JPH0997694A

JPH0997694A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JPH0997694A
Application number: JP19669496A
Authority: JP
Inventors: Masahito Onishi; 雅人大西; Takashi Kanda; 隆司神田; Masahiro Naruo; 誠浩鳴尾; Tadao Uetsuki; 唯夫植月
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-07-26
Filing date: 1996-07-25
Publication date: 1997-04-08
Anticipated expiration: 2016-07-25
Also published as: JP3718911B2

Abstract

(57)【要約】【課題】放電灯点灯装置の限流要素を小さくしてランプ
を安定に点灯し、広範囲の出力変化対応や輻射ノイズの
改善が図れる放電灯点灯装置を提供する。【解決手段】ランプ電流を増大させ得る高い電圧を持ち
且つ電圧値を連続的に変化できる第１の電圧源と、ラン
プ電流を減少させ得る低い電圧を持ち且つ電圧値を連続
的に変化できる第２の電圧源と、第１及び第２の電圧源
を交互に放電灯に接続して安定点灯するように切り替え
る手段を具備する放電灯点灯装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、限流要素を小さくして
放電灯を安定に点灯する放電灯点灯装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図３８に従来例の回路図を示す。この回
路は、ランプＬＰと電源の間に挿入されたスイッチＳＷ
をａ或いはｂに高速に切り替えて、ランプＬＰの特性電
圧よりも高い電圧の直流電源ＤＣ₁ と、ランプＬＰの特
性電圧よりも低い電圧の直流電源ＤＣ₂ を交互に使用し
て、ランプ電流を設定範囲に制御して点灯しようとする
ものであり、限流要素を小さくすることができる。ラン
プの特性電圧よりも高い電圧を供給するとランプ電流は
増大し、ランプの特性電圧よりも低い電圧を供給すると
ランプ電流は減少するので、スイッチＳＷの切替えを適
切に制御することにより、ランプ電流を制御することが
できるのである。以下、その原理について説明する。

【０００３】一般的に、ランプ（放電灯）を点灯するに
はバラスト（限流要素）が必要である。その理由はラン
プの電気特性が負特性である（つまり負性抵抗を有す
る）からである。ランプの電流Ｅと電流密度Ｊとの関係
は一般に以下の式で示される。Ｊ＝σＥここで、σは導電率と呼ばれ、固体の場合には定数とみ
なしてよいものである。しかし、気体放電の場合には導
電率は以下の式に示されるように電子密度の関数にな
る。 σ＝ｅｎμ

【０００４】ただし、ｅは単位電荷、ｎは電子密度、μ
は移動度である。移動度μは電子温度と圧力の関数であ
るが一定とみなしてよい。このことから、電流密度（つ
まり放電電流）はランプ内部の電子密度と電界の２つに
よって決定されることがわかる。基本的にはランプ電流
（電流密度）が決まると、結果として電子密度と電界が
決まる、という考え方が最も分かりやすく、しかも現実
にそうなっている。一般に電流を増やすと電子密度が増
加し、電界はさほど変化しない（実際には多少変化する
が、電子密度ほど顕著でない）。ランプは限流要素無し
の電圧源で点灯されると、電子密度が増加してしまい、
結果として電流が増加してしまう。その結果、過電流が
流れ、諸々のトラブルが生じる。増加する時定数の方が
減少する時定数よりも大きいために電子密度は増加す
る。これを避けるためには、印加する電界を変化させて
電子に与えるエネルギーを変化させなければならない。

【０００５】安定点灯状態から高い電圧源に接続する
と、電流は増加し始めるので電圧を低下させる。これは
ランプ特性電圧（維持電圧）以下まで低下させる必要が
ある。すると、電流は減少し始めるので、次に電圧を上
昇させる。これはランプ特性電圧（維持電圧）以上まで
上昇させる必要がある。すると、電流は再び増加し始め
る。そこで、再び電圧を低下させる。これはランプ特性
電圧（維持電圧）以下まで低下させる必要がある。以
下、これらの動作を繰り返す。このように電圧をランプ
の特性電圧ラインの上下に変化させれば、ランプを安定
に点灯できる。実際に電流が増加する時間と減少する時
間は、減少が０．数ｍｓｅｃから数ｍｓｅｃのオーダ
ー、増加が数μから数十μｓｅｃ程度と考えられる。

【０００６】次に、図３９は他の従来例の回路図であ
る。この回路では、２つの交流電源ＡＣ₁ ，ＡＣ₂ を有
し、ランプの特性電圧よりも低い電圧をインダクタＬを
介してランプＬＰに常に供給しておき、これに重畳して
交流電圧をキャパシタＣを介して供給することにより、
ランプの特性電圧よりも高い電圧を供給し、この振幅を
変調して安定に点灯しようとするものである。いずれの
従来例も、ランプの特性電圧を挟む２つの電圧源を設け
て、これらを交互に接続することによって、実質上の限
流要素を小型にする、或いは限流要素を無くするように
したものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来例は、制御
しない固定的な実効電圧値の主電源（特に低い電圧の
方）を使用する考えであるため、ランプの広範囲の出力
変化に対応することが困難であり、また、ランプ電流波
形が歪むためにランプからの輻射ノイズが高い等の問題
があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
課題を解決するために、放電灯点灯装置において、ラン
プの特性電圧よりも高い電源とランプの特性電圧よりも
低い電源の２つの電圧源を用いて時分割で切り替えてラ
ンプに接続し、それぞれの電圧源の電圧値を可変とし、
その振幅を負荷の状態に応じて変調するものである。上
記の構成により、放電灯点灯装置の限流要素を小さくし
てランプを安定に点灯し、広範囲の出力変化対応や輻射
ノイズの改善が図れるものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施例１の回路図を図１
に示す。この回路では、電圧源ＤＣ₃ とＤＣ ₄ の電圧値
が可変となっているものであり、ＤＣ₃ はランプの特性
電圧よりも高い実効電圧値をとり、ＤＣ₄ はランプの特
性電圧よりも低い実効電圧値をとる。これらの電圧源Ｄ
Ｃ₃ とＤＣ₄ を用いて、電圧源ＤＣ₃ が接続されたとき
ランプ電流が増加し、設定値に達したらスイッチ手段Ｓ
Ｗで切替え、電圧源ＤＣ₄ が接続されたときランプ電流
が減少し、設定値に達したらスイッチ手段ＳＷで切替え
るようにして、電源からランプへの接続時間を設定する
ことによってランプＬＰに設定した電流を流すことが可
能で、ランプ電流の増減を設定範囲内におさめるように
スイッチ手段ＳＷで制御できる。ランプへの電流を増加
する場合は高い方の電圧源の接続時間（周期個数）の割
合を増加するだけでなく、増加に従って電源電圧を低く
していく。さらに、低い方の電圧源も低い方に変化させ
てもよい。また、ランプへの電流を減少する場合は、高
い方の電圧源の接続時間割合を減少するだけでなく、減
少に従って電源電圧を高くしていく。さらに、低い方の
電圧源も高い方に変化させてもよい。

【００１０】このように、電圧源の電圧を可変とし、交
互に接続することによって、例えばランプ電流を増加し
たとき、ランプ特性電圧の低下に伴う電源電圧との差電
圧を小さくすることが可能となり、ランプへのストレス
を低減しながら広範囲の出力変化に対応でき、限流要素
を小さくすることが可能となる。ここで、電圧源ＤＣ
₃ ，ＤＣ₄ の可変範囲は正の最大値から負の最大値まで
変化してランプに交流電流を供給してもよい。

【００１１】本発明の実施例２の回路図を図２に示す。
この回路は、電圧源の電圧値が一方の極性で可変となっ
ているもので、変化の仕方は図１の実施例１と同様であ
り、極性反転スイッチＳａ〜Ｓｄによって極性を反転
し、ランプＬＰに交流電流を供給するものである。この
場合も、電圧源ＤＣ₃ ，ＤＣ₄ の電圧値を可変にするこ
とによって、例えばランプ電流を増加したときランプ特
性電圧の低下に伴う電源電圧との差電圧を小さくするこ
とが可能となり、ランプへのストレスを低減しながら限
流要素を小さくすることが可能となる。

【００１２】本発明の実施例３の回路図を図３に示す。
この回路は、電圧源が電圧可変交流電源となっているも
ので、交流実効電圧値がランプの特性電圧よりも高い電
圧源ＡＣ₁ と低い電圧源ＡＣ₂ の２つの電圧源を用い
る。実効電圧値の変化の仕方は図１の実施例１と同様で
あり、２つの領域の電圧源を交互に切り替えてランプに
接続し、ランプに交流電流を供給するものである。

【００１３】この場合も同様に、両方の電圧値を可変に
することによって、例えばランプ電流を増加したときラ
ンプ特性電圧の低下に伴う電源電圧との差電圧を小さく
することが可能となり、ランプへのストレスを低減しな
がら限流要素を小さくすることが可能となる。また、さ
らに電圧源を高周波とすれば、装置の一層の小型化が可
能となるものである。

【００１４】本発明の実施例４の回路図を図４に、その
動作波形図を図５に示す。本実施例の基本構成は、ユニ
ット化した複数の電圧源を制御手段３により直列に自由
に接続して負荷であるランプに接続可能としたもので、
インダクタＬｆとキャパシタＣｆのフィルタ回路と組み
合わせることによって正弦波状の電流を供給可能とした
ものである。電圧源としてＣ₁ 〜Ｃｎのキャパシタを用
い、必要な電圧に応じて直列に接続する個数を変化させ
る。各キャパシタＣ₁ 〜Ｃｎへの充電は放電が行われて
いない期間に行う。

【００１５】ユニット化した複数の電圧源の各ユニット
は、１つのキャパシタと、これを囲むブリッジ回路で構
成される。例えば、キャパシタＣ₁ に対してスイッチ手
段Ｓ ₁ ａ〜Ｓ₁ ｄを組み合わせて１ユニットとする。ユ
ニットの動作は、キャパシタＣ₁ のプラス極をインダク
タＬｆに接続し、マイナス極をＢ点に接続したい場合に
は、スイッチ手段Ｓ₁ ａ、Ｓ₁ ｄ、Ｓ₂ ｃ、Ｓ₂ ｄ、Ｓ
₃ ｃ、Ｓ₃ ｄ、…、Ｓｎｃ、Ｓｎｄをオンし、その他を
オフにする。全てのキャパシタを直列に接続する場合に
は、各ユニットで添字がａとｄのスイッチを全てオンに
し、その他をオフにする。また、これと逆極性の電圧を
ランプに供給したい場合には、各ユニットで添字がｂと
ｃのスイッチを全てオンにし、その他をオフにする。こ
のようにして直列接続する電源の数を変化させることが
でき、小さなインダクタＬｆとキャパシタＣｆのフィル
タ回路によって滑らかな交流電流をランプＬＰに供給す
ることが可能である。

【００１６】図５の動作波形図を用いてキャパシタが５
個の場合について説明する。時刻ｔ ₀ でランプ電圧Ｖｚ
がゼロクロスし、時刻ｔ₁ までスイッチ手段Ｓ₁ ａ、Ｓ
₁ ｄ、Ｓ₂ ｃ、Ｓ₂ ｄ、Ｓ₃ ｃ、Ｓ₃ ｄ、…、Ｓｎｃ、
Ｓｎｄをオンし、その他をオフにする。このようにして
キャパシタＣ₁ をフィルタ回路に接続すると電流が次第
に増加していく。続く時刻ｔ₂ までスイッチ手段Ｓ₁
ａ、Ｓ₁ ｄ、Ｓ₂ ａ、Ｓ ₂ ｄ、Ｓ₃ ｃ、Ｓ₃ ｄ、…、Ｓ
ｎｃ、Ｓｎｄをオンし、その他をオフにする。このよう
にして、キャパシタＣ₁ 、Ｃ₂ をフィルタ回路に接続す
ると電流が次第に増加していく。さらに、時刻ｔ３まで
スイッチ手段Ｓ₁ ａ、Ｓ₁ ｄ、Ｓ₂ ａ、Ｓ ₂ ｄ、Ｓ₃
ａ、Ｓ₃ ｄ、…、Ｓｎｃ、Ｓｎｄをオンし、その他をオ
フにする。このようにして、キャパシタＣ₁ 、Ｃ₂ 、Ｃ
₃ をフィルタ回路に接続すると、電流が次第に増加して
いく。同様に時刻ｔ₄ 、ｔ₅ と接続するキャパシタ数を
増加していき、各時刻の間の期間を設定すれば、電圧波
形を略正弦波状に上昇させることが可能となる。時刻ｔ
₆ 〜ｔ₁₀にかけて接続するキャパシタの個数を減少して
いき、同様に略正弦波状に下降していく。

【００１７】時刻ｔ₁₀からは、キャパシタの極性を逆に
接続し、同様にしてマイナス側の波形をつくる。例え
ば、時刻ｔ₁₁までスイッチ手段Ｓ₁ ｂ、Ｓ₁ ｃ、Ｓ₂
ｃ、Ｓ₂ｄ、Ｓ₃ ｃ、Ｓ₃ ｄ、…、Ｓｎｃ、Ｓｎｄをオ
ンし、その他をオフにする。このようにしてキャパシタ
Ｃ₁ を先ほどとは逆極性にフィルタ回路に接続すると電
流が次第に負方向に増加していき、正方向の場合と同様
のやり方で波形を作っていく。

【００１８】時刻ｔ₂₀からはプラスの波形を作っていく
が、ここでは、直列のキャパシタを３個とした場合を示
している。キャパシタの接続やフィルタの動作はキャパ
シタが５個の場合と同様であり、この場合はピークの低
い電圧の供給が可能となる。

【００１９】このように、各スイッチ手段の制御によっ
て接続するキャパシタ即ち電圧源の個数を変化させるこ
とが可能で、例えば、ランプ電流を検出し、設定値より
も増加した場合はランプの特性電圧よりも上の電圧源の
振幅や接続周期を減少するか、或いはランプの特性電圧
よりも下の電圧源の振幅を減少するか接続周期を増加す
れば安定方向に制御可能となる。さらに、動作周波数を
上げて、接続周期の個数による制御の割合を増やせば、
２つの電圧源の差が小さい状態での制御を可能とする方
向となり、ランプの寿命を伸ばす方向となるの制御が可
能となる。

【００２０】直流点灯では電子密度、電子温度ともに時
間的な変化がなく一定であるが、正弦波状の電圧の周波
数を高くして高周波（数ｋＨｚ以上の正弦波）とした場
合には、電子密度はほとんど変化しないが、電子温度は
十分に追随する。電圧源でランプを点灯した場合に生じ
る電流の暴走は電子密度の増加が原因であり、制御の考
え方としては直流の場合と基本的には変わらない。電子
密度は時間的に変化しないが電子温度は時間的に変化
し、電流の各瞬時値に対してそれぞれ増加と減少の時定
数が存在する。電流の大きいところでは時定数は共に大
きくなり、小さいところでは共に小さくなるが、制御時
間という観点では高周波でも直流とほぼ同等のオーダー
と考えられる。

【００２１】図５において、Ｖ₁ 、Ｖ₂ はランプの特性
電圧を示し、直列のキャパシタの段数をスイッチの制御
によって適切に切り替えることによって特性電圧を越え
る正弦波状の電圧と、下回る正弦波状の電圧が供給でき
る。切替点をゼロクロス点に設定すれば波形が極端にひ
ずむこともなく、ランプ電流波形を正弦波状のまま特性
電圧の上下で制御でき、実質上の限流要素を極力小さく
しながら、さらに輻射ノイズを低くしての放電灯点灯が
可能となる。

【００２２】本発明の実施例５の動作波形図を図６に示
す。本実施例の回路は図４と同様であり、ランプの特性
電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ を超える正弦波状の電圧周期の個数を複
数とった場合を示している。ランプの特性電圧を超える
正弦波状の電圧周期数が連続して多くなると、ランプ電
流の実効値は増大していく。ランプ電流の増加の時定数
に比べて供給電圧の周波数を高くすればするほど、周期
の数によるランプ電流の制御はやりやすくなる。

【００２３】図６（ａ）では、時刻ｔ₁ で、ランプの特
性電圧を下回る正弦波状の電圧供給にスイッチし、その
後、再度ランプの特性電圧を上回る電圧を供給して、こ
の繰返しでランプ電流を安定に制御することが可能とな
る。この場合も同様に、切替え点を時刻ｔ₁ のようにゼ
ロクロス点に設定すれば波形が極端に歪むこともなく、
ランプ電流波形を正弦波状のまま特性電圧の上下で制御
できる。

【００２４】また、図６（ｂ）では、時刻ｔ₁ で急に変
化するのではなく、波形のピーク値が滑らかに正弦波状
に変化してランプの特性電圧の上下を行き来するように
制御している。これにより、実質上の限流要素を極力小
さくしながら、さらに輻射ノイズを低くしての放電灯点
灯が可能となる。

【００２５】本発明の実施例６の回路図を図７に示す。
本実施例の基本構成は、図４の回路にランプ電流の検出
手段２を設けたものである。例えばランプの電流の増加
減少を検出して、ランプ電流が設定値よりも増加してい
く場合は、直列のキャパシタの個数を減少し、または特
性電圧よりも高い電源の接続周期の個数を減少する、或
いは特性電圧よりも低い電源の接続周期の個数を増加す
る制御を行う。逆に、ランプ電流が設定値よりも減少し
ていく場合は、直列のキャパシタの個数を増加し、また
は特性電圧よりも高い電源の接続周期の個数を増加す
る、或いは特性電圧よりも低い電源の接続周期の個数を
減少する制御を行う。変換部及び制御手段については、
図４の回路と同様である。

【００２６】このようにして、検出手段を用いることに
よって最適な特性電圧を越える正弦波状の電圧と、最適
な特性電圧を下回る正弦波状の電圧が供給でき、実質上
の限流要素を極力小さくしてさらに輻射ノイズを低くし
ての放電灯点灯が可能となる。

【００２７】本発明の実施例７の動作波形図を図８に示
す。本実施例の回路は図７と同様であり、ランプの特性
電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ を超える正弦波状の電圧周期の個数或い
は下回る正弦波状の電圧周期の個数を連続して複数とっ
た場合を示している。単位時間当たりのランプの特性電
圧を挟む正弦波状の電圧源の切替数を少なくし、大きな
電圧差をランプに供給するのではなく、滑らかな電流制
御を行うもので、より一層、輻射ノイズを低減した放電
灯点灯が可能となる。

【００２８】本発明の実施例８の動作波形図を図９に示
す。本実施例の回路は図７と同様であり、ランプの特性
電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ を超える正弦波状の電圧周期の個数或い
は下回る正弦波状の電圧周期の個数を連続して複数と
り、その振幅を連続的に変化させたものである。このよ
うに、振幅を連続的に変化させることにより、さらに滑
らかな切替えを行うことができ、より一層、輻射ノイズ
を低減した放電灯点灯が可能となる。

【００２９】本発明の実施例９の動作波形図を図１０に
示す。本実施例の回路は図７と同様であり、ランプの特
性電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ を超える正弦波状の電圧周期と下回る
正弦波状の電圧周期を交互に切り替えながら振幅を連続
的に変化させているため、さらに細かく滑らかに切替え
を行うことができ、より一層、輻射ノイズを低減した放
電灯点灯が可能となる。

【００３０】本発明の実施例１０の動作波形図を図１１
に示す。本実施例の回路は図７と同様であり、ランプの
特性電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ を超える正弦波状の電圧周期の個数
或いは下回る正弦波状の電圧周期の個数や振幅をランダ
ムに変化させたもので、正弦波状の電流の周期がランプ
の電流の増減の時定数に近く、長いときに制御性を向上
することが可能となる。

【００３１】本発明の実施例１１の動作波形図を図１２
に示す。本実施例の回路は図７と同様であり、ランプの
特性電圧Ｖ₁ ，Ｖ₂ を越える正弦波状の電圧周期の個数
或いは振幅を制御し、下回る正弦波状の電圧周期の個数
を固定化したもので、ランプ電流の変化範囲が狭くてよ
い場合等において回路の簡略化を可能とするものであ
る。

【００３２】本発明の実施例１２の動作波形図を図１３
に示す。本実施例の回路は図７と同様であり、ランプの
特性電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ を下回る正弦波状の電圧周期の個数
或いは振幅を制御し、越える正弦波状の電圧周期の個数
を固定化したもので、図１２と同様にランプ電流の変化
範囲が狭くてよい場合等において回路の簡略化を可能と
するものである。

【００３３】本発明の実施例１３の回路図を図１４に、
その動作波形図を図１５に示す。本実施例の回路構成は
一般的な共振型インバータ回路４であるが、動作は一般
的なものとは異なる。ここでは、２石式の電流共振型を
例にとる。放電灯点灯用のインバータでは、スイッチン
グ素子の動作周波数を、負荷を含めた共振回路の自己共
振周波数よりも高くとり、スイッチング素子の電流波形
の位相を遅らせてスイッチングさせることによりスイッ
チングロスを低減している。

【００３４】図１５において、期間ｔ₀ −ｔ₁ では、ス
イッチング素子の動作周波数を共振回路の自己共振周波
数に近付けて共振エネルギーを大きくし、ランプへのエ
ネルギーを大きくしている。期間ｔ₁ −ｔ₂ では、スイ
ッチング素子の動作周波数を共振回路の自己共振周波数
から遠ざけて共振エネルギーを小さくし、ランプへのエ
ネルギーを小さくしている。この周波数が高い場合と低
い場合の２つの電源を用いて交互にランプに電力を供給
し、ランプ電流を制御すれば、限流要素ほどのインダク
タンス値は必要なく、装置の小型化が可能となる。１石
式の電圧共振型インバータでも同様にスイッチング素子
のオン時間を制御して、実質的に２つの電圧源を作るこ
とによって同様の制御が可能となるものである。

【００３５】本発明の実施例１４の回路図を図１６に、
その動作波形図を図１７に示す。ここでは、２石式の電
流共振型のインバータ回路を例にとる。直流電源ＤＣ₆
には、スイッチ手段Ｓ₁ ，Ｓ₂ の直列回路が接続されて
おり、スイッチ手段Ｓ₂ の両端には、インダクタＬ₁ と
コンデンサＣ₃ の直列回路が並列接続されている。コン
デンサＣ₃ の両端には、コンデンサＣ₄ を介してランプ
ＬＰが接続されている。このように、本実施例の回路構
成は一般的な共振型インバータ回路であるが、動作は一
般的なものとは異なる。

【００３６】図１７において、時刻ｔ₁ でスイッチ手段
Ｓ₁ がオンし、時刻ｔ₂ でスイッチ手段Ｓ₁ がオフ、ス
イッチ手段Ｓ₂ がオンし、時刻ｔ₃ でスイッチ手段Ｓ₂
がオフする場合、動作周波数を低くして共振エネルギー
を大きくし、ランプへのエネルギーを大きくする。時刻
ｔ₃ からはスイッチ手段Ｓ₁ 、Ｓ₂ は共にオフし、共振
回路の自由振動で減少していくエネルギーをランプＬＰ
に供給する。時刻ｔ₁で再びスイッチ手段Ｓ₁ がオン
し、この繰返しで、減衰振動する電流をランプに供給す
ることによって、ランプの特性電圧の上下の２つの範囲
の電源をランプに供給し、ランプ電流を制御すれば、限
流要素としてのインダクタンス値は必要なく、装置の小
型化が可能となる。

【００３７】本発明の実施例１５の動作波形図を図１８
に示す。本実施例の回路構成は図７と同様である。ラン
プ電流を変化させる場合、例えばランプ電流を減少する
とき、ランプの特性電圧よりも高い電圧源の接続周期の
個数を次第に減少していき、ランプの特性電圧よりも低
い電圧源の接続周期の個数を次第に増加していくことに
よっても、滑らかにランプ電流を変化させることができ
る。この場合、より一層、輻射ノイズを低減した放電灯
点灯が可能となる。

【００３８】本発明の実施例１６の回路図を図１９に示
す。本実施例の回路構成はこれまでの２つの電圧可変電
源を１つの電圧可変交流電源に置き換えたもので、検出
手段２によりランプ電流の状態を検出し、これまでの説
明と同様に、振幅制御手段３により電圧可変交流電源Ｖ
ａｃの電圧を制御してランプ電流の振幅を瞬時に制御
し、ランプ電流波形を正弦波状にすれば、回路構成を簡
略化した上に、より一層、輻射ノイズを低減した放電灯
点灯が可能となる。

【００３９】本発明の実施例１７の動作波形図を図２０
に示す。本実施例の回路は図１９と同様であり、ランプ
の特性電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ を下回る正弦波状の電圧源をなく
し、越える正弦波状の電圧周期の個数或いは振幅を制御
するものであり、さらに個数を制御する場合に、ある周
期（１つ以上、例えば図示のｔ₁ −ｔ₂ の期間）を削除
してランプ電流を制御するものである。この場合も、ラ
ンプ電流の変化範囲が狭くてよい場合等において回路の
簡略化を可能とするものである。

【００４０】本発明の実施例１８の動作波形図を図２１
に示す。本実施例の回路は図７と同様であり、ランプの
特性電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ を越える正弦波状の電圧源と下回る
正弦波状の電圧源を用い、正弦波状の電圧周期の個数或
いは振幅を制御するものであり、さらにランプの特性電
圧を下回る電圧周期の個数を制御する場合に、ある周期
（１つ以上、例えば図示のｔ₁ −ｔ₂ の期間）を削除し
てランプ電流を制御するものである。この場合も、ラン
プ電流の変化範囲が狭くてよい場合等において回路の簡
略化を可能とするものである。

【００４１】本発明の実施例１９の動作波形図を図２２
に示す。本実施例の回路は図７と同様であり、ランプの
特性電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ を越える正弦波状の電圧源と下回る
正弦波状の電圧源を用い、正弦波状の電圧周期の個数或
いは振幅を制御し、さらにランプの特性電圧を越える電
圧源の周波数を、ランプの特性電圧を下回る電圧源の周
波数よりも高くしたものである。本実施例では、ランプ
の特性電圧を下回る電源の電圧が、ランプの特性電圧を
越える電源の電圧よりもランプの特性電圧により近い場
合に、安定かつ制御が簡単になる、或いは構成が簡単な
回路を提供することが可能となるものである。

【００４２】本発明の実施例２０の動作波形図を図２３
に示す。本実施例の回路は図７と同様であり、ランプの
特性電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ を越える正弦波状の電圧源と下回る
正弦波状の電圧源を用い、正弦波状の電圧周期の個数或
いは振幅を制御し、さらにランプの特性電圧を越える電
圧源の周波数を、ランプの特性電圧を下回る電圧源の周
波数よりも低くしたものである。本実施例では、ランプ
の特性電圧を越える電源の電圧が、ランプの特性電圧を
下回る電源の電圧よりもランプの特性電圧により近い場
合に、安定かつ制御が簡単になる、或いは構成が簡単な
回路を提供することが可能となるものである。

【００４３】本発明の実施例２１の動作波形図を図２４
に示す。本実施例の回路は図７と同様であり、ランプの
特性電圧Ｖ₁ 、Ｖ₂ を越える正弦波状の電圧源と下回る
正弦波状の電圧源を用い、正弦波状の電圧周期の個数或
いは振幅を制御し、さらに調光時には、少なくとも調光
の度合が増すにつれて、ランプの特性電圧を越える電圧
源の振幅をより高く、電圧周期の個数をより少なく制御
するものである。本実施例では、調光時にはランプの特
性電圧がＶ₁ 、Ｖ₂ からＶ₁ ’、Ｖ₂ ’に次第に上昇し
ていくことに対応するものであり、より安定な調光点灯
の提供が可能となるものである。

【００４４】本発明の実施例２２のブロック図を図２５
に、動作波形図を図２６に示す。本実施例では、交流電
源から、入力保護回路やフィルタを持つ入力回路５と、
例えば図４に示すような回路を持つ主回路１を経て、ラ
ンプＬＰにエネルギーが供給される。ランプＬＰと主回
路１の間には検出手段２があり、ランプＬＰの電流等を
検出し、制御回路３にフィードバックして制御を行う。

【００４５】本実施例では、図２６に示すように、予熱
時にはランプのフィラメントに設定された予熱電流を供
給し、始動時にはランプの両端に設定された電圧を供給
し、ランプは予熱を経て始動し点灯に至る。ここから
は、ランプの特性電圧Ｖｌａに応じて、検出手段からの
検出信号によって主回路を制御し、ランプの特性電圧Ｖ
ｌａの上下の電圧をランプに供給する。ランプが予熱、
始動する時点では、ランプの特性電圧Ｖｌａに応じた制
御をする必要がないため、フィードバック制御をせずに
動作させれば、制御回路を簡略化でき、コストの安い回
路を提供することができるものである。

【００４６】本発明の実施例２３のブロック図を図２７
に、動作説明図を図２８に、動作波形図を図２９に示
す。本実施例では、交流電源ＡＣからキャパシタを並列
接続して充電し、ランプに直列接続して放電するもの
で、交流化のために極性反転手段１４を設ける。図２８
に示すように、並列充電、直列放電の昇圧手段１０は複
数個（１からｎ）あり、入力電圧に応じて切り替えて接
続することによって入力電流の歪を改善することが可能
となる。また、出力時にも順番に出力していくことによ
って、任意の周波数での出力が可能となる。

【００４７】各昇圧手段は、高電圧出力時と低電圧出力
時との２種類の状態の電圧を出力でき、また、充電時と
放電時のキャパシタの接続個数を変化することによって
任意の昇圧比を作れるため、図２９に示すように、ラン
プの特性電圧Ｖｌａの上下の値をとる２つの交流電圧に
対応が可能である。この場合も同様に、正弦波状の交流
電圧源を接続することによって、ノイズの少ない点灯装
置を実現することが可能となる。

【００４８】本発明の実施例２４のブロック図を図３０
に示す。本実施例では、実施例２３と比べて、昇圧手段
１１、１２を高電圧用と低電圧用の２種類で構成したも
のである。動作的には、図２６と同様になり、ランプの
特性電圧よりも高い電圧と低い電圧を選別手段１３にて
選別し、極性反転手段１４に供給し、ランプＬＰに供給
する。この場合も、並列充電、直列放電の昇圧手段は複
数個（１からｎ）あり、入力電圧に応じて切り替えて接
続することによって入力電流の歪みを改善することが可
能で、任意の周波数での出力が可能で、充電時と放電時
のキャパシタの接続個数を変化することによって任意の
昇圧比を作れるため、変化するランプの特性電圧Ｖｌａ
の上下の値をとる２つの交流電圧に対応することが可能
である。この場合も同様に、正弦波状の交流電圧源を接
続することによって、ノイズの少ない点灯装置を実現す
ることが可能となる。

【００４９】本発明の実施例２５の動作波形図を図３１
に示す。本実施例では、実施例２１と比べて、調光時に
おいてランプの特性電圧Ｖｌａ₂ よりも高い電圧Ｖｐ₃
は、定常時におけるランプの特性電圧Ｖｌａ₁ よりも高
い電圧Ｖｐ₁ に比べてさらに高く、また、調光時におい
てランプの特性電圧Ｖｌａ₂ よりも低い電圧Ｖｐ₄ は、
定常時におけるランプの特性電圧Ｖｌａ₁ よりも低い電
圧Ｖｐ₂ に比べてさらに低くなるように、出力電圧を制
御するものである。これによって、全体のエネルギーを
減らし、かつランプ電圧の上昇にも対応できるため、幅
広い安定した調光が可能となるものである。

【００５０】本発明の実施例２６の回路図を図３２に、
動作波形図を図３３、図３４に示す。本実施例は、直流
電源ＤＣに、スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４よりなるフルブリ
ッジ回路等の直流交流変換回路を介して高周波交流電圧
源Ｂ（振幅Ｖｂ）とランプＦＬを直列接続したものであ
る。その動作は、直流電源ＤＣがランプ特性電圧Ｖｌａ
に近い電圧を持っており、高周波交流電圧源Ｂが電源と
同極性のときには、ランプＦＬにはＶｄｃ＋Ｖｂ（＞Ｖ
ｌａ）が印加され、ランプＦＬは暴走しようとする。高
周波交流電圧源Ｂが電源と逆極性のときにはＶｄｃ−Ｖ
ｂ（＜Ｖｌａ）が印加され、ランプＦＬは立ち消えよう
とする。高周波交流電圧源Ｂの周期をランプＦＬの時定
数より短くすることにより、ランプ電圧の２値制御を行
うことができる。本実施例は、ランプ点灯の交流の基本
周波数を、ランプＦＬの時定数による２値制御の時定数
と独立して設定できる。

【００５１】本発明の実施例２７を図３５に示す。本実
施例はインバータ回路２２の電圧源を直列に２つ用意
し、そのうちの１つはランプ特性電圧よりも低い電圧
（Ｖ２）を、もう１つはランプ特性電圧より高い電圧と
低い電圧の差の電圧（Ｖ１）を持ち、スイッチング素子
ＳＷ１、ＳＷ２の切り換えによってランプＦＬを安定点
灯させるための２つの電圧を作り出す回路において、ラ
ンプＦＬの予熱、始動を行うものである。通常、この２
つの電圧はランプ特性電圧付近であり、Ｖ１≪Ｖ２とな
っている。この例では、始動電圧発生回路２１としてコ
ッククロフト回路を用いている。

【００５２】回路動作を次に示す。まず、すべてのスイ
ッチング素子がオフの状態からスイッチング素子ＳＷ
３、ＳＷ４、ＳＷ５をオンすることによりランプフィラ
メントの予熱を行う。それと同時にスイッチング素子Ｓ
Ｗ２、ＳＷ７の切り換えによってコッククロフト回路の
充電を行う。コッククロフト回路の充電、及びランプの
フィラメント予熱が完了したとき、スイッチング素子Ｓ
Ｗ１、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ７をオフ、スイッ
チング素子ＳＷ２、ＳＷ６をオンして始動電圧を印加
し、ランプＦＬを点灯する。ランプＦＬが通常点灯状態
に移れば、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の切り換え
で、ランプＦＬを安定点灯する。このように、本実施例
では、ランプＦＬの予熱、始動回路について示し、フィ
ラメント予熱には低い電圧源を用いて電流値を抑え、始
動電圧を発生させるのに高い電圧源を用いるものであ
る。これにより、ランプ予熱の電流を低減することがで
きる。

【００５３】本発明の実施例２８を図３６、図３７に示
す。本実施例は、インバータ回路などの負荷回路におい
て、共振の時定数を変えることにより、ランプ印加電圧
を変化させて安定点灯を図るものである。これにより、
回路が簡略化でき、安価な点灯装置を提供できる。例と
して、フルブリッジ構成のインバータ回路を示す。ラン
プ通常点灯時に、検出部によりランプ電流を検出し、ラ
ンプ電流の増減に応じて、図３６ではスイッチング素子
ＳＷ１をオン・オフすることによりランプの安定点灯を
図る。また、図３７の例ではスイッチング素子ＳＷ１の
オン・オフ、スイッチング素子ＳＷ２のオフ・オンによ
って同様の効果が得られるものである。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、電圧源を用いてランプ
電流自体を直接制御することを可能とし、限流要素を小
さくすることによって小型の装置を構成でき、かつラン
プの広範囲の出力変化に対応でき、また、クレストファ
クタを小さくでき、ランプへのストレスが少なく、安定
点灯を可能とする効果がある。さらに、正弦波状のラン
プ電流にすることができるので、輻射ノイズの低減を可
能とする効果がある。また、高周波数化によって、装置
のさらなる小型化を可能とする効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の回路図である。

【図２】本発明の実施例２の回路図である。

【図３】本発明の実施例３の回路図である。

【図４】本発明の実施例４の回路図である。

【図５】本発明の実施例４の動作波形図である。

【図６】本発明の実施例５の回路図である。

【図７】本発明の実施例６の回路図である。

【図８】本発明の実施例７の動作波形図である。

【図９】本発明の実施例８の動作波形図である。

【図１０】本発明の実施例９の動作波形図である。

【図１１】本発明の実施例１０の動作波形図である。

【図１２】本発明の実施例１１の動作波形図である。

【図１３】本発明の実施例１２の動作波形図である。

【図１４】本発明の実施例１３の回路図である。

【図１５】本発明の実施例１３の動作波形図である。

【図１６】本発明の実施例１４の回路図である。

【図１７】本発明の実施例１４の動作波形図である。

【図１８】本発明の実施例１５の動作波形図である。

【図１９】本発明の実施例１６の回路図である。

【図２０】本発明の実施例１７の動作波形図である。

【図２１】本発明の実施例１８の動作波形図である。

【図２２】本発明の実施例１９の動作波形図である。

【図２３】本発明の実施例２０の動作波形図である。

【図２４】本発明の実施例２１の動作波形図である。

【図２５】本発明の実施例２２の回路図である。

【図２６】本発明の実施例２２の動作波形図である。

【図２７】本発明の実施例２３の回路図である。

【図２８】本発明の実施例２３の動作説明のための回路
図である。

【図２９】本発明の実施例２３の動作波形図である。

【図３０】本発明の実施例２４の回路図である。

【図３１】本発明の実施例２５の動作波形図である。

【図３２】本発明の実施例２６の回路図である。

【図３３】本発明の実施例２６の動作波形図である。

【図３４】本発明の実施例２６の出力波形を示す動作波
形図である。

【図３５】本発明の実施例２７の回路図である。

【図３６】本発明の実施例２８の回路図である。

【図３７】本発明の実施例２８の負荷回路の別の構成を
示す回路図である。

【図３８】第１の従来例の回路図である。

【図３９】第２の従来例の回路図である。

【符号の説明】

ＤＣ₃ 高電圧側の電圧源ＤＣ₄ 低電圧側の電圧源ＳＷスイッチ手段ＬＰランプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者植月唯夫大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電灯と、放電灯の特性電圧よりも高い
電圧値と低い電圧値とを、放電灯を安定点灯させ得るよ
うに含ませると共に、瞬時電圧が連続的で且つ１サイク
ル単位で変化する交流電圧成分を出力する電源手段とを
備えた放電灯点灯装置。
【請求項２】前記電源手段は、放電灯の特性電圧より
も高い電圧値を有し、瞬時電圧が連続的に変動する第１
の交流電源と、放電灯の特性電圧よりも低い電圧値を有
し、瞬時電圧が連続的に変動する第２の交流電源と、前
記第１の交流電源と第２の交流電源とを、１サイクル単
位でゼロクロス点で放電灯に接続して、放電灯を安定点
灯するように切り替える切替手役とを備えた請求項１の
放電灯点灯装置。
【請求項３】前記電源手段は、１サイクル単位の電圧
波形の振幅を変化させてランプ電流を制御するように構
成された請求項２の放電灯点灯装置。
【請求項４】前記電源手段は、１サイクル単位の電圧
波形の振幅が略正弦波状に変化する電圧周期を有する前
記第１の交流電源と、１サイクル単位の電圧波形の振幅
が略正弦波状に変化する電圧周期を有する前記第２の交
流電源とを備えた請求項３の放電灯点灯装置。
【請求項５】前記電源手段は、１ｋＨｚ以上で電圧波
形の振幅を変化させてランプ電流を制御するよう構成さ
れた請求項４の放電灯点灯装置。
【請求項６】前記電源手段は、１サイクル単位の電圧
波形の振幅を連続的に変化させて、ランプ電流をなめら
かに制御するよう構成された請求項４の、放電灯点灯装
置。
【請求項７】前記電源手段は、複数サイクルを有する
前記第１の交流電源と、複数サイクルを有する前記第２
の交流電源とを備えた請求項４の放電灯点灯装置。
【請求項８】前記電源手段は、前記第１の交流電源と
前記第２の交流電源とを交互に切り替えて、前記放電灯
に接続するよう構成された請求項４の放電灯点灯装置。
【請求項９】前記電源手段は、前記第１の交流電源と
前記第２の交流電源とをランダムに切り替えて、前記放
電灯に接続するよう構成された請求項４の放電灯点灯装
置。
【請求項１０】前記電源手段は、前記第１の交流電
源、あるいは前記第２の交流電源との、少なくとも一方
のサイクルは一定になるよう構成された請求項４の放電
灯点灯装置。
【請求項１１】前記電源手段は、前記第１の交流電
源、あるいは前記第２の交流電源との、一方のサイクル
数を徐々に増加し、他方のサイクル数を徐々に減少する
よう構成された請求項４の放電灯点灯装置。
【請求項１２】前記電源手段は、前記第１の交流電
源、あるいは前記第２の交流電源の内の少なくとも一方
をサイクル単位で間引くよう構成された請求項４の放電
灯点灯装置。
【請求項１３】前記電源手段は、前記第１の交流電源
と前記第２の交流電源との、互いの周波数が異なるよう
構成された請求項４の放電灯点灯装置。
【請求項１４】前記電源手段は、調光時の調光が深く
なる程に、前記第１の交流電源の、電圧ピーク値を高く
すると共にサイクル数を減少させるよう。構成された請
求項４の放電灯点灯装置。
【請求項１５】前記電源手段は、安定点灯時よりも始
動時の方が前記第１の交流電源の、電圧ピーク値を高く
すると共にサイクル数を減少させるよう構成された請求
項４の放電灯点灯装置。
【請求項１６】前記電源手段は、前記第２の交流電源
の電圧ピーク値を低くするよう構成された請求項１４の
放電灯点灯装置。
【請求項１７】予熱・始動時は設定された振幅の電圧
を放電灯に供給し、点灯時にはランプ電流を検出する検
出回路により安定点灯するように、フィードバック制御
を行うべく構成された請求項２の放電灯点灯装置。
【請求項１８】前記電源手段は、スイッチドキャパシ
タからなる昇圧回路と、前記昇圧回路の出力の極性を反
転する極性反転回路とを有する前記第１の交流電源と、
スイッチドキャパシタからなる昇圧回路と、前記昇圧回
路の出力の極性を反転する極性反転回路とを有する前記
第２の交流電源とを備えた請求項２の放電灯点灯装置。
【請求項１９】前記電源手段は、前記交流電圧成分に
略矩形波状の交流電圧を重畳して、放電灯を安定点灯さ
せ得るように出力すべく構成された請求項２の放電灯点
灯装置。
【請求項２０】前記電源手段は、放電灯の特性電圧よ
りも高い電圧値と低い電圧値との、一方を放電灯の始動
に、他方を放電灯のフィラメントの予熱に用いるように
構成された請求項１９の放電灯点灯装置。