(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の両端に接続され逆阻止用の整流素子を有する主スイッチング素子および共振用インダクタの直列回路と、
共振用インダクタと直列に接続されこの共振用インダクタと協働し高周波により放電ランプを点灯させる共振回路を形成する共振用コンデンサと、
前記共振用インダクタに対して並列に接続されたコンデンサおよび前記主スイッチング素子とは交互に動作され逆阻止用の整流素子を有する補助スイッチング素子の直列回路と
を具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
主スイッチング素子は、周波数一定でオンデューティを変化させて放電ランプを調光する
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】
器具本体に、請求項１または２記載の放電灯点灯装置を設けた
ことを特徴とした照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主スイッチング素子の負担を軽減させて調光できる放電灯点灯装置および照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の放電灯点灯装置としては、たとえば一石式電圧共振型インバータを用いたものがある。
【０００３】
この従来の一石式電圧共振型インバータは、共振用インダクタおよび共振用コンデンサの共振回路に対して直列に主スイッチング素子を接続し、電源からの電圧をスイッチング素子の発振により高周波交流に変化させて放電ランプを点灯させるものである。
【０００４】
そして、この一石式電圧共振型インバータでは、主スイッチング素子は０電圧スイッチングはできるものの共振電圧がかかり、主スイッチング素子の負担が大きい。
【０００５】
また、共振用インダクタおよび共振用コンデンサにより共振波形が決定されるため、主スイッチング素子のオン幅を容易に変更することができず、調光を容易にできない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の一石式電圧共振型インバータの場合、主スイッチング素子の負担が大きいとともに、調光を容易にできない問題を有している。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、主スイッチング素子の負担を小さくできるとともに、調光を容易に行なえる放電灯点灯装置および照明装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の放電灯点灯装置は、直流電源の両端に接続され逆阻止用の整流素子を有する主スイッチング素子および共振用インダクタの直列回路と、共振用インダクタと直列に接続されこの共振用インダクタと協働し高周波により放電ランプを点灯させる共振回路を形成する共振用コンデンサと、前記共振用インダクタに対して並列に接続されたコンデンサおよび前記主スイッチング素子とは交互に動作され逆阻止用の整流素子を有する補助スイッチング素子の直列回路とを具備したものである。
【０００９】
請求項２記載の放電灯点灯装置は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、主スイッチング素子は、周波数一定でオンデューティを変化させて放電ランプを調光するものである。
【００１０】
請求項３記載の照明装置は、器具本体に、請求項１または２記載の放電灯点灯装置を設けたものである。
【００１１】
【作用】
請求項１記載の放電灯点灯装置は、コンデンサに対して直列に補助スイッチング素子を接続し、共振用インダクタに対してコンデンサおよび補助スイッチング素子の直列回路を並列に接続して、主スイッチング素子および補助スイッチング素子を交互にオン、オフさせるため、主スイッチング素子をオンして補助スイッチング素子をオフしている際に、共振回路の共振用コンデンサの電荷の流れをオフできるので、共振回路の共振波形によらずに任意の波形で放電ランプを調光でき、主スイッチング素子のオフ時にも主スイッチング素子にかかる電圧を低減できるとともに、主スイッチング素子のオフ時に共振用コンデンサを介して共振用インダクタとの共振回路が形成され効率よく共振できる。
【００１２】
請求項２記載の放電灯点灯装置は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、主スイッチング素子は、周波数一定でオンデューティを変化させて放電ランプを調光するため、共振周波数に合わせて、主スイッチング素子に大きな電圧の負担をかけることなく、調光できる。
【００１３】
請求項３記載の照明装置は、器具本体に、請求項１または２記載の放電灯点灯装置を設けたので、主スイッチング素子に大きな電圧の負担をかけることなく、調光できる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の照明装置の一実施例を図面を参照して説明する。
【００１５】
図２において、11は照明器具本体で、この照明器具本体11の下面には反射面が形成され、この反射面の両端にランプソケット12，12が取り付けられ、これらランプソケット12，12間には、放電ランプとしての蛍光ランプFLが接続されている。また、照明器具本体11には、図１に示す放電灯点灯回路が内蔵されている。
【００１６】
そして、図１に示すように、商用交流電源Ｅに全波整流回路21が接続され、この全波整流回路21の出力端子間には、平滑用のコンデンサC11が接続され、直流電源20を構成している。
【００１７】
また、この平滑用のコンデンサC11に対して並列に、インバータ回路22が接続されている。このインバータ回路22は、共振回路23を有し、共振回路23は、共振用インダクタL11に対して直列に接続された共振用コンデンサC13とで形成され、主スイッチング素子Q11は共振回路23の共振用インダクタL11に直列に接続されている。また、共振用インダクタL11に対し並列に補助スイッチング素子Q12と容量の大きいコンデンサC12との直列回路が接続されている。なお、共振用コンデンサC13および共振用インダクタL11の定数は、インバータ回路22の動作周波数をｆとすると、
１／｛２π（L11・C13）1/2｝＝ｆ
とする。
【００１８】
さらに、主スイッチング素子Q11に対して並列に接続された共振用コンデンサC13に並列に整流素子としてのダイオードD11が接続され、補助スイッチング素子Q12に対して並列に、ダイオードD12が接続されている。
【００１９】
そして、共振用インダクタL11の両端に、チョークコイルL12を介して蛍光ランプFLのフィラメントFL1，FL2が接続され、各フィラメントFL1，FL2間には、予熱用のコンデンサC14が接続されている。
【００２０】
次に、上記実施例の動作について図３に示す波形図を参照して説明する。
【００２１】
まず、商用交流電源Ｅの電圧を全波整流回路21で全波整流し、平滑用のコンデンサC11で平滑する。
【００２２】
そして、図３（ｃ）に示すように、主スイッチング素子Q11が閉成すると、図３（ｇ）に示すように、補助スイッチング素子Q12が開成し、平滑用のコンデンサC11を介して商用交流電源Ｅから共振用インダクタL11に電力が供給され、図３（ｈ）に示すように、共振用インダクタL11が充電される。
【００２３】
次に、主スイッチング素子Q11および補助スイッチング素子Q12のいずれをもオフさせた状態の休止区間を設け、補助スイッチング素子Q12が閉成し、主スイッチング素子Q11を開成する。そして、共振用インダクタL11および共振用コンデンサC13の閉路にて主共振を行ない、図３（ｈ）および図３（ｉ）に示すように、共振用インダクタL11に電圧を発生するとともに電流を流し、蛍光ランプFLを高周波点灯させる。
【００２４】
また、主スイッチング素子Q11に対してダイオードD11を接続するとともに、補助スイッチング素子Q12に対してダイオードD12を接続することにより、スイッチングロスを小さくでき、スイッチに対する負担を減少でき、効率を向上することができる。
【００２５】
さらに、主スイッチング素子Q11および補助スイッチング素子Q12の双方がオフ状態である休止区間の時間を一定にすれば、主スイッチング素子Q11のオンデューティを変化させることにより、インバータ回路22の出力を制御でき、周波数を一定に保つことができるとともに、非対称波形を容易に形成できる。
【００２６】
また、共振用コンデンサC13にて共振を行なうような定数を設定できれば、他の部分に関しては、定数決定に自由度が生じ、設計を容易に行なえる。
【００２７】
次に、他の実施例を図４を参照して説明する。
【００２８】
この図４に示す放電灯点灯装置は、図１に示す放電灯点灯装置において、平滑用のコンデンサを第１のコンデンサC11とし、この第１のコンデンサC11に対して並列に、ダイオードD15および第２のコンデンサC15の直列回路と、部分平滑回路25とが接続されている。また、この部分平滑回路25は、コンデンサC16、インダクタL12およびダイオードD16の直列回路と、ダイオードD17とにて構成されている。さらに、共振用インダクタとしては、絶縁型のトランスTr11の一次巻線Tr11aが用いられ、このトランスTr11の二次巻線Tr11bには、蛍光ランプFLが接続されている。
【００２９】
次に、この図４に示す放電灯点灯装置の動作について説明する。
【００３０】
まず、商用交流電源Ｅの電圧を全波整流回路21で全波整流し、第１のコンデンサC11で平滑する。
【００３１】
そして、主スイッチング素子Q11が閉成すると、補助スイッチング素子Q12が開成し、第２のコンデンサC15からの電流は、第２のコンデンサC15、一次巻線Tr11a、主スイッチング素子Q11および第２のコンデンサC15の閉路に流れるとともに、第２のコンデンサC15、コンデンサC16、インダクタL12、ダイオードD17、主スイッチング素子Q11および第２のコンデンサC15の閉路に流れる。また、このとき、一次巻線Tr11aと第２のコンデンサC15とにより、弱い共振状態となる。
【００３２】
また、第２のコンデンサC15の電圧が低下して、第２のコンデンサC15の電圧が第１のコンデンサC11の電圧より低くなると、第１のコンデンサC11が並列的に接続され、第１のコンデンサC11から電流が流れる。そして、第１のコンデンサC11の容量は第２のコンデンサC15に対して十分に大きいので、第１のコンデンサC11が支配的に動作する。なお、商用交流電源Ｅの電源電圧が低い場合には、第１のコンデンサC11の電圧が第２のコンデンサC15の電圧より高くなるのは、主スイッチング素子Q11の開成の後になる。
【００３３】
さらに、主スイッチング素子Q11が開成すると、所定の休止期間を経た後に補助スイッチング素子Q12が閉成し、商用交流電源Ｅから全波整流回路21を介して、ダイオードD15、一次巻線Tr11a 、共振用コンデンサC13および全波整流回路21の閉路と、ダイオードD15、コンデンサC16、インダクタL12、ダイオードD17および共振用コンデンサC13の閉路とを介して電流が流れるとともに、コンデンサC12、一次巻線Tr11a、補助スイッチング素子Q12およびコンデンサC12の閉路に電流が流れ、一次巻線Tr11aおよび共振用コンデンサC13が共振し、共振用コンデンサC13に共振電流が流れる。
【００３４】
また、電流が反転すると、共振用コンデンサC13、第２のコンデンサC15および一次巻線Tr11aの共振により、インダクタL12、コンデンサC16、一次巻線Tr11a、共振用コンデンサC13、ダイオードD16およびインダクタL12の閉路、および、第２のコンデンサC15、ダイオードD16、インダクタL12、コンデンサC16および第２のコンデンサC15の閉路でそれぞれ電流が流れる。そして、部分平滑回路25により、第２のコンデンサC15が充電される。
【００３５】
そして、コンデンサC12が０Ｖになると、第２のコンデンサC15および一次巻線Tr11aが共振し、ダイオードD11を介して一次巻線Tr11aの回生電流が流れる。
【００３６】
そうして、力率を改善する電流は、第１のコンデンサC11を流れ、第１のコンデンサC11の電圧が第２のコンデンサC15の電圧より高く、コンデンサC12に共振エネルギーが蓄積されるまで流れる。
【００３７】
このようにインバータ回路22などを動作させ、トランスTr11の二次巻線Tr11bに高周波交流を誘起させて、蛍光ランプFLを高周波点灯させる。
【００３８】
また、蛍光ランプFLを調光させる場合には、主スイッチング素子Q11の周波数を一定にしたままの状態でオンデューティを変化させる。
【００３９】
上述のように、第２のコンデンサC15 の電圧を昇圧し、蛍光ランプFLに流れる電流のクレストファクタ、すなわち蛍光ランプFLのピーク値／実行値を改善しても、主スイッチング素子Q11 に対して並列に共振用コンデンサC13を接続しているため、主スイッチング素子Q11 のオフ時にも主スイッチング素子Q11を０電圧でオンすることができ、入力電流波形を改善できる。
【００４０】
また、力率改善用の電流が第１のコンデンサC11から流れるのは、第２のコンデンサC15の電圧より、第１のコンデンサC11の電圧が高い場合であるため、第２のコンデンサC15の電圧は部分平滑回路25および一次巻線Tr11aと、コンデンサC12および共振用コンデンサC13とにより定められるが、たとえ調光により主スイッチング素子Q11の動作を変化させてもオンデューティが変化するのみであり周波数が一定なので、主スイッチング素子Q11に対しても、第２のコンデンサC15の電圧より第１のコンデンサC11の電圧が高くなる位相は一定になり、疑似正弦波のまま蛍光ランプFLを調光でき、電流歪を低減できる。
【００４１】
さらに、他の実施例の放電灯点灯装置を図５を参照して説明する。
【００４２】
この図５に示す放電灯点灯装置は、図４に示す放電灯点灯装置において、コンデンサC12をダイオードD15のアノード側に接続したものである。
【００４３】
そして、この図５に示す放電灯点灯装置は、基本的には図４に示す放電灯点灯装置と同様に動作し、図６および図７に示すようになる。なお、図６および図７に示すＡは商用交流電源Ｅの電圧が高い山の部分、Ｂは商用交流電源Ｅの電圧が低い谷の部分である。
【００４４】
この場合も、主スイッチング素子Q11および補助スイッチング素子Q12が交互に動作する。
【００４５】
そして、主スイッチング素子Q11が開成した後は、共振用コンデンサC13の電圧が、コンデンサC12および第１のコンデンサC11の電圧を加えた電圧より高くなると、ダイオードD12を介して、コンデンサC12に電流が流れる。なお、１／｛２π（L11・C12）1/2｝＝ｆに、コンデンサC12の容量が設定されているため、主スイッチング素子Q11の両端子間の電圧は、ほぼフラットにクランプされる。また、補助スイッチング素子Q12がオンして、一次巻線Tr11aの電流が反転すると、第１のコンデンサC11から電流を得る。
【００４６】
一方、補助スイッチング素子Q12が開成すると、一次巻線Tr11aおよび共振用コンデンサC13の共振作用により、共振用コンデンサC13の電圧は０Ｖになり、主スイッチング素子Q11が開成する。
【００４７】
なお、いずれの主スイッチング素子Q11および補助スイッチング素子Q12も、電界効果トランジスタなどにて構成できる。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１記載の放電灯点灯装置によれば、主スイッチング素子および補助スイッチング素子を交互にオン、オフさせるため、主スイッチング素子をオンして補助スイッチング素子をオフしている際に、共振回路の共振用コンデンサの電荷の流れをオフできるので、共振回路の共振波形によらずに任意の波形で放電ランプを調光でき、主スイッチング素子のオフ時にも主スイッチング素子にかかる電圧を低減できるとともに、主スイッチング素子のオフ時に共振用コンデンサを介して共振用インダクタとの共振回路が形成され効率よく共振できる。
【００４９】
請求項２記載の放電灯点灯装置によれば、請求項１記載の放電灯点灯装置に加え、主スイッチング素子は、周波数一定でオンデューティを変化させて放電ランプを調光するため、共振周波数に合わせて、主スイッチング素子に大きな電圧の負担をかけることなく、調光できる。
【００５０】
請求項３記載の照明装置によれば、請求項１または２記載の放電灯点灯装置を設けたので、主スイッチング素子に大きな電圧の負担をかけることなく、調光できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の放電灯点灯装置の一実施例を示す回路図である。
【図２】  同上照明装置の外観を示す斜視図である。
【図３】  同上動作を示す波形図である。
（ａ）  主スイッチング素子Q11の電圧
（ｂ）  ダイオードD11の電流
（ｃ）  主スイッチング素子Q11のオン、オフ状態
（ｄ）  共振用コンデンサC13の電流
（ｅ）  補助スイッチング素子Q12の電圧
（ｆ）  ダイオードD12の電流
（ｇ）  補助スイッチング素子Q12のオン、オフ状態
（ｈ）  共振用インダクタL11の電圧
（ｉ）  共振用インダクタL11の電流
【図４】  同上他の実施例の放電灯点灯装置を示す回路図である。
【図５】  同上また他の実施例の放電灯点灯装置を示す回路図である。
【図６】  同上動作を示す波形図である。
（ａ）  主スイッチング素子Q11の電圧
（ｂ）  主スイッチング素子Q11の電流
（ｃ）  共振用コンデンサC13の電流
（ｄ）  補助スイッチング素子Q12の電圧
（ｅ）  補助スイッチング素子Q12の電流
（ｆ）  コンデンサC12の電圧
（ｇ）  一次巻線Tr11aの電圧
（ｈ）  一次巻線Tr11aの電流
（ｉ）  第２のコンデンサC15の電圧
（ｊ）  第２のコンデンサC15の電流
【図７】  同上動作を示す波形図である。
（ａ）  ダイオードD11の電圧
（ｂ）  ダイオードD11の電流
（ｃ）  第１のコンデンサC11の電流
（ｄ）  部分平滑回路25の電圧
（ｅ）  ダイオードD12の電流
（ｆ）  ダイオードD12の電圧
（ｇ）  ダイオードD11の電圧
（ｈ）  ダイオードD11の電流
【符号の説明】
11    照明器具本体
20    直流電源
23    共振回路
C12    コンデンサ
C13    共振用コンデンサ
D11    整流素子としてのダイオード
FL    放電ランプとしての蛍光ランプ
L11    共振用インダクタ
Q11    主スイッチング素子
Q12    補助スイッチング素子
Tr11a 共振用インダクタとしての一次巻線
【図１】
0003731609.tif 000002
【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】
0003731609.tif 000007
【図７】
0003731609.tif 000008