JPH10312891A - インバータ式安定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蛍光灯の予熱と点灯を行うインバータ式安定
器において、電源投入当初は低電圧高周波電圧を発生さ
せて予熱のみを行い、その後に定常電圧にする。 【解決手段】 ロイヤー回路により構成された高周波電
圧発生回路21における低電圧起動回路22の出力と発振回
路26のベース入力間に、タイマー回路28を有するスター
ト回路25を設ける。電源投入当初はＦＥＴスイッチQ1を
オフして、抵抗R2のみから直流バイアス電流を供給する
ことにより、トランジスタQ2,Q3 のドライブを浅くして
発振回路26に低電圧の高周波電圧を発生せしめフィラメ
ントの予熱のみを行う。所定時間経過後にＦＥＴスイッ
チQ1をオンして、低電圧起動回路22からも直流バイアス
電流を供給することにより、トランジスタQ2,Q3 のドラ
イブを深くして発振回路26に定常状態の高周波電圧（高
電圧）を発生せしめ蛍光灯を点灯せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光ランプ（蛍光
灯）の安定器に関し、より詳細には、インバータ式安定
器において蛍光灯の長寿命化を図るソフトスタート回路
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】蛍光灯はランプ電流が増加するにつれて
ランプ電圧が低下するという負特性を有するため、適当
な電流制限装置を使用して点灯させなければランプ電流
が増大し、ついには蛍光灯が破壊するという問題を有し
ている。このための電流制限装置を特に安定器といって
いる。

【０００３】この蛍光灯を用いた家庭用蛍光灯器具や施
設用蛍光灯器具においては、蛍光灯を点灯させる回路方
式として、一般には予熱始動回路（スイッチスタート方
式）とラピッドスタート回路が用いられている。予熱始
動回路は原理的には、スイッチにより点灯回路を起動
し、熱陰極を適当に予熱してから再度スイッチを開い
て、チョークコイルに発生したキック電圧を電源電圧に
重合わせて点灯する方式である。起動後はチョークコイ
ルがランプ電流を規定値に保持するための安定器とな
る。なお、スイッチとしては押しボタンスイッチや点灯
管（グロースタータ）等が使用される。なお、このよう
な予熱始動回路方式に用いられる安定器をチョーク限流
型安定器という。

【０００４】また、ラピッドスタート回路は電極を予熱
すると同時に蛍光灯に高電圧を印加し即時に点灯する方
式であり、リーケージタイプの変圧器（トランス）を用
い、蛍光灯が点灯した後フィラメント電圧が低下しラン
プ電流を規定値に保持するようになっている。なお、こ
のようなラピッドスタート回路に用いられる安定器を漏
洩変圧器型安定器という。

【０００５】一方、上記チョーク限流型安定器や漏洩変
圧器型安定器は銅鉄型安定器ともいわれ、商用電源を直
接蛍光灯に印加するものであるが、チョークコイルやト
ランスを使用するため大きく、かつ、重いため、形状・
重量さらには効率の面で小型軽量化を図る場合には一定
の限界がある。このため、今日の蛍光灯器具には高周波
点灯式安定器（インバータ式安定器）といわれるランプ
制御装置が使用されるようになり、ＨＩＤランプ（水銀
灯、メタルハライドランプ等）器具、電球型蛍光ランプ
等にも使用されている。このインバータ式安定器は、効
率がよく省電力化が図れること、ランプのチラツキや安
定器の騒音を少なくできること、軽量化が図れること等
の利点があることから、上記各種蛍光灯器具のインバー
タ化が急速に進んでいる。

【０００６】図２は従来のインバータ式安定器の回路図
であり、高周波電圧発生回路がいわゆるロイヤー回路に
より構成されたものである。以下この回路の構成および
作用について説明する。この回路は、交流電圧Viを直流
電圧Vdに変換する電源回路10、高周波電圧発生回路20お
よび負荷（蛍光灯）LTからなる。

【０００７】高周波電圧発生回路20は、直流電圧Vdをさ
らに低電圧に変換する低電圧起動回路22、ダイオードD2
と抵抗R2とからなるスタート回路24、発振回路26とから
なる。

【０００８】低電圧起動回路22は抵抗R1、コンデンサC
1、ツェナーダイオードD1からなり、電源投入後ダイオ
ードD1のカソード電圧Vaがツェナー電圧Vzに達するまで
の期間は、抵抗R1を介してコンデンサC1を充電する。カ
ソード電圧Vaがツェナー電圧に達したら、低電圧起動回
路22はツェナー電圧Vzの低電圧源として機能する（Va＝
Vz）。

【０００９】スタート回路24は、抵抗R2とダイオードD2
との直列回路からなる。ダイオードD2のアノードには低
電圧起動回路22のカソード電圧Vaが供給されており、抵
抗R2はダイオードD2のカソードと電源回路10の出力との
間に接続されている。

【００１０】発振回路26は、２つのスイッチング素子
（トランジスタ）Q2およびQ3、このトランジスタQ2,Q3
のそれぞれのエミッタ−コレクタ間に直流的に逆方向で
並列接続された２つのダイオードD4,D5 、１次巻線T1の
両端がトランジスタQ2,Q3 のそれぞれのコレクタに接続
されたトランスＴ、およびトランジスタQ2,Q3 のコレク
タ間に接続された共振コンデンサC3とからなる。トラン
スＴの中間タップには直流電圧Vdが供給されている。ト
ランジスタQ2,Q3 のそれぞれのベースはトランスＴの帰
還巻線T3の一端と接続され、さらに抵抗R5,R6 を介して
抵抗R2とダイオードD2とからなるスタート回路24のダイ
オードD2のカソードとも接続されて、直流バイアス電流
が供給される。トランスＴの２次巻線T2には２ピン型の
蛍光灯LTが接続されており、高周波電圧が印加されるこ
とにより蛍光灯LTはフィラメントの予熱と点灯を行う。

【００１１】電源投入直後は抵抗R2を介してトランジス
タQ2,Q3 にベース電流を供給する。トランジスタQ2,Q3
の何れか一方（仮にQ2として以下の説明を行う。）が起
動し、トランジスタQ2のコレクタ電流が流れ出すことに
よるトランスＴの１次巻線T1の電流の変化により、帰還
巻線T3に起電圧が誘起される。この起電圧によりトラン
ジスタQ2のベース電流Ib2 が増加する。このベース電流
Ib2 の増加に伴いトランジスタQ2のコレクタ電流が益々
増加し、これにより起電圧が大きくなりトランジスタQ2
のベース電流Ib2 を益々増加させる。この動作を繰り返
すことによりトランジスタQ2は急速に飽和状態に達す
る。一方、これに対してトランジスタQ3は急速に非活性
状態に達する。

【００１２】トランジスタQ2が飽和状態に達すると、コ
レクタ電流の変化が生じなくなり、帰還巻線T3に誘起さ
れる起電圧も小さくなる。このため、ベース電流Ib2 が
減少しトランジスタQ2が能動状態に戻る。ベース電流Ib
2 の減少に伴いトランジスタQ2のコレクタ電流が減少
し、これにより帰還巻線T3に逆方向の起電圧が誘起され
る。この起電圧によりトランジスタQ3にベース電流Ib3
が流れ出す。このベース電流Ib3 によりトランジスタQ3
は非活性状態から能動状態に遷移し、トランジスタQ3に
コレクタ電流が流れ始める。このコレクタ電流の変化に
より起電圧が益々大きくなり上記と同様にトランジスタ
Q3が急速に飽和状態に達する。一方、これに対してトラ
ンジスタQ2は急速に非活性状態に達する。

【００１３】トランジスタQ3が飽和状態に達すると、コ
レクタ電流の変化が生じなくなり、帰還巻線T3に誘起さ
れる起電圧も小さくなりベース電流Ib3 が減少しトラン
ジスタQ2が能動状態に戻る。ベース電流Ib3 の減少に伴
いトランジスタQ3のコレクタ電流が減少し、これにより
帰還巻線T3にさらに逆方向の起電圧が誘起される。この
起電圧によりトランジスタQ2にベース電流Ib2 が流れ出
す。このベース電流Ib2 によりトランジスタQ2は非活性
状態から能動状態に遷移し、トランジスタQ2にコレクタ
電流が流れ始め、上述の動作を繰り返す。このような一
連の動作を繰り返すことにより、トランジスタQ2,Q3 が
発振動作をする。なお、コンデンサC3とトランスT1の１
次巻線によって発振回路26の発振周波数が決まる。

【００１４】このようにトランジスタQ2,Q3 が飽和状態
と非活性状態（オン・オフ）を繰り返すことにより得ら
れる発振電圧は、直流バイアス電流に依存する。電源投
入当初は抵抗R2を介して供給されるが、低電圧起動回路
22のカソード電圧Vaが徐々に（実際には瞬時に）起動す
るから、起動後は直流バイアス電流も徐々に増加する。
すなわちトランジスタQ2,Q3 の発振と直流バイアス電流
の増加に伴い、発振出力は漸次大きくなる。これにより
トランスＴの２次巻線T2に接続された蛍光灯LTは、電源
投入当初は高周波電圧が低く蛍光灯は点灯せずフィラメ
ントの予熱のみを行うが、すぐに高周波電圧が定常状態
の所定電圧（放電電圧）に達し点灯を開始する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この方式に
おいては、上述のように蛍光灯への高圧の印加とフィラ
メントの予熱がほぼ同時に開始する。このため、フィラ
メントの予熱が不十分な状態で点灯を開始することも起
こり得るため、フィラメントの電極消耗が激しく、頻繁
に点滅を繰り返す使用方法では蛍光灯の寿命を縮めるこ
ととなる。今日、非常灯やトイレ等においては人間の到
来を自動的に感知するセンサ（赤外線センサ等）を設
け、人間の到来を検出したときに自動的に蛍光灯を点灯
させる照明器具が使用されつつある。このような照明器
具にあっては、人間の到来の度に蛍光灯を点滅させるか
ら上記説明による従来のインバータ式安定器を用いた場
合は、蛍光灯が短寿命となり易かった。

【００１６】さらに、長さや形状等が異なる蛍光灯に対
して同一の安定器を使用して点灯させるため安定器の共
用化を図る場合には、放電開始電圧が蛍光灯の種類によ
り異なることから、放電開始電圧が高い蛍光灯に合わせ
て安定器を設計しなければならない。このような安定器
を用いて放電開始電圧が低い蛍光灯を点灯させると、予
熱が十分になされないまま点灯することになり、蛍光灯
の寿命を縮めることとなる。

【００１７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、蛍光灯の点滅を頻繁に繰り返して使用される場合
や各種蛍光灯に対して安定器の共用化を図る場合におい
ても、蛍光灯の寿命の短縮化を防止できるインバータ式
安定器を提供することを目的とするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるインバー
タ式安定器は、交流電源を一旦直流電圧に変換した後、
高周波電圧発生回路により高周波電圧を発生させ、この
高周波電圧により蛍光灯の予熱と点灯を行うインバータ
式安定器において、電源投入当初は高周波電圧を低く抑
えて蛍光灯のフィラメントの予熱を行い、フィラメント
が十分に予熱された後に定常状態の高周波電圧を発生さ
せて蛍光灯を点灯させるように構成したものである。す
なわち、本発明にかかるインバータ式安定器は、タイマ
ー回路と、このタイマー回路の出力に基づいて前記高周
波電圧発生回路の駆動電流または駆動電圧を制御するス
イッチ（例えば、ＦＥＴ等の半導体スイッチ）とを設
け、前記交流電圧の投入直後は前記スイッチをオフして
前記高周波電圧を低くし、所定時間経過後は前記スイッ
チをオンして前記高周波電圧を高くすることを特徴とす
るものである。

【００１９】また、本発明にかかるインバータ式安定器
においては、前記高周波電圧発生回路が、いわゆるロイ
ヤーソフトスタート回路により構成されたものであるこ
とが望ましい。すなわち、前記高周波電圧発生回路は、
２次巻線および帰還巻線を有するトランスと、このトラ
ンスの１次巻線に並列接続された共振コンデンサと、前
記帰還巻線のそれぞれ一方と制御端子が接続され、前記
１次巻線のそれぞれ一方と出力端子が接続された２つの
スイッチング素子とからなる発振回路と、前記発振回路
に駆動電流または駆動電圧を供給する低電圧起動回路と
から構成されるものであることが望ましい。

【００２０】

【発明の効果】本発明にかかるインバータ式安定器によ
れば、タイマー回路を設け、電源投入当初は高周波電圧
を低く抑えて蛍光灯のフィラメントの予熱を行いフィラ
メントが十分に予熱された後に定常状態の高周波電圧を
発生させて蛍光灯を点灯させるように構成したので、頻
繁に点滅が繰り返してなされるような使用においても、
フィラメントの電極の消耗を過激にすることがない。

【００２１】特に、本発明にかかるインバータ式安定器
は、高周波電圧発生回路としてロイヤーソフトスタート
回路を採用した場合に良好に機能する。

【００２２】したがって、頻繁に点滅される状況で使用
しても、蛍光灯の寿命の短縮化を防止することができ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態
であるインバータ式安定器の回路図である。このインバ
ータ式安定器は、高周波電圧発生回路21がロイヤーソフ
トスタート回路により構成され、スタート回路25の構成
が上記説明による従来のインバータ式安定器のスタート
回路24と異なるのみで、その他の回路構成は上記説明に
よる従来のインバータ式安定器と同様である。

【００２４】以下、本発明にかかるインバータ式安定器
のスタート回路25の構成および動作について説明する。
なお、その他の回路構成および動作は上記説明による従
来のインバータ式安定器と同様であるので、それらにつ
いての説明は省略する。また、図１において、図２中の
要素と同等の要素には同番号を付している。

【００２５】スタート回路25は、抵抗R1,R2 、コンデン
サC2、ダイオードD3、ＦＥＴ（電解効果トランジスタ）
Q1からなる。抵抗R3とコンデンサC2がタイマー回路28を
構成しており、抵抗R3と並列接続されたダイオードD3は
コンデンサC2に蓄積された電荷を急速放電するためのも
のである。スイッチとして機能するＦＥＴQ3が低電圧起
動回路22の出力と抵抗R2の一端と接続されている。

【００２６】電源が投入されると、発振回路26が前述の
ように発振を開始し、低電圧起動回路22からは直流電圧
Vaが発生する。電源投入当初はコンデンサC2が充電され
ていないためＦＥＴQ3がオフしている。このため、電源
投入当初は抵抗R2を介してのみ発振回路26に直流バイア
ス電流が供給されるから、トランジスタQ2,Q3 のドライ
ブが浅く発振回路26の出力電圧（高周波電圧）は低く、
蛍光灯の点灯電圧には至らない。したがって、このとき
は蛍光灯は点灯せずフィラメントの予熱のみを行う。

【００２７】時間が経過すると共にコンデンサC2の電圧
が上昇し、ＦＥＴQ1をオンし、低電圧起動回路22から発
振回路26に直流バイアス電流が供給されるようになる。
これにより、トランジスタQ2,Q3 のドライブが深くな
り、発振回路26の高周波電圧が高くなり蛍光灯が点灯す
る。

【００２８】一方、電源がオフされると蛍光灯は消灯
し、ダイオードD3を介してコンデンサC2に蓄積されてい
る電荷が急速に放出される。これにより、コンデンサC2
は瞬時に初期状態（両端電圧がゼロ）になり、電源が再
投入されたときには、コンデンサC2は初期状態から充電
を開始する。

【００２９】したがって、電源のオン・オフを頻繁に繰
り返した場合においても、タイマー回路28のためフィラ
メントの予熱を十分に行った後に蛍光灯の点灯が行われ
るので、フィラメントの電極消耗が激しくなるというこ
とがない。タイマーの時定数を１〜２秒にすることで蛍
光灯の点灯が遅いという問題も生じないと解される。

【００３０】さらに、長さや形状等が異なる蛍光灯に対
しても、必ずフィラメントの予熱を十分に行った後に蛍
光灯の点灯が行われる。したがって、放電開始電圧が高
い蛍光灯に合わせて安定器を設計した場合にあっても、
放電開始電圧が低い蛍光灯に対して予熱が不十分なまま
点灯することによる蛍光灯の寿命の短縮化という問題も
生じない。

【００３１】従って、本発明によるインバータ式安定器
によれば、上述の説明で明らかなように、従来例のイン
バータ式安定器より蛍光灯のフィラメントの電極消耗を
防止し、長寿命化に寄与することが可能となる。また、
異なる種類の蛍光灯を同一の安定器で点灯させても蛍光
灯の寿命を短くするということもないから、従来のよう
に蛍光灯に合わせて多数の種類の安定器を必要とすると
いうこともない。さらに、そのための回路構成も簡易で
あり、しかも、特に特殊な装置を必要とすることもなく
安価に実現することができるから、実用上、工業上の価
値は大きい。

【００３２】なお、上記説明は高周波電圧発生回路がい
わゆるロイヤーソフトスタート回路により構成されたも
のについて説明したが、本発明にかかるインバータ式安
定器は、高周波電圧発生回路として他の方式を用いたも
のにも適用が可能であり、電源投入当初は高周波電圧を
低く抑えて蛍光灯のフィラメントの予熱を行い、フィラ
メントが十分に予熱された後に定常状態の高周波電圧を
発生させて蛍光灯を点灯させるという本発明の技術思想
を逸脱しない範囲内において種々の改良並びに設計の変
更が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態であるインバータ式安定器
の回路図

【図２】従来例のインバータ式安定器の回路図

【符号の説明】

10 電源回路 20,21 高周波電圧発生回路 22 低電圧起動回路 24,25 スタート回路 26 発振回路 28 タイマー回路 Q1 ＦＥＴ（スイッチ） Ｔ トランス LT 負荷（蛍光灯）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧を一旦直流電圧に変換した後、
   高周波電圧発生回路により高周波電圧を発生させ、該高
   周波電圧により蛍光灯の予熱と点灯を行うインバータ式
   安定器において、 タイマー回路と、 該タイマー回路の出力に基づいて前記高周波電圧発生回
   路の駆動電流または駆動電圧を制御するスイッチとを設
   け、 前記交流電圧の投入直後は前記スイッチをオフして前記
   高周波電圧を低くし、所定時間経過後は前記スイッチを
   オンして前記高周波電圧を高くすることを特徴とするイ
   ンバータ式安定器
2. 【請求項２】 前記高周波電圧発生回路が、 ２次巻線および帰還巻線を有するトランスと、該トラン
   スの１次巻線に並列接続された共振コンデンサと、前記
   帰還巻線のそれぞれ一方と制御端子が接続され、前記１
   次巻線のそれぞれ一方と出力端子が接続された２つのス
   イッチング素子とからなる発振回路と、 前記発振回路に駆動電流または駆動電圧を供給する低電
   圧起動回路とから構成されるものであることを特徴とす
   る請求項１記載のインバータ式安定器