JPS6097599A - 放電灯調光装置 - 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】 この発明は位相制御回路を用いた放電灯調光装置に関し
、さらに詳しくは、安定した調光が可能な放電灯調光装
置に関する。

従来の位相制御回路を用いた放電灯調光装置は、半導体
スイッチング素子を用いて、交流の半サイクルにおいて
０°からα０までを阻止状態、α０から１８０°寸でを
導通状態とすることにより負荷つまり放電灯への供給電
力を制御して調光するようにしていた。このような放電
灯調光装置では、スイッチング素子の阻止角αが９０°
以上の場合、すなわち、スイッチング素子の導通角が０
５πラジアン以上の場合に、負荷に電源電圧の最大電圧
波高値を印加できなくなり、放電灯がちらついたり、立
消えを起すため、深い調光が困難であった。これを防ぐ
ために、スイッチング素子の阻止期間、すなわち、非導
通期間に、放電灯の点灯を維持するだめの補助電源回路
を用いて微少電流を予熱電流として負荷に与えることが
提案されていた。この装置では、微少電流の電圧が電源
電圧の約７に設定されているため、放電灯のリーケージ
・トランスの電力配線に加えて、格別の予熱トランスな
らびにそのための配線が必要となり、配線工事が著しく
困難であった。この欠点を改良するために、位相制御装
置の非導通期間に、非導通期間内の初期に、波高値を有
してなる減衰電圧パルスを放電灯に供給することにより
、微少なランプ電流を流し続けることが提案されている
。しかし、この種の位相制御装置では、制御回路の他に
、前述の減衰電圧の波高値を形成するために複雑なイ１
り成で、しかも、高価な補助電源回路を特別に設けなけ
ればならなかった。さらに、重要なことには、非導通期
間の初期に波高値を有する減衰電圧パルスを一般点灯用
の安定装置を介して放電灯に供給しても、放電灯の始動
電圧を一トけることができず、したがって深い調光を安
定して行なうことが困難であった。

本発明は、以上のような従来装置の欠点を解消するため
になされたもので、複雑な補助電源回路または予熱パル
ス発生回路等を用いることなく、また特別な予熱トラン
スを安定装置に付加する必要がなく、したがって一般点
灯用の安定装置をそのま１使用でき、しかも、格段に深
い調光が可能で、安定した点灯ができる放電灯調光装置
を提供することを目的とする。・ 以下、本発明をより良く理解するために、１００Ｖ商用
電圧を１００　Ｓｉｎ　ｗｔ　（Ｖ）としたときの各電
気角における瞬時値（波高値）とその波高値を最大値と
する波形の平均電圧を’Ｉ”ａｌ〕ｌｅ　Ｉに表わし、
これに基づき詳細に説明する。□□ブ ／ ／ ／ ／ ／ ／ Ｔａｂｌｅ　１ 電気角（πラジアン）　平均電圧（Ｖ）　瞬間電圧（Ｖ
）０　０　０ ０．０５　１５．６　２２１ ０．１　３０．９　４３．７ ０、ｉ５　４５．４　６４．２ ０．２　５８，８　８３．１ ０．２５　７０．７　１００ ０、３　８　Ｃ１，９１１４，４ ０，５５８９，１１２６ ０、４９５，１１３４，５ ０，４５９８，８１３９，７ ０、５１００１４１，４ ０，５５９８，８１３９，７ ０、６９５，１１３４，５ ０、／）５　８９．１　１２６ ０．７　’　ａＯ，’？　１１４．４ ０．７５　７０．７　１００ ０．８　５８，８　８３．１ ０、８５　４５．４　６４．２ ０．９　３０．９　４３．７ ０．９５　１５．６　２２１ １　０　０ 放電灯は、その特性上、安格電圧が厳しく定められてい
る。たとえば、１００Ｖ　４０Ｗの螢光灯においては、
電源電圧が９０Ｖ前後になると消灯してＬ２まう。この
ことは、螢光灯の始動電圧の波高値が足りなくなったこ
とを意味する。上記′Ｉ″ａｂｌｅＩから明らかなよう
に、前記９０ＶのＸＶ均電電圧いうのは、波高値が１２
６■の値であり、この稙を越える電圧を有する電気角は
０６５πラジアノから０．６５πラジアンである。通常
、放電灯はこの期間において始動が始まり、点灯可能と
なる。

第１図は、４０Ｗ螢光灯の陰極予熱電流と始動電圧の関
係を示し、縦軸に始動電圧（Ｖ）、横軸に予熱電流（Ａ
）と電極温度（℃）を表わす。第１図において、予熱電
流が０．６Ａの値を少し越えると、電極温度が７００℃
になり、このとき始動電圧が最も低く、それ以上予熱電
流が増加しても、始動電圧は変化しないことが分かる。

これによれば、Ａ点つまり電極温度が５５０℃寸では始
動電圧が２７０■となっており、電極温度が５５０℃以
上になると、始動電圧が急激に下がり、電極温度が上昇
しても始動電圧は変化しない。２次電圧が２７０■と、
１７０Ｖでは、約１．６倍の比を持ち、この比は、１次
電圧においても同様であるため、電極温度が低い時と充
分に加熱された時では、同じ制御をしても始動点灯時間
が全く違うことを意味する。これは光束やチラッキ等の
不安定な点灯につながるので、始動電圧が最も低くなる
温度までフィラメントを加熱する必要がある。つ１す、
この型の放電灯では、７００℃付近が最も効率の良い１
ｆｌ、極温度であり、約０．３　Ａを要している。

換言すれば前記電気角Ｄ〜始動電圧捷での期間の大部分
が熱損失として消費されているということである。甘だ
、一般に１００Ｖ　４０Ｗ型の螢光灯の始動電圧は、１
次電圧で、９０Ｖ付近である。

この点は、交流電源の半波中において電気角０．３５π
ラジアン〜０６５πラジアンの間にあるが、０．６５π
ラジアンは減衰電圧であるので、始動電圧にはなり得な
い。そこで、始動電圧印加と点灯開始が同時期とすれば
、光束を持たないのは、０〜０６５πラジアンであり、
この間の電力は、（１−Ｃｏ５　Ｏ，３５ｒｔラジアン
）７２キ０．２７５であり、約２７％の電力を持つ。つ
まりフィラメントが予熱されていれば、この電力は損失
である。

第２図は従来の放電灯位相制御装置を用いた点弧位相角
と光束との関係と、本発明による放電灯位相制御装置に
よる点弧位相角と光束との関係を示すグラフで、カーブ
Ｃ，Ｄが従来例を示し、カーブＥが本発明の効果を示す
。第２図において、カーブＣは、交流半波の前半部をカ
ットしたときの点弧位相角と光束の関係を示し、カーブ
Ｄは、交流半波の最大波高値を与えるように位相制御し
たときの効果を表わし、カーブＥは以下に述べるような
方法で予熱電流を加えた場合の効果を示す。

第２図において明らかなように、０２πラジアン１での
位相制御角（ｔｌ）では、はとんど光束の変化は表われ
ず、位相制御角か０２πラジアン（ｔｌ）から０６πラ
ジアン（ｔｌ）までは光束は緩やかに変化する。位相制
御をするとフィラメント予熱に時間がかかり、第１図に
示（−だ始動電圧が高くなる事で点灯開始が遅れること
を合わせて考えると、上記０６５πラジアンまでの電力
がほとんど損失である事か裏づけられる。また、一旦点
灯し／ζ放電灯は安定するが０，８πラジアンで消灯す
るので、０８πラジアンから１πラジアンの電力ｄ損失
になるわけである。この電力は（１＋Ｃｏｓ　Ｏ，８π
ラジア７）／２　；０．０９５４であり約１０％になる
。これに前記の点灯壕ての損失２７φを加えると光束と
して働かない時間の電力合訓は約６７係であり、フィラ
メントの予熱温度を保つことができれば螢光灯の全出力
は、０５５πラジア／から０８πラジアンまでの電圧を
印加する事によって得られる。つまり、放１程灯におい
て第２図のＧで示すように電源電圧の最大波高値を与え
るのか最も理想的であるが、この特徴はスイソヂング素
子のターンオフ動作特性等による所から敬遠されてきた
。従来までの方法では第２図丁で示すような交流半波の
前半部をカットしているため、０６５πラジアンを過ぎ
ると螢光灯の出力部分の電力をカットする事になり、極
端に光束が減じる。０４５πラジアンになると商用電源
のりプル等で、最大波高値が印加できなくなり制御不可
能で、消灯に至ることが多い。これを改善するために多
くの方法が提案されてきているが、いずれも０．５πラ
ジアン止りになっているのが現状である（第２図のカー
ブＣ参照）。

本発明は、位相制御回路の導通・非導通動作に関係なく
、電源電圧と同相でしかも電源電圧にほぼ準じた電圧を
有する微少電流を放電灯の安定器に供給することにより
、フィラメンＩ・予熱電流を放電灯の点灯中に通流し続
け、予じめ定められたフィラメント温度（たとえば７０
０℃）を保つことにより始動電圧を最低レベル（たとえ
ば１７０■）に維持することにより、位相制御電圧印加
時の電力損失や不安定動作、ならひにチラッキ等を実質
的に解消、かつ省電力に寄与することのできる調光回路
を提供するものである。

以下、本発明につき第５〜９図を参照しながら詳細に説
明する。

第６図は本発明による望ましい実施例の放電灯調光装置
のブロック図を示す。第６図において、１０は交流電源
、１２は螢光灯捷ｔユはすトリウムランプ等の放電灯で
ある。１４はこの放電灯の安定装置で、誘動性インピー
ダンスを有するものでアル。安定器１４はリーケージト
ランスおよびコンデンサを有して成るもの、チョークコ
イルおよびコンデンサを有して成るもの、或いは、単に
誘動性インピーダンスから成るもの等、一般点灯用とし
て知られているものである。上記放電灯１２と安定器１
４との直列回路は１個または複数個か並列的に設けられ
る。１６は位相制御回路で電源１０、たとえば商用交流
電爵の電圧を位相制御し、上記安定器１４を通して放電
灯１２に供給するものである。１８は前記の位相制御回
路１６に制御パルスを供給するためのパルス発生装置で
あり、位相制御回路１６の導通期間が電源電圧の柴犬波
高値ｆｊ近となるような制御パルスを発生ずる。

２０は位相ｉｔ’ｌ＋御回路１６の導通・非導通に関係
なく放電灯の点灯中に常時電源電圧と同程度の彼冒値を
持ち、ｉｉｌ記電源電圧と同相の電流を安定器１６に印
加するための補助電源である。

つぎに、第５図の調光装置の作動につき第４図の波形を
参照しながら説明する。交流電源１０からの交流電圧（
第４図ａ参照）は位相制御回路１６により位相制御され
る。このとき、位相制御回路１６は第４図１）において
ｉ、”＋　Ｔ２て示された期間において導通するように
パルス発生回路１８により制御され、出力電圧を電源電
圧の所定の電圧レベルの時点に、たとえば波高値が最大
の時点に合致させるようになっている。第４図すに示さ
肛るような電′ｆ１．電圧の最大波高値を有する出力電
圧は安定器１４を介して放電灯１２に供給される。この
とき放電灯に流れる電流が第４図ｄで示される。

放電灯の点灯中において、位相制御回路１６の動作とは
関係なく、すなわち、位相制御回路１６の導通および非
導通期間内において、補助電源２０を介して、電源電圧
に準じた波高値を有し、かつ前記電源電圧と同相の予熱
電流（第４図Ｃ）が安定器１４を介して放電灯１２に供
給されるため、このときの合成電流は第４図ｅで示すよ
うな波形となる。

第５図は第４図に示した調光装置の望捷しい実施例を示
し、第４図と同様な構成部品については、同様の符号を
（＝ｔ　してある。第５図において位相制御回路１６は
、交流電源１０と安定器１４との間に接続された夕”イ
オード２４．２６．２８．５０から成るブリッヂ回路２
２をイｊする。ダイオードブリッヂ２２の正出力端にリ
アクトル６２を接続し、該リアクトル５２と直列にパワ
ー・トランジスタ３４のような自己阻止型半導体スイッ
チフグ素子のコレクタ端を接続し、トランジスタ６４の
エミッタＪ：：を夕”イオート・ブリッヂ２２の負出力
端へ接続する。−また、コンデンサ４０と該コンデンサ
４ｏとＩｈ列に接続された抵抗４２から成る保護回路を
トランジスタ６４と並列に接続する。パルス発生装置１
８は、交流電源１０に接続された変圧器（図示せず）か
らなる直流電源部４４と該直流電源部４４の直流電圧に
より駆動される／ユミノト回路４６と、増ｒｉｊ器４８
から成るものとして図示されでいる。。

直流電源部４４の１例を第６図に示し、ンーミノト回路
４６の１例を第７図て示す。第８図ｆのような入力信号
が直流電源部４４からンユミノト回路４６に供給される
と、シュミット回路はその設定値に応じて第８図ｇのよ
うな信号を発生する。

この信号を増［ＩＪ器４８で増１１Ｊシ、上記１５号の
発生期間（第８図πの期間）だけトラ／ジスタロ４を導
通状態にする。このとき、放電灯には第４図１〕のよう
な波形を有する出力電圧が供給される。補助電源２０は
コンデンサ５２とリアクトル５４の直列共振回路から成
り、位相制御回路１６と並列に安定器１４と交流電源１
０との間に接続されている。リアクトル５４はコンデン
サ５２と共振し、電流と電圧が同相となる条件を満たず
値を有するように設定される。

つぎに、第５図の実施例の作動につき説明する。

放電灯１２のスイッチが投入されると、コンデンサ５２
とリアクトル５４から成る補助電源２０から安定器１４
を介して放電灯１２のフィラメントへ電流が流れ出す。

補助電源２０の出力は電源と同４、’、ｊ　ＩｒＬの（
皮高ｉ１ｔ’ｉろ−（、ＩＩっているが、コ／〒／す５
ソとリアクトル５４のインピーダンスにより電流が制限
されるため、放電灯１２は点灯するに至らず、フィラメ
ントか充分に予熱される。このときの予熱電流は、第１
図より明らかなように、好ましくは約０．３２Ａに設定
され、フィラメント温度は約７００℃となる。指定位相
角に達するとパルス発生回路４８が駆動パルス（第８図
ｇ）を発生し、位相制御回路１６が導通する。このとき
、補助電源２０の微少電流によって、放電灯１２のフィ
ラメントが充分に予熱されているので、第１図Ｂ点で示
すように始動電圧が低くなっており、放電灯は約１１０
■の始動′電圧で点灯する。もしこのとき、フィラメン
ト温度が７００℃よりも低い場合には始動電圧が尚くな
っており、したがって位相制御回路１６が導通しても、
そのときフィラメントへの印加’ｊｔｆ圧が低いので放
電灯１２はたたちには点灯しない。したがって、この場
合は始動電圧までフィラメント印加１Ｌ圧が高まるのを
待たなければならない。この遅れ時間が電力のロスとな
り、同−角で位相制御をしても明るさが犬きく違ってく
る。

このときの明るさの違いを第２図のカーブＤ　、　ｌ：
を参照しながら説明する。カーブＩうが本発明による光
束を示し、カーブＤが微少電流を供給しなかったものの
光束を示す。捷た、第９図にチョークコイルによる螢光
ランプの点灯波形を示す。第９図において１は交流電圧
波形を示す。第９図１から明らかなように、ラング電圧
は電源電圧より、０２５πラジアン程遅れ位相を示すの
で位相制御角か大きくなるにつれてフィラメント温度も
下り、始動電圧か高くなるので前記遅れも犬きくなる。

このため、ランプ電圧の立ち上りが電源電圧の中、し一
点０５πラジアンを越えると電圧は減衰特性を示し、ラ
ンプ電圧も下ってくるので、放電灯がチラッキ始めるか
、もしくは消灯する。

第１０図は螢光灯の電源電圧の特性を示し、縦軸に螢光
灯の特性変化を示し、横軸に電ＦＡ電圧を表わす。第１
０図に示す様にランプ電圧が下ってくると、放電灯は負
性抵抗特性を示すので、電流は増加する。このことは光
束を減じて電力が増加することを意味するので省電力に
も反する。

第１１図に位相制御による省電力の変化を表わした結果
を示す。カーブ１が本発明による省電力の効果を示し、
カーブＪ、■（が従来技術による省電力の効果を示す。

本発明は放電灯の点灯中に常時微少１ｈ、流ｌ（を流し
ており、その分の電力が加わっているのだが、それでも
最終的には大きな省電力効果を上げているのがカーブ１
かられかる。

前述の実施例において、本発明は電源電圧の最大波高値
イーｊ近の一定期間内で位相制御回路の半導体スイッチ
ング素子を連続的に導通させるものに適用したものとし
て説明したが、前記一定期間内に高周波電圧に変換して
放電灯を高周波点灯するものにも適用可能である。

な秒、パルス発生装置として／−ζノド回路と４増１１
Ｊ器とから成る回路構成が１例として示されたが、その
他種々の構成をとれるものである。

以上、詳述したように、この発明によれば、放電灯に７
４して、最大波高値の電圧を各半波において印加するよ
うに位相制御するとともに、前記各半波において位相制
御回路の導通・非導通期間内に、位相制御回路と並列に
接続したコンデンサおよびリアクトルからなる直列共振
回路を介して、′電源電圧と同相の微少電流を放電灯に
ＤＩ、給することにより、フィラメント電極を予じめ定
められた温度まで予熱して放電灯の始動電圧を著しく下
げたために、始動電圧の不足による再点弧やチラツキ等
の不安定な状態をなくし、さらに安定器に格別な手段を
イー１加することなく深い調光かり能である。しかも、
放電灯の点灯を安定した状態で、放電灯に供給する電力
を小さくなるように制御できるため、省電力にも絶大な
効果をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は４０　Ｗ螢光ランプの陰極予熱電流と始動電圧
の関係を示すグラフ、第２図は位相制御による点弧位相
角と光束との関係を示Ｊ−グラフ、第６図は本発明によ
る放電灯調光回路のブロック図、第４図は第６図の放電
灯調光回路における波形図、第５図は第６図に示した放
電灯調光回路の具体的な回路例、第６図は第５図に示さ
れた直流電源部の回路例を示し、第７図は第５図に示さ
れた／ユミノト回路の具体例を示し、第８図は第５図の
実施例における波形図、第９図は交流電圧の波形とフィ
ラメント電圧の波形との位相遅れ関係を示し、第１０図
は螢光ランプの電源電圧と特性変化との関係を表わすグ
ラフを示し、第１１図は点弧位相角と′心力との関係を
表わすグラフを示す。 １０・交流霜、源　１２・・放電灯 １６・・・位相制御回路　１８・パルス発生回路２０・
補助電源 特許出願人　アレノクス工業株式会社 Ｌ３図 秦４Ｉ２１１ ＃５図 ？０ 第ろ図　幕７図 襄ａｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電源に安定器を介して放電灯を接続し、」二言己’
   ％源と上記安定器との間に、半導体スイッチング素子を
   イｊする位相制御回路を介在させて前記半導体スイッチ
   ング素子の導通期間を前記電源の各半波Ｃ７最大値刊近
   に設定したものにおいて、」二記位相制御回路に対して
   コンデンサとりアクドルらなる直列共振回路を並列に接
   続し、前記半導体スイッチング素子の導通・非導通期間
   に、前記直列共振回路を介して上記安定器に前記電源電
   圧と同相の微少電流を供給することを特徴とする放電・
   月調光回路。