JPH0574582A - 白熱灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 駆動回路が故障、誤動作してもその出力信号
のオンデューティが一定値以上にならないように防止し
て、火災や人体に危害を加えないようにする。 【構成】 スイッチング素子ＳＷのオンデューティを決
める駆動回路１を設ける。スイッチング素子ＳＷのオン
期間が一定以上にならないように抑制する保護回路２を
設ける。今、駆動回路１が故障し、スイッチング素子Ｓ
Ｗのオンデューティ信号が定格時の場合より長くなった
場合、保護回路２がこれを検出する。保護回路２は、ス
イッチング素子ＳＷのオン期間が一定以上にならないよ
うに、強制的に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、商用電源から電圧変換
（降圧，周波数など）、又はオンオフ制御を行う点灯装
置を介して、ミニハロゲン電球を含む白熱灯を点灯させ
るための白熱灯点灯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】目的、用途に応じて適正な照明設計を行
うためには、配光設計が容易な光源を使用することが望
ましく、最も配光設計の自由度が大きいのは、点光源で
ある。その点光源に近い光源として、最近、低電圧ミニ
ハロゲン電球が広く使用されるようになってきた。この
ランプを点灯させるためには、通常、商用電源電圧を降
圧してランプの定格電圧にするための点灯装置が必要と
なる。

【０００３】その点灯装置の例を図７に示す。この従来
例は、商用電源を点灯装置によって高周波低電圧に変換
し、低電圧ミニハロゲン電球を点灯させるものである。
以下、図７の説明を行う。商用電源ＡＣを整流器Ｒｅに
て全波整流を行い、自励式ハーフブリッジ構成のインバ
ータの電源を作っている。インバータの発振を開始させ
るため、抵抗Ｒ₃ を介してコンデンサＣ₄ に充電し、ト
リガ素子Ｑ₃ （例えば、ＳＢＳなど）のブレークオーバ
電圧に達すると、トリガ素子Ｑ₃ がオンし、発振等トラ
ンジスタＱ₂ をオンさせる。この時、コンデンサＣ₃ に
充電された電荷は、降圧トランスＴ₁ の１次側及び電流
トランスＴ₂ の１次側を介してトランジスタＱ₂ に電流
が流れる。

【０００４】トランジスタＱ₂ がオンし始めて上記電流
が上昇する過程においては、トランジスタＱ₂ のベース
に接続された電流トランスＴ₂ の２次巻線には、トラン
ジスタＱ₂ を順バイアスする方向に電流が流れる。やが
て、電流トランスＴ₂ の１次側の電流は、ほぼランプ
（低電圧ミニハロゲン電球）Ｌの等価抵抗に相当する電
流に制限される。この時、電流トランスＴ₂ の２次側は
無バイアス状態となっている。トランジスタＱ₂ は無バ
イアスのため、蓄積時間経過後にオフに向かう。従っ
て、トランジスタＱ₂ に流れる電流は減少し始める。

【０００５】トランジスタＱ₂ のコレクタ電流が減少す
ると、電流トランスＴ₂ によってトランジスタＱ₂ は逆
バイアス、トランジスタＱ₁ は順バイアス方向に電圧が
発生し、やがてトランジスタＱ₂ がオフし、他方のトラ
ンジスタＱ₁ がオンする。以下、この動作を繰り返し、
発振を持続する。以上のような自励式ハーフブリッジ構
成のインバータを用いた場合には、共振用のコンデンサ
Ｃ₂ ，Ｃ₃ と、トランジスタＱ₁ ，Ｑ₂ が各々２個ずつ
必要であると共に、トランジスタＱ₁ ，Ｑ₂ 駆動用に電
流トランスＴ₂ が必要となり、部品点数が増え、回路が
大型化となる。

【０００６】これに対して、１石式インバータを利用し
たものは、共振用コンデンサやトランジスタが各々１個
ずつで済み、小型化に有利となる。例えば、特開昭５８
−５１４９６号公報などがある。しかし、１石式インバ
ータにおいても、自励式においては、任意に発振周波数
やオンデューテイを自由に制御できないために、調光や
ソフトスタートなどといった高付加価値機能が実現でき
ず、また、実現できても、高コスト、回路の大型化とい
った問題がある。

【０００７】そこで、１石式インバータにおいて、自由
にオンデューテイが制御できる他励式が考えられてい
る。図８に第２の従来例を示す。この回路は、直流電源
Ｅ（商用の交流電圧を整流回路で整流したものでも構わ
ない。）の両端にトランスＴの１次巻線ｔ₁ とスイッチ
ング素子ＳＷの直列回路を接続したもので、該トランス
Ｔの１次巻線ｔ₁ の両端にはコンデンサＣが接続され、
２次巻線ｔ₂ の両端にはダイオードＤを介してランプＬ
（低電圧ミニハロゲン電球）が接続されている。尚、コ
ンデンサＣがスイッチング素子ＳＷに並列に接続される
場合もある。

【０００８】ＦＥＴからなるスイッチング素子ＳＷのゲ
ートには駆動回路１が接続されている。この駆動回路１
により、スイッチング素子ＳＷは自由にその発振周波数
やオンデューテイを制御することができ、それにより、
出力電圧を可変して、ランプＬを調光させたり、また始
動時に出力電圧を徐々に昇圧させてソフトスタート機能
を付加することができる。

【０００９】図９に図８の従来例の各部の動作波形を示
し、以下にその動作説明を行う。尚、図９のイ〜ホは、
図８のイ点〜ホ点の波形である。イは、駆動回路１から
の出力信号であり、この発振周波数、オンデューテイは
任意に変えることができる。先ず、この出力信号イがオ
ンした時には、ニに示すように、コンデンサＣに配線な
どのインダクタンスから振動電流が流れて、減衰してい
く。そして、コンデンサＣの直流電源Ｅの＋側に＋の電
荷が蓄積される。その後、出力信号イがオフすると、コ
ンデンサＣに蓄えられた電荷は、トランスＴの１次巻線
ｔ₁ を介して放電するが、この方向は、２次巻線ｔ₂ に
接続されているダイオードＤの順方向に電流が流れる向
きであり、１次巻線ｔ₁ のインダクタンスは非常に小さ
く、一瞬にして急峻な電流が流れて、コンデンサＣをオ
ン時とは逆に充電する。

【００１０】逆向きに電流が終えると、今度はコンデン
サＣは、オン時と同じ方向で放電するが、この方向は、
２次巻線ｔ₂ に接続されているダイオードＤの逆方向に
電流が流れる向きで、２次巻線ｔ₂ に電流が流れないた
めに、１次巻線ｔ₁ のインダクタンスは、２次巻線ｔ₂
の出力端が開放と同じ条件となり、大きくなる。そのた
めに、その放電電流は小さく、時定数が長くなる。オフ
時には、以上の減衰振動を行い、最終的にコンデンサＣ
の電流はゼロとなる。その結果、スイッチング素子ＳＷ
の両端には、ハに示すような振動電圧が印加される。ま
た、トランスＴの１次巻線ｔ₁ には、ホに示す電流が流
れるために、該スイッチング素子ＳＷには、ロに示すよ
うな、ニとホを合成した電流が流れる。尚、コンデンサ
Ｃはスイッチング素子ＳＷと並列に接続される場合もあ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のような回路構成
においては、駆動回路１からの出力信号によりのみスイ
ッチング素子ＳＷがオンオフする。そのために、駆動回
路１が故障したり、誤動作した場合には、出力電圧が変
化する。故障、誤動作において、オンデューティが短く
なる場合には、出力電圧が下がって光出力が低下して、
安全サイドに働くが、オンデューティが長くなる場合に
は、出力電圧が高くなり、ランプＬの温度が高くなる。
その結果、器具温度が定格を越えて火災原因になった
り、スイッチング素子ＳＷが熱暴走して回路が破壊した
りする。また、ランプ印加電圧が高いと、最悪時には、
ランプＬが爆発して、人体に危害を加える可能性があ
る。

【００１２】本発明は上述の点に鑑みて提供したもので
あって、駆動回路が故障、誤動作してもその出力信号の
オンデューティが一定値以上にならないように防止し
て、火災や人体に危害を加えないようにすることを目的
とした白熱灯点灯装置を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、直流電源をト
ランスの１次巻線の一端に接続し、該トランスの１次巻
線の他端にスイッチング素子を接続すると共に、該トラ
ンスの１次巻線と並列に、又はスイッチング素子と並列
にコンデンサを接続し、スイッチング素子のオンデュー
ティを決める駆動回路を設け、トランスの２次巻線に上
記スイッチング素子がオンした時に電流が流れる向きに
ダイオードを接続して白熱灯を点灯させるようにした白
熱灯点灯装置において、異常時に駆動回路から定格時よ
り長いオンデューティ信号を出力した場合に、スイッチ
ング素子のオン期間が一定以上にならないように抑制す
る保護回路を設けたものである。

【００１４】

【作用】而して、スイッチング素子のオン期間が一定以
上にならないように抑制することにより、駆動回路が故
障等がした場合に、定格時よりも長いオンデューティ信
号を出力しても、スイッチング素子のオン期間が一定以
上にならず、白熱灯への高電圧の印加を防止し、白熱灯
の管壁の温度上昇を抑えて、器具温度が定格を越えて、
火災に至るのを防止でき、また、白熱灯の爆発を防止
し、人体への危害を防ぐことができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。本発明は、駆動回路１が故障、誤動作しても、一
定以上のオンデューティの信号を出力させないようにし
たものである。 （実施例１）図１に回路図を示す。基本回路構成は第２
の従来例と同じであり、異なる点は、スイッチング素子
ＳＷの両端に保護回路２を接続し、該保護回路２の出力
を駆動回路１に入力するようにした点である。

【００１６】図２は駆動回路１の具体例を示し、スイッ
チングレギュレータようＩＣ３（μＰＣ１０９４）を用
いたもので、抵抗Ｒ₂ とコンデンサＣ₂ により発振周波
数が任意に設定でき、また、ボリュームＶＲによりオン
デューティが任意に設定できるものである。駆動回路１
の出力端子には図４のハに示すような矩形波信号が出力
される。

【００１７】図３は保護回路２の具体例を示し、スイッ
チング素子ＳＷのドレイン・ソース間に抵抗Ｒ₄ ，Ｒ₅
の直列回路を接続し、該抵抗Ｒ₄ とＲ₅ の接続点にツエ
ナーダイオードＺＤ₁ のカソードを接続すると共に、該
ツエナーダイオードＺＤ₁ のアノードを抵抗Ｒ₆ を介し
てトランジスタＱのベースに接続している。また、トラ
ンジスタＱのコレクタは、上記スイッチング素子ＳＷの
ゲートに接続され、該トランジスタＱのエミッタはスイ
ッチング素子ＳＷのソースに接続してある。

【００１８】次に、回路動作について図４の波形図を用
いて説明する。駆動回路１が正常な場合、ハに示す矩形
波信号が出力され、それと主回路の定数とからイに示す
波形と相似波形がスイッチング素子ＳＷの両端に印加さ
れる。抵抗Ｒ₅ により分圧された振動波形イを基にツエ
ナーダイオードＺＤ₁ のツエナー電圧Ｖ_ZD1 より高い期
間、トランジスタＱへベース信号ロが与えられ、オンす
る。該トランジスタＱがオンしている期間は、駆動回路
１からスイッチング素子ＳＷオンのゲート信号が出てい
ても、スイッチング素子ＳＷのゲート・ソース間が、該
トランジスタＱで短絡していて、スイッチング素子ＳＷ
はオンしない。

【００１９】ハに示すような正常な駆動信号において
は、ロの信号と重なる部分がないために、ゲートへ入力
される駆動信号ニは、ハと同じ波形となる。駆動回路１
が故障などから誤動作して、ホに示すように非常に長い
スイッチング素子ＳＷのオン期間信号を出力した場合に
は、波形ホと波形ロが重なる斜線部分でスイッチング素
子ＳＷのオン期間がカットされて、ヘに示す残りの部分
でスイッチング素子ＳＷがオンされて、スイッチング素
子ＳＷのドレイン・ソース間にはトに示す振動電圧Ｖ_DS
の波形が発生する。

【００２０】（実施例２）実施例２の保護回路２を図５
に示す。全体の基本回路は第２の従来例と同じである。
図５に示すように、抵抗Ｒ₁ とＲ₂ の直列回路がスイッ
チング素子ＳＷの両端に接続され、該抵抗Ｒ₂の両端に
ツエナーダイオードＺＤ₁ 、コンデンサＣ ₁ と抵抗Ｒ₃
からなる直列回路が接続されている。

【００２１】コンデンサＣ₁ と抵抗Ｒ₃ の接続点はタイ
マー回路４のタイマーＩＣ５のトリガ入力端子に接続
されている。タイマーＩＣ５の出力端子は、抵抗Ｒ₅
を介してトランジスタＱのベースに接続されている。次
に、図６を用いて回路動作を説明する。抵抗Ｒ₂ の両端
には、スイッチング素子ＳＷのドレイン・ソース間電圧
の分圧波形イが印加されていて、それをツエナーダイオ
ードＺＤ₁ のツエナー電圧Ｖ_ZD1 と比較し、抵抗Ｒ₃ の
両端に波形ハに示すトリガ波形を発生させて、それによ
りタイマー回路４を動作させて、回路定数から規定され
るタイマー信号ニを出力させる。

【００２２】このタイマー信号ニでトランジスタＱをオ
ンさせて、第１の従来例と同様、この期間、駆動回路１
からの誤った信号がきても、スイッチング素子ＳＷがオ
ンしないように働く。すなわち、図６のトに示すよう
に、駆動回路１の故障時にはオンデューティが広くなっ
た信号が出力されるが、保護回路２により、図６のチに
示すように、タイマーＩＣ５の動作にて、オンデューテ
ィが一定値以下に規制されて、スイッチング素子ＳＷへ
のゲート入力信号が出力される。

【００２３】実施例１においては、強制的にスイッチン
グ素子ＳＷがオフされる期間は、主回路による共振電圧
波形とツエナーダイオードＺＤ₁ のツエナー電圧とによ
り、一義的に決まり、自由に変えることができないが、
この実施例２においては、タイマー回路４の時定数を任
意に設定でき、自由度が増えて、より安全側でスイッチ
ング素子ＳＷのオン期間を規制することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は上述のように、直流電源をトラ
ンスの１次巻線の一端に接続し、該トランスの１次巻線
の他端にスイッチング素子を接続すると共に、該トラン
スの１次巻線と並列に、又はスイッチング素子と並列に
コンデンサを接続し、スイッチング素子のオンデューテ
ィを決める駆動回路を設け、トランスの２次巻線に上記
スイッチング素子がオンした時に電流が流れる向きにダ
イオードを接続して白熱灯を点灯させるようにした白熱
灯点灯装置において、異常時に駆動回路から定格時より
長いオンデューティ信号を出力した場合に、スイッチン
グ素子のオン期間が一定以上にならないように抑制する
保護回路を設けたものであるから、スイッチング素子の
オン期間が一定以上にならないように抑制することによ
り、駆動回路が故障等がした場合に、定格時よりも長い
オンデューティ信号を出力しても、スイッチング素子の
オン期間が一定以上にならず、白熱灯への高電圧の印加
を防止し、白熱灯の管壁の温度上昇を抑えて、器具温度
が定格を越えて、火災に至るのを防止でき、また、白熱
灯の爆発を防止し、人体への危害を防ぐことができる効
果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体の回路図である。

【図２】同上の駆動回路の具体回路図である。

【図３】同上の保護回路の具体回路図である。

【図４】同上の動作波形図である。

【図５】同上の実施例２の保護回路の具体回路図であ
る。

【図６】同上の動作波形図である。

【図７】第１の従来例の回路図である。

【図８】第２の従来例の回路図である。

【図９】同上の動作波形図である。

【符号の説明】

１ 駆動回路 ２ 保護回路 Ｃ コンデンサ Ｔ トランス Ｄ ダイオード Ｌ ランプ ＳＷ スイッチング素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源をトランスの１次巻線の一端に
   接続し、該トランスの１次巻線の他端にスイッチング素
   子を接続すると共に、該トランスの１次巻線と並列に、
   又はスイッチング素子と並列にコンデンサを接続し、ス
   イッチング素子のオンデューティを決める駆動回路を設
   け、トランスの２次巻線に上記スイッチング素子がオン
   した時に電流が流れる向きにダイオードを接続して白熱
   灯を点灯させるようにした白熱灯点灯装置において、異
   常時に駆動回路から定格時より長いオンデューティ信号
   を出力した場合に、スイッチング素子のオン期間が一定
   以上にならないように抑制する保護回路を設けたことを
   特徴とする白熱灯点灯装置。