JPS6115560B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は放電灯点灯装置に関し、特にたとえ
ば少なくとも２つの放電ランプを直列点灯するた
めの改良された放電灯点灯装置に関する。

本発明者は、先に、効率の改善とともに、限流
チヨークの小型、軽量化を可能ならしめ、省資源
および省エネルギに関して極めて有力な、毎半サ
イクルスタート点灯方式を提案した。

第１図はこの発明の背景となる毎半サイクルス
タート点灯方式を用いた放電灯点灯装置を示す電
気回路図である。構成において、１は交流電源で
あつて、限流装置の一例としての限流チヨーク２
と放電ランプ３の直列回路が接続されている。放
電ランプ３のフイラメント３１，３２の非電源側
に間欠高周波電圧発生回路（以下高圧回路）４が
接続されている。

前記高圧回路４はコンデンサ５１にサイリスタ
５２および昇圧インンダクタ５３の直列回路を並
列接続して構成された高周波高電圧発生回路（以
下昇圧回路）５に間欠発振用コンデンサ６を直列
接続した回路である。

なお、前記高圧回路４は間欠的に高周波発振動
作する限りにおいては、トライアツク等のゲート
付サイリスタを用いるもの、更にはインバータを
用いた高圧発生回路に置換することもできる。

第２図は第１図の回路の等価回路を用いて計算
の結果観測された点灯中の各部波形において、第
２図Ｄを除き高周波成分を無視した波形を示す。
以下には、この波形図を参照して上述のごとくの
構成の動作について説明する。

電源１に投入すると、限流チヨーク２を介して
放電ランプ３に第２図Ａに示すような電源電圧ｅ
が印加されると共に、高圧回路４にも電源電圧ｅ
が印加される。高圧回路４においては、電源電圧
ｅが間欠発振用コンデンサ６を介してサイリスタ
５２に印加され、このサイリスタ５２をブレーク
オーバさせるために昇圧回路５が発振動作を開始
する。この発振動作は間欠発振用コンデンサ６が
なければ継続するものであるが、昇圧回路５の発
振動作に伴つて間欠発振用コンデンサ６が充電さ
れていき、かつこの間欠発振用コンデンサ６の端
子電圧が電源電圧を相殺することによつて、電源
電圧ｅの立上り部分において各半サイクル毎に間
欠的に発振するものとなる。従つて、この昇圧回
路５からは、交流電源電圧ｅの各半サイクルの所
定位相毎に間欠発振出力が発生する。

この発振出力は、電源電圧ｅに重畳されて放電
ランプ３に印加される。同時に、電源１―限流チ
ヨーク２―フイラメント３１―高圧回路４―フイ
ラメント３２―電源１の径路で高圧回路４の入力
電流ｉ_Rが流れる。

かくしてフイラメント３１，３２が予熱される
と、高圧回路４からの発振出力ｖ_Rにトリガされ
て放電ランプ３が始動される。放電ランプ３が点
灯されると、第２図Ｃに示すような放電ランプ３
の管電流ｉ_Tが限流チヨーク２を流れることによ
つて、そのインピーダンスが変化して、入力電流
ｉ_Rの出現期間は予熱時より短くなる。入力電流
ｉ_Rの休止期間はもちろん高圧回路４が発振動作
を停止しており、従つて各半サイクルにおける放
電ランプ３の点灯中は、入力電流ｉ_Rに基づく予
熱電流は減少する。また入力電流ｉ_Rの休止期間
はフイラメント３１，３２の予熱が停止する。以
下放電ランプ３が電源１の各半サイクル毎の高圧
回路４の発振出力ｖ_Rによつて再点弧されながら
電源電圧ｅによつて点灯維持される。

ここで、管電圧ｖ_Tは、第２図Ｂに示すよう
に、間欠発振期間による休止期間をもつた矩形波
となり、その実効値Ｖ_Tは在来点灯方式よりも
やゝ低目の値を示す。また、第２図Ｅに示すよう
な高圧回路４の間欠的な入力電流ｉ_Rが限流チヨ
ーク２を流れることにより、第２図Ｂに示すよう
に管電圧ｖ_Tの波形が入力電流ｉ_Rの影響で若干高
められる。入力電流ｉ_Rの出現位相は電源電圧の
変動はかかわらず一定であり、従つて、管電流ｉ
_Tの立上り位相は電源電圧ｅの変動にかかわらず
一定位相に保たれる。また前記入力電流ｉ_Rは、
もし電源電圧の増大によつて管電流ｉ_Tが増大す
れば、管電流ｉ_T波形の後端が次の半サイクルの
入力電流ｉ_Rの出現期間にくい込むことによつて
減少する特性があり、すなわち負の変動係数を有
する。これらは毎半サイクルスタート点灯方式に
おける管電流ｉ_Tの変動率が安定インピーダンス
の減少にかかわらず良好に保たれる理由である。

前記管電圧ｖ_T、管電流ｉ_T、高圧回路４への入
力電流ｉ_R、発振出力電圧ｖ_R並びに電源電圧ｅの
波形から限流チヨーク２の瞬時無効電力ｖ_CH・
i′および著積エネルギＳを算出すると同図Ｆおよ
びＧに示す波形となる。すなわち、同図Ｆにおい
てS₁は発振期間ｔ１〜ｔ２に入力電流ｉ_Rにより
蓄積されるエネルギであり、S₂は電源電圧ｅが管
電圧ｖ_Tより高い期間ｔ２〜ｔ３に管電流ｉ_Tによ
つて蓄積されるエネルギであり、S₃は管電圧ｖ_T
が電源電圧より高い期間ｔ３〜ｔ４に管電流ｉ_T
によつて放出されるエネルギであり、S₁＋S₂＝S₃
なる関係が成立する。

この第２図に示す波形に基づいて限流チヨーク
２の蓄積エネルギおよび必要なインダクタンスを
計算すれば、それぞれ、従来のグロー点灯方式に
比べて１／４および１／５程度となり、それだけ小形化
する ことができる。

なお、昇圧トランス構成のラピツドスタート方
式の安定器と比較すれば、これらの小型化比率は
さらに顕著となる。

更に、このような点灯方式によれば電源電圧ｅ
と管電流ｉ_Tの位相差が従来点灯方式よりも小さ
いので、力率改善コンデンサは不要となり或いは
極端に小容量とすることが可能である。

このように、本件発明の背景となる毎半サイク
ルスタート点灯方式では、省資源、省エネルギに
ついては多大な利点を有するものである。

しかしながら、少なくとも２灯の放電ランプを
直列点灯する目的で前述の第１図に示す毎半サイ
クルスタート点灯方式を用いる場合、２灯の放電
ランプを点灯させるためには１灯の放電ランプの
起動圧の２倍の起動電圧を要するため、発振出力
の大きな高圧回路が必要となり、回路構成が複雑
となりかつ高価になるという問題点を含む。そこ
で、本件発明者は、２灯直列点灯させる場合にお
いて起動電圧が比較的小さくて済み、高圧回路の
回路構成が簡単となるような逐次起動点灯方式を
提案した。

第３図はこの発明の背景となる２灯直列接続さ
れた放電ランプを逐次起動点灯する一例を示す回
路図である。構成において、たとえば商用電源の
ような低周波交流電源１の両端には、限流チヨー
ク２を介して放電ランプ３ａと３ｂとの直列回路
が接続される。そして、この放電ランプ３ａ，３
ｂの直列接続の両端には、高周波高電圧発生手段
の一例として示す前記高圧回路４が接続される。
この高圧回路４は前述の第１図の場合と同様であ
り、ここではその説明を省略する。さらに、２つ
の放電ランプ３ａ，３ｂのいずれか一方（図示で
は３ｂ）には、逐次起動コンデンサ７が並列接続
される。

動作において、交流電源１を投入すると、限流
チヨーク２および間欠発振用コンデンサ６を介し
て昇圧回路５に電源電圧が与えられて、昇圧回路
５が動作して高周波高電圧を発生する。そして、
図示しないが、放電ランプが予熱を要する場合は
適当な予熱手段によつて放電ランプ３ａ，３ｂの
フイラメントが十分に予熱されると、昇圧回路５
からの高周波高電圧と、間欠発振用コンデンサ６
の両端の低周波の電圧とが重畳されて放電ランプ
３ａ，３ｂの直列接続の両端に印加される。この
とき、一方の放電ラプ３ｂには逐次起動コンデン
サ７が並列接続されているため、前記高周波高電
圧のみならず低周波電圧は逐次起動コンデンサ５
を介して他方の放電ランプ３ａの両端に印加さ
れ、高周波高電圧が放電ランプ３ａをグロー放電
ならしめ、交流電源１から逐次起動コンデンサ７
を介して低周波電流が供給されてアーク放電に移
行せしめられる。従つて、先に放電ランプ３ａが
始動される。放電ランプ３ａが始動されると、昇
圧回路５の高周波電圧のみならず、低周波電圧は
放電ランプ３ｂの両端に印加されることになり、
続いて放電ランプ３ｂも始動される。

このように、２灯直列回路を点灯するために、
逐次起動コンデンサ７を用いると、１灯の放電ラ
ンプを起動する場合に比べて起動電圧がほぼ1.3
倍で良いという利点がある。しかしながら、この
逐次起動コンデンサを用いる点灯装置において
は、次のような問題点がある。すなわち、逐次起
動コンデンサ７の容量をＣ、そのインピーダンス
をXcとすると、Xc＝１／ｊωＣ∝１／ｆの関係があるた め、逐次起動コンデンサ７の容量を小さくすると
低周波電源に対するインピーダンスXcが大きく
なる。このため、放電ランプを高周波発振出力で
グロー放電させることはできても、低周波電源に
よりアーク放電に至らすことができず、結局、放
電ランプを始動することができない。そこで、逐
次起動コンデンサ７の容量を大きくすると、低周
波電源に対するインピーダンスが小さくなるた
め、前述の問題点はなくなるが、放電ランプの寿
命が短くなる。このことはスタートとして高周波
発生手段を用いる在来点灯方式の２灯直列点灯装
置においても同様であり、改善が望まれている。
しかも、毎半サイクルスタート点灯方式による２
灯直列点灯の放電灯点灯装置においては、上述の
問題点ばかりでなく、次のような致命的な欠陥を
伴う。

すなわち、毎半サイクルスタート点灯方式で点
灯させる場合においては、逐次起動コンデンサの
容量を大きくすると、点灯中各半サイクルの早い
位相で点灯し易くなり、電源電圧の変動あるいは
周囲温度の変化によるランプ電圧の変動に対する
ランプ電流あるいは入力電流の変動率が増大する
という問題点に遭遇する。したがつて、逐次起動
コンデンサの容量を選定するにあたつては、高周
波に対して容量が小さくなり、低周波に対しては
容量が大きくなるように構成することが望まし
い。

それゆえに、この発明の主たる目的は、複数の
放電ランプを直列点灯する場合において上述の問
題点を解消してグロー放電からアーク放電めの移
行がスムーズに行なえるような放電灯点灯装置を
提供することである。

この発明の他の目的は、毎半サイクルスタート
点灯方式で複数の放電ランプを直列点灯する場合
において、ランプ電流変動率の増大を防止できる
ような放電灯点灯装置を提供することである。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特
徴は図面を参照して行なう以下の詳細な説明から
一層明らかとなろう。

この発明を要約すれば、高周波に対してインピ
ーダンスを大きくしかつ低周波に対してインピー
ダンスを小さくするように逐次起動回路を構成す
ることによつて、グロー放電からアーク放電への
移行をスムーズに行なえるようにし、確実に放電
ランプを直列点灯できるようにしたものである。

第４図はこの発明の一実施例の電気回路図であ
る。構成において、低周波交流電源１には、限流
チヨーク２を介して２つの放電ランプ３ａおよび
３ｂが直列接続される。この直列接続された２つ
の放電ランプ３ａ，３ｂの両端には、高周波高電
圧発生手段の一例としての高圧回路４が並列接続
される。この高圧回路４は、発振コンデンサ５１
にサイリスタ５２および昇圧インダクタ５３の直
列回路を並列接続した昇圧回路５に、間欠発振用
コンデンサ６を直列接続して構成される。

なお、この高圧回路４に替えて、間欠発振用コ
ンデンサ６を省略した昇圧回路５のみを用いて通
常の点灯方式としても良い。

さらに、放電ランプ３ａまたは３ｂのいずれか
一方（図示は３ｂ）には、この発明の特徴となる
逐次起動回路８が並列接続される。この逐次起動
回路８は、第１のインピーダンス回路の一例とし
て示す比較的小容量のコンデンサ８１に対して、
第２のインピーダンス回路の一例として示す高周
波ブロツク用インダクタ８２と比較的大容量のコ
ンデンサ８３を直列接続した回路を並列接続して
構成される。

次に、その動作を説明する。交流電源１が投入
されると、限流チヨーク２および間欠発振用コン
デンサ６を介してコンデンサ５１が充電される。
コンデンサ５１の充電電圧に基づくサイリスタ５
２の印加電圧がそのブレークオーバ電圧を超える
と、サイリスタ５２が導通する。応じて、発振コ
ンデンサ５１と昇圧インダクタ５３とが協働し
て、発振動作し、高周波高電圧を発生する。この
発振動作は前述のとおり間欠発振用コンデンサ６
のために間欠状のものとなる。この高周波高電圧
が間欠発振用コンデンサ６の両端の低周波電圧に
重畳され、コンデンサ８１を介して放電ランプ３
ａに印加されて、この放電ランプ３ａがグロー放
電する。放電ランプ３ａがグロー放電に至ると、
交流電源１から限流チヨーク２を介して流れる低
周波電流は、高圧回路４に流入するのみならず、
放電ランプ３ａ―インダクタ８２―コンデンサ８
３の径路においても流れる。応じて、放電ランプ
３ａがアーク放電に移行し、これによつて放電ラ
ンプ３ａが始動点灯する。放電ランプ３ａの点灯
により、放電ランプ３ａのインピーダンスが低く
なるため、低周波電源電圧のみならず、昇圧回路
５の高周波高電圧と、間欠発振用コンデンサ６の
端子電圧の低周波電圧との重畳電圧が放電ランプ
３ｂに印加される。応じて、放電ランプ３ｂは高
周波高電圧の印加によつてグロー放電したのち、
交流電源１から限流チヨーク２および放電ランプ
３ａを介して与えられる低周波電圧によつてアー
ク放電に至り、始動点灯する。

このように、コンデンサ８１から成る第１のイ
ンピーダンス回路が高周波に対して低インピーダ
ンスとなり、インダクタ８２とコンデンサ８３の
直列回路から成る第２のインピーダンス回路が低
周波に対して低インピーダンスとなることによ
り、放電ランプのグロー放電のためには容量の小
さいコンデンサ８１が働き、アーク放電のために
は容量の大きいコンデンサ８３が働くように自動
的に切り替えられる。

すなわち、高周波高電圧発生手段として高圧回
路４が用いられた場合、すなわち毎半サイクルス
タート点灯方式の場合は、放電ランプ３ａ，３ｂ
が一旦始動点灯すると、コンデンサ８３が十分に
充電される前に高圧回路４の発振出力の極性が変
わるため、コンデンサ８３によつて得られるエネ
ルギがグロー放電からアーク放電に移行させるの
に必要なだけ生じなくなり、コンデンサ８３を無
効化できる。したがつて、毎半サイクルスタート
点灯方式において、放電ランプ３ａ，３ｂが一旦
始動点灯すると、以後実質的に比較的小容量のコ
ンデンサ８１のみが働き、電源電圧の変動あるい
は周囲温度の変動と、放電ランプの始動時にコン
デンサ８３の電荷による再点弧位相を早めること
との相乗作用がなくなり、ランプ電流の変動率の
増大を防止するように働く。

第５図はこの発明の他の実施例の電気回路図で
ある。この実施例が第４図と異なる点は、第１の
インピーダンス回路としてのコンデンサ８１を放
電ランプ３ａに並列接続し、インダクタ８２とコ
ンデンサ８３を直列接続してなる第２のインピー
ダンス回を放電ランプ３ｂに並列接続することに
よつて、第１のインピーダンス回路と第２のイン
ピーダンス回路とを直列接続して、高周波高電圧
に対する直列共振回路よりなる逐次起動回路８′
を構成したことである。したがつて、以下の動作
説明では第４図と異なる動作のみについて説明す
る。

動作において、高圧回路４が間欠発振動作する
と、その発振周波数に対して、第１のインピーダ
ンス回路と第２のインピーダンス回路の直列共振
回路が直列共振し、高められた共振電圧がコンデ
ンサ８１と８３とで分圧され、コンデンサ８１の
分圧電圧が並列接続された放電ランプ３ａに印加
され、一方コンデデンサ８３の分圧電圧とインダ
クタ８２の端子電圧とのベクトル和電圧が放電ラ
ンプ３ｂに印加される。このとき、コンデンサ８
３の容量が比較的大容量であるため、共振電圧の
大部分がコンデンサ８１に分圧され、また、コン
デンサ８３の分圧電圧はインダクタ８２の逆相の
電圧によつて相殺されるため低く、従つて放電ラ
ンプ３ａがグロー放電する。そして、交流電源１
からチヨークコイル２―放電ランプ３ａ―コンデ
ンサ８３―インダクタ８２を介して低周波電流が
流れるため、放電ランプ３ａがアーク放電に移行
して始動点灯する。応じて、放電ランプ３ａが低
インピーダンスとなるため、高圧回路４の間欠発
振出力が放電ランプ３ｂの両端に印加され、放電
ランプ３ｂがグロー放電する。そして、交流電源
１から流チヨーク２―放電ランプ３ａ―３ｂを介
して低周波の交流電流が流れ、放電ランプ３ｂが
アーク放電して始動点灯する。

なお、この逐次起動回路８′として、第１のイ
ンピーダンス回路と第２のインピーダンス回路を
直列共振させるように構成した場合においても、
高周波高電圧発生手段として高圧回路４に替えて
昇圧回路５を用いて、通常点灯させるようにして
も良い。

第６図はこの発明の他の実施例の電気回路図で
ある。この実施例は、コンデンサ８１とインダク
タ８２の直列回路を放電ランプ３ａ，３ｂの直列
回路に並列接続し、放電ランプ３ａおよび３ｂの
接続点とコンデンサ８１およびインダクタ８２の
接続点との間にコンデンサ８３を介挿することに
よつて逐次起動回路８″を構成したことである。
そして、放電ランプ３ｂに対して並列接続される
コンデンサ８３と８１との直列回路で第１のイン
ピーダンス回路を構成し、放電ランプ３ａに対し
て並列接続されるインダクタ８２とコンデンサ８
３との直列回路で第２のインピーダンス回路を構
成し、コンデンサ８３が第１のインピーダンス回
路と第２のインピーダンス回路とに共用されるも
のである。なお、この実施例の動作は前述の第５
図の直列共振を用いた回路とほぼ同様であるため
その動作説明を省略する。なお、この実施例にお
いても、高圧回路４に替えて昇圧回路５を適用し
ても良い。

以上のように、この発明によれば、高周波に対
して低インピーダンスを呈する第１のインピーダ
ンス回路と、高周波に対して高インピーダンスを
呈しかつ低周波に対して低インピーダンスを有す
る第２のインピーダンス回路とを用いて逐次起動
回路を構成することにより、複数の放電ランプを
直点灯する場合においてグロー放電からアーク放
電への移行をスムーズに行なえ、それによつて確
実に直列点灯できるような放電灯点灯装置が得ら
れる。また、この発明を毎半サイクルスタート点
灯方式に用いれば、複数の放電ランプを直列点灯
する場合において、ランプ電流変動率の増加を防
止できるとともに、放電ランプの寿命が低下する
のを防止できる。

なお、上述の実施例では２つの放電ランプを直
列点灯する回路について説明したが、２灯直列点
灯に限ることなく、３つ以上の放電ランプを直列
点灯する回路においても適用できることは言うま
でもない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の背景となる毎半サイクルス
タート方式を用いた放電灯点灯装置を示す電気回
路図である。第２図は第１図の各部の波形図であ
る。第３図はこの発明の背景となる逐次起動コン
デンサを用いた２灯直列の放電灯点灯装置の一例
を示すブロツク図である。第４図ないし第６図は
それぞれこの発明の異なる実施例を示す放電灯点
灯装置の電気回路図である。 図において、１は低周波交流電源、２は限流装
置（限流チヨーク）、３ａ，３ｂは放電ランプ、
４は高周波高電圧発生手段の一例の間欠高周波高
電圧発生回路（高圧回路）、５は高周波高電圧発
生手段の他の例の高周波高電圧発生回路（昇圧回
路）、８〜８″は逐次起動回路、８１および８３は
コンデンサ、８２はインダクタを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 低周波交流電源、 限流チヨークを含む限流装置、 前記限流装置を介して前記低周波交流電源に接
   続され、かつ少なくとも２つの直列接続された放
   電ランプ、 前記直列接続された少なくとも２つの放電ラン
   プに並列接続され、高周波高電圧を発生する高周
   波高電圧発生手段、および 前記直列接続された少なくとも２つの放電ラン
   プを逐次指導させる逐次起動回路を備え、 前記逐次起動回路は、 前記放電ランプの一部に並列接続された、比較
   的小容量のコンデンサで構成され、高周波電圧に
   対して比較的低インピーダンスを呈する第１のイ
   ンピーダンス回路と、 前記一部の放電ランプまたは他の放電ランプに
   並列接続された、比較的大容量のコンサとインダ
   クタの直列回路で構成され、前記高周波高電圧に
   対して比較的高いインピーダンスを呈しかつ前記
   低周波交流電源から与えられる低周波電圧に対し
   て比較的低インピーダンスを呈する第２のインピ
   ーダンス回路とを含むことを特徴とする放電灯点
   灯装置。 ２ 前記第１のインピーダンス回路と前記第２の
   インピーダンス回路は、直列接続され、前記高周
   波高電圧に対して直列共振することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の放電灯点灯装置。 ３ 前記第２のインピーダンス回路は、インダク
   タと第１のコンデンサとの直列回路からなり、放
   電ランプの一部に並列接続され、 前記第１のイピーダンス回路は、前記第１のコ
   ンデンサと第２のコンデンサとの直列回路からな
   り、前記他の放電ランプに並列接続され、 前記第１のコンデンサが第１のインピーダンス
   回路と第２のインピーダンス回路に共通的に利用
   され、かつ前記第２のインピーダンス回路に含ま
   れるインダクタと第１のインピーダンス回路に含
   まれる第２のコンデンサとの直列回路が前記高周
   波高電圧に対して直列共振す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装置。