JPH088151B2

JPH088151B2 - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JPH088151B2
Application number: JP13991886A
Authority: JP
Inventors: 諭久保田; 孝義前田; 勝己佐藤
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1986-06-16
Filing date: 1986-06-16
Publication date: 1996-01-29
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: JPS62296394A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、他励駆動式インバータによる放電灯点灯装
置に関するものである。

（背景技術）第７図は従来の放電灯点灯装置の回路図である。交流
電源ACの電源電圧は、ダイオードブリッジDBにて整流さ
れ、コンデンサC₀にて平滑され、直流電圧とされる。こ
の直流電圧は、リーケージトランスT₁の１次側と半導体
スイッチ素子Q₁との直列回路に印加される。リーケージ
トランスT₂の２次側には、コンデンサC₂を介して放電灯
DL₁,DL₂が接続され、各放電灯の非電源側にはリアクタ
ンス素子（コンデンサC₃,C₄）が接続され、放電灯フィ
ラメントの予熱回路が構成されている。半導体スイッチ
素子Q₁には、ダイオードD₁が逆並列接続される。また、
回路のインダクタンス成分と共振状態を呈するコンデン
サC₁をスイッチ素子Q₁の両端に並列接続する。このコン
デンサC₁の接続される位置は、リーケージトランスT₁の
１次コイルの両端でも構わない。

半導体スイッチ素子Q₁の制御極には、他励信号発生回
路SGの出力がドライブトランスT₂を介して入力されてい
る。他励信号発生回路SGは、発振周期を決める発振回OS
Cと、オン／オフ・デューティーを決めるための単安定
マルチバイブレータよりなるオフ期間発生回路MVとを有
し、平滑コンデンサC₀に接続された制御部電源回路PWか
ら電源供給を受けている。

第８図（イ）は半導体スイッチ素子Q₁をオン・オフ制
御するための他励信号（“High"レベルのとき他励オン
信号、“Low"レベルのとき他励オフ信号と呼ぶことにす
る）を示す。他励オン信号にて半導体スイッチ素子Q₁が
オンされると、リーケージトランスT₁の１次側を介し
て、第８図（ハ）に示されるような電流が流れる。他励
オフ信号にて半導体スイッチ素子Q₁がオフされると、回
路のLC成分に蓄えられたエネルギーのために、リーケー
ジトランスT₁はコンデンサC₁と共振し、第８図（ニ）に
示すような共振コンデンサ電流が流れ、半導体スイッチ
素子Q₁の両端には、第８図（ロ）に示されるような共振
電圧が生じる。この共振電圧がゼロになると、共振電流
はダイオードD₁を介して流れ、また、ダイオード電流
（第８図（ホ））がゼロになると、他励信号により半導
体スイッチ素子Q₁に前サイクルと同様に電流が流れる
（第８図（ハ））。このようにして、発振を継続して行
く。そして、この共振によってリーケージトランスT₁の
２次側に生じる電圧をリーケージインダクタンスとコン
デンサC₂を介して放電灯に印加し、点灯させる。

この回路にあっては、他励信号のオン／オフ・デュー
ティを変化させることにより、半導体スイッチ素子Q₁に
流れる電流が変化するため、共振電流値が変化し、放電
灯に印加される電圧を変えることができ、放電灯を点灯
に至らせない予熱状態と、点灯状態と、調光状態とを設
定することができる。このいずれの状態においても、フ
ィラメントを介してリアクタンス素子（コンデンサC₃,C
₄）が接続されているために、回路の固有振動周期は大
きく変わらない。しかし、フィラメントの断線時や、放
電灯が接続されていない場合、放電灯の脱着時等の過渡
状態等の無負荷時においては、リアクタンス素子が接続
されていないので、回路の固有振動周期が大きく変化
し、周期が大となる。このため、無負荷時の回路の固有
振動周波数は放電灯点灯時に比べて低い。

このように、回路の固有振動周期が変化した場合にお
いても、他励駆動式では他励信号の周期に従って半導体
スイッチ素子Q₁がオンするために、第８図（ヘ）に示さ
れるように、共振コンデンサC₁の電圧が高い状態で半導
体スイッチ素子Q₁がオンすることになり、第８図（ト）
に示されるように、コンデンサC₁からのラッシュ電流が
半導体スイッチ素子Q₁に流れて、大きな電力損失を発生
し、また半導体スイッチ素子Q₁の破損を生じることもあ
る。

ところで、スイッチ素子Q₁の駆動を他励信号で行って
いる理由として、以下に述べることがある。

（ｉ）インバータ駆動方式の１つとして、リーケージト
ランスに帰還巻線を設け、振動を帰還することで発振を
継続する自励方式がある。この方式では無負荷状態にお
いても点灯状態においても、その状態での固有振動周期
でスイッチ素子の駆動を行うために、上記の問題は発生
しない。それ故、自励式のインバータ回路に関する特開
昭60−255067号は本発明とは無関係である。

この自励方式においては、発振が回路の固有振動周期
で決まるために、他励方式では容易にできるオン／オフ
・デューティの変化による予熱、調光のようなランプ電
流の制御が困難であるという欠点がある。

（ii）また、他の駆動方式として回路の固有振動を検出
して、共振コンデンサ電圧がゼロに復帰してから所定時
間だけスイッチ素子を導通させる駆動方式がある。この
方式では、無負荷状態においても点灯状態においても共
振コンデンサの電圧がゼロに復帰してから導通するた
め、他励方式のようなラッシュ電流が流れることはな
い。

しかし、この駆動方式では放電灯の始動時において、
放電灯がグロー放電からアーク放電に移行する際に、ラ
ンプのコンダクタンスが急変し、共振コンデンサの電圧
がゼロに復帰しないことがあり、始動に至らない振動で
安定してしまう難点があった。

他励方式を採用すれば、上記（ｉ），（ii）の駆動方
式における欠点を回避できる他、他励方式の制御回路
はIC化することができ、発振周期が主回路の定数のば
らつきには影響されず、帰還巻線が要らないためにト
ランスが安価になるなどの利点がある。その反面、前述
したように、無負荷時のラッシュ電流の問題がある。こ
のような問題は、第７図の回路構成のみならず、第９図
に示されるように、共振コンデンサC₁に発生する電圧を
放電灯DLに印加する回路方式（特公昭57−45040号参
照）においても、スイッチ素子Q₁を他励駆動する場合に
は、同様に生じる問題である。

（発明の目的）本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、放電灯が接続されていな
い無負荷の状態において、ラッシュ電流による半導体ス
イッチ素子の電力損失・温度上昇を抑え、半導体スイッ
チ素子の破損を防止できるようにした他励駆動式インバ
ータによる放電灯点灯装置を提供するにある。

（発明の開示）本発明に係る放電灯点灯装置は、第１図乃至第６図に
示されるように、直流電源V_DCと、直流電源V_DCに対して
順方向である半導体スイッチ素子Q₁と、直流電源V_DCに
対して逆方向で半導体スイッチ素子Q₁に並列接続された
ダイオードD₁と、半導体スイッチ素子Q₁に直列接続され
たリーケージトランスT₁のようなインダクタンス要素
と、インダクタンス要素と共振状態を呈するコンデンサ
C₁と、半導体スイッチ素子Q₁を繰り返し導通制御する他
励信号発生回路SGと、半導体スイッチ素子Q₁のオンオフ
により発生する共振電圧を安定要素を介して印加される
放電灯DL₁,DL₂とを含み、無負荷時の固有振動周波数が
放電灯点灯時に比べて低いインバータ回路において、回
路の振動電圧又は振動電流を検出し、少なくとも無負荷
時には、半導体スイッチ素子Q₁が両端電圧を有する期間
は、他励信号が前記半導体スイッチ素子Q₁の導通制御極
に入力されることを禁止する回路を設けたものである。

すなわち、本発明にあっては、少なくとも無負荷時に
は、半導体スイッチ素子Q₁が両端電圧を有している期間
中に他励オン信号が発生しても、スイッチ素子Q₁の導通
を禁止する回路を設けたものであり、このように構成さ
れているので、無負荷の状態において、ラッシュ電流に
よる半導体スイッチ素子Q₁の電力損失・温度上昇が生じ
ることを防止し、半導体スイッチ素子Q₁の破損を防止す
ることができるものである。

以下、本発明の好ましい実施例を添付図面と共に説明
する。なお、実施例回路において、従来例回路と同一の
要素については同一の符号を付して重複する説明は省略
する。

実施例１第１図は、本発明の一実施例に係る放電灯点灯装置の
回路図である。本実施例にあっては、半導体スイッチ素
子Q₁としてトランジスタを用いており、スイッチ素子電
圧検出回路Ａとしては、抵抗R₁,R₂による電圧分圧回路
を用いている。抵抗R₂にはスイッチ素子電圧検出回路Ａ
の出力を規制するためのツェナダイオードZDが並列接続
されている。他励信号発生回路SGの出力は、NOT回路G₁
にて反転され、NOR回路G₂に入力される。NOR回路G₂の他
方の入力には、スイッチ素子電圧検出回路Ａの出力が入
力されている。NOR回路G₂の出力は、ドライブトランスT
₂を介してトランジスタQ₁の制御極たるベースに入力さ
れている。

第２図は本実施例の動作説明図である。第２図（イ）
に示されるスイッチ素子Q₁の両端電圧V_CEは、スイッチ
素子電圧検出回路Ａにて検出され、第２図（ロ）に示さ
れるような検出出力を生じる。この検出出力と、他励信
号の反転出力（第２図（ハ））はNORゲートG₂に入力さ
れ、その出力がスイッチ素子Q₁の駆動信号（第２図
（ニ））となる。

第２図（ａ）に示される波形は、無負荷時において、
スイッチ素子電圧発生期間が他励信号の周期よりも短い
場合であり、V_CE＞０である期間中に、第２図（ハ）の
“Low"レベルの期間で示される他励信号が発生しても、
スイッチ素子Q₁は導通せず、スイッチ素子Q₁の駆動信号
は、第２図（ニ）の“High"レベルの期間のみとなる。
第２図（ｂ）に示される波形は、回路のL,C等の定数が
異なり、無負荷時において、スイッチ素子電圧発生期間
が他励信号の周期よりも長い場合である。

このように、半導体スイッチ素子Q₁の両端に電圧が印
加される期間においては、スイッチ素子Q₁の導通を禁止
することにより、ラッシュ電流が流れることを防止でき
るものである。

実施例２第３図は本発明の他の実施例の要部回路図であり、制
御回路の部分のみを図示している。前の実施例において
は、半導体スイッチ素子Q₁が両端電圧を持つ期間だけの
導通を禁止しているのに対し、本実施例にあっては、ス
イッチ素子が両端電圧を持つ期間に発生する他励オン信
号の全期間について、スイッチ素子Q₁の導通を禁止する
ものである。

第３図の制御回路において、他励信号発生回路SGの出
力とスイッチ素子電圧検出回路Ａの出力とは、AND回路G
₃およびNOR回路G₄にそれぞれ入力されている。AND回路G
₃の出力は、RSフリップフロップFF₁のセット入力Ｓに接
続され、NOR回路G₄の出力はRSフリップフロップFF₁のリ
セット入力Ｒに接続されている。他励信号発生回路SGの
出力と、RSフリップフロップFF₁の出力とは、AND回路
G₅に入力されている。このAND回路G₅の出力はドライブ
トランスT₂を介して半導体スイッチ素子Q₁の制御極に入
力されている。本実施例において、放電灯点灯のための
主回路については、前の実施例と同じ回路が用いられる
ものとする。

第４図は本実施例の動作説明図である。第４図（イ）
に示されるスイッチ素子Q₁の両端電圧V_CEは、スイッチ
素子電圧検出回路Ａにて検出され、第４図（ロ）に示さ
れるような検出出力を生じる。この検出出力と、他励信
号（第４図（ハ））とはAND回路G₃に入力され、RSフリ
ップフロップFF₁のセット入力Ｓ（第４図（ニ））を生
じる。したがって、セット入力Ｓは、スイッチ素子電圧
検出回路Ａの検出出力が“High"レベルで、且つ、他励
信号が“High"レベルであるときに、“High"レベルとな
る。一方、AND回路G₃に入力されたのと同じ２つの信号
（第４図（ロ），（ハ））がNOR回路G₄に入力され、RS
フリップフロップFF₁のリセット入力Ｒ（第４図
（ホ））を生じる。したがって、リセット入力Ｒは、ス
イッチ素子電圧検出回路Ａの検出出力が“Low"レベル
で、且つ、他励信号が“Low"レベルであるときに、“Hi
gh"レベルとなる。このセット入力Ｓと、リセット入力
Ｒとを、RSフリップフロップFF₁に入力することによ
り、第４図（ヘ）に示されるような、出力が得られ
る。この出力と、他励信号（第４図（ハ））とをAND
回路G₅に入力し、駆動信号（第４図（ト））が得られ
る。この駆動信号は、V_CE＞０の期間中に発生した他励
オン信号の期間中は、“High"レベルとなることがない
から、本実施例にあっては、スイッチ素子Q₁が両端電圧
を持つ期間に発生する他励オン信号の全期間について、
スイッチ素子Q₁の導通を禁止することになる。

なお、放電灯が正常に接続されている場合において
は、予熱時・点灯時のいずれにおいても、スイッチ素子
電圧発生期間は他励信号のオフ期間よりも短くなるよう
に設定されているため、他励オン信号は禁止されること
なく、他励信号に従って発振を継続する。

実施例３第５図は本発明の更に他の実施例の回路図である。本
実施例にあっては、半導体スイッチ素子Q₁が両端電圧を
持つ期間を検出する回路が異なっており、スイッチ素子
電圧がゼロになった時に、スイッチ素子Q₁に逆並列に接
続されたダイオードD₁に振動電流が流れることを利用し
てスイッチ素子電圧の発生期間を検出するものである。

第５図の回路において、他励信号発生回路SGの出力は
NOT回路G₁で反転され、遅延回路CR₁を介してOR回路G₆に
入力される。OR回路G₆の他方の入力には、他励信号発生
回路SGからの他励信号がそのまま入力されている。OR回
路G₆の出力は、NOR回路G₇に入力されている。ダイオー
ドD₁に流れる電流は、電流トランスCTにて検出され、抵
抗R₃に検出電圧を生じる。この検出電圧は、RSフリップ
フロップFF₂のリセット入力Ｒとされると共に、NOR回路
G₇に入力されている。NOR回路G₇の他方の入力には、OR
回路G₆の出力が入力されている。NOR回路G₇の出力は、R
SフリップフロップFF₂のセット入力Ｓとされている。RS
フリップフロップFF₂のＱ出力は、スイッチ素子電圧検
出回路Ａの検出出力としてNOR回路G₂に入力されてい
る。NOR回路G₂の他方の入力には、NOT回路₁Gの出力が入
力されている。NOR回路G₂の出力は、ドライブトランスT
₂を介して、半導体スイッチ素子Q₁の制御極に入力され
ている。

第６図は本実施例の動作説明図である。第６図（イ）
は無負荷時のスイッチ素子電圧の波形を示している。他
励信号（第６図（ロ））が“High"レベルであるとき
に、NOT回路G₁の出力は“Low"レベルとなり、これより
少し遅延して遅延回路CR₁の出力は“Low"レベルとな
る。他励信号が“Low"レベルに切替わると、これより少
し遅れて遅延回路CR₁の出力が“High"レベルとなるが、
この遅延時間の間はOR回路G₆の各入力は“Low"レベルと
なるので、第６図（ハ）に示されるように、この期間の
み、OR回路G₆の出力は“Low"レベルとなる。OR回路G₆の
出力が暫時“Low"レベルとなることにより、NOR回路_７
の出力は暫時“High"レベルとなり、RSフリップフロッ
プFF₂がセットされ、そのＱ出力（第６図（ホ））が“H
igh"レベルとなる。RSフリップフロップFF₂のＱ出力
は、スイッチ素子電圧検出回路Ａの検出出力となってい
るので、このＱ出力が“High"レベルである期間中は、
他励オン信号（第６図（ロ））が発生しても、駆動信号
（第６図（ヘ））は発生しない。次に、スイッチ素子電
圧がゼロになり、ダイオード電流（第６図（ニ））が流
れると、RSフリップフロップFF₂のリセット入力Ｒが“H
igh"レベルとなる。このとき、NOR回路_７の一方の入力
が“High"レベルとなるから、NOR回路_７の出力は“Low"
レベルとなり、セット入力Ｓは“Low"レベルとされる。
したがって、RSフリップフロップFF₂はリセットされ、
そのＱ出力は“Low"レベルとなる。この期間中に、他励
オン信号（第６図（ロ））が発生すると、駆動信号（第
６図（ヘ））が発生する。すなわち、本実施例は他励オ
ン信号の立ち下がり時点をスイッチ素子電圧の立ち上が
り時点とみなして、RSフリップフロップFF₂をセット
し、ダイオード電流の立ち上がり時点をスイッチ素子電
圧のゼロ復帰時点とみなして、RSフリップフロップFF₂
をリセットし、RSフリップフロップFF₂のＱ出力をスイ
ッチ素子電圧の検出出力としたものである。

なお、上記各実施例にあっては、スイッチ素子電圧又
はダイオード電流を常時検出しているので、放電灯の脱
着時等の過渡状態においても、ラッシュ電流が半導体ス
イッチ素子Q₁に流れることは防止できるものである。

（発明の効果）上述のように、本発明にあっては、共振型の他励式イ
ンバータ回路において、回路の振動電圧又は振動電流を
検出し、少なくとも無負荷時には、半導体スイッチ素子
に電圧が印加されている期間に、半導体スイッチ素子を
オンさせる他励信号が発生しても、スイッチ素子の導通
を禁止する回路を設けたものであるから、ラッシュ電流
による半導体スイッチ素子の電力損失や温度上昇が生じ
ることを防止でき、半導体スイッチ素子の破損を防止で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る放電灯点灯装置の回路
図、第２図は同上の動作説明図、第３図は本発明の他の
実施例の要部回路図、第４図は同上の動作説明図、第５
図は本発明の更に他の実施例の回路図、第６図は同上の
動作説明図、第７図は従来例の回路図、第８図は同上の
動作説明図、第９図は他の従来例の回路図である。 V_DCは直流電源、Q₁は半導体スイッチ素子、D₁はダイオ
ード、C₁はコンデンサ、T₁はリーケージトランス、DL₁,
DL₂は放電灯、SGは他励信号発生回路、Ａはスイッチ素
子電圧検出回路、CTは電流トランス、G₂はNOR回路、G₅
はAND回路である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、直流電源に対して順方向であ
る半導体スイッチ素子と、直流電源に対して逆方向で半
導体スイッチ素子に並列接続されたダイオードと、半導
体スイッチ素子に直列接続されたインダクタンス要素
と、インダクタンス要素と共振状態を呈するコンデンサ
と、半導体スイッチ素子を繰り返し導通制御する他励信
号発生回路と、半導体スイッチ素子のオンオフにより発
生する共振電圧を安定要素を介して印加される放電灯と
を含み、無負荷時の固有振動周波数が放電灯点灯時に比
べて低いインバータ回路において、回路の振動電圧又は
振動電流を検出し、少なくとも無負荷時には、半導体ス
イッチ素子が両端電圧を有する期間は、他励信号が前記
半導体スイッチ素子の導通制御極に入力されることを禁
止する回路を設けて成ることを特徴とする放電灯点灯装
置。