JPH0151036B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電圧印加期間（以下印加期間と呼
ぶ）と電圧印加休止期間（以下休止期間と呼ぶ）
とを半サイクル毎に有する高周波交流電圧で蛍光
ランプや希ガス放電灯のような低圧放電灯を点灯
する放電灯点灯装置に関するものである。

従来、実公昭56−8160号公報には第１図の図イ
に示したような流通期間（以下印加期間と呼ぶ）
T₁と遮断期間（以下休止期間と呼ぶ）T₀とを有
し、その都度電流方向が反転する高周波の断続電
流を低圧水銀蒸気放電灯に流すと上記放電灯の効
率が向上することが開示されている。これは休止
期間T₀で冷却された放電灯内の電子が印加期間
T₁で急速に加速され、高温の電子密度が直流点
灯時や商用周波点灯時よりも高くなるためとされ
ている。

また、上記公報では上記のような電流を流す装
置としては図ロに示す回路が限定されている。こ
の回路は４辺にトランジスタ５，６，７，８を配
し、対角線に放電灯９を接続したブリツジ回路
と、このブリツジ回路の入力側に直列に設けた他
のトランジスタ１０と、トランジスタ５，６，
７，８，１０を開閉制御して図イのような電流を
得る制御装置１１とから構成されている。なお、
１，２は直流電源接続用入力端子である。

また本発明らは、特開昭57−196497号公報や特
願昭56−110369号公報に開示したように、休止期
間T₀を有する高周波電圧で蛍光ランプのような
低圧水銀蒸気放電灯を点灯することを種々研究し
た結果、実公昭56−8160号公報に示された値より
更にランプ効率を向上させることができることが
明らかになつた。

特開昭57−196497号公報や特願昭56−110369号
公報の実施例に示した点灯回路は図イのような出
力電圧を発生する他励式のプツシユプル形トラン
ジスタインバータと容量性の限流インピーダンス
とを組合せたもので、その回路も図ロに示した回
路もともに始動時にランプに印加される電圧は図
イに示したような休止期間T₀を有する矩形波状
の電圧で、休止期間T₀が存在するために始動電
圧が上昇するという現象が認められた。

従つて、これら従来装置では始動時の電圧を充
分高く設定せねばならず、装置の絶縁耐圧に充分
な考慮を払う必要が生じ、また装置の損失や容量
も大きくしなければならないという欠点があつ
た。

この発明は上記欠点を改善する目的でなされた
もので、低圧放電灯の始動時にはその点灯時より
も電圧印加期間を長くする始動制御手段を設ける
ことにより、始動電圧の低い放電灯点灯装置を提
案するものである。

第２図はこの発明の第１の実施例を示す回路図
で、図において１２は商用交流電源、１３は電源
１２を全波整流する整流装置、１４は平滑コンデ
ンサ、１５は低圧放電灯である蛍光ランプ１６を
付勢する高周波インバータで、この実施例では自
励式定電流形のプツシユプル形トランジスタイン
バータが用いられている。

このインバータ１５は次のように構成されてい
る。１７はインバータ１５の入力端に設けられた
高周波チヨークコイル、１８は出力トランス、１
８ａ，１８ｂはその一次巻線で、巻線１８ａ，１
８ｂの接続点に高周波チヨークコイル１７が接続
されている。１８ｃは帰還巻線、１８ｓは二次巻
線、１８ｆ，１８ｆはランプ１６の予熱形電極１
６ｆ，１６ｆを予熱する予熱巻線、１８ｄは後述
する制御装置１９の電源巻線である。２０は一次
巻線１８ａ，１８ｂに並列に接続された共振用コ
ンデンサ、２１ａ及び２１ｂは一次巻線１８ａ及
び１８ｂとコンデンサ１４の負端子との間に接続
された一対の能動素子であるトランジスタ、２２
ａ，２２ｂは一対のベース抵抗、２３はランプ１
６の電流の限流インピーダンスであるチヨークコ
イルである。

Ａはインバータ１５の出力端にランプ１６と並
列に設けたスイツチ装置で、交流端がランプ１６
と並列に接続された全波整流回路２４と、この整
流回路２４の直流端に配置されたトランジスタ２
５とにより構成されている。

なおＢは高周波電源装置で、インバータ１５、
スイツチ装置Ａ、及び始動制御手段を含む制御装
置１９により構成されている。

第３図は制御装置１９の一実施例を示す回路図
で、図において１８ｄはトランス１８に設けた電
源巻線、２６は巻線１８ｄに誘起した低電圧の高
周波を全波整流するダイオードブリツジ、２７は
逆流防止ダイオード２８を介してダイオードブリ
ツジ２６の出力端に接続された平滑化コンデン
サ、２９は抵抗３０を介してコンデンサ２７と並
列に接続されたトランジスタでトランジスタ２５
のベース、エミツタ間に配置されている。なお３
１は抵抗３２を介してトランジスタ２９のベース
に接続された定電圧ダイオードである。抵抗３２
はダイオードブリツジ２６の出力端とダイオード
２８との間に接続されている。

またＣは始動制御手段で、トランジスタ２９と
並列に接続されたトランジスタ３３と、そのベー
スに設けられたコンデンサ３４と抵抗３５とより
なる限時回路とにより構成されている。

このように構成された点灯装置において、電源
１２が印加されると整流装置１３とコンデンサ１
４とにより形成された平滑化直流がインバータ１
５に入力され、一次巻線１８ａ，１８ｂ、共振用
コンデンサ２０、帰還巻線１８ｃ等の働きにより
トランジスタ２１ａ，２１ｂは交互に開閉し、イ
ンバータ１５は自励発振を開始する。この場合、
高周波チヨークコイル１７の作用により、トラン
ジスタ２１ａ，２１ｂのコレクタ電流はほゞ矩形
波状になり、一次巻線１８ａ，１８ｂの電圧は
ほゞ正弦波状になる。従つて電源巻線１８ｄには
第４図の図イに示したようなほゞ正弦波状の例え
ば20kHzの高周波電圧が発生する。この電圧はダ
イオードブリツジ２６で全波整流され、図ロに示
したような電圧が定電圧ダイオード３１に印加さ
れるとともにコンデンサ２７は充電され、抵抗３
０とトランジスタ２９との直列回路には平滑化直
流が印加される。

いま定電圧ダイオード３１は図ロのハツチング
部分で遮断し、空白部分で導通するものとする
と、トランジスタ２９は第４図の図ハのように期
間T₁では導通し、期間T₀では遮断する。

しかし、コンデンサ３４の充電電流がほとんど
零になるまではトランジスタ３３が導通している
ため図ハの信号はトランジスタ３３に流れ、トラ
ンジスタ２５のベースには流入しない。

従つてコンデンサ３４と抵抗３５とで定まる所
定の期間中トランジスタ２５は遮断状態を推持
し、ランプ１６には二次巻線１８ｓに誘起した図
イのようなほゞ正弦波状の電圧が印加される。

一方、電極１６ｆは予熱巻線１８ｆのほゞ正弦
波状の電圧で予熱され、その温度が適宜な値に達
するとランプ１６は比較的低い電圧で始動する。

始動後コンデンサ３４の充電電流が零近くにな
るとトランジスタ３３が遮断してトランジスタ２
５のベースには図ハに示したような信号が流入
し、図ニに示したインバータ１５の正弦波状の出
力電圧の立下り部T₀₁及び立上り部T₀₂でトラン
ジスタ２５は導通して休止期間T₀を形成し、出
力電圧の最大瞬時値近傍ではトランジスタ２５は
遮断して印加期間T₁が形成される。この印加期
間T₁は始動時にランプ１６に印加される正弦波
状電圧に比し当然短い。この場合は前記従来装置
と異なり、印加期間T₁でランプ１６に電流を供
給するとともに、休止期間T₀でも短絡電流が流
れるので、限流インピーダンス２３は抵抗やコン
デンサの場合は勿論、チヨークコイル２３でもラ
ンプ１６の電圧、電流とも立上り、立下りの急峻
な奇麗な波形のものが得られ、ランプ１６の効率
が非常に向上する。

上記のように始動電圧の低い高周波電源装置Ｂ
はその損失や容量が小さくてすむし、絶縁耐圧も
比較的簡単なものでよいことは当然であるが、上
記実施例のようなものは次のような種々の利点が
ある。

先ず、第１図の図ロに示したようなものは第４
図の図ニの右半分に示したように高い出力電圧
V_Aのところで休止期間T₀を形成しているのに比
し、本実施例のようにインバータ１５の出力電圧
V_Sがほゞ正弦波状で、その瞬値の小さな立上り
部で休止期間T₀を形成したものは更に容量の小
さいものでランプ１６に図ロのものと同量の電力
供給ができるという利点がある。

また従来装置が出力電圧、出力電流、及びトラ
ンジスタ５，６，７，８等の電圧、電流の総てが
矩形波状であるのに比し、この実施例のものでは
トランジスタ２１ａ，２１ｂのコレクタ電流以外
の上記諸量が総て正弦波状であるのでラジオノイ
ズが低いという利点がある。

更に従来装置ではトランジスタ５，６，７，８
等が高い電圧V_Aで急峻なスイツチングをおこな
うのに比し、この実施例のようにインバータ１６
の能動素子であるトランジスタ２１ａ，２１ｂの
ように、その電圧と電流との少なくとも何れか一
方が正弦波状のものでは原理的にはスイツチング
損失が零であるので装置の効率が向上するという
利点がある。

また更に始動電圧が低下するとトランジスタ２
５としてトランジスタ１０よりも耐圧の低いもの
が使用でき、その損失も少なくなるため装置の効
率が更に向上するという利点もある。

以上は実施例の効果であるが、ランプ１６の始
動時にはその点灯時よりも印加期間T₁を長くす
ると始動電圧が低下し、ランプ１６に同一量の電
力を供給するのに高周波電源装置Ｂの損失や容量
が小さくてすみ、またその絶縁耐圧も比較的簡単
でよいという効果は第１図の図ロのものや、特開
昭57−196497号公報の実施例に示したもの等にこ
の発明を適用しても得られる効果である。

第５図はこの発明の第２の実施例を示す制御装
置１９の回路図で、第３図と同一符号は同一また
は相当部分を示し、制御装置１９を除く他の部分
は第２図のものと全く同様のものとする。

図において、３６はコンパレータICで、ダイ
オードブリツジ２６で全波整流された全波脈動電
圧V_Iと、抵抗３７，３８，３９で形成されたＸ
点の基準電圧V_Nとを比較し、V_I＜V_Nの期間では
抵抗４０を介して矩形波状のベース電流をトラン
ジスタ２５に供給し、V_I＞V_Nの期間ではベース
電流の供給を停止する。

上記のような構成のものにおいて、１２が投入
されると第１の実施例同様トランス１８の各巻線
にはほゞ正弦波状の縁圧が発生するとともにトラ
ンジスタ３３は導通し、第６図の図イに示したよ
うに基準電圧V_Nは比較的低い値V_NSに設定され
る。

第１の実施例同様所定時間後トランジスタ３３
が遮断状態になると抵抗３９に電流が流れ、図ロ
に示すように基準電圧V_NはV_NSより高い値V_NSに
設定される。すなわちランプ１６の点灯時にはラ
ンプ１６を安定に点灯するとともにランプ効率を
最大にするような印加期間T_1Bで点灯し、始動時
には期間T_1Bよりも長い印加期間T_1Sでランプ１
６を始動させる。このようなものでも従来装置に
比して低い電圧でランプ１６を始動させることが
でき、前記同様の効果が得られる。

第７図は第３の実施例を示す制御装置１９の回
路図で、図において、前図と同一符号は同一また
は相当部分を示し、制御装置１９を除く他の部分
は第２図に示したものと全く同様のものとする。

図において、Ｃは始動制御手段で次のように構
成されている。４１は抵抗４２を介してコンデン
サ２７と並列に接続されたトランジスタ、４３は
第１の遅延リレーの接点でその可動接点４３ａは
トランジスタ２９のコレクタに、また常閉固定接
点４３ｂはトランジスタ４１のベースに接続され
ている。４４は第１の遅延リレーよりも限時動作
時間の短い第２の遅延リレーで、その可動接点４
４ａはトランジスタ２５のベースに、また常閉固
定接点４４ｂはトランジスタ４１のコレクタに接
続されている。

なおリレー接点４３，４４の常開固定接点４３
ｃ，４４ｃは互いに接続されている。

このような構成のものにおいて、電源１２を投
入すると、第３図のものと同様にトランジスタ２
９は第４図の図ハのような信号を発生して、接点
４３ａ，４３ｂを介してトランジスタ４１に同形
のベース電流を供給する。従つて、トランジスタ
４１は図ハの信号を反転した信号を発生し、接点
４４ｂ，４４ａを介してトランジスタ２５に反転
信号と同形のベース電流を供給する。その結果ト
ランジスタ２５は第８図の図イに示したようにそ
のハツチング部分では遮断し、空白部分では導通
して第４図の図ニに示したものとは印加、休止が
反転した電圧がランプ１６に印加される。この間
電極１６ｆは予熱巻線１８ｆにより予熱されてい
るが、電圧の印加期間が短くその瞬時値も低いた
めランプ１６は始動しない。このようにして所定
時間T₁の間予熱をおこなつた後、第２のリレー
が動作して接点４４ａが接点４４ｃに切換るとト
ランジスタ２５のベースには信号が流入しなくな
るので、第８図の図ロに示したようにトランジス
タ２５は全周期で遮断を続け、ランプ１６にはイ
ンバータ１５の正弦波状の出力電圧が連続的に印
加され、ランプ１６は比較的低い電圧で始動す
る。所定時間t₂後に第１のリレーが動作して接点
４３ａが接点４４ｃに切換ると、トランジスタ２
９の発生した第４図の図ハのような信号が、接点
４３ａ，４３ｃ，４４ｃ，４４ａを介してトラン
ジスタ２５のベースに流入してトランジスタ２５
は第８図の図ハに示したように、期間T₁では遮
断し、期間T₀では導通する。従つてランプ１６
は第４図の図ニに示したような電圧で点灯され
る。

この実施例のようなものでは前記諸効果が得ら
れることは勿論、電極１６ｆの予熱が不充分な状
態で始動するコールドスタートによるランプ寿命
の低下を防止できるという利点がある。

第９図は第４の実施例を示す回路図で、前図と
同一符号は同一または相当部分を示すが、インバ
ータ１５には予熱巻線１８ｆ，１８ｆは設けられ
ていない。

図において、４５は平滑化直流電源、Ａはラン
プ１６と並列に設けたスイツチ装置であるが、こ
の実施例では電極１６ｆ，１６ｆを介してインバ
ータ１５の出力端に接続されている。４６はイン
バータ１５側から電極１６ｆに入る電路f₁と、電
極１６からスイツチ装置Ａ側に出る電路f₂とに跨
つて設けたカレントトランスで、電源巻線１８ｄ
を電源とする制御装置１９に接続されている。

第１０図は始動制御手段Ｃを含む制御装置１９
の回路図で、前図と同一符号は同一または相当部
分を示す。

図において、４７は抵抗４８を介して平滑化コ
ンデンサ２７と並列に接続されたトランジスタ、
４９はトランジスタ２９と並列に配置されたトラ
ンジスタで、そのベースはトランジスタ４７のコ
レクタに接続されている。５０はカレントトラン
ス４６の出力を全波形整流するダイオードブリツ
ジ、５１は平滑用コンデンサ、５２はトランジス
タ４７のベース抵抗、５３はトランジスタ２９の
コレクタとトランジスタ２５のベース間に設けた
ダイオード、５４及び５５はダイオード２８の負
極とトランジスタ２５のベースとの間に直列に接
続したコンデンサ及び抵抗で、始動制御装置Ｃは
上記のように構成されている。

このような構成のものにおいて、電源４５が投
入されると、抵抗５５を介してコンデンサ５４の
充電電流が流れトランジスタ２５は導通する。従
つて電極１６ｆ，１６ｆにはほゞ連続的な正弦波
状の予熱電流が流れるが、電路f₁と電路f₂とには
方向が逆の同一電流が流れ、カレントトランス４
６には信号は発生しない。その結果トランジスタ
４７は遮断、トランジスタ４９は導通となり、ト
ランジスタ２９に発生した信号はトランジスタ４
９に流れる。この場合ダイオード５３はトランジ
スタ２９や４９にコンデンサ５４の充電電流が流
れるのを防止している。

なお予熱期間にはランプ１６には電極１６ｆ，
１６ｆの電圧降下しか印加されないのでランプ１
６は始動しない。所定時間後に上記充電電流が
ほゞ零になるとトランジスタ２５は遮断し、イン
バータ１５の出力電圧が連続的にランプ１６に印
加してコールドスタートすることなく、低い電圧
でランプ１６を始動させる。この期間ではダイオ
ード５３はレベルシフト用ダイオードとして作用
し、トランジスタ２９で発生した信号がトランジ
スタ２５のベースに流入する懸念は全くなくな
る。

上記のようにしてランプ１６が始動すると直ち
にカレントトランス４６に信号が発生してトラン
ジスタ４７にベース電流が流れ、トランジスタ４
７が導通するのでトランジスタ４９は遮断し、ト
ランジスタ２９に発生した第４図の図ハのような
信号がトランジスタ２５に入力されて第４図の図
ニのように、期間T₁ではランプ１６に電流が流
れ、期間T₀₁、T₀₂では電極１６ｆを介してスイ
ツチ装置Ａに電流が流れる。すなわち、この実施
例では予熱巻線１８ｆを設けることなく第３の実
施例と同様の効果が得られる。なおこの制御装置
１９は第２図のような構成でも使用できる。

第１〜第３の実施例では簡単なために始動時の
印加期間から点灯時の印加期間T₁に移行させる
のに総て限時的におこなつたが、ランプ１６を確
実始動させるには始動後も少しの間始動時の印加
期間を維持する必要があり、その間ランプ１６そ
の他に過電流が流れるという欠点があつたが、第
４の実施例のようにランプ１６の始動に伴つて変
化する物理量に速応して上記移行をおこなわせれ
ば上記欠点は解消できる。

上記各実施例ではスイツチ装置Ａをランプ１６
と並列に設けたが、直列に設けても限流インピー
ダンス２３としてコンデンサを使用すると急峻な
立上りの印加期間T₁が得られる。なおこの場合
のトランジスタ２５の制御信号は上記各実施例の
反転信号を用いる必要があるが、始動制御手段Ｃ
は上記各実施例と同様なものが使用できる。

また上記各実施例ではインバータ１５の入力は
平滑化した直流であつたが、電源１２を全波整流
しただけの脈動電圧やその脈動電圧の零電圧近傍
で電圧を補給する補助電源を有するものにこの発
明を適用すると特に有効である。何故ならば、上
記のような電圧を用いると装置の力率が高力率に
なるという利点がある反面、始動時にランプ１６
に印加する電圧を非常に高くしなければならない
という欠点があるためで、この発明を適用すると
電圧を余り高く設定しなくともランプ１６を始動
させることができるからである。

前記の記述ではインバータ１５の周波数には特
に触れなかつたが、特願昭56−110369号公報に詳
細に開示した如く、休止期間T₀を設けることに
よつて得られるランプ効率の向上は1kHzあたり
から認められ、80kHzにおいてもなお相当の効率
向上が得られた。しかし不快な可聴騒音を防止す
る観点からは約17kHz以上が好ましく、またトラ
ンジスタ２５にバイポーラ型トランジスタを使用
する場合にはそのスイツチング損失を少なくする
ために100kHz以下が好ましい。

上記実施例ではすべてランプ１６は１灯であつ
たが、例えば直列に接続された２灯以上のランプ
１６でも同様の効果が得られる。

また上記各実施例においては、低圧放電灯はす
べて蛍光ランプ１６であつたが、休止期間T₀を
設けることによるランプ効率の向上はネオンラン
プ１６やクリプトンランプ１６のような希ガス放
電灯でも認められたので、この発明はそれらの低
圧放電灯１６にも適用できる。

この発明は以上説明したとおり、急峻な立上り
の電圧印加期間と、電圧印加休止期間とを半サイ
クル毎に有する高周波交流電圧で低圧放電灯を点
灯する高周波電源装置と、上記低圧放電灯の始動
時には、その点灯時よりも電圧印加期間を長くす
る始動制御手段とを設けることにより、始動電圧
を低下させることができ、装置の損失や容量を小
さくできるとともにその絶縁耐圧も簡略にできる
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の説明図及び回路図、第２図
はこの発明の第１の実施例を示す回路図、第３図
はその要部回路図、第４図はその説明図、第５図
は第２の実施例の回路図、第６図はその説明図、
第７図は第３の実施例の回路図、第８図はその説
明図、第９図は第４の実施例の回路図、第１０図
はその要部回路図である。 図において１５は高周波インバータ、１６は低
圧放電灯、１６ｆは電極、１９は制御装置、２１
ａ，２１ｂは能動素子、Ａはスイツチ装置、Ｂは
高周波電源装置、Ｃは始動制御装置である。な
お、各図中同一符号は同一または相当部分を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 急峻な立上りの電圧印加期間と、電圧印加休
   止期間とを半サイクル毎に有する高周波交流電圧
   で低圧放電灯を点灯する高周波電源装置、及び上
   記低圧放電灯の始動時には、その点灯時よりも電
   圧印加期間を長くする始動制御手段を備えた放電
   灯点灯装置。 ２ 低圧放電灯がその始動時に電極の予熱を要す
   るものにおいて、始動の初期には上記低圧放電灯
   に短い電圧印加期間の電圧を印加するとともに上
   記電極を予熱し、しかる後に電圧印加期間を増加
   して上記低圧放電灯を始動せしめるように始動制
   御手段を構成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の放電灯点灯装置。 ３ 高周波電源装置が、出力電圧がほゞ正弦波状
   になる特性を有する高周波インバータと、この高
   周波インバータの出力端に設けたスイツチ装置と
   を備え、低圧放電灯の点灯時には、上記出力電圧
   の立上り部で電圧印加休止期間を形成するととも
   に上記出力電圧の最大瞬時値近傍で電圧印加期間
   を形成するように、上記スイツチ装置を制御する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の放電灯点灯装置。 ４ スイツチ装置を低圧放電灯と並列に設けたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の放電
   灯点灯装置。 ５ 低圧放電灯の電極を介してスイツチ装置を高
   周波インバータの出力端に接続したことを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載の放電灯点灯装
   置。 ６ 高周波インバータの能動素子の電圧と電流と
   の少くとも何れか一方がほゞ正弦波状であること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の放電灯
   点灯装置。 ７ 始動時の電圧印加期間を点灯時の電圧印加期
   間に移行させるのに、低圧放電灯の始動に伴う物
   理量の変化に速応するように始動制御手段を構成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第６項の何れかに記載の放電灯点灯装置。