JPH06176883A - 蛍光灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インバータ方式の蛍光灯点灯装置の点灯負荷
回路の異常電流、またはスイッチング素子の過電流に対
する回路保護を目的とする。 【構成】 点灯負荷回路２１がｎ個、高周波インバータ
回路５１のスイッチング出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に
複数並列接続して構成される蛍光灯点灯装置であって、
負側直流入力Ｂに接続されたスイッチング素子Ｑ２のソ
ース側に電流検出点Ｘを有する異常電流検出・制御回路
１を設け、前記スイッチング素子Ｑ２に流れるソース電
流ｉｓを常時モニターすることによって、前記複数の点
灯負荷回路２１に異常電流が所定の許容時間を超えて流
出した場合、またはスイッチング素子Ｑ２に許容値を超
える過電流が流れた場合の双方の異常を前記一つの異常
検出・制御回路１で検知すると共に、前記何れかの異常
発生後直ちに前記高周波インバータ回路５１の高周波出
力を遮断するように構成されており、従来スイッチング
素子に付加されていた保護回路が削除されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の蛍光灯の点灯装
置において生ずる点灯負荷回路の異常電流、またはスイ
ッチング回路の過電流に対する高周波インバータ点灯装
置の保護に関わり、さらに詳細には、蛍光灯寿命末期に
おける異常電流を含む点灯負荷回路の異常状態を検出
し、少なくとも一負荷に一過性でない異常状態が生じた
場合、または高周波インバータ回路のスイッチング素子
に過電流が流れた場合に、一つの異常検出回路で双方の
異常状態をそれぞれ検出して、高周波インバータ回路の
出力を遮断させることにより蛍光灯点灯装置全体の破壊
及び異常発熱を防止し保護するように構成した蛍光灯点
灯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、インバータ方式の蛍光灯点灯装
置は図３に示すような蛍光灯２０のフィラメントＦＬ、
限流コイルＬ、コンデンサＣで構成される直列共振回路
を点灯負荷回路２１として、商用電源５０／６０Ｈｚを
用いた高周波インバータ回路にて上記点灯負荷回路の共
振周波数近傍の単一周波数ｆｎ（数十ＫＨｚ）を出力し
（Ｅ）、共振作用によって高電圧を発生させて蛍光灯２
０を点灯し、点灯後は管電流ｉＲによりダンプされ、低
電圧にて定常点灯状態となるように構成されている。

【０００３】例えば図３に示される直列共振回路２１に
おける具体的測定例で上記共振現象を説明すると以下の
通りである。

【０００４】図中において、コイルのインダクタンスＬ
＝９１０μＨ、コンデンサのキャパシタンスＣ＝０．０
０８２μＦ、入力電圧Ｅ＝１３０Ｖ、動作周波数ｆｎ＝
５０ｋＨｚ、蛍光管ＦＬ３２Ｓの場合、通常点灯時のコ
イルに流れる電流ｉＬは０．４３Ａとなる。

【０００５】しかしながら、蛍光管の寿命末期になると
管電流ｉＲが減少して直列共振状態に近づき、電流ｉＬ
は１．０６Ａ程度まで上昇する。

【０００６】一般にこの程度の電流値では限流コイルＬ
が飽和することの無いように配慮されているが、電流増
加によりコアの損失が増加し、限流コイルの温度上昇を
招く。この結果、コアの直流重畳特性が悪化し、さらに
電流ｉＬは増加することになる。

【０００７】コアには許容重畳直流電流が定められてい
るが、該許容値を越えると図４に示すようにコアが完全
に飽和して限流能力を失い（Ｔｓ期間）、急激な電流増
加が起きる。

【０００８】上記状態に至ると、コイルは急激な温度上
昇により破壊に至り、また高周波インバータ回路は過負
荷状態となって破壊に至る危険な状態となる。さらには
蛍光灯のフィラメント断線をも引き起こし、装置全体の
使用不能状態や火災の発生につながる危険な状態に発展
する場合もある。

【０００９】現在は上記点灯負荷回路２１に発生する異
常電流を検出するための検出回路を有するインバータ方
式の蛍光灯点灯装置が考案されており、図５に示す回路
構成がその代表的なものである。

【００１０】図５はｎ個の複数蛍光灯を点灯させるイン
バータ方式の蛍光灯点灯装置であって、コイル及びコン
デンサから成る（Ｌｏ１、Ｃｏ１）〜（Ｌｎ、Ｃｏｎ）
は各々直列共振回路を形成しており、蛍光灯ＦＬ１〜Ｆ
Ｌｎが点灯している間はリングコア２５を介した検出点
Ｙ点において正常な各蛍光灯の合成電流が流れている。

【００１１】次に蛍光灯の寿命末期または故障により、
少なくとも一本の蛍光灯に異常に大きい高周波電流が発
生した場合、合成電流中に含まれる異常高周波電流成分
をリングコア２５によってピックアップし、規定電流値
以上の場合のみ異常電流検出回路２６により、制御回路
２７へ遮断信号２８を出して高周波インバータ回路の出
力を遮断させるように構成されている。この際、所定の
時間内に検出電圧を積分回路にて積算し、比較器によっ
て一定のしきい値を超えた場合のみ制御回路が働くよう
に構成して一過性のノイズの場合はしきい値を超えない
ようにし、継続性のある異常状態と区別され得るように
なっている構成の検出回路も考案されている。

【００１２】また、他の点灯負荷回路２１に発生する異
常電流に対する保護回路としては、異常時には高周波イ
ンバータ回路のスイッチング素子に流れる電流波形が正
常時に対し位相のずれを生ずるとの考察から、電流絶対
値の判別でなく、前記位相のずれをパルス幅弁別器によ
って検出し、異常状態、特に蛍光灯の寿命末期の異常電
流の発生した場合に制御回路を働かせるという手法が考
案されている。

【００１３】次に、高周波インバータ回路におけるスイ
ッチング回路の回路障害、特にスイッチングのタイミン
グ不良に起因するスイッチング素子に流れる過電流及び
その保護回路について説明する。

【００１４】上記過電流が流れる原因は、通常時インバ
ータ出力の直列に接続されたスイッチング素子（一般に
パワーＭＯＳＦＥＴが多用される。）のゲート電位を数
十キロサイクルの周期で交互に与えてオン・オフ状態を
交互に実現してインバータ出力として高周波交流電圧を
発生させるのであるが、この場合直流電源間に直列に接
続された前記スイッチング素子が同時にオン状態となる
と、電源ショート状態となって過電流がスイッチング素
子に流れてしまうところにある。

【００１５】上記状態では素子の破壊、さらには発熱・
発火を誘発しかねない状態になりかねない。

【００１６】もっとも一般には交互にオン・オフする間
に双方ともオフ状態となる休止期間が設けてあり、通常
は上記状態に陥ることは無い。しかしながら外来のノイ
ズの侵入や電源電圧の急激な変動等で前記異常状態の発
生の危険は皆無とは言えない。

【００１７】従来は上記過電流対策として各スイッチン
グ素子にそれぞれ別個に保護回路が設けられるのが一般
的であった。

【００１８】上記従来のスイッチング素子に対する保護
回路１２としては、図６の蛍光灯点灯装置に示されるよ
うに、直流入力ＡーＢ間に直列に接続されたスイッチン
グ素子（例えばパワーＭＯＳＦＥＴ）Ｑ１、Ｑ２のゲー
トとソース間に挿入され、スイッチング素子が同時にオ
ン状態となって過電流が流れ続けてしまうのを防止する
所謂スルー・ショートプロテクタが一般に利用されてい
た。

【００１９】この回路動作はＱ１、Ｑ２がオンの状態で
小さな値（０．１Ω程度）の検出抵抗Ｒｘに過電流が流
れた場合に、Ｒｘ両端の電圧が上昇して分岐経路の抵抗
Ｒｃの電位が高くなり、サイリスタ（ＳＣＲ；シリコン
制御整流素子）ＣＲ１、ＣＲ２のゲートに電流が流れて
サイリスタがオンする。通常のスイッチング電流ではサ
イリスタがオンしないように各抵抗でしきい値を設定し
ておく。

【００２０】サイリスタＣＲ１、ＣＲ２がオンするとス
イッチング素子のゲート電位が与えられなくなってＱ１
及びＱ２がオフ状態に固定され高周波出力が遮断された
状態となる。また、サイリスタＣＲ１、ＣＲ２は一旦オ
ンすれば電源を切断するまでオン状態が維持される。

【００２１】また、図６の回路中には先に述べた複数
（ｎ個）の点灯負荷回路２１の異常状態に対する保護回
路としてスイッチング出力と前記点灯負荷回路２１の間
に挿入したリングコア２５によって異常電流を検出し、
異常電流検出・制御回路２９にて高周波インバータ回路
の出力を遮断させるようにも構成されている。この際、
出力の遮断は例えば補助電源回路３０を切る方法、発振
・パルス成形駆動回路３１の発振を停止する方法等があ
る。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の点灯負荷回路２１における異常電流検出回路２６の
構成においては、検出点がＹ点の一カ所であり、点灯負
荷回路における異常電流が検出されるのみである。した
がって、スイッチング回路における直列に接続された交
互にオン・オフを繰り返す２個のスイッチング素子が何
らかの原因で同時にオンした場合に流れる過電流に対し
ては検出できない。

【００２３】一方、上記スイッチング素子の過電流に対
する保護回路１２は図に示されたように、ゲート付きダ
イオードＣＲ１と容量と抵抗素子とダイオードで構成さ
れており、ＣＲ１は通常はオープンであるが、異常電流
がソース側に流れてゲートに電圧がかかると動作し、ス
イッチング素子のゲートにかかる駆動パルスを潰してし
まうように動作する。この際、上記保護回路のアースポ
イント電位は各々スイッチング素子で異なるので絶縁ト
ランスＴを介して一次側と制御を独立させている。

【００２４】したがって、上記従来の保護回路において
は、二個の保護回路を要し、スペース、コスト的に不利
である。

【００２５】以上のようにインバータ方式の蛍光灯点灯
装置１００においては高周波スイッチング素子Ｑ１，Ｑ
２を動作させることから、従来方式に比して極めて複雑
な回路構成となっており、異常状態発生時の保護回路も
数回路必要となっている。

【００２６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、一つの検出回路でインバータ制御系を含む故障時
のスイッチング素子の保護及び点灯負荷回路側の異常電
流による装置の破損・火災等の危険防止が共に可能であ
り、またスイッチング部とインバータ制御系の完全分離
ができ、保護回路設計が簡単になる蛍光灯点灯装置を提
供するものである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明は、蛍光灯と、前
記蛍光灯に直列に接続された限流コイルと、蛍光灯のフ
ィラメントの非電源側に並列に接続されたコンデンサ
と、から成る点灯負荷回路を、高周波インバータ回路の
スイッチング出力端子に複数並列接続して構成される蛍
光灯点灯装置において、前記高周波インバータ回路の負
側直流入力に接続されたスイッチング素子のソース側に
電流検出点を有する異常検出・制御回路を設け、前記負
側直流入力に接続されたスイッチング素子に流れるソー
ス電流を常時モニターすることによって、前記複数の点
灯負荷回路の少なくとも一回路に点灯時の動作周波数よ
りも高い高周波成分を含んだ異常電流が所定の許容時間
を超えて流出した場合、または前記高周波インバータ回
路の直流入力間に直列接続された２個のスイッチング素
子が同時にオン状態となって所定の許容値を超える過電
流がスイッチング素子に流れた場合の双方の異常を前記
一つの検出・制御回路で検知すると共に、前記何れかの
異常発生後直ちに前記高周波インバータ回路の出力を遮
断するように構成されていることを特徴とする蛍光灯点
灯装置を提供することにより上記目的を達成するもので
ある。

【００２８】

【作用】本発明におけるインバータ方式の蛍光灯点灯装
置は、検出・制御回路内部の積算回路とコンパレータに
よって、複数の点灯負荷回路の少なくとも一つの回路に
おいて異常電流が生じた場合、該異常を高周波インバー
タ回路における全点灯負荷回路に流入する合成電流の異
常として検出し、異常が一過性の雑音によるものか、蛍
光管の末期症状、回路障害、その他故障等によるものか
を異常電流が所定の許容時間を越えて流出したか否かに
よって識別する。

【００２９】次に、後者の場合にのみ高周波インバータ
回路が具備している保護回路を作動させて遮断信号を高
周波インバータ出力回路に送り出力を遮断する。この遮
断のためのスイッチ回路は自動復帰しない保持回路であ
って出力の遮断状態を維持し続ける。

【００３０】一方、前記検出・制御回路は高周波インバ
ータ回路における誤動作・故障時のスイッチング素子に
過電流が流れた場合にもこれを検出し、前記点灯負荷回
路の異常の場合と同様に高周波インバータ出力回路に遮
断信号を送り出力を遮断するように働く。

【００３１】したがって、一つの検出・制御回路にてイ
ンバータ制御系を含む故障時のスイッチングトランジス
タの保護及び負荷側の異常電流による点灯装置の破損、
火災等の危険防止が可能となるので、各個別に保護回路
もしくは検出・制御回路を設ける必要がなく、全体回路
の構成が簡単になる。

【００３２】検出部が絶縁型の電流センサー（例えばリ
ングコア）になっており、負側スイッチング素子のソー
スラインと絶縁されているので、検出・制御回路の接地
点をＡＣラインと分離できる。

【００３３】したがって、制御回路の出力である制御信
号（遮断信号）を自由に目的の回路に直結できることに
なり、回路設計の自由度が増す。

【００３４】

【実施例】本発明者の研究によれば、蛍光管点灯装置に
おいて憂慮すべき種々の異常状態時（例えば寿命末期や
接触不良等）においては一般に異常電流の中に高い周波
数成分が含まれており、該高周波成分は現在最も多く使
用されている蛍光灯インバータの動作周波数（略５０Ｋ
Ｈｚ）と比べて大きく離れていることが確認されてい
る。

【００３５】したがって、何らかの異常が発生した場合
に、該異常電流の高周波成分に着目してこれを選択・検
出すれば、定常状態の周波数に関係なく異常状態を識別
でき、また、単なる一過性の雑音等による場合を識別
し、異常状態と分けて保護回路が不必要に作動しないよ
うにすることができる。

【００３６】以上を前提に本発明に係わる蛍光灯点灯装
置の具体例を図１、図２を基に詳述する（なお、従来の
蛍光灯点灯装置１００と同様構成部品は同符号を使用す
る）。

【００３７】図１は本発明に係わる異常電流検出・制御
回路１を含む蛍光灯点灯装置５０のブロック回路図であ
って、蛍光灯２０と、前記蛍光灯に直列に接続された限
流コイルＬｏ１と、蛍光灯のフィラメントの非電源側に
並列に接続されたコンデンサＣｏ１と、から成る点灯負
荷回路２１がｎ個、高周波インバータ回路５１のスイッ
チング出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に複数並列接続して
構成される蛍光灯点灯装置であって、前記高周波インバ
ータ回路５１の負側直流入力Ｂに接続されたスイッチン
グ素子Ｑ２のソース側に電流検出点Ｘを有する異常電流
検出・制御回路１を設け、前記負側直流入力Ｂに接続さ
れたスイッチング素子Ｑ２に流れるソース電流ｉｓを常
時モニターすることによって、前記複数の点灯負荷回路
２１の少なくとも一回路に寿命末期や接触不良等の原因
で点灯時の動作周波数ｆｎよりも高い高周波成分を含ん
だ異常電流が所定の許容時間を超えて流出した場合、ま
たは前記高周波インバータ回路５１の直流入力間ＡーＢ
に直列接続された２個のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が
同時にオン状態となって許容値を超える過電流がスイッ
チング素子Ｑ２に流れた場合の双方の異常を前記一つの
異常検出・制御回路１で検知すると共に、前記何れかの
異常発生後直ちに前記高周波インバータ回路５１の高周
波出力を遮断するように構成されており、従来のスイッ
チング素子保護回路１２（図６中）が削除されている。

【００３８】本発明の主とする着眼点は、異常電流発生
に対する保護回路として従来は各個別に設けられていた
ものを一つの検出回路にて行えるようにすべく、高周波
インバータ回路５１の負側直流入力Ｂに接続されたスイ
ッチング素子Ｑ２のソース側の電流経路に電流検出点Ｘ
を設定し、異常電流の電流値を検出するようにしたとこ
ろにある。

【００３９】この点、点灯負荷回路２１に発生する異常
については、図６の従来の検出点Ｙはインバータ回路の
出力ＯＵＴ１と点灯負荷回路２１間の電流経路に設定さ
れており、各スイッチング素子の交互の動作にて検出点
には往復電流ｉｏｕｔがピックアップされるが、図１の
検出点Ｘにおいてはスイッチング素子Ｑ２がオンの時の
みの一方向のソース電流ｉｓがピックアップされるの
で、検出電流値は前記従来の場合に比べて半減する。

【００４０】しかしながら、実験によれば異常状態時の
検出電流は該半分の電流値で十分検出可能であり、点灯
負荷回路２１の異常は確実に検知されることが確認され
ている。

【００４１】一方、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の過電
流発生の異常に対しても、検出点Ｘの電流経路でＱ２の
ソース電流ｉｓの急激な変化としてピックアップされる
ので、異常電流検出・制御回路１はスイッチング素子Ｑ
１、Ｑ２の保護回路としても有効に働く。

【００４２】次に、異常電流検出・制御回路１の具体例
を図２に示す。

【００４３】図中、２は異常電流をピックアップする異
常検出センサー部であり、リングコア２５で構成され
る。このリングコア２５の二次側の誘導起電圧は帯域消
去フィルタ３によって点灯負荷回路の高周波異常電流に
よるもの、及びスイッチング素子の過電流（周波数とし
ては低域）によるものを双方選択通過させる。次に整流
・平滑回路４のＤ１で整流後、コンデンサＣ３、抵抗Ｒ
１により平滑し、次に急激な変化量のみを取り出すため
に微分・クランプ回路５を通し、必要とするパルス幅の
電圧信号を得る。

【００４４】積分回路６は前述のように当該回路の誤動
作防止を目的としており、コンデンサによる積算機能を
有し、積算の時定数（Ｃ５、Ｒ３）を適当に選択するこ
とにより、危険度の低い外来雑音の侵入または一過性の
短時間の異常は積算値が低くなる一方、高周波成分を有
する異常状態においては積算値が大きくなり、両者の識
別が可能となる。

【００４５】しきい値設定回路７はある設定値（しきい
値）以上の電圧発生で動作するＩＣ回路であり、当該設
定値は前記積算値がどの程度の危険性を持つか否かで判
断する値にＲ５にて設定する。

【００４６】しきい値設定回路７が動作状態となると該
出力がスイッチ回路８に入力される。該回路は一度入力
信号が入った後はその状態を保持するラッチ回路であ
り、その遮断信号１０は高周波インバータ回路の補助電
源回路３０もしくは発振パルス成形駆動回路３１に送ら
れ、スイッチング出力を遮断することとなる。

【００４７】なお、本発明に係わる蛍光灯点灯装置５０
の回路構成は上記実施例に限定されるものではなく、蛍
光管点灯装置５０の異常電流検出点Ｘを高周波インバー
タ回路５１の負側直流入力Ｂに接続されたスイッチング
素子Ｑ２のソース側に設定して、前記異なる原因の２つ
の異常状態時の異常電流をそれぞれピックアップする方
式の異常電流検出・制御回路が保護回路として備えられ
ていれば他の回路構成であってもよい。

【００４８】また、本インバータ方式の蛍光灯点灯装置
５０のスイッチング出力回路は従来の高周波インバータ
回路に用いられるものと同様であって、出力を遮断する
には前述のように例えば補助電源回路の出力を切る方法
や発振を停止させる方法等にて容易に実施できることは
言うまでもない。

【００４９】この点、検出部が絶縁型の電流センサー
（例えばリングコア）になっており、負側スイッチング
素子のソースラインと絶縁されているので、異常電流検
出・制御回路１の接地点をＡＣラインと分離でき、制御
系回路がスイッチング回路と切り離して構成できる。

【００５０】したがって、制御回路の出力である制御信
号（遮断信号）を自由に目的の回路に直結できることに
なり、回路設計の自由度が増す。

【００５１】

【発明の効果】本発明に係わる蛍光灯点灯装置は、上記
のように構成されているため、以下に記載するような効
果を有する。

【００５２】（１）一つの検出回路でインバータ制御系
を含む故障時のスイッチング素子の保護、及び負荷点灯
回路の異常電流による装置の破損・火災等の危険防止が
双方可能であるという優れた効果を有する。

【００５３】（２）高周波インバータ回路のスイッチン
グ回路と制御系回路の完全分離ができ、回路の簡素化、
制御ポイントの選定に自由度が拡大されるという優れた
効果を有する。

【００５４】（３）スイッチング素子のゲート・ソース
間の保護回路が不要になり、回路構成が簡単になるとと
もにコストが低減されるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる蛍光灯点灯装置のブロック回
路図

【図２】 異常電流検出・制御回路の回路図

【図３】 点灯負荷回路

【図４】 異常電流波形

【図５】 従来の点灯負荷回路の異常電流検出回路を備
えた蛍光灯点灯装置のブロック回路図

【図６】 従来のスイッチング素子保護回路と点灯負荷
回路の異常電流検出・制御回路を備えた蛍光灯点灯装置
のブロック回路図

【符号の説明】

１ 異常電流検出・制御回路 ２ 異常検出センサー部 ３ 帯域消去フィルタ ４ 整流・平滑回路 ５ 微分・クランプ回路 ６ 積分回路 ７ しきい値設定回路 ８ スイッチ回路 ９ 直流電源 １０ 遮断信号 １２ スイッチング素子保護回路 ２０ 蛍光灯 ２１ 点灯負荷回路 ２５ リングコア ２６ 異常電流検出回路 ２７ 制御回路 ２９ 異常電流検出・制御回路 ３０ 補助電源回路 ３１ 発振・パルス成形駆動回路 ５０ 蛍光灯点灯装置 ５１ 高周波インバータ回路 １００ 蛍光灯点灯装置 Ａ 直流入力（正側） Ｂ 直流入力（負側） Ｃ、Ｃｏ１、Ｃ１、… コンデンサ Ｌｏ１、… 限流コイル Ｌ１、… コイル ＯＵＴ１、ＯＵＴ２ スイッチング出力端 Ｑ１ 正側スイッチング素子 Ｑ２ 負側スイッチング素子 Ｒｘ 検出抵抗 Ｒ、Ｒ１、… 抵抗 ＣＲ１、… サイリスタ（ＳＣＲ；シリコン制御整流素
子） ｉｓ Ｑ２のソース電流 Ｘ、Ｙ 検出点

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蛍光灯と、前記蛍光灯に直列に接続され
   た限流コイルと、蛍光灯のフィラメントの非電源側に並
   列に接続されたコンデンサと、から成る点灯負荷回路
   を、高周波インバータ回路のスイッチング出力端子に複
   数並列接続して構成される蛍光灯点灯装置において、前
   記高周波インバータ回路の負側直流入力に接続されたス
   イッチング素子のソース側に電流検出点を有する異常検
   出・制御回路を設け、前記負側直流入力に接続されたス
   イッチング素子に流れるソース電流を常時モニターする
   ことによって、前記複数の点灯負荷回路の少なくとも一
   回路に点灯時の動作周波数よりも高い高周波成分を含ん
   だ異常電流が所定の許容時間を超えて流出した場合、ま
   たは前記高周波インバータ回路の直流入力間に直列接続
   された２個のスイッチング素子が同時にオン状態となっ
   て所定の許容値を超える過電流がスイッチング素子に流
   れた場合の双方の異常を前記一つの異常検出・制御回路
   で検知すると共に、前記何れかの異常発生後直ちに前記
   高周波インバータ回路の出力を遮断するように構成され
   ていることを特徴とする蛍光灯点灯装置。