JP3991150B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の直流電圧源からの直流電圧値を択一的に取り出してゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を放電灯に供給しこの放電灯を点灯する放電灯点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の放電灯点灯装置はランプ電流を限流するためにコイルなどの巻線部品が使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
コイルなどの巻線部品は、重量や容量が大きく、このため、装置の小形、軽量化を図ることが困難であった。
【０００４】
本発明は、コイルなどの巻線部品を使用せずにランプ電流を限流制御でき、装置の小形、軽量化を図ることができる放電灯点灯装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、異なる正の電圧値を発生する複数の直流電圧源と、この各直流電圧源からの直流電圧値を択一的に取り出し、ゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を出力するスイッチ回路と、このスイッチ回路からの階段状電圧波形を入力し、交流の階段状電圧波形を出力する極性反転回路と、この極性反転回路からの交流の階段状電圧波形が供給される放電灯と、この放電灯に流れるランプ電流の実効値を検出する実効値検出部と、スイッチ回路を制御し、実効値検出部が検出するランプ電流の実効値が一定になるようにゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御する制御手段を備えたものである。
【０００６】
請求項２記載の発明は、異なる正の電圧値を発生する複数の第１直流電圧源と、この各第１直流電圧源の電圧値と絶対値が等しいゼロ電圧値を含む負の電圧値を発生する複数の第２直流電圧源と、各第１直流電圧源からの直流電圧値を択一的に取り出し、ゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を出力する第１スイッチ回路と、この第１スイッチ回路とは異なるタイミングで各第２直流電圧源からの直流電圧値を択一的に取り出し、ゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を出力する第２スイッチ回路と、各スイッチ回路からの階段状電圧波形が供給される放電灯と、この放電灯に流れるランプ電流の実効値を検出する実効値検出部と、各スイッチ回路を制御し、実効値検出部が検出するランプ電流の実効値が一定になるようにゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御する制御手段を備えたものである。
【０００７】
そして、請求項１又は２記載の放電灯点灯装置において、直流電圧源をそれぞれキャパシタで構成し、各キャパシタは、商用交流入力を全波整流する全波整流器の出力端子にそれぞれ可変抵抗器を介して接続され、各可変抵抗器は、それぞれ対応するキャパシタを充電する期間のみインピーダンスが有限値になり、それ以外の期間ではインピーダンスが無限大になるように制御される。各キャパシタの充電電圧は、各可変抵抗器のインピーダンス制御により全波整流器の出力電圧波形に沿った階段状に設定され、全波整流器の出力電圧が上昇する期間においては、あるキャパシタの充電を、全波整流器の出力電圧がそのキャパシタの充電電圧に等しくなったとき開始させ、次段のキャパシタの充電電圧に等しくなったとき停止させ、全波整流器の出力電圧が下降する期間においては、あるキャパシタの充電を、全波整流器の出力電圧が次段のキャパシタの充電電圧に等しくなったとき停止させ、次段のキャパシタの充電を開始する。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、スイッチ回路から出力される階段状電圧波形の周波数を固定した状態で、制御手段は、ランプ電流が増加しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を短くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を長くする制御を行い、ランプ電流が減少しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を長くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を短くする制御を行うことにある。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、スイッチ回路から出力される階段状電圧波形の周波数を固定した状態で、制御手段は、ランプ電流が増加しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を短くし、低い電圧値ほど出力時間を長くする制御を行い、ランプ電流が減少しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を長くし、低い電圧値ほど出力時間を短くし、いずれの場合もゼロ電圧値の出力時間は一定となるように制御を行うことにある。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、制御手段は、ランプ電流の実効値が定格の状態にあるときはゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を一定にし、ランプ電流が増加しようとしたときには、定格動作時における階段状電圧の実効値よりも高い電圧値の出力時間を可変せずに一定にするか短くし、階段状電圧の実効値以下の電圧値の出力時間を長くする制御を行い、ランプ電流が減少しようとしたときには、階段状電圧の実効値よりも高い電圧値の出力時間を可変せずに一定にするか長くし、階段状電圧の実効値以下の電圧値の出力時間を短くする制御を行い、ランプ電流の実効値が一定になるように制御することにある。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の放電灯点灯装置において、スイッチ回路から出力される階段状電圧波形の周波数を固定した状態で、定格動作時の階段状電圧の実効値との差が大きい電圧値ほど出力時間を、長くあるいは短くする度合いを大きくしたことにある。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、定格動作時にスイッチ回路を介して各キャパシタから放電灯に供給する電圧値の出力時間を、各キャパシタに全波整流器からそれぞれ可変抵抗器を介して充電電流が流れる時間に対して、一律に同じ定数を乗じた時間に設定したことにある。
請求項８記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、各キャパシタの充電電圧の平均値と各キャパシタに対して設定された充電目標値電圧の平均値とを比較する比較手段を設け、制御手段は、各キャパシタによる階段状電圧波形が放電灯に供給されるときに実効値検出部が検出するランプ電流の実効値が予め設定した実効値の目標値になるように階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御し、比較手段は、各キャパシタの充電電圧の平均値が各キャパシタに対して設定された充電目標値電圧の平均値よりも大きいときには実効値の目標値を小さくし、各キャパシタの充電電圧の平均値が充電目標値電圧の平均値よりも小さいときには実効値の目標値を大きく制御することにある。
【００１３】
請求項９記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、任意の可変抵抗器に予め設定した目標値の入力電流が流れるように対応する可変抵抗器のインピーダンスを制御し、任意のキャパシタの充電電圧が一定になるように、そのキャパシタ電圧が充電電圧の目標値よりも低下したときには目標値の入力電流の振幅を大きく制御し、そのキャパシタ電圧が充電電圧の目標値よりも上昇したときには目標値の入力電流の振幅を小さく制御し、制御手段は、階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御することで階段状電圧波形の実効値を可変制御し、この場合における階段状電圧波形の実効値の可変範囲を、定格動作時の階段状電圧波形の実効値に対して±２０％の範囲内にしたことにある。
【００１４】
請求項１０記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、任意の可変抵抗器に予め設定した目標値の入力電流が流れるように対応する可変抵抗器のインピーダンスを制御し、各キャパシタ電圧の平均値が一定になるように、その平均値電圧が目標値電圧よりも低下したときには目標値の入力電流の振幅を大きく制御し、その平均値電圧が目標値電圧よりも上昇したときには目標値の入力電流の振幅を小さく制御し、スイッチ回路から出力されるゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の実効値を検出し、この検出値に従って目標値となる入力電流波形を成形することにある。
【００１５】
【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。
（第１の実施の形態）
図１に示すように、異なる正の電圧値を発生するｎ個の直流電圧源１１-1，１１-2，…１１-nの正極端子にそれぞれＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等からなるｎ個のスイッチ１２-1，１２-2，…１２-nの一端を接続している。前記各スイッチ１２-1〜１２-nはスイッチ回路を構成している。前記各スイッチ１２-1〜１２-nの一端を極性反転回路１３の一端に接続している。
【００１６】
前記極性反転回路１３は、ＦＥＴ等からなる４個のスイッチ１４-1，１４-2，１４-3，１４-4によって構成されている。すなわち、スイッチ１４-1とスイッチ１４-2との直列回路とスイッチ１４ -3とスイッチ１４-4との直列回路を並列に接続し、前記各スイッチ１２-1〜１２-nの一端を前記スイッチ１４-1，１４-3の一端に接続している。
【００１７】
前記極性反転回路１３の他端、すなわち、前記スイッチ１４-2，１４-4の他端を前記各直流電圧源１１-1〜１１-nの負極端子に接続している。前記極性反転回路１３におけるスイッチ１４-1とスイッチ１４-2との接続点と、スイッチ１４-3とスイッチ１４-4との接続点との間に、放電灯１５を低抵抗等からなるランプ電流検出器１６を介して接続している。
【００１８】
前記各スイッチ１２-1〜１２-nは、駆動回路１７によって順次択一的に繰り返しスイッチングされ、前記各直流電圧源１１-1〜１１-nからの直流電圧値を順次択一的に取り出し、ゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を前記極性反転回路１３に出力している。前記極性反転回路１３は、前記各スイッチ１２-1〜１２-nの繰り返し動作の１周期毎にスイッチ１４-1，１４-4のオンと、スイッチ１４-2，１４-3のオンを交互に繰り返し、放電灯１５に対して階段状電圧の交流波形を、例えば、数十ＫＨｚという高周波で供給するようになっている。
【００１９】
前記ランプ電流検出器１６が検出したランプ電流を実効値コンバータ１８に供給している。前記実効値コンバータ１８は、ランプ電流検出器１６が検出したランプ電流を取り込んでランプ電流の実効値に従った電圧に変換し、その実効値電圧を誤差増幅器１９の反転入力端子(-)に供給している。前記誤差増幅器１９の非反転入力端子(+)にはランプ電流実効値の定格値に相当する電圧Ｖrefが供給されている。
【００２０】
前記誤差増幅器１９は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧と定格値に相当する電圧Ｖrefを比較し、実効値電圧を定格値に相当する電圧Ｖrefに近づけるためのフィードバック信号を出力するようになっている。前記誤差増幅器１９からのフィードバック信号を制御器２０のオン／オフタイミング制御部２１に供給している。
【００２１】
前記オン／オフタイミング制御部２１は、誤差増幅器１９からのフィードバック信号によって前記駆動回路１７が各スイッチ１２-1〜１２-nをオン、オフするタイミングを決定して同じく制御器２０の駆動信号発生部２２にタイミング信号を供給している。
【００２２】
前記駆動信号発生部２２はクロック発生部２３からクロック信号を取り込み、前記オン／オフタイミング制御部２１によって決定されたタイミングの駆動信号をクロック信号に同期して前記駆動回路１７に供給するようにしている。これにより、前記駆動回路１７は、各スイッチ１２-1〜１２-nを、実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefに近づくように所定のタイミングで順次択一的にオン動作するようになっている。そして、クロック発生部２３からのクロック信号により極性反転回路１３から放電灯１５に供給されるゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の周波数は固定されるようになっている。
【００２３】
制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefと略等しいときには、極性反転回路１３から放電灯１５に図２の(b)に示すようなゼロ電圧値を含む階段状電圧波形が供給されるように、各スイッチ１２-1〜１２-nをスイッチング制御する駆動信号を駆動回路１７に出力する。
【００２４】
また、制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefに比べて低いときには、極性反転回路１３から放電灯１５に図２の(a)に示すようなゼロ電圧値を含む階段状電圧波形が供給されるように、各スイッチ１２-1〜１２-nをスイッチング制御する駆動信号を駆動回路１７に出力する。すなわち、制御器２０は、階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を長くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を短くする制御を行う。
【００２５】
また、制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefに比べて高いときには、極性反転回路１３から放電灯１５に図２の(c)に示すようなゼロ電圧値を含む階段状電圧波形が供給されるように、各スイッチ１２-1〜１２-nをスイッチング制御する駆動信号を駆動回路１７に出力する。すなわち、制御器２０は、階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を短くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を長くする制御を行う。
【００２６】
このような制御を行うことで、放電灯１５に流れるランプ電流はその実効値が一定になるように制御されるので、放電灯１５に流れるランプ電流は限流され安定する。すなわち、コイルなどの巻線部品を使用することなく、放電灯１５を安定して点灯させることができ、装置の小形、軽量化を図ることができる。
また、この制御ではゼロ電圧値を放電灯１５に供給する時間も制御するので、供給電圧の実効値の制御範囲を大きく取ることができる。
【００２７】
また、別の制御として、制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefと略等しいときには、各スイッチ１２-1〜１２-nを介して極性反転回路１３に図３の(b)に示すような階段状電圧波形が供給されるように各スイッチ１２-1〜１２-nをスイッチング制御する駆動信号を出力する。
【００２８】
また、制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefに比べて低いときには、各スイッチ１２-1〜１２-nを介して極性反転回路１３に図３の(a)に示すようなゼロ電圧値の印加時間を一定にした階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を長くし、低い電圧値ほど出力時間を短くする制御を行う。
【００２９】
また、制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefに比べて高いときには、各スイッチ１２-1〜１２-nを介して極性反転回路１３に図３の(c)に示すようなゼロ電圧値の印加時間を一定にした階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を短くし、低い電圧値ほど出力時間を長くする制御を行う。
【００３０】
このような制御を行っても放電灯１５に流れるランプ電流は限流され安定する。また、この制御では放電灯１５に電力が供給される期間が常に一定になるので、放電灯の発光効率が向上し、また、放電灯から放射される放射雑音を抑制することができる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。
これは、図４に示すように、新たに、異なる負の電圧値を発生するｎ個の直流電圧源３１-1，３１-2，…３１-nを使用し、この直流電圧源３１-1〜３１-nの負極端子にそれぞれＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等からなるｎ個のスイッチ３２-1，３２-2，…３２-nの一端を接続している。各スイッチ１２-1〜１２-nは第１スイッチ回路を構成し、前記各スイッチ３２-1〜３２-nは第２スイッチ回路を構成している。
【００３２】
そして、極性反転回路１３を使用せずに、前記各スイッチ１２-1〜１２-nの他端及び前記各スイッチ３２-1〜３２-nの他端を放電灯１５の一端に接続している。前記放電灯１５の他端を、ランプ電流検出器１６を介して直流電圧源１１-1〜１１-nの負極端子及び前記各直流電圧源３１-1〜３１-nの正極端子に接続している。なお、その他の構成は前述した実施の形態と同じ構成になっている。
【００３３】
このような構成においては、制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefと略等しいときには、各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nを介して放電灯１５に図２の(b)あるいは図３の(b)に示すようなゼロ電圧値を含む階段状電圧波形が供給されるように、各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nをスイッチング制御する駆動信号を駆動回路１７に出力する。
【００３４】
また、制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefに比べて低いときには、各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nを介して放電灯１５に図２の(a)あるいは図３の(a)に示すようなゼロ電圧値を含む階段状電圧波形が供給されるように、各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nをスイッチング制御する駆動信号を駆動回路１７に出力する。すなわち、階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を長くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を短くする、あるいはゼロ電圧値の出力時間は固定とし、低い電圧値ほど出力時間を短くする制御を行う。
【００３５】
また、制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefに比べて高いときには、各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nを介して放電灯１５に図２の(c)あるいは図３の(c)に示すようなゼロ電圧値を含む階段状電圧波形が供給されるように、各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nをスイッチング制御する駆動信号を駆動回路１７に出力する。すなわち、階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を短くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を長くする、あるいはゼロ電圧値の出力時間は固定とし、低い電圧値ほど出力時間を長くする制御を行う。
【００３６】
従って、この実施の形態においても放電灯１５に流れるランプ電流はその実効値が一定になるように制御されるので、放電灯１５に流れるランプ電流は限流され安定する。従って、前述した実施の形態と同様に装置の小形、軽量化を図ることができる。
【００３７】
また、この実施の形態においても階段状電圧波形の制御を図２に示すように行えば、供給電圧の実効値の制御範囲を大きく取ることができる。また、階段状電圧波形の制御を図３に示すように行えば、発光効率を向上でき、放射雑音を抑制できる。
【００３８】
（第３の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。
これは、図５に示すように、前述した第１の実施の形態における直流電圧源１１-1〜１１-nに代えてキャパシタを使用したものである。
【００３９】
すなわち、商用交流電源４１に全波整流器４２の入力端子を接続し、その全波整流器４２の出力端子に、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなる可変抵抗器４３-1，４３-2，…４３-nをそれぞれ介してキャパシタ４４-1，４４-2，…４４-nをそれぞれ接続している。そして、前記各キャパシタ４４-1〜４４-nにそれぞれスイッチ１２-1，１２-2，…１２-nを介して極性反転回路１３を接続している。
【００４０】
前記各可変抵抗器４３-1〜４３-nは、ＦＥＴを非飽和領域で駆動して可変抵抗器としての機能を果たすもので、それぞれ対応するキャパシタ４４-1〜４４-nを充電する期間のみインピーダンスが有限値になり、それ以外の期間ではインピーダンスが無限大になるように制御される。そして、前記各可変抵抗器４３-1〜４３-nは、各キャパシタ４４-1〜４４-nを充電するときのインピーダンスが、商用交流入力電圧に略比例した波形の入力電流が前記全波整流器４２から流れ込むように制御されるようになっている。
【００４１】
そして、商用交流電源４１の電源電圧の絶対値が上昇する期間においては、あるキャパシタの充電を、そのキャパシタの電圧が商用交流電源電圧の絶対値と等しくなったとき開始させ、次段のキャパシタの電圧が商用交流電源電圧の絶対値と等しくなったとき停止させ、商用交流電源４１の電源電圧の絶対値が下降する期間においては、あるキャパシタの充電を、１つ前のキャパシタの電圧が商用交流電源電圧の絶対値と等しくなったとき開始させ、充電電圧が商用交流電源電圧の絶対値と等しくなったとき停止させるようになっている。
なお、その他の構成は前述した第１の実施の形態と同様である。
【００４２】
この構成においては、全波整流器４２の出力電圧の変化によって各可変抵抗器４３-1〜４３-nが順次所定のインピーダンスとなるように制御され、各可変抵抗器４３-1〜４３-nを介して各キャパシタ４４-1〜４４-nに所望の充電電流が流れる。
【００４３】
すなわち、全波整流器４２の出力電圧の上昇時にはキャパシタ４４-1が可変抵抗器４３-1を介して充電されているときに全波整流器４２の出力電圧が次段のキャパシタ４４-2の充電電圧に等しくなると可変抵抗器４３-1のインピーダンスが有限値から無限大に切り替わってキャパシタ４４-1への充電が停止され、代わって、可変抵抗器４３-2のインピーダンスが無限大から有限値に切り替わりキャパシタ４４-2が可変抵抗器４３-2を介して充電されるようになる。
【００４４】
このようにして全波整流器４２の出力電圧が上昇している期間においては、各可変抵抗器４３-1〜４３-nのインピーダンスが所定のタイミングで無限大から有限値に切り替わり、各キャパシタ４４-1〜４４-nに予め設定した目標値の充電電流が流れる。
【００４５】
また、全波整流器４２の出力電圧の下降時にはキャパシタ４４-nの充電電圧が全波整流器４２の出力電圧に等しくなると、可変抵抗器４３-nのインピーダンスが有限値から無限大に切り替わるとともに可変抵抗器４３-(n-1)のインピーダンスが無限大から有限値に切り替わり、キャパシタ４４-nに代わってキャパシタ４４-(n-1)への充電が開始される。
【００４６】
このようにして全波整流器４２の出力電圧が下降している期間においても、各可変抵抗器４３-1〜４３-nのインピーダンスが所定のタイミングで無限大から有限値に切り替わり、各キャパシタ４４-1〜４４-nに予め設定した目標値の充電電流が流れる。
目標値の充電電流波形を入力電圧波形と同位相の正弦波として設定し、このような制御を行うことで、全波整流器４２からの入力電流波形は電圧波形とほぼ同位相の正弦波とすることができ、入力力率を改善できる。
【００４７】
一方、各スイッチ１２-1〜１２-nは各可変抵抗器４３-1〜４３-nがインピーダンスを切り替える周期に比べてかなり早い周期で順次スイッチング動作し、各キャパシタ４４-1〜４４-nの充電電圧を順次極性反転回路１３に供給する。そして、極性反転回路１３から放電灯１５に階段状電圧波形が供給される。こうして放電灯１５は高周波点灯される。
【００４８】
そして、この実施の形態においても極性反転回路１３から放電灯１５に供給される階段状電圧波形は放電灯１５に流れるランプ電流の実効値が一定になるように制御されるので、放電灯１５に流れるランプ電流は限流され安定する。従って、前述した実施の形態と同様に装置の小形、軽量化を図ることができる。
【００４９】
また、この実施の形態においても階段状電圧波形の制御を図２に示すように行えば、供給電圧の実効値の制御範囲を大きく取ることができる。また、階段状電圧波形の制御を図３に示すように行えば、放電灯の発光効率を向上でき、放電灯から放射される放射雑音を抑制できる。
【００５０】
（第４の実施の形態）
なお、この実施の形態の構成は図４に示す構成になっている。
この実施の形態において、例えば、一例として、ランプ電流の実効値が定格の状態にあるときには、図６の(b)に示すように各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nのオン時間を可変せずに一定にしてゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００５１】
また、ランプ電流の実効値が定格よりも増加すると、図６の(a)に示すように、電圧が定格実効値よりも高い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときには該当するスイッチのオン時間を可変せずに一定にし、電圧が定格実効値よりも低い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときには該当するスイッチのオン時間が長くなるように可変して階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００５２】
また、ランプ電流の実効値が定格よりも減少すると、図６の(c)に示すように、電圧が定格実効値よりも高い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときには該当するスイッチのオン時間を可変せずに一定にし、電圧が定格実効値よりも低い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときには該当するスイッチのオン時間が短くなるように可変して階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００５３】
このような制御を行うことでランプ電流の実効値を一定に制御でき、これにより、巻線部品を使用することなく、放電灯１５を安定して点灯させることができ、装置の小形、軽量化を図ることができる。
【００５４】
また、他の例として、ランプ電流の実効値が定格の状態にあるときには、図７の(b)に示すように各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nのオン時間を可変せずに一定にしてゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００５５】
また、ランプ電流の実効値が定格よりも増加すると、図７の(a)に示すように、電圧が定格実効値よりも高い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときにはスイッチのオン時間が短くなるように制御し、電圧が定格実効値よりも低い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときにはスイッチのオン時間を可変せずに一定にして階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００５６】
また、ランプ電流の実効値が定格よりも減少すると、図７の(c)に示すように、電圧が定格実効値よりも高い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときにはスイッチのオン時間が長くなるように制御し、電圧が定格実効値よりも低い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときにはスイッチのオン時間を可変せずに一定にして階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００５７】
このような制御を行うことでランプ電流の実効値を一定に制御でき、これにより、巻線部品を使用することなく、放電灯１５を安定して点灯させることができ、装置の小形、軽量化を図ることができる。
【００５８】
また、他の例として、ランプ電流の実効値が定格の状態にあるときには、図８の(b)に示すように各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nのオン時間を可変せずに一定にしてゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００５９】
また、ランプ電流の実効値が定格よりも増加すると、図８の(a)に示すように、電圧が定格実効値よりも高い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときにはスイッチのオン時間が短くなるように制御し、電圧が定格実効値よりも低い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときにはスイッチのオン時間が長くなるように制御して階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００６０】
また、ランプ電流の実効値が定格よりも減少すると、図８の(c)に示すように、電圧が定格実効値よりも高い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときにはスイッチのオン時間が長くなるように制御し、電圧が定格実効値よりも低い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときにはスイッチのオン時間が短くなるように制御して階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００６１】
このような制御を行うことでランプ電流の実効値を一定に制御でき、これにより、巻線部品を使用することなく、放電灯１５を安定して点灯させることができ、装置の小形、軽量化を図ることができる。
【００６２】
また、さらに、他の例として、図９に示すように、放電灯１５に供給する階段状電圧波形の周波数をほぼ固定した状態で定格実効値との差が大きい直流電圧源ほど該当するスイッチのオン時間を長く、あるいはオン時間を短くする度合いを大きくする制御を行う。すなわち、ランプ電流の実効値が定格の状態にあるときには、図９の(b)に示すように各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nのオン時間を可変せずに一定にしてゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００６３】
また、ランプ電流の実効値が定格よりも増加すると、図９の(a)に示すように、電圧が定格実効値よりも高い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときほどスイッチのオン時間が短くなるように制御し、電圧が定格実効値よりも低い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときほどスイッチのオン時間が長くなるように制御して階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００６４】
また、ランプ電流の実効値が定格よりも減少すると、図９の(c)に示すように、電圧が定格実効値よりも高い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときほどスイッチのオン時間が長くなるように制御し、電圧が定格実効値よりも低い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときほどスイッチのオン時間が短くなるように制御して階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００６５】
このような制御を行うことでランプ電流の実効値を一定に制御でき、これにより、巻線部品を使用することなく、放電灯１５を安定して点灯させることができ、装置の小形、軽量化を図ることができる。
【００６６】
（第５の実施の形態）
なお、この実施の形態の構成は図５に示す構成になっている。
この実施の形態において、各キャパシタ４４-1〜４４-nの充電電圧は各可変抵抗器４３-1〜４３-nのインピーダンス制御によって図１０に示すように、全波整流器４２の出力電圧波形Ｖinに沿った階段状電圧ＶAとなる。
【００６７】
そして、各キャパシタ４４-1〜４４-nの充電電圧を各スイッチ１２-1〜１２-nのスイッチング動作によって高い周波数の階段状電圧波形として極性反転回路１３に供給し、この極性反転回路１３から放電灯１４に高周波の階段状電圧波形が供給される。
【００６８】
このとき各スイッチ１２-1〜１２-nがオン動作するスイッチング動作時間は、各可変抵抗器４３-1〜４３-nのインピーダンス切り替えタイミングに応じて、各可変抵抗器４３-1〜４３-nがインピーダンスを有限値に切り替えている時間に一律に同じ定数を乗じた時間となるように設定している。
【００６９】
従って、極性反転回路１３に供給される高周波の階段状電圧波形は、図１１に示すように、正弦波状の包絡線ＶXに沿った波形ＶBとなる。このようにすれば、極性反転回路１３から放電灯１５に供給される階段状電圧波形の包絡線は正弦波状にできるので、放電灯の発光効率の向上や放電灯からの放射雑音の抑制などができる。
【００７０】
なお、この実施の形態においても巻線部品を使用することなくランプ電流の実効値を一定に制御できるので、装置の小形、軽量化を図ることができるものである。
【００７１】
（第６の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明は省略する。
図１２に示すように、全波整流器４２の出力端子にそれぞれダイオード４５-1，…４５-n、可変抵抗器４３-1，…４３-n、抵抗器などのインピーダンス素子からなる入力電流検出回路４６-1，…４６-nを直列に介してキャパシタ４４-1，…４４-nを接続している。
【００７２】
前記各可変抵抗器４３-1〜４３-nをドライブ回路４７-1，…４７-nによって駆動し、この各ドライブ回路４７-1〜４７-nに誤差増幅器４８-1，…４８-nからの出力を供給している。
【００７３】
また、前記各キャパシタ４４-1〜４４-nの充電電圧をキャパシタ電圧検出回路４９-1，…４９-nによってそれぞれ検出し、この検出出力を誤差増幅器５０-1，…５０-nの反転入力端子(-)に供給している。前記各誤差増幅器５０-1〜５０-nの非反転入力端子(+)には充電電圧の目標値を設定する基準電圧Ｖref1〜Ｖrefnが供給されている。前記各誤差増幅器５０-1〜５０-nの出力を乗算器５１-1〜５１-nにそれぞれ供給している。
【００７４】
入力電流目標値設定回路５２を設け、この設定回路５２から前記各乗算器５１-1〜５１-nに目標値となる入力電流の正弦波データを供給している。前記各乗算器５１-1〜５１-nは前記各誤差増幅器５０-1〜５０-nからの出力により前記入力電流目標値設定回路５２からの入力電流正弦波データの振幅を可変制御するようになっている。
【００７５】
前記各乗算器５１-1〜５１-nからの出力は、それぞれレベルシフト回路５３-1〜５３-nによってレベルシフトされて前記第１の誤差アンプ４８-1〜４８-nの非反転入力端子(+)に入力されている。前記誤差増幅器４８-1〜４８-nは目標値の入力電流と入力電流検出回路４６-1〜４６-nが検出した実際の入力電流を比較し、その誤差を求めて前記ドライブ回路４７-1〜４７-nに供給している。前記ドライブ回路４７-1〜４７-nは、実際の入力電流が目標値の入力電流に近づくように可変抵抗器４３-1〜４３-nのインピーダンスを可変制御するようになっている。
【００７６】
なお、この装置では前記ドライブ回路４７-1〜４７-n及び誤差増幅器４８-1〜４８-nの基準電位は各キャパシタ４４-1〜４４-nの充電電圧であり、前記キャパシタ電圧検出回路４９-1〜４９-n及び誤差増幅器５０-1〜５０-nの基準電位は回路全体の基準電位である全波整流器４２の出力端子における負極端子の電位になっている。従って、レベルシフト回路５３-1〜５３-nを使用して基準電位を合わせるためにキャパシタ毎にシフトさせる必要が有る。
【００７７】
前記各キャパシタ４４-1〜４４-nの充電電圧をダイオード５４-1〜５４-n及びスイッチ１２-1〜１２-nをそれぞれ介して極性反転回路１３に供給するようになっている。
【００７８】
前記各キャパシタ電圧検出回路４９-1〜４９-nが検出したキャパシタ電圧をキャパシタ電圧比較回路５５に供給している。前記キャパシタ電圧比較回路５５には、また、クロック発生部２３からクロック信号が入力されるようになっている。前記キャパシタ電圧比較回路５５は、クロック信号に同期して各キャパシタ電圧検出回路４９-1〜４９-nが検出したキャパシタ電圧の平均値を求め、この算出した平均値と予め設定した各キャパシタの充電電圧目標値の平均値を比較する。また、誤差増幅器１９の非反転入力端子(+)にはランプ電流実効値の定格値に相当する可変可能な電圧ＶＲrefが供給されている。
【００７９】
前記キャパシタ電圧比較回路５５は、比較結果に基づいて前記電圧ＶＲrefを可変制御するようになっている。すなわち、充電電圧目標値の平均値に比べて検出したキャパシタ電圧の平均値が大きいときには、ランプ電流の実効値の目標値、すなわち、電圧ＶＲrefを低下させる。また、充電電圧目標値の平均値に比べて検出したキャパシタ電圧の平均値が小さいときには、ランプ電流の実効値の目標値、すなわち、電圧ＶＲrefを上昇させる。
【００８０】
このような構成においては、各キャパシタ４４-1〜４４-nの充電電圧が全体として高くなろうとしたときには、ランプ電流の実効値が小さくなるように制御され、逆に、各キャパシタ４４-1〜４４-nの充電電圧が全体として低くなろうとしたときには、ランプ電流の実効値が大きくなるように制御される。
【００８１】
また、同時にキャパシタ電圧は、入力電流検出回路４６-1〜４６-n、ドライブ回路４７-1〜４７-n、キャパシタ電圧検出回路４９-1〜４９-n、誤差増幅器４８-1〜４８-n、５０-1〜５０-n、入力電流目標値設定回路５２、乗算器５１-1〜５１-n等の作用によって充電電圧が目標値に近づくように制御され、ランプ電流の目標値は当初の目標値である定格値に収束する。これにより、キャパシタ電圧の変動に対して、ランプ電流が過剰に増加したり、減少したりするのを防ぐことができる。また、力率の改善が図られる。なお、この実施の形態においても巻線部品を使用せずに放電灯１５はランプ電流が一定になるように制御されるので、前述した実施の形態と同様に装置の小形、軽量化を図ることができる。
【００８２】
（第７の実施の形態）
なお、この実施の形態の構成は図１２に示す構成になっている。この実施の形態においては、出力電圧の実効値の可変範囲を定格時の実効値に対して、±２０％の範囲内にしたものである。
すなわち、スイッチ１２-1〜１２-nの択一的なスイッチング動作によって極性反転回路１３に階段状電圧波形が供給され、この極性反転回路１３から放電灯１５に交流の階段状電圧波形が供給されて放電灯１５が点灯される。
【００８３】
また、入力電流目標値設定回路５２からの目標値となる入力電流の正弦波データは各乗算器５１-1〜５１-nにおいて誤差増幅器５０-1〜５０-nからの出力によりその振幅が可変制御される。これにより、実際のキャパシタ電圧と目標値との差の大きさに基づいて可変抵抗器４３-1〜４３-nのインピーダンスが制御され、キャパシタ４６-1〜４６-nへの入力電流量が制御されるとともに充電電圧が目標値に近づくように制御される。
【００８４】
また、出力部においては、放電灯１５に流れるランプ電流の実効値が電圧ＶＲrefによって設定された定格値になるようにスイッチ１２-1〜１２-nのオン動作時間が制御される。
【００８５】
ところで、スイッチ１２-1〜１２-nにおける対応するスイッチが定格時間よりも短い時間でオン動作するように制御されたキャパシタは、放電灯１５に対する電荷の放電量が減少するので、そのキャパシタの充電電圧は上昇しようとする。このとき、キャパシタ電圧一定制御により、乗算器からの入力電流目標値である正弦波データの振幅は小さくなり、キャパシタ電圧を低下させ、キャパシタの充電電圧が目標値に近づくように制御される。
【００８６】
また、スイッチ１２-1〜１２-nにおける対応するスイッチが定格時間よりも長い時間でオン動作するように制御されたキャパシタは、放電灯１５に対する電荷の放電量が増大するので、そのキャパシタの充電電圧は下降しようとする。このとき、キャパシタ電圧一定制御により、乗算器からの入力電流目標値である正弦波データの振幅は大きくなり、キャパシタ電圧を上昇させ、キャパシタの充電電圧が目標値に近づくように制御される。
【００８７】
その結果として、各キャパシタ４６-1〜４６-nの入力電流目標値の波形が正弦波に設定していても振幅の設定が各キャパシタ毎に異なることになり、入力電流に段が生じ、高調波成分が大きくなる。このため、入力電流の高調波成分を大きく悪化させないために放電灯１５に供給される階段状電圧波形の実効値範囲を規定することが必要になる。
【００８８】
図１３は放電灯１５に供給される階段状電圧波形と比較のための正弦波波形を示したもので、(a)はランプ電流の実効値が定格時の実効値に対して−２４％のときの階段状電圧波形と正弦波波形を示し、(b)はランプ電流の実効値が定格時の実効値に対して−１１％のときの階段状電圧波形と正弦波波形を示し、(c)はランプ電流の実効値が定格時の実効値と一致しているときの階段状電圧波形と正弦波波形を示し、(d)はランプ電流の実効値が定格時の実効値に対して＋１０％のときの階段状電圧波形と正弦波波形を示し、(e)はランプ電流の実効値が定格時の実効値に対して＋１９％のときの階段状電圧波形と正弦波波形を示している。
【００８９】
そして、ランプ電流の実効値が定格時の実効値に対して−２４％のときの入力電流波形は図１４の(a)に示すようになり、ランプ電流の実効値が定格時の実効値に対して−１１％のときの入力電流波形は図１４の(b)に示すようになり、ランプ電流の実効値が定格時の実効値と一致しているときの入力電流波形は図１４の(c)に示すようになり、ランプ電流の実効値が定格時の実効値に対して＋１０％のときの入力電流波形は図１４の(d)に示すようになり、ランプ電流の実効値が定格時の実効値に対して−１９％のときの入力電流波形は図１４の(e)に示すようになる。
【００９０】
また、階段状電圧の実効値の変化と入力電流との関係を表で示すと表１に示すようになる。階段状電圧の実効値が定格から外れてくると、入力電流の、特に、３次高調波成分が大きくなることがわかる。この結果から、階段状電圧波形の、実効値の変化の範囲を、定格動作時の階段状電圧波形の実効値に対して、約２０％の絶対値以下に設定することによって、入力電流の高調波成分を大きく悪化させることは無い。
【００９１】
【表１】
【００９２】
なお、この実施の形態の構成は図１２の構成になっているので、この実施の形態においても巻線部品を使用せずに放電灯１５はランプ電流が一定になるように制御されるので、前述した実施の形態と同様の作用効果が得られるのは勿論である。
【００９３】
（第８の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省力する。
これは、図１５に示すように、各キャパシタ４４-1〜４４-nの電圧をキャパシタ電圧平均値検出回路５６で検出してその平均値を代表値として求めるようになっている。なお、代表値としては平均値に限られず各キャパシタ４４-1〜４４-nのいずれか１つの電圧を検出して代表値としてもよい。この場合、充電目標値がもっとも高いキャパシタの電圧を検出するようにすれば、各可変抵抗器４３-1〜４３-nのインピーダンス制御が確実にでき、入力電流を常に滑らかに連続して流すことができるようになる。
【００９４】
前記キャパシタ電圧平均値検出回路５６で求めたキャパシタ電圧の平均値を誤差増幅器５７の反転入力端子(-)に供給するとともにキャパシタ電圧比較回路５８に供給している。
前記誤差増幅器５７の非反転入力端子(+)には、充電電圧の目標値の平均値を設定する基準電圧Ｖrefが供給されている。前記誤差増幅器５７は、キャパシタ電圧平均値検出回路５６で求めたキャパシタ電圧の平均値と充電電圧の目標値を設定する基準電圧Ｖrefを比較し、その誤差出力を入力電流目標波形成形回路５９に供給している。
【００９５】
前記入力電流目標波形成形回路５９は、放電灯１５に供給される階段状電圧波形の実効値が定格値にあるときには、図１６の(a)に示す正弦波の入力電圧波形と相似形の図１６の(b)に示す正弦波の入力電流波形を入力電流目標波形として成形し出力するようになっている。
【００９６】
また、前記入力電流目標波形成形回路５９は、階段状電圧波形の実効値が定格値よりも上昇したときには、図１７に示すように、商用交流の１サイクルにおいて位相が９０°及び２７０°前後では定格動作時において目標値となる入力電流波形Ｉ０よりも振幅が大きく、しかも９０°及び２７０°に向かって振幅がより大きくなり、それ以外の部位では入力電流波形Ｉ０よりも振幅が小さくなる電流波形を入力電流目標波形Ｉ１として成形し出力するようになっている。
【００９７】
また、前記入力電流目標波形成形回路５９は、階段状電圧波形の実効値が定格値よりも低下したときには、図１８に示すように、商用交流の１サイクルにおいて位相が９０°及び２７０°前後では定格動作時において目標値となる入力電流波形Ｉ０よりも振幅が小さく、しかも９０°及び２７０°に向かって振幅がより小さくなり、それ以外の部位では入力電流波形Ｉ０よりも振幅が大きくなる電流波形を入力電流目標波形Ｉ２として成形し出力するようになっている。
【００９８】
前記キャパシタ電圧比較回路５８には、また、クロック発生部２３からクロック信号が入力されるようになっている。前記キャパシタ電圧比較回路５８は、クロック信号に同期して前記キャパシタ電圧平均値検出回路５６で求めたキャパシタ電圧の平均値と予め設定した各キャパシタの充電電圧目標値の平均値を比較する。そして、前記キャパシタ電圧比較回路５８は、比較結果に基づいて前記電圧ＶＲrefを可変制御するようになっている。
【００９９】
このような構成においては、放電灯１５に供給される階段状電圧波形の実効値が定格値から上昇した場合、充電電圧が低いキャパシタを放電灯１５に供給するためのスイッチは、定格時よりも短い時間でオン動作するように制御されており、キャパシタから放電灯１５への放電電荷量は減少するので、そのキャパシタ電圧は上昇しようとする。
また、充電電圧が高いキャパシタを放電灯１５に供給するためのスイッチは、定格時よりも長い時間でオン動作するように制御されており、キャパシタから放電灯１５への放電電荷量は増加するので、そのキャパシタ電圧は下降しようとする。
【０１００】
従って、全波整流器４２からの入力電流の目標波形として、商用交流の１サイクルにおいて、位相が９０°及び２７０°前後では正弦波の入力電流波形Ｉ０よりも振幅が大きく、それ以外の部位では振幅が小さくなるように入力電流目標波形成形回路５９で波形成形することで、キャパシタ電圧の代表値に従った制御であるが、各キャパシタの充電電圧を対応する目標値電圧に近づけることができるとともに、入力電流波形を滑らかにすることができる。
【０１０１】
また、放電灯１５に供給される階段状電圧波形の実効値が定格値から減少した場合、充電電圧が低いキャパシタを放電灯１５に供給するためのスイッチは、定格時よりも長い時間でオン動作するように制御されており、キャパシタから放電灯１５への放電電荷量は増加するので、そのキャパシタ電圧は下降しようとする。
また、充電電圧が高いキャパシタを放電灯１５に供給するためのスイッチは、定格時よりも短い時間でオン動作するように制御されており、キャパシタから放電灯１５への放電電荷量は減少するので、そのキャパシタ電圧は上昇しようとする。
【０１０２】
従って、全波整流器４２からの入力電流の目標波形として、商用交流の１サイクルにおいて、位相が９０°及び２７０°前後では正弦波の入力電流波形Ｉ０よりも振幅が小さく、それ以外の部位では振幅が大きくなるように入力電流目標波形成形回路５９で波形成形することで、キャパシタ電圧の代表値に従った制御であるが、各キャパシタの充電電圧を対応する目標値電圧に近づけることができるとともに、入力電流波形を滑らかにすることができる。
【０１０３】
このように、放電灯１５に供給される階段状電圧波形の実効値の変化に応じて入力電流目標波形成形回路５９から各誤差増幅器４８-1〜４８-nに供給される入力電流目標波形を変化させることで、キャパシタ電圧の代表値に従った制御であるが、各キャパシタの充電電圧を対応する目標電圧値に近づけることができるとともに、全波整流器４２からの入力電流波形が急激に変化せずに常に滑らかに変化するようになる。従って、入力電流波形による、特に高次の高調波成分の発生を抑制することができる。
【０１０４】
なお、この実施の形態においても巻線部品を使用せずに放電灯１５はランプ電流が一定になるように制御されるので、前述した実施の形態と同様の作用効果が得られるのは勿論である。
【０１０５】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１記載の発明及び請求項２記載の発明によれば、放電灯に流れるランプ電流の実効値を実効値検出部で検出し、この実効値検出部が検出するランプ電流の実効値が一定になるようにスイッチ回路を制御してゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御するので、コイルなどの巻線部品を使用せずにランプ電流を限流制御でき、装置の小形、軽量化を図ることができる。
【０１０６】
また、直流電圧源をそれぞれキャパシタで構成し、各キャパシタは、商用交流入力を全波整流する全波整流器の出力端子にそれぞれ可変抵抗器を介して接続され、各可変抵抗器は、それぞれ対応するキャパシタを充電する期間のみインピーダンスが有限値になり、それ以外の期間ではインピーダンスが無限大になるように制御され、各可変抵抗器は、各キャパシタを充電するときのインピーダンスが、商用交流入力電圧に略比例した波形の入力電流が全波整流器から流れ込むように制御されるので、入力電流波形を入力電圧波形とほぼ同位相の正弦波とすることができ、入力力率を改善できる。
【０１０７】
また、請求項３記載の発明によれば、スイッチ回路から出力される階段状電圧波形の周波数を固定した状態で、ランプ電流が増加しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を短くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を長くする制御を行い、ランプ電流が減少しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を長くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を短くする制御を行うので、ランプ電流の実効値を一定に制御でき、巻線部品を使用することなく、放電灯を安定して点灯させることができる。
【０１０８】
また、請求項４記載の発明によれば、スイッチ回路から出力される階段状電圧波形の周波数を固定した状態で、ランプ電流が増加しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を短くし、低い電圧値ほど出力時間を長くする制御を行い、ランプ電流が減少しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を長くし、低い電圧値ほど出力時間を短くし、いずれの場合もゼロ電圧値の出力時間は一定となるように制御を行うので、ランプ電流の実効値を一定に制御でき、巻線部品を使用することなく、放電灯を安定して点灯させることができ、しかも、放電灯の発光効率を向上できるとともに放電灯から放射される放射雑音を抑制することができる。
【０１０９】
また、請求項５記載の発明によれば、ランプ電流の実効値が定格の状態にあるときはゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を一定にし、ランプ電流が増加しようとしたときには、定格動作時における階段状電圧の実効値よりも高い電圧値の出力時間を可変せずに一定にするか短くし、階段状電圧の実効値以下の電圧値の出力時間を長くする制御を行い、ランプ電流が減少しようとしたときには、階段状電圧の実効値よりも高い電圧値の出力時間を可変せずに一定にするか長くし、階段状電圧の実効値以下の電圧値の出力時間を短くする制御を行い、ランプ電流の実効値が一定になるように制御するので、巻線部品を使用することなく、放電灯を安定して点灯させることができる。
【０１１０】
また、請求項６記載の発明によれば、スイッチ回路から出力される階段状電圧波形の周波数を固定した状態で、定格動作時の階段状電圧の実効値との差が大きい電圧値ほど出力時間を、長くあるいは短くする度合いを大きくしたので、ランプ電流の実効値を一定に制御でき、放電灯を安定して点灯させることができる。
【０１１１】
また、請求項７記載の発明によれば、定格動作時において、スイッチ回路を介して各キャパシタから放電灯に供給する電圧値の出力時間を、各キャパシタに全波整流器からそれぞれ可変抵抗器を介して充電電流が流れる時間に対して、一律に同じ定数を乗じた時間に設定したので、放電灯に供給される階段状電圧波形の包絡線を正弦波状にでき、放電灯の発光効率の向上や放電灯から放射される放射雑音を抑制することができる。
【０１１２】
また、請求項８記載の発明によれば、各キャパシタの充電電圧の平均値と各キャパシタに対して設定された充電目標値電圧の平均値とを比較する比較手段を設け、各キャパシタによる階段状電圧波形が放電灯に供給されるときに実効値検出部が検出するランプ電流の実効値が予め設定した実効値の目標値になるように階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御し、比較手段は、各キャパシタの充電電圧の平均値が各キャパシタに対して設定された充電目標値電圧の平均値よりも大きいときには実効値の目標値を小さくし、各キャパシタの充電電圧の平均値が充電目標値電圧の平均値よりも小さいときには実効値の目標値を大きく制御するので、キャパシタ電圧の代表値に従った制御であるが、各キャパシタの充電電圧を対応する目標電圧値に近づけることができるとともに、入力電流波形が急激に変化せずに常に滑らかに変化するようになり、入力電流波形による、特に高次の高調波成分の発生を抑制することができる。
【０１１３】
また、請求項９記載の発明によれば、任意の可変抵抗器に予め設定した目標値の入力電流が流れるように対応する可変抵抗器のインピーダンスを制御し、任意のキャパシタの充電電圧が一定になるように、そのキャパシタ電圧が充電電圧の目標値よりも低下したときには目標値の入力電流の振幅を大きく制御し、そのキャパシタ電圧が充電電圧の目標値よりも上昇したときには目標値の入力電流の振幅を小さく制御し、階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御することで階段状電圧波形の実効値を可変制御し、この場合における階段状電圧波形の実効値の可変範囲を、定格動作時の階段状電圧波形の実効値に対して±２０％の範囲内にしたので、入力電流の高調波成分を大きく悪化させることなく、しかも、巻線部品を使用することなく、放電灯を安定して点灯させることができる。
【０１１４】
また、請求項１０記載の発明によれば、任意の可変抵抗器に予め設定した目標値の入力電流が流れるように対応する可変抵抗器のインピーダンスを制御し、各キャパシタ電圧の平均値が一定になるように、その平均値電圧が目標値電圧よりも低下したときには目標値の入力電流の振幅を大きく制御し、その平均値電圧が目標値電圧よりも上昇したときには目標値の入力電流の振幅を小さく制御し、スイッチ回路から出力されるゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の実効値を検出し、この検出値に従って目標値となる入力電流波形を成形するので、キャパシタ電圧の代表値に従った制御であるが、各キャパシタの充電電圧を対応する目標電圧値に近づけることができるとともに、入力電流波形が急激に変化せずに常に滑らかに変化するようになり、入力電流波形による、特に高次の高調波成分の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の、第１の実施の形態を示す一部ブロックを含む回路構成図。
【図２】 同実施の形態において放電灯に供給される階段状電圧波形の一例を示す図。
【図３】 同実施の形態において放電灯に供給される階段状電圧波形の他の例を示す図。
【図４】 本発明の、第２の実施の形態を示す一部ブロックを含む回路構成図。
【図５】 本発明の、第３の実施の形態を示す一部ブロックを含む回路構成図。
【図６】 本発明の、第４の実施の形態において放電灯に供給される階段状電圧波形の一例を示す図。
【図７】 同実施の形態において放電灯に供給される階段状電圧波形の他の例を示す図。
【図８】 同実施の形態において放電灯に供給される階段状電圧波形の他の例を示す図。
【図９】 同実施の形態において放電灯に供給される階段状電圧波形の他の例を示す図。
【図１０】 本発明の、第５の実施の形態における全波整流器からの出力電圧波形と各キャパシタの充電電圧との関係を示す図。
【図１１】 同実施の形態における極性反転回路に供給される高周波な階段状電圧波形を示す図。
【図１２】 本発明の、第６の実施の形態を示す一部ブロックを含む回路構成図。
【図１３】 本発明の、第７の実施の形態においてランプ電流実効値が変化したときの放電灯に供給される階段状電圧波形と比較のための正弦波波形を示す図。
【図１４】 同実施の形態におけるランプ電流実効値が変化したときの入力電流波形を示す図。
【図１５】 本発明の、第８の実施の形態を示す一部ブロックを含む回路構成図。
【図１６】 同実施の形態における入力電圧波形と階段状電圧波形の実効値が定格値のときの入力電流目標波形成形回路で成形される入力電流目標波形を示す図。
【図１７】 同実施の形態において階段状電圧波形の実効値が定格値よりも上昇したときの入力電流目標波形成形回路で成形される入力電流目標波形を正弦波の入力電流波形と比較して示す図。
【図１８】 同実施の形態において階段状電圧波形の実効値が定格値よりも低下したときの入力電流目標波形成形回路で成形される入力電流目標波形を正弦波の入力電流波形と比較して示す図。
【符号の説明】
１１-1〜１１-n…直流電圧源、１２-1〜１２-n…スイッチ、１３…極性反転回路、１５…放電灯、１６…ランプ電流検出器、１７…駆動回路、１８…実効値コンバータ、１９…誤差増幅器、２０…制御器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の直流電圧源からの直流電圧値を択一的に取り出してゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を放電灯に供給しこの放電灯を点灯する放電灯点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の放電灯点灯装置はランプ電流を限流するためにコイルなどの巻線部品が使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
コイルなどの巻線部品は、重量や容量が大きく、このため、装置の小形、軽量化を図ることが困難であった。
【０００４】
本発明は、コイルなどの巻線部品を使用せずにランプ電流を限流制御でき、装置の小形、軽量化を図ることができる放電灯点灯装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、異なる正の電圧値を発生する複数の直流電圧源と、この各直流電圧源からの直流電圧値を択一的に取り出し、ゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を出力するスイッチ回路と、このスイッチ回路からの階段状電圧波形を入力し、交流の階段状電圧波形を出力する極性反転回路と、この極性反転回路からの交流の階段状電圧波形が供給される放電灯と、この放電灯に流れるランプ電流の実効値を検出する実効値検出部と、スイッチ回路を制御し、実効値検出部が検出するランプ電流の実効値が一定になるようにゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御する制御手段を備えたものである。
【０００６】
請求項２記載の発明は、異なる正の電圧値を発生する複数の第１直流電圧源と、この各第１直流電圧源の電圧値と絶対値が等しいゼロ電圧値を含む負の電圧値を発生する複数の第２直流電圧源と、各第１直流電圧源からの直流電圧値を択一的に取り出し、ゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を出力する第１スイッチ回路と、この第１スイッチ回路とは異なるタイミングで各第２直流電圧源からの直流電圧値を択一的に取り出し、ゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を出力する第２スイッチ回路と、各スイッチ回路からの階段状電圧波形が供給される放電灯と、この放電灯に流れるランプ電流の実効値を検出する実効値検出部と、各スイッチ回路を制御し、実効値検出部が検出するランプ電流の実効値が一定になるようにゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御する制御手段を備えたものである。
【０００７】
そして、請求項１又は２記載の放電灯点灯装置において、直流電圧源をそれぞれキャパシタで構成し、各キャパシタは、商用交流入力を全波整流する全波整流器の出力端子にそれぞれ可変抵抗器を介して接続され、各可変抵抗器は、それぞれ対応するキャパシタを充電する期間のみインピーダンスが有限値になり、それ以外の期間ではインピーダンスが無限大になるように制御される。各キャパシタの充電電圧は、各可変抵抗器のインピーダンス制御により全波整流器の出力電圧波形に沿った階段状に設定され、全波整流器の出力電圧が上昇する期間においては、あるキャパシタの充電を、全波整流器の出力電圧がそのキャパシタの充電電圧に等しくなったとき開始させ、次段のキャパシタの充電電圧に等しくなったとき停止させ、全波整流器の出力電圧が下降する期間においては、あるキャパシタの充電を、全波整流器の出力電圧が次段のキャパシタの充電電圧に等しくなったとき停止させ、次段のキャパシタの充電を開始する。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、スイッチ回路から出力される階段状電圧波形の周波数を固定した状態で、制御手段は、ランプ電流が増加しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を短くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を長くする制御を行い、ランプ電流が減少しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を長くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を短くする制御を行うことにある。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、スイッチ回路から出力される階段状電圧波形の周波数を固定した状態で、制御手段は、ランプ電流が増加しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を短くし、低い電圧値ほど出力時間を長くする制御を行い、ランプ電流が減少しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を長くし、低い電圧値ほど出力時間を短くし、いずれの場合もゼロ電圧値の出力時間は一定となるように制御を行うことにある。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、制御手段は、ランプ電流の実効値が定格の状態にあるときはゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を一定にし、ランプ電流が増加しようとしたときには、定格動作時における階段状電圧の実効値よりも高い電圧値の出力時間を可変せずに一定にするか短くし、階段状電圧の実効値以下の電圧値の出力時間を長くする制御を行い、ランプ電流が減少しようとしたときには、階段状電圧の実効値よりも高い電圧値の出力時間を可変せずに一定にするか長くし、階段状電圧の実効値以下の電圧値の出力時間を短くする制御を行い、ランプ電流の実効値が一定になるように制御することにある。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の放電灯点灯装置において、スイッチ回路から出力される階段状電圧波形の周波数を固定した状態で、定格動作時の階段状電圧の実効値との差が大きい電圧値ほど出力時間を、長くあるいは短くする度合いを大きくしたことにある。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、定格動作時にスイッチ回路を介して各キャパシタから放電灯に供給する電圧値の出力時間を、各キャパシタに全波整流器からそれぞれ可変抵抗器を介して充電電流が流れる時間に対して、一律に同じ定数を乗じた時間に設定したことにある。
請求項８記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、各キャパシタの充電電圧の平均値と各キャパシタに対して設定された充電目標値電圧の平均値とを比較する比較手段を設け、制御手段は、各キャパシタによる階段状電圧波形が放電灯に供給されるときに実効値検出部が検出するランプ電流の実効値が予め設定した実効値の目標値になるように階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御し、比較手段は、各キャパシタの充電電圧の平均値が各キャパシタに対して設定された充電目標値電圧の平均値よりも大きいときには実効値の目標値を小さくし、各キャパシタの充電電圧の平均値が充電目標値電圧の平均値よりも小さいときには実効値の目標値を大きく制御することにある。
【００１３】
請求項９記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、任意の可変抵抗器に予め設定した目標値の入力電流が流れるように対応する可変抵抗器のインピーダンスを制御し、任意のキャパシタの充電電圧が一定になるように、そのキャパシタ電圧が充電電圧の目標値よりも低下したときには目標値の入力電流の振幅を大きく制御し、そのキャパシタ電圧が充電電圧の目標値よりも上昇したときには目標値の入力電流の振幅を小さく制御し、制御手段は、階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御することで階段状電圧波形の実効値を可変制御し、この場合における階段状電圧波形の実効値の可変範囲を、定格動作時の階段状電圧波形の実効値に対して±２０％の範囲内にしたことにある。
【００１４】
請求項１０記載の発明は、請求項１または２記載の放電灯点灯装置において、任意の可変抵抗器に予め設定した目標値の入力電流が流れるように対応する可変抵抗器のインピーダンスを制御し、各キャパシタ電圧の平均値が一定になるように、その平均値電圧が目標値電圧よりも低下したときには目標値の入力電流の振幅を大きく制御し、その平均値電圧が目標値電圧よりも上昇したときには目標値の入力電流の振幅を小さく制御し、スイッチ回路から出力されるゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の実効値を検出し、この検出値に従って目標値となる入力電流波形を成形することにある。
【００１５】
【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。
（第１の実施の形態）
図１に示すように、異なる正の電圧値を発生するｎ個の直流電圧源１１-1，１１-2，…１１-nの正極端子にそれぞれＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等からなるｎ個のスイッチ１２-1，１２-2，…１２-nの一端を接続している。前記各スイッチ１２-1〜１２-nはスイッチ回路を構成している。前記各スイッチ１２-1〜１２-nの一端を極性反転回路１３の一端に接続している。
【００１６】
前記極性反転回路１３は、ＦＥＴ等からなる４個のスイッチ１４-1，１４-2，１４-3，１４-4によって構成されている。すなわち、スイッチ１４-1とスイッチ１４-2との直列回路とスイッチ１４ -3とスイッチ１４-4との直列回路を並列に接続し、前記各スイッチ１２-1〜１２-nの一端を前記スイッチ１４-1，１４-3の一端に接続している。
【００１７】
前記極性反転回路１３の他端、すなわち、前記スイッチ１４-2，１４-4の他端を前記各直流電圧源１１-1〜１１-nの負極端子に接続している。前記極性反転回路１３におけるスイッチ１４-1とスイッチ１４-2との接続点と、スイッチ１４-3とスイッチ１４-4との接続点との間に、放電灯１５を低抵抗等からなるランプ電流検出器１６を介して接続している。
【００１８】
前記各スイッチ１２-1〜１２-nは、駆動回路１７によって順次択一的に繰り返しスイッチングされ、前記各直流電圧源１１-1〜１１-nからの直流電圧値を順次択一的に取り出し、ゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を前記極性反転回路１３に出力している。前記極性反転回路１３は、前記各スイッチ１２-1〜１２-nの繰り返し動作の１周期毎にスイッチ１４-1，１４-4のオンと、スイッチ１４-2，１４-3のオンを交互に繰り返し、放電灯１５に対して階段状電圧の交流波形を、例えば、数十ＫＨｚという高周波で供給するようになっている。
【００１９】
前記ランプ電流検出器１６が検出したランプ電流を実効値コンバータ１８に供給している。前記実効値コンバータ１８は、ランプ電流検出器１６が検出したランプ電流を取り込んでランプ電流の実効値に従った電圧に変換し、その実効値電圧を誤差増幅器１９の反転入力端子(-)に供給している。前記誤差増幅器１９の非反転入力端子(+)にはランプ電流実効値の定格値に相当する電圧Ｖrefが供給されている。
【００２０】
前記誤差増幅器１９は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧と定格値に相当する電圧Ｖrefを比較し、実効値電圧を定格値に相当する電圧Ｖrefに近づけるためのフィードバック信号を出力するようになっている。前記誤差増幅器１９からのフィードバック信号を制御器２０のオン／オフタイミング制御部２１に供給している。
【００２１】
前記オン／オフタイミング制御部２１は、誤差増幅器１９からのフィードバック信号によって前記駆動回路１７が各スイッチ１２-1〜１２-nをオン、オフするタイミングを決定して同じく制御器２０の駆動信号発生部２２にタイミング信号を供給している。
【００２２】
前記駆動信号発生部２２はクロック発生部２３からクロック信号を取り込み、前記オン／オフタイミング制御部２１によって決定されたタイミングの駆動信号をクロック信号に同期して前記駆動回路１７に供給するようにしている。これにより、前記駆動回路１７は、各スイッチ１２-1〜１２-nを、実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefに近づくように所定のタイミングで順次択一的にオン動作するようになっている。そして、クロック発生部２３からのクロック信号により極性反転回路１３から放電灯１５に供給されるゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の周波数は固定されるようになっている。
【００２３】
制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefと略等しいときには、極性反転回路１３から放電灯１５に図２の(b)に示すようなゼロ電圧値を含む階段状電圧波形が供給されるように、各スイッチ１２-1〜１２-nをスイッチング制御する駆動信号を駆動回路１７に出力する。
【００２４】
また、制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefに比べて低いときには、極性反転回路１３から放電灯１５に図２の(a)に示すようなゼロ電圧値を含む階段状電圧波形が供給されるように、各スイッチ１２-1〜１２-nをスイッチング制御する駆動信号を駆動回路１７に出力する。すなわち、制御器２０は、階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を長くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を短くする制御を行う。
【００２５】
また、制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefに比べて高いときには、極性反転回路１３から放電灯１５に図２の(c)に示すようなゼロ電圧値を含む階段状電圧波形が供給されるように、各スイッチ１２-1〜１２-nをスイッチング制御する駆動信号を駆動回路１７に出力する。すなわち、制御器２０は、階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を短くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を長くする制御を行う。
【００２６】
このような制御を行うことで、放電灯１５に流れるランプ電流はその実効値が一定になるように制御されるので、放電灯１５に流れるランプ電流は限流され安定する。すなわち、コイルなどの巻線部品を使用することなく、放電灯１５を安定して点灯させることができ、装置の小形、軽量化を図ることができる。
また、この制御ではゼロ電圧値を放電灯１５に供給する時間も制御するので、供給電圧の実効値の制御範囲を大きく取ることができる。
【００２７】
また、別の制御として、制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefと略等しいときには、各スイッチ１２-1〜１２-nを介して極性反転回路１３に図３の(b)に示すような階段状電圧波形が供給されるように各スイッチ１２-1〜１２-nをスイッチング制御する駆動信号を出力する。
【００２８】
また、制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefに比べて低いときには、各スイッチ１２-1〜１２-nを介して極性反転回路１３に図３の(a)に示すようなゼロ電圧値の印加時間を一定にした階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を長くし、低い電圧値ほど出力時間を短くする制御を行う。
【００２９】
また、制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefに比べて高いときには、各スイッチ１２-1〜１２-nを介して極性反転回路１３に図３の(c)に示すようなゼロ電圧値の印加時間を一定にした階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を短くし、低い電圧値ほど出力時間を長くする制御を行う。
【００３０】
このような制御を行っても放電灯１５に流れるランプ電流は限流され安定する。また、この制御では放電灯１５に電力が供給される期間が常に一定になるので、放電灯の発光効率が向上し、また、放電灯から放射される放射雑音を抑制することができる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。
これは、図４に示すように、新たに、異なる負の電圧値を発生するｎ個の直流電圧源３１-1，３１-2，…３１-nを使用し、この直流電圧源３１-1〜３１-nの負極端子にそれぞれＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等からなるｎ個のスイッチ３２-1，３２-2，…３２-nの一端を接続している。各スイッチ１２-1〜１２-nは第１スイッチ回路を構成し、前記各スイッチ３２-1〜３２-nは第２スイッチ回路を構成している。
【００３２】
そして、極性反転回路１３を使用せずに、前記各スイッチ１２-1〜１２-nの他端及び前記各スイッチ３２-1〜３２-nの他端を放電灯１５の一端に接続している。前記放電灯１５の他端を、ランプ電流検出器１６を介して直流電圧源１１-1〜１１-nの負極端子及び前記各直流電圧源３１-1〜３１-nの正極端子に接続している。なお、その他の構成は前述した実施の形態と同じ構成になっている。
【００３３】
このような構成においては、制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefと略等しいときには、各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nを介して放電灯１５に図２の(b)あるいは図３の(b)に示すようなゼロ電圧値を含む階段状電圧波形が供給されるように、各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nをスイッチング制御する駆動信号を駆動回路１７に出力する。
【００３４】
また、制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefに比べて低いときには、各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nを介して放電灯１５に図２の(a)あるいは図３の(a)に示すようなゼロ電圧値を含む階段状電圧波形が供給されるように、各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nをスイッチング制御する駆動信号を駆動回路１７に出力する。すなわち、階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を長くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を短くする、あるいはゼロ電圧値の出力時間は固定とし、低い電圧値ほど出力時間を短くする制御を行う。
【００３５】
また、制御器２０は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧が定格値に相当する電圧Ｖrefに比べて高いときには、各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nを介して放電灯１５に図２の(c)あるいは図３の(c)に示すようなゼロ電圧値を含む階段状電圧波形が供給されるように、各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nをスイッチング制御する駆動信号を駆動回路１７に出力する。すなわち、階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を短くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を長くする、あるいはゼロ電圧値の出力時間は固定とし、低い電圧値ほど出力時間を長くする制御を行う。
【００３６】
従って、この実施の形態においても放電灯１５に流れるランプ電流はその実効値が一定になるように制御されるので、放電灯１５に流れるランプ電流は限流され安定する。従って、前述した実施の形態と同様に装置の小形、軽量化を図ることができる。
【００３７】
また、この実施の形態においても階段状電圧波形の制御を図２に示すように行えば、供給電圧の実効値の制御範囲を大きく取ることができる。また、階段状電圧波形の制御を図３に示すように行えば、発光効率を向上でき、放射雑音を抑制できる。
【００３８】
（第３の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。
これは、図５に示すように、前述した第１の実施の形態における直流電圧源１１-1〜１１-nに代えてキャパシタを使用したものである。
【００３９】
すなわち、商用交流電源４１に全波整流器４２の入力端子を接続し、その全波整流器４２の出力端子に、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなる可変抵抗器４３-1，４３-2，…４３-nをそれぞれ介してキャパシタ４４-1，４４-2，…４４-nをそれぞれ接続している。そして、前記各キャパシタ４４-1〜４４-nにそれぞれスイッチ１２-1，１２-2，…１２-nを介して極性反転回路１３を接続している。
【００４０】
前記各可変抵抗器４３-1〜４３-nは、ＦＥＴを非飽和領域で駆動して可変抵抗器としての機能を果たすもので、それぞれ対応するキャパシタ４４-1〜４４-nを充電する期間のみインピーダンスが有限値になり、それ以外の期間ではインピーダンスが無限大になるように制御される。そして、前記各可変抵抗器４３-1〜４３-nは、各キャパシタ４４-1〜４４-nを充電するときのインピーダンスが、商用交流入力電圧に略比例した波形の入力電流が前記全波整流器４２から流れ込むように制御されるようになっている。
【００４１】
そして、商用交流電源４１の電源電圧の絶対値が上昇する期間においては、あるキャパシタの充電を、そのキャパシタの電圧が商用交流電源電圧の絶対値と等しくなったとき開始させ、次段のキャパシタの電圧が商用交流電源電圧の絶対値と等しくなったとき停止させ、商用交流電源４１の電源電圧の絶対値が下降する期間においては、あるキャパシタの充電を、１つ前のキャパシタの電圧が商用交流電源電圧の絶対値と等しくなったとき開始させ、充電電圧が商用交流電源電圧の絶対値と等しくなったとき停止させるようになっている。
なお、その他の構成は前述した第１の実施の形態と同様である。
【００４２】
この構成においては、全波整流器４２の出力電圧の変化によって各可変抵抗器４３-1〜４３-nが順次所定のインピーダンスとなるように制御され、各可変抵抗器４３-1〜４３-nを介して各キャパシタ４４-1〜４４-nに所望の充電電流が流れる。
【００４３】
すなわち、全波整流器４２の出力電圧の上昇時にはキャパシタ４４-1が可変抵抗器４３-1を介して充電されているときに全波整流器４２の出力電圧が次段のキャパシタ４４-2の充電電圧に等しくなると可変抵抗器４３-1のインピーダンスが有限値から無限大に切り替わってキャパシタ４４-1への充電が停止され、代わって、可変抵抗器４３-2のインピーダンスが無限大から有限値に切り替わりキャパシタ４４-2が可変抵抗器４３-2を介して充電されるようになる。
【００４４】
このようにして全波整流器４２の出力電圧が上昇している期間においては、各可変抵抗器４３-1〜４３-nのインピーダンスが所定のタイミングで無限大から有限値に切り替わり、各キャパシタ４４-1〜４４-nに予め設定した目標値の充電電流が流れる。
【００４５】
また、全波整流器４２の出力電圧の下降時にはキャパシタ４４-nの充電電圧が全波整流器４２の出力電圧に等しくなると、可変抵抗器４３-nのインピーダンスが有限値から無限大に切り替わるとともに可変抵抗器４３-(n-1)のインピーダンスが無限大から有限値に切り替わり、キャパシタ４４-nに代わってキャパシタ４４-(n-1)への充電が開始される。
【００４６】
このようにして全波整流器４２の出力電圧が下降している期間においても、各可変抵抗器４３-1〜４３-nのインピーダンスが所定のタイミングで無限大から有限値に切り替わり、各キャパシタ４４-1〜４４-nに予め設定した目標値の充電電流が流れる。
目標値の充電電流波形を入力電圧波形と同位相の正弦波として設定し、このような制御を行うことで、全波整流器４２からの入力電流波形は電圧波形とほぼ同位相の正弦波とすることができ、入力力率を改善できる。
【００４７】
一方、各スイッチ１２-1〜１２-nは各可変抵抗器４３-1〜４３-nがインピーダンスを切り替える周期に比べてかなり早い周期で順次スイッチング動作し、各キャパシタ４４-1〜４４-nの充電電圧を順次極性反転回路１３に供給する。そして、極性反転回路１３から放電灯１５に階段状電圧波形が供給される。こうして放電灯１５は高周波点灯される。
【００４８】
そして、この実施の形態においても極性反転回路１３から放電灯１５に供給される階段状電圧波形は放電灯１５に流れるランプ電流の実効値が一定になるように制御されるので、放電灯１５に流れるランプ電流は限流され安定する。従って、前述した実施の形態と同様に装置の小形、軽量化を図ることができる。
【００４９】
また、この実施の形態においても階段状電圧波形の制御を図２に示すように行えば、供給電圧の実効値の制御範囲を大きく取ることができる。また、階段状電圧波形の制御を図３に示すように行えば、放電灯の発光効率を向上でき、放電灯から放射される放射雑音を抑制できる。
【００５０】
（第４の実施の形態）
なお、この実施の形態の構成は図４に示す構成になっている。
この実施の形態において、例えば、一例として、ランプ電流の実効値が定格の状態にあるときには、図６の(b)に示すように各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nのオン時間を可変せずに一定にしてゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００５１】
また、ランプ電流の実効値が定格よりも増加すると、図６の(a)に示すように、電圧が定格実効値よりも高い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときには該当するスイッチのオン時間を可変せずに一定にし、電圧が定格実効値よりも低い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときには該当するスイッチのオン時間が長くなるように可変して階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００５２】
また、ランプ電流の実効値が定格よりも減少すると、図６の(c)に示すように、電圧が定格実効値よりも高い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときには該当するスイッチのオン時間を可変せずに一定にし、電圧が定格実効値よりも低い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときには該当するスイッチのオン時間が短くなるように可変して階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００５３】
このような制御を行うことでランプ電流の実効値を一定に制御でき、これにより、巻線部品を使用することなく、放電灯１５を安定して点灯させることができ、装置の小形、軽量化を図ることができる。
【００５４】
また、他の例として、ランプ電流の実効値が定格の状態にあるときには、図７の(b)に示すように各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nのオン時間を可変せずに一定にしてゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００５５】
また、ランプ電流の実効値が定格よりも増加すると、図７の(a)に示すように、電圧が定格実効値よりも高い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときにはスイッチのオン時間が短くなるように制御し、電圧が定格実効値よりも低い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときにはスイッチのオン時間を可変せずに一定にして階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００５６】
また、ランプ電流の実効値が定格よりも減少すると、図７の(c)に示すように、電圧が定格実効値よりも高い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときにはスイッチのオン時間が長くなるように制御し、電圧が定格実効値よりも低い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときにはスイッチのオン時間を可変せずに一定にして階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００５７】
このような制御を行うことでランプ電流の実効値を一定に制御でき、これにより、巻線部品を使用することなく、放電灯１５を安定して点灯させることができ、装置の小形、軽量化を図ることができる。
【００５８】
また、他の例として、ランプ電流の実効値が定格の状態にあるときには、図８の(b)に示すように各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nのオン時間を可変せずに一定にしてゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００５９】
また、ランプ電流の実効値が定格よりも増加すると、図８の(a)に示すように、電圧が定格実効値よりも高い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときにはスイッチのオン時間が短くなるように制御し、電圧が定格実効値よりも低い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときにはスイッチのオン時間が長くなるように制御して階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００６０】
また、ランプ電流の実効値が定格よりも減少すると、図８の(c)に示すように、電圧が定格実効値よりも高い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときにはスイッチのオン時間が長くなるように制御し、電圧が定格実効値よりも低い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときにはスイッチのオン時間が短くなるように制御して階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００６１】
このような制御を行うことでランプ電流の実効値を一定に制御でき、これにより、巻線部品を使用することなく、放電灯１５を安定して点灯させることができ、装置の小形、軽量化を図ることができる。
【００６２】
また、さらに、他の例として、図９に示すように、放電灯１５に供給する階段状電圧波形の周波数をほぼ固定した状態で定格実効値との差が大きい直流電圧源ほど該当するスイッチのオン時間を長く、あるいはオン時間を短くする度合いを大きくする制御を行う。すなわち、ランプ電流の実効値が定格の状態にあるときには、図９の(b)に示すように各スイッチ１２-1〜１２-n、３２-1〜３２-nのオン時間を可変せずに一定にしてゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００６３】
また、ランプ電流の実効値が定格よりも増加すると、図９の(a)に示すように、電圧が定格実効値よりも高い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときほどスイッチのオン時間が短くなるように制御し、電圧が定格実効値よりも低い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときほどスイッチのオン時間が長くなるように制御して階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００６４】
また、ランプ電流の実効値が定格よりも減少すると、図９の(c)に示すように、電圧が定格実効値よりも高い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときほどスイッチのオン時間が長くなるように制御し、電圧が定格実効値よりも低い直流電圧源からの電圧を放電灯１５に供給するときほどスイッチのオン時間が短くなるように制御して階段状電圧波形を放電灯１５に供給する。
【００６５】
このような制御を行うことでランプ電流の実効値を一定に制御でき、これにより、巻線部品を使用することなく、放電灯１５を安定して点灯させることができ、装置の小形、軽量化を図ることができる。
【００６６】
（第５の実施の形態）
なお、この実施の形態の構成は図５に示す構成になっている。
この実施の形態において、各キャパシタ４４-1〜４４-nの充電電圧は各可変抵抗器４３-1〜４３-nのインピーダンス制御によって図１０に示すように、全波整流器４２の出力電圧波形Ｖinに沿った階段状電圧ＶAとなる。
【００６７】
そして、各キャパシタ４４-1〜４４-nの充電電圧を各スイッチ１２-1〜１２-nのスイッチング動作によって高い周波数の階段状電圧波形として極性反転回路１３に供給し、この極性反転回路１３から放電灯１４に高周波の階段状電圧波形が供給される。
【００６８】
このとき各スイッチ１２-1〜１２-nがオン動作するスイッチング動作時間は、各可変抵抗器４３-1〜４３-nのインピーダンス切り替えタイミングに応じて、各可変抵抗器４３-1〜４３-nがインピーダンスを有限値に切り替えている時間に一律に同じ定数を乗じた時間となるように設定している。
【００６９】
従って、極性反転回路１３に供給される高周波の階段状電圧波形は、図１１に示すように、正弦波状の包絡線ＶXに沿った波形ＶBとなる。このようにすれば、極性反転回路１３から放電灯１５に供給される階段状電圧波形の包絡線は正弦波状にできるので、放電灯の発光効率の向上や放電灯からの放射雑音の抑制などができる。
【００７０】
なお、この実施の形態においても巻線部品を使用することなくランプ電流の実効値を一定に制御できるので、装置の小形、軽量化を図ることができるものである。
【００７１】
（第６の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明は省略する。
図１２に示すように、全波整流器４２の出力端子にそれぞれダイオード４５-1，…４５-n、可変抵抗器４３-1，…４３-n、抵抗器などのインピーダンス素子からなる入力電流検出回路４６-1，…４６-nを直列に介してキャパシタ４４-1，…４４-nを接続している。
【００７２】
前記各可変抵抗器４３-1〜４３-nをドライブ回路４７-1，…４７-nによって駆動し、この各ドライブ回路４７-1〜４７-nに誤差増幅器４８-1，…４８-nからの出力を供給している。
【００７３】
また、前記各キャパシタ４４-1〜４４-nの充電電圧をキャパシタ電圧検出回路４９-1，…４９-nによってそれぞれ検出し、この検出出力を誤差増幅器５０-1，…５０-nの反転入力端子(-)に供給している。前記各誤差増幅器５０-1〜５０-nの非反転入力端子(+)には充電電圧の目標値を設定する基準電圧Ｖref1〜Ｖrefnが供給されている。前記各誤差増幅器５０-1〜５０-nの出力を乗算器５１-1〜５１-nにそれぞれ供給している。
【００７４】
入力電流目標値設定回路５２を設け、この設定回路５２から前記各乗算器５１-1〜５１-nに目標値となる入力電流の正弦波データを供給している。前記各乗算器５１-1〜５１-nは前記各誤差増幅器５０-1〜５０-nからの出力により前記入力電流目標値設定回路５２からの入力電流正弦波データの振幅を可変制御するようになっている。
【００７５】
前記各乗算器５１-1〜５１-nからの出力は、それぞれレベルシフト回路５３-1〜５３-nによってレベルシフトされて前記第１の誤差アンプ４８-1〜４８-nの非反転入力端子(+)に入力されている。前記誤差増幅器４８-1〜４８-nは目標値の入力電流と入力電流検出回路４６-1〜４６-nが検出した実際の入力電流を比較し、その誤差を求めて前記ドライブ回路４７-1〜４７-nに供給している。前記ドライブ回路４７-1〜４７-nは、実際の入力電流が目標値の入力電流に近づくように可変抵抗器４３-1〜４３-nのインピーダンスを可変制御するようになっている。
【００７６】
なお、この装置では前記ドライブ回路４７-1〜４７-n及び誤差増幅器４８-1〜４８-nの基準電位は各キャパシタ４４-1〜４４-nの充電電圧であり、前記キャパシタ電圧検出回路４９-1〜４９-n及び誤差増幅器５０-1〜５０-nの基準電位は回路全体の基準電位である全波整流器４２の出力端子における負極端子の電位になっている。従って、レベルシフト回路５３-1〜５３-nを使用して基準電位を合わせるためにキャパシタ毎にシフトさせる必要が有る。
【００７７】
前記各キャパシタ４４-1〜４４-nの充電電圧をダイオード５４-1〜５４-n及びスイッチ１２-1〜１２-nをそれぞれ介して極性反転回路１３に供給するようになっている。
【００７８】
前記各キャパシタ電圧検出回路４９-1〜４９-nが検出したキャパシタ電圧をキャパシタ電圧比較回路５５に供給している。前記キャパシタ電圧比較回路５５には、また、クロック発生部２３からクロック信号が入力されるようになっている。前記キャパシタ電圧比較回路５５は、クロック信号に同期して各キャパシタ電圧検出回路４９-1〜４９-nが検出したキャパシタ電圧の平均値を求め、この算出した平均値と予め設定した各キャパシタの充電電圧目標値の平均値を比較する。また、誤差増幅器１９の非反転入力端子(+)にはランプ電流実効値の定格値に相当する可変可能な電圧ＶＲrefが供給されている。
【００７９】
前記キャパシタ電圧比較回路５５は、比較結果に基づいて前記電圧ＶＲrefを可変制御するようになっている。すなわち、充電電圧目標値の平均値に比べて検出したキャパシタ電圧の平均値が大きいときには、ランプ電流の実効値の目標値、すなわち、電圧ＶＲrefを低下させる。また、充電電圧目標値の平均値に比べて検出したキャパシタ電圧の平均値が小さいときには、ランプ電流の実効値の目標値、すなわち、電圧ＶＲrefを上昇させる。
【００８０】
このような構成においては、各キャパシタ４４-1〜４４-nの充電電圧が全体として高くなろうとしたときには、ランプ電流の実効値が小さくなるように制御され、逆に、各キャパシタ４４-1〜４４-nの充電電圧が全体として低くなろうとしたときには、ランプ電流の実効値が大きくなるように制御される。
【００８１】
また、同時にキャパシタ電圧は、入力電流検出回路４６-1〜４６-n、ドライブ回路４７-1〜４７-n、キャパシタ電圧検出回路４９-1〜４９-n、誤差増幅器４８-1〜４８-n、５０-1〜５０-n、入力電流目標値設定回路５２、乗算器５１-1〜５１-n等の作用によって充電電圧が目標値に近づくように制御され、ランプ電流の目標値は当初の目標値である定格値に収束する。これにより、キャパシタ電圧の変動に対して、ランプ電流が過剰に増加したり、減少したりするのを防ぐことができる。また、力率の改善が図られる。なお、この実施の形態においても巻線部品を使用せずに放電灯１５はランプ電流が一定になるように制御されるので、前述した実施の形態と同様に装置の小形、軽量化を図ることができる。
【００８２】
（第７の実施の形態）
なお、この実施の形態の構成は図１２に示す構成になっている。この実施の形態においては、出力電圧の実効値の可変範囲を定格時の実効値に対して、±２０％の範囲内にしたものである。
すなわち、スイッチ１２-1〜１２-nの択一的なスイッチング動作によって極性反転回路１３に階段状電圧波形が供給され、この極性反転回路１３から放電灯１５に交流の階段状電圧波形が供給されて放電灯１５が点灯される。
【００８３】
また、入力電流目標値設定回路５２からの目標値となる入力電流の正弦波データは各乗算器５１-1〜５１-nにおいて誤差増幅器５０-1〜５０-nからの出力によりその振幅が可変制御される。これにより、実際のキャパシタ電圧と目標値との差の大きさに基づいて可変抵抗器４３-1〜４３-nのインピーダンスが制御され、キャパシタ４６-1〜４６-nへの入力電流量が制御されるとともに充電電圧が目標値に近づくように制御される。
【００８４】
また、出力部においては、放電灯１５に流れるランプ電流の実効値が電圧ＶＲrefによって設定された定格値になるようにスイッチ１２-1〜１２-nのオン動作時間が制御される。
【００８５】
ところで、スイッチ１２-1〜１２-nにおける対応するスイッチが定格時間よりも短い時間でオン動作するように制御されたキャパシタは、放電灯１５に対する電荷の放電量が減少するので、そのキャパシタの充電電圧は上昇しようとする。このとき、キャパシタ電圧一定制御により、乗算器からの入力電流目標値である正弦波データの振幅は小さくなり、キャパシタ電圧を低下させ、キャパシタの充電電圧が目標値に近づくように制御される。
【００８６】
また、スイッチ１２-1〜１２-nにおける対応するスイッチが定格時間よりも長い時間でオン動作するように制御されたキャパシタは、放電灯１５に対する電荷の放電量が増大するので、そのキャパシタの充電電圧は下降しようとする。このとき、キャパシタ電圧一定制御により、乗算器からの入力電流目標値である正弦波データの振幅は大きくなり、キャパシタ電圧を上昇させ、キャパシタの充電電圧が目標値に近づくように制御される。
【００８７】
その結果として、各キャパシタ４６-1〜４６-nの入力電流目標値の波形が正弦波に設定していても振幅の設定が各キャパシタ毎に異なることになり、入力電流に段が生じ、高調波成分が大きくなる。このため、入力電流の高調波成分を大きく悪化させないために放電灯１５に供給される階段状電圧波形の実効値範囲を規定することが必要になる。
【００８８】
図１３は放電灯１５に供給される階段状電圧波形と比較のための正弦波波形を示したもので、(a)はランプ電流の実効値が定格時の実効値に対して−２４％のときの階段状電圧波形と正弦波波形を示し、(b)はランプ電流の実効値が定格時の実効値に対して−１１％のときの階段状電圧波形と正弦波波形を示し、(c)はランプ電流の実効値が定格時の実効値と一致しているときの階段状電圧波形と正弦波波形を示し、(d)はランプ電流の実効値が定格時の実効値に対して＋１０％のときの階段状電圧波形と正弦波波形を示し、(e)はランプ電流の実効値が定格時の実効値に対して＋１９％のときの階段状電圧波形と正弦波波形を示している。
【００８９】
そして、ランプ電流の実効値が定格時の実効値に対して−２４％のときの入力電流波形は図１４の(a)に示すようになり、ランプ電流の実効値が定格時の実効値に対して−１１％のときの入力電流波形は図１４の(b)に示すようになり、ランプ電流の実効値が定格時の実効値と一致しているときの入力電流波形は図１４の(c)に示すようになり、ランプ電流の実効値が定格時の実効値に対して＋１０％のときの入力電流波形は図１４の(d)に示すようになり、ランプ電流の実効値が定格時の実効値に対して−１９％のときの入力電流波形は図１４の(e)に示すようになる。
【００９０】
また、階段状電圧の実効値の変化と入力電流との関係を表で示すと表１に示すようになる。階段状電圧の実効値が定格から外れてくると、入力電流の、特に、３次高調波成分が大きくなることがわかる。この結果から、階段状電圧波形の、実効値の変化の範囲を、定格動作時の階段状電圧波形の実効値に対して、約２０％の絶対値以下に設定することによって、入力電流の高調波成分を大きく悪化させることは無い。
【００９１】
【表１】
なお、この実施の形態の構成は図１２の構成になっているので、この実施の形態においても巻線部品を使用せずに放電灯１５はランプ電流が一定になるように制御されるので、前述した実施の形態と同様の作用効果が得られるのは勿論である。
【００９３】
（第８の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省力する。
これは、図１５に示すように、各キャパシタ４４-1〜４４-nの電圧をキャパシタ電圧平均値検出回路５６で検出してその平均値を代表値として求めるようになっている。なお、代表値としては平均値に限られず各キャパシタ４４-1〜４４-nのいずれか１つの電圧を検出して代表値としてもよい。この場合、充電目標値がもっとも高いキャパシタの電圧を検出するようにすれば、各可変抵抗器４３-1〜４３-nのインピーダンス制御が確実にでき、入力電流を常に滑らかに連続して流すことができるようになる。
【００９４】
前記キャパシタ電圧平均値検出回路５６で求めたキャパシタ電圧の平均値を誤差増幅器５７の反転入力端子(-)に供給するとともにキャパシタ電圧比較回路５８に供給している。
前記誤差増幅器５７の非反転入力端子(+)には、充電電圧の目標値の平均値を設定する基準電圧Ｖrefが供給されている。前記誤差増幅器５７は、キャパシタ電圧平均値検出回路５６で求めたキャパシタ電圧の平均値と充電電圧の目標値を設定する基準電圧Ｖrefを比較し、その誤差出力を入力電流目標波形成形回路５９に供給している。
【００９５】
前記入力電流目標波形成形回路５９は、放電灯１５に供給される階段状電圧波形の実効値が定格値にあるときには、図１６の(a)に示す正弦波の入力電圧波形と相似形の図１６の(b)に示す正弦波の入力電流波形を入力電流目標波形として成形し出力するようになっている。
【００９６】
また、前記入力電流目標波形成形回路５９は、階段状電圧波形の実効値が定格値よりも上昇したときには、図１７に示すように、商用交流の１サイクルにおいて位相が９０°及び２７０°前後では定格動作時において目標値となる入力電流波形Ｉ０よりも振幅が大きく、しかも９０°及び２７０°に向かって振幅がより大きくなり、それ以外の部位では入力電流波形Ｉ０よりも振幅が小さくなる電流波形を入力電流目標波形Ｉ１として成形し出力するようになっている。
【００９７】
また、前記入力電流目標波形成形回路５９は、階段状電圧波形の実効値が定格値よりも低下したときには、図１８に示すように、商用交流の１サイクルにおいて位相が９０°及び２７０°前後では定格動作時において目標値となる入力電流波形Ｉ０よりも振幅が小さく、しかも９０°及び２７０°に向かって振幅がより小さくなり、それ以外の部位では入力電流波形Ｉ０よりも振幅が大きくなる電流波形を入力電流目標波形Ｉ２として成形し出力するようになっている。
【００９８】
前記キャパシタ電圧比較回路５８には、また、クロック発生部２３からクロック信号が入力されるようになっている。前記キャパシタ電圧比較回路５８は、クロック信号に同期して前記キャパシタ電圧平均値検出回路５６で求めたキャパシタ電圧の平均値と予め設定した各キャパシタの充電電圧目標値の平均値を比較する。そして、前記キャパシタ電圧比較回路５８は、比較結果に基づいて前記電圧ＶＲrefを可変制御するようになっている。
【００９９】
このような構成においては、放電灯１５に供給される階段状電圧波形の実効値が定格値から上昇した場合、充電電圧が低いキャパシタを放電灯１５に供給するためのスイッチは、定格時よりも短い時間でオン動作するように制御されており、キャパシタから放電灯１５への放電電荷量は減少するので、そのキャパシタ電圧は上昇しようとする。
また、充電電圧が高いキャパシタを放電灯１５に供給するためのスイッチは、定格時よりも長い時間でオン動作するように制御されており、キャパシタから放電灯１５への放電電荷量は増加するので、そのキャパシタ電圧は下降しようとする。
【０１００】
従って、全波整流器４２からの入力電流の目標波形として、商用交流の１サイクルにおいて、位相が９０°及び２７０°前後では正弦波の入力電流波形Ｉ０よりも振幅が大きく、それ以外の部位では振幅が小さくなるように入力電流目標波形成形回路５９で波形成形することで、キャパシタ電圧の代表値に従った制御であるが、各キャパシタの充電電圧を対応する目標値電圧に近づけることができるとともに、入力電流波形を滑らかにすることができる。
【０１０１】
また、放電灯１５に供給される階段状電圧波形の実効値が定格値から減少した場合、充電電圧が低いキャパシタを放電灯１５に供給するためのスイッチは、定格時よりも長い時間でオン動作するように制御されており、キャパシタから放電灯１５への放電電荷量は増加するので、そのキャパシタ電圧は下降しようとする。
また、充電電圧が高いキャパシタを放電灯１５に供給するためのスイッチは、定格時よりも短い時間でオン動作するように制御されており、キャパシタから放電灯１５への放電電荷量は減少するので、そのキャパシタ電圧は上昇しようとする。
【０１０２】
従って、全波整流器４２からの入力電流の目標波形として、商用交流の１サイクルにおいて、位相が９０°及び２７０°前後では正弦波の入力電流波形Ｉ０よりも振幅が小さく、それ以外の部位では振幅が大きくなるように入力電流目標波形成形回路５９で波形成形することで、キャパシタ電圧の代表値に従った制御であるが、各キャパシタの充電電圧を対応する目標値電圧に近づけることができるとともに、入力電流波形を滑らかにすることができる。
【０１０３】
このように、放電灯１５に供給される階段状電圧波形の実効値の変化に応じて入力電流目標波形成形回路５９から各誤差増幅器４８-1〜４８-nに供給される入力電流目標波形を変化させることで、キャパシタ電圧の代表値に従った制御であるが、各キャパシタの充電電圧を対応する目標電圧値に近づけることができるとともに、全波整流器４２からの入力電流波形が急激に変化せずに常に滑らかに変化するようになる。従って、入力電流波形による、特に高次の高調波成分の発生を抑制することができる。
【０１０４】
なお、この実施の形態においても巻線部品を使用せずに放電灯１５はランプ電流が一定になるように制御されるので、前述した実施の形態と同様の作用効果が得られるのは勿論である。
【０１０５】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１記載の発明及び請求項２記載の発明によれば、放電灯に流れるランプ電流の実効値を実効値検出部で検出し、この実効値検出部が検出するランプ電流の実効値が一定になるようにスイッチ回路を制御してゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御するので、コイルなどの巻線部品を使用せずにランプ電流を限流制御でき、装置の小形、軽量化を図ることができる。
【０１０６】
また、直流電圧源をそれぞれキャパシタで構成し、各キャパシタは、商用交流入力を全波整流する全波整流器の出力端子にそれぞれ可変抵抗器を介して接続され、各可変抵抗器は、それぞれ対応するキャパシタを充電する期間のみインピーダンスが有限値になり、それ以外の期間ではインピーダンスが無限大になるように制御され、各可変抵抗器は、各キャパシタを充電するときのインピーダンスが、商用交流入力電圧に略比例した波形の入力電流が全波整流器から流れ込むように制御されるので、入力電流波形を入力電圧波形とほぼ同位相の正弦波とすることができ、入力力率を改善できる。
【０１０７】
また、請求項３記載の発明によれば、スイッチ回路から出力される階段状電圧波形の周波数を固定した状態で、ランプ電流が増加しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を短くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を長くする制御を行い、ランプ電流が減少しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を長くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を短くする制御を行うので、ランプ電流の実効値を一定に制御でき、巻線部品を使用することなく、放電灯を安定して点灯させることができる。
【０１０８】
また、請求項４記載の発明によれば、スイッチ回路から出力される階段状電圧波形の周波数を固定した状態で、ランプ電流が増加しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を短くし、低い電圧値ほど出力時間を長くする制御を行い、ランプ電流が減少しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を長くし、低い電圧値ほど出力時間を短くし、いずれの場合もゼロ電圧値の出力時間は一定となるように制御を行うので、ランプ電流の実効値を一定に制御でき、巻線部品を使用することなく、放電灯を安定して点灯させることができ、しかも、放電灯の発光効率を向上できるとともに放電灯から放射される放射雑音を抑制することができる。
【０１０９】
また、請求項５記載の発明によれば、ランプ電流の実効値が定格の状態にあるときはゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を一定にし、ランプ電流が増加しようとしたときには、定格動作時における階段状電圧の実効値よりも高い電圧値の出力時間を可変せずに一定にするか短くし、階段状電圧の実効値以下の電圧値の出力時間を長くする制御を行い、ランプ電流が減少しようとしたときには、階段状電圧の実効値よりも高い電圧値の出力時間を可変せずに一定にするか長くし、階段状電圧の実効値以下の電圧値の出力時間を短くする制御を行い、ランプ電流の実効値が一定になるように制御するので、巻線部品を使用することなく、放電灯を安定して点灯させることができる。
【０１１０】
また、請求項６記載の発明によれば、スイッチ回路から出力される階段状電圧波形の周波数を固定した状態で、定格動作時の階段状電圧の実効値との差が大きい電圧値ほど出力時間を、長くあるいは短くする度合いを大きくしたので、ランプ電流の実効値を一定に制御でき、放電灯を安定して点灯させることができる。
【０１１１】
また、請求項７記載の発明によれば、定格動作時において、スイッチ回路を介して各キャパシタから放電灯に供給する電圧値の出力時間を、各キャパシタに全波整流器からそれぞれ可変抵抗器を介して充電電流が流れる時間に対して、一律に同じ定数を乗じた時間に設定したので、放電灯に供給される階段状電圧波形の包絡線を正弦波状にでき、放電灯の発光効率の向上や放電灯から放射される放射雑音を抑制することができる。
【０１１２】
また、請求項８記載の発明によれば、各キャパシタの充電電圧の平均値と各キャパシタに対して設定された充電目標値電圧の平均値とを比較する比較手段を設け、各キャパシタによる階段状電圧波形が放電灯に供給されるときに実効値検出部が検出するランプ電流の実効値が予め設定した実効値の目標値になるように階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御し、比較手段は、各キャパシタの充電電圧の平均値が各キャパシタに対して設定された充電目標値電圧の平均値よりも大きいときには実効値の目標値を小さくし、各キャパシタの充電電圧の平均値が充電目標値電圧の平均値よりも小さいときには実効値の目標値を大きく制御するので、キャパシタ電圧の代表値に従った制御であるが、各キャパシタの充電電圧を対応する目標電圧値に近づけることができるとともに、入力電流波形が急激に変化せずに常に滑らかに変化するようになり、入力電流波形による、特に高次の高調波成分の発生を抑制することができる。
【０１１３】
また、請求項９記載の発明によれば、任意の可変抵抗器に予め設定した目標値の入力電流が流れるように対応する可変抵抗器のインピーダンスを制御し、任意のキャパシタの充電電圧が一定になるように、そのキャパシタ電圧が充電電圧の目標値よりも低下したときには目標値の入力電流の振幅を大きく制御し、そのキャパシタ電圧が充電電圧の目標値よりも上昇したときには目標値の入力電流の振幅を小さく制御し、階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御することで階段状電圧波形の実効値を可変制御し、この場合における階段状電圧波形の実効値の可変範囲を、定格動作時の階段状電圧波形の実効値に対して±２０％の範囲内にしたので、入力電流の高調波成分を大きく悪化させることなく、しかも、巻線部品を使用することなく、放電灯を安定して点灯させることができる。
【０１１４】
また、請求項１０記載の発明によれば、任意の可変抵抗器に予め設定した目標値の入力電流が流れるように対応する可変抵抗器のインピーダンスを制御し、各キャパシタ電圧の平均値が一定になるように、その平均値電圧が目標値電圧よりも低下したときには目標値の入力電流の振幅を大きく制御し、その平均値電圧が目標値電圧よりも上昇したときには目標値の入力電流の振幅を小さく制御し、スイッチ回路から出力されるゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の実効値を検出し、この検出値に従って目標値となる入力電流波形を成形するので、キャパシタ電圧の代表値に従った制御であるが、各キャパシタの充電電圧を対応する目標電圧値に近づけることができるとともに、入力電流波形が急激に変化せずに常に滑らかに変化するようになり、入力電流波形による、特に高次の高調波成分の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の、第１の実施の形態を示す一部ブロックを含む回路構成図。
【図２】 同実施の形態において放電灯に供給される階段状電圧波形の一例を示す図。
【図３】 同実施の形態において放電灯に供給される階段状電圧波形の他の例を示す図。
【図４】 本発明の、第２の実施の形態を示す一部ブロックを含む回路構成図。
【図５】 本発明の、第３の実施の形態を示す一部ブロックを含む回路構成図。
【図６】 本発明の、第４の実施の形態において放電灯に供給される階段状電圧波形の一例を示す図。
【図７】 同実施の形態において放電灯に供給される階段状電圧波形の他の例を示す図。
【図８】 同実施の形態において放電灯に供給される階段状電圧波形の他の例を示す図。
【図９】 同実施の形態において放電灯に供給される階段状電圧波形の他の例を示す図。
【図１０】 本発明の、第５の実施の形態における全波整流器からの出力電圧波形と各キャパシタの充電電圧との関係を示す図。
【図１１】 同実施の形態における極性反転回路に供給される高周波な階段状電圧波形を示す図。
【図１２】 本発明の、第６の実施の形態を示す一部ブロックを含む回路構成図。
【図１３】 本発明の、第７の実施の形態においてランプ電流実効値が変化したときの放電灯に供給される階段状電圧波形と比較のための正弦波波形を示す図。
【図１４】 同実施の形態におけるランプ電流実効値が変化したときの入力電流波形を示す図。
【図１５】 本発明の、第８の実施の形態を示す一部ブロックを含む回路構成図。
【図１６】 同実施の形態における入力電圧波形と階段状電圧波形の実効値が定格値のときの入力電流目標波形成形回路で成形される入力電流目標波形を示す図。
【図１７】 同実施の形態において階段状電圧波形の実効値が定格値よりも上昇したときの入力電流目標波形成形回路で成形される入力電流目標波形を正弦波の入力電流波形と比較して示す図。
【図１８】 同実施の形態において階段状電圧波形の実効値が定格値よりも低下したときの入力電流目標波形成形回路で成形される入力電流目標波形を正弦波の入力電流波形と比較して示す図。
【符号の説明】
１１-1〜１１-n…直流電圧源、１２-1〜１２-n…スイッチ、１３…極性反転回路、１５…放電灯、１６…ランプ電流検出器、１７…駆動回路、１８…実効値コンバータ、１９…誤差増幅器、２０…制御器。
Claims (10)
- 異なる正の電圧値を発生する複数の直流電圧源と、この各直流電圧源からの直流電圧値を択一的に取り出し、ゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を出力するスイッチ回路と、このスイッチ回路からの階段状電圧波形を入力し、交流の階段状電圧波形を出力する極性反転回路と、この極性反転回路からの交流の階段状電圧波形が供給される放電灯と、この放電灯に流れるランプ電流の実効値を検出する実効値検出部と、前記スイッチ回路を制御し、前記実効値検出部が検出するランプ電流の実効値が一定になるようにゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御する制御手段を備え、
前記各直流電圧源をそれぞれキャパシタで構成し、前記各キャパシタは、商用交流入力を全波整流する全波整流器の出力端子にそれぞれ可変抵抗器を介して接続され、前記各可変抵抗器は、それぞれ対応するキャパシタを充電する期間のみインピーダンスが有限値になり、それ以外の期間ではインピーダンスが無限大になるように制御され、
前記各キャパシタの充電電圧は、前記各可変抵抗器のインピーダンス制御により前記全波整流器の出力電圧波形に沿った階段状に設定され、
前記全波整流器の出力電圧が上昇する期間においては、あるキャパシタの充電を、前記全波整流器の出力電圧がそのキャパシタの充電電圧に等しくなったとき開始させ、次段のキャパシタの充電電圧に等しくなったとき停止させ、前記全波整流器の出力電圧が下降する期間においては、あるキャパシタの充電を、前記全波整流器の出力電圧が次段のキャパシタの充電電圧に等しくなったとき停止させ、次段のキャパシタの充電を開始することを特徴とする放電灯点灯装置。 - 異なる正の電圧値を発生する複数の第１直流電圧源と、この各第１直流電圧源の電圧値と絶対値が等しいゼロ電圧値を含む負の電圧値を発生する複数の第２直流電圧源と、前記各第１直流電圧源からの直流電圧値を択一的に取り出し、ゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を出力する第１スイッチ回路と、この第１スイッチ回路とは異なるタイミングで前記各第２直流電圧源からの直流電圧値を択一的に取り出し、ゼロ電圧値を含む階段状電圧波形を出力する第２スイッチ回路と、前記各スイッチ回路からの階段状電圧波形が供給される放電灯と、この放電灯に流れるランプ電流の実効値を検出する実効値検出部と、前記各スイッチ回路を制御し、前記実効値検出部が検出するランプ電流の実効値が一定になるようにゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御する制御手段を備え、
前記各第１，第２直流電圧源をそれぞれキャパシタで構成し、前記各キャパシタは、商用交流入力を全波整流する全波整流器の出力端子にそれぞれ可変抵抗器を介して接続され、前記各可変抵抗器は、それぞれ対応するキャパシタを充電する期間のみインピーダンスが有限値になり、それ以外の期間ではインピーダンスが無限大になるように制御され、
前記各キャパシタの充電電圧は、前記各可変抵抗器のインピーダンス制御により前記全波整流器の出力電圧波形に沿った階段状に設定され、
前記全波整流器の出力電圧が上昇する期間においては、あるキャパシタの充電を、前記全波整流器の出力電圧がそのキャパシタの充電電圧に等しくなったとき開始させ、次段のキャパシタの充電電圧に等しくなったとき停止させ、前記全波整流器の出力電圧が下降する期間においては、あるキャパシタの充電を、前記全波整流器の出力電圧が次段のキャパシタの充電電圧に等しくなったとき停止させ、次段のキャパシタの充電を開始することを特徴とする放電灯点灯装置。 - スイッチ回路から出力される階段状電圧波形の周波数を固定した状態で、制御手段は、ランプ電流が増加しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を短くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を長くする制御を行い、ランプ電流が減少しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を長くし、ゼロ電圧値を含む低い電圧値ほど出力時間を短くする制御を行うことを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
- スイッチ回路から出力される階段状電圧波形の周波数を固定した状態で、制御手段は、ランプ電流が増加しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を短くし、低い電圧値ほど出力時間を長くする制御を行い、ランプ電流が減少しようとしたときは階段状電圧波形における高い電圧値ほど出力時間を長くし、低い電圧値ほど出力時間を短くし、いずれの場合も前記階段状電圧波形におけるゼロ電圧値の出力時間は一定となるように制御を行うことを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
- 制御手段は、ランプ電流の実効値が定格の状態にあるときはゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を一定にし、ランプ電流が増加しようとしたときには、定格動作時における階段状電圧の実効値よりも高い電圧値の出力時間を可変せずに一定にするか短くし、前記階段状電圧の実効値以下の電圧値の出力時間を長くする制御を行い、ランプ電流が減少しようとしたときには、前記階段状電圧の実効値よりも高い電圧値の出力時間を可変せずに一定にするか長くし、前記階段状電圧の実効値以下の電圧値の出力時間を短くする制御を行い、ランプ電流の実効値が一定になるように制御することを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
- スイッチ回路から出力される階段状電圧波形の周波数を固定した状態で、定格動作時の階段状電圧の実効値との差が大きい電圧値ほど出力時間を、長くあるいは短くする度合いを大きくしたことを特徴とする請求項５記載の放電灯点灯装置。
- 定格動作時において、スイッチ回路を介して各キャパシタから放電灯に供給する電圧値の出力時間を、前記各キャパシタに全波整流器からそれぞれ可変抵抗器を介して充電電流が流れる時間に対して、一律に同じ定数を乗じた時間に設定したことを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
- 各キャパシタの充電電圧の平均値と前記各キャパシタに対して設定された充電目標値電圧の平均値とを比較する比較手段を設け、
制御手段は、前記各キャパシタによる階段状電圧波形が放電灯に供給されるときに実効値検出部が検出するランプ電流の実効値が予め設定した実効値の目標値になるように前記階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御し、
前記比較手段は、前記各キャパシタの充電電圧の平均値が前記各キャパシタに対して設定された充電目標値電圧の平均値よりも大きいときには前記実効値の目標値を小さくし、前記各キャパシタの充電電圧の平均値が前記充電目標値電圧の平均値よりも小さいときには前記実効値の目標値を大きく制御することを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。 - 任意の可変抵抗器に予め設定した目標値の入力電流が流れるように対応する可変抵抗器のインピーダンスを制御し、任意のキャパシタの充電電圧が一定になるように、そのキャパシタ電圧が充電電圧の目標値よりも低下したときには目標値の入力電流の振幅を大きく制御し、そのキャパシタ電圧が充電電圧の目標値よりも上昇したときには目標値の入力電流の振幅を小さく制御し、
制御手段は、階段状電圧波形の各電圧値の出力時間を可変制御することで前記階段状電圧波形の実効値を可変制御し、この場合における階段状電圧波形の実効値の可変範囲を、定格動作時の階段状電圧波形の実効値に対して±２０％の範囲内にしたことを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。 - 任意の可変抵抗器に予め設定した目標値の入力電流が流れるように対応する可変抵抗器のインピーダンスを制御し、各キャパシタ電圧の平均値が一定になるように、その平均値電圧が目標値電圧よりも低下したときには目標値の入力電流の振幅を大きく制御し、その平均値電圧が目標値電圧よりも上昇したときには目標値の入力電流の振幅を小さく制御し、
スイッチ回路から出力されるゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の実効値を検出し、この検出値に従って目標値となる入力電流波形を成形することを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
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