JPH088153B2 - 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、インバータ回路を用いた放電灯点灯装置に
関するものである。

（背景技術） 第８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が逆並列接続されている。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てい
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の出力が導通禁止回路ＢとドライブトランスT₂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９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９図（ハ）に示されるようなスイッチ素子電流が
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
９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９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９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９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DL₁,DL₂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、放電灯の脱着時における過渡状態な
ど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、他励駆動式の
インバータ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８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におけるNOR回路G₂に入力されて
いる。NOR回路G₂の他方の入力には、他励信号発生回路S
G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。この導通禁止回路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の導通を禁止するようになって
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９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９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の駆動信号は第９
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。

ところで、第８図の回路にあっては、他励信号のオン
・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デューテ
ィ切替信号発生回路CHGにて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、デューティ切換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10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、インバータの出力電
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（コンデンサC₃,C₄）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。

このような現象は、デューティの切換時だけでなく、
無負荷状態から放電灯を挿入した時の過渡状態において
も生じることがある。また、このような現象は、スイッ
チ素子電圧発生期間の他励信号を禁止する前述の駆動方
式以外にも、スイッチ素子電圧がゼロに復帰してから一
定の導通期間を設定する第７図に示されるような駆動方
式においても生じる問題である。第７図の回路では、ス
イッチ素子電圧がゼロになったことをダイオードD₁に流
れる電流を電流トランスCTにて検出し、その検出出力に
て単安定マルチバイブレータMVをトリガすることによ
り、一定のオン期間を設定している。この回路において
も、オン・デューティを切り換える際の過渡状態におい
て第10図に示すような振動モードで安定する。このよう
な振動モードで安定した場合には、十分な始動電圧が得
られず、放電灯は点灯に至らない。

（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、放電灯の過渡状態におい
て、低い周波数で微放電する発振モードに陥ることを防
止できるようにしたインバータ回路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７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駆
動信号発生回路Ｆ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とを含むインバータ回路において、放電
灯が微放電する状態で安定する発振モードを検出する微
放電モード検出回路Ｍを設け、微放電モード検出回路Ｍ
の検出出力を前記駆動信号発生回路Ｆにフィードバック
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、放電灯の過渡状態にお
いて、放電灯のコンダクタンスの変化等によって生じる
低い周波数での発振モード（以下「微放電モード」とい
う）を検出する微放電モード検出回路Ｍを設け、その検
出出力を駆動信号発生回路Ｆにフィードバックさせるこ
とにより、例えばインバータのスイッチ素子Q₁を強制的
に他励オン信号にて駆動させ、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り、正常な発振モー
ドに移行させる、或いは、微放電モードを検出したとき
に一旦電源を切る、若しくは、放電灯の状態切替を中止
して、初期状態に戻す、等の制御を行って、微放電モー
ドがいつまでも続くことを防止するものである。

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要
部回路図であり、第２図はその動作説明図である。本実
施例において、放電灯点灯のための主回路としては、第
８図従来例回路と同じ回路が用いられるものとして、第
１図には制御回路のみを示している。

本実施例においては、微放電モードにおけるスイッチ
素子電圧の発生期間が長くなり、他励オン信号を２期間
分以上含むことを利用して、スイッチ素子電圧の発生期
間中の他励オン信号をカウントし、カウント数が２個以
上となったときに、微放電モードであると判断するよう
にしている。微放電モード検出回路Ｍは、２個のＤフリ
ップフロップFF₁,FF₂を含み、スイッチ素子電圧が高い
期間中の他励オン信号の発生回数をカウントするように
なっている。各ＤフリップフロップFF₁,FF₂のセット入
力Ｓは共にグラウンドに接続されて、“Low"レベルとさ
れている。リセット入力Ｒには、スイッチ素子電圧検出
回路Ａの検出出力をNOT回路G₃にて反転した信号が入力
されている。１段目のＤフリップフロップFF₁のクロッ
ク入力Cpには、他励信号発生回路SGの出力が入力されて
おり、２段目のＤフリップフロップFF₂のクロック入力C
pには、１段目のＤフリップフロップFF₁の出力が入力
されている。また、各ＤフリップフロップFF₁,FF₂にお
ける出力は、自己のＤ入力に接続されている。したが
って、ＤフリップフロップFF₁,FF₂はカウンタ回路を構
成しており、そのカウント出力は、Ｄフリップフロップ
FF₂のＱ出力として得られ、タイマー回路TMに入力され
ている。タイマー回路TMの出力は、AND回路G₄に入力さ
れている。AND回路G₄の他方の入力には、スイッチ素子
電圧検出回路Ａの検出出力が入力されている。AND回路G
₄の出力は、NOR回路G₂に入力されている。NOR回路G₂の
他方の入力には、他励信号発生回路SGから出力される他
励信号をNOT回路G₁にて反転した信号が入力されてい
る。NOR回路G₂の出力は、ドライブトランスT₂を介して
スイッチ素子Q₁の制御極に入力されている。

ダイマー回路TMのタイマー出力と、スイッチ素子電圧
検出回路Ａの検出出力との論理積を取ることにより、タ
イマー期間τにおいては、AND回路G₄の出力は“Low"レ
ベルとなり、この期間に他励信号のみで強制的にスイッ
チ素子Q₁が駆動される。タイマー期間中に過渡状態を乗
り切り、正常な点灯モードに移行させて、放電灯を点灯
に至らせる。

なお、無負荷時におけるスイッチ素子電圧の発生期間
は、微放電モードの発生期間よりも短く、他励オン信号
の期間を１周期分含む程度の長さであるため、微放電モ
ードとして検出することはない。

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、第
４図はその動作説明図である。本実施例において、前の
実施例と同一の要素には同一の符号を付して重複する説
明は省略する。本実施例にあっても、実施例１の場合と
同様に、微放電モードにおいてはスイッチ素子電圧の発
生期間が長くなり、電圧発生期間中の他励オン信号を２
周期分含むことを利用して、微放電モードを検出してい
る。

本実施例にあっては、スイッチ素子電圧検出回路Ａと
して、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の検出出力を規制
するためのツェナダイオードZD₁が並列接続されてい
る。このスイッチ素子電圧検出回路Ａは、トランジスタ
よりなるスイッチ素子Q₁の両端に接続されるものであ
る。微放電モードにおいては、第４図（イ）に示される
ようなスイッチ素子電圧V_CEが、スイッチ素子電圧検出
回路Ａに入力され、スイッチ素子電圧検出回路Ａから
は、第４図（ロ）に示されるような検出出力が得られ
る。この検出出力は１段目のＤフリップフロップFF₁の
Ｄ入力とされているので、スイッチ素子電圧が高い期間
における１回目の他励信号により、１段目のＤフリップ
フロップFF₁のＱ出力（第４図（ニ））が“High"レベル
となる。このＱ出力は、２段目のＤフリップフロップFF
₂のＤ入力とされている。したがって、スイッチ素子電
圧が高い期間における２回目の他励信号により、２段目
のＤフリップフロップFF₂のＱ信号（第４図（ホ））は
“High"レベルとなる。AND回路G₅には、スイッチ素子電
圧検出回路Ａの検出出力と、他励信号とが入力されてい
るので、AND回路G₅からは、スイッチ素子電圧が高い期
間中における他励信号が出力される。この他励信号と、
２段目のＤフリップフロップFF₂のＱ出力とは、AND回路
G₄に入力されている。したがって、AND回路G₄の出力と
しては、２個目の他励オン信号の波形が得られ、これを
微放電モード検出回路Ｍの出力としている。

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り、第
６図はその動作説明図である。本実施例において、前の
実施例と同一の要素には同一の符号を付して重複する説
明は省略する。

本実施例にあっては、微放電モードを検出するため
に、スイッチ素子電圧の微分検出出力を利用している。
すなわち、微放電モードにおけるスイッチ素子電圧の波
形は、周期の異なる波形が重畳された波形となっている
ために、微分検出回路Ｋにより、スイッチ素子電圧の微
分波形を検出すると、スイッチ素子電圧発生中の微分検
出出力は、第６図（ハ）に示されるように、複数個生じ
る。正常な振動モードの時、又は、無負荷の時には、微
分検出出力は１個のみとなる。それ故、この微分検出出
力をカウントして、カウント数が２個以上であるときに
は、微放電モードであると判断すれば良い。

第５図の微分検出回路Ｋにおいては、コンデンサC₅と
抵抗R₃とにより、CR微分回路を構成している。抵抗R₃に
は、微分検出回路Ｋの検出出力を規制するためのツェナ
ダイオードZD₂が並列接続されている。この微分検出回
路Ｋによる検出出力は、２個のＤフリップフロップFF₁,
FF₂よりなるカウンター回路によりカウントされ、カウ
ント数が２個以上であるときには、２段目のＤフリップ
フロップFF₂のＱ出力として、微放電モード検出出力が
得られるようになっている。

なお、前記各実施例においては、微放電モードを検出
し、その検出信号によって一定期間、他励オン信号によ
りスイッチ素子を駆動するようになっているが、このよ
うな動作と共に、デューティ切換信号発生回路にも信号
を送り、放電灯を点灯に至らせない電圧を印加して予熱
を行うように、オンデューティを短くする予熱状態に設
定してもよい。

実施例４ 第７図は本発明の別の実施例の回路図である。本実施
例は、第11図従来例の改良に係るものである。すなわ
ち、本発明は他励駆動式インバータ回路に限らず、第７
図に示されるように、スイッチ素子電圧がゼロに復帰し
てから一定の時間だけスイッチ素子Q₁を導通させるよう
にした一石式のインバータ回路においても用いることが
できる。第７図の回路においては、第11図従来例の場合
と同様に、ダイオード電流を電流トランスCTにて検出
し、その検出出力により単安定マルチバイブレータMVを
トリガして、一定時間だけスイッチ素子Q₁を導通させる
信号を得ているが、微放電モードにおいては、第10図に
示されるように、スイッチ素子電圧がゼロに復帰しにく
いので、単安定マルチバイブレータMVの出力によりスイ
ッチ素子Q₁を導通制御すると、発振周波数は非常に低く
なり、インバータの出力も低下する。そこで、微放電モ
ードの検出時には、微放電モード検出回路Ｍの検出出力
により、マルチプレクサMPXを他励信号発生回路SGの側
に切り替える。これによって、スイッチ素子Q₁は他励信
号により、強制的に他励駆動されるから、放電灯DL₁,DL
₂は過渡状態を乗り切って、正常な発振モードに移行す
る。その後は、微放電モード検出回路Ｍの検出出力によ
り、マルチプレクサMPXを単安定マルチバイブレータMV
の側に切り替えて、第７図の従来例と同じ動作で正常な
発振状態を維持するものである。

（発明の効果） 上述のように、本発明にあっては、放電灯が微放電モ
ードになっても、微放電モード検出回路によってその状
態を検出し、検出出力を駆動信号発生回路にフィードバ
ックさせるようにしているので、放電灯が微放電モード
がいつまでも続くこと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要部
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要部回路図、第６図
は同上の動作説明図、第７図は本発明の別の実施例の回
路図、第８図は従来例の回路図、第９図及び第10図は同
上の動作説明図、第11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、Ｆは駆動信号発生回路、Ｍは微放電モー
ド検出回路である。

Claims (3)

【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を繰り返し導通制御する駆動信
   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
   を含むインバータ回路において、放電灯が微放電する状
   態で安定する発振モードを検出する微放電モード検出回
   路を設け、微放電モード検出回路の検出出力を前記駆動
   信号発生回路にフィードバック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。
2. 【請求項２】前記駆動信号発生回路は、半導体スイッチ
   素子の他励信号を発生する他励信号発生回路と、少なく
   とも無負荷時において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
   含み、該導通禁止回路は、前記微放電モード検出回路の
   検出出力により、動作を停止される回路であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の放電灯点灯装置。
3. 【請求項３】前記駆動信号発生回路は、微放電モード検
   出回路の検出出力がないときに、半導体スイッチ素子の
   両端電圧がゼロになってから所定の期間、半導体スイッ
   チ素子にオン信号を与える回路と、微放電モード検出回
   路の検出出力があるときに、半導体スイッチ素子を繰り
   返し導通制御する他励信号を半導体スイッチ素子に与え
   る回路とを含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の放電灯点灯装置。