JPH05343188A - 無電極放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 始動スイッチがオフされた始動直後でも負荷
インピーダンスを一定に保持でき、インバータをストレ
スから保護でき、始動直後のランプへの電力供給を良好
に行なえる無電極放電ランプ点灯装置を提供する。 【構成】 直流電源を高周波電源に変換するインバータ
３と、インバータの出力端子間に第１のコンデンサ６を
介して接続され、第２のコンデンサ８が並列に接続され
る励起コイル７と、ランプチューブの外周部に励起コイ
ルが巻き付けられ、ランプチューブ内に放電性ガスまた
は蒸気が封入された無電極放電ランプ１４と、第３のコ
ンデンサ９に、始動用コイル１０、第４のコンデンサ１
１およびダンピング抵抗１５からなる並列共振回路部１
６を直列接続してなり、励起コイルに始動用スイッチ１
２を介して並列に接続され、第３のコンデンサと並列共
振回路部との接続点から無電極放電ランプに始動用の高
電圧を印加する始動用直並列共振回路と、並列共振回路
部と始動用スイッチの両端に並列に接続される第５のコ
ンデンサ１７とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無電極放電ランプの周
囲に巻かれた励起コイルからランプ内のプラズマリング
に磁気的に高周波電力を供給してランプを点灯させる無
電極放電ランプ点灯装置に関し、特にランプ始動回路を
改良して始動時の負荷インピーダンスの変化をなくした
無電極放電ランプ点灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特に高周波駆動される無電極放電ランプ
は、高効率、高輝度、高演色、長寿命などの優れた特性
を合せ持つ放電ランプである。この無電極放電ランプを
点灯させるには、ランプの周囲に巻かれる励起コイルの
他に、高電圧発生用の始動回路を必要となる。図４のブ
ロック図に、この無電極放電ランプを点灯させるための
従来から知られる点灯装置を示す。この図で、商用交流
電源１は整流回路２で直流電源に変換されたあと、イン
バータ３でたとえば１３．５６ＭＨｚの高周波電源に変
換される。このインバータ３は、ドライブ回路４によっ
て駆動されるスイッチング素子５ａ，５ｂからなるハー
フブリッジ形に構成されている。このインバータ３の出
力端子間には、第１のコンデンサ６を介して励起コイル
７が接続され、主回路を構成するこの励起コイル７には
第２のコンデンサ８が並列に接続される。この励起コイ
ル７は、ランプの周囲に数ターン（たとえば２ターン）
巻き付けられる。また、励起コイル７には、第３のコン
デンサ９、始動用コイル１０と第４のコンデンサ１１と
の並列共振回路部および始動用スイッチ１２の直列回路
によって構成される始動回路１３が並列に接続されてい
る。コンデンサ９と並列共振回路部との接続点である高
電圧発生点は、ランプ１４のガスプローブ１４ｂに接続
されている。ここで、コンデンサ９，１１はチューニン
グ用として用いられ、コンデンサ９，１１によって始動
回路１３の共振の度合を変えることにより、主回路と始
動回路１３への電力の配分を変えたり、始動回路動作中
における主回路と始動回路13との合成インピーダンスを
高周波電源にマッチングさせる作用を持っている。無電
極放電ランプ１４は、アークチューブとなるメインチュ
ーブ１４ａ内に放電性ガスとなるたとえばクリプトン
（Ｋｒ）が２５０トル（ｔｏｒｒ）封入されているとと
もに、ＮａＩ、ＣｅＩが封入されている。このメインチ
ューブ１４ａの頂部からは、メインチューブ１４ａと隔
壁で隔てられた始動用エネルギ注入管部をなすガスプロ
ーブ１４ｂが延びている。このプローブ１４ｂ内には、
クリプトンが１０ｔｏｒｒ程度封入されている。

【０００３】このように構成される無電極放電ランプ点
灯装置では、始動時にスイッチ１２をオンしてインバー
タ３から主回路と始動回路１３に高周波電力を供給する
と、始動回路１３で発生した高電圧がガスプローブ１４
ｂに印加される。これにより、ガスプローブ１４ｂ内の
ガスが放電破壊して、メインチューブ１４ａ内のガスを
グロー放電状態に導き、主回路によってチューブ１４ａ
内にプラズマリングが形成される。このプラズマリング
の形成が図示しない検出回路によって検出されると、こ
の検出信号を受けて始動用スイッチ１２がオフされる。
以降、励起コイル７から磁気的に結合するプラズマリン
グに点灯用電力が供給され、ランプ１４が高周波点灯さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の点灯装置では、始動用スイッチ１２をオフした途
端に、負荷インピーダンスが変化してしまい、インバー
タ３を構成するスイッチング素子５ａ，５ｂにストレス
が加わったり、ランプ１４への供給電力が減ってランプ
１４が消えるなどの不具合が発生することがある。これ
は、つぎのような理由に基づくものである。始動中の主
回路のインピーダンスは、励起コイル７の影響でインダ
クタンス過剰側に偏っており、始動回路１３はこの主回
路のインダクタンス過剰を相殺できるように静電容量過
剰となるように回路定数が設定されている。したがっ
て、始動用スイッチ１２がオンして始動回路１３が動作
中にあるときは、インバータ３と負荷インピーダンスの
マッチングがとれた状態にある。ところが、始動直後に
スイッチ１２をオフすると、主回路から始動回路１３が
切り離されるため、主回路のインダクタンス過剰が現れ
て負荷インピーダンスの位相がインダクタンス過剰側に
変化する。なお、始動直後のウォーミングアップを経て
ランプ１４が点灯し出すと、ランプ１４内に発生するリ
ング状のアーク（プラズマリング）が励起コイル７の二
次コイルの役割を果たし、励起コイル７内の磁束の一部
を打ち消すため、主回路のインダクタンス成分が減少す
るとともに、ランプ１４の温度上昇に伴いランプ14内の
発光物質の蒸気圧が増すことにより、ランプ１４の抵抗
成分が増える。これが励起コイル７との磁気的な結合を
通して、等価的な抵抗成分の増大として作用する。

【０００５】本発明は、このような従来の技術が有する
課題を解決するために提案されたものであり、始動スイ
ッチをオフした始動直後でも負荷インピーダンスを一定
に保持できるようにし、インバータをストレスから保護
できるとともに、始動直後にランプへの電力供給を良好
に行なえる無電極放電ランプ点灯装置を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明による無電極放電ランプ点灯装置は、直流電源
を高周波電源に変換するインバータと、このインバータ
の出力端子間に第１のコンデンサを介して接続され、第
２のコンデンサが並列に接続される励起コイルと、ラン
プチューブの外周部にこの励起コイルが巻き付けられ、
ランプチューブ内に少なくとも放電性ガスまたは蒸気が
封入された無電極放電ランプと、第３のコンデンサに、
少なくとも始動用コイルおよび第４のコンデンサからな
る並列共振回路部を直列接続してなり、上記励起コイル
に始動用スイッチを介して並列に接続されるとともに、
第３のコンデンサと並列共振回路部との接続点から無電
極放電ランプに始動用の高電圧を印加する始動用直並列
共振回路と、上記並列共振回路部と上記始動用スイッチ
の両端に並列に接続される第５のコンデンサとを有する
構成となっている。

【０００７】

【作用】上述した構成によれば、始動用スイッチをオン
からオフに切り換えたときでも、主回路に第３のコンデ
ンサと第５のコンデンサの直列回路が並列に接続された
状態となる。これにより、始動回路の動作、不動作にか
かわらず常に主回路に始動回路の一部である第３のコン
デンサを並列に接続しておくことができ、始動用スイッ
チをオフしたランプ始動直後でも負荷インピーダンスが
インダクタンス過剰側に変動しなくなる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明による無電極放電ランプ点灯装
置の具体的な実施例を図面に基づき詳細に説明する。な
お、説明にあたっては従来例と同様部分に同一符号を付
して、重複する部分の説明を一部省略する。図１のブロ
ック図に、この点灯装置の一実施例を示す。この図で、
直流電源を高周波電源に変換して取り出すハーフブリッ
ジ形のインバータ３の出力端子間には、第１のコンデン
サ６を介して励起コイル７が接続され、この励起コイル
７に並列に第２のコンデンサ８が接続されている。

【０００９】励起コイル７の両端には、第３のコンデン
サ９に、始動用コイル１０、第４のコンデンサ１１およ
びダンピング抵抗１５からなる並列共振回路部１６を直
列接続してなる直並列共振回路が、始動用スイッチ１２
を介して並列に接続されている。ダンピング抵抗１５
は、並列共振回路部１６のＱ（先鋭度）を下げる働きが
ある。なお、第４のコンデンサ１１はコイル１０の巻線
間の浮遊容量またその他の浮遊容量で代表させてもよ
い。また、並列共振回路部１６と始動用スイッチ１２の
直列回路の両端には、第５のコンデンサ１７が並列に接
続されている。このコンデンサ１７は、コンデンサ８が
数百ｐＦであるのに対して十分に小さいな数ｐＦ程度の
静電容量を有している。高電圧発生点となる第３のコン
デンサ９と並列共振回路部１６との接続点は、無電極放
電ランプ１４の始動用エネルギ注入管部をなすガスプロ
ーブ１４ｂに接続されている。ここで、第３のコンデン
サ９、並列共振回路部１６、始動用スイッチ１２および
第５のコンデンサ１７は、始動回路１８を構成してい
る。なお、商用交流電源１と整流回路２の間にノイズフ
ィルタを設けるとともに、整流回路２とインバータ３の
間に低歪入力電源回路を設けてもよい。

【００１０】つぎに、このように構成されている無電極
放電ランプ点灯装置の動作を説明する。ランプ１４を始
動させようとするときは、始動用スイッチ１２をオンし
て、インバータ３から主回路と始動用の直並列共振回路
に電力を供給する。これにより高電圧発生点に現れた高
電圧が、ランプ１４のガスプローブ１４ｂに印加される
ので、メインチューブ１４ａ内にグロー放電が誘引さ
れ、励起コイル７からのエネルギを受けてメインチュー
ブ１４ａ内にプラズマリングの１ターンが形成される。
このプラズマリングの形成が検出された時点で、始動用
スイッチ１２が開かれる。このとき、並列共振回路部１
６は主回路から切り離されてしまうが、コンデンサ９，
１７の直列回路が励起コイル７に並列に接続された状態
となる。したがって、スイッチ１２をオンからオフに切
り換えたランプ始動直後でも、始動用の直並列共振回路
の一部をなす第３のコンデンサ９が主回路に並列に接続
されたまま残り、主回路のインダクタンス過剰を相殺で
きることから、負荷インピーダンスをランプ始動直後で
も一定に保持でき、インバータ３からランプ１４に十分
な電力を供給できる。なお、コンデンサ９，１７はコン
デンサ７に比べて十分に容量が小さく、またランプ点灯
時に負荷回路の抵抗成分が増大していることも相まっ
て、ランプ１４が始動されたあとのウォーミングアップ
を経てランプ１４が完全に点灯されたときに、これらコ
ンデンサ９，１７が主回路に接続されていても負荷イン
ピーダンスに影響を与えない。

【００１１】つぎに、この点灯装置の主回路と始動回路
部分の具体的な構成を図２に基づいて説明する。インバ
ータ３に直列接続されるコンデンサ６には、積層セラミ
ック高圧コンデンサが用いられる。ランプ１４に巻かれ
た励起コイル７に並列接続されるコンデンサ８は、コイ
ル７に一体な６５×１３０mmのアルミ板２０ａ，２０ｂ
間に厚さ０．１mmの銅板２１ａ，２１ｂを挟み、さらに
銅板２１ａ，２１ｂ間に厚さ０．３５mmのフッ素樹脂シ
ートなどからなる絶縁シート２２を挟み込むことで構成
されている。コンデンサ９，１７は、銅円板２３と、コ
ンデンサ８の一部をなすアルミ板２０ａ，２０ｂから鍔
を出すことで形成した対向電極２４ａ，２４ｂとの間に
フッ素樹脂シートなどの絶縁シート２５を挟み込むこと
で構成されている。この銅円板２３には調整ねじ２６が
バー２７を介して取り付けてあり、対向電極２４ａ，２
４ｂとの距離を変えることにより、コンデンサ９，１７
の容量を微調できるようになっている。２８はスペーサ
である。この銅円板２３に接続されるバー２７は、始動
用コイル１０に接続されているとともに、ランプ１４の
ガスプローブ１４ｂに接続されている。始動用コイル10
の周囲には、シールドケース２９が取り付けられてお
り、このシールドケース29によってストレイ容量などに
よるチューニングのずれを防止しているとともに、コン
デンサ１１の並列容量を形成している。始動用コイル１
０の他端は、始動用スイッチ１２をなすリレーＲＹを介
して主回路の接地側に接続されている。

【００１２】図４に、実際の装置に用いられている各素
子の定数を第１の例および第２の例の２例について示し
た。ここで、コンデンサ６，８の静電容量はＣs ，Ｃp
であり、励起コイル７のインダクタンスがＬ、コイル７
の内部抵抗がＲである。また始動用コイル１０のインダ
クタンスがＬstであり、コンデンサ９，１１，１７の静
電容量がそれぞれＣstp ，Ｃsts ，Ｃ1 であり、抵抗１
５の抵抗値がＲstである。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、始
動回路が動作しているか否かにかかわらず、主回路に始
動回路の一部を接続したまま残すことができ、始動スイ
ッチがオンからオフに切り換えられたランプ始動直後で
もインバータ側から見た負荷インピーダンスの位相を一
定に保持することができる。これにより、従来生じてい
たランプ始動直後のインピーダンス変動によるインバー
タのストレスを解消でき、インバータのスイッチング素
子を破壊から保護できる。また、インバータからランプ
に入力される電力がランプ始動直後でも変化せず、ラン
プに十分な電力を供給できるので、従来のように始動直
後にランプが消えるような不具合が発生せず、良好にラ
ンプを点灯させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による無電極放電ランプ点灯装置の一実
施例を示すブロック図である。

【図２】図１の点灯装置の主回路と始動回路部分の具体
的な構成を示す概略的な斜視図である。

【図３】図１の点灯装置で用いられる各素子の定数を示
す図である。

【図４】従来の無電極放電ランプ点灯装置の例を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１ 商用交流電源 ２ 整流回路 ３ インバータ ４ ドライブ回路 ５ａ，５ｂ スイッチング素子 ６ 第１のコンデンサ ７ 励起コイル ８ 第２のコンデンサ ９ 第３のコンデンサ １０ 始動用コイル １１ 第４のコンデンサ １２ 始動用スイッチ １４ 無電極放電ランプ １４ａ メインチューブ １４ｂ ガスプローブ １５ ダンピング抵抗 １６ 並列共振回路部 １７ 第５のコンデンサ １８ 始動回路 ２０ａ，２０ｂ アルミ板 ２１ａ，２１ｂ 銅板 ２２ 絶縁シート ２３ 銅円板 ２４ａ，２４ｂ 対向電極 ２５ 絶縁シート ２６ 調整ねじ ２７ バー ２８ スペーサ ２９ シールドケース

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源を高周波電源に変換するインバ
   ータと、 このインバータの出力端子間に第１のコンデンサを介し
   て接続され、少なくとも第２のコンデンサが並列に接続
   される励起コイルと、 ランプチューブを有し、ランプチューブ内に少なくとも
   放電性ガスまたは蒸気が封入され、上記励起コイルの発
   生磁束によって放電を形成する無電極放電ランプと、 第３のコンデンサおよびこの第３のコンデンサに、少な
   くとも始動用コイルおよび第４のコンデンサからなる並
   列共振回路部を直列接続してなり、上記励起コイルに始
   動用スイッチを介して並列に接続されるとともに、第３
   のコンデンサと並列共振回路部との接続点から始動用電
   極を導出し、この始動用電極から無電極放電ランプに始
   動用の高電圧を印加する始動用直並列共振回路と、 上記並列共振回路部と上記始動用スイッチの両端に並列
   に接続される第５のコンデンサとを有することを特徴と
   する無電極放電ランプ点灯装置。