JP4542101B2 - 直列冷陰極起動の光調整可能なガス放電灯照明システム - Google Patents
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Description
1)複数の灯管が直列に接続され、冷陰極でスタートすることと、
2)分離ダイオード(D3A,D3B,D3C,D3D)で、プラス、マイナス半周期の半波倍圧電源を合併して、全波倍圧電源を構成することと、
3)電位スイッチダイオード(DM’,DN’)により、全波整流の低電圧大電流電源と全波倍圧の高電圧電源を組み合わせて、上記照明システムの主電源を構成することと、
4)全波倍圧電源、全波整流電源により、高電圧、大内部抵抗、低電圧、大電流の主電源を構成し、直列インダクター(L)、調光機(K)を介して、複数灯管が直列接続したガス放電灯に電気を供給し、直列の冷陰極起動で、光調整可能なガス放電灯照明システムを構成することとを特徴とする。
電源の原理図は図1に示す。図1において、P,Qは商用交流電源の入力端子であり、M,Nは高圧直流の出力端子であり、Dは整流ダイオードであり、Cは倍圧コンデンサーである。
商用電源はポイントPを経て、倍圧整流ダイオードD1Aを介して倍圧コンデンサーC1Aに対して充電を行い、VC1Aがピーク電圧VPQになってから保持する。
同様に、商用電源はポイントQを経て、倍圧整流ダイオードD1Bを介して倍圧コンデンサーC1Bに対して充電を行い、VC1Bがピーク電圧VQPになってから保持する。
そのとき、C1Aはまた倍圧整流ダイオードD2Aを経て、倍圧コンデンサーC2Aへの放電を行い、C2Aはピーク電圧(VQP+VPQ)[C1A/(C1A+C2A)]に充電される。
同様に、C1AはD1Aを経て、正方向に充電し、C1BはD2Bを経てC2Bに放電することで、C2Bは2VC1B/(C1B+C2B)に充電される(VPQ=VQPであるから、一括してVで示す)。
そのとき、ポイントPでの電圧は正であるため、C2AはD3Aを通じてポイントMにV[1+2C1A/(C1A+C2A)]の放電電圧で放電する。C2A≪C1Aであれば、VMQ=3Vであることが分かる。Mが正半周期の三倍圧を出力する。
同様に、C1BはD1Bを経て、正方向に充電し、C1AはD2Aを経てC2Aに放電し、C2Aが充電される。そのとき、ポイントQでの電圧は正であるため、C2BはD3Bを通じてポイントMにV[1+2C1B/(C1B+C2B)]の放電電圧で放電する。C2B≪C1Bであれば、VMP=3Vであることが分かる。Mが負半周期の三倍圧を出力する。
図2(A),(B),(C),(D)に示すように、倍圧コンデンサーC1A,C1BのポイントE+,F+に逃がしを設けると、つまり、抵抗またはインダクターによりポイントE+、F+を接続し、C1A,C1Bを正負半周期に相互充放電させれば、ポイントMの電圧出力を調整できるようになる。
電位スイッチ付きの全波整流電源は整流ダイオードD1A’,D1B’,D1C’,D1D’、電位スイッチダイオードDM’,DN’及び平滑コンデンサーC3’からなり、図3に示すように、DM’,DN’は電位スイッチの役目を果たし、低圧大電流を提供する。
図4に示すように、灯管(T1,T2,T3)を直列に接続し、インダクターLを介してMNに高圧電源を接続し、灯管T3にスイッチKを並列すれば、光調整可能な照明システムを完成する。そのうち、Lは負荷の時定数を増加するためのものであり、電源に適応することで、安定で正しく発光することを確保し、振動(点滅)を回避する。
1)フォトカプラで光を調整するシステム
照明システム全体の原理図は図5に示すようである。そのうち、抵抗R1を主回路に直列に接続して分流し、可変抵抗Wをフォトカプラの発光管に直列に接続することで、連続に光を調整制御する一方、スイッチKは断続に光を調整する機能を果たす。
スイッチKを利用して、二灯及び三灯の変換を調整でき、三灯の光が弱で、二灯の光が強である。
図6は回路原理図であり、L+、L−は磁気飽和リアクトルであり、可変抵抗Wと一次コイルを並列し、分流することで、主回路の電流を制御し、照明システムの光を調整する。
図9は回路原理図であり、C3’の静電容量を調整(スイッチK’により平滑コンデンサーC31’,C32’,C33’を切り替える)することで、全波整流電源の出力を調整し、光調整の機能を果たすことができる。コンデンサーに直列に接続された抵抗(RC1’,RC2’,RC3’)またはダイオードはスイッチ切り替え時の消弧の機能を果たす。
電源をオンにし、VMNは高電圧を出力し、主電流がゼロである。VMNが灯管T1,T2の点灯電圧になると、灯管が発光し、主回路の電流が増大し、VMNが低下する。
1.照明システム全体がダイオード、コンデンサー、インダクターからなるから、信頼性が高く、長く使用できる。
2.ダイオード及びインダクターは直流状態で動作する稼動ロスが小さく、コンデンサーは基本的に電気を消費しないため、省エネルギーを実現できる。
3.複数灯管を直列して使用し、複数のランプが一つの電源を共用することから、コストダウンを図れ、省エネルギーを実現できる。
4.電源に対して汚染がなく、力率0.7以上の容量性を呈し、電流は進んでいるから、商用電源の電流遅れを補償でき、電気供給線路のロスを軽減できる。
5.スイッチ、コンデンサー、インダクター、電位器により光を調整するから、使用が便利で、使用機能を増加し、品質を向上できる。
6.フィラメントを使わず、冷陰極で点灯するから、灯管の使用寿命を延長できる。
7.ネオン管スタータ(STARTOR)を使用しないから、故障を減少できる一方、灯管パラメータの変化に対しても、条件が緩められ、従来使用できない灯管も正常に使うようになり、灯管のロスを低減できる(例えば、フィラメントの溶断、点灯できない、点灯する間に点滅するような灯管も直列の電源で正しく使用できる)。
8.火力発電所の二酸化炭素の排出を低減できるグリーン(環境に優しい)照明であり、灯管の使用寿命を延長でき、しかも廃棄灯管を多く利用でき、廃棄灯管内の水銀による環境汚染を減少し、環境保全を図れる。
9.ダイオード、インダクター及びコンデンサーは発熱しなく、インダクターを直流で使用し、電圧が低いから、絶縁破壊の心配はない。例えコンデンサーが破壊されても、過負荷保護のある電源ではショート、火事が起こる恐れはなく、安全性に優れている。
10.220V、110V、5OHz、60Hzの交流電源に適用できる。
Claims (9)
- 冷陰極起動で、直列に接続された光調整可能なガス放電灯を有する照明システムにおいて、
交流入力端子(P,Q)と、
正の直流出力端子(M)および負の直流出力端子(N)と、
前記交流入力端子(P,Q)、前記正の直流出力端子(M)および前記負の直流出力端子(N)の間に接続され、複数の倍圧整流ダイオードと複数の倍圧コンデンサーからなるプラス半波倍圧電源回路(D 1A ,C 1A ,D 2A ,C 2A ,D 1C ,C 1C ,D 2C ,C 2C )及びマイナス半波倍圧電源回路(D 1B ,C 1B ,D 2B ,C 2B ,D 1D ,C 1D ,D 2D ,C 2D )から構成され、分離ダイオード(D 3A ,D 3B ,D 3C ,D 3D )で、前記プラス半波倍圧電源回路及びマイナス半波倍圧電源回路を合併して構成された全波倍圧電源回路と、
前記交流入力端子(P,Q)に接続された全波ブリッジ整流回路(D 1A ’,D 1B ’,D 1C ’,D 1D ’)と、正電圧出力端子と負電圧出力端子の間に接続された平滑コンデンサー(C 3 ’)と、陽極が前記正電圧出力端子に接続され陰極が前記正の直流出力端子(M)に接続された正電位スイッチダイオード(D M ’)と、陰極が前記負電圧出力端子に接続され陽極が前記負の直流出力端子(N)に接続された負電位スイッチダイオード(D N ’)とを備えた全波整流電源回路と、
前記正の直流出力端子(M)と前記負の直流出力端子(N)の間に直列接続された複数のガス放電灯及び直列インダクター(L)と、を備え、
前記倍圧コンデンサー(C 1A ,C 2A ,C 1B ,C 2B ,C 1C ,C 2C ,C 1D ,C 2D )が交替的に充放電されて、電気グリッドの交流電圧源を内部抵抗を有する電流制限源に転換して、前記ガス放電灯に給電することを特徴とする照明システム。 - 請求項1に記載の照明システムにおいて、前記倍圧コンデンサー(C 1A ,C 2A ,C 1B ,C 2B ,C 1C ,C 2C ,C 1D ,C 2D )が交替的に充放電されて、倍圧出力を連続的に提供することを特徴とする照明システム。
- 請求項1または2に記載の照明システムにおいて、前記ガス放電灯はシングルリードアウトで、尖錐状突出付きキャップ状電極冷陰極蛍光灯管であることを特徴とする照明システム。
- 請求項1または2に記載の照明システムにおいて、前記複数のガス放電灯のうちの一つまたは複数は両端をスイッチ(K)に並列することを特徴とする照明システム。
- 請求項1に記載の照明システムにおいて、前記全波倍圧電源回路は、一段目倍圧コンデンサー接点(E+,F+,E−,F−)と接続抵抗またはインダクターまたは両方向サイリスターまたは全波整流電流アンプにより、交流電流通路を構成することを特徴とする照明システム。
- 請求項1に記載の照明システムにおいて、前記倍圧コンデンサーが電気グリッドの交流電源により充電され、分離ダイオード(D 3A ,D 3B ,D 3C ,D 3D )を介して前記ガス放電灯に対して放電され、前記電気グリッドの交流電圧源を内部抵抗を有する電流制限源に転換することを特徴とする照明システム。
- 請求項1に記載の照明システムにおいて、前記平滑コンデンサ(C3')は、複数の平滑コンデンサ(C 31 ',C 32 ',C 33 ')と、前記複数の平滑コンデンサーにそれぞれ直列接続した複数の消弧抵抗(R C1 ',R C2 ',R C3 ')またはダイオードと、前記複数の平滑コンデンサを切り替えるためのスイッチ(K’)とから構成されることを特徴とする照明システム。
- 請求項1に記載の照明システムにおいて、前記全波倍圧電源回路はさらに電解コンデンサーと並列ダイオードを対向接続することで構成される無極性大容量コンデンサーを有することを特徴とする照明システム。
- 請求項1に記載の照明システムにおいて、前記全波倍圧電源回路が少なくとも二つの段階の倍圧電源回路を有し、第2及び以降の段階の倍圧電源回路が遅延回路または交流スイッチに流れた灯電流により制御され、
前記ガス放電灯が点灯してから、電気供給を切断し、前記全波整流電源回路または第1の段階の前記倍圧電源回路により電気を供給することを特徴とする照明システム。
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