JPS62206793A

JPS62206793A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JPS62206793A
Application number: JP4809286A
Authority: JP
Inventors: 博之西野; 雅人大西
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1986-03-05
Filing date: 1986-03-05
Publication date: 1987-09-11

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】〔技術分野〕この発明は蛍光ランプなどの放電ランプを点灯させる共
振型インバータ式の放電灯点灯装置に関するものである
。

〔背景技術〕

従来トランジスタを用いたインバータ装置の高周波化に
伴うスイッチング損失を低減するためにＬＣ共振型イン
バータ装置が用いられ、またこのようなインバータ装置
を制御する方法として、ターンオフ制御可能なパワース
イッチング半導体であるトランジスタに逆並列接続され
たダンパーダイオードの導通を検出したり、あるいはト
ランジスタのコレクタ電圧ＶＣＥの電圧ゼロクロス点を
検出してトランジスタの導通タイミングをとる同期型制
御の方法がある。

第６図は同期型のインバータ装置の回路図を示し、第７
図は第６図の各部の波形図を示している。

このインバータ装置は、直流電源５１が投入されると、
抵抗６６を介してコンデンサ６７が充電され、このコン
デンサ６７の電位がトリガ素子６９のブレークオーバ電
圧に達すると、コンデンサ６７の電位が単安定マルチバ
イブレーク６０のトリガ端子すに伝達され、単安定マル
チバイブレーク６０が動作し、その出力端Ｃにトランジ
スタからなるスイッチング素子５３のベースドライブ電
圧が発生する。これによって、コンデンサ６３．抵抗６
４を通してスイッチング素子５３にベース電流ｉ１が流
れ、スイッチング素子５３が風通する。この動作は、イ
ンバータ装置が起動するまで継続される。

インバータ装置が正常に動作を開始すると、三角波状の
コレクタ電流ＩＣ（第７図（Ａ））がスイッチング素子
５３に流れるとともにダイオード５５にダンパー電流■
Ｄ　（第７図（Ａ））、が流れる。このダンパー電流■
。を検出コイル５７にて検出し、抵抗６２に発生する電
圧ＶＡ（第７図（Ｂ））を増幅回路６１によって増幅し
て電圧■８（第７図（Ｃ））に変換し、これを上述の単
安定マルチバイブレーク６０のトリガ端子すへ人力する
。

したがって、単安定マルチバイブレーク６０の出力端Ｃ
には電圧ＶＣ（第７図（Ｄ））が得られ、この電圧ＶＣ
によってコンデンサ６３．抵抗６４を介してベース電流
ＩＩ　　（第７図（Ｅ））がスイッチング素子５３のベ
ースに流れる。この間、スイッチング素子５３にコレク
タ電流１ｃが流れ、このコレクタ電流■。はベース電流
りが反転するまで増加する。その後、スイッチング素子
５３がオフとなると、コレクタ電圧Ｖｃｔ　（第７図（
Ａ））は共振波形となり、再びゼロクロス点へもどる。

この時点から発振トランス５２のエネルギが直流電源５
１．ダイオード５５を通してダンパー電流１、を流す。

以上のような動作によりインバータ装置は正常発振を継
続して負荷に高周波電力を供給する。

５４は共振コンデンサ、６５は抵抗、６８はダイオード
、５９は起動回路、５６は負荷、５８は華安定マルチバ
イブレーク６０などへ直流電圧を与える直流電源である
。

ところが、このような同期型のインパーク装置は、起動
回路５９．検出コイル５７などの検出手段、検出信号の
増幅、波形ｉＪ！整手段が必要であり、構成が複雑化す
るとともに高価になり、さらに雑音等による誤動作の対
策が必要であった。

第８図は非同期型のインバータ装置の回路図を示し、第
９図は第８図の各部の波形図を示している。

このインバータ装置は、直流Ｎ源５１．５８が投入され
た時点から無安定マルチバイブレーク６０’が動作を始
め、第９図（Ａ）に示すベース電圧■。

を生じるので、コンデンサ６３および抵抗６４を通して
スイッチング素子５３に第９図（Ｂ）に示すベース電流
■、が供給され、以後無安定マルチバイブレーク６０’
からのベース電流Ｉ、にしたがってスイッチング素子５
３がオンオフしてインバータ動作が行われ、第９図（Ｃ
）に示すようなコレクタ電流１ｃがスイッチング素子５
３に流れ、スイッチング素子５３にコレクタ電圧ＶＣＥ
が生じ、ダイオード５５にダンパー電流ＩＤが流れる。

ただし、共振回路（発振トランス５２のインダクタンス
と共振コンデンサ５４）の共振周波数と無安定マルチバ
イブレータ６０′のドライブ周波数とをあらかじめ調整
しておく必要があり、調整を誤った場合、または負荷５
６の変動がある場合には、上述の共振波形がくずれ、ス
イッチング素子の損失が非常に大きくなる欠点がある。

しかしながら、この非同期型のものは、同期型のものに
比べ、回路構成が簡単で、安価であると言える。

第１０図は非同期型のインバータ装置を用いた放電灯点
灯装置を示し、第８図における負荷５６を蛍光ランプな
どの放電ランプ６７とチョークコイル６６の直列回路に
変更したものである。７０は商用電源、６５は整流ダイ
オード、６９は平滑コンデンサである。

その他は第８図と同様である。

このような放電灯点灯装置においては、放電ランプ６７
は始動の過程を経て、正常点灯に至るものであり、始動
時と正常点灯時とで負荷状態が異なり、共振回路（５２
，５４）の共振周波数が異なる。正常点灯時における共
振回路（５２，５４）の共振周波数と無安定マルチパイ
プレーク６０’から出力されるドライブ信号のドライブ
周波数とが適正な関係に、すなわちほぼ等しく調整した
場合においては、放電ランプ６７の始動時において、共
振周波数とドライブ周波数とが不適正な状態となり、ス
イッチング素子５３に大きなスイッチング損失が生じ、
これによってスイッチング素子５３が発熱し、劣化や破
壊が生じることになり、信頼性が低く、効率も悪いもの
であった。

第１）図はこの状況を示すもので、（Ａ）は正常点灯時
のスイッチング素子５３のベース電流■６を示し、（Ｂ
）は正常点灯時のスイッチング素子５３に流れるコレク
タ電流１ｃ、スイッチング素子５３のコレクタ電圧ＶＣ
！およびダイオード５５に流れるダンパー電流Ｉ！ｌを
示している。（Ｃ）は始動時のスイッチング素子５３の
ベース電流！。

を示し、これは（Ａ）と同じである。（Ｄ）は始動時の
コレクタ電流■。、コレクク電圧ＶＣｔ、ダンパー電流
■。を示している。正常点灯時では、共振周波数とドラ
イブ周波数が適正な状態（略等しい）となり、コレクタ
電圧ＶＣｔがゼロになった後でコレクタ電流Ｉ、が流れ
、コレクタ電流ＩＣとコレクタ電圧ＶＣｔの波形が重な
るところがほとんどなく、スイッチング素子５３のコレ
クタ損失は最小値になる。

ところが、始動時においては、ドライブ周波数（ベース
電流！、の周波数）が正常点灯時と同じであるのに対し
、共振回路の共振周波数が変化し、コレクタ電圧■、が
ゼロになる前にスイッチング素子５３がオンとなって尖
頭値の大きなコレクタ電■。が流れ始め、コレクタ電流
Ｉ、とコレクタ電圧ＶＣＥの波形の重なりが大きくなり
、この重なりの増加によってスイッチング素子５３のス
イッチング損失が増大する。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、放電ランプ始動時のスイッチング素
子のスイッチング損失を低減し、スイッチング素子の発
熱、劣化、破壊を防止できる放電灯点灯装置を提供する
ことである。

〔発明の開示〕

この発明の放電灯点灯装置は、直流電源と、この直流電
源より給電される共振回路と、周期的なオンオフ動作に
よって前記共振回路を共振させるスイッチング素子と、
前記共振回路中に介在した放電ランプと、前記スイッチ
ング素子を周期的にオンオフ動作させるドライブ回路と
、このドライブ回路に給電するドライブ回路用直流電源
と、前記共振回路の共振電圧を検出することにより前記
放電ランプが正常点灯状態であるか始動状態であるかを
検出する検出回路と、この検出回路の出力に応じて前記
ドライブ回路のドライブ周波数を正常点灯状態および始
動状態にそれぞれ対応して適正な値に切替える周波数切
替回路とを備えている。

この発明の構成によれば、共振回路の共振電圧を検出回
路で検出することにより、放電ランプが正常点灯状態で
あるか始動状態であるかを検出し、この検出結果にもと
づいて無安定マルチバイブレークの発４１ｉｉ周波数を
周波数切替回路によって切替え、正常点灯時および始動
時の両方においてドライブ周波数を共振周波数に応じて
それぞれ適正値にするように構成したため、正常点灯時
だけでなく始動時においてもスイッチング素子の損失を
低減しスイッチング素子め発熱、劣化、破壊を防止する
ことができる。したがって、信頼性を向上させることが
でき、また効率を畜くできる。

実施例この発明の第１の実施例を第１図ないし第３図に基づい
て説明する。この放電灯点灯装置は、第１図に示すよう
に、直流電源■と、この直流電源■より給電される共振
回路■と、周期的なオンオフ動作によって前記共振回路
■を共振させるスイッチング素子８と、前記共振回路ｖ
中に介在した放電ランプ４と、前記スイッチング素子８
を周期的にオンオフ動作させるドライブ回路■と、この
ドライブ回路Ｈに給電するドライブ回路用直流電源■と
、前記共振回路Ｖの共振電圧を検出することにより前記
放電ランプ４が正常点灯状態であるか始動状態であるか
を検出する検出回路■と、この検出回路■の出力に応じ
て前記ドライブ回路■のドライブ周波数を正常点灯状態
および始動状態にそれぞれ対応して適正な値に切替える
周波数切替回路１５とを備えている。

以下、詳細に説明する。

この放電灯点灯装置は、商用電源１を整流ブリッジ２．
平滑コンデンサ３で整流平滑した直流電源Ｉによって放
電ランプ４１発振トランス７、トランジスタからなるス
イッチング素子８．共振コンデンサ１０よりなるインバ
ータ装置が動作する。

放電ランプ４のフィラメントｆ、、ｆ、間に設けたダイ
オード５．双方向性電圧応答スイッチ素子６は予熱・始
動回路を形成し、またコンデンサ２１はランプ寿命改善
を主目的として設けたもので点灯時期を遅らせて予熱を
十分に行えるようにしている。

スイッチング素子８のドライブ回路■は、無安定マルチ
バイブレーク１３とコンデンサ１８．抵抗１９．２０等
からなり、このドライブ回路用直流電源■は、発振トラ
ンス７の補助巻線Ｎ２よりダイオード１）．コンデンサ
１７によって得ている。なお、コンデンサ１６は商用電
源１の投入時のみドライブ回路■等へ給電するための起
動用である。

検出回路■は電圧応答素子であるツェナーダイオード１
４で構成され、発振トランス７、コンデンサ１０．２１
で構成される共振回路■の共振電圧、具体的には、ドラ
イブ回路用直流電源■の電圧を検出して導通・遮断し、
これに応じて周波数切替回路１５が無安定マルチバイブ
レーク１３の発振周波数を切替えることになる。

このような回路構成において、放電ランプ４が点灯に至
るまでの始動状態では、スイッチング素子８がオンの区
間で平滑コンデンサ３を含む直流電源■より放電ランプ
４の一方のフィラメントｆＩ、ダイオード５．双方向性
電圧応答スイッチ素子６．放電ランプ４の他方のフィラ
メン）ｆｇ。

発振トランス７の１次巻線Ｎ８．スイッチング素子８の
コレクタ・エミッタ間を介して予熱電流が流れる。また
、スイッチング素子８がオフの区間では、発振トランス
７の蓄積エネルギによって発振トランス７のインダクタ
ンスおよびコンデンサ１．０．２１からなる共振回路■
が動作する。放電ランプ４が始動の過程にあっては、そ
のインダクタンスが小さく、したがって、コンデンサ２
１が共振周波数に影響する。この場合は、発振トランス
７からみてコンデンサ１０．２１が直列に接続された状
態となり、合成キャパシタンスが小さくなって共振周波
数が上昇する。

放電ランプ４の点灯後は、コンデンサ２１の影響はほと
んどなくなる。この場合の共振周波数は、発振トランス
７のインダクタンスとコンデンサ１０によって決まる。

また、このような共振回路■においては、共振周波数が
上昇すると共振電圧も上昇する性質があり、したがって
、発振トランス７の補助巻線Ｎ２側には、放電ランプ４
が点灯するまで、通常時より高い電圧を生ずる。したが
って、ダイオード１）およびコンデンサ１７で整流平滑
したドライブ回路用直流電源■の電圧Ｖｌ？は、第２図
（Ａ）のように始動時から点灯後にかけて■、から■２
へ変化することになる。

放電ランプ４の始動時の電圧Ｖ、と点灯後の電圧■２と
の間にツェナーダイオード１４のツェナー電圧を設定す
れば、始動時と点灯後とで周波数切替回路１５によって
無安定マルチバイブレーク１３の発振周波数を切替える
ことができる。この場合、始動時の発振周波数、すなわ
ちスイッチング素子８のドライブ周波数は、発振トラン
ス７のインダクタンスとコンデンサ１０．２１の合成キ
ャパシタンスによって決まる共振周波数に一致させ、始
動時におけるスイッチング素子８の過大なスイッチング
損失を低減する。一方、点灯後の発振周波数は、発振ト
ランス７のインダクタンスとコンデンサ容量等によって
決まる共振周波数に一致させ、点灯時におけるスイッチ
ング素子８のスイッチング損失を低減する。

第２図はこのもようを示すもので、始動時にはスイッチ
ング素子８のベース電流Ｉｓ　　（第２図（Ｂ））の周
波数を高くし、点灯後は周波数を低くすることにより、
スイッチング素子８のコレクタ電圧Ｖｃｉ（第２図（Ｃ
））およびコレクタ電流ＩＣ（第２図（Ｄ））が始動時
および点灯後の両方において共振波形となっている。な
お、第２図（Ｄ）にはダイオード９を通るダンパー電流
Ｉ０も合わせて図示している。

第３図は、第１図におけるドライブ回路■および周波数
切替回路１５の具体的な回路構成を示すものである。第
３図において、タイマ用集積回路（例えばシグネティノ
ク社製ＮＥ５５５）２２は、抵抗２３，２４．コンデン
サ２５．２６とともに無安定マルチバイブレーク１３を
構成している。

この無安定マルチハイブレーク１３の発振周波数は、抵
抗２３，２４．コンデンサ２５からなる時定数によって
決まる。また、トランジスタ２９゜３３、ダイオード２
８．コンデンサ２７．抵抗３０゜３１．３２で構成され
る回路は、第１図における周波数切替回路１５を構成す
る。

この第３図の回路では、始動時はツェナーダイオード１
４が導通するため、抵抗３２を介してトランジスタ３３
がオンとなり、したがってトランジスタ２９のベース電
流をバイパスさせ、トランジスタ２９がオフ状態となり
、無安定マルチバイブレーク１３の時定数は抵抗２３．
２４とコンデンサ２５とで決まる。

点灯後は、ツェナーダイオード１４が不導通となるため
、トランジスタ３３がオフとなり、したがうて、抵抗３
０．３１を介してトランジスタ２９をオンとし、コンデ
ンサ２５と並列にコンデンサ２７が接続され、無安定マ
ルチバイブレーク１３の発振周波数は低下する。この結
果、第１図および第２図で述べた動作が実現する。

この実施例は、共振回路■の共振電圧を検出回路■で検
出することにより、放電ランプ４が正常点灯状態である
か始動状態であるかを検出し、この検出結果にもとづい
て無安定マルチバイブレータ１３の発振周波数を周波数
切替回路１５によって切替え、正常点灯時および始動時
の両方においてドライブ周波数を共振周波数に応じてそ
れぞれ適正値にするように構成したため、正常点灯時だ
けでなく始動時においてもスイッチング素子８の損失を
低減し、スイッチング素子８の発熱、劣化。

破壊を防止することができる。したがって、信頼性を向
上させることができ、効率を高くできる。

この発明の第２の実施例を第４図および第５図に基づい
て説明する。この放電灯点灯装置は、コンデンサ１７と
並列にツェナーダイオード３５を追加した場合の例を示
している。すなわち、放電ランプ４の始動時に発振トラ
ンス７の補助巻線Ｎ２に高い電圧を生じるが、抵抗３４
およびツェナーダイオード３５によってコンデンサ１７
の直流電圧を安定化させてタイマ用集積回路２２を保護
し、このときに生じる抵抗３４の電圧降下を検出回路■
のツェナーダイオード１４で検出することによって第１
図の実施例と同様の効果を得るようになっている。

第５図は、第４図における要部の具体的な回路図を示し
ている。第５図において、無安定マルチバイブレーク１
３の構成は第３図と同じであり、周波数切替回路■がダ
イオード３６で構成される。

前記した第３図の場合、タイマ用集積回路２２の６番端
子に接続されるコンデンサ容量を変えることで発振周波
数を変化させたが、この実施例では、コンデンサ容量は
変えずに５番端子に加えるコントロールボルテージを変
えることによって発振周波数を変化させている。

なお、この発明は、非同期型の他動式ＬＣ共振型インバ
ータ装置を用いた放電灯点灯装置で、放電ランプの始動
時と点灯時とで共振周波数が変化するものであれば、ど
のような構成でも適用できる。また、上記実施例は１石
式であったが多方式のものでもこの発明を適用できるの
は言うまでもないことである。

また、°上記実施例では、始動時の共振周波数が点灯時
より高くなるとともに共振電圧が上昇するものについて
説明したが、始動時に共振周波数および共振電圧が低下
する場合にも、この発明を適用できることは明らかであ
る。また、共振コンデンサ１０は、スイッチング素子８
に並列接読するだけでなく、発振トランスの１次巻線Ｎ
、に並列に接読してもよく、結局スイッチング素子８に
対し、高周波的に並列接続されておればよい。

〔発明の効果〕

この発明の放電灯点灯装置によれば、共振回路の共振電
圧を検出回路で検出することにより、放電ランプが正常
点灯状態であるか始動状態であるかを検出し、この検出
結果にもとづいて無安定マルチバイブレークの発振周波
数を周波数切替回路によって切替え、正常点灯時および
始動時の両方においてドライブ周波数を共振周波数に応
じてそれぞれ適正値にするように構成したため、正常点
灯時だけでなく始動時においてもスイッチング素子のｔ
置火を低減しスイッチング素子の発熱、劣化。

破壊を防止することができる。したがって、信頼性を向
上させることができ、また効率を高くできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の回路図、第２図は第
１図の各部の波形図、第３図は第１図の要部の具体的な
回路図、第４図はこの発明の第２の実施例の要部の回路
図、第５図は第４図の具体的な回路図、第６図は従来の
同期型のインバータ装置の回路図、第７図は第６図の各
部の波形図、第８図は従来の非同期型のインバータ装置
の回路図、第９図は第８図の各部の波形図、第１０図は
従来の放電灯点灯装置の回路図、第１ｆ図は第１θ図の
各部の波形図である。 ■・・・直流電源、■・・・ドライブ回路、■・・・ド
ライブ回路用直流電源、■・・・検出回路、■・・・共
振回路、４・・・放電ランプ、８・・・スイッチング素
子、１５・・・周波数切替回路第１図第３図第　４　図ゝ… 第５図第６図句管　　り　　Ｆｉｌ第８図第９１！１３１％／凶Ｂ第１０図］ミ（φＬ白、叉丁時　　　　　　　　　　　　　　　
　ｔｈ令カ吟第１）図手続主甫正書　（自発）１．１Ｈ牛の耘ｅ［１６１年特許願第０４８０９２号３、補正をする者羽生との関係　　出願人４、代理人５、補正命令の日付自発補正（１）明細書の特許請求の範囲の記載を別紙のとおり補
正する。（２）明細書第７頁第６行目、「６５は整流ダイオード
」とあるを「６８は整流ダイオード」と訂正する。（３）明細書第１頁第１〜２０行目、「させるドライブ
回路と・・・・・・・・・直流電源と、前」とあるを「
させるドライブ回路と、前」と訂正する。（４）明細書第７頁第６流〜１）行目、第１９頁第１８
〜１９行目、「無安定マルチバイブレータの発振周波数
を」とあるを「ドライブ回路のドライブ周波数を」と訂
正する。（５）明細書第１３頁第１５〜１６行目、「インダクタ
ンス」とあるを「コンダクタンス」と訂正する。（６）明細書第１５頁第１〜２行目、「合成キャパシタ
ンス」とあるを「キャパシタンス」と訂正する。（７）明細書第１５頁第８行目、「低減する。」とある
つぎに「なお、点灯後においては、放電ランプ４の両端
電圧は管電圧まで低下するため、コンデンサ２１は実質
的に共振に寄与しない。」と加入する。（８）図面の第１図を別紙のとおり補正する。２、特許請求の範囲（１）　　直流電源と、この直流電源より給電される共
振回路と、周期的なオンオフ動作によって前記共振回路
を共振させるスイッチング素子と、前記共振回路中に介
在した放電ランプと、前記スイッチング素子を周期的に
オンオフ動作させるドライブ回路と」記共振回路の共振
電圧を検出することにより前記放電ランプが正常点灯状
態であるか始動状態であるかを検出する検出回路と、こ
の検出回路の出力に応じて前記ドライブ回路のドライブ
周波数を正常点灯状態および始動状態にそれぞれ対応し
て適正な値に切替える周波数切替回路とを備えた放電灯
点灯装置。（２）−前記共振回路の共振電圧を整流するダイオード
と、このダイオードによって整流された電圧を平涜する
コンデンサとで前記ドライブ回路に給するドライブ回　
　　′１　°を構成し、前記検出回路上前記コンデンサ
の両端電圧の高低に応答してオンオフする電圧応答素子
で構成している特許請求の範囲第（１）項記載の放電灯
点灯装置。（３）−前記共振回路の共振電圧を整流するダイオード
と、このダイオードによって整流された電圧を平滑する
コンデンサと、前記共振回路から前記コンデンサへの給
電経路中に介挿した抵抗とで前記ドライブ回路に給電す
るドライブ回路用直流電社構成し、前記検出回路上前記
抵抗の電圧降下の高低に応答してオンオフする電圧応答
素子で構成している特許請求の範囲（１）項記載の放電
灯点灯装置。第　１　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）直流電源と、この直流電源より給電される共振回
路と、周期的なオンオフ動作によって前記共振回路を共
振させるスイッチング素子と、前記共振回路中に介在し
た放電ランプと、前記スイッチング素子を周期的にオン
オフ動作させるドライブ回路と、このドライブ回路に給
電するドライブ回路用直流電源と、前記共振回路の共振
電圧を検出することにより前記放電ランプが正常点灯状
態であるか始動状態であるかを検出する検出回路と、こ
の検出回路の出力に応じて前記ドライブ回路のドライブ
周波数を正常点灯状態および始動状態にそれぞれ対応し
て適正な値に切替える周波数切替回路とを備えた放電灯
点灯装置。
（２）前記ドライブ回路用直流電源は、前記共振回路の
共振電圧を整流するダイオードと、このダイオードによ
って整流された電圧を平滑するコンデンサとで構成し、
前記検出回路は前記コンデンサの両端電圧の高低に応答
してオンオフする電圧応答素子で構成している特許請求
の範囲第（１）項記載の放電灯点灯装置。
（３）前記ドライブ回路用直流電源は、前記共振回路の
共振電圧を整流するダイオードと、このダイオードによ
って整流された電圧を平滑するコンデンサと、前記共振
回路から前記コンデンサへの給電経路中に介挿した抵抗
とで構成し、前記検出回路は前記抵抗の電圧降下の高低
に応答してオンオフする電圧応答素子で構成している特
許請求の範囲第（１）項記載の放電灯点灯装置。