(57)【要約】    【課題】  中性点形非反転インバータの低周波交流電源電圧の整流動作を切り換えることにより、放電ランプを異なる低周波交流電源電圧に適応できるようにした放電ランプ点灯装置を提供する。    【解決手段】  放電ランプ点灯装置は、一対のスイッチング素子Q1、Q2の直列回路および一対の整流素子D1、D2の直列回路を並列接続したブリッジ形整流・変換回路BRC、この回路の低周波交流電流と高周波電流とがともに双方向に流れる回路上の位置に挿入されたインダクタL1、ここに生じる逆起電力を帰還する帰還回路FBCおよびスイッチング素子の少なくとも一方を含むチョッパ回路BUC、ならびに平滑コンデンサC1を含む中性点形非反転インバータNNIと、一対の整流素子のいずれか１方D1をその直列回路に対して開閉して低周波交流電源ACの適合電圧を変更する電源電圧切換手段VSWと、高周波電圧が印加されて点灯する放電ランプDLとを具備している。【選択図】図１
2008091042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波で交互にスイッチングする一対のスイッチング素子の直列回路および一対の整流素子の直列回路を並列接続して形成されるとともにその一対のスイッチング素子の接続点と上記一対の整流素子の接続点との間に形成された交流入力端間に低周波交流電源が接続するブリッジ形整流・変換回路、ブリッジ形整流・変換回路の低周波交流電流と高周波電流とがともに双方向に流れる回路上の位置に挿入されたインダクタ、このインダクタに生じる逆起電力を帰還する帰還回路および上記一対のスイッチング素子の少なくとも一方を含むチョッパ回路、ならびに平滑コンデンサを含む中性点形非反転インバータと；
中性点形非反転インバータにおける一対の整流素子のいずれか１方をその直列回路に対して開閉して前記低周波交流電源の適合電圧を変更する電源電圧切換手段と；
上記ブリッジ形整流・変換回路により発生する高周波電圧が印加されて点灯する放電ランプと；
を具備していることを特徴とする放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
電源電圧切換手段は、前記低周波交流電源の電源電圧を検出する電源電圧検出回路、および放電ランプに印加される中性点形非反転インバータの出力電圧がほぼ一定になるように中性点形非反転インバータにおける一対の整流素子のいずれか１方をその直列回路に対して開閉するスイッチ手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の放電ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の直列的に接続したスイッチング素子を備えた放電ランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波で交互にスイッチングする一対のスイッチング素子の直列回路および一対の整流素子の直列回路を並列接続して形成されるとともに、その一対のスイッチング素子の接続点と上記一対の整流素子の接続点との間に形成された交流入力端間に低周波交流電源が接続するブリッジ形整流・変換回路と、この回路の低周波交流電流と高周波電流とがともに双方向に流れる回路上の位置に挿入されたインダクタ、このインダクタに生じる逆起電力を帰還する帰還回路、および上記一対のスイッチング素子の少なくとも一方を含むチョッパ回路と具備した中性点形非反転インバータで放電ランプを点灯することは既知である（特許文献1参照。）。
【０００３】
上記回路により、回路構成が簡単で、しかも高調波の少ない放電ランプ点灯装置を得ることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０７１６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、中性点形非反転インバータの低周波交流電源電圧の整流動作を切り換えることにより、放電ランプを異なる低周波交流電源電圧に適応して点灯できるようにした放電ランプ点灯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の放電ランプ点灯装置は、高周波で交互にスイッチングする一対のスイッチング素子の直列回路および一対の整流素子の直列回路を並列接続して形成されるとともにその一対のスイッチング素子の接続点と上記一対の整流素子の接続点との間に形成された交流入力端間に低周波交流電源が接続するブリッジ形整流・変換回路、ブリッジ形整流・変換回路の低周波交流電流と高周波電流とがともに双方向に流れる回路上の位置に挿入されたインダクタ、このインダクタに生じる逆起電力を帰還する帰還回路および上記一対のスイッチング素子の少なくとも一方を含むチョッパ回路、ならびに平滑コンデンサを含む中性点形非反転インバータと；中性点形圧非反転インバータにおける一対の整流素子のいずれか１方をその直列回路に対して開閉して前記低周波交流電源の適合電圧を変更する電源電圧切換手段と；上記ブリッジ形整流・変換回路により発生する高周波電圧が印加されて点灯する放電ランプと；を具備していることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、中性点形非反転インバータにおける一対の整流素子のいずれか１方をその直列回路に対して開閉して前記低周波交流電源の適合電圧を変更する電源電圧切換手段を具備することにより、異なる低周波交流電源電圧に適合して放電ランプに印加される中性点形非反転インバータの出力電圧がほぼ一定になるようにした放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【０００９】
図１は、本発明の放電ランプ点灯装置を実施するための第１の形態を示す回路図である。
【００１０】
図において、放電ランプ点灯装置は、中性点形非反転インバータＮＮＩ、電源電圧切換手段ＶＳＷおよび放電ランプＤＬを具備している。
【００１１】
〔中性点形非反転インバータＮＮＩについて〕
中性点形非反転インバータＮＮＩは、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣ、チョッパ回路ＢＵＣ、平滑コンデンサＣ１、一対の整流素子Ｄ７、Ｄ８および負荷回路ＬＣからなり、入力端子ｔ１およびｔ２が低周波交流電源ＡＣに接続し、放電ランプＤＬを高周波点灯する。なお、本発明において、「高周波」とは、周波数１ｋＨｚ以上、好ましくは可聴周波数の限界を超える２０ｋＨｚ以上、より好ましくはリモコンの搬送周波数より高い４０ｋＨｚ以上をいう。
【００１２】
なお、低周波交流電源ＡＣは、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの交流入力端ｔ１、ｔ２間に単独で接続してもよいし、チョッパ回路ＢＵＣのインダクタＬ１など他の回路部品を直列に介して接続してもよい。
【００１３】
（ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣについて）
ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣは、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路と、一対の整流素子Ｄ１、Ｄ２の直列回路とを順方向の閉回路を形成するように並列接続して形成され、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点ｊ１と、一対の整流素子Ｄ１、Ｄ２の接続点ｊ２との間が交流入力端となる。
【００１４】
図示のブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの交流入力端ｊ１、ｊ２には、低周波交流電源ＡＣが負荷Ｌを直列に介して接続している。
【００１５】
なお、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、直接直列接続している態様および他の回路素子、例えば抵抗器などを介して間接的に直列接続した態様のいずれであってもよい。また、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２および一対の整流素子Ｄ１、Ｄ２は、機能上一対として作用することができればよく、一対の両方またはいずれか一方がそれぞれ複数の素子により構成されていることを許容する。さらに、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、高周波でスイッチング可能な可制御なスイッチング素子であれば、どのような構成であってもよく、例えばバイポーラトランジスタ、ＦＥＴなどを用いることができる。
【００１６】
（チョッパ回路ＢＵＣについて）
本発明において、「チョッパ回路」とは、直流電流のスイッチングによりインダクタの両端間に生じる逆起電力を帰還して、ある電圧の直流電圧を電圧の異なる他の直流電圧に変換する手段をいう。そして、降圧形、昇圧形、逆極性形などいずれの形式のチョッパ回路であってもよい。
【００１７】
インダクタは、チョッパ専用であってもよいし、出力用トランスを兼ねていてもよい。逆起電力を帰還するための帰還回路は、どのような構成であってもよい。なお、直流電流のスイッチングは、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣにおける一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のいずれか一方または両方により行われる。
【００１８】
本形態において、チョッパ回路ＢＵＣは、インダクタＬ１、帰還回路ＦＢＣおよびスイッチング素子Ｑ１からなる。インダクタＬ１は、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの交流入力端ｊ１、ｊ２において高周波交流電源ＡＣと直列接続している。
【００１９】
帰還回路ＦＢＣは、４つの整流素子Ｄ３〜Ｄ６によるブリッジ形整流回路からなり、その交流入力端ｊ３、ｊ４がインダクタＬ１の両端に接続している。帰還回路ＦＢＣは、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の高周波スイッチングによってインダクタＬ１の両端間に発生する逆起電力を帰還して平滑コンデンサＣ１を充電する。
【００２０】
なお、整流素子Ｄ３およびＤ４の接続点を低周波交流電源ＡＣの図における左端に接続することができる。そうすれば、低周波交流電源ＡＣの入力端ｔ１が正の極性となる半波の期間において、インダクタＬ１間の逆起電力がインダクタＬ１、低周波交流電源ＡＣ、整流素子Ｄ５、第１の平滑コンデンサＣ１、整流素子Ｄ６およびインダクタＬ１の閉回路内を電流が流れて、第１の平滑コンデンサＣ１が充電される。このとき、低周波交流電源ＡＣは、第１の整流素子Ｄ３が順方向となる極性であるから、第１の平滑コンデンサＣ１は、低周波交流電源ＡＣの当該極性における半波の電圧が重畳した状態、換言すれば低周波交流電圧の半波分だけ昇圧した状態で充電される。
【００２１】
また、低周波交流電源ＡＣの反対の極性の半波期間においても上述と同様に動作する。したがって、このような帰還回路の接続態様を採用すれば、チョッパ回路ＢＵＣが降圧形であっても低周波交流電源電圧より昇圧された高周波電圧を得ることができる。
【００２２】
（平滑コンデンサＣ１について）
平滑コンデンサＣ１は、電解コンデンサからなり、帰還回路ＦＢＣのブリッジ形整流回路の直流出力端ｊ５、ｊ６間に接続している。
【００２３】
（一対の整流素子Ｄ７、Ｄ８について）
一対の整流素子Ｄ７、Ｄ８は、平滑コンデンサＣ１の両端と一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２との間に介在して、平滑コンデンサＣ１の放電路を規定する。
【００２４】
（負荷回路ＬＣについて）
負荷回路ＬＣは、共振回路ＲＣをスイッチング素子Ｑ２の両端に接続して形成された閉回路により構成されている。共振回路ＲＣは、インダクタＬ２およびコンデンサＣ２の直列回路からなり、スイッチング素子Ｑ２の両端に接続している。
【００２５】
なお、コンデンサＣ３が図の位置に接続して、インダクタＬ２に生じる逆起電力の帰還回路の一部を形成している。インダクタＬ２は、その一端が一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点ｊ１に接続している。なお、後述する放電ランプＤＬの一極が他端に接続している。コンデンサＣ２は、その一端が放電ランプＤＬの他端に接続し、他端が平滑コンデンサＣ１の負極に接続している。
【００２６】
〔電源電圧切換手段ＶＳＷについて〕
電源電圧切換手段ＶＳＷは、中性点形非反転インバータＮＮＩにおける一対の整流素子Ｄ１、Ｄ２のいずれか１方をその直列回路に対して開閉して前記低周波交流電源ＡＣの適合電圧を変更する手段である。電源電圧に自動的に応動して自動的に一対の整流素子Ｄ１、Ｄ２のいずれか１方をその直列回路に対して開閉するのが好ましい。しかし、所望により手動で上記開閉を操作するように構成することもできる。
【００２７】
本形態において、電源電圧切換手段ＶＳＷは、電源電圧検出回路ＶＤＣ、制御回路ＣＣおよびスイッチ手段ＳＷを備えて構成されている。電源電圧検出回路ＶＤＣは、低周波交流電源ＡＣの電源電圧を検出する回路であり、検出出力でスイッチ手段ＳＷの動作を制御する。制御回路ＣＣは、電源電圧検出回路ＶＤＣの検出出力に応じてスイッチ手段ＳＷの開閉を制御する。スイッチ手段ＳＷは、中性点形降圧非反転インバータＮＮＩにおける一対の整流素子の１方Ｄ１をその直列回路に対して開閉する。
【００２８】
〔放電ランプＤＬについて〕
放電ランプＤＬは、負荷回路ＬＣにインダクタＬ２と直列に接続している。
【００２９】
なお、放電ランプＤＬは、どのようなものでもよく、例えば蛍光ランプなどの低圧放電ランプが好適であるが、所望により高圧放電ランプを用いることができる。
【００３０】
また、放電ランプＤＬは、高周波電圧の共振出力が印加されるような回路上の任意の位置に接続することができる。例えば、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を共有し、かつブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣと並列的な関係に共振回路ＲＣを備えたハーフブリッジ形インバータ回路を構成して、共振回路ＲＣのインダクタＬ２と並列的に、または直列的に放電ランプＤＬを接続することができる。
【００３１】
さらに、チョッパ回路ＢＵＣのインダクタＬ１を一方の共振要素とする共振回路をブリッジ形整流・変換回路ＢＵＣの一部を共有して形成して、上記インダクタＬ１と並列的または直列的に放電ランプＤＬを接続することができる。
【００３２】
さらにまた、上記の接続態様において、高周波成分のみを選択して抽出するために、インダクタＬ１に２次巻線を巻装して出力トランスを構成し、当該出力トランスを経由して放電ランプＤＬを付勢するのが望ましい。
【００３３】
〔回路動作について〕
本形態における回路動作について説明する。
【００３４】
最初に中性点形非反転インバータＮＮＩのブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの回路動作を説明する。一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が高周波で交互にスイッチング動作を行うと、低周波交流電源ＡＣの電圧の極性が整流素子Ｄ１の順方向に一致する半波の期間中、低周波交流電源ＡＣ、整流素子Ｄ１、スイッチング素子Ｑ１、負荷側回路（負荷回路および放電ランプＤＬ）および低周波交流電源ＡＣの閉回路内をスイッチング素子Ｑ１がオンのときだけ電流が流れ、放電ランプＤＬが高周波点灯する。換言すれば、低周波交流電源ＡＣから負荷側回路に対して高周波パルス状の低周波交流電流が一方向に間欠的に流れ、負荷回路ＬＣで高周波交流電圧に変化される。
【００３５】
低周波交流電源ＡＣの電圧の極性が反転して整流素子Ｄ２の順方向に一致する半波の期間中、低周波交流電源ＡＣ、整流素子Ｄ２、スイッチング素子Ｑ２、負荷側回路および低周波交流電源ＡＣの閉回路内をスイッチング素子Ｑ２がオンのときだけ電流が流れ、負荷Ｌの両端に間欠的に電圧降下を生じる。換言すれば、低周波交流電源ＡＣから負荷に高周波パルス状の低周波交流電流が反対方向に間欠的に流れる。したがって、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの交流入力端ｊ１、ｊ２に流れる高周波成分を抽出して負荷側回路側回路に供給すれば、放電ランプＤＬを高周波で付勢することができる。
【００３６】
上記回路動作を図にしたがって具体的に説明すれば、低周波交流電源ＡＣを投入すると、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの整流素子Ｄ１に対して順方向になる極性において、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が高周波で交互にスイッチングを行うと、スイッチング素子Ｑ１がオン時に低周波交流電源ＡＣ→ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの整流素子Ｄ１→スイッチング素子Ｑ１→チョッパ回路ＢＵＣのインダクタＬ１→低周波交流電源ＡＣの閉回路を電流が流れ、インダクタＬ２に電磁エネルギーが蓄積される。
【００３７】
上記に続いてスイッチング素子Ｑ１がオフすると、チョッパ回路ＢＵＣのインダクタＬ１に蓄積された電磁エネルギーが放出されて逆起電力がインダクタＬ１の両端に現れる。この逆起電力によってインダクタＬ２→帰還回路ＦＢＣの整流素子Ｄ３→平滑コンデンサＣ１→帰還回路ＦＢＣの整流素子Ｄ６→インダクタＬ１の閉回路を電流が流れ、平滑コンデンサＣ１が充電される。
【００３８】
以上の回路動作において、電源電圧切換手段ＶＳＷのスイッチ手段ＳＷがオンして整流素子Ｄ１をその直列回路に接続している場合、中性点形非反転インバータＮＮＩは、そのブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣが低周波交流電源電圧を全波整流して、これをインバータ動作により高周波電圧に変換して放電ランプＤＬを点灯する。また、チョッパ回路ＢＵＣは、昇圧チョッパとして動作してオンデューティに依存するものの、低周波交流電源電圧の瞬時値の低い期間を含めてチョッパ動作を行って平滑コンデンサＣ１を昇圧された電圧で充電し続ける。
【００３９】
そうして、中性点形非反転インバータＮＮＩは、平滑コンデンサＣ１の充電電圧を電源として高周波変換動作を行うので、高周波電圧を連続的に出力して放電ランプＤＬを高周波点灯する。
【００４０】
次に、低周波交流電源電圧が低い、例えば１００Ｖ電源の場合、電源電圧切換手段ＶＳＷの電源電圧検出回路ＶＤＣがこれを検出し、その検出出力を制御回路ＣＣに制御入力する。これを受けて、制御回路ＣＣは、スイッチ手段ＳＷをオン状態に制御する。これにより、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣが全波整流するので、上述のように高周波出力電圧が高くなる。
【００４１】
一方、低周波交流電源電圧が高い、例えば２００Ｖ電源の場合、電源電圧切換手段ＶＳＷの電源電圧検出回路ＶＤＣがこれを検出して制御回路ＣＣに制御入力し、制御回路ＣＣは、スイッチ手段ＳＷをオフ状態に制御する。これにより、整流素子Ｄ１がその直列回路から開放されるので、中性点形非反転インバータＮＮＩは、そのブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣが、入力端ｔ２が正極の半波の期間においてのみ動作して、半波整流された低周波交流電源電圧を高周波電圧に変換する。このため、平滑コンデンサＣ１に対する充電期間が半減し、低周波交流電源電圧の高低の如何にかかわらず同一の負荷電力で動作するため、結果として放電ランプＤＬに対する出力電圧が低下する。
【００４２】
したがって、電源電圧切換手段ＶＳＷにより、低周波交流電源電圧が高低いずれであっても放電ランプＤＬに点灯中印加される高周波電圧をほぼ同様な値に維持でき、放電ランプＤＬを点灯させることができる。なお、電源電圧検出回路ＶＤＣの検出出力や負荷電力に応じてチョッパ回路ＢＵＴのオンデューティを加減するように制御すれば、上述の例のように２倍の高低の場合だけに適合するだけでなく、さらに多様に異なる低周波交流電源電圧の間に対しても適合させることができる。
【００４３】
＜その他の構成について＞    本発明の必須構成要件ではないが、放電ランプＤＬの始動のために、負荷回路ＬＣの共振回路ＲＣによる共振電圧だけでは不足の場合には、別設のイグナイタをそこから発生する高電圧パルスが放電ランプに印加されるように負荷回路ＬＣに接続することができる。
【００４４】
図２は、本発明の放電ランプ点灯装置における第２の形態を示す回路図である。図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。本実施の形態は、帰還回路ＦＢＣのインダクタＬ１を経由して放電ランプＤＬを点灯するように構成されている点で異なる。
【００４５】
すなわち、帰還回路ＦＢＣのインダクタＬ１は、出力トランスＯＴを構成していて、出力トランスＯＴの２次巻線に放電ランプＤＬが接続されている。また、コンデンサＣ２がスイッチング素子Ｑ２、インダクタＬ１およびコンデンサＣ２の閉回路を形成するようにインダクタＬ１およびスイッチング素子Ｑ２の間に接続している。さらに、コンデンサＣ３が図示の位置に接続している。
【００４６】
そうして、第２の形態においては、放電ランプＤＬは、低周波交流電源ＡＣから流入する高周波電流と、平滑コンデンサＣ１の電荷の放電により流れる高周波電流とにより点灯する。なお、低周波交流電源ＡＣから流入する高周波電流および平滑コンデンサＣ１の電荷の放電により流れる高周波電流は、図１に示す第１の形態におけるのと本質的に同じように流れる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の放電ランプ点灯装置を実施するための第１の形態を示す回路図
【図２】本発明の放電ランプ点灯装置を実施するための第２の形態を示す回路図
【符号の説明】
【００４８】
ＢＲＣ…ブリッジ形整流・変換回路、ＢＵＣ…チョッパ回路、Ｃ１…平滑コンデンサ、
ＣＣ…制御回路、Ｄ１〜Ｄ８……整流素子、ＤＬ…放電ランプ、ＦＢＣ…帰還回路、
Ｌ１、Ｌ２…インダクタ、ＬＣ…負荷回路、ＮＮＩ…中性点形非反転インバータ、
Ｑ１、Ｑ２…スイッチング素子、ＲＣ…共振回路、ＳＷ…スイッチ手段、
ＶＤＣ…電源電圧検出回路、
ＶＳＷ…電源電圧切換手段
【図１】
2008091042.tif 000003
【図２】
2008091042.tif 000004