JPH1167477A

JPH1167477A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JPH1167477A
Application number: JP22993997A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Shiomi; 務塩見; Hiroshi Niihori; 博市新堀; Takeshi Kamoi; 武志鴨井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1997-08-26
Filing date: 1997-08-26
Publication date: 1999-03-09

Abstract

(57)【要約】【課題】銅鉄型安定器と同等な交流電源と放電灯の電位
関係を得て放電灯の交換作業時などに活線部分に接触し
ても感電する可能性が低い放電灯点灯装置を提供する。【解決手段】スイッチング素子Ｑ₁，Ｑ₂の接続点とダ
イオードＤ₁，Ｄ₂の接続点との間にインダクタＬ₁と
フィルタ回路Ｆを介して交流電源ＡＣとが直列に接続し
てある。負荷回路ＺはＨＩＤランプから成る放電灯Ｌａ
と出力平滑用のコンデンサＣ₀の並列回路で構成され
る。放電灯Ｌａの一端ｙ₂と交流電源ＡＣの一方の極と
を低インピーダンス（略零Ω）で接続している。よっ
て、交流電源ＡＣの接地側の極と放電灯Ｌａの一端ｙ₂
とが同電位となり、従来例で説明したような器具のソケ
ットに放電灯Ｌａを装着する際の感電の危険性を大幅に
低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電灯点灯装置に
関し、特にメタルハライドランプや高圧ナトリウムラン
プ等の高圧放電灯を点灯するのに適した放電灯点灯装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、メタルハライドランプや高圧
ナトリウムランプ等の高圧放電灯（以下、ＨＩＤラン
プ：High Intensity Discharge Lamp と呼ぶ。）を点灯
する放電灯点灯装置が種々提案されている。かかるＨＩ
Ｄランプを商用交流電源を用いて点灯させるためには放
電電流を限流するバラスト（安定器）が必要である。

【０００３】図１３及び図１４は従来周知の銅鉄型安定
器の例である。図１３に示す安定器は所謂単一チョーク
式の最も簡単な構成のものである。なお、コンデンサＣ
ｘはチョークコイルＬｘに流れる遅相電流を打ち消すよ
うな進相電流を流すことで入力電源力率を補正するため
に挿入されている。一方、図１４に示す安定器は漏れ磁
束変圧器（リーケージトランス）Ｔを用いたものであっ
て、主に交流電源ＡＣの電源電圧が放電灯Ｌａの電圧に
比較して低い場合に用いられる。このように何れの安定
器においても放電灯Ｌａの一端と交流電源ＡＣの一方の
極とが接続されている。但し、放電灯Ｌａの消灯時に放
電灯Ｌａの両端に生じる２次電圧が高い（例えば３００
Ｖ以上）ような場合には、放電灯Ｌａと交流電源ＡＣと
を絶縁した絶縁型の安定器が用いられる。

【０００４】上記のような銅鉄型のバラストは交流電源
ＡＣの電源周波数（通常は５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に対
して限流に必要なインピーダンスを作っているため、回
路素子（例えばチョークコイルＬｘなど）が大型化した
り重くなるなどの欠点がある。近年では、電子部品や回
路技術の進歩に伴って半導体素子などを用いた電子回路
で安定器を構成した放電灯点灯装置が普及してきてい
る。このような放電灯点灯装置で蛍光灯を点灯させる場
合には、数１０ｋＨｚの高周波電圧を与える高周波点灯
方式が一般に用いられる。ところがＨＩＤランプの場合
には数１０ｋＨｚの高周波で点灯すると所謂音響的共鳴
現象が発生するため、一般には数１０〜数１００Ｈｚ程
度の矩形波電圧を印加して点灯する方式が採られてい
る。

【０００５】図１５は上記のように数１０〜数１００Ｈ
ｚ程度の矩形波電圧を印加してＨＩＤランプ２０を点灯
するための放電灯点灯装置の一例を示している。交流電
源ＡＣの両極間にはノイズフィルタ回路１２を介して力
率補正用の直流電源回路１３が接続されている。この直
流電源回路１３はダイオードブリッジＤＢ、インダクタ
Ｌ₄、スイッチング素子Ｑ₅、ダイオードＤ₄並びに平
滑コンデンサＣ₄で構成される従来周知の昇圧チョッパ
回路から成り、交流電源ＡＣからの入力電流を略正弦波
状に流し込むことで入力電源力率を高くし、入力電流の
高調波成分を低減しながら入力される交流電圧を昇圧さ
れた直流電圧に変換して出力するものである。

【０００６】この直流電源回路１３の出力側には、スイ
ッチング素子Ｑ₆、ダイオードＤ₅、インダクタＬ₅並
びにコンデンサＣ₅で構成される従来周知の降圧チョッ
パ回路から成るランプ電流制限回路１４が設けてある。
このランプ電流制限回路１４は直流電源回路１３の直流
出力電圧からＨＩＤランプ２０に流れるランプ電流を所
定値に調節する働きをするものであり、安定器本来の機
能を果たす部分である。

【０００７】さらにランプ電流制限回路１４の出力側に
は各一対のスイッチング素子Ｑ₁₁，Ｑ₁₂、Ｑ₁₃，Ｑ₁₄の
直列回路が並列に接続され、両直列回路における接続点
間にＨＩＤランプ２０と始動回路１６とが接続された極
性反転回路１５が設けてある。この極性反転回路１５で
は、制御回路１７によって数１０〜数１００Ｈｚの低周
波で対角線上に位置する各一対のスイッチング素子
Ｑ₁₁，Ｑ₁₄、Ｑ₁₂，Ｑ₁₃のペアを交互にオン・オフさせ
ることでＨＩＤランプ２０に低周波で極性が反転する矩
形波電圧を印加するようになっている。

【０００８】始動回路１６は高周波パルスを発生する発
振回路１６ａと、発振回路１６ａが１次側にＨＩＤラン
プ２０の両端が２次側に接続されたパルストランスＰＴ
とから成り、ＨＩＤランプ２０を始動させるために高電
圧のパルスを印加するものである。上記従来装置は周知
技術であるから詳しい説明は省略するが、ＨＩＤランプ
２０を低周波矩形波点灯させるのに優れた特性を有する
ものである。

【０００９】ところで上記従来装置では、ＨＩＤランプ
２０の両端の電位が交流電源ＡＣの一方の極に対して何
れも変動することは明らかである。すなわち、極性反転
回路１５が具備する低電位側のスイッチング素子Ｑ₁₂，
Ｑ₁₄の何れがオンしているか、あるいはまたダイオード
ブリッジＤＢの何れのダイオードが導通しているかによ
り交流電源ＡＣとＨＩＤランプ２０間の電位関係が決ま
るのである。このことは、通常交流電源ＡＣが大地に対
して安定な電位を持つ極（接地極）を有するが、ＨＩＤ
ランプ２０の電位が大地に対して不安定になることを意
味している。前述の銅鉄型安定器では交流電源ＡＣの接
地極とＨＩＤランプ２０の一端を同一電位とすることが
可能であるが、上記従来装置では実質的にそのようにす
ることは不可能である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】一方、ＨＩＤランプ２
０の形状には各種あるが、代表的な形状としては図１６
に示すような所謂エジソンベースと呼ばれる片口金のも
のがある。口金部２１には器具３０側のソケット３１に
螺合するスクリュー部を兼ねた外周電極２２と中心部に
電極が設けてある。図１７はかかる片口金のＨＩＤラン
プ２０が器具３０のソケット３１に装着された状態を示
している。一般に店舗等の施設では、このような器具３
０が多数同一電源に接続されている。従って、仮に何れ
か１つの器具でＨＩＤランプ２０が消灯した場合に、電
源を遮断すると他の全ての器具３０のＨＩＤランプ２０
も消灯することになるため、電源を遮断せずに投入した
状態で消灯したＨＩＤランプ２０の交換作業が行われて
いる。

【００１１】ここで交換のためにＨＩＤランプ２０をソ
ケット３１から取り外すあるいはソケット３１に装着す
る際に、ＨＩＤランプ２０の外周電極２２がソケット３
１の側の電極（図示せず）と接触しながら取外し又は装
着されていくので、ＨＩＤランプ２０がソケット３１か
ら完全に取り外されるあるいは完全に装着されるまでの
間に活線状態の外周電極２２が露出することになる。そ
の結果、図１８に示すように交換作業者の体の一部（例
えば、指）が露出した外周電極２２に接触する可能性が
ある。しかも、図１５に示した従来装置では電位が不安
定なために数１００Ｖ程度の電圧が発生して交換作業者
が感電する虞がある。

【００１２】本発明は上記事情に鑑みて為されたもので
あり、その目的とするところは、銅鉄型安定器と同等な
交流電源と放電灯の電位関係を得て放電灯の交換作業時
などに活線部分に接触しても感電する可能性が低い放電
灯点灯装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、交流電源と、少なくともスイッ
チング素子及びインダクタンス素子を具備して構成され
交流電源電圧を低周波の矩形波電圧に変換する電力変換
回路と、放電灯を具備し電力変換回路から供給される矩
形波電圧が放電灯に印加される負荷回路とを備え、交流
電源の一端と放電灯の一端とを交流電源の電源周波数及
び放電灯の点灯周波数に対して低インピーダンスで接続
して成ることを特徴とし、銅鉄型安定器と同等な交流電
源と放電灯の電位関係を得て放電灯の交換作業時などに
活線部分に接触しても感電する可能性を低くすることが
できる。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、低インピーダンスで接続される側の交流電源の一端
を該交流電源の中性点としたことを特徴とし、感電の可
能性をさらに低くすることができる。請求項３の発明
は、請求項１又は２の発明において、放電灯が片口金型
であって、低インピーダンスで接続される側の放電灯の
一端を片口金の外周電極としたことを特徴とし、放電灯
の交換作業時に人体が外周電極に接触した場合の感電の
可能性を低くすることができる。

【００１５】請求項４の発明は、請求項１又は２又は３
の発明において、放電灯に始動用の高電圧を印加する始
動回路を備え、放電灯の低インビーダンスで交流電源と
接続される側と反対側の一端に始動回路からの高電圧を
印加して成ることを特徴とし、始動用の高電圧による感
電を防止することができる。請求項５の発明は、請求項
１〜４の何れかの発明において、第１及び第２のスイッ
チング素子の直列回路と、第３及び第４のスイッチング
素子の直列回路と、同一極性に接続された第１及び第２
の整流素子の直列回路とを第１乃至第４のスイッチング
素子が全てオフのときに電流を流さないような極性で平
滑コンデンサの両端に互いに並列接続し、第１及び第２
のスイッチング素子の接続点と第１及び第２の整流素子
の接続点の間に交流電源と第１のインダクタの直列回路
を交流電源の一端が第１及び第２のスイッチング素子の
接続点側となるように接続するとともに第１及び第２の
スイッチング素子の接続点と第３及び第４のスイッチン
グ素子の接続点の間に放電灯と第２のインダクタの直列
回路を放電灯の一端が第１及び第２のスイッチング素子
の接続点側となるように接続し、第１乃至第４のスイッ
チング素子を各々所定の周波数でスイッチング動作させ
て成ることを特徴とする。

【００１６】請求項６の発明は、請求項５の発明におい
て、第１乃至第４のスイッチング素子のスイッチング周
期中に少なくとも主に放電灯への供給電力を調整する第
１の期間及び主に交流電源から電力を取り込むための第
２の期間が含まれるように第１乃至第４のスイッチング
素子のスイッチング動作を制御する制御手段と、放電灯
に供給される電力を高速に検出する高速検出手段と、交
流電源の電源電圧と平滑コンデンサの両端電圧の少なく
とも一方を低速に検出する低速検出手段とを備え、制御
手段が高速検出手段の検出結果に応じて第１の期間を調
整するとともに低速検出手段の検出結果に応じて第２の
期間を調整して成ることを特徴とし、放電灯に供給され
る電力の瞬時制御を行うことができ、放電灯を安定に点
灯させることができる。

【００１７】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、高速検出手段及び低速検出手段の少なくとも一方が
第１及び第２のスイッチング素子の接続点を基準に検出
を行うことを特徴とし、検出が簡単且つ安定して行うこ
とができて放電灯を安定点灯させるに適した回路構成が
簡単且つ安価に実現できる。請求項８の発明は、請求項
６又は７の発明において、高速検出手段は第２のインダ
クタに流れる電流の瞬時値を検出して成ることを特徴と
する。

【００１８】請求項９の発明は、請求項８の発明におい
て、高速検出手段が、第１及び第２のスイッチング素子
の接続点と放電灯との間に挿入された電流検出素子の両
端電圧を反転増幅する反転増幅部並びに非反転増幅する
非反転増幅部を具備し、各増幅出力の小さくない方の出
力を検出値として成ることを特徴とする。請求項１０の
発明は、請求項９の発明において、第１及び第２のスイ
ッチング素子の接続点を接地点として単電源で動作する
オペアンプにて構成される反転増幅部並びに非反転増幅
部と、放電灯に流れるランプ電流の極性を検出するとと
もに検出した極性に応じて反転増幅部並びに非反転増幅
部の入力側に流れる電流を増減させる手段とで高速検出
手段を構成して成ることを特徴とし、単電源のオペアン
プを用いることで回路構成の簡素化とコストダウンが図
れる。

【００１９】請求項１１の発明は、請求項６の発明にお
いて、低速検出手段が、平滑コンデンサの正極と第１及
び第２のスイッチング素子の接続点との間に順方向に接
続されたダイオード、分圧抵抗及びコンデンサを具備
し、該コンデンサの両端電圧を検出値として成ることを
特徴とする。請求項１２の発明は、請求項１〜１１の何
れかの発明において、電力変換回路の出力電圧を交流電
源の電圧極性に同期して極性反転させて成ることを特徴
とする。

【００２０】請求項１３の発明は、請求項１〜１１の何
れかの発明において、交流電源と放電灯が低インピーダ
ンスで接続される各々の一端を基準として交流電源と放
電灯の電圧極性を常に同一極性として成ることを特徴と
する。

【００２１】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）図１は実施形態１示す回路図である。本
実施形態では、寄生ダイオードＤ₁₁，Ｄ₁₂を有する電界
効果トランジスタから成るスイッチング素子Ｑ₁，Ｑ₂
の直列回路と、同じく寄生ダイオードＤ₁₃，Ｄ₁₄を有す
る電界効果トランジスタから成るスイッチング素子
Ｑ₃，Ｑ₄の直列回路と、ダイオードＤ₁，Ｄ₂の直列
回路とが平滑コンデンサＣｅの両端間に互いに並列接続
してある。また、スイッチング素子Ｑ₁，Ｑ₂の接続点
とスイッチング素子Ｑ₃，Ｑ₄の接続点との間にインダ
クタＬ₂と放電灯Ｌａを含む負荷回路Ｚとが直列に接続
してあり、スイッチング素子Ｑ₁，Ｑ₂の接続点とダイ
オードＤ₁，Ｄ₂の接続点との間にはインダクタＬ₁と
フィルタ回路Ｆを介して交流電源ＡＣとが直列に接続し
てある。なお、スイッチング素子Ｑ₁〜Ｑ₄は図示しな
い制御回路によってオン／オフ制御されるものである。
負荷回路ＺはＨＩＤランプから成る放電灯Ｌａと出力平
滑用のコンデンサＣ₀の並列回路で構成される。

【００２２】フィルタ回路Ｆは、図２に示すようにコン
デンサＣｆとインダクタＬｆで構成される従来周知の高
域遮断フィルタであって、スイッチング素子Ｑ₁〜Ｑ₄
のスイッチング動作により発生する数１００ｋＨｚ〜数
１０ＭＨｚのＲＦ帯の電磁雑音が交流電源ＡＣ側に漏洩
するのを防止するとともに、交流電源ＡＣの電源周波数
（通常５０又は６０Ｈｚ）に対しては低域通過特性を有
するものである。このため、放電灯Ｌａの一端ｙ₂と交
流電源ＡＣの一方の極とはフィルタ回路Ｆの一方の入力
端ｘ₂を介して、交流電源ＡＣの電源周波数並びに放電
灯Ｌａの点灯周波数の領域において非常に低いインピー
ダンスで接続されることになる。

【００２３】次に本実施形態の動作について説明する。
まず図１において交流電源ＡＣの入力電圧Ｖ_inが正の半
サイクルの期間では、図示しない制御回路により図３
（ａ）に示すようにスイッチング素子Ｑ₂，Ｑ₃がオ
ン、スイッチング素子Ｑ₁，Ｑ₄がオフとなり、この時
には平滑コンデンサＣｅ→スイッチング素子Ｑ₃→イン
ダクタＬ₂→負荷回路Ｚ→スイッチング素子Ｑ₂の経路
で電流が流れて平滑コンデンサＣｅの両端電圧がインダ
クタＬ₂により降圧されて負荷回路Ｚに供給される。ま
た、インダクタＬ₂に流れる電流によりインダクタＬ₂
にエネルギが蓄積される（期間τ₁）。

【００２４】次にスイッチング素子Ｑ₁，Ｑ₃がオン、
スイッチング素子Ｑ₂，Ｑ₄がオフになると、交流電源
ＡＣ→インダクタＬ₁→ダイオードＤ₁→スイッチング
素子Ｑ₁の経路で交流電源ＡＣから入力電流が取り込ま
れてインダクタＬ₁にエネルギが蓄積される。また、イ
ンダクタＬ₂の蓄積エネルギにより、インダクタＬ₂→
負荷回路Ｚ→スイッチング素子Ｑ₁の寄生ダイオードＤ
₁₁→スイッチング素子Ｑ₃の経路で電流が流れ、負荷回
路Ｚでエネルギが消費される（期間τ₂）。

【００２５】次に、スイッチング素子Ｑ₁〜Ｑ₄が全て
がオフになると負荷回路Ｚの放電灯Ｌａが安定点灯して
いるときのように負荷回路Ｚのインピーダンスが有限値
となり、インダクタＬ₁に流れる電流がインダクタＬ₂
に流れる電流よりも大きくなれば、インダクタＬ₁の蓄
積エネルギにより、インダクタＬ₁→ダイオードＤ₁→
平滑コンデンサＣｅ→スイッチング素子Ｑ₄の寄生ダイ
オードＤ₁₄→インダクタＬ₂→負荷回路Ｚ→交流電源Ａ
Ｃの経路と、インダクタＬ₁→ダイオードＤ₁→平滑コ
ンデンサＣｅ→スイッチング素子Ｑ₂の寄生ダイオード
Ｄ₁₂→交流電源ＡＣの経路とで電流が流れ、インダクタ
Ｌ₁の蓄積エネルギ及び交流電源ＡＣからのエネルギが
平滑コンデンサＣｅに蓄えられるとともに負荷回路Ｚで
もエネルギが消費される。

【００２６】一方負荷回路Ｚに含まれる放電灯Ｌａの点
灯始動時のように負荷回路Ｚのインピーダンスが低くな
り、インダクタＬ₁に流れる電流がインダクタＬ₂に流
れる電流よりも小さくなれば、スイッチング素子Ｑ₁の
寄生ダイオードＤ₁₁に電流が流れるため、交流電源ＡＣ
→インダクタＬ₁→ダイオードＤ₁→スイッチング素子
Ｑ₁の経路で電流が流れて、インダクタＬ₁にエネルギ
が蓄積される。また、インダクタＬ₂の蓄積エネルギに
よりインダクタＬ₂→負荷回路Ｚ→スイッチング素子Ｑ
₁の寄生ダイオードＤ₁₁→平滑コンデンサＣｅ→スイッ
チング素子Ｑ₄の寄生ダイオードＤ₁₄の経路で電流が流
れ、負荷回路Ｚでエネルギ消費される。そして、負荷回
路Ｚでエネルギ消費されるためにインダクタＬ₁に流れ
る電流がインダクタＬ₂に流れる電流よりも大きくなる
と、インダクタＬ₁の蓄積エネルギにより、インダクタ
Ｌ₁→ダイオードＤ₁→平滑コンデンサＣｅ→スイッチ
ング素子Ｑ₄の寄生ダイオードＤ₁₄→インダクタＬ₂→
負荷回路Ｚ→交流電源ＡＣの経路と、インダクタＬ₁→
ダイオードＤ₁→平滑コンデンサＣｅ→スイッチング素
子Ｑ₂の寄生ダイオードＤ₁₂→交流電源ＡＣの経路とで
電流が流れ、インダクタＬ₁の蓄積エネルギ及び交流電
源ＡＣからのエネルギが平滑コンデンサＣｅに蓄えられ
るとともに負荷回路Ｚでもエネルギが消費される。イン
ダクタＬ₁，Ｌ₂に流れる電流の大小に関わらず、イン
ダクタＬ₂に流れる電流が零になる限り最終的には交流
電源ＡＣ→インダクタＬ₁→ダイオードＤ₁→平滑コン
デンサＣｅ→スイッチング素子Ｑ₂の寄生ダイオードＤ
₁₂の経路で電流が流れるようになる（期間τ₃）。

【００２７】以下、図３に示すように制御回路がスイッ
チング素子Ｑ₁〜Ｑ₄をオン／オフ制御することによっ
て期間τ₁〜τ₃が高周波で繰り返され、負荷回路Ｚに
は一方向の直流電圧が供給される。一方、交流電源ＡＣ
からの入力電圧Ｖ_inが負の半サイクルの期間では、図３
（ｂ）に示すようにスイッチング素子Ｑ₁，Ｑ₄がオ
ン、スイッチング素子Ｑ₂，Ｑ₃がオフの時には平滑コ
ンデンサＣｅ→スイッチング素子Ｑ₁→負荷回路Ｚ→イ
ンダクタＬ₂→スイッチング素子Ｑ₄の経路で電流が流
れて平滑コンデンサＣｅの電圧がインダクタＬ₂により
降圧されて負荷回路Ｚに供給される。また、インダクタ
Ｌ₂に流れる電流によりインダクタＬ₂にエネルギが蓄
積される。

【００２８】次にスイッチング素子Ｑ₂，Ｑ₄がオン、
スイッチング素子Ｑ₁，Ｑ₃がオフになると、交流電源
ＡＣ→スイッチング素子Ｑ₂→ダイオードＤ₂→インダ
クタＬ₁の経路で電流が流れてインダクタＬ₁にエネル
ギが蓄積される。また、インダクタＬ₂の蓄積エネルギ
により、インダクタＬ₂→スイッチング素子Ｑ₄→スイ
ッチング素子Ｑ₂の寄生ダイオードＤ₁₂→負荷回路Ｚの
経路で電流が流れて負荷回路Ｚでエネルギ消費される。

【００２９】次にスイッチング素子Ｑ₁〜Ｑ₄の全てが
オフになったときには、負荷回路Ｚに含まれる高圧放電
灯が安定点灯しているときのように負荷回路Ｚのインピ
ーダンスが有限値となってインダクタＬ₁に流れる電流
がインダクタＬ₂に流れる電流よりも大きくなれば、イ
ンダクタＬ₁の蓄積エネルギによりインダクタＬ₁→交
流電源ＡＣ→負荷回路Ｚ→インダクタＬ₂→スイッチン
グ素子Ｑ₃の寄生ダイオードＤ₁₃→平滑コンデンサＣｅ
→ダイオードＤ₂の経路と、インダクタＬ₁→交流電源
ＡＣ→スイッチング素子Ｑ₁の寄生ダイオードＤ₁₁→平
滑コンデンサＣｅ→ダイオードＤ₂の経路とで電流が流
れ、インダクタＬ₁の蓄積エネルギ及び交流電源ＡＣか
らのエネルギが平滑コンデンサＣｅに蓄えられるととも
に負荷回路Ｚでもエネルギ消費される。

【００３０】一方、負荷回路Ｚに含まれる放電灯Ｌａの
点灯始動時のように負荷回路Ｚのインピーダンスが低く
なり、インダクタＬ₁に流れる電流がインダクタＬ₂に
流れる電流よりも小さくなれば、スイッチング素子Ｑ₂
の寄生ダイオードＤ₁₂に電流が流れるため、交流電源Ａ
Ｃ→スイッチング素子Ｑ₂→ダイオードＤ₂→インダク
タＬ₁の経路で電流が流れてインダクタＬ₁にエネルギ
が蓄積される。また、インダクタＬ₂の蓄積エネルギに
よりインダクタＬ₂→スイッチング素子Ｑ₃の寄生ダイ
オードＤ₁₃→平滑コンデンサＣｅ→スイッチング素子Ｑ
₂の寄生ダイオードＤ₁₂→負荷回路Ｚの経路で電流が流
れて負荷回路Ｚでエネルギ消費される。そして、負荷回
路Ｚでエネルギ消費されるためにインダクタＬ₁に流れ
る電流がインダクタＬ₂に流れる電流よりも大きくなる
と、インダクタＬ₁の蓄積エネルギによりインダクタＬ
₁→交流電源ＡＣ→負荷回路Ｚ→インダクタＬ₂→スイ
ッチング素子Ｑ₃の寄生ダイオードＤ₁₃→平滑コンデン
サＣｅ→ダイオードＤ₂の経路と、インダクタＬ₁→交
流電源ＡＣ→スイッチング素子Ｑ₁の寄生ダイオードＤ
₁₁→平滑コンデンサＣｅ→ダイオードＤ₂の経路とで電
流が流れ、インダクタＬ₁の蓄積エネルギ及び交流電源
ＡＣからのエネルギが平滑コンデンサＣｅに蓄えられる
とともに負荷回路Ｚでもエネルギ消費される。インダク
タＬ₁，Ｌ₂に流れる電流の大小に関わらず、インダク
タＬ₂に流れる電流が零になる限り、最終的には交流電
源ＡＣ→スイッチング素子Ｑ₁の寄生ダイオードＤ₁₁→
平滑コンデンサＣｅ→ダイオードＤ₂→インダクタＬ₁
の経路で電流が流れるようになる。

【００３１】以下、交流電源ＡＣからの入力電圧Ｖ_inが
正の半サイクルの期間と同様に、制御回路がスイッチン
グ素子Ｑ₁〜Ｑ₄をオン／オフ制御することによって上
記動作が繰り返され、負荷回路Ｚには一方向の直流電圧
が供給される。従って、図４に示すように上記動作によ
って負荷回路Ｚには交流電源ＡＣの各半サイクルに同期
して極性が反転する矩形波のランプ電圧Ｖ_Laがコンデン
サＣ₀を介して放電灯Ｌａに供給される。

【００３２】上述のように本実施形態では、放電灯Ｌａ
の一端ｙ₂と交流電源ＡＣの一方の極とを低インピーダ
ンス（略零Ω）で接続しているため、従来例の銅鉄型安
定器における交流電源ＡＣと放電灯Ｌａとの電位関係と
同等の関係を得ること、すなわち交流電源ＡＣの接地側
の極と放電灯Ｌａの一端ｙ₂とを同電位とすることが可
能となる。その結果、従来例で説明したような器具のソ
ケットに放電灯Ｌａを装着する際の感電の危険性を大幅
に低減することができる。

【００３３】（実施形態２）図５は本実施形態の回路図
を示しており、実施形態１において単相３線式の商用交
流電源ＡＣ’における中性線Ｌｎをスイッチング素子Ｑ
₁，Ｑ₂の接続点に接続して放電灯Ｌａの一端と低イン
ピーダンスで接続してある。上記構成によれば、放電灯
Ｌａの一端が中性線Ｌｎを介して常に接地された状態と
なるため、実施形態１に比較して感電の危険性をさらに
低減できてより安全であり、しかも回路全体の電位が安
定するために回路動作の安定化並びに放射雑音の低減な
どの効果を奏することができる。

【００３４】また図６に示すような３相４線の商用交流
電源ＡＣ”の場合にもその中性点Ｎをスイッチング素子
Ｑ₁，Ｑ₂の接続点を介して放電灯Ｌａの一端に接続す
ることにより、上記と同等の効果を奏することができる
ものである。（実施形態３）図７は本実施形態の回路図を示してお
り、従来例で説明した片口金型のＨＩＤランプ２０から
成る放電灯Ｌａの外周電極２２側をスイッチング素子Ｑ
₁，Ｑ₂の接続点を介して交流電源ＡＣの接地極に接続
してある。

【００３５】而して、本実施形態によれば放電灯Ｌａの
外周電極２２が常に大地電位と同一電位に保たれること
になり、放電灯Ｌａの交換作業時に万が一にも人体が外
周電極２２に接触しても、通常人体が大地に接地されて
いるとみなせることから外周電極２２との間に電位差が
発生せず、感電する虞がない非常に安全な放電灯点灯装
置を得ることができる。

【００３６】（実施形態４）ところで図１５に示した従
来例においては、始動回路１６のパルストランスＰＴの
２次巻線を分割して放電灯Ｌａの両端に各々高電圧パル
スを印加するようにして、各巻線に印加する電圧を放電
灯Ｌａの始動電圧の半分ずつで済むようにしている。

【００３７】しかしながら、実施形態３の構成で上記始
動回路１６を用いた場合には、人体に接触する可能性が
ある放電灯Ｌａの外周電極２２にも始動用の高電圧パル
スが印加されるから、その高電圧パルスによる感電の虞
がある。そこで本実施形態では、図８に示すように放電
灯Ｌａの一端とコンデンサＣ₀の一端との間に発振回路
２とパルストランスＰＴから成る始動回路１を挿入し、
放電灯Ｌａの非交流電源ＡＣ側の一端ｙ₁側にだけ始動
回路１からの始動用高電圧パルスを印加するようにして
いる。

【００３８】而して本実施形態によれば、始動用の高電
圧パルスによる感電の可能性を低減することができ、特
に実施形態３と同様に放電灯Ｌａの外周電極２２を交流
電源ＡＣ側に接続するようにすれば、上記高電圧パルス
による感電の可能性がなくなり、非常に安全な放電灯点
灯装置を提供することができる。（実施形態５）図９は本実施形態を示す回路図であり、
基本的な構成は実施形態１と共通であるから共通する部
分には同一の符号を付して説明は省略し、本実施形態の
特徴となる部分についてのみ説明する。

【００３９】実施形態１で説明したように交流電源ＡＣ
の半サイクル毎のスイッチング素子Ｑ₁〜Ｑ₄の制御動
作にはτ₁〜τ₃の３つの期間が存在し、このうち期間
τ₁は平滑コンデンサＣｅからインダクタＬ₂を介して
放電灯Ｌａに電流を流す期間、期間τ₂は交流電源ＡＣ
から電流を取り込む期間をそれぞれ決定する。すなわ
ち、期間τ₁は主に放電灯Ｌａへの電力供給を制限する
期間、期間τ₂は主に交流電源ＡＣからの電力供給を制
限する期間であると言える。

【００４０】本実施形態では、放電灯Ｌａの一端ｙ₂と
スイッチング素子Ｑ₁，Ｑ₂の接続点との間に低抵抗値
の検出抵抗Ｒｄを挿入するとともに検出抵抗Ｒｄに生じ
る電圧から負荷回路Ｚ及びインダクタＬ₂に流れる電流
の瞬時値を高速に検出する高速検出器３と、平滑コンデ
ンサＣｅの両端電圧を低速で検出する低速検出器４と、
高速検出器３からの検出値Ｖｄ₁に基づいて上記期間τ
₁を決定する第１の期間決定部５と、低速検出器４から
の検出値Ｖｄ₂に基づいて上記期間τ₂を決定する第２
の期間決定部６と、交流電源ＡＣの極性を検出する極性
検出器７と、スイッチング素子Ｑ₁〜Ｑ₄のスイッチン
グ周期Ｔを決定するための基準信号を発生する基準発振
器８と、第１及び第２の期間決定部５，６からの信号と
極性検出器７からの検出信号、基準発振器８から与えら
れる基準信号並びに極性検出器７から与えられる極性信
号に応じてスイッチング素子Ｑ₁〜Ｑ₄のオン／オフを
制御する主制御部９とを備え、上記期間τ₁，τ₂を可
変調節して放電灯Ｌａに供給されるランプ電力の瞬時制
御を行っている。

【００４１】すなわち、放電灯Ｌａに流れる電流量が増
加して高速検出器３からの検出値Ｖｄ₁が上昇すれば、
第１の期間決定部５から主制御部９に対して期間τ₁を
短くするような指令を与え、反対に放電灯Ｌａに流れる
電流量が減少して高速検出器３からの検出値Ｖｄ₁が低
下すれば、第１の期間決定部５から主制御部９に対して
期間τ₁を長くするような指令を与える。さらに、交流
電源ＡＣが変動した場合に平滑コンデンサＣｅの両端電
圧Ｖceも変動することになるが、低速検出器４にて電圧
Ｖceを検出し、その増減に応じて第２の期間決定部６か
ら主制御部９に対して期間τ₂を短く又は長くするよう
な指令を与えることにより、交流電源ＡＣの電源電圧の
瞬時値に影響されることなく平滑コンデンサＣｅの両端
電圧Ｖceを安定化することができる。

【００４２】ところで高速検出器３では、図１０に示す
ように検出抵抗Ｒｄの両端電圧Ｖ_RdをオペアンプＯ
Ｐ₁，ＯＰ₂で構成された反転増幅器３ａと非反転増幅
器３ｂにそれぞれ入力し、両者の出力の中で小さくない
方の出力Ｖｄ₁を取り出すようになっている。このよう
な高速検出器３を用いれば、スイッチング素子Ｑ₁，Ｑ
₂の接続点を信号系の接地点ＳＧとして放電灯Ｌａある
いはインダクタＬ₂に流れる電流を高速に且つ安定して
検出することができる。なお、検出抵抗Ｒｄは低抵抗で
あるから、実施形態１のフィルタ回路Ｆの場合と同様に
実質的に交流電源ＡＣの一端ｙ₂と放電灯Ｌａの一端と
が低インピーダンスで接続された状態を維持することが
できる。

【００４３】一方低速検出器４では、図１１に示すよう
に信号系の接地点ＳＧを零点として平滑コンデンサＣｅ
の正極側にダイオードＤ₃を介して分圧抵抗Ｒ₃，Ｒ₄
及びコンデンサＣ₃から積分回路を接続し、平滑コンデ
ンサＣｅの両端電圧の瞬時値を積分した電圧Ｖｄ₂を出
力するようになっている。ここで、スイッチング素子Ｑ
₂は交流電源ＡＣの全サイクルで常に高速でオン／オフ
されるため、スイッチング素子Ｑ₂がオンすると信号系
の接地点ＳＧが平滑コンデンサＣｅの負極側に等価的に
接続されることになる。従って、低速検出器４の分圧抵
抗Ｒ₃，Ｒ₄の分圧比で決まる平滑コンデンサＣｅの両
端電圧Ｖceに比例した検出電圧Ｖｄ₂がコンデンサＣ₃
の両端に得られる。この積分回路の時定数は、検出電圧
Ｖｄ₂の高周波リップル低減のためにスイッチング素子
Ｑ₂のスイッチング周波数（１／Ｔ）よりも大きい値に
設定する必要があることから、検出電圧Ｖｄ₂の検出は
低速で行われることとなる。

【００４４】上述のように本実施形態では、高速検出器
３並びに低速検出器４における検出の基準点を、交流電
源ＡＣと放電灯Ｌａが低インピーダンスで接続されてい
るスイッチング素子Ｑ₁，Ｑ₂の接続点（信号系の接地
点ＳＧ）に採っているため、回路の動作制御に必要な電
流や電圧の検出が簡単且つ安定して行うことができる。
このように安定して検出される検出値Ｖｄ₁，Ｖｄ₂に
基づいてランプ電力の瞬時制御を行うことにより、放電
灯Ｌａを安定して点灯させることができるものである。

【００４５】（実施形態６）実施形態５における高速検
出器３においては、検出抵抗Ｒｄの両端電圧Ｖ_Rdがイン
ダクタＬ₂に流れる電流Ｉ_L2の極性（又は放電灯Ｌａの
ランプ電圧の極性）に応じて信号系の接地点ＳＧを零点
として正負に振るため、反転増幅器３ａ並びに非反転増
幅器３ｂに用いるオペアンプＯＰ₁，ＯＰ₂には正負の
２種類の電源Ｖcc，Ｖeeが必要であるため、コストアッ
プを招くものである。

【００４６】そこで本実施形態では、単電源のオペアン
プを用いることでコストダウンが図れる高速検出器３’
を例示している。図１２は本実施形態における高速検出
器３’を含む要部の回路図である。反転増幅器３ａ’並
びに非反転増幅器３ｂ’には単電源Ｖccで動作するオペ
アンプＯＰ₃，ＯＰ₄が用いられ、オペアンプＯＰ₃，
ＯＰ₄の電圧Ｖ_Rdが入力される側の入力抵抗に流れる電
流をトランジスタＱａ₁，Ｑａ₂のオン／オフに応じて
変化させるようにしてある。ここでトランジスタＱ
ａ₁，Ｑａ₂のオン／オフはインダクタＬ₂に流れる電
流Ｉ_L2の極性（又は放電灯Ｌａのランプ電圧の極性）を
検出する負荷電圧極性検出器１０の出力Ｖｂで行われ
る。

【００４７】反転増幅器３ａ’ではオペアンプＯＰ₃の
反転入力側に抵抗を介してＰＮＰのトランジスタＱａ₁
のコレクタが接続されている。このトランジスタＱａ₁
のエミッタが電源Ｖccに接続され、負荷電圧極性検出器
１０からの出力Ｖｂがベースに入力されている。一方非
反転増幅器３ｂ’ではオペアンプＯＰ₄の非反転入力側
にＮＰＮのトランジスタＱａ₂のコレクタが接続されて
いる。このトランジスタＱａ₂のエミッタがグランドに
接続され、負荷電圧極性検出器１０からの出力Ｖｂがベ
ースに入力されている。

【００４８】次に本実施形態における上記高速検出器
３’の動作について説明する。まず信号系の接地点ＳＧ
を零点として放電灯Ｌａのランプ電圧が正の場合にはイ
ンダクタＬ₂には電流Ｉ_L2が図示矢印の向きに流れるた
め、検出抵抗Ｒｄの両端電圧Ｖ_Rdも正となる。このとき
には負荷電圧極性検出器１０の出力ＶｂがＬレベルとな
り、トランジスタＱａ₁がオン、トランジスタＱａ₂が
オフとなる。このためオペアンプＯＰ₃の反転入力端に
は電源ＶccからトランジスタＱａ₁を通して電流が流れ
るので反転増幅器３ａ’の出力が強制的に零に落とされ
るが、非反転増幅器３ｂ’は通常の動作を行って電圧Ｖ
_Rdを非反転増幅した電圧Ｖｄ₁を出力する。

【００４９】一方放電灯Ｌａのランプ電圧が負の場合に
は電流Ｉ_L2が図示矢印とは反対の向きに流れるため、検
出抵抗Ｒｄの両端電圧Ｖ_Rdが負となる。このときには負
荷電圧極性検出器１０の出力ＶｂがＨレベルとなり、ト
ランジスタＱａ₁がオフ、トランジスタＱａ₂がオンと
なる。このためオペアンプＯＰ₄の非反転入力端がグラ
ンドに落とされて非反転増幅器３ｂ’の出力が零になる
が、反転増幅器３ａ’は通常の動作を行って電圧Ｖ_Rdを
反転増幅した電圧Ｖｄ₁を出力する。

【００５０】このように本実施形態では、オペアンプＯ
Ｐ₃，ＯＰ₄の同相電圧の関係において反転入力端電圧
が非反転入力端電圧よりも常に高くなるようにでき、あ
るいは単電源のオペアンプＯＰ₃，ＯＰ₄に許容される
同相電圧の範囲内に設定することができる。而して、単
電源ＶccのオペアンプＯＰ₃，ＯＰ₄を用いて高速検出
器３が構成できるため、正負２種類の電源を必要とせず
にコストダウンが図れるものである。

【００５１】

【発明の効果】請求項１の発明は、交流電源と、少なく
ともスイッチング素子及びインダクタンス素子を具備し
て構成され交流電源電圧を低周波の矩形波電圧に変換す
る電力変換回路と、放電灯を具備し電力変換回路から供
給される矩形波電圧が放電灯に印加される負荷回路とを
備え、交流電源の一端と放電灯の一端とを交流電源の電
源周波数及び放電灯の点灯周波数に対して低インピーダ
ンスで接続して成るので、銅鉄型安定器と同等な交流電
源と放電灯の電位関係を得て放電灯の交換作業時などに
活線部分に接触しても感電する可能性を低くすることが
できるという効果がある。

【００５２】請求項２の発明は、低インピーダンスで接
続される側の交流電源の一端を該交流電源の中性点とし
たので、感電の可能性をさらに低くすることができると
いう効果がある。請求項３の発明は、放電灯が片口金型
であって、低インピーダンスで接続される側の放電灯の
一端を片口金の外周電極としたので、放電灯の交換作業
時に人体が外周電極に接触した場合の感電の可能性を低
くすることができるという効果がある。

【００５３】請求項４の発明は、放電灯に始動用の高電
圧を印加する始動回路を備え、放電灯の低インビーダン
スで交流電源と接続される側と反対側の一端に始動回路
からの高電圧を印加して成るので、始動用の高電圧によ
る感電を防止することができるという効果がある。請求
項６の発明は、第１乃至第４のスイッチング素子のスイ
ッチング周期中に少なくとも主に放電灯への供給電力を
調整する第１の期間及び主に交流電源から電力を取り込
むための第２の期間が含まれるように第１乃至第４のス
イッチング素子のスイッチング動作を制御する制御手段
と、放電灯に供給される電力を高速に検出する高速検出
手段と、交流電源の電源電圧と平滑コンデンサの両端電
圧の少なくとも一方を低速に検出する低速検出手段とを
備え、制御手段が高速検出手段の検出結果に応じて第１
の期間を調整するとともに低速検出手段の検出結果に応
じて第２の期間を調整して成るので、放電灯に供給され
る電力の瞬時制御を行うことができ、放電灯を安定に点
灯させることができるという効果がある。

【００５４】請求項７の発明は、高速検出手段及び低速
検出手段の少なくとも一方が第１及び第２のスイッチン
グ素子の接続点を基準に検出を行うので、検出が簡単且
つ安定して行うことができて放電灯を安定点灯させるに
適した回路構成が簡単且つ安価に実現できるという効果
がある。請求項１０の発明は、第１及び第２のスイッチ
ング素子の接続点を接地点として単電源で動作するオペ
アンプにて構成される反転増幅部並びに非反転増幅部
と、放電灯に流れるランプ電流の極性を検出するととも
に検出した極性に応じて反転増幅部並びに非反転増幅部
の入力側に流れる電流を増減させる手段とで高速検出手
段を構成して成るので、単電源のオペアンプを用いるこ
とで回路構成の簡素化とコストダウンが図れるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を示す回路図である。

【図２】同上におけるフィルタ回路の回路図である。

【図３】（ａ）（ｂ）は同上におけるスイッチング素子
Ｑ₁〜Ｑ₄のオン／オフ動作を説明するためのタイムチ
ャートである。

【図４】（ａ）は同上における交流電源電圧波形図、
（ｂ）はランプ電圧波形図である。

【図５】実施形態２を示す回路図である。

【図６】同上における交流電源の他の例を示す回路図で
ある。

【図７】実施形態３を示す回路図である。

【図８】実施形態４を示す回路図である。

【図９】実施形態５を示す回路図である。

【図１０】同上における高速検出器の回路図である。

【図１１】同上の一部省略した回路図である。

【図１２】実施形態６における高速検出器の回路図であ
る。

【図１３】従来の銅鉄型安定器を示す回路図である。

【図１４】従来の銅鉄型安定器の他の例を示す回路図で
ある。

【図１５】従来例を示す回路図である。

【図１６】片口金型のＨＩＤランプを示す外観図であ
る。

【図１７】片口金型のＨＩＤランプを使用した器具の側
面断面図である。

【図１８】片口金型のＨＩＤランプを使用した器具の側
面断面図である。

【符号の説明】

Ｑ₁〜Ｑ₄ スイッチング素子ＡＣ交流電源Ｃｅ平滑コンデンサＬａ放電灯Ｌ₁，Ｌ₂ インダクタＤ₁，Ｄ₂ ダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源と、少なくともスイッチング素
子及びインダクタンス素子を具備して構成され交流電源
電圧を低周波の矩形波電圧に変換する電力変換回路と、
放電灯を具備し電力変換回路から供給される矩形波電圧
が放電灯に印加される負荷回路とを備え、交流電源の一
端と放電灯の一端とを交流電源の電源周波数及び放電灯
の点灯周波数に対して低インピーダンスで接続して成る
ことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】低インピーダンスで接続される側の交流
電源の一端を該交流電源の中性点としたことを特徴とす
る請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】放電灯が片口金型であって、低インピー
ダンスで接続される側の放電灯の一端を片口金の外周電
極としたことを特徴とする請求項１又は２記載の放電灯
点灯装置。
【請求項４】放電灯に始動用の高電圧を印加する始動
回路を備え、放電灯の低インビーダンスで交流電源と接
続される側と反対側の一端に始動回路からの高電圧を印
加して成ることを特徴とする請求項１又は２又は３記載
の放電灯点灯装置。
【請求項５】第１及び第２のスイッチング素子の直列
回路と、第３及び第４のスイッチング素子の直列回路
と、同一極性に接続された第１及び第２の整流素子の直
列回路とを第１乃至第４のスイッチング素子が全てオフ
のときに電流を流さないような極性で平滑コンデンサの
両端に互いに並列接続し、第１及び第２のスイッチング
素子の接続点と第１及び第２の整流素子の接続点の間に
交流電源と第１のインダクタの直列回路を交流電源の一
端が第１及び第２のスイッチング素子の接続点側となる
ように接続するとともに第１及び第２のスイッチング素
子の接続点と第３及び第４のスイッチング素子の接続点
の間に放電灯と第２のインダクタの直列回路を放電灯の
一端が第１及び第２のスイッチング素子の接続点側とな
るように接続し、第１乃至第４のスイッチング素子を各
々所定の周波数でスイッチング動作させて成ることを特
徴とする請求項１〜４の何れかに記載の放電灯点灯装
置。
【請求項６】第１乃至第４のスイッチング素子のスイ
ッチング周期中に少なくとも主に放電灯への供給電力を
調整する第１の期間及び主に交流電源から電力を取り込
むための第２の期間が含まれるように第１乃至第４のス
イッチング素子のスイッチング動作を制御する制御手段
と、放電灯に供給される電力を高速に検出する高速検出
手段と、交流電源の電源電圧と平滑コンデンサの両端電
圧の少なくとも一方を低速に検出する低速検出手段とを
備え、制御手段が高速検出手段の検出結果に応じて第１
の期間を調整するとともに低速検出手段の検出結果に応
じて第２の期間を調整して成ることを特徴とする請求項
５記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】高速検出手段及び低速検出手段の少なく
とも一方が第１及び第２のスイッチング素子の接続点を
基準に検出を行うことを特徴とする請求項６記載の放電
灯点灯装置。
【請求項８】高速検出手段は第２のインダクタに流れ
る電流の瞬時値を検出して成ることを特徴とする請求項
６又は７記載の放電灯点灯装置。
【請求項９】高速検出手段は、第１及び第２のスイッ
チング素子の接続点と放電灯との間に挿入された電流検
出素子の両端電圧を反転増幅する反転増幅部並びに非反
転増幅する非反転増幅部を具備し、各増幅出力の小さく
ない方の出力を検出値として成ることを特徴とする請求
項８記載の放電灯点灯装置。
【請求項１０】第１及び第２のスイッチング素子の接
続点を接地点として単電源で動作するオペアンプにて構
成される反転増幅部並びに非反転増幅部と、放電灯に流
れるランプ電流の極性を検出するとともに検出した極性
に応じて反転増幅部並びに非反転増幅部の入力側に流れ
る電流を増減させる手段とで高速検出手段を構成して成
ることを特徴とする請求項９記載の放電灯点灯装置。
【請求項１１】低速検出手段は、平滑コンデンサの正
極と第１及び第２のスイッチング素子の接続点との間に
順方向に接続されたダイオード、分圧抵抗及びコンデン
サを具備し、該コンデンサの両端電圧を検出値として成
ることを特徴とする請求項６記載の放電灯点灯装置。
【請求項１２】電力変換回路の出力電圧を交流電源の
電圧極性に同期して極性反転させて成ることを特徴とす
る請求項１〜１１の何れかに記載の放電灯点灯装置。
【請求項１３】交流電源と放電灯が低インピーダンス
で接続される各々の一端を基準として交流電源と放電灯
の電圧極性を常に同一極性として成ることを特徴とする
請求項１〜１１の何れかに記載の放電灯点灯装置。