JP2000106283A - フィラメントランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のフィラメントランプを調光するフィラ
メントランプ点灯装置において、電源側に与える高調波
歪みの影響を除去すること。 【解決手段】 複数のフィラメントランプ４−１〜４−
ｎに対応させてそれぞれランプ点灯制御回路２−１〜２
−ｎを設ける。ランプ点灯制御回路２−１〜２−ｎは、
スイッチング素子Ｔｒ１〜ｎがオンのとき入力電流をフ
ィラメントランプ４−１〜４−ｎに供給し、スイッチン
グ素子がオフのときインダクタンスＬに蓄積されたエネ
ルギーによってフィラメントランプ４−１〜４−ｎに電
流を流し続け、以後上記オン／オフを繰り返すことによ
り全体として入力電流波形と略同一な波形の出力電流を
供給する。また、制御部３はスイッチング素子Ｔｒ１〜
ｎのオン／オフ信号のデューティを変化させる出力電流
を制御するとともに、上記ランプ点灯制御回路２−１〜
２−ｎにタイミングをずらしたオン／オフ信号を供給す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般照明、加熱処
理装置等に用いられるフィラメントランプ点灯装置に関
し、更に詳細には、出力側にフィラメントランプを接続
し、出力電力を制御するフィラメントランプ点灯装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】フィラメントランプ点灯装置は、加熱処
理や一般照明等に広く使用されている。フィラメントラ
ンプ点灯装置の加熱処理への応用例の一つとして、半導
体ウエハ（以下ウエハという）の光照射式加熱処理装置
があげられる。半導体製造工程における加熱処理は、ウ
エハを急速加熱・高温保持・急速冷却処理するものであ
り、成膜、拡散、アニールなど、広い範囲にわたって行
われている。上記いずれの処理も、ウェハを高温に加熱
処理するものであり、この加熱処理に上記光照射式加熱
処理装置を使用すれば、ウェハを急速に加熱することが
でき、１０００℃以上にまで十数秒から数十秒間で昇温
させることができる。そして、光照射を停止すれば、急
速に冷却することができる。

【０００３】ところが、ウェハを加熱する際にウェハに
温度分布の不均一が生じると、ウェハにスリップと呼ば
れる現象、即ち結晶転移の欠陥が発生し、不良品となる
恐れがある。そこで、光照射式加熱処理装置を用いてウ
ェハを加熱処理する場合に、ウェハの温度分布が均一に
なるように、加熱・高温保持・冷却する必要がある。ウ
ェハの温度分布が均一になるように光照射ができるよう
にした光照射式加熱処理装置としては、例えば特開平８
−４５８６３号公報に開示されたものがあげられる。上
記公報に記載される光照射式加熱処理装置の光源部は、
各々直径の異なる複数の環状の赤外線ランプが同心円状
に配置されるような構造になっている。ランプをそのよ
うに配置することにより、ウェハを同心円状のゾーン毎
に分割でき、温度制御が容易になる。

【０００４】ウェハの温度を均一にするためには、ウェ
ハの各ゾーンの温度を測定し、各ゾーンに対応する赤外
線ランプの発熱量を制御する。すなわち、ウェハの周辺
部の温度が低くなれば、ウェハの周辺部に配したランプ
の入力電力を大きくし、ランプの発熱量を上げウェハを
より加熱する。以下、ランプの発熱量を変化させること
をここでは「調光する」と言うこととする。光照射式加
熱処理装置における赤外線ランプには、一般に、効率良
く赤外線を放射するフィラメントを有するハロゲンラン
プが用いられ、また、点灯用の電源としては交流電源が
用いられる。

【０００５】フィラメントランプの調光は次のように行
われる。 （１）一般の照明器具におけるフィラメントランプの調
光には、通常、トライアックを用いた回路が使用され、
トライアックの導通角を制御することにより行われる。 （２）光照射式加熱処理装置の調光も基本的にはこの回
路を適用したもので、サイリスタが用いられる。サイリ
スタを用いたランプ点灯装置の基本的な構成を図９に示
す。なお、１本のランプに、このランプ点灯装置が１台
対応する。したがって、複数本のランプを点灯制御する
装置においては、ランプの本数だけこのようなランプの
点灯装置があり、装置電源ボックスの中に収められる。

【０００６】図９に示す点灯装置においては、サイリス
タＳＣＲ１，ＳＣＲ２のゲート電流を流すタイミングを
変化させることにより、ランプに入力する電力を制御し
調光する。サイリスタによる電力制御には以下の２つの
方式、導通角制御とゼロクロス制御があげられる。な
お、ここで、以下の言葉の定義をする。ランプ点灯装置
への商用交流電源による入力を「入力」と呼ぶ。ランプ
点灯装置からランプへの出力を「出力」と呼ぶ。したが
って「出力電力」は「ランプ入力電力」のことである。

【０００７】(a) 導通角制御 図９において、ランプ点灯装置１００に交流商用電源２
１から交流を入力する。ランプ点灯装置１００には第１
のサイリスタＳＣＲ１と、第２のサイリスタＳＣＲ２と
からなるランプ点灯制御回路２００を設ける。ランプ点
灯制御回路２００のサイリスタＳＣＲ１，ＳＣＲ２のゲ
ートＧ１，Ｇ２に制御部３００のゲート信号発生回路が
発生するゲート信号によりゲート電流を流すと、ランプ
点灯制御回路２００のサイリスタＳＣＲ１，ＳＣＲ２に
供給される電流が０になるまで、ランプ点灯装置１００
からランプ２３に電流が出力される。

【０００８】図１０（ａ）はランプ点灯装置１００の入
力電圧波形である。図１０（ｂ）はサイリスタＳＣＲ
１，ＳＣＲ２のゲートＧ１，Ｇ２にゲート電流を流すタ
イミングの例を示す図であり、は第１のサイリスタＳ
ＣＲ１のゲート電流を、は第２のサイリスタＳＣＲ２
のゲート電流を示す。図１０（ｃ）は同図（ａ）のタイ
ミングでゲート電流を流したときの出力電流の波形を示
す。なお、フィラメントランプ点灯装置の場合には出力
電圧も出力電流と同様の波形になる。したがって、ラン
プ点灯装置１００からの出力電力は、図１０（ｃ）の斜
線部で示される出力電圧波形と出力電流波形とを掛け合
わせたものとなる。サイリスタＳＣＲ１，ＳＣＲ２に与
えるゲート電流のタイミングを変化させることにより、
図２（ｃ）の出力電流波形及び出力電圧波形を変えるこ
とができるので、出力電力、すなわちランプ入力電力を
変え、調光することができる。

【０００９】(b) ゼロクロス制御 制御回路構成は、図９と同じであり、サイリスタＳＣＲ
１，ＳＣＲ２のゲート電流を流すタイミングを図１１
（ｂ）のようにする。ここで、は第１のサイリスタＳ
ＣＲ１のゲート電流を、は第２のサイリスタＳＣＲ２
のゲート電流を示す。図１１（ｂ）のタイミングでゲー
ト電流を流したときの出力電流及び出力電圧は同図
（ｃ）のようになる。すなわち、同図（ｃ）に示すよう
に、波形が間引かれた電流・電圧を出力することによ
り、ランプ入力電力を変化させ、調光することができ
る。

【００１０】ところで、上記２つの制御方式には次のよ
うな問題点がある。 （１）立ち上がりノイズの発生（導通角制御の場合） 図１０に示した導通角制御方式の場合、調光時、図１０
（ｃ）に示すように、ランプに対し急激に大きな電圧が
印加されることになる。このため、立ち上がりノイズと
呼ばれるノイズがランプ点灯装置内に発生し、装置の制
御系が誤動作する原因となる場合がある。また、ランプ
フィラメントに突入電流が流れるので、フィラメントは
過負荷な状態になり、フィラメント切れが発生しやすく
なる。 （２）応答速度が低下、連続的な制御ができない（ゼロ
クロス制御の場合） ゼロクロス制御の場合には、電源電圧がゼロクロスする
時点でサイリスタを導通させるようにしているので、ラ
ンプに対し急激に大きな電圧が印加されることはない。
しかしながら、図１１（ｂ）のように、入力される商用
周波数の波を間引くことになるので、調光の応答速度を
入力する商用電源の周波数よりも早くすることができ
ず、迅速な調光ができない。また、出力電力を連続的に
変化させることができないので微妙な調光ができない。

【００１１】（３）高調波歪みの発生 図１０に示した導通角制御を行なう場合を例に取ると、
前記したように、出力側の電力制御を行なう場合、出力
電圧と出力電流は、それぞれ図１２（ａ）（ｂ）のよう
になる。一方、ランプ点灯装置１００の入力電圧の波形
は、図１２（ｃ）のように商用交流電源２１の電圧波形
である。また、入力電流の波形は、図１２（ｄ）のよう
に出力電流の波形と同じになる。入力電流がこのように
波形になると次の問題が生じる。図１２（ｄ）の丸印の
波形部分が非線型な部分であり、これにより入力電流に
高調波歪みが発生する。このような高調波歪みは規制の
対象になりつつある。同様の問題は前記図１１に示した
ゼロクロス制御においても生じる。図１２（ｅ）の丸印
の部分は波形が非線型であり、高調波歪みが発生する。

【００１２】（４）無効電力の発生 図１２において、入力電圧をＶ、入力電流をＩとし、Ｗ
を実効電力、Ｖ×Ｉを皮相電力とすると、入力電圧の波
形と入力電流の波形とが、ともに正弦波で位相差がなけ
れば、次の関係が成り立つ。 Ｖ×Ｉ ＝ Ｗ ここで、Ｗは出力電力（ランプ入力電力）と考えること
ができる。しかしながら、図１２（ｄ）のように、歪ん
だ波形の場合、無効電力（＝Ｖ×Ｉ−Ｗ）が必ず発生す
る。したがって、図１２（ｄ）のような歪んだ波形にお
いて、ある実効電力Ｗを出力しようとすると、波形が正
弦波のものに比べると、より大きな皮相電力Ｖ×Ｉが必
要になる。同様に、ゼロクロス制御の場合には、図１２
（ｅ）矢印部分が１周期と考えられるので無効電力が生
じる。

【００１３】上記、無効電力に関して言うと、出力電力
を制御したとたん無効電力が発生することになる。この
ことは、実用の装置を製作する場合において大きな問題
になる。即ち、以下の理由により、ランプ点灯装置１０
０の出力電力は常に制御されることになるから、ランプ
点灯装置１００には必ず無効電力が発生することにな
り、ランプ点灯装置として効率が悪くなる。 実用上、光照射式加熱処理装置のような装置におい
ては、例えばランプ点灯装置に商用の２００Ｖを入力す
る場合、１０％の電圧変動を考慮し、使用するランプは
入力電圧よりも約１０％小さい定格の例えば１８０Ｖ定
格のものを用い、装置に余裕を持たせるのが常識であ
る。したがって、ランプを定格で点灯する場合において
も、ランプ点灯装置の出力は制御されることになる。 さらに、光照射式加熱処理装置では、複数本のラン
プを点灯・調光するが、使用するランプによって、定格
が異なる（フィラメントの長さが異なる）場合がある。
この場合も、常に出力電力を制御することになる。

【００１４】一方、上述の無効電力の問題を解決する方
式として、交流チョッパ制御方式が提案されている。交
流チョッパ制御方式は、入力電圧（電流）をスイッチン
グ回路によりチョッピングすることにより、出力電圧
（電流）を制御するものであり、スイッチング動作にお
けるＯＮ時間を制御することにより、出力電圧（出力電
流）を制御することができる。すなわち、図１３（ａ）
に示す入力電圧（電流）を同図（ｂ）に示すスイッチン
グ信号でＯＮ／０ＦＦし、同図（ｃ）に示す出力電流を
得る。なお、同図は、デューテイが略５０％の場合を示
しており、また、負荷に並列に転流用のスイッチング回
路を設けるとともに、フィラメントランプに直列にイン
ダクタンスを設け、入力側に直列に接続されたスイッチ
ング回路がオフになったとき、上記転流用のスイッチン
グ回路をオンにして、出力電流を上記転流回路を介して
継続的に流すように構成した場合を示している。

【００１５】同図（ｃ）に示す波形でもスイッチング信
号の周波数を高くすれば、正弦波に近い波形を得ること
ができるが、同図（ｃ）に示す出力電流を更にフィルタ
リングすることにより、同図（ｄ）に示す正弦波出力を
得ることができる。入力電流もローパスフィルタを通す
ことにより正弦波とすることができる。上記交流チョッ
パ制御方式を用いれば、入力、出力波形を正弦波にする
ことができ、また、電圧・電流位相が略一致するので、
前記した無効電力の問題は生じない。また、出力電流が
急激に立ち上がることがないので、立ち上がりノイズの
問題も生ずることがなく、さらにスイッチング信号のデ
ューテイを制御することにより迅速かつ微妙な調光も可
能となる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、フィラ
メントランプに入力する電力を変化させてランプの発熱
量を制御するランプ点灯装置においては、ランプに対し
急激に電圧を印加しない（ノイズを発生しない、ランプ
に大きな突入電流を流さない）ように、かつ、応答速度
が迅速で連続的に調光できるように出力電力を変化させ
ることが要求される。また、入力電流に高周波歪みが生
ずることなく、また、無効電力が生じさせないように、
出力電力を変化させる必要がある。前記した交流チョッ
パ制御方式を用いれば、出力電流・出力電圧・入力電流
の波形を略正弦波にすることができるので、無効電力を
発生させることなく、また、ランプに大きな突入電流を
流さず、かつ、応答速度が迅速で連続的に調光すること
ができる。

【００１７】しかしながら、交流チョッパ制御方式は、
前記図１３に示したように、入力電圧（電流）を同図
（ｂ）に示すスイッチング信号でＯＮ／０ＦＦするの
で、入力側にフィルタ回路を設けないと、入力電流に高
調波歪みが発生する。特に、光照射式加熱処理装置にお
いては、複数のフィラメントランプを調光する必要があ
り、上記スイッチングされる入力電流も大きくなるた
め、高調波歪みが電源側に与える影響も大きくなる。本
発明は上記した事情に鑑みなされたものであって、複数
のフィラメントランプを調光するフィラメントランプ点
灯装置において、入力側に高調波歪み除去用のフィルタ
回路を設ける必要がないか、もしくは、極めて小型化で
き、電源側に高調波歪みの影響与えることがないフィラ
メントランプ点灯装置を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を本発明におい
ては、次のように解決する。入力側に交流電源を接続
し、その出力電力を制御して複数のフィラメントランプ
を点灯させるフィラメントランプ点灯装置において、上
記複数のフィラメントランプに対応させてそれぞれ点灯
制御回路を設けるともに、該点灯制御回路を制御する制
御部を設ける。上記点灯制御回路は、上記交流電源から
供給される正弦波電流もしくはその全波整流された電流
をスイッチングするスイッチング素子を含み、このスイ
ッチング素子がオンのとき、入力電流をフィラメントラ
ンプに供給し、スイッチング素子がオフのとき、当該フ
ィラメントランプと直列に接続されたインダクタンス要
素に蓄積されたエネルギーによってフィラメントランプ
に持続的に電流を流し続け、以後、上記オン／オフを繰
り返すことにより、全体として入力電流波形と略同一な
る形状の出力電流をフィラメントランプに供給する。ま
た、上記制御部は、前記スイッチング素子のオン／オフ
信号のデューティを変化させることで、上記出力電流の
ピーク値を変化させるとともに、上記各点灯制御回路に
タイミングをずらしたオン／オフ信号を供給する。本発
明においては、上記のように、各点灯制御回路に供給す
るオン／オフ信号のタイミングをずらせたので、フィル
タ回路が必要がないか、もしくは極めて小型化でき、フ
ィラメントランプ点灯装置全体に流れ込む入力電流の波
形を正弦波とすることができ、電源側に高調波歪みの影
響を与えることがない。このため、装置の構成を簡単化
し、コストダウンを図ることが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施例のフ
ィラメントランプ点灯装置の構成を示す図である。同図
において、２０は交流電源、２−１〜２−ｎはランプ点
灯制御回路である。ランプ点灯制御回路２−１〜２−ｎ
のスイッチング素子は制御部３から与えられるゲート信
号により制御され、交流電源２０から供給される交流入
力を制御して、フィラメントランプ４−１〜４−ｎを調
光する。制御部３はランプ点灯制御回路２−１〜２−ｎ
のスイッチング素子にゲート信号を与えるゲート信号発
生回路３ａとＣＰＵ３ｂから構成され、ゲート信号発生
回路３ａは、ＣＰＵ３ｂの出力に基づき、前記図１３
（ｂ）に示したスイッチング信号を発生し、各ランプ点
灯制御回路２−１〜２−ｎのスイッチング素子をＯＮ／
ＯＦＦさせる。

【００２０】次に、図１に示したランプ点灯制御回路の
動作について説明する。図２は図１に示した本実施例の
ランプ点灯制御回路の構成を示す図であり、同図は、図
１に示したランプ点灯制御回路の一つを抜き出して示し
たものである。同図において、２はランプ点灯制御回
路、２０は交流電源、Ｔｒ１〜Ｔｒ４はスイッチング素
子、Ｄ１〜Ｄ４はダイオード、Ｃはコンデンサ、Ｌはイ
ンダクタンス、４はフィラメントランプ（以下ランプと
略記する）である。スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４は
図１に示したゲート信号発生回路３ａが発生するゲート
信号により前記図１３に示したように所定の駆動周波数
でＯＮ／ＯＦＦする。この駆動周波数は所定の高周波、
例えば２０ｋＨｚ程度に選定される。この周波数は低く
しすぎると出力側に設けたコンデンサＣの容量が大きく
なり、また音を発するようになる。一方、高くしすぎる
とスイッチング素子における効率が悪化する。両者の間
の領域で適宜設定すれば良い。

【００２１】図２において、ランプ点灯制御回路２は次
のように動作する。ランプ点灯制御回路２に交流電源２
０から商用交流電源を供給する。入力電流は図２のＡ方
向に流れる場合と、Ｂ方向に流れる場合とがある。それ
ぞれの場合に図３に示すように各スイッチング素子を制
御する。 （１）入力電流がＡ方向に流れる場合 第１および第３のスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３
をＯＮ、外のスイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４はＯＦＦ
とする。出力電流は、第１のスイッチング素子Ｔｒ１→
インダクタンスＬ→ランプ４→第４のダイオードＤ４と
流れる。 第３のスイッチング素子をＯＮにしたまま、第１の
スイッチング素子Ｔｒ１をＯＦＦとし、ほかのスイッチ
ング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４はＯＦＦのままとする。インダ
クタンスＬに残留する電流が、インダクタンスＬ→ラン
プ４→第３のスイッチング素子Ｔｒ３→第２のダイオー
ドＤ２→インダクタンスＬと流れる。 上記の組み合わせのスイッチングを繰り返す。

【００２２】（２）入力電流がＢ方向に流れる場合 第２および第４のスイッチング素子をＯＮ、外のス
イッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３はＯＦＦとする。出力電
流は、第４のスイッチング素子Ｔｒ４→ランプ４→イン
ダクタンスＬ→第１のダイオードＤ１と流れる。 第２のスイッチング素子Ｔｒ２をＯＮにしたまま、
第４のスイッチング素子Ｔｒ４をＯＦＦとし、外のスイ
ッチング素子Ｔｒ１，ＴＲ３はＯＦＦのままとする。イ
ンダクタンスＬに残留する電流が、インダクタンスＬ→
第２のスイッチング素子Ｔｒ２→第３のダイオードＤ３
→ランプ４ーインダクタンスＬと流れる。 上記の組み合わせのスイッチングを繰り返す。

【００２３】上記のように制御することにより、ランプ
点灯制御回路２の各部の波形は前記図１３に示したよう
になる。なお、ここでは、ランプ点灯制御回路２には、
５０Ｈｚの商用交流電源が入力され、スイッチング素子
Ｔｒ１〜Ｔｒ４のスイッチング周波数は２０ｋＨｚであ
るとする。入力電圧の波形は、前記図１３（ａ）に示し
た波形であり、スイッチングを約５０％のデュティーで
行なった場合、スイッチング信号は前記図１３（ｂ）に
示したようになる。ここで、同図中は回路が上記
（１）の動作をしているとき、は（１）の動作を
しているときを示す。も同様に、回路が（２）
の動作をしているときである。上記スイッチングを行う
ことにより、ランプ点灯制御回路２の出力電流波形は、
前記図１３（ｃ）のようになる。

【００２４】すなわち、図１３（ｂ）の時は、交流商
用電源からの電流がそのまま出力され、ランプの電流値
は徐々に増加する。また、図１３（ｂ）に移ると出力
側は交流商用電源から切り離されることになるが、イン
ダクタンスＬに電流が残っているためにランプ４に流れ
る電流が徐々に小さくなる。残留する電流が０になる前
に再び上記となるようにすれば、出力電流は再び増加
する。これはについても同様である。なお、図１３
（ｃ）では説明のため凹凸を極端に示しているが、実際
には例えば２０ｋＨｚでスイッチングを行なうと、凹凸
はきわめて小さくなり、出力波形は出力側にフィルタ回
路を設けなくとも略正弦波となる。必要であれば、例え
ば出力側に設けたコンデンサＣにより平坦化すれば、図
１３（ｄ）に示すようによりきれいな正弦波となる。

【００２５】ここで、上記のスイッチング周波数におけ
る：（または：）の時間の比がデュティーと呼
ばれる。デュティーが１のときは、のみでありランプ
ヘの入力波形はランプ点灯装置に入力される波形と同じ
になり、一方、デュティーが０のときは、のみでラン
プヘの入力０となる。したがって、スイッチングのデュ
ティーを０から１の間で変えることにより、０≦〔出力
電流のピーク値Ｉｐ’〕≦〔入力電流のピーク値Ｉｐ〕
の範囲でピーク値が可変の正弦波である波形の出力電流
を得ることができる。すなわち、ランプ４に対し連続的
に変化可能な電流を与えることができる。

【００２６】一方、ランプ点灯制御回路２への入力電流
の波形は、スイッチング素子のデュティーによってＯＮ
／ＯＦＦが繰り返されているので、前記図１３（ａ）の
ようになる（同図中の斜線部分参照）。図１３（ａ）に
示すように、２０ｋＨｚでスイッチングされているた
め、ランプ点灯制御回路２の入力電流は、高調波歪みの
大きな波形となる。そこで、本実施例では、各ランプ点
灯制御回路のスイッチング制御を以下のようにすること
で、入力側の高調波歪みを小さくする。

【００２７】図４は、ランプ点灯制御回路２−１〜２−
ｎのゲート信号を示す図であり、同図はｎ＝４の場合を
示している。同図に示すように、本実施例においては、
スイッチング周波数をランプの本数分だけ分割し、それ
ぞれのランプに出力するランプ点灯制御回路２−１〜２
−ｎのスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４を、時間差を設
けて順番に動作させる。スイッチング周波数２０ｋＨｚ
で、４本のランプを点灯させる場合を例にとると、ラン
プ１本に対しランプ点灯制御回路は１個であり、したが
ってランプ点灯制御回路は１〜４まで４個ある。この場
合には、２０ｋＨｚ（周期５０μｓ）の１周期を４分割
し、各ゲート信号の時間差を１２．５μｓとする。

【００２８】図５は上記のように時間差を持ったゲート
信号により複数のランプ点灯制御回路を動作させたとき
の入力電流波形を示す図であり、同図はランプが４本の
場合を示している。同図おいて、ランプ４−１を調光す
るランプ点灯制御回路２−１をゲート信号によりスイッ
チング動作させると、スイッチング素子は所定のデュテ
イーで動作し、ランプ点灯制御回路２−１の入力電流波
形は図５（ａ）のようになる。ついで、ランプ点灯制御
回路２−１の動作から１２．５μｓ後に、ランプ点灯制
御回路２−２のスイッチング素子を動作させると、ラン
プ点灯制御回路２−２の入力電流波形は図５（ｂ）に示
すようになる。

【００２９】続いて、同様にランプ点灯制御回路２−３
→ランプ点灯制御回路２−４と順番に動作させと、それ
ぞれの入力電流波形は図５（ｃ）（ｄ）のようになる。
図５（ａ）〜（ｄ）の電流波形を重ね合わせると、複数
のランプを点灯させる場合のランプ点灯装置全体として
の入力電流の波形となり、それは図５（ｅ）に示すよう
に正弦波となる。例えば、ｎ＝４でデューティが１０％
の場合は、入力電流は正弦波とならないが、入力電流の
周波数が８０ｋＨｚとなり、最大電流値も増加しないた
め、小型のフィルタ回路により正弦波を得ることができ
る。

【００３０】図６は複数のランプを同じタイミングで、
同じデュティーでスイッチングして点灯させた場合の入
力電流波形である。この場合には、同図に示すように電
流値が重ね合されることになり、電源側の高調波歪みが
極めて大きくなる。このため、大きな電流値に対応でき
て、かつ２０ｋＨｚをフィルタリングできるるフィルタ
回路が必要になり、装置が大型化し、コストアップの要
因となる。

【００３１】図７は本発明の第２の実施例のランプ点灯
装置の構成を示す図である。図７において、１０−１〜
１０−ｎはランプ点灯制御回路、２０は交流電源、１１
は全波整流回路、Ｔｒ１０はスイッチング素子、Ｄ１０
はダイオード、Ｌはインダクタンス、Ｃはコンデンサ、
４はフィラメントランプ、３は制御部、３ａはゲート信
号発生回路、３ｂはＣＰＵである。同図に示すスイッチ
ング素子Ｔｒ１０はゲート信号発生回路３ａが発生する
ゲート信号により所定の駆動周波数でＯＮ／ＯＦＦす
る。この駆動周波数は、前記した第１の実施例と同様、
所定の高周波、例えば２０ｋＨｚ程度に選定される。

【００３２】図７において、ランプ点灯制御回路は次の
ように動作する。図８は本実施例のランプ点灯制御回路
１０−１〜１０−ｎの各部の波形を示す図であり、同図
により本実施例のランプ点灯制御回路の動作を説明す
る。ランプ点灯制御回路に交流電源２０から商用交流電
源を供給する。入力電流は全波整流回路１１により全波
整流され、スイッチング素子Ｔｒ１０には図８（ａ）に
示す全波整流電圧が供給される。 制御部３からスイッチング素子Ｔｒ１０にオン信号
が供給され、スイッチング素子Ｔｒ１０がオンになる
と、出力電流は、全波整流回路１１→スイッチング素子
Ｔｒ１０→インダクタンスＬ→ランプ４→全波整流回路
１１と流れる。 次いで、スイッチング素子Ｔｒ１０がオフになる
と、インダクタンスＬに残留する電流が、インダクタン
スＬ→ランプ４→ダイオードＤ１０→インダクタンスＬ
と流れる。 上記の組み合わせのスイッチングを繰り返す。

【００３３】上記のように制御することにより、ランプ
点灯制御回路１０−１〜１０−ｎの各部の波形は図８に
示したようになる。なお、ここでは、ランプ点灯制御回
路には、５０Ｈｚの商用交流電源が入力され、スイッチ
ング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４のスイッチング周波数は２０ｋ
Ｈｚであるとする。入力電圧の波形は、図８（ａ）に示
した波形であり、スイッチングを約５０％のデュティー
で行なった場合、ランプ点灯制御回路の出力電流波形
は、前記図８（ｂ）のようになる。すなわち、スイッチ
ング素子Ｔｒ１０がオンになったときは、交流商用電源
からの電流がそのまま出力され、ランプの電流値は徐々
に増加する。また、スイッチング素子Ｔｒ１がオフにな
ると、出力側は全波整流回路１１から切り離されること
になるが、インダクタンスＬに電流が残っているために
ランプ４に流れる電流が徐々に小さくなる。残留する電
流が０になる前に再びスイッチング素子Ｔｒ１０をオン
にすれば、出力電流は再び増加する。

【００３４】なお、図８（ｂ）では説明のため凹凸を極
端に示しているが、実際には例えば２０ｋＨｚでスイッ
チングを行なうと、第１の実施例と同様凹凸はきわめて
小さくなり、出力波形は出力側にフィルタ回路を設けな
くとも略正弦波となる。必要であれば、例えば出力側に
設けたコンデンサＣにより平坦化すれば、図８（ｄ）に
示すようによりきれいな正弦波となる。したがって、ス
イッチング素子Ｔｒ１０のスイッチングのデュティーを
０から１の間で変えることにより、前記したようにピー
ク値が可変の全波整流波形の出力電流を得ることができ
る。すなわち、ランプ４に対し連続的に変化可能な電流
を与えることができる。

【００３５】一方、ランプ点灯制御回路への入力電流の
波形は、スイッチング素子Ｔｒ１０のデュティーによっ
てＯＮ／ＯＦＦが繰り返されているので、前記図８
（ｃ）のようになり、ランプ点灯制御回路の入力電流
は、高調波歪みの大きな波形となる。そこで、本実施例
においても、第１の実施例と同様、各ランプ点灯制御回
路のスイッチング制御のタイミングをずらすことで入力
側の高調波歪みを小さくする。

【００３６】すなわち、前記図４に示したように、スイ
ッチング周波数をランプの本数分だけ分割し、それぞれ
のランプに出力する各ランプ点灯制御回路１０−１〜１
０−ｎのスイッチング素子Ｔｒ１０を、時間差を設けて
順番に動作させる。スイッチング周波数２０ｋＨｚで、
４本のランプを点灯させる場合を例にとると、前記した
ように、２０ｋＨｚ（周期５０μｓ）の１周期を４分割
し、各ゲート信号の時間差を１２．５μｓとなる。上記
のように時間差を持ったゲート信号により図７に示す複
数のランプ点灯制御回路１０−１〜１０−ｎを動作させ
れば、前記図５で説明したように、複数のランプを点灯
させたときの、全波整流回路１１の出力電流波形は全波
整流波形となり、ランプ点灯装置全体としての交流入力
電流の波形も略正弦波となる。

【００３７】本実施例においては、上記したように、全
波整流波形をランプ点灯制御回路によりスイッチングし
て、ピーク値が可変な全波整流波形を得て、これにより
ランプを点灯させるようにしているので、前記した導通
角制御のようにランプに急激に大きな電圧が印加される
ことがなく、前記第１の実施例と同様な効果を得ること
ができる。また、１個のスイッチング素子でランプ点灯
制御装置を構成することができ、回路構成を簡単にする
ことができる。さらに、交流入力の半サイクル毎にラン
プへの出力電流が略０に近い値まで低下するので、直流
で点灯させた場合のようにフィラメント切れが発生した
ときアークが持続することもない。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
以下の効果を得ることができる。 （１）出力電流・出力電圧の波形を正弦波とし、ピーク
の高さを変えることにより、出力電力を変え、複数のフ
ィラメントランプの発熱量を制御することができる。ラ
ンプに急激な電圧が印加されることがないのでノイズが
発生しない。ランプフィラメントに突入電流が流れない
のでランプの寿命が長くなる。スイッチング素子のデュ
ティーを変えることで、ピークの高さを連続的に、即時
に変化させることができるので、ランプの輝度も連続的
に、かつ即時に変化させることができる。 （２）複数の点灯制御回路に供給するオン／オフ信号の
タイミングをずらせたので、入力側に高調波歪み除去用
のフィルタ回路を設ける必要がないか極めて小型化で
き、入力電流の波形を正弦波とすることができる。この
ため、装置の構成を簡単化し、コストダウンを図ること
が可能となる。さらに、ランプ点灯装置から制御した電
力を出力する場合であっても無効電力が発生することが
ない。このため、効率の良いランプ点灯装置を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のフィラメントランプ点
灯装置の構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例のランプ点灯制御回路の
構成を示す図である。

【図３】ランプ点灯制御回路の各スイッチング素子を駆
動するゲート信号を説明する図である。

【図４】ランプ点灯制御回路２−１〜２−ｎへ供給され
るゲート信号のタイミングの一例を示す図である。

【図５】時間差を持ったゲート信号により複数のランプ
点灯制御回路を動作させたときの入力電流波形を示す図
である。

【図６】複数のランプを同じタイミングで、同じデュテ
ィーでスイッチングして点灯させた場合の入力電流波形
を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施例のランプ点灯装置の構成
を示す図である。

【図８】第２の実施例のランプ点灯制御回路の各部の波
形を示す図である。

【図９】サイリスタを用いたランプ点灯装置の基本的な
構成例を示す図である。

【図１０】図９においてサイリスタの導通角制御を行っ
た場合の各部の波形を示す図である。

【図１１】図９においてサイリスタのゼロクロス制御を
行った場合の各部の波形を示す図である。

【図１２】導通角制御、ゼロクロス制御を行った場合の
入力、出力の電流、電圧波形を示す図である。

【図１３】交流チョッパ制御方式を用いた場合の各部の
波形を示す図である。

【符号の説明】

１ ランプ点灯装置 ２−１〜２−ｎ ランプ点灯制御回路 ３ 制御部 ３ａ ゲート信号発生回路 ３ｂ ＣＰＵ ４，４−１〜４−ｎ フィラメントランプ １０−１〜１０−ｎ ランプ点灯制御回路 １１ 全波整流回路 ２０ 交流電源 Ｔｒ１〜Ｔｒ４ スイッチング素子 Ｔｒ１０ スイッチング素子 Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード Ｄ１０ ダイオード Ｃ コンデンサ Ｌ インダクタンス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力側に交流電源を接続し、その出力電
   力を制御して複数のフィラメントランプを点灯させるフ
   ィラメントランプ点灯装置であつて、 上記複数のフィラメントランプに対応してそれぞれ設け
   られ、上記交流電源から供給される正弦波電流もしくは
   その全波整流された入力電流をスイッチングするスイッ
   チング素子を具備した点灯制御回路と、 上記スイッチング素子のオン／オフ信号を出力する制御
   部とを備え、 上記点灯制御回路は、上記スイッチング素子がオンのと
   き、入力電流をフィラメントランプに供給し、スイッチ
   ング素子がオフのとき、当該フィラメントランプと直列
   に接続されたインダクタンス要素に蓄積されたエネルギ
   ーによってフィラメントランプに持続的に電流を流し続
   け、以後、上記オン／オフを繰り返すことにより、全体
   として入力電流波形と略同一なる形状の出力電流をフィ
   ラメントランプに供給し、 上記制御部は、各点灯制御回路のスイッチング素子のオ
   ン／オフ信号のデューティを変化させることで、上記出
   力電流のピーク値を変化させるとともに、上記各点灯制
   御回路にタイミングをずらしたオン／オフ信号を供給す
   ることを特徴とするフィラメントランプ点灯装置。