JPH09148077A - 蛍光ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価な回路構成により、蛍光ランプを一回の
パルス電圧で確実に始動でき、定格電力の異なる安定器
や蛍光ランプにも適用可能な信頼性と汎用性に優れた始
動装置を提供する。 【解決手段】 予熱電極付蛍光ランプ３の電極４，５の
電源側端子間に安定器２を介して交流電源１を接続し、
非電源側端子間に始動回路６を接続した蛍光ランプ点灯
装置において、始動回路６は、制御端子を有する半導体
スイッチング素子７と、第一のダイオード８と、半導体
スイッチング素子７に流れる電流を検出する電流検出手
段９とを直列に接続した構成を有している。さらに、電
流検出手段９は第一の抵抗１０と並列に、第二の抵抗１
１及び第三の抵抗１２の直列回路を接続した構成を有
し、第二の抵抗１１と第三の抵抗１２とで分圧された電
圧が検出値として用いられる。

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、主
にグロースタータが用いられていたが、これは始動時間
が長いことや寿命が短いこと等の欠点を有している。最
近、半導体スイッチ素子を利用した始動装置が開発され
ているが、グロースタータに比べて高価なことから用途
が限られていた。そこで、半導体スイッチ素子を用いた
比較的安価な回路構成の始動装置を実現すべく、安価な
トランジスタを半導体スイッチ素子として用いた図５に
示すような回路が提案されている（特開平６−１４０１
６４号公報）。以下、この従来例の回路について説明す
る。

【０００３】図５において、１は交流電源、２は安定
器、３は蛍光ランプ、２４は雑音防止用コンデンサ、２
７は電解コンデンサ、２９はツェナーダイオード、３０
はサイリスタ、３３はトランジスタ、３６はサージアブ
ソーバである。抵抗２６と電解コンデンサ２７との直列
回路はＣＲタイマー回路を構成している。

【０００４】蛍光ランプ３の始動前、電源電圧が正の期
間（ダイオード２５が順バイアスになる期間）はトラン
ジスタ３３のベースには抵抗３１及びダイオード３４を
介してベース電流が供給されるので、トランジスタ３３
がオンになり、電源からトランジスタ３３、ダイオード
２５，３４及び抵抗３２を介して蛍光ランプ３に予熱電
流が流れる。また、電源電圧が負のサイクルの時はダイ
オード２５により電流が遮断され蛍光ランプ３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
半波整流波形となる。

【０００５】コレクタ電流が流れているとき、抵抗２６
とコンデンサ２７よりなるＣＲタイマー回路の電源電圧
はトランジスタ３３のコレクタ・エミッタ間電圧にほぼ
等しい。このとき、タイマー回路のコンデンサ２７とサ
イリスタ３０のカソードとの間に挿入した電流検出用素
子である抵抗３２の両端には予熱電流によって生ずる電
圧降下である半波整流波形が発生する。この抵抗３２に
発生する電圧はサイリスタ３０のゲート・カソード間に
対して正電圧となり、この電圧とコンデンサ２７の電圧
とを加算した電圧がタイマー回路の出力電圧として、抵
抗２８及びツェナーダイオード２９を介してサイリスタ
３０のゲート・カソード間に印加されることになる。

【０００６】また、コンデンサ２７の電圧波形は予熱半
波サイクルごとにゆっくり上昇するので、サイリスタ３
０のカソードに対するタイマー回路の出力電圧波形はコ
ンデンサ２７の電圧に半波サイクルごとの予熱電流波形
を重畳したものとなる。その結果、ゆっくり上昇するコ
ンデンサ電圧がサイリスタのターンオンのための所定電
圧Ｖｔに近づいたとき、コンデンサの電圧に半波サイク
ルごとに重畳された電圧リップルのピークによって、サ
イリスタがターンオンすることになる。そのため、パル
ス電圧は、蛍光ランプの両端の電圧・電流位相のピーク
付近で発生する。

【０００７】すなわち、ＣＲタイマー回路にて設定され
た時間が経過し、電流・電圧位相のピーク付近になると
抵抗２６と電解コンデンサ２７とのタイマー回路によっ
てサイリスタ３０のゲート端子に電解コンデンサ２７と
電源からの電荷が抵抗２８とツェナーダイオード２９を
通じて流れ，サイリスタ３０がオンになる。その結果、
トランジスタ３３がオフになり、コレクタ電流がピーク
値付近で急に遮断されるために安定器２のインダクタン
ス２によるキック電圧（逆起電力）が発生する。このキ
ック電圧によって蛍光ランプ３の電極４，５間の放電が
開始し、蛍光ランプ３が点灯する。

【０００８】蛍光ランプ３が点灯すると、予熱電極端子
４，５間の電圧は点灯時ランプ電圧まで低下する。ま
た、電源電圧が正の半サイクルは抵抗２６を介して電解
コンデンサ２７に充電電流が流れ、サイリスタ３０をオ
ンさせ続けるので、トランジスタ３３はオフを維持す
る。従って，蛍光ランプ３は安定して点灯する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の点灯装置では、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であり、電源電圧が高い場合は予熱
電流のピーク値が大きいことから、この位相でトランジ
スタ３３をターンオフさせる場合のスイッチングロスが
大きい。その結果、トランジスタの破壊を招きやすく、
点灯装置の信頼性の確保が難しい。抵抗３２の抵抗値を
大きくすることによって予熱電流を小さくしてスイッチ
ングロスを低下することが可能であるが、抵抗３２の抵
抗値を大きくしすぎると、抵抗３２の電圧降下がコンデ
ンサ２７の電圧値に比較して大きくなりすぎるために動
作不良が生じやすくなる。

【００１０】電流検出用抵抗と電流制限用抵抗とを直列
に接続することも考えられるが、この場合、電流検出用
抵抗として数百ｍΩの低抵抗値のものが必要になる。か
かる抵抗は通常のものに比較して高価である。また、大
きいスイッチングロスに耐えられるトランジスタを使用
することも考えられるが、かかるトランジスタは形状が
大きく、高価である。さらに、タイマー回路の抵抗２６
及びコンデンサ２７に印可される電圧はトランジスタ３
３のコレクタ・エミッタ間電圧にほぼ等しく、予熱時間
は予熱電流値に依存するので、定格電力の異なる安定器
や蛍光ランプに適用することができない。

【００１１】本発明は、上記のような従来の問題点を解
決するために為されたものであり、定格電力の異なる安
定器や蛍光ランプにも適用可能であり、適切な予熱時間
で、かつ、適切な位相でパルス電圧を発生して蛍光ラン
プを確実に始動することができ、さらに、パルス発生時
のトランジスタのストレスを軽減した信頼性の高い安価
な蛍光ランプ点灯装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の蛍光ランプ点灯
装置は、予熱電極付蛍光ランプの一対の電極の電源側端
子間に安定器を介して交流電源を接続し、前記電極の非
電源側端子間に始動回路を接続したものであって、その
特徴は、前記始動回路は、制御端子を有する半導体スイ
ッチング素子と、第一のダイオードと、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手段とが
直列に接続された構成を有する点にある。好ましくは、
前記電流検出手段は、第一の抵抗と並列に、第二の抵抗
及び第三の抵抗の直列回路が接続された構成を有する。

【００１３】上記の構成によれば、半導体スイッチング
素子に流れる予熱電流が第一の抵抗と、第二の抵抗及び
第三の抵抗の直列回路とを並列に接続した電流検出手段
を流れる。このとき、電流検出手段の合成抵抗により予
熱電流ピーク値は低くなり、半導体スイッチング素子の
ターンオフ時のスイッチング電流値が低く抑えられるの
で、安定器に発生するキック電圧のエネルギーを低減で
きる。その結果、半導体スイッチング素子のストレスが
軽減される。

【００１４】また、前記始動回路は前記半導体スイッチ
ング素子のスイッチングを制御するスイッチング制御手
段と、所定の予熱時間の経過に伴い電流検出手段の出力
信号に応じて予熱電流ピーク付近で前記スイッチング制
御手段に信号を出力するタイマー手段とを備えているこ
とが好ましい。そして、前記第一のダイオードのカソー
ドは予熱電極付蛍光ランプの一方の電極の非電源側端子
に接続され、第二のダイオードのアノードが前記第一の
ダイオードのカソードに接続され、前記第二のダイオー
ドのカソードは前記タイマー手段に接続される。

【００１５】このような構成によれば、本点灯装置を定
格電力の異なる安定器や蛍光ランプに使用する場合にお
いても、タイマー手段の働きにより、蛍光ランプを始動
するためのパルスを、所定の予熱時間の経過に伴って、
また予熱電流がピーク付近になる時点で適切に発生させ
ることができる。

【００１６】さらに、前記始動回路を蛍光灯器具のグロ
ースタータと互換性のある形状の容器に収納することに
より、本点灯装置を既存の照明器具に使用することが容
易になる。

【００１７】また、前記半導体スイッチング素子として
電界効果トランジスタを用いることにより、安定器に発
生するキック電圧による半導体スイッチング素子の耐圧
破壊を防止するための電圧抑制素子を別途設ける必要が
ない。電界効果トランジスタに含まれるダイオードによ
って、半導体スイッチング素子自身が耐圧破壊を防止す
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面に基づいて説明する。図１に回路図を示すよう
に、本実施形態の蛍光ランプ点灯装置は、予熱電極付蛍
光ランプ３の電極４，５の電源側端子間に安定器２を介
して交流電源１を接続し、電極４，５の非電源側端子間
に始動回路６を接続して構成されている。始動回路６は
制御端子を有する半導体スイッチング素子７と、第一の
ダイオード８と、半導体スイッチング素子７に流れる電
流を検出する電流検出手段９とを直列に接続した回路を
備えている。半導体スイッチング素子７にはアバランシ
ェ耐量のある電界効果トランジスタを用いている。電流
検出手段９は、第一の抵抗１０と並列に、第二の抵抗１
１及び第三の抵抗１２の直列回路を接続した構成を有し
ている。

【００１９】始動回路６はさらに、半導体スイッチング
素子７のスイッチングを制御するスイッチング制御手段
１３と、所定の予熱時間に電流検出手段９の出力信号に
応じて予熱電流ピーク付近の位相で前記スイッチング制
御手段１３に信号を出力するタイマー手段１４とを備え
ている。スイッチング制御手段１３のツェナーダイオー
ド１６は半導体スイッチング素子７のゲート・ソース間
に、抵抗１７は半導体スイッチング素子７のドレイン・
ゲート間に接続されている。また、サイリスタ１８のカ
ソードは電流検出手段９の蛍光ランプ３側に、アノード
は半導体スイッチング素子７のゲートにそれぞれ接続さ
れている。サイリスタ１８のゲートはタイマー手段１４
に接続されている。

【００２０】第一のダイオード８のカソードは蛍光ラン
プ３の電極５の非電源側端子に接続され、第二のダイオ
ード１５のアノードは第一のダイオード８のカソードに
接続され、第二のダイオード１５のカソードは前記タイ
マー手段１４に接続されている。抵抗１９は電極４の非
電源側端子とダイオード１５のカソード間に接続され、
抵抗２０は抵抗１９及びダイオード１５の接続点と電解
コンデンサ２１の正極性端子との間に接続され、コンデ
ンサ２１の負極性端子は抵抗１１と抵抗１２の接続点に
接続されている。ツェナーダイオード２２のカソードは
コンデンサ２１の正極性端子に、アノードは半導体スイ
ッチング素子７のゲートにそれぞれ接続されている。抵
抗２３は第二のダイオード１５のカソードとダイオード
８のアノードとの間に接続されている。なお、蛍光ラン
プ３の電極４，５の非電源側端子間に始動回路６と並列
に接続されたコンデンサ２４は雑音防止用コンデンサで
ある。

【００２１】上記のような蛍光ランプ点灯装置の始動回
路６は、例えば図２に示すような蛍光灯器具のグロース
タータと互換性のある形状の容器に収納することができ
る。これにより、本実施形態の蛍光ランプ点灯装置を既
存の照明器具に使用する事が容易になる。

【００２２】次に、上記のような構成の点灯装置の動作
について説明する。交流電源１が正の期間（蛍光ランプ
３の電極４が電極５に対して正電圧となる期間）の半サ
イクルにおいて、半導体スイッチング素子７のゲート・
ソース間には抵抗１７を介して正電圧が印加され、半導
体スイッチング素子７はオンとなる。その結果、交流電
源１から安定器２を通ってドレイン電流が流れ、蛍光ラ
ンプ３の予熱電極４、５（フィラメント）を予熱する。
この際、ツェナーダイオード１６は半導体スイッチング
素子７のゲート・ソース間の過電圧を吸収して半導体ス
イッチング素子７を保護する働きをする。上記のドレイ
ン電流、すなわち予熱電流は電流検出手段９を流れる。

【００２３】電流検出手段９を構成する３つの抵抗１
０，１１，１２の抵抗値は、抵抗１０が抵抗１１より十
分小さく、かつ、抵抗１１が抵抗１２より十分小さくな
るように定められる。一例として、抵抗１０を４．７
Ω、抵抗１１を２２０Ω、抵抗１２を６．８ｋΩとす
る。このとき予熱電流はほとんど抵抗１０を流れる。タ
イマー手段１４には抵抗１０両端の電圧と半導体スイッ
チング素子７のドレイン・ソース間電圧の加算電圧が加
わり、抵抗１９、抵抗２０を介して電解コンデンサ２１
に充電電流が流れ、電解コンデンサ２１の電圧は上昇す
る。

【００２４】一方、交流電源が負の半サイクルでは、ダ
イオード１５、抵抗２０、電解コンデンサ２１、抵抗１
１、抵抗１０、及び半導体スイッチング素子７のソース
・ドレイン間の寄生ダイオードを通る経路を電源からの
電流が流れる。したがって、この負の半サイクルでも正
の半サイクルと同じ極性の充電電流がコンデンサ２１に
流れてコンデンサ２１の電圧は上昇する。

【００２５】図３（ａ）に示す電流波形（ア）は半導体
スイッチング素子７に流れる電流、すなわち、半波の予
熱電流である。図３（ｂ）の電圧波形（イ）は蛍光ラン
プ３の電極両端の電圧を示している。この電圧波形は、
正の期間については半導体スイッチング素子７のドレイ
ン・ソース間電圧波形に近似しており、負の期間につい
ては電源電圧波形に近似している。

【００２６】図３（ｃ）の電圧波形（ウ）はコンデンサ
２１の充電の様子を示している。予熱電流が流れている
ときの抵抗１０の両端の電圧は抵抗１１と抵抗１２によ
って分圧される。抵抗１１，１２が前述の値であると
き、抵抗１１の両端の電圧は抵抗９の両端の電圧の１／
３０程度の大きさになる。

【００２７】図３（ｄ）の電圧波形（エ）は電解コンデ
ンサ２１の電圧と抵抗１１の電圧とを加算した電圧を示
している。この電圧が、サイリスタ１８のゲート・カソ
ード電圧とツェナーダイオード２２のツェナー電圧とを
加算した一定電圧（オ）を越えると、ツェナーダイオー
ド２２を介してサイリスタ１８のゲートに電流が流れサ
イリスタ１８はオンする。その結果、半導体スイッチン
グ素子７のゲート・ソース電圧が零になり半導体スイッ
チング素子７はオフとなる。このとき、安定器２を流れ
ていた予熱電流が遮断され、安定器２に発生する逆起電
力（キック電圧）によって蛍光ランプ３の電極４，５間
の放電が開始し、蛍光ランプ３が点灯する。

【００２８】安定器２に発生するキック電圧は半導体ス
イッチング素子７のアバランシェ耐量によって決まる所
定の電圧でクランプされ、半導体スイッチング素子７の
電圧破壊は自己防止される。従って半導体スイッチング
素子７に並列に電圧抑制素子を接続する必要は無い。蛍
光ランプ３が点灯すれば、蛍光ランプ３の両端の電圧に
よって電解コンデンサ２１は常に充電状態となり、この
電解コンデンサ２１の充電電圧がツェナーダイオード２
２を介してサイリスタ１８のゲート電流を流し続けるの
でサイリスタ１８はオン状態を維持する。この結果、半
導体スイッチング素子７はオフ状態を維持し、蛍光ラン
プ３は点灯状態を維持する。

【００２９】電源を遮断すると蛍光ランプ３が消灯する
とともに、コンデンサ２１の電荷は抵抗２０、抵抗２
３、抵抗１１を介して放電され、始動回路６はリセット
される。予熱時間は、タイマー手段１４の抵抗２０と電
解コンデンサ２１の定数設定によりほぼ決定される。

【００３０】タイマー手段１４に加わる電圧は、図３
（ｂ）に示したように、負の期間のほうが正の期間より
絶対値がかなり大きい。従ってコンデンサ２１の充電は
負の期間の電源電圧に対する依存性が強く、正の周期の
電圧即ち予熱電流の大きさに対する依存性はごく小さ
い。本実施形態では２０Ｗ蛍光灯と３０Ｗ蛍光灯に対し
て両者ともに約１．２秒の予熱時間に設定することがで
き、適切な予熱条件を実現している。

【００３１】パルス発生位相については、電流検出手段
９の出力信号である抵抗１１の電圧値をコンデンサ２１
の電圧に加算することにより、図３（ｄ）に示したよう
に常に予熱電流のピーク付近の位相に設定することがで
きる。その結果、蛍光ランプ３を一発のパルス電圧で確
実に絶縁破壊させるに充分なエネルギーのキック電圧を
得ることができる。

【００３２】図４（ａ）は抵抗１０が４．７Ωの場合に
おける半導体スイッチング素子７のターンオフ時のドレ
イン・ソース間電圧波形（カ）とドレイン電流波形
（キ）を示している。ドレイン・ソース間電圧波形
（カ）は電圧値Ｖｄでクランプされ、半導体スイッチン
グ素子７のアバランシェ耐量によりエネルギーが吸収さ
れていることが分かる。このエネルギー量（図中、斜線
を付した重なり部の面積に相当する）はドレイン・ソー
ス間電圧とドレイン電流との積を電流の減衰時間Ｔ１に
わたって積分した値となる。一方、図４（ｂ）は抵抗１
０が数百ｍΩの場合における半導体スイッチング素子７
のターンオフ時のドレイン・ソース間電圧波形（ク）と
ドレイン電流波形（ケ）を示している。

【００３３】図４の（ａ）と（ｂ）とを比較すると、
（ｂ）に比べて（ａ）のほうがターンオフ時のドレイン
電流が小さく、しかも電流の減衰時間が短いので、この
間のエネルギー量（斜線部の面積）は大幅に小さくなる
ことがわかる。このエネルギー量を半導体スイッチング
素子７のアバランシェ耐量の絶対定各値より余裕をもっ
て小さくすることにより、アバランシェ耐量破壊に対す
る信頼性を大幅に向上することができる。上記の例の場
合、抵抗１０を４．７Ωに設定することにより、信頼性
を大幅に向上させることができた。この場合、抵抗１０
による電圧降下は数十Ｖとなり、これをそのまま電流検
出信号として用いるには大きすぎるので、抵抗１１と抵
抗１２とで分圧して適当な電圧値としたものを用いてい
る。

【００３４】以上述べたように、本実施形態の蛍光ラン
プ点灯装置は、２０Ｗ蛍光灯と３０Ｗ蛍光灯に対して共
に約１．２秒の適切な予熱時間を実現することができ
る。また、電流検出手段９の働きにより、蛍光ランプ３
を確実に点灯させるように、電流ピーク付近の位相で半
導体スイッチング素子７をターンオフさせることができ
る。しかも、電流ピーク値を抑え、パルス発生時のエネ
ルギーを半導体スイッチング素子７のアバランシェ耐量
の絶対定各値より余裕をもって小さくすることにより、
信頼性を大幅に向上させることができる。さらに、始動
回路を蛍光灯器具のグロースタータと互換性のある形状
の容器内に収納することにより、既存の照明器具に容易
に使用することができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、定格電力の異なる安定
器や蛍光ランプにも使用可能であり、適切な予熱時間
で、かつ、適切な位相でパルス電圧を発生し蛍光ランプ
を確実に始動でき、さらに、パルス発生時の半導体スイ
ッチング素子のストレスを軽減した信頼性の高い安価な
蛍光ランプ点灯装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態である蛍光ランプ点灯装置の
回路図

【図２】図１の蛍光ランプ点灯装置の始動回路を収納し
た容器の外観を示す側面図

【図３】図１の蛍光ランプ点灯装置の予熱電流、電極間
電圧、コンデンサ電圧、及び、コンデンサ電圧と抵抗電
圧との加算電圧の動作波形図

【図４】図１の蛍光ランプ点灯装置における半導体スイ
ッチング素子ターンオフ時の動作を説明するための図

【図５】従来例の蛍光ランプ点灯装置の回路図

【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 始動装置 ７ 半導体スイッチング素子 ８，１５ ダイオード ９ 電流検出手段 １３ スイッチング制御手段 １４ タイマー手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予熱電極付蛍光ランプの一対の電極の電
   源側端子間に安定器を介して交流電源を接続し、前記電
   極の非電源側端子間に始動回路を接続した蛍光ランプ点
   灯装置において、前記始動回路は、制御端子を有する半
   導体スイッチング素子と、第一のダイオードと、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
   手段とが直列に接続された構成を有することを特徴とす
   る蛍光ランプ点灯装置。
2. 【請求項２】 前記電流検出手段は、第一の抵抗と並列
   に、第二の抵抗及び第三の抵抗の直列回路が接続された
   構成を有することを特徴とする請求項１記載の蛍光ラン
   プ点灯装置。
3. 【請求項３】 前記始動回路は、前記半導体スイッチン
   グ素子のスイッチングを制御するスイッチング制御手段
   と、所定の予熱時間の経過に伴い電流検出手段の出力信
   号に応じて予熱電流ピーク付近で前記スイッチング制御
   手段に信号を出力するタイマー手段とを備えていること
   を特徴とする請求項１記載の蛍光ランプ点灯装置。
4. 【請求項４】 前記第一のダイオードのカソードは予熱
   電極付蛍光ランプの一方の電極の非電源側端子に接続さ
   れ、第二のダイオードのアノードが前記第一のダイオー
   ドのカソードに接続され、前記第二のダイオードのカソ
   ードは前記タイマー手段に接続されていることを特徴と
   する請求項３記載の蛍光ランプ点灯装置。
5. 【請求項５】 前記始動回路が、蛍光灯器具のグロース
   タータと互換性のある形状の容器に収納されていること
   を特徴とする請求項１、２、３または４記載の蛍光ラン
   プ点灯装置。
6. 【請求項６】 前記半導体スイッチング素子が電界効果
   トランジスタであることを特徴とする請求項１〜５のい
   ずれか１項記載の蛍光ランプ点灯装置。