(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源の交流電圧を全波整流する全波整流回路と、
該全波整流回路からの直流電圧を所定レベルまで昇圧する昇圧回路と、
スイッチング素子、インダクタンスコイル及びコンデンサを有し、そのスイッチング素子のオン・オフ動作に基づき前記昇圧回路の直流電圧をインダクタンスコイルを介してコンデンサに充電し、これを出力する限流回路と、
該限流回路の出力を交流電流に変換して放電灯に供給する交流電流変換回路と、
１次巻線が放電灯に直列に接続されたパルストランス、このパルストランスの１次巻線に並列に接続された振動コンデンサ、前記パルストランスの２次巻線の一端に接続され、前記限流回路の出力により電圧が充電されるコンデンサ、及び前記２次巻線の他端にインダクタンスコイルを介して接続され、そのコンデンサの充電電圧をパルストランスの２次巻線に印加して１次巻線に高電圧を発生させ、前記振動コンデンサとによって得られる振動電圧を放電灯に印加するためのスイッチング素子を有する振動電圧発生回路と
を備えた放電灯点灯装置において、
前記振動電圧発生回路は、スイッチング素子のオンによるコンデンサの充電電圧がパルストランスの２次巻線に印加した後、スイッチング素子がオフすると２次巻線に蓄積された起電力を１次巻線から放出させ、スイッチング素子が再びオンしたときは、インダクタンスコイルに蓄えられた起電力を前記限流回路のインダクタンスコイル及びパルストランスの２次巻線から放出させることを特徴とする放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、例えば特開平５−２１１８１号公報に開示された従来の放電灯点灯装置を示す回路構成図である。図３において、直流電源１の両端に第１のコンデンサ２と第２のコンデンサ３とから成る第１の直列回路が接続され、この第１の直列回路の両端に抵抗４と第３のコンデンサ５とから成る第２の直列回路が接続される。そして、第２の直列回路の両端に第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７とから成る第３の直列回路および第１のダイオード８と第２のダイオード９とから成る第４の直列回路が接続される。また、第１の直列回路、第３の直列回路、第４の直列回路のそれぞれの接続点に限流用コイル１０と放電灯１１とパルストランス１２の１次巻線１２ａとから成る第５の直列回路が接続される。また、放電灯１１とパルストランス１２の１次巻線１２ａの直列回路に第４のコンデンサ１３が並列接続される。そして、パルストランス１２の１次巻線１２ａと磁気結合する２次巻線１２ｂの一端は１次巻線１２ａに接続され、その他端は第３のスイッチング素子１４の一端に接続される。さらに、第３のスイッチング素子１４の他端は第２の直列回路の接続点に接続される。
【０００３】
次に、放電灯点灯装置の動作を、図３に示す回路構成図を併用して説明する。直流電源１から供給される直流電流が、第２の直列回路の抵抗４を介して第３のコンデンサ５に流れる。そして、第３のスイッチング素子１４がオンすると、第３のコンデンサ５の充電電荷はパルストランス１２の２次巻線１２ｂに放出され、これによって１次巻線１２ａにパルス状の高電圧が発生する。この高電圧の大きさは、１次巻線１２ａの巻数を２次巻線１２ｂの巻数に対して１０倍程度に設定した場合、第３のコンデンサ５の充電電荷即ち充電電圧の１０倍程度となる。したがって、放電灯１１の端子間に前述の大きさのパルス状の高電圧が印加されて放電灯１１が始動する。
【０００４】
次に、放電灯１１が始動した場合に第１のスイッチング素子６と第２のスイッチング素子７とは、それぞれ交互にオン／オフを繰り返す。ここで、第１のスイッチング素子６がオンする過程では第１のコンデンサ２の充電電荷はパルストランス１２の１次巻線１２ａ、放電灯１１、限流用コイル１０の一順路の方向へ放出する。そして、第２のスイッチング素子７がオンする過程では第２のコンデンサ３の充電電荷は限流コイル１０、放電灯１１、１次巻線１２ａの他順路の方向へ放出する。したがって、放電灯１１の端子間に交流電力が供給されて、放電灯１１は点灯する状態となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の特開平５−２１１８１号公報に開示された放電灯点灯装置は、前述のように放電灯の端子間にパルス状の高電圧を印加して始動させ、その後で交流電力を供給して点灯する回路構成となっている。一般的に、放電灯の始動性を良好にする即ち始動時間を短くするためには、図４に示すように放電灯の端子間にパルス幅の広い高電圧を印加することが肝要である。しかし、パルス幅の広い高電圧を得るためには第３のコンデンサの容量を大きくして、パルストランスの２次巻線側に電荷を長時間放出させる即ち電流を長時間流す必要がある。このとき、２次巻線が磁気飽和現象を起こしてインピーダンスが著しく低くなり、これによって第３のスイッチング素子に過大な電流が流れて素子が破壊してしまう。これを防止する方法として、１次巻線と２次巻線の巻数を多くしてそれぞれのインピーダンスを大きくする必要があるが、これに伴ってパルストランスおよび第３のコンデンサが大型化してコスト高という結果を招くことになる。したがって、放電灯点灯装置も必然的に大型化して高価な製品になってしまうという問題点を生じる。
【０００６】
この発明は、前述のような問題点を解決するためになされたもので、回路部品の小型化かつ低コスト化を目指してパルス幅の広い高電圧を作り出し、放電灯の始動性を良好にする放電灯点灯装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる放電灯点灯装置は、商用交流電源の交流電圧を全波整流する全波整流回路と、全波整流回路からの直流電圧を所定レベルまで昇圧する昇圧回路と、スイッチング素子、インダクタンスコイル及びコンデンサを有し、そのスイッチング素子のオン・オフ動作に基づき昇圧回路の直流電圧をインダクタンスコイルを介してコンデンサに充電し、これを出力する限流回路と、限流回路の出力を交流電流に変換して放電灯に供給する交流電流変換回路と、１次巻線が放電灯に直列に接続されたパルストランス、このパルストランスの１次巻線に並列に接続された振動コンデンサ、前記パルストランスの２次巻線の一端に接続され、限流回路の出力により電圧が充電されるコンデンサ、及び２次巻線の他端にインダクタンスコイルを介して接続され、そのコンデンサの充電電圧をパルストランスの２次巻線に印加して１次巻線に高電圧を発生させ、前記振動コンデンサとによって得られる振動電圧を放電灯に印加するためのスイッチング素子を有する振動電圧発生回路とを備えた放電灯点灯装置において、振動電圧発生回路は、スイッチング素子のオンによるコンデンサの充電電圧がパルストランスの２次巻線に印加した後、スイッチング素子がオフすると２次巻線に蓄積された起電力を１次巻線から放出させ、スイッチング素子が再びオンしたときは、インダクタンスコイルに蓄えられた起電力を限流回路のインダクタンスコイル及びパルストランスの２次巻線から放出させる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明による放電灯点灯装置の実施の形態を示す回路構成図である。図１において、１５は商用交流電源、１６は商用交流電源１５から供給される交流電圧を全波整流する全波整流回路、１７は全波整流回路１６から出力される直流電圧を所定レベルまで昇圧する昇圧回路である。昇圧回路１７は、スイッチング素子１８の両端にダイオード１９を介してコンデンサ２０が並列接続され、かつスイッチング素子１８の一端にインダクタンスコイル２１が接続されて形成する。２２は昇圧回路１７から出力される直流電圧分に相当する直流電流を交流電流変換回路２３で交流電流に変換し、その交流電流を放電灯２４に供給した際に流れる電流の大きさをを制御する限流回路である。限流回路２２は、スイッチング素子２５の一端にダイオード２６が接続され、かつダイオード２６の両端にインダクタンスコイル２７介してコンデンサ２８が並列接続されて形成する。
【００１１】
２９は放電灯２４の端子間に正弦波の振動電圧を印加する振動電圧発生回路である。この回路は、パルストランス３０の１次巻線３０ａの両端に振動コンデンサ３１が並列接続され、この振動コンデンサ３１に放電灯２４が直列に接続される。そして、放電灯２４と振動コンデンサ３１から成る直列回路にノイズブロック用コンデンサ３２が並列に接続する。また、２次巻線３０ｂの一端にダイオード３３とコンデンサ３４が接続され、その他端にインダクタンスコイル３５とスイッチング素子３６が接続し、その中間点にダイオード３７が接続される。３８は昇圧回路１７の出力電圧を検出する昇圧回路用電圧検出器、３９は限流回路２２の出力電圧を検出する限流回路用電圧検出器、４０は限流回路２２の出力電流を検出する電流検出器である。
【００１２】
４１は昇圧回路用電圧検出器３８の出力電圧に基づいて昇圧回路１７のスイッチング素子１８をオン／オフ制御したり、かつ限流回路用電圧検出器３９および電流検出器４０の出力に基づいて限流回路２２のスイッチング素子２５をオン／オフ制御する制御回路である。さらに、制御回路４１は交流電流変換回路２３から所定の周波数をもつ交流電圧が発生するように、その回路を構成する各スイッチング素子（図示なし）をオン／オフ制御したり、かつ振動電圧発生回路２９のスイッチング素子３６をオン／オフ制御する。４２は制御回路を駆動する電源回路である。
【００１３】
次に、こうした構成を有する放電灯点灯装置の動作を、図１に示す回路構成図を併用して説明する。放電灯点灯装置を動作開始した場合に、制御回路４１は昇圧回路１７のスイッチング素子１８を所定時間だけオンさせ、全波整流回路１６から出力される直流電流をインダクタンスコイル２１に流す。この後で、スイッチング素子１８をオフしてインダクタンスコイル２１に蓄積された電磁エネルギー即ち起電力をダイオード１９を介してコンデンサ２０に充電する。そして、昇圧回路１７の出力電圧即ちコンデンサ２０の充電電圧が例えば３００Ｖ〜４００Ｖの適正な直流電圧となるように、昇圧回路用電圧検出器３８の出力に基づいてスイッチング素子１８をオン／オフ制御する。
【００１４】
次に、制御回路４１は限流回路２２のスイッチング素子２５を所定時間だけオンさせ、それによって昇圧回路１７の出力電圧が限流回路２２のインダクタンスコイル２７を介してコンデンサ２８に充電する。そして、コンデンサ２８に充電された電圧は振動電圧発生回路２９のダイオード３３を介してコンデンサ３４に充電される。この後で、スイッチング素子２５をオフすると同時に、振動電圧発生回路２９のスイッチング素子３６を所定時間だけオンにして、コンデンサ３４に充電された電圧をパルストランス３０の２次巻線３０ｂからインダクタンスコイル３５に印加する。
【００１５】
ここで、限流回路２２のスイッチング素子２５と振動電圧発生回路２９のスイッチング素子３６とをそれぞれ交互にオンさせる理由は、昇圧回路１７の出力電圧が限流回路２２のスイッチング素子２５からインダクタンスコイル２７を介して振動電圧発生回路２９のスイッチング素子３６に印加される状態を防ぐためである。これにより、双方のスイッチング素子に過大な電圧が印加されることなく、素子の破損を未然に防止することができる。
【００１６】
次に、振動電圧発生回路２９のスイッチング素子３６をオフにして、パルストランス３０の２次巻線３０ｂに蓄えられた起電力を１次巻線３０ａ側に放出する。ここで、１次巻線３０ａの巻数は２次巻線３０ｂの巻数に対して１０倍程度の比率であるので、１側巻線３０ａにはコンデンサ３４の充電電圧の１０倍程度に相当する高電圧が印加される。そして、その高電圧は１次巻線３０ａとそれに並列接続する振動コンデンサ３１との振動回路によって、正弦波の振動電圧に変化する。
【００１７】
ここで、例えばインダクタンス値が１ｍＨの１次巻線３０ａに振動コンデンサ３１が並列接続されず、その巻線の浮遊容量が１０ＰＦとした場合に、振動周波数はｆ＝１／２π√(ＬＣ)の式より約１６００ｋＨｚと算出される。したがって、正弦波の高電圧の半周期幅は約０．３μｓと求められて非常に狭い電圧幅となる。しかし、１次巻線３０ａに例えば５００ＰＦの振動コンデンサ３１を並列接続した場合は、前述の式より振動周波数が２２５ｋＨｚと算出される。したがって、正弦波の高電圧の半周期幅は約２μｓと求められて広い電圧幅となる。そして、半周期幅が約２μｓの正弦波の限流回路２２のスイッチング素子２５と振動電圧発生回路２９のスイッチング素子３６とをそれぞれ交互に数回オン／オフさせて数回発生するように作り出し、その電圧を放電灯２４に印加することで放電灯２４の始動性が向上する。
【００１８】
また、前述のようにパルストランス３０の１次巻線３０ａで振動電圧が発生している期間に、２次巻線３０ｂにその振動電圧が帰還して印加される。例えば、２次巻線３０ｂに接続するコンデンサ３４の充電電圧が３００Ｖ、２次巻線３０ｂと１次巻線３０ａとの巻数比を１０倍とした場合に、１次巻線３０ａには電圧振動作用により約４ＫＶの振動電圧が発生する。これと同時に、２次巻線３０ｂに約４００Ｖの振動電圧が印加される。これにより、２次巻線３０ｂのスイッチング素子３６を４００Ｖの高耐圧タイプに選定する必要があるが、素子のコストが高くなるという問題点を有する。
【００１９】
こうした問題点を解決する方法として、図１の回路構成図に示すように昇圧回路１７のコンデンサ２０の一端に２次巻線３０ｂのインダクタンスコイル３５の一端をダイオード３７を介して接続する。これにより、昇圧回路１７のコンデンサ２０の充電電圧を３００Ｖに設定した場合に、２次巻線３０ｂに印加される４００Ｖの振動電圧がインダクタンスコイル３５からダイオード３７を介してコンデンサ２０により電圧クリップされるので、スイッチング素子３６に印加される電圧は常に３００Ｖに維持される。したがって、スイッチング素子３６は３００Ｖ用標準タイプの比較的コストの安いもので対応できる。
【００２０】
また、振動電圧発生回路２９のスイッチング素子３６をオフにした場合に、前述のようにパルストランス３０の２次巻線３０ｂに蓄えられた起電力は１次巻線３０ａに放出されるが、インダクタンスコイル３５に蓄積された起電力は放出されない状態となる。これにより、例えば限流回路２２のスイッチング素子２５が再びオンして振動電圧発生回路２９のコンデンサ３４に電圧が充電され、その後でスイッチング素子２５をオフした直後にスイッチング素子３６をオンしたときに、コンデンサ３４の充電電圧とインダクタンスコイル３５に蓄えられた起電力が加算されるために、スイッチング素子３６に過大な電圧が印加して破損するなどの問題点が生ずる。
【００２１】
前述の問題点を解決する方法として、図２に示す双方のスイッチング素子の動作に関するタイミングチャート図に示すように、例えば図２（ａ）に示すように第１の期間で限流回路２２のスイッチング素子２５を所定時間Ｔ１だけオンさせ、この後でスイッチング素子２５をオフすると同時に、第２の期間で振動電圧発生回路２９のスイッチング素子３６を所定時間Ｔ２だけオンしてパルストランス３０の１次巻線３０ａに直流電圧を供給する。そして、スイッチング素子３６を所定時間Ｔ３だけオフすることで２次巻線３０ｂの起電力が１次巻線３０ａに放出され、図２（ｂ）に示すように１次巻線３０ａに正弦波の減衰状態の振動電圧が印加される。
【００２２】
次に、スイッチング素子３６を所定時間Ｔ４だけ再びオンして、インダクタンスコイル３５に蓄えられた起電力をスイッチング素子３６を通じて限流回路２２のダイオード２６からインダクタンスコイル２７へ、さらに振動電圧発生回路２９のダイオード３３から２次巻線３０ｂに放出する。この後で、スイッチング素子３６をオフした直後に第３の期間でスイッチング素子２５を再びオンさせ、前述と同様にコンデンサ３４に電圧を充電する。
【００２３】
次に、制御回路４１は前述の始動動作により放電灯２４が始動した直後に、限流回路用電圧検出器３９の出力に基づいて放電灯２４への印加電圧を読み込み、放電灯２４に供給される電力が目標電力となるように目標電流を決定する。そして、放電灯２４に流れる電流を電流検出器４０で検出し、その出力に基づいて限流回路２２のスイッチング素子２５をオン／オフ制御する。ここで、放電灯２４に流れる電流が目標電流値よりも小さい場合はスイッチング素子２５のオン時間をオフ時間と比べて長くし、かつ放電灯電流が目標電流値よりも大きい場合はスイッチング素子２５のオン時間をオフ時間と比べて短くする。
【００２４】
次に、スイッチング素子２５によって高速でオン／オフされたパルス状の電流は、インダクタンスコイル２７とコンデンサ２８との平滑作用で直流電流に平滑される。そして、限流回路２２から出力される目標電流は交流電流変換回路２３によって交流電流に変換され、その交流電流を放電灯２４に供給して点灯する。
以上のように、パルストランス３０の１次巻線３０ａに振動コンデンサ３１を並列接続して振動電圧回路を形成し、その回路から発生する周期の長い即ち電圧幅の長い振動電圧を放電灯２４に供給することで始動性が向上する。
【００２５】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、スイッチング素子のオンによるコンデンサの充電電圧がパルストランスの２次巻線に印加した後、スイッチング素子がオフすると２次巻線に蓄積された起電力を１次巻線から放出させ、スイッチング素子が再びオンしたときは、インダクタンスコイルに蓄えられた起電力を限流回路のインダクタンスコイル及びパルストランスの２次巻線から放出させるようにしたので、振動電圧発生回路のスイッチング素子に過大な電圧が印加されず、そのスイッチング素子の破損を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の放電灯点灯装置に係る実施の形態１を示す回路構成図である。
【図２】  実施の形態１の放電灯点灯装置に係る回路部を構成するスイッチング素子の動作タイミングチャート図である。
【図３】  従来例の放電灯点灯装置を示す回路構成図である。
【図４】  従来例の放電灯点灯装置の高電圧パルス幅と始動時間との関係を表した特性図である。
【符号の説明】
１  直流電源、２  第１のコンデンサ、３  第２のコンデンサ、４  抵抗、５第３のコンデンサ、６  第１のスイッチング素子、７  第２のスイッチング素子、８  第１のダイオード、９  第２のダイオード、１０  限流用コイル、１１放電灯、１２  パルストランス、１３  第４のコンデンサ、１４  第３のスイッチング素子、１５  商用交流電源、１６  全波整流回路、１７  昇圧回路、１８  スイッチング素子、１９  ダイオード、２０  コンデンサ、２１  インダクタンスコイル、２２  限流回路、２３  交流電流変換回路、２４  放電灯、２５スイッチング素子、２６  ダイオード、２７  インダクタンスコイル、２８  コンデンサ、２９  振動電圧発生回路、３０  パルストランス、３１  振動コンデンサ、３２  ノイズブロック用コンデンサ、３３  ダイオード、３４  コンデンサ、３５  インダクタンスコイル、３６  スイッチング素子、３７  ダイオード、３８  昇圧回路用電圧検出器、３９  限流回路用電圧検出器、４０  電流検出器、４１  制御回路、４２  電源回路。
【図１】
0003906403.tif 000002
【図２】
0003906403.tif 000003
【図３】
0003906403.tif 000004
【図４】
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