(57)【要約】【課題】インバータ回路２の動作周波数を変化させることによって負荷Ｌａに供給する電力を制御できる電源装置において、負荷の異常時に装置に過大なストレスが発生する恐れがある状態を確実に検出することによって装置を保護して信頼性を高めるとともに、負荷が正常な場合は検出回路の誤判定がなく、負荷の幅広い出力制御を可能とする。【解決手段】制御回路４がインバータ回路２のスイッチング素子をオンさせた時点から所定の遅れ時間後に共振電流検出回路５が検出した共振電流の極性によって共振回路３の異常を検出し、共振電流の異常時にはインバータ回路２の出力を制限する異常検出回路４３と、スイッチング素子の動作周波数が所定の範囲内である時には異常検出回路４３の動作を停止させる動作周波数判定回路４６を設けた。【選択図】図１
2005071841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を出力する直流電源と、
前記直流電源に接続され、少なくとも１つのスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子がオン・オフを繰り返すことにより、前記直流電源が出力する直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路に接続され、前記インバータ回路から供給される高周波電力を負荷へと供給する、少なくとも１つのインダクタと、少なくとも１つのコンデンサからなる共振回路と、
前記スイッチング素子のオン・オフの時間を変化させることにより、負荷に供給する電力を制御する制御回路と、
前記共振回路を流れる共振電流を検出する共振電流検出回路と、
前記制御回路が前記インバータ回路のスイッチング素子をオンさせた時点から所定の遅れ時間後に前記共振電流検出回路が検出した共振電流の極性によって前記共振回路の異常を検出し、共振電流の異常時には前記インバータ回路の出力を制限することによって電源装置を保護する異常検出回路を有し、前記制御回路は前記スイッチング素子をオン・オフさせる動作周波数が所定の範囲内である時には異常検出回路の動作を停止することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記制御回路が前記異常検出回路の動作を停止させる動作周波数は、前記共振回路の無負荷時の固有振動周波数よりも高い周波数であることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
直流電圧を出力する直流電源と、
前記直流電源に接続され、少なくとも１つのスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子がオン・オフを繰り返すことにより、前記直流電源が出力する直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路に接続され、前記インバータ回路から供給される高周波電力を負荷へと供給する、少なくとも１つのインダクタと、少なくとも１つのコンデンサからなる共振回路と、
前記スイッチング素子のオン・オフの時間を変化させることにより、負荷に供給する電力を制御する制御回路と、
前記共振回路を流れる共振電流を検出する共振電流検出回路と、
前記制御回路が前記インバータ回路のスイッチング素子をオンさせた時点から所定の遅れ時間後に前記共振電流検出回路が検出した共振電流を所定の基準値と比較することによって前記共振回路の異常を検出し、共振電流の異常時には前記インバータ回路の出力を制限することによって電源装置を保護する異常検出回路を有し、前記共振電流検出回路は共振電流が所定の値以下である時には異常検出回路の動作を停止することを特徴とする電源装置。
【請求項４】
前記共振電流検出回路は前記スイッチング素子がオンしてから所定の時間後の共振電流を所定の基準値と比較する共振電流判定回路を有し、共振電流が所定の基準値以下であるときには前記異常検出回路の動作を停止させることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
【請求項５】
前記共振電流検出回路は共振電流のピーク値を所定の基準値と比較する共振電流判定回路を有し、共振電流のピーク値が所定の基準値以下であるときには前記異常検出回路の動作を停止させることを特徴とする請求項３に記載の電源装置。
【請求項６】
前記共振電流判定回路の基準値は、前記異常検出回路の基準値と同一であることを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧を高周波電圧に変換して負荷に供給する電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１３に従来の電源装置の構成例を示す。この電源装置は、インバータ回路を構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を例えば周波数約５０ＫＨｚの高周波で交互にオン・オフするようにスイッチングすることにより、商用電源ＡＣを整流回路１により整流平滑して得られる直流電圧を高周波電圧に変換する。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は逆並列に接続した寄生ダイオードを有するＦＥＴ素子であり、高圧側のスイッチング素子Ｑ１のドレインを整流回路１の高圧側出力に接続し、低圧側のスイッチング素子Ｑ２のドレインを高圧側のスイッチング素子Ｑ１のソースに接続して、電流検出用抵抗Ｒ１の一端を低圧側のスイッチング素子Ｑ２のソースに接続し、他端を整流回路１の低圧側出力に接続している。
【０００３】
インバータ回路より出力される高周波電圧は、直流成分カット用のコンデンサＣ１を介して、チョークコイルＬ１とコンデンサＣ２によって構成される共振回路に供給され、コンデンサＣ２の両端に得られる共振電圧が放電ランプＬａに供給される。コンデンサＣ１の容量は、通常、共振回路のコンデンサＣ２の容量に対して比較的大きな値（Ｃ２≪Ｃ１）となるように設定されるため、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチングすることにより得られる矩形波電圧の直流成分がコンデンサＣ１に印加され、共振回路および放電ランプＬａには直流成分がカットされた高周波電圧が印加される。
【０００４】
制御回路４はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作周波数を制御し、さらに抵抗Ｒ１よりスイッチング素子Ｑ２のスイッチング電流を検出し、負荷の異常時にはインバータ回路の動作を停止させる。
【０００５】
ここで、負荷の等価抵抗をＲ、チョークコイルＬ１のインダクタンスをＬ、コンデンサＣ２の容量をＣとすると、インバータ回路から見た共振回路のインピーダンスＺは次式で表される。
Ｚ＝Ｒ／｛１＋（ωＣＲ）2 ｝＋ｊωＬ−ｊωＣＲ2 ／｛１＋（ωＣＲ）2 ｝  …式１
【０００６】
従って、この回路の固有振動周波数をｆ１とすると、ｆ１は次式で表され、インバータ回路の動作周波数がｆ１よりも小さい時は共振回路に入力される共振電流は進相となり、インバータ回路の動作周波数がｆ１より大きい時は共振電流は遅相となる。
ｆ１＝（１／２π）｛１／ＬＣ−１／（ＣＲ）2 ｝1/2   …式２
【０００７】
共振電流が進相の場合のスイッチング素子Ｑ２の電流波形は図１６（ｃ）に示すような波形となり、遅相の場合には図１６（ｂ）に示すような波形となる。遅相の場合には、一方のスイッチング素子の寄生ダイオードを介して回生電流が流れている間に、そのスイッチング素子をオンさせるため、ターンオン時のロスが発生しない。しかし、進相の場合には、一方のスイッチング素子の寄生ダイオードに電流が流れている間に、もう一方のスイッチング素子をオンさせるため、ターンオン時にダイオードの逆回復特性によってスイッチング波形に急峻なｄｉ／ｄｔ波形が発生し、スイッチング素子に過大なストレスを与えることになる。
【０００８】
次に、負荷が取り外された場合のインバータ回路の動作について述べる。負荷が取り外されて無負荷になると、負荷の等価抵抗が無限大になるため、共振回路の固有振動周波数ｆ０はチョークコイルＬ１のインダクタンスＬと、共振コンデンサＣ２の容量のみで決定され、次式のように表される。
ｆ０＝１／２π（ＬＣ）1/2   …式３
【０００９】
無負荷時にインバータ回路の動作周波数がｆ０と一致すると、共振回路のインピーダンスが０になって、理論上は無限大の共振電流が流れることになる。
【００１０】
図１５はこれら正常負荷時と無負荷時の共振電流の周波数特性を示したものである。共振電流は正常負荷時と無負荷時で周波数がそれぞれｆ１とｆ０の時に最大となり、式２と式３より、ｆ１＜ｆ０の関係が成立する。
【００１１】
図１２より明らかなように、動作周波数をｆ０よりも大きくすれば、負荷の有無に関わらずインバータ回路を常に遅相で動作させることができる。しかし、この場合、インバータ回路の動作周波数と正常負荷時の固有振動周波数ｆ１との差が大きくなり、無効電流が増えて回路効率が悪くなるという課題がある。したがって、正常負荷時の動作周波数ｆｉｎｖ１は、ｆ１＜ｆｉｎｖ１＜ｆ０の関係に設定するのが一般的である。このとき、正常負荷でインバータ回路を動作中に突然負荷が取り外されて無負荷状態になると、インバータ回路の動作点は図１２のＡ点からＢ点へと移行することになる。つまり、正常負荷時には共振電流が遅相で流れていたものが、負荷が外されると同時に進相で流れ始めることにより、スイッチング素子に過大なストレスが印加されることになる。
【００１２】
よって、従来より、共振電流が進相になった場合にはインバータ回路の出力を抑制、もしくは停止させることによって電源装置を保護する手段が提案されている。特願２００２−０１８８２４号では、正常負荷時においてスイッチング素子の寄生ダイオードを流れる回生電流が終了した時点から、スイッチング素子がターンオフされるまでの期間のスイッチング電流の極性によって進相電流を検出する方法が提案されている。以下にこの保護手段の動作を含めた図１４の制御回路の詳細な動作を説明する。なお、図１４の制御回路の端子ａ〜ｄは図１３の主回路の端子ａ〜ｄとそれぞれ接続されている。
【００１３】
制御回路４は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン時間を決定する発振回路４１と、発振回路４１の出力に応じてスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を駆動制御する駆動回路４２と、無負荷状態や負荷の異常等の異常を判定して異常信号を出力する異常検出回路４３と、異常検出回路４３が異常信号を出力すると駆動回路４２に発振停止信号を出力してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングを停止させる発振停止回路４４とから構成される。
【００１４】
これらの動作を図１７のタイムチャートにより詳細に説明する。共振回路に流れる共振電流は、スイッチング素子Ｑ２を流れるスイッチング電流が、スイッチング素子Ｑ２と直列に接続された抵抗Ｒ１によって電圧に変換されることによって検出することができる。異常検出回路４３では、抵抗Ｒ１の両端電圧（スイッチング素子Ｑ２を流れる電流波形）をコンパレータＣＯＭＰ１によって所定の基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較し、その出力がフリップフロップ（例えば、東芝製ＴＣ４０１３ＢＰ等）ＩＣ２のデータ端子Ｄに入力されている。フリップフロップＩＣ２のクロック端子ＣＬＫには発振回路４１の出力が論理反転素子ＩＣ１を介して入力されており、発振回路４１の出力が“Ｈ”から“Ｌ”に切り替わった時のコンパレータＣＯＭＰ１の出力を保持しておくことができる。発振回路４１の出力から駆動回路４２の入力には遅延回路４５が挿入されており、スイッチング素子Ｑ２の駆動信号は発振回路４１の出力より所定時間遅れて出力される。この遅れ時間はスイッチング素子Ｑ２のオン時間よりも充分短い時間に設定されているため、スイッチング素子Ｑ２がターンオフする所定時間前にフリップフロップＩＣ２にクロックパルスが入力され、スイッチング素子Ｑ２がターンオフする直前のコンパレータＣＯＭＰ１の出力が保持できる。図１７の正常負荷時の波形のように、共振電流が遅相のときはクロックのタイミングでコンパレータＣＯＭＰ１の出力は“Ｈ”であるから、フリップフロップＩＣ２の出力も“Ｈ”となり、図１７の無負荷時の波形のように、共振電流が進相であればクロックのタイミングでコンパレータＣＯＭＰ１の出力は“Ｌ”であるから、フリップフロップＩＣ２の出力も“Ｌ”となる。
【００１５】
フリップフロップＩＣ２の出力はカウンタＩＣ３のリセット端子Ｒに入力され、このカウンタＩＣ３のクロック端子ＣＬＫにも発振回路４１の反転出力が入力されている。つまり、カウンタＩＣ３はフリップフロップＩＣ２の出力が“Ｌ”となる回数をカウントしており、進相波形がスイッチング周期の何周期分継続されているかを判断する。図１７の例では、進相波形が４回連続した場合にカウンタＩＣ３の出力が“Ｈ”を出力するように設定した場合を示しており、カウンタＩＣ３を挿入することによって、進相の判定の信頼性を高めるようにしている。
【００１６】
カウンタＩＣ３の出力信号は発振停止回路４４の論理反転素子ＩＣ４を介してＡＮＤ素子ＩＣ５の一端に入力されている。ＡＮＤ素子ＩＣ５のもう一端には遅延回路４５の出力が入力されている。よって、共振電流が遅相で動作しているときには異常検出回路４３から発振停止回路４４には“Ｈ”信号が入力されるため、遅延回路４５の出力をそのまま駆動回路４２に入力することができるが、共振電流が進相となって異常検出回路４３の出力が“Ｌ”になると、発振停止回路４４の出力は常に“Ｌ”となって、発振回路４１の出力が駆動回路４２に伝達されなくなり、インバータ回路の発振を停止させることができる。
【００１７】
このように、異常の検出領域を、正常時にスイッチング素子Ｑ２がオンした直後に発生する回生電流が終了した時点から、スイッチング素子Ｑ２の駆動がオフとなる時点までの期間として、スイッチング素子Ｑ２を流れる電流の正・負を判別して異常検出を行うことによって、異常時の進相動作を検出することができ、この検出に応じてインバータ回路の動作を停止させることができる。
【００１８】
一方、インバータ回路の動作周波数を変化させることによって負荷に供給される電力を制御する電源装置も提案されている。例えば、図１３に示す電源装置において、インバータ回路の動作周波数を大きくした場合、共振回路のインピーダンスが大きくなることにより負荷に供給される電流が少なくなり、負荷で消費される電力を制御することができる。放電ランプを負荷とする電源装置においては、動作周波数を変化させて負荷に供給される電力を変化させることによって、ランプを調光させることができる。
【００１９】
なお、特許文献１には、発振周波数が共振周波数よりも低くなったときに保護動作を行う構成が提案されている。
【特許文献１】特開２００１−２４４０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上述のように、動作周波数を変化させて負荷の消費電力を制御する電源装置において、図１４のような共振電流によって負荷の異常を検出する異常検出回路４３を設けた場合、以下のような不具合が生じる恐れがある。
【００２１】
図１５に示す共振電流の周波数特性より分かるように、負荷を接続した状態で動作周波数を大きくし、正常負荷時の固有振動周波数ｆ１との差が大きくなると、共振回路のインピーダンスが大きくなることによって、共振電流が少なくなる。よって、負荷の消費電力を少なくするほど共振電流のピーク値も小さくなるため、図１８の抵抗Ｒ１の両端電圧波形で示すように、共振電流の位相は遅相で動作しているにも関わらず、そのピーク値が異常検出回路４３のしきい値に達しないために、共振電流が進相であると誤って判定し、インバータ回路の発振を停止させてしまう。
【００２２】
さらに、負荷が放電灯のようにランプ電流を減少させるほどランプ電圧が大きくなる負特性のインピーダンスを有している場合には、負荷のインピーダンスが大きくなることにより、負荷時の固有振動周波数ｆ１も大きくなり、無負荷時の固有振動周波数ｆ０に近づく。しかし、ｆ１はｆ０よりも大きくなることはないため、インバータ回路の動作周波数をｆ０よりも大きくし、放電ランプをさらに深い調光レベルにまで制御して消費電力を低減させる場合には上記の場合と同様に異常検出回路の誤判定が起こり得る。
【００２３】
しかしながら、インバータ回路の動作周波数を無負荷時の固有振動周波数ｆ０よりも比較的大きくすると、負荷が取り外された状態であっても、共振回路のインピーダンスが大きくなっているため、電気的なストレスも大幅に低減されている。また、ｆ０よりも大きな動作周波数でインバータ回路を動作させているため、共振電流が進相になることがなく、スイッチング素子に過大なｄｉ／ｄｔストレスが加わることもない。
【００２４】
つまり、以上のことを整理すると、インバータ回路の動作周波数がｆ０よりも小さい場合には負荷の状態によってスイッチング素子に過大なｄｉ／ｄｔストレスが印加されたり、共振回路の各素子に加わる電気的なストレスが大きくなる可能性があるため、従来例のような共振電流による異常検出回路は必要である。しかし、動作周波数がｆ０よりも大きい場合には、負荷の状態如何に関わらず共振電流が進相になることはないため、この異常検出回路は必要なく、動作周波数がｆ０よりも比較的大きい時には、かえって誤判定する恐れがある。
【００２５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インバータ回路の動作周波数を変化させることによって負荷に供給する電力を制御することのできる電源装置において、負荷の異常時に装置に過大なストレスが発生する恐れがある状態を確実に検出することによって装置を保護して信頼性を高めるとともに、負荷が正常な場合は検出回路の誤判定がなく、負荷の幅広い出力制御を可能とした電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
請求項１の発明によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電圧を出力する直流電源（整流回路１）と、前記直流電源に接続され、少なくとも１つのスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子がオン・オフを繰り返すことにより、前記直流電源が出力する直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路２と、前記インバータ回路２に接続され、前記インバータ回路２から供給される高周波電力を負荷Ｌａへと供給する、少なくとも１つのインダクタＬ１と、少なくとも１つのコンデンサＣ２からなる共振回路３と、前記スイッチング素子のオン・オフの時間を変化させることにより、負荷Ｌａに供給する電力を制御する制御回路４と、前記共振回路３を流れる共振電流を検出する共振電流検出回路５と、前記制御回路４が前記インバータ回路２のスイッチング素子をオンさせた時点から所定の遅れ時間後に前記共振電流検出回路５が検出した共振電流の極性によって前記共振回路３の異常を検出し、共振電流の異常時には前記インバータ回路２の出力を制限することによって電源装置を保護する異常検出回路４３を有し、前記制御回路４は前記スイッチング素子をオン・オフさせる動作周波数が所定の範囲内である時には異常検出回路４３の動作を停止することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１の発明によれば、負荷の消費電力を可変制御可能な電源装置において、インバータ回路の動作周波数が所定の範囲内では異常検出回路の動作を禁止することによって、共振電流の誤判定を防止することができる。
請求項２の発明によれば、共振回路の無負荷時の固有振動周波数よりも高い周波数では異常検出回路の動作を停止させるようにしたので、電流が進相である場合には装置を保護し、かつ、遅相である場合には異常検出の誤りのない信頼性の高い電源装置を提供することができる。
請求項３の発明によれば、負荷の消費電力を可変制御可能な電源装置において、共振電流の電流値を判定できる手段を設け、所定の電流値以下のときには異常検出回路の動作を停止させるようにしたので、共振電流の誤判定を防止することができる。
【００２８】
請求項４の発明によれば、共振電流判定手段の動作するタイミングをスイッチング素子がオンしてから一定時間後に設定することで、共振電流の位相の判定をより確実に行うことができる。
請求項５の発明によれば、共振電流のピーク値が共振電流判定手段の基準値を超えた場合のみ異常検出回路を動作させることにより、共振電流の位相の判定をより確実に行うことができる。
請求項６の発明によれば、共振電流判定回路の基準値と異常検出回路の基準値を同一とすることにより回路構成の簡略化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１に本発明の基本構成を示す。本発明では、従来例（図１４）において、発振回路４１の発振周波数を出力制御信号４０に応じて変化できるようにし、さらに動作周波数判定回路４６を設け、動作周波数が所定の範囲内である場合には異常検出回路４３の出力を禁止することを特徴としている。
【００３０】
例えば、出力制御信号として、１〜１０Ｖの間の直流電圧を連続的に可変とする信号を用いて、この電圧が小さくなるほど制御回路４がインバータ回路２の動作周波数を高くして、負荷Ｌａに供給される電力を小さくするようにインバータ回路２を制御する。出力制御信号が１０Ｖの時の動作周波数ｆｉｎｖ１がｆ１＜ｆｉｎｖ１＜ｆ０の関係を満足するように設定し、出力制御信号が１Ｖの時の動作周波数ｆｉｎｖ２がｆｉｎｖ２＞ｆ０となるところまで制御できるように設定した場合、制御信号電圧を１０Ｖから徐々に下げていくとｆｉｎｖがｆ０と一致する電圧が存在する。この時の制御信号電圧をＶ１とする。
【００３１】
一方、動作周波数判定回路４６では出力制御信号が入力され、制御信号電圧がＶ１より小さいかどうか判定する。制御信号電圧がＶ１以下であれば、インバータ回路２の動作周波数がｆ０よりも高いと判定し、動作周波数判定回路４６は“Ｈ”信号を出力し、制御信号電圧がＶ１より大きければ、動作周波数判定回路４６は“Ｌ”信号を出力するように設定する。また、異常検出回路４３は従来例と同様に、共振電流が進相の時に“Ｈ”信号を出力するように設定する。発振停止回路４４では、まず、動作周波数判定回路４６と異常検出回路４３の出力信号がＮＡＮＤ素子ＩＣ６に入力され、その出力信号と発振回路４１の出力信号がＡＮＤ素子ＩＣ５に入力されている。このＡＮＤ素子ＩＣ５の出力が発振停止回路４４の出力として駆動回路４２に入力される。
【００３２】
このような構成にすると、出力制御信号電圧がＶ１よりも小さい場合には、動作周波数判定回路４６より“Ｌ”信号が出力されるため、異常検出回路４３の出力如何に関わらずＮＡＮＤ素子ＩＣ６の出力が“Ｈ”となり、発振回路４１からの出力信号がそのまま駆動回路４２に入力される。一方、出力制御信号電圧がＶ１以上の場合は動作周波数判定回路４６の出力は“Ｈ”となり、ＮＡＮＤ素子ＩＣ６の出力は異常検出回路４３の出力に応じて切り替わる。よって、共振電流が遅相であれば異常検出回路４３の出力は“Ｌ”、ＮＡＮＤ素子ＩＣ６の出力は“Ｈ”となるので、発振回路４１の出力はそのまま駆動回路４２に伝達され、共振電流が進相になるとＮＡＮＤ素子ＩＣ６の出力が“Ｌ”となり、駆動回路４２を停止させる。
【００３３】
したがって、インバータ回路２の動作周波数が共振回路３の無負荷時の固有振動周波数ｆ０よりも大きい時には異常検出回路４３の動作を禁止して誤検出を防止し、ｆ０よりも小さい時には異常検出回路４３を動作させて共振電流の位相を検出し、共振電流が進相の場合はインバータ回路２を停止させることにより、電源装置を保護することができる。
【実施例１】
【００３４】
図２に実施例１の制御回路の回路図を示す。主回路の構成については図１３と同様であり、図２の各端子ａ〜ｄは図１３の各端子ａ〜ｄとそれぞれ接続されている。図１の基本構成では出力制御信号の値によって異常検出回路４３の動作範囲を決定していたが、本実施例ではスイッチング素子Ｑ２のオン時間が所定の値を超えた場合は異常検出回路４３を動作させるように構成したことを特徴とする。
【００３５】
図２の回路の動作を図３及び図４のタイムチャートを用いて詳細に説明する。インバータ回路、共振回路、および負荷の構成は従来例と同様であるため、説明を省略する。発振回路４１は出力制御信号に応じてインバータ回路の動作周波数を決定する。この信号から動作周波数判定回路４６によって、まずスイッチング素子Ｑ２のオン時間を判定するための三角波信号を生成する。この回路は２つのカレントミラー回路Ａ，ＢとコンデンサＣ１１、およびコンパレータＣＯＭＰ２によって構成されており、カレントミラー回路Ａは抵抗Ｒ１１の抵抗値によって決まる電流をカレントミラー回路ＢとコンデンサＣ１１に供給し、カレントミラー回路Ｂは発振回路４１からの出力信号に応じて動作・不動作を切り替える。発振信号が“Ｈ”の時にはコンデンサＣ１１を定電流で充電し、“Ｌ”の時には定電流で放電することによって傾きが一定の三角波が生成される。この三角波の電圧をコンパレータＣＯＭＰ２によって基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較し、三角波の電圧が基準値Ｖｒｅｆ２を越える場合にコンパレータＣＯＭＰ２が“Ｈ”を出力するように設定されている。このコンパレータＣＯＭＰ２の出力と発振回路４１の出力をＮＡＮＤ素子ＩＣ８に入力し、その出力を異常検出回路４３のクロック信号として使用する。
【００３６】
スイッチング素子Ｑ２のオン時間が長い（動作周波数が低い）場合には周波数判定信号（三角波電圧）が基準電圧Ｖｒｅｆ２を超えるため、発振回路４２の立下り前後でコンパレータＣＯＭＰ２から“Ｈ”信号が出力され、従来例の場合と同様にターンオフの一定時間前に異常検出回路４３にクロック信号が入力される。
【００３７】
一方、動作周波数が高い場合にはスイッチング素子Ｑ２のオン時間が短くなり、三角波電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ２を超えなくなるため、動作周波数判定回路４６の出力が常時“Ｌ”となり、異常検出回路４３へのクロック信号が停止されることによって異常検出動作を停止する。
【００３８】
周波数判定信号のピーク電圧は動作周波数が高くオン時間が短くなるほど下がってくるため、基準電圧Ｖｒｅｆ２を動作周波数がｆ０に一致した時の三角波電圧のピーク値とほぼ同じ電圧となるように設定すると、動作周波数がｆ０を超えた時には異常検出回路４３の動作を停止させることができる。
【００３９】
その他、異常検出回路４３、発振停止回路４４の動作については従来例と同じであるため、重複する説明は省略する。
【実施例２】
【００４０】
図５に実施例２の制御回路の回路図を示す。主回路の構成については図１３と同様であり、図５の各端子ａ〜ｄは図１３の各端子ａ〜ｄとそれぞれ接続されている。図１および図２の回路では、インバータ回路２の動作周波数が所定の範囲内である時に異常検出回路４３の動作を停止させていたが、この実施例では、スイッチング素子Ｑ２がオンしてから一定時間後のスイッチング電流と、所定の基準値との比較を追加することによって、共振電流の位相判定の精度を高めたものである。
【００４１】
図５の回路の動作を図６及び図７のタイムチャートを用いて詳細に説明する。共振電流が遅相で流れている場合、スイッチング素子Ｑ２がターンオンした直後の共振電流は、動作周波数に関わらず寄生ダイオードを介してスイッチング素子Ｑ２を流れるため、スイッチング電流検出用の抵抗Ｒ１に発生する電圧の極性は必ず負となる。一方、共振電流が進相の場合には抵抗Ｒ１に発生する電圧の極性が正となるため、スイッチング素子Ｑ２がターンオンした直後の抵抗Ｒ１に発生する電圧の極性を判定し、かつ、従来例と同様にターンオフ直前の共振電流の極性を判定すれば、共振電流の位相をさらに正確に判定することができる。
【００４２】
ここでは、スイッチング素子Ｑ２の駆動信号に同期した三角波電圧を発生させ、その電圧をコンパレータＣＯＭＰ２により基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較することによって、スイッチング素子Ｑ２のターンオンから一定時間後のタイミング信号を生成している。このタイミング信号をクロック信号としてフリップフロップＩＣ９のクロック端子ＣＬＫに入力する。三角波の発生方法については、実施例１に示す方法と同様である。
【００４３】
フリップフロップＩＣ９のデータ入力端子ＤにはコンパレータＣＯＭＰ３の出力が接続されており、コンパレータＣＯＭＰ３の非反転入力端子には抵抗Ｒ１の電圧が入力されており、この電圧を反転入力端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆ３と比較している。共振電流が遅相の場合、フリップフロップＩＣ９のクロックが入力されるタイミングでコンパレータＣＯＭＰ３の出力は“Ｌ”となっているので、フリップフロップＩＣ９の出力も“Ｌ”となってカウンタＩＣ３がリセットされる。共振電流が進相の場合には、フリップフロップＩＣ９の出力が“Ｈ”となる。さらに、従来例と同様にスイッチング素子Ｑ２のターンオフ直前のタイミングのスイッチング電流の極性が負である場合、このタイミングでのフリップフロップＩＣ９の出力も“Ｈ”となるため、インバータ回路の動作周期ごとにカウンタＩＣ３がカウントアップしていき、４回連続して進相と判定した場合、異常検出回路４３の出力が“Ｈ”となって駆動回路４１への入力信号を“Ｌ”に固定し、インバータ回路の動作を停止させる。
【００４４】
このような回路構成であれば、インバータ回路２の動作周波数が大きく、スイッチング素子Ｑ２のターンオフ直前の抵抗Ｒ１の両端電圧が基準値Ｖｒｅｆ１に達していなくても、ターンオン後のスイッチング電流の極性が負であることから、フリップフロップＩＣ９によってカウンタＩＣ３がリセットされ続けるため、従来のような共振電流の位相の誤判定を防止することができる。
【００４５】
なお、本実施例では、ターンオン後とターンオフ直前のスイッチング電流の極性判定の基準値Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ３をそれぞれ別個に設けていたが、図８に示すように、同じ基準値にしても同様な効果が期待でき、コンパレータＣＯＭＰ３が削減できるため、より容易な回路構成で実現できる。
【実施例３】
【００４６】
本発明の実施例３制御回路の回路図を示す。主回路の構成については図１３と同様であり、図９の各端子ａ〜ｄは図１３の各端子ａ〜ｄとそれぞれ接続されている。実施例２ではターンオンから一定時間後のスイッチング電流の極性を判定しているが、ここでは、スイッチング電流のピーク電流を所定の基準値と比較し、共振電流のピーク値が所定の値以下である時には異常検出回路４３の動作を停止させることにより、共振電流の位相判定の誤りがないようにしている。実施例２ではターンオン後のタイミング信号を生成する回路が必要であったが、本実施例では電流のピーク値を比較するだけでよいため、タイミング信号を生成する回路が必要なく、構成をより容易にしている。
【００４７】
コンパレータＣＯＭＰ１の出力はフリップフロップＩＣ２に入力されると共に、フリップフロップＩＣ１１のクロック端子ＣＬＫにも入力されている。また、フリップフロップＩＣ１１のリセット端子Ｒは遅延回路４５の信号が入力され、データ入力端子Ｄは抵抗Ｒ１２を介して制御電源Ｖｃｃにプルアップされている。したがって、フリップフロップＩＣ１１の出力は、抵抗Ｒ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えてからスイッチング素子Ｑ２がオフされるまでの間“Ｈ”を出力し、抵抗Ｒ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１に達しない場合は常に“Ｌ”が出力される。フリップフロップＩＣ１１の出力は発振回路４２の出力と共にＮＡＮＤ素子ＩＣ８に入力され、その出力がフリップフロップＩＣ２のクロック端子ＣＬＫに入力されている。よって、フリップフロップＩＣ２のクロック信号は抵抗Ｒ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えた場合のみ、発振回路４１の立下りのタイミングで入力され、抵抗Ｒ１の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１に達しない場合はフリップフロップＩＣ２にクロック信号が入力されないため、異常検出回路４３の動作が停止される。
【００４８】
この回路構成によれば、インバータ回路２の動作周波数が大きく、共振電流が少ない時には、フリップフロップＩＣ２のクロック信号を停止して異常検出回路４３の動作を停止するため、他の実施例と同様の効果が期待できる。
【００４９】
本実施例では、抵抗Ｒ１のピーク値検出とターンオフ直前の極性判定の基準電圧を同一としているが、図１２に示すように、別個のコンパレータＣＯＭＰ３を設けてそれぞれ別の基準値を設定しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は商用電源を整流平滑した直流電圧をインバータ回路により高周波電圧に変換し共振回路を用いて放電灯を始動・点灯させる放電灯点灯装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の基本構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施例１の制御回路の回路図である。
【図３】本発明の実施例１の正常負荷時と異常負荷時の動作波形図である。
【図４】本発明の実施例１の出力可変時の動作波形図である。
【図５】本発明の実施例２の制御回路の回路図である。
【図６】本発明の実施例２の正常負荷時と異常負荷時の動作波形図である。
【図７】本発明の実施例２の出力可変時の動作波形図である。
【図８】本発明の実施例２の制御回路の一変形例を示す回路図である。
【図９】本発明の実施例３の制御回路の回路図である。
【図１０】本発明の実施例３の正常負荷時と異常負荷時の動作波形図である。
【図１１】本発明の実施例３の出力可変時の動作波形図である。
【図１２】本発明の実施例３の制御回路の一変形例を示す回路図である。
【図１３】従来例の主回路の回路図である。
【図１４】従来例の制御回路の回路図である。
【図１５】従来例の共振回路の周波数特性図である。
【図１６】従来例の共振回路の動作波形図である。
【図１７】従来例の正常負荷時と異常負荷時の動作波形図である。
【図１８】従来例の出力可変時の動作波形図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    整流回路
２    インバータ回路
３    共振回路
４    制御回路
５    共振電流検出回路
Ｌａ  負荷
４３  異常検出回路
４４  発振停止回路
４６  動作周波数判定回路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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