JP2006280123A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ランプ点灯用のインバータ装置に関し、ランプ交換によっても、交流電源側のスイッチ操作を不要とする。
【解決手段】 全波整流回路ＲＣ１からの全波整流電圧を、起動抵抗Ｒ１を介して印加するコンデンサＣ２と、全波整流電圧を印加する直列接続の第１、第２のトランジスタＱ１，Ｑ２と、全波整流電圧を印加する直列接続の第１，第２のコンデンサＣ３，Ｃ４と、これらの第１，第２のコンデンサＣ３，Ｃ４の接続点と第１、第２のトランジスタＱ１，Ｑ２の接続点との間に一次巻線とコイルＬ２−２とを直列に接続した出力トランスＴ１と可飽和トランスと、起動抵抗Ｒ１を介して全波整流電圧により充電するコンデンサＣ２の端子電圧を、第２のトランジスタＱ２のベースの印加する為のトリガダイオードＳＢＳ１とを含む構成に於いて、トリガダイオードＳＢＳ１と直列にツェナーダイオードＺＤを接続した構成を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ランプ点灯用の高周波電圧を出力するインバータ装置に関する。

蛍光灯、ハロゲンランプ、白熱ランプ等のランプの点灯用電源として、高周波電圧を出力するインバータ装置を適用することが多い。そのインバータ装置としては、例えば、図４に示す構成が知られている。同図に於いて、Ｆ１はヒューズ、Ｃ１〜Ｃ４はコンデンサ、Ｑ１，Ｑ２はトランジスタ、Ｔ１は出力トランス、Ｌ１はチョークコイル、Ｌ２−１〜Ｌ２−３は可飽和トランスのコイル、Ｒ１〜Ｒ３は抵抗、ＲＣ１は全波整流回路、Ｄ１はダイオード、ＳＢＳ１はトリガダイオード、ＡＣは入力交流電圧、ＯＵＴは出力電圧を示し、交流電源側のスイッチ及び負荷としてのランプは図示を省略している。

全波整流回路ＲＣ１は、コンデンサＣ１とチョークコイルＬ１とによるノイズ除去用のフィルタを介して入力される交流電圧を全波整流して、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２との直列回路と、トランジスタＱ１，Ｑ２の直列回路と、コンデンサＣ３、Ｃ４の直列回路に印加する。又抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２との接続点とトランジスタＱ２のベースとの間にトリガダイオードＳＢＳ１を接続すると共に、そのベースとエミッタとの間に抵抗Ｒ３と可飽和トランスのコイルＬ２−３を接続する。又抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２との接続点と、トランジスタＱ１のエミッタとトランジスタＱ２のコレクタとの接続点との間にダイオードＤ１を接続し、又トランジスタＱ１のベースとエミッタとの間に抵抗Ｒ２と可飽和トランスのコイルＬ２−２を接続する。又トランジスタＱ１とエミッタとトランジスタＱ２のコレクタとの接続点と、コンデンサＣ３，Ｃ４の接続点との間に、可飽和トランスのコイルＬ２−１と出力トランスＴ１の一次巻線とを接続し、出力トランスＴ１の二次巻線にランプ（図示を省略）を接続する。

交流電源側のスイッチ（図示を省略）をオンとすると、コンデンサＣ１とチョークコイルＬ１とによるフィルタを介して交流電圧ＡＣが全波整流回路ＲＣ１に入力されて全波整流される。起動初期状態に於いては、トランジスタＱ１，Ｑ２とトリガダイオードＳＢＳ１とはオフ状態である。又可飽和トランスのコイルＬ２−１を一次巻線とすると、コイルＬ２−２，Ｌ２−３は二次巻線に相当するもので、コイルＬ２−１に所定値以上の電流が流れることにより、鉄心が磁気飽和するから、コイルＬ２−２，Ｌ２−３のインピーダンスは略抵抗成分のみの小さい値となる。

又トリガダイオードＳＢＳ１は、トリガ電圧以上の電圧が印加されるとオン状態となる２端子回路素子であり、トリガ素子と称する場合もある。そのトリガダイオードＳＢＳ１の等価回路は、例えば、図５の（Ａ）に示すもので、Ｑ３〜Ｑ６はトランジスタ、Ｄ２，Ｄ３はダイオード、ｔ１、ｔ２は端子である。図４に於けるトリガダイオードＳＢＳ１の場合、例えば、端子ｔ１をコンデンサＣ２に、端子ｔ２をトランジスタＱ２のベースにそれぞれ接続する。又端子ｔ１、ｔ２間にそれぞれ逆極性に接続したダイオードＤ２、Ｄ３は、ツェナーダイオードとして、端子ｔ１、ｔ２間に過大な電圧が印加された時にオンとなって、トランジスタＱ３〜Ｑ６を保護する構成とすることができる。又トランジスタＱ３，Ｑ６のベースが共通に接続されているが、この接続点を外部に引き出して、トリガダイオードＳＢＳ１のオン、オフ制御端子とすることも可能である。

又図５の（Ｂ）は、トリガダイオードＳＢＳ１の特性を示すもので、横軸は印加電圧Ｖ、縦軸は電流Ｉ、又＋Ｖｔ，−Ｖｔはトリガ電圧を示す。初期時に、トリガ電圧＋Ｖｔ，−Ｖｔ以下の電圧を端子ｔ１、ｔ２間に印加している状態では、トランジスタＱ３〜Ｑ６はオフ状態を継続する。従って、印加電圧極性に対応した極性の漏洩電流程度の微小電流が流れるだけとなる。又端子ｔ１側を＋極性としたトリガ電圧以上の電圧を端子ｔ１、ｔ２間に印加すると、トランジスタＱ３，Ｑ４がオンとなり、トランジスタＱ３のベース電流をトランジスタＱ４により供給するから、その後、トリガ電圧以下の電圧が端子ｔ１、ｔ２間に印加される状態でも、オン状態を継続する。その場合、オン状態を継続する為の保持電流以下の電流しか流れないような０Ｖ等の低い電圧が印加されると、オフ状態に戻り、次にトリガ電圧以上の電圧を印加すると、再びオン状態となる。又端子ｔ２側を＋極性としたトリガ電圧以上の電圧を端子ｔ１、ｔ２間に印加すると、トランジスタＱ５，Ｑ６がオンとなり、トリガダイオードとしてはオン状態となる。なお、トランジスタＱ３，Ｑ４はオフ状態を継続する。又トリガ電圧は、数Ｖ〜数１０Ｖ程度、保持電流は、数ｍＡ以下程度の各種の特性が知られている。

従って、交流電源側のスイッチをオンとした起動初期に於いては、トリガダイオードＳＢＳ１及びトランジスタＱ１，Ｑ２はオフ状態であり、コンデンサＣ２の端子電圧は、抵抗Ｒ１を介して充電され、その端子電圧がトリガダイオードＳＢＳ１のトリガ電圧を超えると、トリガダイオードＳＢＳ１はオン状態となる。それにより、コンデンサＣ２の端子電圧がトランジスタＱ２のベースに印加されて、トランジスタＱ２はオンとなる。この時、可飽和トランスは非飽和状態であるから、コイルＬ２−２，ｌ２−３は高インピーダンス状態である。

トランジスタＱ２がオンとなると、コンデンサＣ３→出力トランスＴ１の一次巻線→可飽和トランスのコイルＬ２−１→トランジスタＱ２の経路で電流が流れ、この電流は、出力トランスＴ１の二次巻線に接続したランプ（図示を省略）に供給する電力に対応したものとなる。この電流が上昇することにより可飽和トランスは飽和状態となり、コイルＬ２−２，Ｌ２−３は低インピーダンス状態となる。それにより、トランジスタＱ２のベース電流は、抵抗Ｒ３とコイルＬ２−３とを介してバイパスされ、オフ状態となる。又トランジスタＱ１のベースに、低インピーダンスのコイルＬ２−２と抵抗Ｒ２とを介して，コンデンサＣ２の端子電圧が印加されて、トランジスタＱ１はオンとなる。それにより、このトランジスタＱ１→可飽和トランスのコイルＬ２−１→コンデンサＣ４の経路で電流が流れる。従って、可飽和リアクトルのコイルＬ２−１と出力トランスＴ１の一次巻線に流れる電流は反転する。この電流の反転過程に於いて可飽和トランスは、非飽和状態となるから、トランジスタＱ１はオフ、トランジスタＱ２はオンとある。従って、トランジスタＱ１，Ｑ２は交互にオン、オフを繰り返す発振状態となり、出力トランスＴ１の二次巻線から高周波電圧を出力することができる。

出力トランスＴ１の二次側に接続したランプは、取替えを行うことがある。その場合に、交流電源側の図示を省略したスイッチをオンの状態でランプを取り外すと、負荷電流が流れなくなるので、可飽和トランスのコイルＬ２−１に流れる電流は出力トランスＴ１の励磁電流程度となり、可飽和トランスは非飽和状態を継続し、自励発振は停止する。又コンデンサＣ２の充電電圧は全波整流電圧に対応して変化するが、０Ｖとなることはなく、トリガダイオードＳＢＳ１の保持電流程度の電流が抵抗Ｒ３とコイルＬ２−３とを介して流れるから、トリガダイオードＳＢＳ１はオン状態を継続する。

この状態で、新しいランプを取り付けると、自励発振は停止しているから、そのランプには高周波電圧は印加されない。即ち、点灯しない。その場合に、交流電源側のスイッチをオフとして、一旦トリガダイオードＳＢＳ１をオフ状態とした後、交流電源側のスイッチをオンとすると、前述のように、トリガダイオードＳＢＳ１をオン状態とすることによって自励発振を開始させ、ランプを点灯することができる。

このような交流電源側のスイッチのオフ、オンの操作を必要としないように、トリガ電圧が低いトリガダイオードＳＢＳ１を用いると共に、このトリガダイオードＳＢＳ１に電圧を印加する為のコンデンサに、整流用のダイオードを介して交流電圧を印加する構成として、コンデンサＣ３，Ｃ４による平滑化された電圧ではなく、全波整流した波形に従った電圧が印加されるように構成し、そのコンデンサの充電電圧が交流電圧の周期に従って変動することにより、周期的にトリガダイオードＳＢＳ１のオン維持電流以下となるようにして、トリガダイオードが周期的にオン、オフの状態を繰り返すようにし、ランプ交換によっても、自励発振を継続させることにより、ランプ交換時の交流電源側のスイッチのオン、オフの操作を省略できるように構成したインバータ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

又交流電源の電圧を直列接続のコンデンサに印加し、そのコンデンサ同士の接続点に、トリガダイオードＳＢＳ１を接続し、且つそれぞれのコンデンサに抵抗を並列に接続し、交流電圧の周期に従ってトリガダイオードＳＢＳ１のオン、オフの状態を繰り返す構成として、ランプ交換時に、交流電源側のスイッチ操作を省略できるようにしたインバータ装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平８−２６４２８３号公報 特開平９−２２４３８０号公報

ランプ点灯用のインバータ装置は、ランプ対応に設ける構成であり、店舗や事務所等に於いては、多数のランプを交流電源側の１個のスイッチにより点灯する構成が一般的である。従って、図４に示す従来のインバータ装置を用いる場合、１個のランプを交換する度に、全部のランプを一旦消灯する必要があった。そこで、前述の特許文献１，２に示すように、ランプ交換によってもインバータ装置が再起動状態となり、全部のランプが消灯するような状態を回避できることになる。しかし、前述の特許文献１に於いては、交流電圧を全波整流する為の高耐圧の２個のダイオードを追加する必要があり、コストアップとなる問題がある。又前述の特許文献２に於いては、交流電圧を直接的に印加する為の高耐圧の２個のコンデンサ及び２個の抵抗を追加する必要があり、且つ交流電圧がトリガダイオード側に印加されるから、安全性を確保する構成が必要となるから、コストアップとなる問題がある。

本発明は、簡単な構成により、コストダウンを図り、ランプ交換時の交流電源側のスイッチ操作を省略可能とすることを目的とする。

本発明のインバータ装置は、全波整流回路からの全波整流電圧を、起動抵抗を介して印加するコンデンサと、前記全波整流電圧を印加する直列接続の第１、第２のトランジスタと、前記全波整流電圧を印加する直列接続の第１、第２のコンデンサと、該第１、第２のコンデンサの接続点と前記第１、第２のトランジスタの接続点との間に一次巻線とコイルとを直列に接続した出力トランスと可飽和トランスと、前記起動抵抗を介して前記全波整流電圧により充電する前記コンデンサの端子電圧を前記第２のトランジスタのベースの印加する為のトリガダイオードとを含む構成のインバータ装置に於いて、前記トリガダイオードと直列にツェナーダイオードを接続した構成を有するものである。

又トリガダイオードは、前記全波整流電圧により前記起動抵抗を介して充電される前記コンデンサの端子電圧が、周期的に低下する所定の電圧のツェナー電圧を有するものである。

トリガダイオードは、トリガ電圧を超える電圧が印加されることによりオン状態となり、その後は、保持電流が流れる状態であれば、低電圧が印加されていてもオン状態を継続する。それにより、出力トランスの二次巻線に接続したランプを取り外すと、自励発振が停止するが、ツェナーダイオードをトリガダイオードと直列に接続することにより、起動抵抗を介して充電されるコンデンサの端子電圧が周期的に低下した時に、ツェナー電圧以下となるから、ツェナーダイオードがオフとなり、それによりトリガダイオードもオフ状態となり、再びコンデンサの端子電圧がツェナー電圧を超えると、ツェナーダイオードがオンとなり、トリガダイオードもオン状態となる。従って、発振状態が継続していることになり、新しいランプを取り付けると、自励発振を開始して、交流電源側のスイッチを操作することなく、ランプを点灯することができる。

本発明のインバータ装置は、図１を参照すると、全波整流回路ＲＣ１からの全波整流電圧を、起動抵抗Ｒ１を介して印加するコンデンサＣ２と、全波整流電圧を印加する直列接続の第１、第２のトランジスタＱ１，Ｑ２と、全波整流電圧を印加する直列接続の第１，第２のコンデンサＣ３，Ｃ４と、これらの第１，第２のコンデンサＣ３，Ｃ４の接続点と第１、第２のトランジスタＱ１，Ｑ２の接続点との間に一次巻線とコイルＬ２−２とを直列に接続した出力トランスＴ１と可飽和トランスと、起動抵抗Ｒ１を介して全波整流電圧により充電するコンデンサＣ２の端子電圧を、第２のトランジスタＱ２のベースの印加する為のトリガダイオードＳＢＳ１とを含む構成に於いて、トリガダイオードＳＢＳ１と直列にツェナーダイオードＺＤを接続した構成を有するものである。

図１は、本発明の実施例１の説明図であり、同図に於いて、Ｆ１はヒューズ、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、Ｃ３，Ｃ４は第１，第２のコンデンサ、Ｑ１，Ｑ２は第１，第２のトランジスタ、Ｔ１は出力トランス、Ｌ１はチョークコイル、Ｌ２−１〜Ｌ２−３は可飽和トランスのコイル、Ｒ１は起動抵抗、Ｒ２，Ｒ３は抵抗、ＲＣ１は全波整流回路、Ｄ１はダイオード、ＺＤはツェナーダイオード、ＳＢＳ１はトリガダイオード、ＡＣは入力交流電圧、ＯＵＴは出力電圧を示し、Ｖ１は全波整流電圧、Ｖ２はコンデンサＣ２の端子電圧、Ｖ３は第２のトランジスタＱ２のコレクタ・エミッタ間の電圧を示す。即ち、図４に示す従来例の構成に対して、ツェナーダイオードＺＤを、トリガダイオードＳＢＳ１に対して直列に接続する。なお、交流電源側のスイッチ及び出力トランスＴ１の二次巻線に接続するランプは、図示を省略している。

ツェナーダイオードＺＤとトリガダイオードＳＢＳ１とによる特性は、例えば、図５の（Ｂ）に示す特性に対して、ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧を追加した特性となる。従って、起動時は、起動抵抗Ｒ１を介して充電されるコンデンサＣ２の端子電圧が、トリガ電圧＋Ｖとツェナー電圧との和の電圧以上となると、ツェナーダイオードＺＤとトリガダイオードＳＢＳ１とがオン状態となり、第２のトランジスタＱ２がオンとなって自励発振を開始し、出力トランスＴ１の二次巻線に接続したランプ（図示せず）に高周波電圧を印加して、点灯することができる。このトリガダイオードＳＢＳ１にオン保持電流以上が流れる状態に於いては、オン状態を継続する。

ランプを取り外すと、前述のように、自励発振は停止する状態となる。この時、コンデンサＣ２の端子電圧Ｖ２は、全波整流電圧Ｖ１の波形に対応して周期的に変化し、０Ｖに低下しない場合でも、ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧以下に周期的に低下するから、ツェナーダイオードＺＤがオフとなり、トリガダイオードＳＢＳ１のオン状態を維持する保持電流を零とすることができる。従って、全波整流電圧Ｖ１が周期的にピークに達する過程に於いてトリガダイオードＳＢＳ１のトリガ電圧以上となり、トリガダイオードＳＢＳ１はオン状態となり、次に全波整流電圧Ｖ１が０Ｖに向かって低下し、ツェナー電圧以下となると、トリガダイオードＳＢＳ１はオフとなる。従って、第２のトランジスタＱ２は、全波整流電圧Ｖ１の周期に対応してオン、オフを繰り返す。

そして、出力トランスＴ１の二次巻線にランプを接続すると、第２のトランジスタＱ２がオンとなった時の電流により、その二次巻線に電圧が発生し、ランプの点灯電流が流れる。従って、可飽和トランスは、非飽和状態から飽和状態となり、第２のトランジスタＱ２はオフ、第１のトランジスタＱ１はオンとなり、自励発振状態に移行することなるから、交流電源側のスイッチを操作することなく、ランプ交換後のランプ点灯を可能とすることができる。

図２は、ランプ点灯時の動作特性説明図であり、（Ａ）は従来例、（Ｂ）は本発明の実施例のそれぞれ全波整流電圧Ｖ１と、コンデンサＣ２の端子電圧Ｖ２と、第２のトランジスタＱ２のコレクタ・エミッタ間の電圧Ｖ３とを示す。全波整流電圧Ｖ１は、従来例も本発明の実施例も同様な半波の繰り返し波形であり、コンデンサＣ２の端子電圧Ｖ２は、トリガダイオードＳＢＳ１のトリガ電圧に相当するピークを含み、本発明の実施例に於いては、ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧の分だけ、従来例より高くなる。又第２のトランジスタＱ２のコレクタ・エミッタ間の電圧Ｖ３の波形は、発振波形の包絡線を示している。

図３は、ランプ取り外し状態に於ける動作特性説明図であり、（Ａ）は従来例、（Ｂ）は本発明の実施例、（Ｃ）は拡大図である。従来例に於いては、全波整流電圧Ｖ１は、第１，第２のコンデンサＣ３，Ｃ４により平滑化された波形となる。又コンデンサＣ２の端子電圧Ｖ２も殆ど変化しない波形となる。又自励発振が停止している状態であるから、第２のトランジスタＱ２のコレクタ・エミッタ間の電圧Ｖ３は殆ど変化しないものとなる。

一方、本発明の実施例の場合は、全波整流電圧Ｖ１の波形は、略従来例と同様であるが、コンデンサＣ２の端子電圧Ｖ２は、トリガダイオードＳＢＳ１がオフ状態となることにより、（Ｃ）の拡大図に示すように鋸歯状波形となる。又第２のトランジスタＱ２のコレクタ・エミッタ間の電圧Ｖ３は、コンデンサＣ２の端子電圧Ｖ２の変化に対応した周期で変化する。即ち、トランジスタＱ２が間欠的にオン、オフを繰り返していることを示している。従って、ランプを出力トランスＴ１の二次巻線に接続すると、自動的に自励発振を開始することにより、ランプに高周波電圧を印加して点灯することができる。

又ツェナーダイオードＺＤは、コンデンサＣ２とトリガダイオードＳＢＳ１との間に接続した構成を図示しているが、トリガダイオードＳＢＳ１と第２のトランジスタＱ２のベースとの間に接続した構成とすることもできる。又トリガダイオードＳＢＳ１は、図５に示すように、端子ｔ１、ｔ２に印加する電圧極性が指定されないものであるが、ツェナーダイオードＺＤを端子ｔ１とトランジスタＱ３，Ｑ５との間又は端子ｔ２とトランジスタＱ４，Ｑ５との間に接続した構成とすることも可能である。

本発明の実施例１の処理説明図である。 動作特性説明図である。 動作説明図である。 従来例の説明図である。 トリガダイオードの説明図である。

符号の説明

Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
Ｃ３，Ｃ４ 第１，第２のコンデンサ
Ｑ１，Ｑ２ 第１、第２のトランジスタ
Ｔ１ 出力トランス
Ｌ１ チョークコイル
Ｌ２−１〜Ｌ２−３ 可飽和トランスのコイル
Ｒ１ 起動抵抗
Ｒ２，Ｒ３ 抵抗
ＲＣ１ 全波整流回路
Ｄ１ ダイオード
ＺＤ ツェナーダイオード
ＳＢＳ１ トリガダイオード

Claims (2)

1. 全波整流回路からの全波整流電圧を、起動抵抗を介して印加するコンデンサと、前記全波整流電圧を印加する直列接続の第１、第２のトランジスタと、前記全波整流電圧を印加する直列接続の第１、第２のコンデンサと、該第１、第２のコンデンサの接続点と前記第１、第２のトランジスタの接続点との間に一次巻線とコイルとを直列に接続した出力トランスと可飽和トランスと、前記起動抵抗を介して前記全波整流電圧により充電する前記コンデンサの端子電圧を前記第２のトランジスタのベースの印加する為のトリガダイオードとを含む構成のインバータ装置に於いて、
   前記トリガダイオードと直列にツェナーダイオードを接続した
   ことを特徴とするインバータ装置。
2. 前記トリガダイオードは、前記全波整流電圧により前記起動抵抗を介して充電される前記コンデンサの端子電圧の周期的に低下する所定の電圧のツェナー電圧を有することを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。

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