JP4494875B2

JP4494875B2 - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP4494875B2
Application number: JP2004172188A
Authority: JP
Inventors: 祥平前田; 義人加藤
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2024-06-10
Also published as: JP2005354796A

Description

本発明は、低い直流電圧で点灯可能な放電灯点灯装置に関する。

従来の放電灯用の電源装置では、商用電源から直流電圧を得てインダクタを用いて昇圧を行っている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１２８４６１号公報（第７〜８頁、図１〜３）

上記した特許文献１では、直流電源を用いた場合に、商用電源と同じような昇圧電圧を得るためにはＤＣ／ＤＣコンバータを構成する一方のスイッチングトランジスタのデューティー比を大きくとる必要がある。そのためには他方のスイッチングトランジスタのデューティー比は小さくなる。この異なるデューティー比の違いは電極に印加される条件の違いとなり、ランプ寿命を短くする、という問題がある。

本発明は、このような従来の放電灯用の電源装置の問題点に鑑みてなされたもので、放電灯の寿命を短くすることのない放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１によれば、高周波で交互にオンオフ制御される直列接続された第１、第２のスイッチング素子と、前記第１、第２のスイッチング素子と並列に接続され、前記第１、第２のスイッチング素子が制御される周波数よりも低い周波数で交互にオンオフ制御される直列接続された第３、第４のスイッチング素子と、前記第１、第２のスイッチング素子の接続点および前記第３、第４のスイッチング素子の接続点間に接続される少なくともランプを含む負荷回路と、直列接続の前記第１、第２のスイッチング素子および直列接続の前記第３、第４のスイッチング素子に並列に接続される極性を有する平滑コンデンサと、負極側が前記平滑コンデンサの負極に接続される直流電源と、一端が前記直流電源の正極側に接続されるとともに、他端が前記第１、第２のスイッチング素子の接続点に接続されるトランス１次側巻線と、前記トランス１次側巻線と逆方向、かつより多い巻数にて巻装され一端が前記平滑コンデンサの負極に接続されるトランス２次側巻線と、カソードが前記平滑コンデンサの正極と接続されるとともにアノードが前記トランス２次側巻線の他端に接続される整流素子と、からなることを特徴とする放電灯点灯装置を提供する。

本発明によれば、放電灯の寿命を短くすることのない放電灯点灯装置が得られる効果がある。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１に本発明一実施形態の放電灯点灯装置の構成例を示す。この点灯装置１０は、電力変換回路１１と、平滑コンデンサ１２と、電力変換回路１１と一部の部品を共通とするインバータ回路１３と、ランプを点灯させる負荷回路１４と、後述するＭＯＳＦＥＴＱ１及びＱ２を高周波で互いにオンオフ制御する高周波駆動回路１５と、後述するＭＯＳＦＥＴＱ３及びＱ４を低周波で互いにオンオフ制御する低周波駆動回路１６と、から成る。高周波駆動回路１５の制御信号の周波数は例えば４５ｋＨｚであり、低周波駆動回路１６の制御信号の周波数は例えば１００乃至５００Ｈｚである。

電力変換回路１１は、直流電源１１１と、この直流電源１１１の出力電力をその１次側に供給されるトランス１１２と、このトランス１１２の２次側に接続され誘起される交流電力を整流する整流用ダイオード１１３と、上記直流電源１１１及びトランス１１２に接続され第１のスイッチング素子となるＭＯＳＦＥＴＱ１とから構成される。直流電源１１１は例えば１２Ｖである。

負極が接地された直流電源１１１の正極は、トランス１１２の１次側コイルの一端に接続され、一次側コイルの他端はＭＯＳＦＥＴＱ１を介して接地される。トランス１１２の２次側コイルの一端は接地され、他端は整流用ダイオード１１３のアノード端子に接続され、そのカソード端子は平滑コンデンサ１２の一端に接続され、平滑コンデンサ１２の他端は接地されている。

電力変換回路１１は直流電源１１１から供給される直流電力を、ＭＯＳＦＥＴＱ１のオンオフ動作によって、トランス１１２の巻数比に応じてチョッパ昇圧された電圧を、平滑コンデンサ１２に供給する機能を備える。

インバータ回路１３は、上述の第１のスイッチング素子ＭＯＳＦＥＴＱ１と、各々第２，第３，第４のスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴＱ２，ＭＯＳＦＥＴＱ３，ＭＯＳＦＥＴＱ４とから成っており、ＭＯＳＦＥＴＱ１はＭＯＳＦＥＴＱ２と直列接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ３はＭＯＳＦＥＴＱ４と直列接続されている。即ちＭＯＳＦＥＴＱ１のドレインはＭＯＳＦＥＴＱ２のソースに接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ４のドレインはＭＯＳＦＥＴＱ３のソースに接続される。ＭＯＳＦＥＴＱ２のドレインは、電力変換回路１１の整流用ダイオード１１３のカソードと平滑コンデンサ１２の接続点に接続されており、ＭＯＳＦＥＴＱ１のソースは接地される。ＭＯＳＦＥＴＱ３のソースはＭＯＳＦＥＴＱ４のドレインに接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ３のドレインはＭＯＳＦＥＴＱ２のドレインに接続され、ＭＯＳＦＥＴＱ４のソースは接地される。

ＭＯＳＦＥＴＱ１のドレインとＭＯＳＦＥＴＱ２のソースの接続点、及びＭＯＳＦＥＴＱ４のドレインとＭＯＳＦＥＴＱ３のソースの接続点の間には、負荷回路１４が接続される。負荷回路１４は、熱陰極や冷陰極放電灯やメタルハライド等のランプとコイルの共振回路等から構成される。

次に、図２に示した波形図と図３（ａ）〜（ｄ）に示した電流の流れを示す図により、上記放電灯点灯装置の動作を説明する。

高周波駆動回路１５はＭＯＳＦＥＴＱ１をオンとする。すると、高周波駆動回路１５からＭＯＳＦＥＴＱ１をオンとするハイレベルの制御信号が供給されると、直流電源１１１の直流電圧Ｖｉｎがトランス１１２の一次側に印加されＭＯＳＦＥＴＱ１→直流電源１１１の経路で電流Ｉｐが流れる。このとき、トランス１１２の２次側コイルに巻線比に応じた電圧が発生するが整流用ダイオード１１３の作用によって、トランス１１２の２次側に電流は流れず、トランス１１２内にエネルギーが蓄積されることになる。ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ３もオフになるとこのエネルギーは、平滑コンデンサ１２に供給され電荷Ｖｄｃが蓄えられる。すなわち電力変換回路１１はいわゆるフライバックコンバータとして動作することになる。

続いてインバータ回路１３について述べる。低周波駆動回路１６からハイレベルの制御信号がＭＯＳＦＥＴＱ３に供給されこれがオンになると、ＭＯＳＦＥＴＱ１はオンになっているから、平滑コンデンサ１２に蓄えられたエネルギーは図３（ａ）に示すように負荷回路１４を通る電流となって流れる。

次にＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２は高周波駆動回路１５により互いにオンオフ制御されるのでＭＯＳＦＥＴＱ１がオフ状態になり、まだＭＯＳＦＥＴＱ２がオンになっていない期間が存在する。この状態では、図３（ｂ）に示すように電流は流れない。

次に、ＭＯＳＦＥＴＱ２がオンすると、図３（ｃ）に示すように、平滑コンデンサ１２→ＭＯＳＦＥＴＱ２→負荷回路１４の順に電流が流れ、負荷回路１４に電力が供給される。ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２の両者がオフとなって放出しきれなかったトランス１１２の残留エネルギーはこの期間中に負荷回路１４に供給され、ここで消費される。

ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２はＭＯＳＦＥＴＱ３，Ｑ４に比して高速にオンオフ制御されるから、図３（ｂ）に示す状態から、ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２ともオフの状態を経て図３（ａ）に示すようにＭＯＳＦＥＴＱ１がオフ、ＭＯＳＦＥＴＱ２がオンの状態になる。

このとき、負荷回路１４には図３（ｂ）に示す電流の方向とは逆の方向の電流が流れる。

このように図３（ａ）（ｂ）の状態を何回か繰り返した後、ＭＯＳＦＥＴＱ３がオフ状態になり、ＭＯＳＦＥＴＱ４がオンになりしかも、ＭＯＳＦＥＴＱ２がオンになると、図３（ｃ）に示すように、平滑コンデンサ１２→ＭＯＳＦＥＴＱ２→負荷回路１４→ＭＯＳＦＥＴＱ４の順で電流が流れる。

また、ＭＯＳＦＥＴＱ２がオンになってもＭＯＳＦＥＴＱ３、Ｑ４がオフならば当然、電流は流れない。

このようにして図２でＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，ＶＬＩｐ，Ｉｓ，Ｖｄｃに示すように、例えばＭＯＳＦＥＴＱ１のオンのタイミングに対して、直流電圧Ｖｉｎにより電流Ｉｐが流れ、トランスの２次側の電流はＩｓとなり、平滑コンデンサ１２の電圧はＶｄｃとなり、負荷回路１４には電圧ＶＬが印加されることになる。

上記本発明の一実施形態によれば、直流変換回路により、直流電圧の電力を一旦、平滑コンデンサに蓄積して昇圧し、これをインバータ回路により交流に変換してランプを含む負荷回路に印加している。そしてインバータ回路を構成する２対のＭＯＳＦＥＴの一方を高周波でオンオフ駆動制御し他方を低周波でオンオフ駆動制御する。

これによって、放電灯を点灯させるためのブリッジ回路と、低電圧でも十分な始動電圧を得るためのチョッパ回路を一体化することにより、特別のチョッパ回路を有せず、簡単な構成で短時間で放電灯を点灯可能な放電灯点灯装置が得られる利点がある。

ところで上記実施形態において、ＭＯＳＦＥＴＱ１のドレインとＭＯＳＦＥＴＱ２のソースの接続点及びＭＯＳＦＥＴＱ４のドレインとＭＯＳＦＥＴＱ３のソースの接続点に直接負荷回路が接続されていた。しかし、図４に示すように負荷回路４４とＭＯＳＦＥＴＱ１のドレインとＭＯＳＦＥＴＱ２のソースの接続点の間に負荷回路４４と直列にコンデンサ４５を接続するようにすることも可能である。図４において各番号４１１〜４４は図１における各番号１１１〜１４に対応する。このコンデンサ４５を接続すると、点灯波形が上下でアンバランスになることが防止される。アンバランスがあると一方の電極が集中してランプ寿命を短くするが、このコンデンサ４５を設けることによって、ランプ寿命を長くすることができる利点がある。

また、上記実施形態では、トランス１１２の一次側コイルはＭＯＳＦＥＴ１に接続されおり、これがチョッパ回路の機能を有していた。しかし、図５に示すようにＭＯＳＦＥＴＱ２をトランス５１２の一次側コイルに接続しこれによりチョッパ回路の機能を持たせるようにすることも可能である。図５において各番号５１１〜５４は図１における各番号１１１〜１４に対応する。

また上述の実施形態においてはいずれも、インバータ回路で４つのＭＯＳＦＥＴを用いた例について述べたが、本発明では、ＭＯＳＦＥＴに限られず、一般的なスイッチング素子を用いればよい。

本発明一実施形態の放電灯点灯装置の構成例を示す図。図１に示した本発明一実施形態の放電灯点灯装置の各部の波形を模式的に示す図。図１に示した本発明一実施形態の放電灯点灯装置の動作を説明するための図。本発明の他の実施形態の放電灯点灯装置の構成例を示す図。本発明の更に他の実施形態の放電灯点灯装置の構成例を示す図。

符号の説明

１０・・・点灯装置、
１１・・・電力変換回路、
１２，４２，５２・・・平滑コンデンサ、
１３・・・インバータ回路、
１４，４４，５４・・・負荷回路、
１１１，４１１，５１１・・・直流電源、
１１２，４１２，５１２・・・トランス、
１１３，４１３，５１３・・・整流用ダイオード、
１５・・・高周波駆動回路、
１６・・・低周波駆動回路。

Claims

高周波で交互にオンオフ制御される直列接続された第１、第２のスイッチング素子と、
前記第１、第２のスイッチング素子と並列に接続され、前記第１、第２のスイッチング素子が制御される周波数よりも低い周波数で交互にオンオフ制御される直列接続された第３、第４のスイッチング素子と、
前記第１、第２のスイッチング素子の接続点および前記第３、第４のスイッチング素子の接続点間に接続される少なくともランプを含む負荷回路と、
直列接続の前記第１、第２のスイッチング素子および直列接続の前記第３、第４のスイッチング素子に並列に接続される極性を有する平滑コンデンサと、
負極側が前記平滑コンデンサの負極に接続される直流電源と、
一端が前記直流電源の正極側に接続されるとともに、他端が前記第１、第２のスイッチング素子の接続点に接続されるトランス１次側巻線と、
前記トランス１次側巻線と逆方向、かつより多い巻数にて巻装され一端が前記平滑コンデンサの負極に接続されるトランス２次側巻線と、
カソードが前記平滑コンデンサの正極と接続されるとともにアノードが前記トランス２次側巻線の他端に接続される整流素子と、からなることを特徴とする放電灯点灯装置。
高周波で交互にオンオフ制御される直列接続された第１、第２のスイッチング素子と、
前記第１、第２のスイッチング素子と並列に接続され、前記第１、第２のスイッチング素子が制御される周波数よりも低い周波数で交互にオンオフ制御される直列接続された第３、第４のスイッチング素子と、
前記第１、第２のスイッチング素子の接続点および前記第３、第４のスイッチング素子の接続点間に接続される少なくともランプを含む負荷回路と、
直列接続の前記第１、第２のスイッチング素子および直列接続の前記第３、第４のスイッチング素子に並列に接続される極性を有する平滑コンデンサと、
負極側が前記第１、第２のスイッチング素子の接続点に接続される直流電源と、
一端が前記直流電源の正極側に接続されるとともに、他端が前記平滑コンデンサの正極に接続されるトランス１次側巻線と、
前記トランス１次側巻線と逆方向、かつより多い巻数にて巻装され一端が前記平滑コンデンサの負極に接続されるトランス２次側巻線と、
カソードが前記平滑コンデンサの正極と接続されるとともにアノードが前記トランス２次側巻線の他端に接続される整流素子と、からなることを特徴とする放電灯点灯装置。