JP2859710B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、蛍光ランプ等の放電ランプを高周波点灯
させる放電灯点灯装置に関するものである。

〔従来の技術〕

放電ランプを高周波で点灯させることにより、放電灯
点灯装置の小型化，軽量化を図り、放電ランプの発光効
率を向上させることができるのは、従来よりよく知られ
ている。

従来のこの種の放電灯点灯装置として、第２図に示す
ようなものがある（例えば、特開昭61−2299号公報参
照）。同図において、１は直流電源回路で、商用電源２
に接続された整流器3,突入電流防止用抵抗４および平滑
用コンデンサ５を備える。６は共振用コンデンサ、７は
共振用インダクタで、これらは共振回路を構成する。８
はトランジスタからなるスイッチング要素であり、この
スイッチング要素８と共振用コンデンサ６および共振用
インダクタ７よりなる共振回路とで、自励式インバータ
回路が構成されている。

９は蛍光ランプ等の放電ランプ、10は予熱用コンデン
サ、11は電流制限用インダクタである。12は電流変成器
で、１次巻線12aと２次巻線12bとを備える。

14はバイアス回路で、起動抵抗15,ダイオード16,抵抗
17およびバイアス用コンデンサ18を備える。19はサージ
アブソーバ、20は雑音防止用コンデンサ、21はサーマル
プロテクタである。

つぎに、この放電灯点灯装置の動作を説明する。

交流電源２の電圧を整流器３で全波整流し、突入電流
防止用抵抗４を介して平滑用コンデンサ５を充電する。

始動時の自励式インバータ回路の動作は、まず起動抵
抗15を介してスイッチング要素８のベースに電流がわず
かに流れることにより、スイッチング要素８がオン状態
になろうとする。この結果、直流電源回路１の正側か
ら、スイッチング要素８のコレクタには、共振用インダ
クタ７を通して流れる電流I_Lと、電流制限用インダクタ
11,放電ランプ９の一方のフィラメントf₁,予熱用コンデ
ンサ10,他方のフィラメントf₂および電流変成器12の１
次巻線12aを通して流れる電流I_Aとの和に相当するコレ
クタ電流I_Cが流れる。

このとき、電流変成器12の１次巻線12aを流れる電流I
_Aにより、電流変成器12の２次巻線12bに発生する帰還電
流、すなわちスイッチング要素８のベース電流I_Bが流
れ、スイッチング要素８が完全にオンとなる。その後、
ベース電流I_Bは２次巻線12bのインダクタンス成分とバ
イアス用コンデンサ18とで直列共振する。すなわち、一
定期間順方向にベース電流が流れた後、逆方向にベース
電流が流れる。その結果、スイッチング要素８はオフ状
態となる。

スイッチング要素８がオフ状態となると、スイッチン
グ要素８のオン期間に、共振用インダクタ７および電流
制限用インダクタ11に蓄えられたエネルギーが共振用コ
ンデンサ７および予熱用コンデンサ10との間で共振を起
こす。その結果、電流変成器12の１次巻線12aに流れる
電流は共振につれて極性が変化し、再びスイッチング要
素８がオンとなる。この状態で放電ランプ９のフィラメ
ントf₁,f₂が予熱され、放電ランプ９の両端には予熱用
コンデンサ10の電圧が印加される。

放電ランプ９が点灯すると、放電ランプ９のインピー
ダンスが低下し、電流制限用インダクタ11,放電ランプ
９および電流変成器12の１次巻線12aに管電流I_Aが流れ
る。点灯中の放電ランプ９のインピーダンスはコンデン
サ10のインピーダンスよりも十分に小さいため、電流制
限用インダクタ11を流れる電流は略すべて放電ランプ９
を流れる。点灯中のスイッチング要素８のオン期間は、
定格の管電流が流れるように決定される。

また、他の従来例として、特開昭64−4000号公報に開
示されているように、１石式のインバータ回路におい
て、スイッチング要素である主トランジスタのコレクタ
電流と同位相の電流だけをトランジスタのベースに帰還
させ、タイマ回路の計時終了時点でトランジスタのベー
ス電流の供給を遮断する構成のものもある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような放電灯点灯装置において、放電ランプ９
が寿命末期になると、放電ランプ９の放電状態が異常に
なる。例えば、フィラメントf₁,f₂の片方のみが劣化し
た状態（エミッタ消耗状態）になると、放電ランプ９が
半波放電となる。

このような状況になると、共振用インダクタ７に流れ
る直流電流成分が増大し、共振用インダクタ７の偏磁が
進み、ロスが増加する。また、共振用インダクタ７の偏
磁が進むと、飽和するおそれもあり、この場合に共振用
インダクタ７のインピーダンスが減少してスイッチング
要素８に流れる電流のピーク値が増加し、スイッチング
ロスも増加する。また、これらのロスの増加によって、
共振用インダクタ７およびスイッチング要素８が発熱す
る。

ここで、放電ランプ９の半波放電時における放電灯点
灯装置の動作について説明する。

まず、放電ランプ９が正常な場合は、放電ランプ９に
は、第３図において、実線矢印で示す方向の電流と破線
矢印で示す方向の電流とが交互に流れる。このとき、共
振用インダクタ７に流れる電流I_Lは第４図において実線
で示すようなレベルになる。

今、仮に放電ランプ９のフィラメントf₁が劣化した場
合は、放電ランプ９を流れる電流は、第３図において実
線矢印で示す方向のみとなり、放電ランプ９に印加され
る電圧には、第３図において、実線矢印の両端に付した
＋，−の符号の極性の直流電圧成分が重畳される。この
直流電圧成分は、共振用インダクタ７に対しては電流I_L
を減少させる方向となり、共振用インダクタ７に流れる
電流I_Lは第４図において一転鎖線で示すようになり、正
常時の電流I_Lより少なくなるので、共振用インダクタ７
の偏磁による飽和の問題は生じない。

ところが、放電ランプ９のフィラメントf₂が劣化した
場合は、放電ランプ９を流れる電流は、第３図において
破線矢印で示す方向のみとなり、放電ランプ９に印加さ
れる電圧には、第３図において、破線矢印の両端に付し
た＋，−の符号の極性の直流電圧成分が重畳される。こ
の直流電圧成分は、共振用インダクタ７に対しては電流
I_Lを増加させる方向となり、共振用インダクタ７に流れ
る電流I_Lは第４図において破線で示すようになり、正常
時の電流I_Lより多くなる。

共振用インダクタ７は、放電ランプ９の正常時の電流
I_Lに対して適切な設計がなされるので、上記のように電
流I_Lが増加する異常が発生したときに、共振用インダク
タ７の偏磁が進んで飽和するおそれがある。このような
電流に対しても十分なインダクタンスを得るには、共振
用インダクタ７のインダクタンス値を必要以上に大きく
せざるを得ず、大型化するとともに高価になるという問
題があった。

そこで、このような放電ランプ９の半波放電に伴うロ
スの増大およびこれに伴う発熱を、共振用インダクタ７
のインダクタンス値を大きくすることなく防止するため
に、サーマルプロテクタ21を交流電源１から整流器２へ
の給電経路中に介挿するとともに、サーマルプロテクタ
21を発熱源となる共振用インダクタ７（スイッチング要
素８でもよい）と熱結合し、放電ランプ９が寿命末期の
半波放電状態となって共振用インダクタ７（もしくはス
イッチング要素８）が発熱し、その温度が所定値を超え
たときに、サーマルプロテクタ21を開放させて例えば交
流電源１からの給電を遮断するようにしている。

しかしながら、サーマルプロテクタ21を用いると、い
ったん共振用インダクタ７等の発熱を検知してサーマル
プロテクタ21が開放すると、温度が下がるまでサーマル
プロテクタ21が開放状態を継続し、例えばランプ交換を
行っても、すぐには点灯させることができない等の問題
があった。

この発明の目的は、共振用インダクタのインダクタン
ス値を大きく設定することなく放電ランプの寿命末期の
半波放電による共振用インダクタおよびスイッチング要
素のロスの増大・発熱を抑制することができ、しかもラ
ンプ交換後直ちに放電ランプを点灯させることができる
放電灯点灯装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の放電灯点灯装置は、直流電源回路に対し共
振用コンデンサおよび共振用インダクタからなる共振回
路をスイッチング要素を介して接続し、共振用インダク
タの両端間に電流制限用インダクタを介して放電ランプ
を接続している。

そして、共振用インダクタに流れる一方向の電流を検
出する一方向電流検出要素を共振用インダクタと直列に
設け、一方向電流検出要素による検出値が所定値を超え
たことを判別し、ホトカプラにて信号を出力する判別回
路を設け、この判別回路の出力に応答してスイッチング
要素のスイッチング動作を抑制または停止させる制御回
路を設けている。

〔作用〕

この発明の構成によれば、共振用インダクタに流れる
電流を一方向電流検出要素31が常時検出している。放電
ランプが寿命末期の半波放電状態となって、共振用イン
ダクタに流れる電流が増加すると、一方向電流検出要素
31による検出値が所定値を超えることになる。この結
果、判別回路がそれを判別し、制御回路は、判別回路の
出力に基づいてスイッチング要素のスイッチング動作を
抑制または停止させる。これによって共振用インダクタ
に流れる電流が減少し、放電ランプの寿命末期の半波放
電における共振用インダクタの偏磁・飽和による共振用
インダクタおよびスイッチング要素のロスの増大・発熱
が抑制される。

〔実 施 例〕

この発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。こ
の放電灯点灯装置は、第１図に示すように、直流電源回
路１に対し共振用コンデンサ６および共振用インダクタ
７からなる共振回路を、トランジスタからなるスイッチ
ング要素８を介して接続し、共振用インダクタ７の両端
間に電流制限用インダクタ11を介して放電ランプ９を接
続し、放電ランプ９の両非電源側電極端子間に予熱用コ
ンデンサ10を接続している。この構成は従来例と同様で
ある。

そして、共振用インダクタ７に流れる一方向の電流を
検出する一方向電流検出要素31を共振用インダクタ７と
直列に設け、一方向電流検出要素31による検出値が所定
値を超えたことを判別し、ホトカプラ26にて信号を出力
する判別回路32を設け、この判別回路32の出力に応答し
てスイッチング要素８のスイッチング動作を抑制または
停止させる制御回路22を設けている。

この場合、一方向電流検出要素31は、共振用インダク
タ７と直列に設けた抵抗23と、抵抗23に並列接続した整
流用ダイオード24およびコンデンサ25の直列回路とから
なり、共振用インダクタ７を矢印の方向に流れる流れる
電流I_Lに比例した電圧をコンデンサ25の両端に生じる。

また、判別回路31は、ホトカプラ26と抵抗27とからな
り、ホトカプラ26の発光素子と抵抗27の直列回路がコン
デンサ25に並列接続され、コンデンサ25の充電電圧が所
定値を超えたときにホトカプラ26の発光素子が点灯し
て、ホトカプラ26の受光素子が導通する。

制御回路22は、例えば第２図の従来例におけるバイア
ス回路14のようなスイッチング要素８のドライブ回路を
含み、ホトカプラ26の受光素子の遮断時はスイッチング
要素８に通常のオンオフ動作を行わせ、ホトカプラ26の
受光素子が導通時にスイッチング要素８の導通期間を短
くしたり、またはスイッチング要素８を完全にオフに保
持することで、スイッチング要素８のスイッチング動作
を抑制または停止させ、共振用インダクタ７へ流れる電
流I_Lを減少または零にする。当然、放電ランプ９のラン
プ電流も減少または零となる。

つぎに、この放電灯点灯装置の動作を説明する。

この放電灯点灯装置は、スイッチング要素８のスイッ
チングによって共振回路に共振エネルギーが蓄積され、
これが電流制限用インダクタ11を介して放電ランプ９お
よび予熱用コンデンサ10に供給されて、放電ランプ９の
フィラメントf₁,f₂が予熱されて点灯に至るのは、従来
例と同様である。

また、共振用インダクタ７に流れる電流を一方向電流
検出要素31が常時検出しており、その検出値が判別回路
32へ供給されている。

放電ランプ９が正常に点灯しているときは、一方向電
流検出要素31による検出値が小さい。つまり、コンデン
サ25の両端電圧が低い。このため、判別回路32は、動作
しない。つまり、ホトカプラ26の発光素子が点灯しな
い。したがって、ホトカプラ26の受光素子が遮断状態で
あり、制御回路22は、スイッチング要素８を通常の状態
で周期的にオンオフ動作させて放電ランプ９を点灯させ
る。

ところが、放電ランプ９が寿命末期の半波放電状態と
なって、共振用インダクタ９に流れる電流が増加する
と、一方向電流検出要素31による検出値が所定値を超え
ることになる。つまり、コンデンサ25の両端電圧が所定
値を超えることになる。この結果、判別回路32がそれを
判別し、ホトカプラ26の発光素子が点灯し、その受光素
子が導通する。これによって、制御回路22は、判別回路
32の出力に基づいてスイッチング要素８のスイッチング
動作を抑制（導通期間の短縮）または停止（オンオフ動
作の停止）させる。これによって共振用インダクタ７に
流れる電流が減少または零となり、放電ランプ９の寿命
末期の半波放電に伴う共振用インダクタ７の偏磁・飽和
による共振用インダクタ７およびスイッチング要素８の
ロスの増大・発熱が抑制される。

この後、放電ランプ９を交換すれば、一方向電流検出
要素31による検出値が少ない状態となり、コンデンサ25
の両端電圧が前記の所定値を超えないので、制御回路22
はスイッチング要素８を通常の状態でオンオフさせる。
このように、放電ランプ９の半波放電の発生を電気的に
検出してスイッチング要素８のスイッチング動作を抑制
または停止させるので、放電ランプ９を正常なものに交
換すれば、直ちに元の状態に復帰させることができる。

しかも、この放電灯点灯装置では、スイッチング要素
８のスイッチング動作を抑制または停止させることで、
共振用インダクタ７およびスイッチング要素８のロス・
発熱の増大を抑制しているので、偏磁・飽和抑制のため
に共振用インダクタ７のインダクタンス値を大きく設定
することは不要であり、大型化したり高価になるという
ことはない。

また、共振用インダクタ７の電流としては、一方向の
電流を検出するのみでよいので、一方向電流検出要素31
および判別回路32の構成も簡単である。

なお、この発明は、放電ランプの寿命末期の半波放電
で、共振用インダクタが偏磁して飽和する可能性のある
回路なら、１石インバータに限らず、他の形式のインバ
ータにも適用可能である。

〔発明の効果〕

この発明の放電灯点灯装置によれば、共振用インダク
タに流れる電流を検出し、その検出値が所定値を超えた
ときにスイッチング要素のスイッチング動作を抑制また
は停止させるようにしたので、共振用インダクタのイン
ダクタンス値を大きく設定することなく放電ランプの寿
命末期の半波放電による共振用インダクタおよびスイッ
チング要素のロス増大・発熱を抑制することができ、し
かもランプ交換後直ちに放電ランプを点灯させることが
できる。

また、共振用インダクタの電流としては、一方向の電
流を検出するのみでよいので、一方向電流検出要素およ
び判別回路の構成も簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の放電灯点灯装置の構成を
示す回路図、第２図は従来の放電灯点灯装置の構成を示
す回路図、第３図は放電灯点灯装置の動作説明のための
概略回路図、第４図は放電ランプの正常時および半波放
電時に共振用インダクタに流れる電流を示す波形図であ
る。 １……直流電源回路、６……共振用コンデンサ、７……
共振用インダクタ、８……スイッチング要素、９……放
電ランプ、10……予熱用コンデンサ、11……電流制限用
インダクタ、22……制御回路、31……一方向電流検出要
素、32……判別回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 三雄 兵庫県姫路市西延末404―１ 池田電機 株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−197085（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05B 41/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源回路に対し共振用コンデンサおよ
   び共振用インダクタからなる共振回路をスイッチング要
   素を介して接続し、前記共振用インダクタの両端間に電
   流制限用インダクタを介して放電ランプを接続した放電
   灯点灯装置において、 前記共振用インダクタに流れる一方向の電流を検出する
   一方向電流検出要素を前記共振用インダクタと直列に設
   け、前記一方向電流検出要素による検出値が所定値を超
   えたことを判別し、ホトカプラにて信号を出力する判別
   回路を設け、この判別回路の出力に応答して前記スイッ
   チング要素のスイッチング動作を抑制または停止させる
   制御回路を設けたことを特徴とする放電灯点灯装置。