JPS596480B2 - 調光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、放電灯の定格電圧とほぼ等しいかやや低い電
圧の交流電源とインダクタンスとコンデンサと放電灯と
で第１の閉回路を形成し、前記交流電源とインダクタン
スと補助コンデンサとスイッチング素子あるいは交流電
源とコンデンサと補助インダクタンスとスイッチング素
子とで第２の閉回路を形成し、前記インダクタンスとコ
ンデンサとで進相型の限流要素を形成し、前記スイッチ
ング素子の交流電源の各半サイクルで閉成する期間を位
相制御する如くして成ることを特徴とする調光装置に係
るものである。

本発明の目的とするところは、ランプ電流の休止区間を
なくすることにより発光効率を高め、調光によるランプ
の短寿命、騒音の増大、ちらっき等を防止することにあ
る。

第１図は従来の一般的な放電灯調光装置として使用され
る基本的な回路で、ＶＡｃは交流電源、Ｌｉはインダク
タンス、Ｌム、は放電灯、ｓはスイッチング素子で、ス
イッチング素子ｓによる位相匍卿で調光を行なうもので
ある。

このものにあつては、主回路を調光時にスイッチング素
子ｓにより位相制御するため、ランプ電流ＩＬＡに休止
区間が生じ、このため、インダクタンスＬｉの鉄心等に
よる振動の増大に伴ない、外部への騒音として悪影響を
与える。又、ＩＬＡの休止区間によりちらつきが発生し
やすく、低温まで安定な動作をさせるためには回路の設
計条件巾を狭くするおそれがあり、しかも、ＬＡが連続
的でないため、放電灯Ｌムに与える影響は大きく、短寿
命になる上、調光時に安定な点灯を維持するために放電
灯ＬＡに・くルス状の高電圧を各サイクルに印加する必
要があり、これにより放電灯ＬＡの短寿命、雑音障害が
生じるという欠点を有していた。第２図は、放電灯の定
格電圧とほぼ等しいかやや低い電源電圧で放電灯を点灯
する調光装置の従来例で、ＶＡｃは交流電源、Ｌｉはイ
ンダクタンス、Ｃｌはコンデンサ、ＬＡは放電灯、ｓは
ＶＡｃ各半サイクル中に１回宛閉開するスイッチング素
子で、第１図ではトライアツクを使用している。

第３図は第２図の主要部動作波形で、第３図を参照しな
がら、第２図の動作を簡単に説明する。’Ｉｃ投入後、
Ｌ＾が何らかの方法で始動され定常点灯に移行した状態
を考えると、回路は進相的構成であるので、第３図Ｂの
如き進相の入力電流が流れる。

今、第３図の時刻ｔｏにてスイッチング素子ｓがオンし
た、とすると、それまでりムｃ−Ｌ、−Ｃｌ−Ｌ＾の回
路で流れていたＩｉｎがＶＡｃ−Ｌｉ（−−Ｃ１−（閉
成状態のＳ）と、純ＬＣ振動系が形成されることにより
振動が強まり、第２図Ｂの斜線部の如き振動的電流にな
りＳを流れる。

この斜線部で示される様な強められた振動的電流により
、Ｃ１の電圧はそのＶＡｃ半サイクルでＳが閉成しなか
つた場合に到達するビーク電圧値よりも高いピーク電圧
値まで上昇される。Ｓを流れる電流が反転しようとする
ｔ１でＳはオフするが、このときＶＣｌはＳオン時の強
い振動により高められたピーク値になつており、等価的
にＶＡｃが高くなつたと考える事ができる。ｔ１以降は
、この高められたＶＣｌとＶＡＣが重畳されて放電灯Ｌ
Ａに印加され、ＬＡは点灯を維持し、次のＴＯ以降は上
述と同様な動作でＬＡは定常点灯を行なうというもので
ある。したがつて、Ｓオン時にＣ１にエネルギを蓄わえ
、Ｓオフ時にその蓄わえたエネルギをＶＡＣに重畳して
放電灯に供給するという方法により、Ｓ等を使用しない
一般的な点灯装置のＶＡｃが定格のＶＬＡの１．５〜２
倍の値を必要としていたのに対し、定格のＶＬＡにほぼ
等しいかやや低いＶＡＯでＬＡを点灯する事ができ、Ｌ
ｌ，Ｃｌの小型軽量化が達成できるものである。しかし
ながら、第２図の従来例にあつては、ＬＡに実質並列な
Ｓを設けてあることにより、Ｓのオン時にはＬＡに電流
が流れず、ＩＬＡは第３図Ｃの如く電流体止区間を有す
る波形になる。このため、ランプカ率、発光効率の低下
をきたし、その分入力電流を増加する必要が生じ、上述
のＬｌＣｌの小容量化の効果を低減する方向に働いてし
まう。又、このＩＬＡ休止区間はＬＡの再点弧電圧を上
昇させる方向であり、例えば低温、高温時まで安定な動
作をさせるために回路の設計条件巾を狭くする恐れがあ
る。更に、第１図のものと同様にＩＬＡの休止区間によ
りちらつきが発生しやすく、又、調光時の入力電流１１
諧ま全点灯時と殆んど変らず、調光によるＩＬＡの減少
分がスイツチング素子Ｓに流れる。このため、Ｌ１によ
つて生じる電力損は全点灯時と調光時とではあまり変ら
ず、調光時のＬＡの電力減少分だけ入力電力が小さくな
るという調光による省電力の効果は期待できないという
欠点を存していた。本発明＆；かかる点に鑑みてなされ
たもので、以下実施例により本発明を詳細に説明する。

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Ａの定格電圧とほぼ等しいか、やや低い電圧のもので、
この交流電源とインダクタンスＬ１とコンデンサＣ，と
放電灯ＬＡで第１の閉回路を形成し、交流電源ＶＡＣと
インダクタンスＬ１と補助コンデンサＣ２とスイツチン
グ素子Ｓとで第２の閉回路を形成しておく。

このときのＣ１はＬ１と共に、進相型安定器を形成する
ものである。即ち、第４図の第１の閉回路のみに着目し
てＣ１とＬ１の関係をベクトル的に表すと、ＩＬＡとＶ
Ｃｌ又は−一）ＶＬｌはほぼ９０度で交差しており、 になる様なＬｌ，Ｃｌの組合せとしておく。

ここでＶてＡとＩてＡは位相的にほぼ一致している。又
、低温時の放電灯のちらつき防止のため 一 ＝１ωＣ
１（１．５〜２．５）ωＬ１の範囲にある。

（但しωはＶＡＣの角速度）又、Ｓは第２図のものと同
様にＶＡＣ各半サイクルに一回開閉するスイツチング素
子で、第４図ではトライアツクを使用した場合を図示し
ている。第５図は第４図において、ＬＡが何らかの方法
で始動、定常点灯移行した後の主要部波形で、以下第５
図を参照しながら第４図の動作を説明する。

ＶＡＣ，Ｌｌ，Ｃｌ，ＬＡより成る第１の閉回路は進相
的であり、従つて入力電流１１ｎは進相的てある。今、
第５図の時刻ＴＯ′（′ｓがオンするとする。ＡＣのあ
る半サイクルで、その極性が、第４図の極性のときを考
えると、ＶＡＣのその半サイクルにおいて、ＴＯまでの
間のＣ２の極性は、ＶＡＣの前半サイクルにおいて、図
示の極性に充電された電圧を維持している。一方、Ｃ１
はＩＬＡが流れているが、第５図Ｃからも明らかな様に
、ＩＬＡは未だピーク値に達してはおらず、従つてＣ１
の電圧も図示の如くなつている。ＴＯにてＳがオンする
と、ＶＡＣ−Ｌ１−Ｃ２−（閉成状態のＳ）の振動系が
形成されると同時にＣ１とＬＡの直列回路の両端にＣ２
が接続される。このとき、Ｃｌ，Ｃ２の電圧の向きは、
第４図のとおりで、Ｃ２の電圧の向きはＣ２の電荷の放
出を妨げる方向である。Ｓの電流が反転しようとすると
き、Ｓはオフするが、このときＣ２の電圧の向きは図示
とは逆極性になつて、次のＶＡＣの半サイクルにおける
上述動作に備える。このＳオン期間中に放出されるべき
Ｃ１の電荷量を考えてみる。

Ｓがオンしなかつたと想定すると、ＶＡＣが図示の極性
でＣ１に加わろうとするのに対し、Ｓがオンした場合Ｖ
Ｃ２が図示の極性でＣ１に加わる。このＳのオン相当期
間のＡＣとＶＣ２はＣ１側から見ると、逆極性であり、
ＶＣ２はＣ１の電荷の放出を妨げる方向であり、従つて
Ｓオフ時期ｔ１でのＶＣｌはＳがオンしなかつた場合と
比べて高い状態のままである。従つて、ｔ１で高められ
たエネルギーはＩＬＡのゼロ付近でのＶＣｌを高くして
次の半サイクルの放電灯ＬＡの再点弧に必要な電圧を与
えることになり、ｔ１以後次のＴＯまでは高められたエ
ネルギーとＶＡＣにより点灯を維持する事ができるもの
である。なお、第５図ＣはＩＬＡ、第５図ＧはＶＣｌを
示すもので、図中、実線はＳがオンした場合、点線はＳ
がオンしなかつた場合を示している。次のＴＯ以降は上
述の動作を繰り返し、ＬＡは定常点灯維持する。第５図
Ｃは第４図のＩＬ＾で、Ｓオン期間ＴＯ−ｔ１で、多少
の凹みを生じている。これはＣ１の電荷の放出が妨げら
れている事を意味しており、このとき第５図Ｆの如き振
動的電流がＳに流れている。このＩＬＡ＋ＩＳが入力電
流１１ｎであり、これは第５図Ｂの如き極めてなめらか
な波形になつている。第５図ＥはＣ２の電圧波形が第５
図Ｄ′Ｔｒ）如くＶＬＡの一部に乗つている。このもの
にあつては、Ｃ１にはＩＬＡしか流れず、しかもその値
はランプカ率、発光効率の向上により一層小さくできて
その低減割合でＣ１の耐圧の低下ができ、価格を低減で
きる。第６図は本発明の他の実施例で、第２の閉回路を
交流電源ＶＡＣとコンデンサＣ１と補助インダクタンス
Ｌ２とスイツチング素子Ｓとで構成したものであり、Ｌ
１とＣ１とは第３図のものと同様に進相型安定器を形成
している。

第７図は第６図の放電灯ＬＡが始動、定常点灯移行後の
主要部波形である。今、第７図の時刻ＴＯにてＳがオン
したとすると、第１の閉回路とは別にＡＣ−Ｃ１−Ｌ２
−Ｓより成る第２の閉回路が形成されるが、この閉回路
はＬＣ振動的であり、第７図ＥのＩｓの如き電流がＳに
流れる。

このとき、Ｃ１の電荷はこのＳオン時の振動的充電々流
１Ｓによつて高められ、ｔ１にてＳオフ以降はこの高め
られたＣ１のエネルギーと、ＶＡＣが重畳され、次のＴ
Ｏまで点灯を維持する。次のＶＡＯ半サイクルのＴＯ以
降は前述動作を繰り返し、ＬＡは定常点灯維持するもの
である。周、Ｓのオン期間中においてもＶＡＣ−Ｃ１−
Ｌ１−ＬＡの第１め閉回路には連続的電流が流れＩＬＡ
は第７図Ｃの如き極めてなめらかな波形となり、Ｉｉｎ
頃この第７図Ｃと第７図ＥのＩｓが重畳した第７図Ｂの
如き波形で、第７図Ｂｆ）Ｉｉｎの斜線部がＳオン時に
おけるＣ１の振動的充電電流分になる。したがつて、放
電灯ＬＡの定格電圧にほぼ等しいか、やや低い電圧の交
流電源で放電灯ＬＡの定常点灯維持ができるため、Ｌｌ
，Ｃｌの電力容量が小さくてよくなり、しかも、インダ
クタンスには放電灯ＬＡの電流しか流さないため、電力
を充分低減できる。第８図は第６図の回路のスイツチン
グ素子Ｓの制御部を付加したもので、可変抵抗ＲＯによ
りＳのオン位相を匍脚し、調光するものである。

ＳＯはトリガ素子、ＣＯはコンデンサである。以上のよ
うにスイツチング素子Ｓを用いて位相制御により調光で
きるが、ランプ電流が連続的にＬなり、休止区間をなく
することができてランプカ率、発光効率が向上し、小さ
な入力電流で定格ランプ電力、定格光出力がとれるため
、回路設計が容易になり、ランプの短寿命、調光時のち
らつき、騒音の増大を解消できる。

叙上のように本発明は、放電灯の定格電圧とほぼ等しい
かやや低い電圧の交流電源とインダクタンスとコンデン
サと放電灯とで第１の閉回路を形成し、前記交流電源と
インダクタンスと補助コンデンサとスイツチング素子あ
るいは交流電源とコフンデンサと補助インダクタンスと
スイツチング素子とで第２の閉回路を形成し、前記イン
ダクタンスとコンデンサとで進相型の限流要素を形成し
、前記スイツチング素子の交流電源の各半サイクルで閉
成する期間を位相匍脚土゛る如くしたから、ラτンプ電
流が連続的で休止区間がなくなるため、ランプカ率、発
光効率が向上し、小さな入力電流で定格ランプ電力、定
格光出力が得られ、しかも、ランプの短寿命、調光時の
ちらつき、騒音の増大を防止できる上、調光によりイン
ダクタンスの電９力損を低減でき、調光による省電力の
効果が大きいという効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の調光装置の一例の回路図、第２図は同上
の他の例の回路図、第３図Ａ−Ｄは同上の要部電圧電流
波形図、第４図は本発明の一実施例の回路図、第５図Ａ
−Ｇは同上の要部電圧電流波形図、第６図は本発明の他
の実施例の回路図、第７図Ａ−Ｅは同上の要部電圧電流
波形図、第８図は同上の具体回路図である。 ＶＡＣ・・・・・・交流電源、Ｌ１・・・・・・インダ
クタンス、Ｃ１・・・・・・コンデンサ、ＬＡ・・・・
・・放電灯、Ｌ２・・・・・・補助インダクタンス、Ｃ
２・・・・・・補助コンデンサ、Ｓ・・・・・・スイツ
チング素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 放電灯の定格電圧とほぼ等しいかやや低い電圧の交
   流電源と誘導型リアクタンスおよび容量型リアクタンス
   の直列回路と放電灯とで第１の閉回路を形成し、前記交
   流電源と前記直列回路の交流電源側のリアクタンスと、
   補助リアクタンスとスイッチング素子とで第２の閉回路
   を形成し、前記直列回路にて進相型の限流要素を形成す
   るとともに補助リアクタンスを直列回路の放電灯側のリ
   アクタンスと同型のリアクタンスにて形成し、前記スイ
   ッチング素子の交流電源の各半サイクルで閉成する期間
   を位相制御する如くして成ることを特徴とする調光装置
   。