JPS6025878B2 - 放電灯点灯装置 - 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
の交流電源とィ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、前記交流電源とィンダクタンス
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ィンダクタンスとスイッチング素子
とで第２の開回路を形成し、前記スイッチング素子を交
流電源の各半サイクルの一定期間閉成して放電灯する如
くし、前記放電灯が不点灯又はとりはずしたとき前記ス
イッチング素子に並列接続した電圧応答素子又はスイッ
チング素子を導通させる如くして成ることを特徴とする
放電灯点灯装置に係るものである。

本発明の目的とするところは、ランプ力率、発光効率を
向上させるとともに放電灯のフィラメントが電気的に上
記回路からとり除かれた状態でスイッチング素子、コン
デンサ、補助コンデンサ等に印加される電圧が異常に上
昇するのを防止するにある。

第１図は本発明の基本回路の一例で、交流電源Ｖ＾ｃと
ィンダクタンスＬ．とコンデンサＣ，と放電灯Ｌ＾を直
列に接続して第１の閉回路を形成し、Ｖ＾ｃとＬと補助
コンデンサＣ２とスイッチング素子Ｓとを直列に接続し
て第２の閉回路を形成し、上記Ｖ＾ｃの電圧はＬ＾の定
格電圧にほぼ等しいか、やや低い値とし、スイッチング
素子ＳはＶ＾ｃの各半サイクルに１回宛一定期間閉成す
るものとし、又、Ｌ，Ｃ，の関係はベクトル的に表わし
てを満足すると同時に・ ここ二（１．５〜２．５）のＬ， 但し■はＶ＾ｃの角速度の範囲にあるものとする。

尚、第１図で、スイッチング素子Ｓはトライアツクを使
用している。第２図は第１図において、放電灯Ｌ＾が何
らかの方法で始動、定常点灯移行後の主要部波形で、以
下第２図を参照しながら第１図の基本回路の動作を説明
する。

Ｖ＾ｃ，Ｌ，，Ｃ，，Ｌ＾より成る第１の閉回路は進相
的であり、従って入力電流ｌｉｎは進相的である。

今、第２図の時亥ＵｔｏでＳがオンするとする。Ｖ＾ｃ
のある半サイクルで、その極性が、第１図の極性のとき
を考えると、Ｖ＾ｃのその半サイクルにおいて、しまで
の間のＣ２の極性は、Ｖ＾ｃの前半サイクルにおいて図
示の通性に充電された電圧を維持している。一方Ｃ，は
ＩＬ＾が流れているが、第２図Ｃからも明らかな様にＩ
Ｌ＾は未だピーク値に達してはおらず従ってＣ，の電圧
も図示の如くなっている。ＷこてＳがオンすると、Ｖ＾
ｃ一Ｌ，一Ｃ２−（閉成状態のＳ）の振動系が形成され
ると同時に、Ｃ，とＬ＾の直列回路の両端にＣ２が接続
される。このとき、Ｃ，，Ｃ２の電圧の向きは第１図の
とおりで、Ｃ２の電圧の向きはＣ，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
性になって次のＶ＾ｃ半サイクルにおける上述の動作に
備える。このＳオン期間中に放出されるべきＣ，の電荷
量を考えてみる。

Ｓがオンしなかったと想定すると、ＶＭが図示の極性で
Ｃ，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Ｃ，に加わる。このＳのオン相当期
間のＶ＾ｃとＶｃ２はＣ，側から見ると逆極性であり、
Ｖｃ２はＣ，の電荷の放出を妨げる方向であり、従って
、Ｓオフ時期ｔ．でのＶｃ，はＳオンしなかった場合の
想定値よりも高い状態のままである。従って、ｔ．での
エネルギーはこのＳオン期間において等価的に高められ
た状態になっており、この高められたエネルギーと電流
電圧Ｖ＾ｃによりＬ以降次のｔｏまで点灯を維持するこ
とができるものである。次のち以降は、上述の動作を繰
り返し、Ｌ＾は定常点灯維持する。第２図Ｃは第１図の
ＩＬ＾で、Ｓオン期間ｔｏ〜Ｌで多少の凹みを生じてい
る。これはＣ，の電荷の放出が妨げられていることを意
味しており、このとき第２図Ｆの如き振動的電流がＳに
流れている。このＩＬ＾＋ＩＳが入力電流ｌｉｎであり
、これは第２図Ｂの如き極めてなめらかな波形になって
いる。第２図ＥはＣ２の電圧波形で、この波形が第２図
Ｄの如くＶＬ＾の一部に乗っている。第１図は以上の様
に動作して、定格のＶＬ＾にほぼ等しいかやや低いＶ＾
ｃでランプの定常点灯維持が可能であるため、Ｌ，，Ｃ
２の電力容量が小さくてすみ「 ランプ力率、発光効率
が上昇しより小さなＩＬ＾ｌｉｎで定格ランプ電力及び
定格光出力がとれるため回路損失が軽減され、Ｃ，には
ＩＬ＾しか流れずしかもその値はランプ力率発光効率の
向上によりその割合でＣ，の耐圧の低下を可能にし、価
格低減することができるものである。一方、第１図に於
いて、Ｌ＾をとりはずした場合を考えると、第３図イ〜
二は第１図において、Ｌ＾をとりはずしたときの主要波
形であり、同図イは交流電源Ｖ＾ｃの電圧波形、同図口
は振動電流ｌｓの電流波形、同図ハはコンデンサＣ２の
両端電圧波形、同図二はスイッチング素子Ｓの両端電圧
波形である。

この場合の動作を以下に説明する。今、第３図の時刻ｔ
ｏにＶＡｃが投入され、最初のちでＳがオンしたとする
と、Ｖ＾ｃ−Ｌ，一Ｃ２−（閉成状態のＳ）の直列振動
系が形成され、Ｓには第３図口の如き振動電流ｌｓが流
れる。このｌｓが反転しようとするりこてＳはオフする
。このとき、Ｃ２は第３図ハの如き充電がなされ、次の
ｔｏまでこの電圧は維持される。次のｔｏにおいて、Ｓ
が再びオンすると、再び並列振動系が形成されるが、こ
のときＣ２の電圧はＶＡｃと加極的になっており、振動
は前のＶＡｃの半サイクルのそれよりも強められ、第３
図口の如く前のＶ＾ｃ半サイクルのｌｓよりピーク値の
大きなｌｓが流れＣ２は第３図ハの如く前のＶ＾。半サ
イクルよりも高く充電される。ｌｓが反転しようとする
しでＳは再びオフし、Ｃ２は前のＶ＾。半サイクルより
も高い電圧を次のｔｏまで維持する。Ｖｃ２はこの様に
Ｖ＾ｃ半サイクル毎に級数的に増加していき、Ｖ＾ｃの
数倍〜十数倍にも高くなってしまう。このことはＳ，Ｃ
２の必要な耐圧の極端な増大をまねき価格的性能的に望
ましくない。この様に第１図の基本回路にあっては、特
にＬＡをとりはずしたとき或いはＬ＾の寿命等でＬ＾が
不点状態になったとき等にＳ，Ｃ２に異常な高圧がかか
ってしまうという難点を有するものであった。つぎに、
第４図は本発明の基本回路の他の例で、交流電源Ｖ＾ｃ
とコンデンサＣ，と補助ィンダクタンスＬ２とスイッチ
ング素子Ｓとを直列に接続して第２の閉開路を形成した
もので、他は第１図と同じである。

第５図は第４図の放電灯Ｌ＾が始動、定常点灯移行後の
主要部波形で、以下その動作を説明する。今、第５図Ｃ
のｔｏｌこてＳがオンしたとすると、第１の閉回路とは
別にＶ＾ｃ−Ｃ，一−−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５図Ｅの
ような電流ｌｓがＳに流れる。

このとき、Ｃ，の電荷はこのＳオン時の振動的充電電流
によって高められ、ｔ，にてＳオフ以降はこの高められ
たＣ，のエネルギーとＶ＾ｃが重畳され、次のｔｏまで
点灯を維持する。次のＶ＾ｃ半サイクルのち以降は前述
の動作を繰返してＬ＾は定常点灯を維持するものである
。尚、Ｓオン期間中においてもＶ＾。−Ｃ，一Ｌ−Ｌ＾
の回路には連続的電流が流れ、ランプ電流１“は第５図
Ｃのようにきわめてなめらかな波形となり、ｌｉｎはこ
の第５図Ｃと第５図Ｅのｌｓが重畳された第５図Ｂのよ
うな波形で、第５図Ｂの斜線部がＳオン時におけるＣ，
の振動的充電電流分になる。第４図は以上のように動作
して放電灯Ｌ＾の定格電圧にほぼ等しいか、やや低いＶ
＾ｃでランプの定常点灯維持が可能であるため、Ｌ，，
Ｃ，の電力容量が４・ご〈てよく、小型軽量化された放
電灯点灯装置を提供することができるものであるが、放
電灯Ｌ＾をとりはずした場合、あるいは一方のフィラメ
ントが断線した場合には、第１図の基本回路と同様な動
作をしてスイッチング素子Ｓ、コンデンサＣ，に異常な
高圧が印加されるという難点がある。本発明はかかる点
に鑑みてなされたもので、以下実施例により詳細に説明
する。第６図は第１図の基本回路のスイッチング素子Ｓ
に電圧応答素子（多方向性二端子サィリスタ）Ｓｏを接
続したものである。

交流電源Ｖ＾ｃ投入直後はＶｃ２およびＶｓは第３図ハ
，二のように級数的に上昇しようとする。電圧応答素子
Ｓｏは定常時、即ち、放電灯Ｌ＾が開放されていないと
きはＳｏのブレークオーバ電圧以下で、定常点灯時にお
いても動作しないが、Ｌ＾が開放されると、Ｓの両端電
圧がＳｏのブレークオーバ電圧を越え、Ｓｏが導通して
Ｓを短絡した状態となり、男常な電圧上昇を生じない。
Ｃ２，Ｓの電圧はＳｏのブレ−クオーバ電圧で決まり、
それ以上の電圧には上昇せず、Ｌ＾の開放による不都合
を解消できる。第１０図ａ，ｂはこの動作を説明する図
であり、いま、電圧応答素子Ｓｏがない従来例の場合に
おいて、前述したように第１０図ａのような極性のとき
にＳがオンされ、Ｃ２の両端電圧Ｖｃ２はＶ＾。

と加極的になるので、ｌｓに充電されるＣ２のＶｃ２は
半サイクル毎に高められていく。ところが、Ｓと並列に
Ｓｏを設けた本発明の場合には、第１０図ａでＳオンか
らオフした直後の状態である第ｌｏ図ｂの状態のとき、
Ｖ＾ｃ＜Ｖｃ２で且つＳまたはＳｏがオンすれば、亀霧
五ｓ′が流れ、この電流ｌｓ′によりＣ２の電荷は交
流電源Ｖ＾ｃを介して放電されることになりＶｃ２は低
下する。このように半サイクルのうちにはとｌｓ′とが
流れるので、Ｖｃ２はＳｏのブレークオーバ電圧に支配
されて異常電圧上昇は生じない。つまり、Ｖｃ２が上昇
いまじめると、半サイクル中でＳとＳｏとがオンしてＶ
ｃ２の上昇を抑えるようになっている。その１例を示す
と第３図に点線で示すようになる。ここに、点線で示す
波形において、ね−ｔｂ期間はＳｏがオンしている期間
であり、Ｓｏはブレークオーバ電圧ＶＢｏを越えたとき
にオンする。この半サイクルはＳにオン信号が入っても
Ｖ＾ｃ〉Ｖｃ２によりオンせず、導通位相が変化するだ
けである。次の半サイクルは再びＳｏオンによってｔｃ
−Ｗ期間にＶｃ２が高くなるがｔｅ−ｔｆ期間でＳがオ
ンして、前述した第１０図ｂの動作状態（但し、極性は
逆となっている）となり、ｔｅ−ｔｆ期間のＶｃ２は低
下する。以後同様な動作を繰り返してＶｃ２の上昇を防
止できるようになっている。なお、に時点ではＶＭ＜Ｖ
ｃ２となっている。第７図についても同様で、Ｓｏがブ
レークオーバ電圧を越えると導通し、Ｖ＾ｃ−Ｃ．−Ｌ
−Ｓｏの直列振動が弱まり、級数的な異常上昇が無くな
る。つぎに、第８図は補助コンデンサＣ２とスイッチン
グ素子Ｓの直列回路に並列に抵抗Ｒ，，Ｒ２を接続し、
その接続点をＳのゲートに接続したものである。

定常時は抵抗Ｒ，，Ｒ２は回路に影響を与えない値に設
定する。放電灯Ｌ＾が開放されると、前述のように異常
な電圧上昇が生じ、抵抗Ｒ，，Ｒ２の両端電圧が上がる
ため、Ｓが導適するのに必要な電流がゲートに流れてＳ
は導適する。このため、ＶＭ−Ｌ，一Ｃ２一Ｓの直列振
動が弱まり、級数的に異常上昇はなくなる。第９図のも
のも同様に動作する。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ィン
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、前記交流電源とィ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
助ィ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、前記スイッチング素子を交流電源の各半サイ
クルの一定期間閉成して放電灯を点灯する如くしたから
、放電灯になめらかな電流が粒れてランプ力率、発光効
率を向上でき、又、放電灯が不点灯又はとりはずしたと
き前記スイッチング素子に並列接続した電圧応答素子又
はスイッチング素子を導通させる如くして第２の閉回路
のコンデソサあるいは補助コンデンサに蓄積された電荷
を交流電源を介して放電させるようにしたから、第２の
閉回路に発生する直列振動を弱めることができてスイッ
チング素子、コンデンサ又は補助コンデンサに異常な電
圧が印加されることがなく、耐圧を低くできるという結
果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明放電灯点灯装置の基本回路の一例の回路
図、第２図Ａ〜Ｆ‘ま同上の定常点灯状態の主要部電圧
電流波形図、第３図イ〜二は同上の放電灯を取外した状
態の主要部電圧電流波形図、第４図は本発明の基本回路
の他の例の回路図、第５図Ａ〜Ｅは同上の定常点灯状態
の主要都電圧電流波形図、第６図乃至第９図はそれぞれ
本発明の実施例の回路図、第１０図は本発明の動作を説
明する図である。 Ｌ＾…・・・放電灯、Ｖ＾ｃ・・・・・・交流電源、Ｌ
．・・・・・・ィンダクタンス、Ｃ．・・・・・・コン
デンサ、Ｌ２・・…・補助ィンダクタンス、Ｃ２・・・
・・・補助コンデンサ、Ｓ・・・・・・スイッチング素
子、Ｓｏ・・・・・・電圧応答素子。 第１図第４図 第６図 第７図 第２図 第８図 第９図 第３図 第１０図 第５図

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
   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、前記スイツチング素子を交流電
   源の各半サイクルの一定期間閉成して放電灯を点灯する
   如くし、前記放電灯が不点灯又はとりはずしたとき前記
   スイツチング素子に並列接続した電圧応答素子又はスイ
   ツチング素子を導通させる如くして第２の閉回路のコン
   デンサあるいは補助コンデンサに蓄積された電荷を交流
   電源を介して放電させることを特徴とする放電灯点灯装
   置。