JP2003007482A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

放電灯点灯装置

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JP2003007482A
JP2003007482A JP2001192572A JP2001192572A JP2003007482A JP 2003007482 A JP2003007482 A JP 2003007482A JP 2001192572 A JP2001192572 A JP 2001192572A JP 2001192572 A JP2001192572 A JP 2001192572A JP 2003007482 A JP2003007482 A JP 2003007482A
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time
voltage
switching element
discharge lamp
inverter
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JP2001192572A
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Shigeru Ido
滋 井戸
Yoshinobu Murakami
善宣 村上
Toshiya Kanja
敏也 神舎
Joji Oyama
丈二 大山
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷変動による自励発振周波数の低下を確実
に防止する。 【解決手段】 交流電源Vsからの交流電圧を直流電圧
に整流する整流器DBと、この直流電圧を平滑する平滑
コンデンサC3と、スイッチング素子Q1,Q2を直列
に接続して構成されるインバータと、放電灯FL、リー
ケージトランスT1およびコンデンサC5,C1を含
み、スイッチング素子Q2の両端間に接続される負荷共
振部と、スイッチング素子Q1,Q2を交互にオン/オ
フさせて直流電圧を交流電圧に変換して負荷共振部に印
加するための駆動を行う、カレントトランスT2および
抵抗R1,R2と、インバータの周期の1/4以上に設
定された時間を計測するタイマ1と、このタイマ1によ
って計測される時間に応じてスイッチング素子Q2のオ
ン時間を制御するオン時間制御部2とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インバータを構成
する一対のスイッチング素子を自励式の駆動部で駆動し
て直流電圧を交流電圧に変換し、これを放電灯に印加す
る放電灯点灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4は従来の放電灯点灯装置の構成図、
図5は同放電灯点灯装置の動作波形図である(例えば特
願2000−155567)。
【0003】図4に示す放電灯点灯装置は、インバータ
を構成する一対のスイッチング素子(図では逆並列に接
続される回生ダイオードを含むFET)Q1,Q2を自
励駆動して直流電圧を交流電圧に変換し、この交流電圧
を放電灯FLに印加するものである。
【0004】図4の例では、交流電源Vsにこの出力の
交流電圧を直流電圧に整流する整流器DBが接続されて
いる。この整流器DBの両出力端子間には、ダイオード
D1およびこれと並列に接続されたコンデンサC4を介
して、整流器DBによって直流に整流された電圧を平滑
する平滑コンデンサC3が接続されているとともに、上
記インバータを構成する直列接続のスイッチング素子Q
1,Q2が接続されている。
【0005】そして、一方のスイッチング素子Q2のド
レイン・ソース間には、上記ダイオードD1およびコン
デンサC4を介して、コンデンサC5と、リーケージト
ランスT1の1次巻線n11と、カレントトランスT2
の1次巻線n21とがソース側からドレイン側に順次直
列に接続されている。リーケージトランスT1の2次巻
線n12には、放電灯FLとコンデンサC1とが並列に
接続されている。他方、カレントトランスT2の2次巻
線n22は、一端がスイッチング素子Q2のゲートに接
続された抵抗R2の他端と整流器DBの負極性出力端子
との間に接続され、もう一つの2次巻線n23は、一端
がスイッチング素子Q1のゲートに接続された抵抗R1
の他端とスイッチング素子Q1,Q2の接続点との間に
接続されている。
【0006】スイッチング素子Q2のゲート・ソース間
にはダイオードD10およびトランジスタQ10が接続
され、このトランジスタQ10のべ一ス・エミッタ間に
はトランジスタQ11が並列に接続されている。スイッ
チング素子Q1およびコンデンサC3の接続点とトラン
ジスタQ10のベースとの間には抵抗R10が接続さ
れ、トランジスタQ10のベース・エミッタ間にはコン
デンサC10が接続されている。他方、スイッチング素
子Q1,Q2の接続点とトランジスタQ11のベースと
の間には抵抗R11が接続され、トランジスタQ11の
ベース・エミッタ間にはコンデンサC11が接続されて
いる。
【0007】このような構成の放電灯点灯装置では、イ
ンバータが自励動作すると、スイッチング素子Q2のゲ
ート端子には、図5に示す「Vgs」のような正負のオ
ン/オフ信号が現れる。
【0008】スイッチング素子Q2がオンすると、スイ
ッチング素子Q1,Q2の接続点の電圧はゼロとなるた
め、コンデンサC10を放電するトランジスタQ11の
べ一ス電位(コンデンサC11の両端電圧)がやがてゼ
ロとなり、トランジスタQ11がオフし、コンデンサC
10が充電される。一定時間後に、コンデンサC10の
電位はトランジスタQ10をオンできる電圧となりトラ
ンジスタQ10がオンし、スイッチング素子Q2のゲー
ト電圧を短絡し、スイッチング素子Q2をオフにする。
この後、共振回路の転流により、スイッチング素子Q1
の回生ダイオードがオンする。
【0009】スイッチング素子Q1がオンしたことによ
り、スイッチング素子Q1,Q2の接続点の電圧がコン
デンサC3に充電されている電圧と等しくなるため、ト
ランジスタQ11のべ一ス電圧はやがてトランジスタQ
11をオンする電圧まで上昇し、トランジスタQ11が
オンする。トランジスタQ11がオンすると、コンデン
サC10が放電し、トランジスタQ10がオフする。
【0010】このような動作を繰り返し、トランジスタ
Q10,Q11などの回路(他制回路)がスイッチング
素子Q2のオン時間の制御を行っている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成の放
電灯点灯装置では、負荷変動で共振周波数が変化し、自
励発振の周波数が極端に低下することがしばしば起こ
る。
【0012】発振周波数が極端に低下すると、図6に示
す動作に陥ってしまう。これは、スイッチング素子Q2
のオン状態から共振回路の転流により、スイッチング素
子Q1の回生ダイオードがオンするが、このスイッチン
グ素子Q1の回生ダイオードがオンしたタイミングから
一定時間後にスイッチング素子Q2をオフさせていたト
ランジスタQ10がオフするため、回生が一定時間以上
続くとスイッチング素子Q2のオン電圧がカレントトラ
ンスT2に生じているにもかかわらず、トランジスタQ
10がオフしてしまうためである。
【0013】その結果、共振電流がスイッチング素子Q
1の回生ダイオードを流れている状態で、スイッチング
素子Q2がオンし、スイッチング素子Q1,Q2に貫通
電流が発生し、スイッチング素子がdi/dtストレス
破壊を起こす。
【0014】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、負荷変動による自励発振周波数の低下を確実に
防止することができる放電灯点灯装置を提供することを
目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の請求項1記載の発明の放電灯点灯装置は、交流電源か
らの交流電圧を直流電圧に整流する整流器と、この整流
器からの直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、一対の
スイッチング素子を直列に接続して構成されるインバー
タと、放電灯およびLC共振回路を少なくとも含み、前
記インバータの一方のスイッチング素子の両端間に接続
される負荷共振部と、前記一対のスイッチング素子を交
互にオン/オフさせて前記直流電圧を交流電圧に変換
し、この交流電圧を前記負荷共振部に印加するための駆
動を行う自励式の駆動部と、前記インバータの周期の1
/4以上に設定された時間を計測するタイマと、このタ
イマによって計測される時間に応じて前記スイッチング
素子のオン時間を制御するオン時間制御部とを備えるこ
とを特徴とする。
【0016】請求項2記載の発明は、請求項1記載の放
電灯点灯装置において、前記インバータの動作周波数は
前記交流電源の1周期の間に変化し、その周波数が最小
となるときの前記インバータの周期の1/4以上に、前
記タイマによって計測される時間を設定したことを特徴
とする。
【0017】請求項3記載の発明は、請求項1記載の放
電灯点灯装置において、前記タイマは、抵抗およびコン
デンサにより構成され、放電時間を充電時間よりも早く
するためのダイオードが前記抵抗と並列に接続されてい
ることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係る第1実施形態
の放電灯点灯装置の構成図、図2は図1のタイマの動作
説明図であり、これらの図を参照しながら第1実施形態
について説明する。
【0019】第1実施形態の放電灯点灯装置は、インバ
ータを構成する一対のスイッチング素子(図では逆並列
に接続される回生ダイオードを含むFET)Q1,Q2
を自励式の駆動部で駆動して直流電圧を交流電圧に変換
し、この交流電圧を、放電灯FLを含む負荷共振部に印
加するものである。
【0020】図1の例では、交流電源Vsにこの出力の
交流電圧を直流電圧に整流する整流器DBが接続されて
いる。この整流器DBの両出力端子間には、ダイオード
D1およびこれと並列に接続されたコンデンサC4を介
して、整流器DBによって直流に整流された電圧を平滑
する平滑コンデンサC3が接続されているとともに、上
記インバータを構成する直列接続のスイッチング素子Q
1,Q2が接続されている。
【0021】そして、一方のスイッチング素子Q2のド
レイン・ソース間には、上記負荷共振部および駆動部が
接続されている。すなわち、スイッチング素子Q2のド
レイン・ソース間には、上記ダイオードD1およびコン
デンサC4を介して、コンデンサC5と、リーケージト
ランスT1の1次巻線n11と、カレントトランスT2
の1次巻線n21とがソース側からドレイン側に順次直
列に接続されている。
【0022】負荷共振部側のリーケージトランスT1に
おいて、この2次巻線n12には、放電灯FLとコンデ
ンサC1とが並列に接続されている。図1では、両フィ
ラメントの各一端が2次巻線n12の両端に接続され、
両フィラメントの各他端の間にコンデンサC1が接続さ
れている。
【0023】他方、駆動部側のカレントトランスT2に
おいて、この2次巻線n22は、一端がスイッチング素
子Q2のゲートに接続された抵抗R2の他端と整流器D
Bの負極性出力端子との間に接続され、もう一つの2次
巻線n23は、一端がスイッチング素子Q1のゲートに
接続された抵抗R1の他端とスイッチング素子Q1,Q
2の接続点との間に接続されている。これらの各巻線の
極性については、スイッチング素子Q1,Q2の接続点
側の1次巻線n21の極性と、整流器DBの負極性出力
端子側の2次巻線n22の極性および抵抗R1側の2次
巻線n23の極性とが一致するように設定されている。
したがって、スイッチング素子Q1,Q2は、当該駆動
部によって交互にオン/オフされることになる。
【0024】そして、第1実施形態では、上記インバー
タの周期の1/4以上に設定された時間を計測するタイ
マ1と、このタイマ1によって計測される時間に応じて
スイッチング素子Q2のオン時間を制御するオン時間制
御部2とがスイッチング素子Q2側に接続されている。
【0025】すなわち、タイマ1は、抵抗R11を介し
てスイッチング素子Q2のドレイン・ソース間に接続さ
れ、スイッチング素子Q1,Q2の接続点からトリガ信
号を入力する構成になっており、スイッチング素子Q2
のドレイン・ソース間の電圧がHighになった時点で
計時を開始し、この計時の開始時点から時間Tdの経過
時点でHighの信号を出力するものである。
【0026】オン時間制御部2は、スイッチング素子Q
2のゲート・ソース間に直列に接続されるダイオードD
10およびトランジスタQ10と、このトランジスタQ
10のべ一ス・エミッタ間に並列に接続され、タイマ1
の出力にベースが接続されるトランジスタQ11と、コ
ンデンサC3およびスイッチング素子Q1の接続点とト
ランジスタQ10のベースとの間に接続される抵抗R1
0と、トランジスタQ10のベース・エミッタ間に接続
されるコンデンサC10とにより構成されている。
【0027】このような構成の放電灯点灯装置では、イ
ンバータが自励動作をすると、スイッチング素子Q2の
ゲート端子に、正負のオン/オフ信号が交互に現れる
(図2参照)。このスイッチング素子Q2のオン/オフ
動作時において、タイマ1は、そのドレイン端子の信号
を検出し、スイッチング素子Q2のドレイン端子がHi
ghになると(t1)、これをトリガとして計時を開始
する。なお、ドレイン端子がHighになるとき、各巻
線に対する上記極性の設定によって、スイッチング素子
Q2はオフになる。
【0028】この後、時点t1から時間Tdが経過する
と、タイマ1の出力がHighになり、トランジスタQ
11がオンになって、トランジスタQ10のベース電圧
が0Vにリセットされる。つまり、スイッチング素子Q
2がオフにホールドされる。
【0029】ここで、時間Tdをインバータの周期が最
も長くなるときの1/4の周期以上にすることで、スイ
ッチング素子Q1の回生中にスイッチング素子Q2がオ
ンするということを防止することができる。すなわち、
時点t1以降、スイッチング素子Q1に共振回生電流が
流れている期間の終了時点から、スイッチング素子Q1
がオンしている期間の終了時点までの範囲内の時間に時
間Tdを設定すればよい。
【0030】図3は本発明に係る第2実施形態の放電灯
点灯装置の構成図であり、この図を参照しながら第2実
施形態について説明する。
【0031】第2実施形態の放電灯点灯装置は、抵抗R
11にダイオードD11が並列に接続されている以外は
第1実施形態の放電灯点灯装置と同様に構成される。図
3の例では、タイマ1は、スイッチング素子Q11のベ
ース・エミッタ間に接続されるコンデンサC11によっ
て構成されており、この場合、抵抗R11およびダイオ
ードD11もタイマ1によって計時される時間Tdに寄
与する。
【0032】第2実施形態では、抵抗R11に並列に接
続されたダイオードD111によって、コンデンサC1
1の放電時間のみが早くなるので、コンデンサC11の
充電時間を長く設定することができる。例えば、その時
間をインバータの最長周期の1/4の時間にすること
で、スイッチング素子Q1の回生中にスイッチング素子
Q2がオンするということを防止することができる。ま
た、特別な素子の追加をすることなく部品点数が少ない
ので、コスト的にも有利である。
【0033】
【発明の効果】以上のことから明らかなように、請求項
1記載の発明は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に
整流する整流器と、この整流器からの直流電圧を平滑す
る平滑コンデンサと、一対のスイッチング素子を直列に
接続して構成されるインバータと、放電灯およびLC共
振回路を少なくとも含み、前記インバータの一方のスイ
ッチング素子の両端間に接続される負荷共振部と、前記
一対のスイッチング素子を交互にオン/オフさせて前記
直流電圧を交流電圧に変換し、この交流電圧を前記負荷
共振部に印加するための駆動を行う自励式の駆動部と、
前記インバータの周期の1/4以上に設定された時間を
計測するタイマと、このタイマによって計測される時間
に応じて前記スイッチング素子のオン時間を制御するオ
ン時間制御部とを備えるので、負荷変動による自励発振
周波数の低下を確実に防止することができる。
【0034】請求項2記載の発明は、請求項1記載の放
電灯点灯装置において、前記インバータの動作周波数は
前記交流電源の1周期の間に変化し、その周波数が最小
となるときの前記インバータの周期の1/4以上に、前
記タイマによって計測される時間を設定したので、負荷
変動による自励発振周波数の低下を確実に防止すること
ができる。
【0035】請求項3記載の発明は、請求項1記載の放
電灯点灯装置において、前記タイマは、抵抗およびコン
デンサにより構成され、放電時間を充電時間よりも早く
するためのダイオードが前記抵抗と並列に接続されてい
るので、特別な素子の追加をすることなく、負荷変動に
よる自励発振周波数の低下を確実に防止することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1実施形態の放電灯点灯装置の
構成図である。
【図2】図1のタイマの動作説明図である。
【図3】本発明に係る第2実施形態の放電灯点灯装置の
構成図である。
【図4】従来の放電灯点灯装置の構成図である。
【図5】同放電灯点灯装置の動作波形図である。
【図6】同放電灯点灯装置の異常時の動作波形図であ
る。
【符号の説明】 1 タイマ 2 オン時間制御部 D10 ダイオード Q10,Q11 トランジスタ R10,R11 抵抗 C10 コンデンサ DB 整流器 Q1,Q2 スイッチング素子 T1 リーケージトランス T2 カレントトランス FL 放電灯 D1 ダイオード C1 コンデンサ C3 平滑コンデンサ C4 コンデンサ C5 コンデンサ R1,R2 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神舎 敏也 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 大山 丈二 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Fターム(参考) 3K072 AA02 BA03 BB01 BC01 BC03 CA16 DB03 DD04 DE06 GA02 GB12 GC02 GC04 HB03 HB06

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源からの交流電圧を直流電圧に整
    流する整流器と、この整流器からの直流電圧を平滑する
    平滑コンデンサと、一対のスイッチング素子を直列に接
    続して構成されるインバータと、放電灯およびLC共振
    回路を少なくとも含み、前記インバータの一方のスイッ
    チング素子の両端間に接続される負荷共振部と、前記一
    対のスイッチング素子を交互にオン/オフさせて前記直
    流電圧を交流電圧に変換し、この交流電圧を前記負荷共
    振部に印加するための駆動を行う自励式の駆動部と、前
    記インバータの周期の1/4以上に設定された時間を計
    測するタイマと、このタイマによって計測される時間に
    応じて前記スイッチング素子のオン時間を制御するオン
    時間制御部とを備えることを特徴とする放電灯点灯装
    置。
  2. 【請求項2】 前記インバータの動作周波数は前記交流
    電源の1周期の間に変化し、その周波数が最小となると
    きの前記インバータの周期の1/4以上に、前記タイマ
    によって計測される時間を設定したことを特徴とする請
    求項1記載の放電灯点灯装置。
  3. 【請求項3】 前記タイマは、抵抗およびコンデンサに
    より構成され、放電時間を充電時間よりも早くするため
    のダイオードが前記抵抗と並列に接続されていることを
    特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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