JPH0982483A - ランプ点灯用電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 昇圧トランスを使用することなく、出力電圧
を低電圧から高電圧まで制御できるランプ点灯用電源を
提供すること。 【解決手段】 昇圧コンデンサ２ａ〜２ｄと、第１の整
流平滑回路３ａ〜３ｄと、スイッチング素子４ａ〜４ｄ
と、第２の整流平滑回路５ａ〜５ｄにより基本電源部Ａ
〜Ｄを構成し、複数の基本電源部Ａ〜Ｄの昇圧コンデン
サを商用交流電源１に並列接続するとともに、第２の整
流平滑回路５ａ〜５ｄの出力を直列接続する。そして、
電圧検出手段６、電流検出手段７の出力に基づき、シス
テムコントローラ１１、ＰＷＭ制御部１２、ドライバ／
ソフトスタート回路１３から構成される制御部により上
記スイッチング素子４ａ〜４ｄを制御して、上記基本電
源部Ａ〜Ｄの動作個数およびスイッチングパルス幅を制
御して、ランプに印加される電圧／電流を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高圧水銀ランプ、メ
タルハライドランプ等のロングアークの放電ランプを点
灯させるに好適な高電圧を出力可能なランプ点灯用電源
に関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ
等のロングアークの放電ランプを点灯させるには、電圧
が６４０Ｖ、電流が２８Ａ程度必要であり、一般的なス
イッチング電源の出力電圧に較べ極端な高電圧が必要と
される。これに対して、商用交流電源電圧はＡＣ２００
／２２０Ｖであり、何らかの方法で昇圧することが必要
となる。

【０００３】このため、従来においては次のような電源
回路が使用されていた。 （１）昇圧トランスを使用した電源回路 図６は昇圧トランスを使用した従来のランプ点灯用電源
回路の構成を示す図である。同図において、１は商用交
流電源、Ａ，Ｂは同一構成の第１、第２の昇圧回路であ
り、第１、第２の昇圧回路の入力／出力はそれぞれ並列
接続されており、これにより必要な出力電流を確保して
いる。

【０００４】８は第１、第２の昇圧回路Ａ，Ｂの直流出
力を交流電圧に変換する極性変換回路、９は超高電圧を
発生する起動器、１０はメタルハライドランプ等の高電
圧放電ランプであり、起動器９は放電ランプ１０の始動
時に放電ランプの電極間の絶縁破壊を行い点灯を開始さ
せる。なお、上記極性変換回路は、放電ランプ１０が直
流ランプの場合には必要ない。

【０００５】また、第１の昇圧回路Ａにおいて、３はダ
イオード・ブリッジとコンデンサから構成される第１の
整流平滑回路、４ａ，４ｂは高周波スイッチング素子、
Ｔｒ１，Ｔｒ２は昇圧トランス、５ａ，５ｂはダイオー
ドとリアクトルとコンデンサから構成される第２の整流
平滑回路、６は例えば抵抗の分圧回路から構成される負
荷電圧検出手段、７は低抵抗等から構成された負荷電流
検出手段であり、前記したように第２の昇圧回路Ｂも同
様な構成を備えている。

【０００６】１１はコントローラ、１２はＰＷＭ制御部
であり、第１、第２の昇圧回路Ａ，Ｂの負荷電圧検出手
段６、負荷電流検出手段７により検出された電圧、電流
はコントローラ１１に送られ、コントローラ１１は上記
検出値に基づき第１、第２の昇圧回路Ａ，Ｂの出力が所
望の値になるような指令信号をＰＷＭ制御部１２に出力
する。ＰＷＭ制御部１２はコントローラ１１の指令に基
づきＰＷＭ信号を生成し、第１、第２の昇圧回路Ａ，Ｂ
の高周波スイッチング素子４ａ，４ｂのオン／オフ時間
を制御する。

【０００７】図７は上記極性変換回路８の構成を示す図
であり、極性変換回路８はブリッジ状に接続された第１
〜第４のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４から構成さ
れ、制御回路Ｃｎｔの出力に基づき、所定の周波数（例
えば５０Ｈｚ）で〔ＳＷ１，ＳＷ４：オン、ＳＷ２，Ｓ
Ｗ３：オフ〕状態と〔ＳＷ１，ＳＷ４：オフ、ＳＷ２，
ＳＷ３：オン〕状態を繰り返し、第１、第２の昇圧回路
Ａ，Ｂの直流出力を交流に変換する。

【０００８】図６の電源回路は次のように動作する。商
用交流電源１より交流が入力され、第１の整流平滑回路
３は商用交流電源１の交流を直流に変換する。高周波ス
イッチング素子４ａ，４ｂはＰＷＭ制御部１２によりＰ
ＷＭ制御され、第１の整流平滑回路３の直流出力を所定
の周波数（例えば６０ｋＨｚ）の交流に変換する。

【０００９】上記交流は昇圧トランスＴｒ１，Ｔｒ２に
より昇圧され、その出力は第２の整流平滑回路５ａ，５
ｂに与えられて直流に変換される。同図に示すように昇
圧トランスＴｒ１，Ｔｒ２の２次側に接続された第２の
整流平滑回路５ａ，５ｂは直列接続されており、直列接
続された第２の整流平滑回路５ａ，５ｂのコンデンサの
両端直流電圧が昇圧回路Ａ，Ｂの出力として極性変換回
路８に出力される。極性変換回路８は第１、第２の昇圧
回路Ａ，Ｂの出力を前記したように交流に変換し、放電
ランプ１０に与える。

【００１０】一方、負荷電圧検出手段６、負荷電流検出
手段７により検出された出力電圧、電流はコントローラ
１１に与えられる。通常、メタルハライドランプ等の高
圧放電ランプにおいては、絶縁破壊後の数分間において
はランプ電圧が低い。このため、起動直後は定電流制御
が望ましく、その後、ランプ電圧が上昇したら定電力制
御に切り換える。

【００１１】そこで、コントローラ１１はランプ点灯開
始時、負荷電圧検出手段６の出力を基準電圧信号と比較
し、放電ランプ１０の電圧が所定の電圧に上昇するま
で、負荷電流検出手段７により検出されるランプ電流が
一定の値になるような指令信号をＰＷＭ制御部１２に出
力する。これに応じてＰＷＭ制御部１２は高周波スイッ
チング素子４ａ，４ｂのオン／オフ時間を制御する。

【００１２】ランプ電圧が所定の電圧値まで上昇し、上
記基準電圧を越えると、コントローラ１１は負荷電圧検
出手段６と負荷電流検出手段７により検出されるランプ
電圧と電流を乗算してランプ電力Ｗを得る。そして、こ
の電力Ｗが一定の値になるような指令信号をＰＷＭ制御
部１２に出力する。これに応じてＰＷＭ制御部１２はス
イッチング素子４ａ，４ｂのオン／オフ時間を制御す
る。 （２）昇圧コンデンサを使用した電源回路 図８は昇圧コンデンサを使用した従来のランプ点灯用電
源回路の構成を示す図である。

【００１３】同図において、１は商用交流電源、Ｃは多
倍圧整流回路、２ａ，２ｂ，２ｃは昇圧コンデンサ、３
ａ，３ｂ，３ｃは第１の整流平滑回路、４は高周波スイ
ッチング素子、５は第２の整流平滑回路、６は負荷電圧
検出手段、７は負荷電流検出手段である。８は第２の整
流平滑回路５の直流出力を交流電圧に変換する図７に示
した極性変換回路、９は超高電圧を発生する起動器、１
０はメタルハライドランプ等の高電圧放電ランプであ
り、起動器９は前記したように放電ランプ１０の始動時
に放電ランプの電極間の絶縁破壊を行い点灯を開始させ
る。なお、上記極性変換回路は、放電ランプ１０が直流
ランプの場合には必要ない。

【００１４】また、１１はコントローラ、１２はＰＷＭ
制御部である。図８の電源回路は次のように動作する。
商用交流電源１より交流が多倍圧整流回路Ｃのコンデン
サ２ａ，２ｂ，２ｃを介して整流平滑回路３ａ，３ｂ，
３ｃに入力され、各整流平滑回路３ａ，３ｂ，３ｃは交
流を直流に変換する。

【００１５】各整流平滑回路３ａ，３ｂ，３ｃのコンデ
ンサは直列接続されており、多倍圧整流回路Ｃは整流平
滑回路３ａ，３ｂ，３ｃの段数に応じて入力電圧を昇圧
する。同図では３段の整流平滑回路３ａ，３ｂ，３ｃが
設けられているので、多倍圧整流回路Ｃは入力電圧を３
倍（無負荷の場合には入力交流電圧の波高値の略３倍）
に昇圧する。

【００１６】多倍圧整流回路Ｃの出力はＰＷＭ制御され
る高周波スイッチング素子４に与えられ、高周波スイッ
チング素子４は多倍圧整流回路Ｃが出力する直流を交流
に変換する。高周波スイッチング素子４の出力は第２の
整流平滑回路５に与えられて直流に変換され極性変換回
路８に与えられる。極性変換回路８は前記したように、
第２の整流平滑回路５の出力を交流に変換し、放電ラン
プ１０に与える。

【００１７】一方、負荷電圧検出手段６、負荷電流検出
手段７により検出された検出電圧、電流はコントローラ
１１に与えられる。コントローラ１１は、前記したよう
にランプ点灯初期時、負荷電圧検出手段６、負荷電流検
出手段７の出力を基準電圧信号と比較し、放電ランプ１
０の電圧が所定の電圧に上昇するまで定電流制御を行
い、ランプ電圧が所定の電圧値まで上昇すると定電力制
御を行う。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記図６に示した電源
回路は、昇圧トランスＴｒ１，Ｔｒ２を用いて昇圧し、
絶縁された昇圧トランスＴｒ１，Ｔｒ２の２次回路を必
要段数積み上げて所望の高電圧を得る絶縁型の回路方式
であり、次のような問題点を持っている。 (a) 昇圧トランスＴｒ１，Ｔｒ２を複数個必要とし、装
置が大型化する。特に、高周波スイッチング素子４ａ，
４ｂの定格によっては、昇圧トランスＴｒ１，Ｔｒ２を
多数必要とする。 (b) 昇圧トランスＴｒ１，Ｔｒ２を複数用いるのでコス
トが高くなる。 (c) 比較的高周波域における昇圧トランスは効率が悪
く、特に大出力を必要とする場合には問題がある。

【００１９】一方、図８に示した電源回路は昇圧トラン
スを使用しないので、上記昇圧トランスを用いることに
よる問題点は解消されるが、次のような問題点がある。 (a) 高周波スイッチング素子４の前段で、多倍圧回路Ｃ
で昇圧しているので、高周波スイッチング素子４に高電
圧が印加される。市販されている高周波スイッチング素
子の耐圧は１０００Ｖ程度なので、高周波スイッチング
素子４の電圧定格により出力電圧の上限が制限される。 (b) 点灯初期においてランプ電圧を低電圧にする必要が
ある場合（例えば点灯時のランプ電圧が略１０００Ｖに
対して、点灯初期のランプ電圧は数１０Ｖ）、点灯初期
に高周波スイッチング素子４のオン時間を短くしなけれ
ばならず、場合によっては制御不能となり、図９に示す
ようにパルスの歯抜けを生ずる。

【００２０】これにより、パルス周波数が可聴域の２〜
３ｋＨｚになる場合があり、騒音が発生する。本発明は
上記した従来技術の問題点を解決するためになされたも
のであって、本発明の第１の目的は、昇圧トランスを使
用することなく、また高周波スイッチング素子の定格電
圧により出力電圧が制限されることがない大電力得るこ
とができるランプ点灯用電源を提供することである。

【００２１】本発明の第２の目的は、パルスの歯抜けを
生じさせることなく出力電圧を低電圧から高電圧まで制
御でき、ランプの特性に応じた電圧／電流制御を行うこ
とができるランプ点灯用電源を提供することである。本
発明の第３の目的は、ランプが消灯したり、出力オープ
ン事故が発生した場合に、スイッチング素子に大電流が
流れスイッチング素子が破壊することがないランプ点灯
用電源を提供することである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明においては、次の
ようにして上記課題を解決する。 （１）一対の昇圧コンデンサと、該昇圧コンデンサの一
方の電極側に接続された第１の整流平滑回路と、上記第
１の整流平滑回路の出力に直列に接続されたスイッチン
グ素子と、スイッチング素子の出力側に接続された第２
の整流平滑回路とから基本電源部を構成し、複数の基本
電源部の昇圧コンデンサの他方の電極側を交流電源に並
列接続するとともに、上記第２の整流平滑回路の出力を
直列接続する。

【００２３】そして、制御部が、上記スイッチング素子
を制御して、上記基本電源部の動作個数およびスイッチ
ング素子のスイッチングパルス幅を制御して、直列接続
された基本電源部の出力電圧／電流を制御しランプに印
加される電圧／電流を制御する。 （２）上記（１）において、ランプに印加される電圧を
検出する負荷電圧検出手段を設け、上記負荷電圧検出手
段により検出されたランプ電圧に応じて、制御部がラン
プへの出力電圧を昇圧させる。 （３）上記（１）（２）において、ランプ電流を検出す
る負荷電流検出手段を設け、負荷電圧検出手段および上
記負荷電流検出手段により検出されたランプ電圧および
ランプ電流に基づき、ランプ電圧が所定値に上昇するま
で定電流制御を行い、ランプ電圧が所定値まで上昇した
後、定電力制御を行う。 （４）上記（１）（２）（３）において、出力電圧変動
時に昇圧コンデンサに流れる充電電流を検出する電流検
出手段を設け、該電流検出手段により検出された電流が
所定値を越えたとき、各基本電源部のスイッチング素子
をオフにしてスイッチング素子に流れる電流をしゃ断す
るか、もしくは、該スイッチング素子のスイッチングパ
ルス幅を制御してスイッチング素子に流れる電流を制限
する。

【００２４】本発明の請求項１の発明は、上記（１）の
構成を備えているので、昇圧トランスを使用することな
く所望の出力電圧を得ることができる。また、スイッチ
ング素子に高電圧が印加されることがないので、スイッ
チング素子の電圧定格により出力電圧の上限が制限され
ることがない。さらに、基本電源部の動作個数およびス
イッチング素子のスイッチングパルス幅を制御して出力
電圧を制御するようにしたので、放電ランプの点灯初期
に低電圧出力が必要とされる場合であっても、スイッチ
ング素子の出力パルス幅が狭くなることがなく、パルス
抜け等が発生することがない。

【００２５】本発明の請求項２の発明は、上記（２）の
構成を備えているので、放電ランプの特性に応じた点灯
制御を行うことができる。本発明の請求項３の発明は、
上記（３）の構成を備えているので、放電ランプを確実
に点灯させ、点灯状態を安定に保持することができる。
本発明の請求項４の発明は、上記（４）の構成を備えて
いるので、放電ランプが何らかの要因で消灯したり、一
方向だけオープン状態となったり、あるいは、電源の出
力側が断線することにより電源の出力側の電圧が急変し
た際、昇圧コンデンサを充電するために流れる電流を検
出することができ、過電流からスイッチング素子を保護
することができる。

【００２６】

【発明の実施形態】図１は本発明の実施例のランプ点灯
用の電源回路の構成を示す図である。同図において、１
は商用交流電源、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは昇圧コンデ
ンサ、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは第１の整流平滑回路、
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは高周波スイッチング素子、５
ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは第２の整流平滑回路、６は負荷
電圧検出手段、７は負荷電流検出手段であり、昇圧コン
デンサ２ａ、第１の整流平滑回路３ａ、高周波スイッチ
ング素子４ａ、第２の整流平滑回路５ａで第１段目の基
本電源部Ａを構成し、同様に、２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂ
で第２段目の基本電源部Ｂ、２ｃ，３ｃ，４ｃ，５ｃで
第３段目の基本電源部Ｃ、２ｄ，３ｄ，４ｄ，５ｄで第
４段目の基本電源部Ｄを構成し、第１〜第４段目の基本
電源部Ａ〜Ｄの出力は直列接続されている。なお、本実
施例では４段構成の電源回路を示しているが、使用する
段数は必要とする電圧の大きさに応じて適宜選定するこ
とができる。

【００２７】８は図７に示した直流を交流に変換する極
性変換回路、９は超高電圧を発生する起動器、１０はメ
タルハライドランプ等の高電圧放電ランプであり、起動
器９は前記したように放電ランプ１０の始動時に放電ラ
ンプの電極間の絶縁破壊を行い点灯を開始させる。な
お、上記極性変換回路は、放電ランプ１０が直流ランプ
の場合には必要ない。

【００２８】また、１１はコントローラ、１２はＰＷＭ
制御部、１３はドライバ／ソフトスタート回路であり、
ドライバ／ソフトスタート回路１３は高周波スイッチン
グ素子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを駆動するとともに、該
高周波スイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのＰＷ
Ｍ制御を開始する際に、高周波スイッチング素子のオン
時間を徐々に増加させる。このような制御を行うことに
より、高周波スイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ
をオンにする際に昇圧コンデンサ２ａ〜２ｄ、第１、第
２の整流平滑回路のコンデンサに流れる突入電流の大き
さを制限することができる。

【００２９】Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は電流検出手段であり、
電流検出手段Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は高周波スイッチング素
子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに流れる電流を検出してコン
トローラ１１に送出し、後述するようにランプの立ち消
え時、あるいは、出力オープンになったときに生ずる過
電流から高周波スイッチング素子４ａ，４ｂ，４ｃ，４
ｄを保護する。

【００３０】図２はドライバ／ソフトスタート回路１３
の概略構成を示す図であり、同図に示すように、ドライ
バ／ソフトスタート回路１３はスイッチング素子４ａ，
４ｂ４ｃ，４ｄにそれぞれ対応した基本的に同一構成の
ドライバ／ソフトスタート回路１３ａ〜１３ｄから構成
されている。そして、最初に起動されるドライバ／ソフ
トスタート回路（ここではドライバ／ソフトスタート回
路１３ａとする）は、少なくともＰＷＭ制御部１２によ
り直接起動されるソフトスタート回路Ｓｓｔと論理積回
路ＡＮＤを備え、またそれ以外のドライバ／ソフトスタ
ート回路（例えば、ドライバ／ソフトスタート回路１３
ｂ，１３ｃ，１３ｄ）は、ソフトスタート回路Ｓｓｔと
論理積回路ＡＮＤに加え、図２に示すように上記ソフト
スタート回路Ｓｓｔを起動させる比較器Ｃｏｍｐを備え
ている。

【００３１】上記比較器Ｃｏｍｐは、図１に示した負荷
電圧検出手段６により検出されたランプ電圧ＶＬと各ド
ライバ／ソフトスタート回路１３ｂ〜１３ｄ毎にそれぞ
れ設定された基準電圧Ｖ１〜Ｖ３（Ｖ１≠Ｖ２≠Ｖ３）
を比較し、ランプ電圧ＶＬが基準電圧Ｖ１〜Ｖ３を越え
たとき、ソフトスタート回路Ｓｓｔを起動する。このた
め、ドライバ／ソフトスタート回路１３ａはＰＷＭ制御
部１２がＰＷＭ制御信号の送出を開始したとき直ちに起
動し、また、ドライバ／ソフトスタート回路１３ｂ〜１
３ｄはランプ電圧の上昇に応じて順次起動し、各ドライ
バ／ソフトスタート回路１３ａ〜１３ｄのソフトスター
ト回路Ｓｓｔはオン時間が徐々に増加するソフトスター
ト信号（ＰＷＭ信号と同期している）を送出する。

【００３２】このソフトスタート信号はＰＷＭ制御部１
２が出力するＰＷＭ信号と論理積回路ＡＮＤにおいて論
理積がとられ、各高周波スイッチング素子４ａ〜４ｃに
与えられる。次に図１に示した電源回路の動作を説明す
る。商用交流電源１から供給される交流は昇圧コンデン
サ２ａ〜２ｄを介して第１の整流平滑回路３ａ〜３ｄに
入力され、直流に変換される。

【００３３】ランプの点灯が指示されると、システムコ
ントローラ１１からＰＷＭ制御部に指令信号が与えら
れ、ＰＷＭ制御部１２はＰＷＭ信号を送出するととも
に、ドライバ／ソフトスタート回路１３ａに起動信号を
与える。ドライバ／ソフトスタート回路１３ａは上記起
動信号が与えられるとソフトスタート回路Ｓｓｔを起動
して、ソフトスタート回路Ｓｓｔから上記ＰＷＭ信号に
同期したソフトスタート信号の送出させる。このソフト
スタート信号は論理積回路ＡＮＤにおいてＰＷＭ信号と
論理積がとられて高周波スイッチング素子４ａに与えら
れ、まず第１段目の基本電源部Ａの高周波スイッチング
素子４ａが動作を開始する。

【００３４】これにより、まず、第１段目の電源部が直
流出力を発生する。極性変換回路８は第１段目の基本電
源部Ａが出力する直流を前記したように交流に変換し放
電ランプ１０に供給する。ここで起動器９より放電ラン
プ１０に一時的に高電圧が供給されると、放電ランプ１
０が始動される。一方、負荷電圧検出手段６、負荷電流
検出手段７により放電ランプ１０の電圧Ｖ、電流Ｉが検
出されシステムコントローラ１１に送られる。ここで前
記したように、起動直後は定電流制御が望ましい。そこ
で、コントローラ１１はランプ点灯開始時、負荷電圧検
出手段６の出力を制御切換用基準電圧信号と比較し、放
電ランプ１０の電圧が所定の電圧Ｖに上昇するまで、負
荷電流検出手段７により検出されるランプ電流Ｉが一定
の値になるような指令信号をＰＷＭ制御部１２に出力
し、ＰＷＭ制御部１２は高周波スイッチング素子４ａの
オン／オフ時間を制御する。

【００３５】これにより電源回路の出力が立ち上がり、
ランプ電圧Ｖが上昇を開始する。各ドライバ／ソフトス
タート回路１３ｂ〜１３ｄはランプ電圧Ｖと各ドライバ
／ソフトスタート回路１３ｂ〜１３ｄの各基準電圧Ｖ１
〜Ｖ３を比較し、ランプ電圧Ｖが各基準電圧Ｖ１〜Ｖ３
に達したとき各高周波スイッチング素子をソフトスター
トさせる。

【００３６】したがって、例えば、ドライバ／ソフトス
タート回路１３ｂ〜１３ｄのそれぞれの基準電圧をＶ１
＜Ｖ２＜Ｖ３に設定しておくことにより、ランプ点灯初
期に、ランプ電圧Ｖの上昇に応じてスイッチング素子４
ａ〜４ｄを４ａ→４ｂ→４ｃ→４ｄの順序でソフトスタ
ートさせることができる。すなわち、図３に示すよう
に、ランプ電圧の上昇に応じてドライバ／ソフトスター
ト回路１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが順次起動され、高周波
スイッチング素子４ｂ，４ｃ，４ｄが順次動作を開始す
る。この間、システムコントローラ１１は負荷電流検出
手段７の出力に基づきランプ電流を定電流制御する。

【００３７】そして、全ての高周波スイッチング素子４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが動作しランプ電圧が予め設定さ
れた制御切換用基準電圧Ｖｓまで上昇すると、システム
コントローラ１１は定電流制御から定電力制御に切り換
える。すなわち、システムコントローラは負荷電圧検出
手段６、負荷電流検出手段７により検出された電圧Ｖ、
電流Ｉを乗算してランプ電力を求め、ランプ電力が一定
の値になるような指令値を生成し、ＰＷＭ制御部１２に
送出する。これによりＰＷＭ制御部１２は指令値に応じ
たＰＷＭ制御信号を各高周波スイッチング素子４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄに送出し、各高周波スイッチング素子４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのオン／オフ時間を制御する。な
お、ＰＷＭ制御部１２から各高周波スイッチング素子４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに供給されるＰＷＭ制御信号は同
一の信号であるので、各高周波スイッチング素子４ａ，
４ｂ，４ｃ，４ｄの動作は同期している。

【００３８】以上のように本実施例においては、昇圧コ
ンデンサ２ａ〜２ｄ、第１の整流平滑回路３ａ〜３ｄ、
高周波スイッチング素子４ａ〜４ｄ、第２の整流平滑回
路５ａ〜５ｄにより各段の基本電源部Ａ〜Ｄを構成して
いるので、各基本電源部Ａ〜Ｄを必要個数直列に接続す
ることにより、昇圧トランスを使用することなく所望の
出力電圧を得ることができる。

【００３９】また、高周波スイッチング素子４ａ〜４ｄ
に高電圧が印加されることがないので、スイッチング素
子４ａ〜４ｄの電圧定格により出力電圧の上限が制限さ
れることがない。さらに、第１〜第４段目の各電源部を
順次起動して電源回路を出力電圧を上昇させているの
で、放電ランプの点灯初期時に低電圧出力が必要とされ
る場合であっても、高周波スイッチング素子４ａ〜４ｄ
の出力パルス幅が狭くなることがなく、前記したような
パルス抜け等が発生することがない。

【００４０】なお、制御切換用基準電圧Ｖｓが低いラン
プを点灯させた場合には、必ずしも電源部全段が動作す
る必要はなく、電圧Ｖｓに応じた段数の電源部が動作す
ることになる。ところで、上記した電源回路において、
ランプ点灯中になんらかの要因でランプが消灯（立ち消
え）したり、あるいは、出力コードの断線等により出力
側がオープンになると、負荷電流が零となるため出力電
圧が上昇し、２〜４段目の電源部の高周波スイッチング
素子４ｂ，４ｃ，４ｄに、後述するように、昇圧コンデ
ンサ２ａ〜２ｄを充電するための大電流が流れる。この
大電流は負荷電流検出手段７を流れず、負荷電流検出手
段７では検出することができない。このため、本実施例
においては、２〜４段目の電源部に図１に示すように電
流検出手段Ｓ１〜Ｓ３を設けている。

【００４１】次に、上記のようにランプ立ち消え時ある
いは出力オープン時に２〜４段目の電源部の高周波スイ
ッチング素子４ｂ，４ｃ，４ｄに大電流が流れる理由を
説明する。図４はランプ立ち消え時あるいは出力オープ
ン時の本実施例の電源回路の動作を説明する図である。
同図は説明を容易にするため図１の簡略化して示したも
のであり、基本電源部が３段の場合を示している。

【００４２】図４において、図１における第１の整流平
滑回路３ａ〜３ｄにおけるコンデンサ、第２の整流平滑
回路５ａ〜５ｄにおけるリアクトル、ダイオード等は省
略されており、同図におけるコンデンサＣａ１とＣａ
２、Ｃｂ１とＣｂ２、Ｃｃ１とＣｃ２はそれぞれ図１の
昇圧コンデンサ２ａ，２ｂ，２ｃに対応し、ダイオード
ブリッジ３ａ’〜３ｃ’はそれぞれ図１の第１の整流平
滑回路３ａ，３ｂ，３ｃのダイオードブリッジに対応
し、さらに、コンデンサＣ５ａ〜Ｃ５ｃは図１における
第２の整流平滑回路５ａ〜５ｃのコンデンサに対応す
る。

【００４３】そして、定常時において、例えば商用交流
電源１の電圧の波高値が２００Ｖ（理解を容易にするた
め矩形波として考える）、コンデンサＣ５ａ〜Ｃ５ｃの
電圧がそれぞれ２００Ｖとすると、同図に示すように、
コンデンサＣａ１，Ｃａ２，Ｃｃ１，Ｃｃ２には同図に
示す方向に２００Ｖの電圧が充電され、コンデンサＣｂ
１，Ｃｂ２の充電電圧は０Ｖとなる（このような電圧分
布のとき、回路的に電圧はバランスする）。なお、上記
説明は、理解を容易にするため商用交流電源１は矩形波
として考え、また、負荷電流による回路素子による電圧
降下は零としているが、実際には、コンデンサＣ５ａ〜
Ｃ５ｃ等の電圧は回路素子の電圧降下等によりさらに低
くなり、ランプの立ち消え、出力オープン時等にコンデ
ンサＣ５ａ〜Ｃ５ｃの電圧が略上記電圧値になってバラ
ンスする。

【００４４】図５は上記のような定常時において、コン
デンサＣａ１〜Ｃｃ２、Ｃ５ａ〜Ｃ５ｃに印加される電
圧を説明するため図４の回路をさらに簡略化した図であ
り、同図は、交流電源１とコンデンサＣａ１，Ｃｃ２と
コンデンサＣ５ａ〜Ｃ５ｃの電圧関係を示している。同
図から明らかなように、商用交流電源１の上側が正でそ
の電圧が２００Ｖで、出力側のコンデンサＣ５ａ〜Ｃ５
ｃの各電圧が２００Ｖのとき、コンデンサＣａ１，Ｃｃ
２には同図に示す方向に２００Ｖの電圧が充電される。
また、図示しないが同様にコンデンサＣａ２，Ｃｃ１に
も図５と同方向に２００Ｖの電圧が充電される。

【００４５】さらに、コンデンサＣｂ１，Ｃｂ２の充電
電圧は０Ｖとなる。すなわち、図４において、等価的に
みて、コンデンサＣｂ１はコンデンサＣａ１のマイナス
側とコンデンサＣ５ａのマイナス側が接続され、また、
コンデンサＣａ１とコンデンサＣ５ａのプラス側が接続
されており、コンデンサＣａ１とコンデンサＣ５ａの充
電電圧は同じ２００Ｖであるので、コンデンサＣｂ１の
充電電圧は０Ｖとなる。同様にコンデンサＣｂ２につい
ても充電電圧は０Ｖとなる。

【００４６】上記のように、各コンデンサＣａ１〜Ｃｃ
２、Ｃ５ａ〜Ｃ５ｃの電圧はバランスしている必要があ
るため、ランプの立ち消え等により負荷電流が零になり
コンデンサＣ５ａ〜Ｃ５ｃの電圧が上昇すると、図４の
矢印の経路、方向でコンデンサＣａ１〜Ｃｃ２に充電電
流が流れる。すなわち、同図に示すように、コンデンサ
Ｃ５ａ〜Ｃ５ｃの電圧が上昇した際、商用交流電源１の
上側が正のとき、同図の太線矢印、実線矢印に示すよう
な経路、方向でコンデンサＣａ２，Ｃｂ１，Ｃｂ２，Ｃ
ｃ１に電流が流れ、また、商用交流電源１の下側が正の
とき、同図の点線矢印、一点鎖線矢印に示すような経
路、方向でコンデンサＣａ１，Ｃｂ１，Ｃｂ２，Ｃｃ２
に電流が流れる。

【００４７】上記充電電流は、その電流経路中のインピ
ーダンスが小さいので電流値が大きく、また、負荷電流
検出手段７を流れないので、該負荷電流検出手段７で検
出することができない。なお、第２の整流平滑回路には
リアクトルが設けられているが、高周波スイッチング素
子４ａ〜４ｄのスイッチング周波数は例えば６０ｋＨｚ
と比較的高くリアクトルのインピーダンス値は小さいた
め、電流抑制素子としての機能は小さい。

【００４８】このため、ランプの立ち消え時等におい
て、上記充電電流により高周波スイッチング素子４ａ〜
４ｄに大電流が流れ最悪の場合には高周波スイッチング
素子４ａ〜４ｄが破壊する。前記した電流検出手段Ｓ１
〜Ｓ３は上記のような昇圧コンデンサ２ａ〜２ｄに流れ
る過大な充電電流により高周波スイッチング素子４ａ〜
４ｄが破壊するのを保護するために設けられたものであ
り、図１の回路の場合には前記図４から明らかなよう
に、上記充電電流は第１段目の高周波スイッチング素子
４ａには流れないので、第１段目には不要である。

【００４９】次に上記電流検出手段Ｓ１〜Ｓ３による保
護動作について説明する。前記したように、ランプの点
灯が指示されると、システムコントローラ１１からＰＷ
Ｍ制御部１２に指令信号が与えられ、ＰＷＭ制御部１２
はＰＷＭ信号を送出する。これにより、まず第１段目の
基本電源部Ａが動作を開始する。そして、ランプ電圧の
上昇に応じて第２、第３、第４の基本電源部Ｂ〜Ｄが順
次起動される。

【００５０】コントローラ１１はランプ点灯開始時、負
荷電圧検出手段６の出力を基準電圧信号と比較し、放電
ランプ１０の電圧が所定の電圧に上昇するまで、負荷電
流検出手段７により検出されるランプ電流が一定の値に
なるような指令信号をＰＷＭ制御部１２に出力し、ＰＷ
Ｍ制御部１２は高周波スイッチング素子４ａ〜４ｄのオ
ン／オフ時間を制御する。

【００５１】ここで、放電ランプによっては、ランプ点
灯初期時に一方向だけにしか電流が流れない状態（片点
灯状態という）になるものがあり、このような片点灯状
態が発生すると、前記したように第２の整流平滑回路５
ａ〜５ｄのコンデンサ電圧が上昇し、昇圧コンデンサ２
ａ〜２ｄに充電電流が流れる。上記片点灯状態の発生に
より前記図４に示した経路で昇圧コンデンサ２ａ〜２ｄ
に充電電流が流れると、この充電電流は電流検出手段Ｓ
１〜Ｓ３により検出されシステムコントローラ１１に送
出される。

【００５２】システムコントローラ１１は上記電流検出
手段Ｓ１〜Ｓ３から検出値に基づき上記充電電流が所定
の値以下になるような指令値を生成しＰＷＭ制御部１２
に与える。ＰＷＭ制御部１２は上記指令値に基づき、Ｐ
ＷＭ制御信号のオン時間を短くして、高周波スイッチン
グ素子４ａ〜４ｄに流れる電流を抑制する。全ての高周
波スイッチング素子４ａ〜４ｄは同期して制御されるの
で、この保護動作は、動作中の全ての高周波スイッチン
グ素子４ａ〜４ｄ対して行われる。

【００５３】上記のような制御をしている間に、放電ラ
ンプ１０が片点灯状態から回復し、電流検出手段Ｓ１〜
Ｓ３で検出される電流値が小さくなると、システムコン
トローラ１１は再び負荷電流検出手段７の出力に基づき
定電流制御を行う。このようにしてランプ電圧が上昇
し、前記図３に示した制御切換基準電圧Ｖｓまで上昇す
ると、前記したように、システムコントローラ１１は定
電流制御から定電力制御に切り換える。

【００５４】放電ランプ１０を定電力制御をしている間
に、前記したようにランプの立ち消え、出力回路のオー
プン等により昇圧コンデンサ２ａ〜２ｄに充電電流が流
れると、この充電電流は電流検出手段Ｓ１〜Ｓ３により
検出されシステムコントローラ１１に送出される。上記
のように放電ランプを定電力制御している間に、電流検
出手段Ｓ１〜Ｓ３により過電流が検出されると、システ
ムコントローラ１１はＰＷＭ制御部１２に指令信号を送
出し、全ての高周波スイッチング素子４ａ〜４ｄをオフ
にさせる。これにより電流がしゃ断され、放電ランプ１
０は消灯する。

【００５５】すなわち、放電ランプの点灯初期に、電流
検出手段Ｓ１〜Ｓ３により過電流が検出されると高周波
スイッチング素子４ａ〜４ｄに流れる電流を抑制し、放
電ランプの片点灯状態等からの回復を待ち、ランプの通
常点灯時に、電流検出手段Ｓ１〜Ｓ３により過電流が検
出されると放電ランプ１０を消灯させる。上記のような
制御を行うことにより、例えば、片点灯状態に成りやす
い放電ランプにであっても点灯制御を継続させることが
でき、確実に放電ランプを点灯させることができる。

【００５６】なお、例えば、本発明の電源によって点灯
可能な様々な放電ランプを色々な用途に使用する際に、
その用途な応じて任意に定められる安定した点灯状態を
維持可能なランプ電圧Ｖの最小値Ｖｔを実験によって求
め、電流検出手段Ｓ１〜Ｓ３により過電流が検出された
ときのランプ電圧Ｖが上記電圧Ｖｔ未満であれば高周波
スイッチング素子４ａ〜４ｄに流れる電流を抑制し、電
流検出手段Ｓ１〜Ｓ３により過電流が検出されたときの
ランプ電圧Ｖが上記電圧Ｖｔ以上であれば全ての高周波
スイッチング素子４ａ〜４ｄをオフにさせるような制御
を行ってもよい。

【００５７】以上のように、本実施例では、電流検出手
段Ｓ１〜Ｓ３を設け昇圧コンデンサ２ａ〜２ｄの充電電
流を検出しているので、ランプの立ち消え、出力のオー
プン等により生ずる過電流から高周波スイッチング素子
４ａ〜４ｄを確実に保護することができ、装置の信頼性
を向上させることができる。なお、上記実施例において
は、ドライバ／ソフトスタート回路１３ｂ〜１３ｄ中に
比較器Ｃｏｍｐを設け、検出されたランプ電圧ＶＬと基
準電圧Ｖ１〜Ｖ３を比較してドライバ／ソフトスタート
回路１３ｂ〜１３ｄを順次起動させるようにしている
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、所
定の時間間隔でドライバ／ソフトスタート回路１３ａ〜
１３ｄを順次起動させる等、点灯させるランプの特性に
応じた制御を行うことができる。

【００５８】また、上記実施例においては、ランプ電圧
Ｖが制御切換基準電圧Ｖｓに達するまで定電流制御を行
い、ランプ電圧Ｖが制御切換基準電圧Ｖｓに達した後、
定電力制御を行うようにしているが、本発明は上記実施
例に限定されるものではなく、ランプの特性に応じた種
々の制御態様をとることができる。さらに、上記実施例
においては、電流検出手段Ｓ１〜Ｓ３を第２の整流平滑
回路中に設けているが、電流検出手段Ｓ１〜Ｓ３は出力
電圧変動時に昇圧コンデンサに流れる充電電流を検出す
ることができる任意の位置に設けることができ、例え
ば、電流検出手段Ｓ１〜Ｓ３を第１の整流平滑回路３ａ
〜３ｄ中に設けることもできる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては以
下の効果を得ることができる。 （１）昇圧コンデンサと、第１の整流平滑回路と、スイ
ッチング素子と、第２の整流平滑回路とから基本電源部
を構成し、複数の基本電源部の昇圧コンデンサを交流電
源に並列接続するとともに、上記第２の整流平滑回路の
出力を直列接続しているので、昇圧トランスを使用する
ことなく所望の出力電圧を得ることができる。また、ス
イッチング素子に高電圧が印加されることがないので、
スイッチング素子の電圧定格により出力電圧の上限が制
限されることがない。 （２）制御部がスイッチング素子を制御して上記基本電
源部の動作個数およびスイッチング素子のスイッチング
パルス幅を制御して直列接続された基本電源部の出力電
圧／電流を制御するようにしたので、放電ランプの点灯
初期に低電圧出力が必要とされる場合であっても、スイ
ッチング素子の出力パルス幅が狭くなることがなく、パ
ルス抜け等が発生することがない。 （３）負荷電圧検出手段により検出されたランプ電圧に
応じて、制御部がランプへの出力電圧を昇圧させるよう
にしたので、放電ランプの特性に応じた点灯制御を行う
ことができる。

【００６０】また、負荷電圧検出手段および上記負荷電
流検出手段により検出されたランプ電圧およびランプ電
流に基づき、ランプ電圧が所定値に上昇するまで定電流
制御を行い、ランプ電圧が所定値まで上昇した後、定電
力制御を行うようにしたので、放電ランプを確実に点灯
させ、点灯状態を安定に保持させることができる。 （４）出力電圧変動時に昇圧コンデンサに流れる充電電
流を検出する電流検出手段を設けてスイッチング素子に
流れる電流を検出し、検出された電流が所定値を越えた
とき、各基本電源部のスイッチング素子をオフにしてス
イッチング素子に流れる電流をしゃ断するか、もしく
は、該スイッチング素子のスイッチングパルス幅を制御
してスイッチング素子に流れる電流を制限するようにし
たので、放電ランプが何らかの要因で消灯したり、一方
向だけオープン状態となったり、あるいは、電源の出力
側が断線することにより電源の出力側の電圧が急変した
場合に流れる過電流からスイッチング素子を保護するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のランプ点灯用の電源の構成を
示す図である。

【図２】本実施例のドライバ／ソフトスタート回路の概
略構成を示す図である。

【図３】本実施例における放電ランプの点灯制御動作を
示す図である。

【図４】出力オープン時における本実施例の電源回路の
動作を説明する図である。

【図５】昇圧コンデンサに印加される電圧を説明する図
である。

【図６】昇圧トランスを使用した従来のランプ点灯用電
源の構成を示す図である。

【図７】極性変換回路の構成を示す図である。

【図８】昇圧コンデンサを使用した従来のランプ点灯用
電源の構成を示す図である。

【図９】スイッチングパルス幅が狭いときのパルス抜け
を説明する図である。

【符号の説明】

１ 商用交流電源 ２ａ〜２ｄ 昇圧コンデンサ ３ａ〜３ｄ 第１の整流平滑回路 ４ａ〜４ｄ 高周波スイッチング素子 ５ａ〜５ｄ 第２の整流平滑回路 ６ 負荷電圧検出手段 ７ 負荷電流検出手段 ８ 極性変換回路 ９ 起動器 １０ 高電圧放電ランプ １１ コントローラ １２ ＰＷＭ制御部 １３ ドライバ／ソフトスタート回路 １３ａ〜１３ｄ ドライバ／ソフトスタート回路 Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 電流検出手段 Ｓｓｔ ソフトスタート回路 ＡＮＤ 論理積回路 Ｃｏｍｐ 比較器 Ｃａ１〜Ｃｃ２ コンデンサ Ｃ５ａ〜Ｃ５ｃ コンデンサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の昇圧コンデンサと、該昇圧コンデ
   ンサの一方の電極側に接続された第１の整流平滑回路
   と、上記第１の整流平滑回路の出力に直列に接続された
   スイッチング素子と、スイッチング素子の出力側に接続
   された第２の整流平滑回路とから構成され、上記昇圧コ
   ンデンサの他方の電極側を交流電源に並列接続するとと
   もに、上記第２の整流平滑回路の出力を直列接続した複
   数の基本電源部と、 上記各基本電源部のスイッチング素子を制御する制御部
   とを備え、 上記制御部は、上記スイッチング素子を制御して上記基
   本電源部の動作個数およびスイッチング素子のスイッチ
   ングパルス幅を制御することにより、直列接続された基
   本電源部の出力電圧／電流を制御しランプに印加される
   電圧／電流を制御することを特徴とするランプ点灯用電
   源。
2. 【請求項２】 ランプ電圧を検出する負荷電圧検出手段
   を設け、 上記負荷電圧検出手段により検出されたランプ電圧に応
   じて、制御部がランプへの出力電圧を昇圧させることを
   特徴とする請求項１のランプ点灯用電源。
3. 【請求項３】 ランプに流れる電流を検出する負荷電流
   検出手段を設け、 制御部が、負荷電圧検出手段および上記負荷電流検出手
   段により検出されたランプ電圧およびランプ電流に基づ
   き、ランプ電圧が所定値に上昇するまで定電流制御を行
   い、ランプ電圧が所定値まで上昇した後、定電力制御を
   行うことを特徴とする請求項２のランプ点灯用電源。
4. 【請求項４】 出力電圧変動時に昇圧コンデンサに流れ
   る充電電流を検出する電流検出手段を設け、 制御部は、上記電流検出手段により検出された電流が所
   定値を越えたとき、各基本電源部のスイッチング素子を
   オフにしてスイッチング素子に流れる電流をしゃ断する
   か、もしくは、該スイッチング素子のスイッチングパル
   ス幅を制御してスイッチング素子に流れる電流を制限す
   ることを特徴とする請求項１，２または請求項３のラン
   プ点灯用電源。