JPS6252896A - 放電灯の直流点灯装置 - Google Patents

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］ この発明は放電灯の直流点灯装置に関するものである。

［従来の技術と問題点］ 一般照明用の放電灯を直流で点灯する従来装置の典形的
な例が第５図に示されている。すなわち、交流電源Ｖを
整流器Ｒｅｃで整流し、平滑用コンデンサＣでその脈流
成分を少なくした後、電流制限用抵抗Ｒを介して放電灯
ＰＬのフィラメントｆｉｌｆ２に加えるようにしている
。このフィラメントｆ１．　ｆ、には、交流な源Ｖに接
続されたトランスＴからそれぞれ予熱用の電流が供給さ
れるようになっているので、その加熱とともに放電灯Ｆ
Ｌの放電開始電圧が下がり、上記フィラメントｆｉｌｆ
１間に加えられている直流電圧以下になると放電が開始
されて放電灯ＦＬが点灯する。

この従来例の直流点灯装置は回路構成が簡単であるが、
放電灯ＦＬの電流制限用抵抗Ｒに比較的大きい電力損が
生じ、場合によっては負荷である放電灯とほぼ同等の電
力を消費することがある。

したがって効率が悪く、また、その発熱による部品の焼
損事故等、装置の安全性低下の防止について特に考慮す
る必要があった。

［発明の目的］ この発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的は
、半導体スイッチング素子などを含む電子回路にて放電
灯の点灯電流を制御することにより、電力損を大幅に減
少させるとともに、発熱が極めて少なく安全性の高い放
電灯の直流点灯装置を提供することにある。

［実　施　例］ 以下、この発明を添付図面に示されている実施例により
詳細に説明する。

第１図を参照すると、この直流点灯装置は、例えば交流
電源■を直流に変換する整流器Ｒｅｃを有し、その出力
端間には直流安定化回路Ｓ、放電灯の点弧回路Ａ、およ
びその予熱回路Ｈが接続されている。

これら各部の構成を説明すると、直流安定化回路Ｓは、
例えば整流器Ｒｅｃの整流出力平滑用コンデンサＣ１抵
抗Ｒ工とツェナダイオードＺＤ１からなる基＄電圧形成
回路、トランジスタＱ８と差動増幅器ＥＡ等を含む定電
流回路、およびダイオードＤ１とインダクタＬ、コンデ
ンサ０１等からなるスパイク電圧の除去を兼ねた平滑回
路等を備えている。

すなわち、上記整流器Ｒｅｃの（＋）と（−）の端子間
にはコンデンサＣが接続され、抵抗Ｒ１とツェナダイオ
ードＺＤ□からなる直列回路の両端が上記コンデンサＣ
１と並列的に接続されている。この場合、上記抵抗Ｒ１
の一端は例えば（＋）端子側に接続され、その他端は上
記ツェナダイオードＺＤ１のカソードへ接続され、この
ツェナダイオードｚＤ１のアノードは上記（−）端子側
に接続されている。

また、上記整流器Ｒｅｃの（＋）端子側には例えばトラ
ンジスタロ工のエミッタが接続され、そのベースは差動
増幅器ＥＡの出力端に接続されている。

この差動増幅器ＥＡの（−）入力端と上記出力端間には
負荷抵抗ＲＬが接続されるとともに、この（−）入力端
は抵抗Ｒ２を介して上記ツェナダイオードＺＤ１のカソ
ード側に接続されている。なお、上記トランジスタロ工
のコレクタは例えば第１のインダクタＬの一端とダイオ
ードＤ１のカソードに接続され、このダイオードＤ１の
アノードは上記差動増幅器ＥＡの（＋）入力端側に接続
されている。更に、上記第１のインダクタＬの他端と上
記差動増幅器ＥＡの（＋）入力端側には、例えばコンデ
ンサ０１が接続されている。

上記点弧回路Ａは、例えば直流安定化回路Ｓの第１のイ
ンダクタＬの他端にその一端が接続された第２のインダ
クタＣＨと、このインダクタＣＨの他端と上記差動増幅
ＳＥＡの（＋）入力端との間に設けられた放電灯ＦＬを
備えている。この放電灯ＦＬの一方のフィラメントｆ１
の一端は上記インダクタＣＨの他端に接続され、他方の
フィラメントｆ２の一端は上記差動増幅器ＥＡの（＋）
入力端側に接続されている。また、上記フィラメントｆ
１．　ｆ、の他端は、それぞれ接続点■、■を介して予
熱回路Ｈへ接続されている。

上記予熱回路Ｈは、この実施例の場合例えば２個のトラ
ンジスタＱ、、　Ｑ、とツェナダイオードＺＤ２）およ
びコンデンサＣ２）抵抗Ｒ３ないしＲｓなどで構成され
ている。

すなわち、トランジスタＱ２のコレクタとエミッタは、
例えばそれぞれ接続点のと■を介して上記フィラメント
ｆ１とｆ２の他端へ接続され、そのベースは抵抗Ｒ３を
介してトランジスタＱ３のコレクタに接続されている。

このトランジスタＱ、のエミッタは例えば上記接続点■
に接続され、そのコレクタは抵抗Ｒ４を介して接続点■
に接続されている。この接続点■は例えば上記整流器Ｒ
ａｃの（＋）出力端に接続され直流電圧が加えられるよ
うになっている。なお、上記トランジスタＱ、のベース
は例えばツェナダイオードＺＤ２を介して抵抗Ｒ５とコ
ンデンサＣ２の一端に接続され、この抵抗Ｒ９とコンデ
ンサＣ２の他端はそれぞれ上記接続点■と■に接続され
ている。この場合、上記ツェナダイオードＺＤ、はその
アノード側が上記トランジスタＱ、のベースに接続され
、カソード側は上記抵抗Ｒ９とコンデンサＣ２の各一端
に接続される。

次に、上記のように構成されたこの直流点灯装置の動作
を説明する。図示しない電源スィッチを閉じて整流器Ｒ
ｅｃに交流電源を加えると、その（＋）と（−）端子間
に直流電圧が現われ、コンデンサＣによって平滑される
。この直流電圧は、直列接続された抵抗Ｒ１とツェナダ
イオードＺＤ１の両端と、トランジスタＱユのエミッタ
、および接続点■、■を介して予熱回路Ｈの各部に加え
られ、まず直流安定化回路Ｓ内の上記ＺＤ１がオンとな
る。

これにより、ｖｉ流器Ｒｅｃの（＋）端子から抵抗Ｒ１
、ツェナダイオードＺＤユを通って整流器Ｒｅｃの（−
）端子ヘツェナ電流が流れ、それぞれ抵抗Ｒ１とツェナ
ダイオードＺＤ１の両端に電圧降下が生じる。このツェ
ナダイオードＺＤ、の両端の電圧はそのカソード側から
抵抗Ｒ２を介して取り出され、基準電圧として差動増幅
器ＥＡの（−）入力端に加えられる。

この時点においては抵抗Ｒ０にはまだ電流が流れていな
いので差動増幅器ＥＡの（＋）入力端はツェナダイオー
ドＺＤ１のアノード側と同電位になっており、上記基準
電圧は所定の抵抗比（ＲＬ／Ｒ，）で増幅されトランジ
スタロ工のベースに加えられる。したがってトランジス
タＱ、はオンとなり、整流器Ｒｅｃの（＋）側の電圧は
、インダクタＬ。

ＣＨ１放電灯ＦＬのフィラメントｆいおよび接続点■を
介して予熱回路Ｈ内のトランジスタＱ２のコレクタに加
えられ、整流器Ｒｅｃの（−）側の電圧は抵抗Ｒ０とフ
ィラメントｆ２）および接続点■を介して上記トランジ
スタＱ２のエミッタに加えられる。

これにより、トランジスタＱ２のコレクタ、ベース、エ
ミッタには所定の電圧が与えられ、予熱回路Ｈ内におい
てはまずトランジスタＱ２ががオンとなる。したがって
整流器Ｒｅｃの（＋）側から上記トランジスタＱ１、イ
ンダクタＬ、ＣＨ、フィラメントｆ工、トランジスタＱ
２）フィラメントｆ２）抵抗Ｒ０を経て整流器Ｒｅｃの
（−）側へ電流が流れ、放電灯ＦＬの上記二つのフィラ
メントｆ□＋　ｆｚが加熱される。

この場合、予熱回路Ｈ内のコンデンサＣ２は、このコン
デンサＣ２と抵抗Ｒ６の値で決まる時定数にしたがって
充電され、ツェナダイオードＺＤ。

のカソード側の電位が上昇する。このツェナダイオード
ＺＤ、のアノード側は、オフの状態にあるトランジスタ
Ｑ、を介してコンデンサＣ２の（＝）側電極と同電位に
なっている。コンデンサＣ２の充電が進行して上記カソ
ード側の電位が更に上昇し、いわゆるツェナ電圧を超え
るとツェナダイオードＺＤ、がオンとなり、トランジス
タＱ３にベース電流が供給されてこのトランジスタＱ３
もオンになる。この場合、抵抗Ｒ４にはトランジスタＱ
２のベース電流がわずかに流れているが、トランジスタ
Ｑ、がオンになると比較的大きいコレクタ電流がトラン
ジスタＱ、に流れるので、抵抗Ｒ４による電圧降下も大
きくなりトランジスタＱ２はベース電流が断たれてオフ
になる。したがって接続点■。

■を流れるトランジスタＱ２のコレクタ電流が断たれ、
インダクタＣＨの両端間にはよく知られているように比
較的高圧のパルス状電圧が発生する。

このパルス状電圧の例えば（＋）側電圧はフィラメント
ｆ０に直接加えられ、（−）側の電圧はコンデンサＣ１
を通ってフィラメントｆ２に加えられ放電灯ＰＬが点灯
する。この予熱回路Ｈの実施例において、コンデンサＣ
２の充電電圧が例えば１秒程度でツェナダイオードＺＤ
、のツェナ電圧に達するように上記抵抗Ｒ３との時定数
を設定しておくと。

図示しない電源スィッチを閉じてから約１秒後に放電灯
ＦＬが点灯することになる。

このようにして放電灯ＦＬが点灯するとその点打電流は
Ｒ８を流れ、抵抗Ｒ０の両端間に電圧が発生する。この
電圧はツェナダイオードＺＤ１による基準電圧と比較さ
れ、その差の電圧が差動増幅器ＥＡを介してトランジス
タＱ１のベースに加えられる。例えば放電灯ＰＬの放電
電流などの負荷電流が何らかの理由によって流れ過ぎ、
抵抗Ｒ０の両端間の電圧が基準電圧より大きくなるとト
ランジスタＱ１がオフし、一方、負荷電流が減少して抵
抗Ｒ０の両端間の電圧が基準電圧より低くなるとトラン
ジスタロ工がオンしそのコレクタ電流が増加する。この
ようにして定電流電源回路の動作をするようになってい
る。このスイッチング動作時に発生するスパイク状の電
圧はダイオ−ドロ工によって短絡し、脈流状の電流はイ
ンダクタＬとコンデンサＣユに吸収されて平滑化し安定
な定電流電源を得ているが、これまでの説明から理解で
きるように、予熱回路Ｈが始動して放電灯ＦＬの両フィ
ラメントｆ、、　ｆ、に予熱電流が供給されてから放電
灯ＦＬが点弧して照明用の電流が流れる全期間にわたり
、直流安定化回路Ｓを介して整流器Ｒｅｃからほぼ一定
の電流が供給されるようになっている。そのため、従来
装置に見られる電流制限用抵抗など大きい電力損を伴う
回路素子が不要となり、電力の利用効率が高い上、発熱
等の心配も無い。なお、上記差動増幅器ＥＡの負荷抵抗
ＲＬを外し、その開ループ利得を利用してコンパレータ
としての動作を行なわせてもよい。

第２図には、上記第１図における予熱回路Ｈの変形実施
例が示されている。上記第１図の予熱回路Ｈにおいては
、放電灯ＦＬが点灯中トランジスタＱ、はオンの状態を
続けるので若干のコレクタ電流が流れるようになってい
る。第２図に示された変形実施例による予熱回路Ｈ′は
、放電灯ＦＬが点灯したらトランジスタＱ、をオフにし
、そのコレクタ電流によるわずかの電力損も無くして更
に効率を上げるようにされている。

すなわち、接続点■、■間にトラジスタＱ、とＱ、を図
示のように接続し、トランジスタＱ、のスイッチング動
作をトランジスタＱ、で制御するとともに、ツェナダイ
オードＺＤ、が導通してトランジスタＱ、がオンになる
と、トランジスタＱ３がオフにされると同時にこの制御
用のトランジスタＱ、もオフにされるようになっている
。したがって、トランジスタＱ４もオフとなり、最終的
には上記トランジスタＱ３もオフとなる。このような一
連の動作をさせるため、ツェナダイオードＺＤ。

を導通させるコンデンサＣ２の充電電圧は、トランジス
タＱ４の出力側から抵抗Ｒ３を介して与えられるように
なっている。

接続点■■■に直流電圧が加えられると、第１図で説明
した場合と同じようにしてトランジスタＱ２がオンとな
り、放電灯ＦＬのフィラメントｆＬ９ｆ２に予熱電流が
流される。また、接続点■に加えられた直流電圧はコン
デンサＣ３を経てトランジスタＱ、のベースに加えられ
、トランジスタＱ５がオンにされるとトランジスタＱ４
がオンになり、抵抗Ｒ６を介してコンデンサＣ２へ充電
電流が流れる。コンデンサＣ２の電位が上昇してツェナ
ダイオードＺＤ、が導通ずるとトランジスタＱ、がオン
となり、これによってトランジスタＱ２がオフとなるが
、上記したようにトランジスタＱ、はベース電圧が下が
ってオフにされ、トランジスタＱ４もベース電流が断た
れてオフとなる。最終的にはトランジスタＱ、もそのコ
レクタ電流の供給源が断たれてオフとなる。この予熱回
路Ｈ′によれば、放電灯ＦＬが点灯した後は電力損を伴
う電流が無くなる。

第３図には、上記第１図の直流安定化回路Ｓにおいて差
動増幅器ＥＡに加えられる基準電圧のレベルを可変にし
た変形実施例が示されている。この変形実施例による直
流安定化回路Ｓ′においては、可変抵抗ＶＲにより上記
基準電圧のレベルを連続的に分圧できるようにされてい
る。

また、第４図には、固定抵抗Ｒ，’、Ｒ２″とスイッチ
ＳＷを用いて上記基準電圧のレベルをステップ状に分圧
できるようにした他の変形実施例が示されている。

上記各変形実施例による直流安定化回路を備えた装置は
、定格電流が異なり、したがって、ワット数も異なる種
々の放電灯に対し内部回路の変更などを要せず、単に調
整のみで共通的に適用可能であり、装置の標準化やコス
トダウンに好適である。

なお、この装置に用いられる交流電源Ｖは一般商用電源
に限られるものではなく、例えばブロッキング発振器を
利用したＤＣ／ＡＣインバータの出力やマルチバイブレ
ータ等のスイッチング動作を利用したＤＣ／ＤＣコンバ
ータの出力などでもよい。

［効　　　果］ 以上、詳細に説明したように、この発明による放電灯の
直流点灯装置は、整流器の直流出力から適宜分圧して形
成された基準電圧と放電灯の電流路に介設された抵抗器
に発生する電圧とを差動増幅器にて比較し、その出力で
半導体素子のスイッチング動作を制御することにより放
電灯に一定の直流電流を供給する定電流回路を含む直流
安定化回路を備えており、これによれば、放電灯が予熱
されてから点灯状態に移行した後まで半導体素子のスイ
ッチング動作によって一定の電流が供給され、大きな電
力損を伴う電流制限用抵抗などを設ける必要がない、し
たがって電力の利用効率が高く、また、発熱等による部
品損傷のおそれが無いため放熱に対する配慮が不要とな
り、設計および製造上のコスト低下が大きく期待できる
。

更に、一定電流を供給するための基準電圧は。

固定レベルと可変レベルが回路的に極めて簡単に切換え
設定ができるので、種類の異なる放電灯に対しても回路
変更を要しないで対応することが可能であり、装置の標
準化に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はいずれもこの発明に係る放電灯の
直流点灯装置の実施例に係り、第１図はその回路図、第
２図は上記第１図に示された予熱回路の変形実施例を示
す回路図、第３図および第４図は、それぞれ上記第１図
に示された直流安定化回路の変形実施例を示す回路図、
第５図は従来例を示す回路図である。 図中、■は交流電源、Ｒｅｃは整流器、ＦＬは放電灯、
Ｚ　Ｄｌ、　Ｚ　Ｄ、はツェナダイオード、Ｑｌないし
Ｑ５はトランジスタ、Ｒ，、ＲＬおよびＲ１ないしＲｓ
、Ｒ，’、Ｒ２″は抵抗、ＶＲは可変抵抗、Ｃ，、Ｃ。 はコンデンサ、ＥＡは差動増幅器、ＳＷはスイッチ、ｓ
、ｓ’、ｓ″は直流安定化回路、Ａは点弧回路。 Ｈ，Ｈ’は予熱回路である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電源の直流変換出力により放電灯に予熱電流
   と放電可能電圧とを与えて点灯せしめる放電灯点灯装置
   において、 上記直流変換出力から分圧して得られた基準電圧と上記
   放電灯の電流路に接続された抵抗に発生する電圧とを比
   較する差動増幅器と、該差動増幅器の出力により上記放
   電灯への供給電流を一定値に制御する半導体スイッチン
   グ素子とを含む直流安定化回路を備えてなることを特徴
   とする放電灯の直流点灯装置。
2. （２）特許請求の範囲（１）において、上記放電灯の予
   熱電流路をオン、オフする複数の半導体スイッチング素
   子と、抵抗およびコンデンサからなる時定数回路と、上
   記コンデンサの充電電圧により所定のタイミングで駆動
   されるツェナ素子とを含み上記予熱電流路が一つの半導
   体スイッチング素子で閉成され、該閉成後上記タイミン
   グで駆動されるツェナ素子の出力により他の半導体スイ
   ッチング素子が上記一つの半導体スイッチング素子をオ
   フにして、その予熱電流路の閉成を解くとともに上記放
   電可能電圧を形成させるようにした予熱回路を備えてい
   ることを特徴とする放電灯の直流点灯装置。