(57)【要約】【課題】カタホリシス現象の発生を効果的に抑制して冷陰極形電極放電ランプを点灯できるとともに回路構成が比較的簡単な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、交互にスイッチングする一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を含んで構成されたインバータ主回路ＩＮＶ、その一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方またはいずれか一方、インダクタＬ１および帰還回路ＦＢＣを含む昇圧チョッパ回路ＢＵＣ、インバータ主回路ＩＮＶの出力の高周波交流電圧に共振する共振回路ＲＣを備えた負荷回路ＬＣ、および一方のスイッチング素子Ｑ１のスイッチングにおけるオンデューティを５０％未満とし、他方のスイッチング素子Ｑ２のスイッチングにおけるオンデューティを５０％以上とする制御手段ＣＣを備えた高周波インバータＨＦＩと、高周波インバータＨＦＩの負荷回路ＬＣに接続した冷陰極形放電ランプＤＬとを具備している。【選択図】図４
2005071620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互にスイッチングする一対のスイッチング素子を含んで構成されたインバータ主回路、インバータ主回路における一対のスイッチング素子の両方またはいずれか一方、インダクタおよび帰還回路を含む昇圧チョッパ回路、インバータ主回路の出力の高周波交流電圧に共振する共振回路を備えた負荷回路、および一方のスイッチング素子のスイッチングにおけるオンデューティを５０％未満とし、他方のスイッチング素子のスイッチングにおけるオンデューティを５０％以上とする制御手段を備えた高周波インバータと；
高周波インバータの負荷回路に接続した冷陰極形放電ランプと；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】
高周波インバータは、負荷回路が２次巻線の一端が接地された絶縁形出力トランスを備えているとともに、出力する高周波交流電圧の負側における半波の波高値が正側のそれより高くなっており；
冷陰極形放電ランプは、絶縁形出力トランスの２次巻線の両端間に接続している；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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波インバータを備え、冷陰極形放電ランプを点灯する放電ランプ点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交互にスイッチングする一対のスイッチング素子を備えた高周波インバータにおいて、一対のスイッチング素子をチョッパのスイッチング素子として兼用して昇圧チョッパを複合化した放電ランプ点灯装置は、既に知られている（例えば、非特許文献１参照。）。このものは高周波インバータのスイッチング素子とチョッパ回路のスイッチング素子を兼用するので、配線基板の実装面積を小さくして装置の小形、軽量化とコストダウンを図ることができる。
【０００３】
また、上記のようにチョッパ回路を複合化した高周波インバータは、放電ランプを高周波点灯するのに用いられていて、放電ランプ点灯装置の小形化、軽量化に寄与している。
【０００４】
一方、放電ランプとしては、低圧水銀蒸気放電により紫外光を放射させ、その紫外光を蛍光体に照射して可視光や、より長波長の紫外光に波長変換するように構成した低圧水銀蒸気放電ランプが一般に多用されている。そして、放電媒体としては、水銀に加えてアルゴンなどの希ガスを封入して、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用するようにしている。低圧水銀蒸気放電ランプの電極として、熱陰極構造と冷陰極構造があり、前者は電子放射が多いが大型化しやすいという特徴がある。後者は、反対に電子放射が少ないが、小型化しやすいという特徴がある。したがって、熱陰極構造の電極は管径が大きくて定格ランプ電力の大きな放電ランプに採用され、冷陰極構造の電極は管径が小さくて定格ランプ電力の小さな放電ランプに採用される傾向にある。このため、熱陰極構造の電極を備えた放電ランプすなわち熱陰極形放電ランプは、主として一般照明用として用いられている。また、冷陰極構造の電極を備えた放電ランプすなわち冷陰極形放電ランプは、主として液晶表示装置などのバックライト用として用いられている。
【０００５】
【非特許文献１】
日本照明学会２０００年５月発行「照明学会誌  第８４巻第５号」第２７３〜２８０頁
【発明が解決しようとする課題】
ところが、冷陰極構造の電極を備えた上述の放電ランプの点灯装置の場合、２次無負荷電圧が７００Ｖ〜１ｋＶ程度の高電圧出力を必要とするにもかかわらず、１２〜４２Ｖのバッテリーなどの低電圧電源を用いるのが一般的である。このため、昇圧比の大きな出力トランスを備えた放電ランプ点灯装置を必要とする。
このような放電ランプ点灯装置は、大型で重量も大きくなる。したがって、これを組み込む機器の小型化を阻害するという問題がある。加えて、出力トランスの２次巻線の巻数が大きくなるために、２次巻線の抵抗損失が大きくなり、電源の効率が低下するという問題もある。
【０００６】
そこで、高周波インバータの前段に昇圧チョッパ回路を配設して高周波インバータの電源電圧を昇圧することにより、出力トランスを小さくすることが考えられる。しかし、スイッチング素子やその駆動回路が別に必要となるという問題があるので、前述のチョッパ回路を複合化した高周波インバータを利用することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、冷陰極形放電ランプを出力の交流電圧波形が正負対称になる高周波インバータで点灯すると、放電媒体の水銀の偏りによるカタホリシス現象が発生して管軸方向に発光むらが生じやすいことが分かった。調査の結果、このような現象が生じるのは、冷陰極形の電極構造を備えている関係で、冷陰極形放電ランプが電源から見て高インピーダンス負荷で、高周波インバータの出力の高周波交流電圧が負側のときに十分なランプ電流が流れないためであることが分かった。
【０００８】
本発明は、カタホリシス現象の発生を効果的に抑制して冷陰極形電極放電ランプを点灯できるとともに回路構成が比較的簡単な放電ランプ点灯装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の放電ランプ点灯装置は、交互にスイッチングする一対のスイッチング素子を含んで構成されたインバータ主回路、インバータ主回路における一対のスイッチング素子の両方またはいずれか一方、インダクタおよび帰還回路を含む昇圧チョッパ回路、インバータ主回路の出力の高周波交流電圧に共振する共振回路を備えた負荷回路、および一方のスイッチング素子のスイッチングにおけるオンデューティを５０％未満とし、他方のスイッチング素子のスイッチングにおけるオンデューティを５０％以上とする制御手段を備えた高周波インバータと；高周波インバータの負荷回路に接続した冷陰極形放電ランプと；を具備していることを特徴としている。
【００１０】
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。
【００１１】
＜高周波インバータについて＞    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。「インバータ」とは、直流−交流間変換装置をいい、本発明において「高周波インバータ」とは、直流を高周波交流に変換する回路手段を意味する。なお、高周波インバータは、インバータの入力電源である直流を得るのに低周波交流電源を整流することが許容され、これに用いる交流−直流変換手段を必要に応じて含むことができる。また、高周波インバータは、インバータ主回路、昇圧チョッパ回路、負荷回路および制御手段を備えている。
【００１２】
（インバータ主回路について）    本発明におけるインバータ主回路は、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およびスイッチング素子を駆動するための駆動信号発生回路を備えていて、高周波交流電圧を出力するインバータ主回路であればどのような構成であってもよい。例えば、ハーフブリッジ形インバータ、フルブリッジ形インバータ、中性点降圧形インバータなどを用いることができる。なお、ハーフブリッジ形インバータは、順方向に揃えて直列接続した一対のスイッチング素子を直流電源（平滑コンデンサを含む。）に接続してなり、一対のスイッチング素子の交互スイッチングによって高周波出力を得る構成である。また、フルブリッジ形インバータは、ブリッジ回路の４辺にスイッチング素子が接続していて、互いに対向する２辺のスイッチング素子を交互にスイッチングさせ、入力端に直流電源を接続して、出力端から交流電圧を得る構成である。さらに、中性点降圧形インバータは、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交流に変換する手段であり、一対のスイッチング素子の直列回路と一対の整流素子の直列回路とを並列接続してブリッジ回路を形成して、そのブリッジ回路の交流入力端に低周波交流電源を接続した構成において、一対のスイッチング素子の交互スイッチングによって交流電圧を得る構成である。そして、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、直流を交流に変換するには、一対のスイッチング素子が作用する。なお、一対のスイッチング素子のスイッチングは、一方のスイッチング素子のオン状態から他方のスイッチング素子のオン状態に移るまでの間にデッドタイムが介在していることを許容する。
【００１３】
本発明において、インバータ主回路における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。
【００１４】
また、駆動信号発生回路は、スイッチング素子のスイッチングを制御するための駆動信号を発生してスイッチング素子に供給する手段である。したがって、駆動信号発生回路には、スイッチング素子の構成に応じて既知の回路を適宜選択して用いればよい。
【００１５】
（昇圧チョッパ回路について）    本発明において、「昇圧チョッパ回路」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、電源となる直流電圧を昇圧された直流電圧に変換する手段をいう。上記インダクタは、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が、帰還電圧によって平滑コンデンサを充電するように構成することができる。また、平滑コンデンサを一対のスイッチング素子に対して直流電源として作用させることができる。なお、直流電流のスイッチングには、インバータ主回路における一対のスイッチング素子の両方またはいずれか一方が兼用される。
【００１６】
（負荷回路について）    負荷回路は、インバータ主回路の高周波交流電圧の出力に共振する共振回路を備えている。また、負荷回路は、インバータ主回路の高周波交流電圧が得られる回路上の適当な位置に接続することができる。例えば、インバータ主回路がハーフブリッジ形インバータを構成する場合には、一対のスイッチング素子における一方の両端間に接続された負荷回路中に冷陰極形放電ランプを接続することができる。また、中性点降圧形インバータにおいては、一対のスイッチング素子を共有するよう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、または直列的に冷陰極形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とする共振回路を中性点降圧形インバータ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冷陰極形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、高周波交流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冷陰極形放電ランプを付勢するように構成するのが望ましい。
【００１７】
共振回路は、共振インダクタおよび共振コンデンサの直列接続または並列接続により形成される。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。冷陰極形放電ランプは、負荷回路の共振電圧が得られる位置に接続することができる。例えば、共振インダクタまたは共振コンデンサに、好ましくは出力トランスを経由して、並列接続する。なお、出力トランスは、共振インダクタに並列接続する場合には、共振インダクタに２次巻線を巻装することによって構成することができる。
【００１８】
また、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に接続することができる。
【００１９】
（制御手段について）    制御手段は、一対のスイッチング素子のスイッチングにおけるオンデューティを出力高周波電圧の正負の極性に対応してそれぞれ異なる値に制御する手段である。すなわち、一方のスイッチング手段のオンデューティを５０％未満にするとともに、他方のスイッチング素子のオンデューティを５０％以上に制御する。これにより、高周波交流電圧の一方の極性における半波の波高値を相対的に高くし、他方の極性における半波の波高値を相対的に低くすることができる。なお、オンデューティを制御する場合、スイッチングの周期が一定であれば、周期（オン時間＋オフ時間）に対するオン時間の比率すなわちオンデューティを変化させる。
【００２０】
また、制御手段は、例えばスイッチング素子の駆動信号を発生する駆動信号発生回路を制御することにより、その発生する駆動信号の発生位相や周期したがって周波数を制御して、一対のスイッチング素子のスイッチングのオンデューティを制御する。
【００２１】
＜冷陰極形放電ランプについて＞    冷陰極形放電ランプは、冷陰極構造の電極を備えた低圧放電ランプであり、透光性放電容器の内部に低圧状態で作用する放電媒体を封入して構成されている。また、後述するように可視光を発生するための蛍光体層を備えることができる。
【００２２】
透光性放電容器は、透光性気密容器およびその両端の内部に封装した一対の冷陰極形電極を備えて構成されている。透光性気密容器は、所望の放射を所望の箇所から外部へ透過することができるとともに、気密性に優れ、かつ、加工性および耐火性を備えた材料であればどのようなものでもよく、例えばガラス、透光性セラミックスなどを用いて形成することができる。ガラスとしては、軟質ガラス、硬質ガラス、半硬質ガラスまたは石英ガラスなどを用いることができる。特に紫外光を外部に導出させるように構成する紫外線放射式の冷陰極形放電ランプの場合には、石英ガラスが好適である。また、透光性気密容器は、細長く形成することができる。しかし、その形状は、直管、屈曲管など多様に設定することができる。屈曲管としては、例えばＬ字状、コ字状、Ｗ字状などを採用することができる。
【００２３】
冷陰極形電極は、既知の材質および構造を備えたものを用いることができる。例えば、タングステン、ニッケルなど仕事関数の比較的大きな金属の筒体、板片などの基体を備えて構成されている。また、所望により電子放射性物質を基体に担持させることができる。そして、透光性気密容器の端部を貫通してその内部に導入された導入線の内端に溶接などによって支持される。
【００２４】
放電媒体は、水銀および希ガスを含んで構成されている。水銀は、純水銀、アマルガムなど適宜の形態で封入することができる。希ガスは、始動ガスおよび緩衝ガスとして作用するもので、アルゴン、クリプトンおよびキセノンなどの一種または複数種を封入することができる。
【００２５】
以上の構成に加えて、蛍光体層を所望により備えることができる。蛍光体層は、冷陰極形放電ランプの低圧水銀蒸気放電により放射された紫外光を可視光や相対的に長波長の紫外光に波長変換する手段としてこの種放電ランプにおいても多用されている。そして、透光性気密容器の内面に膜状に被着するのが一般的である。また、蛍光体層は、所望の色度や演色性の光を発生させるために、紫外光励起形の各種蛍光体の一種を単独で、または複数種を混合して用いることができる。例えば、白色発光を得るために、３波長発光形の蛍光体を用いることができる。
【００２６】
＜本発明の作用について＞    本発明においては、以上の構成を具備していることにより、高周波インバータを作動させると、インバータ主回路と昇圧チョッパ回路とがともに動作して、所望に昇圧された高周波交流電圧が出力される。この高周波交流電圧は、高周波インバータにおける一対のスイッチング素子の一方が５０％未満のオンデューティで、他方が５０％以上のオンデューティで、それぞれスイッチングするように制御手段によって制御されている。その結果、得られた高周波交流電圧は、正負いずれか一方の極性における半波の波高値が相対的に低く、他方の極性における半波の波高値が相対的に高く、したがって正負非対称の波形になっている。この高周波交流電圧は、さらに負荷回路の共振回路により共振して正負非対称の正弦波の高周波交流電圧が生じる。
【００２７】
冷陰極形放電ランプは、共振により高くなった高周波交流電圧が印加されるので、始動して、点灯する。また、冷陰極形放電ランプに印加される高周波交流電圧は、正負非対称の正弦波交流電圧なので、負側の電圧が所望の割合で高くなるように冷陰極形放電ランプに印加される電圧の極性を設定することが容易であり、このため冷陰極形放電ランプに負電圧が印加される際のランプ電流を十分に流すことが可能になり、したがってカタホリシス現象が発生するのを効果的に抑制することができる。
【００２８】
以上の回路動作から理解できるように、本発明によれば、昇圧チョッパ回路を複合化した一対のスイッチング素子を有する高周波インバータを用いているので、所望の昇圧された高周波交流電圧を出力させることにより、昇圧比の大きな出力トランスを用いる必要がなく、しかもスイッチング素子を兼用するので、回路構成が簡単で実装面積が小さくなって小形、軽量化になるとともに、正負非対称の高周波出力電圧を容易、かつ、所望の割合で形成できることにより、カタホリシス現象の発生を防止した冷陰極形放電ランプ点灯装置を得ることができる。
【００２９】
請求項２の発明の放電ランプ点灯装置は、請求項１記載の放電ランプ点灯装置において、高周波インバータは、負荷回路が２次巻線の一端が接地された絶縁形出力トランスを備えているとともに、出力する高周波交流電圧の負側における半波の波高値が正側のそれより高くなっており；冷陰極形放電ランプは、絶縁形出力トランスの２次巻線の両端間に接続している；ことを特徴としている。
【００３０】
本発明は、請求項１記載の放電ランプ点灯装置における好適な構成を規定している。本発明において、絶縁形出力トランスの２次巻線に誘起される高周波出力電圧の負側は、接地電位に対して負の電圧である。絶縁形出力トランスは、共振回路の共振コンデンサおよび共振インダクタのいずれに直列または並列に接続することができる。絶縁形出力トランスを共振インダクタに並列接続する場合、共振インダクタに２次巻線を巻装することにより、絶縁形出力トランスを共振インダクタと一体化することができる。
【００３１】
そうして、冷陰極形放電ランプには、接地電位を中心に正負両極性の高周波交流電圧が印加されてカタホリシス現象の発生が効果的に抑制されて始動し、点灯する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３３】
図１ないし図３は、本発明の放電ランプ点灯装置における第１の実施の形態を示し、図１は装置全体を示す回路図、図２は冷陰極形放電ランプを示す縦断面図、図３は冷陰極形放電ランプに印加される高周波交流電圧を示す波形図である。本実施の形態において、放電ランプ点灯装置は、高周波インバータＨＦＩおよび冷陰極形放電ランプＤＬからなる。
【００３４】
＜高周波インバータＩＮＶ＞    高周波インバータＨＦＩは、インバータ主回路ＩＮＶ、昇圧チョッパ回路ＢＵＣ、平滑コンデンサＣ１、制御手段ＣＣおよび負荷回路ＬＣからなり、その入力端子ｔ１およびｔ２が直流電源ＤＣに接続して冷陰極形放電ランプＤＬを高周波点灯する。なお、直流電源ＤＣは、バッテリー、低周波交流電源および整流回路などからなる整流化直流電源などにより構成することができる。なお、平滑コンデンサＣ１は、後述する昇圧チョッパ回路ＢＵＴの帰還電圧により充電される。
【００３５】
（インバータ主回路ＩＮＶ）    インバータ主回路ＩＮＶは、中性点形降圧インバータ回路を構成しており、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。そして、交流入力端ｊ１、ｊ２には、後述するチョッパ回路ＢＵＣのインダクタＬ１を直列に介して低周波交流電源ＡＣが接続している。
【００３６】
また、インバータ主回路ＩＮＶは、駆動信号発生回路ＤＣを備えている。そして、一対のスイッチィング素子Ｑ１、Ｑ２が駆動信号発生回路ＤＣから発生する駆動信号を供給されて高周波でスイッチングを行う。
【００３７】
（昇圧チョッパ回路ＢＵＣ）    昇圧チョッパ回路ＢＵＣ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、高周波インバータＨＦＩ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。帰還回路ＦＢＣは、２つの整流素子Ｄ３、Ｄ４からなり、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に逆並列接続している。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が図示のようにＭＯＳＦＥＴからなる場合、ＭＯＳＦＥＴのドレイン・ソース間に等価的に逆並列接続する寄生ダイオードを用いることができるが、別に用意した整流素子を接続することができる。
【００３８】
（平滑コンデンサＣ１）    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ｊ３、ｊ４間に接続している。
【００３９】
（制御手段ＣＣ）    制御手段ＣＣは、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の交互スイッチングにおけるＰＷＭ制御信号を発生する回路手段であり、例えばスイッチング素子Ｑ１に対する駆動信号が５０％未満のオンデューティになり、またスイッチング素子Ｑ２に対する駆動信号が５０％以上のオンデューティになるように制御するように構成されている。加えて、制御手段ＣＣは、これを上記の条件を満足しながら、電源電圧の変動に応じて駆動信号のオンデューティを負帰還的にＰＷＭ制御するように構成することにより、電源電圧変動に対する高周波交流電圧の変動率を低減させることができる。
【００４０】
（負荷回路ＬＣ）    負荷回路ＬＣは、直流カットコンデンサＣ２および共振回路ＲＣを直列接続して備え、さらにスイッチング素子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。直流カットコンデンサＣ２は、その一端がスイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続点に接続し、他端が共振回路ＲＣに接続している。共振回路ＲＣは、共振インダクタＬ２および共振コンデンサＣ３の直列回路からなる。
【００４１】
＜冷陰極形放電ランプＤＬ＞    冷陰極形放電ランプＤＬは、負荷回路ＬＣの共振コンデンサＣ３に並列接続している。また、冷陰極形放電ランプＤＬは、図２に示すように、透光性気密容器ＬＳＥ、導入線ＬＷ、一対の冷陰極形電極ＣＥ、ＣＥおよび蛍光体層Ｆを備えている。
【００４２】
透光性気密容器ＬＳＥは、長くて両端が気密に封止されたガラスバルブからなり、内部に放電媒体として少量の水銀および希ガスが封入されている。
【００４３】
導入線ＬＷは、透光性気密容器ＬＳＥの両端を貫通して封着されている。
【００４４】
一対の冷陰極形電極ＣＥ、ＣＥは、Ｎｉの円筒および電子放射性物質などからなる。
【００４５】
蛍光体層Ｆは、例えば３波長発光形蛍光体を主成分として構成されていて、透光性気密容器ＬＳＥの内面側に膜状に形成されている。
【００４６】
＜回路動作＞    次に、本実施の形態における回路動作について説明する。低周波交流電源ＡＣを投入すると、高周波インバータＨＦＩは、インバータ主回路ＩＮＶ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→インバータ主回路ＩＮＶの整流素子Ｄ１→スイッチング素子Ｑ１→昇圧チョッパ回路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Ｌ１に電磁エネルギーが蓄積される。
【００４７】
上記に続いてスイッチング素子Ｑ１がオフすると、昇圧チョッパ回路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Ｌ１→整流素子Ｄ１→平滑コンデンサＣ１→帰還回路ＦＢＣの整流素子Ｄ４→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。
【００４８】
以上の回路動作において、昇圧チョッパ回路ＢＵＣが動作するので、平滑コンデンサＣ１の充電電圧は、オンデューティに比例的に依存するものの昇圧されてインダクタＬ１の電圧降下より高くなる。
【００４９】
一方、平滑コンデンサＣ１の充電電荷は、以下に説明するように放電する。そして、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２および負荷回路ＬＣは、ハーフブリッジ形インバータとして動作して放電ランプＤＬを高周波点灯する。すなわち、スイッチング素子Ｑ１がオンすると、平滑コンデンサＣ１→スイッチング素子Ｑ１→負荷回路ＬＣの共振インダクタＬ２→共振コンデンサＣ２→平滑コンデンサＣ１の閉回路を平滑コンデンサＣ１の電荷が放電して電流が流れ、共振インダクタＬ２に電磁エネルギーが蓄積されるとともに、共振コンデンサＣ３が充電される。
【００５０】
次に、スイッチング素子Ｑ１がオフすると、共振インダクタＬ２に逆起電力が生じて、共振インダクタＬ２→共振コンデンサＣ３→帰還回路ＦＢＣの整流素子Ｄ４→直流カットコンデンサＣ２→共振インダクタＬ２の閉回路を電流が流れて共振インダクタＬ２蓄積された電磁エネルギーが放出され、共振コンデンサＣ３に引き続いて充電が行われる。
【００５１】
続いてスイッチング素子Ｑ２がオンすると、共振コンデンサＣ３に蓄積されていた電荷が放電されて共振コンデンサＣ３→共振インダクタＬ２→スイッチング素子Ｑ２→共振コンデンサＣ３の閉回路を電流が流れる。
【００５２】
以上の回路動作によって負荷回路ＬＣの共振回路ＲＣにおける共振コンデンサＣ３の両端間には共振により高い電圧が現れるので、この電圧がそこに並列接続している放電ランプＤＬに印加されるので、放電ランプＤＬは始動して、その後高周波点灯する。
【００５３】
次に、低周波交流電源ＡＣの低周波交流電圧の極性が反転してインバータ主回路ＩＮＶの整流素子Ｄ２に対して順方向になる極性になり、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Ｑ２がオン時に低周波交流電源ＡＣ→昇圧チョッパ回路ＢＵＣのインダクタＬ１→スイッチング素子Ｑ２→整流素子Ｄ２→低周波交流電源ＡＣの閉回路を電流が流れ、インダクタＬ１に電磁エネルギーが蓄積される。
【００５４】
上記に続いてスイッチング素子Ｑ２がオフすると、昇圧チョッパ回路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Ｌ１→帰還回路ＦＢＣの整流素子Ｄ３→平滑コンデンサＣ１→インバータ主回路ＩＮＶの整流素子Ｄ２→低周波交流電源ＡＣ→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。
【００５５】
以上の回路動作において、昇圧チョッパ回路ＢＵＣが動作するので、平滑コンデンサＣ１の充電電圧は、オンデューティに比例的に依存するものの昇圧されてインダクタＬ１の電圧降下より高くなる。
【００５６】
一方、平滑コンデンサＣ１の充電電荷は、前述と同様に放電する。
【００５７】
ところで、以上説明した回路動作において、高周波インバータＨＦＩの一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、そのスイッチングが駆動信号発生回路ＤＣから供給される駆動信号により制御される。また、駆動信号発生回路ＤＣは、制御手段ＣＣにより例えばスイッチング素子Ｑ１の駆動信号が５０％未満のＰＷＭ制御を、スイッチング素子Ｑ２が５０％以上のＰＷＭ制御を、それぞれ行うように位相が制御されている。
【００５８】
その結果、図３に示すように、高周波インバータＨＦＩから出力されて冷陰極形放電ランプに印加される高周波交流電圧の正側における半波ＶＰと負側における半波ＶＮのそれぞれの波高値が非対称になる。また、正側における半波ＶＰの時間幅ｔＰが大きくなるが、負側における半波ＶＮの時間幅ｔＮが小さくなる。したがって、高周波交流電圧の負側における半波ＶＮのときに流れる電流を大きくすることができ、そのためにカタホリシス現象の発生を効果的に抑制することができる。
【００５９】
以下、図４および図５を参照して本発明におけるその他の実施の形態について説明する。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。
【００６０】
図４は、本発明の放電ランプ点灯装置における第２の実施の形態を示す回路図である。本実施の形態は、高周波インバータＨＦＩのインバータ主回路ＩＮＶがハーフブリッジ形インバータである点で図１と異なる。すなわち、高周波インバータＨＦＩのインバータ主回路ＩＮＶは、インバータ主回路ＩＮＶは、ハーフブリッジ形インバータ回路を構成しており、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路、平滑コンデンサＣ１および駆動回路ＤＣを含んでいる。一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路は、その両端が平滑コンデンサＣ１に並列接続している。また、スイッチング素子Ｑ２の両端間に直流電源ＤＣが昇圧チョッパ回路ＢＵＣのインダクタＬ１を介して順方向に並列接続している。
【００６１】
昇圧チョッパ回路ＢＵＣは、インダクタＬ１、スイッチング素子Ｑ２および整流素子Ｄ３からなる帰還回路ＦＢＣにより構成されている。
【００６２】
負荷回路ＬＣは、共振コンデンサＣ３の両端に１次巻線が並列接続した絶縁形出力トランスＯＴを備えている。そして、冷陰極形放電ランプＤＬは、絶縁形出力トランスＯＴの２次巻線間に接続している。なお、冷陰極形放電ランプＤＬの図示の一端が接地されている。
【００６３】
次に、回路動作について説明する。直流電源ＤＣを投入すると、スイッチング素子Ｑ２がオンしたときに、直流電源ＤＣの正極→インダクタＬ１→直流電源ＤＣの負極の閉回路内を電流が流れ、インダクタＬ１はその内部に電磁エネルギーが蓄積される。スイッチング素子Ｑ２がオフすると、インダクタＬ１に蓄積された電磁エネルギーがインダクタＬ１→整流素子Ｄ３→平滑コンデンサＣ１→直流電源ＤＣの負極→インダクタＬ１の閉回路内を電流が流れ、平滑コンデンサＣ１は充電される。
【００６４】
次に、スイッチング素子Ｑ１がオンすると、平滑コンデンサＣ１→スイッチング素子Ｑ１→直流カットコンデンサＣ２→共振回路ＲＣの共振インダクタＬ２→絶縁形出力トランスＯＴ→共振コンデンサＣ３→絶縁形出力トランスＯＴ→平滑コンデンサＣ１の閉回路内を平滑コンデンサＣ１の充電電荷が放電して電流が流れ、共振インダクタＬ２に電磁エネルギーが蓄積されるとともに、共振回路ＲＣの共振コンデンサＣ３が充電される。次にスイッチング素子Ｑ１がオフすると、共振インダクタＬ２の両端に逆起電力が発生して、共振インダクタＬ２→絶縁形出力トランスＯＴ→共振コンデンサＣ３→整流素子Ｄ４→直流カットコンデンサＣ２→共振インダクタＬ２の閉回路内を電流が流れて、共振コンデンサＣ３が充電される。続いてスイッチング素子Ｑ２がオンすると、共振コンデンサＣ３→絶縁形出力トランスＯＴ→共振インダクタＬ２→直流カットコンデンサＣ２→スイッチング素子Ｑ２→絶縁形出力トランスＯＴ→コンデンサＣ３の閉回路内をコンデンサＣ３の蓄積電荷が放電する。
【００６５】
負荷回路ＬＣにおいて絶縁形出力トランスＯＴの２次巻線に並列接続している放電ランプＤＬは、共振コンデンサＣ３の両端間に現れる共振電圧が印加されて始動し、点灯する。
【００６６】
図５は、本発明の放電ランプ点灯装置における第３の実施の形態を示す回路図である。本実施の形態は、直流電源ＤＣの極性が反対である点で図５と異なる。すなわち、直流電源ＤＣは、その正極が整流素子Ｄ５を順方向に介してスイッチング素子Ｑ１および平滑コンデンサＣ１の正極に接続し、負極が昇圧チョッパ回路ＢＵＣのインダクタＬ１を介して一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点に接続している。
【００６７】
昇圧チョッパ回路ＢＵＣは、帰還回路ＦＢＣが図示の回路上の位置に接続した整流素子Ｄ４により構成されている。
【００６８】
次に、回路動作について説明する。直流電源ＤＣを投入すると、スイッチング素子Ｑ１がオンしたときに、直流電源ＤＣの正極→整流素子Ｄ５→スイッチング素子Ｑ１→インダクタＬ１→直流電源ＤＣの負極の閉回路内を電流が流れ、インダクタＬ１はその内部に電磁エネルギーが蓄積される。スイッチング素子Ｑ１がオフすると、インダクタＬ１に蓄積された電磁エネルギーがインダクタＬ１→直流電源ＤＣ→整流素子Ｄ５→平滑コンデンサＣ１→整流素子Ｄ４→インダクタＬ１の閉回路内を電流が流れ、平滑コンデンサＣ１は充電される。
【００６９】
平滑コンデンサＣ１の充電電荷の放電による一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の交互スイッチングによるハーフブリッジ形インバータとしての動作およびその結果としての放電ランプＤＬの始動、点灯については図４の実施の形態におけるのと同様である。
【００７０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、交互にスイッチングする一対のスイッチング素子を含んで構成されたインバータ主回路における一対のスイッチング素子の両方またはいずれか一方、インダクタおよび帰還回路を含む昇圧チョッパ回路、負荷回路、および一方のスイッチング素子のスイッチングにおけるオンデューティを５０％未満とし、他方のスイッチング素子のスイッチングにおけるオンデューティを５０％以上とする制御手段を備えた高周波インバータと、冷陰極形放電ランプとを具備していることにより、カタホリシス現象の発生を効果的に抑制して冷陰極形電極放電ランプを点灯できるとともに回路構成が比較的簡単な放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【００７１】
請求項２の発明によれば、負荷回路が２次巻線の一端が接地された絶縁形出力トランスを備えているとともに、出力する高周波交流電圧の負側における半波の波高値が正側のそれより高くなっており、冷陰極形放電ランプが絶縁形出力トランスの２次巻線の両端間に接続していることにより、実際的な構成の放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放電ランプ点灯装置における第１の実施の形態を示し、図１は装置全体を示す回路図
【図２】同じく冷陰極形放電ランプを示す縦断面図
【図３】同じく、図３は冷陰極形放電ランプに印加される高周波交流電圧を示す波形図
【図４】本発明の放電ランプ点灯装置における第２の実施の形態を示す回路図
【図５】本発明の放電ランプ点灯装置における第３の実施の形態を示す回路図
【符号の説明】
ＢＵＣ…昇圧チョッパ回路、Ｃ１…平滑コンデンサ、Ｃ２…直流カットコンデンサ、Ｃ３…共振コンデンサ、ＣＣ…制御手段、Ｄ３、Ｄ４……整流素子、ＤＬ…放電ランプ、ＦＢＣ…帰還回路、ＨＦＩ…高周波インバータ、ＩＮＶ…インバータ主回路、Ｌ１…インダクタ、Ｌ２…共振インダクタ、ＬＣ…負荷回路、Ｑ１、Ｑ２…スイッチング素子、ＲＣ…共振回路
【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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