(57)【要約】【課題】ＭＥＲＳ内のオフセット異常を迅速に検出することができる。【解決手段】蛍光灯２及び交流電源３間に接続され、蛍光灯を点灯する負荷電圧を電源電圧から調整出力するＭＥＲＳ４と、ＭＥＲＳを駆動制御する制御装置１３とを備え、制御装置は、ＯＮ／ＯＦＦタイミングに応じたＭＯＳのＯＮ／ＯＦＦ動作及び、ＯＮ／ＯＦＦ動作に伴うコンデンサ２５の充放電動作に応じて、電源電圧から所望の負荷電圧を調整出力すべく、ＭＥＲＳを駆動制御する蛍光灯システム１であって、制御装置は、ＭＯＳのＯＮ継続期間内のコンデンサのコンデンサ電圧を継続検出するコンデンサ電圧継続監視部４４と、この検出結果に基づき、同ＯＮ継続期間内に継続検出したコンデンサ電圧内に零ボルト区間があるか否かを判定し、零ボルト区間がない場合、オフセット異常と判断する零ボルト区間有無判定部４５とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導性負荷及び交流電源間に接続され、前記誘導性負荷を駆動するための負荷電圧を、前記交流電源の電源電圧から調整出力する磁気エネルギー回生スイッチと、この磁気エネルギー回生スイッチを駆動制御する制御装置とを備え、前記磁気エネルギー回生スイッチは、複数の逆導通型半導体スイッチと、これら複数の逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングに応じて充放電動作を実行するコンデンサとを有し、前記制御装置は、前記ＯＮ／ＯＦＦタイミングに応じた前記逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作及び、前記ＯＮ／ＯＦＦ動作に伴う前記コンデンサの充放電動作に応じて、前記電源電圧から所望の負荷電圧を調整出力すべく、前記磁気エネルギー回生スイッチを駆動制御する交流電源装置であって、
前記制御装置は、
前記逆導通型半導体スイッチをＯＮするＯＮタイミングから、このＯＮ中の逆同通型半導体スイッチをＯＦＦするＯＦＦタイミングまでのＯＮ継続期間内の前記コンデンサのコンデンサ電圧を継続検出するコンデンサ電圧継続検出手段と、
このコンデンサ電圧継続検出手段の検出結果に基づき、同ＯＮ継続期間内に継続検出した前記コンデンサ電圧内に零ボルト区間があるか否かを判定する零ボルト区間有無判定手段と、
この零ボルト区間有無判定手段にて前記ＯＮ継続期間内に零ボルト区間がない場合、前記コンデンサのオフセット異常と判断するオフセット異常認識手段とを有することを特徴とする交流電源装置。
【請求項２】
前記オフセット異常認識手段にて前記コンデンサのオフセット異常と判断されると、前記ＯＮ継続期間内の前記コンデンサ電圧内に前記零ボルト区間を発生させるべく、前記逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整するタイミング調整手段を有することを特徴とする請求項１記載の交流電源装置。
【請求項３】
前記磁気エネルギー回生スイッチは、
前記電源電圧の零クロスポイント及び、この零クロスポイント基準にした時間差に相当するゲート位相角に基づき、前記逆導通型半導体スイッチの前記ＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整する構成とし、
前記タイミング調整手段は、
前記ＯＮ継続期間内の前記コンデンサ電圧内に零ボルト区間を発生させるべく、前記逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整する前記ゲート位相角を設定する位相角設定手段に相当することを特徴とする請求項２記載の交流電源装置。
【請求項４】
前記タイミング調整手段にて前記逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整した後、前記コンデンサ電圧継続検出手段を通じて、前記ＯＮ継続期間内の前記コンデンサ電圧の継続検出を再開することを特徴とする請求項２又は３記載の交流電源装置。
【請求項５】
前記誘導性負荷は、
前記負荷電圧に応じて点灯する放電灯であることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の交流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば蛍光灯等の放電灯やモータ等の誘導性負荷及び交流電源間に接続され、前記誘導性負荷を駆動するための負荷電圧を、前記交流電源の電源電圧から調整出力する磁気エネルギー回生スイッチ（以下、単にＭＥＲＳと称する）と、前記誘導性負荷を駆動するための所望の負荷電圧を、前記電源電圧から調整出力させるべく、ＭＥＲＳを駆動制御する制御装置とを備えた交流電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような交流電源装置としては、誘導性負荷及び交流電源間に直列に接続され、誘導性負荷を駆動するための負荷電圧を、前記交流電源の電源電圧から調整出力するＭＥＲＳと、所望の負荷電圧を、前記電源電圧から調整出力させるべく、ＭＥＲＳを駆動制御する制御装置とを備えた技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
ＭＥＲＳは、直列に相互接続された一方側の２個の逆導通型半導体スイッチ及び、直列に相互接続された他方側の２個の逆導通型半導体スイッチで構成するブリッジ回路と、前記一方側の逆導通型半導体スイッチ間の中点及び前記他方側の逆導通型半導体スイッチ間の中点を接続するコンデンサとを有し、前記制御装置は、前記電源電圧の零クロスポイント及び、この零クロスポイントを基準にした時間差に相当するゲート位相角を調整可能にし、このゲート位相角に基づき、前記ブリッジ回路を構成する４個の逆導通型半導体スイッチの内、対角線上に位置するペアの逆導通型半導体スイッチを同時にＯＮ又はＯＦＦするＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整制御するものである。
【０００４】
また、ＭＥＲＳは、ＯＮ／ＯＦＦタイミングに応じて、２組の逆導通型半導体スイッチのペアの内、一方のペアの逆導通型半導体スイッチをＯＮした場合、他方のペアの逆導通型半導体スイッチをＯＦＦするように、各ペアの逆導通型半導体スイッチを交互にＯＮ／ＯＦＦ制御し、各逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作及び、このＯＮ／ＯＦＦ動作に伴うコンデンサの充放電動作に応じて、所望の負荷電圧を、電源電圧から調整出力するものである。
【０００５】
特許文献１の交流電源装置によれば、前記ゲート位相角を調整することで、前記ＭＥＲＳ内の各逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整し、同ＯＮ／ＯＦＦタイミングに応じた各逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作及び、このＯＮ／ＯＦＦ動作に伴うコンデンサの充放電動作に応じて、所望の負荷電圧を、前記電源電圧から調整出力することで、この調整出力された所望の負荷電圧に応じて誘導性負荷を駆動することができる。
【０００６】
また、特許文献１の交流電源装置によれば、図１４に示すように逆導通型半導体スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３及びＳ４のＯＮ／ＯＦＦ動作の他に、ＯＮ／ＯＦＦ動作に伴うコンデンサの充放電動作に応じて、電源電圧Ｖから所望の負荷電圧Ｖｌｏａｄを調整出力することになるが、一方のペアの逆導通型半導体スイッチＳ１，Ｓ３のＯＮタイミングからＯＦＦタイミングまでのＯＮ継続期間Ｘ内でコンデンサ電圧Ｖｃが放電しきる零ボルト区間があることで逆導通型半導体スイッチＳ１，Ｓ３が零ボルト状態からスイッチングを開始する零ボルトスイッチングを実現すると共に、同様に、他方のペアの逆導通型半導体スイッチＳ２，Ｓ４のＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間があることで逆導通型半導体スイッチＳ２，Ｓ４の零ボルトスイッチングを実現するものである。
【特許文献１】特許第３７３５６７３号公報（「特許請求の範囲」及び段落番号「００１４」〜「００１５」参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１の交流電源装置によれば、図１５に示すように、ＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整するゲート位相角αの調整過程でＯＮ継続期間Ｘ内にコンデンサ電圧Ｖｃが放電しきれない、すなわち、零ボルト区間が存在しないオフセット異常が発生する場合があるが、このようなオフセット異常が発生した場合、零ボルトスイッチングを実現することができないため、逆導通型半導体スイッチがハードスイッチングとなるためスイッチング損失が生じる虞がある。
【０００８】
また、上記特許文献１の交流電源装置によれば、誘導性負荷として放電灯を採用し、放電灯を減光方向に調光する際、減光方向にゲート位相角αを調整することになるため、ＯＮ継続期間Ｘ内にコンデンサ電圧Ｖｃが放電しきれない、すなわち零ボルト区間が存在しないオフセット異常が発生する場合があるが、このようなオフセット異常が発生した場合、零ボルトスイッチングを実現することができず、しかも、電源電圧Ｖｌｏａｄを負荷電圧Ｖｌｏａｄとして出力することができないため、前記コンデンサ電圧Ｖｃがオフセット異常になって放電灯に点灯チラツキや立ち消えが生じる虞がある。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、零ボルトスイッチングが実現できない要因となる、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）内部のコンデンサ電圧のオフセット異常を迅速に検出することができる交流電源装置を提供することにある。
【００１０】
さらに本発明の目的とするところは、放電灯の点灯チラツキや立ち消えの要因となる、磁気エネルギー回生スイッチ（ＭＥＲＳ）内部のコンデンサ電圧のオフセット異常を迅速に検出することができる交流電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本願請求項１記載の交流電源装置は、誘導性負荷及び交流電源間に接続され、前記誘導性負荷を駆動するための負荷電圧を、前記交流電源の電源電圧から調整出力する磁気エネルギー回生スイッチと、この磁気エネルギー回生スイッチを駆動制御する制御装置とを備え、前記磁気エネルギー回生スイッチは、複数の逆導通型半導体スイッチと、これら複数の逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングに応じて充放電動作を実行するコンデンサとを有し、前記制御装置は、前記ＯＮ／ＯＦＦタイミングに応じた前記逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作及び、前記ＯＮ／ＯＦＦ動作に伴う前記コンデンサの充放電動作に応じて、前記電源電圧から所望の負荷電圧を調整出力すべく、前記磁気エネルギー回生スイッチを駆動制御する交流電源装置であって、前記制御装置は、前記逆導通型半導体スイッチをＯＮするＯＮタイミングから、このＯＮ中の逆同通型半導体スイッチをＯＦＦするＯＦＦタイミングまでのＯＮ継続期間内の前記コンデンサのコンデンサ電圧を継続検出するコンデンサ電圧継続検出手段と、このコンデンサ電圧継続検出手段の検出結果に基づき、同ＯＮ継続期間内に継続検出した前記コンデンサ電圧内に零ボルト区間があるか否かを判定する零ボルト区間有無判定手段と、この零ボルト区間有無判定手段にて前記ＯＮ継続期間内に零ボルト区間がない場合、前記コンデンサのオフセット異常と判断するオフセット異常認識手段とを有するようにした。
【００１２】
従って、本願請求項１記載の交流電源装置によれば、前記磁気エネルギー回生スイッチ内部の逆導通型半導体スイッチのＯＮ継続期間内のコンデンサ電圧を継続検出し、同ＯＮ継続期間内のコンデンサ電圧内に零ボルト区間がない場合、同コンデンサのオフセット異常と判断するようにしたので、例えば逆導通型半導体スイッチの零ボルトスイッチングを実現することができない要因となるコンデンサのオフセット異常を迅速に検出することができる。
【００１３】
また、本願請求項２記載の交流電源装置は、本願請求項１記載の構成において、前記オフセット異常認識手段にて前記コンデンサのオフセット異常と判断されると、前記ＯＮ継続期間内の前記コンデンサ電圧内に前記零ボルト区間を発生させるべく、前記逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整するタイミング調整手段を有するようにした。
【００１４】
従って、本願請求項２記載の交流電源装置によれば、本願請求項１記載の効果に加えて、前記コンデンサのオフセット異常と判断されると、前記ＯＮ継続期間内の前記コンデンサ電圧内に前記零ボルト区間を発生させるべく、前記逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整するようにしたので、オフセット異常が発生したとしても、前記逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整することでＯＮ継続期間内にコンデンサ電圧が放電しきる零ボルト区間を発生させて、オフセット異常を解消することができ、その結果、逆導通型半導体スイッチの零ボルトスイッチングを実現することでスイッチング損失を解消することができる。
【００１５】
また、本願請求項３記載の交流電源装置は、本願請求項２記載の構成において、前記磁気エネルギー回生スイッチは、前記電源電圧の零クロスポイント及び、前記零クロスポイントを基準にした時間差に相当するゲート位相角に基づき、前記逆導通型半導体スイッチの前記ＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整する構成とし、前記タイミング調整手段は、前記ＯＮ継続期間内の前記コンデンサ電圧内に零ボルト区間を発生させるべく、前記逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整する前記ゲート位相角を設定する位相角設定手段に相当するようにした。
【００１６】
従って、本願請求項３記載の交流電源装置によれば、本願請求項２記載の効果に加えて、前記ＯＮ継続期間内の前記コンデンサ電圧内に前記零ボルト区間を発生させるべく、前記逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整する前記ゲート位相角を設定するようにしたので、オフセット異常が発生したとしても、前記ゲート位相角を調整して前記逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整することでＯＮ継続期間内にコンデンサ電圧が放電しきる零ボルト区間を発生させて、オフセット異常を解消することができ、その結果、逆導通型半導体スイッチの零ボルトスイッチングを実現することでスイッチング損失を解消することができる。
【００１７】
また、本願請求項４記載の交流電源装置は、本願請求項２又は３記載の構成において、前記タイミング調整手段にて前記逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整した後、前記コンデンサ電圧継続検出手段を通じて、前記ＯＮ継続期間内の前記コンデンサ電圧の継続検出を再開するようにした。
【００１８】
従って、本願請求項４記載の交流電源装置によれば、本願請求項３記載の効果に加えて、前記逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整した後、前記コンデンサ電圧継続検出手段を通じて、前記ＯＮ継続期間内の前記コンデンサ電圧の継続検出を再開するようにしたので、前記逆導通型半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦタイミング調整、前記コンデンサ電圧の継続検出、前記零ボルト区間の継続監視、前記ＯＮ／ＯＦＦタイミング調整を、前記オフセット異常が解消できるまで繰り返し実行することで、オフセット異常を確実に解消することができる。
【００１９】
また、本願請求項５記載の交流電源装置は、本願請求項１，２，３又は４記載の構成において、前記誘導性負荷は、前記負荷電圧に応じて点灯する放電灯とした。
【００２０】
従って、本願請求項５記載の交流電源装置によれば、本願請求項１，２，３又は４記載の効果に加えて、前記誘導性負荷は前記負荷電圧に応じて点灯する放電灯としたので、例えば放電灯の点灯チラツキや立ち消えの要因となるオフセット異常を迅速に検出することができる。
【発明の効果】
【００２１】
上記のように構成された本発明の交流電源装置によれば、前記磁気エネルギー回生スイッチ内部の逆導通型半導体スイッチのＯＮ継続期間内のコンデンサ電圧を継続検出し、同ＯＮ継続期間内のコンデンサ電圧内に零ボルト区間がない場合、同コンデンサのオフセット異常と判断するようにしたので、逆導通型半導体スイッチの零ボルトスイッチングを実現することができない要因となるコンデンサのオフセット異常を迅速に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面に基づき本発明の交流電源装置に関わる実施の形態を示す蛍光灯システムについて説明する。
【００２３】
図１は本実施の形態を示す蛍光灯システム内部の概略構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１に示す蛍光灯システム１は、誘導性負荷の放電灯に相当する蛍光灯２と、電源電圧Ｖを供給する交流電源３と、蛍光灯２及び交流電源３間に直列接続され、交流電源３の電源電圧Ｖから蛍光灯２へ印加する負荷電圧Ｖｌｏａｄを調整出力するＭＥＲＳ４と、蛍光灯２のＯＮ／ＯＦＦは勿論のこと、蛍光灯２の調光量を設定する調光量設定部５と、交流電源３の電源電圧Ｖを検出する電源電圧検出部６と、蛍光灯２への負荷電圧Ｖｌｏａｄを検出する負荷電圧検出部７と、負荷電流を検出する負荷電流検出部８と、ＭＥＲＳ４内部のコンデンサ電圧を検出するコンデンサ電圧検出部９と、蛍光灯２の現在調光量を測定する調光量測定部１０と、交流電源３及びＭＥＲＳ４間の位相を検出すると共に、蛍光灯２及びＭＥＲＳ４間の位相を検出する位相検出部１１と、様々な情報を表示する情報表示部１２と、ＭＥＲＳ４を駆動制御すると共に、蛍光灯システム１全体を制御する制御装置１３とを有している。
【００２５】
ＭＥＲＳ４は、スイッチＯＦＦ時の導通方向が相互に逆向きに直列接続した第１ＭＯＳＦＥＴ（以下、単に第１ＭＯＳと称する）２１Ａ及び第４ＭＯＳＦＥＴ（以下、単に第４ＭＯＳと称する）２４Ａ、スイッチＯＦＦ時の導通方向が相互に逆向きに直列接続した第２ＭＯＳＦＥＴ（以下、単に第２ＭＯＳと称する）２２Ａ及び第３ＭＯＳＦＥＴ（第３ＭＯＳと称する）２３Ａで構成するブリッジ回路２０と、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ間の中点にある端子ａ及び、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ間の中点にある端子ｂを接続し、各ＭＯＳ２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ及び２４ＡのＯＮ／ＯＦＦタイミングに応じて充放電動作を実行するコンデンサ２５と、交流電源３に接続する接続端子２６と、蛍光灯２に接続する接続端子２７とを有している。
【００２６】
また、各ＭＯＳ２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ及び２４Ａには、ダイオードを並列に接続し、第１ＭＯＳ２１Ａには第１ダイオード２１Ｂ、第２ＭＯＳ２２Ａには第２ダイオード２２Ｂ、第３ＭＯＳ２３Ａには第３ダイオード２３Ｂ、第４ＭＯＳ２４Ａには第４ダイオード２４Ｂを並列接続している。
【００２７】
また、制御装置１３は、交流電源３の電源電圧Ｖの零クロスポイント及び、この零クロスポイントを基準にした時間差に相当するゲート位相角αに基づくＯＮ／ＯＦＦタイミングに応じて、ブリッジ回路２０を構成する各ＭＯＳ２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ及び２４Ａの内、対角線上に位置する第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａを同時にＯＮ（又はＯＦＦ）動作すると共に、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａを同時にＯＦＦ（又はＯＮ）動作すべく、ＭＥＲＳ４を駆動制御するものである。その結果、一方の第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａが同時にＯＮした場合、他方の第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａが同時にＯＦＦするのに対し、一方の第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａが同時にＯＦＦした場合、他方の第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａが同時にＯＮし、交互にＯＮ／ＯＦＦするものである。尚、第１ＭＯＳ２１Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａは、設定に応じて同時にＯＦＦする期間（デッドタイム）や同時にＯＮする期間を設けるようにしても良い。
【００２８】
また、制御装置１３は、ＭＥＲＳ４内の第１ＭＯＳ２１Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡのゲートＧ１，Ｇ２，Ｇ３及びＧ４をＯＮ／ＯＦＦ制御するゲート駆動信号を出力するゲート位相制御部４１を備え、ゲート位相制御部４１は、調光量設定部５で設定した調光量に相当する負荷電圧ＶｌｏａｄをＭＥＲＳ４で調整出力させるべく、同調光量に相当する負荷電圧Ｖｌｏａｄに対応したゲート位相角αを算出し、この算出したゲート位相角αを設定したゲート駆動信号を出力するものである。
【００２９】
また、ＭＥＲＳ４は、ゲート駆動信号に応じて、同ゲート駆動信号に含むゲート位相角αに基づき、第１ＭＯＳ２１Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ，第３ＭＯＳ２３Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡをＯＮ／ＯＦＦ動作し、これら各ＭＯＳ２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ及び２４ＡのＯＮ／ＯＦＦ動作及び、これらＯＮ／ＯＦＦ動作に伴うコンデンサ２５の充放電動作に応じて、蛍光灯２へ印加する負荷電圧Ｖｌｏａｄを交流電源３の電源電圧Ｖから調整出力し、蛍光灯２は、負荷電圧Ｖｌｏａｄに応じた調光量で点灯するものである。尚、当然ながら、ＭＥＲＳ４は、負荷電圧Ｖｌｏａｄの調整に応じて負荷電力を調整し、同負荷電力の調整に応じて調光量を調整するものである。
【００３０】
また、調光量設定部５は、蛍光灯２の消灯（ＯＦＦ）は勿論のこと、蛍光灯２の点灯（ＯＮ）、例えば調光量１００％、すなわち定格電圧１．０相当の通常点灯から調光量約７０％、すなわち定格電圧０．７相当の範囲内で所定調光量相当の定格電圧の割合を設定するものである。
【００３１】
また、調光量測定部１０は、蛍光灯２の現在調光量、例えば蛍光灯２の明るさを直接測定する光センサに相当するものである。尚、調光量測定部１０としては、光センサを使用せず、例えばＭＥＲＳ４の入力電力や出力電力を測定し、この測定結果から逆算して間接的に蛍光灯２の現在調光量を測定するようにしても良いことは言うまでもない。
【００３２】
また、制御装置１３は、調光量測定部１０を通じて蛍光灯２の現在調光量を測定し、現在調光量が設定調光量となるように、ＭＥＲＳ４を駆動制御するものである。
【００３３】
また、位相検出部１１は、交流電源３の電源電圧Ｖの位相を検出し、この電源電圧Ｖの位相を位相情報としてゲート位相制御部４１に通知するものである。
【００３４】
ゲート位相制御部４１は、位相検出部１１からの電源電圧Ｖの位相情報に基づき、ゲート駆動信号をＭＥＲＳ４の各ＭＯＳ２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ及び２４Ａ側のゲートＧ１，Ｇ２，Ｇ３及びＧ４に供給し、その結果、ゲート駆動信号ＯＮに応じてＭＯＳのゲートをＯＮ動作することでソース及びドレイン間の接続をＯＮすると共に、ゲート駆動信号ＯＦＦに応じてＭＯＳのゲートをＯＦＦ動作することでソース及びドレイン間の接続をＯＦＦするものである。
【００３５】
各ＭＯＳ２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ及び２４Ａは、ゲート駆動信号ＯＮに応じてソース及びドレイン間の接続をＯＮした場合、電流Ｉを両方向に導通可能とするのに対し、ゲート駆動信号ＯＦＦに応じてソース及びドレイン間の接続をＯＦＦした場合、ダイオード２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂを通じて電流Ｉをダイオード順方向の一方向にのみ導通可能とするものである。
【００３６】
また、ＭＥＲＳ４は、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａへのゲート駆動信号ＯＮに応じて第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ側のソース及びドレイン間の接続をＯＮすると同時に、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａへのゲート駆動信号ＯＦＦに応じて第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ側のソース及びドレイン間の接続をＯＦＦするものである。
【００３７】
また、同様に、ＭＥＲＳ４は、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａへのゲート駆動信号ＯＮに応じて第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ側のソース及びドレイン間の接続をＯＮすると同時に、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａへのゲート駆動信号ＯＦＦに応じて第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ側のソース及びドレイン間の接続をＯＦＦするものである。
【００３８】
つまり、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａは同一方向のスイッチ極性、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａは同一方向のスイッチ極性を備え、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａのスイッチ極性は、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａのスイッチ極性と逆方向となる。
【００３９】
では、まず、ＭＥＲＳ４の基本原理について説明する。図２は交流電源３の電源電圧ＶとＭＥＲＳ４を駆動制御するゲート駆動信号との関係を端的に示すタイミング説明図である。
【００４０】
図２（ａ）は交流電源３が供給する電源電圧Ｖの時間的な変化を示し、電源電圧Ｖは、定格電圧の正電圧＋Ｖａ及び定格電圧の負電圧−Ｖａを１周期Ｔとした正弦波である。尚、説明の便宜上、負電圧から正電圧へ移行する零クロスポイント（周期“０”）のタイミングを“ｔ２”、次の正電圧から負電圧へ移行する零クロスポイント（周期“Ｔ／２”＝１８０°）のタイミングを“ｔ４”、更に次の負電圧から正電圧へ再び移行する零クロスポイント（周期“Ｔ”＝３６０°）のタイミングを“ｔ７”とする。
【００４１】
図２（ｂ）及び（ｃ）はゲート位相角αに応じた第１ＭＯＳ２１Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａへのゲート駆動信号を端的に示すタイミング説明図である。尚、図２（ａ）乃至図２（ｃ）は同一時間軸に相当するものである。
【００４２】
図２（ｂ）はゲート位相角αを０°＜α≦９０°に設定した場合のゲート駆動信号を端的に示し、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡをＯＦＦからＯＮするタイミングを、電源電圧Ｖの零クロスポイント（周期“０”）のタイミング“ｔ２”を基準に、同タイミング“ｔ２”からαだけ位相を進めたタイミング“ｔ１”とした場合、同タイミング“ｔ１”から電源電圧Ｖの半周期Ｔ／２後のタイミング“ｔ３”を、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡをＯＮからＯＦＦするタイミングとするものである。尚、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａのスイッチング位相は、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａとは逆相となるため、タイミング“ｔ１”では第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡをＯＮからＯＦＦするタイミングに相当し、タイミング“ｔ３”では第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡをＯＦＦからＯＮするタイミングに相当するものである。
【００４３】
また、図２（ｃ）はゲート位相角αを９０°＜α＜１８０°に設定した場合のゲート駆動信号を端的に示し、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡをＯＦＦからＯＮするタイミングを、電源電圧Ｖの零クロスポイント（周期“０”）のタイミング“ｔ２”を基準に、同タイミング“ｔ２”からαだけ位相を進めたタイミング“ｔ０”とした場合、同タイミング“ｔ０”から電源電圧Ｖの半周期Ｔ／２後のタイミング“ｔ２ｙ”を、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡをＯＮからＯＦＦするタイミングとするものである。尚、タイミング“ｔ０”では第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡをＯＮからＯＦＦするタイミングに相当し、タイミング“ｔ２ｙ”では第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡをＯＦＦからＯＮするタイミングに相当するものである。
【００４４】
また、図示せぬが、ゲート位相角αをα＝１８０°に設定した場合、電源電圧Ｖが正電圧の場合、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮ、電源電圧Ｖが負電圧の場合、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＮ、すなわち第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＦＦである。
【００４５】
また、同様に図示せぬが、ゲート位相角αをα＝０°に設定した場合、電源電圧Ｖ及びゲート駆動信号は同期し、電源電圧Ｖが正電圧の場合、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＮ、すなわち第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＦＦ、また、電源電圧Ｖが負電圧の場合、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮである。
【００４６】
図３はゲート位相角αを（α＝０°）に設定した場合に関わるＭＥＲＳ４の内部動作を端的に示す説明図である。
【００４７】
ＭＥＲＳ４は、交流電源３の電源電圧Ｖが正電圧の場合、図３（ａ）に示すように、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＮで導通状態、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＦＦ、すなわち第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂが順方向で導通状態となるため、コンデンサ２５の両端が短絡状態となる。その結果、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。
【００４８】
また、ＭＥＲＳ４は、交流電源３の電源電圧Ｖが負電圧の場合、図３（ｂ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが順方向で導通状態となるため、コンデンサ２５の両端が短絡状態となる。その結果、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。
【００４９】
つまり、ＭＥＲＳ４は、ゲート位相角をα＝０°に設定した場合、電源電圧Ｖが、そのまま、蛍光灯２に対する負荷電圧Ｖｌｏａｄとなるため、交流電源３及び蛍光灯２間にＭＥＲＳ４を配置しない場合と同じである。
【００５０】
次にゲート位相角αを０°＜α≦９０°に設定した場合のＭＥＲＳ４の内部動作について説明する。図４はゲート位相角（０°＜α≦９０°）に設定した場合の電源電圧Ｖ、ゲート駆動信号、コンデンサ電圧Ｖｃ及び負荷電圧Ｖｌｏａｄ（点線）の関係を端的に示す説明図、図５乃至図６はゲート位相角（０°＜α≦９０°）に設定した場合に関わるＭＥＲＳ４の内部動作を端的に示す説明図である。
【００５１】
ＭＥＲＳ４は、図４に示すように、ゲート位相角αに設定したゲート駆動信号に応じて第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａと、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａとを交互にＯＮ／ＯＦＦ駆動するものである。
【００５２】
タイミング“ｔ１”直前においてＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが負電圧のため、図５（ａ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが順方向で導通状態となるため、コンデンサ２５の両端が短絡状態となる。その結果、第１ダイオード２１Ｂ→第４ＭＯＳ２４Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ→第３ダイオード２３Ｂの電流経路で、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃは０Ｖを保持、電源電圧Ｖが、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。
【００５３】
次にＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが負電圧のまま、タイミング“ｔ１”に到達すると、図５（ｂ）に示すように、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＮで導通状態、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＦＦ、すなわち、第２ＭＯＳ２２Ａ、第２ダイオード２２Ｂ、第４ＭＯＳ２４Ａ及び第４ダイオード２４Ｂの電流経路は遮断状態となる。尚、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａは、ＯＦＦからＯＮ動作するに際し、第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが導通状態であるため、スイッチング損失が生じることなく、零ボルトスイッチングを実現している。
【００５４】
その結果、タイミング“ｔ１”〜“ｔ２”の最初の期間においてＭＥＲＳ４は、第１ＭＯＳ２１Ａ→コンデンサ２５→第３ＭＯＳ２３Ａの経路で電流が流れて、コンデンサ２５の充電動作を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは上昇することになる。
【００５５】
更に負荷電圧Ｖｌｏａｄは、図４に示すように、電源電圧Ｖに９０°までの進み位相でコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄの負電圧の減少は更に加速され、電源電圧Ｖの周期０°に到達するタイミング“ｔ２”前、すなわち、電源電圧Ｖが負電圧であるにもかかわらず、負荷電圧Ｖｌｏａｄは正電圧に反転することになる。
【００５６】
その結果、ＭＥＲＳ４内の負荷電流は徐々に減少して電流の向きが反転して（図５（ｂ）内の点線電流方向参照）、コンデンサ２５の放電を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは、第３ＭＯＳ２３Ａ→コンデンサ２５→第１ＭＯＳ２１Ａの電流経由で放電することになる。
【００５７】
次にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ２”に到達して、電源電圧Ｖが正電圧に反転した場合、図５（ｃ）に示すように、第３ＭＯＳ２３Ａ→コンデンサ２５→第１ＭＯＳ２１Ａの経路でコンデンサ２５の放電を継続することになる。
【００５８】
更にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ２ｘ”に到達すると、放電中のコンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、図６（ａ）に示すように、ＯＦＦ中の第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ側の第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂは順方向で導通状態となり、コンデンサ２５の両端が短絡状態となるため、タイミング“ｔ２ｘ”〜“ｔ３”の期間では、第４ダイオード２４Ｂ→第１ＭＯＳ２１Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ→第２ダイオード２２Ｂの電流経路で、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。
【００５９】
次にＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが正電圧のまま、タイミング“ｔ３”に到達すると、図６（ｂ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち、第１ＭＯＳ２１Ａ、第１ダイオード２１Ｂ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第３ダイオード２３Ｂの電流経路は遮断状態となる。尚、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａは、ＯＦＦからＯＮ動作するに際し、第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂが導通状態であるため、スイッチング損失が生じることなく、零ボルトスイッチングを実現している。
【００６０】
その結果、タイミング“ｔ３”〜“ｔ４”の最初の期間においてＭＥＲＳ４は、第４ＭＯＳ２４Ａ→コンデンサ２５→第２ＭＯＳ２２Ａの経路で電流が流れて、コンデンサ２５の充電動作を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは上昇することになる。
【００６１】
更に負荷電圧Ｖｌｏａｄは、電源電圧Ｖに９０°までの進み位相でコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄの正電圧の減少は更に加速し、電源電圧Ｖの周期１８０°に到達するタイミング“ｔ４”前、すなわち、電源電圧Ｖが正電圧であるにもかかわらず、負荷電圧Ｖｌｏａｄは、負電圧に反転することになる。
【００６２】
その結果、ＭＥＲＳ４内の負荷電流は徐々に減少して電流の向きが反転して（図６（ｂ）内の点線矢印参照）、コンデンサ２５の放電を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは、第２ＭＯＳ２２Ａ→コンデンサ２５→第４ＭＯＳ２４Ａの経由で放電することになる。
【００６３】
次にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ４”に到達して、電源電圧Ｖが負電圧に反転した場合、図６（ｃ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ→コンデンサ２５→第４ＭＯＳ２４Ａの経路でコンデンサ２５の放電を継続することになる。
【００６４】
更にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ４ｘ”に到達すると、放電中のコンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、図５（ａ）に示すように、ＯＦＦ中の第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ側の第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂは順方向で導通状態となり、コンデンサ２５の両端が短絡状態となるため、タイミング“ｔ４ｘ”〜“ｔ６”の期間では、第１ダイオード２１Ｂ→第４ＭＯＳ２４Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ→第３ダイオード２３Ｂの電流経路で、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。
【００６５】
そして、ＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ６”以降、前述したタイミング“ｔ１”〜“ｔ６”の処理動作を繰り返し継続することになる。
【００６６】
従って、ＭＥＲＳ４は、ゲート位相角を０°＜α≦９０°に設定した場合、誘導性負荷の蛍光灯２による遅れ力率に対してコンデンサ電圧Ｖｃを進み位相で電源電圧Ｖに重畳することになるため、ゲート位相角αを進めるに連れて力率が改善され、負荷電圧Ｖｌｏａｄ（Ｖｌｏａｄ＝Ｖ＋Ｖｃ）が上昇し、その結果、負荷電力も上昇することになる。
【００６７】
尚、ＭＥＲＳ４内のコンデンサ２５の容量及びゲート位相角αのタイミングに応じてコンデンサ２５の充電から放電に反転するタイミングは異なる場合があることは言うまでもない。
【００６８】
次にゲート位相角αを９０°＜α＜１８０°に設定した場合のＭＥＲＳ４の内部動作について説明する。図７はゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）に設定した場合の電源電圧Ｖ、ゲート駆動信号、コンデンサ電圧Ｖｃ及び負荷電圧Ｖｌｏａｄ（点線）の関係を端的に示す説明図、図８乃至図１０はゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）に設定した場合に関わるＭＥＲＳ４の内部動作を端的に示す説明図である。
【００６９】
ＭＥＲＳ４は、図７に示すように、ゲート位相角αに設定したゲート駆動信号に応じて第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａと、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａとを交互にＯＮ／ＯＦＦ駆動するものである。
【００７０】
タイミング“ｔ０”直前においてＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが負電圧のため、図８（ａ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが順方向で導通状態となるため、コンデンサ２５の両端が短絡状態となる。その結果、第１ダイオード２１Ｂ→第４ＭＯＳ２４Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ→第３ダイオード２３Ｂの電流経路で、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃは０Ｖを保持、電源電圧Ｖが、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。
【００７１】
次にＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが負電圧のまま、タイミング“ｔ０”に到達すると、図８（ｂ）に示すように、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＮで導通状態、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＦＦ、すなわち、第２ＭＯＳ２２Ａ、第２ダイオード２２Ｂ、第４ＭＯＳ２４Ａ及び第４ダイオード２４Ｂの電流経路は遮断状態となる。尚、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａは、ＯＦＦからＯＮ動作するに際し、第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが導通状態であるため、スイッチング損失が生じることなく、零ボルトスイッチングを実現している。
【００７２】
その結果、タイミング“ｔ０”〜“ｔ１ｘ”の最初の期間においてＭＥＲＳ４は、第１ＭＯＳ２１Ａ→コンデンサ２５→第３ＭＯＳ２３Ａの経路で電流が流れて、コンデンサ２５の充電動作を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは上昇することになる。
【００７３】
更に負荷電圧Ｖｌｏａｄは、電源電圧Ｖに９０°を超えて進み位相でコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、図７に示すように、電源電圧Ｖがピークの負電圧になる前に、逆電圧方向でコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄは電源電圧Ｖに比較して減少する。その結果、タイミング“ｔ０”〜“ｔ１ｘ”間では、電源電圧Ｖが負電圧であるにもかかわらず、負荷電圧Ｖｌｏａｄは負電圧から正電圧に反転することになる。
【００７４】
その結果、ＭＥＲＳ４内のコンデンサ２５に流れる負荷電流の向きが反転して（図８（ｂ）内の点線電流方向参照）、コンデンサ２５の放電を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは、第３ＭＯＳ２３Ａ→コンデンサ２５→第１ＭＯＳ２１Ａの電流経路で放電することになる。
【００７５】
次にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ１ｘ”に到達すると、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖ、さらに、タイミング“ｔ２”に到達すると、電源電圧Ｖが正電圧に反転することになる。尚、これらタイミング“ｔ１ｘ”〜タイミング“ｔ２”の期間は、電源電圧Ｖの位相が０Ｖに近く、しかも、コンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄは、電源電圧Ｖのピーク値に比較して０Ｖに近い電圧となる。図７に示す波形例では電源電圧Ｖが正電圧に反転するタイミング“ｔ２”の前にコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるものである。
【００７６】
また、ＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ１ｘ”に到達すると、コンデンサ２５の放電継続に応じてコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、図８（ｃ）に示すように、ＯＦＦ中の第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ側の第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂが順方向で導通状態となり、コンデンサ２５の両端が短絡状態となるため、タイミング“ｔ１ｘ”〜“ｔ２”の期間では、第４ダイオード２１Ｂ→第１ＭＯＳ２１Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ→第２ダイオード２２Ｂの電流経路で、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。
【００７７】
次にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ２”に到達して、電源電圧Ｖが正電圧に反転すると、図９（ａ）に示すように、第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂは順方向で導通状態となり、コンデンサ２５の両端が短絡状態となるため、タイミング“ｔ２”〜“ｔ２ｙ”の期間では、第４ダイオード２４Ｂ→第１ＭＯＳ２１Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ→第２ダイオード２２Ｂの電流経路で、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。
【００７８】
次にＭＥＲＳ４は、電源電圧Ｖが正電圧のまま、タイミング“ｔ２ｙ”に到達すると、図９（ｂ）に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち、第１ＭＯＳ２１Ａ、第１ダイオード２１Ｂ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第３ダイオード２３Ｂの電流経路は遮断状態となる。尚、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａは、ＯＦＦからＯＮ動作するに際し、第２ダイオード２２Ｂ及び第４ダイオード２４Ｂが導通状態であるため、スイッチング損失が生じることなく、零ボルトスイッチングを実現している。
【００７９】
その結果、タイミング“ｔ２ｙ”〜“ｔ３ｘ”の最初の期間においてＭＥＲＳ４は、第４ＭＯＳ２４Ａ→コンデンサ２５→第２ＭＯＳ２２Ａの経路で電流が流れて、コンデンサ２５の充電動作を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは上昇することになる。
【００８０】
更に負荷電圧Ｖｌｏａｄは、電源電圧Ｖに９０°を超えて進み位相でコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、図７に示すように、電源電圧Ｖがピークの正電圧になる前に、逆電圧方向でコンデンサ電圧Ｖｃが重畳されることになるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄは電源電圧Ｖに比較して減少する。その結果、タイミング“ｔ２ｙ”〜“ｔ３ｘ”間では、電源電圧Ｖが正電圧であるにもかかわらず、負荷電圧Ｖｌｏａｄは正電圧から負電圧に反転することになる。
【００８１】
その結果、ＭＥＲＳ４内のコンデンサ２５に流れる負荷電流の向きが反転して（図９（ｂ）内の点線電流方向参照）、コンデンサ２５の放電を開始し、コンデンサ電圧Ｖｃは、第２ＭＯＳ２２Ａ→コンデンサ２５→第４ＭＯＳ２４Ａの電流経路で放電することになる。
【００８２】
次にＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ３ｘ”に到達すると、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖ、さらに、タイミング“ｔ４”に到達すると、電源電圧Ｖが負電圧に反転することになる。尚、これらタイミング“ｔ３ｘ”〜タイミング“ｔ４”の期間は、電源電圧Ｖの位相が０Ｖに近く、しかも、コンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、負荷電圧Ｖｌｏａｄは、電源電圧Ｖのピーク値に比較して０Ｖに近い電圧となる。図７に示す波形例では電源電圧Ｖが負電圧に反転するタイミング“ｔ４”の前にコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるものである。
【００８３】
ＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ３ｘ”に到達すると、コンデンサ２５の放電継続に応じてコンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖとなるため、図９（ｃ）に示すように、ＯＦＦ中の第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ側の第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが順方向で導通状態となり、コンデンサ２５の両端が短絡状態となるため、タイミング“ｔ３ｘ”〜“ｔ４”の期間では、第１ダイオード２１Ｂ→第４ＭＯＳ２４Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ→第３ダイオード２３Ｂの電流経路で、電源電圧Ｖは、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。
【００８４】
更にＭＥＲＳ２４は、タイミング“ｔ４”に到達すると、電源電圧Ｖが負電圧に反転し、図１０に示すように、第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡがＯＮで導通状態、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３ＡがＯＦＦ、すなわち第１ダイオード２１Ｂ及び第３ダイオード２３Ｂが順方向で導通状態となるため、コンデンサ２５の両端が短絡状態となる。その結果、第１ダイオード２１Ｂ→第４ＭＯＳ２４Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ→第３ダイオード２３Ｂの電流経路で、コンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃは０Ｖを保持、電源電圧Ｖが、そのまま、負荷電圧Ｖｌｏａｄとなる。
【００８５】
つまり、ＭＥＲＳ４は、タイミング“ｔ４”以降、前述したタイミング“ｔ０”〜“ｔ４”の処理動作を繰り返し継続することになる。
【００８６】
従って、ＭＥＲＳ４は、ゲート位相角を９０°＜α＜１８０°に設定した場合、誘導性負荷の蛍光灯２に対してコンデンサ電圧Ｖｃを更に９０°を超えた進み位相で電源電圧Ｖに、コンデンサ電圧Ｖｃを逆電圧方向に重畳することになるため、ゲート位相角αを進めるに連れて力率が低下し、負荷電圧Ｖｌｏａｄ（Ｖｌｏａｄ＝Ｖ−Ｖｃ）が減少し、その結果、負荷電力も減少することになる。
【００８７】
尚、ここまで、ゲート位相角αを変化させた場合のＭＥＲＳ４の基本原理について説明してきたが、次に本願発明の主眼であるＭＥＲＳオフセット異常回復処理について詳細に説明する。
【００８８】
ＭＥＲＳオフセット異常回復処理とは、図１２に示すように、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ（又は第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ）のＯＮタイミングからＯＦＦタイミングまでのＯＮ継続期間Ｘ内のＭＥＲＳ４のコンデンサ２５のコンデンサ電圧Ｖｃに零ボルト区間が存在しないオフセット異常を検出すると、図１３に示すように、同オフセット異常を解消、すなわちＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃに零ボルト区間が存在する正常状態に回復させるための処理である。
【００８９】
制御装置１３は、ゲート位相制御部４１を通じて第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ（第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ）が同時ＯＮするＯＮタイミングを検出するＯＮタイミング検出部４２と、ゲート位相制御部４１を通じて第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ（第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ）が同時ＯＦＦするＯＦＦタイミングを検出するＯＦＦタイミング検出部４３と、ＯＮタイミング検出部４２にて第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ（第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ）のＯＮタイミングを検出すると、コンデンサ電圧検出部９を通じてコンデンサ電圧Ｖｃの継続検出を開始し、ＯＦＦタイミング検出部４３にて第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ（第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ）のＯＦＦタイミングを検出すると、コンデンサ電圧Ｖｃの継続検出を停止することで、第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ（第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ）のＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃを継続検出するコンデンサ電圧継続監視部４４と、このコンデンサ電圧継続監視部４４にて継続検出したＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間があるか否かを判定する零ボルト区間有無判定部４５と、この零ボルト区間有無判定部４５にてＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間がない場合、コンデンサ電圧Ｖｃのオフセット異常と判断し、このＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間を発生させるべく、各ＭＯＳ２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ及び２４ＡのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整するようにゲート位相角αをゲート位相制御部４１に設定するゲート位相角調整設定部４６とを有している。
【００９０】
零ボルト区間有無判定部４５は、ＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間があるか否かを判定し、図１３に示すように、ＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間がある場合、ＯＮ継続期間Ｘ内にコンデンサ電圧Ｖｃの放電しきった状態で正常と判断するものである。
【００９１】
また、零ボルト区間有無判定部４５は、図１２に示すように、ＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間がない場合、ＯＮ継続期間Ｘ内にコンデンサ電圧Ｖｃの放電しきれない状態、すなわちオフセット異常と判断するものである。
【００９２】
ゲート位相角調整設定部４６は、零ボルト区間有無判定部４５にてＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間がない場合、ＭＯＳ２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ及び２４ＡのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整するゲート位相角αをゲート位相制御部４１内に設定するものであって、ＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間を発生する方向、すなわち現在設定中のゲート位相角αを所定角度（例えば１°）単位で減算し、この減算したゲート位相角αをゲート位相制御部４１に設定するものである。
【００９３】
また、ゲート位相角調整設定部４６は、零ボルト区間有無判定部４５にてＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間がないと判定される度に、現在設定中のゲート位相角αを１°単位で減算し、この減算したゲート位相角αをゲート位相制御部４１に設定するゲート位相角αの調整設定動作を実行し、零ボルト区間有無判定部４５にてＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間があると判定されるまで、ゲート位相角αの調整設定動作を繰り返し実行するものである。
【００９４】
尚、請求項記載の交流電源装置は蛍光灯システム１、誘導性負荷は蛍光灯２、交流電源は交流電源３、磁気エネルギー回生スイッチはＭＥＲＳ４、制御装置は制御装置１３、逆導通型半導体スイッチは第１ＭＯＳ２１Ａ，第２ＭＯＳ２２Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ、コンデンサはコンデンサ２５、コンデンサ電圧継続検出手段はコンデンサ電圧検出部９、ＯＮタイミング検出部４２、ＯＦＦタイミング検出部４３及びコンデンサ電圧継続監視部４４、零ボルト区間有無判定手段は零ボルト区間有無判定部４５、オフセット異常認識手段は零ボルト区間有無判定部４５、タイミング調整手段及び位相角設定手段はゲート位相制御部４１及びゲート位相角調整設定部４６、放電灯は蛍光灯２に相当するものである。
【００９５】
次に本実施の形態を示す蛍光灯システム１の動作について説明する。図１１は本実施の形態を示す蛍光灯システム１のＭＥＲＳオフセット異常回復処理に関わる制御装置１３の処理動作を示すフローチャートである。
【００９６】
図１１に示すＭＥＲＳオフセット異常回復処理は、ＭＥＲＳ４のＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間がない場合、ＭＥＲＳ４のコンデンサ２５のオフセット異常と判断し、ＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間を発生させる方向にゲート位相角を調整設定することで、オフセット異常を解消するための処理である。
【００９７】
図１１において制御装置１３内のコンデンサ電圧継続監視部４４は、ＯＮタイミング検出部４２を通じて一対のＭＯＳ（第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ、又は第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ）が同時にＯＮするＯＮタイミングを検出したか否かを判定する（ステップＳ１１）。
【００９８】
コンデンサ電圧継続監視部４４は、ＯＮタイミング検出部４２にてＯＮタイミングを検出すると、コンデンサ電圧検出部８を通じてＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃの継続検出を開始し（ステップＳ１２）、ＯＦＦタイミング検出部４３を通じて、ステップＳ１１にてＯＮタイミングを検出したＭＯＳ（第１ＭＯＳ２１Ａ及び第３ＭＯＳ２３Ａ、又は第２ＭＯＳ２２Ａ及び第４ＭＯＳ２４Ａ）が同時にＯＦＦするＯＦＦタイミングを検出したか否かを判定する（ステップＳ１３）。
【００９９】
コンデンサ電圧継続監視部４４は、ＯＦＦタイミング検出部４３にてＯＦＦタイミングを検出すると、ＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃの継続検出を停止する（ステップＳ１４）。
【０１００】
制御装置１３内の零ボルト区間有無判定部４５は、コンデンサ電圧継続監視部４４にてＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃの継続検出を停止すると、同ＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間があるか否かを判定する（ステップＳ１５）。
【０１０１】
零ボルト区間有無判定部４５は、ＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間がある場合、ＭＥＲＳ正常と判断し、この処理動作を終了する。
【０１０２】
また、零ボルト区間有無判定部４５は、ステップＳ１５にてＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間がない場合、オフセット異常と判断する（ステップＳ１６）。
【０１０３】
制御装置１３内のゲート位相角調整設定部４６は、ステップＳ１６にてオフセット異常と判断されると、現在設定中のゲート位相角αを所定角度（例えば１°）単位で減算し、この減算したゲート位相角αをゲート位相制御部４１に設定し（ステップＳ１７）、ＭＯＳのＯＮタイミングを検出すべく、ステップＳ１１に移行する。
【０１０４】
尚、ゲート位相制御部４１は、ゲート位相角調整設定部４６にて設定したゲート位相角αに基づき、第１ＭＯＳ２１Ａ、第２ＭＯＳ２２Ａ、第３ＭＯＳ２３Ａ及び第４ＭＯＳ２４ＡのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整することになる。
【０１０５】
その結果、ゲート位相角調整設定部４６は、ステップＳ１７の所定角度単位で現在設定中のゲート位相角αを減算し、この減算したゲート位相角αをゲート位相制御部４１に設定することで、図１２に示す矢印方向にＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整し、最終的に、図１３に示すようにＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間が発生するまで、ステップＳ１１乃至ステップＳ１７までの処理動作を繰り返し実行し、ステップＳ１５にてＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間があると判定されると、オフセット異常が解消したことになる。
【０１０６】
また、コンデンサ電圧継続監視部４４は、ステップＳ１３にてＭＯＳのＯＦＦタイミングを検出するまで、ＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃの検出を継続すべく、ステップＳ１２に移行する。
【０１０７】
図１１に示すＭＥＲＳオフセット異常復旧処理によれば、ＭＥＲＳ４のＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間がない場合、ＭＥＲＳ４のコンデンサ２５のオフセット異常と判断し、ＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間を発生させる方向にゲート位相角αを調整設定してＭＯＳのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整することで、ＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖａ内に零ボルト区間を発生させ、その結果、オフセット異常を解消することができる。
【０１０８】
本実施の形態によれば、ＭＥＲＳ４内部のＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃを継続検出し、同ＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間がない場合、同コンデンサのオフセット異常と判断するようにしたので、ＭＯＳの零ボルトスイッチングを実現することができない要因となるコンデンサ２５のオフセット異常を迅速に検出することができる。
【０１０９】
また、本実施の形態によれば、コンデンサ２５のオフセット異常と判断されると、ＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃ内に零ボルト区間を発生させるべく、ゲート位相角αを調整設定することでＭＯＳのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整するようにしたので、オフセット異常が発生したとしても、ゲート位相角αを調整してＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整することでＯＮ継続期間Ｘ内にコンデンサ電圧Ｖｃが放電しきる零ボルト区間を発生させて、オフセット異常を解消することができ、その結果、ＭＯＳの零ボルトスイッチングを実現することでスイッチング損失を解消し、蛍光灯２の点灯チラツキや立ち消えを確実に防止することができる。
【０１１０】
また、本実施の形態によれば、ゲート位相角調整設定部４６にてゲート位相制御部４１を通じてＭＯＳのＯＮ／ＯＦＦタイミングを調整した後、コンデンサ電圧継続監視部４４を通じて、ＯＮ継続期間Ｘ内のコンデンサ電圧Ｖｃの継続検出を再開するようにしたので、ＭＯＳのＯＮ／ＯＦＦタイミング調整、コンデンサ電圧Ｖｃの継続検出、零ボルト区間の継続監視、ＯＮ／ＯＦＦタイミング調整を、オフセット異常が解消できるまで繰り返し実行することで、オフセット異常を確実に解消することができる。
【０１１１】
尚、本実施の形態においては、誘導性負荷として蛍光灯２を例にあげて説明したが、Ｌ成分を備えた負荷であれば良く、例えばモータ等であっても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明の交流電源装置によれば、磁気エネルギー回生スイッチ内部の逆導通型半導体スイッチのＯＮ継続期間内のコンデンサ電圧を継続検出し、同ＯＮ継続期間内のコンデンサ電圧内に零ボルト区間がない場合、同コンデンサのオフセット異常と判断するようにしたので、逆導通型半導体スイッチの零ボルトスイッチングを実現することができない要因となるコンデンサのオフセット異常を迅速に検出することができるため、磁気エネルギー回生スイッチを使用して、例えば蛍光灯を調光する蛍光灯システムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の交流電源装置に関わる実施の形態を示す蛍光灯システム内部の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態に関わる交流電源の電源電圧とＭＥＲＳを制御するゲート駆動信号との関係を端的に示すタイミング説明図である。（ａ）電源電圧のタイミング説明図（ｂ）ゲート位相角（０°＜α≦９０°）設定時のゲート駆動信号のタイミング説明図（ｃ）ゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）設定時のゲート駆動信号のタイミング説明図
【図３】ゲート位相角（α＝０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。
【図４】ゲート位相角（０°＜α≦９０°）設定時に関わる電源電圧、ゲート駆動信号、コンデンサ電圧及び負荷電圧との関係を端的に示す説明図である。
【図５】ゲート位相角（０°＜α≦９０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。
【図６】ゲート位相角（０°＜α≦９０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。
【図７】ゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）設定時に関わる電源電圧、ゲート駆動信号、コンデンサ電圧及び負荷電圧との関係を端的に示す説明図である。
【図８】ゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。
【図９】ゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。
【図１０】ゲート位相角（９０°＜α＜１８０°）設定時に関わるＭＥＲＳ内部の動作を端的に示す説明図である。
【図１１】本実施の形態を示す蛍光灯システムのＭＥＲＳ異常回復処理に関わる制御装置内部の処理動作を示すフローチャートである。
【図１２】本実施の形態を示す蛍光灯システム１のオフセット異常時の電源電圧、コンデンサ電圧、負荷電圧及びゲート駆動信号（ＯＮ／ＯＦＦタイミング）との関係を端的に示す説明図である。
【図１３】本実施の形態を示す蛍光灯システム１のオフセット異常回復時（正常時）の電源電圧、コンデンサ電圧、負荷電圧及びゲート駆動信号（ＯＮ／ＯＦＦタイミング）との関係を端的に示す説明図である。
【図１４】一般的なＭＥＲＳのオフセット異常時の電源電圧、コンデンサ電圧、負荷電圧及びゲート駆動信号（ＯＮ／ＯＦＦタイミング）との関係を端的に示す説明図である。
【図１５】一般的なＭＥＲＳの正常時の電源電圧、コンデンサ電圧、負荷電圧及びゲート駆動信号（ＯＮ／ＯＦＦタイミング）との関係を端的に示す説明図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１  蛍光灯システム（交流電源装置）
２  蛍光灯（誘導性負荷及び放電灯）
３  交流電源
４  ＭＥＲＳ（磁気エネルギー回生スイッチ）
９  コンデンサ電圧検出部（コンデンサ電圧継続検出手段）
１３  制御装置
２１Ａ  第１ＭＯＳ（逆導通型半導体スイッチ）
２２Ａ  第２ＭＯＳ（逆導通型半導体スイッチ）
２３Ａ  第３ＭＯＳ（逆導通型半導体スイッチ）
２４Ａ  第４ＭＯＳ（逆導通型半導体スイッチ）
２５  コンデンサ
４１  ゲート位相制御部（タイミング調整手段及び位相角設定手段）
４２  ＯＮタイミング検出部（コンデンサ電圧継続検出手段）
４３  ＯＦＦタイミング検出部（コンデンサ電圧継続検出手段）
４４  コンデンサ電圧継続監視部（コンデンサ電圧継続検出手段）
４５  零ボルト区間有無判定部（零ボルト区間有無判定手段及びオフセット異常認識手段）
４６  ゲート位相角調整設定部（タイミング調整手段及び位相角設定手段）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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