JP2906056B2 - Discharge lamp lighting circuit - Google Patents

Discharge lamp lighting circuit

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JP2906056B2 JP63114655A JP11465588A JP2906056B2 JP 2906056 B2 JP2906056 B2 JP 2906056B2 JP 63114655 A JP63114655 A JP 63114655A JP 11465588 A JP11465588 A JP 11465588A JP 2906056 B2 JP2906056 B2 JP 2906056B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高力率で動作するインバータ形の放電灯点灯
装置に関するものである。
The present invention relates to an inverter-type discharge lamp lighting device that operates at a high power factor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

高気圧金属蒸気放電灯(HIDランプ)を10〜百kHz程度
の高周波帯で点灯すると、音響共鳴現象が起こり、放電
が不安定となる。これを避けるには、更なる上位の高周
波数で点灯するか、逆に低周波数で点灯すれば良い。し
かし、前者の場合は、安定放電の周波数下限値が放電灯
毎に異なり、かつ放電状態によっても変わるために、実
施は容易でない。
When a high-pressure metal vapor discharge lamp (HID lamp) is lit in a high frequency band of about 10 to 100 kHz, an acoustic resonance phenomenon occurs and the discharge becomes unstable. In order to avoid this, the light may be lit at a higher higher frequency, or conversely, may be lit at a lower frequency. However, in the former case, the implementation is not easy because the frequency lower limit value of the stable discharge differs for each discharge lamp and also varies depending on the discharge state.

後者の例は「照明学会」昭和62年度「全国大会予稿
集」(発表No.41)に提示されている。その回路は第3
図の通りであり、交流電源10と倍電圧整流回路20と全波
ブリッジ形インバータ40と点灯回路50を含む。以下、第
3図の従来装置について、もう少し詳しく説明する。
An example of the latter is presented in "The Illuminating Engineering Institute of Japan", 1987 "Preprints of the National Convention" (Presentation No. 41). The circuit is the third
As shown in the figure, it includes an AC power supply 10, a voltage doubler rectifier circuit 20, a full-wave bridge type inverter 40, and a lighting circuit 50. Hereinafter, the conventional apparatus of FIG. 3 will be described in more detail.

第3図の交流電源10電圧はダイオード21・22と整流回
路用平滑コンデンサ28・29を含む倍電圧整流回路20で昇
圧される。それによって、交流電源10電圧最大値の2倍
を上限とする直流倍電圧を得る。全波ブリッジ形インバ
ータ40はこの直流倍電圧を受けて動作する。全波ブリッ
ジ形インバータ40は全波ブリッジ形に接続するインバー
タ用スイッチング素子41・42・43・44を含み、かつ各イ
ンバータ用スイッチング素子41・42・43・44と逆並列に
接続するフライホイールダイオード45・46・47・48を含
む。全波ブリッジ形インバータ40の直流出力端子に点灯
回路50を接続する。点灯回路50は放電灯51と該放電灯51
に直列のバラスト用インダクタ59と該放電灯51に並列の
補助コンデンサ52を含む。点灯回路50はバラスト用イン
ダクタ59を含む誘導性負荷回路であり、フライホイール
ダイオード45・46・47・48は省けない。これを省くと、
インバータ用スイッチング素子たとえば41のターンオフ
時に、バラスト用インダクタ59の両端に理論上は無限大
の過電圧が発生する。補助コンデンサ52は高周波成分電
流を吸収するためのものである。
The voltage of the AC power supply 10 shown in FIG. 3 is boosted by a voltage doubler rectifier circuit 20 including diodes 21 and 22 and rectifying circuit smoothing capacitors 28 and 29. Thus, a DC double voltage having an upper limit of twice the maximum value of the AC power supply 10 voltage is obtained. The full-wave bridge type inverter 40 operates by receiving this DC double voltage. The full-wave bridge type inverter 40 includes switching elements 41, 42, 43, 44 for inverters connected in a full-wave bridge type, and a flywheel diode connected in anti-parallel with each of the switching elements 41, 42, 43, 44 for inverters. Including 45, 46, 47, 48. The lighting circuit 50 is connected to the DC output terminal of the full-wave bridge inverter 40. The lighting circuit 50 includes a discharge lamp 51 and the discharge lamp 51.
And an auxiliary capacitor 52 in parallel with the discharge lamp 51. The lighting circuit 50 is an inductive load circuit including the ballast inductor 59, and the flywheel diodes 45, 46, 47, and 48 cannot be omitted. If you omit this,
When the inverter switching element 41, for example, is turned off, a theoretically infinite overvoltage is generated across the ballast inductor 59. The auxiliary capacitor 52 is for absorbing a high-frequency component current.

第3図のインバータ用スイッチング素子42・43がオフ
で41・44がオンでる期間を例にとり、その動作を説明す
る。この期間には(28・29)−41−59−51(52)−44−
(28・29)の閉回路に電流が流れる。ここで、インバー
タ用スイッチング素子42・43をオフ状態に保ち、かつ44
をオン状態に保ち、残りのインバータ用スイッチング素
子41のみをターンオフさせると、59−51(52)−44−46
−59の閉回路に電流が流れる。インバータ用スイッチン
グ素子45を高周波同期でオンオフさせると、以上の動作
が繰り返えされる。第3図のインバータ動作の要点は上
側の一対のインバータ用スイッチング素子41・43を高周
波周期でオンオフさせ、下側の一対のインバータ用スイ
ッチング素子42・44を低周波周期でオンオフさせること
である。このようにすると、バラスト用インダクタ59に
低周波成分・高周波成分を包含する負荷電流が流れる。
その内の高周波成分を補助コンデンサ52で吸収すると、
放電灯51には主として低周波成分電流のみが流れる。こ
のため、放電灯51が高気圧金属蒸気放電灯であっても、
有害な放電不安定現象は起きない。
The operation will be described by taking as an example a period in which the inverter switching elements 42 and 43 of FIG. 3 are off and 41 and 44 are on. During this period, (28 ・ 29) −41−59−51 (52) −44−
Current flows in the closed circuit of (28 ・ 29). Here, the inverter switching elements 42 and 43 are kept off, and
Is kept in the ON state, and only the remaining inverter switching element 41 is turned off, 59-51 (52) -44-46
Current flows through the closed circuit at -59. When the switching element 45 for the inverter is turned on and off in synchronization with high frequency, the above operation is repeated. The essential point of the inverter operation shown in FIG. 3 is to turn on and off the upper pair of inverter switching elements 41 and 43 at a high frequency cycle and turn on and off the lower pair of inverter switching elements 42 and 44 at a low frequency cycle. In this way, a load current including a low-frequency component and a high-frequency component flows through the ballast inductor 59.
When the high-frequency component is absorbed by the auxiliary capacitor 52,
Only the low frequency component current flows through the discharge lamp 51. Therefore, even if the discharge lamp 51 is a high-pressure metal vapor discharge lamp,
No harmful discharge instability occurs.

第3図の全波ブリッジ形インバータ40の入力源は整流
回路用平滑コンデンサ28・29を主体とする安定な電圧源
である。その直流電圧が例えばインバータ用スイッチン
グ素子41・44を介し、さらにバラスト用インダクタ59を
介して放電灯51に印加する。バラスト用インダクタ59が
ないと、放電灯51の定電圧特性ないしは負特性ゆえに、
安定な動作は不可となる。なお、インバータ用スイッチ
ング素子41・42・43・44の全てを低周波周期でオンオフ
させたのでは、バラスト用インダクタ59を低周波数仕様
の大形なものとする必要があり、得策でない。
The input source of the full-bridge inverter 40 shown in FIG. 3 is a stable voltage source mainly composed of rectifying circuit smoothing capacitors 28 and 29. The DC voltage is applied to the discharge lamp 51 via, for example, inverter switching elements 41 and 44 and further via a ballast inductor 59. Without the ballast inductor 59, because of the constant voltage characteristic or the negative characteristic of the discharge lamp 51,
Stable operation is not possible. If all of the inverter switching elements 41, 42, 43 and 44 are turned on and off at a low frequency cycle, it is necessary to make the ballast inductor 59 large with low frequency specifications, which is not a good idea.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

第3図の全波ブリッジ形インバータ40の入力源は安定
な電圧を保持する電圧源(整流回路用平滑コンデンサ28
・29)である。その電圧は放電灯51の放電電圧以上(通
常は2倍以上)でなければならない。その差分をバラス
ト用インダクタ59に印加する仕組みで、動作の安定化を
図る。見方を変えると、バラスト用インダクタ59電圧分
を見込んだ、高電圧の電圧源を必要とする。そのために
倍電圧整流回路20を用いるが、その負担が重く、しかも
更なる高放電電圧の放電灯51に対しては使用不可とな
る。
The input source of the full-wave bridge type inverter 40 shown in FIG. 3 is a voltage source (a smoothing capacitor 28 for a rectifier circuit) which holds a stable voltage.
・ 29). The voltage must be equal to or higher than the discharge voltage of the discharge lamp 51 (normally equal to or higher than twice). The mechanism for applying the difference to the ballast inductor 59 stabilizes the operation. From a different point of view, a high voltage source is required, which allows for 59 ballast inductors. For this purpose, the voltage doubler rectifier circuit 20 is used, but the burden is heavy, and it cannot be used for the discharge lamp 51 having a higher discharge voltage.

また、第3図の倍電圧整流回路20は本質的に低力率回
路である。交流電源10電圧の瞬時値が整流回路用平滑コ
ンデンサ28・29電圧を上回るわずかな期間にだけピーク
状の交流電源10電流が流れるので、低力率形となる。
Further, the voltage doubler rectifier circuit 20 shown in FIG. 3 is essentially a low power factor circuit. Since the peak AC power supply 10 current flows only for a short period when the instantaneous value of the AC power supply 10 voltage exceeds the voltage of the rectifying circuit smoothing capacitors 28 and 29, a low power factor type is achieved.

さらに、インバータ用スイッチング素子41・42・43・
44のターンオン時に、直列一対のインバータ用スイッチ
ング素子たとえば41・42が同時にオンすることがある。
このときに、過大な電流が流れ、過大な電力損失を生
む。
Furthermore, inverter switching elements 41, 42, 43,
When the switch 44 is turned on, a pair of inverter switching elements in series, for example, 41 and 42, may be turned on at the same time.
At this time, an excessive current flows, causing an excessive power loss.

本発明の目的は低電圧交流電源の下であっても高放電
電圧の放電灯を使用することのできる高力率形の放電灯
点灯装置を提供することである。また、平滑コンデンサ
およびバラスト用インダクタを用いない安価な点灯装置
を提供することである。さらに、直列一対のインバータ
用スイッチング素子が同時にオンしても、過大電流・過
大損失を形成しない点灯装置を提供することである。他
の目的は高気圧金属蒸気放電灯に特に好適な点灯装置を
提供することである。
An object of the present invention is to provide a high power factor type discharge lamp lighting device which can use a discharge lamp having a high discharge voltage even under a low voltage AC power supply. Another object of the present invention is to provide an inexpensive lighting device that does not use a smoothing capacitor and a ballast inductor. Still another object of the present invention is to provide a lighting device that does not generate an excessive current and an excessive loss even when a pair of inverter switching elements are turned on simultaneously. Another object is to provide a lighting device which is particularly suitable for high pressure metal vapor discharge lamps.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明に係る放電灯点灯装置は交流電源電圧を全波整
流する全波整流回路を備える。前記全波整流回路の出力
端に接続する整流回路用平滑コンデンサを省略する。本
明細書における「省略」の用語は、省略しても構わない
という意味ではなく、省略しなければならないという意
味に用いる。
A discharge lamp lighting device according to the present invention includes a full-wave rectifier circuit that performs full-wave rectification on an AC power supply voltage. The rectifying circuit smoothing capacitor connected to the output terminal of the full-wave rectifying circuit is omitted. The term "omitted" in this specification is used not to mean that it may be omitted, but to mean that it must be omitted.

チョッパ用インダクタを備える。前記全波整流回路の
出力電圧を前記チョッパ用インダクタに順方向にかつ断
続的に印加するチョッパ用スイッチング素子を備える。
前記チョッパ用インダクタに流れる順方向電流を導くチ
ョッパ用ダイオードを備える。前記チョッパ用ダイオー
ドを介して前記チョッパ用インダクタと並列に接続する
チョッパ用平滑コンデンサを省略する。これによって、
昇降圧形のチョッパ回路を構成する。
A chopper inductor is provided. A chopper switching element for applying an output voltage of the full-wave rectifier circuit to the chopper inductor in a forward direction and intermittently.
A chopper diode for guiding a forward current flowing through the chopper inductor. A chopper smoothing capacitor connected in parallel with the chopper inductor via the chopper diode is omitted. by this,
A step-up / step-down chopper circuit is configured.

前記チョッパ用ダイオードを介して前記チョッパ用イ
ンダクタと並列に接続するインバータを備える。前記イ
ンバータは4個のインバータ用スイッチング素子を全波
ブリッジ形に接続する全波ブリッジ形インバータであ
る。直列一対のインバータ用スイッチング素子を一対の
アーム用コンデンサに置換する形式のハーフブリッジ形
インバータであってはならない。
An inverter connected in parallel with the chopper inductor via the chopper diode is provided. The inverter is a full-wave bridge type inverter in which four inverter switching elements are connected in a full-wave bridge type. A half-bridge type inverter in which a pair of inverter switching elements in series is replaced with a pair of arm capacitors must not be used.

前記全波ブリッジ形インバータの直流出力端子に接続
する放電灯を備える。前記放電灯と直列に接続するバラ
スト用インダクタを省略する。前記放電灯と並列に接続
する補助コンデンサを備える。
A discharge lamp connected to a DC output terminal of the full-wave bridge inverter. The ballast inductor connected in series with the discharge lamp is omitted. An auxiliary capacitor connected in parallel with the discharge lamp is provided.

〔作用〕[Action]

前記チョッパ回路はチョッパ用平滑コンデンサがない
ために、電圧源としてではなく電流源として機能する。
その電流が全波ブリッジ形インバータによって交互に転
極され、放電灯へ供給される。
The chopper circuit functions not as a voltage source but as a current source because there is no smoothing capacitor for the chopper.
The current is alternately inverted by the full-wave bridge inverter and supplied to the discharge lamp.

〔実施例〕〔Example〕

本発明に係る第1図の実施例について説明する。第1
図の放電灯点灯装置は交流電源10電圧を全波整流する全
波整流回路20を備える。全波整流回路20は都合4個のダ
イオード21・22・23・24を全波ブリッジ形に接続したも
のである。全波整流回路20の出力端20a・20bを接続する
整流回路用平滑コンデンサを省略する。
The embodiment of FIG. 1 according to the present invention will be described. First
The illustrated discharge lamp lighting device includes a full-wave rectifier circuit 20 that performs full-wave rectification on the AC power supply 10 voltage. The full-wave rectifier circuit 20 is formed by connecting four diodes 21, 22, 23, and 24 in a full-wave bridge type. A rectifying circuit smoothing capacitor for connecting the output terminals 20a and 20b of the full-wave rectifying circuit 20 is omitted.

チョッパ用インダクタ31を備える。全波整流回路20の
出力電圧をチョッパ用インダクタ31に順方向にかつ断続
的に印加するチョッパ用スイッチング素子32を備える。
第1図の場合のチョッパ用インダクタ31の順方向は下向
きである。チョッパ用インダクタ31に流れる下向きの順
方向電流を導くチョッパ用ダイオード33を備える。チョ
ッパ用ダイオード33を介してチョッパ用インダクタ31と
並列に接続するチョッパ用平滑コンデンサを省略する。
A chopper inductor 31 is provided. A chopper switching element 32 for applying the output voltage of the full-wave rectifier circuit 20 to the chopper inductor 31 in a forward direction and intermittently is provided.
In FIG. 1, the forward direction of the chopper inductor 31 is downward. A chopper diode 33 for guiding a downward forward current flowing through the chopper inductor 31 is provided. The chopper smoothing capacitor connected in parallel with the chopper inductor 31 via the chopper diode 33 is omitted.

チョッパ用ダイオード33を介してチョッパ用インダク
タ31と並列に接続するインバータ40を備える。インバー
タ40は4個のインバータ用スイッチング素子41・42・43
・44を全波ブリッジ形に接続する全波ブリッジ形インバ
ータである。
An inverter 40 is connected in parallel with the chopper inductor 31 via the chopper diode 33. Inverter 40 has four inverter switching elements 41, 42, 43
・ A full-wave bridge type inverter that connects 44 to a full-wave bridge type.

全波ブリッジ形インバータ40の直流出力端子に接続す
る放電灯51を備える。放電灯51の例は高気圧金属蒸気放
電灯(HIDランプ)である。放電灯51と直列に接続する
バラスト用インダクタを省略する。放電灯51と並列に接
続する補助コンデンサ52を備える。補助コンデンサ52は
高周波成分を吸収除去する程度の小容量のものである。
全波ブリッジ形インバータ40の負荷回路となる点灯回路
50は放電灯51・補助コンデンサ52を含み、バラスト用イ
ンダクタを含まない簡素なものである。
The discharge lamp 51 is connected to the DC output terminal of the full-wave bridge type inverter 40. An example of the discharge lamp 51 is a high-pressure metal vapor discharge lamp (HID lamp). The ballast inductor connected in series with the discharge lamp 51 is omitted. An auxiliary capacitor 52 connected in parallel with the discharge lamp 51 is provided. The auxiliary capacitor 52 has a small capacity enough to absorb and remove high-frequency components.
Lighting circuit that becomes the load circuit of full-wave bridge type inverter 40
50 is a simple one that includes a discharge lamp 51 and an auxiliary capacitor 52 and does not include a ballast inductor.

全波整流回路20について補足する。その出力端20a・2
0bに図外の整流回路用平滑コンデンサを接続すると、交
流電源10が低力率となる。それは該整流回路用平滑コン
デンサ電圧よりも交流電源10電圧が下回る期間に、交流
電源10電流が流れないためである。本発明においては、
高力率化のために、整流回路用平滑コンデンサを省略す
る。
The supplementary description of the full-wave rectifier circuit 20 is provided. Its output end 20a ・ 2
When a rectifying circuit smoothing capacitor (not shown) is connected to 0b, the AC power supply 10 has a low power factor. This is because the AC power supply 10 current does not flow during the period when the AC power supply 10 voltage is lower than the rectifying circuit smoothing capacitor voltage. In the present invention,
In order to increase the power factor, the rectifying circuit smoothing capacitor is omitted.

チョッパ用インダクタ31・チョッパ用スイッチング素
子32・チョッパ用ダイオード33は一応の昇降圧形のチョ
ッパ回路30を構成する。チョッパ用ダイオード33の後段
にチョッパ用平滑コンデンサがないので、その意味では
不完全なチョッパ回路30である。以下、この点について
補足する。チョッパ用スイッチング素子32のオン期間
に、全波整流回路20の出力電圧がチョッパ用インダクタ
31に印加し、チョッパ用インダクタ31に下向きの順方向
電流を形成し、電磁エネルギを蓄積する。チョッパ用ス
イッチング素子32がターンオフしても、チョッパ用イン
ダクタ31電流はなお保持され、電流源として機能する。
チョッパ用ダイオード33の後段にチョッパ用平滑コンデ
ンサがある場合はチョッパ用インダクタ31の電磁エネル
ギはチョッパ用平滑コンデンサに吸収される。この場合
のチョッパ用平滑コンデンサは安定な直流電圧を保持す
る電圧源として機能する。後段の全波ブリッジ形インバ
ータ40の位置から見ると、チョッパ用平滑コンデンサが
ある場合は電圧源となり、ない場合は電流源となる。電
圧源の電流は不定であり、電流源の電圧は不定である。
不定である電流ないしは不定である。電圧はその負荷回
路すなわち全波ブリッジ形インバータ40等に依存する。
The chopper inductor 31, the chopper switching element 32, and the chopper diode 33 form a buck-boost type chopper circuit 30. Since there is no chopper smoothing capacitor after the chopper diode 33, the chopper circuit 30 is incomplete in that sense. Hereinafter, this point will be supplemented. During the ON period of the chopper switching element 32, the output voltage of the full-wave rectifier circuit 20 is
The current is applied to the inductor 31 to form a downward forward current in the chopper inductor 31 to store electromagnetic energy. Even if the chopper switching element 32 is turned off, the current of the chopper inductor 31 is still held and functions as a current source.
When a chopper smoothing capacitor is provided at the subsequent stage of the chopper diode 33, the electromagnetic energy of the chopper inductor 31 is absorbed by the chopper smoothing capacitor. In this case, the smoothing capacitor for chopper functions as a voltage source that holds a stable DC voltage. When viewed from the position of the full-wave bridge-type inverter 40 in the subsequent stage, if there is a smoothing capacitor for chopper, it becomes a voltage source, and if there is no smoothing capacitor, it becomes a current source. The current of the voltage source is undefined, and the voltage of the current source is undefined.
An undefined current or undefined. The voltage depends on the load circuit, ie, the full-bridge inverter 40 and the like.

全波ブリッジ形インバータ40とその後段の点灯回路50
について説明する。この点の特徴事項は放電灯51と直列
に接続されるバラスト用インダクタ(前記第3図の59に
相当するインダクタ)を省略したことである。説明の便
宜上、チョッパ用スイッチング素子32がオフ、インバー
タ用スイッチング素子42・43がオフ、インバータ用スイ
ッチング素子41・44がオンである期間について考える。
この場合は電流源として機能するチョッパ用インダクタ
31の順方向電流は31−33−44−51(52)−41−31の閉回
路を流れる。これにより、放電灯51の点灯を維持する。
チョッパ用スイッチング素子32のオンオフに応じてこの
閉回路の電流は断続する。その断続にともなう高周波成
分電流を補助コンデンサ52で吸収すると、放電灯51には
高周波成分電流を含まない連続した電流が流れるように
なる。放電灯51は所定の放電電圧を必要とするが、チョ
ッパ用インダクタ31はそれに見合った電圧を供給する。
電流源であるチョッパ用インダクタ31の電圧は不定であ
り、そのレベルは放電灯51に依存する。一方、電流源と
してのチョッパ用インダクタ31は同じ電流レベルを保持
しようとする慣性効果を持つ。このため、放電灯51と直
列に配置するバラスト用インダクタは不要であり、省略
できる。ちなみに、チョッパ用平滑コンデンサが付属す
る場合は、それが電圧源として機能するために、該コン
デンサ電圧と放電電圧の差分を分担するバラスト用イン
ダクタが不可欠となる。
Full-wave bridge type inverter 40 and subsequent lighting circuit 50
Will be described. The feature of this point is that a ballast inductor (an inductor corresponding to 59 in FIG. 3) connected in series with the discharge lamp 51 is omitted. For convenience of explanation, consider a period in which the chopper switching element 32 is off, the inverter switching elements 42 and 43 are off, and the inverter switching elements 41 and 44 are on.
In this case, a chopper inductor that functions as a current source
The forward current of 31 flows through the closed circuit of 31-33-44-51 (52) -41-31. Thereby, the lighting of the discharge lamp 51 is maintained.
The current in this closed circuit is intermittent according to the on / off of the chopper switching element 32. When the high-frequency component current accompanying the interruption is absorbed by the auxiliary capacitor 52, a continuous current that does not include the high-frequency component current flows through the discharge lamp 51. Although the discharge lamp 51 requires a predetermined discharge voltage, the chopper inductor 31 supplies a voltage corresponding thereto.
The voltage of the chopper inductor 31 as a current source is undefined, and its level depends on the discharge lamp 51. On the other hand, the chopper inductor 31 as a current source has an inertial effect of maintaining the same current level. Therefore, a ballast inductor arranged in series with the discharge lamp 51 is unnecessary and can be omitted. Incidentally, if a smoothing capacitor for chopper is attached, a ballast inductor sharing the difference between the capacitor voltage and the discharge voltage is indispensable because it functions as a voltage source.

見方を変えて補足する。チョッパ用平滑コンデンサが
なく、バラスト用インダクタがある場合について考え
る。この場合はチョッパ用スイッチング素子32のターン
オフ時に、チョッパ用インダクタ31・バラスト用インダ
クタの各両端に理論上は無限大の電圧が発生する。これ
はチョッパ用インダクタ31に蓄積された電磁エネルギを
バラスト用インダクタを含む回路に無理に放出しようと
するために起こる現象である。次にバラスト用インダク
タがなく、チョッパ用平滑コンデンサがある場合につい
て考える。これは放電灯51に直に電圧線を繋いだ形態で
あり、放電灯51にまったく電流が流れないか、過大電流
が流れるかのいずれかとなる。二つのケースを仮定した
が、そのいずれの場合も実施不能となる。
Change perspective and supplement. Consider the case where there is no chopper smoothing capacitor and there is a ballast inductor. In this case, when the chopper switching element 32 is turned off, a theoretically infinite voltage is generated at both ends of the chopper inductor 31 and the ballast inductor. This is a phenomenon that occurs because the electromagnetic energy stored in the chopper inductor 31 is forcibly emitted to a circuit including the ballast inductor. Next, consider the case where there is no ballast inductor and there is a chopper smoothing capacitor. This is a form in which a voltage line is directly connected to the discharge lamp 51, and either no current flows through the discharge lamp 51 or an excessive current flows. Two cases are assumed, but in either case, it becomes impossible to implement.

全波ブリッジ形インバータ40の負荷は放電灯51・補助
コンデンサ52であり、バラスト用インダクタは省略され
る。このため、前記したように全波ブリッジ形インバー
タ40の入力端に電圧源を接続することはできない。とこ
ろで、全波整流回路20も電圧源であるので、その出力電
圧がチョッパ用スイッチング素子32・チョッパ用ダイオ
ード33を介して全波ブリッジ形インバータ40に印加しな
いかどうかが問題となる。この点について補足する。チ
ョッパ用スイッチング素子32がオンのときのチョッパ用
インダクタ31電圧はチョッパ用ダイオード33に対して逆
極性であり、チョッパ用ダイオード33はオフ状態を保持
する。チョッパ用スイッチング素子32がターンオフする
と、チョッパ用インダクタ31電圧が反転し、チョッパ用
ダイオード33はターンオフする。その状況は前者がオフ
で後者がオンである。その状況下でチョッパ用スイッチ
ング素子32がターンオフすると、チョッパ用インダクタ
31電圧が再び反転し、チョッパ用ダイオード33はターン
オフとなる。このような訳で、全波整流回路20の出力電
圧はチョッパ用スイッチング素子32・チョッパ用ダイオ
ード33のいずれかによって阻止され、後段の全波ブリッ
ジ形インバータ40には印加しない。
The loads of the full-wave bridge type inverter 40 are the discharge lamp 51 and the auxiliary capacitor 52, and the ballast inductor is omitted. Therefore, a voltage source cannot be connected to the input terminal of the full-wave bridge type inverter 40 as described above. By the way, since the full-wave rectifier circuit 20 is also a voltage source, there is a problem whether the output voltage is not applied to the full-wave bridge type inverter 40 via the chopper switching element 32 and the chopper diode 33. This point will be supplemented. When the chopper switching element 32 is on, the voltage of the chopper inductor 31 has a polarity opposite to that of the chopper diode 33, and the chopper diode 33 keeps the off state. When the chopper switching element 32 is turned off, the voltage of the chopper inductor 31 is inverted, and the chopper diode 33 is turned off. The situation is that the former is off and the latter is on. Under these circumstances, when the chopper switching element 32 is turned off, the chopper inductor
The voltage 31 is again inverted, and the chopper diode 33 is turned off. For this reason, the output voltage of the full-wave rectifier circuit 20 is blocked by either the chopper switching element 32 or the chopper diode 33 and is not applied to the full-wave bridge type inverter 40 at the subsequent stage.

全波ブリッジ形インバータ40のスイッチング制御につ
いて説明する。それは、対向辺の一対のインバータ用ス
イッチング素子41・44と残りの一対のインバータ用スイ
ッチング素子42・43とを交互にオンオフさせる動作態様
である。これは全波ブリッジ形インバータ40としてのご
く普通の動作態様である。前記従来の第3図装置におい
ては、上辺側のインバータ用スイッチング素子41・43の
みを高周波周期でオンオフさせ、バラスト用インダクタ
59の小形化を図ったが、第1図の場合は小形化を意図す
るバラスト用インダクタがないので、以上のようなスイ
ッチング周波数の使い分けは不要であり、無意味であ
る。第1図のインバータ用スイッチング素子41・42・43
・44はトランジスタであり、それらにスイッチング制御
回路が付属するが、その図示は省略してある。
The switching control of the full-wave bridge type inverter 40 will be described. This is an operation mode in which the pair of inverter switching elements 41 and 44 on the opposite side and the remaining pair of inverter switching elements 42 and 43 are alternately turned on and off. This is a normal operation mode of the full-wave bridge type inverter 40. In the conventional device of FIG. 3, only the switching elements 41 and 43 for inverters on the upper side are turned on and off at a high frequency cycle, and the inductor for ballast is used.
Although the size of 59 is reduced, in the case of FIG. 1 there is no ballast inductor intended to reduce the size, so that it is not necessary to use the switching frequency as described above, which is meaningless. Inverter switching elements 41, 42, 43 in FIG.
Reference numeral 44 denotes transistors, each of which is provided with a switching control circuit, but is not shown.

第1図の直列一対のインバータ用スイッチング素子た
とえば41・42が同時にオンすることがある。その場合は
インバータ用スイッチング素子41・42を介して電流が流
れるが、そのそのレベルはそのときのチョッパ用インダ
クタ31の電流値と一致する。このため、過大電流・過大
損失は生じない。
In some cases, a pair of inverter switching elements, for example, 41 and 42 in FIG. 1 are turned on at the same time. In that case, a current flows through the inverter switching elements 41 and 42, and the level thereof matches the current value of the chopper inductor 31 at that time. Therefore, no excessive current and excessive loss occur.

第1図の動作について、改めて説明する。第1図の交
流電源10電圧をV1・Sinωtとすると、全波整流回路20
の出力電圧Eは次式で与えられる。
The operation of FIG. 1 will be described again. When an AC power supply 10 voltage of FIG. 1 and V 1 · sin .omega.t, full-wave rectifier circuit 20
Is given by the following equation.

E=V1|Sinωt| (1) チョッパ用スイッチング素子32たとえばトランジスタ
が時刻t2でターンオフする。その後のオン期間が十分に
短かければ、チョッパ用スイッチング素子32を経由する
チョッパ用インダクタ31の電流iは次式で与えられる。
E = V 1 | Sinωt | ( 1) chopper switching element 32 such as a transistor is turned off at time t 2. If the subsequent ON period is sufficiently short, the current i of the chopper inductor 31 via the chopper switching element 32 is given by the following equation.

(2)式のIOは時刻t1におけるチョッパ用インダクタ
31の電流(初期値)である。Lはチョッパ用インダクタ
31のインダクタンスである。
I O in equation (2) is the chopper inductor at time t 1
31 is the current (initial value). L is an inductor for chopper
31 inductance.

(2)式のオン期間をTONとすると、次式となる。If the ON period of the equation (2) is T ON , the following equation is obtained.

(21)式のIPはチョッパ用インダクタ31のピーク電流
値であり、それはチョッパ用スイッチング素子32のター
ンオフ時に形成される。それ以降のチョッパ用スイッチ
ング素子32のオフ期間に、チョッパ用インダクタ31に流
れる電流iはほぼ次式となる。
(21) of the I P is the peak current value of the chopper inductor 31, which is formed at turn-off of the chopper switching element 32. During the subsequent off period of the chopper switching element 32, the current i flowing through the chopper inductor 31 is substantially expressed by the following equation.

(3)式のVLは放電灯51の放電電圧で、補助コンデン
サ52が付属するため、ほぼ定電圧とみなせる。
VL in the equation (3) is the discharge voltage of the discharge lamp 51 and can be regarded as substantially constant voltage because the auxiliary capacitor 52 is attached.

(3)式のオフ期間をTOFFとすると、次式となる。 Assuming that the OFF period in equation (3) is T OFF , the following equation is obtained.

交流電源10には、チョッパ用スイッチング素子32のオ
ン期間に(2)式の電流iが流れる。オフ期間には流れ
ない。よって、交流電源10電流の平均電流(高調波成分
を除いた低周波成分電流)iOは次式となる。
In the AC power supply 10, a current i expressed by equation (2) flows during the ON period of the chopper switching element 32. It does not flow during the off period. Therefore, the average current (low-frequency component current excluding harmonic components) i O of the AC power supply 10 current is expressed by the following equation.

(4)式のiOが交流電源10電圧V1・Sinωtと同波形
同位相であれば、力率は最大となる。よって次の条件式
を得る。
If i O in the equation (4) has the same waveform and the same phase as the AC power supply 10 voltage V 1 · Sinωt, the power factor becomes maximum. Therefore, the following conditional expression is obtained.

さらに、(2)式等のIOを0とする条件を与え、
(2)式以降の各式を用いて(41)式を整理すると、次
のようになる。
Further, a condition for setting I O to 0 in the equation (2) or the like is given,
By rearranging equation (41) using the equations after equation (2), the following is obtained.

第1図においては、全波整流回路20の出力端20a・20b
に接続する整流回路用平滑コンデンサを省き、そこにチ
ョッパ回路30の入力端を接続するので、基本的に高力率
形の動作となる。特に(42)式を満たすように制御すれ
ば、最大力率が得られる。チョッパ用インダクタ31のピ
ーク電流値IPは(21)式からかわるように、チョッパ用
スイッチング素子32のオン期間TONの関数となる。そこ
で、チョッパ用スイッチング素子32のオンデューティを
適宜に可変して(42)式を満足させれば、最大力率の動
作が実現する。
In FIG. 1, the output terminals 20a and 20b of the full-wave rectifier circuit 20 are shown.
Since the rectifying circuit smoothing capacitor connected to the rectifier circuit is omitted and the input terminal of the chopper circuit 30 is connected to the rectifying circuit smoothing capacitor, the operation is basically of a high power factor type. In particular, if control is performed so as to satisfy Expression (42), the maximum power factor can be obtained. Peak current value I P of the chopper inductor 31, as substitute from equation (21), the function of the ON period T ON of chopper switching element 32. Therefore, if the on-duty of the chopper switching element 32 is appropriately changed to satisfy the expression (42), the operation with the maximum power factor is realized.

第1図装置によれば、実効値の低い交流電源10と放電
電圧の高い放電灯51の組合わせであっても、その放電灯
51の点灯が可能となる。チョッパ用スイッチング素子32
のオン期間にチョッパ用インダクタ31に蓄積した電磁エ
ネルギは、放電電圧が高い場合であっても、放電灯51へ
供給される。また、バラスト用インダクタがないので、
その小形化するために必要なインバータ用スイッチング
素子41・42・43・44の高周波スイッチング動作の制約も
ない。従って、高気圧金属蒸気放電灯(HIDランプ)51
の低周波点灯に特に好適である。
According to the apparatus shown in FIG. 1, even when a combination of an AC power supply 10 having a low effective value and a discharge lamp 51 having a high discharge voltage is used,
Lighting of 51 becomes possible. Switching element 32 for chopper
The electromagnetic energy accumulated in the chopper inductor 31 during the ON period is supplied to the discharge lamp 51 even when the discharge voltage is high. Also, since there is no ballast inductor,
There is no restriction on the high-frequency switching operation of the inverter switching elements 41, 42, 43, 44 necessary for downsizing. Therefore, a high pressure metal vapor discharge lamp (HID lamp) 51
It is particularly suitable for low frequency lighting.

次に第2図の実施例について説明する。ここに前記第
1図の部品符号をそのまま転用し、重複する説明を適宜
に割愛する。第2図ではインバータ用スイッチング素子
41・42・43・44としてサイリスタを用いる。そのスイッ
チング制御回路を全波整流回路20と関連させ、図示のご
とく構成する。
Next, the embodiment shown in FIG. 2 will be described. Here, the component code of FIG. 1 is used as it is, and the overlapping description will be omitted as appropriate. Fig. 2 shows a switching element for an inverter.
Thyristors are used as 41, 42, 43 and 44. The switching control circuit is associated with the full-wave rectifier circuit 20 and configured as shown in the figure.

第2図のインバータ用スイッチング素子42・43がオン
で、41・44がオフである状態について考える。このとき
の補助コンデンサ12の電圧極性は図示の通りである。こ
の状況下で交流電源10電圧が図示の極性に反転すると、
10−21−61−31−32−24−10の閉回路に電流が流れる。
ダイオード61の電圧降下分が抵抗63を介してインバータ
用スイッチング素子41のゲートに印加し、インバータ用
スイッチング素子41がターンオフする。すると補助コン
デンサ52の充電電圧がインバータ用スイッチング素子41
を介してインバータ用スイッチング素子43に逆向きに加
わる。このため、インバータ用スイッチング素子43がタ
ーンオフする。一方、インバータ用スイッチング素子44
にはオンしているインバータ用スイッチング素子42を介
して補助コンデンサ51電圧がインバータ用スイッチング
素子44に順方向に加わる。それによる電流はインバータ
用スイッチング素子43がオフになるために、抵抗70を介
してインバータ用スイッチング素子44のゲートからカソ
ードへ流れ、インバータ用スイッチング素子44がターン
オフする。インバータ用スイッチング素子44がターンオ
ンすると、補助コンデンサ51電圧はインバータ用スイッ
チング素子44を介してインバータ用スイッチング素子42
に逆向きに印加し、インバータ用スイッチング素子42が
ターンオフする。かくして、インバータ用スイッチング
素子41・44がオンで、42・43がオフである状態に転極す
る。これ以降は再び冒頭の状態に戻り、以下繰り返す。
このようにして、第2図の全波ブリッジ形インバータ40
は、交流電源10のから全波整流回路20へ供給される電流
を信号源として、交流電源10周波数に自己同期して転極
する。このため、タイマー回路を含む他励式のスイッチ
ング制御回路を要しない利点がある。なお第2図のイン
バータ用スイッチング素子41・42をそのままでサイリス
タからトランジスタへ置き換えることもできる。
Consider a state where the inverter switching elements 42 and 43 in FIG. 2 are on and 41 and 44 are off. The voltage polarity of the auxiliary capacitor 12 at this time is as illustrated. Under this situation, if the AC power supply 10 voltage reverses to the polarity shown,
Current flows in the closed circuit of 10−21−61−31−32−24−10.
The voltage drop of the diode 61 is applied to the gate of the inverter switching element 41 via the resistor 63, and the inverter switching element 41 is turned off. Then, the charging voltage of the auxiliary capacitor 52 becomes the switching element 41 for the inverter.
Through the inverter switching element 43 in the opposite direction. Therefore, the inverter switching element 43 is turned off. On the other hand, the inverter switching element 44
, The voltage of the auxiliary capacitor 51 is applied to the inverter switching element 44 in the forward direction via the turned-on inverter switching element 42. As a result, the inverter switching element 43 is turned off, so that the current flows from the gate to the cathode of the inverter switching element 44 via the resistor 70, and the inverter switching element 44 is turned off. When the inverter switching element 44 is turned on, the voltage of the auxiliary capacitor 51 is supplied to the inverter switching element 42 via the inverter switching element 44.
, And the inverter switching element 42 is turned off. Thus, the switching is performed such that the inverter switching elements 41 and 44 are on and the inverters 42 and 43 are off. Thereafter, the state returns to the initial state, and the subsequent steps are repeated.
Thus, the full-wave bridge type inverter 40 shown in FIG.
With the current supplied from the AC power supply 10 to the full-wave rectifier circuit 20 as a signal source, the polarity is inverted in synchronization with the frequency of the AC power supply 10. Therefore, there is an advantage that a separately-excited switching control circuit including a timer circuit is not required. Note that the thyristors can be replaced with transistors instead of the inverter switching elements 41 and 42 in FIG.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明においては、全波ブリッジ形インバータの入力
源を、チョッパ用インダクタを主体とする電流源とする
ので、低電圧交流電源の下であっても高放電電圧の放電
灯を使用することができる。また、高力率形の動作とな
る。さらに、平滑コンデンサおよびバラスト用インダク
タを用いないので安価である。しかも、直列一対のイン
バータ用スイッチング素子が同時にオンしても、過大電
流・過大損失を形成しない。一方、バラスト用インダク
タがなく、全波ブリッジ形インバータを低周波で運用す
ることができるため、高気圧金属蒸気放電灯に特に好適
である。
In the present invention, since the input source of the full-wave bridge type inverter is a current source mainly composed of a chopper inductor, a discharge lamp having a high discharge voltage can be used even under a low-voltage AC power supply. . In addition, the operation is of a high power factor type. Furthermore, since no smoothing capacitor and no ballast inductor are used, the cost is low. Moreover, even if a pair of inverter switching elements are turned on at the same time, an excessive current and an excessive loss are not formed. On the other hand, since there is no ballast inductor and the full-wave bridge type inverter can be operated at a low frequency, it is particularly suitable for a high-pressure metal vapor discharge lamp.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係る放電灯点灯装置を示す回路図であ
る。第2図は他の実施例を示す同様な回路図である。第
3図は従来の放電灯点灯装置を示す回路図である。 10…交流電源、20…全波整流回路、20a・20b…出力端、
30…チョッパ回路、31…チョッパ用インダクタ、32…チ
ョッパ用スイッチング素子、33…チョッパ用ダイオー
ド、40…全波ブリッジ形インバータ、41・42・43・44…
インバータ用スイッチング素子、51…放電灯、52…補助
コンデンサ
FIG. 1 is a circuit diagram showing a discharge lamp lighting device according to the present invention. FIG. 2 is a similar circuit diagram showing another embodiment. FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional discharge lamp lighting device. 10 AC power supply, 20 full-wave rectifier circuit, 20a / 20b output terminal,
30 ... chopper circuit, 31 ... chopper inductor, 32 ... chopper switching element, 33 ... chopper diode, 40 ... full wave bridge type inverter, 41/42/43/44 ...
Inverter switching element, 51 ... discharge lamp, 52 ... auxiliary capacitor

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】交流電源(10)電圧を全波整流する全波整
流回路(20)を備え、前記全波整流回路(20)の出力端
(20a,20b)に接続する整流回路用平滑コンデンサを省
略し、 チョッパ用インダクタ(31)を備え、前記全波整流回路
(20)の出力電圧を前記チョッパ用インダクタ(31)に
順方向にかつ断続的に印加するチョッパ用スイッチング
素子(32)を備え、前記チョッパ用インダクタ(31)に
流れる順方向電流を導くチョッパ用ダイオード(33)を
備え、前記チョッパ用ダイオード(33)を介して前記チ
ョッパ用インダクタ(31)と並列に接続するチョッパ用
平滑コンデンサを省略し、 前記チョッパ用ダイオード(33)を介して前記チョッパ
用インダクタ(31)と並列に接続するインバータ(40)
を備え、前記インバータ(40)は4個のインバータ用ス
イッチング素子(41・42・43・44)を全波ブリッジ形に
接続する全波ブリッジ形インバータであり、 前記全波ブリッジ形インバータ(40)の直流出力端子に
接続する放電灯(51)を備え、前記放電灯(51)と直列
に接続するバラスト用インダクタを省略し、前記放電灯
(51)と並列に接続する補助コンデンサ(52)を備えた
ことを特徴とする放電灯点灯装置。
1. A smoothing capacitor for a rectifier circuit, comprising: a full-wave rectifier circuit (20) for full-wave rectifying the voltage of an AC power supply (10); A chopper switching element (32) that includes a chopper inductor (31) and applies the output voltage of the full-wave rectifier circuit (20) to the chopper inductor (31) in a forward direction and intermittently. A chopper diode (33) for guiding a forward current flowing through the chopper inductor (31), and a chopper smoother connected in parallel with the chopper inductor (31) via the chopper diode (33). An inverter omitting a capacitor and being connected in parallel with the chopper inductor (31) via the chopper diode (33);
Wherein the inverter (40) is a full-wave bridge type inverter that connects four inverter switching elements (41, 42, 43, 44) in a full-wave bridge type, and the full-wave bridge type inverter (40) A discharge lamp (51) connected to the DC output terminal of the first embodiment, omitting a ballast inductor connected in series with the discharge lamp (51), and providing an auxiliary capacitor (52) connected in parallel with the discharge lamp (51). A discharge lamp lighting device, comprising:
【請求項2】請求項1において、全波整流回路(20)に
流れる電流を信号源として、全波ブリッジ形インバータ
(40)の各インバータ用スイッチング素子(41・42・43
・44)を、交流電源(10)に同期するようにスイッチン
グ制御することを特徴とする放電灯点灯装置。
2. An inverter switching element (41, 42, 43) of a full-wave bridge type inverter (40), wherein a current flowing through a full-wave rectifier circuit (20) is used as a signal source.
A discharge lamp lighting device characterized in that switching control is performed so as to be synchronized with the AC power supply (10).
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