JP3051758B2

JP3051758B2 - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP3051758B2
Application number: JP2338607A
Authority: JP
Inventors: 隆生岡本; 僚一土本
Original assignee: Aichi Electric Co Ltd
Current assignee: Aichi Electric Co Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 2000-06-12
Anticipated expiration: 2015-06-12
Also published as: JPH04206499A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は蛍光灯等の放電灯を高周波点灯する装置に関
する。

＜従来の技術＞蛍光灯等の放電灯を高周波で点灯することにより点灯
装置を小形軽量化でき、発光効率も向上できることは周
知である。

この種、点灯装置としては、例えば第７図に示すよう
に、いわゆる一石自励式インバータ回路を用いたものが
ある。これは商用交流電源11に接続された整流器RF₁₁に
平滑用コンデンサC₁₁を接続して、整流平滑した直流電
圧を出力するようにした直流電源回路12と、これの出力
端子間に、共振用コンデンサC₁₂と発振トランスT₂の１
次巻線T_2aの並列回路をスイッチングトランジスタQ₁₁の
コレクタ・エミッタ間を介して接続し、上記１次巻線T
_2aの端子間に、一対の電極Fa,Fb間に予熱用コンデンサC
₁₃を挿入した放電灯FL₂を、一方はチョークコイルL
₁₁を、他方は交流結合用のコンデンサC₁₄を介して接続
し、上記発振トランスT₂のベース巻線T_2bの一端を抵抗R
₁₂とコンデンサC₁₅を介してスイッチングトランジスタQ
₁₁のベースに接続し、ベース巻線T_2bの他端を上記直流
電源回路12の負側出力端に接続し、直流電源回路12の正
側出力端を起動用抵抗R₁₁を介してスイッチングトラン
ジスタQ₁₁のベースに接続した点灯回路13とから構成さ
れている。

そして、商用交流電源11が図示しない電源スイッチの
投入により直流電源回路12に供給されると、直流電源回
路12は、整流器RF₁₁と平滑用コンデンサC₁₁により、交
流入力を全波整流し、これを平滑した直流電圧を出力す
る。この直流電圧により、起動用抵抗R₁₁を介してスイ
ッチングトランジスタQ₁₁にベース電流が流れ、スイッ
チングトランジスタQ₁₁がオン状態となる。このとき、
トランジスタQ₁₁のコレクタ電流は、C₁₁→T_2a→Q₁₁→C
₁₁の経路で流れる。発振トランスT₂のベース巻線T_2bに
は、トランジスタQ₁₁をオンさせる方向に電圧が誘起さ
れるため、トランジスタQ₁₁はオン状態を維持する。

この際、上記ベース巻線T_2bに発生した誘起電圧によ
り抵抗R₁₂を介してコンデンサC₁₅がCR時定数で図示極性
に充電され、この充電の進行に伴なって充電電流が減少
し、これにつれてトランジスタQ₁₁のベース電流も減少
してオフする方向となり、これにつれてコレクタ電流も
減少し飽和に向うため、ベース巻線T_2bの誘起電圧もオ
フする方向となって、コンデンサC₁₅がその電荷をC₁₅→
T_2b→Q₁₁のエミッタ・ベース→C₁₅の経路で放電し、ト
ランジスタQ₁₁が急速にオフ状態となる。オフ状態にな
ると、直流電源回路12の出力により起動用抵抗R₁₁を介
してトランジスタQ₁₁に再びベース電流が流れ、トラン
ジスタQ₁₁は以降同じ動作を繰り返して、高周波発振を
行う。

そして、上記トランジスタQ₁₁がオフ状態になると、
トランジスタQ₁₁のオン期間に発振トランスT₂とチョー
クコイルL₁₁に蓄えられたエネルギーが共振用コンデン
サC₁₂、予熱用コンデンサC₁₃、交流結合用コンデンサC
₁₄との間で、一方は並列共振し、他方は直列共振する。
その結果、発振トランスT₂の１次巻線T_2aに高周波の共
振電圧が発生し、この共振電圧が放電灯FL₂の電極Fa,Fb
間に印加され、放電灯FL₂が点灯する。放電灯FL₂が点灯
すると、放電灯FL₂の電極Fa,Fb間のインピーダンスが低
下し、このインピーダンスは予熱用コンデンサC₁₃のイ
ンピーダンスより十分小さいため、チョークコイルL₁₁
に流れる電流は、略々放電灯FL₂に流れることになる。

＜発明が解決しようとする課題＞しかし乍ら、上記のように構成されたものにあって
は、放電灯FL₂が接続されていなくても、起動用抵抗R₁₁
を介してベース電流が供給されているため、トランジス
タQ₁₁には１次巻線T_2aを介してコレクタ電流が流れ、損
失が増加し、発熱あるいは故障を誘起するという問題を
有している。

本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、そ
の目的とするところは簡略化した構成で上記課題を解決
し、かつ経済的に製することができる点灯装置を提供す
ることにある。

＜課題を解決するための手段＞本発明は、上記目的を達成するため、直流電源回路の
出力端に、電極相互間に予熱用コンデンサを挿入し、か
つ、電極の一方に交流結合用コンデンサを接続した放電
灯と、磁気的に結合した第1,第２の巻線のいずれか一方
の巻線と、コレクタが上記一方の巻線に接続されたスイ
ッチングトランジスタとを直列に接続し、上記放電灯の
電極間に、ダイオードで、そのアノードが上記直流電源
回路の出力端と接続した上記放電灯の電極に接続された
順方向ダイオードと上記交流結合用コンデンサとを介し
て、上記第1,第２の巻線のいずれか他方の巻線を接続
し、上記スイッチングトランジスタのベースに、上記放
電灯の電極の他方に接続された起動用抵抗を接続し、上
記第1,第２の巻線と磁気的に結合して設けた検出巻線
に、整流器を介して、ゲートに設定電圧を入力するよう
にしたプログラマブル・ユニジャンクション・トランジ
スタのアノードを接続し、このプログラマブル・ユニジ
ャンクション・トランジスタのカソードに、上記スイッ
チングトランジスタのベースに接続されたエミッタ接地
の保護用トランジスタのベースを接続し、上記直流電源
回路の出力端子間に、上記第1,第２の巻線と磁気的に結
合した第３の巻線を、ダイオードで、そのカソードが上
記放電灯の電極と接続した出力端子に接続された逆方向
ダイオードを介して接続したことを特徴とする。

＜作用＞直流電源回路の出力により、スイッチングトランジス
タのオン時、放電灯の電極、予熱用コンデンサ、交流結
合用コンデンサを介して第１、第２の巻線のいずれか一
方の巻線に電流を流し、上記一方の巻線に蓄積したエネ
ルギーを、上記スイッチングトランジスタのオフ時、上
記順方向ダイオードを介して第１、第２の巻線のいずれ
か他方の巻線に反転放出して直列共振により発生した共
振電圧によって、放電灯を点灯させる。この点灯後、放
電灯を外したり、放電灯の電極が短絡した場合は、第１
の巻線に蓄積されたエネルギーを放出しようとして電圧
が発生するがその電圧に比例した電圧が検出巻線に誘起
されてプログラマブル・ユニジャンクション・トランジ
スタのアノード電圧がゲート電圧より大きくなり、該プ
ログラマブル・ユニジャンクション・トランジスタがオ
ン状態となって保護用トランジスタをオンし、スイッチ
ングトランジスタをオフ状態に保持して保護すると共
に、第３の巻線に誘起された電圧が直流電源回路の出力
電圧より大きくなったときは直流電源側に電流を流して
上記出力電圧にクランプし、スイッチングトランジスタ
の過電圧破壊を保護する。また、点灯前に放電灯を外し
た場合は直流電源回路から直流電圧が出力されてもスイ
ッチングトランジスタにはベース電流は流れずオフ状態
に保持される。

＜実施例＞以下、本発明の実施例を第１図によって説明する。同
図において、１は商用交流電源、２は直流電源回路で、
上記商用交流電源１に接続された整流器RF₁の出力端子
間に、平滑用コンデンサC₁を挿入して、コンデンサC₁の
端子間から整流平滑した直流電圧を出力するようになっ
ている。３は上記直流電源回路２の出力端に接続端子P,
Nを介して接続された点灯回路である。これは、接続端
子Ｐに一対の電極F_a・F_bを有する放電灯FL₁の一方の電
極F_aの一端を接続し、この電極F_aの他端と他方の電極F_b
の一端との間に（即ち電極相互用に）予熱用コンデンサ
C₂を挿入し、上記他方の電極F_bの他端に交流結合用コン
デンサC₃を介して、磁気的に結合して第１、第２の巻線
T_1a,T_1bとベース巻線T_1cと第３の巻線T_1dと検出巻線T_1e
とを巻装してなる発振トランスT₁の上記第１の巻線T_1a
の一端を接続し、この第１の巻線T_1aの他端と上記接続
端子Ｎとの間に、スイッチングトランジスタQ₁のコレク
タ・エミッタ間を挿入し、このスイッチングトランジス
タQ₁のベ−スに上記放電灯FL₁の電極Faの他端に接続さ
れた起動用抵抗R₁を接続すると共に、該トランジスタQ₁
のエミッタに一端を接続した発振トランスT₁のベース巻
線T_1cの他端を、抵抗R₂とコンデンサC₄を介して接続
し、上記放電灯FL₁の電極F_aの他端と電極F_bの他端との
間に、アノードが電極Faに接続されたダイオードD₁と上
記交流結合用コンデンサC₃を介して、上記第２の巻線T
_1bを挿入して、接続端子Ｐ、Ｎに直流電圧が印加される
と、起動用抵抗R₁を通してトランジスタQ₁にベ−ス電流
が流れてオン状態となり、これにより２→F_a→C₂→F_b→
C₃→T_1a→Q₁→２の経路で電流が流れ、ベ−ス巻線T_1cに
トランジスタQ₁をオンする方向の誘起電圧が発生し、抵
抗R₂とコンデンサC₄を介してトランジスタQ₁にベ−ス電
流を流して、トランジスタQ₁のオン状態を維持し、上記
コンデンサC₄がC₄R₂時定数で充電されることにより充電
電流が減少し、これにつれてトランジスタQ₁のベース電
流も減少し、これに伴ってコレクタ電流も減少し、トラ
ンジスタQ₁がオフし、コンデンサC₄はその電荷をC₄→R₂
→T_1c→Q₁のエミッタ・ベース→C₄の経路で放電して、
トランジスタQ₁を急速にオフし、トランジスタQ₁のオフ
より、巻線T_1aに蓄積されたエネルギ−をT_1b→C₃→F_b→
C₂→D₁→T_1bの経路に反転放出させると共に、コンデン
サC₃、C₂の電荷も上記経路で同時に放電させ、直列共振
により発生した共振電圧により放電灯FL₁を点灯させる
ようになっている。なお、アノードが接続端子Ｎに接続
されたダイオードD₂はスイッチングトランジスタQ₁の保
護用である。又、接続端子PN間には発振トランスT₁の第
１、第２の巻線T_1a,T_1bと磁気的に結合させた第３の巻
線T_1dを、カソードが接続端子Ｐに接続されたダイオー
ドD₃を介して接続して、上記第１の巻線T_1aに蓄積され
たエネルギ−を放出するために電圧が発生したとき、そ
の電圧と巻数に比例した電圧を誘起させるよう形成し、
上記第１の巻線T_1aに発生した電圧が、トランジスタQ₁
のコレクタ最大電圧を越えようとしたとき、ダイオ−ド
D₃を導通して直流電源側に電流を流して、トランジスタ
Q₁の過電圧破壊を防止するようになっている。更に、上
記発振トランスT₁に、第１、第２、第３の巻線T_1a,T_1b,
T_1d及びベース巻線T_1Cと磁気的に結合させた検出巻線T
_1eの両端に、整流器RF₂を介して分圧抵抗R₃とR₄を直列
に挿入し、この分圧抵抗R₃とR₄の接続点（即ち出力端）
にプログラマブル・ユニジャンクション・トランジスタ
（以下PUTという）Q₂のアノードを接続し、このPUTQ₂の
ゲートには定電圧電源と回路接地間に直列に挿入した分
圧抵抗R₅とR₆の接続点（即ち出力端）を接続し、PUTQ₂
のカソードに、上記トランジスタQ₁のベースにアノード
が接続されたダイオードD₄を介して接続されたエミッタ
接地の保護用トランジスタQ₃のベースを接続し、上記分
圧抵抗R₃,R₄とR₅,R₆の各分圧比を、上記放電灯FL₁が点
灯後外されたり、電極F_a,F_bが誤接続等により短絡した
とき、検出巻線T_1eに誘起された電圧により上記PUTQ₂の
アノード電圧がゲート電圧より大きく（即ち（ゲート電
圧）＜（アノード電圧））なるように設定して、PUTQ₂
のオンにより保護用トランジスタQ₃をオンさせて、トラ
ンジスタQ₁をオフ状態に保持するようになっている。

ここで、上記検出巻線T_1eによる検出について第２図
乃至第６図によりさらに説明する。第２図において、通
常点灯時の場合、スイッチＳを閉じると、直流電源Ｅか
ら＋Ｅ→C_a→C_b→L_a→Ｓ→−Ｅの経路で電流が流れるた
め、C_a、C_b（但し、C_a＞＞C_b）の直列コンデンサが充電
されてしまい、その両端に略直流電源Ｅの電圧がかかる
ので、結果的にスイッチＳのオン時間内に巻線L_aの電圧
は直流電源Ｅの電圧より十分に小さくなる。そして、ス
イッチＳを開くと、放電灯FLの電極F_a、F_b間の放電電圧
により、ダイオードD_bのカソードと巻線L_a、L_bの接続点
との両端がクランプされ、このとき、巻数比で定まる巻
線L_Cの電圧は直流電源Ｅの電圧より十分小さくなる。次
に、放電灯FLを点灯後外した場合、第２図は第３図と等
価になり、スイッチＳが閉じていれば、巻線L_a、L_bの両
端の電圧は直流電源Ｅと等しくなる。従って巻線L_Cの電
圧は直流電源Ｅの電圧より十分小さくなる。また、スイ
ッチＳが開いておれば、放電灯FLによるエネルギー消費
と電極F_a、F_b間の放電による電圧クランプがないため、
エネルギーの大半が巻線L_Cを介して直流電源Ｅに回生す
ることとなり、このとき、直流電源Ｅは電圧源、巻線L_C
は有限のインピーダンスをもつものとみなされるので、
巻線L_Cによる電力回生時においては巻線L_Cの電圧は直流
電源Ｅの電圧にクランプされ、この状態は巻線L_a、L_bの
蓄積エネルギーの全てがダイオードD_bを介して巻線L_Cか
ら放出されるまで続く。このため、巻線L_a、L_bの両端の
電圧は、第４図に示すように、直流電源Ｅより十分大き
くなる。短絡時の場合、スイッチＳが閉じていれば、C_a
＞＞C_bであり、コンデンサC_bがショートされているの
で、第２図は第５図と等価になってC_aのみとなり、オン
時間でコンデンサC_aの充電電圧は、C_aの容量が大きいた
め、直流電源Ｅの電圧より十分小さく、結果的に巻線L_a
の電圧は直流電源Ｅのままである。即ち、L_a、L_bの両端
の電圧は巻数が1:1であれば2Eとなる。スイッチＳが開
いておれば、上述同様、L_a、L_bの両端の電圧は、第６図
に示すように直流電源Ｅより十分大きくなる。

そこで、巻線T_1a、T_1bと磁気的に結合させた検出巻線
T_1eを設け、これに誘起される電圧を整流した電圧が、
放電灯FL₁の点灯時にはPUTQ₂をオンしないようにゲート
電圧を分圧抵抗R₅、R₆により設定することにより、放電
灯FL₁の点灯後におけるいわゆる放電灯の開放、短絡に
対して検出が可能となる。

次にその動作について説明する。図示しない電源スイ
ッチの投入により、商用交流電源１をうけた直流電源回
路２は、全波整流しこれを平滑した直流電圧を出力す
る。これを放電灯FL₁の電極F_aと起動用抵抗R₁を通して
うけたトランジスタQ₁はベ−ス電流が流れてオンし、こ
のオン動作によって発振トランスT₁の巻線T_1aに２→F_a
→C₂→F_b→C₃→T_1a→Q₁のコレクタ・エミッタ→２の経
路で電流が流れ、放電灯FL₁の電極Ｆ^ａ、F_bが予熱され
ると共にベ−ス巻線T_1cにトランジスタQ₁をオンする方
向に誘起電圧が発生し、T_1C→R₂→C₄→Q₁のベ−ス・エ
ミッタ→T_1Cの経路で電流が流れて、トランジスタQ₁の
オン状態を維持するが、コンデンサC₄がC₄R₂時定数を有
して図示極性に充電されるため、充電につれてトランジ
スタQ₁のベ−ス電流が減少し、これに伴ってコレクタ電
流も減少し、トランジスタQ₁がオフし、コンデンサC₄は
その電荷をC₄→R₂→T_1C→Q₁のエミッタ・ベ−ス→C₄の
経路で放電してトランジスタQ₁を急速にオフする。

上記トランジスタQ₁のオフにより、巻線T_1aに蓄積さ
れたエネルギ−はT_1b→C₃→F_b→C₂→D₁→T_1bの経路に反
転放出すると共に、コンデンサＣ^２、C₃の電荷も同時に
放電して、コンデンサＣ^２、C₃は図示極性と逆極性に充
電され、放電灯FL₁はその電極F_a、F_b間に直列共振によ
る共振電圧が印加される。

そして、上記トランジスタQ₁がオフすると、起動用抵
抗R₁を通して、トランジスタQ₁に再びベ−ス電流が流れ
てオンし、上述同様の動作の繰り返しによって、放電灯
FL₁はその電極に予熱と共振電圧の印加とが繰り返し行
われて、電極F_a、F_bが放電し、放電灯FL₁が点灯する。
点灯後は電極F_a、F_b間のインピ−ダンスがコンデンサC₂
のインピ−ダンスより十分小さくなるので、流れる電流
は略々電極F_a、F_b間に流れ、点灯を維持する。

この際、トランジスタQ₁のスイッチング周波数はコン
デンサC₄と抵抗R₂のC₄R₂時定数によって定まることにな
り、かつ共振要素は直列共振のみであるので、周波数の
低下をきたすことなく放電灯の高周波点灯動作が行われ
ることになる。また、巻線T_1dには、トランジスタQ₁の
オン時、巻線T_1aと巻数に比例してダイオ−ドD₃を逆バ
イアスする方向の電圧が誘起され、トランジスタQ₁のオ
フ時、上記巻線T_1aに蓄積されたエネルギ−を放出する
ために発生する電圧に比例してダイオ−ドD₃を順バイア
スする方向の電圧が誘起される。このため、トランジス
タQ₁のオフ時におけるコレクタ最大電圧を越える電圧が
巻線T_1aに発生しようとしたときは、巻線T_1dに誘起され
る電圧によりダイオ−ドD₃を介して、直流電源回路２に
電流を流して、直流電源回路２の出力電圧にいわゆるク
ランプすることになり、トランジスタQ₁の破壊を防止す
る。換言すればトランジスタQ₁を過電圧から保護する。

次に、放電灯FL₁を点灯前に外した場合は、直流電源
回路２から直流電圧が出力されても点灯回路３は応動し
ない。

また、放電灯FL₁を点灯後に外した場合あるいは電極F
_a、F_bが短絡した場合は巻線T_1aに蓄積されたエネルギ−
を放出しようとして電圧が発生するがその電圧がトラン
ジスタQ₁のコレクタ最大電圧を越えようとしたときは、
これに比例した電圧が巻線T_1dに誘起されて上述同様過
電圧保護動作を行うと共に、検出巻線T_1eに誘起された
電圧によりPUTQ₂をオンさせ、保護用トランジスタQ₃を
オンさせてトランジスタQ₁をオフし、このオフ状態を保
持する。

本発明は上記実施例に限定するものではなく、要旨を
変更しない範囲で種々変更できることは言うまでもな
い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、直流電源回路の出力端に、電極相互
間に予熱用コンデンサを挿入し、電極の一方に交流結合
用コンデンサを接続した放電灯と、磁気的に結合した第
１、第２の巻線のいずれか一方の巻線とコレクタが上記
一方の巻線に接続されたスイッチングトランジスタを直
列に接続し、上記放電灯の電極間に、ダイオードで、そ
のアノードが上記直流電源回路の出力端と接続した上記
放電灯の電極に接続された順方向ダイオードと上記交流
結合用コンデンサとを介して、上記第１、第２の巻線の
いずれか他方の巻線を接続し、上記放電灯の電極の他方
に接続された起動用抵抗を上記スイッチングトランジス
タのベースに接続してあるので、放電灯を点灯前に外し
た場合スイッチングトランジスタは応動せず、スイッチ
ング損失を低減することができる。しかも、上記第１、
第２の巻線と磁気的に結合した検出巻線を設けて、これ
に誘起された電圧により、放電灯を点灯後外したり、電
極が短絡したとき、直ちに上記スイッチングトランジス
タをオフするようにしてあるので、コレクタ電流が流れ
たり、損失が増加し発熱あるいは故障を惹起するのを防
止することができる。また、直流電源回路の出力端子間
に、上記第１、第２の巻線と磁気的に結合させた第３の
巻線を、ダイオードで、そのカソードが上記放電灯の電
極と接続して、第１、第２の巻線に発生する電圧に比例
した電圧を誘起させるようにしてあるので、スイッチン
グトランジスタの最大コレクタ電圧を越えようとしたと
きは直流電源側に電流を流して直流電源回路の出力電圧
にクランプすることができ、スイッチングトランジスタ
の過電圧破壊を防止してインバータの保護を図ることが
できる。

このことは種々の放電灯負荷に対して適用することが
できることになって、本装置をいわゆる安定器として放
電灯を装着することなく製品化することができるという
大きな有用性を奏するものである。しかもLC共振は予熱
用と交流結合用の両コンデンサを兼用して行うことがで
きるので、部品数を減少し簡略化した回路で小形軽量化
を図って安価に製することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図乃至
第６図は本発明の放電灯の点灯後における放電灯の開
放、短絡発生時の検出原理を説明したもので、第２図、
第３図及び第５図は回路図、第４図及び第６図は開放、
短絡発生時の電圧説明図である。第７図は従来例を示す
ブロック図である。 2:直流電源回路、3:点灯回路 FL₁:放電灯、Fa,Fb:電極 T₁:発振トランス、T_1a:第１の巻線 T_1b:第２の巻線、T_1C:ベ−ス巻線 T_1d:第３の巻線、T_1e:検出巻線 Q₁:スイッチングトランジスタ Q₂:プログラマブル・ユニジャンクション・トランジス
タ Q₃:保護用トランジスタ R₁:起動用抵抗 D₁,D₂:ダイオード C₂:予熱用コンデンサ C₃:交流結合用コンデンサ RF₂:整流器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 41/24 H02M 7/537

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源回路の出力端に、電極相互間に予
熱用コンデンサを挿入し、電極の一方に交流結合用コン
デンサを接続した放電灯と、磁気的に結合した第1,第２
の巻線のいずれか一方の巻線と、コレクタが上記一方の
巻線に接続されたスイッチングトランジスタとを直列に
接続し、上記放電灯の電極間に、ダイオードで、そのア
ノードが上記直流電源回路の出力端と接続した上記放電
灯の電極に接続されたダイオードと上記交流結合用コン
デンサとを介して、上記第1,第２の巻線のいずれか他方
の巻線を接続し、上記スイッチングトランジスタのベー
スに、上記放電灯の電極の他方に接続された起動用抵抗
を接続し、上記第1,第２の巻線と磁気的に結合した検出
巻線に、整流器を介して、ゲートに設定電圧が入力する
ようにしたプログラマブル・ユニジャンクション・トラ
ンジスタのアノードを接続し、このプログラマブル・ユ
ニジャンクション・トランジスタのカソードにの上記ス
イッチングトランジスタのベースに接続されたエミッタ
接地の保護用トランジスタのベースを接続し、上記直流
電源回路の出力端子間に、上記第1,第２の巻線と磁気的
に結合した第３の巻線を、ダイオードで、そのカソード
が上記放電灯の電極と接続した出力端子に接続されたダ
イオードを介して接続したことを特徴とする放電灯点灯
装置。