JPH11111478A - 蛍光灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用蛍光灯が寿命末期になった場合にこれを
検出する寿命末期管検出回路を備えた高周波インバータ
回路を用いた直流電流カット用コンデンサを有する方式
の蛍光灯点灯装置を提供する。 【構成】 インバータ回路１の高周波出力ＯＵＴに直流
電流カット用コンデンサＣ２を介して負荷である蛍光灯
ＦＬ１〜ＦＬ４（複数）を接続した構成の直列共振点灯
方式の蛍光灯点灯装置１０であって、蛍光灯の寿命末期
における片エミレス状態を、片エミレスの整流作用によ
るＣ２の蛍光灯側（Ｂ点）の直流電圧の変動として検出
する寿命末期管検出回路７を備えた構成であり、直流電
源ＤＣ間に直列接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２（Ｒ１＝Ｒ
２）の中点Ａの電圧（直流電源ＤＣの１／２）と前記Ｂ
点の電圧を比較して、双方向ホトカプラＰＣ１の発光素
子に電流が流れた場合に寿命末期管有りと検出出力ＯＵ
Ｔ２に出力する構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高周波インバータ回
路を用いたＬＣ直列共振点灯方式の主として複数の蛍光
灯を点灯する蛍光灯点灯装置に関し、詳細には、寿命末
期管を検出する寿命末期管検出回路を備える蛍光灯点灯
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動販売機やショーウィンドウの照明に
は蛍光灯が一般に用いられているが、電気製品のインバ
ータ化の進展とともに上記自動販売機等の蛍光灯点灯装
置もインバータ化が急速に進んでいる。

【０００３】従来の典型的な高周波インバータ回路を用
いた直列共振点灯方式の蛍光灯点灯装置の回路例を図２
を基に説明する。

【０００４】商用交流電源を図示しない整流平滑回路
（例えばブリッジ整流）で全波整流した直流電源ＤＣが
トランジスタインバータ回路１に入力され、該トランジ
スタインバータ回路中の制御回路２にて高周波スイッチ
ングされる出力トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２によっ
て数十キロヘルツの高周波電流が出力トランジスタＦＥ
Ｔ１，ＦＥＴ２の中点ＯＵＴに出力され、並列接続され
た複数の蛍光灯（図２ではＦＬ１〜ＦＬ４の４灯）から
なる負荷回路の限流インダクタ（チョークコイル）ＣＨ
１〜ＣＨ４、蛍光灯ＦＬ１〜ＦＬ４の両極のフィラメン
トを介してコンデンサＣｆ１〜Ｃｆ４に電流が流れ、各
フィラメントを予熱するとともに、各蛍光灯の両極に昇
圧した共振電圧を印加し点灯させる。

【０００５】点灯後、管電流が流れて限流インダクタＣ
Ｈ１〜ＣＨ４の限流作用により、管電流を制御する。

【０００６】Ｃ２は直流電流カット用コンデンサであ
る。前記出力トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２がデュー
ティ５０％でオン／オフ（数十ＫＨｚ周期）しているの
で、正常点灯中は前記直流電流カット用コンデンサＣ２
の蛍光灯側（Ｂ）点は直流電源電圧ＤＣの半分の電圧で
安定する。

【０００７】上記のような高周波インバータ回路を用い
た直列共振点灯方式の蛍光灯点灯装置を備えた自動販売
機を例にすると、一つの点灯装置に複数の蛍光灯（４灯
〜八灯程度）が負荷として点灯されるのが通常である
が、自動販売機は一般に近くに常時管理人がいない場合
が多々あり、蛍光灯の寿命がきたか否かを点検時に外部
からＬＥＤの点灯などで簡単にチェックして適宜寿命末
期管を交換できるようにすることが望ましい。即ち、蛍
光灯点灯装置において寿命末期管検出回路を備えること
が要請される。

【０００８】この点、従来の高周波インバータ回路を用
いた直列共振点灯方式の蛍光灯点灯装置における上記寿
命末期管検出回路は、例えば図３に示されるようなフィ
ラメントの断線を検出する方法の寿命末期管検出回路５
（２点鎖線で囲まれた回路）や、寿命末期管の管電圧が
一般に上昇することを利用して該管電圧の上昇を検出す
る方法の寿命末期管検出回路が考えられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
フィラメントの断線検出による方法は、比較的確実な検
出ができるが、多灯用の蛍光灯点灯装置、例えば４灯用
の点灯装置で使用時に３灯しか使用しない場合（自動販
売機やショーケースでは省エネのため多々行われる）に
は、検出回路が常に寿命管有りと判断してしまう問題点
がある。

【００１０】後者の管電圧の上昇を検出する方法は、フ
ィラメントのエミレス検出方法としては有効な方法であ
るが、点灯回路方式によっては採用できないことが問題
である。

【００１１】また両者とも、個々の蛍光灯に検出回路が
設けられる構成なので、寿命末期管検出回路の総部品点
数が多くなって、コスト増、スペース増を招くことは低
コスト、省スペースの要請が厳しい蛍光灯点灯装置にお
いては問題である。

【００１２】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、蛍光灯の寿命末期を極めて簡単で低コストな回路
構成で検出する寿命末期管検出回路を備えた高周波イン
バータ回路を用いた直列共振点灯方式の蛍光灯点灯装置
を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、 （１）高周波インバータ回路の出力に直流電流カット用
コンデンサを介して負荷である蛍光灯を接続した構成の
蛍光灯点灯装置において、前記蛍光灯の寿命末期におけ
る片エミレス状態を、片エミレスの整流作用による前記
直流電流カット用コンデンサの蛍光灯側の直流電圧の変
動として検出する寿命末期管検出回路、を備えたことを
特徴とする蛍光灯点灯装置を提供することにより、上記
目的を達成する。

【００１４】（２）また、商用交流電源を整流・平滑し
た直流電源出力を高周波に変換する高周波インバータ回
路の高周波出力に限流インダクタを介して蛍光灯の一方
極のフィラメントの電源側を接続し、他方極のフィラメ
ントの電源側を直流電流カット用コンデンサを介してグ
ランド電源に接続し、該蛍光灯の両極フィラメントの非
電源側間に共振コンデンサを接続した直列共振点灯方式
の蛍光灯点灯装置において、前記直流電源出力の半分の
電圧と、前記直流電流カット用コンデンサの蛍光灯側の
直流電圧と、の電位差を検出することによって前記蛍光
灯の片エミレス状態を検知する寿命末期管検出回路、を
備えたことを特徴とする蛍光灯点灯装置を提供すること
により、上記目的を達成する。

【００１５】（３）さらに、寿命末期管検出回路とし
て、高周波インバータ回路の直流電源間に直列接続され
た２個の同値の抵抗（Ｒ１，Ｒ２）と、前記２個の抵抗
（Ｒ１，Ｒ２）の中点（Ｂ）と直流電流カット用コンデ
ンサ（Ｃ２）の蛍光灯側（Ａ）との間に接続された検出
電圧平滑用コンデンサ（Ｃ３）と、前記検出電圧平滑用
コンデンサ（Ｃ３）に並列接続された感度調整抵抗（Ｒ
４）と、前記検出電圧平滑用コンデンサ（Ｃ３）に電流
調整用抵抗（Ｒ３）を介して並列接続された双方向ホト
カプラ（ＰＣ１）と、を備えたことを特徴とする上記
（１）または（２）に記載の蛍光灯点灯装置を提供する
ことにより、上記目的を達成する。

【００１６】なお、上記エミレス（エミッターレスの
略）とは、寿命末期の蛍光灯に現れる異常であり、フィ
ラメントに塗ってある電子放射物質の喪失を意味する。
そしてエミレスには一方端のフィラメントのみがエミレ
スとなっている片エミレスと両端のフィラメントがエミ
レスとなっている両エミレスがあり、通常は寿命末期に
近づいた蛍光灯は先ず片エミレス状態となり、そのまま
点灯し続けるといずれ両エミレスとなって、蛍光管の点
灯性が悪くなり、一般に管電圧が高くなる傾向にある。

【００１７】また、上記片エミレス状態では整流現象が
現れる。これは、両端のフィラメントから良く電子が放
出している正常点灯状態では往復電子のバランスがとれ
ているが、片方のフィラメントからの電子の放出が悪く
なると（片エミレス状態）、往復電子のバランスが崩れ
ることによる。換言すれば、徐々に寿命末期の蛍光管は
１極真空管に近づいて整流作用が発生するのである。

【００１８】本発明における寿命末期管検出回路は、こ
の片エミレスとなった寿命末期管の整流作用を利用して
直流電圧の変動として検出するものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明に係わる蛍光灯点灯装置の
実施の形態を図１に示される４灯用の回路を基に説明す
る。なお、前述の図２に示した従来の蛍光灯点灯装置と
同等部品については同符号をもって呼称する。

【００２０】蛍光灯点灯装置１０は、図示されない商用
交流電源（一般にＡＣ１００Ｖ）を入力として整流平滑
回路（図示略）を通した直流電源ＤＣを高周波に変換す
るトランジスタインバータ回路１の出力トランジスタＦ
ＥＴ１，ＦＥＴ２の中点の高周波出力ＯＵＴに、負荷回
路として限流インダクタ（チョークコイル）ＣＨ１〜Ｃ
Ｈ４とコンデンサＣｆ１〜Ｃｆ４とで各々直列共振回路
を形成する蛍光灯ＦＬ１〜ＦＬ４が接続された構成であ
る。以上は図２の従来例と同様である。

【００２１】本発明は、上記のような従来の高周波イン
バータ回路を用いた直列共振点灯方式で高周波出力に直
流電流カット用コンデンサＣ２を介して負荷である蛍光
灯ＦＬ１〜ＦＬ４（複数）を接続した構成の蛍光灯点灯
装置において、蛍光灯の寿命末期における片エミレス状
態を、片エミレスの整流作用による前記直流電流カット
用コンデンサＣ２の蛍光灯側（Ｂ点）の直流電圧の変動
として検出する寿命末期管検出回路７（２点鎖線で囲ま
れた回路）、を備えたことを特徴とする。

【００２２】ここに寿命末期管における片エミレス現象
の整流作用については既に述べた通りであるが、付言す
ると、蛍光灯の点灯開始時にはグランド電位であったＢ
点は蛍光灯に流れる直流電流で電源電圧ＤＣの半分（中
点）まで上昇し、中点まで達すると出力トランジスタＦ
ＥＴ１，ＦＥＴ２がデューティ５０％でオン／オフして
いるために完全な交流に移行していって、Ｂ点の電位は
直流電流カット用コンデンサＣ２によって直流カットで
あるから直流電源ＤＣの半分の電圧で安定する。

【００２３】然るに、上記Ｂ点の電位が直流電源ＤＣの
半分の電圧で安定するのは正常点灯時であって、何れか
の蛍光灯が寿命末期になると片エミレス状態となってそ
の整流作用によってＢ点の電圧が直流電源ＤＣの半分の
電圧から変化する。その電圧は寿命末期の蛍光灯のどち
らの端がエミレスになっているかによって変わりＢ点の
電圧は低くなったり高くなったりする。

【００２４】したがって、このＢ点の電位（つまり直流
電流カット用コンデンサＣ２の電位）と直流電源ＤＣの
半分の電圧（一定）を比較すれば、その電位差が所定以
上になれば寿命末期管有りと判断すれば寿命末期管検出
回路が構成できることになる。

【００２５】図１に示された寿命末期管検出回路７は上
記片エミレス現象の整流作用を利用した最も簡単な検出
回路例であり、トランジスタインバータ回路１の直流電
源ＤＣ間に直列接続された２個の同値の抵抗Ｒ１，Ｒ２
と、前記抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点（Ａ）と直流電流カット
用コンデンサＣ２の蛍光灯側Ｂと、の間に接続された検
出電圧平滑用コンデンサＣ３と、前記検出電圧平滑用コ
ンデンサＣ３に並列接続された感度調整抵抗Ｒ４と、前
記検出電圧平滑用コンデンサＣ３に電流調整用抵抗Ｒ３
を介して並列接続されたホトカプラＰＣ１と、を備え
る。

【００２６】以下、具体的な試作結果について説明す
る。

【００２７】コンデンサＣ１はトランジスタインバータ
回路１のＤＣ電源間に挿入されており、電源電圧はＤＣ
１３０Ｖである。ＦＥＴ１とＦＥＴ２は前記ＤＣ電源間
に直列接続されており、その各々のＦＥＴは制御回路２
により５０ＫＨｚ周期で交互にオンし、２個のＦＥＴの
中点が高周波出力ＯＵＴになる。

【００２８】Ｃｆ１・・は共振用コンデンサであり、蛍
光灯ＦＬ１・・に各々並列接続されている。全４灯共に
正常な蛍光灯（３０ワット）である場合には、Ｃ２間の
電圧（Ｂ点の電圧）はＤＣ電源電圧１３０Ｖの１／２
で、６５Ｖに安定している。但し、始動時の数秒間は完
全点灯していないため前記電圧６５Ｖは不定で、安定点
灯後６５Ｖに安定する。

【００２９】抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗直がＲ１＝Ｒ２（＝
３３ＫΩ）とすると、その中点Ａの電圧は当然６５Ｖと
なるので、中点Ａの電圧と前記Ｃ２の蛍光灯側のＢ点の
電圧は正常点灯状態では同電位となる。

【００３０】何れかの蛍光灯が寿命末期になると片エミ
レス状態となってＢ点の電圧が変化し、ホトカプラＰＣ
１の発光素子の順方向閾値電圧を越えると電流が流れて
受光素子がオンして出力する。

【００３１】上記ホトカプラＰＣ１の動作の感度は感度
調整抵抗Ｒ４と電流調整用抵抗Ｒ５を適当に設定する
が、本試作ではＲ４は５６ＫΩ，Ｒ３は１００Ωとし
た。

【００３２】なお、Ｂ点の電位は上下に変動しうること
は前述の通りなので、ホトカプラＰＣ１は双方向として
電流の極性に関係なく伝達できるようにすることが肝要
である。

【００３３】本試作によれば、４灯回路の蛍光灯点灯装
置において、３０ワット蛍光灯４灯を接続し、全てが正
常な蛍光灯の場合と、１本が片エミレス状態になった寿
命末期管である場合（個体差を考慮して異なる寿命末期
管３本のサンプルを用意した）を比較するため、寿命末
期管検出回路７におけるホトカプラＰＣ１を外してそこ
に電流計を挿入して測定したところ、下記結果を得た。

【００３４】

【表１】

【００３５】表から分かるように、正常点灯状態と各片
エミレスとなった寿命末期管が有る場合とではおよそ２
０倍の電流差が認められ、検出回路として十分機能する
ことが判明した。

【００３６】なお、寿命末期管検出回路７の出力ＯＵＴ
２には発光ダイオードを接続して寿命末期を点灯によっ
て知らせるようにすることが典型として考えられる。

【００３７】また、上記ホトカプラＰＣ１は例示であっ
て、トランスでもよい。何れにしても入力信号を電気的
に絶縁した高信頼度のソリッドステートリレーの構成が
望ましい。

【００３８】また、特に図示しないが、本実施例で示し
たハーフブリッジ構成のインバータ回路以外の、フルブ
リッジ構成等の他のインバータ回路を用いた蛍光灯点灯
装置においても、本発明の寿命末期管検出回路を適用で
きることは言うまでもない。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明の蛍光灯点灯装置
では、 （１）寿命末期管検出回路が、インバータ回路の直流電
源の１／２の電圧を比較電圧として、負荷回路の蛍光灯
の共通電源ラインの片エミレスによる直流電圧の変動を
検出する方式なので、多灯用の点灯装置の場合に、管を
抜き取った未使用回路があってもその回路を除いて検出
できる。

【００４０】（２）多灯用の点灯装置の場合に、個々の
蛍光灯について寿命末期管検出回路を並列付加すること
を要せず、極めて少ない部品点数の一つの検出回路に構
成できるので、寿命末期管検出回路のコスト及び所要ス
ペースが小さくて済むという優れた効果を有する。

【００４１】（３）高周波インバータ回路を用いた直流
電流カット用コンデンサを有する方式の蛍光灯点灯装置
の殆どに適用可能であり、汎用性が広い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる蛍光灯点灯装置におけるイン
バータ回路と負荷回路と寿命末期管検出回路の構成を示
す回路図である。

【図２】 従来の高周波インバータ回路を用いた直列共
振点灯方式で、高周波出力に直流電流カット用コンデン
サを介して負荷である蛍光灯を接続した構成の蛍光灯点
灯装置の回路例である。

【図３】 従来のフィラメントの断線を検出する方法の
寿命末期管検出回路を備えた直列共振点灯方式の蛍光灯
点灯装置の回路図である。

【符号の説明】

１ トランジスタインバータ回路 ２ 制御回路 ５、７ 寿命末期管検出回路 １０ 蛍光灯点灯装置 Ｃｆ１〜Ｃｆ４ 共振用コンデンサ Ｃ２ 直流電流カット用コンデンサ ＣＨ１〜ＣＨ４ 限流インダクタ Ｒ１、Ｒ２ 抵抗 ＦＥＴ１，ＦＥＴ２ 出力トランジスタ Ｒ３ 電流調整用抵抗 Ｒ４ 感度調整抵抗 ＰＣ１ 双方向ホトカプラ ＤＣ 直流電源 ＯＵＴ 高周波出力 ＯＵＴ２ 検出出力

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波インバータ回路の出力に直流電流
   カット用コンデンサを介して負荷である蛍光灯を接続し
   た構成の蛍光灯点灯装置において、前記蛍光灯の寿命末
   期における片エミレス状態を、片エミレスの整流作用に
   よる前記直流電流カット用コンデンサの蛍光灯側の直流
   電圧の変動として検出する寿命末期管検出回路、を備え
   たことを特徴とする蛍光灯点灯装置。
2. 【請求項２】 商用交流電源を整流・平滑した直流電源
   出力を高周波に変換する高周波インバータ回路の高周波
   出力に限流インダクタを介して蛍光灯の一方極のフィラ
   メントの電源側を接続し、他方極のフィラメントの電源
   側を直流電流カット用コンデンサを介してグランド電源
   に接続し、該蛍光灯の両極フィラメントの非電源側間に
   共振コンデンサを接続した直列共振点灯方式の蛍光灯点
   灯装置において、前記直流電源出力の半分の電圧と、前
   記直流電流カット用コンデンサの蛍光灯側の直流電圧
   と、の電位差を検出することによって前記蛍光灯の片エ
   ミレス状態を検知する寿命末期管検出回路、を備えたこ
   とを特徴とする蛍光灯点灯装置。
3. 【請求項３】 寿命末期管検出回路として、高周波イン
   バータ回路の直流電源間に直列接続された２個の同値の
   抵抗（Ｒ１，Ｒ２）と、前記２個の抵抗（Ｒ１，Ｒ２）
   の中点（Ｂ）と直流電流カット用コンデンサ（Ｃ２）の
   蛍光灯側（Ａ）との間に接続された検出電圧平滑用コン
   デンサ（Ｃ３）と、前記検出電圧平滑用コンデンサ（Ｃ
   ３）に並列接続された感度調整抵抗（Ｒ４）と、前記検
   出電圧平滑用コンデンサ（Ｃ３）に電流調整用抵抗（Ｒ
   ３）を介して並列接続された双方向ホトカプラ（ＰＣ
   １）と、を備えたことを特徴とする請求項１または請求
   項２に記載の蛍光灯点灯装置。