JPH10172774A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力が、高周波方式の利点と、ＤＣ出力の利
点を併せ持つ電灯用の電源装置を提供すること 【解決手段】 入力側に設けたインバータ回路１２によ
り商用電源を所定の高周波数に変換し、それを昇圧型の
トランス１３の一次側に与え、そこにおいて高周波数の
信号を１５０００Ｖ程度に昇圧する。トランスの二次巻
線１３ｃと出力端子１５の間に直列にコンデンサ１６を
挿入するとともに、出力端子間を接続するようにダイオ
ード１７を挿入する。両出力端子にネオン管１１を接続
可能とする。これにより、ネオン管を出力端子に接続し
た状態では、二次巻線，コンデンサ並びにネオン管が直
列接続された閉回路となる。そして、出力端子間をダイ
オードで負側を短絡しているので、出力電圧は負側に波
形が出現せず高周波のＤＣ重畳波形となる。一方、出力
電流は、ネオン管と二次巻線との共振により、負側にも
出現し、交流電流となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ネオン管等の電灯
用の電源装置に関するものである。

【０００２】

【発明の背景】図８は、従来のネオン管を点灯させるた
めの高周波電源装置を示している。同図に示すように、
商用電源（図の例ではＡＣ２２０Ｖ）を全波整流回路１
に接続し、そこにおいて整流し、さらに全波整流回路１
の出力側に接続された平滑コンデンサ２により平滑す
る。平滑コンデンサ２の両端子間にインバータ回路３を
接続し、そこにおいて所定の高周波数に変換する。さら
に、インバータ回路３は昇圧型のトランス４の一次側に
接続されており、前記高周波数の信号をトランス４にて
昇圧するようにしている。これにより、トランス４の二
次側の出力は、電圧・電流ともに交流の高周波となる。
そして、このトランス４の二次側をネオン管６に接続す
るようにしている。そして、ネオン管６は、通常複数本
を直列接続している。

【０００３】なお、インバータ回路３は、トランス４の
１次側に電流を通電したり、遮断したりするスイッチン
グ素子３ａと、そのスイッチング素子３ａのＯＮ／ＯＦ
Ｆを制御する制御回路３ｂとを備えている。そして、制
御回路３ｂは、一次側，二次側等を監視し、出力が所定
の状態になるようにスイッチング素子３ｂを制御するよ
うになっている。また、トランス４は、所定形状のコア
の脚部に一次巻線と二次巻線とを取り付ける。さらに、
負荷変動に対する出力の変動を抑制するため、漏洩型の
構造をとるようにしている。

【０００４】ところで、上記のような高周波出力方式の
場合には、以下のような問題がある。すなわち、静電誘
導により、通電していない別回路の隣接のネオン管が点
灯してしまうことがある。また、電源装置とネオン管を
接続する配線を長くすると、漏洩電流が大きくなり、点
灯能力が下がってしまう。隣接回路との相互干渉によっ
ても点灯が不安定になるおそれがある。

【０００５】そして、一般に電源装置と、ネオン管等の
負荷は別々に売られており、現場で両者を接続・導通す
る作業が行われるため、トランス４とネオン管６とを結
ぶリード線は例えば２ｍ以内等というように長さも規制
されるが、実際の施工では係る規制の長さよりも長くな
るおそれがある。すると、上記した問題を発生すること
がある。

【０００６】さらに、ネオン管６が、造営材等に接触す
ると、高周波電流による発熱が生じ、ネオン管に穴があ
いたり管割れを生じるおそれがある。さらにまた、高周
波による漏洩電流のために、ネオン管の中央部が端部に
比べて暗くなると言う問題もある。

【０００７】一方、電圧・電流をともに直流にしたもの
もある。つまり、直列接続した複数の放電管に対し、直
流電圧を用いてグロー放電させる方式では、当然のこと
ながら、高周波ではないので静電誘導もなく上記した各
種の問題は生じない。しかしながら、新たに以下に示す
問題を有する。すなわち、基本的に直流電流の場合には
点灯能力が低いために、点灯させるためには、出力電圧
のピーク値を大きくする必要がある。そうすると、高耐
圧の部品が必要となり、設計に制限が生じるのみなら
ず、コスト高にもなる。さらには、二次側に高電圧が出
現するため、例えば無負荷時等の異常時には、出力に大
きな電圧が発生するので危険である。

【０００８】また、係る事態を解消するために、出力電
圧のピーク値を抑えつつ点灯能力を上げるためには、イ
ンバータ回路３に入力されるＤＣ電圧を商用の脈流波形
ではなく、平滑波形とする必要があるが、そのために
は、大きな平滑コンデンサが必要となり、装置の大型化
を招くばかりでなく、コスト高にもなる。

【０００９】また、電源変動による負荷電流の変動も大
きく、動作が不安定となるおそれがあり、負荷電流が小
さくなると、放電が安定しなくなる。また、電流の流れ
方向が一定であるので、陰極側の電極が正イオンにより
片べりし、出力が交流電流の場合に比べて寿命が短くな
る。さらに、アルゴン管で水銀が陰極へ移動してしま
い、陽極側が暗くなるといった、マーキュリーマイグレ
ーションの現象が発生してしまう。

【００１０】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した高周波出力
方式において生じる問題点と、電圧・電流ともに直流出
力方式において生じる問題のいずれも発生せず、簡単に
点灯させるとともに、点灯後は安定して放電を続けるこ
とができ、寿命も長く、静電誘導や漏洩電流を可及的に
抑制することのできる電源装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明に係る電源装置では、トランスの一次側に
インバータ回路を備え、ＤＣまたはＤＣ重畳の出力電圧
を発生させる電灯用の電源装置であって、二次側回路が
以下の要件（１），（２）を具備するようにした（請求
項１）。 （１）前記トランスの二次巻線と出力端子の間に直列に
コンデンサを挿入し、負荷を出力端子に接続した際に
は、前記二次巻線，コンデンサ，負荷による直列の閉回
路が構成され、前記二次巻線と前記負荷による共振電流
を前記閉回路に流すようにする。 （２）前記コンデンサの高周波出力分に直流分を重畳さ
せ、その高周波出力を片側にシフトさせＤＣ重畳させる
ようにする。

【００１２】そして、この要件（２）を具備する構成と
しては、例えば前記閉回路の所定部位に並列にダイオー
ドを接続し、負側に出力電圧が発生しないように構成す
ることにより達成できる（請求項２）。

【００１３】要件（２）により、高周波出力を片側にシ
フトさせて、負側に電圧が発生しないので、出力電圧は
ＤＣ重畳となる。但し、要件（１）により閉回路が構成
されており、負荷（電灯）と二次巻線との共振により出
力電圧が０となっているときでも電流は逆方向（出力電
圧が正の時に流れる出力電流の向きを順方向）にも流れ
るため、出力電流は交流となる。

【００１４】その結果、出力電流が交流となることか
ら、高周波方式の特徴である低電圧で点灯開始すること
ができ、点灯後も少ない電流で放電を維持できるという
特徴を備える。さらに、電極の片べりや、マーキュリー
マイグレーションも発生しないか、仮に発生しても最小
限に抑えることができ、電灯の長寿命化が図れる。

【００１５】また、出力電圧は直流（ＤＣ重畳）である
ので、静電誘導や漏洩電流は可及的に小さくなり、静電
容量や漏洩電流に基づいて発生する高周波方式の欠点が
生じない。このように、直流方式と高周波方式の利点を
抽出した作用効果となる。

【００１６】さらに、安定放電しやすいため、直流方式
に比べて変換効率がよくなる。しかも、負荷が長くなる
（伝統・放電管の直列接続する本数が増す）につれて、
高周波方式の場合には、漏洩電流が増えて変換効率が下
がるが、本発明品では、漏洩電流がほとんどないので、
負荷が長くなっても効率は低下しない。

【００１７】なお、負荷としての電灯として、実施の形
態ではネオン管を用いて説明したが、本発明はこれに限
ることはなく、水銀灯など各種のものを用いることがで
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る電源装置の
一例を示している。同図に示すように、電源装置１０
は、入力側が図示省略の商用電源に接続され、その商用
電源から供給される電力を、所望の出力方式に変換し、
出力側に接続された負荷（複数本を直列接続したネオン
管１１）を駆動するようになっている。

【００１９】具体的には、まず、インバータ回路１２
と、昇圧型のトランス１３とを備えている。入力側に設
けたインバータ回路１２により商用電源を所定の高周波
数に変換する。インバータ回路１２は昇圧型のトランス
１３の一次側に接続されており、前記高周波数の信号を
トランス１３にて１５０００Ｖ程度に昇圧する。そし
て、トランス１３は、所定形状のコア１３ａの脚部に一
次巻線１３ｂと二次巻線１３ｃとを取り付ける。さら
に、負荷変動に対する出力の変動を抑制するため、漏洩
型の構造をとるようにしている。

【００２０】さらに本例では、トランス１３の二次巻線
１３ｃと出力端子１５の間に直列にコンデンサ１６を挿
入し、さらに出力端子１５間を接続するようにダイオー
ド１７を挿入する。そして、両出力端子１５に上記した
ネオン管１１を接続可能としている。これにより、ネオ
ン管１１を出力端子１５に接続した状態では、二次巻線
１３ｃ，コンデンサ１６並びにネオン管１１が直列接続
された閉ループ（回路）が構成される。

【００２１】さらに、出力端子１５間をダイオード１７
で負側を短絡しているので、出力電圧は負側に波形が出
現しない半波整流されることになる。よって、高周波を
片側にシフトさせた高周波のＤＣ重畳波形となる。但
し、出力電流は、ネオン管１１と二次巻線１３ｃとの共
振により、交流電流となる。

【００２２】このように、出力電圧がＤＣ重畳になるた
め、静電誘導や漏洩電流が小さくなるので、「発明の背
景」の欄で説明したような交流電圧（高周波）による弊
害が解消される。しかも、出力電流は交流であるので、
低電圧から点灯でき、少ない電流で安定放電でき、変換
効率がよい等の高周波方式の長所も発揮する優れた電源
装置となる。

【００２３】次に、上記した構成の動作を確認する実験
を行った。本発明品は、上記した図１に示す回路を用
い、負荷１１としてはネオン管を１０本直列に接続した
ものを用いた。また、入力電圧は２２０Ｖとし、周波数
は１８ｋＨｚとした。すると、出力電圧は、図２に示す
ように、高周波を片側にシフトさせた高周波のＤＣ重畳
波形となり、負側に電圧が出現しないことが確認でき
た。そして、出力電流は、図３に示すように、負側にも
出現した交流電流となっているのが確認できた。つま
り、出力電圧はＤＣ重畳となり、ＤＣ出力方式の電圧に
起因する利点（静電誘導や漏洩電流が少ないため、それ
らに基づく欠点が発生しない）を発揮し、出力電流は交
流であるので、高周波方式の電流に起因する利点（低電
圧で点灯し、少ない電流で安定放電できる）を発揮する
ことになる。

【００２４】これに対し、比較例として、出力の電圧・
電流をともに直流のものとして、図４に示すような回路
からなる電源装置（図８に示す回路の二次側出力に整流
回路を設けたもの）を用い、その出力に上記と同様に１
０本のネオン管を直列接続し、入力電圧として２２０Ｖ
を印加したときの、出力電圧及び出力電流を求めた。す
ると、出力電圧は、図５に示すようになり、出力電流
は、図６に示すように負側が存在しないことが確認でき
た。

【００２５】なお、本発明における二次側の回路として
は、上記した図１に示すものに限るものではなく、例え
ば図７に示すような回路の他、請求項１の要件（１），
（２）を満たす各種の構成を採ることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る電源装置で
は、出力電圧はＤＣ重畳にしつつ、出力電流は負荷と二
次巻線との共振により交流にすることができる。そのた
め、高周波出力方式において生じる問題点と、電圧・電
流ともに直流出力方式において生じる問題のいずれも発
生せず、簡単に点灯させることができる。そして、点灯
後は安定して放電を続けることができる。さらに、電極
の片べりなどもなくて寿命を長くすることができる。し
かも、静電誘導や漏洩電流を可及的に抑制することがで
きて、高効率にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電源装置の実施の形態の一例を示
す図である。

【図２】本発明品の出力電圧波形の一例を示す図であ
る。

【図３】本発明品の出力電流波形の一例を示す図であ
る。

【図４】比較品の回路構成を示す図である。

【図５】図４に示す回路の出力電圧波形の一例を示す図
である。

【図６】図４に示す回路の出力電流波形の一例を示す図
である。

【図７】本発明の変形例を示す図である。

【図８】従来の電源装置の一例を示す図である。

【符号の説明】

１０ 電源装置 １１ ネオン管（負荷） １２ インバータ １３ トランス １３ａ コア １３ｂ 一次巻線 １３ｃ 二次巻線 １６ コンデンサ １７ ダイオード

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トランスの一次側にインバータ回路を備
   え、ＤＣ重畳の出力電圧を発生させる電灯用の電源装置
   であって、 二次側回路が以下の要件（１），（２）を具備するよう
   になっていることを特徴とする電源装置。 （１）前記トランスの二次巻線と出力端子の間に直列に
   コンデンサを挿入し、負荷を前記出力端子に接続した際
   には、前記二次巻線，コンデンサ，負荷による直列の閉
   回路が構成され、前記二次巻線と前記負荷による共振電
   流を前記閉回路に流すようにする。 （２）前記コンデンサの高周波出力分に直流分を重畳さ
   せ、その高周波出力を片側にシフトさせＤＣ重畳させる
   ようにする。
2. 【請求項２】 請求項１の要件（２）は、少なくとも前
   記閉回路の所定部位に並列にダイオードを接続し、負側
   に出力電圧が発生しないようにしたものであることを特
   徴とする請求項１に記載の電源装置。