JPH0444400B2 - - Google Patents
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- JPH0444400B2 JPH0444400B2 JP57198070A JP19807082A JPH0444400B2 JP H0444400 B2 JPH0444400 B2 JP H0444400B2 JP 57198070 A JP57198070 A JP 57198070A JP 19807082 A JP19807082 A JP 19807082A JP H0444400 B2 JPH0444400 B2 JP H0444400B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は放電灯、たとえば低圧水銀蒸気放電灯
を点灯する電子回路に関し、なかでもコンデンサ
を安定器として高周波で動作する電子点灯回路に
関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to an electronic circuit for lighting a discharge lamp, such as a low-pressure mercury vapor discharge lamp, and more particularly to an electronic lighting circuit that operates at a high frequency using a capacitor as a ballast. be.
放電灯は低周波において電圧電流特性が負性抵
抗を呈するので、放電電流を安定に保つために、
抵抗、インダクタンス、キヤパシタンスなどのイ
ンピーダンスを放電灯と直列に接続して点灯す
る。このインピーダンスは通常安定器とかバラス
トと呼ばれるている。直流の放電灯に対しては抵
抗が安定器として用いられるが、放電灯の入力に
ほぼ等しい電力が安定器で消費されるために効率
が悪く好ましい。
Since the voltage-current characteristics of a discharge lamp exhibit negative resistance at low frequencies, in order to keep the discharge current stable,
A discharge lamp is lit by connecting an impedance such as resistance, inductance, or capacitance in series with the discharge lamp. This impedance is usually called a ballast or ballast. A resistor is used as a ballast for a DC discharge lamp, but this is inefficient and undesirable because the ballast consumes power approximately equal to the input power of the discharge lamp.
交流の放電灯に対してはインダクタンスが主に
用いられている。商用周波数に対するインダクタ
ンスとしては、チヨークコイルと呼ばれる珪素鋼
板の積層鉄心にコイルを巻いたインダクタンスが
使用される。チヨークコイルは放電灯の特性によ
く適合し、不燃で安全性にすぐれている反面、重
量、体積が大きく、チヨークコイルで消費される
電力も少くない。チヨークコイルの電力損失は銅
損と鉄損とからなり、20Wの蛍光灯用安定器の電
力損失は6〜6ワツトに達する。近年小形の蛍光
ランプに電球の口金をつけて、電球と交換性があ
る電力節約形光源が開発され普及しつつある。こ
の光源にはチヨークコイルが安定器として組込ま
れているが、このためランプが重く大きくなり、
電球の多くの用途を代替できない原因となつてい
る。またランプの寿命がくると、ランプとともに
鉄と銅のかたまりである安定器も破棄することに
なり、資源節約上からも好ましくない。 Inductance is mainly used for AC discharge lamps. As the inductance for the commercial frequency, an inductance in which a coil is wound around a laminated core of silicon steel plates called a chiyoke coil is used. Chiyoke coils are well suited to the characteristics of discharge lamps and are nonflammable and safe, but they are heavy and bulky, and consume a considerable amount of electricity. The power loss of a chiyoke coil consists of copper loss and iron loss, and the power loss of a 20W fluorescent lamp ballast reaches 6 to 6 watts. In recent years, power-saving light sources that are interchangeable with light bulbs have been developed and are becoming popular, by attaching light bulb caps to small fluorescent lamps. This light source incorporates a chiyoke coil as a ballast, but this makes the lamp heavy and large.
This is the reason why light bulbs cannot be replaced in many uses. Furthermore, when the life of the lamp reaches its end, the ballast, which is a block of iron and copper, must be discarded together with the lamp, which is not desirable from the standpoint of saving resources.
また放電灯を高周波で点灯することにより、安
定器としてのインダクスタンスの小形化、軽量化
と損失の低減をはかつたインバータ、スイツチン
グレギユータなどの電子点灯回路が開発され、実
用化されはじめている。この種の安定器の損失は
チヨークコイルに比べると低減されているが、ま
だ無視できるほど小さくない。このような電子点
灯回路は、複雑で価格が高くなるとい今欠点があ
る。 In addition, by lighting discharge lamps at high frequencies, electronic lighting circuits such as inverters and switching regulators were developed and began to be put into practical use as ballasts with smaller inductance, lighter weight, and lower losses. There is. Although the losses of this type of ballast are reduced compared to the chiyoke coil, they are still not negligible. Such electronic lighting circuits currently suffer from complexity and high cost.
商用周波数の交流電源に対してコンデンサを安
定器として用いた放電灯点灯装置の例もある。こ
の場合にはコンデンサの容量を10マイクロフアラ
ツド以上にすることが必要であり、安定器の体積
が大きくなることは避けられない。電解コンデン
サを用いると比較的小形になるが、誘電損失によ
るコンデンサの発熱と効率の低下を生じる。コン
デンサを安定器として商用周波数より高い周波数
で動作する放電灯点灯装置としては、米国特許第
3428862号に記載されている公知例がある。この
公知例は1個のコンデンサ安定器によつて2本の
放電灯を点灯するものであるが、コンデンサの充
電と放電とが異なる放電灯を経由して行われてい
るために、各放電灯には交互に放電を休止する期
間が生じ発光効率が低下するという欠点がある。 There is also an example of a discharge lamp lighting device that uses a capacitor as a ballast for a commercial frequency AC power source. In this case, it is necessary to increase the capacitance of the capacitor to 10 microfarads or more, which inevitably increases the volume of the ballast. Although electrolytic capacitors are relatively compact, they generate heat and reduce efficiency due to dielectric loss. As a discharge lamp lighting device that uses a capacitor as a ballast and operates at a frequency higher than the commercial frequency, US Patent No.
There is a known example described in No. 3428862. In this known example, two discharge lamps are lit by one capacitor ballast, but since the capacitors are charged and discharged via different discharge lamps, each discharge lamp is lit by one capacitor ballast. However, this method has the disadvantage that there are periods in which the discharge is stopped alternately, resulting in a decrease in luminous efficiency.
本発明の目的は小形軽量かつ安価で効率が高い
電子点灯装置を得ることにあり、とりわけ上記点
灯装置を小形化軽量化するために半導体集積化に
適した構造を求めることを目的とする。
An object of the present invention is to obtain a small, lightweight, inexpensive, and highly efficient electronic lighting device, and in particular, to find a structure suitable for semiconductor integration in order to reduce the size and weight of the lighting device.
本発明は放電灯の電子点灯装置からインダクタ
ンスを排除しコンデンサと半導体スイツチで上記
電子点灯装置を構成するために、電源、コンデン
サ、放電灯が複数の半導体スイツチを介して結合
し、制御回路が指定する組合せと順序にしたがつ
て、半導体スイツチの開閉状態がクロツクパルス
に同期して変化し、放電灯を介して上記コンデン
サが周期的に充電および放電し、その結果放電灯
に交流の電流を流し放電灯を点灯するのである。
したがつて本発明はコンデンサを安定器とした電
子点灯装置といえる。
In order to eliminate inductance from an electronic lighting device for a discharge lamp and configure the electronic lighting device using a capacitor and a semiconductor switch, the power supply, capacitor, and discharge lamp are coupled through a plurality of semiconductor switches, and a control circuit is specified. According to the combination and order of the switching, the open/close state of the semiconductor switch changes in synchronization with the clock pulse, and the capacitor is periodically charged and discharged via the discharge lamp, resulting in an alternating current flowing through the discharge lamp. It turns on the lights.
Therefore, the present invention can be said to be an electronic lighting device using a capacitor as a ballast.
本発明の放電灯点灯装置によつて放電灯に供給
される電力Pを検討するとつぎのようになる。電
源電圧をV、安定器となるコンデンサの容量を
C、並列に接続する安定器となるコンデンサの数
をn、動作周波数をfとすれば、前の半サイクル
の間に1個のコンデンサを放電灯を介して充電す
ると放電灯には1/2CV2のエネルギが供給され、
次の半サイクルでコンデンサに蓄えられた1/2
CV2のエネルギを放電灯を介して放電すると、1
サイクルにはCV2のエネルギが放電灯に供給され
る。並列に接続するコンデンサの数をnとする
と、放電灯に供給される電力Pは次式で与えられ
る。 When considering the electric power P supplied to the discharge lamp by the discharge lamp lighting device of the present invention, the following results are obtained. If the power supply voltage is V, the capacitance of the ballast capacitor is C, the number of ballast capacitors connected in parallel is n, and the operating frequency is f, one capacitor is discharged during the previous half cycle. When charging through an electric lamp, 1/2 CV 2 of energy is supplied to the discharge lamp, and in the next half cycle, when 1/2 CV 2 of energy stored in the capacitor is discharged through the discharge lamp, 1
During the cycle, CV 2 of energy is supplied to the discharge lamp. When the number of capacitors connected in parallel is n, the power P supplied to the discharge lamp is given by the following equation.
P=nfCV2
実際に20ワツトの電力を1個のコンデンサ安定
器によつて100ボルトの電源から50キロヘルツの
動作周波数で供給するとき、コンデンサの容量は
0.04マイクロフアラツドとなる。 P=nfCV 2In practice, when 20 watts of power is supplied by a capacitor ballast from a 100 volt supply at an operating frequency of 50 kilohertz, the capacitance of the capacitor is
0.04 microfarads.
上記のようにランプ電力が与えられ、電源電圧
と動作周波数が決れば安定器としてのコンデンサ
の容量の合計が決まり、コンデンサの大きさがほ
ぼ決まる。コンデンサの容量はランプ電力を一定
にすれば動作周波数に反比例して小さくすること
ができる。したがつて高周波化することによつて
安定器の小形化が可能である。また電源電圧と安
定器の容量を一定にしたまま、動作周波数を変え
ることによつてランプ電力を変えることができ
る。すなわち動作周波数を切換えることによて調
光が可能である。さらに電源電圧の変動により放
電灯の明るさが変化する場合には、電源電圧の変
化に応じて動作周波数を変え、一定の光出力が得
られるように制御することが比較的容易にでき
る。 As mentioned above, once the lamp power is applied and the power supply voltage and operating frequency are determined, the total capacitance of the capacitor as a ballast is determined, and the size of the capacitor is approximately determined. The capacitance of the capacitor can be reduced in inverse proportion to the operating frequency if the lamp power is kept constant. Therefore, by increasing the frequency, it is possible to downsize the ballast. Also, by changing the operating frequency, the lamp power can be varied while keeping the power supply voltage and ballast capacity constant. That is, dimming is possible by switching the operating frequency. Furthermore, when the brightness of the discharge lamp changes due to fluctuations in the power supply voltage, it is relatively easy to control the operation frequency so that a constant light output is obtained by changing the operating frequency according to the change in the power supply voltage.
本発明の要旨は、直流電源101と、その一端
が上記直流電源101に直列に接続された第1の
半導体スイツチ111と、その一端が上記第1の
半導体スイツチ111の他端に直列に接続された
コンデンサ105と、該コンデンサ105の他端
に直列に接続された放電灯103を構成する放電
管の一端側に設けられ、かつ、上記放電灯103
の放電開始直前までは予熱電流を流し、上記放電
灯103の放電開始後は放電電流を流すための第
1の電極aと、その一端に上記第1の電極aに直
列に接続された第2の半導体スイツチ114と、
該第2の半導体スイツチ114の他端に直列に接
続された上記放電灯103を構成する上記放電管
の他端側に設けられ、かつ、上記放電灯103の
上記放電開始直前までは上記予熱電流を流し、上
記放電灯103の上記放電開始後は上記放電電流
を流すための第2の電極bと、該第2の電極bに
その一端が直列に接続された第3の半導体スイツ
チ112とを有し、上記第2の電極bと第3の半
導体スイツチ112との接続点には接地電位が与
えられ、上記第3の半導体スイツチ112の他端
は上記第1の半導体スイツチ111の上記他端に
直列に接続され、第4の半導体スイツチ113の
一端は上記直流電源101に直列に接続され、上
記第4の半導体スイツチ113の他端はダイオー
ドの一端に直列に接続され、上記ダイオードの他
端は上記第2の半導体スイツチ114の上記一端
に直列に接続され、上記ダイオードは上記第4の
半導体スイツチ113の上記他端側から上記第2
の半導体スイツチ114の上記一端側へのみ導通
するように接続され、上記放電灯103の予熱時
には上記第2の半導体スイツチ114を常時導通
状態に保持しつつ、上記第1の半導体スイツチ1
11のみを導通する動作および上記第3の半導体
スイツチ112のみを導通する動作を交互に繰返
し、上記放電灯103の放電開始時には上記第4
の半導体スイツチ113および上記第3の半導体
スイツチ112のみを導通するように動作させ、
そに引き続いて上記第1の半導体スイツチ111
のみを導通するように動作させ、上記放電灯10
3に上記放電開始後は上記第1の半導体スイツチ
111のみを導通する動作および上記第3の半導
体スイツチ112のみを導通する動作を交互に繰
返すように構成されていることを特徴とする放電
灯点灯装置にある。 The gist of the present invention is to include a DC power supply 101, a first semiconductor switch 111 having one end connected in series to the DC power supply 101, and a first semiconductor switch 111 having one end connected in series to the other end of the first semiconductor switch 111. a capacitor 105 provided at one end side of a discharge tube constituting a discharge lamp 103 connected in series to the other end of the capacitor 105;
A preheating current is passed until immediately before the start of discharge of the discharge lamp 103, and a discharge current is passed after the discharge of the discharge lamp 103 starts. a semiconductor switch 114;
The preheating current is provided at the other end of the discharge tube constituting the discharge lamp 103 which is connected in series to the other end of the second semiconductor switch 114, and the preheating current is applied immediately before the discharge of the discharge lamp 103 starts. After the discharge of the discharge lamp 103 starts, a second electrode b for passing the discharge current and a third semiconductor switch 112, one end of which is connected in series to the second electrode b, are connected. A ground potential is applied to the connection point between the second electrode b and the third semiconductor switch 112, and the other end of the third semiconductor switch 112 is connected to the other end of the first semiconductor switch 111. One end of the fourth semiconductor switch 113 is connected in series to the DC power supply 101, the other end of the fourth semiconductor switch 113 is connected in series to one end of the diode, and the other end of the fourth semiconductor switch 113 is connected in series to one end of the diode. is connected in series to the one end of the second semiconductor switch 114, and the diode is connected from the other end of the fourth semiconductor switch 113 to the second
The first semiconductor switch 114 is connected to be electrically conductive only to the one end side of the semiconductor switch 114, and while the second semiconductor switch 114 is always kept in a conductive state during preheating of the discharge lamp 103, the first semiconductor switch 1
The operation of making only the third semiconductor switch 11 conductive and the operation of making only the third semiconductor switch 112 conductive are repeated alternately, and when the discharge lamp 103 starts discharging, the fourth semiconductor switch
operating only the semiconductor switch 113 and the third semiconductor switch 112 to be conductive;
Subsequently, the first semiconductor switch 111
The discharge lamp 10 is operated so as to conduct only the discharge lamp 10.
3. After the start of the discharge, the operation of turning on only the first semiconductor switch 111 and the operation of turning on only the third semiconductor switch 112 are alternately repeated. It's in the device.
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。第1図は本発明による放電灯点灯装置の第1
の実施例を示す図で、aは1本の蛍光ランプであ
る放電灯を1個のコンデンサ安定器を用いて点灯
した場合の回路図、bは上記回路の制御回路を示
すブロツク図、cは上記回路の動作を示す波形図
である。第1図aに示す放電灯点灯装置は1個の
安定器であるコンデンサ105を放電灯103あ
るいは放電灯電極a,bを介して所定の動作周波
数で充放電することにより、放電灯電極a,bの
予熱、始動電圧の印加、定常の点灯動作をすべて
行うものである。図において101は直流あるい
は整流された電源、102はスイツチの開放を制
御する制御回路で、111〜114は半導体たと
えばバイポーラトランジスタで構成されたスイツ
チである。上記制御回路102は第1図bのブロ
ツク図に示すように発振器1102、遅延回路1
022、タイマ1023、ゲート回路1024で
構成され、発振器1021は第1図cの波形図で
イに示す電圧波形の50キロヘルツのクロツクパル
スを発生する。該クロツクパルスは遅延回路10
22で同図ロ,ハに示す2相のクロツクパルスに
変形される。この2組のクロツクパルスの間には
オンで重なり合う期間がないから、第1図aの2
個の直列に接続された半導体スイツチ111,1
12および113,114が同時に導通して電源
101から大きな過電流が流れることはない。タ
イマ1023は単安定マルチバイブレータとシフ
トレジスタなどで構成、始動時に電極a,bを予
熱する時間と、その後の各半導体スイツチ111
〜114の開閉動作のタイミングを決める。ゲー
ト回路1024はタイマ1023からの信号によ
つて各半導体スイツチを制御するために、半導体
スイツチ111〜114に与える第1図cのニ〜
トに示す波形の信号を出力する。上記図のチは放
電灯103を予熱するときに電極a,bを流れる
電流波形、同図リは放電灯103のランプ電流波
形である。放電灯103を始動するためには半導
体スイツチ114にトの波形の電圧を印加して導
通させ、半導体スイツチ113にヘの波形の電圧
を印加して開放したまま、半導体スイツチ111
および112にはそれぞれニおよびホの波形の電
圧を印加して交互に開閉する。半導体スイツチ1
11が導通し112が開放するときに電流は電源
101−半導体スイツチ111−コンデンサ10
5−電極a−半導体スイツチ114−電極bのよ
うに流れ、半導体スイツチ111が開放し112
が導通するときは、電流がコンデンサ105−半
導体スイツチ112−電極b−半導体スイツチ1
14−電極aのように流れるから、放電灯103
の電極aおよびbにはそれぞれ交流電流が流れて
予熱される。これらの電極a,bが加熱される期
間である第1図cはt1は0.1〜1秒である。つぎ
の期間には半導体スイツチ111と114を開放
し112と113を導通させて、電源101から
電流を半導体スイツチ113−電極a−コンデン
サ105−半導体スイツチ112の順に流し、コ
ンデンサ105を通常と逆の極性に充電した後半
導体スイツチ112,113,114を開閉し1
11のみを導通させると、放電灯103には上記
コンデンサ105に充電された電圧と電源電圧の
和、すなわち電源電圧のほぼ2倍の始動電圧が印
加されて放電を開始する。ついで半導体スイツチ
113,114を開放した状態で定常の点灯動作
に移り、半導体スイツチ111と112を交互に
開閉する。半導体スイツチ111が導通し112
が開放するときは、電源101から流れる電流は
半導体スイツチ111、コンデンサ105を経て
放電灯103内で電極aからbに流れ、半導体ス
イツチ111が開放し112が導通するときは、
コンデンサ105に蓄積された電荷が半導体スイ
ツチ112を経て放電灯103の電極bからaに
流れる。このような状態が繰返されて放電灯10
3の電極a,b間に交流電流が流れ、第1図cの
t3に示す点灯状態が維持される。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first example of a discharge lamp lighting device according to the present invention.
In this figure, a is a circuit diagram when one discharge lamp, which is a fluorescent lamp, is lit using one capacitor ballast, b is a block diagram showing the control circuit of the above circuit, and c is a diagram showing an example of the above circuit. FIG. 3 is a waveform diagram showing the operation of the above circuit. The discharge lamp lighting device shown in FIG. It performs all of the preheating, application of starting voltage, and steady lighting operations. In the figure, 101 is a direct current or rectified power source, 102 is a control circuit for controlling opening of the switch, and 111 to 114 are switches made of semiconductors, such as bipolar transistors. The control circuit 102 includes an oscillator 1102 and a delay circuit 1, as shown in the block diagram of FIG.
022, a timer 1023, and a gate circuit 1024, and an oscillator 1021 generates a 50 kHz clock pulse having a voltage waveform shown in A in the waveform diagram of FIG. 1C. The clock pulse is sent to the delay circuit 10.
At step 22, the clock pulses are transformed into two-phase clock pulses shown in FIG. Since there is no on-overlapping period between these two sets of clock pulses, 2 in Figure 1a.
semiconductor switches 111,1 connected in series
12, 113, and 114 are conductive at the same time, and a large overcurrent does not flow from the power supply 101. The timer 1023 is composed of a monostable multivibrator, a shift register, etc., and determines the time to preheat electrodes a and b at startup, and the time for each semiconductor switch 111 after that.
The timing of the opening/closing operations of ~114 is determined. The gate circuit 1024 provides signals from the timer 1023 to the semiconductor switches 111 to 114 in order to control the respective semiconductor switches.
Outputs a signal with the waveform shown below. In the above figure, H is the waveform of the current flowing through the electrodes a and b when preheating the discharge lamp 103, and R in the figure is the lamp current waveform of the discharge lamp 103. In order to start the discharge lamp 103, a voltage with a waveform of G is applied to the semiconductor switch 114 to make it conductive, and a voltage of a waveform of G is applied to the semiconductor switch 113 and the semiconductor switch 111 is kept open.
and 112 are alternately opened and closed by applying voltages of waveforms D and E, respectively. semiconductor switch 1
When 11 is conductive and 112 is open, the current flows through the power supply 101 - semiconductor switch 111 - capacitor 10
5-electrode a-semiconductor switch 114-electrode b, semiconductor switch 111 is opened, and 112
conducts, current flows from capacitor 105 - semiconductor switch 112 - electrode b - semiconductor switch 1
14-Since it flows like electrode a, the discharge lamp 103
An alternating current flows through electrodes a and b, respectively, to preheat them. In FIG. 1c, the period during which these electrodes a and b are heated, t1 is 0.1 to 1 second. In the next period, semiconductor switches 111 and 114 are opened, 112 and 113 are made conductive, and current flows from power supply 101 in the order of semiconductor switch 113 - electrode a - capacitor 105 - semiconductor switch 112, and capacitor 105 is turned on in the reverse order. After charging to the polarity, semiconductor switches 112, 113, 114 are opened and closed.
When only 11 is made conductive, a starting voltage equal to the sum of the voltage charged in the capacitor 105 and the power supply voltage, that is, approximately twice the power supply voltage, is applied to the discharge lamp 103, and the discharge lamp 103 starts discharging. Next, a steady lighting operation is started with the semiconductor switches 113 and 114 open, and the semiconductor switches 111 and 112 are alternately opened and closed. Semiconductor switch 111 conducts 112
When is open, the current flowing from the power source 101 flows from electrode a to b within the discharge lamp 103 via semiconductor switch 111 and capacitor 105, and when semiconductor switch 111 is open and 112 is conductive,
The charge accumulated in the capacitor 105 flows from the electrode b to the electrode a of the discharge lamp 103 via the semiconductor switch 112. This state is repeated and the discharge lamp 10
An alternating current flows between electrodes a and b in Figure 1, and
The lighting state shown at t3 is maintained.
第2図は本発明の参考例を示す図で、1本の放
電灯を2個のコンデンサ安定器を使て点灯した放
電灯点灯装置である。この参考例では2個のコン
デンサ205,206を用いることによつて放電
灯203に印加する始動電圧を電源電圧の3倍に
増加することができる。第2図において201は
直流あるいは整流された電源、202は半導体ス
イツチの開閉動作を指示する制御回路、211〜
218は半導体スイツチ、221および222は
電流の逆流を阻止するダイオードである。放電灯
203を始動するには半導体スイツチ217を導
通させ218を開放し、他の半導体スイツチを第
1郡211,214,216と第2群212,2
13,215とに分け、第1群および第2群の半
導体スイツチには上記制御回路202から第1図
cのニおよびホに示す信号波形の電圧を印加し、
これら第1群と第2群の半導体スイツチを交互に
導通と開放を繰返す。第1半サイクルで第1群の
半導体スイツチが導通するときは電源201から
半導体スイツチ211−コンデンサ205−放電
灯203の電極a−半導体スイツチ217−放電
灯203の電極b−半導体スイツチ216へと電
流が流れ、第2半サイクルで第2群の半導体スイ
ツチが導通するときは電源201から半導体スイ
ツチ212−コンデンサ206−電極b−半導体
スイツチ217−電極a−半導体スイツチ215
へと電流が流れる。一方コンデンサ205に蓄積
された電荷により電流が半導体スイツチ213−
ダイオード211−電極b−半導体スイツチ21
7−電極aに流れる。次の半サイクルで第1群半
導体スイツチが導通する時には上記第1半サイク
ルの電流とともにコンデンサ206に蓄積された
電荷が半導体スイツチ214−ダイオード222
−電極a−半導体スイツチ217−電極bを経て
流れる。このようにして放電灯203の電極a,
bには交流電流が流れ、両電極aとbは予熱され
る。電極aとbが十分予熱された状態で半導体ス
イツチ211,213,214,215を導通さ
せ212,216,217,218を開放すれ
ば、電源201から半導体スイツチ211を経て
コンデンサ205、半導体スイツチ215と電流が
流れコンデンサ205を充電するとともに、半導
体スイツチ211から半導体スイツチ213−ダ
イオード221−コンデンサ206−半導体スイ
ツチ214−ダイオード222−半導体スイツチ
215へ電流が流れ、コンデンサ206を通常と
は逆の極性に充電する。この充電が電源電圧に達
するまで十分充電された後、半導体スイツチ21
2と218とに第1図cのヘに示す信号波形の電
圧を印加して導通し、他の半導体スイツチには第
1図cのトに示す信号波形の電圧を印加して開放
すると、放電灯203にはコンデンサ205の蓄
積された電圧とコンデンサ206の蓄積された電
圧に電源電圧を加えた電源電圧の3倍の電圧が印
加され放電灯203は放電を開始する。その後は
半導体スイツチ217,218を開放したまま、
上記半導体スイツチの第1群と第2群とを交互に
導通と開放を繰返せば、第1のサイクルで上記第
1群が導通するときは電源201から半導体スイ
ツチ211−コンデンサ205−電極a−電極b
−半導体スイツチ216に電流が流れ、次の半サ
イクルで第2群が導通するときは電源201から
半導体スイツチ212−コンデンサ206−電極
b−電極a−半導体スイツチ215に電流が流れ
るとともに、前半サイクルでコンデンサ205に
充電された電荷が半導体スイツチ213−ダイオ
ード221−電極b−電極aに電流として流れ
る。同様にして次の第1群が導通するときには上
記第1群導通時の電流とともに、次の半サイクル
にコンデンサ206に充電された電荷が半導体ス
イツチ214−ダイオード222−電極a−電極
bに電流として流れ、これらが繰返されて放電灯
203に交流電流が流れ点灯が維持される。 FIG. 2 is a diagram showing a reference example of the present invention, which is a discharge lamp lighting device in which one discharge lamp is lit using two capacitor ballasts. In this reference example, by using two capacitors 205 and 206, the starting voltage applied to the discharge lamp 203 can be increased to three times the power supply voltage. In FIG. 2, 201 is a direct current or rectified power source, 202 is a control circuit that instructs the opening/closing operation of semiconductor switches, and 211--
218 is a semiconductor switch, and 221 and 222 are diodes that prevent reverse current flow. To start the discharge lamp 203, the semiconductor switch 217 is made conductive, the semiconductor switch 218 is opened, and the other semiconductor switches are turned on to the first group 211, 214, 216 and the second group 212, 2.
13 and 215, and voltages having signal waveforms shown in D and E of FIG. 1C are applied from the control circuit 202 to the semiconductor switches of the first group and the second group,
The semiconductor switches of the first group and the second group are alternately turned on and off. When the first group of semiconductor switches conducts in the first half cycle, current flows from the power supply 201 to the semiconductor switch 211 - capacitor 205 - electrode a of the discharge lamp 203 - semiconductor switch 217 - electrode b of the discharge lamp 203 - semiconductor switch 216. flows, and when the second group of semiconductor switches conducts in the second half cycle, the power is supplied from the power supply 201 to the semiconductor switch 212 - capacitor 206 - electrode B - semiconductor switch 217 - electrode a - semiconductor switch 215.
Current flows to. On the other hand, the electric charge accumulated in the capacitor 205 causes a current to flow through the semiconductor switch 213-
Diode 211-electrode b-semiconductor switch 21
7 - Flows to electrode a. When the first group of semiconductor switches conducts in the next half cycle, the electric charge accumulated in the capacitor 206 together with the current of the first half cycle is transferred to the semiconductor switch 214 - the diode 222.
- Electrode a - Semiconductor switch 217 - Flows through electrode b. In this way, the electrodes a of the discharge lamp 203,
An alternating current flows through b, and both electrodes a and b are preheated. If the semiconductor switches 211, 213, 214, and 215 are made conductive and the semiconductor switches 212, 216, 217, and 218 are opened in a state where electrodes a and b are sufficiently preheated, the power will flow from the power supply 201 through the semiconductor switch 211 to the capacitor 205 and the semiconductor switch 215. A current flows to charge the capacitor 205, and a current flows from the semiconductor switch 211 to the semiconductor switch 213-diode 221-capacitor 206-semiconductor switch 214-diode 222-semiconductor switch 215, charging the capacitor 206 to the opposite polarity. do. After this charge has been sufficiently charged to reach the power supply voltage, the semiconductor switch 21
2 and 218 are made conductive by applying a voltage with the signal waveform shown in Fig. 1c, and when the other semiconductor switches are opened by applying a voltage with the signal waveform shown in Fig. 1c, the discharge occurs. A voltage three times the power supply voltage obtained by adding the power supply voltage to the voltage stored in the capacitor 205 and the voltage stored in the capacitor 206 is applied to the lamp 203, and the discharge lamp 203 starts discharging. After that, with the semiconductor switches 217 and 218 open,
If the first group and the second group of semiconductor switches are alternately turned on and off, when the first group is turned on in the first cycle, the power supply 201 is connected to the semiconductor switch 211 - capacitor 205 - electrode a - electrode b
- When current flows through semiconductor switch 216 and the second group becomes conductive in the next half cycle, current flows from power supply 201 to semiconductor switch 212 - capacitor 206 - electrode B - electrode A - semiconductor switch 215, and in the first half cycle The electric charge charged in the capacitor 205 flows as a current between the semiconductor switch 213, the diode 221, the electrode b, and the electrode a. Similarly, when the next first group becomes conductive, the electric charge charged in the capacitor 206 in the next half cycle is transferred as a current to the semiconductor switch 214 - diode 222 - electrode a - electrode b, together with the current when the first group becomes conductive. This is repeated to cause an alternating current to flow through the discharge lamp 203 and keep it lit.
上記の各実施例に示す回路は半導体素子を用い
て種々の構成を行うことができるがその一例を第
3図に示す。第3図は上記実施例の第1図aにし
ばしば用いられる2個の直列に接続された半導体
スイツチの対の構成法を示した図である。各半導
体スイツチに電源電圧あるいはその2倍程度の電
圧がかかるために数百ボルトの耐圧が必要である
が、制御回路は論理回路から構成されているの
で、低い電圧で動作することが望ましい。第3図
aに示す回路はフオトカツプラ7151とトラン
ジスタ7152とによつて構成した例である。同
様の回路をトランジスタの直結回路で実現した例
が第3図bに示す回路で、半導体スイツチ715
3を増幅用トランジスタ7154,7155によ
り制御回路と結合したものである。これらの回路
は本発明を集積回路あるいは混成集積回路として
構成するのに適している。また半導体スイツチと
して電界効果トランジスタやシリンコン制御整流
素子などを用いて構成することも可能である。 The circuits shown in the above embodiments can be configured in various ways using semiconductor elements, one example of which is shown in FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a method of constructing a pair of two series-connected semiconductor switches, which is often used in FIG. 1a of the above embodiment. Since the power supply voltage or a voltage approximately twice that voltage is applied to each semiconductor switch, a withstand voltage of several hundred volts is required, but since the control circuit is composed of logic circuits, it is desirable to operate at a low voltage. The circuit shown in FIG. 3a is an example constructed of a photocoupler 7151 and a transistor 7152. An example of realizing a similar circuit using a directly connected circuit of transistors is the circuit shown in FIG. 3b, in which the semiconductor switch 715
3 is coupled to a control circuit by amplifying transistors 7154 and 7155. These circuits are suitable for constructing the present invention as an integrated circuit or a hybrid integrated circuit. It is also possible to construct the semiconductor switch using a field effect transistor, a silicon controlled rectifier, or the like.
上記のように本発明の放電灯点灯装置はインダ
クタンスを使用せず、安定器としてのコンデンサ
と半導体スイツチと、該半導体スイツチの開閉動
作を指示する制御回路により構成するもので、上
記コンデンサは放電灯の動作周波数に反比例して
小形になるから、放電灯を高周波で点灯し半導体
スイツチをシリコンチツプに一体としてし集積化
あるいは混成集積回路として小形化することによ
り、放電灯点灯装置を著しく小形軽量にすること
ができる。従来商用周波数で20W蛍光ランプを点
灯するのに必要なチヨークパラストは、体積が
100立方センチメートル、重量は400グラムであつ
たが、これと等価な本発明の放電灯点灯装置は50
キロヘルツで動作し、体積を10立方センチメート
ル以下、重量を50グラム以下にすることができ
る。従つて本発明の放電灯点灯装置を前記小形蛍
光ランプの口金内に設けることにより、該蛍光ラ
ンプの寸法、重量を低減することが可能である。
インダクタンスとしてフエライトのトランスを含
み個別の部品から構成されたインバータやスイツ
チングレギユレータに較べると、本放電灯点灯装
置はその構成が著しく単純化され、小形軽量化と
ともに製造コストが低減される上、回路の動作が
単純なので解析や設計が容易である。またコンデ
ンサ安定器の電力損失は無視できる程少く、能動
素子であるトランジスタもスイツチとして動作す
るため電力損失が最小に抑えられて極めて効率が
高く、20W蛍光ランプ用チヨークコイルの電力損
失が5〜6ワツトであり、同じ定格出力の高周波
インバータの電力損失が3〜4ワツトであるのに
対し、本放電灯点灯装置の電力損失は2ワツトで
ある。このように電力損失が少いため回路の構成
部品の温度上昇が低く信頼性が高い。さらに本放
電灯点灯装置から放電灯に供給される電力は動作
周波数にほぼ比例するから、動作周波数を切換え
ることによつてランプ電力を変えることすなわち
調光ができる。また始動時に動作は制御回路のシ
ーケンスで決められるから、瞬時点灯をはじめ、
たとえば寿命がきた放電灯に対する処置あるいは
異常時の保護処置など他の点灯方式では実施困難
なプログラムを、上記制御回路に適切なシーケン
スを記憶させることによつて実施できる。さらに
電源、スイツチ、放電灯がコンデンサを介して直
列に接続されているため、異常時にも多くの場合
上記コンデンサが全電圧を分担して動作が停止し
た安全性にすぐれている。従来のチヨークコイル
では放電灯を点灯するためにランプ電圧の50〜
100%増の電源電圧が必要であるが、本放電灯点
灯装置はコンデンサ安定器が分担する電圧が低い
ためランプ電圧の25〜30%増の低い電源電圧で点
灯できる。また一定の電源電圧であランプ電圧を
高くすることできるので効率を上げることができ
る。
As mentioned above, the discharge lamp lighting device of the present invention does not use an inductance, and is composed of a capacitor as a ballast, a semiconductor switch, and a control circuit that instructs the opening/closing operation of the semiconductor switch. Since the size of the discharge lamp is inversely proportional to the operating frequency, it is possible to significantly reduce the size and weight of the discharge lamp lighting device by lighting the discharge lamp at a high frequency and integrating the semiconductor switch into a silicon chip and miniaturizing it as an integrated or hybrid integrated circuit. can do. The chiyoke palast required to light a 20W fluorescent lamp at a conventional commercial frequency has a small volume.
It was 100 cubic centimeters and weighed 400 grams, but the equivalent discharge lamp lighting device of the present invention weighs 50
It operates at kilohertz and can have a volume of less than 10 cubic centimeters and a weight of less than 50 grams. Therefore, by providing the discharge lamp lighting device of the present invention in the base of the small fluorescent lamp, it is possible to reduce the size and weight of the fluorescent lamp.
Compared to inverters and switching regulators that are composed of individual parts and include a ferrite transformer as an inductance, this discharge lamp lighting device has a significantly simpler configuration, is smaller and lighter, and reduces manufacturing costs. , Since the operation of the circuit is simple, it is easy to analyze and design. In addition, the power loss of the capacitor ballast is negligibly small, and the transistor, which is an active element, also operates as a switch, so power loss is minimized and the efficiency is extremely high. While the power loss of a high frequency inverter with the same rated output is 3 to 4 watts, the power loss of the present discharge lamp lighting device is 2 watts. Since the power loss is small in this way, the temperature rise of the circuit components is low and reliability is high. Furthermore, since the power supplied to the discharge lamp from the present discharge lamp lighting device is approximately proportional to the operating frequency, the lamp power can be changed, that is, dimming can be performed by switching the operating frequency. In addition, since the operation at startup is determined by the sequence of the control circuit, including instant lighting,
For example, by storing an appropriate sequence in the control circuit, programs that are difficult to implement with other lighting methods, such as measures for discharging lamps that have reached the end of their lifespan or protective measures in the event of an abnormality, can be executed. Furthermore, since the power supply, switch, and discharge lamp are connected in series through a capacitor, the capacitor often shares the entire voltage even in the event of an abnormality, providing excellent safety. Conventional chiyoke coils require 50 to 50% of the lamp voltage to light a discharge lamp.
Although a 100% increase in power supply voltage is required, this discharge lamp lighting device can be lit with a low power supply voltage that is 25 to 30% higher than the lamp voltage because the voltage shared by the capacitor ballast is low. Furthermore, since the lamp voltage can be increased with a constant power supply voltage, efficiency can be increased.
上記のように本発明は放電灯の電子点灯回路を
コンデンサと半導体スイツチと該半導体スイツチ
の開閉動作を指示する制御回路を用いて構成した
ことにより、放電灯点灯装置の小形化、軽量化、
集積化を行い、価格の低減、効率の向上、信頼性
の改善、低電圧点灯、調光、瞬時点灯、安全性の
向上など多くの顕著な効果を有するものである。 As described above, the present invention comprises an electronic lighting circuit for a discharge lamp using a capacitor, a semiconductor switch, and a control circuit for instructing the opening/closing operation of the semiconductor switch, thereby reducing the size and weight of the discharge lamp lighting device.
Through integration, it has many remarkable effects such as cost reduction, improved efficiency, improved reliability, low voltage lighting, dimming, instant lighting, and improved safety.
上記実施例は蛍光ランプにつて記したが、本発
明は他の放電灯に対しても実施することが可能で
ある。 Although the above embodiments have been described with respect to fluorescent lamps, the present invention can also be implemented with respect to other discharge lamps.
第1図は本発明による放電灯点灯装置の第1の
実施例を示す図で、aは1本の放電灯を1個のコ
ンデンサ安定器を用いて点灯した場合の回路図、
bは上記回路の制御回路102の内容を示すブロ
ツク図、cは上記回路の動作を示す波形図、第2
図は本発明の参考例を示す図で、1本の放電灯を
2個のコンデンサ安定器を使つて点灯した場合の
回路図、第3図は半導体素子を用いた回路の構成
例を示す図で、aはフオトカツプラで結合した回
路、bはトランジスタの直結回路の例である。
101,201……電源、103,203……
放電灯、105,205,206,……コンデン
サ安定器、111〜114,211〜218……
半導体スイツチ、a,b……電極、c……補助電
極。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a discharge lamp lighting device according to the present invention, and a is a circuit diagram when one discharge lamp is lit using one capacitor ballast;
b is a block diagram showing the contents of the control circuit 102 of the above circuit; c is a waveform diagram showing the operation of the above circuit;
The figure shows a reference example of the present invention, and is a circuit diagram when one discharge lamp is lit using two capacitor ballasts. Figure 3 is a diagram showing an example of the configuration of a circuit using semiconductor elements. Here, a is an example of a circuit connected by a photo coupler, and b is an example of a directly connected circuit of transistors. 101,201...power supply, 103,203...
Discharge lamp, 105, 205, 206,... Capacitor ballast, 111-114, 211-218...
Semiconductor switch, a, b... electrode, c... auxiliary electrode.
Claims (1)
101に直列に接続された第1の半導体スイツチ
111と、その一端が上記第1の半導体スイツチ
111の他端に直列に接続されたコンデンサ10
5と、該コンデンサ105の他端に直列に接続さ
れた放電灯103を構成する放電管の一端側に設
けられ、かつ、上記放電灯 103の放電開始直前までは予熱電流を流し、
上記放電灯103の放電開始後は放電電流を流す
ための第1の電極aと、その一端に上記第1の電
極aに直列に接続された第2の半導体スイツチ1
14と、該第2の半導体スイツチ114の他端に
直列に接続された上記放電灯103を構成する上
記放電管の他端側に設けられ、かつ、上記放電灯
103の上記放電開始直前までは上記予熱電流を
流し、上記放電灯103の上記放電開始後は上記
放電電流を流すための第2の電極bと、該第2の
電極bにその一端が直列に接続された第3の半導
体スイツチ112とを有し、上記第2の電極bと
第3の半導体スイツチ112との接続点には接地
電位が与えられ、上記第3の半導体スイツチ11
2の他端は上記第1の半導体スイツチ111の上
記他端に直列に接続され、第4の半導体スイツチ
113の一端は上記直流電源101に直列に接続
され、上記第4の半導体スイツチ113の他端は
ダイオードの一端に直列に接続され、上記ダイオ
ードの他端は上記第2の半導体スイツチ114の
上記一端に直列に接続され、上記ダイオードは上
記第4の半導体スイツチ113の上記他端側から
上記第2の半導体スイツチ114の上記一端側へ
のみ導通するように接続され、上記放電灯103
の予熱時には、上記第2の半導体スイツチ114
を常時導通状態に保持しつつ、上記第1の半導体
スイツチ111のみを導通する動作および上記第
3の半導体スイツチ112のみを導通する動作を
交互に繰返し、上記放電灯103の放電開始時に
は上記第4の半導体スイツチ113および上記第
3の半導体スイツチ112のみを導通するように
動作させ、それに引き続いて上記第1の半導体ス
イツチ111のみを導通するように動作をさせ、
上記放電灯103に上記放電開始後は上記第1の
半導体スイツチ111のみを導通する動作および
上記第3の半導体スイツチ112のみを導通する
動作を交互に繰返すように構成されていることを
特徴とする放電灯点灯装置。[Claims] 1. A DC power supply 101, a first semiconductor switch 111 whose one end is connected in series to the DC power supply 101, and whose one end is connected in series to the other end of the first semiconductor switch 111. capacitor 10
5 and one end of the discharge tube constituting the discharge lamp 103 connected in series to the other end of the capacitor 105, and a preheating current is applied until just before the discharge of the discharge lamp 103 starts;
After the discharge of the discharge lamp 103 starts, a first electrode a for passing a discharge current and a second semiconductor switch 1 connected in series to the first electrode a are connected to one end of the first electrode a.
14 and the other end of the discharge tube constituting the discharge lamp 103 connected in series to the other end of the second semiconductor switch 114, and immediately before the discharge of the discharge lamp 103 starts. A second electrode b for passing the preheating current and passing the discharge current after the start of discharge of the discharge lamp 103, and a third semiconductor switch, one end of which is connected in series to the second electrode b. 112, a ground potential is applied to the connection point between the second electrode b and the third semiconductor switch 112, and the third semiconductor switch 11
The other end of the fourth semiconductor switch 113 is connected in series to the other end of the first semiconductor switch 111, and one end of the fourth semiconductor switch 113 is connected in series to the DC power supply 101. one end of the diode is connected in series to one end of the diode, the other end of the diode is connected in series to the one end of the second semiconductor switch 114, and the diode is connected from the other end of the fourth semiconductor switch 113 to the The discharge lamp 103 is electrically connected only to the one end side of the second semiconductor switch 114.
When preheating, the second semiconductor switch 114
The operation of only conducting the first semiconductor switch 111 and the operation of conducting only the third semiconductor switch 112 are alternately repeated while maintaining the switch 111 in a conductive state at all times, and when the discharge lamp 103 starts discharging, the fourth semiconductor switch operating only the semiconductor switch 113 and the third semiconductor switch 112 to conduct, and subsequently operating only the first semiconductor switch 111 to conduct,
After the discharge starts in the discharge lamp 103, the operation of turning on only the first semiconductor switch 111 and the operation of turning on only the third semiconductor switch 112 are alternately repeated. Discharge lamp lighting device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19807082A JPS5987796A (en) | 1982-11-11 | 1982-11-11 | Device for firing discharge light |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19807082A JPS5987796A (en) | 1982-11-11 | 1982-11-11 | Device for firing discharge light |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5987796A JPS5987796A (en) | 1984-05-21 |
| JPH0444400B2 true JPH0444400B2 (en) | 1992-07-21 |
Family
ID=16385018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19807082A Granted JPS5987796A (en) | 1982-11-11 | 1982-11-11 | Device for firing discharge light |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5987796A (en) |
Family Cites Families (5)
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|---|---|---|---|---|
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| JPS5731933Y2 (en) * | 1979-08-06 | 1982-07-14 | ||
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-
1982
- 1982-11-11 JP JP19807082A patent/JPS5987796A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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