JPH10108479A - 定電流プッシュプルインバータ、放電ランプ点灯装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】定電流特性が良好でありながら直流重畳特性も
良好で異常発振を起こしにくい定電流プッシュプルイン
バータ、これを用いた放電ランプ点灯装置および照明装
置を提供する。 【解決手段】出力トランスの１次巻線を介して並列的に
接続された一対のトランジスタと直流電源との間に、閉
磁路を備えてインダクタンスの相対的に大きな第１のイ
ンダクタと、開磁路を備えてインダクタンスが相対的に
小さな第２のインダクタとを直列に接続した。第１のイ
ンダクタにより定電流特性を良好にし、第２のインダク
タにより直流重畳特性を良好にすることができる。第１
および第２のインダクタは、直流電源と一対のトランジ
スタとの間であれば、直流電源の正極、負極のいずれ側
に接続してもよく、両極側に分離して接続してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は定電流プッシュプル
インバータ、放電ランプ点灯装置および照明装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】定電流プッシュプルインバータは、放電
ランプ点灯装置を始め各種電気機器の電源として従来か
ら使用されており、その構成の一例はたとえば特開昭５
５−７７３７８号公報に記載されている。

【０００３】図６は、従来の定電流プッシュプルインバ
ータの回路図である。

【０００４】図において、６１は出力トランス、６２
ａ、６２ｂは一対のトランジスタ、６３は直流電源、６
４はインダクタ、６５は交流電源、６６は負荷の放電ラ
ンプである。

【０００５】出力トランス６１は、１次巻線６１_P、２
次巻線６１_Sおよび３次巻線６１_Tを備え、１次巻線５１
_Pの中点は直流電源６３の正極に接続している。

【０００６】トランジスタ６２ａ、６２ｂは、コレクタ
を１次巻線６１_Pの両端にそれぞれ接続し、エミッタを
互いに接続して定電流用のインダクタ６４の一端に接続
している。ベースは、出力トランス６１の３次巻線６１
_Tに接続されて制御回路を構成している。

【０００７】インダクタ６４は、その他端を直流電源６
３の負極に接続している。

【０００８】そうして、トランジスタ６２ａ、６２ｂが
交互にオン、オフすることによって出力トランス５１の
２次巻線６１_Sの両端間に交流出力を得るものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】定電流プッシュプルイ
ンバータはインダクタのインダクタンスをある値以上に
しないとスイッチング波形が悪くなり、定電流にならな
い。

【００１０】そこで、インダクタンスの値を所定値以上
にしようとすると、閉磁路の鉄心構造にする必要があ
る。

【００１１】ところが、閉磁路構造にすると、直流重畳
特性が悪化するので、始動時など一瞬大電流が流れる
と、インダクタが飽和してしまいインバータが異常発振
するという問題がある。

【００１２】本発明は、定電流用のインダクタを改良す
ることにより、定電流特性が良好でありながら直流重畳
特性も良好で、異常発振を起こしにくい定電流プッシュ
プルインバータ、これを用いた放電ランプ点灯装置およ
び照明装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を達成するための手段】請求項１の発明の定電流
プッシュプルインバータは、出力トランスと；出力トラ
ンスの１次巻線を介して並列的に接続され、かつ１次巻
線を経由して直流電源に接続されるようにした一対のト
ランジスタと；一対のトランジスタおよび直流電源の間
に直列に介在されるようにした閉磁路を備えた第１のイ
ンダクタおよび開磁路を備えた第２のインダクタと；を
具備していることを特徴としている。

【００１４】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り用語の定義および技術的意味は次によ
る。

【００１５】出力トランスは、少なくとも１次巻線を具
備していればよい。１次巻線は主として直流電圧をスイ
ッチングするのに機能するが、必要なら１次巻線の一部
の巻線部分から直流電源電圧に比べて降圧された交流出
力を得てもよいし、１次巻線を延長して昇圧された交流
出力を得てもよい。これらの出力の取り出し方はいずれ
も導電的には非絶縁形式である。また、要すれば１次巻
線と導電的に絶縁された２次巻線を設けて、そこから交
流出力を取り出すこともできる。この取り出し方は導電
的には絶縁形式である。さらに、インバータが自励形の
場合、出力トランスに３次巻線を設けることができる。
他励形にする場合は上記のような意味での３次巻線は不
要である。

【００１６】トランジスタは、バイポーラ形トランジス
タ、ＦＥＴと称される電界効果形トランジスタなどどの
ようなものでもよい。並列的に接続するとは、出力トラ
ンスの１次巻線が並列回路中に介在するばかりでなく、
その他の回路部品が介在しても、プッシュプルインバー
タの基本動作が失われていなければ、このような回路も
本発明でいう並列的であるという意味である。

【００１７】直流電源は、電池、整流化電源などどのよ
うなものであってもよい。

【００１８】インダクタは、直流電源と出力トランスの
１次巻線を介して並列的に接続されるようにした一対の
トランジスタとの間に直列に介在してインバータに流入
する電流を定電流化するものであるが、本発明において
は閉磁路を備えた第１のインダクタと、開磁路を備えた
第２のインダクタとからなる。第１のインダクタは閉磁
路を備えているので、インダクタンスを所要の大きな値
にすることができる。第２のインダクタは開磁路を備え
ているので、インダクタンスは小さいが、直流重畳特性
が良好である。そして、両インダクタは直流電源と並列
的に接続された一対のトランジスタとの間において直列
に介在していればよく、したがって一方は直流電源の正
極側、他方は負極側に分離して接続してもよいし、とも
にいずれかの極側において直列にして接続してもよい。

【００１９】そうして、本発明においては、第１のイン
ダクタを閉磁路を備えることにより、そのインダクタン
スを大きくして定電流特性を確保し、また第２のインダ
クタが閉磁路の構成であるから、インダクタンスは小さ
くても直流重畳特性が良好であり、したがって始動時な
どにおいて瞬時に大電流が流れた場合であっても第２の
インダクタは飽和しないから、異常発振することがな
い。

【００２０】請求項２の発明の定電流プッシュプルイン
バータは、出力トランスと；出力トランスの１次巻線を
介して並列的に接続され、かつ１次巻線を経由して直流
電源に接続されるようにした一対のトランジスタと；一
対のトランジスタおよび直流電源の間に直列に介在され
るようにした相対的にインダクタンスの大きな第１のイ
ンダクタおよ相対的にインダクタンスの小さい第２のイ
ンダクタと；を具備していることを特徴していとる。

【００２１】本発明において、第１のインダクタは、そ
のインダクタンスが大きいから、閉磁路構造の鉄心を備
えることにより実現が容易である。第２のインダクタ
は、そのインダクタンスが小さいから、開磁路構造の鉄
心を備えることにより実現が容易である。

【００２２】したがって、請求項１のように作用させる
ことができる。

【００２３】請求項３の発明の定電流プッシュプルイン
バータは、請求項１または２記載の定電流プッシュプル
インバータにおいて、第１のインダクタは、直流電源の
正極側に接続され；第２のインダクタは直流電源の負極
側に接続される；ことを特徴としている。

【００２４】本発明においては、直流電源の正極側にイ
ンダクタンスが大きいか大きく構成することができる第
１のインダクタを接続しているから、直流電源側には高
周波成分が重畳されることがなく、制御回路が異常発振
するようなことがない。また、第２のインダクタは直流
電源の負極側に接続されていてもインバータに対しては
直流電源とインバータとの間に介在していることには変
わりはなく、したがって瞬時大電流に対してもインダク
タが磁気飽和しにくくなるので、インバータの異常発振
を低減することができる。

【００２５】請求項４の発明の定電流プッシュプルイン
バータは、請求項１または２記載の定電流プッシュプル
インバータにおいて、第１および第２のインダクタは、
ともに直流電源の正極側に接続されることを特徴として
いる。

【００２６】本発明においても第２のインダクタは瞬時
大電流に対しても磁気飽和しにくくなることによりイン
バータの異常発振を防止する。

【００２７】請求項５の発明の定電流プッシュプルイン
バータは、請求項１ないし４のいずれか一記載の定電流
プッシュプルインバータにおいて、出力トランスは、少
なくとも１次巻線、負荷に給電する２次巻線およびトラ
ンジスタの制御回路に接続する３次巻線を具備して自励
形に構成されていることを特徴としている。

【００２８】本発明は自励形の定電流プッシュプルイン
バータであるから、回路構成が簡単で安価にすることが
できる。また、負荷を電源に対して導電的に絶縁するこ
とができる。

【００２９】請求項６の発明の定電流プッシュプルイン
バータは、請求項１ないし５のいずれか一記載の定電流
プッシュプルインバータにおいて、トランジスタを交互
にスイッチングさせる発振回路を具備して他励形に構成
されていることを特徴としている。

【００３０】本発明は他励形の定電流プッシュプルイン
バータであり、動作の安定したインバータである。発振
回路は既知のこの種用途向けの各種回路を用いることが
できる。

【００３１】請求項７の発明の定電流プッシュプルイン
バータは、請求項１ないし６のいずれか一記載の定電流
プッシュプルインバータにおいて、直流電源を具備して
いることを特徴とする。

【００３２】本発明は定電流プッシュプルインバータの
構成の一部として直流電源を具備しているから、交流電
源に直接接続して使用することができる。特に放電ラン
プを高周波点灯する放電ランプ点灯装置の主構成要素と
する場合には好都合である。

【００３３】請求項８の発明の放電ランプ点灯装置は、
請求項１ないし７のいずれか一記載の定電流プッシュプ
ルインバータ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、定電流プッシュプルイン
バータから放電ランプに給電して点灯するためには放電
安定用のインピーダンスが必要であるが、このインピー
ダンスを付与する手段としては、インバータの出力トラ
ンスの出力巻線たとえば２次巻線の鉄心に漏洩磁路を形
成することによって２次巻線に漏洩インピーダンスを付
与するか、出力巻線と放電ランプとの間に出力トランス
とは別のチョークコイルなどのインダクタを直列に接続
してもよい。また、インピーダンスとしては、誘導性イ
ンピーダンスの他に容量性インピーダンスまたは抵抗な
どであってもよい。

【００３５】請求項９の発明の放電ランプ点灯装置は、
請求項１ないし７のいずれか一記載の定電流プッシュプ
ルインバータと；定電流プッシュプルインバータから電
源の供給を受ける放電ランプと；を具備していることを
特徴としている。

【００３６】本発明の放電ランプ点灯装置は、放電ラン
プをその構成の一要素としている。放電ランプとしては
蛍光ランプ、高輝度放電ランプたとえば水銀ランプ、メ
タルハライドランプ、高圧ナトリウムランプなど各種の
放電ランプに適応する。

【００３７】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９記載の放電
ランプ点灯装置と；を具備していることを特徴としてい
る。

【００３８】本発明の照明装置は、屋内外用の各種照明
器具、表示装置たとえば液晶用バックライト、計器表示
装置などあらゆる光を利用する装置すなわち照明装置に
適応する。

【００３９】

【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。

【００４０】図１は、本発明の定電流プッシュプルイン
バータおよび放電ランプ点灯装置の第１の実施形態を示
す回路図である。

【００４１】図において、１は出力トランス、２ａ、２
ｂはトランジスタ、３は直流電源、４は第１のインダク
タ、５は第２のインダクタ、６は放電ランプ、７は共振
コンデンサである。

【００４２】出力トランス１は、１次巻線１_P、２次巻
線１_S、３次巻線１_Tを備えている。

【００４３】トランジスタ２ａ、２ｂは、コレクタが出
力トランス１の１次巻線１_Pの両端に接続され、エミッ
タが互いに接続されている。

【００４４】直流電源３は、その正極が第１のインダク
タ４の一端に、負極が第２のインダクタ５の一端にそれ
ぞれ接続されている。

【００４５】第１のインダクタ４は、閉磁路の鉄心を備
えた相対的に大きなインダクタンスを有している。その
他端は出力トランス１の１次巻線１_Pの中点に接続して
いる。

【００４６】第２のインダクタ５は、開磁路の鉄心を備
えた相対的に小さなインダクタンスを有している。その
他端はトランジスタ２ａ、２ｂのエミッタにそれぞれ接
続している。

【００４７】放電ランプ６は、本実施形態においてはメ
タルハライドランプを用いている。放電ランプの放電の
安定のために、出力トランス１の２次巻線１_Sには鉄心
に設けた漏洩磁路によって適当なインダクタンスが付与
されている。

【００４８】共振コンデンサ７は、１次巻線１_Pと並列
に接続されて共振回路を構成している。

【００４９】前記一方のトランジスタ２ａのベースは出
力トランス１の３次巻線１_Tの一端に接続され、他方の
トランジスタ２ｂのベースは３次巻線１_Tの他端に接続
されて、それぞれのトランジスタ２ａ、２ｂのベース回
路すなわち制御回路を形成している。また、各トランジ
スタ２ａ、２ｂのベースには始動抵抗８を介して直流電
源の正極に接続されて始動回路が形成されている。

【００５０】そうして、直流電源３を投入すると、始動
抵抗８を介してトランジスタ２ａ、２ｂはバイアスされ
る。すると、回路のわずかなアンバランスにより一方の
トランジスタたとえば２ａがオンする。トランジスタ２
ａのオンにより、直流電源３の正極→第１のインダクタ
４→１次巻線１_Pの図の上半分→トランジスタ２ａのコ
レクタ・エミッタ→第２のインダクタ５→直流電源３の
負極の順に電流が流れ始める。この電流の通流により、
１次巻線１_Pに起電力が生じ共振コンデンサ７との間で
共振が発生する。また、３次巻線１_Tに電圧が誘起し、
この電圧はトランジスタ２ａを順バイアスし、トランジ
スタ２ｂを逆バイアスする。その結果、トランジスタ２
ａは十分にオンし、トランジスタ１ｂは完全にオフす
る。１次巻線１_Pの中点によって区分された各半分の巻
線には共振によって正弦波の共振電圧が発生するが、共
振電圧がマイナス方向に反転すると、３次巻線１_Tの誘
起電圧も反転するため、今度はトランジスタ２ａがオフ
し、２ｂがオンしかかる。これにより、直流電源３から
流れる電流は直流電源３の正極→第１のインダクタ４→
１次巻線１_Pの下半分→トランジスタ２ｂのコレクタ・
エミッタ→第２のインダクタ５→直流電源３の負極の順
に電流が流れ始める。この電流の通流により、３次巻線
１_Tの誘起電圧はトランジスタ２ａを逆バイアスし、ト
ランジスタ２ｂを順バイアスする。その結果、トランジ
スタ２ａは完全にオフし、トランジスタ２ｂは十分にオ
ンする。以上の動作を繰り返してインバータは動作す
る。

【００５１】そして、第１および第２のインダクタ４、
５はインバータの入力電流を定電流化させ、したがって
負荷電流を定電流化し、インバータの発振動作を安定に
する。定電流プッシュプルインバータの動作に伴って負
荷の放電ランプ６は放電を開始し、点灯する。

【００５２】ところで、本実施形態において第１のイン
ダクタ４は、閉磁路構造の鉄心を備えていて相対的にイ
ンダクタンスが大きいから、定電流化作用に対しては主
として貢献する。これに対して、第２のインダクタ５
は、開磁路構造の鉄心を備えていて相対的にインダクタ
ンスが小さいから、定電流化作用には貢献が少ないが、
たとえば始動時に瞬時大電流が流れた場合であっても鉄
心が飽和しないから、異常発振になるようなことはな
い。

【００５３】また、本実施形態においては、直流電源３
の正負両極側に第１および第２のインダクタ４、５を分
けて接続しているから、インバータ側から高周波ノイズ
が電源側に重畳するのをより一層効果的に阻止する。

【００５４】図２は、本発明の定電流プッシュプルイン
バータの第２の実施形態を示す回路図である。

【００５５】図において、図１と同一部分は同一符号を
付してある。９はインバータ本体で図１の構成と同じで
ある。

【００５６】本実施形態は、第１のインダクタ４を直流
電源３の負極側に接続し、第２のインダクタ５を正極側
に接続したものである。

【００５７】本実施形態においても、その作用および効
果は図１と本質的には同じである。しかし、高周波ノイ
ズの直流電源側への漏洩阻止の点においては図１のもの
よりは若干ではあるが、性能が低い。

【００５８】図３は、本発明の定電流プッシュプルイン
バータの第３の実施形態を示す回路図である。

【００５９】図において、図２と同一部分には同一符号
を付し、説明は省略する。

【００６０】本実施形態は、第２のインダクタ５を直流
電源３の正極側において第１のインダクタ４と直列に接
続している。

【００６１】本実施形態においても、その作用および効
果は図１と本質的には同様である。しかし、負極側から
直流電３に流出するノイズに対しては阻止しないが、負
極側への流出は非常に少ないので、実質的に問題はな
い。

【００６２】図４は、本発明の定電流プッシュプルイン
バータの第４の実施形態を示し、かつ放電ランプ点灯装
置の第２の実施形態を示す回路図である。

【００６３】図１と同一部分には同一符号を付して説明
は省略する。

【００６４】本実施形態は他励形の定電流プッシュプル
インバータであり、放電ランプ６が蛍光ランプからなる
放電ランプ点灯装置である。

【００６５】図において、１０は発振器で、直流電源３
から付勢され、トランジスタ２ａ、２ｂを交互にオンオ
フさせるための制御信号を発生する。また、１_Tは出力
トランス１に設けた３次巻線で、放電ランプ６のフィラ
メント電極６ａを加熱する。１１は放電ランプ６と２次
巻線１_Sとの間に直列に挿入された放電安定用のインダ
クタである。共振コンデンサ７は２次巻線１_Sと並列接
続されているが、電気的には図１と変わらない。

【００６６】直流電源３は、交流電源１２の交流電圧を
整流する整流回路３ａと、整流された脈流を平滑化する
平滑コンデンサ３ｂとで構成されている。なお、１３は
雑音防止用コンデンサである。

【００６７】本実施形態は他励形であるが、第１および
第２のインダクタの作用は自励形と全く同様で、第２の
インダクタによる瞬時大電流が流れたときの直流重畳特
性は良好である。

【００６８】図５は、本発明の照明装置の一実施形態を
示す照明器具の正面図である。

【００６９】図において、１４は照明器具本体、１５は
図１または図４に示す回路構成の点灯装置である。放電
ランプ６は蛍光ランプで、照明器具本体１４の両端近傍
に配設された一対のソケット１４ａ、１４ａに装着され
ている。

【００７０】

【発明の効果】請求項１ないし７の各発明によれば、直
流電源とトランジスタとの間に直列に介在する定電流用
のインダクタが主として第１のインダクタにより所要の
インダクタンスを有することができるから定電流特性が
良好で、しかも第２のインダクタにより直流重畳特性も
良好で異常発振を起こしにくい定電流プッシュプルイン
バータを提供することができる。

【００７１】請求項２の発明によれば、加えて第１のイ
ンダクタを閉磁路に構成して所要のインダクタンスを付
与させることができるから定電流特性が良好で、第２の
インダクタが開磁路であるから飽和しにくいため、直流
重畳特性が良好である定電流プッシュプルインバータを
提供することができる。

【００７２】請求項３の発明によれば、加えて第１のイ
ンダクタを直流電源の正極側において接続しているの
で、高周波雑音が直流電源側に流出しにくい定電流プッ
シュプルインバータを提供することができる。

【００７３】請求項４の発明によれば、加えて第１およ
び第２のインダクタをともに直流電源の正極側に接続し
たので、インダクタの配線実装が容易な定電流プッシュ
プルインバータを提供することができる。

【００７４】請求項５の発明によれば、加えて自励形の
定電流プッシュプルインバータを提供することができ
る。

【００７５】請求項６の発明によれば、加えて他励形の
定電流プッシュプルインバータを提供することができ
る。

【００７６】請求項７の発明によれば、加えて直流電源
を備えた定電流プッシュプルインバータを提供すること
ができる。

【００７７】請求項８および９の発明によれば、請求項
１ないし７の効果を有する放電ランプ点灯装置を提供す
ることができる。

【００７８】請求項９の発明によれば、加えて放電ラン
プを構成要素として備えた放電ランプ点灯装置を提供す
ることができる。

【００７９】請求項１０の発明によれば、請求項１ない
し７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】本発明の定電流プッシュプルインバータおよび
放電ランプ点灯装置の第１の実施形態を示す回路図

【図２】本発明の定電流プッシュプルインバータの第２
の実施形態を示す回路図

【図３】本発明の定電流プッシュプルインバータの第３
の実施形態を示す回路図

【図４】本発明の定電流プッシュプルインバータの第４
の実施形態および放電ランプ点灯装置の第２の実施形態
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】従来の定電流プッシュプルインバータの回路図

【符号の説明】

１…出力トランス １_P…１次巻線 １_S…２次巻線 １_T…３次巻線 ２ａ、２ｂ…トランジスタ ３…直流電源 ４…第１のインダクタ ５…第２のインダクタ ６…放電ランプ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】出力トランスと；出力トランスの１次巻線
   を介して並列的に接続され、かつ１次巻線の中点を経由
   して直流電源に接続されるようにした一対のトランジス
   タと；一対のトランジスタおよび直流電源の間に直列に
   介在するようにした閉磁路を備えた第１のインダクタお
   よび開磁路を備えた第２のインダクタと；を具備してい
   ることを特徴とする定電流プッシュプルインバータ。
2. 【請求項２】出力トランスと；出力トランスの１次巻線
   の介して並列的に接続され、かつ１次巻線の中点を経由
   して直流電源に接続されるようにした一対のトランジス
   タと；一対のトランジスタおよび直流電源の間に直列に
   介在するようにした相対的にインダクタンスの大きな第
   １のインダクタおよび相対的にインダクタンスの小さい
   第２のインダクタと；を具備していることを特徴とする
   定電流プッシュプルインバータ。
3. 【請求項３】第１のインダクタは、直流電源の正極側に
   接続され；第２のインダクタは直流電源の負極側に接続
   される；ことを特徴とする請求項１または２記載の定電
   流プッシュプルインバータ。
4. 【請求項４】第１および第２のインダクタは、ともに直
   流電源の正極側に接続されることを特徴とする請求項１
   または２記載の定電流プッシュプルインバータ。
5. 【請求項５】出力トランスは、少なくとも１次巻線、負
   荷に給電する２次巻線およびトランジスタの制御回路に
   接続する３次巻線を具備して自励形に構成されているこ
   とを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の定
   電流プッシュプルインバータ。
6. 【請求項６】トランジスタを交互にスイッチングさせる
   発振回路を具備して他励形に構成されていることを特徴
   とする請求項１ないし４のいずれか一記載の定電流プッ
   シュプルインバータ。
7. 【請求項７】直流電源を具備していることを特徴とする
   請求項１ないし６のいずれか一記載の定電流プッシュプ
   ルインバータ。
8. 【請求項８】請求項１ないし６のいずれか一記載の定電
   流プッシュプルインバータを具備していることを特徴と
   する放電ランプ点灯装置。
9. 【請求項９】請求項１ないし７のいずれか一記載の定電
   流プッシュプルインバータと；定電流プッシュプルイン
   バータから電源の供給を受ける放電ランプと；を具備し
   ていることを特徴とする放電ランプ点灯装置。
10. 【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記載の放電ランプ点灯装置と；を具備して
    いることを特徴とする照明装置。