JPS624840B2

JPS624840B2 -

Info

Publication number: JPS624840B2
Application number: JP10963381A
Authority: JP
Inventors: Isao Kaneda
Original assignee: NEC Home Electronics Ltd
Current assignee: NEC Home Electronics Ltd
Priority date: 1981-07-13
Filing date: 1981-07-13
Publication date: 1987-02-02
Also published as: JPS5810397A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は放電灯点灯方式に関し、特に電源電
圧の各半サイクルごとに放電ランプを再点弧させ
て点灯維持する毎半サイクルスタート点灯方式に
おいて、低周波交流電流と高周波電流とを混合し
て放電ランプに供給する放電灯点灯方式に関す
る。

一般に、放電灯点灯装置においては、グロース
タータまたは電子スタータを用いて放電ランプを
始動点灯させかつ放電ランプの始動点灯後は電子
スタータなどの動作を停止させて、電源電圧で各
半サイクル毎に再点弧して点灯維持するような、
いわゆる在来点灯方式が用いられている。

第１図は在来点灯方式の一例の電子スタータを
用いた放電灯点灯装置のブロツク図である。従来
の放電灯点灯装置は、低周波交流電源（以下交流
電源）１′に対して限流装置の一例の限流チヨー
ク２′および放電ランプ３を直列接続し、放電ラ
ンプ３に対して起動装置の一例としての発振昇圧
回路４を並列接続して構成される。

このような在来点灯方式による放電灯点灯装置
は、交流電源１を投入すると、発振昇圧回路４が
発振動作を開始して高周波高電圧を発生する。そ
して、高周波高電圧が放電ランプ３に印加される
と、放電ランプ３が高周波高電圧によつて導電化
されて始動点灯する。放電ランプ３の点灯後は、
発振昇圧回路４への印加電圧が放電ランプ３の管
電圧に低下することを検出して発振昇圧回路４が
発振動作を停止する。このため、放電ランプ３は
交流電源１′の電源電圧のみで再点弧されながら
点灯維持される。

しかし、第１図に示すような在来点灯方式によ
る回路は、放電ランプ３の管電圧Ｖ_Tに対して電
源電圧Ｅをはるかに大きく選ばなければならず
（すなわちＥ≧2V_T）、両電圧の差電圧を分担する
限流チヨーク２′が大型化し、限流チヨーク２′を
含むバラストによる損失が大きくなり、効率が悪
いという欠点があつた。このため、オイルシヨツ
ク以後において、省資源および省エネルギの観点
から、放電灯点灯装置の効率の向上が強く要望さ
れていた。そこで、本出願人は、省エネルギ化を
図りかつ効率を向上させる一環として、交流電源
電圧の各半サイクルごとに間欠的に発振動作して
高周波高電圧を発生し、それによつて放電ランプ
を各半サイクルごとに再点弧するような、いわゆ
る毎半サイクルスタート点灯方式による放電灯点
灯装置を提案した。

第２図はこの発明の背景となりかつ本件出願人
が先に提案した毎半サイクルスタート点灯方式に
よる放電灯点灯装置の回路図の一例である。構成
において、交流電源１には、限流チヨーク２およ
び放電ランプ３が直列接続される。

こゝで、交流電源１の電圧Ｅは放電ランプ３の
管電圧Ｖ_Tとほぼ等しく選ばれており（Ｅ≒Ｖ
_T）、したがつて両電圧の差電圧を分担する限流チ
ヨーク２も第１図の限流チヨーク２′に比較して
格段に小型化されている。放電ランプ３には、間
欠高周波高電圧発生回路（以下間欠発振回路）５
が接続されている。この間欠発振回路５は高周波
高電圧を発生するための発振昇圧回路４および間
欠回路５０を含む。発振昇圧回路４は、発振コン
デンサ４１に対して、電流制御形非線形抵抗素子
の一例として示す２方向性２端子サイリスタ（以
下サイリスタ）４２および昇圧インダクタ４３の
直列回路を並列接続して構成される。間欠回路５
０には、発振昇圧回路４の発振動作を交流電源１
の各半サイクル毎に放電ランプ３の再点弧後停止
させるものであれば何でもよいが、短時間に大き
なエネルギを共振的に限流チヨーク２に蓄えるた
め、以下の実施例では間欠発振用コンデンサ５１
が用いられる。

動作において交流電源１が投入されると、電源
電圧が限流チヨーク２を介して放電ランプ３に印
加されるとともに、間欠発振回路５に印加され
る。間欠発振回路５においては、発振コンデンサ
４１が電源電流で充電される。そして、発振コン
デンサ４１の端子電圧がサイリスタ４２のブレー
クオーバ電圧Ｖ_BOを越えると、サイリスタ４２が
オン状態となる。このため、発振昇圧回路４は、
発振コンデンサ４１と昇圧インダクタ４３との協
働作用によつて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５１がなければ継続
するものであるが、発振昇圧回路４の発振動作に
伴つて間欠発振用コンデンサ５１が次第に充電さ
れていき、かつこの間欠発振用コンデンサ５１の
端子電圧が電源電圧を相殺することによつて、サ
イリスタ４２がオフ状態のままとなつて、発振昇
圧回路４が発振動作を停止する。したがつて、間
欠発振回路５からは、電源電圧の各半サイクルの
所定位相ごとに第３図ａに示す間欠発振電圧ｖ_R
が発生される。

この間欠発振電圧ｖ_Rは、電源電圧に重畳され
て放電ランプ３に印加される。このため、放電ラ
ンプ３は間欠発振電圧ｖ_Rによつて導電化され
て、始動点灯する。放電ランプ３が始動点灯する
と、放電ランプ３の管電流ｉ_Tが限流チヨーク２
を流れる。これと同時に間欠発振回路５が発振動
作を停止するので、間欠入力電流ｉ_R（第３図ｂ
参照）の出現期間は放電ランプ３の始動前よりも
短くなる間欠入力電流ｉ_Rの休止期間は間欠発振
回路５が発振動作を停止している。

以後同様にして、放電ランプ３が交流電源１の
各半サイクルごとに間欠発振回路５の間欠発振電
圧ｖ_Rによつて再点弧されながら電源電圧によつ
て維持される。

ここで、管電圧Ｖ_T（第３図ａ参照）は、間欠
発振期間による休止期間をもつた矩形波となる。
また、間欠発振回路５の間欠入力電流ｉ_Rが限流
チヨーク２を流れることにより、管電圧Ｖ_Tの波
形が入力電流ｉ_Rの影響で高められる。間欠入力
電流ｉ_Rの出現位相は電源電圧の変動にかかわら
ずほぼ一定であり、したがつて管電流ｉ_Tの立ち
上がり位相が電源電圧の変動にかかわらず一定位
相に保たれる。また、間欠入力電流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、管電流波形の後端が次の半サイクルの間欠入
力電流ｉ_Rの出限期間に食い込むことによつて減
少する特性がある。すなわち、入力電流ｉ_Rは負
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。また、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は、実測値に
基づいて計算すればそれぞれ第１図のものに比べ
て1/4から1/5程度となり、それだけ小型化でき
る。

このように、毎半サイクルスタート点灯方式に
よれば、管電圧Ｖ_Tを電源電圧とほぼ同じにする
ことができ、限流チヨークの小型化によりバラス
トの損失を大幅に低減できるので、第１図の在来
点灯方式に比べて約20％の効率を向上できる。

しかしながら、第２図の毎半サイクルスタート
点灯方式は、放電ランプそのものの発光効率を大
幅に向上することができなかつた。なぜならば、
毎半サイクルスタート点灯方式においては、間欠
発振回路５が動作している期間中、サイリスタ４
２が断続的にオン状態となつている。すなわち、
発振昇圧回路４が低周波的に見て実質的に短絡状
態となるので、その期間中低周波管電流ｉ_Tが欠
損する。このため、放電ランプ３には、管電流ｉ
_Tが間欠発振期間中供給されず、この期間の発光
は微弱な高周波電流によるものだけであるので、
放電ランプ３が間欠的に発光停止期間を生じてい
た。このような理由により、毎半サイクルスター
ト点灯方式は、さらに発光効率を改善できる余地
があつた。

そこで、毎半サイクルスタート点灯方式を改良
して、発光効率を向上できるようにすれば、放電
灯点灯装置全体の効率をより一層向上できるであ
ろう。

それゆえに、この発明の主たる目的は、バラス
トの損失を低減することによつて効率を向上させ
るだけでなく、ランプ効率を向上させることによ
つて、点灯装置全体の効率をより一層向上でき、
大幅な省電力を達成できるような放電灯点灯方式
を提供することである。

この発明は要約すれば、交流電源の各半サイク
ルのほぼ全期間にわたつて高周波電流を発生し、
高周波電流と低周波電流とを混合または重畳して
放電ランプに供給し、かつ交流電源の各半サイク
ルの所定位相ごとに放電ランプを再点弧するため
の再点弧電圧を供給するようにした放電灯点灯方
式である。

このように、交流電圧の各半サイクルごとに放
電ランプを再点弧させかつ放電ランプを高周波点
灯させることによつて、バラスト損失の低減によ
る効率の向上と発光効率の向上による相乗的な効
果が得られ、現在知られているものの中では最も
高い発光効率が得られる。

以下に、図面を参照してこの発明の具体的な実
施例について説明する。

第４図はこの発明の原理を達成するための基本
的なブロツク図である。構成において、交流電源
１の出力は、低周波―高周波電流変換回路または
高周波変調回路６および再点弧回路７に与えられ
る。低周波―高周波電流変換回路６は、低周波電
流を高周波電流に変換または変調する。この高周
波電流および交流電源１からの低周波電流が混合
または重畳されて、放電ランプ３に供給される。
一方、再点弧回路７は交流電源１の電源電圧の各
半サイクルごとに放電ランプ３を再点弧させるた
めの高電圧すなわち再点弧電圧を発生して放電ラ
ンプ３に供給する。このように、再点弧回路７が
放電ランプ３を電源電圧の各半サイクルごとに再
点弧させるだけでなく、低周波電流と高周波電流
を重畳した電流を放電ランプ３に供給して放電ラ
ンプ３を高周波点灯することによつて、相乗的に
効率を向上できる。

以下には、第４図に示すこの発明の原理を表わ
す基本的ブロツク図をより具体化した実施例につ
いて説明する。

第５図はこの発明の一実施例の放電灯点灯方式
のブロツク図である。構成において、交流電源１
には、限流チヨークなどのインピーダンス素子２
ａ、高周波発振回路６ａおよび放電ランプ３が直
列接続される。放電ランプ３には、再点弧回路７
が並列接続される。再点弧回路７は高周波発振回
路６ａが交流電源１に付勢されて高周波電圧を発
生させるものであればよく、たとえば第２図に示
すような間欠高周波高電圧を発生する間欠発振回
路５が用いられる。また、高周波発振回路６ａは
高周波電流を発生するものであればよく、たとえ
ば第２図に示す発振昇圧回路４と同様の回路構成
が用いられる。

そして、インピーダンス素子２ａの一例とし
て、前記限流チヨーク２を用いる場合は、高周波
発振回路６ａおよび放電ランプ３の直列回路に対
して高周波パス回路６ｂが並列接続される。この
場合、高周波発振回路６ａおよび高周波パス回路
６ｂで前記低周波―高周波電流変換回路６が構成
される。

なお、高周波発振回路６ａとして、第２図に示
す発振昇圧回路４と同様の回路構成のものを用い
た場合、高周波電圧が鋸歯状波形となるので、高
周波パス回路６ｂは、波形整形機能を有するよう
に構成することが望ましいが、この機能は高周波
発振回路６ａが正弦波発振器であれば不要とな
る。

第６図は第５図の動作を説明するための各部の
波形図である。次に、第５図および第６図を参照
して第５図の動作を説明する。交流電源１が投入
されると、低周波交流電圧ｅが高周波発振回路６
ａおよび放電ランプ３に印加される。高周波発振
回路６ａは高周波発振動作して、交流電源１から
与えられる低周波電流を高周波電流に変換または
変調する。この高周波発振動作による発振電圧Ｖ
_Oの包絡線は、交流電圧ｅで変調した電圧波形と
なる。また、高周波発振回路６ａは放電ランプ３
から見て交流電源１と直列接続されている。この
ため、放電ランプ３には電源電圧ｅと高周波発振
電圧Ｖ_Oとを重畳した電圧が印加されることにな
る。

一方、前記再点弧回路７は、放電ランプ３の再
点弧時に再点弧電圧を放電ランプ３に供給して、
放電ランプ３を再点弧させる。なお、再点弧回路
７を用いて放電ランプ３を初始動させる場合もあ
る。

この実施例による放電ランプ３の管電圧Ｖ_T′
は、第２図の点灯回路における管電圧Ｖ_Tと前述
の重畳電圧（ｅ＋Ｖ_O）とを合成した電圧に影響
されて、第６図のようになる。この結果、高周波
電流によつてランプ効率が高められる。また、放
電ランプ３の点灯後における再点弧回路７の間欠
発振動作中は、高周波発振回路６ａで発生された
高周波電流を放電ランプ３に流すこともできるの
で、放電ランプ３の発光欠損部分が無くなり、そ
れによつて発光効率をさらに向上できる。

したがつて、この実施例によれば、放電ランプ
３を電源電圧ｅの各半サイクル毎に再点弧させな
がら点灯維持するいわゆる毎半サイクルスタート
点灯方式を用いることによつてバラストの損失を
低減できかつしたがつてそれに起因する効率を約
20％向上できるとともに、放電ランプ３を高周波
点灯することによつてさらに約20％の発光効率を
高めることができ、結果的には第１図に示すよう
な在来点灯方式に比べて約40％の効率を向上でき
る利点がある。つまり、この実施例によれば、バ
ラスト損失の低減のみならず、発光効率をも向上
できる。

第７図はこの発明の他の実施例のブロツク図で
ある。この実施例が第５図と異なる点は、高周波
発振回路６ａおよび放電ランプ３を直列接続し、
この直列回路に対して再点弧回路７を並列接続し
たことである。なお、この実施例の高周波発振回
路６ａは低周波の電源電圧ｅによつて付勢されて
発振動作し、それによつて高周波電流のみを発生
するものが用いられる。また、再点弧回路７はた
とえば第２図に示すような間欠発振回路５が用い
られる。この間欠発振回路５は、前述のように、
高周波高電圧を発生する発振回路（すなわち高圧
発生回路）４に間欠回路５０を直列接続したもの
である。

第８図はこの発明のさらに他の実施例のブロツ
ク図である。この実施例が第５図と異なる点は、
高周波発振回路６ａに替えてチヨツパ回路６ｃを
用いたことである。この実施例のチヨツパ回路６
ｃは、電源電圧ｅをトランジスタまたはサイリス
タもしくはトライアツクなどのスイツチング素子
で断続することによつて、高周波電流を発生する
ものである。

第９図はこの発明のさらに他の実施例のブロツ
ク図である。この実施例が第５図と異なる点は、
放電ランプ３の一例として熱陰極形放電ランプ
３′を用い、かつ再点弧回路７（たとえば間欠発
振回路５）が放電ランプ３′の始動時において間
欠発振期間に流入する入力電流によつて放電ラン
プ３′のフイラメント３１，３２を予熱する予熱
回路と共用されていることである。

前述の第５図、第７図〜第９図では、第４図の
原理的ブロツク図に基づいて考えられる各種の実
施例について説明したが、より具体的な回路とし
ては以下の回路が考えられる。

第１０図はこの発明の一実施例の放電灯点灯方
式の具体的な回路図である。この実施例は、前述
の第５図に示すブロツク図を具体的に示した回路
図である。そこで、以下に第５図のブロツク図で
示した部分の具体的な回路構成を説明する。

高周波発振回路６ａは高周波電流発生機能およ
び高電圧発生機能を含み、発振コンデンサ６１に
サイリスタ６２および昇圧インダクタ６３の直列
回路を並列接続して構成される。高周波パス回路
６ｂはコンデンサ６４および波形整形用インダク
タ６５の直列回路が用いられる。再点弧回路７
は、間欠用コンデンサ７１（第２図に示す５１と
同様のもの）とサイリスタ７２と高周波ブロツク
インダクタ７３の直列回路から構成される。

動作において、交流電源１が投入されると、低
周波電圧がサイリスタ７２に印加される。低周波
電圧の瞬時値がサイリスタ７２のブレークオーバ
電圧以上となつたとき、まずサイリスタ７２が導
通する。サイリスタ７２が導通すると、発振コン
デンサ６１が低周波電流で充電される。発振コン
デンサ６１の端子電圧がサイリスタ６２のブレー
クオーバ電圧を越えると、続いてサイリスタ６２
が導通する。応じて、発振コンデンサ６１と昇圧
インダクタ６３とが協働して発振動作を開始する
（発振動作は特公昭49−11485号公報参照）。この
ようにして発生された高周波高電圧は、限流チヨ
ーク２でブロツクされかつ高周波パス回路６ｂを
介して高周波ブロツクインダクタ７３でブロツク
される。同時に間欠用コンデンサ７１が低周波交
流によつて次第に充電されていき、その両端に低
周波電圧が生じる。従つて、放電ランプ３には高
周波高電圧と間欠用コンデンサ７１の両端に生ず
る低周波電圧との和電圧が印加され、この和電圧
で放電ランプ３が起動される。

すると、低周波電流が限流チヨーク２および高
周波発振回路６ａを介して放電ランプ３に流れ
る。これによつて、高周波発振回路６ａが発振動
作を継続するので、高周波電流が高周波パス回路
６ｂを通して放電ランプ３に流れる。したがつ
て、放電ランプ３には高周波電流と低周波電流と
を重畳した電流が流れることになり、放電ランプ
３が高周波点灯される。このとき、サイリスタ７
２のスイツチング動作中において、間欠用コンデ
ンサ７１が間欠低周波電流によつて一方極性に充
電されていき、その端子電圧が所定電位に高めら
れると、サイリスタ７２が非導通状態になり充電
電流を流さなくなる。これによつて、サイリスタ
７２の導通から間欠用コンデンサ７１が所定電位
に高められるまでの期間中において、高周波ブロ
ツクインダクタ７３が高周波高電圧を阻止して、
これが放電ランプ３に与えられる。

したがつて、放電ランプ３は、電源電圧ｅの初
頭部分を含む所定位相毎に、高周波発振回路６ａ
および再点弧回路７の作用によつて与えられる間
欠高周波高電圧によつて再点弧されながら、低周
波電流と高周波電流を重畳した電流によつて点灯
維持される。

第１１図はこの発明の他の実施例の放電灯点灯
装置の具体的な回路図であり、特に前述の第８図
に示すブロツク図を具体的に示した図である。構
成において、この実施例のチヨツパ回路６ｃは、
限流チヨーク２と放電ランプ３との間にダイオー
ドブリツジ回路６６を介挿し、ダイオードブリツ
ジ回路６６の正と負の出力端にスイツチングトラ
ンジスタ６７を接続し、スイツチングトランジス
タ６７をスイツチング動作させるための信号源６
８を設けて構成したものである。なお、再点弧回
路７は、前述の第２図に示す間欠発振回路５が用
いられる。

次に、この実施例のチヨツパ回路６ｃを用いて
高周波電流を発生する場合の動作を説明する。信
号源６８は高周波パルスを発生してトランジスタ
６７を断続的にスイツチング動作させる。これに
よつて、トランジスタ６７は交流電源１から供給
される低周波電流を断続して高周波電流を発生す
る。

なお、再点弧回路７の動作は前述の第２図の場
合と同様であるため省略する。

前述の説明から、この実施例のようなチヨツパ
回路を用いても、放電ランプ３を電源電圧の各半
サイクルの所定位相毎に再点弧させながら高周波
点灯できることが理解できよう。

なお、チヨツパ回路６ｃは、トランジスタを用
いるものに替えて、ゲートターンオフサイリスタ
を用いるものであつてもよい。

以上のように、この発明によれば、放電ランプ
を高周波点灯しているので発光効率を向上でき
る。また、放電ランプの再点弧時における発光期
間の欠損をなくしているので、発光効率をさらに
向上できる。また、バラスト損失を大幅に低減し
てバラストを小形化できかつ効率を向上できる。
さらに、これらの相乗的な作用によつて大幅に効
率を向上できるという特有の効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図は在来点灯方式によるブロツク図であ
る。第２図はこの発明の背景となる毎半サイクル
スタート点灯方式によるブロツク図である。第３
図は第２図の動作を説明するための波形図であ
る。第４図はこの発明の原理を達成するための基
本的ブロツク図である。第５図はこの発明の一実
施例のブロツク図である。第６図は第５図の動作
を説明するための波形図である。第７図、第８図
および第９図はこの発明の他の実施例のブロツク
図である。第１０図はこの発明の一実施例の具体
的な電気回路図である。第１１図はこの発明の他
の実施例の具体的な電気回路図である。図において、１は低周波交流電源、２は限流チ
ヨーク、２ａはインピーダンス素子、３，３′は
放電ランプ、４は発振昇圧回路、５は間欠発振回
路、６は低周波―高周波電流変換回路、６ａは高
周波発振回路、６ｂは高周波パス回路、６ｃはチ
ヨツパ回路、７は再点弧回路、４１，６１は発振
コンデンサ、４２，６２，７２は２方向性２端子
サイリスタ、４３，６３は昇圧インダクタ、５０
は間欠回路、５１は間欠発振用コンデンサ、６４
はコンデンサ、６５はインダクタ、６６はダイオ
ードブリツヂ回路、６７はスイツチングトランジ
スタ、６８は信号源、７１は間欠用コンデンサ、
７３は高周波ブロツク用インダクタを示す。

Claims

【特許請求の範囲】１低周波交流電源と、限流装置と、前記低周波
交流電源から与えられる低周波交流電流を低周波
交流電流に対応する包絡線を有する高周波電流に
変換する低周波―高周波電流変換手段と、放電ラ
ンプとを直列接続し、前記放電ランプに、直接または前記低周波―高
周波電流変換手段を介して、前記高周波電流の包
絡線の各半サイクルの初頭部分を含んで前記放電
ランプを再点孤するための再点孤電圧を前記放電
ランプに供給する再点孤回路を並列接続したこと
を特徴とする放電灯点灯装置。