JP2005050754A

JP2005050754A - Discharge lamp lighting device

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Publication number: JP2005050754A
Application number: JP2003283967A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mitsuyasu; 啓光安; Yasushi Kanbara; 泰蒲原; Junji Hoashi; 淳次帆足; Yukio Sato; 幸雄佐藤
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a long life of a lamp by establishing a filament current in an appropriate range even at the time of lighting for light control. <P>SOLUTION: This discharge lamp lighting device has a high voltage generating part that impresses between filaments F1, F2 of the discharge lamp a high voltage generated under a resonance condition by a first inductor L1 connected in series to the discharge lamp 5 and a first capacitor C1 connected in parallel to the discharge lamp 5. The lighting device is provided with a transformer Tr which is connected to the output terminal of a high frequency power supply, and filament preheating circuits 7a, 7b which are composed of second inductors La, Lb and second capacitors Ca, Cb connected between the secondary coil of the transformer Tr and respective filaments F1, F2 of the discharge lamp 5 are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ランプ寿命を長くさせるために必要なランプ毎で異なる適正なフィラメントの予熱電流を設定できる放電灯点灯装置に関するものである。 The present invention relates to a discharge lamp lighting device capable of setting an appropriate filament preheating current which is different for each lamp necessary for extending the lamp life.

商用交流電圧を整流平滑して直流電圧に変換し、この直流電圧をスイッチング回路で高周波電圧に変換し、この高周波電圧を、ＬＣ共振回路を備えた放電灯に供給する放電灯点灯装置が知られている。図３はこのような放電灯点灯装置を示す回路図である。図３の回路では、交流電源１の電圧を整流回路２で整流し、その整流電圧をインダクタ３と平滑用コンデンサ４からなる平滑回路で平滑して、平滑コンデンサ４の両端から直流電圧を出力するように構成されている。 A discharge lamp lighting device is known in which commercial AC voltage is rectified and smoothed and converted to DC voltage, this DC voltage is converted into a high-frequency voltage by a switching circuit, and this high-frequency voltage is supplied to a discharge lamp equipped with an LC resonance circuit. ing. FIG. 3 is a circuit diagram showing such a discharge lamp lighting device. In the circuit of FIG. 3, the voltage of the AC power source 1 is rectified by the rectifier circuit 2, the rectified voltage is smoothed by a smoothing circuit including the inductor 3 and the smoothing capacitor 4, and a DC voltage is output from both ends of the smoothing capacitor 4. It is configured as follows.

平滑コンデンサ４の両端の端子ｓ、ｔには、制御回路６で形成される制御信号Ｓａ，Ｓｂにより交互にオン・オフ動作するスイッチング素子Ｑ１及びＱ２が直列に接続されて、直流電圧を高周波電圧に変換するスイッチング回路が形成されている。このスイッチング回路は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２からなるハーフブリッジのインバータとして機能している。 Switching elements Q1 and Q2 that are alternately turned on and off by control signals Sa and Sb formed by the control circuit 6 are connected in series to terminals s and t at both ends of the smoothing capacitor 4 so that a DC voltage can be supplied as a high-frequency voltage. A switching circuit is formed for conversion into. This switching circuit functions as a half-bridge inverter composed of switching elements Q1 and Q2.

平滑コンデンサ４の一方の端子ｔと、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の接続点ｒから放電灯５の点灯回路に出力電圧Ｖ１が供給される。Ｄ１及びＤ２は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２に逆並列接続されているダイオードである。図３の回路では、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２としてバイポーラトランジスタを用いているが、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２がＭＯＳＦＥＴである場合には、ドレイン・ソース間に内蔵された逆方向ダイオードをダイオードＤ１及びＤ２として用いることができる。 The output voltage V1 is supplied to the lighting circuit of the discharge lamp 5 from one terminal t of the smoothing capacitor 4 and the connection point r between the switching elements Q1 and Q2. D1 and D2 are diodes connected in reverse parallel to the switching elements Q1 and Q2. In the circuit of FIG. 3, bipolar transistors are used as the switching elements Q1 and Q2. However, when the switching elements Q1 and Q2 are MOSFETs, reverse diodes built in between the drain and source are used as the diodes D1 and D2. Can be used.

図４は、スイッチング回路の出力電圧Ｖ１を示す波形図である。図４において、縦軸は電圧（Ｖ）を、横軸は時間（ｔ）を表している。時刻ｔａでスイッチング素子Ｑ１をオン、スイッチング素子Ｑ２をオフにする。また、時刻ｔｂでスイッチング素子Ｑ２をオン、スイッチング素子Ｑ１をオフにする。さらに、時刻ｔｃで再度スイッチング素子Ｑ１をオン、スイッチング素子Ｑ２をオフにする。 FIG. 4 is a waveform diagram showing the output voltage V1 of the switching circuit. In FIG. 4, the vertical axis represents voltage (V) and the horizontal axis represents time (t). At time ta, switching element Q1 is turned on and switching element Q2 is turned off. At time tb, switching element Q2 is turned on and switching element Q1 is turned off. Further, at time tc, the switching element Q1 is turned on again and the switching element Q2 is turned off.

Ｔａは時刻ｔａ〜ｔｂ間のスイッチング素子Ｑ１がオンの時間、Ｔｂは時刻ｔｂ〜ｔｃ間のスイッチング素子Ｑ２がオンの時間で、Ｔ＝Ｔａ＋Ｔｂは周期を示している。すなわち、スイッチング回路の出力電圧Ｖ１（放電灯５の電源電圧）は、周期Ｔの矩形波状の高周波電圧であり、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のオン・オフ周期Ｔを制御することにより、任意の周波数の高周波電圧が放電灯５に供給される。 Ta is a time during which the switching element Q1 is turned on from time ta to tb, Tb is a time during which the switching element Q2 is turned on from time tb to tc, and T = Ta + Tb represents a cycle. That is, the output voltage V1 of the switching circuit (the power supply voltage of the discharge lamp 5) is a rectangular wave-shaped high-frequency voltage having a period T. By controlling the on / off period T of the switching elements Q1 and Q2, an arbitrary frequency can be obtained. A high frequency voltage is supplied to the discharge lamp 5.

放電灯５の点灯回路は、放電灯５と直列に接続される限流用インダクタＬ１のインダクタンスと、予熱用コンデンサＣ１の容量（キャパシタンス）によりＬＣ共振回路を形成し、共振条件により高電圧を発生する。すなわち、限流用インダクタＬ１と予熱用コンデンサＣ１は、高電圧を放電灯５のフィラメントＦ１、Ｆ２間に印加する高電圧発生部として機能している。Ｃ２はカップリングコンデンサである。 The lighting circuit of the discharge lamp 5 forms an LC resonance circuit by the inductance of the current limiting inductor L1 connected in series with the discharge lamp 5 and the capacitance (capacitance) of the preheating capacitor C1, and generates a high voltage depending on the resonance condition. . That is, the current limiting inductor L1 and the preheating capacitor C1 function as a high voltage generating unit that applies a high voltage between the filaments F1 and F2 of the discharge lamp 5. C2 is a coupling capacitor.

放電灯５の始動時に、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２を前記制御信号Ｓａ、Ｓｂにより交互にオン、オフすると、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２で形成されるスイッチング回路からは、出力電流Ｉｏが放電灯５に供給される。出力電流Ｉｏは、限流用インダクタＬ１、放電灯５のフィラメントＦ１、予熱用コンデンサＣ１、放電灯５のフィラメントＦ２、カップリングコンデンサＣ２の経路で流れて、フィラメントＦ１、Ｆ２を加熱する。この場合には、予熱用コンデンサＣ１に流れる電流がフィラメント電流Ｉｆに相当している。 When the switching elements Q1 and Q2 are alternately turned on and off by the control signals Sa and Sb when the discharge lamp 5 is started, the output current Io is supplied to the discharge lamp 5 from the switching circuit formed by the switching elements Q1 and Q2. Is done. The output current Io flows through the current-limiting inductor L1, the filament F1 of the discharge lamp 5, the preheating capacitor C1, the filament F2 of the discharge lamp 5, and the coupling capacitor C2, thereby heating the filaments F1 and F2. In this case, the current flowing through the preheating capacitor C1 corresponds to the filament current If.

限流用インダクタＬ１のインダクタンスと予熱用コンデンサＣ１の容量（キャパシタンス）を適宜選定しておくことにより、適宜の共振電圧が発生して放電灯５のフィラメントＦ１、Ｆ２が加熱されて高温になると、フィラメントＦ１、Ｆ２から熱電子が放出され、放電灯５は放電を開始してフィラメントＦ１、Ｆ２間にランプ電流Ｉａが流れる。 By appropriately selecting the inductance of the current limiting inductor L1 and the capacitance (capacitance) of the preheating capacitor C1, when the appropriate resonance voltage is generated and the filaments F1 and F2 of the discharge lamp 5 are heated to a high temperature, the filament Thermoelectrons are emitted from F1 and F2, and the discharge lamp 5 starts discharging, and a lamp current Ia flows between the filaments F1 and F2.

なお、図３の回路においては、フィラメントＦ１、Ｆ２間に高電圧を印加するだけでも放電灯５は点灯する。しかしながら、その場合にはフィラメントＦ１、Ｆ２に過大なストレスが加わり、フィラメントＦ１、Ｆ２を破損して放電灯５の寿命が短くなる。このため、上記のようにフィラメント電流ＩｆによりフィラメントＦ１、Ｆ２を予熱して、放電灯５の寿命短縮を防止している。 In the circuit of FIG. 3, the discharge lamp 5 is lit only by applying a high voltage between the filaments F1 and F2. However, in that case, excessive stress is applied to the filaments F1 and F2, and the filaments F1 and F2 are damaged, and the life of the discharge lamp 5 is shortened. For this reason, the filaments F1 and F2 are preheated by the filament current If as described above to prevent the life of the discharge lamp 5 from being shortened.

図２は、放電灯点灯装置の他の例を示す回路図である。図２において、放電灯５の点灯回路には、限流用インダクタＬ１の二次側巻線Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを設けている。前記二次側巻線Ｌ２ａは、コンデンサＣａを介して放電灯５のフィラメントＦ１と接続される。また、二次側巻線Ｌ２ｂは、コンデンサＣｂを介して放電灯５のフィラメントＦ２と接続される。前記二次側巻線Ｌ２ａ、コンデンサＣａ、放電灯５のフィラメントＦ１は予熱回路７ａを構成し、二次側巻線Ｌ２ｂ、コンデンサＣｂ、放電灯５のフィラメントＦ２は予熱回路７ｂを構成する。 FIG. 2 is a circuit diagram showing another example of a discharge lamp lighting device. In FIG. 2, the lighting circuit of the discharge lamp 5 is provided with secondary windings L2a and L2b of a current limiting inductor L1. The secondary winding L2a is connected to the filament F1 of the discharge lamp 5 through a capacitor Ca. The secondary winding L2b is connected to the filament F2 of the discharge lamp 5 via the capacitor Cb. The secondary winding L2a, the capacitor Ca, and the filament F1 of the discharge lamp 5 constitute a preheating circuit 7a, and the secondary winding L2b, the capacitor Cb, and the filament F2 of the discharge lamp 5 constitute a preheating circuit 7b.

放電灯５の始動時に、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２を前記制御信号Ｓａ、Ｓｂにより交互にオン、オフすると、スイッチング回路からは出力電流Ｉｏが放電灯５に供給される。このときの出力電流Ｉｏは、限流用インダクタＬ１、共振用コンデンサＣ１、カップリングコンデンサＣ２の経路で流れ、図３と同様に高電圧の共振電圧が放電灯５のフィラメントＦ１、Ｆ２間に印加される。 When the discharge lamp 5 is started, when the switching elements Q1 and Q2 are alternately turned on and off by the control signals Sa and Sb, the output current Io is supplied to the discharge lamp 5 from the switching circuit. The output current Io at this time flows through the path of the current-limiting inductor L1, the resonance capacitor C1, and the coupling capacitor C2, and a high resonance voltage is applied between the filaments F1 and F2 of the discharge lamp 5 as in FIG. The

同様に、限流用インダクタＬ１に出力電流Ｉｏが流れることにより、限流用インダクタＬ１の二次側巻線Ｌ２ａに二次電圧が誘起されて、二次側巻線Ｌ２ａ、コンデンサＣａ、フィラメントＦ１、二次側巻線Ｌ２ａの経路でフィラメント電流Ｉｆａが流れ、フィラメントＦ１を加熱する。 Similarly, when the output current Io flows through the current limiting inductor L1, a secondary voltage is induced in the secondary winding L2a of the current limiting inductor L1, and the secondary winding L2a, the capacitor Ca, the filament F1, A filament current Ifa flows through the path of the secondary winding L2a to heat the filament F1.

同様に、限流用インダクタＬ１の二次側巻線Ｌ２ｂに二次電圧が誘起されて、二次側巻線Ｌ２ｂ、コンデンサＣｂ、フィラメントＦ２、二次側巻線Ｌ２ｂの経路でフィラメント電流Ｉｆｂが流れ、フィラメントＦ２を加熱する。 Similarly, a secondary voltage is induced in the secondary winding L2b of the current limiting inductor L1, and the filament current Ifb flows through the path of the secondary winding L2b, the capacitor Cb, the filament F2, and the secondary winding L2b. The filament F2 is heated.

図２の回路においてもフィラメントＦ１、Ｆ２が高温になると、フィラメントから熱電子が放出され、放電灯５は放電を開始してフィラメントＦ１、Ｆ２間にランプ電流Ｉａが流れる。 Also in the circuit of FIG. 2, when the filaments F1 and F2 reach a high temperature, thermoelectrons are emitted from the filament, the discharge lamp 5 starts to discharge, and a lamp current Ia flows between the filaments F1 and F2.

ランプ電流Ｉａが増大すると負荷電流Ｉｏも増大する。このように、負荷電流Ｉｏとランプ電流Ｉａとの間には一定の相関関係がある。なお、図２の例においても、図３で説明したようにフィラメントＦ１、Ｆ２間に高電圧を印加するだけでも放電灯５は点灯するが、フィラメント電流Ｉｆａ，ＩｆｂによりフィラメントＦ１、Ｆ２を予熱して放電灯５の寿命短縮を防止している。 As the lamp current Ia increases, the load current Io also increases. Thus, there is a certain correlation between the load current Io and the lamp current Ia. In the example of FIG. 2, as described in FIG. 3, the discharge lamp 5 is turned on only by applying a high voltage between the filaments F1 and F2, but the filaments F1 and F2 are preheated by the filament currents Ifa and Ifb. This prevents the life of the discharge lamp 5 from being shortened.

ところで図２の回路においては、共振状態で放電灯５が点灯した時には、ランプ電流Ｉａは電源電圧に対して遅れ位相で動作している。すなわち、限流用インダクタＬ１はランプ電流Ｉａに対して限流インピーダンスとして作用する。このため、発振周波数を高くするとランプ電流Ｉａが小さくなり、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２のオン・オフ周期を変えることにより、放電灯５の調光制御を行なうことが出来る。 By the way, in the circuit of FIG. 2, when the discharge lamp 5 is lit in the resonance state, the lamp current Ia operates in a phase lag with respect to the power supply voltage. That is, the current limiting inductor L1 acts as a current limiting impedance on the lamp current Ia. Therefore, when the oscillation frequency is increased, the lamp current Ia is reduced, and the dimming control of the discharge lamp 5 can be performed by changing the on / off cycle of the switching elements Q1 and Q2.

図５は、図２の回路について、スイッチング回路の発振周波数ｆと放電灯５の電流の関係を示す特性図である。Ｉａは放電灯５のランプ電流、Ｉｆはフィラメント電流である。また、ｆａは通常点灯時の発振周波数、ｆｂは調光時の発振周波数、ｆｃは先行予熱時の発振周波数である。ランプ電流Ｉａは、発振周波数ｆに双曲線関数で反比例する特性であり、前記のように発振周波数が高く設定されている調光制御時には小さな値となっている。図５に示されたフィラメント電流Ｉｆの特性は、理想的な周波数特性を示すものであり、発振周波数ｆに対して双曲線関数で増加する特性となっている。 FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the oscillation frequency f of the switching circuit and the current of the discharge lamp 5 for the circuit of FIG. Ia is the lamp current of the discharge lamp 5, and If is the filament current. Further, fa is the oscillation frequency during normal lighting, fb is the oscillation frequency during dimming, and fc is the oscillation frequency during pre-heating. The lamp current Ia has a characteristic that is inversely proportional to the oscillation frequency f by a hyperbolic function, and has a small value during dimming control in which the oscillation frequency is set high as described above. The characteristic of the filament current If shown in FIG. 5 shows an ideal frequency characteristic, and increases with a hyperbolic function with respect to the oscillation frequency f.

フィラメント電流Ｉｆは、先行予熱時には短時間でフィラメントＦ１、Ｆ２を所定温度に加熱することが求められている。このため、図５に示すように発振周波数ｆが高く設定されている先行予熱時に大きな電流となる特性とすることが必要となる。図５の例では先行予熱時のフィラメント電流は、Ｉｆｐに設定されている。このように、ランプ電流Ｉａとフィラメント電流Ｉｆは、発振周波数ｆに対しては相互に独立して制御されるのが望ましいことになる。
特開２００３−１２３９９５号公報 The filament current If is required to heat the filaments F1 and F2 to a predetermined temperature in a short time during pre-heating. For this reason, as shown in FIG. 5, it is necessary to have a characteristic that provides a large current during pre-heating when the oscillation frequency f is set high. In the example of FIG. 5, the filament current at the time of pre-heating is set to Ifp. Thus, it is desirable that the lamp current Ia and the filament current If are controlled independently of each other with respect to the oscillation frequency f.
JP 2003-123955 A

図３で示した回路では、先行予熱時に周波数を適正な値に設定すると大きなフィラメント電流Ｉｆが得られる。しかしながら、点灯時にも過大な電流が流れることで、スイッチング素子の不要な熱ロスを招くとともに、調光点灯制御時のように動作周波数を出力調整のために変化させる時には、適正なフィラメント電流Ｉｆを得ることが難しいという問題があった。 In the circuit shown in FIG. 3, a large filament current If can be obtained if the frequency is set to an appropriate value during pre-heating. However, an excessive current flows even during lighting, which causes unnecessary heat loss of the switching element, and when changing the operating frequency for output adjustment as in dimming lighting control, an appropriate filament current If is set. There was a problem that it was difficult to get.

図２で示した回路では、スイッチング回路の出力電流Ｉｏの経路とは異なる経路で、フィラメント電流Ｉｆａ、ＩｆｂをコンデンサＣａ、Ｃｂのリアクタンスにより限流しているため、ランプ電流Ｉａとは異なる周波数特性のフィラメント電流Ｉｆａ、Ｉｆｂを設定することが出来る。しかしながら、ランプ電流Ｉａとフィラメント電流Ｉｆａ、Ｉｆｂの周波数特性の設定には、自由度が限られるという問題があった。 In the circuit shown in FIG. 2, since the filament currents Ifa and Ifb are limited by the reactances of the capacitors Ca and Cb in a path different from the path of the output current Io of the switching circuit, the circuit has a frequency characteristic different from that of the lamp current Ia. Filament currents Ifa and Ifb can be set. However, there is a problem that the degree of freedom is limited in setting the frequency characteristics of the lamp current Ia and the filament currents Ifa and Ifb.

この応用例として、ランプ電流Ｉａとフィラメント電流Ｉｆａ、Ｉｆｂの周波数特性の設定に自由度を持たせるために、フィラメント電流Ｉｆａ、Ｉｆｂに対する限流インピーダンスとしてコンデンサＣａ、Ｃｂのリアクタンスだけでなく、インダクタＬａ、Ｌｂを組み合わせて共振インピーダンスを持たせることで、周波数ｆに対する限流インピーダンスを大きく変化させるという方法が特許文献１などに紹介されている。 As an application example, in order to provide flexibility in setting the frequency characteristics of the lamp current Ia and the filament currents Ifa and Ifb, not only the reactance of the capacitors Ca and Cb but also the inductor La as a current limiting impedance for the filament currents Ifa and Ifb. , Lb are combined to give resonance impedance, and a method for greatly changing the current limiting impedance with respect to the frequency f is introduced in Patent Document 1 and the like.

しかしながら、フィラメント電流Ｉｆａ、Ｉｆｂの範囲は広く、調光点灯制御を行なうような条件でランプを長寿命化させるために必要な狭い範囲での適正なフィラメント電流の設定を得るには汎用性を持った設計ができないという問題があった。 However, the range of the filament currents Ifa and Ifb is wide, and it is versatile to obtain an appropriate filament current setting in a narrow range necessary for extending the life of the lamp under the condition of performing dimming control. There was a problem that could not be designed.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、調光点灯制御する際にもフィラメント電流を適正な範囲で設定できる構成とすることで、ランプの長寿命化を図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。 The present invention has been made to solve such a problem, and it is possible to extend the life of the lamp by adopting a configuration in which the filament current can be set in an appropriate range even when dimming control is performed. It aims at providing the discharge lamp lighting device which can do.

本発明によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、高周波電源と、前記高周波電源の出力電圧が供給される放電灯５と、前記放電灯５に直列に接続される第１のインダクタＬ１と前記放電灯５に並列に接続される第１のコンデンサＣ１による共振条件で発生する高電圧を放電灯５のフィラメントＦ１，Ｆ２間に印加する高電圧発生部とを備えた放電灯点灯装置において、前記高周波電源の出力端に接続される変圧器Ｔｒを設け、前記変圧器Ｔｒの二次側巻線と放電灯５の各フィラメントＦ１，Ｆ２間に接続される第２のインダクタＬａ，Ｌｂおよび第２のコンデンサＣａ，Ｃｂからなるフィラメント予熱回路７ａ，７ｂを有することを特徴とするものである。 According to the present invention, in order to solve the above problems, as shown in FIG. 1, a high-frequency power source, a discharge lamp 5 to which an output voltage of the high-frequency power source is supplied, and the discharge lamp 5 are connected in series. A high voltage generator for applying a high voltage generated under resonance conditions by a first inductor L1 and a first capacitor C1 connected in parallel to the discharge lamp 5 between the filaments F1 and F2 of the discharge lamp 5. In the discharge lamp lighting device, a transformer Tr connected to the output end of the high-frequency power source is provided, and a second side connected between the secondary winding of the transformer Tr and each filament F1, F2 of the discharge lamp 5. The preheating circuits 7a and 7b are composed of inductors La and Lb and second capacitors Ca and Cb.

請求項１の発明によれば、高周波電源の出力端に接続される変圧器を設け、前記変圧器の二次側巻線と放電灯のフィラメント間に接続されるインダクタおよび第２のコンデンサからなるフィラメント予熱回路を有する構成としているので、放電灯のランプ電流が変動したときでも、予熱回路の電源電圧を一定にできるので、フィラメントの予熱を安定した状態で行なうことができる。また、予熱回路には、インダクタとコンデンサの直列共振回路が接続されているので、予熱回路の周波数特性の選定は従来例よりも幅を持たせることができ、発振周波数を変えたときのフィラメント電流設定の自由度を大きくとれる。このため、調光制御時や初期予熱時のように発振周波数を大きくして、ランプ電流が小さくなる範囲においても、フィラメント電流を適正に設定することができる。 According to the first aspect of the present invention, the transformer connected to the output end of the high-frequency power source is provided, and the inductor and the second capacitor are connected between the secondary winding of the transformer and the filament of the discharge lamp. Since the filament preheating circuit is used, the power supply voltage of the preheating circuit can be kept constant even when the lamp current of the discharge lamp fluctuates, so that the filament can be preheated stably. In addition, since a series resonance circuit of an inductor and a capacitor is connected to the preheating circuit, the selection of the frequency characteristic of the preheating circuit can be made wider than the conventional example, and the filament current when the oscillation frequency is changed Great freedom of setting. For this reason, the filament current can be set appropriately even in the range where the oscillation frequency is increased and the lamp current is reduced, such as during dimming control or initial preheating.

請求項２の発明によれば、フィラメント予熱回路に流れるフィラメント電流を、前記変圧器の二次側電圧に対して進み位相に設定しているので、先行予熱時のフィラメント電流を大きくとることができ、点灯時には回路ロスにつながるフィラメント電流をより差をつけた状態に設定することが可能になる。例えば、初期予熱時のフィラメント電流を大きな値とし、調光制御時のフィラメント電流を初期予熱時のフィラメント電流の半分程度、通常点灯時のフィラメント電流を極力少なくする、という設定が可能となり、放電灯の動作状況に応じて合理的にフィラメント電流を設定することができる。 According to the second aspect of the present invention, the filament current flowing in the filament preheating circuit is set to a leading phase with respect to the secondary side voltage of the transformer, so that the filament current during the preceding preheating can be increased. When the lamp is lit, it becomes possible to set the filament current that leads to circuit loss to a more different state. For example, the filament current during initial preheating can be set to a large value, the filament current during dimming control can be set to about half the filament current during initial preheating, and the filament current during normal lighting can be reduced as much as possible. The filament current can be set rationally according to the operating conditions.

請求項３の発明によれば、予熱回路の限流インピーダンスとして用いるインダクタを一体成形することで、同一コア内に磁束が鎖交するためにインダクタ相互間の干渉条件を定量化することが容易になり、予熱回路の小型化が図れるとともに、お互いのインダクタから漏れる磁束による設計値のばらつき範囲を低減することができ、精密なフィラメント電流設計を実現することができる。 According to the invention of claim 3, by integrally forming the inductor used as the current limiting impedance of the preheating circuit, it is easy to quantify the interference condition between the inductors because the magnetic flux links in the same core. Thus, the preheating circuit can be miniaturized and the variation range of the design value due to the magnetic flux leaking from the inductors can be reduced, so that a precise filament current design can be realized.

請求項４の発明によれば、設定したいフィラメント電流を達成するために必要なインダクタのインダクタンス値が得られるように、各インダクタを一体化した場合に、一定の関係式で置換した値で各巻線の巻数の関係を求めることが可能になる。 According to the invention of claim 4, when the inductors are integrated so that the inductance value of the inductor necessary for achieving the filament current to be set can be obtained, each winding is replaced with a value replaced by a certain relational expression. It becomes possible to obtain the relationship of the number of turns.

請求項５の発明によれば、放電灯の管外形が細管である場合に、ランプの構造上フィラメントとランプ管壁が近いために、ランプがフィラメント断線に至る以前に発生する初期現象である黒化が早期に現れやすく、フィラメント電流の適正範囲はさらに狭い範囲で精度が要求されるため、本発明は細管の放電灯に適用すると有効である。 According to the invention of claim 5, when the tube outer shape of the discharge lamp is a thin tube, black is an initial phenomenon that occurs before the lamp breaks the filament because the filament is close to the lamp tube wall due to the structure of the lamp. Therefore, the present invention is effective when applied to a thin tube discharge lamp because accuracy is required within a narrower range of the filament current.

以下、本発明に係る放電灯点灯装置の実施形態について、図を参照して説明する。図１は本発明に係る放電灯点灯装置の回路図である。なお、図２と同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。図１において、スイッチング回路の出力側の端子間に、フィラメントトランス（変圧器）Ｔｒと、コンデンサＣｘの直列回路を接続する。コンデンサＣｘは、直流成分をカットする機能を有している。フィラメントトランスＴｒは、フィラメントＦ１、Ｆ２に予熱電流を供給するものである。放電灯５は例えば管外形が２５．５ｍｍ（Ｔ８）以下の細管である。 Hereinafter, an embodiment of a discharge lamp lighting device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of a discharge lamp lighting device according to the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as FIG. 2, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In FIG. 1, a series circuit of a filament transformer (transformer) Tr and a capacitor Cx is connected between terminals on the output side of the switching circuit. The capacitor Cx has a function of cutting a direct current component. The filament transformer Tr supplies a preheating current to the filaments F1 and F2. The discharge lamp 5 is, for example, a thin tube having a tube outer shape of 25.5 mm (T8) or less.

フィラメントトランスＴｒの二次側巻線Ｔａには、フィラメントＦ１と直列にインダクタＬａとコンデンサＣａを接続し、予熱回路７ａを形成する。また、フィラメントトランスＴｒの二次側巻線Ｔｂには、フィラメントＦ２と直列にインダクタＬｂとコンデンサＣｂを接続し、予熱回路７ｂを形成する。 An inductor La and a capacitor Ca are connected in series with the filament F1 to the secondary winding Ta of the filament transformer Tr to form a preheating circuit 7a. In addition, an inductor Lb and a capacitor Cb are connected in series with the filament F2 to the secondary winding Tb of the filament transformer Tr to form a preheating circuit 7b.

スイッチング回路の出力電圧Ｖ１が、フィラメントトランスＴｒの一次側巻線に印加されると、二次側巻線Ｔａ，Ｔｂには所定の二次電圧が誘起される。このため、予熱回路７ａには、フィラメント電流Ｉｆａが流れてフィラメントＦ１を加熱する。また、予熱回路７ｂには、同様にフィラメント電流Ｉｆｂが流れてフィラメントＦ２を加熱する。 When the output voltage V1 of the switching circuit is applied to the primary winding of the filament transformer Tr, a predetermined secondary voltage is induced in the secondary windings Ta and Tb. For this reason, the filament current Ifa flows through the preheating circuit 7a to heat the filament F1. Similarly, the filament current Ifb flows through the preheating circuit 7b to heat the filament F2.

一方、スイッチング回路の出力電流Ｉｏは、予熱時には限流用インダクタＬ１、共振用コンデンサＣ１、カップリングコンデンサＣ２の経路で流れる。また、放電灯５の点灯時には、スイッチング回路の出力電流Ｉｏは、フィラメントＦ１、Ｆ２間を流れるランプ電流Ｉａと、共振用コンデンサＣ１に流れる電流とに分流する。 On the other hand, the output current Io of the switching circuit flows through the path of the current limiting inductor L1, the resonance capacitor C1, and the coupling capacitor C2 during preheating. When the discharge lamp 5 is turned on, the output current Io of the switching circuit is divided into a lamp current Ia flowing between the filaments F1 and F2 and a current flowing through the resonance capacitor C1.

このように、図１においては、ランプ電流Ｉａを規定する共振回路の限流用インダクタＬ１、共振用コンデンサＣ１とは、異なる電流経路でフィラメントＦ１，Ｆ２を加熱する予熱回路７ａ、７ｂを形成している。また、各予熱回路７ａ，７ｂにはインダクタＬａ，ＬｂとコンデンサＣａ，Ｃｂの直列共振回路を接続して、予熱回路自体の周波数特性を独立して調整する構成としている。このため、図２の回路と同様に、ランプ電流Ｉａの周波数特性とは別個に、フィラメント電流Ｉｆａ，Ｉｆｂの周波数特性を設定することができる。 Thus, in FIG. 1, the preheating circuits 7a and 7b for heating the filaments F1 and F2 through different current paths are formed from the current limiting inductor L1 and the resonance capacitor C1 of the resonance circuit that define the lamp current Ia. Yes. Further, a series resonance circuit of inductors La and Lb and capacitors Ca and Cb is connected to each preheating circuit 7a and 7b, and the frequency characteristic of the preheating circuit itself is adjusted independently. Therefore, similarly to the circuit of FIG. 2, the frequency characteristics of the filament currents Ifa and Ifb can be set separately from the frequency characteristics of the lamp current Ia.

本例では、高周波電源の交番周波数を変化させ調光点灯制御を行なう場合に、高周波電源の出力端に並列に接続された変圧器Ｔｒで予熱回路の電源が作り出されるために、フィラメント電流も同時に独立の周波数特性で変化する。よって、調光制御の度合いにより適正なフィラメント電流が異なる場合にでも、自由度をもって設定することが可能である。 In this example, when the dimming lighting control is performed by changing the alternating frequency of the high frequency power supply, the power supply of the preheating circuit is created by the transformer Tr connected in parallel to the output end of the high frequency power supply. Varies with independent frequency characteristics. Therefore, even when an appropriate filament current differs depending on the degree of dimming control, it is possible to set with a degree of freedom.

図１において、放電灯５に対する電源側のスイッチング回路は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２によるハーフブリッジのインバータで形成されている。このスイッチング回路の出力電圧Ｖ１は、ハーフブリッジのインバータの中点ｒから取り出されている。このため、フィラメントトランスＴｒの一次側には、放電灯５の負荷状態に拘らず常に一定電圧が印加されることになる。 In FIG. 1, the switching circuit on the power source side for the discharge lamp 5 is formed of a half-bridge inverter by switching elements Q1 and Q2. The output voltage V1 of this switching circuit is taken from the midpoint r of the half-bridge inverter. For this reason, a constant voltage is always applied to the primary side of the filament transformer Tr regardless of the load state of the discharge lamp 5.

したがって、放電灯５が予熱状態から点灯状態に変化したときや、点灯後に調光制御する場合のように、負荷電流Ｉｏが変動したとき、すなわち、ランプ電流Ｉａが変動したときでも、予熱回路７ａ、７ｂの電源電圧を一定にできるので、フィラメントの予熱を安定した状態で行なうことができる。また、フィラメントトランスＴｒの二次側巻線Ｔａ、Ｔｂの巻数比を適宜選定することにより、フィラメントＦ１、Ｆ２には任意の大きさの電圧を印加することができる。 Therefore, even when the discharge current 5 changes from the preheating state to the lighting state, or when the load current Io changes, that is, when the lamp current Ia changes, as in the case where the dimming control is performed after the lighting, the preheating circuit 7a. Since the power supply voltage of 7b can be made constant, preheating of the filament can be performed in a stable state. In addition, a voltage of an arbitrary magnitude can be applied to the filaments F1 and F2 by appropriately selecting the turn ratio of the secondary windings Ta and Tb of the filament transformer Tr.

予熱回路７ａ、７ｂには、それぞれ、インダクタＬａとコンデンサＣａ、インダクタＬｂとコンデンサＣｂが接続されている。このため、各予熱回路７ａ，７ｂのインピーダンスは、インダクタＬａ，ＬｂのインダクタンスとコンデンサＣａ，Ｃｂのキャパシタンスで規定される。したがって、調光制御時のように広い範囲の発振周波数でも各予熱回路７ａ，７ｂの周波数特性の選定は、図２の従来例よりも幅を持たせることができ、発振周波数を変えたときのフィラメント電流設定の自由度を大きくとれる。 An inductor La and a capacitor Ca, and an inductor Lb and a capacitor Cb are connected to the preheating circuits 7a and 7b, respectively. For this reason, the impedance of each preheating circuit 7a, 7b is prescribed | regulated by the inductance of inductor La, Lb and the capacitance of capacitor | condenser Ca, Cb. Therefore, the selection of the frequency characteristics of the preheating circuits 7a and 7b can be made wider than that of the conventional example of FIG. 2 even when the oscillation frequency is in a wide range as in dimming control. Greater flexibility in setting the filament current.

図１の回路構成の場合、通常点灯時の動作周波数ｆａ、調光制御時の動作周波数ｆｂ、初期予熱時の動作周波数ｆｃは、ｆａ＜ｆｂ＜ｆｃの関係となる。したがって、初期予熱時のフィラメント電流を大きな値とし、調光制御時のフィラメント電流を初期予熱時のフィラメント電流の半分程度、通常点灯時のフィラメント電流を極力少なくする、という設定が必要になる。 In the case of the circuit configuration of FIG. 1, the operating frequency fa during normal lighting, the operating frequency fb during dimming control, and the operating frequency fc during initial preheating are in a relationship of fa <fb <fc. Accordingly, it is necessary to set the filament current during initial preheating to a large value, the filament current during dimming control to be about half of the filament current during initial preheating, and the filament current during normal lighting as much as possible.

予熱回路７ａ，７ｂのインダクタＬａ，Ｌｂによるインダクタンスと、コンデンサＣａ，ＣｂによるキャパシタンスとのＬＣ直列共振回路のインピーダンスＺａ，Ｚｂを、使用する周波数範囲において容量性の領域に設定することにより、所望の周波数特性を得ることができる。この時、フィラメント電流Ｉｆａ，Ｉｆｂは、フィラメントトランスＴｒの二次側巻線Ｔａ、Ｔｂから供給される電源電圧に対して進み位相で動作している。 By setting the impedances Za and Zb of the LC series resonance circuit of the inductances La and Lb of the preheating circuits 7a and 7b and the capacitances of the capacitors Ca and Cb to a capacitive region in a frequency range to be used, a desired value can be obtained. Frequency characteristics can be obtained. At this time, the filament currents Ifa and Ifb operate in a leading phase with respect to the power supply voltage supplied from the secondary windings Ta and Tb of the filament transformer Tr.

所望の周波数特性が得られる各フィラメントＦ１，Ｆ２のインダクタンスが決まった後に、複数のインダクタを同一のコアに巻き、設計を行なう際の実施例を図６に示す。ここでは、ランプ負荷を等価なフィラメントを持つ２本のランプの直列接続とした場合について説明する。図中、Ｒａは第１のランプの高圧側のフィラメントの抵抗値、Ｒｂは第１のランプと第２のランプの共通側のフィラメントの直列回路の抵抗値、Ｒｃは第２のランプの低圧側（グランド側）のフィラメントの抵抗値である。この場合、２本のランプの共通側のフィラメントは直列に接続されて、インダクタＬｂとコンデンサＣｂを介してフィラメントトランスＴｒの二次側巻線Ｔｂ（電源Ｖｂ）に接続される。また、第１のランプの高圧側のフィラメントはインダクタＬａとコンデンサＣａを介してフィラメントトランスＴｒの二次側巻線Ｔａ（電源Ｖａ）に接続される。さらに、第２のランプの低圧側（グランド側）のフィラメントは、インダクタＬｃとコンデンサＣｃの直列回路を介してフィラメントトランスＴｒの二次側巻線Ｔｃ（電源Ｖｃ）に接続される。 FIG. 6 shows an embodiment in which a plurality of inductors are wound around the same core after designing the inductances of the filaments F1 and F2 that can obtain a desired frequency characteristic. Here, a case where the lamp load is a series connection of two lamps having equivalent filaments will be described. In the figure, Ra is the resistance value of the filament on the high voltage side of the first lamp, Rb is the resistance value of the series circuit of the filaments on the common side of the first lamp and the second lamp, and Rc is the low voltage side of the second lamp. This is the resistance value of the (ground side) filament. In this case, the filaments on the common side of the two lamps are connected in series and connected to the secondary winding Tb (power supply Vb) of the filament transformer Tr via the inductor Lb and the capacitor Cb. The high-voltage filament of the first lamp is connected to the secondary winding Ta (power supply Va) of the filament transformer Tr via the inductor La and the capacitor Ca. Further, the low-voltage side (ground side) filament of the second lamp is connected to the secondary winding Tc (power supply Vc) of the filament transformer Tr via a series circuit of an inductor Lc and a capacitor Cc.

図６（ａ）に示すように、予熱回路を構成する各フィラメントに対する限流インピーダンスとして用いるインダクタンスＬａ，Ｌｂ，Ｌｃは小型化を図る上で、近接した配置とならざるをえない。この場合に、各インダクタに電流が流れた時に発生する磁束が他のインダクタに相互間で影響を与えることとなるため、設計は複雑なものとなる。内鉄型のインダクタ（ドラムチョーク）を使用した場合には、その影響は顕著なものである。しかしながら、空間を介した漏れ磁束の影響を定量化し、定数の設計に盛り込むことは容易ではない。そこで、図６（ｂ）に示すように、複数のインダクタを同一のコアに巻き、設計を行なう。 As shown in FIG. 6A, inductances La, Lb, and Lc used as current-limiting impedances for the filaments constituting the preheating circuit must be arranged close to each other in order to reduce the size. In this case, since the magnetic flux generated when a current flows through each inductor affects the other inductors, the design becomes complicated. When an inner iron type inductor (drum choke) is used, the effect is remarkable. However, it is not easy to quantify the influence of leakage magnetic flux through space and incorporate it into the design of constants. Therefore, as shown in FIG. 6B, a plurality of inductors are wound around the same core for designing.

前記フィラメント予熱回路の各フィラメントの抵抗値をＲａ、Ｒｂ及びＲｃとして、各々のフィラメントに接続された複数のインダクタのインダクタンス値をＬａ、Ｌｂ及びＬｃとした時に、Ｌａ＝Ｌｃ、Ｒａ＝Ｒｃ＝Ｒｂ／２という関係になることから、各フィラメントに流れる電流Ｉｆａ、Ｉｆｂ及びＩｆｃの値を、Ｉｆａ＝Ｉｆｂ＝Ｉｆｃという条件とするためには、フィラメント予熱回路の複数のインダクタのインダクタンス値をＬａ’、Ｌｂ’及びＬｃ’とした時に、巻数をＮａ、Ｎｂ及びＮｃとすると、Ｎａ＝Ｎｃ、Ｌａ：Ｌｂ＝Ｎａ：Ｎｂ、Ｌａ’＝Ｌａ²／（２Ｌａ＋Ｌｂ）、Ｌｂ’＝（Ｎｂ／Ｎａ）²・Ｌａ’、Ｌｃ’＝（Ｎｃ／Ｎａ）²・Ｌａ’となる。つまり、インダクタのインダクタンス値Ｌａ、Ｌｂより、同一のコアに巻く際の巻数比が決まり、上式の関係のＬａ’，Ｌｂ’となるように巻数を調整することとなる。図６（ｂ）のように、インダクタを１個のボビンに巻いて、１個のコア上に構成すると、図６（ａ）のように、予熱回路の各インダクタＬａ，Ｌｂ，Ｌｃを個別に構成する場合に比べて小型化が可能となる。 When the resistance values of the filaments of the filament preheating circuit are Ra, Rb, and Rc, and the inductance values of a plurality of inductors connected to the filaments are La, Lb, and Lc, La = Lc, Ra = Rc = Rb Therefore, in order to set the values of the currents Ifa, Ifb and Ifc flowing in each filament to the condition Ifa = Ifb = Ifc, the inductance values of a plurality of inductors of the filament preheating circuit are set to La ′, Assuming that the number of turns is Na, Nb and Nc when Lb ′ and Lc ′, Na = Nc, La: Lb = Na: Nb, La ′ = La ² / (2La + Lb), Lb ′ = (Nb / Na) ² La ′ and Lc ′ = (Nc / Na) ² · La ′ That is, the winding ratio when winding on the same core is determined from the inductance values La and Lb of the inductor, and the number of turns is adjusted so as to be La ′ and Lb ′ in the relationship of the above formula. When the inductor is wound around one bobbin as shown in FIG. 6B and configured on one core, each inductor La, Lb, Lc of the preheating circuit is individually set as shown in FIG. 6A. The size can be reduced as compared with the configuration.

本発明はオフィスや一般家庭用の照明器具に利用できる。 The present invention can be used for lighting equipment for offices and general homes.

本発明に係る放電灯点灯装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a discharge lamp lighting device according to the present invention. 従来例１の放電灯点灯装置の回路図である。It is a circuit diagram of the discharge lamp lighting device of Conventional Example 1. 従来例２の放電灯点灯装置の回路図である。It is a circuit diagram of the discharge lamp lighting device of Conventional Example 2. インバータ回路の出力端に得られる高周波電圧を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the high frequency voltage obtained at the output terminal of an inverter circuit. ランプ電流およびフィラメント電流と、発振周波数との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between a lamp current and a filament current, and an oscillation frequency. フィラメント予熱回路のインダクタを一体化する場合の回路図である。It is a circuit diagram in the case of integrating the inductor of a filament preheating circuit.

Explanation of symbols

１交流電源
２整流回路
３平滑インダクタ
４平滑コンデンサ
５放電灯
６制御回路
７ａ、７ｂ予熱回路
Ｆ１、Ｆ２フィラメント
Ｑ１、Ｑ２スイッチング素子
Ｄ１、Ｄ２ダイオード
Ｌ１限流用インダクタ
Ｃ１共振用コンデンサ
Ｔｒフィラメントトランス
Ｔａ、Ｔｂフィラメントトランスの二次側巻線
Ｌａ、Ｌｂ予熱回路のインダクタ
Ｃａ、Ｃｂ予熱回路のコンデンサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Rectification circuit 3 Smoothing inductor 4 Smoothing capacitor 5 Discharge lamp 6 Control circuit 7a, 7b Preheating circuit F1, F2 Filament Q1, Q2 Switching element D1, D2 Diode L1 Current limiting inductor C1 Resonance capacitor Tr Filament transformer Ta, Tb Secondary winding of filament transformer La, Lb Inductor of preheating circuit Ca, Cb Capacitor of preheating circuit

Claims

Generated under resonance conditions by a high frequency power supply, a discharge lamp to which an output voltage of the high frequency power supply is supplied, a first inductor connected in series to the discharge lamp, and a first capacitor connected in parallel to the discharge lamp In a discharge lamp lighting device comprising a high voltage generator for applying a high voltage between the filaments of the discharge lamp, a transformer connected to the output end of the high frequency power supply is provided, and a secondary winding of the transformer And a filament preheating circuit comprising a second inductor and a second capacitor connected between the filaments of the discharge lamp.

A low voltage is supplied from the secondary side of the transformer to the filament preheating circuit, and a filament current flowing in the filament preheating circuit is set to a phase that is advanced with respect to the secondary side voltage of the transformer. The discharge lamp lighting device according to claim 1.

The discharge lamp lighting device according to claim 1 or 2, wherein a plurality of inductors connected to each filament are integrally formed as a current limiting impedance of the filament preheating circuit.

4. The discharge lamp lighting device according to claim 3, wherein the number of turns of the plurality of integrally formed inductors is set so as to obtain a desired inductance value including a voltage induced from each winding.

The discharge lamp lighting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the discharge lamp is a thin tube having an outer shape of 25.5 mm or less.