JPH0440838B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は放電灯を高周波で点灯させる点灯装置
に関する。

〔従来の技術〕

エネルギの節約が叫ばれる今日、省エネルギの
波は照明分野にも押し寄せ、消費電力の低減が盛
んに進められている。

照明の省電力化の手法として、(1)光源の発光効
率の向上、点灯装置の電力損の低減、器具効率の
上昇等によるデバイスの高効率化、(2)照明設計、
照明制御等のソフトウエアによるシステマチツク
な運用管理、(3)明るさ感の向上のようないわゆる
視覚的効率の上昇の３つの方法が考えられてい
る。中でも、デバイスの高効率化は省電力化の根
幹をなすもので、最も重要な要素の１つである。

本来高効率光源である蛍光灯は省エネルギ時代
にマツチした光源と言えるが、更にそれ自身の発
光効率の向上を目指して省電力ランプが開発され
実用化されている。一方、点灯装置の省電力化の
方法として安定器の電力損を低減する方法があ
り、従来よりの鉄と銅よりなる安定器の材質変更
による省電力安定器、商用周波数でのランプ電流
安定化インピーダンスと始動点灯維持用の一部回
路を半導体に置き換えたハイブリツド電子安定器
があるが、いずれも電力損の低減には限りがあ
る。

このような背景のもとに蛍光灯の高周波点灯は
上記２つの省電力効果をもつものとして近年特に
注目されている。蛍光灯を高周波で点灯すると商
用周波点灯時よりもランプの発光効率が約10〜20
％上昇することは従来より知られていたが、点灯
装置の技術的問題とコストパフオーマンスにより
１部の特殊用途にのみ限定されていた。しかしな
がら、最近の半導体技術の進歩により、特にパワ
ートランジスタに高耐圧、高信頼性のものが概開
発され、又、高周波磁心材料の改良がなされ、実
現の可能性が高まりつつある。

この点に着目した従来例として、第１図に示す
ような定電流形プツシユプルトランジスタインバ
ータによる放電灯高周波点灯装置が知られてい
る。これを同図を参照して説明すると、１は交流
電源、２はノイズフイルタ、３は起動回路、４は
異常時停止回路、５は放電灯である。まず交流電
源１より出力される商用交流はダイオードブリツ
ジ６により整流される。通常この後に平滑用電解
コンデンサが接続されるが、これを除き、脈動で
動作させることにより90％以上の高力率を達成し
ている。この脈動電圧は定電流インダクタ７及び
トランジスタ８，９を介してインバータトランス
１０の１次巻線１１に印加される。１次巻線１１
の両端にはコンデンサ１２が接続されており、並
列共振回路を構成している。トランジスタのベー
スは、インバータトランスの帰還巻線１３に接続
され帰還作用により発振動作を行うとともにバイ
アス抵抗１４，１５，１６，１７によりベース電
流が供給される。１８はベースドライブ巻線で、
ダイオード１９、コンデンサ２０と共にベースド
ライブ電流用の低電圧供給回路を形成し、ベース
電流を適正にすると共に、ベースドライブ抵抗に
よる損失の低減をはかつている。巻線１３の帰還
作用によりトランジスタ８，９が交互にオン・オ
フを繰返すと巻線１１には正弦波交流電圧が発生
する。一方、トランジスタのコレクタ電流は、定
電流インダクタ７の効果により、台形波状とな
り、ピーク電流が小さくなることより、V_CE（_sat）
による損失が小さくなる。又、並列共振のため、
コレクタ電圧が正弦波状になり、コレクタ直流変
換回路が零の時点でスイツチングするためスイツ
チングロスが非常に小さくなるという特徴があ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこの反面、上記の装置では出力に
商用のリツプルを含み蛍光灯の発光効率が上がら
ないばかりかちらつきの原因となる。また、絶縁
トランスを採用しているため一次二次の結合が問
題となり、構造によつては、かなりの損失になる
恐れがある。さらに蛍光灯フイラメントには二次
巻線の一部が常に接続されているため、点灯時に
もフイラメント電流が流れ熱損失となつて効率の
低下原因となつている。

この発明は上記の欠点を除去して、より高効率
で放電灯のちらつきのない放電灯高周波点灯装置
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は本発明によれば、交流電源の出力を
直流変換回路により直流に変換し、さらに周波数
変換器により高周波に変換し、放電灯に接続され
るコンデンサとリアクトルからなる直列共振回路
に該高周波を供給して該放電灯を点灯させる装置
において、前記直流変換回路は交流電源側より交
流を全波整流する整流回路、該整流回路に対し直
列に接続されたリアクトルおよび並列に接続され
たスイツチング素子により全波整流電圧をチヨツ
ピングするチヨツパ回路、チヨツピングされた電
圧を平滑して直流電圧とするダイオードとコンデ
ンサからなる平滑回路からなり、かつ前記チヨツ
パ回路は、スイツチング素子の導通期間を可変し
て前記周波数変換器への平滑電圧の増減をしうる
パルス制御手段を有することにより達成される。

〔作 用〕

従つて本発明に係わる放電灯高周波点灯装置に
おいては、直列変換回路を用いたことにより、入
力の全波整流電圧を直接チヨツピングして平滑し
ているため、電源側からみた商用インピーダンス
が高くなり力率が向上すると共に、リツプルが極
めて少ない為、後段に接続される放電灯のちらつ
きが除去される。また、高周波であるため平滑に
用いるコンデンサの容量が小さくなり、平滑回路
が小形となる。更にチヨツパ回路のスイツチング
素子の導通期間を可変することにより、直流電圧
の大きさを自由に変えることができ、放電灯にお
ける調光を無段階に変えることが可能となるとと
もに、管電圧の高い高容量の蛍光灯も点灯するこ
とができる。

〔実施例〕

以下、本発明の構成を第２図の実施例回路を参
照して説明する。

まず２１は直流電源を、ノイズフイルタ２２を
介して直流変換回路２３に入力する。直流変換回
路２３は入力側よりダイオードブリツジ２４から
なる整流回路と、リアクトル２５、トランジスタ
２６、及びトランジスタ２６のオン・オフを制御
するパルス制御手段２７からなるチヨツパ回路
と、ダイオード２８、コンデンサ２９からなる平
滑回路とから構成されている。

直流変換回路２３の次段には、例えばトランジ
スタ３０，３１をスイツチング手段とするインバ
ータ回路からなる周波数変換器３２が接続されて
おり、その出力側には、コンデンサ３３とリアク
トル３４からなる直列共振回路が構成されてい
る。すなわちこの直列共振回路に直列に飽和トラ
ンス３５を入れ共振電流に従つて二次電圧を発生
させ、トランジスタ３０，３１を交互にオン・オ
フするようにしてある。これにより直列共振が連
続する。

直列共振回路を構成するコンデンサ３３の両端
には放電灯３６が付勢され、この共振電圧で点灯
するようにしてある。また一対のフイラメント３
７，３８すなわちコンデンサ３３の両端には、ダ
イオード３９，４０がそれぞれその極性を対向し
て接続され、フイラメント電流が交互に流れるよ
うにしてある。ダイオード３９，４０にそれぞれ
並列に接続されたコンデンサ４１，４２はフイラ
メントが断線した際、あるいは異常電圧が生じた
際の回路保護手段として作用する。更にフリーホ
イール用にダイオード４３，４４を、ダンパ用に
比較的容量の大きなコンデンサ４５を接続してい
る。

次にこのように構成された装置の動作を第３図
の動作波形を用いて説明する。

第３図においてａは全波整流後の波形、ｂはチ
ヨツパ波形、ｃは波形ｂの拡大図、ｄは平滑され
た直流電圧波形、ｅは直列共振型インバータの出
力波形で放電灯３６の両端波形を示す。

交流電源２１の出力を、ノイズフイルタ２２を
介してダイオードブリツジ２４にて第３図ａに示
すように全波整流する。全波整流した直流電圧
を、同図ｂ乃至ｃに示すようにトランジスタ２６
の導通時にリアクトル２５にエネルギを蓄積し、
遮断時に放出するチヨツパ回路にてチヨツピング
する。更にこれをダイオード２８、コンデンサ２
９からなる平滑回路にて平滑し、同図ｄに示すよ
うな直流電圧にする。上記述べた直流変換回路に
よれば、入力の全波整流電圧を直接チヨツピング
してその後平滑しているため、電源側からみた商
用インピーダンスが高くなり力率が向上すると共
に、リツプルが極めて少ない為、後段に接続され
る放電灯のちらつきが除去される。また高周波で
あるためコンデンサ２９の容量が小さくなり、平
滑回路が小形で低価格になる。更にトランジスタ
２６の導通期間Ｔ１を可変することにより、直流
電圧の大きさDCを自由に変えることができ、放
電灯における調光を無段階に変えることが可能と
なるとともに、管電圧の高い高容量の蛍光灯も点
灯することができる。つまり、導通期間Ｔ１を長
くすることにより、直流電圧の大きさDCが高く
なり、このDCの増加に伴い周波数変換器の周波
数が高く（後述）なり放電灯への電流が増加さ
れ、放電灯の輝度が高められる。逆に導通期間Ｔ
１を短くすることにより、直流電圧の大きさDC
が低くなり、このDCの減少に伴い周波数変換器
の周波数が低く（後述）なり放電灯への電流が減
少され、放電灯の輝度が低められる。これらは導
通期間の設定により自由に無段階に行える。ま
た、チヨツパ回路により全波整流電圧の平滑、高
周波化（第３図ｂ）を図つているため、非常に安
定した直流電圧（第３図ｄ）が得られ、周波数変
換器のみにより単に高周波点灯をさせるものに比
して発光効率を約10％向上させることができる。

次に、上記変換回路の出力を供給されて高周波
に変換する周波数変換器を直列共振回路とともに
説明する。

まず、放電灯３６の始動時において、上記回路
では２つのスイツチング手段としてのトランジス
タ３０，３１は完全に平衡していないので起動回
路４６から信号がトランジスタ３１のベースに出
力されるとトランジスタ３１は導通して、コンデ
ンサ４５−ダイオード３９−コンデンサ３３−フ
イラメント３８−リアクトル３４−飽和トランス
３５−トランジスタ３１のコレクタ−エミツタを
介して電流が流れる。するとトランジスタ３１の
ベースは飽和トランス３５の二次巻線４７に接続
されているため自励動作が行われる。一方、飽和
トランス３５により二次巻線４８に誘起される電
圧は、トランジスタ３０を遮断する方向であるか
らオフに保つ。こののちトランジスタ３１のコレ
クタ電流がどんどん増していくと、飽和トランス
３５に生じる磁束も時間とともに増していく。と
ころがトランス３５に生じる磁束の大きさは飽和
磁束で頭打ちして、それ以上増えない。このため
飽和トランス３５の二次電圧は誘起されなくなつ
て、トランジスタ３１はオフする。その後は直列
共振回路に蓄えられた電流が減少波形に追従し
て、フリーホイールダイオード４３を通して流れ
電流は減少する。次に、この電流が直列共振回路
の作用により逆方向に変わると同様にしてトラン
ジスタ３０がオンし、飽和トランス３５−リアク
トル３４−ダイオード４０−コンデンサ３３−フ
イラメント３７−コンデンサ４５−トランジスタ
３０で構成される閉回路に電流を流す。このよう
な放電灯３６の始動時には放電灯のフイラメント
に電流が流れるだけであり、フイラメント間つま
り放電灯は高インピーダンス状態であるので、放
電灯のフイラメント間に流れる電流は極めて小さ
い。

このようにして、スイツチング手段としてのト
ランジスタが交互にオン・オフを繰り返し、直列
共振型インバータ動作となつて高周波の交流電圧
を発生し、放電灯３６はコンデンサ３３を流れる
電流によつてフイラメントの予熱が行われ、この
ウオーミングアツプ後放電を開始する。

次に放電灯３６が点灯するとフイラメント３
７，３８間に放電電流が流れコンデンサ３３に流
れていた電流の多くが放電灯３６に側路される。
この時のフイラメント３７，３８間は純抵抗Ｒと
考えることができフイラメント３７，３８自体の
抵抗ｒがフイラメント３７，３８間の抵抗Ｒに比
べて極めて小さく無視できる程度なので、等価回
路的にはコンデンサ３３に抵抗Ｒが並列接続さ
れ、この並列回路がリアクトル３４に直列接続さ
れているような状態となる。この放電灯の点灯に
より、コンデンサ３３へ流れていた電流が放電灯
間へも流れるようになり、これに伴い放電灯の両
端電圧及び飽和トランスの飽和時点も前記始動時
の状態から変化するが、周波数変換器３２の動作
方法が同じなので点灯後は安定した負荷電流が流
れて安定した点灯が行われる。

このような周波数変換器において、トランジス
タ３０，３１のオン・オフの速度は飽和トランス
３５からの誘起電圧によつて決定される。つま
り、直流変換回路２３からの直流電圧CDが高く
なると、これに伴いトランジスタ３０，３１のコ
レクタ電流が多くなり、飽和トランス３５に生じ
る磁束が増す。これにより飽和トランス３５が飽
和磁束で頭打となる時間が早まり、二次電圧の誘
起、消滅が早まり、トランジスタ３０，３１のオ
ン・オフが早められ、周波数が高くなる。逆に直
流変換回路２３からの直流電圧DCが低くなると、
これに伴いトランジスタ３０，３１のコレクタ電
流が少なくなり、飽和トランス３５に生じる磁束
が少ない。これにより飽和トランス３５が飽和磁
束で頭打となる時間が遅くなり、二次電圧の誘
起、消滅が遅くなり、トランジスタ３０，３１の
オン・オフが遅められ、周波数が低くなる。この
ように周波数が高められると放電灯への電流が増
加され放電灯の輝度が高められ、周波数が低くな
ると放電灯への電流が減少され放電灯の輝度が低
められる。つまり、直流変換回路２３からの直流
電圧の可変に応じて周波数変換器の周波数が変化
し、併せて放電灯の輝度が変化し、無段階な輝度
の調整が行える。

さらに直列共振のコンデンサ３３の両端には、
負荷となる放電灯３６が接続されているため正弦
波にほぼ近い交流電圧が印加され、発光効率を向
上している。また、放電灯始動時にはフイラメン
トの予熱電流と、高い放電電圧が必要となるが、
放電灯は始動時に高インピーダンスのため放電灯
に流れる電流は極めて小さく、コンデンサ３３と
リアクトル３４の純粋な直列共振となつて高電
流、高電圧が発生し放電灯の始動を容易にするこ
とができる。このため瞬時点灯が可能となる。

また、フイラメント３７，３８の両端にはダイ
オード３９，４０を接続し、フイラメントに交互
に電流を流して損失を半減しているため、特に点
灯安定時にはフイラメント熱損失を減らすことが
できるという効果がある。

更にまた、トランジスタ３０，３１は負荷が共
振電流であるため、導通時に逆回復電流が流れず
損失が非常に小さくなつている。

尚、第２図のの実施例回路において、直流変換
回路から複数の周波数変換器を並列に接続するこ
とによつて、異なる定格を有する放電灯を同時に
点灯させることも可能であり、前述したトランジ
スタ２６の導通期間を可変することに伴う放電灯
の無段階調光作用も相まつてさまざまな多様性が
要求される家庭屋内照明（例えばシヤンデリア
等）において顕著な効果が期待される。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかな様に本発明によれば、
交流電源の出力を直流変換回路により直流に変換
し、さらに周波数変換器により高周波に変換し、
放電灯に接続されるコンデンサとリアクトルから
なる直列共振回路に該高周波を供給して該放電灯
を点灯させる装置の該直流変換回路に全波整流電
圧をチヨツピングするチヨツパ回路とチヨツピン
グされた電圧を平滑して直流電圧とするダイオー
ドとコンデンサからなる平滑回路を具備したこと
により、入力の全波整流電圧を直接チヨツピング
して平滑することになり、電源側からみた商用イ
ンピーダンスが高くなり力率が向上すると共に、
リツプルが極めて少ない為、後段に接続される放
電灯のちらつきが除去される。また高周波である
ため平滑回路のコンデンサの容量が小さくなり、
平滑回路を小型で低価格のものとすることができ
る。更にチヨツパ回路のスイツチング素子の導通
期間を可変することにより、直流電圧の大きさを
自由に変えることができ、放電灯における調光を
無段階に変えることが可能となると共に、管電圧
の高い高容量の蛍光灯も点灯できる。また、チヨ
ツパ回路により全波整流電圧の平滑、高周波化を
図つているため、非常に安定した直流電圧が得ら
れ、周波数変換器のみにより単に高周波点灯をさ
せるものに比して発光効率を約10％向上させるこ
とができ、極めて効率の良い放電灯の点灯装置が
比較的簡単に構成されるという産業上極めて多大
な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の放電灯高周波点灯装置の回路
図、第２図は本発明の一実施例を説明する回路
図、第３図は本発明を説明するための各部波形図
である。 ２１：交流電源、２３：直流変換回路、３０，
３１：トランジスタ、３２：周波数変換器、３
３：コンデンサ、３４：リアクトル、３５：飽和
トランス、３６：放電灯。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電源に接続され交流電源の出力を直流に
   変換する直流変換回路と、前記直流変換回路の出
   力側に接続され該直流変換回路からの出力を高周
   波に変換するインバータ回路からなる周波数変換
   器と、前記周波数変換器の出力側に接続されるコ
   ンデンサとリアクトルからなる直列共振回路と、
   前記直列共振回路のコンデンサに並列に接続され
   る放電灯とを備え、前記放電灯と前記直列共振回
   路とに前記高周波を供給して該放電灯を点灯させ
   る装置において、前記直流変換回路は交流電源側
   より、交流を全波整流する整流回路、該整流回路
   に対し直列に接続されたリアクトルおよび並列に
   接続されたスイツチング素子により全波整流電圧
   をチヨツピングするチヨツパ回路、チヨツピング
   された電圧を平滑して直流電圧とするダイオード
   とコンデンサからなる平滑回路の順で形成されて
   おり、かつ前記チヨツパ回路は、スイツチング素
   子の導通期間を可変して前記周波数変換器への平
   滑電圧の増減をしうるパルス制御手段を有するこ
   とを特徴とする放電灯高周波点灯装置。