(57)【要約】【課題】スイッチ素子の数を削減し、トランスコアサイズを小さくしてコストを低減できる放電灯点灯装置。【解決手段】第１周波数を有する第１基準信号と第１周波数を超える第２周波数を有する第２基準信号とに基づき第２周波数でスイッチング動作することにより直流電圧を第１周波数を有するスイッチング信号に変換するスイッチング電源部1と、スイッチング電源部1で変換されたスイッチング信号に含まれる直流成分を除去して交流電圧を抽出する直流除去部3と、直流除去部3で得られた交流電圧を昇圧し、昇圧された交流電圧を第１周波数を有する出力信号として放電灯7a,7bに出力する昇圧部5とを有し、スイッチング電源部は、第２周波数でスイッチング動作するスイッチ素子SW1と、スイッチ素子のオンデューティを制御することによりスイッチング電源部の出力電圧を制御する駆動回路14とを有する。【選択図】図３
2009087553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１周波数を有する第１基準信号と前記第１周波数を超える第２周波数を有する第２基準信号とに基づき前記第２周波数でスイッチング動作することにより直流電圧を前記第１周波数を有するスイッチング信号に変換するスイッチング電源部と、
前記スイッチング電源部で変換された前記スイッチング信号に含まれる直流成分を除去して交流電圧を抽出する直流除去部と、
前記直流除去部で得られた交流電圧を昇圧し、昇圧された交流電圧を前記第１周波数を有する出力信号として放電灯に出力する昇圧部とを有し、
前記スイッチング電源部は、前記第２周波数でスイッチング動作する第１スイッチ素子と、
前記第１スイッチ素子のオンデューティを制御することにより前記スイッチング電源部の出力電圧を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記スイッチング電源部は、前記第１スイッチ素子に直列に接続されたトランスの１次巻線と、
前記トランスの２次巻線に発生する前記第２周波数を有する電圧を整流平滑して前記第１周波数を有する前記スイッチング信号を生成する整流平滑回路と、
を有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】
前記スイッチング電源部の出力両端に接続された第２スイッチ素子を有し、
前記第２スイッチ素子は、前記第１周波数を有する第１基準信号に同期してオン／オフすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記第１周波数を有する第１基準信号を発生する信号発生器と、
前記信号発生器の第１基準信号の第１周波数を周波数逓倍することにより前記第２周波数を有する第２基準信号を生成する逓倍回路と、
を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記第２周波数を有する第２基準信号を発生する信号発生器と、
前記信号発生器の第２基準信号の第２周波数を分周することにより前記第１周波数を有する第１基準信号を生成する分周回路と、
を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記放電灯又は前記直流除去部に流れる電流を検出する電流検出回路を有し、
前記制御回路は、前記電流検出回路で検出された電流の値が所定値になるように、前記第１スイッチ素子のオンデューティを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】
前記昇圧部の出力両端又は前記スイッチング電源部の出力両端又は前記直流除去部の出力両端の電圧を検出する電圧検出回路を有し、
前記制御回路は、前記電圧検出回路で検出された電圧の値が所定値になるように、前記第１スイッチ素子のオンデューティを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の冷陰極放電灯（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）、外部電極蛍光灯や蛍光灯等の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷陰極放電灯は、一般的に、放電灯点灯装置により、数１０ｋＨｚの周波数で且つ数百Ｖ〜千数百Ｖの電圧が印加されることにより点灯する。また、外部電極蛍光灯（ＥＥＦＬ：External Electrode Fluorescent Lamp）と呼ばれる蛍光管もある。外部電極蛍光灯と冷陰極放電灯とは電極の構造が相違し、それ以外の相違はほとんどなく、発光原理も冷陰極放電灯と同じである。このため、外部電極蛍光灯や冷陰極放電灯を点灯させるための放電灯点灯装置は、原理的には同じである。このため、以下、冷陰極放電灯（放電灯と略称する。）を用いて説明する。
【０００３】
放電灯と放電灯点灯装置は、液晶ＴＶ、液晶モニタ、照明装置、液晶表示装置、看板などに用いられている。放電灯点灯装置に求められる特性としては、（ａ）出力電圧周波数が５０ｋＨｚ程度であり、（ｂ）放電灯に印加される電圧は交流電圧で、正負対称の波形である。
【０００４】
（ａ）について、放電灯に印加される電圧周波数は、一般的におおよそ１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度である。これは、放電灯の輝度特性や効率特性、放電灯をセットに組み込んだときの輝度特性など、様々な特性を考慮し、ユーザーが決定する。放電灯点灯装置は、決定された周波数、又はその付近の周波数で駆動される。このため、放電灯点灯装置の都合で周波数を設定、変化させることができないことが多い。液晶ＴＶや液晶モニタ、照明装置などではおおよそ５０ｋＨｚ付近で用いられることが多いので、以下、５０ｋＨｚの放電灯点灯装置を用いるものとする。
【０００５】
（ｂ）について、一般的に、放電灯に印加される電圧は交流電圧で、正負対称の波形である必要がある。放電灯はガラスのチューブ状になっており、内部には水銀、希ガス等が封入されている。この放電灯に直流電圧を印加しても発光はする。しかし、内部の水銀が片方に片寄ってしまい、次第に放電灯両端での輝度に差が出てきてしまうため、寿命が著しく短くなる。このため、放電灯には交流電圧を印加するが、交流電圧であっても電圧波形の正負の形に違いがあれば、水銀分布の偏りが生じてしまう可能性がある。このため、正負対称の波形を印加することが求められる。また、理想的には正弦波や台形波が良く、実際にも正弦波電圧を印加するシステムが多い。
【０００６】
従来の放電灯点灯装置の回路構成を図２８に示す。この放電灯点灯装置は、４個のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を用いたフルブリッジ方式と呼ばれるもので、交流電源２５の交流電圧を全波整流回路２６及び平滑コンデンサ２７で整流平滑して得られた直流電圧をスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４でスイッチングして５０ｋＨｚの正負対称の矩形波信号を生成し、この矩形波信号を絶縁トランスＴ１０で絶縁し、昇圧トランスＴ２０で昇圧して、交流電圧として正負対称の正弦波を得ている。また、２個のスイッチ素子を用いたハーフブリッジでもフルブリッジ構成と同様に構成できる。
【０００７】
これらの放電灯点灯装置は、（ｃ）２個以上のスイッチ素子を用いて正負対称の波形を得ている。（ｄ）絶縁トランス(又はトランス）を５０ｋＨｚで動作させている。
【０００８】
（ｃ）について、スイッチ素子の数に応じて、ハイサイドドライバ、ロードサイドドライバ、絶縁素子など、スイッチ素子の駆動回路が増加する。このため、部品コスト、製造コスト、実装面積も増加する。また、スイッチ素子自体の部品コストも増大する。
【０００９】
（ｄ）について、５０ｋＨｚでトランスを設計して、トランスのコアサイズを決定する。トランスのコアサイズは駆動周波数が高いほど小さくできる。しかし、放電灯点灯装置の場合、駆動周波数は５０ｋＨｚ付近で決定されてしまうことが多いので、それ以上に駆動周波数を高くできない。このため、トランスのコアサイズも小さくできず、トランスのコストも低減できない。
【００１０】
また、例えば、図２８のスイッチ素子ＳＷ１のみを用い、且つスイッチ素子ＳＷ２の箇所にダイオードを接続した構成では、正負対称の波形を生成することはできない。その理由を以下に説明する。スイッチ素子ＳＷ１を例えば５０ｋＨｚでオン、オフさせて矩形波信号を発生させ、絶縁トランスＴ１０に入力する。矩形波信号は、リアクトルＬ１とコンデンサＣ２のフィルタ作用により正弦波になる。この回路において、スイッチ素子がオンデューティ５０％で動作したときには、出力電圧として正負対称の波形が得られる。
【００１１】
しかし、オンデューティ５０％固定では、出力電圧を制御できない。放電灯の輝度を制御する場合、放電灯に印加する電圧や流れる電流を制御する必要がある。その場合、スイッチ素子ＳＷ１のオンデューティを制御する。オンデューティが５０％以下の場合には、正負対称の波形が得られないため、２個以上のスイッチ素子を用いる必要がある。なお、従来の技術として例えば、特許文献１がある。
【特許文献１】特開平８−１６２２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このように、スイッチ素子の数は２個以上必要であり、トランスコアサイズは出力電圧周波数である５０ｋＨｚで設計しなければならないが、これらは、部品実装面積、部品コスト、製造コストが増加する。
【００１３】
本発明は、スイッチ素子の数を削減し、トランスコアサイズを小さくすることによりコストを低減できる放電灯点灯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、第１周波数を有する第１基準信号と前記第１周波数を超える第２周波数を有する第２基準信号とに基づき前記第２周波数でスイッチング動作することにより直流電圧を前記第１周波数を有するスイッチング信号に変換するスイッチング電源部と、前記スイッチング電源部で変換された前記スイッチング信号に含まれる直流成分を除去して交流電圧を抽出する直流除去部と、前記直流除去部で得られた交流電圧を昇圧し、昇圧された交流電圧を前記第１周波数を有する出力信号として放電灯に出力する昇圧部とを有し、前記スイッチング電源部は、前記第２周波数でスイッチング動作する第１スイッチ素子と、前記第１スイッチ素子のオンデューティを制御することにより前記スイッチング電源部の出力電圧を制御する制御回路とを有することを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、前記スイッチング電源部は、前記第１スイッチ素子に直列に接続されたトランスの１次巻線と、前記トランスの２次巻線に発生する前記第２周波数を有する電圧を整流平滑して前記第１周波数を有する前記スイッチング信号を生成する整流平滑回路とを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２記載の放電灯点灯装置において、前記スイッチング電源部の出力両端に接続された第２スイッチ素子を有し、前記第２スイッチ素子は、前記第１周波数を有する第１基準信号に同期してオン／オフすることを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の放電灯点灯装置において、前記第１周波数を有する第１基準信号を発生する信号発生器と、前記信号発生器の第１基準信号の第１周波数を周波数逓倍することにより前記第２周波数を有する第２基準信号を生成する逓倍回路とを有することを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の放電灯点灯装置において、前記第２周波数を有する第２基準信号を発生する信号発生器と、前記信号発生器の第２基準信号の第２周波数を分周することにより前記第１周波数を有する第１基準信号を生成する分周回路とを有することを特徴とする。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の放電灯点灯装置において、前記放電灯又は前記直流除去部に流れる電流を検出する電流検出回路を有し、前記制御回路は、前記電流検出回路で検出された電流の値が所定値になるように、前記第１スイッチ素子のオンデューティを制御することを特徴とする。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の放電灯点灯装置において、前記昇圧部の出力両端又は前記スイッチング電源部の出力両端又は前記直流除去部の出力両端の電圧を検出する電圧検出回路を有し、前記制御回路は、前記電圧検出回路で検出された電圧の値が所定値になるように、前記第１スイッチ素子のオンデューティを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明によれば、スイッチング電源部は、第１スイッチ素子が第２周波数でスイッチング動作することにより直流電圧を第１周波数を有するスイッチング信号に変換し、直流除去部は、スイッチング信号に含まれる直流成分を除去して交流電圧を抽出し、昇圧部は、交流電圧を昇圧し、昇圧された交流電圧を第１周波数を有する出力信号として放電灯に出力する。制御回路は、第１スイッチ素子のオンデューティを制御することによりスイッチング電源部の出力電圧を制御するので、昇圧部の出力電圧を制御できる。これにより、スイッチ素子の数を削減でき、しかも昇圧部の出力電圧周波数（第１周波数）を超える第２周波数でスイッチング電源部を動作させるので、スイッチング電源部を小型化でき、コストを低減できる。
【００２２】
請求項２の発明によれば、第１スイッチ素子を第２周波数でスイッチング動作することにより、トランスも第２周波数で動作するので、トランスを小型化できる。
【００２３】
請求項３の発明によれば、スイッチング電源部の出力両端に接続された第２スイッチ素子は、第１周波数を有する第１基準信号に同期してオン／オフするので、第２スイッチ素子がオン時にスイッチング電源部の出力両端の電圧をゼロにすることができる。
【００２４】
請求項４の発明、請求項５の発明によれば、第１周波数を有する第１基準信号と第２周波数を有する第２基準信号とを同期させることができる。
【００２５】
請求項６の発明によれば、制御回路は、第１スイッチ素子のオンデューティを制御することにより、電流検出回路で検出された電流の値を所定値にすることができる。
【００２６】
請求項７の発明によれば、制御回路は、第１スイッチ素子のオンデューティを制御することにより、電圧検出回路で検出された電圧の値を所定値にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の放電灯点灯装置の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明では、５０ｋＨｚの出力電圧周波数を用いる。なお、５０ｋＨｚの周波数は一例であり、本発明はこの周波数に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２８】
図１は本発明の放電灯点灯装置の発明原理図である。図２は図１に示す放電灯点灯装置の各部のタイミングチャートである。
【００２９】
図１に示す放電灯点灯装置は、直流電源Ｖｉｎ、スイッチング電源部（ＳＷ電源部）１、直流除去部３、昇圧部５を有する。
【００３０】
ＳＷ電源部１は、例えば５０ｋＨｚ（第１周波数）を有する第１基準信号と第１周波数を超える例えば５００ｋＨｚ（第２周波数）を有する第２基準信号とに基づき５００ｋＨｚでスイッチング動作することにより直流電源Ｖｉｎの直流電圧を５０ｋＨｚの矩形波状のスイッチング信号Ｖ１に変換する。
【００３１】
直流除去部３は、ＳＷ電源部１で変換されたスイッチング信号Ｖ１に含まれる直流成分を除去して５０ｋＨｚの矩形波状の交流電圧Ｖ３を抽出する。昇圧部５は、直流除去部３で得られた５０ｋＨｚの矩形波状の交流電圧Ｖ３を昇圧し、昇圧された５０ｋＨｚの矩形波状の交流電圧Ｖ３に対してリアクトルとコンデンサとによるフィルタ処理を行い、５０ｋＨｚの正弦波状の出力信号Ｖ５を放電灯に出力する。
【００３２】
図３は本発明の実施例１の放電灯点灯装置の構成を示す図である。実施例１のスイッチング電源部１は、他励駆動方式のフォワード型と呼ばれるもので、直流電源Ｖｉｎの両端にはトランスＴ１（絶縁トランス）の１次巻線Ｐ１とＭＯＳＦＥＴ等からなるスイッチ素子ＳＷ１（第１スイッチ素子）との直列回路が接続されている。
【００３３】
また、５００ｋＨｚの矩形波状の基準信号を発生する第１発振器１１と、５０ｋＨｚの矩形波状の基準信号を発生する第２発振器１２と、５００ｋＨｚの矩形波状の基準信号と５０ｋＨｚの矩形波状の基準信号との論理積を取るアンド回路１３と、アンド回路１３の出力によりスイッチ素子ＳＷ１を駆動させる駆動回路１４とが設けられている。
【００３４】
スイッチ素子ＳＷ１は、駆動回路１４により駆動され、所望の周波数である５０ｋＨｚよりも高い５００ｋＨｚでスイッチング動作し且つオンデューティ５０％程度の５０ｋＨｚで間欠発振する。
【００３５】
トランスＴ１の２次巻線Ｓ１の両端にはダイオードＤ１とダイオードＤ２との直列回路が接続され、ダイオードＤ２の両端にはリアクトルＬ１とコンデンサＣ３との直列回路が接続されている。コンデンサＣ３の両端にはコンデンサＣ１とトランスＴ２の１次巻線Ｐ２との直列回路が接続され、リアクトルＬ２はトランスＴ２の１次巻線Ｐ２及び２次巻線Ｓ２間のリーケージインダクタンスを利用しても良い。その場合、削除、または小型化できる。トランスＴ２の２次巻線Ｓ２の両端にはコンデンサＣ２が接続されるとともに、コンデンサＣａと放電灯７ａとの直列回路と、コンデンサＣｂと放電灯７ｂとの直列回路とがそれぞれ接続されている。
【００３６】
駆動回路１４、スイッチ素子ＳＷ１、トランスＴ１、ダイオードＤ１，Ｄ２、リアクトルＬ１、コンデンサＣ３はＳＷ電源部１を構成し、コンデンサＣ１は直流除去部３を構成し、トランスＴ２、コンデンサＣ２は昇圧部５を構成する。  
次に図４を参照しながら実施例１の放電灯点灯装置の動作を説明する。
【００３７】
まず、第１発振器１１からの５００ｋＨｚの矩形波状の基準信号Ｖ１１と、第２発振器１２からの５０ｋＨｚの矩形波状の基準信号Ｖ１２とがアンド回路１３に入力されると、アンド回路１３は、５００ｋＨｚの矩形波状の基準信号Ｖ１１と５０ｋＨｚの矩形波状の基準信号Ｖ１２との論理積を取ることにより、論理積信号Ｖ１３を駆動回路１４に出力する。
【００３８】
スイッチ素子ＳＷ１は、論理積信号Ｖ１３により動作し、５００ｋＨｚでスイッチング動作し且つオンデューティ５０％程度の５０ｋＨｚで間欠発振する。このため、トランスＴ１の２次巻線Ｓ１にも、５００ｋＨｚでスイッチング動作し且つオンデューティ５０％程度の５０ｋＨｚで間欠発振する信号が得られる。得られた信号は、ダイオードＤ１，Ｄ２、リアクトルＬ１、コンデンサＣ３による整流平滑回路により整流平滑される。
【００３９】
すると、スイッチング電源部１の出力であるＡ点には、オンデューティ５０％程度の矩形波状（あるいは台形波状、あるいは正弦波の半波整流波形状）の電圧ＶＡが得られる。この場合、５０ｋＨｚの矩形波状の電圧ＶＡが得られるように、リアクトルＬ１、コンデンサＣ３の時定数を調整する必要がある。この電圧ＶＡには直流成分が付加されているため、コンデンサＣ１により直流成分が除去され、Ｂ点には、５０ｋＨｚの矩形波状の交流電圧ＶＢが得られる。
【００４０】
この交流電圧ＶＢはトランスＴ２に入力され、トランスＴ２により昇圧されるとともに、リアクトルＬ１とコンデンサＣ２とによるフィルタ作用により、５０ｋＨｚの周波数で正負対称の交流電圧波形が出力電圧（Ｃ点の電圧ＶＣ）として得られる。
【００４１】
ここで、第２発振器１２の５０ｋＨｚの基準信号のオンデューティにより、出力電圧の正の期間、負の期間の比が決定される。即ち、出力電圧波形が正負対称であるかどうかは、第２発振器１２のオンデューティによるところが大きい。原理的にはオンデューティは５０％で良いが、信号の遅れや歪みなどがあるため、オンデューティの調整が必要な場合もある。
【００４２】
このように実施例１によれば、スイッチ素子の数を１つに削減でき、しかも昇圧部５の出力電圧周波数である５０ｋＨｚを超える５００ｋＨｚでスイッチ素子ＳＷ１をスイッチング動作することにより、トランスＴ１も５００ｋＨｚで動作するので、トランスＴ１を小型化できる。これにより、コストを低減できる。
【００４３】
また、駆動回路（制御回路）１４は、５００ｋＨｚでスイッチング動作するスイッチ素子ＳＷ１のオンデューティを制御することによりスイッチング電源部１の出力電圧を制御する。スイッチング電源部１の出力電圧は、スイッチ素子ＳＷ１の駆動信号のオンデューティを変化させることで行うことができる。即ち、スイッチング電源部１の出力であるＡ点の電圧ＶＡ（コンデンサＣ３の電圧）の電圧振幅値を変化させることにより、出力電圧を制御できる。図５に示すように、スイッチ素子ＳＷ１のオンデューティが大きい場合には、電圧ＶＡは大きく、オンデューティが小さい場合には、電圧ＶＡは小さくなっている。
【実施例２】
【００４４】
図６は本発明の実施例２の放電灯点灯装置の構成を示す図である。図６に示す実施例２は、図３に示す実施例１の第１発振器１１とアンド回路１３とに代えて、５００ｋＨｚの三角波信号を発生する第１発振器１１ａと、コンパレータＣＭＰとを設けたことを特徴とする。
【００４５】
コンパレータＣＭＰは、図７のタイミングチャートに示すように、第１発振器１１ａからの５００ｋＨｚの三角波信号（第１発振器の出力）と第２発振器１２からの５０ｋＨｚの矩形波状の信号（第２発振器の出力）とを入力する。コンパレータＣＭＰは、三角波信号の振幅値が矩形波状の信号の振幅値以上のときにＨレベルとなり三角波信号の振幅値が矩形波状の信号の振幅値未満のときにＬレベルとなる比較出力信号ＣＭＰを駆動回路１４に出力する。
【００４６】
比較出力信号ＣＭＰは、第２発振器１２からの５０ｋＨｚの矩形波状の信号の振幅値がＬレベルの時に、５００ｋＨｚの矩形波状の信号のオンデューティが大きく、第２発振器１２からの５０ｋＨｚの矩形波状の信号の振幅値がＨレベルの時に、５００ｋＨｚの矩形波状の信号のオンデューティが小さくなる。
【００４７】
実施例１では、スイッチ素子ＳＷ１は、図４に示すように、オンデューティ５０％程度の５０ｋＨｚで間欠発振したが、実施例２では、５００ｋＨｚの矩形波状の信号のオンデューティが小さい期間においては、ゼロでない正の電圧ＶＡが発生する。ゼロでない正の電圧ＶＡがあっても、コンデンサＣ１により直流成分を除去できるので、必ずしもＡ点の電圧ＶＡをゼロまで落とす必要はない。その他の動作は実施例１の動作と同様であり、同様な効果が得られる。
【００４８】
図８は本発明の実施例２の変形例の放電灯点灯装置の各部のタイミングチャートである。図６に示す実施例２では、第２発振器１２が矩形波状の信号であったが、図８に示す実施例２の変形例では、第２発振器が台形波状の信号を用いた場合の例である。台形波の場合、矩形波に比較して、Ａ点の電圧ＶＡの上昇、下降を緩やかにすることができる。これにより、発生するノイズを抑制できる。
【００４９】
また、図示していないが、第２発振器の信号として正弦波状の信号を用いても同様な効果が得られる。
【実施例３】
【００５０】
図９はフライバック型電源を用いた実施例３の放電灯点灯装置の構成を示す図である。図９に示す実施例３は、図３に示す実施例１に対して、トランスＴ１ａの１次巻線Ｐ１と２次巻線Ｓ１との極性を逆極性とし、整流平滑回路としてダイオードＤ１とコンデンサＣ３のみを用いた点が異なる。
【００５１】
実施例３では、スイッチング電源部１ａの出力である点Ａに５０ｋＨｚの波形を発生させるため、出力段のフィルタの時定数は相応に小さくすることが求められる。即ち、コンデンサＣ３の容量は小さくすることが求められる。
【００５２】
フライバック型電源はその回路原理上、コンデンサＣ３に流れるリップル電流が大きいが、この点を除けば、実施例１の効果と同様な効果が得られる。
【実施例４】
【００５３】
図１０は自励発振の電源を用いた実施例４の放電灯点灯装置の構成を示す図である。図１０では、図３に示す第１発振器１１を用いずに、自励発振を用いている。即ち、図１０に示す実施例３では、１次巻線Ｐ１と２次巻線Ｓ１と巻線Ｐ３とを有するトランスＴ１ｂを設け、巻線Ｐ３に発生した電圧により自励用駆動回路１４ａが５００ｋＨｚでスイッチ素子ＳＷ１をスイッチング動作させるとともに、第２発振器１２からの５０ｋＨｚの矩形波状の信号でスイッチ素子ＳＷ１を間欠発振させる。このため、第１発振器１を削減できる。
【００５４】
なお、自励発振の電源は、フライバック型電源に限らず他の電源方式でも同様に適用できる。また、他励駆動であっても発振器を使用せず、スイッチ素子ＳＷ１の電流の大きさを検出してオン／オフを決定するいわゆる電流モードと呼ばれる駆動方式にも本発明は適用できる。即ち、自励発振、他励発振に関係なく、所望の周波数（例えば５０ｋＨｚ）より高い周波数でスイッチング電源部１を駆動すれば良い。
【実施例５】
【００５５】
図１１はハーフブリッジ型の電源を用いた実施例５の放電灯点灯装置の構成を示す図である。図１１において、直流電源Ｖｉｎの両端には、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子ＳＷ１とＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子ＳＷ２との直列回路が接続されている。スイッチ素子ＳＷ２の両端には、トランスＴ１ａの１次巻線Ｐ１と電流共振コンデンサＣｒｉとの直列回路が接続されている。トランスＴ１ａの２次巻線Ｓ１の両端にはダイオードＤ１とコンデンサＣ３との直列回路が接続されている。
【００５６】
このようなハーフブリッジ型の電源を用いた実施例５でも実施例１の効果と同様な効果が得られる。
【実施例６】
【００５７】
実施例６の説明に先立って、図３に示す実施例１の構成の問題点について説明する。
【００５８】
まず、図１２に示すように、スイッチ素子ＳＷ１をオン／オフさせるための信号（５００ｋＨｚでスイッチング動作し且つ５０ｋＨｚで間欠発振）を期間ＴＭ１と期間ＴＭ２を分けて考える。
【００５９】
図１３（ａ）は期間ＴＭ１の電流経路を示し、図１３（ｂ）は期間ＴＭ２の電流経路を示す。期間ＴＭ１では、トランスＴ１の２次巻線Ｓ１に発生した電圧により、コンデンサＣ１が充電されながらトランスＴ２の１次巻線Ｐ２に電流が流れる。
【００６０】
期間ＴＭ２では、スイッチ素子ＳＷ１の動作が停止するため、Ａ点の電位ＶＡがゼロになろうとする。このため、コンデンサＣ１のエネルギーが放電されながらトランスＴ２に逆向きに電流が流れる。コンデンサＣ１の充電及び放電の作用により、直流成分が除去される。
【００６１】
しかし、期間ＴＭ２において、図１４に示すように、コンデンサＣ１のエネルギーはコンデンサＣ３を通る。即ち、コンデンサＣ１とコンデンサＣ３は直列に接続されているため、Ａ点の電圧ＶＡはゼロまで落ちない。期間ＴＭ２において、コンデンサＣ１とコンデンサＣ３に電流Ｉｃという電流が流れた場合、Ａ点の電圧ＶＡ、即ち、コンデンサＣ３の電圧Ｖｃ３は、式（１）で表される。
【数１】
2009087553.tif 000003
【００６２】
ここで、Ｃ３はコンデンサＣ３の容量値、Ｉｃは流れる電流、ｆは周波数である。式（１）からわかるように、コンデンサＣ３の容量が十分に大きければ、Ａ点の電圧ＶＡはゼロに近づく。
【００６３】
しかし、前述の通り、５０ｋＨｚの矩形波を出力するＳＷ電源部１ｂのため、出力段のフィルタであるリアクトルＬ１、コンデンサＣ３の時定数は相応に小さくする必要がある。このため、コンデンサＣ３の容量は小さくする必要がある。よって、図１４に示すように、Ａ点の電圧ＶＡがゼロまで落ちず、５０ｋＨｚの矩形波の最大値と最小値との差を表す振幅は、小さくなってしまうという問題がある。
【００６４】
そこで、実施例６では、上記問題を解決したものである。図１５は本発明の実施例６の放電灯点灯装置の構成を示す図である。図１５に示す実施例６では、図１３に示す実施例５の構成に対して、ＳＷ電源部１の出力であるコンデンサＣ３の両端にスイッチ素子ＳＷ２（第２スイッチ素子）を設けている。スイッチ素子ＳＷ２は、５０ｋＨｚを有する信号に同期してオン／オフする。
【００６５】
図１６は実施例６の放電灯点灯装置の各部のタイミングチャートである。図１５（ａ）は期間ＴＭ１の電流経路を示し、図１５（ｂ）は期間ＴＭ２の電流経路を示す。期間ＴＭ１では、トランスＴ１の２次巻線Ｓ１に発生した電圧により、コンデンサＣ１が充電されながらトランスＴ２の１次巻線Ｐ２に電流が流れる。
【００６６】
期間ＴＭ２では、スイッチ素子ＳＷ２をオンさせることにより、コンデンサＣ１の放電電流を全てスイッチ素子ＳＷ２に流す。これにより、この期間ＴＭ２においてＡ点の電圧ＶＡをゼロまで落とすことができる。
【００６７】
また、スイッチ素子ＳＷ２のオン／オフのシーケンスを決定する駆動信号の生成については、図１７に示す変形例１、図１８に示す変形例２、図１９に示す変形例３がある。
【００６８】
図１７に示す変形例１では、トランスＴ１の１次巻線Ｓ１の５００ｋＨｚの矩形波の電圧をダイオードＤ１，Ｄ２で整流して得られた５０ｋＨｚの矩形波の電圧を検出回路制御回路１５で検出し、駆動回路１６は、検出回路制御回路１５からの５０ｋＨｚの矩形波の電圧によりスイッチ素子ＳＷ２を駆動する。期間ＴＭ２でスイッチ素子ＳＷ２をオンさせることにより、実施例６の効果と同様な効果が得られる。
【００６９】
図１８に示す変形例２では、１次巻線としてのリアクトルＬ１と２次巻線Ｌ１Ｓとを有するトランスＴ４を設け、検出回路制御回路１５は、リアクトルＬ１に流れる電流を２次巻線Ｌ１Ｓから検出し、駆動回路１６は、検出回路制御回路１５で検出した電流が所定期間(期間ＴＭ２)だけゼロになった時にスイッチ素子ＳＷ２をオンさせる。これにより、実施例６の効果と同様な効果が得られる。
【００７０】
図１９に示す変形例３では、第２発振器１２からの５０ｋＨｚの矩形波信号を検出回路制御回路１５ａで検出し、駆動回路１６は、検出回路制御回路１５ａからの５０ｋＨｚの矩形波信号によりスイッチ素子ＳＷ２を駆動する。期間ＴＭ２でスイッチ素子ＳＷ２をオンさせることにより、実施例６の効果と同様な効果が得られる。
【００７１】
このようにスイッチ素子ＳＷ２を設けることにより、コンデンサＣ３の容量値を小さくすることができ、極限としてコンデンサＣ３がなくても動作させることができる。
【実施例７】
【００７２】
次に実施例７の放電灯点灯装置を説明する。まず、第１発振器１１の周波数が５００ｋＨｚ、第２発振器１２の周波数が５０ｋＨｚである場合、図２０に示すように、１周期当たりのスイッチ素子ＳＷ１のオン回数は５回である。ここで、第１発振器１１の周波数が４００ｋＨｚに変動とすると、１周期当たりのスイッチ素子ＳＷ１のオン回数は４回になる。スイッチ素子ＳＷ１のオン時間が同じとすると、２０％のエネルギーの変動（減少）が発生し、出力電圧も大きく変動する。
【００７３】
また、２つの周波数の変動がなかったとしても、例えば４９０ｋＨｚと５０ｋＨｚ等、１周期当たりのスイッチ素子ＳＷ１のオン回数が整数でない場合も、１周期毎に出力電圧が変動する可能性がある。
【００７４】
この出力電圧の変動を改善する方法として、図２１に示すように、第１発振器１１の周波数と第２発振器１２の周波数との同期をとる方法がある。ここで、同期とは、１周期当たりのスイッチ素子ＳＷ１のオン回数を一定に保つことである。１周期当たりのスイッチ素子ＳＷ１のオン回数が一定であるため、出力変動を小さく抑えることができる。
【００７５】
同期をとった２信号は、例えば、フリップフロップ、タイマ、カウンタ等を用いた分周回路、倍周回路などで容易に生成可能である。
【００７６】
図２２に示す例では、１０逓倍回路１７が、第２発振器１２の基準信号の５０ｋＨｚを１０倍だけ周波数逓倍することにより５００ｋＨｚを有する基準信号を生成する。
【００７７】
図２３に示す例では、分周回路１８が、第１発振器１１の信号の５００ｋＨｚを１／１０分周することにより５０ｋＨｚを有する基準信号を生成する。
【００７８】
図２２、図２３に示す例では、第１発振器１１、第２発振器１２の発振周波数や分周回路、逓倍回路の分周比や逓倍を変えることにより、任意の周波数で同期の取れた２つの信号を容易に生成することができる。
【００７９】
結果としてスイッチＳＷ１の駆動と出力電圧周波数との同期が取れれば良く、発振器出力同士の同期はその一例に過ぎない。
【実施例８】
【００８０】
放電灯点灯装置は、放電灯に流れる電流を検出して検出された電流を所定値に制御することにより放電灯を安定に点灯させる。その方法として放電灯に流れる電流を検出する方法がよく用いられる。
【００８１】
しかし、アプリケーション上の制約、構造上の制約等により必ずしも放電灯電流を検出できない場合もある。この場合、他の電気量を検出して制御することもできる。以下に、いくつかの具体例を挙げて説明する。
【００８２】
図２４に示す具体例１では、放電灯７ａ，７ｂに直列に接続された電流検出回路２０が放電灯７ａ，７ｂに流れる電流を検出する。オンデューティ調整回路２１は、アンド回路１３と駆動回路１４ｂとの間に接続され、電流検出回路２０で検出された電流が所定値になるようにスイッチ素子ＳＷ１のオンデューティを変化させる。
【００８３】
図２５に示す具体例２では、トランスＴ２の２次巻線Ｓ２の両端間に接続された電圧検出回路２３が、トランスＴ２の２次巻線電圧を検出する。オンデューティ調整回路２１は、アンド回路１３と駆動回路１４ｂとの間に接続され、電圧検出回路２３で検出された電圧が所定値になるようにスイッチ素子ＳＷ１のオンデューティを変化させる。
【００８４】
また、図示しないが、直流除去部の出力電圧（Ｂ点の電圧）を電圧検出回路２３で検出して、オンデューティ調整回路２１が、電圧検出回路２３で検出された電圧が所定値になるようにスイッチ素子ＳＷ１のオンデューティを変化させても良い。また、図示しないが、ＳＷ電源部１の出力電圧（Ａ点の電圧）を電圧検出回路２３で検出して、オンデューティ調整回路２１が、電圧検出回路２３で検出された電圧が所定値になるようにスイッチ素子ＳＷ１のオンデューティを変化させても良い。
【００８５】
さらに、図示しないが、トランスＴ２の１次巻線Ｐ２に流れる電流を電流検出回路２０で検出して、オンデューティ調整回路２１が、電流検出回路２０で検出された電流が所定値になるようにスイッチ素子ＳＷ１のオンデューティを変化させても良い。さらに、図示しないが、スイッチ素子ＳＷ１に流れる電流を電流検出回路２０で検出して、オンデューティ調整回路２１が、電流検出回路２０で検出された電流が所定値になるようにスイッチ素子ＳＷ１のオンデューティを変化させても良い。
【実施例９】
【００８６】
図２６は本発明の実施例９の放電灯点灯装置の構成を示す図である。図２６に示す実施例９は、図３に示す実施例１に対してフィードバック制御を具体化したもので、電流検出回路２０と、電流検出回路２０で検出した電流に応じた電流を流すフォトカプラＰＣ１、フォトカプラＰＣ１に流れる電流に応じてスイッチ素子ＳＷ１のオンデューティを制御するコントローラ３０、コントローラ３０からの信号によりスイッチ素子ＳＷ１を駆動するローサイドドライバ２８を有している。
【００８７】
図２９は従来の放電灯点灯装置のより具体的な構成を示す図である。図２９に示す従来例は、ハーフブリッジ型電源であり、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２、ハイサイドドライバ３１ａ，ローサイドドライバ３１ｂを有する。
【００８８】
図２６と図２９とを参照して、実施例９と従来例との比較を行うと、図２６に示す実施例９では、１個のスイッチ素子ＳＷ１で済む。また、スイッチ素子が１個で済むので、ハイサイドドライバ３１ａ、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４が不要になる。
【００８９】
また、図２６に示す実施例９では、図２９に示す従来例に比べてトランスＴ１の駆動周波数が高いので、コアサイズを小型化できる。実装面積、コストにおいて非常に有利である。従来例のトランスＴ１０が例えば、ＥＥＲ３５クラスであると、実施例９のトランスＴ１はＥＥＲ２５〜２８クラスが使用できる。
【００９０】
また、実施例９では、信号絶縁素子がトランス（図２９に示す従来例ではトランス３４ａ，３４ｂ）ではなくフォトカプラＰＣ１を用いることができる。従来例では、トランス３４ａ，３４ｂは、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２を駆動する信号をそのまま伝送する必要があるため、高い周波数（例えば５０ｋＨｚ）の絶縁・伝達が必要であった。このため、高価な高速フォトカプラやトランス３４ａ，３４ｂのようにパルストランスを用いていた。
【００９１】
これに対して、実施例９では、検出量そのものを絶縁・伝達するため、安価な汎用フォトカプラを使用できる。
【実施例１０】
【００９２】
図２７は本発明の実施例１０の放電灯点灯装置の構成を示す図である。図２７に示す実施例１０は、図１６に示す実施例９の構成に対して、さらに、トランスＴ２（昇圧トランス）の１次巻線Ｐ２に並列に１次巻線Ｐ３が接続されたトランスＴ３（昇圧トランス）を設けて、複数の放電灯を点灯させるものである。
【００９３】
トランスＴ２の２次巻線Ｓ２の両端には放電灯７ａと電流検出回路２０ａとの直列回路が接続されている。トランスＴ３の２次巻線Ｓ３の両端には放電灯７ｂと電流検出回路２０ｂとの直列回路が接続されている。
【００９４】
コントローラ３０は、フォトカプラＰＣ１を介して電流検出回路２０ａからの電流と電流検出回路２０ｂからの電流とに応じてスイッチ素子ＳＷ１のオンデューティを制御する。
【００９５】
実施例１０では、放電灯が２灯の例であるが、昇圧トランスを増やすことにより、さらに多くの放電灯を同時に点灯することができる。
【００９６】
また、図示しないが、図２７に示す実施例１０の放電灯７ａ，７ｂに代えて、トランスＴ２の高圧側とトランスＴ３の高圧側との間に、１灯又は複数灯の放電灯を接続し、２個のトランスＴ２，Ｔ３で１灯又は複数灯の放電灯を点灯させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の放電灯点灯装置の発明原理図である。
【図２】図１に示す放電灯点灯装置の各部のタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施例１の放電灯点灯装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例１の放電灯点灯装置の各部のタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施例１の放電灯点灯装置のインバータ出力の制御方法の一例を示す各部のタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施例２の放電灯点灯装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施例２の放電灯点灯装置の各部のタイミングチャートである。
【図８】本発明の実施例２の変形例の放電灯点灯装置の各部のタイミングチャートである。
【図９】フライバック型電源を用いた実施例３の放電灯点灯装置の構成を示す図である。
【図１０】自励発振の電源を用いた実施例４の放電灯点灯装置の構成を示す図である。
【図１１】ハーフブリッジ型の電源を用いた実施例５の放電灯点灯装置の構成を示す図である。
【図１２】ハーフブリッジ型の電源を用いた実施例５の放電灯点灯装置の各部のタイミングチャートである。
【図１３】実施例１の放電灯点灯装置の期間ＴＭ１の電流経路と期間ＴＭ２の電流経路とを示す図である。
【図１４】実施例１の放電灯点灯装置の期間ＴＭ２の電流経路の詳細を示す図である。
【図１５】本発明の実施例６の放電灯点灯装置の構成を示す図である。
【図１６】実施例６の放電灯点灯装置の各部のタイミングチャートである。
【図１７】本発明の実施例６の変形例１の放電灯点灯装置の構成を示す図である。
【図１８】本発明の実施例６の変形例２の放電灯点灯装置の構成を示す図である。
【図１９】本発明の実施例６の変形例３の放電灯点灯装置の構成を示す図である。
【図２０】本発明の放電灯点灯装置の第１発振器の周波数が変動した場合の各部のタイミングチャートである。
【図２１】本発明の放電灯点灯装置の第１発振器の周波数と第２発振器の周波数との同期を取った実施例７の各部のタイミングチャートである。
【図２２】実施例７の放電灯点灯装置の同期の取れた２つの信号の生成方法の一例を示す図である。
【図２３】実施例７の放電灯点灯装置の同期の取れた２つの信号の生成方法の他の一例を示す図である。
【図２４】本発明の実施例８の具体例１の放電灯点灯装置の構成を示す図である。
【図２５】本発明の実施例８の具体例２の放電灯点灯装置の構成を示す図である。
【図２６】本発明の実施例９の放電灯点灯装置の構成を示す図である。
【図２７】本発明の実施例１０の放電灯点灯装置の構成を示す図である。
【図２８】従来の放電灯点灯装置の一例の構成を示す図である。
【図２９】従来の放電灯点灯装置の他の一例の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
Ｔ１，Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４  トランス
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３  １次巻線
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３  ２次巻線
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃａ，Ｃｂ  コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
ＳＷ１，ＳＷ２  スイッチ素子
Ｌ１，Ｌ２  リアクトル
Ｃｒｉ  電流共振コンデンサ
Ｖｉｎ  直流電源
ＰＣ１  フォトカプラ
ＣＭＰ  コンパレータ
１  ＳＷ電源部
３  直流除去部
５  昇圧部
７ａ，７ｂ  放電灯
１１，１１ａ  第１発振器
１２  第２発振器
１３  アンド回路
１４，１４ｂ，１６，１６ａ  駆動回路
１４ａ  自励用駆動回路
１５，１５ａ  検出回路制御回路
１７  １０逓倍回路
１８  １／１０分周回路
２０，２０ａ，２０ｂ  電流検出回路
２１  オンデューティ調整回路
２３  電圧検出回路
２５  交流電源
２６  全波整流回路
２７  平滑コンデンサ
２８  ローサイドドライバ
３０  コントローラ
【図１】
2009087553.tif 000004
【図２】
2009087553.tif 000005
【図３】
2009087553.tif 000006
【図４】
2009087553.tif 000007
【図５】
2009087553.tif 000008
【図６】
2009087553.tif 000009
【図７】
2009087553.tif 000010
【図８】
2009087553.tif 000011
【図９】
2009087553.tif 000012
【図１０】
2009087553.tif 000013
【図１１】
2009087553.tif 000014
【図１２】
2009087553.tif 000015
【図１３】
2009087553.tif 000016
【図１４】
2009087553.tif 000017
【図１５】
2009087553.tif 000018
【図１６】
2009087553.tif 000019
【図１７】
2009087553.tif 000020
【図１８】
2009087553.tif 000021
【図１９】
2009087553.tif 000022
【図２０】
2009087553.tif 000023
【図２１】
2009087553.tif 000024
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2009087553.tif 000028
【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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