JPH0332880B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は閃光放電灯用電源装置に関するもので
ある。

閃光放電灯は、例えば露光用光源或いは複写機
の定着用熱源として用いられている。閃光放電灯
を点灯せしめるための電源装置としては、従来リ
ーケージトランスを用いた電源装置、商用トラン
スを用いた電源装置などが知られているが、これ
らの電源装置は何れも大型でしかも大重量である
という欠点を有している。特に閃光放電灯を複写
機の定着用熱源として用いる場合には、近年複写
機の小型軽量化が強く望まれていることから上述
の欠点が著しく大きなものとなる。

このようなことから、、最近半導体スイツチン
グ素子を有して成るインバータを用いた閃光放電
灯電源装置が開発され、この電源装置によれば小
型でしかも軽量であるという利点が得られる。

第１図は斯かる閃光放電灯用電源装置の構成の
一例を示す説明用回路図である。この例におい
て、１は直流電源Ｅに接続されたインバータであ
り、このインバータ１は、半導体スイツチング素
子であるトランジスタ１１及び１２と、３個のコ
ンデンサ１３，１４，１５とにより構成されてい
る。トランジスタ１１のコレクタは直流電源Ｅの
正側に接続され、トランジスタ１１のエミツタは
トランジスタ１２のコレクタに接続され、トラン
ジスタ１２のエミツタは直流電源Ｅの負側に接続
されている。直流電源Ｅの正側とトランジスタ１
１のコレクタの接続点と、直流電源Ｅの負側とト
ランジスタ１２のエミツタの接続点との間には、
コンデンサ１３とコンデンサ１４とが直列に接続
され、これらコンデンサ１３とコンデンサ１４の
接続点と、トランジスタ１１のエミツタとトラン
ジスタ１２のコレクタの接続点との間には、コン
デンサ１５と次段に接続される昇圧用トランス２
の１次コイルとが直列に接続されている。トラン
ジスタ１１及び１２のベースは後述するドライブ
回路６に接続されている。尚図示はしないが、ト
ランジスタ１１及びトランジスタ１２の各々のコ
レクタとエミツタ間には保護素子としてダイオー
ドを入れる場合がある。

２は昇圧用トランスであつて、この昇圧用トラ
ンス２の１次コイルは既述のようにインバータ１
に接続され、２次コイルは次段の整流回路３の入
力端に接続されている。

３は倍電圧整流型の整流回路であつて、この整
流回路３は、４個のダイオード３１，３２，３
３，３４と４個のコンデンサ３５，３６，３７，
３８とにより構成されている。コンデンサ３５と
ダイオード３１とがトランス２の２次コイルに直
列に接続され、ダイオード３１の両端にダイオー
ド３３とコンデンサ３７とが直列に接続され、ト
ランス２の２次コイルとコンデンサ３５の接続点
と、当該２次コイルとダイオード３１の接続点と
の間に、コンデンサ３６とダイオード３２が直列
に接続され、ダイオード３２の両端にダイオード
３４とコンデンサ３８が直列に接続されている。

４は整流回路３の出力端子間に接続された充放
電用コンデンサであり、この充放電用コンデンサ
４の両端に閃光放電灯７が接続され、充放電用コ
ンデンサ４より閃光放電灯７に閃光発生に必要な
電荷が供給される。

５及び６はコントロール回路及びドライブ回路
であり、ドライブ回路６は、その出力側がインバ
ータ１のトランジスタ１１及び１２のベースに接
続され、これらのベースの各々に交互に矩形波状
のパルス電流を供給してこれらトランジスタ１１
及び１２を交互にオン・オフさせてインバータ１
を作動せしめるものであり、コントロール回路５
は、ドライブ回路６を制御するものであり、充放
電用コンデンサ４の両端電圧を検出してこの検出
電圧と予め設定される設定電圧とを比較し、その
差に応じた信号をドライブ回路６に供給して、ド
ライブ回路６よりトランジスタ１１及び１２の各
ベースに供給するパルス電流のパルス幅を制御
し、これにより充放電用コンデンサ４の両端電圧
が閃光発生に必要な設定電圧を越えないように制
御するものである。

８は閃光放電灯７に設けられたトリガー電極７
１を駆動せしめるためのトリガー回路である。

以上のような構成の電源装置によれば、インバ
ータ１において、トランジスタ１１及び１２がコ
ントロール回路５及びドライブ回路６により交互
にオン・オフされることにより、直流電源Ｅより
の直流が一旦交流に変換され、次にこの交流が整
流回路３により再び直流に変換されてこの直流に
より充放電用コンデンサ４に電荷が蓄積される。
この充放電用コンデンサ４の両端電圧が閃光発生
に必要な大きさにまで到達すると、コントロール
回路５及びドライブ回路６により、トランジスタ
１１及び１２の各ベースに供給されるパルス電流
のパルス幅がほぼ零になるよう制御されて、これ
により充放電用コンデンサ４の両端電圧が設定電
圧に維持されるようになる。このように充放電用
コンデンサ４の両端電圧が設定電圧に達した状態
において、トリガー回路８によりトリガー電極７
１に高電圧が印加されると、閃光放電灯７の放電
電極間に絶縁破壊が生じて、この瞬間に充放電用
コンデンサ４に蓄積されていた電荷が閃光放電灯
７に供給されて閃光が発生する。この閃光発生に
より充放電用コンデンサ４の両端電圧が低下する
と、コントロール回路５及びドライブ回路６によ
り、トランジスタ１１及び１２の各ベースに供給
されるパルス電流のパルス幅が大きくなるよう制
御されて、再び充放電用コンデンサ４に電荷が蓄
積されるようになり、以下上述と同様にして閃光
の発生が繰り返し行なわれる。

以上のようにして閃光が発生するわけである
が、閃光が発生するときには充放電用コンデンサ
４の電荷が瞬時に放出されて電荷が消失するので
インバータ１の出力側インピーダンスがほぼ零と
なり、閃光消失後においては充放電用コンデンサ
４に再び電荷が徐々に蓄積されていくのでインバ
ータ１の出力側インピーダンスが次第に大きくな
り、充放電用コンデンサ４の両端電圧が設定電圧
に到達するとインバータ１の出力側インピーダン
スはほぼ無限大となる。このように閃光の発生が
短時間の間に頻繁に繰り返して行なわれることに
より、インバータ１の出力側インピーダンスが零
から無限大へと絶えず繰り返して急激に変化する
ため、トランジスタ１１及び１２のコレクタ電流
のひずみが大きくなつて電源装置の効率が低下す
ると共に、充放電用コンデンサ４の電荷が放出さ
れてインバータ１の出力側インピーダンスがほぼ
零となつた状態においては、第２図に示すよう
に、トランジスタ１１及び１２のコレクタ電流は
半周期において末期になるまでの間はトランス２
のインダクタンスにより小さく抑制されてはいる
ものの末期ではトランス２のインピーダンスが更
に低下してインダクタンスが実質上零となるので
電流が急激に増大して定格最大尖頭電流値を越え
て当該トランジスタ１１及び１２が破壊されるよ
うになる。

本発明は以上の如き事情に基いてなされたもの
であつて、効率が高く、しかもインバータにおけ
る半導体スイツチング素子の破壊を防止すること
ができる閃光放電灯用電源装置を提供することを
目的とし、その特徴とするところは、半導体スイ
ツチング素子を有して成るインバータと、このイ
ンバータの出力端に接続された波形整形回路と、
この波形整形回路の後段に接続された整流回路
と、この整流回路の出力端に接続された充放電用
コンデンサと、前記半導体スイツチング素子を制
御する半導体スイツチング素子制御機構とを具え
て成り、前記波形整形回路は、前記インバータの
出力に対して抵抗となつて、充放電用コンデンサ
が電荷を放出していわば短絡状態となつたときに
も前記インバータの出力側インピーダンスを零に
まで低下させないようにして当該インバータの出
力電流の急激な上昇を抑制する、前記インバータ
の出力端に接続されたコイル及びコンデンサより
成り、前記半導体スイツチング素子制御機構は、
前記インバータよりの出力の極性が切り換わると
きに、前記半導体スイツチング素子を休止せしめ
て、前記波形整形回路のコイルに蓄積されていた
電磁エネルギーを放出させて前記充放電用コンデ
ンサに充電させるように一定時間当該インバータ
の出力が零となるよう当該半導体スイツチング素
子を制御するものである点にある。

以下図面により本発明の一実施例について説明
する。

第３図は本発明の一実施例を示す説明用回路図
であり、第１図に示したものと同一のものには同
一の符号を付して示し、その説明は同一であるの
で省略する。

９は波形整形回路であり、インバータ１の出力
端に接続されている。この波形整形回路９は、イ
ンバータ１の出力に対して抵抗となつて、充放電
用コンデンサ４が電荷を放出していわば短絡状態
となつたときにもインバータ１の出力側インピー
ダンスを零にまで低下させないようにして当該イ
ンバータ１の出力電流の急激な上昇を抑制する、
インバータ１の出力端に接続されたコイル９１及
びコンデンサ３５及び３６より成る。

この例においては、トランス２の２次コイルの
一端と、整流回路３の一方の入力端との間にコイ
ル９１が設けられ、このコイル９１と整流回路３
におけるコンデンサ３５及び３６とにより波形整
形回路９が構成されている。即ちコンデンサ３５
及び３６は整流回路３を構成するコンデンサであ
ると共に波形整形回路９を構成するコンデンサと
して共用されている。

１００は、半導体スイツチング素子を制御する
半導体スイツチング素子制御機構（以下単に「制
御機構」という。）である。この制御機構１００
は、インバータ１よりの出力の極性が切り換わる
ときに、半導体スイツチング素子であるトランジ
スタ１１及び１２を休止せしめて、波形整形回路
９のコイル９１に蓄積されていた電磁エネルギー
を放出させて充放電用コンデンサ４に充電させる
ように一定時間当該インバータ１の出力が零とな
るよう当該トランジスタ１１及び１２を制御する
ものである。

この制御機構１００は、例えば充放電用コンデ
ンサ４の両端電圧を入力信号として受ける誤差増
幅器１０１と、この誤差増幅器１０１に基準電圧
を付与する基準電圧源１０２と、矩形波状のパル
ス信号を発生する発振器１０３と、この発振器１
０３よりのパルス信号を受けてこのパルス信号の
パルス幅を誤差増幅器１０１よりの信号に基いて
調整し、出力端から交互に信号を出力するパルス
幅変換器１０４と、このパルス幅変換器１０４の
出力端から交互に出力される信号に基いてトラン
ジスタ１１及び１２を交互に駆動するドライブ回
路１０５とにより構成されている。

前記パルス幅変換器１０４は、発振器１０３よ
りのパルス信号を受けて同一周波数の鋸歯状波信
号を発生する鋸歯状波発生器１０６と、誤差増幅
器１０１よりの信号と鋸歯状波発生器１０６より
の鋸歯状波信号とを受け、誤差増幅器１０１より
の信号電圧が鋸歯状波信号電圧よりも大きいとき
には「低レベル」の信号を出力し、逆に小さいと
きには「高レベル」の信号を出力するコンパレー
タ１０７と、このコンパレータ１０７の出力信号
と発振器１０３よりのパルス信号との論理積信号
を出力し、コンパレータ１０７の出力信号が「低
レベル」のときには出力が零となり、逆に「高レ
ベル」のときには発振器１０３のパルス信号と同
一のパルス幅の信号を出力するアンドゲート１０
８と、このアンドゲート１０８よりの出力信号を
受け、この信号を２つの出力端Ｑ，から交互に
出力するフリツプ・フロツプ回路１０９と、鋸歯
状波発生器１０６よりの鋸歯状波信号を受け、こ
の信号の電圧と基準電圧とを比較して鋸歯状波信
号電圧が基準電圧よりも大きいときには「高レベ
ル」の信号を出力し、逆に小さいときには「低レ
ベル」の信号を出力するコンパレータ１１０より
成る休止期間調整回路１１１と、アンドゲート１
０８、フリツプ・フロツプ回路１０９の一方の出
力端Ｑ、休止期間調整回路１１１よりの３つの信
号を受けてそれらの論理積信号を出力するアンド
ゲート１１２と、アンドゲート１０８、フリツ
プ・フロツプ回路１０９の他方の出力端、休止
期間調整回路１１１よりの３つの信号を受けてそ
れらの論理積信号を出力するアンドゲート１１３
とにより構成され、休止期間調整回路１１１より
の信号が「低レベル」のときにはアンドゲート１
１２及びアンドゲート１１３の出力は零となる。

前記ドライブ回路１０５は、トランジスタ１１
４及び１１５とトランス１１６とにより構成さ
れ、トランジスタ１１４及び１１５のベースはそ
れぞれアンドゲート１１２及び１１３の出力端に
接続され、トランジスタ１１４及び１１５のエミ
ツタは共に接地され、トランジスタ１１４及び１
１５のコレクタはそれぞれトランス１１６の１次
コイルの一端及び他端に接続され、トランス１１
６の２次側には２個の２次コイルがあり、一方の
２次コイルはインバータ１のトランジスタ１１の
ベース・エミツタ間に接続され、他方の２次コイ
ルはインバータ１のトランジスタ１２のベース・
エミツタ間に接続され、トランス１１６の１次コ
イルの中央タツプには補助電源１１７が接続され
ている。

以上の実施例によれば、インバータ１と整流回
路３との間にコイル９１及びコンデンサ３５及び
３６より成る波形整形回路９を設けているため、
これらコイル９１及びコンデンサ３５及び３６は
インバータ１よりの交流出力に対して抵抗とな
り、従つて充放電用コンデンサ４が電荷を放出し
ていわば短絡状態となつたときにおいても、イン
バータ１の出力側インピーダンスは零とはならず
にコイル９１及びコンデンサ３５及び３６によつ
て定まる大きさのインピーダンスを有し、この結
果閃光の発生が繰り返して行なわれてもインバー
タ１の出力側インピーダンスの変化が小さく抑制
され、結局トランジスタ１１及び１２のコレクタ
電流のひずみが小さくなつてコレクタ電流の波形
が平担化されるようになり電源装置の効率を上昇
せしめることができる。そして第４図に示すよう
に、充放電用コンデンサ４がいわば短絡状態にな
つたときにおいても、トランジスタ１１及び１２
のコレクタ電流は、その半周期の末期においてト
ランス２のインピーダンスが更に低下してそのイ
ンダクタンスが実質上零となつても波形整形回路
９のコイル９１及びコンデンサ３５及び３６によ
るインピーダンスによりコレクタ電流の急激な上
昇が抑制されるので最大定格尖頭コレクタ電流値
を越えることがなく、この結果トランジスタ１１
及び１２の破壊を防止することができる。そして
制御機構１００において、休止期間調整回路１１
１におけるコンパレータ１１０の基準電圧を予め
適宜設定してアンドゲート１１２及び１１３より
の出力の時間幅を調整し、インバータ１よりの出
力の極性が切り換わるときにトランジスタ１１及
び１２を共に一定時間休止せしめることにより、
この休止期間中インバータ１の出力を零とするこ
とができ、この結果この休止期間中に波形整形回
路９のコイル９１に蓄積された電磁エネルギーが
放出されて充放電用コンデンサ４の充電に寄与す
るようになり、休止期間がない場合には充放電用
コンデンサ４の充電に寄与せず浪費されることと
なるコイル９１の電磁エネルギーを有効に利用す
ることができ、結局電源装置の効率を一段と上昇
せしめることができる。

以上において、トランジスタ１１及び１２を休
止せしめる期間は、トランジスタ１１及び１２の
各コレクタ電流パルスにおけるデユーテイフアク
ター（オン時間／周期）がそれれぞれ0.2〜0.4の
範囲内となるように定めることが好ましく、具体
的数値の一例を挙げると、トランジスタ１１及び
１２の各コレクタ電流パルスの周期がそれぞれ50
マイクロ秒であるときには、トランジスタ１１及
び１２が共に休止される時間は10〜30マイクロ秒
とされる。

以上本発明の一実施例について説明したが、イ
ンバータ１、整流回路３の構成は、上述の例に限
定されず、他の公知の構成を採用してもよい。整
流回路３として例えば４個のダイオードから成る
ブリツジ型の整流回路を採用する場合には、波形
整形回路９としては、第５図に示すように、トラ
ンス２の２次コイルの一端と整流回路３の一方の
入力端との間に、コイル９１とコンデンサ９２と
を直列に接続した構成、或いは第６図に示すよう
に、トランス２の２次コイルの一端と整流回路３
の一方の入力端との間にコイル９１を接続し、ト
ランスの２次コイルの他端と整流回路３の他方の
入力端との間にコンデンサ９２を接続した構成と
してもよく、これらの場合にも既述の実施例と同
様の作用効果を得ることができる。

倍電圧型の整流回路３を使用する場合或いは多
段連結する場合にはトランス２は省略することが
できる。

制御機構１００の構成は適宜変更可能であつて
上述の実施例に限定されない。

以上のように本発明は、半導体スイツチング素
子を有して成るインバータと、このインバータの
出力端に接続された波形整形回路と、この波形整
形回路の後段に接続された整流回路と、この整流
回路の出力端に接続された充放電用コンデンサ
と、前記半導体スイツチング素子を制御する半導
体スイツチング素子制御機構とを具えて成り、前
記波形整形回路は、前記インバータの出力に対し
て抵抗となつて、充放電用コンデンサが電荷を放
出していわば短絡状態となつたときにも前記イン
バータの出力側インピーダンスを零にまで低下さ
せないようにして当該インバータの出力電流の急
激な上昇を抑制する、前記インバータの出力端に
接続されたコイル及びコンデンサより成り、前記
半導体スイツチング素子制御機構は、前記インバ
ータよりの出力の極性が切り換わるときに、前記
半導体スイツチング素子を休止せしめて、前記波
形整形回路のコイルに蓄積されていた電磁エネル
ギーを放出させて前記充放電用コンデンサに充電
させるように一定時間当該インバータの出力が零
となるよう当該半導体スイツチング素子を制御す
るものであることを特徴とする閃光放電灯用電源
装置であるから、効率が高く、しかもインバータ
における半導体スイツチング素子の破壊を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の閃光放電灯用電源装置の一例を
示す説明用回路図、第２図は第１図に示した装置
におけるトランジスタのコレクタ電流の波形を示
す説明図、第３図は本発明閃光放電灯用電源装置
の一実施例を示す説明用回路図、第４図は第３図
に示した装置におけるトランジスタのコレクタ電
流の波形を示す説明図、第５図及び第６図はそれ
ぞれ波形整形回路の他の例を示す説明用回路図で
ある。 １……インバータ、Ｅ……直流電源、１１，１
２……トランジスタ、１３，１４，１５……コン
デンサ、２……昇圧用トランス、３……整流回
路、３１，３２，３３，３４……ダイオード、３
５，３６，３７，３８……コンデンサ、４……充
放電用コンデンサ、５……コントロール回路、６
……ドライブ回路、７……閃光放電灯、７１……
トリガー電極、８……トリガー回路、９……波形
整形回路、９１……コイル、９２……コンデン
サ、１００……半導体スイツチング素子制御機
構、１０１……誤差増幅器、１０３……発振器、
１０４……パルス幅変換器、１０５……ドライブ
回路、１０６……鋸歯状波発生器、１０７……コ
ンパレータ、１０８……アンドゲート、１０９…
…フリツプ・フロツプ回路、１１０……コンパレ
ータ、１１１……休止期間調整回路、１１２，１
１３……アンドゲート、１１４，１１５……トラ
ンジスタ、１１６……トランス、１１７……補助
電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体スイツチング素子を有して成るインバ
   ータと、 このインバータの出力端に接続された波形整形
   回路と、 この波形整形回路の後段に接続された整流回路
   と、 この整流回路の出力端に接続された充放電用コ
   ンデンサと、 前記半導体スイツチング素子を制御する半導体
   スイツチング素子制御機構とを具えて成り、 前記波形整形回路は、前記インバータの出力に
   対して抵抗となつて、充放電用コンデンサが電荷
   を放出していわば短絡状態となつたときにも前記
   インバータの出力側インピーダンスを零にまで低
   下させないようにして当該インバータの出力電流
   の急激な上昇を抑制する、前記インバータの出力
   端に接続されたコイル及びコンデンサより成り、 前記半導体スイツチング素子制御機構は、前記
   インバータよりの出力の極性が切り換わるとき
   に、前記半導体スイツチング素子を休止せしめ
   て、前記波形整形回路のコイルに蓄積されていた
   電磁エネルギーを放出させて前記充放電用コンデ
   ンサに充電させるように一定時間当該インバータ
   の出力が零となるよう当該半導体スイツチング素
   子を制御するものであることを特徴とする閃光放
   電灯用電源装置。