【手続補正書】
【提出日】平成20年3月21日(2008.3.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  一対のスイッチング素子のゲートにインダクタの二次巻線を介してパルス電圧を印加して前記一対のスイッチング素子を交互にオン・オフさせる自励式インバータと、
前記一対のスイッチング素子のいずれかの前記ゲートとソース間に接続され、前記ゲートに印加される前記パルス電圧の電圧値を変えて、前記自励式インバータの発振周波数を変化させる電圧変更手段と、
を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】  電圧変更手段を可変式ツェナーダイオードと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】  電圧変更手段を可変抵抗と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】  電圧変更手段をシャントレギュレータと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５】  シャントレギュレータの基準電圧端子に外部調光信号に基づいた電圧を入力して基準電圧を変化させることを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】  シャントレギュレータの基準電圧端子の前段に時定数回路を設け、基準電圧を変化させることを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】  電圧変更手段をオペアンプと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８】  オペアンプの基準電圧端子に外部調光信号に基づいた電圧を入力して基準電圧を変化させることを特徴とする請求項７記載の放電灯点灯装置。
【請求項９】  オペアンプの基準電圧端子の前段に時定数回路を設け、基準電圧を変化させることを特徴とする請求項７記載の放電灯点灯装置。
【請求項１０】  インダクタの二次巻線に代えて、カレントトランスを使用したことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項１１】  一対のスイッチング素子はＮ型ＭＯＳ−ＦＥＴとＰ型ＭＯＳ−ＦＥＴを使用しコンプリメンタリ回路としたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
【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、一対のスイッチング素子のゲートにインダクタの二次巻線を介してパルス電圧を印加して前記一対のスイッチング素子を交互にオン・オフさせる自励式インバータと、前記一対のスイッチング素子のいずれかの前記ゲートとソース間に接続され、前記ゲートに印加される前記パルス電圧の電圧値を変えて、前記自励式インバータの発振周波数を変化させる電圧変更手段と、を備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
また、電圧変更手段を可変式ツェナーダイオードとしたものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、一対のスイッチング素子はＮ型ＭＯＳ−ＦＥＴとＰ型ＭＯＳ−ＦＥＴを使用しコンプリメンタリ回路としたものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
【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を示す自励式ハーフブリッジ式インバータを用いた放電灯点灯装置の回路図、図２、４、５は動作説明の波形図、図３は共振回路の共振曲線図である。図１は自励式ハーフブリッジ式インバータによる高周波電力でランプを点灯させるものであり、図においてＥは直流電源、ＬＩＰはインダクタ、Ｑ１，Ｑ２はインダクタＬＩＰの２次巻線ＬＩＳＨ、ＬＩＳＬの電圧をゲート信号としてオン、オフするスイッチング素子、抵抗Ｒ３、Ｒ４はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートに流れる電流を制限する抵抗、ＤＺ１〜ＤＺ４はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧が定格をこえないように保護するツェナーダイオードである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
ＤＺ５はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧を自在に変化させる可変ツェナーダイオード、Ｄ１は整流ダイオード、Ｒ１０は可変ツェナーダイオードＤＺ５の電流制限抵抗、ＬＡはランプ、Ｃ１は共振用コンデンサ、ＬＩＰは電流制限用のインダクタ、ＬＩＳＨ、ＬＩＳＬはインダクタＬＩＰの二次側のインダクタ、Ｃ２はカップリングコンデンサであり、共振用コンデンサＣ１とインダクタＬＩＰで共振回路を形成している。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
次に、動作を図１〜図５により説明する。図２は可変ツェナーダイオードＤＺ５を開放時の、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧波形とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点の電圧波形を示し、
図３は共振回路の共振曲線図、図４は可変ツェナーダイオードＤＺ５を挿入時の、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧波形とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点の電圧波形を示し、図５は図２と図４のスイッチング素子Ｑ２のゲート波形の一部を拡大して比較して示している。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
まず、可変ツェナーダイオードＤＺ５の開放時について図１〜３により説明する。この場合は従来の自励式ハーフブリッジ式インバータを用いた放電灯点灯装置の基本的な回路と同じである。
まず、ダイアック（図示せず）等を用いて、スイッチング素子Ｑ２をオンにすると、インダクタＬＩＰと始動コンデンサＣ１からなる共振回路に電流が流れて、インダクタＬＩＰによりスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲートに帰還され、スイッチング素子Ｑ１がオン、スイッチング素子Ｑ２がオフになり、直流電源Ｅより共振回路に電流が流れて、インダクタＬＩＰにより再びスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に帰還され、スイッチング素子Ｑ１がオフ、スイッチング素子Ｑ２がオンになり、以下同様の動作を繰り返すことによって、共振回路の共振周波数で発振が開始される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
次に、可変ツェナーダイオードＤＺ５の接続時の場合、基本的な動作は可変ツェナーダイオードＤＺ５の開放時と同様なので、可変ツェナーダイオードＤＺ５の値ＶＤを変える場合について説明する。スイッチング素子Ｑ２のゲート電圧のピーク値Ｖｐ２を、可変ツェナーダイオードＤＺ５が開放時のスイッチング素子Ｑ２のゲート電圧のピーク値Ｖｐ１よりも低くなるように可変ツェナーダイオードＤＺ５の値ＶＤを設定した場合、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート電圧波形とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点の電圧波形は図４に示すようになる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
スイッチング素子Ｑ２のゲートに接続された抵抗Ｒ４に流れる電流が図４に斜線で示した期間Ｔ５だけ可変ツェナーダイオードＤＺ５に流れるので、抵抗Ｒ４に流れる電流は、期間Ｔ５の間、期間Ｔ５以外の期間よりも、多く流れるので、見かけ上、インダクタＬＩＰの直列抵抗が大きくなるのと同様の効果が得られる。従って、共振回路の強さＱが低くなりスイッチング素子Ｑ２のゲート電圧のピーク値Ｖｐ２が低下する。このときの１周期はＴ２＝Ｔ３＋ＴＤ＋Ｔ５＋ＴＤであり、周波数は１／Ｔ２である。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
この周波数を可変ツェナーダイオードＤＺ５の解放時の場合と比較すると、図５に示すように、スイッチング素子Ｑ２のゲート電圧のピーク値Ｖｐ２を、可変ツェナーダイオードＤＺ５が開放時のスイッチング素子Ｑ２のゲート電圧のピーク値Ｖｐ１よりも低くなるように可変ツェナーダイオードＤＺ５の値ＶＤを設定することにより、スイッチング素子Ｑ２のオン期間Ｔ４が可変ツェナーダイオードＤＺ５がない場合のスイッチング素子Ｑ２のオン期間Ｔ４より短くなる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
一方、可変ツェナーダイオードＤＺ５の開放時の１周期はＴ１＝Ｔ３＋ＴＤ＋Ｔ４＋ＴＤであり、可変ツェナーダイオードＤＺ５の接続時の１周期はＴ２＝Ｔ３＋ＴＤ＋Ｔ５＋ＴＤであり、上記のようにＴ４＞Ｔ５であることからＴ１＞Ｔ２となり、可変ツェナーダイオードＤＺ５の接続時の１周期の時間は可変ツェナーダイオードＤＺ５の開放時より短くなる。従って、周波数は１／Ｔ２＞１／Ｔ１となり、可変ツェナーダイオードＤＺ５の接続時の周波数が可変ツェナーダイオードＤＺ５の開放時より高くなる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
そして、抵抗Ｒ４に流れる電流が大きいほど、見かけ上のインダクタＬＩＰの直列抵抗が大きくなるのと同様な効果が得られ、共振回路の強さＱが低くなりスイッチング素子Ｑ２のゲート電圧のピーク値Ｖｐ２がさらに低下し、スイッチング素子Ｑ２のオン期間Ｔ５が短くなり、周波数が高くなる。抵抗Ｒ４に流れる電流を大きくするには可変ツェナーダイオードＤＺ５の値を小さくすればよく、可変ツェナーダイオードＤＺ５の値を小さくするほど、周波数を高くすることができる。
周波数が高くなれば、点灯時に共振用コイルとして働いたインダクタＬＩＰのインピーダンスが大きくなり電流制限用コイルとして働き、放電灯ＬＡに流れる電流が抑えられ、図３に示すように共振電流が下がることにより調光され、放電灯ＬＡは暗くなる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
このように、可変ツェナーダイオードＤＺ５を連続的に変化すれば、周波数が変化することで連続調光が可能であり、また、ある値に固定すれば、予熱及び段調光をすることができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
なお、本実施の形態では可変ツェナーダイオードＤＺ５を使用したが、図６に示すように、可変抵抗ＶＲを使用してもよい。この場合、抵抗が小さいほど抵抗Ｒ４に電流が流れるので周波数が高くなる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
実施の形態２．
実施の形態１では可変ツェナーダイオードＤＺ５を使用したが、本実施の形態は可変ツェナーダイオードＤＺ５の代わりにシャントレギュレータを使用したものである。図７はこの発明の実施の形態２を示す自励式ハーフブリッジ式インバータを用いた放電灯点灯装置の回路図である。図において実施の形態の図１と同一部分には同一の符号を付し説明を省略する。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
Ｒ３は抵抗Ｒ１とＲ２の接続点とシャントレギュレータＩＣ  ＩＣ１の基準端子間に接続された抵抗、ＯＰ１は非反転端子に基準電圧を入力するツェナーダイオードＤＺ６が接続され、反転端子に外部からの調光信号５が入力され、出力端子がダイオードＤ２を介して抵抗Ｒ１とＲ２の接続点に接続されたオペアンプである。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
ＯＰ２は非反転端子に基準電圧を入力するツェナーダイオードＤＺ７が接続され、反転端子に抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点が接続され、出力がアースに接続されたオペアンプである。ＳＷ１は抵抗Ｒ２に抵抗Ｒ５を介して並列に接続された第１のスイッチ、ＳＷ２は抵抗Ｒ２に抵抗Ｒ６を介して並列に接続された第２のスイッチ、６は第１、第２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２に接続されたタイマーである。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
次に、図９、図３により動作を説明する。
オペアンプＯＰ２出力電圧は、ツェナーダイオードＤＺ７の電圧をＶＤＺとすると、
∨＝ＶＤＺ×（Ｒ１＋Ｒ２）÷Ｒ２で決まるので、Ｒ２が大きいほど、出力電圧が下がり、スイッチング素子Ｑ２のゲート電圧が下がり周波数は高くなる。
実施の形態１の図３で示したように、周波数の高い方から、予熱周波数ｆ１、始動・点灯周波数数ｆ２、調光周波数となっているので、予熱時はＲ１＜Ｒ２としてゲート電圧を下げ、周波数ｆｌに設定する。  始動・点灯時には、Ｒ２＞Ｒ５となるように抵抗Ｒ５を、第１のスイッチＳＷ１により抵抗Ｒ２に並列接続し、抵抗Ｒ２の値を下げ周波数ｆ２に設定する。この時、タイマー回路６により、抵抗Ｒ６を接続する時間を調整し、十分な予熱が取れる時間に設定する。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
実施の形態５．
実施の形態３ではシャントレギュレータを使用して連続調光を行ったが本実施の形態はシャントレギュレータの代わりにオペアンプを使用して連続調光を行うものである。図１０はこの発明の実施の形態３を示す自励式ハーフブリッジ式インバータを用いた放電灯点灯装置の回路図である。図において実施の形態２の図８と同一部分には同一の符号を付し説明を省略する。
ＯＰ２は非反転端子に基準電圧を入力するツェナーダイオードＤＺ５が接続され、反転端子に抵抗Ｒ３が接続され、出力端子がアースされたオペアンプである。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
この構成において、オペアンプＯＰ２出力電圧は、ツェナーダイオードＤＺ７の電圧をＶＤＺとすると、
∨＝ＶＤＺ×（Ｒ１＋Ｒ２）÷Ｒ２で決まるので、Ｒ２が大きいほど、出力電圧が下がり、スイッチング素子Ｑ２のゲート電圧が下がり周波数は高くなる。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
また、実施の形態１〜７では可変ツェナーダイオードＤＺ５をスイッチング素子Ｑ２に接続しているが、スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続してもよい。
また、スイッチング素子Ｑ１にＮ型ＭＯＳ−ＦＥＴ、スイッチング素子Ｑ２にＰ型ＭＯＳ−ＦＥＴを使用しコンプリメンタリ回路とし、回路をより簡単にしてもよい。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、一対のスイッチング素子のゲートにインダクタの二次巻線を介してパルス電圧を印加して前記一対のスイッチング素子を交互にオン・オフさせる自励式インバータと、前記一対のスイッチング素子のいずれかの前記ゲートとソース間に接続され、前記ゲートに印加される前記パルス電圧の電圧値を変えて、前記自励式インバータの発振周波数を変化させる電圧変更手段と、を備えたので、簡単な回路構成で、安価な部品により、放電灯始動時に十分な予熱が得られ、調光の微妙な調整や連続調光ができ、小型にすることができ、また、設計の自由度を大きくすることができる。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
また、電圧変更手段を可変式ツェナーダイオードとしたので、スイッチング素子のＱ１、または、Ｑ２のゲート電圧を自在に変化でき、連続調光をすることができる。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【符号の説明】
Ｃ１  共振用コンデンサ、Ｃ２  カップリングコンデンサ、Ｃ３  コンデンサ、ＤＺ５  可変ツェナーダイオード、ＤＺ６、ＤＺ７  ツェナーダイオード、ＩＣ１  シャントレギュレータ、ＬＩＰ  インダクタ、ＬＡ  放電灯、ＬＩＳＨ、ＬＩＳＬ  二次巻線、Ｑ１，Ｑ２  スイッチング素子、ＯＰ１、ＯＰ２  オペアンプ、Ｒ５  抵抗、Ｑ３  トランジスタ、ＶＲ  可変抵抗、５  調光信号、６  タイマー回路。