JPH11285267A - 高周波インバータ、放電ランプ点灯装置および照明装置 - Google Patents

高周波インバータ、放電ランプ点灯装置および照明装置

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JPH11285267A
JPH11285267A JP10084638A JP8463898A JPH11285267A JP H11285267 A JPH11285267 A JP H11285267A JP 10084638 A JP10084638 A JP 10084638A JP 8463898 A JP8463898 A JP 8463898A JP H11285267 A JPH11285267 A JP H11285267A
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JP
Japan
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capacitor
circuit
discharge lamp
lighting device
frequency
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JP10084638A
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English (en)
Inventor
Nobuya Shirata
伸弥 白田
Hajime Osaki
肇 大崎
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Toshiba Lighting and Technology Corp
Original Assignee
Toshiba Lighting and Technology Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高周波雑音を抑止するためのインダクタンス
と、平滑用コンデンサの充電電流を緩やかにして高調波
を低減させるためのインピーダンス素子とを共用化して
その回路構成を簡素化できるとともに小形化を図ること
ができる高周波インバータを提供すること。 【解決手段】交流電源1に対し並列的に接続される雑音
防止用のコンデンサC1と、このコンデンサに対し並列
的に接続され、入力する交流を整流する整流手段4と、
平滑用のコンデンサC2と、平滑用コンデンサC2と雑
音防止用コンデンサC1との間に介挿され、雑音防止用
のコンデンサと共働して高周波成分の商用交流電源側へ
の流出を抑制し、平滑用コンデンサの充電突入電流を抑
制可能に構成された誘導性インピーダンス素子L1と、
直流を高周波交流に変換する高周波発生回路と、高周波
で作動する負荷回路LCとを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、負荷を高周波で作
動させる高周波インバータ、これを用いた放電ランプ点
灯装置および照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の高周波インバータにおい
ては、高周波発生回路で発生した高周波が商用交流電源
に流出しないように、交流電源とこの交流を整流する整
流回路との間に直列に介在するインダクタンスと、この
インダクタンスの交流電源側において交流電源に並列的
に接続してインダクタンスとともに逆L形回路を構成す
るコンデンサとから構成される雑音防止回路が多用され
ていた。また、整流回路の後段に接続され、平滑作用を
成す平滑用コンデンサに対し、その充電電流を緩やかに
して、突入電流を抑止することにより高調波を低減させ
るために、例えば抵抗等のインピーダンスを直列的に接
続するものが使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、これら従来
技術においては、高周波雑音を抑止するためのインダク
タンスと、平滑用コンデンサの充電電流を緩やかにして
高調波を低減させるためのインピーダンス素子とをそれ
ぞれ個別に設けていたため、回路部品点数が増加してさ
らなる小形化を図ることができないという問題がある。
また、回路部品点数が多いために、コスト面においても
問題が残る。
【0004】電球形の蛍光ランプのように小形化および
価格低減が激しく推進されている照明装置にこの種の放
電ランプ点灯装置を組み込むには、少しでも回路部品点
数を少なくして、装置の小形化を図るとともに、コスト
ダウンを実現しなければならない。
【0005】本発明は、これらインダクタンスとインピ
ーダンス素子とを共用化することにより、その回路構成
を簡素化できるとともに小形化を図ることができる高周
波インバータ、これを用いた放電ランプ点灯装置および
照明装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を達成するための手段】請求項1の発明の高周波
インバータは、商用交流電源に対し並列的に接続される
雑音防止用のコンデンサと;雑音防止用のコンデンサに
対し並列的に接続され、入力する交流を直流に整流する
整流手段と;整流手段により整流された直流を平滑する
平滑用のコンデンサと;平滑用のコンデンサと雑音防止
用のコンデンサとの間に介挿され、雑音防止用のコンデ
ンサと共働して高周波成分の商用交流電源側への流出を
抑制すると共に、平滑用コンデンサの充電突入電流を抑
制可能に構成された誘導性インピーダンス素子と;平滑
用コンデンサに対し並列的に接続され、直流を高周波交
流に変換する高周波発生回路と;高周波発生回路で発生
する高周波で作動する負荷回路と;を具備していること
を特徴とする。
【0007】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り用語の定義および技術的意味は次によ
る。
【0008】「高周波インバータ」とは、直流を高周波
に変換する回路手段をいう。ここで「高周波」とは、1
000Hz以上の周波数をいう。
【0009】負荷回路は、高周波発生回路で発生する高
周波で作動するもので、負荷は、放電ランプを始め任意
所望のものであることを許容する。負荷が放電ランプの
場合には、負荷の負特性を補償するために、バラスト手
段としてたとえば限流インダクタンスを負荷と直列接続
する。
【0010】また、放電ランプが蛍光ランプのように低
圧放電ランプの場合に、電極としてフィラメント電極を
用いるとともに、フィラメント電極を熱陰極始動・熱陰
極点灯させるのが一般的であり、このような場合に、フ
ィラメント電極を始動時に加熱する方法には、例えば以
下に示す2とおりのものが採用できる。
【0011】その1は、始動時に少なくとも一方のフィ
ラメント電極を介して放電ランプと並列的に共振用コン
デンサを接続することである。そうすれば、始動時に限
流インダクタンスおよび共振用コンデンサを介して電流
がフィラメントに流れるので、これらと直列接続されて
いるフィラメントが加熱される。これと同時に限流用イ
ンダクタンスと共振用コンデンサとが適度に直列共振し
て、共振用コンデンサの端子電圧が高くなるので、放電
ランプの始動が促進される。
【0012】その2は、フィラメント加熱用トランスを
用いてフィラメント電極を加熱することである。フィラ
メント加熱トランスは、限流用インダクタンスと別に設
けてもよいが、要すればフィラメント加熱巻線を限流用
インダクタンスに磁気結合させることができる。そうす
れば、回路部品点数の増加を抑制できる。
【0013】また、負荷回路は、要すれば高周波発生回
路における発振用のスイッチング素子に対して自励発振
のためのエネルギーと規定の動作周波数とを供給するこ
とができる。
【0014】請求項2の発明の放電ランプ点灯装置は、
放電ランプと;放電ランプを負荷とする請求項1ないし
3のいずれか一記載の高周波インバータと;を具備して
いることを特徴としている。
【0015】放電ランプとしては、蛍光ランプなどを用
いることができる。
【0016】放電ランプを負荷とするので、その負特性
を補償するためにバラスト手段として限流用インピーダ
ンスを直列接続する。
【0017】限流用インピーダンスとしてインダクタン
スを用いる場合には、インダクタンスに補助巻線を1個
磁気結合して付加することにより、小形の帰還手段を構
成することができる。
【0018】しかし、本発明においては、帰還手段はど
のような構成であってもよい。
【0019】また、負荷回路には、限流用のインダクタ
ンスを構成要素とする直列共振回路を付加して高周波イ
ンバータの動作周波数を規制することができる。
【0020】さらに、負荷回路に絶縁トランスを介在さ
せて放電ランプを絶縁トランスを介して接続することが
できる。
【0021】しかし、絶縁トランスを用いないで、直結
してもよい。直結すれば、放電ランプ点灯装置全体の小
形化に効果的である。なお、直結する場合には、負荷で
ある放電ランプに直流分が流れないように結合コンデン
サを放電ランプと直列に接続するのがよい。
【0022】請求項3の発明の照明装置は、照明装置本
体と;照明装置本体に支持された請求項4記載の放電ラ
ンプ点灯装置と;を具備していることを特徴としてい
る。
【0023】本発明において、「照明装置」とは、放電
ランプの発光を利用するあらゆる装置を意味しており、
たとえば照明器具、液晶などのバックライト、画像読取
装置、電球形蛍光ランプなどを含む。特に本発明におい
ては、放電ランプ点灯装置を著しく小形化できるので、
小形の電球形蛍光ランプに好適である。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【0025】図1は、本発明の高周波インバータおよび
放電ランプ点灯装置の一実施形態を示す回路図である。
【0026】図において、1は交流電源、2は過電流ヒ
ューズ、3は雑音防止回路、4は整流化直流電源、SN
はNチャネル形FET、SPはPチャネル形FET、GC
はゲート回路、STは始動回路、PTはゲート保護手段、
LCは負荷回路である。
【0027】交流電源1は、商用100V交流電源であ
る。
【0028】過電流ヒューズ2は、たとえば配線基板に
一体に形成したパターンヒューズからなり、過電流が流
れた際に溶断して回路が焼損しないように保護する。
【0029】雑音防止回路3は、交流電源1と整流化直
流電源4との間に直列に介在するインダクタンスL1
と、インダクタンスL1の交流電源1側において交流電
源1に並列的に接続してインダクタンスL1とともに逆
L形回路を構成するコンデンサC1とからなり、高周波
インバータの動作に伴って発生する高周波雑音を電源側
に流出しないように除去する。また、誘導性インピーダ
ンスであるインダクタンスL1は、後述の平滑用コンデ
ンサC2への充電突入電流を抑制して充電電流が流入す
る際の電流波形を緩やかにすることによって高調波を低
減させる作用を兼用する。
【0030】整流化直流電源4は、ブリッジ形全波整流
回路4aおよび平滑化回路4bからなる。
【0031】ブリッジ形全波整流回路4aは、交流入力
端が雑音防止回路3を介して交流電源1に接続し、直流
出力端が平滑化回路4bに接続している。本実施の形態
において平滑化回路4bは、平滑コンデンサC2からな
る。
【0032】Nチャネル形FETSNは、そのドレイン
が平滑コンデンサC2の正極に接続している。
【0033】一方、Pチャネル形FETSPは、そのソ
ースがNチャネル形FETSNのソースに接続し、ドレ
インが平滑コンデンサC2の負極に接続している。
【0034】ゲート回路GCは、帰還手段s、直列共振
回路SRおよびゲート電圧出力手段OGからなる。
【0035】帰還手段sは、後述する限流インダクタン
スL2に磁気結合している補助巻線からなる。
【0036】直列共振回路SRは、インダクタンスL3
およびコンデンサC3の直列回路からなり、その両端は
帰還手段sの両端に接続している。
【0037】ゲート電圧出力手段OGは、直列共振回路
SRのコンデンサC3の両端に現れる共振電圧をコンデ
ンサC4を介して取り出すように構成されている。そし
て、コンデンサC4の一端は、コンデンサC3とインダ
クタンスL3との接続点に接続し、コンデンサC4の他
端はNチャネル形FETSNおよびPチャネル形FET
SPのそれぞれのゲートに接続している。
【0038】さらに、コンデンサC3の他端が各FET
のソースに接続している。このようにして、コンデンサ
C3の両端間に現れた共振電圧は、ゲート電圧出力手段
OGを介して各FETのゲート、ソース間に印加され
る。
【0039】始動回路STは、抵抗R2、R3およびR
4からなる。
【0040】抵抗R2は、その一端が平滑コンデンサC
2の正極に接続し、他端がNチャネル形FETSNのゲ
ートに接続しているとともに、抵抗R3の一端およびゲ
ート回路GCのゲート電圧出力手段OGのゲート側の出力
端すなわちコンデンサC4の他端に接続している。
【0041】抵抗R3の他端は、直列共振回路LCのイ
ンダクタンスL3および帰還手段sの接続点に接続して
いる。
【0042】抵抗R4は、その一端が各FETSN、SP
の接続点すなわちそれぞれのソースおよびゲート電圧出
力手段OGのソース側の出力端に接続し、他端が平滑コ
ンデンサC2の負極に接続している。
【0043】ゲート保護手段PTは、一対のツエナーダ
イオードを逆極性に直列接続してゲート電圧出力手段O
Gに接続している。
【0044】負荷回路LCは、負荷である放電ランプD
L、限流インダクタンスL2、結合コンデンサC5およ
び共振コンデンサC6からなる。
【0045】放電ランプDLは、蛍光ランプを用いてい
る。放電ランプDLの一方の電極は結合コンデンサC5
の一端に接続し、他端はPチャネル形FETSPのドレ
インに接続している。
【0046】また、他方の電極と並列にフィラメント加
熱巻線whが接続されている。
【0047】フィラメント加熱巻線whは、限流インダ
クタンスL2に磁気結合して、放電ランプDLの他方の
電極のフィラメントを加熱する。なお、フィラメント加
熱巻線whに代えて共振用コンデンサC6の図において
下側の端子を放電ランプDLの図において下側のフィラ
メント電極の非電源側端子に接続してもよい。この場合
には、上記フィラメント電極は共振コンデンサC6を流
れる電流によって加熱される。
【0048】限流インダクタンスL2は、その一端が各
FETSN、SPのソースに接続し、他端は結合コンデン
サC5の他端に接続している。
【0049】共振コンデンサC6は、放電ランプDLと
並列に接続している。
【0050】そうして、負荷回路LCは、限流インダク
タンスL2、コンデンサC5および共振コンデンサC6
からなる直列共振回路を形成する。
【0051】さらに、Pチャネル形FETSPのソース
・ドレイン間にコンデンサC7が接続され、Pチャネル
形FETSPのスイッチング期間中の負荷を軽減する。
【0052】次に、本実施形態における回路動作につい
て説明する。
【0053】交流電源1を投入すると、整流化直流電源
4により平滑化された直流電圧が平滑コンデンサC2の
両端に現れる。そして、直列接続されたNチャネル形F
ETSNおよびPチャネル形FETSPの両ドレイン間に
直流電圧が印加される。しかし、両FETSN、SPに対
してゲート電圧が印加されていないので、両FETS
N、SPはオフ状態のままである。
【0054】直流電圧は、同時に始動回路STにも印加
されるので、抵抗R3の両端には主として抵抗R2、R
3およびR4の各抵抗値の案分比に応じた電圧が現れ
る。そして、抵抗R3の端子電圧は、各FETのゲート
・ソース間に正の電圧として印加される。その結果、N
チャネル形FETSNはスレッシュホールド電圧を超え
るように設定されているため、オンする。これに対し
て、Pチャネル形FETSPのゲート・ソース間に印加
される電圧は、所要のゲート電圧とは逆極性であるた
め、オフ状態のままである。
【0055】Nチャネル形FETSNがオンすると、整
流化直流電源4からNチャネル形FETSNのドレイン
・ソースを介して負荷回路LCすなわち限流インダクタ
ンスL2、結合コンデンサC5および共振コンデンサC
6を直列に介して電流が流れる。負荷回路LCの限流イ
ンダクタンスL2、結合コンデンサC5および共振コン
デンサC6の直列共振回路が共振して共振コンデンサC
6の端子電圧が高くなる。
【0056】一方、限流インダクタンスL2に電流が流
れたことにより、磁気結合している帰還手段sおよびフ
ィラメント加熱巻線whに電圧が誘起される。
【0057】上記の電流により帰還手段sに誘起される
電圧によりその直列共振回路SRが直列共振を開始す
る。この直列共振によりコンデンサC3には昇圧された
負電圧が発生するので、ゲート保護手段PTにより一定
電圧に規制され、ゲート保護手段OGを介してPチャネ
ル形FETSPおよびNチャネル形FETSNのそれぞれ
のゲート・ソース間に印加される。これにより、Pチャ
ネル形FETSPのゲートはスレッシュホールド電圧を
超えるため、オンする。これに対して、今までオンして
いたNチャネル形FETSNは、逆極性になり所定のゲ
ート電圧がなくなるため、オフする。
【0058】Pチャネル形FETSPがオンすると、負
荷回路LCの限流インダクタンスL2に蓄積されている
電磁エネルギーおよびコンデンサC6の充電電荷が放出
されてPチャネル形FETSPのソース・ドレインおよ
び負荷回路LCの閉回路内をNチャネル形FETSNが
オンしたときとは逆方向に電流が流れる。
【0059】他方、フィラメント加熱巻線whには、限
流インダクタンスL2に交互方向の電流が流れるのに伴
って交流電圧が誘起され、放電ランプDLの一方の電極
を加熱するので、放電ランプDL内に電子放射が行われ
る。
【0060】放電ランプDLには、上記電子放射と一緒
に共振コンデンサC6の両端に現れる高い共振電圧が印
加されるため、やがて始動し、点灯する。
【0061】Pチャネル形FETSPがオンした際に流
れる電流により、帰還手段sに始動回路STを通じて流
れた電流と同一極性の電流が流れるため、再びNチャネ
ル形FETSNがオンし、Pチャネル形FETSPがオフ
する。以後各FETSN、SPが交互にオン、オフして放
電ランプDLが高周波点灯する。
【0062】また、高周波インバータの動作に伴って発
生する高周波雑音は、交流電源1と整流化直流電源4と
の間に直列に介在するインダクタンスL1と、インダク
タンスL1の交流電源1側において交流電源1に並列的
に接続してインダクタンスL1とともに逆L形回路を構
成するコンデンサC1とからなる雑音防止回路3によっ
て電源側へ流出しないように除去される。
【0063】さらには、電源投入直後など、平滑用コン
デンサC2が充電されていない状態のときに、そのコン
デンサC2を充電しようとする過大な充電電流は、イン
ダクタンスL1のインピーダンスによって抑制されてそ
の電流波形が緩やかされることになり、結果として高調
波が低減させる。
【0064】なお、上記実施の形態においては、誘導性
インピーダンス素子であるインダクタンスL1を交流電
源1と整流化直流電源4との間に配設しているが、例え
ば図2に示すように、整流化直流電源4と平滑用コンデ
ンサC2との間に介挿しても上記と同様の作用が得られ
るものであり適用可能である。
【0065】図3は、本発明の照明装置の一実施形態を
示す一部断面正面図である。
【0066】図において、11は外囲器、12は口金、
13は隔壁、14は蛍光発光管、15は点灯回路ユニッ
トである。
【0067】外囲器11は、透光性グローブ11aおよ
び遮光性基体11bからなる。
【0068】透光性グローブ11aは、内面に光拡散性
被膜を形成したガラス製の有底筒状をなしている。
【0069】遮光性基体11bは、合成樹脂からなるカ
ップ状をなし、基部に口金12を装着し、開放端に透光
性グローブ11aを固着している。
【0070】透光性グローブ11aは、シリコーン接着
剤16を用いて遮光性基体11bの開放端に接着されて
いる。
【0071】隔壁13は、白色系の合成樹脂を成形して
なり、外囲器11の基体11bの開放端に透光性グロー
ブ11aと一緒にシリコーン接着剤16により固定され
ている。そうして、隔壁13は、外囲器11の内部を発
光室Aと回路収納室Bとに区分している。また、隔壁1
3には、蛍光発光管支持孔13aおよびシリコーン接着
剤充填孔13bなどが形成されている。
【0072】蛍光発光管14は、バルブ14a、電極1
4b、蛍光体層および放電媒体を含んで構成されてい
る。
【0073】バルブ14aは、細長いガラス管を中央で
U字状に折曲したものをさらに90゜異なる方向にU字
状に折曲してなるいわゆる鞍形形状に曲成されている。
【0074】電極14bは、熱陰極形で、バルブ14a
の両端にその一対のが封装されている。
【0075】蛍光体層は、バルブ14aの内面側に形成
されている。
【0076】放電媒体は、水銀およびアルゴンなどの数
torrの希ガスからなり、バルブ14a内を排気して
からバルブ14a内に封入されている。
【0077】そうして、蛍光発光管14は、その両端部
を発光室A側から隔壁13の蛍光発光管挿入孔13aに
挿入してシリコーン接着剤17により隔壁13に固定し
て支持されて外囲器11の発光室Aに配置されている。
【0078】また、蛍光発光管14の中間部は、シリコ
ーン接着剤充填孔13bから充填されたシリコーン接着
剤18により隔壁13に固着されている。
【0079】点灯回路ユニット15は、配線基板15a
および配線基板15aに実装された回路部品15bから
なり、隔壁13に装着されて外囲器11の回路収納室B
に配置されている。
【0080】また、点灯回路ユニット15は、図1に示
す放電ランプ点灯装置を構成していて、蛍光発光管14
が図1における放電ランプDLに相当している。
【0081】そうして、口金12は、点灯回路ユニット
15の入力端に接続し、点灯回路ユニット15の出力端
は蛍光発光管14の両電極14bに接続している。
【0082】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、商用交流電源
に対し並列的に接続される雑音防止用のコンデンサと、
雑音防止用のコンデンサに対し並列的に接続され、入力
する交流を直流に整流する整流手段と、整流手段により
整流された直流を平滑する平滑用のコンデンサと、平滑
用のコンデンサと雑音防止用のコンデンサとの間に介挿
され、雑音防止用のコンデンサと共働して高周波成分の
商用交流電源側への流出を抑制すると共に、平滑用コン
デンサの充電突入電流を抑制可能に構成された誘導性イ
ンピーダンス素子と、平滑用コンデンサに対し並列的に
接続され、直流を高周波交流に変換する高周波発生回路
と、高周波発生回路で発生する高周波で作動する負荷回
路と、を具備しているため、高周波雑音を抑止するため
のインダクタンスと、平滑用コンデンサの充電電流を緩
やかにして高調波を低減させる作用を有する素子とを共
有として用いることができ、回路構成を簡素化して回路
部品点数を削減して小形で安価な高周波インバータを提
供することができる。
【0083】請求項2の発明によれば、請求項1の効果
を有する放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【0084】請求項3の発明によれば、請求項1の効果
を有する照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高周波インバータおよび放電ランプ点
灯装置の一実施形態を示す回路図
【図2】本発明の高周波インバータおよび放電ランプ点
灯装置の他の実施形態を示す回路図
【図3】本発明の照明装置の一実施形態を示す一部断面
正面図
【符号の説明】
1…交流電源 3…雑音防止回路 4…整流化直流電源 4a…全波整流回路 4b…平滑化回路 C1…雑音防止用コンデンサ C2…平滑用コンデンサ DL…放電ランプ L1…インダクタンス(誘導性インピーダンス) L2…限流インダクタンス LC…負荷回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】商用交流電源に対し並列的に接続される雑
    音防止用のコンデンサと;雑音防止用のコンデンサに対
    し並列的に接続され、入力する交流を直流に整流する整
    流手段と;整流手段により整流された直流を平滑する平
    滑用のコンデンサと;平滑用のコンデンサと雑音防止用
    のコンデンサとの間に介挿され、雑音防止用のコンデン
    サと共働して高周波成分の商用交流電源側への流出を抑
    制すると共に、平滑用コンデンサの充電突入電流を抑制
    可能に構成された誘導性インピーダンス素子と;平滑用
    コンデンサに対し並列的に接続され、直流を高周波交流
    に変換する高周波発生回路と;高周波発生回路で発生す
    る高周波で作動する負荷回路と;を具備していることを
    特徴とする高周波インバータ。
  2. 【請求項2】放電ランプと;放電ランプを負荷とする請
    求項1に記載の高周波インバータと;を具備しているこ
    とを特徴とする放電ランプ点灯装置。
  3. 【請求項3】照明装置本体と;照明装置本体に支持され
    た請求項2記載の放電ランプ点灯装置と;を具備してい
    ることを特徴とする照明装置。
JP10084638A 1998-03-30 1998-03-30 高周波インバータ、放電ランプ点灯装置および照明装置 Pending JPH11285267A (ja)

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