JPH04163894A - 放電灯点灯装置 - 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］ 本発明は、入力電流歪み改善用のチョッパー回路を有す
る放電灯点灯装置に関するものである。

し従来の技術］ 従来、高周波点灯回路を用いて放電灯３点灯させる放電
灯点灯装置が広く用いられている。高周波点灯回路の電
源としては、商用交流電源を整流平滑した直流電圧を用
いている。このため、点灯装置の入力電流が交流電源の
正弦波電圧のピーク付近てのみ急激に流れる歪んだ波形
となっている。

この電流波形により、同一電源線上に接続された他の機
器に影響を及ぼしたり、電源環境によっては、電圧波形
が歪むといった問題があった。そこて、近年、スイッチ
ング素子のオン／オフ動作により平滑コンデンサに流れ
込む電流をチョッピング動作させて、交流電圧の全区間
で入力電流を流して、入力力率を改善するチョッパー回
路を高周波点灯回路の電源装置として使用することが提
案されている。

第３図に、その基本的な回路構成例を示す。交流電源Ａ
Ｃには、電源スイッチＳＷを介してダイオードブリッジ
よりなる全波整流器ＤＢの交流入力端子が接続され、全
波整流器ＤＢの直流出力端子にはチョッパー回路５を介
して平滑コンデンサＣｏが接続されている。チョッパー
回路５は、スイッチング素子Ｑ。のオン／オフにより動
作する。

ここては、スイッチング素子Ｑ。の過電流を検出するた
めにスイッチング素子Ｑ。とグランド間に抵抗Ｒ８を接
続し、それに発生する電圧を制御回路１により検出し７
てスイッチング素子Ｑ０を制御する回路方式としである
。また、電源投入時に、急激にコンデンサＣ８の充電電
圧を上昇させると、高周波点灯回路６側のストレスやコ
ンデンサＣ６のストレス等の問題が生じる。そこて、チ
ョッパー回路５のチョッパー制御回路４にソフトスター
ト回路３を設け、徐々にコンデンサＣ８の充電電圧を上
昇させる方式としている。また、放電灯７を点灯させる
高周波点灯回路６は、別の制御回路２により制御される
。

第４図に、更に具体的な回路構成例を示す。チョッパー
回路５は、インダクタし。、ダイオードＤ。、電界効果
トランジスタＱ。、検出抵抗Ｒ０により構成されており
、いわゆる昇圧型のチョッパー回路となっている。スイ
ッチング用の電界効果トランジスタＱ０の制御は、市販
のスイッチングレギュレータ用ＩＣ（シャープ製Ｉ　Ｒ
３ＭＯ２）からなる制御回路１０を用いて、そのオン　
デユーティを制御する方式により、出力電圧が一定とな
るような制御を行っている。

まず、チョッパー回路５の動作を説明する。電界効果ト
ランジスタＱ。がオンのとき、第５図に示すようなドレ
イン電流ｉが流れ、インダクタし。

にエネルギーを蓄積する。そして、スイッチング素子Ｑ
０がオフすると、インダクタし。に蓄積されたエネルギ
ーが、ダイオードＤ０を介してコンデンサＣ０に放出さ
れ、コンデンサＣ０を充電するものである。チョッパー
回路５に入力される電源電圧をＥ。、インダクタＬ０に
生じる電圧をＥＬＯとすると、コンデンサＣ８の充電電
圧Ｅは、Ｅ＝ＥＯ十ＥＬｏとなり、電源電圧Ｅ０に対し
て昇圧された電圧となる。

次に、チョッパー制御回路４の動作を説明する。

前記ＩＲ３ＭＯ２よりなる制御回路１０の８番。

１１番ビンの出力によりトランジスタＱ、、Ｑ２を交互
にオン／オフ駆動し、その接続点の電位により抵抗Ｒ３
を介して、電界効果トランジスタＱ。のゲートを制御し
ている。そのスイッチング周波数は５番、６番ピンに接
続されたコンデンサＣ１、抵抗Ｒ６によって決定される
。また、８番、１１番ビンに出力される信号のオン・デ
ユーティは、チョッパー回路５の出力電圧Ｅを抵抗Ｒ，
，Ｒ２で分圧して検出し、１番ピンに検出電圧として入
力するフィードパ・ンク制御方式を採用している。つま
り、電圧Ｅが上昇すると、オン・デユーティを小さくし
て出力を下げ、逆に電圧Ｅが下がると、オン・デユーテ
ィを大きくして出力を上げる方向にフィードバック制御
を行い、電源ＡＣの変動に対して出力電圧Ｅが一定とな
るような定電圧化制御を行うものである。

次に、ソフトスタート回路３について説明する。

この回路では、制御回路１０の１４番ビン（基準電圧出
力端子）の基準電圧を、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ３で分圧して
、４番ビン（デッドオフタイム制御電圧入力端子）に入
力し、通常時のオン・デユーティを設定している。そし
て、抵抗Ｒ４にはコンデンサＣ２を並列接続しである。

電源投入時、コンデンサＣ２が充電されていない状態で
は、デッドオフタイム制御電圧は基準電圧と等しく、デ
ッドオフタイムが長くなる。このため、スイッチング用
の電界効果トランジスタＱ。に流れるドレイン電流ｉは
、第７図に示すように、小さな値１２となり、チョッパ
ー回路５の出力は下がる。その後、コンデンサＣ２と抵
抗Ｒ５で決まる充電電流で所定時間ｔ、の間に、コンデ
ンサＣ２は徐々に充電され、最終的には、抵抗Ｒ４とＲ
７で基準電圧を分圧した電圧がデッドオフタイム制御電
圧となり、デッドオフタイムが徐々に短くなる。このた
め、スイッチング用の電界効果トランジスタＱ。に流れ
るドレイン電流ｉは、第７図に示すように、所定時間ｔ
１の間に、電源投入時の小さな値１２がら、次第に増加
して行き、最終的には定常的な電流１１に達する。

このような電界効果トランジスタＱ。の動作により、コ
ンデンサＣ６の充電電圧Ｅは、電源投入時の低い電圧か
ら徐々に設定電圧まで増加して行く。

これがソフトスタート回路３の動作である。

次に、異常電流抑制回路８の動作を説明する。

オペアンプよりなるコンパレータＣＰの反転入力端子に
は、制御用電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ，，Ｒ，。で分圧した基
準電圧が入力されている。また、非反転入力端子には、
電界効果トランジスタＱｏのドレイン電流を抵抗Ｒ８で
電圧に変換し、その電圧を抵抗Ｒ，，Ｒ，で分圧した検
出電圧が入力されている。

コンパレータＣＰでは、前記検出電圧と基準電圧を比較
し、検出電圧が基準電圧を越えると、コンパレータＣＰ
の出力が’Ｈｉｇｈ”レベルとなり、前記ＩＲ３ＭＯ２
の１番ピンに印加されて、異常電流を抑制する。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の従来例において、電源スイッチＳＷとして、外部
からの遠隔操作を行うためのリレー接点を用いた場合に
は、リレーのチャタリング等により接点の断続的なオン
／オフ状態が発生することかある。また、経年変化を受
けたスイッチ接点の開閉に伴う接点のアークの発生等に
より、電源スイッチＳＷの短期間の断続的なオン／オフ
状態が発生することがある。このような場合に、チョッ
パー回路５の電界効果トランジスタＱ。のドレイン電流
ｉは、第６図に示すように、ピークの高い異常電流ｌ、
となる。しかし、上述のように、トレイン電流を検出し
て、出力を抑制する異常電流抑制回路８により、ドレイ
ン電流が抑制される。

第８図は、ソフトスタート回路３が働いている所定時間
１．の間に、約３回程度の断続的な電源スイッチＳＷの
オン／オフが繰り返された場合の動作波形図を示す。急
激に電源スイッチＳＷがオフした瞬間、トレイン電流ｉ
が設定電流ｉ５になったときに、これを抵抗Ｒ６で検出
して、異常電流抑制回路８によりドレイン電流ｉを電流
ｉ３に抑制する。この異常電流抑制が行われるときの設
定電流１、は正常時の電流ｉ、では異常電流とは判断し
ないように設定しなければならない。このため、異常電
流ｉ５が正常時の電流１１よりも大きくなるのは止むを
得ない。そして、第８図の動作例ては、ソフトスタート
回路３が動作している間に、徐々に電界効果トランジス
タＱ０のオン幅が広がって行き、そのときに急激に電源
スイッチＳＷがオン／オフされるので、異常電流が流れ
るときの電界効果トランジスタＱ。のオン幅が広い。ま
た、異常電流抑制回路８が正常状態に復帰した後は、ソ
フトスタート回路３は電界効果トランジスタＱ。のオン
幅を更に広げた状態に移行しているので、異常電流が検
出されたときよりも更に増大した電流値に戻ることにな
り、復帰した直後（例えば、所定時間ｔ２が経過した時
点）にも異常電流が一瞬流れ、電界効果トランジスタＱ
。のストレスは増大する。

このため、電源スイッチＳＷの急激なオン／オフの回数
によっては、電界効果トランジスタＱ。が破壊されるこ
とがあった。

本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、ソフトスタート回路を有する
チョッパー回路を高周波点灯回路の電源とした放電灯点
灯装置において、電源スイッチの急激なオン／オフ現象
に対してチョッパー回路のスイッチング素子のストレス
を低減することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第１
図に示すように、チョッパー回路５の入力側を電源スイ
ッチＳＷを介して入力電源ＡＣに接続し、チョッパー回
路５の出力側に平滑用のコンデンサＣ０と放電灯７の高
周波点灯回路６を接続し、チョッパー回路５のスイッチ
ングトランジスタＱＯをオン／オフ制御する制御回路１
と、電源投入時に前記スイッチングトランジスタＱ、の
ピーク電流が徐々に増大するように前記制御回路１の動
作を制御するソフトスタート回路３を設けた放電灯点灯
装置において、チョッパー回Ｂ５のスイッチングトラン
ジスタＱ、の異常を検出してソフトスタート回路３をリ
セットする回路を設けたことを特徴とするものである。

なお、スイッチングトランジスタＱＯはパフ−ＭＯ３Ｆ
ＥＴに限定されるものではなく、バイポーラトランジス
タや、その他のスイッチング素子であっても良い。

［作用］ 本発明にあっては、このように、チョッパー回路５のス
イッチングトランジスタＱ。の異常を検出してソフトス
タート回路３をリセットするようにしたので、電源スイ
ッチの急激なオン／オフ等の異常時には一旦ソフトスタ
ート状態に戻し、スイッチングトランジスタＱ。の異常
電流を抑制し、徐々に復帰させることができ、スイッチ
ングトランジスタＱ。のストレスを低減することができ
る。

［実施例］ 第２図は本発明の一実施例の具体的な回路構成を示して
いる。以下、その回路構成について説明する。交流電源
ＡＣは電源スイッチＳＷを介してダイオードブリッジよ
りなる全波整流器ＤＢの交流入力端子に接続されている
。全波整流器ＤＢの直流出力端子には、インダクタＬ。

とスイッチング用の電界効果トランジスタＱ。と電流検
出用の低抵抗Ｒ８の直列回路が接続されている。トラン
ジスタＱ。と抵抗Ｒ６の直列回路の両端には、ダイオー
ドＤ。を介して平滑コンデンサＣ６が接続されている。

この平滑コンデンサＣ６に得られた直流電圧は高周波点
灯回路６により高周波電力に変換されて、放電灯７に供
給される。

次に、制御回路部の構成について説明する。高周波点灯
回路６は制御回路２により制御されており、チョッパー
回路５はチョッパー制御回路４により制御されている。

チョッパー制御回路４は、チョッパー回路５の電界効果
トランジスタＱ。をオン／オフ制御するための制御回路
１０と、ソフトスタート回路３と、ソフトスタートリセ
ット回路９を有している。制御回路１０は市販のスイッ
チングレギュレータ用ＩＣＢヤーブ製Ｉ　Ｒ３Ｍ０２）
よりなり、その一対の出力端子（８番、１１番ビン）は
トランジスタＱ、、Ｑ２のベースにそれぞれ接続されて
いる。トランジスタＱ１のコレクタは電源ラインＶｃｃ
に、トランジスタＱ２のエミッタはグランドラインにそ
れぞれ接続されている。

トランジスタＱ、のエミッタとトランジスタＱ２のコレ
クタは抵抗Ｒ１を介して、スイッチング用の電界効果ト
ランジスタＱ０のゲートに接続されている。一対の出力
端子（８番、１１番ピン）の出力は相補的であり、トラ
ンジスタＱ、、Ｑ２は交互にオン／オフする。トランジ
スタＱ１がオン、トランジスタＱ２がオフのときには、
電界効果トランジスタＱ。のゲートは’Ｈｉｇｈ”レベ
ルとなり、トランジスタＱ、がオフ、トランジスタＱ２
かオンのときには、電界効果トランジスタＱｏのゲート
は゛ＬＯｗ′°レベルとなる。故に、スイッチング用の
電界効果トランジスタＱ。は制御回路１０の発振周期で
オン／オフ制御される。その発振周期は、５番。

６番ピンに接続されるコンデンサＣ３と抵抗Ｒ６の時定
数により決定される。また、平滑コンデンサｃｏの電圧
を抵抗Ｒ，，Ｒ２により分圧して検出し、フィードバッ
ク電圧入力端子（１番ビン）に入力することにより、平
滑コンデンサＣ０の電圧を安定化するように電界効果ト
ランジスタＱｏのオン幅をＰＷＭ制御している。基準電
圧出力端子（１４番ビン）に出力される基準電圧は、ソ
フトスタート回路３の抵抗Ｒ４，Ｒ５で分圧されて、デ
ッドオフタイム制御電圧入力端子（４番ビン）に入力さ
れる。ソフトスタート回路３の抵抗Ｒ１にはコンデンサ
Ｃ２が並列接続されている。このため、電源投入直後は
、制御回路１０のデッドオフタイム制御電圧（４番ビン
）は基準電圧（１４番ビン）と同じ電圧となり、その後
、時間の経過と共に降下して、最終的には抵抗Ｒ４，Ｒ
ｓにより基準電圧を分圧した電圧となる。これにより、
電界効果トランジスタＱ。のオフ期間が最大値から徐々
に増大して定常値に滑らかに移行し、ソフトスタート動
作が実現される。

次に、本発明の特徴であるソフトスタートリセット回路
９について説明する。この回路９ては、電界効果トラン
ジスタＱ。の過電流を検出抵抗Ｒ８で電圧に変換して、
その電圧を抵抗Ｒ，，Ｒ，で分圧し、所定の電流値（第
９図のｉｓ＞が流れたら、トランジスタＱ４をオンさせ
て、トランジスタＱ３をオンさせることにより、コンデ
ンサＣ２の充電電荷を放出し、制御回路１０のデッドオ
フタイム制御電圧（４番ビン）を、基準電圧（１４番ビ
ン）まで電圧上昇させて、ソフトスタートの初期状態に
戻し、改めてソフトスタートさせている。

このように制御すれば、電源投入時のリレー接点のチャ
タリング等により、例えば３回の急激な接点のオン／オ
フ動作が繰り返された場合には、第９図に示すように、
１発目の異常電流を検出した後、電界効果トランジスタ
Ｑ０のドレイン電流ｉはソフトスタートの初期値１２に
戻り、再度、ソフトスタートが開始されるために、２発
目の異常電流、３発目の異常電流が生じても、元の電流
値が低い状態で異常電流が生じることになる。このよう
な異常電流は、電界効果トランジスタＱ。のドレイン電
流のオン幅が狭い状態で流れるので、電界効果トランジ
スタＱ。のストレスも減少し、破壊することはない。

本実施例では、市販のスイッチングレギュレータ用ＩＣ
（シャープ製ＩＲ３ＭＯ２＞を用いてチョッパー回路の
制御回路を構成しているが、特にこれに限定されるもの
ではなく、その他のＩＣや制御回路ても良く、要するに
、ソフトスタート機能を有し、異常検出後にソフトスタ
ート状態にリセットされる回路方式であれば良い。また
、チョッパ一方式についても、本実施例では、昇圧型の
回路構成としたが、昇降圧型あるいは降圧型のチョッパ
ー回路構成でも楕わない。

なお、本実施例では、電源投入時の動作のみを説明した
が、正常点灯時においても、瞬時停電等の電源異常によ
り、点灯状態で急激に電源が断続的にオン／オフされる
と、電界効果トランジスタＱｏのストレスも大きくなり
、また、目に見える光のちらつきも不愉快なものとして
感しるが、異常電流を検出して、−旦はソフトスタート
状態に戻すことで、その後の異常なトレイン電流が抑制
され、目に見える光のちらつきもなくなる等の利点があ
る。

また、上記実施例では、すべての異常電流を検出して、
その都度、ソフトスタート状態にリセットしているが、
実際の急激なオン／オフ動作は異常状態として非常に短
い期間で起きるので、断続的なオン／オフ動作に対して
、最初の異常電流を検出し、ソフトスタート状態にリセ
ットすると、その後の異常電流の検出はソフトスタート
状態へのリセット信号としては受は付けない回路方式と
しても良い。

［発明の効果］ 本発明にあっては、上述のように、ソフトスタート機能
を有するチョッパー回路を電源とする高周波点灯回路を
備える放電灯点灯装置において、電源スイッチの急激な
断続的オン／オフ現象に際して、チョッパー回路のスイ
ッチング素子の異常を検出したときには、ソフトスター
ト状態にリセットするようにしたので、チョッパー回路
のスイッチング素子のストレスを低減できるという効果
がある。

なお、放電灯の点灯中に、瞬時停電等の電源の異常が生
じた場合にも、チョッパー回路のスイ・ンチング素子の
ストレスを低減できると共に、目に見える不愉快なちら
つき等をなくすることができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示すブロック回路図、第２
図は本発明の一実施例の回路図、第３図は従来例の概略
構成を示すブロック回路図、第４図は同上の具体的な構
成を示す回路図、第５図乃至第８図は同上の動作説明の
ための波形図、第９図は本発明の動作説明のための波形
図である。 １．２は制御回路、３はソフトスタート回路、４はチョ
ッパー制御回路、５はチョッパー回路、６は高周波点灯
回路、７は放電灯、８は異常電流抑制回路、９はソフト
スタートリセット回路、１０は制御回路、ＡＣは交流電
源、ＳＷは電源スイッチ、ＤＢは全波整流器、ｃｏは平
滑コンデンサ、Ｑｏは電界効果トランジスタである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）チョッパー回路の入力側を電源スイッチを介して
   入力電源に接続し、チョッパー回路の出力側に平滑用の
   コンデンサと放電灯の高周波点灯回路を接続し、チョッ
   パー回路のスイッチング素子をオン／オフ制御する制御
   回路と、電源投入時に前記スイッチング素子のピーク電
   流が徐々に増大するように前記制御回路の動作を制御す
   るソフトスタート回路を設けた放電灯点灯装置において
   、チョッパー回路のスイッチング素子の異常を検出して
   ソフトスタート回路をリセットする回路を設けたことを
   特徴とする放電灯点灯装置。