JPS6211479B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高周波で放電灯を点灯し、かつ調
光可能にした放電灯点灯装置に関する。

蛍光灯などの放電灯をインバータを使用し２〜
3KHz以上の高周波で点灯し、かつ調光を行うこ
とはチラツキの少ない良好な調光が得られる点な
どから従来より試みられていた。

交流電源を位相制御などによつて制御し、その
出力を全波整流した直流電圧をインバータの入力
とすることにより調光を行う装置として従来から
第１図に示すような装置があつた。この第１図お
いて、１は交流電源で、２は交流電源１を位相制
御する調光装置であり、双方向性サイリスタ３お
よびこれの導通開始位相を制御する制御回路４か
らなつている。

５は交流電源１の電圧を全波整流する全波整流
装置、６は前記調光装置２の出力を全波整流装置
５で整流した直流電圧を入力とするインバータで
あり、ここでは共振回路を有するブツシユプル形
トランジスタインバータで構成されている。７は
蛍光灯などの放電灯である。前記インバータ６は
出力トランス８、スイツチングトランジスタ９ａ
および９ｂ、高周波チヨークコイル１０、共振コ
ンデンサ１１、バイアス抵抗１２ａおよび１２ｂ
などより構成されている。

すなわち、全波整流装置５の正側の出力端は出
力トランス８のコレクタ巻線８c₁，８c₂の中点に
抵抗されているとともに、バイアス抵抗１２ａ，
１２ｂを介してスイツチングトランジスタ９ａ，
９ｂのベースに接続されている。コレクタ巻線８
c₁，８c₂の各一端はスイツチングトランジスタ９
ａ，９ｂの各コレクタに接続されている。このコ
レクタ巻線８c₁と８c₂の各一端間には共振コンデ
ンサ１１が接続されている。

スイツチングトランジスタ９ａ，９ｂの両エミ
ツタは共通にして高周波チヨークコイル１０を介
して全波整流装置５の負側の出力端に接続されて
いる。出力トランス８のベース帰還巻線８ｂの両
端はスイツチングトランジスタ９ａ，９ｂのベー
スに接続されている。出力トランス８の２次巻線
８ｓの両端は放電灯７に接続されており、フイラ
メント巻線８f₁，８f₂は放電灯７のフイラメント
に接続されている。

次に、第１図の放電灯点灯装置の動作について
説明する。ベース帰還巻線８ｂの作用によりイン
バータ６に直流電圧が印加されると抵抗１２ａお
よび１２ｂにバイアス電流が流れて発振を開始
し、２次巻線８ｓに高周波出力電圧を生じるが、
交流電源１が投入され、双方向サイリスタ３が制
御回路４の信号によつて、交流電源１の各半サイ
クルの全区間にわたつて導通していると、インバ
ータ６の入力には全波整流装置５で整流した第２
図イのような脈流の直流電圧が印加され、インバ
ータ６の発振動作によりその２次巻線８ｓには、
第２図ロに示すような高周波出力電圧が発生し、
放電灯７に印加される。

このとき、放電灯７には第２図ハに示すような
電流が流れて点灯する。ここで放電灯７の電流に
はT₀なる電流の流れない休止期間が生じている
のが、これは出力トランス８の２次巻線８ｓの電
圧が放電灯７を再点弧させるに十分な電圧に達す
るまでの期間に相当する。

ここで制御回路４が双方向サイリスタ３を導通
開始させる位相をたとえば第２図ニのようにθ_１
なる位相にすると、インバータ６の入力はT₁な
る期間直流電力が供給されないので、放電灯７に
流れる電流もこれに対応して第２図ホのようにな
り休止期間が長くなり、電流値が減少するととも
に、その光出力も減少する。

このように、双方向サイリスタ３を導通開始さ
せる位相を変化させることによつて、放電灯７の
光出力を変化させる調光を行うことができ、また
放電灯７にはインバータ６から高周波電力が供給
されるので、チラツキの少ない良好な調光を行う
ことができる。

ところが、このような位相制御によつて調光を
行う場合、特に、交流電源１を位相制御して複数
の点灯装置に電力を供給するときなど、給電線の
インピーダンスなどの影響もあり、位相制御され
た電圧を整流した後も第３図ロのように供給され
た電源電圧の立上りには位相θ_１の近くで高いサ
ージ電圧が重畳され易い。

このように高いサージ電圧を伴つた直流電圧が
インバータ６に印加されると、直流電圧が急激に
高くなつたことに相当し、その期間放電灯７に流
れる電流も第３図ハのように増大してしまう場合
がある。

また、放電灯７に流れる電流にT₁なる休止期
間が生じるため放電灯７内の残留イオンが減少
し、位相θ_１で再び放電灯７に電圧が印加され放
電しようとするとき、再点弧電圧が高くなりグロ
ー放電の電流が流れ、その後アーク放電に移行す
る。このアーク放電に移行する直前の再点弧時は
瞬時電力が非常に大きくなる。

したがつて前記のサージ電圧による放電灯７の
電流の増大あるいはT₁なる休止期間により、放
電灯７の非常に大きな瞬時電力を供給するためイ
ンバータ６のスイツチングトランジスタ９ａ，９
ｂのコレクタ電流が定常値の３〜５倍にも達する
ことがある。

これによつてコレクタ電流が多い期間はバイア
ス抵抗１２ａ，１２ｂ、ベース帰還巻線８ｂから
供給されるスイツチングトランジスタ９ａ，９ｂ
のベース電流が不足し、スイツチングトランジス
タ９ａ，９ｂは正規のスイツチング動作をするこ
とができなくなり、トランジスタの損失が増大し
たり、あるいはスイツチングトランジスタを破壊
させてしまう恐れがあつた。

この発明は、上記従来の欠点を除去するために
なされたものであり、スイツチングトランジスタ
のコレクタ電流が増大している期間に合せてスイ
ツチングトランジスタに供給するベース電流を増
加し、スイツチングトランジスタが正規のスイツ
チング動作を行えるようにし、スイツチングトラ
ンジスタの損失の増大、破壊を防止できる放電灯
点灯装置を提供することを目的とする。

以下、図面に基づきこの発明の放電灯点灯装置
の実施例の説明を行う。第４図はその一実施例の
回路図である。この第４図において、構成の説明
に際し、第１図と同一部分には同一符号を付して
その説明を省略し、第１図とは異なる部分を重点
的に述べることにする。この第４図を第１図と比
較しても明らかなように、第４図では第１図の回
路に新たにベース電源回路１３が付加されている
ものである。このベース電源回路１３はスイツチ
ングトランジスタ９ａ，９ｂのベース電流を制御
するための電源回路であり、以下のごとくに構成
されている。

すなわち、電源トランス１４の１次巻線は調光
装置２の出力端に接続されており、２次巻線は整
流回路１５（ダイオードブリツジによる）の入力
端に接続されている。この整流回路１５の正側の
出力端と負側の出力端間には、抵抗２０とコンデ
ンサ２１との直列回路が接続されている。この抵
抗２０とコンデンサ２１との接続点は単安定マル
チバイブレータ１６（以下、単安定マルチと言
う）に接続され、トリガ信号をこの単安定マルチ
に供給するようになつている。

また、整流回路１５の正側の出力端はダイオー
ド２２を介して出力トランジスタ１７のコレクタ
に接続されている。この出力トランジスタのベー
スは単安定マルチ１６の出力端に接続されてい
る。単安定マルチ１６はダイオード２２のカソー
ド側と整流回路１５の負側の出力端に接続されて
いる。出力トランジスタ１７のエミツタは抵抗１
８，１９をそれぞれ介してスイツチングトランジ
スタ９ａ，９ｂのベースに接続されている。ダイ
オード２２のカソードと整流回路１５の負側の出
力端間にはコンデンサ２３が接続されている。

次に、以上のように構成されたこの発明の放電
灯点灯装置の動作について説明する。交流電源１
が印加されると調光装置２の出力電圧は、その導
通開始位相によつて変化し全波整流装置５の出力
電圧、すなわちインバータ６の入力電圧は第３図
イ，ロのようになる。

ここで第３図イは、調光装置２の導通角が180
゜の場合であり、第３図ロは調光装置２の導通開
始位相がθ_１のときであり、サージ電圧が重畳さ
れている。このときは第１図に示す装置と同様放
電灯７の電流と電圧はそれぞれ第３図ハ，ニのよ
うになり、アーク放電に移行する直前で放電灯７
の瞬時電力の増大とサージ電圧による電流の増加
により、スイツチングトランジスタ９ａ，９ｂの
コレクタ電流は第３図ホのようになる。

すなわち、コレクタ電流は位相θ_１近傍でＩ_c2
と大きな電流となり、その後Ｉ_c1なる定常的な電
流になる。

インバータ６に直流電圧が印加されると、第１
図に示す装置と同様の動作により放電灯７を点灯
し、調光装置２の導通開始位相を変えることによ
つて放電灯７の調光を行うわけである。

ところが、ベース電源回路１３の動作により、
いま、第３図ロに示す位相θ_１でベース電源回路
１３に電圧が印加されると、トランス１４で降
圧、整流回路１５で整流され、コンデンサ２３で
平滑された電圧が単安定マルチ１６に印加される
とともに抵抗２０、コンデンサ２１で発生したト
リガ信号が単安定マルチ１６に印加されるため、
単安定マルチ１６の出力が発生し、出力トランジ
スタ１７は導通する。

このため、ダイオード２２とコンデンサ２３か
らなる直流電源から出力トランジスタ１７、抵抗
１８，１９を介してスイツチングトランジスタ９
ａ，９ｂのベース電流として抵抗１２ａ，１２ｂ
およびベース帰還巻線８ｂから供給されるベース
電流に重畳されて、スイツチングトランジスタ９
ａ，９ｂに供給される。これにより、このスイツ
チングトランジスタ９ａ，９ｂのベース電流を増
大させることができ、スイツチングトランジスタ
９ａ，９ｂのコレクタ電流が増大していても正常
なスイツチング動作を行わせることができる。

単安定マルチ１６の遅延時間（第３図ヘに示す
T₂）が経過すると単安定マルチ１６の出力が遮断
されて、出力トランジスタ１７が遮断状態とな
り、ベース電源回路１３からの出力は無くなり、
スイツチングトランジスタ９ａ，９ｂのベース電
流は抵抗１２ａ，１２ｂおよびベース帰還巻線８
ｂから供給されるだけとなり定常の値に減少し第
３図ヘに示すようになる。

この様に、期間T₂では大きなベース電流Ｉ_B2
を供給し、その後はトランジスタ９ａ，９ｂのコ
レクタ電流がＩ_c1に減少するので、このコレクタ
電流に対しては十分なベース電流でかつＩ_B2より
は少ないベース電流Ｉ_B1を供給する。このベース
電流Ｉ_B1はコレクタ電流Ｉ_c1に対しトランジスタ
９ａ，９ｂを正常なスイツチング動作させるのに
十分な値に設定しておくことは勿論である。

このときはコレクタ電流も定常値に下つてお
り、インバータ６は正規のスイツチング動作を行
ない放電灯７を点灯し続ける。

このようにして、放電灯７がアーク放電に移行
する直前のスイツチングトランジスタ９ａ，９ｂ
のコレクタ電流が多い期間はベース電流も多くす
ることができ、その期間でのスイツチングトラン
ジスタ９ａ，９ｂはベース電流が十分供給される
ため正常なスイツチング動作をさせることができ
る。

また、放電灯７の再点弧時にサージ電圧が印加
されてスイツチングトランジスタ９ａ，９ｂのコ
レクタ電流がさらに増加してもベース電流を十分
に供給することにより正常なスイツチング動作を
行うことができる。

第５図はこの発明の放電灯点灯装置の第２の実
施例を示し、出力トランジスタ１７のコレクタを
ダイオード２２のカソード側ではなくて、アノー
ド側に接続したものである。このようにすること
により、出力トランジスタ１７の電源を第６図イ
に示すように電源トランス１４の出力を全波整流
しただけの脈流としたものであり、動作は第４図
に示す装置と同様である。

ここで導通開始位相が０゜に近いθ_２のとき
は、ベース電源回路１３の整流回路１５の出力電
圧も小さく、トランジスタ１７、抵抗１８，１９
を介して出力されるベース電流も第６図ロに示す
ように少なくなり、導通開始位相が90゜に近にθ
_３のときは整流回路１５の出力電圧が高くなつて
出力トランジスタ１７、抵抗１８，１９を介して
出力されるベース電流も第６図ハに示すように多
くなる。

このときのインバータ６のスイツチングトラン
ジスタ９ａ，９ｂの導通開始位相直後のコレクタ
電流は導通開始位相によつて異なり０゜に近い位
相θ_２では、インバータ６に印加される入力電圧
が調光装置２の導通開始直後は低いため少なく、
90゜に近いθ_３では入力電圧が高いために多くな
る。

したがつて、導通開始位相によつて導通開始直
後のスイツチングトランジスタ９ａ，９ｂのコレ
クタ電流の大きさに合わせてベース電源回路１３
から供給するベース電流を変化することができる
ので、導通開始直後のスイツチングトランジスタ
９ａ，９ｂのコレクタ電流が多いときのスイツチ
ング動作を導通開始位相に関係なく最適にするこ
とができる。

第７図はこの発明の放電灯点灯装置の第３の実
施例を示し、インバータ６のスイツチングトラン
ジスタ９ａ，９ｂのベース電流の印加する位相を
変化するようにした場合である。

第７図において、２はインバータ６のスイツチ
ングトランジスタ９ａ，９ｂのベース電流の印加
位相を制御して調光する調光装置であり、交流電
源１を降圧整流して得る直流電源２３、全波整流
装置５の出力を分圧する抵抗２４と可変抵抗器２
５とを全波整流装置５の正側と負側の出力端間に
接続し、抵抗２４と可変抵抗２５との接続点はツ
エナーダイオード２６を介してトランジスタ２７
のベースに接続されている。

トランジスタ２７のコレクタは直流電源２３の
正極に接続され、エミツタはベース電源回路１３
の出力トランジスタ１７のコレクタに接続されて
いるとともに、抵抗２８を介して、エミツタに接
続されている。この出力トランジスタ１７のベー
スとコレクタ間には抵抗２９とコンデンサ３０の
直列回路が接続されている。この出力トランジス
タ１７のエミツタは抵抗１８，１９を介してスイ
ツチングトランジスタ９ａ，９ｂのベースに接続
されている。その他の構成は第４図と同様であ
る。

次に、この第７図の実施例の動作について説明
する。交流電源１が印加されると、全波整流装置
５を介してインバータ６に脈流電圧が印加され
る。

一方、その脈流電圧は抵抗２４と可変抵抗器２
５で分圧される。この分圧された電圧がツエナー
ダイオード２６の動作電圧以下のときはトランジ
スタ２７が遮断状態となり、スイツチングトラン
ジスタ９ａ，９ｂにベース電流が供給されないた
め、スイツチング動作は行なわれない。

全波整流装置５の出力が上昇し第８図イに示す
位相θ_４になると抵抗２４と可変抵抗器２５で分
圧された電圧がツエナーダイオード２６の動作電
圧以上になるとき、トランジスタ２７が導通し、
ベース電源回路１３に直流電源２３を印加する。

このとき、出力トランジスタ１７がコンデンサ
３０の充電電流が流れている間導通し、抵抗１
８，１９を介して大きなベース電流をスイツチン
グトランジスタ９ａ，９ｂに印加する。

コンデンサ３０の充電電流が流れ終ると、出力
トランジスタ１７が遮断状態となり、ベース電流
は抵抗２８および１８，１９を介して供給される
ため少なくなる。第８図ホにこのベース電流の波
形を示す。

一方、位相がθ_５に達すると、抵抗２４、可変
抵抗器２５で分圧される電圧がツエナーダイオー
ド２６の動作電圧以下になり、トランジスタ２７
が遮断状態となりインバータ６は発振を停止す
る。

このようにして、位相θ_４から位相θ_５の間は
インバータ６が発振し放電灯７を点灯する。また
可変抵抗器２５の抵抗値を変化することにより抵
抗２４とで分圧される電圧が変化し、ツエナーダ
イオード２６の動作電圧に達する位相が変化して
調光できるものである。

第８図イは全波整流回路５の出力電圧、第８図
ロおよびハはそれぞれ放電灯７の電流、電圧を示
し、第８図ニはスイツチングトランジスタ９ａ，
９ｂのコレクタ電流を示している。

このように、インバータ６のベース電流を断続
して調光する装置においても、前記の実施例と同
様に放電灯７がアーク放電に移行する直前にスイ
ツチングトランジスタ９ａ，９ｂのコレクタ電流
が増大するために、その期間ベース電流を増加し
てスイツチングトランジスタ９ａ，９ｂが正規の
スイツチング動体を行うようにすることはスイツ
チングトランジスタ９ａ，９ｂの損失を減少さ
せ、破壊を防止するためには有効である。

第４図の装置では、調光装置２の導通開始と同
時にインバータ６を動作開始させた。しかし、こ
の導通開始位相θ_１より遅らせてインバータ６を
動作させれば、スイツチングトランジスタ９ａ，
９ｂはサージ電圧による負担は軽減される。

従つて、第７図に示す装置の交流電源１と全波
整流装置５の間に第４図の装置の調光装置２をさ
らに介在させれば、調光装置２から第３図ロのθ
_１なる位相で交流電源が供給されても、可変抵抗
２５を適宜設定することにより、位相θ_１でのサ
ージ電圧消滅後にインバータ６を動作開始でき
る。同様に、この装置で、ツエナーダイオード２
６可変抵抗２５の代わりに、抵抗２４をトランジ
スタ２７のベースに接続し、このベースと直流電
源２３の負側の間にコンデンサを接続すれば、イ
ンバータ６の動作開始は位相θ_１より遅れ、その
後、第３図ヘの様なベース電流とすることができ
る。

また、以上の説明では、インバータ６の直流電
源として交流電源１を全波整流した脈流の直流電
圧の場合について述べたが、直流電源としては、
脈流の直流電圧だけでなく、脈流の直流電圧に対
して適当な補助直流電圧を加えたものなどでもよ
い。

さらに、調光は、交流電源１に同期した位相制
御だけでなく、例えば電池等の直流電圧を電源と
した場合は、適当な周期でインバータを断続でき
る様にして調光してもよい。

また、ベース電流を定常値よりも増加している
時間T₂はインバータ６が発振を開始してから放
電灯７がアーク放電に移行するまでの時間であ
り、コレクタ電流が多い期間に相当する。一般に
再点弧に必要な時間は0.1ms〜1msであり、これ
が第３図ホのT₃なる期間で示される。したがつ
てベース電流の多い時間T₂は0.1ms〜1msとする
ことが有効である。ベース電流はコレクタ電流が
再点弧時に定常時の３〜５倍に増加するため定常
値の２〜６倍に増加させることが有効である。

以上の説明では、インバータ６として高周波チ
ヨークコイルを備えたプツシユプル形トランジス
タインバータの場合について説明したが、その他
のインバータでも適用できることはもち論であ
り、インバータのスイツチング動作を行なう半導
体スイツチに放電灯の再点弧時だけ大きなベース
電流を供給する手段として第４図、第５図、第７
図の各実施例においてはベース電源回路１３を示
したが、この目的を実現できる手段であれば実施
例のベース電源回路に限定されない。

放電灯７は１灯の場合だけでなく２灯以上を点
灯するように構成してもよい。

また、上記各実施例では調光装置１個にインバ
ータ１個が対応しているが、複数のインバータま
たはインバータと全波整流装置を１個の調光装
置、あるいは全波整流装置に接続してもよい。

以上のようにこの発明の放電灯点灯装置によれ
ば、放電灯の再点弧時のインバータのスイツチン
グトランジスタのコレクタ電流が増大している期
間は供給するベース電流も増加させ、その期間で
も正常なスイツチング動作をさせるようにしたの
でスイツチングトランジスタの損失の増加を抑
え、破壊を防止でき、かつ調光時に全期間に亘つ
てインバータを動作させなくても適切な動作が行
えるため電力消費が少なくて済む等の利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の放電灯点灯装置の構成を示す回
路図、第２図イないし第２図ホおよび第３図イな
いし第３図ヘはそれぞれ第１図の放電灯点灯装置
の動作を説明するための波形図、第４図はこの発
明の放電灯点灯装置の一実施例の構成を示す回路
図、第５図はこの発明の放電灯点灯装置の第２の
実施例におけるベース電源回路を示す回路図、第
６図イないし第６図ハは第５図のベース電源回路
の動作を説明するための波形図、第７図はこの発
明の放電灯点灯装置の第３の実施例を示す回路
図、第８図イないし第８図ホはそれぞれ第７図の
放電灯点灯装置の動作を説明するための波形図で
ある。 １……交流電源、２……調光装置、３……サイ
リスタ、４……制御回路、５……全波整流装置、
６……インバータ、７……放電灯、８……出力ト
ランス、９ａ，９ｂ……スイツチングトランジス
タ、１３……ベース電源回路、１４……電源トラ
ンス、１５……整流回路、１６……単安定マルチ
バイブレータ、１７……出力トランジスタ、２２
……ダイオード、２６……ツエナーダイオード、
２７……トランジスタ。なお、図中同一符号は同
一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流電源を入力とし出力に交流電圧を発生す
   るとともにスイツチングトランジスタを主体にし
   たインバータと、このインバータから出力される
   交流電圧によつて点灯する放電灯と、この放電灯
   の放電電流をインバータの発振周波数より低い所
   定の繰返し周期で断続し、前記放電電流が流れる
   期間を変化させて調光を行う調光装置と、各周期
   の放電灯の再点弧時に合わせて上記スイツチング
   トランジスタのベース電流を増加しその後減少さ
   せるように動作するベース電源回路とを備えたこ
   とを特徴とする放電灯点灯装置。 ２ 前記直流電源は交流を調光装置で位相制御
   し、かつ全波整流装置で全波整流した脈流電圧で
   あ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。 ３ ベース電源回路が上記スイツチングトランジ
   スタのベース電流を増加している時間が0.1ms〜
   1msの範囲であ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。 ４ ベース電源回路が放電灯の再点弧時に供給す
   る上記スイツチングトランジスタのベース電流の
   大きさが位相制御を行う調光装置の導通開始位相
   によつて変化するように構成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の放電灯点灯装置。 ５ ベース電源回路がインバータを動作開始させ
   る時期を、調光装置の導通開始位相より遅らせた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項、３項お
   よび４項の何れか記載の放電灯点灯装置。