JP3341595B2 - 無電極放電灯点灯装置 - Google Patents

無電極放電灯点灯装置

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JP3341595B2
JP3341595B2 JP22572996A JP22572996A JP3341595B2 JP 3341595 B2 JP3341595 B2 JP 3341595B2 JP 22572996 A JP22572996 A JP 22572996A JP 22572996 A JP22572996 A JP 22572996A JP 3341595 B2 JP3341595 B2 JP 3341595B2
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祐二 熊谷
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する利用分野】本発明は無電極放電灯点灯装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】本発明に係る従来例の回路図を図1に示
す。
【0003】本回路は、透明なあるいは内壁に蛍光体が
塗布された、球状のガラスバルブ内に、不活性ガス、金
属蒸気等の放電ガス(例えば水銀及び希ガス)を封入し
た無電極放電灯1と、そ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2と、高周波電力供給用コイル
2に高周波電力を供給する高周波電源3と、高周波電力
供給用コイル2と高周波電源3との両方のマッチングを
とって反射をなくし、無電極放電灯1に効率よく高周波
電力を供給するマッチング回路4とを備えて構成され
る。そして、高周波電源3から高周波電力供給用コイル
2に、数MHzから数百MHz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2に高周波磁界を発生さ
せ、無電極放電灯1に高周波電力を供給し、無電極放電
灯1に高周波プラズマを発生させ、紫外線もしくは可視
光を発生させる。また、高周波電源3は、水晶振動子X
を用いた発振回路5と、発振回路5の出力を増幅する、
C級増幅回路により構成されたプリアンプ6と、電解効
果トランジスタ(以下、スイッチング素子と呼ぶ。)Q
1,Q2とインダクタL2とコンデンサC2とを含む、
所謂D級増幅回路で構成されたメインアンプ7と、2次
巻線n21,n22を有し、プリアンプ6からの出力を
メインアンプ7へ伝達するための駆動トランスTとから
構成される。また、発振回路5とプリアンプ6とでドラ
イブ装置9を構成する。駆動トランスTの1次巻線n1
の両端には、容量可変コンダクタVC(以下、バリコン
VCと呼ぶ。)が並列接続されており、バリコンVCを
変化することにより、メインアンプ7を構成するスイッ
チング素子Q1,Q2のゲート・ソース間電圧VGSが
調整され、高周波電源3の出力制御が可能となる。例え
ば、スイッチング素子Q1,Q2としてIR社製のIR
F710を用いた場合、制御端子間電圧(以下、ゲート
・ソース間電圧と呼ぶ。)VGSは略正弦波状の電圧波
形となり、そのピーク値は10〜15Vに設定される。
ここで、メインアンプ7の電源には直流電源E1、
(9)の電源には直流電源E2を用いている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例に
は以下に示す様な第1〜第3の問題点が生じる。
【0005】例えば、スイッチング素子Q1,Q2とし
てIR社製のIRF710を用いた場合、まず直流電源
E2を投入してバリコンVCを調整することによりゲー
ト・ソース間電圧VGS=15Vと設定し、その後に直
流電源E1を投入すると、直流電源E1の投入前から、
ドライブ装置9の出力端から負荷側のインピーダンス
(以下、インピーダンスZoutと呼ぶ。)が変化する
と共に、ドライブ装置9への入力電流I2が減少してゲ
ート・ソース間電圧VGSも減少するので、スイッチン
グ素子Q1,Q2が十分に駆動できない場合がある、と
いう第1の問題点が生じる。
【0006】また、上記従来例では、無電極放電灯1の
安定点灯時における、無電極放電灯1とマッチング回路
4との合成インピーダンスと等価なインピーダンスを有
するダミーロードRoを用いて、所望の電力Woが得ら
れる様に高周波電源3を設計するが、ダミーロードRo
の代わりに、無電極放電灯1とマッチング回路4とを用
いると、無電極放電灯1の始動及び点灯に充分な電力が
供給されない場合がある、という第2の問題点が生じ
る。
【0007】更に、上記従来例では、無電極放電灯1の
安定点灯後に、マッチング回路4の定数あるいはバリコ
ンVCの値を可変して、所望の出力電力値を得る、ある
いは効率を向上させるが、この可変後のバリコンVCの
値をもってでは無電極放電灯1の再点灯が困難になって
しまう場合がある、という第3の問題点が生じる。
【0008】本発明は上記全ての問題点に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、始動性が向上可能
で、効率が向上可能な無電極放電灯点灯装置を提供する
ことである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項1記載の発明によれば、ガラスバルブ内に
放電ガスを封入した無電極放電灯と、無電極放電灯に沿
って近接配置された高周波電力供給用コイルと、直流電
源からの供給を受けて高周波電力供給用コイルに高周波
電力を供給する高周波電源と、高周波電力供給用コイル
及び高周波電源の両方のインピーダンス整合をとるマッ
チング回路とを備え、高周波電源は、少なくとも1つの
スイッチング素子からなると共に高周波電力供給用コイ
ルに高周波電力を供給するメインアンプと、スイッチン
グ素子の制御端子間に2次巻線を接続する駆動トランス
と、駆動トランスの1次巻線に電圧を印加することによ
りスイッチング素子を駆動するドライブ装置と、駆動ト
ランスの1次側に並列接続且つドライブ装置の出力端に
並列接続されると共にスイッチング素子の制御端子間電
圧が最大となり得る容量値よりも小さい値を有する容量
可変コンダクタとを備えたことを特徴とする。
【0010】請求項2記載の発明によれば、メインアン
プはD級増幅回路であることを特徴とする。
【0011】請求項3記載の発明によれば、ドライブ装
置はC級増幅回路であることを特徴とする。
【0012】
【実施の形態】本発明に係る実施の形態の回路構成は、
図1の回路図に示す従来例と同一構成で、その動作のみ
が異なるだけであるので、図2〜図7を用いて本実施の
形態の動作を簡単に説明する。
【0013】図2は、バリコンVCを変化させた場合の
ゲート・ソース間電圧VGSの振幅の変化の特性図を示
し、図3は、バリコンVCを変化させた場合の電圧Vp
と電流Ipとの位相差の変化の特性図を示し、図6は、
バリコンVCを変化させた場合の高周波電源3の回路効
率の変化の特性図を示し、図7は、バリコンVCを変化
させた場合の高周波電源3の出力電力の変化の特性図を
示す。但し、図2〜図7に示す特性図は、上述の様なダ
ミーロードRoを用いた場合のものである。また電圧V
pは、プリアンプ6の出力端に並列接続されたコンデン
サCpの両端電圧、つまりプリアンプ6の出力電圧を示
し、電流Ipは、プリアンプ6からの出力電流を示す。
更に、図2に示すゲート・ソース間電圧VGSは、直流
電源E2のみ投入時のものであり、これは、直流電源E
1投入後には、ゲート・ソース間電圧VGSに高周波リ
ップルが重畳されてしまうので、バリコンVC変化時の
ゲート・ソース間電圧VGSの振幅の変化を読みとるこ
とが困難である為である。
【0014】以下、図2〜図7を用いて簡単に説明す
る。 (1)図2に示す様に、バリコンVCの変化に対してゲ
ート・ソース間電圧VGSは、ピーク値VGSpを有し
た略放物線状に変化する。これは、バリコンVCと駆動
トランスTとの共振を示している。このゲート・ソース
間電圧VGSのピーク値VGSpを得ることができるバ
リコンVCの値をVCpとし、バリコンVCの値がVC
pより小さい場合をa側、バリコンVCの値がVCpよ
り大きい場合をb側とすると、1つのゲート・ソース間
電圧VGSを得ることができるバリコンVCの値は、図
2に示すa側とb側との両方に存在する。また、図3に
示す様に、電圧Vpと電流Ipとの位相差は、VCpを
境に、バリコンVCの値がVCpより小さい場合はほぼ
同位相に変化し(図4参照)、バリコンVCの値がVC
pより大きい場合は約90度ずれて変化する(図5参
照)。図6に示す様に、高周波電源3の回路効率は、a
側とb側との双方でピーク値を持つ。図7に示す様に、
1つの高周波電源3の出力電力を得ることができるバリ
コンVCの値は、図7に示すa側とb側との両方に存在
する。ここで、高周波電源3が最大効率を得ることがで
きる高周波電源3の出力電力をWoとする。更に、ここ
では図示しないが、ドライブ装置9への入力電流I2
は、a側ではバリコンVCの増加に伴い増加し、b側で
はバリコンVCの増加に伴い減少する。
【0015】以上、図6と図7とから、高周波電源3の
出力電力をWoとすることができるバリコンVCの値
は、図7に示すa側とb側との両方に存在し、このバリ
コンVCの値をVC1及びVC2とする。(但し、VC
1<VC2)このVC1及びVC2に相当するゲート・
ソース間電圧VGSの値は、図2に示すa側とb側との
両方に存在し、このゲート・ソース間電圧VGSの値を
VGS1及びVGS2とする。
【0016】(2)一方、図2〜図7に示す特性図は、
上述の様なダミーロードRoを用いたものであるが、ダ
ミーロードRoの代わりに、無電極放電灯1とマッチン
グ回路4とを設けて無電極放電灯1を始動させると、図
2〜図7に示すa側では無電極放電灯1の始動ができ、
図2〜図7に示すb側では無電極放電灯1の始動ができ
ない。
【0017】これは、無負荷状態に於て直流電源E2の
みをオンした場合と、有負荷状態(例えば、スイッチン
グ素子Q1,Q2のゲート・ソース間に47Ωの抵抗を
接続した状態)に於て直流電源E1及び直流電源E2の
両方をオンした場合とで、ゲート・ソース間電圧VGS
の振幅を比較すると、図2〜図7に示すa側よりもb側
で極端に振幅が減少することに起因する。例えば、無負
荷状態に於て直流電源E2のみをオンした場合に、ゲー
ト・ソース間電圧VGSが15Vであったのが、スイッ
チング素子Q1,Q2のゲート・ソース間に47Ωの抵
抗を接続した状態に於て直流電源E1及び直流電源E2
の両方をオンした場合には、図2〜図7に示すa側で
は、ゲート・ソース間電圧VGSが12Vに減少し、図
2〜図7に示すb側では、ゲート・ソース間電圧VGS
が7Vに減少する。
【0018】つまり、図2〜図7に示すa側とb側とで
無電極放電灯1の始動性が変化するのは、直流電源E1
オン状態とオフ状態とで、ドライブ装置9から負荷側を
見たインピーダンスが変化することに起因する。
【0019】(3)以上、図2〜図7に示すb側では、
負荷変動に弱い為、無電極放電灯1の始動に必要なゲー
ト・ソース間電圧VGSを得ることが困難であり、よっ
て、メインアンプ7からマッチング回路4及び高周波電
力供給用コイル2を介して無電極放電灯1に、無電極放
電灯1を始動させるのに充分な電力を供給することが困
難になる。一方、図2〜図7に示すa側では、負荷変動
に強い為、無電極放電灯1の始動に必要なゲート・ソー
ス間電圧VGSを得ることができ、よって、メインアン
プ7からマッチング回路4及び高周波電力供給用コイル
2を介して無電極放電灯1に、無電極放電灯1を始動さ
せるのに充分な電力を供給することができ、且つ無電極
放電灯1を安定点灯させることができる。
【0020】なお、これは、図3に示す様に、a側で
は、電圧Vpと電流Ipとがほぼ同位相に変化するの
で、ドライブ装置9からメインアンプ7へは有効電力が
充分に供給されるが、b側では、電圧Vpと電流Ipと
が約90度ずれて変化するので、ドライブ装置9からメ
インアンプ7へは無効電力が多く供給されることからも
わかる。
【0021】(4)よって、バリコンVCの値を、図2
〜図7に示すa側にすることで、無電極放電灯1の始動
性を向上可能で、効率が向上可能となり、且つVC=V
C1とすることで、更に無電極放電灯1の始動性を向上
可能で、更に効率が向上可能となる。
【0022】なお、バリコンVCの代わりに、インダク
タンス可変インダクタを用いてもよく、インダクタンス
可変インダクタを用いた場合でも、その値を、図2〜図
7に示すa側にすることで、無電極放電灯1の始動性を
向上可能で、効率が向上可能となる。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、始動性が向上可能で、
効率が向上可能な無電極放電灯点灯装置を提供でき、V
C=VC1とすることで、更に始動性を向上可能で、更
に効率が向上可能な無電極放電灯点灯装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る、実施の形態及び従来例を示す回
路図である。
【図2】本発明に係る、バリコンVCを変化させた場合
のVGSの振幅の変化を示す特性図である。
【図3】本発明に係る、バリコンVCを変化させた場合
の電圧Vpと電流Ipとの位相差の変化を示す特性図で
ある。
【図4】本発明に係る、バリコンVCの値がVCpより
小さい場合の電圧Vpと電流Ipとの波形図を示す。
【図5】本発明に係る、バリコンVCの値がVCpより
大きい場合の電圧Vpと電流Ipとの波形図を示す。
【図6】本発明に係る、バリコンVCを変化させた場合
の高周波電源3の回路効率の変化を示す特性図である。
【図7】本発明に係る、バリコンVCを変化させた場合
の高周波電源3の出力電力の変化を示す特性図である。
【符号の説明】
1 無電極放電灯 2 高周波電力供給用コイル 3 高周波電源 4 マッチング回路 7 メインアンプ 9 ドライブ装置 E 直流電源 n 巻線 Q スイッチング素子 VGS 制御端子間電圧 VC 容量可変コンデンサ T 駆動トランス
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラスバルブ内に放電ガスを封入した無
    電極放電灯と、前記無電極放電灯に沿って近接配置され
    た高周波電力供給用コイルと、直流電源からの供給を受
    けて前記高周波電力供給用コイルに高周波電力を供給す
    る高周波電源と、前記高周波電力供給用コイル及び前記
    高周波電源の両方のインピーダンス整合をとるマッチン
    グ回路とを備え、 前記高周波電源は、少なくとも1つのスイッチング素子
    からなると共に前記高周波電力供給用コイルに高周波電
    力を供給するメインアンプと、前記スイッチング素子の
    制御端子間に2次巻線を接続する駆動トランスと、前記
    駆動トランスの1次巻線に電圧を印加することにより前
    記スイッチング素子を駆動するドライブ装置と、前記駆
    動トランスの1次側に並列接続且つ前記ドライブ装置の
    出力端に並列接続されると共に前記スイッチング素子の
    制御端子間電圧を変化させる様にその容量値が設定され
    る容量可変コンダクタとを備えた無電極放電灯点灯装置
    に於て、 前記容量可変コンダクタは、前記スイッチング素子の制
    御端子間電圧が最大となり得る容量値よりも小さい値を
    有するものであることを特徴とする無電極放電灯点灯装
    置。
  2. 【請求項2】 前記メインアンプは、D級増幅回路であ
    ることを特徴とする請求項1記載の無電極放電灯点灯装
    置。
  3. 【請求項3】 前記ドライブ装置は、C級増幅回路であ
    ることを特徴とする請求項1記載の無電極放電灯点灯装
    置。
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