(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子をオンオフ制御して高周波電圧の周波数を可変するための電圧調整器で可変された電圧を分圧し上限値および下限値を定める抵抗分圧回路と；
コンデンサに充放電電流を流し前記コンデンサの充電電圧が前記抵抗分圧回路で定まる上限値になったとき前記スイッチング素子をオフし下限値になったとき前記スイッチング素子をオンし前記電圧調整器の可変電圧に応じた高周波電圧を出力する出力回路と；を備え、
前記出力回路は、前記コンデンサの電圧が前記抵抗分圧回路で定まる上限値になったときリセット信号を出力する第１のコンパレータと；
前記コンデンサの電圧が前記抵抗分圧回路で定まる下限値になったときセット信号を出力する第２のコンパレータと；
前記セット信号が出力されたとき前記コンデンサの充電を開始し前記リセット信号が出力されたとき前記コンデンサの充電を停止させる第１の充放電制御回路と；
前記コンデンサに流す充電電流を調整して前記第１の充放電制御回路に調整された充電電流を供給し前記コンデンサの充電特性を可変にして前記スイッチング素子のオンオフ時間のデューティ比を調整可能とする第１の直流電流電源と；
前記リセット信号が出力されたとき前記コンデンサの放電を開始し前記セット信号が出力されたとき前記コンデンサの放電を停止させる第２の充放電制御回路と；
前記コンデンサに流す充電電流を調整して前記第２の充放電制御回路に調整された充電電流を供給し前記コンデンサの放電特性を可変にして前記スイッチング素子のオンオフ時間のデューティ比を調整可能とする第２の直流電流電源と；
を備えたことを特徴とする電圧周波数変換回路。
【請求項２】
請求項１の電圧周波数変換回路と；直流電源電圧が印加され前記電圧周波数変換回路からの高周波電圧に基づいてオンオフする１個または複数個のスイッチング素子と；を備えたことを特徴とする点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯に供給する高周波電源電圧のオン時間および周波数を制御する電圧周波数変換回路および点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、放電灯点灯装置は、一対のスイッチング素子を交互にオンオフさせて放電灯に高周波電圧を印加するインバータ回路を有し、交流の電源電圧を直流に変換し、その直流電圧を高周波電圧に変換して放電灯に印加して点灯維持させるものである。インバータ回路のスイッチング素子は発振器を用いた制御回路でオンオフ制御される。
【０００３】
図３は、そのような放電灯点灯装置の構成例を示した回路図である。商用電源１から供給される交流電圧は電源回路２により整流された後、所定の電圧の直流に変換され、スイッチング素子３ａ、３ｂに印加される。これらスイッチング素子３ａ、３ｂは駆動回路４により交互にオンオフされ、所定の電圧の直流を高周波でスイッチングする。これにより、スイッチング素子３ａ、３ｂから高周波電流がコイルＬを介してコンデンサＣ１が並列接続された放電灯５に出力されて、放電灯５が点灯する。
【０００４】
この放電灯５に印加される負荷電圧は、抵抗Ｒ１、Ｒ２により分圧され、さらにコンデンサＣ２、Ｃ３およびダイオードＤ１、Ｄ２からなる電圧整流回路により電圧整流されて、電圧周波数変換回路６にフィードバックされる。電圧周波数変換回路６はフィードバック電圧に応じて、その発振周波数を変え、発振信号を駆動回路４に出力する。駆動回路４は入力される発振信号の周波数に同期した駆動信号をスイッチング素子３ａ、３ｂのゲートに出力して、スイッチング素子３ａ、３ｂを高周波でスイッチングさせる。これにより、電圧周波数変換回路６はスイッチング素子３ａ、３ｂから出力される高周波電圧の周波数を調整するようにしている。
【０００５】
この電圧周波数変換回路６で高周波電圧の周波数を調整するにあたっては、図示省略のコンデンサの充放電電流を可変させて周波数を可変したり、コンデンサの容量を切り替えて周波数を可変したりしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、コンデンサの充放電電流を変化させるためには回路構成が複雑になり、コンデンサの容量を切り替えて周波数を可変する場合には、切り替え用のコンデンサが必要となる。
【０００７】
本発明の目的は、簡単な回路構成でコンデンサの充放電電流を一定にしたままで高周波電圧の周波数を可変できる電圧周波数変換回路および点灯装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係わる電圧周波数変換回路は、スイッチング素子をオンオフ制御して高周波電圧の周波数を可変するための電圧調整器で可変された電圧を分圧し上限値および下限値を定める抵抗分圧回路と；コンデンサに充放電電流を流し前記コンデンサの充電電圧が前記抵抗分圧回路で定まる上限値になったとき前記スイッチング素子をオフし下限値になったとき前記スイッチング素子をオンし前記電圧調整器の可変電圧に応じた高周波電圧を出力する出力回路と；を備え、前記出力回路は、前記コンデンサの電圧が前記抵抗分圧回路で定まる上限値になったときリセット信号を出力する第１のコンパレータと；前記コンデンサの電圧が前記抵抗分圧回路で定まる下限値になったときセット信号を出力する第２のコンパレータと；前記セット信号が出力されたとき前記コンデンサの充電を開始し前記リセット信号が出力されたとき前記コンデンサの充電を停止させる第１の充放電制御回路と；前記コンデンサに流す充電電流を調整して前記第１の充放電制御回路に調整された充電電流を供給し前記コンデンサの充電特性を可変にして前記スイッチング素子のオンオフ時間のデューティ比を調整可能とする第１の直流電流電源と；前記リセット信号が出力されたとき前記コンデンサの放電を開始し前記セット信号が出力されたとき前記コンデンサの放電を停止させる第２の充放電制御回路と；前記コンデンサに流す充電電流を調整して前記第２の充放電制御回路に調整された充電電流を供給し前記コンデンサの放電特性を可変にして前記スイッチング素子のオンオフ時間のデューティ比を調整可能とする第２の直流電流電源と；を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明及び以下の発明において、特に指定しない限り用語の意味は以下による。電圧周波数変換回路は、放電灯に印加する高周波電圧の周波数およびオン時間を定めるものであり、抵抗分圧回路により上限値および下限値の２つの閾値を設け、比較する電圧は出力回路のコンデンサに定電流回路で充放電電流を流すことで周波数およびオン時間を決定するものである。
【００１０】
電圧調整器は、入力電圧を可変して出力するものであり、例えば、放電灯の負荷電圧に比例した入力電圧を可変して、可変された入力電圧を分圧抵抗で分圧する抵抗分圧回路に印加する。抵抗分圧回路は可変された入力電圧を分圧して、上限値および下限値を出力する。つまり、抵抗分圧回路は、可変された入力電圧に応じて上限値および下限値を定めることになる。
【００１１】
出力回路は、充放電を繰り返し行うコンデンサを有し、コンデンサの充電電圧が抵抗分圧回路で定まる上限値になったときオンし、下限値になったときオフする高周波電圧を出力する。
【００１２】
これにより、コンデンサの充放電電流を一定に保ったままで、入力電圧を電圧調整器で可変とするだけで、放電灯に印加する高周波電圧の周波数およびオン時間を可変にする。
【００１４】
出力回路は、抵抗分圧回路からの上限値とコンデンサの充電電圧とを比較する第１のコンパレータと、抵抗分圧回路からの下限値とコンデンサの充電電圧とを比較する第２のコンパレータとの２つのコンパレータを有する。
【００１５】
第１のコンパレータは、コンデンサの電圧が抵抗分圧回路で定まる上限値になったときリセット信号を出力し、第２のコンパレータは、コンデンサの電圧が抵抗分圧回路で定まる下限値になったときセット信号を出力する。
【００１６】
第１の充放電制御回路および第２の充放電制御回路は、コンデンサの充放電電流を調整制御するものであり、第１の充放電制御回路は、第１の直流電流電源で調整された充電電流をコンデンサに流し、第２の充放電制御回路は、第２の直流電流電源で調整された放電電流をコンデンサに流す。
【００１７】
そして、第１の充放電制御回路は、第１のコンパレータからセット信号が出力されたときはコンデンサの充電を開始し、第２のコンパレータからリセット信号が出力されたときはコンデンサの充電を停止させる。一方、第２の充放電制御回路は、第１のコンパレータからリセット信号が出力されたときはコンデンサの放電を開始し、第２のコンパレータからセット信号が出力されたときはコンデンサの放電を停止させる。これにより、コンデンサは充放電を繰り返し行う。
【００１８】
請求項２の発明に係わる点灯装置は、請求項１の電圧周波数変換回路と；直流電源電圧が印加され前記電圧周波数変換回路からの高周波電圧に基づいてオンオフする１個または複数個のスイッチング素子と；を備えたことを特徴とする。
【００１９】
スイッチング素子は、請求項１の電圧周波数変換回路からの可変された周波数およびオン時間のオンオフ信号でオンオフ制御される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる電圧周波数変換回路の回路構成図である。
【００２１】
放電灯の負荷電圧に比例した電圧Ｖは電圧調整器７に入力され、電圧調整器７にてその入力電圧Ｖは調整され可変される。電圧調整器７で調整された電圧はオペアンプ８を介して抵抗分圧回路に入力される。抵抗分圧回路は抵抗Ｒ３〜Ｒ５で構成され、上限値Ｈおよび下限値Ｌが得られる。上限値Ｈは出力回路の第１のコンパレータ９に入力され、下限値Ｌは出力回路の第２のコンパレータ１０に入力される。
【００２２】
出力回路は、第１のコンパレータ９および第２のコンパレータ１０に加え、充放電を繰り返し行うコンデンサＣｔ、第１のコンパレータ９からのリセット信号および第２のコンパレータ１０からのセット信号により動作するフリップフロップ１１、第１の直流電流電源１２で調整された充電電流をコンデンサＣｔに流す第１の充放電制御回路１３、第２の直流電流電源１４で調整された充電電流をコンデンサＣｔに流す第２の充放電制御回路１５、コンデンサＣｔに制御電源から充電電流を供給する充電電流供給回路１６から構成される。
【００２３】
この出力回路は、コンデンサＣｔに充放電電流を流してコンデンサＣｔの充放電により高周波電圧を出力するものであり、コンデンサＣｔの充電電圧が抵抗分圧回路で定まる上限値Ｈになったときにオフし下限値になったときにオンする高周波電圧Ｖ０を出力する。
【００２４】
図２は、電圧周波数変換回路の動作を示す特性図である。図２（ａ）は充電電流と放電電流とが同じである場合のコンデンサ電圧Ｃｔと出力電圧Ｖ０との特性図である。
【００２５】
コンデンサＣｔは入力電圧が下限値Ｌになったときに充電を開始し出力電圧Ｖ０をオンにする（ｔ１）。すなわち、第２のコンパレータ１０がセット信号を出力したときに、第１の充放電制御回路１３は充電電流供給回路１６をオンしコンデンサＣｔを充電する。コンデンサＣｔの充電中は、出力電圧Ｖ０はオン状態である。
【００２６】
コンデンサＣｔの充電によりコンデンサＣｔの電圧が上昇し上限値Ｈとなると（ｔ２）、第１のコンパレータ９が動作しリセット信号を出力する。これにより、第１の充放電制御回路１３は充電電流供給回路１６をオフしコンデンサＣｔの充電を停止すると共に、第２の充放電制御回路１５はコンデンサＣｔの放電を開始する。このコンデンサＣｔの放電中は出力電圧Ｖ０はオフである。
【００２７】
そして、コンデンサＣｔの電圧が下限値Ｌになると、第２のコンパレータが動作しセット信号を出力する。これにより、コンデンサＣｔは充電を開始し出力電圧Ｖ０をオンにする（ｔ３）。以下、このコンデンサＣｔの充放電により出力電圧Ｖ０はオンオフを繰り返し行い高周波電圧を発生する。
【００２８】
図２（ｂ）は、電圧調整回路７により抵抗分圧回路に印加される入力電圧を下げることにより、図２（ａ）の上限値Ｈおよび下限値Ｌより下げた上限値Ｈ’および下限値Ｌ’とした場合のコンデンサ電圧Ｃｔと出力電圧Ｖ０との特性図である。
【００２９】
図２（ｂ）に示すように、抵抗分圧回路に印加される入力電圧を下げた場合には、コンデンサＣｔの充放電特性が同じであっても出力電圧Ｖ０の周波数が高くなる。すなわち、上限値Ｈ’と下限値Ｌ’との幅が図２（ａ）の上限値Ｈと下限値Ｌとの幅より小さくなるので、コンデンサＣｔの充電時にはコンデンサＣｔの電圧が速く上限値Ｈ’に到達し、放電時にはコンデンサＣｔの電圧が速く下限値Ｌ’に達する。従って、コンデンサＣｔの充放電の繰り返しサイクルが短くなり、出力電圧Ｖ０はコンデンサＣｔの充放電特性が同じであっても、より周波数が高い高周波電圧となる。
【００３０】
図２（ｃ）は、抵抗分圧回路に印加される入力電圧は一定のままで、放電電流特性を緩慢にした場合のコンデンサ電圧Ｃｔと出力電圧Ｖ０との特性図である。
【００３１】
図２（ｃ）に示すように、抵抗分圧回路に印加される入力電圧およびコンデンサＣｔの充電電流特性を図１（ａ）の場合と同じとし、コンデンサＣｔの放電電流特性を緩慢にさせると、出力電圧Ｖ０のオフ時間が長くなる。逆に、コンデンサＣｔの充電電流特性を緩慢にさせると、出力電圧Ｖ０のオン時間が長くなる。
これにより、オンオフ時間のデューティ比の調整が可能となる。
【００３２】
充電電流特性は第１の直流電流源１３を調整することにより可変し、放電特性は第２の直流電流電源１４を調整することにより可変とする。
【００３３】
このように、電圧周波数変換回路は、放電灯に印加する高周波電圧の周波数を抵抗分圧回路への入力電圧の調整により行い、また、放電灯に印加する高周波電圧のオンオフ時間のデューティ比を第１の直流電流電源１２および第２の直流電電流源１４の調整により行う。これにより、所望の周波数およびオン時間の高周波電圧が得られる。
【００３４】
この電圧周波数変換回路は、一例として図３に示した放電灯点灯装置に適用される。すなわち、放電灯点灯回路に適用された本発明の電圧周波数変換回路は、スイッチング素子３ａ、３ｂを可変された周波数およびオン時間のオンオフ信号でオンオフ制御する。これにより、放電灯に高周波電圧を印加し、所望の周波数およびオン時間で放電灯を点灯制御できることになる。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、電圧周波数変換回路によれば、コンデンサの充放電電流を一定に保ったままで、入力電圧を電圧調整器で可変とするだけで、放電灯に印加する高周波電圧の周波数およびオン時間を可変できる。また、コンデンサの充放電特性を変化させることで高周波電圧のオンオフ時間のデューティ比を可変にできる。従って、ダイナミックレンジが広く取れる。
【００３６】
また、この電圧周波数変換回路を有した放電灯点灯装置により放電灯を適正に点灯制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる電圧周波数変換回路の回路構成図。
【図２】本発明の実施の形態に係わる電圧周波数変換回路６動作を示す特性図。
【図３】放電灯点灯装置の回路構成図。
【符号の説明】
１…商用電源、２…電源回路、３…スイッチング素子、４…駆動回路、５…放電灯、６…電圧周波数変換回路、７…電圧調整回路、８…オペアンプ、９…第１のコンパレータ、１０…第２のコンパレータ、１１…フリップフロップ、１２…第１の直流電流電源、１３…第１の充放電制御回路、１４…第２の直流電流電源、１５…第２の充放電制御回路、１６…充電電流供給回路
【図１】
0004655347.tif 000002
【図２】
0004655347.tif 000003
【図３】
0004655347.tif 000004