JP2008300055A

JP2008300055A - 放電ランプ点灯装置、電球型放電ランプユニット及び、照明器具

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Publication number: JP2008300055A
Application number: JP2007141697A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Nariama; 正芳業天
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2008-12-11

Abstract

【課題】インバータの発振を安定させて放電ランプを点灯維持すると共に、入力電流の高調波成分が少なく、またノイズフィルタを大きくすることなく、ノイズフィルタによる振動や騒音を低減する放電ランプ点灯装置を提供する。
【解決手段】放電ランプ５３の発光量を調整する位相制御調光器５０、脈流流電圧を出力する整流回路３、メインコンデンサ６とメインコンデンサ放電用ダイオード５とからなる直流電力出力回路、第１スイッチング素子１８と第２スイッチング素子１９とを所定の周期で交互にオンオフさせ共振用コンデンサ２４と共振用インダクタ２３とにより共振電圧を発生させる共振電圧発生回路、サブコンデンサ９とメインコンデンサ充電用ダイオード７とを含み共振電圧発生回路により発生する高周波電圧をメインコンデンサに印加して充電する充電回路、及びメインコンデンサの充電に寄与する充電用抵抗５１を備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、インバータ方式の放電ランプ点灯装置等に関し、特に、インバータの発振を安定させて放電ランプを点灯維持すると共に、入力電流の高調波成分を少なくするための技術、及び位相制御調光器を接続した際において、ノイズフィルタを大きくする必要がなく、また、ノイズフィルタに含まれるインダクタによる振動や騒音を低減するための技術に関する。

放電ランプをインバータ方式で点灯させる点灯装置は、商用交流電源を入力としてこれを一旦整流した後、高周波電圧を発生させて放電ランプを点灯させるものであり、商用交流周波数のままで放電ランプを点灯させるノンインバータ方式の点灯装置と較べて、チラツキが極めて少ない等の利点がある。
ここで従来のインバータ方式の点灯装置の例として、本願と同一の出願人による２つの従来技術の概略を以下に示す。

第１の従来技術は、インバータのインダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を介して全波整流器ＤＢの出力から、インバータに直流電力を供給するコンデンサＣ１に充電電流を流すための充電用ダイオードＤ３と、コンデンサＣ１からインバータに直流電力を供給するための放電用ダイオードＤ４とを備えることを特徴とする蛍光灯用の電源装置であり、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を降圧チョッパーの構成要素として兼用し、この降圧チョッパーによりコンデンサＣ１を充電して、コンデンサＣ１からダイオードＤ４を介して電源電圧が低い期間にインバータに直流電力を与えるようにしたので、部品の共用効果により装置全体としての部品点数が少なくなり、回路構成が簡単化されるという効果があると記載されている（特許文献１の図１参照）。

第２の従来技術は、平滑コンデンサ５５より整流回路３側において帰還用コンデンサ５７が線間に接続され、その帰還用コンデンサ５７の一端Ｑと平滑コンデンサ５５の一端との間に整流素子５８が介され、共振回路を構成する複数のコンデンサ５２、５６の接続点Ｐと帰還用コンデンサ５７の一端Ｑとが帰還線路ｒで接続されていることを特徴とする放電ランプ点灯装置であり、簡単な回路構成で、整流回路の後の昇圧用や出力トランス用等の大きなインダクタンス素子を不要とすることにより、小形化、コスト低減を実現しながらも、力率が高く、高調波成分が少ない状態で放電ランプを始動・点灯することができ、さらに、白熱電球用の調光器と併用することもできると記載されている（特許文献２の図１参照）。
特許第３２４８１９８号公報特許第３２７２５７５号公報

上記第１の従来技術では、ＬＣ共振により発生させた高周波電圧を電荷の供給源として、充電用ダイオードＤ３のみを介してコンデンサＣ１に充電電流を流しているため、コンデンサＣ１を充電するＬＣ共振の半周期において、ＬＣ共振電圧がコンデンサＣ１とトランジスタＱ１との電圧和でクランプされてしまい、コンデンサＣ２が共振要素としての役割を十分に果たせなくなる。その結果、発振が不安定になったり、共振電圧が低くなってしまうことにより蛍光灯の点灯維持が難しくなる等の問題が生じる。

また上記第２の従来技術では、平滑コンデンサ５５は、交流電源１から、フィルタ２、整流回路３、及び整流素子５８を介して充電しているため、白熱電球等にも用いられる位相制御調光器を接続して調光点灯した際に、位相制御用のトライアックがオンする度に平滑コンデンサ５５に突入電流が流れ、さらに、位相制御調光器により減光するほど放電ランプ点灯装置への入力電流のピーク値が大きくなるので、耐電流容量を確保するためにフィルタ２を大きくせざるを得ないという問題や、増大した電磁力によりフィルタ２に含まれるインダクタが振動して騒音を発生するという問題等が生じる。

本発明は、上記各問題を解決するために改良を加えたものであり、インバータの発振を安定させて放電ランプを点灯維持すると共に、入力電流の高調波成分が少ない放電ランプ点灯装置、電球型放電ランプユニット、及び照明器具を提供することを第１の目的とする。
また、位相制御調光器を接続した際においても、ノイズフィルタを大きくすることなく、さらに、ノイズフィルタに含まれるインダクタによる振動や騒音を低減した放電ランプ点灯装置、電球型放電ランプユニット、及び照明器具を提供することを第２の目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る放電ランプ点灯装置は、商用交流電源を入力としてこれを整流し非平滑な脈流電圧を出力する整流回路と、メインコンデンサとメインコンデンサ放電用ダイオードとの直流回路からなり前記整流回路における脈流電圧出力端子間に並列に接続され前記整流回路における脈流電圧出力端子間に並列に接続され前記整流回路からの出力電圧が大きいときに充電され小さいときに直流電力を出力する直流電力出力回路と、前記直流電力出力回路と並列に第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との直列回路が接続され両スイッチング素子を所定の周期で交互にオンオフさせ共振用コンデンサと共振用インダクタとにより共振電圧を発生させて放電ランプを点灯させる共振電圧発生回路と、サブコンデンサとメインコンデンサ充電用ダイオードとを含み前記共振電圧発生回路により発生する高周波電圧を前記メインコンデンサに印加して充電する充電回路とを備えることを特徴とする。

ここで、放電ランプ点灯装置において、前記充電回路は、さらに、前記サブコンデンサと前記メインコンデンサ充電用ダイオードとの接続点と前記メインコンデンサの一端との間に前記サブコンデンサを放電させるサブコンデンサ放電用ダイオードを含むこを特徴とすることもできる。
ここで、放電ランプ点灯装置において、前記点灯装置は、さらに、前記メインコンデンサ放電用ダイオードと並列に接続され前記メインコンデンサの充電に寄与する充電用抵抗を備えることを特徴とすることもできる。

上記目的を達成するために、本発明に係る放電ランプ点灯装置は、商用交流電源を入力としてこれを位相制御することによって放電ランプの発光量を調整する位相制御調光器と、前記位相制御調光器から出力される減衰された商用交流電源を入力としてこれを整流し、非平滑な脈流電圧を出力する整流回路と、メインコンデンサとメインコンデンサ放電用ダイオードとの直流回路からなり前記整流回路における脈流電圧出力端子間に並列に接続され前記整流回路における脈流電圧出力端子間に並列に接続され前記整流回路からの出力電圧が大きいときに充電され小さいときに直流電力を出力する直流電力供給回路と、前記直流電力出力回路と並列に第１スイッチング素子と第２スイッチングの直列回路が接続され両スイッチング素子を所定の周期で交互にオンオフさせ共振用コンデンサと共振用インダクタとにより共振電圧を発生させて放電ランプを点灯させる共振電圧発生回路と、サブコンデンサとメインコンデンサ充電用ダイオードとを含み前記共振電圧発生回路により発生する高周波電圧を前記メインコンデンサに印加して充電する充電回路と、前記メインコンデンサ放電用ダイオードと並列に接続され前記メインコンデンサの充電に寄与する充電用抵抗とを備えることを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る電球型放電ランプユニットは、上記各放電ランプ点灯装置と、放電ランプと、電球型ソケットとを備える。
上記目的を達成するために、本発明に係る照明器具は、上記各放電ランプ点灯装置と、放電ランプと、放電ランプ点灯装置を商用交流電源へ接続すると共に放電ランプを照明に寄与すべき所定の位置に保持する保持部材とを備える。

課題を解決するための手段に記載した構成によれば、ＬＣ共振電圧の低下を自励発振動作により抑制することができるので、インバータの発振を安定させて放電ランプを点灯維持すると共に、入力電流の高調波成分を少なくすることができるという優れた効果を有する。
また、白熱電球用の位相制御調光器を接続した際においても、ノイズフィルタを大きくすることなく、ノイズフィルタに含まれるインダクタによる振動や騒音を低減することができ、さらに減光した状態のままで再始動することができるという優れた効果を有する。

［実施の形態１］
＜概要＞
本発明の実施の形態１は、インバータ方式の放電ランプ点灯装置において、新たに、サブコンデンサとメインコンデンサ充電用ダイオードとを含み、インバータにより発生する高周波電圧を電荷の供給源として印加し充電電流を流して直流平滑用のメインコンデンサを充電する充電回路を備えることにより、上記第１の目的を達成するものである。

＜構成＞
図１は、本発明の実施の形態１における放電ランプの外観を示す図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態１における放電ランプ１００は、放電管１０１が２重螺旋形状のスパイラル蛍光管であり、放電ランプ点灯装置（図示せず）を内蔵し、白熱電球と同型の口金１０２を備える電球型蛍光ランプユニットである。

なお放電ランプの外観は、他の実施の形態においても同様である。
また本発明はいかなる放電ランプであっても同様に適用でき、放電管１０１や口金１０２等の形状も本実施の形態に限られるものではなく、いかなる形状であっても同様に適用できる。図１では、比較的ランプ管径が細く放電路長が長い冷陰極蛍光ランプの外観を想定して示している。

図２は、実施の形態１の放電ランプ点灯装置の回路図である。
図２に示すように、実施の形態１の放電ランプ点灯装置は、電圧実効値１００Ｖ、交流周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの一般家庭用の商用交流電源１を入力とし、突入電流を緩和する突入電流防止用抵抗２と、商用交流電源１からの交流出力電圧を整流し非平滑な直流電圧（脈流電圧）を出力する全波整流器３と、高周波ノイズ成分を低減するノイズフィルタ４と、メインコンデンサ放電用のダイオード５及びメインコンデンサ６（ここでは電解コンデンサ）からなる直列接続体であり、全波整流器３からの出力電圧が大きいときに充電され小さいときに直流電力を出力することにより非平滑な直流電圧を平滑に近づける直流電力出力回路と、共振用のコンデンサ２４と、スイッチング素子であるトランジスタ１８、１９、コンデンサ２５、２６、及び共振用のインダクタであるチョークコイル２３や、コンデンサ１０、１４ダイオード１１、１６、１７、抵抗１２、１３、２０、２１、トリガダイオード１５、カレントトランス２２からなり、トランジスタ１８、１９を所定の周期で交互にオンオフさせ、コンデンサ２４とチョークコイル２３とにより共振電圧を発生させて放電ランプ２７を点灯させる共振電圧発生回路と、メインコンデンサ充電用のダイオード７、サブコンデンサ放電用のダイオード８、及びサブコンデンサ９からなり、共振電圧発生回路により発生する高周波電圧を電荷の供給源として印加し充電電流を流してメインコンデンサ６を充電する充電回路とを備える。

ここで、ダイオード５及びメインコンデンサ６による直列接続体と、トランジスタ１８、１９による直列接続体と、コンデンサ２５、２６による直列接続体とが、ノイズフィルタ４を介して全波整流器３の脈流電圧出力端子間に並列に接続され、コンデンサ１０と、抵抗１２と、ダイオード１６とが、トランジスタ１８のコレクタエミッタ間に並列に接続され、抵抗１３及びコンデンサ１４による直列接続体と、ダイオード１７とが、トランジスタ１９のコレクタエミッタ間に並列に接続され、ダイオード１１が、抵抗１３と並列に接続され、トリガダイオード１５が、抵抗１３及びコンデンサ１４の接続点とトランジスタ１９のベースとの間に接続され、トランジスタ１８、１９の接続点とカレントトランス２２の１次巻線の一端とが接続され、カレントトランス２２の１次巻線の他端とチョークコイル２３の一端とが接続され、チョークコイル２３の他端と放電ランプ２７のフィラメント電極２８Ａの一端とが接続され、フィラメント電極２８Ｂの一端とコンデンサ２５、２６の接続点とが接続され、コンデンサ２４がフィラメント電極２８Ａの他端とフィラメント電極２８Ｂの他端との間に接続され、カレントトランス２２の２つの２次巻線はそれぞれ抵抗２０、２１を介してトランジスタ１８、１９のベースエミッタ間に接続され、ダイオード７及びサブコンデンサ９による直列接続体が、ダイオード５及びメインコンデンサ６の接続点とチョークコイル２３及びフィラメント電極２８Ａの接続点との間に接続され、ダイオード８がメインコンデンサ６とダイオード７との間に接続されている。

以下に主な回路定数の一例を示す。
突入電流防止用抵抗２は４．７Ω、ノイズフィルタ４は４．７ｍＨ、メインコンデンサ６は１００μＦ（電解コンデンサ）、サブコンデンサ９は２７００ｐＦ、コンデンサ１０は６８０ｐＦ、抵抗１２は８２ｋΩ、抵抗１３は４７０ｋΩ、コンデンサ１４は３３０００ｐＦ、抵抗２０は１２Ω、抵抗２１は１２Ω、チョークコイル２３は１ｍＨ、コンデンサ２４は５６００ｐＦ、コンデンサ２５、２６は０．１μＦである。

＜動作＞
以下に、図２に示した放電ランプ点灯装置の動作を説明する。
実施の形態１の放電ランプ点灯装置に、商用交流電源１により交流出力電圧が印加されると、全波整流器３が非平滑な直流電圧を発生する。
この全波整流器３が発生した直流電圧によりノイズフィルタ４、抵抗１２、抵抗１３を介してコンデンサ１４に充電電流が流れ、コンデンサ１４の端子間電圧が上昇する。またコンデンサ２５、２６にも同様に充電電流が流れ、コンデンサ２５、２６の端子間電圧も上昇する。

このコンデンサ１４の端子間電圧がトリガダイオード１５の閾値電圧に達すると、コンデンサ１４に蓄積されていた電荷がトリガダイオード１５を介してトランジスタ１９のベースに流れ、トランジスタ１９をオンさせる。このとき、コンデンサ２５、２６の端子間電圧は上昇した状態になっている。
トランジスタ１９がオンすると、コンデンサ２６の端子間電圧により、フィラメント電極２８Ｂ、コンデンサ２４、フィラメント電極２８Ａ、チョークコイル２３、カレントトランス２２の１次巻線、及びトランジスタ１９のコレクタエミッタ間に、電流が流れ始める。

コンデンサ２６の端子間電圧により流れ始めた電流は次第に増加し、カレントトランス２２の２次巻線に電流が誘起され、この電流がトランジスタ１９のベースに流れ、トランジスタ１９をオンの状態に維持し、トランジスタ１８をオフの状態にする。
コンデンサ２６の端子間電圧により次第に増加していた電流は、コンデンサ２４の端子間電圧がある程度上昇すると増加しなくなり、やがて減少に転じる。

カレントトランス２２の１次巻線に流れる電流が減少に転じると、カレントトランス２２の２次巻線に、この電流が増加していたときとは反対の電流が誘起され、トランジスタ１８をオンの状態に、トランジスタ１９をオフの状態にする。
トランジスタ１８がオンすると、コンデンサ２５の端子間電圧により、トランジスタ１８のコレクタエミッタ間、カレントトランス２２の１次巻線、チョークコイル２３、フィラメント電極２８Ａ、コンデンサ２４、及びフィラメント電極２８Ｂに電流が流れ始める。

コンデンサ２５の端子間電圧により次第に増加していた電流は、コンデンサ２４の端子間電圧がある程度上昇すると増加しなくなり、やがて減少に転じる。
カレントトランス２２の１次巻線に流れる電流が減少に転じると、カレントトランス２２の２次巻線に、この電流が増加していたときとは反対の電流が誘起され、トランジスタ１９をオンの状態に、トランジスタ１８をオフの状態にする。

このような動作を繰り返すことにより、自励発振動作が継続的に行なわれる。
ここで、抵抗２０、２１、及びカレントトランス２２は、発振制御回路として働く。
また、コンデンサ１４に蓄積される電荷は、トランジスタ１９がオンする度にダイオード１１を介して放電し、また放電ランプ２７が点灯した後は、コンデンサ１４の端子間電圧はほぼ零となる。

また、ダイオード１６、１７はそれぞれ、トランジスタ１８、１９のエミッタからコレクタへ流れようとする電流を、バイパスさせて流す回生ダイオードとして働く。
また、コンデンサ１０は、トランジスタ１８、１９のスイッチングロスを低減させるスナバ用コンデンサとして働く。
また、コンデンサ２５、２６は、上記のような動作と共に、放電ランプ２７に直流電圧成分が印加されないようにし、さらに、ノイズフィルタ４と協働して、高周波ノイズ成分を低減するローパスフィルタとして働く。コンデンサ２５、２６の容量値はコンデンサ２４の容量値に比べ、例えば１〜２桁程度の十分に大きい値にする必要がある。

自励発振動作が継続すると共振電圧が次第に増加し、放電ランプ２７を点灯させる。
また自励発振動作により増加した共振電圧を電荷の供給源として、サブコンデンサ９及びダイオード７を介してメインコンデンサ６に充電電流が流れるので、メインコンデンサ６が充電される。ここでメインコンデンサ６の容量値は、コンデンサ２５、２６の容量値に比べ、例えば２桁以上異なる十分に大きい値にしている。

このように本願では、共振電圧の半周期（正極側）において、サブコンデンサ９及びダイオード７を介して充電電流が流れてメインコンデンサ６を充電し、また、極性が逆の残りの半周期（負極側）において、ダイオード８を介して放電電流が流れてサブコンデンサ９に蓄積された電荷を放出し、このときにはメインコンデンサ６への充電電流は流れない。ここでサブコンデンサ９の容量値を、コンデンサ２４の容量値の半分又は半分弱程度にしているので、サブコンデンサ９がインピーダンス成分として働き、チョークコイル２３に発生する共振電圧がメインコンデンサ６とトランジスタ１９との電圧和でクランプされることがない。また、共振特性は、チョークコイル２３のインダクタンス値と、コンデンサ２４、９の並列合成容量値とにより決まるものと等価であると考えてよい。よって共振電圧が低下しないので、従来よりも電源電圧に比べてランプ電圧が高めであるという比較的厳しい条件においても、自励発振により安定した点灯動作を行なうことができる。

図３（ａ）は、全波整流器３から出力され後段の回路へ印加される直流出力電圧波形を示す図であり、図３（ｂ）は、商用交流電源１から出力され全波整流器３へ流れ込む交流入力電流波形を示す図である。
図３（ａ）に示すように、全波整流器３から後段の回路へ印加される直流出力電圧は、商用周波数のリップルを有している。

ここで図３中に示した時刻ｔ１からｔ２までの期間では、全波整流器３から後段の回路へ印加される直流出力電圧がメインコンデンサ６における充電電圧よりも高いので、放電ランプ２７を点灯させるための電力は商用交流電源１から直接供給されている。
また図３中に示した時刻ｔ２からｔ３までの期間では、全波整流器３から後段の回路へ印加される直流出力電圧がメインコンデンサ６における充電電圧よりも低いので、放電ランプ２７を点灯させるための電力は、ダイオード５を介してメインコンデンサ６から供給され、このとき商用交流電源１から入力電流は流れない。

また時刻ｔ３からｔ４までの期間は時刻ｔ１からｔ２までの期間と同様に動作し、時刻ｔ４からｔ５までの期間は時刻ｔ２からｔ３までの期間と同様に動作する。
時刻ｔ５以降も時刻ｔ１からｔ５までの期間と同様の動作を繰り返すことにより、本実施の形態の放電ランプ点灯装置は安定した点灯動作を行なうことができる。
実際に商用交流電源１の実効電圧が１００Ｖ、放電ランプ２７の安定時のランプ電圧が９０Ｖ、入力電力が１２Ｗという電源電圧とほぼ同程度の高めのランプ電圧において、本実施の形態の電球型蛍光ランプユニットを作成して検証したところ、自励発振により安定した点灯動作を行なうことが確認され、このときの入力電流の高調波成分は従来よりも極めて少なく、０．９５という高い力率を実現することが確認できた。
［実施の形態２］
＜概要＞
本発明の実施の形態２は、実施の形態１と比べて、回路構成の一部が異なる放電ランプ点灯装置であり、実施の形態１と同様に上記第１の目的を達成するものである。

＜構成＞
図４は、実施の形態２の放電ランプ点灯装置の回路図である。
図４に示す実施の形態２の放電ランプ点灯装置は、図２に示した実施の形態１の放電ランプ点灯装置と比べて、ダイオード５とメインコンデンサ６との位置を逆にしている点が異なり、本構成によれば、コンデンサ２４の両端に発生する共振電圧が実施の形態１の場合とは異なる反対の半周期（負極側）にメインコンデンサ６を充電し、また、極性が逆の残りの半周期（正極側）において、ダイオード８を介して放電電流が流れてサブコンデンサ９に蓄積された電荷を放出し、このときにはメインコンデンサ６への充電電流は流れない。ここで、実施の形態１の放電ランプ点灯装置と同一の機能を有する構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。

その他の構成、動作、及び効果等は実施の形態１の放電ランプ点灯装置と同様である。
［実施の形態３］
＜概要＞
本発明の実施の形態３は、実施の形態１と比べて、回路構成の一部が異なる放電ランプ点灯装置であり、実施の形態１と同様に上記第１の目的を達成するものである。

＜構成＞
図５は、実施の形態３の放電ランプ点灯装置の回路図である。
図５に示す実施の形態３の放電ランプ点灯装置は、図２に示した実施の形態１の放電ランプ点灯装置と比べて、コンデンサ２５、２６のうちの１つを除去し（本実施の形態ではコンデンサ２５を残し、コンデンサ２６を除去している）、ダイオード５及びメインコンデンサ６による直列接続体と、トランジスタ１８、１９による直列接続体とに並列にコンデンサ２９を追加している点が異なり、本構成によれば、コンデンサ２９とノイズフィルタ４とが協働してローパスフィルタとして働き、高周波ノイズ成分を効率よく低減することができる。ここで、実施の形態１の放電ランプ点灯装置と同一の機能を有する構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。

その他の構成、動作、及び効果等は実施の形態１の放電ランプ点灯装置と同様である。
なお、本実施の形態では、コンデンサ２９とノイズフィルタ４とが全波整流器３の出力側に接続しているが、全波整流器３の入力側に接続しても、同様に高周波ノイズ成分を低減することができる。
［実施の形態４］
＜概要＞
本発明の実施の形態４は、実施の形態１の放電ランプ点灯装置に、さらに、位相制御調光器と共に、メインコンデンサ放電用ダイオードと並列に充電用抵抗を追加することにより、上記第１の目的、及び第２の目的を達成するものである。

＜構成＞
図６は、本発明の実施の形態４における照明器具の外観を示す図である。
図６に示すように、本発明の実施の形態４における照明器具は、商用交流電源１を入力とし、位相制御調光器５０、放電ランプ１００、保持部材２００を備える。
位相制御調光器５０は、白熱電球等にも用いられる一般的な調光器である。

保持部材２００は、放電ランプ点灯装置を商用交流電源１へ接続すると共に、放電ランプ１００を、照明に寄与すべき所定の位置に保持する。
図７は、実施の形態４の放電ランプ点灯装置の回路図である。
図７に示す実施の形態４の放電ランプ点灯装置は、図２に示した実施の形態１の放電ランプ点灯装置と比べて、位相制御調光器５０と、充電用抵抗５１とが追加され、放電ランプ２７の代わりに昇圧トランス５２と、冷陰極蛍光ランプ５３とを備える。ここで、実施の形態１の放電ランプ点灯装置と同一の機能を有する構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。

ここで、位相制御調光器５０は、商用交流電源１と突入電流防止用抵抗２との間に直列に接続され、商用交流電源１を入力としてこれを位相制御することによって、冷陰極蛍光ランプ５３の発光量を調整する。
充電用抵抗５１は、１０ｋΩ〜１００ｋΩ程度の高抵抗素子であり、ダイオード５と並列に接続され、メインコンデンサ６の充電に寄与する。

昇圧トランス５２は、巻数比１０程度の昇圧用のトランスであり、１次巻線５２Ｂがコンデンサ２４と並列に接続され、２次巻線５２Ａが冷陰極蛍光ランプ５３に接続され、コンデンサ２４の両端に発生する共振電圧を昇圧して冷陰極蛍光ランプ５３に印加する。
冷陰極蛍光ランプ５３は、冷陰極５４Ａ、５４Ｂを有し、管内壁に蛍光物が塗布された放電管（ＣＣＦＬ）であり、フィラメントを有する熱陰極蛍光ランプと比べて、ランプ管径が細く放電路長が長く、さらに陰極降下電圧部を有するため、ランプ電圧が非常に高い。例えば、管径３ｍｍ、放電路長８００ｍｍの冷陰極蛍光ランプでは、ランプ電圧は約１３００Ｖ、管径６ｍｍ、放電路長８００ｍｍの冷陰極蛍光ランプでは、ランプ電圧は約７００Ｖとなり、これは一般照明用の同程度の明るさを持つ熱陰極蛍光ランプの１０倍以上に相当する。

このように冷陰極蛍光ランプのランプ電圧はチョークコイル２３に発生する共振電圧よりもかなり高いので、昇圧トランス５２による昇圧が必要となる。
＜動作＞
以下に、図７に示した放電ランプ点灯装置の動作を説明する。
一般的に、点灯装置における入力電圧の力率が０．９５程度であれば、位相制御調光器５０のような白熱電球に用いられる一般的な調光器に接続した際にも、誤動作なく安定した点灯動作を行なうことが可能である。

図８（ａ）は、位相制御調光器５０のオン期間を全体のおよそ半分程度になるように調光操作したときの、全波整流器３から出力され後段の回路へ印加される直流出力電圧波形を示す図であり、図８（ｂ）は、商用交流電源１から出力され全波整流器３へ流れ込む交流入力電流波形を示す図であり、図８（ｃ）は、冷陰極蛍光ランプ５３のランプ電流波形を示す図である。

ここで図８中に示した時刻ｔ１１からｔ１２までの期間では、位相制御調光器５０がオンになっており、全波整流器３から後段の回路へ印加される直流出力電圧がメインコンデンサ６における充電電圧よりも高いので、冷陰極蛍光ランプ５３を点灯させるための電力は商用交流電源１から直接供給されている。
また図８中に示した時刻ｔ１２からｔ１４までの期間では、全波整流器３から後段の回路へ印加される直流出力電圧がメインコンデンサ６における充電電圧よりも低いので、冷陰極蛍光ランプ５３を点灯させるための電力は、ダイオード５を介してメインコンデンサ６から供給され、メインコンデンサ６における充電電圧は徐徐に低下し、このときから入力電流は流れない。

メインコンデンサ６における充電電圧が低下しすぎると冷陰極蛍光ランプ５３を点灯維持できなくなり、時刻１３において立ち消えに至るので、図８中に示した時刻ｔ１３からｔ１４までの期間では、冷陰極蛍光ランプ５３は立ち消えるがインバータの発振動作は継続しているので、時刻ｔ１４には冷陰極蛍光ランプ５３は放電を再開し再点灯する。
また時刻ｔ１４からｔ１５までの期間は時刻ｔ１１からｔ１２までの期間と同様に動作し、時刻ｔ１５からｔ１６までの期間は時刻ｔ１２からｔ１３までの期間と同様に動作し、時刻ｔ１６からｔ１７までの期間は時刻ｔ１３からｔ１４までの期間と同様に動作する。

時刻ｔ１７以降も時刻ｔ１１からｔ１７までの期間と同様の動作を繰り返すことにより、冷陰極蛍光ランプ５３は商用周波数の２倍の周期で間欠放電することになり、本実施の形態の放電ランプ点灯装置は安定した点灯動作を行なうことができる。
一般に冷陰極蛍光ランプは、熱陰極蛍光ランプのように、放電の始動時に電極に塗布された電子放射性物質がスパッタされて寿命が縮むというような欠点がない。

このような特性から考えて冷陰極蛍光ランプは、本実施の形態のように位相制御調光により間欠放電する点灯装置と組み合わせるのに適した放電ランプであるといえる。
本実施の形態では放電ランプに冷陰極蛍光ランプ５３を用いているので、熱陰極蛍光ランプを用いた場合のように、間欠放電の際の放電の始動の度に寿命が縮むことにより極端に短寿命となるようなことがない。

また図８（ｂ）に示した交流入力電流波形によりわかるように、本実施の形態の放電ランプ点灯装置によれば、位相制御調光器５０がオンになった瞬間に商用交流電源１からコンデンサ６へ直接充電する経路がないので、入力電流の急激な増加がなく、よって、ノイズフィルタ４に流れる電流が抑制されるため、ノイズフィルタ４をさほど大きくする必要がなく、またノイズフィルタ４に含まれるインダクタにおいて発生する電磁力による振動や騒音が低減される。

実際に商用交流電源１の実効電圧が１００Ｖ、冷陰極蛍光ランプ５３の安定時のランプ電圧が７００Ｖ、入力電力が１２Ｗという条件において、本実施の形態の照明器具を作成して検証したところ、自励発振により安定した点灯動作を行なうことが確認され、このときの入力電流の高調波成分は従来よりも極めて少なく、０．９５という高い力率を実現することが確認できた。

本実施の形態の放電ランプ点灯装置では、位相制御調光器５０によるオン期間が全体のおよそ半分程度になるように調光操作したままの状態で商用交流電源１を一旦オフした後にそのまま待機し、調光操作はそのままの状態で商用交流電源１をオンさせると、位相制御調光器５０は瞬時には正常に動作しない。
なぜなら、待機中においては、位相制御調光器５０からみた放電ランプ点灯装置のインピーダンスが高く、位相制御調光器５０内のトライアックに維持電流を流し続けることができないからである。

このとき、位相制御調光器５０内の制御回路から流れ出る漏れ電流により全波整流器３の出力電圧が上昇し、この出力電圧によりノイズフィルタ４と充電用抵抗５１を介してコンデンサ６に充電電流が流れることによりコンデンサ６が充電されてその端子間電圧が上昇する。
コンデンサ６の端子間電圧が上昇すると、抵抗１２、抵抗１３を介してコンデンサ１４に充電電流が流れ、コンデンサ１４が充電されてその端子間電圧が上昇する。

コンデンサ１４の端子間電圧が上昇して、トリガダイオード１５の閾値電圧に達すると、コンデンサ１４に蓄積された電荷がトリガダイオード１５を介してトランジスタ１９のベースに流れトランジスタ１９をオンさせる。
以上のような経緯により発振動作が開始されると、位相制御調光器５０からみた放電ランプ点灯装置のインピーダンスは低下し、位相制御調光器５０は正常な動作に移行する。

本実施の形態では、上記のような経緯で位相制御調光器５０が正常な動作に移行するまでの時間が１秒以内になるように、コンデンサ６、抵抗１２、抵抗１３、コンデンサ１４、及び充電用抵抗５１の回路定数を設定している。
仮に、本実施の形態の放電ランプ点灯装置から充電用抵抗５１を削除すると、位相制御調光器５０によるオン期間が全体のおよそ半分程度になるように調光操作したままの状態で商用交流電源１を一旦オフした後にそのまま待機し、調光操作はそのままの状態で商用交流電源１をオンさせると、放電ランプ点灯装置は発振動作を開始せず、位相制御調光器５０も正常な動作に移行しないので、一旦、位相制御調光器５０によるオン期間を最大にして最大の明るさになるように調光操作し、正常な動作に移行させた後に、所望の明るさになるように調整操作しなければならない。

本発明は、インバータ方式で点灯するあらゆる放電ランプに広く適用することができ、特に一般照明に有用に適用できる。本発明によって、インバータの発振を安定させて放電ランプを点灯維持すると共に、入力電流の高調波成分が少なくすることができ、また、ノイズフィルタを大きくすることなく、ノイズフィルタに含まれるインダクタによる振動や騒音を低減することができるので、その産業的利用価値は極めて高い。

本発明の実施の形態１における放電ランプの外観を示す図である。実施の形態１の放電ランプ点灯装置の回路図である。（ａ）は、全波整流器３から出力され後段の回路へ印加される直流出力電圧波形を示す図であり、（ｂ）は、商用交流電源１から出力され全波整流器３へ流れ込む交流入力電流波形を示す図である。実施の形態２の放電ランプ点灯装置の回路図である。実施の形態３の放電ランプ点灯装置の回路図である。本発明の実施の形態４における照明器具の外観を示す図である。実施の形態４の放電ランプ点灯装置の回路図である。（ａ）は、位相制御調光器５０のオン期間を全体のおよそ半分程度になるように調光操作したときの、全波整流器３から出力され後段の回路へ印加される直流出力電圧波形を示す図であり、（ｂ）は、商用交流電源１から出力され全波整流器３へ流れ込む交流入力電流波形を示す図であり、（ｃ）は、冷陰極蛍光ランプ５３のランプ電流波形を示す図である。

符号の説明

１商用交流電源
２突入電流防止用抵抗
３全波整流器
４ノイズフィルタ
５ダイオード
６メインコンデンサ
７ダイオード
８ダイオード
９サブコンデンサ
１０コンデンサ
１１ダイオード
１２抵抗
１３抵抗
１４コンデンサ
１５トリガダイオード
１６ダイオード
１７ダイオード
１８トランジスタ
１９トランジスタ
２０抵抗
２１抵抗
２２カレントトランス
２３チョークコイル
２４コンデンサ
２５コンデンサ
２６コンデンサ
２７放電ランプ
２８Ａフィラメント電極
２８Ｂフィラメント電極
２９コンデンサ
５０位相制御調光器
５１充電用抵抗
５２昇圧トランス
５２Ａ２次巻線
５２Ｂ１次巻線
５３冷陰極蛍光ランプ
５４Ａ冷陰極
５４Ｂ冷陰極
１００放電ランプ
１０１放電管
１０２口金
２００保持部材

Claims

商用交流電源を入力としてこれを整流し、非平滑な脈流電圧を出力する整流回路と、
メインコンデンサとメインコンデンサ放電用ダイオードとの直流回路からなり、前記整流回路における脈流電圧出力端子間に並列に接続され、前記整流回路からの出力電圧が大きいときに充電され、小さいときに直流電力を出力する直流電力出力回路と、
前記直流電力出力回路と並列に、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との直列回路が接続され、両スイッチング素子を、所定の周期で交互にオンオフさせ、共振用コンデンサと共振用インダクタとにより共振電圧を発生させて放電ランプを点灯させる共振電圧発生回路と、
サブコンデンサとメインコンデンサ充電用ダイオードとを含み、前記共振電圧発生回路により発生する高周波電圧を、前記メインコンデンサに印加して充電する充電回路と
を備えることを特徴とする放電ランプ点灯装置。
前記充電回路は、さらに、
前記サブコンデンサと前記メインコンデンサ充電用ダイオードとの接続点と、前記メインコンデンサの一端との間に、前記サブコンデンサを放電させるサブコンデンサ放電用ダイオードを含むこと
を特徴とする請求項１に記載の放電ランプ点灯装置。
前記点灯装置は、さらに、
前記メインコンデンサ放電用ダイオードと並列に接続され、前記メインコンデンサの充電に寄与する充電用抵抗を備えること
を特徴とする請求項１、及び２の何れか１項に記載の放電ランプ点灯装置。
商用交流電源を入力としてこれを位相制御することによって、放電ランプの発光量を調整する位相制御調光器と、
前記位相制御調光器から出力される減衰された商用交流電源を入力としてこれを整流し、非平滑な脈流電圧を出力する整流回路と、
メインコンデンサとメインコンデンサ放電用ダイオードとの直流回路からなり、前記整流回路における脈流電圧出力端子間に並列に接続され、前記整流回路からの出力電圧が大きいときに充電され、小さいときに直流電力を出力する直流電力供給回路と、
前記直流電力出力回路と並列に、第１スイッチング素子と第２スイッチングの直列回路が接続され、両スイッチング素子を、所定の周期で交互にオンオフさせ、共振用コンデンサと共振用インダクタとにより共振電圧を発生させて放電ランプを点灯させる共振電圧発生回路と、
サブコンデンサとメインコンデンサ充電用ダイオードとを含み、前記共振電圧発生回路により発生する高周波電圧を、前記メインコンデンサに印加して充電する充電回路と、
前記メインコンデンサ放電用ダイオードと並列に接続され、前記メインコンデンサの充電に寄与する充電用抵抗と
を備えることを特徴とする放電ランプ点灯装置。
請求項１〜４の何れか１項に記載の放電ランプ点灯装置と、
前記放電ランプと、
電球型ソケットと
を備えることを特徴とする電球型放電ランプユニット。
請求項１〜４の何れか１項に記載の放電ランプ点灯装置と、
前記放電ランプと、
前記放電ランプ点灯装置を前記商用交流電源へ接続すると共に、前記放電ランプを、照明に寄与すべき所定の位置に保持する保持部材と
を備えることを特徴とする照明器具。