JPS6025879B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放電灯ランプ電圧と略等しい低電圧の商用電源
にて放電灯を直接点灯し、装置の４・型、軽量化、消費
電力の低減をさせるため放電灯に並列にスイッチ素子を
設けた点灯装置に関するもので、その目的とするところ
は、ランプ電流が０になった時点にスイッチ要素をオン
するように制御することにより、放電灯の正負非対称点
灯をなくすると共に、スイッチオン時のサージ電流をな
くして、スイッチング要素へのストレス減少と、雑音の
低減を行うことにある。

一般に放電灯は負性抵抗を有するため、電流を制限して
、安定化させる安定器が必要であり、商用電源の場合、
ィンダクタンス素子やコンデンサ、又はその組合わせに
よる安定回路が用いられている。

従来、これらの安定回路を用いた場合、電源電圧は１．
５〜２．の音位の大きさが必要であり、ランプ電圧程度
の電源電圧により、直接昇圧トランスを介することなく
放電灯を点灯させることは不可能であり、このため例え
ば交流１００Ｖの商用電源にて４０Ｗの蟹光灯を点灯さ
せることは出来なかった。このため、ィンダクタンス素
子の容量が大きくなり、形状、重量、損失等が大きくな
る欠点があった。第１図の点灯装置は上記の問題点に鑑
みて本発明者が先に提供したものであり、以下第１図の
説明をする。

第１図は商用電源１の略前半でオンし、一定時間後にオ
フするものである。第２図は第１図点灯回路の各部電圧
、電流波形図を示すものである。今、商用電源１により
、第２図ａの破線に示すような電源電圧を与えるとィン
ダクタンス素子Ｌ、放電灯２のフィラメントＦ，，Ｆ２
を介して整流ブリッジ４の出力端には全波整流電圧が生
じて、スイッチ要素３に印加される。一方、商用電源１
に１次巻線を接続したトランスＴの２次巻線電圧をダイ
オードブリッジＤ５に全波整流し、抵抗Ｒ３，Ｒ５を介
してスイッチ要素３たるトランジスタのベース電流を流
して時亥比２にてトランジスタをオンし、ィンダクタン
ス素子Ｌ，、放電灯２のフィラメントＦ，、整流ブリッ
ジ４、フィラメントＦ２を介して商用電源１から略半サ
イクルの前半に電流が流れ、ィンダクタンス素子Ｌには
ェネルギが蓄積されることになる。電源位相が進むと共
に抵抗公，，Ｒ２，Ｒ４の関係で決まる所定の位相に達
すると、第２図ａの時刻らで補助用スイッチ秦子たるサ
ィリスタＳを点弧するに足るゲート電流が与えられ、サ
ィリスタＳは導適する。

この導通により、スイッチ要素３へのベース電流の供給
が停止し、スイッチ要素３はオフする。その結果、ィン
ダクタンス素子Ｌに蓄えられた電磁エネルギーが商用電
源１の電圧と同極性の方向に第２図ａの実線で示したよ
うに加わって放電灯２の両端に高電圧が発生する。放電
灯２と並列に挿入したコンデンサＣｏの作用により、該
高電圧は抑制これ、スイッチ要素の両端子（コレクタ，
ェミッタ）間電圧はその許容電圧以上とならない。第２
図ｂはスイッチ要素３に流れる電流、第２図ｃはランプ
電流、第２図ｄは入力電流の波形を各々示している。第
２図ｃのランプ電流波形において、時亥比４におけるパ
ルス状電流は第２図ａに示したパルス状電圧が放電灯２
に印加されるため、放電灯２の両フィラメントＦ，，Ｆ
２間が導通し、並列コンデンサＣｏの電荷が放電して生
じたものである。このようにして、半サイクルごとに再
点弧させるため、ランプ電圧前後の比較的低い電源電圧
にても放電灯２を充分定格点灯できることとなる。点灯
中だけでなく始動時にも同様に予熱電流と高電圧が放電
灯に印加されるので始動できる。第１図の点灯装置にお
いては、スイッチ要素３のオン位相及びオン期間は、放
電灯２の特性には無関係に制御回路５の回路定数によっ
て定まったものである。

一般に、第１図の点灯装置のように、放電灯２のランプ
電圧と商用電源１の電圧値が略同一となる迄近づいた場
合には安定要素であるチョークＬのィンダクタンスも４
・さくなり放電灯２の電圧電流特性が周囲温度の変化等
によりわずかに変った場合や、多数の放電灯をとった場
合の電圧電流特性のばらつきィンダクタンス素子Ｌのィ
ンダクタンス特性の変化、電源電圧の変動等が生じた場
合等放電灯２に流れる電流の変動が非常に大きくなる煩
向があり、これにより入力電力の変化、安定器損失の増
大による異常温度上昇や電源電圧低下した場合に放電灯
の点灯維持不能となり消灯する等の欠点がある。

一方、第１図のような放燈灯２と並列に接続したスイッ
チ要素３を各半サイクルに１回前半部の一定期間オンし
、後半部はオフして放電灯２に再点弧用のパルス電圧を
与えて低い電源電圧で点灯維持する放電灯点灯装置にお
いては、スイッチ要素３のオン期間が短か〈なると、第
２図ｂに示した商用電源からィンダクタンス素子を介し
てスイッチ要素３に流れる電流スイッチ要素３のオフ直
前の時刻ｔ３での値は小さくなりこのため、ィンダクタ
ンス素子Ｌに蓄えられる電磁エネルギーが小さく、スイ
ッチ要素の遮断後に発生する第２図ａの高圧パルス電圧
が低くなり、この結果、第２図ｃのランプ電流の時刻ら
以後に流れる初期電流が小で、このため、ランプ電流の
ピーク値も小さくなりランプ電流の半サイクルを通じた
実効電流を小さくなる。逆に、スイッチ要素３のオン期
間を長くすると上記と逆に作用し、ランプ電流の実効値
が大きくなる額向にある。本発明はこの作用を利用し、
ランプ電圧安定器２次電流または直接ランプ電流を検出
し、フィードバックしてスイッチ要素３のオン期間をコ
ントロールすることにより、電源電圧の変動、ランプや
ィンダクタンス素子のばらつき周囲温度の変化による特
性変化等に対しても、常にランプ電流（または安定器２
次電流）をほぼ一定しようとするものである。

以下実施例により本発明を詳細に説明する。

第３図は本発明のランプ電圧を検出し、フィ−ドバック
するものの基本構成図で、商用電源１と主回路を構成す
るィンダクタンス素子Ｌと放電灯２により第１閉回路を
形成すると共に前記商用電源１とィンダクタンス素子Ｌ
との直列回路に並列的にスイッチ要素３を接続して第２
閉回路を形成する。１２はランプ電圧の零点検出回路で
、各半サイクルの終りの零位相を検出し、スイッチ制御
回路７を介してスイッチ要素３のオンオフを行なう。

８は信号変換回路、９はランプ電圧検出部、１０は第２
のタイマ、１１は第１のタイマで、ランプ電圧の半サイ
クルにおける中央部付近でランプ電流ピーク値付近の一
定期間のみランプ電圧を検出し、検出電圧に応じてスイ
ッチ制御回路７のオン時間の制御を行なう。

４は整流ブリッジ、Ｃｏはコンデンサである。

第４図は動作説明のための波形図である。第４図ａは整
流ブリッジ４の出力電圧で、ランプ電圧の整流された波
形である。

時刻ｔｏにおいて、第３図のランプ電圧の零点検出回路
１２により第４図ｂに示したトリガ信号を得て、第３図
の単安定マルチパイプレータ等で構成されたスイッチ制
御回路７及び第１のタイマ回路１１を動作させる。スイ
ッチ制御回路７は一定時間Ｔ，動作後の時刻Ｌ‘こスイ
ッチ要素３を遮断して第４図ｃのようなパルス電圧が発
生し、第４図ｆのようにランプ電流が流れ第１図のもの
と同様に動作する。第１のタイマ１１は動作時間を第４
図ａのランプ電圧の後半部のフラットな部分で、かつ第
４図ｆのランプ電流のピーク値付近になるような時間Ｔ
２を設定して、時刻ｔ２で終了し、同時に第２のタイマ
１０を時刻らで動作開始し一定の時間Ｔ３動作させ、時
刻らで動作を終了させる。第１のタイマ１１及び第２の
タイマ１０はこのようにしてランプ電圧の後半部のフラ
ットな部分でかつランプ電流のピーク値附近のみを選択
するための構成である。ランプ電圧検出部９にて時亥比
２からｔ３の間のＴ３時間の間のみ第４図ａのランプ電
圧波形を検出し、この電圧の大きさをあらかじめ決めた
設定値と比較し、信号変換部８にて比較結果を信号変換
し、スイッチ制御回路７を作用して検出電圧が設定値よ
り高い時はランプ電流が小さいため、スイッチ要素３の
オン時間Ｔ，を長くし、ランプ電流を増加させることに
よりランプ電流値を希望する値に戻し、逆に検出電圧が
設定値より低くなった場合には、ランプ電流が大きくな
っていると判定してスイッチ要素のオン時間Ｔ２を短か
くしてランプ電流を希望する値に戻す。上記のようにラ
ンプ電圧の高低により、ランプ電流の小大を間接的に検
出できるのは放電灯のランプ電流、電圧特性はランプ電
流の比較的大なる所で負特性を有し、放電灯の種類によ
り、ほぼこの特性が一定するためである。

また、第１のタイマ１１、第２のタイマー０等を用いて
ランプ電圧波形の後半部のフラットな部分でかつランプ
電流のピーク値附近のみに限定して、ランプ電圧を検出
する理由は、第４図ａに示すようなランプ電圧波形のパ
ルス電圧部及びその直後の波形振動による低電圧波形部
をさけ、かつランプ電流の大なる所でのランプ電圧電流
特性が比較的安定し、ばらつきが少ないからである。第
５図は本発明の一実施例回路図で、１２はランプ電圧零
点検出回路であり、第３図のｃに示したように整流ブリ
ッジ４の出力電圧を抵抗Ｒ，，Ｒ２にて分圧してトラン
ジスタＴｒ，のベースに印加することによりランプ電圧
雫以外の期間はベース電流が流れることにより、トラン
ジスタＴｒ，のコレクタ電位が低い値であるがランプ電
圧零点になるとべ‐ス電流がなくなりトランジスタＴｒ
，のコレクタ電位が急上昇し、コンデンサＣ，および抵
抗Ｒ４の微分回路で第４図ｂに示したトリガパルスとし
て単安定マルチからなる第１のタイマ１１及び単安定マ
ルチからなるスイッチ制御回路７をトリガする。第１の
タイマー１は動作終了時に、単安定マルチからなる第２
のタイマー０を動作する。つまり第１のタイマ１１の単
安定マルチパイプレータは安定状態でトランジスタＴｒ
４がオン、トランジスタＴｒ５がオフであり、第４図の
時刻ｔｏにて同図ｂの正のトリガパルスがダイオードＤ
３を介してトランジスタＴｒ５のベースに入ると、単安
定マルチパイプレータは準安定状態に反転し、トランジ
スタＴｒ４がオフへ、トランジスタＴｒ５がオンへ移る
。抵抗戊，２及びコンデンサＣ４により決まる一定期間
Ｔ２の後、単安定マルチパイプレータが安定状態に戻り
トランジスタＴｒ４がオンへ、トランジスタＴｒ５がオ
フへ移行する。このためトランジスタＴｒ５のコレクタ
電圧が零から正へ移行し、コンデンサＣ７、ダイオード
Ｄ９を介して第２のタイマ１０のトランジスタＴｒ７に
入り、その単安定マルチパイプレータが反転してトラン
ジスタＴｒ７がオフからオンへ、トランジスタＴｒ６が
オンからオフへ移行するのである。そして抵抗Ｒ，７及
びコンデンサＣ５により決まる一定期間Ｔ３の後単安定
マルチパイプレー夕は安定状態に戻り、トランジスタＴ
ｒ２がオンからオフへ移行するのである。従ってトラン
ジスタＴ「７のコレクタ電位は時刻らかららの期間Ｔ３
の間零電圧となり、その間トランジスタＴｒ２が非導通
となってトランジスタＴｒ３のベースの信号を阻止しな
くなる。８はランプ電圧検出、信号変換回路部であり、
様子Ｃのランプ電圧波形を抵抗Ｒ６，Ｒ５とコンデンサ
Ｃ２で分圧平浴し、定電圧ダイオードＤＺ．で比較し、
トランジスタＴｒ３のベース電流を流す。

トランジスタＴｒ２は第２のタイマ１０が動作し、Ｔｒ
７のコレクタ電圧が低いｔの期間だけ、トランジスタＴ
ｒ２を非動作し、トランジスタＴｒ３の動作をＴ３の期
間だけ導適する如く、選択的に行うためのスイッチであ
る。今、ランプ電流が少なくなって、ランプ蚤圧が高く
なり、第４図ｅの期間Ｔ３に抵抗Ｒ５の両端電圧が高く
なると、定電圧ダイオードＤＺ，を越えて、期間Ｌのみ
トランジスタＴｒ３のベース電流を流し、トランジスタ
Ｔｒ３が導適状態となり、同期間Ｔ３のみｆ点の電位が
低下（端子ｅ電位に近づくこと）する。

抵抗Ｒ８と並列に接続されたコンデンサＣ３は商用電源
１の２〜数サイクル間ｆ点電位が低下し続けるようにコ
ンデンサＣ３の容量及び抵抗Ｒ５の抵抗値を設定してい
るため、ｆ点の電位は低下した状態を維持し、次の半サ
イクルの開始時刻すなわち第４図ａの時刻ｔ４以降まで
ｆ点電位が低下を続けている。

このため第４図ｂの時刻し‘こおけるトリガパルスによ
り、スイッチ制御回路７の単安定マルチパイプレータが
準安定状態になり、トランジスタＴｒ８がオフからオン
、トランジスタＴｒ９がオンからオフに動作し、従って
電流増幅用トランジスタＴｒ，。

及びスイッチ要素３もオフからオンに変化した後、すな
わち次の半サイクルにおける期間Ｔ，の間、ｆ点の電位
は低下したままであるため、高抵抗値の抵抗Ｒ２，を介
して、コンデンサＣ６へ充電する時間が長くなり、結果
として（スイッチ制御回路７の単安定マルチパイプレー
タの準安定時間）期間Ｔ，が長くなって、再点弧エネル
ギーが高くなり、放電灯２のランプ電流が増加懐向にな
り＾希望する値に戻すように作用する。ランプ電流が大
きくなると、放電灯２の負荷特性により、ランプ電圧が
低下し、抵抗Ｒ５両端電圧が低下し、定電圧ダイオード
ＤＺを越えなくなり、期間ＬにおいてトランジスタＴｒ
３のベース電流が流れなくなって、トランジスタＴｒ３
はオンしなくなるため、抵抗Ｒ幻に比して抵抗Ｒ８の方
が充分小さい抵抗値であるので、ｆ点の電位はコンデン
サＣ３と抵抗Ｒ８の時定数で決まる速度で徐々に高くな
り直流電源ＥＤの正電位に近づいて行くのである。この
ため上述と逆の作用によりスイッチ制御回路７の単安定
マルチパイプレータの準安定時間Ｔ，が短くなって、再
点弧エネルギーが低くなり、放電灯２のランプ電流が減
少額向となって、ランプ鰭圧は増加傾向となり、希望す
る値に戻すように作用する。

上述のように設定値である定電圧ダイオード○乙の函圧
値を越えるか、越えないかのランプ電圧値になるように
絶えず帰還作用が働き、修正するようにスイッチ要素３
のオン期間Ｔ，が制御され、ランプ電圧ひいてはランプ
電流が一定値になる。

第６図は他の実施例回路図を示すもので、安定器として
漏洩変圧器Ｌ、進相用コンデンサＣ３、放電灯として非
予熱タイプ、スイッチ要素としてＧＴ０，ＳＣＲ等を用
いるものであり、第５図の実施例５のブロックと本実施
例の５のブロックとは同様な構成であって、同様な動作
をさせることができる。

第７図は本発明のランプ電流を検出し、フィ−ドバック
するものの基本構成図で、商用電源１と主回路を構成す
るィンダクタンス素子Ｌ、放電灯２により第１閉回路を
形成し、商用電源１とィンダクタンス素子Ｌとの直列回
路に並列的にスイッチ要素３を接続して第２閉回路を形
成する。

ＣＴは安定器の２次電流を検出するためのカレント，ト
ランスであり、これにより直接スイッチ要素３のオン期
間を制御してランプ電流を安定化するものである。第８
図は第７図の具体的な制御回路部分である。１３は安定
器２次電流（ｌｓ以下同じ）検出回路であり、１４はｌ
ｓ零点検出回路、８は信号変換回路であり、７はスイッ
チ制御回路である。

Ｒｓはカレント，トランスＣ，Ｔの負荷抵抗であり、１
次側に流れるｌｓに比例した電流が流れ、Ｒｓ両端間に
電流波形を発生する。１４は第５図におけるランプ電圧
零点検出回路１２とほぼ同様の作用をし、ランプ電流の
零点でトリガパルスを発生し、スイッチ制御回路７を起
動する。

同時にＲｓの両端の電流波形は抵抗Ｒ４、ダイオードＤ
，を通してコンデンサＣ２と抵抗Ｒ５の並列回路にて平
滑を行う。第２図ｃに示すランプ電流波形は、スイッチ
要素３がオフ時にのみ値をもち、パルス電流等の高周波
成分を除いて、安定器２次電流のうち、スイッチ要素３
のオンしているｔ２からｔ４迄の期間のみ選択すればほ
ぼ一致した波形となる。

このように選択動作をさせるため、トランジスタＴｒ２
を設けスイッチ要素３のオン動作時にはＴｒ２にベース
鰭流を流して、コンデンサＣ２への充電を防止している
。従ってコンデンサＣ８両端にはランプ電流を平緒した
波形となり、ランプ電流が増加し、抵抗Ｒｓ両端電圧が
大きくなればコンデンサＣ２両端電圧が増大し、設定値
である定電圧ダイオードＤＺを通してトランジスタＴｒ
８にベース電流が流れ、Ｔｒ３が導通し、その結果トラ
ンジスタＴｒ４は遮断となり、トランジスタＴｒ４のコ
レクタ電位ｆが上昇して、単安定マルチ７のバイアス電
圧を上昇することになり、その結果単安定マルチ７の動
作時間を額かくし、スイッチ要素３のオン期間を短かく
して、ランプ電流を低減し希望の値に戻す。ランプ電流
が減少した場合には、上記と逆の動作を行いランプ電流
を増加し希望の値に戻すように作用する。第９図は他の
実施例であり、安定器として漏洩変圧器しを用い直列に
進相用コンデンサＣｓを挿入し、電流検出として安定器
２次電圧とスイッチ回路電流との差電圧を検出し、ラン
プ電流として出力するカレント，トランスＣ，Ｔ，２を
用いさらにスイッチ要素としてＧＴ○，ＳＣＲ等を用い
たもので、第７図の実施例と同様の動作を行なうことが
できる。叙上のように本発明は、放電灯の点灯状態を険
出しフィードバックしてスイッチ要素のオン期間を制御
することによりランプ電流を一定にする如くしたから、
電源電圧の変動、安定器特性のばらつき等に対してラン
プ電流、入力電流を安定にし、電源電圧低下時に放電維
持能力を失うことによる消灯や、電源電圧上昇時の異常
電流によるィンダクタンス素子等の安定器の焼損や、放
電灯の劣化等を防ぐ上、フィードバック制御のため、回
路の定数ばらつき等に関係し‘こく〈、又、放電灯のラ
ンプ電圧のうち、ランプ電流がピーク値を示しランプ電
流がフラットな一定部分のみ選択検出してフイードバツ
クしたから、カレント，トランス等の部品が不要で、構
成が簡単で、しかも、ランプ電流の波高値付近のランプ
電圧フラットな部分のみを選択検出するので、特性のば
らつきが少なく、更に、放蟹灯のランプ電流もしくは安
定器の２次電流を検出してフィードバックするから、放
亀灯特性のばらつき、周囲温度の変化による特性変動等
に対してもランプ電流を一定に保ち安定になるという効
果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従釆の放電灯点灯装置の回路図、第２図ａ〜ｄ
は同上の電圧電流波形図、第３図は本発明の一実施例の
ブロック回路図、第４図ａ〜ｆは同上の電圧電流波形図
、第５図は第３図の具体回路図、第６図は本発明の他の
実施例の回路図、第７図は本発明の別の実施例の回路図
、第８図は第７図の具体回路図、第９図は本発明に更に
他の実施例の回路図である。 １・・・・・・商用電源、２・・・・・・放電灯、３・
・・・・・スイッチ要素、７・・・・・・スイッチ制御
回路、９・・・・・・ランプ電圧検出部、１２・・・・
・・ランプ電圧零点検出回路、１３・・・・・・安定器
２次電流検出回路、１４・・・・・・安定器２次電流零
点検出回路、Ｌ．・・・・・・ィンダクタンス素子。 第ｌ図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 商用電源と主回路を構成するインダクタンス素子と
   放電灯により第１閉回路を形成すると共に上記商用電源
   とインダクタンス素子との直列回路に並列的にスイツチ
   要素を接続して第２閉回路を形成し、商用電源の各半サ
   イクル中一定期間オンして、このオン期間中に第２閉回
   路を構成するインダクタンス素子にエネルギーを蓄積し
   、この商用電源の各半サイクル中の次のスイツチング要
   素のオフ期間に上記蓄積エネルギーを商用電源に重畳し
   て放電灯に印加する放電灯点灯装置において、放電灯の
   点灯中に前記スイツチ要素のオフ期間中のランプ電圧波
   形若しくはランプ電流波形の大きさを検出してフイドー
   バツクし次の半サイクルのスイツチング要素のオン期間
   を制御することによりランプ電流を一定にする如くして
   成ることを特徴とする放電灯点灯装置。 ２ 放電灯のランプ電圧のうち、ランプ電流がピーク値
   を示し、ランプ電圧がフラツトな一定部分のみ選択検出
   してフイドーバツクする如くした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装置。 ３ 放電灯のランプ電流もしくは安定器の２次電流を検
   出してフイドーバツクする如くした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装置。