JPH1079298A - 蛍光ランプ点灯装置 - Google Patents
蛍光ランプ点灯装置Info
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- JPH1079298A JPH1079298A JP9172418A JP17241897A JPH1079298A JP H1079298 A JPH1079298 A JP H1079298A JP 9172418 A JP9172418 A JP 9172418A JP 17241897 A JP17241897 A JP 17241897A JP H1079298 A JPH1079298 A JP H1079298A
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Abstract
つ簡単で安価な構成の蛍光ランプ点灯装置を提供する。 【解決手段】 電源回路に接続された、第1スイッチン
グ素子および第2スイッチング素子からなる第1直列体
と、電源回路の一方の端子と、第1スイッチング素子お
よび第2スイッチング素子の中点との間に接続された、
第1インダクタ、第1キャパシタおよび蛍光ランプから
なる第2直列体と、第1スイッチング素子の制御端子ま
たは第2スイッチング素子の制御端子に制御電圧を供給
する、第2インダクタ、第2キャパシタ、および第1イ
ンダクタと電磁的に結合された第3インダクタからなる
第3直列体と、第2キャパシタに並列に接続された定電
圧素子と、を備えており、定電圧素子は、制御端子に対
応する陰極端子に対して、正の制御電圧および負の制御
電圧を制御端子に供給し、正の制御電圧の絶対値は、負
の制御電圧の絶対値よりも大きい。
Description
置に関し、より詳細には、複数のスイッチング素子によ
って蛍光ランプを駆動する点灯装置に関する。
しては、例えば、図6に示すいわゆる「シリーズインバ
ータ」がある。図6の回路において、蛍光ランプ8の始
動前に、電流は交流電源1から整流回路3を流れ、この
整流回路3によって、交流電圧は整流されて、平滑キャ
パシタ4に充電されるとともに、抵抗器11、抵抗器2
3、カレントトランス25の2次巻線25cを介して流
れてトリガキャパシタ14に充電される。トリガキャパ
シタ14の電圧がFET6のゲートスレッシュホールド
電圧に達すると、トリガキャパシタ14の電荷がFET
6のゲートに供給され、FET6がオンする。
流回路3を介して、共振キャパシタ7、蛍光ランプ8の
一方の電極8a、予熱キャパシタ9、蛍光ランプ8の他
方の電極8b、インダクタ24、カレントトランス25
の1次巻線25b、FET6のドレイン、整流回路3、
交流電源1に電流が増加しながら流れる。
5bに流れる電流によってカレントトランス25の2次
巻線25cに電圧が発生し、FET6のゲート電圧を供
給し、FET6はオンを維持する。この際、カレントト
ランス25の1次巻線25bを流れる電流も増加を続け
るが、ある時点でカレントトランス25のコアが磁気飽
和し、インダクタンスとしての機能を失う。
ると、カレントトランス25の2次巻線25cの出力が
なくなり、FET6のゲート・ソース間に供給される電
圧がスレッシュホールド電圧以下になるとともに、FE
T6はオフする。
エネルギーによる電流は時間とともに変化する電流であ
るため、カレントトランス25のコアの磁気飽和を境と
して、2次巻線の出力極性が反転する。すなわち、FE
T5のゲート・ソース間に供給される電圧が上昇するの
で、やがてFET5がオンする。
パシタ7、FET5、カレントトランス25の1次巻線
25b、インダクタ24、蛍光ランプ8の一方の電極8
b、予熱キャパシタ9、蛍光ランプ8の他方の電極8
a、共振キャパシタ7と流れ、この電流は、共振キャパ
シタ7、FET5、カレントトランス25、インダクタ
24、蛍光ランプ8の一方の電極8b、予熱キャパシタ
9、蛍光ランプ8の他方の電極8aを含む閉回路で共振
する。
のコアが再び磁気飽和すると、カレントトランス25の
2次巻線25aの出力がなくなり、FET5のゲート・
ソース間に供給される電圧がスレッシュホールド電圧以
下になるので、FET5はオフし、次いでカレントトラ
ンス25の2次巻線の出力極性の反転により、再びFE
T6がオンする。以後この動作を繰り返す。
8bを流れて電極8a、8bを加熱する。同時に蛍光ラ
ンプ8は、その電極間に共振によって大きな電圧が印加
されるため、電極温度が上昇し、点灯する。
蛍光ランプ点灯装置は、蛍光ランプを高周波でスイッチ
ングさせるためにカレントトランスを用いる。しかし、
このような従来の蛍光ランプ点灯装置は、カレントトラ
ンスを用いているため点灯装置の小型化を阻害している
とともに、カレントトランスが高価なため製造コストが
大きくなってしまうという問題があった。
れたものであり、その目的は、カレントトランスを使用
することなく、小型かつ簡単で安価な構成で、蛍光ラン
プを始動・点灯させることのできる蛍光ランプ点灯装置
を提供することである。
点灯装置は、電源回路に接続された、第1スイッチング
素子および第2スイッチング素子からなる第1直列体
と、電源回路の一方の端子と、第1スイッチング素子お
よび第2スイッチング素子の中点との間に接続された、
第1インダクタ、第1キャパシタおよび蛍光ランプから
なる第2直列体と、第1スイッチング素子の制御端子ま
たは第2スイッチング素子の制御端子に制御電圧を供給
する、第2インダクタ、第2キャパシタ、および第1イ
ンダクタと電磁的に結合された第3インダクタからなる
第3直列体と、第2キャパシタに並列に接続された定電
圧素子と、を備えており、定電圧素子は、制御端子に対
応する陰極端子に対して、正の制御電圧および負の制御
電圧を制御端子に供給し、正の制御電圧の絶対値は、負
の制御電圧の絶対値よりも大きく、そのことにより上記
目的が達成される。
第2キャパシタの共振周波数は、第1スイッチング素子
および第2スイッチング素子がスイッチングする周波数
よりも高い。
図面を用いて説明する。
「制御端子」は、FET(電界効果トランジスタ)のゲ
ート、バイポーラトランジスタのベース、IGBT(絶
縁ゲートバイポーラトランジスタ)のゲートを総称す
る。スイッチング素子の「陽極端子」は、FETのドレ
イン、バイポーラトランジスタのコレクタ、IGBTの
コレクタを総称し、スイッチング素子の「陰極端子」
は、FETのソース、バイポーラトランジスタのエミッ
タ、IGBTのエミッタを総称する。
光ランプ点灯装置の実施の形態1の回路図である。蛍光
ランプ点灯装置100は、例えば、交流電源1から蛍光
ランプ8を点灯させるエネルギーを受け取る。交流電源
1は典型的には家庭のコンセントであり、実効値100
Vの交流電圧を整流回路3に出力する。雑音防止キャパ
シタ2は、交流電源1と、整流回路3との間に設けられ
ることによって、蛍光ランプ点灯装置100が発生する
スイッチング雑音が交流電源1に漏れることを防止す
る。
してから脈流を平滑キャパシタ4に出力する。平滑キャ
パシタ4は、全波整流された脈流を受け取り、電荷を蓄
積することによって、リップル成分を減少させる。結
局、ほぼ直流に変換された電圧が、端子VINおよび端
子GNDの間に発生する。実効値100Vの交流電源1
を用いれば、端子GNDに対する端子VINの電圧は、
約140Vになる。
VINに接続され、FET5のソース(陰極端子)は、
FET6のドレイン(陽極端子)に接続され、FET6
のソース(陰極端子)は、端子GNDに接続される。す
なわち、FET5およびFET6は、直列に接続され
る。
の順で直列に接続された共振キャパシタ7、蛍光ランプ
の電極8a、予熱キャパシタ9、蛍光ランプの電極8
b、およびチョークコイル10の1次巻線10bが接続
される。端子INTは、FET5およびFET6の中
点、すなわち、FET5のソースおよびFET6のドレ
インが接続される点である。本明細書において、「端
子」は、外部との接続のための物理的な端子の構造を必
ずしも必要としないことに注意されたい。例えば、回路
図における端子VIN、INTおよびGNDなどは、い
ずれも実際の製品においてはプリント基板上の銅箔パタ
ーンの1部に対応する。
8の一対の電極8aおよび8bの間に設けられた予熱キ
ャパシタ9を含め、全体として高周波インバータ回路を
構成する。蛍光ランプ点灯装置100は、交流電源1か
ら端子VINおよびGNDまでの交流から直流への変換
回路を含むが、この回路を含まなくても本発明に包含さ
れる。例えば、蛍光ランプ点灯装置100から交流・直
流変換回路を除き、端子VINおよびGNDにおいて直
流電圧を受け取ってもよい。受け取られた直流電流は、
交互にオンするFET5および6を介して、直列に接続
された共振キャパシタ7、蛍光ランプ8、および1次巻
線10bを流れることによって、蛍光ランプを点灯させ
る。
る回路を説明する。チョークコイル10は、1次巻線1
0bと、2次巻線10aおよび10cとを有する。1次
巻線10bに電流が流れることによって、2次巻線10
aおよび10cは、それぞれFET5および6のゲート
を駆動する電圧を発生し、自励発振を可能にする。
は、直列に接続された2次巻線10aおよびインダクタ
21と、直列に接続されたツェナダイオード19および
20と、キャパシタ22とがそれぞれ並列に接続され
る。FET5のドレインおよびソースには、並列に抵抗
器11およびキャパシタ12が接続される。
は、直列に接続された2次巻線10cおよびインダクタ
15と、直列に接続されたツェナダイオード17および
18と、キャパシタ16とがそれぞれ並列に接続され
る。FET6のゲートおよび端子INTには、抵抗器2
3が接続される。端子VLおよび端子GNDの間には、
トリガキャパシタ14が接続される。
び抵抗器23を介して、トリガキャパシタ14に充電さ
れる。逆にツェナダイオード17および18の中点と、
端子GNDとの間には、トリガキャパシタ14に蓄積さ
れた電荷を放電するための抵抗器13が接続される。
と、19および20とを説明する。図2は、直列接続さ
れた2つのツェナダイオードの両端の電圧VZDと、2
つのツェナダイオードを流れる電流IZDとの向きを示
す回路図である。図3は、直列接続されたツェナダイオ
ードの特性を、電圧VZDおよび電流IZDの関係によ
って示す図である。図2のように電圧VZDおよび電流
IZDを決めれば、図3に示すように、正の制御電圧V
Pおよび負の制御電圧VNの範囲では、抵抗は実質的に
無限大であり、正の制御電圧VPまたは負の制御電圧V
Nを越えれば、抵抗は実質的にゼロである。したがって
図3に示すように、ツェナダイオード17および18
は、FET6のゲートに印加される制御電圧を正の制御
電圧VPおよび負の制御電圧VNにおいてクリップす
る。言い換えれば、ツェナダイオード17および18
は、FET6の制御端子であるゲートに、同じFET6
の陰極端子であるソースに対して、正の制御電圧VPお
よび負の制御電圧VNを供給する。
の制御電圧VPの絶対値が負の制御電圧VNの絶対値に
等しくてもよいが、実施の形態2で後述するように、好
ましくは、正の制御電圧VPの絶対値は、負の制御電圧
VNの絶対値よりも大きい。ツェナダイオード19およ
び20も、ツェナダイオード17および18と同じ特性
をもつ。
説明する。蛍光ランプ8の始動前には、交流電源1(例
えば、コンセント)から供給される商用交流電圧は、雑
音防止キャパシタ2、整流回路3および平滑キャパシタ
4を通り、ほぼ直流の電圧に変換される。端子VINお
よびGNDの間に発生する直流電圧によって、共振キャ
パシタ7、蛍光ランプ8の一方の電極8a、予熱キャパ
シタ9、蛍光ランプ8の他方の電極8b、チョークコイ
ル10の1次巻線10b、およびFET6を電流が流れ
る。その結果、平滑キャパシタ4は、交流電源1が供給
する電圧の波高値(例えば、140V)まで充電され
る。その結果、トリガキャパシタ14は、抵抗器11、
抵抗器23、インダクタ15、およびチョークコイル1
0の2次巻線10cを通して充電される。
T6のゲートスレッシュホールド電圧に達すると、トリ
ガキャパシタ14の電荷がFET6のゲートに供給さ
れ、FET6がオンする。FET6がいったんオンする
と、端子VINおよび端子GNDの間に印加された電圧
によって、共振キャパシタ7、蛍光ランプ8の一方の電
極8a、予熱キャパシタ9、蛍光ランプ8の他方の電極
8b、チョークコイル10の1次巻線10b、およびF
ET6を流れる電流が増加する。
流が流れるので、チョークコイル10の2次巻線10c
の両端に電圧が発生する。その結果、FET6のゲート
電圧がより高くなり、FET6はオンを維持する。
cを流れる電流は、2次巻線10cに接続されるインダ
クタ15およびキャパシタ16の共振によって逆向きに
流れ始める。その結果、FET6のゲート・ソース間に
供給される電圧が、FET6のゲートスレッシュホール
ド電圧より小さくなるので、FET6はオフする。
次巻線10aは、2次巻線10cとは逆の向きに巻かれ
ているので、2次巻線10cの両端の電圧が小さくなる
と、逆に2次巻線10aの両端の電圧は大きくなる。そ
の結果、FET6がオフした後には、FET5のゲート
・ソース間に供給される電圧も大きくなり、FET5が
オンする。
に蓄えられた電荷が、FET5、チョークコイル10、
蛍光ランプ8の一方の電極8b、予熱キャパシタ9、お
よび蛍光ランプ8の他方の電極8aを含む閉回路を移動
する。この電流は、チョークコイル10の1次巻線10
b、共振キャパシタ7、および予熱キャパシタ9を有す
る直列共振回路によって共振する。
aを流れる電流は、2次巻線10aに接続されるインダ
クタ21およびキャパシタ22の共振によって逆向きに
流れ始める。その結果、FET5のゲート・ソース間に
供給される電圧が、FET5のゲートスレッシュホール
ド電圧より小さくなるので、FET5はオフする。
次巻線10cは、2次巻線10aとは逆の向きに巻かれ
ているので、2次巻線10aの両端の電圧が小さくなる
と、逆に2次巻線10cの両端の電圧は大きくなる。そ
の結果、FET5がオフした後には、FET6のゲート
・ソース間に供給される電圧も大きくなり、FET6が
オンする。以後、上述の動作を繰り返すことによって、
FET5およびFET6は、交互にオンする。
流は、蛍光ランプ8の電極8aおよび8bを流れること
によって、電極8aおよび8bを加熱する。それと同時
に蛍光ランプ8の電極8aおよび8bの間には、共振に
よる大きな振幅をもつ電圧が印加される。電極の加熱
と、電極間の高電圧とにより、蛍光ランプ8は点灯し、
その後、点灯を維持し続ける。
形態1は、スイッチング素子であるFET5およびFE
T6のゲートの高周波駆動を、それぞれインダクタ21
およびキャパシタ22、およびインダクタ15およびキ
ャパシタ16の共振によって実現している。したがっ
て、従来の技術とは異なり、カレントトランスを使用す
ることなく、蛍光ランプを始動・点灯できる。その結
果、より小型かつ簡単で安価な構成の蛍光ランプ点灯装
置を提供できる。
下に例示する。
V、 1次巻線10bのインダクタンス:0.7mH、 1次巻線10bのターン数:136回、 2次巻線10aおよびcのターン数:10回、 共振キャパシタ7のキャパシタンス:0.1μF、 予熱キャパシタ9のキャパシタンス:9100pF、 平滑キャパシタ4のキャパシタンス:33μF、 トリガキャパシタ14のキャパシタンス:0.033μ
F、および ツェナダイオード17〜20のツェナ電圧:10.0V
(つまり正の制御電圧VP=+10.0V、負の制御電
圧VN=−10.0V)。
数は、上記の値に限定されるものではないが、例えば、
上記定数を用いれば、良好にランプを始動・点灯するこ
とができる。
ャパシタ16の共振周波数は、FET5および6のスイ
ッチング周波数よりも高い。例えば、インダクタ15お
よびキャパシタ16の共振周波数は、約100kHzで
あり、FET5および6のスイッチング周波数は、約1
0kHz〜約75kHzの範囲にある。インダクタ21
およびキャパシタ22の共振周波数についても同様のこ
とがいえる。
点灯装置の実施の形態2は、実施の形態1の効果に加え
て、貫通電流を確実に防げるという効果を有する。この
貫通電流は、ランプ点灯装置100のFET5および6
が同時にオンすることによって、端子VINおよび端子
GNDが短絡されて流れる電流である。実施の形態1
は、本来、FET5および6が同時にオンしない構成で
ある。しかし回路を構成する部品の定数のばらつきや、
部品の温度特性などに起因して、FET5および6が同
時にオンすることもありうる。
よび6の、ゲート・ソース間電圧VGSおよびドレイン
電流IDを示すグラフである。横軸は時間を示し、縦軸
はゲート・ソース間電圧VGSについては電圧を示し、
ドレイン電流IDについては電流を示す。実施の形態1
においては、正の制御電圧VP(例えば、+10.0
V)の絶対値は、負の制御電圧VN(−10.0V)の
絶対値に等しい。したがって、図4に示すようにFET
5のオン期間TON5およびFET6のオン期間TON
6の間には、いわゆるデッドタイムTDが存在しない。
理論上は、図4のタイミングであれば、貫通電流は流れ
ない。しかし実際の製品においては、部品のばらつき
や、温度特性などにより、オン期間TON5およびTO
N6が時間軸上で重なりうる。この場合、FET5およ
び6が同時にオンしている期間ができ、貫通電流が流
れ、FET5および6における電力ロスが大きくなる。
またFET5および6における発熱のためにFET5お
よび6の劣化が加速されうる。
よび6の、ゲート・ソース間電圧VGSおよびドレイン
電流IDを示すグラフである。横軸は時間を示し、縦軸
はゲート・ソース間電圧VGSについては電圧を示し、
ドレイン電流IDについては電流を示す。実施の形態2
においては、正の制御電圧VP(例えば、+10.0
V)の絶対値は、負の制御電圧VN(−8.2V)の絶
対値よりも大きい。図5に示すようにFET5のオン期
間TON5およびFET6のオン期間TON6の間には
デッドタイムTDが存在する。
Pの絶対値は、負の制御電圧VNの絶対値よりも大き
い。言い換えれば、実施の形態2の蛍光ランプ点灯装置
は、実施の形態1の蛍光ランプ点灯装置100と同じ回
路構成ではあるが、ツェナダイオード17〜20のツェ
ナ電圧V17〜V20が、「V17<V18かつV19
<V20」という関係を満たす。ツェナダイオード17
〜20のツェナ電圧を上記関係を満たすように設定する
ことによって、図5に示すデッドタイムTDを設けるこ
とができる。すなわち、FET5および6が同時にオン
することを確実に防止できる。
な構成によって、2つのスイッチング素子の同時オンを
防止でき、このためスイッチング素子が早期に劣化して
しまうことを防げる。
ードのそれを除き、例えば、実施の形態1と同じであ
る。すなわち、 交流電源1の出力電圧の実効値:100V、 1次巻線10bのインダクタンス:0.7mH、 1次巻線10bのターン数:136回、 2次巻線10aおよびcのターン数:10回、 共振キャパシタ7のキャパシタンス:0.1μF、 予熱キャパシタ9のキャパシタンス:9100pF、 平滑キャパシタ4のキャパシタンス:33μF、 トリガキャパシタ14のキャパシタンス:0.033μ
F、 ツェナダイオード17および19のツェナ電圧:8.2
V(つまり負の制御電圧VN=−8.2V)、および ツェナダイオード18および20のツェナ電圧:10.
0V(つまり正の制御電圧VN=10.0V)。
数は、上記の値に限定されるものではないが、例えば、
上記定数を用いれば、良好にランプを始動・点灯するこ
とができ、かつ確実に貫通電流を防止できる。
御端子を有するスイッチング素子として、FETを用い
たが、バイポーラトランジスタ、IGBTなど、その他
の制御端子を有するスイッチング素子を用いても同様の
効果を得ることができる。また、点灯回路として、シリ
ーズインバータを用いたが、制御端子を有するスイッチ
ング素子をLC共振により駆動するなら、他の構成、例
えば一石インバータなどを用いても同様の効果が得られ
る。また、予熱キャパシタ9を蛍光ランプ8の反電源側
に設けたが、電源側に設けても同様の効果が得られる。
いることなく、小型かつ簡単で安価な構成の蛍光ランプ
点灯装置を提供できる。
素子のオン期間が時間軸上で重ならないようにスイッチ
ング素子を駆動できるので、スイッチング素子の同時オ
ンを防ぎ、スイッチング素子のロスを抑制し、スイッチ
ング素子の熱による部品の早期劣化を防止することがで
きる小型かつ簡単で安価な蛍光ランプ点灯装置を提供で
きる。
1の回路図である。
の電圧VZDと、2つのツェナダイオードを流れる電流
IZDとの向きを示す回路図である。
圧VZDおよび電流IZDの関係によって示す図であ
る。
ート・ソース間電圧VGSおよびドレイン電流IDを示
すグラフである。
ート・ソース間電圧VGSおよびドレイン電流IDを示
すグラフである。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 電源回路に接続された、第1スイッチン
グ素子および第2スイッチング素子からなる第1直列体
と、 前記電源回路の一方の端子と、前記第1スイッチング素
子および前記第2スイッチング素子の中点との間に接続
された、第1インダクタ、第1キャパシタおよび蛍光ラ
ンプからなる第2直列体と、 前記第1スイッチング素子の制御端子または前記第2ス
イッチング素子の制御端子に制御電圧を供給する、第2
インダクタ、第2キャパシタ、および前記第1インダク
タと電磁的に結合された第3インダクタからなる第3直
列体と、 前記第2キャパシタに並列に接続された定電圧素子と、
を備えており、 前記定電圧素子は、前記制御端子に対応する陰極端子に
対して、正の制御電圧および負の制御電圧を前記制御端
子に供給し、前記正の制御電圧の絶対値は、前記負の制
御電圧の絶対値よりも大きい蛍光ランプ点灯装置。 - 【請求項2】 前記第2インダクタおよび前記第2キャ
パシタの共振周波数は、前記第1スイッチング素子およ
び前記第2スイッチング素子がスイッチングする周波数
よりも高い請求項1に記載の蛍光ランプ点灯装置。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17241897A JP3821454B2 (ja) | 1996-07-12 | 1997-06-27 | 蛍光ランプ点灯装置 |
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GB9714513A GB2315375B (en) | 1996-07-12 | 1997-07-10 | Flourescent lamp lighting apparatus |
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