JPH018000Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、蛍光灯等の放電灯のスタータに半導
体スイツチを用いた放電灯点灯回路に関する。

半導体を用いたスタータとしては従来より種々
の方式のもが提案されているが、その中の一つと
して、第１図に示すように、放電灯１に対して並
列に、かつ、誘導性安定器２に対して直列となる
ように非直線性コンデンサC_oを接続し、前記安
定器２及び前記放電灯１の予熱フイラメント１
ａ，１ｂと共に直列的ループを形成するように、
シヨツクレーダイオード等の二端子サイリスタ
Q₁を接続した放電灯点灯回路が提案されている。

前記非直線性コンデンサC_oは例えばチタン酸
バリウム等を主成分とする強誘電体磁器材料によ
つて構成され、その印加電圧Ｖと蓄積電荷Ｑとの
関係が、第２図に示すような可飽和特性を示す。

Q₂は非直線性コンデンサC_oと直列に接続され、
非直線性コンデンサC_oの充電回路を構成する別
の２端子サイリスタである。D₁は２端子サイリ
スタQ₁と直列に接続されたダイオード、D₂は非
直線性コンデンサC_oと直列に、かつ、前記２端
子サイリスタQ₂と並列に接続されたダイオード、
R₁，₂は抵抗である。

次に第３図Ａ，Ｂの波形図を参照して第１図の
従来回路の動作を説明する。電源端子Ｕ−Ｖ間に
印加される交流電源電圧e_UVが電源端子Ｕ側を正
とする正の半サイクルにおいて上昇して行くと
き、電源電圧e_UVがある位相θ₁において２端子サ
イリスタQ₁のブレークオーバ電圧に達すると、
２端子サイリスタQ₁が導通し、安定器２→フイ
ラメント１ａ→２端子サイリスタQ₁→フイラメ
ント１ｂのループで予熱電流i_sが流れ、フイラメ
ント１ａ，１ｂが予熱される。

電源電圧e_UVが負のサイクルに入り、電流が２
端子サイリスタQ₁の保持電流以下になると、位
相θ₂で２端子サイリスタQ₁がターン．オフする。
この状態では、電源電圧e_UVは既に負のサイクル
に入つており、非直線性コンデンサC_oと抵抗R₂
とによつて分圧された電圧V_q2が２端子サイリス
タQ₂に対して順方向に印加される。２端子サイ
リスタQ₂の動作電圧V_bpは前記分圧電圧V_q2より
低くなるように選定されているから、非直線性コ
ンデンサC_oは２端子サイリスタQ₂を通しＢ側を
正、Ａ側を負にして急激に充電される。非直線性
コンデンサC_oは、その印加電圧Ｖと蓄積電荷Ｑ
との関係が第２図に示したような可飽和特性を有
する。このため、印加電圧が非直線性コンデンサ
C_oの飽和電圧E_sを越えると、非直線性コンデン
サC_oの蓄積電荷が飽和し、充電電流が急激に減
少する。この結果、安定器２を流れる電流I₂が急
激に減少して、そのインダクタンス値と電流の時
間的変化の割合とに依存した逆起電力（−Ldi／
dt）に基づく高波高値のパルス電圧V_pが発生し、
これが放電灯１を点灯させるためのトリガとな
る。

上記の回路作用は、交流電源電圧e_UVの１サイ
クル毎に繰返し行なわれ、これによりフイラメン
ト１ａ，１ｂが充分に予熱されると、安定器２に
生じる前記パルス電圧V_pによつて放電灯１が点
灯する。このときの起動時間は最長でも0.8秒程
度であり、従来のグロースタータの起動時間２〜
８秒に比べて格段に短く、またラビツドスタータ
方式に比べて著しく軽量小型の放電灯点灯回路を
実現することができる。

しかしながら、上記回路方式には次のような欠
点があつた。

(イ) ２端子サイリスタQ₁の動作電圧V_bpは電源電
圧e_UVの波高値V₁₂より低く、放電灯１の両端の
ランプ電圧V_tより高いことが必要である。

即ち V_t＜V_bp＜V₁₂ を満足することが必要である。ところが、放電
灯１のランプ電圧V_tは、第４図に示すように、
低温でピーク値が上昇する温度特性を有する。
このため、使用する放電灯１によつては、低温
においてV₁₂＜V_tとなるものもあり、放電灯１
の点灯後に２端子サイリスタQ₁が前記ランプ
電圧V_tによつて再点弧し、放電灯１が明減し
てしまう可能性があつた。

(ロ) ２端子サイリスタQ₂は放電灯１の点灯後は
動作してはならないものであるが、ランプ電圧
V_tが低温で上昇するため、ランプ電圧V_tの分
圧電圧V_q2が２端子サイリスタQ₂の動作電圧
V_bpを越えてしまい、放電灯１の点灯後である
にも抱わらず、２端子サイリスタQ₂が導通し、
非直線性コンデンサC_oに対する充電作用が行
なわれ、安定器２に逆起電力V_pが発生し、放
電灯１のフイラメント１ａ，１ｂを損傷してし
まう欠点があつた。

(ハ) ２個の２端子サイリスタQ₁，₂を使用する必
要があるため、コスト高になる欠点がある。

本考案は上述する従来の欠点を除去し、放電灯
点灯前は非直線性コンデンサに充分なスイツチン
グ作用を発揮させてパルス電圧V_pを所要の大き
さに調整すると共に、放電灯点灯後は半導体スイ
ツチ再点弧を阻止し、点灯後の非直線性コンデン
サに対する充電作用により安定器に発生するパル
ス等によつて放電灯が損傷を受けることがなく、
しかもコストの安価な放電灯点灯回路を提供する
ことを目的とする。

上記目的を達成するため、本考案は、放電電極
を兼ねる一対の予熱フイラメントを有する放電灯
と、前記予熱フイラメントに直列に接続される誘
導性安定器と、前記予熱フイラメント間に接続さ
れた非直線性コンデンサと、前記予熱フイラメン
トに直列に接続された半導体スイツチと、前記予
熱フイラメント間において前記非直線性コンデン
サに直列に接続された定電圧ダイオードと、前記
定電圧ダイオードに並列に接続されたコンデンサ
とを備え、交流電源電圧の一半サイクルにおいて
前記定電圧ダイオードが導通する以前に前記非直
線性コンデンサ及び前記コンデンサを直列に含む
ループで前記両コンデンサを充電し、前記コンデ
ンサの充電電圧が前記定電圧ダイオードのツエナ
ー電圧に到達し前記非直線性コンデンサの充電電
圧が抗電場以上となつたときに発生するジヤンピ
ング、パルス電圧により前記半導体スイツチを導
通させて予熱電流を流し、前記交流電源電圧の他
半サイクルにおいて、前記コンデンサをバイパス
して、前記非直線性コンデンサに充電電流を流し
て飽和させ、前記ジヤンピング、パルス電圧とは
逆極性の放電灯点灯用パルス電圧を発生させるこ
とを特徴とする。

以下実施例たる添付図面を参照し、本考案の内
容を具体的に説明する。第５図は本考案に係る放
電灯点灯回路の電気回路接続図である。図におい
て、第１図と同一の参照符号は同一性のある構成
部分を示している。

D_zは、非直線性コンデンサC_oと直列に接続さ
れた定電圧ダイオード、C₁は定電圧ダイオード
D_zと並列に接続したコンデンサである。

次に第６図及び第７図の波形図を参照して上記
実施例の放電灯点灯回路の動作を説明する。第６
図は放電灯１の両端に現われる端子間電圧波形
図、第７図は電流波形図である。第５図におい
て、交流電源電圧e_uvが電源端子Ｕ側を正とする
正のサイクルにおいて上昇して行くとき、定電圧
ダイオードD_zが導通する以前では、放電灯１の
両端子間に現われるランプ電圧は非直線性コンデ
ンサC_oとコンデンサC₁とによつて分圧され、両
コンデンサC_o、C₁に充電電流i_coが流れ込む。交
流電源電圧e_uvが正サイクルで更に上昇し、コン
デンサC₁の充電電圧が定電圧ダイオードD_zのツ
エナー電圧V_zに到達し、非直線性コンデンサC_o
の充電電圧が抗電場E_s以上になると、非直線性コ
ンデンサC_oに流れ込んでいた充電電流i_coが遮断
され、電流急変現象を生じるから、そのスイツチ
ング作用に対応して、安定器２に第７図に示すよ
うなジヤンピング、パルス電圧V₂₁が発生する。
このとき、放電灯１の両端に現われる電圧は定電
圧ダイオードD_zのツエナー電圧V_zと非直線性コ
ンデンサC_oの抗電場E_sとの和（V_z＋E_s）以上に
なつている。

ここで、予熱回路側の２端子サイリスタQ₁の
動作電圧V_bpを、前記ジヤンピング、パルス電圧
V₂₁より低い値に選定しておく。すると、前記ジ
ヤンピング、パルス電圧V₂₁が発生した時点で、
動作電圧V_bpに応じた点弧位相で２端子サイリス
タQ₁が導通し、安定器２→フイラメント１ａ→
２端子サイリスタQ₁→フイラメント１ｂのルー
プで予熱電流i_sが流れ始め、フイラメント１ａ，
１ｂが予熱される。この場合、ジヤンピング．パ
ルスV₂₁の発生タイミングは、コンデンサC₁の充
電電圧が定電圧ダイオードD_zのツエナー電圧V_z
に到達するタイミングによつて定まるから、コン
デンサC₁の容量値選定により、ジヤンピング．
パルス電圧V₂₁の発生タイミング及びその大きさ
を調整し、それによつて２端子サイリスタQ₁を
オンさせて予熱電流を流し始めるタイミングを調
整できる。また、非直線性コンデンサC_oには、
ジヤンピング．パルス電圧V₂₁が発生し得る抗電
場以上の充分な電圧が印加されるから、その限界
能力までのスイツチング特性を持たせることがで
きる。

位相θ₂で予熱電流i_sが２端子サイリスタQ₁の保
持電流以下になると、２端子サイリスタQ₁がタ
ーン．オフし、予熱電流i_sが遮断される。この状
態では、電源電圧e_uvは負のサイクルに入つてお
り、コンデンサC₁をバイパスし、定電圧ダイオ
ードD_zを通じて非直線性コンデンサC_oに充電電
流i_q1が流れる。この充電電流i_q1によつて非直線
性コンデンサC_oの蓄積電荷が飽和し、充電電流
が急激に減少する。この結果、安定器２を流れる
電流I₂が急激に減少して、そのインダクタンス値
Ｌと電流の時間的変化の割合とに依存した逆起電
力（−Ldi／dt）に基づく高波高値のパルス電圧
V_pが発生し、このパルス電圧V_pによつて放電灯
１が点灯する。充電電流i_q1が流れる前、非直線
性コンデンサC_oは電流i_coにより逆方向に充電さ
れているから、非直線性コンデンサC_oの能力を
充分に使つて高いパルス電圧V_pを発生させ、放
電灯１を確実に点灯させることがきる。

放電灯１が点灯した後、電源電圧の正サイクル
においてジヤンピング．パルスV₂₂が発生し、ま
た負サイクルにおいて再パルス電圧V₃₁が発生
し、放電灯点灯前の電源電圧とは異なつた波形と
なる。従来はこの差異を弁別することによつて、
２端子サイリスタQ₁の動作電圧V_bpを決定してい
たが、本考案においては、電源電圧によつて発生
するジヤンピング．パルス電圧V₂₁と、放電灯点
灯後に発生するジヤンピング．パルス電圧V₂₂と
を弁別し得るように、２端子サイリスタQ₁の動
作電圧V_bpを決定する。即ちV₂₂＜V_bp＜V₂₁とな
るように選定する。この場合の動作電圧V_bpの選
択可能な電圧幅は、一般の蛍光灯点灯回路におい
ては、約100Vであり、その選択幅が非常に大き
くなる。このため、非直線性コンデンサC_oの温
度特性やエージングの影響を、前記動作電圧V_bp
の幅の中に包含させ、温度変動やエージングによ
る再点弧等を防止できる。

電源電圧によつて発生するジヤンピング．パル
ス電圧V₂₁、放電灯点灯後に発生するジヤンピン
グ．パルス電圧V₂₂及び再パルス電圧V₃₁は、定
電圧ダイオードD_zのツエナー電圧V_zによつて第
８図に示すように変化する。従つて、放電灯点灯
後に発生するジヤンピング．パルス電圧V₂₂及び
再パルスV₃₁が低くなるＡ領域のツエナー電圧V_z
を有する定電圧ダイオードD_zを選定すれば、点
灯後に放電灯１の両端に現われる電圧が、２端子
サイリスタQ₁の動作電圧V_bpを超さない値に設定
し、放電灯１の点灯後の２端子サイリスタQ₁の
再点弧を阻止すると共に、点灯後の再パルス電圧
V₃₁を低い値に抑え、電歪現象によつて生じる音
を問題とならないレベルまで低下させることが可
能になる。

また、このＡ領域においては、50〜60Hzの低周
波の定格電源電圧の波高値と、１〜2KHzの高周
波の放電灯１の点灯後のランプ電圧ピーク値とで
は、非直線性コンデンサC_oに電荷を与える電気
量に差異が生じるため、放電灯点灯前は非直線性
コンデンサC_oに抗電場E_s以上となる電荷を蓄積
し、ジヤンピング．パルス電圧V₂₁を発生させる
ことによつて、２端子サイリスタQ₁を動作させ、
予熱電流を流すことができる。しかも、この正の
ジヤンピング．パルス電圧V₂₁を非直線性コンデ
ンサCnに印加し、非直線性コンデンサC_oに充分
なスイツチング特性を発揮させることができる。
また、点灯後は非直線性コンデンサC_oに抗電場
E_s以上となる電荷が蓄積されず、ジヤンピング．
パルスが発生しないから、２端子サイリスタQ₁
が再点弧することはない。

更に、定電圧ダイオードD_zを非直線性コンデ
ンサC_oに直列に接続してあるので、放電灯１の
点灯後にその両端に現われるランプ電圧の正電圧
分の殆どが、定電圧ダイオードD_zによつて分圧
され、非直線性コンデンサC_oに印加される電圧
V_coはほぼ負電圧分のみとなる。このため、放電
灯１の点灯後は、非直線性コンデンサC_oはスイ
ツチング特性を持たず、スイツチング特性による
電流の急変現象及び安定器２によるパルス電圧
V_pの発生がなく、パルス電圧V_pによる放電灯１
のフイラメント１ａ，１ｂの損傷を防止すると同
時に、非直線性コンデンサC_oのコロナ放電によ
る劣化を防止し、エージング特性を向上させるこ
とができる。

上記実施例の他に、例えば第９図に示すよう
に、定電圧ダイオードD_zに直列に抵抗R₃を接続
し、放電灯点灯前のパルス電圧V_pを抑制する回
路や、第１０図に示すように、定電圧ダイオード
D_zと抵抗R₃の直列回路に対し、ダイオードD₃を
逆並列に接続する回路等、他の回路構成とするこ
とも可能である。また第１１図に示すように、予
熱電流を流す半導体スイツチたる２端子サイリス
タQ₁を、三端子サイリスタQ₁によつて置換する
ことも可能である。第１１図のD_z2は三端子サイ
リスタQ₁のゲート回路に接続された定電圧ダイ
オード、R₄は抵抗である。

以上述べたように、本考案に係る放電灯点灯回
路は、放電灯の予熱フイラメント間において非直
線性コンデンサに直列に定電圧ダイオードを接続
し、この定電圧ダイオードに並列にコンデンサを
接続し、交流電源電圧の一半サイクルにおいて定
電圧ダイオードが導通する以前に非直線性コンデ
ンサ及びコンデンサを直列に含むループで両コン
デンサを充電し、コンデンサの充電電圧が定電圧
ダイオードのツエナー電圧に到達し非直線性コン
デンサの充電電圧が抗電場以上となつたときに発
生するジヤンピング．パルス電圧により半導体ス
イツチを導通させて予熱電流を流し、交流電源電
圧の他半サイクルにおいて、コンデンサをバイパ
スして、非直線性コンデンサに充電電流を流して
飽和させ、ジヤンピング．パルス電圧とは逆極性
の放電灯点灯用パルス電圧を発生させるようにし
たから、次のような効果が得られる。

(a) コンデンサの容量値選定により、ジヤンピン
グ．パルス電圧の発生タイミング及びその大き
さを調整し、それによつて半導体スイツチをオ
ンさせて予熱電流を流し始めるタイミングを調
整し、半導体スイツチを確実に導通させて予熱
電流を流すことができる。

(b) 非直線性コンデンサに、ジヤンピング．パル
ス電圧V₂₁が発生し得る抗電場以上の充分な電
圧が印加し、その限界能力までのスイツチング
特性を持たせることができる。

(c) 放電灯を点灯させるパルス電圧を発生させる
充電電流が流れる前、非直線性コンデンサを逆
方向に充電しておき、非直線性コンデンサの能
力を充分に使つて高いパルス電圧を発生させ、
放電灯を確実に点灯させることができる。

(d) 定電圧ダイオードのツエナー電圧の選定によ
り、点灯後に放電灯の両端に現われる電圧が半
導体スイツチの動作電圧を超さない値に設定
し、放電灯の点灯後の半導体スイツチの再点弧
を阻止して、再点弧による放電灯の損傷すると
共に、点灯後の再パルス電圧を低い値に抑え、
電歪現象によつて生じる音を問題とならないレ
ベルまで低下させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の放電灯点灯回路の電気回路図、
第２図は非直線性コンデンサの印加電圧−蓄積電
荷量特性図、第３図Ａは放電灯両端に現われる電
圧波形図、第３図Ｂは非直線性コンデンサの電圧
波形図、第４図は放電灯両端電圧の温度特性を示
す図、第５図は本考案に係る放電灯点灯回路の電
気回路図、第６図は同じくその放電灯両端に現わ
れる電圧波形図、第７図は同じく電流波形図、第
８図は定電圧ダイオードのツエナー電圧とパルス
電圧との関係を示す特性図、第９図は本考案に係
る放電灯点灯回路の別の実施例における要部の電
気回路図、第１０図は同じく別の実施例における
要部の電気回路図、第１１図は更に別の実施例に
おける要部の電気回路図である。 １……放電灯、２……安定器、Q₁……半導体
スイツチ、D_z……定電圧ダイオード。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 放電電極を兼ねる一対の予熱フイラメントを有
   する放電灯と、前記予熱フイラメントに直列に接
   続される誘導性安定器と、前記予熱フイラメント
   間に接続された非直線性コンデンサと、前記予熱
   フイラメントに直列に接続された半導体スイツチ
   と、前記予熱フイラメント間において前記非直線
   性コンデンサに直列に接続された定電圧ダイオー
   ドと、前記定電圧ダイオードに並列に接続された
   コンデンサとを備え、交流電源電圧の一半サイク
   ルにおいて前記定電圧ダイオードが導通する以前
   に前記非直線性コンデンサ及び前記コンデンサを
   直列に含むループで前記両コンデンサを充電し、
   前記コンデンサの充電電圧が前記定電圧ダイオー
   ドのツエナー電圧に到達し前記非直線性コンデン
   サの充電電圧が抗電場以上となつたときに発生す
   るジヤンピング．パルス電圧により前記半導体ス
   イツチを導通させて予熱電流を流し、前記交流電
   源電圧の他半サイクルにおいて、前記コンデンサ
   をバイパスして、前記非直線性コンデンサに充電
   電流を流して飽和させ、前記ジヤンピング、パル
   ス電圧とは逆極性の放電灯点灯用パルス電圧を発
   生させることを特徴とする放電灯点灯回路。