JP3517899B2

JP3517899B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP3517899B2
Application number: JP12453093A
Authority: JP
Inventors: 誠二浜端; 喜光平伴
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1993-05-26
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 2004-04-12
Anticipated expiration: 2019-04-12
Also published as: JPH06333690A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波電源からの出力
電流を複数の電流トランスで受けて、各電流トランスの
出力電流により複数の負荷をそれぞれ動作させるように
した電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は高周波電源と電流トランスを用い
た照明システムの従来例（実開昭５９−４６４９６号）
を示す回路図である。図中、Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃は照明器
具であり、電源から離れた場所に分散して設置される。
この照明システムは、商用電源Ｖｓを入力して高周波の
定電流を出力する定電流高周波電源Ａを備え、その出力
電流Ｉは複数の電流トランスＴ₁，Ｔ₂，Ｔ₃の１次巻
線に供給されている。各電流トランスＴ₁，Ｔ₂，Ｔ₃
の２次巻線にはそれぞれ蛍光灯ＦＬ₁，ＦＬ₂，ＦＬ₃
のような照明負荷が接続されている。各電流トランスＴ
₁，Ｔ₂，Ｔ₃の１次巻線は一本の電線とし、この電線
をトロイダルコアのような閉磁路を形成する鉄心に貫挿
することにより１ターンの磁気結合を行っており、この
鉄心に巻回された２次巻線から負荷電流を供給するもの
である。ここで、定電流の高周波電源について、実開昭
５９−４６４９６号には明確に示されていないが、その
具現化手段として、一般的に考えられるのは電力増幅器
である。しかしながら、電力増幅器の場合は、出力とし
ては図４の回路に容易に応用できると考えられるが、高
周波の発振器などから出力される基準信号を電力増幅す
るために、電力増幅器からの出力電力に対して電力増幅
器に与える入力電力が非常に大きくなり、効率の点で実
用的には好ましくない。

【０００３】ところで、放電灯を始動させる場合には、
周知のように高電圧を必要とするが、図４の回路では、
電流トランスの性質を利用して、始動用の高電圧を発生
させている。この動作を図５の等価回路により説明す
る。まず、始動前の状態では、蛍光灯ＦＬ₁が放電を開
始する前は、電流トランスＴ₁の２次巻線側は無負荷と
同じ状態となるため、２次電流Ｉ₂はゼロとなり、この
とき電流トランスＴ₁の２次巻線に発生する無負荷２次
電圧Ｖ₂がランプの放電を開始させる高電圧に相当す
る。ここで、電流トランスＴ₁の１次側から見た等価イ
ンピーダンスをＺ₁とすると、電流トランスＴ₁の１次
側電圧はＶ₁＝Ｉ₁×Ｚ₁となるので、無負荷２次電圧
はＶ₂＝（Ｎ₂／Ｎ₁）Ｖ₁となる。電流トランスＴ₁
の２次側が無負荷状態であるため、１次側から見た等価
インピーダンスＺ₁は１次巻線の巻数Ｎ₁（この場合は
１ターン）とコアの磁気特性によって決まるインダクタ
ンスＬ₁に相当する。なお、１次巻線の巻数Ｎ₁は１タ
ーンであるため、直流抵抗成分は無視できる。したがっ
て、定常的に発生する無負荷２次電圧は、Ｖ₂＝（Ｎ₂
／Ｎ₁）２πｆＬ₁・Ｉ₁〔Ｖ〕という式によって決定
される。

【０００４】次に、ランプの点灯後の状態では、点灯周
波数が高周波（約１０ｋＨｚ以上）であるので、点灯維
持のための再点弧エネルギーを必要とせず、ほぼ抵抗素
子として見なすことができる。このとき、電流トランス
Ｔは単なる電流変換要素として動作する。したがって、
電流トランスＴの２次側にはＩ₂＝（Ｎ₁／Ｎ₂）・Ｉ
₁〔Ａ〕という電流が流れて、このときの２次電圧Ｖ₂
は、等価抵抗値と２次電流Ｉ₂の積となる。

【０００５】以上のことから、ランプの種類に応じて１
次電流Ｉ₁と２次巻線の巻数Ｎ₂を適当に選定すれば点
灯時のランプ電流を適切に設定できることが分かる。ま
た、これは放電灯に限らず、他の負荷であっても同様で
ある。しかし、始動電圧を確保するためには、上述のＶ
₂＝（Ｎ₂／Ｎ₁）２πｆＬ₁・Ｉ₁〔Ｖ〕という式に
よって表される２次電圧Ｖ₂がランプの種類（管径とア
ーク長及び封入ガス組成など）によって決まる始動可能
な電圧以上となるように設定することが必要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のような
点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、電流または周波数を変化させることにより、安定し
た点灯状態を維持することにある。本発明の別の目的と
するところは、高周波電源の出力電流や周波数を変化さ
せることにより、複数の照明負荷の調光を特別な装置を
付加することなく一括して行うことを可能とすることに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の電源装置にあっ
ては、上記の課題を解決するために、図４に示すよう
に、高周波電源Ａと、高周波電源Ａの出力電流を各１次
巻線に通電された複数の電流トランスＴ₁，Ｔ₂，Ｔ₃
と、各電流トランスＴ₁，Ｔ₂，Ｔ₃の２次巻線にそれ
ぞれ接続されたランプＦＬ₁，ＦＬ₂，ＦＬ₃とから構
成される電源装置において、高周波電源Ａの出力電流の
振幅又は周波数のうち少なくとも一方を間欠的に高く制
御する手段を備えることを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、高周波電源の出力電流の振幅
又は周波数のうち少なくとも一方を間欠的に高く制御す
る手段を備えるので、安定した点灯状態を維持すること
ができる。また、電流又は周波数を変化させる手段を利
用して、負荷の調光制御を容易に行うことができる。本
発明のさらに詳しい構成及び作用については、以下に述
べる実施例の説明において一層明らかとされる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例の回路図である。以
下、その回路構成について詳しく説明する。商用電源Ｖ
ｓは、雑音防止回路１を介して全波整流回路２の交流入
力端子に接続されている。この雑音防止回路１は、コン
デンサＣ₁，Ｃ₂及びチョークコイルＬ₁でローパスフ
ィルタを構成し、電源帰還雑音を低減すると共に入力電
流歪みを低減させている。全波整流回路２の直流出力端
子には、降圧チョッパー回路３が接続されている。降圧
チョッパー回路３の入力端子には、スイッチング用のＭ
ＯＳトランジスタＱ₁と、エネルギー蓄積用のインダク
タＬ₂と、平滑用のコンデンサＣ₄の直列回路が接続さ
れている。インダクタＬ₂とコンデンサＣ₄の直列回路
には、回生電流を流すためのダイオードＤ₁が図示され
た極性で接続されている。Ｃ₃は高周波バイパス用のコ
ンデンサであり、降圧チョッパー回路３の入力端子に並
列接続されている。ＭＯＳトランジスタＱ₁はチョッパ
ー駆動回路３１により高周波的にＯＮ／ＯＦＦされる。
ＭＯＳトランジスタＱ₁がＯＮされると、全波整流回路
２からＭＯＳトランジスタＱ₁、インダクタＬ₂、コン
デンサＣ₄を介して電流が流れて、インダクタＬ₂にエ
ネルギーが蓄積される。ＭＯＳトランジスタＱ₁がＯＦ
Ｆされると、インダクタＬ₂の両端に電圧が発生し、コ
ンデンサＣ₄、ダイオードＤ₁を介して電流が流れて、
インダクタＬ₂のエネルギーがコンデンサＣ₄に放出さ
れる。これにより、コンデンサＣ₄には平滑な直流電圧
が得られる。

【００１０】降圧チョッパー回路３の出力には、インバ
ータ回路４が接続されている。インバータ回路４は、Ｍ
ＯＳトランジスタＱ₂，Ｑ₃の直列回路とＭＯＳトラン
ジスタＱ₄，Ｑ₅の直列回路が入力側に並列接続されて
いる。ＭＯＳトランジスタＱ₂，Ｑ₃の接続点とＭＯＳ
トランジスタＱ₄，Ｑ₅の接続点の間には、インダクタ
Ｌ₃とコンデンサＣ₅の直列共振回路が接続されてい
る。コンデンサＣ₅の両端には、絶縁トランスＴｆの１
次巻線が並列接続されている。絶縁トランスＴｆの２次
巻線には、コンデンサＣ₆，Ｃ₇とチョークコイルＬ₄
よりなる正弦波フィルタ回路が接続されている。インバ
ータ回路４の出力は、電流検出トランスＣＴを介して負
荷５に供給されている。電流検出トランスＣＴの出力巻
線の両端はダイオードＤ₂，Ｄ₃を介して電流検出回路
６に入力されており、前記出力巻線のセンタータップは
接地されている。電流検出回路６の出力は、インバータ
回路４の発振制御回路４３とチョッパー回路３のチョッ
パー制御回路３２に接続されている。また、チョッパー
制御回路３２と発振制御回路４３には、制御条件設定回
路７の出力が接続されている。発振制御回路４３の制御
下で発振回路４２は所定周波数の発振動作を行う。ＭＯ
ＳトランジスタＱ₂〜Ｑ₅はインバータ駆動回路４１を
介して発振回路４２の出力によりＯＮ／ＯＦＦ制御され
る。インバータ駆動回路４１は発振回路４２の出力を分
周して、ＭＯＳトランジスタＱ₂，Ｑ₅がＯＮ、ＭＯＳ
トランジスタＱ₃，Ｑ₄がＯＦＦとなる第１の状態と、
ＭＯＳトランジスタＱ₂，Ｑ₅がＯＦＦ、ＭＯＳトラン
ジスタＱ₃，Ｑ₄がＯＮとなる第２の状態とが交番する
ように、ＭＯＳトランジスタＱ₂〜Ｑ₅を制御する。

【００１１】以下、本実施例の動作について説明する。
本実施例では、商用電源Ｖｓからの交流電圧を全波整流
回路２により整流した後に降圧チョッパー回路３により
平滑な直流電圧に変換し、その後段のブリッジ構成のイ
ンバータ回路４によって高周波電力に変換して、負荷５
に供給している。降圧チョッパー回路３は、ＭＯＳトラ
ンジスタＱ₁のスイッチング動作と、エネルギーを蓄積
するためのインダクタＬ₂、平滑用のコンデンサＣ₄な
どによって商用電圧を全波整流した電圧よりも低い直流
電圧を得ている。チョッパー制御回路３２では、チョッ
パー回路３のスイッチング用のＭＯＳトランジスタＱ₁
の動作周波数又はデューティを変化させることにより、
チョッパー回路３の出力電圧を変化させることを可能と
している。定常的には負荷５と直列に接続された電流ト
ランスＣＴによって負荷電流を検出し、負荷電流の大小
に応じた電圧を基準電圧と比較し、ＭＯＳトランジスタ
Ｑ₁のデューティを変化させることにより、負荷電流が
一定となるように、降圧チョッパー回路３の出力電圧が
変化するようにしている。

【００１２】インバータ回路４は、ＭＯＳトランジスタ
Ｑ₂〜Ｑ₅でフルブリッジ回路を構成し、発振回路４２
で決まる周波数をインバータ駆動回路４１で分周して、
ＭＯＳトランジスタＱ₂，Ｑ₅とＱ₃，Ｑ₄が交互にス
イッチングするようにしたものである。なお、スイッチ
ング周波数は凡そ４０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲で可
変としている。フルブリッジ構成のインバータの出力電
圧は矩形波であるが、主にインダクタＬ₃とコンデンサ
Ｃ₅の直列共振回路及び絶縁トランスＴｆ、コンデンサ
Ｃ₆，Ｃ₇，チョークコイルＬ₄などからなる正弦波フ
ィルタ回路によって正弦波に近い電流を出力するもので
ある。これは負荷に高周波電流を供給する際の配線路か
ら発生する輻射雑音を最小限に抑えるために、正弦波に
近い波形としているものである。また、インバータ回路
４の出力を絶縁トランスＴｆで絶縁しているのは、施工
時における感電等の危険を防止し、また、大地に対する
漏洩電流を低減し、それによる配線損失を低減するため
である。

【００１３】この実施例では、降圧チョッパー回路３及
びインバータ回路４がスイッチング素子で直流電圧及び
高周波電力への変換を行っており、電力増幅器を用いる
場合に比べて遙に変換効率が高く、小型化や資源の有効
利用に寄与する。また、負荷電流を一定化するために、
降圧チョッパー回路３の出力電圧を変化させるようにし
たため、簡単な構成でありながら安定な動作が得られ
る。さらに、インバータ回路４の発振周波数は４０ｋＨ
ｚ〜１００ｋＨｚの範囲内で可変としたため、負荷側に
インピーダンスを含む場合などにおいて、始動性を改善
したり、調光制御を可能とすることができる。そして、
負荷電流は絶縁トランスＴｆを介して出力しており、感
電等の危険防止や配線損失の低減が図れる。また、降圧
チョッパー回路３で一旦入力電圧を下げて、インバータ
回路４を動作させているため、インバータ回路４で使用
するスイッチング素子の耐圧を低くすることができ、そ
の分、オン抵抗の小さなスイッチング素子が使用でき、
更に変換効率を高めることができる。

【００１４】図２（ａ）〜（ｃ）は本実施例における出
力電流の振幅の変化を示す図である。この実施例では、
ランプの始動性を改善するために、電源投入から所定時
間にわたり、定常時よりも出力電流の振幅を大きく設定
したものである。負荷としては、図５に示すような蛍光
ランプを用いている。出力電流を変化させる手段として
は、電源投入後、チョッパー回路３を先に動作させて、
コンデンサＣ₄の電荷が十分に高くなった時点でインバ
ータ回路４を動作させて、定常時の出力電流よりも振幅
が大きくなるようにチョッパー回路３の出力電圧を高く
設定する。所定時間（約数秒以内）が経過した後は、出
力電流を検出し、任意の設定値と比較して同じ値になる
ように定電流動作をさせる。このように、電源投入後の
初期の電流を増加させることにより、負荷側の放電灯を
点灯させるための電圧を確保して、始動性を改善するこ
とができる。また、従来例では、ランプの種類に応じ
て、上述のように、１次電流Ｉ₁及び２次巻線の巻数Ｎ
₂によって定常時のランプ電流（定格点灯時の電流）を
設定した場合、必ずしも始動電圧を確保できるとは限ら
ず、始動のための別の補助手段が必要であるが、本実施
例では、初期の出力電流及びその増加時間を任意に設定
できるので、別の始動手段は不要である。また、所定時
間の経過後は、出力電流を検出し、所定の設定電流とな
るように定電流動作を行うことにより、安定した点灯状
態を維持できる。また、定電流動作の設定値を任意の値
にすることにより、複数の負荷を一括して調光すること
ができる。

【００１５】また、上述の実施例では出力電流の振幅を
変化させたが、別の手段として、電源投入後、所定時間
にわたり、定常時よりも高い周波数でインバータを動作
させても良い。このように、始動時に周波数を高めれ
ば、上述のＶ₂＝（Ｎ₂／Ｎ₁）２πｆＬ₁・Ｉ
₁〔Ｖ〕という式によって表される２次電圧Ｖ₂を高め
ることができる。上式において、電圧Ｖ₂を高める手段
として１次電流Ｉ₁を増加させると、電流トランスＴの
コアが飽和する可能性があるため、周波数ｆを変化させ
た方が良い。また、本実施例では、負荷が放電灯に限ら
ず、例えば、放電灯と白熱灯を組み合わせて同時に使用
された場合でも、１次電流Ｉ₁を一定にして周波数ｆの
みを変化させているため、放電灯以外の負荷が過負荷状
態となることがなくなるものである。また、定常点灯時
には、低い周波数で動作させるため、配線路及び負荷か
ら発生する雑音を少なくできるという効果がある。

【００１６】このように、電源投入時に周波数を高く設
定して振幅を変化させない場合には、出力電流を下げて
調光したときに、例えば、その状態から負荷を増設する
と、始動電圧が不足し、点灯しない場合が考えられる。
このような場合には、調光するときに、出力電流の振幅
を減少させるにつれて、発振周波数を高めるように制御
すれば、調光状態での始動性低下を改善できる。つま
り、周波数ｆと１次電流Ｉ₁の積を一定となるように制
御するものである。このようにすれば、調光のために１
次電流Ｉ₁を低下させた場合でも、上述のＶ₂＝（Ｎ₂
／Ｎ₁）２πｆＬ₁・Ｉ₁〔Ｖ〕という式によって表さ
れる２次電圧Ｖ₂を一定にすることができ、定格出力時
と同程度の始動電圧が得られるという効果がある。

【００１７】次に、図３（ａ），（ｂ）に示すように、
照明負荷が蛍光ランプＦＬである場合に、その予熱時に
高周波電源から出力される電流の振幅及び周波数を変化
させて、始動性及びランプ寿命を改善する場合について
説明する。図示されたように、電流トランスＴの１次巻
線には高周波電源が接続されており、２次巻線には蛍光
ランプＦＬの両フィラメントの電源側端子が接続されて
いる。蛍光ランプＦＬの両フィラメントの非電源側端子
には、図３（ａ）の回路では、コンデンサＣが並列接続
されており、図３（ｂ）の回路では、インダクタＬが並
列接続されている。図３（ａ）の回路では、電源投入時
に所定時間にわたり、出力電流の周波数を高め、あるい
は出力電流の振幅を増加させることにより、蛍光ランプ
ＦＬのフィラメントに対して、十分な予熱を与える。そ
の後、出力電流の周波数を低下させて、予熱回路に流れ
る電流を制限して蛍光ランプＦＬを点灯させるものであ
る。また、図３（ｂ）の回路では、図３（ａ）の回路と
は逆に周波数を電源投入初期に低下させ、予熱電流を十
分に流し、その後、周波数を高めて、点灯させるもので
ある。なお、負荷回路は蛍光ランプと並列にコンデンサ
Ｃ又はインダクタＬを有する場合を例示したが、始動性
能を上げるための補助回路を含んでいても同様のことが
言える。また、いずれの回路でも始動時に蛍光ランプの
フィラメントを十分に予熱できるため、ランプ寿命を改
善できるものである。

【００１８】また、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、
蛍光ランプＦＬと直列にコンデンサＣ又はインダクタＬ
を接続した場合には、周波数を変化させて調光制御を行
うことができる。図３（ｃ）に示すように、蛍光ランプ
ＦＬと直列にコンデンサＣを接続した場合には、周波数
を低くすることによりランプ電流を減少させることがで
き、また、図３（ｄ）に示すように、蛍光ランプＦＬと
直列にインダクタＬを接続した場合には、周波数を高く
することによりランプ電流を減少させることができる。

【００１９】なお、本発明は、高周波電源から出力され
る電流及び／又は周波数を変化させるものであれば、上
述の実施例に限らず、これらの組み合わせなども含まれ
るものである。また、例えば、負荷が増設された場合な
ど、負荷変動が生じたときに、これを電流検出部で検出
し、そのとき、一時的に電流の振幅や周波数を高くする
とか、間欠的に電流又は周波数を変化させても良い。こ
のように、放電灯への供給エネルギーを間欠的に大きく
することにより、調光点灯時においても安定した点灯状
態を実現することができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、高周波電源と、高周波
電源の出力電流を各１次巻線に通電された複数の電流ト
ランスと、各電流トランスの２次巻線にそれぞれ接続さ
れたランプとから構成される電源装置において、高周波
電源の出力電流の振幅又は周波数のうち少なくとも一方
を間欠的に高く制御する手段を備えるので、安定した点
灯状態を維持することができる。また、高周波電源の出
力開始後、所定時間は高周波電源から出力される電流又
は周波数を定常状態とは異なる条件となるように変化さ
せることにより、放電灯の始動性を高めることができ、
負荷回路に始動性改善のための特別な装置を必要とせ
ず、小型で安価な負荷回路が使用できると同時に、安定
な性能を確保できるという効果がある。また、出力電流
の振幅を任意に設定できる出力調整部を備え、設定され
た出力電流の振幅に応じて複数のランプの光出力を同時
に調整可能とすれば、複数のランプの調光制御を容易に
行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路図である。

【図２】本発明の始動時における出力電流の変化を示す
動作波形図である。

【図３】本発明に用いる負荷側の回路構成を示す回路図
である。

【図４】従来例の回路図である。

【図５】従来例の動作説明のための回路図である。

【符号の説明】

１雑音防止回路２全波整流回路３チョッパー回路４インバータ回路５負荷６電流検出回路７制御条件設定回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０５Ｂ 41/24 Ｈ０５Ｂ 41/29 Ａ (56)参考文献特開平３−93193（ＪＰ，Ａ) 特開平４−163887（ＪＰ，Ａ) 特開平４−73894（ＪＰ，Ａ) 実開平３−118594（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/00 H05B 41/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波電源と、高周波電源の出力電流
を各１次巻線に通電された複数の電流トランスと、各電
流トランスの２次巻線にそれぞれ接続されたランプとか
ら構成される電源装置において、高周波電源の出力電流
の振幅又は周波数のうち少なくとも一方を間欠的に高く
制御する手段を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】前記ランプは放電灯であり、放電灯と
並列又は直列に接続されるインピーダンス要素を備える
ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】前記制御手段は、高周波電源の出力開
始後、所定時間は高周波電源から出力される電流の振幅
を増加方向に変化させた後、定電流を出力するように制
御する手段であることを特徴とする請求項１又は２記載
の電源装置。
【請求項４】前記制御手段は、高周波電源の出力開
始後、所定時間は高周波電源から出力される電流の周波
数を高い方から低い方に変化させた後、所定の周波数を
出力するように制御する手段であることを特徴とする請
求項１又は２記載の電源装置。
【請求項５】前記制御手段は、高周波電源の出力開
始後、高周波電源から出力される電流の振幅を増加方向
に変化させると共に、出力電流の周波数を高い方から低
い方に変化させた後、所定の周波数を出力するように制
御する手段であることを特徴とする請求項１又は２記載
の電源装置。
【請求項６】前記制御手段は、負荷変動を検出した
後、所定時間は負荷変動を補償する方向に高周波電源か
ら出力される電流の振幅又は周波数を変化させるように
制御する手段であることを特徴とする請求項１〜５のい
ずれかに記載の電源装置。
【請求項７】前記高周波電源は、出力電流の振幅を
任意に設定できる出力調整部を有しており、設定された
出力電流の振幅に応じて複数のランプの光出力を同時に
調整可能としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれ
かに記載の電源装置。
【請求項８】前記出力電流の振幅と周波数の積が略
一定であることを特徴とする請求項７記載の電源装置。