減少するので、効率的に有利である。
以上のように、本実施例では、電力変換回路のキャパシタの一つを平滑コンデンサと共用することで効率的に有利であり、また、小さな限流要素を用いてランプを安定に点灯させる電力変換回路に入力電流歪・高調波の抑制機能を持たせることで、特別なＰＦＣ回路が不要となり、安価で信頼性の高い放電灯点灯装置を提供することができる。
【００２８】
（実施例５）
本発明の実施例５の回路図を図１２に示す。本実施例は、実施例３の平滑コンデンサＣ０を電力変換回路のキャパシタと共用したものであり、具体的には電力変換回路のキャパシタＣ３をインダクタＬ２と平滑コンデンサＣ０とスイッチング素子Ｓ０２の直列回路とし、インダクタＬ２と平滑コンデンサＣ０の直列回路に逆並列にダイオードＤ２を接続し、インダクタＬ２と平滑コンデンサＣ０の接続点にスイッチング素子Ｓ３２の一端を接続したものである。
本実施例の回路動作は実施例３とほぼ同様であり、平滑コンデンサＣ０とキャパシタＣ３が共用されているので、キャパシタＣ３へのエネルギー補充動作が不要となる。これによって、この動作による損失が減少するので、効率的に有利である。
本実施例も実施例４と同様に、電力変換回路のキャパシタの一つを平滑コンデンサと共用することで効率的に有利であり、また、小さな限流要素を用いてランプを安定に点灯させる電力変換回路に入力電流歪・高調波の抑制機能を持たせることで、特別なＰＦＣ回路が不要となり、安価で信頼性の高い放電灯点灯装置を提供することができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１、２又は４の発明によれば、小さな限流要素を用いて放電灯を安定に点灯させる電力変換回路に入力電流歪・高調波の抑制機能を持たせることで、特別なＰＦＣ回路が不要となり、安価で信頼性の高い放電灯点灯装置を提供できるという効果がある。請求項３の発明によれば、上記効果に加え、電力変換回路のキャパシタの一つを平滑コンデンサと共用することで効率的に有利となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の回路図である。
【図２】本発明の実施例１の交流電源の半周期における動作説明図である。
【図３】本発明の実施例１の入力電流引き込み期間を示す動作説明図である。
【図４】本発明の実施例１の脈流谷部における動作説明図である。
【図５】本発明の実施例１の脈流山部における動作説明図である。
【図６】本発明の実施例１の動作説明のための回路図である。
【図７】本発明の実施例２の回路図である。
【図８】本発明の実施例２の動作説明のための回路図である。
【図９】本発明の実施例３の回路図である。
【図１０】本発明の実施例３の動作説明のための回路図である。
【図１１】本発明の実施例４の回路図である。
【図１２】本発明の実施例５の回路図である。
【図１３】従来例１の回路図である。
【図１４】従来例１の動作説明図である。
【図１５】従来例２の回路図である。
【図１６】従来例２の動作説明のための回路図である。
【図１７】従来例２の動作波形図である。
【図１８】従来例２の電流電圧波形図である。
【符号の説明】
１極性反転手段
２フィルタリング手段
３放電灯
Ｖｓ交流電源
ＤＢ全波整流器
Ｃ０平滑コンデンサ
Ｃｉキャパシタ
Ｓｉｊスイッチング素子

Claims

交流電源を全波整流する全波整流器と、全波整流器の出力端に入力電流高調波抑制手段を備え、前記入力電流高調波抑制手段は第１のエネルギー蓄積手段を具備し、前記入力電流高調波抑制手段の出力端に直流電圧を前記交流電源よりも高周波の略正弦波のステップ電圧に変換する電力変換手段を具備し、前記電力変換手段の出力端にステップ電圧を滑らかにするフィルタリング手段を介して放電灯負荷を接続し、前記電力変換手段は放電灯に印加する電圧の実効値をランプの特性電圧よりも高い電圧とランプの特性電圧よりも低い電圧とに交互に高速に切り替えることによって放電灯を安定点灯動作させる出力制御手段を備えた放電灯点灯装置において、
前記電力変換手段は出力部に極性反転手段を備え、前記第１のエネルギー蓄積手段によって複数のエネルギー蓄積手段に所定の電圧となるよう充放電する電圧調整手段を具備し、入力電流高調波を抑制しつつ入力電流を引き込むように入力電圧に応じて前記複数のエネルギー蓄積手段を択一的に入力側に接続する第１のスイッチング手段と、前記複数のエネルギー蓄積手段を択一的に出力側に接続する第２のスイッチング手段とを具備し、前記電力変換手段により交流電源から前記ステップ電圧の絶対値が前記全波整流器の出力電圧の瞬時値よりも低く且つ異なるステップ電圧の絶対値に比べると電圧差が小さくなるタイミングで入力電流を引き込む動作により前記入力電流高調波抑制手段の機能を兼用させたことを特徴とする放電灯点灯装置。
前記電圧調整手段は、前記複数のエネルギー蓄積手段の少なくとも２つを直列に接続し、直列接続されたエネルギー蓄積手段の電圧和が前記第１のエネルギー蓄積手段の保持する電圧に近い値となる組合せで、前記第１のエネルギー蓄積手段と充放電を行うことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
前記複数のエネルギー蓄積手段のうち１つを前記第１のエネルギー蓄積手段と共用したことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
前記第１のエネルギー蓄積手段は平滑コンデンサであり、前記複数のエネルギー蓄積手段は前記第１のエネルギー蓄積手段よりも容量の小さいキャパシタであることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。