JP4143929B2

JP4143929B2 - 放電ランプ点灯装置および照明器具

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Publication number: JP4143929B2
Application number: JP2004338851A
Authority: JP
Inventors: 肇大崎; 恵一清水
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2023-09-03
Also published as: JP2005056862A

Description

本発明は、交流電源電圧を整流した直流電圧を昇圧チョッパ回路で昇圧し、この昇圧チョッパ回路の出力をインバータ回路で高周波に変換する放電ランプを点灯させる放電ランプ点灯装置および照明器具に関する。

従来、交流電源電圧を整流した直流電圧を昇圧チョッパ回路で昇圧し、この昇圧チョッパ回路の出力をインバータ回路で高周波に変換して放電ランプを点灯させる放電ランプ点灯装置が知られている。この放電ランプ点灯装置は、前記昇圧チョッパ回路の作用により入力力率を低下させることなく、また、入力電流に大きな歪を生じることなく、インバータ回路に略フラットな直流電圧を供給して、放電ランプの発光効率を高められるものである。

また、昇圧チョッパ回路は制御用の昇圧チョッパ制御回路を有し、インバータ回路は制御用のインバータ制御回路を有しており、これら昇圧チョッパ制御回路およびインバータ制御回路はそれぞれ電源回路を有している。

しかしながら、昇圧チョッパ回路に接続されているインバータ回路は、昇圧チョッパ回路が動作しなければ、動作しない問題を有している。

また、インバータ制御回路および昇圧チョッパ制御回路は、それぞれ電源を有しており、効率的でない問題を有している。

本発明は、インバータ制御回路および昇圧チョッパ制御回路の電源を共有化させた放電ランプ点灯装置および照明器具を提供することを目的とする。

請求項１記載の放電ランプ点灯装置は、交流電源電圧を整流した直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路と、この昇圧チョッパ回路の出力を高周波交流電圧に変換するインバータ回路とを具備し、前記インバータ回路の出力によって放電ランプを点灯させる放電ランプ点灯装置において、前記昇圧チョッパ回路および前記インバータ回路を制御するための共通の制御用電源を前記インバータ回路の出力のみから得ており、前記インバータ回路が停止をしている場合には前記昇圧チョッパ回路も停止することを特徴とする。

請求項２記載の放電ランプ点灯装置は、前記放電ランプを消灯させる消灯信号が入力されると発振停止手段が前記チョッパ回路および前記インバータ回路を停止させることを特徴とする。

請求項３記載の照明器具は、請求項１または２記載の放電ランプ点灯装置を器具本体に収納し、この器具本体に取り付けられる放電ランプを点灯させるものである。

請求項１または２の放電ランプ点灯装置およびこの点灯装置を有する請求項３の照明器具は、交流電源電圧を整流した直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路と、この昇圧チョッパ回路の出力を高周波交流電圧に変換するインバータ回路とを具備し、前記インバータ回路の出力によって放電ランプを点灯させる放電ランプ点灯装置において、前記昇圧チョッパ回路および前記インバータ回路を制御するための制御用電源を前記インバータ回路の出力から得ており、前記インバータ回路が停止をしている場合には前記昇圧チョッパ回路も停止するので、省電力化を図ることができる。

請求項１または２の放電ランプ点灯装置およびこの点灯装置を有する請求項３の照明器具は、交流電源電圧を整流した直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路と、この昇圧チョッパ回路の出力を高周波交流電圧に変換するインバータ回路とを具備し、前記インバータ回路の出力によって放電ランプを点灯させる放電ランプ点灯装置において、前記昇圧チョッパ回路および前記インバータ回路を制御するための共通の制御用電源を前記インバータ回路の出力のみから得ており、前記インバータ回路が停止をしている場合には前記昇圧チョッパ回路も停止し、かつ、起動時は前記インバータ回路が前記昇圧チョッパ回路よりも先に動作を開始するように制御するので、インバータ回路の立ち上がりを早くするとともに、省電力化を図ることができる。

以下、本発明の照明器具の一実施の形態を図面を参照して説明する。図２において、１は金属製の中空箱型に形成された器具本体で、この器具本体１の下面には、反射面２が形成され、この反射面２の長手方向の両端には、一対のランプソケット３，３が対向して取り付けられ、これらランプソケット３，３間には、放電ランプとしての直管型の蛍光ランプFLが電気的かつ機械的に挟持接続されている。また、器具本体１内には、蛍光ランプFLを点灯させる電気回路５が収納されている。

次に、電気回路５の回路構成の一実施の形態について図１を参照して説明する。図１に示すインバータ回路13は他励式で、電界効果トランジスタQ2，Q3が昇圧チョッパ回路12の両端子間に接続され、電界効果トランジスタQ2のソース・ドレイン間には、コンデンサC11が接続されるとともに、トランスTr3の入力巻線Tr3aおよびコンデンサC12が接続されている。

また、インバータ回路13の出力端子間には、トランスTr4の入力巻線Tr4aおよびコンデンサC13が接続され、コンデンサC14を介して放電ランプFLに接続されるとともに、放電ランプFLのフィラメントは、トランスTr4のフィラメント巻線Tr4b，Tr4cに接続されている。

さらに、トランスTr3の出力巻線Tr3bは、接点Ａ，Ｂを介してコンデンサC15，C16およびダイオードD4，D5を介して、インバータ制御回路15に接続され、このインバータ制御回路15は、駆動部16を介して電界効果トランジスタQ1，Q2のゲートに接続されている。また、インバータ制御回路15には、ダイオードD1を介したチョークコイルL1に接続され、起動抵抗R7が接続されている。またさらに、ダイオードD4からダイオードD6を介して、昇圧チョッパ制御回路14に接続されている。

そして、この図１に示す回路は、昇圧チョッパ回路12が動作をせずに、昇圧をしていない状態でも、起動抵抗R7によりインバータを動作させ、インバータ回路13を制御し、高周波交流を発生させ、インバータ回路13の立ち上がりを早くするとともに、交流電源として定格以下のものが接続されても点灯可能である。

また、この場合、昇圧チョッパ回路12の昇圧チョッパ制御回路14も、インバータ回路13のインバータ制御回路15も、いずれもインバータ回路13の出力を電源として、整流、平滑を行なっているため、回路構成が簡単になるとともに、インバータ回路13が発振を停止している場合に、昇圧チョッパ制御回路14およびインバータ制御回路15のいずれにも電圧を供給しないので、省電力化を図ることができる。

さらに、他の実施形態を図３を参照して説明する。図３に示す実施形態は、図１に示す回路において、トランスTr3の出力巻線Tr3bの高周波交流を全波整流するダイオードD7を接続するとともに、起動用の抵抗R7の接続を開閉するスイッチSW1を抵抗R7に対して直列に接続したものである。

また、参考例を図４を参照して説明する。図４に示す実施の形態は、インバータ制御回路15にこのインバータ制御回路15の発振停止手段である発振停止回路17を接続する。また、パルス幅制御（ＰＷＭ）の信号を全波整流回路18に接続し、この全波整流回路18の出力端子に抵抗R7およびフォトカップラ19を介して発振停止回路17に接続する。そして、パルスのオフが１００％の場合に全光点灯させ、２０％の場合に調光点灯させ、０％の場合に停止させる。

また、トランスTr3の出力巻線Tr3bに、コンデンサC16、ダイオードD8，D9およびコンデンサC17を介して、昇圧チョッパ制御回路14に接続する。すなわち、出力巻線Tr3bの出力を電源として、整流平滑して昇圧チョッパ制御回路14に供給する。

そして、オフの割合が０％の停止用のパルスが入力されると、発振停止回路17によりインバータ制御回路15の発振を停止させ、インバータ回路13を停止させる。また、このインバータ回路13の出力が停止されると、昇圧チョッパ制御回路14への電力の供給も停止され、昇圧チョッパ制御回路14が動作しなくなり、昇圧チョッパ回路12も昇圧動作を停止する。

したがって、放電ランプFLの消灯時に、消費電力を減少させることができるとともに、放電ランプFLの消灯時の昇圧チョッパ回路12の加熱を防止することができる。

また、図４に示す回路において、昇圧チョッパ制御回路14の電源をインバータ回路13から取らない場合でも、発振停止手段である発振停止回路17をインバータ制御回路15および昇圧チョッパ制御回路14に接続し、発振停止回路17によりインバータ制御回路15および昇圧チョッパ制御回路14の発振を停止させ、放電ランプFLの消灯時にインバータ回路13および昇圧チョッパ回路12のいずれも停止させるようにして、放電ランプFLの消灯時の省電力化を図るようにしてもよい。

さらに、他の参考例を図５を参照して説明する。図５に示す実施の形態は、商用交流電源Ｅに、全波整流回路11が接続され、この全波整流回路11に昇圧チョッパ回路12が接続され、この昇圧チョッパ回路12にインバータ回路13が接続されている。

そして、昇圧チョッパ回路12は、チョークコイルL1、電界効果トランジスタQ1、ダイオードD1およびコンデンサC21，C22から構成され、チョークコイルL1には、コイルL2が磁気的に結合されている。また、インバータ回路13は、電界効果トランジスタQ2，Q3、コイルL3およびコンデンサC12が接続され、このインバータ回路13にはコンデンサC14を介して、放電ランプFLが接続されている。

また、コイルL2には、整流用のダイオードD11、抵抗R11、定電圧用のツェナダイオードZD1、コンデンサC23を介して、昇圧チョッパ制御回路14に接続されるとともに、整流用のダイオードD12、抵抗R12、定電圧用のツェナダイオードZD2、コンデンサC24を介して、インバータ制御回路15に接続されている。

さらに、ダイオードD1を介したチョークコイルL1には、抵抗R7およびトランジスタQ4からなる起動回路21が接続され、この起動回路21はダイオードD13およびダイオードD14を介して昇圧チョッパ制御回路14およびインバータ制御回路15に接続されている。

そして、昇圧チョッパ回路12およびインバータ回路13の起動時には、トランジスタQ4をオンして、抵抗R7を介して昇圧チョッパ制御回路14およびインバータ制御回路15に電力を供給し、放電ランプFLの点灯後には、トランジスタQ4をオフして、昇圧チョッパ回路12のコイルL2からの出力を整流平滑し、昇圧チョッパ制御回路14およびインバータ制御回路15に電力を供給する。

このように、昇圧チョッパ回路12およびインバータ回路13の起動時には、起動回路21により抵抗R7を介して昇圧チョッパ制御回路14およびインバータ制御回路15に電力を供給し、昇圧チョッパ回路12およびインバータ回路13の起動後には、昇圧チョッパ回路12のコイルL2からの電力を用いて昇圧チョッパ制御回路14およびインバータ制御回路15に電力を供給するので、電圧変動が小さく、電源効率を向上することができる。

また、他の実施形態を図６を参照して説明する。図６に示す実施形態は、商用交流電源Ｅに、全波整流回路11が接続され、この全波整流回路11に昇圧チョッパ回路12が接続され、この昇圧チョッパ回路12にインバータ回路13が接続されている。

そして、昇圧チョッパ回路12は、チョークコイルL1、電界効果トランジスタQ1、ダイオードD1およびコンデンサC21，C22から構成されている。また、インバータ回路13は、電界効果トランジスタQ2，Q3、トランスTr3の入力巻線Tr3aおよびコンデンサC12が接続され、このインバータ回路13にはコンデンサC14を介して、放電ランプFLが接続されている。

また、トランスTr3の出力巻線Tr3bには、インバータ制御回路15が接続され、このインバータ制御回路15には、スイッチSW2を介して昇圧チョッパ制御回路14が接続されている。さらに、インバータ制御回路15は、整流用のダイオードD11を介してトランスTr3bの出力巻線Tr3bに接続されている。

さらに、インバータ制御回路15は、図７に示すような回路をも有している。

ダイオードD11に、ランプ電圧検出回路22が接続され、このランプ電圧検出回路22は、ダイオードD12、コンデンサC25および抵抗R15，R16，R17を介して、トランジスタQ5のベースに接続され、このトランジスタQ5のコレクタはコントロール回路電源23に接続され、エミッタは接地されている。

また、出力検出回路24はランプ電圧検出回路22とともに、オペアンプOP1の一入力端子に接続され、他入力端子には基準電圧源E1が接続されている。このオペアンプOP1の出力端子には、コンデンサC26、抵抗R18およびトランジスタQ6のベースが接続されている。このトランジスタQ6のエミッタは接地されるとともに、コレクタは抵抗R19を介してＶ−ｆ変換器25に接続され、このＶ−ｆ変換器25には、抵抗R20およびコンデンサC27が接続されている。

そして、昇圧チョッパ回路12およびインバータ回路13の起動後の放電ランプFLの始動時のソフトスタートの際には、図8に示すように、トランジスタQ5をオンして、スイッチSW2をオフし、昇圧チョッパ制御回路14に電力を供給せず、昇圧チョッパ回路12を動作させず、低い電圧の状態で、インバータ回路13を起動する。また、ソフトスタート終了後の放電ランプFLの点灯後には、トランジスタQ5をオンして、スイッチSW2を閉成し、昇圧チョッパ回路12を動作させ、昇圧した電圧をインバータ回路13に供給する。

このように、放電ランプFLのソフトスタート時には、昇圧チョッパ回路12を動作させず、低い電圧をインバータ回路13に供給し、インバータ回路13の電圧効果トランジスタQ1のストレスを軽減する。

さらに、他の実施形態を図９を参照して説明する。図９において、Ｅは商用交流電源で、この商用交流電源Ｅにはフィルタ用のトランスTr1を介して全波整流回路11が接続され、この全波整流回路11の出力端子間には平滑用のコンデンサC1が接続され、これらで直流電源10を構成している。また、直流電源10には昇圧チョッパ回路12が接続され、この昇圧チョッパ回路12には、インバータ回路13が接続されている。

そして、昇圧チョッパ回路12は、チョークコイルL1、電界効果トランジスタQ1、還流用のダイオードD1、コンデンサC2および抵抗R1が接続されている。

また、インバータ回路13は自励式で、昇圧チョッパ回路12の出力端子間に、スイッチング素子として２つの電界効果トランジスタQ2，Q3を接続し、これら電界効果トランジスタQ2，Q3に対して並列に抵抗R2およびコンデンサC3の直列回路および分圧用のコンデンサC4，C5の直列回路を接続し、抵抗R2およびコンデンサC3の接続点と、電界効果トランジスタQ2のソースとの間にはダイオードD2が接続され、抵抗R2およびコンデンサC3の接続点と、電界効果トランジスタQ2のゲートとの間にはダイアックDa1が接続されている。

また、電界効果トランジスタQ2のソースと電界効果トランジスタQ3のドレインとの間には、可飽和トランスTr2の入力巻線Tr2aの一端が接続されている。さらに、電界効果トランジスタQ2のゲート・ソース間には、抵抗R3と抵抗R4、可飽和トランスTr2の出力巻線Tr2bおよびコンデンサC6の直列回路とが並列に接続されている。また、電界効果トランジスタQ3のゲート・ソース間には、抵抗R5と抵抗R6、可飽和トランスTr2の出力巻線Tr2cおよびコンデンサC7の直列回路とが並列に接続されている。さらに、可飽和トランスTr2の入力巻線Tr2aの他端と、コンデンサC4およびコンデンサC5の接続点との間には、トランスTr3の入力巻線Tr3aを介して、放電ランプFLを接続し、放電ランプFLには始動用のコンデンサC8が接続されている。

さらに、トランスTr3の出力巻線Tr3は、コンデンサC9、整流用のダイオードD3および平滑用のコンデンサC10を介して、ＩＣなどからなる昇圧チョッパ制御回路14に接続され、この昇圧チョッパ制御回路14は、昇圧チョッパ回路12の電界効果トランジスタQ1のゲートに接続され、昇圧チョッパ制御回路14により、電界効果トランジスタQ1をチョッパ制御する。

次に、上記実施形態の動作について説明する。

まず、商用交流電源Ｅからの交流を、全波整流回路10で全波整流し、コンデンサC1で平滑し、昇圧チョッパ回路12で昇圧チョッパ制御回路14により電界効果トランジスタQ1のチョッパを行なって昇圧し、インバータ回路13で高周波に変換する。なお、昇圧チョッパ制御回路14は、インバータ回路13の出力を、トランスTr3、コンデンサC9、ダイオードD3およびコンデンサC10を直流電源として動作を行なう。

また、インバータ回路13は、商用交流電源Ｅの両端電圧の２の平方根倍以下の電圧で動作するようにし、図１０に示すように、インバータ回路13の発振を行なう起動の時間を早くし、インバータ回路13の立ち上がり時間を早くする。そして、昇圧チョッパ回路12が低電圧時のインバータ回路13の始動性能を向上させる。

本発明の放電ランプ点灯装置の一実施形態を示す回路図である。同上の照明器具の外観を示す斜視図である。同上他の実施形態の放電ランプ点灯装置を示す回路図である。同上参考例の放電ランプ点灯装置を示す回路図である。同上他の参考例の放電ランプ点灯装置を示す回路図である。同上他の実施形態の放電ランプ点灯装置を示す回路図である。同上インバータ制御回路の一部を示す回路図である。同上ソフトスタート時の動作を示すグラフである。同上他の実施形態の放電ランプ点灯装置を示す回路図である。同上直流電圧と時間の関係を示すグラフである。

符号の説明

１…器具本体、10…直流電源、12…昇圧チョッパ回路、13…インバータ回路、14…昇圧チョッパ制御回路、15…インバータ制御回路、21…起動回路、Ｅ…交流電源、FL…放電ランプ、R7…抵抗。

Claims

交流電源電圧を整流した直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路と、この昇圧チョッパ回路の出力を高周波交流電圧に変換するインバータ回路とを具備し、前記インバータ回路の出力によって放電ランプを点灯させる放電ランプ点灯装置において、
前記昇圧チョッパ回路および前記インバータ回路を制御するための共通の制御用電源を前記インバータ回路の出力のみから得ており、前記インバータ回路が停止をしている場合には前記昇圧チョッパ回路も停止し、かつ、起動時は前記インバータ回路が前記昇圧チョッパ回路よりも先に動作を開始するように制御することを特徴とする放電ランプ点灯装置。
前記放電ランプを消灯させる消灯信号が入力されると発振停止手段が前記チョッパ回路および前記インバータ回路を停止させることを特徴とする請求項１記載の放電ランプ点灯装置。
請求項１または２記載の放電ランプ点灯装置を器具本体に収納し、この器具本体に取り付けられる放電ランプを点灯させることを特徴とした照明器具。