JPS5826494A - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高圧放電ランプに再点弧パルスを印加し、ラン
プ電圧と電源電圧を接近させて点灯するとともに始動時
の過大なランプ電流を押さえ点灯維持する高圧放電ラン
プ点灯装置に関するものである。

一般に高圧放電ランプの点灯装置としては、第１図に示
すように交流電源１．限流素子２．放電ランプ３とを直
列接続して点灯する方法がある。

この方法では、放電ランプ３の立消えを防止するために
交流電源電圧をランプ電圧に比べて１．５〜２．０倍以
上にしなければならず、そのために限流素子２に印加さ
れる電圧が高くなり、限流素子２の形状９重量が大きく
、電力損失も大きくなる欠点がありた。

この方法の欠点を改善するために、第２図に示すように
放電ランプ３と並列にパルス発生回路４を設け、再点弧
時に強制的にパルスを放電ランプ３に印加して、電源電
圧とランプ電圧を近づけて点灯する方法がある。この方
法では、 １　パルスを印加して毎ザイクル点灯した場合、電源電
圧とランプ電圧が近づくため限流素子のインピーダンス
は小さくなる特徴があるが、高庄放電ランプは始動時の
内部インピーダンスが零となるため、短絡電流が大きく
なり、限流素子２が磁気飽和を起こし、電流制限機能を
失なうことがある。

２　短絡電流による影響を防止するためには、限流素子
２の設３−１においてコア断ｍ１を増すなどの設Ｂｉを
行なう必要があり、限流素子２の形状が大きくなる欠点
をもつ。

３　電源電圧とランプ電圧を近づけて点灯するには、始
動時の短絡電流が犬きくなるため、始動時から安定時に
移行するとき、限流素子２の抵抗値を大きく変化させる
必要がある。

この欠点全改善するために、第３図に示すように放電ラ
ンプ３とパルス発生回路４を並列接続し、さらに限流素
子２と過電流防止素子６（たとえばトライアノクツを直
列接続し、ランプ電圧検知回路６を付加した方法がある
。この方法はランプ電圧値を検出して限流素子２を流れ
る電流を割部ｊしてう／プ電流の休止期間中は放電ラン
プ３にパルス発生回路４からパルスを印加し、放電ラン
プ３の立消えを防止する方法である。この方式では、始
動時のランプ電流を制限できるために限流素子２の太き
さも小さくなる。この方法で始動時のランプ電流を制限
するにはランプ電圧を検知してランプ電圧に応じて過電
流防止素子６（たとえばトライアック）の導通角を第４
図に示すように変化させる必要がある。このように作動
中の立消え全防止するためにランプ電圧に応じて過電流
防止素子６の導通角を制御しなければならず、制御回路
が複雑となることとしかも調理が必要とする欠点がある
。

丑た、第６図に示すように限流素子２より限流機能の大
きい補助限流素子７を限流素子２と直列に接続し、さら
に補助限流素子了と並列に位相制御用の半導体スイッチ
素子８を接続する方法がある。この方法は、始動時に補
助限流素子７の導通期間をコントロ−ルｊ〜、放電ラン
プ３への平均導通電流を制御し、安定時には補助限流素
子７の動作期間を小さくするかもしくは零とし、始動時
と安定時のランプ電流を同等にするものである。この方
式も、交流電源１の電圧が放電ランプ３のランプ電圧に
比べ１．６〜２．０倍以上必要であるために、限流素子
２は大きくなる。

本発明は、上記従来の欠点を改善し、ランプの再点弧域
に再点弧パルスを印加し電源電圧とランプ電圧を近づけ
る方式の高圧放電ランプ点灯装置において、始動時にラ
ンプ電流波形に休止期間を生じさせずに始動時のランプ
電流を簡単はＯＮ・ＯＦＦスイッチ素子で制御し、限流
素子の大きさを小さくする点灯装置を提供しようとする
ものである。

本発明の基本構成を第６図に示す。本発明は、放電ラン
プ３とパルス発生回路４を並列接続し、Ｋらに限流素子
２と過電流防止用抵抗素子９を直列接続し、過電流防止
用抵抗素子９にスイッチ素子１０を並列接続ｊ〜た構成
であり、ランプ電流波形に休止期間を生じさせずに始動
時のランプ電流を制御するものである。

本発明の一実施例として、過電流防止用抵抗素子にタン
グステンフィラメントを、スイッチ素子としてバイメタ
ル切換えスイッチを、放電ランプと１〜で始動装置が必
要な放電ランプを用いた例について説明する。第７図に
実施例の構成図を示す。

このものは、電源１と限流素子２と放電ランプ３とパル
ス発生回路４とタングステンフィラメント１１とバイメ
タル切換えスイッチ１２．グロー管１３とから構成され
る。第８図に前記実施例における放電ランプ構造図を示
す。放電ランプの外観は口金１４．外管パルプ１８で構
成されている。

ステム１６の一端にグロー管１３．絶縁板１６を通して
発光管１９が取りつけられている。丑だ、タングステン
支持棒１７の一端にバイメタル切換えスイッチ１２とタ
ングステンフィラメント１１が取りつけられている。バ
イメタル切換スイ・ノテ１２は始動以前はグロー管１３
の端子と接続されている。次にバイメタル切換スイッチ
１２はランプが安定状態になると発光管１９からの放射
熱をうけて発光管１９の端子と接続される構造となりて
いる。

第７図の実施例のものの動作原理は次のとおりである。

放電ランプ３はグロー管１３で始動し、始動直後のラン
プインピーダンスが低くなりランプ電流が増大するのを
限流素子２とタングステンフィラメント１０を直列接続
し電源からみたインピーダンスを高くする。ここでラン
プ電圧が上昇するとランプインピーダンスが−Ｊ二列し
ランプ電流が減少する。ランプ電流が安定時のランプ電
流に近つくとバイメタル切換えスイッチ１２が動作し、
タングステンフィラメントが短絡し限流索子２により放
電ランプを安定に点灯する。たたし、パルス発生回路４
は毎サイクル時に再点弧を重畳させ電源電圧とランプ電
圧とを近づけて点灯するためのものである。

この装置の特徴は、始動時タングステンフィラメントと
限流素子２との直列インピータンスでランプ電流を制御
でき、従来の半導体素子にＪ：る位相制御と異なるため
ランプ電流波形に休止期間ができない。そのために、始
動状態から安定状態への限流素子２のインピーダンスの
切換えが簡単なＯＮ、ＯＦＦスイ、テの動作にて行なう
ことができる。

第７図の具体的動作を以下に説明する。始動後および再
始動後の放電ランプ３の光・電気等特性、バイメタル切
換えスイッチ１２の動作状態を第９図、第１０図に示す
。丑ず、始動および再始動動作について第９図、第１０
図をもとに説明する。

電源１が投入されるとパルス発生回路４が動作し、始動
パルスが放電ランプ３に印加される。ここで放電ランプ
３の始動電圧を高くしておくと、パルス発生回路４から
の始動パルスでは始動しない。

そのために、電源１から限流素子２．バイメタル切換え
スイッチ１２の共通端子Ｃと常時閉端子ＮＣ端子を経て
グロー管１３に電流が流れ、グロー管１３内のバイメタ
ルが離れると限流素子２の両端にキック電圧が発生し、
放電ランプ３に印加され始動させる。放電ランプ３が始
動すると放電ランプ３の限流素子としては、限流素子２
とタングステンフィラメント１１との直列インピーダン
スとなるために、始動時のランプ電流が過大に流れるの
を防止する。そしてタングステンフィラメント１１にラ
ンプ電流が流れタングステンフィラメント１１が発光ｊ
〜始動時の光補償を行なう。次に始動後時間が経過し、
ランプ電圧が−Ｉ−別してくるとランプ発光管からの熱
放射によってバイメタル切換えスイッチ１２の変位角θ
（第１０図参照）が大きくなり、共通端子Ｃと常時閉端
子ＮＣ１４子とで接続されていた状態から第１０図に示
すようにランプ電圧の上昇とともにこれらの接点がしだ
いに離れ、ランプ電圧Ｖ　ａｖ　（ｉｆｆ、　９図でＡ
点）のときに変位角がθ１　となり常時開端子Ｎｏ端子
と共通端子Ｃが接続される。その結果、タングステンフ
ィラメント１１の両端が短絡され、放電ランプ３の限流
素子のインピーダンスは限流索子２のインピーダンスの
みによりて決定されるために安定流素子２により放電ラ
ンプ３は安定に点灯される。

次に電源を一旦しゃ断１−７、すぐに再投入したとき（
第９図Ｂ点）について説明する。

バイメタル切換えスイッチ１２には変位角θ１で常時開
端ｆＮＯ端子に接続さノまた状態の４丑であり、タング
ステンフィラメント１１の両端が短絡となりている。し
かし、グロー管１３を含む始動パルス発生回路が開状態
となり放電ランプ３を再始動させるのに必要な始動パル
スｄ、発生されず、捷た放電ランプ３にも印加されない
。ここで放電ランプ３には再点弧パルスが印加されてい
るが前述のように再点弧パルスでは放電ランプ３を始動
することはできない。次にさらに時間が経過してランプ
発光管が冷却してくるとバイメタルの変位角θ１から小
さくなり発光管が充分に冷却されたとき（始動時と同じ
状態）に常時開端子Ｎｏ端子と共通端子Ｃが接続される
。このとき、グロー管１３を含む始動パルス発生回路が
再び動作しランプが再始動する。このように再始動はラ
ンプ発光管が冷却し始動状態と同じバイメタル周囲温度
ではじめて再始動する。したがりて再始動時に過電流は
流れない。

次に安定時の点灯維持について説明する。安定時には再
点弧パルス発生回路４から放電ランプ３に強制的にパル
スが印加されるため電源電圧とランプ電圧とを近づけて
点灯維持することができる。

以下この動作を第１１図の具体的回路図および第１２図
のタイミングチャートで説明する。

電源が投入されると、電源波形ＶＢ　（第１２図イに示
す）は正および負のサイクルに分割され、正のサイクル
では整流用ダイオードＤ１ａと抵抗Ｒと定電圧ダイオー
ドＤ２ａで構成した電源波形　ａ 整形回路２０ａで波形整形され、第１２図口に示すよう
な電源波形となる。波形口は発振回路２２ａ２発振制御
回路２１ａに送られる。発掘制御回路２＋＆では波形口
を抵抗Ｒ６ａ、コンテンザＣ２ａを用いて波形積分しく
波形ノ・）トランジスタＱ　のベースに印加され、トラ
ンジスタＱ３ａとａ Ｑ４ａ、抵抗Ｒ７ａ、Ｒ８ａ、Ｒ９ａ　とからなる電圧
比較検出器に送られ、抵抗Ｒ１゜ａ’Ｒ１１ａで定めら
れた電位（トランジスタＱ４ａのベース電位となる）に
よって波形整形される。電圧比較検出器の出力。

すなわちトランジスタＱ４ａのコレクタ電位はコンデン
サＣ３ａで直流成分を除去し、ダイオードＤ３ａを油じ
て発振回路２２ａ内のトランジスタＱ＋ａのベースに印
加される。一方、発振回路２２ａには発振制御回路２１
ａと同様に波形口が印加される。

発振向Ｍ　２２　ａではトランジスタＱ１ａがＯＦＦの
時、抵抗Ｒ２ａ＋コンデンサＣ４ａで規定される周波数
で連続的に発振動作を繰返す。〔抵抗Ｒ３ａ＋Ｒ４ａを
最適に選ぶことにより、ＰＵＴ（プログラマプルユニジ
ャンクンヨントランジスタ）Ｑ２ａが連続発振動作する
。〕ここでコンデンサＣ１ａのコレクターエミッタ間を
トランジスタＱ１９で短絡するとＰＵＴＱ２ａのアノー
ド電位が零となり、ＰＵＴＱ２ａの発振が停止する。す
なわち、第１２図の波形二で信号が存在する部分のみ発
振動作がと捷る。（波形ホ）ＰＵＴＱ２ａの発振波形は
パルストランスＴ、ａを通りてスイッチングトランジス
タＱ６を動作させる。

次に負のサイクルについて説明する０負のサイクルは電
源波形整形回路２０　ａ　、発振回路２２ａ。

発振制御回路２ｊａからなる正のサイクル系と電源１に
対する結線が逆となりているだけで内部構成は同一であ
る。すなわち、電源波形整形回路２０ｂは２０ａと発振
回路２２ｂは２２ａと同一回路構成であるので、その動
作の説明は省略する。

負のサイクルでは、波形へに変換され発振回路２２ｂか
らは波形トが得られる。波形１・はスイッチングトラン
ジスタＱ６に印加される。その結果、トランジスタＱ５
は正のサイクルに対して動作し、トランジスタＱ６は負
のサイクルに対して動作する。トランジスタＱ６．Ｑ６
には電源１からダイオルドブリッジＤＢ、で全波整流し
、コンデンサＣ４で平滑された直流電源がトランスＴ２
を介して接続されトランスＴ２の２次側には、第１２図
チに示す正負両極性のパルス（再点弧パルス）が出力さ
れ、コンデンサＣ５を介して放電ランプ３に印Ｃ５は放
電ランプ３側からの低周波成分をカットする役目をもつ
。第１２図において、再点弧パルスの印加範囲は発振制
御回路２１ａの積分定数（抵抗Ｒ６ａコンテンサＣ２ａ
で決まる）または基準電圧（抵抗ＲとＲとの分割比で決
−まる）をｊｏａ　　　　　ｊｌａ 変化させることによりて可変できる。このように放電ラ
ンプの再点弧領域に強制的にパルスを印加し、さらに始
動時はグロー管にて始動させ、始動初期の過電流をタン
グステンフィラメントで吸収させることにより放電ラン
プのランプ電圧を電源電圧に近づけて安定に点灯維持さ
せることができるＯ 上記具体例でグロー管のかわりにザーマルスタータを用
いても同様の機能をもたせることができる。

本発明による放電ランプ点灯装置は次の効果をもつ。

１　パルス発生回路とランプ電流制御作用により高圧放
電ランプの始動時のランプ電流を安定時と同等におさえ
ることができ、限流素子を／Ｊ・さくし、点灯維持させ
ることができる。

２　ランプ電圧に応じて半導体スイ／テ累子の位相角を
制御する必要がな（ＯＮ、ＯＦＦスイッチにて動作させ
るので回路構成が簡単である。

３　始動時抵抗負荷をランプに直列に接続するのでラン
プ電流波形に休止期間ができないために再点弧パルスを
最小限にすることができる。

４　ランプにタングステンフィラメントを直列接続する
ので始動時の放電ランプの光束を補償することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第５図は従来の高圧放電ラン
プの点灯回路図、第４図は第３図の構成の点灯回路によ
る始動過度時のランプ特性の変化を示す。第６図は、本
発明の基本構成回路図、第７図は実施例回路図、第８図
は本発明の放電ランプの内部構造図、第９図は本発明を
使用した時の始動過渡時のランプ特性の変化を示す図、
第１０図は本発明に用いたバイメタルスイッチの変位角
Ｆ示す図、第１１図は本発明の実施例回路図、第１２図
はタイミングチャート図である。 １　・・・・・・交流電源、２・・・・・限流素子、３
・・・・・放電ランプ、４・・・・パルス発生回路、５
・・・・・ランプ電圧検出回路、６・・・・・過電流防
止素子、７・・・・・補助限流素子、８・・・・・・半
導体スイッチ素子、９・・・・・・過電流防止抵抗素子
、１０・・・スイッチ素子、＋　＋　　・・・・・タン
グステンフィラメント、１２　・・・・バイメタル切換
えスイッチ、１３・・　・グロー管、１４　・・・・口
金、１６・・・・ステム、１６　・・・・絶縁板、１７
−・・タングステンフィラメント支持棒、１８　・・・
・外９　バルブ、１９・・・・・発光管、２０ａ、２０
ｂ　・・　電源波形整形回路、２１ａ、２１ｂ・・・・
・・発」辰制御回路、２２ａ、２２ｂ・・・・・・発振
回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名１！
ｈ１図 第　２　図 葛３図 第　　４　　図 第５図 第６図 第７図 第８図 第１０図 Ｈ肩３−Ｃ 常時閉端すθ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）放電ランプ・安定用の限流素子・過電流防止用抵
   抗素子を直列接続した主電源回路と、放電ランプに並列
   接続した再点弧用のパルス発生回路と、放電ランプ始動
   時は過電流防止用−Ｉｆ抗素子と放電ランプを直列接続
   するようにし、安定点灯時には過電流防止抵抗素子を短
   絡するスイッチ素子とから構成されたことを特徴とする
   放電ランプ点灯装置。
2. （２）過電流防止用抵抗素子と並列接続されたスイッチ
   素子が切換え接点を有するバイメタルスイッチとランプ
   始動装置とから構成され、始動時にはランプ始動装置を
   ランプに接続するようにし、安定点灯時にはランプ始動
   装置を切りはなし過電流防止抵抗素子を短絡するように
   構成した特許請求の範囲第１項に記載の放電ランプ点灯
   装置。
3. （３）放電ランプが再点弧用のパルス発生回路の無負荷
   時のパルス電圧および電源電圧で始動および再始動しな
   い放電ランプで構成された特許請求の範囲第２項に記載
   の放電ランプ点灯装置。