JP2002141183A

JP2002141183A - 蛍光ランプ点灯装置

Info

Publication number: JP2002141183A
Application number: JP2000340385A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hatakeyama; 篤史畠山; Kenji Kawabata; 賢治川端; Takanobu Mimura; 隆宣三村; Daisuke Nakahara; 大輔仲原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】蛍光ランプを長寿命化させる点灯回路を提供す
る。【解決手段】ｎチャネルＭＯＳＦＥＴとｐチャネルＭＯ
ＳＦＥＴを組み合わせたハーフブリッジ型インバータ
に、バラストチョークコイル、バラストコンデンサに共
振コンデンサを追加して、直列共振回路を形成し、上記
共振コンデンサと並列に蛍光ランプ、予熱コンデンサお
よび正特性サーミスタを接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蛍光ランプの点灯装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】蛍光ランプをフィラメントに負担がかか
ること無く点灯させるためには、フィラメントを最適な
温度に予熱した上で蛍光ランプに放電開始電圧以上の電
圧を加える必要がある。フィラメントを予熱した後に蛍
光ランプに電圧を印加する技術は、特公平７−９８３６
に示すように、正特性サーミスタを用いる方法がある。

【０００３】また蛍光ランプと並列に正特性サーミスタ
と予熱コンデンサを接続した、簡略な方法も用いられて
いる。正特性サーミスタは、キュリー温度以下では抵抗
値が低く、キュリー温度を超えると抵抗値が急激に上昇
する特性を持っている。正特性サーミスタを蛍光ランプ
と並列に接続した場合、正特性サーミスタはフィラメン
トに直列に接続され予熱電流によって自己発熱し、抵抗
値が上昇する。正特性サーミスタの抵抗値の変化は、バ
ラストインダクタ、バラストコンデンサ、フィラメン
ト、予熱コンデンサ、正特性サーミスタからなる直列共
振回路の共振周波数に影響を与える。抵抗値が低いとき
共振周波数は低く、抵抗値が上昇すると共振周波数は高
くなる。

【０００４】一方ハーフブリッジ型インバータは、共振
周波数よりも高い周波数で動作させる。従って電源投入
から時間が経過すると、正特性サーミスタの抵抗値上昇
により共振周波数は高くなり動作周波数に近づく。直列
共振回路のＱが高くなるため、共振電流が増加し、予熱
コンデンサの両端電圧が上昇する。予熱コンデンサの両
端電圧が蛍光ランプの放電開始電圧を超えたところで蛍
光ランプが点灯する。

【０００５】また高周波に変換するためのインバータ手
段には、特開平１０−３２７５８４に示すようなＮチャ
ネルトランジスタとＰチャネルトランジスタを用いたハ
ーフブリッジ型インバータが、小型化・低コスト化に有
利な点で使われ始めている。Ｎチャネルトランジスタと
Ｐチャネルトランジスタの共通のゲート端子には、イン
ダクタおよびコンデンサの共振回路が接続され、バラス
トインダクタに流れる電流に同期した信号が共振回路に
入力される。この共振回路の共振周波数によって動作周
波数が設定される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】小型でかつフィラメン
ト予熱回路を設けた点灯回路を提供するために、Ｎチャ
ネルトランジスタとＰチャネルトランジスタを用いたハ
ーフブリッジ型インバータに、蛍光ランプと並列に正特
性サーミスタおよび予熱コンデンサを組み合わせた場
合、動作周波数（ｆ）、予熱コンデンサ容量（Ｃ）の
時、予熱電流（Ｉ）とランプ印加電圧（Ｖ）にはＶ＝Ｉ
／（２×π×ｆ×Ｃ）の関係がある。

【０００７】動作周波数は共振周波数よりも高く設定し
なければならないため、共振周波数に影響を与える予熱
コンデンサ容量は選定範囲を制限される。以上のことか
ら、予熱電流と蛍光ランプ印加電圧の両方を最適に設定
することは困難である。すなわち、蛍光ランプを点灯さ
せるために大きな予熱電流が必要となり、フィラメント
予熱が過剰となる結果、蛍光ランプが短寿命になる問題
があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を、
従来回路のバラストインダクタ、バラストコンデンサに
共振コンデンサを追加し、直列共振回路を形成し、蛍光
ランプと予熱コンデンサおよび正特性サーミスタを、追
加した共振コンデンサと並列に接続する構成とすること
で解決したものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施例の回路図
を示す。交流電源ＡＣをコンデンサＣ２とインダクタＬ
１とで構成されるフィルタを介した後、全波整流器ＤＳ
１で整流して得た電源をコンデンサＣ１で平滑した後
に、蛍光ランプＬＡＭＰの点灯回路に直流電圧として供
給する。

【００１０】直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１，
Ｑ２は相補形であり、スイッチＱ１はｎチャネルのＭＯ
ＳＦＥＴ、スイッチＱ２はｐチャネルのＭＯＳＦＥＴか
らなる。スイッチＱ１のドレイン端子はコンデンサＣ１
の正電極側に接続され、スイッチＱ２のドレイン端子は
コンデンサＣ１の負電極側に接続される。スイッチＱ
１，Ｑ２の各ソース端子は共通の接続点Ｓで接続され、
各ゲート端子は接続点Ｇで接続される。またコンデンサ
Ｃ１の正電極と接続点Ｇとの間に起動用の抵抗Ｒ２が、
接続点ＳとコンデンサＣ１の負電極との間に起動補助用
の抵抗Ｒ３が接続される。上記Ｑ１，Ｑ２のドレイン、
ソース間に流れる電流は、接続点Ｇと接続点Ｓ間の同一
電圧によって制御される。

【００１１】接続点ＳとコンデンサＣ１の負電極間に
は、コンデンサＣ６およびバラスト用インダクタＬ３、
バラスト用コンデンサＣ７、共振用コンデンサＣ９を含
む共振負荷回路が接続されており、Ｃ９には並列に蛍光
ランプＬＡＭＰと予熱用コンデンサＣ８および正特性サ
ーミスタＲＴ１を備える。共振負荷回路は、接続点Ｓと
コンデンサＣ１の正電極間に接続された構成でも構わな
い。

【００１２】これらの共振負荷回路に流れる電流の周波
数は各々の値によって決まる。スイッチング素子Ｑ１，
Ｑ２の交互スイッチング動作によって共振負荷回路に双
方向の電流を流し、蛍光ランプＬＡＭＰを点灯させる。
スイッチＱ１のドレインとソース間に接続されたコンデ
ンサＣ３は、両スイッチのドレインとソース間の電圧変
化時間を調整する。コンデンサＣ３はＱ２のドレインと
ソース間に接続しても同様の役割を果たす。

【００１３】スイッチＱ１およびＱ２の導通状態を制御
するゲート駆動回路には、共振負荷回路上に接続された
コンデンサＣ６が含まれている。コンデンサＣ６は、ゲ
ート駆動回路を動作させるために、共振負荷回路に流れ
る電流から駆動電圧を得る。コンデンサＣ６の一端をＦ
点とし、接続点ＧとＦ点間には、起動用コンデンサＣ５
を介してインダクタＬ２が接続されている。コンデンサ
Ｃ５は、インダクタＬ２に与えられる交流電圧に直流成
分が重畳するのを防ぐ働きもする。インダクタＬ２は共
振負荷回路に流れる電流とゲートとソース間の電圧に位
相差を与える。

【００１４】ゲートとソース間には、直列に反対方向で
結合されたツェナダイオードＺＤ１、ＺＤ２を並列に設
けている。これらはスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲー
ト、ソース間に過電圧が印加された場合、素子の破壊を
防ぐ働きをする。ＭＯＳＦＥＴには既にゲート過電圧保
護用のツェナダイオードが内蔵されているものもあり、
このようなスイッチング素子を選んだ場合は、前述のツ
ェナダイオードを外した構成でもよい。

【００１５】さらに、ゲートとソース間には、コンデン
サＣ４を備え、ゲートとソース間の電圧変化時間を調整
する。すなわち、上記コンデンサＣ４は、スイッチＱ
１，Ｑ２の交互スイッチング動作の中で、一方のスイッ
チがオフし、もう一方のスイッチがオンするまでのデッ
ドタイムを補償する役割を果たす。

【００１６】つぎに図１の回路の起動について説明す
る。交流電源ＡＣが投入されると、コンデンサＣ１に直
流電圧がかかると共に、抵抗Ｒ２、インダクタＬ２、コ
ンデンサＣ６、抵抗Ｒ３を介してコンデンサＣ５が充電
される。ゲートとソース間の電圧がスイッチング素子Ｑ
１のしきい値電圧を上回るとＱ１はオンし、接続点Ｓか
ら接続点Ｆに向かって電流が流れ、接続点Ｆの電圧即ち
コンデンサＣ６の電圧は減少する。

【００１７】ここで、接続点Ｆと接続点Ｓ間に接続され
ているコンデンサＣ６および起動用コンデンサＣ５、コ
ンデンサＣ４、インダクタＬ２はＬＣ共振回路を構成し
ているため、コンデンサＣ５とＣ６のわずかな電圧変化
によって、ＬＣ共振回路に流れる電流は増加し、ゲート
とソース間の電圧振幅が増加する。このような発振現象
によって、スイッチＱ１およびＱ２が交互にスイッチン
グ動作を開始する。

【００１８】つぎに図１に示す回路の予熱時の動作につ
いて説明する。点灯回路に電源を投入すると、先に説明
した通り回路が起動し、発振を開始する。蛍光ランプＬ
ＡＭＰは放電していないため、フィラメントＦａとＦｂ
の間には電流が流れず、バラストインダクタＬ３、バラ
ストコンデンサＣ７、フィラメントＦａと予熱コンデン
サＣ８と正特性サーミスタＲＴ１とフィラメントＦｂ、
共振コンデンサＣ９で共振回路が形成される。バラスト
インダクタＬ３に流れる共振電流は、フィラメントＦａ
と予熱コンデンサＣ８と正特性サーミスタＲＴ１とフィ
ラメントＦｂを流れる電流と、共振コンデンサＣ９に流
れる電流に分流する。予熱コンデンサＣ８に流れる電流
により、フィラメントＦａとＦｂを予熱する。

【００１９】正特性サーミスタＲＴ１は正の温度係数を
持つ抵抗素子であり、電流が流れることにより自己発熱
し、時間と共に抵抗値が増加する。正特性サーミスタＲ
Ｔ１の抵抗値が増加すると、共振回路の共振周波数は高
くなる。駆動周波数は共振周波数よりも高く設定されて
いるので、共振周波数が上がり、駆動周波数に近づいて
いくと、回路のＱが上がり、共振電流は増加していく。
蛍光ランプＬＡＭＰに印加される電圧は、共振コンデン
サＣ９に発生する電圧と等しく、共振電流の増加に伴い
増大していく。蛍光ランプＬＡＭＰに印加される電圧が
放電開始電圧を超えたところで蛍光ランプＬＡＭＰが点
灯する。

【００２０】図２にフィラメントＦａおよびＦｂに流れ
る電流と蛍光ランプＬＡＭＰに印加される電圧の波形を
示す。この時に使用した部品定数は、インダクタＬ２は
１．５ｍＨ、コンデンサＣ４は５６０ｐＦ、バラストイ
ンダクタＬ３は０．６ｍＨ、バラストコンデンサＣ７は
０．０６８マイクロＦ、予熱コンデンサＣ８は５６００
ｐＦ、共振コンデンサＣ９は１２００ｐＦ、正特性サー
ミスタＲＴ１は２５度Ｃにおける抵抗値が１ｋオーム、
蛍光ランプの放電開始電圧は約３５０Ｖ、放電中のラン
プ電圧は約６０Ｖ、ランプ電流は約１９０ｍＡである。

【００２１】図３に共振コンデンサＣ９を追加する前の
回路による、フィラメントＦａおよびＦｂに流れる電流
と蛍光ランプＬＡＭＰに印加される電圧の波形を示す。
予熱コンデンサＣ８は６８００ｐＦを用いている。

【００２２】従来回路では、フィラメントに流れる電流
が電源投入時０．６Ａｒｍｓ、蛍光ランプ点灯直前には
１．１Ａｒｍｓとなり、フィラメント温度は約１３００
度に達する。これにたいして、本発明による共振コンデ
ンサＣ９を追加した回路では、フィラメントに流れる電
流を電源投入時０．５Ａｒｍｓ、蛍光ランプ点灯直前に
は０．９Ａｒｍｓに減らすことができ、フィラメント温
度は約１０００度に抑えられる。

【００２３】蛍光ランプの寿命を予測するために、１０
秒点灯、２分５０秒消灯のサイクルで点滅試験を行った
結果、従来回路では約５００００回でフィラメントが断
線し、蛍光ランプが寿命になった。これにたいして、本
発明の回路では約１０００００回の点滅寿命が得られ、
蛍光ランプの長寿命化が確認された。

【００２４】

【発明の効果】バラストインダクタに流れる共振電流に
よって発生する電圧は、バラストコンデンサに発生する
電圧と共振コンデンサおよび予熱コンデンサの合成容量
に発生する電圧の和に等しい。一方、共振コンデンサに
発生する電圧が始動電圧即ち蛍光ランプに印加される電
圧となる。

【００２５】共振コンデンサを追加しない回路では、共
振電流の全てがフィラメントに流れていた。本発明によ
れば、共振電流は共振コンデンサと予熱コンデンサに分
流される。フィラメントには予熱コンデンサに流れる電
流が流れるため、共振コンデンサと予熱コンデンサの比
率を調整することで、フィラメントに流す電流を最適化
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の蛍光灯点灯回路の回路図。

【図２】本発明の一実施例によるフィラメント予熱電流
とランプ印加電圧の波形図。

【図３】従来回路使用時のフィラメント予熱電流とラン
プ印加電圧の波形図。

【符号の説明】

ＡＣ…交流電源、Ｑ１，Ｑ２…ＭＯＳＦＥＴ、ＤＳ１…
全波整流器、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…インダクタ、Ｃ１…平
滑コンデンサ、Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，
Ｃ８，Ｃ９…コンデンサ、Ｒ２，Ｒ３…抵抗、ＲＴ１…
正特性サーミスタ、ＺＤ１，ＺＤ２…ツェナダイオー
ド、ＬＡＭＰ…蛍光ランプ、Ｆａ，Ｆｂ…フィラメン
ト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三村隆宣東京都青梅市新町六丁目16番地の２株式会社日立製作所熱器ライティング事業部内 (72)発明者仲原大輔東京都青梅市新町六丁目16番地の２株式会社日立製作所熱器ライティング事業部内Ｆターム(参考） 3K072 AA02 BA03 BB01 BC01 DB03 DC02 DC07 DD04 EB04 FA05 GA03 GB12 GC01 HA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、前記直流電源に接続され直流
電圧を交流電圧に変換するスイッチング手段と、電流制
限手段を介して前記スイッチング手段の出力に接続され
る蛍光ランプに前記交流電圧を入力する構成の蛍光ラン
プ点灯装置において、前記スイッチング手段側に第１の
キャパシタを前記蛍光ランプと並列に接続し、前記蛍光
ランプの他端に第２のキャパシタと正の抵抗温度特性を
持つ感温抵抗素子を並列に接続したことを特徴とする蛍
光ランプ点灯装置。
【請求項２】直流電源の正極と負極間に相補的に直列接
続された第１、第２の半導体スイッチング素子のスイッ
チングに応じて、共振手段に接続された蛍光ランプに交
流電流を供給する点灯装置であって、前記第１、第２の
半導体スイッチング素子の制御端子と基準端子はそれぞ
れ互いに共通点で接続され、前記基準端子と直流電源の
一端との間にインダクタと第１のキャパシタとにより直
列共振回路を構成し、前記第１のキャパシタと並列に蛍
光ランプを接続し、蛍光ランプの他端には第２のキャパ
シタと正の抵抗温度特性を持つ感温抵抗素子を並列に接
続したことを特徴とする蛍光ランプ点灯装置。