(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を入力され少なくとも１つのスイッチング素子と、少なくとも１つの第１のインダクタとを備えた少なくとも１つの昇圧チョッパ回路と、
少なくとも１つの第２のインダクタと負荷回路を含み、前記昇圧チョッパ回路に平滑コンデンサを介して接続された少なくとも１つの降圧チョッパ回路とを備え、
少なくとも１つの前記昇圧チョッパ回路のスイッチング素子と前記降圧チョッパ回路のスイッチング素子を兼用し、昇圧動作時の電流と降圧動作時の電流が前記兼用されているスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ずるように動作させる制御回路を備え、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、
定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、入力電源と第１のインダクタの直列回路の両端を短絡して、入力電源のエネルギーを第１のインダクタに蓄積する期間の後、第１のインダクタに蓄積したエネルギーを入力電源を通じて平滑コンデンサに放出する期間を含む周期でスイッチング動作を行うことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
交流電源を入力され少なくとも１つのスイッチング素子と、少なくとも１つの第１のインダクタとを備えた少なくとも１つの昇圧チョッパ回路と、
少なくとも１つの第２のインダクタと負荷回路を含み、前記昇圧チョッパ回路に平滑コンデンサを介して接続された少なくとも１つの降圧チョッパ回路とを備え、
少なくとも１つの前記昇圧チョッパ回路のスイッチング素子と前記降圧チョッパ回路のスイッチング素子を兼用し、昇圧動作時の電流と降圧動作時の電流が前記兼用されているスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ずるように動作させる制御回路を備え、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、
定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、負荷と第２のインダクタの直列回路の両端を短絡して、負荷のエネルギーを第２のインダクタに蓄積する期間の後、第２のインダクタに蓄積したエネルギーを負荷を通じて平滑コンデンサに放出する期間を含む周期でスイッチング動作を行うことを特徴とする電源装置。
【請求項３】
交流電源を入力され少なくとも１つのスイッチング素子と、少なくとも１つの第１のインダクタとを備えた少なくとも１つの昇圧チョッパ回路と、
少なくとも１つの第２のインダクタと負荷回路を含み、前記昇圧チョッパ回路に平滑コンデンサを介して接続された少なくとも１つの降圧チョッパ回路とを備え、
少なくとも１つの前記昇圧チョッパ回路のスイッチング素子と前記降圧チョッパ回路のスイッチング素子を兼用し、昇圧動作時の電流と降圧動作時の電流が前記兼用されているスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ずるように動作させる制御回路を備え、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、
定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、負荷と第２のインダクタの直列回路の両端を平滑コンデンサに接続して、平滑コンデンサのエネルギーをその直列回路に供給する電流ループを形成する期間の後、その直列回路にエネルギーを供給しないように前記電流ループを開放し、第２のインダクタのエネルギーを放出することが可能な期間があり、その二つの期間のみが周期的に形成されるようにスイッチング動作を行うことを特徴とする電源装置。
【請求項４】
交流電源を入力され少なくとも１つのスイッチング素子と、少なくとも１つの第１のインダクタとを備えた少なくとも１つの昇圧チョッパ回路と、
少なくとも１つの第２のインダクタと負荷回路を含み、前記昇圧チョッパ回路に平滑コンデンサを介して接続された少なくとも１つの降圧チョッパ回路とを備え、
少なくとも１つの前記昇圧チョッパ回路のスイッチング素子と前記降圧チョッパ回路のスイッチング素子を兼用し、昇圧動作時の電流と降圧動作時の電流が前記兼用されているスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ずるように動作させる制御回路を備え、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、
定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、少なくとも兼用されたスイッチング素子がＯＮすることにより入力電源と第１のインダクタの直列回路を短絡し、入力電源のエネルギーを第１のインダクタに蓄積する第１の電流ループと、負荷回路と第２のインダクタの直列回路を平滑コンデンサに接続し、平滑コンデンサのエネルギーを負荷に供給しつつ、第２のインダクタに蓄積する第２の電流ループとを同時に形成する期間と、
兼用されたスイッチング素子がＯＦＦし、第１及び第２のインダクタに蓄積されていたエネルギーを平滑コンデンサに放出することが可能である期間のみが交互にスイッチング周期に含まれることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
逆方向通電要素をそれぞれ並列に備える第１及び第２のスイッチング素子を順方向が一致するように直列に接続した回路と、逆方向通電要素をそれぞれ並列に備える第３及び第４のスイッチング素子を順方向が一致するように直列に接続した回路と、逆方向通電要素をそれぞれ並列に備える第５及び第６のスイッチング素子を順方向が一致するように直列に接続した回路とを同じ極性でコンデンサと並列に接続し、前記第１及び第２のスイッチング素子の接続点と第５及び第６のスイッチング素子の接続点との間に、交流電源と第１のインダクタの直列回路を接続し、前記第１及び第２のスイッチング素子の接続点と第３及び第４のスイッチング素子の接続点との間に、負荷回路と第２のインダクタの直列回路を接続した回路構成を備え、
前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子が、前記昇圧チョッパ回路と前記降圧チョッパ回路で兼用されており、
定常負荷時においては、昇圧動作時の電流と降圧動作時の電流が兼用されている第１及び第２のスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ずるように動作させる制御回路を備え、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、
定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、入力電源と第１のインダクタの直列回路の両端を短絡して、入力電源のエネルギーを第１のインダクタに蓄積する期間の後、第１のインダクタに蓄積したエネルギーを入力電源を通じて平滑コンデンサに放出する期間を含む周期でスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項１記載の電源装貴。
【請求項６】
逆方向通電要素をそれぞれ並列に備える第１及び第２のスイッチング素子を順方向が一致するように直列に接続した回路と、逆方向通電要素をそれぞれ並列に備える第３及び第４のスイッチング素子を順方向が一致するように直列に接続した回路と、逆方向通電要素をそれぞれ並列に備える第５及び第６のスイッチング素子を順方向が一致するように直列に接続した回路とを同じ極性でコンデンサと並列に接続し、前記第１及び第２のスイッチング素子の接続点と第５及び第６のスイッチング素子の接続点との間に、交流電源と第１のインダクタの直列回路を接続し、前記第１及び第２のスイッチング素子の接続点と第３及び第４のスイッチング素子の接続点との間に、負荷回路と第２のインダクタの直列回路を接続した回路構成を備え、
前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子が、前記昇圧チョッパ回路と前記降圧チョッパ回路で兼用されており、
定常負荷時においては、昇圧動作時の電流と降圧動作時の電流が兼用されている第１及び第２のスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ずるように動作させる制御回路を備え、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、
定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、負荷と第２のインダクタの直列回路の両端を短絡して、負荷のエネルギーを第２のインダクタに蓄積する期間の後、第２のインダクタに蓄積したエネルギーを負荷を通じて平滑コンデンサに放出する期間を含む周期でスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項２記載の電源装置。
【請求項７】
逆方向通電要素をそれぞれ並列に備える第１及び第２のスイッチング素子を順方向が一致するように直列に接続した回路と、逆方向通電要素をそれぞれ並列に備える第３及び第４のスイッチング素子を順方向が一致するように直列に接続した回路と、逆方向通電要素をそれぞれ並列に備える第５及び第６のスイッチング素子を順方向が一致するように直列に接続した回路とを同じ極性でコンデンサと並列に接続し、前記第１及び第２のスイッチング素子の接続点と第５及び第６のスイッチング素子の接続点との間に、交流電源と第１のインダクタの直列回路を接続し、前記第１及び第２のスイッチング素子の接続点と第３及び第４のスイッチング素子の接続点との間に、負荷回路と第２のインダクタの直列回路を接続した回路構成を備え、
前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子が、前記昇圧チョッパ回路と前記降圧チョッパ回路で兼用されており、
定常負荷時においては、昇圧動作時の電流と降圧動作時の電流が兼用されている第１及び第２のスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ずるように動作させる制御回路を備え、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、
定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、負荷と第２のインダクタの直列回路の両端を平滑コンデンサに接続して、平滑コンデンサのエネルギーをその直列回路に供給する電流ループを形成する期間の後、その直列回路にエネルギーを供給しないように前記電流ループを開放し、第２のインダクタのエネルギーを放出することが可能な期間があり、その二つの期間のみが周期的に形成されるようにスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項３記載の電源装置。
【請求項８】
逆方向通電要素をそれぞれ並列に備える第１及び第２のスイッチング素子を順方向が一致するように直列に接続した回路と、逆方向通電要素をそれぞれ並列に備える第３及び第４のスイッチング素子を順方向が一致するように直列に接続した回路と、逆方向通電要素をそれぞれ並列に備える第５及び第６のスイッチング素子を順方向が一致するように直列に接続した回路とを同じ極性でコンデンサと並列に接続し、前記第１及び第２のスイッチング素子の接続点と第５及び第６のスイッチング素子の接続点との間に、交流電源と第１のインダクタの直列回路を接続し、前記第１及び第２のスイッチング素子の接続点と第３及び第４のスイッチング素子の接続点との間に、負荷回路と第２のインダクタの直列回路を接続した回路構成を備え、
前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子が、前記昇圧チョッパ回路と前記降圧チョッパ回路で兼用されており、
定常負荷時においては、昇圧動作時の電流と降圧動作時の電流が兼用されている第１及び第２のスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ずるように動作させる制御回路を備え、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、
定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、少なくとも兼用された第１のスイッチング素子あるいは第２のスイッチング素子がＯＮすることにより入力電源と第１のインダクタの直列回路を短絡し、入力電源のエネルギーを第１のインダクタに蓄積する第１の電流ループと、負荷回路と第２のインダクタの直列回路を平滑コンデンサに接続し、平滑コンデンサのエネルギーを負荷に供給しつつ、第２のインダクタに蓄積する第２の電流ループとを同時に形成する期間と、
兼用されたスイッチング素子がＯＦＦし、第１及び第２のインダクタに蓄積されていたエネルギーを平滑コンデンサに放出することが可能である期間のみが交互にスイッチング周期に含まれることを特徴とする請求項４記載の電源装置。
【請求項９】
請求項５の電源回路構成を備え、定常負荷時には、制御回路の作用により、
入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が正のときは、第２及び第３のスイッチング素子をＯＮし、第１及び第４のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間の後、第１及び第３のスイッチング素子をＯＮし、第２及び第４のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を設け、その後、すべてのスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を少なくとも含むスイッチング周期の動作を行い、
入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が負のときは、第１及び第４のスイッチング素子をＯＮし、第２及び第３のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間の後、第２及び第４のスイッチング素子をＯＮし、第１及び第３のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を設け、その後、すべてのスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を少なくとも含むスイッチング周期の動作を行い、第１及び第２のスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ずるように動作を行い、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、
定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、
入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が正のときは、少なくとも兼用された第１のスイッチング素子をＯＮすることにより入力電源と第１のインダクタの直列回路を短絡し、入力電源のエネルギーを第１のインダクタに蓄積する第１の電流ループを形成する期間を、
入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が負のときは、少なくとも兼用された第２のスイッチング素子をＯＮすることにより入力電源と第１のインダクタの直列回路を短絡し、入力電源のエネルギーを第１のインダクタに蓄積する第１の電流ループを形成する期間を少なくとも含む周期性のスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項５記載の電源装置。
【請求項１０】
請求項６の電源回路構成を備え、定常負荷時には、制御回路の作用により、
入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が正のときは、第２及び第３のスイッチング素子をＯＮし、第１及び第４のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間の後、第１及び第３のスイッチング素子をＯＮし、第２及び第４のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を設け、その後、すべてのスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を少なくとも含むスイッチング周期の動作を行い、
入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が負のときは、第１及び第４のスイッチング素子をＯＮし、第２及び第３のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間の後、第２及び第４のスイッチング素子をＯＮし、第１及び第３のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を設け、その後、すべてのスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を少なくとも含むスイッチング周期の動作を行い、第１及び第２のスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ずるように動作を行い、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、
定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、
入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が正のときは、少なくとも第４のスイッチング素子をＯＮすることにより負荷と第２のインダクタの直列回路を短絡し、負荷のエネルギーを第２のインダクタに蓄積する第１の電流ループを形成する期間の後、第２のインダクタに蓄積されたエネルギーを平滑コンデンサに放出する第２の電流ループを形成する期間が少なくとも含まれるスイッチング動作を行い、
入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が負のときは、少なくとも第３のスイッチング素子をＯＮすることにより負荷と第２のインダクタの直列回路を短絡し、負荷のエネルギーを第２のインダクタに蓄積する第１の電流ループを形成する期間の後、第２のインダクタに蓄積されたエネルギーを平滑コンデンサに放出する第２の電流ループを形成する期間が少なくとも含まれるスイッチング動作を行うように、周期性のスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項６記載の電源装置。
【請求項１１】
請求項７の電源回路構成を備え、定常負荷時には、制御回路の作用により、
入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が正のときは、第２及び第３のスイッチング素子をＯＮし、第１及び第４のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間の後、第１及び第３のスイッチング素子をＯＮし、第２及び第４のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を設け、その後、すべてのスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を少なくとも含むスイッチング周期の動作を行い、
入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が負のときは、第１及び第４のスイッチング素子をＯＮし、第２及び第３のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間の後、第２及び第４のスイッチング素子をＯＮし、第１及び第３のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を設け、その後、すべてのスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を少なくとも含むスイッチング周期の動作を行い、第１及び第２のスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ずるように動作を行い、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、
定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、
入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が正のときは、第２及び第３のスイッチング素子をＯＮすることにより負荷と第２のインダクタの直列回路に平滑コンデンサのエネルギーを供給できる電流ループを形成する期間の後、すべてのスイッチング素子がＯＦＦする期間により構成される周期的なスイッチング動作を行い、
入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が負のときは、第１及び第４のスイッチング素子をＯＮすることにより負荷と第２のインダクタの直列回路に平滑コンデンサのエネルギーを供給できる電流ループを形成する期間の後、すべてのスイッチング素子がＯＦＦする期間により構成される周期的なスイッチング動作を行うことを特徴とする請求項７記載の電源装置。
【請求項１２】
請求項８の電源回路構成を備え、定常負荷時には、制御回路の作用により、
入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が正のときは、第２及び第３のスイッチング素子をＯＮし、第１及び第４のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間の後、第１及び第３のスイッチング素子をＯＮし、第２及び第４のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を設け、その後、すべてのスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を少なくとも含むスイッチング周期の動作を行い、
入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が負のときは、第１及び第４のスイッチング素子をＯＮし、第２及び第３のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間の後、第２及び第４のスイッチング素子をＯＮし、第１及び第３のスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を設け、その後、すべてのスイッチング素子をＯＦＦさせる期間を少なくとも含むスイッチング周期の動作を行い、第１及び第２のスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ずるように動作を行い、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、
定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時に、
入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が正のときは、第１及び第４のスイッチング素子をＯＮすることにより入力電源のエネルギーを第１のインダクタに蓄積する電流ループと、負荷と第２のインダクタの直列回路に平滑コンデンサのエネルギーを供給できる電流ループの２つを同時に形成する期間の後、すべてのスイッチング素子がＯＦＦする期間により構成される周期的なスイッチング動作を行い、
入力交流電源の前記整流素子の接続点側の極性が負のときは、第２及び第３のスイッチング素子をＯＮすることにより入力電源のエネルギーを第１のインダクタに蓄積する電流ループと、負荷と第２のインダクタの直列回路に平滑コンデンサのエネルギーを供給できる電流ループの２つを同時に形成する期間の後、すべてのスイッチング素子がＯＦＦする期間により構成される周期的なスイッチング動作を少なくとも行うことを特徴とする請求項８記載の電源装置。
【請求項１３】
負荷として高圧放電灯を使用することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電力変換を行うスイッチング回路がスイッチング素子を共用する電源装置に関するものであり、さらに詳しくはチョッパ回路により交流電源からの入力歪みを改善するとともに負荷回路には交流電源に同期した低周波出力を供給するインバータ回路を備える電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２０は従来の電源装置の回路図である。この電源装置では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の直列回路と、ダイオードＤ５，Ｄ６の直列回路とが、電解コンデンサＣの両端間に並列に接続されている。また、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点とスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点との間にはインダクタＬ２と負荷回路Ｚが接続されており、ダイオードＤ５，Ｄ６の接続点Ａとスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点との間には、交流電源ＡＣとインダクタＬ１とが接続されている。なお、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は逆並列のダイオードＤ１〜Ｄ４をそれぞれ備えている。
【０００３】
まず、この回路の動作の一例を、以下に示す。入力の交流電源のダイオードＤ１、Ｄ２の接続点側が負極性の場合、図２１（ａ）に示すように、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３がＯＮ、スイッチング素子Ｑ１及びＱ４がＯＦＦの期間（図２２（ａ）参照）と、スイッチング素子Ｑ１及びＱ３がＯＮ、スイッチング素子Ｑ２及びＱ４がＯＦＦの期間（図２２（ｂ）参照）と、すべてのスイッチング素子がＯＦＦの期間（図２２（ｃ）参照）が順にあり、それらを周期的に繰り返すように動作する。
【０００４】
また、入力の交流電源のダイオードＤ１、Ｄ２の接続点側が正極性の場合、図２１（ｂ）に示すように、スイッチング素子Ｑ１及びＱ４がＯＮ、スイッチング素子Ｑ２及びＱ３がＯＦＦの期間（図２３（ａ）参照）と、スイッチング素子Ｑ２及びＱ４がＯＮ、スイッチング素子Ｑ１及びＱ３がＯＦＦの期間（図２３（ｂ）参照）と、すべてのスイッチング素子がＯＦＦの期間（図２３（ｃ）参照）が順にあり、それらを周期的に繰り返すように動作する。以上のごとく回路が動作することにより、負荷Ｚには入力の商用周波電源ＡＣと同期した矩形波状の電圧を印加するものである。
【０００５】
そして、兼用されたスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２には２つのループの電流が同時に逆向きに流れることで、スイッチング素子に実質的に流れる電流を少なくして、スイッチング素子の損失を低減し、発熱等を抑えて、小形且つ低コストの電源装置を提供するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に高圧放電灯は、放電を開始するまでの間は極めてインピーダンスの高い状態（以下「無負荷状態」と称する）である。放電灯を始動するには、その無負荷状態において、ランプ印加電圧に高圧パルス電圧を重畳して放電を開始させる。放電開始直後は管内の温度が低いため、管内の圧力が低く、数オーム程度の極めて低いインピーダンスの状態（すなわち低ランプ電圧状態）となり、その放電状態を持続することで、温度の上昇とともに圧力も高くなり、電気的なインピーダンスも上昇し、安定な点灯状態に移行する。このように、高圧放電灯を安定に始動し点灯させるには、高圧パルスを印加する際に２００Ｖから４００Ｖ程度の電圧を印加した状態を作る必要がある。また、高圧放電灯は放電の安定化のためにコンデンサを並列に接続し、電流の高周波成分をバイパスさせて放電灯に高周波電流が流れないようにする必要がある。これは音響的共鳴現象を発生させないためである。
【０００７】
以上のような、高圧放電灯を負荷として使用する場合の始動時の動作等について従来例では考慮されておらず、電源電圧と負荷に印加する電圧等に関しても考慮されていない。そこで、本発明では負荷に高圧放電灯を使用する場合における動作等を提案しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の課題を解決するために、交流電源を入力され少なくとも１つのスイッチング素子と、少なくとも１つの第１のインダクタとを備えた少なくとも１つの昇圧チョッパ回路と、
少なくとも１つの第２のインダクタと負荷回路を含み、前記昇圧チョッパ回路に平滑コンデンサを介して接続された少なくとも１つの降圧チョッパ回路とを備え、
少なくとも１つの前記昇圧チョッパ回路のスイッチング素子と前記降圧チョッパ回路のスイッチング素子を兼用し、昇圧動作時の電流と降圧動作時の電流が前記兼用されているスイッチング素子に互いに打ち消す方向に流れる期間を少なくとも生ずるように動作させる制御回路を備え、負荷には入力交流電圧と同期した交流電圧を印加する電源装置において、
定常時よりも負荷抵抗の高い略無負荷時（負荷が電力をほとんど消費しない状態）に、入力電源と第１のインダクタの直列回路の両端を短絡して、入力電源のエネルギーを第１のインダクタに蓄積する期間の後、第１のインダクタに蓄積したエネルギーを入力電源を通じて平滑コンデンサに放出する期間を含む周期でスイッチング動作を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例の回路図である。この回路は、インバータ回路の部分と制御回路の部分よりなっている。インバータ回路の部分は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２とインダクタＬ１及びダイオードＤ５、Ｄ６による入力電流歪み改善用の昇圧チョッパ回路と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４とインダクタＬ２による負荷電流限流用の降圧チョッパ回路とを備えている。以下、その回路構成について説明すると、平滑コンデンサＣ１と並列に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の直列回路、ダイオードＤ５、Ｄ６の直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点とスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の接続点との間には、放電灯ＬａｍｐとコンデンサＣ２の並列回路がインダクタＬ２を介して接続されている。ダイオードＤ５、Ｄ６の接続点とスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点との間には、交流電源ＡＣとインダクタＬ１が直列回路を構成して接続されている。
【００１０】
極性判別回路１は、入力電源ＡＣの極性を検出し、その極性に応じた信号を出力する。点灯判別回路２は、ランプが点灯しているか否かを検出し、不点灯時には信号を出力する。タイマー回路３は点灯判別回路２からの入力信号があったとき（不点灯時）に、入力電源ＡＣの電圧がゼロクロスした時点からΔｔの期間、タイマー信号を出力し、点灯判別回路２からの入力信号が無いとき（点灯時）には何も出力しない。図２（ａ）に不点灯時の信号波形を、図２（ｂ）に点灯時の信号波形を示す。
【００１１】
発振回路Ａは昇圧動作時の駆動信号の基準となる信号（図３参照）を発生させるものであり、発振回路Ｂは定常時の駆動信号の基準となる信号（図４参照）を発生させるものである。信号切り替え回路４は電源ＡＣの極性にしたがって、スイッチング素子の動作極性を切り替えるとともに、不点灯時には電源ＡＣの極性が変わった時点から上述のタイマー信号によりΔｔの間、昇圧動作を行う期間を挿入し、その後、定常時の駆動信号に切り替えるように動作する。その結果、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動波形としては、昇圧時は図３のようになり、定常時の駆動波形は図４のようになる。また、図３、図４の（ａ）、（ｂ）は電源の極性が正極性（電源ＡＣのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点側が負極）のとき、及び負極性（電源ＡＣのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点側が正極）のときに、それぞれ対応する。
【００１２】
図４に示す定常時の駆動方法は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２に流れる電流を少なくする方法の１つであるが、図４に示すように、Ｔ２の期間に負荷回路（この場合、ランプとコンデンサＣ２の並列回路）とインダクタＬ２の直列回路をスイッチング素子Ｑ１とＱ３又はＱ２とＱ４によって短絡する状態が生ずる。これは、負荷回路とインダクタＬ２の直列回路にＴ１の期間に、平滑コンデンサＣ１のエネルギーを供給するが、無負荷状態であると、直ちに充電は終了し、平滑コンデンサＣ１の電圧とほぼ同じ電圧が負荷回路のコンデンサＣ２に充電された後、前述のごとく負荷回路をＴ２の期間は短絡することになるので、コンデンサＣ２のエネルギーをインダクタＬ２に供給し、それをＴ３の期間以降で平滑コンデンサＣ１に還流して戻してしまうことになる。すなわち、コンデンサＣ２の電圧は平滑コンデンサＣ１の電圧に比べて低くなってしまう。また、この動作のみにおいてもＴ２の期間、電源電圧を昇圧し、平滑コンデンサＣ１の電圧を高くする作用は一応あるが、コンデンサＣ２の電圧はどうしても小さくなってしまう。
【００１３】
そこで、本実施例では、不点灯時では、入力電圧極性が反転して所定時間、図３に示す駆動方法による昇圧動作を行うことにより、平滑コンデンサＣ１の電圧を入力電圧より十分に昇圧し、コンデンサＣ２には点灯するのに必要な電圧を得ようとするものである。すなわち、この構成は入力電源電圧Ｖａｃのピーク値よりもコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が高く、コンデンサＣ１の電圧はコンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２よりも高い場合に有効である。負荷電圧は図５のようになる。
【００１４】
また、本実施例では電源極性の反転直後にのみ昇圧動作を行うように構成しているが、この部分のみならず、商用周期の間のいかなる所で行うようにしても良いし、入力電源ＡＣとインダクタＬ１の直列回路を短絡する動作が含まれている、いかなるスイッチング方法でも、略無負荷状態において動作する場合には本発明を適用できる。以上のように構成することにより、電源電圧が低くても十分な始動電圧が得られるものである。
【００１５】
（実施例２）
図６は第２の実施例の回路図である。インバータ回路を含む主回路の構成については、図１に示した第１の実施例と同様である。ただし、本実施例では、主回路に電源の極性を検出する極性判別回路１と、負荷であるランプが点灯しているか否かを検出する点灯判別回路２のほかに、平滑コンデンサＣ１の電圧を検出するコンデンサ電圧検出回路５が新たに付加されている。極性切り替え回路４ａは、電源ＡＣの極性にしたがって、駆動回路の出力を切り替え、電源ＡＣと同期した電圧を負荷に印加するように動作する。発振回路６は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に印加する高周波信号（図７参照）を発生させる。この発振回路６は、極性切り替え回路４と共に、電源の極性が正極性（電源ＡＣのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点側が負極）のときは、図７（ａ）の駆動信号波形を発生させ、電源の極性が負極性（電源ＡＣのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点側が正極）のときは、図７（ｂ）の駆動信号波形を発生させる。これらの駆動信号波形において、Ｔ１の期間は固定されており、Ｔ２の期間がＰＷＭ変調されるように動作する。そのＰＷＭ変調は平滑コンデンサＣ１の電圧の検出値と基準電圧ｅ１あるいはｅ２を比較して、コンデンサＣ１の検出値と基準電圧ｅ１あるいはｅ２が等しくなるように動作する。すなわち、Ｔ２の期間を変化させ、入力電源ＡＣより流入するエネルギーの量を調節することにより、コンデンサＣ１の電圧を基準電圧ｅ１あるいはｅ２に応じた電圧に一致せしめるように動作する。
【００１６】
また、基準電圧ｅ１とｅ２は点灯判別回路２の出力により切り替えられ、ｅ２＞ｅ１であるとすると、ランプの不点灯時には高い方の基準電圧ｅ２に切り替えられ、点灯時には低い方の基準電圧ｅ１に切り替えるように構成する。これは、不点灯時の平滑コンデンサＣ１の電圧は、点灯時の平滑コンデンサＣ１の電圧より高くなることを意味している。なぜならば、図７のＴ２の期間のような電源電圧を昇圧し平滑コンデンサＣ１に蓄積する動作を行う場合、どうしても負荷とインダクタＬ２の直列回路を短絡してしまうので、平滑コンデンサＣ１に比べてコンデンサＣ２の電圧は低くなる傾向がある。そこで、平滑コンデンサＣ１の電圧を予め高く設定するのである。すなわち、この構成は入力電源電圧Ｖａｃのピーク値よりもコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が高く、コンデンサＣ１の電圧はコンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２よりも高い場合に有効である。
【００１７】
以上のように構成することにより、電源電圧が低くとも、負荷として高圧放電灯を使用しそれを点灯させる場合に、前述のごとく放電開始までの間、ランプに始動に十分な電圧を供給するとともに、点灯時は平滑コンデンサＣ１の電圧を低く抑え、スイッチング素子の損失を低くし、回路を小型化することが可能である。
【００１８】
また、本実施例では毎スイッチング周期に昇圧の動作を挿入し、平滑コンデンサＣ１の電圧を切り替えるように構成しているが、切り替えはいかなる検出手段によって行われても良く、電源とインダクタＬ１の直列回路を短絡する動作が含まれているスイッチング方法であれば、いかなるスイッチング方法でも略無負荷状態において動作するものには本発明を適用できる。
【００１９】
（実施例３）
図８は第３の実施例の回路図である。この回路においても主回路の構成は前述の各実施例と同様である。制御回路の構成については、本実施例では、発振回路Ａと発振回路Ｂの２つの回路を備え、それらは点灯判別回路２の出力により切り替えられる。負荷として高圧放電灯を用いた際の不点灯時には、図９に示すような駆動信号の発生を行い、点灯時には図１０に示すような駆動信号の発生を行う。図９、図１０の（ａ）、（ｂ）は電源の極性が正極性（電源ＡＣのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点側が負極）のとき、及び負極性（電源ＡＣのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点側が正極）のときに、それぞれ対応する。
【００２０】
このスイッチング動作は無負荷時において、負荷回路とインダクタＬ２の直列回路をＴ２の期間に短絡し、コンデンサＣ２のエネルギーをインダクタＬ２に蓄積して、コンデンサＣ２のエネルギーを平滑コンデンサＣ１に戻す動作を行うものである。これは、前述の実施例１、２と異なり、無負荷時には電源電圧を昇圧することなく、コンデンサＣ２の電圧が平滑コンデンサＣ１よりも低くなるように動作している。このように構成することにより、電源電圧が高い場合、たとえば、海外などの２８８Ｖ電源（最大値は４００Ｖ程度）に対応した装置を作成したときに不必要に負荷に高い電圧を印加しないようにすることができる。（たとえば３００Ｖぐらいにできる。）これにより、負荷回路の素子の耐圧などを低く抑えることができ、装置の小型化や、コストダウンに寄与することができる。この構成においては、スイッチング素子の駆動方法の一例を示しているが、これに限定されるものではない。
【００２１】
（実施例４）
図１１は第４の実施例の回路図である。本実施例の回路図は図８と同じである。制御回路の構成については、本実施例では、発振回路Ａと発振回路Ｂの２つの回路を備え、それらは点灯判別回路２の出力により切り替えられる。負荷として高圧放電灯を用いた際の不点灯時には、図１２に示すような駆動信号の発生を行い、点灯時には図１３に示すような駆動信号の発生を行う。図１２、図１３の（ａ）、（ｂ）は電源の極性が正極性（電源ＡＣのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点側が負極）のとき、及び負極性（電源ＡＣのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点側が正極）のときに、それぞれ対応する。
【００２２】
このスイッチング素子の動作は、無負荷時において、負荷回路とインダクタＬ２の直列回路に平滑コンデンサＣ１のエネルギーを供給する動作のみを行うもので、電源電圧に対して平滑コンデンサＣ１の電圧を昇圧することはなく、電源のピーク電圧をそのまま、平滑コンデンサＣ１に充電し、負荷に印加するものである。これは、前述の実施例１、２、３と異なり、無負荷時には電源電圧を昇圧することなく、また、平滑コンデンサＣ１に対して降圧動作をすることもなく、電源電圧の最大値が負荷に印加されるように動作するものである。このように構成することにより、電源電圧の最大値が無負荷時の印加電圧と略等しい場合、例えば、２００Ｖ電源（最大値は２８０Ｖ程度）に対応した装置を作成したときに、不必要に負荷に高い電圧を印加しないようにすることができる。よって、始動時の動作を簡単にすることができ、回路の低コスト化に寄与することができる。この構成においては、点灯時のスイッチング素子の駆動法の一例とともに、不点灯時には切り替えることを示しているが、点灯時の動作を規定しているのではなく、無負荷時に平滑コンデンサＣ１の電圧を負荷回路とコンデンサＣ２の直列回路に印加する動作のみであることを示しており、これに限定されるものではない。
【００２３】
（実施例５）
図１４は第５の実施例の回路図である。主回路の構成などは前述のものに準ずるので省略する。点灯判別回路２は、ランプが点灯しているか否かを検出し、不点灯時には信号を出力する。タイマー回路３’は点灯判別回路２からの入力信号があったとき（不点灯時）に、極性判別回路１の出力を一定時間Δｔ’遅らせて出力する。点灯判別回路２からの入力信号が無いとき（点灯時）には、タイマー回路３は極性判別回路１の出力をそのまま出力する。図１５（ａ）に不点灯時の信号波形を、図１５（ｂ）に点灯時の信号波形を示す。
【００２４】
発振回路Ａ、Ｂではそれぞれ、不点灯時と点灯時に対応した図１７、図１８に示す駆動波形が出力されるように動作する。図１７に示す波形は実施例４に示すもので、平滑コンデンサＣ１の電圧と略等しい電圧が出力される動作で、タイマー回路７の作用により通常と逆極性の場合、たとえば電源が正極性のときに、（ｂ）の動作をした場合には負荷には通常と同じであるが、電源に対しては昇圧動作を行うものになる。すなわち、平滑コンデンサＣ１の電圧に略等しい電圧をコンデンサＣ２に印加しつつ、電源電圧を昇圧して平滑コンデンサＣ１の電圧を高くすることが可能となるのである。但し、副作用として、スイッチング素子に入力側の電流と負荷側の電流が同じ向きに重なって流れて損失が増えることが考えられるが、これは、不点灯時の無負荷状態の動作であるため、負荷側の電流はほとんど流れない。したがって特に問題にはならない。
【００２５】
以上のように構成することにより、電源よりも無負荷時の印加電圧が高い場合においてもランプの始動に必要な電圧を供給することができる。なお、この構成においては、図１６に示すように、電源の周期と同じ周期で位相が遅れた形で負荷に電圧が供給されているが、これは位相が進んだ形でも良く、限定されるものではない。
【００２６】
（実施例６）
図１９は本発明の第６の実施例の出力波形を示している。この実施例は、第５の実施例を別の形にしたもので、負荷への出力電圧を入力電圧の周期よりも長くなるようにしたものである。この実施例においては、負荷に平滑コンデンサＣ１のエネルギーを供給する期間と、負荷に平滑コンデンサＣ１のエネルギーを供給しつつ、平滑コンデンサＣ１の電圧を昇圧する周期とが存在する。このように、無負荷状態においてのみ、動作の電源に対する極性をずらすことで電源電圧が低くとも、不点灯状態のランプに適切な電圧を印加することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように構成することにより、定常負荷時はスイッチング素子に逆向きに２つの電流ループの電流が流れて、損失を小さくしつつ、負荷が電力をほとんど消費しない略無負荷時には電源電圧に応じた動作をさせることで、必要な電圧を負荷に印加することができる。したがって、負荷に高圧放電灯を使用した場合に、定常点灯時にも不点灯時にも良好な動作を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の回路図である。
【図２】本発明の第１実施例の各部の動作を示す波形図である。
【図３】本発明の第１実施例の無負荷時のスイッチング動作を示す波形図である。
【図４】本発明の第１実施例の点灯時のスイッチング動作を示す波形図である。
【図５】本発明の第１実施例の入出力電圧を示す波形図である。
【図６】本発明の第２実施例の回路図である。
【図７】本発明の第２実施例のスイッチング動作を示す波形図である。
【図８】本発明の第３実施例の回路図である。
【図９】本発明の第３実施例の無負荷時のスイッチング動作を示す波形図である。
【図１０】本発明の第３実施例の点灯時のスイッチング動作を示す波形図である。
【図１１】本発明の第４実施例の回路図である。
【図１２】本発明の第４実施例の無負荷時のスイッチング動作を示す波形図である。
【図１３】本発明の第４実施例の点灯時のスイッチング動作を示す波形図である。
【図１４】本発明の第５実施例の回路図である。
【図１５】本発明の第５実施例の各部の動作を示す波形図である。
【図１６】本発明の第５実施例の入出力電圧を示す波形図である。
【図１７】本発明の第５実施例の無負荷時のスイッチング動作を示す波形図である。
【図１８】本発明の第５実施例の点灯時のスイッチング動作を示す波形図である。
【図１９】本発明の第６実施例の入出力電圧を示す波形図である。
【図２０】従来例の回路図である。
【図２１】従来例のスイッチング動作を示す波形図である。
【図２２】従来例の一方の電源極性時のスイッチング動作を示す回路図である。
【図２３】従来例の他方の電源極性時のスイッチング動作を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｑ１〜Ｑ４    スイッチング素子
Ｄ５、Ｄ６    ダイオード
Ｃ１    コンデンサ
Ｌ１    第１のインダクタ
Ｌ２    第２のインダクタ
ＡＣ    交流電源
Ｌａｍｐ    放電灯負荷
【図１】
0003787965.tif 000002
【図２】
0003787965.tif 000003
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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