JPH10500531A - スイッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 抵抗（Ｒ１）およびコンデンサ（Ｃ１）を具えるタイマ回路によって発振周波数が決まる直流−交流変換器を具え、高周波電流によりランプを作動するスイッチング装置を提供する。本発明によれば、スイッチング素子（Ｓ３）を含み、ランプの点弧中タイマ回路のＲＣ周期を増大するチェーンＣをもタイマ回路に設け、これによりランプの両端間の電圧の振幅を増大させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】 スイッチング装置発明の技術分野 本発明は直流−交流変換器を具え、高周波電流によりランプを作動させるスイ ッチング装置であって、前記直流−交流変換器は：スイッチング素子Ｓ１および 直流源の両極に接続すべき端子を含む支路Ａと；前記スイッチング素子を分路す るとともに変成器Ｔの一次巻線Ｌ１、容量性手段Ｃ、誘導性手段Ｌおよび前記ラ ンプを収納するホルダを具える負荷分路Ｂと；前記スイッチング素子の制御電極 に結合され、前記変成器Ｔの二次巻線Ｌ２およびこの二次巻線Ｌ２に結合された タイマ回路を含む制御回路とを具え、この制御回路には直列接続の抵抗性インピ ーダンスＲ１、容量性素子Ｃ１および補助スイッチング素子Ｓ２を設け、この補 助スイッチング素子を抵抗性インピーダンスＲ１および容量性素子Ｃ１の接続点 に結合するとともに前記スイッチング素子Ｓ１の制御電極に結合するようにした スイッチング装置に関するものである。発明の背景 この種スイッチング装置は米国特許明細書第4,525,648号から既知である。こ の既知のスイッチング装置の直流−交流変換器は半ブリッジ型とするとともに分 路Ａは２つのスイッチング素子を具え、これらスイッチング素子を前記変成器Ｔ の各二次巻線を経て交互に導通状態および非導通状態とするようにしている。各 スイッチング素子はタイマ回路および変成器Ｔの二次巻線を具える制御回路に結 合する。両タイマ回路は直列接続の抵抗およびコンデンサを具えるとともにこれ によって変成器Ｔの各二次巻線の両端を相互接続する。各タイマ回路の抵抗およ びコンデンサの接続点を他の抵抗を経て補助トランジスタの制御電極に接続する とともにこの補助トランジスタのコレクタを前記分路Ａのスイッチング素子の制 御電極に接続する。分路Ａのスイッチング素子が導通状態にある際には、タイマ 回路のコンデンサは導通状態にあるスイッチング素子に結合された二次巻線の両 端間に存在する電圧電圧によってタイマ回路の抵抗を経て充電する。コンデンサ の両端間の電圧が充分高くて前記補助トランジスタが導通状態となる場合には、 分路Ａの導通状態にあるスイッチング素子がこれにより非導通状態となる。これ がため、分路Ａの両スイッチング素子のコンダクタンスの周期、従って、高周波 電流の周波数は前記タイマ回路のＲＣ周期によって決まる。スイッチング装置に よって作動するランプがいまだ点弧されない場合には、負荷分路Ｂを流れる電流 は減衰されず、従って、二次巻線の両端間の電圧の振幅は比較的大きくなる。こ の電圧の比較的高い振幅によってタイマ回路のコンデンサを一層迅速に充電して 分路Ａのスイッチング素子のスイッチング頻度を増大する。この比較的高いスイ ッチング頻度はタイマ回路の抵抗の両端間にブレークダウン素子を設けることに よってさらに増大させることができ、これらブレークダウン素子はランプがいま だ点弧していない場合に二次巻線の両端間の電圧の振幅が比較的高くなる際にの み導通状態となる。既知のスイッチング装置においては、これらブレークダウン 素子をツェナーダイオードとして構成する。一般に、スイッチング素子は、スイ ッチング比較的の増大によってランプの両端間の電圧を減少するとともにランプ の電極を流れる電流をも減少する。これは、これら電極がこれに損傷を与えない 程度に充分低い電流によって予備加熱されるが、ランプ間の電圧は電極が予備加 熱されていない際にランプが点弧されない程度に低い値である。往々にして、ラ ンプは電極が予備加熱された後の同一の電圧によって点弧することがある。しか し、一般にスイッチング装置およびランプの寸法に依存によっては、電極を予備 加熱するランプの両端間の電圧と同一の電圧によって、または、電極の予備加熱 が行われていない場合にはスイッチング装置が作動状態となった後のランプの両 端間の電極によってランプを点弧することができないことがしばしばある。発明の概要 本発明の目的はスイッチング装置の寸法およびスイッチング装置によって作動 するランプの寸法とはほぼ無関係にランプを点弧し得るようにしたスイッチング 装置を提供せんとするにある。 この目的のため、本発明は直流−交流変換器を具え、高周波電流によりランプ を作動させるスイッチング装置であって、前記直流−交流変換器は：スイッチン グ素子Ｓ１および直流源の両極に接続すべき端子を含む支路Ａと；前記スイッチ ング素子を分路するとともに変成器Ｔの一次巻線Ｌ１、容量性手段Ｃ、誘導性手 段Ｌおよび前記ランプを収納するホルダを具える負荷分路Ｂと；前記スイッチン グ素子の制御電極に結合され、前記変成器Ｔの二次巻線Ｌ２およびこの二次巻線 Ｌ２に結合されたタイマ回路を含む制御回路とを具え、この制御回路には直列接 続の抵抗性インピーダンスＲ１、容量性素子Ｃ１および補助スイッチング素子Ｓ ２を設け、この補助スイッチング素子を抵抗性インピーダンスＲ１および容量性 素子Ｃ１の接続点に結合するとともに前記スイッチング素子Ｓ１の制御電極に結 合するようにしたスイッチング装置において、 前記タイマ回路にはそのＲＣ周 期の設定に用いられる他のチェーンＣを具え、このチェーンに他の補助スイッチ ング素子Ｓ３を設け、この他の補助スイッチング素子Ｓ３の制御電極をこの補助 スイッチング素子Ｓ３の導通状態を制御する手段Ｍに結合して、定常ランプ作動 中よりもランプの点弧中前記タイマ回路のＲＣ周期が長くなるようにしたことを 特徴とする。 点弧状態中、即ち、電極の予備加熱後、または、電極がように加熱されていな い場合には、スイッチング装置を作動状態とした直後に、チェーンＣおよび手段 Ｍによって、タイマ回路のＲＣ周期を増大する。タイマ回路のＲＣ周期のこの増 大によって、負荷分路に流れる高周波電流のスイッチング頻度を減少させる。こ の減少によってランプの両端間の電圧の振幅を増大してランプが点弧し得るよう にする。 前記チェーンＣは直列接続の前記他の補助スイッチング素子Ｓ３および他の抵 抗性インピーダンスＲ３を具えるとともにこれによって前記抵抗性インピーダン スＲ１を分路する。チェーンＣのかかる例において、ランプの点弧中のタイマ回 路のＲＣ周期は、前記手段Ｍによって点弧状態で前記他の補助スイッチング素子 Ｓ３を非導通状態とするようにして増大させる。その他のランプ作動状態では毎 回前記他の補助スイッチング素子Ｓ３は導通状態に保持される。或は又、このチ ェーンＣは直列接続の前記他の補助スイッチング素子Ｓ３および他の容量性素子 Ｃ２として構成することができ、この容量性素子Ｃ２をチェーンＣによって分路 する。この場合には、タイマ回路のＲＣ周期はランプの点弧中に増大させて前記 手段Ｍによって点弧中に前記他の補助スイッチング素子Ｓ３を導通状態にする。 その他のランプ作動状態では毎回前記他の補助スイッチング素子Ｓ３は非導通状 態に保持される。何れの場合にも、チェーンＣは簡単且つ信頼性をもって形成さ れる。 手段Ｍは、これがチェーンＤを具え、このチェーンＤによって前記他の補助ス イッチング素子Ｓ３の制御電極を前記負荷分路Ｂの所定点に接続し得るようにす る。かかる手段Ｍは簡単に形成されるにもかかわらず、信頼性をもって作動する ことを確かめた。 通常、ランプの電極はランプの点弧前に予備加熱する必要がある。この予備加 熱処理中、ランプの両端間の電圧の振幅はランプが点弧しないような低いレベル に保持する必要がある。前記スイッチング装置には前記ランプの両端間の電圧の 振幅を所定時間間隔中制限するように作動する他のタイマ回路を含む予備加熱回 路を設けることによってこれら電極を予備加熱することができる。 本発明スイッチング装置においては、前記直流−交流変換器をブリッジ回路と することによって満足な結果を得ることができる。ブリッジ回路を半ブリッジ回 路とする場合には、前記直流−交流変換器は２つのスイッチング素子を具える。 これらスイッチング素子の各々の制御電極を各々の制御回路に結合する。これら 制御回路の各々はタイマ回路を具える。点弧電圧を充分増大させるためには、前 記手段Ｍに結合されたチェーンＣをこれらタイマ回路の１つのみに設ける必要が あることを確かめた。 前記変成器Ｔおよび前記誘導性手段Ｌを１つの物理的構成素子に集積化するこ とによって本発明スイッチング装置の構成を相対的に簡単化させることができる 。図面の簡単な説明 図１はランプが接続された本発明スイッチング装置の一例を示す回路図、 図２はランプが接続された本発明スイッチング装置の他の例を示す回路図であ る。発明を実施するための最良の形態 図１は本発明スイッチング装置の第１実施例を示し、図中１５は予備加熱電極 を具える低圧水銀蒸気放電ランプを示す。端子１および２、ダイオードブリッジ ３およびコンデンサ１０を除くスイッチング装置の全ての構成素子は直流−交流 変換器を構成する。分路Ａはスイッチング素子Ｓ１およびＳ１′、ダイオード５ ０および５０′並びに端子Ｋ１およびＫ２によって構成する。負荷分路Ｂは変成 器Ｔ、コイルＬ、コンデンサ１７および１４並びにランプ収納ホルダＫ３および Ｋ４によって構成する。第１制御回路は二次巻線Ｌ２、抵抗３６′、３７′、４ １′、６１、６２、６９、７０Ｒおよび１Ｒ２、コンデンサ６３、３８′および Ｃ１、ダイオード３４′および７１、ツェナーダイオード３５′、スイッチング 素子Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４およびブレークダウン素子６４によって構成する。チェー ンＣは抵抗６９、抵抗Ｒ２およびスイッチング素子Ｓ３によって構成する。本例 では、スイッチング素子Ｓ２は補助スイッチング素子とし、スイッチング素子Ｓ ３は他の補助スイッチング素子とする。抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１およびチェー ンＣによって第１タイマ回路を構成する。手段Ｍはスイッチング素子Ｓ４、抵抗 ６６および７０並びにダイオード６９によって構成する。また、抵抗６１および ６２、コンデンサ３８′および６３、ブレークダウン素子６４およびダイオード ７１によって予備加熱回路を構成し、この予備加熱回路には所定時間間隔に亘り ランプの両端間の電圧の振幅を制限する他のタイマ回路をも設ける。第２タイマ 回路は二次巻線Ｌ３、抵抗３６、３７、４１Ｒ１′二次巻線Ｌ３、抵抗３６、３ ７、４１およびＲ１′、コンデンサ３８およびＣ１′、スイッチング素子Ｓ２′ 、ダイオード３４およびツェナーダイオード３５によって構成する。この第２タ イマ回路の時定数は抵抗Ｒ１′およびコンデンサＣ１′によって決まる。スイッ チング素子Ｓ２′によって補助スイッチング素子を構成する。 記号１および２は交流源に接続すべき端子であり、記号３はダイオード４，５ ，６および７により形成されたダイオードブリッジである。このダイオードブリ ッジ３の各に対応するを前記端子１および２にそれぞれ接続する。コンデンサ１ ０によって端子Ｋ１およびＫ２を相互接続する。このコンデンサ１０は直列接続 のスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ１′によって分路する。スイ ッチング素子Ｓ１′はダイオード５０によって分路してダイオード５０の陽極を スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ１′の接続点に接続するととも にダイオード５０の陰極を端子Ｋ１に接続し得るようにする。スイッチング素子 Ｓ１はダイオード５０′によって分路してダイオード５０′の陽極を端子Ｋ２に 接続するとともにダイオード５０′の陰極をスイッチング素子Ｓ１およびスイッ チング素子Ｓ１′の接続点に接続し得るようにする。このスイッチング素子Ｓ１ は直列接続の一次巻線Ｌ１、コンデンサＬ、ホルダＫ３、ランプ１５、ホルダＫ ４およびコンデンサ１４によって分路する。ランプ１５の前記ホルダＫ３および Ｋ４とは反対側の電極の端子をコンデンサ１７によって相互接続する。端子Ｋ２ は直列接続の二次巻線Ｌ２、ダイオード３４′、抵抗３６′および抵抗３７′を 経てスイッチング素子Ｓ１の制御電極に接続する。抵抗３６′および３７′の接 続点を補助スイッチング素子Ｓ２を経て端子Ｋ２に接続する。補助スイッチング 素子Ｓ２の制御電極を抵抗４１′の一端に接続する。抵抗４１′の他端をツェナ ーダイオード３５′の陽極、抵抗Ｒ１の一端およびコンデンサＣ１の一側にそれ ぞれ接続する。ツェナーダイオード３５′の陰極を抵抗３６′およびダイオード ３４′の接続点に接続する。抵抗Ｒ１の他端をダイオード３４′の陽極に接続す る。コンデンサＣ１の他側を他端Ｋ２に接続する。抵抗Ｒ１は直列接続の他の補 助スイッチング素子Ｓ３および抵抗Ｒ２によって分路する。前記他の補助スイッ チング素子Ｓ３の制御電極を抵抗６９を経てダイオード３４′の陽極に接続する 。前記他の補助スイッチング素子Ｓ３の制御電極は直列接続のスイッチング素子 Ｓ４および抵抗７０を経て他のＫ２にも接続する。スイッチング素子Ｓ４の制御 電極は直列接続の抵抗６６およびダイアグラム６７を経てコイルＬおよびホルダ Ｋ３の接続点に接続する。抵抗３７′をコンデンサ３８′によって分路する。抵 抗３６′は直列接続のブレークダウン素子６４、抵抗６１およびダイオード７１ によって分路する。スイッチング素子Ｓ１の制御電極は直列接続の抵抗６２およ びコンデンサ６３を経て抵抗３６′およびダイオード３４′の接続点に接続する 。抵抗６２およびコンデンサ６３の接続点をブレークダウン素子６４の制御電極 に接続する。スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ１′の接続点は直 列接続の二次巻線Ｌ３、ダイオード３４、抵抗３６および抵抗３７を経てスイッ チング素子Ｓ１′の制御電極に接続する。抵抗３７はコンデンサ３８によって分 路する。補助スイッチング素子Ｓ２′によって抵抗３６および抵抗３７の接続点 をスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ１′の接続点に接続する。補 助スイッチング素子Ｓ２′の制御電極を抵抗４１の第１端子に接続する。抵抗４ １の第２端子をツェナーダイオード３５の陽極、抵抗Ｒ１′の第１端子およびコ ンデンサＣ１′の一側にそれぞれ接続する。ツェナーダイオード３５の陰極はテ レビジョン３６およびダイオード３４の接続点に接続する。抵抗Ｒ１′の他端は ダイオード３４の陽極に接続する。コンデンサＣ１の他側はスイッチング素子Ｓ １およびスイッチング素子Ｓ１′の接続点に接続する。 図１に示すスイッチング装置の作動は次の通りである。 端子１および２を交流電源に接続すると、コンデンサ１０の両端間に直流電圧 が発生し、図１に示さない手段によって直流−交流変換器が発振を開始する。ス イッチング素子Ｓ１およびＳ１′を交互に導通状態および非導通状態とすること により負荷分路Ｂに第１周波数ｆ１の高周波電流が流れる。ランプの点弧は制御 回路が作動状態となった直後は発生しないため、高周波電流の振幅は相対的に高 い。これがため、二次巻線Ｌ２およびＬ３の両端間の電圧の振幅も相対的に高く 、従って、コンデンサＣ１およびＣ１′は抵抗Ｒ１およびＲ１′を経てそれぞれ 充電されるだけでなくツェナーダイオード３５および３５′をも経てそれぞれ充 電されるようになる。スイッチング素子Ｓ１が導通状態になると、コンデンサＣ １も他の補助スイッチング素子Ｓ３および抵抗Ｒ２を経て充電されるようになる 。コンデンサＣ１の両端間の電圧が補助スイッチング素子Ｓ２の導通状態となる 大きさに増大するとスイッチング素子Ｓ１を抵抗３７′およびコンデンサ３８′ を経て非導通状態とする。従って、スイッチング素子Ｓ１′が導通状態となり、 且つスイッチング素子Ｓ２′が導通状態となる電圧レベルにコンデンサＣ１′が 充電された後にコンデンサ３８を抵抗３７を経て非導通状態とする。これがため スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ１′の導通周期、従って、負荷 分路の高周波電流の周波数は制御回路の一部分を形成するタイマ回路によって決 まる。このスイッチング装置は周波数ｆ１でランプの電極が予備加熱されるよう に寸法を決める。しかし、この周波数ｆ１ではランプの両端間の電圧の振幅は低 くて電極を加熱した後でもランプが点弧しなくなる。スイッチング素子Ｓ１の導 通周期中コンデンサ６３も充電される。コンデンサ６３の両端間の電圧が充分に 高くなると、ブレークダウン素子６４が導通状態となり抵抗６１が抵抗３６′に 並列に配置されるようになる。並列接続の抵抗３６′および抵抗６１の実効抵抗 は抵抗３６′の抵抗値よりも著しく小さい。その結果、スイッチング素子Ｓ１の 制御電極を流れる電流は増大するが、コンデンサＣ１を充電する電流は減少する 。これがため、負荷分路の高周波電流の周波数はそれ自体周波数ｆ１よりも低い 周波数に調整されるようになる。この周波数低減のため、負荷分路の高周波電流 の振幅が増大し、補助スイッチング素子Ｓ４を導通状態とし、従って、補助スイ ッチング素子Ｓ３を非導通状態とする。補助スイッチング素子Ｓ３が非導通状態 となることによってタイマ回路のＲＣ周期が増大し、これにより動作周波数を一 層減少する。斯様に動作周波数が一層減少することによって負荷分路の高周波電 流の振幅およびランプの両端間の電圧の振幅を増大し、従ってランプが点弧可能 となる。ランプの点弧後、負荷分路の高周波電流の振幅が減少する。その結果、 二次巻線の両端間の高周波電圧の振幅が減少する。これがため、コンデンサＣ１ およびＣ１′はそれぞれツェナーダイオード３５′および３５を経てももはや充 電されず、補助スイッチング素子Ｓ３が絶えず導通状態となる。その結果、スイ ッチング装置の動作周波数はランプの定常動作に相当する値を採用するようにな る。スイッチング装置の寸法およびランプの寸法に依存して、ランプの定常動作 中の動作周波数はランプが点弧される周波数よりも低いか、または高くなる。 チェーンＣおよび手段Ｍを除き、図２に示す実施例は図１に示す実施例とほと んど同じである。図２の実施例では、チェーンＣはダイオード６５、補助スイッ チング素子Ｓ３およびコンデンサＣ２によって構成する。手段Ｍは抵抗６６およ びダイオード６７によって構成する。直列接続の他の補助スイッチング素子およ びコンデンサＣ２によってコンデンサＣ１を分路する。他の補助スイッチング素 子およびコンデンサＣ２の接続点をダイオード６５の陽極に接続する。ダイオー ド６５の陰極を抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１の接続点に接続する。他の補助ス イッチング素子Ｓ３の制御電極を直列接続の抵抗６６およびダイオード６７を経 てコイルＬおよびホルダＫ３の接続点に接続する。 図２に示すスイッチング装置の作動は図１に示すスイッチング装置の作動とほ とんど対応する。図１に示す上述したスイッチング装置と同様に、ブレークダウ ン素子６４はランプの電極が予備加熱された後に導通状態となるため負荷分路の 高周波電流の周波数が減少する。高周波電流の振幅が斯様に増大すると補助スイ ッチング素子を導通状態とし、従ってコンデンサＣ１およびＣ２が並列に配置さ れ、タイマ回路のＲＣ周期が増大するようになる。斯様にＲＣ周期が増大すると 負荷分路の高周波電流の周波数をさらに増大し、従ってランプの両端間の電圧の 振幅をさらに増大してランプを点弧せしめるようになる。ランプの点弧後は負荷 分路の高周波電流の振幅が減少し他の補助スイッチング素子Ｓ３を非導通状態と する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．直流−交流変換器を具え、高周波電流によりランプを作動させるスイッチン グ装置であって、前記直流−交流変換器は： ・スイッチング素子Ｓ１および直流源の両極に接続すべき端子を含む支路Ａ と； ・前記スイッチング素子を分路するとともに変成器Ｔの一次巻線Ｌ１、容量 性手段Ｃ、誘導性手段Ｌおよび前記ランプを収納するホルダを具える負荷分路Ｂ と； ・前記スイッチング素子の制御電極に結合され、前記変成器Ｔの二次巻線Ｌ ２およびこの二次巻線Ｌ２に結合されたタイマ回路を含む制御回路とを具え、こ の制御回路には直列接続の抵抗性インピーダンスＲ１、容量性素子Ｃ１および補 助スイッチング素子Ｓ２を設け、この補助スイッチング素子を抵抗性インピーダ ンスＲ１および容量性素子Ｃ１の接続点に結合するとともに前記スイッチング素 子Ｓ１の制御電極に結合するようにしたスイッチング装置において、 前記タイマ回路にはそのＲＣ周期の設定に用いられる他のチェーンＣを具え 、このチェーンに他の補助スイッチング素子Ｓ３を設け、この他の補助スイッチ ング素子Ｓ３の制御電極をこの補助スイッチング素子Ｓ３の導通状態を制御する 手段Ｍに結合して、定常ランプ作動中よりもランプの点弧中前記タイマ回路のＲ Ｃ周期が長くなるようにしたことを特徴とするスイッチング装置。 ２．前記チェーンＣによって前記抵抗性インピーダンスＲ１を分路するとともに このチェーンは直列接続の前記他の補助スイッチング素子Ｓ３および他の抵抗性 インピーダンスＲ３を具えることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング装 置。 ３．前記チェーンＣによって前記容量性手段Ｃ１を分路するとともにこのチェー ンは直列接続の前記他の補助スイッチング素子Ｓ３および他の容量性素子Ｃ２を 具えることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング装置。 ４．前記手段ＭはチェーンＤを具え、このチェーンＤによって前記他の補助スイ ッチング素子Ｓ３の制御電極を前記負荷分路Ｂの所定点に接続するようにした ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のスイッチング装置。 ５．前記スイッチング装置は前記ランプの両端間の電圧の振幅を所定時間間隔中 制限する他のタイマ回路を含む予備加熱回路を具えることを特徴とする請求項１ 〜４の何れかの項に記載のスイッチング装置。 ６．前記直流−交流変換器をブリッジ回路とすることを特徴とする請求項１〜５ の何れかの項に記載のスイッチング装置。 ７．前記変成器Ｔおよび前記誘導性手段Ｌを１つの物理的構成素子に集積化する ことを特徴とする請求項１〜６の何れかの項に記載のスイッチング装置。