JP4473533B2 - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の直列的に接続したスイッチング素子を備えた放電ランプ点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
商用交流電源のような低周波交流電源を用いて例えば放電ランプを高周波で点灯する照明用電子安定器における高調波対策は、パッシブフィルタ方式、アクティブフィルタ方式および部分平滑方式に区分される。また、アクティブフィルタ方式には、チョッパ方式、チャージポンプ方式およびチャージポンプ＋チョッパ方式がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、パッシブフィルタにおいては、負荷に直列のインダクタおよび並列のコンデンサを接続してそれらの共振周波数を電源周波数の３倍に共振するように回路定数を選択するが、特にインダクタには電力容量の大きなものを必要とするので、小形、軽量化を図ることができない。
【０００４】
アクティブフィルタにおいては、チョッパ形の場合、インバータとは別に独立した昇圧チョッパ回路を配設するので、部品点数が多くなり、コストアップを招く。また、チャージポンプ方式およびチャージポンプ＋チョッパ方式は、インバータのスイッチング素子をアクティブフィルタのスイッチング素子として兼用するいわゆる複合形であるが、回路構成が複雑であったり、十分な平滑化作用が得られなかったりするなどの問題がある。
【０００５】
部分平滑回路においては、最近の厳しい入力電流高調波規格を満足することができない。
【０００６】
本発明は、正負両極性の低周波交流電源電圧を高周波でスイッチングする中性点形降圧非反転インバータを備え、回路構成が簡単で、しかも高調波の少ない放電ランプ点灯装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、高周波で交互にスイッチングする一対のスイッチング素子の直列回路および一対の整流素子の直列回路を並列接続して形成されるとともに、その一対のスイッチング素子の接続点と一対の整流素子の接続点との間に形成された交流入力端間に低周波交流電源が接続するブリッジ形整流・変換回路と；ブリッジ形整流・変換回路の低周波交流電流と高周波電流とがともに双方向に流れる回路上の位置に挿入されたインダクタ、インダクタに生じる逆起電力をインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還する帰還回路、および一対のスイッチング素子の少なくとも一方を含むチョッパ回路と；高周波電圧に共振する共振回路と；共振回路の共振電圧が印加されて点灯する放電灯と；を具備していることを特徴としている。
【０００８】
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。
【０００９】
本発明において、「高周波」とは、周波数１ｋＨｚ以上、好ましくは可聴周波数の限界を超える２０ｋＨｚ以上、より好ましくはリモコンの搬送周波数より高い４０ｋＨｚ以上をいう。
【００１０】
＜ブリッジ形整流・変換回路について＞ ブリッジ形整流・変換回路は、低周波交流を整流して直流に変換するとともに、直流をスイッチングによって高周波に変換する手段であり、したがって中性点降圧形のインバータとして動作する。低周波交流を直流に変換するには、主として一対の整流素子が作用する。また、直流を高周波に変換するには、一対のスイッチング素子が作用する。
【００１１】
一対のスイッチング素子は、直接直列接続している態様および他の回路素子、例えば抵抗器などを介して間接的に直列接続した態様のいずれであってもよい。また、一対のスイッチング素子および一対の整流素子は、機能上一対として作用することができればよく、一対の両方またはいずれか一方がそれぞれ複数の素子により構成されていることを許容する。さらに、スイッチング素子は、高周波でスイッチング可能な可制御なスイッチング素子であれば、どのような構成であってもよく、例えばバイポーラトランジスタ、ＦＥＴなどを用いることができる。
【００１２】
低周波交流電源は、ブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間に単独で接続してもよいし、チョッパ回路のインダクタなど他の回路部品を直列に介して接続してもよい。
【００１３】
＜チョッパ回路について＞ 本発明において、「チョッパ回路」とは、直流電流のスイッチングによりインダクタの両端間に生じる逆起電力をインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還して、ある電圧の直流電圧を電圧の異なる他の直流電圧に変換する手段をいう。そして、降圧形、昇圧形、逆極性形などいずれの形式のチョッパ回路であってもよい。インダクタは、チョッパ専用であってもよいし、出力用トランスを兼ねていてもよい。逆起電力を帰還するための帰還回路は、どのような構成であってもよい。なお、直流電流のスイッチングは、ブリッジ形整流・変換回路における一対のスイッチング素子のいずれか一方または両方のスイッチング素子により行われる。
【００１４】
＜共振回路について＞ 共振回路は、一対のスイッチング素子の交互スイッチングにより形成された高周波電圧に共振する。そして、インダクタおよびコンデンサにより形成されている。なお、「インダクタ」とは、インダクタンスを有する回路手段を意味し、チョークコイルのようなものに限定されない。したがって、１次側から見て適当なインダクタンスを有すればトランスなどであってもよい。そうして、共振回路は、放電ランプの始動時には共振により高電圧を形成して、これを放電ランプに印加することにより始動を促進するとともに、高周波電圧の波形を正弦波に整形する。
【００１５】
＜放電ランプについて＞ 放電ランプは、どのようなものでもよく、例えば蛍光ランプなどの低圧放電ランプやメタルハライドランプなどの高圧放電ランプを用いることができる。また、放電ランプは、高周波電圧の共振出力が印加されるような回路上の位置に接続される。例えば、ブリッジ形整流・変換回路の一対のスイッチング素子を共有し、かつ、ブリッジ形整流・変換回路と並列的な関係に共振回路を備えたハーフブリッジ形インバータ回路を構成して、共振回路のインダクタと並列的に、または直列的に放電ランプを接続することができる。また、チョッパ回路のインダクタを一方の共振要素とする共振回路をブリッジ形整流・変換回路の一部を共有して形成して、上記インダクタと並列的または直列的に放電ランプを接続することができる。なお、上記の接続態様において、高周波成分のみを選択して抽出するために、インダクタに２次巻線を巻装して出力トランスを構成し、当該出力トランスを経由して放電ランプを付勢するのが望ましい。
【００１６】
＜その他の構成について＞ 本発明の必須構成要件ではないが、放電ランプの始動のために、負荷回路の共振回路による共振電圧だけでは不足の場合には、別設のイグナイタをそこから発生する高電圧パルスが放電ランプに印加されるように負荷回路に接続することができる。
【００１７】
＜本発明の作用について＞ 本発明は、以上の構成を具備していることにより、低周波交流電圧がブリッジ形整流・変換回路において全波整流されるとともに高周波でスイッチングされる結果、降圧変換インバータ動作が行われる。
【００１８】
また、インダクタには、低周波交流電源から流入するスイッチングにより高周波化された低周波交流電流とチョッパ回路による高周波電流とが双方向に流れる。そして、インダクタは、スイッチング素子のスイッチングによる高周波電流に対してのみ有効なインピーダンスを有すればよいので、低周波交流電源が実質的に短絡されることなく動作することが可能になる。したがって、チョッパ回路のインダクタを小形化、軽量化することができる。
【００１９】
さらに、スイッチング素子の交互スイッチングによりチョッパ回路のインダクタに発生する逆起電力がインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還され、さらに帰還された直流エネルギーがスイッチング素子のスイッチングにより高周波に変換される。したがって、低周波交流電源から流入する低周波交流がスイッチングされて変換される高周波電流と帰還された直流エネルギーがスイッチングされて流れる高周波電流とが通流する回路部分に共振回路を接続したり、帰還された直流エネルギーがスイッチングされた高周波電流が通流する回路部分に共振回路を接続したりして、共振出力によって付勢されるように放電ランプを接続することにより放電ランプを高周波点灯することができる。
【００２０】
さらにまた、スイッチング素子の交互スイッチングによりチョッパ回路のインダクタに発生する逆起電力がインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還され、さらにスイッチング素子のスイッチングにより高周波に変換されるので、放電ランプ点灯装置装置全体として高い変換効率を得ることができる。しかも、高周波発生のためのインバータ動作とチョッパ動作とを共通のスイッチング素子を用いて行うので、配線基板の実装面積が縮小して小形化および廉価化に効果的である。
【００２１】
請求項２の発明の放電ランプ点灯装置は、高周波で交互にスイッチングする一対のスイッチング素子の直列回路および一対の整流素子の直列回路を並列接続して形成されるとともに、その一対のスイッチング素子の接続点と一対の整流素子の接続点との間に形成された交流入力端間に低周波交流電源が接続するブリッジ形整流・変換回路と；ブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間において低周波交流電源と直列接続されるインダクタ、インダクタに生じた逆起電力をインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還する帰還回路および一対のスイッチング素子の少なくとも一方を構成要素として含むチョッパ回路と；高周波電圧に共振する共振回路と；共振回路の共振電圧が印加されて点灯する放電灯と；を具備していることを特徴としている。
【００２２】
本発明は、請求項１の発明においてチョッパ回路として好適な構成を規定している。すなわち、チョッパ回路は、そのインダクタがブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間において低周波交流電源と直列接続されている。インダクタに生じた逆起電力を帰還する帰還回路としては、適宜の回路構成を採用することができる。例えば、４辺が整流素子からなり、交流入力端がインダクタの両端に接続した全波整流回路、および２辺が整流素子で、かつ、他の２辺がコンデンサからなり、上記と同様に接続した全波整流回路などを用いて帰還回路を構成することができる。
【００２３】
そうして、本発明においては、請求項１の発明における作用、効果に加えて以下の作用、効果を奏する。すなわち、インダクタが上記の位置に接続されているので、帰還回路、平滑コンデンサおよび負荷である放電ランプなどの接続位置や回路構成を多様に展開することが可能になり、したがって放電ランプ点灯装置としての回路設計の自由度が大きくなる。
【００２４】
また、チョッパ回路の帰還回路が一対のスイッチング素子とは別に配設されるので、スイッチング素子の寄生ダイオードを経由して帰還させる必要がないために、高効率化される。あるいは、スイッチング素子に帰還用のダイオードを並列接続しなくてもよいので、スイッチング素子やその駆動回路などが密集した位置近傍に帰還回路を実装する必要性がなくなるために、配線基板設計における実装自由度が向上する。
【００２５】
請求項３の発明の放電ランプ点灯装置は、高周波で交互にスイッチングする一対のスイッチング素子の直列回路および一対の整流素子の直列回路を並列接続して形成されるとともに、その一対のスイッチング素子の接続点と一対の整流素子の接続点との間に形成された交流入力端間に低周波交流電源が接続するブリッジ形整流・変換回路と；ブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間において低周波交流電源と直列接続されるインダクタ、インダクタに生じた逆起電力をインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還する帰還回路および一対のスイッチング素子の少なくとも一方を構成要素として含むチョッパ回路と；ブリッジ形整流・変換回路の直流出力端間に接続するとともに、帰還回路により充電される平滑コンデンサと；高周波電圧に共振する共振回路と；共振回路の共振電圧が印加されて点灯する放電灯と；を具備していることを特徴としている。
【００２６】
本発明は、帰還回路がインダクタの逆起電力をその両端から低周波交流電源を経由しないで帰還して平滑コンデンサを充電し、また平滑コンデンサをブリッジ形整流・変換回路の直流出力端間に接続した点が請求項１および２の構成に比較して特長的である。したがって、平滑コンデンサは、帰還回路から得られる帰還電流によって充電することで一対のスイッチング素子の直列回路に対して高周波発生用の直流電源として作用することによって、平滑コンデンサの充電電荷を電源として発生した高周波をも用いて負荷である放電ランプを点灯できるように構成したものである。
【００２７】
高周波電源として用いる場合、放電ランプは、例えば以下に示すような多様な接続の態様であることを許容する。（１）ブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間において例えば出力トランスを兼ねるインダクタの両端に接続する態様。（２）インダクタおよび低周波交流電源と直列に接続する態様。（３）平滑コンデンサを電源とする一対のスイッチング素子を含むハーフブリッジ形インバータを構成してその出力端に接続する態様。
【００２８】
そうして、本発明においては、インダクタに蓄積された磁気エネルギーを一対のスイッチング素子を経由しないで平滑コンデンサの静電エネルギーに転送して、これを高周波発生の電源とするので、高効率で、しかも回路設計の自由度が高くなる。
【００２９】
また、平滑コンデンサの充電回路は、一対のスイッチング素子が高周波のスイッチングを開始する以前には存在しないでスイッチングが開始すると帰還回路からの帰還電流によって平滑コンデンサが充電されるので、低周波交流電源の投入時の突入電流が発生しなくなる。このため、電源容量や配線容量に余裕が生じる。
【００３０】
請求項４の発明の放電ランプ点灯装置は、高周波で交互にスイッチングする一対のスイッチング素子の直列回路および一対の整流素子の直列回路を並列接続して形成されるとともに、その一対のスイッチング素子の接続点と一対の整流素子の接続点との間に形成された交流入力端間に低周波交流電源が接続するブリッジ形整流・変換回路と；ブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間において低周波交流電源と直列接続されるインダクタ、インダクタに生じた逆起電力をインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還する帰還回路および一対のスイッチング素子の少なくとも一方を構成要素として含むチョッパ回路と；ブリッジ形整流・変換回路の直流出力端間に接続するとともに、帰還回路により充電される平滑コンデンサと；平滑コンデンサの両端と一対のスイッチング素子との間にそれぞれ直列に挿入された一対の整流素子と；高周波電圧に共振する共振回路と；共振回路の共振電圧が印加されて点灯する放電灯と；を具備していることを特徴としている。
【００３１】
本発明は、請求項３の発明に比較して平滑コンデンサの両端と一対のスイッチング素子との間にそれぞれ直列に挿入された一対の整流素子が配設されている点で異なる。このため、平滑コンデンサの充放電が所望の経路で的確に行われる。
【００３２】
請求項５の発明の放電ランプ点灯装置は、請求１ないし４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、一対の整流素子の直列回路の一対が並列接続してなり、交流入力端がインダクタに並列接続し、かつ、直流出力端が平滑コンデンサの両端間に接続したブリッジ形整流回路からなることを特徴としている。
【００３３】
本発明は、４辺が整流素子のブリッジ形整流回路からなる帰還回路の構成を規定している。
【００３４】
請求項６の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項項１ないし４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、一対の整流素子の直列回路および一対のコンデンサの直列回路を並列接続してなり、交流入力端がインダクタに並列接続し、かつ、直流出力端が平滑コンデンサの両端間に接続したブリッジ形整流回路からなることを特徴としている。
【００３５】
本発明は、一対の整流素子と一対のコンデンサのブリッジ形整流回路からなる帰還回路の構成を規定している。
【００３６】
請求項７の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし６のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置において、共振回路は、一対のスイッチング素子の一方、インダクタおよびコンデンサの閉回路からなり；放電ランプは、共振回路のインダクタにトランス結合している；ことを特徴としている。
【００３７】
本発明は、一対のスイッチング素子を主体とするハーフブリッジ回路の負荷回路の好適な回路構成を規定している。すなわち、インダクタおよびコンデンサの直列回路が共振回路を構成し、また共振回路が一方のスイッチング素子と閉回路を形成することによってハーフブリッジ回路の負荷回路を構成している。そして、放電ランプが負荷回路に接続して、負荷回路から高周波電力の供給を受けて点灯する。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３９】
図１および図２は、本発明の放電ランプ点灯装置におけるブリッジ形整流・変換回路を示し、図１は回路図、図２は負荷電圧および負荷電流を概念的に示す波形図である。図１において、ＡＣは低周波交流電源、Ｌは負荷、Ｑ１およびＱ２は一対のスイッチング素子、Ｄ１およびＤ２は一対の整流素子である。
【００４０】
すなわち、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣは、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路と、一対の整流素子Ｄ１、Ｄ２の直列回路とを順方向の閉回路を形成するように並列接続して形成され、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点ｊ１と、一対の整流素子Ｄ１、Ｄ２の接続点ｊ２との間が交流入力端となる。
【００４１】
図示のブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの交流入力端ｊ１、ｊ２には、低周波交流電源ＡＣが負荷Ｌを直列に介して接続している。
【００４２】
次に、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの回路動作を説明する。一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が高周波で交互にスイッチング動作を行うと、低周波交流電源ＡＣの電圧の極性が整流素子Ｄ１の順方向に一致する半波の期間中、低周波交流電源ＡＣ、整流素子Ｄ１、スイッチング素子Ｑ１、負荷Ｌおよび低周波交流電源ＡＣの閉回路内をスイッチング素子Ｑ１がオンのときだけ電流が流れ、負荷Ｌの両端に間欠的に電圧降下を生じる。換言すれば、低周波交流電源ＡＣから負荷Ｌに対して高周波パルス状の低周波交流電流が一方向に間欠的に流れる。
【００４３】
低周波交流電源ＡＣの電圧の極性が反転して整流素子Ｄ２の順方向に一致する半波の期間中、低周波交流電源ＡＣ、整流素子Ｄ２、スイッチング素子Ｑ２、負荷Ｌおよび低周波交流電源ＡＣの閉回路内をスイッチング素子Ｑ２がオンのときだけ電流が流れ、負荷Ｌの両端に間欠的に電圧降下を生じる。換言すれば、低周波交流電源ＡＣから負荷Ｌに高周波パルス状の低周波交流電流が反対方向に間欠的に流れる。したがって、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの交流入力端ｊ１、ｊ２に流れる高周波成分を抽出して負荷Ｌに供給すれば、負荷Ｌを高周波で付勢することができる。
【００４４】
図２において、負荷Ｌは抵抗であり、曲線Ｖは負荷電圧、曲線Ｉは負荷電流である。図から理解できるように、負荷電圧Ｖおよび負荷電流Ｉは同位相で、波形は正弦波である。
【００４５】
図３は、本発明の放電ランプ点灯装置における第１の実施の形態を示す回路図である。図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。放電ランプ点灯装置は、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣ、チョッパ回路ＢＵＣ、平滑コンデンサＣ１、一対の整流素子Ｄ７、Ｄ８、負荷回路ＬＣおよび放電ランプＤＬからなり、入力端子ｔ１およびｔ２が低周波交流電源ＡＣに接続し、放電ランプＤＬを高周波点灯する。
【００４６】
ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣは、図１と同一の構成である。
【００４７】
チョッパ回路ＢＵＣは、インダクタＬ１、帰還回路ＦＢＣおよびスイッチング素子Ｑ１からなる。インダクタＬ１は、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの交流入力端ｊ１、ｊ２において高周波交流電源ＡＣと直列接続している。帰還回路ＦＢＣは、４つの整流素子Ｄ３〜Ｄ６によるブリッジ形整流回路からなり、その交流入力端ｊ３、ｊ４がインダクタＬ１の両端に接続している。
【００４８】
平滑コンデンサＣ１は、電解コンデンサからなり、帰還回路ＦＢＣのブリッジ形整流回路の直流出力端ｊ５、ｊ６間に接続している。
【００４９】
一対の整流素子Ｄ７、Ｄ８は、平滑コンデンサＣ１の両端と一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２との間に介在して、平滑コンデンサＣ１の放電路を規定する。
【００５０】
負荷回路ＬＣは、共振回路ＲＣをスイッチング素子Ｑ２の両端に接続して形成された閉回路により構成されている。共振回路ＲＣは、インダクタＬ２およびコンデンサＣ２の直列回路からなり、スイッチング素子Ｑ２の両端に接続している。なお、コンデンサＣ３が図の位置に接続して、インダクタＬ２に生じる逆起電力の帰還回路の一部を形成している。インダクタＬ２は、その一端が一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点ｊ１に接続し、他端が放電ランプＤＬの一極に接続している。コンデンサＣ２は、その一端が放電ランプＤＬの他端に接続し、他端が平滑コンデンサＣ１の負極に接続している。
【００５１】
放電ランプＤＬは、負荷回路ＬＣにインダクタＬ２と直列に接続している。
【００５２】
次に、本実施の形態における回路動作について説明する。低周波交流電源ＡＣを投入すると、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの整流素子Ｄ１に対して順方向になる極性において、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が高周波で交互にスイッチングを行うと、スイッチング素子Ｑ１がオン時に低周波交流電源ＡＣ→ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの整流素子Ｄ１→スイッチング素子Ｑ１→チョッパ回路ＢＵＣのインダクタＬ１→低周波交流電源ＡＣの閉回路を電流が流れ、インダクタＬ２に電磁エネルギーが蓄積される。
【００５３】
上記に続いてスイッチング素子Ｑ１がオフすると、チョッパ回路ＢＵＣのインダクタＬ１に蓄積された電磁エネルギーが放出されて逆起電力がインダクタＬ１の両端に現れる。この逆起電力によってインダクタＬ１→帰還回路ＦＢＣの整流素子Ｄ３→平滑コンデンサＣ１→帰還回路ＦＢＣの整流素子Ｄ６→インダクタＬ１の閉回路を電流が流れ、平滑コンデンサＣ１が充電される。
【００５４】
以上の回路動作において、チョッパ回路ＢＵＣがチョッパ動作を行う。
【００５５】
一方、平滑コンデンサＣ１の充電電荷は、以下に説明するように放電する。そして、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２および負荷回路ＬＣは、ハーフブリッジ形インバータとして動作して放電ランプＤＬを高周波点灯する。すなわち、スイッチング素子Ｑ１がオンすると、平滑コンデンサＣ１→整流素子Ｄ７→スイッチング素子Ｑ１→インダクタＬ２→放電ランプＤＬ→コンデンサＣ２→平滑コンデンサＣ１の閉回路を平滑コンデンサＣ１の放電電流が流れ、インダクタＬ２に電磁エネルギーが蓄積される。
【００５６】
次に、スイッチング素子Ｑ１がオフすると、インダクタＬ２に逆起電力が生じて、インダクタＬ２→放電ランプＤＬ→コンデンサＣ２→帰還回路ＦＢＣの整流素子Ｄ６→インダクタＬ２の閉回路を電流が流れてインダクタＬ２蓄積された電磁エネルギーが放出され、コンデンサＣ２に電荷が蓄積される。
【００５７】
続いてスイッチング素子Ｑ２がオンすると、コンデンサＣ２に蓄積されていた電荷が放出されてコンデンサＣ２→放電ランプＤＬ→インダクタＬ２→スイッチング素子Ｑ２→整流素子Ｄ８→コンデンサＣ２の閉回路を電流が流れる。
【００５８】
以上の回路動作によって放電ランプＤＬは、そこに高周波交流電流が流れるので、高周波点灯する。
【００５９】
次に、低周波交流電圧の極性が反転してブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの整流素子Ｄ２に対して順方向になる極性になり、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が高周波で交互にスイッチングを行うと、スイッチング素子Ｑ２がオン時に低周波交流電源ＡＣ→チョッパ回路ＢＵＣのインダクタＬ１→スイッチング素子Ｑ２→ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの整流素子Ｄ２→低周波交流電源ＡＣの閉回路を電流が流れ、インダクタＬ１に電磁エネルギーが蓄積される。
【００６０】
上記に続いてスイッチング素子Ｑ２がオフすると、チョッパ回路ＢＵＣのインダクタＬ１に蓄積された電磁エネルギーが放出されて逆起電力がインダクタＬ１の両端に現れる。この逆起電力によってインダクタＬ１→帰還回路ＦＢＣの整流素子Ｄ５→平滑コンデンサＣ１→帰還回路ＦＢＣの整流素子Ｄ４→インダクタＬ１の閉回路を電流が流れ、平滑コンデンサＣ１が充電される。
【００６１】
以上の回路動作において、チョッパ回路ＢＵＣがチョッパ動作を行う。
【００６２】
一方、平滑コンデンサＣ１の充電電荷は、前述と同様に放電する。
【００６３】
図４は、本発明の放電ランプ点灯装置における第２の実施の形態を示す回路図である。図において、図３と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。本実施の形態は、コンデンサＣ３がない点で異なる。
【００６４】
図５は、本発明の放電ランプ点灯装置における第３の実施の形態を示す回路図である。図において、図３と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。本実施の形態は、帰還回路ＦＢＣのインダクタＬ１を経由して放電ランプＤＬを点灯するように構成されている点で異なる。
【００６５】
すなわち、帰還回路ＦＢＣのインダクタＬ１は、出力トランスＯＴを構成していて、出力トランスＯＴの２次巻線に放電ランプＤＬが接続されている。また、コンデンサＣ２がスイッチング素子Ｑ２、インダクタＬ１およびコンデンサＣ２の閉回路を形成するようにインダクタＬ１およびスイッチング素子Ｑ２の間に接続している。さらに、コンデンサＣ３が図示の位置に接続している。
【００６６】
そうして、第３の実施の形態においては、放電ランプＤＬは、低周波交流電源ＡＣから流入する高周波電流と、平滑コンデンサＣ１の電荷の放電により流れる高周波電流とにより点灯する。なお、低周波交流電源ＡＣから流入する高周波電流および平滑コンデンサＣ１の電荷の放電により流れる高周波電流は、図３に示す第１の実施の形態におけるのと本質的に同じように流れる。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１ないし７の各発明によれば、正負両極性の低周波交流電源電圧を高周波でスイッチングする中性点形降圧非反転インバータを備え、チョッパ回路のインダクタに生じる逆起電力をそのインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還して高周波に変換するので、高い変換効率で放電ランプを高周波点灯することができるとともに、チョッパ回路の帰還回路を一対のスイッチング素子とは別に配設することができ、この場合スイッチング素子の寄生ダイオードを経由して帰還させる必要がないために、高効率化され、またスイッチング素子に帰還用のダイオードを並列接続しなくてもよいので、スイッチング素子やその駆動回路などが密集した位置近傍に帰還回路を実装する必要性がなくなるために、配線基板設計における実装自由度が向上し、回路構成が簡単で、しかも高調波の少ない放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００６８】
請求項１の発明によれば、加えてインダクタは、スイッチング素子のスイッチングによる高周波電流に対してのみ有効なインピーダンスを有すればよいので、低周波交流電源が実質的に短絡されることなく動作することが可能になり、チョッパ回路のインダクタを小形化、軽量化した放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００６９】
請求項２の発明によれば、加えてチョッパ回路のインダクタがブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間において低周波交流電源と直列接続されていることにより、帰還回路、平滑コンデンサおよび負荷である放電ランプなどの接続位置や回路構成を多様に展開することが可能になり、放電ランプ点灯装置としての回路設計の自由度が大きくなる放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００７０】
請求項３の発明によれば、加えてブリッジ形整流・変換回路の直流出力端間に接続するとともに、帰還回路により充電される平滑コンデンサを具備していることにより、インダクタに蓄積された磁気エネルギーを一対のスイッチング素子を経由しないで平滑コンデンサの静電エネルギーに転送して、これを高周波発生の電源とするので、高効率で、しかも回路設計の自由度が高くなるとともに、平滑コンデンサの充電回路は、一対のスイッチング素子が高周波のスイッチングを開始する以前には存在しないでスイッチングが開始すると帰還回路からの帰還電流によって平滑コンデンサが充電されるので、低周波交流電源の投入時の突入電流が発生しなくなるため、電源容量や配線容量に余裕が生じる放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００７１】
請求項４の発明によれば、加えてブリッジ形整流・変換回路の直流出力端間に接続するとともに、帰還回路により充電される平滑コンデンサと、平滑コンデンサの両端と一対のスイッチング素子との間にそれぞれ直列に挿入された一対の整流素子とを具備していることにより、平滑コンデンサの充放電が所望の経路で的確に行われる放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００７２】
請求項５の発明によれば、加えて帰還回路が一対の整流素子の直列回路の一対が並列接続してなり、交流入力端がインダクタに並列接続し、かつ、直流出力端が平滑コンデンサの両端間に接続したブリッジ形整流回路からなる放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００７３】
請求項６の発明によれば、加えて帰還回路が一対の整流素子の直列回路および一対のコンデンサの直列回路を並列接続してなり、交流入力端がインダクタに並列接続し、かつ、直流出力端が平滑コンデンサの両端間に接続したブリッジ形整流回路からなる放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００７４】
請求項７の発明によれば、加えて共振回路が、一対のスイッチング素子の一方、インダクタおよびコンデンサの閉回路からなり、放電ランプが共振回路のインダクタにトランス結合している放電ランプ点灯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におけるブリッジ形整流・変換回路を示す回路図
【図２】 同じく負荷電圧および負荷電流を概念的に示す波形図
【図３】 本発明の放電ランプ点灯装置における第１の実施の形態を示す回路図
【図４】 本発明の放電ランプ点灯装置における第２の実施の形態を示す回路図
【図５】 本発明の放電ランプ点灯装置における第３の実施の形態を示す回路図
【符号の説明】
ＢＥＣ…ブリッジ形整流・変換回路、ＢＵＣ…チョッパ回路、Ｃ１…平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８……整流素、ＤＬ…放電ランプ、ＦＢＣ…帰還回路、Ｌ１、Ｌ２…インクタ、ＬＣ…負荷回路、Ｑ１、Ｑ２…スイッチング素子、ＲＣ…共振回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の直列的に接続したスイッチング素子を備えた放電ランプ点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
商用交流電源のような低周波交流電源を用いて例えば放電ランプを高周波で点灯する照明用電子安定器における高調波対策は、パッシブフィルタ方式、アクティブフィルタ方式および部分平滑方式に区分される。また、アクティブフィルタ方式には、チョッパ方式、チャージポンプ方式およびチャージポンプ＋チョッパ方式がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、パッシブフィルタにおいては、負荷に直列のインダクタおよび並列のコンデンサを接続してそれらの共振周波数を電源周波数の３倍に共振するように回路定数を選択するが、特にインダクタには電力容量の大きなものを必要とするので、小形、軽量化を図ることができない。
【０００４】
アクティブフィルタにおいては、チョッパ形の場合、インバータとは別に独立した昇圧チョッパ回路を配設するので、部品点数が多くなり、コストアップを招く。また、チャージポンプ方式およびチャージポンプ＋チョッパ方式は、インバータのスイッチング素子をアクティブフィルタのスイッチング素子として兼用するいわゆる複合形であるが、回路構成が複雑であったり、十分な平滑化作用が得られなかったりするなどの問題がある。
【０００５】
部分平滑回路においては、最近の厳しい入力電流高調波規格を満足することができない。
【０００６】
本発明は、正負両極性の低周波交流電源電圧を高周波でスイッチングする中性点形降圧非反転インバータを備え、回路構成が簡単で、しかも高調波の少ない放電ランプ点灯装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、高周波で交互にスイッチングする一対のスイッチング素子の直列回路および一対の整流素子の直列回路を並列接続して形成されるとともに、その一対のスイッチング素子の接続点と一対の整流素子の接続点との間に形成された交流入力端間に低周波交流電源が接続するブリッジ形整流・変換回路と；ブリッジ形整流・変換回路の低周波交流電流と高周波電流とがともに双方向に流れる回路上の位置に挿入されたインダクタ、インダクタに生じる逆起電力をインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還する帰還回路、および一対のスイッチング素子の少なくとも一方を含むチョッパ回路と；高周波電圧に共振する共振回路と；共振回路の共振電圧が印加されて点灯する放電灯と；を具備していることを特徴としている。
【０００８】
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。
【０００９】
本発明において、「高周波」とは、周波数１ｋＨｚ以上、好ましくは可聴周波数の限界を超える２０ｋＨｚ以上、より好ましくはリモコンの搬送周波数より高い４０ｋＨｚ以上をいう。
【００１０】
＜ブリッジ形整流・変換回路について＞ ブリッジ形整流・変換回路は、低周波交流を整流して直流に変換するとともに、直流をスイッチングによって高周波に変換する手段であり、したがって中性点降圧形のインバータとして動作する。低周波交流を直流に変換するには、主として一対の整流素子が作用する。また、直流を高周波に変換するには、一対のスイッチング素子が作用する。
【００１１】
一対のスイッチング素子は、直接直列接続している態様および他の回路素子、例えば抵抗器などを介して間接的に直列接続した態様のいずれであってもよい。また、一対のスイッチング素子および一対の整流素子は、機能上一対として作用することができればよく、一対の両方またはいずれか一方がそれぞれ複数の素子により構成されていることを許容する。さらに、スイッチング素子は、高周波でスイッチング可能な可制御なスイッチング素子であれば、どのような構成であってもよく、例えばバイポーラトランジスタ、ＦＥＴなどを用いることができる。
【００１２】
低周波交流電源は、ブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間に単独で接続してもよいし、チョッパ回路のインダクタなど他の回路部品を直列に介して接続してもよい。
【００１３】
＜チョッパ回路について＞ 本発明において、「チョッパ回路」とは、直流電流のスイッチングによりインダクタの両端間に生じる逆起電力をインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還して、ある電圧の直流電圧を電圧の異なる他の直流電圧に変換する手段をいう。そして、降圧形、昇圧形、逆極性形などいずれの形式のチョッパ回路であってもよい。インダクタは、チョッパ専用であってもよいし、出力用トランスを兼ねていてもよい。逆起電力を帰還するための帰還回路は、どのような構成であってもよい。なお、直流電流のスイッチングは、ブリッジ形整流・変換回路における一対のスイッチング素子のいずれか一方または両方のスイッチング素子により行われる。
【００１４】
＜共振回路について＞ 共振回路は、一対のスイッチング素子の交互スイッチングにより形成された高周波電圧に共振する。そして、インダクタおよびコンデンサにより形成されている。なお、「インダクタ」とは、インダクタンスを有する回路手段を意味し、チョークコイルのようなものに限定されない。したがって、１次側から見て適当なインダクタンスを有すればトランスなどであってもよい。そうして、共振回路は、放電ランプの始動時には共振により高電圧を形成して、これを放電ランプに印加することにより始動を促進するとともに、高周波電圧の波形を正弦波に整形する。
【００１５】
＜放電ランプについて＞ 放電ランプは、どのようなものでもよく、例えば蛍光ランプなどの低圧放電ランプやメタルハライドランプなどの高圧放電ランプを用いることができる。また、放電ランプは、高周波電圧の共振出力が印加されるような回路上の位置に接続される。例えば、ブリッジ形整流・変換回路の一対のスイッチング素子を共有し、かつ、ブリッジ形整流・変換回路と並列的な関係に共振回路を備えたハーフブリッジ形インバータ回路を構成して、共振回路のインダクタと並列的に、または直列的に放電ランプを接続することができる。また、チョッパ回路のインダクタを一方の共振要素とする共振回路をブリッジ形整流・変換回路の一部を共有して形成して、上記インダクタと並列的または直列的に放電ランプを接続することができる。なお、上記の接続態様において、高周波成分のみを選択して抽出するために、インダクタに２次巻線を巻装して出力トランスを構成し、当該出力トランスを経由して放電ランプを付勢するのが望ましい。
【００１６】
＜その他の構成について＞ 本発明の必須構成要件ではないが、放電ランプの始動のために、負荷回路の共振回路による共振電圧だけでは不足の場合には、別設のイグナイタをそこから発生する高電圧パルスが放電ランプに印加されるように負荷回路に接続することができる。
【００１７】
＜本発明の作用について＞ 本発明は、以上の構成を具備していることにより、低周波交流電圧がブリッジ形整流・変換回路において全波整流されるとともに高周波でスイッチングされる結果、降圧変換インバータ動作が行われる。
【００１８】
また、インダクタには、低周波交流電源から流入するスイッチングにより高周波化された低周波交流電流とチョッパ回路による高周波電流とが双方向に流れる。そして、インダクタは、スイッチング素子のスイッチングによる高周波電流に対してのみ有効なインピーダンスを有すればよいので、低周波交流電源が実質的に短絡されることなく動作することが可能になる。したがって、チョッパ回路のインダクタを小形化、軽量化することができる。
【００１９】
さらに、スイッチング素子の交互スイッチングによりチョッパ回路のインダクタに発生する逆起電力がインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還され、さらに帰還された直流エネルギーがスイッチング素子のスイッチングにより高周波に変換される。したがって、低周波交流電源から流入する低周波交流がスイッチングされて変換される高周波電流と帰還された直流エネルギーがスイッチングされて流れる高周波電流とが通流する回路部分に共振回路を接続したり、帰還された直流エネルギーがスイッチングされた高周波電流が通流する回路部分に共振回路を接続したりして、共振出力によって付勢されるように放電ランプを接続することにより放電ランプを高周波点灯することができる。
【００２０】
さらにまた、スイッチング素子の交互スイッチングによりチョッパ回路のインダクタに発生する逆起電力がインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還され、さらにスイッチング素子のスイッチングにより高周波に変換されるので、放電ランプ点灯装置装置全体として高い変換効率を得ることができる。しかも、高周波発生のためのインバータ動作とチョッパ動作とを共通のスイッチング素子を用いて行うので、配線基板の実装面積が縮小して小形化および廉価化に効果的である。
【００２１】
請求項２の発明の放電ランプ点灯装置は、高周波で交互にスイッチングする一対のスイッチング素子の直列回路および一対の整流素子の直列回路を並列接続して形成されるとともに、その一対のスイッチング素子の接続点と一対の整流素子の接続点との間に形成された交流入力端間に低周波交流電源が接続するブリッジ形整流・変換回路と；ブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間において低周波交流電源と直列接続されるインダクタ、インダクタに生じた逆起電力をインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還する帰還回路および一対のスイッチング素子の少なくとも一方を構成要素として含むチョッパ回路と；高周波電圧に共振する共振回路と；共振回路の共振電圧が印加されて点灯する放電灯と；を具備していることを特徴としている。
【００２２】
本発明は、請求項１の発明においてチョッパ回路として好適な構成を規定している。すなわち、チョッパ回路は、そのインダクタがブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間において低周波交流電源と直列接続されている。インダクタに生じた逆起電力を帰還する帰還回路としては、適宜の回路構成を採用することができる。例えば、４辺が整流素子からなり、交流入力端がインダクタの両端に接続した全波整流回路、および２辺が整流素子で、かつ、他の２辺がコンデンサからなり、上記と同様に接続した全波整流回路などを用いて帰還回路を構成することができる。
【００２３】
そうして、本発明においては、請求項１の発明における作用、効果に加えて以下の作用、効果を奏する。すなわち、インダクタが上記の位置に接続されているので、帰還回路、平滑コンデンサおよび負荷である放電ランプなどの接続位置や回路構成を多様に展開することが可能になり、したがって放電ランプ点灯装置としての回路設計の自由度が大きくなる。
【００２４】
また、チョッパ回路の帰還回路が一対のスイッチング素子とは別に配設されるので、スイッチング素子の寄生ダイオードを経由して帰還させる必要がないために、高効率化される。あるいは、スイッチング素子に帰還用のダイオードを並列接続しなくてもよいので、スイッチング素子やその駆動回路などが密集した位置近傍に帰還回路を実装する必要性がなくなるために、配線基板設計における実装自由度が向上する。
【００２５】
請求項３の発明の放電ランプ点灯装置は、高周波で交互にスイッチングする一対のスイッチング素子の直列回路および一対の整流素子の直列回路を並列接続して形成されるとともに、その一対のスイッチング素子の接続点と一対の整流素子の接続点との間に形成された交流入力端間に低周波交流電源が接続するブリッジ形整流・変換回路と；ブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間において低周波交流電源と直列接続されるインダクタ、インダクタに生じた逆起電力をインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還する帰還回路および一対のスイッチング素子の少なくとも一方を構成要素として含むチョッパ回路と；ブリッジ形整流・変換回路の直流出力端間に接続するとともに、帰還回路により充電される平滑コンデンサと；高周波電圧に共振する共振回路と；共振回路の共振電圧が印加されて点灯する放電灯と；を具備していることを特徴としている。
【００２６】
本発明は、帰還回路がインダクタの逆起電力をその両端から低周波交流電源を経由しないで帰還して平滑コンデンサを充電し、また平滑コンデンサをブリッジ形整流・変換回路の直流出力端間に接続した点が請求項１および２の構成に比較して特長的である。したがって、平滑コンデンサは、帰還回路から得られる帰還電流によって充電することで一対のスイッチング素子の直列回路に対して高周波発生用の直流電源として作用することによって、平滑コンデンサの充電電荷を電源として発生した高周波をも用いて負荷である放電ランプを点灯できるように構成したものである。
【００２７】
高周波電源として用いる場合、放電ランプは、例えば以下に示すような多様な接続の態様であることを許容する。（１）ブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間において例えば出力トランスを兼ねるインダクタの両端に接続する態様。（２）インダクタおよび低周波交流電源と直列に接続する態様。（３）平滑コンデンサを電源とする一対のスイッチング素子を含むハーフブリッジ形インバータを構成してその出力端に接続する態様。
【００２８】
そうして、本発明においては、インダクタに蓄積された磁気エネルギーを一対のスイッチング素子を経由しないで平滑コンデンサの静電エネルギーに転送して、これを高周波発生の電源とするので、高効率で、しかも回路設計の自由度が高くなる。
【００２９】
また、平滑コンデンサの充電回路は、一対のスイッチング素子が高周波のスイッチングを開始する以前には存在しないでスイッチングが開始すると帰還回路からの帰還電流によって平滑コンデンサが充電されるので、低周波交流電源の投入時の突入電流が発生しなくなる。このため、電源容量や配線容量に余裕が生じる。
【００３０】
請求項４の発明の放電ランプ点灯装置は、高周波で交互にスイッチングする一対のスイッチング素子の直列回路および一対の整流素子の直列回路を並列接続して形成されるとともに、その一対のスイッチング素子の接続点と一対の整流素子の接続点との間に形成された交流入力端間に低周波交流電源が接続するブリッジ形整流・変換回路と；ブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間において低周波交流電源と直列接続されるインダクタ、インダクタに生じた逆起電力をインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還する帰還回路および一対のスイッチング素子の少なくとも一方を構成要素として含むチョッパ回路と；ブリッジ形整流・変換回路の直流出力端間に接続するとともに、帰還回路により充電される平滑コンデンサと；平滑コンデンサの両端と一対のスイッチング素子との間にそれぞれ直列に挿入された一対の整流素子と；高周波電圧に共振する共振回路と；共振回路の共振電圧が印加されて点灯する放電灯と；を具備していることを特徴としている。
【００３１】
本発明は、請求項３の発明に比較して平滑コンデンサの両端と一対のスイッチング素子との間にそれぞれ直列に挿入された一対の整流素子が配設されている点で異なる。このため、平滑コンデンサの充放電が所望の経路で的確に行われる。
【００３２】
請求項５の発明の放電ランプ点灯装置は、請求１ないし４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、一対の整流素子の直列回路の一対が並列接続してなり、交流入力端がインダクタに並列接続し、かつ、直流出力端が平滑コンデンサの両端間に接続したブリッジ形整流回路からなることを特徴としている。
【００３３】
本発明は、４辺が整流素子のブリッジ形整流回路からなる帰還回路の構成を規定している。
【００３４】
請求項６の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項項１ないし４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、一対の整流素子の直列回路および一対のコンデンサの直列回路を並列接続してなり、交流入力端がインダクタに並列接続し、かつ、直流出力端が平滑コンデンサの両端間に接続したブリッジ形整流回路からなることを特徴としている。
【００３５】
本発明は、一対の整流素子と一対のコンデンサのブリッジ形整流回路からなる帰還回路の構成を規定している。
【００３６】
請求項７の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１ないし６のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置において、共振回路は、一対のスイッチング素子の一方、インダクタおよびコンデンサの閉回路からなり；放電ランプは、共振回路のインダクタにトランス結合している；ことを特徴としている。
【００３７】
本発明は、一対のスイッチング素子を主体とするハーフブリッジ回路の負荷回路の好適な回路構成を規定している。すなわち、インダクタおよびコンデンサの直列回路が共振回路を構成し、また共振回路が一方のスイッチング素子と閉回路を形成することによってハーフブリッジ回路の負荷回路を構成している。そして、放電ランプが負荷回路に接続して、負荷回路から高周波電力の供給を受けて点灯する。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３９】
図１および図２は、本発明の放電ランプ点灯装置におけるブリッジ形整流・変換回路を示し、図１は回路図、図２は負荷電圧および負荷電流を概念的に示す波形図である。図１において、ＡＣは低周波交流電源、Ｌは負荷、Ｑ１およびＱ２は一対のスイッチング素子、Ｄ１およびＤ２は一対の整流素子である。
【００４０】
すなわち、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣは、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路と、一対の整流素子Ｄ１、Ｄ２の直列回路とを順方向の閉回路を形成するように並列接続して形成され、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点ｊ１と、一対の整流素子Ｄ１、Ｄ２の接続点ｊ２との間が交流入力端となる。
【００４１】
図示のブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの交流入力端ｊ１、ｊ２には、低周波交流電源ＡＣが負荷Ｌを直列に介して接続している。
【００４２】
次に、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの回路動作を説明する。一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が高周波で交互にスイッチング動作を行うと、低周波交流電源ＡＣの電圧の極性が整流素子Ｄ１の順方向に一致する半波の期間中、低周波交流電源ＡＣ、整流素子Ｄ１、スイッチング素子Ｑ１、負荷Ｌおよび低周波交流電源ＡＣの閉回路内をスイッチング素子Ｑ１がオンのときだけ電流が流れ、負荷Ｌの両端に間欠的に電圧降下を生じる。換言すれば、低周波交流電源ＡＣから負荷Ｌに対して高周波パルス状の低周波交流電流が一方向に間欠的に流れる。
【００４３】
低周波交流電源ＡＣの電圧の極性が反転して整流素子Ｄ２の順方向に一致する半波の期間中、低周波交流電源ＡＣ、整流素子Ｄ２、スイッチング素子Ｑ２、負荷Ｌおよび低周波交流電源ＡＣの閉回路内をスイッチング素子Ｑ２がオンのときだけ電流が流れ、負荷Ｌの両端に間欠的に電圧降下を生じる。換言すれば、低周波交流電源ＡＣから負荷Ｌに高周波パルス状の低周波交流電流が反対方向に間欠的に流れる。したがって、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの交流入力端ｊ１、ｊ２に流れる高周波成分を抽出して負荷Ｌに供給すれば、負荷Ｌを高周波で付勢することができる。
【００４４】
図２において、負荷Ｌは抵抗であり、曲線Ｖは負荷電圧、曲線Ｉは負荷電流である。図から理解できるように、負荷電圧Ｖおよび負荷電流Ｉは同位相で、波形は正弦波である。
【００４５】
図３は、本発明の放電ランプ点灯装置における第１の実施の形態を示す回路図である。図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。放電ランプ点灯装置は、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣ、チョッパ回路ＢＵＣ、平滑コンデンサＣ１、一対の整流素子Ｄ７、Ｄ８、負荷回路ＬＣおよび放電ランプＤＬからなり、入力端子ｔ１およびｔ２が低周波交流電源ＡＣに接続し、放電ランプＤＬを高周波点灯する。
【００４６】
ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣは、図１と同一の構成である。
【００４７】
チョッパ回路ＢＵＣは、インダクタＬ１、帰還回路ＦＢＣおよびスイッチング素子Ｑ１からなる。インダクタＬ１は、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの交流入力端ｊ１、ｊ２において高周波交流電源ＡＣと直列接続している。帰還回路ＦＢＣは、４つの整流素子Ｄ３〜Ｄ６によるブリッジ形整流回路からなり、その交流入力端ｊ３、ｊ４がインダクタＬ１の両端に接続している。
【００４８】
平滑コンデンサＣ１は、電解コンデンサからなり、帰還回路ＦＢＣのブリッジ形整流回路の直流出力端ｊ５、ｊ６間に接続している。
【００４９】
一対の整流素子Ｄ７、Ｄ８は、平滑コンデンサＣ１の両端と一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２との間に介在して、平滑コンデンサＣ１の放電路を規定する。
【００５０】
負荷回路ＬＣは、共振回路ＲＣをスイッチング素子Ｑ２の両端に接続して形成された閉回路により構成されている。共振回路ＲＣは、インダクタＬ２およびコンデンサＣ２の直列回路からなり、スイッチング素子Ｑ２の両端に接続している。なお、コンデンサＣ３が図の位置に接続して、インダクタＬ２に生じる逆起電力の帰還回路の一部を形成している。インダクタＬ２は、その一端が一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点ｊ１に接続し、他端が放電ランプＤＬの一極に接続している。コンデンサＣ２は、その一端が放電ランプＤＬの他端に接続し、他端が平滑コンデンサＣ１の負極に接続している。
【００５１】
放電ランプＤＬは、負荷回路ＬＣにインダクタＬ２と直列に接続している。
【００５２】
次に、本実施の形態における回路動作について説明する。低周波交流電源ＡＣを投入すると、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの整流素子Ｄ１に対して順方向になる極性において、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が高周波で交互にスイッチングを行うと、スイッチング素子Ｑ１がオン時に低周波交流電源ＡＣ→ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの整流素子Ｄ１→スイッチング素子Ｑ１→チョッパ回路ＢＵＣのインダクタＬ１→低周波交流電源ＡＣの閉回路を電流が流れ、インダクタＬ２に電磁エネルギーが蓄積される。
【００５３】
上記に続いてスイッチング素子Ｑ１がオフすると、チョッパ回路ＢＵＣのインダクタＬ１に蓄積された電磁エネルギーが放出されて逆起電力がインダクタＬ１の両端に現れる。この逆起電力によってインダクタＬ１→帰還回路ＦＢＣの整流素子Ｄ３→平滑コンデンサＣ１→帰還回路ＦＢＣの整流素子Ｄ６→インダクタＬ１の閉回路を電流が流れ、平滑コンデンサＣ１が充電される。
【００５４】
以上の回路動作において、チョッパ回路ＢＵＣがチョッパ動作を行う。
【００５５】
一方、平滑コンデンサＣ１の充電電荷は、以下に説明するように放電する。そして、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２および負荷回路ＬＣは、ハーフブリッジ形インバータとして動作して放電ランプＤＬを高周波点灯する。すなわち、スイッチング素子Ｑ１がオンすると、平滑コンデンサＣ１→整流素子Ｄ７→スイッチング素子Ｑ１→インダクタＬ２→放電ランプＤＬ→コンデンサＣ２→平滑コンデンサＣ１の閉回路を平滑コンデンサＣ１の放電電流が流れ、インダクタＬ２に電磁エネルギーが蓄積される。
【００５６】
次に、スイッチング素子Ｑ１がオフすると、インダクタＬ２に逆起電力が生じて、インダクタＬ２→放電ランプＤＬ→コンデンサＣ２→帰還回路ＦＢＣの整流素子Ｄ６→インダクタＬ２の閉回路を電流が流れてインダクタＬ２蓄積された電磁エネルギーが放出され、コンデンサＣ２に電荷が蓄積される。
【００５７】
続いてスイッチング素子Ｑ２がオンすると、コンデンサＣ２に蓄積されていた電荷が放出されてコンデンサＣ２→放電ランプＤＬ→インダクタＬ２→スイッチング素子Ｑ２→整流素子Ｄ８→コンデンサＣ２の閉回路を電流が流れる。
【００５８】
以上の回路動作によって放電ランプＤＬは、そこに高周波交流電流が流れるので、高周波点灯する。
【００５９】
次に、低周波交流電圧の極性が反転してブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの整流素子Ｄ２に対して順方向になる極性になり、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が高周波で交互にスイッチングを行うと、スイッチング素子Ｑ２がオン時に低周波交流電源ＡＣ→チョッパ回路ＢＵＣのインダクタＬ１→スイッチング素子Ｑ２→ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの整流素子Ｄ２→低周波交流電源ＡＣの閉回路を電流が流れ、インダクタＬ１に電磁エネルギーが蓄積される。
【００６０】
上記に続いてスイッチング素子Ｑ２がオフすると、チョッパ回路ＢＵＣのインダクタＬ１に蓄積された電磁エネルギーが放出されて逆起電力がインダクタＬ１の両端に現れる。この逆起電力によってインダクタＬ１→帰還回路ＦＢＣの整流素子Ｄ５→平滑コンデンサＣ１→帰還回路ＦＢＣの整流素子Ｄ４→インダクタＬ１の閉回路を電流が流れ、平滑コンデンサＣ１が充電される。
【００６１】
以上の回路動作において、チョッパ回路ＢＵＣがチョッパ動作を行う。
【００６２】
一方、平滑コンデンサＣ１の充電電荷は、前述と同様に放電する。
【００６３】
図４は、本発明の放電ランプ点灯装置における第２の実施の形態を示す回路図である。図において、図３と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。本実施の形態は、コンデンサＣ３がない点で異なる。
【００６４】
図５は、本発明の放電ランプ点灯装置における第３の実施の形態を示す回路図である。図において、図３と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。本実施の形態は、帰還回路ＦＢＣのインダクタＬ１を経由して放電ランプＤＬを点灯するように構成されている点で異なる。
【００６５】
すなわち、帰還回路ＦＢＣのインダクタＬ１は、出力トランスＯＴを構成していて、出力トランスＯＴの２次巻線に放電ランプＤＬが接続されている。また、コンデンサＣ２がスイッチング素子Ｑ２、インダクタＬ１およびコンデンサＣ２の閉回路を形成するようにインダクタＬ１およびスイッチング素子Ｑ２の間に接続している。さらに、コンデンサＣ３が図示の位置に接続している。
【００６６】
そうして、第３の実施の形態においては、放電ランプＤＬは、低周波交流電源ＡＣから流入する高周波電流と、平滑コンデンサＣ１の電荷の放電により流れる高周波電流とにより点灯する。なお、低周波交流電源ＡＣから流入する高周波電流および平滑コンデンサＣ１の電荷の放電により流れる高周波電流は、図３に示す第１の実施の形態におけるのと本質的に同じように流れる。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１ないし７の各発明によれば、正負両極性の低周波交流電源電圧を高周波でスイッチングする中性点形降圧非反転インバータを備え、チョッパ回路のインダクタに生じる逆起電力をそのインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還して高周波に変換するので、高い変換効率で放電ランプを高周波点灯することができるとともに、チョッパ回路の帰還回路を一対のスイッチング素子とは別に配設することができ、この場合スイッチング素子の寄生ダイオードを経由して帰還させる必要がないために、高効率化され、またスイッチング素子に帰還用のダイオードを並列接続しなくてもよいので、スイッチング素子やその駆動回路などが密集した位置近傍に帰還回路を実装する必要性がなくなるために、配線基板設計における実装自由度が向上し、回路構成が簡単で、しかも高調波の少ない放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００６８】
請求項１の発明によれば、加えてインダクタは、スイッチング素子のスイッチングによる高周波電流に対してのみ有効なインピーダンスを有すればよいので、低周波交流電源が実質的に短絡されることなく動作することが可能になり、チョッパ回路のインダクタを小形化、軽量化した放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００６９】
請求項２の発明によれば、加えてチョッパ回路のインダクタがブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間において低周波交流電源と直列接続されていることにより、帰還回路、平滑コンデンサおよび負荷である放電ランプなどの接続位置や回路構成を多様に展開することが可能になり、放電ランプ点灯装置としての回路設計の自由度が大きくなる放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００７０】
請求項３の発明によれば、加えてブリッジ形整流・変換回路の直流出力端間に接続するとともに、帰還回路により充電される平滑コンデンサを具備していることにより、インダクタに蓄積された磁気エネルギーを一対のスイッチング素子を経由しないで平滑コンデンサの静電エネルギーに転送して、これを高周波発生の電源とするので、高効率で、しかも回路設計の自由度が高くなるとともに、平滑コンデンサの充電回路は、一対のスイッチング素子が高周波のスイッチングを開始する以前には存在しないでスイッチングが開始すると帰還回路からの帰還電流によって平滑コンデンサが充電されるので、低周波交流電源の投入時の突入電流が発生しなくなるため、電源容量や配線容量に余裕が生じる放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００７１】
請求項４の発明によれば、加えてブリッジ形整流・変換回路の直流出力端間に接続するとともに、帰還回路により充電される平滑コンデンサと、平滑コンデンサの両端と一対のスイッチング素子との間にそれぞれ直列に挿入された一対の整流素子とを具備していることにより、平滑コンデンサの充放電が所望の経路で的確に行われる放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００７２】
請求項５の発明によれば、加えて帰還回路が一対の整流素子の直列回路の一対が並列接続してなり、交流入力端がインダクタに並列接続し、かつ、直流出力端が平滑コンデンサの両端間に接続したブリッジ形整流回路からなる放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００７３】
請求項６の発明によれば、加えて帰還回路が一対の整流素子の直列回路および一対のコンデンサの直列回路を並列接続してなり、交流入力端がインダクタに並列接続し、かつ、直流出力端が平滑コンデンサの両端間に接続したブリッジ形整流回路からなる放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００７４】
請求項７の発明によれば、加えて共振回路が、一対のスイッチング素子の一方、インダクタおよびコンデンサの閉回路からなり、放電ランプが共振回路のインダクタにトランス結合している放電ランプ点灯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におけるブリッジ形整流・変換回路を示す回路図
【図２】 同じく負荷電圧および負荷電流を概念的に示す波形図
【図３】 本発明の放電ランプ点灯装置における第１の実施の形態を示す回路図
【図４】 本発明の放電ランプ点灯装置における第２の実施の形態を示す回路図
【図５】 本発明の放電ランプ点灯装置における第３の実施の形態を示す回路図
【符号の説明】
ＢＥＣ…ブリッジ形整流・変換回路、ＢＵＣ…チョッパ回路、Ｃ１…平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８……整流素、ＤＬ…放電ランプ、ＦＢＣ…帰還回路、Ｌ１、Ｌ２…インクタ、ＬＣ…負荷回路、Ｑ１、Ｑ２…スイッチング素子、ＲＣ…共振回路
Claims (7)
- 高周波で交互にスイッチングする一対のスイッチング素子の直列回路および一対の整流素子の直列回路を並列接続して形成されるとともに、その一対のスイッチング素子の接続点と一対の整流素子の接続点との間に形成された交流入力端間に低周波交流電源が接続するブリッジ形整流・変換回路と；
ブリッジ形整流・変換回路の低周波交流電流と高周波電流とがともに双方向に流れる回路上の位置に挿入されたインダクタ、インダクタに生じる逆起電力をインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還する帰還回路、および一対のスイッチング素子の少なくとも一方を含むチョッパ回路と；
高周波電圧に共振する共振回路と；
共振回路の共振電圧が印加されて点灯する放電灯と；
を具備していることを特徴とする放電ランプ点灯装置。 - 高周波で交互にスイッチングする一対のスイッチング素子の直列回路および一対の整流素子の直列回路を並列接続して形成されるとともに、その一対のスイッチング素子の接続点と一対の整流素子の接続点との間に形成された交流入力端間に低周波交流電源が接続するブリッジ形整流・変換回路と；
ブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間において低周波交流電源と直列接続されるインダクタ、インダクタに生じた逆起電力をインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還する帰還回路および一対のスイッチング素子の少なくとも一方を構成要素として含むチョッパ回路と；
高周波電圧に共振する共振回路と；
共振回路の共振電圧が印加されて点灯する放電灯と；
を具備していることを特徴とする放電ランプ点灯装置。 - 高周波で交互にスイッチングする一対のスイッチング素子の直列回路および一対の整流素子の直列回路を並列接続して形成されるとともに、その一対のスイッチング素子の接続点と一対の整流素子の接続点との間に形成された交流入力端間に低周波交流電源が接続するブリッジ形整流・変換回路と；
ブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間において低周波交流電源と直列接続されるインダクタ、インダクタに生じた逆起電力をインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還する帰還回路および一対のスイッチング素子の少なくとも一方を構成要素として含むチョッパ回路と；
ブリッジ形整流・変換回路の直流出力端間に接続するとともに、帰還回路により充電される平滑コンデンサと；
高周波電圧に共振する共振回路と；
共振回路の共振電圧が印加されて点灯する放電灯と；
を具備していることを特徴とする放電ランプ点灯装置。 - 高周波で交互にスイッチングする一対のスイッチング素子の直列回路および一対の整流素子の直列回路を並列接続して形成されるとともに、その一対のスイッチング素子の接続点と一対の整流素子の接続点との間に形成された交流入力端間に低周波交流電源が接続するブリッジ形整流・変換回路と；
ブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間において低周波交流電源と直列接続されるインダクタ、インダクタに生じた逆起電力をインダクタの両端から低周波交流電源を経由しないで帰還する帰還回路および一対のスイッチング素子の少なくとも一方を構成要素として含むチョッパ回路と；
ブリッジ形整流・変換回路の直流出力端間に接続するとともに、帰還回路により充電される平滑コンデンサと；
平滑コンデンサの両端と一対のスイッチング素子との間にそれぞれ直列に挿入された一対の整流素子と；
高周波電圧に共振する共振回路と；
共振回路の共振電圧が印加されて点灯する放電灯と；
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、一対の整流素子の直列回路の一対が並列接続してなり、交流入力端がインダクタに並列接続し、かつ、直流出力端が平滑コンデンサの両端間に接続したブリッジ形整流回路からなることを特徴とする請求１ないし４のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置。
- 帰還回路は、一対の整流素子の直列回路および一対のコンデンサの直列回路を並列接続してなり、交流入力端がインダクタに並列接続し、かつ、直流出力端が平滑コンデンサの両端間に接続したブリッジ形整流回路からなることを特徴とする請求項項１ないし４のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置。
- 共振回路は、一対のスイッチング素子の一方、インダクタおよびコンデンサの閉回路からなり；
放電ランプは、共振回路のインダクタにトランス結合している；
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一記載の放電ランプ点灯装置。
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