JPH08237955A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電源投入時の突入電流を無くし突入電流の防止
回路を不要にする。 【構成】交流電源４１に接続した全波整流回路４２と、
この整流回路の出力端子間に第１のダイオード４４を介
して接続した第１の半波スイッチ回路４５と、第２、第
３の半波スイッチ回路４７，４８の直列回路と、この直
列回路に並列に接続した平滑コンデンサ４６と、第１の
ダイオードと第１の半波スイッチ回路との接続点と第
２、第３の半波スイッチ回路の接続点との間に接続した
第１のチョークコイル４９と第２のダイオード５０との
直列回路と、一端を第２、第３の半波スイッチ回路の接
続点に接続し、他端を電位の安定点である平滑コンデン
サの負極端子に接続した第２のチョークコイル５１、蛍
光灯５２及び直流カット用コンデンサ５３の直列回路と
で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ装置、コン
バータ装置あるいは放電灯点灯装置等に適用する電力変
換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば放電灯点灯装置に適用した電力変
換装置として、図１７に示すようなアクティブフィルタ
回路と呼ばれる電源回路とハーフブリッジインバータと
呼ばれる直流ー交流変換回路を組合わせた回路を使用し
たものが知られている。

【０００３】これは、商用交流電源１に全波整流回路２
の入力端子を接続し、この全波整流回路２の出力端子間
にコンデンサ３を直接接続すると共にサイリスタ等の第
１のスイッチ素子４及びチョークコイル５を直列に介
し、さらにダイオード６を順極性に介して平滑コンデン
サ７を接続している。

【０００４】また、全波整流回路２の出力端子間に第１
のスイッチ素子４及びチョークコイル５を直列に介して
ＦＥＴ等の第２のスイッチ素子８と抵抗９との直列回路
を接続している。

【０００５】第１のスイッチ素子４には突入電流防止用
のセメント抵抗１０を並列に接続している。第１のスイ
ッチ素子４は第１の制御回路１１によりスイッチング制
御するようになっている。

【０００６】平滑コンデンサ７にハーフブリッジインバ
ータ回路１２を接続している。このインバータ回路１２
は、平滑コンデンサ７に第１の半波スイッチ回路１３と
第２の半波スイッチ回路１４との直列回路を並列に接続
し、第２の半波スイッチ回路１４に直流成分カット用の
コンデンサ１５及び限流用チョーク１６を直列に介して
蛍光灯１７を負荷として接続している。蛍光灯１７の各
フィラメント電極間にコンデンサ１８を接続している。

【０００７】第１、第２の半波スイッチ回路１３，１４
は、例えばバイポーラトランジスタに寄生ダイオードを
逆極性に並列に接続して形成する。なお、バイポーラト
ランジスタに代えてＭＯＳ型電界効果トランジスタを使
用した場合にはこのトランジスタには寄生ダイオードが
基本特性として内蔵しているのでダイオードは不要とな
る。

【０００８】この放電灯点灯装置は、電源１を投入する
と、最初は平滑コンデンサ７の電圧がゼロなのでこのコ
ンデンサ７に極めて大きな電流が流れ込もうとするがこ
の突入電流を抵抗１０により防止する。すなわち、電源
１の投入時には抵抗１０、チョークコイル５及びダイオ
ード６を介して平滑コンデンサ７に充電電流が流れる。

【０００９】そしてアクティブフィルタ回路の入力電圧
と出力電圧の差、すなわち、抵抗１０とチョークコイル
５との接続点の電圧とダイオード６のカソード側の電圧
の差があるレベルに達すると、第１の制御回路１１が第
１のスイッチ素子４をオン動作し、かつこのオン状態を
保持させる。

【００１０】以降、入力電流は第１のスイッチ素子４を
介して流れ、抵抗１０には流れなくなる。

【００１１】アクティブフィルタ回路は、第２のスイッ
チ素子８を第２の制御回路１９によりオン、オフ制御
し、第２のスイッチ素子８を適当なタイミングとデュー
ティでオン動作してチョークコイル５に電流を流すこと
でこのチョークコイル５に磁気エネルギーを蓄え、次に
第２のスイッチ素子８をオフ動作することで、この磁気
エネルギーを利用してより高い電圧を平滑コンデンサ７
に印加し、この平滑コンデンサ７に充電電流を流し込
む。

【００１２】アクティブフィルタ回路は、制御方法とし
て、第２の制御回路１９により入力電圧Ｉ3 、平滑コン
デンサ電圧Ｉ6 、チョークコイル５に流れる電流のピー
クＩ5 を検出して、入力電流が入力電圧に対して正弦波
となるように、かつ出力電圧を一定に保つように出力Ｏ
2 により第２のスイッチ素子８のタイミング及びデュー
ティをコントロールする。

【００１３】こうして平滑コンデンサ７の両端間には平
坦な直流電圧が発生し、インバータ回路１２に印加され
る。これによりインバータ回路１２は動作する。

【００１４】インバータ回路１２では、第３の制御回路
２０により各半波スイッチ回路１３，１４を適当な周波
数で交互にオン、オフ動作させることで、各半波スイッ
チ回路１３，１４の接続点に平滑コンデンサ７の電圧に
等しい矩形電圧が発生する。

【００１５】この矩形電圧に対して、コンデンサ１５は
直流分をカットして交流成分のみを通過させ、チョーク
コイル１６は限流作用を行い、蛍光灯１７は安定して点
灯する。

【００１６】この放電灯点灯装置は、インバータ回路１
２とは別にアクティブフィルタ回路を挿入しているの
で、入力電流波形を略正弦波にできる。同時に、インバ
ータ回路１２の電源電圧も変動がないので、ランプ電流
変動も少ない。

【００１７】また、放電灯点灯装置に適用した電力変換
装置の他の例として、図１８に示すものが知られてい
る。

【００１８】これは商用交流電源２１に全波整流回路２
２の入力端子を接続し、この全波整流回路２２の出力端
子間にコンデンサ２３を直接接続しているまた、平滑コ
ンデンサ２４にハーフブリッジインバータ回路２５の第
１の半波スイッチ回路２６と第２の半波スイッチ回路２
７との直列回路を並列に接続している。

【００１９】そして全波整流回路２２の出力端子間に第
１のスイッチ素子２８及びチョークコイル２９を直列に
介して第２の半波スイッチ回路２７を接続している。第
１のスイッチ素子２８には突入電流防止用の抵抗３０を
並列に接続している。

【００２０】ハーフブリッジインバータ回路２５は、第
２の半波スイッチ回路２７に直流成分カット用のコンデ
ンサ３１及び限流用チョーク３２を直列に介して蛍光灯
３３を負荷として接続している。蛍光灯３３の各フィラ
メント電極間にコンデンサ３４を接続している。

【００２１】この放電灯点灯装置は、図１７に比べて回
路部品点数を減らしている。コンデンサ２３は高周波成
分をキャンセルするための小さい容量のコンデンサで、
入力周波数、例えば５０Hzに対する平滑作用はない。

【００２２】この回路の特徴は、アクティブフィルタ回
路のスイッチ（図１７では第２のスイッチ素子８）に相
当する部分がハーフブリッジインバータ回路２５の第２
の半波スイッチ回路２７が兼用している点である。

【００２３】インバータ回路２５の各半波スイッチ回路
２６，２７が交互にオン、オフ動作してインバータ回路
２５は動作するが、半波スイッチ回路２７がオン動作し
たときチョークコイル２９にも電流が流れ、半波スイッ
チ回路２７のオン時間に応じてチョークコイル２９に磁
気エネルギーが蓄えられ、次に半波スイッチ回路２７が
オフ動作したときに第１の半波スイッチ回路２６の寄生
ダイオードを介してより高い電圧を平滑コンデンサ２４
に印加し、この平滑コンデンサ２４に充電電流を流し込
む。

【００２４】このとき、インバータ回路２５の発振周波
数を全くの固定にすると、同じ半波スイッチ回路２７を
使用するアクティブフィルタ回路に対して制御ができな
くなる。

【００２５】従って、周波数やデューティを変化させて
入力電流を正弦波にする制御と、周波数やデューティを
一定にしてインバータ出力を一定にする制御が同時に半
波スイッチ回路２７に要求されることになる。これは相
容れないので、その中間的な制御を行うことになる。

【００２６】その結果として、図１９に示すように、正
弦波の入力電圧ＶE に対して入力電流ＩE は正弦波から
やや外れた波形となり、インバータ出力、すなわち、ラ
ンプ電流ＩFLは５０Hz（全波後は１００Hz）に同期して
変動する。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】図１７に示す従来装置
は、インバータ回路の前に一種の汎用安定化電源が入っ
ている構成であり、入出力特性は問題ない。しかし、原
理的に電源の投入時に突入電流が発生する構成であるた
め、これを防ぐために第１のスイッチ素子４、抵抗１
０、第１の制御回路１１からなる防止回路が必要とな
り、回路部品点数が多くなり回路構成が複雑化する問題
があった。

【００２８】また、アクティブフィルタ回路の動作周波
数及びデューティはインバータ回路の動作周波数と全く
無関係である。従って、同期させて制御することが困難
となり、制御回路を共通化できず、この点においても回
路部品点数が多くなり回路構成が複雑化する問題があっ
た。

【００２９】図１８に示す従来装置は、使用する回路部
品点数は少ないが、入出力特性が悪いと言う問題があっ
た。

【００３０】また、入力電流を制御するスイッチがイン
バータ回路のスイッチと兼用のため、入力電流を略正弦
波にしようとすると、インバータ出力が変動し、蛍光灯
３３の駆動に支障を来す問題があった。すなわち、蛍光
灯３３の明るさが１００Hzで変動するため、チラツキを
感じるなどの問題があった。

【００３１】さらに、インバータ出力を一定にしようと
すると、入力電流の制御ができなくなり、入力電流が正
弦波から大きく外れてしまう問題があった。その結果、
入力電流に高調波成分が多く含まれることになり、外部
の電子機器や変電設備などに悪影響を与える問題があっ
た。

【００３２】そこで請求項１対応の発明は、電源投入時
に突入電流が発生することがなく、従って突入電流を防
止するための回路を必要とせず不要にできる電力変換装
置を提供する。

【００３３】また、請求項２対応の発明は、電源投入時
に突入電流が発生することがなく、従って突入電流を防
止するための回路を必要とせず不要にでき、また、入力
電流を略正弦波にでき、これにより高調波成分の発生を
防止でき、しかも構成が簡単な電力変換装置を提供す
る。

【００３４】また、請求項３対応の発明は、電源投入時
に突入電流が発生することがなく、従って突入電流を防
止するための回路を必要とせず不要にでき、また、入力
電圧変動や負荷変動などの影響を受けず安定した出力が
得られ、さらには、入力電流を略正弦波にでき、これに
より高調波成分の発生を防止でき、しかも構成が簡単な
電力変換装置を提供する。

【００３５】また、請求項４対応の発明並びに請求項５
対応の発明は、電源投入時に平滑コンデンサに徐々に電
荷を蓄積することで突入電流を防止でき、また、制御が
簡単な電力変換装置を提供する。

【００３６】

【課題を解決するための手段】請求項１対応の発明は、
交流電源に接続した全波整流回路と、この全波整流回路
の出力端子間に第１のダイオードを介して接続した第１
の半波スイッチ回路と、第２、第３の半波スイッチ回路
の直列回路と、この直列回路に並列に接続した平滑コン
デンサと、第１のダイオードと第１の半波スイッチ回路
との接続点と第２、第３の半波スイッチ回路の接続点と
の間に接続した第１のチョークコイルと第２のダイオー
ドとの直列回路と、一端を第２、第３の半波スイッチ回
路の接続点に接続し、他端を電位の安定点に接続した第
２のチョークコイル、負荷及び直流カット用コンデンサ
の直列回路とからなり、第１のダイオードを全波整流回
路の出力極性と逆極性に接続し、第２のダイオードを全
波整流回路の出力極性と順極性に接続したものである。

【００３７】請求項２対応の発明は、請求項１記載の発
明において、第２の半波スイッチ回路と第３の半波スイ
ッチ回路は互いに同期し、かつ逆位相で開閉動作すると
共に、第１の半波スイッチ回路を第３の半波スイッチ回
路と同位相で、かつこの第３の半波スイッチ回路が閉成
するタイミングよりも遅れて閉成する構成とし、第１の
半波スイッチ回路の閉成タイミングの遅れ量を入力電流
波形が略正弦波となるように入力電圧周波数に同期して
適宜増減するものである。

【００３８】請求項３対応の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、第２の半波スイッチ回路と第３の半
波スイッチ回路は互いに同期し、かつ逆位相で開閉動作
すると共に、第１の半波スイッチ回路を第３の半波スイ
ッチ回路と同位相で、かつこの第３の半波スイッチ回路
が閉成するタイミングよりも遅れて閉成する構成とし、
第１の半波スイッチ回路の閉成タイミングの遅れ量を平
滑コンデンサの電圧が略一定となるように平滑コンデン
サの電圧が高いとき増加させ、平滑コンデンサの電圧が
低いとき減少させるものである。

【００３９】請求項４対応の発明は、請求項１記載の発
明において、電源投入時に第１の半波スイッチ回路のみ
を開閉動作すると共にこの閉成時間を徐々に増加させ、
平滑コンデンサの電位が所定レベルを越えたとき第２、
第３の半波スイッチ回路の開閉動作を開始させるもので
ある。

【００４０】請求項５対応の発明は、請求項１又は４記
載の発明において、電源投入時に第１の半波スイッチ回
路のみを開閉動作すると共に、この開放時間を最初は第
１の半波スイッチ回路の定常時の開閉動作サイクルの開
放時間よりも十分に長く設定し、その後徐々に短くし、
平滑コンデンサの電位が所定レベルを越えたとき第１の
半波スイッチ回路を定常時のサイクルにて開閉動作し、
かつ第２、第３の半波スイッチ回路も第１の半波スイッ
チ回路の開閉動作サイクルと同じサイクルで開閉動作を
開始させるものである。

【００４１】

【作用】このような構成の発明においては、電源の投入
時には第１の半波スイッチ回路が開放しており平滑コン
デンサには突入電流は流れない。

【００４２】その後第１の半波スイッチ回路をオンデュ
ーティを小さくして開閉動作することで平滑コンデンサ
に充電電流が流れる。このときの充電電流量は第１の半
波スイッチ回路のオンデューティにより制御できる。

【００４３】また、第１の半波スイッチ回路の開放時間
を最初は第１の半波スイッチ回路の定常時の開閉動作サ
イクルの開放時間よりも十分に長く設定し、その後徐々
に短くするようにして第１の半波スイッチ回路を開閉動
作することで平滑コンデンサに充電電流が流れる。この
ときの充電電流量は第１の半波スイッチ回路の開放時間
より制御できる。

【００４４】その後、平滑コンデンサの電位が所定レベ
ル、例えば入力電圧と等しいレベルを越えると第２、第
３の半波スイッチ回路の開閉動作が開始される。こうし
て負荷に交流電流が流れるようになる。

【００４５】第１の半波スイッチ回路は、第３の半波ス
イッチ回路と同位相で、かつこの第３の半波スイッチ回
路が閉成するタイミングよりも遅れて閉成する。そし
て、第１の半波スイッチ回路の閉成タイミングの遅れ量
を入力電圧周波数に同期して適宜増減することで入力電
流波形を略正弦波にする。

【００４６】また、第１の半波スイッチ回路は、第３の
半波スイッチ回路と同位相で、かつこの第３の半波スイ
ッチ回路が閉成するタイミングよりも遅れて閉成する。
そして、第１の半波スイッチ回路の閉成タイミングの遅
れ量を平滑コンデンサの電圧が略一定となるように平滑
コンデンサの電圧が高いとき増加させ、平滑コンデンサ
の電圧が低いとき減少させる。これにより安定した出力
が得られる。

【００４７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。なお、この実施例は本発明を放電灯点灯装置に
適用したものについて述べる。

【００４８】図１に示すように、商用交流電源４１に全
波整流回路４２の入力端子を接続し、この全波整流回路
４２の出力端子間にコンデンサ４３を接続している。前
記コンデンサ４３は高周波成分をカットするためのもの
で容量は小さい。従って、このコンデンサ４３には商用
交流電源４１の周波数５０Hzを全波整流した１００Hzの
全波脈流電圧を平滑する機能はない。

【００４９】前記全波整流回路４２の出力端子間には、
また、第１のダイオード４４を介して第１の半波スイッ
チ回路４５を接続している。前記第１のダイオード４４
は、全波整流回路４２の出力極性とは逆極性になってい
る。

【００５０】また、平滑コンデンサ４６を設け、この平
滑コンデンサ４６にインバータ回路を構成する第２、第
３の半波スイッチ回路４７，４８の直列回路を並列に接
続している。前記平滑コンデンサ４６は十分に大きな容
量を有し、商用交流電源４１の周波数５０Hzを全波整流
した１００Hzの全波脈流電圧を平滑する機能を持つ。

【００５１】前記第１のダイオード４４のカソードと第
１の半波スイッチ回路４５との接続点と前記第２、第３
の半波スイッチ回路４７，４８の接続点との間に第１の
チョークコイル４９と第２のダイオード５０との直列回
路を接続している。

【００５２】前記第２のダイオード５０は、前記全波整
流回路４２の出力極性と順極性に接続しており、カソー
ドを前記第２、第３の半波スイッチ回路４７，４８の接
続点に接続している。

【００５３】前記第３の半波スイッチ回路４８に第２の
チョークコイル５１、負荷としての蛍光灯５２及び直流
カット用コンデンサ５３の直列回路を並列に接続してい
る。前記蛍光灯５２の各フィラメント電極間に予熱コン
デンサ５４を接続している。

【００５４】なお、第２のチョークコイル５１、蛍光灯
５２及びコンデンサ５３の接続順はこの実施例に限定さ
れない。また、前記第２のチョークコイル５１、蛍光灯
５２及びコンデンサ５３の直列回路の一端は第２、第３
の半波スイッチ回路４７，４８の接続点に接続するが、
他端は電位が安定している場所であればどこでもよい。
例えば、前記平滑コンデンサ４６の正極端子に接続して
もよい。また、前記平滑コンデンサ４６に１対のコンデ
ンサの直列回路を並列に接続して分圧する場合にはこの
各コンデンサの接続点、すなわち分圧点に接続してもよ
い。そして、前記平滑コンデンサ４６に１対のコンデン
サの直列回路を並列に接続する場合はこの直列回路のコ
ンデンサが直流カット機能も有するので直流カット用コ
ンデンサ５３は省略してもよい。

【００５５】前記各半波スイッチ回路４５，４７，４８
は、例えばスイッチ素子としてバイポーラトランジスタ
を使用しても、また、スイッチ素子としてＭＯＳ型電界
効果トランジスタを使用してもよい。バイポーラトラン
ジスタを使用した場合は、このトランジスタに寄生ダイ
オードを逆極性にして並列に接続して半波スイッチ回路
を構成する。また、ＭＯＳ型電界効果トランジスタを使
用した場合は、このトランジスタを単体で使用する。す
なわち、ＭＯＳ型電界効果トランジスタは寄生ダイオー
ドが基本特性として内蔵しているのでダイオードは不要
となる。

【００５６】このような構成の放電灯点灯装置では、交
流電源４１を投入すると、最初は第１の半波スイッチ回
路４５が開放しているので、平滑コンデンサ４６に電流
が流れる経路が無く、突入電流は発生しない。このとき
コンデンサ４３に電流が流れ込むがこの容量は小さいの
で突入電流としては無視できる。

【００５７】この状態で図２に示すように、第１の半波
スイッチ回路４５のスイッチ素子がが閉じると図中矢印
で示すように、第１の半波スイッチ回路４５のスイッチ
素子→第１のチョークコイル４９→第２のダイオード５
０→第２の半波スイッチ回路４７の寄生ダイオード→平
滑コンデンサ４６の経路で平滑コンデンサ４６に充電電
流が流れる。

【００５８】このとき平滑コンデンサ４６に流れ込む電
流量は第１の半波スイッチ回路４５のスイッチ素子の閉
じる間隔やデューティに依存するため、これを制御する
ことで平滑コンデンサ４６に流れ込む電流量を制御でき
る。すなわち、スイッチ素子の閉じる間隔を最初大きく
し、徐々に小さくするか、スイッチ素子のオンデューテ
ィを最初は小さくし、徐々に大きくする制御を行う。

【００５９】平滑コンデンサ４６の電位はやがて入力電
圧と等しいレベルまで上昇する。

【００６０】次に図３に示すように、第１の半波スイッ
チ回路４５のスイッチ素子が開放し、第２の半波スイッ
チ回路４７のスイッチ素子が閉じると、平滑コンデンサ
４６から第２のチョークコイル５１→蛍光灯５２の一方
のフィラメント電極→予熱コンデンサ５４→蛍光灯５２
の他方のフィラメント電極→コンデンサ５３の経路で電
流が流れ、蛍光灯５２のフィラメント電極を予熱する。

【００６１】なお、蛍光灯５２が点灯しているときには
第２のチョークコイル５１→蛍光灯５２→コンデンサ５
３の経路で電流が流れる。

【００６２】こうして第２のチョークコイル５１に磁気
エネルギーが蓄積される。

【００６３】続いて、図４に示すように、第２の半波ス
イッチ回路４７のスイッチ素子が開くと、このスイッチ
素子を通して流れていた電流経路が遮断されるが、第２
のチョークコイル５１には磁気エネルギーが蓄積されて
いるので、電流は流れ続けようとする。その結果第３の
半波スイッチ回路４８の寄生ダイオードに電流が流れ
る。これにより、第３の半波スイッチ回路４８の両端間
電圧は略ゼロとなる。

【００６４】この状態で第３の半波スイッチ回路４８の
スイッチ素子が閉じるが、このとき両端間電圧が略ゼロ
であるので、いわゆるゼロボルトスイッチングとなり、
スイッチング損失は発生しない。

【００６５】第２のチョークコイル５１に流れていた電
流は、コンデンサ５３の電位より第３の半波スイッチ回
路４８の電位の方が低いため、やがて図５に示すよう
に、電流の向きを逆転して今度は第３の半波スイッチ回
路４８のスイッチ素子を介して電流が流れる。このと
き、第１の半波スイッチ回路４５のスイッチ素子はまだ
開いているので、入力側からは電流は流れない。

【００６６】その後、図６に示すように、第３の半波ス
イッチ回路４８のスイッチ素子が閉じてから、適当な遅
れ時間経過後に第１の半波スイッチ回路４５のスイッチ
素子を閉じると、インバータの動作に並行して第１の半
波スイッチ回路４５のスイッチ素子→第１のチョークコ
イル４９→第２のダイオード５０→第３の半波スイッチ
回路４８のスイッチ素子の経路でも電流が流れる。

【００６７】このとき、第１の半波スイッチ回路４５の
スイッチ素子が閉じる遅れ時間を調整することにより流
れる電流量を制御できる。

【００６８】次に、図７に示すように、第３の半波スイ
ッチ回路４８のスイッチ素子及び第１の半波スイッチ回
路４５のスイッチ素子を開くと、第１のチョークコイル
４９及び第２のチョークコイル５１には共に磁気エネル
ギーが蓄えられているため、電流を流し続けようとす
る。

【００６９】その結果、第１のチョークコイル４９の磁
気エネルギーにより、第１のダイオード４４→第１のチ
ョークコイル４９→第２のダイオード５０→第２の半波
スイッチ回路４７の寄生ダイオード→平滑コンデンサ４
６の経路でこの平滑コンデンサ４６に充電電流が流れ
る。

【００７０】また、第２のチョークコイル５１の磁気エ
ネルギーにより、コンデンサ５３→蛍光灯５２及びコン
デンサ５４→第２のチョークコイル５１→第２の半波ス
イッチ回路４７の寄生ダイオード→平滑コンデンサ４６
の経路でこの平滑コンデンサ４６に充電電流が流れる。

【００７１】このときの第２の半波スイッチ回路４７の
両端間電圧は略ゼロボルトで、従って寄生ダイオードに
電流が流れている間にスイッチ素子を閉じれば、再び図
３の状態に移行し、以下、図３〜図７のサイクルを繰り
返し、蛍光灯５２は点灯を維持する。

【００７２】ところで、電源投入直後の第１の半波スイ
ッチ回路４５のスイッチ素子の動作は平滑コンデンサ４
６に流れ込む電流量を制御するために制御されるが、そ
の制御としては２通りがある。

【００７３】第１の制御は、第１の半波スイッチ回路４
５のスイッチ素子を図８の(c) に示すように、インバー
タの発振周期、すなわち、第２、第３の半波スイッチ回
路４７，４８のスイッチ素子のスイッチングサイクルに
同期して最初はオンデューティを非常に小さくして動作
を開始し、その後徐々にオンデューティを広げるように
する。なお、図８の(a) は第２の半波スイッチ回路４７
のスイッチ素子のオンデューティを示し、図８の(b) は
第３の半波スイッチ回路４８のスイッチ素子のオンデュ
ーティを示している。

【００７４】第２の制御は、第１の半波スイッチ回路４
５のスイッチ素子を図９の(c) に示すように、オンデュ
ーティを固定し、かつオンデューティの間隔を最初は長
くし、その後徐々に小さくし、最終的には第２、第３の
半波スイッチ回路４７，４８のスイッチ素子のスイッチ
ングサイクルに同期させる。なお、図９の(a) は第２の
半波スイッチ回路４７のスイッチ素子のオンデューティ
を示し、図９の(b) は第３の半波スイッチ回路４８のス
イッチ素子のオンデューティを示している。

【００７５】このような制御を単独で又は組合わせて行
うことで、電源の投入直後に平滑コンデンサ４６に大き
な突入電流が流れるのを防止できる。

【００７６】次に負荷が蛍光灯５２の場合の動作につい
て述べる。負荷が蛍光灯５２のような負性インピーダン
ス特性を持つ場合には、図１０に示すように、点灯時と
非点灯時でインバータの共振モードが不連続的に変化す
る。

【００７７】非点灯時には、第２のチョークコイル５１
とコンデンサ５３及び５４の直列容量による共振回路が
形成され、実数成分としてのインピーダンスは、フィラ
メント電極の抵抗のみとなる。

【００７８】非点灯時は、共振点ｆ0 よりも高い周波数
で動作させ、この場合に、より高い周波数で動作させる
とランプ両端間電圧ＶFLは低く、共振点ｆ0 に近付ける
とランプ両端間電圧ＶFLは大きくなるという特性を示
す。

【００７９】従って、最初はｆ0 から離れたポイントで
予熱動作を行い、予熱が終了すると、ｆ0 に周波数を近
付けることで電圧を上げて蛍光灯５２の放電を開始させ
る。

【００８０】点灯すると共振条件が変化する。すなわ
ち、コンデンサ５４と並列に蛍光灯５２が加わるため、
共振点はｆ1 となる。このときｆ1 はｆ0 よりも周波数
が低くなる。従って、点灯後は周波数を上げると暗くな
り、周波数を下げると明るくなるという制御ができる。

【００８１】次に平滑コンデンサ４６の電圧が調整でき
ることについて図１１に基づいて述べる。

【００８２】先ず、第３の半波スイッチ回路４８のスイ
ッチ素子と第２の半波スイッチ回路４７のスイッチ素子
が図１１の(a) 、(b) に示すように交互に、例えば４５
ＫHzの周波数でスイッチング動作している状態で、第１
の半波スイッチ回路４５のスイッチ素子のオンタイミン
グが図１１の(c) のｂであったとすると、第１のチョー
クコイル４９には図１１の(f) に示すように、ｂのタイ
ミングから直線的に増加を始める電流が流れ、第１の半
波スイッチ回路４５のスイッチ素子のオフタイミングで
ピークとなる。

【００８３】その後は再び第１のチョークコイル４９の
電流がゼロに戻るまで流れ続ける。この第１のチョーク
コイル４９の電流は図１１の(e) に示すように第３の半
波スイッチ回路４８に流れる電流に上乗せされる。

【００８４】ここで仮に平滑コンデンサ４６の電圧が所
定の電圧よりも低下したとすると、この電圧低下を検出
して今までｂであったオンタイミングを図１１の(c) の
ａのタイミングに制御する。

【００８５】これにより、第１のチョークコイル４９に
電流が流れ始めるタイミングが早まり、結果として図１
１の(f) に示すように第１のチョークコイル４９に流れ
る電流のピークが上昇する。入力電流はこの第１のチョ
ークコイル４９に流れる電流に一致する。

【００８６】第１のチョークコイル４９に流れる電流の
サイクル（周波数）が変化せずに電流のピーク値が上昇
したということは、第１のチョークコイル４９に流れる
平均電流が増加したこと、すなわち、入力電流が増加し
たことを意味する。

【００８７】このようにして入力電流が増えることで、
結果として平滑コンデンサ４６に供給する電流が増え、
平滑コンデンサ４６の電圧が上昇する。

【００８８】以上のことから、平滑コンデンサ４６の電
圧低下を検出して制御を行い、平滑コンデンサ４６の電
圧を元に戻すことができる。

【００８９】逆に、平滑コンデンサ４６の電圧が所定の
電圧よりも上昇したとすると、この電圧低下を検出して
今までｂであった第１の半波スイッチ回路４５のスイッ
チ素子のオンタイミングを図１１の(c) のｃのタイミン
グに制御する。

【００９０】これにより、第１のチョークコイル４９に
電流が流れ始めるタイミングが遅くなり、結果として図
１１の(f) に示すように第１のチョークコイル４９に流
れる電流のピークが低下する。

【００９１】第１のチョークコイル４９に流れる電流の
サイクル（周波数）が変化せずに電流のピーク値が低下
したということは、第１のチョークコイル４９に流れる
平均電流が減少したこと、すなわち、入力電流が減少し
たことを意味する。

【００９２】このようにして入力電流が減少すること
で、結果として平滑コンデンサ４６に供給する電流が減
少し、平滑コンデンサ４６の電圧が低下する。

【００９３】以上のことから、平滑コンデンサ４６の電
圧上昇を検出して制御を行い、平滑コンデンサ４６の電
圧を元に戻すことができる。

【００９４】このようにして平滑コンデンサ４６の電圧
を一定に保つ制御が第１の半波スイッチ回路４５のスイ
ッチ素子のオンタイミングを制御するのみで実現でき
る。すなわち、制御が簡単である。

【００９５】このような制御を行っても第３の半波スイ
ッチ回路４８の寄生ダイオードの両端間に発生するハー
フブリッジ電圧の矩形波形は図１１の(g) に示すように
何の影響も受けない。すなわち、周波数もデューティも
変化しない。

【００９６】従って、この矩形電圧で動作する蛍光灯５
２のランプ電流も図１１の(h) に示すように何等変動し
ない。すなわち、インバータ出力を安定にできる。な
お、図１１の(d) は第２の半波スイッチ回路４７に流れ
る電流波形を示す。

【００９７】次に入力電流を略正弦波にする制御につい
て図１２に基づいて述べる。入力電圧が例えば２００Ｖ
の正弦波の交流であったとすると、その振幅はゼロから
約２８０Ｖ（絶対値）となる。入力電圧が低いときには
入力電流も低く、入力電圧が高いときには入力電流も高
くなるように制御すればよいが、略正弦波とするため
に、入力電圧、第１のチョークコイル４９に流れる電流
ピーク値、インバータの発振周波数を演算して第１のチ
ョークコイル４９に流れる電流が所定値となるように第
１の半波スイッチ回路４５のスイッチ素子のオンタイミ
ングを調整する。

【００９８】図１２の(c) に示すように入力電圧が１５
０Ｖのときの第１の半波スイッチ回路４５のスイッチ素
子のオンタイミングをｅ、最大の２８０Ｖのときの第１
の半波スイッチ回路４５のスイッチ素子のオンタイミン
グをｄ、最低のゼロ又はその近傍のときの第１の半波ス
イッチ回路４５のスイッチ素子のオンタイミングをｆと
すると、このｄ，ｅ，ｆの遅延時間が図１２の(f) に示
すように第１のチョークコイル４９に流れる電流ピーク
値となって現れ、最終的に入力電流の相違となって現れ
る。

【００９９】従って、入力電流波形は、適当な演算を行
って第１の半波スイッチ回路４５のスイッチ素子のオン
タイミングを制御することで、略正弦波にすることが可
能となる。これにより、高調波成分の発生を防止でき
る。

【０１００】また、このような制御を行ってもインバー
タの発振動作は平滑コンデンサ４６の電位によってのみ
振幅が決まるので、制御による影響を全く受けない。

【０１０１】なお、図１２の(a) は第３の半波スイッチ
回路４８のスイッチ素子のオンタイミングを示し、図１
２の(b) は第２の半波スイッチ回路４７のスイッチ素子
のオンタイミングを示し、図１２の(d) は第２の半波ス
イッチ回路４７に流れる電流波形を示し、図１２の(e)
は第３の半波スイッチ回路４８に流れる電流波形を示
し、図１２の(g) は第３の半波スイッチ回路４８の寄生
ダイオードの両端間に発生するハーフブリッジ電圧の矩
形電圧波形を示し、図１２の(h) は蛍光灯５２に流れる
ランプ電流波形を示している。

【０１０２】図１３は５０Hzサイクルで見た場合の波形
を示している。交流電源４１の印加電圧ＶE が略正弦波
であるとして、図１１及び図１２に示した制御により入
力電流ＩE も略正弦波となる。そして蛍光灯５２には安
定した高周波のランプ電流ＩFLが流れる。

【０１０３】図中ｇ点が電圧のピークで、このときには
図１４の(a) に示すように、第１の半波スイッチ回路４
５のスイッチ素子のオンタイミングの第３の半波スイッ
チ回路４８のスイッチ素子のオンタイミングに対する遅
延時間は短い。

【０１０４】また、図中ｈ点は電圧の最低部分で、この
前後では図１４の(b) に示すように、第１の半波スイッ
チ回路４５のスイッチ素子のオンタイミングの第３の半
波スイッチ回路４８のスイッチ素子のオンタイミングに
対する遅延時間は長い。

【０１０５】入力電流波形を正弦波にする制御は、第１
の半波スイッチ回路４５のスイッチ素子のオンタイミン
グの遅延量であり、平滑コンデンサ４６の電圧を一定に
保つための制御と一致する。

【０１０６】従って、入力電流波形を正弦波にする制御
と平滑コンデンサ４６の電圧を一定に保つための制御を
共通に行うことができ、入力電流を正弦波にするための
演算内容に出力電圧補正を追加するのみで実現できる。

【０１０７】次に蛍光灯５２による負荷条件が変化した
場合の制御について図１５に基づいて述べる。

【０１０８】図１５は蛍光灯５２が非点灯状態のときの
動作波形を示している。蛍光灯５２が点灯している場合
には数百オームの実抵抗成分があり、これに電流が流れ
ることで平滑コンデンサ４６の電荷が消費される。従っ
て、これに見合う入力電流を第１の半波スイッチ回路４
５が引き込むことになる。

【０１０９】蛍光灯５２が非点灯の場合には、実抵抗成
分はフィラメント電極の数十オームのみであり、消費電
力は少ない。従って、入力電流も少なくする必要があ
り、図１５の(c) に示すように第１の半波スイッチ回路
４５のスイッチ素子のオンタイミングｔ1 の遅延量を大
きくする。なお、ｔ2 は第２の半波スイッチ回路４７の
スイッチ素子のオンタイミングを示し、ｔ3 は第３の半
波スイッチ回路４８のスイッチ素子のオンタイミングを
示している。

【０１１０】この制御は、前述したように平滑コンデン
サ４６の電圧を一定する制御において同時に実現でき
る。

【０１１１】図１５は、インバータの周波数をｆ0 に近
づけて放電に至らしめる時の動作波形であり、ランプ電
圧は図１５の(a) に示すように実効電圧で約６００Ｖ印
加し、フィラメント電流は図１５の(b) に示すように約
２Ａ流している。すなわち、フィラメント電極が十分に
予熱されており、放電開始に十分な電圧も印加されてお
り、速やかに点灯モードへ移行する。

【０１１２】なお、図１５の(e) において、Ｉ1 は第１
の半波スイッチ回路４５に流れる電流を示し、Ｉ2 は第
２の半波スイッチ回路４７に流れる電流を示し、Ｉ3 は
第３の半波スイッチ回路４８に流れる電流を示してい
る。

【０１１３】また、図１５の(f) において、Ｖ44は第１
のダイオード４４の両端間に発生する電圧を示し、Ｖ48
は第３の半波スイッチ回路４８の寄生ダイオードの両端
間に発生する電圧を示している。

【０１１４】図１６は、図１を具体化した回路で、この
回路は各半波スイッチ回路４５，４７，４８をＭＯＳ型
電界効果トランジスタ４５Ｔ，４７Ｔ，４８Ｔで構成し
ている。なお、図１と同一の部分には同一の符号を付し
て詳細な説明は省略する。

【０１１５】前記電界効果トランジスタ４８Ｔのソース
端子に電流検出抵抗５５を直列に接続し、前記コンデン
サ５３に電流検出抵抗５６を直列に接続している。

【０１１６】前記各電界効果トランジスタ４５Ｔ，４７
Ｔ，４８Ｔは制御回路５７からの出力Ｏ1 ，Ｏ2 ，Ｏ3
によりオン、オフ駆動するようになっている。

【０１１７】前記制御回路５７には、電流検出抵抗５６
に流れる電流の検出信号Ｉ1 、電流検出抵抗５５に流れ
る電流の検出信号Ｉ3 、ランプ電圧の検出信号Ｉ2 及び
平滑コンデンサ４６の電位を検出した検出信号Ｉ4 がそ
れぞれ入力している。

【０１１８】すなわち、前記制御回路５７は、各検出信
号Ｉ1 〜Ｉ4 を入力として内部で演算を行い、出力Ｏ1
〜Ｏ3 により各電界効果トランジスタ４５Ｔ，４７Ｔ，
４８Ｔをオン、オフ駆動する。

【０１１９】このような制御を行うことにより、前述し
た電源投入直後の第１の半波スイッチ回路４５のスイッ
チ素子の動作制御（図８又は図９）、平滑コンデンサ４
６の電圧調整（図１１）及び入力電流を略正弦波にする
制御（図１２）が容易に実現できる。

【０１２０】第２のチョークコイル５１に流れる電流の
検出は以下のようにする。電流検出抵抗５５には第１の
チョークコイル４９に流れる電流と第２のチョークコイ
ル５１に流れる電流の和の電流が流れるため、検出信号
Ｉ3 はそのまま第２のチョークコイル５１に流れる電流
の検出にはならない。

【０１２１】そこで、電流検出抵抗５６に流れる電流を
検出信号Ｉ1 で検出し、検出信号Ｉ3 から検出信号Ｉ1
を差し引けば第２のチョークコイル５１に流れる電流を
検出できることになる。

【０１２２】従って、制御回路５７では、電流検出抵抗
５６に流れる電流のピーク電流を保持し、電流検出抵抗
５５に電流が流れるときに、この電流が保持したピーク
電流を上回り、かつこの電流量が制御すべき電流量に達
したときに第１の半波スイッチ回路４５のスイッチ素子
及び第３の半波スイッチ回路４８のスイッチ素子をオフ
にする制御を行う。

【０１２３】また、制御回路５７は、検出信号Ｉ2 に基
づいて蛍光灯５２の点灯時にランプ電圧が一定になるよ
うにインバータの発振周波数を制御する。

【０１２４】なお、前記実施例は本発明を放電灯点灯装
置に適用したものについて述べたが必ずしもこれに限定
するものでないのは勿論である。

【０１２５】

【発明の効果】以上、請求項１対応の発明によれば、電
源投入時に突入電流が発生することがなく、従って突入
電流を防止するための回路を必要とせず不要にできる。

【０１２６】また、請求項２対応の発明によれば、電源
投入時に突入電流が発生することがなく、従って突入電
流を防止するための回路を必要とせず不要にでき、ま
た、入力電流を略正弦波にでき、これにより高調波成分
の発生を防止でき、しかも入力電流波形を正弦波にする
制御と平滑コンデンサの電圧を一定に保つための制御を
共通に行うことができ構成が簡単となる。

【０１２７】また、請求項３対応の発明によれば、電源
投入時に突入電流が発生することがなく、従って突入電
流を防止するための回路を必要とせず不要にでき、ま
た、入力電圧変動や負荷変動などの影響を受けず安定し
た出力が得られ、さらには、入力電流を略正弦波にで
き、これにより高調波成分の発生を防止でき、しかも入
力電流波形を正弦波にする制御と平滑コンデンサの電圧
を一定に保つための制御を共通に行うことができ構成が
簡単となる。

【０１２８】また、請求項４対応の発明並びに請求項５
対応の発明によれば、電源投入時に平滑コンデンサに徐
々に電荷を蓄積することで突入電流を防止でき、また、
周波数を変動させる必要がなく制御が簡単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す放電灯点灯装置の回路
図。

【図２】同実施例の動作を説明するための回路図。

【図３】同実施例の動作を説明するための回路図。

【図４】同実施例の動作を説明するための回路図。

【図５】同実施例の動作を説明するための回路図。

【図６】同実施例の動作を説明するための回路図。

【図７】同実施例の動作を説明するための回路図。

【図８】同実施例の電源投入時の第１の半波スイッチ回
路のスイッチ素子の一動作例を説明するためのタイミン
グ図。

【図９】同実施例の電源投入時の第１の半波スイッチ回
路のスイッチ素子の他の動作例を説明するためのタイミ
ング図。

【図１０】同実施例の共振モードを示すグラフ。

【図１１】同実施例において平滑コンデンサの電位変動
を補正する動作を説明するための各部の電圧、電流波形
図。

【図１２】同実施例において入力電流波形を略正弦波に
する動作を説明するための各部の電圧、電流波形図。

【図１３】同実施例において電源周波数を５０Hzとした
ときの入力電圧、入力電流及びランプ電流の各波形を示
す図。

【図１４】図１３におけるピーク電圧点、最低電圧点と
第１の半波スイッチ回路のスイッチ素子のオンタイミン
グの遅延量との関係を説明するための図。

【図１５】同実施例において蛍光灯を点灯に至らしめる
電圧を印加するときの各部の電圧、電流波形を示す図。

【図１６】同実施例をさらに具体化した回路構成例を示
す図。

【図１７】従来例を示す回路図。

【図１８】他の従来例を示す回路図。

【図１９】同従来例における入力電圧、入力電流及びラ
ンプ電流の各波形を示す図。

【符号の説明】

４１…商用交流電源 ４２…全波整流回路 ４４…第１のダイオード ４５…第１の半波スイッチ回路 ４６…平滑コンデンサ ４７…第２の半波スイッチ回路 ４８…第３の半波スイッチ回路 ４９…第１のチョークコイル ５０…第２のダイオード ５１…第２のチョークコイル ５２…蛍光灯（負荷） ５３…直流カット用コンデンサ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源に接続した全波整流回路と、こ
   の全波整流回路の出力端子間に第１のダイオードを介し
   て接続した第１の半波スイッチ回路と、第２、第３の半
   波スイッチ回路の直列回路と、この直列回路に並列に接
   続した平滑コンデンサと、前記第１のダイオードと第１
   の半波スイッチ回路との接続点と前記第２、第３の半波
   スイッチ回路の接続点との間に接続した第１のチョーク
   コイルと第２のダイオードとの直列回路と、一端を前記
   第２、第３の半波スイッチ回路の接続点に接続し、他端
   を電位の安定点に接続した第２のチョークコイル、負荷
   及び直流カット用コンデンサの直列回路とからなり、前
   記第１のダイオードを前記全波整流回路の出力極性と逆
   極性に接続し、前記第２のダイオードを前記全波整流回
   路の出力極性と順極性に接続したことを特徴とする電力
   変換装置。
2. 【請求項２】 第２の半波スイッチ回路と第３の半波ス
   イッチ回路は互いに同期し、かつ逆位相で開閉動作する
   と共に、第１の半波スイッチ回路を第３の半波スイッチ
   回路と同位相で、かつこの第３の半波スイッチ回路が閉
   成するタイミングよりも遅れて閉成する構成とし、前記
   第１の半波スイッチ回路の閉成タイミングの遅れ量を入
   力電流波形が略正弦波となるように入力電圧周波数に同
   期して適宜増減することを特徴とする請求項１記載の電
   力変換装置。
3. 【請求項３】 第２の半波スイッチ回路と第３の半波ス
   イッチ回路は互いに同期し、かつ逆位相で開閉動作する
   と共に、第１の半波スイッチ回路を第３の半波スイッチ
   回路と同位相で、かつこの第３の半波スイッチ回路が閉
   成するタイミングよりも遅れて閉成する構成とし、前記
   第１の半波スイッチ回路の閉成タイミングの遅れ量を平
   滑コンデンサの電圧が略一定となるように前記平滑コン
   デンサの電圧が高いとき増加させ、前記平滑コンデンサ
   の電圧が低いとき減少させることを特徴とする請求項１
   又は２記載の電力変換装置。
4. 【請求項４】 電源投入時に第１の半波スイッチ回路の
   みを開閉動作すると共にこの閉成時間を徐々に増加さ
   せ、平滑コンデンサの電位が所定レベルを越えたとき第
   ２、第３の半波スイッチ回路の開閉動作を開始させるこ
   とを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
5. 【請求項５】 電源投入時に第１の半波スイッチ回路の
   みを開閉動作すると共に、この開放時間を最初は前記第
   １の半波スイッチ回路の定常時の開閉動作サイクルの開
   放時間よりも十分に長く設定し、その後徐々に短くし、
   平滑コンデンサの電位が所定レベルを越えたとき前記第
   １の半波スイッチ回路を定常時のサイクルにて開閉動作
   し、かつ第２、第３の半波スイッチ回路も前記第１の半
   波スイッチ回路の開閉動作サイクルと同じサイクルで開
   閉動作を開始させることを特徴とする請求項１又は４記
   載の電力変換装置。