JP3334181B2 - 無電極放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無電極放電灯に高周波
電磁界を印加して発光させる無電極放電灯点灯装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、無電極放電灯に高周波電磁界を印
加して発光させるこの種の無電極放電灯点灯装置は、図
２にブロック図を示すように、直流電源Ｅと、この直流
電源Ｅからの電力供給を受け高周波電力を出力する高周
波電力供給手段Ａと、この高周波電力供給手段Ａの出力
端間に接続される高周波電力供給用コイル８と、この高
周波電力供給用コイル８の近接に配置されガラスバルブ
内に不活性ガス、金属蒸気などの放電ガスを封入した無
電極放電灯７とを備えて構成されている。

【０００３】ここで、高周波電力供給手段Ａは、直流電
源Ｅの両端に接続される発振回路１と、直流電源Ｅの両
端に接続され発振回路１の信号を受けて増幅された高周
波電力を出力する増幅部２，５と、無電極放電灯７と増
幅部２，５との間に設けられるマッチング回路４とから
構成されている。

【０００４】図３に示す具体回路例を用いて説明する。
まず、発振回路１は、水晶振動子Ｘを用いた回路であ
り、コイルＬ６、コンデンサＣ１５により低Ｑの同調回
路を構成し、無調整の発振器としている。

【０００５】増幅部２，５は、発振回路１の発振出力を
増幅するプリアンプ２と、プリアンプ２の出力をさらに
高周波電力増幅するメインアンプ５とから構成されてい
る。ここで、プリアンプ２は、トランジスタＱ４により
Ｃ級増幅を行っている。コイルＬ５、コンデンサＣ１７
により発振周波数に同調するようにしている。抵抗Ｒ８
乃至抵抗Ｒ１０は減衰器を構成し、抵抗Ｒ１１は、コイ
ルＬ５のＱを下げるために入れている。そして、メイン
アンプ５は、パワーＭＯＳＦＥＴ（以下、トランジスタ
と称す）Ｑ５による増幅器となっている。コイルＬ７
は、トランジスタＱ５の入力キャパシタンスを打ち消す
ために入れてあり、抵抗Ｒ１２はトランジスタＱ５の入
力インピーダンスをプリアンプ２の出力と整合させるた
めに入れてある。

【０００６】フィルター回路３は、コイルＬ３、コンデ
ンサＣ４等から構成され、高周波が電源に帰還すること
を防いでいる。

【０００７】マッチング回路４は、コンデンサＣ１８乃
至コンデンサＣ２０等から構成され、メインアンプ５の
出力と後段の無電極放電灯７及び高周波電力供給用コイ
ル８との間に設けられ、両方のインピーダンスのマッチ
ングを取り、反射をなくして無電極放電灯７に効率よく
高周波電力を伝達するようにインピーダンス整合を行っ
ているものである。

【０００８】無電極放電灯７は、ガラスバルブ内に不活
性ガス、金属蒸気などの放電ガスを封入したものであ
り、この外周には近接して数ターンの空心コイルである
高周波電力供給用コイル８が巻回され、高周波電力を無
電極放電灯７内の放電ガスに供給している。

【０００９】調光回路６は、トランジスタＱ３（ＭＯＳ
ＦＥＴ等）と、ゲートに接続された放電抵抗Ｒ１４から
なり、トランジスタＱ３のドレインは、プリアンプ２の
トランジスタＱ４のベースに、ソースはグランドに接続
されている。そして、トランジスタＱ３のゲートには外
部より調光制御信号が入力されるようになっている。

【００１０】過電流保護回路９は、トランジスタＱ３１
（ＭＯＳＦＥＴ等）と、ゲートに接続された放電抵抗Ｒ
１８と、抵抗Ｒ１と、比較器ＩＣ１と、直流電源Ｅの両
端に接続される抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１６との直列回路
と、抵抗Ｒ１の両端に接続される抵抗Ｒ１７とコンデン
サＣ２１との直列回路とを備え、抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１
６との接続点と前記比較器ＩＣ１の−端子とが接続さ
れ、抵抗Ｒ１７とコンデンサＣ２１との接続点と前記比
較器ＩＣ１の＋端子とが接続されている。そして、過電
流が流れると過電流保護回路９の作用により無電極放電
灯７は消灯する。

【００１１】以下、動作状態を簡単に説明する。今、直
流電源Ｅからの直流電圧を受けると発振回路１が発振を
開始し、プリアンプ２に発振回路１の信号が伝達されて
増幅され、メインアンプ５に増幅された信号が伝達され
てさらに増幅される。このメインアンプ５にて増幅され
た高周波電圧は、この無電極放電灯７の球状の外周に沿
って近接配置された高周波電力供給用コイル８に印加さ
れる。そして、高周波電力供給用コイル８に数ＭＨｚか
ら数１００ＭＨｚの高周波電流を流すことにより、高周
波電力供給用コイル８に高周波電磁界を発生させ、無電
極放電灯７に高周波電力を供給し、無電極放電灯７内に
高周波プラズマ電流を発生させて紫外線もしくは可視光
を発生するようになっている。

【００１２】次に、調光制御信号が調光回路６に入力さ
れた場合を説明する。 （Ｌレベルの調光制御信号が入力された場合） この状態は、先に説明した場合と同様となり、トランジ
スタＱ３のドレイン・ソース間はオープン状態となり、
トランジスタＱ４のベ−スには発振回路１からの出力が
正常に加わり、無電極放電灯７は点灯する。 （Ｈレベルの調光制御信号が入力された場合） トランジスタＱ３のゲートに十分高い電圧（例えばＮＥ
Ｃ製の２ＳＫ６５４では６Ｖ以上）が印加されると、ト
ランジスタＱ３のドレイン−ソース間はオン状態とな
り、その結果、トランジスタＱ４のベース−エミッタ間
が短絡されベース電圧は０となり、プリアンプ２での増
幅が行われず、無電極放電灯７は消灯する。ここで、抵
抗Ｒ８乃至抵抗Ｒ１１は、負荷変動の影響を小さくする
ために設けられている。

【００１３】このように、調光制御信号のＨレベル、Ｌ
レベルの信号の比率を適当に設定し、無電極放電灯７を
目にチラツキ感を与えない程度の高繰り返し周期で点滅
させる時分割制御により、任意の調光特性が得られる。
また、このような時分割制御では、発振回路１の発振が
停止しないため、無電極放電灯７の立ち上がり時間は、
調光制御信号、トランジスタＱ３，Ｑ４，Ｑ５に立ち上
がりにより決まるため比較的高速になる。点灯中は、発
振回路１及びトランジスタＱ３、抵抗Ｒ１４により消費
される電力のみ必要なため、不要電力もあまり大きくな
らない。点灯時１０Ｗの入力の回路で、１Ｗ程度であ
る。そして、点滅周期を１００Ｈｚ程度以上にすれば、
いわゆるデューティ調光も可能である。

【００１４】過電流が抵抗Ｒ１に流れた場合を説明す
る。何らかの原因、例えば、無電極放電灯７の異常によ
るインピーダンスの変化、無電極放電灯７の未装着、無
電極放電灯７の破損又は高周波電力供給手段Ａの異常等
により過電流が抵抗Ｒ１に流れると、抵抗Ｒ１の両端に
過電圧が発生する。そして、抵抗Ｒ１６の両端電圧（所
定値に設定されている基準電圧）Ｖａより、コンデンサ
Ｃ２１の両端電圧Ｖｂの方が上昇すると、トランジスタ
Ｑ３１がオン状態となり、トランジスタＱ４のベース−
エミッタ間が短絡されベース電圧は０となり、プリアン
プ２での増幅が行われず、無電極放電灯７は消灯する。

【００１５】プリアンプ２での増幅が行われず、無電極
放電灯７が消灯すると、抵抗Ｒ１には過電流が流れなく
なる。そうすると、抵抗Ｒ１６の両端電圧Ｖａより、コ
ンデンサＣ２１の両端電圧Ｖｂの方が低下し、トランジ
スタＱ３１がオフ状態となり、トランジスタＱ４のベー
ス−エミッタ間が開放されベース電圧が発生し、プリア
ンプ２での増幅が行われ、無電極放電灯７は点灯する。

【００１６】このように、何らかの異常が発生した場合
には、その異常が解除されるまで無電極放電灯７を点滅
制御して、直流電源Ｅからの入力電流の平均値を制限し
て高周波電力供給手段Ａを保護している。

【００１７】このような、調光回路６及び過電流保護回
路９を含む従来例では、無電極放電灯７が無負荷状態に
なった場合には高周波電力供給手段Ａの回路要素を過電
流や過電圧から十分に保護できないという問題があっ
た。

【００１８】図４及び図５を用いて説明する。図４に
は、無電極放電灯７の連続点灯状態が示されている。同
図（ａ）は調光制御信号、同図（ｂ）は無電極放電灯７
が点灯中の高周波電力供給用コイル８の両端電圧（一般
の点灯装置のランプ電圧に相当する）、同図（ｃ）は無
電極放電灯７が点灯中の比較器ＩＣ１の＋端子の入力電
圧Ｖｂ１、同図（ｄ）は無電極放電灯７がないとき（無
負荷時）の高周波電力供給用コイル８の両端電圧、同図
（ｅ）は無電極放電灯７がないときの比較器ＩＣ１の＋
端子の入力電圧Ｖｂ２をそれぞれ示している。

【００１９】このように、無電極放電灯７の連続点灯状
態の場合には、図４（ａ）に示すように常にＬレベルの
調光制御信号が調光回路６に入力され、同図（ｂ）に示
すように無電極放電灯７は連続点灯状態となる。このと
き、同図（ｃ）に示すように比較器ＩＣ１の−端子に印
加される電圧Ｖａの方が＋端子に印加される電圧Ｖｂ１
より高く（電圧Ｖａ＞電圧Ｖｂ１）、比較器ＩＣ１の出
力はＬレベルとなる。従って、過電流保護回路９のトラ
ンジスタＱ３１はオフ状態となり、プリアンプ２のトラ
ンジスタＱ４は増幅動作を継続する。

【００２０】そして、無電極放電灯７がないとき（無負
荷時）には、同図（ｄ）に示すように高周波電力供給用
コイル８の両端電圧は上昇し、高周波電力供給手段Ａの
回路要素に過電流や過電圧が印加される。このとき、同
図（ｅ）に示すように比較器ＩＣ１の−端子に印加され
る電圧Ｖａの方が＋端子に印加される電圧Ｖｂ２より低
く（電圧Ｖａ＜電圧Ｖｂ２）、比較器ＩＣ１の出力はＨ
レベルとなる。従って、過電流保護回路９のトランジス
タＱ３１はオン状態となり、プリアンプ２のトランジス
タＱ４の増幅動作を停止させ、高周波電力供給手段Ａの
回路要素に印加される過電流や過電圧の発生を抑制して
いる。

【００２１】図５には、無電極放電灯７の調光時の点灯
状態が示されている。同図（ａ）は調光制御信号、同図
（ｂ）は無電極放電灯７が調光点灯中の高周波電力供給
用コイル８の両端電圧、同図（ｃ）は無電極放電灯７が
調光点灯中の比較器ＩＣ１の＋端子の入力電圧Ｖｂ３、
同図（ｄ）は無電極放電灯７がないときの高周波電力供
給用コイル８の両端電圧、同図（ｅ）は無電極放電灯７
がないときの比較器ＩＣ１の＋端子の入力電圧Ｖｂ４を
それぞれ示している。

【００２２】このように、無電極放電灯７の調光時の点
灯状態の場合には、図５（ａ）に示すようにＨ，Ｌレベ
ルの調光制御信号が調光回路６に入力され、同図（ｂ）
に示すように無電極放電灯７は調光点灯状態となる。こ
のとき、同図（ｃ）に示すように比較器ＩＣ１の−端子
に印加される電圧Ｖａの方が＋端子に印加される電圧Ｖ
ｂ３より高く（電圧Ｖａ＞電圧Ｖｂ３）、比較器ＩＣ１
の出力はＬレベルとなる。従って、過電流保護回路９の
トランジスタＱ３１はオフ状態となり、プリアンプ２の
トランジスタＱ４は増幅動作を継続する。

【００２３】このように十分に過電流保護回路９が機能
しているのに対して、時分割の調光制御と無電極放電灯
７がないとき（無負荷時）とが同時に発生した場合に問
題が発生した。

【００２４】無電極放電灯７がないとき（無負荷時）に
は、同図（ｄ）に示すように高周波電力供給用コイル８
の両端電圧は上昇し、高周波電力供給手段Ａの回路要素
に過電流や過電圧が印加される。このとき、同図（ｅ）
に示すように比較器ＩＣ１の−端子に印加される電圧Ｖ
ａの方が＋端子に印加される電圧Ｖｂ４より高く（電圧
Ｖａ＞電圧Ｖｂ４）、比較器ＩＣ１の出力はＬレベルと
なる。従って、高周波電力供給手段Ａの回路要素に過電
流や過電圧が印加されているにもかかわらず、過電流保
護回路９のトランジスタＱ３１はオフ状態となり、プリ
アンプ２のトランジスタＱ４は増幅動作を継続する。

【００２５】このような問題を解決するために、無負荷
時を検出する検出手段と、その検出手段からの信号に応
じて高周波電力供給手段Ａの出力を制限する手段とを、
別途構成すれば、形状の大型化やコストアップの要因と
なるという問題が生じる。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、本発明
が解決しようとする問題点は、時分割の調光制御と無電
極放電灯がないとき（無負荷時）とが同時に発生した場
合に、高周波電力供給手段の回路要素に過電流や過電圧
が印加される点にあり、本発明の目的とするところは、
過電流保護回路と無負荷時の保護回路とが小型、安価に
構成できる無電極放電灯点灯装置を提供することにあ
る。

【００２７】

【課題を解決するための手段】電源と、この電源からの
電力供給を受け高周波電力を出力する高周波電力供給手
段と、この高周波電力供給手段の出力端間に接続される
高周波電力供給用コイルと、この高周波電力供給用コイ
ルの近接に配置されて点灯するガラスバルブ内に不活性
ガス、金属蒸気などの放電ガスを封入した無電極放電灯
と、前記高周波電力供給手段の出力を調光制御信号に応
じて時分割に調光制御する調光回路と、前記電源から高
周波電力供給手段に過電流が供給され所定値を超えた場
合に高周波電力供給手段の出力を制限する過電流保護回
路とを備えた無電極放電灯点灯装置にあって、前記過電
流保護回路に前記所定値を変化させる切替回路を備え、
時分割の調光制御を行っているときに、高繰り返し周期
の比率に応じ調光が深くなるにつれて前記所定値を減少
させる方向に変化させ、前記過電流保護回路により無負
荷時の過電流の発生を抑制するように構成されている。

【００２８】

【作用】本発明は、過電流保護回路の所定値を変化させ
る切替回路を備え、時分割の調光制御を行っているとき
に、高繰り返し周期の比率に応じ調光が深くなるにつれ
て前記所定値を減少させる方向に変化させ、前記過電流
保護回路により無負荷時の過電流の発生を抑制するよう
に構成されているので、過電流保護回路により過電流の
保護と無負荷時の保護とが図れるとともに、回路部品点
数が少なくてよく、回路効率が高くなるという効果があ
る。

【００２９】図１は、本発明の一実施例を示す回路構成
図である。先の図３に示す従来例と異なる構成は、電源
から高周波電力供給手段に過電流が供給され所定値を超
えた場合に高周波電力供給手段の出力を制限する過電流
保護回路を備えた無電極放電灯点灯装置にあって、前記
過電流保護回路に前記所定値を変化させる切替回路を備
え、時分割の調光制御を行っているときに、高繰り返し
周期の比率に応じ調光が深くなるにつれて前記所定値を
減少させる方向に変化させ、前記過電流保護回路により
無負荷時の過電流の発生を抑制する基準電圧切替回路１
０を備えた点である。なお、同一箇所には同一符号を付
して重複する説明を省略する。

【００３０】ここで、基準電圧切替回路１０は、比較器
ＩＣ２と、制御電源電圧Ｖｃｃを分圧する抵抗Ｒ２０と
抵抗Ｒ２１との直列回路と、調光制御信号を分圧する抵
抗Ｒ２３と抵抗Ｒ２２との直列回路と、比較器ＩＣ２の
出力端子にベース端子が接続されるトランジスタＱ３２
とを備え、抵抗Ｒ２０と抵抗Ｒ２１との直列回路の接続
点と比較器ＩＣ２の−端子とが接続され、抵抗Ｒ２３と
抵抗Ｒ２２との直列回路の接続点と比較器ＩＣ２の＋端
子とが接続されて構成されている。そして、先に説明し
た図３に示す抵抗Ｒ１６（所定値に設定されている基準
電圧を発生する抵抗）を、抵抗Ｒ１６と抵抗Ｒ１９との
直列回路に構成し、一方の抵抗Ｒ１９の両端にトランジ
スタＱ３２のコレクタ−エミッタ端子が接続されてい
る。

【００３１】以下、動作状態を図５を用いながら簡単に
説明する。まず、無電極放電灯７の調光時の点灯状態の
場合には、図５（ａ）に示すようにＨ，Ｌレベルの調光
制御信号が調光回路６に入力され、同図（ｂ）に示すよ
うに無電極放電灯７は調光点灯状態となる。このとき、
同図（ｃ）に示すように比較器ＩＣ１の−端子に印加さ
れる電圧Ｖａは、調光制御信号のＨレベルになる期間が
所定レベルを越えている（例えば、調光比が２０％以
下）ので、電圧Ｖａ’に切り替えられる。切り替えられ
たても電圧Ｖａ’の方が＋端子に印加される電圧Ｖｂ３
より高く（電圧Ｖａ＞電圧Ｖｂ３）、比較器ＩＣ１の出
力はＬレベルとなり、トランジスタＱ４は増幅動作を継
続する。

【００３２】ここで、電圧Ｖａ’に切り替わる動作を説
明する。調光制御信号のＨレベルになる期間が長くなる
と比較器ＩＣ２の＋端子電圧が上昇し、予め所定レベル
に設定されている抵抗Ｒ２１の両端電圧よりも高くなる
と、比較器ＩＣ２の出力端子電圧はＨレベルとなる。そ
して、トランジスタＱ３２をオン状態に移行させる。ト
ランジスタＱ３２がオン状態になると抵抗Ｒ１９の両端
は短絡され、電圧Ｖａは低下し電圧Ｖａ’になる。

【００３３】次に、無電極放電灯７がないとき（無負荷
時）には、図５（ｄ）に示すように高周波電力供給用コ
イル８の両端電圧は上昇し、高周波電力供給手段Ａの回
路要素に過電流や過電圧が印加される。このとき、同図
（ｅ）に示すように比較器ＩＣ１の−端子に印加される
電圧Ｖａ’の方が＋端子に印加される電圧Ｖｂ４より低
く（電圧Ｖａ’＜電圧Ｖｂ４）、比較器ＩＣ１の出力は
Ｈレベルとなり、プリアンプ２のトランジスタＱ４は増
幅動作を停止する。

【００３４】従って、過電流保護回路９を兼用して過電
流の保護と無負荷時の保護とが図れるとともに、特別な
回路構成の付加がなく回路部品点数が少なくてよく、回
路効率を高くすることができる効果がある。

【００３５】なお、実施例では、調光制御信号のＨレベ
ルが所定のレベルに達すると、基準電圧Ｖａを切り替え
ているが、このように段階的することなく、調光制御信
号のＨレベル長さ又は割合に応じて比例的に連続的に切
り替えてもよいことは言うまでもないことである。

【００３６】さらに、調光回路６のトランジスタＱ３と
過電流保護回路９のトランジスタＱ３１とを個々に構成
しているが、共用する構成にしてもよい。

【００３７】

【発明の効果】電源と、この電源からの電力供給を受け
高周波電力を出力する高周波電力供給手段と、この高周
波電力供給手段の出力端間に接続される高周波電力供給
用コイルと、この高周波電力供給用コイルの近接に配置
されて点灯するガラスバルブ内に不活性ガス、金属蒸気
などの放電ガスを封入した無電極放電灯と、前記高周波
電力供給手段の出力を調光制御信号に応じて時分割に調
光制御する調光回路と、前記電源から高周波電力供給手
段に過電流が供給され所定値を超えた場合に高周波電力
供給手段の出力を制限する過電流保護回路とを備えた無
電極放電灯点灯装置にあって、前記過電流保護回路に前
記所定値を変化させる切替回路を備え、時分割の調光制
御を行っているときに、高繰り返し周期の比率に応じ調
光が深くなるにつれて前記所定値を減少させる方向に変
化させ、前記過電流保護回路により無負荷時の過電流の
発生を抑制するので、過電流保護回路により過電流の保
護と無負荷時の保護とが図れるとともに、回路部品点数
が少なくてよく、回路効率が高くなるという顕著な効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路構成図である。

【図２】本発明の従来例を示す回路構成図である。

【図３】本発明の従来例を示す回路構成図である。

【図４】本発明を説明するための各部の波形図である。

【図５】本発明を説明するための各部の波形図である。

【符号の説明】

Ａ 高周波電力供給手段 Ｅ 電源 ６ 調光回路 ７ 無電極放電灯 ８ 高周波電力供給用コイル ９ 過電流保護回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源と、この電源からの電力供給を受け
   高周波電力を出力する高周波電力供給手段と、この高周
   波電力供給手段の出力端間に接続される高周波電力供給
   用コイルと、この高周波電力供給用コイルの近接に配置
   されて点灯するガラスバルブ内に不活性ガス、金属蒸気
   などの放電ガスを封入した無電極放電灯と、前記高周波
   電力供給手段の出力を調光制御信号に応じて時分割に調
   光制御する調光回路と、前記電源から高周波電力供給手
   段に過電流が供給され所定値を超えた場合に高周波電力
   供給手段の出力を制限する過電流保護回路とを備えた無
   電極放電灯点灯装置にあって、前記過電流保護回路に前
   記所定値を変化させる切替回路を備え、時分割の調光制
   御を行っているときに、高繰り返し周期の比率に応じ調
   光が深くなるにつれて前記所定値を減少させる方向に変
   化させ、前記過電流保護回路により無負荷時の過電流の
   発生を抑制することを特徴とする無電極放電灯点灯装
   置。