JPH0311074B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流電源にトライアツクのごとき交流
制御素子とチヨークコイルのごとき限流リアクト
ルと高圧水銀ランプのごとき放電灯とを直列に接
続して、交流制御素子の導通位相角を放電灯点灯
回路の動作状態に応じて適宜調節することによつ
て交流電源の半サイクル毎のランプ電流値を制御
するように構成された放電灯点灯装置の改良に関
するものである。

上記のような放電灯点灯装置は限流リアクトル
による電流制限作用の一部を交流制御素子のごと
き半導体素子で行わせるため装置全体が小形・軽
量となることに加えて、交流制御素子の導通位相
角を放電灯点灯回路の動作状態に応じて適宜調節
することによつて放電灯の電流や電力を適当に制
御することができるため、最近は高圧水銀ランプ
や高圧ナトリウムランプ等の高圧放電灯の点灯装
置として急速に普及しつつある。

かかる放電灯点灯装置の一例として、第１図に
示すように、交流電源１に交流制御素子２と限流
リアクトル３と放電灯４を直列に接続して点灯回
路を構成するとともに、該点灯回路の動作状態に
応じて変化する信号、例えば交流制御素子２の両
端電圧と限流リアクトル３の両端電圧を加え合せ
た電圧を検出するために前記交流制御素子２と限
流リアクトル３の直列回路に跨つて絶縁トランス
５、整流回路６、等を接続して基準電圧回路を構
成する一方、交流電源１に絶縁トランス７、整流
回路８、抵抗９及びコンデンサ１０等を接続して
交流電源電圧の半サイクル毎に所定の位相で前記
コンデンサ１０を充放電させるタイマー回路を構
成し、該タイマー回路のコンデンサの充電電圧と
前記基準電圧回路の基準電圧とをプログラマブル
ユニジヤンクシヨントランジスタ（以下PUTと
いう）１１により比較し、両者の値が一致した時
点でトリガーパルスを発生させて交流制御素子２
を導通させるように構成したものが提案されてい
る。

このような点灯装置において、交流電源１を投
入し点灯回路に第２図ａに示すような交流電圧を
印加すると第２図ｂに示すような交流制御素子２
の端子電圧を検知する回路が働いて該交流制御素
子のターンオフ位相に同期して第２図ｃに示すよ
うにタイマー回路のコンデンサ１０が充電されは
じめる。そしてこの充電電圧が点灯回路の交流制
御素子２の両端電圧と限流リアクトル３の両端電
圧を加え合せた電圧を降圧整流してなる基準電圧
V_nの値に一致すると第２図ｄに示すようなトリ
ガーパルスが発生し交流制御素子２が導通するた
め第２図ｅに示すようなランプ電流が流れる。放
電灯が安定した後電源電圧の上昇又は低下等によ
り放電灯のランプ電力が増加又は減少すると基準
電圧V_nも破線V_n1又は点線V_n2で示すように上昇
又は低下するためトリガーパルスの発生時点が後
方又は前方にずれランプ電流を減少又は増加させ
るためランプ電力が一定に保たれる。

従来、この種の点灯装置において、タイマー回
路のコンデンサ１０の充電は、一般に第１図に示
すように交流電源電圧を絶縁トランス７で降圧し
整流回路８で整流した後抵抗１２、ゼナーダイオ
ード１３等からなる定電圧回路を通して得られる
電圧にて抵抗９とコンデンサ１０からなる時定数
回路のコンデンサを充電する手段が用いられてい
る。第３図ａはかかる手段を用いたときのコンデ
ンサの充電電圧の時間的変化を示すものである。
ところが、上記のような従来装置においては、次
のような大きな欠点があつた。第１の欠点はコン
デンサの充電電圧と比較すべき基準電圧の変化の
巾を増巾器等により相当大きくしないと十分な電
流制御、電力制御ができないことである。すなわ
ち、第３図ａにおいて、基準電圧V_nの上昇値
V_n1と下降値V_n2の巾が小さいとコンデンサ充電
電圧との一致点の巾即ちトリガーパルス発生位相
角θ₁、θ₂の間隔も狭くなりトリガーパルスの発生
位相角が大きく変化しないため十分な電流・電力
制御ができない結果となる。このような問題は例
えばコンデンサ容量を小さくするといつたように
回路の時定数を適宜選択することによつて第３図
ａの点線で示すようにコンデンサの充電電圧の変
化を緩かにすることによつても解決できるが、こ
のような手段を採ると位相角θの値が後方に移動
し本来の位相角が得られないため、一般には増巾
器により基準電圧の変化の巾を大きくしてやらな
ければならなかつた。従来装置の第２の欠点は、
基準電圧V_nが例えば±10％変動した場合、トリ
ガーパルスの発生位相角も元の値から前後にほぼ
同じ割合だけ変化するのに対して放電灯のランプ
電流は正弦波で変化するため正確な電力制御がで
きないことである。すなわち、第３図ａにおいて
基準電圧V_nにおけるトリガーパルスの発生位相
角をθ₀とし、基準電圧V_n1及びV_n2におけるトリ
ガーパルスの発生位相角をθ₁及びθ₂とした場合、
第３図ｂに示すようにランプ電流が制御される面
積の関係はS₁＞S₂となり、基準電圧の変化量が同
じでも等しい量の電流制御電力制御はできない。
このような問題は第１図中に破線で示すように、
基準電圧回路の電圧源にゼナーダイオード１４と
抵抗１５とからなる非線形回路を接続して、基準
電圧が一定値からはあまり上昇しないようにし
て、即ち、第３図ａに示すようにV_n1′がV_n1′とな
るようにしてV_n1′−V_nとV_n−V_n2の間隔を
V_n1′−V_n＜V_n−V_n2とすることにより解決でき
るが、このような手段を採るとゼナーダイオード
の温度特性によつてランプ電力特性が大きな影響
を受けるため、回路構成素子の選択・調整に手間
がかかる欠点がある。

本発明は以上のような点に鑑みてなされたもの
で、タイマー回路のコンデンサの充電方法及びコ
ンデンサの充電電圧と基準電圧回路の基準電圧の
一致点、すなわち、トリガーパルスの発生時点を
工夫することにより、前記のような従来装置の欠
点を一挙に解決したものである。

第４図は本発明を実施した放電灯点灯装置の具
体的回路の一例を示すものである。同図において
１は交流電源で、これは放電灯２と限流リアクト
ル３と交流制御素子４が直列に接続されており点
灯回路を構成している。５は交流制御素子４と並
列に接続された高インピーダンス素子で交流制御
素子４が不導通の場合でも点灯回路に僅かな電流
を流すことによつて放電灯の立消えを防止する目
的で接続されるものである。前記限流リアクトル
３と交流制御素子４の直列回路の両端には絶縁ト
ランス６が接続されており、該絶縁トランス６の
出力側には整流回路７、分圧抵抗８，９が接続さ
れており、これらは基準電圧回路を構成してい
る。この基準電圧回路は点灯回路の限流リアクト
ル３の両端電圧と交流制御素子４の両端電圧を加
え合せた電圧を検出して降圧整流して基準電圧と
し該基準電圧をPUT10のゲートに入力として与
える作用をする。また、この基準電圧回路には抵
抗１１とコンデンサ１２のCR時定数回路からな
るタイマー回路が接続されており、前記基準電圧
回路の電圧源と抵抗１１はコンデンサ１２の主充
電回路を構成している。また、交流電源１には別
の絶縁トランス１３が接続されており、該絶縁ト
ランス１３の出力側には整流回路１４及び抵抗１
６、ゼナーダイオード１８等からなる直流定電圧
源を通して抵抗１９とダイオード２０からなるコ
ンデンサ１２の副充電回路が設けてある。抵抗１
５とゼナーダイオード１８はトランジスタ等を駆
動するための定電圧回路素子である。さらに、交
流制御素子４の両端には絶縁トランス２１、整流
回路２２を介して交流制御素子４のターンオフ位
相検出回路２３が接続してある。このターンオフ
位相検出回路２３はタイマー回路に対して交流制
御素子４のターンオフ位相に同期してコンデンサ
１２の充電が開始されるよう信号を与える作用を
するものである。

次にこのような回路構成の点灯装置の動作につ
いて説明する。先ず交流電源１を投入すると放電
灯２、限流リアクトル３、高インピーダンス素子
４からなる回路を通して放電灯２に電圧が加わり
同放電灯２は始動する。放電灯の始動と同時にタ
イマー回路にも電圧が加わり、他方ターンオフ位
相検出回路２３も動作するため、交流制御素子４
のターンオフ位相に同期してコンデンサ１２の充
電が開始する。この場合先ず、コンデンサ１２
は、絶縁トランス１３と整流回路１４からなる電
圧源より、抵抗１９とダイオード２０からなる副
充電回路を通して、抵抗１６とゼナーダイオード
１８からなる定電圧回路によつて設定された一定
電圧値まで急激に充電される。そして一定電圧値
に達した後は、絶縁トランス６と整流回路７から
なる電圧源より抵抗１１を通して正規の主充電回
路によつて緩やかに充電される。第５図はこの場
合のコンデンサ１２の充電電圧の時間的変化を示
すものである。このような手段によると、コンデ
ンサの充電電圧の変化は一定電圧値V_cに達する
迄は急激で直線的に立ち上るが、それ以降は図の
ように横にねた曲線を描く。従つて、一定電圧値
に達した後の部分において基準電圧V_nと比較す
ると、該基準電圧V_nの変化V_n1、V_n2に対するト
リガーパルスの発生位相角θ₁、θ₂の変化も大きく
なるため、基準電圧の変化が小さくても十分な電
流・電力制御が可能となる。前記のような構成に
加えて、本発明では、コンデンサ１２の充電電圧
が予め設定された一定電圧値V_cに達したら、そ
れ以後はコンデンサ１２を基準電圧回路の電圧源
と抵抗体１１からなる主充電回路によつて基準電
圧の変化に応動させて充電するように構成してあ
る。第６図はその場合のコンデンサ１２の充電電
圧の変化を示すもので、基準電圧V_nの変化によ
りコンデンサの充電電圧曲線も変化することを示
している。このようにすると、基準電圧V_nの増
加又は減少の変化量が同じでもトリガーパルスの
発生位相角θ₀に対するθ₁、θ₂の変化量はθ₁−θ₀＜
θ₀−θ₂となり、これによつて第６図ｂに示すよう
にランプ電流が制限される面積はS₁≒S₂となり正
確な電力制御が可能となる。なお、第３図ｂ及び
第６図ｂは説明の便宜上ランプ電流波形を正弦波
で示しているが、実際には高インピーダンス素子
５等の回路構成素子により多少形状の異つたもの
となる。第７図は第６図における基準電圧とコン
デンサ充電電圧の交点P₀・P₁・P₂の変化を調べ
るために、縦軸に限流リアクトル両端電圧と交流
制御素子の両端電圧を加え合せた電圧の降圧整流
電圧をとり、横軸に交流制御素子のトリガーパル
スの発生位相角をとつて、基準電圧とコンデンサ
充電電圧を相関連させて変化させたときの交点を
プロツトした曲線（以下V_cT−ｔ曲線という）で
ある。同図Ａ曲線から明らかなように、基準電圧
の変化量（実線は始動時、破線は安定時）が同じ
でもトリガーパルス発生位相角の変化量は異つた
ものとなる。また、放電灯始動時には限流リアク
トルの両端電圧と交流制御素子の両端電圧を加え
合せた電圧は高いので、トリガーパルスの発生位
相角は後方に移動し始動時の過大電流は制限され
ることとなる。なお、本発明で重要な点は、タイ
マー回路のコンデンサをその充電電圧が一定値に
達するまでは主に副充電回路により充電し、一定
値に達したら主充電回路により基準電圧に応動さ
せて変化させる点であり、副充電回路を設けるこ
となく、単にコンデンサ充電電圧を基準電圧の変
化に応動させても本発明のような効果は得られな
い。このことは次の計算式によつても明らかにす
ることができる。

いま、本発明のようにタイマー回路のコンデン
サを主充電回路とは独立した副充電回路によつて
充電することなく、単に基準電圧の電圧源より充
電するように構成した回路の要部を示すと第８図
のようになるが、この回路では、 PUTのゲート電圧： V_G＝V_CT・R₂／R₁＋R₂ ……(1) PUTのアノード電圧： Vc＝V_CT（１−ｅ−１／R₄C₁ｔ） ……(2) となるが、トリガーパルスの発生時期はV_G＝V_C
の時であるから、 R₂／R₁＋R₂＝１−ｅ−１／R₄C₁ｔ 従つて、R₁、R₂、R₄、C₁の値をそれぞれ一定
とすれば、 ｔ＝一定 ここで上記回路の具体的実施例としてV_CT＝
22.9V（始動時最大値）、R₁＝8.171KΩ、R₂＝
32.99KΩ、R₄＝30.03KΩ、C₁＝0.1006μFとして
V_CT−ｔ曲線を描くと第７図Ｂ曲線のようにな
り、基準電圧が変化してもトリガーパルスの発生
位相角は変らないことがわかる。

次に、本発明のごとくタイマー回路のコンデン
サを基準電圧の電圧源からの主充電回路と、これ
とは独立した副充電回路とによつて充電するよう
にした回路構成の要部を示すと第９図のとおりで
あるが、この回路では、 PUTのゲート電圧： V_G＝V_CT・R₂／R₁＋R₂ ……(1) PUTのアノード電圧： Vc＝（V_CT−V_E）（１−ｅ−１／R₄C₁ｔ）＋V_E ……(2) （但しR₅、R₆がR₄に比べて十分小さいものとす
る） となり、トリガーパルスの発生時期はV_G＝V_Cの
時であるから、 ｔ＝−R₄C₁・l_o（R₂／R₁＋R₂・V_CT／V_CT−V_E） ……(3) ここで上記回路の具体例としてV_CT＝22.9V（始
動時最大値）、R₁＝8.171KΩ、R₂＝32.99KΩ、R₄
＝30.03KΩ、C₁＝0.1006μFを(3)式に代入すると、
第７図Ａ曲線のｔがV_CTの降下によつて前方に移
動することがわかる。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る
放電灯点灯装置は次のような数々の利点を備えて
いる。

先ず、タイマー回路のコンデンサを一定電圧値
に達するまでは副充電回路を通じて急激に充電
し、それ以降は主充電回路を通じて緩かに充電す
るようにし、かつ、前記コンデンサの充電電圧が
前記一定電圧値を超えた領域で基準電圧回路の基
準電圧と一致するようにしたので、基準電圧の変
化量が少なくても確実な電流・電力制御ができる
ことである。例えばタイマー回路のコンデンサを
主充電回路のみによつて充電する場合に比較する
と、本発明の場合は約２倍程度のトリガーパルス
発生位相角の変化が得られるため、特殊な増巾回
路を用いなくても済む利点がある。

次に、タイマー回路のコンデンサの充電電圧が
一定値に達するまでは独立した電圧源より主に副
充電回路を通じてコンデンサを充電し、それ以降
は基準電圧の電圧源より基準電圧の変化に応動さ
せてコンデンサを充電するように構成したので、
基準電圧の上昇又は低下の巾が同じ場合に、従来
のようにゼナーダイオード等によつて基準電圧の
巾を変えるような手段を用いなくてもトリガーパ
ルス発生位相角の変化の巾を変えることができ正
確な電流・電力制御が可能となる。

さらに、上記のようなコンデンサ充電回路に加
えて点灯回路の交流制御素子両端電圧と限流リア
クトルの両端電圧を加え合せた電圧を整流して基
準電圧としているため、放電灯始動時におけるト
リガーパルスの発生位相角を遅らせることがで
き、始動時の過大なランプ電流を小さくすること
ができる。

なお、回路を構成するうえでは、タイマー回路
のコンデンサを急激に充電するための副充電回路
を設けるとともに、基準電圧の電圧源を利用して
主充電回路を構成すればよいから、構成が簡単で
調整も容易であり、小形低コストにできる等、技
術的価値のみならず、経済的価値も多大であり、
産業上の利用価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の放電灯点灯装置の回路図、第２
図は同装置の動作時における各部の電流・電圧波
形図、第３図は同装置のタイマー回路のコンデン
サ充電電圧の変化曲線図、第４図は本発明に係る
放電灯点灯装置の回路図、第５図及び第６図は同
装置におけるタイマー回路のコンデンサ充電電圧
の変化曲線図、第７図は同装置における基準電圧
とコンデンサ充電電圧の一致点の変化曲線図、第
８図は従来装置の要部回路図、第９図は本発明装
置の要部回路図である。 第４図において、１……交流電源、２……放電
灯、３……限流リアクトル、４……交流制御素
子、１０……PUT、１１……抵抗体、１２……
コンデンサ、２０……ダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源に交流制御素子と限流リアクトルと
   放電灯を直列に接続してなる点灯回路と、該点灯
   回路の動作状態に応じて変化する信号を検出して
   基準電圧とする基準電圧回路と、交流電源電圧の
   半サイクル毎に所定の位相角でコンデンサを充放
   電させるタイマー回路とを備え、該タイマー回路
   のコンデンサの充電電圧と前記基準電圧とを比較
   して両者の値が一致した時点でトリガーパルスを
   発生して交流制御素子を導通させるように構成し
   た点灯装置において、 前記タイマー回路は、基準電圧回路に接続され
   た抵抗体とコンデンサのRC時定数回路からなり、
   該RC時定数回路のコンデンサは、その充電電圧
   が一定値に達するまでは基準電圧回路の電圧源と
   は別の整流定電圧源から副充電回路を通して充電
   され、それ以後は基準電圧回路と抵抗体とからな
   る主充電回路を通して充電され、かつ、該コンデ
   ンサ充電電圧が前記一定値を超えた領域で基準電
   圧回路の基準電圧と一致するように基準電圧が設
   定されていることを特徴とする放電灯点灯装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の放電灯点灯装置
   において、基準電圧回路の基準電圧源は点灯回路
   の交流制御素子の両端電圧と限流リアクトルの両
   端電圧を加え合わせた電圧を検出して降圧整流す
   る回路をもつて構成したことを特徴とする放電灯
   点灯装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の放電灯点灯装置
   において、タイマー回路のコンデンサは点灯回路
   の交流制御素子のターンオフ位相に同期して充電
   が開始されるように構成したことを特徴とする放
   電灯点灯装置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の放電灯点灯装置
   において、タイマー回路のコンデンサを充電する
   ための副充電回路は、交流電源電圧を整流したの
   ち定電圧回路を通して得られた電圧源にダイオー
   ドと必要に応じてインピーダンス素子とを接続し
   てなる回路をもつて構成したことを特徴とする放
   電灯点灯装置。