JPH0719666B2

JPH0719666B2 - 放電灯の調光装置

Info

Publication number: JPH0719666B2
Application number: JP14107185A
Authority: JP
Inventors: 勝己佐藤
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1985-06-25
Filing date: 1985-06-25
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPS61296700A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）この発明は高周波電圧で放電灯を点灯する装置のための
放電灯調光装置に関する。

（背景技術）一般に高周波電圧で放電灯を点灯する装置に適用される
調光手段は、放電灯に印加すべき高周波電圧の周波数を
制御する周波数制御方式によるか又は、高周波電圧の動
作区間を制御する動作区間制御方式によるかのいずれか
である。

第１図、第２図は前者の周波数制御方式による放電灯調
光装置のあらましを説明するため用意されたもので、放
電灯調光装置の一例は第１図示のように放電灯101は他
励式ハーフブリッジインバータ回路102により付勢され
るインダクタＬ。とコンデンサＣ。の共振回路中のコン
デンサＣ。の両端電圧によって点灯される。他励式ハー
フブリッジインバータ回路102の動作周波数はドライブ
回路103を介して発振器104より与えられる入力電圧周波
数により決定される。放電灯１の調光は発振器内の可変
抵抗などの制御によって発振器の出力電圧周波数を適宜
設定することによって行われる。第２図の特性図は横軸
に他励式インバータ１の動作周波数と縦軸に共振回路の
コンデンサＣ。の両端電圧をとったもので、実線が放電
灯１の不点灯時、破線が放電灯１点灯時の特性を示して
いる。共振回路の共振周波数f₀の左右領域に放電灯始動
のための高電圧が得られる動作周波数f₂が存在してい
る。

第1,第２図示より明らかなように共振周波数f₂よりも高
い周波数領域にある動作周波数f₂（以下、高領域動作周
波数f₂と称する。）による放電灯の始動はこの部分の共
振カーブが急峻であるため回路部品のバラツキなどによ
って始動電圧が得られない可能性が高く、一般に放電灯
の始動は共振周波数f₀よりも低い周波数領域にある動作
周波数f₁（以下、低領域動作周波数f₁と称する。）従って、前者の周波数制御方式による放電灯調光装置は
一般的に低領域動作周波数f₁で放電灯を始動しそれ以後
は動作周波数を高領域動作周波数f₂へ、またはこれを超
えて高くしていくことによって点灯及び連続的調光を行
う。なお、放電灯の始動後に共振回路の共振条件はくず
れ、以後動作周波数を高くしていくにつれ放電灯の点灯
電圧即ちコンデンサの両端電圧は第２図中の破線の曲線
で示される特性により除々に低くなり調光が行われる。

さて、この一般的である放電灯調光装置について発明者
が着目した問題は次にある。即ち、この方式の装置によ
ればその調光は低領域動作周波数f₁から高領域動作周波
数f₂に亘るためその動作周波数が共振周波数と一致する
機会があることであり、このことは若しも調光途上にお
ける動作周波数が共振周波数f₀と一致するタイミングに
おいて放電灯が不点灯状態となった場合若しくは、動作
周波数が共振周波数f₀と一致する値となるよう装置が設
定された状態で無負荷時、電源が投入された場合に、動
作周波数が共振周波数f₀と一致して回路中のトランジス
タに大電流を流入させトランジスタを破壊してしまうト
ラブルが生ずることを意味し、従ってこの方式による装
置にはこのトラブルを予防するための適切な保護回路を
備えることが必須の条件とされる。この保護回路は上述
したトラブルの各要因となる現象を検出し動作周波数を
共振周波数f₀より外すよう機能する複雑な回路構成を追
加せねばならない。しかし、最大の問題は保護回路の不
調時のトラブルの要因を依然として内蔵していることで
ある。

着目された上述の問題点に対して発明者は調光のための
動作周波数領域を実質的に低領域動作周波数f₁から高領
域動作周波数f₂に亘り、従って充分に広い幅の調光を可
能とする広領域に維持しつゝ、動作周波数が共振周波数
f₀を通過することなく従って上述のトラブルの要因を無
くすることのできる装置を提案しようとするものであ
る。

この発明の背景技術をより明確にするために、それらは
いずれも採用はしがたいが、それらは前述の保護回路を
省略し得る方策について記述する。

その一は、放電灯の始動、点灯及び調光を高領域動作周
波数f₂以上の領域で行う方策であるが、この場合、前述
した理由によって放電灯の始動が不安定である上、調光
の巾を広くするためにより高い周波数領域に亘って動作
周波数を設定する必要から周波数上昇によるトランジス
タ、ダイオードなどの損失が増大する新らたな問題を含
む。

その二は、放電灯の始動、点灯を低領域動作周波数f₁で
行った後、その動作周波数を共振周波数f₀を超えて高領
域動作周波数f₂にジャンプさせ放電灯の点灯、調光を高
領域動作周波数f₂以上の領域で行う方策であるが、この
場合、放電灯の調光に当って動作周波数を低領域動作周
波数f₁から高領域動作周波数f₂へジャンプさせるため、
ジャンプの前後で放電灯の明るさに差があり、このこと
は、調光の連続性と云う調光装置の商品としての第１義
的な要求にこたえることができない。

次に、冒頭部で述べた後者の動作区間制御方式について
若干の説明を行う。この方式による調光装置はこの発明
が対象とする技術的課題を含むものではないが、その思
想がこの発明に応用されるものとして詳明される。この
動作区間制御方式のあらましを説明するために第３図が
用意されている。この方式に従う第１の形式の調光装置
は、第３図（ａ）に示されるようにインバータの動作を
周期的に中断させランプ電圧の休止期間toを設けて調光
を行うもので、第２の形式の調光装置は、第３図（ｂ）
に示されるように放電灯の両端を周期的に短絡させラン
プ電圧の休止区間to′を設けて調光を行うものであり、
因みに、第１の形式の調光装置にあっては周期的に遮断
すべきランプ電流の値が大きいためチョークコイル等に
生ずる騒音が大きくなる難点があり、第２の形式の調光
装置にあっては、放電灯の両端を周期的に短絡、開放す
るために高耐圧のスイッチを必要とする難点がある。

（発明の目的）この発明の主な目的は、放電灯点灯用の高周波電圧を周
波数制御して調光を行う装置において、高周波電圧が負
荷；共振回路の共振周波数で共振することに対する保護
装置を不要とできる放電灯調光装置を提供するところに
ある。

この発明の他の目的は、放電灯の立消えを起すことなく
広範囲な調光が行える放電灯調光装置を提供するところ
にある。

（発明の開示）この発明の第１の特徴（第１発明）によれば、高周波電
圧に共振回路を介して放電灯に加えて放電灯を点灯させ
る方式の装置において、この高周波電圧の動作周波数を
共振回路の共振周波数より低い低領域動作周波数及び、
共振周波数より高い高領域動作周波数のいずれかとなる
よう設定し、この両動作周波数のデューティ比を制御す
ることによって放電灯の調光を行わしめ、従って、高周
波電圧の動作周波数が共振周波数と一致することが避け
られこのための保護回路を省略できる放電灯点灯装置を
提供することができる。

また、この発明の別の特徴（第２発明）によれば、前述
の第１発明による放電灯の調光によって高領域動作周波
数のデューティ比が最大値とされた後に動作され、高領
域動作周波数を連続的に上昇させる手段を更に備えるこ
とによって、第２の調光区間を追加し調光の巾を一層拡
げることのできる放電灯点灯装置を提供することができ
る。

また、この発明の他の特徴によれば、第２発明において
その高領域動作周波数のデューティが100％に達しない
よう即ち、低領域動作周波数のデューティが０％となら
ないように設定することによって、第２の調光区間にお
いても振巾の大きい低領域動作周波数の動作区間を残
し、放電灯の立消えを無くし従って調光の巾を一層拡げ
ることのできる放電灯点灯装置を提供することができ
る。

第４図はこの発明を具体的に実施した回路を示し、他励
式ハーフブリッジインバータ回路１（以下、他励式イン
バータと呼ぶ）は、放電灯２の両端に接続したコンデン
サＣ及びインダクタＬよりなる共振回路を出力端に接続
し整流回路３を介して交流電源４を入力端に接続したイ
ンバータ部５と発振器６と、この発振回路６の出力に応
じてインバータ部５のトランジスタTr_１,Tr_２を駆動す
るドライブ回路７とにより構成される。この他励式イン
バータ１はデューティ制御回路８と周波数制御回路９と
よりなる制御部によって制御を受ける。さて前記の発振
回路６は無安定マルチバイブレータ11及びＤ−フリップ
フロップ12とを含み、無安定マルチバイブレータ11の発
振周波数は抵抗R₁、R₂の抵抗値、コンデンサC₁の容量及
び制御入力端11aへの制御入力電圧値によって決定され
る。こゝでは、その制御入力端11aへの入力電圧値が上
昇するのにともなってその周波数が低下し逆に下降する
のにともなってその周波数が上昇するようにされてい
る。Ｄ−フリップフロップ12は無安定マルチバイブレー
タ11の出力波形の1/2分周器として働きＤ−フリップフ
ロップ12のQ₁、Q₂出力はアンド回路13及び14を介してド
ライブ回路７へトランジスタTr_３、Tr_４の駆動信号とし
て伝達される。ドライブ回路７のトランジスタTr_３、Tr
_４のオン・オフに従ってインバータ部５のトランジスタ
Tr_１、Tr_２はドライブトランスT₁₁、T₁₂を介して交互に
オン・オフするよう動作される。第５図の波形図及び第
４図の参照において、ドライブ回路７のトランジスタTr
_３が導通するとドライブトランスT₁₁の巻線n₁₁には第４
図で実線により示される矢印の方向に電圧が誘起され巻
線n₁₂にはトランジスタTr_１を不導通とする方向の電圧
が誘起されてトランジスタTr_１はオフ状態とされる。次
いでトランジスタTr_３がオフ状態となることその瞬間に
巻線n₁₁にはトランジスタTr_３がオンのときに流れてい
た電流を流す方向（波線で示す矢印方向）にフライバッ
ク電圧を生じこれによりトランジスタTr_１をオンとす
る。そしてこのトランジスタTr_１のオンによりトランジ
スタTr_１のコレクタ電流が流れ巻線n₁₃によってトラン
ジスタTr_１のベースに電圧が帰還されトランジスタTr_１
はオン状態を維持する。このような動作が繰返えされて
インバータ部５のトランジスタTr_１、Tr_２がオン・オフ
を繰返えすものである。

制御部のデューティ制御回路８はデューティ制御部（NE
C製集積回路μPC1042Cを使用）15とデューティ制御部15
への入力電圧を決定する可変抵抗器VR₁、抵抗R₃の分圧
抵抗群と出力側のトランジスタTr_５とを含むもので、デ
ューティ制御部15は制御入力端15a（NEC製μPC1042Cの
７番端子）への入力電圧値に従ってその出力波形のデュ
ーティを制御する。そしてその周期は端子15b、15c（夫
々、NEC製μPC1042Cの９番、10番端子に相当）に接続さ
れた抵抗R₄、コンデンサC₂により決定される。前記の制
御入力端15aへの入力電圧値は可変抵抗器VR₁によって制
御されこの電圧値が低下されるに従ってデューティー制
御回路８の出力のオンデューティが零より100％に亘っ
て増加される。即ち、デューティ制御部15の出力端15
d、15e（NEC製μPC1042Cの12番、13番端子に相当）はワ
イヤード接続され、このいずれかの出力が低レベル（オ
ン状態）であればデューティ制御部15の出力が低レベル
（オン状態）であればデューティ制御部15の出力が低レ
ベルとなり、双方とも高レベル（オン状態）であれば出
力は高レベルとなる。即ち、このデューティ制御部15の
出力が高レベルの時にトランジスタTr_５がオフとされ後
段の周波数制御回路９のトランジスタTr_６をオンとす
る。周波数制御回路９はトランジスタTr_６と、このトラ
ンジスタTr_６でスイッチされる可変抵抗器VR₂、抵抗
R₅、R₆よりなる分圧抵抗群と他の分圧抵抗群R₆、R₇と電
圧比較素子としてのダイオードD₁と増巾器16、17とによ
り構成される。さて、前述のようにこの周波数制御回路
９のトランジスタTr_６がオン状態とされると分圧抵抗群
の可変抵抗器VR₂、抵抗R₆、R₅の比によって決まる電圧
が増巾器16の非反転入力端（プラス端子）に加わる。な
お、この増巾器16は電圧フオローで、利得は１でありそ
の非反転入力電圧がそのまゝ出力電圧として現われ所謂
インピーダンス変換要素として働き、従って一方の分圧
抵抗群R₇、R₈の値が増巾器16の非反転入力端子の入力電
圧に影響を与えないようにしている。つまり、増巾器16
の非反転入力電圧は分圧抵抗群VR₂、R₅、R₆のみによっ
て決定するようされている。増巾器17の非反転入力端に
は分圧抵抗群R₇、R₈で決まる電圧と増巾器16の出力電圧
をダイオードD1で比較してその低い方の電圧が加わり増
巾器17の非反転入力電圧は増巾器出力として無安定マル
チバイブレータ11の制御入力端11aに加えられ他励式イ
ンバータ１を制御する。

次にデューティ制御回路８と周波数制御回路９との一連
の動作を第６図の波形図に従って説明するが、両回路が
備えるべき諸条件を先立って述べるならば、先ず、周波
数制御回路９の抵抗R₇、R₈の値は他励式ハーフブリッジ
インバータ回路１の動作周波数が前述の低領域動作周波
数f₁となるような無安定マルチバイブレータの制御入力
を与えるような値に設定され、また、抵抗R₅、R₆の値は
可変抵抗器VR₂の抵抗値が零のときに他励式インバータ
１の動作周波数が前述の高領域動作周波数f₂となるよう
な無安定マルチバイブレータ11の制御入力を与えるよう
な値に設定されるもので、更に、両回路の可変抵抗器VR
₁、VR₂は、２段連動ボリュームによって構成され、その
操作によって抵抗値の変化は、可変抵抗器VR₁の零値か
らその最大値へ到った後に可変抵抗器VR₂の零値からそ
の最大値へ到るようにされるものである。さて、可変抵
抗器VR₁の抵抗値が零の場合、（第６図t₁区間参照）デ
ューティ制御部15の制御入力端15aへの入力電圧は（R₃/
R₃＋R₀）・Vccとなり、且つこの入力電圧によってデュ
ーティ制御部15の出力電圧が高レベルとなるよう抵抗
R₃、R₀が設定されているためトランスジスタTr_６はオフ
状態を呈する。従って、増幅器16の非反転入力には可変
抵抗器VR₂（この時点では抵抗値零）と抵抗R₆を介して
略電圧Vccが加わり、この電圧は抵抗R₇、R₆で決まる電
圧：（R₈/R₇＋R₈）・Vccと比較される。この場合、ダイ
オードD₁がオフ状態を呈するため増巾器13の非反転入力
にはこの電圧；（R₈/R₇＋R₈）・Vccが加わる結果、無安
定マルチバイブレータ11の制御入力端11aにこの電圧：
（R₈/R₇＋R₈）・Vccが入力される。そして他励式インバ
ータ１の動作周波数は低領域動作周波数f₁とされ放電灯
２はこの動作周波数の高周波電圧によって放電始動され
定格点灯状態に入る。次いで（第６図t₂、t₃区間参照）
可変抵抗器VR₁の抵抗値を増加させていくと、デューテ
ィ制御部15の制御入力15aへの電圧は低下しデューティ
制御部15の出力が高レベルであるデューティは100％よ
り除々に低下していき、即ち、周波数制御回路９のトラ
ンジスタTr_６のオンデューティが０％より除々に増加し
ていく。このトランジスタTr_６のイオン期間にあって
は、このとき可変抵抗器VR₂の抵抗値は零であるため電
圧（R₅/R₅＋R₆）・Vccが増巾器16の非反転入力電圧とな
りこの電圧は電圧（R₈/R₇＋R₈）・Vccと比較される。い
ま、各抵抗値は（R₅/R₅＋R₆）・Vcc＋VD₁＜（R₈/R₇＋
R₈）・Vccとなるよう選ばれているので、（VD₁は、ダイ
オードD₁のオン電圧）増巾器17の非反転入力電圧は（R₅
/R₅＋R₆）・Vcc＋Ｖ_D1となる結果、無安定マルチバイブ
レータ11の制御入力端11aに入力されこの入力電圧は他
励式ハーフブリッジインバータ回路１の動作周波数を高
領域動作周波数f₂とする。従ってトランジスタTr_６のオ
ンデューティが増加するにつれて他励式インバータ１の
動作周波数がf₁である区間T₁とf₂である区間T₂との比;T
₁/T₂が小さくなり、これによって放電灯の調光が行われ
る。第６図のt₄区間は、可変抵抗器VR₁が最大値をと
り、動作周波数がf₂である区間T₂が100％となった状態
である。さて、可変抵抗器VR₁の抵抗値が最大値となっ
た後に前述した通りにこんどは周波数制御回路９の可変
抵抗器VR₂の抵抗値が零値より第７図の区間t₅、t₆、t₇
のように除々に上昇させると、この結果、増幅器16の非
反転入力電圧は（R5/（R5＋R6＋VR2））・Vccとなり増
幅器17の非反転入力電圧はほヾ（R5/（R5＋R6＋VR2））
・Vcc＋Ｖ_D1となる。即ち、可変抵抗器VR₂の抵抗値が増
すにつれて無安定マルチバイブレータ11の制御入力端11
aへの入力電圧が低下していき他励式インバータ１の動
作周波数が高領域動作周波数f₂以上の周波数領域におい
て除々に高くなり、所謂周波数制御方式に従う調光が行
われる。

以上の実施例（第４図）に沿う説明は第２発明に関す
る。第１発明の実施に当っては周波数制御回路９の可変
抵抗器VR₂の抵抗値を固定（即ち、可変抵抗器VR₂を省
略）すれば良く、この第１発明の実施により、調光は動
作周波数f₁とf₂のデューティ比調整のみにより行われ
る。

次いで、第２発明の更なる改良について説明する。この
改良は上述の実施例（第４図）のデューティ制御回路８
の可変抵抗器VR₁のとり得る最大値の変更のみにより行
われる。従って、この改良を実現する実施例についても
記載を省略する。この改良は第８図のように周波数制御
への移行後（周波数制御回路９の可変抵抗器VR₂の作動
開始後）の区間t₈、t₉、t₁₀においても動作周波数f₁及
びf₂の区間の比（T₁/T₂）を零としない値に可変抵抗器V
R₁の最大値を設定し動作周波数f₂の区間を区間t₈、t₉、
t₁₀にも残すことによって放電灯の点灯維持のための条
件を改善し、これにより低レベルまでの調光を可能とす
る。

（発明の効果）このように第１発明によれば高周波電圧を共振回路を介
して放電灯に加えてこれを点灯させる方式の装置におい
てこの高周波電圧の動作周波数を共振回路の共振周波数
より低い領域及び高い領域に存在する２つの動作周波数
のいずれかとなるよう設定し、両動作周波数のデューテ
ィ比を制御することによって放電灯の調光を行うようし
たゝめ、高周波電圧の動作周波数が共振周波数と一致す
ることより起こる弊害を避けるための保護回路を省略で
き、従って安定安全な動作が期待できる放電灯の調光装
置を実現できるものである。

また第２発明によれば第１発明の装置による調光の終了
後にシーケンス的に作動を開始するよう周波数制御回路
が付加されているため、第１発明の装置の改善に加えて
調光区間を一層拡げることのできる放電灯の調光装置を
実現できるものである。

また第２発明の変形によれば、周波数制御回路の作動開
始後においても、振巾の大きい低領域動作周波数による
動作区間を確保し放電灯の立消えを起りにくゝしている
ため、第１発明の装置の改善に加えてなお一層、その調
光区間を拡大できる放電灯の光装置を実現できる。もの
である。

なお、この発明の実施例ではインバータ回路としてハー
フブリッジインバータ回路を用いているが、この発明の
実施に当っては、フルブリッジインバータ回路、ブッシ
ュプルインバータ回路など他励式インバータ回路であれ
ばどの形式のものを採用しても良いことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は従来例を説明する図面で第１図は従
来一般的な周波数制御方式の回路図、第２図はその共振
回路の特性図、第３図は従来一般的な動作区間制御方式
を説明する波形図であり、第４図乃至第８図はこの発明
の実施例を示すもの第４図は回路図、第５図は発振回路
とドライブ回路の動作を説明する波形図、第６図はデュ
ーティ制御回路による調光状態を示す波形図、第７図は
周波数制御回路による調光状態を示す波形図、第８図は
一部変形実施例による調光状態を示す波形図である。１……他励式インバータ、２……放電灯、６……発振
器、８……デューティ制御回路、９……周波数制御回
路、Ｌ……インダクタ、Ｃ……コンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インダクタとコンデンサとの共振回路とこ
のコンデンサの両端に接続した放電灯とを負荷としても
つ他励式インバータと、それへの入力電圧値に応じて周
波数が変化する出力電圧を転流用電力として他励式イン
バータに供する発振器と、他励式インバータの動作周波
数と共振回路の共振周波数より低い周波数領域と高い周
波数領域に夫々設定するような第１、第２レベル電圧を
発振器入力に与える一方、この両レベル電圧のデューテ
ィ比を制御する発振器制御手段とより成り、放電灯は第
１レベル電圧の最大デューティ時に共振周波数より低い
周波数領域で始動され、且つ第２レベル電圧が最大デュ
ーティとされる共振周波数より高い周波数領域に到るま
で発振器制御手段の操作により点灯及び調光がされる放
電灯点灯装置。
【請求項２】インダクタとコンデンサとの共振回路とこ
のコンデンサの両端に接続した放電灯とを負荷としても
つ他励式インバータと、入力電圧値に応じて周波数が変
化する出力電圧を転流用電力として他励式インバータに
供する発振器と、他励式インバータの動作周波数を共振
回路の共振周波数より低い周波数領域と高い周波数領域
に夫々設定するような第１、第２レベル電圧を発振器入
力に与える一方両レベル電圧のデューティ比を制御する
デューティ制御部及びデューテイ制御部によって第２レ
ベル電圧のデューティが最大値とされた後に作動するよ
う設定され発振器入力電圧値を制御する電圧制御部より
成る発振器制御手段とより成り、放電灯は第１レベル電
圧の最大デューティ時に共振周波数より低い周波数領域
で始動され、且つ第２レベル電圧が最大デューティとさ
れる共振周波数より高い周波数領域に到るまでデューテ
ィ制御部操作により更に高い周波数領域で点灯及び連続
調光がされる放電灯調光装置。
【請求項３】前記の第２レベル電圧の第１レベル電圧に
対するデューティ比が零とされない特許請求の範囲第
（２）項記載の放電灯調光装置。