(57)【要約】【課題】部品点数を少なくして制御回路の信頼性をたかめ，安い製作費で実現する定電力に近似した制御の電源装置を提供する。【解決手段】電流検出値，電圧検出値を乗算器で演算した値を電力検出値として用い，基準値との誤差増幅してＰＷＭ信号生成する替わりに，電圧近似検出手段を抵抗６個とトランジスタ１個で形成した電圧近似検出手段の出力と，電流検出値とを加算増幅回路に入力して，基準値との誤差増幅した信号を入力としてＰＷＭ信号生成することによって，略定電力の出力特性が得られる電源装置とした。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの直流電力を所定の値に変換して放電灯などの負性インピーダンス特性を有する負荷に供給する電源装置において，ＤＣ−ＤＣコンバータと，前記負荷に該コンバータから供給される電流を検出する電流検出器と，前記負荷に供給する電圧を所定の近似曲線に対応して検出する電圧近似検出手段と，前記電流検出器の出力信号及び該電圧近似検出手段の出力信号を入力信号として基準電圧信号と比較して誤差増幅する加算増幅回路と，該加算増幅回路の出力信号をＰＷＭ信号生成器の入力信号として前記コンバータを駆動するＰＷＭ信号生成器とを具備することを特徴とする電力制御電源装置。
【請求項２】
商用電源の電力を整流した直流電力を商用電源より高い周波数の交流電力にインバータで変換して放電灯などの負性インピーダンス特性を有する負荷に供給する電源装置において，該インバータから供給される電流を検出する電流検出器と，前記負荷に供給する電圧を所定の近似曲線に対応して検出する電圧近似検出手段と，前記電流検出器の出力信号及び該電圧近似検出手段の出力信号を入力信号として基準電圧信号と比較して誤差増幅する加算増幅回路と，該加算増幅回路の出力信号をＰＷＭ信号生成器の入力信号として前記インバータを駆動するＰＷＭ信号生成器とを具備することを特徴とする電力制御電源装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の電力制御電源装置において，前記電圧近似検出手段は，第１の抵抗，第２の抵抗で前記負荷に供給する電圧が分圧された電圧が第３の抵抗，第４の抵抗で分圧され，かつトランジスタのベースに接続され，該トランジスタのエミッタ及びコレクタにそれぞれ直列に第５の抵抗，第６の抵抗の一方の端子が接続された直列接続体が第２の抵抗に並列で，かつ第１の抵抗に直列に接続され，第５の抵抗の他方の端子と第６の抵抗の他方の端子との間に出力される電圧が前記負荷に供給する電圧の直線的変化を曲線的変化として出力される性質を利用したことを特徴とする電圧近似検出手段であり，これを具備した電力制御電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，電圧変動に伴う負荷電力の変動を軽減して出力する，定電力制御電源に近似する制御電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の定電力制御電源装置の回路図である。キセノンランプ等の放電灯は，寿命末期にランプのインピーダンスが大きくなって負荷電圧が上昇し，消費電力が過大となってランプの破裂が起こすことがある。この破壊を防止し寿命を短縮させないために負荷電力を一定の電力に制御する定電力制御電源装置が用いられていたが，定電力制御するために制御回路の部品点数が多くなって製作コストが高いものとなっていた。
【０００３】
図５に示すように商用電源１の電力を２ａ及び２ｂの入力端子に接続し，直流電源部３で整流した直流電力をＤＣ−ＤＣコンバータ４で電圧を制御して負荷６に供給している。負荷６が放電灯のように負性インピーダンス特性の場合には消費電力の安定化が必要である。ＤＣ−ＤＣコンバータ４はインバータ４ａ，トランス４ｂ及び整流回路４ｃで構成されている。５ｐは出力端子（正），５ｎは出力端子（負）で負荷（ランプ）６が接続されている。１１は電流検出器で負荷６に流れる電流を検出する。１２は電圧検出回路で，負荷６に印加する電圧を検出する。電流検出器１１，電圧検出回路１２で検出された電流信号と電圧信号が乗算器１３に接続され，乗算器１３により演算処理した結果を電力信号として検出する。乗算器１３の出力信号と内蔵している基準の電力信号とを比較し，その誤差をゼロにするフィードバック制御が行われるように，誤差増幅器１４の出力信号をＰＷＭ信号生成器１５に与えて，ＤＣ−ＤＣコンバータ４の制御素子を駆動する信号を生成していた。また，インバータ４ａの交流出力を定電力制御して負荷６に供給する電源装置（図示していない）も上記と同様の乗算器による電力信号検出の方式で製作されてきた。このようにして制御される電力は内蔵している基準の電力信号と等しい値になるように制御されるから，出力が一定の電力になるよう定電力精度の高いものが実現できている。
【０００４】
しかし，検出した電圧と電流の積を演算させる乗算器は，アナログ信号をデジタル信号に変換して保存して後，この積を演算させる為に保存された信号を繰り返し加算して算出するので，メモリー素子と演算のための半導体素子を多く必要としていた。この乗算器の部品点数の増加に伴って，信頼性の低下を招く結果となっていた。このような電源装置が設置される環境は高温多湿，塵埃が多い悪環境の下で使われることが多いので故障が少ないことが何より強く要求されており，定電力制御の精度は低くても電源装置が安価に提供できる制御技術が強く求められていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
定電力制御は過大電力を防止する機能の略定電力特性でよく，部品点数を減らして，信頼性が高く，コストが安くできるものへ要望に応えるのが課題であり，放電灯点灯電源として略定電力を出力する電源装置を提供することが本発明の目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような乗算器による演算処理を廃除して，電力検出に近似した信号を得る事に注目して実験し，技術検討された結果，電圧近似検出手段を創作し，乗算器によらないで加算器で電流検出信号と該近似電圧検出信号を加算して基準電圧との誤差をゼロにする電圧制御によって近似電力制御の特性を持たせることが出来た。
【０００７】
請求項１に関しては、直流電源からの直流電力を所定の値に変換して放電灯などの負性インピーダンス特性を有する負荷に供給する電源装置において，ＤＣ−ＤＣコンバータを駆動するＰＷＭ信号生成器の入力信号は厳密な定電力にならないが近似的に電圧検出曲線を得ることで乗算器を廃し，電流検出信号と該近似電圧検出信号の加算信号を用いた。
【０００８】
前記負荷に該コンバータから供給される電流を検出する電流検出器と，前記負荷に供給する電圧を所定の近似曲線に対応して検出する電圧近似検出手段と，前記電流検出器の出力信号及び該電圧近似検出手段の出力信号を入力信号として基準電圧信号と比較して誤差増幅する加算増幅回路と，該加算増幅回路の出力信号を入力信号としてＰＷＭ信号生成器に接続し，ＤＣ−ＤＣコンバータを駆動するようにしたことを特徴とする近似的な電力制御特性の電源装置とした。
【０００９】
請求項２に関しては，商用電源の電力を整流した直流電力を商用電源より高い周波数の交流電力にインバータで変換して放電灯などの負性インピーダンス特性を有する負荷に供給する電源装置において，該インバータを駆動するＰＷＭ信号生成器の入力信号は厳密な定電力にならないが近似的に電圧検出曲線を得ることで乗算器を廃し，電流検出信号と該近似電圧検出信号の加算信号を用いた。
【００１０】
インバータから負荷に供給される電流を検出する電流検出器と，前記負荷に供給する電圧を所定の近似曲線に対応して検出する電圧近似検出手段と，前記電流検出器の出力信号及び該電圧近似検出手段の出力信号を入力信号として基準電圧信号と比較して誤差増幅する加算増幅回路と，該加算増幅回路の出力信号を入力信号として前記インバータを駆動するＰＷＭ信号生成器に与えたことを特徴とする電力制御電源装置とした。
【００１１】
請求項３に関しては，請求項１又は請求項２記載の電力制御電源装置において，前記電圧近似検出手段は，第１の抵抗，第２の抵抗で前記負荷に供給する電圧が分圧された電圧が第３の抵抗，第４の抵抗で分圧されてトランジスタのベースに接続され，該トランジスタのエミッタ及びコレクタにそれぞれ直列に第５の抵抗，第６の抵抗の一方の端子が接続されたものが第２の抵抗に並列で，かつ第１の抵抗に直列に接続され，第５の抵抗の他方の端子と第６の抵抗の他方の端子との間に出力される電圧が前記負荷に供給する電圧の直線的変化を曲線的変化として出力される性質を利用した。勾配の異なる２本の電圧直線をつなぐ折れ線近似を改良して該２本の電圧直線を屈曲部を曲線に修正することが上記のトランジスタの特性を利用して実現した電圧近似検出手段であり，これを具備した電力制御電源装置とした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による実施の形態を説明する。図１は本発明の実施形態による回路図である。商用電源１に接続された，２ａ，２ｂの入力端子に３の直流電源部を接続し，これにＤＣ−ＤＣコンバータ４が接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータはインバータ４ａと，トランス４ｂと，整流回路４ｃとを内蔵し，これに５ｐの出力端子（正），５ｎの出力端子（負）が接続されている。６は負荷で，高圧水銀灯等のように負性インピーダンスを有する放電ランプである。
【００１３】
１１は電流検出器で，負荷６に流れる電流量を検出する。１２１は電圧近似検出手段で，負荷６に印加する電圧を検出する。電流検出器１１と，電圧近似検出手段１２１の各出力信号は加算増幅回路１３１に対しての入力信号としている。加算増幅回路１３１は，電圧検出値と電流検出値を加算して，内蔵している基準値との誤差を増幅し，増幅した出力信号をＰＷＭ信号生成器１５に入力信号として供給し，ＰＷＭ信号生成器１５の出力信号でインバータ４ａを駆動して略定電力制御し負荷に供給する機能を持たせている。
【００１４】
図２は前記電圧近似検出手段１２１の内部回路図であり，５１ｐは近似検出手段の入力端子（正），５１ｎは近似検出手段の入力端子（負），５２ｐは近似検出手段の出力端子（正），５２ｎは近似検出手段の出力端子（負）である。Ｑ１はトランジスタ，Ｒ１は第１の抵抗，Ｒ２は第２の抵抗，Ｒ３は第３の抵抗，Ｒ４は第４の抵抗，Ｒ５は第５の抵抗，Ｒ６は第６の抵抗である。
【００１５】
前記電圧近似検出手段は，第１の抵抗Ｒ１，第２の抵抗Ｒ２で前記負荷６に供給する電圧が分圧された電圧が第２の抵抗Ｒ２の両端に現れている。この分圧された電圧を第３の抵抗Ｒ３，第４の抵抗Ｒ４で更に分圧されてトランジスタＱ１のベースに接続され，該トランジスタＱ１のエミッタ及びコレクタにそれぞれ直列に第５の抵抗Ｒ５，第６の抵抗Ｒ６の一方の端子が接続された直列接続体が第２の抵抗Ｒ２に並列で，かつ第１の抵抗Ｒ１に直列に接続されている。第５の抵抗Ｒ５の他方の端子と第６の抵抗Ｒ６の他方の端子との間，即ち該直列接続体の両端に出力される電圧が前記負荷６に供給する電圧の直線的変化を曲線的変化として出力される性質を利用した。勾配の異なる２本の電圧直線をつなぐ折れ線近似を改良して該２本の電圧直線の屈曲部を曲線に補正することが上記のトランジスタＱ１の曲線的立ち上がり特性を利用して実現した。
【００１６】
図３（ａ）は，図２の電圧近似検出手段１２１の入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｄとの関係曲線である。この曲線は図４で説明する勾配の異なる２本の曲線を，その接続点近傍で滑らかに曲線で結んだ形である。図３（ｂ）は電圧検出が屈曲部を曲線で接続された場合の電圧検出値と電流検出値との加算によって図１の制御電源装置が作動したときに得られる該電源装置の出力電圧と出力電流の関係を示す。図３（ｂ）の特性曲線を説明する前に，その説明の前置きとしての図４について説明する。
【００１７】
ここで近似定電力特性について説明する。図４（ａ）は電源装置の出力電圧を特定の回路を通じて検出した電圧検出特性曲線である。ここでは屈曲点Ｐ１で接続された勾配が異なる２本の直線からなる特性曲線となっている。この場合の電圧検出値と電流検出値を加算し，この加算された信号と内蔵した基準値との誤差増幅によって，図１の制御電源装置が作動したときに得られる該電源装置の出力電圧と出力電流の関係を図４（ｂ）示す。このような場合の出力特性を，２直線折れ線近似による近似定電力特性と呼ぶことにする。図４（ｂ）の出力特性の屈曲点Ｐ２近傍で点線で示した定電力特性から大きく外れてくる。
【００１８】
図３に戻して説明を続けると，図３（ａ）の曲線は電圧近似検出手段１２１の入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｄとの関係曲線である。この曲線は図４で説明した２本の直線を，その接続点の近傍で滑らかに曲線で結んだ線である。この電圧検出の出力は図１の電源装置の出力端子５ｐ，５ｎに，図２に示されている電圧近似検出手段１２１の入力端子５１ｐ，５１ｎを接続したとき出力端子５２ｐ，５２ｎ間に現れる特性であり前述の屈曲点Ｐの近傍を補正したものである。
【００１９】
この場合の電圧検出値と電流検出値を加算し，内蔵した基準値との誤差増幅によって，図１の制御電源装置が作動したときに得られる該電源装置の出力電圧と出力電流の関係は，その実測値を図３（ｂ）のプロットで示す。理論値の定電力出力の特性を実線で示してあるが，実測値は，この理論値の１５０Ｗプラス７Ｗの実線とマイナス７Ｗの実線の間に表れている。以上の実測値が示すように電圧検出値が補正されて得られる電圧近似検出手段を用いるならば，乗算器を用いなくても加算増幅回路でＰＷＭ信号生成器へ供給する出力信号が得られる事が判明した。
【００２０】
図示しないが，ＤＣ−ＤＣコンバータに替えてインバータとし，負荷に対して交流を供給する電源装置であっても同様の制御が出来る。高周波の交流で点灯することが経済的稼動である放電灯に対しては商用電源より高い周波数の電力を出力するインバータが用いられる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば，部品点数を多く必要とし，そのため信頼性に不利であった乗算器を廃除して，安価に定電力制御に近似する制御電源装置が製作できるので，放電灯を多く設置する施設では設備費が安価かつ，悪環境下でも故障が少なくて保守費用の負担が軽減され，放電灯の破裂などのトラブルを防ぎ，ランプ寿命を長くすることに役立ち，省資源に寄与できて工業的価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による，電源装置の回路図。
【図２】本発明の実施形態による，要部を説明する回路図。
【図３】（ａ）図，（ｂ）図は本発明の実施形態による特性図。
【図４】（ａ）図，（ｂ）図は動作の原理を説明するための特性図。
【図５】従来の電源装置の回路図。
【符号の説明】
１　　商用電源，
２ａ　入力端子
２ｂ　入力端子
３　　直流電源部
４　　ＤＣ−ＤＣコンバータ
４ａ　インバータ
４ｂ　トランス
４ｃ　整流回路
５ｐ　出力端子（正）
５ｎ　出力端子（負）
６　　負荷（ランプ）
１１　　電流検出器
１２　　電圧検出回路
１３　　乗算器
１３１　加算増幅回路
１４　　誤差増幅器
１５　　ＰＷＭ信号生成器
１２１　電圧近似検出手段
５１ｐ　近似検出手段の入力端子（正）
５１ｎ　近似検出手段の入力端子（負）
５２ｐ　近似検出手段の出力端子（正）
５２ｎ　近似検出手段の出力端子（負）
Ｑ１　　トランジスタ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６　　　抵抗
Ｖｉ　　電圧近似検出手段の入力電圧
Ｖｄ　　電圧近似検出手段の出力電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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