(57)【要約】    【課題】  同一特性の一対のスイッチング素子を用いることができ、チョッパ動作を選択することによって高周波出力電圧を高低切り換え可能にした高周波インバータ装置およびこれを用いた放電ランプ点灯装置を提供する。    【解決手段】  スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２および整流素子Ｄ１、Ｄ２を備えたブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣ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交流入力端間と直列に挿入されたインダクタＬ１、第１および第２の帰還回路要素ＦＢ１、ＦＢ２を有する帰還回路ＦＢＣ、ならびにスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を備えたチョッパ回路ＢＣＨと；帰還回路ＦＢＣをインダクタＬ１に並列接続した第１の態様とインダクタＬ１および低周波交流電源ＡＣの直列部分に並列接続した第２の態様とのいずれか一方を選択可能な切換手段ＳＷと；第３および第４の整流素子Ｄ５、Ｄ６と；を具備している。【選択図】    図１
2005124374.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；
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交流入力端間と直列に挿入されたインダクタ、インダクタに生じた第１の極性の逆起電力を帰還する第１の帰還回路要素と上記インダクタに生じた第１の極性とは反対の第２の極性の逆起電力を帰還する第２の帰還回路要素とを有する帰還回路、ならびに前記一対のスイッチング素子を備えたチョッパ回路と；
チョッパ回路の第１および第２の帰還回路要素をインダクタに並列接続した第１の態様、およびインダクタおよび低周波交流電源の直列部分に並列接続した第２の態様のいずれか一方を選択可能な切換手段と；
チョッパ回路における帰還回路の第１の帰還回路要素の出力端と一対のスイッチング素子の直列回路の一端との間に介在する第３の整流素子、ならびに帰還回路の第２の帰還回路要素の出力端と一対のスイッチング素子の直列回路の他端との間に介在する第４の整流素子と；
を具備していることを特徴とする高周波インバータ装置。
【請求項２】
請求項１記載の高周波インバータ装置と；
高周波インバータ装置の出力端間に接続された放電ランプと；
を具備していることを特徴とする放電ランプ点灯装置。
【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高周波インバータ装置およびこれを備えた放電ランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用交流電源のような低周波交流電源を用いて例えば放電ランプを高周波で点灯する照明用電子安定器における高調波対策は、パッシブフィルタ方式、アクティブフィルタ方式（例えば、非特許文献１参照。）および部分平滑方式に区分される。また、アクティブフィルタ方式には、チョッパ方式、チャージポンプ方式およびチャージポンプ＋チョッパ方式がある。
【非特許文献１】「照明学会誌」第８４巻第５号、２０００年５月発行、第２７３頁〜第２８０頁「チョッパ兼用インバータ式点灯回路の動作解析」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、パッシブフィルタにおいては、負荷に直列のインダクタおよび並列のコンデンサを接続してそれらの共振周波数を電源周波数の３倍に共振するように回路定数を選択するが、特にインダクタには電力容量の大きなものを必要とするので、小形、軽量化を図ることができない。
【０００４】
アクティブフィルタにおいては、チョッパ形の場合、インバータとは別に独立した昇圧チョッパ回路を配設するので、部品点数が多くなり、コストアップを招く。また、チャージポンプ方式およびチャージポンプ＋チョッパ方式は、インバータのスイッチング素子をアクティブフィルタのスイッチング素子として兼用するいわゆる複合形であるが、回路構成が複雑であったり、十分な平滑化作用が得られなかったりするなどの問題がある。
【０００５】
部分平滑回路においては、最近の厳しい入力電流高調波規格を満足することができない。
【０００６】
本発明は、中性点形降圧非反転インバータを備え、同一特性の一対のスイッチング素子を用いることができて、しかもチョッパ動作を選択することによって高周波出力電圧を高低切り換え可能にした高周波インバータ装置およびこれを用い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】
【０００７】
請求項１の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；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交流入力端間と直列に挿入されたインダクタ、インダクタに生じた第１の極性の逆起電力を帰還する第１の帰還回路要素と上記インダクタに生じた第１の極性とは反対の第２の極性の逆起電力を帰還する第２の帰還回路要素とを有する帰還回路、ならびに前記一対のスイッチング素子を備えたチョッパ回路と；チョッパ回路の第１および第２の帰還回路要素をインダクタに並列接続した第１の態様、およびインダクタおよび低周波交流電源の直列部分に並列接続した第２の態様のいずれか一方を選択可能な切換手段と；チョッパ回路における帰還回路の第１の帰還回路要素の出力端と一対のスイッチング素子の直列回路の一端との間に介在する第３の整流素子、ならびに帰還回路の第２の帰還回路要素の出力端と一対のスイッチング素子の直列回路の他端との間に介在する第４の整流素子と；を具備していることを特徴としている。
【０００８】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【０００９】
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。
【００１０】
＜ブリッジ形整流・変換回路について＞    ブリッジ形整流・変換回路は、低周波交流を整流して直流に変換するとともに、直流をスイッチングによって高周波に変換する手段であり、したがって中性点形降圧非反転形のインバータとして動作する。低周波交流を直流に変換するには、主として一対の整流素子が作用する。また、直流を高周波に変換するには、一対のスイッチング素子が作用する。
【００１１】
一対のスイッチング素子は、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および一対の整流素子は、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。
【００１２】
低周波交流電源は、ブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間に単独で接続してもよいし、チョッパ回路のインダクタおよび／または放電ランプなど負荷やその他の回路部品を直列に介して接続してもよい。
【００１３】
＜チョッパ回路について＞    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、以下説明する回路構成によって昇圧チョッパ的な動作を行う。すなわち、本発明において、チョッパ回路は、インダクタ、帰還回路および一対のスイッチング素子を備えている。
【００１４】
インダクタは、チョッパ専用であってもよいし、出力トランスを兼ねていてもよい。
【００１５】
帰還回路は、逆起電力を帰還するための作用を行い、第１および第２の帰還回路要素を有して構成されている。第１の帰還回路要素は、インダクタに生じた第１の極性の逆起電力を帰還する。第２の帰還回路要素は、上記インダクタに生じた第１の極性とは反対の第２の極性の逆起電力を帰還する。また、第１および第２の帰還回路要素は、極性が反対であるが、共通の回路構成であることを許容する。例えば、一対の整流素子がその極性が相反するように直列接続した第１の構成、整流素子および平滑コンデンサの直列回路からなる第２の構成、整流素子および小容量コンデンサの直列回路からなる第３の構成などからなる。そして、第１の帰還回路要素は、低周波交流電圧が一方の極性のときに作動する。第２の帰還回路要素は、低周波交流電圧が他方の極性のときに作動する。なお、上記第２の構成における「平滑コンデンサ」とは、静電容量が相対的に大きくて、低周波交流電圧に対してほぼ完全平滑的ないし部分平滑的な平滑化作用を実質的に奏するコンデンサをいう。また、上記第３の構成における「小容量コンデンサ」とは、静電容量が相対的に小さくて、低周波交流電圧に対してほぼ完全平滑的ないし部分平滑的な平滑化作用を実質的に奏しないコンデンサをいう。
【００１６】
一対のスイッチング素子は、ブリッジ形整流・変換回路の一対のスイッチング素子が兼用される。そして、一方のスイッチング素子は、低周波交流電圧が一方の極性のときにオン状態からオフすることによってインダクタに流れていた電流を急激に遮断して逆起電力を生じさせるように作用する。また、他方のスイッチング素子は、他方の極性のときに上記と同様に作用する。
【００１７】
＜切換手段について＞    切換手段は、チョッパ回路の第１および第２の帰還回路要素をインダクタに並列接続した第１の態様、およびインダクタおよび低周波交流電源の直列部分に並列接続した第２の態様のいずれか一方を選択可能にする手段である。また、その切り換えは、機械的な切り換え、例えば機械的接点の切り換えなどにより行う構成であってもよいし、電子回路による無接点の切り換えにより行う構成であってもよい。
【００１８】
また、切換手段は、使用者が操作する構成であってもよいし、製造者などの非使用者が操作するような構成であってもよい。前者の場合、高周波インバータ装置の外部から操作が可能なように構成されていると都合がよい。例えば、切換スイッチにより接続を変更する構成において、操作摘みを高周波インバータ装置の外部に配設することができる。また、後者の場合、高周波インバータの実装を行う配線基板に前記第１および第２の態様の切り換えが可能な手段、例えば第１および第２の態様にそれぞれ対応可能なように電気回路部品挿入孔を予め２形式形成しておいたり、１形式の電気回路部品挿入孔をジャンパー線によって２形式の回路接続に切り換え可能にしたりするように構成することができる。さらに、半固定形の切換スイッチを高周波インバータ装置の内部に配設することができる。
【００１９】
＜第３および第４の整流素子について＞    第３および第４の整流素子は、チョッパ回路と一対のスイッチング素子の直列回路との間を接続している。すなわち、第３の整流素子は、第１の帰還回路要素の出力端と一対のスイッチング素子の直列回路の一端との間に介在する。第４の整流素子は、第２の帰還回路要素の出力端と一対のスイッチング素子の直列回路の他端との間に介在する。そして、第３および第４の整流素子は、それぞれ対応する方のスイッチング素子がオンしたときに、蓄積されていた帰還回路の出力の放出回路を提供する。すなわち、第１および第２の帰還回路要素がその内部に帰還電流を蓄積するコンデンサを有している場合には、帰還回路の出力は、帰還回路から放出される。また、帰還回路の出力を蓄積する平滑コンデンサを帰還回路の外部に接続している場合には、当該平滑コンデンサから帰還回路の出力が放出される。
【００２０】
また、第３および第４の整流素子は、低周波交流電圧がブリッジ形整流・変換回路の一対の整流素子により整流された電流に対しては逆方向になって帰還回路内への流れ込みを阻止するように作用する。
【００２１】
＜本発明の作用について＞    本発明は、以上の構成を具備していることにより、低周波交流電圧がブリッジ形整流・変換回路において全波整流されるとともに高周波でスイッチングされる結果、ブリッジ形整流・変換回路によって降圧変換インバータ動作を行う。
【００２２】
チョッパ回路は、インダクタには、低周波交流電源から流入するスイッチングにより高周波化された低周波交流電流とチョッパ回路による高周波電流とが双方向に流れる。そして、インダクタは、スイッチング素子のスイッチングによる高周波電流に対してのみ有効なインピーダンスを有すればよいので、低周波交流電源が実質的に短絡されることなく動作することが可能になる。したがって、チョッパ回路のインダクタを小形化、軽量化することができる。
【００２３】
また、チョッパ回路の動作は、その帰還回路のインダクタに対する接続が第１および第２の態様のうち、いずれの状態にあるかにより異なる。切換手段を操作して第１の態様が選択されている場合、インダクタの逆起電力がそのままコンデンサに帰還される。そして、帰還して帰還回路要素中のコンデンサに蓄積された電荷が放電して直接高周波に変換されるか、帰還回路からさらに平滑コンデンサに転送された後に放電して間接的に高周波に変換される結果、高周波インバータ装置は、相対的に低い第１の高周波電圧を出力する。
【００２４】
これに対して、切換手段を操作して第２の態様が選択されている場合、インダクタの逆起電力が低周波交流電圧の半波の電圧に重畳することにより昇圧して帰還される。そして、帰還回路要素中のコンデンサに蓄積された電荷が放電して直接高周波に変換されるか、帰還回路からさらに平滑コンデンサに転送された後に放電して間接的に高周波に変換される結果、高周波インバータ装置は、相対的に高い第２の高周波電圧を出力する。要するに、帰還回路に帰還する直流電圧は、切換手段による回路接続態様の選択に応じて上記低周波交流電圧の半波の電圧より高い昇圧された値となったり、昇圧されない値になったりする。
【００２５】
また、本発明においては、チョッパ回路の帰還回路が一対のスイッチング素子とは別に配設されるので、スイッチング素子としてＦＥＴを用いるとしても、その寄生ダイオードを経由して帰還させる必要がないために、高効率化される。あるいは、スイッチング素子に帰還用のダイオードを並列接続しなくてもよいので、スイッチング素子やその駆動回路などが密集した位置近傍に帰還回路を実装する必要性がなくなるために、配線基板設計における実装自由度が向上する。
【００２６】
さらに、インダクタに蓄積された磁気エネルギーを一対のスイッチング素子を経由しないで直流エネルギーに転換して、これを高周波発生の電源とするので、高効率で、しかも回路設計の自由度が高くなる。
【００２７】
＜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、以下の構成を付加することにより、より実用的な高周波インバータ装置やこれを用いた放電ランプ点灯装置を得ることができる。
１．（共振回路について）    共振回路は、一対のスイッチング素子の交互スイッチングにより形成された高周波電圧に共振して高周波インバータ装置の負荷回路を提供する。共振回路は、インダクタおよびコンデンサにより形成される。なお、「インダクタ」とは、インダクタンスを有する回路手段を意味し、チョークコイルのようなものに限定されない。したがって、１次側から見て適当なインダクタンスを有すればトランスなどであってもよい。そうして、共振回路は、負荷、例えば放電ランプの始動時には共振により高電圧を形成して、これを負荷に印加することによりその始動を促進するとともに、高周波電圧の波形を正弦波に整形する。
２．（高周波ノイズフィルタ回路）    高周波ノイズフィルタ回路は、高周波インバータ装置の作動により発生した高周波ノイズが低周波交流電源側へ流出するのを防止する回路手段であり、低周波交流電源と高周波インバータ装置の入力端との間に直並列接続することができる。
３．（平滑コンデンサ）    帰還回路の第１および第２の帰還回路要素の出力端間に並列に平滑コンデンサを接続することにより、帰還回路の帰還出力をいったん蓄積することができる。そして、一対のスイッチング素子の一方がオンしたときに蓄積された電荷を放出して高周波に変換する。この平滑コンデンサは、帰還回路の第１および第２の帰還回路要素中に小容量コンデンサなどのコンデンサを含む場合および含まない場合のいずれであっても配設することが許容される。そうして、平滑コンデンサを具備していることにより、負荷に印加される高周波電圧の包絡線波形のリップル成分を低減させることができる。
【００２８】
請求項２の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１記載の高周波インバータ装置と；高周波インバータ装置の出力端間に接続された放電ランプと；を具備していることを特徴としている。
【００２９】
放電ランプは、高周波インバータ装置を主体として構成される放電ランプ点灯装置の負荷として作動する。放電ランプは、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やメタルハライドランプなどの高圧放電ランプを用いることができる。また、放電ランプは、高周波電圧の共振出力が印加されるような回路上の位置に接続される。例えば、ブリッジ形整流・変換回路の一対のスイッチング素子を共有し、かつ、ブリッジ形整流・変換回路と並列的な関係に共振回路を備えたハーフブリッジ形インバータ回路を構成して、共振回路のインダクタと並列的に、または直列的に放電ランプを接続することができる。また、チョッパ回路のインダクタを一方の共振要素の全部または一部とする共振回路をブリッジ形整流・変換回路の一部を共有して形成して、上記インダクタと並列的または直列的に放電ランプを接続することができる。なお、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を付勢するのが望ましい。
【００３０】
放電ランプは、例えば以下に示すような多様な接続の態様であることを許容する。
（１）ブリッジ形整流・変換回路の交流入力端間において例えば出力トランスを兼ねるインダクタの両端に接続する態様。
（２）インダクタおよび低周波交流電源と直列に接続する態様。
（３）小容量コンデンサを電源とする一対のスイッチング素子を含むハーフブリッジ形インバータを構成してその出力端に接続する態様。
【００３１】
そうして、本発明においては、低周波交流電源を投入すると、低周波交流電圧がブリッジ形整流・変換回路およびチョッパ回路により整流平滑化され、さらに高周波電圧に変換されて放電ランプに印加されるので、放電ランプは高周波点灯する。
【００３２】
なお、本発明の必須構成要件ではないが、所望によりイグナイタを付加することができる。イグナイタは、放電ランプの始動のために、負荷回路の共振回路による共振電圧だけでは不足の場合に用いれら、高周波インバータを主体とする放電ランプ点灯装置において、放電回路に対して別設され、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放電回路に接続することができる。
【発明の効果】
【００３３】
請求項１の発明によれば、正負両極性の低周波交流電源電圧を高周波でスイッチングする中性点形降圧非反転インバータを備え、帰還電圧が低周波交流電圧に重畳することにより昇圧した高周波電圧と上記昇圧のない高周波電圧とを所望により切り換えて出力させることができる。そのため、負荷の種類や特性に応じて高低切り換えて適切な高周波電圧を印加できるので、多様な用途に適合する高周波インバータ装置を得ることができる。
【００３４】
また、同一特性の一対のスイッチング素子を用いることができるので、安価な高周波インバータ装置を提供することができる。
【００３５】
請求項２の発明によれば、請求項１による効果を奏する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】
【００３６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３７】
図１は、本発明の高周波インバータ装置および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。図において、高周波インバータ装置ＨＦＩは、ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣ、チョッパ回路ＢＣＨ、選択手段ＳＷ、平滑コンデンサＣ１、ならびに第３および第４の整流素子Ｄ５、Ｄ６ならびに共振コンデンサＣ２、Ｃ３からなる。また、放電ランプ点灯装置ＤＬＯは、高周波インバータ装置ＨＦＩおよび放電ランプＤＬからなり、放電ランプＤＬを高周波点灯する。なお、ＡＣは低周波交流電源である。
【００３８】
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。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が後述するインダクタＬ１および負荷である放電ランプＤＬを直列に介して接続している。
【００３９】
チョッパ回路ＢＣＨは、インダクタＬ１、帰還回路ＦＢＣおよび一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２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間において低周波交流電源ＡＣおよび放電ランプＤＬとともに直列接続している。帰還回路ＦＢＣは、第１および第２の帰還回路要素ＦＢ１、ＦＢ２からなる。第１の帰還回路要素ＦＢ１は、一対の整流素子Ｄ３、Ｄ７を逆極性にして直列接続してなる。そして、整流素子Ｄ７は、インダクタＬ１の負荷である放電ランプＤＬ側の端部にアノードが接続している。また、整流素子Ｄ３のアノードは、後述する切換手段ＳＷに接続している。なお、ダイオードＤ７のカソードは、ダイオードＤ３のカソードに接続して、帰還回路ＦＢＣの一方の帰還出力端ｔ１を形成する。第２の帰還回路要素ＦＢ２もまた、一対の整流素子Ｄ４、Ｄ８を逆極性にして直列接続してなる。そして、整流素子Ｄ８は、インダクタＬ１の放電ランプＤＬ側の端部にカソードが接続している。また、整流素子Ｄ４のカソードは、後述する切換手段ＳＷに接続している。なお、ダイオードＤ８のアノードは、ダイオードＤ４のアノードに接続して、帰還回路ＦＢＣの他方の帰還出力端ｔ２を形成する。
【００４０】
切換手段ＳＷは、一対の切換スイッチＳＷ１、ＳＷ２を備えていて、第１の帰還回路要素ＦＢ１の整流素子Ｄ３のアノードと、第２の帰還回路要素ＦＢ２の整流素子Ｄ４のカソードとをインダクタＬ１の他端と、低周波交流電源ＡＣの非インダクタＬ１側の端部とに選択可能に接続する。すなわち、一対の切換スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、可動接点ａ、一対の切換固定接点ｂ、ｃを有している。切換スイッチＳＷ１は、その可動接点ａが第１の帰還回路要素ＦＢ１の整流素子Ｄ３のアノード、切換固定接点ｂがインダクタＬ１の他端、切換固定接点ｃが低周波交流電源ＡＣの非インダクタＬ１側の端部、にそれぞれ接続している。切換スイッチＳＷ２は、その可動接点ａが第２の帰還回路要素ＦＢ２の整流素子Ｄ４のカソード、切換固定接点ｂがインダクタＬ１の他端、切換固定接点ｃが低周波交流電源ＡＣの非インダクタＬ１側の端部、にそれぞれ接続している。
【００４１】
平滑コンデンサＣ１は、帰還回路ＦＢＣの一対の帰還出力端ｔ１、ｔ２に接続している。
【００４２】
第３および第４の整流素子Ｄ５、Ｄ６は、帰還回路ＦＢＣの一対の帰還出力端ｔ１、ｔ２と一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２との間に順方向に介在している。
【００４３】
共振コンデンサＣ２、Ｃ３は、高周波電圧に対してインダクタＬ１と直列共振回路を形成する図示の位置に接続されている。
【００４４】
次に、本形態における回路動作について説明する。
【００４５】
ブリッジ形整流・変換回路ＢＲＣの回路動作は次のとおりである。すなわち、低周波交流電源ＡＣが投入されて、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期間、したがって接続点ｊ２がプラスとなる半波の期間中、低周波交流電源ＡＣ、整流素子Ｄ１、一方のスイッチング素子Ｑ１、放電ランプＤＬ、チョッパ回路ＢＣＨのインダクタＬ１および低周波交流電源ＡＣの閉回路内を一方のスイッチング素子Ｑ１がオンのとき電流が流れ、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から放電ランプＤＬ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る。
【００４６】
チョッパ回路ＦＢＣの動作は、次のとおりである。最初に切換手段ＳＷが図示の位置にある場合について説明する。すなわち、一方のスイッチング素子Ｑ１の上記したスイッチング動作において、一方のスイッチング素子Ｑ１がオンしている期間中チョッパ回路ＢＣＨのインダクタＬ１を流れる電流が直線的に増大する。次に、一方のスイッチング素子Ｑ１がオフすると、インダクタＬ１にはそこに流れていた電流を継続させようと逆起電力が発生する。そして、インダクタＬ１、低周波交流電源ＡＣ、第１の帰還回路要素ＦＢ１における第１の整流素子Ｄ３、平滑コンデンサＣ１、第２の帰還回路要素ＦＢ２の第６の整流素子ＤおよびインダクタＬ１の閉回路内を電流が流れて、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、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。
【００４７】
次に一方のスイッチング素子Ｑ１が再びオンしたときに、平滑コンデンサＣ１の電荷は、平滑コンデンサＣ１、第３の整流素子Ｄ５、スイッチング素子Ｑ１、放電ランプＤＬ、インダクタＬ１、共振コンデンサＣ３および平滑コンデンサＣ１からなる閉回路すなわち放電回路内を高周波電流として流れる。このとき、平滑コンデンサＣ１の電圧が低周波交流電源ＡＣの半波の電圧に重畳することによって予め昇圧しているので、発生する高周波電圧もまた昇圧したものとなる。
【００４８】
さて、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期間、したがって接続点ｊ１がプラスとなる半波の期間中、他方のスイッチング素子Ｑ２がオンすると、低周波交流電源ＡＣ、インダクタＬ１、放電ランプＤＬ、他方のスイッチング素子Ｑ２、整流素子Ｄ２および低周波交流電源ＡＣの閉回路内を電流が流れ、放電ランプＤＬ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から放電ランプＤＬ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間に流れる高周波成分が放電ランプＤＬに供給されるので、放電ランプＤＬは高周波で付勢される。
【００４９】
次に、他方のスイッチング素子Ｑ２オフすると、チョッパ回路ＢＣＨのインダクタＬ１に生じた逆起電力が低周波交流電圧の半波の電圧に重畳してインダクタＬ１、第１の帰還回路要素ＦＢ１の第５の整流素子Ｄ７、平滑コンデンサＣ１、第２の帰還回路要素ＦＢ２の第２の整流素子Ｄ４、低周波交流電源ＡＣおよびインダクタＬ１の閉回路内を流れて平滑コンデンサＣ１が充電される。このときも低周波交流電源ＡＣの逆方向の半波の電圧が重畳しているので、充電電圧は昇圧している。
【００５０】
そうして、高周波インバータ装置の定常動作状態においては、平滑コンデンサＣ１が帰還回路ＦＢＣの帰還電圧に低周波交流電圧の半波の電圧が加算した値、したがって昇圧した状態で充電されており、第１のスイッチング素子Ｑ１がオンすると、平滑コンデンサＣ１の電荷が平滑コンデンサＣ１、第３の整流素子Ｄ５、スイッチング素子Ｑ１、放電ランプＤＬ、インダクタＬ１、共振コンデンサＣ３および平滑コンデンサＣ１の閉回路内を放電して、放電ランプＤＬに一方の極性の高周波電流が流れる。
【００５１】
次に、スイッチング素子Ｑ１がオフして、スイッチング素子Ｑ２がオンすると、共振コンデンサＣ３の電荷が共振コンデンサＣ３、インダクタＬ１、放電ランプＤＬ、スイッチング素子Ｑ２、第４の整流素子Ｄ６および共振コンデンサＣ３の閉回路内を放電して、放電ランプＤＬに他方の極性の高周波電流が流れる。したがって、放電ランプＤＬには正負両極性の高周波の負荷電流が流れ、放電ランプＤＬの両端にはインダクタＬ１および共振コンデンサＣ３の直列共振により正弦波の高周波の負荷電圧が現れる。このときの負荷電圧は、昇圧した高周波電圧になっている。そのため、放電ランプＤＬは、所要に昇圧した電圧で高周波点灯を行うことができる。
【００５２】
切換手段ＳＷを操作して可動接点ａを切換固定接点ｃに接触させると、インダクタＬ１は、低周波交流電源ＡＣが除外された状態で帰還回路ＦＢＣに接続する。そのため、平滑コンデンサＣ１の充電電圧は、昇圧されないので、高周波電圧も昇圧されない。このときの高周波電圧は、相対的に低い。これに対して、前述したように低周波交流電源ＡＣの半波の電圧が帰還出力に重畳する場合の高周波電圧は、相対的高い。したがって、切換手段ＳＷを操作することによって、高周波インバータ装置から出力される高周波電圧を高低の切換が可能になる。
【００５３】
以下、図２ないし図５を参照して本発明を実施するための他の形態を説明する。なお、各図において、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。本形態は、帰還回路ＦＢＣの回路構成が異なる。
【００５４】
すなわち、帰還回路ＦＢＣは、第１の帰還回路要素ＦＢ１が第１の整流素子Ｄ３および第１の小容量コンデンサＣ４の直列回路からなる。同様に第２の帰還回路要素ＦＢ２は、第２の整流素子Ｄ４および第２の小容量コンデンサＣ５の直列回路からなる。第１および第２の整流素子Ｄ３、Ｄ４と切換手段ＳＷとの接続の態様は、第１の形態と同じである。
【００５５】
次に、回路動作について主として図１に示す第１の形態と異なる点を説明する。すなわち、低周波交流電圧の極性が接続点ｊ２でプラスとなる一方の半波においては、インダクタＬ１の逆起電力によって、インダクタＬ１、第１の整流素子Ｄ３、第１の小容量コンデンサＣ４およびインダクタＬ１の閉回路内を帰還電流が流れて、第１の小容量コンデンサＣ４が充電される。また、同時にインダクタＬ１、第１の整流素子Ｄ３、平滑コンデンサＣ１、第２の整流素子Ｄ４およびインダクタＬ１の閉回路内にも帰還電流が流れて、平滑コンデンサＣ１が充電される。
【００５６】
低周波交流電圧の極性が接続点ｊ１でプラスとなる他方の半波においては、スイッチング素子Ｑ１がオンすると、インダクタＬ１の逆起電力によって、インダクタＬ１、第２の小容量コンデンサＣ５、第２の整流素子Ｄ４およびインダクタＬ１の閉回路内を帰還電流が流れて、第２の小容量コンデンサＣ４が充電される。また、同時にインダクタＬ１、第１の小容量コンデンサＣ４、平滑コンデンサＣ１、第２の整流素子Ｄ４およびインダクタＬ１の閉回路内にも帰還電流が流れて、平滑コンデンサＣ１が充電される。
【００５７】
次に、スイッチング素子Ｑ１がオフすると、平滑コンデンサＣ１の電荷が平滑コンデンサＣ１、第３の整流素子Ｄ５、スイッチング素子Ｑ１、放電ランプＤＬ、小容量コンデンサＣ５および平滑コンデンサＣ１の閉回路内を放電して放電ランプＤＬに高周波電圧の一方の極性における半波が印加される。続いて、スイッチング素子Ｑ１がオフし、スイッチング素子Ｑ２がオンすると、小容量コンデンサＣ５の電荷が小容量コンデンサＣ５、放電ランプＤＬ、スイッチング素子Ｑ２、第４の整流素子Ｄ６および小容量コンデンサＣ５の閉回路内を放電して、放電ランプＤＬに高周波電圧の他方の極性における半波が印加される。したがって、負荷である放電ランプＤＬには高周波電圧の正負の半波が交互に印加されるので、放電ランプＤＬは高周波点灯する。なお、切換手段ＳＷの作用は、図１に示す第１の形態におけるそれと同じである。
【００５８】
図３は、本発明の高周波インバータ装置および放電ランプ点灯装置を実施するための第３の形態を示す回路図である。本形態は、チョッパ回路ＢＣＨの帰還回路ＦＢＣにおける第１および第２の整流素子をＤ３、Ｄ４とＤ９、Ｄ１０と２組予め接続していて、切換手段ＳＷによっていずれか一方の組が選択的に作用するように構成されている点で図２と異なる。
【００５９】
すなわち、第１および第２の整流素子Ｄ３、Ｄ４は、第１および第２の帰還回路要素ＦＢ１、ＦＢ２が低周波交流電源ＡＣおよびインダクタＬ１の直列部分に対して並列接続するように構成されている。この構成は、相対的に高い高周波電圧を得る場合に対応する。これに対して、第１および第２の整流素子Ｄ９、Ｄ１０は、第１および第２の帰還回路要素ＦＢ１、ＦＢ２がインダクタＬ１に対してのみ並列接続するように構成されている。このため、相対的に低い高周波電圧を得る場合に対応する。
【００６０】
図４は、本発明の高周波インバータ装置および放電ランプ点灯装置を実施するための第４の形態を示す回路図である。本形態は、チョッパ回路ＢＣＨの帰還回路ＦＢＣにおける第１および第２の整流素子Ｄ３、Ｄ４と第１および第２の小容量コンデンサＣ４、Ｃ５とのインダクタＬ１に対する接続位置が反対になっている点で図２に示す第２の形態と異なるとともに、負荷である放電ランプＤＬがインダクタＬ１を経由して付勢されるように構成されている点で先行する第１ないし図３に示す形態と異なる。
【００６１】
本形態においても、その回路動作は、図２に示す第１の形態におけるそれとほぼ同様である。しかし、帰還回路ＦＢＣの第１および第２の帰還回路要素ＦＢ１、ＦＢ２の回路動作が低周波交流電圧の各半波の極性に対して図２とは逆になる。すなわち、接続点ｊ２がプラスとなる低周波交流電圧の半波の極性において、入力電流の低周波交流電流に対する帰還動作は、主として第２の帰還回路要素ＦＢ２が担当し、また接続点ｊ１がプラスとなる低周波交流電圧の半波の極性において、入力電流の低周波交流電流に対する帰還動作は、主として第１の帰還回路要素ＦＢ１が担当する。
【００６２】
また、第１および第２の小容量コンデンサＣ４、Ｃ５が第１および第２の態様に対して共通に作用するように接続している点については、図１に示す第１の形態における第１および第２の整流素子Ｄ３、Ｄ４の場合と同様である。
【００６３】
さらに、チョッパ回路ＢＣＨ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次巻線に負荷である放電ランプＤＬが接続されている。このため、放電ランプＤＬは、インダクタＬ１の両端間に現れる高周波電圧が出力トランスＯＴの１次：２次巻数比に応じた昇圧比で変圧された電圧より点灯する。したがって、負荷である放電ランプＤＬに印加する２次電圧を所望の値まで昇圧または降圧することができる。
【００６４】
図５は、本発明の高周波インバータ装置および放電ランプ点灯装置における第５の形態を示す回路図である。本形態は、帰還回路ＢＣＨの第１および第２の帰還回路要素ＦＢ１、ＦＢ２にそれぞれ平滑コンデンサＣ４、Ｃ５を備えている点で図１に示す第１の形態と異なるとともに、チョッパ回路ＢＣＨ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次巻線に負荷である放電ランプＤＬが接続されている点で図４と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の高周波インバータ装置および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】本発明の高周波インバータ装置および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
【図３】本発明の高周波インバータ装置および放電ランプ点灯装置を実施するための第３の形態を示す回路図
【図４】本発明の高周波インバータ装置および放電ランプ点灯装置を実施するための第４の形態を示す回路図
【図５】本発明の高周波インバータ装置および放電ランプ点灯装置を実施するための第５の形態を示す回路図
【符号の説明】
【００６６】
ＡＣ…低周波交流電源、ＢＣＨ…チョッパ回路、ＢＲＣ…ブリッジ形整流・変換回路、Ｃ１…平滑コンデンサ、Ｃ２、Ｃ３…共振コンデンサ、Ｄ３……第１の整流素子、Ｄ４……第２の整流素子、Ｄ５……第３の整流素子、Ｄ６……第３の整流素子、ＤＬ…放電ランプ、ＤＬＯ…放電ランプ点灯装置、ＦＢ１…第１の帰還回路要素、ＦＢ２…第２の帰還回路要素、ＦＢＣ…帰還回路、ＨＦＩ…高周波インバータ装置、ｊ１、ｊ２……接続点、Ｌ１…インクタ、Ｑ１、Ｑ２…スイッチング素子、ＳＷ…切換手段、ＳＷ１、ＳＷ２…切換スイッチ
【図１】
2005124374.tif 000003
【図２】
2005124374.tif 000004
【図３】
2005124374.tif 000005
【図４】
2005124374.tif 000006
【図５】
2005124374.tif 000007