JPS63175389A - 放電灯点灯装置 - 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） 本発明は、発振周波数が可変のインバータ回路を用いて
放電灯を点灯させる放電灯点灯装置に関するものである
。

（背景技術） 第５図はインバータ回路を用いた放電灯点灯装置の基本
構成を示す回路図である。直流電源Ｅの両端には、スイ
ッチング素子Ｑ、、Ｑ２の直列回路と、コンデンサＣ＋
、ＣＩ”の直列回路とが並列的に接続されている。スイ
ッチング素子Ｑ、、Ｑ２にはダイオードＤ、、Ｄ２が夫
々逆並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ　３．
　Ｑ　ｚの接続点と、コンデンサＣ＋　、　Ｃ＋°の接
続点との間には、負荷回路が接続されている。負荷回路
としては、非電源側に予熱用のコンデンサＣ２を並列接
続された放電灯ｌとインダクタンスＬの直列回路が接続
されており、この負荷回路は一最に誘導性リアクタンス
を呈するように設計されている。放電灯ｌの非電源側に
接続されたコンデンサＣ２とインダクタンスＬとはＬＣ
共振回路を構成し、この共振回路を利用して放電灯ｌの
両端に高電圧を発生させ、放電灯ｌを始動及び点灯維持
させているものである。

従来、放電灯を点灯させる場合に、放電灯の寿命を長く
するという理由で一１両極のフィラメントを十分に予熱
させてから高電圧を印加して点灯させる方法が広く用い
られている。この従来例にあっては、第６図（ａ）に示
すように、予熱時間り、の間は周波数ｆ１でインバータ
回路を発振させてコンデンサＣ２の両端電圧Ｖｃ２を点
灯電圧以下に下げて放電灯ｐのフィラメントを十分に予
熱し、予熱時間１．の経過後は周波数ｆ２でインバータ
回路を発振させて、コンデンサＣ２の両端電圧Ｖｃ２を
点灯電圧よりも高くして、放電灯ｌを始動させるように
している。

第６図（ｂ）はコンデンサＣ２に流れる電流ＩＣ２を示
しており、同図（ｃ）は放電灯ｌに流れる電流ＩＮを示
している。同図（ｄ）は予熱時間１＋においてスイッチ
ング素子に流れる電流波形を示しており、同図（ｅ）は
高電圧をかけてから放電灯ｌが点灯するまでの時間ｔ２
においてスイッチング素子に流れる電流波形を示してい
る。さらに、同図（「）は、放電灯ｌが点灯した後にス
イッチング素子に流れる電流波形を示している。同図（
ｇ）は、コンデンサＣ２の両端に生じる電圧ｖｃ２と発
振周波数ｆとの関係を示している。

第６図（ａ）に示すように、予熱時間１＋の経過後には
、周波数をｒ、からｆ２に変化させる。このときコンデ
ンサＣ２に高電圧を発生させるために、発振周波数「２
をインダクタンスＬとコンデンサＣ２の固有振動周波数
ｆ０よりも低く設定することが多い。また、点灯した時
に、所定の放電灯電流を得るためには、ｆ２＜ｆｏにな
ってしまうことがほとんどである。この場合に、周波数
を切り替えてから放電灯ｌが点灯するまでの間に、短い
時間ｔ２ではあるが、同図（ｅ）に示すような進相電流
がスイッチング素子に流れて、同時オン状態のサージ電
流が流れる。特に電源電圧Ｅが低い場合においては、電
流の実効値も大きく、サージ電流も大きくなり、スイッ
チング素子のＡＳＯ領域（安全動作領域）を越えるとい
うような問題がある。

他の従来例として、第７図に示すようなソフトスタート
的な点灯方式も提案されている。この場合の回路構成に
ついては、第５図の回路と同じとする。第７図（ａ）は
発振周波数ｆの時間的な変化を示すものであり、時間の
経過とともに周波数を徐々に下げ、点灯時に所定の電流
が得られる周波数ｆ２まで変化させる制御方式である。

この場合において、コンデンサＣ２に流れる電流ＩＣ２
と放電灯ｌに流れる電流Ｉｎの時間的な変化を第７図（
ｅ）、（ｄ）に示す。

この従来例の場合、第７図（ｂ）に示す共振特性曲線か
ら分かるように、発振周波数ｆを周波数ｆ１から徐々に
下げて周波数ｆ２に至るまでの間に、必ず共振点ｆ０を
通るので、放電灯ｌはスイッチング素子の電流が遅相モ
ードの状態で十分な高電圧を印加されて点灯することに
なり、第６図に示す制御方式のように、進相モードで放
電灯が点灯するということはなくなる。

しかしながら、この場合、周波数の高いところから周波
数を徐々に下げるために、予熱時間（電源投入後、放電
灯ｌが点灯するまでの時間が予熱時間となる）の大半で
予熱電流が得られなくなり、放電灯寿命に問題が生ずる
。

（発明の目的） 本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、予熱時間中には十分な予熱電
流を得られるようにすると共に、始動時にはインバータ
回路のスイッチング素子に大きなストレスが加わらない
ようにした放電灯点灯装置を提供するにある。

（発明の開示） 本発明に係る放電灯点灯装置にあっては、上記の目的を
達成するために、発振周波数が可変のインバータ回路の
発振出力にて放電灯を点灯させる放電灯点灯装置におい
て、インバータ回路を放電灯の予熱時に所定の周波数で
一定時間発振させた後、時間の経過と共に発振周波数を
点灯周波数まで滑らかに変化させる周波数制御部を設け
て成るものである。

第１図（ａ）は、本発明における発振周波数Ｆの時間的
変化とコンデンサの両端電圧Ｖｃ２との関係を示してい
る。この場合の回路構成については、第５図の回路と同
じとする。発振周波数ｒは、予熱時間１．の間は周波数
ｆ、に固定されており、この状態で放電灯ｌのフィラメ
ントが十分に予熱されるので、放電灯寿命が損なわれる
ことはない。また、この例の場合、予熱時の周波数ｆ１
と点灯時の周波数ｆ２との間に共振点ｆ０が含まれるた
めに、周波数ｆ、でスイッチング素子に流れる遅相モー
ドの電流波形と同じ電流波形の状態で点灯されることに
なり、進相モードの電流は流れなくなる。なお、第１図
（ｂ）、（ｃ）にコンデンサＣ２に流れる電流Ｉｃ２及
び放電灯！に流れる電流工！の時間的変化をそれぞれ示
す。

以下、本発明の実施例について説明する。

夫１１Ｌ 第２図は本発明の一実施例の回路図である。本実施例に
おいて、従来例回路と同一の機能を有する部分には同一
の符号を付して重複する説明は省略する。負荷回路とし
ては、非電源側に予熱用のコンデンサＣ２を並列接続さ
れた放電灯ｌと、インダクタンスし及びコンデンサＣＩ
の直列回路が接続されている。コンデンサの容量はＣ，
＞Ｃ２であり、負荷回路の固有振動周波数は、インダク
タンスＬとコンデンサＣ２とでほぼ定まる。

直流電源Ｅの両端には、抵抗Ｒ、、コンデンサＣ１の直
列回路よりなる制御部電源回路が接続されている。コン
デンサＣ１の電圧は、抵抗Ｒ４とツェナダイオードＺＤ
の直列回路に印加されている。

ツェナダイオードＺＤの両端に発生した基準電圧は、コ
ンパレータＣＰの反転入力端子に印加されている。コン
パレータＣＰの非反転入力端子にはコンデンサＣ３の電
圧が印加されている。コンデンサＣｓはトランジスタＱ
４を介して、コンデンサＣ１の充電電圧にて充電される
。トランジスタＱ。

には、カレントミラー回路を構成するように、トランジ
スタＱコが接続されている。各トランジスタＱ　ｓ　、
　Ｑ　＝の電流利得１＋ｆｅが十分に大きいとすると、
トランジスタＱ４に流れる電流は、トランジスタＱ、に
流れる電流と同じになる。トランジスタＱ３は、抵抗Ｒ
，，Ｒ，の直列回路を介してコンデンサＣ１の両端に接
続されている。抵抗Ｒ３にはコンデンサＣ４とトランジ
スタＱｓが並列接続されている。

トランジスタＱ５のベースには、抵抗Ｒ６を介してタイ
マー回路３の出力が接続されている。タイマー回路３は
、予熱時間を設定するものであり、直流電源Ｅが投入さ
れて、コンデンサＣ１の充電電圧が上昇してから、所定
の時間だけ高レベルの信号−を出力する。したがって、
トランジスタＱ３に流れる電流は、電源投入後の一定時
間は抵抗Ｒ２によって決まり、その後は、コンデンサＣ
１の充電電圧の上昇につれて、徐々に減少し、最終的に
は抵抗Ｒ２、Ｒｙの直列抵抗によって決まる一定値とな
る。このＣＲ回路によって、周波数制御部４が構成され
ている。

コンデンサＣ５の両端電圧は、タイマーＩＣｔｎ＋の２
番、６番、及び７番端子に接続されている。このタイマ
ーＩＣｔｍは、汎用のタイマーＩＣ（ＮＥＣ製μＰＤ１
５５５５）であり、周知のように、トリガ端子（２番端
子）が（１／３）Ｖｃｃ以下になると、トリガされて出
力端子（３番端子１図示せず）が高レベルとなり、放電
端子（７番端子）は高インピーダンスとなる。また、ス
レショルド端子（６番端子）が（２／　３　）Ｖｃｅに
なると出力端子（３番端子）が低レベルとなり、放電端
子（７番端子）も低レベルとなる。このため、コンデン
サＣ６の両端には鋸歯状波電圧が発生する。この電圧が
コンパレータＣＰにて基準電圧と比較されて、コンパレ
ータＣＰからは矩形波の発振出力が得られる。

コンパレータＣＰの出力は、Ｄフリップフロラ１ＦＦに
より分周される。ＤフリップフロップＦＦの出力９１口
は、ＮＡＮＤゲートＧ、、Ｇ２の一方の入力にそれぞれ
接続されている。また、出力口はデータ人力りに接続さ
れている。クロック入力Ｃには、前述のコンパレータＣ
Ｐの出力が接続されている。クロック人力Ｃが低レベル
から高レベルに立ち上がる度に、ＤフリップフロップＦ
Ｆの出力は反転し、出力Ｑ、ＱからはコンパレータＣＰ
の出力を２分の１に分周したデユーティファクター５０
％の矩形波が得られる。、一方、コンパレータＣＰの出
力は、インバータゲートＧ　、、Ｇ　４と抵抗Ｒ５を介
して、ＮＡＮＤゲートＧ、、Ｇ２の他方の入力に接続さ
れている。各ＮＡＮＤゲートＧ２゜Ｇ、の出力は、それ
ぞれ、スイッチング素子Ｑ１゜Ｇ２の駆動回路１．２に
入力されている。したがって、スイッチング素子Ｑ、、
Ｑ２の駆動信号は、一方が高レベルで他方が低レベルで
ある第１の期間と、一方が低レベルで他方が高レベルで
ある第２の期間とが交番する信号となり、第１の期間と
第２の期間との間に、両方の出力が共に低レベルである
第３の期間が存在する。この第３の期間は、スイッチン
グ素子Ｑ、、Ｑ２が共にオンにならないようにするため
のデッドオフタイムであり、オン状態のスイッチング素
子の電荷Ｎ積時間等を考慮した短い時間で良く、第２図
回路では、コンパレータＣＰの出力が低レベルである期
間によって決定されている。

以上の構成により、第１図（ａ）に示すような周波数制
御を行うことができる。すなわち、直流電源Ｅを投入す
ると、タイマー回路３の出方により一定時間トランジス
タＱ５がオンする。従って、インバータ回路の発振周波
数は、コンデンサｃ５と抵抗Ｒ２の値によってほぼ定ま
った値となり、周波数ｆＩで予熱が行なわれる９次に、
タイマー回路３のタイマ一時間ｔ１が経過すると、その
出力が低レベルとなり、トランジスタＱ、がオフとなる
。

このため、コンデンサＣ１が徐々に充電され、その充電
電圧は抵抗Ｒ２、Ｒ３の分圧電圧に至る。このとき、イ
ンバータ回路の発振周波数は前述の予熱時の周波数ｆ、
から、抵抗Ｒ２，Ｒ，とコンデンサＣ９により決まる周
波数ｆ２へ徐々に変化する。この周波数の変化の途中で
放電灯ｌが点灯する。

１１匠１ 第３１１１は本発明の他の実施例の回路図である。

本実施例にあっては、インバータ回路として周知のプッ
シュプル回路を用いている。インバータ回路の発振トラ
ンスＯＴは、１次巻線に中間タップを有するリーケージ
トランスよりなり、スイッチング素子Ｑ　１．　Ｑ　２
が交互に導通することにより、２次巻線に接続された負
荷回路に交番電流が流れる。負荷回路としては、実施例
１に用いたのと同様の回路が接続されているが、インダ
クタンスＬの代わりに発振トランスＯＴのり一ゲージイ
ンダクタンスを用いている。

インバータ回路の制御部には、スイッチングレギュレー
タ用ＩＣ（ＮＥＣ！ｌμＰＣ４９４）を用いている。こ
のスイッチングレギュレータ用ＩＣ５の発振周波数は５
番端子に接続されたコンデンサＣ７の容量と、６番端子
に接続された抵抗値より決まる。また４番端子は、１４
番端子の基準電圧を抵抗Ｒ，，Ｒ，にて分圧した電位を
入力され、これによりスイッチング素子Ｑ、、Ｑ、のデ
ッドオフタイムを定めている。また１３番端子は２石用
に使用する為に抵抗ＲＩＧを介して高レベルの信号を与
えている。抵抗Ｒ，，，Ｒ，□はスイッチングレギュレ
ータ用ＩＣ５内部のオーブンコレクタのトランジスタの
コレクタ抵抗として用いている。

本実施例に用いる周波数制御部４の構成及び動作につい
ては実施例１の場合と同じであるので、重複する説明は
省略する。

夫１眞１ 第４図は本発明のさらに他の実施例の回路図である０本
実施例は１石式のインバータ回路であり、スイッチング
素子Ｑ、として電力用のＭＯＳＦＥＴを用いている。ス
イッチング素子Ｑ１にはコンデンサＣ８が並列接続され
ており、このスイッチング素子Ｑ、を介して、リーケー
ジトランスよりか＾絡１信トランスＯＴめ１ンケ皿残黍
９１　Ｍ宥這雷Ｓ阿ｐに接続されている。発振トランス
ＯＴの２次側巻線には、実施例２の場合と同様の負荷回
路が接続されている。なお、この場合、スイッチング素
子Ｑ１の逆方向電流は、ＭＯＳ　Ｆ　ＥＴの寄生ダイオ
ードを介して流れる。

抵抗ＲＩ　＋コンデンサ、Ｃ５の直列回路は、直流電源
Ｅの両端に接続されており、スイッチング素子Ｑ、の駆
動回路及び制御回路に電源電圧Ｖｃｃを与えている。ま
ず、スイッチング素子Ｑ１の駆動回路について説明する
。コンデンサＣ１には、抵抗ＲＩ　３を介してトランジ
スタＱ６が接続されている。

トランジスタＱ６のコレクタは、トランジスタＱフ。

Ｃ６のベースに接続されている。トランジスタＱ７１Ｑ
Ｂのエミッタは、抵抗Ｒ目を介して接続され、■・ラン
ジスタＱ、、Ｑ、のコレクタはそれぞれコンデンサＣ２
の両端に接続されている。トランジスタＱ６がオンする
と、そのコレクタ電位が低下するので、トランジスタＱ
７がオフ状態、トランジスタＱ、がオンできる状態とな
り、スイッチング素子Ｑ１のゲートは、抵抗ＲＩ５．ト
ランジスタＱ。

を介して、グランドレベルにプルダウンされる。

トランジスタＱ６がオフすると、そのコレクタ電位が上
昇するので、トランジスタＱ、がオフ、トランジスタＱ
、がオンとなり、抵抗Ｒｌ　４１　Ｒｌｓ　＋　Ｒ１６
の直列回路にコンデンサＣ３の充電電圧が印加され、抵
抗Ｒ３６の両端に生じる分圧電圧によりスイッチング素
子Ｑ１のゲート電位が上昇する。これによって、スイッ
チング素子Ｑ、のゲートが電圧駆動されるものである。

次に、スイッチング素子Ｑ１の制御部回路について説明
する。ｋｍ、、Ｌｍ、は汎用のタイマーＩＣ（ＮＥＣ製
μＰＤ１５５５５）である、タイマーＩＣｔｏ＋。

の時定数回路を構成する抵抗Ｒ，□、Ｒ０，コンデンサ
Ｃ６の直列回路には電源電圧Ｖｃｃが印加されている。

抵抗ＲＩ７とＲ３ｓの接続点はタイマーＩＣｂ＊、の放
電端子（７番端子）に接続され、抵抗Ｒ１８とコンデン
サＣ６の接続点はタイマーＩＣｔ＋＊１のスレショルド
端子（６番端子）及びトリガ端子（２番端子）に接続さ
れている。これによって、タイマーＩＣｔｍ＋は無安定
マルチバイブレータとして動作する。その発振周波数は
、抵抗Ｒ＋　ｔ　ｒ　Ｒ＋　ａ及びコンデンサＣ６の時
定数と、制御端子（５番端子）の電圧によって決まる。

タイマーＩＣｔｍＩの出力端子（３番端子）は、タイマ
ーＩＣｔ＋ｎ２のトリガ端子（２番端子〉に接続されて
いる。

タイマーＩＣｔｍ２の時定数回路を構成する抵抗Ｒｌｓ
　＋コンデンサＣ１゜の直列回路には、電源電圧Ｖｃｃ
が印加されている。抵抗Ｒ１ｇとコンデンサＣ１ｏの接
続点はタイマーＩＣＬｍ２の放電端子（７番端子）及び
スレショルド端子（６番端子）に接続されている。タイ
マーＩＣｔ町の制御端子（５番端子）はコンデンサＣ３
を介して接地されている。これによって、タイマーＩＣ
ｔ＋ａ２は単安定マルチバイブレータとして動作する。

タイマーＩＣｔ＋ｎｚの出力端子（３番端子）は、前述
のスイッチング素子Ｑ１の駆動回路におけるトランジス
タＱ６のベースに接続されている。

周波数制御部４の構成については、実施例１の場合とほ
ぼ同様である。電源投入後、一定時間はタイマー回路３
の出力が高レベルでトランジスタＱ、がオンであるので
、オペアンプＯＰには抵抗Ｒ，，Ｒ３の並列回路と抵抗
Ｒ２との分圧電圧が入力され、オペアンプＯＰにて低イ
ンピーダンス化されて、タイマーＩＣｔｍ１の制御端子
（５番端子）に入力され、予熱時の発振周波数ｒ１が決
定される。

タイマーＩＣｔ第２よりなる単安定マルチバイブレーク
は、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間を決定するために
用いられている。

次にタイマー回路３のタイマ一時間ｔ、の経過後におい
ては、トランジスタＱ、がオフし、抵抗Ｒ０を介してコ
ンデンサＣ１が充電されるので、オペアンプｏＰへの入
力電圧は、予熱時に比べて徐々に高くなり、それによっ
てタイマーＩＣｔｍＩの発振周波数が徐々に低くなる。

この変化により、予熱時の発振周波数ｆ１から点灯時の
発振周波数ｆ２へとスムーズに移行するようになってい
る。

（発明の効果） 本発明は上述のように、発振周波数可変のインバータ回
路を用いた放電灯点灯装置において、インバータ回路を
放電灯の予熱時には所定の周波数で一定時間発振させ、
その後、時間の経過と共に発振周波数を点灯周波数まで
滑らかに変化させるようにしたから、予熱時間中は十分
な予熱電流を得ることができ、したがって、放電灯の寿
命を損なうことがなく、また、始動時においては、周波
数が徐々に変化するので、従来例のように周波数の急変
によりインバータ回路のスイッチング素子に過大なスト
レスが加わるようなことがなく、放電灯をスムーズに始
動させることが可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１Ｉ２１は本発明の動作説明図、第２図は本発明の一
実施例の回路図、第３図は本発明の他の実施例の回路図
、第４図は本発明のさらに他の実施例の回路図、第５図
は従来例の回路図、第６図は同上の動作説明図、第７図
は他の従来例の動ｆヤ説明図である。 Ｅは直流電源、Ｑ、、Ｑ２はスイッチング素子、ｌは放
電灯、３はタイマー回路、４は周波数制御部である。 Ｗ　　　　　　　　　　　　田 〜 （Ｊ　　　　　　　　　　　　　　　　　＠ＩＩ□　　
　　　　　　　□ 、０　　　　　　　　　　　　　　０ 第６図 ↑２ｆｏ　　ｒｌｆ 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）発振周波数が可変のインバータ回路の発振出力に
   て放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において、インバ
   ータ回路を放電灯の予熱時に所定の周波数で一定時間発
   振させた後、時間の経過と共に発振周波数を点灯周波数
   まで滑らかに変化させる周波数制御部を設けて成ること
   を特徴とする放電灯点灯装置。