JPH0630566A - 白熱灯用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低電圧、高電力の白熱灯、例えばハロゲンラ
ンプを商用交流を用いて、安定化され電圧で点灯し、長
寿命を図る。 【構成】 商用交流をダイオードスタックＤ１により全
波整流した後、インバータ回路１２、高周波トランスＴ
１を介してハロゲンランプＬ１に印加する。高周波トラ
ンスＴ１の二次巻線Ｃの電圧を検出回路１４により検出
し、オペアンプＩＣ２の出力によりトランジスタＱ３の
コレクタ電流を制御する。この電流で充電されるコンデ
ンサＣ１の両端電圧がトリガダイオードＤ３のトリガ電
圧Ｔtrを越えてダイオードＤ３が導通状態となると、コ
ンデンサＣ１の電荷がトランジスタＱ２のベースに流れ
込み、発振が始まる。高周波トランスＴ１の二次巻線Ｃ
の出力電圧が高くなると、コンデンサＣ１の充電時間は
長くなり、高周波発振の開始位相は遅らされ、結果的に
ハロゲンランプＬ１への印加電圧は安定化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低電圧、高電力のハロ
ゲンランプなどの白熱灯を点灯する電源装置に関し、詳
しくは交流電源を整流した後、インバータ回路を介して
電力を白熱灯に供給する構成を備えた白熱灯用電源装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＯＨＰやスライド上映機に用いられる低
電圧のハロゲンランプは、ランプ端子電圧により寿命が
大きく変化するため、その電源装置として、商用電源か
ら低電圧に降圧する機能と、ランプ端子電圧を安定化す
る機能とが必要とされる。従来、こうした機能を備えた
白熱灯用電源装置としては、交流電源を全波整流しこれ
を受けて動作するインバータ回路を設けると共に、イン
バータ回路の動作を交流の位相を利用して半波のサイク
ル内でオンオフする位相制御回路を備えたものが知られ
ている（例えば、特開昭６４−５９７９７号公報等）。
かかる装置では、インバータ回路を用いているので、降
圧トランスを小型化することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た電源装置では、商用電源の９０から１３０ボルト程度
の変化に対して、ハロゲンランプへの印加電圧を２４ボ
ルト±０．２ないし０．３ボルトに押さえるといった高
い要求に対しては、ランプ端子電圧の安定化はなお不十
分で、ランプ寿命を十分長くすることができなかった。
例えば、上記公開公報に示された回路では、インバータ
回路に供給される電圧の実効値を交流電源の分圧された
電圧と比較し、所定の位相でサイリスタをターンオンし
て電圧制御を行なっているが、インバータ回路の入力側
の電圧を制御しているので、実際にランプに印加される
電圧が一定にならない場合も考えられた。

【０００４】更に、電源回路の環境温度として５℃から
４０℃程度の範囲での使用は当然に考えられるところで
あるが、実際の回路では、こうした温度変化に対して白
熱灯に供給される電圧が大きく変動してしまうという問
題があった。従って、白熱灯に印加される電圧の安定化
という問題は、商用電源の変動と共に環境温度の変動と
いう２つの問題に十分対処できるものでなければならな
かった。

【０００５】本発明の白熱灯用電源装置は、こうした問
題を解決し、白熱灯に供給される電圧を高精度に安定化
することを目的としてなされ、次の構成を採った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の白熱灯用電源装
置は、低電圧、高電力白熱灯を点灯する白熱灯用電源装
置であって、交流電源を少なくとも半波整流する整流回
路と、該整流回路から供給された電力を、スイッチング
素子を利用して高周波に変換し、高周波トランスを介し
て前記白熱灯に供給するインバータ回路と、該インバー
タ回路から前記白熱灯に供給される電圧を、前記高周波
トランスの二次巻線からの出力電圧を利用して検出する
電圧検出回路と、前記交流電源の波形を利用して、電源
の半波毎に、前記検出された電圧に基づく位相で前記イ
ンバータ回路の動作を開始および／または終了させる位
相制御回路と、該位相制御回路に供給する電圧を、環境
温度に対して安定化する位相制御回路用電源安定化回路
とを備え、前記白熱灯に供給される電圧を制御すること
を要旨とする。

【０００７】ここで、電圧制御の精度を更に高めるため
に、電圧検出回路に供給される回路電源の電圧を安定化
する安定化回路を備えることも好適である。

【０００８】

【作用】以上のように構成された本発明の白熱灯用電源
装置は、白熱灯に印加される電圧を高周波トランスの二
次巻線からの出力電圧を利用する電圧検出回路により検
出し、この検出された電圧に基づいて、位相制御回路に
おいて、交流電源の波形を利用してインバータ回路の動
作を開始および／または停止させる。インバータ回路
は、スイッチング素子を用いて整流回路から供給される
電力を高周波に変換し、これを高周波トランスを介して
白熱灯に供給する。

【０００９】従って、電圧検出回路が検出する電圧は、
白熱灯に印加される電圧を精度良く反映したものとな
り、白熱灯に印加する電圧を、極めて安定に制御するこ
とが可能となる。更に、位相制御回路に供給される電圧
は環境温度に対して安定化されているので、結果的にイ
ンバータ回路の出力が環境温度に対して変動することが
なく、白熱灯に印加される電圧は、環境温度の変化に対
しても安定化される。環境温度とは、単に機器の外気温
に限定されず、本発明の装置の電気回路基板上の温度を
も意味する。なお、位相制御回路に供給される電圧を商
用電源の変動に対しても安定化することは、位相制御の
精度向上にとって好ましい。また、電圧検出回路に供給
される回路電圧を安定化すれば、検出精度は一層向上す
る。

【００１０】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図１は、本発明の一実施例であるハロゲンラン
プ点灯装置の回路図である。

【００１１】図示するように、このハロゲンランプ点灯
装置は、商用１００ボルトの交流を入力してこれを全波
整流するダイオードスタックＤ１、ダイオードスタック
Ｄ１の出力を受けてこれを直流２４ボルトに変換する電
源回路１０、高周波発振回路を内蔵し高周波発振を行な
うと共に全波整流されダイオードスタックＤ１の出力を
位相制御するインバータ回路１２、インバータ回路１２
の出力を降圧し低電圧ハロゲンランプＬ１に印加する高
周波トランスＴ１、高周波トランスＴ１の二次巻線の出
力電圧を利用してハロゲンランプＬ１への印加電圧の変
動を検出する検出回路１４から構成されている。各回路
の詳細について説明する。

【００１２】電源回路１０は、平滑用のコンデンサＣ
１，抵抗器Ｒ１，ツェナーダイオードＤ４により簡易に
構成された安定化電源（出力電圧約３５ボルト）を入力
とする三端子レギュレータＩＣ１を中心に構成されてお
り、その出力には、更に出力電圧を安定化するための抵
抗器Ｒ７とツェナーダイオードＤ７が接続されている。
このツェナーダイオードＤ７のツェナー電圧により高度
に安定化された電圧が、検出回路１４におけるオペアン
プＩＣ２の電源と共に、可変抵抗器ＶＲにより生成され
る基準電圧Ｖref の電源となっている。なお、三端子レ
ギュレータＩＣ１の出力は、直接は、インバータ回路１
２に設けられたトランジスタＱ３のエミッタ端子に接続
されている。ツェナーダイオードＤ４は温度に対するツ
ェナー電圧の変動が無視できないので、このツェナーダ
イオードＤ４に加えて、三端子レギュレータＩＣ１によ
り安定化された電圧がトランジスタＱ３に供給されるこ
とにより、インバータ回路１２における後述する制御位
相が、温度により受ける影響を最小限にとどめている。

【００１３】インバータ回路１２は、トランスＴ２と二
つのトランジスタＱ１，Ｑ２と二つのコンデンサＣ２，
Ｃ３とで構成するハーフブリッジタイプの発振回路を中
心に構成されており、更にトランジスタＱ２のベース端
子とトランジスタＱ３のコレクタ端子との間に介装され
たトリガダイオードＤ３、トランジスタＱ３のコレクタ
−エミッタ電流により充電されるコンデンサＣ１、コン
デンサＣ１の電荷を放電するダイオードＤ２を備える。

【００１４】トランジスタＱ１，Ｑ２は、ダイオードス
タックＤ１の出力である電源ラインとグランドラインの
間に、そのコレクタ−エミッタを直列接続されて介装さ
れており、更に、直列に接続されたコンデンサＣ２，Ｃ
３がこれに並列に接続されている。トランジスタＱ１の
ベース−エミッタ間には、トランスＴ２の巻線Ａが介装
されており、トランジスタＱ２のベース−エミッタ間に
は、同じく巻線Ｂが介装されている。トランジスタＱ１
のエミッタとトランジスタＱ２のコレクタの接続点は、
トランスＴ２の巻線Ｃの一方の端子に接続されており、
巻線Ｃの他方の端子は高周波トランスＴ１の一次巻線Ａ
を介して、コンデンサＣ２とコンデンサＣ３との接続点
に接続されている。

【００１５】トランスＴ２，トランジスタＱ１，Ｑ２，
コンデンサＣ１，Ｃ２、高周波トランスＴ１の一次巻線
Ａからなる上記回路は、電源電圧が一定電圧以上であれ
ば、発振の開始の条件（トランジスタＱ２オン）を付与
して一旦発振が始まると、約２０ないし３０ＫＨｚで発
振する。しかも、この発振回路にとって、ダイオードス
タックＤ１の全波整流出力がそのまま電源電圧となって
いるので、発振が継続するとすれば、高周波トランスＴ
１を介してハロゲンランプＬ１に印加される電圧は、図
２（Ａ）に示すように、商用交流（５０もしくは６０Ｈ
ｚ）に２０ＫＨｚ程度の高周波成分が重畳された波形と
なる。ハロゲンランプＬ１に印加される電圧は、実際に
は、図２（Ｂ）に示すように、更に位相制御が加わった
形となっているが、トランジスタＱ３等により行なわれ
る位相制御の働きについては、検出回路１４の構成と動
作の説明の後に詳述する。

【００１６】高周波トランスＴ１の二次巻線Ｂは端子Ｐ
３，Ｐ４を介してハロゲンランプＬ１に接続されている
が、高周波トランスＴ１のいま一つの二次巻線Ｃは、端
子Ｐ５，Ｐ６を介して検出回路１４に入力されている。
この二次巻線Ｃは、ハロゲンランプＬ１に印加される電
圧の変動を検出するために設けられたものである。

【００１７】二次巻線Ｃからは約１０ボルトの交流出力
が得られるが、検出回路１４では、これをダイオードＤ
５、抵抗器Ｒ３，Ｒ４、コンデンサＣ５により平滑化
し、更にツェナー電圧６ボルトのツェナーダイオードＤ
６、大容量の電解コンデンサＣ６によりほぼ直流電圧に
変換している。この直流電圧は、高周波トランスＴ１の
二次巻線Ｃの出力電圧の大きさに比例した電圧となる。

【００１８】この直流電圧は、分圧抵抗器Ｒ５，Ｒ６で
分圧されて、オペアンプＩＣ２の正入力端子＋に入力さ
れている。オペアンプＩＣ２は非反転増幅器として、帰
還用の抵抗器Ｒ８と共に構成されている。その負入力端
子−には、零点調整用の可変抵抗器ＶＲの出力電圧が入
力されている。このオペアンプＩＣ２の出力は、抵抗器
Ｒ２を介して、インバータ回路１２のトランジスタＱ３
のベース端子に接続されている。オペアンプＩＣ２が非
反転増幅器として構成されていることから、抵抗器Ｒ
５，Ｒ６により分圧された電圧、即ち高周波トランスＴ
１の二次巻線Ｃの出力電圧が高くなるほど、トランジス
タＱ３のベース電圧は高くなり、ベース−エミッタ間の
電位差は減少して、トランジスタＱ３のコレクタ電流は
減少する。即ち、高周波トランスＴ１の二次側電圧が高
くなるほど、トランジスタＱ３のコレクタ電流によるコ
ンデンサＣ１の充電は緩やかに行なわれることになる。

【００１９】図２（Ｃ）に、コンデンサＣ１の両端電圧
の時間的に変化を示す。トランジスタＱ３のコレクタ電
流により充電されて、コンデンサＣ１の両端電圧は時間
と共に上昇し、やがてトリガダイオードＤ３のターンオ
ン電圧Ｖtrとなる。この時、トリガダイオードＤ３は、
導通状態となり、コンデンサＣ１の電荷は、トリガダイ
オードＤ３を介してトランジスタＱ２のベースに流れ込
む。この結果、トランジスタＱ２は、ターンオンし、コ
ンデンサＣ２−高周波トランスＴ１の一次巻線Ａ−トラ
ンスＴ２の巻線Ｃ−トランジスタＱ２のコレクタ・エミ
ッタ間を通って電流が流れる。

【００２０】トランスＴ２の巻線Ｃに電流が流れること
で、巻線ＢにトランジスタＱ２のベース−エミッタ間に
対して順方向の起電力を生じるから、トランジスタＱ２
は、トリガダイオードＤ３を介して流れ込む電流が失わ
れた後も、トランスＴ２が飽和するまでオン状態を継続
する。やがて、トランスＴ２が飽和してトランジスタＱ
２がターンオフすると、巻線Ｃを流れる電流が急減する
ため、今度はトランスＴ２の巻線ＡにトランジスタＱ１
のベース−エミッタ間に対して順方向の起電力を生じ、
これによりトランジスタＱ１がターンオンする。トラン
ジスタＱ１がターンオンすると、トランジスタＱ１のコ
レクタ・エミッタ間−トランスＴ２の巻線Ｃ−高周波ト
ランスＴ１の一次巻線Ａ−コンデンサＣ３を通って電流
が流れ始める。

【００２１】巻線Ｃを通るこの電流によって、巻線Ａに
は起電力が生じ、トランスＴ２が飽和するまで、トラン
ジスタＱ１はオン状態を継続する。やがて、トランスＴ
２が飽和してトランジスタＱ１がターンオフすると、巻
線Ｃを流れる電流が急減するため、今度はトランスＴ２
の巻線Ｂに起電力を生じる。こうして、再びトランジス
タＱ２がターンオンする。以上の動作を繰り返すこと
で、トランジスタＱ１，Ｑ２は、交互にオンオフして高
周波発振が生じ、高周波トランスＴ１の一次巻線Ａに
は、交互方向に電流が流れて、最終的には、高周波トラ
ンスＴ１の二次巻線Ｂに接続されたハロゲンランプＬ１
に高周波の重畳された電圧（図２（Ａ）参照）が印加さ
れる。

【００２２】トランジスタＱ１，Ｑ２等が構成する発振
回路に供給される電源電圧は平滑化されていないことか
ら、交流の１／２サイクル毎に電源電圧は零ボルトとな
る。この時、トランジスタＱ１，Ｑ２のオン状態にかか
わらずトランスＴ２にはもはや電流は流れないから、両
トランジスタＱ１，Ｑ２ともターンオンし、発振は停止
する。なお、一旦トリガダイオードＤ３がターンオンし
て発振が始まると、そのサイクル（交流の１／２サイク
ル）の間は、ダイオードＤ２を通してコンデンサＣ１の
電荷は放電され続けるから、そのサイクルが完了した時
点では、コンデンサＣ１には完全に放電した状態となっ
ており、図２（Ｃ）に示したように、コンデンサＣ１の
両端電圧は、再び零ボルトから上昇を開始する。

【００２３】このハロゲンランプ点灯装置において、商
用交流の電圧が変動する場合を考える。例えば、電源電
圧が変動して、正規の電圧から上昇したとする。この
時、高周波トランスＴ１の二次巻線の出力電圧も上昇す
るが、検出回路１４によりその電圧上昇は直ちに検出さ
れ、オペアンプＩＣ２の出力電圧も上昇する。この結
果、トランジスタＱ３のエミッタ−コレクタ間のインピ
ーダンスは上昇し、コンデンサＣ１を充電する電流は低
下する。即ち、コンデンサＣ１の両端電圧の上昇は緩や
かなものとなり、トリガダイオードＤ３のトリガ電圧Ｖ
trを越えるまでの時間Ｔは長くなる。従って、交流の１
／２サイクルにおける発振開始の位相は大きくなって、
結果的に、電源電圧の上昇分は打ち消されてしまう。電
源電圧が低下した場合は、オペアンプＩＣ２の出力電圧
は低下し、逆のプロセスが生じて、結果的に電源電圧の
変動に対して、ハロゲンランプＬ１に印加される電圧は
安定化される。

【００２４】以上説明した本実施例のハロゲンランプ点
灯装置によれば、ハロゲンランプＬ１に印加される電圧
を高周波トランスＴ１の二次巻線Ｃを利用して正確に検
出し、これを発振の開始位相に反映させているので、電
源電圧の変動に対して、ハロゲンランプＬ１に印加され
る電圧を精度良く安定化することができる。しかも、位
相制御の開始位相はトランジスタＱ３を流れるコレクタ
電流により決定されるが、このトランジスタＱ３のエミ
ッタに供給される電圧が、温度特性に優れた三端子レギ
ュレータＩＣ１により安定化されていることから、イン
バータの開始位相が温度により大きく変動するというこ
とがない。本実施例では、商用電源９０から１３０ボル
ト、環境温度５℃から４０℃の範囲において、ハロゲン
ランプＬ１に印加される電圧の変動を、２４ボルト±
０．２ボルトに押さえることができた。

【００２５】また、可変抵抗器ＶＲは、オペアンプＩＣ
２の動作点を調整する働きをなすから、これを調整する
ことにより、ハロゲンランプＬ１に印加される電圧を簡
単に調整することが可能である。このため、本実施例の
ハロゲンランプ点灯装置によれば、ハロゲンランプＬ１
に過大な電圧を印加することがなく、その寿命を延ばす
ことができる。また、電源電圧が低下した場合でも、光
量の不足を生じることがない。従って、本実施例のハロ
ゲンランプ点灯装置は、ＯＨＰやスライド上映機の光源
を点灯する装置として極めて有用である。

【００２６】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明のこうした実施例に何等限定されるものではな
く、例えば商用交流を半波整流してインバータ回路に供
給する構成、ハーフブリッジ以外の発振回路を用いた構
成、検出回路１４の出力によりタイマＩＣの動作時間を
可変して位相制御を行なう構成など、本発明の要旨を逸
脱しない範囲内において、種々なる態様で実施し得るこ
とは勿論である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した本発明の白熱灯用電源装置
によれば、ハロゲンランプ等の白熱灯に印加される電圧
を高周波トランスの二次巻線を利用して正確に検出し、
これを発振の開始位相に反映させており、しかも位相制
御回路に供給する電圧を環境温度に対して安定化してい
るので、電源電圧および環境温度の変動に対して、白熱
灯に印加される電圧を精度良く安定化することができ
る。従って、本発明によれば、電源電圧の上昇によって
も白熱灯に過大な電圧を印加することがなく、その寿命
を延ばすことができる。また、電源電圧が低下した場合
でも、光量の不足を生じることがない。従って、ＯＨＰ
やスライド上映機の光源を点灯する電源装置への本発明
の適用は、極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である白熱灯用電源装置の図
である。

【図２】インバータ回路の各部の波形を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１０ 電源回路 １２ インバータ回路 １４ 検出回路 Ｄ３ トリガダイオード ＩＣ１ 三端子レギュレータ ＩＣ２ オペアンプ Ｌ１ ハロゲンランプ Ｑ１ トランジスタ Ｑ２ トランジスタ Ｑ３ トランジスタ Ｔ１ 高周波トランス Ｔ２ トランス ＶＲ 可変抵抗器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低電圧、高電力白熱灯を点灯する白熱灯
   用電源装置であって、 交流電源を少なくとも半波整流する整流回路と、 該整流回路から供給された電力を、スイッチング素子を
   利用して高周波に変換し、高周波トランスを介して前記
   白熱灯に供給するインバータ回路と、 該インバータ回路から前記白熱灯に供給される電圧を、
   前記高周波トランスの二次巻線からの出力電圧を利用し
   て検出する電圧検出回路と、 前記交流電源の波形を利用して、電源の半波毎に、前記
   検出された電圧に基づく位相で前記インバータ回路の動
   作を開始および／または終了させる位相制御回路と、 該位相制御回路に供給する電圧を、環境温度に対して安
   定化する位相制御回路用電源安定化回路とを備え、前記
   白熱灯に供給される電圧を制御する白熱灯用電源装置。
2. 【請求項２】 電圧検出回路に供給される回路電源の電
   圧を安定化する安定化回路を備えた請求項１記載の白熱
   灯用電源装置。