(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、この直流電源から供給される直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、このインバータ回路に接続されたチョークコイル、放電灯及び結合コンデンサよりなる放電灯負荷回路と、この放電灯負荷回路の入力側に設けられ、上記インバータ回路に設けられた副巻線で上記インバータ回路の２つのスイッチング素子を駆動する放電灯点灯装置において、
上記スイッチング素子の経路に設けられ、上記直流電源の電流の回路電流に対応する電圧を検出する電圧検出手段と、
この電圧検出手段で検出された電圧が予め定めた基準電圧と同一になるような駆動制御を、２つの上記スイッチング素子のうちいずれかに対して実施する制御回路と、
を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
電圧検出手段を、直流電源の低電位側のスイッチング素子と上記直流電源の負極間に接続したことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
電圧検出手段を、直流電源の高電位側のスイッチング素子と上記直流電源の正極間に接続したことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
放電灯と結合コンデンサの接続点からダイオードを介してそれぞれ直流電源の低電位側及び高電位側に接続したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
インバータ回路のスイッチング素子をｎチャネルＭＯＳＦＥＴ及びｐチャネルＭＯＳＦＥＴから構成し、副巻線を上記ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ及び上記ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ各々の共用のものとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータ回路からの高周波電力によって放電灯を点灯させる放電灯の点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に、従来の放電灯装置の回路図を示す。図において、１は商用電源から得られる直流電源、２及び３は、インバータ回路を構成するＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子、４は放電灯の電流を制限するためのチョークコイルであり、２つの副巻線ａｂ、ｃｄを有する。５は放電灯、６は放電灯に並列に接続されたコンデンサ、７は結合コンデンサ、１０及び１１は抵抗及びコンデンサからなるＭＯＳＦＥＴ  ２の起動回路、チョークコイル４の２つの副巻線はそれぞれ抵抗８及び９を介してＭＯＳＦＥＴ２及び３が交互にＯＮ，ＯＦＦするようそのゲートに接続する。
【０００３】
なお、商用電源から直流電源を得る場合の直流電源１の構成例を図６に示す。
図に示すように、１ａは商用電源、１ｂはダイオードブリッジ、１ｃは例えば昇圧コンバータ等から成る定電圧回路で定電圧化された後、平滑コンデンサ１ｄで平滑化され、直流電源として負荷回路に出力されるように構成される。
以下、この図５に示した従来例の放電灯の動作を説明する。
図において、直流電源１が投入されると、抵抗１０及びコンデンサ１１からの起動電流によってＭＯＳＦＥＴ２，３は交互に高周波数で駆動され放電灯５は点灯に至る。
【０００４】
しかし、上図の回路では、放電灯５の周囲動作温度、経年変化、製造ロットのバラツキ、チョークコイル４、コンデンサ６，７等の回路部品のバラツキにより出力電力が影響を受け放電灯５の出力電力が変化する問題点があった。
【０００５】
また、図７に従来の別の放電灯装置の回路図を示す。図において、図５及び図６と同一または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。１３は変流器などで構成される放電灯５の電流検出回路、１２は内部に電圧制御発振器（以下ＶＣＯと呼ぶ）などの発振周波数を可変に制御する回路を内蔵し、放電灯電流検出回路１３を入力として、常に放電灯５の検出電流を一定にするようＭＯＳＦＥＴ２及びＭＯＳＦＥＴ３からなるインバータ回路を他励駆動するインバータ制御回路であり、放電灯５の周囲動作温度、経年変化、製造ロットのバラツキ、チョークコイル４、コンデンサ６，７等の回路部品のバラツキなどの影響を受けずに一定の放電灯電流で点灯できるものである。
【０００６】
しかし、上図の回路ではＶＣＯを内蔵した高価で複雑な制御回路が必要である問題点があった。
また、図５，７に示した従来の放電灯装置では、放電灯５の寿命末期時に放電灯５に過大な電力が消費される問題があった。
【０００７】
この発明は、従来装置の上記の問題点を解決するためになされたもので、この発明の第１の目的は、放電灯の周囲動作温度、経年変化、製造ロットのバラツキ、チョークコイル、コンデンサ等の回路部品のバラツキにより出力電力が影響を受けない放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
また、この発明の第２の目的は、ＶＣＯなどの高価で複雑な制御回路を必要とせず安価で簡単な構成でチョークコイル、コンデンサ等の回路部品のバラツキにより出力電力が影響を受けない放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
また、この発明の第３の目的は、放電灯の寿命末期時に放電灯に過大な電力が消費されるのを抑制するとともに安価で簡単な構成でチョークコイル、コンデンサ等の回路部品のバラツキにより出力電力が影響を受けない放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る放電灯点灯装置は、直流電源と、この直流電源から供給される直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、このインバータ回路に接続されたチョークコイル、放電灯及び結合コンデンサよりなる放電灯負荷回路と、この放電灯負荷回路の入力側に設けられ、上記インバータ回路に設けられた副巻線で上記インバータ回路の２つのスイッチング素子を駆動する放電灯点灯装置において、上記スイッチング素子の経路に設けられ、上記直流電源の電流の回路電流に対応する電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段で検出された電圧が予め定めた基準電圧と同一になるような駆動制御を、２つの上記スイッチング素子のうちいずれかに対して実施する制御回路と、を備える。
【０００９】
また、電圧検出手段を、直流電源の低電位側のスイッチング素子と上記直流電源の負極間に接続したものである。
【００１０】
また、電圧検出手段を、直流電源の高電位側のスイッチング素子と上記直流電源の正極間に接続したものである。
【００１１】
また、放電灯と結合コンデンサの接続点からダイオードを介してそれぞれ直流電源の低電位側及び高電位側に接続したものである。
【００１２】
また、インバータ回路のスイッチング素子をｎチャネルＭＯＳＦＥＴ及びｐチャネルＭＯＳＦＥＴから構成し、副巻線を上記ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ及び上記ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ各々の共用のものとするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図において、１は商用電源から得られる直流電源、２及び３は、インバータ回路を構成するＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子、４は放電灯の電流を制限するためのチョークコイルであり、２つの副巻線ａｂ，ｃｄを有する。５は放電灯、６は放電灯に並列に接続されたコンデンサ、７は結合コンデンサであり、チョークコイル４、放電灯５、コンデンサ６及び結合コンデンサ７は放電灯負荷回路を構成する。
【００１４】
１０及び１１は抵抗及びコンデンサからなるＭＯＳＦＥＴ２の起動回路、チョークコイル４の２つの副巻線ａｂ、ｃｄはそれぞれ抵抗８及び９を介してＭＯＳＦＥＴ２及び３が交互にＯＮ，ＯＦＦするようそのゲートに接続する。
なお、副巻線の端子ａｂ及びｃｄは図示の極性でＭＯＳＦＥＴ２及びＭＯＳＦＥＴ３に接続される。
【００１５】
また、２０は直流電源１の低電位側のスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ３と直流電源１の負極間に接続された電圧検出手段である電圧検出抵抗、４５は制御回路であり、上記電圧検出抵抗２０の電圧を積分する抵抗及びコンデンサ、２１及び２２からなる積分回路、安定化された駆動電源ＶＣと直流電源１の負極間に直列に接続された抵抗２３，２４、非反転端子が抵抗２１とコンデンサ２２の接続点に接続され、反転端子が抵抗２３，２４の接続点に接続された演算増幅器（以下ＯＰアンプと呼ぶ）、ＯＰアンプ２５の反転入力端子と出力端子間に接続されたフィードバック抵抗２６，駆動電源ＶＣと直流電源１の負極間に直列に接続された抵抗２７，２８、非反転端子が抵抗２７，２８の接続点に接続され、反転端子がＯＰアンプ２５の出力端子に接続されたＯＰアンプ３２、ＯＰアンプ３２の反転端子と出力端子間に接続されたフィードバック抵抗２９、ＭＯＳＦＥＴ３のゲートにアノードが接続されたカソードが抵抗３０を介してＯＰアンプ３２の出力に接続されたダイオード３１から構成される。
【００１６】
次に、この発明の実施の形態１の動作原理を図１により説明する。
直流電源１が投入され、抵抗１０及びコンデンサ１１からの起動電流によってＭＯＳＦＥＴ２，３が交互に高周波数で駆動され放電灯５は点灯したとき、直流電源１から制御回路４５に流れる電流を放電灯の負荷回路に流れる電流に比べ充分小さく無視できるとすれば、直流電源１から流出した電流はＭＯＳＦＥＴ３または結合コンデンサ７の経路を経て全て電圧検出抵抗２０を介して流れるといえる。
電圧検出抵抗２０に流れた回路電流によってその両端に発生した電圧を、制御回路４５の抵抗２１とコンデンサ２２からなる積分回路で積分すれば、コンデンサ２２には直流電源１から流出した回路電流の平均値に対応した電圧を得ることができる。
【００１７】
即ち、上記の関係を式で示せば以下（１）式になる。
Ｖ２２＝Ｋ１×Ａ１            …（１）
ここで、（１）式の記号は以下を示す。
Ｖ２２：コンデンサ２２の電圧
Ａ１：直流電源１からの流出電流の平均値
Ｋ１：電圧検出抵抗２０の抵抗値で定まる比例定数
【００１８】
また、直流電源１の出力電圧と出力電力の関係は以下の（２）式のようになる。
Ｗ１＝Ｅ１×Ａ１              …（２）
ここで、（２）式の記号は以下を示す。
Ｗ１：直流電源１の出力電力
Ｅ１：直流電源１の出力電圧
【００１９】
また、（１）式より、以下の（３）式が導き出される。
Ａ１＝Ｖ２２／Ｋ１            …（３）
上記（３）式を上記（２）式に代入すれば、以下の（４）式が導き出される。
Ｗ１＝（Ｅ１×Ｖ２２）／Ｋ１  …（４）
上記（４）式から明らかなように、直流電源１の出力電力Ｗ１は、Ｋ１の値、即ち、電圧検出抵抗２０の値を定めればコンデンサ２２の両端電圧に比例した値として検出できる。
【００２０】
また、直流電源１の出力電力、放電灯５の出力電力、放電灯５以外の回路損失電力の関係は以下の（５）式で示される。
Ｗ１＝Ｗ５＋ＷＬ              …（５）
ここで、（５）式の記号は以下を示す。
Ｗ５：放電灯５の出力電力
ＷＬ：放電灯５以外の回路損失電力
【００２１】
ここで、上記回路損失ＷＬは、放電灯５の出力電力に比べて充分小さく、また、外部温度などの影響も相対的に極めて小さく、回路構成が定まれば概略一定とみなすことができ、その値をＫ２とすれば以下の（６）式が成り立つ。
Ｗ５＝Ｗ１−ＷＬ＝Ｗ１−Ｋ２  …（６）
上記（６）式から明らかなように、放電灯５の出力電力Ｗ５は直流電源１の出力電力Ｗ１を一定に、即ち、コンデンサ２２の電圧Ｖ２２を一定に制御すれば、放電灯５の周囲動作温度、経年変化、製造ロットのバラツキなどの影響を受けること無く一定に制御できる。
【００２２】
次に、上記の動作原理に基づいて構成された実施の形態１の放電灯点灯装置の動作を制御回路４５を主として説明する。まず、直流電源１が投入されると、抵抗１０及びコンデンサ１１からの起動電流によってＭＯＳＦＥＴ２，３は交互に高周波数で駆動され放電灯５は点灯に至る。
このとき、直流電源１からの流出電流が電圧検出抵抗２０を流れ、電圧検出抵抗２０の両端に発生した電圧は、制御回路４５の抵抗及びコンデンサ２１及び２２からなる積分回路により積分され、コンデンサ２２には直流電源１から流出した電流の平均値に対応した電圧が得られる。
【００２３】
そして、ＯＰアンプ２５の非反転入力端子にはコンデンサ２２の電圧が、また、反転入力端子には駆動電源ＶＣを抵抗２３及び抵抗２４で分圧することにより、予め定められた基準電圧が入力される。そして、コンデンサ２２の電圧と基準電圧との電圧差が増幅されて出力される。
ＯＰアンプ２５の出力はＯＰアンプ３２の反転入力端子に入力され、ＯＰアンプ３２の非反転入力端子には、その駆動電源ＶＣの電圧を抵抗２７及び抵抗２８で分圧された基準電圧が入力される。
そして、ＯＰアンプ３２の反転入力端子に入力された電圧が、非反転入力端子の基準電圧より高い場合は出力が低く、非反転入力端子の基準電圧より低い場合は、出力が高くなる。
【００２４】
出力が低いと、チョークコイル４の副巻線ｃｄから抵抗９を介してＭＯＳＦＥＴ３のゲートに流れる電流は、ダイオード３１、抵抗３０を介してＯＰアンプ３２に流れるため、インバータ回路の発振周波数は高くなり、電圧検出抵抗２０を流れる電流は減少し、出力が高いと、ＭＯＳＦＥＴ３のゲートに流れる電流は、ダイオード３１、抵抗３０を介してＯＰアンプ３２に流れないため、インバータ回路の発振周波数は低くなり、電圧検出抵抗２０を流れる電流は増加する。
【００２５】
このようにして、電圧検出抵抗２０で検出され、コンデンサ２２に変換された電圧が、予め定めたＯＰアンプ２５の反転端子の電圧に常に一致するよう制御されるので、直流電源１の出力電力Ｗ１は一定になり、上記（６）式より放電灯５の出力電力Ｗ５は一定になる。
次に、具体的に説明すると、例えば、何らかの理由で電圧検出抵抗２０を流れる、直流電源１からの流出電流が増加したとすると、コンデンサ２２の電圧も増加し、その値はＯＰアンプ２５で増幅されて、ＯＰアンプ３２の反転入力端子に入力されると、反転入力端子の電圧が非反転入力端子の電圧より高くなるのでその出力電位は下降する。
【００２６】
これによって、チョークコイル４の副巻線ｃｄから抵抗９を介してＭＯＳＦＥＴ３のゲートに流れる電流は、ダイオード３１、抵抗３０を介して出力電位の下降したＯＰアンプ３２に流れるため、インバータ回路の発振周波数は高くなり、電圧検出抵抗２０を流れる電流は減少する。
そして、コンデンサ２２の電圧が、予め定めたＯＰアンプ２５の反転入力端子の電圧と一致するまで上記電圧検出抵抗２０を流れる電流が減少する。
逆に、電圧検出抵抗２０の電流が減少した場合は、ＯＰアンプ３２の出力電位は上昇し、上記電圧検出抵抗２０を流れる電流が増加するように回路が作用する。
【００２７】
このように、電圧検出抵抗２２で検出された電流を変換した電圧が、予め定めたＯＰアンプ２５の反転端子の電圧に常に一致するよう制御されるので、直流電源１の出力電力Ｗ１は一定になり、放電灯５の出力電力Ｗ５は一定になる。
以上のように、電圧検出抵抗２０で検出され、コンデンサ２２に変換された電圧が、予め定めたＯＰアンプの反転端子の電圧に常に一致するよう制御されるので、直流電源１の出力電力Ｗ１は一定になり、上記（６）式より放電灯５の出力電力Ｗ５は一定になる。
【００２８】
従って、放電灯５の周囲動作温度、経年変化、製造ロットのバラツキ、チョークコイル、コンデンサ等の回路部品のバラツキにより放電灯５の出力電力が影響を受けないようにすることができる。
また、ＶＣＯなどの高価で複雑な制御回路を必要とせず、安価で簡単な構成でチョークコイル、コンデンサ等の回路部品のバラツキにより放電灯５の出力電力が影響を受けないようにすることができる。
【００２９】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２である放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。
図において、実施の形態１の図１と同一または相当部分には同一符号を付し説明を省略する。３５は基準電圧を備えた可変３端子レギュレータ（例えば、（株）日立製作所製のＨＡ１７４３１シリーズ等が相当する）であり、実施の形態１で示したＯＰアンプ３２の代わりに用いたもので、内部の非反転入力端子に独自の基準電圧を有しており、基準電圧を外部から与える必要が無い以外はＯＰアンプ３２と同一の作用を行う。３３はダイオード３１及び抵抗３０の接続点と、上記可変３端子レギュレータ３２の基準端子（反転入力端子）間に接続された抵抗、３４は上記可変３端子レギュレータの基準端子（反転入力端子）と直流電源１の低電位側との間に接続された抵抗である。
【００３０】
動作は実施の形態１と同じであり、説明は省略するが、実施の形態１と同一の効果が得られる。
【００３１】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３である放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図において実施の形態１の図１、実施の形態２の図２と同一または相当部分には同一符号を付し説明を省略する。
【００３２】
図において、４０及び４１は上記放電灯５と上記結合コンデンサ７との接続点からそれぞれ直流電源１の高電位側及び低電位側に接続したダイオードである。
この構成において、放電灯５の寿命末期時などの何らかの理由で放電灯５の電圧が上昇した場合に、それと対応して電圧が上昇、または下降する結合コンデンサ７の電圧を、ダイオード４０またはダイオード４１を介して直流電源１にバイパスし、直流電源１から放電灯５に過大な電力が供給されるのを抑制したものである。他の動作は実施の形態２と同じであり説明は省略する。
【００３３】
以上のように、ＶＣＯなどの高価で複雑な制御回路を必要とせず、安価で簡単な構成でチョークコイル、コンデンサ等の回路部品のバラツキにより放電灯５の出力電力が影響を受けずに放電灯５の正常点灯時に定電力で制御できることは勿論、その寿命末期時においても放電灯に過大な電力が消費されるのを抑制することができる。
【００３４】
実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４である放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図において、実施の形態１の図１、実施の形態２の図２及び実施の形態３の図３と同一または相当部分には同一符号を付し説明を省略する。
【００３５】
３６は実施の形態３の図３におけるｎチャネルＭＯＳＦＥＴをｐチャネルに置き換えたＭＯＳＦＥＴであり、ＭＯＳＦＥＴ２及びＭＯＳＦＥＴ３のゲートをチョークコイル４の共通の副巻線ａｂで駆動するようにすると共に、ＭＯＳＦＥＴ２とＭＯＳＦＥＴ３６の接続点に電流検出抵抗２０を挿入し、ＭＯＳＦＥＴ２のゲートを制御して、検出抵抗２０を流れる電流を一定に制御するように構成したものである。
【００３６】
動作は実施の形態３と同じであり、説明は省略するが、実施の形態３と同一の効果が得られることは勿論、回路構成を簡単にすることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、直流電源と、この直流電源から供給される直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、このインバータ回路に接続されたチョークコイル、放電灯及び結合コンデンサよりなる放電灯負荷回路と、この放電灯負荷回路の入力側に設けられ、上記インバータ回路に設けられた副巻線で上記インバータ回路のスイッチング素子を駆動する放電灯点灯装置において、
上記スイッチング素子の経路に設けられ、上記直流電源の電流の回路電流に対応する電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段で検出された電圧が予め定めた基準電圧と同一になるように上記スイッチング素子の駆動を制御する制御回路と、を備えたので、安価で簡単な構成により放電灯の周囲動作温度、経年変化、製造ロットのバラツキ、チョークコイル、コンデンサ等の回路部品のバラツキにより出力電力が影響を受けないようにすることができる。
【００３８】
また、電圧検出手段を、直流電源の低電位側のスイッチング素子と上記直流電源の負極間に接続したので、簡単に電圧検出を行うことができる。
【００３９】
また、電圧検出手段を、直流電源の高電位側のスイッチング素子と上記直流電源の正極間に接続したので、簡単に電圧検出を行うことができる。
【００４０】
また、放電灯と結合コンデンサの接続点からダイオードを介してそれぞれ直流電源の低電位側及び高電位側に接続したので、放電灯の寿命末期時に放電灯に過大な電力が消費されるのを抑制するとともに安価で簡単な構成でチョークコイル、コンデンサ等の回路部品のバラツキにより出力電力が影響を受けないようにすることができる。
【００４１】
また、インバータ回路のスイッチング素子をｎチャネルＭＯＳＦＥＴ及びｐチャネルＭＯＳＦＥＴから構成し、副巻線を上記ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ及び上記ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ各々の共用のものとしたので、回路構成を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１の構成を示す回路図である。
【図２】  この発明の実施の形態２の構成を示す回路図である。
【図３】  この発明の実施の形態３の構成を示す回路図である。
【図４】  この発明の実施の形態４の構成を示す回路図である。
【図５】  従来の放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。
【図６】  従来の放電灯点灯装置の直流電源の構成を示す回路図である。
【図７】  従来の放電灯点灯装置の別の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１  直流電源、２、３  スイッチング素子、４  チョークコイル、５  放電灯、６  コンデンサ、７  結合コンデンサ、２０  電圧検出抵抗、４０，４１  ダイオード、４５  制御回路、ａｂ，ｃｄ  副巻線。
【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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