JPH0595684A

JPH0595684A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JPH0595684A
Application number: JP3251795A
Authority: JP
Inventors: Hajime Osaki; 肇大崎
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1993-04-16

Abstract

(57)【要約】【目的】インバータのスイッチングモードを常に遅相
モードとすることができる放電灯点灯装置を提供する。【構成】直流電源を高周波に変換するインバータの出
力端に、共振回路を含む放電灯の負荷回路を接続し、こ
のインバータの出力により放電灯を高周波点灯するとと
もに、インバータに接続される制御回路によって負荷回
路の駆動周波数を変え、放電灯に供給される出力を制御
できる放電灯点灯装置において、上記インバータに入力
される直流電源電圧を検出する電圧検出回路と、この電
圧検出回路によって上記直流電源電圧の低下が検出され
たときに、上記駆動周波数を上昇させるように制御する
ための制御信号を上記インバータに供給する制御回路と
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、他励式のハーフブリッ
ジインバータからの高周波出力を共振回路を含む負荷回
路に供給して放電灯を高周波点灯するための放電灯点灯
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】他励式のハーフブリッジインバータで
は、電圧−周波数変換器などからなる制御回路からの発
振出力をドライブ回路を介してインバータに入力し、こ
のインバータに接続される共振回路で得られる点灯電力
を放電灯に供給して、放電灯を高周波点灯できるように
なっている。放電灯のランプ電圧は、検出回路で検出さ
れて制御回路にフィードバックされ、通常は制御回路か
ら出力される駆動周波数が遅相スイッチングモードとな
るように適性に制御されて放電灯が例えば定電力点灯さ
れる。しかし、全光点灯時（１００％調光時）など最負
荷点近くで点灯中に、電源を遮断した場合は、検出回路
が働かなくなって全光点灯時の発振周波数に固定されて
しまい、インバータ部の電圧の低下に伴って共振点が高
いほうにずれゆき、進相スイッチングモードに突入す
る。この結果、インバータを構成するスイッチング素子
のＯＮロスが生じて、スイッチング素子の悪化や破壊を
招くようになる。そこで、従来はインバータ部に入力さ
れる直流電源電圧ＶINを検出し、たとえば入力電圧が８
５％ＶINに低下したときに、制御回路の発振を停止させ
ることで、スイッチング素子を保護していた。この場
合、発振停止機能の誤動作を防止するために、発振が停
止したあとの発振開始電圧を９０％ＶINにして、発振停
止レベルにヒステリシス特性を持たせていた。

【０００３】また電源線の他にＰＷＭ（パルス幅変調）
の調光信号を送り込む調光信号線を有する４線式の点灯
装置では、付加機能として調光信号ＯＦＦ機能が備えら
れている。この機能は、ＰＷＭ信号が完全にハイレベル
となったときに、制御回路の発振を停止し、放電灯を消
灯できるようにしたものであり、電源スイッチをオン・
オフすることなく、調光信号だけで電源をオン・オフし
たかのような機能を持たせることができる。従来は、こ
の機能の実現のためにＰＷＭ信号を直流に変換して、こ
の変換信号を制御回路に入力していた。

【０００４】またこの放電灯点灯装置では、始動時に放
電灯のフィラメントを予熱するソフトスタート期間が設
けられており、このフィラメント予熱後に３倍程度の高
電圧（始動電圧）を印加して、ランプを瞬時に点灯する
ようにしている。ランプが点灯したあとは、安全回路に
より出力を絞って通常点灯状態に切り替えていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の放電
灯点灯装置では入力電圧が８５％ＶINに低下したとき
に、制御回路の発振を停止させてランプを消灯するよう
にしているが、８５％ＶINという高い電圧で消灯させる
ため、電源事情の影響、たとえば近くに工場があり電源
波形に生じた歪みの影響などで、ランプが消灯してしま
うような不具合が生じていた。

【０００６】また調光信号ＯＦＦ機能を実現するため
に、ＰＷＭ調光信号を直流に変換して制御回路に加えて
いたが、調光信号が完全にハイレベルとなる０％調光時
と、たとえば２０％の調光加減値を比べた場合、直流レ
ベルの変換信号に現われる差が数ボルトと小さく、外来
ノイズの混入などにより誤動作を招きやすいという問題
点があった。

【０００７】また入力側と負荷側とが絶縁されていない
直結型の点灯装置では、始動電圧の印加時に漏洩電流
（電撃電流）が大きいため、この始動電圧の印加期間を
できるだけ短時間に設定する必要がある。従来は、この
ランプ始動時のタインミング設定用に時定数回路が２個
必要であったり、ソフトスタートから始動電圧印加期間
へ移行させるためのタイミングの切り替えを行なう切替
え素子と、その後の定常点灯状態に切り替えるための切
替え素子が必要であり、回路構成が複雑であるという問
題点があった。

【０００８】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、電源遮断
時に進相スイッチングモードに移行するのを防止できる
とともに、調光信号ＯＦＦ機能を誤動作なく実現でき、
さらにランプ始動時のタイミングを切り替えるための回
路の構成を簡単化できる放電灯点灯装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、直流電源を高周波に変換するインバータの
出力端に、共振回路を含む放電灯の負荷回路を接続し、
このインバータの出力により放電灯を高周波点灯すると
ともに、インバータに接続される制御回路によって負荷
回路の駆動周波数を変え、放電灯に供給される出力を制
御できる放電灯点灯装置において、上記インバータに入
力される直流電源電圧を検出する電圧検出回路と、この
電圧検出回路によって上記直流電源電圧の低下が検出さ
れたときに、上記駆動周波数を上昇させるように制御す
るための制御信号を上記インバータに供給する制御回路
とを備える構成となっている。

【００１０】また本発明は、パルス幅変調の調光信号と
基準電圧とを比較する比較回路と、この比較回路の出力
信号を積分する積分回路と、この積分回路の出力信号が
入力され、上記調光信号が上記放電灯を消灯させるため
の０％調光信号であるときに上記インバータに発振出力
を停止させるための制御信号を供給する制御回路とを備
える構成となっている。

【００１１】また本発明は、上記放電灯に印加される両
端電圧を検出するランプ電圧検出回路と、このランプ電
圧検出回路から出力される検出電圧を分圧する分圧回路
と、この分圧回路の出力点と接地間に接続される抵抗と
スイッチ素子との直列回路と、タイマ用抵抗を介してコ
ンデンサが充電され、このタイマ用抵抗とコンデンサの
接続点が上記スイッチ素子の制御端子に接続されるとと
もに、順方向を向くダイオードが上記分圧回路の出力点
に接続されるＣＲタイマ回路と、この分圧回路の出力点
の電圧と基準電圧とを比較する比較回路と、この比較回
路からの出力信号に基づいて上記放電灯の印加電圧を制
御するための制御信号を上記インバータに供給する制御
回路とを備える構成となっている。

【００１２】

【作用】上述した請求項１に対応する構成によれば、イ
ンバータに入力される電源電圧が低下したときに、駆動
周波数を上昇できるので、インバータのスイッチング状
態を常に遅相スイッチングモードに保つことができる。

【００１３】上述した請求項２に対応する構成によれ
ば、単に調光信号を直流に変換する場合に比べ、ノイズ
マージンの幅を大きくできる。

【００１４】上述した請求項３に対応する構成によれ
ば、分圧回路の分圧電圧と基準電圧とを等しく設定して
おくことにより、電源投入時は放電灯のフィラメントを
予熱するための低い印加電圧に設定できる。その後、Ｃ
Ｒタイマの動作によりトランジスタなどからなるスイッ
チ素子が導通すると、分圧回路の出力点の電圧レベルが
下がるので、放電灯の印加電圧が急激に上昇するように
制御され、放電灯が一瞬に点灯される。その後、ＣＲタ
イマ回路のコンデンサの電位がさらに上昇してダイオー
ドが導通すると、このダイオードの順方向電圧が加算さ
れて分圧回路の出力点の電圧レベルが再び上昇し、放電
灯の印加電圧が通常の点灯状態の電圧に低下される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明による放電灯点灯装置の具体的
な実施例を図面に基づき詳細に説明する。図１のブロッ
ク図に、この放電灯点灯装置の一実施例を示す。この図
で、商用交流電源１はダイオードブリッジからなる整流
回路２で整流されたあと、平滑回路３で平滑され、この
平滑回路３から出力される直流電源が出力スイッチング
素子である電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４，５を直
列に接続したハーフブリッジインバータに供給される。
これらＦＥＴ４，５のゲートには、ドライブ回路６が接
続されており、電圧−周波数変換器（Ｖ／Ｆ変換器）な
どから構成される制御回路７からは、このドライブ回路
６に所定の駆動周波数の発振出力が供給される。ハーフ
ブリッジ回路の出力点であるＦＥＴ４，５の接続点は、
インダクタ８とコンデンサ９からなる共振回路に接続さ
れ、この共振回路はトランス１０を介して放電灯１１に
接続される。放電灯１１に接続されるランプ電圧検出回
路１２では、放電灯１１の両端のランプ電圧が検出さ
れ、この検出出力が制御回路７に供給される。平滑回路
３の出力点と接地間には、インバータ部に供給される入
力電圧を検出するための検出回路である分圧回路１３が
接続されており、この分圧回路１３を構成する抵抗１４
ａ，１４ｂの接続点には、ダイオード１５のカソードが
接続される。このダイオード１５のアノードは制御回路
７の制御入力端子Ｒｔに接続され、この制御入力端子Ｒ
ｔは発振周波数設定用の抵抗１６を介して接地される。
この制御入力端子Ｒｔは、この制御回路７内のＲＣ発振
回路に接続されており、この制御入力端子Ｒｔに流れる
電流を制御することで、制御回路７から出力される発振
周波数を可変できる。なお、このＲＣ発振回路に接続さ
れる別の制御入力端子Ｃｔは、発振周波数設定用のコン
デンサ１７が接続される。

【００１６】この構成においては、平滑回路３から出力
される直流電源電圧が低下し、この入力電圧ＶINを分圧
して検出する分圧回路１３の出力点であるｂ点の電圧レ
ベルが、制御入力端子Ｒｔの電圧、すなわち抵抗１６と
ダイオード１５の接続点であるａ点の電圧レベルよりも
低くなると、この電圧レベルの差分の電流がｂ点側に流
れ、抵抗１６に流れる電流を分流するため、制御回路７
から出力される駆動周波数ｆが上昇する。これにより遅
相スイッチングモードを確保することができ、出力スイ
ッチング素子のＦＥＴ４，５を保護することができる。
図２は、入力電圧ＶIN低下時の共振点のずれを示し、図
中ｆ_Fは全光時（１００％調光時）の駆動周波数であ
る。図３は、入力電圧ＶINの低下に伴って上昇するよう
に制御される駆動周波数ｆの変化の割合をグラフ化した
ものである。

【００１７】つぎに、図４に示す他の実施例の放電灯点
灯装置を説明する。この実施例では、入力端子１８ａ，
１８ｂに入力されるＰＷＭ調光信号が、抵抗１９を介し
てダイオードブリッジ２０に供給されて全波整流され、
その後フォトカプラ２１の発光ダイオード２１ａに入力
される。このフォトカプラ２１のフォトトラジスタ２１
ｂのコレクタには直流電源Ｖccが印加され、フォトトラ
ジスタ２１ｂのコレクタとエミッタ間には抵抗２２が接
続されるとともに、エミッタと接地間に抵抗２３が接続
される。抵抗２２，２３の接続点は、比較回路２４の反
転入力端子に接続され、この比較回路２４の非反転入力
端子には基準電圧源２７が接続される。これにより反転
型の比較回路２４が構成される。比較回路２４の出力端
は、抵抗２９とコンデンサ３０からなる積分回路２８に
接続され、この積分回路２８の出力端は、制御回路７内
に設けられたエラーアンプ７ａのプラス入力端子に接続
される。制御回路７内のエラーアンプ７ａのマイナス入
力端子と接地間には、ダイオード３１が接続される。エ
ラーアンプ７ａのプラス端子の電圧がマイナス端子の電
圧よりも低下したときに、制御回路７からドライブ回路
６に供給される出力が停止し、インバータの発振が停止
する。

【００１８】この構成においては、フォトカプラ２１で
受けた整流後のＰＷＭ調光信号が、比較回路２４の反転
入力端子に入力されることで基準電圧Ｖa と比較され、
反転された信号が比較回路２４から取り出される。比較
回路２４の出力は、積分回路２８で積分されたあと、制
御回路７に入力される。図５に示す積分波形（三角波）
Ｗ１で電圧レベルＶ１は、調光加減値（たとえば２０％
調光時）の最低電圧レベルを示す。この回路ではＶ１が
１．４Ｖ以上得られるように設定されるので、従来に比
べて大きな電圧マージンを確保でき、外来ノイズの影響
を受けない。電圧レベルＶf は、エラーアンプ７ａに接
続されるダイオード３１の順方向電圧の０．７Ｖであ
る。いま、調光信号ＯＦＦ機能を実現するために、完全
にハイレベルのＰＷＭ調光信号が入力されると、比較回
路２４の反転入力端子の電圧レベルが常時基準電圧Ｖa
を超えるため、比較回路２４の出力はローレベルとな
る。これにより制御回路７内のエラーアンプ７ａのプラ
ス端子の電圧レベルがゼロとなり、エラーアンプ７ａの
マイナス端子の電圧レベルであるダイオード３１の順向
電圧Ｖf の0.7Ｖよりも低くなるため、制御回路７から
の発振出力が停止され、放電灯１１が消灯される。

【００１９】つぎに、図６に示す他の実施例の放電灯点
灯装置を説明する。この図で、ハーフブリッジ回路に接
続される共振回路からの点灯電力供給点と接地間には、
放電灯１１に印加されるランプ電圧を分圧して取り出す
抵抗３２，３３の直列回路が接続され、これら抵抗３
２，３３の接続点はコンデンサ３４を介して全波整流用
のダイオード３５，３６に接続される。整流出力端と接
地間には、平滑用のコンデンサ３７が接続される。この
ように構成されるランプ電圧検出回路３８の出力端と接
地間には、ランプ検出電圧を分圧して取り出す抵抗３
９，４０の直列回路が接続される。これら抵抗３９，４
０の接続点には、抵抗４１とトランジスタ４２の直列回
路が接続される。直流電源Ｖccと接地間には、ＲＣタイ
マ回路を構成する抵抗４３とコンデンサ４４の直列回路
が接続され、これら抵抗４３とコンデンサ４４の接続点
は抵抗４５を介してトランジスタ４２のベースに接続さ
れるとともに、順方向を向くダイオード４６を介して抵
抗３９，４０の接続点に接続される。トランジスタ４２
のベースと接地間には、抵抗４７が接続される。また分
圧回路の抵抗３９，４０の接続点は、ボルテージフォロ
ア４８を介して比較回路４９の非反転入力端子に接続さ
れる。この比較回路４９の反転入力端子には、基準電圧
源５０が接続される。抵抗４９ａはこの比較回路をフィ
ードバック型にするためのものである。この比較回路４
９の出力端は、抵抗５１を介してトランジスタ５２のベ
ースに接続され、このトランジスタ５２のコレクタは制
御回路７の制御入力端子Ｒｔに接続される。このトラン
ジスタ５２のベースおよびエミッタと接地間には、それ
ぞれ抵抗５３，５４が接続される。

【００２０】この構成においては、電源の投入後、ラン
プ電圧検出回路３８で検出されたランプ検出電圧が抵抗
３９，４０によって分圧され、ボルテージフォロア４８
を介して比較回路４９の非反転入力端子に入力される。
このとき入力される電圧レベルは、反転入力端子に加え
られている基準電圧Ｖb と同レベルに設定されており、
この比較回路４９の出力が、トランジスタ５２を介して
制御回路７の制御入力端子Ｒt に入力される。これによ
りソフトスタート期間中のインバータの出力電圧Ｖout
が低く設定され、この出力電圧Ｖout により放電灯１１
のフィラメントが予熱される。図７でＴ１は、フィラメ
ントの予熱期間を示す。この実施例ではＴ１は１秒程度
に設定される。その後、抵抗４３とコンデンサ４４で決
められるタイマ時間が経過してコンデンサの電位が高ま
ると、トランジスタ４２がオンするため、抵抗３９，４
０の接続点には、抵抗４１が接地側に並列に接続される
ことになり、比較回路４９の非反転入力端子に入力され
る電圧レベルが低下する。この比較回路４９の出力によ
りトランジスタ５２に流れる電流が制御され、制御回路
７の制御入力端子Ｒｔに加わる電圧レベルが変化する。
これにより比較回路７の非反転入力端子に加わる入力電
圧レベルを、基準電圧Ｖb と同レベルにしようとするフ
ィードバックが働いて、インバータの出力電圧Ｖout が
急激に上昇し、高い始動電圧が放電灯１１に印加される
ため、放電灯１１が一瞬に点灯される。図７でＴ２は放
電灯１１の始動期間に対応し、この実施例ではＴ２は
０．５秒程度に設定される。その後、コンデンサ４４の
電位が基準電圧Ｖb とダイオード４６の順方向電圧の
０．７Ｖを加算した電圧レベルまでさらに高まると、ダ
イオード４６が導通してこの電圧レベル（Ｖb ＋０．
７）Ｖがフィードバックループに加え合わされる。これ
により比較回路４９の非反転入力端子の入力電圧レベル
が、基準電圧Ｖbを超えてインバータの出力電圧Ｖout
を絞り込むように制御がなされ、通常の点灯状態に移行
する。図２でＴ３が、通常の点灯期間を示す。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
源電圧の低下とともに徐々にインバータの駆動周波数を
アップすることで、遅相スイッチングモードを常に確保
できるようにしたので、従来、電源電圧の低下に伴い進
相スイッチングモードに移行することで発生していたイ
ンバータのスイッチング素子の悪化や破壊を防止でき
る。これにより、スイッチング素子の信頼性向上とイン
バータの機能アップが図れる。また電源投入時にも必ず
高い周波数からインバータの発振を開始できるので、電
源投入時におけるスイッチング素子の破壊も防止でき
る。また本発明では、ＰＷＭ調光信号を反転したあとに
積分して制御回路に入力しているので、外来ノイズに影
響されない大きな電圧マージンを確保でき、確実に調光
信号ＯＦＦ機能を実現できる。また本発明では、抵抗と
コンデンサによる１つのタイマ回路によって放電灯始動
時のタイミングの切り替えを行なうことができるので、
従来に比べて回路構成を簡単化できるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による放電灯点灯装置の一実施例を示す
回路図である。

【図２】入力電圧低下時の共振点のずれを示す特性図で
ある。

【図３】入力電圧と駆動周波数の関係を示すグラフであ
る。

【図４】他の実施例の放電灯点灯装置を示す回路図であ
る。

【図５】積分回路の出力を示す波形図である。

【図６】さらに他の実施例の放電灯点灯装置を示す回路
図である。

【図７】ランプ始動時の出力電圧を示す波形図である。

【符号の説明】

１商用交流電源２整流回路３平滑回路４，５スイッチング用のＦＥＴ６ドライブ回路７制御回路８共振用のインダクタ９共振用のコンデンサ１０トランス１１放電灯１２，３８ランプ電圧検出回路１３分圧回路１４ａ，１４ｂ分圧用の抵抗１５ダイオード１６駆動周波数設定用の抵抗１７駆動周波数設定用のコンデンサ２０ＰＷＭ信号整流用のダイオードブリッジ２１フォトカプラ２４比較回路２７基準電圧源２８積分回路３１ダイオード３９，４０分圧用の抵抗４２トランジスタ４３タイマ用の抵抗４４タイマ用のコンデンサ４６ダイオード４８ボルテージフォロア４９比較回路５０基準電圧源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源を高周波に変換するインバータ
の出力端に、共振回路を含む放電灯の負荷回路を接続
し、このインバータの出力により放電灯を高周波点灯す
るとともに、インバータに接続される制御回路によって
負荷回路の駆動周波数を変え、放電灯に供給される出力
を制御できる放電灯点灯装置において、上記インバータに入力される直流電源電圧を検出する電
圧検出回路と、この電圧検出回路によって上記直流電源電圧の低下が検
出されたときに、上記駆動周波数を上昇させるように制
御するための制御信号を上記インバータに供給する制御
回路とを備え、上記直流電源電圧の低下時にも遅相スイ
ッチングモードが確保できるようにしたことを特徴とす
る放電灯点灯装置。
【請求項２】直流電源を高周波に変換するインバータ
の出力端に、共振回路を含む放電灯の負荷回路を接続
し、このインバータの出力により放電灯を高周波点灯す
るとともに、インバータに接続される制御回路によって
負荷回路の駆動周波数を変え、放電灯に供給される出力
を制御できる放電灯点灯装置において、パルス幅変調の調光信号と基準電圧とを比較する比較回
路と、この比較回路の出力信号を積分する積分回路と、この積分回路の出力信号が入力され、上記調光信号が上
記放電灯を消灯させるための０％調光信号であるときに
上記インバータに発振出力を停止させるための制御信号
を供給する制御回路とを備えることを特徴とする放電灯
点灯装置。
【請求項３】直流電源を高周波に変換するインバータ
の出力端に、共振回路を含む放電灯の負荷回路を接続
し、このインバータの出力により放電灯を高周波点灯す
るとともに、インバータに接続される制御回路によって
負荷回路の駆動周波数を変え、放電灯に供給される出力
を制御できる放電灯点灯装置において、上記放電灯に印加される両端電圧を検出するランプ電圧
検出回路と、このランプ電圧検出回路から出力される検出電圧を分圧
する分圧回路と、この分圧回路の出力点と接地間に接続される抵抗とスイ
ッチ素子との直列回路と、タイマ用抵抗を介してコンデンサが充電され、このタイ
マ用抵抗とコンデンサの接続点が上記スイッチ素子の制
御端子に接続されるとともに、順方向を向くダイオード
が上記分圧回路の出力点に接続されるＣＲタイマ回路
と、この分圧回路の出力点の電圧と基準電圧とを比較する比
較回路と、この比較回路からの出力信号に基づいて上記放電灯の印
加電圧を制御するための制御信号を上記インバータに供
給する制御回路とによりフィードバックループを構成
し、上記放電灯を始動する際のタイミングの切り替えと
印加電圧の切り替えを行なうことを特徴とする放電灯点
灯装置。