JP4711817B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

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この発明は、インバータ回路による高周波点灯を行う放電灯点灯装置に関するものである。特に電力損失発生をなくし、省エネルギを実現するものに関する。
例えば、熱陰極形の放電灯を点灯させる場合、放電灯を点灯させる前に、放電灯のフィラメントを先行予熱する必要があり、そのためフィラメント予熱電流(以下、予熱電流という)をフィラメントに供給する。そこで放電灯点灯装置においては、インバータ回路の出力側に、バラストコイル、共振コンデンサ、そして放電灯からなる負荷回路と並列にフィラメント予熱用トランス(変圧器)を接続する。このフィラメント予熱用トランスの二次巻線には放電灯のフィラメントが接続されている。また、フィラメント予熱用トランスの一次巻線には直流カットコンデンサとスイッチ素子が直列に接続されている。電源投入時、スイッチ素子がオン状態となり、フィラメント予熱用トランスに高周波電圧が印加され、フィラメントが予熱される。予熱完了後放電灯は点灯を開始するが、このときスイッチ素子をオフすることによってフィラメント予熱用トランスの一次巻線に供給する電流を遮断することで、予熱電流をフィラメントに供給しないようにする。これによってフィラメントによる電力損失を低減することができる(例えば、特許文献1参照)。
上述の放電灯点灯装置では、スイッチ素子をオフした時にフィラメント予熱用トランスの漏れインダクタンス成分により過大な電圧がスイッチ素子に印加する可能性がある。また、放電灯を外すときなど、過渡時における電圧ストレスからスイッチ素子が破壊される可能性もある。そのため、スイッチ素子は耐圧の大きなものを使用する必要がある。さらにスイッチ素子を保護する目的で保護用ダイオードを用いる必要がある(例えば、特許文献2参照)。
特開2001−351790号公報(第9頁、第1図) 特開2004−193075号公報(第10頁、第5図)
上述のような予熱電流を遮断してフィラメントの電力損失を低減する従来の回路方式の放電灯点灯装置では、予熱電流を遮断するためのスイッチ素子に耐圧の大きなものを使用する必要がある。さらに保護用ダイオードを設けなければならず、高コストとなる。また、フィラメント予熱用トランスが飽和状態となると回路に過大な電流が流れて回路を損傷する可能性がある。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、低コストかつ簡単な回路構成でフィラメント電流を遮断でき、省エネルギを達成することができる放電灯点灯装置を得るものである。
本発明に係る放電灯点灯装置は、電源から供給される電力を高周波電力に変換し、接続された放電灯を点灯させるインバータ回路を用いた放電灯点灯装置において、バラストコイル及び共振コンデンサを有する負荷回路と直列に接続され、供給された高周波電力に基づいて二次巻線と接続された放電灯のフィラメントを予熱するための予熱電流を供給するフィラメント予熱用トランスと、フィラメント予熱用トランスの一次巻線と並列に接続され、開閉によりフィラメント予熱用トランスへの電力供給を制御するスイッチ素子と、スイッチ素子の開閉を制御して、放電灯を点灯させるときにはフィラメント予熱用トランスを介してフィラメントへ予熱電流を供給させ、放電灯の点灯後から消灯させるまでは、フィラメント予熱用トランスを介さない電力供給をさせてフィラメント間の電圧を制御する制御回路とを備えるものである。
この発明の放電灯点灯装置は、バラストコイル及び共振コンデンサを有する負荷回路と直列に接続されたフィラメント予熱用トランスの一次巻線にスイッチ素子を並列に接続し、放電灯のフィラメントを予熱する際はスイッチ素子を開き、フィラメント予熱用トランスに電力を供給してフィラメントを予熱し、放電灯を点灯させている間はスイッチ素子を閉じて、フィラメント予熱用トランスへの電力供給を遮断してフィラメントに予熱電流を供給しないように制御回路がスイッチ素子の開閉制御を行うようにしたので、簡単な回路構成で高効率、省エネルギーを達成する装置を提供することができる。また、放電灯が消灯するまでスイッチ素子をオフ状態にしないように制御回路が制御するようにすれば、オフ状態になった時にインダクタンス成分によるサージ電圧がスイッチ素子に発生するのを防ぐことができる。従って高耐圧のスイッチ素子を用いる必要がなく、さらに保護用のダイオードを設ける必要もないため、簡単な回路構成で低コストの装置を得ることができる。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における放電灯点灯装置の構成を示す図である。図1において、商用交流電源1、整流部2及び平滑コンデンサ3を介して、商用交流電源1は、ダイオードブリッジ等の整流部2で全波整流された後、平滑コンデンサ3で平滑化され、直流電源となる。直流電源による電力は、直流電源に接続されたスイッチング素子5a及び5bからなるハーフブリッジ型のインバータ回路5に入力され、高周波電力に変換される。さらに、インバータ回路5の出力側にバラストコイル6、放電灯7及び共振コンデンサ8からなる負荷回路とカップリングコンデンサ9とが接続されている。
ここで、本実施の形態では、負荷回路と直列にフィラメント予熱用トランス12、フィラメント予熱用トランス12の一次巻線と並列にスイッチ素子13が接続されている。そして、放電灯7のフィラメント10a及び10bが、コンデンサ11a及び11bを介してそれぞれフィラメント予熱用トランス12の二次巻線側と接続されている。また、スイッチング素子5a及び5bは例えばMOSFET等のトランジスタで構成されており、各ゲート端子にはインバータ制御回路4が接続されている。また、スイッチ素子13にもインバータ制御回路4が接続されている。インバータ制御回路4は、スイッチング素子5a及び5b並びにスイッチ素子13の動作制御を行うための回路である。ここで、インバータ制御回路4が開閉制御を行えるものであれば、スイッチ素子13は半導体スイッチでも機械式スイッチでも特に限定するものではない。
本実施の形態は、負荷回路とフィラメント予熱用トランス12とを直列に接続し、また、フィラメント予熱用トランス12と並列にスイッチ素子13を接続して、スイッチ素子13の開閉を制御することにより、フィラメント予熱時には、スイッチ素子13を開いた状態(オフ状態)にしてフィラメント予熱用トランス12に電流を供給し、フィラメント10a及び10bを予熱する。そして、放電灯7の点灯後には、スイッチ素子13を閉じた状態(オン状態)にしてフィラメント予熱用トランス12に電流を供給させないようにして、必要のない電力供給を行わず、電力損失をなくすものである。
次に図1の放電灯点灯装置の動作について説明する。商用電源投入により、商用交流電源1を整流部2で整流し、さらに平滑されて得られた直流電源により供給された電力について、インバータ回路5のスイッチング素子5a、5bが交互にオン・オフすることで高周波電圧に変換する。スイッチング素子5a、5bのオン・オフ制御はインバータ制御回路4が行う。
放電灯7を点灯させる前にフィラメント10a及び10bを先行予熱する予熱モードが行われるが、このときインバータ制御回路4はスイッチ素子13がオフ状態になるようにする。従ってフィラメント予熱用トランス12の一次巻線にインバータ回路5からの電流(交流電流)が供給され、これによってトランス二次側に接続されたフィラメント10a及び10bにも予熱電流が供給され、予熱が行われる。
経過時間等によりフィラメント10a及び10bの予熱が完了したものと判断すると、インバータ制御回路4はフィラメント10a及び10bへの予熱電流供給を遮断するため、スイッチ素子13をオン状態にする。フィラメント予熱用トランス12の一次巻線にインバータ回路5からの電流(交流電流)が供給されないようにする。これによりフィラメント予熱用トランス12の一次巻線にはインバータ回路5からの電流(交流電流)が供給されず、また、電圧もゼロとなり、二次巻線からも電流が供給されなくなり、予熱電流がゼロとなる。
インバータ制御回路4は、さらに放電灯7を点灯させるためにインバータ回路5を始動モードで制御する。始動モードとは、スイッチング素子5a、5bのオン・オフを制御し、インバータ回路5による高周波電圧の周波数を、バラストコイル6と共振コンデンサ8との共振周波数に近づけるモードである。インバータ回路5による周波数が共振周波数に近づくと、放電灯7のフィラメント10aと10bとの間に高電圧が印加され、放電を開始して放電灯7が点灯する。点灯モードになると、放電灯7のフィラメント10aと10bとの間で放電が行われる。
図2は電源投入からの一連の動作に関するタイムチャートを表す図である。図2(a)はインバータ制御回路4がスイッチ素子13を制御するための制御信号、図2(b)はフィラメント10a及び10bに供給する予熱電流、図2(c)は放電灯7に印可される電圧、図2(d)は放電灯7を流れる電流を表す。ここで、例えば図2(a)では始動モード直前にスイッチ素子13がオン状態になるように制御しているが、放電灯7を点灯させた後にスイッチ素子13をオンさせるようにしてもよい。
以上のように、インバータ回路5、負荷回路と直列にフィラメント予熱用トランス12を設け、さらにフィラメント予熱用トランス12と並列にスイッチ素子13を設けて、フィラメント予熱用トランス12への電力供給をスイッチ素子13のオン・オフにより制御することによって、予熱モードの時だけにフィラメント予熱用トランス12を介してフィラメント10a及び10bに予熱電流が供給されるようにし、それ以外の時にはフィラメント予熱用トランス12への電力供給を行わないようにしたので、簡単な回路構成で高効率、省エネルギーを達成する装置を提供することができる。また、放電灯7の点灯中はスイッチ素子13をオン状態とし、消灯するまでターンオフしないようにインバータ制御回路4において制御するようにしたので、スイッチ素子13のターンオフ時に、インダクタンス成分による従来のようなサージ電圧の発生がない。従って高耐圧のスイッチ素子13を用いる必要がなく、保護用のダイオードを設ける必要もないため、簡単な回路構成で低コストの装置を得ることができる。
したがって、実施の形態1の放電灯点灯装置は、高効率、省エネルギーを達成でき、かつ低コストを図ることができる。
実施の形態2.
図3はこの発明の実施の形態2における放電灯点灯装置の構成を示す図である。実施の形態1の図1と同様に、商用交流電源1に整流部2を介してスイッチング素子5a、5bからなるハーフブリッジ型のインバータ回路5が接続され、インバータ回路5の出力にバラストコイル6、ランプ7及び共振コンデンサ8からなる負荷回路とカップリングコンデンサ9が接続されている。
ここで、実施の形態2における放電灯点灯装置は、スイッチ素子13は設けられておらず、また、可飽和コアを用いたフィラメント予熱用トランス14(以下、フィラメント予熱用トランス14という)を、フィラメント予熱用トランス12の代わりに放電灯7を含む負荷回路と直列に接続している。そして、フィラメント予熱用トランス14の二次巻線側に直流電源15とスイッチ素子16とを直列に接続した予熱電流抑制用巻線17をさらに備えている。以上の点において実施の形態1の放電灯点灯装置とは異なる。また、実施の形態1と同様に、フィラメント予熱用トランス14の二次巻線には放電灯7のフィラメント10a、10bがコンデンサ11a、11bを介して接続されている。スイッチング素子5a、5bのゲート端子とスイッチ素子16にはインバータ制御回路4が接続されている。ここで、インバータ制御回路4はスイッチ素子16についてもスイッチ素子13と同じタイミングで制御するものとする。従って図2(a)と同様の制御信号で制御がなされる。
次に図3の放電灯点灯装置の動作について説明する。商用電源投入により、商用交流電源1を整流部2で整流し、さらに平滑されて供給される電力に基づいて、インバータ回路5のスイッチング素子5a、5bが交互にオン・オフすることで高周波電圧に変換する。スイッチング素子5a、5bのオン・オフ制御はインバータ制御回路4が行う。
放電灯7を点灯させる前にフィラメント10a及び10bを先行予熱する予熱モードが行われるが、このときインバータ制御回路4はスイッチ素子13がオフ状態になるようにする。従ってフィラメント予熱用トランス14の一次巻線にインバータ回路5からの電流(交流電流)が供給される。これによってトランス二次側に接続されたフィラメント10a及び10bにも予熱電流が供給され、予熱が行われる。一方、このときスイッチ素子16はオフ状態であり、予熱電流抑制用巻線17に電流は流れない。従ってトランス二次側に接続されたフィラメントに予熱電流が供給される。このときフィラメント予熱用トランス14の可飽和コアは不飽和状態である。
経過時間等によりフィラメント10a及び10bの予熱が完了したものと判断すると、インバータ制御回路4はスイッチ素子16をオン状態に制御する。これにより、直流電源15により直流電流が予熱電流抑制用巻線17に流れ、フィラメント予熱用トランス14の可飽和コアが飽和状態となる。そのため、フィラメント予熱用トランス14の二次巻線からも電流が供給されなくなり、予熱電流がゼロとなる。
インバータ制御回路4は、さらに放電灯7を点灯させるためにインバータ回路5を始動モードで制御する。始動モードとは、スイッチング素子5a、5bのオン・オフを制御し、インバータ回路5による高周波電圧の周波数を、バラストコイル6と共振コンデンサ8との共振周波数に近づけるモードである。インバータ回路5による周波数が共振周波数に近づくと、放電灯7のフィラメント10aと10bとの間に高電圧が印加され、放電を開始して放電灯7が点灯する。点灯モードになると、放電灯7のフィラメント10aと10bとの間で放電が行われる。ここで、例えば図2(a)では始動モード直前にスイッチ素子16がオン状態になるように制御しているが、放電灯7を点灯させた後にスイッチ素子16をオンさせるようにしてもよい。
以上のように、インバータ回路5、負荷回路と直列にフィラメント予熱用トランス14を設け、さらに 直流電源15、スイッチ素子16及び予熱電流抑制用巻線17からなる回路を形成し、インバータ制御回路4は、スイッチ素子16をオン状態にして直流電源15を流し、可飽和コアを飽和させて、フィラメント10a及び10bへの予熱電流の供給を遮断するようにしたので、簡単な回路構成で高効率、省エネルギーを達成する装置を提供することができる。また、予熱電流抑制用巻線17に流す直流電流は微小電流でよいので、スイッチ素子16は小容量のものでよい。従って高耐圧のスイッチ素子を用いる必要がなく、保護用のダイオードを設ける必要もないため、簡単な回路構成で低コストの装置を得ることができる。
したがって、実施の形態2の放電灯点灯装置は、高効率、省エネルギーを達成でき、かつ低コストを図ることができる。
実施の形態3.
図4はこの発明の実施の形態3における放電灯点灯装置の構成を示す図である。実施の形態1の図1と同様に、商用交流電源1に整流部2を介してスイッチング素子5a、5bからなるハーフブリッジ型のインバータ回路5が接続され、インバータ回路5の出力にバラストコイル6、ランプ7及び共振コンデンサ8からなる負荷回路とカップリングコンデンサ9が接続されている。本実施の形態は、実施の形態1において、スイッチ素子13としてトライアック18を用いている。スイッチング素子5a、5bのゲート端子とトライアックのゲート端子にはインバータ制御回路4が接続されている。
次に図4の放電灯点灯装置の動作について説明する。ここで、実施の形態1と同じ部分については説明を省略する。経過時間等によりフィラメント10a及び10bの予熱が完了したものと判断すると、インバータ制御回路4はフィラメント10a及び10bへの予熱電流供給を遮断するため、トライアック18をオン状態にする。フィラメント予熱用トランス12の一次巻線にインバータ回路5からの電流(交流電流)が供給されないようにする。これによりフィラメント予熱用トランス12の一次巻線にはインバータ回路5からの電流(交流電流)が供給されず、また、電圧もゼロとなり、二次巻線からも電流が供給されなくなり、予熱電流がゼロとなる。
フィラメント予熱用トランス12と並列に接続するスイッチ素子としてトライアック18を用い、トランス間を短絡することによって予熱電流を遮断でき、高効率、省エネルギーを達成する。また、トライアック18を保護するための素子等を必要としないため、部品点数を少なくすることができる。ここで、トライアック18は双方向スイッチとなる素子であるが、自己消弧形の素子ではないため、自らターンオフすることができない。しかしながら、一旦オン状態となると、トランス一次巻線短絡により常時オン状態であるためターンオフする必要がない。従ってフィラメント予熱用トランス12と並列に接続するスイッチ用素子としてトライアック18を用いることができる。
実施の形態4.
上述の実施の形態では、インバータ制御回路4がインバータ回路5の動作タイミング制御とスイッチ素子13、16の動作タイミング制御を行っていたが、これに限定するものではなく、スイッチ素子13、16を独立した制御回路で制御してもよい。
この発明の実施の形態1を示す放電灯点灯装置の構成図である。 実施の形態における放電灯点灯装置の動作に基づくタイムチャートである。 この発明の実施の形態2を示す放電灯点灯装置の構成図である。 この発明の実施の形態3を示す放電灯点灯装置の構成図である。
符号の説明
1 商用交流電源、2 整流部、3 平滑コンデンサ、4 インバータ制御回路、5 インバータ回路、5a,5b スイッチング素子、6 バラストコイル、7 放電灯、8 共振コンデンサ、9 カップリングコンデンサ、10 フィラメント、11a,11b コンデンサ、12 フィラメント予熱用トランス、13 スイッチ素子、14 フィラメント予熱用トランス、15 直流電源、16 スイッチ素子、17 予熱電流抑制用巻線、18 トライアック。

Claims (3)

  1. 電源から供給される電力を高周波電力に変換し、接続された放電灯を点灯させるインバータ回路を用いた放電灯点灯装置において、
    バラストコイル及び共振コンデンサを有する負荷回路と直列に接続され、供給された前記高周波電力に基づいて二次巻線と接続された前記放電灯のフィラメントを予熱するための予熱電流を供給するフィラメント予熱用トランスと、
    該フィラメント予熱用トランスの一次巻線と並列に接続され、開閉により前記フィラメント予熱用トランスへの電力供給を制御するスイッチ素子と、
    該スイッチ素子の開閉を制御して、前記放電灯を点灯させるときには前記フィラメント予熱用トランスを介して前記フィラメントへ予熱電流を供給させ、前記放電灯の点灯後から消灯させるまでは、前記フィラメント予熱用トランスを介さない電力供給をさせて前記フィラメント間の電圧を制御する制御回路と
    を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
  2. 前記スイッチ素子をトライアックで構成することを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
  3. 電源から供給される電力を高周波電力に変換し、接続された放電灯を点灯させるインバータ回路を用いた放電灯点灯装置において、
    バラストコイル及び共振コンデンサを有する負荷回路と直列に接続され、供給された高周波電力に基づいて二次巻線と接続された前記放電灯のフィラメントを予熱するための予熱電流を供給する可飽和コアを有するフィラメント予熱用トランスと、
    該フィラメント予熱用トランスの二次巻線側に設けられ、直流電源から供給される電力により前記可飽和コアを飽和させて前記フィラメント予熱用トランスの前記フィラメントへの予熱電流供給を抑制させる予熱電流抑制用巻線と、
    該予熱電流抑制用巻線への直流電力供給を制御するスイッチ素子と、
    該スイッチ素子を制御して、前記放電灯を点灯させるときには前記フィラメント予熱用トランスを介して前記フィラメントへ予熱電流を供給させ、前記放電灯の点灯後から消灯させるまでは、前記フィラメント予熱用トランスを介さない電力供給をさせて前記フィラメント間の電圧を制御する制御回路と
    を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
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