(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスと前記トランスの商用交流電源側に直列に接続された第１のスイッチング素子と前記トランスの負荷側に設けられた第１のダイオードと第１のコンデンサにより構成される昇降圧コンバータにより放電灯に供給する電力を調整する放電灯点灯装置において、
前記商用交流電源の電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段と、
前記トランスと前記第１のスイッチング素子の接続点に第２のダイオードを接続し、前記トランスの前記商用交流電源側の巻き線に蓄積されたエネルギーを前記第２のダイオードを介して、第２のコンデンサに充電し、この第２のコンデンサに蓄積されたエネルギーを第２のスイッチング素子と第３のダイオードとインダクタンスを介して前記放電灯に供給する電力補助回路と、
前記ゼロクロス検出手段の出力に基づいて、前記商用交流電源の電圧周期を演算して、ゼロクロス前後のあらかじめ定められた期間、前記電力補助手段の前記第２のスイッチング素子を高周波で駆動させる制御回路と、
を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記放電灯に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記制御回路は前記放電灯に流す目標電流を演算する演算手段を有し、この演算手段は前記電力補助回路の第２のスイッチング素子を高周波で駆動する期間は、定電流が流れるような目標電流を、前記第２スイッチング素子が駆動しない期間は、前記商用交流電源電圧の９０度及び２７０度付近をピークとする弓形の目標電流を出力し、演算された前記目標電流と前記電流検出手段により検出された放電灯電流が等しくなるように制御する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】
前記電力補助回路の第２のスイッチング素子が駆動しない期間の前記商用交流電源電圧の９０度及び２７０度付近をピークとする弓形の目標電流は、サインの二乗波形であることを特徴とする請求項２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記制御回路は前記電力補助回路の動作期間を前記商用交流電源電圧のゼロクロス前４５度からゼロクロス後４５度の間以内とするとともに、この間の電流指令値を前記電流指令値のピークの１／２以下の直流指令値とし、前記電力補助回路の第２のスイッチング素子を前記昇降圧コンバータの第１のスイッチング素子と同一周波数で、同一オン時間か、または、それ以下のオン時間で動作させる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５】
トランスと前記トランスの商用交流電源側に直列に接続された第１のスイッチング素子と前記トランスの負荷側に設けられた第１のダイオードと第１のコンデンサにより構成される昇降圧コンバータにより放電灯に供給する電力を調整する放電灯点灯装置において、
前記商用交流電源の電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段と、
前記商用交流電源側に設けた第２のコンデンサを第２のダイオードと第１のインダクタンスと昇降圧コンバータの第１のスイッチング素子を介して充電し、この第２のコンデンサに蓄積されたエネルギーを第３のダイオードと第２のインダクタンスと第２のスイッチング素子を介して前記放電灯に供給する電力補助回路と、
前記ゼロクロス検出手段の出力に基づいて、前記商用交流電源の電圧周期を演算して、ゼロクロス前後のあらかじめ定められた期間、前記電力補助手段の前記第２のスイッチング素子を高周波で駆動させる制御回路と、を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記放電灯に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、前記制御回路は前記放電灯が点灯して、前記放電灯に電流が流れるのを検出するまでは、前記商用交流電源電圧の全周期にわたって、前記電力補助回路の第２のスイッチング素子を高周波でスイッチングすることを特徴とする請求項１または５に記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】
前記商用交流電源電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記商用交流電源電圧が正常な場合よりも低下したと判断された場合は、前記電力補助回路の第２のスイッチング素子を高周波でスイッチングすることを特徴とする請求項１または５記載の放電灯点灯装置。
【請求項８】
トランスと前記トランスの商用交流電源側に直列に接続された第１のスイッチング素子と前記トランスの負荷側に設けられた第１のダイオードと第１のコンデンサにより構成される昇降圧コンバータにより放電灯に供給する電力を調整する放電灯点灯装置において、
前記商用交流電源の電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段と、
前記トランスと前記第１のスイッチング素子の接続点に第２のダイオードを接続し、前記トランスの前記商用交流電源側の巻き線に蓄積されたエネルギーを前記第２のダイオードを介して第２のコンデンサに充電し、この第２のコンデンサに蓄積されたエネルギーを第２のスイッチング素子と第３のダイオードとインダクタンスを介して前記放電灯に供給する電力補助回路と、
前記商用交流電源の全周期に渡って前記電力補助回路の前記第２のスイッチング素子を前記昇降圧コンバータの第１のスイッチング素子と同一周波数で、前記第１のスイッチング素子のオン時間よりも所定値短いオン時間で高周波駆動させる制御回路と、を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項９】
前記放電灯に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、前記制御回路は前記放電灯に流す目標電流を演算する演算手段を有し、前記商用交流電源の電圧の周期の９０度及び２７０度付近をピークとする弓形の目標電流を、ゼロクロス前後で概フラットにし、演算された前記目標電流と前記電流検出手段により検出された放電灯電流が等しくなるように制御することを特徴とする請求項８記載の放電灯点灯装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の放電灯点灯装置を備えたことを特徴とするランプ装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、商用交流を電源とする放電灯点灯装置に関し、高力率で放電灯を点灯させるものである。
背景技術
図６は特開平９−４５４９０号公報に示された従来の放電灯装置の回路構成である。図において、１は商用電源、４２は整流回路、４３は昇圧インバータ、４４は降圧インバータ、４５は矩形波回路、４６は始動回路、８は放電灯、４８は昇圧インバータ制御回路、４９は降圧インバータ制御回路、５０は矩形波制御回路、１１は制御電源回路である。
このような構成の放電灯点灯装置は、商用電源１が投入されると、制御電源回路１１が制御電源を生成して、昇圧インバータ制御回路４８、降圧インバータ制御回路４９、矩形波制御回路５０が動作を開始する。
昇圧インバータ４３は商用電源１の交流電圧を整流回路４２で整流された出力をあらかじめ定められたの直流電圧に変換する。この時昇圧インバータ制御回路４８は、昇圧インバータ４３への入力電流の波形歪みを修正して、入力力率がほぼ１００％となるように、昇圧インバータ４３を制御する。
降圧インバータ４４は、昇圧インバータ４３の直流電圧を別の直流電圧に変換する直流−直流変換装置であり。降圧インバータ制御回路４９は放電灯８に流れる電流があらかじめ定められたの電流になるように、降圧インバータ４４の出力電圧を制御する。
矩形波回路４５は、降圧インバータ４４の直流電圧を交流に変換する。矩形波制御回路５０は、放電灯８に流れる電流が、あらかじめ定められた周波数の交流矩形波となるように、矩形波回路４５を制御する。
始動回路４６は、高圧パルスを発生させて、放電灯８を始動させる。
また、図７は、磁気式点灯装置と呼ばれる、従来の点灯装置を示すブロック図で、１は商用電源、５１はコンデンサ、５２はチョークコイル、５３は高電圧パルス発生部、８は放電灯である。高電圧パルス発生部５３により、高電圧パルスが放電灯８に印加され、放電灯８が点灯すると、商用電源１から放電灯８に電流が流れる。チョークコイル５２は、放電灯８へ流れる電流を制限する。また、コンデンサ５１は、チョークコイル５２原因となる遅れ電流を改善して、力率を良くする。
商用交流の電力系統設備に悪影響を及ぼさないために、高力率の電気機器が求められているが、機器を高力率とするためには、従来例にあるように、昇圧インバータを用いて、交流電圧を高力率で直流電圧に変換する必要がある。このため、放電灯点灯装置は、昇圧インバータを搭載した分、サイズが大きくなり、また、価格も高価なものになってしまう。
また、図７に示されるように、インダクタンス値の大きなチョークコイルで放電灯電流を抑制する方式もあるが、大きなチョークコイルを用いるため点灯装置が大きく、また、放電灯電流が図８（ａ）のように、商用交流電源電圧と同じ正弦波波形となるため、放電灯電流がゼロ付近の期間が長く、放電灯電圧は図８（ｂ）ように、放電灯電流が少ない時に、再点弧電圧が発生する。この再点弧電圧は、放電灯の立ち消え、発光効率の低下を招く。
発明の開示
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、再点弧電圧が抑制された、安価で小型の高力率の放電灯点灯装置を得ることを目的とする。
第１の態様は、トランスと前記トランスの商用交流電源側に直列に接続された第１のスイッチング素子と前記トランスの負荷側に設けられた第１のダイオードと第１のコンデンサにより構成される昇降圧コンバータにより放電灯に供給する電力を調整する放電灯点灯装置において、前記商用交流電源の電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段と、前記トランスと前記第１のスイッチング素子の接続点に第２のダイオード設け、前記トランスの前記商用交流電源側の巻き線に蓄積されたエネルギーを前記第２のダイオードを介して、第２のコンデンサに充電し、この第２のコンデンサに蓄積されたエネルギーを第２のスイッチング素子と第３のダイオードとインダクタンスを介して前記放電灯に供給する電力補助回路と、前記ゼロクロス検出手段の出力に基づいて、前記商用交流電源の電圧周期を演算して、ゼロクロス前後のあらかじめ定められた期間、前記電力補助回路の前記第２のスイッチング素子を高周波で駆動させる制御回路とを備える。
これにより、商用交流電源電圧のゼロクロス前後の期間、電力補助回路から放電灯に電力を供給するので、放電灯に流れる電流がゼロとなる期間が少なく、放電灯の再点孤電圧が発生せず、立ち消えが防止でき、発光効率の低下を防止することができる。
また、昇降圧コンバータの第１のスイッチング素子がオフ時に、昇降圧コンバータのトランスのリーケージインダクタンスに蓄えられたエネルギーが、電力増幅回路の第２のスイッチング素子側に放出され、第２のスイッチング素子に高い電圧が印加されるが、この高電圧をダイオードを介してコンデンサに蓄えて、放電灯に供給するので、エネルギーを無駄なく使え、変換効率を高くすることができる。
また、スイッチング素子に印加される電圧が下げられるので、耐圧の低いスイッチング素子を使用でき、装置を安価にすることができる。
第２の態様は、第１の態様において、前記放電灯に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、前記制御回路は前記放電灯に流す目標電流を演算する演算手段を有し、この演算手段は前記電力補助回路の第２のスイッチング素子を高周波で駆動する期間は、定電流が流れるような目標電流を、前記第２スイッチング素子が駆動しない期間は、前記商用交流電源の電圧周期の９０度及び２７０度付近をピークとする弓形の目標電流を出力し、演算された前記目標電流と前記電流検出手段により検出された放電灯電流が等しくなるように制御する。
これにより、入力電流は商用交流電源電圧波形に近似した正弦波状の電流波形となり、力率を改善するための昇圧コンバータを付加することなしに、力率の高い安価な装置にすることができる。
第３の態様は、第２の態様において、前記電力補助回路の第２のスイッチング素子が駆動しない期間の前記商用交流電源の電圧周期の９０度及び２７０度付近をピークとする弓形の目標電流を、正弦波の二乗波形とする。
これにより、商用電源から放電灯点灯装置への入力電流が、より正弦波に近くなり、力率も高く、入力電流に含まれる高調波成分も少なくすることができる。
第４の態様は、第１の態様において、前記制御回路は前記電力補助回路の動作期間を前記商用交流電源の電圧のゼロクロス前４５度からゼロクロス後４５度の間以内とするとともに、この間の電流指令値をピーク時の１／２以下の直流指令値とし、前記電力補助回路の第２のスイッチング素子を前記昇降圧コンバータの第１のスイッチング素子と同一周波数で、同一オン時間が、または、それ以下のオン時間で動作させる。
これにより、電力補助回路に流れる電流は、放電灯に流れる電流の１／４以下とすることができ、電力補助回路に使用する部品は電流容量の小さな部品で済むので、安価な装置とすることができる。
また、電力補助回路のスイッチング素子を昇降圧コンバータのスイッチング素子と同一周波数で、同一オン時間か、または、比例したオン時間で動作させるので、電力補助回路が動作を開始したり停止したりする時の入力電流の歪みが少なくなり、入力電流に含まれる高調波成分を押さえることができる。
さらに、電力補助回路のスイッチング素子を昇降圧コンバータのスイッチング素子と同一周波数で、同一オン時間が、または、比例したオン時間で動作させるので、新たにオン時間を決める制御回路を付加する必要がなく、安価な装置とすることができる。
第５の態様は、トランスと前記トランスの商用交流電源側に直列に接続された第１のスイッチング素子と前記トランスの負荷側に設けられた第１のダイオードと第１のコンデンサにより構成される昇降圧コンバータにより放電灯に供給する電力を調整する放電灯点灯装置において、前記商用交流電源の電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段と、前記商用交流電源側に設けた第２のコンデンサを第２のダイオードと第１のインダクタンスと昇降圧コンバータの第１のスイッチング素子を介して充電し、この第２のコンデンサに蓄積されたエネルギーを第３のダイオードと第２のインダクタンスと第２のスイッチング素子を介して放電して前記放電灯に供給する電力補助回路と、前記ゼロクロス検出手段の出力に基づいて、前記商用交流電源電圧周期を演算して、ゼロクロス前後のあらかじめ定められた期間、前記電力補助回路の前記放電手段の第２のスイッチング素子を高周波で駆動させる制御回路とを備える。
これにより、商用交流電源電圧のゼロクロス前後の期間、電力補助回路から放電灯に電力を供給し、放電灯に流れる電流がゼロとなる期間が少なく、放電灯の再点孤電圧が発生せず、立ち消え防止ができ、発光効率の低下を防止することができる。
また、入力電流は、商用交流電源電圧波形に近似した正弦波状の電流波形となり、力率を改善するための昇圧コンバータを付加することなしに、力率の高い安価な装置とすることができる。
第６の態様は、第１または第５の態様において、前記放電灯に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、前記制御回路は前記放電灯が点灯して、前記放電灯に電流が流れるのを検出するまでは、前記商用交流電源電圧の全周期にわたって、前記電力補助回路の第２のスイッチング素子を高周波でスイッチングする。
これにより、放電灯が高圧パルスにより絶縁破壊を開始して、放電を開始する際に、電力補助回路からも電流を放電灯に供給できるので、絶縁破壊直後の不安定な放電状態から安定点灯に移行するために必要な電流を十分供給でき、始動性をよくすることができる。
第７の態様は、第１または第５の態様において、前記商用交流電源の電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記商用交流電源の電圧が正常な場合よりも低下したと判断された場合は、前記電力補助回路の第２のスイッチング素子を高周波でスイッチングする。
これにより、商用交流電源が異常を起こして電圧が低下したり、放電灯点灯装置への供給が停止した場合は、電力補助回路から放電灯へ電力を供給できるので、商用交流電源が異常を起こした場合でも立ち消え少なくすることができる。
第８の態様は、トランスと前記トランスの商用交流電源側に直列に接続された第１のスイッチング素子と前記トランスの負荷側に設けられた第１のダイオードと第１のコンデンサにより構成される昇降圧コンバータにより放電灯に供給する電力を調整する放電灯点灯装置において、前記商用交流電源の電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段と、前記トランスと前記第１のスイッチング素子の接続点に第２のダイオードを接続し、前記トランスの前記商用交流電源側の巻き線に蓄積されたエネルギーを前記第２のダイオードを介して、第２のコンデンサに充電し、この第２のコンデンサに蓄積されたエネルギーを第２のスイッチング素子と第３のダイオードとインダクタンスを介して前記放電灯に供給する電力補助回路と、前記商用交流電源の全周期に渡って前記電力補助回路の前記第２のスイッチング素子を前記昇降圧コンバータの第１のスイッチング素子と同一周波数で、前記第１のスイッチング素子のオン時間よりも所定値短いオン時間で高周波駆動させる制御回路とを備える。
これにより、商用交流電源の電圧のゼロクロス付近で、商用交流電源から大きな電力が取り出せない時でも、第２のコンデンサと第２のスイッチング素子を介して放電灯に電流を流すことができるので、放電灯に流れる電流がゼロとなる期間が少なく、放電灯の再点孤電圧が発生せず、立ち消えが防止でき、発光効率の低下を防止することができる。
また、昇降圧コンバータの第１のスイッチング素子がオフ時に、昇降圧コンバータのトランスのリーケージインダクタンスに蓄えられたエネルギーが、電力増幅回路の第２のスイッチング素子側に放出され、第２のスイッチング素子に高い電圧が印加されるが、この高電圧をダイオードを介してコンデンサに蓄えて、放電灯に供給するので、エネルギーを無駄なく使え、変換効率を高くすることができる。
また、スイッチング素子に印加される電圧が下げられるので、耐圧の低いスイッチング素子を使用でき、装置を安価にすることができる。
また、商用交流電源の全周期に渡り、第２のスイッチング素子を第１のスイッチング素子と同一周波数で、第１のスイッチング素子のオン時間よりも所定値短いオン時間で動作させるようにしたので、商用交流電源がなんらかの事故により瞬間的に停止した場合、第２のコンデンサと第２のスイッチング素子を介して放電灯に電流を流すことができ、放電灯の立ち消えを防止することができる。
第９の態様は、第８の態様において、前記放電灯に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、前記制御回路は前記放電灯に流す目標電流を演算する演算手段を有し、前記商用交流電源の電圧周期の９０度及び２７０度付近をピークとする弓形の目標電流を、ゼロクロス前後で概フラットにし、演算された前記目標電流と前記電流検出手段により検出された放電灯電流が等しくなるように制御する。
これにより、入力電流は、商用交流電源電圧波形に近似した正弦波状の電流波形となり、力率を改善するための暑圧コンバータを付加することなしに、力率の高い安価な装置にすることができる。
上記１〜９の各態様の装置は、商用交流電源に同期して放電灯を点灯させるもので、蛍光灯に比べ、高周波点灯したときに放電が不安定になるメタルハライドランプのような高圧放電灯により適している。
発明を実施するための最良の形態
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を表すブロック図、図２は動作波形である。図１において、１は商用交流電源、２は商用交流を全波整流するダイオードブリッジ、３は全波整流された電圧の昇圧および降圧を行う昇降圧コンバータであり、トランス３ａ、第１のスイッチング素子３ｂ、第１のダイオード３ｃ、第１のコンデンサ３ｄから構成されている。４は電力補助回路であり、第２のダイオード４ａ、第３のダイオード４ｆ、ダイオード４ｄ、第２のスイッチング素子４ｂ、第２のコンデンサ４ｃ、インダクタンス４ｅで構成されている。
８は放電灯、５は放電灯８に流れる電流を検出する電流検出手段である電流検出抵抗、６は放電灯８に流れる電流の極性を変える極性切り換え回路、７は高圧パルスを発生させて放電灯８を始動させる始動パルス発生回路、９は制御回路、１０は商用交流電源１の電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段である。
次に、図１を用いて動作を説明する。まず、商用交流電源が投入されると、制御回路９が動き始める。制御回路９は、始動パルス発生回路７を動作させて、放電灯８に高圧パルスを印加して放電灯８を点灯させる。なお、制御手段９は演算手段（図示せず）により、あらかじめ放電灯８に流す目標電流を演算している。
放電灯８が点灯すると、電流検出抵抗５に電流が流れ始め、この電流を読み込み、制御回路９の演算手段が演算した目標電流と検出電流が等しくなるように昇降圧コンバータ３をフィードバック制御する。
昇降圧コンバータ３の第１のスイッチング素子３ｂは、数十ｋＨｚの高周波でオン／オフを繰り返している。第１のスイッチング素子３ｂがオンの時、トランス３ａの一次側に電流が流れて、トランス３ａにエネルギーが蓄積される。第１のスイッチング素子３ｂがオフになると、蓄えられたエネルギーは、トランス３ｂの二次側に電力として放出される。放出された電力は、数十ｋＨｚの高周波なので、第１のダイオード３ｃと第１のコンデンサ３ｄで、高周波成分を除去して極性切り換え回路６を介して放電灯８に供給される。
第１のスイッチング素子３ｂのオン時間を増やすと、トランス３ａに蓄積されるエネルギーが増え、二次側に放出される電力が増えるので、制御回路９は、目標電流より検出電流が少ないと、第１のスイッチング素子３ｂのオン時間を増やして、放電灯８へ流す電流を増やす、また、目標電流より検出電流が大きいと、第１のスイッチング素子３ｂのオン時間を減らして、放電灯８へ流す電流を減らす。これらの動作を高速で行うことで、放電灯８の電流が、目標電流と一致するように制御される。
また、制御回路９は、ゼロクロス検出手段１０で検出された商用交流電源電圧のゼロクロスに同期して、極性切り換え回路６の制御を行う。これにより、放電灯８には、商用交流電源電圧に同期した、交流電流が流れる。
電力補助回路４においては、昇降圧コンバータ３の第１のスイッチング素子３ｂがオンの間、トランス３ａにエネルギーが蓄積され、第１のスイッチング素子３ｂがオフになると、蓄えられたエネルギーは、トランス３ａの二次側に電力として放出されると述べたが、このとき同時に電力補助回路４の第２のダイオード４ａを介して、第２のコンデンサ４ｃにもエネルギーが蓄積される。
制御回路９は、演算手段によりゼロクロス検出手段１０で検出された商用交流電源電圧のゼロクロスに基づいて、商用交流電源電圧の周期を演算する。演算された周期から、ゼロクロス前のあらかじめ定められた期間から、ゼロクロス後のあらかじめ定められた期間、電力補助回路４の第２のスイッチング素子４ｂを高周波でスイッチングして、第２のコンデンサ４ｃに蓄えられたエネルギーを第３のダイオード４ｆ、インダクタンス４ｅを介して放電灯８に極性切り換え回路６を介して供給する。
また、ダイオード４ｄは、第２のスイッチング素子４ｂが高周波でオン／オフしている期間、第２のスイッチング素子４ｂがオフの際に、インダクタンス４ｅに溜まったエネルギーを放電灯に放出する回生ダイオードである。
電力補助回路４の動作を図２を用いて、更に説明する。
図２（ａ）は商用交流電源の電圧波形、同図（ｂ）は、第２のスイッチング素子４ｂの駆動期間の波形、同図（ｃ）は目標電流波形、同図（ｄ）は極性切り換えの波形、同図（ｅ）は放電灯８に流れる電流波形、同図（ｆ）は放電灯電圧の波形、同図（ｇ）は放電灯点灯装置の入力電流波形である。
まず、商用交流電源から図２（ａ）に示す電圧波形が出力され、第２のスイッチング素子４ｂは同図（ｂ）に表すように、ゼロクロス前後のあらかじめ定められた期間、高周波でスイッチングする。一方制御手段９の演算手段は同図（ｃ）の目標電流波形を演算し、第２のスイッチング素子４ｂが高周波で駆動している期間は、直流の目標電流で、それ以外の期間は、商用交流電源電圧波形の９０度、２７０度をピークとする弓形の目標電流波形である。
制御回路９は、電流検出抵抗５に流れた電流を読み込み、制御回路９の演算手段が演算した目標電流と検出電流が等しくなるように昇降圧コンバータ３及び電力補助回路４をフィードバック制御する。昇降圧コンバータ３及び電力補助回路４の出力は、極性切り換え回路６による商用交流電源１の電圧のゼロクロスに同期した、同図（ｄ）に示す極性切り換え波形により、放電灯８に流れる電流は同図（ｅ）のような波形となる。ゼロクロス前後、電力補助回路４から、放電灯８に電力を供給するため、同図（ｅ）に示すように、放電灯電流がゼロ付近の期間が短いため、放電灯電圧は（ｆ）のように再点弧電圧が発生しない電圧波形となる。
また、電力補助回路４が動作中は、放電灯８への電力は、第２のコンデンサ４ｃの直流電圧源から供給され、このときの目標電流も直流であるので、結果として、制御回路９は、固定オン時間で第１のスイッチング素子３ｂを駆動することになり、商用交流電源から、点灯装置に流れる入力電流は、電力補助回路４が駆動中は、商用交流電源電圧波形に近似した正弦波状になり、電力補助回路４が駆動していない期間では、目標電流が、商用交流電源電圧波形（または電圧周期）の９０度、２７０度をピークとする弓形の目標電流波形としているため、入力電流は、商用交流電源電圧波形の９０度、２７０度をピークとする弓形の波形となる。その結果、入力電流は（ｇ）のような商用交流電源電圧波形に近似した正弦波状の電流となる。
ここで、図２の（ｅ）の放電灯電流波形と（ｆ）の放電灯電圧波形から明らかなように、放電灯電圧は、放電灯電流にかかわらず、一定の電圧となる定電圧特性を示す。放電灯電圧があらかじめ定められた定電圧Ａで、商用交流電源電圧がＶ・ＳＩＮθの時、商用交流電源から放電灯点灯装置に流れる電流を商用交流電源電圧に同期したＩ・ＳＩＮθの波形としたい場合、
Ｖ・ＳＩＮθ×Ｉ・ＳＩＮθ＝Ａ×放電灯電流
の式から、放電灯電流はＳＩＮθの二乗の波形にすれば入力電流が商用交流電源電圧に同期したＳＩＮθの波形となり力率が良くなる。なお、ＳＩＮθの二乗の波形は図２の（ｆ）の波形に近い。
以上のように、商用交流電源電圧１のゼロクロス前後の期間、電力補助回路４から放電灯８に電力を供給するので、放電灯８に流れる電流がゼロとなる期間が少なく、放電灯８の再点弧電圧が発生せず、立ち消えが防止でき、発光効率の低下を防止できる。
また、昇降圧コンバータ３の第１のスイッチング素子３ｂがオフ時に、昇降圧コンバータ３のトランス３ａのリーケージインダクタンスに蓄えられたエネルギーが、電力補助回路４に放出され、第２のスイッチング素子４ｂに高い電圧が印加される。通常は、コンデンサと抵抗からなるスナバ回路により、この高電圧を熱に変換して排出する方法を採用しているが、本実施の形態では、高電圧を第２のダイオード４ａを介して第２のコンデンサ４ｃに蓄えて、放電灯８に供給するので、エネルギーを無駄なく使え、変換効率を高くすることができる。
また、第２のスイッチング素子４ｂに印加される電圧が下げられるので、耐圧の低いスイッチング素子を使用でき、安価にすることができる。
また、商用交流電源電圧のゼロクロス前後で、電力補助回路４が動作中は、放電灯８への電力は、電力補助回路４の第２のコンデンサ４ｃの直流電圧源から供給され、このときの目標電流を定電流指令とするので、制御回路９は、固定オン時間で昇降圧コンバータ３の第１のスイッチング素子３ｂを駆動することになり、商用交流電源１から、点灯装置に流れる入力電流は、電力補助回路４が駆動中は、商用交流電源電圧波形に近似した正弦波状になり、電力補助回路４が駆動していない期間では、目標電流が、商用交流電源電圧波形の９０度、２７０度をピークとする弓形の目標電流波形としているため、入力電流は、商用交流電源電圧波形の９０度、２７０度をピークとする弓形の波形となる。その結果、入力電流は、商用交流電源電圧波形に近似した正弦波状の電流波形となり、力率を改善するための昇圧コンバータを付加することなしに、力率を高くすることができる。
また、電力補助回路４の第２のスイッチング素子４ｂが駆動しない期間の商用交流電源電圧の９０度及び２７０度付近をピークとする弓形の目標電流をサインの二乗波形としたので、商用電源１から放電灯点灯装置への入力電流が、より正弦波に近くなり、力率も高く、入力電流に含まれる高調波成分も少なくすることができる。
実施の形態２
実施の形態２である放電灯点灯装置のブロック図は実施の形態１のブロック図の図１と同じであるので、図１を用いて実施の形態２を説明する。
図１において、電力補助回路４の動作期間を商用交流電源１のゼロクロス前４５度からゼロクロス後４５度の間以下、すなわち商用交流電源周期の１／２以内として、また、電流指令値を電流指令値のピークの１／２以下の直流指令値とする。
また、電力補助回路４の第２のスイッチング素子４ｂを昇降圧コンバータ３の第１のスイッチング素子３ｂと同一周波数で、同一オン時間か、または、それよりも数μｓｅｃ短いたオン時間で動作させる。
以上のように、電力補助回路４の動作期間を商用交流電源１のゼロクロス前４５度からゼロクロス後４５度の間以下、すなわち商用交流電源周期の１／２以内として、また、電流指令値を電流指令値のピークの１／２以下の直流指令値とするので、電力補助回路に流れる電流は、放電灯に流れる電流の１／４以下とすることができ、電力補助回路に使用する部品は電流容量の小さな部品とすることができ、安価にすることができる。
また、電力補助回路４の第２のスイッチング素子４ｂを昇降圧コンバータ３の第１のスイッチング素子３ｂと同一周波数で、同一オン時間か、または、比例したオン時間で動作させるので、電力補助回路４が動作を開始したり停止したりする時の入力電流の歪みが少なくなり、入力電流に含まれる高調波成分を押さえることができるとともに、新たにオン時間を決める制御回路を付加する必要がないので、安価にすることができる。
実施の形態３
実施の形態３である放電灯点灯装置のブロック図は実施の形態１のブロック図の図１と同じであるので、図１を用いて実施の形態３を説明する。
放電灯８に始動パルス発生回路７により高圧パルスを印加して、放電灯８が点灯して、放電灯８に流れる電流を電流検出抵抗５が検出するまでは、商用交流電源の全周期にわたって、電力補助回路４の第２のスイッチング素子４ｂを高周波でスイッチングする。
したがって、放電灯が高圧パルスにより絶縁破壊を開始して、放電を開始する際に、電力補助回路からも電流を放電灯に供給できるので、絶縁破壊直後の不安定な放電状態から安定点灯に移行するために必要な電流を十分供給でき、始動性をよくすることができる。
実施の形態４
実施の形態４である放電灯点灯装置のブロック図は実施の形態１のブロック図の図１と同じであるので、図１を用いて実施の形態４を説明する。
制御回路９に設けられた電圧検出手段により商用交流電源電圧を検出し、商用交流電圧が正常な場合よりも低下したと判断された場合は、商用交流電源電圧のゼロクロス前後のあらかじめ定められた期間外であっても、電力補助回路４の第２のスイッチング素子４ｂを高周波でスイッチングする。
したがって、商用交流電源が異常を起こした場合でも立ち消えを少なくすることができる。
実施の形態５
図３はこの発明の実施の形態５である放電灯点灯装置を表すブロック図である。図３において、１は商用交流電源、２は商用交流を全波整流するダイオードブリッジ、３は全波整流された電圧の昇圧および降圧を行う昇降圧コンバータ３、４は電力補助回路であり、第２のコンデンサ４ｃ、第２のダイオード４ｈ、第３のダイオード４ｋ、第１のインダクタンス４ｇ、第２のインダクタンス４ｊ、第２のスイッチング素子４ｂより構成されている。８は放電灯、５は放電灯８に流れる電流を検出する電流検出抵抗、６は放電灯８に流れる電流の極性を変える極性切り換え回路、７は高圧パルスを発生させて放電灯８を始動させる始動パルス発生回路、９は制御回路である。
なお、第２のコンデンサ４ｃ、第２のダイオード４ｈ及び第１のインダクタンス４ｇは昇降圧コンバータ３の第１のスイッチング素子３ｂを介して充電する手段を構成し、第３のダイオード４ｋ、第２のインダクタンス４ｊ及び第２のスイッチング素子４ｂは放電する手段を構成する。
次に、図３を用いて動作を説明する。電力補助回路４は、昇降圧コンバータ３の第１のスイッチング素子３ｂがオンのとき、電流は、トランス３ａの一時側に流れ、トランスにエネルギーを蓄えるとともに、第２のコンデンサ４ｃ、第２のダイオード４ｈ及び第１のインダクタンス４ｇにも電流が流れ、第２のコンデンサ４ｃに電荷が蓄積される。
制御回路９は、商用交流電源電圧のゼロクロスを検出して、商用交流電源電圧の周期を計測する。演算された周期から、ゼロクロス前のあらかじめ定められた期間から、ゼロクロス後あらかじめ定められた期間、第２のスイッチング素子４ｂを高周波でスイッチングして、第２のコンデンサ４ｃに蓄えられたエネルギーを第２のスイッチング素子４ｂ、第３のダイオード４ｋ及び第２のインダクタンス４ｊを介して、トランス３ａの一時側に供給する。
この他の回路の動作は、実施の形態１の図１のブロック図と同様の動作をするので省略する。
次に、電力補助回路４の動作を図４を用いて、更に説明する。
図４（ａ）は商用交流電源の電圧波形、同図（ｂ）は、第２のスイッチング素子４ｂの駆動期間の波形、同図（ｃ）は目標電流波形、同図（ｄ）は極性切り換えの波形、同図（ｅ）は放電灯８に流れる電流波形、同図（ｆ）は放電灯電圧の波形、同図（ｇ）は放電灯点灯装置の入力電流波形である。
まず、商用交流電源から図４（ａ）に示す電圧波形が出力され、第２のスイッチング素子４ｂは同図（ｂ）に表すように、ゼロクロス前後のあらかじめ定められた期間、高周波でスイッチングする。一方制御手段９の演算手段は同図（ｃ）の目標電流波形を演算し、第２のスイッチング素子４ｂが高周波で駆動している期間は、直流の目標電流で、それ以外の期間は、商用交流電源電圧波形の９０度、２７０度をピークとする弓形の目標電流波形である。
制御回路９は、電流検出抵抗５に流れた電流を読み込み、制御回路９の演算手段が演算した目標電流と検出電流が等しくなるように昇降圧コンバータ３及び電力補助回路４をフィードバック制御する。昇降圧コンバータ３及び電力補助回路４の出力は、極性切り換え回路６による商用交流電源１の電圧のゼロクロスに同期した、同図（ｄ）に示す極性切り換え波形により、放電灯８に流れる電流は同図（ｅ）のような波形となる。
ゼロクロス前後、電力補助回路４から、昇降圧コンバータ３を介して放電灯８に電力を供給するため、同図（ｅ）に示すように、放電灯電流がゼロ付近の期間が短いため、放電灯電圧は同図（ｆ）のように再点弧電圧が発生しない電圧波形となる。
また、電力補助回路４が動作中は、放電灯８への電力は、昇降圧コンバータ３を介して第２のコンデンサ４ｃの直流電圧源から供給されるので、商用交流電源から、点灯装置に流れる入力電流は、同図（ｇ）に示すように、ほぼゼロとなるが、それ以外の区間では、目標電流が、商用交流電源電圧波形の９０度、２７０度をピークとする弓形の目標電流波形としているため、入力電流は、商用交流電源電圧波形の９０度、２７０度をピークとする商用交流電源電圧波形に近似した正弦波状の電流となる。ここでも、実施の形態１と同じく、弓形の目標電流をサインの二乗の波形とすることで、入力電流が正弦波により近似したものとなる。
以上のように、商用交流電源電圧のゼロクロス前後の期間、電力補助回路４から放電灯８に電力を供給するので、放電灯８に流れる電流がゼロとなる期間が少なく、放電灯８の再点弧電圧が発生せず、立ち消えが防止でき、発光効率の低下を防止することができる。
また、商用交流電源電圧のゼロクロス前後で、電力補助回路４が動作中は、放電灯８への電力は、昇降圧コンバータ３を介して、電力補助回路４のコンデンサの直流電圧源から供給されるため、商用交流電源１から放電灯８に流れる電流はゼロになってしまうが、電力補助回路４が駆動していない期間では、目標電流が、商用交流電源電圧波形の９０度、２７０度をピークとする弓形の目標電流波形としているため、入力電流は、商用交流電源電圧波形の９０度、２７０度をピークとする弓形の波形となる。その結果、入力電流は、商用交流電源電圧波形に近似した正弦波状の電流波形となり、力率を改善するための昇圧コンバータ３を付加することなしに、力率の高い安価なものにすることができる。
実施の形態６
実施の形態６である放電灯点灯装置のブロック図は実施の形態５のブロック図の図３と同じであるので、図３を用いて実施の形態６を説明する。
放電灯８に始動パルス発生回路７により高圧パルスを印加して、放電灯８が点灯して、放電灯８に流れる電流を電流検出抵抗５が検出するまでは、商用交流電源の全周期にわたって、電力補助回路４の第２のスイッチング素子４ｂを高周波でスイッチングする。
したがって、放電灯が高圧パルスにより絶縁破壊を開始して、放電を開始する際に、電力補助回路からも電流を放電灯に供給できるので、絶縁破壊直後の不安定な放電状態から安定点灯に移行するために必要な電流を十分供給でき、始動性をよくすることができる。
実施の形態７
実施の形態７である放電灯点灯装置のブロック図は実施の形態５のブロック図の図３と同じであるので、図３を用いて実施の形態７を説明する。
制御回路９に設けられた電圧検出手段が商用交流電源電圧を検出し、商用交流電圧が正常な場合よりも低下したと判断された場合は、商用交流電源電圧のゼロクロス前後のあらかじめ定められた期間外であっても、電力補助回路４の第２のスイッチング素子４ｂを高周波でスイッチングする。
したがって、商用交流電源が異常を起こした場合でも立ち消えを少なくすることができる。
実施の形態８
実施の形態８である放電灯点灯装置のブロック図は実施の形態１のブロック図の図１と同じであるので、図１を用いて実施の形態８を説明する。
実施形態１では、商用交流電源電圧のゼロクロス前後の定められた期間、電力補助回路４の第２のスイッチング素子４ｂを高周波でスイッチングして、この間に第２のコンデンサ４ｃに蓄えられたエネルギーを放電灯８に供給するものであったが、実施の形態８では、商用交流電源電圧の全周期に渡って、電力補助回路４の第２のスイッチング素子４ｂを昇降圧コンバータ３の第１のスイッチング素子３ｂと同じ周波数で、かつ、スイッチング素子３ｂより所定値短いオン時間でスイッチングして、この間に第２のコンデンサ４ｃに蓄えられたエネルギーを放電灯８に供給する。
この時の動作を図５の動作波形図を用いて説明する。
図５（ａ）は、商用交流電源の電圧波形、同図（ｂ）は目標電流波形、同図（ｃ）はスイッチング素子３ｂ及び４ｂのオン時間の波形で、（ｃ１）がスイッチング素子３ｂの波形、（ｃ２）がスイッチング素子４ｂの波形を表す。同図（ｄ）は極性切り換えの波形、同図（ｅ）は放電灯８に流れる電流波形、同図（ｆ）は放電灯電圧の波形、同図（ｇ）は放電灯点灯装置の入力電流波形である。
まず、商用交流電源から図５（ａ）に示す電圧波形が出力され、制御手段９の演算手段は同図（ｂ）の目標電流波形を演算する。商用交流電源電圧のゼロクロス前後は直流の目標電流で、それ以外の期間は、商用交流電源電圧波形の９０度、２７０度をピークとする弓形の目標電流波形である。
制御回路９は、電流検出抵抗５に流れた電流を読み込み、制御回路９の演算手段が演算した目標電流と検出電流が等しくなるように昇降圧コンバータ３をフィードバック制御する。商用交流電源電圧のゼロクロス付近は、電源電圧が低く電力を取り出しにくいので、制御回路９は電力を取り出そうとして同図（ｃ１）に示すようにスイッチング素子３ｂのオン時間が増える。この時、同図（ｃ２）に示すようにスイッチング素子４ｂのオン時間も増えるので、商用交流電源からの供給不足分は、第２のコンデンサ４ｃから第３のダイオード４ｆ、インダクタンス４ｅ、極性切り換え回路６を介して放電灯８に供給される。極性切り換え回路６は同図（ｄ）に示す極性切り換え波形により、放電灯８に流れる電流を同図（ｅ）のように切り換える。
商用交流電源がゼロクロス付近では、放電灯８に発生する再点孤電圧を押さえ込む為、大きな重力を必要とするが、この時、第２のコンデンサ４ｃからも放電灯８へ電力が供給されるので、商用交流電源から放電灯点灯装置に流れ込む電流は少なく、商用電源電圧のゼロクロス付近での入力電流波形は、商用交流電源電圧に近似した波形になる。また、目標電流が、商用交流電源電圧波形の９０度、２７０度をピークとする弓形の目標電流波形部分では、再点孤電圧が発生しない期間であるので、入力電流と放電灯電流は比例関係になる。すなわち、放電灯電流は９０度、２７０度をピークとする電流波形にすると、入力電流も弓形の波形になる。よって、入力電流図５（ｇ）に示すように、商用交流電源電圧波形に近似した弓形の入力電流波形となる。
また、図５（ａ）の（Ａ）部で示すように、商用交流電圧波形が、なんらかの事故により、瞬間的に停止した場合、制御回路９は電力を取り出そうとして同図（ｃ１）に示すようにスイッチング素子３ｂのオン時間を増やす。この時、同図（ｃ２）に示すようにスイッチング素子４ｂのオン時間も増えるので、第２のコンデンサ４ｃから放電灯８へ電力が供給されるので、放電灯８の立ち消えが防止される。
【図面の簡単な説明】
図１はこの発明の実施の形態１〜４及び８の放電灯点灯装置を示すブロック図である。
図２はこの発明の実施の形態１の動作を示す動作波形図である。
図３はこの発明の実施の形態５〜７の放電灯点灯装置を示すブロック図である。
図４はこの発明の実施の形態５の動作を示す動作波形図である。
図５はこの発明の実施の形態８の動作を示す動作波形図である。
図６は従来の放電灯点灯装置を示すブロック図である。
図７は従来の放電灯点灯装置を示す別のブロック図である。
図８は従来の放電灯点灯装置の動作波形図である。
【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】
0003871033.tif 000007
【図７】
0003871033.tif 000008
【図８】
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