JPH0714690A

JPH0714690A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JPH0714690A
Application number: JP5150226A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Saito; 毅斎藤; Atsuo Wake; 厚夫和氣; Takayuki Imai; 崇之今井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-06-22
Filing date: 1993-06-22
Publication date: 1995-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】スイッチ素子５に必要以上の耐圧を持った高
価なものを使ったり、保護回路を設けたりする必要を無
くす。また、パルストランス２の二次巻線２２，２３の
巻数を減らしてパルストランス２を小型化する。【構成】パルストランス２の一次巻線２１に流れる電
流をオン・オフするスイッチ素子５に直列にインダクタ
ンス４を挿入した構成で、パルストランス２の二次巻線
電流が放電ランプ電流値で飽和するようにする。また、
パルストランス２の磁路に設けるギャップを巻線径より
小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、パルストランスによ
り放電ランプを起動する放電灯点灯装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】メタルハライドランプ等の放電ランプ
を、起動、点灯するための放電灯点灯装置としては、例
えば図７に示すような構成が知られている。図におい
て、１は電源回路、２はパルストランス、３は放電ラン
プ、５はスイッチ素子、６は直流電源、１１〜１４は電
界効果型トランジスタ、１５，１６は電界効果型トラン
ジスタ１１〜１４を駆動する駆動回路、１７はコンデン
サ、２１はパルストランス２の一次巻線、２２，２３は
パルストランス２の二次巻線、６１はダイオード、６２
はコンデンサ、６３はバッテリである。

【０００３】このような構成の放電灯点灯装置では、ブ
リッジ構成を成すスイッチング素子である４個の電界効
果型トランジスタ１１，１２，１３，１４によって構成
されるインバータ回路の１１，１４および１２，１３の
２組の電界効果型トランジスタを互いにスイッチングす
ることにより、バッテリ６３の出力を交番させ、矩形波
交流電力として放電ランプ３へ供給している。

【０００４】放電ランプ３の起動時には、放電ランプ３
の主電極間を絶縁破壊させるため、１０数ｋＶ以上の高
電圧が必要となる。従来の例では、パルストランス２の
昇圧比を大きくすることで高電圧を発生して放電ランプ
３へ印加する。これにより、放電ランプ３が起動する
と、それ以後は、前述の電源回路１による矩形波交流電
力をもって安定点灯に至る。

【０００５】このような放電灯点灯装置では、放電ラン
プ３の起動時に高電圧を発生するために、直流電源６の
一方の出力電圧であるコンデンサ６２に充電された電圧
を用いてスイッチ素子である電界効果型トランジスタ５
をオンし、一定時間後にオフすることでパルストランス
２の一次巻線２１のインダクタンスＬ₁にＬ₁・ｄｉ／
ｄｔなる電圧を発生させ、この電圧をパルストランス２
で昇圧することで１０数ｋＶ以上の高電圧を発生してい
た。

【０００６】図６（ａ）にスイッチ素子５に流れる電流
波形の概略を示す。（ｂ）はスイッチ素子５に供給され
る駆動電圧である。スイッチ素子５に流れる電流は、図
６（ａ）に示すように、スイッチ素子５がオンしている
時間、Ｖ_DC／Ｌ₁の傾きで増加し続ける。ここで、Ｖ_DC
は直流電源６の出力電圧である。スイッチ素子５をｔ _on
後にオフしたときには、ｔ_on・Ｖ_DC／Ｌ₁の電流とな
る。

【０００７】このようなパルス発生方法では、オン時間
の設定がせいぜい数μｓまでしか設定できないことと、
スイッチ素子５に流せる電流値とスイッチ素子５に印加
できる電圧値に制限があることから、ある程度パルスト
ランス２の一次巻線２１のインダクタンス値Ｌ₁を大き
くする必要がある。その結果、パルストランス２のコア
の大きさおよび一次巻線の巻数に制限が生じることとな
り、パルストランス２を充分に小さく設計できないとい
う問題が生じる。

【０００８】さらに、高温動作時においては、パルスト
ランス２が常温での設計電流値になる前に飽和し、充分
な高圧パルス電圧が得られないばかりか、スイッチ素子
５に過大な電流が流れ、スイッチ素子５が破壊する。し
たがって、高温動作時にパルストランス２が飽和しない
ようにするためには、パルストランス２のコアをさらに
大きくする必要があった。

【０００９】また、放電灯点灯装置と放電ランプ３とを
接続する出力線の種類や長さによって、出力線の持つ容
量値が変化するため、パルストランス２の二次巻線２
２，２３に発生する高圧パルス電圧の減衰特性が変化す
る。したがって、放電ランプ３両端で必要な高圧パルス
電圧とするためには、パルストランス２の昇圧比を出力
線に応じて設計する必要があった。

【００１０】このような問題を解決するため、パルスト
ランス２の一次巻線２１とスイッチ素子５からなる直列
回路にさらにインダクタンスを直列に挿入することで、
高圧パルス発生時にスイッチ素子５を流れる電流を、挿
入したインダクタンスで制限する方法がある。この挿入
インダクタンスを高温時においても充分な飽和電流特性
とすることで、高温時においても、高圧パルス発生時に
スイッチ素子５を流れる電流を、挿入したインダクタン
スで制限できる。さらに、この挿入インダクタンスの値
を出力線の持つ容量値に応じてパルストランス２の一次
回路で共振条件が成立するように調節することができ
る。

【００１１】ここで、インダクタンス４を直列に挿入す
ることによる作用について、以下に詳しく説明する。出
力線の持つ容量は、パルストランス２の一次回路に等価
的にパルストランス２の昇圧比の２乗倍で一次巻線と並
列に接続された形となる。この出力線容量を含んだ等価
一次容量とパルストランス２の一次インダクタンスＬ ₁
とで決まる並列共振周波数は出力線の持つ容量値で変わ
る。これに対して、この並列共振回路と直列に接続され
る挿入インダクタンス４とスイッチ素子５の等価出力容
量との直列共振回路の共振周波数が前記の並列共振周波
数と一致するように挿入インダクタンス４の値を調節す
ることで、直列共振回路のインピーダンスを０とし、並
列共振回路のインピーダンスを無限大とでき、パルスト
ランス２の一次巻線に有効に電圧を印加できる。なお、
直列共振周波数の調整を挿入インダクタンス４の他、ス
イッチ素子５と並列にコンデンサを付加することでも同
様の効果を得ることができる。

【００１２】また、スイッチ素子５に流れる最大電流は
ｔ_ON・Ｖ_CC／Ｌ₁で決まり、挿入インダクタンス４によ
り、パルストランス２の一次巻線のインダクタンス値Ｌ
₁に挿入インダクタンス４の分が増えることにより、ス
イッチ素子５の最大電流を制限できる。また、出力線の
容量値が大きい場合（出力線の長さが長い場合など）に
は、パルスが減衰してしまうため、出力線の末端部で所
望の高圧パルス電圧を得るためには、パルストランス２
の昇圧比を変えて調整する必要があるが、出力線の持つ
容量値を含めて、上記のように、パルストランス２の一
次回路で共振条件を成立させることで、パルストランス
２の昇圧比を変えずに所望の高圧パルス電圧を得ること
ができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のパル
ストランス２の二次巻線２２，２３は、充分な高圧パル
ス電圧を発生するため、かなりの巻数にする必要があ
る。その結果、二次巻線２２および２３のインダクタン
スの和であるＬ₂の値が大きくなる。このパルストラン
ス２の二次巻線２２，２３の持つインダクタンス値Ｌ₂
の作用で、前述の矩形波交流電力を放電ランプ３に供給
する時に電流交番毎にパルストランス２の二次巻線２
２，２３に逆起電力が発生する。この逆起電力が、図７
のブリッジ構成を成す電界効果型トランジスタ１１〜１
４の耐圧を超える場合には、電界効果型トランジスタ１
１〜１４が電圧破壊するため、過大な耐圧を持った高価
なスイッチング素子を使用するかまたは別途保護回路を
設ける必要があった。

【００１４】また、二次巻線２２，２３のインダクタン
ス値を下げるため、パルストランス２のコアに大きなギ
ャップを設ける方法があるが、この場合には一次巻線２
１と二次巻線２２，２３の結合が悪くなり、１０数ｋＶ
以上の高電圧を発生するため二次巻線２２，２３をかな
り巻き上げる必要が生じる。この結果、二次巻線２２，
２３の巻数でパルストランス２の最小の大きさが決まっ
てしまう。さらに、二次巻線の巻数の増加により、二次
巻線２２，２３の持つ抵抗成分が増え、点灯装置の効率
が低下するという問題を生じる。

【００１５】この発明の目的は、パルストランスの二次
巻線に発生する逆起電力を抑制することである。また、
この発明の他の目的は、パルストランスの二次巻線に発
生する逆起電力の抑制のためにコアにギャップを設ける
ときに、パルストランスの二次巻線の巻数を少なくする
ことである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明の放電灯点灯装
置は、電源回路と、この電源回路に接続された放電ラン
プと、この放電ランプと電源回路との間に二次巻線が直
列に接続されたパルストランスと、直流電源回路に接続
されたパルストランスの一次巻線とインダクタンスとス
イッチ素子とからなる直列回路と、スイッチ素子の駆動
回路とを備え、パルストランスを、二次巻線に流れるラ
ンプ電流値よりも小さい電流値で飽和するようにしたも
のである。

【００１７】また、この発明の放電灯点灯装置は、電源
回路と、この電源回路に接続された放電ランプと、この
放電ランプと電源回路との間に二次巻線が直列に接続さ
れたパルストランスと、直流電源回路に接続されたパル
ストランスの一次巻線とインダクタンスとスイッチ素子
とからなる直列回路と、スイッチ素子の駆動回路とを備
え、パルストランスの磁路に設けたギャップの大きさ
を、パルストランスの巻線の線径よりも小さくしたもの
である。

【００１８】

【作用】この発明の放電灯点灯装置は、パルストランス
の二次巻線に流れる電流値がランプ電流以下でパルスト
ランスを飽和させることで、二次巻線のインダクタンス
としての作用を減らし、放電ランプの点灯時にこの二次
巻線によって発生する逆起電力を抑制する。

【００１９】また、パルストランスの磁路に設けるギャ
ップの大きさをパルストランスの巻線径よりも小さくす
ることで、一次巻線と二次巻線との結合を良好にし、二
次巻線の巻数を大幅に減らす。さらに、少ない二次巻線
電流ですぐにパルストランスが飽和し、放電ランプの点
灯時に二次巻線によって発生する逆起電力を抑制でき
る。また、二次巻線の巻数が減らせるため、二次巻線の
持つ抵抗成分が減る。

【００２０】

【実施例】図１は、この発明の放電灯点灯装置の一実施
例の構成図である。図１において、１は電源回路、２は
パルストランス、３は放電ランプ、４はインダクタン
ス、５はスイッチ素子、６は直流電源、７はスイッチ素
子駆動回路である。図２は、この発明の放電灯点灯装置
の一実施例の具体構成図である。

【００２１】以下、この発明の実施例を図２に基づいて
説明する。電源回路１は、フルブリッジ構成を成す４つ
の電界効果型トランジスタ１１〜１４の１１，１４およ
び１２，１３の２組の電界効果型トランジスタを互いに
スイッチングすることにより、バッテリ６３の出力を交
番させ、矩形波交流電源として動作する。つまり、電源
回路１は、放電ランプ３を流れる電流の方向を切り換
え、点灯を維持する。

【００２２】なお、１５，１６はそれぞれ電界効果型ト
ランジスタ１１，１２および電界効果型トランジスタ１
３，１４を駆動する駆動回路である。駆動回路１５，１
６は、放電ランプ３が音響的共鳴現象を起こさない程度
の低い周波数、例えば４００Ｈｚ程度で、互いに逆位相
で動作する。すなわち、これら駆動回路１５，１６の出
力信号により、電界効果型トランジスタ１１と電界効果
型トランジスタ１４が同時にオン・オフし、また、電界
効果型トランジスタ１２と電界効果型トランジスタ１３
が同時にオン・オフする。

【００２３】すなわち、電界効果型トランジスタ１１と
電界効果型トランジスタ１４がオンすると、バッテリ６
３→電界効果型トランジスタ１１→パルストランス２の
二次巻線２２→放電ランプ３→パルストランス２の二次
巻線２３→電界効果型トランジスタ１４→バッテリ６３
の経路で電流が流れる。つぎに、電界効果型トランジス
タ１２と電界効果型トランジスタ１３がオンすると、バ
ッテリ６３→電界効果型トランジスタ１３→パルストラ
ンス２の二次巻線２３→放電ランプ３→パルストランス
２の二次巻線２２→電界効果型トランジスタ１２→バッ
テリ６３の経路で電流が流れる。以後、電界効果型トラ
ンジスタ１１，１４と電界効果型トランジスタ１２，１
３は互いにオン・オフを繰り返し、負荷である放電ラン
プ３へ矩形波電力を供給する。

【００２４】つぎに、放電ランプ３の起動動作について
説明する。コンデンサ６２は、ダイオード６１を介して
バッテリ６３に接続しており、電源回路１とバッテリ６
３を共用した直流電源６を構成している。スイッチ素子
５には電界効果型トランジスタを用いており、スイッチ
素子駆動回路７から信号を受け、オン・オフ動作する。
スイッチ素子５は、インダクタンス４とパルストランス
２の一次巻線２１と直列回路を構成しており、直流電源
６の出力コンデンサ６２と接続され、パルストランス２
は、スイッチ素子５のオン・オフ動作により、フライバ
ックトランスとして動作する。スイッチ素子５は、スイ
ッチ素子駆動回路７からの図６（ｂ）に示すようなスイ
ッチ素子駆動電圧によりオン／オフされる。

【００２５】スイッチ素子５がオンすると、直流電源６
の出力コンデンサ６２からパルストランス２の一次巻線
２１とインダクタンス４とスイッチ素子５である電界効
果型トランジスタとからなる直列回路を介して図６
（ａ）に示すようなスイッチ素子電流（ドレイン電流）
が流れる。スイッチ素子５がオンしている時間は、電流
はＶ_DC／Ｌ₁の傾きで増加し続ける。ここで、Ｖ_DCは直
流電源６の出力電圧、Ｌ₁はパルストランス２の一次巻
線２１のインダクタンスとインダクタンス４の直列イン
ダクタンス値である。スイッチ素子５のオン時間ｔ_on後
には電流値はｔ_on・Ｖ_DC／Ｌ₁となる。

【００２６】スイッチ素子５をｔ_on後にオフすると、パ
ルストランス２の一次巻線２１とインダクタンス４のイ
ンダクタンス作用により、それぞれその両端にキック電
圧を発生する。この一次巻線２１の両端に発生したキッ
ク電圧をパルストランス２により昇圧し、二次巻線２
２，２３に１０数ｋＶ以上の高圧パルス電圧を発生す
る。

【００２７】パルストランス２は、この高圧パルス電圧
を放電ランプ３へ印加し、パルス電流をコンデンサ１７
を介して還流させる。このとき、コンデンサ１７は、高
圧パルス電圧が電源回路１の電界効果型トランジスタ１
１〜１４へ戻り、破壊することを防止する機能を有す
る。このようにして印加された高圧パルス電圧により、
放電ランプ３の主電極間が絶縁破壊し、放電ランプ３は
起動する。

【００２８】以上の動作により、放電ランプ３は起動
し、電源回路１から供給される低周波の矩形波交流電力
により、安定点灯に至る。ここで、インダクタンス４
は、パルストランス２の一次巻線２１の回路で共振条件
が成立するような値とし、かつ、電流飽和しないインダ
クタンスたとえば空芯コイルなどを使うことで、パルス
トランス２の一次巻線２１に大きな共振電圧を印加する
ことができる。したがって、パルストランス２の磁気飽
和設計は二次巻線２２，２３だけを考慮すればよいこと
となる。

【００２９】図３は、従来のパルストランス２の二次巻
線電流対インダクタンス特性を示す図の一例である。図
４はこの実施例のパルストランス２の二次巻線電流対イ
ンダクタンス特性を示す図の一例である。従来のパルス
トランス２は、一次巻線２１電流による飽和を防止しな
ければならないという制約から、パルストランス２のギ
ャップを大きく設定していたため、二次巻線２２，２３
に流れるランプ電流値Ｉ_LAではパルストランス２が飽和
しない特性となっていた。このような特性では、矩形波
交流電力を放電ランプ３に供給する時に電流交番毎にパ
ルストランス２の二次巻線２２，２３がインダクタンス
として働き、逆起電力が発生する。

【００３０】一方、この実施例によれば、一次巻線２１
の電流による飽和を考慮する必要がないため、二次巻線
２２，２３に流れるランプ電流値Ｉ_LAでパルストランス
２が飽和する特性となる設計が可能である。図４に示す
この実施例のように、ランプ電流値Ｉ_LAでパルストラン
ス２が飽和する設計とすることで、矩形波交流電力を放
電ランプ３に供給する時に電流交番毎にパルストランス
２の二次巻線２２，２３のインダクタンスとしての効果
がなくなり、逆起電力が発生しない。したがって、スイ
ッチ素子５には、必要以上の高耐圧の高価なものを使わ
なくてもよく、また、別途保護回路も必要ない。

【００３１】図５は、この発明の一実施例で用いるパル
ストランス２の特性を説明する図である。図５（ａ）
は、巻線径に対するパルストランス２のギャップ対昇圧
比特性を示す。巻線径よりもギャップが小さい領域で
は、一次巻線２１と二次巻線２２，２３の結合が良好と
なり、昇圧比が大きく取れる。これは、一次巻線２１に
よって発生する磁束の漏れが、巻線径よりもギャップが
小さい領域で大幅に少なくなり、二次巻線２２，２３と
の結合が良好になるためである。

【００３２】図５（ｂ）は、図５（ａ）の各ギャップに
対して同じ高電圧を得るのに必要な巻線を巻いたときの
巻線径に対するパルストランス２のギャップ対飽和電流
特性を示す。図５（ｂ）に示すように、パルストランス
２のギャップを巻線径よりも小さくするとパルストラン
ス２が飽和しやすくなる。この実施例のように、巻線径
よりもパルストランス２の磁路に設けるギャップを小さ
くすることで、二次巻線２２，２３の巻数を少なくして
もパルストランス２は確実に飽和し、二次巻線２２，２
３の巻数を大幅に減らすことができるので、パルストラ
ンス２を小形化することが可能である。さらに、少ない
二次巻線電流によってパルストランス２が飽和するた
め、二次巻線２２，２３のインダクタンスとしての効果
を低減でき、逆起電力の発生を抑制でき、スイッチ素子
５には、必要以上の高耐圧の高価なものを使わなくてよ
い。

【００３３】この実施例では、直流電源６を電源回路１
の一部と共用しているが、まったく独立した直流電源回
路を構成しても、同様の効果を得ることができる。ま
た、この実施例のほか、電源回路１としてほかの構成の
交流電源や、あるいは直流電源でもよいことは勿論であ
る。また、この実施例では、スイッチ素子５として半導
体スイッチ素子である電界効果型トランジスタを用いた
が、これ以外にも同等の手段、例えばトランジスタやサ
イリスタ等を用いても良く、放電ギャップなど、半導体
スイッチ素子以外のものを用いても構わない。

【００３４】また、この実施例では、パルストランス２
には、出力線を双方向に有する構成のものを用いたが、
出力線を一方向のみに有するものでも同様である。ま
た、この実施例のパルストランス２の一次回路に共振条
件を成立させるために、例えば、パルストランス２の一
次巻線２１やインダクタンス４やスイッチ素子５と並列
にコンデンサを付加してもよいことはいうまでもない。

【００３５】また、図１では、放電ランプ３の点灯時の
ランプ電流を制限して安定点灯させるための安定器は、
本発明と直接関係しないので、図示を省いているが、電
流制限用にチョークコイルあるいはコンデンサを適宜挿
入すればよい。また、電源とインバータとの間にチョッ
パ手段を設けて電力制御することにより、放電ランプを
安定点灯させることもできる。

【００３６】

【発明の効果】この発明の放電灯点灯装置は、パルスト
ランスを、二次巻線に流れるランプ電流値よりも小さい
電流値で飽和するようにしたので、パルストランスの二
次巻線の持つインダクタンスによる放電ランプ点灯中の
逆起電力の発生を抑制することができ、電源回路に保護
回路を設ける必要がなく、スイッチ素子の耐圧も必要以
上に大きくする必要がなくなり、小形で低コストの放電
灯点灯装置が実現できる。

【００３７】また、パルストランスの磁路に設けるギャ
ップを巻線径よりも小さくすることにより、二次巻線の
巻数を減らすことができ、パルストランスを小形化で
き、かつ、点灯装置の効率を良くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の放電灯点灯装置の一実施例の構成図
である。

【図２】この発明の放電灯点灯装置の一実施例の具体構
成図である。

【図３】従来のパルストランスの特性を説明する図であ
る。

【図４】この発明の放電灯点灯装置の一実施例で用いる
パルストランスの特性を説明する図である。

【図５】この発明の放電灯点灯装置の一実施例で用いる
パルストランスの特性を説明する図である。

【図６】図１におけるスイッチ素子５の動作を説明する
図である。

【図７】従来例の放電灯点灯装置の構成図である。

【符号の説明】

１電源回路２パルストランス３放電ランプ４インダクタンス５スイッチ素子６直流電源７スイッチ素子駆動回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源回路と、この電源回路に接続された
放電ランプと、この放電ランプと前記電源回路との間に
二次巻線が直列に接続されたパルストランスと、直流電
源回路に接続された前記パルストランスの一次巻線とイ
ンダクタンスとスイッチ素子とからなる直列回路と、前
記スイッチ素子の駆動回路とを備え、前記パルストラン
スを、二次巻線に流れるランプ電流値よりも小さい電流
値で飽和するようにした放電灯点灯装置。
【請求項２】電源回路と、この電源回路に接続された
放電ランプと、この放電ランプと前記電源回路との間に
二次巻線が直列に接続されたパルストランスと、直流電
源回路に接続された前記パルストランスの一次巻線とイ
ンダクタンスとスイッチ素子とからなる直列回路と、前
記スイッチ素子の駆動回路とを備え、前記パルストラン
スの磁路に設けたギャップの大きさを、前記パルストラ
ンスの巻線の線径よりも小さくした放電灯点灯装置。
【請求項３】電源回路と、この電源回路に接続された
放電ランプと、この放電ランプと前記電源回路との間に
二次巻線が直列に接続されたパルストランスと、直流電
源回路に接続された前記パルストランスの一次巻線とイ
ンダクタンスとスイッチ素子とからなる直列回路と、前
記スイッチ素子の駆動回路とを備え、前記パルストラン
スを、二次巻線に流れるランプ電流値よりも小さい電流
値で飽和するようにし、かつ前記パルストランスの磁路
に設けたギャップの大きさを、前記パルストランスの巻
線の線径よりも小さくした放電灯点灯装置。