(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧値がステップ状に変化し、正弦波のように増減する階段状正電圧波形及び電圧値がステップ状に変化し、正弦波のように減増する階段状負電圧波形を交互に出力する交流階段状電圧発生源と；
この交流階段状電圧発生源からの交流階段状電圧波形が供給される放電灯と；
前記交流階段状電圧発生源と前記放電灯との間に直列に接続したキャパシタと；
を備え、
前記交流階段状電圧発生源からの交流階段状電圧波形における各電圧の出力時間幅の平均値をｔｓ、前記キャパシタの容量と定格点灯時の放電灯の等価抵抗とで決まる時定数をＣＲとしたとき、ＣＲ／ｔｓ＞１、となるように前記キャパシタの容量及び交流階段状電圧波形における各電圧の出力時間幅を設定した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】
本発明は、交流階段状電圧発生源からの交流階段状電圧波形を放電灯に供給してこの放電灯を点灯する放電灯点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
先行技術としての放電灯点灯装置は交流階段状電圧発生源からの交流階段状電圧波形を直接放電灯に供給し、各電圧を発生する時間を変化させることで交流階段状電圧の実効値を制御し、ランプ電流を一定化していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような放電灯点灯装置では、入力電流高調波成分の制約から、交流階段状電圧の実効値の制御範囲を規定する必要があった。この実効値の制御範囲は定格電圧の±２０％程度であり、この範囲を超える負荷電圧に対しては動作点が存在しなくなるため、該当する放電灯を動作させることができなくなるという問題があった。すなわち、適用可能な放電灯のランプ電圧の範囲が狭かった。
【０００４】
本発明は、適用可能な放電灯のランプ電圧の範囲を広げることができ、しかも、放電灯の短絡時に過剰な電流が流れるのを防止できる放電灯点灯装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、電圧値がステップ状に変化し、正弦波のように増減する階段状正電圧波形及び電圧値がステップ状に変化し、正弦波のように減増する階段状負電圧波形を交互に出力する交流階段状電圧発生源と、この交流階段状電圧発生源からの交流階段状電圧波形が供給される放電灯と、交流階段状電圧発生源と放電灯との間に直列に接続したキャパシタを備え、交流階段状電圧発生源からの交流階段状電圧波形における各電圧の出力時間幅の平均値をｔｓ、キャパシタの容量と定格点灯時の放電灯の等価抵抗とで決まる時定数をＣＲとしたとき、ＣＲ／ｔｓ＞１、となるようにキャパシタの容量及び交流階段状電圧波形における各電圧の出力時間幅を設定した放電灯点灯装置にある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１に示すように、電圧値がステップ状に変化し、正弦波のように増減する階段状正電圧波形及び電圧値がステップ状に変化し、正弦波のように減増する階段状負電圧波形を交互に出力する交流階段状電圧発生源１を設けている。
【００１２】
前記電圧発生源１の出力端子に、放電灯２の各フィラメント電極２ａ，２ｂの一端を第１のキャパシタ３及び低抵抗等からなるランプ電流検出器４を介して接続している。すなわち、前記放電灯２における一方のフィラメント電極２ａの一端を、前記第１のキャパシタ３を直列に介して前記電圧発生源１の出力端子の一端に接続し、前記放電灯２における他方のフィラメント電極２ｂの一端を、前記ランプ電流検出器４を直列に介して前記電圧発生源１の出力端子の他端に接続している。
【００１３】
前記放電灯２の各フィラメント電極２ａ，２ｂの他端間には、第２のキャパシタ５とＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）からなる両極性のスイッチ素子６との直列回路を接続している。この直列回路は予熱回路を構成し、放電灯２が始動点灯する前の予熱時前記スイッチ素子６が導通となるようになっている。
【００１４】
前記交流階段状電圧発生源１は、商用交流電源１１に全波整流器１２の入力端子を接続し、その全波整流器１２の出力端子に、ＭＯＳＦＥＴからなり可変抵抗器として機能するｎ個のスイッチ素子１３-1，１３-2，…１３-nと直流電圧源を構成するｎ個のキャパシタ１４-1，１４-2，…１４-nとの直列回路をそれぞれ枝回路として並列に接続している。そして、前記各キャパシタ１４-1〜１４-nにそれぞれスイッチ素子１５-1，１５-2，…１５-nを介して極性反転回路１６を接続している。
【００１５】
前記極性反転回路１６は、ＦＥＴからなる２つのスイッチ素子１６-1、１６-2の直列回路とＭＯＳＦＥＴからなる２つのスイッチ素子１６-3、１６-4の直列回路との並列回路で形成され、前記各スイッチ素子１６-1、１６-2の接続点と前記各スイッチ素子１６-3、１６-4の接続点を前記交流階段状電圧発生源１の出力端子としている。
【００１６】
前記可変抵抗器として機能するスイッチ素子１３-1〜１３-nは、非飽和領域で駆動して可変抵抗器としての機能を果たすもので、それぞれ対応するキャパシタ１４-1〜１４-nを充電する期間のみインピーダンスが有限値になり、それ以外の期間ではインピーダンスが無限大になるように制御される。そして、前記各スイッチ素子１３-1〜１３-nは、各キャパシタ１４-1〜１４-nを充電するときのインピーダンスが、商用交流入力電圧に略比例した波形の入力電流が前記全波整流器１２から流れ込むように制御されるようになっている。これにより、入力電流の高調波成分を抑制することができる。
【００１７】
そして、商用交流電源１１の電源電圧の絶対値が上昇する期間においては、あるキャパシタの充電を、そのキャパシタの電圧が商用交流電源電圧の絶対値と等しくなったとき開始させ、次段のキャパシタの電圧が商用交流電源電圧の絶対値と等しくなったとき停止させ、商用交流電源１１の電源電圧の絶対値が下降する期間においては、あるキャパシタの充電を、１つ前のキャパシタの電圧が商用交流電源電圧の絶対値と等しくなったとき開始させ、充電電圧が商用交流電源電圧の絶対値と等しくなったとき停止させるようになっている。これにより、前記各キャパシタ１４-1〜１４-nは互いに異なる電圧値を充電するようになっている。例えば、キャパシタ１４-1が一番小さい電圧値に充電され、キャパシタ１４-nが一番大きい電圧値に充電されるようになっている。
【００１８】
前記各スイッチ素子１５-1〜１５-nは、駆動回路１７によって高周波で順次択一的に繰り返しスイッチングされ、前記各キャパシタ１４-1〜１４-nから充電電圧を順次択一的に取り出し、この取り出された階段状電圧波形を前記極性反転回路１６に供給している。
【００１９】
前記極性反転回路１６は、前記各スイッチ素子１５-1〜１５-nの繰り返しスイッチング動作の１周期毎にスイッチ素子１６-1，１６-4のオンと、スイッチ１６-2，１６-3のオンを交互に繰り返し、放電灯２に対して第１のキャパシタ３を介してゼロ電圧値を含む交流階段状電圧波形を、例えば、数十ＫＨｚという高周波で供給するようになっている。
【００２０】
前記ランプ電流検出器４はランプ電流を検出し、その検出信号を実効値コンバータ１８に供給している。前記実効値コンバータ１８は、ランプ電流検出器４からの検出信号によりランプ電流の実効値に従った電圧に変換し、その実効値電圧を誤差増幅器１９の反転入力端子(-)に供給している。前記誤差増幅器１９の非反転入力端子(+)にはランプ電流実効値の定格値に相当する電圧Ｖrefが供給されている。
【００２１】
前記誤差増幅器１９は、実効値コンバータ１８からの実効値電圧と定格値に相当する電圧Ｖrefを比較し、実効値電圧を定格値に相当する電圧Ｖrefに近づけるためのフィードバック信号を出力するようになっている。前記誤差増幅器１９からのフィードバック信号を制御器２０のオン／オフタイミング制御部２１に供給している。
【００２２】
前記オン／オフタイミング制御部２１は、誤差増幅器１９からのフィードバック信号によって前記駆動回路１７が各スイッチ素子１５-1〜１５-nをオン、オフするタイミングを決定して同じく制御器２０の駆動信号発生部２２にタイミング信号を供給している。
【００２３】
前記駆動信号発生部２２はクロック発生部２３からクロック信号を取り込み、前記オン／オフタイミング制御部２１によって決定されたタイミングの駆動信号をクロック信号に同期して前記駆動回路１７に供給するようにしている。これにより、前記駆動回路１７は、各スイッチ素子１５-1〜１５-nを、ランプ電流実効値が定格値に相当する電圧Ｖrefに近づくように所定のタイミングで順次択一的にオン／オフ制御するようになっている。そして、クロック発生部２３からクロック信号により極性反転回路１６から第１のキャパシタ３を介して放電灯２に供給されるゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の周波数は固定されるようになっている。
【００２４】
このような構成においては、各スイッチ素子１３-1〜１３-nは全波整流器１２からの出力電圧波形に応じて電源電圧の絶対値が上昇する期間においては、１３-1→１３-2→…→１３-nの順にインピーダンスが一定期間だけ有限値になって該当するキャパシタ１４-1〜１４-nを順次充電し、また、電源電圧の絶対値が下降する期間においては、１３-n→…→１３-2→１３-1の順にインピーダンスが一定期間だけ有限値になって該当するキャパシタ１４-1〜１４-nを順次充電する。こうして、各キャパシタ１４-1〜１４-nは互いに異なる電圧値に充電される。
【００２５】
一方、各スイッチ素子１５-1〜１５-nは駆動回路１７によって順次スイッチングされ、極性反転回路１６からゼロ電圧値を含む交流階段状電圧波形が第１のキャパシタ３を介して放電灯２に供給される。放電灯２は、予熱時にはスイッチ素子６が導通し第２のキャパシタ５を介して各フィラメント電極２ａ，２ｂに予熱電流が流れる。
【００２６】
ところで、極性反転回路１６からの交流階段状電圧波形は第１のキャパシタ３を介して放電灯２に供給される構成になっている。一方、階段状電圧波形の各電圧の時間幅を可変して交流階段状電圧波形の実効値を制御する場合、入力電流高調波成分の制約から実効値の制御範囲を規定する必要が有る。
【００２７】
第１のキャパシタ３を使用せずに極性反転回路１６からの交流階段状電圧波形を放電灯２に直接供給した場合、実効値の制御範囲は±２０％となる。このときの負荷特性は図２に示すようになる。この負荷特性から定格電圧の±２０％の範囲を超える負荷電圧に対しては動作点が存在しないため、動作させることができない。
【００２８】
これに対し、第１のキャパシタ３を使用した場合、交流階段状電圧波形の実効値を一定とした条件下での負荷特性は図３に示すようになる。従って、階段状電圧波形の各電圧の時間幅を可変して交流階段状電圧波形の実効値を制御した場合、負荷特性は図４に示すようになる。すなわち、放電灯２の開放（負荷電流がゼロ）から短絡（負荷電圧がゼロ）まで広い範囲にわたって動作点が存在することになり、適用可能なランプ電圧の範囲を広げることができる。しかも、放電灯２の短絡時に流れる負荷電流を抑制することができ、過剰な電流が流れるのを防止できる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。
これは、図５に示すように、全波整流器及び極性反転回路を使用しない交流階段状電圧発生源３１を使用している。すなわち、前記交流階段状電圧発生源３１は、商用交流電源１１に、ＭＯＳＦＥＴからなり可変抵抗器として機能するｎ個のスイッチ素子３２-1，３２-2，…３２-nと第１の直流電圧源を構成するｎ個のキャパシタ３４-1，３４-2，…３４-nとの直列回路をそれぞれ枝回路として並列に接続している。また、前記商用交流電源１１に、ＭＯＳＦＥＴからなり可変抵抗器として機能するｎ個のスイッチ素子３３-1，３３-2，…３３-nと第２の直流電圧源を構成するｎ個のキャパシタ３５-1，３５-2，…３５-nとの直列回路をそれぞれ枝回路として並列に接続している。
【００３０】
前記可変抵抗器として機能するスイッチ素子３２-1〜３２-nは、非飽和領域で駆動して可変抵抗器としての機能を果たすもので、それぞれ対応するキャパシタ３４-1〜３４-nを充電する期間のみインピーダンスが有限値になり、それ以外の期間ではインピーダンスが無限大になるように制御される。そして、前記各スイッチ素子３２-1〜３２-nは、各キャパシタ３４-1〜３４-nを充電するときのインピーダンスが、商用交流入力電圧の正の半サイクルに略比例した波形の入力電流が流れ込むように制御される。
【００３１】
前記可変抵抗器として機能するスイッチ素子３３-1〜３３-nは、非飽和領域で駆動して可変抵抗器としての機能を果たすもので、それぞれ対応するキャパシタ３５-1〜３５-nを充電する期間のみインピーダンスが有限値になり、それ以外の期間ではインピーダンスが無限大になるように制御される。そして、前記各スイッチ素子３３-1〜３３-nは、各キャパシタ３５-1〜３５-nを充電するときのインピーダンスが、商用交流入力電圧の負の半サイクルに略比例した波形の入力電流が流れ込むように制御される。
【００３２】
商用交流電源１１の電源電圧の絶対値が上昇する期間においては、あるキャパシタの充電を、そのキャパシタの電圧が商用交流電源電圧の絶対値と等しくなったとき開始させ、次段のキャパシタの電圧が商用交流電源電圧の絶対値と等しくなったとき停止させ、商用交流電源１１の電源電圧の絶対値が下降する期間においては、あるキャパシタの充電を、１つ前のキャパシタの電圧が商用交流電源電圧の絶対値と等しくなったとき開始させ、充電電圧が商用交流電源電圧の絶対値と等しくなったとき停止させるようになっている。
【００３３】
これにより、前記各キャパシタ３４-1〜３４-nは互いに異なる正の電圧値を充電し、前記各キャパシタ３５-1〜３５-nは互いに異なる負の電圧値を充電するようになっている。例えば、正の半サイクルにおいてはキャパシタ３４-1が正方向に一番小さい電圧値に充電され、キャパシタ３４-nが正方向に一番大きい電圧値に充電され、また、負の半サイクルにおいてはキャパシタ３５-1が負方向に一番小さい電圧値に充電され、キャパシタ３５-nが負方向に一番大きい電圧値に充電されるようになっている。
【００３４】
前記各キャパシタ３４-1〜３４-nの正極側にそれぞれＦＥＴからなるスイッチ素子３６-1，３６-2，…３６-nの一端を接続し、前記各キャパシタ３５-1〜３５-nの負極側にそれぞれＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子３７-1，３７-2，…３７-nの一端を接続している。前記各スイッチ素子３６-1〜３６-n、３７-1〜３７-nの他端を第１のキャパシタ３を直列に介して放電灯２における一方のフィラメント電極２ａの一端に接続している。前記放電灯２における他方のフィラメント電極２ｂの一端は、ランプ電流検出器４を直列に介して前記電圧発生源３１の出力端子の他端となる前記各キャパシタ３４-1〜３４-nの負極側及び前記各キャパシタ３５-1〜３５-nの正極側にそれぞれ接続している。
【００３５】
駆動信号発生部２２は、クロック発生部２３からクロック信号を取り込み、オン／オフタイミング制御部２１によって決定されたタイミングの駆動信号をクロック信号に同期して駆動回路１７１に供給し、駆動回路１７１は、各スイッチ素子３６-1〜３６-n、３７-1〜３７-nを、ランプ電流実効値が定格値に相当する電圧Ｖrefに近づくように所定のタイミングで順次択一的にオン動作するようになっている。そして、クロック発生部２３からクロック信号により交流階段状電圧発生源３１から第１のキャパシタ３を介して放電灯２に供給されるゼロ電圧値を含む階段状電圧波形の周波数は固定されるようになっている。なお、その他の構成は前述した実施の形態と同じ構成になっている。
【００３６】
このような構成においては、交流電源１１の正の半サイクルにおいては各スイッチ素子３２-1〜３２-nが順次択一的にインピーダンスが有限値になって各キャパシタ３４-1〜３４-nに互いに値が異なる正の電圧を充電する。また、交流電源１１の負の半サイクルにおいては各スイッチ素子３３-1〜３３-nが順次択一的にインピーダンスが有限値になって各キャパシタ３５-1〜３５-nに互いに値が異なる負の電圧を充電する。
【００３７】
一方、出力側においては、各スイッチ素子３６-1〜３６-n、３７-1〜３７-nは入力側よりも速い周期で順次択一的にスイッチング動作し、これを繰り返す。これにより、各スイッチ素子３６-1〜３６-n、３７-1〜３７-nから階段状に電圧値が変化する交流階段状電圧が第１のキャパシタ３を介して放電灯２に供給される。そして、予熱時にはスイッチ素子６を導通し第２のキャパシタ５を介して各フィラメント電極２ａ，２ｂに予熱電流が流れる。
【００３８】
従って、この実施の形態においても、階段状電圧波形の各電圧の時間幅を可変して交流階段状電圧波形の実効値を制御した場合、負荷特性は、放電灯２の開放（負荷電流がゼロ）から短絡（負荷電圧がゼロ）まで広い範囲にわたって動作点が存在することになり、適用可能なランプ電圧の範囲を広げることができる。しかも、放電灯２の短絡時に流れる負荷電流を抑制することができ、過剰な電流が流れるのを防止できる。
【００３９】
（第３の実施の形態）
なお、この実施の形態で使用する放電灯点灯装置の回路構成は前述した第１の実施の形態と同一である。すなわち、図１に示す構成になっている。
この実施の形態においては、直流電圧源を構成する各キャパシタ１４-1〜１４-nの容量を等しくしている。そして、交流階段状電圧発生源１から第１のキャパシタ３を介して放電灯２に供給される交流階段状電圧波形の各電圧における時間幅の平均値をｔｓ、第１のキャパシタ３の容量と定格点灯時の放電灯２の等価抵抗とで決まる時定数をＣＲとしたとき、ＣＲ／ｔｓ＞１の関係を満足するように、第１のキャパシタ３の容量及び交流階段状電圧波形の各電圧における時間幅を設定している。
【００４０】
ところで、交流階段状電圧波形を第１のキャパシタ３を介して放電灯２に供給する構成では、定格動作時のランプ電流のクレストファクタ（波高率）が悪化するという問題が生じる。なお、クレストファクタは、（最大値／実効値）によって求められる。そして、ランプ電流のクレストファクタが悪化した場合、ランプの発光効率が低下し、また、フィラメントのダメージが大きくランプ寿命が短くなる。
【００４１】
例えば、放電灯２として、定格電圧１２５Ｖ、定格電流０．２５５Ａの放電灯を使用し、放電灯２に供給する交流階段状電圧波形の周波数を２０ＫＨｚとし、定格出力が得られるように交流階段状電圧の実効値を調整する。そして、第１のキャパシタ３の容量を、０．０２μＦ、０．０１５μＦ、０．０１μＦ、０．００５μＦと変化させ、ＣＲ／ｔｓとクレストファクタとの関係を調べた結果、図６に示す関係が得られた。
【００４２】
なお、図中□でプロットしたグラフは第１のキャパシタ３の容量が０．０２μＦのときであり、△でプロットしたグラフは第１のキャパシタ３の容量が０．０１５μＦのときであり、×でプロットしたグラフは第１のキャパシタ３の容量が０．０１μＦのときであり、○でプロットしたグラフは第１のキャパシタ３の容量が０．００５μＦのときである。
【００４３】
このグラフから、ＣＲ／ｔｓ＞１に設定した場合、クレストファクタを２．１よりも小さくでき、ＣＲ／ｔｓ＞２．５に設定した場合、クレストファクタを１．７よりも小さくできる。すなわち、ＣＲ／ｔｓ＞１に設定することでランプ電流のクレストファクタを比較的良好にでき、ＣＲ／ｔｓ＞２．５に設定すればランプ電流のクレストファクタをさらに良好にできる。このようにすることによってランプの発光効率の低下を防止でき、また、ランプ寿命の短命化を防止できる。
【００４４】
図７は、上述した条件の下で、放電灯２に供給される交流階段状電圧波形の半周期におけるステップ数（階段数）を５ステップとしたときの、交流階段状電圧波形と放電灯２の両端間に発生する電圧波形を示している。なお、点灯周波数を２０ｋＨｚとしているので、ランプ電圧波形とランプ電流波形はほぼ相似となる。従って、ランプ電圧のクレストファクタはランプ電流のクレストファクタと一致する。従って、ここではランプ電圧のクレストファクタを考えることにする。
【００４５】
すなわち、(a)は交流階段状電圧波形、(b)は第１のキャパシタ３の容量を０．１μＦとしたときの放電灯２の両端間に発生する電圧波形、(c)は第１のキャパシタ３の容量を０．０２μＦとしたときの放電灯２の両端間に発生する電圧波形、(d)は第１のキャパシタ３の容量を０．０１５μＦとしたときの放電灯２の両端間に発生する電圧波形、(e)は第１のキャパシタ３の容量を０．０１μＦとしたときの放電灯２の両端間に発生する電圧波形、(f)は第１のキャパシタ３の容量を０．００５μＦとしたときの放電灯２の両端間に発生する電圧波形である。この場合は、(e)と(f)のときランプ電流のクレストファクタが悪くなっている。
【００４６】
図８は、上述した条件の下で、放電灯２に供給される交流階段状電圧波形の半周期におけるステップ数（階段数）を１１ステップとしたときの、交流階段状電圧波形と放電灯２の両端間に発生する電圧波形を示している。すなわち、(a)は交流階段状電圧波形、(b)は第１のキャパシタ３の容量を０．１μＦとしたときの放電灯２の両端間に発生する電圧波形、(c)は第１のキャパシタ３の容量を０．０２μＦとしたときの放電灯２の両端間に発生する電圧波形、(d)は第１のキャパシタ３の容量を０．０１５μＦとしたときの放電灯２の両端間に発生する電圧波形、(e)は第１のキャパシタ３の容量を０．０１μＦとしたときの放電灯２の両端間に発生する電圧波形、(f)は第１のキャパシタ３の容量を０．００５μＦとしたときの放電灯２の両端間に発生する電圧波形である。
【００４７】
図９は、上述した条件の下で、放電灯２に供給される交流階段状電圧波形の半周期におけるステップ数（階段数）を２１ステップとしたときの、交流階段状電圧波形と放電灯２の両端間に発生する電圧波形を示している。すなわち、(a)は交流階段状電圧波形、(b)は第１のキャパシタ３の容量を０．１μＦとしたときの放電灯２の両端間に発生する電圧波形、(c)は第１のキャパシタ３の容量を０．０２μＦとしたときの放電灯２の両端間に発生する電圧波形、(d)は第１のキャパシタ３の容量を０．０１５μＦとしたときの放電灯２の両端間に発生する電圧波形、(e)は第１のキャパシタ３の容量を０．０１μＦとしたときの放電灯２の両端間に発生する電圧波形、(f)は第１のキャパシタ３の容量を０．００５μＦとしたときの放電灯２の両端間に発生する電圧波形である。
【００４８】
以上の結果から、交流階段状電圧波形の半周期におけるステップ数を増やすことで交流階段状電圧波形の各電圧における時間幅の平均値ｔｓを小さくできるので、時定数ＣＲが小さくなってもＣＲ／ｔｓ＞１を満足するようになることが分かる。換言すれば、ランプ電流のクレストファクタを第１のキャパシタ３の各種容量値に対して良好に保つには交流階段状電圧波形の半周期におけるステップ数を増やせば良いことが分かる。また、交流階段状電圧波形の半周期におけるステップ数に応じてキャパシタ３の容量を適切に設定することでランプ電流のクレストファクタを良好に保つことができる。
なお、この実施の形態で使用する放電灯点灯装置の回路構成は図１と同一の構成になっているので、この実施の形態においても前述した実施の形態と同一の作用効果が得られるのは勿論である。
【００４９】
（第４の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。
図１０に示すように、交流階段状電圧発生源４１の出力端子に、放電灯２の各フィラメント電極２ａ，２ｂの一端を第１のキャパシタ３を介して接続している。
【００５０】
前記交流階段状電圧発生源４１は、異なる正の電圧値を発生する複数の直流電圧源４２-1，４２-2，…４２-nを設け、この各直流電圧源４２-1〜４２-nに、スイッチ素子として、それぞれ両極性の電流の遮断、通流が制御できる両極性スイッチ４３-1，４３-2，…４３-nを介して極性反転回路１６の入力端子を接続している。前記各両極性スイッチ４３-1〜４３-nは、２個のＭＯＳＦＥＴをそのソース端子並びにゲート端子を共通に接続したものである。
なお、この実施の形態においては、交流階段状電圧波形の実効値電圧を定格値に制御する回路及び各両極性スイッチ４３-1，４３-2，…４３-nの駆動回路は省略している。
【００５１】
この構成においては、交流階段状電圧発生源４１は極性反転回路１６から交流階段状電圧波形を第１のキャパシタ３を介して放電灯２に供給する。このときの交流階段状電圧波形と放電灯２に流れる負荷電流波形の一例を示すと図１１に示すようになる。すなわち、この例では交流階段状電圧波形Ｖｏと負荷電流波形Ｉｏとはキャパシタ３のために位相が９０°近くずれる。
【００５２】
このため、例えば、極性反転回路１６のスイッチ素子１６-1と１６-4がオンして放電灯２のフィラメント電極２ａ側に正極の電圧が印加されるときに、ランプ電流は、最初はスイッチ素子１６-1→キャパシタ３→放電灯２→スイッチ素子１６-4のルートで流れるが、途中で反転し、スイッチ素子１６-4→放電灯２→キャパシタ３→スイッチ素子１６-1のルートで流れようとする。このとき、両極性スイッチ４３-1〜４３-nを使用しているので、この両極性スイッチ４３-1〜４３-nを介して直流電圧源４２-1〜４２-n側に電流が流れる。
【００５３】
これにより、放電灯２にランプ電流を無駄無く有効に流すことができ、ランプの発光効率を高めることができる。
これに対し、両極性スイッチ４３-1〜４３-nを片極性のスイッチとした場合は、逆方向の電流が流れなくなり、ランプ電流が途切れる期間が生じるので、一定の光出力を得ようとする場合に、ランプの発光効率が低下することになる。
【００５４】
なお、この実施の形態においても、交流階段状電圧発生源４１から第１のキャパシタ３を介して放電灯２に交流階段状電圧を供給するので、前述した実施の形態と同様に、放電灯２の開放（負荷電流がゼロ）から短絡（負荷電圧がゼロ）まで広い範囲にわたって動作点が存在することになり、適用可能なランプ電圧の範囲を広げることができる。しかも、放電灯２の短絡時に流れる負荷電流を抑制することができ、過剰な電流が流れるのを防止できる。
【００５５】
なお、この実施の形態では両極性スイッチとして、２個のＭＯＳＦＥＴをそのソース端子並びにゲート端子を共通に接続したものを使用したがこの構成に限定されるものではない。例えば、図１２に示すようにＭＯＳＦＥＴ４４とダイオード４５との直列回路と前記ダイオード４５とは逆極性のダイオード４６とＭＯＳＦＥＴ４７との直列回路を並列に接続したものを使用してもよい。
【００５６】
（第５の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。
図１３に示すように、交流階段状電圧発生源５１の出力端子に、放電灯２の各フィラメント電極２ａ，２ｂの一端を第１のキャパシタ３を介して接続している。
【００５７】
前記交流階段状電圧発生源５１は、異なる正の電圧値を発生する複数の第１直流電圧源５２-1，５２-2，…５２-n及びこの各第１直流電圧源５２-1〜５２-nの各電圧値と絶対値が等しい異なる負の電圧値を発生する複数の第２直流電圧源５３-1，５３-2，…５３-nを設けている。
【００５８】
前記各第１直流電圧源５２-1〜５２-nに、スイッチ素子として、それぞれ両極性の電流の遮断、通流が制御できる両極性スイッチ５４-1，５４-2，…５４-nの一端を接続している。また、前記各第２直流電圧源５３-1〜５３-nに、スイッチ素子として、それぞれ両極性の電流の遮断、通流が制御できる両極性スイッチ５５-1，５５-2，…５５-nの一端を接続している。
【００５９】
前記各両極性スイッチ５４-1〜５４-nの他端及び前記各両極性スイッチ５５-1〜５５-nの他端を共通に接続し、前記交流階段状電圧発生源５１の出力端子の一端としている。また、前記各第１直流電圧源５２-1〜５２-nの負極端子及び前記各第２直流電圧源５３-1〜５３-nの正極端子を共通に接続し、前記交流階段状電圧発生源５１の出力端子の他端としている。
【００６０】
前記交流階段状電圧発生源５１の出力端子間に、また、両極性スイッチ５６を接続している。この両極性スイッチ５６は交流階段状電圧発生源５１の出力端子間を短絡して、放電灯２に印加するゼロ電圧値を作っている。
前記各両極性スイッチ５４-1〜５４-n、５５-1〜５５-n、５６は、２個のＭＯＳＦＥＴをそのソース端子並びにゲート端子を共通に接続したものである。
【００６１】
なお、この実施の形態においては、交流階段状電圧波形の実効値電圧を定格値に制御する回路及び各両極性スイッチ５４-1〜５４-n、５５-1〜５５-n、５６の駆動回路は省略している。
【００６２】
この構成においては、交流階段状電圧発生源５１は両極性スイッチ５４-1〜５４-n、５６の動作によりゼロ電圧値を含む正の半サイクルの交流階段状電圧を第１のキャパシタ３を介して放電灯２に供給し、両極性スイッチ５５-1〜５５-n、５６の動作によりゼロ電圧値を含む負の半サイクルの交流階段状電圧を第１のキャパシタ３を介して放電灯２に供給する。このときの交流階段状電圧波形と放電灯２に流れる負荷電流波形との関係は前述した第４の実施の形態と同様、図１１に示すようになる。
【００６３】
このため、例えば、両極性スイッチ５４-1〜５４-nが動作しているときに、ランプ電流は、最初は第１直流電圧源５２-1〜５２-nから両極性スイッチ５４-1〜５４-n及びキャパシタ３を介して放電灯２に流れるが、途中で逆転し、放電灯２側からキャパシタ３及び両極性スイッチ５４-1〜５４-nを介して第１直流電圧源側に流れる。また、両極性スイッチ５５-1〜５５-nが動作しているときに、ランプ電流は、最初は第２直流電圧源５３-1〜５３-nから放電灯２及びキャパシタ３を介して両極性スイッチ５５-1〜５５-n側に流れるが、途中で逆転し、両極性スイッチ５５-1〜５５-n側からキャパシタ３及び放電灯２を介して第２直流電圧源側に流れる。
【００６４】
これにより、放電灯２にはランプ電流が無駄無く有効に流れ、ランプの発光効率を高めることができる。
なお、この実施の形態においても、交流階段状電圧発生源５１から第１のキャパシタ３を介して放電灯２に交流階段状電圧を供給するので、前述した実施の形態と同様に、放電灯２の開放（負荷電流がゼロ）から短絡（負荷電圧がゼロ）まで広い範囲にわたって動作点が存在することになり、適用可能なランプ電圧の範囲を広げることができる。しかも、放電灯２の短絡時に流れる負荷電流を抑制することができ、過剰な電流が流れるのを防止できる。
【００６５】
（第６の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。
図１４に示すように、この交流階段状電圧発生源６１は、全波整流器１２の出力端子に、ｎ個の枝回路６２-1，６２-2，…を並列に接続している。
【００６６】
前駆各枝回路６２-1，６２-2，…は、スイッチ素子１３-1，１３-2，…と直流電圧源を構成するｎ個のキャパシタ１４-11，１４-21，…との直列回路を設けている。そして、スイッチ素子１３-1とキャパシタ１４-11との枝回路において、前記キャパシタ１４-11に同一容量の（ｍ−１）個のキャパシタ１４-12，１４-13，…１４-1mを、それぞれＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子を介して並列に接続している。
【００６７】
すなわち、前記キャパシタ１４-12の一端を、スイッチ素子６３-11を介して前記キャパシタ１４-11の一端に接続し、前記キャパシタ１４-12の他端を、スイッチ素子６４-11を介して前記キャパシタ１４-11の他端に接続している。前記キャパシタ１４-13の一端を、スイッチ素子６３-12及び６３-11を直列に介して前記キャパシタ１４-11の一端に接続し、前記キャパシタ１４-13の他端を、スイッチ素子６４-12及び６４-11を直列に介して前記キャパシタ１４-11の他端に接続している。同様にして他のキャパシタを接続し、最後に、前記キャパシタ１４-1mの一端を、スイッチ素子６３-1(m-1)，…６３-12，６３-11を直列に介して前記キャパシタ１４-11の一端に接続し、前記キャパシタ１４-1mの他端を、スイッチ素子６４-1(m-1)，…６４-12，６４-11を直列に介して前記キャパシタ１４-11の他端に接続している。
【００６８】
そして、前記スイッチ素子６３-11とキャパシタ１４-12との直列回路にスイッチ素子６５-11を並列に接続し、前記スイッチ素子６３-12とキャパシタ１４-13との直列回路にスイッチ素子６５-12を並列に接続し、同様な構成でスイッチ素子を接続し、最後に前記スイッチ素子６３-1(m-1)とキャパシタ１４-1mとの直列回路にスイッチ素子６５-1(m-1)を並列に接続している。
【００６９】
また、前記キャパシタ１４-22の一端を、スイッチ素子６３-21を介して前記キャパシタ１４-21の一端に接続し、前記キャパシタ１４-22の他端を、スイッチ素子６４-21を介して前記キャパシタ１４-21の他端に接続している。前記キャパシタ１４-23の一端を、スイッチ素子６３-22及び６３-21を直列に介して前記キャパシタ１４-21の一端に接続し、前記キャパシタ１４-23の他端を、スイッチ素子６４-22及び６４-21を直列に介して前記キャパシタ１４-21の他端に接続している。同様にして他のキャパシタを接続し、最後に、前記キャパシタ１４-2mの一端を、スイッチ素子６３-2(m-1)，…６３-22，６３-21を直列に介して前記キャパシタ１４-21の一端に接続し、前記キャパシタ１４-2mの他端を、スイッチ素子６４-2(m-1)，…６４-22，６４-21を直列に介して前記キャパシタ１４-21の他端に接続している。
【００７０】
そして、前記スイッチ素子６３-21とキャパシタ１４-22との直列回路にスイッチ素子６５-21を並列に接続し、前記スイッチ素子６３-22とキャパシタ１４-23との直列回路にスイッチ素子６５-22を並列に接続し、同様な構成でスイッチ素子を接続し、最後に前記スイッチ素子６３-2(m-1)とキャパシタ１４-2mとの直列回路にスイッチ素子６５-2(m-1)を並列に接続している。
このようにして残りの全ての枝回路も複数のスイッチ素子とキャパシタによって上記した２つの枝回路６２-1，６２-2と同様の回路を構成している。
【００７１】
そして、各枝回路の最終キャパシタ１４-1m，１４-2m，…とスイッチ素子６３-1(m-1)，６３-2(m-1)，…との接続点をそれぞれスイッチ素子６６-1，６６-2，…を介して極性反転回路１６のスイッチ素子１６-1と１６-3との接続点に接続している。前記極性反転回路１６のスイッチ素子１６-2と１６-4との接続点は前記各キャパシタ１４-11，１４-21，…の他端に接続している。
【００７２】
このような構成の交流階段状電圧発生源６１は、充電時には、枝回路６２-1においては、スイッチ素子１３-1のインピーダンスが有限値に制御され、スイッチ素子６３-11〜６３-1(m-1)、６４-11〜６４-1(m-1)がオン動作され、スイッチ素子６５-11〜６５-1(m-1)がオフ動作される。これにより、この枝回路６２-1の各キャパシタ１４-11〜１４-1mがすべて並列に接続され、全波整流器１２の出力電圧によって所定のレベルに充電される。
【００７３】
また、次の枝回路６２-2においては、スイッチ素子１３-2のインピーダンスが有限値に制御され、スイッチ素子６３-21〜６３-2(m-1)、６４-21〜６４-2(m-1)がオン動作され、スイッチ素子６５-21〜６５-2(m-1)がオフ動作される。これにより、この枝回路６２-2の各キャパシタ１４-21〜１４-2mがすべて並列に接続され、全波整流器１２の出力電圧によって各キャパシタ１４-11〜１４-1mよりも若干レベルが高い所定のレベルに充電される。
【００７４】
このようにしてｎ段の枝回路の、全てのキャパシタが全波整流器１２の出力電圧によって各枝回路毎に異なる電圧値に充電される。
また、キャパシタの放電は、各枝回路においてはスイッチ素子１３-1，１３-2，…のインピーダンスが無限大になるように制御され、それ以外の各スイッチ素子が選択的にオン動作されて行われる。
【００７５】
例えば、枝回路６２-1においては、スイッチ素子１３-1のインピーダンスが無限大になるように制御され、スイッチ素子６３-11〜６３-1(m-1)、６４-11〜６４-1(m-1)がオフ動作され、スイッチ素子６５-11〜６５-1(m-1)、６６-1がオン動作されると、この枝回路６２-1の各キャパシタ１４-11〜１４-1mがすべて直列に接続され、各キャパシタの充電電圧のｍ倍の電圧値が極性反転回路１６に出力される。
【００７６】
また、枝回路６２-2においては、スイッチ素子１３-2のインピーダンスが無限大になるように制御され、スイッチ素子６３-21〜６３-2(m-1)、６４-21〜６４-2(m-1)がオフ動作され、スイッチ素子６５-21〜６５-2(m-1)、６６-2がオン動作されると、この枝回路６２-2の各キャパシタ１４-21〜１４-2mがすべて直列に接続され、各キャパシタの充電電圧のｍ倍の電圧値が極性反転回路１６に出力される。
このようにして、放電時には全ての枝回路が順次動作し、これが繰り返されることで、交流階段状電圧発生源６１から放電灯２に第１のキャパシタ３を介して高圧の交流階段状電圧波形が例えば２０ＫＨｚの高周波で供給されることになる。
【００７７】
ここでは交流階段状電圧発生源６１から各キャパシタの充電電圧をｍ倍に昇圧した交流階段状電圧波形を供給する場合を例として述べたが、各枝回路のスイッチ素子を制御することによって１倍からｍ倍の範囲で出力電圧を制御できる。例えば、各枝回路のキャパシタを全て並列接続すれば入力電圧と同じレベルの出力電圧となり、図１５の(a)に示す交流階段状電圧波形が出力される。また、各枝回路のキャパシタを２個だけ直列に接続するように制御すれば、図１５の(b)に示すように２倍に昇圧された交流階段状電圧波形が出力される。
このように、各種の交流階段状電圧を発生させることができ、汎用性を向上できる。
【００７８】
なお、この回路の場合、昇圧された交流階段状電圧波形を供給するとき、各枝回路においてはキャパシタの充電と放電は電圧レベルが異なるため同時に行うことができない。従って、ある枝回路が充電サイクルにあるときにその枝回路を放電灯２への出力に使用しなければならない状態になったときにはその期間スイッチ素子１３-1，…をオフ制御しなければならない。従って、この期間充電が停止されるので全波整流器１２からの入力電流が途切れることになる。
【００７９】
しかし、昇圧した交流階段状電圧波形を放電灯２に供給する期間を始動点灯時のみとすれば、この期間はごく短時間であり入力電流が途切れても入力電流に歪みを与えることはない。そして、放電灯２が始動点灯した後は、各枝回路においてキャパシタが並列に接続するようにスイッチ素子を制御すれば、キャパシタの充電と放電の電圧レベルが一致しているので、ある枝回路が充電サイクルにあるときにその枝回路を放電灯２への出力に使用しなければならない状態になってもスイッチ素子１３-1，…をオフ制御する必要はない。これにより、放電灯２の点灯時の入力力率改善を図ることができる。
【００８０】
このようにこの構成においては、各枝回路のキャパシタはそれぞれ並列に接続されて充電が行われ、また、予熱時から始動点灯時には各枝回路のキャパシタは直列に接続され、昇圧した交流階段状電圧波形が放電灯２に供給される。そして、予熱は、スイッチ６素子が一定時間導通して行われ、その後、昇圧した交流階段状電圧波形により放電灯２は始動点灯される。そして、点灯した後は、各枝回路のキャパシタは並列に接続され入力電圧と同じレベルの出力電圧にて点灯が維持される。
【００８１】
そして、この構成においても交流階段状電圧発生源６１からの交流階段状電圧波形を第１のキャパシタ３を介して放電灯２に供給する。従って、この実施の形態においても、階段状電圧波形の各電圧の時間幅を可変して交流階段状電圧波形の実効値を制御した場合、負荷特性は、放電灯２の開放（負荷電流がゼロ）から短絡（負荷電圧がゼロ）まで広い範囲にわたって動作点が存在することになり、適用可能なランプ電圧の範囲を広げることができる。しかも、放電灯２の短絡時に流れる負荷電流を抑制することができ、過剰な電流が流れるのを防止できる。
【００８２】
上記例では始動点灯時に交流階段状電圧発生源６１から放電灯２に供給する交流階段状電圧波形を昇圧するようにしたが、交流階段状電圧波形を昇圧せずに放電時も各キャパシタを並列に接続するようにし、かつ、最も高い電圧を充電するキャパシタを放電する時間を長く設定するようにしてもよい。このようにすることにより、始動点灯時に交流階段状電圧発生源６１から放電灯２に供給する交流階段状電圧波形は図１５の(c)に示すようになる。このようにしても放電灯２に印加される実効値を通常よりも高くすることができるので、放電灯の始動点灯ができる。
【００８３】
（第７の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。
図１６に示すように、この交流階段状電圧発生源７１は、全波整流器１２の出力端子に、ｎ個の枝回路７２-1，７２-2，…を並列に接続している。前記各枝回路７２-1，７２-2，…はそれぞれ複数個のキャパシタと複数個のＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子とで構成されている。
【００８４】
例えば、枝回路７２-1は、全波整流器１２の出力端子に、スイッチ素子１３-1を介して、ｍ個のスイッチ素子とｍ個のキャパシタを交互に直列に接続した回路、すなわち、スイッチ素子７３-11、キャパシタ７４-11、スイッチ素子７３-12、キャパシタ７４-12、スイッチ素子７３-13、キャパシタ７４-13、…、スイッチ素子７３-1m、キャパシタ７４-1mの直列回路を並列に接続している。前記各キャパシタ７４-11〜７４-1mは直流電圧源を構成するものである。
【００８５】
そして、キャパシタ７４-11とスイッチ素子７３-12との直列回路にスイッチ素子７５-11を並列に接続し、キャパシタ７４-12とスイッチ素子７３-13との直列回路にスイッチ素子７５-12を並列に接続し、キャパシタ７４-13とスイッチ素子７３-14（図示せず）との直列回路にスイッチ素子７５-13を並列に接続し、…、キャパシタ７４-1(m-1)（図示せず）とスイッチ素子７３-1mとの直列回路にスイッチ素子７５-1(m-1)を並列に接続している。
【００８６】
また、スイッチ素子７３-12とキャパシタ７４-12との直列回路にスイッチ素子７６-11を並列に接続し、スイッチ素子７３-13とキャパシタ７４-13との直列回路にスイッチ素子７６-12を並列に接続し、…、スイッチ素子７３-1mとキャパシタ７４-1mとの直列回路にスイッチ素子７６-1(m-1)を並列に接続している。
【００８７】
また、枝回路７２-2は、全波整流器１２の出力端子に、スイッチ素子１３-2を介して、ｍ個のスイッチ素子とｍ個のキャパシタを交互に直列に接続した回路、すなわち、スイッチ素子７３-21、キャパシタ７４-21、スイッチ素子７３-22、キャパシタ７４-22、スイッチ素子７３-23、キャパシタ７４-23、…、スイッチ素子７３-2m、キャパシタ７４-2mの直列回路を並列に接続している。前記各キャパシタ７４-21〜７４-2mは直流電圧源を構成するものである。
【００８８】
そして、キャパシタ７４-21とスイッチ素子７３-22との直列回路にスイッチ素子７５-21を並列に接続し、キャパシタ７４-22とスイッチ素子７３-23との直列回路にスイッチ素子７５-22を並列に接続し、キャパシタ７４-23とスイッチ素子７３-24（図示せず）との直列回路にスイッチ素子７５-23を並列に接続し、…、キャパシタ７４-2(m-1)（図示せず）とスイッチ素子７３-2mとの直列回路にスイッチ素子７５-2(m-1)を並列に接続している。
【００８９】
また、スイッチ素子７３-22とキャパシタ７４-22との直列回路にスイッチ素子７６-21を並列に接続し、スイッチ素子７３-23とキャパシタ７４-23との直列回路にスイッチ素子７６-22を並列に接続し、…、スイッチ素子７３-2mとキャパシタ７４-2mとの直列回路にスイッチ素子７６-2(m-1)を並列に接続している。
このようにして全ての枝回路が複数のスイッチ素子とキャパシタによって上記した２つの枝回路と同様の回路を構成している。
【００９０】
そして、前記スイッチ素子７３-11、７３-21、…とキャパシタ７４-11、７４-21、…との接続点をそれぞれスイッチ素子６６-1，６６-2，…を介して極性反転回路１６のスイッチ素子１６-1と１６-3との接続点に接続している。前記極性反転回路１６のスイッチ素子１６-2と１６-4との接続点は前記各枝回路の最も他端側のキャパシタ７４-1m、７４-2m、…の他端に接続している。
【００９１】
なお、各枝回路７２-1，７２-2，…の各スイッチ素子はＭＯＳＦＥＴによって構成されているが、その具体例について述べる。
図１７は、枝回路７２-1の構成を示し、スイッチ素子１３−１はダイオードと１つのＭＯＳＦＥＴによって構成し、他のスイッチ素子７３-11〜７３-1m、７５-11〜７５-1(m-1)、７６-11〜７６-1(m-1)、６６-1は２つのＭＯＳＦＥＴを、そのソースとゲートを共通に接続した両極性スイッチで構成している。
この構成は他の枝回路７２-2，…についても同様である。
【００９２】
降圧した電圧を出力する場合は、交流階段状電圧発生源７１は、充電時には、枝回路７２-1においては、スイッチ素子１３-1のインピーダンスが有限値に制御され、スイッチ素子７３-11〜７３-1mがオン動作され、スイッチ素子７５-11〜７５-1(m-1)、７６-11〜７６-1(m-1)、６６-1がオフ動作される。これにより、この枝回路７２-1の各キャパシタ７４-11〜７４-1mがすべて直列に接続され、全波整流器１２の出力電圧によって所定のレベルに充電される。
【００９３】
また、次の枝回路７２-2においては、スイッチ素子１３-2のインピーダンスが有限値に制御され、スイッチ素子７３-21〜７３-2mがオン動作され、スイッチ素子７５-21〜７５-2(m-1)、７６-21〜７６-2(m-1)、６６-2がオフ動作される。これにより、この枝回路７２-2の各キャパシタ７４-21〜７４-2mがすべて直列に接続され、全波整流器１２の出力電圧によって枝回路７２-1よりも若干レベルが高い所定のレベルに充電される。
【００９４】
このようにして充電時にはｎ段の枝回路の各キャパシタがすべて直列に接続され、全波整流器１２からの出力電圧によりキャパシタの直列回路は各枝回路毎に異なる電圧値に充電する。
また、交流階段状電圧発生源７１は、放電時には、枝回路７２-1においては、スイッチ素子７３-11〜７３-1mがオフ動作させ、スイッチ素子７５-11〜７５-1(m-1)、７６-11〜７６-1(m-1)、６６-1がオン動作させることで、この枝回路７２-1の各キャパシタ７４-11〜７４-1mがすべて並列に接続されることになり、１／ｍの電圧を出力できる。
【００９５】
また、次の枝回路７２-2においては、スイッチ素子７３-21〜７３-2mがオフ動作させ、スイッチ素子７５-21〜７５-2(m-1)、７６-21〜７６-2(m-1)、６６-2がオン動作させることで、この枝回路７２-2の各キャパシタ７４-21〜７４-2mがすべて並列に接続されることになり、１／ｍの電圧を出力できる。
【００９６】
従って、この例では、放電時には、各枝回路は各キャパシタを並列に接続して極性反転回路１６に電流を流すようになる。従って、交流階段状電圧発生源７１から第１のキャパシタ３を介して放電灯２に入力電圧を１／ｍに降圧した交流階段状電圧が供給されることになる。
なお、放電時において各枝回路７２-1，７２-2，…のスイッチ素子をオン、オフ制御することよって任意の個数のキャパシタを直列に接続することができ、これにより交流階段状電圧を任意に降圧させることができる。
【００９７】
また、昇圧した電圧を出力する場合は、交流階段状電圧発生源７１は、充電時には、枝回路７２-1においては、スイッチ素子１３-1のインピーダンスが有限値に制御され、スイッチ素子７３-11、７５-11〜７５-1(m-1)、７６-11〜７６-1(m-1)がオン動作され、スイッチ素子７３-12〜７３-1m、６６-1がオフ動作される。これにより、この枝回路７２-1の各キャパシタ７４-11〜７４-1mがすべて並列に接続され、全波整流器１２の出力電圧によって所定のレベルに充電される。
【００９８】
また、次の枝回路７２-2においては、スイッチ素子１３-2のインピーダンスが有限値に制御され、スイッチ素子７３-21、７５-21〜７５-2(m-1)、７６-21〜７６-2(m-1)がオン動作され、スイッチ素子７３-22〜７３-2mがオフ動作される。これにより、この枝回路７２-2の各キャパシタ７４-21〜７４-2mがすべて並列に接続され、全波整流器１２の出力電圧によって枝回路７２-2よりも若干レベルが高い所定のレベルに充電される。
【００９９】
このようにして充電時にはｎ段の枝回路の各キャパシタがすべて並列に接続され、全波整流器１２からの出力電圧により各キャパシタは各枝回路毎に異なる電圧値に充電する。
また、交流階段状電圧発生源７１は、放電時には、枝回路７２-1においては、スイッチ素子７３-11、７５-11〜７５-1(m-1)、７６-11〜７６-1(m-1)がオフ動作し、スイッチ素子７３-12〜７３-1m、６６-1がオン動作する。これにより、この枝回路７２-1の各キャパシタ７４-11〜７４-1mがすべて直列に接続され、各キャパシタ７４-11〜７４-1mからスイッチ素子６６-1を介して極性反転回路１６に電流が流れる。すなわち、各キャパシタ７４-11〜７４-1mの充電電圧が加算されて出力される。
【０１００】
また、次の枝回路７２-2においては、スイッチ素子７３-21、７５-21〜７５-2(m-1)、７６-21〜７６-2(m-1)がオフ動作し、スイッチ素子７３-22〜７３-2m、６６-2がオン動作する。これにより、この枝回路７２-2の各キャパシタ７４-21〜７４-2mがすべて直列に接続され、各キャパシタ７４-21〜７４-2mからスイッチ素子６６-2を介して極性反転回路１６に電流が流れる。すなわち、各キャパシタ７４-21〜７４-2mの充電電圧が加算されて出力される。
【０１０１】
このようにして、放電時には、各枝回路は各キャパシタを直列に接続して極性反転回路１６に電流を流すようになる。従って、交流階段状電圧発生源７１から第１のキャパシタ３を介して放電灯２に入力電圧をｍ倍に昇圧した交流階段状電圧が供給されることになる。
なお、放電時において各枝回路７２-1，７２-2，…のスイッチ素子をオン、オフ制御することよって直列接続するキャパシタの数を可変することもでき、これにより昇圧の程度を可変することができる。
このように、各種の交流階段状電圧を発生させることができ、汎用性を向上できる。
【０１０２】
この装置では、一つの枝回路が同時に充電と放電を行うことはできない。すなわち、枝回路７２-1においては、充電期間に放電する場合は、スイッチ素子７３-11をオフ動作し充電を停止させてから放電を行うことになる。このとき充電の停止により入力電流が途切れる。これを避けるためには、充電期間には放電させないことである。すなわち、充電期間では充電のみを行い、充電期間でない他の枝回路から放電を行う。これにより、入力電流が途切れるという現象を回避することができる。
【０１０３】
この構成においても交流階段状電圧発生源７１からの交流階段状電圧波形を第１のキャパシタ３を介して放電灯２に供給する。従って、この実施の形態においても、階段状電圧波形の各電圧の時間幅を可変して交流階段状電圧波形の実効値を制御した場合、負荷特性は、放電灯２の開放（負荷電流がゼロ）から短絡（負荷電圧がゼロ）まで広い範囲にわたって動作点が存在することになり、適用可能なランプ電圧の範囲を広げることができる。しかも、放電灯２の短絡時に流れる負荷電流を抑制することができ、過剰な電流が流れるのを防止できる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１記載の発明によれば、交流階段状電圧発生源からの交流階段状電圧波形を、キャパシタを介して放電灯に供給するので、適用可能な放電灯のランプ電圧の範囲を広げることができ、しかも、放電灯の短絡時に過剰な電流が流れるのを防止できる。
【０１０５】
また、交流階段状電圧波形における各電圧の出力時間幅の平均値をｔｓ、キャパシタの容量と定格点灯時の放電灯の等価抵抗とで決まる時定数をＣＲとしたとき、ＣＲ／ｔｓ＞１、となるようにキャパシタの容量及び交流階段状電圧波形における各電圧の出力時間幅を設定したので、さらに、ランプ電流のクレストファクタを良好にできる。
【０１０６】
また、各スイッチ素子を両極性の電流の遮断、通流を制御できる両極性スイッチで構成しているので、さらに、放電灯にはランプ電流を無駄無く有効に流すことができてランプの発光効率を高めることができる。
【０１０７】
また、放電灯の各フィラメント電極間に第２のキャパシタとスイッチ素子との直列回路を接続し、スイッチ素子を放電灯が始動点灯する前の予熱時のみ導通させて予熱電流を流すようにしているので、予熱時に確実に予熱電流を流し、始動点灯後は放電灯の点灯にキャパシタの影響を与える虞はない。
【０１０８】
また、交流階段状電圧波形を構成する各電圧値を作成するための複数の枝回路を複数のスイッチ素子と複数のキャパシタとで構成し、商用交流から各枝回路のキャパシタを充電するときと、放電灯へ放電するときにおいて、キャパシタの直列接続数と並列接続数を異ならせるように複数のスイッチ素子を導通、非導通制御することにより、放電灯に供給する交流階段状電圧を任意に設定しているので、各種の交流階段状電圧を発生させることができ、汎用性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る第１の実施の形態を示す一部ブロックを含む回路構成図。
【図２】  同実施の形態においてキャパシタを使用せずに交流階段状電圧波形を放電灯に直接供給したときの負荷特性を示す図。
【図３】  同実施の形態においてキャパシタを介して交流階段状電圧波形を放電灯に供給し、かつ、交流階段状電圧波形の実効値を一定とした条件下での負荷特性を示す図。
【図４】  同実施の形態においてキャパシタを介して交流階段状電圧波形を放電灯に供給し、かつ、交流階段状電圧波形の各電圧の時間幅を可変して実効値を制御した場合の負荷特性を示す図。
【図５】  本発明に係る第２の実施の形態を示す一部ブロックを含む回路構成図。
【図６】  本発明に係る第３の実施の形態において、交流階段状電圧波形の各電圧の時間幅の平均値をｔｓ、第１のキャパシタの容量と定格点灯時の放電灯の等価抵抗とで決まる時定数をＣＲとしたときのＣＲ／ｔｓとクレストファクタとの関係を示すグラフ。
【図７】  同実施の形態において、交流階段状電圧波形のステップ数を５ステップとしたときの交流階段状電圧波形と、第１のキャパシタの容量を変化させたときの放電灯の両端間に発生する電圧波形を示す波形図。
【図８】  同実施の形態において、交流階段状電圧波形のステップ数を１１ステップとしたときの交流階段状電圧波形と、第１のキャパシタの容量を変化させたときの放電灯の両端間に発生する電圧波形を示す波形図。
【図９】  同実施の形態において、交流階段状電圧波形のステップ数を２１ステップとしたときの交流階段状電圧波形と、第１のキャパシタの容量を変化させたときの放電灯の両端間に発生する電圧波形を示す波形図。
【図１０】  本発明に係る第４の実施の形態を示す回路構成図。
【図１１】  同実施の形態における交流階段状電圧波形と放電灯に流れる負荷電流波形を示す波形図。
【図１２】  同実施の形態で使用する両極性スイッチの他の回路構成例を示す図。
【図１３】  本発明に係る第５の実施の形態を示す回路構成図。
【図１４】  本発明に係る第６の実施の形態を示す回路構成図。
【図１５】  同実施の形態において交流階段状電圧発生源から出力される交流階段状電圧波形例を示す図。
【図１６】  本発明に係る第７の実施の形態を示す回路構成図。
【図１７】  同実施の形態におけるスイッチ素子の具体例を示す部分回路構成図。
【符号の説明】
１…交流階段状電圧発生源、２…放電灯、３…第１のキャパシタ、１３-1〜１３-n、１５-1〜１５-n…スイッチ素子、１４-1〜１４-n…直流電圧源を構成するキャパシタ、１６…極性反転回路。
【図１】
0004039127.tif 000002
【図２】
0004039127.tif 000003
【図３】
0004039127.tif 000004
【図４】
0004039127.tif 000005
【図５】
0004039127.tif 000006
【図６】
0004039127.tif 000007
【図７】
0004039127.tif 000008
【図８】
0004039127.tif 000009
【図９】
0004039127.tif 000010
【図１０】
0004039127.tif 000011
【図１１】
0004039127.tif 000012
【図１２】
0004039127.tif 000013
【図１３】
0004039127.tif 000014
【図１４】
0004039127.tif 000015
【図１５】
0004039127.tif 000016
【図１６】
0004039127.tif 000017
【図１７】
0004039127.tif 000018