(実施形態1)
 図1に示すように、本実施形態の高圧放電灯 点灯装置10は、外部の交流電源ACより得た電� �を基にして高圧放電灯90を点灯させる。

 高圧放電灯点灯装置10は、例えば、図2に� ��す照明器具80に用いられる。照明器具80は、 高圧放電灯点灯装置10を収納及び保持する器� ��本体81と、高圧放電灯90を保持する灯体82と� ��備える。高圧放電灯点灯装置10は、高圧放� �灯90に、一対の出力配線83を介して電気的に� ��続される。出力配線83は、例えばVVFケーブ� �である。

 高圧放電灯点灯装置10は、整流回路20と、 昇圧チョッパ回路30と、降圧チョッパ回路40� �、極性反転回路50と、始動回路60と、制御回� ��70とを備える。

 整流回路20は、交流電源ACの交流電圧(入� �交流電圧)を全波整流する。整流回路20は、� �えばダイオードブリッジなどである。

 昇圧チョッパ回路30は、整流回路20の出力 電圧を昇圧して出力する。昇圧チョッパ回路 30は、ブーストコンバータとも呼ばれる周知� ��回路であり、入力キャパシタ31と、インダ� �タ32と、ダイオード33と、出力キャパシタ34� �、スイッチング素子35とを備える。入力キャ パシタ31は、整流回路20の出力端間に挿入さ� �る。インダクタ32の一端は、整流回路20の高� ��圧側の出力端に接続される。ダイオード33� �アノードは、インダクタ32の他端に接続され る。出力キャパシタ34の一端はダイオード33� �カソードに接続され、他端は整流回路20の低 電圧側の出力端に接続される。スイッチング 素子35の一端はインダクタ32とダイオード33と の接続点に接続され、他端は整流回路20と出� ��キャパシタ34との接続点に接続される。昇� �チョッパ回路30では、出力キャパシタ34の両� ��それぞれが出力端となる。

 降圧チョッパ回路40は、昇圧チョッパ回� �30の出力電圧を降圧して出力する。降圧チョ ッパ回路40は、バックコンバータとも呼ばれ� ��周知の回路であり、スイッチング素子41と� �インダクタ42と、出力キャパシタ43と、ダイ� ��ード44とを備える。スイッチング素子41とイ ンダクタ42と出力キャパシタ43とは直列回路� �構成する。当該直列回路は、昇圧チョッパ� �路30の出力端間に挿入される。ダイオード44� ��アノードは、昇圧チョッパ回路30の低電圧� �の出力端と出力キャパシタ43との接続点に接 続される。また、ダイオード44のカソードは� ��スイッチング素子41とインダクタ42との接続 点に接続される。降圧チョッパ回路40では、� ��力キャパシタ43の両端それぞれが出力端と� �る。

 極性反転回路50は、降圧チョッパ回路40の 出力電圧を交流電圧(所定の周波数で極性が� �転する矩形波電圧)に変換する。極性反転回� ��50は、4つのスイッチング素子51~54を備える� �スイッチング素子51,52及びスイッチング素子 53,54それぞれは直列回路を構成する。これら2 つの直列回路は互いに並列に接続される。互 いに並列に接続された2つの直列回路は、降� �チョッパ回路40の出力端間に挿入される。極 性反転回路50では、スイッチング素子51とス� �ッチング素子52との接続点が一方の出力端(� �1出力端)55となる。また、スイッチング素子5 3とスイッチング素子54との接続点が他方の出 力端(第2出力端)56となる。スイッチング素子5 1~54は、電界効果トランジスタである。すな� �ち、極性反転回路50は、電界効果トランジス タにより構成されたフルブリッジ型のインバ ータ回路である。

 整流回路20と、昇圧チョッパ回路30と、降 圧チョッパ回路40とは、直流電流を出力する� ��流電源回路を構成する。

 また、極性反転回路50は、前記直流電源� �路より得られる直流電流を所定の周波数で� �性が反転する矩形波交流に変換して高圧放� �灯90及び始動回路60の後述するパルストラン� ��61の一次巻線611に供給する。

 したがって、高圧放電灯点灯装置10では� �前記直流電源回路と極性反転回路50とによっ て、高圧放電灯90の点灯維持用の電源回路が� ��成されている。

 制御回路70は、昇圧チョッパ回路30と、降 圧チョッパ回路40と、極性反転回路50とをそ� �ぞれ制御する。制御回路70は、昇圧制御部71� ��、降圧制御部72と、極性反転駆動部73とを備 える。

 昇圧制御部71は、昇圧チョッパ回路30の出 力電圧を検出する昇圧検出部711と、スイッチ ング素子35をオンオフ駆動する昇圧駆動部712� ��を備える。昇圧駆動部712は、昇圧検出部711� ��よって検出された出力電圧が所定の目標値� ��なるようなデューティ比でスイッチング素� ��35をオンオフ駆動する。

 降圧制御部72は、降圧チョッパ回路40の出 力電圧を検出する降圧検出部721と、スイッチ ング素子41をオンオフ駆動する降圧駆動部722� ��を備える。降圧駆動部722は、降圧検出部721� ��よって検出された出力電圧に応じたデュー� ��ィ比でスイッチング素子41をオンオフ駆動� �る。また、降圧駆動部722は、降圧検出部721� �検出した出力電圧に基づいて高圧放電灯90が 点灯しているか否かを判定する。そして、降 圧駆動部722は、高圧放電灯90が点灯していな� ��と判定したときは、高圧放電灯90が点灯し� �いると判定したときよりも降圧チョッパ回� �40の出力電圧を高くする。

 極性反転駆動部73は、各スイッチング素� �51~54に駆動信号を出力する。ハイレベルの駆 動信号が入力されたスイッチング素子はオン となり、ロウレベルの駆動信号が入力された スイッチング素子はオフとなる。極性反転駆 動部73は、互いに対角に位置するスイッチン� ��素子51~54同士が同時にオンオフされ、且つ� �互いに直列に接続されたスイッチング素子51 ~54同士は交互にオンオフされるように、各ス イッチング素子51~54に駆動信号を出力する。� ��なわち、極性反転駆動部73は、スイッチン� �素子51,54がオン、スイッチング素子52,53がオ� ��である状態と、スイッチング素子52,53がオ� �、スイッチング素子51,54がオフである状態と を交互に入れ替える。

 制御回路70は周知技術で実現可能である� �で、詳細な図示並びに説明は省略する。

 始動回路60は、高圧放電灯90に始動用パル ス電圧(以下、「始動パルス」という)を与え� ��。高圧放電灯点灯装置10では、二次巻線612� �他端が高圧放電灯90の一方の電極(第1電極)91� ��、極性反転回路50の第2出力端56が高圧放電� �90の他方の電極(第2電極)92にそれぞれ出力配� ��83を用いて接続される。よって、始動回路60 は、極性反転回路50と高圧放電灯90との間に� �在される。始動回路60は、昇圧トランスであ る前述のパルストランス61と、スイッチング� ��子62と、直列キャパシタ63と、抵抗器64と、� ��列キャパシタ65とを備える。

 パルストランス61の二次巻線612の一端は� �極性反転回路50の第1出力端55に接続される。 パルストランス61の一次巻線611の一端は二次� ��線612の一端に接続される。一次巻線611の他� ��は、スイッチング素子62及び抵抗器64よりな る並列回路と直列キャパシタ63とを介して、� ��性反転回路50の第2出力端56に接続される。� �イッチング素子62は、双方向2端子サイリス� �である。よって、スイッチング素子62は、ス イッチング素子62の両端間の電圧V62がブレー� ��オーバ電圧(オン電圧)を越えるとオンとな� �。

 直列キャパシタ63と、スイッチング素子62 と、抵抗器64とは、高圧放電灯90の始動時に� �ルストランス61の一次巻線611の両端間に電圧 (一次電圧)V611を印加する電圧生成部を構成す る。

 始動回路60は、パルストランス61の一次電 圧V611の値が所定値(一次電圧V611のピーク値)VN 1であるときの二次電圧V612を始動パルスとし� ��高圧放電灯90の一対の電極91,92間に印加する ように構成される。

 並列キャパシタ65は、パルストランス61の 一次巻線611に並列に接続される。なお、並列 キャパシタ65の容量値C65は、パルストランス6 1の一次巻線611の寄生容量C611及び二次巻線612� ��寄生容量C612よりも高く設定される。

 ところで、並列キャパシタ65は、高圧放� �灯90の始動性を改善するために設けられる。 ここで、図3を参照して、並列キャパシタ65が ない場合の高圧放電灯点灯装置10の動作を説� ��する。図3(a)はスイッチング素子52,53の駆動� ��号S52,53を示す。図3(b)はスイッチング素子51, 54の駆動信号S51,54を示す。図3(c)は極性反転回 路50の出力電圧V50の値を示す。図3(d)は直列キ ャパシタ63の両端間の電圧(充電電圧)V63の値� �示す。図3(e)はスイッチング素子62の両端間� �印加される電圧V62の値を示す。図3(f)は始動� ��ルスの値(以下、「始動パルス値」という)Vp を示す。図3(g)は高圧放電灯90の一対の電極91, 92間に印加される電圧(以下、「ランプ電圧」 という)V90の値を示す。なお、図3(a)~(g)の横軸 は時間である。

 始動時においては、パルストランス61の� �次巻線611と抵抗器64とを通る電流により直列 キャパシタ63が充電される。このとき、電圧V 62の値がスイッチング素子62のブレークオー� �ー電圧の値を上回らないようにしている。� �のためスイッチング素子62はオフのままであ る。一方、極性反転回路50において極性が反� ��すると、スイッチング素子62の両端間には� �極性反転回路50の出力電圧V50の値と直列キャ パシタ63の充電電圧V63の値とを加算した大き� ��の電圧が印加される。そのため、スイッチ� ��グ素子62がオンになって、パルストランス61 の一次巻線611の両端間に電圧が印加される。 これによってパルストランス61の二次巻線612� ��二次電圧V612が誘導される。その結果、始動 パルスが高圧放電灯90の一対の電極91,92間に� �加されて、高圧放電灯90が始動(点灯を開始)� ��る。

 始動パルスの主な成分の周波数f1は、直� �キャパシタ63及び一次巻線611と、出力キャパ シタ43とが構成する共振回路の共振周波数で� ��る。一次巻線611のインダクタンスをL611、直 列キャパシタ63の容量値をC63、出力キャパシ� ��43の容量値をC43とすると、周波数f1は次式(1) で表される。

 ランプ電圧V90は、周波数f1よりも高い周� �数の成分を含む。ランプ電圧V90の周波数が� �くなると、高圧放電灯91の始動のために必要 な程度に高い電圧が高圧放電灯90の一対の電� ��91,92間に印加される時間が不足する。この� �合、高圧放電灯90の始動不良が発生する可能 性がある。上記高い周波数の成分は、パルス トランス61の各巻線611,612の寄生容量C611,612に� ��因すると考えられる。そこで、始動回路60� �は並列キャパシタ65を設けることで、上記高 い周波数の成分を抑制し、高圧放電灯90の始� ��性の改善を図っている。

 ところで、高圧放電灯点灯装置10は、出� �配線83の長さ(以下、「出力配線長」という)L が長くなるにつれて始動パルス値Vpが大きく� ��り(始動パルスが高くなり)、出力配線長Lが� ��定値を越えると始動パルス値Vpが小さくな� �(始動パルスが低くなる)山形の出力特性(以� �、「山形出力特性」という)を始動回路60が� �している点に特徴がある。すなわち、始動� �ルス値Vpを出力配線長Lの関数として考えた� �に、この関数が極大点を有する。この極大� �では、出力配線長Lが前記一定値、始動パル� ��値Vpが極大値(ピーク値)となる。

 図4~図8は、始動パルス値Vpと出力配線長L� ��の関係を示すグラフである。図4~図8のそれ� ��れにおいて、横軸は出力配線長L[m]、縦軸は 始動パルス値Vp[kV]である。図4は、巻数比nが4 のパルストランス61において、結合係数kを異 ならせた際の始動回路60の出力特性の変化を� ��す。同様に、図5は巻数比nが6の場合、図6は 巻数比nが8の場合、図7は巻数比nが10の場合、 図8は巻数比nが12の場合を示す。また、図4~図 8それぞれにおいて、グラフG11は結合係数kが0 .800の場合、グラフG12は結合係数kが0.880の場� �、グラフG13は結合係数kが0.928の場合、グラ� �G14は結合係数kが0.956の場合、グラフG15は結� �係数kが0.974の場合、グラフG16は結合係数kが0 .984の場合、グラフG17は結合係数kが0.990の場� �、グラフG18は結合係数kが0.998の場合をそれ� �れ示す。図4~図8に示す例では、パルストラ� �ス61の一次電圧V611のピーク値VN1を約600Vとし� ��いる。

 ところで、始動パルス値Vpは、基本振動� �圧値Vpaと、寄生振動電圧値Vpbとの和とみな� �ことができる(すなわち、Vp=Vpa+Vpb)。

 基本振動電圧値Vpaは、出力キャパシタ43� �、一次巻線611と、直列キャパシタ63と、並列 キャパシタ65と、出力配線83間の浮遊容量の� �量値(以下、「配線容量値」という)C83とが構 成する共振回路による成分である。

 寄生振動電圧値Vpbは、一次巻線611に並列� ��接続されていると見なすことができる容量� ��分(以下、「並列容量成分」と称する)と、� �ルストランス61の漏れインダクタンスとが構 成する共振回路による成分である。

 図4~図8それぞれにおいて、グラフG18には� ��寄生振動電圧値Vpbがほとんど含まれていな� ��。すなわち、グラフG18は、基本振動電圧値V paを示す。よって、グラフG11~G17とグラフG18と の始動パルス値Vpの差は、寄生振動電圧値Vpb� ��示す。

 例えば、巻数比nが4であるときのグラフG1 4において、出力配線長Lが0mのときの始動パ� �ス値Vpは約3100Vである。これは、約2600Vであ� �基本振動電圧値Vpaと、約500Vである寄生振動� ��圧値Vpbとの和であると考えられる。これに� ��し、ピーク値VN1=600Vと巻数比n=4との積は2400V である。すなわち、始動パルス値Vpは、ピー� ��値VN1と巻数比nとの積よりも大きくなる。

 そこで、始動回路60では、使用される高� �放電灯90における始動パルス値Vpの規格値の� ��囲の中央値Vpm(例えば、規格値の範囲が4.0kV~ 5.0kVであれば、Vpm=4.5kV)をピーク値VN1で除した 値(=Vpm/VN1)よりも巻数比nを小さくしている。� ��なわち、始動回路60では、一次巻線611の巻� �をN1、二次巻線612の巻数をN2としたとき、こ� ��らが次式(2)を満たす。

 図4~図8に示すグラフから明らかなように� ��パルストランス61の巻数比n(=N2/N1)及び結合� �数kは、始動回路60の出力特性を変化させる� �

 この点を考慮し、高圧放電灯点灯装置10� �は、パルストランス61の巻数比n及び結合係� �kを、始動回路60が前記山形出力特性を有す� �(始動回路60の出力特性が前記山形出力特性� �なる)値に設定する。

 以上述べた本実施形態の高圧放電灯点灯� ��置10によれば、従来のように出力配線83が長 くなるにつれて始動パルス値Vpが単調に減少� ��る場合に比べれば、出力配線83の長さの変� �に対する始動パルス値Vpの変化幅を小さくで きる。よって、出力配線83の影響を低減でき� ��。そのため、出力配線83が比較的長い場合� �あっても高圧放電灯90を点灯できる。また、 出力配線83が比較的短い場合であっても始動� ��ルス値Vpが高くなりすぎることを防止でき� �。

 特に、本実施形態の高圧放電灯点灯装置1 0では、パルストランス61を用いて、始動回路 60が前記山形出力特性を有するようにしてい� ��。したがって、本実施形態の高圧放電灯点� ��装置10によれば、始動回路60の出力特性を前 記山形出力特性とするための回路等を新たに 設ける必要がない。

 ところで、並列容量成分に対する配線容量� ��C83の影響(すなわち始動パルス値Vpに対する� ��響)は、一次巻線611の両端間において並列キ ャパシタ65に直列に接続されたキャパシタ(以 下、「仮想キャパシタ」と称する)の容量値� �等価である。ここで、仮想キャパシタの容� �値は、n ² ×C83である。そのため、巻数比nが大きいほど 、出力配線83が長くなった際の始動パルス値V pの低下幅が大きくなる。

 並列容量成分を発生させる主な要因は、� ��力配線83間の浮遊容量と並列キャパシタ65で ある。なお、その他の要因には、パルストラ ンス61の各巻線611,612の寄生容量C611,C612などが あるが、出力配線83間の浮遊容量と並列キャ� ��シタ65に比べれば影響は少ない。

 ここで、配線容量値C83を前記仮想キャパ� ��タの容量値と等価と考えると、並列容量成� ��の容量値は、前記仮想キャパシタと並列キ� ��パシタ65との直列回路の容量値とみなすこ� �ができる。基本振動電圧値Vpaの周波数(以下� ��「基本振動周波数」という)faは、次式(3)で� ��される。また、パルストランス61の漏れイ� �ダクタンス(すなわち漏れインピーダンスの� ��ンダクタンス成分)をLLとすると、寄生振動� ��圧値Vpbの周波数(以下、「寄生振動周波数」 という)fbは、次式(4)で表される。

 図9に示すように、一次電圧V611の値が0か� ��ピーク値VN1になるまで、あるいはピーク値V N11から0になるまでには、時間T(図9参照。以� �、「一次電圧立ち上がり時間」という)がか� ��る。立ち上がり時間Tは、結合係数kの値に� �わらず一定である。なお、図9(a)は極性反転� ��路50の出力電圧V50の値の時間変化を示す。� �9(b)は直列キャパシタ63の充電電圧V63の値の� �間変化を示す。図9(c)はスイッチング素子62� �両端間の電圧V62の値の時間変化を示す。図9( d)は一次電圧V611の値の時間変化を示す。

 寄生振動電圧値Vpbの極大点は、一次電圧� ��ち上がり時間(一次電圧変動時間)Tと寄生振� ��周波数fbとがT=1/4fbの関係となる点である。1 /4fbは配線容量値C83に対して(すなわち出力配� ��長Lに対して)単調増加する。よって、想定� �れる出力配線長Lの範囲(以下、「想定範囲」 という)内で寄生振動電圧値Vpbが極大点を有� �るためには、T>1/4fb1を満たす必要がある。 fb1は、出力配線長Lが、想定範囲内での最短� �であるときの寄生振動周波数である。想定� �囲とは、実際に高圧放電灯90と高圧放電灯点 灯装置10との接続に使用されると想定される� ��力配線83の長さの範囲である。

 T>1/4fb1を満たすには、周知の方法で結� �係数kを調整することで、漏れインダクタン� ��LLを調整すればよい。出力配線長Lが想定範� ��内での最短値であるときの並列容量成分の� ��量値をCxとすると、T>1/4fb1は、次式(5)のよ うに書き換えることができる。

 ここで、出力配線長Lとの関係において始 動パルス値Vpが想定範囲内で極大点を有する� ��は、増加量が減少量を上回るときである。� ��記増加量は、寄生振動電圧値Vpbの極大値と� ��出力配線長Lが0のときの寄生振動電圧値Vpb� �の差である。前記減少量は、出力配線長Lが� ��寄生振動電圧値Vpbが極大値となる値である� ��きの基準振動電圧値Vpaと、出力配線長Lが0� �あるときの基本振動電圧値Vpaとの差である� �前記増加量が前記減少量を上回るようにす� �ためには、上述したように巻数比nと結合係� ��kとを適宜選択すればよい。

 また、図4~図8を見ても分かるように、結� ��係数kを高くするほど、漏れインダクタンス LLが小さくなる。そのため、極大点(始動パル ス値Vpの極大値)の位置は右側(すなわち出力� �線長Lが長い位置)となる。よって、出力配線 長Lの延長に伴う始動パルス値Vpの低下を抑制 できる。したがって、出力配線長Lが長くな� �可能性がある場合には結合係数kを高くする� ��とが望ましい。

 ところで、始動回路60は、出力配線長Lが� ��定範囲内であるときには、始動パルス値Vp� �高圧放電灯90の始動電圧を超えるような大き さとなるように構成されることが好ましい。 例えば、高圧放電灯90の始動に必要な始動パ� ��ス値Vpが3.5kV~5kVであり、出力配線長Lとして0 m~10mが想定される場合を考える。この場合、� ��数比nを6、結合係数kを0.980~0.990とすれば、� �定範囲内で始動パルス値Vpを確保できる。

 また、始動回路60は、前記一定値が、想� �範囲で最も短い出力配線長L以下となるよう� ��構成されることが好ましい。すなわち、想� ��範囲における出力配線長Lの最短値を始動パ ルス値Vpの極大点における出力配線長L以上と すれば(つまり仕様書等において当該極大点� �おける出力配線長Lよりも短い出力配線83の� �用を禁止すれば)、想定範囲内では、始動パ� ��ス値Vpが出力配線長Lに対して単調減少する� ��ここで、始動用パルス電圧Vpが極大点をと� �出力配線長Lを想定範囲内とする場合、想定� ��囲における出力配線長Lの最長値と最短値と のどちらで始動パルス値Vpが最小値となるか� ��確認する必要がある。想定範囲における出� ��配線長Lの最短値を始動パルス値Vpの極大点� ��おける出力配線長Lよりも長くした場合には 、出力配線長Lが最短値のときに確実に始動� �ルス値Vpが最大値となる。また、出力配線長 Lが想定範囲内の最長値のときに確実に始動� �ルス値Vpが最小値となる。そのため、始動パ ルス値Vpの最小値と最大値との把握が容易と� ��る。

 また、想定範囲内での出力配線長Lの最短 値における始動パルス値Vpが、想定範囲内で� ��出力配線長Lの最長値における始動パルス値 Vpと同じであることが好ましい。このように� ��れば、想定範囲内での出力配線長Lの最短値 における始動パルス値Vpが想定範囲内での出� ��配線長Lの最長値における始動パルス値Vpと� ��なる場合に比べて、想定範囲内の出力配線� ��Lに対して始動パルス値Vpがとり得る値の幅� ��小さくできる。これによって高圧放電灯90� �点灯のタイミングのばらつきを抑制できる� �例えば、図4のグラフG13に示すように、巻数� ��nを4、結合係数kを0.928とすれば、想定範囲� �での出力配線長Lの最短値における始動パル� ��値Vpが、想定範囲内での出力配線長Lの最長� ��における始動パルス値Vpと概ね同じになる� �

 実際には高圧放電灯90や各回路部品には� �れぞれ特性のバラツキが存在する。そのた� �、想定範囲内での出力配線長Lの最短値にお� ��る始動パルス値Vpを、想定範囲内での出力� �線長Lの最長値における始動パルス値Vpと厳� �に同じにすることは困難である。

 よって、想定範囲内での出力配線長Lの最 短値における始動パルス値Vpを、想定範囲内� ��の出力配線長Lの最長値における始動パルス 値Vpと同じにできない場合、始動パルス値Vp� �最大値と最小値との差を500V以下に抑えるこ� ��が望ましい。つまり、始動回路60は、出力� �線長Lが想定範囲での最短値であるときの始� ��パルス値Vpと、出力配線長Lが想定範囲での� ��長値であるときの始動パルス値Vpとの差が50 0V以下となるように構成されることが好まし� ��。

 この場、出力配線83の長さが想定範囲内� �最短値であるときと最長値であるときとの� �での始動パルス値Vpの差が500V以上である場� �に比べ、出力配線83の長さが想定範囲内であ るときに始動パルス値Vpがとり得る値の範囲� ��小さくできる。

 (実施形態2)
 本実施形態の高圧放電灯点灯装置10の回路� �成は、実施形態1の回路構成と同様である。� ��のため、本実施形態の高圧放電灯点灯装置1 0においても図1及び図9を流用する。

 図10は、始動パルス値Vpと出力配線長Lと� �関係を示すグラフである。図10において、横 軸は出力配線長L[m]、縦軸は始動パルス値Vp[kV ]である。図10において、グラフG21~G27は、並� �キャパシタ65の容量値C65が1pF、9nF、18nF、22nF� ��33nF、47nF、100nFの場合をそれぞれ示す。すな わち、図10は、並列キャパシタ65の容量値C65� �異ならせた際の始動回路60の出力特性の変化 を示す。

 図11は、基本振動電圧値Vpaと出力配線長L� ��の関係を示すグラフである。図11において� �横軸は出力配線長L[m]、縦軸は基本振動電圧� ��Vpa[kV]である。

 図12は、寄生振動電圧値Vpbと出力配線長L� ��の関係を示すグラフである。図12において� �横軸は出力配線長L[m]、縦軸は寄生振動電圧� ��Vpb[kV]である。

 図11及び図12においても、図10と同様に、� ��ラフG21~G27は、並列キャパシタ65の容量値C5� �1pF、9nF、18nF、22nF、33nF、47nF、100nFの場合を� �れぞれ示す。

 図10に示すグラフから明らかなように、� �列キャパシタ65の容量値C65は、始動回路60の� ��力特性を変化させる。

 この点を考慮し、高圧放電灯点灯装置10� �は、パルストランス61の巻数比n及び結合係� �kではなく、並列キャパシタ65の容量値C65を� �始動回路60が前記山形出力特性を有する(始� �回路60の出力特性が前記山形出力特性になる )値に設定する。

 よって、本実施形態の高圧放電灯点灯装� ��10によれば、実施形態1と同様に、従来のよ� ��に出力配線83が長くなるにつれて始動パル� �値Vpが単調に減少する場合に比べれば、出力 配線83の長さの変化に対する始動パルス値Vp� �変化幅を小さくできる。よって、本実施形� �の高圧放電灯点灯装置10によれば、出力配線 83の影響を低減できる。そのため、出力配線8 3が比較的長い場合であっても高圧放電灯90を 点灯できる。また、出力配線83が比較的短い� ��合であっても始動パルス値Vpが高くなりす� �ることを防止できる。

 特に、本実施形態の高圧放電灯点灯装置1 0では、並列キャパシタ65を利用して、始動回 路60が前記山形出力特性を有するようにして� ��る。したがって、始動回路60の出力特性を� �記山形出力特性とするための回路等を新た� �設ける必要がない。

 本実施形態の高圧放電灯点灯装置10におい� �も、寄生振動電圧値Vpbの極大点は、立ち上� �り時間T(図9参照)と、寄生振動周波数fbとが� �T=1/4fbの関係となる点である。よって、想定� ��囲内で寄生振動電圧値Vpbが極大点を有する� ��めには、T>1/4fb1を満たす必要がある。こ� �で、出力配線長Lが想定範囲内での最短値で� ��るときの前記仮想コンデンサの容量値n ² ×C83をCxとする。また、並列キャパシタ65の容 量値C65をCpとする。この場合、T>1/4fb1は、� �式(4)を用いて次式(6)のように書き換えるこ� �ができる。

 ここで、前記増加量が前記減少量を上回� ��ていれば、想定範囲内で始動パルス値Vpは� �力配線長Lとの関係において極大点を有する� ��前記増加量が前記減少量を上回るようにす� ��ためには、上述したように並列キャパシタ6 5の容量値C65を適宜選択すればよい。

 始動回路60は、想定範囲内では、始動パ� �ス値Vpが所望の範囲内に収まるように構成さ れることが好ましい。例えば、想定される出 力配線長L(つまり想定範囲)が0m~10m、高圧放電 灯90の始動に必要な始動パルス値Vpの範囲(図1 0中の「高圧放電灯始動電圧範囲」)が3kV~5kVで ある場合を考える。この場合、高圧放電灯90� ��取り付けるソケット(図示せず)や出力配線83 の耐圧が5kV以上であれば、並列キャパシタ65� ��容量値C65を10nF~22nFとすればよい。

 なお、本実施形態の高圧放電灯点灯装置1 0は、実施形態1と同様に、図2に示す照明器具 80に用いることができる。この点は、後述す� ��実施形態3~5においても同様である。

 (実施形態3)
 図13に示すように、本実施形態の高圧放電� �点灯装置10Aは、整流回路20と、昇圧チョッパ 回路30と、降圧チョッパ回路40と、極性反転� �路50と、始動回路60Aと、制御回路70Aとを備え る。

 高圧放電灯点灯装置10Aは、始動回路60Aの� ��源を極性反転回路50ではなく昇圧チョッパ� �路40とした点で、実施形態2の高圧放電灯点� �装置10と異なる。なお、整流回路20と、昇圧� ��ョッパ回路30と、降圧チョッパ回路40と、極 性反転回路50とについては実施形態1と同様で あるから説明を省略する。

 始動回路60Aは、パルストランス61と、並� �キャパシタ65と、始動電源部66と、キャパシ� ��67と、スイッチング素子68とを備える。

 始動電源部66は、昇圧チョッパ回路40の出 力電圧を昇圧するブーストコンバータである 。始動電源部66は、昇圧チョッパ回路40の高� �圧側の出力端に一端が接続されたインダク� �661を備える。インダクタ661の他端にはダイ� �ード662のアノードが接続される。ダイオー� �662のカソードには出力キャパシタ663の一端� �接続される。出力キャパシタ663の他端は昇� �チョッパ回路40の低電圧側の出力端に接続さ れる。インダクタ661とダイオード662との接続 点にはスイッチング素子664の一端が接続され る。スイッチング素子664の他端は昇圧チョッ パ回路40と出力キャパシタ663との接続点に接� ��される。始動電源部66では、出力キャパシ� �663の両端それぞれが出力端となる。

 高圧放電灯点灯装置10Aでは、一次巻線611� ��一端は、始動電源部66の高電圧側の出力端� �接続される。また、一次巻線611の他端は、� �イッチング素子68を介して始動電源部66の低� ��圧側の出力端に接続される。さらに、始動� ��路60では、キャパシタ67の一端が第1電極91に 接続される。また、キャパシタ67の他端が二� ��巻線612を介して第2電極92に接続されている� ��

 制御回路70Aは、上述した昇圧制御部71、� �圧制御部72、及び極性反転駆動部73に加えて� ��始動回路制御部74を備える。始動回路制御� �74は、スイッチング素子664,68をそれぞれ駆動 制御するように構成される。具体的には、始 動回路制御部74は、各スイッチング素子64,68� �駆動信号を出力する。ハイレベルの駆動信� �が入力されたスイッチング素子64,68はオンと なり、ロウレベルの駆動信号が入力されたス イッチング素子64,68はオフとなる。

 図14を参照して、高圧放電灯点灯装置10A� �動作を説明する。図14(a)はスイッチング素子 52,53の駆動信号S52,S53の値の時間変化を示す。 図14(b)はスイッチング素子51,54の駆動信号S51,S 54の値の時間変化を示す。図14(c)は極性反転� �路50の出力電圧V50の値の時間変化を示す。図 14(d)はスイッチング素子664の駆動信号S64の値� ��時間変化を示す。図14(e)は出力キャパシタ66 3の両端間の電圧(充電電圧)V663の値の時間変� �を示す。図14(f)はスイッチング素子68の駆動� ��号S68の値の時間変化を示す。図14(g)は始動� �ルス値Vpの時間変化を示す。図14(h)はランプ� ��圧V90の値の時間変化を示す。

 始動回路制御部74は、極性反転制御部73に よる極性反転回路50のスイッチング素子51~54� �オンオフの切り換えに同期してスイッチン� �素子68をオンにする。より詳しくは、始動回 路制御部74は、極性反転回路50の出力電圧V50� �立ち下がるタイミングから所定時間にのみ� �イッチング素子68をオンする。前記所定時間 は、極性反転回路50の出力電圧V50の周期の半� ��よりも短い時間である。

 始動回路制御部74は、スイッチング素子68 がオフである期間にはスイッチング素子664を オンオフ駆動して、始動電源部66から直流電� ��を出力させる。これによって、始動電源部6 6の出力電圧(すなわち出力キャパシタ663の充� ��電圧V663)を徐々に上昇させる。その後、始� �回路制御部74は、スイッチング素子664をオフ にするとともに、スイッチング素子68をオン� ��する。これによって、パルストランス61の� �次巻線611の両端間に電圧(パルス電圧)が印加 される。その結果、二次巻線612に二次電圧V61 2が誘導されて、高圧放電灯90の一対の電極91, 92間に始動用パルスが印加される。

 実施形態2の高圧放電灯点灯装置10では、� ��列キャパシタ65の容量値C65を例えば100nFとい った大きい値にすると、出力配線長Lによる� �動パルス値Vpへの影響を低減できる。しかし ながら、高圧放電灯90の始動に必要な始動パ� ��ス値Vpを確保することが難しい。

 図15は、始動パルス値Vpと出力配線長Lと� �関係を示すグラフである。図15において、横 軸は出力配線長L[m]、縦軸は始動パルス値Vp[kV ]である。

 図15において、グラフG27は、実施形態2で� ��べたように、並列キャパシタ65の容量値C65� �100nFの場合を示している。同様に、グラフG28 ,G29も並列キャパシタ65の容量値C65が100nFであ� ��。

 ここで、グラフG28は、一次電圧V611のピー ク値VN1をグラフG27のときの1.5倍とした場合の 始動パルス値Vpと出力配線長Lとの関係を示す 。すなわち、始動電源部66の出力キャパシタ6 63の充電電圧V663を実施形態2におけるスイッ� �ング素子62のブレークオーバー電圧Vs-onの1.5� ��としている。このようにすれば、出力配線� ��Lが0m~10mの範囲において高圧放電灯90の始動� ��必要な始動パルス値Vpを確保できる。

 グラフG29は、一次電圧V611のピーク値VN1を グラフG27のときの2.0倍とした場合の始動パル ス値Vpと出力配線長Lとの関係を示す。すなわ ち、始動電源部66の出力キャパシタ663の充電� ��圧V663をさらに高く、スイッチング素子62の� ��レークオーバー電圧Vs-onの2倍としている。� ��のようにすれば、出力配線長Lがより大きい (出力配線83がより長い)場合についても、高� �放電灯90の始動に必要な始動パルス値Vpを確� ��できる。

 以上述べたように、本実施形態の高圧放� ��灯点灯装置10Aでは、スイッチング素子68を� �ンにする際の出力キャパシタ663の充電電圧V6 63を高くするから、並列キャパシタ65の容量� �C65を大きくした場合でも、パルストランス61 の一次電圧V611のピーク値VN1を高くできる。

 したがって、本実施形態の高圧放電灯点� ��装置10Aによれば、出力配線長Lによる始動パ ルス値Vpへの影響を低く抑えながらも、始動� ��ルス値Vpを大きくできる。その結果、並列� �ャパシタ65の容量値C65を大きくしたことに起 因するパルストランス61の一次電高圧放電灯9 0の始動性の悪化を防止できる。

 (実施形態4)
 図16に示すように、本実施形態の高圧放電� �点灯装置10Bは、始動回路60Bの構成が実施形� �1の高圧放電灯点灯装置10と異なる。なお、� �16では図示を一部省略しているが、高圧放電 灯点灯装置10Bは、実施形態1の高圧放電灯点� �装置10と同様に、整流回路20、昇圧チョッパ� ��路30と、降圧チョッパ回路40と、極性反転回 路50と、制御回路70とを備える。

 始動回路60Bは、スイッチング素子62と抵� �器64とを備えない点で、実施形態1の始動回� �60と異なる。

 実施形態4,5では、パルストランス61の二� �巻線612を、有効インダクタ613と漏れインダ� �タ614との直列回路とする。有効インダクタ61 3は、二次巻線612の有効インダクタンスに対� �するインダクタである。漏れインダクタ614� �、パルストランス61の漏れインダクタンス(� �なわち漏れインピーダンスのインダクタン� �成分)に対応するインダクタである。

 図17(a)は極性反転回路50の出力電圧V50の値 の時間変化を示す。図17(b)は直列キャパシタ6 3の充電電圧V63の値の時間変化を示す。図17(c) は一次電圧V611の値の時間変化を示す。図17(d) はランプ電圧V90の値の時間変化を示す。

 図17に示すように、一次電圧V611の絶対値� ��、通常は極性反転回路50の出力電圧V50の絶� �値よりも小さい。しかしながら、極性反転� �路50においてスイッチング素子51~54のオンオ� ��が切り換えられた直後には、直列キャパシ� ��63の充電電圧V63が重畳される。このときに� �、一次電圧V611の絶対値は、極性反転回路50� �出力電圧V50の絶対値の約2倍となる。

 図18は、極性反転回路50においてスイッチ ング素子51~54のオンオフが切り換えられる前� ��における高圧放電灯点灯装置10Bの動作の説� ��図である。図18(a)は極性反転回路50の出力電 圧V50の値の時間変化を示す。図18(b)は一次電� ��V611の値の時間変化を示す。図18(c)は二次電� ��V612の値の時間変化を示す。図18(d)は漏れイ� ��ダクタ614の両端間の電圧とみなせる電圧(以 下、「寄生振動電圧」という)V614の値の時間� ��化を示す。図18(e)はランプ電圧V90の値の時� �変化を示す。図18(f)は一次巻線611に流れる電 流I611の値の時間変化を示す。

 図18を見てもわかるように、一次電圧V611� ��値が0からピーク値VN1に達するには、ある程 度の時間(立ち上がり時間)Tがかかる。始動回 路60Bでは、立ち上がり時間Tは、極性反転回� �50の出力電圧(すなわち始動回路60Bへの入力� �圧)V50の電圧値が0からピーク値に達するまで の時間Tinに略一致する。

 図19~図24は、立ち上がり時間Tをそれぞれ� ��ならせた6通りの場合について、ランプ電圧 V90のピーク値及び寄生振動電圧V614のピーク� �(以下、「寄生パルス値」という)と、配線容 量値C83との関係を示す。図19~図24は、立ち上� ��り時間Tが1ns、50ns、100ns、200ns、300ns、400nsの 場合をそれぞれ示す。

 配線容量値C83は、出力配線長Lに対して単 調増加する。また、ランプ電圧V90のピーク値 は始動パルス値Vpに対応する。そのため、図1 9~図24は始動パルス値Vp及び寄生パルス値と出 力配線長Lとの関係も示す。図19~図24を見ても 分かるように、少なくとも立ち上がり時間T� �50ns以上であるときには、明らかに始動パル� ��値Vp及び寄生パルス値は出力配線長Lが長く� ��るにつれて大きくなり、出力配線長Lが一定 値を越えると小さくなっている。すなわち、 始動パルス値Vpと寄生パルス値とはそれぞれ� ��大値(極大点)を有する。

 ここで、ランプ電圧V90は、ピーク値が配� ��容量値C83に対してほぼ単調減少する成分と� ��当該成分に重畳される寄生振動電圧V614とを 含む。そのため、始動パルス値Vpの極大点は� ��生パルス値の極大点よりも左側(出力配線長 Lが短く配線容量値C83が小さい側)に位置する� ��つまり、出力配線長Lを想定範囲内とする条 件下で、始動パルス値Vpが上記の極大点を有� ��るためには、次の条件を満たす必要がある� ��すなわち、想定範囲内における出力配線長L の最短値を、寄生パルス値の極大点における 出力配線長Lよりも短くする必要がある。

 寄生振動電圧V614の振幅が最大となるのは 、T=1/4fkとなるときである。ここで、fkは寄生 振動電圧614の周波数(以下、「寄生振動周波� �」という)であり、Tは立ち上がり時間である 。1/4fkは配線容量値C83に対して(すなわち出力 配線長Lに対して)単調増加する。

 そのため、上記の条件を満たすためには� ��出力配線長Lが想定範囲の最短値であるとき にT>1/4fkでなければならない。ここで、寄� �振動周波数fkは、次式(7)で表すことができる 。次式(7)において、Cxは、パルストランス61� �一次巻線611に並列に接続されていると見な� �ことができる容量成分の容量値であり、LLは 、パルストランス61の漏れインダクタンスで� ��る。

 上式(7)を用いれば、T>1/4fkは、次式(8)に 書き換えることができる。

 実施形態1で述べたように、容量値Cxは、前� ��仮想キャパシタと並列キャパシタ65との直� �回路の容量値とみなすことができる。さら� �、前記仮想キャパシタの容量値は、n ² ×C83とみなすことができる。

 また、立ち上がり時間Tが長いほど、始動 パルス値Vpの極大点の位置は右側(すなわち出 力配線83が長い側)となり、出力配線83の延長� ��伴う始動パルス値Vpの低下がより抑制され� �。しかし、立ち上がり時間Tが長いほど、始� ��パルス値Vpが全体的に低下する。よって、� �19~図24に示す例では、立ち上がり時間Tは例� �ば300ns程度とすることが望ましい。

 以上述べたように、本実施形態の高圧放� ��灯点灯装置10Bでは、立ち上がり時間Tを調整 することによって、始動回路60Bが前記山形出 力特性を有するようにしている。

 ところで、高圧放電灯点灯装置10Bでは、� ��性反転回路50のスイッチング素子51~54は、電 界効果トランジスタである。そして、スイッ チング素子51~54では、図25に示すように、ゲ� �ト-ソース間の電圧(以下、「ゲート電圧」と いう)Vgsの値が所定の閾値電圧Vth以上になる� �、ゲート電圧Vgsが大きくなるにつれて、ド� �イン-ソース間のインピーダンスが略0になる まで単調に減少する。

 よって、スイッチング素子51~54をオンす� �際、ゲート電圧Vgsを徐々に上昇させれば、� �イッチング素子51~54の両端間の電圧(すなわ� �、ドレイン-ソース間の電圧)Vdsが徐々に低下 するので、極性反転回路50の出力電圧V50を徐� ��に変化させることができる。すなわち、極� ��反転駆動部73が各スイッチング素子51~54のゲ ート電圧Vgsを上昇させる速度により、時間Tin (すなわち立ち上がり時間T)を調整できる。

 本実施形態の高圧放電灯点灯装置10Bでは� ��極性反転駆動部73は、立ち上がり時間Tが所� ��時間(始動回路60が前記山形出力特性を有す� ��ような時間)になるように、スイッチング素 子51~54のゲートに与える電位を徐々に増加さ� ��る。また、本実施形態の高圧放電灯点装置1 0では、制御回路70が、立ち上がり時間Tが前� �所定時間となるようにパルストランス611の� �次電圧V611を上昇させる電圧上昇手段となる� ��

 図26は本実施形態の高圧放電灯点灯装置10 Bの変更例を示す。当該変更例における始動� �路60Bは、実施形態1の始動回路60と同様にス� �ッチング素子62と抵抗器64との並列回路を有� ��る。

 図27は、前記変更例の動作の説明図であ� �。図27(a)は極性反転回路50の出力電圧V50の値� ��時間変化を示す。図27(b)はスイッチング素� �62の両端間の電圧V62の値の時間変化を示す。 図27(c)は一次電圧V611の値の時間変化を示す。 なお、図27における時間T11は極性反転回路50� �おいて極性反転動作が開始された時間であ� �。

 図27に示すように、出力電圧V50の値がス� �ッチング素子62のブレークオーバー電圧に達 するまでは(時間T12までは)、一次電圧611は上� ��しない。そのため、立ち上がり時間Tは、時 間Tinよりも短くなる。また、スイッチング素 子62は、オンになると、出力電圧V50の上昇に� ��わせて自身のインピーダンスを最低値(略0)� ��なるまで徐々に低下させる。加えて、スイ� ��チング素子62のインピーダンスが最低値に� �する時間(時間T13)は出力電圧V50の値がピーク 値に達する時間(時間T14)よりも前である。こ� ��により、スイッチング素子62のインピーダ� �スが最低値に達するまでの第1の期間(T12-T13)� ��おいては、第1の期間の後に極性反転回路50� ��出力電圧V50の値がピーク値に達するまでの� ��2の期間(T13-T14)よりも、一次電圧V611の上昇� �度が速くなる。

 なお、ゲート電圧Vgsを徐々に上昇させる� ��作は高圧放電灯90の始動時だけでよい。よ� �て、降圧駆動部722により高圧放電灯90の点灯 が検出された後は(つまり高圧放電灯90の定常 点灯中は)、極性反転駆動部73は、ゲート電圧 Vgsの上昇速度を始動時よりも速くしてもよい 。このようにすれば、高圧放電灯点灯装置10B の消費電力を低減できる。

 (実施形態5)
 図28に示すように、本実施形態の高圧放電� �点灯装置10Cは、始動回路60C及び制御回路70C� �実施形態4と異なる。なお、本実施形態にお� ��る整流回路20、昇圧チョッパ回路30、降圧チ ョッパ回路40については実施形態1または4と� �様であるから図示及び説明を省略する。ま� �、図28では制御回路70Cの昇圧制御部71と降圧� ��御部72との図示を省略する。

 始動回路60Cは、スイッチング素子62の代� �りに可変インピーダンス回路69を備える点で 、図26に示す始動回路60Bと異なる。

 可変インピーダンス回路69は、2個のスイ� ��チング素子691,692の直列回路である。スイッ チング素子691のソース電極は、スイッチング 素子692のソース電極に接続される。スイッチ ング素子691のドレイン電極は一次巻線611に接 続され、これによって、可変インピーダンス 回路69は一次巻線611に直列接続される。また� ��スイッチング素子692のドレイン電極は、直� ��キャパシタ63に接続される。

 制御回路70Cは、始動制御部74を備える。� �動制御部74は、極性反転駆動部73に同期して� ��イッチング素子691,692をそれぞれオンオフ駆 動する。

 図29は本実施形態の高圧放電灯点灯装置10 Cの動作の説明図である。図29(a)は極性反転回 路50の出力電圧V50の値の時間変化を示す。図2 9(b)はスイッチング素子691,692のゲート-ソース 間の電圧Vgsの値の時間変化を示す。図29(c)は� ��イッチング素子691,692のドレイン-ソース間� �電圧Vdsの値の時間変化を示す。図29(d)は一次 電圧V611の値の時間変化を示す。

 図14(b)に示すように、スイッチング素子69 1,692それぞれは上述のスイッチング素子51~54� �特性と同様の特性を有する。

 始動制御部74は、極性反転回路50の出力電 圧V50が反転したタイミングでオン動作を開始 する。当該オン動作は、各スイッチング素子 691,692のゲート-ソース間電圧Vgsを徐々に上昇� ��せる動作である。前記オン動作は、各スイ� ��チング素子691,692が完全にオンになった際(� �スイッチング素子691,692のインピーダンスが� ��0となった際)に終了する。

 始動制御部74は、前記オン動作の終了後� �一次巻線611に流れる電流が略0になると、各� ��イッチング素子691,692をそれぞれオフする。

 高圧放電灯点灯装置10Cでは、前記オン動� ��において始動制御部74がスイッチング素子69 1,692のゲート-ソース間電圧Vgsを上昇させる速 度に応じて、立ち上げ時間Tが変化する。

 よって、制御回路70Cは、立ち上がり時間T が所定時間(始動回路60Cが前記出力特性を有� �るような時間)になるように、可変インピー� ��ンス回路69を制御する。

 本実施形態の高圧放電灯点灯装置10Cでは� ��実施形態4とは異なり極性反転回路50のスイ� ��チング素子51~54に関してはゲート電圧Vgsの� �昇速度を調整する必要がない。そのため、� �実施形態の高圧放電灯点灯装置10Cによれば� �実施形態4に比べて、極性反転回路50のスイ� �チング素子51~54での消費電力を低減できる。

 なお、前記オン動作を開始するタイミン� ��は、厳密な意味で、極性反転回路50の出力� �圧V50の反転のタイミングと一致している必� �はなく、前記反転のタイミングから多少遅� �てもよい。また、前記オン動作においては� �必ずしも2個のスイッチング素子691,692両方の ゲート-ソース間電圧Vgsを上昇させる必要は� �い。例えば、極性反転回路50の出力電圧V50の 極性に応じて、高電圧側となるスイッチング 素子691,692のゲート-ソース間電圧Vgsを上昇さ� ��るようにしてもよい。