(57)【要約】【課題】広範囲な入力電圧に対してチョッパ回路の昇圧率を略一定に制御し、入力電圧が広範囲に変化しても効率が低下しないようにする。【解決手段】入力電圧ＶinをＭＯＳＦＥＴ７のスイッチング動作によって昇圧して直流電圧に変換し、平滑コンデンサ１０から出力電圧ＶDCを出力するチョッパ回路５と、入力電圧Ｖinに対応した電圧Ｖin1と出力電圧ＶDCに対応した電圧ＶOを乗算器２２で乗算し、この乗算した電圧とＭＯＳＦＥＴに流れる電流に対応した電圧を比較器２５で比較して差電圧を出力し、駆動部２６でその差電圧に応じてＭＯＳＦＥＴのスイッチングデューティ及び周波数を差電圧が小さくなるように制御するチョッパ回路制御部と、入力電圧Ｖinの広範囲の変化に対してチョッパ回路の出力電圧ＶDCに対応した電圧ＶOを、チョッパ回路の昇圧率が一定になるように可変制御する電圧可変制御部１１とで構成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチ素子を含み、直流の入力電圧を前記スイッチ素子のスイッチング動作によって昇圧した直流電圧に変換するチョッパ回路と、
このチョッパ回路の出力電圧に応じた電圧と前記スイッチ素子に流れる電流に対応した電圧を比較し、その差電圧に応じて前記スイッチ素子のスイッチングデューティ及び周波数を、差電圧が小さくなるように制御するチョッパ回路制御部と、
入力電圧の広範囲の変化に対して前記チョッパ回路の出力電圧に対応した電圧を、前記チョッパ回路の昇圧率が一定になるように可変制御する電圧可変制御部と
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
スイッチ素子を含み、直流の入力電圧を前記スイッチ素子のスイッチング動作によって昇圧した直流電圧に変換するチョッパ回路と、
このチョッパ回路の出力電圧に応じた電圧と前記スイッチ素子に流れる電流に対応した電圧を比較し、その差電圧に応じて前記スイッチ素子のスイッチングデューティ及び周波数を、差電圧が小さくなるように制御するチョッパ回路制御部と、
入力電圧の広範囲の変化に対して前記チョッパ回路の出力電圧に対応した電圧を、前記チョッパ回路の昇圧率が一定になるように可変制御する電圧可変制御部と、
前記チョッパ回路からの直流出力を高周波電力に変換し共振回路を介して放電灯に供給するインバータ回路と、
このインバータ回路から前記放電灯に供給する出力を一定に制御する出力制御部と
を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項３】
請求項２記載の放電灯点灯装置と、この放電灯点灯装置を収容する照明器具本体とを備えたことを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョッパ回路を使用した電源装置、この電源装置を使用した放電灯点灯装置及びこの放電灯点灯装置を使用した照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チョッパ回路を有する電源装置を使用した放電灯点灯装置としては、チョッパ回路の直流出力を高周波電力に変換し共振回路を介して放電ランプに供給するインバータ回路と、放電ランプの種類を判別するランプ判別手段と、このランプ判別手段の判別結果に応じて放電ランプの点灯特性を補正する補正手段とを備え、ランプ判別手段を、交流電源からの入力電流を検出する入力電流検出手段と、この入力電流検出手段による検出電流値を定格ランプ電力の異なる少なくとも２種類の放電ランプを判別するように設定された基準電流値と比較し比較結果を判別結果として出力する比較器とで構成したものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２３１４８７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この公報のものは、定格ランプ電力の異なる複数種の放電ランプに対して適合できるという利点はあるが、チョッパ回路に対する入力電圧が、例えば１００Ｖ、１５０Ｖ、２００Ｖと変化した場合には効率の低下を招くという問題があった。すなわち、一般にチョッパ回路は入力電圧にかかわりなくその出力電圧を一定に制御するため、例えば、入力電圧が２００Ｖのときにチョッパ回路の動作が安定するように設定した場合、この回路を１００Ｖの入力電圧で使用すると、昇圧率が大きくなり効率が悪化する問題があった。
【０００４】
そこで、請求項１記載の発明は、広範囲な入力電圧に対してチョッパ回路の昇圧率を略一定に制御でき、これにより入力電圧が広範囲に変化したときの効率低下を防止できる電源装置を提供する。
【０００５】
また、請求項２及び３記載の発明は、広範囲な入力電圧に対してチョッパ回路の昇圧率を略一定に制御でき、これにより入力電圧が広範囲に変化したときの効率低下を防止でき、しかも、放電灯を出力一定で点灯制御できる放電灯点灯装置及び照明器具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、スイッチ素子を含み、直流の入力電圧をスイッチ素子のスイッチング動作によって昇圧した直流電圧に変換するチョッパ回路と、このチョッパ回路の出力電圧に応じた電圧とスイッチ素子に流れる電流に対応した電圧を比較し、その差電圧に応じてスイッチ素子のスイッチングデューティ及び周波数を、差電圧が小さくなるように制御するチョッパ回路制御部と、入力電圧の広範囲の変化に対してチョッパ回路の出力電圧に対応した電圧を、チョッパ回路の昇圧率が一定になるように可変制御する電圧可変制御部とを備えた電源装置にある。
【０００７】
請求項２記載の発明は、スイッチ素子を含み、直流の入力電圧をスイッチ素子のスイッチング動作によって昇圧した直流電圧に変換するチョッパ回路と、このチョッパ回路の出力電圧に応じた電圧とスイッチ素子に流れる電流に対応した電圧を比較し、その差電圧に応じてスイッチ素子のスイッチングデューティ及び周波数を、差電圧が小さくなるように制御するチョッパ回路制御部と、入力電圧の広範囲の変化に対してチョッパ回路の出力電圧に対応した電圧を、チョッパ回路の昇圧率が一定になるように可変制御する電圧可変制御部と、チョッパ回路からの直流出力を高周波電力に変換し共振回路を介して放電灯に供給するインバータ回路と、このインバータ回路から放電灯に供給する出力を一定に制御する出力制御部とを備えた放電灯点灯装置にある。  
請求項３記載の発明は、請求項２記載の放電灯点灯装置と、この放電灯点灯装置を収容する照明器具本体とを備えた照明器具にある。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、広範囲な入力電圧に対してチョッパ回路の昇圧率を略一定に制御でき、入力電圧が広範囲に変化したときの効率低下を防止できる電源装置を提供できる。
【０００９】
また、請求項２及び３記載の発明によれば、広範囲な入力電圧に対してチョッパ回路の昇圧率を略一定に制御でき、入力電圧が広範囲に変化したときの効率低下を防止でき、しかも、放電灯を出力一定で点灯制御できる放電灯点灯装置及び照明器具を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。  
図１は放電灯点灯装置の構成を示す回路図で、交流電源１に全波整流回路２の入力端子を接続し、その全波整流回路２の出力端子に抵抗３と抵抗４との直列回路を接続するとともにチョッパ回路５を接続している。
【００１１】
前記チョッパ回路５は、電源装置を構成し、全波整流回路２の出力端子にインダクタ６を直列に介してスイッチ素子としてのＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ形の電界効果トランジスタ）７と抵抗８との直列回路を接続し、この直列回路にダイオード９を順方向に介して平滑コンデンサ１０を並列に接続している。そして、前記平滑コンデンサ１０に並列に電圧可変制御部１１を接続している。このチョッパ回路５は、全波整流回路２から直流の入力電圧Ｖinを入力し、これを前記ＭＯＳＦＥＴ７のスイッチング動作によって昇圧した直流電圧ＶDCを前記平滑コンデンサ１０に充電し、これを出力電圧としている。
【００１２】
前記電圧可変制御部１１は、図２に示すように、前記全波整流回路２の出力端子（Ｖin）に抵抗１２、抵抗１３及び抵抗１４の直列回路を接続し、前記平滑コンデンサ１０の端子（ＶDC）に抵抗１５と抵抗１６との直列回路を接続している。そして、前記抵抗１３と抵抗１４の直列回路に、コンデンサ１７を並列に接続し、前記抵抗１６に、抵抗１８とＮＰＮ形トランジスタ１９との直列回路並びに抵抗２０とＮＰＮ形トランジスタ２１との直列回路を並列に接続している。そして、前記抵抗１５と抵抗１６との接続点から電圧ＶOを取り出している。
【００１３】
前記抵抗３と抵抗４との接続点電圧Ｖin1を乗算器２２の一つの入力端子に供給するとともに抵抗２３を介してＰＮＰ形トランジスタ２４のベースに供給している。前記乗算器２２のもう一つの入力端子には前記電圧可変制御部１１からの電圧ＶOを供給している。前記乗算器２２は電圧Ｖin1と電圧ＶOを乗算し、その出力電圧を比較器２５の一つの入力端子に供給している。前記比較器２５のもう一つの入力端子には前記抵抗８の両端間電圧が供給されるようになっている。
【００１４】
すなわち、チョッパ回路５の入力電圧に対応した電圧Ｖin1とこのチョッパ回路５の出力電圧ＶDCに対応した電圧ＶOを乗算器２２で乗算し、その乗算した電圧とＭＯＳＦＥＴ７に流れる電流に対応した電圧を前記比較器２５で比較するようにしている。なお、ここではチョッパ回路５の入力電圧に対応した電圧Ｖin1とこのチョッパ回路５の出力電圧ＶDCに対応した電圧ＶOを乗算器２２で乗算し、その乗算した電圧を比較器２５に入力したが必ずしもこれに限定するものではない。比較器２５の一つの入力端子に供給する電圧としては、要は、チョッパ回路５の出力電圧ＶDCに応じた電圧になっていればよい。
【００１５】
前記比較器２５は、差動増幅器からなり、乗算器２２の出力電圧と抵抗８の両端間電圧とを比較してその差電圧を出力し、この差電圧を駆動部２６に供給している。前記インダクタ６にゼロ電流検出用コイル２７を磁気的に結合させて添設し、このコイル２７からの検出信号を前記駆動部２６に供給している。前記駆動部２６は比較器２５からの差電圧に応じて前記ＭＯＳＦＥＴ７をスイッチング動作する周波数とオンデューティを制御し、入力電圧Ｖinを所定の昇圧率で昇圧して直流の出力電圧ＶDCが得られるようにしている。所定の昇圧率としては、チョッパ回路５が安定動作する昇圧率になるように設定され、例えば、１．７１倍に設定する。なお、昇圧率は１．１倍以上であれば良い。
【００１６】
そして、前記駆動部２６は前記ＭＯＳＦＥＴ７をスイッチング動作する場合に、コイル２７からの検出信号によってゼロクロス点を検出し、前記ＭＯＳＦＥＴ７をゼロクロス点に同期してターンオンするようにしている。なお、前記乗算器２２、比較器２５及び駆動部２６は、チョッパ回路制御部を構成している。
【００１７】
前記全波整流回路２の出力端子に、抵抗２８と抵抗２９との直列回路と定電圧ダイオード３０との直列回路を接続し、前記ＰＮＰ形トランジスタ２４のエミッタを抵抗２８と抵抗２９との接続点に接続し、コレクタを抵抗２９と定電圧ダイオード３０との接続点に接続している。そして、前記定電圧ダイオード３０に並列に平滑コンデンサ３１を接続し、その平滑コンデンサ３１の両端から電源電圧ＶEを取り出し、この電源電圧ＶEを前記乗算器２２、比較器２５、駆動部２６に電源として供給している。
【００１８】
前記チョッパ回路５の出力端子、すなわち、前記平滑コンデンサ１０の両端間に高周波インバータ回路３２を接続している。前記インバータ回路３２は、前記平滑コンデンサ１０の両端間に、１対のＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ形の電界効果トランジスタ）３３，３４の直列回路を接続し、前記ＭＯＳＦＥＴ３３とＭＯＳＦＥＴ３４との接続点をインダクタ３５及びコンデンサ３６を直列に介して放電灯３７における一方のフィラメント電極３７ａの一端に接続し、前記ＭＯＳＦＥＴ３４のソース端子をランプ電流検出用の第１コイル３８を介して前記放電灯３７における他方のフィラメント電極３７ｂの一端に接続している。
【００１９】
前記放電灯３７における一方のフィラメント電極３７ａの他端を予熱用コンデンサ３９の一端に接続し、前記放電灯３７における他方のフィラメント電極３７ｂの他端をランプ電流検出用の第２コイル４０を介して前記予熱用コンデンサ３９の他端に接続している。前記ランプ電流検出用の第１コイル３８及び第２コイル４０に磁気的に結合した第３コイル４１を添設し、この第３コイル４１に発生する電圧を周波数制御部４２に供給している。また、前記ＭＯＳＦＥＴ３４に前記インダクタ３５及びコンデンサ３６を介して抵抗４３と抵抗４４との直列回路を並列に接続し、前記抵抗４３と抵抗４４との接続点電圧を前記周波数制御部４２に供給している。
【００２０】
前記周波数制御部４２は、放電灯３７が点灯を開始する前の予熱時及び始動時においては前記抵抗４３と抵抗４４との接続点電圧に応じて前記ＭＯＳＦＥＴ３３、３４をスイッチング動作し、放電灯３７が点灯した後は第３コイル４１からの電圧信号に応じて前記ＭＯＳＦＥＴ３３、３４をスイッチング動作するようになっている。
【００２１】
そして、抵抗４３と抵抗４４との接続点電圧に応じてＭＯＳＦＥＴ３３、３４をスイッチング動作するときには、前記放電灯３７のフィラメント電極３７ａ，３７ｂ間に高電圧が印加するようにスイッチング周波数を制御する。また、第３コイル４１からの電圧信号に応じてＭＯＳＦＥＴ３３、３４をスイッチング動作するときには、第３コイル４１からの電圧信号によって放電灯３７に流れるランプ電流量を検出し、このランプ電流量が常に一定になるように前記ＭＯＳＦＥＴ３３、３４をオン、オフするスイッチング周波数を可変制御する。すなわち、前記周波数制御部４２は、出力を一定に制御する１つとしてランプ電流を一定に制御する方式を取っている。
【００２２】
この装置においては、チョッパ回路制御部は、入力電圧Ｖinに応じた電圧Ｖin1と電圧可変制御部１１からの電圧ＶOを乗算器２２で乗算し、その乗算した電圧と抵抗８の両端間に発生する電圧とを比較器２５で比較してその差電圧を求め、この差電圧を駆動部２６に供給する。駆動部２６は差電圧に応じてＭＯＳＦＥＴ７を所望の周波数、デューティでスイッチング動作する。  
これにより、チョッパ回路５は、入力電圧Ｖinを１．７１倍に昇圧した直流の出力電圧ＶDCを平滑コンデンサ１０から出力し、高周波インバータ回路３２に供給する。
【００２３】
さらに詳しく述べると、電圧可変制御部１１では、入力電圧Ｖinが１００Ｖのときには、トランジスタ１９，２１が共にオフするように設定され、入力電圧Ｖinが１５０Ｖのときには、トランジスタ１９がオンしてトランジスタ２１がオフするように設定され、入力電圧Ｖinが２００Ｖのときには、トランジスタ１９，２１が共にオンするように設定されている。
【００２４】
従って、例えば、１００Ｖの交流電源１に接続して入力電圧Ｖinが１００Ｖのときには、電圧可変制御部１１ではトランジスタ１９，２１が共にオフするので、この電圧可変制御部１１からは出力電圧ＶDCを抵抗１５と抵抗１６とで分圧した電圧ＶOが出力され、乗算器２２に供給される。このときにはチョッパ回路５の出力電圧ＶDCは１７１Ｖになる。
【００２５】
従って、インバータ回路３２は平滑コンデンサ１０から１７１Ｖの電圧が入力電圧として供給され、ＭＯＳＦＥＴ３３、３４を高周波スイッチング動作する。インバータ回路３２は予熱時及び始動時においては抵抗４３と抵抗４４との接続点電圧に応じて周波数制御部４２がＭＯＳＦＥＴ３３、３４を高周波スイッチング動作する。これにより、放電灯３７のフィラメント電極３７ａ，３７ｂ間に高電圧が印加される。そして、放電灯３７が点灯してランプ電流が流れるようになると、インバータ回路３２は第３コイル４１からの電圧信号に応じてＭＯＳＦＥＴ３３、３４を高周波スイッチング動作する。すなわち、放電灯３７に流れるランプ電流が一定になるように周波数制御部４２はＭＯＳＦＥＴ３３、３４を高周波スイッチング動作する。
【００２６】
また、例えば、２００Ｖの交流電源１に接続して入力電圧Ｖinが２００Ｖのときには、電圧可変制御部１１ではトランジスタ１９，２１が共にオンするので、抵抗１６に抵抗１８と抵抗２０が並列に接続し、その合成抵抗値は抵抗１６単独の抵抗値に比べて小さくなる。これにより、電圧可変制御部１１からの電圧ＶOは小さくなる。
【００２７】
電圧ＶOが小さくなると、チョッパ回路制御部は、出力電圧ＶDCが高くなるようにＭＯＳＦＥＴ７をスイッチング動作する。これにより出力電圧ＶDCは高くなる。そして、この場合に入力電圧Ｖinが１００Ｖのときと同じ昇圧率になるように抵抗１８と抵抗２０の抵抗値が設定され、電圧ＶOが決められる。これにより、入力電圧Ｖinが２００Ｖのときにはチョッパ回路５の出力電圧ＶDCは３４２Ｖになる。
【００２８】
また、例えば、１５０Ｖの交流電源１に接続して入力電圧Ｖinが１５０Ｖのときには、電圧可変制御部１１ではトランジスタ１９のみがオンするので、抵抗１６に抵抗１８が並列に接続し、その合成抵抗値は抵抗１６単独の抵抗値よりは小さいが、抵抗１６，１８，２０の並列合成抵抗値よりは大きくなる。これにより、電圧可変制御部１１からの電圧ＶOは入力電圧Ｖinが１００Ｖのときに比べて小さくなるが、２００Ｖのときに比べて大きくなる。
【００２９】
このときチョッパ回路制御部は、出力電圧ＶDCが入力電圧１００Ｖのときに比べて高くなるようにＭＯＳＦＥＴ７をスイッチング動作する。これにより出力電圧ＶDCは高くなる。そして、この場合に入力電圧Ｖinが１００Ｖのときと同じ昇圧率になるように抵抗１８の抵抗値が設定され、電圧ＶOが決められる。これにより、入力電圧Ｖinが１５０Ｖのときにはチョッパ回路５の出力電圧ＶDCは略２５７Ｖになる。
【００３０】
このように、チョッパ回路５は、入力電圧Ｖinが１００Ｖのときも、１５０Ｖのときも、２００Ｖのときも略同じ昇圧率で昇圧して出力電圧ＶDCを得るようにしている。すなわち、チョッパ回路５における、入力電圧Ｖinと出力電圧ＶDCとの関係を、図３にグラフを示すように一定の昇圧率で変化する関係にできる。従って、入力電圧が１００Ｖ、１５０Ｖ、２００Ｖと広範囲に変化してもチョッパ回路の動作は常に安定し効率は低下しない。すなわち、入力電圧が広範囲に変化したときの効率低下を防止できる。
【００３１】
また、入力電圧Ｖinが１００Ｖのときにはトランジスタ２４がオンし、入力電圧Ｖinが１５０Ｖ及び２００Ｖのときにはトランジスタ２４がオフし、しかも、トランジスタ２４がオンして抵抗２８のみで消費される電力と入力電圧が２００Ｖでトランジスタ２４がオフしたときに抵抗２８と抵抗２９で消費される電力が略等しくなるように、抵抗２３、２８、２９の抵抗値を設定している。  
これにより、入力電圧Ｖinが１００Ｖから２００Ｖに変化しても抵抗２８，２９によって消費される電力を略一定にでき、消費電力を極力抑制することができる。
【００３２】
一方、高周波インバータ回路３２においては、使用する交流電源１からの入力電圧Ｖinが１００Ｖ、１５０Ｖ、２００Ｖと変化すると、平滑コンデンサ１０からの出力電圧ＶDCが１７１Ｖ、２５７Ｖ、３４２Ｖとそれぞれ変化する。
【００３３】
出力電圧ＶDCが１７１Ｖのときには、周波数制御部４２がＭＯＳＦＥＴ３３、３４を高周波スイッチング動作する周波数ｆと放電灯３７に流れるランプ電流ＩLとの関係は、図４のグラフｇ1に示すようになり、また、出力電圧ＶDCが３４２Ｖのときには、周波数制御部４２がＭＯＳＦＥＴ３３、３４を高周波スイッチング動作する周波数ｆと放電灯３７に流れるランプ電流ＩLとの関係は、図４のグラフｇ2に示すようになる。
【００３４】
そして、インバータ回路３２では、ランプ電流検出用の第１コイル３８、第２コイル４０、第３コイル４１と周波数制御部４２とによってチョッパ回路５からの出力電圧ＶDCが１７１Ｖ、２５７Ｖ、３４２Ｖとそれぞれ変化してもランプ電流が電流ＩL1に一定になるようにスイッチング周波数ｆを可変する。これにより、放電灯３７の明るさは入力電圧Ｖinが１００Ｖ、１５０Ｖ、２００Ｖと変化しても常に一定になる。
【００３５】
図５は、この実施の形態の放電灯点灯装置を組み込んだ照明器具を示す斜視図で、照明器具本体１０１の中央裏面部にこの実施の形態の放電灯点灯装置本体１００を組み込み、この照明器具本体１０１の両ソケット１０１ａ，１０１ｂ間に放電灯３７を装填している。
【００３６】
このような構成の照明器具では、１００Ｖ、１５０Ｖ、２００Ｖの各種の交流電源に接続して使用することができる。そして、その場合に、チョッパ回路の効率低下を抑えることができ、しかも、ランプ電流を一定に制御して放電灯３７の明るさを一定にすることができる。
【００３７】
なお、この実施の形態においては、入力電圧Ｖinが１００Ｖ、１５０Ｖ、２００Ｖの３種類に変化した場合を例として述べたが必ずしもこれに限定するものではなく、４種類以上変化する場合にも対処することができ、さらには、電圧可変制御部として、入力電圧Ｖinに対して出力電圧ＶOが連続して変化するものを使用すれば、入力電圧Ｖinが、例えば１００Ｖ〜２００Ｖまで連続して変化する場合にも対処することができる。また、上限の電圧も２００Ｖに限定されるものではない。  
また、この実施の形態においては、インバータ回路として、ランプ電流を一定に制御するものを例として述べたが必ずしもこれに限定するものではなく、ランプ電力を一定制御するものであっても良く、要は、出力を一定に制御するものであれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図。
【図２】同実施の形態における電圧可変制御部の構成例を示す回路図。
【図３】同実施の形態におけるチョッパ回路の入力電圧Ｖinと出力電圧ＶDCとの関係を示すグラフ。
【図４】同実施の形態における高周波インバータ回路のスイッチング周波数ｆとランプ電流ＩLとの関係を示すグラフ。
【図５】同実施の形態の放電灯点灯装置を組み込んだ照明器具の構成を示す斜視図。
【符号の説明】
【００３９】
５…チョッパ回路、７…ＭＯＳＦＥＴ、１１…電圧可変制御部、２２…乗算器、２５…比較器、２６…駆動部、３２…高周波インバータ回路、３３，３４…ＭＯＳＦＥＴ、３７…放電灯、３８，４０，４１…ランプ電流検出用のコイル、４２…周波数制御部。
【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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