JPH07220880A - カソード加熱型ガス放電ランプの安定回路 - Google Patents

カソード加熱型ガス放電ランプの安定回路

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JPH07220880A
JPH07220880A JP6300058A JP30005894A JPH07220880A JP H07220880 A JPH07220880 A JP H07220880A JP 6300058 A JP6300058 A JP 6300058A JP 30005894 A JP30005894 A JP 30005894A JP H07220880 A JPH07220880 A JP H07220880A
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lamp
circuit
cathode
gas discharge
voltage
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JP6300058A
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English (en)
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David J Kachmarik
デイビッド・ジョセフ・カクマリク
Louis Robert Nerone
ルイス・ロバート・ネロン
Michael M Secen
マイケル・マシュー・シーセン
Kurt W Haas
カート・ウイリアム・ハス
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/295—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps with preheating electrodes, e.g. for fluorescent lamps
    • H05B41/298—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2988—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the lamp against abnormal operating conditions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S315/00—Electric lamp and discharge devices: systems
    • Y10S315/05—Starting and operating circuit for fluorescent lamp

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一対の抵抗加熱型カソードを有するガス放電
ランプの安定回路を提供する。 【構成】 直流母線電圧に応じて両方向電流を、ガス放
電ランプ４１５と共振コンデンサＣR と共振インダクタ
ＬR を含む共振負荷回路に供給する変換器（Ｓ1，
Ｓ2 ）を有し、またカソード予熱期間の間、ランプの点
灯を防止するようにランプ電圧を所定のレベル以下に維
持する回路を有する。この回路はランプの第１のカソー
ド４１５Ｂをほぼ一定電圧に保持する回路（４５０，４
５５）、およびランプの第２のカソード４１５Ａを所定
のレベル以下にクランプする回路を有する。このクラン
プ回路はランプの第２のカソードに接続され、正方向に
極性付けられたクランプダイオードＤ1 を介して母線導
体に直列に接続され、負方向に極性付けられたクランプ
ダイオードＤ2 を介してアースに直列に接続された正の
温度係数（ＰＴＣ）のインピーダンス素子４８０を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、蛍光灯のようなカソー
ド加熱型ガス放電ランプの安定回路に関するもので、更
に詳しくは、このような安定回路のカソード加熱回路の
性能の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】ある種の蛍光灯のようなガス放電ランプ
は一対のカソードを有し、各カソードは電流が流れると
加熱状態になる内部抵抗を有している。このようなカソ
ードを以下、「抵抗加熱型カソード」と称する。「抵
抗」加熱は、カソードがランプのアーク放電から加熱さ
れる場合の定常状態のランプ動作の間およびランプが点
灯する前の所謂カソード予熱期間の間に生じる。このよ
うなランプのカソードは正常ランプ動作中に電子を放出
するように設計されている。このようなカソードは一般
にタングステンまたは同様な金属で構成されているが、
このような金属はコーティングが施されていない場合に
電子放出のために加熱されると破砕しやすい。従って、
カソードの金属を破砕から保護するとともに電子の放出
を容易にするようにカソードは一般に電子放出材のコー
ティングが施されている。
【０００３】上述した種類の蛍光灯において、カソード
からの所望の熱電子放出を達成するようにランプ点灯前
のカソード予熱期間の間、カソードは少なくとも約７０
０゜Ｃに加熱されることが好ましい。カソードからの好
ましい熱電子放出およびカソードの長い寿命を維持する
ために、定常状態のランプ動作の間、約５００゜Ｃにカ
ソードを連続して加熱することが好ましい。
【０００４】カソード加熱型の蛍光灯の様なガス放電ラ
ンプの典型的な電源、すなわち「安定」回路は、カソー
ド予熱期間および定常状態のランプ動作中の両方におい
てランプのカソードを加熱する回路に正の温度係数（Ｐ
ＴＣ）の抵抗を利用している。ガス放電ランプは一対の
抵抗加熱型カソードを有し、該抵抗加熱回カソードの各
々は両方向電流をランプに供給するための共振電源回路
に接続されたそれぞれの端子を有する。他の対のカソー
ド端子の両端には正の温度係数（ＰＴＣ）の抵抗が直列
接続のコンデンサを介してそれぞれ接続され、抵抗加熱
型カソードに電流を供給するための、従って加熱するた
めの回路を完成している。ＰＴＣ抵抗を利用した安定回
路の例は米国特許第４，６４７，８１７号、同第４，７
８２，２６８号および同第５，１２２，７１２号に記載
されている。
【０００５】ＰＴＣ抵抗は最初あるインピーダンスレベ
ルで電流が流れ、エネルギの消費により加熱されるにつ
れてインピーダンスレベルが増大する。ランプの安定回
路が最初励起されると、比較的大きな電流がＰＴＣ抵抗
に流れ、従って抵抗加熱型カソードに流れる。このよう
な急速な加熱がランプ点灯前のカソード予熱期間に発生
し、ランプの点灯を開始するためのランプカソードの望
ましい高い温度を達成する。ＰＴＣ抵抗はカソードの予
熱期間の終わり近くで高インピーダンス状態に遷移する
ように選択され、この時ランプの点灯を開始させるのに
十分な点までランプ電圧を増大することができる。その
後、定常状態のランプ動作の間に、ランプ電圧はカソー
ドの予熱期間よりも実質的に低いレベルまで低下する。
この定常状態のランプ動作の間、低減した電流が抵抗加
熱型カソードに流れ、ＰＴＣ抵抗における電力消費は小
さくなる。例えば、２０ワットのランプの安定回路の場
合には１ワット台の電力消費であり、これは５％の無視
できないエネルギの無駄である。
【０００６】従って、定常状態のランプ動作の間、高い
電力効率を達成するカソード加熱型ガス放電ランプ用の
安定回路を提供することが要望されている。上述した安
定回路の他の欠点は、所与のＰＴＣ抵抗が適用できる抵
抗加熱型カソードの範囲が限られていることである。異
なる種類のランプに対応できるように種々の種類（例え
ば、２オーム、６オーム等）の抵抗加熱型カソードが必
要である。より多種類のランプに更に容易に対応できる
ように異なる種類の抵抗加熱型カソードに一層適応可能
なカソード加熱回路が望ましい。
【０００７】更に、高価な回路またはかさばる大きな回
路を追加する必要なく、上述した利点を達成することが
好ましい。白熱電球を受け入れる通常のランプソケット
に取り付けられるように標準のエジソン型のねじ込み式
口金を使用し、かつ放電状態に電気的に励起される適当
な充填物から光が発生するコンパクトな多軸エンベロー
プまたは放電容器を使用する種類のコンパクトな低圧蛍
光灯では、大きな回路がないことが特に重要である。こ
のようなコンパクトな蛍光灯の安定回路はエジソン型の
ねじ込み式口金内か、または該口金に直接隣接して配置
され、従って大きさが厳しく制約されている。
【０００８】
【発明の目的】従って、本発明の目的は、上述した従来
のカソード加熱回路の場合に比べて異なる種類のカソー
ドにも適応可能である非常に有効なカソード加熱回路を
使用したカソード加熱型ガス放電ランプの安定回路を提
供することにある。本発明の他の目的は、高価な回路ま
たは大きな回路を追加することなく、上述した目的を達
成するカソード加熱型ガス放電ランプの安定回路を提供
することにある。
【０００９】
【発明の概要】本発明によれば、ランプ点灯前のカソー
ド予熱期間および定常状態のランプ動作の間に抵抗加熱
される一対の抵抗加熱型カソードを有するガス放電ラン
プの安定回路が提供される。この安定回路は、アースに
対する直流母線電圧を母線導体に供給する手段と、直流
母線電圧に応じて両方向電流を共振負荷回路に供給する
変換器とを有する。共振負荷回路は、ガス放電ランプ
と、ランプカソード相互間に接続され、電圧がランプ電
圧とともに変化する共振コンデンサと、共振コンデンサ
に直列に接続され、該コンデンサと協働して、両方向ラ
ンプ電流の共振周波数および大きさを設定する共振イン
ダクタとを有する。抵抗加熱型ランプカソードに電力を
供給して、該カソードを加熱する手段が設けられてい
る。カソード予熱期間の間、ランプの点灯を防止するよ
うにランプ電圧を所定のレベル以下に維持する回路が更
に設けられている。この回路は、ランプの第１のカソー
ドをほぼ一定電圧に保持する手段と、ランプの第２のカ
ソードを所定のレベル以下にクランプする手段とを有す
る。このクランプ手段はランプの第２のカソードに接続
された、正の温度係数（ＰＴＣ）の抵抗のような正の温
度係数（ＰＴＣ）のインピーダンス素子を有し、この素
子は正方向に極性付けられた（すなわち順方向に接続さ
れた）クランプダイオードを介して母線導体に直列に接
続され、かつ負方向に極性付けられた（すなわち逆方向
に接続された）クランプダイオードを介してアースに直
列に接続される。
【００１０】本発明の上述したおよび他の目的ならびに
利点は図面を参照した以下の説明から明らかになるであ
ろう。
【００１１】
【好適実施例の説明】図１は従来の回路１００を示し、
本発明の理解を助けるために従来の回路について以下説
明する。回路１００は、母線導体１１０に母線電圧ＶB
を供給する直流母線電圧源１０５を有する。典型的に
は、直流母線電圧源１０５は交流線路電圧を整流する全
波整流器を有し、オプションとして本技術分野で知られ
ているような力率補正回路を有する。一方、コンパクト
な低圧蛍光灯のようなガス放電ランプ１１５は共振負荷
回路内に設けられる。この共振負荷回路は、ランプの両
端間に並列に接続されている共振コンデンサＣR と、こ
のような並列接続のランプおよび共振コンデンサに直列
接続された共振インダクタＬR とを有する。正の温度係
数（ＰＴＣ）の抵抗１２０およびコンデンサ１２５を有
する直列回路が、以下で説明されるようにランプのカソ
ードを加熱するためにランプ１１５の両端間に並列に配
置されている。
【００１２】更に、回路のノード１３０および１３５の
間に接続された前記共振負荷回路は次のように両方向電
流が供給される。回路のノード１３０はＭＯＳＦＥＴま
たはバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）のような直
列接続されたスイッチＳ1 およびＳ2 に共通である。こ
のスイッチはまた母線導体１１０とアース１４０との間
に接続されている。ゲート駆動回路１４５はスイッチＳ
1 およびＳ2 を交互に相次いでターンオンする（すなわ
ち、上側および下側に示されている垂直に配置されたス
イッチ端子間を導通させる）。スイッチＳ1 がオンで
（Ｓ2 がオフで）ある時、回路のノード１３０は母線導
体１１０の電位になり、次にスイッチＳ2がオンで（Ｓ
1 がオフで）ある時、回路のノード１３０はアース１４
０の電位になる。一方、右側のノード１３５はほぼ一定
電圧に、典型的には母線導体１１０上の母線電圧ＶB の
１／２の電圧に維持される。これはノード１３５と母線
導体１１０との間に接続されたコンデンサ１５０、およ
びノード１３５とアースとの間に接続されたコンデンサ
１５５を使用して達成することができる。このようにし
て、両方向電流が、ノード１３０を母線導体１１０およ
びアースに交互に接続するスイッチＳ1 およびＳ2 の上
述した機能により、共振インダクタＬR を介してランプ
に供給される。
【００１３】ゲート駆動回路１４５は典型的には所謂自
己共振型のものであり、上述した共振負荷回路からのフ
ィードバック（帰還）を利用して、スイッチＳ1 および
Ｓ2を制御する適当な信号を発生する。ランプ１１５は
抵抗加熱型カソード１１５Ａおよび１１５Ｂを有する。
ランプ１１５の密閉ガラスエンベロープは抵抗加熱型カ
ソード１１５Ａおよび１１５Ｂを密閉するものとして点
線で図示されている。抵抗加熱型カソードの下側に示す
端子はランプ１１５から下方に延びて、共振コンデンサ
ＣR のそれぞれの端部に接続されている。抵抗加熱型カ
ソードの上側に示す端部はＰＴＣ抵抗１２０およびコン
デンサ１２５を有する直列回路のそれぞれの端部に接続
されている。
【００１４】ＰＴＣ抵抗１２０およびコンデンサ１２５
は、ランプのカソード１１５Ａおよび１１５Ｂの所望の
加熱特性を得るように次のように協働する。ＰＴＣ抵抗
の動作は図２に示されており、図２は該素子の温度の関
数として該素子のインピーダンスの変化を示している。
図２の典型的な曲線は、典型的な２０゜Ｃの周囲温度に
おいて０．６ｋオームの定格を持ち、かつ５０ｋＨｚの
電流を流して１３５゜Ｃに加熱したときに１．８ｋオー
ムの定格を持つＰＴＣ抵抗についてのものである。ＰＴ
Ｃ抵抗１２０のインピーダンスは、該素子の寄生容量の
ために周波数に依存している。このようなＰＴＣ抵抗は
一般に電流を流すことにより約１２０゜Ｃ以上に加熱さ
れると、インピーダンスが急速に増大し始める。このよ
うなＰＴＣ抵抗が典型的な２０゜Ｃの周囲温度からその
インピーダンスが急速に増大し始める前記点、例えば１
２０゜Ｃまで加熱するのにかかる時間を利用し、概説的
には、カソード予熱期間の間ランプ電圧を制限し、これ
によりランプのカソードが「従来の技術」で説明したよ
うに所望の高温に達するまでランプの点灯を遅延させて
いる。
【００１５】図３は、時間に対するランプ電圧ＶL を示
す図であり、カソード予熱期間、ランプ点灯期間、定常
状態のランプ動作の開始期間におけるランプ電圧を示し
ている。ほぼ正弦波であるランプ電圧は、図示のように
ピーク電圧の包絡線３００を形成している。カソードの
予熱は、例えば電力が最初にランプに供給される時であ
って、かつＰＴＣ抵抗１２０が例えば図２に示すように
２０゜Ｃの周囲温度にある時の最初の時刻ｔ0 と、ＰＴ
Ｃ抵抗が例えば図２に示すように１２０゜Ｃに達した後
にインピーダンスが急速に増大し始める時刻ｔ1 との間
に生じるものとして図示されている。カソード予熱期間
は一般には０．５秒台である。
【００１６】カソード予熱期間の間、ＰＴＣ抵抗１２０
のインピーダンスは、例えば０．６ｋオームの低い範囲
近くに留まり、共振インダクタＬR および並列接続され
た共振コンデンサＣR とランプで形成される共振回路の
「負荷」になる。カソード予熱期間の間、ＰＴＣ抵抗１
２０はかなりのエネルギを消費する。これはＰＴＣ抵抗
１２０およびコンデンサ１２５の両端間に印加されるラ
ンプ電圧が定常状態のランプ電圧に比較して高いためで
あり、ＰＴＣ抵抗のインピーダンスは最も低い値にあ
る。カソード予熱期間の間のランプ電圧の変化はコンデ
ンサ１２５の値を選択することにより更に制御される。
【００１７】図３の時刻ｔ1 から始まって、ＰＴＣ抵抗
１２０はインピーダンスが急速に増大し始め、これによ
りランプ電圧はランプを点灯させるのに十分な包絡線３
００の点３０２で示す遷移電圧に増大する。次いで、ラ
ンプ電圧は時刻ｔ2 におけるレベル３０４で示すような
定常状態の値までかなり低下する。定常状態のランプ動
作の間、ランプのカソード１１５Ａおよび１１５Ｂは例
えば５００゜Ｃまで連続して加熱され、「従来の技術」
で説明したように、カソードからの所望の熱電子放出お
よびカソードの長寿化を達成する。これを達成するた
め、ＰＴＣ抵抗１２０は定常状態のランプ動作の間、電
流を通して、電力をランプのカソード１１５Ａおよび１
１５Ｂに供給する回路を完成する。定常状態の動作の
間、ランプの電圧は図３に示すように比較的低いレベル
まで低下するので、このような定常状態動作の間、ＰＴ
Ｃ抵抗１２０は比較的低い温度で動作する。しかしなが
ら、それはまだ１ワット台の電力を消費しており、これ
は２０ワットのランプの効率をかなり低下、すなわち約
５％低下させる。
【００１８】従来の図１のカソード予熱回路、すなわち
ＰＴＣ抵抗１２０およびコンデンサ１２５は、更に例え
ば２オーム、６オーム等の抵抗レベルで変化する種々の
種類の加熱型ランプカソードに対する応用が狭いという
問題がある。従って、ランプの安定回路はより広い範囲
の加熱型カソードの種類にも一層適応可能なカソード予
熱回路を有することが好ましい。
【００１９】カソード加熱回路による連続した電力の消
費およびこのような回路の異なる種々のランプカソード
への適応性欠如の上述した欠点は、本発明によって克服
されその一実施例が図４の回路４００として示されてい
る。図４において、類似の符号は図１に対するものと同
じ構成部分を示している（例えば、直流母線電圧源４０
５は直流母線電圧源１０５と同じである）。そして、図
１におけるように、図４の両方向電流は、左に示すノー
ド４３０が母線電圧ＶB の電位にある母線導体４１０へ
の接続とその後のアースへの接続との交互接続によっ
て、共振インダクタＬR 、共振コンデンサＣR およびラ
ンプ４１５からなる共振負荷回路に供給され、右に示す
ノード４３５は典型的には母線電圧ＶB の１／２のほぼ
一定電圧に維持されている。
【００２０】しかしながら、ランプ４１５は、抵抗加熱
型カソード４１５Ａを有しており、この抵抗加熱型カソ
ード４１５Ａは該抵抗加熱型カソード４１５Ａの両端間
に接続されている変圧器の二次巻線４７０によって電力
が供給される。巻線４７０は好ましくは共振インダクタ
ＬR に結合されている。同様に、ランプの抵抗加熱型カ
ソード４１５Ｂには二次巻線４７５が並列に接続され、
この二次巻線はまた好ましくは共振インダクタＬR に結
合されている。ランプのカソード４１５Ａおよび４１５
Ｂは、ランプが共振回路の負荷になっている定常状態の
ランプ動作の間の共振インダクタＬR の両端間の低い電
圧に比べて、共振インダクタの両端の電圧が比較的高い
カソード予熱期間の間は一層強く駆動される。
【００２１】本発明の回路４００は、例えば図２に示す
ような、ＰＴＣ抵抗４８０の温度依存インピーダンス特
性を利用している。ＰＴＣ抵抗４８０はコンデンサ４８
５を介してランプのカソード４１５Ａに接続されてい
る。ＰＴＣ抵抗４８０の他端は正方向に極性付けられた
（すなわち順方向に接続された）クランプダイオードＤ
1 を介して母線導体４１０に接続され、更に負方向に極
性付けられた（すなわち逆方向に接続された）ダイオー
ドＤ2 を介してアース４４０に接続されている。時間に
対するランプ電圧を示す図３を参照して説明すると、本
発明の回路でも同様な包絡線３００を有するが、カソー
ド予熱期間の間、ピークランプ電圧は次に説明するよう
にクランプダイオードＤ1 およびＤ2 の作用によりクラ
ンプすなわち制限される。
【００２２】図３の時刻ｔ0 から開始した場合、ＰＴＣ
抵抗４８０は図２に示すように２０゜Ｃの典型的な周囲
温度から開始する。ＰＴＣ抵抗４８０は、インピーダン
スが急速に増大する温度、例えば１２０゜Ｃ（図２）に
達する図３の時刻ｔ1 まで例えば０．６ｋオームの低い
インピーダンス値を維持する。図３の時刻ｔ0 とｔ1と
の間のこのようなカソード予熱期間の間、コンデンサ４
８５はＰＴＣ抵抗４８０と協働して、好ましい低いラン
プ電圧を維持する。
【００２３】ランプのカソード４１５Ａに接続されたノ
ード４９０の電位が母線電圧ＶB より高くなると、クラ
ンプダイオードＤ1 が導通し、電流Ｉ1 がＰＴＣ抵抗４
８０およびクランプダイオードＤ１を通って流れる。こ
の状態において、ダイオードＤ1 のアノード・カソード
間電圧降下は、ｐ−ｎダイオードでクランプダイオード
を構成した場合には一般に約０．７ボルトの低いレベル
に固定される。（ここで、同様な低い順方向電圧降下は
ｐ−ｎダイオード以外の他の電子素子でも得ることがで
きることは本技術分野に専門知識を有するものに明らか
であるので、ここではより一般的な用語「クランプダイ
オード」を使用する）。電流Ｉ1 がクランプダイオード
Ｄ1 に流れている間、ランプのカソード４１５Ａは母線
電圧ＶB以下のある電圧にクランプされる。この間、右
側のノード４３５の電圧はほぼ一定に留まっている。本
発明のためには、ランプのカソード４１５Ｂ上の「ほぼ
一定」の電圧は、カソード予熱期間におけるランプの点
灯を防止するのに十分低いレベルにランプのカソード４
１５Ａの電圧を上述したようにクランプすることができ
る程度に一定の電圧である。
【００２４】ノード４９０の電位がアース４４０の電位
以下に低下すると、クランプダイオードＤ2 は導通し、
電流Ｉ2 が上述した電流Ｉ1 と反対方向にＰＴＣ抵抗４
８０を流れ、一定のアノード・カソード間電圧降下がダ
イオードＤ2 の両端に発生する。この状態において、ラ
ンプのカソード４１５ＡはダイオードＤ2 、抵抗４８０
およびコンデンサ４８５の電圧降下分だけアース４４０
よりも低い電位にクランプされる。電流Ｉ1 およびＩ2
はカソード予熱期間の間に交互に流れ、上述したように
ランプのカソード４１５Ａの電圧をクランプする。
【００２５】ランプが一度定常状態の動作に達し、その
電圧が図３の３０４で示すように低減すると、ランプの
カソード４１５Ａの電圧は、クランプダイオードＤ1 お
よびＤ2 のいずれかを順方向にバイアスするには不十分
なものになる。この結果、ＰＴＣ抵抗４８０を交互に流
れる電流Ｉ1 およびＩ2 はもはや存在しなくなり、ＰＴ
Ｃ抵抗において電力は全く消費されない。従って非常に
効率的なカソード加熱回路が実現される。
【００２６】更に、本発明の回路４００に設けられてい
るカソード加熱回路は、従来の回路１００（図１）に比
較してかなり多用性であり、異なる種類のランプのカソ
ードにより容易に適合することができる。これはＰＴＣ
抵抗４８０およびコンデンサ４８５の値を選択できるこ
とに加えて、回路設計者が共振インダクタＬR の二次巻
線４７０および４７５と一次巻線の間の巻線比を選択で
きるからである。二次巻線４７０および４７５の両端の
電圧を調整することは、二次巻線または関連する一次巻
線上に数巻追加したりまたは減じるだけの常習的な技術
で容易にかつ経済的に達成される。
【００２７】図５は、本発明の他の実施例５００を示し
ており、同図において同様な符号は図１および４と同じ
構成要素を示している。図５において、ＰＴＣ抵抗５８
０は第１の共振コンデンサＣR1と第２の共振コンデンサ
ＣR2の間のノード５９０に接続されている。本技術分野
に専門知識を有する者に明らかなように、コンデンサＣ
R1およびＣR2は図５の共振回路の実効共振容量ＣReffを
形成するように協働する。
【００２８】 ＣReff＝ＣR1ｘＣR2／（ＣR1＋ＣR2） 式（１） 第２の共振コンデンサＣR2は、特定のランプ降伏電圧の
場合には存在する必要がないので、点線で示されてい
る。しかしながら、第２の共振コンデンサＣR2の存在す
る場合、回路５００は同じ母線電圧レベルに対して回路
４００よりも高い降伏電圧レベルを有するランプ５１５
を用いることができる。そして、ＰＴＣ抵抗５８０の一
端をコンデンサＣR1とＣR2の間のノード５９０に接続す
ることにより、ランプのカソード５１５Ａの電圧を間接
的に、すなわち第２の共振コンデンサＣR2を介してクラ
ンプすることができる。これは第１および第２の共振コ
ンデンサＣR1およびＣR2によって形成される容量性分圧
器の中央ノードであるノード５９０の電圧が共振コンデ
ンサの両端間に現れるランプ電圧に影響を与えるためで
ある。図示のように、回路５００は回路４００（図４）
のコンデンサ４８５に直接対応するコンデンサを有して
いないが、通常の技術を有する回路設計者は、図３に示
すカソード予熱期間の間の必要な電圧制限機能を達成す
るように、ＰＴＣ抵抗５８０に関連して第２の共振コン
デンサＣR2に対する第１の共振コンデンサＣR1の比率を
選択することができる。
【００２９】図５の本発明の回路５００において、４０
０ボルトの定格の２５ワットのランプ５１５の場合、次
に示す部品の値が典型的なものである。ＰＴＣ抵抗５８
０は２０゜Ｃのインピーダンスが１５０オーム、熱時定
数が１３秒、スイッチング温度が１２０゜Ｃ、熱消費係
数が０．００５５ワット／゜Ｃである。共振インダクタ
ＬR が１．５５ミリヘンリ、第１の共振コンデンサＣR1
が０．００２７マイクロファラッド、第２の共振コンデ
ンサＣR2が０．０１マイクロファラッド、コンデンサ５
５０が０．１マイクロファラッド、コンデンサ５５５が
０．１マイクロファラッド、巻線５７０および５７５が
２６０巻きの共振インタグタＬR の一次巻線に対して各
々４巻きであり、ランプのカソード５１５Ａおよび５１
５Ｂがそれぞれ１２オームのカソードである。
【００３０】回路４００および５００の部品の値を選択
する際に、一般には母線電圧ＶB 、ランプのパラメー
タ、および共振インダクタとコンデンサの値が最初に選
択される。良好な結果は一般に上述したクランプ効果が
ない場合のランプ電圧が完全な正弦波形であると仮定す
ることにより、回路４００のＰＴＣ抵抗４８０およびコ
ンデンサ４８５を選択し、回路５００のＰＴＣ抵抗５８
０および第１および第２の共振コンデンサＣR1およびＣ
R2の比率を選択することにより達成される。
【００３１】上述した説明から、本発明はカソード加熱
型のガス放電ランプにおいて上述した従来のカソード加
熱回路よりもかなり効率的であり、異なる種類のカソー
ドに対して更に適合可能であるカソード加熱回路を使用
した安定回路を提供することが理解されるであろう。更
に、これは高価な回路または大きな回路を追加すること
なく達成される。
【００３２】本発明を特定の実施例について説明した
が、本技術分野に専門知識を有する者には多くの変更お
よび変形が可能であろう。例えば、上述したＰＴＣ抵抗
は正の温度係数を有する他の素子で置き換えることがで
きる。更に、変圧器の二次巻線４７０は共振コンデンサ
ＣR2に直列接続された一次巻線に接続することができ
る。ＣR2を通る起動電流の動作電流に対する比率はＬR
の両端の起動電圧の動作電圧に対する比率よりも大き
い。これはカソード５１５Ａおよび５１５Ｂの両端間の
動作電圧を低くすることができる。基本的な効果とし
て、カソードの寿命を短くすることを犠牲にして、各カ
ソードの損失を低減することができる。従って、特許請
求の範囲は本発明の真の精神および範囲内に入るこのよ
うな多くの変更および変形をカバーするものであること
を理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるカソード加熱回路を有するラン
プ安定回路およびランプの概略回路図である。
【図２】ＰＴＣ抵抗に５０ｋＨｚの電流を流した場合の
抵抗の温度（゜Ｃ）に対する抵抗のインピーダンス値を
示すグラフである。
【図３】カソード予熱期間、ランプのターンオン期間、
および定常状態のランプ動作の開始時におけるランプ電
圧を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施例によるカソード加熱回路
を有するランプ安定回路の概略回路図である。
【図５】本発明の第２の実施例によるカソード加熱回路
を有するランプ安定回路の概略回路図である。
【符号の説明】
４０５ 直流母線電圧源 ４１０ 母線導体 ４１５ カソード ４４０ アース ４５０，４５５ コンデンサ ４７０，４７５ 巻線 ４８０ ＰＴＣ抵抗 ４８５ コンデンサ ＣR 共振コンデンサ Ｄ1 ，Ｄ2 ダイオード ＬR 共振インダクタ Ｓ1 ，Ｓ2 スイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルイス・ロバート・ネロン アメリカ合衆国、オハイオ州、ブレックス ビル、タナジャー・オーバル、8058番 (72)発明者 マイケル・マシュー・シーセン アメリカ合衆国、オハイオ州、メントー ル、ギャラクシー・ドライブ、5947番 (72)発明者 カート・ウイリアム・ハス アメリカ合衆国、オハイオ州、チェスター ランド、シャープ・レーン、8439番

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ランプ点灯前のカソード予熱期間および
    定常状態のランプ動作の間に加熱される一対の抵抗加熱
    型カソードを有するガス放電ランプの安定回路におい
    て、 （ａ）アースに対する直流母線電圧の電圧源と、 （ｂ）前記直流母線電圧に応じて両方向電流を下記の共
    振負荷回路に供給する変換器と、 （ｃ）前記ガス放電ランプ、コンデンサ電圧がランプ電
    圧につれて変化するように前記ランプのカソード相互間
    に接続された第１の共振コンデンサ、および該共振コン
    デンサに直列に接続され、該共振コンデンサと協働し
    て、両方向ランプ電流の大きさおよび共振周波数を設定
    する共振インダクタを含んでいる前記共振負荷回路と、 （ｄ）前記ランプのカソードに電力を供給して、前記カ
    ソードを加熱するカソード電力供給手段と、 （ｅ）カソード予熱期間の間、ランプの点灯を防止する
    ようにランプ電圧を所定のレベル以下に維持する電圧維
    持回路であって、（ｉ）前記ランプの第１のカソードに
    接続され、前記第１のカソードをほぼ一定電圧に保持す
    るように作用する定電圧回路、および（ｉｉ）前記ラン
    プの第２のカソードに接続され、前記第２のカソードを
    前記所定のレベル以下の電圧にクランプするように作用
    するクランプ回路を含み、該クランプ回路が、前記ラン
    プの前記第２のカソードに接続されると共に、正方向に
    極性付けられたクランプダイオードを介して前記母線導
    体に直列に接続され、かつ負方向に極性付けられたクラ
    ンプダイオードを介して前記アースに直列に接続された
    正の温度係数（ＰＴＣ）の素子を含んでいる当該電圧維
    持回路とを有するガス放電ランプ安定回路。
  2. 【請求項２】 前記ガス放電ランプが蛍光灯である請求
    項１記載のガス放電ランプ安定回路。
  3. 【請求項３】 前記ＰＴＣ素子がＰＴＣ抵抗である請求
    項１記載のガス放電ランプ安定回路。
  4. 【請求項４】前記カソード電力供給記手段が、各カソー
    ドに対して、前記共振インダクタに相互結合され、該カ
    ソードと直列回路を形成するインダクタ巻線を有する請
    求項１記載のガス放電ランプ安定回路。
  5. 【請求項５】 前記第１の共振コンデンサに直列に前記
    ランプのカソード相互間に第２の共振コンデンサが接続
    され、これらの直列接続されたコンデンサは両方向ラン
    プ電流の大きさおよび共振周波数を設定するように前記
    共振インダクタと協働する請求項１記載のガス放電ラン
    プ安定回路。
  6. 【請求項６】 前記変換器が前記母線導体とアースの間
    に直列に接続された一対のスイッチを有し、これらのス
    イッチの共通ノードが前記共振負荷回路に接続されてい
    る請求項５記載のガス放電ランプ安定回路。
  7. 【請求項７】 前記クランプ回路が更に、前記共振コン
    デンサの端部と前記クランプダイオードの間で前記ＰＴ
    Ｃ素子に直列に接続されて、カソード予熱期間の間、ラ
    ンプ電圧の値を設定するコンデンサを含んでいる請求項
    １記載のガス放電ランプ安定回路。
  8. 【請求項８】 前記変換器が前記母線導体とアースの間
    に直列に接続された一対のスイッチを有し、これらのス
    イッチの共通ノードが前記共振負荷回路に接続されてい
    る請求項７記載のガス放電ランプ安定回路。
  9. 【請求項９】 前記定電圧回路は、前記母線導体とアー
    スの間に直列に接続された一対のコンデンサを有し、こ
    れらのコンデンサの共通ノードが前記ランプカソードの
    一方に接続されている請求項１記載のガス放電ランプ安
    定回路。
  10. 【請求項１０】 前記変換器が前記母線導体とアースの
    間に直列に接続された一対のスイッチを有し、これらの
    スイッチの共通ノードが前記共振負荷回路に接続されて
    いる請求項１記載のガス放電ランプ安定回路。
  11. 【請求項１１】 前記変換器が前記母線導体とアースの
    間に直列に接続された一対のスイッチを有し、これらの
    スイッチの共通ノードが前記共振負荷回路に接続され、
    前記カソード電力供給手段が、前記共振インダクタに相
    互結合され、かつ前記カソードの各々と直列回路を形成
    するそれぞれのインダクタ巻線を介して、前記カソード
    を加熱する請求項１、２、３、５および７のいずれか１
    項に記載のガス放電ランプ安定回路。
JP6300058A 1993-12-06 1994-12-05 カソード加熱型ガス放電ランプの安定回路 Withdrawn JPH07220880A (ja)

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