JPH10243661A - 電源装置、放電灯点灯装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インバータ装置へ入力する直流電圧を低減化し
て低耐圧、小容量のスイッチング素子を利用できるとと
もに、電力損失を低減して効率向上を図ること。 【解決手段】負荷回路５のインピーダンス位相角ａｒｇ
（Ｚ）を０°≦ａｒｇ（Ｚ）≦４０°にし、かつ、直流
電源装置１の直流電圧ＶDCおよび負荷６の定常動作時の
負荷電圧ＶLを１．２ＶL≦ＶDC≦２．０ＶLの関係に設
定する。これにより、負荷回路のインダクタ７およびス
イッチング装置３、４における電力損失を低減して効率
が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、直流電圧を高周
波電圧に変換するインバータ装置を有する電源装置、こ
の電源装置を用いた放電灯点灯装置および照明装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種装置としては各種のものが
多数提案されている。従来技術の一つとして一対のスイ
ッチング装置を互いに直列的に接続したいわゆる直列形
インバータを用いた電源装置、放電灯点灯装置が知られ
ている。

【０００３】この従来技術は、負荷たとえば放電灯と、
インダクタおよびコンデンサからなるＬＣ直列共振回路
とを含む負荷回路を有し、前記一対のスイッチング装置
によるスイッチング出力を負荷回路に供給するようにし
ている。

【０００４】また、近年の入力電流の低歪化の要求に対
応するためにインバータ装置の入力側に昇圧チョッパか
らなるアクティブフィルタを設けるようにしたものも提
案されている。

【０００５】このような従来技術においては、インバー
タ装置への入力電圧値すなわちアクティブフィルタの出
力電圧値は、放電灯始動用の高電圧を容易に得られるよ
う比較的高く設定されていた。また、交流電源電圧値と
アクティブフィルタの制御ＩＣとの関係もインバータ装
置への入力電圧値の設定に影響していた。すなわち、市
販されているアクティブフィルタの制御ＩＣとしては昇
圧率を１３０％以上にすることが推奨されている。この
ため、実効値１００Ｖの交流電圧の場合、インバータ入
力電圧すなわちアクティブフィルタの出力電圧は、１１
０Ｖ（１０％の電圧変動を考慮）×１．４×１．３＝２
００．２Ｖより大きくするのが通常の設計思想であっ
た。

【０００６】また、負荷回路のインダクタおよびコンデ
ンサによる共振周波数に対し、一対のスイッチング装置
のスイッチング周波数を常に大きくするのが通常の設計
思想であった。この理由は、スイッチング周波数を共振
周波数より小さくすると、進相スイッチングモードにな
ってスイッチング装置のターンオン時に逆向きに大きな
無効電流が流れるためである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来技術は、放電灯の
始動させ易さ、アクティブフィルタの制御ＩＣ等の関係
からインバータ装置への入力電圧を比較的大きく設定し
ている。したがって、スイッチング装置には比較的高耐
圧、大容量のスイッチング素子を用いる必要があり、高
価になるという問題がある。また、従来技術は電力損失
を考慮した装置全体の効率向上の観点からは設計されて
いないため、効率向上の余地があった。

【０００８】本発明は、インバータ装置への入力電圧を
低減化して低耐圧、小容量のスイッチング素子の利用を
図るとともに、電力損失を低減して効率向上を図れる電
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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電源装置
は、直流電源装置と；互いに直列的に接続された一対の
スイッチング装置と、負荷およびＬＣ直列共振回路を含
みスイッチング装置のスイッチング出力を供給される負
荷回路とを有し、直流電源装置からの直流電圧を高周波
電圧に変換して負荷に供給するインバータ装置と；を具
備し、前記スイッチング装置から見た負荷回路のインピ
ーダンス位相角ａｒｇ（Ｚ）を０°≦ａｒｇ（Ｚ）≦４
０°とし、かつ、前記直流電圧ＶDCおよび前記負荷の定
常動作時の負荷電圧（実効値）ＶLを１．２ＶL≦ＶDC≦
２．０ＶLの関係に設定したことを特徴とする。

【００１０】本願発明者らは、インバータ装置に供給さ
れる直流電圧値および負荷回路のインピーダンス位相角
と電力損失との関係について種々研究した結果、つぎの
仮定を想定した。すなわち、電力損失としてインバータ
装置において比重が大きいスイッチング装置におけるス
イッチング損失と、インダクタにおける電力損失とは負
荷回路のインピーダンス位相角を小さくすることによっ
て低減できる。また、同時にインバータ装置への直流電
圧を所定の範囲に設定することによりスイッチング装置
およびインダクタにおける電力損失を低減できる。

【００１１】以下、これらの仮定に基づきシミュレーシ
ョンした結果を図を参照して詳細に説明する。

【００１２】図１は本発明の放電灯点灯装置の基本構成
を示す回路図、図２は直流電圧およびインダクタの電力
損失の関係を示す図、図３は直流電圧およびスイッチン
グ装置のスイッチング損失の関係を示す図、図４は直流
電圧とインダクタおよびスイッチング装置の電力損失の
和との関係を示す図、図５は負荷回路の等価回路図、図
６は負荷回路のインピーダンス位相角を示す図、図７は
本発明におけるスイッチング装置の電流波形図、図８は
従来におけるスイッチング装置の電流波形図である。

【００１３】図１において、１は直流電源装置であり、
２はインバータ装置である。インバータ装置２は互いに
直列的に接続された一対のスイッチング装置３、４を有
している。また、負荷回路５を有し、この負荷回路５は
放電灯６、インダクタ７およびコンデンサ８のＬＣ直列
共振回路を含んでいる。９は直流カット用のコンデンサ
である。このような放電灯点灯装置は前記一対のスイッ
チング装置３、４が交互にオンオフし、放電灯６に高周
波電圧を供給する。図１のものにおいて、インダクタ７
は放電灯６の限流素子としても機能している。

【００１４】この構成において、本願発明者らはまず、
負荷回路５のインピーダンス位相角ａｒｇ（Ｚ）を変化
させたときの直流電圧ＶDCとインダクタ７の電力損失と
の関係を計算により求めた。ここで、負荷回路５のイン
ピーダンス位相角ａｒｇ（Ｚ）は図６のように表され
る。すなわち、負荷回路５の等価回路は図５のように表
すことができ、そのインピーダンスＺは、 Ｚ＝ｊωＬ＋｛１／（１／Ｒ＋ｊωＣ）｝ ＝ＺR＋ｊ（ＸL−ＸC）である。

【００１５】なお、Ｒ：負荷６の抵抗値、Ｌ：インダク
タ７のインダクタンス値、Ｃ：コンデンサ８の容量値、
ＺR＝Ｒ／（１＋ω2Ｃ2Ｒ2）、ＸL＝ωＬ、ＸC＝１／
｛ω（１＋ω2Ｃ2Ｒ2）／ω2ＣＲ2）｝である。

【００１６】また、放電灯６としては、東芝ライテック
（株）製けい光ランプFLR40S/M/36を点灯するものと
し、ランプ電力：３０．７２Ｗを得、ランプ電圧：約１
００Ｖとした。

【００１７】図２は計算結果を示している。図２から明
らかなように、位相角ａｒｇ（Ｚ）が小さい程インダク
タ７における電力損失は小さい。位相角ａｒｇ（Ｚ）＝
０°のとき電力損失は最小になる。インダクタ７におけ
る損失は、Ｋ１（定数）×電流値×電流値×ωＬで決ま
るが、Ｌ値は位相角ａｒｇ（Ｚ）が大きくなるに伴って
相対的に大きくなることが図６からも明らかである。な
お、位相角ａｒｇ（Ｚ）＜０°とすることによってＬ値
をさらに小さくすることも可能であるが、この場合、進
相スイッチングモードになるため除外する。

【００１８】つぎに、本願発明者らは、負荷回路５のイ
ンピーダンス位相角ａｒｇ（Ｚ）を変化させたときの直
流電圧ＶDCとスイッチング装置３、４のスイッチング損
失との関係を計算により求めた。図３は計算結果を示し
ている。図３も位相角ａｒｇ（Ｚ）が小さい程スイッチ
ング装置３、４におけるスイッチング損失は小さくな
り、位相角ａｒｇ（Ｚ）＝０°のとき電力損失は最小に
なることを示している。すなわち、位相角ａｒｇ（Ｚ）
＝０°に近づくにしたがってスイッチング装置の電流と
電圧との位相差が零に近づき、したがって、スイッチン
グ損失が減少する。

【００１９】直流電圧とインダクタ７およびスイッチン
グ装置３、４の電力損失の和との関係は図４のようにな
る。なお、図４は位相角ａｒｇ（Ｚ）＝０°の場合であ
る。図４から、直流電圧ＶDCが１２０Ｖ≦ＶDC≦２００
Ｖであれば電力損失が０．１２５Ｗ以下、１４０Ｖ≦Ｖ
DC≦１８０Ｖであれば電力損失が０．１１０Ｗ以下、直
流電圧ＶDC＝１６０Ｖでは電力損失を最小にできること
がわかる。

【００２０】上記直流電圧ＶDCの値を放電灯６の定格ラ
ンプ電圧ＶLとの関係で表せば、それぞれ１．２ＶL≦Ｖ
DC≦２．０ＶL、１．４ＶL≦ＶDC≦１．８ＶL、直流電
圧ＶDC＝１．６ＶLとなる。そして、この関係は他の放
電灯についても同様である。また、位相角ａｒｇ（Ｚ）
を変化させても同様な傾向を示し、位相角ａｒｇ（Ｚ）
が０°≦ａｒｇ（Ｚ）≦４０°であれば、従来より電力
損失を減少できた。

【００２１】このときのスイッチング装置３、４の電流
波形は図７のようになった。すなわち、スイッチング装
置３（４）のオン期間Ｔonにスイッチング装置３（４）
に流れる共振電流は、ピーク値を過ぎ０に達する以前に
遮断されている。換言すると、ピーク値に達するまでの
時間Ｔpeakとオン時間Ｔonとの関係は０≦Ｔpeak≦Ｔon
/2の関係になる。そして、スイッチング装置３（４）の
電流波形が上記関係であり、かつ、位相角ａｒｇ（Ｚ）
が０°≦ａｒｇ（Ｚ）≦４０°であれば、インダクタ７
およびスイッチング装置３、４の電力損失の和は上記と
同様に従来より減少できた。上記のようにスイッチング
装置の電流波形、位相角ａｒｇ（Ｚ）を設定すること
は、直流電圧ＶDC、スイッチング周波数、インダクタ７
のインダクタンス値、コンデンサ８の容量値の選定によ
り当業者であれば容易に実施できるものである。

【００２２】なお、従来のスイッチング装置の電流波形
は図８に示すものであり、スイッチング装置は共振電流
が略ピーク値に達したときに遮断されるようになってい
る。また、従来の設計思想（直流電圧を比較的大きく
し、かつ、スイッチングモードが常に遅相モードになる
ようインダクタンスＬ値を大きくする。）では、同じ負
荷の場合、位相角ａｒｇ（Ｚ）が略５０°〜６０°であ
り、電力損失は０．６Ｗ程度であった。

【００２３】したがって、請求項１記載の発明では、位
相角ａｒｇ（Ｚ）が０°≦ａｒｇ（Ｚ）≦４０°、入力
電圧ＶDCが２ＶL≦ＶDC≦２．０ＶLであることを規定し
た。

【００２４】請求項１および以下の発明において、特に
ことわらない場合を除き、直流電源装置はどのような構
成であってもよい。たとえば、昇圧チョッパからなるア
クティブフィルタ、シリーズドロッパ、あるいは平滑コ
ンデンサ等を用いることができる。また、直流電源装置
とは、インバータ装置からみて直流電圧を供給するもの
を総合したもので、単体であるか複数であるかを問わな
い。また、負荷としては、代表的には放電灯であるが、
溶接機、モータ等どのようなものであってもよい。さら
には、直流負荷であってもよい。直流負荷の場合、負荷
の入力段に整流装置を設ければよい。さらに、負荷は１
個でも複数個でもよく、これらを直列的、並列的に設け
ることができる。直列的に設けた場合、合計の負荷電圧
が本発明の負荷電圧に相当する。さらにまた、スイッチ
ング装置はバイポーラ形トランジスタ、電界効果形トラ
ンジスタ等どのようなものでもよいが、スイッチング損
失を低減できるという点では、オン抵抗が小さく、スイ
ッチング速度の速いものが好ましい。また、本願におい
て、「直列的」、「並列的」とは、互いに直接直列また
は直接並列関係にある場合の他に、他の部品が介在して
いる場合も含むことを意味している。

【００２５】請求項２記載の電源装置は、直流電源装置
と；互いに直列的に接続された一対のスイッチング装置
と、負荷と、インダクタおよびコンデンサの直列共振回
路とを含み、スイッチング装置のスイッチングに基づい
て直流電源装置からの直流電圧を高周波電圧に変換して
負荷に供給するインバータ装置と；を具備し、前記スイ
ッチング装置におけるスイッチング損失および前記イン
ダクタにおける電力損失の和が最小値近傍になるよう
に、直流電圧値、スイッチング周波数、インダクタのイ
ンダクタンス値およびコンデンサの容量値を設定し、か
つ、前記スイッチング装置から見た負荷回路のインピー
ダンス位相角ａｒｇ（Ｚ）を０°≦ａｒｇ（Ｚ）≦４０
°としたことを特徴とする。

【００２６】本発明において、スイッチング損失および
前記インダクタにおける電力損失の和が最小値近傍と
は、最小値を含み、最小値×１．１の範囲を意味するも
のとする。このような範囲になるように、直流電圧値、
スイッチング周波数、インダクタのインダクタンス値お
よびコンデンサの容量値を選定することは、当業者であ
れば容易である。たとえば請求項１のように設定しても
よい。

【００２７】請求項３記載の電源装置は、直流電源装置
と；互いに直列的に接続された一対のスイッチング装置
と、負荷およびＬＣ直列共振回路を含みスイッチング装
置のスイッチング出力を供給される負荷回路とを有し、
直流電源装置からの直流電圧を高周波電圧に変換して負
荷に供給するインバータ装置と；を具備し、前記各スイ
ッチング装置は、スイッチング装置に流れる共振電流が
ピーク値を過ぎ０に達する以前にオフされるように交互
にオンオフされることを特徴とする。

【００２８】請求項４記載の電源装置は、直流電源装置
と；互いに直列的に接続された一対のスイッチング装置
と、負荷およびＬＣ直列共振回路を含みスイッチング装
置のスイッチング出力を供給される負荷回路とを有し、
直流電源装置からの直流電圧を高周波電圧に変換して負
荷に供給するインバータ装置と；を具備し、前記各スイ
ッチング装置は、オン時間中にスイッチング装置に流れ
る共振電流がピーク値に達するまでの時間をＴpeak、オ
ン時間をTonとしたとき、０≦Ｔpeak≦Ton/2の関係にな
るように交互にオンオフされることを特徴とする。

【００２９】請求項５記載の電源装置は、請求項１ない
し４のいずれかのものにおいて、直流電圧ＶDCおよび負
荷の定常動作時の負荷電圧ＶLが１．４ＶL≦ＶDC≦１．
８ＶLであることを特徴とする。

【００３０】請求項５の発明によれば、上述したよう
に、一層電力損失を低減できる。

【００３１】請求項６記載の電源装置は、請求項１ない
し５のいずれかのものにおいて、直流電圧ＶDCが略１．
６ＶLであることを特徴とする。

【００３２】請求項６の発明によれば、最も電力損失を
低減できる。

【００３３】本発明において、略１．６ＶLとは、±１
０％の範囲を許容することを意味する。 請求項７記載
の電源装置は、直流電源装置と；互いに直列的に接続さ
れた一対のスイッチング装置と、一対のスイッチング装
置の一方に入力巻線を並列的に接続されたトランスと、
トランスの出力巻線に接続された負荷およびＬＣ直列共
振回を含む負荷回路とを有し、直流電源装置からの直流
電圧を高周波電圧に変換して負荷に供給するインバータ
装置と；を具備し、前記トランスから見た負荷回路のイ
ンピーダンス位相角ａｒｇ（Ｚ）を０°≦ａｒｇ（Ｚ）
≦４０°とし、かつ、前記トランスの出力巻線の電圧Ｖ
S（ピーク−ピーク）および前記負荷の定常動作時の負
荷電圧（実効値）ＶLを１．２ＶL≦ＶS≦２．０ＶLの関
係に設定したことを特徴とする。

【００３４】本発明は、図９に示すように、負荷６の定
常動作時の負荷電圧ＶLと直流電圧ＶDCとの関係でステ
ップアップ用、ステップダウン用あるいは絶縁用等のた
めにトランス１０を用いる場合についてなされたもので
ある。負荷回路５のインピーダンス位相角ａｒｇ（Ｚ）
については、請求項１記載の発明と同様の理由により規
定している。トランス１０の出力巻線の電圧ＶSおよび
前記負荷６の定常動作時の負荷電圧（実効値）ＶLとの
関係については、インダクタ７における電力損失に着目
した場合、トランス１０の出力巻線の電圧ＶS（ピーク
−ピーク）の大きさが請求項１記載の発明の直流電圧Ｖ
DCの大きさに相当するため、同様の理由により規定して
いる。

【００３５】本発明において、トランス１０は絶縁形、
単巻形のいずれであってもよい。また、直流カットコン
デンサ９をトランス１０の入力巻線と直列接続してもよ
い。

【００３６】請求項８記載の電源装置は、請求項７記載
のものにおいて、出力巻線の電圧ＶSおよび負荷の定常
動作時の負荷電圧ＶLを１．４ＶL≦ＶS≦１．８ＶLの関
係に設定したことを特徴とする。

【００３７】請求項９記載の電源装置は、請求項７また
は８記載のものにおいて、出力巻線の電圧ＶSを略１．
６ＶLに設定したことを特徴とする。

【００３８】請求項１０記載の電源装置は、請求項１、
２、５ないし９のいずれか一記載のものにおいて、負荷
回路のインピーダンス位相角ａｒｇ（Ｚ）を０°≦ａｒ
ｇ（Ｚ）≦２４°に設定したことを特徴とする。

【００３９】本発明によれば、インピーダンス位相角ａ
ｒｇ（Ｚ）をより０°に近い範囲に規定したので、一層
電力損失を減少できる。

【００４０】請求項１１記載の発明は、請求項１ないし
１０のいずれか一記載のものにおいて、直流電源装置は
交流電圧を整流する整流装置と；整流装置の出力を昇圧
および平滑化して前記インバータ装置に出力する直流化
手段と；を具備し、直流化手段の出力電圧ＶDCおよび交
流電圧（実効値）ＶINの関係をＶDC≧１．８０ＶINとし
たことを特徴とする。

【００４１】本発明は、直流化手段として昇圧チョッパ
からなるアクティブフィルタを用いる場合を考慮してお
り、アクティブフィルタの制御を安定に行うには、昇圧
比を交流電圧のピーク値の１．３倍程度以上にすること
が知られ、推奨されている。したがって、ＶDC≧１．８
０ＶINとすれば、１．８０／２1/2が約１．２８とな
り、１．３に近付けることができる。

【００４２】本発明によれば、アクティブフィルタを用
いることができ、交流電源からの入力電流の歪を低減で
きる。また、アクティブフィルタを安定に制御できる。

【００４３】請求項１２記載の発明は、特許請求の範囲
１ないし１１のいずれか一記載のものにおいて、インバ
ータ装置は、前記負荷の定常動作時にはＬＣ直列共振回
路の共振周波数より低い周波数で一対のスイッチング装
置をスイッチングするものであることを特徴とする。

【００４４】本発明は、負荷の定常動作時のスイッチン
グ周波数をＬＣ直列共振回路の共振周波数より低くす
る。このことは、負荷回路のインピーダンス位相角ａｒ
ｇ（Ｚ）との関係においては位相角ａｒｇ（Ｚ）を０°
に近づけることができ、インダクタンスＬ値を小さくで
きることを意味する。したがって、電力損失の減少に寄
与する。

【００４５】図１０は本発明の負荷回路の周波数特性を
示す図、図１１は従来における負荷回路の周波数特性を
示す図である。図１０および図１１において、ａは無負
荷時、ｂは定常負荷時のものを示し、ｃは定常負荷時の
スイッチング周波数を示している。従来は、進相モード
になることを防止するために、図１１に示す関係となる
ように負荷回路、スイッチング周波数を設定するのが一
般的である。これに対し、本発明は図１０のように設定
するから上記のような作用となる。

【００４６】なお、負荷を含めた負荷回路全体の共振特
性に対しては、遅相スイッチングモードになるようなス
イッチング周波数とする。また、負荷が始動する以前に
は、スイッチング周波数をＬＣ直列共振回路の共振周波
数より高くすることが好ましい。

【００４７】請求項１３記載の電源装置は、特許請求の
範囲１ないし１２のいずれか一記載のものにおいて、負
荷が定常動作時の負荷電流値を検出し、負荷電流値が予
め設定された所定値になるように直流電源装置を制御す
る制御手段を備えたことを特徴とする。

【００４８】本発明は、負荷変動、電源変動等により負
荷電流が変化した場合でも、直流電源装置の出力電圧を
制御する。したがって、負荷の定電流化を図れる。

【００４９】請求項１４記載の放電灯点灯装置は、請求
項１ないし１３のいずれか一記載のものにおいて、負荷
が放電灯であり、定常動作時の負荷電圧ＶLが定格ラン
プ電圧であることを特徴とする。放電灯としては、熱陰
極形、冷陰極形、高輝度放電灯等どのようなものであっ
てもよい。

【００５０】請求項１５記載の放電灯点灯装置は、請求
項１４記載のものにおいて、放電灯の点灯前は直流電源
装置の出力電圧値に対応した検出信号で直流電源装置の
出力電圧が一定化するように直流電源装置を制御し、前
記放電灯の点灯後はランプ電流値に対応した信号でラン
プ電流が一定化するように直流電源装置を制御する制御
手段を備えたことを特徴とする。

【００５１】本発明は、放電灯の始動前には直流電源装
置の出力電圧を一定化するから、直流電源装置の出力が
過大化することがない。また、放電灯の点灯後はランプ
電流が一定化するから、後述するようにインバータ装置
の出力特性が定電圧性を有する場合にも放電灯を安定点
灯できる。

【００５２】なお、放電灯が熱陰極形の場合、フィラメ
ント予熱時、始動電圧印加時に合わせてインバータ装置
のスイッチング周波数を変化させることが好ましい。す
なわち、フィラメント予熱時にはフィラメント予熱には
好適であるが始動には至らない電圧値となるようなスイ
ッチング周波数とする。ついで、始動電圧印加時には放
電灯が始動し得る電圧値となるようなスイッチング周波
数とする。

【００５３】請求項１６記載の放電灯点灯装置は、請求
項１５記載のものにおいて、直流電源装置の出力電圧値
に対応した検出信号と前記ランプ電流値に対応した信号
とは高値優先で制御手段に作用するようになされている
とともに、前記放電灯は互いに並列的に複数個接続さ
れ、各放電灯のランプ電流に対応した信号の和が直流電
源装置の出力電圧値に対応した検出信号と比較され、か
つ、全部の放電灯が定格点灯することにより直流電源装
置の出力電圧値に対応した検出信号より大きくなるよう
に設定されていることを特徴とする。

【００５４】本発明は、互いに並列的に接続された複数
個の放電灯の全部が点灯することによって、ランプ電流
に応じた信号で直流電源装置を制御するから、全ての放
電灯は確実に点灯する。

【００５５】請求項１７記載の照明装置は、照明器具本
体と；照明器具本体に設けられた放電灯と；放電灯を点
灯する請求項１４ないし１６のいずれか一記載の放電灯
点灯装置と；を具備していることを特徴とする。

【００５６】本発明は、請求項１４ないし１６のいずれ
か一記載の放電灯点灯装置と同様な作用を有する照明装
置である。

【００５７】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の第１の実施形態
を説明する。

【００５８】図１２は本発明の第１の実施形態の回路図
である。８１は交流電源たとえば５０Ｈｚ、１００Ｖの
商用電源である。８２は直流電源装置で、高周波阻止フ
ィルタ８３を介して交流電源８１からの交流電圧を入力
して平滑化直流電圧を出力する。この実施形態のもの
は、フィルタ８３の両出力端に接続された一対のダイオ
ード８４、８５、これらダイオード８４、８５に対して
並列的に設けられた一対のスイッチング素子８６、８７
を有する。そして、一対のダイオード８４、８５の中間
と、一対のスイッチング素子８６、８７の中間とは接続
されている。また、一対のダイオード８４、８５の各カ
ソードおよび一対のスイッチング素子８６、８７の非共
通接続端の間にそれぞれインダクタ８８、８９が設けら
れている。さらに、一方のスイッチング素子８６と並列
に平滑用のコンデンサ９０が接続され、平滑用のコンデ
ンサ９０の正極端と各スイッチング素子８６、８７の非
共通接続端との間にダイオード９１、９２が設けられて
いる。一対のスイッチング素子８６、８７をオンオフす
る制御手段は図示を省略してあるが、市販の制御ＩＣ等
にて構成し得るものである。また、スイッチング周波数
としては交流電源８１の周波数の２倍を越えるもので特
に制限はないが、装置の小形化、効率、雑音の点から２
０ＫＨｚ〜２００ＫＨｚの間にするのが好ましい。

【００５９】インバータ装置２は、その回路構成は図１
のものと同様である。なお、インバータ装置２のスイッ
チング制御手段も図示を省略してあるが、周知の制御Ｉ
Ｃ等により適宜構成し得る。また、スイッチング周波数
も直流電源装置８２と同様に２０ＫＨｚ〜２００ＫＨｚ
にするのが好ましい。本実施形態の各構成の詳細はつぎ
のとおりである。

【００６０】負荷６：東芝ライテック（株）製けい光ラ
ンプFLR40S/M/36（定格ランプ電圧１００Ｖ） インダクタ７：０．４３７ｍＨ コンデンサ８：６．８６ｎＦ ＬＣ共振周波数：９１．９ＫＨｚ 負荷回路５のインピーダンス位相角ａｒｇ（Ｚ）＝０° 負荷６の定常動作時のスイッチング周波数：５０ＫＨｚ
一定 負荷電力：３０．７２Ｗ つぎに、本実施形態の作用を説明する。直流電源装置８
２においては、交流電源８１の出力がダイオード８４側
が＋の期間では、スイッチング素子８６のオン期間に交
流電源８１−高周波阻止フィルタ８３−インダクタ８８
−スイッチング素子８６−ダイオード８５−高周波阻止
フィルタ８３−交流電源８１に電流が流れる。また、交
流電源８１−高周波阻止フィルタ８３−インダクタ８８
−スイッチング素子８６−スイッチング素子８７の寄生
ダイオード−インダクタ８９−高周波阻止フィルタ８３
−交流電源８１の経路にも電流が流れる。スイッチング
素子８６がオフすると、インダクタ８８の蓄積エネルギ
がインダクタ８８−ダイオード９１−平滑用のコンデン
サ９０−ダイオード８４−インダクタ８８の経路で放出
され、交流電源８１の電圧とプラスされて平滑用のコン
デンサ９０を充電する。

【００６１】交流電源８１の出力がダイオード８５側が
＋の期間では、スイッチング素子８７のオン期間に交流
電源８１−高周波阻止フィルタ８３−インダクタ８９−
スイッチング素子８７−ダイオード８４−高周波阻止フ
ィルタ８３−交流電源８１に電流が流れる。また、交流
電源８１−高周波阻止フィルタ８３−インダクタ８９−
スイッチング素子８７−スイッチング素子８６の寄生ダ
イオード−インダクタ８８−高周波阻止フィルタ８３−
交流電源８１の経路にも電流が流れる。スイッチング素
子８７がオフすると、インダクタ８９の蓄積エネルギが
インダクタ８９−ダイオード９２−平滑用のコンデンサ
９０−ダイオード８５−インダクタ８９の経路で放出さ
れ、交流電源８１の電圧とプラスされて平滑用のコンデ
ンサ９０を充電する。そして、直流電源装置８２の出力
電圧を１８０Ｖに設定した。

【００６２】本実施形態の直流電源装置８２は、ダブル
スイッチング素子形式であるため、入力側のダイオード
８４、８５が２個でよく、シングルスイッチング素子形
式である従来のように全波整流器を用いるものに比し、
ダイオードの数を減らすことができる。したがって、ダ
イオードにおける電力損失を約１／２にできる。反面、
本実施形態のものは、従来に比し、インダクタ８８、８
９およびスイッチング素子８６、８７における合計の電
力損失が増えるが、トータルでは従来のものより約３０
％電力損失を低減でき、直流電源装置８２単体の効率を
９７．６％と高いものにできた。

【００６３】インバータ装置２においては、直流電源装
置８２からの直流電圧を供給されて高周波電圧に変換し
て負荷６を付勢する。負荷６の定常動作時においては、
スイッチング周波数が５０ＫＨｚで、負荷６に電力３
０．７２Ｗを供給すると、スイッチング装置３、４およ
びインダクタ７における電力損失を低減でき、インバー
タ装置２における効率を９８．１％と高いものにでき
た。本実施形態の直流電源装置８２との総合効率でも９
５．３％であった。

【００６４】つぎに、本発明の第２の実施形態を説明す
る。図１３は本発明の第２の実施形を示す回路図であ
る。図１または図１２と同じまたは対応する部分には同
じ符号を付してある。本実施形態は、２個の負荷６、６
たとえば放電灯を互いに並列的に設けたものである。イ
ンダクタ７およびコンデンサ８もそれぞれの負荷６、６
に対応している。９５は制御手段で、各負荷６、６の点
灯前は直流電源装置８２の出力電圧値に対応した検出信
号で直流電源装置８２の出力電圧が一定化するように直
流電源装置を制御し、前記負荷６、６の点灯後はランプ
電流値に対応した信号でランプ電流が一定化するように
直流電源装置８２を制御する。

【００６５】制御手段９５は、直流電源装置８２の出力
電圧に対応した信号を検出する電圧検出手段９６、各負
荷６、６のランプ電流に対応した信号を検出する電流検
出手段９７、９７、両信号のうち大きい方の信号に応じ
て直流電源装置８２の出力電圧を制御する出力制御手段
９８を有している。電流検出手段９７、９７は互いの検
出信号がプラスされる（または両者のアンドをとる）よ
うになっている。そして、電圧検出手段９６と、電流検
出手段９７、９７とは、各電流検出手段９７、９７が定
常動作時のランプ電流に対応した信号を検出することに
よって電圧検出手段９６の検出信号より大きくなる関係
になされている。なお、電流検出手段９７、９７のみと
し（電圧検出手段９６省略）、これら電流検出手段９
７、９７の検出信号の大きい方の信号で出力制御手段９
８を制御するようにしてもよい。

【００６６】また、本実施形態は、インバータ制御手段
９９を有している。インバータ制御手段９９は各負荷
６、６の両端電圧を検出する負荷電圧検出手段１００、
１００と、負荷電圧検出手段１００、１００のうちの大
きい方の検出信号に応じてインバータ装置のスイッチン
グ周波数を制御する周波数制御手段１０１を有してい
る。周波数制御手段１０１はタイマ、時定数回路等の計
時手段（図示しない。）を有し、計時手段によりスイッ
チング周波数を変化させるようにしている。また、周波
数制御手段１０１は、電流検出手段９７、９７からの点
灯信号を受けてスイッチング周波数を変化するようにな
っている。なお、周波数制御手段１０１は、負荷電圧検
出手段１００、１００からの電圧信号でスイッチング周
波数を変化するものであってもよい。

【００６７】つぎに、本実施形態の作用を説明する。電
源投入時等の負荷６、６の始動時であって、計時手段が
所定時間を計時するまでは、スイッチング周波数を負荷
６、６が始動し得ないで、フィラメント予熱に好適な出
力になるように設定する。たとえば、ＬＣ共振回路の共
振周波数が９１．９ＫＨｚの場合、１２０ＫＨｚとす
る。また、この場合、直流電源装置８２の出力電圧は自
己の出力電圧に応じて一定化制御される（たとえば２５
０Ｖ）。ついで、計時手段が所定時間を計時すると、ス
イッチング周波数をフィラメント予熱時より低く（たと
えば１００ＫＨｚ）して負荷６、６に始動点灯可能な電
圧を印加する。したがって、負荷６、６は始動点灯し、
電流検出手段９７、９７はランプ電流を検出する。この
信号は出力制御手段９８に供給され、以後この信号に応
じて直流電源装置８２の出力電圧を制御する。負荷６、
６がともに点灯すると、負荷電圧検出手段１００、１０
０からの信号を受け周波数制御手段１０１はスイッチン
グ周波数をさらに低く（たとえば５０ＫＨｚ）する。ま
た、出力制御手段９８に対する検出信号は電流検出手段
９７、９７からの信号が電圧検出手段９６からの信号よ
りも大きくなり、以後はランプ電流が一定化するように
直流電源装置の出力電圧を制御する。これにより、図１
３に示すように、定電圧特性を示す負荷６、６の負荷カ
ーブに対して交差角度を大きくして安定点灯できる。こ
れに対して、本実施形態のようにランプ電流一定化制御
を行わない場合は、インバータ装置の負荷特性も定電圧
性を示し安定点灯が困難になることがあった。

【００６８】図１４は照明装置の一実施形態を示す簡略
図である。１１１は照明器具本体で、放電灯６を支持し
ている。１１２は照明器具本体１１１の一部を構成する
反射対であり、１１３はソケットである。そして、以上
説明した本発明の放電灯点灯装置のいずれかが前記放電
灯６を点灯するために用いられる。放電灯点灯装置を照
明器具本体１１１内に設けるか、外部に設けるかは任意
である。

【００６９】

【発明の効果】請求項１ないし４記載の発明は、負荷回
路のインピーダンス位相角およびインバータ装置に入力
する直流電圧値、スイッチング装置の電流波形を特定の
ものにしたから、インバータ装置におけるスイッチング
装置およびインダクタの電力損失を減少して効率を向上
できる。

【００７０】請求項５および６記載の発明は、直流電圧
値をさらに望ましい値に特定したもので、一層効率向上
を図れる。

【００７１】請求項７記載の発明は、トランスを用いる
場合であって、請求項１記載の発明と同様に効率を向上
できる。

【００７２】請求項８および９記載の発明は、請求項７
記載の発明に対し、さらに望ましい値に特定したもの
で、一層効率向上を図れる。

【００７３】請求項１０記載の発明は、以上の発明に対
し、負荷回路のインピーダンス位相角をさらに望ましい
値に特定したもので、一層効率向上を図れる。

【００７４】請求項１１記載の発明は、直流電源装置と
してアクティブフィルタ等の直流化手段を用いるもので
あって、交流電源電圧および直流電圧値の関係を特定し
たので、直流化手段を安定に制御できるとともに、交流
電源からの入力電流を低歪化できる。

【００７５】請求項１２記載の発明は、定常動作時のス
イッチング周波数をインバータ装置におけるＬＣ直列共
振回路の共振周波数より小さくしたので、ＬＣ直列共振
回路のインダクタンス値を小さくすることができ、この
ことからも電力損失を小さくできる。

【００７６】請求項１３記載の発明は、定常動作時の負
荷電流に応じて直流電源装置を制御するようにしたの
で、負荷電流を一定化できる。

【００７７】請求項１４記載の発明は、負荷を放電灯と
したものであって、高効率の放電灯点灯装置を提供でき
る。

【００７８】請求項１５記載の発明は、放電灯の点灯前
および点灯後において直流電源装置の制御方法を異なら
せたので、点灯前においては直流電源装置の出力が過大
になることを防止でき、点灯後は放電灯を安定点灯でき
る。

【００７９】請求項１６記載の発明は、以上の発明と同
様に効率を向上した照明装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放電灯点灯装置の基本的構成を示す回
路図

【図２】直流電圧およびインダクタの電力損失の関係を
示す図

【図３】直流電圧およびスイッチング装置の電力損失の
関係を示す図

【図４】直流電圧とインダクタおよびスイッチング装置
の電力損失の和との関係を示す図

【図５】負荷回路の等価回路図

【図６】負荷回路のインピーダンス位相角を示す図

【図７】本発明におけるスイッチング装置の電流波形図

【図８】従来におけるスイッチング装置の電流波形図

【図９】本発明の放電灯点灯装置の一実施形態を示す回
路図

【図１０】本発明の負荷回路の周波数特性を示す図

【図１１】従来における負荷回路の周波数特性を示す図

【図１２】本発明の放電灯点灯装置の他の実施形態を示
す回路図

【図１３】本発明の放電灯点灯装置の他の実施形態を示
す回路図

【図１４】図９に示す実施形態の負荷特性と放電灯の負
荷カーブを示す図

【図１５】本発明の照明装置の一実施形態を示す図

【符号の説明】

１…直流電源装置 ２…インバータ装置 ３、４…スイッチング装置 ５…負荷回路 ６…負荷

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源装置と；互いに直列的に接続され
   た一対のスイッチング装置と、負荷およびＬＣ直列共振
   回路を含みスイッチング装置のスイッチング出力を供給
   される負荷回路とを有し、直流電源装置からの直流電圧
   を高周波電圧に変換して負荷に供給するインバータ装置
   と；を具備し、 前記スイッチング装置から見た負荷回路のインピーダン
   ス位相角ａｒｇ（Ｚ）を０°≦ａｒｇ（Ｚ）≦４０°と
   し、かつ、前記直流電圧ＶDCおよび前記負荷の定常動作
   時の負荷電圧（実効値）ＶLを１．２ＶL≦ＶDC≦２．０
   ＶLの関係に設定したことを特徴とする電源装置。
2. 【請求項２】直流電源装置と；互いに直列的に接続され
   た一対のスイッチング装置と、負荷と、インダクタおよ
   びコンデンサの直列共振回路とを含み、スイッチング装
   置のスイッチングに基づいて直流電源装置からの直流電
   圧を高周波電圧に変換して負荷に供給するインバータ装
   置と；を具備し、 前記スイッチング装置におけるスイッチング損失および
   前記インダクタにおける電力損失の和が最小値近傍にな
   るように、直流電圧値、スイッチング周波数、インダク
   タのインダクタンス値およびコンデンサの容量値を設定
   し、かつ、前記スイッチング装置から見た負荷回路のイ
   ンピーダンス位相角ａｒｇ（Ｚ）を０°≦ａｒｇ（Ｚ）
   ≦４０°としたことを特徴とする電源装置。
3. 【請求項３】直流電源装置と；互いに直列的に接続され
   た一対のスイッチング装置と、負荷およびＬＣ直列共振
   回路を含みスイッチング装置のスイッチング出力を供給
   される負荷回路とを有し、直流電源装置からの直流電圧
   を高周波電圧に変換して負荷に供給するインバータ装置
   と；を具備し、 前記各スイッチング装置は、スイッチング装置に流れる
   共振電流がピーク値を過ぎ０に達する以前にオフされる
   ように交互にオンオフされることを特徴とする電源装
   置。
4. 【請求項４】直流電源装置と；互いに直列的に接続され
   た一対のスイッチング装置と、負荷およびＬＣ直列共振
   回路を含みスイッチング装置のスイッチング出力を供給
   される負荷回路とを有し、直流電源装置からの直流電圧
   を高周波電圧に変換して負荷に供給するインバータ装置
   と；を具備し、 前記各スイッチング装置は、オン時間中にスイッチング
   装置に流れる共振電流がピーク値に達するまでの時間を
   Ｔpeak、オン時間をTonとしたとき、０≦Ｔpeak≦Ton/2
   の関係になるように交互にオンオフされることを特徴と
   する電源装置。
5. 【請求項５】前記直流電圧ＶDCおよび前記負荷の定常動
   作時の負荷電圧ＶLの関係が１．４ＶL≦ＶDC≦１．８Ｖ
   Lであることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
6. 【請求項６】前記直流電圧ＶDCが略１．６ＶLであるこ
   とを特徴とする請求項１または５記載の電源装置。
7. 【請求項７】直流電源装置と；互いに直列的に接続され
   た一対のスイッチング装置と、一対のスイッチング装置
   の一方に入力巻線を並列的に接続されたトランスと、ト
   ランスの出力巻線に接続された負荷およびＬＣ直列共振
   回を含む負荷回路とを有し、直流電源装置からの直流電
   圧を高周波電圧に変換して負荷に供給するインバータ装
   置と；を具備し、 前記トランスの出力巻線から見た負荷回路のインピーダ
   ンス位相角ａｒｇ（Ｚ）を０°≦ａｒｇ（Ｚ）≦４０°
   とし、前記トランスの出力巻線の電圧ＶS（ピーク−ピ
   ーク）および前記負荷の定常動作時の負荷電圧（実効
   値）ＶLを１．２ＶL≦ＶS≦２．０ＶLの関係に設定した
   ことを特徴とする電源装置。
8. 【請求項８】前記トランスの出力巻線の電圧ＶSおよび
   前記負荷の定常動作時の負荷電圧ＶLが１．４ＶL≦ＶS
   ≦１．８ＶLであることを特徴とする請求項７記載の電
   源装置。
9. 【請求項９】前記トランスの出力巻線の電圧ＶSが略
   １．６ＶLであることを特徴とする請求項７または８一
   記載の電源装置。
10. 【請求項１０】負荷回路のインピーダンス位相角ａｒｇ
    （Ｚ）が０°≦ａｒｇ（Ｚ）≦２４°であることを特徴
    とする請求項１、２、５ないし９のいずれか一記載の電
    源装置。
11. 【請求項１１】前記直流電源装置は交流電圧を整流する
    整流装置と；整流装置の出力を昇圧および平滑化して前
    記インバータ装置に出力する直流化手段と；を具備し、 直流化手段の出力電圧ＶDCおよび交流電圧（実効値）Ｖ
    INをＶDC≧１．８０ＶINの関係に設定したことを特徴と
    する請求項１ないし１０のいずれか一記載の電源装置。
12. 【請求項１２】前記インバータ装置は、前記負荷の定常
    動作時にはＬＣ直列共振回路の共振周波数より低い周波
    数で一対のスイッチング装置をスイッチングするもので
    あることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一
    記載の電源装置。
13. 【請求項１３】前記負荷が定常動作時の負荷電流値を検
    出し、負荷電流値が予め設定された所定値になるように
    直流電源装置を制御する制御手段を備えたことを特徴と
    する請求項１ないし１２のいずれか一記載の電源装置。
14. 【請求項１４】請求項１ないし１３のいずれか一記載の
    電源装置において、負荷が放電灯であり、定常動作時の
    負荷電圧ＶLが定格ランプ電圧であることを特徴とする
    放電灯点灯装置。
15. 【請求項１５】前記放電灯の点灯前は直流電源装置の出
    力電圧値に対応した検出信号で直流電源装置の出力電圧
    が一定化するように直流電源装置を制御し、前記放電灯
    の点灯後はランプ電流値に対応した信号でランプ電流が
    一定化するように直流電源装置を制御する制御手段を備
    えたことを特徴とする請求項１４記載の放電灯点灯装
    置。
16. 【請求項１６】前記直流電源装置の出力電圧値に対応し
    た検出信号と前記ランプ電流値に対応した信号とは高値
    優先で制御手段に作用するようになされているととも
    に、前記放電灯は互いに並列的に複数個接続され、各放
    電灯のランプ電流に対応した信号の和が直流電源装置の
    出力電圧値に対応した検出信号と比較され、かつ、全部
    の放電灯が定格点灯することにより直流電源装置の出力
    電圧値に対応した検出信号より大きくなるように設定さ
    れていることを特徴とする請求項１５記載の放電灯点灯
    装置。
17. 【請求項１７】照明器具本体と；照明器具本体に設けら
    れた放電灯と；放電灯を点灯する請求項１４ないし１６
    記載のいずれか一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。