JP3056802B2 - インバータ装置 - Google Patents

インバータ装置

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JP3056802B2
JP3056802B2 JP3050016A JP5001691A JP3056802B2 JP 3056802 B2 JP3056802 B2 JP 3056802B2 JP 3050016 A JP3050016 A JP 3050016A JP 5001691 A JP5001691 A JP 5001691A JP 3056802 B2 JP3056802 B2 JP 3056802B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ランプ負荷を高周波電
流で点灯させる高周波点灯装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来よりランプ負荷を高周波で点灯させ
る装置としてインバータ点灯装置が知られている。図4
にその一例を示し、この回路の動作について簡単に説明
する。起動時の動作についての説明は本発明においては
必要ないため省略し、定常状態についてのみ説明する。
【0003】まずスイッチ素子Q0 がオンの時について
考えると、この時回路内の共振電流は次のように流れ
る。電解コンデンサC0 →カップリングコンデンサC1
→ランプ負荷1と共振用のコンデンサC2 ,予熱用のコ
ンデンサC3 との並列回路→共振チョークL1 →駆動ト
ランスCTの一次巻線n1 →スイッチ素子Q0 →検出用
の抵抗R4 →電解コンデンサC0 ここで駆動トランスC
Tの二次巻線n2 は、この時誘起電圧がスイッチ素子Q
0 を順バイアスする向きに発生する様に、またスイッチ
素子Q1 に対しては逆バイアスする向きに発生する様に
設計されている。
【0004】やがて共振電流が減少に転じると駆動トラ
ンスCTの二次巻線n3 にはスイッチ素子Q1 を順バイ
アスする向きで誘起電圧が発生し、二次巻線n2 にはス
イッチ素子Q0 を逆バイアスする向きで電圧が発生する
ため、スイッチ素子Q0 は急激にオフしスイッチ素子Q
1 がオンする。しかし、しばらくは共振チョークL
1 が、内部に蓄えられた励磁エネルギーで電流を流そう
とするため、共振チョークL1 →CTの一次巻線n1
ダイオードD0→カップリングコンデンサC1 →ランプ
負荷1とコンデンサC2 ,C3 との並列回路→共振チョ
ークL 1 というように共振電流が流れ、この電流がなく
なるとカップリングコンデンサC 1 の放電によりカップ
リングコンデンサC1 →スイッチ素子Q1 →駆動トラン
スCTの一次巻線n1 →共振チョークL1 →ランプ負荷
1とコンデンサC2 、C3 との並列回路→カップリング
コンデンサC1 というように共振電流が流れる。
【0005】やがてこの共振電流が減少に転じると、駆
動トランスCTの二次巻線n2 にはスイッチ素子Q0
順バイアスする向きに、二次巻線n3 にはスイッチ素子
1 を逆バイアスする向きに誘起電圧が発生するためス
イッチ素子Q1 は急激にオフしスイッチ素子Q0 がオン
する。しかし、しばらくは共振チョークL1 の残留エネ
ルギーで共振チョークL1 →ランプ負荷1とコンデンサ
2 、C3 との並列回路→カップリングコンデンサC1
→電解コンデンサC0 →ダイオードD1 →駆動トランス
CTの一次巻線n1 →共振チョークL1 というように電
流が流れ、この電流がなくなると、スイッチ素子Q0
共振電流が流れて、先程説明した動作を繰り返すことに
なる。
【0006】以上の様にして、発振用のスイッチ素子Q
1 ,Q0が交互にオン、オフを行って発振動作が継続さ
れる。ここでこのインバータ回路の電源は交流電源AC
を、整流ブリッジDBで全波整流し、平滑用の電解コン
デンサC0 にて平滑した直流電圧であり、抵抗R1 ,R
2 はそれぞれスイッチ素子Q1 ,Q0 の制限用抵抗であ
る。
【0007】以上がインバータ回路の回路動作である
が、ランプ負荷1は寿命末期時に半波放電などから異常
発振を行う事があり、その場合にこの様な回路では発振
用のスイッチ素子Q0 にピーク値の高い異常電流が流
れ、この電流によってスイッチ素子Q0 が破壊された
り、その他の部品にストレスが印加することがある。こ
の様な現象を防止するための従来から良く知られている
方法としては、例えば図5の様に、異常点灯時のスイッ
チ素子Q0 のコレクタ電流i2'が、正常点灯時のスイッ
チ素子Q0 のコレクタ電流i2 を越えて出力される事を
利用してここに検出回路を設け、入力に検出レベルを越
えるものがあったとき、発振を停止させるというものが
ある。
【0008】つまり、検出用の抵抗R4 をスイッチ素子
0 のエミッタ・グランド間に接続する事により、この
両端電圧を図4の検出停止保持回路2で検出し、検出レ
ベルを越える電圧が加わった場合、停止用スイッチ素子
2 をオンさせることにより、インバータ回路を発振停
止に至らしめるという方法である。その他の方法として
ランプ電流をカレントトランスで検出する方法がある
が、これはカレントトランスが必要となり、コアの磁性
体のばらつきによる影響が大で、回路的にも複雑化する
欠点がある。また共振チョークの誘起電圧を検出する方
法があるが、この電圧はランプ電圧に大きく影響され、
例えば調光点灯や周囲温度の変動に対して大きく検出電
圧が変動するために確実なる検出を行うための回路設計
が非常に難しいという欠点を有している。以上の理由に
より、図4の抵抗R4 の挿入による検出が、確実かつ簡
単な方法として有効である。
【0009】近年、コンデンサインプット型の電源回路
を持つインバータ点灯回路の入力電圧の高調波歪みに対
する対策として、スイッチ素子を用いたチョッパ回路を
電源回路に付加し入力電流波形を交流入力電圧に比例し
た正弦波状に改良する回路方式が発表され、更にそのチ
ョッパ回路のスイッチ素子と、インバータ回路のスイッ
チ素子とを共用した回路方式も既に当社より提案されて
いる。
【0010】この方式の基本回路構成図が図7である。
簡単に回路動作を説明すると、交流電源ACを整流ブリ
ッジDBで整流した直流電圧の高圧側にチョッパ用のチ
ョークL0 を接続し、その他端はダイオードD0 とイン
バータ回路のスイッチ素子でもある発振用のスイッチ素
子Q0 に接続され、ダイオードD0 はさらに電解コンデ
ンサC0 に接続されている。まずスイッチ素子Q0 がオ
ンしたとき、交流電源ACからチョークL0 を介してス
イッチ素子Q0 に電流が流れ、チョークL0 に励磁エネ
ルギーが蓄積される。
【0011】その後スイッチ素子Q0 がオフすると、チ
ョークL0 に蓄積された励磁エネルギーによりダイオー
ドD0 を介して電解コンデンサC0 を充電する充電電流
が流れる。この時電解コンデンサC0 の充電電圧は、交
流電源ACを全波整流した電圧にチョークL0 の励磁電
圧を加えた昇圧された電圧となり、この電圧がインバー
タ回路の電源として供給されるものである。ここで上記
インバータ回路として、図4で説明した回路を組み合わ
せたのが図8の具体回路構成となる。
【0012】この回路はインバータ回路の発振用のスイ
ッチ素子Q0 を、チョッパ回路のスイッチ素子として共
用したもので、回路動作は先に説明したので省略する
が、スイッチ素子Q0 にはインバータ回路の共振電流i
2 とチョッパ回路のチョッパ電流i1 が流れる。この動
作を示したのが図9である。スイッチ素子Q0 がオンし
た時にインバータ側から共振電流i2 ,チョッパ側から
チョッパ電流i1 が同時に流れ込み、スイッチ素子Q0
に流れる電流はその2つの合成電流(i1 +i2 )とな
るため、その波形は図10のようになる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】ここで先にも説明した
が、ランプ負荷1の寿命末期等における半波放電等によ
るインバータ回路の異常発振等を検出する方法として
は、共通のスイッチ素子Q 0 のエミッタに抵抗R4を接
続し、スイッチ素子Q0 の異常電流を電圧値として検出
して発振停止等の制御を行うというものがある。しか
し、この方式ではインバータ回路の異常時の電流増加分
をΔi2 としたとき、図4の回路においては図5に示す
ように正常点灯時の共振電流i2 に対する電流増加分Δ
2 の割合は大きく、検出回路での判別は容易に可能で
あるが、図8の回路においてはチョッパ電流i1 と共振
電流i2 とが同時に流れるため、図6のように共振電流
2 が異常発振により異常電流i2'(=i2 +Δi2
となった場合でも、検出される電流(i1 +i2') 中で
のΔi2 の割合は小さくなるため、異常電流として検出
するには検出回路中の判別回路の設計が非常に困難とな
り、狭い範囲で設計しようとすると正常点灯時にちょっ
とした変動で誤動作して、発振停止するという問題が生
じた。
【0014】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、インバータ回路のスイッチ素子とチョッパ回
路のスイッチ素子とを共用した回路において、共用され
ているスイッチ素子に接続した検出回路が確実に異常を
検出できるようにしたインバータ装置を提供しようとす
るものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を達
成するために、スイッチ素子に流れるインバータ電流と
チョッパ回路に流れるチョッパ電流とを検出して、イン
バータ電流又はチョッパ電流が異常に増加した場合に異
常出力を検出停止保持回路に出力する補正回路を設けた
ものである。
【0016】
【作用】上記構成によれば、スイッチ素子に流れるイン
バータ電流とチョッパ回路に流れるチョッパ電流とを検
出して、インバータ電流又はチョッパ電流が異常に増加
した場合に異常出力を検出停止保持回路に出力する補正
回路を設けたことによって、検出停止保持回路による異
常電流の検出が確実となり、その検出を目的とする回路
の設計も容易に出来るようになる。
【0017】
【実施例】(実施例1)図1に示した回路について説明
する。基本的な構成は図8と同様であるから相違する部
分についてのみ説明する。従来例と異なるのは検出停止
保持回路2に点線で囲まれた補正回路3が追加されたこ
とである。
【0018】検出用の抵抗R4 により、スイッチ素子Q
0 に流れる電流を電圧として求め、コンデンサC5 で平
滑し、抵抗R6 を介して演算増幅器OP1の非反転入力
端子に接続する。またチョッパ電流i1 を計るため、チ
ョークL0 に二次巻線n2を設け、その誘起電圧をダイ
オードD2 と抵抗R7 とを介してコンデンサC4 で平滑
し、抵抗R5 を介して演算増幅器OP1の反転入力端子
に接続される。
【0019】ここで抵抗R5 、R6 、R7 と演算増幅器
OP1とで構成した差動増幅回路は演算増幅器OP1の
2つの入力端子の電圧に差が生じた時、その電圧を増幅
して出力するものである。つまりこの回路では非反転入
力端子にはチョッパ電流とインバータ電流の合成電圧が
印加され、反転入力端子にはチョッパ回路のチョークL
0 の電圧が印加されている事になる。正常点灯時は差が
ないように設計してあるので演算増幅器OP1の出力電
圧も0であるが、インバータ回路の異常のとき非反転入
力端子の電圧だけが上昇し反転入力端子との差が生じ
る。その差は演算増幅器OP1によって増幅され、検出
停止保持回路2によって確実に検出され、発振停止に至
る。またチョッパ回路の電源が異常に増加した場合にも
差動増幅器の入力電圧に差が生じ、その結果チョッパ電
流の異常に対しても検出ができる。 (実施例2)つぎに図2の回路について説明する。この
回路の図1の回路との相違点は、図1ではチョッパ用の
チョークL0 の誘起電圧を検出していたのに対し、図2
では純粋なチョッパ電流成分を検出している所であり、
スイッチ素子Q0 に流れ込むチョッパ電流はカレントト
ランスCT’にて検出されている。
【0020】回路動作は図1と同じであるので省略す
る。また、チョッパ回路のチョークL 0 は本発明の説明
では整流ブリッジの出力側にて説明しているが、交流側
でも差支えない。 (実施例3)図3にインバータ回路が一石式の場合の実
施例を示す。図1の上側のスイッチ素子Q1 に代わって
共振チョークL2 とカップリングコンデンサC1 との並
列共振回路を接続したもので、共振チョークL1 は限流
用であり、コンデンサC3 は予熱用コンデンサである。
この回路も本発明の特徴であるが、回路動作は図1と同
様であるので説明は省略する。
【0021】なお、本発明では2石式ハーフブリッジ回
路、1石式回路についてのみ説明を行ったが、チョッパ
回路のスイッチ素子とインバータ回路のスイッチ素子を
共用した回路方式であればどれも同じである。またスイ
ッチ素子Q0の検出手段として抵抗R4 を用い、その両
端電圧を検出しているがスイッチ素子Q0 に流れる電流
を検出する回路であれば、これに限らない。
【0022】また補正回路3におけるチョッパ電流の検
出方法も、チョークL0 の二次巻線n2 による方式、カ
レントトランスCT’による方式に限らずチョッパ電流
を検出する方式であればよい。
【0023】
【発明の効果】本発明は上述のように、スイッチ素子に
流れるインバータ電流とチョッパ回路に流れるチョッパ
電流とを検出して、インバータ電流又はチョッパ電流が
異常に増加した場合に異常出力を検出停止保持回路に出
力する補正回路を設けたため、検出停止保持回路による
異常電流の検出が確実となり、その検出を目的とする回
路の設計も容易に出来るようになる、という効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1を示す具体回路図である。
【図2】本発明の実施例2を示す具体回路図である。
【図3】本回路の実施例3を表す具体回路図である。
【図4】従来例を表す具体回路図である。
【図5】従来例の回路における電流波形図である。
【図6】従来例の回路における電流波形図である。
【図7】従来例の基本回路構成図である。
【図8】従来例の具体回路図である。
【図9】従来例の動作説明図である。
【図10】従来例の電流波形図である。
【符号の説明】
1 ランプ負荷 2 検出停止保持回路 3 補正回路 Q0 共用された発振用のスイッチ素子 Q1 発振用のスイッチ素子 Q2 停止用スイッチ素子 L0 チョッパ用のチョーク L1 共振チョーク C2 共振用のコンデンサ DB 整流ブリッジ AC 交流電源
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/48 H05B 41/24 H02H 7/122 H02M 1/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 整流回路とチョッパ回路とを介して交流
    電圧を直流電圧に変換し、該電圧を電源としてスイッチ
    素子のオン、オフにより高周波の発振にてランプ負荷を
    点灯させるインバータ回路を設け、このインバータ回路
    のスイッチ素子とチョッパ回路のスイッチ素子とを共有
    し、このスイッチ素子に流れる異常電流を検出してイン
    バータ回路の動作を停止させる検出停止保持回路を備え
    たインバータ装置において、スイッチ素子に流れるイン
    バータ電流とチョッパ回路に流れるチョッパ電流とを検
    出して、インバータ電流又はチョッパ電流が異常に増加
    した場合に異常出力を検出停止保持回路に出力する補正
    回路を設けたことを特徴とするインバータ装置。
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