(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
全波整流された直流電源間に平滑用コンデンサを接続し、この平滑用コンデンサの両端間に共振インダクタと共振コンデンサと第１，第２のスイッチング素子とを有するインバータ回路を設け、前記第１，２スイッチング素子を交互にオン・オフ制御して放電灯を高周波点灯させるようにした放電灯点灯回路において、
前記直流電源と前記平滑用コンデンサとの間に前記直流電源のプラス側をアノード側として第１ダイオードを接続し、前記直流電源と前記共振コンデンサとの間に前記直流電源のプラス側をアノード側として第２ダイオードを接続し、
前記第１ダイオードは、前記直流電源から前記平滑用コンデンサに電流を流し、当該平滑用コンデンサの両端電圧ＶC1が前記直流電源の直流電圧Ｖinに対してＶC1＞Ｖinとなる区間ではオフし、
前記第１スイッチング素子は、オンすると前記共振インダクタに電流を流してエネルギーを蓄え、オフすると前記共振コンデンサに電流を流して前記共振インダクタと共振コンデンサとを共振させ、
前記第２ダイオードは、前記共振コンデンサ両端電圧ＶC0が直流電圧ＶC0と等しくなるとオンして、前記直流電源から前記第２スイッチング素子、前記共振インダクタを介して前記平滑用コンデンサに力率改善電流を流してＶC1＞Ｖinとし、
前記第２スイッチング素子は、オフすることにより前記共振インダクタの回生を行なわせ、再び前記第１スイッチング素子がオンすることで、前記平滑用コンデンサ、前記共振インダクタ、前記第１スイッチング素子の経路で電流を流し、前記平滑コンデンサの両端電圧ＶC1を一定化する、ことを特徴とする放電灯点灯回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、インバータ回路を用いた放電灯点灯回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の放電灯点灯回路に対する電源部として図９（ａ）に示すようなコンデンサ・インプット型に構成したものがある。即ち、交流電源１間に全波整流回路２を接続し、この全波整流回路２により全波整流された直流電源間に平滑用コンデンサＣ1 を接続し、この平滑用コンデンサＣ1 の両端に得られた平滑電圧を以降のインバータ回路（図示せず）の電源として与えるように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなコンデンサ・インプット方式の場合、平滑度がよいものの、商用交流電源１側から流れる入力電流ＩINは、入力電圧ＶINに対して同図（ｂ）に示すようになり、休止区間ができ、そのピーク値も大きくなるため、入力電流ＩINの高調波歪の大きなものとなってしまう。
【０００４】
このような休止区間の発生を改善するものとして昇圧チョッパ方式のものもあり、これによれば、入力電流歪は改善されるが、構成が複雑になってしまう欠点がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
全波整流された直流電源間に平滑用コンデンサを接続し、この平滑用コンデンサの両端間に共振インダクタと共振コンデンサと第１，第２のスイッチング素子とを有するインバータ回路を設け、前記第１，２スイッチング素子を交互にオン・オフ制御して放電灯を高周波点灯させるようにした放電灯点灯回路において、前記直流電源と前記平滑用コンデンサとの間に前記直流電源のプラス側をアノード側として第１ダイオードを接続し、前記直流電源と前記共振コンデンサとの間に前記直流電源のプラス側をアノード側として第２ダイオードを接続し、前記第１ダイオードは、前記直流電源から前記平滑用コンデンサに電流を流し、当該平滑用コンデンサの両端電圧ＶC1が前記直流電源の直流電圧Ｖinに対してＶC1＞Ｖinとなる区間ではオフし、前記第１スイッチング素子は、オンすると前記共振インダクタに電流を流してエネルギーを蓄え、オフすると前記共振コンデンサに電流を流して前記共振インダクタと共振コンデンサとを共振させ、前記第２ダイオードは、前記共振コンデンサ両端電圧ＶC0が直流電圧ＶC0と等しくなるとオンして、前記直流電源から前記第２スイッチング素子、前記共振インダクタを介して前記平滑用コンデンサに力率改善電流を流してＶC1＞Ｖinとし、前記第２スイッチング素子は、オフすることにより前記共振インダクタの回生を行なわせ、再び前記第１スイッチング素子がオンすることで、前記平滑用コンデンサ、前記共振インダクタ、前記第１スイッチング素子の経路で電流を流し、前記平滑コンデンサの両端電圧ＶC1を一定化するようにした。
【０００６】
【作用】
インバータ回路における共振インダクタと共振コンデンサとの共振により生ずる共振インダクタ電圧が電源電圧に等しくなると、第２ダイオードがオンするため、第２スイッチング素子から共振インダクタを経て平滑用コンデンサに力率改善電流が流れるため、平滑用コンデンサに対するピークの高い電流を抑制できる。よって、簡単な構成にして力率改善し得るとともに、平滑電圧も一定に保ち得る低歪回路となる。よって、放電灯に印加される電圧はほぼフラットなものとなる。
【０００７】
【実施例】
本発明の一実施例を図１ないし図７に基づいて説明する。まず、交流電源３には全波整流回路４が接続され、全波整流回路４の出力端子間に入力電圧Ｖinなる直流電圧を得る直流電源が構成されている。この全波整流回路４の出力端子間には第１ダイオードＤ1 を介して平滑用コンデンサＣ1 が接続されている。この平滑用コンデンサＣ1 の両端にはこの平滑用コンデンサＣ1 を電源とするインバータ回路５が接続されている。このインバータ回路５は交互にオン・オフ制御される第１，２スイッチング素子Ｓ1 ，Ｓ2 （具体的には、トランジスタ等で構成される）と、各第１，２スイッチング素子Ｓ1 ，Ｓ2 に接続された逆並列ダイオードＤ2 ，Ｄ3 と、共振インダクタＬ0 と共振コンデンサＣ0 とによるＬＣ共振回路６とによって構成されている。ここに、共振インダクタＬ0 は第１スイッチング素子Ｓ1 に直列に接続され、この直列回路が全波整流回路４と第１ダイオードＤ1 との両端間に接続されている。また、前記共振コンデンサＣ0 は第２スイッチング素子Ｓ2 に直列に接続され、この直列回路が第１スイッチング素子Ｓ1 の両端間に並列に接続されている。さらに、前記共振コンデンサＣ0 の一端（第２スイッチング素子Ｓ2 側）と前記全波整流回路４の出力端子の一方との間には力率改善用の第２ダイオードＤ4 が接続されている。
【０００８】
なお、インバータ回路５の出力部分を形成する共振インダクタＬ0 は、インバータトランス７の１次巻線を兼用するもので、その２次巻線Ｌ1 を介して放電灯なる負荷８が接続されている。
【０００９】
このような構成において、図２に示す電圧波形、電流波形を参照しつつ動作を説明する。図示例は、全波整流された入力電圧ＶinがＶin＝１００Ｖ（図７に示すように全波整流された半波波形における１００Ｖなるポイントを意味する）における過渡的な動作波形を示すもので、ＶS1は第１スイッチング素子Ｓ1 の両端電圧、ＶC0は共振コンデンサＣ0 の両端電圧、ＩS1は第１スイッチング素子Ｓ1 に流れる電流、ＩS2は第２スイッチング素子Ｓ2 に流れる電流、ＩD4は第２ダイオードＤ4 に流れる電流を示すものとする。
【００１０】
まず、電源が投入され、ダイオードＤ1 を介して平滑用コンデンサＣ1 に電荷が蓄積され、その両端電圧ＶC1がＶC1＞Ｖinとなる区間ではダイオードＤ1 がオフする。一方、インバータ回路５において、第１スイツチング素子Ｓ1 がオンすると（電流ＩS1が流れる）、共振インダクタＬ0 に電流が流れてエネルギーが蓄えられ、第１スイッチング素子Ｓ1 がオフすると、逆並列ダイオードＤ3 を通して共振コンデンサＣ0 に電流が流れる。これにより、実質的にＬＣ共振状態となり、共振インダクタＬ0 と共振コンデンサＣ0 との共振により、共振インダクタＬ0 の電圧ＶL0は上昇し、やがて下降する。これに並行して、第１，２スイッチング素子Ｓ1 ，Ｓ2 は交互にオン・オフを繰返しているため、やがて、コンデンサ両端電圧ＶC0がＶC0≒Ｖinになると、図２中に示すように、第２ダイオードＤ4 がオンして、力率改善電流ＩD4となって、第２スイッチング素子Ｓ2 →共振インダクタＬ0 →平滑用コンデンサＣ1 の経路で流れる。即ち、直流電源側から直接的に平滑用コンデンサＣ1 に電流が流れることになり、図２中に斜線を施して示す部分が力率改善に寄与する。この力率改善電流ＩD4によって、ＶC1＞Ｖinとなる。第２スイッチング素子Ｓ2 がオフすると、共振インダクタＬ0 の回生は逆並列ダイオードＤ2 により行なわれ、再び、第１スイッチング素子Ｓ1 がオンしているので、平滑用コンデンサＣ1 →共振インダクタＬ0 →第１スイッチング素子Ｓ1 の経路で電流が流れる。以下、同様の動作を繰返す。
【００１１】
よって、本実施例において入力部分の電圧、電流波形を示すと、図３に示すように正弦波状の交流電源３の交流電圧Ｅに対して、全波整流回路４の出力部分に得られる入力電流Ｉinは図示の如くなり、交流電圧Ｅの低い位相部分でも電源側から力率改善電流が流し続けられ休止区間を生じないものとなる。この結果、インバータ回路５の動作制御において、第１，２スイッチング素子Ｓ1 ，Ｓ2 のオン・デュティ、周波数制御を容易になし得るものともなる。結局、力率改善を図りつつ平滑用コンデンサＣ1 に得られる平滑電圧も一定化されるため、この平滑用コンデンサＣ1 を電源として動作するインバータ回路５を通して負荷８に印加される出力（出力電圧ＶL 、出力電流ＩL ）について整流された半波を拡大した波形は図４に示すようにほぼフラットとなる。
【００１２】
また、本実施例の動作を考えた場合、第１，２スイッチング素子Ｓ1 ，Ｓ2 は交互にオン・オフし、共振電流ＩL0を遅れて使用するため、スイッチングロスのないものともなる。また、第２スイッチング素子Ｓ2 にかかる電圧は入力電圧Ｖin＝１００Ｖであるので、第１スイッチング素子Ｓ1 側に比べ耐圧の低い素子を使用できる。
【００１３】
なお、図５は入力電圧Ｖinが半分の５０Ｖにおけるインバータ動作の過渡的な電圧、電流の様子を図２に対応させて示す拡大波形図であり、図６は入力電圧Ｖinが０Ｖにおけるインバータ動作の過渡的な電圧、電流の様子を図２に対応させて示す拡大波形図である（Ｖin＝５０Ｖ，０Ｖに関しては図７参照）。
【００１４】
また、図８は変形例を示し、共振コンデンサＣ0 の他に、第１スイッチング素子Ｓ1 に対して共振コンデンサＣ01を並列接続して設けたものである。このような構成によれば、交互にオン・オフ制御される第１，２スイッチング素子Ｓ1 ，Ｓ2 に関し、第１，２スイッチング素子Ｓ1 ，Ｓ2 がともにオフするデッドタイムを有するものとなり、部分共振を生ずるため、スイッチングノイズが低減するものとなる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、全波整流された直流電源間に平滑用コンデンサを接続し、この平滑用コンデンサの両端間に共振インダクタと共振コンデンサと第１，第２のスイッチング素子とを有するインバータ回路を設け、前記第１，２スイッチング素子を交互にオン・オフ制御して放電灯を高周波点灯させるようにした放電灯点灯回路において、前記直流電源と前記平滑用コンデンサとの間に前記直流電源のプラス側をアノード側として第１ダイオードを接続し、前記直流電源と前記共振コンデンサとの間に前記直流電源のプラス側をアノード側として第２ダイオードを接続し、前記第１ダイオードは、前記直流電源から前記平滑用コンデンサに電流を流し、当該平滑用コンデンサの両端電圧ＶC1が前記直流電源の直流電圧Ｖinに対してＶC1＞Ｖinとなる区間ではオフし、前記第１スイッチング素子は、オンすると前記共振インダクタに電流を流してエネルギーを蓄え、オフすると前記共振コンデンサに電流を流して前記共振インダクタと共振コンデンサとを共振させ、前記第２ダイオードは、前記共振コンデンサ両端電圧ＶC0が直流電圧ＶC0と等しくなるとオンして、前記直流電源から前記第２スイッチング素子、前記共振インダクタを介して前記平滑用コンデンサに力率改善電流を流してＶC1＞Ｖinとし、前記第２スイッチング素子は、オフすることにより前記共振インダクタの回生を行なわせ、再び前記第１スイッチング素子がオンすることで、前記平滑用コンデンサ、前記共振インダクタ、前記第１スイッチング素子の経路で電流を流し、前記平滑コンデンサの両端電圧ＶC1を一定化するようにしたので、インバータ回路における共振インダクタと共振コンデンサとの共振により生ずる共振インダクタ電圧が電源電圧に等しくなると、第２ダイオードがオンするため、第２スイッチング素子から共振インダクタを経て平滑用コンデンサに力率改善電流が流れるため、平滑用コンデンサに対するピークの高い電流を抑制でき、よって、簡単な構成にして力率改善し得るとともに、平滑電圧も一定に保ち得る低歪回路を提供でき、負荷なる放電灯に印加する高周波電圧をほぼフラットなものとすることができる上に、第２スイッチング素子にかかる電圧が直流電源相当の電圧となるため耐圧の低い素子を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図２】Ｖin＝１００Ｖにおける過渡的な電圧、電流を示す拡大波形図である。
【図３】交流電圧Ｅ及び入力電流Ｉinの過渡的な様子を示す拡大波形図である。
【図４】負荷に対する出力電圧及び電流の過渡的な様子を示す拡大波形図である。
【図５】Ｖin＝５０Ｖにおける過渡的な電圧、電流を示す拡大波形図である。
【図６】Ｖin＝０Ｖにおける過渡的な電圧、電流を示す拡大波形図である。
【図７】Ｖinの各ポイントを示す全波整流電圧の波形図である。
【図８】変形例を示す回路図である。
【図９】従来例を示し、（ａ）は回路図、（ｂ）はその入力電流を示す波形図である。
【符号の説明】
４            直流電源
５            インバータ回路
８            放電灯
Ｃ0           共振コンデンサ
Ｃ1           平滑用コンデンサ
Ｄ1           第１ダイオード
Ｄ4           第２ダイオード
Ｌ0           共振インダクタ
Ｓ1 ，Ｓ2     スイッチング素子
【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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