JPH0445958B2

JPH0445958B2 -

Info

Publication number: JPH0445958B2
Application number: JP61048089A
Authority: JP
Inventors: Masahito Oonishi; Hiroyuki Nishino
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1986-03-05
Filing date: 1986-03-05
Publication date: 1992-07-28
Also published as: JPS62206795A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕この発明は直流を高周波交流に交換する共振型
インバータ回路を用いた放電灯点灯装置に関する
ものである。

〔背景技術〕

１石式共振型インバータ回路を用いた放電灯点
灯装置として、共振ループ内に蛍光灯などの放電
ランプを入れた構成のものが知られている。この
放電灯点灯装置は、第６図に示すように、商用電
源１１に全波整流器８を介して平滑コンデンサ７
を接続して直流電源１２を構成し、この直流電源
１２の平滑コンデンサ７の両端間に放電ランプ
９、チヨークコイル２およびスイツチング素子
（トランジスタ）１の直列回路を接続し、スイツ
チング素子１と並列にダンパーダイオード３と共
振コンデンサ４とを接続し、放電ランプ９の両フ
イラメントａ，ｂの非電源側電極端子間に始動用
として電圧応答スイツチ素子５およびダイオード
６の直列回路からなる単方向性電圧応答スイツチ
１３を接続している。この場合、スイツチング素
子１、チヨークコイル２、ダンパーダイオード
３、共振コンデンサ４は共振型インバータ回路１
４を構成している。また、上記共振コンデンサ４
は、一端がチヨークコイル２とスイツチング素子
１との直列回路の接続点に接続され、かつ高周波
的にチヨークコイル２と放電ランプ９との直列回
路と並列的に接続されている。なお、電圧応答ス
イツチ素子５は、放電ランプ９の不点灯時の両端
電圧より低く、かつ放電ランプ９の点灯時の両端
電圧より高いブレークオーバー電圧に設定されて
いて、放電ランプ９が点灯する前に導通し、放電
ランプ９の点灯後は遮断する。

第７図は第６図の点灯時における各部の波形図
であり、(A)はスイツチング素子１のベースへ入力
される電圧V_INを、(B)はスイツチング素子１に流
れる電流I₁を、(C)はスイツチング素子１の両端間
に生じる電圧V₁を、(D)はダンパーダイオード３
に流れる電流I₃を、(E)は共振コンデンサ４に流れ
る電流I₄を、(F)はチヨークコイル２に流れる電流
I₂をそれぞれ示している。

第６図の回路の動作を第７図を参照して説明す
る。

時刻t₀で電圧V_INが高レベルとなると、スイツ
チング素子１がオンとなつてチヨークコイル２に
放電ランプ９およびスイツチング素子１を通じて
直線的に増加する電流I₂が流れる。このとき、ス
イツチング素子１に流れる電流I₁も直線的に増加
する。

時刻t₁で電圧V_INが低レベルとなると、スイツ
チング素子１がオフとなり、電流I₁はゼロとな
る。ところが、チヨークコイル２に流れていた電
流I₂はその後も流れつづけようとし、この電流I₂
は放電ランプ９、平滑コンデンサ７および共振コ
ンデンサ４を通して電流I₄として流れる。これに
よつて共振コンデンサ４が充電され、スイツチン
グ素子１の両端の電圧V₁は正弦波状に上昇して
いく。

上記の電流I₄は時刻t₁以後徐々に減少し、時刻
t₂になるとゼロになり、このときに電圧V₁は最大
となり、この後共振コンデンサ４が放電を始め、
電流I₄が逆方向に流れ、電圧V₁が下降していく。

そして、時刻t₃で電圧V₁がゼロになり、この後
電圧V₁は共振により負の値になろうとするが、
ダンパーダイオード３がオンとなり、電流I₂は電
流I₃として流れ、電流I₄はゼロとなる。

時刻t₄で電圧V_INが再び高レベルとなると、ス
イツチング素子１がオンとなり、上記した一連の
動作を繰り返し、これによつて放電ランプ９に高
周波電力を供給して放電ランプ９の安定な点灯を
持続させる。

一方、始動時において放電ランプ９が不点灯の
場合は、チヨークコイル２の電流I₂は、正方向成
分は単方向性電圧応答スイツチ１３を通し電流I₅
として流れる。

ところが、電流I₂の負方向成分は、放電ランプ
９が不点灯の状態においては、放電ランプ９に流
れず、また、ダイオード６によつて単方向性電圧
応答スイツチ１３にも流れない。

第８図はこのときの第６図の回路の各部の波形
図であり、(A)はスイツチング素子１のベースへ入
力される電圧V_INを、(B)はスイツチング素子１に
流れる電流I₁を、(C)はスイツチング素子１の両端
間に生じる電圧V₁を、(D)は共振コンデンサ４に
流れる電流I₄を、(E)はチヨークコイル２に流れる
電流I₂を、(F)は単方向性電圧応答スイツチ１３に
流れる電流I₅を、(G)は放電ランプ９に流れる電流
I₉を、(H)は放電ランプ９の両端の電圧V₉をそれぞ
れ示している。

つぎに、第８図を参照して第６図の回路の放電
ランプ不点灯時の動作を説明する。時刻t₀で電圧
V_INが高レベルとなつてスイツチング素子１がオ
ンとなると、電圧応答スイツチ素子５、ダイオー
ド６、チヨークコイル２を通して直線的に増加す
る電流I₂が流れる。

時刻t₁でスイツチング素子１がオフとなると、
チヨークコイル２の電流I₂は流れ続けようとし、
平滑コンデンサ７を通して共振コンデンサ４を充
電し、時刻t₂になると電圧V₁が最大となり、この
後は共振コンデンサ４に放電が始まり、上記と逆
方向の電流が流れようとする。この時、放電ラン
プ９には電圧V₁の最大値から電源電圧を差し引
いて高電圧が瞬時に印加され、放電ランプ９が点
灯モードになろうとし、振動的な微弱電流が流れ
る。この時のフイラメントａ，ｂ間の印加電圧
は、ランプ点灯可能電圧V_9Xをはるかに超えるも
のであり、放電ランプ９のフイラメントａから強
制的に電子が放出されようとするため、フイラメ
ントａが発光する。共振コンデンサ４の電圧V₁
は、時刻t₂〜t₃間の電流I₂の負方向の電流成分が
スイツチング素子１のオフ直後の時刻t₁〜t₂間の
正方向の電流成分に比べて少なく、共振コンデン
サ４の電荷は放出されておらず、ゼロとはなつて
いないため、時刻t₃になつてスイツチング素子１
がオンとなると、共振コンデンサ４の電荷が突入
電流となつて放出される（I₄、I₁）。

このように、放電ランプ９が点灯していないと
き、放電ランプ９には瞬間的に高電圧が印加され
るので、フイラメントａが発光してしまい、フイ
ラメントａの寿命を著しく縮めるという問題があ
つた。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、放電ランプのフイラメント
寿命を長くすることができる放電灯点灯装置を提
供することである。

〔発明の開示〕

この発明の放電灯点灯装置は、直流電源と、こ
の直流電源に接続されたチヨークコイルとスイツ
チング素子との直列回路と、このチヨークコイル
とスイツチング素子との直列回路と前記直流電源
との間に介挿された放電ランプと、一端が前記チ
ヨークコイルとスイツチング素子との直列回路の
接続点に接続され、かつ前記チヨークコイルと放
電ランプとの直列回路と並列的に接続された第１
のコンデンサと、前記放電ランプの一対の非電源
側電極端子間に接続された単方向性電圧応答スイ
ツチと、前記放電ランプの電源側電極端子間に接
続される第２のコンデンサとを備え、前記第２のコンデンサの静電容量を前記スイツ
チング素子のオン期間に極性反転可能な値に設定
している。

この発明の構成によれば、放電ランプの電源側
電極端子間に第２のコンデンサを接続したため、
始動時において放電ランプの両端に加わる電圧が
徐々に上昇していき、その電圧がランプ点灯可能
電圧に達したときに放電が始まつて点灯するの
で、それまでの間に放電ランプのフイラメントの
予熱が十分に行われることになり、放電ランプの
フイラメント寿命を長くすることができる。

また、単方向性電圧応答スイツチのオン時に、
第２のコンデンサの放電電流が放電ランプのフイ
ラメントを通して流れることになり、第２のコン
デンサの放電電流がフイラメント抵抗によつて制
限されるので、単方向性電圧応答スイツチに過電
流が流れるのを抑制することができ、単方向性電
圧応答スイツチのストレスを軽減することができ
る。

実施例この発明の第１の実施例を第１図および第２図
に基づいて説明する。この放電灯点灯装置は、第
１図に示すように、直流電源１２と、この直流電
源１２に接続されたチヨークコイル２とスイツチ
ング素子１との直列回路と、このチヨークコイル
２とスイツチング素子１との直列回路と直流電源
１２との間に介挿された放電ランプ９と、一端が
チヨークコイル２とスイツチング素子１との直列
回路の接続点に接続され、かつチヨークコイル２
と放電ランプ９との直列回路と並列的に接続され
た共振用コンデンサ４と、放電ランプ９の一対の
非電源側電極端子間に接続された単方向性電圧応
答スイツチ１３と、放電ランプ９の電源側電極端
子間に接続されるコンデンサ１０とを備えてい
る。

この場合、直流電源１２は、商用電源１１と整
流ブリツジ８と平滑コンデンサ７とで構成され、
共振型インバータ回路１４とトランジスタなどの
スイツチング素子１とチヨークコイル２とダンパ
ーダイオード３と共振コンデンサ４とで構成さ
れ、単方向性電圧応答スイツチ１３は双方向性の
電圧応答スイツチ素子５とダイオード６との直列
回路で構成されている。また、共振コンデンサ４
は、一端がチヨークコイル２とスイツチング素子
１との直列回路の接続点に接続され、かつ平滑コ
ンデンサ７は高周波的には短絡状態であるので、
チヨークコイル２と放電ランプ９との直列回路と
高周波的には並列的に接続されている。

この放電灯点灯装置は、第９図の回路と比較す
ると、放電ランプ９の電源側電極端子間にコンデ
ンサ１０を接続した点が相違する。

つぎに、この放電灯点灯装置の動作を第２図を
参照して説明する。第２図は、第１図の回路にお
いて、平滑コンデンサ７に直列電圧が印加されて
から放電ランプ９が点灯するまでの期間の各部の
波形図で、(A)はスイツチング素子１のベースへ入
力される電圧V_INを、(B)はスイツチング素子１に
流れる電流I₁を、(C)は共振コンデンサ４に流れる
電流I₄を、(D)は単方向性電圧応答スイツチ１３に
流れる電流I₅を、(E)はコンデンサ１０に流れる電
流I₁₀を、(F)は放電ランプ９の両端電圧V₉を、(G)
はスイツチング素子９の両端電圧V₁をそれぞれ
示している。

時刻t₀からt₁までは、時刻t₁以降より時間軸を
縮めて描いている。

今、時刻t₀において、直流電源１２からインバ
ータ回路１４に電源電圧が印加されると、スイツ
チング素子１のベースには駆動のための電圧V_IN
が印加されているので、コンデンサ１０の蓄積電
荷が次第に増し、電圧V₉が負の極性に上昇する。

時刻t₁で電圧V₉が電圧応答スイツチ素子５のブ
レークオーバー電圧とダイオード６の順方向電圧
降下の和の電圧を超えると、コンデンサ１０に蓄
えられていた電荷により電圧応答スイツチ素子５
がターンオンし、コンデンサ１０の放電電流が放
電ランプ９の両フイラメントａ，ｂを通して流れ
る。このときの電圧V_INが高レベルとなると、電
圧応答スイツチ素子５、ダイオード６およびスイ
ツチング素子１を通してチヨークコイル２に直線
的に増加する電流が流れる。

時刻t₂になり、電圧V_INが低レベルとなつてス
イツチング素子１がオフとなると、チヨークコイ
ル２に流れていた電流は流れつづけようとし、平
滑コンデンサ７および電圧応答スイツチ素子５を
通して共振コンデンサ４を充電していく（電流
I₄）。この電流I₄によりスイツチング素子１の両
端電圧V₁が上昇する。

時刻t₃で電流I₅はゼロとなり、共振コンデンサ
４の両端の電圧V₁は最大となる。この後、共振
コンデンサ４は放電し始め、ダイオード６によつ
て電流I₅は阻止されているので、コンデンサ１０
に電流I₁₀が流れる。

時刻t₅になると、共振コンデンサ４の電圧V₁は
ゼロボルトとなり、コンデンサ１０の電圧V₉は
最大となる。ここで、スイツチング素子１が再び
オンとなり、この時チヨークコイル２とスイツチ
ング素子１の直列回路には電源電圧に電圧V₉を
加えた電圧が印加される。その後、コンデンサ１
０の電荷はチヨークコイル２の電流I₂のエネルギ
ーとなり、さらに電圧V₉が反転し、時刻t₅で電圧
応答スイツチ素子５のブレークオーバー電圧を超
えると、電圧応答スイツチ素子５がオンとなり、
ここからは電圧応答スイツチ素子５を通してチヨ
ークコイル２の電流が増加していく。このときに
も、電圧応答スイツチ素子５がオンとなることに
より、コンデンサ１０の放電電流が放電ランプ９
の両フイラメントａ，ｂを通して流れることにな
る。

時刻t₆でスイツチング素子１がオフとなると、
それまでチヨークコイル２に流れていた電流は、
共振コンデンサ４→平滑コンデンサ７→電圧応答
スイツチ素子５→ダイオード６の経路で流れる。

時刻t₇で共振コンデンサ４の電圧V₁が最大とな
り、再び共振コンデンサ４が放電し始め、コンデ
ンサ１０が充電していく。

そして、時刻t₈でコンデンサ１０の電圧V₉が最
大となり、この時スイツチング素子１がオンとな
り、これが繰り返される。

ここで、コンデンサ１０の電圧V₉は、前回の
スイツチングによるチヨークコイル２のエネルギ
ーに比例して増加し、この電圧V₉が電源電圧に
加わつてつぎの共振サイクルのスイツチング素子
１のオフ時の電流ピークを決めるので、電圧V₉
は共振サイクルを増す毎に次第に増加していく。

ゆえに、何サイクル目かで、例えば時刻t₉のよ
うに電圧V₉がランプ点灯可能電圧V_9Yを超えれ
ば、放電ランプ９が点灯に至り、時刻t₁₀にかけ
てコンデンサ１０の電荷は放電ランプ９とスイツ
チング素子１とを介して放電し、点灯に移るまで
の共振サイクルでは放電ランプ９は予熱状態を続
けることになる。

つぎに、コンデンサ１０の容量の設定範囲につ
いて説明する。

トランジスタからなるスイツチング素子１がオ
ンの時、平滑コンデンサ７の電圧とコンデンサ１
０の電圧がチヨークコイル２に印加される。この
時、平滑コンデンサ７の容量は、大きくチヨーク
コイル２との共振関係にならないが、コンデンサ
１０は、チヨークコイル２と振動を発生しうる値
にあるため、第２図の時刻t₄〜t₅のように、共振
的に電圧V₉は低下していく。コンデンサ１０の
静電容量が大き過ぎると、スイツチング素子１の
オンの間に電圧V₉が負にならず、電圧応答スイ
ツチ素子５およびダイオード６により放電ランプ
９のフイラメントａ，ｂの予熱電流を流すことが
できなくなる。ゆえに、時刻t₄からt₆の間に電圧
V₉が負になり、予熱電流を流せるようにコンデ
ンサ１０の静電容量値を選択する。これでコンデ
ンサ１０の静電容量値の上限が決まり、下限は実
際にフイラメント寿命から最低必要な値を定める
ことになり、回路動作上からの制約はない。つま
り、スイツチング素子１のオン期間にコンデンサ
１０の電圧極性が反転できるように、コンデンサ
１０の静電容量を設定するのである。

以上のように、放電ランプ９の電源側電極端子
間にコンデンサ１０を接続すると、放電ランプ９
に加わる電圧V₉が始動時に一瞬の間に高電圧に
ならず、共振サイクルを経る毎に徐々に上昇して
ランプ点灯可動電圧V_9Yに達するため、放電ラン
プ９のフイラメントａ，ｂの予熱が十分に行われ
たのち、必要最低限の電圧で放電ランプ９が始動
に至る。

したがつて、放電ランプ９のフイラメントａ，
ｂの劣化は少なく、放電ランプ９のフイラメント
寿命を長くすることができる。

また、電圧応答スイツチ素子５のオン時に、コ
ンデンサ１０の放電電流が放電ランプ９のフイラ
メントａ，ｂを通して流れることになり、コンデ
ンサ１０の放電電流がフイラメント抵抗によつて
制限されるので、電圧応答スイツチ素子５および
ダイオード６に過電流が流れるのを抑制すること
ができ、コンデンサ１０を設けたことによる電圧
応答スイツチ素子５およびダイオード６のストレ
スの増加を抑制することができる。

この発明の第２の実施例を第３図に基づいて説
明する。この放電灯点灯装置は、第３図に示すよ
うに、共振コンデンサ４の一端をスイツチング素
子１とチヨークコイル２の接続点に接続し、他端
を平滑コンデンサ７と放電ランプ９の接続点に接
続したものである。この場合、平滑コンデンサ７
は高周波的に見れば短絡状態であるので、共振コ
ンデンサ４は、高周波的には第１図と等価な位置
に接続されたことになる。

以下、動作について詳しく説明する。第３図は
共振コンデンサ４のスイツチング素子（トランジ
スタ）１のエミツタ側の一端が、放電ランプ９側
へ移動した構成である。共振コンデンサ４がスイ
ツチング素子１と並列の時（第１図参照）には、
スイツチング素子１のオン時に共振コンデンサ４
の電圧はゼロで、スイツチング素子１のオフ時、
チヨークコイル２により共振コンデンサ４の電圧
V₁は第２図および第９図Ａに示すように共振的
に増加し、最大電圧となり、再び低下してゼロに
なる電圧変化となる（第９図Ａ参照）。

ここで、第３図の回路構成では、第９図Ｂに示
すように、スイツチング素子１がオン時、共振コ
ンデンサ４には、平滑コンデンサ７と同様の直流
電圧V₇が印加され、スイツチング素子１がオフ
した時に、チヨークコイル２により共振コンデン
サ４の電圧は、共振的にゼロ電圧に向かい、電圧
の極性が反転して変化し、最大値となり、その後
平滑コンデンサ７の直流電圧V₇に戻る。すなわ
ち、直流電圧により、動作電圧がシフトした波形
となるのみで、チヨークコイル２のエネルギーに
よる共振の波形自体は第９図Ａと比べて変化はな
いものである。

この第３図の実施例については、スイツチング
素子１がオフ時、チヨークコイル２から共振コン
デンサ４へ流れる高周波電流が平滑コンデンサ７
を介して流れないため、平滑コンデンサ７として
高周波リツプル電流耐量の低いものが使用できる
という効果がある。

上記以外の構成および作用効果は第１図のもの
と同様である。

この発明の第３の実施例を第４図に基づいて説
明する。この放電灯点灯装置は、コンデンサ１０
をチヨークコイル２およびスイツチング素子１の
直列回路に対し並列に接続したもので、この回路
も高周波的に見れば、第１図と同じで、コンデン
サ１０は同じ機能を有する。

この第４図の実施例についても、同様に、平滑
コンデンサ７の直流電圧分がコンデンサ１０に印
加されるのみで、高周波エネルギーによる波形の
変化はないものである。

この第４図の回路においても、コンデンサ１０
への充放電電流が平滑コンデンサ７へ流れないの
で、平滑コンデンサ７として高周波リツプル電流
耐量の低いものが使用できる。

この発明の第４の実施例を第５図に基づいて説
明する。この放電灯点灯装置は、電気スタンドに
適用したものを示しており、放電ランプ９および
単方向性電圧応答スイツチ１３を笠A₁に内蔵し、
それ以外の回路部品を基台A₂に内蔵し、放電ラ
ンプ９と基台A₂内の回路部品とを支柱A₂内を通
るツイストペア線１６によつて接続している。そ
して、コンデンサ１０は、放電ランプ９から隔離
させ、基台A₂内において各部品と接続している。

このように、放電ランプ９と基台A₂内の回路
部品とをツイストペア線１６で接続するととも
に、コンデンサ１０を接続すると、不平衡電流に
よる雑音の抑圧を行える。

〔発明の効果〕

この発明の放電灯点灯装置によれば、放電ラン
プの電源側電極端子間に第２のコンデンサを接続
したため、始動時において徐々に上昇していき、
その電圧がランプ点灯可能電圧に達したときに放
電が始まつて点灯するので、それまでの間に放電
ランプのフイラメントの予熱が十分に行われるこ
とになり、放電ランプのフイラメント寿命を長く
することができる。

また、単方向性電圧応答スイツチのオン時に、
第２のコンデンサの放電電流が放電ランプのフイ
ラメントを通して流れることになり、第２のコン
デンサの放電電流がフイラメント抵抗によつて制
限されるので、単方向性電圧応答スイツチに過電
流が流れるのを抑制することができ、第２のコン
デンサを設けたことによる単方向性電圧応答スイ
ツチのストレスを軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の回路図、第
２図は第１図の各部の波形図、第３図はこの発明
の第２の実施例の要部回路図、第４図はこの発明
の第３の実施例の要部回路図、第５図はこの発明
の第４の実施例の要部回路図、第６図は従来例の
回路図、第７図および第８図は第６図の各部の波
形図、第９図は第１図および第３図の放電灯点灯
装置における電圧V₁の違いを示す波形図である。１……スイツチング素子、２……チヨークコイ
ル、３……ダンパーダイオード、４……共振コン
デンサ（第１のコンデンサ）、５……電圧応答ス
イツチ素子、６……ダイオード、７……平滑コン
デンサ、８……ダイオードブリツジ、９……放電
ランプ、１０……コンデンサ（第２のコンデン
サ）、１２……直流電源、１３……単方向性電圧
応答スイツチ、１４……共振型インバータ回路。

Claims

【特許請求の範囲】１直流電源と、この直流電源に接続されたチヨークコイルとス
イツチング素子との直列回路と、このチヨークコイルとスイツチング素子との直
列回路と前記直流電源との間に介挿された放電ラ
ンプと、一端が前記チヨークコイルとスイツチング素子
との直列回路の接続点に接続され、かつ前記チヨ
ークコイルと放電ランプとの直列回路と並列的に
接続された第１のコンデンサと、前記放電ランプの一対の非電源側電極端子間に
接続された単方向性電圧応答スイツチと、前記放電ランプの電源側電極端子間に接続され
る第２のコンデンサとを備え、前記第２のコンデンサの静電容量を前記スイツ
チング素子のオン期間に極性反転可能な値に設定
した放電灯点灯装置。