JP4725139B2 - 発振装置、それを用いた電源装置、およびそれを用いたランプ点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、発振出力を得るための発振装置、それを用いる電源装置、およびそれを用いるランプ点灯装置に関する。

従来から、発振出力を得るための発振装置として、プッシュプル発振回路（インバータ回路）を用いるもの（特許文献１参照）、１対のコンパレータ、一方のコンパレータの出力によって切り替え動作される電源回路、および他方のコンパレータの出力によってコンデンサへの充放電を切り替える充放電回路を含むもの（特許文献２参照）、およびチョッパ回路を用いるもの（特許文献３参照）などが提案されている。

また、ランプの点灯回路の始動性改善を図るために、前記の発振装置を用いることが提案されている。
特開２００４−１８７４８１号公報 特開２００３−３３２８８９号公報 特開２００３−１００４９１号公報

前記発振装置は半導体デバイスを含んでいるため、その使用環境は、半導体デバイスの許容電圧や許容電流などによって制約を受けることになる。特に高電圧を入力として発振出力を得る場合、ダイレクトに発振動作を行わせて発振出力を得ることは困難あるいは不可能であり、この対策として一旦低電圧への変換を行い、この状態で発振動作を行わせることが必要である。よって、全体としての回路構成が複雑になるのみならず、コストも嵩んでしまうという問題があった。

一方ランプの始動性改善を図るためには、電源電圧の発振や始動電圧の上昇を行うことが有効であるが、高電圧を入力とする場合などにおいて上記発振装置と同様の問題があった。

また、放電灯においては、瞬時再点灯は一般的に困難とされている。通常、消灯後は、放電灯の発光管内のガスの影響により、２０〜３０分程度経過後でなければ再点灯は困難であった。このような困難性を克服して放電灯の瞬時再点灯を実現するためには、始動時の放電電圧として定常時の電圧の何倍もの高電圧を印加することが必要であった。

そのため、低圧ばかりでなく高電圧においても、容易に発振動作を行うことができる発振装置が望まれていた。

請求項１に係る発振装置は、二次側のインピーダンス変化に応じて出力電圧を可変させることが可能な変圧器を電源に対して並列に接続し、その出力電圧によってインピーダンス変化を生じる部材を前記変圧器の二次側に並列接続した発振装置であって、変圧器の出力電圧を、インピーダンス変化を生じる部材に磁気飽和を発生させるまで高めることによりインピーダンス変化を生じる部材に磁気飽和を発生させ、発振させるものである。

請求項２に係る発振装置は、二次側のインピーダンス変化に応じて出力電圧を可変させることが可能な変圧器として、漏洩変圧器（リーケージトランス）、またはネオントランスを採用するものである。

請求項３に係る発振装置は、出力電圧によってインピーダンス変化を生じさせる部材として、印加電圧以下で自己インピーダンスを変化させることが可能な計器用変成器、計器用変圧器、またはリアクトルを採用するものである。
請求項４に係る発振装置は、可変可能な直流成分もしくは交流成分を外部から、二次側のインピーダンス変化に応じて出力電圧を可変させることが可能な変圧器、および／またはその出力電圧によってインピーダンス変化を生じる部材に印加する印加手段をさらに含むものである。

請求項５に係る発振装置は、請求項１から請求項４の何れかに記載の発振装置の二次側に整流化処理装置をさらに含むものである。

請求項６に係る電源装置は、請求項１から請求項５の何れかに記載の発振装置と、前記変圧器の一次側に電源を供給する一次電源供給手段と、前記部材に接続される出力端子とを含むことを特徴とするものである。

請求項７に係るランプ点灯装置は、ランプの始動回路に対して、請求項１から請求項５の何れかに記載の発振装置または請求項６に記載の電源装置を接続することを特徴とするものである。

請求項８に係る電源装置は、請求項１から請求項６の何れかに記載の発振装置と、その出力信号を入力とする平滑化処理装置または平均化処理装置とを含むことを特徴とするものである。

請求項９に係る電源装置は、請求項８に記載の電源装置の二次側に、整流化処理装置をさらに含むものである。

本発明により、簡単な組み合わせで発振装置を実現することができ、しかも、半導体デバイスを使用しない発振装置を実現することにより、周囲温度や劣化などの影響を受けにくくすることができる。また、高電圧に対しても、容易かつダイレクトに発振を可能にすることができる。さらに、交流の発振においては、その波高値付近のみ発振させる（すなわち、零クロス付近の発振を抑える）ことが可能になるほか、発信周波数を制御することができる。

また、この発振装置はランプ点灯装置の始動性を改善させるためにも使用でき、今までは困難とされていた放電灯などの瞬時再点灯や点滅をも実現させることができる。
また、電源装置として使用する場合には、発振出力のみならず、台形波を出力することも可能である。さらに、そのレベルを自由に変化させることができるので、交流や直流の電圧可変電源装置としても利用することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の発振装置、電源装置、ランプ点灯装置の実施の形態を説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る発振装置を示す電気回路図である。

本発振装置は、交流電源１に対して、インピーダンス変化に応じて２次電圧を変化させることが可能な変圧器２の一次側巻線を並列に接続している。一方、変圧器１の出力電圧によってインピーダンス変化を生じる部材３を変圧器２の二次側巻線に対して並列に接続している。そして、部材３と並列に、かつ部材３を基準として変圧器２と反対側に負荷５を接続している。図１中、４が負荷５に印加される出力電圧（発振出力電圧）である。

前記変圧器２は、一定のインピーダンスを保持する負荷に対しては、二次側出力電圧は変化しないが、負荷インピーダンスが変化する場合は、それに見合った二次側出力電圧を出力するものである。ここで、負荷インピーダンスが下がる場合に二次側出力電圧が下がり、負荷インピーダンスが上がる場合に二次側出力電圧が上がるものであることが好ましい。また、負荷インピーダンスが下がる場合に二次側出力電圧が上がり、負荷インピーダンスが上がる場合に二次側出力電圧が下がるものについても好ましく使用出来る。ここで、変圧器２に対して符号が反対の比例定数を持った特性の前記部材３の使用が好ましい。

具体的には、漏洩変圧器（リーケージトランス）、ネオントランスが例示できる。これらは、二次側の定電流制御特性を有しており、そのために負荷側のインピーダンス変化に応じて二次側出力電圧を変化させることができる。すなわち、負荷インピーダンスが低下すると、一定電流保持のために二次側出力電圧を低下させることができ、負荷インピーダンスが上がると、一定の電流保持のために二次側出力電圧を上昇させることができるので、好ましい。

前記部材３は、変圧器２の二次側出力電圧によってインピーダンス変化を生じるものである。変圧器２の二次側出力電圧によるインピーダンス変化としては、変圧器２の二次側出力電圧が高い場合には自己インピーダンスを下げ、その逆の場合は自己インピーダンスを上げるものであることが好ましい。また、変圧器２の二次側出力電圧がある一定値以上の場合に急激にそのインピーダンスを低下させ、変圧器２の二次側出力電圧が一定値以下になった場合に速やかにそのインピーダンスを上昇させるものであることが一層好ましい。このように、急激にインピーダンスを変化させることで、ランプなどの瞬時再点灯を容易にすることができる。

具体的には、印加電圧によって自己インピーダンスが変化する特性を持った計器用変成器、計器用変圧器、リアクトルなどの半導体デバイスを含まない機器が例示できる。計器用変圧器を一例に挙げて説明すると、その定格電圧以上の電圧を印加した場合において鉄心の磁気飽和現象などの影響によって自己インピーダンスが急激に低下する。すなわち、印加電圧の変化によってインピーダンスを変化させることを可能にし、特に印加電圧が高い状態でインピーダンスが低下し、その逆の場合は大きくなるために好ましい。

電圧が印加されていない状態においては、部材３はインピーダンスが高い状態である。

その後、交流電源１が変圧器２の一次側巻線に印加されると、二次側巻線には、二次側のインピーダンスに応じた二次側出力電圧が発生する。

そして、変圧器２の二次側出力電圧が部材３の定格電圧以上である場合には、部材３のインピーダンスは急激に下がる。部材３のインピーダンスは急激に下がると、変圧器２の二次側出力電圧が下がり、部材３の定格電圧以下になるため、部材３のインピーダンスが上がる。部材３のインピーダンスが上がると、変圧器２の二次側出力電圧が上がり、部材３の定格電圧以上になるため、部材３のインピーダンスは急激に下がる。

以下、部材３のインピーダンスの変化と変圧器２の二次側出力電圧の変化とが反復されることにより、負荷５に印加される出力電圧４が発振出力電圧になる。

ただし、変圧器２の二次側出力電圧が部材３のインピーダンスに変化をもたらす電圧値より小さい場合には、部材３のインピーダンスが変化しないので、負荷５に印加される出力電圧４が発振出力電圧になることはない。

図２にその交流における出力電圧４の波形を示す。

図２から分かるように、部材３のインピーダンスに変化をもたらす電圧値以下では発振出力電圧にならない。したがって、特に交流回路においては、波形の頭頂部付近のみで発振させることが可能になる。

また、図１の発振装置は、交流電源波形に直接発振波形を重畳できるのであるから、発振波形を変化させることによりそれを情報源として利用することも可能である。

さらに、図１の発振装置は、半導体デバイスを使用していないのであるから、使用環境の制約を大幅に緩和し、もしくは皆無にすることができ、高電圧の場合であっても、簡単に、かつダイレクトに発振させることができる。

図３は本発明の一実施形態のランプ点灯装置を示す電気回路図である。

本ランプ点灯装置が図１の発振装置と異なる点は、負荷５に代えてランプ６を採用した点のみである。なお、ランプ６としては、放電灯を含む任意のランプを採用することができる。

本ランプ点灯装置においては、上述のように、波形を発振させることが可能であり、印加電圧を増加せずにその振幅によって、放電灯のように始動時に絶縁破壊を行う必要があるランプ６の始動時の絶縁破壊を容易にすることができる。

また、図３のランプ点灯装置は、高周波数で発振できるために、消灯直後であっても十分絶縁破壊する能力を持っており、したがって、図３のランプ点灯装置を用いて、放電灯のように始動時に絶縁破壊を行う必要があるランプ６の瞬時再点灯、点滅を行うことができる。

図４は本発明の一実施形態の電源装置を示す電気回路図である。

本電源装置が図１の発振装置と異なる点は、部材３と負荷５との間において、部材３と並列に平滑用コンデンサ７を接続した点のみである。
なお、平滑用コンデンサ７としては、波形の頭頂部付近のみでの発振部分のみを平滑化できる静電容量を有するものを採用している。

上記の構成の電源装置によれば、波形の頭頂部付近のみでの発振部分のみを平滑用コンデンサ７によって平滑化し、台形波を得ることができる。
ただし、平滑用コンデンサ７に代えて、平均化処理を行う装置を用いることが可能であり、同様の作用を達成することができる。

図５は本発明の他の実施形態の電源装置を示す電気回路図である。

本電源装置が図４の電源装置と異なる点は、部材３のインピーダンス降下開始電圧を調節する調節部材８を設けた点のみである。

なお、調節部材８としては、部材３の鉄心に直流成分もしくは交流成分を流すことによって磁気飽和点を調整し、インピーダンス降下開始電圧を調整するものを採用している。

上記の構成の電源装置によれば、調節部材８によってインピーダンス降下開始電圧を調節することにより、発振自体の波の落差を調節することができる。そして、平滑後の電圧レベルを調節できるので、交流電圧を自由に可変させることができる。また、調節部材８は変圧器２に対しても有効であり、調節部材８を入り切りすることにより波形の発信周波数を可変させることが出来る。

また、図示しないダイオードブリッジ回路などを設けて交流電圧を整流すれば、直流電圧可変型電源装置として機能させることができる。

図６は、本発明に係る発振装置を用いるランプ点灯装置の一実施例を示す電気回路図である。なお、ランプは東芝製の高圧ナトリウムランプを使用した。

交流電源１としてＡＣ２２０Ｖ６０Ｈｚを採用し、変圧器２として、ＡＣ２２０Ｖを６６００Ｖまで昇圧させる漏洩変圧器を採用し、部材３として、一次側が１１００Ｖ、二次側が１１０Ｖの仕様の計器用変圧器を採用し、この計器用変圧器３の二次側巻線を開放し、一次側巻線を漏洩変圧器２の二次側巻線と並列接続している。そして、計器用変圧器３の一次側巻線の端子に電源スイッチ９、放電灯のように始動時に絶縁破壊を行う必要があるランプ６、電源スイッチ９をこの順に直列接続し、ランプ６と並列に、一次側が６６００Ｖ、二次側が１１０Ｖの仕様の計器用変圧器１０の一次側巻線を接続し、二次側巻線と並列に波形観測装置１１を接続している。

本ランプ点灯装置において、計器用変圧器３の定格電圧は印加電圧（漏洩変圧器２の二次側出力電圧）の１／６であるため、磁気飽和状態となり、それにより、上述のようにインピーダンスが変化し、発振動作を行うことができる。そして、両電源スイッチ９がＯＮであれば、ランプ６の始動時絶縁破壊を発振波形によって達成し、ランプ６の点灯を達成することができる。また、両電源スイッチ９をＯＦＦにした後に直ちにＯＮにすれば、ランプ６を瞬時に再点灯することができる。

さらに、波形観測装置１１によって出力電圧４の波形を収集することができ、収集した波形を見ることによって発振を確認することができる。

本発明は、高低圧に拘らず、かつ使用環境の制約を受けることなく、発振出力を得るために利用することができるほか、点灯困難な放電灯に関する始動性改善、放電灯の瞬時再点灯や点滅のために利用することができ、また、直流や交流の可変電源装置として利用できるほか、台形波などを出力するためにも利用することができ、さらに、高電圧および交流電源への信号重畳、発信周波数を自由に変えることによる信号送受信などの用途にも利用することができる。

本発明の発振装置の一実施形態を示す電気回路図である。 図１の発振装置の出力電圧波形を示す図である。 本発明のランプ点灯装置の一実施形態を示す電気回路図である。 本発明の電源装置の一実施形態を示す電気回路図である。 本発明の電源装置の他の実施形態を示す電気回路図である。 本発明の発振装置の一実施例を示す電気回路図である。

符号の説明

１ 交流電源
２ 変圧器
３ 部材
６ ランプ
７ 平滑用コンデンサ
８ 調節部材

Claims (9)

1. 二次側のインピーダンス変化に応じて出力電圧を可変させることが可能な変圧器を電源に対して並列に接続し、その出力電圧によってインピーダンス変化を生じる部材を前記変圧器の二次側に並列接続した発振装置であって、変圧器の出力電圧を、インピーダンス変化を生じる部材に磁気飽和を発生させるまで高めることによりインピーダンス変化を生じる部材に磁気飽和を発生させ、発振させることを特徴とする発振装置。
2. 二次側のインピーダンス変化に応じて出力電圧を可変させることが可能な変圧器は、漏洩変圧器、またはネオントランスである請求項１に記載の発振装置。
3. 出力電圧によってインピーダンス変化を生じさせる部材は、印加電圧以下で自己インピーダンスを変化させることが可能な計器用変成器、計器用変圧器、またはリアクトルである請求項１または請求項２に記載の発振装置。
4. 可変可能な直流成分もしくは交流成分を外部から、二次側のインピーダンス変化に応じて出力電圧を可変させることが可能な変圧器、および／またはその出力電圧によってインピーダンス変化を生じる部材に印加する印加手段をさらに含む請求項１から請求項３の何れかに記載の発振装置。
5. 請求項１から請求項４の何れかに記載の発振装置の二次側に整流化処理装置をさらに含む発振装置。
6. 請求項１から請求項５の何れかに記載の発振装置と、前記変圧器の一次側に電源を供給する一次電源供給手段と、前記部材に接続される出力端子とを含むことを特徴とする電源装置。
7. ランプの始動回路に対して、請求項１から請求項５の何れかに記載の発振装置または請求項６に記載の電源装置を接続することを特徴とするランプ点灯装置。
8. 請求項１から請求項６の何れかに記載の発振装置と、その出力信号を入力とする平滑化処理装置または平均化処理装置とを含むことを特徴とする電源装置。
9. 請求項８に記載の電源装置の二次側に、整流化処理装置をさらに含む電源装置。

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