JP4945018B2 - 蛍光ランプ用点灯装置 - Google Patents

Description

この発明は、フィラメント予熱を最適にした蛍光ランプ用点灯装置に関するものである。

近年、電球形蛍光ランプは、電球に代わる省エネルギー光源として普及が進んでいる。電球形蛍光ランプが住宅照明として使用される場合は、通常、業務照明として使用されるランプよりも点滅回数が多くなるという特徴がある。

従って、電球形蛍光ランプの特性として、電極フィラメントコイルの加熱電力損失の低減と共に、ランプが点滅により寿命終了となるまでのランプ点滅回数である点滅寿命回数を増大させることが要求されている。

具体的な電球形蛍光ランプの点滅寿命回数としては、３分サイクル（１０秒点灯、２分５０秒消灯）の寿命試験において、従来のものは１万回以下であり、これを２万回以上に改善することが要求されている。

電球形蛍光ランプの点滅寿命回数を改善する技術として、以下に示す技術が開示されている。この電子点灯回路では、発光蛍光管の非電源側において、コンデンサと並列に、温度正特性抵抗素子（正特性サーミスタＰＴＣ）が並列接続されている。このような構成によって、ランプ始動前に、この温度正特性抵抗素子を介して多量の予熱電流が電極フィラメントコイルに流れることになり、点滅寿命特性が改善される（例えば、特許文献１参照）。
特許第３４１２８１４号公報

Ｒｃを予備加熱前のフィラメントの抵抗値（冷抵抗値）、Ｒｈを予備加熱後のフィラメントの抵抗値としたとき、通常、抵抗比Ｒｈ／Ｒｃは温度の関数として表され、Ｒｈ／Ｒｃ＝４．０は正常エミッタのエミッション温度に相当し、Ｒｈ／Ｒｃ＝４．０で予備加熱から点灯状態に移行するのが、蛍光ランプの寿命を延ばす点で最適とされる。特許文献１では、この抵抗比Ｒｈ／Ｒｃが適正な値になるように予熱を行うことについては言及していない。従来の電球形蛍光ランプの点灯装置では、通常、抵抗比Ｒｈ／Ｒｃが２以下で予備加熱から点灯状態に移行しているので、ランプの点滅寿命が、３分サイクル（１０秒点灯、２分５０秒消灯）の寿命試験において、２万回をクリアできていない。

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、３分サイクル（１０秒点灯、２分５０秒消灯）の寿命試験における点滅寿命回数を２万回以上に増大できる蛍光ランプ点灯装置を提供することを目的とする。

この発明に係る蛍光ランプ点灯装置は、蛍光ランプのフィラメントを予熱し、予熱終了後、蛍光ランプを点灯させる蛍光ランプ点灯装置において、蛍光ランプの非電源側に並列に接続される始動用コンデンサと、この始動用コンデンサに並列に接続される正特性サーミスタと、蛍光ランプの電源側に並列に接続される共振コンデンサとを備え、蛍光ランプの始動時におけるフィラメントの予熱時間が０．６〜０．８秒、フィラメントの冷抵抗値をＲｃ、予熱後の抵抗値をＲｈとしたとき、抵抗比Ｒｈ／Ｒｃが３乃至５になるように、始動用コンデンサ及び共振コンデンサの容量値、正特性サーミスタの特性を設定することを特徴とする。

この発明に係る蛍光ランプ点灯装置は、上記構成により、蛍光ランプの３分サイクル（１０秒点灯、２分５０秒消灯）の寿命試験における点滅寿命回数を２万回以上に増大できる。

実施の形態１．
図１乃至図３は実施の形態１を示す図で、図１は蛍光ランプ点灯装置１０の回路図、図２は点滅寿命試験結果を示す図、図３は電球形蛍光ランプ５ａ（ＥＦＡ１５／１３）のフィラメント加熱特性及び点滅寿命回数を示す図である。

蛍光ランプ点灯装置１０は、図１の蛍光ランプ点灯装置１０の回路図に示すような構成である。即ち、電源回路１が直流電源を出力する。

スイッチング回路２は、電源回路１が出力する直流電源を高周波に変換する。このスイッチング回路２は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ａと、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ｂと、スイッチングノイズを低減するスナバコンデンサ２ｃとを有し、電源回路１にＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ａのドレイン端子を接続し、両ＭＯＳＦＥＴのソース端子を互いに接続し、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ｂのドレイン端子を接地し、両ゲート端子を互いに接続している。

ドライバ回路３はスイッチング回路２を駆動するもので、共振用コンデンサ３ａと、共振用インダクタ３ｂとを有し、電圧共振回路を構成している。

バラストコイル４は、１次巻線４ａと、２次巻線４ｃを備える。この１次巻線４ａと２次巻線４ｃとは互いに一端がＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ａとＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ｂのソース端子側で接続され、１次巻線４ａの終端は後述する負荷回路５に、２次巻線４ｃの終端はドライバ回路３に接続されている。また、２次巻線４ｃは、ソース端子を基準として１次巻線４ａと極性が逆になるように、例えば、１次巻線４ａの終端電圧が正値のときは、２次巻線４ｃの終端電圧が負値になるように、磁気結合されている。

負荷回路５は、バラストコイル４の終端に接続され、フィラメントＦａとフィラメントＦｂとを有する電球形蛍光ランプ５ａ（蛍光ランプの一例）と、始動用コンデンサ５ｂと、カップリングコンデンサ５ｃと、正特性サーミスタ５ｄと、共振コンデンサ５ｅとを有する。電球形蛍光ランプ５ａと、カップリングコンデンサ５ｃとは直列に接続される。始動用コンデンサ５ｂと、正特性サーミスタ５ｄとは、電球形蛍光ランプ５ａの非電源側に並列に接続される。共振コンデンサ５ｅは、電球形蛍光ランプ５ａの電源側に並列に接続される。

起動回路６は、定電圧ダイオード６ｅと、定電圧ダイオード６ｆとを備える。ゲート信号電圧が使用するＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ａ、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ｂのゲート入力定格値を超えないように定電圧ダイオード６ｅと、定電圧ダイオード６ｆとをアノードとカソードを逆向きにして直列接続し、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ａ、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ｂのソース端子−ゲート端子間に挿入される。

次に、動作を説明する。電源回路１が出力する直流電源は、スイッチング回路２に印加され、スイッチング回路２のＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ａ、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ｂは、起動回路６によって起動された後、ドライバ回路３によって駆動され、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ａ、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ｂが交互にオン・オフすることにより高周波に変換され、出力された高周波電流は、バラストコイル４を介して負荷回路５の電球形蛍光ランプ５ａを点灯する。また、スナバコンデンサ２ｃは、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ａがオンからオフになった時のデッドタイムに放電され、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ｂがオンからオフになった時のデッドタイムに充電される。

スイッチング回路２のＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ａ、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ｂを駆動するドライバ回路３は、バラストコイル４の２次巻線４ｃから電圧を取り、共振用インダクタ３ｂと共振用コンデンサ３ａの接続点に発生する共振電圧をＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ａ、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ｂのゲート信号としている。そして、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ａは、ソース端子に対してゲート端子の電圧が正値を取るときにオンし、スレッシュホールド電圧以下、すなわち０Ｖ近傍又は負値のときはオフである。一方、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ｂは、ソース端子に対してゲート端子の電圧が負値を取るときにオンし、スレッシュホールド電圧以上、すなわち０Ｖ近傍又は正値のときはオフである。従って、得られたゲート信号が、共通のソース端子を基準として正側と負側を交互に反転することにより、その周期でスイッチング回路２が駆動されることになり、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ａ、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ｂが同時にオンすることはない。

次に、図１に示す蛍光ランプ点灯装置１０の、電球形蛍光ランプ５ａの予熱時の動作について説明する。電源回路１が直流電源を出力すると、先に説明したとおり、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ａ、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ２ｂが発振を開始する。電球形蛍光ランプ５ａは放電を開始していないため、フィラメントＦａとフィラメントＦｂ間には電流が流れず、バラストコイル４の１次巻線４ａ、カップリングコンデンサ５ｃ、フィラメントＦａと始動用コンデンサ５ｂと正特性サーミスタ５ｄとフィラメントＦｂ、共振コンデンサ５ｅで共振回路が形成される。

バラストコイル４の１次巻線４ａに流れる共振電流は、フィラメントＦａと始動用コンデンサ５ｂと正特性サーミスタ５ｄとフィラメントＦｂとを流れる電流と、共振コンデンサ５ｅに流れる電流に分流する。始動用コンデンサ５ｂ及び正特性サーミスタ５ｄを流れる電流により、フィラメントＦａ、フィラメントＦｂを予熱する。

正特性サーミスタ５ｄは、正の温度係数を持つ抵抗素子であり、電流が流れることにより自己発熱し、時間と共に抵抗値が増加する。正特性サーミスタ５ｄの抵抗値が増加すると、バラストコイル４の１次巻線４ａ、カップリングコンデンサ５ｃ、フィラメントＦａと始動用コンデンサ５ｂと正特性サーミスタ５ｄとフィラメントＦｂ、共振コンデンサ５ｅで形成される共振回路の共振周波数は高くなる。共振周波数が上がり、駆動周波数に近づくと共振電流は増加していく。電球形蛍光ランプ５ａに印加される電圧は、共振コンデンサ５ｅに発生する電圧と等しく、共振電流の増加に伴い増大していく。電球形蛍光ランプ５ａに印加される電圧が放電開始電圧を超えたところで電球形蛍光ランプ５ａが点灯する。

ところで、電球形蛍光ランプ５ａの予熱時間は、瞬時点灯を特徴とする一般電球を代替するうえからできるだけ短い方がよい。しかし、余り短いと予熱が不十分なため点滅寿命回数が短くなる。そのため、電球形蛍光ランプ５ａの予熱時間は、一般的には１秒以内、好ましくは０．６〜０．８秒に設定されている。

既に述べたように、Ｒｃを予備加熱前のフィラメントの抵抗値（冷抵抗値）、Ｒｈを予備加熱後のフィラメントの抵抗値としたとき、通常、抵抗比Ｒｈ／Ｒｃは温度の関数として表され、Ｒｈ／Ｒｃ＝４．０は正常エミッタのエミッション温度に相当し、Ｒｈ／Ｒｃ＝４．０で予備加熱から点灯状態に移行するのが、蛍光ランプの寿命を延ばす点で最適とされる。

そこで、予熱時間は、０．６〜０．８秒に固定し、予熱電流を種々変えて、Ｒｈ／Ｒｃ値と点滅寿命回数との関係を実際に点滅寿命試験を行って調査した。点滅寿命試験に用いた試料は、電球形蛍光ランプ（型名：ＥＦＡ１５／１３）である。このランプのフィラメントの常温（２５℃）における抵抗値（設計値）は３Ωである。点滅寿命試験は、３分サイクル（１０秒点灯、２分５０秒消灯）で行った。

その結果を、図２に示す。従来例（ＥＦＡ１２）は、共振コンデンサ５ｅを使用していない。また、正特性サーミスタ５ｄの常温（２５℃）における抵抗値が５．０ｋΩであり、予熱時間が０．３３秒と短い。予熱電流が０．６７９Ａで、Ｒｈ／Ｒｃ＝５ではあるが、点滅寿命回数は約１万回で、要求される２万回をクリアしていない。

比較例１は、共振コンデンサ５ｅを使用し、正特性サーミスタ５ｄの常温（２５℃）における抵抗値も４．７ｋΩで従来例より小さいが、ランプ特性（点灯開始電圧の違い）の影響もあり、予熱時間は０．４７秒と短い。予熱電流が０．３０３Ａで、Ｒｈ／Ｒｃは２以下であり、点滅寿命回数は約６０００回であった。

比較例２は、比較例１より共振コンデンサ５ｅの容量値を約１／３に、始動用コンデンサ５ｂの容量値を約２／３にしている。正特性サーミスタ５ｄの常温（２５℃）における抵抗値は４．７ｋΩで比較例１と同じであるが、ランプ特性の違いにより予熱時間は０．７０秒と比較例１より長くなっている。但し、予熱電流が０．３２０Ａと小さいため、Ｒｈ／Ｒｃ＝２であり、点滅寿命回数は約１６０００回と比較例１より改善されているものの、２万回をクリアしていない。

実施例１は、比較例２より始動用コンデンサ５ｂの容量値を大きくして、予熱電流を０．３５４Ａ、Ｒｈ／Ｒｃ＝３としている。正特性サーミスタ５ｄの常温（２５℃）における抵抗値は４．７ｋΩで比較例２と同じで、ランプ特性も変わらないため、予熱時間は、０．７３秒である。点滅寿命回数は約２万回と目標をクリアしている。

実施例２は、始動用コンデンサ５ｂの容量値を実施例１よりさらに大きくして、予熱電流を０．４２１Ａ、Ｒｈ／Ｒｃ＝４としている。正特性サーミスタ５ｄの常温（２５℃）における抵抗値は４．７ｋΩで実施例１と同じで、ランプ特性も変わらないため、予熱時間は、０．７１秒である。点滅寿命回数は４万回以上と大幅に改善され、目標の２万回をクリアしている。

実施例３は、始動用コンデンサ５ｂの容量値を実施例２よりさらに大きくして、予熱電流を０．４７７Ａ、Ｒｈ／Ｒｃ＝５としている。正特性サーミスタ５ｄの常温（２５℃）における抵抗値は４．７ｋΩで実施例２と同じで、ランプ特性も変わらないため、予熱時間は、０．７７秒である。実施例２と同様、点滅寿命回数は４万回以上と大幅に改善され、目標の２万回をクリアしている。但し、黒化が実施例３は実施例２より黒化が進んでいるので、実施例２より点滅寿命は短いと推定される。

実施例４は、実施例１乃至３の結果を踏まえて決めた量産仕様のものである。実施例２より、始動用コンデンサ５ｂの容量値を小さくいている。予熱電流は０．４０３Ａ、Ｒｈ／Ｒｃは４弱である。点滅寿命回数は、約３万回で目標の２万回をクリアしている。

比較例３は、実施例３より始動用コンデンサ５ｂの容量値を大きくして、予熱電流を０．５２０Ａと上げている。Ｒｈ／Ｒｃ＝６であり、点滅寿命回数は約１００００回で２万回をクリアしていない。

以上のように、図１に示す蛍光ランプ点灯装置１０は、電球形蛍光ランプ５ａのフィラメントＦａ、フィラメントＦｂの予熱時間が０．６〜０．８秒で、３≦Ｒｈ／Ｒｃ≦５であれば、点滅寿命回数が２万回をクリアすることができる。

図３は電球形蛍光ランプ５ａ（ＥＦＡ１５／１３）のフィラメント加熱特性及び点滅寿命回数を示す図である。一例として、常温（２５℃）における抵抗値が３ΩのフィラメントＦａ、フィラメントＦｂの加熱特性と、点滅寿命回数をプロットしたものである。このように、同じＲｈ／Ｒｃでも、予熱時間が０．６秒より短いと点滅寿命回数は短くなることがこの図３は示している。

本実施の形態では、フィラメントＦａ、フィラメントＦｂの常温（２５℃）における抵抗値が３Ωの電球形蛍光ランプ５ａについて、点滅寿命試験を行ったが、これは一例であり、フィラメントＦａ、フィラメントＦｂの常温（２５℃）における抵抗値が３Ω以外の電球形蛍光ランプ５ａについても、予熱時間が０．６〜０．８秒で、３≦Ｒｈ／Ｒｃ≦５であれば、点滅寿命回数が２万回をクリアすることができることが確認されている。また、ランプは電球形蛍光ランプ以外の、例えば、コンパクト形、直管形、環形等にも、適用される。

実施の形態１を示す図で、蛍光ランプ点灯装置１０の回路図である。 実施の形態１を示す図で、点滅寿命試験結果を示す図である。 実施の形態１を示す図で、電球形蛍光ランプ５ａ（ＥＦＡ１５／１３）のフィラメント加熱特性及び点滅寿命回数を示す図である。

符号の説明

１ 電源回路、２ スイッチング回路、２ａ ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ、２ｂ ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ、２ｃ スナバコンデンサ、３ ドライバ回路、３ａ 共振用コンデンサ、３ｂ 共振用インダクタ、４ バラストコイル、４ａ １次巻線、４ｃ ２次巻線、５ 負荷回路、５ａ 電球形蛍光ランプ、５ｂ 始動用コンデンサ、５ｃ カップリングコンデンサ、５ｄ 正特性サーミスタ、５ｅ 共振コンデンサ、６ 起動回路、６ｅ 定電圧ダイオード、６ｆ 定電圧ダイオード、Ｆａ フィラメント、Ｆｂ フィラメント。

Claims (2)

1. 蛍光ランプのフィラメントを予熱し、予熱終了後、前記蛍光ランプを点灯させる蛍光ランプ点灯装置において、
   前記蛍光ランプの非電源側に並列に接続される始動用コンデンサと、
   この始動用コンデンサに並列に接続される正特性サーミスタと、
   前記蛍光ランプの電源側に並列に接続される共振コンデンサとを備え、
   前記フィラメントの冷抵抗値が３オームであり、
   前記蛍光ランプの始動時における前記フィラメントの予熱時間が０．７３〜０．７５秒になるように、かつ、
   前記フィラメントの冷抵抗値をＲｃ、予熱後の抵抗値をＲｈとしたとき、抵抗比Ｒｈ／Ｒｃが３以上４未満になるように、
   前記始動用コンデンサの容量値を２７２〜３３２マイクロファラッドに設定し、
   前記共振コンデンサの容量値を１０２マイクロファラッドに設定し、
   前記正特性サーミスタの常温における抵抗値を４．７キロオームに設定することを特徴とする蛍光ランプ点灯装置。
2. 前記フィラメントの予熱時間が０．７５秒になるように、前記始動用コンデンサの容量値を３３２マイクロファラッドに設定することを特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ点灯装置。