JP2004039328A

JP2004039328A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2004039328A
Application number: JP2002191926A
Authority: JP
Inventors: Yukio Sato; 佐藤　幸雄
Original assignee: Meiji National Industrial Co Ltd
Current assignee: Meiji National Industrial Co Ltd
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】二重共振回路による調光を行うことができるとともに、特殊な接地工事を不要にして、据付工事を簡単にすることができ、かつ、大きな電力損失も発生しない放電灯点灯装置を提供すること。
【解決手段】交流電源ＡＣの出力はダイオードブリッジ回路ＤＢによって全波整流された後、昇圧チョッパ回路１に入力されて直流の高電圧が発生し、この直流の高電圧がインバータ回路２により高周波に変換されて、インダクタＬ２およびコンデンサＣ３よりなる共振回路およびインダクタＬ２およびコンデンサＣ４、Ｃ５よりなる共振回路を介して放電ランプＤＬに印加される。放電ランプの低圧側に設けたコンデンサＣ５の容量が大きいので、このコンデンサに発生する電圧が小さく、放電ランプの高圧側の出力電圧が大きくならないので、特殊な接地工事が不要となる。一方、放電ランプＤＬの電流はコンデンサＣ５を流れ、ランプ接続の有無を検出する回路の抵抗Ｒ７には大きな電流が流れないので、抵抗Ｒ７で大きな電力損失が発生しない。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯をインバータ回路により高周波点灯させる放電灯点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の昇圧型のチョッパ回路とインバータ回路を組み合わせた放電灯点灯装置を図２に示す。図２において、昇圧型のチョッパ回路１はダイオードブリッジ回路ＤＢの直流出力端子に、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ１を直列に接続し、スイッチング素子Ｑ１の両端に平滑用のコンデンサＣ１を接続したものであり、スイッチング素子Ｑ１が制御回路ＣＳ１の制御によって高周波でオン・オフ動作を繰り返すことにより、インダクタＬ１の両端に電圧を誘起させ、この電圧をダイオードブリッジ回路ＤＢの出力電圧に重畳させて、コンデンサＣ１に充電するものであり、交流電源ＡＣからの入力電流の高調波歪を低減する手段として広く用いられている。
【０００３】
インバータ回路２は制御回路ＣＳ２によりオン・オフ制御される二つのスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３よりなり、コンデンサＣ１の端子電圧を高周波に変換する。このインバータ回路２からの高周波出力をインダクタＬ２およびコンデンサＣ２よりなる共振回路を介して放電ランプＤＬの両フィラメントの間に印加し、放電ランプＤＬを高周波点灯させるようにしている。共振回路は、放電ランプＤＬへ供給する電力を変化させるために設けている。
【０００４】
上記のような、放電灯点灯装置において、ランプの光量を調整する場合には、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のスイッチング周波数を変化させることにより、共振回路を通して放電ランプＤＬに供給する電力を変化させて調光を行っている。すなわち、放電ランプＤＬが放電を開始するまでは、放電ランプＤＬは無限大のインピーダンスを示し、共振回路の電源側から見たインピーダンスＺｉｎは、インダクタＬ２とコンデンサＣ２の直列共振回路で構成され、Ｚｉｎ＝ωＬ２−１／ωＣ２となる。このとき、コンデンサＣ２の両端に放電ランプＤＬが放電開始するために必要な電圧を発生させることにより、放電ランプＤＬが点灯開始する。放電ランプＤＬの点灯中においては、放電ランプＤＬのインピーダンス（Ｒ）が急激に小さくなるため、コンデンサＣ２のインピーダンスは無視できるほどになり、Ｚｉｎ？ωＬ２＋Ｒ（ωＬ２≫Ｒ）となり、放電ランプＤＬに流れる電流はインダクタＬ２のインピーダンスによって支配される。したがって、共振回路の共振インピーダンスは誘導性のインピーダンスとなり、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のスイッチング周波数を上げると、減衰効果が大きくなり、結果として調光を行うことができる。
【０００５】
しかしながら、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のスイッチング周波数を変化させることにより調光を行うのでは、周波数の変化に対するインピーダンス変化が小さく、調光範囲が狭いので、放電ランプと直列に接続されたコンデンサを追加し、二重の共振条件を持たせることにより、周波数の変化に対するインピーダンス変化をより大きくすることが行われている。
図３はこのような二重の共振条件を持たせた放電灯点灯装置のインバータ回路以降の回路を示す図であり、放電ランプＤＬに並列にコンデンサＣ３が接続されるとともに、放電ランプＤＬに直列にコンデンサＣ４が接続されている。この放電ランプＤＬに直列接続されたコンデンサＣ４は直流の電流阻止も兼ねている。
【０００６】
図３の回路において、放電ランプＤＬが放電を開始するまでは、放電ランプＤＬは無限大のインピーダンスを示し、共振回路の電源側から見たインピーダンスＺｉｎは、インダクタＬ２とコンデンサＣ３の直列共振回路で構成され、図２の回路と同様に、Ｚｉｎ＝ωＬ２−１／ωＣ３となる。このとき、コンデンサＣ３の両端に放電ランプＤＬが放電開始するために必要な電圧を発生させることにより、放電ランプＤＬが点灯開始する。そして、放電ランプＤＬの点灯中においては、放電ランプＤＬのインピーダンス（Ｒ）が急激に小さくなるため、コンデンサＣ３のインピーダンスは無視できるほどになり、放電ランプＤＬに直列に接続されたコンデンサＣ４が放電ランプＤＬに流れる電流を制限するインピーダンスとして効くため、Ｚｉｎ？（ωＬ２−１／ωＣ４）＋Ｒ（（ωＬ２−１／ωＣ４）≫Ｒ）となり、共振回路の電源側から見たインピーダンスＺｉｎはインダクタＬ２とコンデンサＣ４の合成インピーダンスによって支配される。したがって、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のスイッチング周波数を変化させると、放電ランプに流れる電流が大きく変化するため、狭い周波数変化幅で放電ランプＤＬの電流を大きく変化させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の二重共振回路を用いた放電灯点灯装置は上記のように構成されているが、このような放電灯点灯装置では、点灯時に放電ランプＤＬに大きな電流が流れるので、コンデンサＣ４に高い電圧が発生する。また、放電ランプＤＬは負性抵抗の性質があるため、調光時に電流を下げることでより高い電圧が放電ランプＤＬの両端間に発生し、この電圧がコンデンサＣ４に発生した電圧に重畳されることになる。特に、Ｔ５サイズ、Ｔ８サイズ等の細管ランプでは、点灯時のランプ電圧が高くなり、対地電圧に対する放電ランプの高圧側の電圧は４００Ｖ程度に達する。
【０００８】
このように、放電ランプの出力端子に高い対地電圧が発生するため、このような放電灯点灯回路を組み込んだ照明器具を取り付ける際には、安全上の理由により特殊な設置工事および対策が必要となるので、大きなコストアップの要因となる。すなわち、電気設備基準等では、出力電圧の実効値（２秒間以上）が３００Ｖ以上で、ランプ電流が１Ａ以上の照明器具は特別な接地工事を施すことが要求されており、一般の施設照明に使用されている例えば２００Ｗ以上の高圧放電灯の多くは、ランプ電流が１Ａ以上であり、上記のような放電灯点灯回路の場合には、複雑な接地工事を必要とし、このような接地を要するということは、それだけ照明器具が高価格になり、また、据付工事も面倒になってしまう。さらに、上記接地以外にも、連続して高電圧が出力されることによる電撃、部品の絶縁劣化の問題も生じる。
【０００９】
上記のような接地工事を避けるために、放電ランプＤＬに直列接続されたコンデンサＣ４を放電ランプＤＬの高圧側に接続し、放電ランプの低圧側を回路の基準マイナス点に接続することが考えられる。このようにすると、出力の対地電圧を３００Ｖｒｍｓ以下に押さえ、簡単な接地工事を施すことにより、安全を確保することができる。
【００１０】
一方、放電灯点灯装置では、安全上の配慮により放電ランプ接続の有無をみて無負荷時には発振を停止させるようにしているが、そのランプ有無を検出する手段として、ランプフィラメントに直流電流を流す回路を設け、この直流電流で放電ランプの有無を検出している。
図４にコンデンサＣ４を放電ランプＤＬの高圧側に接続した二重共振回路による調光回路とランプ接続の有無検出回路を設けた場合の放電灯点灯装置の平滑コンデンサ以降の回路の図を示す。図４に示すように、放電ランプＤＬに並列にコンデンサＣ３を接続するとともに、放電ランプＤＬの高圧側に直列にコンデンサＣ４を接続し、他方、ランプ接続の有無を検出する回路として、平滑回路部の出力に抵抗Ｒ５、フィラメントｆ１、抵抗Ｒ６、フィラメントｆ２、抵抗Ｒ７の直列回路を接続し、この直列回路に流れる直流電流により放電ランプＬＤの有無を検出する。
【００１１】
しかしながら、二重共振回路のコンデンサＣ４を放電ランプＤＬの低圧側に配置した場合には、放電ランプＤＬの電流はこのコンデンサＣ４を流れ、抵抗Ｒ７には大きな電流が流れないが、上記のように、二重共振回路のコンデンサＣ４を放電ランプＤＬの高圧側に接続すると、ランプ接続の有無検出回路の抵抗Ｒ７に大きなランプ電流が流れ、１００Ｗ程度の大きな電力損失が発生するという問題が生じる。したがって、二重共振回路のコンデンサＣ４を放電ランプの高圧側に設けることができず、他の手段で出力段の対地電圧を低減することが必要となっていた。
【００１２】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、二重共振回路による調光を行うことができるとともに、特殊な接地工事を不要にして、据付工事を複雑化することがなく、かつ、大きな電力損失も発生しない放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る本発明は、交流を平滑した直流電圧を高周波に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力を、インダクタと、放電灯に並列接続されたコンデンサおよび放電灯に直列接続されたコンデンサとよりなる二重共振回路を介して放電灯に供給する放電灯点灯装置において、放電灯に直列に接続するコンデンサを分割し、放電灯の高圧側および低圧側にそれぞれ設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の放電灯点灯装置では、放電灯に直列に接続するコンデンサを放電灯の高圧側および低圧側に分割して設け、そのトータル容量値が設計値になるようにしているので、二重共振回路により周波数の変化に対するインピーダンス変化が大きく、調光範囲を広くできるとともに、放電ランプの低圧側に設けたコンデンサの容量を大きくすることにより、このコンデンサの周波数に対するインピーダンスが低くなり、このコンデンサに発生する電圧が小さくなるので、放電ランプの高圧側の出力電圧が大きくならず、特殊な接地工事が不要となり、据付工事を複雑化することがない。また、放電ランプＤＬの電流は放電灯の低圧側に設けたコンデンサを流れ、ランプの有無を検出する回路を構成する放電灯の低圧側に接続された抵抗には大きな電流が流れないので、大きな電力損失は発生しない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は実施の形態に係る放電灯点灯装置を示す図である。
図１において、ＡＣは交流電源、ＤＢはダイオードブリッジ回路、１は昇圧チョッパ回路、２はインバータ回路、Ｌ１、Ｌ２はインダクタ、Ｃ１、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５はコンデンサ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７は抵抗、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３はスイッチング素子、ＣＳ１、ＣＳ２は制御回路、ＤＬは放電ランプ、ｆ１、ｆ２は放電ランプＤＬのフィラメントである。
【００１６】
昇圧型のチョッパ回路１はダイオードブリッジ回路ＤＢの直流出力端子に、インダクタＬ１、スイッチング素子Ｑ１と抵抗Ｒ２を直列に接続し、スイッチング素子Ｑ１の両端に平滑用のコンデンサＣ１を接続したものであり、スイッチング素子Ｑ１が抵抗Ｒ１を介して制御回路ＣＳ１の出力によって高周波でオン・オフ動作を繰り返すことにより、インダクタＬ１の両端に電圧が誘起し、この電圧がダイオードブリッジ回路ＤＢの出力電圧に重畳されて、コンデンサＣ１に充電される。
【００１７】
インバータ回路２は抵抗Ｒ３、Ｒ４を介して制御回路ＣＳ２の出力によりオン・オフ制御される二つのスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３よりなり、コンデンサＣ１の端子電圧を高周波に変換する。放電ランプＤＬには、インダクタＬ２とともに共振回路を構成するコンデンサＣ３が放電ランプＤＬに並列接続されるとともに、放電ランプの高圧側にコンデンサＣ４が、放電ランプの低圧側にコンデンサＣ５が接続されている。このコンデンサＣ４、Ｃ５はインダクタＬ２とともに第２の共振回路を構成する。コンデンサＣ４の容量範囲は０．００１μＦ〜０．０１μＦ、コンデンサＣ５の容量範囲は０．０１μＦ〜１μＦの範囲で選び、トータル容量Ｃ＝（Ｃ４＊Ｃ５）／（Ｃ４＋Ｃ５）が設計値になるように容量を選択する。
【００１８】
一方、抵抗Ｒ５の一端はコンデンサ１の出力端に接続され、他端は放電ランプＤＬのフィラメントｆ１に接続されている。抵抗Ｒ６は放電ランプＤＬのフィラメントｆ１、ｆ２間に接続され、抵抗Ｒ７は放電ランプＤＬのフィラメントｆ２と回路の低圧側に接続され、抵抗Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７によりランプの接続の有無を検出する回路を構成している。
【００１９】
次に、この放電灯点灯回路の作用を説明する。交流電源ＡＣの出力はダイオードブリッジ回路ＤＢによって全波整流された後、昇圧チョッパ回路１に入力され、この昇圧チョッパ回路１の制御回路ＣＳ１の出力が抵抗Ｒ１を介してスイッチング素子Ｑ１に入力されるので、スイッチング素子Ｑ１が高周波でオン・オフを繰り返し、インダクタＬ１の両端に電圧が誘起し、この電圧がダイオードブリッジ回路ＤＢの出力に重畳してコンデンサ１を充電し、高調波歪が低減された直流の高電圧が発生する。
【００２０】
一方、インバータ回路２の二つのスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３は制御回路ＣＳ２の出力により抵抗Ｒ３、Ｒ４を介してオン・オフ制御され、コンデンサＣ１の端子電圧が高周波に変換されて、インダクタＬ２およびコンデンサＣ３よりなる共振回路およびインダクタＬ２およびコンデンサＣ４、Ｃ５よりなる共振回路を介して放電ランプＤＬの両フィラメントｆ１、ｆ２の間に印加され、放電ランプＤＬが高周波点灯する。
【００２１】
このように二重共振回路により周波数の変化に対するインピーダンス変化が大きいので、調光範囲を広くできるとともに、放電ランプの低圧側に設けたコンデンサの容量が大きく、このコンデンサの周波数に対するインピーダンスが低く、このコンデンサに発生する電圧が小さいので、放電ランプの高圧側の出力電圧が大きくならず、特殊な接地工事が不要となり、据付工事が簡単になる。
【００２２】
一方、図４と同様に、ランプ接続の有無を検出する回路として、コンデンサＣ１の出力端子に抵抗Ｒ５、フィラメントｆ１、抵抗Ｒ６、フィラメントｆ２、抵抗Ｒ７の直列回路が接続され、抵抗Ｒ７の両端電圧を制御回路ＣＳ２により判別し、放電ランプがない場合には、制御回路ＣＳ２によりスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のオン・オフ動作を停止させて、インバータ回路２を保護する。この場合、放電ランプＤＬの電流はコンデンサＣ５を流れ、抵抗Ｒ７には大きな電流が流れないので、抵抗Ｒ７で大きな電力損失は発生しない。
【００２３】
以上の実施の形態では、高周波歪を低減するため、直流電圧を発生させるのに昇圧チョッパを用いたが、交流電源の出力をダイオードブリッジ回路を介して直接コンデンサに充電することにより、直流電圧を発生することも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、放電灯に直列に接続するコンデンサを放電灯の高圧側および低圧側に分割して設け、そのトータル容量値が設計値になるようにしているので、二重共振回路により周波数の変化に対するインピーダンス変化が大きく、調光範囲を広くすることができる。また、放電ランプの低圧側に設けたコンデンサの容量を大きくしているので、この放電ランプの低圧側に設けたコンデンサの周波数に対するインピーダンスが低く、このコンデンサに発生する電圧が小さくなるので、放電ランプの高圧側の出力電圧が大きくならず、特殊な接地工事が不要となり、据付工事が簡単になる。さらに、放電ランプの電流は放電灯の低圧側に設けたコンデンサを流れ、ランプ有無を検出する回路を構成する放電灯の低圧側に接続された抵抗には大きな電流が流れないので、大きな電力損失は発生せず、放電灯点灯装置の低損失化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る放電灯点灯装置を示す図である。
【図２】従来の放電灯点灯装置を示す図である。
【図３】従来の二重共振回路を備えた放電灯点灯装置の回路の一部を示す図である。
【図４】放電灯の高圧側にコンデンサを備えた二重共振回路と放電灯の有無検出回路を設けた場合の放電灯点灯装置の回路の一部を示す図である。
【符号の説明】
ＡＣ　交流電源
ＤＢ　ダイオードブリッジ回路
１　昇圧チョッパ回路
２　インバータ回路
Ｌ１、Ｌ２　インダクタンス
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５　コンデンサ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７　抵抗
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３　スイッチング素子
ＣＳ１、ＣＳ２　制御回路
ＤＬ　放電ランプ
ｆ１、ｆ２　放電ランプＤＬのフィラメント

Claims

交流を平滑した直流電圧を高周波に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力を、インダクタと、放電灯に並列接続されたコンデンサおよび放電灯に直列接続されたコンデンサとよりなる二重共振回路を介して放電灯に供給する放電灯点灯装置において、放電灯に直列に接続するコンデンサを分割し、放電灯の高圧側および低圧側にそれぞれ設けたことを特徴とする放電灯点灯装置。