JPS5953677B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高圧放電灯を調光したり、或いは定電力制御
することができる放電灯点灯装置に関する。

一般に放電灯を調光する場合等、放電灯に対する供給電
力を変化させる手段として、入力電流位相制御がある。

この位相制御により放電灯に対する供給電力を変化させ
る場合、周知の如く、交流の各半波毎に位相制御角に応
じたランプ電流の休止区間が生じる。ここで、けい光ラ
ンプ等の低圧放電灯では、管内のガス圧が低圧のため、
管内のイオンがランプ電流の休止区間でも消滅しきらな
いので、上記位相制御による調光点灯が可能であつた。
これに対し、水銀ランプやメタルハライドランプ、高圧
ナトリウムランプ等の高圧放電灯は管内ガス圧が高く、
ランプ電流に位相制御による休止区間が生じるとイオン
が消滅してしまう。

このため、再点弧電圧が極めて高くなり、実質的に再始
動を行うのと同様になる。周知のように、高圧放電灯の
再始動には長時間あるいは高圧を要する。これらのこと
から５０／６０（Ｈ２）の入力電圧を位相制御した場合
、放電が立ち消えたり、チラツキが激しくなつたり、発
光効率が著しく低下する等の問題が生じ、高圧放電灯を
位相制御により調光点灯することは行われなかつた。こ
のため、従来高圧放電灯の調光は、安定器自’体のイン
ピーダンスを変化させることにより行つていた。

すなわち、安定器のコイルの中間点から導出した端子と
、同コイルの反電源側の端部から導出した端子とを切換
スイッチにより切換えて、高圧放電灯に対する安定器の
インピーダンスを変・化させ、調光を行つていた。しか
し、このような構成では、大形でしかも配線の複雑な安
定器が必要となる。また連続調光を行うことができなか
つた。なお、低圧放電灯は前述のように位相制御による
調光点灯が可能であるが、このためにはフイラメントを
常時加熱しておく必要がある。

このため、安定器として、位相制御された電力を放電極
間に供給するための漏洩トランスのほかに、位相制御さ
れない電力をフイラメントに常時供給するためのトラン
スが別に必要であり、大形で複雑な配線の安定器を要す
る。これに対し、低圧放電灯の調光用として、力率を低
下させずに休止区間のない出力を生じる高周波発生装置
、たとえばインバータを利用し、上述した安定器の複雑
大形化を生じることなく、位相制御による調光を可能と
したものが提案された（特願昭５４−１２５６６６号・
特開昭５９−５００９３号）。

ここで、上記インバータは、商用の５０／６０（Ｈｚ）
の交流入力を全波整流した直流電源に、インバータから
電源帰還された直流電圧を加えて、上記直流電源の全波
整流波形の各脈流が、ある一定電圧以下にならないよう
にしたものである。このインバータの各部の波形を第１
図により説明する。第１図ａは、位相制御された商用の
交流入力波形である。インバータの直流電源回路には、
この交流入力を全波整流したものが供給され、かつイン
バータから電源帰還される直流電圧が加わる。この直流
電源を逆変換したインバータの高周波出力電圧Ｖ２。の
波形は同図ｂに示す通りである。この波形のうちＶＤＣ
は、前述したインバータから電源帰還された直流電圧に
基づく高周波出力電圧である。また同図Ｃは負荷電圧Ｖ
，の波形を、同図ｄは負荷電流１Ｌの波形をそれぞれ示
す。ここで、上記出力電圧２０のうち、前述した直流電
圧にもとづく出力電圧ＶＤＯは、放電灯を主放電（アー
ク放電）に至らせず、グロー放電に抑える範囲の電圧で
ある。

このような高周波出力電圧Ｖ２Ｏを生じるインバータに
より低圧放電灯を点灯した場合、出力電圧Ｖ２Ｏの図示
最大値の時点で主放電が開始され、その後、前記電圧Ｖ
ＤＯ近くに低下するまで継続する。上記出力電圧Ｖ。Ｏ
では主放電を維持できないが、フイラメント電流は継続
する。すなわち、交流入力の位相角に関係なく、フイラ
メント電流をほぼ一定に維持できる。従つて比較的簡単
な回路で、調光が可能である。このような特性のインバ
ータでは、上述の如く低圧放電灯の調光点灯は良好に行
われるが、高圧放電灯を点灯させると、前述した問題点
（立ち消え、放電チラツキ、効率低下等）が生じる。

これは、出力電圧２０のうち、電圧。ｏになる区間では
主放電に至らないためである。すなわち、高圧放電灯で
は、インバータからの高周波出力電圧Ｖ２Ｏのうち電圧
ＶＤＣがある値以下になると、ランプインピーダンスが
急激に増え、ランプ電流が急減し、前述した立ち消え状
態に至る。また高圧放電灯は低圧放電灯のようにフイラ
メント余熱が必要ないので、フイラメント電流を一定に
するため、主放電を抑制する必要も全くない。従つてこ
のように補助電源の電圧に何んの規制もない変換装置に
より高圧放電灯を点灯させることも実質的に困難である
。本発明の目的は、交流入力を位相制御および整流した
直流電源を変換装置により変換し、その出力にて高圧放
電灯を放電させるに際し、全波整流波形の直流電源に対
し、高圧放電灯を点灯維持させるに充分なほぼ一定の直
流電圧を加えることにより、交流入力の位相制御を行つ
ても高圧放電灯を立ち消えさせたりすることなく点灯さ
せ得る放電灯点灯装置を提供することにある。

以下本発明を図面に示す一実施例を参照して説明する。

第２図に於て、１１は商用の交流電源で、位相制御出力
を得る電力調整装置１２を介して変換装置１３の入力用
全波整流器１４に接続する。そしてこの全波整流器１４
と共に位相制御された整流出力を変換装置１３に供給す
る。上記位相制御による電力調整装置１２としては、双
方向性サイリスタ（以下トライアツクと呼ぶ）を用いれ
ばよい。変換装置１３は、全波整流器１４により整流さ
れた出力を、所定周波数の交流に逆変換するもので、例
えばインバータ装置を用いればよい。このインバータ装
置１３は出力トランス１５、この出力トランス１５の主
巻線１５ａ，１５ｂの端部にプツシユプル接続された半
導体スイツチング素子１６ａ，１６ｂを有する。上記半
導体スイツチング素子１６ａ，１６ｂとしては、例えば
図示のようにＮＰＮ形のトランジスタを用いる。そして
そのコレクタは前記出力トランス１５の主巻線１５ａ，
１５ｂの端部にそれぞれ接続する。また各エミツタは共
通接続した後、定電流インダクタ１７を有する全波整流
器１４のマイナス側電路Ｎに接続する。更に各ベースは
起動抵抗１８を介して整流器１４のプラス側電路Ｐに接
続すると共に、出力トランス１５の帰還巻線１５Ｃに接
続する。尚、上記プラス側電路Ｐは出力トランス１５の
主巻線１５ａ，１５ｂの中間点１５ｎにも接続する。更
に主巻線１５ａ，１５ｂの両端間には共振コンデンサ２
０を接続する。ここで上記プラス側及びマイナス側の電
路Ｐ，Ｎは、インバータ装置１３の入力端となる。２２
は前述した水銀ランプ、メタルハライドランプ等の高圧
放電灯で、インダクタ２３を介して、主巻線１５ａ，１
５ｂの中間部に接続し、インバータ装置１３の生じる高
周波出力を受けて点灯する。

２５は前記インバータ装置１３の入力端Ｐ，Ｎに直流電
圧を与える補助電源で、一端をプラス側電路Ｐに接続し
たコンデンサ２６と、このコンデンサ２６の他端にカソ
ードを接続し、アノードはマイナス側電路Ｎに接続した
ダイオード２７とで構成する。

２９は上記コンデンサ２６を介して出力の一部を直流電
源に帰還させるための帰還回路で、バランストランス３
０を有し、その巻線中間部３０ｎはコンデンサ２６の図
示下方端子に接続する。

またバランストランス３０の巻線両端は、ダイオード３
１ａ，３１ｂを介して主巻線１５ａ，１５ｂの中間タツ
プ１５ａ１，１５ｂ１に接続する。上記構成に於て、図
示しない電源スイツチをオン操作すると、商用の交流電
源１１からの交流入力は、トライアツク１２を介した後
、全波整流器１４に加わる。

上記トライアツク１２は、そのゲート端子に加わるトリ
ガ信号により、上記交流入力を第１図ａで示したように
、任意の位相角に位相制御する。このようにして位相制
御された交流入力は、全波整流器１４により全波整流さ
れインバータ装置１３の入力端Ｐ，Ｎに加わる。このた
め、一対のトランジスタ１６ａ，１６ｂのいずれか一方
が起動抵抗１８を介してオン制御され、導通し、インバ
ータ装置１３が動作を開始する。その後は帰還巻線１５
Ｃの出力により帰還制御され、一対のトランジスタ１６
ａ，１６ｂか交互にオン、オフ動作する。このため出力
トランス１５の主巻線１５ａ，１５ｂを介して高周波出
力が生じ、高圧放電灯２２に供給される。また上記イン
バータ装置１３の動作に伴い、補助電源２５のコンデン
サ２６も、帰還回路２９を介して充電される。

このコンデンサ２６の充電電圧はインバータ装置１３の
入力端Ｐ，Ｎに加わるので、全波整流器１４からの全波
整流波形の各脈流が、コンデンサ２６の充電電圧による
一定値以下に低下しなくなる。従つてインバータ装置１
３の高周波出力電圧２０の波形は第３図ａで示すように
なる。ここで本発明では、第３図ａの波形中の。

ｏ、即ち直流電圧回路２５から加わつた直流電圧に基づ
く出力電圧を充分大きく設定し、この出力電圧ＶＯＯに
よる区間Ａも高圧放電灯２２が主放電（アータ放電）を
維持するようになる。このためには、主巻線１５ａ，１
５ｂの巻数Ｎに対する中間タツプ１５ａ１，１５ｂ１の
巻線数ｎ１の比（ｎ１／Ｎ）を大きくするか、バランス
トランス３０のインダクタンスを小さくした上で、充分
に大きな容量を有するコンデンサ２６を用いればよい。
このように出力電圧Ｖ。Ｏを設定すれば、第３図Ｃで示
す如く区間Ａにも充分な負荷電流ｈが流れるので、高圧
放電灯２２は従来のように各脈流周期毎に放電が消える
ことはない。尚、第３図ｂは負荷電流ＶＬの波形を示す
。このようにして、おおよそ５０％の調光が可能である
。しかし、上記構成では、帰還回路２９により、充分に
大きな帰還を施しても、，交流入力の位相制御角によつ
て第３図ａ（７）ＶＯＯが変わるので、位相角を大きく
変化させたい場合は、ＶＯＯも大きく変化してしまう。

従つてこのような場合は第４図で示す実施例を用いれば
よい。この実施例では、第２図で示した帰還回路２９は
用いず、これに代つて、商用の交流電源１１から、位相
制御される前の交流電力を入力とする電源トランス３６
を用いる。

この電源トランス３６の２次出力は整流器３７で整流し
た後、コンデンサ２６に加わり、これを充電する。ここ
で、上記コンデンサ２６はその一端をマイナス側電路Ｎ
に接続し、他端はダイオード２７を順方向に介してプラ
ス側電路Ｐに接続しており、インバータ装置１３の入力
端Ｐ，Ｎに対する補助電源２５となる。このように構成
すると、補助電源２５となるコンデンサ２６の充電電圧
は一定なので、交流入力を大きく位相制御しても、イン
バータ装置１３の出力電圧２０中の電圧Ｖ。

Ｏは一定に保たれる。従つて交流入力の位相制御により
、大幅な調光を行つても、高圧放電灯２２は常に安定し
た主放電（アーク放電）を行い、放電がたち消えたり、
チラツキが生じる等の不具合は生じない。なお、さらに
コンデンサ２６の電圧を一定にしたい場合には第５図に
示すような定電圧装置３８を用いればよい。

このようにすればコンデンサ２６から見た負荷が変動し
ても、コンデンサ２６の電圧は常に一定にできる。この
ような定電圧装置３８は周知のものを用いることができ
る。さらに電源トランス３６の２次側整流出力を入力と
する図示しないインバータを設け、このインバータの出
力によりコンデンサ２６を充電するようにしてもよい。
また、高圧放電灯２２の電力を一定に制御する場合は第
６図のように成すればよい。

すなわち、たとえば高圧放電灯２２のランプ電流を検出
する検出装置４０をインダクタ２３の二次側に設け、こ
の検出装置４０の信号を整流、平滑した後、比較装置４
１で予め設定された基準電圧と比較し、この比較装置４
１の出力に基づいてゲート信号発生回路４２のゲート信
号発生位相を負帰還制御す，ればよい。このようにすれ
ば交流電源１１の半サイクルに応じて入力を制御でき、
高圧放電灯２２を定電力制御できる。上記の比較装置４
１．ゲート信号発生回路４２は周知のもの用いることが
できる。また、検出装置としては高圧放電灯２２のラン
プ電圧、光等を検出するものでもよい。以上のように本
発明によれば、全波整流波形の直流電源に高圧放電灯の
点灯維持に充分な電圧の直流を加えることにより、上記
直流電圧に基づくインバータ装置の出力電圧が高圧放電
灯の主放電を維持するので、入力を位相制御しても、従
来のように、放電が立ち消えたり、チラツキが生じたり
する等の不具合を生じることがなく、高圧放電灯の調光
や、定電力制御を可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，ｂ，ｃ，ｄは入力を位相制御したインバータ
出力にて低圧放電灯を点灯させる場合の各波形図、第２
図は本発明による放電灯点灯装置の一実施例を示す回路
図、第３図Ａ，ｂ，ｃは第２図の回路による高圧放電灯
点灯時の各波形図、第４図、第５図、第６図は本発明の
他の実施例を示す回路図である。 １］・・・・・・交流電源、１２・・・・・・電力調整
装置、１３・・・・・・変換装置、２２・・・・・・高
圧放電灯、２５・・・・・・補助電源、２６・・・・・
・コンデンサ、Ｐ，Ｎ・・・・・・入力端。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源と、この交流電源の出力から位相制御整流
   出力を得る電力調整装置と、この電力調整装置の出力を
   高周波に変換する変換装置と、この変換装置の出力によ
   り付勢される高圧放電灯と、上記変換装置の入力部に設
   けられ上記位相制御整流出力より高電圧となる期間に上
   記変換装置が上記高圧放電灯の放電維持電圧以上の出力
   を発生するように上記変換装置に電力を供給する補助電
   源とを具備したことを特徴とする放電灯点灯装置。 ２ 前記補助電源として、変換装置の出力の一部にて充
   電されるコンデンサを有し、このコンデンサの充電電圧
   を変換装置の入力端に加えるよう構成したものを用いた
   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 前記補助電源として、交流電源により充電されるコ
   ンデンサを有しこのコンデンサの充電電圧を変換装置の
   入力端に加えるよう構成したものを用いたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の放電灯点灯装置。