JPH09322527A

JPH09322527A - 昇圧チョッパ装置、電源装置、放電灯点灯装置および照明装置

Info

Publication number: JPH09322527A
Application number: JP13713396A
Authority: JP
Inventors: Nobuya Shirata; 伸弥白田; Hirokazu Otake; 寛和大武
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】出力電圧立ち上がり特性が良好で、しかも起動
手段における電力損失の少ない昇圧チョッパ装置、電源
装置、放電灯点灯装置および照明装置を提供する。【解決手段】昇圧インダクタおよびスイッチング手段を
直列に含む主回路と、スイッチング手段の両端間に接続
された平滑化手段とを備え、スイッチング手段を制御手
段によりスイッチングさせる昇圧チョッパ装置であっ
て、起動手段により強制的に起動し、起動後は昇圧リア
クタに電磁結合したフィードバック電源から制御電源に
給電するとともに、起動手段を動作停止手段により停止
させるようにした。起動時は制御手段と関係ない起動手
段により強制的に起動させるので、電圧立ち上がりが早
く、起動後は動作停止手段によって起動手段の動作を停
止させるので、起動手段における電力損失を少なくする
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は昇圧チョッパ装置、
これを含む電源装置、放電灯点灯装置および照明装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】昇圧チョッパ装置は、昇圧インダクタと
スイッチング手段を直流電源に直列接続し、スイッチン
グ手段を制御手段によって直流電圧を高周波チョッピン
グするもので、スイッチング手段がオンした際に昇圧イ
ンダクタに蓄積された電気エネルギーがスイッチング手
段がオフした瞬間に昇圧分の電圧として現れ、これが電
源電圧に重畳して出力端に現れることにより、昇圧電圧
が得られる。

【０００３】図６は従来の昇圧チョッパ装置の回路図で
ある。

【０００４】図において、６１は交流電源、６２は整流
化電源、６３は昇圧インダクタ、６４はスイッチング手
段、６５はダイオード、６６は平滑用コンデンサ、６７
は制御手段、６８は起動用電源、６９はフィードバック
電源である。

【０００５】起動用電源６８は抵抗器６８ａおよび電解
コンデンサ６８ｂの直列回路を整流化電源６２に接続
し、抵抗器６８ａと電解コンデンサ６８ｂの接続点を制
御手段６７に入力端に接続してなる。フィードバック電
源６９は昇圧リアクタ６３の２次巻線６９ａとダイオー
ド６９ｂとからなり、制御手段６７の入力端に起動用電
源６８と並列に接続されている。

【０００６】そうして、制御手段６７はまず起動用電源
６８から電源を得て起動し、スイッチング手段６４を制
御して昇圧チョッパ装置は動作を開始する、すなわち昇
圧チョッパ装置が起動する。昇圧チョッパ装置が起動す
ると、昇圧インダクタ６３に電磁結合しているフィード
バック電源６９の２次巻線６９ａの両端に電圧が現れ
る。このフィードバック電源６９は起動用電源６８より
多くの電流を流すことができるので、以後は制御手段６
７は主としてフィードバック電源６９からの給電により
作動する。

【０００７】ところで、昇圧チョッパ装置は電源電圧変
動補償が良好である。したがって、使用電圧範囲が広
く、たとえば交流電源は１００Ｖおよび２００Ｖにいず
れにも適合し得る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の昇圧チ
ョッパ装置は、起動用電源６８が常時整流化電源６２に
接続しているので、抵抗器６８ａには常時電流が流れ
る。このため、電力損失が大きい。また、起動直後に制
御手段を確実に作動させるために、電解コンデンサ６８
ｂの容量をある程度大きく設定する必要がある。その一
方で、それでも抵抗器６８ａでの電力損失をなるべく小
さくするために、抵抗器６８ａの抵抗値を大きくする関
係で、どうしても起動用電源６８の時定数が大きい、す
なわち制御手段の入力電圧の立ち上がりが遅い。

【０００９】図７は従来の昇圧チョッパ装置の起動時の
電圧立ち上がり特性を示すグラフである。

【００１０】図において、横軸は時間を、縦軸は制御手
段の入力電圧をそれぞれ表す。時間０は電源投入時、時
間ｔ１は制御手段６７の動作開始時をそれぞれ示す。す
なわち、起動用電源６８の電解コンデンサ６８ｂの端子
電圧が上昇して電圧Ｖ１のときに制御手段６７が動作を
開始してスイッチング手段６４がスイッチングを開始す
るが、微少時間の遅れをもってフィードバック電源６９
による動作が開始されて、さらに制御手段６９に供給さ
れる入力電圧が上昇していき（Ｖ２）、やがて制御手段
６９は安定動作に至る。従来技術では、既述のように時
間ｔ１が長い。また、交流電源５１が２００Ｖの場合、
起動時間は相対的に短くなるものの、抵抗器６８ａによ
る電力損失が大きい。反対に１００Ｖの場合、電力損失
は相対的に小さいものの、起動時間が長い。たとえば交
流電源６１が交渉２０Ｖの商用電源、抵抗器６８ａが４
４ＫΩ、電解コンデンサ６８ｂが２２０μＦ、電圧Ｖ１
が１０Ｖの場合、電圧１０Ｖに到達するまでの所要時間
は約７００ｍＳであった。また、このときの抵抗器６８
ａにおける電力損失は０．５７Ｗであった。

【００１１】本発明は、制御手段の電圧立ち上がり特性
が良好で、しかも起動手段における電力損失の小さい昇
圧チョッパ装置、これを用いた電源装置、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。

【００１２】

【課題を達成するための手段】請求項１の発明の昇圧チ
ョッパ装置は、直流電源と；昇圧インダクタおよびスイ
ッチング手段の直列回路を含み直流電源から給電される
主回路と；スイッチング手段の両端間に現れる電圧を平
滑化して負荷に給電する平滑化手段と；スイッチング手
段の制御手段と；直流電源から給電されスイッチング手
段を強制的に起動させる起動手段と；昇圧用インダクタ
に電磁結合されてなり制御手段に給電するフィードバッ
ク電源と；制御手段の動作安定後に起動手段の動作を停
止させる動作停止手段と；を具備していることを特徴と
している。

【００１３】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り直流電源は整流化電源およびバッテリ電
源などどのような直流電源てあってもよい。整流化電源
の場合は、平滑化電源、非平滑化電源または半平滑化電
源でもよい。

【００１４】スイッチング手段は、ＦＥＴなどのトラン
ジスタが好ましいが、これに限定されるものではない。

【００１５】チョッピング周波数は、数１０ＫＨｚたと
えば４０ＫＨｚが好ましいが、これに限定されるもので
はない。

【００１６】そうして、本発明では、昇圧チョッパ装置
が起動手段によって起動すると、すぐに昇圧インダクタ
に電磁結合しているフィードバック電源に電圧が誘起さ
せる。このフィードバック電源の電流を起動手段の電流
より多くとれるように設定することは極めて容易である
から、フィードバック電源に発生した電圧によって制御
手段が駆動され、スイッチング手段は引き続き動作を継
続する。

【００１７】また、起動手段は単にスイッチング手段を
起動させるだけの小信号を供給すればよいから、かなり
抵抗値の高い抵抗器および容量の小さいコンデンサを用
いて構成することが可能であり、したがって起動手段の
時定数を小さくでき、制御手段の電圧立ち上がりが早く
なる。

【００１８】一方、起動手段は、スイッチング手段に連
動して作動する動作停止手段によってその出力端の電位
が低下し、実質的に昇圧チョッパ装置に与える動作が停
止される。

【００１９】請求項２の発明の昇圧チョッパ装置は、請
求項１記載の昇圧チョツパ装置において、起動手段は、
直流電源間に接続された抵抗器およびコンデンサの直列
回路ならびに抵抗器およびコンデンサの接続点とスイッ
チング手段の制御端子との間に接続されたトリガ回路を
含んで構成されていることを特徴としている。

【００２０】本発明においては、起動手段のコンデンサ
は従来技術のそれに比べると容量が小さくてよいから、
これと直列の抵抗器に流れる電流は小さく、したがって
電力損失は無視し得る程度である。

【００２１】また、トリガ回路としては既知のトリガ回
路を用いることができ、トリガ素子も任意のものを用い
ることができる。

【００２２】請求項３の発明の昇圧チョッパ装置は、請
求項２記載の昇圧チョッパ装置において、動作停止手段
は、起動手段の出力端の電位をスイッチング手段の動作
に連動して低下させるように構成されていることを特徴
としている。

【００２３】本発明においては、制御手段の安定動作後
における起動手段の動作停止が容易である。スイッチン
グ手段として昇圧チョッパ装置のスイッチング手段を利
用するので、動作停止用に専用のスイッチング手段を用
いる必要がない。

【００２４】請求項４の発明の昇圧チョッパ装置は、請
求項３記載の昇圧チョッパ装置において、動作停止手段
は、スイッチング手段および起動手段の間に接続され起
動手段のコンデンサの電荷を引き抜くように作用するダ
イオードからなることを特徴としている。

【００２５】本発明によれば、動作停止手段をダイオー
ドで構成するので、コスト上昇を抑制することができ
る。

【００２６】請求項５の発明の電源装置は、請求項１ま
たは２記載の昇圧チョッパ装置と；スイッチング手段を
含み昇圧チョッパ装置の出力端に接続されたインバータ
と；を具備していることを特徴としている。

【００２７】請求項６の発明の電源装置は、請求項３ま
たは４記載の昇圧チョッパ装置と；スイッチング手段を
含み昇圧チョッパ装置の出力端に接続されたインバータ
と；を具備していることを特徴としている。

【００２８】請求項５および６の発明において、インバ
ータはどようなものでもよい。昇圧チョッパ装置の負荷
はインバータであり、さらにインバータの出力によって
最終の負荷を作動させる。最終の負荷は高周波で作動さ
せてもよいし、整流して直流で作動させてもよい。

【００２９】請求項７の発明の電源装置は、請求項５記
載の電源装置において、動作停止手段は、インバータの
スイッチング手段の動作に連動して起動手段の出力端の
電位を低下させるように構成されていることを特徴とし
ている。

【００３０】本発明においては、動作停止のためにイン
バータのスイッチング手段を利用するので、専用のスイ
ッチング手段を用いる必要がない。

【００３１】請求項８の発明の電源装置は、請求項７記
載の電源装置において、動作停止手段は、インバータの
スイッチング手段および起動手段の間に接続され起動手
段のコンデンサの電荷を引き抜くように作用するダイオ
ードからなることを特徴としている。

【００３２】本発明によれば、動作停止手段をダイオー
ドで構成することができ、コスト上昇を抑制することが
できる。

【００３３】請求項９の発明の放電灯点灯装置は、請求
項５ないし８のいずれか一記載の電源装置と；インバー
タの出力により点灯される放電灯と；を具備しているこ
とを特徴としている。

【００３４】本発明においては、放電灯は、どのような
ものでもよく、たとえば蛍光ランプ、ＨＩＤランプなど
所望のものを用いることができる。

【００３５】請求項１０の発明の照明装置は、照明装置
本体と；照明装置本体に配設された請求項８記載の放電
灯点灯装置と；を具備していることを特徴としている。

【００３６】本発明は一般照明用の各種照明器具を始
め、非常用照明器具、誘導灯、屋外用照明器具など種々
の照明装置に適応する。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００３８】図１は本発明の昇圧チョッパ装置の第１の
実施形態を示す回路図である。

【００３９】図において、１は交流電源、２は直流電
源、３は主回路、４は平滑化手段、５は制御手段、６は
起動手段、７はフィードバック電源、８は動作停止手段
である。

【００４０】直流電源２は本実施形態では整流化直流電
源である。主回路３は昇圧リアクタ３ａとこれと直列接
続されたスイッチング手段３ｂとを含んでおり、直流電
源２の両端間に接続されている。スイッチング手段３ｂ
は起動時を除き制御手段５によってそのスイッチングす
なわちチョッピングが制御される。スイッチング手段３
ｂの両端間にダイオード４ａとコンデンサ４ｂとの直列
回路からなる平滑化手段４が接続されている。

【００４１】スイッチング手段３ｂの制御極には制御手
段５と起動手段６とが並列関係に接続されている。制御
手段５はフィードバック電源７から給電される。フィー
ドバック電源７は昇圧リアクタ３ａの２次巻線７ａとダ
イオード７ｂとコンデンサ７ｃの直列回路からなり、コ
ンデンサ７ｃの両端から制御手段５に給電される。

【００４２】起動手段６は直流電源２から給電される。

【００４３】次に、回路動作について説明する。

【００４４】交流電源１を投入すると、整流化された直
流電源２の出力端に直流電圧が現れる。すると、起動手
段６の出力電圧が立ち上がり、やがてスイッチング手段
３ｂがオンし、昇圧リアクタ３ａを通って電流が流れ、
昇圧リアクタ３ａに電気エネルギーが蓄積される。スイ
ッチング手段３ｂがオフすると、流れていた電流が遮断
されるため、昇圧リアクタ３ａに蓄積されていた電気エ
ネルギーが放出されて昇圧電圧が現れる。この昇圧電圧
は電源電圧に重畳してダイオード４ａを通過してコンデ
ンサ４ｂを充電する。

【００４５】スイッチング手段３ａがオンすると、２次
巻線７ａの両端間にも電圧が誘起され、ダイオード７ｂ
を介してコンデンサ７ｃを充電する。コンデンサ７ｃが
充電されると、制御手段５に給電されるので、制御手段
５が作動して発振を開始する。その結果、制御手段５の
出力がスイッチング手段３ｂの制御極に注入される。こ
の制御手段５の出力電圧の方が高いので、今度はスイッ
チング手段３ｂは制御手段５によってそのスイッチング
すなわちチョッピングが制御されるようになる。

【００４６】図２は本発明の昇圧チョッパ装置の第１の
実施形態における起動時の制御手段の入力電圧立ち上が
り特性を示すグラフである。

【００４７】図において、時間ｔ１’は制御手段５の動
作開始時の入力電圧立ち上がりを示し、ｔ１’以降はフ
ィードバック電源７による立ち上がりを示す。起動手段
６によるスイッチング手段３ｂの起動はｔ１’より早く
行われている。時間ｔ１’を図６の時間ｔ１と比較する
と、ｔ１’はｔ１より極めて短い。これは本発明におい
ては、起動手段６と制御手段５とは関係なく互いに独立
しており、したがって起動手段５の時定数を極めて小さ
くできるからである。しかも、本発明は電源投入して起
動手段６の出力電圧がＶ１となったときにスイッチング
手段３ｂがスイッチングし、前述のようにフィードバッ
ク電源７から制御手段５に電源が供給され、制御手段５
は起動手段６に代わってスイッチング手段３ｂを引き続
きスイッチングさせるから、制御手段５出力電圧の立ち
上がりが早く、したがって電圧がＶ２となって制御手段
５の安定動作までの時間が短縮する。

【００４８】図３は本発明の昇圧チョッパ装置の第２の
実施形態を示す回路図である。

【００４９】図において、図１と同一部分には同一符号
を付して説明は省略する。

【００５０】本実施形態は、起動手段６の構成に特徴が
ある。すなわち、起動手段６は、直流電源２の出力端間
に接続された抵抗器６ａおよびコンデンサ６ｂの直列回
路からなる時定数回路６ｃと、時定数回路６ｃの出力端
とスイッチング手段３ｂの制御極との間に接続されたト
リガ素子６ｄおよび抵抗器６ｅの直列回路とからなる。
なお、制御手段５の出力端は抵抗器５ａを介してスイッ
チング手段３ｂの制御極に接続している。

【００５１】本実施形態においては、時定数回路６ｃは
コンデンサ６ｂを容量の小さいものとしてよく、したが
って時定数は小さい。

【００５２】次に、本実施形態の実験結果を示す。

【００５３】１．仕様交流電源１：公称１２０Ｖ、６０Ｈｚ電源抵抗器６ａ：１５０ＫΩ コンデンサ６ｂ：４７０ｐＦ制御手段５：モトローラ社製ＩＣＭＣ３３２６１
（動作開始電圧１０Ｖ）２．結果制御手段５の動作開始時間：２００ｍＳ抵抗器６ａの電力損失：０．２Ｗ図４は、本発明の電源装置および放電灯点灯装置の一実
施形態を示す回路図である。

【００５４】図において、図３と同一部分には同一符号
を付して説明は省略する。

【００５５】本実施形態は、昇圧チョッパ装置の出力端
にインバータ９を接続して電源装置を構成するととも
に、電源装置の出力端に放電灯１０を接続して放電灯点
灯装置を構成している。

【００５６】インバータ９は、直列に接続された一対の
スイッチング手段９ａ、９ｂと、スイッチング手段９ｂ
の両端間に接続されたリアクタ９ｃおよびコンデンサ９
ｄの直列回路とからなるハーフブリッジインバータであ
る。しかし、本発明はその他のインバータをも許容す
る。

【００５７】放電灯点灯装置は、昇圧チョッパ装置、イ
ンバータ９およびインバータ９の出力端間すなわちコン
デンサ９ｄの両端間に接続された放電灯１０およびコン
デンサ１１の直列回路から構成されている。

【００５８】図５は、本発明の照明装置の一実施形態を
示す正面図である。

【００５９】図において、１２は照明装置本体、１３、
１３はソケット、１４は放電灯点灯装置、１０は放電灯
である。

【００６０】

【発明の効果】請求項１ないし４の発明によれば、制御
手段の入力電圧立ち上がり特性が良好で、しかも起動手
段における電力損失の小さい昇圧チョッパ装置を提供す
ることができる。

【００６１】請求項２の発明によれば、加えて起動手段
の回路構成が簡単な昇圧チョッパ装置を提供することが
できる。

【００６２】請求項３の発明によれば、加えて安定動作
後の起動手段の動作停止が容易な昇圧チョッパ装置を提
供することができる。

【００６３】請求項４の発明によれば、加えて動作停止
手段の回路構成が簡単で安価な昇圧チョッパ装置を提供
することができる。

【００６４】請求項５ないし７の発明によれば、請求項
１ないし４の効果を有する電源装置を提供することがで
きる。

【００６５】請求項６の発明によれば、加えてインバー
タのスイッチング手段の動作を利用して起動手段の動作
を停止する電源装置を提供することができる。

【００６６】請求項７の発明によれば、動作停止手段の
回路構成の簡単な電源装置を提供することができる。

【００６７】請求項８の発明によれば、請求項５ないし
７の効果を有する放電灯点灯装置を提供する事ができ
る。

【００６８】請求項９の発明によれば、請求項８の効果
を有する照明装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の昇圧チョッパ装置の第１の実施形態を
示す回路図

【図２】本発明の昇圧チョッパ装置の第１の実施形態に
おける起動時の制御手段の入力電圧立ち上がり特性を示
すグラフ

【図３】本発明の昇圧チョッパ装置の第２の実施形態を
示す回路図

【図４】本発明の電源装置および放電灯点灯装置の一実
施形態を示す回路図

【図５】本発明の照明装置の一実施形態を示す正面図

【図６】従来の昇圧チョッパ装置の回路図

【図７】従来の昇圧チョッパ装置の制御手段の入力電圧
立ち上がり特性を示すグラフ

【符号の説明】

２…直流電源３…主回路３ａ…昇圧リアクタ３ｂ…スイッチング手段４…平滑化手段５…制御手段６…起動手段７…フィードバック電源８…動作停止手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と；昇圧インダクタおよびスイッ
チング手段の直列回路を含み直流電源から給電される主
回路と；スイッチング手段の両端間に現れる電圧を平滑
化して負荷に給電する平滑化手段と；スイッチング手段
の制御手段と；直流電源から給電されスイッチング手段
を強制的に起動させる起動手段と；昇圧インダクタに電
磁結合されてなり制御手段に給電するフィードバック電
源と；制御手段の動作安定後に起動手段の動作を停止さ
せる動作停止手段と；を具備していることを特徴とする
昇圧チョッパ装置。
【請求項２】起動手段は、直流電源間に接続された抵抗
器およびコンデンサの直列回路ならびに抵抗器およびコ
ンデンサの接続点とスイッチング手段の制御端子との間
に接続されたトリガ回路を含んで構成されていることを
特徴とする請求項１記載の昇圧チョツパ装置。
【請求項３】動作停止手段は、起動手段のコンデンサの
電位をスイッチング手段の動作に連動して低下させるよ
うに構成されていることを特徴とする請求項１または２
記載の昇圧チョッパ装置。
【請求項４】動作停止手段は、スイッチング手段および
起動手段の間に接続され起動手段のコンデンサの電荷を
引き抜くように作用するダイオードからなることを特徴
とする請求項３記載の昇圧チョッパ装置。
【請求項５】請求項１または２記載の昇圧チョッパ装置
と；スイッチング手段を含み昇圧チョッパ装置の出力端
に接続されたインバータと；を具備していることを特徴
とする電源装置。
【請求項６】請求項３または４記載の昇圧チョッパ装置
と；スイッチング手段を含み昇圧チョッパ装置の出力端
に接続されたインバータと；を具備していることを特徴
とする電源装置。
【請求項７】動作停止手段は、インバータのスイッチン
グ手段の動作に連動して起動手段の出力端の電位を低下
させるように構成されていることを特徴とする請求項５
記載の電源装置。
【請求項８】動作停止手段は、インバータのスイッチン
グ手段および起動手段の間に接続され起動手段のコンデ
ンサの電荷を引き抜くように作用するダイオードからな
ることを特徴とする請求項７記載の電源装置。
【請求項９】請求項５ないし８のいずれか一記載の電源
装置と；インバータの出力により点灯される放電灯と；
を具備していることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項１０】照明装置本体と；照明装置本体に配設さ
れた請求項９記載の放電灯点灯装置と；を具備している
ことを特徴とする照明装置。