JPS63292599A - 放電ランプの点灯装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、インバータ回路により高周波で放電ランプ
を点灯させる装置に係わり、特に入力力率が高力率とな
る放電ランプの点灯装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は例えば照明学会研究会資料ＬＳ−８５−１２〜
１８Ｐ１７、Ｐ２Ｏに示された従来の放電ランプの点灯
装置の回路図である。図において、（１）は直流電流で
、商用交流電源（１６）を整流・平滑する整流器（１７
）と平滑コンデンサ（１８）で構成される。（２）は直
流電源（１）の電流電圧を高周波型圧に変換する負荷電
流帰還形の一石臼励式１〜ランジスタインバータ、（３
）は電極（３ａ）、（３ｂ）を有する放電ランプ、（４
）は放電ランプ（３）のランプ電流を制限するパラスト
チョーク、（５］１ま放電ランプ（３）の両端に接続さ
れた始動コンデンサである。

次にトランジスタインバータ（２）の回路構成を説明す
る。（６）はスイッチング動作を行う主トランジスタで
、エミッタが直流電源（１）の負極に接続され、また直
流電源（１）の正極とコレクタ間には出カドランス（７
）と共振コンデンサ（８）とが並列に接続されている。

（９）は負荷回路に挿入された一次巻線（９ａ）および
二次巻線（９ｂ）を有する電流変成器（以下ＣＴという
）　、（１０）、（１１）、（１２）は直列接続された
発振起動抵抗、抵抗およびダイオードで、直流電源（１
）の正極と主トランジスタ（６）のベース間に発振起動
抵抗（１０）が、また主１〜ランジスタｆ６）のベース
・エミッタ間に抵抗（１１）とダイオード（１２）とが
接続されている。

このように構成された放電ランプの点灯装置においては
、直流電源（１）を投入すると発振起動抵抗（１０）を
介して主トランジスタ（６）にベース電流が供給され、
主ｌ・ランジスタ（６）がオン（ＯＮ）に移行する。こ
れにより、主トランジスタ（６）を介して出カドランス
（７）あるいは負荷回路（パラストチョーク（４）と電
極（３ａ）　、（３ｂ）と始動コンデンサ（５）の直列
回路）に電流が流れ、この負荷電流がＣＴ　ｆ９１を介
して出力°トランジスタ（６）の入力に正帰還され、コ
ンデンサ（１３）が充電されながら、主トランジスタ（
６）はオン状態を保つ。そして、この振動性のベース電
流が逆方向に流れるようになり、主トランジスタ（６）
は急速にターンオフする。すなわち、ＣＴ（９１の二次
巻線（９ｂ）のインダクタンスとコンデンサ（１３）の
ＬＣ共振によって主トランジスタ（６）のＯＮ（導通）
期間が決定される。その後は出力１−ランス（７）と共
振コンデンサ（８）で構成されるタンク回路に貯えられ
た電気エネルギーが共振し、上記負荷回路に共振電流が
流れる。この負荷電流がＣＴ　（９１を介してダイオー
ド（１２）を流れ、主トランジスタ（６）がオフ状態を
保つ。そして、共振負荷電流によって再びｃ　Ｔ　（９
１の二次巻Ｍ　（９ｂ）に主にトランジスタ（６）への
正帰還電流が流れるようになり、主）・ランジスタ（６
）がターンオンして上記の動作を繰り返し、例えば２０
〜５０ＫＨｚ程度の高周波で主トランジスタ（６）はス
イッチングを行う、この時、始動コンデンサ（５）の容
量をパラストチョーク（４）とＬＣ共振する値に設定し
であるので、放電ランプ（３）の電流（３ａ）、（３ｂ
）に高周波の共振電流が流れると同時に始動コンデンサ
（５）の両端に高電圧が生じ、この電圧によって放電ラ
ンプ（３）が点灯する。放電ランプ（３）が点灯した後
は、始動コンデンサ（５）と並列に放電ランプ（３）の
インピーダンスが接続された形となり、これを負荷回路
として上述の動作と同様にトランジスタインバータ（２
）が発振動作を継続し、放電ランプ（３）にパラストチ
ョーク（４）で制限される高周波電流が流れる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような放電ランプの点灯装置で（ま、トランジス
タインバータ（２）の入力直流電圧がほぼ完全平滑され
ており、このために放電ランプ（３）のランプ電流の休
止区間がなくランプ発光効率が最大となる利点がある。

しかしながら、この場合商用交流電源の入力力率が低力
率（８５％未満）となる問題点がある。

この問題点を解決する、つまり入力力率を高力率（８５
％以上）とし、しかも上記ランプ発光効率をできるだけ
、低下させない方法としてトランジスタインバータの入
力直流電圧波形を部分的に平滑する部分平滑方式が知ら
れている。

この部分平滑方式を実施できる回路の一例として、５ｈ
ｏｔｔｎｙ分圧型整流回路（トランジスタ技術１９８３
年６月号第３８８頁〜第３９２頁）を応用したコンデン
サ２分割方式を第４図に示す。この図において、直流電
源（１９）はっぎのように構成されている。整流器（１
７）の出力端子間にコンデンサ（２０）、（２１）とこ
のコンデンサ（２０）、（２１）に充電方向のダイオー
ド（２２）を直列に接続するとともに、各コンデンサ（
２０）　、（２１）の両端をそれぞれ放電方向のダイオ
ード（２３）、（２４）が接続されている。この直流電
源（１９）の各部波形を第５図に示す。（ａ）は商用交
流電源（１６）の電圧波形、（ｂ）は部分平滑された直
流電源（１９）の電圧波形を示しており、この直流電圧
波形の各サイクルにおいて、部分平滑された区間を含む
区間をＡ区間、それ以外の区間をＢ区間で示している。

乙とで、第３図の直流電源（１）を第４図の直流電源（
１９）に置換えた場合を考えると、っぎのような問題点
が発生ずる。

すなわち、放電ランプ（３）の定格ランプ電圧が高いラ
ンプはど第５図のＡ区間において放電維持が困難となり
、放電ランプ（３）が立消えたり、あるいは第３図にお
ける始動コンデンサ（５）に共振電流が流れるようにな
り、特に主トランジスタ（６）のスイッチング損失が増
加する。

この発明ζま、このような問題点を解決するためになさ
れたもので、入力力率が高力率で、しかも高効率の放電
ランプ点灯装置を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の放電ランプの点灯装置は、インバータ回路の
部分平滑された入力直流電圧波形の各サイクルにおいて
、部分平滑された区間を含んだＡ区間のインバータ回路
の発振周波数を、Ａ区間以外の区間となるＢ区間の周波
数よりも高く制御する周波数切換回路を備えたものであ
る。

〔作用〕

この発明の放電ランプの点灯装置においては、周波数切
換回路によって、インバータ回路の入力電圧に同期して
インバータ回路の発振周波数が制御される。

〔実施例〕

第１図はこの発明の実施例を示す回路図であり、前述し
た第３図の従来装置と同一の構成要素に対しては同一符
号を付して重複する詳細説明は省略する。トランジスタ
インバータ（２）は主トランジスタ（６）の入力部に接
続された帰還電源とインダクタンス素子とコンデンサ（
２０）の直列回路のＬＣ共振により、該トランジスタ（
６）の導通期間が決定される自励式となっており、ここ
ではＣＴ　（９１の二次巻線（９ｂ）が帰還電源とイン
ダクタンス素子とになっている。そして上記直列回路の
ＬＣ共振周波数を変化させる周波数切換回路（２５）が
設けられており、この周波数切換回路（２５）によって
トランジスタインバータ（２）の発振周波数が制御され
る。

この周波数切換回路（２５）は、つぎのように構成され
ている。コンデンサ（２６）と並列に接続された補助コ
ンデンサ（２７）と、この補助コンデンサ（２７）に直
列に接続された切換スイッチ（２８）で構成され、この
切換スイッチ（２８）は互いに逆並列接続されたトラン
ジスタ（２９）とダイオード（３０）で構成されている
。そして、抵抗（３１）と抵抗（３２）が、トランジス
タインバータ（２）の入力端子間に直列に接続され、こ
れらの中点とトランジスタ（３３）のベース間に定電圧
ダイオード（３４）が接続されている。また、抵抗（３
５Ｌ　（３６）がトランジスタインバータ（２）の正の
入力端に接続され、他端がそれぞれ１ヘランジスタ（３
７）のベースとコレクタに接続されている。さらに、抵
抗（３８）、（３９）、コンデンサ（４０）がトランジ
スタ（２９）のベースとトランジスタ（３７）のコレク
タ間接続されている。

つぎにかかる構成の放電ランプの点灯装置の動作につい
て説明する。第２図（まこのための第１図の各部波形図
で、（ａ）は商用交流電源（１６）の電圧波形、（ｂ）
は直流電源（１９）の電圧波形、（ｅ）は抵抗（３２）
の端子電圧波形で、Ｖｚは定電圧ダイオード（３４）の
ツェナー電圧レベルを示し、（ｄ）はトランジスタ（２
９）のＯＮ、ＯＦＦを示す図、（ｅ）は放電ランプ（３
）のランプ電流波形で点線はこの高周波ランプ電流の包
絡線を示している。

第１図において、直流電源（１９）が投入されると、発
振起動抵抗（１０）を介して発振起動電流が流れ、前述
の従来装置と同様の動作でトランジスタインバータ（２
）が発振し、放電ランプ（３）が点灯する。この時の周
波数切換回路の動作をつぎに説明する。

第２図（ｂ）に示す部分平滑された直流電圧波形の各サ
イクルにおけるＡ区間とＢ区間（よ、それぞれ第２図（
ｃ）に示すように、抵抗（３２）の端子電圧が定電圧ダ
イオード（３４）の・ツェナー電圧Ｖｚよりも小さい区
間と大きい区間で設定されている。したがって先ず、Ｂ
区間ではトランジスタ（３３）がＯＮｌ　トランジスタ
（３７）力τＯＦＦ。

トランジスタ（２９）がＯＮとなっており、つまり、切
換スイッチ（２８）がＯＮ状態となっており、二次巻線
（９ｂ）と直列にコンデンサ（２６）と補助コンデンサ
（２７）の並列回路が接続され、１−ランジスタインバ
ーク（２）はこの共振条件で決定される発振周波数ｆｂ
て発振している。

一方、Ａ区間ではトランジスタ（３３）がＯＦＦ。

トランジスタ（３７）がＯＮｌ　１−ランジスタ（２９
）がＯＦＦとなり、すなわち切換スイッチ（２８）がＯ
ＦＦ状態となっている。したがって、Ｂ区間と比較して
二次巻線（９ｂ）と直列接続されるコンデンサ容量が小
さくなるので前述の主トランジスタの導通期間が短くな
り１−ランジスクインノ（−タ（２）の発振周波数ｆ、
がｆ　、＞　ｆ　ｂとなっている。

ところで、トランジスタ（２９）とトランジスタ（３７
）間に挿入されている抵抗（３８）、（３９）、コンデ
ンサ（４０）の回路はトランジスタインバータ（２）の
発振周波数がｆ　−””　ｆ　ｂあるいはｆ、→ｆ、に
ゆるやかに切換わるように考慮したもので、これによっ
て、この装置から発生する騒音を防止できる。また、コ
ンデンサ（２６）、補助コンデンサ（２７）の容量を適
切に設定し、直流電源（１９）投入から一定時間例えば
抵抗（３２）の端子間を短絡することによって切換スイ
ッチ（２８）をＯＦＦすることによって、始動コンデン
サ（５）の共振電圧を抑え、放電ランプ（３）を始動さ
せないで電極（３ａ）、（３ｂ）を予熱することができ
、放電ランプ（３）の長寿命化がはかれる。

また、放電ランプ（３）のランプ電流値の多いＢ区間に
おける発振周波数ｆ、を例えば赤外線リモートコントロ
ーラの変調周波数の上限値以上でその近傍に設定するこ
とによって、主トランジスタのスイッチングロスを低減
できるし、また発振周波数ｆ　ａ＞　ｆ　ｂとなるので
、赤外線リモートコントローラ応用機器に対して障害を
及ぼす確立は低いものとなる。

さらに、二次巻線（９ｂ）の発生電圧が低い場合は、切
換スイッチ（２８）のダイオード（３０）を比較的オン
電圧の低いショットキーバリアダイオードを使用するこ
とによって主トランジスタ（６）のペースドライブを改
善できる。

なお、上記実施例ではｌ・ランジスタインバークが負荷
電流帰還形の＼方式のものについて説明したが、これは
例えば出カドランスの電圧帰還形のものでもよく、周波
数切換回路および切換スイッチ（２８）の構成もこれら
に限ったものではない。

〔発明の効果〕 以上説明したように、この発明によれば、トランジスタ
インバータの入力電流電圧を部分平滑することによって
、従来装置が有している商用交流電源の入力力率が高力
率で、ランプ発光効率向上を維持てきる特長を活かしつ
つ、部分平滑された区間を含むへ区間においても始動コ
ンデンサの端子電圧を高くてき、したがって放電ランプ
の放電が安定し、トランジスタインバータの発振周波数
を制御しない場合と比較して、１〜ランジスタイノバー
タの損失の（ｌｌＨｅ、低コスｌ−化および装置の小形
化が：よかれる効果がある。

なお、商用交流電源電圧が低いほど、また放電ランプの
定格ランプ電圧が高いほどこの効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す回路図、第２図は第１
図の各部波形図、第３図は従来の放電ランプ点灯装置の
回路図、第４図は直流電源の回路図、第５図は第４図の
各部波形図である。 図において、（１）、（１９）は直流電源、（２）は１
ヘランジスタインバータ、（３１１よ放電ランプ、（４
）はバラス）・チョーク、（５）は始動コンデンサ、（
２５）は周波数切換回路である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電源を整流し、得た脈流の直流電圧の谷間を
   部分的に平滑してなる直流電源と、この部分平滑された
   直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、こ
   の高周波電圧によって点灯する放電ランプと、この放電
   ランプのランプ電流を制限するバラスト素子と、上記放
   電ランプの両端に接続され上記バラスト素子との直列回
   路で共振回路を構成する始動素子とで構成される放電ラ
   ンプの点灯装置において、上記部分平滑された直流電源
   の電圧波形の各サイクルにおいて、部分平滑された区間
   を含むＡ区間のインバータ回路の発振周波数を、そのＡ
   区間以外の区間となるＢ区間の周波数よりも高く制御す
   る周波数切換回路を備えたことを特徴とする放電ランプ
   の点灯装置。
2. （２）インバータ回路がスイッチング動作を行う主トラ
   ンジスタを有し、このトランジスタの入力部に接続され
   た帰還電源とインダクタンス素子とコンデンサの直列回
   路の共振により主トランジスタの導通期間が決定される
   自励式トランジスタインバータで、周波数切換回路が直
   列回路の共振周波数を変化させるものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の放電ランプの点灯装
   置。
3. （３）トランジスタインバータが負荷電流を帰還する電
   流変成器を有し、その二次巻線を帰還電源とインダクタ
   ンス素子としたことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載の放電ランプの点灯装置。
4. （４）周波数切換回路が、補助コンデンサと、この補助
   コンデンサを直列回路のコンデンサに並列接続する切換
   スイッチから構成され、この切換スイッチをＡ区間では
   ＯＦＦし、Ｂ区間ではＯＮ制御することを特徴とする特
   許請求の範囲第２項あるいは第３項記載の放電ランプの
   点灯装置。
5. （５）切換スイッチが、互いに逆並列されたダイオード
   とトランジスタで構成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第４項記載の放電ランプの点灯装置。
6. （６）切換スイッチのダイオードがショットキーバリア
   ダイオードであることを特徴とする特許請求の範囲第５
   項記載の放電ランプの点灯装置。