JPH066478Y2 - Ｅｌランプ点灯用インバータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【産業上の利用分野】 本考案はＥＬランプ点灯用のインバータに関するもので
ある。

【従来の技術】

ＥＬランプは、普通、数十〜数百ボルト、数百〜数ＫHz
の周波数の交流で点灯される。 またランプ用のインバータは、１００Ｖ、６０Hzの商用
電源か、または数ボルトの直流で駆動されるものが一般
的である。 従って、ＥＬランプ点灯用のインバータは、供給された
電力を、ＥＬランプを点灯できる電圧と周波数とに変換
する必要がある。 このことを実現するインバータは、供給電圧を所定の電
圧に昇圧する昇圧回路と、昇圧された直流を交流に変換
するＤＣ−ＡＣ変換回路とで構成される。 このインバータは、ＤＣ−ＡＣ変換回路の出力側にＥＬ
ランプを接続する。ＤＣ−ＡＣ変換回路は、好ましくは
サイン波をＥＬランプに供給する。矩形波に比較する
と、サイン波は、ＥＬランプを能率よく発光できるから
である。しかしながら、出力波形がサイン波であるＤＣ
−ＡＣ変換回路は、出力段の電力効率が低く、出力段の
発熱量が多く、しかも、供給電力当りの出力電力が低く
なる欠点がある。それは、出力波形をサイン波とするた
めに、出力段をオン、オフ制御できないことが理由であ
る。 出力段をオン、オフ制御できるＤＣ−ＡＣ変換回路は、
電力の変換効率を高くできる。しかしながら、このイン
バータは、ＥＬランプの発光効率が低下する欠点があ
る。この欠点を解決するために、ＥＬランプにリアクト
ルを直列に接続し、リアクトルとＥＬランプのキャパシ
タンスとで直列共振させ、ＥＬランプをサイン波で励起
するインバータが開発されている。 このインバータを第４図に示す。このインバータは、電
力効率が高く、しかも、ＥＬランプを能率よく発光でき
る特長がある。第４図に示すインバータは、ＤＣ−ＡＣ
変換回路の出力側に、直列に接続された一対のスイッチ
ング素子Ｑ_７〜Ｑ_８を備えている。直列に接続されたス
イッチング素子Ｑ_７、Ｑ_８の中点に、リアクトルＬ_３と
ＥＬランプとの直列共振回路を負荷として接続してい
る。シリーズに接続されたスイッチング素子Ｑ_７、Ｑ_８
は、オン、オフを交互に切り換えている。 ところが、このインバータは、負荷のリアクトルＬ_３と
ＥＬランプが共振する際、逆電圧を発生しそれがスイッ
チング素子Ｑ_７、Ｑ_８を逆方向にドライブする。このた
め、Ａ点を流れる電流波形は第５図に示すように、ゼロ
クロスして逆方向に電流が流れている。 従ってスイッチング素子Ｑ_７、Ｑ_８がオフからオンに切
り替わる時、この逆電流分も流し込む必要があるため、
両スイッチング素子Ｑ_７、Ｑ_８を一瞬ショートしたよう
な電流が流れ、これがスイッチング素子Ｑ_７、Ｑ_８の発
熱を招き、効率低下の原因となっている。 スイッチング素子に流れる大電流は、スイッチング素子
を一時的に過負荷の状態とする。このため、スイッチン
グ素子には、大電流に耐えるトランジスタ等を使用する
必要がある。 この欠点を解決する為に、シリーズに接続されたスイッ
チング素子に、異なる波形の矩形波を入力する回路が提
案されている（特公昭５８−２８５９１号公報）。 この公報に記載されているインバータを第６図に示して
いる。このインバータは、スイッチング素子としてトラ
ンジスタＱ_９、Ｑ_１０を使用している。２個のトランジ
スタＱ_９、Ｑ_１０は、シリーズに接続されている。両ト
ランジスタＱ_９、Ｑ_１０のベースには、第７図に示すよ
うに、位相のずれた矩形波を入力している。ベースに入
力される矩形波は、両トランジスタＱ_９、Ｑ_１０を同時
にオン状態としない波形としている。すなわち、一方の
トランジスタＱ_９、Ｑ_１０がオフ状態となった後、一定
の時間後に、他方のトランジスタＱ_１０、Ｑ_９をオン状
態とする矩形波を入力している。

【考案が解決しようとする課題】

ところが、この回路構成のインバータは、スイッチング
素子に矩形波を入力する発振回路に、極めて複雑な発振
回路を必要とする。単一波形の矩形波を両スイッチング
素子に入力する発振回路は、１組のマルチバイブレータ
で実現できる。しかしながら、第７図に示すように、ふ
たつのスイッチング素子に、位相のずれた二つの矩形波
を入力するには、互いに同期して動作する複数組のマル
チバイブレータを必要とする。 このため、スイッチング素子に、時間的にずれた矩形波
を入力するインバータは、回路構成が複雑になる欠点が
ある。 さらに、このインバータは、トランジスタＱ_９、Ｑ_１０
に直列に順方向にダイオードＤ_５、Ｄ_６を接続すると共
に、一時的に両方のトランジスタＱ_９、Ｑ_１０をオフ状
態としている。ダイオードＤ_５、Ｄ_６は、トランジスタ
Ｑ_９、Ｑ_１０に逆方向に流れる電流を阻止している。 従って、この回路構成のインバータは、負荷にエネルギ
ーを蓄える状態で、両方のトランジスタＱ_９、Ｑ_１０を
強制的にオフ状態に制御する。この状態でオフ状態とな
る負荷は、蓄積されたエネルギーによって、両端に高電
圧が発生する。このため、このインバータは、トランジ
スタＱ_９、Ｑ_１０に耐圧の高いものを使用する必要があ
る。 さらにまた、シリーズに接続されたふたつのトランジス
タＱ_９、Ｑ_１０を、一定時間強制的にオフ状態とするイ
ンバータは、両方のトランジスタＱ_９、Ｑ_１０をオフ状
態とする時に、電源から電力を供給できない欠点があ
る。 すなわち、第６図に示すように、シリーズに接続された
一対のトランジスタを、一時的にオフ状態に制御する従
来のインバータは、両方のトランジスタが同時にオン状
態とならないように、エネルギーを蓄積する負荷をオー
プンにして、両端に高電圧を発生させ、さらに、電源か
らの電力供給を制限する欠点がある。 本考案は、従来のＥＬランプ用のインバータが有するこ
れ等の欠点を解決することを目的に開発されたもので、
この考案の重要な目的は、極めて簡単な回路構成で、Ｅ
Ｌランプに有効に電力を供給でき、しかもスイッチング
素子に耐圧の低いものを使用して、ＥＬランプを能率よ
く発光できるインバータを提供するにある。 また、この考案の他の重要な目的は、ＥＬランプに能率
よく電力を供給できるＥＬランプ用のインバータを提供
するにある。

【問題点を解決する為の手段】

この考案のＥＬランプ点灯用のインバータは、前述の目
的を達成するために、下記の構成を備えている。 (a) インバータは、入力電圧をＥＬランプ点灯可能電
圧に昇圧して直流に変換するＤＣ−ＤＣ昇圧回路と、Ｄ
Ｃ−ＤＣ昇圧回路の出力を交流に交換するＤＣ−ＡＣ変
換回路を備えている。 (b) ＤＣ−ＡＣ変換回路は、ＥＬランプ点灯用発振回
路と、このＥＬランプ点灯用発振回路の出力を電力増幅
する出力回路とを備えている。 (c) ＥＬランプ点灯用発振回路は矩形波の発振回路で
あり、発振周波数は４００〜５０００Hzの間に特定され
る。 (d) 出力回路はオン、オフ動作する一対のスイッチン
グ素子を備えている。 (e) スイッチング素子はダイオードを介して互いに直
列に接続されている。 (f) 直列に接続されたスイッチング素子は、同位相の
矩形波が入力され、交互にオン、オフ制御され制御され
る。 ところで、この明細書において「同位相の矩形波」と
は、二つの矩形波の立ち上がり時間と降下時間とが同一
の状態を意味するものとする。従って、位相のずれが１
８０度の状態も同位相と定義する。 (g) 出力回路の出力側には、リアクトルとＥＬランプ
の直列共振回路を負荷として接続している。 (h) リアクトルとＥＬランプとの直列共振回路は、ダ
イオードを介して直列に接続されたスイッチング素子の
中点に接続されている。 (i) スイッチング素子に直列に接続されたダイオード
は、スイッチング素子に対して順方向に接続されてい
る。

【作用効果】

第１図に示すこの考案のインバータは、一対のスイッチ
ング素子Ｑ_７、Ｑ_８に、同位相の矩形波を入力して、第
１図のＶ_２点に、第２図に示す半サイクルのサイン波電
流を流すことができる。それは、スイッチング素子
Ｑ_７、Ｑ_８に直列に接続されたダイオードＤ_３、Ｄ
_４が、逆向きの電流を阻止することが理由である。この
ため、この考案のインバータは、一対のスイッチング素
子Ｑ_７、Ｑ_８に同位相の矩形波を入力して、出力回路の
スイッチング素子Ｑ_７、Ｑ_８に不要な電流が流れるのを
防止できる特長がある。 さらに、この考案のインバータは、リアクトルＬ_３とＥ
Ｌランプとを直列に接続した負荷を、エネルギー蓄積状
態でオープンにしない。このため、負荷に蓄積するエン
ルギーによって、負荷をオープンにした状態で高電圧が
発生しない特長がある。それは、第１図に示すように、
シリーズに接続された一対のスイッチング素子Ｑ_７、Ｑ
_８に、同位相の矩形波を入力し、両スイッチング素子Ｑ
_７、Ｑ_８を交互にオン、オフ状態に制御することが理由
である。 すなわち、同位相の矩形波が入力される一対のスイッチ
ング素子は、一方のスイッチング素子がオンからオフに
切り換えられると、他方のスイッチング素子は、オフか
らオンに切り換えられるので、負荷にエネルギーを蓄積
する状態をオープンにしない。 第１図に示すインバータは、トランジスタＱ_８をオン、
トランジスタＱ_７をオフとする状態で、電源からリアク
トルＬ_３とＥＬランプとに電流が流入されてエネルギー
を蓄える。通電状態でリアクトルＬ_３に蓄えられるエネ
ルギーは、リアクトルＬ_３のインダクタンスと、電流の
自乗とに比例して大きくなる。負荷にエネルギーを蓄積
してオープンにすると、エネルギーを消費できなくな
り、両端に高電圧が発生する。この原理は、簡単な高圧
の発生回路として多用されている。 ところが、この考案のインバータは、トランジスタＱ_８
がオフになった瞬間に、トランジスタＱ_７がオンにな
り、負荷に電流を流した状態でオープンにしない。それ
は、両方のトランジスタに同位相の矩形波を入力するか
らである。両方のトランジスタに入力する矩形波の立ち
上がりが垂直で、両トランジスタのオン、オフ時間を零
と仮定すれば、トランジスタＱ_８がオフになった後、時
間遅れなくトランジスタＱ_７はオン状態となる。ただ、
実際には、矩形波の立ち上がりは完全に垂直でなく、ま
た、トランジスタのオン、オフ時間は零でない。従っ
て、トランジスタＱ_８がオフになった後、多少時間が遅
れてトランジスタＱ_７がオンとなる。しかしながら、両
トランジスタに同位相の矩形波を入力するので、その時
間的な遅れは、スイッチング素子をオン、オフする周期
に比較して極めて短い。 このため、この考案のインバータは、片方のスイッチン
グ素子Ｑ_８をオン状態として、電源から負荷に電流を流
し、その後、別のスイッチング素子Ｑ_７をオフからオン
に切り換えて、負荷に蓄えられたエネルギーを放電し、
この動作を一定の周期で交互に繰り返して、負荷に交流
を通電する。この動作において、この考案のインバータ
は、負荷に電流を供給する状態から、放電する状態への
切り換時間が極めて短く、両方のスイッチング素子はほ
とんど時間遅れなく切り換えられるので、負荷は、切り
替え途中でオープンになることなく、理想的な状態で交
流が通電される。 また、オン、オフの切り換え時に、負荷の両端に高電圧
が発生しないので、スイッチング素子に高耐圧のものを
使用する必要がない。 さらに、この考案のインバータは、一対のスイッチング
素子の両方をオフ状態とする必要がないので、電源から
負荷に電力を供給する時間を長くでき、負荷に能率よく
電力を供給して明るく点灯できる特長もある。 さらにまた、両方のスイッチング素子に同位相の矩形波
を入力するので、矩形波の発振回路を簡素化して、安価
にできる特長もある。

【好ましい実施例】

以下、この考案の実施例を図面に基づいて説明する。 但し、以下に示す実施例は、この考案の技術思想を具体
化する為のインバータを例示するものであって、この考
案のインバータは、回路構成を下記のものに特定するも
のでない。この考案のインバータは、実用新案登録請求
の範囲に記載の範囲に於て、種々の変更が加えられる。 第１図および第３図に示すＥＬランプ点灯用インバータ
は、入力電圧をＥＬランプ点灯用電圧に昇圧して直流に
変換するＤＣ−ＤＣ昇圧回路１を備えている。 ＤＣ−ＤＣ昇圧回路１はトランジスタＱ_１、Ｑ_２、トラ
ンスＴ_１、ダイオードＤ_１、Ｄ_２、リアクトルＬ_１、Ｌ
_２、抵抗Ｒ_１、コンデンサＣ_３よりなるロイヤー回路を
使用している。 ＤＣ−ＤＣ昇圧回路１は、入力電圧をＥＬランプ点灯用
電圧に昇圧できる他の周知回路を使用してもよい。 トランスＴ_１で昇圧された交流は、トランスの２次側に
接続されたダイオードＤ_１、Ｄ_２で両波整流される。整
流された脈流は、リアクトルＬ_２と、コンデンサＣ_３に
より平滑な直流に変換される。 ＥＬランプ点灯用の電圧に変換された直流は、ＤＣ−Ａ
Ｃ変換回路２を介してＥＬランプに供給される。ＤＣ−
ＡＣ変換回路２は、直流を交流に変換する周期を決定す
る発振回路３と、発振された矩形波を電力増幅する出力
回路４とを備えている。 ＥＬランプ点灯用の発振回路３は、トランジスタＱ_３、
Ｑ_４、抵抗Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、Ｒ_６、Ｒ_７、コンデンサ
Ｃ_４、Ｃ_５よりなるマルチバブレータで構成されてい
る。 マルチバイブレータは、抵抗Ｒ_４、Ｒ_５とコンデンサＣ
_４、Ｃ_５とで自走発振周波数が決定される。この周波数
はＥＬランプに供給する電力の周波数を特定する。この
周波数は、４００〜５０００Hzの範囲に調整される。 マルチバイブレータは矩形波を発振する。 発振回路３には、矩形波を発振する他の周知の回路を使
用してもよい。 出力回路４はスイッチング素子としてトランジスタ
Ｑ_５、Ｑ_６、Ｑ_７、Ｑ_８を備えている。この回路は、ト
ランジスタに加えて、抵抗Ｒ_８、Ｒ_９、Ｒ_１０、Ｒ_１１
と、ダイオードＤ_３、Ｄ_４とで構成されている。 トランジスタＱ_７とＱ_８とは、互いに直列に接続されて
いる。シリーズに接続されたトランジスタＱ_７とトラン
ジスタＱ_８とは、エミッタ側が電源に接続される。従っ
て、トランジスタＱ_８にはｎｐｎ形が使用され、トラン
ジスタＱ_７にはｐｎｐ形が使用されている。トランジス
タＱ_７はエミッタを電源のプラス側に、トランジスタＱ
_８はエミッタを電源のマイナス側に接続している。ま
た、トランジスタＱ_７、Ｑ_８のコレクタ側は、直列接続
のダイオードＤ_３、Ｄ_４を介して互いに接続されてい
る。 ダイオードＤ_３、Ｄ_４は、トランジスタＱ_７、Ｑ_８に対
して順方向に接続されている。 この出力回路４は、発振回路３から入力される矩形波
で、トランジスタＱ_５とＱ_６とが交互にオン、オフを繰
り返し、さらに抵抗Ｒ_８、Ｒ_９、Ｒ_１０、Ｒ_１１にてト
ランジスタＱ_７、Ｑ_８を交互にオン、オフする。 ダイオードＤ_３、Ｄ_４の接続点には、リアクトルＬ_３が
接続され、リアクトルＬ_３を介してＥＬランプが出力回
路に接続されている。即ち、ＥＬランプとリアクトルＬ
_３とが直列に接続されて、これが出力回路の負荷として
接続されている。 出力回路のトランジスタＱ_７、Ｑ_８は、交互に、オン、
オフを繰り返す。トランジスタＱ_７がオフで、トランジ
スタＱ_８がオンの時に、電源から負荷に通電する。反対
に、トランジスタＱ_７がオンで、トランジスタＱ_８がオ
フの時に、負荷に逆方向に電流が流れる。したがって、
出力回路は矩形波出力をＥＬランプとリアクトルＬ_３の
直列共振回路に供給する。 トランジスタＱ_７、Ｑ_８から負荷に供給される矩形波の
パルス電圧は、容量性のＥＬランプとリアクトルＬ_３で
共振をおこし、ＥＬランプに高電圧を供給する。 スイッチング素子であるトランジスタＱ_７、Ｑ_８と直列
に接続されたダイオードＤ_３、Ｄ_４は、負荷の直列共振
により、電力供給点の電圧が逆方向に振れた時に、これ
をカットし、トランジスタＱ_７、Ｑ_８に逆向きに不要な
電流が流れるのを防ぐとともに、オン、オフの切換をス
ムーズにし、スイッチング素子の発熱を防止する。 第３図のインバータは、ＥＬランプとリアクトルＬ_３と
の共振回路の電圧発生点から、発振回路３の発振周波数
を、直列共振回路の共振周波数に引き込むために、発振
回路３にフィードバックがかけられている。このインバ
ータは、リアクトルＬ_３とＥＬランプの接続点から、抵
抗Ｒ_１２とコンデンサーＣ_６を介して発振回路３にフィ
ードバックをかけている。 ＥＬランプとリアクトルＬ_３との共振回路からのフィー
ドバック量は、抵抗Ｒ_１２で調整できる。抵抗Ｒ_１２が
小さいと、フィードバックが強くなり、発振回路３の発
振周波数がより強く共振周波数に引き込まれる。反対
に、抵抗Ｒ_１２が大きいと、ＥＬランプとリアクトルＬ
_３との共振回路からのフィードバック量が少なくなり、
共振回路からの引き込みが少なく、共振回路３は、自走
発振周波数に近い周波数で発振する。 抵抗Ｒ_１２を調整して、ＥＬランプとリアクトルＬ_３と
の共振回路から発振回路へのフィードバック量を調整
し、ＥＬランプとリアクトルＬ_３との共振回路で決まる
共振周波数と、実際の発振回路の発振周波数のずれを調
整して、ＥＬランプには、常に、最適の周波数を印加す
る。 ＥＬランプが劣化して経時変化すると、容量成分が減少
し、その変化と共に、共振周波数が高くなり、新たな最
適点へ移動する。このため、ＥＬランプには、次第に周
波数と電圧が高くなり、長時間に渡って輝度低下を少な
くできる。 さらに、第３図のインバータは、ＥＬランプとリアクト
ルＬ_３との共振回路の電圧発生点から出力回路４の入力
側にもフィードバックがかけられている。 出力回路４へは、抵抗Ｒ_１２とコンデンサーＣ_７とでフ
ィードバックされる。直列に接続された抵抗_１２とコン
デンサーＣ_７とを介して、ＥＬランプとリアクトルＬ_３
との接続点から、出力回路４の入力側のトランジスタＱ
_５、Ｑ_６のベースにフィードバックがかけられている。 抵抗_１２とコンデンサーＣ_７とは、ＥＬランプとリアク
トルＬ_３との共振回路から、サイン波の一部を、出力回
路のトランジスタＱ_５、Ｑ_６のベースにフィードバック
する。このフィードバックは、トランジスタＱ_７、Ｑ_８
を交互にオンオフするタイミングを調整し、リアクトル
Ｌ_３とＥＬランプとよりなる共振回路の負荷に、デュー
ティー５０％の矩形波を供給する。 デューティーが５０％に接近する矩形波が供給されたＥ
ＬランプとリアクトルＬ_３との共振回路は、歪の少ない
サイン波が通電され、共振効果を高くして、ＥＬランプ
を能率よく発光させる。 第３図のインバータは、単一の発振回路３でスイッチン
グ素子をオンオフ制御するので、簡単なフィードバック
回路で、発振回路の発振周波数を制御して、長期間能率
よくＥＬランプを発光できる特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図はこの考案の一実施例を示すインバ
ータの回路図、第２図は第１図に示すインバータのＤＣ
−ＡＣ変換回路Ｖ_２点の電流波形を示すグラフ、第４図
は従来のインバータの出力回路を示す回路図、第５図は
第４図に示す出力回路のＡ点の電流波形を示すグラフ、
第６図は従来のインバータの回路図、第７図は第６図に
示すインバータのトランジスタに入力する矩形波を示す
グラフである。 １……ＤＣ−ＤＣ昇圧回路、 ２……ＤＣ−ＡＣ変換回路、 ３……発振回路、 ４……出力回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】下記の構成を有するＥＬランプ点灯用イン
   バータ (a) 入力電圧をＥＬランプ点灯可能電圧に昇圧して直
   流に変換するＤＣ−ＤＣ昇圧回路と、ＤＣ−ＤＣ昇圧回
   路の出力を交流に交換するＤＣ−ＡＣ変換回路を備えて
   いる。 (b) ＤＣ−ＡＣ変換回路はＥＬランプ点灯用発振回路
   と、このＥＬランプ点灯用発振回路の出力を電力増幅す
   る出力回路とを備えている。 (c) ＥＬランプ点灯用発振回路は矩形波の発振回路で
   あり、発振周波数は４００〜５０００Hzの範囲に特定さ
   れる。 (d) 出力回路はオン、オフ動作する一対のスイッチン
   グ素子を備えている。 (e) スイッチング素子はダイオードを介して互いに直
   列に接続されている。 (f) 直列に接続された一対のスイッチング素子には、
   同位相の矩形波が入力され、同位相の矩形波で交互にオ
   ン、オフ制御される。 (g) 出力回路の出力側には、リアクトルとＥＬランプ
   の直列共振回路を負荷として接続している。 (h) リアクトルとＥＬランプとの直列共振回路は、ダ
   イオードを介して直列に接続されたスイッチング素子の
   中点に接続されている。 (i) スイッチング素子に直列に接続されたダイオード
   は、スイッチング素子に対して順方向に接続されてい
   る。