JPH02197086A - 一石インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野１ 本発明は、−石のスイッチング素子で構成される一石イ
ンバータ装置に関するものである。 ［従来の技術１ ＠１１図に従来の一石インバータ装置を示す。 このインバータ装置では、トランジスタＱ１がオン、オ
フを繰り返すことにより、負荷に高周波電力を供給する
。この−石インパータ装置は特願昭６２−２４２０７０
号等で開示された周知のものである。このインバータ１
の各部の波形は第１２図に示すようになり、チラークコ
イルＬ、の電圧は同図（ｅ）に示すように直流電源Ｅか
らトランジスタＱ１の印加電圧を差し引いた波形となる
。ここで、第１１図のインバータ装置は放電灯点灯装置
に用いられたものである。この放電灯、α灯装置では、
トランジスタＱ、を次のように制御する。 まス、トランジスタＱ、のオン期間を短くすることによ
り、放電灯ｌに印加される電圧を低減し、この期間にコ
ンデンサＣ１を介して放電灯２のフィラメントに予熱電
流を流す。そして、その後トランジスタＱ、のオン期間
を長くしていき、放電灯りを定格点灯する。 ［発明が解決しようとする課題１ ところが、トランジスタＱ１のオンデューティが大きく
なると、それにっ−れてトランジスタＱ。 の印加電圧は高くなるため、それに伴ってチョークコイ
ルし、の印加電圧も商くなる。つまりは、放電灯ｌの定
格点灯時にチョークコイルし、に高い電圧が印加される
ため、チョークコイルＬ１として大型なものを使用する
必要があった。 また、放電灯ｒが寿命末期となり、半波放電現象が起こ
ると、チョークコイルし、に流れる電流が！１．８！Ｌ
に上昇し、チロ−クコイルＬ１が飽和してしまうことが
生じる。この様子をｔＡ１３図に示す。 第１３図（イ）に正常な場合を、同図（ロ）に放電灯ｌ
が斧命末期となった場合を示す、ｔ！ｌから明らがなよ
うに、放電灯ｌの寿命末期においてはチョークコイルＬ
１のピーク値がトランジスタＱ、がターンオフする直前
に現れるため、トランジスタＱに過電流が流れると共に
、スイッチング損失が大幅に増加する。従って、トラン
ジスタＱ、に加わるストレスが大幅に増加するという問
題があった。 本発明は上述の息に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、インダクタンス素子を小型化できる
と共に、負荷異常時のスイッチング素子へのストレスを
低減できる一石インパータ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は周期的にオン、オ
フを繰り返すスイッチング素子と、このスイッチング素
子のスイッチングにより励振されるＬＣ共振回路と、ス
イッチング素子に直流電圧を印加するインダクタンス素
子とを備え、直流電源に上記インダクタンス素子及びＬ
Ｃ共振回路のインダクタンスを介してスイッチング素子
を接続すると共に、インダクタンス素子の両端、あるい
はＬＣ共振回路のインダクタンスとスイッチング素子と
の直列回路の両端のいずれかに直流カット用のコンデン
サを介して負荷を接続しである。 １作用】 本発明は、上述のように直流電源にインダクタンス素子
及びＬＣ共振回路のインダクタンスを介してスイッチン
グ素子を接続することにより、ＬＣ共振回路のインダク
タンスとで負荷の定常動作時に印加される電圧を分担し
て、インダクタンス素子に印加される電圧を低げて、イ
ンダクタンス素子を小型化できるようにし、またＬＣ共
振回路との相互作用でインダクタンス素子に流れる電流
のピークがスイッチング素子がオフのときに生じるよう
にして、スイッチングロスを減少させて、スイッチング
素子に加わるストレスを低減するようにしたものである
。 ［実施例ＩＪ 第１図に本発明の第１の実施例を示す０本実施例ではチ
ョークコイルＬ１を負荷りとコンデンサＣ２との直列回
路の両端に！！！してある点がｔＩ４１１図回路と異な
る。この−石インパータ装置１ヲ放電灯、α灯装置に用
いると、第２図に示すようになり、放電灯ｌとコンデン
サＣ５とを負荷りとしである。この放電灯、α灯装置に
おけるトランジスタＱの制御も、基本的には従来例で説
明したと同様に打う。なお、コンデンサＣ２は、コンデ
ンサＣＩｔＣコ、チョークコイルＬ　＋　、Ｌ　２及び
放電灯！と共に共振回路を構成するものであり、振動周
波数を決める要素であるが、直流カットの機能も有して
おり、・コンデンサＣＩ　ｔ　Ｃ３に比べて容量は十分
大きなものである。 上記第２図に示すようにチロ−クコイルＬ１を負荷Ｌ（
コンデンサＣ３）とコンデンサＣ２との直列回路の両端
に接続すると、第３図（ｅ）に示すチョークコイルＬ１
に印加される電圧ＶＬＩの波形は、同図（ｅ）に示す放
電灯ｌの管電圧Ｖｔ’ａとほぼ等しくなる。即ち、チョ
ークコイルＬ、に印加される電圧は、放電灯ｌの始動時
に一瞬＾電圧がかかるが、放電灯ｌの点灯後は管電圧■
ｌａまで低下する。このため、チョークコイルＬ１に常
に印加される電圧を低減でき、従ってチョークコイルし
、を小型にすることができる。 次に、放電灯ｉｈｔ寿命末期になり、半波放電現象が生
じた場合について説明する。このときの各部の動作波形
図を第４図に示す。この場合、チョークコイルし、に流
れる電流ＩＬＩは第４図（ｄ）に示すように増加し、そ
のピーク値も増加する。この場合、従来例の回路構成で
あれば、チョークコイルＬＩの電流ｒｚの増加に伴って
、トランジスタＱ、のコレクタ電流＝ｔ−ｃも増加する
のであるが、本実施例の場合電流ＩＬＩのピークは、ト
ランジスタＱ、のオフ期間期間に現れる（１４図（ａ）
にトランジスタＱ、のコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥ
を示す。）。従って、従来のようにトランジスタＱ１が
ターンオフする瞬間に電流ｒＬｌがピーク値に達すると
いうことがなく、トランジスタＱ、のスイッチング損失
が大幅に増加することがなく、よってトランジスタＱ１
に加わるストレスも低減できる。 ［実施例２１ 第５図に第２の実施例を示す。本実施例では第１の実施
例において放電灯ｌとコンデンサＣ５との並列回路の直
流電源Ｅの正極側に接続された一端を、負極側に接続し
である。本実施例においても、コンデンサＣ２が直流カ
ットの役目を果たすため、第２図回路と同様の回路動作
を行うことができる。 従って、本実施例でも第１の実施例と同様の効果が期待
できる。 ［実施例３］ 第６図に第３の実施例を示す。本実施例では２灯の放電
灯ｌを並列点灯する放電灯点灯装置に本発明を適用した
ものであり、上述の各実施例と同様の効果が得られる。 なお、図中のパランサチョークＢＴは２灯の放電灯ｌを
確実に点灯するためのものである。即ち、一方の放電灯
ｌが微放電を開始すると、パランサチョークＢＴの２つ
の巻線に流れる電流がアンバランスになり、パランサチ
ョークＢＴに高電圧が発生し、その電圧と微放電を開始
した放電灯ｌの管電圧の合成電圧を他方の放電灯に印加
して、点灯するように働く。そして、２灯の放電灯！が
点灯すると、パランサチ１−りＢＴの２つの巻線に流れ
る電流がほぼ等しくなり、各巻線に誘起される電圧が打
ち消し合うように働き、バランサチａ−りＢＴが殆どイ
ンピーダンスを持たなくなる。 ［実施例４１ 第７図に第４の実施例を示す１本実施例は第３の実施例
にトランジスタＱ、の保ｉ！機能を加えたものである。 なお、本実施例ではトランジスタＱのオン、オフを制御
する制御回路２の具体構成も示しである。なお、本実施
例ではコンデンサＣをトランジスタＱ１の両端に接続し
である。制御回路２は、トランジスタＱ、をオン、オフ
する矩形波信号を出力する発振回路３と、電流増幅用の
バッファＢ、とで構成してあり、保護回路３はトランジ
スタＱ１の両端電圧から異常を検知するコンパレータ５
と、異常検出時のコンパレータ５の出力状態を保持する
７リツプ７０ツブ６と、上記発振回路３、コンパレータ
５及び７リツプ７０ツブ６の３つの出力のアンドをとる
アンドデートＧ、とで構成しである。 ２灯の放電灯ｌが正常に点灯している場合、第８図（ａ
）に示す発振回路４の出力力りＸイレベルである闇、同
図（ｄＬ（ｅ）に示すようにコンパレータ５及び７リツ
プ７０ツブ６の出力力り１イレベルになっているため、
１８図（ｆ）に示すように発振回路４の出力がそのまま
アンドデートＧ、の出力になる。ここで、７リツプ７０
ツブ５はＤ７リツプフロツプであり、発振回路４の出方
が立下がった（クロックが入力された）時点で、セット
入力がローレベルであれば、出力Ｑがローレベルになる
のであるが、第８図（ｄ）に示すように発振回路４の出
力の立下り時にフンパレータ６の出力がハイレベルであ
るため、出力Ｑはハイレベルに保持されている。 次に、放電灯ｌが痔命末期になり、半波放電現象が生じ
ると、上述の第１の実施例で説明したように、チラーク
ツイルＬ１の電流が増加し、特に２灯共に半波放電を起
こした場合に、チラークツイルＬ１に流れる電流が急激
に上昇して飽和現象を起こす、このときには、トランジ
スタＱ、に印加される振動電流がほぼＯ■まで戻らない
場合が生じる。この場合に、コンパレータ５と７リツプ
７０ツブ６とでＦランジスタロ、の保護動作を行う。つ
まり、第９図（ｂ）に示すようにトランジスタＱ、のコ
レクタ・エミッタ間電圧■。Ｐ、が０■に戻らなくなる
と、同図（ｄ）に示すようにコンパレータ５の出力がロ
ーレベルに保持され、従ってアンドゲートＧ、の出力も
ローレベルとなり、トランノスタＱ、がオフとなってイ
ンバータ１の動作は停止される。そして、発振回路４の
出力が立下がった時点で７リツプ７０フプ６の出力Ｑも
ローレベルになり、インバータの動作が停止された状態
が継続される。 ここで、トランジスタＱ、のコレクタ・エミッタ間電圧
Ｖ（ＪがＯｖに戻らない理由について説明する。本発明
のインバータ１では、第３図及び第４図から分かるよう
に、チョークコイルＬ、に流れる電流ＩＬ＋のピーク値
はトランジスタＱ、がオフの期間に発生する。トランジ
スタＱ、がオフの期間（実際にはダイオードＤ１もオフ
）は、電流ＩＬとコンデンサＣ２に流れる電流ＩＣ２の
合成電流がコンデンサＣ５に流れる。ここで、電流Ｉｌ
ｌのピーク値が大幅に上昇すると、第１０図（ロ）に示
すようにコンデンサＣ５の充放電電流に重畳される直流
成分が増え、結果的にコンデンサＣ８の放電電流が減少
する。そして、第１０図（ロ）の（ｄ）に示す状態より
もさらに電流Ｉし＋が増加すると、トランジスタＱ、の
コレクタ・エミッタ闇電圧ＶＣＰがＯｖに戻らなくなる
のである。このため、電圧検知回路５によって上述した
保護動作が働くのである。 なお、以上の説明においては、負荷の条件が最悪の場合
（例えば、２灯とも半波放電になるような場合）に、ト
ランジスタＱ１のコレクタ・エミ７り間型圧ＶＣｆｉが
０■に戻らなくなる現象に対しての保護機能について説
明したが、上記保ｗ１機能が働かない異常状態（例えば
、１灯のみが寿命末期になった場合や、チョークコイル
Ｌ１の発熱に伴い、このチラークツイルＬ、の飽和磁束
密度が低下して、徐々に電流ＩＬＩが増加していく過程
等）においては、インバータの構成によりトランジスタ
Ｑ、のスイッチング損失を低減できる効果があり、トラ
ンジスタＱ、のストレスを低減できる。 ［発明の効果］ 本発明は上述のように、直流電源にインダクタンス素子
及びＬＣ共振回路のインダクタンスを介してスイッチン
グ素子を接続しているので、ＬＣ共振回路のインダクタ
ンスとで負荷の定常動作時に印加される電圧を分担して
、インダクタンス素子に印加される電圧を低げることが
でき、このためインダクタンス素子を小型化でき、また
ＬＣ共振回路との相互作用でインダクタンス素子に流れ
る電流のピークがスイッチング素子がオフのときに生じ
るようにでき、このためスイッチングロスが減少し、ス
イッチング素子に加わるストレスも低減できろ効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の回路図、第２図は同上
の具体回路図、第３図は同上の正常時の動作説明図、第
４図は同上の異常時の動作説明図、第５図は第２の実施
例の回路図、第６図は第３の実施例の回路図、第７図は
ｔＪＩＪ４の実施例の回路図、第８図は同上の正常時の
動作説明図、第９図は同上の異常時の動作説明図、第１
０図は同上の最悪異常状態が生じる原理の説明図、第１
１図は従来例の回路図、第１２図は同上の動作説明図、
第１３図は異常時の動作を正常時の動作と比較した説明
図である。 Ｅは直流電源、Ｑ、はトランジスタ、Ｌ　Ｉｒ　Ｌ　ｚ
はチョークコイル、Ｃ，、Ｃ，はコンデンサ、Ｌは負荷
である。 代理人　弁理士　石　１）長　七 第１図 第２図 第４図 Ｅ・・・直流電源 り、、Ｌ、・・・チシークコイル Ｃ，、Ｃ，・・・コンデンサ 第３図 第５図 第６図 □■ ｇＢ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）周期的にオン、オフを繰り返すスイッチング素子
   と、このスイッチング素子のスイッチングにより励振さ
   れるＬＣ共振回路と、スイッチング素子に直流電圧を印
   加するインダクタンス素子とを備え、直流電源に上記イ
   ンダクタンス素子及びＬＣ共振回路のインダクタンスを
   介してスイッチング素子を接続すると共に、インダクタ
   ンス素子の両端、あるいはＬＣ共振回路のインダクタン
   スとスイッチング素子との直列回路の両端のいずれかに
   直流カット用のコンデンサを介して負荷を接続して成る
   一石インバータ装置。