JPH08255687A - 蛍光ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 蛍光ランプをパルス電圧で始動させ、半導体
スイッチング素子のロスを減らす。 【構成】 予熱電流はダイオード11と抵抗13とを並列に
接続した並列回路と、抵抗12とを直列に接続した電流検
出回路８を流れる。このとき、抵抗13と抵抗12の接続点
ａからみた電流検出回路８の両端の電位を合成した電圧
の波形は、所定の電流設定値でピークを有し、電解コン
デンサ19と抵抗17，18との時定数に従って上昇する電解
コンデンサ19の電圧に毎サイクルごとに重畳される。上
昇する電解コンデンサ19の電圧が半導体スイッチング素
子としてのトランジスタ９を遮断するための所定電圧に
近づいたとき、電解コンデンサ19の電圧に重畳した毎サ
イクルの重畳電圧リプルのピークによって、トランジス
タ９を遮断させることになる。蛍光ランプ３を始動する
ためのパルス電圧は、蛍光ランプの予熱電流が所定の電
流値になる位相で常に発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蛍光ランプ点灯装置、特
に予熱電極を有する蛍光ランプのための半導体スイッチ
素子を利用した始動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、蛍光ランプの始動装置としては、
グロースタータが主として用いられていたが、これは、
始動時間が長い、寿命が短い等の欠点がある。最近、半
導体スイッチング素子を利用した始動装置が開発されて
いるが、高価で需要が限られていた。このために、半導
体スイッチング素子を用いた始動装置で安価な回路装置
の開発が望まれている。上記要請に基づいて安価なトラ
ンジスタを半導体スイッチング素子として用いた図８に
示すような蛍光ランプ点灯装置が提案されている(特開
平６−140164号公報)。

【０００３】図８において、１は交流電源、２は安定
器、３は蛍光ランプ、４，５は蛍光ランプの予熱電極、
９は半導体スイッチング素子としてのトランジスタ、1
0，16はダイオード、13，18，22，24，27は抵抗、14は
雑音防止コンデンサ、19は電解コンデンサ、23はツェナ
ーダイオード、25はサイリスタ、26はサージアブソーバ
である。ここで、前記抵抗18と電解コンデンサ19との直
列回路でＣＲタイマー回路を構成している。

【０００４】次に、本装置の動作を説明する。蛍光ラン
プ３の始動前は電源電圧が正のサイクルのとき、トラン
ジスタ９のベースには抵抗24，ダイオード10を介してベ
ース電流が供給されるために、交流電源１からダイオー
ド16，10と抵抗13を介して多大のコレクタ電流、すなわ
ち、蛍光ランプ３の予熱電極４，５に予熱電流が流れ
る。また、交流電源電圧が負のサイクルのときはダイオ
ード16により電流が遮断され蛍光ランプ３の予熱電極
４，５に予熱電流は流れない。したがって、蛍光ランプ
３の予熱電流は半波整流された波形となる。

【０００５】上記のコレクタ電流が流れているとき、抵
抗18と電解コンデンサ19よりなるＣＲタイマー回路の電
源は、トランジスタ９のコレクタ−エミッタ間電圧であ
る。このとき、ＣＲタイマー回路の電解コンデンサ19と
サイリスタ25の間にトランジスタ９のエミッタ電流が流
れるように挿入した電流検出用素子である抵抗13の両端
には予熱電流とほぼ等しい半波の電圧波形が発生する。

【０００６】ＣＲタイマー回路の出力電圧は、抵抗13に
発生する電圧が、サイリスタ25のゲート・カソード間に
対して正電圧となるように電解コンデンサ19とサイリス
タ25を接続しているので、サイリスタ25のカソードに対
して電流検出用の抵抗13に発生する電圧と電解コンデン
サ19の電圧の加算電圧となる。また、電解コンデンサ19
の電圧波形は、予熱半波サイクルごとに徐々に上昇する
ものである。そのため、サイリスタ25のカソードに対す
るＣＲタイマー回路の出力電圧波形は電解コンデンサ19
の電圧に毎サイクルごとの予熱電流波形を重畳したもの
となる。

【０００７】その結果、徐々に上昇する電解コンデンサ
19の電圧がサイリスタ25のターンオンのための所定電圧
Ｖtに近づいたとき、電解コンデンサ19の電圧に重畳し
た毎サイクルの重畳電圧リプルのピークによって、サイ
リスタ25をターンオンさせることになる。そのため、パ
ルス電圧は、蛍光ランプ３の両端の電圧・電流位相のピ
ーク付近で常に発生できる。

【０００８】すなわち、ＣＲタイマー回路にて設定され
た時間の電流・電圧位相のピーク付近になると、抵抗18
と電解コンデンサ19のＣＲタイマー回路によってサイリ
スタ25のゲート端子に電解コンデンサ19と交流電源１か
らの電荷が抵抗22とツェナーダイオード23を通じて流
れ、サイリスタ25を強制オンする。次にトランジスタ９
のコレクタ電流が、そのピーク値付近で強制オフされる
ために安定器２のインダクタンスによるキック電圧が発
生し、蛍光ランプ３を点灯させる。

【０００９】次に、蛍光ランプ３が点灯すると、非電源
側の予熱電極４，５端子間の電圧も点灯時ランプ電圧に
低下する。また、蛍光ランプ３が点灯しているときに、
電解コンデンサ19の電位は抵抗18により交流半サイクル
では殆ど低下せず、サイリスタ25をオンさせ続ける。す
なわち、トランジスタ９をオフに維持し、パルス発生動
作を停止する。その結果、蛍光ランプ３は安定点灯す
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の蛍光ランプ点灯装置では、パルス電圧を発生する位
相が、常に予熱電流のピーク付近となる。さらに、交流
電源電圧が高い場合は電流値のピークも大きく、このピ
ーク値の大きい位相でトランジスタ９をターンオフする
場合、ターンオフ時のトランジスタのスイッチングロス
が大きくなりトランジスタの破壊を招き蛍光ランプ点灯
装置の信頼性低下が問題となる。また、大きいスイッチ
ングロスに耐えれるトランジスタを使用する対策もある
が、形状が大きく、また、値段も高くなるという問題が
ある。

【００１１】本発明は上記問題を解決し、蛍光ランプを
１回の始動パルスで確実に始動することができ、しかも
パルス発生時におけるトランジスタのターンオフ時のス
イッチングロスを軽減し、信頼性の高い蛍光ランプ点灯
装置の提供を目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するための、交流電源に予熱電極付蛍光ランプの電源側
電極端子を安定器を介して接続し、非電源側電極端子の
両端に、制御端子を有する半導体スイッチング素子を含
む半導体スイッチング手段と前記半導体スイッチング素
子に流れる電流を検出する電流検出回路とを直列に接続
した始動回路を有する蛍光ランプ点灯装置において、前
記電流検出回路はダイオードと第１の抵抗とを並列に接
続した並列回路と、前記並列回路と第２の抵抗とを直列
に接続した構成としたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明によると、トランジスタのコレクタ−エ
ミッタ間を流れる予熱電流はダイオードと第１の抵抗と
を並列に接続した並列回路と、前記並列回路と第２の抵
抗とを直列に接続した電流検出回路を流れる。このと
き、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗の接続点からみた
前記電流検出回路の両端の電位を合成した電圧の波形
は、所定の電流設定値でピークを有し、この電圧はＣＲ
タイマー回路の電解コンデンサと抵抗との時定数に従っ
て上昇する電解コンデンサの電圧に毎サイクルごとに重
畳される。その結果、徐々に上昇する電解コンデンサ電
圧が半導体スイッチング素子としてのトランジスタを遮
断するための所定電圧に近づいたとき、電解コンデンサ
電圧に重畳した毎サイクルの重畳電圧リプルのピークに
よって、前記トランジスタを遮断させることになる。そ
のため、蛍光ランプを始動するためのパルス電圧は、蛍
光ランプの予熱電流が所定の電流値になる位相で常に発
生することとなる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の一実施例における蛍光ラン
プ点灯装置の予熱電流が流れる部分を示した主要な回路
図である。図１に示すように、本実施例においては、交
流電源１に予熱電極付蛍光ランプ３の電源側電極端子を
安定器２を介して接続し、非電源側電極端子の両端に、
トランジスタ９を含む半導体スイッチング手段７と前記
トランジスタ９に流れる電流を検出する電流検出回路８
を直列に接続した始動回路６を接続し、前記電流検出回
路８はダイオード11と、第１の抵抗13とを並列に接続し
た並列回路と、前記並列回路と第２の抵抗12とを直列に
接続した構成となっている。そして、蛍光ランプ３の予
熱電極４，５を流れる予熱電流はトランジスタ９に直列
接続されたダイオード10とこのトランジスタ９のコレク
タ−エミッタ間を通して整流された半波の電流となり、
電流検出回路８を流れる。

【００１５】図２は、図１を用いた本発明の一実施例に
おける蛍光ランプ点灯装置の詳細な回路図を示し、図１
および図８と同じ構成部材には同じ符号を付してある。
図２に示すように交流電源１に接続された安定器２と一
対の予熱電極４，５を有する蛍光ランプ３との直列回路
と、蛍光ランプ３の非電源側の予熱電極４，５間に、半
導体スイッチング手段７と電流検出回路８とダイオード
16からなる直列回路が接続され、前記半導体スイッチン
グ手段７にサージアブソーバ26が並列接続されている。

【００１６】前記電流検出回路８の両端には抵抗20と抵
抗21との直列回路が並列接続され、抵抗20と抵抗21との
接続点ｄとトランジスタ９のコレクタ側の電極端子ｅの
間には抵抗18，抵抗17および電解コンデンサ19からなる
ＣＲタイマー回路が接続されている。

【００１７】また、電流検出回路８の第２の抵抗12と第
１の抵抗13の接続点ａとトランジスタ９のコレクタ側の
電極端子の接続点ｅの間には抵抗24とサイリスタ25から
なるベース駆動回路が接続されている。

【００１８】前記ダイオード16のカソードと抵抗18と電
解コンデンサ19の接続点ｆの間にはダイオード15が、ま
た、前記サイリスタ25のゲートと抵抗18と電解コンデン
サ19の接続点ｆの間には抵抗22とツェナーダイオード23
からなる直列回路が接続されている。

【００１９】蛍光ランプ３の非電源側の予熱電極４，５
間には、通常のとおり雑音防止コンデンサ14が接続され
ている。

【００２０】次に、図２に示す蛍光ランプ点灯装置の動
作について説明する。

【００２１】交流電源１の電圧が投入され、電源電圧が
正のサイクルのとき、トランジスタ９のベースには抵抗
24とダイオード10と電流検出回路８とダイオード16とを
介してベース電流が供給されるために、交流電源１から
安定器２を介して多大のコレクタ電流が流れ、蛍光ラン
プ３の予熱電極４，５を予熱する。

【００２２】このとき、抵抗18，抵抗17および電解コン
デンサ19で構成されたＣＲタイマー回路に印加される電
圧は、トランジスタ９のコレクタ−エミッタ間電圧にほ
ぼ等しく、電解コンデンサ19は抵抗18を流れる電流によ
って充電される。電源電圧が負のサイクルのとき、ダイ
オード15を介してＣＲタイマー回路に電流が流れ、電解
コンデンサ19，抵抗17を通る経路と抵抗18を通る経路の
２つの経路を通って交流電源１に戻る。電解コンデンサ
19，抵抗17を通る電流は電解コンデンサ19を同じ極性に
充電し、電解コンデンサ19の電圧は上昇する。

【００２３】図３は、図２の各部の電流電圧の動作波形
を示し、横軸に時間ｔ、縦軸に電流Ｉ，電圧Ｖを示す。
図３(a)の電流波形(ア)はトランジスタ９に流れる電流
波形であり、半波の予熱電流波形の様子を示し、図３
(b)の電圧波形(イ)は蛍光ランプ３の予熱電極４，５両
端の電圧波形であり、正の周期ではトランジスタ９のコ
レクタ−エミッタ間電圧にほぼ等しく、負の周期では電
源電圧に等しい様子を示し、図３(c)の電圧波形(ウ)は
電解コンデンサ19の電圧の充電の様子を示している。

【００２４】図４は図２のトランジスタ９に半波の予熱
電流が流れたときの電流検出回路８の動作を説明する波
形図である。図５は図２の電流検出回路８と、その周辺
回路の一部を示す回路図である。

【００２５】まず、図４の電圧Ｖ−電流Ｉ特性のグラフ
において、横軸Ｖは図５に示す電流検出回路８の第２の
抵抗12と第１の抵抗13の接続点ａからみた電圧である。
また縦軸Ｉは電流検出回路８の右(Ａ点)から左(Ｂ点)に
流れる方向を正の方向としている。

【００２６】図４の電圧Ｖ−電流Ｉ特性のグラフにおい
て、グラフ(エ)はダイオード11の電流−電圧特性であ
り、順方向電圧VF以下で電流は零となり、VFを越えると
急峻な立ち上がりを示す。グラフ(オ)，グラフ(カ)は、
それぞれ第１の抵抗13と第２の抵抗12の電流Ｉ−電圧Ｖ
特性であり、両者とも原点を通る直線となる。但しどち
らも接続点ａから見た電圧を正の方向としているのでグ
ラフの傾きは逆となっている。

【００２７】グラフ(キ)は、ダイオード11と第１の抵抗
13とを並列に接続した並列回路の電流Ｉ−電圧Ｖ特性で
あり、グラフ(キ)に示すようにダイオード11の順方向電
圧VF、および、所定電流値Ｉcutにおいて変極点を有す
る特性となる。すなわち、グラフ(キ)とグラフ(カ)は、
電流検出回路８に流れる電流と、電流検出回路８の第２
の抵抗12と第１の抵抗13の接続点ａから電流検出回路８
の両端の接続点ｂ，ｃをみた電圧の特性を表している。
グラフ(ク)はグラフ(キ)とグラフ(カ)を合成した電流Ｉ
−電圧Ｖ特性である。

【００２８】このグラフ(ク)の電圧は、電流検出回路８
の両端の接続点ｂ，ｃに抵抗20と抵抗21の直列回路を並
列に接続し、第２の抵抗12と第１の抵抗13の接続点ａか
ら抵抗20と抵抗21の接続点ｄをみた電圧であり、この電
圧はグラフ(キ)とグラフ(カ)を電圧方向に加算した値と
なる。このグラフ(ク)の特性は所定電流値Ｉcut以下で
は電圧Ｖ−電流Ｉに対して正特性であり、所定電流値Ｉ
cut以上では負特性となる特異な特性を有している。こ
のグラフ(ク)の電圧−電流特性に対し半波の予熱電流で
ある入力電流波形(ケ)を入力すると、出力電圧は所定電
流値Ｉcutを有する検出波形(コ)のような波形となる。

【００２９】図６は、図２の各部の電流，電圧の動作波
形図を示し、図６(a)の電流波形(サ)はトランジスタ９
に流れる半波の予熱電流波形を示し、図６(b)の電圧波
形(シ)は電解コンデンサ19の電圧の上昇の様子を示し、
図６(b)の検出波形(ス)は第２の抵抗12と第１の抵抗13
の接続点ａからみた抵抗20と抵抗21の接続点ｄの電圧波
形を示している。

【００３０】図２において、電解コンデンサ19の電圧と
第２の抵抗12と第１の抵抗13の接続点ａからみた抵抗20
と抵抗21の接続点ｄの電圧の加算値がサイリスタ25のカ
ソード−ゲート電圧とツェナーダイオード23の加算値を
越えるとサイリスタ25のゲートに電流が流れサイリスタ
25はオンとなる。図６(c)の電圧波形(セ)は電解コンデ
ンサ19の電圧と第２の抵抗12と第１の抵抗13の接続点ａ
からみた抵抗20と抵抗21の接続点ｄの電圧を加算した波
形である。

【００３１】図６(c)に示す電圧波形(セ)は予熱電流の
所定電流値Ｉcutでピーク成分を有し、サイリスタ25は
必ずこのピークの位相付近でオンすることとなる。図６
の時刻ｔ₁において、図２に示すサイリスタ25がオンす
ると、トランジスタ９のベースに流れていた電流が遮断
され、トランジスタ９はオフとなる。このとき、安定器
２にキック電圧が発生し、蛍光ランプ３を点灯させる。
蛍光ランプ３の予熱電極４，５両端に接続されているサ
ージアブソーバ26は安定器２に発生するキック電圧を所
定の電圧でクリップしトランジスタ９の耐圧による破壊
を防止する。

【００３２】図７は、図２のトランジスタのターンオフ
時の動作を説明する波形図であり、図７(a)はトランジ
スタ９のターンオフ時のコレクタ−エミッタ間電圧とコ
レクタ電流の波形を示している。実線で示した電流波形
(ソ)および電圧波形(タ)はそれぞれ所定の電流値Ｉcut
でターンオフした場合のコレクタ電流波形，コレクタ−
エミッタ間電圧波形を示している。また、破線で示した
電流波形(チ)および電圧波形(ツ)は、それぞれ電流検出
回路８がなく予熱電流のピーク値でトランジスタ９がタ
ーンオフした場合のコレクタ電流波形，コレクタ−エミ
ッタ間電圧波形を示している。

【００３３】予熱電流のピーク値でトランジスタ９がタ
ーンオフする場合、ターンオフする直前に安定器２を流
れている電流は最大となり蓄積されているエネルギーも
最大になっているため、ターンオフし始めてからのキッ
ク電圧の立ち上がりも速くなる。従って、トランジスタ
９のコレクタ電流が零になるまでに大きい電圧がコレク
タ−エミッタ間にかかりスイッチングロスは非常に大き
いものとなる。

【００３４】図７(b)のトランジスタ電圧−電流波形は
横軸にトランジスタ９のターンオフ時のコレクタ−エミ
ッタ間電圧Ｖをとり、縦軸にコレクタ電流Ｉをとり、タ
ーンオフ時の電圧電流軌跡の動作を示したものである。
実線で示した電圧−電流波形(テ)は所定の電流値Ｉcut
でターンオフした場合の軌跡であり、破線で示した電圧
−電流波形(ト)は電流検出回路８がなく予熱電流のピー
ク値でターンオフした場合の動作を示している。

【００３５】予熱電流のピーク値でトランジスタ９がタ
ーンオフする場合、所定の電流値Ｉcutでターンオフす
る場合と比較して電圧電流軌跡は電圧−電流波形(ト)の
ようにかなり右斜め上の領域を通過しており、非常に大
きいスイッチングロスを発生していることがわかる。こ
の場合、電圧値の大きい右下の領域で漏れ電流がトラン
ジスタ９のコレクタ−エミッタ間を流れるので、耐圧破
壊する確率が高くなり問題となる。しかし電流検出回路
８を用い所定の電流値Ｉcutでトランジスタ９をターン
オフする場合、電圧電流軌跡は電圧−電流波形(テ)のよ
うに左下の領域を通過しており、スイッチングロスはご
く僅かであることがわかる。その結果、トランジスタ９
のパルス発生時の信頼性は大幅に向上する。

【００３６】また、電流検出回路８がなく、予熱電流が
非常に小さい位相でトランジスタ９がターンオフした場
合、スイッチングロスは更に小さくなりトランジスタ９
の信頼性も更に向上する。しかしターンオフする直前に
安定器２を流れている電流が小さく、蓄積されているエ
ネルギーも小さいため蛍光ランプ３が点灯しないという
大きな問題が生じる。従って、トランジスタ９をターン
オフする瞬間の予熱電流値は大きすぎても少さすぎても
良くなく、電流検出回路８を用いて蛍光ランプ３を点灯
させるに十分な所定の電流値Ｉcutでトランジスタ９を
ターンオフする必要がある。

【００３７】次に、蛍光ランプ３が点灯すると、非電源
側の予熱電極４，５間の電圧も点灯時ランプ電圧に低下
する。また、蛍光ランプ３が点灯しているとき、電解コ
ンデンサ19の電荷は蛍光ランプ３の予熱電極間の電圧、
すなわち、ランプ電圧により抵抗18，抵抗17により供給
され、サイリスタ25をオンさせ続ける。すなわち、トラ
ンジスタ９のオフを維持し、パルス発生動作を停止す
る。その結果、蛍光ランプ３は安定点灯する。

【００３８】以上のように、本実施例の蛍光ランプ点灯
装置は、電流検出回路８を用いて蛍光ランプ３を点灯さ
せるに十分な所定の電流値をＩcutでトランジスタ９を
ターンオフさせ、安定器２の十分なキック電圧で蛍光ラ
ンプ３を確実に点灯させ、さらに、パルス発生時のトラ
ンジスタ９のスイッチングロスを減少させ信頼性を大幅
に向上させる構成となっている。

【００３９】また、本実施例では半導体スイッチング手
段７にバイポーラ形トランジスタを用いたが、電界効果
トランジスタを使用しても同様にスイッチングロスを低
下させることができる。さらに、アバランシェ耐量のあ
る電界効果トランジスタを使用し、サージアブソーバ26
を省いた場合、ターンオフ直後に安定器２に発生するキ
ック電圧により電界効果トランジスタのドレイン−ソー
スにはアバランシェ電流が流れる。このアバランシェ電
流の最大値はターンオフ直前の予熱電流値に等しく、こ
の電流値を電流検出回路８を用いてアバランシェ電流の
最大定格値以下に設定することで電界効果トランジスタ
のアバランシェ動作時の信頼性を大幅に向上することも
できる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の蛍光ラン
プ点灯装置は、蛍光ランプを十分なエネルギーのパルス
電圧で確実に始動でき、さらに、パルス発生時のトラン
ジスタのスイッチングロスを減少させトランジスタの信
頼性を大幅に向上させる。さらに、電界効果トランジス
タを使用した場合にも同様の効果を有し、特に、アバラ
ンシェ耐量のある電界効果トランジスタ使用時にはアバ
ランシェ動作時の信頼性を大幅に向上させるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における蛍光ランプ点灯装置
の予熱電流が流れる部分を示した主要な回路図である。

【図２】図１を用いた本発明の一実施例における蛍光ラ
ンプ点灯装置の詳細な回路図である。

【図３】図２の各部の電流，電圧の動作波形図である。

【図４】図２の電流検出回路の動作を説明する波形図で
ある。

【図５】図２の電流検出回路と、その周辺回路の一部を
示す回路図である。

【図６】図２の各部の電流，電圧の動作波形図である。

【図７】図２のトランジスタのターンオフ時の動作を説
明する波形図である。

【図８】従来の蛍光ランプ点灯装置の一例を示す回路図
である。

【符号の説明】

１…交流電源、 ２…安定器、 ３…蛍光ランプ、
４，５…予熱電極、 ６…始動回路、 ７…半導体スイ
ッチング手段、 ８…電流検出回路、 ９…トランジス
タ、 10，11…ダイオード、 12…第２の抵抗、 13…
第１の抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源に予熱電極付蛍光ランプの電源
   側電極端子を安定器を介して接続し、非電源側電極端子
   の両端に、制御端子を有する半導体スイッチング素子を
   含む半導体スイッチング手段と前記半導体スイッチング
   素子に流れる電流を検出する電流検出回路とを直列に接
   続した始動回路を有する蛍光ランプ点灯装置において、
   前記電流検出回路はダイオードと第１の抵抗とを並列に
   接続した並列回路と、前記並列回路と第２の抵抗とを直
   列に接続した構成としたことを特徴とする蛍光ランプ点
   灯装置。