JPS6313680Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、螢光灯等の放電灯を高周波で点灯
する装置に関する。

螢光灯等の放電灯を２〜3kHz以上の周波数で、
いわゆる高周波点灯を行なうことにより、放電灯
の発光効率が増加することが知られており、さら
に放電灯の点灯装置として従来から一般に使用さ
れていたチヨークコイル等で構成される安定器の
軽量、小形化などを目的として、インバータを使
用して放電灯を高周波点灯する点灯装置が提案さ
れている。第１図および第２図は、この種の従来
装置を示す。

第１図において、１は交流電源、２は整流回
路、３は平滑用のコンデンサ、４はインバータ、
５は負荷の放電灯である。第１図の装置に於て、
交流電源１から供給される商用周波数の電源は、
整流回路２によつて全波整流され、平滑用のコン
デンサ３によつて平滑されるので、インバータ４
の入力電圧は、第３図ロに示す様な直流電圧とな
る。この直流をインバータ４によつて高周波の交
流に変換し、負荷の放電灯５を点灯する。この
為、負荷の放電灯５には連続的な高周波電流が流
れる。しかし第１図の装置の場合には、コンデン
サ３は大容量のものが必要であり、この部品の体
積が大きくなつてしまう。さらに、大容量のコン
デンサを接続する為に、交流電源１側からみる
と、この装置は低力率になつており、交流電源側
では配線工事その他のコスト面で不利になつてし
まう。

次に第２図に示す装置について説明する。第２
図に於て、１は交流電源、２は整流回路、４はイ
ンバータ、５は負荷の放電灯である。この装置の
動作も第１図に示す装置とほぼ同様に、交流電源
１から供給される商用周波数の電源は整流回路２
によつて全波整流される。整流回路２の出力は、
全波整流された脈流であり、この電圧を第３図イ
に示す。インバータ４は、この脈流を高周波の交
流に変換し負荷の放電灯５を点灯する。第２図に
示す装置では、整流回路に対して、平滑用のコン
デンサを備えていないので、この装置は交流電源
側からみて高力率にすることができる。ところ
が、負荷が螢光灯等の放電灯でる場合、インバー
タ４の出力電圧は整流回路２の出力電圧が低くな
ると低下し、ついには放電灯５の放電を維持でき
なくなつてしまう。すなわち、第３図イの位相θ₀
近くで放電灯５の電流は減少し、アーク放電を持
続しくなる。次に整流回路２の出力電圧が上昇し
てゆくと、インバータ４の出力電圧も上昇し、あ
る電圧に達すると放電灯５は再点孤し、再び放電
電流が流れる。第３図イの位相θ₀で放電灯５に電
流が流れなくなり、位相θ₁で放電灯５が再点孤し
放電電流が流れることを示す。以上の様に第２図
に示す装置では、力率は高くなるが放電灯の電流
が流れなくなる休止期間が存在するので、高周波
点灯を行なうことによる放電灯の発光効率の増加
は、第１図に示す装置に比べ少なくなつてしま
う。

以上の様に、従来の装置では、第１図に示す装
置の様に大容量の平滑用コンデンサを必要とし、
力率が低くなつてしまうか、あるいは第２図に示
す装置の様に放電灯の電流に休止期間が存在して
しまうものであつた。

この考案は上記欠点を除去しようとするもの
で、大容量の平滑用コンデンサでなく小容量のコ
ンデンサを使用することを可能にした放電灯点灯
装置を提供しようとするものである。

下図面に基づいてこの考案による装置を説明す
る。第４図に於て１は交流電源、２は整流回路、
４はインバータ、５は負荷の放電灯、８はスイツ
チ要素を含む充放電装置、９はコンデンサであ
る。また、第５図はこの考案の装置に使用される
充放電装置８を具体化した一例である。第５図に
於て１０はトランジスタ、１１は定電圧素子、１
２はスイツチ要素としてのシリコン・シンメトリ
カル・スイツチ（以下SSSと称す）１９と２０は
ダイオード、９はコンデンサである。第４図の装
置の充放電装置８が第５図の様に構成されてお
り、交流電源１が投入されると、整流回路２の直
流出力電圧がインバータ４に印加され、つぎにイ
ンバータ４によつて変換された高周波電圧が放電
灯５に印加されて放電灯５を高周波で点灯する。
このとき、トランジスタ１０は、定電圧素子１１
の端子電圧に応じてコンデンサ９を充電する。こ
の充電電圧は第６図イに示す電圧V₂である。第
６図イの実線は、整流回路２の出力端子電圧、す
なわちインバータ４の入力端子電圧を示す。第６
図イに示す位相θ₂でSSS１２がブレークオーバー
し導通すると、インバータ４にはコンデンサ９に
充電されていた電荷が供給され、すなわちインバ
ータ４の入力端子電圧はV₂の電位まで上昇し、
その後、コンデンサ９の充電電荷の放出とともに
徐々に低下する。その後、交流電源の次の半サイ
クルで位相θ₃で、コンデンサ９からの放電は停止
し、再び交流電源１から整流回路２を介した直流
出力電圧によつてインバータ４は動作する。以上
の様な動作を繰返し、放電灯５はほぼ休止期間の
ない持続的な点灯をし、さらに、コンデンサ９の
容量は通常の平滑用コンデンサに比べて小容量で
すみ、かつ、交流電源１からみて、点灯装置を高
い力率に維持することができる。また、第６図イ
に示す様にコンデンサ９から充放電装置を介して
インバータ４に供給する電圧は、整流回路２の直
流出力電圧のピーク値V₁よりも低い値V₂に設定
されているので、位相θ₂での放電灯５の瞬時電力
もあまり増大することがない。第６図ロは、放電
灯５の電流の包絡線を示し、位相θ₂での放電灯電
流の瞬時値A₂は整流回路２の直流出力電圧のピ
ーク値付近での値A₁より低くなつている。

ここで、ダイオード１９はSSS１２を使用した
時のコンデンサ９の充電電荷によるトランジスタ
１０への逆電圧印加を阻止する働きを行なう。ま
た、ダイオード２０は、SSS１２が導通し、これ
を介してコンデンサ９が充電されることを防止す
るものである。スイツチ要素としてSSS１２を用
いずにダイオード２０だけを用いる場合は、コン
デンサ９はその電圧が整流回路２の出力電圧より
高くなる時に放電を開始する。このような構成に
した場合も上記の説明と様に動作するが、トラン
ジスタ１０への逆電圧印加防止のダイオード１９
は当然ながらこの時はなくても済む。コンデンサ
９に対し、チヨークコイル等のインピーダンスを
直列に接続することは、従来から整流回路でコン
デンサインプツト形に対するチヨークインプツト
形として知られている技術であり、この考案でも
チヨークインプツト形整流回路と同様の利点を生
ずるのでさしつかえない。

第７図はこの考案に使用される充放電装置の他
の実施例を示し、トランジスタ１０、定電圧素子
１１、スイツチ要素であるSSS１２、ダイオード
１９，２０より構成され、この場合もコンデンサ
９の充電電圧は第６図イに示す様にV₂＜V₁であ
る値V₂に設定することができる。上記の説明で
は定電圧素子１１として定電圧ダイオードを使用
する場合を示したが、これに限定されることはな
く、バリスタ等の素子あるいは、他の電圧発生手
段を使用してもよい。また第８図はこの考案に使
用される充放電装置の異なる実施例を示し、サイ
リスタ１３がトリガ素子１４によつてトリガされ
導通する位相を、交流電源１の半サイクルの後半
の適当な位相に選定することによつてコンデンサ
９の充電電圧を所定値に設定することができる。

また第９図はさらに異なる充放電装置を示し、
コンデンサ９に対する充電は、ダイオード１５で
行ない、放電はスイツチ要素としてトランジスタ
１６を用いるものであり、やはり第６図イに示す
様な動作を行なわせることができる。第１０図
は、さらに他の実施例を示し、定電圧素子１１の
導通後、コンデンサ１７および抵抗１８によつて
適当な時定数を有して、トランジスタ１６を導通
させるので、インバータ４の入力端子電圧は第１
１図の実線で示す様な、なめらかな波形とするこ
とができる。この考案の装置に使用される充放電
装置は実施例に示したものに限定されず、整流回
路２の直流出力電圧のピーク値V₁よりも低い電
圧をインバータ４へ供給できる装置を用いて適切
な値に設定すれば、スイツチ要素としてSSSの他
にもサイリスタ等で構成してもよい。第１２図、
第１３図、第１４図はこの考案の装置に使用され
るインバータ４の異なる構成例を示すが、インバ
ータ４としては要するに負荷の放電灯５を高周波
点灯しかつ出力電流がインバータ４の入力直流電
圧にほぼ対応して変化するものであればよい。

放電灯５がフイラメントの予熱を必要とする螢
光灯などの場合は、それぞれ適当な予熱手段を設
ければよいことは勿論である。また、充放電装置
８からインバータ４への電圧供給開始時の電圧
V₂は、第１０図に示す実施例以外の場合の様に
急峻な立上りを有するものでは、放電灯５の瞬時
電力変化が大きくなりすぎてしまうことを避ける
などの理由から、0.5V₁＜V₂＜0.9V₁程度が良好
である。さらに、高周波点灯を行なうことによる
放電灯の発光効率の増加を第１図の従来装置のよ
うに高くするには、急峻な立上りを有しない（例
えばSSS１２を使用せずダイオード２０のみ使用
したり、第１０図の実施例など）場合にも、約
0.5V₁＜V₂＜0.9V₁程度が良好である。

ここで、0.5V₁＜V₂＜0.9V₁とすることが望ま
しい理由につき更に詳細に説明する。まず0.5V₁
＜V₂とする理由については、インバータの入力
直流電圧のV₂の値と整流回路の直流出力電圧V₁
との比との負荷の螢光灯の発光効率との関係を実
験的に調べたところ、第１５図に示される結果が
得られた。ここでV₁，V₂はそれぞれ第１６図に
おけるV₁，V₂である。

第１５図に示される様に放電灯の発光効率は、
略0.5V₁＜V₂の領域で効率の上昇は飽和する現象
が見られる。つまり0.5＜V₂／V₁でないと充分な
発光効率が得られない。従つて、V₂の値は略
0.5V₁＜V₂を満足するように設定する必要があ
る。

次にV₂＜0.9V₁とする根拠について述べる。ま
ず急峻な立上りを有しない入力直流電圧の場合に
つき第１７図に基いて説明すると、V₂の値とコ
ンデンサ９の容量により、インバータの入力直流
電圧波形は異なるが、V₂＝0.9V₁とし、コンデン
サ９の容量が十分に大きい場合（第１７図の曲線
ａ）は、たとえ、このコンデンサ９にチヨークコ
イルを直列接続しても交流電源１側から見た力率
は、高々0.8程度である。この力率を、さらに高
くするには、コンデンサ９の容量を小さくし、第
１７図の曲線ｂ或いはｃの如くする必要がある。
しかし、ｃの如く電圧が低下すると、0.5V₁＜V₂
の説明において述べた様に放電灯の発光効率の上
昇が十分でなくなる恐れがある。従つて、第１７
図の曲線ｂの様にコンデンサ９の容量を設定して
も、力率を高く、通常は約0.85以上に維持するた
めには、ほぼV₂＜0.9V₁でなければならない。

次に急峻な立上りを有する直流電圧の場合にき
第６図イを参照して説明する。インバータの入力
直流電圧として位相θ₂で急峻な立上りがある場合
について述べる。

V₂の値を高くし、かつ交流電源１側から見た
力率を高く維持するためには、コンデンサ９の容
量を小さくするか、或いはコンデンサ９の電荷の
放電開始位相θ₂を遅くする方法がある。前者のコ
ンデンサ９の容量を小さくする方法では、電圧が
低下し放電灯の発光効率向上が小さくなる恐れが
ある。後者の位相θ₂を遅くする方法は、θ₂の前後
で、放電灯の電流すなわち、電力が急激に変化す
る。この時、放電灯の電圧の応答は、やや時間遅
れが生じ、放電灯の電流は、インバータの入力直
流電圧変化にほぼ対応して増加するので結果とし
て、θ₂付近での放電灯の瞬時電力増加が非常に大
きくなる。

なおこの電力増加はV₂が低ければ当然少ない
ことは明らかである。インバータで放電灯を点灯
する時、放電灯の始動時の放電開始時には、定常
状態より大きな瞬時電力が必要とされる。一般に
この種のインバータは、この放電開始時の瞬時電
力負荷に耐える様に設計されている。そこでほぼ
V₂＝0.9V₁であれば、この時の放電灯の最大瞬時
電力は位相θ₂を遅くした悪条件でも、放電灯の始
動時の最大瞬時電力と同等以下となる。

これらの点からV₂＜0.9V₁であることが必要と
なる。

以上の様にこの考案の装置によれば、大容量の
平滑用コンデンサを使用せず、小さな容量のコン
デンサを使用するだけで放電灯の電流を連続的に
流すことができ、交流電源からみて高い力率を維
持することができる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の放電灯点灯装置を
示す回路図、第３図はその動作を説明する為の
図、第４図および第５図はこの考案による放電灯
点灯装置の構成を示す回路図、第６図はその動作
を説明する為の図、第７図、第８図、第９図およ
び第１０図はこの考案による放電灯点灯装置に使
用される充放電装置の異なる構成例を示す回路
図、第１１図はこの考案の装置の動作を説明する
為の図、第１２図、第１３図および第１４図はこ
の考案の装置に使用されるインバータの異なる構
成例を示す回路図、第１５図はインバータの入力
電圧と整流回路の出力電圧のピーク値との比と発
効効率との関係を示す図、第１６図は第１５図に
おけるインバータの入力電圧と整流回路の出力電
圧を示す図、第１７図は急峻な立上りを有しない
インバータの入力電圧波形を示す図である。なお
図中同一同一符号は同一または相当部分を示す。 図中１……交流電源、２……整流回路、４……
インバータ、５……放電灯、８……充放電装置、
９……コンデンサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 交流電源に接続されて全波整流を行なう整流回
   路の直流出力を高周波交流に変換した後に負荷の
   放電灯を点灯するインバータを備えスイツチ要素
   を含む充放電装置を介して前記整流回路の出力端
   子にコンデンサを接続し、前記充放電装置は前記
   交流電源の各半サイクルの後半の位相で前記コン
   デンサの電荷の放電を開始して前記インバータに
   供給し、かつ前記コンデンサの放電開始時の前記
   インバータへの供給電圧は、前記交流電源によつ
   て前記整流回路に生じられた直流出力電圧のピー
   ク値よりも低くなる様に設定された装置におい
   て、前記コンデンサの放電開始時のインバータへ
   の供給電圧V₂は、整流回路に生じる直流出力電
   圧のピーク値V₁に対し、約0.5V₁＜V₂＜0.9V₁で
   あることを特徴とする放電灯点灯装置。