JPH10199692A - 放電灯用点灯装置および放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】回路構成を複雑にすることなく、放電灯が正常
に点灯しないときにチョッパの出力を確実に低減するこ
と。 【解決手段】直流電源３と、直流電源３を入力とする昇
圧形チョッパ４と、昇圧形チョッパ４の直流出力より高
周波出力を発生させ放電灯を付勢するインバータ５と、
インバータ５の出力状態を検知することにより、放電灯
の動作状態を検出する手段Ｔ２と、放電灯Ｆが適正に点
灯しないときに昇圧形チョッパの出力を低減させるよう
に昇圧形チョッパの動作を制御する手段８とを備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、昇圧形チョッパと
インバータとを備え、商用電源等の低周波交流電源、ま
たは直流電源より高周波電力を発生させ、放電灯を付勢
する放電灯用点灯装置、および放電灯点灯装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】放電灯点灯装置は、例えばビル等の施設
内に多数設置されて使用されることが多く、個々の放電
灯点灯装置の回路力率が低い場合、施設内全体として大
きな無効電力が発生することになり、ひいては高調波歪
みの発生が顕著になる虞がある。これを改善するため、
近年、施設内に用いられるものを始め、多様な放電灯点
灯装置にチョッパ回路が用いられている。

【０００３】また、蛍光ランプや高圧放電灯等の放電灯
は、点灯時間に応じて電極が劣化すること等に起因し
て、寿命末期に点滅を繰り返したり、放電灯のランプ電
圧の異常上昇が発生したりする特有の現象がある。この
ため、放電灯点灯装置においては、放電灯が点滅するこ
とによる不快感をなくすため、また、高電圧が断続的に
出力されることに伴う回路構成部品に対する電気的スト
レスを抑制するため、負荷開放時や負荷短絡時などの異
常状態が発生したときに、その出力Ｖ20を低減させる機
能や、短絡電流Ｉ2Sを低減させる機能が付加されること
がある。このような機能が付加されているものは、電源
が投入されたままの状態下でランプ交換されることの多
い放電灯点灯装置にとって、ランプ交換作業時の感電の
発生を低減できるという利点も兼ね備えることになる。

【０００４】例えば特開昭５６−１３６４９８号公報に
は、電源投入から一定時間経過した後にチョッパ及びイ
ンバータの動作を開始させ、また放電灯が不点のときに
は、チョッパが連続的に動作しないように、チョッパを
制御する制御回路が断続的に動作するように構成された
放電灯点灯装置が記載されている。

【０００５】なお一般的に放電灯点灯装置は、放電灯始
動前に電極を十分に予熱させてから始動するように、電
源投入後の所定時間、その出力電圧を低く保つソフトス
タート機能が付与されていることが多く（例えば特開昭
５５−１０５９９６号公報参照）、また、アーク放電を
確実に生起させるように始動時にはその出力が制御され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
５６−１３６４９８号公報に示されている従来技術のも
のは、放電灯が異常状態のときに、点灯装置は連続的に
動作しないものの、点灯装置は断続的に繰返して動作し
てしまうものであり、チョッパの出力を確実に低減でき
るものではなかった。

【０００７】そこで、本発明は、放電灯が適正に点灯し
ないときに、出力を確実に低減させることのできる放電
灯用点灯装置及び放電灯点灯装置を提供することを目的
とする。

【０００８】さらには、従来技術においてはソフトスタ
ート機能等の始動時の制御を実現するためにはトランジ
スタやサイリスタ等の専用のスイッチ素子を設ける必要
があったが、本発明は必要に応じて、この種の始動制御
を付加する場合においても、簡単な回路構成で、始動制
御を可能とする放電灯用点灯装置及び放電灯点灯装置を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の放電灯用
点灯装置は、直流電源と、直流電源を入力とする昇圧形
チョッパと、昇圧形チョッパの直流出力より高周波出力
を発生させ放電灯を付勢するインバータと、インバータ
の出力状態を検知することにより、放電灯の動作状態を
検出する手段と、放電灯が適正に点灯しないときに昇圧
形チョッパの出力を低減させるように昇圧形チョッパの
動作を制御する手段とを備えている。

【００１０】ここで、直流電源は、例えば商用の低周波
交流の入力を整流して必要に応じて平滑して直流を出力
するものとすることができる。インバータは、直流を入
力して交流、好ましくは数ＫＨｚ、より好適には可聴周
波数以上の２０ＫＨｚ以上の高周波、を出力する作用を
有するものであれば良く、例えばハーフブリッジ方式や
プッシュプル方式等のインバータを許容する。インバー
タの出力を検知するとは、インバータの出力を直接的に
検知するものの他、インバータの出力に相関する電気量
を間接的に検知するもの、あるいは、これらを他の電気
部品を介在させて検知することを意味する。昇圧形チョ
ッパの動作を制御する手段とは、チョッパ動作を行うス
イッチ素子の開閉動作周波数やオンまたはオフ幅等を制
御して、その出力を変化させ得るものを意味し、スイッ
チ素子の動作が実質的に停止するように制御して出力を
低減させるものも包含する。放電灯とは、水銀蒸気を発
光源とする蛍光ランプ等の低圧水銀蒸気放電灯の他、既
存の高圧放電灯を適用することもできる。

【００１１】請求項２記載の放電灯点灯装置は、請求項
１記載の放電灯用点灯装置に加え、その点灯装置により
付勢される放電灯と備えている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。

【００１３】図１は本発明の第１の実施の形態に係る放
電灯用点灯装置の回路構成を示す。同図の装置は、交流
電源１より入力された交流入力を整流回路３により脈流
出力に変換（直流化）し、この脈流出力を昇圧形チョッ
パ回路４により平坦化すなわち平滑して出力し、これを
ＳＥＰＰスイッチングトランジスタＱ1aとＱ1bとからな
るシリーズインバータ回路５により高周波電流に変換し
て、出力端子６に接続された蛍光ランプＦを点灯するも
のである。

【００１４】チョッパ回路４は、整流回路３の正側出力
端子とインバータ回路５の正側入力端子との間に直列接
続されたインダクタＬcpとダイオードＤcp、出力端子に
並列に接続された平滑用コンデンサＣcp、ＭＯＳ形電界
効果トランジスタＱcp等により構成されている。コンデ
ンサＣ81，Ｃ82およびダイオードＤ81，Ｄ82は倍圧整流
回路８aを構成しており、後述するインバータ回路５の
電流トランスＴ2の二次巻線Ｗ2bに発生する高周波電圧
を倍圧整流する。この整流出力は抵抗Ｒ41およびＲ42を
介してトランジスタＱcpのゲートに印加される。このト
ランジスタＱcpのゲートはダイオードＤ43を介してトラ
ンジスタＱ41のコレクタに接続されている。トランジス
タＱ41のベースは抵抗Ｒ43およびツェナーダイオードＺ
Ｄ41を介してインバータ回路５のトランジスタＱ1aとＱ
1bの接続点に接続されている。

【００１５】このチョッパ回路４は、インバータ回路５
が高周波出力を発生すると、トランジスタＱcpを前述の
倍圧整流出力により直流駆動してオンするとともに、イ
ンバータ回路５の高周波出力の１サイクルごとに、出力
電圧がツェナーダイオードＺＤ41のツェナ一電圧を越え
る間トランジスタＱ41をオンすることでトランジスタＱ
cpをオフする。これにより、トランジスタＱcpはインバ
ータ回路５の発振周波数と同期してオン・オフする。ト
ランジスタＱcpがオンすると、インダクタＬcpは付勢さ
れ、電磁エネルギーが蓄積される。そして、次にトラン
ジスタＱcpがオフされるとインダクタＬcpに蓄積された
電磁エネルギーはインダクタＬcp、ダイオ−ドＤcp、イ
ンバータ回路５および整流回路３の経路で放出される。
コンデンサＣcpはインバータ回路６に供給される電流を
平滑する。この出力電流は主にチョッパ回路４のトラン
ジスタＱcpのオン・デューティによって定まり、整流回
路３の出力電圧にはほとんど依存しない。しかも、イン
バータ回路５の出力電圧が高ければツェナーダイオード
ＺＤ41およびトランジスタＱ41のオン期間が長くなり、
トランジスタＱcpのオン・デューティは小さくなる。逆
にインバータ回路５の出力電圧が低ければトランジスタ
Ｑcpのオン・デューティは大きくなる。このため、平滑
コンデンサＱcpへの充電電流はある程度安定化され、イ
ンバータ回路５への直流出力の平滑度を高く、かつ交流
電源７から整流回路３への力率を高カ率にすることがで
きる。

【００１６】インバータ回路５において、Ｔ２は可飽和
形の帰還用トランスで、ひとつの一次巻線Ｗ21とニつの
互いに逆巻きのニ次巻線Ｗ2a，Ｗ2bとを有する。一次巻
線Ｗ21は出力端子６に直列に挿入され、そこを流れる負
荷電流を検出して、各ニ次巻線Ｗ2a，Ｗ2bにはそれに対
応した互いに逆相のニ次電圧が発生する。ニ次巻線Ｗ2a
はスイッチングトランジスＱ1aのベース駆動回路５aの
入力端に接続され、またベース駆動回路５aの出力端は
スイッチングトランジスタＱ1aのべースに接続されてい
る。ニ次巻線Ｗ2bも同様でベース駆動回路５bを介して
スイッチングトランジスタＱ1bのベースに接続されてい
る。

【００１７】蛍光ランプＦは、限流素子であるチョーク
コイルＣＨを介してインバータ回路５の出力端子６とチ
ョッパ回路４の直流出力端子との間に接続されている。

【００１８】この装置においては、さらに、チョッパ回
路４の正側直流出力端子から抵抗Ｒ1およびコンデンサ
Ｃ1を経由してチョッパ回路４の負側直流出力端子に至
る直列回路と、抵抗Ｒ1とコンデンサＣ7との接続点Ｊか
ら一方のスイッチングトランジスタＱ1bのベースに直列
に接続された双万向サイリスタＳＳとで構成される弛緩
発振回路により、インバータ回路５の起動回路を形成し
ている。尚、接続点ＪとスイッチングトランジスタＱ1b
のコレクタとの間に順方向接続されたダイオードＤ1
は、インバータ起動後に、コンデンサＣ1の充電電圧を
双方向サイリスタＳＳのブレークオーバー電圧以下に保
ち、起動回路の動作を停止させ、インバータの誤動作を
防止するためのものである。

【００１９】図１の装置において交流電源１が投入され
ると、整流回路３から整流出力が発生する。この出力は
チョッパ回路４のインダクタＬcpおよびコンデンサＣcp
からなるＬ形フィルタにより平滑されて、チョッパ回路
４の出力端には、ほぼ交流電源電圧のピーク値を有する
直流電圧が発生する。これにより、抵抗Ｒ1を介してコ
ンデンサＣ1に電荷が蓄積しはじめる。そして、接続点
Ｊの電位が双方向サイリスタＳＳのブレークオーバー電
圧を超えると、サイリスタＳＳが導通して、片側のスイ
ッチングトランジスタＱ1bにベース電流を供給する。ま
た、Ｑ1bのコレクタにはダイオードＤ1を介して接続点
Ｊから電流が供給されるので、Ｑ1bが導通状態になり、
インバータ回路５が起動されて発振を開始する。

【００２０】この間、負荷電流の一部がトランスＴ２に
よって正帰還されていることは述べるまでもなく、スイ
ッチングトランジスタＱ1a，Ｑ1bはそれらのベース駆動
回路５a、５bにより交互にオン・オフされることにより
発振を継続する。

【００２１】起動直後は、蛍光ランプＦが放電可能状態
に達していないので、出力端子６にはチョークコイルＣ
Ｈと蛍光ランプＦの両フィラメント間に接続された始動
用コンデンサＣ２との直列共振回路が接続されているこ
とになり、この共振系のＱが高いため負荷電流は正常点
灯時に比して大電流となっている。また、インバータ回
路５が発振を開始して負荷電流が流れると、チョッパ回
路４が前述のように動作して整流回路３の出力を昇圧お
よび平滑する。

【００２２】次にチョッパ出力制御回路８を説明する。
この出力制御回路８は、インバータ回路５の起動後一定
の時間が経過するまでチョッパ回路４の昇圧動作を遅れ
させることにより一定期間中インバータ回路５の出力を
低減させて、蛍光ランプＦがウォーミングアップ終了前
に放電を開始するいわゆるコールドスタートを防止する
機能を有している。また、無負荷および負荷短絡を検出
しトランジスタＱcpをオフすることによってチョッパ動
作を停止させ、チョッパ回路４の直流出力を低減させて
インバータ回路５の高周波出力を低減させる作用を成
す。すなわち、交流電源１が投入されてインバータ回路
５が起動すると、トランスＴ２のニ次巻線Ｗ2bには高周
波電圧が発生する。この電圧は倍圧整流回路８aで直流
出力に変換される。この直流出力が発生すると、チョッ
パ出力制御回路８が動作するが、電源投入後はコンデン
サＣ83の電荷は零で端子電圧も零である。このため、ツ
ェナーダイオードＺＤ81およびトランジスタＱ82がオフ
し、トランジスタＱ81がオンしてトランジスタＱcpがオ
フとなり、昇圧形チョッパーは昇圧動作を行わない。従
ってチョッパ出力およびインバータ回路５の出力は低
い。次いで、倍圧整流回路８ａの直流出力によりコンデ
ンサＣ83が抵抗Ｒ81を介して充電され、その端子電圧が
ツェナーダイオードＺＤ81のツェナー電圧を越えると、
ツェナーダイオードＺＤ81がオンし、トランジスタＱ82
がオンし、トランジスタＱ81がオフする。これにより、
トランジスタＱcpはトランジスタＱ41のオン・オフに従
ってオン・オフを開始する。ここで初めて昇庄形チョッ
パ回路４が作動し、インバータ回路５の入力電圧を所定
の電圧まで昇圧させる。これにより、インバータ回路５
の出力電圧が上昇し、蛍光ランプＦは両フィラメント間
に放電開始電圧より充分高い電圧が印加され放電を開始
する。放電開始後は、コンデンサＣ2がランプ放電パス
によって実質的に閉路されるため負荷電流が安定し、正
常な点灯状態となる。

【００２３】また、蛍光ランプＦが外されたときや、放
電灯寿命に伴って正常に放電が生起しなくなったときな
どの無負荷状態になったときは、チョークコイルＣＨと
コンデンサＣ２との直列共振により負荷電流が増大し、
トランスＴ２のニ次巻線Ｗ2aの電圧が上昇する。従っ
て、倍圧整流回路８ａの出カ電圧が上昇し、この状態が
設定時間以上続くと、抵抗Ｒ82を介して充電されるコン
デンサＣ84の端子電圧がツェナーダイオードＺＤ82のツ
ェナ一電圧を越える。これにより、ツェナーダイオード
ＺＤ82およびトランジスタＱ83がオンし、トランジスタ
Ｑ82がオフし、さらにトランジスタＱ81がオンして、ト
ランジスタＱcpをオフし、チョッパ回路４の昇圧動作が
停止することにより、チョッパ回路４の出力が低減す
る。

【００２４】また、蛍光ランプＦがショートして正常に
点灯しないとき、すなわち負荷短絡時は、インバータ回
路５が誘導性の負荷となり、負荷電流が減少するためト
ランスＴ２のニ次巻線Ｗ2bの電圧が下がる。これによ
り、倍圧整流回路８ａの出力が低下してツェナーダイオ
ードＺＤ83がオフし、トランジスタＱ83がオンする。そ
して倍圧整流回路８ａの出力電圧が所定値以上であれ
ば、整流回路８ａからトランジスタＱ84、抵抗Ｒ83およ
びツェナーダイオードＺＤ84を介してトランジスタＱ83
がオンされ、以下、無負荷時の場合と同じくトランジス
タＱcpがオフしてチョッパ回路４の昇圧動作が停止し、
インバータ回路５の入力電圧が低滅する。なお、チョッ
パ出力制御回路８は、無負荷および負荷短絡が検出され
たときに、チョッパ動作を行うトランジスタＱcpのスイ
ッチング周波数やオンデューティ等を変化させて、チョ
ッパ回路４の出力を低減させるものでも良い。

【００２５】図２は本発明の他の実施形態に係る放電灯
点灯装置の部分回路図を示す。なお、図２において、図
１の装置と共通または対応する部分については同じ参照
記号で示す。図２に示すものは、可飽和形電流トランス
を用いた昇圧形チョッパ回路に、図１に示す昇圧形チョ
ッパ出力制御回路のうち、ソフトスタート回路と無負荷
時に昇圧形チョッパの発振を停止させて昇圧機能を停止
させる回路とを接続したものである。この場合、インバ
ータはシリーズインバータ等の無負荷で大きな共振電流
が流れるものか、またはインバータ方式は何でも良い
が、出力がリーケージトランスになっているものが適用
できる。出力がリーケージトランスになっている場合の
回路の検知部分の入力端は、例えば図３に示すように同
図の端子ｄ，ｅより図２の端子ｄ，ｅに接続する。その
動作は図１の場合と同様である。

【００２６】このように、本発明では、昇圧形チョッパ
とインバータ式放電灯点灯装置の組合せにおいて、イン
バータの出力電流や電圧を直接的に検出して、または、
例えば放電灯の両端間電圧等、インバータの出力を間接
的に検出してチョッパを制御することにより、放電灯が
正常に点灯していないとき、負荷短絡電流Ｉ2sや無負荷
電圧Ｖ20を低減することができる。さらには、電源投入
直後にチョッパトランジスタの動作を制御して、ソフト
スタートさせることも可能である。

【００２７】なお、上記実施の形態においては、自励式
のシリーズインバータを使用しているが、他励式のも
の、または定電流形インバータのように出力トランスを
用いるもの等、いかなる形式のインバータを用いてもよ
い。

【００２８】

【発明の効果】このように本発明によれば、簡単な小信
号回路を付加することにより、放電灯が正常に点灯しな
くなった際に、チョッパの出力を低減できるため、例え
ば無負荷時の出力低減機能や負荷短絡時の電流低減機能
を備えた放電灯用点灯装置および放電灯点灯装置を実現
することができる。さらには、必要に応じて放電灯点灯
開始時のソフトスタートも簡単に実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る放電灯点灯装
置の回路図

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る放電灯点灯装
置の主要部を示す一部回路図

【図３】図２におけるリーケージトランス出力より無負
荷を検出する回路の接続例を示す一部回路図

【符号の説明】

１：交流電源、３：整流回路、４：昇圧形チョッパ回
路、５：インバータ回路、６：出力端子、Ｃcp：平滑用
コンデンサ、Ｑcp：チョッパトランジスタ Ｌcp：インダクタ、Ｄcp，Ｄrs：ダイオード、Ｑ1a，Ｑ
1b：スイッチングトランジスタ、Ｑ81〜84：トランジス
タ、ＺＤ81〜83：ツェナーダイオード、Ｃ83，Ｃ84，Ｃ
ss：コンデンサ、Ｒ81，Ｒ82，Ｒss：抵抗、Ｔ1：可飽
和形電流トランス、Ｔ3：トランス、Ｗ1t：トリガ巻
線、Ｗ1c：コレクタ巻線、Ｗ1b：ベース駆動巻線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源と；直流電源を入力とする昇圧形
   チョッパと；昇圧形チョッパの直流出力より高周波出力
   を発生させ放電灯を付勢するインバータと；インバータ
   の出力状態を検知することにより、放電灯の動作状態を
   検出する手段と；放電灯が適正に点灯しないときに、昇
   圧形チョッパの出力を低減させるように昇圧形チョッパ
   の動作を制御する手段と；を備えていることを特徴とす
   る放電灯用点灯装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の放電灯用点灯装置と；イン
   バータにより付勢される放電灯と；を備えていることを
   特徴とする放電灯点灯装置。