JP2930992B2

JP2930992B2 - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2930992B2
Application number: JP29709089A
Authority: JP
Inventors: 諭久保田; 克生宮田; 直景岸本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1989-11-15
Filing date: 1989-11-15
Publication date: 1999-08-09
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: JPH03156893A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、放電灯の寿命末期を検出する機能を有する
放電灯点灯装置に関するものである。

［従来の技術］第５図は従来例を示し、この回路ハーフブリッジイン
バータであり、電源Ｅに直列に接続されたスイッチ素子
Q₁,Q₂の交互にオン，オフにより負荷である放電灯ｌに
高周波電力を供給し点灯させるものである。尚、スイッ
チ素子のQ₁にはトランジスタを用い、Q₂はFETを用いて
いる。スイッチ素子Q₁にはダイオードD₁を逆方向に並列
に接続し、また、スイッチ素子Q₂にトランジスタを用い
た場合には、同様にダイオードを逆方向に並列に接続す
る。

スイッチ素子Q₁,Q₂は起動回路１にて起動され、スイ
ッチ素子Q₂は単安定マルチバイブレータ２及びオン期間
制御部３′でオン期間が制御される。また、予熱タイマ
ー４が設けてある。尚、起動回路１、単安定マルチバイ
ブレータ２、オン期間制御部３′、予熱タイマー４等で
制御部５が構成される。

直列に接続されたスイッチ素子Q₁,Q₂のうち、低圧側
のスイッチ素子Q₂は制御部５からの駆動信号でオン，オ
フし、高圧側のスイッチ素子Q₁は限流チョークL₁の２次
巻線電圧により駆動される。

第６図（ａ）に示す単安定マルチバイブレータ１のＨ
レベルの出力により、低圧側のスイッチ素子Q₂がオンす
ると、放電灯ｌ→コンデンサC₂→限流チョークL₁→スイ
ッチ素子Q₂と電流が流れ、スイッチ素子Q₂がオフする
と、高圧側のスイッチ素子Q₁に第６図（ｃ）に示す２次
巻線電圧によりベース電流が供給され、第６図（ｄ）に
示すようにスイッチ素子Q₁がオンする。スイッチ素子Q₁
のオンによりコンデンサC₂に蓄積された電荷が放電灯ｌ
→スイッチ素子Q₁→限流チョークL₁と放電し、電流が流
れる。

スイッチ素子Q₁がオフすると、限流チョークL₁に蓄積
されたエネルギーのための電流は、スイッチ素子Q₂のダ
ンパーダイオード→限流チョークL₁→コンデンサC₂→放
電灯ｌ→電源Ｅと流れるため、スイッチ素子Q₁のオフ時
は、スイッチ素子Q₂の両端電圧は、スイッチ素子Q₁のオ
ン時に電源Ｅが印加されたのに対し、ダンパーダイオー
ドの順方向電圧まで下がる。これを抵抗R₁,R₂で検出，
分圧し、制御部５に入力する。制御部５の単安定マルチ
バイブレータ２は、この検出信号の立ち下がりと同期し
て、スイッチ素子Q₂にオン信号を出力する。

つまり、スイッチ素子Q₁がオフしてから、スイッチ素
子Q₂をオンさせるように制御し、スイッチ素子Q₁,Q₂を
交互にオン，オフさせ発振を継続する。尚、第６図
（ｅ）は限流チョークL₁に流れる電流波形であり、同図
（ｆ）はスイッチ素子Q₂のドレイン・ソース間電圧V_DS
である。

制御部５は電源投入時より一定時間スイッチ素子Q₂の
オン期間を短くし、コンデンサC₁の電圧を放電灯ｌの始
動電圧以下にし、放電灯ｌのフィラメントを先行予熱
し、熱電子放出を行わせ、その後、オン期間を長くする
ことにより、コンデンサC₁の電圧を上昇させ、放電灯ｌ
を点灯させる。

［発明が解決しようとする課題］ところで、放電灯は寿命末期になると、フィラメント
に塗布している熱電子放射物質（エミッタ）が飛散し蒸
発するために、フィラメントからの熱電子放射が行われ
なくなり、半波放電及び管電圧の上昇により始動電圧が
高くなる等変化を生じる。

このような寿命末期の放電灯を第５図の回路で点灯さ
せた場合、以下のような問題が発生する。すなわち、寿
命末期の放電灯は管電圧が高く、等価抵抗値が正常ラン
プと比べ大きいため、限流チョークL₁、コンデンサC₁、
放電灯ｌで構成される振動回路の共振周波数f₀が正常ラ
ンプ点灯時に比べ高くなり、そのため、全点灯時のオン
期間になうようにスイッチ素子Q₂を制御すると、共振周
波数f₀に近付くため、振動電流が第７図（ｂ）に示すよ
うに、スイッチ素子Q₂のオン中にスイッチ素子Q₂の電流
I_Dが零に戻る波形になる。

限流チョークL₁の電圧は振動電流に対し、第７図
（ｃ）に示すように、90゜位相の進んだ波形となるが、
正常ランプ点灯時のようにスイッチ素子Q₂がその電流ピ
ーク値近辺でオフする（第６図（ｂ））のに対し、第７
図（ｂ）のように零近くになってから切るのでは、第７
図（ｃ）に示すように、限流チョークL₁の２次巻線電圧
は位相の進んだ波形となり、スイッチ素子Q₂のオン期間
中にスイッチ素子Q₁をオンさせようとし、同時オンを生
じる。この同時オンは、電源Ｅを短絡することであるた
め、大電流が流れスイッチ素子Q₁,Q₂の破壊を生じる。

第８図の回路は、この同時オンを防止した回路であ
り、スイッチ素子Q₁のベース・エミッタ間にダイオード
D₃を接続し、スイッチ素子Q₂のドレインをスイッチ素子
Q₁のベースに接続し、スイッチ素子Q₂のオン中は振動電
流をダイオードD₃→スイッチ素子Q₂へと流し、スイッチ
素子Q₁のベース・エミッタ間電圧をダイオードD₃の順方
向電圧に逆バイアスし、スイッチ素子Q₂をオフさせるも
のである。第７図に示す動作波形は第８図の回路での波
形であり、スイッチ素子Q₁,Q₂の同時オンを抑制してい
る。

しかし、この回路においても、スイッチ素子Q₂の電流
が零に戻るような波形であれば、ダイオードD₃の電流が
零になるため、スイッチ素子Q₁が逆バイアスされず、ス
イッチ素子Q₁に限流チョークL₁の２次巻線電圧からベー
ス電流が供給され、同時オンを生ずることがある。

このような寿命末期の放電灯を点灯した時に生ずる同
時オン現象を未然に防止する方法として、寿命末期の放
電灯を検出し、発振を止めるなり、発振周波数を高く
し、出力を低減する方法が考えられ、寿命末期の放電灯
を検出する方法として次に示す方法があった。

すなわち、第10図に示すように、寿命末期の放電灯を
検出する方法として、管電圧が高くなることを検出する
方法である。この方法は、ランプ電圧検出回路６を用い
て、放電灯ｌの管電圧を検出するものである。しかし、
管電圧は、第９図に示すように温度依存性があり、管壁
温度の変化に対して図示のような特性を持ち、正常ラン
プとの誤検知を防止するため、検出レベルを図示のよう
に設定する必要があり、寿命末期の放電灯を低温時に検
出することが困難であり、同時オンの現象を低温時に防
止することはできなかった。

また、電流で検出する方法も考えられ、スイッチ素子
Q₂のソースに抵抗を接続し、抵抗両端電圧で検出する方
法がある。しかし、電流検出方式では、寿命末期の放電
灯と正常な放電灯では大きな差がでず、同時オンの電流
が流れたことによるラッシュ電流を検出することにより
可能であった。この方法では検出するために少なくとも
１回は同時オン電流を流すことが必要であり、スイッチ
素子の信頼性が損なわれる。

本発明は、上述の点に鑑みて提供したものであって、
寿命末期の放電灯を確実に検出し、しかも、同時オン電
流を流すことなくスイッチ素子のストレスを低減するこ
とを目的とした放電灯点灯装置を提供するものである。

［課題を解決するための手段］本発明は、放電灯の寿命末期において高圧側のスイッ
チ素子のオン期間が変化することを検出する検出手段を
設け、該検出手段出力にて制御部によりスイッチ素子の
出力を制限するようにしたものである。

［作用］而して、検出手段により、放電灯の寿命末期において
高圧側のスイッチ素子のオン期間が変化することを検出
し、該検出手段出力にて制御部によりスイッチ素子の出
力を制限するようにしている。

［実施例１］以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
本発明は、寿命末期の放電灯を点灯した時、限流チョー
クL₁の２次巻線電圧の位相が進むことにより、高圧側の
スイッチ素子のオン期間が狭くなることを利用し、検出
するものである。

第１図に具体回路図を示す。単安定マルチバイブレー
タ２は従来と同様にスイッチ素子Q₂のオン期間を設定す
るものであり、オン期間制御部３は単安定マルチバイブ
レータ２の出力幅を制御し、従来の回路と比べて、トラ
ンジスタQ₅を追加している。また、コンデンサC₃、コン
パレータ８、RSフリッフプロップ９等からなるデューテ
ィ検出回路７を設けている。スイッチ素子Q₁のオン期間
の変化を検出する検出手段としてのデューティ検出回路
７は、高圧側のスイッチ素子Q₁と低圧側のスイッチ素子
Q₂のオンデューティを検出するものである。

単安定マルチバイブレータ２は、Ｂ入力の立ち下がり
信号によりトリガがかかり、T₂入力によって決まる期間
の間、Ｑ出力からＨレベルの信号が送出される。また、
上記出力のＨレベルの期間は、コンデンサC₇の充電電圧
の傾き、すなわちトランジスタQ₇のコレクタ電流により
コントロールされ、電流が減るに従い、Ｈレベル期間が
長くなるものである。尚、単安定マルチバイブレータ２
は、CMOS4000シリーズの“4528"により構成してある。

無安定マルチバイブレータIC₂は、汎用タイマーで構
成してあり、IC₃はコンパレータ、トランジスタQ₆,Q₇は
カレントミラー構成となっており、Q₆,Q₇のコレクタ電
流が等しくなるようになっている。また、ノアゲート
G₆,G₇はRSフリッフプロップ９を形成しており、Ｒ入力
にＨレベルが入ると、Ｑ出力はＬレベル、Ｓ入力にＨレ
ベルが入ると、Ｑ出力がＨレベルとなるものである。ま
た、スイッチ素子Q₂は単安定マルチバイブレータ２から
直接駆動され、スイッチ素子Q₁は限流チョークL₁に設け
た２次巻線の電圧によりベース電流が供給される。

動作は次の通りである。電源が投入されると、まず無
安定マルチバイブレータIC₂により、オアゲートG₃を介
して単安定マルチバイブレータ２にトリガ信号が送出さ
れる。この時、コンデンサC₆には抵抗R₁₀を介して充電
電流が流れ、コンデンサC₆の電位が徐々に上昇する。コ
ンデンサC₆の電位が、抵抗R₁₁,R₁₂で決まる電圧未満の
間は、コンパレータIC₃の出力はＨレベルであるから、
トランジスタQ₄はオン状態となり、トランジスタQ₆のコ
レクタ電流は抵抗R₁₅等によって決まる。このトランジ
スタQ₆のコレクタ電流がそのままトランジスタQ₇のコレ
クタ電流となり、コンデンサC₇の充電電流になり、それ
により、スイッチ素子Q₂のベース電流供給区間が決ま
る。この時の状態が、放電灯ｌの予熱状態として設定さ
れる。

一方、上記動作により発振が開始されると、次から
は、抵抗R₂の電圧の立ち下がりにより、単安定マルチバ
イブレータ２がトリガされるようになる。すなわち、ス
イッチ素子Q₁がオン、スイッチ素子Q₂がオフ時は、抵抗
R₂の電圧はＨレベル信号になっているが、スイッチ素子
Q₁がオフすると、それまでスイッチ素子Q₁を流れていた
電流は、電源Ｅを介してスイッチ素子Q₂のダンパーダイ
オードに流れ、それにより、抵抗R₂の電圧はＬレベルに
下がる。従って、この抵抗R₂の電圧の立ち下がりによっ
て単安定マルチバイブレータ２がトリガされるようにな
る。また、抵抗R₂の両端電圧が、H,Lを繰り返すことに
より、トランジスタQ₃がオン，オフを繰り返し、コンデ
ンサC₄の充電を抑制するために、無安定マルチバイブレ
ータIC₂の動作が停止し、その出力はＨレベルを保持す
るようになる。以上より、無安定マルチバイブレータIC
₂は、インバータの起動用として動作し、インバータが
発振を開始すると、抵抗R₂の電圧により単安定マルチバ
イブレータ２がトリガされる。

ところで、電源投入後、一定期間経過すると、コンパ
レータIC₃の出力がＬレベルとなるため、トランジスタQ
₄はオフ、従って、コンデンサC₅の電圧が上昇する。そ
れに伴い、抵抗R₁₅を流れる電流が低減し、単安定マル
チバイブレータ２の出力のＨレベルの期間が長くなる。
すなわち、コンデンサC₅の電圧上昇に伴い、スイッチ素
子Q₂のオン区間が長くなり、動作周波数が低下し、放電
灯ｌへの供給電力が増加し、始動，点灯に至る。

次に、要旨の部分の動作を説明する。正常点灯時には
スイッチ素子Q₁,Q₂のオン期間はほぼ等しくデューティ
は50％となるため、スイッチ素子Q₂の両端電圧は第２図
（ａ）に示すように、デューティ50％の方形波となる。
従って、この電圧を分圧し、波形整形したバッファB₁の
出力により、コンデンサC₃の充電，放電期間は等しいた
め、コンデンサC₃の両端電圧は第２図（ｂ）に示すよう
に、制御部５の電源電圧Vccに対し、Vcc/2となる。

しかし、寿命末期の放電灯ｌを用いた時、限流チョー
クL₁の２次巻線電圧の位相が進み、スイッチ素子Q₁のオ
ン期間が狭くなるため、スイッチ素子Q₂のオン期間とア
ンバランスになる。そのため、スイッチ素子Q₂の両端電
圧はＨレベルである期間t₁が第２図（ａ）に示すように
短く、Ｌレベルである期間t₂が長い波形となる。従っ
て、コンデンサC₃は充電期間t₁が放電期間t₂より短くな
るため、第２図（ｂ）に示すようにコンデンサC₃の両端
電圧は、Vcc×t₁/（t₁＋t₂）となり、Vcc/2よりも低下
する。

この電圧をコンパレータ８で検出し、RSフリッフプロ
ップ９でラッチをし、オン期間制御部３のトランジスタ
Q₅をオンすることにより、単安定マルチバイブレータの
オン期間幅を狭め、インバータの発振周波数をより高く
し、出力を絞るようにしている。

［実施例２］第３図に実施例２を示す。この実施例ではデューティ
検出回路７に単安定マルチバイブレータ10を用いたもの
である。この単安定マルチバイブレータ10は、第４図
（ｂ）に示すようにスイッチ素子Q₂の電圧立ち上がり
（第４図（ａ））より一定期間Ｔ、Ｈレベルとなる信号
を出力し、放電灯ｌが正常な場合では、インバータゲー
トG₁の出力と単安定マルチバイブレータ10の出力とをア
ンドゲートG₂でアンドをとって、RSフリッフプロップ９
はセットしないようにしている。そして、放電灯ｌは寿
命末期になると、すなわち、スイッチ素子Q₁のオン期間
つまりスイッチ素子Q₂の電圧のＨ期間が第４図（ｂ）に
示すように期間Ｔより短くなると、第４図（ｃ）に示す
ようにインバータゲートG₁の出力が単安定マルチバイブ
レータ10の出力とが重なり、第４図（ｄ）に示すよう
に、アンドゲートG₂よりＨレベルの信号が出力されて、
スイッチ素子Q₂のオン期間が短くなることを検出する。
以下の動作は先の実施例と同様である。

［発明の効果］本発明は上述のように、放電灯の寿命末期において高
圧側のスイッチ素子のオン期間が変化することを検出す
る検出手段を設け、該検出手段出力にて制御部によりス
イッチ素子の出力を制限するようにしたものであるか
ら、検出手段により、放電灯の寿命末期において高圧側
のスイッチ素子のオン期間が変化することを検出し、該
検出手段出力にて制御部によりスイッチ素子の出力を制
限するようにしているものであり、このように寿命末期
の放電灯を高圧側のスイッチ素子のオン期間の変化で検
出できるため、限流チョークの２次巻線電圧の位相が進
んでも、高圧側及び低圧側のスイッチ素子が同時オンす
る以前に、検出することが可能になり、低温下において
も、同時オンする現象を未然に防止することができる効
果を奏するものである。従って、放電灯が寿命末期の場
合におけるスイッチ素子のストレスの低減を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の具体回路図、第２図は同上
の動作波形図、第３図は同上の実施例２の具体回路図、
第４図は同上の動作波形図、第５図は従来例の具体回路
図、第６図は同上の動作波形図、第７図は同上の動作波
形図、第８図は他の従来例の回路図、第９図は同上の動
作説明図、第10図は同上の更に他の従来例の回路図であ
る。５は制御部、Ｅは直流電源、Q₁,Q₂はスイッチ素子、ｌ
は放電灯、L₁は限流チョーク、C₁,C₂はコンデンサであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−280673（ＪＰ，Ａ) 特開平２−295098（ＪＰ，Ａ) 特開平２−284383（ＪＰ，Ａ) 特開平３−156892（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05B 41/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源に交互にオンオフする一対のスイ
ッチ素子を並列に接続し、両スイッチ素子に並列にダイ
オードを逆方向に夫々接続し、高圧側のスイッチ素子の
両端に、放電灯、カップリング用コンデンサ、限流チョ
ークの直列回路を接続し、放電灯に並列にコンデンサを
接続し、低圧側のスイッチ素子のオン期間を制御する制
御部を設け、高圧側のスイッチ素子は上記限流チョーク
に設けた２次巻線電圧で駆動するようにした放電灯点灯
装置において、放電灯の寿命末期において高圧側のスイ
ッチ素子のオン期間が変化することを検出する検出手段
を設け、該検出手段出力にて上記制御部によりスイッチ
素子の出力を制限するようにしたことを特徴とする放電
灯点灯装置。