JPH118090A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、蛍光灯を駆動する低電圧／高電流
用の巻線を電力系低電圧フォワード巻線で共用する電源
装置を提供する。 【解決手段】 多巻線コンバータトランスＴ１の２次巻
線ｎ４の一端Ａを２次巻線ｎ２の一端Ａ′に接続し、２
次巻線ｎ４の他端Ｂを２次巻線ｎ２の他端Ｂ′に接続し
て２次巻線ｎ４を蛍光灯点灯用巻線および電力系低電圧
フォワード巻線として共用する。スイッチＳＷ３のオフ
により蛍光灯ＦＬ１の点灯を開始させ、スイッチＳＷ３
のオンによりその放電を開始させる。蛍光灯ＦＬ１を点
灯した後、スイッチＳＷ３のオン／オフのデューティ比
を変化させ、蛍光灯ＦＬ１を所定の明るさにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機やプリンタ
等に適用され、蛍光灯の点灯／調光回路を備えた電源装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】蛍光灯の点灯／調光回路を備えた従来の
電源装置は図１に示すような構成になっており、蛍光灯
ＦＬ１の電流制限用コイルとしてチョークコイルＬ２を
用いている。蛍光灯ＦＬ１側の２次巻線ｎ２の巻数は蛍
光灯ＦＬＩの点灯開始電圧によって定まる所定の巻数に
なっている。また、調光用のスイッチＳＷ２のオン／オ
フのデューティ比を制御して蛍光灯ＦＬ１の調光および
予熱を行っている。

【０００３】また、多巻線コンバータトランスＴ１、コ
ンデンサＣ１、Ｎチャネル型電界効果トランジスタ（Ｆ
ＥＴ）によるスイッチＳＷ１等により電圧共振型多出力
のスイッチングレギュレータが構成される。このスイッ
チングレギュレータは、複写機の帯電器やＣＲＴデイス
プレイの水平偏向電圧等の高電圧を発生する装置とし
て、またロジック回路やモータ制御用の電力系低電圧を
発生する装置として広く用いられている。

【０００４】図４および図５はスイッチング電源装置の
制御時におけるフライバック電圧Ｖ１、ゼロクロス電圧
Ｖ２、および多巻線コンバータトランスＴ１の１次側で
生じる電流Ｉ１の各波形を示す図である。図４および図
５において、オン時間Ｔonは２次巻線ｎ５における出力
電圧Ｖ05が所定電圧（例えば２４Ｖ）になる時間幅を有
するようにＰＷＭ（パルス幅変調）制御回路１０により
制御される。フライバック電圧Ｖ１は、多巻線コンバー
タトランスＴ１の１次側に設けられているスイッチＳＷ
１のＦＥＴのドレイン電圧Ｖ０に対して１次巻線ｎ１と
２次巻線ｎ５との間の巻数比に応じて出力される。ゼロ
クロス検出回路２０はフライバック電圧Ｖ１が０Ｖにな
った瞬間を検出してゼロクロス電圧Ｖ２を出力する。

【０００５】図４はスイッチング電源装置の正常動作時
におけるフライバック電圧Ｖ１、ゼロクロス電圧Ｖ２お
よび多巻線コンバータトランスＴ１の１次側で生じる電
流Ｉ１の各波形を示す図である。フライバック電圧Ｖ１
が０Ｖになった瞬間にゼロクロス電圧Ｖ２がローレベル
に反転する。従って、ＰＷＭ制御回路１０はローレベル
に反転したゼロクロス電圧Ｖ２に応じてスイッチＳＷ１
のＦＥＴをオンする。

【０００６】このオン時間Ｔonの間、多巻線コンバータ
トランスＴ１の１次側から見た場合の多巻線コンバータ
トランスＴ１のインダクタンスＬ１′で決定される傾き
１のように電流Ｉ１は変化する。インダクタンスＬ１′
は、蛍光灯ＦＬ１側のチョークコイルＬ２を多巻線コン
バータトランスＴ１の１次側に変換したインダクタンス
Ｌ２′と多巻線コンバータトランスＴ１の１次巻線ｎ１
のインダクタンスＬ１との並列接続で得られるが、チョ
ークコイルＬ２のインダクタンスがあるためかなり小さ
い値となる。そのため、共振周波数を所定周波数ｆｌに
設定するためにはコンデンサＣ１の容量を大きい値にす
る必要がある。しかし、この場合には共振電流Ｉres.が
大きくなる。従って、スイッチＳＷ１のＦＥＴや多巻線
コンバータトランスＴ１等の発熱を考慮すると、多巻線
コンバータトランスＴ１やスイッチＳＷ１のＦＥＴとし
て大きめの仕様の素子が必要になるので、電源装置の作
製上経済的ではない。

【０００７】所定のオン時間Ｔonが経過すると、ゼロク
ロス電圧Ｖ２はハイレベルとなるので、ハイレベルにな
ったゼロクロス電圧Ｖ２に応じてＰＷＭ制御回路１０に
よりスイッチＳＷ１のＦＥＴがオフされる。従って、イ
ンダクタンスＬ１′とコンデンサＣ１との電圧共振が生
じるので、フライバック電圧Ｖ１は図４に示すようなフ
ライバック電圧波形となる。なお、オフ時間Ｔoff はイ
ンダクタンスＬ１′とコンデンサＣ１の容量で決定され
る時間となる。これ以後、オン時間Ｔonとオフ時間Ｔof
f における動作が繰返し行われる。

【０００８】なお、蛍光灯ＦＬ１を点灯させるためにス
イッチＳＷ２をオフしたとしても、所定時間が経過しな
い場合には蛍光灯ＦＬ１では放電が始まらないという蛍
光灯特有の特性がある。

【０００９】図５はスイッチング電源装置の蛍光灯の消
灯から点灯への移行動作時におけるフライバック電圧Ｖ
１、ゼロクロス電圧Ｖ２および多巻線コンバータトラン
スＴ１の１次側の電流Ｉ１の各波形を示す図である。こ
の移行動作期間においては多巻線コンバータトランスＴ
１の１次側より見た多巻線コンバータトランスＴ１のイ
ンダクタンスＬ３′はインダクタンスＬ１のみとなるの
で、Ｌ１′>>Ｌ３′となる。従って、多巻線コンバータ
トランスＴ１の１次側で生じる電流Ｉ１の波形の傾き２
は上述した傾き１と比較して緩やかになる。

【００１０】また、インダクタンスＬ１の増大に伴い、
蛍光灯の正常動作時の共振周波数ｆ１と蛍光灯の移行動
作時の共振周波数ｆ２とを比較するとｆ１>>ｆ２のよう
な関係になるので、蛍光灯の移行動作時においてはフラ
イバック電圧Ｖ１のオフ時間Ｔoff が長くなる。ＰＷＭ
制御回路１０の制御によりオフ時間Ｔoff の最長時間は
Ｔmax である。オフ時間Ｔoff が最長時間Ｔmax を経過
すると、ＰＷＭ制御回路１０によってスイッチＳＷ１の
ＦＥＴが強制的にオンされる。このため、フライバック
電圧Ｖ１が０［Ｖ］の時にスイッチＳＷ１のＦＥＴがオ
ンされる状態を確保することができず、残電圧によりピ
ーク電流が瞬時に流れる。従って、スイッチＳＷ１のＦ
ＥＴの温度上昇やノイズ発生等の問題が生じる。

【００１１】さらに、蛍光灯の移行動作時における電流
Ｉ１の傾き２はその正常動作時における電流Ｉ１の傾き
１に比べて緩やかになるため、フライバック電圧Ｖ１の
ピークが低下し、多巻線コンバータトランスＴ１の２次
側の出力電圧Ｖ05を２４［Ｖ］に確保できなくなる。Ｐ
ＷＭ制御回路１０はピークが低下した出力電圧Ｖ05を２
４Ｖに維持するために徐々にオン時間Ｔonを長くしてフ
ライバック電圧Ｖ１のピークを増大させるように制御す
る。この制御過程において蛍光灯ＦＬ１が点灯すると、
傾き２が傾き１に戻ることとオン時間Ｔonが長くなった
ままであることとが同時に起きる。従って、フライバッ
ク電圧Ｖ１のピークが蛍光灯の正常動作時の電圧を大き
く越えて出力されるという現象が発生する。このため、
多巻線コンバータトランスＴ１の１次側に設けられるス
イッチＳＷ１のＦＥＴは大きな耐圧を有する素子でなけ
ればならない。

【００１２】以上のことから、上述した従来の電源装置
において、（１）共振電流を適切な量に抑えることによ
りスイッチＳＷ１のＦＥＴや多巻線コンバータトランス
Ｔ１の発熱を減らし、（２）蛍光灯ＦＬ１の調光時にお
ける共振周波数の変動を抑えることによりフライバック
電圧Ｖ１が０［Ｖ］でスイッチＳＷ１のＦＥＴがオンさ
れる状態を確保する必要がある。これを解決するため
に、図３に示すような電源装置が提案されている。

【００１３】図３に示す電源装置において、多巻線コン
バータトランスＴ１の１次巻線ｎ１の一端は電源電圧Ｖ
inに接続され、１次巻線ｎ１の他端はスイッチング素子
としてのスイッチＳＷ１のＦＥＴのドレインに接続され
る。スイッチＳＷ１のＦＥＴのソースは接地されてい
る。コンデンサＣ１はスイッチＳＷ１のＦＥＴと並列に
接続され、多巻線コンバータトランスＴ１の１次側のイ
ンダクタンスＬ１と共振する。これにより、電圧共振型
電源装置が構成される。

【００１４】スイッチＳＷ１のＦＥＴのスイッチングに
より、２次巻線ｎ２、ｎ３、およびｎ５にはそれぞれの
巻線比に応じた所望の電圧が発生する。２次巻線ｎ２の
一端はチョークコイルＬ２を通して蛍光灯ＦＬ１に接続
され、２次巻線ｎ２の他端はダイオードブリッジＤＢ３
の入力端子に接続される。

【００１５】蛍光灯の特性によれば、蛍光灯を点灯させ
るためには以下のような制御が必要となる。すなわち、
蛍光灯を点灯する前に蛍光灯に対して十分な予熱を行
う。次に、蛍光灯の点灯を開始させるために、蛍光灯に
おいて少なくとも放電が生じる電圧以上の高電圧を蛍光
灯の両端に印加する。さらに、蛍光灯において放電が一
旦始まると蛍光灯内のインピーダンスが低下するので、
蛍光灯に高電圧を印加する必要がなくなる。従って、蛍
光灯の放電を維持するために蛍光灯に対して大電流を供
給する。

【００１６】以上のことから、蛍光灯の点灯開始時には
高電圧／低電流用の巻線が必要であり、蛍光灯の点灯維
持の期間には低電圧／高電流用の巻線が必要となる。こ
の２つの機能を満足させるために、チョークコイルＬ
３、２次巻線ｎ３、ダイオードブリッジＤＢ３、および
スイッチＳＷ３を図１に示す電源装置にさらに追加して
設けている。このような構成により蛍光灯ＦＬ１の放電
を維持したまま調光を行うので、２次巻線ｎ２に流れる
電流がゼロになる瞬間が全くなくなる。従って、フライ
バック電圧Ｖ１が０［Ｖ］でスイッチＳＷ１のＦＥＴが
オンされる状態を確保でき、スイッチＳＷ１のＦＥＴの
温度上昇やノイズの発生等の問題を回避できる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した図３
に示す電源装置においては、低電圧／高電流の機能を有
する巻線をさらに増やす必要があり、このような機能を
有する巻線を新たに設けることにより線材が増えてしま
う。また、場合によっては現状のトランスのボビンに全
ての巻線を巻き込むができず、従って、ボビンのサイズ
を大きくしなければならなくなるので、多巻線コンバー
タトランスＴ１のコストアップにつながる可能性があ
る。

【００１８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、本発明の目的は、低電圧／高電流の機能を有する
巻線をさらに設けることなく現状のトランス構成のまま
で蛍光灯の点灯や調光を行い、共振電流を適切な量に抑
え、スイッチＳＷ１のＦＥＴや多巻線コンバータトラン
スＴ１の発熱を減少させ、蛍光灯の調光時における共振
周波数の変動を抑え、フライバック電圧Ｖ１が０［Ｖ］
でスイッチＳＷ１のＦＥＴがオンされる状態を確保する
ことが可能である電源装置を提供することである。

【００１９】また、本発明の目的は、２つのチョークコ
イルと２つの巻線を用いて共振回路の負担を軽減する電
源装置を提供することである。

【００２０】なお、本発明では、蛍光灯を高電圧／低電
流用の巻線と低電圧／高電流用の巻線を直列にして駆動
する電源装置において低電圧／高電流用の巻線を電力系
低電圧フォワード巻線で共用している。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１に係る本発明の電源装置は、第１のチョー
クコイルを有する第１の巻線と第２のチョークコイルを
有する第２の巻線とを備えるトランスと、前記トランス
から第１の巻線および第２の巻線の出力を駆動源とする
蛍光灯の点灯調光回路と、第１の巻線および第２の巻線
を蛍光灯に接続する状態と第１の巻線のみを蛍光灯に接
続する状態とを切換える手段とを有し、第１の巻線とし
て前記トランスの電力系低電圧フォワード巻線を共用す
ることを特徴とする。

【００２２】また、上記の課題を解決するため、請求項
２に係る本発明の電源装置は、多出力トランスと、前記
多出力トランスの出力側に設けられ、蛍光灯を点灯する
ための高電圧／低電流用の巻線と、前記多出力トランス
の出力側に設けられ、蛍光灯の点灯を維持するための低
電圧／高電流用の巻線とを有し、前記低電圧／高電流用
の巻線として前記多出力トランスの出力側に設けられた
電力系低電圧フォワード巻線を共用することを特徴とす
る。

【００２３】好ましくは、請求項１または２において、
前記電源装置は電圧共振型多出力スイッチングレギュレ
ータである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。

【００２５】図２は本発明の実施の形態の電源装置の構
成を示す回路図である。図２において、多巻線コンバー
タトランスＴ１の１次巻線ｎ１の一端は電源電圧Ｖinに
接続され、１次巻線ｎ１の他端はスイッチング素子とし
てのスイッチＳＷ１のＮチャネル型電界効果トランジス
タ（ＦＥＴ）のドレインに接続される。スイッチＳＷ１
のＦＥＴのソースは接地されている。コンデンサＣ１は
スイッチＳＷ１のＦＥＴと並列に接続され、多巻線コン
バータトランスＴ１の１次側のインダクタンスＬ１と共
振する。これにより、電圧共振型電源装置が構成され
る。

【００２６】スイッチＳＷ１のＦＥＴのスイッチングに
より、多巻線コンバータトランスＴ１の２次巻線ｎ２、
ｎ３、ｎ４、およびｎ５にはそれぞれの巻線比に応じた
所望の電圧が発生する。２次巻線ｎ２の一端はチョーク
コイルＬ２を通して蛍光灯ＦＬ１に接続され、２次巻線
ｎ２の他端はダイオードブリッジＤＢ３の入力端子に接
続される。

【００２７】蛍光灯の特性によれば、蛍光灯を点灯させ
るためには以下のような制御が必要となる。すなわち、
蛍光灯を点灯する前に蛍光灯に対して十分な予熱を行
う。次に、蛍光灯の点灯を開始させるために、蛍光灯に
おいて少なくとも放電が生じる電圧以上の高電圧を蛍光
灯の両端に印加する。さらに、蛍光灯において放電が一
旦始まると蛍光灯内のインピーダンスが低下するので、
蛍光灯に高電圧を印加する必要がなくなる。従って、蛍
光灯の放電を維持するために蛍光灯に対して大電流を供
給する。

【００２８】以上のことから、蛍光灯の点灯開始時には
高電圧／低電流用の巻線が必要であり、蛍光灯の点灯維
持の期間には低電圧／高電流用の巻線が必要となる。こ
の２つの機能を満足させるために、チョークコイルＬ
３、２次巻線ｎ３、ダイオードブリッジＤＢ３、および
スイッチＳＷ３を図１に示す電源装置にさらに追加して
設けている。このような構成により蛍光灯ＦＬ１の放電
を維持したまま調光を行うので、２次巻線ｎ２に流れる
電流がゼロになる瞬間が全くなくなる。これにより、フ
ライバック電圧Ｖ１が０［Ｖ］でスイッチＳＷ１のＦＥ
Ｔがオンされる状態を確保し、スイッチＳＷ１のＦＥＴ
の温度上昇やノイズの発生等を回避している。

【００２９】２次巻線ｎ５は主巻線であり、その出力を
整流平滑化して定電圧を得るようにするために、ＰＷＭ
（パルス幅変調）制御回路１０によりスイッチＳＷ１の
ＦＥＴのスイッチングのデューティ比を変化させてい
る。なお、２次巻線ｎ５の一端はダイオードＤ３のアノ
一ドに接続される。ダイオードＤ３のカソードは電解コ
ンデンサＣ５のプラス端子に接続され、電圧Ｖ05が出力
される。２次巻線ｎ５の他端は電解コンデンサＣ５のマ
イナス端子に接続される。

【００３０】２次巻線ｎ４は電力系低電圧フォワード巻
線であり、低電圧系のロジック回路やモータの駆動のた
めに用いられる。なお、２次巻線ｎ４の一端Ａはダイオ
ードＤ１のアノ一ドに接続される。ダイオードＤ１のカ
ソードはダイオードＤ２のカソードとチョークコイルＬ
４の一端に接続される。チョークコイルＬ４の他端は電
解コンデンサＣ４のプラス端子に接続され、電圧Ｖ04が
出力される。一方、２次巻線ｎ４の他端Ｂはダイオード
Ｄ２のアノ一ドと電解コンデンサＣ４のマイナス端子に
接続される。

【００３１】また、２次巻線ｎ４の一端Ａは２次巻線ｎ
２の一端Ａ′に接続され、２次巻線ｎ４の他端Ｂは２次
巻線ｎ２の他端Ｂ′に接続される。このように、蛍光灯
ＦＬ１の点灯用の２次巻線ｎ２の代わりに電力系低電圧
フォワード巻線ｎ４を用い、２次巻線ｎ４を蛍光灯ＦＬ
１の点灯用の巻線および電力系低電圧フォワード巻線と
して共用することにより、２次巻線ｎ２を使用する必要
がなくなり、２次巻線ｎ２を削除することができる。

【００３２】また、ダイオードブリッジＤＢ２とスイッ
チＳＷ２は蛍光灯ＦＬ１の両端をショートする構成にな
っており、これにより、蛍光灯ＦＬ１のオン／オフ制御
が行われる。ダイオードブリッジＤＢ３とスイッチＳＷ
３は２次巻線ｎ３とチョークコイルＬ３の両端をショー
トする構成になっている。従って、スイッチＳＷ３をオ
フすることにより蛍光灯ＦＬ１の点灯を開始させ、スイ
ッチＳＷ３をオンすることにより蛍光灯ＦＬ１の放電を
開始させる。蛍光灯ＦＬ１を点灯した後、スイッチＳＷ
３のオン／オフのデューティ比を変化させ、蛍光灯ＦＬ
１を所定の明るさに制御する。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、低電圧
／高電流用の巻線を電力系低電圧フォワード巻線で共用
することにより、低電圧／高電流の機能を有する巻線を
さらに設けることなく現状のトランス構成のままで蛍光
灯の点灯および調光を行うことができる。これにより、
共振電流を適切な量に抑え、スイッチＳＷ１のＦＥＴや
多巻線コンバータトランスＴ１の発熱を減少できる。さ
らに、蛍光灯の調光時における共振周波数の変動を抑
え、フライバック電圧が０［Ｖ］でスイッチＳＷ１がオ
ンされる状態を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電源装置の構成を示す回路図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の電源装置の構成を
示す回路図である。

【図３】従来の別の電源装置の構成を示す回路図であ
る。

【図４】従来の蛍光灯用スイッチング電源装置の正常動
作時におけるフライバック電圧、ゼロクロス電圧および
多巻線コンバータトランスの１次側で生じる電流の各波
形を示す図である。

【図５】従来の蛍光灯用スイッチング電源装置の蛍光灯
の消灯から点灯への移行動作時におけるフライバック電
圧、ゼロクロス電圧および多巻線コンバータトランスの
１次側の電流の各波形を示す図である。

【符号の説明】

１０ ＰＷＭ（パルス幅変調）制御回路 ２０ ゼロクロス検出回路 Ｃ１ コンデンサ Ｃ４、Ｃ５ 電解コンデンサ Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ ダイオード ＤＢ２、ＤＢ３ ダイオードプリッジ ＦＬ１ 蛍光灯 Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ チョークコイル ｎ１ １次巻線 ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５ ２次巻線 ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３ スイッチ Ｔ１ 多巻線コンバータトランス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のチョークコイルを有する第１の巻
   線と第２のチョークコイルを有する第２の巻線とを備え
   るトランスと、 前記トランスから第１の巻線および第２の巻線の出力を
   駆動源とする蛍光灯の点灯調光回路と、 第１の巻線および第２の巻線を蛍光灯に接続する状態と
   第１の巻線のみを蛍光灯に接続する状態とを切換える手
   段とを有し、 第１の巻線として前記トランスの電力系低電圧フォワー
   ド巻線を共用することを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】 多出力トランスと、 前記多出力トランスの出力側に設けられ、蛍光灯を点灯
   するための高電圧／低電流用の巻線と、 前記多出力トランスの出力側に設けられ、蛍光灯の点灯
   を維持するための低電圧／高電流用の巻線とを有し、 前記低電圧／高電流用の巻線として前記多出力トランス
   の出力側に設けられた電力系低電圧フォワード巻線を共
   用することを特徴とする電源装置。
3. 【請求項３】 前記電源装置は電圧共振型多出力スイッ
   チングレギュレータであることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の電源装置。