JPH0317197B2

JPH0317197B2 -

Info

Publication number: JPH0317197B2
Application number: JP57235076A
Authority: JP
Inventors: Henrii Sutatsupu Edowaado; Uesuton Fueroozu Maaku
Original assignee: US Philips Corp
Current assignee: US Philips Corp
Priority date: 1981-12-28
Filing date: 1982-12-27
Publication date: 1991-03-07
Also published as: US4700113A; JPS58117691A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明は、放電ランプの高周波数動作、特に、
いわゆるエネルギー節約形放電ランプ等の始動お
よび動作用の改善された高周波安定器回路に関す
るものである。

気体放電ランプを始動および安定化する回路
は、安定から効果的な動作を与えることが一般に
要求される。正規動作中は、放電ランプは負のイ
ンピーダンス特性を示す。したがつて、ランプの
負のインピーダンス特性を安定化して安定動作を
与えるために、正の直列インピーダンスまたは他
の電流制限機構を与えるためには、安定器回路が
必要とされる。このようなランプにおいて放電を
開始させるのに必要な電圧は、一般に、ランプの
公称動作電圧よりもかなり高い。補助始動回路を
設けて、ランプ放電の始動のために高始動電圧を
供給することもできる。ランプ安定化機能は、通
常、放電ランプに直列に接続されたインダクタま
たは抵抗によつて与えられてきた。

放電ランプの高周波動作は、50〜60Hzの低周波
動作に対していくつかの特独の利点を与える。た
とえば、低圧水銀放電ランプの高周波動作は、低
周波動作よりも高い効率を与え、同時に、より小
さな寸法の無効要素を用いることを可能にし、そ
の結果コストが減少する。高周波動作は、しばし
ば、回路力率を改善し、安定器における電力損失
をかなり減少させる。

代表的な〓エネルギー節約”形の低圧水銀放電
ランプは、通常、ランプの放電空間の壁の内面に
導電性フイルムまたはストリツプを有している。
これら導電性フイルムまたはストリツプは、ラン
プがクリプトン−ネオンまたはクリプトン−アル
ゴン充てんガスを有する場合でも、標準60Hz電源
電圧でランプを始動および動作させることを可能
にする。この内部導電性フイルムまたはストリツ
プを有するエネルギー節約形ランプについての重
大な問題は、高周波安定器と一緒に用いる場合に
は、不可能ではないとしてもランプを始動させる
のが極めて困難なことである。標準高周波安定器
の動作周波数（約15KHz〜50KHz）では、ランプ
電極間に供給される交流電圧は、電極とランプの
内部導電性被膜との間に容量的に結合されて、ラ
ンプ電極間に短絡を効果的に与え、これにより電
極付近を越えたランプ外囲器内の充てんガスのイ
オン化を妨げるものと考えられている。このこと
は、次の理由による。すなわち、供給周波数が増
大すると、各電極と導電壁との間のインピーダン
スが、ランプ内の充てんガスの完全なイオン化を
行うには、電極−壁電圧降下が不充分であるよう
な値にまで減少するからである。その結果、ラン
プは点灯しない。しかし、エネルギー節約形ラン
プにおいて最大の効率かつエネルギー節約を得る
ためには、ランプを始動させる可能な方法を見つ
けることができるならば、高周波高効率の駆動回
路によつてランプを作動させることが望ましい。

インバータがランプの予点灯（pre−ignition）
期間中に第１周波数（たとえば22KHz）で発振
し、ランプの通常動作中に約27KHzに自動的に増
大させる気体放電ランプを動作させる静インバー
タが、1981年１月13日にN.A.Schmitz（シユミツ
ト）の名前で発行されたU.S.特許4245177号明細
書に述べられている。しかし、この米国特許に開
示されているインバータは、エネルギー節約形放
電ランプの高周波点灯に含まれる特別の問題には
関係していない。シユミツトの静インバータの設
計においては、前述の点灯問題は認識されておら
ず、あるいはその解決方法若しくはその考察さえ
もなんら示されていない。

放電ランプの電流を調整する他の可変周波数イ
ンバータ回路が1977年11月29日にT.E.Anderson
に与えられた米国特許第4060751号明細書に、
1980年９月２日にD.A.Paiceに与えられた米国特
許第4220896号明細書に、1980年10月29日にL.H.
Walkerの名前で発行された英国特許第1578037号
明細書に開示されている。

発明の要約したがつて本発明の目的は、エネルギー節約形
放電ランプ等の高周波点灯および動作のための改
良した方法および装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、エネルギー節約形放電ラ
ンプの点灯を促進させるために、正規の50〜60Hz
より充分大きいが標準高周波安定器動作範囲（約
15KHz〜50KHz）よりも小さい周波数で第１高周
波電圧を発生する新規な可変高周波放電ランプ安
定器回路を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、エネルギー節約形
放電ランプに対して最適な点灯周波数および動作
周波数を自動的に発生する改良された高周波安定
器回路を提供することにある。

また、本発明の目的は、種々の動作状態のもと
で一定のランプ電流を与えるように、動作ランプ
の可変高周波駆動を提供することにある。

本発明の他の目的は、異なる動作ランプ電流を
与えてランプの減光を行うために、動作ランプの
可変高周波駆動を提供することにある。

さらに、本発明の目的は、軽量かつコンパクト
で、高効率の新規な可変高周波安定器回路を提供
することにある。

本発明のこれらの目的および他の目的は、信頼
性の良いランプ点灯には好適であり且つ正規の50
〜60Hz交流電源電圧よりも充分大きいが放電ラン
プの普通の高周波動作範囲よりも小さい第１周波
数f_sで放電ランプの高周波点灯電圧を発生する手
段を有する可変高周波安定器回路を提供すること
によつて達成される。高周波数f_sは、エネルギー
節約形ランプの信頼性の良い点灯が達成されるよ
うに選定する。安定器回路は、さらに、ランプ電
流をモニタし、ランプが動作（点灯）しているこ
とを示す振幅を有するランプを流れる電流を検知
するとすぐにその動作周波数を自動的に増大させ
る手段を具えている。ランプ動作中に動作周波数
を自動的に調整し、全光出力に対する所望レベル
に、あるいは減少した光出力にランプ電流を一定
に保持する手段を設ける。

本発明の好適な実施例第１図は、本発明の第１実施例を示し、第２図
は本発明の第２実施例を示す。

第１図は、一部はブロツク図で一部は回路図で
示す本発明の好適な実施例を機能的に示す。この
新規な安定器回路を、１対の低周波（たとえば
60KHz）交流入力端子１，２に接続して、電力を
供給し安定器回路および放電ランプを付勢するこ
とができる。

入力端子を、受動無線周波干渉フイルタ
（RFI）３に結合する、フイルタ３の出力端子を、
ブリツジ整流器（図示せず）およびフイルタコン
デンサ（図示せず）を具える交流−直流コンバー
タ装置に結合する。

コンバータ装置４で発生される直流電源電圧
を、プツシユプルインバータおよびインピーダン
ス整合変成器を有する直流−高周波コンバータ装
置５に供給する。このプツシユプルインバータ
は、変成器９の１次巻線８の反対側端に接続され
たコレクタ電極を有するスイツチング電力トラン
ジスタ６および７より構成されている。トランジ
スタ６および７のベース電極を、スイツチ駆動器
回路１２の出力端子１０および１１にそれぞれ接
続する。１次巻線８の中心タツプを、小形かつ低
値のチヨークコイル１３を経てコンバータ装置４
の正の出力端子に結合する。スイツチングトラン
ジスタ６および７のエミツタ電極を、相互に接続
して、コンバータ装置４の負の出力端子に接続す
る。

クランプダイオード１４および１５を、トラン
ジスタ６および７に、それぞれ、逆並列に接続し
て、トランジスタを過剰電圧から保護する。イン
ダクタ１６とコンデンサ１７とを、１次巻線８の
端部端子間に直列に接続する。ツエナーダイオー
ド１８を、インダクタ１６とコンデンサ１７との
接続点と、大地との間に接続する。要素１６〜１
８は、共に、変成器から電圧スパイクを除去する
クランプ回路を構成する。

変成器の２次巻線１９は、電流制限インダクタ
２１を経て第１放電ランプ２０の一方の予熱電極
に結合された１つの端子を有している。２次巻線
１９の他方の端部端子を、第２放電ランプ２２の
一方の予熱電極に結合する。ランプ２０および２
２の他方の予熱電極を相互に接続して、ランプが
変成器９の２次巻線の端部端子に、安定器コイル
２１に直列に接続されるようにする。変成器は、
さらに、ランプ２０および２２の最外予熱電極に
結合された電極ヒータ巻線２３および２４をそれ
ぞれ具えている。他の電極ヒータ巻線２５を、２
個の放電ランプの相互接続された予熱電極に結合
する。コンデンサ２６を、放電ランプ２０に並列
に接続して、ランプの連続点灯を促進する。この
放電ランプは、放電空間（放電管）の壁の内側に
導電性被膜を有するエネルギー節約形低圧水銀放
電灯である。各ランプのワツト数は、約35ワツト
である。ランプ直径は、約36mmである。各ランプ
の長さは、約1220mmである。各ランプの放電空間
は、クリプトン−アルゴン混合気体を有してい
る。

全ランプ電流を、電流センサ、たとえばランプ
電流を流す導線に磁気的に結合された電流ループ
導線２７によつてモニタする。ランプが点灯する
と、ランプ電流に比例する高周波交流電流が、変
成器２７を経て、電流−電圧変換器として動作す
る第１〓741”形の演算増幅器（OP−AMP）２
８の入力端子に供給される。OP−AMP２８への
高周波交流入力信号を、OP−AMPの出力端子に
結合されたコンデンサ２９の比例直流電圧に変換
する。OP−AMPに直列に接続された抵抗３０と
ダイオード３１とは、入力交流電流のコンデンサ
２９の比例直流出力電圧への交換を助ける。

バツフア増幅器段４０は、検知されたランプ電
流に対してスケーリング（scaling）機能を与え
る。分圧計４１を、バツフア増幅器の出力端子と
大地との間に結合して、〓電圧制御発振器
（VCO）３２の制御入力端子に供給される直流出
力信号のレベルを設定するのに用いる。増幅器４
０は、また、“741”形OP−AMPを具えることが
できる。減光（dimming）動作を達成するため
に、分圧計４１を用いることができる。VCOは、
普通の集積回路であり、たとえば、モトローラ社
の“4046”タイプの集積回路（IC）の半分を具
えることができる。抵抗３２ａおよび３３は、コ
ンデンサ３４と一緒に最低動作周波数（f_s）また
は電圧制御発振器３２の始動点を調整あるいは設
定し、およびその絶対周波数をも設定する。零入
力電圧で、抵抗３２ａに対する抵抗３３の比に依
存する周波数f_sが発生する。可変抵抗３３を調整
して、エネルギー節約形ランプ２０および２２の
信頼性の良い点灯を可能にする周波数f_sを発生さ
せる。VCO３２への直流入力電圧が増大すると、
分周器３５のクロツク入力端子（Ｃ）に供給され
る出力パルスの周波数も増大する。

分周器３５は、たとえばRCA社の普通の
“4013”タイプの集積回路の半分である。分周器
３５は、縦続に接続された周波数減少段の数に基
いて、周波数を減少させる。本実施例の場合に
は、単一段で充分であり、したがつて1/2の周波
数減少を生じさせる。すなわち、２で除算する回
路として働く。必要に応じて追加の段を用いるこ
とができる。分周器３５の方形波出力電流を、ラ
イン３６を経て、スイツチ駆動器回路１２の入力
端子に供給する。スイツチ駆動器回路は、入力電
流信号のレベルを増大させて、直流−高周波コン
バータ装置５のトランジスタ６および７を駆動す
るのに充分な電流を供給する。スイツチングトラ
ンジスタが、互いに排他的な期間で交互に導通す
ることが要求されるので、スイツチ駆動器回路１
２は、非反転増幅器３７と反転増幅器３８とによ
つて構成され、180゜位相のずれた方形波入力信号
を、トランジスタ７および６のベース電極に供給
して、一定瞬時に一方のトランジスタスイツチが
オンとなり、他方のトランジスタスイツチがオフ
になるようにする。

一方のスイツチが常にオフとなり他方のスイツ
チがオンとなるようにするためには、有限の遅延
を発生させるのが望ましい。

RFI入力フイルタ３の出力端子に結合された入
力端子を有する調整電力源３９を設けて、調整直
流電圧を供給し、論理回路を付勢する。電力源３
９は、すべての論理回路の動作のために交流線か
ら無損失直流電力を供給する普通の電流ポンプ回
路とすることができる。論理回路を付勢するため
に用いられる電源の種類は、本発明の動作には重
要でない。

動作中、入力端子１および２が、最初に、交流
電圧源たとえば115V、60Hz交流電源に接続され
る場合、零ランプ電流が存在する。VCO３２へ
の直流入力信号電圧は、VCOが所望のランプ点
灯周波数f_sの２倍の周波数で出力パルスを発生す
るようなレベルにある。“1/2”分周器３５および
スイツチ駆動器回路１２によつて、スイツチング
トランジスタ６および７が、点灯周波数f_sで交互
に導通およびしや断するように駆動される。トラ
ンジスタ６がターンオンすると、トランジスタ７
がターンオフし、あるいはこの逆である。周波数
f_sは、一般に、２個のエネルギー節約形ランプ２
０および２２の信頼性の良い点灯が、所望の温度
範囲および入力電圧範囲にわたつて保証され且つ
安全な限界に合致したランプ電圧を有することが
できる最高周波数である。電力トランジスタ６お
よび７の回路は、プツシユプル直接駆動インバー
タ回路として動作し、変成器９を経てエネルギー
節約形ランプに周波数がf_sの点灯電圧を供給す
る。

ランプが点灯するとすぐに、変成器の２次回路
に大きな方形波の電流が流れる。実際には、ラン
プ電流の波形は幾分ひずむので、正確な方形波と
しては発生しない。電圧コンバータ２８への電流
は、すぐに（２サイクル以内に）、ランプ電流の
流れに応じて、コンデンサ２９の直流電圧レベル
を増大させる。VCO３２は、その直流入力信号
の増大に順次応答してその周波数を増大させ、こ
れによりインバータ周波数を装置の設計動作周波
数f₀の方向に増大させる。この実施例では、点灯
周波数f_sは数ｋHzであり、動作周波数f₀は約30k
Hzである。分周器３５は、対称出力波形の発生を
保証し、これにより偶数次の調波の発生を最小に
する。さらに、駆動から約±90゜位相のずれたラ
ンプ電流の変化は、動作周波数の２倍の周波数で
VCOを変化させる。したがつて、周波数の全サ
イクルの終了時にのみ、周波数変化が回路に発生
する。その結果、サイクルずつの周波数制御が行
われる。安定器要素すなわちインダクタ２１のリ
アクタンスは、したがつて、サイクルずつに変化
する。周波数が点灯周波数f_sから増大するにした
がつて、安定器インダクタ２１の無効インピーダ
ンスが増大し、これによりランプ電流のレベルを
減少させる。

所望の動作周波数に達するまでVCOの周波数
は増大し、これにより放電ランプの設計動作電流
レベルを減少させる。

したがつて回路は、ランプ電流を設計値の周辺
で制御する。たとえば、ランプ電流が設計レベル
以上に上昇しようとする場合、電流は電流変成器
２７によつてモニタされ、電流−電圧変換器２８
は、VCO３２への直流入力信号を増大させる。
VCOは、その周波数を順次増大させ、これによ
りインバータ５の周波数を増大させる。流れる高
周波数電流は、安定器インダクタ２１の無効イン
ピーダンスを増大させ、このインダクタはランプ
電流をその公称動作値に制限または減少させよう
とする。ランプ電流が設計値以下に低下しようと
する場合には、逆の動作が発生する。このように
して、周波数が変化し、ランプ電流を一定に調整
または保持する方向に安定器インピーダンスを変
化させる。

この制御電流によつて一定に保たれるレベル
は、分圧器４１によつて設定される。この分圧器
の設定を調整することによつて、最大レベル以下
の光出力を達成することができる。すなわち、ラ
ンプを薄暗くすることができる。

第２図は、本発明の第２実施例を示す。この実
施例では、第１図に関連して説明した要素に類似
の要素には同じ番号を付して示す。入力端子１お
よび２は、装置を115V、60Hzの交流電圧源に接
続する。RFIフイルタ３は、端子１および２を、
交流−直流コンバータ４に接続する。このコンバ
ータは、直流−高周波数コンバータ装置５用のろ
波された直流動作電圧に供給する。インバータ回
路は、直列に接続された安定器要素４２を経て、
（第１図についての説明において述べた種類の）
放電ランプ２０を付勢する。

電流ループ回路２７は、位相検出器４３の１つ
の入力端子に基準信号を供給する。位相検出器
は、電圧制御発振器VCO３２が他の部分である
前述した集積回路（IC）“4046”タイプの一部と
することができる。4046ICのピン番号を図に示
す。

4046ICのピン１４は、基準入力信号を受信す
る。ピン１３は、位相検出器４３の出力端子を、
ループフイルタ４４の入力端子に結合する。この
フイルタは、抵抗４５と大地に直列に接続された
抵抗４６およびコンデンサ４７とから構成され
る。抵抗４６の値は、抵抗４５の抵抗値の約10倍
である。

抵抗４５と抵抗４６との間の接続点は、フイル
タ４４の出力端子を構成し、VCO３２のピン９
に結合され、周波数に比例する電圧をVCOに供
給する。抵抗３２ａおよび３３を、VCOのピン
１１と大地との間に、VCOのピン１２と大地と
の間にそれぞれ接続する。コンデンサ３４を
VCOのピン６とピン７との間に結合し、VCOの
ピン５を大地に接続する。

VCO３２のピン４は、可変周波数信号を分周
器３５に結合する。この分周器は、分周信号を、
位相検出器３２の第２入力端子すなわち4046回路
のピン３とスイツチ駆動器回路１２の入力端子と
に順次に供給する。スイツチ駆動器は、装置５の
スイツチングトランジスタ（第２図には示さず）
を交互に駆動する。要素３２，３５，４３，４４
等を有する閉ループ回路は、位相ロツクループの
閉ループと同じように機能する。

第１図の回路におけるように、交流電力は、入
力端子１および２に供給され、RFIフイルタ３に
おいてろ波され、交流−直流コンバータ４におい
て整流およびろ波される。整流された直流電圧
を、装置５内で高周波交流信号に変換する。

装置５の動作周波数は、VCO３２によつて再
び決定される。零ランプ電流で、すなわち点灯の
前に、スイツチ駆動器１２の出力周波数は、点灯
周波数f_sであり、抵抗３２ａ，３３およびコンデ
ンサ３４の選定によつて設定される。抵抗３２ａ
に関係する抵抗３３の抵抗値は、最小および最大
の動作周波数の両方を設定する周波数オフセツト
を与える。抵抗３２ａおよびコンデンサ３４は、
基本周波数動作範囲を設定する。この基本周波数
動作範囲は、VCO（4046回路）のピン９の零入力
電圧での最小周波数から、ループフイルタ４４に
より供給される最大出力電圧での最大周波数まで
変化する。この電圧は、もちろん、位相検出器４
３のピン１３からの出力レベルによつて決定され
る。ループフイルタおよび位相検出器は、差駆動
サンプル・ホールド回路として一緒に動作する。

ランプ電流は、電流センサ２７によつて再びモ
ニタされ、位相検出器４３のピン１４に供給され
る。零ランプ電流に対して、入力は零であるの
で、ループフイルタの出力は零である。ランプ２
０が点灯すると、ランプに直列の安定器リアクタ
ンス４２によつて制限されるランプ電流が流れ
る。VCO３２および安定器リアクタンス４２に
対する回路パラメータの選定は、装置の設計動作
周波数を設定する。

一定の設計動作周波数に対しては、ランプ電流
は一定となり、したがつて入力信号を位相検出器
４３（4046回路）のピン１４に供給する。その結
果、VCO３２を所望動作点に駆動するループフ
イルタ４４の出力端子に直流電圧レベルを生じ
る。Ｎで除算される分周器３５は、偶数個の段を
有するのが好適である。正しいランプ動作電流が
一度得られると、閉ループ論理回路は、必要に応
じて動作周波数を変化させて、この電流値を保持
する。

本発明回路は、ソリツドステート可変周波数安
定器として機能して、高周波数すなわち約15KHz
以上で動作する１個以上の気体放電ランプの電流
を制限し、60Hz以上ではあるがいわゆる高周波安
定器の通常の動作周波数以下である所定の高周波
電圧f_sを供給することによつて、エネルギー節約
形の低圧水銀放電ランプの信頼性の良い点灯を与
える。

放電ランプが点灯した後、回路は、ランプの効
果的かつ信頼性の良い高周波動作のための最適動
作設計周波数に周波数を自動的に増大させ、周波
数制御を与えて、所望光出力に対してランプ電流
を一定に保持する。

本発明を、好適な実施例に基いて詳細に説明し
た。しかし、本発明の精神と範囲から逸脱するこ
となく、当業者であれば多くの変形および変更が
可能なことは明らかである。たとえば、安定器イ
ンダクタの代りに安定器コンデンサを用いること
ができ、あるいは放電ランプは、直列ではなく並
列に接続することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を示す図、第２
図は、本発明の第２実施例を示す図である。１，２……入力端子、３……受動無線周波干渉
フイルタ、４……交流−直流コンバータ装置、５
……直流−高周波コンバータ装置、６，７……電
力トランジスタ、９……変成器、１２……スイツ
チ駆動器回路、２０，２２……放電ランプ、２７
……電流ループ導体、３２……電圧制御発振器、
３５……分周器、４１……分圧計、４３……位相
検出器、４４……ループフイルタ。

Claims

【特許請求の範囲】１少なくとも１個の気体放電ランプと、交流電
圧でこの気体放電ランプを点灯および動作させる
回路とを具える回路装置であつて、点灯の際の周
波数fsを少なくとも1KHzとし、放電ランプの動
作状態における周波数foを、前記周波数fsよりも
大きくし、それぞれが制御電極を有する第１およ
び第２スイツチングトランジスタを有する直流一
高周波数コンバータ装置と、このコンバータ装置の出力端子を前記放電ラン
プに結合する無効安定器インピーダンスと、前記放電ランプを流れる電流を検知して、これ
により定まる制御信号を取り出す手段とを具える
回路装置において、前記放電ランプを、放電空間の壁の内側に導電
性被膜を有する低圧水銀放電ランプとしたことを
特徴とする回路装置。２特許請求の範囲第１項に記載の回路装置にお
いて、前記放電ランプの放電空間がクリプトンを
含むことを特徴とする回路装置。