JP2005222910A - Discharge lamp lighting device and lighting fixture - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はフィルムコンデンサを用いた放電灯点灯装置及び照明器具に関するものである。 The present invention relates to a discharge lamp lighting device and a lighting fixture using a film capacitor.
従来のインバータ装置においても、特公平7−75464号公報に開示されているように、電気機器の電源平滑部に使用されるコンデンサはリップルによる発熱や温度上昇により寿命が短くなるため、電解コンデンサの代替としてPET(ポリエチレンテレフタレート)を用いたフィルムコンデンサが使用されてきた。しかしながら、ポリエチレンテレフタレートフィルムを用いたコンデンサは、初期の絶縁破壊に対してはセルフヒーリングにより欠陥部が除去されるが、コンデンサの寿命末期時には絶縁破壊等による発熱によってフィルムの溶融や短絡により容量を失う可能性が高く、装置の寿命を短縮する恐れがある。特に、インバータ式の放電灯点灯装置においては、使用時間も長く、さまざまな用途で使用されるため、長寿命化のための設計上の配慮が必要である。
この問題を解決するために、寿命末期の発熱でフィルムが大きく収縮するPP(ポリプロピレン)フィルムを用いることが考えられる。PP(ポリプロピレン)フィルムコンデンサは105℃〜125℃を越える温度で収縮率が大きくなるため、コンデンサもしくはコンデンサフィルムの絶縁破壊による発熱があった場合、フィルムが収縮し、回路が開かれ、コンデンサが短絡に至ることを防止できる。 In order to solve this problem, it is conceivable to use a PP (polypropylene) film in which the film shrinks greatly due to heat generation at the end of the life. PP (polypropylene) film capacitors have high shrinkage at temperatures exceeding 105 ° C to 125 ° C, so if there is heat generation due to dielectric breakdown of the capacitor or capacitor film, the film shrinks, the circuit is opened, and the capacitor is short-circuited. Can be prevented.
しかしながら、ポリプロピレンフィルムコンデンサを使用した場合、フィルムの誘電率が低いため、コンデンサ形状が大きくなり、電解コンデンサ以上の形状になってしまいがちであるが、近年、4μm以下の厚みの薄いフィルムが開発され、これらを用いることにより、この問題を解決することが出来る。 However, when a polypropylene film capacitor is used, since the dielectric constant of the film is low, the shape of the capacitor tends to be large, resulting in a shape larger than that of an electrolytic capacitor. Recently, a thin film having a thickness of 4 μm or less has been developed. By using these, this problem can be solved.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、回路に使用される電解コンデンサまたはポリエチレンテレフタレートフィルムコンデンサを、厚みの薄い約4μm以下のフィルムを使用したポリプロピレンフィルムコンデンサに置き換えることにより、リップルによる温度上昇や使用温度による寿命の劣化も低減でき、コンデンサ自体の自己温度上昇を低減でき、長寿命で信頼性の高い安全で、小型の放電灯点灯装置および照明器具を供給することを課題とする。 The present invention has been made in view of such a point, and by replacing an electrolytic capacitor or a polyethylene terephthalate film capacitor used in a circuit with a polypropylene film capacitor using a thin film having a thickness of about 4 μm or less, a ripple is obtained. It is possible to reduce the rise in temperature due to the temperature and deterioration of the lifetime due to the operating temperature, to reduce the self-temperature rise of the capacitor itself, to provide a long-life, reliable and safe, compact discharge lamp lighting device and lighting fixture To do.
本発明にあっては、上記の課題を解決するために、商用または直流電源を入力し、前記電源を高周波に変換し、放電灯を高周波点灯させる放電灯点灯装置において、コンデンサとしてフィルムの厚みが約4μm以下のポリプロピレンフィルムを使用したフィルムコンデンサを備え、前記フィルムコンデンサのフィルムに印加される電界が約85V/μm以上であることを特徴とするものである。 In the present invention, in order to solve the above-described problems, in a discharge lamp lighting device for inputting commercial or DC power, converting the power to high frequency, and lighting the discharge lamp at high frequency, the film has a thickness as a capacitor. A film capacitor using a polypropylene film of about 4 μm or less is provided, and an electric field applied to the film of the film capacitor is about 85 V / μm or more.
本発明によれば、放電灯点灯装置に使用される電解コンデンサまたはポリエチレンテレフタレートコンデンサを厚みの薄い4μm以下のフィルムを使用したポリプロピレンフィルムコンデンサに置き換えることによりリップルによる温度上昇や使用温度による寿命の劣化も低減でき、コンデンサ自体の自己温度上昇も低減でき、長寿命で信頼性の高い安全で、小型の放電灯点灯装置および照明器具を供給することができる。 According to the present invention, the electrolytic capacitor or polyethylene terephthalate capacitor used in the discharge lamp lighting device is replaced with a polypropylene film capacitor using a thin film having a thickness of 4 μm or less, so that the temperature rise due to the ripple and the life deterioration due to the use temperature can be reduced. It is possible to reduce the self-temperature rise of the capacitor itself, and it is possible to supply a small discharge lamp lighting device and lighting fixture that are long-life, reliable and safe.
(実施の形態1)
図1に本発明の実施の形態1にかかる放電灯点灯装置の主回路図を示す。商用電源ACには整流用のダイオードブリッジDBの交流入力端子が接続されている。整流用のダイオードブリッジDBの交流入力端子側にはフィルター用のコンデンサC1が接続されている。このコンデンサC1はフィルムコンデンサである。整流用のダイオードブリッジDBの直流出力端子側にもフィルター用のコンデンサC2が接続されている。このコンデンサC2もフィルムコンデンサである。整流用のダイオードブリッジDBの直流出力端子の正極にはチョッパ用のインダクタL1の一端が接続されている。チョッパ用のインダクタL1の他端はチョッパ用のスイッチング素子S3の一端(ドレイン側)に接続されると共に、ダイオードD1のアノード側に接続されている。チョッパ用のスイッチング素子S3の他端(ソース側)は整流用のダイオードブリッジDBの直流出力端子の負極側(接地端)に接続されている。ダイオードD1のカソード側には、平滑用の電解コンデンサCeとコンデンサC3の各一端に接続されている。平滑用の電解コンデンサCeとコンデンサC3の各他端は接地されている。コンデンサC3は電解コンデンサCeに流れる高周波のリップル成分をバイパスするコンデンサであり、フィルムコンデンサが用いられる。電解コンデンサCeの両端には、スイッチング素子S1,S2の直列回路が接続されている。スイッチング素子S2の両端には、直流カット用のコンデンサC4、限流及び共振用のインダクタL2を介して放電灯FLの両極のフィラメントの各一端が接続されている。放電灯FLの両極のフィラメントの他端(非電源側端子間)には共振用のコンデンサC5が並列接続されている。直流カット用のコンデンサC4と共振用のコンデンサC5はいずれもフィルムコンデンサで構成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a main circuit diagram of a discharge lamp lighting device according to
スイッチング素子S1,S2はインバータ制御部7により交互にオン・オフ駆動される。スイッチング素子S3は商用周波数よりも十分に高い周波数でスイッチングされる。スイッチング素子S3が高周波でスイッチングされることにより、電解コンデンサCeの両端には平滑な直流電圧が得られる。スイッチング素子S1,S2が交互にオン・オフ駆動されることで、電解コンデンサCeの直流電圧は高周波電圧に変換され、直流カット用コンデンサC4を経てインダクタL2とコンデンサC5の共振回路を高周波で共振させ、その共振電圧により放電灯FLを点灯させる。なお、図1の回路では、電解コンデンサCe以外のコンデンサC1〜C5はフィルムコンデンサで構成できるが、いずれか1つ以上のコンデンサがフィルムコンデンサであれば本発明を適用できることは言うまでも無い。
The switching elements S1 and S2 are alternately turned on and off by the
表1は従来例について、図1の回路に用いられるフィルムコンデンサC1〜C5の定格電圧と、誘電体として使用されるフィルムの種別、フィルムの厚み(μm)、フィルムに印加される電界(フィルムの単位厚みに加わる電位)を示したものであり、表2は比較例として、表1の従来例を同じ厚みのポリプロピレンフィルムコンデンサに置き換えた場合の体積比を示したものである。ポリプロピレンフィルムの誘電率εPPは一般的にεPP=2.1、またポリエチレンテレフタレートフィルムの誘電率εPETは一般的にεPET=3.1であるため、誘電率の比3.1/2.1、約1.5倍の体積比となる。 Table 1 shows the rated voltage of the film capacitors C1 to C5 used in the circuit of FIG. 1, the type of film used as a dielectric, the thickness of the film (μm), the electric field applied to the film (film The potential applied to the unit thickness) is shown, and Table 2 shows the volume ratio when the conventional example of Table 1 is replaced with a polypropylene film capacitor having the same thickness as a comparative example. The dielectric constant εPP of the polypropylene film is generally εPP = 2.1, and the dielectric constant εPET of the polyethylene terephthalate film is generally εPET = 3.1, so that the dielectric constant ratio is 3.1 / 2.1, about The volume ratio is 1.5 times.
表3は本発明の実施例であり、表1の従来例を4μ以下のポリプロピレンフィルムコンデンサに置き換えた場合の体積比を示したものである。ポリプロピレンフィルムの厚みを4μ以下にすることで、ポリエチレンテレフタレートフィルムコンデンサを用いる従来例(表1)に対して1.1倍以下の体積比で収めることが出来る。 Table 3 shows examples of the present invention, and shows the volume ratio when the conventional example in Table 1 is replaced with a polypropylene film capacitor of 4 μm or less. By setting the thickness of the polypropylene film to 4 μm or less, it can be contained in a volume ratio of 1.1 times or less with respect to the conventional example (Table 1) using the polyethylene terephthalate film capacitor.
本実施例では、4μ〜3.5μのポリプロピレンフィルムを使用したが、これらを更に薄いフィルムを使用することで、従来のポリエチレンテレフタレートフィルムコンデンサより小さいポリプロピレンフィルムコンデンサを使用でき、放電灯点灯装置も小型化でき、かつ、長寿命なものとなる。また、損失もポリエチレンテレフタレートフィルムコンデンサの約1/10であり、発熱の少ない放電灯点灯装置を実現できる。 In this example, 4 μ to 3.5 μ polypropylene films were used, but by using these thinner films, polypropylene film capacitors smaller than conventional polyethylene terephthalate film capacitors can be used, and the discharge lamp lighting device is also small. And a long life. Further, the loss is about 1/10 of that of a polyethylene terephthalate film capacitor, and a discharge lamp lighting device with less heat generation can be realized.
(実施の形態2)
図2及び図3にフィルムコンデンサの構造例を示す。図2(a)は外観を示す斜視図、図2(b)は内部構造を示す斜視図である。また、図3は内部構造を示す断面図である。フィルムコンデンサ1は2枚のメタライズドフィルムを巻回した後、メタリコン5を吹き付けて電極を形成し、リード線2を付けることで構成されている。使用されているフィルム3はポリプロピレンで、熱収縮性が大きい。メタリコン5からフィルム3の蒸着金属4を通じて相反する蒸着金属4との間で、誘電体フィルム3を介してコンデンサを形成する。コンデンサの抵抗成分はリード線2とメタリコン5、メタリコン5とフィルム3、蒸着金属4の抵抗でほぼ構成され、代用特性としてtanδで表現される。
(Embodiment 2)
2 and 3 show examples of the structure of the film capacitor. 2A is a perspective view showing an external appearance, and FIG. 2B is a perspective view showing an internal structure. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the internal structure. The
図4(a)はフィルム3上の蒸着金属4を示す図であり、図中の上方が電極側となっている。実施の形態1で述べたような高い電界がフィルムに印加されて、コンデンサの絶縁破壊が起きたときに、セルフヒーリングにより修復がなされればよいが、セルフヒーリングが起こりにくい場合、図4(b)に示すように、電極側に近い蒸着金属が飛散してしまうことになる。この現象で、tanδの上昇による発熱やコンデンサ容量の減少が起こりやすくなる。
FIG. 4A is a view showing the
このような課題を解決するために図5(a)のようなスリット部6の付いた蒸着フィルムを使用する。一般的にこのようなスリット部6の付いた蒸着フィルムを使用したコンデンサは、保安機構付きコンデンサと呼ばれており、蒸着金属が片側(図中の上側)の電極部でつながるが、小さいセルで成り立ち、ちょうどコンデンサを並列に接続したように形成される。このような形状を採ることにより、図5(b)の黒丸で示すように絶縁破壊が生じても、その絶縁破壊部のあるセルのみが破線で示すように切り離されるので、著しい容量減退や耐電圧の低下を防ぐことが出来る。この保安機構付きフィルムは片面でも、両面でもよい。また、蒸着金属は一般的にはアルミニウムが多いが、Znでも良いし、アロイでも良い。
In order to solve such a problem, a vapor deposition film having a
また、フィルムについては、従来のコンデンサのフル定格での最高使用温度は85℃であったが、東レ株式会社らの特開平10−156939号公報に開示されているように、高温での熱収縮を抑え、従来よりも最高使用温度を向上させることが可能な高耐熱ポリプロピレンフィルムやこれを用いたコンデンサが提案されており、また、特開平10−119126号公報には最高使用温度を20℃向上させることが可能なポリプロピレンフィルム、特開平5−217799号公報にはメタライズドコンデンサとして提案されている。このような高耐熱ポリプロピレンフィルムを使用することにより、コンデンサの使用温度を上昇させることが出来るばかりでなく、絶縁破壊を少なくし、耐電圧の低下を防ぐことが出来る。 As for the film, the maximum operating temperature at the full rating of the conventional capacitor was 85 ° C. However, as disclosed in JP-A-10-156939 by Toray Industries, Inc. A heat-resistant polypropylene film and a capacitor using the same that can improve the maximum operating temperature compared to the prior art have been proposed, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-119126 improved the maximum operating temperature by 20 ° C. A polypropylene film which can be made, and proposed as a metallized capacitor in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-217799. By using such a high heat-resistant polypropylene film, not only the operating temperature of the capacitor can be raised, but also dielectric breakdown can be reduced and the withstand voltage can be prevented from lowering.
(実施の形態3)
本実施の形態では、図1の回路に用いられるコンデンサC1〜C5のほか、さらに、平滑用のコンデンサCeをポリプロピレンフィルムコンデンサに置き換えるものであり、フィルムコンデンサの容量を電解コンデンサ相当容量の約1/2以下とするものである。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, in addition to the capacitors C1 to C5 used in the circuit of FIG. 1, the smoothing capacitor Ce is replaced with a polypropylene film capacitor. 2 or less.
特公平7−75464号公報の第4図に示されるようにフィルムコンデンサの寿命は、電解コンデンサの寿命に比べて明らかに長いものとなる。一般的にアルミ電解コンデンサは周囲温度が10℃上昇することで寿命が半分になる「アレニウスの法則」が採用され、コンデンサの容量が半減しても放電灯点灯装置や機器が動作するよう設計されることが多い。表4はフィルムコンデンサと電解コンデンサの容量許容差と寿命について示したものである。 As shown in FIG. 4 of Japanese Patent Publication No. 7-75464, the life of the film capacitor is clearly longer than that of the electrolytic capacitor. In general, aluminum electrolytic capacitors employ the “Arrhenius Law”, which reduces the life by half when the ambient temperature rises by 10 ° C, and are designed to operate discharge lamp lighting devices and equipment even when the capacitor capacity is halved. Often. Table 4 shows the capacity tolerance and life of the film capacitor and the electrolytic capacitor.
この表より、電解コンデンサは容量許容差が大きく、かつ寿命時の容量抜けが大きいため、コンデンサの容量自体を大きく設計する必要がある。また、形状も円形であるため、近年の薄型実装には適さないという問題もある。 From this table, the electrolytic capacitor has a large capacity tolerance and a large capacity loss at the end of its life, so it is necessary to design the capacitor itself to be large. Moreover, since the shape is also circular, there is a problem that it is not suitable for thin mounting in recent years.
この問題に対しても、実施の形態1または2のフィルムコンデンサC1〜C5を使用した放電灯点灯装置において、図1の平滑用のコンデンサCeをポリプロピレンフィルムコンデンサに置き換えることにより、安全でかつ形状が薄型実装に適した長寿命の放電灯点灯装置を提供できる。 Also for this problem, in the discharge lamp lighting device using the film capacitors C1 to C5 of the first or second embodiment, the smoothing capacitor Ce in FIG. A long-life discharge lamp lighting device suitable for thin mounting can be provided.
(実施の形態4)
本実施の形態では、コンデンサを放電灯点灯装置の基板に実装する前に樹脂材料による外装を施すものであり、フィルムコンデンサをPBT、LCPもしくはPPSのケースに挿入するか、あるいは、エポキシ系の粉体材料で外装することを特徴とする。
(Embodiment 4)
In this embodiment, the capacitor is coated with a resin material before being mounted on the substrate of the discharge lamp lighting device, and the film capacitor is inserted into a case of PBT, LCP or PPS, or an epoxy powder. It is characterized by being covered with a body material.
図6の例では、コンデンサ素子1をPBT(ポリブチレンテレフタレート)あるいはPPS(ポリフェニレンサルファイド)の樹脂ケース8に挿入するものである。また、近年、高耐熱用途で使用されるLCP(液晶性ポリマー)を使用してもよい。図7の例では、比較的小型のコンデンサ1を放電灯点灯装置の基板に実装する前にエポキシ系の粉体樹脂9で外装したものである。
In the example of FIG. 6, the
実施の形態1〜4の放電灯点灯装置は、オフィスや一般家庭の照明器具に内蔵して信頼性の高い照明器具として利用できる。また、このような照明器具を複数組み合わせて信頼性の高い照明システムを構築することができる。
The discharge lamp lighting device of
1 フィルムコンデンサ
2 リード線
3 誘電体フィルム
4 金属蒸着膜
5 メタリコン
6 スリット
7 インバータ制御部
DESCRIPTION OF
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