JPH0311075B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流電源にトライアツクのごとき交流
制御素子とチヨークコイルのごとき限流リアクト
ルと高圧水銀ランプのごとき放電灯とを直列に接
続して、交流制御素子の導通位相角を放電灯点灯
回路の動作状態に応じて適宜調節することによつ
て交流電源の半サイクル毎のランプ電流値を制御
するように構成された放電灯点灯装置の改良に関
するものである。

上記のような放電灯点灯装置は限流リアクトル
による電流制限作用の一部を交流制御素子のごと
き半導体素子で行わせるため装置全体が小形・軽
量となることに加えて、交流制御素子の導通位相
角を放電灯点灯回路の動作状態に応じて適宜調節
することによつて放電灯のランプ電流やランプ電
力を適当に制御することができるため、最近は高
圧水銀ランプや高圧ナトリウムランプ等の高圧放
電灯の点灯装置として急速に普及しつつある。

かかる放電灯点灯装置の一例として、第１図に
示すように、交流電源１に交流制御素子２と限流
リアクトル３と放電灯４を直列に接続して点灯回
路を構成するとともに、該点灯回路の動作状態に
応じて変化する信号、例えば交流制御素子２の両
端電圧と限流リアクトル３の両端電圧を加え合せ
た電圧を検出して基準信号とする基準電圧回路５
と、交流電源電圧の半サイクル毎に所定の位相角
でコンデンサを充放電させるタイマー回路６と、
該タイマー回路６のコンデンサの充電電圧と前記
基準電圧回路５の基準電圧とを比較して両者の値
が一致した時点でトリガーパルスを発生して交流
制御素子２を導通させる比較・パルス発生回路７
とを具備したものが提案されている。このような
点灯装置において、交流電源１を投入し点灯回路
に電源電圧〔第２図ａ〕を印加すると交流制御素
子２のターンオフ位相を検知する回路が働いて、
該交流制御素子２のターンオフ位相〔第２図ｂ〕
に同期してタイマー回路６のコンデンサが充電さ
れはじめる。そしてこの充電電圧〔第２図ｃが基
準電圧回路５の基準電圧V_nの値に一致すると比
較・パルス発生回路７が働いてトリガーパルス
〔第２図ｄ〕が発生し交流制御素子２が導通する
ため位相制御されたランプ電流〔第２図ｅ〕が流
れる。放電灯が安定した後電源電圧の変動等によ
り放電灯のランプ電力が増加又は減少すると基準
電圧V_nも上昇又は低下してV_n1又はV_n2となるた
めトリガーパルスの発生位相角も後方又は前方に
ずれランプ電流を減少又は増加させるためランプ
電力が一定に保たれる。第３図は上記のような点
灯装置の具体的実施例を示すもので、交流制御素
子２の両端電圧と限流リアクトル３の両端電圧を
加え合せた電圧を絶縁トランス８により検出し整
流回路９及び分圧抵抗１０，１１を介してプログ
ラマブルユニジヤンクシヨントランジスタ（以下
PUTという）１２のゲートに基準電圧として入
力する一方、交流電源１に接続した別の絶縁トラ
ンス１３及び整流回路１４からダイオード１５を
介してコンデンサ１６を急激に充電し、コンデン
サ１６の充電電圧が所定の値に達したら基準電圧
回路の電圧源から抵抗１７を通してコンデンサ１
６を緩かに充電し、この緩やかに充電する領域に
おいてコンデンサの充電電圧が基準電圧と一致す
るように基準電圧の値を設定したものである。

このような点灯装置は、第４図に示すように、
タイマー回路のコンデンサを緩かに充電する部
分、即ちコンデンサの充電電圧曲線のＡの部分に
おいてコンデンサの充電電圧と基準電圧とを比較
するため、基準電圧V_n1、V_n2の変化の巾が小さ
くてもトリガーパルスの発生位相角θ₁、θ₂の変化
の巾は大きいため、基準電圧を増巾しなくてもラ
ンプ電流を十分に制御することができる。また、
コンデンサを緩かに充電する場合、基準電圧回路
の電圧源から基準電圧の変化に応動させて充電す
るようにしてあるので、基準電圧V_n1、V_n2の変
化の巾が同じ即ちV_n1−V₀＝V₀−V_n2でもトリガ
ーパルスの発生位相角θ₁、θ₂の変化の巾はθ₁−θ₀
＜θ₀−θ₂となり、ランプ電流Ｂの制御面積はS₁＝
S₂となるためランプ電力を正確に制御することが
可能である。これに加えて基準電圧を交流制御素
子と限流リアクトルの直列回路の両端から取出し
ているので放電灯始動時の基準電圧は高い値とな
りトリガーパルスの発生位相角は後方にずれるた
め始動時のランプ電流を低く抑えられるという利
点がある。

ところが、かかる点灯装置においては次のよう
な問題点がある。即ち、同点灯装置により放電灯
を点灯したときのランプ電圧とランプ電力の関係
は第５図に示すとおりとなるが、同図から明らか
なように前記点灯装置においてはランプ電圧が増
大すると、ランプ電力も直線的に増大するという
定電流特性がある。このため、ランプ電圧が寿命
末期までほぼ一定である高圧水銀ランプを点灯す
る場合には特に問題はないが、寿命末期にランプ
電圧が上昇する特性をもつ高圧ナトリウムランプ
やメタルハライドランプを点灯する場合には放電
灯が寿命末期に近づくとランプ電力が過剰に入つ
てしまうため放電灯が破損するおそれがあつた。
このような欠点を除くためランプ電圧を検出して
過入力とならぬように制御する回路を付加するこ
とも考えられるが、構成が複雑となり回路動作の
信頼性の点でも問題があつた。

本発明は以上のような点に鑑みてなされたもの
で、先に提案されている点灯装置の利点、すなわ
ち増巾器その他特別の装置を用いることなく十分
かつ正確な電流・電力制御ができ、始動時のラン
プ電流を低く抑えることができるという利点を全
く損うことなく、ランプ電圧−ランプ電力特性を
理想的な形に近づけ、高圧ナトリウムランプやメ
タルハライドランプを使用しても過入力とならぬ
よう改善したものである。

第６図は本発明に係る放電灯点灯装置の具体的
回路例である。同図において、１は交流電源で、
これには放電灯２と限流リアクトル３と交流制御
素子４が直列に接続されており、これらは点灯回
路を構成している。５は交流制御素子４と並列に
接続された高インピーダンス素子で交流制御素子
４が不導通の場合でも点灯回路に僅かな電流を流
すことによつて放電灯２の立消えを防止する目的
で接続されるものである。前記限流リアクトル３
と交流制御素子４の直列回路の両端には絶縁トラ
ンス６が接続されており、該絶縁トランス６の出
力側に整流回路７、ダイオード８、分圧抵抗９，
１０を介してPUT１１のゲートが接続されてい
る。また交流電源１には別の絶縁トランス１２が
接続されており、該絶縁トランス１２の出力側は
整流回路１３を介してダイオード１５が接続され
ておりその一端は前記分圧抵抗９，１０の直列回
路の一端に接続されている。これらは限流リアク
トル３の両端電圧と交流制御素子４の両端電圧を
加え合せた電圧、又は電源電圧を検出してPUT
１１のゲート極に基準電圧として与えるための基
準電圧回路を構成している。また、前記分圧抵抗
９，１０の両端には抵抗１６とコンデンサ１７の
CR時定数回路が接続されており、該回路のコン
デンサ１７は前記絶縁トランス１２の出力側より
抵抗１８とゼナーダイオード１９からなる定電圧
回路を介して、ダイオード２０と必要に応じてイ
ンピーダンス２１とからなるバイパス回路からも
充電されるように構成されている。これらは交流
電源電圧の半サイクル毎に所定の位相角でコンデ
ンサ１７を充電しその充電電圧をPUT１１のア
ノードに入力として与えるためのタイマー回路を
構成している。さらに、交流制御素子４の両端に
は絶縁トランス２２、整流回路２３を介して交流
制御素子４のターンオフ位相検出回路２４が接続
してある。このターンオフ位相検出回路２４は前
記タイマー回路に対して交流制御素子４のターン
オフ位相に同期してコンデンサ１７の充電が開始
されるように信号を与える作用をする。ターンオ
フ位相検出回路２４は抵抗１４を介して整流回路
１３を電源としている。

次にこのような回路構成の点灯装置の動作につ
いて説明する。先ず交流電源１を投入すると、放
電灯２、限流リアクトル３、高インピーダンス素
子５からなる回路を通して放電灯２に電圧が加わ
り同放電灯２は始動する。放電灯が始動した直後
はほぼ電源電圧に等しい電圧が限流リアクトル３
と交流制御素子４の直列回路の両端に加わるた
め、絶縁トランス１２からの出力レベルを絶縁ト
ランス６からの出力レベルより低くしておくと、
限流リアクトル３の両端電圧と交流制御素子４の
両端電圧を加え合せた電圧に基づく基準電圧がダ
イオード８を介してPUT１１のゲートに与えら
れる。一方、交流電圧１の投入と同時にタイマー
回路にも電圧が加わつているから、ターンオフ位
相検出回路２４も動作して交流制御素子４のター
ンオフ位相に同期してコンデンサ１７の充電が開
始される。この場合、先ずコンデンサ１７は主に
絶縁トランス１２の出力側よりダイオード２０と
インピーダンス２１からなるバイパス回路を通し
て抵抗１８とゼナーダイオード１９によつて設定
される一定電圧値まで急激に充電される。そして
一定電圧値に達した後は基準電圧回路の電圧源か
ら抵抗１６を通して基準電圧に応動して緩かに充
電される。この場合のコンデンサ１７の充電電圧
の変化は本発明においても第４図に示すとおりで
あり、その結果、基準電圧を増巾しなくても十分
な電流・電力制御が行え、又非線形回路により基
準電圧の上限値を制限する等の手段を用いなくて
も正確な電流・電力制御が行え、更に始動時のラ
ンプ電流を低く抑えることができるという利点を
有するが、これに加えて本発明によれば高圧ナト
リウムランプやメタルハライドランプを使用して
も、次のようにして放電灯の寿命末期に至るまで
安全かつ理想的な電流・電力制御を行うことがで
きる。即ち、本発明に係る点灯装置では、放電灯
２の始動直後は限流リアクトル３の両端電圧と交
流制御素子４の両端電圧を加え合せた電圧が絶縁
トランス６を介して基準電圧としてPUT１１に
与えられているが、放電灯２のランプ電圧が徐々
に上昇し所定の値に達すると、前記絶縁トランス
６の出力レベルと、交流電源１に接続した絶縁ト
ランス１２の出力レベルとが一致し、さらにラン
プ電圧が上昇するとそれ以降は電源電圧に応動し
た電圧がダイオード１５を介してPUT１１のゲ
ートに与えられることとなる。そして、このよう
な状態において電源電圧が変動するとPUT１１
のゲート電圧及びアノード電圧の両方が変動する
ためタイマー回路のコンデンサの充電電圧とトリ
ガーパルスの発生位相角との関係は第４図に示す
とおりとなり、基準電圧を限流リアクトル３と交
流制御素子４の直列回路の両端からとる場合と同
様になるが、ランプ電圧の変動によつて基準電圧
が変動することはなくなる。つまり、本発明で
は、第７図に示すように、電源電圧をパラメータ
として縦軸に基準電圧をとり、横軸にランプ電圧
をとつて基準電圧の変化を示すと、基準電圧を限
流リアクトル３と交流制御素子４の直列回路の両
端から取り出す場合はＣ−C′ラインから左の部分
で示すようにランプ電圧の変化により基準電圧も
変化するのに対して、基準電圧限が交流電源に切
り替るＣ−C′ラインより右の部分では交流電源電
圧が一定であれば基準電圧は全く変化しない。こ
の結果、ランプ電圧とランプ電力の関係は第８図
に示すようなレインボーカーブとなり、放電灯２
の寿命末期においてランプ電圧が上昇しても過入
力とならず放電灯が破損することもなくなる。な
お、第８図に示すようなランプ電圧−ランプ電力
特性は、この種の放電灯点灯装置において、単に
基準電圧の電圧源を途中から交流電源に切替える
という手段を用いただけでは達成することはでき
ず、本発明のように、タイマー回路のコンデンサ
をその充電電圧が一定値に達するまではバイパス
回路により急激に充電し、それ以降は基準電圧又
は電源電圧の変動に応動させて緩かに充電し、こ
の緩やかに充電する領域においてコンデンサの充
電電圧が基準電圧と一致するように基準電圧を設
定しておくという手段を併用することによりはじ
めて達成できるものである。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る
放電灯点灯装置は次のような数々の利点を備えて
いる。先ず、タイマー回路のコンデンサをその充
電電圧が一定値に達するまでは主にバイパス回路
を通じて急激に充電しそれ以降は基準電圧又は電
源電圧の変動に応動させて緩かに充電し、この緩
やかに充電する領域においてコンデンサの充電電
圧が基準電圧と一致するように基準電圧を設定し
たので、基準電圧を増巾しなくても十分な制御が
でき、基準電圧制限回路を用いなくても正確な制
御ができ、しかも始動時のランプ電流を低く抑え
ることができる。次に、前記の構成に加えて、放
電灯のランプ電圧が所定の値に達するまでは交流
制御素子の両端電圧と限流リアクトルの両端電圧
を加え合せた電圧を検出して基準電圧とし、ラン
プ電圧が所定の値に達したら電源電圧を検出して
基準電圧とするようにしたので、ランプ電圧が高
い領域ではランプ電圧の変動に伴つて基準電圧が
変動することがなく従つて放電灯の寿命末期にお
けるランプ電圧上昇により過入力となることはな
く放電灯が破損するようなこともないので、広い
範囲の電源電圧変動、ランプ電圧変化に対しても
正確かつ理想的な電流・電力制御が可能である。

さらに、回路構成のうえでは、従来のように基
準電圧増巾回路や過入力防止回路等を必要としな
いので、構造が簡単で信頼性も高くそのうえ小
形・低コストである等、技術的価値のみならず経
済的価値も多大であり産業上の利用価値は大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の放電灯点灯装置の基本回路図、
第２図は同装置における動作時の各部の電流・電
圧波形図、第３図は同装置の具体的回路図、第４
図は同装置のタイマー回路のコンデンサの充電電
圧の変化曲線とランプ電流の制御面積の関係図、
第５図は同装置のランプ電圧とランプ電力の関係
を示す曲線図、第６図は本発明に係る放電灯点灯
装置の具体的回路図、第７図は同装置におけるラ
ンプ電圧と基準電圧の関係を示す曲線図、第８図
は同装置におけるランプ電圧とランプ電力の関係
を示す曲線図である。第６図において、１……交
流電源、２……放電灯、３……限流リアクトル、
４……交流制御素子、８，１５……ダイオード、
１６……抵抗、１７……コンデンサ、２０……ダ
イオード、２４……ターンオフ位相検出回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源に交流制御素子と限流リアクトルと
   放電灯を直列に接続してなる点灯回路と、該点灯
   回路の動作状態に応じて変化する信号を検出して
   基準電圧とする基準電圧回路と、交流電源電圧の
   半サイクル毎に所定の位相角でコンデンサを充放
   電させるタイマー回路とを具備し、該タイマー回
   路のコンデンサの充電電圧と前記基準電圧回路の
   基準電圧とを比較して両者の値が一致した時点で
   交流制御素子のトリガーパルスを発生させるよう
   に構成した装置において、 前記基準電圧回路は、交流制御素子の両端電圧
   と限流リアクトルの両端電圧を加え合せた電圧を
   検出する回路と電源電圧を検出する回路とを備
   え、放電灯の始動時よりランプ電圧が所定の値に
   達するまでの間は交流制御素子の両端電圧と限流
   リアクトルの両端電圧を加え合せた電圧を検出し
   て基準電圧とし、ランプ電圧が所定の値に達した
   後は電源電圧を検出して基準電圧とするように構
   成されており、また、前記タイマー回路は、基準
   電圧回路の電圧源とこれとは別の電圧源に接続さ
   れたバイパス回路とに接続された抵抗体とコンデ
   ンサのRC時定数回路からなり、該RC時定数回路
   のコンデンサは、その充電電圧が一定値に達する
   までは前記バイパス回路を通して充電され、それ
   以後は基準電圧回路の電圧源により充電され、か
   つ、該コンデンサの充電電圧が前記一定値を超え
   た領域で基準電圧回路の基準電圧と一致するよう
   に基準電圧が設定されていることを特徴とする放
   電灯点灯装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の放電灯点灯装置
   において、タイマー回路のコンデンサは点灯回路
   の交流制御素子のターンオフ位相に同期して充電
   が開始されるように構成したことを特徴とする放
   電灯点灯装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の放電灯点灯装置
   において、タイマー回路のコンデンサを充電する
   ためのバイパス回路は、交流電源電圧を整流した
   のち定電圧回路を通して得られた電圧源にダイオ
   ードと必要に応じてインピーダンス素子とを接続
   してなる回路をもつて構成したことを特徴とする
   放電灯点灯装置。