JP3627987B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、直流電源からの直流電流を高周波電流に変換するインバータ回路を備えた放電灯点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインバータ回路を備えた放電灯点灯装置には、電源投入時にインバータ回路からの高周波電流の出力を通常の点灯時より低くして、放電灯を点灯させずに、電流のみを流して予熱を行うソフトスタート回路を設けたものが知られている。
【０００３】
図２は、上述した放電灯点灯装置の要部回路図の一例を示すものである。
【０００４】
直流電源１は、図示しない商用の交流電源から供給された交流電流を整流平滑して直流電流を得るようになっている。この直流電源１の正極側端子には電源スイッチ２の一端が接続され、この電源スイッチ２の他端と前記直流電源１の負極側端子 (グラウンド) との間には、第１の抵抗３と時定数用コンデンサ４とからなる直列回路が接続されている。
【０００５】
前記時定数用コンデンサ４に並列に第２の抵抗５が接続され、前記第１の抵抗３と前記時定数用コンデンサ４との接続点には、ツェナーダイオード６のカソード端子が接続されている。
【０００６】
また、前記電源スイッチ２の他端には、第１のコンデンサ７の一端が接続され、この第１のコンデンサ７の他端は、ＮＰＮ形の第１のトランジスタ８のコレクタ端子が接続されている。
【０００７】
この第１のトランジスタ８のエミッタ端子は、前記直流電源１の負極側端子と接続され、そのベース端子は、起動用抵抗９を介して前記電源スイッチ２の他端に接続されていると共に、逆方向に接続されたダイオード１０と第３の抵抗１１とからなる直列回路を介して、前記直流電源１の負極側端子に接続されている。
【０００８】
前記第１のコンデンサ７と並列に、トランス１２の１次側巻線１２ａが接続され、このトランス１２の２次側巻線１２ｂの一端は、放電灯１３の一方の電極に接続され、その他端は帰還用トランス１４の１次側巻線１４ａを介して前記放電灯１３の他方の電極に接続されている。この放電灯１３の一対の電極間には、予熱用コンデンサ１５が接続されている。
【０００９】
前記帰還用トランス１４の２次側巻線１４ｂの一端は、前記第１のトランジスタ８のベース端子に接続され、前記２次側巻線１４ｂの他端は、第２のコンデンサ１６を介して前記直流電源１の負極側端子に接続されている。この第２のコンデンサ１６と並列に、第３のコンデンサ１７とＮＰＮ形の第２のトランジスタ１８とからなる直列回路が接続されている。すなわち、前記２次側巻線１４ｂの他端に前記第３のコンデンサ１７の一端が接続され、この第３のコンデンサ１７の他端に前記第２のトランジスタ１８のコレクタ端子が接続され、そのエミッタ端子は、前記直流電源１の負極側端子に接続されている。
【００１０】
この第２のトランジスタ１８のベース端子は、前記ツェナーダイオード６のアノード端子に接続されている。
【００１１】
このような構成の回路において、電源スイッチ２がオン操作されると、直流電源１から直流電流が、第１の抵抗３を介して、時定数用コンデンサ４へ供給されると共に、起動用抵抗９を介して、第１のトランジスタ８のベース端子へ供給され、この第１のトランジスタ８はオン動作する。
【００１２】
このとき、トランス１２の１次側巻線１２ａに電気エネルギーが蓄えられ、この電気エネルギーが磁気エネルギーに変換されて伝達され、その２次側巻線１２ｂから電気エネルギー (電流) に変換されて出力される。この２次側巻線１２ｂから出力された電流は、順番に、放電灯１３の一方の電極、予熱用コンデンサ１５、放電灯１３の他方の電極、帰還用トランス１４の１次側巻線１４ａを介して流れる。
【００１３】
すると、１次側巻線１４ａに電気エネルギーが蓄えられ、この電気エネルギーが磁気エネルギーに変換して伝達され、この帰還用トランス１４の２次側巻線１４ｂから電気エネルギー (電流) に変換されて出力される。この出力された電流は、第２のコンデンサ１６を充電すると共に、第１のトランジスタ８のベース端子の電圧を上昇させる。
【００１４】
その後、トランス１２の１次側巻線１２ａに流れる電流の増加量が小さくなるにしたがって、その２次側巻線１２ｂから出力される電流が減少し、帰還用トランス１４が反転する。すると第２のコンデンサ１６の作用により、第１のトランジスタ８がオフ動作する。すると、トランス１２の１次側巻線１２ａへの電流供給が遮断される。一方、第２のコンデンサ１６は、第３の抵抗１１及びダイオード１０を介して放電し、その電荷はほぼ０となる。
【００１５】
その後、トランス１２の１次側巻線１２ａに流れる電流の減少量が小さくなるにしたがって、その２次側巻線１２ｂから出力される電流が増加し、帰還用トランス１４が再び反転して、第２のコンデンサ１６を充電すると共に、第１のトランジスタ８のベース端子の印加電圧を上昇させ、この第１のトランジスタ８をオン動作させる。
【００１６】
以上の動作が繰り返されて、インバータ回路のスイッチング動作が起動する。
【００１７】
ただし、このとき、トランス１２の２次側巻線１２ｂの両端に発生する電圧は放電灯１３を予熱するのに適切な電圧で維持される。
【００１８】
ところで、電源スイッチ２がオン操作されてから、所定時間が経過すると、第１の抵抗３を介して充電された時定数用コンデンサ４の両端に発生する電圧は、ツェナーダイオード６がオン動作する電圧を上回る。従って、ツェナーダイオード６がオン動作し、第２のトランジスタ１８がオン動作する。このとき、第２のコンデンサ１６と第３のコンデンサ１７が実質的に並列に接続されることになり、第１のトランジスタ８のベース端子のコンデンサ容量は、この第２のコンデンサ１６と第３のコンデンサ１７との合成容量に増加する。
【００１９】
その結果、第１のトランジスタ８のオン／オフ周期が速くなってこの第１のトランジスタ２９のベース電流が増加し、トランス１２の２次側巻線１２ｂの両端に発生する電圧は上昇し、放電灯１３を点灯させるのに十分な電圧となり、放電灯１３の点灯をそのまま維持させる。
【００２０】
なお、電源スイッチ２のオン操作により、第１の抵抗３を介して充電が開始されてから、時定数コンデンサ４の出力電圧がツェナーダイオード６をオン動作させる電圧に到達するまでの時間は、一般にソフトスタート時間と呼ばれており、約１sec 程度である。上述したように、このソフトスタート時間においては、放電灯は１３は点灯せず、予熱されるのみである。第２の抵抗５は、時定数用コンデンサ４の放電用抵抗で、時定数用コンデンサ４の電源スイッチ２のオフ操作時に、時定数用コンデンサ４の充電電荷を放電する。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の放電灯点灯装置では、電源スイッチ２を一度オン操作すると、この電源スイッチ２をオフ操作しない限り、ソフトスタート (予熱) 動作しないようになっていた。
【００２２】
しかし、放電灯１３を交換する場合に、電源スイッチ２がオン状態のままであると、第２のトランジスタ１８がオン状態であり、第２のコンデンサ１６と第３のコンデンサ１７とが並列に接続されているので、取換えた放電灯を挿着した瞬間にインバータ回路が働き、その取換えた放電灯にいきなり点灯させるための高い電圧が印加されることになる。
【００２３】
放電灯を予熱しないで急激に高い電圧を印加すると、回路に大きなストレスをかけることになり、回路の信頼性を低下させるという問題があった。
【００２４】
そこでこの発明は、電源スイッチがオン状態のまま、放電灯を交換したときにもソフトスタート動作を行うことができ、回路の信頼性を保証することができる放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、直流電源、トランスの１次側巻線、第 1 のコンデンサおよびスイッチング素子を有してなり、直流電源から電源スイッチを介して供給された直流電流をスイッチング素子をオン／オフ駆動して高周波電流に変換するインバータ回路を備え、前記高周波電流により放電灯を点灯制御する放電灯点灯装置において、
【００２６】
前記トランスの２次側巻線、放電灯の一方の電極、予熱コンデンサ、放電灯の他方の電極および前記トランスの２次側巻線を含んで構成される前記放電灯の予熱回路と、前記放電灯の予熱回路に直列に介挿され、この予熱回路に流れる電流を検出する発光素子と、この発光素子からの光を受光してオン動作する受光素子と、前記直流電源に前記電源スイッチ及び前記受光素子を直列に介して接続され、前記受光素子のオン動作時充電され、オフ動作時放電される時定数用コンデンサと、この時定数用コンデンサの充電レベルが所定レベルに達するまでは、前記インバータ回路からの高周波電流出力を前記放電灯の点灯レベルより低い予熱レベルに制御し、前記時定数用コンデンサの充電レベルが所定レベルに達した後は、前記インバータ回路からの高周波電流出力を前記放電灯の点灯レベルに調整する出力レベル制御手段とを設けたものである。
【００２７】
【作用】
このような構成の本発明において、発光素子及び受光素子により放電灯を介して流れる電流が検出される。
【００２８】
この発光素子及び受光素子により、電流の非検出状態から検出状態に変化したときから所定時間が経過するまでは、出力レベル制御手段は、インバータ回路から高周波電流出力を放電灯の点灯レベルより低い予熱レベルに制御する。
【００２９】
また発光素子及び受光素子により、電流の非検出状態から検出状態に変化したときから所定時間が経過すると、出力レベル制御手段は、インバータ回路から高周波電流出力を放電灯の点灯レベルに調整する。
【００３０】
【実施例】
以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は、この発明を適用した放電灯点灯装置の要部を示す回路図である。
【００３２】
直流電源２１は、図示しない商用の交流電源から供給された交流電流を整流平滑して直流電流を得るようになっている。この直流電源２１の正極側端子には電源スイッチ２２の一端が接続され、この電源スイッチ２２の他端と前記直流電源２１の負極側端子 (グラウンド) との間には、第１の抵抗２３、交流用フォトカプラの受光トランジスタ２４ｂ及び時定数用コンデンサ２５からなる直列回路が接続されている。
【００３３】
前記時定数用コンデンサ２５に並列に第２の抵抗２６が接続され、前記受光トランジスタ２４ａと前記時定数用コンデンサ２５との接続点には、ツェナーダイオード２７のカソード端子が接続されている。
【００３４】
また、前記電源スイッチ２２の他端には、第１のコンデンサ２８の一端が接続され、この第１のコンデンサ２８の他端は、スイッチング素子としてのＮＰＮ形の第１のトランジスタ２９のコレクタ端子が接続されている。
【００３５】
この第１のトランジスタ２９のエミッタ端子は、前記直流電源２１の負極側端子に接続され、そのベース端子は、起動用抵抗３０を介して前記電源スイッチ２の他端と接続されていると共に、逆方向に接続されたダイオード３１と第３の抵抗３２とからなる直列回路を介して、前記直流電源２１の負極側端子に接続されている。
【００３６】
前記第１のコンデンサ２８と並列に、トランス３３の１次側巻線３３ａが接続され、このトランス３３の２次側巻線３３ｂの一端は、放電灯３４の一方の電極に接続され、その他端は帰還用トランス３５の１次側巻線３５ａを介して前記放電灯３４の他方の電極に接続されている。
【００３７】
この放電灯３４の一対の電極間には、電流検出手段としての前記交流用フォトカプラの発光ダイオード２４ａと予熱用コンデンサ３６との直列回路が接続されている。
【００３８】
前記帰還用トランス３５ａの２次側巻線３５ｂの一端は、前記第１のトランジスタ２９のベース端子に接続され、前記２次側巻線３５ｂの他端は、第２のコンデンサ３７を介して前記直流電源２１の負極側端子に接続されている。この第２のコンデンサ３７と並列に、第３のコンデンサ３８とＮＰＮ形の第２のトランジスタ３９とからなる直列回路が接続されている。すなわち、前記２次側巻線３５ｂの他端に前記第３のコンデンサ３８の一端が接続され、この第３のコンデンサ３８の他端に前記第２のトランジスタ３９のコレクタ端子が接続され、そのエミッタ端子は前記直流電源２１の負極側端子に接続されている。
【００３９】
この第２のトランジスタ３９のベース端子は、前記ツェナーダイオード２７のアノード端子に接続されている。
【００４０】
前記第１のコンデンサ２８、前記第１のトランジスタ２９、前記起動用抵抗３０、前記ダイオード３１、前記第３の抵抗３２、前記トランス３３、前記放電灯３４、前記帰還用トランス３５、前記予熱用コンデンサ３６、前記第２のコンデンサ３７、前記第３のコンデンサ３８によりインバータ回路が構成されている。
【００４１】
前記第１の抵抗２３、前記交流用フォトカプラの前記受光トランジスタ２４ｂ、前記時定数コンデンサ２５、前記第２の抵抗２６、前記ツェナーダイオード２７、前記第２のトランジスタ３９、前記第３のコンデンサ３８により出力レベル制御手段が構成されている。
【００４２】
このような構成の本実施例において、電源スイッチ２２がオン操作されると、直流電源２１から直流電流が、起動抵抗３０を介して、第１のトランジスタ２９のベース端子へ供給され、この第１のトランジスタ２９はオン動作する。
【００４３】
電源スイッチ２２がオン操作された瞬間、交流用フォトカプラの発光ダイオード２４ａには電流が流れていないので、その受光トランジスタ２４ｂがオン状態にないため、電源スイッチ２２がオン操作されても、直ぐに第１の抵抗２３を介して時定数用コンデンサ２５への充電は開始されない。
【００４４】
第１のトランジスタ２９がオン動作したとき、トランス３３の１次側巻線３３ａに電気エネルギーが蓄えられ、この電気エネルギーが磁気エネルギーに変換されて伝達され、その２次側巻線３３ｂから電気エネルギー (電流) に変換されて出力される。この２次側巻線３３ｂから出力された電流は、順番に、放電灯３４の一方の電極、交流用フォトカプラの発光ダイオード２４ａ、予熱用コンデンサ３６、放電灯３４の他方の電極、帰還用トランス３５の１次側巻線３５ａを介して流れる。
【００４５】
このとき、交流用フォトカプラの発光ダイオード２４ａに電流が流れることにより、その受光トランジスタ２４ｂがオン動作し、第１の抵抗２３及び受光トランジスタ２４ｂを介して、直流電源２１からの直流電流が、時定数用コンデンサ２５へ供給開始される。
【００４６】
一方、帰還用トランス３５の１次側巻線３５ａには電気エネルギーが蓄えられ、この電気エネルギーが磁気エネルギーに変換して伝達され、その２次側巻線３５ｂから電気エネルギー (電流) に変換されて出力される。この出力された電流は、第２のコンデンサ３７を充電すると共に、第１のトランジスタ２９のベース端子の電圧を上昇させる。
【００４７】
その後、トランス３３の１次側巻線３３ａに流れる電流の増加量が小さくなるにしたがって、その２次側巻線３３ｂから出力される電流が減少し、帰還用トランスが反転する。すると、第２のコンデンサ３７の作用により、第１のトランジスタ２９がオフ動作する。すると、トランス３３の１次側巻線３３ａへの電流供給が遮断される。一方、第２のコンデンサ３７は、第３の抵抗３２及びダイオード３１を介して放電し、その電荷はほぼ０となる。
【００４８】
その後、トランス３３の１次側巻線３３ａに流れる電流の減少量が小さくなるにしたがって、その２次側巻線３３ｂから出力される電流が増加し、帰還用トランス３５が再び反転して、第２のコンデンサ３７を充電すると共に、第１のトランジスタ２９のベース端子の印加電圧を上昇させ、この第１のトランジスタ２９をオン動作させる。
【００４９】
以上の動作が繰り返されて、インバータ回路が起動する。
【００５０】
ただし、このとき、トランス３３の２次側巻線３３ｂの両端に発生する電圧は、放電灯３４を予熱するのに適切な電圧で維持される。
【００５１】
ところで電源スイッチ２２がオン操作され、交流用フォトカプラの発光ダイオード２４ａに電流が流れ、その受光トランジスタ２４ｂがオン動作してから、所定時間が経過すると、第１の抵抗２３及び受光トランジスタ２４ｂを介して充電された時定数用コンデンサ２５の両端に発生する電圧は、ツェナーダイオード２７がオン動作する電圧を上回る。従って、ツェナーダイオード２７がオン動作し、第２のトランジスタ３９がオン動作する。このとき、第２のコンデンサ３７と第３のコンデンサ３８とが実質的に並列に接続されることになり、第１のトランジスタ２９のベース端子のコンデンサ容量は、この第２のコンデンサ３７と第３のコンデンサ３８との合成容量に増加する。
【００５２】
その結果、第１のトランジスタ２９のオン／オフ周期が速くなってこの第１のトランジスタ２９のベース電流が増加し、トランス３３の２次側巻線３３ｂの両端に発生する電圧は上昇し、放電灯３４を点灯させるのに十分な電圧となり、放電灯３４の点灯をそのまま維持させる。
【００５３】
なお、第２の抵抗２６は、時定数用コンデンサ２５の放電用抵抗で、電源スイッチ２２のオフ操作時又は受光トランジスタ２４ｂのオフ動作時に、時定数用コンデンサ２５の充電電荷を放電する。
【００５４】
電源スイッチ２２をオン状態のまま放電灯３４を取換えた場合について、以下に説明する。
【００５５】
電源スイッチ２２をオン状態のまま放電灯３４をまず取外すと、トランス３３の２次側巻線３３ｂの一端と、帰還用トランス３５の一次側巻線３５ａとの間が開放状態となり、トランス３３の２次側巻線３３ｂからの電流供給ラインが遮断されるため、交流用フォトカプラの発光ダイオード２４ａ及び帰還用トランス３５の１次側巻線３５ａへ電流が流れなくなる。
【００５６】
従って、受光トランジスタ２４ｂがオフ状態となるので、時定数用コンデンサ２５への電流供給が遮断され、第２の抵抗２６を介して時定数用コンデンサ２５の充電電荷が放電される。そして、この時定数用コンデンサ２５は、その電荷がほとんど０となって、初期状態に戻る。一方、帰還用トランス３５の１次側巻線３５ａは以後電流変化が生じないので、その２次側巻線３５ｂにも電流が発生せず、第１のトランジスタ２９のベース端子へのドライブ電流が停止し、第１のトランジスタ２９は電源２１から起動抵抗３０を介してバイアス電流がベースに供給された状態のままとなる。これにより、トランス３３の１次側巻線３３ａと第１のコンデンサ２８との並列共振回路の共振動作が停止し、インバータ回路はスイッチング動作を停止する。なお、上記バイアス電流値は比較的小さく、第１のトランジスタ２９をオンさせるまでにはいたらない。そして、このバイアス電流が流れているときには、第１のトランジスタ２９にはトランス３３の１次側巻線３３ａ及び第１のコンデンサ２８で構成されている並列共振回路を介してコレクタ電流が流れている。
【００５７】
次に、放電灯を装着すると、トランス３３の２次側巻線３３ｂの一端、放電灯３４の一方の電極、交流用フォトカプラの発光ダイオード２４ａ、予熱用コンデンサ３６、放電灯３４の他方の電極、帰還用トランス３５の１次側巻線３５ａ、トランス３３の２次側巻線３３ｂの他端という閉回路が構成される。第１のトランジスタ２９はバイアス電流がベースに供給された状態のままであるので、上述のようにトランス３３の１次側巻線３３ａと第１のコンデンサ２８との並列共振回路には電源２１から電流が流れているため、上記トランス３３の２次側巻線３３ｂに電圧が発生し、上記閉回路に電流が流れる。すなわち、帰還用トランス３５の１次側巻線３５ａへの電流供給が行われるため、第１のトランジスタ２９のベース端子へベース電流（ドライブ電流）が流れ始めて上昇し、この第１のトランジスタ２９がオンする。この後、オン／オフのスイッチング動作を開始し、インバータ回路が起動する。
【００５８】
従って、上述のように、閉回路に電流が流れている場合、交流用フォトカプラの受光トランジスタ２４ｂがオン動作して、第１の抵抗２３、受光トランジスタ２４ｂを介して電流が、時定数用コンデンサ２５へ供給開始される。しかし、この時時定数用コンデンサ２５の両端の電位は低いので、ツェナーダイオード２７はオン動作せず、第２のトランジスタ３９はオフ状態となっている。
【００５９】
なお、上述したように、第２のトランジスタ３９はまだオフ状態であるから、第１のトランジスタ２９のベース端子のコンデンサ容量は、第２のコンデンサ３７の容量のみで、ソフトスタート動作となっている。その結果、トランス３３の２次側巻線の両端には、放電灯を予熱するのに最適な電圧が発生する。
【００６０】
そして、放電灯が装着され、交流用フォトカプラの発光ダイオード２４ａに電流供給が行われ、その受光トランジスタ２４ｂがオン動作してから所定時間が経過すると、時定数用コンデンサ２５の両端の電圧は、ツェナーダイオード２７をオン動作させる電圧を上回り、ツェナーダイオード２７がオン動作し、第２のトランジスタ３９がオン動作する。
【００６１】
従って、第１のトランジスタ２９のベース端子のコンデンサ容量は、第２のコンデンサ３７と第３のコンデンサ３８の合成容量となり、この第１のトランジスタ２９のオン／オフ周期は速くなって、トランス３３の２次側巻線３３ｂの両端に発生する電圧は、放電灯を点灯させるのに十分高い電圧になる。
【００６２】
このように本実施例によれば、放電灯３４を介して流れる電流を検出する交流用フォトカプラの発光ダイオード２４ａと、ソフトスタート動作の動作時間を制御する時定数コンデンサ２５への電流供給ラインに介挿され、この発光ダイオード２４ａによりオン／オフ制御される交流用フォトカプラの受光トランジスタ２４ｂとを設けたことにより、電源スイッチ２２がオン状態のまま、放電灯３４を外すと、受光トランジスタ２４ｂがオフ動作して、時定数コンデンサ２５を放電させ、ツェナーダイオード２７及び第２のトランジスタ３９をオフさせて、ソフトスタート動作状態に戻すことができ、放電灯３４を装着すると、ソフトスタート動作から開始させることができる。
【００６３】
従って、電源スイッチ２２がオン状態のまま、放電灯を交換しても、インバータ回路の内部素子に過大電圧が印加される虞はなく、回路の信頼性を保証することができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、電源スイッチがオン状態のまま、放電ランプの寿命等により、放電灯を交換したときにもソフトスタート動作を行うことができ、インバータ回路の内部素子に過大電圧が印加されるを防止することができる。従って、回路の信頼性を保証することができる放電灯点灯装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の放電灯点灯装置を示す回路図。
【図２】従来例の放電灯点灯装置の一例を示す回路図。
【符号の説明】
２３，２６，３０，３２…抵抗、２４ａ，２４ｂ…交流用フォトカプラの発光ダイオード及び受光トランジスタ、２５…時定数用コンデンサ、２７…ツェナーダイオード、２８，３６，３７，３８…コンデンサ、２９…第１のトランジスタ、３１…ダイオード、３３…トランス、３４…放電灯、３５…帰還用トランス、３９…第２のトランジスタ。

Claims (1)

1. 直流電源、トランスの１次側巻線、第 1 のコンデンサおよびスイッチング素子を有してなり、直流電源から電源スイッチを介して供給された直流電流をスイッチング素子をオン／オフ駆動して高周波電流に変換するインバータ回路を備え、前記高周波電流により放電灯を点灯制御する放電灯点灯装置において、
   前記トランスの２次側巻線、放電灯の一方の電極、予熱コンデンサ、放電灯の他方の電極および前記トランスの２次側巻線を含んで構成される前記放電灯の予熱回路と、前記放電灯の予熱回路に直列に介挿され、この予熱回路に流れる電流を検出する発光素子と、この発光素子からの光を受光してオン動作する受光素子と、前記直流電源に前記電源スイッチ及び前記受光素子を直列に介して接続され、前記受光素子のオン動作時充電され、オフ動作時放電される時定数用コンデンサと、この時定数用コンデンサの充電レベルが所定レベルに達するまでは、前記インバータ回路からの高周波電流出力を前記放電灯の点灯レベルより低い予熱レベルに制御し、前記時定数用コンデンサの充電レベルが所定レベルに達した後は、前記インバータ回路からの高周波電流出力を前記放電灯の点灯レベルに調整する出力レベル制御手段とを設けたことを特徴とする放電灯点灯装置。

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