JP3740220B2 - Fluorescent lamp lighting device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光灯の点灯装置に関わり、特に入力の交流電流に含まれる高調波を抑制し、力率を向上させると共に、損失の低減と蛍光灯に流れる電流の脈動の抑制を図った点灯装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の高調波抑制型点灯装置の構成は、例えば de Groot,J.J. and Houkes,H.“Triple-U Electronic Compact Fluorenscent Lamps with Reduced Harmonics"JOURNAL of the Illuminating Enfineering Society, Winter 1994, pp45〜51に記載されている。その回路構成を図9に示す。この回路は、機能面から高調波抑制用のアクティブフィルター回路2及び蛍光灯点灯用のインバータ回路3の2つに分けられる。インバータ回路3の中のMOSFET Q1,Q2の動作に応じて蛍光灯に高周波交流電流を供給すると共に、チョークコイルL1を介して交流電圧源1から電流を取り込み、電源コンデンサC1,C2を充電する。一般的なアクティブフィルターでは、独立したスイッチ素子を設け、この素子をPWM(パルス幅変調)制御しているのに対して、この従来例ではインバータ回路とアクティブフィルタ回路のスイッチ素子を兼用化し、更にQ1,Q2を一定の周波数でかつ等しいオンパルス幅で、オン,オフを交互に繰り返すように動作させるだけで良い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例の回路における電流経路を図10に示す。図10では蛍光灯を等価抵抗R1で置換えており、以下他の図においても抵抗R1は蛍光灯を等価的に表すものとする。また、MOSFET Q1,Q2は逆方向の電流を通電する寄生ダイオードを有するが、図10においてはこれらの寄生ダイオードをD3,D4として記載している。
【0004】
図10(a)はMOSFET Q1がオンした場合の電流経路である。交流電圧源1よりC1,Q1,L2,R1,C4,L1の経路で電流が流れ、この電流をiacで表す。同時にコンデンサC1,C2の電圧によりQ1,L2,R1,C3の経路で電流が流れ、この電流をidcで表す。図10(b)はQ2がオンした場合の電流経路である。交流電圧源1よりC2,D2,L1の経路で電流が流れ、Q1のオン時にインダクタL1に蓄えられたエネルギーをC2に蓄える。また、蛍光灯R1にはコンデンサC4,R1,L2,Q2,D2の経路で電流が供給される。
【0005】
交流電圧が高い場合、iac>idcとなり、蛍光灯には主に交流電源から電流が供給される。一方、iacは交流電圧源1の瞬時電圧に比例するため、交流電圧が低い場合はidc>iacとなる。このように上記従来例では交流電圧に応じて電流経路が異なり、それに伴って回路の共振周波数も変化する。iacの共振周波数は主にL2とC4で決まり、idcの共振周波数はL2とC3で決まる。
【0006】
通常、回路の共振周波数frとMOSFET Q1,Q2のスイッチング周波数finvは、fr<finvとなるように設定される。この周波数の関係においては、例えばQ1がオンする場合、初めにL2の電流連続性のためD3に電流が流れ、この電流が零になると続いてQ1からL2に逆極性の電流が供給される。しかしながらこの従来例では、コンデンサC3,C4の容量値によっては、この条件が崩れ
fr>finvとなる場合がある。この周波数関係でQ1がオンすると、初めはD4に電流が流れており、Q1のオンによってL2に同極性の電流が供給される。このため、Q1のオン時にはダイオードD4が逆回復し、D4の内部に蓄積された電子,ホールというキャリアが強制的に掃き出されるため大きな逆回復電流が流れる。このような動作を進相モードと定義する。進相モードにおいてはダイオードとMOSFETのスイッチング損失が問題となる。
【0007】
fr<finvの条件を満足するようコンデンサC3,C4の容量値を変える方法もあるが、高調波抑制を低減するなどの悪影響が残る。また、スイッチング周波数finv を高周波化する方法もあるが、電磁障害などの問題点がある。
【0008】
また、図10(a)に示すように、蛍光灯には交流電源から直接電流を供給するため、正弦波で変化する交流電源の影響で、この電流が脈動する。この電流脈動が蛍光灯の許容値を越えるとちらつきを招く恐れがある。
【0009】
本発明は上記のような損失,高調波,電磁障害,電流脈動などの問題点を解決するためになされたもので、回路の共振周波数fr とMOSFET Q1,Q2のスイッチング周波数finv の条件をfr<finvに維持するように制御すると共に、電流脈動を軽減し、かつ高調波を抑制し、電磁障害を低減する蛍光灯点灯装置を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決は、電源コンデンサからインバータ回路を用いて蛍光灯に高周波の交流電流を供給すると共に、交流電源から第1のチョークコイルに電流を通電し、前記インバータ回路のスイッチング動作に応じて、前記第1のチョークコイルに蓄積されたエネルギーを整流手段を介して前記電源コンデンサに供給する蛍光灯点灯装置で、前記インバータ回路のスイッチング動作に応じて、前記交流電源から少なくとも前記インバータ回路のパワー素子と前記蛍光灯と、第2のチョークコイルと、第1のキャパシタと前記第1のチョークコイルを通る経路で第1の電流を通流し、前記第1のチョークコイルにエネルギーを蓄積すると共に、前記電源コンデンサから、少なくとも前記パワー素子と前記蛍光灯と、前記第2のチョークコイルと、第1のキャパシタに比べて容量の小さい第2のキャパシタを通る経路で第2の電流を通流すると共に、前記交流電源の瞬時電圧、或いは該瞬時電圧に依存して変化する電流又は電圧を検知する検出手段と、該検出値に応じて前記インバータ回路の動作周波数或いはオンパルス幅を変化させる制御手段を備えることで実現できる。
【0011】
上記構成の蛍光灯点灯装置によれば、インバータ回路の動作で高調波抑制を行うと共に、高調波抑制が交流電圧の或る値以下において招く進相モードを回避する。進相モードを回避するには、1)交流電源の瞬時電圧を検出する、2)第2のチョークコイルに流れる電流の極性を検出する、3)第1のチョークコイルに流れる電流の極性を検出する、4)インバータ回路の出力電圧を検出する、方法があり、2)と4)はインバータ回路でパワースイッチング素子に並列に設けられた(或いは寄生の)ダイオードに通常とは逆向きに電流が流れることを検知して進相モードの発生を検知する。また、3)は第1のチョークコイルに流れる電流が進相モード時においては正負の極性に振動的になることを検出する。これらを検知すると、インバータ回路の動作周波数を変化させることによって進相モードを防ぐことができる。また、蛍光灯電流の脈動は、交流電源の瞬時値を検出してインバータ回路のオンパルス幅を変えることで達成できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【0013】
図1は本発明の第1の実施例を示す回路図である。
【0014】
図1の主回路では、ダイオードD1とD2が順方向を揃えてそれぞれ直列に接続されており、ダイオードD1のカソードはコンデンサC1の一端に、コンデンサC1の他端はコンデンサC2の一端に、またコンデンサC2の他端はダイオードD2のアノードにそれぞれ接続されている。ダイオードD1とD2との接続点とコンデンサC1とC2との接続点の間には、インダクタL1と高調波除去用のフィルターコンデンサC0を介して交流電圧源1が接続され、一般的な倍電圧整流回路が形成されている。ダイオードD1のカソードはNチャネルMOSFET Q1のドレインと、MOSFET Q1のソースはNチャネルMOSFET Q2のドレインと、MOSFET Q2のソースはダイオードD2のアノードにそれぞれ接続されている。また、ダイオードD1とD2との接続点とMOSFET Q1とQ2との接続点の間には、直列接続されたコンデンサC4,蛍光灯を等価的に表す抵抗R1,バラストインダクタL2が接続されている。ダイオードD2にはコンデンサC3が並列接続されている。図9の従来例と同様に、2をアクティブフィルター回路、3をインバータ回路とする。尚、従来例と比較すると、本実施例ではコンデンサC4の接続位置が異なるが、これは高調波抑制に寄与するコンデンサをC3のみとし、回路設計の簡易化と高調波を更に低減することを図っている。
【0015】
図1の制御回路を説明する前に、主回路の動作を簡単に説明する。
【0016】
図1の主回路における電流の経路を図2に示す。図2においてMOSFET Q1がオンすると、交流電圧源1からC1,Q1,L2,R1,C4,L1の経路で電流iacが流れると共に、電源コンデンサC1とC2から、Q1,L1,R1,C4,C3を経由してC2に戻る経路で電流idcが流れる。従来例における図10の電流経路と同様、交流電圧が高い場合、iac>idcとなり、R1には主に交流電源から電流が供給される。iacは交流電圧源1の瞬時電圧に比例するため、交流電圧が低い場合、idc>iacとなる。このように、図1の主回路構成においても交流電圧に応じて電流経路が異なり、従来例と同様にiacの共振周波数は主にL2とC4で決まる。一方、idcは2つのコンデンサC4,C3を通ることから、idcの共振周波数はL2とC34(C4とC3の直列接続容量)とで決まる。C34はC4に比べて容量値は小さいため、idcの共振周波数はiacに比べて高周波になる。この結果、idcの共振周波数がインバータのスイッチング周波数に比べて高くなり、交流電圧が低い場合には前述の進相モードが発生する。
【0017】
これに対し、本実施例では次のようにしてこの問題を解決している。
【0018】
図1において、4はダイオードブリッジにより構成されている全波整流器であり、交流電圧源1の瞬時電圧とその極性を検出するために設けたものである。5は基準電圧発生器であり、後述するようにインバータ回路3のスイッチング周波数を変化させる際の基準電圧を発生する手段である。全波整流器4で検出した交流電源の瞬時電圧と基準電圧発生回路5の基準電圧の大きさを比較し、インバータ回路3のスイッチング周波数を決定する。6は全波整流器4の出力電圧Vbから基準電圧発生回路5の出力電圧Vref を差し引いて、その偏差を出力する加算器である。
【0019】
7は搬送波発生回路であり、加算器6の出力信号に従い、インバータ回路3のMOSFET Q1,Q2のスイッチング周波数を発振する回路である。加算器6の出力信号が正、すなわち全波整流器4の出力電圧Vbが基準電圧Vref よりも高い場合のQ1,Q2のスイッチング周波数をfinv1、加算器6の出力信号が負、すなわち電圧Vbが基準電圧Vref よりも低い場合のスイッチング周波数をfinv2とすると、finv1<finv2なる関係に設定する。尚、PWM制御においては、上記スイッチング周波数が搬送波信号となる。
【0020】
8は変調波発生回路であり、Q1,Q2に対するパルス幅を決めるための信号を発生する回路である。本発明ではQ1,Q2に対するパルス幅を一定とする制御と、後述するように交流電源電圧或いは負荷電流に応じてパルス幅を変える制御の2通りを扱う。ここで、後者の制御に対してはPWM制御を行い、8の出力信号は変調波の意味を持つ。そこで、以後はパルス波を一定にする場合においても8の出力を変調波と呼び、8を変調波発生回路と呼ぶ。
【0021】
9は搬送波発生回路7と変調波発生回路8の出力電圧を比較してQ1,Q2をオン,オフするためのパルス幅変調パルス(PWMパルス)を発生する比較器である。10は比較器の出力パルスに応じて、Q1,Q2にゲート信号を与えるゲートドライブ回路である。Q1,Q2のゲート電圧にはデッドタイムを挿入し、同時オンを避けるようにする。
【0022】
図3は図1の実施例の動作を説明するための動作波形図である。図3(a)は全波整流器4の出力電圧Vbと周波数変換のための基準電圧Vref の波形を示す。図3(b)では、全波整流器4の出力電圧Vbが基準電圧Vref よりも高い場合のQ1,Q2のスイッチング周波数をfinv1、出力電圧Vbが基準電圧Vref よりも低い場合のスイッチング周波数をfinv2に設定し、finv1<finv2としている。従来例の説明で述べたように、蛍光灯を流れる電流の経路の関係から回路の共振周波数が2通りあり、これをfr1とfr2(但し、fr1<fr2とする)とするとfr1<finv1,fr2<finv2の関係を満足するようそれぞれのスイッチング周波数を決めている。このようにすれば、前述の進相モードは生じない。
【0023】
図4は本発明の第2の実施例を示す回路図である。図4の主回路は、第1の実施例の主回路と同じであるため、説明を省略する。制御回路は、バラストインダクタL2に流れる電流を検出する2次巻線で検出した電圧をもとに、スイッチング周波数発振回路11でQ1,Q2に対するスイッチング周波数を発振する。
【0024】
Q1がオンした直後、Q1とは逆方向の電流がダイオードD3を流れ、バラストインダクタL2には図4に対して右方向に電流が流れるが、この状態を2次巻線で検出すると周波数発振回路11は、fr1<finv1である周波数finv1の信号を出力する。逆にQ1のオン直後にダイオードD4に電流が流れており、L2に左方向の電流が流れていることを2次巻線で検出すると、進相モードであることを判断し、周波数発振回路11は、fr2<finv2である周波数finv2の信号を出力する。同様の判断がQ2がオンした直後においても行われる。即ち、Q2がオンした直後、Q2とは逆方向の電流がダイオードD4を流れており、L2には左方向に電流が流れていれば、この状態を2次巻線で検出し周波数発振回路11は、fr1<finv1である周波数finv1の信号を出力する。逆にQ2のオン直後にD3に電流が流れており、L2に右方向の電流が流れていることを2次巻線で検出すると、進相モードであることを判断し、周波数発振回路11は、fr2< finv2である周波数finv2の信号を出力する。
【0025】
8は図1と同様にQ1,Q2に対するパルス幅を決めるための変調波を発生する手段である。9はスイッチング搬送波発生回路7と変調波発生回路8の出力電圧を比較してQ1,Q2をオン,オフするためのパルス幅変調信号を発生する比較器である。10は比較器の出力パルスに応じて、Q1,Q2にゲート信号を与えるゲートドライブ回路である。Q1,Q2のゲート電圧にはデッドタイムを挿入し、同時オンを避けることは図1の実施例と同じである。
【0026】
図5には本発明の第3の実施例を示す。図5の主回路も第1の実施例の主回路と同じであるため、説明を省略する。
【0027】
図5の制御回路においては、インダクタL1に流れる電流を検出する2次巻線を設けている。12はインダクタL1に流れる電流方向に応じてQ1,Q2に対するスイッチング周波数を発振する手段である。
【0028】
交流電圧が高い場合におけるインダクタL1の電流は一方向のみであり、この電流の極性をL1に設けた2次巻線で検出し、周波数発振回路12は、fr1< finv1である周波数finv1の信号を出力する。次に、交流電圧が低い場合におけるインダクタL1の電流は、電源コンデンサC1,C2からエネルギーを得てこれらのコンデンサとL1,ダイオードD1,D2及びフィルタコンデンサC0を正負の極性で共振するように流れる。そこで電流の極性が正負に変化することをL1に設けた2次巻線で検出すると進相モードが発生する可能性が高いことを判断し、周波数発振回路12は、fr2<finv2である周波数finv2の信号を出力する。その他の変調波発生回路8,比較器9、及びゲートドライブ回路10に関しては図1,図4の実施例と同様であり、説明は省略する。
【0029】
図6は本発明の第4の実施例を示す回路図である。図6の主回路も第1の実施例の主回路と同じであるため、説明を省略する。図6の制御回路において、13はQ1とQ2との接続点電圧に従ってQ1,Q2に対するスイッチング周波数を発振する手段である。
【0030】
図4の実施例の説明で述べた通り、Q1がオンした直後、Q1とは逆方向の電流がダイオードD3を流れるが、この状態においては上記接続点の電圧は電源コンデンサC1とC2の充電電圧の和に等しい高電圧である。周波数発振回路13は、Q1がオンした直後の接続点電圧が高電圧であることを検出して、fr1<finv1である周波数finv1の信号を出力する。逆にQ1のオン直後にダイオードD4に電流が流れていると、接続点電圧はD4の順方向電圧(約数V)に等しい低電圧である。そこで、この状態を接続点電圧で検出すると進相モードであることを判断し、周波数発振回路13は、fr2<finv2である周波数finv2の信号を出力する。同様のことがQ2がオンした直後において判断される。即ち、Q2がオンした直後にD4に電流が流れていて接続点の電圧が低電圧であれば、周波数発振回路13はfr1<finv1である周波数finv1の信号を出力する。逆に、D3に電流が流れていて接続点の電圧が高電圧であれば、周波数発振回路13は進相モードであることを判断しfr2<finv2である周波数finv2の信号を出力する。その他の変調波発生回路8,比較器9、及びゲートドライブ回路10に関しては図1,図4の実施例と同様であり、説明は省略する。
【0031】
図7には本発明の第5の実施例を示す。この実施例は電流の脈動を抑制する制御手段に関する。図7の主回路は、第1の実施例の主回路と同じであり、図2に示した電流iacとidcが蛍光灯の等価抵抗R1を流れる。ここで、Q1,Q2のスイッチング周期におけるオンパルスの幅(以後、オンデューティと呼ぶ)が一定であれば、iacは交流電圧の瞬時値が高くなるにつれて増加するため、R1を流れる合成電流は交流電圧の周期に応じて脈動する。電流の脈動は、点灯回路のチョークコイルL2の偏磁を発生させる恐れがある他、脈動が大きい場合には蛍光灯のちらつきを招く。この電流脈動を低減するには、交流電圧の時間変化に応じて上記オンデューティを変化させることが望ましい。即ち、交流電圧の瞬時値が高く、iacが大きくなる場合にはオンデューティを減少してiacを低減する。この制御はPWM制御法によって達成することができる。以下、このPWM制御法を図7と次の図8を用いて説明する。
【0032】
図8は図7に示す制御手段の働きを示す図である。まず、全波整流器4は交流電源電圧をダイオードブリッジで全波整流し、その電圧Vbの振幅を調整すると共に、この振幅と等しい値の振幅を有し、かつ交流電源電圧と同じ位相を持つ交流信号V1と同じ振幅で180度位相が異なる信号V2を作る。次に、加算器6において基準電圧発生回路5で作られた基準電圧Vref にV1とV2の信号をそれぞれ加算し、加算後の信号をそれぞれV1′とV2′とする。搬送波発生回路7は高周波の三角波を発生し、その周波数は前述の進相モードを避けるためには交流電圧に応じて変化させるが、ここでは説明を簡単化するため一定周波数とする。比較器9ではV1′とV2′をそれぞれ変調波として、これらと三角波を比較する。但し、FET Q1に対しては三角波がV1′よりも大きい場合をオンパルスとし、FET Q2に対しては三角波がV2′よりも小さい場合をオンパルスとする。このように制御することによって交流電源電圧の瞬時値が高い期間においてはQ1,Q2共にオンパルス幅が短くなり、iacを低減することができる。
【0033】
【発明の効果】
本発明によれば、交流電源電圧の瞬時値に応じたスイッチング周波数の変更とパルス幅変調によって、進相モードによる損失の増加を防止し、電流脈動を低減する。
【図面の簡単な説明】
【図1】高調波抑制型点灯装置の第1の実施例を表す構成図である。
【図2】図1の実施例の主回路に関する電流経路を表す図である。
【図3】図1の実施例で制御回路の動作を説明する図である。
【図4】高調波抑制型点灯装置の第2の実施例を表す構成図である。
【図5】高調波抑制型点灯装置の第3の実施例を表す構成図である。
【図6】高調波抑制型点灯装置の第4の実施例を表す構成図である。
【図7】高調波抑制型点灯装置の第5の実施例を表す構成図である。
【図8】図7の実施例で制御回路の動作を説明する図である。
【図9】従来の高調波抑制型点灯装置を表す構成図である。
【図10】図9の従来例における電流経路である。
【符号の説明】
1…交流電圧源、2…アクティブフィルター及び電源回路、3…インバータ回路、4…全波整流器、5…基準電圧発生回路、6…加算器、7…搬送波発生回路、8,14…変調波発生回路、9…比較器、10…ゲートドライブ回路、11,12,13…周波数発振回路、C…予熱コンデンサ、C0…フィルターコンデンサ、C1〜C4…コンデンサ、D1〜D4…ダイオード、L1…インダクタ、L2…バラストインダクタ、Q1,Q2…MOSFET、R1…抵抗或は蛍光灯。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a lighting device for a fluorescent lamp, and in particular, suppresses harmonics contained in an input alternating current, improves a power factor, and reduces lighting and suppresses pulsation of current flowing in the fluorescent lamp. Relates to the device.
[0002]
[Prior art]
The configuration of a conventional harmonic suppression type lighting device is described in, for example, de Groot, JJ and Houkes, H. “Triple-U Electronic Compact Fluorenscent Lamps with Reduced Harmonics” JOURNAL of the Illuminating Enfineering Society, Winter 1994, pp 45-51. ing. The circuit configuration is shown in FIG. This circuit is divided into two parts in terms of function: an
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 10 shows a current path in the conventional circuit. In FIG. 10, the fluorescent lamp is replaced with an equivalent resistance R1, and in the following other figures, the resistance R1 is equivalent to the fluorescent lamp. Further, the MOSFETs Q1 and Q2 have parasitic diodes for passing a current in the reverse direction. In FIG. 10, these parasitic diodes are indicated as D3 and D4.
[0004]
FIG. 10A shows a current path when the MOSFET Q1 is turned on. A current flows from the
[0005]
When the AC voltage is high, iac> idc, and the fluorescent lamp is mainly supplied with current from the AC power source. On the other hand, since iac is proportional to the instantaneous voltage of the
[0006]
Normally, the resonance frequency fr of the circuit and the switching frequency finv of the MOSFETs Q1 and Q2 are set to satisfy fr <finv. In relation to this frequency, for example, when Q1 is turned on, first, a current flows through D3 because of the current continuity of L2, and when this current becomes zero, a current having a reverse polarity is supplied from Q1 to L2. However, in this conventional example, depending on the capacitance values of the capacitors C3 and C4, this condition may collapse and fr> finv. When Q1 is turned on in this frequency relationship, a current flows through D4 at first, and a current of the same polarity is supplied to L2 by turning on Q1. For this reason, when Q1 is turned on, the diode D4 reversely recovers, and carriers such as electrons and holes accumulated inside D4 are forcibly swept out, so that a large reverse recovery current flows. Such an operation is defined as a phase advance mode. In the phase advance mode, switching loss between the diode and the MOSFET becomes a problem.
[0007]
Although there is a method of changing the capacitance values of the capacitors C3 and C4 so as to satisfy the condition of fr <finv, adverse effects such as reduction of harmonic suppression remain. Although there is a method of increasing the switching frequency finv, there are problems such as electromagnetic interference.
[0008]
Further, as shown in FIG. 10 (a), since the current is directly supplied to the fluorescent lamp from the AC power source, this current pulsates due to the influence of the AC power source changing in a sine wave. If this current pulsation exceeds the allowable value of the fluorescent lamp, it may cause flickering.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems such as loss, harmonics, electromagnetic interference, and current pulsation. The condition of the resonance frequency fr of the circuit and the switching frequency finv of the MOSFETs Q1 and Q2 is set to fr < An object of the present invention is to obtain a fluorescent lamp lighting device that controls to maintain finv, reduces current pulsation, suppresses harmonics, and reduces electromagnetic interference.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The solution to the above problem is to supply a high-frequency alternating current to the fluorescent lamp from the power supply capacitor using the inverter circuit, and to pass a current from the alternating current power supply to the first choke coil, according to the switching operation of the inverter circuit, A fluorescent lamp lighting device for supplying energy accumulated in the first choke coil to the power supply capacitor via a rectifying means, and at least a power element of the inverter circuit from the AC power supply according to a switching operation of the inverter circuit And a first current through a path passing through the fluorescent lamp, the second choke coil, the first capacitor and the first choke coil, storing energy in the first choke coil, and From a power supply capacitor, at least the power element, the fluorescent lamp, and the second choke coil, A second current is passed through a second capacitor having a smaller capacity than that of the first capacitor, and an instantaneous voltage of the AC power supply or a current or voltage that changes depending on the instantaneous voltage is detected. This can be realized by providing detection means and control means for changing the operating frequency or on-pulse width of the inverter circuit according to the detected value.
[0011]
According to the fluorescent lamp lighting device having the above configuration, harmonic suppression is performed by the operation of the inverter circuit, and a phase advance mode in which harmonic suppression is caused at a certain value or less of the AC voltage is avoided. To avoid the phase advance mode, 1) detect the instantaneous voltage of the AC power supply, 2) detect the polarity of the current flowing through the second choke coil, and 3) detect the polarity of the current flowing through the first choke coil. 4) There is a method of detecting the output voltage of the inverter circuit. 2) and 4) are the inverter circuit, and the current is applied to the diode (or the parasitic) provided in parallel with the power switching element in the opposite direction. Detects the flow and detects the occurrence of the phase advance mode. 3) detects that the current flowing through the first choke coil vibrates in positive and negative polarities in the phase advance mode. When these are detected, the phase advance mode can be prevented by changing the operating frequency of the inverter circuit. Further, the pulsation of the fluorescent lamp current can be achieved by detecting the instantaneous value of the AC power supply and changing the on-pulse width of the inverter circuit.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
[0014]
In the main circuit of FIG. 1, diodes D1 and D2 are connected in series with their forward directions aligned, and the cathode of the diode D1 is connected to one end of the capacitor C1, the other end of the capacitor C1 is connected to one end of the capacitor C2, and the capacitor The other end of C2 is connected to the anode of the diode D2. An
[0015]
Before describing the control circuit of FIG. 1, the operation of the main circuit will be briefly described.
[0016]
FIG. 2 shows a current path in the main circuit of FIG. In FIG. 2, when MOSFET Q1 is turned on, current iac flows from
[0017]
On the other hand, this embodiment solves this problem as follows.
[0018]
In FIG. 1,
[0019]
[0020]
A modulation
[0021]
A comparator 9 compares the output voltages of the carrier
[0022]
FIG. 3 is an operation waveform diagram for explaining the operation of the embodiment of FIG. FIG. 3A shows waveforms of the output voltage Vb of the full-
[0023]
FIG. 4 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention. Since the main circuit of FIG. 4 is the same as the main circuit of the first embodiment, description thereof is omitted. The control circuit oscillates the switching frequency for Q1 and Q2 by the switching frequency oscillation circuit 11 based on the voltage detected by the secondary winding that detects the current flowing through the ballast inductor L2.
[0024]
Immediately after Q1 is turned on, a current in the opposite direction to Q1 flows through the diode D3, and a current flows in the ballast inductor L2 in the right direction with respect to FIG. 4. When this state is detected by the secondary winding, the frequency oscillation circuit 11 outputs a signal of frequency finv1 where fr1 <finv1. Conversely, when the secondary winding detects that a current flows through the diode D4 immediately after turning on Q1 and a leftward current flows through L2, it is determined that the phase advance mode is set, and the frequency oscillation circuit 11 Outputs a signal of frequency finv2 where fr2 <finv2. A similar determination is made immediately after Q2 is turned on. That is, immediately after Q2 is turned on, if a current in the opposite direction to Q2 flows through the diode D4 and a current flows in the leftward direction through L2, this state is detected by the secondary winding, and the frequency oscillation circuit 11 Outputs a signal of frequency finv1 where fr1 <finv1. Conversely, when the secondary winding detects that a current flows through D3 immediately after Q2 is turned on and a current in the right direction flows through L2, the frequency oscillation circuit 11 determines that the phase advance mode is in effect. , Fr2 <finv2, and a signal of frequency finv2.
[0025]
[0026]
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. Since the main circuit of FIG. 5 is also the same as the main circuit of the first embodiment, description thereof is omitted.
[0027]
In the control circuit of FIG. 5, a secondary winding for detecting the current flowing through the inductor L1 is provided. Reference numeral 12 denotes means for oscillating the switching frequency for Q1 and Q2 in accordance with the direction of current flowing through the inductor L1.
[0028]
When the AC voltage is high, the current of the inductor L1 is only in one direction, and the polarity of this current is detected by the secondary winding provided in L1, and the frequency oscillation circuit 12 outputs a signal of frequency finv1 where fr1 <finv1. Output. Next, when the AC voltage is low, the current of the inductor L1 flows so that energy is obtained from the power supply capacitors C1 and C2 and the capacitors L1, the diodes D1 and D2, and the filter capacitor C0 resonate with positive and negative polarities. Therefore, it is determined that there is a high possibility that the phase advance mode occurs when the secondary winding provided in L1 detects that the polarity of the current changes to positive and negative, and the frequency oscillation circuit 12 determines that the frequency finv2 satisfies fr2 <finv2. The signal is output. The other modulation
[0029]
FIG. 6 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention. The main circuit of FIG. 6 is also the same as the main circuit of the first embodiment, and thus description thereof is omitted. In the control circuit of FIG. 6, 13 is a means for oscillating the switching frequency for Q1 and Q2 according to the voltage at the connection point between Q1 and Q2.
[0030]
As described in the description of the embodiment of FIG. 4, immediately after Q1 is turned on, a current in the opposite direction to Q1 flows through the diode D3. In this state, the voltage at the connection point is the charging voltage of the power supply capacitors C1 and C2. High voltage equal to the sum of The
[0031]
FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention. This embodiment relates to control means for suppressing current pulsation. The main circuit of FIG. 7 is the same as the main circuit of the first embodiment, and the currents iac and idc shown in FIG. 2 flow through the equivalent resistance R1 of the fluorescent lamp. Here, if the on-pulse width (hereinafter referred to as on-duty) in the switching period of Q1 and Q2 is constant, iac increases as the instantaneous value of the AC voltage increases, so the combined current flowing through R1 is the AC voltage. It pulsates according to the period. The pulsation of the current may cause the magnetism of the choke coil L2 of the lighting circuit, and if the pulsation is large, the fluorescent lamp flickers. In order to reduce the current pulsation, it is desirable to change the on-duty according to the time change of the AC voltage. That is, when the instantaneous value of the AC voltage is high and iac increases, the on-duty is reduced to reduce iac. This control can be achieved by the PWM control method. The PWM control method will be described below with reference to FIG. 7 and the next FIG.
[0032]
FIG. 8 is a diagram showing the function of the control means shown in FIG. First, the full-
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, an increase in loss due to the phase advance mode is prevented and current pulsation is reduced by changing the switching frequency according to the instantaneous value of the AC power supply voltage and by pulse width modulation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a first embodiment of a harmonic suppression type lighting device.
FIG. 2 is a diagram illustrating a current path related to the main circuit of the embodiment of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the control circuit in the embodiment of FIG. 1;
FIG. 4 is a configuration diagram illustrating a second embodiment of the harmonic suppression type lighting device.
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a third embodiment of the harmonic suppression type lighting device.
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a fourth embodiment of the harmonic suppression type lighting device.
FIG. 7 is a configuration diagram illustrating a fifth embodiment of the harmonic suppression type lighting device.
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the control circuit in the embodiment of FIG. 7;
FIG. 9 is a configuration diagram illustrating a conventional harmonic suppression type lighting device.
10 is a current path in the conventional example of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記整流手段のダイオードの接続点に第1のチョークコイルを介して交流電圧源の一端を接続し、前記直列接続した電源コンデンサの接続点に前記交流電圧源の他端を接続し、
前記整流手段の一端と他端とを、ダイオードを逆並列に接続したパワースイッチング素子を直列接続した直列接続体の一端と他端とに接続し、
前記パワースイッチング素子の直列接続体の接続点と、前記整流手段のダイオードの接続点との間に、第2のチョークコイルと第1のキャパシタとを介して蛍光灯を接続し、
前記整流手段のダイオードの接続点と整流手段の他端との間に両端を接続した第2のキャパシタを有する蛍光灯点灯装置であって、
前記パワースイッチング素子のスイッチング動作に応じて、前記交流電圧源から前記パワースイッチング素子と、前記蛍光灯と、前記第2のチョークコイルと、前記第1のキャパシタと、前記第1のチョークコイルを通る経路で第1の電流を通流し、前記第1のチョークコイルにエネルギーを蓄積すると共に、
前記直列に接続した電源コンデンサから、前記パワースイッチング素子と、前記蛍光灯と、前記第2のチョークコイルと、前記第1のキャパシタと第2のキャパシタとを通る経路で第2の電流を通流し、
前記交流電圧源の瞬時電圧、或いは瞬時電圧に依存して変化する電流又は電圧を検出し、該検出値に応じて前記パワースイッチング素子のスイッチング周波数を変化させ、或いは前記パワースイッチング素子のスイッチング周波数とオンパルス幅とを変化させて、
前記パワースイッチング素子のスイッチング周波数f in と回路の共振周波数frとを、fr<f in に維持するように制御する制御手段を備えることを特徴とする蛍光灯点灯装置。 One end of a rectifier having a diode connected in series, one end of a power capacitor connected in series, and the other end of the power capacitor connected in series to the other end of the rectifier,
One end of an AC voltage source is connected to a connection point of the diode of the rectifying means via a first choke coil, and the other end of the AC voltage source is connected to a connection point of the power supply capacitor connected in series.
One end and the other end of the rectifying means are connected to one end and the other end of a series connection body in which power switching elements having diodes connected in antiparallel are connected in series,
A fluorescent lamp is connected via a second choke coil and a first capacitor between a connection point of the series connection body of the power switching elements and a connection point of the diode of the rectifying means,
A fluorescent lamp lighting device having a second capacitor having both ends connected between a connection point of a diode of the rectifying means and the other end of the rectifying means ,
In accordance with a switching operation of the power switching element, through said power switching element from said AC voltage source, and the fluorescent lamp, and the second choke coil, said first capacitor, said first choke coil Passing a first current through the path, storing energy in the first choke coil,
From the power source capacitor connected to said series, and said power switching element, the fluorescent lamp and the second choke coil, said first capacitor and Tsuryu the second current path through the second capacitor And
Instantaneous voltage of the AC voltage source, or depending on the instantaneous voltage detected current or voltage changes, by changing the switching frequency of the power switching element in response to the detection value, or a switching frequency of the power switching element by changing the pulse width,
The power and the resonant frequency fr of the switching frequency f in the circuit of the switching elements, fr <fluorescent lamp lighting apparatus, characterized in that it comprises a control means for controlling so as to maintain the f in.
前記制御手段が、前記検出した交流電圧源の瞬時電圧と基準電圧と比較し、前記交流電圧源の瞬時電圧が基準電圧より高い場合のパワースイッチング素子のスイッチング周波数を、前記交流電圧源の瞬時電圧が基準電圧より低い場合のパワースイッチング素子のスイッチング周波数より低くする周波数設定手段を備えることを特徴とする蛍光灯点灯装置。 In the fluorescent lamp lighting device according to claim 1 ,
Said control means, said instantaneous voltage and the reference voltage of the detected AC voltage source as compared with the switching frequency of the power switching elements when the instantaneous voltage of the AC voltage source is higher than the reference voltage, the instantaneous voltage of the AC voltage source A fluorescent lamp lighting device comprising frequency setting means for lowering the switching frequency of the power switching element when the voltage is lower than a reference voltage .
前記制御手段が、前記第2のチョークコイルに流れる電流を検出し、該検出した電流が流れる方向と導通している前記パワースイッチング素子の位置とに基づいて、前記パワースイッチング素子のスイッチング周波数を変化させる周波数設定手段を備えることを特徴とする蛍光灯点灯装置。In the fluorescent lamp lighting device according to claim 1,
Said control means, said second detecting a current flowing through the choke coil, on the basis of the position of the power switching elements is conductive and the direction in which the detected current flows, varies the switching frequency of the power switching element A fluorescent lamp lighting device comprising frequency setting means for causing the fluorescent lamp to turn on.
前記制御手段が、前記第1のチョークコイルに流れる電流を検出し、該検出した電流が流れる方向に基づいて、前記パワースイッチング素子のスイッチング周波数を変化させる周波数設定手段を備えることを特徴とする蛍光灯点灯装置。In the fluorescent lamp lighting device according to claim 1,
Fluorescence which said control means detects a current flowing through the first choke coil, on the basis of a direction in which the detected current flows, characterized in that it comprises a frequency setting means for varying the switching frequency of the power switching element Lamp lighting device.
前記制御手段が、前記交流電圧源の瞬時電圧、或いは瞬時電圧に依存して変化する電流又は電圧に代えて前記パワースイッチング素子の直列接続体の接続点の電圧を検出し、
該検出した電圧の大小と導通している前記パワースイッチング素子の位置とに基づいて、前記パワースイッチング素子のスイッチング周波数を変化させる周波数設定手段を備えることを特徴とする蛍光灯点灯装置。In the fluorescent lamp lighting device according to claim 1,
The control means detects the voltage at the connection point of the series connection body of the power switching elements instead of the instantaneous voltage of the AC voltage source, or a current or voltage that changes depending on the instantaneous voltage ,
Based on the position of the power switching element is electrically connected to the magnitude of the detected voltage, fluorescent lamp lighting apparatus comprising: a frequency setting means for varying the switching frequency of the power switching elements.
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