JPS587238B2 - ホウデントウテントウカイロ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放電灯点灯回路に用いられるインダクタンスと
コンデンサとの直列形バラストの小形軽量化に関するも
のである。

従来、蛍光灯等の放電灯の安定器としては、インダクタ
ンス方式またはインダクタンスとコンデンサとの直列回
路方式が主として用いられている。

これらの方式では、商用５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ電源
のような低い周波数の場合、一周期に安定器に貯えるべ
きエネルギーが大きくなるために大形となる。

しかも上記インダクタンスは、鉄と銅により構成されて
いるために重い。

そのため従来の安定器では、１００Ｗあたり数ｋｇの重
量となり、安定器を設置する灯体の強度も犬なるものが
要求される。

大電力ランプ器具の場合、安定器が重いために灯具全体
の重量が著しく犬となり、設置場所の強度が犬であるこ
とが要求され、天井からの灯体落下による人身事故さえ
生じている。

そのため安定器の小形軽量化が強く望まれている。

従来、安定器の小形軽量化の方法としては、インバータ
あるいはチョツパによる高周波化を行ない、バラスト用
のインダクタンス値を小さくする方法や、抵抗バラスト
を用いる方法等が検討されている。

しかし前者は回路が複雑なために信頼性雑音等に問題が
あり、また後者には効率の点で問題があり、現在は特殊
用途にしか用いられていないＯ したがって、本発明の目的は、コンデンサとインダクタ
ンスとの直列形バラストにおけるインダクタンスを小さ
くして安定器の小型軽量化を計る点にある。

本発明はコンデンサとインダクタンスとの直列形バラス
トにおいて、上記コンデンサと並列に、上記コンデンサ
電圧がＯに近づいたときにターンオンし、所定の時間だ
けオン状態を持続し、その後ターンオフするような動作
を電源周波の半サイクル毎にくり返すようなスイッチを
入れることにより、インダクタンスを小さくし、安定器
全体を小形軽量化せんとするものである。

我々はこれとほぼ同様な思想により、上記のコンデンサ
とスイッチとの並列回路を飽和形非線形コンデンサとし
た放電灯点灯回路につき発明し、先に特許出願している
が、現在のところそれに用いる理想的な飽和形非線形コ
ンデンサを得ることは容易ではない，一方、本発明によ
り上記のごとくコンデンサと並列に上記したようなスイ
ッチを用いると理想的な特性が容易に得られる。

放電灯安定器に要求される特性としては、（１）：電流
制限作用があること、（２）二ランプ電流の極性反転時
に、放電の再点弧電圧が得られること、（３）：再点弧
から次の再点弧までの間、放電を維持すること、（４）
：電源電圧が変動しても安定した放電特性が得られるこ
と、などの４点が主として要求される。

例えば容量Ｃｓなる上記コンデンサとスイッチとの並列
回路において、第３図に示すように、スイッチ通過電荷
量が±Ｑｓとなった点でスイッチがターンオフするよう
な場合、Ｃｓが０の場合から類推できるように、上記コ
ンデンサとスイッチとの並列回路は流れ得る電荷量即ち
平均電流を印加電圧のいかんにかかわらず一定とする傾
向を有している。

よってバラストの一部として、上記のようなコンデンサ
とスイッチとの変列回路を用いれば、上記要求項目（１
）及び（４）の特性が自ずと満足されるので、他の構成
要素への要求が軽減されることになる。

次に従来回路および実施例によりさらに詳しい説明を行
なう。

第１図は従来のコンデンサとインダクタンスとの直列形
バラスト回路を示す。

図において、１は交流電源、２は放電ランプ、Ｂはイン
ダクタンス３．１とコンデンサ４．１の直列回路により
構成されるバラスト回路である。

上記点灯回路の各部波形を第４図イおよび口に示す。

第４図イは、電源１の電圧■１、ランプ２の電圧Ｖいお
よびバラストＢの電圧ＶＢの関係を示す。

説明上ｖＬは理想的な矩形波としている。

作図はｖＬとＶＢの和がｖ１となるようにしている。

第４図口はインダクタンス３．１の電圧Ｖｃｈ，および
コンデンサ４．１の電圧Ｖｃの関係を示す。

ＶｃｈとＶｃの和はｖＢとなるように作図している。

さらにランプ２の電流ｉＬも示している。第２図は、本
発明の基本回路で、第１図のコンデンサ４．１と並列に
半導体素子又は回路によるスイッチ５を挿入した形の回
路である。

本回路の動作を説明するための各部電圧波形を第４図イ
およびハに示す。

第２図のスイッチ５は、第４図二に示すような位相でｏ
ｎ，ｏｆｆ動作をくり返す。

即ち、コンデンサ４．２の両端電圧がほぼ０になったと
きスイッチはターンオンし、所定の時間だけオン状態を
持続した後再びターンオフするような動作を、電源周波
の半サイクル毎にくり返すように構成されている。

スイッチ５を上記のように構成するとコンデンサ４．２
の電圧Ｖｃは第４図ハに示すように、スイッチ５がオン
のとき電圧が０で、スイッチ５がオフのときなめらかな
ピークを持つような波形となる。

回路動作を第１図の従来回路と比較するために第４図イ
を共通にして、コンデンサ４．２の電圧Ｖｃとインダク
タンス３．２の電圧Ｖｃｈの波形を示すと、第４図ハの
ようになる。

ここでランプ電流が反転するときランプに印加される再
点弧のための電圧を同じにするためにコンデンサ電圧の
ピーク値を第４図口の場合と同じ値としている。

また、ランプ電流一定とすると第２図の場合、ランプ電
流はスイッチ５とコンデンサ４．２とに分流するので、
第２図のコンデンサ４．２の容量は第１図の従来回路の
コンデンサ４．１より小さい値となる。

作図は第４図口の場合と同様に、ＶＣとＶｃｈの和が■
８となるようにしている。

第４図ハにおいて、インダクタンス３．２に印加される
電圧Ｖｃｈは、第４図口の従来回路の場合に比べて著る
しく高調波成分が増加し、見掛上２倍の周波数の電圧が
印加されている。

この結果は一般に、回路に非線形成分があると、線形素
子にも高調波成分が生じることからも容易にうなづける
。

インピーダンス一定の場合、インダクタンスは周波数に
反比例するので、第２図の回路のインダクタンスは第１
図の従来回路の場合よりかなり小さくてよいことは明ら
かである。

またランプ電流波形は第４図口が正弦波に近い形をして
いるのに対し、第４図ハの場合は高調波成分の多い波形
となる。

第２図の本発明の回路においては、インダクタンス３．
１のインダクタンス値とコンデンサ４．１の容量との積
が小さすぎるか、またはスイッチ５のオン・オフ時間構
成が不適当でないかぎり、安定器の要件（３）（電流の
極性反転時の再点弧から次の再点弧までの間放電を維持
すること。

）を満足できる。

さらに、インダクタンス値とコンデンサ容量との積が大
きくなるほどランプ電流波形はなめらかになる。

次にバラストの要件の一つである。

ランプ電流の極性反転に必要な放電再点弧のための電圧
を得ること〔前述の要件（２）〕に関しても本発明は有
利である。

この再点弧のための電圧が十分でないと、再点弧の位相
が安定しなかったり、ランプ電流に休止期間が生じたり
して、ランプのちらつきの原因となる。

第１図の回路においてこの再点弧のための電圧は半サイ
クルの電流が流れ終る直前にインダクタンス３．１に生
じていた電圧により得られ、コンデンサ４．１の電圧の
ピーク値から、再点弧位相における電源電圧および電流
が流れ終る直前のランプ電圧を差引いた値となる。

したがって上に述べたように第２図の実施例で第１図の
従来回路と同じ再点弧のための電圧を得るには、第２図
のコンデンサ４．２のピーク電圧を第１図の回路のコン
デンサ４．１のピーク電圧と同じにすればよい。

この充電々圧は電源電圧と、インダクタンスに充電され
たエネルギーが、コンデンサに移しかえられること即ち
共振現象とによって、再点弧に必要な電圧値まで高めら
れる。

前に述べたように、第２図の回路のコンデンサ４，２は
第１図の従来回路のコンデンサ４．１より小さい容量と
なるので、コンデンサ４．２の充電エネルギーも小さい
。

そのため電源電圧を一定とすると再点弧のためにインダ
クタンス３．２に一時貯えるエネルギーも小さくなり、
これによってもインダクタンスが第１図の従来回路の場
合より小さくてよいことがわかる。

以上述べたようにインダクタンスとコンデンサとの直列
形バラストにおけるコンデンサと並列に上記スイッチ５
を入れることによりバラストのもう一つの構成要素であ
るインダクタンスを小さくできる。

そして、安定器の重量の大半はこのインダクタンスによ
っているので、従来より小形軽量の安定器が可能となる
。

第５図は本発明の別の実施例を示す。

前に述べたように、第２図の本発明回路によれは、ラン
プの再点弧のための電圧を得るには、第１図の従来回路
の場合より小さなエネルギーでよい。

このことは実際上従来回路より電源電圧を低くすること
が可能であることを示しているので複数灯の直列点灯が
やりやすい。

図において２．１，２．２は放電ランプ、６は起動補助
用のコンデンサである。

以上述べた回路において、電源１とインダクタンス３．
２の部分は第６図に示すような漏洩変圧器で置替えられ
ることはもちろんである。

第７図〜第１０図はそれぞれ本発明におけるスイッチ５
の一実施例である。

これらのスイッチ回路は次のように構成されている。

（１）スイッチ５の両端電圧がＯに近いある値以上にな
るとオン状態となる。

（２）コンデンサと抵抗の並列回路の電圧が所定の値に
なるとオフ状態となる。

（３）スイッチの両端電圧が上昇した後次に下降して、
電圧０付近になるまでの間、オフ状態を維持する。

第７図において、９は抵抗、１０はコンデンサで、上記
した電圧検知のためのコンデンサと抵抗との並列回路を
形成する。

８はＧ．Ｔ．０やＳＣＲのような単方向ゲートコントロ
ールスイッチ（以下ＳＣＲと称する）で、ダイオード７
．１〜７．４は双方向スイッチ回路を形成するために全
波整流回路を形成する。

１１は抵抗、１２はショックレーダイオードのような電
圧感応スイッチである。

動作は、スイッチ１２がオフの状態で、端子Ａ−Ａ’の
電圧がある値以上となると、抵抗１１を通してＳＣＲ８
のトリガ電流が流れＳＣＲ８はターンオンし、スイッチ
５はオン状態となる。

これにより抵抗９とコンデンサ１０の並列回路の電圧が
上昇し、スイッチ１２のプレークオーバ電圧になるまで
オン状態を持続する。

コンデンサ１０の電圧が、スイッチ１２のプレークオー
バ電圧に達すると、スイッチ１２がターンオンし、コン
デンサ１０の電圧により、ＳＣＲ８のゲートカソード間
が逆バイアスされるために、ＳＣＲ８はターンオフし、
従ってスイッチ５はオフ状態となる。

スイッチ５がオフ状態となると端子Ａ−Ａ’両端電圧は
上昇しスイッチ１２は抵抗１１を通して電流を流し、ス
イッチ１２はオン状態を保持し、コンデンサ１０の電圧
が抵抗９を通しての放電によりＯとなってもＳＣＲ８は
ターンオンすることはない。

端子Ａ−Ａ’両端電圧が下降して０近くになると抵抗１
１を通してスイッチ１２に流れる電流が保持電流以下と
なり、スイッチ１２はターンオフし、初めの状態に戻る
。

スイッチ５のオン時間はコンデンサ１０の電圧がスイッ
チ１２のプレークオーバ電圧になるまでの時間で決まる
。

この電圧は抵抗９の抵抗値、コンデンサ１０の容量が共
に大きい時は主としてスイッチ５を流れる電荷量により
決まり、逆に抵抗９の抵抗値、コンデンサ１０の容量が
共に小さいときはスイッチ５を流れる電流値によって決
まり、上記抵抗値および容量が中間的な値をとる場合は
、電荷と電流の両方によって決まる。

実際回路においては、電荷検知、電流検知またはその中
間的な検知法のいずれも使用可能である。

電荷検知の場合のコンデンサ４とスイッチ５の並列回路
の電圧、電荷特性は第３図に示すような特性となる。

第７図においてコンデンサ１０の電荷はＳＣＲ８がオフ
の間に十分低い電圧まで放電しておく必要がある。

ＳＣＲではゲートカソード間にＩＫΩ前後の抵抗を入れ
ることが望ましいが、これによりコンデンサ１０の放電
々流の一部が、スイッチ１２を通して流れることに注意
する必要がある。

この抵抗はスイッチ１２と並列に入れてもよい。

また場合によってはスイッチ１２としてツエナーダイオ
ードを用いることも可能である。

第８図は第７図のＳＣＲ８の代りにトランジスタ１３を
用いたもので、第７図の場合と同様の特性を得ることが
できる。

ここに、１４はベース駆動用の抵抗である。

第９図は、第７図のブリッジを使用せず、ＣＳＲを２ヶ
用いて構成したものである。

この構成にすると第７図のようにコンデンサと抵抗の並
列回路で構成される電圧検知回路を通る電力を全て消費
する必要はなく、スイッチ５による消費電力は小さくな
る。

この構成では電荷検知となり、第３図のような特性とな
る。

もちろん、電圧検知用コンデンサ１６と並列に抵抗を接
続して、第７図と同様な特性とすることも可能である。

図において、１５．１，１５．２は単方向ゲートコント
ロールスイッチ、１９．１，１９．２は抵抗、１８．１
，１８．２はダイオード、１７．１，１７．２は電圧感
応スイッチあるいはトリガー素子で、逆方向阻止特性を
有するものである。

これまたツエナーダイオードとダイオードの直列回路に
よっても構成できる。

第１０図は、第９図のＳＣＲをトランジスタに置きかえ
て構成したものである。

図において２０．１，２０．２はトランジスタ、２１．
１，２１．２は、ベース駆動用の抵抗である。

本発明の別の利点は、ランプのスタータ回路を簡単に構
成できるということである。

第２図の基本回路において、ランプ両端を短絡すると、
電流の立上りが速く、コンデンサ４の両端電圧を点灯時
より著しく高くすることができる。

この電圧は半サイクルの電流が流れ終った時点で最も高
くなり、第１図の従来回路でランプ両端を短絡した場合
より高い電圧となる。

この電圧を効果的にランプに印加すればランプ起動が可
能となる。

第１１図はこの考えを具体化した回路で、ＴＳはその両
端に電圧が印加されると、ある時間オフ状態を保った後
ターンオンし、電流が保持電流以下になるとターンオフ
するようなスイッチ素子又は回路である。

動作はランプが非点灯の状態で、スイッチＴＳがオンに
なると、コンデンサ４に高い電圧まで充電され、電流が
流れ終る。

するとＴＳはターンオフしその両端にコンデンサ電圧と
電源電圧の瞬時値の和の電圧が印加される。

この電圧はスイッチＴＳがオフ状態を保っている間ラン
プに印加されるのでランプを起動せしめることができる
。

また蛍光ランプのように予熱形ランプの場合、ＴＳを流
れる電流をフィラメントを通して流すことにより予熱を
取ることができる。

さらにＴＳのオン時間とオフ時間の比率を適当にするこ
とにより昇圧作用を持たせることもできる。

これは別に特許出願しているように第１図のランプ両端
にＴＳを接続した場合も同じである。

第１２図、第１３図はそれぞれスイッチＴＳの回路構成
例を示す。

第１２図において、２３は双方向ゲートコントロールス
イッチ、２７は双方向トリガー素子、２４．２８．２９
は抵抗、３０はダイオード、２６はコンデンサである。

ＴＳの両端に電圧が印加された場合コンデンサ２６の電
圧がトリガー素子２７のターンオン電圧以上になるまで
の時間スイッチ２３はターンオンすることはない。

抵抗２９、ダイオード３０はランプ点灯後ＴＳの動作停
止を容易にするためのものである。

第１３図は、ダイオード３２．１〜３２．４により構成
された全波整流器を通した単方向ゲートコントロールス
イッチ３１により構成した回路である。

３３．３７，３９，４０．４１は抵抗、３４．３８はコ
ンデンサ、３５，３６．１．３６．２はダイオードであ
る。

オフ状態保持時間は主としてコンデンサ３４と抵抗３３
の時定数により決まる。

抵抗４１は第１２図の抵抗２９とダイオード３０と同じ
効果を有する。

以上説明した如く、本発明によれば、インダクタンスと
コンデンサの直列バラストの小形化軽量化が可能で、さ
らにランプ起動回路も簡単に構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインダクタンスとコンデンサの直列バラ
ストを用いた放電灯点灯回路を示す図、第２図、第５図
はそれぞれ本発明の一実施例を示す図、第３図は、本発
明におけるコンデンサとスイッチとの並列回路の電圧、
電荷特性の一例を示す図、第４図は本発明装置の動作説
明のための回路各部の波形を示す図、第６図は本発明の
一変形例において用いられる漏洩変圧器を示す図、第７
図〜第１０図はそれぞれ本発明におけるスイッチ回路の
一構成例を示す図、第１１図はスタータを接続した本発
明の点灯回路を示す図、第１２図、第１３図はいずれも
本発明におけるスタータ回路の一構成例を示す図である
。 図において、１は交流電源、２は放電ランプ、３．２は
チョークコイル、４．２はコンデンサ、５は半導体スイ
ッチ素子又は回路、８は単方向ゲートコントロールスイ
ッチ、１２は電圧感応スイッチ、７．１〜７．４はダイ
オード、９，１１は抵抗、１３はトランジスタ、Ｔ−Ｓ
はスタータ回路、２３は双方向ゲートコントロールスイ
ッチ、２７は双方向トリガー素子である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源と、インダクタンスと、コンデンサと、放
   電灯とを直列に接続してなる放電灯点灯回路において、
   上記コンデンサと並列に、上記コンデンサ電圧がＯに近
   いある値以下になったときターンオンし、所定の時間だ
   けオン状態を持続し、その後ターンオフするような動作
   を電源周波の半サイクル毎にくり返す半導体スイッチン
   グ素子又は回路を接続してなる放電灯点灯回路。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の放電灯点灯回路におい
   て、上記放電灯と直列に、さらに１ないし複数個の放電
   灯を直列接続してなる放電灯点灯回路。 ３ 上記スイッチング素子又は回路が、上記放電灯を流
   れる電流電荷あるいはその両者を検知して上記半導体ス
   イッチング素子又は回路のオン状態を維持する時間を決
   めるよう構成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の放電灯点灯回路。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載の放電灯点灯回路に耶
   いて、さらに、上記放電灯と並列に、電流が流れ終った
   時点でターンオフし、所定の時間オフ状態を保った後、
   再びターンオンするようなスイッチ素子又は回路を接続
   してなることを特徴とする放電灯点灯回路。