JPH06338396A - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で小型、安価にでき、高温環境下
でも安全に放電ランプを始動・点灯維持させる。 【構成】 蛍光ランプ２５とインダクタンス素子２７と
コンデンサ２４と平滑コンデンサ３と半導体スイッチ素
子２９，３０とで閉回路を構成し、半導体スイッチ素子
２９，３０のオンオフ動作により蛍光ランプ２５を始動
点灯する放電ランプの点灯装置において、１次巻線電流
を蛍光ランプ２５の電流とし２次巻線出力により半導体
スイッチ素子２９，３０を駆動するカレントトランス２
８を備え、カレントトランス２８のコアの飽和磁束密度
をＢms（ｍＴ）とし、コアの温度をＴcore（℃）とし、
半導体スイッチ素子２９，３０の熱破壊開始温度に達す
る時のコア２８の温度以上の温度をＴh（℃）としたと
き、コア２８の飽和磁束密度Ｂms（ｍＴ）とコア２８の
温度Ｔcore（℃）とが、Ｂms＝−ａ・Ｔcore＋ｂ（ただ
し、ａ＞０（Ｔcore≦Ｔhにおいて一定），ｂ＝定数）
なる関係を満足している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放電ランプ点灯装置、特
に、点灯装置を放電ランプと一体化した電球形放電ラン
プに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の放電ランプの点灯装置としては、
図４に示すようなものが知られている（特開昭６３−１
９３４９５公報）。

【０００３】図４において、商用電源１に接続された整
流器２に平滑コンデンサ３が接続され、コンデンサ１５
と発振トランス４の１次巻線４Ａとの並列体にスイッチ
ングトランジスタ９が直列に接続されている。また、電
流制限用インダクタンス素子６と一対の電極５Ａ，５Ｂ
を有する蛍光ランプ５とが直列に接続され、その両電極
間にダイオード素子７と両方向性半導体制御素子８との
直列体からなる始動回路が接続されている。発振トラン
ス４の２次巻線４Ｂの一端は、ベース電流制限用コンデ
ンサ１０とインダクタンス素子１１を介してトランジス
タ９のベースに接続され、他端は平滑コンデンサの負端
子に接続されている。また、トランジスタ９の起動抵抗
として抵抗１４が、ベース電流制限用コンデンサ１０の
リセット回路としての抵抗１２とダイオード１３との直
列体に直列に接続されている。

【０００４】次に、上記した従来の放電ランプ点灯装置
の回路動作について説明する。商用電源１を投入する
と、交流電圧が整流器２、平滑コンデンサ３によって整
流平滑され、抵抗１４を介してトランジスタ９がオンす
る。このとき、コレクタ電流は平滑コンデンサ３の正極
→発振トランス４の１次巻線４Ａ→トランジスタ９のコ
レクタ→トランジスタ９のエミッタ→平滑コンデンサ３
の負極へと流れる。そして、発振トランス４の２次巻線
４Ｂからトランジスタ９のベースへ順方向に電流が流れ
トランジスタ９はオン維持する。次にトランジスタ９の
コレクタ電流が増加し、不飽和となると２次巻線４Ｂの
起電力が反転しトランジスタ９がターンオフする。そし
て、ベース電流制限用コンデンサ１０のベース電位を負
とする方向に充電されていた電荷がリセット回路を介し
て放電され、ベース電位が再び上昇してくると、トラン
ジスタ９はオン状態になり、以後以上の動作を繰り返
す。この結果、発振トランス４の１次巻線４Ａに高周波
電圧が発生し、両方向性半導体制御素子８がブレークオ
ーバーし予熱電流が、平滑コンデンサ３→電流制限用イ
ンダクタンス素子６→蛍光ランプ５の電極５Ａ→ダイオ
ード素子７→両方向性半導体制御素子８→蛍光ランプ５
の電極５Ｂ→トランジスタ９のコレクタへと流れる。発
振トランス４の高周波電圧が逆サイクルの時、ダイオー
ド素子７によって予熱電流が阻止され蛍光ランプ５に高
周波電圧が印加され、半波予熱半波電圧印加によって、
蛍光ランプ５が始動し、以後、前記高周波電流が蛍光ラ
ンプ５に流れて点灯維持する。トランジスタ９がオン
時、ベース電流はベース電流制限用コンデンサ１０とイ
ンダクタンス素子１１との直列体によって制限される。

【０００５】次に、回路が高温状態になった時や商用電
源電圧が上昇した時に、コレクタ電流が増加し発振トラ
ンス４の２次巻線４Ｂの電圧も上昇するが、インダクタ
素子１１のインダクタンスが温度上昇とともに減少する
特性のものを用いているのでこの共振直列回路の抵抗成
分（＝（１／ωＣ）−ωＬ）が大きくなり、ベース電流
を減少させ、トランジスタ９のオン時間を減少させる。
その結果、トランジスタ９の損失が減少し、熱暴走を防
止できるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、器具を小型化す
るため点灯回路を小さくすることが望まれ、また、放電
ランプと点灯回路とを一体化した電球形蛍光ランプの、
点灯回路をより小型にし、点灯回路を非常な高温環境に
設置する必要性が生じている。しかし、半導体スイッチ
素子を用いるため、その温度限界付近で使用すると、周
囲温度上昇や使用状態によっては半導体スイッチ素子が
容易に熱破壊し点灯回路が破壊されるという問題があっ
た。また、これを防ぐため、従来例の放電ランプ点灯装
置のように、特殊な素子およびベース回路を設けると、
形状が大きくなったり高価になったりするという問題が
あった。

【０００７】本発明は小型で簡単・安価な構成でもっ
て、高温環境下でも安全に放電ランプを始動・点灯する
ことのできる放電ランプ点灯装置を提供するものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の放電ランプ点灯
装置は、放電ランプとインダクタンス素子とコンデンサ
と半導体スイッチ素子とで閉回路を構成し、前記半導体
スイッチ素子のオンオフ動作により前記放電ランプを始
動する放電ランプ点灯装置において、１次巻線電流を放
電ランプ電流とし２次巻線出力により前記半導体スイッ
チ素子を駆動するカレントトランスを備え、前記カレン
トトランスのコアの飽和磁束密度をＢms（ｍＴ）とし、
前記コアの温度をＴcore（℃）とし、前記半導体スイッ
チ素子の熱破壊開始温度に達する時の前記コア温度以上
の温度をＴh（℃）としたとき、前記コアの飽和磁束密
度Ｂms（ｍＴ）と前記コアの温度Ｔcore（℃）とが、 Ｂms＝−ａ・Ｔcore＋ｂ （ただし、ａ＞０（Ｔcore≦Ｔhにおいて一定）、ｂ＝
定数）なる関係を満足する構成を有する。

【０００９】

【作用】点灯回路のカレントトランスの２次巻線出力電
圧ピーク値Ｖ_CT2(peak)はカレントトランスコアの飽和
磁束密度Ｂmsにほぼ比例し、Ｖ_CT2(peak)は半導体スイ
ッチ素子の駆動信号値と半導体スイッチ素子のオン時間
にほぼ比例し、半導体スイッチ素子の駆動信号ピーク値
と半導体スイッチ素子のオン時間が点灯回路の消費電力
と半導体スイッチ素子の電流にほぼ比例し、点灯回路の
消費電力と半導体スイッチ素子の電流は半導体スイッチ
素子の発熱と動作温度にほぼ比例する。そのため、半導
体スイッチ素子の動作温度が通常の動作範囲からなんら
かの原因で上昇しても、その温度上昇はカレントトラン
スコアの温度Ｔcoreを上昇させ、それに応じてコアの飽
和磁束密度Ｂmsが低下し、Ｖ_CT2(peak)が低下し、半導
体スイッチ素子の駆動電流ピーク値と半導体スイッチ素
子のオン時間が低下し、点灯回路の消費電力と半導体ス
イッチ素子の電流が低下する。そのため、半導体スイッ
チ素子の発熱と動作温度の上昇が抑制される。さらに、
本発明では前記コアの飽和磁束密度Ｂmsとコア温度Ｔco
reとの関係を前記のように、半導体スイッチ素子の熱破
壊開始温度に達するときのカレントトランスコア温度以
上の温度Ｔhまで一定にしているので、半導体スイッチ
素子の通常の動作温度範囲を使用限界温度付近まで上昇
できることになる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を用い
て説明する。

【００１１】図１に示すように、本発明実施例の放電ラ
ンプ点灯装置は、放電ランプである蛍光ランプ２５とコ
ンデンサ２４とチョークコイル２７とカレントトランス
２８の１次巻線と半導体スイッチ素子であるトランジス
タ２９のコレクタ・エミッタとからなる閉回路と、トラ
ンジスタ２９のエミッタにコレクタを接続した半導体ス
イッチ素子であるトランジスタ３０と、トランジスタ２
９，３０に並列に接続した平滑コンデンサ３と、平滑コ
ンデンサ３に出力端を接続した交流電源１を整流する整
流回路２と、平滑コンデンサ３に並列接続された抵抗３
１とコンデンサ３２との直列回路と、この直列回路の中
点とトランジスタ３０のベースとの間に接続したトリガ
素子３３と、蛍光ランプ２５の他端に接続したコンデン
サ２６とを備えている。また、カレントトランス２８の
２次巻線の内１つは抵抗３４を介してトランジスタ２９
のベース・エミッタ間に接続され、２次巻線の他の１つ
は抵抗３５を介してトランジスタ３０のベース・エミッ
タ間に接続されている。このような点灯回路は蛍光ラン
プ２５と一体化された電球形蛍光ランプ３６となってい
る。

【００１２】図２（ａ）はカレントトランス２８のコア
の温度特性を示し、図２（ｂ）はカレントトランス２８
の２次巻線出力電圧Ｖ_CT2の温度特性を示す。カレント
トランス２８のコアには飽和磁束密度Ｂmsとそのコア温
度Ｔcoreとの関係は図２（ａ）の曲線Ａに示される。こ
の曲線Ａは次式で表わされる。

【００１３】 Ｂms＝−ａ・Ｔcore＋ｂ …………… （１） （ただし、ａ＞０（Ｔcore≦Ｔhにおいて一定），ｂ＝
定数） （Ｔhはバイポーラ構造のトランジスタ２９，３０の動
作時の熱破壊開始温度１６０〜１７５℃に達するときの
カレントトランス２８のコア温度以上の温度、約１８５
℃） ここで、ａはコア材質自体によって一定の係数であり、
フェライトコアで１〜２のものを用いる。また、Ｔh以
上においてはコアの一般的性質としてａはより小さくな
って行く。また、図２（ａ）、（ｂ）において、曲線Ａ
は本発明のコアの特性を、曲線Ｂは従来のコアの特性を
示す。温度Ｔ₃は通常の定格点灯時の動作温度、Ｔ₁は電
源電圧や周囲温度などの使用条件の悪い時の動作温度、
Ｂms₃はコア温度Ｔ₃の時のコアの実効飽和磁束密度、Ｂ
ms₂はコア温度Ｔ₁の時の実効飽和磁束密度、Ｂms₁は従
来のコアのコア温度Ｔ₁の時の実効飽和磁束密度、Ｖ
_CT23はＴ₃の時のカレントトランス２８の２次巻線出力
電圧ピーク値、Ｖ_CT22はＴ₁の時の２次巻線出力電圧ピ
ーク値、Ｖ_CT21は従来のコアのＴ₁の時の２次巻線出力
電圧ピーク値である。また、カレントトランス２８の１
次巻数と２次巻数は、抵抗３４，３５とから構成するベ
ース回路上、トランジスタ２９，３０がカレントトラン
ス２８の飽和するまでは飽和動作するように、かつ、入
力電力と発振周波数と始動電圧が適正になるように設定
する。

【００１４】次に、このような放電ランプ点灯装置の動
作について説明する。蛍光ランプ２５の始動前に交流電
源１から整流回路２を介して交流電圧が整流されて平滑
コンデンサ３が充電されると同時に、抵抗３１を介して
コンデンサ３２が充電され、その電圧がトリガ素子３３
のブレークダウン電圧に達すると、コンデンサ３２の電
荷がトランジスタ３０のベースに供給され、トランジス
タ３０がオンする。トランジスタ３０がオンすると、交
流電源１から整流回路２を介してコンデンサ２４と蛍光
ランプ２５の予熱電極とコンデンサ２６とチョークコイ
ル２７とカレントトランス２８とトランジスタ３０に電
流が増加しながら流れる。次いでカレントトランス２８
の１次巻線に流れる電流によってカレントトランス２８
のコアが磁気飽和すると、２次巻線の出力がなくなり、
トランジスタ３０に供給していたベース電流を供給でき
なくなるのでトランジスタ３０がターンオフする。同時
に、カレントトランス２８とトランジスタ２９を介して
コンデンサ２４へ流れるチョークコイル２７に蓄積され
ていたエネルギーによる電流は時間とともに減少する電
流であるため、２次巻線の出力極性が反転しており、ト
ランジスタ２９をオン、トランジスタ３０をオフしてい
る。そして、この電流はチョークコイル２７とコンデン
サ２４，２６とで共振し、この電流が反転してカレント
トランス２８のコアが磁気飽和すると、２次巻線の出力
がなくなり、トランジスタ２９に供給していたベース電
流を供給できなくなるのでトランジスタ２９がターンオ
フし、次いで再びトランジスタ３０がターンオンする。
以後この動作を繰り返す。

【００１５】上記の電流は、蛍光ランプ２５の予熱電極
を流れて電極を加熱する。同時に蛍光ランプ２５には共
振によって大きな電圧が印加され、蛍光ランプ２５は電
極温度が上昇し点灯する。

【００１６】次に、蛍光ランプ２５が点灯している時の
回路動作を説明する。トランジスタ３０がオンすると、
このとき、平滑コンデンサ３と整流回路２からコンデン
サ２４と蛍光ランプ２５の予熱電極とコンデンサ２６お
よび蛍光ランプ２５の予熱電極とチョークコイル２７と
カレントトランス２８の１次巻線とトランジスタ３０と
を介して電流が流れる。この電流は、コンデンサ２４と
チョークコイル２７との共振電流を構成する。この電流
によりコンデンサ２４が充電されるとともに、カレント
トランス２８の２次巻線に電圧Ｖ_CT2が発生し、抵抗３
５を介してトランジスタ３０のベース電流（Ｉb＝（Ｖ
_CT2−Ｖbe）／Ｒ₃₅）（ただし、Ｒ₃₅は抵抗３５の抵抗
値）が流れてトランジスタ３０をオン維持する。また、
同時に２次巻線出力はトランジスタ２９のベース−エミ
ッタ間に逆方向に印加されトランジスタ２９をオフ維持
する。ここで、Ｖ_CT2は共振状態に比例して変化すると
ともに、チョークコイル２７のインダクタンスとの分圧
から２次巻線出力電流によってコアの磁束低減分の電圧
低下した電圧であり、時間と共に増加する。温度Ｔ₃の
ときの所定の実効飽和密度Ｂms₃に相当する電圧Ｖ_CT23
にまで増加したとき、所定電流値でカレントトランス２
８が磁気飽和により、２次巻線出力電圧がゼロとなり、
トランジスタ３０を所定のオン時間でターンオフする。

【００１７】次いで、カレントトランス２８の磁気飽和
が解消されると、前記共振電流はチョークコイル２７と
トランジスタ２９のベース・エミッタからコレクタへと
減少しつつ流れ続ける電流によってトランジスタ２９は
オンになり、トランジスタ３０はオフを維持する。そし
て、この電流はチョークコイル２７とコンデンサ２４，
２６とで共振し、この電流が反転してカレントトランス
２８のコアが再び磁気飽和すると、２次巻線の出力がな
くなり、トランジスタ２９に供給していたベース電流を
供給できなくなるのでトランジスタ２９がターンオフ
し、次いで再びトランジスタ３０がターンオンする。以
後この動作を繰り返す。この時入力電力Ｗsはトランジ
スタ３０のオン期間によって主に決まる。始動直後は点
灯装置の温度は全体的に低く、蛍光ランプ２５や他の部
品の発熱によって各部の温度は上昇して行き、やがて定
格点灯時の設定温度で平衡する。この時、入力電力は図
３（ａ）の入力電力の温度特性図に示すように、所定の
入力電力Ｗs₃となる。またこの時、カレントトランス２
８のコア温度Ｔcoreはトランジスタ２９，３０や他の部
品により加熱され温度Ｔ₃で平衡する。

【００１８】以上の動作により、蛍光ランプ２５の放電
維持を行うことができ、このような動作を繰り返すこと
により、蛍光ランプ２５は一定レベルで点灯維持でき
る。

【００１９】次に電源電圧変動や点灯環境の悪化などに
より動作点が移動し、点灯装置全体の温度が上昇しする
と、カレントトランス２８のコア温度Ｔcoreも上昇し、
図２（ａ）の曲線Ａに示すように実効飽和密度Ｂmsが低
下する。そのため、図２（ｂ）の曲線Ａに示すようにカ
レントトランス２８の２次巻線電圧ピーク値Ｖ_CT2(pe
ak)も低下する。これにともない、トランジスタ３０の
オン期間が低下しコレクタ電流ピーク値も低下するとと
もに、それに応じて発振周波数が上昇し、共振系のイン
ピーダンスが増加し、蛍光ランプ２５のランプ電流を低
減する。そのため、図３（ａ）の曲線Ａに示すように入
力電力Ｗｓも低下する。その結果、点灯装置全体の発熱
量が低下するとともに、トランジスタ２９，３０の温度
も図２（ａ）の曲線Ａに示すように、温度上昇の増加率
が低下するようにできる。

【００２０】本実施例では、カレントトランス２８のコ
アには飽和磁束密度Ｂmsとそのコア温度Ｔcoreとの関係
は上記（１）式で表わされるものを用いているので、通
常の温度変動要因による最大コア温度Ｔ₁では上記直線
性の範囲内にあることになり、カレントトランスの巻数
比と抵抗３４，３５の値によって、温度上昇に対して十
分入力電力とコレクタ電流を小さくでき、トランジスタ
２９，３０の温度を熱暴走開始温度以下になるように設
定できる。

【００２１】また、トランジスタ２９，３０の熱暴走開
始温度は、一般にトランジスタの動作状態および構造ば
らつきによって変動し、トランジスタ損失の大きい状態
およびターンオフ時使用電流の大きい状態ほど低い温度
で熱暴走し、一般にシリコンバイポーラトランジスタの
場合、１５０〜２２０℃まで変化する。図３（ｂ）はト
ランジスタ２９，３０の温度特性を示しており、本実施
例では、トランジスタ２９，３０のコレクタ電流を温度
上昇に伴い低下させる構成であり、かつ、トランジスタ
の少なくとも熱暴走開始点までコアの特性を一定にして
いるので、熱暴走開始点をより高温側にできるととも
に、図３（ｂ）の曲線Ａに示すように、トランジスタ２
９，３０の温度は、周囲温度が異常に上昇しても、点灯
装置の周囲温度自体が熱暴走開始点以上にならない限
り、熱暴走しないようにできる。

【００２２】また、本実施例の放電ランプ点灯装置で
は、カレントトランス２８をトランジスタ２９，３０の
駆動に用いるとともに、そのコア材質を所定条件のもの
を用いるだけの簡単・安価・小型の回路構成で、より高
温領域でトランジスタ２９，３０を使用できるので、よ
り小型で安全な点灯装置および電球形蛍光ランプ３６を
実現できる。

【００２３】一例を示せば、図１に示す回路構成におい
て、チョークコイル２７のインダクタンスが１．２ｍ
Ｈ、コンデンサ２４が０．０６８μＦ、コンデンサ２６
が１５０００ｐＦ、平滑コンデンサ３が４７μＦ、交流
電源電圧１２０Ｖの定数で、マンガン・亜鉛を主体とし
図２（ａ）曲線Ａに示す特性を有するコア材質（トミタ
電機製コア材質２Ｆ８）のカレントトランス２８を用い
た２５Ｗ電球形蛍光ランプを製作し、実験したところ、
図３（ａ）の曲線Ａに示すとおり、この蛍光ランプを安
全に点灯維持でき、良好な結果が得られた。

【００２４】なお、図３（ａ）曲線Ｂは、図２（ａ）の
曲線Ｂに示す従来の特性を有するコア材質のカレントト
ランスを用いた２５Ｗ電球形蛍光ランプの温度特性図を
示しており、これは、上記（１）式を満足していないた
めトランジスタが熱破壊した。

【００２５】上記実施例では、半導体スイッチ素子とし
てバイポーラトランジスタ２９，３０としたが、ＦＥＴ
等を用いてもよい。この場合、カレントトランス２８の
２次巻線出力電流はほとんど流れず、２次巻線出力電圧
によって制御されることになるが、半導体スイッチ素子
としての動作は同一である。また、このとき、ＦＥＴは
基本的に熱暴走しない素子であるが熱破壊は発生し、こ
の現象に対して同様の設定により同様の効果を得られ
る。また、本実施例において点灯回路はシリーズインバ
ータを用いたが他の１石インバータなどのものでも同様
の効果が得られる。

【００２６】また、本実施例では、蛍光ランプと点灯回
路とを一体化し、カレントトランス２８を加熱しやすい
ようにしたが、点灯回路はランプと分離していても点灯
回路自体が小型であれば同様の効果が得られる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の放電ラン
プ点灯装置は、所定の温度特性のカレントトランスで半
導体スイッチ素子を駆動することにより、より高温領域
で半導体スイッチ素子を使用でき、小型・安価で、かつ
簡単な構成で、安全に放電ランプを始動・点灯維持でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である放電ランプ点灯装置の
回路図

【図２】（ａ）カレントトランス２８のコアの温度特性
図 （ｂ）カレントトランス２８の２次巻線出力電圧Ｖ_CT2
の温度特性図

【図３】（ａ）入力電力の温度特性図 （ｂ）トランジスタ２９，３０の温度特性図

【図４】従来の放電ランプ点灯装置の回路図

【符号の説明】

９，２９，３０ トランジスタ ２４，２６ コンデンサ ２５ 放電ランプ ２７ チョークコイル ２８ カレントトランス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電ランプとインダクタンス素子とコン
   デンサと半導体スイッチ素子とで閉回路を構成し、前記
   半導体スイッチ素子のオンオフ動作により前記放電ラン
   プを始動する放電ランプ点灯装置において、１次巻線電
   流を放電ランプ電流とし２次巻線出力により前記半導体
   スイッチ素子を駆動するカレントトランスを備え、前記
   カレントトランスのコアの飽和磁束密度をＢms（ｍＴ）
   とし、前記コアの温度をＴcore（℃）とし、前記半導体
   スイッチ素子の熱破壊開始温度に達する時の前記コア温
   度以上の温度をＴh（℃）としたとき、前記コアの飽和
   磁束密度Ｂms（ｍＴ）と前記コアの温度Ｔcore（℃）と
   が、 Ｂms＝−ａ・Ｔcore＋ｂ （ただし、ａ＞０（Ｔcore≦Ｔhにおいて一定）、ｂ＝
   定数）なる関係を満足することを特徴とする放電ランプ
   点灯装置。