JP3599823B2 - 低圧放電ランプの点灯回路装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、系統接続手段と、雑音抑圧フィルタと、系統電圧整流器と、この系統電圧整流器の直流電圧出力端に接続されＬＣ出力回路を有するインバータと、このインバータの入力端に並列接続された平滑コンデンサと、インバータのＬＣ出力回路内に組み込まれた少なくとも１つの低圧放電ランプと、それぞれ２つのダイオードから構成されて互いに並列に配置されその各２つのダイオードが系統電圧整流器の直流電圧出力端と平滑コンデンサとの間に直流電流の通流方向に回路内へ組み込まれている２つの直列回路から構成された高周波ブリッジ整流器とを備えた低圧放電ランプの点灯回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特にこの回路装置は低圧放電ランプを高周波点灯するためのものである。低圧放電ランプの高周波点灯は、一方では系統周波数を用いたランプ点灯に比べて点灯装置の寸法を明らかに小さくし、かつランプの点灯条件、例えば点弧特性、ちらつきの無いこと及び高いランプ効率を改善するが、しかしながら他方では十分な雑音抑圧及び１に近い力率並びに可能な限りの正弦波状系統電流の導入を保証するために高い回路費用を必要とする。
【０００３】
冒頭で述べた種類の回路装置は例えばヨーロッパ特許第０３７２３０３号明細書に記載されている。この回路装置は２つの交互にスイッチング動作するトランジスタを備えたハーフブリッジインバータを含み、その両トランジスタ間の中間タップには共振インダクタンス、結合コンデンサ及び共振キャパシタンスから構成された直列共振回路が接続されている。この直列共振回路内にはさらに低圧放電ランプが組み込まれている。さらにこの回路はＩＥＣ規格を満たす正弦波状系統電流の導入を保証する能動高調波フィルタを有している。この高調波フィルタは４つのダイオードから形成されており、これらのダイオードはブリッジ整流器と同じように互いに配線され、系統電圧整流器の直流出力端とインバータに給電する平滑コンデンサの＋極との間に直流電流の通流方向に回路内へ組み込まれている。高調波フィルタの４つのダイオードはインバータのスイッチングサイクルで平滑コンデンサへの電荷輸送を中断する。ダイオードの駆動は直列接続されたダイオード間の中間タップを介してそれぞれ行われる。第１ダイオード対の中間タップは一方ではポンピングコンデンサを介してハーフブリッジインバータの中間タップへ直接導かれ、他方では共振インダクタンスと結合コンデンサとの間の別のポンピングコンデンサを介して直列共振回路内の１つのタップへ導かれる。一方、第２ダイオード対の中間タップは直流分離コンデンサ及びインダクタンスを介して直列共振回路内の１つのタップに接続される。このような回路装置によってほぼ正弦波状の系統電流の導入及び０．９以上の系統力率を達成することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、できるだけ正弦波状系統電流の導入を保証し、かつ従来技術に比べて改善された系統力率を有し、しかも比較的高い点灯電圧を持つ低圧放電ランプの点灯にも適するような低圧放電ランプの点灯回路装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明によれば、回路装置が系統電圧整流器の直流電圧出力端の＋極と高周波ブリッジ整流器のダイオードのアノード端子とに接続された蓄積インダクタを有し、直列接続された両第１ダイオード間の中間タップはコンデンサを介して第１ランプ電極に接続され、直列接続された両第２ダイオード間の中間タップは第２ランプ電極並びにバックアップコンデンサを介して平滑コンデンサの−極に接続されることによって解決される。
【０００６】
本発明の特に優れた実施態様は請求項２以降に記載されている。
【０００７】
【作用効果】
本発明による回路装置は低圧放電ランプを含んだＬＣ出力回路が後置接続されているインバータを含んでいる。このインバータは高周波フィルタ、系統電圧整流器、この系統電圧整流器の直流電圧出力端に並列に位置する平滑コンデンサを介して直流電圧を供給される。系統電圧整流器の直流電圧出力端と平滑コンデンサの＋極との間には、それぞれ２つのダイオードから構成されて互いに並列に配置された２つの直列回路から成る高周波ブリッジ整流器が直流電流の通流方向に回路内へ組み込まれている。さらに、本発明による回路装置は系統電圧整流器の直流電圧出力端の＋極と高周波ブリッジ整流器の入力端との間に回路内へ挿入された蓄積インダクタを有している。直列接続された両第１ダイオード間の中間タップはコンデンサを介して第１ランプ電極に接続され、一方直列接続された両第２ダイオード間の中間タップは第２ランプ電極に接続されると共にバックアップコンデンサを介して平滑コンデンサの−極に接続される。
【０００８】
本発明により蓄積インダクタ及び高周波ブリッジ整流器を組込むことによって、ＩＥＣ規格を満たす正弦波状系統電流の導入及び０．９８以上の系統力率が達成される。高周波ブリッジ整流器の入力端における蓄積インダクタはさらに逓昇作用を行い、それゆえ本発明による回路装置は比較的高い点灯電圧も持つ低圧放電ランプを点灯するのに、例えば、小形蛍光ランプ及び老化により点灯電圧が大きく増大した蛍光ランプを点灯するのに特に適する。
【０００９】
優れた実施態様では、本発明による回路装置はさらに系統電圧整流器の直流出力端に並列接続され蓄積インダクタと共にローパスフィルタを形成するコンデンサを有する。このローパスフィルタは回路装置の系統接続手段側の高周波電圧成分をより一層減少させる。
【００１０】
別の優れた実施態様では、予熱可能なフィラメントとして形成されたランプ電極は、低圧放電ランプの点弧が行われた後電極フィラメントには放電区間を流れる電流の他に電極フィラメントの負荷となるような加熱電流が通流しないようにインバータのＬＣ出力回路内に組み込まれる。これによって本発明による回路装置は点灯中に電極が特に高い熱的負荷に曝される小形蛍光ランプの点灯に適する。というのは、このランプはＴ８形又はＴ１０形蛍光ランプに比較して著しく高い出力密度を有するからである。
【００１１】
【実施例】
次に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
概略的に示された図１は本発明による回路装置の原理を示す。この本発明による回路装置は系統接続手段に接続された雑音抑圧フィルタＦＩを含み、この雑音抑圧フィルタＦＩには系統電圧整流器ＧＬが後置接続されている。この系統電圧整流器ＧＬの直流電圧出力端にはコンデンサＣ１が並列接続されている。さらに、この回路装置は共振インダクタンスＬＲと、共振キャパシタンスＣＲと、結合コンデンサＣＫと、低圧放電ランプＬとから構成されているＬＣ出力回路を備えたインバータＷＲを有している。このインバータＷＲは、インバータＷＲの入力端に並列接続されかつ系統電圧整流器ＧＬの直流電圧出力端に並列接続された平滑コンデンサＣ２から給電される。系統電圧整流器ＧＬの正の出力端は、蓄積インダクタＬ１と４つのダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４から形成された高周波整流器ブリッジとを介して平滑コンデンサＣ２の＋極とインバータＷＲの入力端とに接続され、しかも共振キャパシタンスＣＲを介してインバータＷＲのＬＣ出力回路内の１つのタップに接続されている。高周波整流器ブリッジはインバータＷＲのスイッチングリズムで平滑コンデンサＣ２の充電を中断する。高周波整流器ブリッジはダイオードＤ１、Ｄ２間の中間タップ及びダイオードＤ３、Ｄ４間の中間タップを介して制御される。ダイオードＤ１、Ｄ２間の中間タップの電位はコンデンサＣＧにおける電圧降下によって決定される。このコンデンサＣＧはダイオードＤ１、Ｄ２間の中間タップと、電極フィラメントＥ１、Ｅ２及び加熱コンデンサＣＬから構成された電極加熱回路内の１つのタップとに接続されている。ダイオード対Ｄ３、Ｄ４の中間タップは一方ではランプ電極Ｅ２に直接接続され、他方ではバックアップコンデンサＣＳを介して平滑コンデンサＣ２の−極に接続されている。バックアップコンデンサＣＳにおける電圧降下はランプ電流に比例し、ダイオードＤ３、Ｄ４間の中間タップの電位、従ってこのダイオード対の遮断特性を決定する。バックアップコンデンサＣＳに並列接続されているダイオードＤ５はバックアップコンデンサ電圧の負成分を零ライン、即ち平滑コンデンサＣ２の−極にクランプする。系統電圧の瞬時値がコンデンサＣＧ若しくはバックアップコンデンサＣＳの電圧よりも低い限り、ダイオードＤ１、Ｄ３は遮断状態に保たれ、ダイオードＤ２、Ｄ４は導通状態に保たれ、それゆえ系統電圧整流器ＧＬによる平滑コンデンサＣ２の充電は中断される。それに対して、系統電圧の瞬時値がコンデンサＣＧ若しくはバックアップコンデンサＣＳの電圧を上回ると、ダイオード枝辺Ｄ１、Ｄ２若しくはＤ３、Ｄ４が導通し、平滑コンデンサＣ２は系統電圧整流器ＧＬを介して給電される。インバータＷＲのスイッチングサイクルで結合コンデンサＣＫが再充電され、それに応じて同様にコンデンサＣＧ、ＣＳの充電状態が変えられ、それゆえ、ＬＣ出力回路の構成部品、コンデンサＣＧ、ＣＳ並びに蓄積インダクタＬ１が適当に設計されている場合、高周波整流器ブリッジはインバータＷＲのスイッチングリズムで平滑コンデンサＣ２の充電を中断する。蓄積インダクタＬ１は、高周波整流器ブリッジの導通期間中その磁界内に蓄積されたエネルギーを平滑コンデンサＣ２へ放出することによって、平滑コンデンサＣ２の電圧を増大させる逓昇作用を有する。さらに、蓄積インダクタＬ１は系統電圧整流器ＧＬの出力端に並列接続されているコンデンサＣ１と共に、高周波電圧成分をさらに減少させるローパスフィルタを形成している。
【００１３】
図２は本発明による回路装置の特に優れた実施例の詳細な回路図を示す。この回路装置の主要構成要素は入力端に並列接続された平滑コンデンサＣ２によって供給電圧を与えられる２つの交互にスイッチング動作するトランジスタＴ１、Ｔ２を備えた自己振動形電流帰還式ハーフブリッジインバータである。平滑コンデンサＣ２は、雑音抑圧フィルタＦＩと、直流電圧出力端に並列接続された出力コンデンサＣ１を有する整流器ＧＬと、高周波整流器ブリッジＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４とを介して系統から給電される。スイッチングトランジスタＴ１、Ｔ２の中間タップには、ＬＣ出力回路、特に共振インダクタンスＬＲと結合コンデンサＣＫと共振キャパシタンスＣＲとから構成された直列共振回路が接続されている。さらにこの直列共振回路には環状鉄心変圧器の一次巻線ＲＫＡが組み込まれている。共振キャパシタンスＣＲに並列に、１３Ｗの入力を有するＴ２形小形蛍光ランプＬが接続されている。なお“Ｔ２”とは蛍光ランプＬが（放電区間に垂直に）約２／８寸（約７ｍｍ）の直径を有することを意味する。フィラメントとして形成されているランプ電極Ｅ１、Ｅ２はそれぞれその第２端子がサイダックＳＩ及び正特性サーミスタＲを介して相互に接続されている。そのランプ電極はこれらの構成部品と共に共振キャパシタンスＣＲに並列に位置する加熱回路を形成している。この加熱回路はランプ点弧前の電極フィラメントＥ１、Ｅ２の予熱を可能にする。ランプ点弧が行われた後、サイダックＳＩは加熱回路を遮断し、それにより正特性サーミスタＲがインバータのＬＣ出力回路から切り離される。蛍光ランプＬの放電区間は共振キャパシタンスＣＲに並列接続され、かつサイダックＳＩ及び正特性サーミスタＲから成る直列回路に並列接続されている。ハーフブリッジインバータＴ１、Ｔ２の構成部品ＲＫＡ、ＬＲ、ＣＫ及びＣＲから構成された直列共振回路は、一方の端子が共振キャパシタンスＣＲ及びランプ電極Ｅ２の第１端子に接続され、かつ他方の端子が平滑コンデンサＣ２の−極及び系統電圧整流器ＧＬの負出力端に導かれているバックアップコンデンサＣＳを介して閉じている。ランプＬの電極フィラメントＥ１、Ｅ２は直列共振回路内には組み込まれておらず、従ってランプ点弧が行われた後この電極フィラメントＥ１、Ｅ２には放電電流だけが通流する。
【００１４】
環状鉄心変圧器の一次巻線ＲＫＡはトランジスタＴ１、Ｔ２の各ベース回路内に組み込まれた二次巻線ＲＫＢ、ＲＫＣとベース前置抵抗Ｒ１、Ｒ４とを介してトランジスタＴ１、Ｔ２のスイッチング特性を制御する。トランジスタハーフブリッジにはさらにエミッタ抵抗Ｒ３、Ｒ６と、ベース−エミッタ区間に並列接続された抵抗Ｒ２、Ｒ５と、インバータの発振立上がりを惹き起こす概略的に示されたスタート回路ＳＴとが所属している。このスタート回路ＳＴを含めて、ハーフブリッジインバータの機能の詳細な説明は例えばシーメンス（Siemens AG) 社のヒィルシュマン(W.Hirschmann)及びハウエンシュタイン(A.Hauenstein)著「スイッチング電源装置(Schaltnetzteile) 」（１９９０年出版、第６３頁参照）に記載されている。抵抗Ｒ２、Ｒ５はベース−エミッタ境界層の空間電荷領域から電荷キャリヤを素早く空にすることによってトランジスタＴ１、Ｔ２のスイッチング特性だけを改善する。
【００１５】
本発明による回路装置の他の主要構成要素は、系統電圧整流器ＧＬの正の出力端と平滑コンデンサＣ２の＋極との間に直流電流の通流方向に回路内へ組み込まれているダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４から構成された高周波整流器ブリッジである。ダイオードＤ１、Ｄ２、同様にダイオードＤ３、Ｄ４は直列に接続されている。ダイオード対Ｄ１、Ｄ２はダイオード対Ｄ３、Ｄ４に並列に配置されている。ダイオードＤ１、Ｄ３のアノード端子は蓄積インダクタＬ１を介して系統電圧整流器ＧＬの正の出力端に接続されている。ダイオードＤ２、Ｄ４のカソード端子は平滑コンデンサＣ２の＋極及びトランジスタＴ１のコレクタに接続されている。ダイオードＤ１、Ｄ２間の中間タップはコンデンサＣＧを介してそれぞれ結合コンデンサＣＫの１つの端子及び共振キャパシタンスＣＲの１つの端子並びに電極フィラメントＥ１の第１端子に接続されている。ダイオードＤ３、Ｄ４間の中間タップは一方では共振キャパシタンスＣＲと電極フィラメントＥ２との結合点に直接接続され、他方ではバックアップコンデンサＣＳを介して平滑コンデンサＣ２の−極並びに系統電圧整流器ＧＬの負出力端に接続されている。バックアップコンデンサＣＳに並列に、このバックアップコンデンサ電圧の負成分を平滑コンデンサＣ２の−極にクランプするダイオードＤ５が接続されている。既に述べたように、高周波整流器ブリッジはハーフブリッジインバータのスイッチングリズムで平滑コンデンサＣ２の充電を中断する。図１及び図２において同一符号を有する構成部品は同一であり、同様に同一機能を有する。
【００１６】
異常点灯状態の場合に点灯装置の破壊を防止するために、本発明による回路装置は、ランプに欠陥がある場合又は異常点灯状態の場合にインバータを停止させる安全断路装置を有している。この安全断路装置の主要構成部品は制御電極がダイアックＤＩを介して駆動されるサイリスタＴＨである。このサイリスタＴＨは一方では保持抵抗Ｒ１０を介してトランジスタＴ１のコレクタに接続され、他方では平滑コンデンサＣ２の−極に接続されている。サイリスタＴＨの制御電極はダイアックＤＩ及び電解コンデンサＣ３を介して平滑コンデンサＣ２の−極に接続されている。トランジスタＴ１のベース端子はダイオードＤ６及び抵抗Ｒ７を介してサイリスタＴＨのアノードに接続されている。平滑コンデンサＣ２に並列に分圧器抵抗Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７が接続されている。抵抗Ｒ１５、Ｒ１６間の中間タップはダイオードＤ８を介して電解コンデンサＣ３の＋極に接続されている。コンデンサＣＧと、電極フィラメントＥ１と、結合コンデンサＣＫと、共振キャパシタンスＣＲとの中間タップは抵抗Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１１を介して平滑コンデンサＣ２の−極に接続されている。抵抗Ｒ９、Ｒ１１間の中間タップはダイオードＤ７を介して電解コンデンサＣ３の＋極に接続されている。この電解コンデンサＣ３に並列にさらに抵抗Ｒ１３が接続されている。サイリスタＴＨの制御電極とダイアックＤＩとの間の中間タップは抵抗Ｒ１４を介して平滑コンデンサＣ２の−極に接続されている。
【００１７】
分圧器Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７は平滑コンデンサＣ２における電圧降下を検出する。この電圧降下が予め定められた限界値を上回ると、電解コンデンサＣ３がダイオードＤ８を介してダイアックＤＩのブレークオーバー電圧に充電され、そしてサイリスタＴＨが導通し、それによりトランジスタＴ１のベースが平滑コンデンサＣ２の−極に接続される。これによってトランジスタＴ１から制御信号が取除かれ、そしてハーフブリッジインバータが停止させられる。分圧器Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１１は小形蛍光ランプＬの点弧電圧つまり点灯電圧を検出する。ランプが直ぐに点弧しない場合若しくは点灯電圧が高すぎる（例えば老化のために）場合、電解コンデンサＣ３はダイオードＤ７を介して同様にダイアックＤＩのブレークオーバー電圧に充電され、それによりサイリスタＴＨが導通し、そしてトランジスタＴ１から制御信号が取除かれる。抵抗Ｒ１３及び電解コンデンサＣ３は時定数を規定し、それゆえサイリスタＴＨはランプＬの点弧期間中は駆動されない。
【００１８】
上記において詳細に説明した実施例の電気部品の適当な設定値は表１に示されている。
【００１９】
［表１］
Ｒ１、Ｒ４ １０Ω
Ｒ２、Ｒ５ ８２Ω
Ｒ３、Ｒ６ ０．５６Ω
Ｒ７ １００Ω
Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１６、Ｒ１７ ５００Ω
Ｒ１０ ６８ｋΩ
Ｒ１１ ８２ｋΩ
Ｒ１３ １ＭΩ
Ｒ１４ １ｋΩ
Ｒ１５ ４７ｋΩ
Ｃ１ ４７ｎＦ
Ｃ２ ４．７μＦ
Ｃ３ ２．２μＦ
ＣＳ ４．７μＦ
ＣＫ ６８ｎＦ
ＣＲ ２．２ｎＦ
ＣＧ １ｎＦ
Ｌ１ １．５ｍＨ
ＬＲ ４．５ｍＨ
ＲＫＡ：ＲＫＢ：ＲＫＣ ７：２：２ターン
Ｄ１〜Ｄ８ ＲＧＬ３４Ｊ
Ｔ１、Ｔ２ ＢＵＤ６２０
ＴＨ Ｃ１０６Ｍ
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回路装置の原理を示す概略図。
【図２】本発明による回路装置の優れた一実施例を示す回路図。
【符号の説明】
ＦＩ 雑音抑圧フィルタ
ＧＬ 系統電圧整流器
Ｃ１ コンデンサ
ＬＲ 共振インダクタンス
ＣＲ 共振キャパシタンス
ＣＫ 結合コンデンサ
ＷＲ インバータ
Ｃ２ 平滑コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ５ ダイオード
ＣＳ バックアップコンデンサ
ＣＧ コンデンサ
ＣＬ 加熱コンデンサ
Ｌ１ 蓄積インダクタ
Ｌ 低圧放電ランプ
Ｅ１、Ｅ２ 電極フィラメント

Claims (3)

1. 系統接続手段と、雑音抑圧フィルタ（ＦＩ）と、系統電圧整流器（ＧＬ）と、この系統電圧整流器（ＧＬ）の直流電圧出力端に接続されＬＣ出力回路を有するインバータ（ＷＲ）と、このインバータ（ＷＲ）の入力端に並列接続された平滑コンデンサ（Ｃ２）と、インバータ（ＷＲ）のＬＣ出力回路内に組み込まれた少なくとも１つの低圧放電ランプ（Ｌ）と、それぞれ２つのダイオード（Ｄ１、Ｄ２；Ｄ３、Ｄ４）から構成されて互いに並列に配置されその各２つのダイオードが系統電圧整流器（ＧＬ）の直流電圧出力端と平滑コンデンサ（Ｃ２）との間に直流電流の通流方向に回路内へ組み込まれている２つの直列回路から構成された高周波ブリッジ整流器とを備えた低圧放電ランプの点灯回路装置において、この回路装置は系統電圧整流器（ＧＬ）の直流電圧出力端の＋極と高周波ブリッジ整流器（Ｄ１、Ｄ２；Ｄ３、Ｄ４）のダイオード（Ｄ１、Ｄ３）のアノード端子とに接続された蓄積インダクタ（Ｌ１）を有し、直列接続された両第１ダイオード（Ｄ１、Ｄ２）間の中間タップはコンデンサ（ＣＧ）を介して第１ランプ電極（Ｅ１）に接続され、直列接続された両第２ダイオード（Ｄ３、Ｄ４）間の中間タップは第２ランプ電極（Ｅ２）並びにバックアップコンデンサ（ＣＳ）を介して平滑コンデンサ（Ｃ２）の−極に接続されることを特徴とする低圧放電ランプの点灯回路装置。
2. 回路装置は予熱可能な電極フィラメント（Ｅ１、Ｅ２）を備えた蛍光ランプ（Ｌ）を有することを特徴とする請求項１記載の低圧放電ランプの点灯回路装置。
3. インバータ（ＷＲ）は２つの交互にスイッチング動作するスイッチングトランジスタ（Ｔ１、Ｔ２）を備えたハーフブリッジインバータを含み、ＬＣ出力回路は少なくとも共振インダクタンス（ＬＲ）、共振キャパシタンス（ＣＲ）及び結合コンデンサ（ＣＫ）を含み、第１電極フィラメント（Ｅ１）の第１端子はコンデンサ（ＣＧ）を介してダイオード（Ｄ１、Ｄ２）間の中間タップに接続され、第１電極フィラメント（Ｅ１）の第１端子は共振コンデンサ（ＣＲ）を介してダイオード（Ｄ３、Ｄ４）間の中間タップに接続され、第１電極フィラメント（Ｅ１）の第１端子は結合コンデンサ（ＣＫ）及び共振インダクタンス（ＬＲ）を介してインバータ（ＷＲ）のスイッチングトランジスタ（Ｔ１、Ｔ２）間の中間タップに接続され、第２電極フィラメント（Ｅ２）の第１端子は共振キャパシタンス（ＣＲ）及びダイオード（Ｄ３、Ｄ４）間の中間タップに接続され、第１電極フィラメント（Ｅ１）の第２端子は電極加熱回路の構成部品（ＳＩ、Ｒ）を介して第２電極フィラメント（Ｅ２）の第２端子に接続されることを特徴とする請求項１又は２記載の低圧放電ランプの点灯回路装置。

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