JPH11289776A - 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

Abstract

(57)【要約】 【課題】一対の相補形の半導体スイッチを用いることを
前提として、回路部品点数を増やすことなく、一方の半
導体スイッチが選択的に破壊されることを低減できる高
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。 【解決手段】直流電源４と；直流電源間に直列的に接続
されたＰチャネル形半導体スイッチＳｐおよびＰチャネ
ル形半導体スイッチよりも高耐圧のＮチャネル形半導体
Ｓｎと；上記２つの半導体スイッチを交互にスイッチン
グさせる制御回路Ｃｏｎｔと；Ｎチャネル形ＦＥＴおよ
びＰチャネル形ＦＥＴの交互スイッチングによって発生
する高周波で作動する負荷回路ＬＣと；を具備してい
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、スイッチング手段
として相補形の半導体スイッチを用いた高周波インバー
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】平成９年度照明学会第３０回全国大会の
予稿集の第４８頁には、一対のＮチャネル形ＦＥＴを備
えたハーフブリッジインバータにおいて、カレントトラ
ンスの代替として限流用のメインチョークの２次巻線出
力を利用し、小形のインダクタＬ２およびコンデンサＣ
１による共振ドライブ方式を採用することにより、電球
形蛍光ランプの小形化を図った旨記載されている（従来
技術１）。

【０００３】また、特開平９−１９０８９１号公報に
は、その図１３および説明部分に、相補形トランジスタ
Ｔ１、Ｔ２としてＮチャネル形ＦＥＴおよびＰチャネル
形ＦＥＴを用いるとともに、駆動回路ＡＳとして共通の
ゲート回路を用いることが記載されている（従来技術
２）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記２つの従来技術に
は、相補形の半導体スイッチを用いることが開示されて
いるが、定格の耐圧値が同一であっても、Ｎチャネルの
半導体スイッチの実絶縁耐圧はＰチャネルのものに比較
して低く、例えば落雷などに伴い商用電源にサージ電圧
が現れたときに、Ｎチャネルの半導体スイッチが選択的
に破壊し易いことを本発明者らは確認した。

【０００５】このようなサージ電圧による回路部品の破
壊は、例えばサージ吸収用の素子などを挿入したり、耐
圧の高い回路部品を使用することによって低減できるも
のの、電球形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、この種の高周波イ
ンバータを組み込むには、少しでも回路部品点数を少な
くしつつ、廉価な回路部品を採用してコストダウンを実
現しなければならない。

【０００６】本発明は、一対の相補形の半導体スイッチ
を用いることを前提として、回路部品点数を増やすこと
なく、一方の半導体スイッチが選択的に破壊されること
を低減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。

【０００７】

【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、直流電源と；直流電源間に直列的に接続
されたＰチャネル形半導体スイッチおよびＰチャネル形
半導体スイッチよりも高耐圧のＮチャネル形半導体と；
上記２つの半導体スイッチを交互にスイッチングさせる
制御回路と；Ｎチャネル形ＦＥＴおよびＰチャネル形Ｆ
ＥＴの交互スイッチングによって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。

【０００８】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。

【０００９】「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。

【００１０】「高周波」とは、１０００Ｈｚ以上の周波
数をいう。

【００１１】直流電源は、交流を整流した整流化直流電
源およびバッテリー電源のいずれでもよい。

【００１２】Ｎチャネル形半導体スイッチおよびＰチャ
ネル形半導体スイッチを直流電源間に直列的に接続する
とは、直流電源から見て両半導体スイッチが直列接続関
係にあることをいい、両半導体スイッチと直流電源との
間に他の回路部品たとえば抵抗などが介在していてもよ
い。また、両半導体スイッチの間に回路部品が介在して
いていもよい。

【００１３】制御回路は、自励式または他励式等、既存
の方式が適用でき、２つの半導体スイッチの制御極に駆
動用の制御出力を供給できるように構成されていればよ
い。

【００１４】負荷回路は、Ｎチャネル形半導体スイッチ
とＰチャネル形半導体スイッチとの交互スイッチングに
よって発生する高周波で作動する。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。

【００１５】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。

【００１６】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る。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、以下に示
す２とおりがある。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】また、負荷回路は、要すればＮチャネル形
半導体スイッチおよびＰチャネル形半導体スイッチのゲ
ート回路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。

【００２０】そうして、本発明においては、相補形のス
イッチング手段として、Ｎチャネル形半導体スイッチお
よびＰチャネル形半導体スイッチを直列的に接続すると
ともに、破壊され易いＮチャネルの半導体スイッチの方
を相対的に高耐圧とすることによって、サージ電圧など
による半導体スイッチの破壊を効果的に低減することが
できる。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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してい
る。

【００３０】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。

【００３１】

【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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】交流電源１は、商用１００Ｖ交流電源であ
る。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】平滑化回路４ｂは、直列抵抗Ｒ１および平
滑コンデンサＣ２からなる。

【００４０】直列抵抗Ｒ１は、抵抗値が数オーム以下
で、平滑コンデンサＣ２に充電電流が流入する際の電流
波形を緩やかにして高調波を低減させる作用を行う。

【００４１】Ｐチャネル形ＦＥＴＳPは、そのソースが
Ｎチャネル形ＦＥＴＳNのソーに接続し、ドレインが平
滑コンデンサＣ２の負極に接続している。

【００４２】一方、Ｎチャネル形ＦＥＴＳNは、耐圧が
Ｐチャネル形ＦＥＴＳPの耐圧よりも相対的に高耐圧の
ものが使用され、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。

【００４３】また、これら２つのＦＥＴを交互にスイッ
チングさせる制御回路Ｃｏｎｔは、本実施形態において
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からなるゲート回路ＧCを含み構成されてい
る。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】始動回路ＳTは、抵抗Ｒ２、Ｒ３およびＲ
４からなる。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】次に、本実施形態における回路動作につい
て説明する。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】ここで、定格の耐圧値が同一であっても、
Ｎチャネルの半導体スイッチの実絶縁耐圧はＰチャネル
のものに比較して低く、例えば落雷などに伴い商用電源
にサージ電圧が現れたときに、Ｎチャネルの半導体スイ
ッチが選択的に破壊し易いが、上記のとおりＮチャネル
形半導体の耐圧を相対的らＰチャネルの耐圧よりも高め
ているため、Ｎチャネルの半導体スイッチが選択的に破
壊されることが低減できる。

【００７２】図２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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】蛍光体層は、バルブ１４ａの内面側に形成
されている。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】

【発明の効果】請求項１ないし３の各発明によれば、直
流電源と；直流電源間に直列的に接続されたＰチャネル
形半導体スイッチおよびＰチャネル形半導体スイッチよ
りも高耐圧のＮチャネル形半導体と；上記２つの半導体
スイッチを交互にスイッチングさせる制御回路と；Ｎチ
ャネル形ＦＥＴおよびＰチャネル形ＦＥＴの交互スイッ
チングによって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、一方の半導体スイッチが選択的に
破壊される

【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 ２…過電流ヒューズ 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 Ｃｏｎｔ…制御回路 ＤＬ…放電ランプ ＧC…ゲート回路 Ｌ２…限流インダクタンス ＬＣ…負荷回路 ＯG…ゲート電圧出力手段 ＰT…ゲート保護手段 ｓ…帰還手段 ＳN…Ｎチャネル形ＦＥＴ ＳP…Ｐチャネル形ＦＥＴ ＳR…直列共振回路 ＳT…始動回路 ｗｈ…フィラメント加熱巻線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源と；直流電源間に直列的に接続さ
   れたＰチャネル形半導体スイッチおよびＰチャネル形半
   導体スイッチよりも高耐圧のＮチャネル形半導体と；上
   記２つの半導体スイッチを交互にスイッチングさせる制
   御回路と；Ｎチャネル形ＦＥＴおよびＰチャネル形ＦＥ
   Ｔの交互スイッチングによって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。