JP5181701B2

JP5181701B2 - 点灯装置

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Publication number: JP5181701B2
Application number: JP2008025397A
Authority: JP
Inventors: 均三上
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2028-02-05
Also published as: JP2009187745A

Description

本発明は、ファクシミリ、イメージスキャナ、複写機等の原稿読み取り装置の光源として使用される希ガス蛍光ランプの点灯装置に関する。

近年、複写機やイメージスキャナなどの原稿読み取り装置の照明用光源として、希ガス放電による発光を利用した希ガス蛍光灯ランプが使用されている。
このような希ガス蛍光ランプは、パルス状の高周波電圧を印可して点灯することにより、高い輝度が得られることが知られている。

図１に、従来より一般的に用いられている希ガス蛍光ランプの点灯装置の構成を示す。
点灯装置をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチ回路Ｑ６、スイッチングトランジスタＱ１０、Ｑ１１の切替時の飽和電流を抑制するためのチョークコイルＬ８、起動時には短絡し、起動後はインピーダンスとして働くことによりランプの印加電圧を抑制する２次側のバラストコンデンサＣ１３、Ｃ１４、共振条件を設定する一次側のコンデンサＣ１２等を有している。動作原理は、ロイヤの回路と同じ動作原理である。

また、特許文献１の点灯装置の構成を図２に示す。この点灯装置は、図１に示す点灯装置と同様に２個のスイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２３を必要とし、２次側にはバラストコンデンサＣ２５を有している。また、フォトカプラのオンにより負荷電流を冷陰極管が点灯を保持し続けることのできる最小電流値に設定する負荷電流設定変更用の抵抗Ｒ２６，Ｒ２９と、フォトカプラを冷陰極管の点灯開始時における一定時間だけＯＮさせる制御信号の入力端子（図２に示す信号入力端子Ｓ）とを備えている。

特許文献２の点灯装置は、発振器を有し入力電圧の増減により発振周波数を可変し制御する方式で、希ガス蛍光ランプの照度を安定させることを目的としている。この点灯装置は、出力側にバラストコンデンサを設けておらず、始動時、起動時、点灯時の電圧が全て同じであるため、ランプに印加する電圧のストレスがそのままランプに加わりランプの寿命に影響する。

特開平５−３４３１９０号公報特開２００６−７９９９７号公報

しかしがなら、図１に示す点灯装置や、図２に示す特許文献１の点灯装置は、トランスの二次側の電圧がランプ電圧よりも高くなり、バラストコンデンサが必要となる。バラストコンデンサには電流が流れるので無負荷損を生じてしまう。
また、特許文献２の点灯装置は、出力側にバラストコンデンサを有していないため、始動時、起動時、点灯時の電圧がすべて同じになる。このため、ランプに印加する電圧のストレスがそのままランプに加わり、ランプの寿命に影響する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ランプに流れる電流を検出して出力電圧を最適に制御することができる点灯装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために本発明の点灯装置は、１次巻線と２次巻線とを有するトランスと、前記トランスの１次巻線に流す電源からの電流をオン、オフするスイッチング素子と、前記トランスの２次巻線に接続されたランプに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の検出電流に基づいて前記スイッチング素子を制御し、前記トランスの１次巻線に流れる電流を制御する駆動回路と、前記電流検出手段の検出電流値が所定値を超えるとオンする第１スイッチと、前記電源の電圧を分圧する分圧回路と、前記第１スイッチのオンによりオンして、前記分圧回路の分圧比を切り替える第２スイッチとを備え、前記駆動回路は、前記分圧回路で分圧された前記電源の電圧と基準電圧とに基づいて前記スイッチング素子を制御し、前記トランスの１次巻線に流れる電流を制御し、前記トランスの２次巻線に接続されたランプの再起動時に、前記第１スイッチをオフして前記分圧回路の分圧比を初期状態に戻す第３スイッチをさらに備えることを特徴とする。
本発明は、ランプに流れる電流の大きさを検出して、トランスの１次巻線に流す電流を制御することからトランスの２次巻線に発生する電圧を制御することができる。従って、ランプの起動時と点灯時とでランプに供給される電圧を変更してランプにかかる電圧ストレスを軽減することができる。また、トランスの２次側にバラストコンデンサを設ける必要がなくなる。
また、簡単な回路構成で、トランスの１次巻線に流れる電流を制御することができ、さらに、ランプの再起動時に第１スイッチをオフして分圧回路の分圧比を切り替えることで、スイッチング素子の制御を変更してトランスの１次巻線に流れる電流を変更することができる。

本発明によれば、ランプに流れる電流を検出して出力電圧を最適に制御することができる点灯装置を提供することができる。

添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。

まず、図３を参照しながら本実施例の構成を説明する。
図３に示す点灯装置１０００は、出力切替回路１００と、駆動回路１１０と、トランスＴと、スイッチング用のトランジスタＱ１２１と、ランプ負荷１３０と、電流検出回路１３２と、電圧変換回路１３３と、出力保持回路１４０とを有している。

出力切替回路１００は、電源電圧Ｖｃｃに直列に接続した抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２，Ｒ１０３と、エミッタ端子を接地し、ベース端子を抵抗Ｒ１４４とサイリスタＳＣＲ１４３のアノード端子との接続点Ｓ１に接続し、コレクタ端子を抵抗Ｒ１０１とＲ１０２との接続点Ｓ２に接続したトランジスタＱ１０４と、前述接続点Ｓ１と、トランジスタＱ１０４のベース端子とを接続する配線に一旦を接続し、他端を接地した抵抗Ｒ１０５とを有している。

また、駆動回路１１０は、入力側を抵抗Ｒ１０２とＲ１０３との接続点Ｓ３に抵抗Ｒ１０６を介して接続し、出力側を巻線Ｎ１２３を介してトランジスタＱ１２１に接続している。駆動回路１１０内には、オペアンプ１１３が設けられている。オペアンプ１１３の反転入力端子は、抵抗Ｒ１１２とコンデンサＣ１１１とからなる直流変換器と、抵抗Ｒ１０６とを介して接続点Ｓ３に接続している。また、オペアンプ１１３の非反転入力端子には、基準電圧源１１６が接続されている。オペアンプ１１３の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗Ｒ１１４とコンデンサＣ１１５とが接続されている。また、オペアンプ１１３の出力端子には、抵抗Ｒ１１７，Ｒ１１８、コンデンサＣ１１９とからなる直流変換器が接続されている。

トランスＴの一次側には、巻線Ｎ１２２と、巻線Ｎ１２３とが設けられている。巻線Ｎ１２２の一端は、電源電圧Ｖｃｃに接続し、他端はトランジスタＱ１２１のコレクタ端子に接続されている。また、巻線Ｎ１２３の一端は、トランジスタＱ１２３のベース端子に接続し、他端は駆動回路１１０の出力に接続している。さらに、トランジスタＱ１２１と直列に、トランスＴの共振周波数を設定するコンデンサＣ１２０が接続されている。

トランスＴの二次側には、巻線Ｎ１３１が設けられており、この巻線Ｎ１３１には、ランプ負荷１３０と、ランプ負荷１３０に流れる電流を検出する電流検出回路１３２とが設けられている。また、電流検出回路１３２には、電圧変換回路１３３が接続されている。
電流検出回路１３２は、ランプ負荷１３０に流れる電流を検出する。電圧変換回路１３３は、電流検出回路１３２の検出電流値を電圧値に変換する。電圧変換回路１３３によって変換された電圧は、出力保持回路１４０に出力される。

出力保持回路１４０は、サイリスタＳＣＲ１４３と、抵抗Ｒ１４１と、コンデンサ１４２と、抵抗Ｒ１４４とを有している。
サイリスタＳＣＲ１４３のアノード端子は、抵抗Ｒ１４４を介して電源電圧Ｖｃｃに接続されている。また、サイリスタＳＣＲ１４３のカソード端子は接地されている。さらにサイリスタＳＣＲ１４３のゲート端子には抵抗Ｒ１４１とコンデンサＣ１４２とが接続されている。このゲート挿入抵抗Ｒ１４１とコンデンサＣ１４２とは、ノイズ除去に用いられる。

まず、ランプ負荷１３０の起動時には、出力切替回路１００のトランジスタＱ１０４がオフ状態にあるので、電源電圧Ｖｃｃは抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２，Ｒ１０３によって分圧され、分圧された電圧（以下、この電圧をＶ１と呼ぶ）が駆動回路１１０のオペアンプ１１３に入力される。オペアンプ１１３は、この電圧Ｖ１と、基準電圧源１１６の基準電圧とを比較して、電圧Ｖ１が基準電圧よりも高くなると、トランジスタＱ１２１のベース端子にバイアス電圧を印加する。

オペアンプ１１３からのバイアス電圧によりトランスＴとトランジスタＱ１２１とが自励発振を始める。トランスＴの一次側の巻線Ｎ１２２，Ｎ１２３で振動した電圧は、巻線Ｎ１２２と巻線Ｎ１２３の巻数比に応じた電圧として、トランスＴの二次側の巻線Ｎ１３１に出力され、ランプ負荷１３０に電圧が印加される。このときランプ負荷３０には、点灯開始電圧よりも大きな電圧が印加される。
ランプ負荷１３０は、インピーダンスが非常に高い状態にあるが、ランプ負荷１３０の起動電圧よりも高い始動電圧が印加されることで、ランプ負荷１３０に流れる電流（以下、ランプ電流という）が増加し、ランプ負荷１３０が起動状態となる。起動状態では、ランプ負荷１３０の電圧が急激に低下してランプ電流が急激に増加する状態になる。起動状態からランプ負荷１３０が点灯する点灯状態になると、ランプ電圧は急激に低下して点灯電圧に落ち着くと共にランプ負荷１３０に流れるランプ電流もより小さい一定値に落ち着く。

図４には、電流検出回路１３２と、電圧変換回路１３３との詳細な構成を示す。
電流検出回路１３２は、抵抗Ｒ１３４で構成し、電圧変換回路１３３は、ランプ負荷１３０と抵抗Ｒ１３４との接続点Ｓ４に直列に接続したダイオードＤ１３５とコンデンサＣ１３６とを有している。
ランプの起動状態では、ランプ電流が増加するので、電流検出回路１３２の検出電流は増加する。電流検出回路１３２の検出電流は交流電流であるため、電圧変換回路１３３のダイオードＤ１３５により整流して直流電流に変換しコンデンサＣ１３６に蓄える。コンデンサＣ１３６に蓄えられる電荷を検出電圧として出力保持回路４０のサイリスタＳＣＲ１４３のゲート端子に印加する。
サイリスタＳＣＲ１４３の出力電圧を、出力切替回路１００のトランジスタＱ１０４のベース端子に印加することにより、抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２，Ｒ１０３による分圧は、ほぼＲ１０２とＲ１０３の分圧比になる。
抵抗Ｒ１０２，Ｒ１０３で分圧された電圧（以下、この電圧をＶ２と呼ぶ）が駆動回路１１０のオペアンプ１１３に入力される。
オペアンプ１１３は、この電圧Ｖ２に応じた低い電圧をトランジスタＱ１２１のベース端子に供給する。なお、図４に示す点灯装置１１００では、図３に示すトランジスタＱ１０４に代えて、スイッチング素子１０７を設けている。
また、図５に示す点灯装置１２００では、図３、４に示す出力保持回路１４０に代えて、オペアンプ１６０を設けている。
図５に示す点灯装置１２００は、電源電圧Ｖｃｃに抵抗１５１と、ツェナーダイオード１５２とを直列に接続した基準電圧発生回路１５０を設けている。ツェナーダイオード１５２の降伏電圧よりも高い電源電圧Ｖｃｃが基準電圧発生回路１５０に入力されると、ツェナーダイオード１５２に電流が流れ、オペアンプ１６０の非反転入力端子に基準信号が出力される。また、オペアンプ１６０の反転入力端子には、電圧変換回路１３３の出力が抵抗Ｒ１４４を介して入力されている。

このように本実施例は、ランプ負荷１３０に流れる電流の大きさを電流検出回路１３２で検出し、トランスＴの１次側の巻線Ｎ１２２に流す電流を出力切替回路１００と駆動回路１１０とで制御することからトランスＴの２次側の巻線Ｎ１３１に発生する電圧を制御することができる。従って、ランプの起動時と点灯時とでランプに供給される電圧を変更してランプにかかる電圧ストレスを軽減することができる。また、トランスの２次側にバラストコンデンサを設ける必要がなくなる。

図６には、出力切替回路１００の抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２，Ｒ１０３で分圧された電源電圧と、トランジスタＱ１２１のベース端子に供給する制御電圧と、トランスＴの１次側の巻線Ｎ１２２の電圧と、トランスＴの２次側の巻線Ｎ１３１の出力電圧とを示す。
なお、図６（Ａ）には、抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２，Ｒ１０３で分圧され、オペアンプ１１３の反転入力端子に入力される入力電圧が０．５Ｖの場合を示し、図６（Ｂ）には入力電圧が２．５Ｖの場合を示し、図６（Ｃ）には入力電圧が５．０Ｖの場合を示す。

添付図面を参照しながら本発明の第２実施例について説明する。本実施例の点灯装置２０００の構成を図７に示す。
本実施例は、図７に示すようにトランジスタＱ１２１のエミッタ端子に電流検出回路１３２を接続している。電流検出回路１３２には、電圧変換回路１３３を接続して電流検出回路１３２の検出電流を電圧変換回路１３３で電圧に変換する。変換した電圧を出力保持回路１４０内のサイリスタＳＣＲ１４３のゲート端子に供給する。
このようにトランスＴをスイッチングするトランジスタＱ１２１に流れる電流を検出し、検出電流に応じて駆動回路１１０に供給する電圧を切り替えることでも、ランプ負荷１３０に供給する電圧を最適値に制御することができる。

添付図面を参照しながら本発明の第３実施例について説明する。本実施例の点灯装置３０００の構成を図８に示す。
本実施例は、図８に示すようにトランスＴの２次側の電圧を電圧検出回路１３７で検出する。すなわち、ランプ負荷１３０にかかる電圧を検出する。検出した電圧は、電圧比較回路１３８に出力される。電圧比較回路１３８は、電圧比較回路１３８の検出電圧と基準電圧とを比較し、検出電圧が基準電圧よりも高くなると、出力保持回路１４０のサイリスタＳＣＲ１４３に所定レベルの信号を出力する。
このようにランプ負荷１３０の電圧を検出し、検出電圧に応じて駆動回路１１０に供給する電圧を切り替えることでも、ランプ負荷１３０に供給する電圧を最適値に制御することができる。
なお、電圧検出回路１３７は、トランスＴに補助巻線を設けて、この補助巻線でランプにかかる負荷を検出してもよい。

添付図面を参照しながら本発明の第４実施例について説明する。本実施例の点灯装置４０００の構成を図９に示す。
本実施例は、点灯中のランプを一旦消灯してから再度点灯するときに、出力保持回路１４０のサイリスタＳＣＲ１４３が導通したままであるので、サイリスタＳＣＲ１をリセットするトランジスタＱ１４５を設けている。
トランジスタＱ１４５は、ベース端子を基準電圧発生回路１５０に接続している。また、エミッタ端子を接地し、コレクタ端子をサイリスタＳＣＲ１４３のカソード端子に接続している。
電源がオフされ、電源電圧Ｖｃｃがツェナーダイオード１５２の降伏電圧よりも低くなると、ツェナーダイオード１５２がオフし、トランジスタＱ１４５もオフする。トランジスタＱ１４５のオフによりサイリスタＳＣＲ１４３もオフされる。
このような構成とすることで、ライプの再点灯時にサイリスタＳＣＲ１４３をリセットすることができる。

添付図面を参照しながら本発明の第５実施例について説明する。本実施例の点灯装置５０００の構成を図１０に示す。
本実施例は、基準電圧発生回路２００、ＰＷＭ変換回路２１０、オペアンプ３００、起動時タイミング回路２３０、出力調整回路２４０、出力検出回路２５０、比較駆動回路２６０を有している。

基準電圧発生回路２００は、シャントレギュレータにより構成されている。具体的な構成は、電源電圧Ｖｃｃに抵抗Ｒ２０１とＲ２０２とサイリスタＳＣＲ２０３とが直列に接続されている。また、サイリスタＳＣＲ２０３に並列に抵抗２０４及び抵抗２０５と、コンデンサが接続されている。抵抗２０４と抵抗２０５の接続点Ｓ５がサイリスタＳＣＲ２０３のゲート端子に接続されている。

また、ＰＷＭ変換回路２１０は、外部信号として入力されるＰＷＭ信号のパルス幅に従った電圧信号を生成して、オペアンプ２７０の非反転入力端子に出力する。

オペアンプ３００は、バッファ（ボルテージフォロア）として機能する。オペアンプ３００の出力は、比較駆動回路２６０の反転入力端子に接続されている。

起動時タイミング回路２３０は、電源電圧Ｖｃｃの立ち上がり時に、トランスＴの二次側の出力電圧が無制御状態になることを防止するために設けている。起動時タイミング回路２３０は、トランスＴの出力電圧の立ち上がりに遅れが生じている間、トランスＴの二次側の出力電圧をクランプするため、比較駆動回路２６０に電圧を供給する。

出力検出回路２５０は、トランスＴの補助巻線Ｎ１２４と、この補助巻線Ｎ１２４に接続されたダイオードＤ２５１と、コンデンサ２５２とを有している。補助巻線Ｎ１２４に発生する電圧をダイオードＤ２５１で直流電圧に変換して、出力調整回路２４０に出力する。

出力調整回路２４０は、直列に接続された抵抗Ｒ２４１と可変抵抗Ｒ２４２とを有している。出力検出回路２５０の出力側は、抵抗Ｒ２４１に接続されている。また、の抵抗Ｒ２４１に接続した可変抵抗Ｒ２４２の反対側の端部は、比較駆動回路２６０のオペアンプ２６１の非反転入力端子に接続している。

比較駆動回路２６０は、オペアンプ２６１と、抵抗Ｒ２６４と、抵抗Ｒ２６５と、コンデンサＣ２６６とを有している。また、オペアンプ２６１の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗Ｒ２６２とコンデンサＣ２６３とが接続されている。
オペアンプ２６１は、直流電圧に変換されたＰＷＭ信号を基準電圧として、出力調整回路２４０から出力される電圧との差に応じた電圧をトランジスタＱ１２１のゲートに出力する。

外部入力されるＰＷＭ信号は、不図示の制御回路より送られてくる信号である。ランプ電流に応じたデューティのＰＷＭ信号を本実施例の点灯装置に入力することで、比較駆動回路２６０が補助巻線Ｎ１２４で検出する電圧がＰＷＭ信号の電圧に近づくようにトランジスタＱ１２１のゲート端子に印加する電圧を調整する。このようにして、ランプの点灯時には高い電圧を印加し、ランプの点灯後は比較的低い電圧でランプを駆動するように点灯装置を制御することができる。

添付図面を参照しながら本発明の第６実施例について説明する。本実施例の点灯装置６０００の構成を図１１に示す。
本実施例も実施例５と同様に補助巻線１２４を設けて、この補助巻線Ｎ１２４でトランスＴの２次側に発生する電圧を検出している。
また、基準電圧発生部を持たず、外部入力されるＰＷＭ信号を基準電圧としている。

外部に設けられた不図示の制御回路でデューティを調整されたＰＷＭ信号を入力する。このＰＷＭ信号をコンデンサＣ１１１と、抵抗Ｒ１１２とからなる直流変換回路で直流変換し、オペアンプ１１１３の反転入力端子に出力する。ＰＷＭ信号のデューティはランプ電流の大きさに応じて制御回路で調整される。
また、トランスＴの補助巻線Ｎ１２４に発生する電圧をダイオードＤ２５１、コンデンサＣ２５２で平滑した直流電圧に変換して、出力調整回路２４０に出力する。出力調整回路２４０は、直流電圧を調整してオペアンプ１１３の非反転入力端子に出力する。
オペアンプ１１３は、直流電圧に変換されたＰＷＭ信号を基準電圧として、出力調整回路２４０から出力される電圧との差に応じた電圧をトランジスタＱ１２１のゲートに出力する。
従って、ランプの点灯時には高い電圧を印加し、ランプの点灯後は比較的低い電圧でランプを駆動するように点灯装置を制御することができる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

従来の一般的な点灯装置の構成を示す図である。従来の一般的な点灯装置の構成を示す図である。実施例１の点灯装置の構成を示す図である。電流検出回路と電圧変換回路の詳細な構成を示す図である。出力保持回路をオペアンプで構成した点灯装置を示す図である。スイッチング用のトランジスタのベースに印加される制御電圧とトランスＴの１次巻線の電圧と２次巻線の電圧とを示す図であり、（Ａ）は入力電圧を０．５Ｖに分圧したときのものであり、（Ｂ）は入力電圧を２．５Ｖに分圧したときのものであり、（Ｃ）は入力電圧を５．０Ｖに分圧したときのものである。実施例２の点灯装置の構成を示す図である。実施例３の点灯装置の構成を示す図である。実施例４の点灯装置の構成を示す図である。実施例５の点灯装置の構成を示す図である。実施例６の点灯装置の構成を示す図である。

符号の説明

１００出力切替回路
１１０駆動回路
Ｔトランス
Ｑ１２１トランジスタ
１３０ランプ負荷
１３２電流検出回路
１３３電圧変換回路
１４０出力保持回路

Claims

１次巻線と２次巻線とを有するトランスと、
前記トランスの１次巻線に流す電源からの電流をオン、オフするスイッチング素子と、
前記トランスの２次巻線に接続されたランプに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段の検出電流に基づいて前記スイッチング素子を制御し、前記トランスの１次巻線に流れる電流を制御する駆動回路と、
前記電流検出手段の検出電流値が所定値を超えるとオンする第１スイッチと、
前記電源の電圧を分圧する分圧回路と、
前記第１スイッチのオンによりオンして、前記分圧回路の分圧比を切り替える第２スイッチとを備え、
前記駆動回路は、前記分圧回路で分圧された前記電源の電圧と基準電圧とに基づいて前記スイッチング素子を制御し、前記トランスの１次巻線に流れる電流を制御し、
前記トランスの２次巻線に接続されたランプの再起動時に、前記第１スイッチをオフして前記分圧回路の分圧比を初期状態に戻す第３スイッチをさらに備えることを特徴とする点灯装置。