JP4432652B2 - ランプ点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、昇圧トランスを有するフルブリッジ構成のインバータを備え、スイッチングにより放電ランプへの供給電力を制御するランプ点灯装置に関し、さらに詳細には、上記昇圧トランスの偏磁を防止することができるランプ点灯装置に関するものである。

放電ランプ点灯装置として、インバータを備えたスイッチング電源を有する点灯装置が知られている。例えば、特許文献１の図１には、ハーフブリッジ構成のインバータを有する放電ランプ点灯装置が示されている。
なお、特許文献１の図１には、トランスの２次側に第２のインバータを設け、直流を交流に変換して放電ランプを交流点灯させる放電ランプ点灯装置が示されているが、直流放電ランプを直流点灯させる場合には、トランスの２次側に第２のインバータを設ける必要はない。
従来においては、上記ランプ点灯装置のインバータとして、一般に上記図１に示されるハーフブリッジ構成のものが使用されてきた。しかし、近年、液晶パネル等の露光装置においては、高照度化、大面積化の要望に伴い、使用されるランプが大型化、大電力化しており、上記ハーフブリッジ構成のインバータに代えて、フルブリッジ構成のインバータが使用されるようになってきた。
フルブリッジ構成のインバータを用いれば、ハーフブリッジ構成のインバータを用いる場合に比べ、トランスの巻数比を小さくすることができ、また、一次電流のピーク値を小さくすることができ、さらに、インバータの入力側に設けるコンデンサを小型化することが出来るなど、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
特許第２９３９４０７号公報

インバータから構成される電源回路では、インバータのスイッチング素子のＯＮ時間にばらつきがあると、トランスに偏磁が生じることがよく知られている。
これは、インバータのスイッチング素子の動作のばらつきや、各スイッチング素子を動作させるゲート信号の動作ばらつきにより、スイッチング信号のＯＮ時間にずれが生じるためである。ＯＮ時間にずれが生じると、トランスの１次巻線に印加されるＶＴ積、即ち磁束密度［Ｂ＝Ｖｔ］に偏りが生じ、この偏りが累積されるとトランスが飽和し、場合によってはスイッチング素子が破損する。
上記ハーフブリッジ構成のインバータを用いる場合には、インバータのスイッチング素子のＯＮ時間にばらつきがあっても、トランスの偏磁はさほど問題にならないが、フルブリッジ構成のインバータの場合には、トランスの偏磁が特に問題となる。

以下、フルブリッジ構成のインバータと、ハーフブリッジ構成のインバータにおけるトランスの偏磁について説明する。
図７に、従来のスイッチング素子をフルブリッジに構成したインバータを有する直流ランプの点灯装置の一例を示す。
ＡＣ電源（交流電源）Ｅから供給される交流電力は、１次の整流平滑回路１で整流平滑され、フルブリッジに構成されたスイッチング素子Ｚ１〜Ｚ４によりＰＷＭ（パルス幅変調）されて、トランスＴｒの１次側巻線に供給される。スイッチング素子Ｚ１，Ｚ２には、並列にスナバ用のダイオードＤ５と、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ４の並列回路が接続される。
トランスＴｒにより昇圧された電圧は、２次巻線から出力され、２次の整流回路３、平滑回路４で整流平滑され、直流電圧として、点灯装置の出力に接続されたランプ５に印加される。なお、以下では、トランスＴｒの一次側に設けられたスイッチング素子から構成されるフルブリッジ、もしくはハーフブリッジ構成のスイッチング回路部をインバータ回路という。
図７に示すように、基本的な構成として、２次整流回路３は４個のダイオードＤ１〜Ｄ４により構成され、トランスＴｒの２次側に毎周期発生する極性の異なる電流電圧を整流する。２次平滑回路４はコイルＬ１とコンデンサＣ３により構成され、２次整流回路３により整流された電力が充電され、平滑されてランプ５に供給される。
インバータ回路２のスイッチング素子Ｚ１からＺ４は、フルブリッジ型に構成され、スイッチング素子Ｚ１とＺ４、スイッチング素子Ｚ２とＺ３が一組になって交互にＯＮ／ＯＦＦ動作される。
各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦの動作時間や動作のタイミングは、制御部１０からのゲート信号により制御される。

図８にスイッチング素子の動作及びトランスの１次側端子に印加される電圧の動作波形図（横軸は時間）を示し、図７と合わせて、動作を簡単に説明する。
スイッチング素子Ｚ１とＺ４がＯＮし、Ｚ２とＺ３とがＯＦＦする。電流は、図７の実線矢印のように、スイッチング素子Ｚ１→コンデンサＣ２→トランスＴｒ→スイッチング素子Ｚ４の順で流れる。トランスＴｒの１次側端子をＴ１，Ｔ２で示すと、Ｔ１がプラス側になる。
なお、コンデンサＣ２はトランスの偏磁を防止するためのセンタータップコンデンサであり、そのはたらきについては後述する。
ついで、図８に示すようにスイッチング素子Ｚ１とＺ４がＯＦＦし、スイッチング素子Ｚ２とＺ３もＯＦＦのままの状態となる。これをデッドタイムという。スイッチング素子Ｚ１〜Ｚ４の全ての素子がＯＮすると短絡電流が流れる。これを防ぐために、スイッチング素子をフルブリッジ型に構成する場合は、必ずこのデッドタイムが設けられる。
デッドタイムの間、トランスＴｒの１次側には電圧が供給されないが、２次側においては、２次側平滑回路のコイルＬ１からの電流がランプ５に供給される。

スイッチング素子Ｚ２とＺ３がＯＮし、スイッチング素子Ｚ１とＺ４がＯＦＦのとき、電流は、図７の破線矢印のように、スイッチング素子Ｚ３→トランスＴｒ→コンデンサＣ２→スイッチング素子Ｚ２の順で流れる。トランスＴｒの１次側端子は、Ｔ１がプラス側になる。
ついで、スイッチング素子Ｚ２とＺ３がＯＦＦし、スイッチング素子Ｚ１とＺ４もＯＦＦの状態（デッドタイム）になる
以上の動作を繰り返すことで、トランスＴｒの一次側端子Ｔ１，Ｔ２に極性が交互に変わる電圧が印加され、トランスＴｒの２次側に交流電圧が発生する。この交流電圧は、上述したように２次の整流回路３、平滑回路４で整流平滑され、ランプ５に印加される。
なお、動作時間の一例を示すと、スイッチング素子Ｚ１〜Ｚ４のＯＮ時間は１３μｓ、デッドタイムは３μｓである。

フルブリッジ構成のインバータにおいて、偏磁が生じる理由は以下の通りである。
上記したように、インバータ回路２のＺ１〜Ｚ４のスイッチング素子は、Ｚ１とＺ４、Ｚ２とＺ３が一組になって交互にＯＮ／ＯＦＦ動作を行なう。しかし、各スイッチング素子Ｚ１〜Ｚ４の動作のばらつきや、制御部１０から各スイッチング素子Ｚ１〜Ｚ４に出力されるゲート信号の動作ばらつきにより、スイッチング素子Ｚ１，Ｚ４のＯＮ時間と、スイッチング素子Ｚ２，Ｚ３のＯＮ時間はかならずしも一致せず、ずれが生じる。このずれ時間は、実際は．１〜２μｓ程度である。
これにより、トランスＴｒの１次巻線に印加されるＶＴ積、即ち磁束密度［Ｂ＝Ｖｔ］に偏りが生じる。
図９を用いて、偏磁が生じる様子について簡単に説明する。
図９に示すように、スイッチング素子Ｚ２とＺ３のＯＮ時間が、スイッチング素子Ｚ１とＺ４のＯＮ時間に比べて短い場合を例にする。説明のため、Ｚ１とＺ４がＯＮしている期間をＡ１，Ａ２，Ａ３とし、Ｚ２とＺ３がＯＮしている期間をＢ１，Ｂ２，Ｂ３とする。

この場合、トランスＴｒの１次側巻線の両端Ｔ１，Ｔ２に電圧のかかる時間が、スイッチング素子Ｚ２とＺ３のＯＮの時は、スイッチング素子Ｚ１とＺ４のＯＮのときより短い。
上記したように、トランスＴｒの磁束密度Ｂの変化は、印加される電圧（Ｖ）と印加時間（ｔ）の積で表される［Ｂ＝Ｖｔ］。したがって、トランスＴｒに、同電位が交互に同じ時間で印加されれば、磁束は打ち消される。しかし、一方の印加時間が長くなるとトランスＴｒに磁束残る。
図１０に一般的なトランスのＢＨカーブを示し、これを例にして説明する。横軸は磁界Ｈ、縦軸は磁束密度Ｂである。
スイッチング素子Ｚ１とＺ４がＯＮするＡ１の期間において、トランスＴｒの磁束密度ＢはＢＨカーブに沿って上昇する。スイッチング素子Ｚ１とＺ４がＯＦＦし、スイッチング素子Ｚ２とＺ３がＯＮするＢ１の期間において、トランスＴｒにはＡ１の期間とは逆の電圧がかかるため、逆の磁束が発生し、トランスＴｒの磁束密度ＢはＢＨカーブに沿って下降する。しかし、Ｂ１の期間がＡ１の期間に比べて短いので、Ａ１の期間に発生した磁束を全て打ち消すことができず、磁束が残る。
そして、再び、スイッチング素子Ｚ２とＺ３がＯＦＦし、スイッチング素子Ｚ１とＺ４がＯＮするＡ２の期間においては、トランスＴｒの磁束は、上記残った磁束密度の値からＢＨカーブに沿って上昇する。これを、Ｂ２の期間、Ａ３の期間と繰り返し、やがてトランスＴｒの飽和磁束密度に至り、大電流が流れる。

図１１にハーフブリッジ構成のインバータの構成例を示す。
ハーフブリッジ構成のインバータは、同図に示すように、交流電源Ｅに接続された一次の平滑整流回路１、コンデンサＣ１，Ｃ２、第１、第２のスイッチング素子Ｚ１，Ｚ２から構成されるインバータ回路２、２次側にセンタータップを有するトランスＴｒ、トランスＴｒの２次側に接続された整流回路３および平滑回路４から構成される。
交流電源Ｅの出力を整流する整流回路１１の出力側にコイルＬ１を介して、上記コンデンサＣ１，Ｃ２、スイッチング素子Ｚ１，Ｚ２の直列回路が並列接続され、また、トランスＴｒの一次側巻線の一方端は、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点に接続され、トランスＴｒの一次側巻線の他方端は、スイッチング素子Ｚ１，Ｚ２の接続点に接続されている。
また、トランスＴｒの２次側の両端には、整流用のダイオードＤ１，Ｄ２が接続され、ダイオードＤ１，Ｄ２のアノード側は共通接続され、平滑用のコイルＬ２を介して＋側出力端子に接続される。また、トランスＴｒのセンタータップは、−側出力端子に接続され、＋側出力端子と−側出力端子間に平滑用のコンデンサＣ３が接続される。
さらに、必要に応じてコンデンサＣ１，Ｃ２に並列にバランス抵抗Ｒ１，Ｒ２が接続され、スイッチング素子Ｚ１，Ｚ２に並列にスナバ用のダイオードＤ３と、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ４の並列回路が接続される。

図１１において、インバータ回路２のスイッチング素子Ｚ１，Ｚ２は図示しない制御回路から与えられるゲート信号により交互にＯＮとなり、例えばスイッチング素子Ｚ１はＴｏｎ１、スイッチング素子Ｚ２はＴｏｎ２の時間だけＯＮとなる。これにより、図１２（ａ）に示すようにトランスＴｒに電圧が印加される。なお、スイッチング素子Ｚ１，Ｚ２が同時にＯＮになると短絡状態となるので、通常、前記したようにスイッチング素子Ｚ１，Ｚ２がＯＮになる期間の間には、両方のスイッチング素子Ｚ１，Ｚ２がＯＦＦとなるデッドタイム期間が設けられている。
トランスＴｒの一次側に上記電圧が印加されるとトランスＴｒの２次側に交流電圧が発生し、この交流電圧はダイオードＤ１，Ｄ２、リアクトルＬ２、コンデンサＣ３で整流平滑され、出力端子から直流電圧が出力される。
ここで、トランスＴｒの偏磁は、前記したようにトランスＴｒへの印加電圧のＶＴ積（トランスの印加される電圧Ｖと、この電圧が印加されている時間Ｔの積）のアンバランスにより生ずる。
図１１の回路では、スイッチング素子Ｚ１がＯＮのときトランスＴｒの一次側巻線の両端にコンデンサＣ１の電圧が印加され、スイッチング素子Ｚ２がＯＮのときトランスＴｒの一次側巻線の両端にコンデンサＣ２の電圧が印加される。したがって、上記ＶＴ積における電圧Ｖは、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量により定まる。
ハーフブリッジ回路では、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量は同じにするので、スイッチング素子Ｚ１，Ｚ２のＯＮ時間が等しければ（Ｔｏｎ１＝Ｔｏｎ２であれば）、コンデンサＣ１，Ｃ２の電圧ＶＣ１，ＶＣ２は等しくなる。また、図１１に示すようにバランス抵抗Ｒ１，Ｒ２を設ければ、コンデンサＣ１，Ｃ２の漏れ電流により電圧のアンバランスが生ずるのを防ぐことができる。
したがって、スイッチング素子Ｚ１，Ｚ２のＯＮ時間が等しく、コンデンサＣ１，Ｃ２の電圧ＶＣ１，ＶＣ２が等しければ、ＶＴ積は等しくなり、トランスＴｒの偏磁は生じない。

次に、図１１の回路において、スイッチング信号のＯＮ時間にずれが生じ、図１２（ｂ）に示すように例えばＴｏｎ１＞Ｔｏｎ２になった場合について説明する。
Ｔｏｎ１＞Ｔｏｎ２になると、コンデンサＣ１からの放電量がコンデンサＣ２からの放電量より大きくなり、コンデンサＣ１，Ｃ２の電圧ＶＣ１，ＶＣ２は、図１２（ｃ）に示すようにＶＣ１＜ＶＣ２となる。
このため、トランスＴｒに印加される電圧は、図１２（ｂ）に示すようになる。すなわち、スイッチング素子Ｚ１がＯＮしているときにトランスに印加される電圧ＶＣ１より、スイッチング素子Ｚ２がＯＮになっているときにトランスに印加される電圧ＶＣ２の方が大きくなる。
その結果、Ｔｏｎ１＞Ｔｏｎ２になっても、トランスＴｒの１次巻線に印加されるＶＴ積の偏りはさほど大きくならない。
以上のように、ハーフブリッジ構成のインバータの場合には、スイッチング信号のＯＮ時間にずれが生じても、コンデンサＣ１，Ｃ２の電圧がトランスＴｒの偏磁を解消させるように変化する。このため、インバータのスイッチング素子のＯＮ時間にばらつきがあっても、トランスＴｒの偏磁はさほど問題にならない。

以上説明したように、フルブリッジ構成のインバータの場合には、ハーフブリッジ構成のインバータのように偏磁を解消する作用が働かないので、トランスの偏磁を防ぐ対策を講ずる必要がある。
フルブリッジ構成のインバータにおいて、トランスの偏磁を防ぐ対策として、一般的には、図７に示したセンタータップコンデンサＣ２を設ける方法がよく知られている。
センタータップコンデンサＣ２を設けることにより、一方のスイッチング素子のＯＮ時間が長くなったとしても、時間の長い分、センタータップコンデンサＣ２の電圧も上昇し、ＯＮ時間の長いスイッチング素子がオンになっている期間にトランスＴｒに印加される電圧も低くなる。
したがって、一方のスイッチング素子のＯＮ時間が長くなったとしても、トランスが偏磁するのを防ぐことができる。
しかし、この方式では、メイン電流が、このセンタータップコンデンサＣ２を流れるので、コンデンサＣ２の信頼性が要求される。また、コンデンサＣ２として大容量のものが必要になる。信頼性が高く、大容量のコンデンサは大型になり装置の小型化を妨げる。

近年、露光装置において、大面積を高照度で照射する大電力のランプに対応するため、さらに大容量のランプ点灯電源装置が求められている。
このため、前述したようにフルブリッジ構成のインバータが使用されるようになってきた。一方、露光装置全体の小型化も要求されており、大容量で大型のコンデンサをできるだけ使用しないでランプ点灯電源装置を構成したいという強い要望もある。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、インバータ内のスイッチング素子をフルブリッジに構成したランプの点灯装置において、センタータップコンデンサを用いずに、トランスの偏磁を防ぎ、装置の小型化をはかることを目的とする。

本発明では、フルブリッジの構成のインバータにおいて、必要とされるデッドタイムの期間に、トランスの２次側を開放し、トランスに発生した磁束を解消させる電圧を発生させる。これにより、磁束の累積をなくし偏磁を防ぐ。
すなわち、トランスの２次側の整流回路と平滑回路の間に第５のスイッチング素子Ｚ５を設ける。また、第５のスイッチング素子Ｚ５の出力側であって、２次の平滑回路の入力側にプラス側とグランド側を結ぶダイオードを設ける。
そして、インバータのスイッチング素子Ｚ１，Ｚ４、Ｚ２，Ｚ３を全てＯＦＦとする、いわゆるデッドタイムの期間に、スイッチング素子Ｚ５をＯＦＦにする。これにより、トランスの２次側が開放されるので、トランスの１次側の端子には、残っている磁束を打ち消す方向に電圧が発生する。このため、一方のスイッチング素子のＯＮ時間が長くなったとしても、上記デッドタイムの期間に、上記スイッチング素子がＯＮになっている期間に発生した磁束は打ち消され、トランスが偏磁するのを防ぐことができる。
なお、上記スイッチング素子Ｚ５をＯＦＦしている時、トランスの２次側が開放されるが、第５のスイッチング素子Ｚ５の出力側であって、２次の平滑回路の入力側にプラス側とグランド側を結ぶダイオードを設けることで、上記スイッチング素子Ｚ５をＯＦＦしている間、２次側平滑回路のコイルＬ１からの電流は、上記ダイオードを介してランプに供給され、ランプが消灯することはない。

本発明においては、フルブリッジの構成のインバータにおいて、デッドタイムの期間にトランスの２次側を開放し、トランスに発生した磁束を解消させる電圧を発生させるようにしたので、センタータップコンデンサを用いることなく、トランスの磁束の累積をなくし偏磁を防ぐことができる。
このため、フルブリッジ構成のインバータを有するランプ点灯装置の小型化を図ることができる。

図１は本発明の実施例のランプ点灯装置の構成を示す図である。
図１に示すランプ点灯装置の基本的な構成は、前記図７に示したものと同様であり、 ＡＣ電源（交流電源）Ｅから供給される交流電力は、１次の整流平滑回路１で整流平滑され、インバータ回路２のフルブリッジに構成されたスイッチング素子Ｚ１〜Ｚ４によりＰＷＭ（パルス幅変調）されて、トランスＴｒの１次側巻線に供給される。
トランスＴｒにより昇圧された電圧は、２次巻線から出力され、２次の整流回路３、平滑回路４で整流平滑され、直流電圧として、点灯装置の出力に接続されたランプ５に印加される。
インバータ回路２は、フルブリッジ型に構成され、前記したようにスイッチング素子Ｚ１とＺ４、スイッチング素子Ｚ２とＺ３が一組になって交互にＯＮ／ＯＦＦ動作され、各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦの動作時間や動作のタイミングは、制御部１０からのゲート信号により制御される。また、前記したように、スイッチング素子Ｚ１とＺ４がＯＦＦ、スイッチング素子Ｚ２とＺ３もＯＦＦのままの状態となるデッドタイム期間が設けられている。

本実施例のランプ点灯装置においては、上記構成に加えて、２次の整流回路３と２次の平滑回路４の間に第５のスイッチング素子Ｚ５が接続され、また、第５のスイッチング素子Ｚ５の出力側にプラス側とグランド側を結ぶダイオードＤ５が接続され、制御部１０により、上記第５のスイッチング素子Ｚ５がＯＮ／ＯＦＦ制御される。
上記スイッチング素子Ｚ５は、スイッチング素子Ｚ１〜Ｚ４をＯＦＦとするデッドタイムの期間にＯＦＦとされ、それ以外の期間ではＯＮになるように制御される。
図２に本実施例における第１の動作例を示す。同図は、スイッチング素子Ｚ１〜Ｚ５の第１の動作と、トランスＴｒの１次側端子Ｔ１，Ｔ２間に印加される電圧の波形図を示している。また、図３に、この場合のトランスＴｒのＢＨカーブを示す。
以下、図２、図３により本発明の実施例のランプ点灯装置の第１の動作例について説明する。なお、この例は、前記図９の場合のように、スイッチング素子Ｚ２とＺ３のＯＮ時間（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）が、Ｚ１とＺ４のＯＮ時間（Ａ１、Ａ２，Ａ３）に比べて短い場合である。また、デッドタイムをＤＴ１，ＤＴ２，ＤＴ３，…で示し、この例では、スイッチング素子Ｚ１，Ｚ４のＯＮ時間と、デッドタイムの時間ＤＴ１，ＤＴ２，ＤＴ３，…が等しい場合を示している。

（１）Ａ１の期間。
スイッチング素子Ｚ１とＺ４がＯＮ、Ｚ２とＺ３がＯＦＦ、Ｚ５がＯＮとなる。トランスＴｒの１次側端子Ｔ１，Ｔ２のうち、端子Ｔ２にプラスの電圧が印加される。トランスＴｒの磁束密度Ｂは、図３に示すようにＢＨカーブに沿って上昇する。
（２）デッドタイムＤＴ１の期間。
スイッチング素子Ｚ１〜Ｚ５すべてＯＦＦとなる。スイッチング素子Ｚ５がＯＦＦになることにより、トランスＴｒの２次側が開放される。このため、トランスＴｒの１次側端子Ｔ１，Ｔ２には、Ａ１により発生した磁束を打ち消す向き、即ち、端子Ｔ１側がプラスの電圧が発生する。したがって、トランスＴｒの磁束密度は、ＢＨカーブに沿って下降する。この場合、Ａ１の時間とスイッチング素子Ｚ５がＯＦＦであるデッドタイムＤＴ１の時間が等しければ、図３に示すように、Ａ１の期間に発生した磁束が完全に打ち消される。
なお、トランスＴｒの２次側が開放されると、通常、トランスＴｒに蓄積されていたエネルギーによりトランスＴｒの１次側、２次側に高電圧が発生するが、この電圧は、スイッチング素子Ｚ１〜Ｚ４に並列に接続したスナバ回路や電源側の整流平滑回路などにより制限され、トランスＴｒには、図２に示すようにスイッチング素子Ｚ１〜Ｚ４がＯＮになっているときと同様の電圧が印加される。

（３）Ｂ１の期間。
スイッチング素子Ｚ２とＺ３がＯＮ、スイッチング素子Ｚ１とＺ４がＯＦＦ、Ｚ５がＯＮとなる。Ａ１の時間よりも短いＢ１の時間、トランスの１次側端子Ｔ１，Ｔ２のうち、端子Ｔ１にプラス側の電圧が印加される。
トランスの磁束密度ＢはＢＨカーブに沿って、図３に示すように、Ａ１の時とは逆方向である負の方向に移動する。
この後、スイッチング素子Ｚ２，Ｚ３がＯＦＦとなり、スイッチング素子Ｚ１〜Ｚ４がＯＦＦ、Ｚ５のみＯＮという期間が存在する。これは、スイッチング素子Ｚ２またはＺ３のＯＮ時間が、スイッチング素子の動作のばらつき等により、本来のＯＮ時間より短くなったためであり、この期間では、スイッチング素子Ｚ５がＯＮのため、トランスＴｒには電圧は印加されない。
（４）デッドタイムＤＴ２の期間。
スイッチング素子Ｚ１〜Ｚ５は、すべてＯＦＦとなる。このため、トランスＴｒの２次側が開放され、トランスの１次側端子Ｔ１，Ｔ２には、Ｂ１の期間に発生した磁束を打ち消す向き、即ちＴ２側がプラスの電圧が発生する。したがって、図３に示すように、トランスの磁束密度は、ＢＨカーブに沿って正の方向に移動する。この場合、Ｂ１の時間よりもＤＴ２の時間のほうが長いので、Ｂ１により発生した磁束が完全に打ち消される。

以下、上記（１）から（４）の動作を繰り返す。本実施例では、上記のようにデッドタイムＤＴの期間に、トランスＴｒの２次側が開放され、電圧印加中にトランスＴｒに発生した磁束を打ち消す方向に電圧が発生する。このため、磁束が累積されず、トランスＴｒの偏磁が防止される。
なお、スイッチング素子Ｚ５をＯＦＦすると、トランスＴｒの２次側が開放されるが、ランプ４には、２次側平滑回路３のコイルＬ１からの電流が、新たに設けたプラス側とグランド側を結ぶダイオードＤ５を介して供給される。したがって、ランプ４は消灯しない。

次に、図４、図５により、本実施例のランプ点灯装置の第２の動作例を説明する。図４は、スイッチング素子Ｚ１〜Ｚ５の動作と、トランスＴｒの１次側端子Ｔ１，Ｔ２間に印加される電圧の波形図を示し、図５は、この場合のトランスＴｒのＢＨカーブを示す。
なお、この例は、デッドタイムがスイッチング素子Ｚ１〜Ｚ４のＯＮ時間に比べて短い場合であり、実際の動作に近い例である。なお、その他の記号、符号は第１の動作例と同じである。
（１）Ａ１の期間。
スイッチング素子Ｚ１とＺ４がＯＮ、スイッチング素子Ｚ２とＺ３がＯＦＦ、Ｚ５がＯＮとなる。トランスＴｒの１次側端子Ｔ１，Ｔ２のうち、端子Ｔ２にプラス側の電圧が印加される。図６に示すようにトランスＴｒの磁束密度ＢはＢＨカーブに沿って上昇する。（２）デッドタイムＤＴ１の期間。
スイッチング素子Ｚ１〜Ｚ５は、すべてＯＦＦとなる。トランスＴｒの１次側端子Ｔ１，Ｔ２には、Ａ１の期間で発生した磁束を打ち消す向き、即ち端子Ｔ１側がプラスの電圧が印加される。したがって、トランスＴｒの磁束密度は、図５に示すようにＢＨカーブに沿って下降する。しかし、この場合、デッドタイムＤＴ１の時間が短いので、Ａ１の期間に発生した磁束が完全には打ち消されず、磁束が残る。

（３）Ｂ１の期間。
スイッチング素子Ｚ２とＺ３がＯＮ、スイッチング素子Ｚ１とＺ４がＯＦＦ、Ｚ５がＯＮとなる。Ａ１の期間よりも短いＢ１の期間、トランスＴｒの１次側端子Ｔ１，Ｔ２のうち、端子Ｔ１にプラス側の電圧が印加される。トランスＴｒの磁束密度Ｂは、図６に示すように、上記残っている磁束の値から、ＢＨカーブに沿って下降する。
しかし、Ｂ１の期間がＡ１の期間よりも短く、Ａ１の期間に発生した磁束は、まだ打ち消されずに残る。この後、第１の動作例と同様にスイッチング素子Ｚ１〜Ｚ４がＯＦＦ、スイッチング素子Ｚ５のみＯＮという期間が存在する。
（４）デッドタイムＤＴ２の期間。
スイッチング素子Ｚ１〜Ｚ５すべてＯＦＦとなる。トランスＴｒの１次側端子Ｔ１，Ｔ２には、Ａ１の期間に発生して残っている磁束を打ち消す向きのＴ１側がプラスの電圧が発生する。トランスの磁束密度Ｂは、図５に示すように上記残っている磁束の値から、ＢＨカーブに沿って下降する。ここにいたって、Ａ１の期間に発生した磁束が打ち消される。
以下、上記（１）から（４）の動作を繰り返す。第１の動作例と同様に、デッドタイムＤＴの期間に、トランスの２次側が開放され、電圧印加中にトランスに発生した磁束を打ち消す方向に電圧が発生する。このため、磁束が累積されず、トランスＴｒの偏磁が防止される。

なお、上記実施例では、直流放電ランプを点灯させる場合について説明したが、図６の変形例に示すように、トランスの２次側に第２のインバータを設け、直流を交流に変換することで、交流放電ランプを交流点灯させることもできる。
図６において、図１に示したものと同一のものには同一の符号が付されており、図６では、２次の平滑回路４の出力側に直流を交流に変換するための第２のインバータ６が設けられており、第２のインバータ６の出力側には、交流で点灯させる交流放電ランプ７が設けられている。
その他の構成、動作は前記図１に示したものと同様であり、ＡＣ電源（交流電源）Ｅから供給される交流電力は、１次の整流平滑回路１で整流平滑され、フルブリッジに構成されたインバータ回路２のスイッチング素子Ｚ１〜Ｚ４によりＰＷＭ（パルス幅変調）されて、トランスＴｒの１次側巻線に供給される。トランスＴｒにより昇圧された電圧は、２次巻線から出力され、２次の整流回路３、平滑回路４で整流平滑され、制御部１０により制御される第２のインバータ６で交流に変換され、交流で点灯するランプ７に印加される。
２次の整流回路３と２次の平滑回路４の間には、図１に示したものと同様、第５のスイッチング素子Ｚ５が接続され、制御部１０により、上記第５のスイッチング素子Ｚ５がＯＮ／ＯＦＦ制御される。上記スイッチング素子Ｚ５は、スイッチング素子Ｚ１〜Ｚ４をＯＦＦとするデッドタイムの期間にＯＦＦとされ、それ以外の期間ではＯＮになるように制御され、前記したように偏磁が防止される。

本発明の実施例のランプ点灯装置の構成を示す図である。 本発明の実施例のランプ点灯装置の第１の動作例を示す図である。 図２の動作例におけるトランスのＢＨカーブを示す図である。 本発明の実施例のランプ点灯装置の第２の動作例を示す図である。 図４の動作例におけるトランスのＢＨカーブを示す図である。 本発明のランプ点灯装置の変形例を示す図である。 従来のフルブリッジ構成のインバータを有するランプ点灯装置の構成例を示す図である。 図７に示すランプ点灯装置の動作及びトランスの１次側端子に印加される電圧の動作波形図を示す図である。 図７に示すランプ点灯装置において、スイッチング素子Ｚ２，Ｚ３のＯＮ時間が、スイッチング素子Ｚ１とＺ４のＯＮ時間より短い場合の動作を示す図である。 図９の動作におけるトランスのＢＨカーブを示す図である。 ハーフブリッジ構成のインバータの構成例を示す図である。 図１１に示すインバータの動作及びトランスの１次側端子に印加される電圧の動作波形図を示す図である。

符号の説明

１ １次の整流平滑回路
２ インバータ回路
３ ２次の整流回路
４ ２次の平滑回路
５ 直流放電ランプ
６ 第２のインバータ
７ 交流放電ランプ
１０ 制御部
Ｅ ＡＣ電源
Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ６ ダイオード
Ｚ１〜Ｚ５ スイッチング素子
Ｌ１，Ｌ２ コイル
Ｔｒ トランス

Claims (1)

1. 電源に接続されたフルブリッジに構成された第１〜第４のスイッチング素子と、上記スイッチング素子に接続されたトランスと、上記トランスに接続された２次整流回路と２次平滑回路を備え、上記２次平滑回路の出力側にランプが接続されるランプ点灯電源装置において、
   上記２次の整流回路と上記２次平滑回路の間に接続される第５のスイッチング素子と、 上記第５のスイッチング素子の出力側に設けられ、２次平滑回路の入力側のプラス側とグランド側を結ぶダイオードと、
   上記第１〜第５のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部とを備え、
   上記制御部は、上記第１〜第４のスイッチング素子をすべてＯＦＦとするデッドタイムの期間に、第５のスイッチング素子をＯＦＦする
   ことを特徴とするランプ点灯装置。

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