JPH0665174B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

放電灯点灯装置

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JPH0665174B2
JPH0665174B2 JP60211354A JP21135485A JPH0665174B2 JP H0665174 B2 JPH0665174 B2 JP H0665174B2 JP 60211354 A JP60211354 A JP 60211354A JP 21135485 A JP21135485 A JP 21135485A JP H0665174 B2 JPH0665174 B2 JP H0665174B2
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Description

【発明の詳細な説明】 [技術分野] 本発明は高圧放電灯を使用した放電灯点灯装置に関する
ものである。
[背景技術] 従来の一般の放電灯点灯装置は安定器をチョークコイ
ル、トランス、コンデンサ等の単独あるいは組み合わせ
により回路構成しているため、寸法重量とも大きかっ
た。上記の点から放電灯点灯装置の小形、軽量、高効率
化が望まれており、そのために放電灯を高周波点灯させ
ることが考えられている。例えば蛍光灯の点灯装置では
スイッチングトランジスタ、サイリスタ等を用いた高周
波点灯装置が実用化されている。高圧放電灯の点灯装置
に於いても高周波を利用すると、蛍光灯と同様な効果が
得られるが、高圧放電灯を高周波点灯すると音響的共鳴
現象に起因するアークの不安定が存在することが従来知
られている。
ここで高圧放電灯の高周波点灯時に発生する上記アーク
の不安定の形成メカニズムは下記の如きものと考えられ
る。つまり、電気入力の高周波変動→発光管内のガスの
圧力変化→特別の周波数にて定在圧力発生→限度以上の
圧力振幅によりアークの不安定さ発生となるのである。
尚ここで「特別の周波数」とは所謂音響的共鳴周波数で
あって、アークのディメンジョン(現実的には発光管形
状)と、発光管内の音速で決まるものであり、上記音速
はガスの平均分子量とイオン温度が決まれば決まるの
で、それらの値さえ分かれば比較的簡単に求めることが
できる。又「限度以上の圧力振幅によりアークの不安定
さ」がどの音響的共鳴周波数で起こるのかについては非
線形の領域の問題であって単純にその答えを求める訳に
はいかない。
第9図は高圧放電灯3をトランジスタQ1の高周波スイッ
チングにより第10図の示すようなランプ電流I3を流して
点灯させる従来装置の回路を示している。この回路では
電源端子1,2間に図示する極性の直流電源電圧VDCを印加
しており、トランジスタQ1がオンすると電源端子1、ト
ランジスタQ1、チョークコイルL1、高圧放電灯3、電源
端子2の回路で電流が流れる。この流れる期間が第10図
のt1〜t2の期間に当たる。時点t2でトランジスタQ1がオ
フするとチョークコイルL1、高圧放電灯3、ダイオード
D1の回路で電流が流れる。この期間が第10図のt2〜t
3(t1)の期間に当たる。そして定常点灯時においては
上記のような動作により高周波成分の電流IHFを押さえ
てアークの不安定さが生じることなくランプ電流I3を高
圧放電灯3に流すことができるのである。
しかしながら高圧放電灯3が始動するとほぼ2次側(高
圧放電灯3の両端)が短絡された状態となって、ランプ
電圧V3が僅か10〜20V程度となり、第11図のようなラン
プ電流I3が流れることとなる。つまりこの始動時に定常
時と同じようにトランジスタQ1を動作させると、トラン
ジスタQ1がオンしたときに電源端子1,2から与えられた
エネルギーチョークコイルL1、高圧放電灯3、ダイオー
ドD1の閉回路で消費しなければならず、またランプ電圧
V3が低いのでランプ電流I3は増大する。このときのラン
プ電流I3の過大な電流によって高圧放電灯3を痛める原
因となり、寿命が短くなる恐れもある。またランプ電圧
V3が低いためチョークコイルL1の両端に加わる電圧が大
きくなり、損失も増え、飽和をしやすく、それを避ける
ためにチョークコイルL1のボリュームを大きくしなけれ
ばならなくなる。更に全体の電流が増えるのでトランジ
スタQ1、ダイオードD1のスイッチング損失が増大して素
子の発熱が急激に上がるため半導体素子の耐量も大きく
設計する必要がある。
この対策としてトランジスタQ1の動作を定常と比べオン
時間を短くする方法があるが、トランジスタQ1を制御す
る制御回路(図示せず)が非常に複雑になるという欠点
がある。
尚第11図においてトランジスタQ1がオンしているt1〜t2
間ではランプ電流I3は[VDC−V3)/L1]・tの傾きで
単調増加する。尚式中VDCは直流電源電圧、V3はランプ
電圧、L1はチョークコイルL1のインダクタンス、tは時
間である。始動時はランプ電圧が低いのでランプ電流I3
の傾きは定常と比べ急である。トランジスタQ1がオフし
ているt2−t3の期間ではチョークコイルL1、高圧放電灯
3、ダイオードD1の回路に流れる電流を示し、時点tで
の電流I3をIpkとすれば、時点t3での電流は余り減少し
ない。そして時点t3で再びトランジスタQ1がオンすると
上記の電流がほぼ加算された形となってランプ電流I3
増大していく。
[発明の目的] 本発明は上述の問題点に鑑みて為されたものでその目的
とするところは、高圧放電灯を始動させた直後のランプ
電圧が低いときに過大なランプ電流が流れるのを防ぐこ
とができる放電灯点灯装置を提供するにある。
[発明の開示] 実施例1 第1図は本発明放電灯点灯装置の基本回路を示してお
り、この基本回路は第1のスイッチ要素S1と、インダク
タとしてのチョークコイルL1と、高圧放電灯3と、第2
のスイッチ要素S2との直列回路を電源端子1,2間に接続
し、さらにチョークコイルL1と、高圧放電灯3との直列
回路を介してスイッチ要素S1にはダイオードD2を、また
チョークコイルL1と、高圧放電灯3との直列回路を介し
てスイッチ要素S2にはダイオードD3を接続して構成され
る。この回路では始動直後においてはスイッチ要素S1,S
2は第2図(a)(b)に示すように同じスイッチング
周波数で同期してオンオフ行い、両スイッチ要素S1,S2
がオンの時、電源端子1、スイッチ要素S1、チョークコ
イルL1、高圧放電灯3、スイッチ要素S2、電源端子2の
回路で電流が流れ、両スイッチ要素S1,S2が共にオフの
ときチョークコイルL1、高圧放電灯3、ダイオードD2
電源端子1、電源、電源端子2、ダイオードD3の回路に
電流が流れる。そして両スイッチ要素S1,S2が共にオン
のときには従来と同様にチョークコイルL1へエネルギー
が蓄積されながら、高圧放電灯3にも電力を供給し、両
スイッチ要素S1,S2が共にオフのときにはチョークコイ
ルL1のエネルギーは高圧放電灯3に電力を供給しつつ、
電源側に戻ることになる。つまり第9図従来例と相違す
る点はスイッチ要素S1、S2がオフの時には電源を含んだ
回路を形成することにある。
このようにして始動直後はランプ電流I3を増大させるこ
となく無効分の電力として電源に戻すことになる。第3
図は始動直後のランプ電流I3を示す。
定常時において第2図(c)(d)のような動作に移行
させて、スイッチ要素S1を同図(c)のように所定周波
数でスイッチング動作させ、スイッチ要素S2をオン状態
に維持する。従ってスイッチ要素S1がオンの時には電源
端子1、スイッチ要素S1、チョークコイルL1、高圧放電
灯3、スイッチ要素S2、電源端子2の回路で電流が流
れ、スイッチ要素S1がオフのとき、チョークコイルL1
高圧放電灯3、スイッチ要素S2、ダイオードD3の閉回路
でチョークコイルL1の蓄積エネルギーを放出させるので
ある、このときのランプ電流I3は第10図の場合とほぼ同
じように流れる。尚定常時においてスイッチ要素S1をオ
ン状態維持とし、S2をスイッチング動作させても上述の
定常時の動作と同じである。
第4図は第1図回路の具体的実施例を示しており、この
実施例ではスイッチ要素S1、S2にトランジスタを用いる
とともに、電源として交流電源4をダイオードブリッジ
DBにより全波整流し、コンデンサC0により平滑して得ら
れた直流を用いている。
而して電源を投入すると発振回路5が一定周波数のパル
ス信号を発生し、このパルス信号によりトランジスタQ2
がオンオフしてベースドライブ回路6のパルストランス
PTの2次側の出力を発生させ、この出力抵抗がR3,R4
より分圧されてスイッチ要素S1のベース・エミッタ間に
印加され、スイッチ要素S1が発振回路5の発振周波数に
応じてスイッチング動作を開始する。発振回路5の出力
はインバータ9を介してナンドゲート8に入力してい
る。ナンドゲート8はランプ状態検出回路7の出力を他
の入力端に入力しているもので、ランプ状態検出回路7
の出力が“H"のとき発振出力を抵抗R6を介してスイッチ
要素S2のベースに印加するようになっている。ここで始
動開始時においては高圧放電灯3の両端電圧が低く、そ
の為ランプ状態検出回路7においてはトリガ素子Q4が導
通せずトランジスタQ3はオフで出力が“H"となり、ナン
ドゲート8から発振回路5のパルス信号がスイッチ要素
S2のベースに印加されることになる。従ってスイッチ要
素S1,S2は共に同期してオン、オフ動作を行うことにな
る。この始動時において両スイッチ要素S1,S2が共にオ
フしたとき、チョークコイルL1、高圧放電灯3、ダイオ
ードD2、電源端子1、コンデンサC0、電源端子2、ダイ
オードD3の閉回路を構成してチョークコイルL1の蓄積エ
ネルギーを放出させ、ランプ電流I3の上昇を抑える。や
がて高圧放電灯3のランプ電圧V3が所定の電圧に達し、
ランプ状態検出回路7の抵抗R1と、抵抗R2、波形整形用
コンデンサC1の並列回路との分圧電圧がトリガ素子Q4
ブレークオーバ電圧を越えるとトリガ素子Q4が導通して
トランジスタQ3をオンさせる。そのためランプ状態検出
回路7は出力を“L"に反転し、ナンドゲート8の出力を
“H"に固定する。従ってスイッチ要素S2はオン状態を継
続することになり、一方スイッチ要素S1は上述のスイッ
チング動作を継続する。この状態になると、スイッチ要
素S1がオンのときには電源端子1、スイッチ要素S1、チ
ョークコイルL1、高圧放電灯3、スイッチ要素S2、電源
端子2、コンデンサC0の回路で電流が流れ、スイッチ要
素S1がオフのときにはチョークコイルL1、高圧放電灯
3、スイッチ要素S2、ダイオードD3の閉回路でチョーク
コイルL1のエネルギーを放出させることになる。
ところで実施例のランプ状態検出回路7は始動直後の状
態を判別できれば良く、電流、光を検出する方法でもよ
い。またランプ電圧V3の上昇を検出してスイッチ要素S2
の動作を変えているが、始動直後の状態で少なくとも第
2図(a)(b)の動作をさせればよい。またランプ電
圧V3が上昇してもこの動作を繰り返す場合は高圧放電灯
3と並列的にコンデンサC0を接続することによって高圧
放電灯3への高周波成分の電流IHFを少なくすることも
できる。
実施例2 第5図は本実施例の基本的な回路を示しており、電源端
子1,2の間にトランジスタからなるスイッチ要素S1′、
チョークコイルL1、高圧放電灯3、スイッチ要素S2′の
回路を接続するとともに、トランジスタからなるスイッ
チ要素S3、高圧放電灯3、チョークコイルL1、トランジ
スタからなるスイッチ要素S4の回路を接続し、スイッチ
要素S1′,S2′,S3,S4には夫々ダイオードD4,D5,D6,D7
接続してある。
而して始動直後においてはスイッチ要素S1′,S2′を第
6図(a)(b)に示すように例えば20KHz〜50KHz位で
同期させてオンオフさせ、第6図(c)(d)のように
スイッチ要素S3,S4はオフのままとする。従ってスイッ
チ要素S1′,S2′が共にオンすると、電源端子1、スイ
ッチ要素S1′、チョークコイルL1、高圧放電灯3、スイ
ッチ要素S2′、電源端子2、コンデンサC0の回路で電流
が流れ、スイッチ要素S1′、S2′が共にオフのときには
チョークコイルL1、高圧放電灯3、ダイオードD5、電源
端子1、コンデンサC0、電源端子2の回路で、チョーク
コイルL1の蓄積エネルギーを放出させる。尚スイッチ要
素S1′,S2′とS3,S4の動作を逆にしてもよい。又始動直
後に第7図(a)(b)と(c)(d)に示すようにス
イッチ要素S1′,S2′とS3,S4とで上述の動作を交互に繰
り返させてもよい。つまりT0(=T1×2)を一周期とし
てt1〜t2間はスイッチ要素S1′,S2′がオンオフし、t2
〜t3間はスイッチ要素S3,S4がオンオフするのである。
この動作は第6図の動作の場合に比べて高圧放電灯3に
交流が流れるので、高圧放電灯3にとっては片方の電極
のみを消耗させることがなく、第6図の動作の場合に比
べて良好な特性が得られる。この周波数(1/T0)は50
Hz〜数百Hzの範囲が騒音、ちらつきの点から好ましい。
さて第6図、第7図の始動動作終了後における定常状態
では第7図の動作を継続させるか、第8図の動作を行わ
せるとよい。
つまり前者ではアークの安定性は高圧放電灯3と並列的
にコンデンサを接続して高周波成分IHFをコンデンサC
0にバイパスさせ低周波成分を高圧放電灯3へ流すこと
ができ高圧放電灯3には高周波成分の少ない電流となる
のでアークは安定に点灯維持することができる。
また後者ではスイッチ要素S1′をt1〜t2の期間に第8図
(a)に示すように例えば40KHzの高周波でオンオフ
し、他方この期間中スイッチ要素S2′を第8図(b)に
示すようにオン状態とするとともに、スイッチ要素S3,S
4をオフ状態のままとする。そしてt2〜t3間では第8図
(c)に示すようにスイッチ要素S3を高周波でオンオフ
し、第8図(d)に示すようにスイッチ要素S4をこの期
間中オンさせ、他のスイッチ要素S1′,S2′をオフ状態
とする。そしてこの両者の切替わりの周期T0を第7図の
場合と同じ(1/T0は50Hz〜数百Hz)とする。而して高
圧放電灯3には交流の電流が流れ、各半サイクルの波形
は第10図と同じようになる。
尚本実施例回路において始動時も定常時も第7図の動作
とすれば制御の為の回路、例えば第4図実施例回路のラ
ンプ状態検出回路7が不要となり回路構成が非常に簡単
となる。
またいずれの実施例においても負荷変動、電源変動に対
して高周波でオンオフするスイッチ要素の動作周波数等
を変化すると定常時より良好な出力特性が得られるのは
言うまでもない。
[発明の効果] 本発明上述のように、直流電源と、同期させてオン,オ
フ可能な第1及び第2のスイッチ要素と、上記直流電源
の両端に接続される第1のスイッチ要素とインダクタと
高圧放電灯と第2のスイッチ要素との直列回路と、上記
高圧放電灯のインピーダンスが比較的に小さい期間に、
両スイッチ要素を同期させてオン,オフし、両スイッチ
要素のオン時にインダクタに蓄積されたエネルギーを、
両スイッチ要素のオフ時に高圧放電灯を介して直流電源
に放出させる放出回路とを備えているので、高圧放電灯
の始動直後などの高圧放電灯のインピーダンスが比較的
に小さい期間に、インダクタにて蓄積されたエネルギー
を直流電源に放出して、インダクタに蓄積されるエネル
ギーを小さく抑え、このインダクタに蓄積されるエネル
ギーにより高圧放電灯に過大な電流が流れることを防止
することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1の基本回路図、第2図は同上
の動作説明用のタイムチャート、第3図は同上のランプ
電流波形図、第4図は同上の具体回路図、第5図は本発
明の実施例2の基本回路図、第6図乃至第8図は同上の
動作説明用のタイムチャート、第9図は従来例の基本回
路図、第10図、第11図は同上の動作説明用のランプ電流
の波形図であり、S1,S2,S1′,S2′はスイッチ要素、L1
はチョークコイル、3は高圧放電灯である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流電源と、同期させてオン,オフ可能な
    第1及び第2のスイッチ要素と、上記直流電源の両端に
    接続される第1のスイッチ要素とインダクタと高圧放電
    灯と第2のスイッチ要素との直列回路と、上記高圧放電
    灯のインピーダンスが比較的に小さい期間に、両スイッ
    チ要素を同期させてオン,オフし、両スイッチ要素のオ
    ン時にインダクタに蓄積されたエネルギーを、両スイッ
    チ要素のオフ時に高圧放電灯を介して直流電源に放出さ
    せる放出回路とを備えたことを特徴とする放電灯点灯装
    置。
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JPS5960995A (ja) * 1982-09-30 1984-04-07 東芝ライテック株式会社 放電灯点灯装置
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