放電灯点灯装置、およびそれを用いた鉄道車両
【課題】リプルの少ない直流電源を使用した場合でも、昇圧チョッパ回路を確実に起動、動作させることができる放電灯点灯装置、およびそれを用いた鉄道車両を提供する。
【解決手段】昇圧チョッパ回路１は、インダクタＬ１を流れるインダクタ電流がオン閾値以下になったときにスイッチング素子Ｑ１をオンし、オフ閾値以上になったときにスイッチング素子Ｑ１をオフすることで、直流電源Ｅ１から入力された直流電圧を昇圧して、平滑用のコンデンサＣ１を介して出力し、インバータ回路２は昇圧チョッパ回路１の出力を高周波電力に変換し、負荷回路３は、インバータ回路２が出力する高周波電力を共振インダクタＬｒおよび共振コンデンサＣｒからなる共振回路を介して放電灯Ｌａに供給しており、直流電源Ｅ１の＋側電圧と昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１の入力端との間には抵抗Ｒａを設ける。
【解決手段】昇圧チョッパ回路１は、インダクタＬ１を流れるインダクタ電流がオン閾値以下になったときにスイッチング素子Ｑ１をオンし、オフ閾値以上になったときにスイッチング素子Ｑ１をオフすることで、直流電源Ｅ１から入力された直流電圧を昇圧して、平滑用のコンデンサＣ１を介して出力し、インバータ回路２は昇圧チョッパ回路１の出力を高周波電力に変換し、負荷回路３は、インバータ回路２が出力する高周波電力を共振インダクタＬｒおよび共振コンデンサＣｒからなる共振回路を介して放電灯Ｌａに供給しており、直流電源Ｅ１の＋側電圧と昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１の入力端との間には抵抗Ｒａを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯点灯装置、およびそれを用いた鉄道車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置として図８に示すような構成があり、放電灯点灯装置に入力された直流電源Ｅ１１の直流電圧は、昇圧チョッパ回路１１で昇圧された後、インバータ回路１２に入力され、インバータ回路１２で高周波電力に変換されて放電灯Ｌａに供給される。
【０００３】
昇圧チョッパ回路１１は、直流電源Ｅ１１の両端間に接続されたインダクタＬ１１とＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１１と電流検出用の抵抗Ｒ１１との直列回路と、スイッチング素子Ｑ１１と抵抗Ｒ１１との両端間に接続されたダイオードＤ１１とコンデンサＣ１１の直列回路と、スイッチング素子Ｑ１１のオン・オフを制御するチョッパ制御回路Ｋ１１と、インダクタＬ１１に磁気結合した電流検出巻線Ｎ１１とで構成され、チョッパ制御回路Ｋ１１が、スイッチング素子Ｑ１１をオン・オフ制御することで、ダイオードＤ１１を介してコンデンサＣ１１で平滑された昇圧電圧がインバータ回路１２へ出力される。
【０００４】
チョッパ制御回路Ｋ１１は、例えば力率改善用ＩＣで構成され、回路起動時に制御電源が投入されると、スイッチング素子Ｑ１１をオンさせる初回のオン信号を強制出力する。スイッチング素子Ｑ１１がオンすると、直流電源Ｅ１１から、インダクタＬ１１、スイッチング素子Ｑ１１、抵抗Ｒ１１を介して電流が流れ、スイッチング素子Ｑ１１のオン時にインダクタＬ１１を流れる電流（以後、インダクタ電流と称す）を抵抗Ｒ１１の両端電圧で検出し、この抵抗Ｒ１１の両端電圧がオフ閾値以上となった場合、チョッパ制御回路Ｋ１１はスイッチング素子Ｑ１１をオフさせるオフ信号を出力する。スイッチング素子Ｑ１１がオフすると、インダクタＬ１１に逆起電力が発生し、直流電源Ｅ１１およびインダクタＬ１１からダイオードＤ１１を介してコンデンサＣ１１に充電電流が流れ、コンデンサＣ１１の両端間には昇圧された電圧が発生する。そして、インダクタ電流が徐々に減少するのであるが、スイッチング素子Ｑ１１のオフ時のインダクタ電流を電流検出巻線Ｎ１１の両端電圧で検出し、この電流検出巻線Ｎ１１の両端電圧がオン閾値以下になり、インダクタ電流≒０となるゼロ電流が検出されると、チョッパ制御回路Ｋ１１はスイッチング素子Ｑ１１をオンさせるオン信号を出力し、以後上記発振動作を継続する。なお、オフ閾値＞オン閾値である。
【０００５】
また、電源によって、商用電源を全波整流したリプルの大きい電源を用いる交流電源用と、商用電源を整流後に平滑した電源や電池等のようにリプルの少ない電源を用いる直流電源用とがあり、特に直流電源用では、コスト面で有利であること、負荷変動に強いこと、過去から使用されて回路技術の蓄積、実績があること等から、インバータ回路として定電流プッシュプルインバータを用いたものが採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−１５３５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の放電灯点灯装置の昇圧チョッパ回路１１では、直流電源Ｅ１１として、商用電源を全波整流した電源を用いた場合、脈流があるためにチョッパ動作の安定性（特に起動時の安定性）が確保されている。これは、コンデンサＣ１１には容量の大きい電解コンデンサが用いられており、コンデンサ電圧Ｖｃは略一定となるが、インダクタＬ１１の電源側の電圧は、上記脈流によって変動し、インダクタＬ１１の両端には、図９に示すように、電源周期に応じて変動する電位差ＶＬが発生するため、起動時、あるいは起動後の急激な負荷変動によってチョッパ動作が停止した状態でも、電流検出巻線Ｎ１１には十分な電圧が発生し、ゼロ電流検出が可能となり、再びスイッチング素子Ｑ１１をオンして、発振動作の継続が可能となる。
【０００７】
しかし、直流電源Ｅ１１として、商用電源を整流後に平滑した電源や電池等のようにリプルの少ない直流電圧を供給する電源を用いた場合、インダクタＬ１１両端の電位差には脈流による変動が発生せず、起動時、あるいは起動後にチョッパ動作が停止した状態では、昇圧チョッパ回路１１の入出力電圧の差が小さくなり、インダクタＬ１１の両端には十分な電位差が発生せず、電流検出巻線Ｎ１１にも十分な電圧が発生しなくなる。ここで、チョッパ制御回路Ｋ１１による上記ゼロ電流検出は、電流検出巻線Ｎ１１の両端電圧が、一旦、リセット電圧（オン閾値＜リセット電圧＜オフ閾値）を超えた後、オン閾値以下になった場合に可能となるため、電流検出巻線Ｎ１１に十分な電圧が発生していない状態では、電流検出巻線Ｎ１１の両端電圧が上記リセット電圧を超えないためにゼロ電流検出が不可能となり、再びスイッチング素子Ｑ１１をオンすることができなくなって、発振動作が停止してしまう。
【０００８】
特に、起動時の電源投入直後には、スイッチング素子Ｑ１１をオンさせる初回のオン信号は強制出力されるが、初回のオン動作のみで充電されるコンデンサＣ１１の電圧は、入力電圧に比べて十分に昇圧されていないので、インダクタＬ１１の両端には十分な電位差が発生せず、電流検出巻線Ｎ１１にも十分な電圧が発生せず、したがってゼロ電流検出が不可能となり、発振動作の継続が困難であった。
【０００９】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、リプルの少ない直流電源を使用した場合でも、昇圧チョッパ回路を確実に起動、動作させることができる放電灯点灯装置、およびそれを用いた鉄道車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、直流電源の両端間に接続されたインダクタとスイッチング素子との直列回路と、直流電源からインダクタを介して発生する電圧を平滑する平滑回路と、インダクタを流れる電流を検出する電流検出回路と、スイッチング素子のオン・オフを制御するチョッパ制御回路とで構成され、チョッパ制御回路が、電流検出回路で検出した電流が第１の閾値以下になったときにスイッチング素子をオンし、第２の閾値以上になったときにスイッチング素子をオフすることで、直流電源から入力された直流電圧を昇圧して平滑回路を通して出力する昇圧チョッパ回路と、昇圧チョッパ回路の出力を高周波電力に変換するインバータ回路と、共振インダクタおよび共振コンデンサからなる共振回路を具備し、インバータ回路が出力する高周波電力を当該共振回路を介して放電灯に供給する負荷回路と、直流電源と昇圧チョッパ回路のインダクタとの間に接続されたインピーダンス要素とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、インピーダンス要素で電圧降下が発生し、インダクタの入力端の電圧が低下するので、起動時、あるいは起動後の急激な負荷変動によってチョッパ動作が停止した状態でも、インダクタの両端にはインピーダンス要素によって十分な電位差が発生する。したがって、リプルの少ない直流電圧を供給する直流電源を用いて、起動時、あるいは起動後にチョッパ動作が停止した状態となっても、電流検出回路はインダクタ電流の変化を検出できるので、再びスイッチング素子を駆動して、発振動作の継続が可能となり、リプルの少ない直流電源を使用した場合でも、昇圧チョッパ回路を確実に起動、動作させることができる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１において、前記インピーダンス要素は、抵抗成分で構成されることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、リプルの少ない直流電源を使用した場合でも、昇圧チョッパ回路を確実に起動、動作させることができる。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記インピーダンス要素の両端間を短絡・開放する手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、不要なときにはインピーダンス要素への通電をオン・オフすることができる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３において、前記インピーダンス要素の両端間を短絡・開放する手段は、制御端子に駆動電圧が印加されることでオンするスイッチング素子であり、前記昇圧チョッパ回路のインダクタに磁気結合した駆動巻線の一端をインダクタの入力側に接続し、駆動巻線の他端を整流素子および時定数回路を介して当該スイッチング素子の制御端子に接続することを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、電源投入直後はスイッチング素子がオフしているので、インピーダンス要素に電流が流れて、昇圧チョッパ回路を確実に起動させることができ、時間が経過してスイッチング素子がオンすると、インピーダンス要素には電流が流れなくなり、インピーダンス要素での損失を低減させることができる。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１において、前記インピーダンス要素は、抵抗成分およびインダクタンス成分を有し、前記昇圧チョッパ回路のインダクタの入力側において前記直流電源の両端間にフィルタコンデンサを設けたことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、リプルの少ない直流電源を使用した場合でも、昇圧チョッパ回路を確実に起動、動作させることができる。さらに、インダクタンス成分およびフィルタコンデンサによってフィルタ回路を構成するので、昇圧チョッパ回路で発生したノイズ（発振ノイズ等）の直流電源側への伝播を抑制でき、さらに、インピーダンス要素をフィルタ回路に兼用させることで、構成の簡略化を図ることができる。
【００２０】
請求項６の発明は、放電灯と、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置を備える鉄道車両において、放電灯点灯装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の放電灯点灯装置であることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、リプルの少ない直流電源を使用した場合でも、昇圧チョッパ回路を確実に起動、動作させることができる鉄道車両を提供できる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明では、リプルの少ない直流電源を使用した場合でも、昇圧チョッパ回路を確実に起動、動作させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
（実施形態１）
本実施形態の放電灯点灯装置は、図１に示すように、商用電源を整流した後に平滑した電源や電池等のようにリプルの少ない直流電圧を供給する直流電源Ｅ１を入力としており、直流電源Ｅ１の電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路１と、昇圧チョッパ回路１の出力を高周波電力に変換するインバータ回路２と、インバータ回路２が出力する高周波電力を共振回路を介して放電灯Ｌａに供給する負荷回路３と、直流電源Ｅ１と昇圧チョッパ回路２との間に接続されたインピーダンス要素たる抵抗Ｒａとを備える。
【００２５】
昇圧チョッパ回路１は、抵抗Ｒａを介して直流電源Ｅ１の両端間に接続されたインダクタＬ１とＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１と電流検出用の抵抗Ｒ１との直列回路と、スイッチング素子Ｑ１と抵抗Ｒ１との両端間に接続されたダイオードＤ１とコンデンサＣ１の直列回路と、スイッチング素子Ｑ１のオン・オフを制御するチョッパ制御回路Ｋ１と、インダクタＬ１に磁気結合した電流検出巻線Ｎｓとで構成され、チョッパ制御回路Ｋ１が、スイッチング素子Ｑ１をオン・オフ制御することで、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１で平滑された昇圧電圧がインバータ回路２へ出力される。
【００２６】
インバータ回路２は、コンデンサＣ１の両端間に接続した一対のＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路と、インバータ制御回路Ｋ２とを備え、ハイサイド側のスイッチング素子Ｑ２およびローサイド側のスイッチング素子Ｑ３が、インバータ制御回路Ｋ２によって交互にオン・オフ制御されることで、スイッチング素子Ｑ３の両端から高周波電力を供給するハーフリッジインバータを構成している。なお、インバータ制御回路Ｋ２によるスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオン・オフ制御は、カレントトランス等を用いた自励式、ドライバＩＣを用いた他励式のいずれでもよい。
【００２７】
負荷回路３は、スイッチング素子Ｑ３の両端間に直列接続した共振インダクタＬｒと共振コンデンサＣｒとからなる共振回路で構成され、コンデンサＣｒには放電灯Ｌａが並列接続されており、放電灯Ｌａには、上記共振回路を介してインバータ回路２からの高周波電力が供給されて、点灯動作が行われる。
【００２８】
昇圧チョッパ回路１のチョッパ制御回路Ｋ１は、例えば力率改善用ＩＣで構成され、回路起動時に制御電源が投入されると、スイッチング素子Ｑ１をオンさせる初回のオン信号を強制出力する。スイッチング素子Ｑ１がオンすると、直流電源Ｅ１から、インダクタＬ１、スイッチング素子Ｑ１、抵抗Ｒ１を介して電流が流れ、スイッチング素子Ｑ１のオン時にインダクタＬ１を流れる電流（以後、インダクタ電流と称す）を抵抗Ｒ１の両端電圧で検出し、この抵抗Ｒ１の両端電圧がオフ閾値以上となった場合、チョッパ制御回路Ｋ１はスイッチング素子Ｑ１をオフさせるオフ信号を出力する。スイッチング素子Ｑ１がオフすると、インダクタＬ１に逆起電力が発生し、直流電源Ｅ１およびインダクタＬ１からダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に充電電流が流れ、コンデンサＣ１の両端間には昇圧された電圧が発生する。そして、インダクタ電流が徐々に減少するのであるが、スイッチング素子Ｑ１のオフ時のインダクタ電流を電流検出巻線Ｎｓの両端電圧で検出し、この電流検出巻線Ｎｓの両端電圧がオン閾値以下になり、インダクタ電流≒０となるゼロ電流が検出されると、チョッパ制御回路Ｋ１はスイッチング素子Ｑ１をオンさせるオン信号を出力し、以後上記発振動作を継続する。ここで、電流検出巻線Ｎｓによる上記ゼロ電流検出は、電流検出巻線Ｎｓの両端電圧が、一旦、リセット電圧（オン閾値＜リセット電圧＜オフ閾値）を超えた後、オン閾値以下になった場合に可能となる。
【００２９】
なお、チョッパ制御回路Ｋ１に用いる力率改善用ＩＣとしては、オンセミコンダクター社のＭＣ３３２６２や、ＳＴマイクロエレクトロニクス社のＬ６５６１等の汎用ＩＣがある。また、放電灯点灯装置毎の特性（力率改善機能等）に合わせて製作したカスタムＩＣでもよく、チョッパ制御回路Ｋ１とインバータ制御回路Ｋ２とをワンパッケージに組み込んだものでもよい。また、チョッパ制御回路Ｋ１に力率改善用ＩＣを用いることで、チョッパ動作の制御が容易となり、部品点数の削減や、昇圧チョッパ回路１を様々な装置に流用することが可能となる。
【００３０】
そして、本実施形態では、直流電源Ｅ１の＋側電圧と昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１の入力端との間に抵抗Ｒａを接続しており、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間中にインダクタＬ１を介してコンデンサＣ１を充電しているときには、抵抗Ｒａで電圧降下が発生し、インダクタＬ１の入力端の電圧が低下するので、起動時、あるいは起動後の急激な負荷変動によってチョッパ動作が停止した状態でも、インダクタＬ１の両端には抵抗Ｒａによって十分な電位差が発生する。したがって、リプルの少ない直流電圧を供給する直流電源Ｅ１を用いた放電灯点灯装置において、起動時、あるいは起動後にチョッパ動作が停止した状態となっても、電流検出巻線Ｎｓには十分な電圧が発生し、ゼロ電流検出が可能となり、再びスイッチング素子Ｑ１をオンして、発振動作の継続が可能となり、昇圧チョッパ回路１を確実に起動、動作させることができる。
【００３１】
また、ハーフブリッジインバータからなるインバータ回路２と、共振回路を有する負荷回路３とを用いて、放電灯Ｌａをインバータ回路２の出力に絶縁することなく接続することで、プッシュプルインバータのように放電灯を絶縁する構成に比べて、放電灯Ｌａの状態モニターが容易になり、放電灯の寿命末期等の不具合を確実に検出して、寿命末期時の異常加熱等の不具合を回避でき、安全性が向上する。なお、インバータ回路２の構成はフルブリッジインバータであってもよい。
【００３２】
（実施形態２）
本実施形態の放電灯点灯装置は、図２に示すように、インピーダンス要素として、実施形態１の抵抗ＲａをサーミスタＴｈに置き換えたものであり、サーミスタＴｈには、温度が上昇するにつれて抵抗値が低下する、いわゆる温度に対して負特性を有するＮＴＣ(ＮegativeＴemperature Ｃoefficient)タイプのものを用いる。
【００３３】
そして、直流電源Ｅ１の＋側電圧と昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１の入力端との間に接続されたサーミスタＴｈを備えることによって、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間中にインダクタＬ１を介してコンデンサＣ１を充電しているときには、サーミスタＴｈで電圧降下が発生し、インダクタＬ１の入力端の電圧が低下するので、起動時、あるいは起動後の急激な負荷変動によってチョッパ動作が停止した状態でも、インダクタＬ１の両端にはサーミスタＴｈによって十分な電位差が発生する。したがって、リプルの少ない直流電圧を供給する直流電源Ｅ１を用いた放電灯点灯装置において、起動時、あるいは起動後にチョッパ動作が停止した状態となっても、電流検出巻線Ｎｓには十分な電圧が発生し、ゼロ電流検出が可能となり、再びスイッチング素子Ｑ１をオンして、発振動作の継続が可能となり、昇圧チョッパ回路１を確実に起動、動作させることができる。
【００３４】
また、電源投入直後は、サーミスタＴｈの抵抗値が大きく、時間が経過するにつれてサーミスタＴｈの温度が上昇して、抵抗値が低下するので、サーミスタＴｈでの損失も徐々に低減する。
【００３５】
また、本実施形態の放電灯点灯装置を停止させた直後に、再起動させる場合、サーミスタＴｈ１の温度が十分に下がっていない状態では、サーミスタＴｈによる電圧降下が十分でなく、インダクタＬ１の両端に発生する電位差が小さくなることが考えられるが、放電灯点灯装置を鉄道車両に用いる場合、起動、停止を頻繁に繰り返すことはなく、本実施形態の放電灯点灯装置を鉄道車両に用いることに問題はない。
【００３６】
なお、他の構成は実施形態１と同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００３７】
（実施形態３）
本実施形態の放電灯点灯装置は、図３に示すように、インピーダンス要素として、実施形態１の抵抗Ｒａの代わりに、入力段に設けたフィルタ回路４のインダクタＬｆで兼用したものであり、フィルタ用のインダクタＬｆは、直流電源Ｅ１の＋側電圧と昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１の入力端との間、および直流電源Ｅ１の−側電圧と昇圧チョッパ回路１の回路グランドとの間に各々接続されている。
【００３８】
そして、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間中に昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１を介してコンデンサＣ１を充電しているときには、直流電源Ｅ１の＋側電圧とインダクタＬ１の入力端との間に接続されたインダクタＬｆの抵抗成分によって電圧降下が発生し、インダクタＬ１の入力端の電圧が低下するので、起動時、あるいは起動後の急激な負荷変動によってチョッパ動作が停止した状態でも、インダクタＬ１の両端にはインダクタＬｆの抵抗成分によって十分な電位差が発生する。したがって、リプルの少ない直流電圧を供給する直流電源Ｅ１を用いた放電灯点灯装置において、起動時、あるいは起動後にチョッパ動作が停止した状態となっても、電流検出巻線Ｎｓには十分な電圧が発生し、ゼロ電流検出が可能となり、再びスイッチング素子Ｑ１をオンして、発振動作の継続が可能となり、昇圧チョッパ回路１を確実に起動、動作させることができる。
【００３９】
また、フィルタ回路４によって、昇圧チョッパ回路１で発生したノイズ（発振ノイズ等）の直流電源Ｅ１側への伝播を抑制でき、さらに、インダクタＬ１の両端に十分な電位差が発生させるためのインピーダンス要素を、フィルタ回路４のインダクタＬｆに兼用させることで、構成の簡略化を図ることができる。
【００４０】
（実施形態４）
本実施形態の放電灯点灯装置は、図４に示すように、実施形態２のインピーダンス要素たるサーミスタＴｈにサイリスタＳ１を並列接続し、インダクタＬ１に磁気結合した駆動巻線Ｎｄの一端をインダクタＬ１の入力側に接続し、駆動巻線Ｎｄの他端をダイオードＤ２のアノードに接続し、ダイオードＤ２のカソードとインダクタＬ１の入力側との間にコンデンサＣ２を接続し、コンデンサＣ２の両端電圧を、サイリスタＳ１のゲート端子（制御端子）−カソード端子間に印加している。
【００４１】
そして、サイリスタＳ１は、サーミスタＴｈの両端間を短絡・開放する手段であり、電源投入直後は、コンデンサＣ２が充電されておらず、サイリスタＳ１はオフしており、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間中にインダクタＬ１を介してコンデンサＣ１を充電しているときには、通電状態のサーミスタＴｈで電圧降下が発生し、インダクタＬ１の入力端の電圧が低下するので、インダクタＬ１の両端にはサーミスタＴｈによって十分な電位差が発生する。したがって、リプルの少ない直流電圧を供給する直流電源Ｅ１を用いた放電灯点灯装置において、起動時の電流検出巻線Ｎｓには十分な電圧が発生し、ゼロ電流検出が可能となり、再びスイッチング素子Ｑ１をオンして、発振動作の継続が可能となり、昇圧チョッパ回路１を確実に起動させることができる。
【００４２】
さらに、時間が経過するにつれて、駆動巻線ＮｄからダイオードＤ２を介してコンデンサＣ２に充電電流が流れ込み、コンデンサＣ２の電圧が上昇する。コンデンサＣ２の電圧がサイリスタＳ１のオン電圧を超えると、サイリスタＳ１がオンし、サーミスタＴｈには電流が流れなくなり、サーミスタＴｈでの損失が低減する。
【００４３】
また、本実施形態の放電灯点灯装置は、入力段にフィルタ回路４を設けており、直流電源Ｅ１の＋側電圧と昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１の入力端との間、および直流電源Ｅ１の−側電圧と昇圧チョッパ回路１の回路グランドとの間にフィルタ用のインダクタＬｆが各々接続され、フィルタ部４の入力端間にはフィルタ用のコンデンサＣｆ１が接続されている。
【００４４】
そして、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間中に昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１を介してコンデンサＣ１を充電しているときには、直流電源Ｅ１の＋側電圧とインダクタＬ１の入力端との間に接続されたインダクタＬｆの抵抗成分によって電圧降下が発生し、インダクタＬ１の入力端の電圧が低下するので、起動時、あるいは起動後の急激な負荷変動によってチョッパ動作が停止した状態でも、インダクタＬ１の両端にはインダクタＬｆの抵抗成分によって十分な電位差が発生する。したがって、リプルの少ない直流電圧を供給する直流電源Ｅ１を用いた放電灯点灯装置において、起動時、あるいは起動後にチョッパ動作が停止した状態となっても、電流検出巻線Ｎｓには十分な電圧が発生し、ゼロ電流検出が可能となり、再びスイッチング素子Ｑ１をオンして、発振動作の継続が可能となり、昇圧チョッパ回路１を確実に起動、動作させることができる。
【００４５】
このように、インピーダンス要素として、サーミスタＴｈとインダクタＬｆとの両方を用い、サーミスタＴｈに並列にサイリスタＳ１を設けることで、起動時はサーミスタＴｈおよびインダクタＬｆの両抵抗成分によって確実に起動させ、動作時はインダクタＬｆの抵抗成分によって確実に動作させながらサーミスタＴｈでの損失を低減させている。なお、サイリスタＳ１は、ＦＥＴ等の他のスイッチング素子でもよい。
【００４６】
また、フィルタ回路４によって、昇圧チョッパ回路１で発生したノイズ（発振ノイズ等）の直流電源Ｅ１側への伝播を抑制できる。
【００４７】
（実施形態５）
本実施形態の放電灯点灯装置は、図５に示すように、実施形態１の構成に付加して、その入力段にフィルタ回路４、整流回路５、コンデンサＣｆ３を設けており、直流電源Ｅ１の＋側電圧と昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１の入力端との間、および直流電源Ｅ１の−側電圧と昇圧チョッパ回路１の回路グランドとの間に整流回路５を介してフィルタ用のインダクタＬｆが各々接続され、フィルタ部４の入力端間および出力端間にはフィルタ用のコンデンサＣｆ１，Ｃｆ２が各々接続されている。そして、フィルタ回路４の出力は整流回路５で整流され、整流回路５の出力端間にはフィルタ用のコンデンサＣｆ３が接続されている。
【００４８】
したがって、直流電源Ｅ１の＋側電圧と−側電圧との接続が逆になる誤接続が生じた場合でも、整流回路４によって、昇圧チョッパ回路１には正しい極性の直流電圧が入力されるので、誤動作や故障が発生することなく正常に動作し、ユーザも直流電源Ｅ１の極性を気にせず接続することができて、扱い易いものになる。また、コンデンサＣｆ１，Ｃｆ２，Ｃｆ３を適宜設定することによって、直流電源Ｅ１の代わりに商用電源を入力した場合でも、整流回路４によって商用電源を整流した電圧を用いて動作させることができる。
【００４９】
さらに、抵抗Ｒａによる実施形態１の効果に付加して、直流電源Ｅ１の＋側電圧と昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１の入力端との間に接続されたインダクタＬｆを備えることによって、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間中にインダクタＬ１を介してコンデンサＣ１を充電しているときには、インダクタＬｆの抵抗成分で電圧降下が発生し、インダクタＬ１の入力端の電圧が低下するので、起動時、あるいは起動後の急激な負荷変動によってチョッパ動作が停止した状態でも、インダクタＬ１の両端にはインダクタＬｆの抵抗成分によって十分な電位差が発生する。したがって、リプルの少ない直流電圧を供給する直流電源Ｅ１を用いた放電灯点灯装置において、起動時、あるいは起動後にチョッパ動作が停止した状態となっても、電流検出巻線Ｎｓには十分な電圧が発生し、ゼロ電流検出が可能となり、再びスイッチング素子Ｑ１をオンして、発振動作の継続が可能となり、昇圧チョッパ回路１を確実に起動、動作させることができる。
【００５０】
このように、インピーダンス要素として、サーミスタＴｈおよびインダクタＬｆの両抵抗成分を用いることで、昇圧チョッパ回路１の起動特性、動作特性をさらに向上させている。なお、コンデンサＣｆ３の容量によっては、上記インピーダンス要素による作用に不利になることが考えられるため、少なくとも、コンデンサＣｆ３の容量はコンデンサＣ１の容量より小さくする必要がある。
【００５１】
また、フィルタ回路４によって、昇圧チョッパ回路１で発生したノイズ（発振ノイズ等）の直流電源Ｅ１側への伝播を抑制できる。
【００５２】
（実施形態６）
本実施形態の放電灯点灯装置は、図６に示すように、実施形態４の構成に付加して、フィルタ回路４の出力に整流回路５を設けており、直流電源Ｅ１の＋側電圧と−側電圧との接続が逆になる誤接続が生じた場合でも、整流回路４によって、昇圧チョッパ回路１には正しい極性の直流電圧が入力されるので、誤動作や故障が発生することなく正常に動作し、ユーザも直流電源Ｅ１の極性を気にせず接続することができて、扱い易いものになる。
【００５３】
また、フィルタ回路４の出力端間に接続したフィルタ用のコンデンサＣｆ２は省略してもよい。
【００５４】
（実施形態７）
図７は、実施形態１乃至６いずれかの放電灯点灯装置Ａを搭載した鉄道車両Ｘであり、放電灯点灯装置Ａによって前照灯に用いられる放電灯Ｌａを点灯させている。したがって、特に信頼性が求められる鉄道車両Ｘにおいて、放電灯Ｌａの点灯動作について確実な起動、動作を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態１の放電灯点灯装置を示す構成図である。
【図２】実施形態２の放電灯点灯装置を示す構成図である。
【図３】実施形態３の放電灯点灯装置を示す構成図である。
【図４】実施形態４の放電灯点灯装置を示す構成図である。
【図５】実施形態５の放電灯点灯装置を示す構成図である。
【図６】実施形態６の放電灯点灯装置を示す構成図である。
【図７】実施形態７の鉄道車両を示す構成図である。
【図８】従来の放電灯点灯装置を示す構成図である。
【図９】インダクタ両端の電位差を示す波形図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 昇圧チョッパ回路
２ インバータ回路
３ 負荷回路
Ｌ１ インダクタ
Ｑ１ スイッチング素子
Ｄ１ ダイオード
Ｃ１ コンデンサ
Ｒ１ 抵抗
Ｎｓ 電流検出巻線
Ｋ１ チョッパ制御回路
Ｅ１ 直流電源
Ｌａ 放電灯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯点灯装置、およびそれを用いた鉄道車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両の放電灯を点灯させる放電灯点灯装置として図８に示すような構成があり、放電灯点灯装置に入力された直流電源Ｅ１１の直流電圧は、昇圧チョッパ回路１１で昇圧された後、インバータ回路１２に入力され、インバータ回路１２で高周波電力に変換されて放電灯Ｌａに供給される。
【０００３】
昇圧チョッパ回路１１は、直流電源Ｅ１１の両端間に接続されたインダクタＬ１１とＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１１と電流検出用の抵抗Ｒ１１との直列回路と、スイッチング素子Ｑ１１と抵抗Ｒ１１との両端間に接続されたダイオードＤ１１とコンデンサＣ１１の直列回路と、スイッチング素子Ｑ１１のオン・オフを制御するチョッパ制御回路Ｋ１１と、インダクタＬ１１に磁気結合した電流検出巻線Ｎ１１とで構成され、チョッパ制御回路Ｋ１１が、スイッチング素子Ｑ１１をオン・オフ制御することで、ダイオードＤ１１を介してコンデンサＣ１１で平滑された昇圧電圧がインバータ回路１２へ出力される。
【０００４】
チョッパ制御回路Ｋ１１は、例えば力率改善用ＩＣで構成され、回路起動時に制御電源が投入されると、スイッチング素子Ｑ１１をオンさせる初回のオン信号を強制出力する。スイッチング素子Ｑ１１がオンすると、直流電源Ｅ１１から、インダクタＬ１１、スイッチング素子Ｑ１１、抵抗Ｒ１１を介して電流が流れ、スイッチング素子Ｑ１１のオン時にインダクタＬ１１を流れる電流（以後、インダクタ電流と称す）を抵抗Ｒ１１の両端電圧で検出し、この抵抗Ｒ１１の両端電圧がオフ閾値以上となった場合、チョッパ制御回路Ｋ１１はスイッチング素子Ｑ１１をオフさせるオフ信号を出力する。スイッチング素子Ｑ１１がオフすると、インダクタＬ１１に逆起電力が発生し、直流電源Ｅ１１およびインダクタＬ１１からダイオードＤ１１を介してコンデンサＣ１１に充電電流が流れ、コンデンサＣ１１の両端間には昇圧された電圧が発生する。そして、インダクタ電流が徐々に減少するのであるが、スイッチング素子Ｑ１１のオフ時のインダクタ電流を電流検出巻線Ｎ１１の両端電圧で検出し、この電流検出巻線Ｎ１１の両端電圧がオン閾値以下になり、インダクタ電流≒０となるゼロ電流が検出されると、チョッパ制御回路Ｋ１１はスイッチング素子Ｑ１１をオンさせるオン信号を出力し、以後上記発振動作を継続する。なお、オフ閾値＞オン閾値である。
【０００５】
また、電源によって、商用電源を全波整流したリプルの大きい電源を用いる交流電源用と、商用電源を整流後に平滑した電源や電池等のようにリプルの少ない電源を用いる直流電源用とがあり、特に直流電源用では、コスト面で有利であること、負荷変動に強いこと、過去から使用されて回路技術の蓄積、実績があること等から、インバータ回路として定電流プッシュプルインバータを用いたものが採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−１５３５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の放電灯点灯装置の昇圧チョッパ回路１１では、直流電源Ｅ１１として、商用電源を全波整流した電源を用いた場合、脈流があるためにチョッパ動作の安定性（特に起動時の安定性）が確保されている。これは、コンデンサＣ１１には容量の大きい電解コンデンサが用いられており、コンデンサ電圧Ｖｃは略一定となるが、インダクタＬ１１の電源側の電圧は、上記脈流によって変動し、インダクタＬ１１の両端には、図９に示すように、電源周期に応じて変動する電位差ＶＬが発生するため、起動時、あるいは起動後の急激な負荷変動によってチョッパ動作が停止した状態でも、電流検出巻線Ｎ１１には十分な電圧が発生し、ゼロ電流検出が可能となり、再びスイッチング素子Ｑ１１をオンして、発振動作の継続が可能となる。
【０００７】
しかし、直流電源Ｅ１１として、商用電源を整流後に平滑した電源や電池等のようにリプルの少ない直流電圧を供給する電源を用いた場合、インダクタＬ１１両端の電位差には脈流による変動が発生せず、起動時、あるいは起動後にチョッパ動作が停止した状態では、昇圧チョッパ回路１１の入出力電圧の差が小さくなり、インダクタＬ１１の両端には十分な電位差が発生せず、電流検出巻線Ｎ１１にも十分な電圧が発生しなくなる。ここで、チョッパ制御回路Ｋ１１による上記ゼロ電流検出は、電流検出巻線Ｎ１１の両端電圧が、一旦、リセット電圧（オン閾値＜リセット電圧＜オフ閾値）を超えた後、オン閾値以下になった場合に可能となるため、電流検出巻線Ｎ１１に十分な電圧が発生していない状態では、電流検出巻線Ｎ１１の両端電圧が上記リセット電圧を超えないためにゼロ電流検出が不可能となり、再びスイッチング素子Ｑ１１をオンすることができなくなって、発振動作が停止してしまう。
【０００８】
特に、起動時の電源投入直後には、スイッチング素子Ｑ１１をオンさせる初回のオン信号は強制出力されるが、初回のオン動作のみで充電されるコンデンサＣ１１の電圧は、入力電圧に比べて十分に昇圧されていないので、インダクタＬ１１の両端には十分な電位差が発生せず、電流検出巻線Ｎ１１にも十分な電圧が発生せず、したがってゼロ電流検出が不可能となり、発振動作の継続が困難であった。
【０００９】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、リプルの少ない直流電源を使用した場合でも、昇圧チョッパ回路を確実に起動、動作させることができる放電灯点灯装置、およびそれを用いた鉄道車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、直流電源の両端間に接続されたインダクタとスイッチング素子との直列回路と、直流電源からインダクタを介して発生する電圧を平滑する平滑回路と、インダクタを流れる電流を検出する電流検出回路と、スイッチング素子のオン・オフを制御するチョッパ制御回路とで構成され、チョッパ制御回路が、電流検出回路で検出した電流が第１の閾値以下になったときにスイッチング素子をオンし、第２の閾値以上になったときにスイッチング素子をオフすることで、直流電源から入力された直流電圧を昇圧して平滑回路を通して出力する昇圧チョッパ回路と、昇圧チョッパ回路の出力を高周波電力に変換するインバータ回路と、共振インダクタおよび共振コンデンサからなる共振回路を具備し、インバータ回路が出力する高周波電力を当該共振回路を介して放電灯に供給する負荷回路と、直流電源と昇圧チョッパ回路のインダクタとの間に接続されたインピーダンス要素とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、インピーダンス要素で電圧降下が発生し、インダクタの入力端の電圧が低下するので、起動時、あるいは起動後の急激な負荷変動によってチョッパ動作が停止した状態でも、インダクタの両端にはインピーダンス要素によって十分な電位差が発生する。したがって、リプルの少ない直流電圧を供給する直流電源を用いて、起動時、あるいは起動後にチョッパ動作が停止した状態となっても、電流検出回路はインダクタ電流の変化を検出できるので、再びスイッチング素子を駆動して、発振動作の継続が可能となり、リプルの少ない直流電源を使用した場合でも、昇圧チョッパ回路を確実に起動、動作させることができる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１において、前記インピーダンス要素は、抵抗成分で構成されることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、リプルの少ない直流電源を使用した場合でも、昇圧チョッパ回路を確実に起動、動作させることができる。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記インピーダンス要素の両端間を短絡・開放する手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、不要なときにはインピーダンス要素への通電をオン・オフすることができる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３において、前記インピーダンス要素の両端間を短絡・開放する手段は、制御端子に駆動電圧が印加されることでオンするスイッチング素子であり、前記昇圧チョッパ回路のインダクタに磁気結合した駆動巻線の一端をインダクタの入力側に接続し、駆動巻線の他端を整流素子および時定数回路を介して当該スイッチング素子の制御端子に接続することを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、電源投入直後はスイッチング素子がオフしているので、インピーダンス要素に電流が流れて、昇圧チョッパ回路を確実に起動させることができ、時間が経過してスイッチング素子がオンすると、インピーダンス要素には電流が流れなくなり、インピーダンス要素での損失を低減させることができる。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１において、前記インピーダンス要素は、抵抗成分およびインダクタンス成分を有し、前記昇圧チョッパ回路のインダクタの入力側において前記直流電源の両端間にフィルタコンデンサを設けたことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、リプルの少ない直流電源を使用した場合でも、昇圧チョッパ回路を確実に起動、動作させることができる。さらに、インダクタンス成分およびフィルタコンデンサによってフィルタ回路を構成するので、昇圧チョッパ回路で発生したノイズ（発振ノイズ等）の直流電源側への伝播を抑制でき、さらに、インピーダンス要素をフィルタ回路に兼用させることで、構成の簡略化を図ることができる。
【００２０】
請求項６の発明は、放電灯と、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置を備える鉄道車両において、放電灯点灯装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の放電灯点灯装置であることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、リプルの少ない直流電源を使用した場合でも、昇圧チョッパ回路を確実に起動、動作させることができる鉄道車両を提供できる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明では、リプルの少ない直流電源を使用した場合でも、昇圧チョッパ回路を確実に起動、動作させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
（実施形態１）
本実施形態の放電灯点灯装置は、図１に示すように、商用電源を整流した後に平滑した電源や電池等のようにリプルの少ない直流電圧を供給する直流電源Ｅ１を入力としており、直流電源Ｅ１の電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路１と、昇圧チョッパ回路１の出力を高周波電力に変換するインバータ回路２と、インバータ回路２が出力する高周波電力を共振回路を介して放電灯Ｌａに供給する負荷回路３と、直流電源Ｅ１と昇圧チョッパ回路２との間に接続されたインピーダンス要素たる抵抗Ｒａとを備える。
【００２５】
昇圧チョッパ回路１は、抵抗Ｒａを介して直流電源Ｅ１の両端間に接続されたインダクタＬ１とＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１と電流検出用の抵抗Ｒ１との直列回路と、スイッチング素子Ｑ１と抵抗Ｒ１との両端間に接続されたダイオードＤ１とコンデンサＣ１の直列回路と、スイッチング素子Ｑ１のオン・オフを制御するチョッパ制御回路Ｋ１と、インダクタＬ１に磁気結合した電流検出巻線Ｎｓとで構成され、チョッパ制御回路Ｋ１が、スイッチング素子Ｑ１をオン・オフ制御することで、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１で平滑された昇圧電圧がインバータ回路２へ出力される。
【００２６】
インバータ回路２は、コンデンサＣ１の両端間に接続した一対のＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路と、インバータ制御回路Ｋ２とを備え、ハイサイド側のスイッチング素子Ｑ２およびローサイド側のスイッチング素子Ｑ３が、インバータ制御回路Ｋ２によって交互にオン・オフ制御されることで、スイッチング素子Ｑ３の両端から高周波電力を供給するハーフリッジインバータを構成している。なお、インバータ制御回路Ｋ２によるスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオン・オフ制御は、カレントトランス等を用いた自励式、ドライバＩＣを用いた他励式のいずれでもよい。
【００２７】
負荷回路３は、スイッチング素子Ｑ３の両端間に直列接続した共振インダクタＬｒと共振コンデンサＣｒとからなる共振回路で構成され、コンデンサＣｒには放電灯Ｌａが並列接続されており、放電灯Ｌａには、上記共振回路を介してインバータ回路２からの高周波電力が供給されて、点灯動作が行われる。
【００２８】
昇圧チョッパ回路１のチョッパ制御回路Ｋ１は、例えば力率改善用ＩＣで構成され、回路起動時に制御電源が投入されると、スイッチング素子Ｑ１をオンさせる初回のオン信号を強制出力する。スイッチング素子Ｑ１がオンすると、直流電源Ｅ１から、インダクタＬ１、スイッチング素子Ｑ１、抵抗Ｒ１を介して電流が流れ、スイッチング素子Ｑ１のオン時にインダクタＬ１を流れる電流（以後、インダクタ電流と称す）を抵抗Ｒ１の両端電圧で検出し、この抵抗Ｒ１の両端電圧がオフ閾値以上となった場合、チョッパ制御回路Ｋ１はスイッチング素子Ｑ１をオフさせるオフ信号を出力する。スイッチング素子Ｑ１がオフすると、インダクタＬ１に逆起電力が発生し、直流電源Ｅ１およびインダクタＬ１からダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に充電電流が流れ、コンデンサＣ１の両端間には昇圧された電圧が発生する。そして、インダクタ電流が徐々に減少するのであるが、スイッチング素子Ｑ１のオフ時のインダクタ電流を電流検出巻線Ｎｓの両端電圧で検出し、この電流検出巻線Ｎｓの両端電圧がオン閾値以下になり、インダクタ電流≒０となるゼロ電流が検出されると、チョッパ制御回路Ｋ１はスイッチング素子Ｑ１をオンさせるオン信号を出力し、以後上記発振動作を継続する。ここで、電流検出巻線Ｎｓによる上記ゼロ電流検出は、電流検出巻線Ｎｓの両端電圧が、一旦、リセット電圧（オン閾値＜リセット電圧＜オフ閾値）を超えた後、オン閾値以下になった場合に可能となる。
【００２９】
なお、チョッパ制御回路Ｋ１に用いる力率改善用ＩＣとしては、オンセミコンダクター社のＭＣ３３２６２や、ＳＴマイクロエレクトロニクス社のＬ６５６１等の汎用ＩＣがある。また、放電灯点灯装置毎の特性（力率改善機能等）に合わせて製作したカスタムＩＣでもよく、チョッパ制御回路Ｋ１とインバータ制御回路Ｋ２とをワンパッケージに組み込んだものでもよい。また、チョッパ制御回路Ｋ１に力率改善用ＩＣを用いることで、チョッパ動作の制御が容易となり、部品点数の削減や、昇圧チョッパ回路１を様々な装置に流用することが可能となる。
【００３０】
そして、本実施形態では、直流電源Ｅ１の＋側電圧と昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１の入力端との間に抵抗Ｒａを接続しており、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間中にインダクタＬ１を介してコンデンサＣ１を充電しているときには、抵抗Ｒａで電圧降下が発生し、インダクタＬ１の入力端の電圧が低下するので、起動時、あるいは起動後の急激な負荷変動によってチョッパ動作が停止した状態でも、インダクタＬ１の両端には抵抗Ｒａによって十分な電位差が発生する。したがって、リプルの少ない直流電圧を供給する直流電源Ｅ１を用いた放電灯点灯装置において、起動時、あるいは起動後にチョッパ動作が停止した状態となっても、電流検出巻線Ｎｓには十分な電圧が発生し、ゼロ電流検出が可能となり、再びスイッチング素子Ｑ１をオンして、発振動作の継続が可能となり、昇圧チョッパ回路１を確実に起動、動作させることができる。
【００３１】
また、ハーフブリッジインバータからなるインバータ回路２と、共振回路を有する負荷回路３とを用いて、放電灯Ｌａをインバータ回路２の出力に絶縁することなく接続することで、プッシュプルインバータのように放電灯を絶縁する構成に比べて、放電灯Ｌａの状態モニターが容易になり、放電灯の寿命末期等の不具合を確実に検出して、寿命末期時の異常加熱等の不具合を回避でき、安全性が向上する。なお、インバータ回路２の構成はフルブリッジインバータであってもよい。
【００３２】
（実施形態２）
本実施形態の放電灯点灯装置は、図２に示すように、インピーダンス要素として、実施形態１の抵抗ＲａをサーミスタＴｈに置き換えたものであり、サーミスタＴｈには、温度が上昇するにつれて抵抗値が低下する、いわゆる温度に対して負特性を有するＮＴＣ(ＮegativeＴemperature Ｃoefficient)タイプのものを用いる。
【００３３】
そして、直流電源Ｅ１の＋側電圧と昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１の入力端との間に接続されたサーミスタＴｈを備えることによって、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間中にインダクタＬ１を介してコンデンサＣ１を充電しているときには、サーミスタＴｈで電圧降下が発生し、インダクタＬ１の入力端の電圧が低下するので、起動時、あるいは起動後の急激な負荷変動によってチョッパ動作が停止した状態でも、インダクタＬ１の両端にはサーミスタＴｈによって十分な電位差が発生する。したがって、リプルの少ない直流電圧を供給する直流電源Ｅ１を用いた放電灯点灯装置において、起動時、あるいは起動後にチョッパ動作が停止した状態となっても、電流検出巻線Ｎｓには十分な電圧が発生し、ゼロ電流検出が可能となり、再びスイッチング素子Ｑ１をオンして、発振動作の継続が可能となり、昇圧チョッパ回路１を確実に起動、動作させることができる。
【００３４】
また、電源投入直後は、サーミスタＴｈの抵抗値が大きく、時間が経過するにつれてサーミスタＴｈの温度が上昇して、抵抗値が低下するので、サーミスタＴｈでの損失も徐々に低減する。
【００３５】
また、本実施形態の放電灯点灯装置を停止させた直後に、再起動させる場合、サーミスタＴｈ１の温度が十分に下がっていない状態では、サーミスタＴｈによる電圧降下が十分でなく、インダクタＬ１の両端に発生する電位差が小さくなることが考えられるが、放電灯点灯装置を鉄道車両に用いる場合、起動、停止を頻繁に繰り返すことはなく、本実施形態の放電灯点灯装置を鉄道車両に用いることに問題はない。
【００３６】
なお、他の構成は実施形態１と同様であり、同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００３７】
（実施形態３）
本実施形態の放電灯点灯装置は、図３に示すように、インピーダンス要素として、実施形態１の抵抗Ｒａの代わりに、入力段に設けたフィルタ回路４のインダクタＬｆで兼用したものであり、フィルタ用のインダクタＬｆは、直流電源Ｅ１の＋側電圧と昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１の入力端との間、および直流電源Ｅ１の−側電圧と昇圧チョッパ回路１の回路グランドとの間に各々接続されている。
【００３８】
そして、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間中に昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１を介してコンデンサＣ１を充電しているときには、直流電源Ｅ１の＋側電圧とインダクタＬ１の入力端との間に接続されたインダクタＬｆの抵抗成分によって電圧降下が発生し、インダクタＬ１の入力端の電圧が低下するので、起動時、あるいは起動後の急激な負荷変動によってチョッパ動作が停止した状態でも、インダクタＬ１の両端にはインダクタＬｆの抵抗成分によって十分な電位差が発生する。したがって、リプルの少ない直流電圧を供給する直流電源Ｅ１を用いた放電灯点灯装置において、起動時、あるいは起動後にチョッパ動作が停止した状態となっても、電流検出巻線Ｎｓには十分な電圧が発生し、ゼロ電流検出が可能となり、再びスイッチング素子Ｑ１をオンして、発振動作の継続が可能となり、昇圧チョッパ回路１を確実に起動、動作させることができる。
【００３９】
また、フィルタ回路４によって、昇圧チョッパ回路１で発生したノイズ（発振ノイズ等）の直流電源Ｅ１側への伝播を抑制でき、さらに、インダクタＬ１の両端に十分な電位差が発生させるためのインピーダンス要素を、フィルタ回路４のインダクタＬｆに兼用させることで、構成の簡略化を図ることができる。
【００４０】
（実施形態４）
本実施形態の放電灯点灯装置は、図４に示すように、実施形態２のインピーダンス要素たるサーミスタＴｈにサイリスタＳ１を並列接続し、インダクタＬ１に磁気結合した駆動巻線Ｎｄの一端をインダクタＬ１の入力側に接続し、駆動巻線Ｎｄの他端をダイオードＤ２のアノードに接続し、ダイオードＤ２のカソードとインダクタＬ１の入力側との間にコンデンサＣ２を接続し、コンデンサＣ２の両端電圧を、サイリスタＳ１のゲート端子（制御端子）−カソード端子間に印加している。
【００４１】
そして、サイリスタＳ１は、サーミスタＴｈの両端間を短絡・開放する手段であり、電源投入直後は、コンデンサＣ２が充電されておらず、サイリスタＳ１はオフしており、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間中にインダクタＬ１を介してコンデンサＣ１を充電しているときには、通電状態のサーミスタＴｈで電圧降下が発生し、インダクタＬ１の入力端の電圧が低下するので、インダクタＬ１の両端にはサーミスタＴｈによって十分な電位差が発生する。したがって、リプルの少ない直流電圧を供給する直流電源Ｅ１を用いた放電灯点灯装置において、起動時の電流検出巻線Ｎｓには十分な電圧が発生し、ゼロ電流検出が可能となり、再びスイッチング素子Ｑ１をオンして、発振動作の継続が可能となり、昇圧チョッパ回路１を確実に起動させることができる。
【００４２】
さらに、時間が経過するにつれて、駆動巻線ＮｄからダイオードＤ２を介してコンデンサＣ２に充電電流が流れ込み、コンデンサＣ２の電圧が上昇する。コンデンサＣ２の電圧がサイリスタＳ１のオン電圧を超えると、サイリスタＳ１がオンし、サーミスタＴｈには電流が流れなくなり、サーミスタＴｈでの損失が低減する。
【００４３】
また、本実施形態の放電灯点灯装置は、入力段にフィルタ回路４を設けており、直流電源Ｅ１の＋側電圧と昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１の入力端との間、および直流電源Ｅ１の−側電圧と昇圧チョッパ回路１の回路グランドとの間にフィルタ用のインダクタＬｆが各々接続され、フィルタ部４の入力端間にはフィルタ用のコンデンサＣｆ１が接続されている。
【００４４】
そして、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間中に昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１を介してコンデンサＣ１を充電しているときには、直流電源Ｅ１の＋側電圧とインダクタＬ１の入力端との間に接続されたインダクタＬｆの抵抗成分によって電圧降下が発生し、インダクタＬ１の入力端の電圧が低下するので、起動時、あるいは起動後の急激な負荷変動によってチョッパ動作が停止した状態でも、インダクタＬ１の両端にはインダクタＬｆの抵抗成分によって十分な電位差が発生する。したがって、リプルの少ない直流電圧を供給する直流電源Ｅ１を用いた放電灯点灯装置において、起動時、あるいは起動後にチョッパ動作が停止した状態となっても、電流検出巻線Ｎｓには十分な電圧が発生し、ゼロ電流検出が可能となり、再びスイッチング素子Ｑ１をオンして、発振動作の継続が可能となり、昇圧チョッパ回路１を確実に起動、動作させることができる。
【００４５】
このように、インピーダンス要素として、サーミスタＴｈとインダクタＬｆとの両方を用い、サーミスタＴｈに並列にサイリスタＳ１を設けることで、起動時はサーミスタＴｈおよびインダクタＬｆの両抵抗成分によって確実に起動させ、動作時はインダクタＬｆの抵抗成分によって確実に動作させながらサーミスタＴｈでの損失を低減させている。なお、サイリスタＳ１は、ＦＥＴ等の他のスイッチング素子でもよい。
【００４６】
また、フィルタ回路４によって、昇圧チョッパ回路１で発生したノイズ（発振ノイズ等）の直流電源Ｅ１側への伝播を抑制できる。
【００４７】
（実施形態５）
本実施形態の放電灯点灯装置は、図５に示すように、実施形態１の構成に付加して、その入力段にフィルタ回路４、整流回路５、コンデンサＣｆ３を設けており、直流電源Ｅ１の＋側電圧と昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１の入力端との間、および直流電源Ｅ１の−側電圧と昇圧チョッパ回路１の回路グランドとの間に整流回路５を介してフィルタ用のインダクタＬｆが各々接続され、フィルタ部４の入力端間および出力端間にはフィルタ用のコンデンサＣｆ１，Ｃｆ２が各々接続されている。そして、フィルタ回路４の出力は整流回路５で整流され、整流回路５の出力端間にはフィルタ用のコンデンサＣｆ３が接続されている。
【００４８】
したがって、直流電源Ｅ１の＋側電圧と−側電圧との接続が逆になる誤接続が生じた場合でも、整流回路４によって、昇圧チョッパ回路１には正しい極性の直流電圧が入力されるので、誤動作や故障が発生することなく正常に動作し、ユーザも直流電源Ｅ１の極性を気にせず接続することができて、扱い易いものになる。また、コンデンサＣｆ１，Ｃｆ２，Ｃｆ３を適宜設定することによって、直流電源Ｅ１の代わりに商用電源を入力した場合でも、整流回路４によって商用電源を整流した電圧を用いて動作させることができる。
【００４９】
さらに、抵抗Ｒａによる実施形態１の効果に付加して、直流電源Ｅ１の＋側電圧と昇圧チョッパ回路１のインダクタＬ１の入力端との間に接続されたインダクタＬｆを備えることによって、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間中にインダクタＬ１を介してコンデンサＣ１を充電しているときには、インダクタＬｆの抵抗成分で電圧降下が発生し、インダクタＬ１の入力端の電圧が低下するので、起動時、あるいは起動後の急激な負荷変動によってチョッパ動作が停止した状態でも、インダクタＬ１の両端にはインダクタＬｆの抵抗成分によって十分な電位差が発生する。したがって、リプルの少ない直流電圧を供給する直流電源Ｅ１を用いた放電灯点灯装置において、起動時、あるいは起動後にチョッパ動作が停止した状態となっても、電流検出巻線Ｎｓには十分な電圧が発生し、ゼロ電流検出が可能となり、再びスイッチング素子Ｑ１をオンして、発振動作の継続が可能となり、昇圧チョッパ回路１を確実に起動、動作させることができる。
【００５０】
このように、インピーダンス要素として、サーミスタＴｈおよびインダクタＬｆの両抵抗成分を用いることで、昇圧チョッパ回路１の起動特性、動作特性をさらに向上させている。なお、コンデンサＣｆ３の容量によっては、上記インピーダンス要素による作用に不利になることが考えられるため、少なくとも、コンデンサＣｆ３の容量はコンデンサＣ１の容量より小さくする必要がある。
【００５１】
また、フィルタ回路４によって、昇圧チョッパ回路１で発生したノイズ（発振ノイズ等）の直流電源Ｅ１側への伝播を抑制できる。
【００５２】
（実施形態６）
本実施形態の放電灯点灯装置は、図６に示すように、実施形態４の構成に付加して、フィルタ回路４の出力に整流回路５を設けており、直流電源Ｅ１の＋側電圧と−側電圧との接続が逆になる誤接続が生じた場合でも、整流回路４によって、昇圧チョッパ回路１には正しい極性の直流電圧が入力されるので、誤動作や故障が発生することなく正常に動作し、ユーザも直流電源Ｅ１の極性を気にせず接続することができて、扱い易いものになる。
【００５３】
また、フィルタ回路４の出力端間に接続したフィルタ用のコンデンサＣｆ２は省略してもよい。
【００５４】
（実施形態７）
図７は、実施形態１乃至６いずれかの放電灯点灯装置Ａを搭載した鉄道車両Ｘであり、放電灯点灯装置Ａによって前照灯に用いられる放電灯Ｌａを点灯させている。したがって、特に信頼性が求められる鉄道車両Ｘにおいて、放電灯Ｌａの点灯動作について確実な起動、動作を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態１の放電灯点灯装置を示す構成図である。
【図２】実施形態２の放電灯点灯装置を示す構成図である。
【図３】実施形態３の放電灯点灯装置を示す構成図である。
【図４】実施形態４の放電灯点灯装置を示す構成図である。
【図５】実施形態５の放電灯点灯装置を示す構成図である。
【図６】実施形態６の放電灯点灯装置を示す構成図である。
【図７】実施形態７の鉄道車両を示す構成図である。
【図８】従来の放電灯点灯装置を示す構成図である。
【図９】インダクタ両端の電位差を示す波形図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 昇圧チョッパ回路
２ インバータ回路
３ 負荷回路
Ｌ１ インダクタ
Ｑ１ スイッチング素子
Ｄ１ ダイオード
Ｃ１ コンデンサ
Ｒ１ 抵抗
Ｎｓ 電流検出巻線
Ｋ１ チョッパ制御回路
Ｅ１ 直流電源
Ｌａ 放電灯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の両端間に接続されたインダクタとスイッチング素子との直列回路と、直流電源からインダクタを介して発生する電圧を平滑する平滑回路と、インダクタを流れる電流を検出する電流検出回路と、スイッチング素子のオン・オフを制御するチョッパ制御回路とで構成され、チョッパ制御回路が、電流検出回路で検出した電流が第１の閾値以下になったときにスイッチング素子をオンし、第２の閾値以上になったときにスイッチング素子をオフすることで、直流電源から入力された直流電圧を昇圧して平滑回路を通して出力する昇圧チョッパ回路と、
昇圧チョッパ回路の出力を高周波電力に変換するインバータ回路と、
共振インダクタおよび共振コンデンサからなる共振回路を具備し、インバータ回路が出力する高周波電力を当該共振回路を介して放電灯に供給する負荷回路と、
直流電源と昇圧チョッパ回路のインダクタとの間に接続されたインピーダンス要素と
を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記インピーダンス要素は、抵抗成分で構成される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】
前記インピーダンス要素の両端間を短絡・開放する手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記インピーダンス要素の両端間を短絡・開放する手段は、制御端子に駆動電圧が印加されることでオンするスイッチング素子であり、前記昇圧チョッパ回路のインダクタに磁気結合した駆動巻線の一端をインダクタの入力側に接続し、駆動巻線の他端を整流素子および時定数回路を介して当該スイッチング素子の制御端子に接続することを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記インピーダンス要素は、抵抗成分およびインダクタンス成分を有し、前記昇圧チョッパ回路のインダクタの入力側において前記直流電源の両端間にフィルタコンデンサを設け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６】
放電灯と、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置を備える鉄道車両において、放電灯点灯装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の放電灯点灯装置であることを特徴とする鉄道車両。
【請求項１】
直流電源の両端間に接続されたインダクタとスイッチング素子との直列回路と、直流電源からインダクタを介して発生する電圧を平滑する平滑回路と、インダクタを流れる電流を検出する電流検出回路と、スイッチング素子のオン・オフを制御するチョッパ制御回路とで構成され、チョッパ制御回路が、電流検出回路で検出した電流が第１の閾値以下になったときにスイッチング素子をオンし、第２の閾値以上になったときにスイッチング素子をオフすることで、直流電源から入力された直流電圧を昇圧して平滑回路を通して出力する昇圧チョッパ回路と、
昇圧チョッパ回路の出力を高周波電力に変換するインバータ回路と、
共振インダクタおよび共振コンデンサからなる共振回路を具備し、インバータ回路が出力する高周波電力を当該共振回路を介して放電灯に供給する負荷回路と、
直流電源と昇圧チョッパ回路のインダクタとの間に接続されたインピーダンス要素と
を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記インピーダンス要素は、抵抗成分で構成される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】
前記インピーダンス要素の両端間を短絡・開放する手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記インピーダンス要素の両端間を短絡・開放する手段は、制御端子に駆動電圧が印加されることでオンするスイッチング素子であり、前記昇圧チョッパ回路のインダクタに磁気結合した駆動巻線の一端をインダクタの入力側に接続し、駆動巻線の他端を整流素子および時定数回路を介して当該スイッチング素子の制御端子に接続することを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記インピーダンス要素は、抵抗成分およびインダクタンス成分を有し、前記昇圧チョッパ回路のインダクタの入力側において前記直流電源の両端間にフィルタコンデンサを設け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６】
放電灯と、放電灯を点灯させる放電灯点灯装置を備える鉄道車両において、放電灯点灯装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の放電灯点灯装置であることを特徴とする鉄道車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−１８６６３１（Ｐ２００８−１８６６３１Ａ）
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７０６３（Ｐ２００７−１７０６３）
【出願日】平成１９年１月２６日（２００７．１．２６）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２６日（２００７．１．２６）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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