JPS60235396A - 放電灯点灯装置 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、高圧放電灯を高周波点灯させる放電灯点灯装
置に関するものである。

［背景技術１ 一般的に放電灯点灯装置の小型、軽量、低損失化は望ま
れているところであるが、従来一般の放電灯点灯装置に
あっては、低周波用のチョークコイル、トランス、コン
デンサ等の単独あるいは組み合わせであるので、寸法、
重量ともに大きくなり、蛍光灯に比べ外形寸法そのもの
が小さい高圧放電灯では、点灯装置の照明器具内蔵を考
えた場合などにおいて、その収納スペースがとれないと
いう問題があった・ また、最近、蛍光灯にあっては、点灯装置の小型、軽量
、低損失化及び発光効率の向上を狙（・とじて、スイッ
チングトランジスタ等を使用した高周波点灯装置が実用
化されているが、同様にして、高圧放電灯を高周波点灯
しようとした場合において、以下のような問題がある。

すなわち、高圧放電灯の高周波点灯時には音響的共鳴に
起因するアークの不安定、例えば、ゆらぎ、立ち消え、
発光管破壊などが存在することが知られている（　Ｊ　
ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ
　４９　（５）　Ｍａｙ　１９７８　Ｐ２６８０〜２６
８３及びその参考文献）。

そして、その防止策についても矩形波煮切や周波数の限
定等各種方法が知られている（　ｅｘ　ＩＥＳＴＲＡＮ
ＳＡＣＴＩＯＮ　ＤＥＣＥＭＢＥＲ１９６９”　Ｉ　ｎ
１ｔｉａｌ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　
Ｈｉｇｈ　１　ｎｔｅｎｓｉｔｙ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ
Ｌａｍｐｓ　ｏｎ　Ｈｉｇｈ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｐ
ｏｗｅｒ″）Ｉ＋上述の高圧放電灯の高周波点灯時に発
生するアークの不安定さの形成メカニズムは次の如きも
のと考えられでいる。すなわち、■電気的入力の高周波
変動→■発光管内ガスの圧力変化→■特別の周波数にて
定在圧力波発生→■限度以上の圧力振幅によりアークの
不安定さ発生である。

尚、ここで、「特別の周波数」とは、所謂音響的共鳴周
波数であって、アークのディメンンヨン（現実的には発
光管形状）と、発光管内の音速とで決定されるものであ
り、上記音速はガスの平均分子量とイオン温度が決まれ
ば一義的に決まるので、それらの値さえ判れば比較的簡
単にめることができる３また、「限度以上の圧力振幅に
よるアークの不安定さ」がどの音響的共鳴周波数で起こ
るのかについては、非線形の領域の問題であって、単純
にその答えをめる訳にはいかない。

ところで、第６図は従来のハーフブリッジインバータ型
の放電灯点灯装置を示すものであり、前述したような音
響的共鳴現象によるアークの不安定さを解消する方法と
して、高圧放電灯３に印加される高周波電圧の周波数を
絶えず変化させるようにしたものである。図中、１は商
用電源を整流平滑した直流電源、２はダイオードＤ１、
Ｄ２がそれぞれ並列接続されたトランジスタＱ１、Ｑ２
およびコンデンサＣ１、Ｃ２よりなるハーアブシジン型
の高周波インバータ、４はチョークコイルＬ１およびコ
ンデンサＣ３の直列回路よりなる誘導性あるいは容量性
の限流要素、５ａは周波数変調発振回路軛、７リツプ７
０ツブ回路７およびベースドライブ回路８よりなる発振
制御部であり、基本周波数を変調周波数で周波数変調し
た高周波信号を周波数変調発振回路６ａにて発生して高
周波インベータ２のスイッチング周波数を制御し、高周
波インバータ２より出力される高周波電圧を限流要素４
を介して高圧放電灯３に印加するようにしである。なお
、７す・ンブ７０ンプ回路７はトランジスタＱ１、Ｑ２
が同時にオンするのを防止するプントタイムを含む２石
用のインバータ信号を形成するもので、このフリツプフ
ロツプ回路７出力にてベースドライブ回路８を介してト
ランジスタＱ１、Ｑ２が駆動されるようになっている。

いま、この種の放電灯点灯装置にあっては、高圧放電灯
３に印加される高周波電圧の周波数を絶えず変化させる
ことにより、ある周波数の音響的共鳴現象によるアーク
の不安定が生じる前に他の周波数へ移すようになってい
るので、仮に、ある周波数の共鳴現象が生してもアーク
の不安定を生しる程の圧力振幅が生じないようになって
いる。

第７図は周波数変調の一例を示すもので、時開りに対す
る高周波インパーク２のスイッチング周波数の変化を表
したものであり、変調周波数ｆ１は数百Ｈ７程度、基本
周波数ｆｏは一般に２０〜５０ｋＨ７，程度に設定され
ており、周波数の変化幅Δｆは＠ｋ　Ｈｚ〜十数ｋＨｚ
程度である。図中ｆＨは上限周親＋＄＆　ｆ、　ｌ−）
　Ｔ明店※店勃で　書、ス　テ？　松　−消思う虚数の
変化幅Δｆは大きいほど音響的共鳴現象に対して安定な
方向になるが、回路上などの〆制約からある程度限定さ
れる。また、この従来例にあっては、変調信号の波形は
正弦波であるが、正弦波以外の波形であってもよいこと
は言うまでもない。

ところで、このような周波数変調された高周波電圧で高
圧放電灯３を高周波点灯すると音響的共鳴現象に対して
有効に作用してアークの不安定さが低減、解消されるも
のの、次のような問題があった。すなわち、高圧放電灯
３に印加される高周波電圧の基本周波数ｆｏは高圧放電
灯３の状態（始動状態、定常状態、寿命末期状態など）
に関係なく一定であるから、高圧放電灯３の寿命末期に
おいて、管電圧の上昇にともなって発光管のストレスが
増大して高圧放電灯３が破損する恐れがあるという問題
があった。つまり、通常の商用電源による低周波点灯の
場合は、管電圧の」１列によって再点弧電圧が電源電圧
に近づいて立ち消えするが、高周波点灯においては再点
弧電圧がなくなるため低周波点灯に比べて立ち消えに対
して強くなる。

したがって、高周波点灯においては、立ち消えが多くな
る寿命末期にあっても低周波点灯以上に長期に使用され
ることになり、この時、管電圧が上昇しても管電流の減
少が少なければ管電力の増大が着しくなって発光管が破
損する恐れがあるわけである。

［発明の目的］ 本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、音響的共鳴現象が回避でき、しかも
高圧放電灯の寿命末期における発光管の破損が防止でト
る放電灯点灯装置を提供することにある。

Ｅ発明の開示］ （実施例１） 第１図は本発明一実施例を示すもので、従来例と同様の
放電灯点灯装置において、高圧放電灯３の管電圧を検出
する管電圧検出部９と、管電圧検出部９出力に基いて高
周波インバータ２がら出力される高周波電圧の周波数を
変化させる発振制御部５とを設け、管電圧が高（なった
とき管電流が減少するように高周波電圧の周波数を変化
させるようにしたものである。なお、周波数変調発振回
路６は管電圧検出部９の出力に基いて高周波電圧の基本
周波数ｆｏを変化できるようになっている。

また、高周波インバータ２−は実施例に限定されるもの
ではなくフルブリッジ型、プッシュプル型のインバータ
回路を用いてもよい。

いま、高圧放電灯３の管電圧は管電圧検出部９にて検出
され、管電圧検出部９がらは管電圧に対応した直流電圧
よりなる状態検出信号が出力される。周波数変調発振回
路６では、この状態検出信号を受けてそのレベルに対応
して基本周波数ｆ。

を変化させる。ここに、実施例１にあっては限流要素４
は誘導性インピーダンス（ωＬｌ＞１／ωＣ３）になっ
ているので、管電圧が高くなった時に基本周波数ｆｏを
高くして管電流を減少させるようにしている。、なお、
限流要素４が容量性インピーダンス（ωＬ　１　＜　１
　／ωｄ゛３）の場合には、管電圧が高くなった時に基
本周波数ｆｏを低くして管電流を減少させることになる
。第２図は高圧放電灯３の点灯状態に対応した基本周波
数ｆｏの変化を示すもので、ｔｏ−ｔ、は無負荷状態、
１．−１２は始動状態、１２−１．は定常状態、ｔ３以
降は寿命末期状態である。いま、無負荷状態では、高圧
放電灯３の両端には高周波インバータ２の出力が直接印
加されるので、管電圧検出′都９から出力される状態検
出信号のレベルが高くなり、基本周波数１０も高く（ｒ
ｏｏ）なっている。次に、高圧放電灯３が始動すると、
はぼ短絡状態に近くなるので管電圧検出部９から出力さ
れる状態検出信号のレベルが低くなり、基本周波数ｆｏ
が低く　（ｆ、、）なる。次に、始動から定常点灯へ移
行する過程において管電圧は徐々に上昇して管電圧検出
部９がら出力される状態”検出信号のレベルも高くなり
、基本周波数ｆｏは次第に高＜　（ｆ、、−ｆｏｚ）な
って管電流が抑えられることにより定常点灯（定格点灯
）する。この始動過程において、限流要素４が誘導性で
あって、基本周波数ｆｏが低いことから高圧放電灯３に
流れる電流が多（なって始動時間が早くなる。次に、高
圧放電灯３が寿命末期に近づくと、高圧放電灯３の管電
圧が次第に上昇し、それに伴って発光管のストレスが増
大してくる。このとき、管電圧検出部９から出力される
状態検出信号のレベルが高くなり、周波数変調発振回路
６にて発振される基本周波数ｆｏが高く設定（ｔｏ３）
されて高圧放電灯３の管電流が減少されるので、発光管
に加わるストレスが大幅に軽減されることになり、発光
管の破損が防止でき、高圧放電灯３を長期に亘って安定
かつ安全に点灯できるようになっている。なお、音響的
共鳴現象が発生して管電圧が変動した場合において、こ
の管電圧の変動を受けて高周波電圧の周波数が変化する
ようになっているので、音響的共鳴現象による圧力振幅
があまり増大することがないようにすることができ、変
調周波数ｆ１が０であっても音響的共鳴現象によるアー
クの不安定を回避することができることになる。つまり
、管電圧検出部９出力に基いて高周波インバータ２のス
イッチング周波数を制御するだけにしても音響的共鳴現
象によるアークの不、安定を回避できるようになってい
るわけである。

（実施例２） 第３図および第４図は他の実施例を示すもので、リップ
ルを含む脈流電源１ａにて高周波インバータ２を駆動す
るようにし、高周波インバータ２の出力に現れるリップ
ル周波数（商用電源の周波数の２倍）を変調周波数とし
たものである。１０は管電圧検出部９ａから出力される
リップルを有する直流電圧Ｖｄを入力として、その直流
電圧Ｖｄに対応した周波数を発生する発振回路であり、
実施例ではＮＥＣ社製のタイｖ　Ｉ　Ｃ（ｕｐｃｌ　５
５５ｃ）１１を用いて構成されており、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ
３は抵抗、Ｃ４はコンデンサ、Ｄ３はダイオードである
。

第５図は動作を示す波形図であり、同図（ａ）は管電圧
検出部９ａから出力される直流電圧Ｖｄ、同図（ｂ）（
ｃ）はＴ２−Ｔ３の間の動作波形を示し、同図（ｄ）（
ｅ）はＴ、−Ｔ、の間の動作波形を示している。

＼ｌｃｃは平滑された直流電圧よりなる回路電源、ＶＣ
２はコンデンサＣ４の両端電圧、Ｖｏは出力電圧であり
、コンデンサ０４の両端電圧Ｖｃ、が１／３Ｖｃｃから
２／３Ｖｃｃに達する充電時間が管電圧検出部９ａから
の直流電圧Ｖｄのレベルに応じて変化し、出力電圧Ｖｏ
の周波数が変動して所謂周波数変調信号が得られるよう
になっている。この発振回路１０の出力電圧Ｖｏが７リ
ツプ７０ツブ回路７およびベースドライブ回路８を介し
て高周波インバータ２に入力され、スイッチング周波数
が制御される。ここに、実施例２にあっては、管電圧に
含まれるリップルによって変調周波数ｆ１を得るととも
に、管電圧の直流電圧レベルによって基本周波数を変化
させるようになっているので、回路構成が比較的簡単に
なるという効果がある。なお、他の構成および動作は実
施例１と同様であるので説明を省略する。

［発明の効果１ 本発明は上述のように、高周波インバータから出力され
る高周波電圧穴誘導性あるいは容量性の限流要素を介し
て高圧放電灯に印加して成る放電灯点灯装置において、
高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出部と、管電圧
検出部出力に基いて高周波電圧の周波数を変化させる発
振制御部とを設け、管電圧が高くなったとき管電流が減
少するように高周波電圧の周波数を変化せしめたもので
あり、高圧放電灯の寿命末期において管電圧が上昇する
と、高圧放電灯に限流要素を介して印加される高周波電
圧の周波数を変化させて管電流を減少させているので、
発光管のストレスが大きくなって発光管が破損すること
がないという効果があり、また、音響的共鳴現象が生じ
て管電圧が変動すると、高周波電圧の周波数が変化する
ので、アークの不安定さを低減することができるという
効果があり、さらにまた、管電圧が低下する始動時にお
いて、管電流が増大することになるので高圧放電灯の始
動時間を短縮することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路図、第２、図は同上の
動作説明図、第３図は同上の他の実施例のブロック回路
図、第４図は同上の要部具体回路図、ｔｆＳ５図は同上
の動作説明図、第６図は従来例の回路図、第７図は同上
の動作説明図である。 ２は高周波インバータ、３は高圧放電灯、４は限流要素
、５は発振制御部、９は管電圧検出部である。 代理人　弁理士　石　１）艮　七

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高周波インバータから出力される高周波電圧を誘
   導性あるいは容量性の限流要素を介して高圧放電灯に印
   加して成る放電灯点灯装置において、高圧放電灯の管電
   圧を検出する管電圧検出部と、管電圧検出部出力に基い
   て高周波電圧の周波数を変化させる発振制＠部とを設け
   、管電圧が高くなったとｂ管電流が減少するように高周
   波電圧の周波数を変化せしめて成ることを特徴とする放
   電灯点灯装置。