JPH088152B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

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T₁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がスイッチ素子Q₁の両端に並列接続される。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と導通禁止回路Ｂとを
介して入力されている。他励信号発生回路SGは、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。

ところで、フィラメントの断線時や、放電灯が接続さ
れていない場合や、放電灯の脱着時による過渡状態等の
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が強制的に
オンされるために、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がオンすることがあり、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。そこで、第７図の回路
においては、スイッチ素子電圧検出回路Ａと導通禁止回
路Ｂとを設けている。半導体スイッチ素子Q₁の両端電圧
はスイッチ素子電圧検出回路Ａにより検出されている。
スイッチ素子電圧検出回路Ａの検出出力は、導通禁止回
路ＢのNOR回路G₂に入力されている。導通禁止回路Ｂは
半導体スイッチ素子Q₁が両端電圧を有する期間中に、他
励オン信号が発生しても半導体スイッチ素子Q₁の導通を
禁止するための回路である。NOR回路G₂の他方の入力に
は、他励信号発生回路SGからの他励信号をNOT回路G₁に
て反転した信号が入力されている。

無負荷時においては、インバータ回路の固有振動周期
が点灯時よりも長くなり、スイッチ素子電圧は第８図
（ヘ）に示されるように、長周期の振動電圧となるが、
この電圧の発生期間をスイッチ素子電圧検出回路Ａにて
検出し、その検出出力（第８図（ト））が“H"レベルで
ある期間中は、導通禁止回路Ｂが他励オン信号の通過を
阻止するので、半導体スイッチ素子Q₁の駆動振動は第８
図（チ）に示すようになり、半導体スイッチ素子Q₁が両
端電圧を有する期間中は半導体スイッチ素子Q₁がオンさ
れることはない。したがって、無負荷時において、イン
バータ回路の固有振動周波数が点灯時に比べて低くなっ
ても、共振コンデンサC₁の電圧が高い状態で他励信号に
より半導体スイッチ素子Q₁が導通されることはなく、共
振コンデンサC₁からのラッシュ電流が半導体スイッチ素
子Q₁に流れることは防止できる。

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。他励信号のデューティを変えるこ
とは、他励信号発生回路SGの内部で発振周波数を決める
ためのCR時定数回路における抵抗値を切り替えることで
容易に行うことができる。

しかしながら、デューティ切替時の過渡状態において
は、放電灯のコンダクタンスが変化して一定状態に達す
るまでに時間がかかり、そのため、インバータ回路の振
動が定常状態に達するのに時間がかかる。この過渡状態
において、前述した（半導体スイッチ素子電圧）＞０の
時における他励信号の禁止動作を行うと、第９図に示さ
れるような別の発振モードに移行してしまい、この発振
モードでは周波数が著しく低下し、出力電圧が低下し
て、予熱用のオン・デューティから点灯用のオン・デュ
ーティへの切換時に放電灯が点灯しない、或いは、調光
用のオン・デューティに切り換える時に放電灯が立ち消
えする場合があることが判った。

この動作モードは放電灯の非電源側にリアクタンス素
子を含む予熱回路を有しているために、リーケージトラ
ンスT₁の２次側での振動が、リーケージトランスT₁の１
次側での振動に重畳された波形となっている。上述のよ
うに、（半導体スイッチ素子電圧）＞０の時における他
励信号の禁止動作があると、デューティ切換時の過渡状
態において、放電灯のコンダクタンスの急激な変化によ
り、半導体スイッチ素子電圧がゼロに戻らないことがあ
れば、このような振動モードに移行したまま安定してし
まい、元に戻らなくなる。

（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、放電灯を始動、点灯、調
光の各状態に切り換える際の過渡状態において、別の発
振モードに移行することなく、確実に点灯に至らせるこ
とが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、放電灯の各状態でそれぞれ所定の導通条件で
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、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
る導通禁止回路Ｂとを含むインバータ回路において、放
電灯の状態が変化する過渡期間に前記導通禁止回路Ｂの
動作を停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、半導体スイッチ素子Q₁
のデューティを切り換える時や、電源投入後の一定期間
などのように、放電灯の状態が変化する過渡期間におい
ては、半導体スイッチ素子Q₁が両端電圧を有するときに
半導体スイッチ素子Q₁の導通を禁止する回路の動作を停
止させ、他励信号により強制的に半導体スイッチ素子Q₁
をオンオフ駆動させ、放電灯のコンダクタンスが安定す
るまでの過渡状態を乗り切らせるものである。この過渡
状態の持続時間は放電灯によって異なり、約0.1〜1msec
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
路図であり、第２図はその動作説明図である。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
を用いている。他励信号発生回路SGの出力は、NOT回路G
₁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
AND回路G₅を介して入力されている。NOR回路G₂の出力
は、ドライブトランスT₂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。

制御部電源回路PWでは、他励信号発生回路SGに電源電
圧（第２図（イ））を供給すると共に、電源電圧の立ち
上がり時に、“L"レベルとなる信号を出力し、この信号
はAND回路G₃に入力される。デューティ切換信号発生回
路CHGでは、他励信号のデューティを変化させるための
デューティ切換信号（第２図（ロ））を他励信号発生回
路SGに出力すると共に、その立ち上がり時及び立ち下が
り時に“L"レベルとなる信号を出力し、この信号はAND
回路G₃に入力される。したがって、AND回路G₃の出力は
制御部電源電圧の立ち上がり時と、デューティ切換信号
の立ち上がり時及び立ち下がり時において、“L"レベル
となり、これがタイマートリガ信号（第２図（ハ））と
なる。タイマー回路TMは、タイマートリガ信号が“L"レ
ベルとなった時点から、所定のタイマー期間τの間出力
が“H"レベルとなり、タイマー期間τの経過後は出力が
“L"レベルとなる。タイマー回路TMの出力は、NOT回路G
₄にて反転され、タイマー回路反転出力（第２図
（ニ））として、AND回路G₅に入力される。このため、
スイッチ素子電圧検出回路Ａの検出出力は、タイマー回
路反転出力が“H"レベルである期間にのみ、AND回路G₅
を通過する（第２図（ホ））。したがって、制御部電源
電圧の立ち上がり時や、デューティ切換信号の立ち上が
り時又は立ち下がり時から所定のタイマー期間τが経過
するまでは、他励信号の禁止動作は停止されるものであ
り、この期間においては、半導体スイッチ素子Q₁は他励
信号でそのまま駆動される。第３図は、デューティ切換
時の動作波形を示しており、タイミングt₁において、他
励信号（第３図（ロ））のオン・デューティを切り換え
た場合、スイッチ素子電圧（第３図（イ））が高い時点
でも半導体スイッチ素子Q₁が導通している。このように
することにより、オンデューティを切換時における過渡
的な振動モードの乱れから別モードでの発振に移行し
て、放電灯が立ち消えする等の不都合を防止することが
できる。

本実施例においては、無負荷の場合には、デューティ
の切換時のタイマー期間τの間は他励信号で駆動される
ために、ラッシュ電流が流れるが、タイマー期間τの経
過により、過渡状態を過ぎて放電灯のコンダクタンスが
安定し、回路の振動モードが安定したら、前述した（半
導体スイッチ素子電圧）＞０の時における他励信号の禁
止動作が再開されるから、半導体スイッチ素子Q₁へのラ
ッシュ電流の流入は防止され、したがって、電力損失は
大きくならない。

実施例２ 第４図は本発明の他の実施例の回路図であり、第５図
及び第６図はその動作説明図である。第４図において、
ａ〜ｄの各端子は互いに接続されている。本実施例にあ
っては、無負荷検出回路Ｄを設けて、振動モードが安定
している期間（前記τ以外の期間）において、無負荷で
あるか否かを判別し、無負荷である場合には、デューテ
ィ切換時においても、スイッチ素子電圧が高い時の導通
を禁止するようになっている。したがって、本実施例に
あっては、無負荷時のデューティ切換時においても半導
体スイッチ素子Q₁にラッシュ電流が流れることはない。

第４図の回路における無負荷検出回路Ｄは、無負荷を
判別するための方法として、無負荷時の固有振動の周期
が他励信号のオフ期間よりも長くなることを利用してお
り、スイッチ素子電圧が高いときに他励オン信号が現れ
た場合には、無負荷であると判別している。第５図は、
この無負荷判別の原理を説明するための波形図であり、
同図（イ）は無負荷時におけるスイッチ素子電圧を示
し、同図（ロ）は他励信号を示している。同図（ロ）の
他励オン信号のうち、斜線を付した部分は、スイッチ素
子電圧が高いときに他励オン信号が現れた場合に相当
し、無負荷検出回路Ｄは、この状態を検出した場合に無
負荷であると判別している。

無負荷検出回路Ｄには、無負荷状態を検出した時に、
検出結果を記憶しておくためのRSフリップフロップFF₁
を設けてある。制御部電源回路PWから出力される電源電
圧の立ち上がり時に“L"レベルとなる信号は、NOT回路G
₆にて反転され、RSフリップフロップFF₁のリセット入力
Ｒに入力される。したがって、電源電圧の立上り時には
リセット入力Ｒが“H"レベルとなり、RSフリップフロッ
プFF₁はリセットされる。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、タイマー回
路の反転出力とは、AND回路G₇に入力され、AND回路G₇の
出力はRSフリップフロップFF₁のセット入力Ｓとされて
いる。それ故、タイマー回路TMのタイマー期間τが経過
して発振モードが安定した期間において、スイッチ素子
電圧（第５図（イ））が高い時に、他励信号（第５図
（ロ））が発生することより、セット入力Ｓが“H"レベ
ルとなってRSフリップフロップFF₁がセットされ、その
Ｑ出力（第６図（ホ））が“H"レベルとなる。RSフリッ
プフロップFF₁のＱ出力が“H"レベルになると、OR回路G
₈の出力は常に“H"レベルとなるから、第６図（ヘ）に
示されるように、AND回路G₅はスイッチ素子電圧検出回
路Ａの検出出力を常時通過させる。したがって、デュー
ティ切換信号（第６図（ロ））が発生しても、導通禁止
回路Ｂは動作するものであり、無負荷時のラッシュ電流
が防止される。無負荷でない場合には、RSフリップフロ
ップFF₁がセットされることはないから、実施例１の場
合と同様の動作となる。

なお、実施例においては、タイマー回路TMを用いて、
振動モードの切替わり期間を決めているが、振動モード
の実際の切換完了を検出するようにしても良い。

（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、半導体スイッチ素子に電圧が印
加されている期間に、スイッチ素子の導通を禁止する導
通禁止回路の動作を、放電灯の状態が変化する過渡期間
には停止する回路を設けたものであるから、インバータ
の発振モードが周波数の低い別の発振モードに移行して
しまうことを防止することができ、確実に正常な発振モ
ードに移行させることが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図及び第３図は同上の動作説明図、第４図は本
発明の他の実施例の回路図、第５図及び第６図は同上の
動作説明図、第７図は従来例の回路図、第８図及び第９
図は同上の動作説明図である。 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、CHGはデューティ
切換信号発生回路、Ａはスイッチ素子電圧検出回路、Ｂ
は導通禁止回路、TMはタイマー回路、G₅はAND回路であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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、放電灯の
   各状態でそれぞれ所定の導通条件で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、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導通禁止回路とを含むイン
   バータ回路において、放電灯の状態が変化する過渡期間
   に前記導通禁止回路の動作を停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。