JPS6120997B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放電灯の定格電圧と同等程度の電圧を
有する交流電源でしかも放電灯を良好に点灯でき
る放電灯点灯装置に関するものである。

第１図は本発明の前提となる基本回路例を示す
ものであつて、放電灯Ｌ_Aの定格電圧とほぼ等し
いかあるいはそれよりもやや低い電圧を有する交
流電源Ｖ_ACとコンデンサC₁とインダクタンスL₁
と放電灯Ｌ_Aとを直列に接続した第１の閉回路を
形成するとともに、この第１の閉回路に一部重複
して上記交流電源Ｖ_ACと上記コンデンサC₁と補
助インダクタンスL₂とスイツチング素子S₁とを
直列に接続した第２の閉回路を形成し、交流電源
Ｖ_ACの各半サイクル毎に一回一定期間上記スイツ
チング素子S₁を導通するようにした放電灯点灯装
置で、このスイツチング素子S₁としてトライアツ
クを使用した回路例である。しかしてこの第１図
の放電灯点灯装置の基本回路にあつては、今何ら
かの方法でこれを始動して定常点灯状態に移行さ
せた後は、第２図のタイムチヤートに示すように
動作し、放電灯Ｌ_Aの定常点灯を維持するもので
あり、この第２図においてイは交流電源Ｖ_ACの電
圧波形、ロは入力電流Iinの波形、ハはランプ電
流Ｉ_LAの波形、ニはランプ電圧Ｖ_LAの波形、ホは
スイツチング素子S₁に流れる電流Ｉ_Sの波形であ
る。第１図回路において交流電源Ｖ_AC、コンデン
サC₁、インダクタンスL₁及び放電灯Ｌ_Aより構成
された主回路は進相的であり、従つて第２図ロに
示すように入力電流Iinは交流電源Ｖ_ACに対し位
相が進んでいる。そこで今第２図ホに示すように
時刻t₀においてスイツチング素子S₁がオンしたと
すると、交流電源Ｖ_AC、コンデンサC₁、補助イ
ンダクタンスL₂及びスイツチング素子S₁よりな
る第２の閉回路はＬ_C振動的であるため、第２図
ホのような電流Ｉ_Sが上記スイツチング素子S₁に
流れることになる。このときコンデンサC₁の両
端電圧は、上記スイツチング素子S₁がオンしたと
きの振動的充電々流Ｉ_Sによつて高められ、時刻
t₁にてスイツチング素子S₁がオフした以降はこの
高められたコンデンサC₁の端子電圧と交流電源
Ｖ_ACの電圧とが重畳され、次の半サイクルにおけ
る時刻t₀まで放電灯Ｌ_Aは点灯を維持することに
なるものであり、次の半サイクルにおいても時刻
t₀以降は前述と同様の動作を繰返し、放電灯Ｌ_A
の定常点灯が維持される。なおスイツチング素子
S₁のオン期間中においても前記第１の閉回路には
連続的な電流が流れ、ランプ電流Ｉ_LAは第２図ハ
に示すような極めてなめらかな波形となるもので
あり、また入力電流Iinはランプ電流Ｉ_LAハとス
イツチング素子S₁電流Ｉ_Sホとが重畳した第２図
ロのような波形になるものであつて、この第２図
ロにおいて斜線部分がスイツチング素子S₁オン時
におけるコンデンサC₁の振動的充電々流Ｉ_Sの部
分である。かくて第１図の基本回路は上述のよう
に動作し、放電灯Ｌ_Aの定格電圧にほぼ等しいか
やや低い交流電源Ｖ_AC電圧で放電灯Ｌ_Aを定常点
灯状態に維持することが可能となり、インダクタ
ンスL₁やコンデンサC₁の電力容量が小さくても
すむようになつて小型軽量化された放電灯点灯装
置を提供することができたものである。

ところで第３図は第１図回路において放電灯Ｌ
_Aを取り外したときのタイムチヤートを示してい
るものであり、この場合の動作を以下説明する。
第３図において時刻Ｔ_ONに交流電源Ｖ_ACが投入さ
れ、回路に同図イに示すような交流電源Ｖ_AC電圧
が印加されたとき、この後最初の半サイクルの時
刻t₀でスイツチング素子S₁がオンしたとすると、
交流電源Ｖ_AC、コンデンサC₁、補助インダクタ
ンスL₂、スイツチング素子S₁の第２の閉回路よ
りなる直列振動系が形成され、スイツチング素子
S₁には第３図ロに示すような振動電流Ｉ_Sが流れ
る。そこでこの振動電流Ｉ_Sが反転しようとする
時刻t₁において上記スイツチング素子S₁はオフす
るのであるが、このときコンデンサC₁は同図ハ
に示すように充電され、次の半サイクルの時刻t₀
までこの充電電圧を維持する。一方この次の半サ
イクルに至ると再び時刻t₀でスイツチング素子S₁
がオンして前述の直列振動系が再び形成される
が、このときコンデンサC₁の電圧は交流電源Ｖ_A
Ｃの電圧に対し加極的になつており、従つて振動
は前の半サイクルのそれよりも強められ、第３図
ロに示すように前の半サイクルの電流Ｉ_Sよりも
ピーク値が大きな電流Ｉ_Sが流れ、コンデンサC₁
は同図ハのように前の半サイクルよりも高い電圧
に充電される。この電流Ｉ_Sが反転しようとする
時刻t₁でスイツチング素子S₁は再びオフし、コン
デンサC₁は前の半サイクルよりも高い電圧に充
電された状態を次の半サイクルの時刻t₀まで維持
する。かくてコンデンサC₁の両端電圧Ｖ_C1は第８
図ハに示すように交流電源Ｖ_ACの各半サイクル毎
に級数的に増加していき、ついには交流電源Ｖ_AC
の電圧の数倍乃至十数倍にも達することになる。
ところが、このようにコンデンサC₁の端子電圧
Ｖ_C1が増加するときには、第３図ニに示すように
スイツチング素子S₁の両端に印加される電圧Ｖ_S
も級数的に増大することになり、結局コンデンサ
C₁及びスイツチング素子S₁の耐圧不足による破
壊を生じることになり、これを防止するために
は、極端に耐圧が高い上記素子を使用する他な
く、価格的にも性能的にも望ましくないものであ
つた。即ち第１図の基本例回路は前述のような大
きな利点を有するものであるが、反面放電灯Ｌ_A
を取り外したときやあるいは放電灯Ｌ_Aの寿命等
で放電灯Ｌ_Aが不点灯状態になつたとき等におい
て、スイツチング素子S₁やコンデンサC₁に異常
な高電圧がかかつてしまうという問題点を有して
いた。

そこで従来、第４図に示すように放電灯Ｌ_A無
負荷時に異常昇圧する回路としてスイツチング素
子S₁の両端電圧を、ダイオードD₃、抵抗R₄，
R₅，R₆、コンデンサC₃、ツエナダイオードZD₁、
等よりなる異常昇圧検出回路で検出し、無負荷で
あることが判別されたとき正極方向用の補助スイ
ツチ素子S₂を導通するとともに抵抗R₈，R₇によ
り放電灯Ｌ_A両端電圧を検出している負極方向用
の第２の補助スイツチ素子S₃を導通するように
し、これにより第２の閉回路のスイツチング素子
S₁がオンするのを阻止し、もつて無負荷時の異常
昇圧を防止するようにした回路が提案されてい
る。第４図従来例回路において補助スイツチ素子
S₂及び第２の補助スイツチ素子S₃は夫々NPNト
ランジスタ及びPUTにより形成されており、ま
た図中S₀はスイツチング素子S₁用のトリガ素子で
ある。またこの第４図回路の各部の波形を示すタ
イムチヤートを第５図に示す。第５図中イは交流
電源Ｖ_ACの電圧波形、ロはスイツチング素子S₁に
流れる電流Ｉ_Sの波形、ハは全回路中のコンデン
サC₁の両端電圧Ｖ_C1の波形、ニは二次側端la₁，
la₂に生じる無負荷２次電圧Ｖ_O2の波形を夫々示
している。しかして第４図従来例回路にあつて
は、通常の定常点灯時において、スイツチング素
子S₁の両端に接続されたダイオードD₃、抵抗
R₆，R₅の直列回路により整流分圧された電圧で
コンデンサC₃が充電され、このコンデンサC₃は
ある値まで電荷が蓄積されることになるが、この
コンデンサC₃の両端電圧はツエナーダイオード
D₁を導通して補助スイツチ素子S₂をオンするま
でには至つておらず、トランジスタにより構成さ
れた補助スイツチ素子S₂はオフ状態を維持する。
またこのときPUTにより構成された第２の補助
スイツチ素子S₃は正常点灯時においてもオンする
のであるが、これはスイツチング素子S₁のトリガ
回路により負のサイクルにおけるトリガ信号がス
イツチング素子S₁に入力した後に上記第２の補助
スイツチ素子S₃がオンすることになるため、結局
正のサイクル及び負のサイクルのいずれにおいて
もスイツチング素子S₁の動作に影響はなく、前述
の基本回路例と同様の回路動作を行なう。

次に無負荷の状態になると、前述のようにコン
デンサC₁の両端電圧は交流電源Ｖ_ACの半サイク
ル毎に級数的に高圧となり（第５図ハ）、これに
伴つて無負荷２次電圧Ｖ_O2も第５図ニに示すよう
に異常に高電圧となり、非導通時のスイツチング
素子S₁両端電圧も異常高圧となる。そこでこのス
イツチング素子S₁両端の異常昇圧をダイオード
D₃、抵抗R₆，R₅コンデンサC₃の回路、及び分圧
抵抗R₈，R₇の回路により検出する。ダイオード
D₃、抵抗R₆，R₅よりなる整流分圧回路にあつて
は、上述のようなスイツチング素子S₁の異常昇圧
に伴つてその整流分圧した出力電圧も高電圧とな
り、この電圧により充電されるコンデンサC₃の
両端電圧は急速に上昇し、この電圧が所定の電圧
レベルに達した時刻t₁にツエナーダイオードZD₁
を介して補助スイツチ素子S₂のベース電流が供給
され、この補助スイツチ素子S₂がオンすることに
よりスイツチング素子S₁のトリガ回路に設けたコ
ンデンサC₂の充電を抑制し、もつて正の半サイ
クルにおけるスイツチング素子S₁へのトリガ信号
の供給を遮断し、スイツチング素子S₁をオフ状態
に維持させる。一方交流電源Ｖ_ACの負の半サイク
ルにおいては、正常点灯時にはスイツチング素子
S₁にトリガ信号が入力されて後PUTよりなる第
２の補助スイツチ素子S₃がオンする位相関係にあ
つたのに対し、無負荷時にはスイツチング素子S₁
へのトリガ信号が入力する以前に第２の補助スイ
ツチ素子S₃がオンする位相関係になるため、この
負の極性側においてもコンデンサC₂の充電が抑
制され、スイツチング素子S₁へのトリガ信号の供
給が遮断されることになり、結局正負の両半サイ
クルにおいてスイツチング素子S₁の導通が第５図
ロに示すように完全に遮断されることになる。こ
の時刻t₁の後コンデンサC₁の両端電圧Ｖ_CIはその
充電々荷が抵抗R₉を介して放電されることによ
り徐々に第５図ハのように低下していくことにな
るものであり、一方無負荷２次電圧Ｖ_O2は交流電
源Ｖ_ACの電圧と上記コンデンサC₁の両端電圧Ｖ_C1
とを重畳した第５図ニの時刻t₁〜t₂のような電圧
波形となり、この無負荷２次電圧Ｖ_O2は第５図ニ
の時刻t₂以降は同じ波形を繰り返すことになる。
なお定常点灯状態時に放電灯Ｌ_Aが開放された場
合も上述と同様の動作により回路の異常昇圧が抑
制されるのであるが、このときは定常点灯期間中
にコンデンサC₃がある程度充電されているた
め、第５図の時刻t₀に電源を投入して後時刻t₁に
異常昇圧防止の回路動作が行なわれるまでの時間
に比べて異常昇圧防止の回路動作が得られるまで
の時間が短かくなる。また上述のような無負荷時
の異常昇圧防止の回路動作が行なわれている状態
で放電灯Ｌ_Aを接続すると、第５図ニの無負荷２
次電圧Ｖ_O2の時刻t₂の時点での電圧が放電灯Ｌ_A
に印加されることになり、このときの電圧は交流
電源Ｖ_ACの電圧のピーク間電圧であり、放電灯Ｌ
_Aを始動するには十分な電圧であるためそのまま
定常点灯に移行することになる。

第６図及び第７図は、異常昇圧検出の回路部分
を変更した別の従来例回路であつて、これら従来
例回路において制御回路CCは例えば第４図従来
例における、補助スイツチ素子S₂やツエナーダイ
オードZD₁、第２の補助スイツチ素子S₃等により
構成された回路部分であり、第４図従来例の場合
異常昇圧検出のためにスイツチング素子S₁の両端
電圧を検知していたのに対し、第６図従来例は放
電灯接続端間の電圧を、第７図従来例は補助イン
ダクタンスL₂とスイツチング素子S₁との直列回
路の両端電圧を検出しており、いずれも第４図従
来例と同等の動作を行なうものである。

上述のように第４図及び第６図乃至第７図の従
来例回路にあつては、無負荷状態を自動的に検出
してスイツチング素子S₁の導通を遮断し、主回路
に異常な高電圧が発生するのを防止することがで
きるものであるが、交流電源Ｖ_ACの電圧が変動し
た場合、コンデンサC₃の正極（非接地極）側の
電位がこの電源電圧変動に伴つて変動し、これが
ツエナーダイオードZD₁及び補助スイツチ素子S₁
により検出されて無負荷対策用の制御回路CCが
定常点灯時においても誤動作するというおそれが
あつた。即ち電源電圧変動により電源電圧が高く
なると、これによりコンデンサC₃両端の電圧も
高くなり、定常点灯時にもこの高くなつた電圧が
ツエナーダイオードZD₁及び補助スイツチ素子S₂
により検知され、補助スイツチ素子S₂が導通して
スイツチング素子S₁の導通を遮断する場合が生じ
るおそれがある。また電源電圧が低くなると上記
コンデンサC₃の両端電圧も低くなり、このため
補助スイツチ素子S₂はオンしにくくなつて上述の
ような電源電圧上昇時のような誤動作のおそれは
なくなるが、反面無負荷になつた場合を考える
と、コンデンサC₃の端子電圧が補助スイツチ素
子S₂をオンする電圧レベルに達するまでに長時間
を要することになり、この間に主回路における無
負荷２次電圧が極端に上昇してコンデンサC₁や
スイツチング素子S₁の破壊を生じるかもしれない
おそれがある。従つてかかる従来例においては、
電源電圧の変動を考慮すると、コンデンサC₁や
スイツチング素子S₁の耐圧を必要以上に高くして
回路装置の高価化及び大型化を引き起す問題を有
する他、回路部品のばらつきを通常以上に制約す
る必要も生じ回路設計上の難点も多くて量産性が
悪いという欠点があつた。

本発明は上述の点に鑑みて提供したものであつ
て、無負荷状態を自動的に検知して回路が異常な
高圧となるのを防止し、もつて主回路のコンデン
サやスイツチング素子として比較的耐圧の低いも
のを使用することを可能として回路装置の安価化
及び小型化を達成し、しかも電源電圧の変動に対
する補償機能を有して電源電圧が変動した際にも
適確かつ迅速に無負荷状態の検知を行なうことが
できる放電灯点灯装置を提供することを目的とす
るものである。

以下本発明の一実施例を図面により詳述する。
第８図は本発明の一実施例回路を示すものであつ
て、図示より明らかなように補助スイツチ素子S₂
として設けたトランジスタのエミツタ（接地極）
とアースとの間にコンデンサC₄と抵抗R₁₂との並
列回路を接続するとともに、交流電源Ｖ_ACの電圧
を抵抗R₁₀，R₁₁により分圧し、この分圧電圧をダ
イオードD₄で整流して上記コンデンサC₄を充電
するようにしてあり、このコンデンサC₄の充電
電圧が交流電源Ｖ_ACの電圧変動に追従するバイア
ス電圧として補助スイツチ素子S₂のエミツタに印
加されている。

しかして第８図実施例においては、従来例のよ
うにコンデンサC₃の両端電圧が電源電圧変動の
影響を受けて変動を生じた場合、コンデンサC₄
の両端電圧も同様に電源電圧変動の影響を受けた
変動を行ない、結局コンデンサC₃の端子電圧Ｖ_C3
とコンデンサC₄の端子電圧Ｖ_C4との差の電圧は放
電灯Ｌ_Aの有無にのみ依存して電源電圧変動の影
響を受けず、前記第４図従来例において交流電源
Ｖ_ACの電圧が正規の電圧である場合と同一の電圧
が補助スイツチ素子S₂のベース・エミツタ間に印
加されることになる。かくて電源電圧が変動した
状態において放電灯Ｌ_Aが開放し無負荷が発生し
たとしても、無負荷検出が行なわれるまでに要す
る時間は電源電圧が正規の電圧である場合と同一
であり、従つて主回路中のコンデンサC₁やスイ
ツチング素子S₁に印加される電圧がその耐圧を越
えるような程度にまで上昇するようなことがなく
なり、また定常点灯時に電源電圧変動に起因して
無負荷検出動作が行なわれるというような電源電
圧変動に起因する無負荷対策回路の誤動作も生じ
ることがなくなる。

第９図、第１０図はコンデンサC₄の充電電圧
源を異ならした別の実施例を示すものであつて、
第８図実施例の場合交流電源Ｖ_AC両端電圧を抵抗
R₁₀，R₁₁で分圧しダイオードで整流してコンデン
サC₄を充電していたのに対し、第９図実施例の
場合、補助インダクタンスL₂とスイツチング素
子S₁との直列回路の両端電圧が電源電圧変動に追
従することに着目してこの両端電圧を抵抗R₁₀，
R₁₁で分圧するようにしたものであり、また第１
０図実施例の場合はスイツチング素子S₁の両端電
圧を抵抗R₁₀，R₁₁で分圧し整流することによりコ
ンデンサC₄の充電を行なうようにしたものであ
る。なお第９図、第１０図実施例の場合コンデン
サC₄の充電電圧は放電灯Ｌ_Aの有無の影響をも受
けることになるため、コンデンサC₄の充電時定
数とコンデンサC₃の充電時定数とに差を設け、
無負荷の検出を行なえるようにする。また上充の
第８図乃至第１０図実施例の場合、無負荷検知用
としてスイツチング素子S₁両端電圧を検出してい
るが、第６図及び第７図従来例のように、放電灯
Ｌ_Aの有無に応じて回路電圧が変動する場所であ
ればどの回路部分の電圧を検出しても良い。

本発明は上述のように、放電灯接続端のような
無負荷時に異常昇圧する回路電圧を整流分圧した
電圧により無負荷検知用のコンデンサを充電して
このコンデンサの端子電圧を前記補助スイツチ素
子の制御極に入力し、交流電源電圧の変動に追従
して変動する回路電圧を整流分圧した電源電圧変
動検知用のコンデンサを充電しこのコンデンサの
端子電圧を上記補助スイツチ素子にバイアス電圧
として印加したものであるから、補助スイツチ素
子の実際上の制御極入力電圧は放電灯の有無に対
応した電圧信号のみとなつて電源電圧変動の影響
を受けることがなくなり、従つて電源電圧変動の
影響を考慮することなく回路設計ができることに
なつて回路部品のばらつきに対する制約もさほど
必要なくなつて量産性が向上し、しかも確実かつ
迅速な無負荷検出動作が得られるため、主回路の
コンデンサやスイツチング素子の耐圧をさほど高
いものとする必要もなくなつて回路装置の小型化
及び安価化が達成できる効果を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の前提となる基本回路例の回路
図、第２図は同上の定常点灯時のタイムチヤー
ト、第３図は同上の無負荷時のタイムチヤート、
第４図は上記基本回路に基く従来例の回路図、第
５図は同上の無負荷時のタイムチヤート、第６図
及び第７図は夫々異なる他の従来例の回路図、第
８図は本発明一実施例の回路図、第９図、第１０
図は同上の夫々異なる別実施例の回路図であり、
Ｌ_Aは放電灯、Ｖ_ACは交流電源、C₁はコンデン
サ、L₁はインダクタンス、L₂は補助インダクタ
ンス、S₁はスイツチング素子、S₂は補助スイツチ
素子、C₃，C₄は夫々コンデンサである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 放電灯の定格電圧とほぼ等しいかやや低い電
   圧を有する交流電源とコンデンサとインダクタン
   スと放電灯とを直列に接続して形成した第１の閉
   回路、及び上記交流電源と上記コンデンサと補助
   インダクタンスとスイツチング素子とを直列に接
   続して形成した第２の閉回路を有し、交流電源の
   各半サイクル毎に一回一定期間上記スイツチング
   素子を導通するようにして放電灯を点灯せしめ、
   放電灯接続端のような無負荷時に異常昇圧する回
   路電圧を整流分圧した電圧により無負荷検知用の
   コンデンサを充電してこのコンデンサの端子電圧
   を無負荷時に上記スイツチング素子の導通を強制
   遮断するための補助スイツチ素子の制御極に入力
   するようにした放電灯点灯装置において、交流電
   源電圧の変動に追従して変動する回路電圧を整流
   分圧して電源電圧変動検知用のコンデンサを充電
   しこのコンデンサの端子電圧を上記補助スイツチ
   素子にバイアス電圧として印加して成ることを特
   徴とする放電灯点灯装置。