JPH0261114B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、スイツチング回路を用いて電源電圧
にほぼ等しいランプ電圧を有する高圧蒸気放電灯
を点灯する毎半サイクル点灯装置に係り、特に、
これらのうちスイツチング回路を、安定器として
用いるチヨークコイルの中間タツプに接続してな
る点灯装置の損失低減に関するものである。

〔発明の背景〕

放電灯点灯装置の小形軽量化、省電力化を目的
とした、毎半サイクル点灯方式は点灯中のランプ
のランプ電圧が電源電圧に近接している場合に変
圧器による昇圧を行なわないでチヨークコイルと
スイツチング回路とにより点灯する方式である。
この方式の点灯装置においては通常、スイツチン
グ回路をランプと並列に接続するが、スイツチン
グ回路にはランプ始動時と点灯中に高電圧パルス
が印加されるために上記スイツチング回路は千ボ
ルト前後の高耐圧スイツチ素子を用いて構成され
る。そのため、点灯装置は価格的に非常に高くな
り製品的欠点となる。

前記スイツチング回路に印加される電圧を低下
するための従来例として、特開昭52−132566号公
報に記載の放電灯点灯装置がある。この従来例の
回路構成を第１図に示す。この電圧の動作は交流
電源１の各半サイクルの前半のある一定期間に各
半サイクル毎に１回スイツチ素子７をオンし、こ
のオン期間中に上記インダクタンス２の中間タツ
プより交流電源１側の巻線４にエネルギを蓄積
し、スイツチ素子７のオフ期間中に上記蓄積エネ
ルギを、交流電源１に重畳して放電灯３に印加す
ることによつて放電灯３を定常点灯するものであ
る。

この動作において、ランプ３への始動および点
灯中の点弧パルスはチヨークコイル２の両端に発
生するが、この電圧は巻線４と巻線５との巻数比
に分割され、スイツチング回路端子Ａ，Ｂ間には
交流電源１の電圧に巻線４の電圧が重畳して発生
する。そのため、端子Ａ，Ｂ間の電圧はランプ３
の両端に発生する電圧より低くなり、その電圧は
巻線４の比率が小さいほど低くなる。

ところで、第１図の点灯回路において、正常動
作を行なうためには、スイツチ素子７のターンオ
ントリガー信号は、ランプ電流または入力電流が
０になつた時刻あるいは電源１の電圧値が所定の
値になつた時刻を検知して発生する。これらの方
式は螢光ランプなどのランプ電圧が一定に近い場
合には問題ない。しかしながら、メタルハライド
ランプや高圧ナトリウムランプなどの高圧蒸気放
電灯の場合では点灯初期はほとんど短絡状態にな
るため、スイツチ素子７の回路動作にトラブルを
生ずることになる。

第４図は高圧蒸気放電灯の点灯初期の電流電圧
波形を示す。この図ではスイツチング回路をとり
はずした形での動作波形である。この図から明ら
かなように入力電流I₁が０の時刻t₂（この時刻t₂は
ランプ電流が０になる時刻と一致する）において
はスイツチング回路の端子Ａ，Ｂ間にはV_t2の電
圧が発生していることになる。一方、この端子
Ａ，Ｂ間には分布容量またはスイツチング特性を
安定化するための接続容量１３′が接続されてい
る。そのため、t₂の時刻でスイツチ素子７がター
ンオンすると接続容量１３′の放電電流が流れ、
スイツチ素子７の損失となり、その結果、発熱、
ひいては破壊の原因となる。また、ランプ電流I₁
が０になる時刻t₂の位相はランプインピーダンス
の増加に伴なつて徐々に変化するため、電源電圧
V₁を検知してスイツチ素子７をトリガーする場
合も同じ問題点が発生する。

〔発明の目的〕

したがつて、本発明の目的は低価格で、かつ、
高信頼性の高圧蒸気放電灯用の毎半サイクル点灯
装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために本発明においては、
上述した構成の点灯装置において、スイツチング
回路を、スイツチング回路の両端電圧がほぼ零で
ある時にターンオンし、スイツチング回路を流れ
る電流が所定値になつた時にターンオフするよう
に構成して電圧蒸気放電灯用毎半サイクル点灯装
置を構成したことを特徴としている。

かかる本発明の特徴的な構成により、点灯初期
から定常点灯に至る全点灯期間においてターンオ
ン時の並列接続容量からスイツチング回路への突
入電流を無くすることが可能となる。その結果、
スイツチング回路の損失が小さくなると共に、ス
イツチング回路の構成も簡単となる。つまり、本
発明によつて低価格で信頼性の高い高圧蒸気放電
灯用毎半サイクル点灯装置が提供可能となる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例により詳述する。

第２図は本発明による高圧蒸気放電灯用毎半サ
イクル点灯装置のスイツチング回路部分の回路構
成を示したものである。このスイツチング回路は
Ｃ、Ｄの端子が第１図のＣ、Ｄ端子にトランジス
タ７に置換して接続され、使用されるものであ
る。同図において、７はスイツチ素子でトランジ
スタを用いているが、パワーMOSFET、ゲート
ターンオフSCRなど他のスイツチ素子を用いて
もよい。１１はSBSのような電圧感応スイツチ
で、たとえばその両端に8V程度の電圧が印加さ
れるとスイツチオン状態になるスイツチ素子であ
る。１２はトランジスタ７を保護するためのアバ
ランシエダイオードである。

つぎに、このスイツチング回路の動作を第５図
イ，ロおよび第６図イ，ロに示した電圧電流波形
を参照して説明する。第１図の交流電源１が投入
されると、その電圧はチヨークコイル２の巻線４
を通して全波整流器６で全波整流されて第２図の
Ｃ、Ｄ端子間に生じる。この時点では電圧感応ス
イツチ１１はオフ状態であるため、抵抗１０を通
してトランジスタ７はターンオンし、Ｃ、Ｄ端子
間はオン状態となり、チヨークコイル２の巻線４
を通して漸増電流が流れる。これにより抵抗９の
電圧は徐々に上昇し、これに伴ないトランジスタ
７のベース端子電圧が上昇する。そして所定の電
流値になつたとき電圧感応スイツチ１１はターン
オンし、トランジスタ７のベース電流が供給され
なくなる。そのためトランジスタ７はオフ状態に
なり、Ｃ、Ｄ端子間はオフ状態となる。これによ
りＡ、Ｂ端子間にはパルス電圧が発生し、この電
圧はチヨークコイル２の巻数比で決まる値まで昇
圧されてランプ３に印加され、これを始動する。

それによりランプ３のインピーダンスは低下
し、ランプ両端短絡電流に近い値の電流が流れ
る。この状態での各部波形を第５図イ，ロに示
す。同図イは入力電圧V₁とＡ、Ｂ端子間電圧V_AB
とを、同図ロは入力電流I₁とＡ、Ｂ端子間に流れ
るスイツチング電流I_ABとを各々示す。この状態
ではスイツチング回路は働かなくとも点灯を持続
することは可能であるが、スイツチング回路は動
作を続けている。すなわち、前回遮断動作後電圧
感応スイツチ１１はオン状態を続けている。そし
て、時刻t₁でＡ、Ｂ端子間電圧V_ABが０となり、
電圧感応スイツチ１１を流れる電流は保持電流値
以下になるため電圧感応スイツチ１１はターンオ
フする。これにより、引続き印加される電圧によ
りトランジスタ７は抵抗１０を通してドライブさ
れターンオンする。この時刻t₁の直前のＡ、Ｂ端
子間電圧V_ABはほぼ０であるため、トランジスタ
（スイツチ）７には接続容量１３′の放電電流がパ
ルス状に流れることはない。そして、時刻t₁〜t₂
の間でスイツチング電流I_ABは三角波状に流れる
が、入力電流I₁はこの期間では逆源性電流が流れ
ており、スイツチング電流I_ABが重畳されて不連
続波形となる。そして、時刻t₂でパルス発生する
がこれは不要のものである。そして、時刻t₃で入
力電流I₁は極性が逆転し、時刻t₄〜時刻t₅でスイ
ツチング回路が動作し、以上の動作をくり返し
て、徐々にランプ３のアーク温度が上昇し、その
両端電圧は上昇していく。この状態でのランプ電
流は入力電流I₁からスイツチング電流I_AB成分を除
いた波形となり、全期間にわたり、休止期間なく
流れている。

ランプ３のアーク温度が上昇し、放電電圧が高
くなつた状態での波形を第６図イ，ロに示す。同
図イは電源電圧V₁とスイツチング回路の端子Ａ，
Ｂ間電圧V_ABとの波形を示す。同図ロは入力電流
I₁とスイツチング回路の端子Ａ，Ｂ間を流れる電
流I_ABとの波形を示す。入力電流I₁の波形で時刻t₁
〜t₃、時刻t₄〜t₆、…の部分はランプ電流となる。
時刻t₃〜t₄、時刻t₆〜t₇、…の期間でも巻線４，
５の巻数の比率によつてはランプ３の両端電圧が
その放電電圧以上に上昇し、放電電流が流れる場
合がある。

この場合の動作は前の半サイクルの放電が終了
する以前の時刻t₃にＡ、Ｂ端子間電圧V_ABが０近
くまで低下する。これにより、抵抗１０を通して
流れる電圧感応スイツチ（SBS）１１の電流は保
持電流以下に低下して電圧感応スイツチ１１はタ
ーンオフする。この時点での電源電圧V₁の電圧
は０でないので、抵抗１０を通してトランジスタ
７は直ちにベースドライブされ、Ａ、Ｂ端子間は
直ちにオン状態となる。これにより、スイツチン
グ回路電流I_ABが時刻t₃〜t₄の期間で破線のように
流れる。そして、スイツチング電流I_ABが所定の
電流値に達した時刻t₄でトランジスタ７のベース
端電位が電圧感応スイツチ１１のブレークオーバ
電圧に達して電圧感応スイツチ１１がターンオン
し、トランジスタ７のベース電流が０となり、
Ａ、Ｂ端子間はオフ状態となる。よつて、時刻t₄
では高電圧パルスが発生し、ランプ３は再点弧
し、引続きランプ３には時刻t₄〜t₆で入力電流I₁
と同じ電流が流れる。そして、時刻t₆でＡ、Ｂ端
子間電圧V_ABの低下により、電圧感応スイツチ１
１がオフ状態となり、その結果、Ａ、Ｂ端子間は
オン状態となり、再び上記の動作をくり返す。こ
の動作のくり発しにより定常点灯を行なう。

この動作においては、ランプ３の放電電圧が、
電源電圧V₁の値と同等になるため、時刻t₃の位相
は入力電流I₁が０になる直前まで移動してきてお
り、パルス発生位相は、確実にランプ放電極性の
反転位相と一致し、毎半サイクル点灯の正常動作
を行なうこととなる。さらにこの場合もＡ、Ｂ端
子間電圧V_ABが０の状態でトランジスタ７はター
ンオフするために、接続容量１３′の放電による
突入電流は流れることなく、正常な動作を行な
う。

なお、第５図イ，ロのランプ３の低インピーダ
ンス状態から第６図イ，ロのランプ３の高インピ
ーダンス状態への移行過程は入力電流I₁が徐々に
移行する動作となる。そのため、ランプ３のイン
ピーダンスが増大するに従がい、スイツチング電
流I_ABの遮断時刻は入力電流I₁の半サイクルの電流
が流れ終る以後に移動し、これが再点弧パルスと
なるので、定常状態への移行過程でランプ３が消
灯することはない。

第３図は本発明の別の実施例におけるスイツチ
ング回路部分の構成を示したものである。この構
成では、ランプ３の始動に必要な数百〜数千Ｖの
電圧の発生を可能にするために、スイツチ素子を
トランジスタ７１と直列にさらにSCR７２を接
続している。トランジスタ７１、SCR７２はパ
ワーMOSFETなど他のスイツチ素子でもよいこ
とはもちろんである。このスイツチング回路の動
作を確実にするためＡ、Ｂ端子間にはコンデンサ
１３を接続した。１２１，１２２はトランジスタ
７１、SCR７２を保護するためのアバランシエ
ダイオードであり、ダイオード１４、コンデンサ
１５、ダイオード１６、抵抗１７からなる回路は
電流遮断動作を各半サイクルに１回に限定するた
めに設けた回路である。

このスイツチング回路の点灯動作は第２図の場
合とほとんど同じであるため、要点のみを述べ
る。Ａ、Ｂ端子間電圧が０に近づくと電圧感応ス
イツチ１１がヨーンオフし、引続きトランジスタ
７１、SCR７２は抵抗１０１，１０２を通して
トリガーされてターンオンし、Ａ、Ｂ端子間はオ
ン状態となる。そして、スイツチング電流I_ABが
所定の値になつたときに電圧感応スイツチ１１は
ターンオンし、トランジスタ７１はターンオフす
る。このためスイツチング電流I_ABはコンデンサ
１３に転流し、この電圧が、徐々に上昇してい
く。この間、SCR７２には、カソード電流は０
となり、SCR７２のゲートから抵抗１０２→電
圧感応スイツチ１１を通して流れるゲートターン
オフトリガ電流が流れる。これによりトランジス
タ７１がターンオフしてからその両端電圧がアバ
ランシエダイオード１２１のアバランシエ電圧に
達するまでの期間にSCR７２はターンオフ状態
となる。これにより、Ａ、Ｂ端子間のターンオフ
動作は完了するが、SCR７２が確実にターンオ
フを行なうには、SCR７２のターンオフ回復時
間以内にＡ、Ｂ端子間の電圧値がアバランシエダ
イオード１２１のアバランシエ電圧以上にならな
いように、コンデンサ１３の容量値を設定する必
要がある。この場合にはターンオン時のコンデン
サ１３の放電による突入巻線が特に大きな問題と
なる。

通常、ターンオフ動作により発生するパルス電
圧は振動を伴ない、このバツクスイングが０点を
切ると電圧感応スイツチ１１はターンオフし、再
びＡ、Ｂ端子間がオン状態になり、電流遮断動作
を行なう。ダイオード１４、コンデンサ１５、ダ
イオード１６、抵抗１７からなる回路はこの再動
作を防止するための回路である。即ち、トランジ
スタ７１がターンオフする直前に抵抗９により生
じた電圧はダイオード１４を通してコンデンサ１
５に充電される。そして、トランジスタ７１、
SCR７２がターンオフした後、暫時、ダイオー
ド１６、抵抗１７を通してコンデンサ１３の放電
電流が電圧感応スイツチ１１を流れ、上記バツク
スイング発生時も電圧感応スイツチ１１の電流を
保持電流値以上に保つ。これにより、確実に多重
遮断動作を防止することができる。さらに、コン
デンサ５の接続によりターンオン時のラツシユ電
流が流れたとき抵抗９に発生する電圧をダイオー
ド１４で吸収し、ターンオン直後に電圧感応スイ
ツチ１１のターンオンによるＡ、Ｂ端子間がター
ンオフする誤動作を確実に防止することができ
る。なお、この回路部分の構成は螢光ランプなど
一般の放電ランプの場合も有効であり、第３図の
Ａ、Ｂ端子を一般の放電ランプの両端に接続した
場合にも同じ効果を有することは、上の動作説明
から明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、中間タツプを用いたチヨーク
コイルを介して高圧蒸気放電灯を点灯する毎半サ
イクル点灯装置において、上記中間タツプと交流
電源の非チヨークコイル側端間に接続したスイツ
チング回路のリセツトおよびそれに続くターンオ
ン動作をその両端電圧を検知して行なうようにし
たことにより、ランプ始動時の低インピーダンス
領域から定常点灯中の高インピーダンス領域まで
の広い動作範囲で、上記スイツチング回路のター
ンオン時の並列容量の放電による突入電流を無く
することができるので、信頼性の高いスイツチン
グ回路動作が期待できる。特に、高圧蒸気放電灯
の定常点灯時に必要なスイツチング回路による雛
断電流はアンペアオーダーが必要であり、この動
作による損失がかなり大きい。そのために、並列
容量かなの突入電流を防止し、スイツチ素子の損
失を小さく保つことは信頼性の面から特に重要で
ある。また、この構成は非常にシンプルであり、
半導体回路を用いた放電灯点灯回路が従来の漏洩
変圧器形に比して高価格であるという欠点を一挙
に解決できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の放電灯用毎半サイクル点灯装置
の基本構成図、第２図および第３図は各々本発明
による高圧蒸気放電灯用毎半サイクル点灯装置の
スイツチング回路部分の回路構成図、第４図は第
１図に示した点灯装置における点灯初期の電圧電
流波形図、第５図イ，ロは各々第２図に示した点
灯装置における始動時の電圧電流波形図、第６図
イ，ロは各々第２図に示した点灯装置における定
常点灯時の電圧電流波形図である。 １……交流電源、２……巻線４，５から成る中
間タツプ付チヨークコイル、３……高圧蒸気放電
灯、６……全波整流器、７，７１，７２……制御
極付半導体スイツチ素子、１１……電圧感応スイ
ツチ、１２，１２１，１２２……アバランシエダ
イオード、８，１４，１６……ダイオード、１
３，１３′，１５……コンデンサ、１０，１０１，
１０２，９，１７……抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電源とチヨークコイルと上記交流電源の
   電圧値前後の放電電圧値を有する高圧蒸気放電灯
   とを直列に接続し、上記チヨークコイルに設けた
   中間タツプと上記交流電源の非チヨークコイル側
   端との間に点灯周期の毎半サイクルに一回オン・
   オフ動作を行なうスイツチング回路を接続してな
   るものであつて、上記スイツチング回路の両端電
   圧がほぼ零である時にターンオンし、かつ、上記
   スイツチング回路を流れる電流が所定値になつた
   時にターンオフするように上記スイツチング回路
   が構成されていることを特徴とする高圧蒸気放電
   灯用毎半サイクル点灯装置。