(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源の入力端に挿入され、コンデンサとコイルからなるフィルタ回路と、該フィルタ回路を介して入力される商用電源の電圧を全波整流する整流回路と、該整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、該平滑コンデンサの両端間に直列に接続された第１及び第２スイッチング手段と、制御回路とを有する放電灯点灯装置であって、
前記整流回路に直列に接続された第１コイル及び第１コンデンサからなり、放電灯が接続されたとき一方の電極の一端が第１コイル及び第１コンデンサの接続点に接続される第１共振回路と、
アノードが前記整流回路の出力端の正極側と前記第１共振回路の第１コイルの接続点に接続され、カソードが前記平滑コンデンサの正極側に接続された第１ダイオードと、
カソードが前記第１ダイオードのカソードと接続され、アノードが前記第１共振回路の第１コイル及び第１コンデンサの接続点に接続された第２ダイオードと、
カソードが前記第２ダイオードのアノードと接続され、アノードが前記整流回路の出力端の負極側と前記第１共振回路の第１コンデンサの接続点に接続された第３ダイオードと、
一端がコンデンサを介して前記第１及び第２スイッチング手段の接続点に接続された第２コイル、及びその第２コイルの他端と前記第２スイッチング手段及び前記平滑コンデンサの負極側の接続点との間に挿入された第２コンデンサからなり、放電灯が接続されたとき他方の電極の一端が第２コイル及び第２コンデンサの接続点に接続される第２共振回路と、
放電灯が装着されたとき各電極の両端とそれぞれ接続される一対の２次巻線、及び一端がコンデンサを介して前記第１及び第２スイッチング手段の接続点に接続された１次巻線からなるトランスと、
該トランスの１次巻線の他端と前記平滑コンデンサの負極側の間に挿入された第３スイッチング手段とを備え、
前記制御回路は、商用電源が投入されたとき前記第２共振回路の共振周波数より高い周波数で前記第１及び第２スイッチング手段をオン・オフすると共に、その周波数を徐々に低くしていき、かつ、前記第３スイッチング手段をオンして前記第１及び第２スイッチング手段の接続点に発生する高周波電力を前記トランスに供給して放電灯の各電極を予熱し、前記第３スイッチング手段をオンしてから所定時間経過したときは第３スイッチング手段をオフすると共に、前記第２共振回路の共振周波数に近い周波数で第１及び第２スイッチング手段を交互にオン・オフすることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
放電灯が接続された照明器具本体に請求項１記載の放電灯点灯装置を備えたことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用電源を直流電圧に変換し、さらに、その直流電圧を高周波電力に変換して放電灯に供給する放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は例えば特開平２−２１１０６５号公報、特開平４−１９３０６４号公報等から想到される従来の放電灯点灯装置の構成を示す回路図、図６は放電灯点灯装置の動作時に入力される商用電源の電圧及び電流の波形図である。
図において、２は商用電源１の電圧を全波整流する整流回路、３は整流回路２によって全波整流された電圧を平滑する平滑コンデンサ、４，５は制御回路６の制御により高速度で交互にオン・オフするスイッチング手段、７はスイッチング手段４，５のオン・オフ動作に基づいて発生する高周波電力の直流成分を除去するコンデンサ、８は放電灯９に流れる高周波電流を制限するコイル、１０は放電灯点灯時に放電灯９の両電極９ａ，９ｂに高電圧を供給するためのコンデンサである。
【０００３】
前記のように構成された従来の放電灯点灯装置においては、制御回路６の制御によりスイッチング手段４がオンし、もう一方のスイッチング手段５がオフしたときは、平滑コンデンサ３からスイッチング手段４を介してコンデンサ７を充電するようコイル８及び放電灯９に一方向に高周波電流が流れ、また逆にスイッチング手段４がオフし、もう一方のスイッチング手段５がオンしたときは、コンデンサ７に充電された電荷がスイッチング手段５を介して放電され、コイル８及び放電灯９に前記と逆方向の高周波電流が流れ、放電灯９に高周波電力が供給される。
【０００４】
この時、放電灯点灯装置に入力する商用電源１からの電流は、図６に示すように商用電源１の電圧がピーク値付近のときに流れるが、ピーク値付近以外には電流が流れないという先の尖ったパルス状の波形となり、そのピーク値も高くなっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の放電灯点灯装置は、コンデンサ入力形であるためにパルス状の電流が流れ込み、このため、力率が低下し、高調波障害が生じていた。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、入力電流の歪みを小さくして力率を高くすると共に、高調波を少なくし、かつ、電極予熱時には昇圧動作のない放電灯点灯装置及び照明装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る放電灯点灯装置は、商用電源の入力端に挿入され、コンデンサとコイルからなるフィルタ回路と、フィルタ回路を介して入力される商用電源の電圧を全波整流する整流回路と、整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、平滑コンデンサの両端間に直列に接続された第１及び第２スイッチング手段と、制御回路とを有する放電灯点灯装置であって、整流回路に直列に接続された第１コイル及び第１コンデンサからなり、放電灯が接続されたとき一方の電極の一端が第１コイル及び第１コンデンサの接続点に接続される第１共振回路と、アノードが整流回路の出力端の正極側と第１共振回路の第１コイルの接続点に接続され、カソードが平滑コンデンサの正極側に接続された第１ダイオードと、カソードが第１ダイオードのカソードと接続され、アノードが第１共振回路の第１コイル及び第１コンデンサの接続点に接続された第２ダイオードと、カソードが第２ダイオードのアノードと接続され、アノードが整流回路の出力端の負極側と第１共振回路の第１コンデンサの接続点に接続された第３ダイオードと、一端がコンデンサを介して第１及び第２スイッチング手段の接続点に接続された第２コイル、及びその第２コイルの他端と第２スイッチング手段及び平滑コンデンサの負極側の接続点との間に挿入された第２コンデンサからなり、放電灯が接続されたとき他方の電極の一端が第２コイル及び第２コンデンサの接続点に接続される第２共振回路と、放電灯が装着されたとき各電極の両端とそれぞれ接続される一対の２次巻線、及び一端がコンデンサを介して第１及び第２スイッチング手段の接続点に接続された１次巻線からなるトランスと、トランスの１次巻線の他端と平滑コンデンサの負極側の間に挿入された第３スイッチング手段とを備え、制御回路は、商用電源が投入されたとき第２共振回路の共振周波数より高い周波数で第１及び第２スイッチング手段をオン・オフすると共に、その周波数を徐々に低くしていき、かつ、第３スイッチング手段をオンして第１及び第２スイッチング手段の接続点に発生する高周波電力をトランスに供給して放電灯の各電極を予熱し、第３スイッチング手段をオンしてから所定時間経過したときは第３スイッチング手段をオフすると共に、第２共振回路の共振周波数に近い周波数で第１及び第２スイッチング手段を交互にオン・オフする。
【０００８】
本発明の請求項２に係る照明装置は、放電灯が接続された照明器具本体に請求項１記載の放電灯点灯装置を備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の放電灯点灯装置を備えた照明装置の実施の形態を示す回路図、図２は放電灯点灯装置の制御回路の構成を示すブロック図である。なお、図５で説明した従来例と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
図において、１１は整流回路２の入力側に挿入されたフィルタ回路で、商用電源１に接続される一方の線路上に挿入されたコイル１１ａと、線間に接続されたコンデンサ１１ｂとで構成されている。１２は整流回路２に並列に接続された第１共振回路で、整流回路２の正極側に一端が接続された第１コイル１３と、その第１コイル１３と整流回路２の負極側との間に挿入された第１コンデンサ１４とで構成されている。
【００１１】
１５は第１共振回路１２と平滑コンデンサ３との間の正極側の線路上に挿入された第１ダイオード、１６は第１ダイオード１５と平滑コンデンサ３との接続点にカソードが接続された第２ダイオード、１７は第３ダイオードで、第２ダイオード１６に直列に接続されていると共に、第１共振回路１２の第１コンデンサ１４に並列に接続されている。
【００１２】
１８は第２共振回路で、コンデンサ７と放電灯９の電極９ｂとの間に挿入された第２コイル１９と、一端が第２コイル１９側に接続され、他端が整流回路２の負極側の線路上に接続された第２コンデンサ２０とで構成されている。前記放電灯９は、本照明装置の例えば蛍光灯からなり、一方の電極９ａが第２及び第３ダイオード１６，１７の接続点に、他方の電極９ｂが第２コイル１９と第２コンデンサ２０との接続点にそれぞれ接続されている。
【００１３】
２１はトランスで、１次巻線の一端がコンデンサ２２を介して第１及び第２スイッチング手段４，５の接続点に接続され、また、一方の２次巻線が放電灯９の電極９ａに、他方の２次巻線が電極９ｂにそれぞれ接続されている。２３は第３スイッチング手段で、例えばＭＯＳ・ＦＥＴからなり、ドレインがトランス２１の１次巻線の他端に接続され、ソースが整流回路２の負極側の線路上に接続され、ゲートが後述する制御回路に接続されている。
【００１４】
２４は制御回路で、本照明装置に商用電源１が印加されたときに時間の計時を開始すると共に、周波数を掃引する信号及びその信号を駆動信号Ｃとして出力し、計時時間が所定時間ｔ１に達したときは出力を停止するタイマ２４ａと、前記信号が入力されたときに始動して周波数ｆ１の駆動信号Ａ，Ｂを出力すると共に、時間の経過に伴いその駆動信号Ａ，Ｂの周波数を徐々に下げていき、タイマ２４ａからの信号が断たれたときは駆動信号Ａ，Ｂの周波数をｆ２に固定する周波数掃引回路２４ｂとで構成されている（図２参照）。
【００１５】
タイマ２４ａから出力される駆動信号Ｃは第３スイッチング手段２３に入力し、周波数掃引回路２４ｂから出力される駆動信号Ａは第１スイッチング手段４に入力し、駆動信号Ｂは第２スイッチング手段５に入力する。前述した周波数ｆ１は第２共振回路１８の共振周波数より高い周波数に設定され、周波数ｆ２は第２共振回路１８の共振周波数の近傍となるように設定されている。
【００１６】
次に、実施の形態に係る照明装置の放電灯点灯装置の動作を説明する。動作説明の便宜上、まず放電灯が点灯しているときの動作を説明し、次に放電灯の電極予熱時の動作を説明する。図３は放電灯が点灯しているときの放電灯点灯装置の各部位の動作を示す波形図、図４は放電灯の電極予熱時の動作を示す波形図である。なお、図３の（ｂ）（ｃ）に示す波形は他の波形と比較して時間幅を拡大したものである。
【００１７】
図３（ａ）に示す商用電源１の電圧を整流回路２が全波整流し、第１ダイオード１５を介して平滑コンデンサ３を充電する。一方、第１及び第２スイッチング手段４，５が制御回路２４から出力される周波数ｆ２の駆動信号Ａ，Ｂに基づいて交互にオン・オフを繰り返し（ｂ）（ｃ）、第１及び第２スイッチング手段４，５の接続点に高周波電圧を発生させて第２共振回路１８に供給する。
【００１８】
この高周波電圧の周波数、即ち、第１及び第２スイッチング手段４，５を駆動する駆動信号Ａ，Ｂの周波数ｆ２が、前述したように第２共振回路１８の共振周波数近傍に設定されているため、第２共振回路１８の第２コンデンサ２０の両端には共振効果により（ｄ）に示すような電圧の高い高周波電圧が発生し、放電灯９及び第１共振回路１２に加わる。このため、放電灯９は高周波電力によって点灯（放電）を維持する。
【００１９】
一方、放電灯９を介して第１共振回路１２に供給される高周波電圧は、その第１共振回路１２の第１コンデンサ１４によって高周波で充放電を繰り返す。即ち、第１スイッチング手段４がオンしたとき第１コンデンサ１４を充電し、第２スイッチング手段５がオンしたとき放電される。この時、第１コンデンサ１４に発生する高周波電圧は第３ダイオードによって正電圧のみの一方向にクランプされる。また、第１共振回路１２の共振周波数は前述したように第２共振回路１８の共振周波数より高く設定されているため、強い共振効果がないが、第１コンデンサ１４の充放電に同期して整流回路２から第１コイル１３に高周波電流が流れる。この時、その第１コイル１３に高周波電圧が発生し、この高周波電圧は（ｅ）に示すように整流回路２の出力電圧に重畳される。
【００２０】
また、第１及び第２スイッチング手段４，５のオン・オフ動作により、整流回路２から第１コイル１３に流れる高周波電流は、（ｆ）に示すように全波整流された商用電源１の脈流電圧と同じ波形の高周波電流となる。そして、その高周波電流は、入力側のフィルタ回路１１によって高周波成分が除去され、本照明装置に入力する電流は（ｇ）に示すように正弦波状となる。また、第２スイッチング手段５がオフのときに第１コイル１３に発生する逆起電力は第２ダイオード１６を介して平滑コンデンサ３を充電するので、平滑コンデンサ３には昇圧された直流電圧が充電される。この場合、平滑コンデンサ３側の電圧が第１ダイオード１５のアノード側に発生する重畳電圧のピーク値より高いので、その第１ダイオード１５は常に逆バイアスとなってオフ状態となる。
【００２１】
次に、照明装置の放電灯の電極予熱時の動作を図４に基づいて説明する。本照明装置に商用電源１が印加されると（ａ）、整流回路２が商用電源１の電圧を全波整流し、第１ダイオード１５を介して平滑コンデンサ３を充電する。この時、制御回路２４のタイマ２４ａが作動して時間の計時を開始すると共に、周波数を掃引させる信号を周波数掃引回路２４ｂに出力し、かつ、その信号を駆動信号Ｃとして出力し（ｃ）、第３スイッチング手段２３をオンする。
【００２２】
一方、周波数掃引回路２４ｂは、第２共振回路１８の共振周波数より高い周波数ｆ１の駆動信号Ａ，Ｂで第１及び第２スイッチング手段４，５の駆動を開始すると共に、その駆動信号Ａ，Ｂの周波数を徐々に下げていき（ｂ）、トランス２１に高周波電力を供給する。この高周波電力の供給によりトランス２１の２次巻線に接続された放電灯９の各電極９ａ，９ｂに高周波電流が流れ（ｄ）、各電極９ａ，９ｂが加熱される。
【００２３】
その間、第２共振回路１８の第２コンデンサ２０の高周波電圧は（ｅ）に示すように徐々に高くなる。これは、第１及び第２スイッチング手段４，５を駆動する周波数が第２共振回路１８の共振周波数に近づいて、共振効果が徐々に大きくなるからである。また、放電灯９に印加される高周波電圧は第２コンデンサ２０の電圧と同じ波形となり、徐々に高くなっていく（ｆ）。そして、この電圧が放電可能な電圧値に達したとき、即ち、（ｅ）に示すように商用電源１が投入されてから時間ｔ２経過時のＤタイミングで放電灯９が放電を開始し、（ｇ）に示すように放電灯内に高周波電流が流れる。
【００２４】
なお、商用電源１が投入されてから放電灯９が放電を開始するまでの時間ｔ２の間は、放電灯９に高周波電流が流れない状態、即ち、第１共振回路１２の第１コンデンサ１４を充放電するルートが途絶えていて第１コイル１３による昇圧動作がない。
【００２５】
一方、タイマは、時間の計時を継続しており、その計時時間が所定時間ｔ１に達すると周波数掃引回路２４ｂへの信号及び駆動信号Ｃの出力を停止する。この時、周波数掃引回路２４ｂは、第２共振回路１８の共振周波数の近傍となる周波数ｆ２の駆動信号Ａ，Ｂで第１及び第２スイッチング手段４，５を駆動し、第３スイッチング手段２３がオフして、放電灯９の各電極９ａ，９ｂに流れていた高周波電流を遮断する。
【００２６】
その第１及び第２スイッチング手段４，５が周波数ｆ２の駆動信号Ａ，Ｂで駆動した場合は、前述したように第１共振回路１２の第１コンデンサ１４の充放電が繰り返し行われ、第１コイル１３による昇圧動作が行われる。
【００２７】
以上のように本実施の形態によれば、放電灯点灯中は、第１及び第２スイッチング手段４，５の駆動に基づいて第１共振回路１２の第１コンデンサ１４が充放電を繰り返し、この充放電に同期してその第１共振回路１２の第１コイル１３に高周波電圧が発生して整流回路２の出力電圧に重畳するので、整流回路２から第１コイル１３に流れる高周波電流の波形が脈流となり、このため、整流回路２に入力する商用電源１の電流波形が殆ど歪みなく正弦波状となり、力率が向上するという効果がある。
【００２８】
また、商用電源１が投入されてから放電灯９が放電を開始するまでの間は、第１共振回路１２の第１コンデンサ１４を充放電するルートが途絶えていて第１コイル１３による昇圧動作がないので、平滑コンデンサ３の電圧上昇がなくなり、このため、平滑コンデンサ３やスイッチング手段等の回路部品に耐圧の小さなものを使用できるという効果がある。
【００２９】
さらに、第３スイッチング手段２３がオフされたときは放電灯９の各電極９ａ，９ｂの予熱を停止するので、電力消費を少なくすることができ経済的であるという効果ある。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、整流回路に直列に接続された第１コイル及び第１コンデンサからなり、放電灯が接続されたとき一方の電極の一端が第１コイル及び第１コンデンサの接続点に接続される第１共振回路と、アノードが整流回路の出力端の正極側と第１共振回路の第１コイルの接続点に接続され、カソードが平滑コンデンサの正極側に接続された第１ダイオードと、カソードが第１ダイオードのカソードと接続され、アノードが第１共振回路の第１コイル及び第１コンデンサの接続点に接続された第２ダイオードと、カソードが第２ダイオードのアノードと接続され、アノードが整流回路の出力端の負極側と第１共振回路の第１コンデンサの接続点に接続された第３ダイオードと、一端がコンデンサを介して第１及び第２スイッチング手段の接続点に接続された第２コイル、及びその第２コイルの他端と第２スイッチング手段及び平滑コンデンサの負極側の接続点との間に挿入された第２コンデンサからなり、放電灯が接続されたとき他方の電極の一端が第２コイル及び第２コンデンサの接続点に接続される第２共振回路と、放電灯が装着されたとき各電極の両端とそれぞれ接続される一対の２次巻線、及び一端がコンデンサを介して第１及び第２スイッチング手段の接続点に接続された１次巻線からなるトランスと、トランスの１次巻線の他端と平滑コンデンサの負極側の間に挿入された第３スイッチング手段とで放電灯点灯装置を構成したので、放電灯点灯中は、第１及び第２スイッチング手段の駆動に基づいて第１共振回路の第１コンデンサが充放電を繰り返し、この充放電に同期してその第１共振回路の第１コイルに高周波電圧が発生して整流回路の出力電圧に重畳し、このため、整流回路から第１コイルに流れる高周波電流の波形が脈流となり、整流回路に入力する商用電源の電流波形が殆ど歪みなく正弦波状となり、力率が向上するという効果がある。
また、商用電源が投入されたとき第２共振回路の共振周波数より高い周波数で第１及び第２スイッチング手段をオン・オフすると共に、その周波数を徐々に低くしていき、かつ、第３スイッチング手段をオンして第１及び第２スイッチング手段の接続点に発生する高周波電力をトランスに供給して放電灯の各電極を予熱し、第３スイッチング手段をオンしてから所定時間経過したときは第３スイッチング手段をオフすると共に、第２共振回路の共振周波数に近い周波数で第１及び第２スイッチング手段を交互にオン・オフするようにしたので、商用電源が投入されてから放電灯が放電を開始するまでの間は、第１共振回路の第１コンデンサを充放電するルートが途絶えて第１コイルによる昇圧動作がなくなり、このため、平滑コンデンサの電圧上昇がなくなり、平滑コンデンサやスイッチング手段等の回路部品に耐圧の小さなものを使用できるという効果がある。さらに、第３スイッチング手段がオフされたときは放電灯の電極の予熱を停止するので、電力消費を少なくすることができ経済的であるという効果ある。
【００３１】
さらに、本発明によれば、放電灯が接続された照明器具本体に本発明の放電灯点灯装置を用いたので、回路部品に耐圧の小さなものを使用でき、また、放電灯点灯中は電極の予熱を停止しているので、消費電力の少ない経済的な照明装置を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の放電灯点灯装置を備えた照明装置の実施の形態を示す回路図である。
【図２】  放電灯点灯装置の制御回路の構成を示すブロック図である。
【図３】  放電灯が点灯しているときの放電灯点灯装置の各部位の動作を示す波形図である。
【図４】  放電灯の電極予熱時の動作を示す波形図である。
【図５】  従来の放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。
【図６】  放電灯点灯装置の動作時に入力される商用電源の電圧及び電流の波形図である。
【符号の説明】
２  整流回路、３  平滑回路、４  第１スイッチング手段、５  第２スイッチング手段、９  放電灯、１２  第１共振回路、１５  第１ダイオード、１６  第２ダイオード、１７  第３ダイオード、１８  第２共振回路、２１  トランス、２３  第３スイッチング手段、２４  制御回路。
【図１】
0003704639.tif 000002
【図２】
0003704639.tif 000003
【図３】
0003704639.tif 000004
【図４】
0003704639.tif 000005
【図５】
0003704639.tif 000006
【図６】
0003704639.tif 000007