JPH11224786A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィラメント予熱中の平滑電圧の過大な昇圧
を防止し、平滑コンデンサ、インバータ回路等の回路素
子に耐圧に低いものを使用可能とすること。 【解決手段】 交流電源１を整流する整流回路２と、整
流回路の出力側に接続された第１のコイル１０及び第１
のコンデンサ１１からなる第１の共振回路９と、第１の
コイル及び第１のコンデンサの接続点に一端が接続され
た逆流阻止ダイオード１２、１３と、逆流阻止ダイオー
ドの他端が接続された平滑コンデンサ４と、平滑コンデ
ンサの直流電圧を高周波出力電圧に変換するインバータ
回路５と、インバータ回路の出力端と平滑コンデンサの
一端との間に接続された第２のコイル１５及び第２のコ
ンデンサ１６よりなる第２の共振回路１４と、第２のコ
イル及び第２のコンデンサの接続点と第１のコイル及び
第１のコンデンサの接続点との間に接続された放電灯１
８と、第２のコイルに設けられ、放電灯のフィラメント
に接続されて第２の共振回路に流れる電流を入力として
放電灯のフィラメントに電流を発生する予熱巻線２０
ａ、２０ｂとを備えてなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、入力力率が高く
電源高調波電流の少ない放電灯点灯装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図７は例えば特願平８−３２５３１１に
示された従来の放電灯点灯装置を示す回路図である。図
において、交流電源１を整流回路２で全波整流して得ら
れた直流電圧は、平滑コンデンサ４で平滑される。５は
平滑コンデンサ４の平滑電圧を高周波電圧に変化する高
周波変換手段であるインバータ回路で、互いに直列接続
されたスイッチング素子６，７と、そのスイッチング素
子６，７を高速度で交互にオン・オフする制御回路８で
構成される。

【０００３】第１のコイル１０と第１のコンデンサ１１
は、整流回路２と並列に接続された第１の共振回路９を
構成し、第１のコイル１０と第１のコンデンサ１１の接
続点と平滑コンデンサ４の両端の間にそれぞれ逆流阻止
ダイオード１２，１３を接続している。スイッチング素
子６と７の接続点と平滑コンデンサの一端の間に接続さ
れた第２のコイル１５と第２のコンデンサ１６の直列回
路は第２の共振回路１４を構成している。１７は第１の
共振回路９と第２の共振回路１４の間に接続された負荷
回路で、放電灯１８と、放電灯１８のフィラメントに直
列に接続された予熱コンデンサ２２と、第１のコイル１
０と第１のコンデンサ１１の接続点と放電灯１８の一方
のフィラメントとの間に接続された直流阻止コンデンサ
１９で構成されている。

【０００４】次に、従来の放電灯点灯装置の動作につい
て説明する。放電灯１８の点灯前のフィラメントの予熱
時においては、インバータ回路５は第２の共振回路１４
の共振周波数よりかなり高い周波数で動作し、第２の共
振回路１４に電流を流す。高周波動作のため予熱コンデ
ンサ２２のインピーダンスは小さく、コンデンサ１６の
両端に発生した電圧は、予熱コンデンサ２２を介して第
１の共振回路９に供給される。このとき、負荷回路１７
の放電灯１８には電流が流れない。そして、第１の共振
回路９に供給される高周波電圧により、コンデンサ１１
は充放電を繰り返し、高周波電圧を発生する。その高周
波電圧に同期してコイル１０に高周波電流が流れ、その
電流によりコイル１０に高周波電圧を発生し、整流回路
２の出力電圧に重畳されて、ダイオード１２を介して昇
圧して平滑コンデンサ４を充電する。

【０００５】また、放電灯１８の点灯中においては、イ
ンバータ回路５は第２の共振回路１４の共振周波数で動
作し、第２の共振回路１４に電流を流す。そうすると、
コンデンサ１６の両端に高電圧を発生し、この高周波高
電圧に基づき放電灯１８を流れる電流によりインバータ
回路５からの高周波電流が第１の共振回路９のコンデン
サ１１に流れて高周波電圧が発生する。その高周波電圧
に同期してコイル１０に高周波電流が流れ、その電流に
よりコイル１０に高周波電圧を発生し、整流回路２の出
力電圧に重畳されて、ダイオード１２を介して昇圧して
平滑コンデンサ４を充電する。従って、交流電源の低い
電圧位相においても重畳された高周波による電流入力が
あるため、交流電源電圧の広い位相において電源入力電
流が流れ、力率の高い放電灯点灯装置が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の放電灯点灯装置
は以上のように構成されていたので、放電灯１８のフィ
ラメントを予熱中である場合等の軽負荷時に、予熱コン
デンサ２２を介したフィラメント予熱電流が第１の共振
回路９に供給され、放電灯１８が点灯中の負荷時には放
電灯１８を点灯した電流が第１の共振回路９に供給され
るが、放電灯１８の軽負荷時には放電灯１８に電流が流
れないために、放電灯１８が点灯中の負荷時に比べて消
費電力が極端に少ないことにより、ダイオード１２の導
通期間が短く、コイル１０に発生する電圧が高くなるた
め、過度に平滑コンデンサ４の電圧が昇圧され、平滑コ
ンデンサやインバータ回路５に高耐圧の素子を使用する
必要があり、高コストになる問題があった。

【０００７】この発明はこのような問題点を解決するた
めになされたものであり、放電灯のフィラメント予熱中
の平滑電圧の過大な昇圧を防止し、平滑コンデンサやイ
ンバータ回路に使用する回路素子に耐圧の低いものを使
用可能とし、コストを低減した放電灯装置を得ることを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この請求項１の放電灯点
灯装置は、交流電源を整流する整流回路と、整流回路の
出力側に接続された第１のコイル及び第１のコンデンサ
の直列回路からなる第１の共振回路と、第１のコイル及
び第１のコンデンサの接続点に一端が接続された逆流阻
止ダイオードと、逆流阻止ダイオードの他端が接続され
た平滑コンデンサと、平滑コンデンサの直流電圧を高周
波出力電圧に変換する高周波変換手段と、高周波変換手
段の出力端と平滑コンデンサの一端との間に接続された
第２のコイルと第２のコンデンサの直列回路よりなる第
２の共振回路と、第２のコイル及び第２のコンデンサの
接続点と第１のコイル及び第１のコンデンサの接続点と
の間に接続された放電灯と、第２の共振回路に流れる電
流を入力として放電灯のフィラメントに電流を発生する
フィラメント電流発生手段とを備えてなるものである。

【０００９】この請求項２の放電灯点灯装置は、交流電
源を整流する整流回路と、整流回路の出力側に接続され
た第１のコイル及び第１のコンデンサの直列回路からな
る共振回路と、第１のコイル及び第１のコンデンサの接
続点に一端が接続された逆流阻止ダイオードと、ダイオ
ードの他端が接続された平滑コンデンサと、平滑コンデ
ンサの直流電圧を高周波出力電圧に変換する高周波変換
手段と、高周波変換手段の出力端と第１のコイル及び第
１のコンデンサの接続点との間に接続された第２のコイ
ル及び放電灯の直列回路と、放電灯と並列に接続されて
放電灯の始動電圧を発生する容量の小さい始動コンデン
サと、第２のコイルに流れる電流を入力として放電灯の
フィラメントに電流を発生するフィラメント電流発生手
段とを備えてなるものである。

【００１０】この請求項３の放電灯点灯装置のフィラメ
ント電流発生手段は、第２のコイルに設けられ、放電灯
のフィラメントに接続された予熱巻線、或いは第２のコ
イルに接続された線路に設けられ、放電灯のフィラメン
トに接続された予熱トランスとしている。

【００１１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１の放電灯点灯装置を示す回路図である。
図において、従来例と同一符号は同一または相当部分を
示して説明を省略する。３は整流回路２の出力側と平滑
コンデンサ４との間に設けられた分離ダイオードであ
る。２０ａ、２０ｂは第２の共振回路１４を構成するコ
イル１５と磁気結合したフィラメント電流発生手段であ
る二次巻線としての予熱巻線である。一方の予熱巻線２
０ａは第１共振回路９に直流阻止コンデンサ１９を介し
て接続された放電灯１８の一方のフィラメントに接続さ
れている。他方の予熱巻線２０ｂは第２共振回路１４の
第２のコイル１５と第２のコンデンサ１６との接続点に
接続された放電灯１８の他方のフィラメントに接続され
ている。これら予熱巻線２０ａ、２０ｂは第２共振回路
１４の第２のコイル１５に流れる電流により放電灯１８
のフィラメントを予熱する電流を発生させるものであ
る。

【００１２】次に、この発明の実施の形態１の放電灯点
灯装置を動作について説明する。放電灯１８の点灯前の
フィラメント予熱時においては、インバータ回路５は第
２の共振回路１４の共振周波数よりかなり高い周波数で
動作し、第２の共振回路１４に電流を流す。この電流に
より第２の共振回路１４の第２のコイル１５の二次巻線
である予熱巻線２０ａ、２０ｂにも電流が生じ、放電灯
１８のフィラメントの予熱が行われる。一方、第２の共
振回路１４の第２のコンデンサ１６には、インバータ回
路５が第２の共振回路１４の共振周波数よりかなり高い
周波数で動作させて第２の共振回路１４に電流を流して
いるために、あまり高い電圧は発生せず、放電灯１８は
始動せず、放電灯電流は流れない。従って、第１の共振
回路９のコンデンサ１１にインバータ回路５からの高周
波電流は流れず、コンデンサ１１は高周波で充放電しな
いのでコイル１０に高周波電流が流れず、そのため高周
波電圧も発生しないので昇圧作用は働かず、平滑電圧は
整流回路２の出力電圧を分離ダイオード３で分離し、平
滑した電圧となっている。

【００１３】このように、第２のコイル１５の二次巻線
である予熱巻線２０ａ、２０ｂを放電灯１８のフィラメ
ントに接続したことにより、放電灯１８のフィラメント
予熱時には、第１の急進回路９による平滑電圧の昇圧動
作を停止することができるため、平滑コンデンサ４、イ
ンバータ回路５等の回路部品に耐圧のあまり高くない素
子を利用することができ、コストを低減することができ
る。

【００１４】また、放電灯１８の始動・点灯時において
はインバータ回路５の動作周波数は第２の共振回路の共
振周波数近傍で動作する。その結果、第２の共振回路１
４の第２のコイル１５と第２のコンデンサ１６の共振作
用でコンデンサ１６に高電圧を生じ、放電灯１８に高い
電圧が印加されて放電を開始する。さらに、点灯中にお
いては、放電灯１８を流れる電流によりインバータ回路
５からの高周波電流が第１の共振回路９の第１のコンデ
ンサ１１に流れて高周波電圧が発生し、その高周波電圧
を整流回路２の出力電圧に重畳して昇圧作用を働かせる
とともに、放電灯１８における消費電力が増加するた
め、平滑電圧は所定の電圧の範囲内で動作する。

【００１５】次に、放電灯点灯装置に放電灯１８が接続
されている場合と放電灯１８が未接続の場合における従
来例とこの発明の相違について説明する。従来の放電灯
点灯装置では、放電灯１８のフィラメントに予熱コンデ
ンサ２２が直列に接続されているため、放電灯１８が接
続されている場合と放電灯が未接続の場合ではインバー
タ回路５の出力に接続されている負荷側の容量成分の大
きさは予熱コンデンサ２２の分だけ異なるため、放電灯
未接続時と放電灯始動不良時で共振周波数が異なってい
た。すなわち、放電灯１８が外されたり、放電灯１８の
電極フィラメントに断線が生じた場合に、第２の共振回
路１４の第２のコンデンサ１６と並列に接続された形の
予熱コンデンサ２２等の容量負荷成分がなくなり、高周
波変換手段からみた共振周波数が高くなるため、点灯中
のインバータ回路５の動作周波数によっては、そのイン
バータ回路５に流れる電流が電圧に対して進相になり、
スイッチング素子６、７を破壊する危険性があった。

【００１６】しかし、この発明の実施の形態１の放電灯
点灯装置では、放電灯１８のフィラメントに予熱コンデ
ンサ２２が接続されていないため、インバータ回路５の
出力に接続されている負荷側の容量成分の大きさは放電
灯１８の有無にかかわらず一定となるため、放電灯１８
が外れたり、放電灯１８のフィラメントが断線した場合
にも変動しないため、放電灯１８が急に外されたりフィ
ラメントが断線しても負荷回路１７に流れる電流が電圧
に対して進相にならない点灯動作周波数に設定すること
が容易である。

【００１７】図２は同放電灯点灯装置の変形例を示す回
路図である。この変形例は、実施の形態１の放電灯点灯
装置の放電灯１８のフィラメントに並列に従来例の予熱
コンデンサ２２より容量が小さなコンデンサを始動コン
デンサ２１として接続したものである。この変形例で
は、放電灯１８のフィラメントに並列に始動コンデンサ
２１を接続しているので、放電灯１８の点灯が容易にな
り、しかもインバータ回路５の出力に接続されている負
荷側の容量成分の大きさは放電灯１８の有無にかかわら
ず一定となるため、実施の形態１と同様に、放電灯１８
が急に外されたりフィラメントが断線しても負荷回路１
７に流れる電流が電圧に対して進相にならない点灯動作
周波数に設定することが容易である。

【００１８】実施の形態２．図３は、この発明の実施の
形態２の放電灯点灯装置を示す回路図である。図におい
て、実施の形態１及びその変形例の図と同一符号は同一
または相当部分を示して説明を省略する。この実施の形
態２は、図２に示す実施の形態１の変形例の放電灯点灯
装置の第２の共振回路１４から第２のコンデンサ１６を
除いた回路構成のものである。なお、第２のコイル１５
は放電灯１８と直列に接続され、バラストコイルの働き
をするコイルとなり、放電灯１８の始動時には始動コン
デンサ２１と共振して放電灯１８のフィラメント間に高
電圧を発生させる。また、放電灯１８と並列に接続され
た始動コンデンサ２１は、従来例の予熱コンデンサ２２
と異なり、放電灯１８のフィラメントを介さずにインバ
ータ回路５の出力や直流阻止コンデンサ１９と接続され
ている。

【００１９】次に、この発明の実施の形態２の放電灯点
灯装置を動作について説明する。放電灯１８の点灯前の
フィラメント予熱時においては、インバータ回路５は放
電灯１８の始動及び点灯周波数より高い予熱周波数で動
作する。このとき、放電灯１８のフィラメントを流れる
予熱電流は、第２のコイル１５の２次巻線である予熱巻
線２０ａ、２０ｂにより生起される。また、インバータ
回路５の動作周波数が高いので、第２のコイル１５及び
予熱巻線２０ａ、２０ｂに発生する電圧が比較的高いの
に対し、容量の小さい始動コンデンサ２１に発生する電
圧は低く、これらの負荷回路１７に流れる電流も小さ
い。従って、共振回路９の第１のコンデンサ１１を充放
電する高周波電流は小さく、それにより第１のコンデン
サ１１に発生する高周波電圧も低いので、コイル１０に
流れる高周波電流は小さく、その高周波電流に伴いコイ
ル１０に発生する高周波電圧も低くなり、整流回路２の
出力に重畳されて昇圧される平滑電圧のレベルも高くな
らない。

【００２０】このように、二次巻線である予熱巻線２０
ａ、２０ｂを放電灯１８のフィラメントと接続し、放電
灯１８に並列に第２のコイル１５と共振する容量の小さ
い始動コンデンサ２１を設けたことにより、放電灯１８
のフィラメント予熱時には、共振回路９のコンデンサ１
１に発生する高周波電圧が小さく、平滑電圧を過大に昇
圧する動作を抑制できるため、平滑コンデンサ４、イン
バータ回路５等の回路部品に耐圧のあまり高くない素子
を利用することができ、コストを低減することができ
る。

【００２１】放電灯１８の始動・点灯時においてはイン
バータ回路５の動作周波数が放電灯１８の予熱時のイン
バータ回路５の動作周波数より低くなり、第２のコイル
１５と始動コンデンサ２１の共振作用で始動コンデンサ
２１に高電圧を生じて放電灯１８のフィラメント間に印
加され、放電が開始する。また、点灯中においては、主
に放電灯１８を流れる電流によりインバータ回路５から
の高周波電流が共振回路９の第１のコンデンサ１１を充
放電し、それに同期してコイル１０に高周波電流が流れ
て高周波電圧が発生し、昇圧作用が働くとともに、放電
灯１８における消費電力が増加するため、平滑電圧は所
定の電圧の範囲内で動作する。

【００２２】図４は同放電灯点灯装置の変形例を示す回
路図である。上記実施の形態２においては、始動コンデ
ンサ２１をインバータ回路５及び共振回路９側に接続し
ていたが、この変形例では図４のように放電灯１８のフ
ィラメントを介した反対側に接続するようにしても、フ
ィラメント予熱時の平滑電圧を過度に昇圧してしまうこ
とを防止することができる。

【００２３】図５はこの発明の実施の形態３の放電灯点
灯装置を示す回路図である。図において、実施の形態１
及び２の図と同一符号は同一または相当部分を示して説
明を省略する。上記実施の形態２では、放電灯１８のフ
ィラメントを予熱するフィラメント電流発生手段とし
て、第２のコイル１５と磁気結合した二次巻線である予
熱巻線２０ａ、２０ｂを使用していたが、この実施の形
態３では図５に示すように第２のコイル１５と直列に、
別途設けた予熱トランス２３をフィラメント電流発生手
段としたものである。この実施の形態３では、第２のコ
イル１５と直列に予熱トランス２３を別途設けているの
で、第２のコイル１５の定数に関係なく、予熱トランス
２３の容量を適宜選択することによって予熱時間を短縮
することができる。

【００２４】図６は同放電灯点灯装置の変形例を示す回
路図である。この変形例では、図６に示すようにコイル
１５と別に、インバータ回路５の出力に負荷回路１７と
並列してコンデンサ２４を介して予熱トランス２３を接
続し、それをフィラメント電流発生手段としたものであ
る。この変形例も、実施の形態２と同様に、第２のコイ
ル１５と別に予熱トランス２３を設けているので、第２
のコイル１５の定数に関係なく、予熱トランス２３の容
量を適宜選択することによって予熱時間を短縮すること
ができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の請求項１によれば、整流回路の
出力側に接続された第１の共振回路の第１のコイル及び
第１のコンデンサの接続点と平滑コンデンサの直流電圧
を高周波出力電圧に変換する高周波変換手段の出力側に
接続された第２の共振回路の第２のコイル及び第２のコ
ンデンサの接続点との間に接続された放電灯に対し、放
電灯のフィラメント予熱時に、第２の共振回路に流れる
電流を入力として放電灯のフィラメントに電流を発生す
るフィラメント電流発生手段により、第２の共振回路に
流れる電流を利用して放電灯のフィラメントの予熱電流
を発生させ、放電灯が点灯するまでは第１の共振回路に
高周波電圧を供給しないようにしたので、フィラメント
予熱時の第１の共振回路による平滑電圧の昇圧動作を停
止することができ、平滑コンデンサ、高周波変換手段等
の回路部品に耐圧のあまり高くない素子を使用できるた
め、コストを低減した入力力率が高く、電源高周波電流
の少ない放電灯点灯装置を得ることができる効果があ
る。

【００２６】本発明の請求項２によれば、整流回路の出
力側に接続された共振回路の第１のコイル及び第１のコ
ンデンサの接続点と平滑コンデンサの直流電圧を高周波
出力電圧に変換する高周波変換手段の出力側に接続され
た第２のコイルとの間に接続された放電灯に対し、放電
灯のフィラメント予熱時に、第２のコイルに流れる電流
を入力として放電灯のフィラメントに電流を発生するフ
ィラメント電流発生手段により、第２のコイルに流れる
電流を利用して、放電灯のフィラメントの予熱電流を発
生させると共に、従来の予熱始動コンデンサより容量が
小さな始動コンデンサを使用することにより、放電灯が
点灯するまでは共振回路のコンデンサに発生する高周波
電圧を従来より小さくするため、フィラメント予熱時の
平滑電圧を過大に昇圧する動作を抑制することができ、
平滑コンデンサ、高周波変換手段等の回路部品に耐圧の
あまり高くない素子を使用できるため、コストを低減し
た入力力率が高く、電源高周波電流の少ない放電灯点灯
装置を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の放電灯点灯装置を
示す回路図である。

【図２】 同放電灯点灯装置の変形例を示す回路図であ
る。

【図３】 この発明の実施の形態２の放電灯点灯装置を
示す回路図である。

【図４】 同放電灯点灯装置の変形例を示す回路図であ
る。

【図５】 この発明の実施の形態３の放電灯点灯装置を
示す回路図である。

【図６】 同放電灯点灯装置の変形例を示す回路図であ
る。

【図７】 従来例の放電灯点灯装置を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１ 交流電源、２ 整流回路、４ 平滑コンデンサ、５
インバータ回路（高周波変換手段）、９ 第１の共振
回路、１２ 逆流阻止ダイオード、１３ 逆流阻止ダイ
オード、１４ 第２の共振回路、１８ 放電灯、２０
予熱巻線（フィラメント電流発生手段）。

フロントページの続き (72)発明者 文屋 潤 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を整流する整流回路と、 整流回路の出力側に接続された第１のコイル及び第１の
   コンデンサの直列回路からなる第１の共振回路と、 第１のコイル及び第１のコンデンサの接続点に一端が接
   続された逆流阻止ダイオードと、 逆流阻止ダイオードの他端が接続された平滑コンデンサ
   と、 平滑コンデンサの直流電圧を高周波出力電圧に変換する
   高周波変換手段と、 高周波変換手段の出力端と平滑コンデンサの一端との間
   に接続された第２のコイル及び第２のコンデンサの直列
   回路よりなる第２の共振回路と、 第２のコイル及び第２のコンデンサの接続点と第１のコ
   イル及び第１のコンデンサの接続点との間に接続された
   放電灯と、 第２の共振回路に流れる電流を入力として放電灯のフィ
   ラメントに電流を発生するフィラメント電流発生手段と
   を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 【請求項２】 交流電源を整流する整流回路と、 整流回路の出力側に接続された第１のコイル及び第１の
   コンデンサの直列回路からなる共振回路と、 第１のコイル及び第１のコンデンサの接続点に一端が接
   続された逆流阻止ダイオードと、 ダイオードの他端が接続された平滑コンデンサと、 平滑コンデンサの直流電圧を高周波出力電圧に変換する
   高周波変換手段と、 高周波変換手段の出力端と第１のコイル及び第１のコン
   デンサの接続点との間に接続された第２のコイル及び放
   電灯の直列回路と、 放電灯と並列に接続されて放電灯の始動電圧を発生する
   容量の小さい始動コンデンサと、 第２のコイルに流れる電流を入力として放電灯のフィラ
   メントに電流を発生するフィラメント電流発生手段とを
   備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 【請求項３】 前記フィラメント電流発生手段は、前記
   第２のコイルに設けられ、放電灯のフィラメントに接続
   された予熱巻線、或いは前記第２のコイルに接続された
   線路に設けられ、放電灯のフィラメントに接続された予
   熱トランスであることを特徴とする請求項１又は請求項
   ２記載の放電灯点灯装置。