(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を整流する整流器と、前記整流器の後段にそれぞれ接続されて互いに異なる高低の直流電圧を発生する第１及び第２の電源回路と、前記第２の電源回路を電源として発振器の出力に基づく駆動信号を出力するドライブ回路と、前記第１の電源回路を電源として前記ドライブ回路の駆動信号によりスイッチング素子が駆動されて高周波電力を出力する電力変換回路と、を有する電源装置において、前記第１の電源回路は昇降圧チョッパ回路であり、前記第２の電源回路は降圧チョッパ回路であって、前記第２の電源回路の入力端には、前記整流器の出力電圧とともに、これとは別のエネルギ補充用の直流電圧である前記第１の電源回路の出力電圧が印加されるようにしたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記ドライブ回路は、前記発振器の発振出力を増幅して駆動信号を出力するプリアンプを有している請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記電力変換回路は、Ｄ級またはＥ級増幅回路である請求項１又は２記載の電源装置。
【請求項４】
前記電力変換回路の後段に無電極放電ランプが接続されている請求項１乃至３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、無電極放電灯に高周波電磁界を印加して発光させる無電極放電灯点灯装置などに使用される電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無電極放電灯を負荷としてこれに電力を供給する電源装置として、例えば、図５に示すような回路構成を有するものがある。
図５に示す従来の電源装置は、透明なあるいは内壁に蛍光体が塗布された、球状のガラスバルブ内に、不活性ガス、金属蒸気等の放電ガス（例えば水銀及び希ガス）を封入した無電極放電灯１と、この無電極放電灯１の球状の外周に沿って近接配置された誘導コイル２と、この誘導コイル２に接続されて高周波電力を誘導コイル２に供給する高周波電源３と、誘導コイル２と高周波電源３との両方のマッチングをとって反射をなくし無電極放電灯１に効率よく高周波電力を供給するマッチング回路４と備えて構成される。
【０００３】
そして、高周波電源３から誘導コイル２に数百ｋＨｚから数百ＭＨｚの高周波電流を流すことにより、誘導コイル２に高周波磁界を発生させて無電極放電灯１に高周波電力を供給し、無電極放電灯１内に高周波プラズマ電流を発生させて紫外線もしくは可視光を発生させる。
高周波電源３は、駆動信号を出力するドライブ回路９と、このドライブ回路９からの駆動信号に基づいて高周波電力を出力する電力変換回路（以下、メインアンプという）７とからなり、ドライブ回路９は、水晶振動子Ｘを用いた発振回路５と、この発振回路５の発振出力を増幅するプリアンプ６とから構成されている。そして、発振回路５、プリアンプ６、及びメインアンプ７は、単一の直流電源Ｅからの電力供給を受けて動作するようになっている。
【０００４】
上記のメインアンプ７は、２つのの電解効果型トランジスタ（以下、スイッチング素子と呼ぶ）Ｑ１，Ｑ２が直列接続されるとともに、インダクタＬ２とコンデンサＣ２とを有する、いわゆるＤ級増幅回路を備えており、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の制御端子間にはトランスＴ１の２次巻線ｎ２１，ｎ２２がそれぞれ接続されている。そして、インダクタＬ２とコンデンサＣ２とで共振回路が構成されている。トランスＴ１の１次巻線ｎ１にはプリアンプ６の出力電圧が印加されて、トランスＴ１の２次巻線ｎ２１，ｎ２２を介してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が駆動される。
【０００５】
図５に示した従来の電源装置は、発振回路５、プリアンプ６、及びメインアンプ７は、全て単一の直流電源Ｅからの電力供給を受けて動作するように構成されているので、回路効率が低下し易く、また、直流電圧を可変して無電極放電灯１の調光制御を行うことが難しく、メインアンプ７の出力電圧のばらつきを低減する上でも不十分な点がある。
【０００６】
そのため、従来技術では、図６に示すような電源装置が提案されている（例えば、特開平１０−７０８８７号公報参照）。なお、図６において、図５に示したものと対応する構成部分については同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
図６に示した従来の電源装置は、交流電源ＡＣをフィルタ回路２０を介して整流器ＤＢ１で整流した出力電圧が第１の直流電源Ｅ１に供給されるとともに、ダイオードＤ１を介して第２の直流電源Ｅ２にも同時に入力されている。そして、第１の直流電源Ｅ１をメインアンプ７の駆動電源とし、また、第２の直流電源Ｅ２をドライブ回路９の駆動電源としている。
【０００７】
また、第２の直流電源Ｅ２の出力電圧を制御するために、誘導コイル２の両端電圧を検出する検出回路１０が設けられており、この検出回路１０の検出出力が第２の直流電源Ｅ２の第２の制御回路８２に入力されている。
【０００８】
ここで、第１の直流電源Ｅ１は、直流安定化電源としてのいわゆる昇圧チョッパ回路からなり、この昇圧チョッパ回路は、インダクタＬ１１、スイッチング素子Ｑ１１、ダイオードＤ１１、平滑コンデンサＣ１１、及び第１の制御回路８１から構成されている。そして、第１の制御回路８１は、平滑コンデンサＣ１１の両端電圧を検出してスイッチング素子Ｑ１１を制御するようにしている。
【０００９】
従って、この第１の直流電源Ｅ１においては、交流電源ＡＣを整流器ＤＢ１で整流した出力電圧を、第１の制御回路８１の制御によってスイッチング素子Ｑ１１をスイッチングすることにより高電圧に昇圧するとともに、入力電流歪を改善している。
【００１０】
また、第２の直流電源Ｅ２は、直流安定化電源としてのいわゆる降圧チョッパ回路からなり、この降圧チョッパ回路は、整流器ＤＢ１の出力電圧を平滑化するととともにノイズフィルタの役目を果たすコンデンサＣ１３、スイッチング素子Ｑ１２、インダクタＬ１２、ダイオードＤ１２、平滑コンデンサＣ１２、及び第２の制御回路８２から構成されている。そして、第２の制御回路８２は、平滑コンデンサＣ１２の両端電圧を検出するとともに、検出回路１０の信号を入力することにより、スイッチング素子Ｑ１２を制御するようにしている。
【００１１】
従って、この第２の直流電源Ｅ２においては、交流電源ＡＣを整流器ＤＢ１で整流した出力電圧を、第２の制御回路８２の制御によってスイッチング素子Ｑ１２をスイッチングすることにより低電圧に降圧している。
【００１２】
さらに、整流器ＤＢ１の交流入力側には、フィルタ回路２０が挿入されている。このフィルタ２０の作用により、図７に示すように、第１の直流電源Ｅ１及び第２の直流電源Ｅ２の各入力端子に流れる三角波状電流Ｉｄを平均化して正弦波状電流Ｉｅとすることで交流電源ＡＣからの入力電流Ｉｉｎを正弦波に近付け、波形歪みを少なくするとともに、力率を改善している。
【００１３】
ここで、図６に示した電源装置は、メインアンプ７の駆動電源として第１の直流電源Ｅ１を使用し、また、ドライブ回路９の駆動電源として第２の直流電源Ｅ２を使用していて、各回路７，９ごとに直流電源Ｅ１，Ｅ２を使い分けている。このため、図５に示した電源装置に比べて、回路効率の低下を防止でき、また、負荷としての無電極放電灯１の調光制御が容易で、始動時に十分な電圧が得られ、しかも、メインアンプ７の出力電圧のばらつきを低減できるなどの各種の利点を有する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６に示した従来の電源装置において、第２の直流電源Ｅ２には、整流器ＤＢ１の出力電圧を平滑化するととともにノイズフィルタの役目を果たすコンデンサＣ１３を設けているが、このコンデンサＣ１３の容量が比較的大きい場合には、交流電源ＡＣの入力電流Ｉｉｎの波形全体が歪んでしまい、その結果、力率が低下する。
【００１５】
これとは逆に、コンデンサＣ１３の容量を小さくした場合には、整流器ＤＢ１の出力の全波整流電圧における電圧がゼロに近づく谷部付近で、入力電圧の値が低下して入力エネルギが不足するようになるため、交流電源ＡＣから供給される電流が一時的に増えて、入力電流Ｉｉｎは、図８のような波形になって歪みが生じてしまうという不具合がある。
【００１６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、交流電源の入力電流歪みが小さく、力率が高い電源装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明にあっては、交流を整流する整流器と、前記整流器の後段にそれぞれ接続されて互いに異なる高低の直流電圧を発生する第１及び第２の電源回路と、前記第２の電源回路を電源として発振器の出力に基づく駆動信号を出力するドライブ回路と、前記第１の電源回路を電源として前記ドライブ回路の駆動信号によりスイッチング素子が駆動されて高周波電力を出力する電力変換回路と、を有する電源装置において、前記第１の電源回路は昇降圧チョッパ回路であり、前記第２の電源回路は降圧チョッパ回路であって、前記第２の電源回路の入力端には、前記整流器の出力電圧とともに、これとは別のエネルギ補充用の直流電圧である前記第１の電源回路の出力電圧が印加されるようにしたことを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の発明は、前記ドライブ回路は、前記発振器の発振出力を増幅して駆動信号を出力するプリアンプを有している。
【００１９】
請求項３記載の発明は、前記電力変換回路は、Ｄ級またはＥ級増幅回路である。
【００２０】
請求項４記載の発明は、前記電力変換回路の後段に無電極放電ランプが接続されている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は、この実施の形態１における電源装置の回路図であり、図６に示した従来の技術と対応する構成部分については同一の符号を付す。なお、従来技術と同一の構成及び同一の作用効果を有する部分については詳しい説明は省略する。
【００２９】
この実施の形態１の電源装置においても、従来と同様に、無電極放電灯１を負荷とし、誘導コイル２を介して無電極放電灯１に高周波電力を供給する高周波電源３、この高周波電源３に電力を供給する第１及び第２の直流電源Ｅ１，Ｅ２、整流器ＤＢ１、フィルタ回路２０、及び検出回路１０を主要部として構成されている。そして、高周波電源３は、図示省略しない発振器とプリアンプとからなるドライブ回路９と電力変換回路としてのメインアンプ７を備えている点で共通する。
【００３０】
この実施の形態１の電源装置の特徴は、第１の直流電源Ｅ１が、直流安定化電源としてのいわゆる昇降圧チョッパ回路で構成されるとともに、この第１の直流電源Ｅ１の出力電圧がダイオードＤ２を介して第２の直流電源Ｅ２の入力端に印加されるように構成されていることである。なお、第２の直流電源Ｅ２は、図６に示した従来の場合と同じ構成を有する降圧チョッパ回路からなる。
【００３１】
上記の第１の直流電源Ｅ１としての昇降圧チョッパ回路は、スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２、インダクタＬ２１、ダイオードＤ２１，Ｄ２２、コンデンサＣ２１、駆動トランスＴ２、制御回路８１、及び平滑コンデンサＣ１１からなる。そして、このような昇降圧チョッパ回路の動作については、例えば特開平５−１３０７７１号公報に記載されていて周知であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００３２】
この実施の形態１の直流電源において、第１の直流電源Ｅ１の出力電圧がダイオードＤ２を介して第２の直流電源Ｅ２の入力端に印加されるので、整流器ＤＢ１の出力の全波整流波形における谷部付近で入力電圧の値が低下する傾向にあるときには、その電圧の不足分が第１の直流電源Ｅ１の出力電圧によって補充される。このため、第２の直流電源Ｅ２において入力のエネルギが不足する事態は生じない。
【００３３】
従って、第２の直流電源Ｅ２の入力端のコンデンサＣ１３が電圧を蓄積する機能を軽減できる、つまり、コンデンサＣ１３の容量を比較的小さく設定することができ、部品の低コスト化や小型化が図れる。しかも、図８に示したような交流電源ＡＣの入力電流Ｉｉｎの波形全体が歪むことがないので、高い力率が得られる。
【００３４】
また、第１及び第２の直流電源Ｅ１，Ｅ２は、いずれもトランスを使用しない非絶縁型のチョッパ回路で構成されているので、トランスを使用した絶縁型の直流安定化電源回路と比較して回路効率が高くなる。
【００３５】
なお、この実施の形態１において、第１の直流電源Ｅ１は、昇降圧チョッパ回路で構成されているとしたが、昇圧チョッパ回路を使用してもよい。また、メインアンプ７は、Ｄ級増幅回路としているが、いわゆるＥ級増幅回路であってもよい。Ｅ級増幅回路は、Ｄ級の場合と同じく、負荷が無電極放電灯１のような非常に高い周波数で動作する場合であっても、高効率が実現可能である。
【００３６】
さらに、無電極放電灯１のように非常に寿命の長い光源の場合では、その点灯装置も同様に長寿命であることが望まれる。この実施の形態１のように、第１及び第２の直流電源Ｅ１，Ｅ２やメインアンプ７を高効率化することによって、装置内部の発熱を抑えられて部品寿命を長くすることができるので、上記の要請に十分応えることができる。
【００３７】
［実施の形態２］
図２は、この実施の形態２における電源装置の回路構成図であり、図１に示した実施の形態１と対応する構成部分については同一の符号を付す。なお、実施の形態１と同一の構成及び同一の作用効果を有する部分については詳しい説明は省略する。
【００３８】
この実施の形態２の電源装置の特徴は、第１の直流電源Ｅ１である昇降圧チョッパにおけるインダクタＬ２１に対して２次巻線Ｌ２２を設け、この２次巻線Ｌ２２に発生する電圧を、ダイオードＤ２を介して第２の直流電源Ｅ２の入力端に印加するように構成されていることである。
【００３９】
この実施の形態２の場合、第１の直流電源Ｅ１のインダクタＬ２１に対して設けられた２次巻線Ｌ２２には、スイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２のスイッチング動作に伴って交流電圧が発生するが、これはダイオードＤ２で整流化された後、第２の直流電源Ｅ２に加わることになる。
【００４０】
従って、この実施の形態２の場合、実施の形態１の場合よりも第１の直流電源Ｅ１からダイオードＤ２を介して第２の直流電源Ｅ２に加わる電圧の平滑度合いは幾分劣るものの、基本的には実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４１】
［実施の形態３］
図３は、この実施の形態３における電源装置の回路構成図であり、図１に示した実施の形態１と対応する構成部分については同一の符号を付す。なお、実施の形態１と同一の構成及び同一の作用効果を有する部分については詳しい説明は省略する。
【００４２】
この実施の形態３の電源装置の特徴は、第２の直流電源Ｅ２の出力電圧を、ダイオードＤ２を介して第２の直流電源Ｅ２の入力端に印加するように構成されていることである。
【００４３】
この実施の形態３の場合、整流器ＤＢ１の出力の全波整流波形における谷部付近で入力電圧の値が低下する傾向にあるときには、その電圧の不足分が第２の直流電源Ｅ２からダイオードＤ２を介してフィードバックされる出力電圧によって補充される。このため、第２の直流電源Ｅ２において入力のエネルギが不足する事態は生じないので、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４４】
［実施の形態４］
図４は、この実施の形態４における電源装置の回路構成図であり、図１に示した実施の形態１と対応する構成部分については同一の符号を付す。なお、実施の形態１と同一の構成及び同一の作用効果を有する部分については詳しい説明は省略する。
【００４５】
この実施の形態４の電源装置の特徴は、当該装置の外部に配置された別の第３の直流電源Ｅ３からの直流電圧を、ダイオードＤ２を介して第２の直流電源Ｅ２の入力端に印加したことである。
【００４６】
この実施の形態４の場合も、整流器ＤＢ１の出力の全波整流波形における谷部付近で入力電圧の値が低下する傾向にあるときには、その電圧の不足分が別の第３の直流電源Ｅ３からダイオードＤ２を介して供給される出力電圧によって補充される。このため、第２の直流電源Ｅ２において入力のエネルギが不足する事態は生じないので、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の直流電源における出力電圧を、第２の直流電源における入力端に印加するようにしたので、整流器の出力の全波整流波形における谷部付近でも、入力のエネルギが不足することがなく、また、交流電源の入力電流の波形全体が歪むこともないので力率が高くなる。
さらに、第２の直流電源の入力端のコンデンサの容量を比較的小さくすることができ、部品の低コスト化及び小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における電源装置の回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２における電源装置の回路構成図である。
【図３】本発明の実施の形態３における電源装置の回路構成図である。
【図４】本発明の実施の形態４における電源装置の回路構成図である。
【図５】従来の電源装置の一例を示す回路構成図である。
【図６】従来の他の電源装置における回路構成図である。
【図７】交流電源からの入力電流に対するフィルタ回路の作用を説明するための波形図である。
【図８】交流電源ＡＣから供給される電流の波形図である。
【符号の説明】
１    無電極放電灯
２    誘導コイル
３    高周波電源
４    マッチング回路
５    発振回路
７    電力変換回路（メインアンプ）
９    ドライブ回路
１０    検出回路
Ｅ１    第１の直流電源
Ｅ２    第２の直流電源
ＤＢ１  整流器
２０    フィルタ回路
Ｌ２    インダクタの２次巻線
【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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