JP2000068086A

JP2000068086A - 無電極放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2000068086A
Application number: JP24016398A
Authority: JP
Inventors: Shingo Masumoto; 進吾増本; Hiroshi Kido; 大志城戸
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】無電極放電灯点灯装置のマッチング回路をノイ
ズ低減可能な構成にし、容量可変コンデンサによるマッ
チング調整を容易化する。【解決手段】無電極放電灯８と、これに近接配置された
誘導コイル７と、誘導コイル７に高周波電力を供給する
メインアンプ６と、メインアンプ６のスイッチング素子
Ｑ１，Ｑ２の制御端子間に２次巻線を接続された駆動ト
ランス５と、駆動トランス５の１次巻線に電圧を印加す
る駆動回路３と、駆動回路３の出力端と駆動トランス５
の１次巻線間のマッチングをとるためのマッチング回路
４から成る高周波電源回路２と、高周波電源回路２に直
流電圧を供給する直流電源回路１とを備えた無電極放電
灯点灯装置において、マッチング回路４はインダクタを
含む構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無電極放電灯点灯
装置に関するものであり、特にマッチング手段の改善に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９に従来の無電極放電灯点灯装置の一
例を示す（特開平１０−６９９９０号）。本回路は、透
明で内壁に蛍光体が塗布された球状のガラスバルブ内
に、不活性ガス、金属蒸気等の放電ガス（例えば水銀及
び希ガス）を封入した無電極放電灯８と、その外周に沿
って近接配置された高周波電力供給用コイル７と、高周
波電力供給用コイル７に高周波電力を供給する高周波電
源回路２と、高周波電力供給用コイル７と高周波電源回
路２との両方のマッチングをとって反射を無くし、無電
極放電灯８に効率良く高周波電力を供給するマッチング
回路９とを備えて構成される。そして、高周波電源回路
２から高周波電力供給用コイル７に高周波電力を供給
し、無電極放電灯８に高周波磁界を発生させることによ
り、高周波プラズマを発生させ、紫外線もしくは可視光
を発生させる。また、高周波電源回路２は、水晶振動子
Ｘを用いた発振回路３１と、発振回路３１の出力を増幅
するＣ級増幅回路により構成されたプリアンプ３２と、
電界効果トランジスタよりなるスイッチング素子Ｑ１，
Ｑ２とインダクタＬ２とコンデンサＣ２とを含む、いわ
ゆるＤ級増幅回路で構成されたメインアンプ６と、２次
巻線ｎ２１，ｎ２２を有し、プリアンプ３２からの出力
をメインアンプ６へ伝達するための駆動トランス５とか
ら構成される。また、発振回路３１とプリアンプ３２と
で駆動回路３を構成する。駆動トランス５とプリアンプ
３２のトランジスタとの間には、マッチングをとるため
にコンデンサだけでπ型構成された回路を含んでおり、
駆動トランス５の１次巻線ｎ１の両端に並列接続された
容量可変コンデンサＶｃを変化させることにより、メイ
ンアンプ６を構成するスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲ
ート・ソース間電圧Ｖｇｓが調整され、高周波電源回路
２の出力制御が可能となる。ここで、メインアンプ６の
電源には直流電源Ｅ１、駆動回路３の電源には直流電源
Ｅ２を用いている。

【０００３】図１０（ａ）は、容量可変コンデンサＶｃ
を変化させた場合のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓの振幅
の変化の特性図を示し、図１０（ｂ）は、容量可変コン
デンサＶｃを変化させた場合の電圧Ｖｐと電流Ｉｐとの
位相差の変化の特性図を示し、図１０（ｃ）は、容量可
変コンデンサＶｃを変化させた場合の回路効率の変化の
特性図を示し、図１０（ｄ）は、容量可変コンデンサＶ
ｃを変化させた場合の高周波電源回路２の出力電力の変
化の特性図を示す。但し、図１０（ａ）〜（ｄ）に示す
特性図は、ダミーロードを用いた場合のものである。こ
こで、電圧Ｖｐは、プリアンプ３２の出力端に並列接続
されたコンデンサＣｐの両端電圧、つまりプリアンプ３
２の出力電圧を示し、電流Ｉｐは、プリアンプ３２から
の出力電流を示す。更に、図１０（ａ）に示すゲート・
ソース間電圧Ｖｇｓは、直流電源Ｅ２のみ投入時のもの
であり、これは、直流電源Ｅ１投入後には、ゲート・ソ
ース間電圧Ｖｇｓに高周波リップルが重畳されてしまう
ので、容量可変コンデンサＶｃ変化時のゲート・ソース
間電圧Ｖｇｓの振幅の変化を読みとることが困難である
ためである。

【０００４】以下、図１０（ａ）〜（ｄ）を用いて簡単
に説明する。図１０（ａ）に示すように、容量可変コン
デンサＶｃの変化に対してゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ
は、ピーク値Ｖｇｓｐを有した略放物線状に変化する。
これは、容量可変コンデンサＶｃと駆動トランス５との
共振を示している。このゲート・ソース間電圧Ｖｇｓの
ピーク値Ｖｇｓｐを得ることができる容量可変コンデン
サＶｃの値をＶｃｐとし、容量可変コンデンサＶｃの値
がＶｃｐより小さい側をＡ側、容量可変コンデンサＶｃ
の値がＶｃｐより大きい場合をＢ側とすると、１つのゲ
ート・ソース間電圧Ｖｇｓを得ることができる容量可変
コンデンサＶｃの値は、図１０（ａ）に示すＡ側とＢ側
との両方に存在する。また、図１０（ｂ）に示すよう
に、電圧Ｖｐと電流Ｉｐとの位相差は、Ｖｃｐを境に、
容量可変コンデンサＶｃの値がＶｃｐより小さい場合は
ほぼ同位相に変化し、容量可変コンデンサＶｃの値がＶ
ｃｐより大きい場合は約９０度ずれて変化する。図１０
（ｃ）に示すように、高周波電源回路２の回路効率は、
Ａ側とＢ側との双方でピーク値を持つ。図１０（ｄ）に
示すように、１つの高周波電源回路２の出力電力を得る
ことができる容量可変コンデンサＶｃの値は、図１０
（ｄ）に示すＡ側とＢ側との両方に存在する。ここで、
高周波電源回路２が最大効率を得ることができる高周波
電源回路２の出力電力をＷｏとする。更に、ここでは図
示しないが、駆動回路３への入力電流は、Ａ側では容量
可変コンデンサＶｃの増加に伴い増加し、Ｂ側では容量
可変コンデンサＶｃの増加に伴い減少する。

【０００５】以上、図１０（ｃ）から、高周波電源回路
２の出力電力をＷｏとすることができる容量可変コンデ
ンサＶｃの値は、図１０（ｃ）に示すＡ側とＢ側との両
方に存在し、この容量可変コンデンサＶｃの値をＶｃ
１、Ｖｃ２（但し、Ｖｃ１＜Ｖｃ２）とする。このＶｃ
１及びＶｃ２に相当するゲート・ソース間電圧Ｖｇｓの
値は、図１０（ａ）に示すＡ側とＢ側との両方に存在
し、このゲート・ソース間電圧Ｖｇｓの値をＶｇｓ１及
びＶｇｓ２とする。

【０００６】一方、図１０（ａ）〜（ｄ）に示す特性図
は、ダミーロードを用いたものであるが、ダミーロード
の代わりに、無電極放電灯８とマッチング回路９とを設
けて無電極放電灯８を始動させると、図１０（ａ）〜
（ｄ）に示すＢ側では無電極放電灯８の始動ができない
場合がある。これは、無負荷状態において直流電源Ｅ２
のみをオンした場合に比べ、有負荷状態で直流電源Ｅ１
及び直流電源Ｅ２の両方をオンした場合、ゲート・ソー
ス間電圧Ｖｇｓの振幅が、Ａ側よりもＢ側で極端に振幅
が減少することに起因する。Ａ側とＢ側とで無電極放電
灯１の始動性が変化するのは、直流電源Ｅ１のオン状態
とオフ状態とで、駆動回路３から負荷側を見たインピー
ダンスが変化することに起因する。なお、これは、図１
０（ｂ）に示すように、Ａ側では、電圧Ｖｐと電流Ｉｐ
とがほぼ同位相に変化するので、駆動回路３からメイン
アンプ６へは有効電力が充分に供給されるが、Ｂ側で
は、電圧Ｖｐと電流Ｉｐとが約９０度ずれて変化するの
で、駆動回路３からメインアンプ６へは無効電力が多く
供給されることからも分かる。

【０００７】よって、容量可変コンデンサＶｃの値を、
図１０（ａ）〜（ｄ）に示すＡ側にすることで、無電極
放電灯１の始動性及び効率を向上させることが可能とな
り、且つＶｃ＝Ｖｃ１とすることで、更に無電極放電灯
１の始動性及び効率が向上可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−６９９９０号のように駆動トランス５とプリアン
プ３２のトランジスタとの間のマッチングをとるための
回路をコンデンサのみで構成すると、ノイズが発生した
場合に、ノイズ低減をすることができない。また、駆動
トランス５と並列に接続された容量可変コンデンサＶｃ
による調整方法として、従来のように、Ｖｇｓが小さい
側に調整する場合、Ｖｇｓの波形を測定しながら容量可
変コンデンサＶｃを調整する必要があり、高周波電圧で
あるため測定に用いる電圧プローブの影響を受けやすい
ので調整が難しい。

【０００９】よって、本発明の目的とするところは、駆
動トランスとプリアンプのトランジスタとの間のマッチ
ングをとるための回路をノイズ低減可能な構成にし、且
つ、容量可変コンデンサによるマッチング調整を容易化
することが可能な無電極放電灯点灯装置を提供すること
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
課題を解決するために、図１に示すように、ガラスバル
ブ内に放電ガスを封入した無電極放電灯８と、前記無電
極放電灯８に近接配置された高周波電力供給用誘導コイ
ル７と、前記高周波電力供給用誘導コイル７に高周波電
力を供給する少なくとも１つのスイッチング素子Ｑ１，
Ｑ２を含むメインアンプ６と、前記スイッチング素子Ｑ
１，Ｑ２の制御端子間に２次巻線を接続された駆動トラ
ンス５と、前記駆動トランス５の１次巻線に電圧を印加
する駆動回路３と、前記駆動回路３の出力端と前記駆動
トランス５の１次巻線間のマッチングをとるためのマッ
チング回路４から成る高周波電源回路２と、前記高周波
電源回路２に直流電圧を供給する直流電源回路１とを備
えた無電極放電灯点灯装置において、前記マッチング回
路４は、図２〜図６に示すように、インダクタＬ４を含
むことを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１に本発明の無電
極放電灯点灯装置の一実施例を示す。本回路は、ガラス
バルブ内に放電ガスを封入した無電極放電灯８と、その
無電極放電灯８に近接配置された高周波電力供給用誘導
コイル７と、その高周波電力供給用誘導コイル７に高周
波電力を供給する高周波電源回路２と、高周波電源回路
２に直流電圧を供給する直流電源回路１とを備えて構成
される。

【００１２】また、高周波電源回路２は、２つのスイッ
チング素子Ｑ１，Ｑ２からなるメインアンプ６と、スイ
ッチング素子Ｑ１，Ｑ２の制御端子間に２次巻線を接続
された駆動トランス５と、駆動トランス５の１次巻線に
電圧を印加する駆動回路３と、駆動回路３の出力端と駆
動トランス５の１次巻線間のマッチングをとるためのマ
ッチング回路４からなる。直流電源回路１は、メインア
ンプ６用の電源であるＥ１と、駆動回路３用の電源であ
るＥ２の２つの直流電源からなる。

【００１３】また、駆動回路３の出力端と駆動トランス
５の１次巻線間のマッチングをとるためのマッチング回
路４は、従来の無電極放電灯点灯装置である図９の例に
おいては、コンデンサのみで構成されたπ型マッチング
回路であり、駆動トランス５と並列接続された容量可変
コンデンサＶｃでマッチングを調整していた。

【００１４】これに対し、図２に本発明の実施例１を示
す。実施例１は、請求項２の発明を具体的に説明するも
のであり、駆動回路３の出力端と駆動トランス５の１次
巻線間のマッチングをとるためのマッチング回路４は、
Ｌ型構成となっており、駆動回路３の出力端と直列にコ
ンデンサＣ２を接続し、駆動トランス５の１次巻線と並
列にインダクタＬ４とコンデンサＣ３の直列回路を接続
したものである。

【００１５】（実施例２）図３に本発明の実施例２の要
部構成を示す。本実施例２は請求項３の発明を具体的に
説明するものである。無電極放電灯点灯装置の基本回路
構成は、実施例１（図１）と同様であるので説明を省略
する。本実施例では、マッチング回路４がＴ型構成とな
っている点が実施例１とは異なり、駆動回路３の出力端
と直列に接続したコンデンサＣ２と、駆動トランス５の
１次巻線と直列に接続したコンデンサＣ３と、それらコ
ンデンサＣ２，Ｃ３の接続点と直流電源回路１の負極端
子間に接続したインダクタＬ４からなる。

【００１６】（実施例３）図４に本発明の実施例３の要
部構成を示す。本実施例３は請求項４の発明を具体的に
説明するものである。無電極放電灯点灯装置の基本回路
構成は、実施例１（図１）と同様であるので説明を省略
する。まず、図４（ａ）について説明する。本実施例で
はマッチング回路４の構成が実施例１と異なり、Ｔ型構
成となっており、インダクタＬ４を駆動回路３の出力端
と直列に接続し、駆動トランス５の１次巻線と直列にコ
ンデンサＣ３を接続し、それらインダクタＬ４とコンデ
ンサＣ３の接続点と直流電源回路１の負極端子間にコン
デンサＣ２を接続したものである。なお、図４（ｂ）に
示すように、図４（ａ）のインダクタＬ４と直列にコン
デンサＣ４を接続した構成でも良い。

【００１７】（実施例４）図５に本発明の実施例４の要
部構成を示す。本実施例４は請求項５の発明を具体的に
説明するものである。無電極放電灯点灯装置の基本回路
構成は、実施例１（図１）と同様であるので説明を省略
する。まず、図５（ａ）について説明する。本実施例で
はマッチング回路４の構成が実施例１と異なり、π型構
成となっており、駆動回路３の出力端と並列にコンデン
サＣ２を接続し、駆動トランス５の１次巻線と並列にコ
ンデンサＣ３を接続し、駆動回路３の出力端と駆動トラ
ンス５の１次巻線間に直列にインダクタＬ４を接続した
ものである。なお、図５（ｂ）に示すように、図５
（ａ）のインダクタＬ４と直列にコンデンサＣ４を接続
した構成でも良い。

【００１８】（実施例５）図６に本発明の実施例５の要
部構成を示す。本実施例５は請求項６の発明を具体的に
説明するものである。無電極放電灯点灯装置の基本回路
構成は、実施例１（図１）と同様であるが、本実施例で
は駆動回路３の出力端と駆動トランス５の１次巻線間の
マッチングをとるためのマッチング回路４の構成が、実
施例４の図５（ｂ）で示したπ型構成であり、駆動トラ
ンス５の１次巻線と並列に接続された容量可変コンデン
サＶＣ１でマッチングを調整している。また、駆動回路
３を流れる電流をＩ１、高周波電源回路２のメインアン
プ６を流れる電流をＩ２とする。

【００１９】図７に本実施例の動作説明図を示す。この
図７に示すように、駆動回路３を流れる電流Ｉ１がピー
ク近傍（斜線部）となるように、容量可変コンデンサＶ
Ｃ１の値を調整する。このピーク近傍で回路効率が最大
となるように回路定数を設定することにより、簡単な調
整で高い回路効率を保つことができる。

【００２０】（実施例６）図８に本発明の実施例６の動
作説明図を示す。本実施例６は、請求項７の発明を具体
的に説明するものである。無電極放電灯点灯装置の基本
回路構成は、実施例６と同様であるので説明を省略す
る。図８に示すように、高周波電源回路２のメインアン
プ６を流れる電流Ｉ２がピーク近傍（斜線部）となるよ
うに、容量可変コンデンサＶＣ１の値を調整する。この
ピーク近傍で回路効率が最大となるように回路定数を設
定することにより、調整容易で高い回路効率を保つこと
ができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、ガラスバルブ内に放電
ガスを封入した無電極放電灯と、無電極放電灯に近接配
置された高周波電力供給用コイルと、高周波電力供給用
コイルに高周波電力を供給する少なくとも１つのスイッ
チング素子を含むメインアンプと、スイッチング素子の
制御端子間に２次巻線を接続された駆動トランスと、駆
動トランスの１次巻線に電圧を印加する駆動回路と、駆
動回路の出力端と駆動トランスの１次巻線間のマッチン
グをとるためのマッチング回路から成る高周波電源回路
と、高周波電源回路に直流電圧を供給する直流電源回路
とを備えた無電極放電灯点灯装置において、マッチング
回路にインダクタを含んだ構成にすることで、フィルタ
効果を有しノイズ低減可能な構成にすることができる。
また、駆動回路を流れる電流のピークとなるところに容
量可変コンデンサを変化させてマッチング調整を行うこ
とで、従来の方法よりもマッチング調整を容易化するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の全体構成を示す回路図であ
る。

【図２】本発明の実施例１のマッチング回路の構成を示
す回路図である。

【図３】本発明の実施例２のマッチング回路の構成を示
す回路図である。

【図４】本発明の実施例３のマッチング回路の構成を示
す回路図である。

【図５】本発明の実施例４のマッチング回路の構成を示
す回路図である。

【図６】本発明の実施例５の全体構成を示す回路図であ
る。

【図７】本発明の実施例５の動作説明図である。

【図８】本発明の実施例６の動作説明図である。

【図９】従来例の回路図である。

【図１０】従来例の動作説明図である。

【符号の説明】

１直流電源回路２高周波電源回路３駆動回路４マッチング回路５駆動トランス６メインアンプ７高周波電力供給用誘導コイル８無電極放電灯

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラスバルブ内に放電ガスを封入した
無電極放電灯と、前記無電極放電灯に近接配置された高周波電力供給用コ
イルと、前記高周波電力供給用コイルに高周波電力を供給する少
なくとも１つのスイッチング素子を含むメインアンプ
と、前記スイッチング素子の制御端子間に２次巻線を接
続された駆動トランスと、前記駆動トランスの１次巻線
に電圧を印加する駆動回路と、前記駆動回路の出力端と
前記駆動トランスの１次巻線間のマッチングをとるため
のマッチング回路から成る高周波電源回路と、前記高周波電源回路に直流電圧を供給する直流電源回路
とを備えた無電極放電灯点灯装置において、前記マッチング回路は、インダクタを含むことを特徴と
する無電極放電灯点灯装置。
【請求項２】前記マッチング回路は、前記駆動回路
の出力端と直列に接続した成分Ｘ１と、前記駆動トラン
スの１次巻線と並列に接続した成分Ｘ２とから成るＬ型
構成であり、前記成分Ｘ１はコンデンサであり、前記成
分Ｘ２はインダクタとコンデンサの直列接続であること
を特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項３】前記マッチング回路は、前記駆動回路
の出力端と直列に接続した成分Ｘ３と、前記駆動トラン
スの１次巻線と直列に接続した成分Ｘ４と、それらの接
続端と直流電源回路の負極端子間に接続した成分Ｘ５と
から成るＴ型構成であり、前記成分Ｘ３および成分Ｘ４
はコンデンサであり、前記成分Ｘ５はインダクタとコン
デンサの直列接続またはインダクタであることを特徴と
する請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項４】前記マッチング回路は、前記駆動回路
の出力端と直列に接続した成分Ｘ３と、前記駆動トラン
スの１次巻線と直列に接続した成分Ｘ４と、それらの接
続端と直流電源回路の負極端子間に接続した成分Ｘ５と
から成るＴ型構成であり、前記成分Ｘ３はインダクタと
コンデンサの直列接続またはインダクタであり、前記成
分Ｘ４および成分Ｘ５はコンデンサであることを特徴と
する請求項１記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項５】前記マッチング回路は、前記駆動回路
の出力端と並列に接続した成分Ｘ６と、前記駆動トラン
スの１次巻線と並列に接続した成分Ｘ７と、前記駆動回
路の出力端と前記駆動トランスの１次巻線間に直列に接
続した成分Ｘ８とから成るπ型構成であり、前記成分Ｘ
６および成分Ｘ７はコンデンサであり、前記成分Ｘ８は
インダクタとコンデンサの直列接続またはインダクタで
あることを特徴とする請求項１記載の無電極放電灯点灯
装置。
【請求項６】前記マッチング回路は、前記駆動トラ
ンスの１次側に並列接続されると共に前記スイッチング
素子の制御端子間電圧を変化させるようにその容量値が
設定される容量可変コンデンサを備えており、前記駆動
回路の直流電流がピーク近傍となるように前記容量可変
コンデンサを調整したことを特徴とする請求項１乃至５
のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項７】前記マッチング回路は、前記駆動トラ
ンスの１次側に並列接続されると共に前記スイッチング
素子の制御端子間電圧を変化させるようにその容量値が
設定される容量可変コンデンサを備えており、前記メイ
ンアンプの直流電流がピーク近傍となるように前記容量
可変コンデンサを調整したことを特徴とする請求項１乃
至５のいずれかに記載の無電極放電灯点灯装置。
【請求項８】ガラスバルブ内に放電ガスを封入した
無電極放電灯と、前記無電極放電灯に近接配置された高周波電力供給用コ
イルと、前記高周波電力供給用コイルに高周波電力を供給する少
なくとも１つのスイッチング素子を含むメインアンプ
と、前記スイッチング素子の制御端子間に２次巻線を接
続された駆動トランスと、前記駆動トランスの１次巻線
に電圧を印加する駆動回路と、前記駆動回路の出力端と
前記駆動トランスの１次巻線間のマッチングをとるため
のマッチング回路から成る高周波電源回路と、前記高周
波電源回路に直流電圧を供給する直流電源回路とを備え
た無電極放電灯点灯装置において、前記マッチング回路は、前記駆動回路の出力端と並列に
接続したコンデンサと、前記駆動トランスの１次巻線と
並列に接続したコンデンサと、前記駆動回路の出力端と
前記駆動トランスの１次巻線間に直列に接続したインダ
クタとコンデンサの直列接続とから成り、前記メインアンプはＤ級増幅回路であり、前記駆動回路
は水晶振動子を含み、前記高周波電源回路の動作周波数
は数ＭＨｚ以上の高周波であることを特徴とする無電極
放電灯点灯装置。