JP4514269B2

JP4514269B2 - 少なくとも１つの低圧放電ランプの点灯回路装置

Info

Publication number: JP4514269B2
Application number: JP2000032163A
Authority: JP
Inventors: ルドルフベルント
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1999-02-11
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2020-02-09
Also published as: CA2297419A1; DE50009827D1; CA2297419C; EP1028606A2; EP1028606B1; KR20010006628A; CN1263430A; CN1166257C; TW587407B; ATE291827T1; DE19905487A1; US6259213B1; JP2000235897A; KR100632531B1; EP1028606A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前文に記載の少なくとも１つの低圧放電ランプの点灯回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の回路装置は例えばヨーロッパ特許第０２５３２２４号明細書に開示されている。この特許明細書には低圧放電ランプの高周波点灯回路装置が記載されている。この回路装置は電源電圧整流器と、インバータと、直列共振回路として形成された負荷回路と、電源電流の高調波分を減少させるために設けられた高調波フィルタとを有している。高調波フィルタは、電源電圧整流器に順方向に接続された２つのダイオードの直列接続と、そのダイオード間の接続点をインバータの電圧出力端子に接続するコンデンサと、そのダイオード間の接続点を直列共振回路に接続する別のコンデンサとを有している。さらに、この高調波フィルタは、その２つのダイオードに並列接続されこのダイオード間の接続点をインバータの電圧出力端子に接続する２つの別のダイオードを有している。
【０００３】
ヨーロッパ特許出願公開第０６７９０４６号明細書には、比較的高いランプ電圧を用いた低圧放電ランプの点灯回路装置が記載されている。この回路装置は高周波の整流器ブリッジを有し、これはインバータに給電する平滑コンデンサの充電をインバータのスイッチングリズムで中断させ、これによって、高周波の整流器ブリッジに前置接続された蓄積インダクタと、電源電圧整流器の出力端子に接続されたコンデンサとの協力を得て、バックアップコンデンサと負帰還コンデンサとの相互作用の下に、０．９８以上の電源力率を有するほぼ正弦波状の電源電流の取出しが可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、電気部品の個数を少なくして簡単に構成し得る高調波フィルタを有する少なくとも１つの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、電源電圧整流器と、この電源電圧整流器の直流電圧出力端子に並列接続されたコンデンサと、直流電圧入力端子及び電圧出力端子を有するインバータと、少なくとも１つの共振コンデンサ、ランプインダクタ及び少なくとも１つの低圧放電ランプの端子を有して直列共振回路として形成され、インバータの電圧出力端子に接続された負荷回路と、インバータの直流電圧入力端子に並列接続された平滑コンデンサと、少なくとも１つのダイオード及び少なくとも１つのコンデンサを有する高調波フィルタとを備え、
高調波フィルタの少なくとも１つのコンデンサの第１端子が、共振コンデンサと、高調波フィルタの少なくとも１つのダイオードの第１電極と、電源電圧整流器の直流電圧出力端子とに接続され、
高調波フィルタの少なくとも１つのコンデンサの第２端子がインバータの電圧出力端子に接続され、
高調波フィルタの少なくとも１つのダイオードの第２電極が平滑コンデンサに接続されている少なくとも１つの低圧放電ランプの点灯回路装置において、
高調波フィルタは、電源電圧整流器の直流電圧出力端子に並列接続されたコンデンサと、共振コンデンサと、少なくとも１つのコンデンサと、少なくとも１つのダイオードとから構成され、
電源電圧整流器の直流電圧出力端子に並列接続されたコンデンサの容量の公称値は、共振コンデンサの容量の公称値より小さいか又はそれに等しく、すなわち、共振コンデンサの容量の公称値以下の大きさであり、かつ
電源電圧整流器の直流電圧出力端子に並列接続されたコンデンサの容量の公称値が、共振コンデンサの容量の公称値の０．３３倍より大きいか又はそれに等しい、すなわち共振コンデンサの容量の公称値の０．３３倍以上の大きさである
ことによって解決される。
本発明の特に有利な実施態様は次の通りである。
高調波フィルタは少なくとも１つの別のダイオードを有し、このダイオードの第１電極は電源電圧整流器の直流電圧出力端子に接続され、第２電極は分岐点を介して、電源電圧整流器の直流電圧出力端子に並列接続されたコンデンサと、共振コンデンサと、高調波フィルタの少なくとも１つのコンデンサと、高調波フィルタの少なくとも１つのダイオードとに接続されている。
【０００６】
本発明による回路装置は、電源電圧整流器と、この電源電圧整流器の直流電圧出力端子に並列接続されたコンデンサと、直列共振回路として形成された負荷回路が後置接続されているインバータと、インバータの直流電圧入力端子に並列接続された平滑コンデンサと、少なくとも１つのダイオード及び少なくとも１つのコンデンサを有する高調波フィルタとを備えている。本発明によれば、高調波フィルタの少なくとも１つのコンデンサの第１端子は、直列共振回路の共振コンデンサと、高調波フィルタの少なくとも１つのダイオードの第１電極と、電源電圧整流器の直流電圧出力端子とに接続される。さらに、高調波フィルタの少なくとも１つのコンデンサの第２端子はインバータの電圧出力端子に接続され、高調波フィルタの少なくとも１つのダイオードの第２電極は平滑コンデンサに接続される。
【０００７】
このようにして、少ない個数の電気部品から構成されて従来の技術に比べて簡単になりコスト的に有利である高調波フィルタを備えた回路装置が提供される。電源電圧整流器の直流電圧出力端子に並列接続されたコンデンサが、その容量が共振コンデンサの容量の少なくとも０．３３倍の大きさとなるように設定されていると好ましい。このコンデンサの容量値をこのように有利に設定することによって、少なくとも１つの低圧放電ランプの電圧降下が平滑コンデンサの電圧降下を上回る場合でさえ、ほぼ正弦波状の電源電流の取出しと、高調波分をそれに相応して少なくすることとが保証される。コンデンサに対する不所望に高い充電電流、従って電気部品に高負荷がかかることを回避するために、電源電圧整流器の直流電圧出力端子に並列接続されたコンデンサの容量が共振コンデンサの容量と最高でも同じ大きさであると有利である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を優れた実施例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による回路装置の優れた実施例を示す概略図である。この回路装置は、電源電圧入力端子ｊ１、ｊ２と、電流補償フィルタインダクタＬ１、非電流補償フィルタインダクタＬ２及びコンデンサＣ１から構成され電源電圧入力端子ｊ１、ｊ２に接続されたフィルタ回路と、このフィルタ回路に後置接続された電源電圧整流器ＧＬとを有している。この電源電圧整流器ＧＬの直流出力端子に並列に分岐点ｊ３、ｊ４にバックアップコンデンサＣ２が接続されている。電源電圧整流器ＧＬの正出力端子には分岐点ｊ３を介してダイオードＤ１の陽極が接続されている。ダイオードＤ１の陰極は平滑コンデンサＣ３の正端子に接続されている。平滑コンデンサＣ３の負端子は分岐点ｊ４を介して電源電圧整流器ＧＬの負出力端子に接続されている。平滑コンデンサＣ３は、２つのトランジスタＱ１、Ｑ２と、その駆動装置Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｌ３、Ｌ４、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５と、エミッタ抵抗Ｒ３、Ｒ６と、トランジスタＱ１、Ｑ２のそれぞれのコレクタ−エミッタ区間に並列接続された２つのフライホイールダイオードＤ２、Ｄ３とから形成されている自励ハーフブリッジインバータに対する直流電圧源として作用する。トランジスタＱ１のコレクタ端子とトランジスタＱ２のエミッタ端子もしくはエミッタ抵抗Ｒ５とから構成されたハーフブリッジインバータＱ１、Ｑ２の直流電圧入力端子は平滑コンデンサＣ３に並列に配置されている。ハーフブリッジインバータＱ１、Ｑ２の電圧出力端子つまり中間接続点Ｍは直流共振回路として形成された負荷回路に接続されている。この負荷回路は、駆動装置の一部をなす環状鉄心変圧器の一次巻線Ｎ１と、結合コンデンサＣ４と、ランプインダクタＬ５と、共振コンデンサＣ６とから構成され、これらは全て直列に接続されている。ハーフブリッジインバータＱ１、Ｑ２の中間接続点Ｍは一次巻線Ｎ１と結合コンデンサＣ４とランプインダクタＬ５と共振コンデンサＣ６とを介してダイオードＤ１の陽極と分岐点ｊ３とに接続されている。この回路装置はさらに台形コンデンサＣ７を有しており、その第１端子はダイオードＤ１の陽極と分岐点ｊ３とに接続され、その第２端子はハーフブリッジインバータＱ１、Ｑ２の中間接続点Ｍに接続されている。さらに、この回路装置は、ダイアックＤＣ、始動コンデンサＣ９、抵抗Ｒ７及びダイオードＤ４から構成された始動装置と、２つの直列接続された低圧放電ランプＬＰ１、ＬＰ２用の端子ｊ５、ｊ６、ｊ７、ｊ８と、補助点弧コンデンサＣ８とを有している。補助点弧コンデンサＣ８は第２の低圧放電ランプＬＰ２に並列接続されている。補助点弧コンデンサＣ８の第１端子は負荷回路内の接続点を介して共振コンデンサＣ６とランプインダクタＬ５とに接続されている。補助点弧コンデンサＣ８の第２端子は第１の低圧放電ランプＬＰ１の第２電極と第２の低圧放電ランプＬＰ２の第１電極とに接続されている。第１の低圧放電ランプＬＰ１の第１電極は端子ｊ５を介してダイオードＤ１の陰極とトランジスタＱ１のコレクタと平滑コンデンサＣ３の正端子とに接続され、端子ｊ６と抵抗Ｒ７と始動コンデンサＣ９とを介して端子ｊ４と平滑コンデンサＣ３の負端子とに接続されている。第２の低圧放電ランプＬＰ２の第２電極は端子ｊ８を介してランプインダクタＬ５と共振コンデンサＣ６と補助点弧コンデンサＣ８とに接続されている。
【０００９】
始動装置はハーフブリッジインバータＱ１、Ｑ２の発振立ち上がりを起こさせる。ダイアックＤＣは点灯器具のスイッチオン後にトリガパルスをトランジスタＱ２のベースに対して発生する。ダイアックＤＣの一方の端子はこのために抵抗Ｒ７と始動コンデンサＣ９との接続点に接続され、ダイアックＤＣの他方の端子はベース直列抵抗Ｒ４を介してトランジスタＱ２のベースに接続されている。さらに、始動コンデンサＣ９と抵抗Ｒ７とダイアックＤＣとの上述の接続点は順方向に極性を接続されているダイオードＤ４を介してハーフブリッジインバータＱ１、Ｑ２の中間接続点Ｍに接続されている。
【００１０】
インバータは２つのバイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２を有する自励ハーフブリッジインバータとして形成されている。インバータは主として環状鉄心変圧器Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３によって駆動される。なお、この環状鉄心変圧器Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３における一次巻線Ｎ１は負荷回路内に配置され、二次巻線Ｎ２、Ｎ３は両インバータトランジスタＱ１、Ｑ２の各トランジスタのベース回路内にそれぞれ配置されている。駆動装置は両トランジスタＱ１、Ｑ２のためにそれぞれベース直列抵抗Ｒ１、Ｒ４と、インダクタンスＬ３、Ｌ４と、ベース−エミッタ接合に並列接続されインバータトランジスタＱ１、Ｑ２のスイッチング挙動を改善する抵抗Ｒ２、Ｒ５とを有している。
【００１１】
回路装置をスイッチオンすると、バックアップコンデンサＣ２に、電源電圧整流器ＧＬによって整流された電源電圧が与えられる。ダイオードＤ１と抵抗Ｒ７とを介して始動コンデンサＣ９がダイアックＤＣのブレークダウン電圧に充電され、それによりダイアックＤＣはトランジスタＱ２のベース電極を駆動するためにトリガパルスを発生し、それによってハーフブリッジインバータＱ１、Ｑ２の発振立ち上がりを起こさせる。環状鉄心変圧器Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３によってトランジスタＱ１、Ｑ２のベース電極が駆動され、トランジスタＱ１、Ｑ２が交互にスイッチングされる。始動コンデンサＣ９はトランジスタＱ２の導通後にダイオードＤ４とトランジスタＱ２のスイッチング区間とエミッタ抵抗Ｒ６とを介して放電し、その結果ダイアックＤＣはもはやトリガパルスを発生しなくなる。負荷回路と２つの直列接続されているランプＬＰ１、ＬＰ２とを通って、周波数をトランジスタＱ１、Ｑ２のスイッチングサイクルによって決定された高周波の交流電流が流れる。平滑コンデンサＣ３には直流電圧が構成され、その電圧値は電源電圧のピーク値の約１．４倍〜１．５倍である。結合コンデンサＣ４は平滑コンデンサＣ３に与えられる電圧の約半分に充電される。トランジスタＱ１、Ｑ２が交互にスイッチングされることによって、その中間接続点Ｍは交互に平滑コンデンサＣ３の負端子と正端子とに接続され、中間接続点Ｍの電位はそれに応じて低くなったり又は高くなったりする。これによって、負荷回路内にはトランジスタのスイッチングサイクルによって決定された高周波の交流電流が流れる。両トランジスタＱ１、Ｑ２が阻止されているスイッチング休止期間中、ランプインダクタＬ５内に蓄積されたエネルギが対応するフライホイールダイオードＤ２、Ｄ３を通る電流を維持し続ける。ランプインダクタＬ５は共振コンデンサＣ６と共に直列共振回路を形成する。この回路装置の電気部品は、低圧放電ランプＬＰ１、ＬＰ２内にガス放電を点弧させるために共振コンデンサＣ６と補助点弧コンデンサＣ８とに共振により増大する電圧が供給されるように設計されている。ガス放電の点弧が行われると、直列共振回路Ｃ６、Ｌ５は低圧放電ランプＬＰ１、ＬＰ２の放電区間のインピーダンスによって共振を弱められる。
【００１２】
ダイオードＤ１と、バックアップコンデンサＣ２と、台形コンデンサＣ７と、共振コンデンサＣ６とは高調波フィルタを形成し、これはインバータＱ１、Ｑ２のスイッチングサイクル内に電源電圧に比例した僅かな量の電荷を平滑コンデンサＣ３に供給する。バックアップコンデンサＣ２と、共振コンデンサＣ６と、台形コンデンサＣ７と、ダイオードＤ１とは共にチャージポンプとして作用する。
【００１３】
トランジスタＱ２が導通すると、インバータＱ１、Ｑ２の中間接続点ＭがトランジスタＱ２の導通しているコレクタ−エミッタ区間を通って電源電圧整流器の出力端子の負極に接続される。台形コンデンサＣ７は、バックアップコンデンサＣ２の電圧瞬時値と中間接続点Ｍの電位との差によって決まる電位差に応じて充電される。バックアップコンデンサＣ２には、周波数が電源電圧周波数の２倍の大きさであるパルス化された直流電圧が与えられる。電源電圧が丁度そのピーク点を通過すると、台形コンデンサＣ７は電源電圧値の約１．４倍に充電される。
【００１４】
それに続いて生じるトランジスタＱ２のオフ期間において、インバータＱ１、Ｑ２の中間接続点Ｍの電位及び同様に台形コンデンサＣ７の電位が飛躍的に高められる。台形コンデンサＣ７はそれによって平滑コンデンサＣ３よりも高い電位を得て、ダイオードＤ１を介して平滑コンデンサＣ３へ放電する。
【００１５】
引き続いてトランジスタＱ１が導通すると、中間接続点Ｍの電位が平滑コンデンサＣ３の電位へ高められる。ランプインダクタＬ５は逆方向へ充電される。
【００１６】
トランジスタＱ１のその後のオフ期間において、ランプインダクタＬ５に蓄積されているエネルギが台形コンデンサＣ７及び共振コンデンサＣ６内へ流れ出る。その後、トランジスタＱ２が再び導通する。
【００１７】
インバータＱ１、Ｑ２のスイッチングサイクル毎にもしくは高周波交流電圧の周期毎に１回このようにしてエネルギが平滑コンデンサＣ３内へポンピングされる。負荷回路内を流れる交流電流の周波数は一般的に２０ｋＨｚ以上である。平滑コンデンサＣ３内へポンピングされた電荷量はバックアップコンデンサＣ２に与えられる電圧の瞬時値に比例している。
【００１８】
両低圧放電ランプＬＰ１、ＬＰ２の直列接続におけるランプ電圧のピーク値が平滑コンデンサＣ３の電圧の半分を上回ると、中間接続点Ｍの電位が極性転換時に端子ｊ４のアース電位より低い電位へ低下し、共振コンデンサＣ６が電源電圧の零点通過の範囲内で再充電される。この実施例において設定されたバックアップコンデンサＣ２と共振コンデンサＣ６との容量値（表１参照）の関係によって、共振コンデンサＣ６が特にバックアップコンデンサＣ２を介して再充電され主に電源網からは再充電されないことが保証される。従って、電源電流の高調波分が少なくなる。共振コンデンサＣ６が電源電圧の零点通過中に特にバックアップコンデンサＣ２を介して再充電されるようにするために、バックアップコンデンサＣ２の容量の公称値は共振コンデンサＣ６の容量の公称値の少なくとも０．３３倍の大きさでなければならない。過大な充電電流を回避するために、バックアップコンデンサＣ２の容量の公称値は共振コンデンサＣ６の容量の公称値を上回ってはならない。
【００１９】
表１には優れた実施例における電気部品の適切な設定値が示されている。
【００２０】
本発明は上記において詳細に説明した実施例に限定されない。例えば、本発明による回路装置は、低圧放電ランプＬＰ１、ＬＰ２の電極フィラメントの予熱装置又はランプが故障した際にインバータを遮断する安全遮断装置のような補助装置を有することができる。さらに、高調波フィルタは順方向に極性を接続された少なくとも１つの別のダイオードを有することができ、その場合このダイオードの第１電極は電源電圧整流器の直流電圧出力端子に接続され、第２電極は分岐点を介して、電源電圧整流器の直流電圧出力端子に並列接続されたコンデンサと、共振コンデンサと、高調波フィルタの少なくとも１つのコンデンサと、高調波フィルタの少なくとも１つのダイオードとに接続される。
【００２１】
【表１】
実施例において使用されている電気部品の設定値

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回路装置の優れた実施例を示す概略回路図
【符号の説明】
Ｌ１、Ｌ２フィルタインダクタ
Ｌ３、Ｌ４インダクタンス
Ｌ５ランプインダクタ
ＧＬ電源電圧整流器
Ｃ１コンデンサ
Ｃ２バックアップコンデンサ
Ｃ３平滑コンデンサ
Ｃ４結合コンデンサ
Ｃ６共振コンデンサ
Ｃ７台形コンデンサ
Ｃ８補助点弧コンデンサ
Ｃ９始動コンデンサ
Ｑ１、Ｑ２トランジスタ、ハーフブリッジインバータ
Ｍ中間接続点
ＤＣダイアック
Ｒ１、Ｒ４ベース直列抵抗
Ｒ２、Ｒ５、Ｒ７抵抗
Ｒ３、Ｒ６エミッタ抵抗
Ｄ１、Ｄ４ダイオード
Ｄ２、Ｄ３フライホイールダイオード
ＬＰ１、ＬＰ２低圧放電ランプ
Ｎ１環状鉄心変圧器の一次巻線
Ｎ２、Ｎ３環状鉄心変圧器の二次巻線

Claims

電源電圧整流器（ＧＬ）と、
この電源電圧整流器（ＧＬ）の直流電圧出力端子（＋、−）に並列接続されたコンデンサ（Ｃ２）と、
直流電圧入力端子及び電圧出力端子（Ｍ）を有するインバータ（Ｑ１、Ｑ２）と、
少なくとも１つの共振コンデンサ（Ｃ６）、ランプインダクタ（Ｌ５）及び少なくとも１つの低圧放電ランプ（ＬＰ１、ＬＰ２）の端子（ｊ５、ｊ６、ｊ７、ｊ８）を有して直列共振回路として形成され、インバータ（Ｑ１、Ｑ２）の電圧出力端子（Ｍ）に接続された負荷回路と、
インバータ（Ｑ１、Ｑ２）の直流電圧入力端子に並列接続された平滑コンデンサ（Ｃ３）と、
少なくとも１つのダイオード（Ｄ１）及び少なくとも１つのコンデンサ（Ｃ７）を有する高調波フィルタとを備え、
高調波フィルタの少なくとも１つのコンデンサ（Ｃ７）の第１端子が、共振コンデンサ（Ｃ６）と、高調波フィルタの少なくとも１つのダイオード（Ｄ１）の第１電極と、電源電圧整流器（ＧＬ）の直流電圧出力端子（＋、−）とに接続され、
高調波フィルタの少なくとも１つのコンデンサ（Ｃ７）の第２端子がインバータ（Ｑ１、Ｑ２）の電圧出力端子（Ｍ）に接続され、
高調波フィルタの少なくとも１つのダイオード（Ｄ１）の第２電極が平滑コンデンサ（Ｃ３）に接続されている少なくとも１つの低圧放電ランプの点灯回路装置において、
高調波フィルタは、電源電圧整流器（ＧＬ）の直流電圧出力端子（＋、−）に並列接続されたコンデンサ（Ｃ２）と、共振コンデンサ（Ｃ６）と、少なくとも１つのコンデンサ（Ｃ７）と、少なくとも１つのダイオード（Ｄ１）とから構成され、
電源電圧整流器（ＧＬ）の直流電圧出力端子（＋、−）に並列接続されたコンデンサ（Ｃ２）の容量の公称値は、共振コンデンサ（Ｃ６）の容量の公称値以下の大きさであり、かつ共振コンデンサ（Ｃ６）の容量の公称値の０．３３倍以上の大きさである
ことを特徴とする少なくとも１つの低圧放電ランプの点灯回路装置。
高調波フィルタは少なくとも１つの別のダイオードを有し、、このダイオードの第１電極は電源電圧整流器の直流電圧出力端子に接続され、第２電極は分岐点を介して、電源電圧整流器の直流電圧出力端子に並列接続されたコンデンサと、共振コンデンサと、高調波フィルタの少なくとも１つのコンデンサと、高調波フィルタの少なくとも１つのダイオードとに接続されていることを特徴とする請求項１記載の回路装置。