JP2001023786A - 蛍光ランプ駆動用ハーフブリッジインバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ランプの立ち消えが発生しにくく、また、任意
の明るさで始動が可能な、蛍光ランプ駆動用のハーフブ
リッジインバータを提供する。 【解決手段】スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を高周波スイ
ッチング回路ＨＦＣによって交互にオンオフスイッチン
グし、その出力をＣ１、Ｌ１によって正弦波状の電流に
して蛍光ランプＦＬに供給するハーフブリッジインバー
タにおいて、スイッチング素子Ｑ２の出力電圧を昇圧す
るトランスＴ１を設け、ランプ不点灯時のこの二次側出
力が蛍光ランプ始動電圧以上となるように該トランスＴ
１の巻数比が設定されている。また、予熱回路は別回路
で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光ランプ駆動用
のハーフブリッジインバータに関する。

【０００２】

【従来の技術】蛍光ランプ駆動用のハーフブリッジイン
バータは、交互に高周波スイッチングされる直列接続さ
れた２つのスイッチング素子の接続点から蛍光ランプに
対して電流供給するようにしたもので、他のインバータ
回路に比べて、スイッチング素子の電圧電流耐量が比較
的小さいこと、及びランプの始動に必要とされる高い電
圧が容易に得られるという利点があり、蛍光ランプ駆動
用のインバータに数多く採用されるようになってきてい
る。図１は、従来の一般的なハーフブリッジインバータ
の回路図を示している。Ｑ１、Ｑ２は、ＭＯＳＦＥＴか
らなるスイッチング素子であり、Ｄ１、Ｄ２は共振電流
の転流ダイオードである。これらのスイッチング素子Ｑ
１、Ｑ２は、高周波スイッチング回路ＨＦＣによって交
互にスイッチング制御される。蛍光ランプＦＬには直列
に共振用リアクトルＬ１がバラスト回路として接続さ
れ、この回路に直流成分カット用コンデンサＣ１を介し
てスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点が接続される。
また、蛍光ランプＦＬのフィラメント間には予熱用コン
デンサＣ２が接続されている。

【０００３】以上の回路構成において、スイッチング素
子Ｑ１，Ｑ２から方形波状の電圧が出力され、正弦波状
のランプ電流が蛍光ランプＦＬに対して流入する。

【０００４】上記のハーフブリッジインバータでは、高
周波スイッチング回路ＨＦＣでのスイッチング周波数を
変化させることによってランプ電流を変化させることが
でき、周波数を高くするとランプ電流が減少する特性を
持っている。また、ランプ不点灯時のランプ両端電圧
は、Ｌ１、Ｃ１、Ｃ２と周波数とに依存し、共振周波数
ｆ０の時をピークとする特性を持っている。これらの特
性図を図２及び図３に示す。図２のように、点灯周波数
を変化させることによってランプ電流を広範囲に変化さ
せることが出来、調光が可能である。点灯周波数の制御
範囲をｆｍｉｎからｆｍａｘの範囲とするとｆｍｉｎの
時最も明るくｆｍａｘの時が最も暗くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の回路に
おいて点灯周波数をｆｍａｘまで上昇させてランプ電流
をＩｌｍｉｎまで低下させると、蛍光ランプＦＬの放電
が不安定状態となり、所謂、ランプ立ち消えが発生しや
すくなる。もし、立ち消えが発生すると、蛍光ランプ両
端電圧が図３のようにランプ始動電圧Ｖｌｓよりも低い
Ｖ（ｆｍａｘ）となる。

【０００６】一方、一般にハーフブリッジインバータで
は、電源電圧がランプ始動電圧Ｖｌｓよりも低く、Ｃ
１、Ｃ２、Ｌ１共振特性によって始動電圧を確保してい
る。図３では、周波数がｆｌｓの時に始動電圧Ｖｌｓが
確保できるようになっている。また、ハーフブリッジイ
ンバータでは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２への過負荷
防止のため共振周波数ｆ０よりも高い周波数の遅相領域
で動作させる必要がある。以上のことから、結局始動電
圧を確保できるのは、ｆ０〜ｆｌｓの範囲に限られる。
したがって、上記ｆｍａｘ時にランプの立ち消えが発生
すると、ランプ両端電圧がＶ（ｆｍａｘ）となって、再
度始動することができず、ランプは消灯状態を継続する
ことになる。そして、再びランプを点灯するには、点灯
周波数をｆ０〜ｆｌｓの範囲に戻す必要がある。

【０００７】このように、従来のハーフブリッジインバ
ータでは、調光を行ってランプ電流を小さくした場合に
ランプの立ち消えが発生し易くなり、しかも一旦、立ち
消えが発生すると再びランプを点灯するのに点灯周波数
を所定の範囲にまで戻すことが必要であった。また、任
意の明るさで始動することが出来ず、一旦、所定の明る
さで始動を行ってから、所望の明るさへ調整する操作が
必要であった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、ランプの立ち消
えが発生しにくく、また、任意の明るさで始動が可能
な、蛍光ランプ駆動用のハーフブリッジインバータを提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するために、次の構成を備えている。

【００１０】（１）高周波スイッチング回路と、該高周
波スイッチング回路により交互に高周波スイッチングさ
れる直列接続した２つのスイッチング素子と、該２つの
スイッチング素子の接続点を共振用リアクトルと蛍光ラ
ンプとの直列回路に接続して、正弦波状の電流を蛍光ラ
ンプに供給する構成において、前記スイッチング素子の
出力側に接続され、蛍光ランプ不点灯時の二次側出力電
圧が蛍光ランプ始動電圧以上となるように該スイッチン
グ素子の出力電圧を昇圧する昇圧用トランスと、該昇圧
用トランスとは別回路で構成され、蛍光ランプフィラメ
ントに予熱電流を供給する予熱回路とを設けた。

【００１１】（２）前記予熱回路は、第２の高周波スイ
ッチング回路と、該高周波スイッチング回路により交互
に高周波スイッチングされる直列接続した第２の２つの
スイッチング素子と、該スイッチング素子の出力電圧を
蛍光ランプ予熱電圧に変圧する予熱用トランスとを含む
本発明では、スイッチング素子出力電圧をトランスによ
って蛍光ランプ始動電圧以上に昇圧しているために、発
振周波数に無関係にランプ不点灯時のランプ両端電圧が
蛍光ランプ始動電圧以上の一定値に維持されている。ま
た、蛍光ランプの予熱回路は、このハーフブリッジイン
バータとは別の回路によって行われる。したがって、調
光によってランプ電流が制御範囲の下限近くまで低下し
て立ち消えが発生するような状況になっても、ランプ不
点灯になった瞬間にはランプ両端に始動電圧以上の電圧
が印加されるためにその状態でランプが再始動される。
結果として、ランプ電流は小さくても安定した点灯を継
続させることができる。また、ｆｍｉｎ〜ｆｍａｘの任
意の周波数でランプを始動させることができるために、
常に目的の明るさでランプ始動を行うことができる。な
お、予熱回路にはハーフブリッジ方式の回路を採用する
ことができるが、ランプ電流と独立した制御を行うこと
ができる回路であれば、如何なる方式の回路であっても
よい。

【００１２】

【発明の実施の形態】図４は、この発明の実施形態であ
るハーフブリッジインバータの回路である。図１に示す
従来のハーフブリッジインバータと同様に、ランプ電流
は、２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を高周波スイッ
チングＨＦＣで交互にオンオフスイッチングすることに
よって得られる。２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の
接続点には直流カット用のコンデンサＣ１の一端が接続
され、そのコンデンサＣ１の他端には昇圧回路を構成す
るトランスＴ１の一次側に接続される。トランスＴ１の
二次側には蛍光ランプＦＬとバラスト回路となる共振用
インダクタＬ１の直列回路が接続される。トランスＴ１
の昇圧比は二次側開放電圧となるランプ不点灯時のラン
プ両端電圧が始動電圧Ｖｌｓ以上となる値に設定され
る。

【００１３】予熱回路は上記ランプ電流を供給するハー
フブリッジインバータと同様のハーフブリッジインバー
タによって構成されている。即ち、高周波スイッチング
回路ＨＬＣ１と、この回路ＨＦＣ１によって交互にオン
オフスイッチングされるスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４
と、スイッチング出力の直流成分をカットするコンデン
サＣ３とで構成され、また、コンデンサＣ３の出力電圧
から予熱用の電圧を形成するためのトランスＴ３が設け
られている。Ｌ２、Ｌ３は減流インダクタである。な
お、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４はパワーＭＯＳＦＥＴ
で構成され、ドレイン・ソース間に接続されるダイオー
ドＤ１〜Ｄ４は共振電流の転流ダイオードである。

【００１４】図５は、上記ハーフブリッジインバータの
ランプ電流の周波数特性を示し、図６はランプ両端電圧
（始動時）周波数特性を示している。ランプ電流の周波
数特性は、図２に示す従来のハーフブリッジインバータ
の特性と同一であり、高周波スイッチング回路ＨＦＣの
出力周波数をｆｍｉｎ〜ｆｍａｘの範囲で可変すること
によって蛍光ランプＦＬの調光を行うことができる。一
方、始動時（不点灯時）のランプ両端電圧の周波数特性
は、図３に示す従来の特性と異なり、図６に示すように
周波数に依存することなく始動電圧ＶｌｓをΔＶだけ越
える大きさで一定となる特性を持つ。即ち、図１に示す
従来のハーフブリッジインバータでは、ランプ不点灯時
のランプ両端電圧の周波数特性はＣ１、Ｌ１、Ｃ２の直
列共振特性を示すものであるが、本実施形態では、共振
特性によることなくトランスＴ１でＶｌｓ＋ΔＶの一定
の電圧をランプ両端電圧としている。

【００１５】上記の構成により、点灯周波数をｆｍａｘ
まで上げてランプ電流をＩｌｍｉｎにすると、図１に示
す従来の回路と同様ランプの放電が不安定となるが、立
ち消えが発生した瞬間のランプ両端には始動電圧Ｖｌｓ
以上の電圧が印加されてランプを再始動するため、結果
的に立ち消えが発生しにくくなる。その結果、ランプ電
流は小さくても安定した点灯を継続することができる。
又、図５のｆｍｉｎ〜ｆｍａｘの任意の周波数でランプ
を始動させることができるために、常に目的の明るさで
ランプ始動を行うことができる。また、ランプの立ち消
えが発生しにくいために、調光可能な点灯周波数の範囲
を広くすることができる。図７は、本実施形態と従来の
各ハーフブリッジインバータの調光範囲を示している。
即ち、本実施形態のハーフブリッジインバータでは、１
０％〜１００％の調光範囲を設定できるが、従来のハー
フブリッジインバータでは、３０％〜１００％の範囲で
の調光範囲しか設定することができない。

【００１６】なお、図３ではランプ予熱回路をハーフブ
リッジインバータで構成したが、ランプ電流と独立した
回路であれば、どのような予熱回路であってもよい。

【００１７】

【発明の効果】この発明によれば、以下の効果を奏する
ことができる。

【００１８】（１）ランプ不点灯時の二次側出力がラン
プ始動電圧以上となるようにトランスの巻数比を設定し
ておくことによって、点灯周波数（スイッチング周波
数）に依存せずにランプ始動電圧以上の電圧を常にラン
プに印加することができる。これにより、任意の周波数
（明るさ）でランプ始動が可能となる。

【００１９】（２）点灯周波数を上げランプ電流を小さ
くしてランプが不点灯となっても、その瞬間にはランプ
始動電圧以上の電圧が加わるために立ち消えが発生しに
くい。

【００２０】（３）予熱電流制御を別回路で行うため
に、常に最適な予熱が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のハーフブリッジインバータの回路図

【図２】従来のハーフブリッジインバータのランプ電流
の周波数特性

【図３】従来のハーフブリッジインバータのランプ両端
電圧（始動時）の周波数特性

【図４】本発明の実施形態のハーフブリッジインバータ
の回路図

【図５】同ハーフブリッジインバータのランプ電流の周
波数特性

【図６】同ハーフブリッジインバータのランプ両端電圧
（始動時）の周波数特性

【図７】調光範囲の比較図

【符号の説明】

Ｑ１〜Ｑ４ スイッチング素子（パワーＭＯＳＦＥ
Ｔ） Ｃ１、Ｃ３ 直流カット用コンデンサ Ｔ１、Ｔ３ トランス ＦＬ 蛍光ランプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波スイッチング回路と、該高周波ス
   イッチング回路により交互に高周波スイッチングされる
   直列接続した２つのスイッチング素子と、を備え、該２
   つのスイッチング素子の接続点を共振用リアクトルと蛍
   光ランプとの直列回路に接続して、正弦波状の電流を蛍
   光ランプに供給する蛍光ランプ駆動用ハーフブリッジイ
   ンバータにおいて、 前記スイッチング素子の出力側に接続され、蛍光ランプ
   不点灯時の二次側出力電圧が蛍光ランプ始動電圧以上と
   なるように該スイッチング素子の出力電圧を昇圧する昇
   圧用トランスと、該昇圧用トランスとは別回路で構成さ
   れ、蛍光ランプフィラメントに予熱電流を供給する予熱
   回路とを設けたことを特徴とする蛍光ランプ駆動用ハー
   フブリッジインバータ。
2. 【請求項２】 前記予熱回路は、第２の高周波スイッチ
   ング回路と、該高周波スイッチング回路により交互に高
   周波スイッチングされる直列接続した第２の２つのスイ
   ッチング素子と、該スイッチング素子の出力電圧を蛍光
   ランプ予熱電圧に変圧する予熱用トランスとを含む、請
   求項１記載の蛍光ランプ駆動用ハーフブリッジインバー
   タ。