(57)【要約】【課題】  負荷にかかる電圧を制御して負荷を安全に駆動することができるインバータ回路を提供する。【解決手段】  インバータ回路１０Ａは、一次巻線２及び二次巻線３を備えたトランスＴと、電源の一旦に接続されたスイッチングトランジスタＴｒ１、２と、一次巻線２に並列接続された共振用コンデンサＣ１と、一次巻線２とスイッチングトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２との間に接続されたチョークコイルＬ２、Ｌ３とを有し、一次巻線２と共振用コンデンサＣ１とチョークコイルＬ２、Ｌ３とで共振回路を構成している。  従って、チョークコイルＬ２、Ｌ３に流れる電流に応じて共振回路の共振周波数を変更することができる。このため、トランスＴの二次巻線３に出力される高周波電圧の周波数を変更して、負荷にかかる電圧を制御することができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力巻線及び出力巻線を備えた昇圧トランスと、
電源に接続され、該電源からの電流の前記入力巻線への入力をスイッチングするスイッチング素子と、
前記入力巻線に並列に接続された共振コンデンサと、
前記入力巻線と前記スイッチング素子との間に接続されたチョークコイルと、
を有し、前記入力巻線と前記共振コンデンサと前記チョークコイルとで共振回路を構成することを特徴とするインバータ回路。
【請求項２】
前記チョークコイルのコアに巻き付けられた別巻線と、
前記出力巻線に接続した負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段の検出電流に基づいて、前記別巻線に印加するバイアスを制御する制御手段と、
を有することを特徴とする請求項１記載のインバータ回路。
【請求項３】
前記チョークコイルのコアに巻き付けられた別巻線と、
前記電源から供給される電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段の検出電流に基づいて、前記別巻線に印加するバイアスを制御する制御手段と、
を有することを特徴とする請求項１記載のインバータ回路。
【請求項４】
入力巻線及び出力巻線を備えた昇圧トランスと、
電源に接続され、該電源からの電流の前記入力巻線への入力をスイッチングするスイッチング素子と、
前記入力巻線に並列接続された共振コンデンサと、
センタタップを有する入力巻線の前記センタタップ側の端部と、前記センタタップとの間に接続されたチョークコイルと、
を有し、前記入力巻線と前記共振コンデンサと前記チョークコイルとで共振回路を構成することを特徴とするインバータ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファクシミリ、イメージスキャナ、複写機等の原稿読み取り装置の光源として使用される希ガス蛍光ランプを点灯させるインバータ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複写機やイメージスキャナなどの原稿読み取り装置の照明用光源として、希ガス放電による発光を利用した希ガス蛍光ランプが使用されるようになってきた。このような希ガス蛍光ランプは、パルス状の高周波電圧を印可して点灯することにより、高い輝度が得られることが知られており、希ガス蛍光ランプの点灯装置として、高周波電圧を発生するインバータ回路が一般的に用いられている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
図１に、従来より一般的に用いられているインバータ回路の構成を示す。
図１に示すインバータ回路１は、一次巻線２、二次巻線３、三次巻線４を有するトランスＴと、トランスＴの一次側に設けられたヒューズＨ１と、スイッチングトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２と、チョークコイルＬ１と、共振用コンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１、Ｒ２と、トランスＴの二次側に設けられたバラストコンデンサＣ２と、ランプ５とを有している。
ヒューズＨ１は、定格以上の大電流からインバータ回路１を保護する。チョークコイルＬ１は、スイッチングトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の切替え時にトランスＴで発生する飽和電流を抑制する。共振用コンデンサＣ１は、トランスＴのインダクタンス成分とＬＣ共振回路を構成する。また、トランスＴの二次側に設けられたバラストコンデンサＣ２は、ランプ５の起動時は短絡状態となり、ランプ５の起動後はインピーダンスとして働き、ランプ５の印加電圧を抑制する。
【０００４】
図１に示すインバータ回路１においては、共振用コンデンサＣ１とトランスＴの一次巻線２との共振により共振周波数を固定にして駆動している。トランスＴの一次巻線２には２個のスイッチングトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２が接続され、これらのスイッチングトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を交互にスイッチングする。これによりトランスＴの一次巻線２のインダクタンス成分と共振用コンデンサＣ１の容量成分とで決まる周波数の高周波電圧を二次巻線３側に出力している。
ランプ５の起動時は、二次側のバラストコンデンサＣ２が瞬時に短絡状態になるので、ランプ５にはトランスＴの全出力が印加される。また、ランプ５が点灯を始めると、ランプ５は点灯電圧に落ち着き、バラストコンデンサＣ２がトランスＴの出力電圧を分担するようになる。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１８８１９５号公報
【特許文献２】特開２００６−２０４０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように従来のインバータ回路１においては、共振用コンデンサＣ１とトランスＴの一次巻線２とで決まる共振周波数を固定にして駆動している。スイッチングトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の切替え時にトランスＴで発生する飽和電流を抑制するためのチョークコイルＬ１のインダクタンス成分は共振回路の外側に配置されているため共振周波数には寄与しない。このため、異常電流が流れても、保護すべき回路は入力側のヒューズＨ１のみであった。また、トランスＴの出力側の電流が増加しても動作周波数は変化しない（共振周波数を固定にしているため）ので、電流の増加に対してバラストコンデンサＣ２のインピーダンスは変らず、ランプ５に過大な電流が流れることになる。このため、異常電流が流れてもランプ５に流れる電流を抑制することが出来ず、ランプ５の寿命が短くなる問題があった。ランプ５に流れる電流の異常状態を検出して制御回路を駆動させる装置も提案されているが、装置構成が複雑になり部品点数が多いなどの欠点があった。
また、動作周波数を変化させて調光を行なう方法が提案されているが、上記と同様部品点数が多くなる。また、本来の目的が調光にあるため、異常電流を検出して駆動周波数を可変にするが、バラストコンデンサのインピーダンスを高くすることでランプ電圧の配分を変更しランプを保護するものではなかった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、負荷にかかる電圧を制御して負荷を安全に駆動することができるインバータ回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するために本発明のインバータ回路は、入力巻線及び出力巻線を備えた昇圧トランスと、電源に接続され、該電源からの電流の前記入力巻線への入力をスイッチングするスイッチング素子と、前記入力巻線に並列接続された共振コンデンサと、前記入力巻線と前記スイッチング素子との間に接続されたチョークコイルと、を有し、前記入力巻線と前記共振コンデンサと前記チョークコイルとで共振回路を構成している。
本発明は、入力巻線とスイッチング素子との間にチョークコイルを挿入している。共振回路を構成するチョークコイルは、直流重畳特性を有しており、チョークコイルに流れる電流に応じてインダクタンスが変化する。従って、チョークコイルに流れる電流に応じて共振回路の共振周波数を変更することができる。このため、昇圧トランスの出力巻線に出力される信号周波数を変更して、負荷にかかる電圧を制御することができる。
【０００９】
上記インバータ回路において、前記チョークコイルのコアに巻き付けられた別巻線と、前記出力巻線に接続した負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の検出電流に基づいて、前記別巻線に印加するバイアスを制御する制御手段と、を有しているとよい。
従って、負荷に流れる電流に応じて別巻線に印加するバイアスを制御することで、チョークコイルのインダクタンスを制御することができる。
【００１０】
上記インバータ回路において、前記チョークコイルのコアに巻き付けられた別巻線と、前記電源から供給される電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の検出電流に基づいて、前記別巻線に印加するバイアスを制御する制御手段と、を有しているとよい。
従って、電源から供給される電流に応じて別巻線に印加するバイアスを制御することで、チョークコイルのインダクタンスを制御することができる。
【００１１】
本発明のインバータ回路は、入力巻線及び出力巻線を備えた昇圧トランスと、電源に接続され、該電源からの電流の前記入力巻線への入力をスイッチングするスイッチング素子と、前記入力巻線に並列接続された共振コンデンサと、センタタップを有する入力巻線の前記センタタップ側の端部と、前記センタタップとの間に接続されたチョークコイルと、を有し、前記入力巻線と前記共振コンデンサと前記チョークコイルとで共振回路を構成している。
本発明は、入力巻線とスイッチング素子との間にチョークコイルを挿入している。共振回路を構成するチョークコイルは、直流重畳特性を有しており、チョークコイルに流れる電流に応じてインダクタンスが変化する。従って、チョークコイルに流れる電流に応じて共振回路の共振周波数を変更することができる。このため、昇圧トランスの出力巻線に出力される信号周波数を変更して、負荷にかかる電圧を制御することができる。
また、入力巻線に接続したチョークコイルにセンタタップを設けることで、チョークコイルを所望の位置に配置することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、負荷にかかる電圧を制御して負荷を安全に駆動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。
【実施例１】
【００１４】
図２を参照しながら本発明に係る実施例の構成を説明する。なお、図１に示す従来のインバータ回路１と同一の素子については、同一の符号を付す。
図２に示す本実施例のインバータ回路１０Ａも、一次巻線２と、二次巻線３と、三次巻線４とを有するトランスＴが設けられており、トランスＴの一次側には、ヒューズＨ１、スイッチングトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、共振用コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２、チョークコイルＬ２、Ｌ３が設けられている。また、トランスＴの２次側には、バラストコンデンサＣ２と、ランプ５とが設けられている。なお、本実施例のインバータ回路１０Ａは、トランスＴの一次巻線２と、共振用コンデンサＣ１と、チョークコイルＬ２、Ｌ３とで共振回路が構成される。
【００１５】
電源に接続した電源ライン６には、ヒューズＨ１が設けられている。ヒューズＨ１は、定格以上の大電流からインバータ回路１０Ａを保護する。電源ライン６は、ヒューズＨ１を介して一次巻線２のセンタタップに接続されている。
【００１６】
また、電源ライン６にはスイッチングトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベース端子が抵抗Ｒ１、Ｒ２を介してそれぞれ接続されている。スイッチングトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は、トランスＴの一次巻線２に対して並列に接続されている。
スイッチングトランジスタＴｒ１のコレクタ端子と一次巻線２との間にはチョークコイルＬ２が接続され、スイッチングトランジスタＴｒ２のコレクタ端子と一次巻線２との間にはチョークコイルＬ３が接続されている。スイッチングトランジスタＴｒ１とスイッチングトランジスタＴｒ２とはエミッタ端子同士が接続され、これらの端子は接地されている。
また、トランスＴの一次巻線２に対して並列に共振用コンデンサＣ１が接続されている。共振用コンデンサＣ１は、一方を、スイッチングトランジスタＴｒ１のコレクタ端子とチョークコイルＬ２とをつなぐ接続線に接続し、他方を、スイッチングトランジスタＴｒ２のコレクタ端子とチョークコイルＬ３とをつなぐ接続線に接続している。
また、トランスＴの一次側には、一方の端子を、抵抗Ｒ１を介して電源ライン６に接続し、他方の端子を、抵抗Ｒ２を介して電源ライン６に接続した三次巻線４が設けられている。
【００１７】
直流電源が投入されると、スイッチングトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のベース端子に抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して電流が流れる。共振回路の共振電圧によって、電流増幅率の高い方のスイッチングトランジスタが先に導通し、かつ三次巻線４に誘起した電圧によって電流増幅率の高い方のスイッチングトランジスタは順方向にバイアスされ、電流増幅率の低い方のスイッチングトランジスタは逆方向にバイアスされる。先に導通した方のスイッチングトランジスタのコレクタ電流が飽和すると共振電圧は負期間に入り、先に導通した方のスイッチングトランジスタのベース端子は逆方向にバイアスされて遮断状態となり、もう一方のスイッチングトランジスタが導通する。この繰り返しで、一対のスイッチングトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２が交互にオン・オフする。
この交互にオン・オフするスイッチングトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２によって、一次巻線２に共振周波数に基づいた高周波電流が流れる。
【００１８】
本実施例は、図２に示すようにトランスＴの一次巻線２とスイッチングトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２との間にチョークコイルＬ２、Ｌ３を接続している。
チョークコイルＬ２、Ｌ３をトランスＴの一次巻線２とスイッチングトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２との間に配置することで、チョークコイルＬ２、Ｌ３を共振回路の一部として機能させる。
すなわち、共振回路の共振周波数をトランスＴのインダクタンスＬａと、トランスＴの漏洩インダクタンスＬｂと、チョークコイルＬ２、Ｌ３のインダクタンスＬｃと、共振用コンデンサＣ１の容量Ｃｂとで決定する。共振周波数の算出式を以下に示す。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
共振回路を構成するチョークコイルＬ２、Ｌ３は、直流重畳特性（直流が重畳したときにインダクタンス特性を有する）を有しており、チョークコイルＬ２、Ｌ３に流れる電流に応じてインダクタンスＬｃが減少する。従って、チョークコイルＬ２、Ｌ３に流れる電流に応じて共振回路の共振周波数を変更することができる。このため、トランスＴの二次巻線３に出力される高周波電圧の周波数を変更することができる。
具体的には、スイッチングトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の切替え時にトランスＴで発生する飽和電流が大きくなると、チョークコイルＬ２、Ｌ３の直流重畳特性によりインダクタンスＬｃが低下し、共振周波数ｆ０が高くなる。
トランスＴの二次側に接続されたバラストコンデンサＣ２は、周波数に応じてインピーダンスが変更されることから、共振周波数ｆ０が高くなると、バラストコンデンサＣ２のインピーダンスが高くなる。トランスＴの高周波電圧は、インピーダンスの高くなったバラストコンデンサＣ２とランプ５とに分圧されるので、バラストコンデンサＣ２の電圧が高くなり、ランプ電圧が抑制される方向に働く。
逆に、トランスＴの飽和電流が小さくなると、チョークコイルＬ２、Ｌ３の直流重畳特性によりインダクタンスＬｃが増加し、共振周波数ｆ０が低くなる。このため、トランスＴの飽和電流が大きくなった場合とは逆に、ランプ５に印加される電圧が上昇する。
【００２１】
このように本実施例は、一次巻線２とスイッチングトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２との間にチョークコイルＬ２、Ｌ３を挿入して、共振回路の共振周波数を制御している。このため、トランスＴの二次巻線３に出力される高周波電圧の周波数を変更して、ランプ５の電圧を制御することができる。
【実施例２】
【００２２】
添付図面を参照しながら本発明に係る第２実施例について説明する。図２に示す実施例１のインバータ回路１０Ａと同一の素子については、同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施例のインバータ回路１０Ｂは、図３に示すようにトランスＴとスイッチングトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２との間に設けたチョークコイルＬ２，Ｌ３のコアに別巻線（以下、この巻線を巻線１３、１４と呼ぶ）を巻き付け、制御部１１、１２の制御により巻線１３、１４にバイアスを印加して、チョークコイルＬ２、Ｌ３のインダクタンスを任意に変更できるようにした。
また、ランプ５に流れる電流の検出用に、ランプ５の出力側に電流検出手段１５を設けている。電流検出手段１５は、抵抗によってランプ５に流れる電流を検出したり、又はカレントトランス（ＣＴ）によってランプ５に流れる電流を測定する。測定した電流値は、制御部１１、１２にそれぞれ出力される。
【００２３】
電流検出手段１５で検出した電流の大きさに基づいて、制御部１１、１２で巻線１３、１４に印加する直流バイアスを変更する。チョークコイルＬ２、Ｌ３は、巻線１３、１４に印加された直流バイアスに応じてインダクタンスが変化する。従って、共振回路の共振周波数を制御し、トランスＴの二次巻線３に出力される高周波電圧の周波数を変更することができる。
【実施例３】
【００２４】
添付図面を参照しながら本発明に係る第３実施例について説明する。
本実施例は、電流検出手段１５を、図４に示すように電源ライン６であって、ヒューズＨ１の後段に設けた。電流検出手段１５は、トランスＴの一次側の電流の大きさを検出して、制御部１１、１２に検出した電流値を通知する。制御部１１、１２が電流の大きさによって巻線１３、１４に印加する直流バイアスを制御することで、トランスＴの二次巻線３に出力される高周波電圧の周波数をコントロールする。このため、インバータ回路１０Ｃのエネルギー効率を向上させることができる。
【実施例４】
【００２５】
添付図面を参照しながら本発明に係る第４実施例について説明する。
本実施例は、図５に示すように一次巻線２を２つに分割するセンタタップの両側に、チョークコイルＬ４と、Ｌ５とを接続する。
一次巻線２に接続したチョークコイルにセンタタップを設けることで、チョークコイルＬ４、Ｌ５を形成して所望位置に配置することができる。従って、使用するチョークコイルの数を削減することができる。
【００２６】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の点灯装置の構成を示す図である。
【図２】実施例１の点灯装置の構成を示す図である。
【図３】実施例２の点灯装置の構成を示す図である。
【図４】実施例３の点灯装置の構成を示す図である。
【図５】実施例４の点灯装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
Ｈ１  ヒューズ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  チョークコイル
Ｒ１、Ｒ２  抵抗
Ｔｒ１、Ｔｒ２  スイッチングトランジスタ
Ｃ１  共振用コンデンサ
Ｃ２  バラストコンデンサ
Ｔ  トランス
２  一次巻線
３  二次巻線
４  三次巻線
５  アンプ
【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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