JPH07263163A

JPH07263163A - 放電灯点灯装置及びこれを用いた照明装置

Info

Publication number: JPH07263163A
Application number: JP5703094A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Mita; 一敏三田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1994-03-28
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】始動制御用の特別な回路を付加することな
く、始動時には十分な始動２次電圧を発生し得るように
すること。【構成】低周波の交流電源電圧を全波整流する全波整
流回路２と、低周波電圧に対して平滑作用を示さない容
量の第１のコンデンサＣ₈ と、これより電源側に接続さ
れてＣ₈ ＜Ｃ₉ なる容量の第２のコンデンサＣ₉ と、直
流電圧Ｖ_DCを高周波でスイッチングする少なくとも１つ
の主スイッチング素子５を有して放電灯７に高周波電圧
を供給するインバータ回路４と、互いに直列接続された
第３のコンデンサＣ₂ とインピーダンス素子Ｌ₁ とスイ
ッチング素子Ｄ₁ とを含んで第１のコンデンサＣ₈ に並
列に接続された直列回路６と、インバータ回路４に入力
される直流電圧Ｖ_DCの電圧レベルの検出出力に応じてこ
のインバータ回路４の発振動作を制御する制御回路１０
とにより構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流電圧から高周波電
圧を発生させて放電灯を点灯させる放電灯点灯装置及び
これを用いた照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、直流電圧から高周波電圧を発生さ
せて放電灯を点灯させる放電灯点灯装置としては、図４
に示すような回路構成のものがある。まず、５０／６０
Ｈｚなる低周波の商用交流電源１には全波整流回路２が
接続され、この全波整流回路２の出力端子間には平滑コ
ンデンサＣ₀ が接続されている。また、全波整流回路２
の出力端子間には絶縁トランス３の１次巻線Ｎ₁ とイン
バータ回路４の主要部をなす例えば１つの主スイッチン
グ素子なるトランジスタ５とが接続されている。この１
次巻線Ｎ₁ にはコンデンサＣ₁ が並列接続され、ＬＣ並
列共振回路が形成されている。また、前記平滑コンデン
サＣ₀ の両端間には、コンデンサＣ₂ とインダクタ（イ
ンピーダンス素子）Ｌ₁ とトランジスタ５とは逆極性接
続のアイソレート用のダイオード（スイッチング素子）
Ｄ₁ との直列回路６が接続され、インダクタＬ₁ ・ダイ
オードＤ₁ の接続中点とトランジスタ５のコレクタとの
間には逆流防止用のダイオードＤ₂ が接続されている。

【０００３】ついで、前記絶縁トランス３の２次巻線Ｎ
₂ には、放電灯７と始動用コンデンサＣ₃ とカレントト
ランス８の入力巻線Ｎ_I との直列回路が閉ループを形成
する形で接続されている。前記２次巻線Ｎ₂ とコンデン
サＣ₃ とは２次側共振回路を形成するものである。

【０００４】一方、前記インバータ回路４は全波整流回
路２の出力電圧（直流電圧）を高周波電圧に変換するも
ので、その主要構成要素をなすトランジスタ５のベース
・エミッタ間にはダイオードＤ₃ と抵抗Ｒ₁ との直列回
路、前記カレントトランス８の出力巻線Ｎ_Oを介在させ
てコンデンサＣ₄ と、コンデンサＣ₅ とオン時間制御用
トランジスタ（ここでは、ＦＥＴ使用）９との直列回路
との各々が並列に接続されている。このようにして、カ
レントトランス帰還による１石式のインバータ回路４が
形成されている。

【０００５】前記オン時間制御用トランジスタ９はトラ
ンジスタ５に対してパルス電圧電源的に動作するもの
で、そのオン・オフは制御回路１０により制御される。
この制御回路１０はトランジスタ５のコレクタ・エミッ
タ間電圧Ｖ_CEが一定となるようにこの電圧Ｖ_CEを検出し
て前記トランジスタ５の発振動作を制御するもので、ま
ず、前記全波整流回路２の出力端子間には制御用電源を
形成する抵抗Ｒ₂ とコンデンサＣ₆ とが接続されてい
る。このコンデンサＣ₆ の端子間には抵抗Ｒ₃ とツェナ
ダイオードＺＤ₁ との直列回路が接続されているととも
に、抵抗Ｒ₄ と制御トランジスタ１１と抵抗Ｒ₅ との直
列回路が接続されている。一方、前記トランジスタ５の
コレクタ・エミッタ間にはダイオードＤ₄ とコンデンサ
Ｃ₇ との直列回路が接続され、コンデンサＣ₇ の両端間
には抵抗Ｒ₆ と抵抗Ｒ₇ との直列回路が接続され、これ
らの抵抗Ｒ₆ ，Ｒ₇ の接続中点が前記制御トランジスタ
１１のベースに接続されている。この制御トランジスタ
１１のコレクタ端子Ａが前記オン時間制御用トランジス
タ９のゲート端子Ａ′に接続されている。

【０００６】このような構成において、まず、商用交流
電源１の出力電圧波形は周知のように正弦波状のもので
あり、これを全波整流する全波整流回路２の出力電圧波
形は周知のように全波整流された脈流状態の直流電圧波
形となる。インバータ回路４は、基本的には、このよう
な全波整流回路２の出力電圧が供給されて作動し、例え
ば、数十ｋＨｚの高周波電圧を発生するものであるが、
全波整流回路２からの出力電圧の瞬時値（波高値）が所
定値よりも高い山部の期間であってトランジスタ５のオ
ン期間には、全波整流回路２の正側出力端子→コンデン
サＣ₂ →インダクタＬ₁ →逆流防止用ダイオードＤ₂ →
トランジスタ５のコレクタ・エミッタ→全波整流回路２
の負側出力端子の経路で電流が流れてコンデンサＣ₂ を
充電する。そして、全波整流回路２からの出力電圧の瞬
時値が所定値より低い谷部の期間になると（即ち、直列
回路６の両端電圧が全波整流回路２からの出力電圧の瞬
時値より高い期間になると）、インバータ回路４にはコ
ンデンサＣ₂ からＬＣ並列共振回路→トランジスタ５の
コレクタ・エミッタ→アイソレート用のダイオードＤ₁
の経路で電圧が供給される。

【０００７】このように、インバータ回路４への入力電
圧が整流波形の谷部を埋めた疑似的に平滑した電圧とな
るため、インバータ回路４の高周波出力は整流しただけ
の脈流電圧が供給される場合のように包絡線に一旦零電
圧まで低下する部分を持たないことになる。従って、負
荷が蛍光ランプのような放電灯７の場合、脈流電圧の１
サイクル毎に消弧して次のサイクルで再点弧するといっ
たことがなく、発光効率を高めることができる。しか
も、全波整流回路２の出力端子間に平滑コンデンサＣ₀
を設けただけのものに比して、入力力率を格段に向上さ
せ得るものである。即ち、従来方式の場合、入力力率を
それ程低下させることなく、ある程度平滑された直流電
圧をインバータ回路４に供給できるものである。

【０００８】このようなインバータ回路４の動作におい
て、制御トランジスタ１１を含む制御回路１０では、ト
ランジスタ５のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEが、ダイ
オードＤ₄ に直列接続された抵抗Ｒ₆ ，Ｒ₇ により分圧
されて検知され、制御トランジスタ１１のベース電位を
可変させることになる。よって、全波整流回路２の出力
側に得られる直流電圧Ｖ_DCに対応する制御用電源の直流
電圧Ｖ_DC′が抵抗Ｒ₄，制御用トランジスタ１１，抵抗
Ｒ₅ に印加された状態で、制御トランジスタ１１のコレ
クタに生ずるベース電圧に応じた電圧がオン時間制御用
トランジスタ９のゲートに与えられてそのオン周期を切
換え、コンデンサＣ₄ ，Ｃ₅ の並列回路の定数を変える
ことで、トランジスタ５のオン時間が変化されることに
なる。つまり、トランジスタ５の発振周波数が可変制御
され、結果として、そのコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CE
が一定となるように維持される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ここに、図４に示した
ような従来の回路構成の場合、インバータ回路４に入力
される直流電圧Ｖ_DCは放電灯７の状態（予熱始動時、点
灯時）に関係なく、常に一定なる電圧を示し、制御回路
１０用の直流電圧Ｖ_DC′も一定値となる。よって、図４
に示したような従来の回路構成の場合、一定なる直流電
圧Ｖ_DC′に対してコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEの変動
を検出してコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEが一定となる
ようにインバータ回路４の発振動作を制御するものとな
る。ところが、放電灯７の予熱点灯動作を考えた場合、
高めの始動２次電圧を発生させて放電灯７に与える必要
があるが、回路定数の設定によっては点灯時と同一なる
コレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEとしたときには、必要な
始動２次電圧を発生させることができない。

【００１０】そこで、従来にあっては、図４中に示すよ
うに、抵抗Ｒ₇ をＲ₇₁，Ｒ₇₂に２分割するとともに、抵
抗Ｒ₇₂に並列に始動時短絡用のトランジスタ１２を接続
するように構成している。これにより、放電灯７が始動
するまでの間はトランジスタ１２をオンさせて抵抗Ｒ₇₂
を短絡させることにより、制御トランジスタ１１のベー
ス電位が低めとなることにより、実質的にコレクタ・エ
ミッタ間電圧Ｖ_CEが高めとなるように制御が働き必要な
始動２次電圧が得られるように動作するが、放電灯７の
始動点灯後にはトランジスタ１２をオフさせることによ
り抵抗Ｒ₇₁，Ｒ₇₂が抵抗Ｒ₇ として機能し上述した通
り、点灯時に最適なコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEとな
るように制御が働くように機能するものとなる。

【００１１】つまり、従来方式による場合、始動点灯時
にトランジスタ１２をオンさせるような特別な回路を付
加することにより、予熱始動時の電圧を確保しているも
のであり、回路構成の大型化・コストアップを招くもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の放電灯点
灯装置は、低周波の交流電源電圧を全波整流する全波整
流回路と、低周波電圧に対して平滑作用を示さない容量
の第１のコンデンサと、この第１のコンデンサよりも電
源側に接続されて前記第１のコンデンサより容量が大き
な第２のコンデンサと、入力される直流電圧を高周波で
スイッチングする少なくとも１つの主スイッチング素子
を有して放電灯に高周波電圧を供給するインバータ回路
と、互いに直列接続された第３のコンデンサとインピー
ダンス素子とスイッチング素子とを含んで前記第１のコ
ンデンサに並列に接続されて前記主スイッチング素子の
オン期間にこのインピーダンス素子とスイッチング素子
とを介して前記第３のコンデンサが充電されるとともに
前記全波整流回路の出力電圧の波高値が所定値より小さ
い谷部の期間における前記主スイッチング素子のオフ期
間にこの第３のコンデンサの電荷を前記インピーダンス
素子とスイッチング素子とを介して前記第１のコンデン
サに供給する直列回路と、前記インバータ回路に入力さ
れる前記直流電圧の電圧レベルの検出出力に応じてこの
インバータ回路の発振動作を制御する制御回路とにより
構成したものである。

【００１３】請求項２記載の照明装置は、器具本体と、
この器具本体に装着された放電灯と、この放電灯を点灯
させる請求項１記載の放電灯点灯装置とにより構成した
ものである。

【００１４】

【作用】請求項１記載の放電灯点灯装置においては、イ
ンバータ回路の入力側に容量が大小大きく異なる第１，
２のコンデンサを備えるコンデンサ汲上げ方式として構
成しているので、インバータ回路に対する直流電圧にこ
のインバータ回路の高周波発振動作による高周波成分を
重畳することができ、この高周波成分の重畳量が放電灯
負荷の状態によって異なり、予熱始動時には重畳量が多
くなるので、制御回路を介して始動２次電圧が高くなる
ようにインバータ回路の動作を制御できるものとなる。
よって、始動時用の特別な回路を付加することなく、始
動時と点灯時とで異なる電圧を得ることができる。

【００１５】請求項２記載の発明においては、このよう
な放電灯点灯装置を用いるので、安価な構成の照明装置
となる。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図３に基づい
て説明する。図４で示した部分と同一部分は同一符号を
用いて示す。本実施例は、特にインバータ回路４に対す
る入力側を工夫したものである。まず、全波整流回路２
の出力端子間には第１のコンデンサＣ₈ が接続されてい
る。この第１のコンデンサＣ₈ は商用交流電源１の周波
数（低周波）の電圧に対しては実質的に作用しない（平
滑作用を示さない）程度に小容量のものが用いられてい
る。また、この第１のコンデンサＣ₈ よりも電源側、こ
こでは、全波整流回路２の出力端子間に位置させて第２
のコンデンサＣ₉ が、力率改善用ダイオードＤ₅ を介し
て接続されている。この第２のコンデンサＣ₉ の容量
は、第１のコンデンサＣ₈ の容量と比較した場合、Ｃ₈
≪Ｃ₉ なる関係に設定されている。なお、第２のコンデ
ンサＣ₉ は全波整流回路２の入力端子間に接続するよう
にしてもよい。

【００１７】この他の構成に関しては、図４中のトラン
ジスタ１２を省略し、抵抗Ｒ₇ を単体とした他は、図４
のものと同様である。ただし、第１のコンデンサＣ₈ に
並列に接続された直列回路６に関し、コンデンサＣ₂ は
第３のコンデンサとなり、インダクタＬ₁ に代えて抵抗
をインピーダンス素子として用いてもよく、ダイオード
Ｄ₁ に代えてトランジスタのような制御極付きのスイッ
チング素子としてもよい。また、逆流防止用のダイオー
ドＤ₂ に代えてトランジスタのようなスイッチング素子
を用いてもよく、場合によっては省略してもよい。

【００１８】このように容量の大小異なる２つの第１，
２のコンデンサＣ₈ ，Ｃ₉ を用いた、所謂コンデンサ汲
上げ方式の回路構成によれば、インバータ回路４に対す
る入力電圧なる直流電圧Ｖ_DCにトランジスタ５のスイッ
チング動作による高周波成分を重畳させることができ
る。

【００１９】この点について説明する。まず、全波整流
回路２の出力電圧がその波高値が相対的に大きい山部の
期間においては、全波整流回路２の出力電圧がインバー
タ回路４に供給されて、インバータ回路４は例えば２０
〜１００ｋＨｚの高周波電圧を発生し、放電灯７を高周
波点灯させる。また、この期間、トランジスタ５のオン
期間には、全波整流回路２の正側出力端子→第３のコン
デンサＣ₂ →インダクタＬ₁ →逆流防止用ダイオードＤ
₂ →トランジスタ５のコレクタ・エミッタ→全波整流回
路２の負側出力端子の経路が形成され、第３のコンデン
サＣ₂ が充電されてその電圧値は徐々に上昇する。この
第３のコンデンサＣ₂ の充電電圧値は、主として、イン
ダクタＬ₁ との分圧比によって決定される。なお、この
インダクタＬ₁ は限流インピーダンスとしても作用して
いる。

【００２０】次に、全波整流回路２の出力電圧がその波
高値が相対的に小さい谷部の期間（即ち、直列回路６の
両端電圧よりも低くなる期間）になった場合において、
トランジスタ５がオフしている期間では、直列回路６の
第３のコンデンサＣ₂ の電圧が第１のコンデンサＣ₈ の
両端電圧よりも大きくなることにより、インダクタＬ₁
及びダイオードＤ₁ を介して第３のコンデンサＣ₂ の電
荷が第１のコンデンサＣ₈ に供給される。この時、イン
ダクタＬ₁ とこの第１のコンデンサＣ₈ とは直列共振
し、第１のコンデンサＣ₈ には図２に示すように脈流電
圧に高周波電圧が重畳された形で、第３のコンデンサＣ
₂ の電圧値よりも高い電圧が充電される。なお、本実施
例構成においては、第１のコンデンサＣ₈ はインバータ
回路４中のＬＣ並列共振回路の回生電力によっても若干
充電されている。

【００２１】一方、トランジスタ５がオンすると、高い
値に充電された第１のコンデンサＣ₈ の電荷がインバー
タ回路４に供給される。この第１のコンデンサＣ₈ の放
電により、第１のコンデンサＣ₈ の電圧値が第２のコン
デンサＣ₉ の電圧値よりも低くなろうとすると、今度
は、第２のコンデンサＣ₉ からインバータ回路４に電力
供給が行われるようになる。この第２のコンデンサＣ₉
からインバータ回路４へ電力供給がなされる期間は、商
用交流電源１から電力供給していることになり、第２の
コンデンサＣ₉ は商用交流電源１からの入力電流を平滑
化するフィルタ的役割を担う。この間、直列回路６中の
第３のコンデンサＣ₂ は、インダクタＬ₁に阻止される
ことにより、実質的にインバータ回路４に電力を供給し
ない。

【００２２】このような動作がトランジスタ５のオン・
オフに応じて行われ、全波整流回路２の出力の波高値が
次のサイクルの山部に至るまで継続する。これにより、
インバータ回路４へ入力される直流電圧は、図２に示す
ように、整流波形の谷部を埋めるように重畳された高周
波成分の包絡線を有する電圧となり、平滑化された電圧
となる。従って、高周波電圧も平滑化された電圧を高周
波交流化したものになる。このため、放電灯７を負荷と
するものでは、放電灯７を全波整流電圧の各サイクル毎
に消弧・再点弧することがなく、連続的に点灯すること
が可能で、発光効率を高めることができる。

【００２３】別の観点から説明すると、第１のコンデン
サＣ₈ と第２のコンデンサＣ₉ との容量が、Ｃ₈ ≪Ｃ₉
に設定されているので、それらの電圧関係がＶ_C8＜Ｖ_C9
となった場合、電源電圧の低い領域において商用交流電
源１側から直接インバータ回路４側に電流が流れること
になり、歪の低減された電流となる。即ち、インバータ
回路４における共振電流により容量の小さい第１のコン
デンサＣ₈ の電位を空にすることで、電圧の低い位相部
分でも電源側からの電流を流すことで波形を整え得るも
のとなる。

【００２４】ここに、本実施例のようなコンデンサ汲上
げ方式の回路構成によれば、インバータ回路４に入力さ
れる直流電圧Ｖ_DCに重畳される高周波成分の重畳量が、
インバータ回路４に対する負荷、具体的には、放電灯７
の状態によって変化する特性が得られる。即ち、放電灯
７の予熱始動時のように負荷が軽いほど図２（ａ）に示
すように高周波成分の重畳量が多く、放電灯７の点灯時
のように負荷が重いほど図２（ｂ）に示すように高周波
成分の重畳量が少なくなる。よって、制御回路１０に与
えられる直流電圧Ｖ_DC′もツェナダイオードＺＤ₁ に直
列に接続した抵抗Ｒ₃ の値と、負荷（放電灯７）の状態
とに応じて変化するものとなる。即ち、予熱始動時には
高めとなり、点灯時には低めとなる。これは、コレクタ
・エミッタ間電圧Ｖ_CEが、相対的に、予熱始動時には低
めとなり（図４中でトランジスタ１２をオンさせた状態
と等価的）、点灯時には高めとなることを意味し、始動
点灯時には十分高い始動２次電圧が得られることにな
る。

【００２５】よって、本実施例によれば、インバータ回
路４に対する入力側を工夫するだけで、制御回路１０に
対して始動時用の特別な回路を付加することなく、確実
な始動点灯を確保できるものとなる。

【００２６】なお、このように構成された放電灯点灯装
置１３は、例えば、図３に示すような２つの放電灯７を
有する２灯式の器具本体１４中の制御板に実装されて照
明装置となる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１記載の発明の放電灯点灯装置に
よれば、低周波の交流電源電圧を全波整流する全波整流
回路と、低周波電圧に対して平滑作用を示さない容量の
第１のコンデンサと、この第１のコンデンサよりも電源
側に接続されて前記第１のコンデンサより容量が大きな
第２のコンデンサと、入力される直流電圧を高周波でス
イッチングする少なくとも１つの主スイッチング素子を
有して放電灯に高周波電圧を供給するインバータ回路
と、互いに直列接続された第３のコンデンサとインピー
ダンス素子とスイッチング素子とを含んで前記第１のコ
ンデンサに並列に接続されて前記主スイッチング素子の
オン期間にこのインピーダンス素子とスイッチング素子
とを介して前記第３のコンデンサが充電されるとともに
前記全波整流回路の出力電圧の波高値が所定値より小さ
い谷部の期間における前記主スイッチング素子のオフ期
間にこの第３のコンデンサの電荷を前記インピーダンス
素子とスイッチング素子とを介して前記第１のコンデン
サに供給する直列回路と、前記インバータ回路に入力さ
れる前記直流電圧の電圧レベルの検出出力に応じてこの
インバータ回路の発振動作を制御する制御回路とにより
構成したので、インバータ回路に対する直流電圧にこの
インバータ回路の高周波発振動作による高周波成分を重
畳することができ、この高周波成分の重畳量が放電灯負
荷の状態によって異なり、予熱始動時には重畳量が多く
なるため、制御回路を介して始動２次電圧が高くなるよ
うにインバータ回路の動作を制御できるものとなり、よ
って、始動時用の特別な回路を付加することなく、始動
時と点灯時とで異なる電圧を得ることができる。

【００２８】請求項２記載の発明の照明装置によれば、
このような放電灯点灯装置を用いるので、安価な構成の
照明装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。

【図２】始動時と点灯時とで異なる重畳量を示す波形図
である。

【図３】照明装置を示す外観斜視図である。

【図４】従来例を示す回路図である。

【符号の説明】

２全波整流回路４インバータ回路５主スイッチング素子６直流回路７放電灯１０制御回路Ｃ₂ 第３のコンデンサＣ₈ 第１のコンデンサＣ₉ 第２のコンデンサＬ₁ インピーダンス素子Ｄ₁ スイッチング素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低周波の交流電源電圧を全波整流する全
波整流回路と、低周波電圧に対して平滑作用を示さない
容量の第１のコンデンサと、この第１のコンデンサより
も電源側に接続されて前記第１のコンデンサより容量が
大きな第２のコンデンサと、入力される直流電圧を高周
波でスイッチングする少なくとも１つの主スイッチング
素子を有して放電灯に高周波電圧を供給するインバータ
回路と、互いに直列接続された第３のコンデンサとイン
ピーダンス素子とスイッチング素子とを含んで前記第１
のコンデンサに並列に接続されて前記主スイッチング素
子のオン期間にこのインピーダンス素子とスイッチング
素子とを介して前記第３のコンデンサが充電されるとと
もに前記全波整流回路の出力電圧の波高値が所定値より
小さい谷部の期間における前記主スイッチング素子のオ
フ期間にこの第３のコンデンサの電荷を前記インピーダ
ンス素子とスイッチング素子とを介して前記第１のコン
デンサに供給する直列回路と、前記インバータ回路に入
力される前記直流電圧の電圧レベルの検出出力に応じて
このインバータ回路の発振動作を制御する制御回路とよ
りなることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】器具本体と、この器具本体に装着された
放電灯と、この放電灯を点灯させる請求項１記載の放電
灯点灯装置とよりなることを特徴とする照明装置。