JPH07296984A - 蛍光灯回路および蛍光灯回路付電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回路，装置を小型化でき、調光の際、コンバ
ータトランス１次側のスイッチング素子の昇温，ノイズ
発生を回避できる蛍光灯回路および蛍光灯回路付電源装
置を提供する。 【構成】 多出力コンバータトランスＴ１の２次側に、
蛍光ランプ用の中間タップ付巻線ｎ２と、主巻線ｎ４を
設け、この主巻線ｎ４の出力電圧が一定になるように、
１次側をスイッチング素子ＳＷ１によりスイッチング制
御する。２次巻線ｎ２の一端，中間タップと、蛍光ラン
プＦＬ１の一端の間に、ランプ電流制限用のチョークコ
イルＬ２，Ｌ３が接続される。双方向スイッチ手段ＤＢ
３，ＳＷ３のオン，オフのタイミングを変えて調光を行
う。この構成によれば、１次側からみたランプ電流制限
用チョークコイルのインピーダンスを従来より大きくす
ることができ、１次側スイッチング素子ＳＷ１を通る電
流を小さくできて、装置を小型にできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複写機，プリンタなどに
好適な、蛍光灯回路および蛍光灯回路付電源装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の装置は、図４に示すような
構成になっており、ランプ電流制限用にチョークコイル
Ｌ２を用いた。また、多出力コンバータトランスＴ１の
２次巻線ｎ２の巻数は蛍光ランプＦＬ１の点灯開始電圧
Ｖｔｈにより定まる所定の巻数になっている。チョーク
コイルＬ２の値は最大ランプ電流により決定され比較的
小さなインダクタンス値になってしまう。更に、調光用
スイッチＳＷ２のオン，オフのデューティを制御して、
調光，予熱を行っている。

【０００３】また、多出力コンバータトランスＴ１，共
振コンデンサＣ１，スイッチング素子ＳＷ１などは、電
圧共振型のスイッチングレギュレータを構成しており、
複写機の帯電器やＣＲＴ（ブラウン管）の水平偏向電圧
などの高圧や、ロジック，モータ制御用の低圧を発生す
る装置として広く用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図４において、チョー
クコイルＬ２があるために、トランスＴ１の１次側より
見た場合そのインダクタンス値Ｌ１′は、チョークコイ
ルＬ２のインダクタンスを１次側に変換した値Ｌ２′と
トランスＴ１の１次巻線のインダクタンスＬ１の並列接
続になり、かなり小さい値Ｌ１′となってしまう。そこ
で、共振周波数をある値ｆ１に設定するためには、共振
コンデンサＣ１の値を大きめにとる必要があり、そうす
ると、共振電流Ｉｒｅｓ．が大きくなり、トランスＴ
１，スイッチング素子ＳＷ１などの発熱を考えるとトラ
ンスＴ１，スイッチング素子ＳＷ１は、大きめの素子が
必要になり、不経済である。

【０００５】また、蛍光ランプの特性により、調光時に
スイッチング素子ＳＷ２をオフさせた瞬間には、ある一
定時間は、蛍光ランプＦＬ１に放電が始らない。その期
間には、１次側よりみたトランスＴ１のインダクタンス
値Ｌ１′は、１次巻線のインダクタンスＬ１のみとな
り、共振周波数は、ｆ１より小さなｆ２（ｆ１＞＞ｆ
２）となってスイッチング素子ＳＷ１のゼロ電圧オンを
保つことが困難となり、スイッチング素子ＳＷ１の昇温
や、ノイズの発生などの問題が発生する。

【０００６】本発明は、このような問題を解消するため
なされたもので、回路，装置を小型化でき、調光の際、
コンバータトランスの１次側のスイッチング素子の昇
温，ノイズの発生を回避できる蛍光灯回路，蛍光灯回路
付電源装置を提供することを目的とするものである。

【０００７】なお、この明細書では、蛍光灯点灯回路，
蛍光灯調光回路などの総称として“蛍光灯回路”という
表現を用いている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、２つのチョークコイルと、中間タップ付２
次巻線（本明細書では２つの独立した２次巻線を含む意
味で用いている）を用いて、コンバータトランスの１次
側より見たときのランプ電流制限用チョークコイルのイ
ンダクタンス値を充分に大きく見えるように回路構成を
して、共振電流を小さくし、また調光時に共振周波数の
変動が充分小さくなるようにして、共振回路の負担を軽
減する。

【０００９】詳しくは、蛍光灯回路を次の（１），
（３），（５），（７）のとおりに、また蛍光灯回路付
電源装置を次の（２），（４），（６），（８）のとお
りに構成する。

【００１０】（１）コンバータトランスの１次側をスイ
ッチングする電圧共振型スイッチング電源と、前記コン
バータトランスの２次巻線に直列に接続した第１のチョ
ークコイルと蛍光ランプと、前記２次巻線の中間タップ
と前記蛍光ランプの一端の間に直列接続した第２のチョ
ークコイルと双方向スイッチ手段とを備えた蛍光灯回
路。

【００１１】（２）２次側に蛍光ランプ用２次巻線とこ
れ以外の２次巻線を設けたコンバータトランスの１次側
を、スイッチングする電圧共振型スイッチング電源装置
であって、前記蛍光ランプ用２次巻線に直列接続した第
１のチョークコイルと蛍光ランプと、前記蛍光ランプ用
２次巻線の中間タップと前記蛍光ランプの一端との間に
直列接続した第２のチョークコイルと双方向スイッチ手
段とを備えた蛍光灯回路付電源装置。

【００１２】（３）双方向スイッチが可飽和リアクトル
である前記（１）記載の蛍光灯回路。

【００１３】（４）双方向スイッチが可飽和リアクトル
である前記（２）記載の蛍光灯回路付電源装置。

【００１４】（５）蛍光ランプと直列にカレントトラン
スを接続し、このカレントトランスの出力により双方向
スイッチ手段を駆動する前記（１）記載の蛍光灯回路。

【００１５】（６）蛍光ランプと直列にカレントトラン
スを接続し、このカレントトランスの出力により双方向
スイッチ手段を駆動する前記（２）記載の蛍光灯回路付
電源装置。

【００１６】（７）双方向スイッチング手段のオン，オ
フのタイミングを変えて調光を行う前記（１），
（３），（５）のいずれかに記載の蛍光灯回路。

【００１７】（８）双方向スイッチング手段のオン，オ
フのタイミングを変えて調光を行う前記（２），
（４），（６）のいずれかに記載の蛍光灯回路付電源装
置。

【００１８】

【作用】前記（１）〜（８）の構成により、コンバータ
トランスの共振電流を小さくできる。（７），（８）の
構成では、共振周波数の変動が小さい状態で調光を行う
ことができる。

【００１９】

【実施例】以下実施例により本発明を詳しく説明する。

【００２０】（実施例１）図１は実施例１である“蛍光
灯回路付電源装置”の回路図である。図のように、多出
力コンバータトランスＴ１の１次巻線ｎ１の一端は直流
電源の一端Ｖｉｎに接続され、他端はスイッチング素子
ＳＷ１のドレインに接続される。このスイッチング素子
ＳＷ１のソースは直流電源の他端に接続され、接地され
ている。共振コンデンサＣ１はスイッチング素子ＳＷ１
と並列に接続され、多出力コンバータトランスＴ１の１
次側インダクタンスＬ１と共振し、それにより電圧共振
型電源を構成する。スイッチング素子ＳＷ１がスイッチ
ングすることにより２次巻線ｎ２，ｎ３，ｎ４には１次
巻線ｎ１との巻数比に応じて所望の電圧が発生する。な
お、ｎ２は、蛍光ランプＦＬ１の両端にかかる巻線を表
わし、ｎ３はｎ２の中間タップ巻線であり、ｎ２＞ｎ３
である。２次巻線ｎ２の一端はチョークコイルＬ２を通
して蛍光ランプＦＬ１の一端に接続され、２次巻線ｎ２
の他端は、蛍光ランプＦＬ１の他端に接続される。蛍光
ランプＦＬ１は、またダイオードブリッジＤＢ２，スイ
ッチング素子ＳＷ２により両端をオン／オフすることに
より点灯，消灯を決定させれる。ｎ３はｎ２の中間タッ
プ巻線でありチョークコイルＬ３と、ダイオードブリッ
ジＤＢ３，スイッチング素子ＳＷ３により構成される双
方向スイッチ手段を通して蛍光ランプＦＬ１に接続され
る。

【００２１】また、２次巻線ｎ４は蛍光灯以外の負荷に
電力を供給する主巻線であり、その出力を整流平滑した
電圧を安定化するためにＰＷＭ制御回路１を用いてスイ
ッチング素子ＳＷ１のスイッチングのデューティを変化
させている。

【００２２】以下、回路動作を説明する。スイッチン
グ素子ＳＷ３がオフの場合とスイッチング素子ＳＷ３
がオンの場合に分けて説明する。なお、チョークコイル
Ｌ２，Ｌ３のインダクタンスを便宜上Ｌ２，Ｌ３として
示す。

【００２３】スイッチング素子ＳＷ３がオフの場合、
蛍光ランプＦＬ１よりみると、ｎ２巻線にチョークコイ
ルＬ２と蛍光ランプＦＬ１が直列に接続されていること
になる。トランスＴ１の１次側よりみたチョークコイル
Ｌ２のインダクタンスＬ２′は、 Ｌ２′＝｛（ｎ１／ｎ２）↑２｝＊Ｌ２ ……（１）式 （↑は累乗を示し、＊は乗算を示す）となる。結局、ト
ランスの１次側は、Ｌ２′とＬ１の並列接続であるＬ
｛Ｌ１//Ｌ２′｝と共振コンデンサＣ１との直列共振回
路である。

【００２４】スイッチング素子ＳＷ３がオンの場合、
蛍光ランプＦＬ１よりみると、ｎ３巻線にチョークコイ
ルＬ３のインダクタンスと蛍光ランプＦＬ１が直列に接
続されていることになる。トランスＴ１の１次側よりみ
ると、チョークコイルＬ３のインダクタンスＬ３′は、 Ｌ３′＝｛（ｎ１／ｎ３）↑２｝＊Ｌ３ ……（２）式 となり、チョークコイルＬ２のトランスＴ１の１次側か
らみたインダクタンスＬ２″は、 Ｌ２″＝［｛ｎ１／（ｎ２−ｎ３）｝↑２｝＊Ｌ２ ……（３）式 となる。結局、トランスの１次側は、Ｌ３′とＬ２″と
Ｌ１の並列接続である。Ｌ｛Ｌ１//Ｌ３′//Ｌ２″｝と
共振コンデンサＣ１との直列共振回路である。

【００２５】図１の回路において、蛍光ランプＦＬ１よ
りみると、の場合には、共振コンデンサＣ１に発生す
る共振電圧をＶRES とすれば、 Ｖ（）＝（ＶRES −Ｖin）＊（ｎ２／ｎ１） ……（４）式 となる電圧が、蛍光ランプ点灯開始電圧Ｖｔｈ＜Ｖ
（）となるように巻線ｎ２の巻数を選べば蛍光ランプ
ＦＬ１は、放電を開始して、放電電流Ｉ（）は、 Ｉ（）≒Ｖ（）／（ωＬ２） ……（５）式 となる。

【００２６】の場合には、 Ｖ（）＝（ＶRES −Ｖin）＊（ｎ３／ｎ１） ……（６）式 となる電圧が、蛍光ランプ点灯開始電圧Ｖｔｈ＞Ｖ
（）となっていてもの状態のあとでは、放電を継続
できて、放電電流Ｉ（）は、 Ｉ（）≒Ｖ（）／ωＬ３ ……（７）式 となる。

【００２７】以下、具体的な数値を用いて、１例を説明
する。

【００２８】図４の従来例において、ｎ２＝４＊ｎ、Ｌ
２＝Ｌ４＊Ｌ、として（ｎ，Ｌは特定の巻数，インダク
タンスを示す）、実施例１において、ｎ２＝４＊ｎ３＝
４＊ｎ、Ｌ２＝１０＊Ｌ、Ｌ３＝Ｌとすれば以下のよう
になる。

【００２９】ｎ２＝４ｎを（４）式に代入するとＶ
（）は、Ｖ（）＝（ＶRES −Ｖin）＊（４＊ｎ）／
ｎ１ となる。よって従来例と同一値で蛍光ランプＦ
Ｌ１を点灯できる。ｎ３＝ｎを（６）式に代入するとＶ
（）は、Ｖ（）＝（ＶRES −Ｖin）＊ｎ／ｎ１
となるが、蛍光ランプＦＬ１の点灯維持電圧Ｖｋｐ以上
にとれば、Ｖ（）の状態の直後ならば、点灯を維持で
きて、ランプ電流は、Ｉ（）＝Ｖ（）／ωＬ３＝Ｖ
（）／ω（４＊Ｌ） となり、従来例と同一のラン
プ電流を確保できる。

【００３０】一方、Ｉ（）は、Ｌ２＝１０Ｌを（５）
式に代入して、Ｉ（）＝Ｖ（）／ω（１０＊Ｌ）
となり、Ｉ（）の０．４倍となる。よって、スイッ
チング素子ＳＷ３のオン，オフの切換えにより、或はオ
ン，オフのタイミングすなわちデューティを変えること
により調光を行うことができる。

【００３１】ところで、トランスＴ１の１次側からみた
インダクタンス値は、の場合、ｎ３＝ｎ，Ｌ３＝Ｌを
（２）式に代入して、Ｌ３′は、Ｌ３′＝｛（ｎ１／
ｎ）↑２｝＊Ｌ となる。

【００３２】このＬ３′をＬＬとすると、ｎ２＝４＊ｎ
３＝４＊ｎ，Ｌ２＝１０＊Ｌを（３）式に代入してＬ
２″は、 Ｌ２″＝［｛ｎ１／（３＊ｎ）｝↑２］＊（１０＊Ｌ） ＝１０／９＊ＬＬ となる。よって、 Ｌ｛Ｌ３′//Ｌ２″｝＝１０／１９＊ＬＬ となり、さらに、Ｌ１＝ＬＬの場合には、 １０／１９＊ＬＬとＬ１の並列接続＝１０／２９＊ＬＬ ……（Ａ） となる。

【００３３】の場合、ｎ２＝４＊ｎ，Ｌ２＝１０＊Ｌ
を（１）式に代入して、Ｌ２′は、 Ｌ２′＝［｛ｎ１／（４＊ｎ）｝↑２］＊（１０＊Ｌ） ＝１０／１６＊ＬＬ となる。 Ｌ１＝ＬＬであるから、 １０／１６＊ＬＬとＬ１の並列接続＝１０／２６＊ＬＬ ……（Ｂ） となる。

【００３４】これに対し、従来例においては、トランス
Ｔ１の１次側からみたチョークコイルＬ２のインダクタ
ンスＬ２′は、ｎ２＝４＊ｎ，Ｌ２＝４＊Ｌであるか
ら、 Ｌ２′＝［｛ｎ１／（４＊ｎ）｝↑２］＊（４＊Ｌ） ＝１／４＊ＬＬ となり、Ｌ１＝ＬＬであるから、 １／４＊ＬＬとＬ１の並列接続＝１／５＊ＬＬ ……（Ｃ） であり、前記（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）から明らかなよう
に、，いずれの場合も従来例よりも、大きな１次側
インダクタンスにみせることができる。

【００３５】つまり、同一のランプ電流を得るという条
件下において、本実施例の回路において、の状態のあ
とにの状態になるようにスイッチング素子ＳＷ３を制
御することで、蛍光ランプＦＬ１を点灯させることがで
きて、しかも、トランスＴ１の１次側よりみたインダク
タンス値を前述の例の場合には、従来例の約２倍にでき
るので、同一の共振周波数にて、動作するのに共振コン
デンサＣ１の容量を１／２にできる。

【００３６】そうすることで、共振インピーダンス（Ｌ
／Ｃ）↑（１／２）が大きくできて、共振電流を小さく
できる。つまり、スイッチング素子ＳＷ１，コンバータ
トランスＴ１の電流値が下がり、小型化できる。

【００３７】また、蛍光灯の放電を維持したまま調光で
きるので、巻線ｎ２の電流がゼロになる瞬間がまったく
無くなり、スイッチング素子ＳＷ１のゼロ電圧オンを保
つことができ、スイッチング素子ＳＷ１の昇温や、ノイ
ズの発生の問題を回避できる。

【００３８】（実施例２）図２は実施例２である“蛍光
灯回路付電源装置”の回路図である。

【００３９】本実施例は、双方向スイッチ手段として可
飽和リアクトルを用いた例である。この場合には、蛍光
ランプＦＬ１が点灯するまでは、可飽和リアクトルＬ４
が大きなＬ値を示し、点灯後に可飽和リアクトルＬ４が
飽和して小さなＬ値を示す。このように、単純な回路に
て、実施例１と同様に共振電流を小さくでき、装置も小
型化できる。なお、本実施例の回路のままでは調光はで
きないが、可飽和リアクトルに制御巻線を設けて飽和の
タイミングを制御するようにすれば、調光を行うことが
できる。

【００４０】（実施例３）図３は実施例３である“蛍光
灯回路付電源装置”の回路図である。

【００４１】本実施例では、カレントトランスＣＴにて
ランプ電流を検出して、その検出信号にてスイッチング
素子ＳＷ３をオンさせる構成をとっている。この回路構
成では、スイッチング素子ＳＷ３のオン／オフのタイミ
ングを自動的にとってくれる。

【００４２】なお、本実施例の回路のままでは調光はで
きないが、スイッチング素子ＳＷ３の回路にバイアス回
路を設けてバイアスを制御するようにすれば調光を行う
ことができる。

【００４３】（変形）以上の各実施例は、多出力コンバ
ータトランスの一部出力を蛍光灯回路に利用するもので
あるが、本発明はこれに限らず、コンバータトランスを
蛍光灯回路専用とする形で実施することもできる。また
各実施例ではフィードバック制御を行っているが、フィ
ードバック制御を行わない形で実施することもできる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本実施例によれ
ば、蛍光灯回路，蛍光灯回路付電源装置を小型にでき
る。また調光の際の１次側スイッチング素子の昇温およ
びノイズの問題が解消する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１の回路図

【図２】 実施例２の回路図

【図３】 実施例３の回路図

【図４】 従来例の回路図

【符号の説明】

Ｃ１ 共振コンデンサ ＤＢ３，ＳＷ３ 双方向スイッチ手段 ＦＬ１ 蛍光ランプ Ｌ２，Ｌ３ チョークコイル Ｔ１ コンバータトランス

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンバータトランスの１次側をスイッチ
   ングする電圧共振型スイッチング電源と、前記コンバー
   タトランスの２次巻線に直列に接続した第１のチョーク
   コイルと蛍光ランプと、前記２次巻線の中間タップと前
   記蛍光ランプの一端の間に直列接続した第２のチョーク
   コイルと双方向スイッチ手段とを備えたことを特徴とす
   る蛍光灯回路。
2. 【請求項２】 ２次側に蛍光ランプ用２次巻線とこれ以
   外の２次巻線を設けたコンバータトランスの１次側を、
   スイッチングする電圧共振型スイッチング電源装置であ
   って、前記蛍光ランプ用２次巻線に直列接続した第１の
   チョークコイルと蛍光ランプと、前記蛍光ランプ用２次
   巻線の中間タップと前記蛍光ランプの一端との間に直列
   接続した第２のチョークコイルと双方向スイッチ手段と
   を備えたことを特徴とする蛍光灯回路付電源装置。
3. 【請求項３】 双方向スイッチが可飽和リアクトルであ
   ることを特徴とする請求項１記載の蛍光灯回路。
4. 【請求項４】 双方向スイッチが可飽和リアクトルであ
   ることを特徴とする請求項２記載の蛍光灯回路付電源装
   置。
5. 【請求項５】 蛍光ランプと直列にカレントトランスを
   接続し、このカレントトランスの出力により双方向スイ
   ッチ手段を駆動することを特徴とする請求項１記載の蛍
   光灯回路。
6. 【請求項６】 蛍光ランプと直列にカレントトランスを
   接続し、このカレントトランスの出力により双方向スイ
   ッチ手段を駆動することを特徴とする請求項２記載の蛍
   光灯回路付電源装置。
7. 【請求項７】 双方向スイッチング手段のオン，オフの
   タイミングを変えて調光を行うことを特徴とする請求項
   １，請求項３，請求項５のいずれかに記載の蛍光灯回
   路。
8. 【請求項８】 双方向スイッチング手段のオン，オフの
   タイミングを変えて調光を行うことを特徴とする請求項
   ２，請求項４，請求項６のいずれかに記載の蛍光灯回路
   付電源装置。