JP3272575B2 - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、整流回路と、この
整流回路からの脈流を平滑するための平滑コンデンサ
と、この平滑コンデンサに充電された直流電圧を高周波
交流電圧に変換するためのインバータ回路と、このイン
バータ回路の出力に接続されたコンデンサ及びインダク
タンス素子からなる共振回路とを備え、前記共振回路の
出力電圧によって放電ランプを点灯する放電ランプ点灯
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる放電ランプ点灯装置において、電
源入力力率を大きくすると共に、電源入力電流の高調波
成分を少なくしたものとして、図７に示すように、チョ
ッパ回路４とインバータ回路５とがスイッチング素子を
共用している回路が知られている（例えば、特開平３−
２７６５９８号公報参照）。

【０００３】この従来の放電ランプの点灯装置は、交流
電源１にフィルタ２を介して接続された整流回路３と、
整流して得られた脈流を平滑するためのインダクタンス
素子４１及び平滑コンデンサ５５を含むチョッパ回路４
と、平滑コンデンサ５５に充電された直流電圧を高周波
交流電圧に変換するためのインバータ回路５と、インバ
ータ回路５の出力に接続されたコンデンサ５２，５４及
びインダクタンス素子５３からなる共振回路７とを備え
ている。そして、共振回路７の出力端、即ちコンデンサ
５４の両端に放電ランプが接続されている。なお、この
従来例のインバータ回路は他励式であり、駆動回路８を
備えている。

【０００４】上記のような回路構成において、交流電源
１からフィルタ２を介して供給される交流電圧は整流回
路３によって全波整流され、得られた脈流電圧がチョッ
パ回路４に印加されると、平滑コンデンサ５５がインダ
クタンス素子４１を介して充電される。そして、駆動回
路８からの駆動信号によってインバータ回路５を構成す
るトランジスタ５０及び５１が所定の周波数で交互にオ
ン・オフする動作を繰り返し、インバータ回路５の出力
側に接続されたコンデンサ５２，５４及びインダクタン
ス素子５３からなる共振回路７に所定の周波数の共振電
流が流れる。共振回路７の共振周波数と、インバータ回
路５の駆動周波数とはほぼ等しく設定されている。そし
て、共振回路７の出力端、即ちコンデンサ５４の両端に
発生する電圧が放電ランプ６に印加されることにより、
放電ランプ６が点灯する。コンデンサ５４は、放電ラン
プ６の始動電圧の発生と点灯回路の安定化の作用を発揮
している。

【０００５】上記の動作において、交流電源１の瞬時電
圧値が低いときは、インダクタンス素子４１に流れる電
流の増加率は低い。したがって、オン時間が同一であれ
ばトランジスタ５１のターンオフ時におけるインダクタ
ンス素子４１の蓄積エネルギーは小さく、トランジスタ
５０のターンオンによって平滑コンデンサ５５に充電さ
れる電圧は低い。このとき、入力電流も交流電源１の瞬
時電圧値に応じて小さくなる。

【０００６】逆に、交流電源１の瞬時電圧値が高いとき
は、インダクタンス素子４１に流れる電流の増加率が高
い。オン時間が同一であればトランジスタ５１のターン
オフ時におけるインダクタンス素子４１の蓄積エネルギ
ーは大きく、トランジスタ５０のターンオンによって平
滑コンデンサ５５に充電される電圧は高い。このため、
入力電流は交流電源１の瞬時電圧値に応じて大きくな
る。

【０００７】このように、チョッパ回路４とインバータ
回路５とがスイッチング素子を共用していることによ
り、入力電流は交流電源１の電圧波形とほぼ同じ位相と
なり、電源入力力率が大きくなると共に、電源入力電流
の高調波成分が少なくなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の放電ランプ点灯装置は、整流回路の後のイ
ンダクタンス素子４１のために、装置全体が大きく、し
かも高価なものとなってしまう欠点があった。

【０００９】また、他の従来技術として、特開平７−１
４７７７８号公報に記載されているように、インバータ
回路の出力トランスに帰還用巻線を設け、帰還用巻線に
得られた高周波電圧を電源側に帰還して電源電圧に重畳
することにより、力率の向上と高周波歪みの改善を図っ
ている装置もある。しかし、この装置は、出力トランス
等の回路部品が大きく、やはり、装置全体の小形化が困
難である。

【００１０】特に、白熱電球用のソケットにねじ込んで
使用される点灯装置一体型の放電ランプに使用される点
灯装置のように収納スペースに制限がある場合、一層の
小形化が要求されている。したがって、前述のような出
力トランスを有しない点灯装置において、一層の小形化
と性能の向上とを両立させる必要がある。なお、白熱電
球の点灯回路に位相制御による調光器が備えられている
場合があり、このような場合にも誤動作なく放電ランプ
の点灯、調光ができることが望ましい。

【００１１】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、高力率、低高調波歪みといっ
た高性能を維持しつつも、前述の従来回路を改良して整
流回路の後のインダクタンス素子を不要とし、点灯装置
全体の小形化及びコスト低減を図ると共に、位相制御式
調光器との併用が可能な点灯装置を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明による放電ランプ点灯装置は、整流回路と、こ
の整流回路からの脈流を平滑するための平滑コンデンサ
と、この平滑コンデンサに充電された直流電圧を高周波
交流電圧に変換するためのインバータ回路と、このイン
バータ回路の出力に接続されたコンデンサ及びインダク
タンス素子からなる共振回路とを備え、前記共振回路の
出力電圧によって放電ランプを点灯する放電ランプ点灯
装置であって、第１の特徴構成は、前記平滑コンデンサ
より整流回路側において帰還用コンデンサが線間に接続
され、その帰還用コンデンサの一端と前記平滑コンデン
サの一端との間に整流素子が介装され、前記共振回路を
構成する複数のコンデンサの接続点と前記帰還用コンデ
ンサの一端とが帰還線路で接続されている点にある。

【００１３】また、第２の特徴構成は、前記平滑コンデ
ンサより整流回路側において帰還用トランスの二次巻線
と帰還用コンデンサとの直列回路が線間に接続され、そ
の直列回路の一端と前記平滑コンデンサの一端との間に
整流素子が介装され、前記帰還用トランスの一次巻線が
前記共振回路に介装されている点にある。なお、この帰
還用トランスは、共振電圧の一部を整流回路の出力側に
帰還する高周波トランスであり、小形のものでよい。

【００１４】上記第１又は第２の構成において、前記整
流素子は高速ダイオードであることが好ましい。さら
に、帰還用コンデンサ又は前記直列回路より整流回路側
の線路に、高周波漏れを防ぐための整流素子が介装され
ていることが好ましく、この整流素子についても高速ダ
イオードを用いることが好ましい。高速ダイオードは高
周波漏れが少ないので、整流回路を安価な低速ダイオー
ドで構成しても、帰還された共振電圧の電源側への漏れ
を少なくして効率を向上することができる。また、整流
回路の後にフィルタが介装されている場合でも高周波漏
れが防止される。

【００１５】また、第２の構成において、帰還用トラン
スの一次巻線に共振回路を構成するインダクタンス素子
を兼ねさせることにより、別途の共振インダクタンス素
子は不要となる。あるいは、前記インバータ回路の駆動
回路が自励式である場合、前記帰還用トランスの一次巻
線に前記駆動回路の自励駆動トランスを兼ねさせること
も好ましい。

【００１６】さらに、第２の構成における帰還用トラン
スの二次巻線とコンデンサとの直列回路の共振周波数
と、前記共振回路の共振周波数とがほぼ等しいことが好
ましく、このとき力率向上効果は最も大きくなる。

【００１７】

【発明の実施の形態】上記特徴の構成によれば、平滑コ
ンデンサの直流電圧を高周波交流電圧に変換して放電ラ
ンプを点灯させる基本的機能を満たしながら、整流回路
と平滑コンデンサとの間に点灯用共振電圧の一部を帰還
して脈流電圧に重畳することにより、平滑コンデンサの
充電が高周波で行なわれる。これにより、整流回路の後
のインダクタンス素子を省略してもリップルが十分に除
かれ、力率が向上すると共にインバータ回路により発生
する高調波成分が小さくなる。

【００１８】以下、本発明の好ましい実施形態を図１〜
６を参照しながら説明する。まず、第１の実施形態に係
る点灯装置の回路図を図１に示す。この図において、従
来例の図７と同じ構成要素には同じ番号を付している。
本実施形態の点灯装置は、交流電源１にフィルタ２を介
して接続された整流回路３と、整流回路３からの脈流を
平滑するための平滑コンデンサ５５と、この平滑コンデ
ンサ５５に充電された直流電圧を高周波交流電圧に変換
するためのインバータ回路５と、インバータ回路５の出
力に接続されたコンデンサ５２，５４，５６及びインダ
クタンス素子５３からなる共振回路７とを備えている。
放電ランプ６は、直列共振回路７を構成するコンデンサ
５４の両端に接続されている。

【００１９】そして、整流回路３の出力端子間に帰還用
コンデンサ５７が接続され、その帰還用コンデンサの一
端と平滑コンデンサ５５の一端との間に整流素子５８が
介装され、共振回路を構成する複数のコンデンサ５６，
５２の接続点Ｐと上記帰還用コンデンサの一端Ｑとが帰
還線路ｒで接続されている。

【００２０】また、インバータ回路５は、第１及び第２
のトランジスタ５０，５１から構成され、これらのトラ
ンジスタ５０，５１を所定の周期で交互にオン・オフさ
せるための駆動回路８が備えられている。

【００２１】上記のような回路構成の放電ランプ点灯装
置において、交流電源１からフィルタ２を介して供給さ
れる交流電圧は整流回路３によって全波整流され、得ら
れた脈流電圧で平滑コンデンサ５５が充電される。そし
て、駆動回路８からの駆動信号によってインバータ回路
５のトランジスタ５０及び５１が所定周期で交互にオン
・オフ動作する。かかるスイッチング動作をさせるため
の駆動回路８の具体構成については種々の回路が知られ
ており、ここでは説明を省略する。トランジスタ５０及
び５１のスイッチングによって発生した所定の周波数の
交流電圧は、共振回路７及び放電ランプ６を流れるほぼ
正弦波の共振電流を生じさせ、これによって放電ランプ
６が点灯する。

【００２２】即ち、平滑コンデンサ５５に充電された直
流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ５の動
作によって２つの閉ループ、即ち、平滑コンデンサ５
５、コンデンサ５６、コンデンサ５２、ランプ６（及び
コンデンサ５４）、インダクタンス素子５３、及びトラ
ンジスタ５１からなる閉ループと、トランジスタ５０、
インダクタンス素子５３、ランプ６（及びコンデンサ５
４）、コンデンサ５２、及びコンデンサ５６からなる閉
ループとに交互に共振電流が流れる。このような構成
は、従来から低力率の点灯回路において一般的に用いら
れているシリーズインバータ動作と同様である。

【００２３】上記のような基本機能に加えて、本実施形
態の装置は以下のような機能を発揮する。即ち、整流回
路３の出力端子間に接続された帰還用コンデンサ５７と
ダイオード５８のアノード側との接続点Ｑが、共振回路
７を構成する複数のコンデンサ５６，５２の接続点Ｐに
帰還線路ｒで接続されているので、コンデンサ５６とコ
ンデンサ５２とを流れる共振電流によって生ずる共振電
圧の一部がコンデンサ結合によって帰還され、整流回路
３からの全波整流電圧に重畳される。この重畳される高
周波帰還電圧が整流回路からの全波整流電圧より低いと
きは整流回路３から接続点Ｑに電流が供給され、高いと
きは整流回路３から接続点Ｑに電流が流れ込まない。そ
して、接続点Ｑの電圧が平滑コンデンサ５５の充電電圧
とダイオード５８の順方向電圧との和電圧を越えると、
ダイオード５８が導通して平滑コンデンサ５５に充電電
流が流れ込む。したがって、平滑コンデンサ５５の充電
電圧が一定の場合、帰還用コンデンサ５７の両端の電圧
は図２に示すような波形になる。

【００２４】このようにして、交流電源電圧の全周期に
わたって、高周波での整流回路３からの電流の引き込み
及び平滑コンデンサの充電が行われる。この高周波電流
をフィルタ２によって平均化することにより、高力率、
低高調波歪みの正弦波状入力電流とすることができる。
ダイオード５８として高速ダイオードを使用することに
より、共振電流に左右されにくくなり、高力率、低高調
波歪みの性能が一層向上すると共に効率が良くなる。

【００２５】次に、第２の実施形態に係る点灯装置の回
路図を図３に示す。この図において、第１の実施例（図
１）と同じ構成要素には同じ番号を付し、その説明を省
略する。本実施形態では、整流回路３の出力端子間に帰
還用トランス６６の二次巻線６６ｂと帰還用コンデンサ
５７との直列回路９が接続され、その直列回路９の一端
と平滑コンデンサ５５の一端との間に整流素子５８が介
装され、帰還用トランス６６の一次巻線６６ａが共振回
路７に介装されている。つまり、帰還用トランス６６の
一次巻線６６ａは共振回路７を構成するインダクタンス
素子５３と直列に接続されている。

【００２６】本実施形態の装置による放電ランプ６の点
灯動作は基本的には既述の第１実施形態の場合と同様で
ある。異なる点は、第１実施形態の装置ではコンデンサ
結合によって共振電圧の一部が帰還され、整流回路から
の脈流電圧に重畳されるのに対し、本実施形態ではトラ
ンス結合によって上記作用が奏される点である。このよ
うな高力率化及び低高調波歪化のための動作について以
下に説明を加える。

【００２７】図３において、共振回路７を流れる共振電
流は帰還用トランス６６の一次巻線６６ａに流れ、この
一次巻線６６ａと二次巻線６６ｂとの間の相互インダク
タンスによって、二次巻線６６ｂには、一次巻線６６ａ
の両端に発生する電圧の巻数比（二次巻数／一次巻数）
倍の電圧が発生する。一方、この二次巻線６６ｂとコン
デンサ５７との直列回路９は整流回路３の出力端子間に
接続されて、整流回路３からの全波整流電圧が常に印加
されているので、帰還用コンデンサ５７の両端には、図
４に示すように、直列回路９自体の共振による細かい振
動を含む全波整流電圧が生じている。

【００２８】この電圧に、上記の二次巻線６６ｂに発生
する帰還電圧が重畳され、さらに、帰還電圧（共振電
圧）の周波数が直列回路９の共振周波数とほぼ等しけれ
ば帰還電圧は直列回路９で共振する。そして、直列回路
９の共振電圧が整流回路３からの全波整流電圧より低い
ときは整流回路３から電流が供給され、高いときは整流
回路３から電流が流れ込まない。また、直列回路９の両
端の電圧が平滑コンデンサ５５の充電電圧とダイオード
５８の順方向電圧との和電圧を越えると、ダイオード５
８が導通して平滑コンデンサ５５に充電電流が流れ込
む。したがって、平滑コンデンサ５５の充電電圧が一定
の場合、直列回路９の両端の電圧は図２に示した第１実
施形態における波形と同様の波形となる。このようにし
て、交流電源電圧の全周期にわたって、高周波での整流
回路３からの電流の引き込み及び平滑コンデンサの充電
が行われる。

【００２９】この実施形態の場合、トランス５６の巻数
比を変えることにより、二次巻線５６ｂに帰還される電
圧、すなわち直列回路９の両端の電圧を調整することが
でき、これによって平滑コンデンサ５５に充電される直
流電圧値を変化させることができる。このような調整に
よって、放電ランプ６の点灯電圧と交流電源１の電圧と
の比が異なる場合に対応することができる。

【００３０】なお、上記第１及び第２の実施形態では、
交流電源１と整流回路３との間にフィルタ２が挿入され
ているが、整流回路３とフィルタ２との順番を入れ替え
てもよい。この場合、例えば図６に示すように、第２の
ダイオード５９をフィルタ２の後に挿入することによ
り、帰還された共振電圧の電源側への漏れを少なくして
効率を向上することができる。また、このダイオード５
９として高周波漏れの少ない高速ダイオードを使用する
ことにより、整流回路３とフィルタ２との順番にかかわ
らず、整流回路３を安価な低速ダイオードで構成するこ
とができるので、装置全体のコストをさらに低減するこ
とができる。

【００３１】次に第３の実施形態に係る点灯装置の回路
図を図５に示す。この実施形態では、整流回路３の後に
フィルタ２が接続され、第２のダイオード５９が介装さ
れていると共に、第２の実施形態におけるインバータ回
路５の駆動回路８が自励式に構成されている。そして、
帰還用トランス６６に三次巻線５６ｃ及び四次巻線５６
ｄを付加することにより、自励駆動トランスの機能を兼
ね備えさせている。これによって、自励式駆動回路が簡
素になるので、さらに小形化及びコスト低減を図ること
ができる。なお、図に示すように、自励式インバータの
駆動回路は、トランス６６の他に、抵抗８１，８２及び
ツェナーダイオード８３，８４，８５，８６を用いて構
成されている。

【００３２】上記の第２及び第３の実施形態において、
共振回路７を構成するインダクタンス素子５３の機能を
帰還用トランス６６に兼ねさせることにより、インダク
タンス素子５３を省略することも可能である。但し、共
振周波数の調整、トランス６６の小形化、放電開始電圧
の高電圧化等のためにはインダクタンス素子５３をトラ
ンス６６と別に設けたほうが都合が良いであろう。

【００３３】以上のような各実施形態の放電ランプ点灯
装置は、白熱電球用の位相制御式調光器と併用すること
もできる。トライアック等の位相制御による白熱電球用
調光器は、低力率の負荷に用いると、トライアックが正
常に導通せずに誤動作しやすいといった欠点を有してい
る。しかし、本発明の点灯装置は高力率で休止区間が無
く、白熱電球の場合と同様に電源入力電流が常時流れる
ので、誤動作は生じにくい。また共振によって高められ
た電圧で平滑コンデンサ５５が充電されるので調光度の
深いときでも放電ランプを安定に点灯することができ
る。

【００３４】なお、各実施形態では２つのトランジスタ
を直列に接続したシリーズインバータ方式を採用した
が、同様の動作をするものであればプッシュプルインバ
ータのように他のインバータ方式を採用してもよい。ま
た、各実施形態では放電ランプの各フィラメントの一対
の端子がそれぞれ短絡されてコンデンサ５４の両端に接
続されているが、各フィラメントの一方の端子が電源側
に、他方の端子がコンデンサ５４に接続されている回路
構成、即ち各フィラメントが共振回路に介装されている
回路構成にも本発明を適用することができる。

【００３５】また、各実施形態では、コンデンサとイン
ダクタンス素子とによる直列共振回路を用いたが、これ
に代えて並列共振回路を用いても良い。さらに、スイッ
チング素子はＦＥＴ（ＭＯＳトランジスタ）に限らず、
バイポーラトランジスタ等、他のスイッチング素子であ
ってもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の放電ラン
プ点灯装置は、放電ランプの始動・点灯時における高力
率、低高調波歪みといった高性能を維持しつつも、簡単
な回路構成で、整流回路の後の昇圧用や出力トランス用
等の大きなインダクタンス素子を不要とすることによ
り、点灯装置全体の小形化及びコスト低減を実現できる
と共に、白熱電球用の調光器と併用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る放電ランプ点灯
装置の回路図

【図２】図１の放電ランプ点灯装置の動作説明のための
電圧波形図

【図３】第２の実施形態に係る放電ランプ点灯装置の回
路図

【図４】図３の放電ランプ点灯装置の動作説明のための
電圧波形図

【図５】第３の実施形態に係る放電ランプ点灯装置の回
路図

【図６】別の実施形態に係る放電ランプ点灯装置の回路
の一部を示す図

【図７】従来の力率改善型放電ランプ点灯装置の回路図

【符号の説明】

１ 直流電源 ２ フィルタ ３ 整流回路 ５ インバータ回路 ６ 放電ランプ ７ 共振回路 ８ 駆動回路 ５０，５１ トランジスタ（スイッチング素子） ５２，５４，５６，５７ コンデンサ ５３ インダクタンス素子 ５５ 平滑コンデンサ ５８，５９ ダイオード ６６ 帰還用トランス

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−87567（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 41/282

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 整流回路と、この整流回路からの脈流を
   平滑するための平滑コンデンサと、この平滑コンデンサ
   に充電された直流電圧を高周波交流電圧に変換するため
   のインバータ回路と、このインバータ回路の出力に接続
   されたコンデンサ及びインダクタンス素子からなる共振
   回路とを備え、前記共振回路の出力電圧によって放電ラ
   ンプを点灯する放電ランプ点灯装置であって、 前記平滑コンデンサより整流回路側において帰還用コン
   デンサが線間に接続され、その帰還用コンデンサの一端
   と前記平滑コンデンサの一端との間に整流素子が介装さ
   れ、前記共振回路を構成する複数のコンデンサの接続点
   と前記帰還用コンデンサの一端とが帰還線路で接続され
   ていることを特徴とする放電ランプ点灯装置。
2. 【請求項２】 整流回路と、この整流回路からの脈流を
   平滑するための平滑コンデンサと、この平滑コンデンサ
   に充電された直流電圧を高周波交流電圧に変換するため
   のインバータ回路と、このインバータ回路の出力に接続
   されたコンデンサ及びインダクタンス素子からなる共振
   回路とを備え、前記共振回路の出力電圧によって放電ラ
   ンプを点灯する放電ランプ点灯装置であって、 前記平滑コンデンサより整流回路側において帰還用トラ
   ンスの二次巻線と帰還用コンデンサとの直列回路が線間
   に接続され、その直列回路の一端と前記平滑コンデンサ
   の一端との間に整流素子が介装され、前記帰還用トラン
   スの一次巻線が前記共振回路に介装されていることを特
   徴とする放電ランプ点灯装置。