JPS6247360B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放電灯調光点灯装置に関するものであ
る。

従来のこの種の放電灯調光点灯装置にあつて
は、第１図々示の回路図のように交流電源Ｅに、
交流制御素子S₁、チヨークコイルからなる限流用
主インダクタンス要素CH₂、放電灯Ｌの直列回路
を接続する。交流制御素子S₁の両端にはチヨーク
コイルからなる限流用補助インダクタンス要素
CH₁、および抵抗R₁₉とコンデンサC₇の直列回路
を夫々接続する。交流電源Ｅの両端に接続されて
いるコンデンサC₀は力率改善用コンデンサであ
る。交流制御素子S₁の制御回路は下記のような回
路から構成されている。即ち図中１は交流電源Ｅ
の電圧より、一定位相進んだ電圧を発生させる基
準電圧発生回路であつて、交流電源Ｅに抵抗
R₁、コンデンサC₁の直列回路を接続し、抵抗R₁
とコンデンサC₁の接続点とコンデンサC₁の他端
（以下アースラインという。）との間に、抵抗
R₂、コンデンサC₂の直列回路を接続し、更に抵
抗R₂とコンデンサC₂の接続点とアースラインの
間に、抵抗R₃とコンデンサC₃の直列回路を接続
するとともにコンデンサC₃の両端に全波整流ブ
リツジDB₁の入力端を接続する。全波整流ブリツ
ジDB₁の出力端には抵抗R₄を接続する。このよう
にして、抵抗R₄の両端には第２図ａに示す交流
電源Ｅの電圧より一定位相進んだ電圧V₁が第２
図ｂのように発生する。図中２は、放電灯Ｌの両
端電圧を検出する放電灯電圧検出回路であつて、
放電灯Ｌの両端に、トランスT₁の１次側を接続
し、トランスT₁の２次側には全波整流ブリツジ
DB₂の入力端を接続、更に全波整流ブリツジDB₂
の正の出力端に抵抗R₁₅を接続し、抵抗R₁₅の他端
と、全波整流ブリツジDB₂の負の出力端に抵抗
R₁₄、およびコンデンサC₅を接続し、また全波整
流ブリツジDB₂の負の出力端と、全波整流ブリツ
ジDB₁の負の出力端を接続する。（以下このライ
ンをマイナス側と称する。）このようにして放電
灯電圧検出回路２のコンデンサC₅の両端には第
２図ｃのような整流された直流電圧V₂が発生す
る。３は基準電圧発生回路１で発生した電圧V₁
と、放電灯電圧検出回路２とで発生した電圧V₂
とを比較し、交流制御素子S₁を制御するトリガパ
ルスを発生させる比較パルス発生回路であつて、
放電灯電圧検出回路２のコンデンサC₅と抵抗R₁₅
との接続点にダイオードD₁のアノードを接続
し、ダイオードD₁のカソードには、抵抗R₁₃およ
びダイオードD₂のカソードを接続する。抵抗R₁₃
の他端は、マイナス側に接続し、ダイオードD₂
のアノードは、トランジスタTr₁のベースに接続
し、トランジスタTr₁のコレクタを抵抗R₁₀、抵
抗R₁₁の直列回路に接続し、更に抵抗R₁₁の他端を
マイナス側に接続してある。トランジスタTr₁は
エミツタを基準電圧発生回路１の全波整流ブリツ
ジDB₁の正の出力端に接続し、エミツタとベース
との間に抵抗R₁₂を接続してある。また抵抗R₁₀と
抵抗R₁₁との接続点にはトランジスタTr₂のベー
スを接続し、このトランジスタTr₂のエミツタを
マイナス側に、コレクタをトランジスタTr₃のベ
ースと抵抗R₉との接続点に接続し、トランジス
タTr₃のエミツタをマイナス側に接続し、コレク
タを抵抗R₈とトランジスタTr₄のベースとの接続
点に接続し、トランジスタTr₄のエミツタをマイ
ナス側に接続し、コレクタを抵抗R₇とコンデン
サC₄の接続点に接続し、抵抗R₇，R₈，R₉の各他
端を共通接続してある。コンデンサC₄の他端は
パルストランスT₂の１次側直列接続され、この
１次側の他端はマイナス側に接続され、コンデン
サC₄と、抵抗R₇との接続点には、プログラマブ
ル・ユニジヤンクシヨン・トランジスタ（以下
PUTと称する。）S₂のアノードを接続し、カソー
ドをマイナス側へ、ゲートを抵抗R₅と抵抗R₆の
接続点に接続する。抵抗R₆の他端はマイナス側
に接続される。４は電源部で、比較パルス発生回
路３に電源を供給し、交流電源ＥにトランスT₃
の１次側を接続し、２次側を全波整流ブリツジ
DB₃の入力端に接続する。また全波整流ブリツジ
DB₃の正の出力端に抵抗R₁₆と抵抗R₁₇の直列回路
を接続し、抵抗R₁₆と抵抗R₁₇の接続点と、全波整
流ブリツジDB₃の負の出力端との間に、コンデン
サC₆を接続する。抵抗R₁₇の他端と、全波整流ブ
リツジDB₃の負の出力端との間にツエナーダイオ
ードZD₁を接続する。全波整流ブリツジDB₃の負
の出力端は、マイナス側に接続する。更に抵抗
R₁₆と抵抗R₁₇の接続点と、比較パルス発生回路３
の抵抗R₅の他端を接続し、電源部４の抵抗R₁₇と
ツエナーダイオードZD₁との接続点には比較パル
ス発生回路３の抵抗R₇、抵抗R₈、抵抗R₉の接続
点を接続してある。交流制御素子S₁のゲートには
ダイオードD₃のアノードを、交流制御素子S₁の
カソードには、抵抗R₁₅を接続し、ダイオードD₃
のカソードと抵抗R₁₆の他端は比較パルス発生回
路３のパルストランスT₂の２次側に接続してあ
る。

このように構成した従来例は下記のように動作
する。即ち基準電圧発生回路１で発生した電圧
V₁と、放電灯電圧検出回路２で発生した電圧V₂
とが比較パルス発生回路３のダイオードD₁，D₂
と抵抗R₁₃のＴ形に接続された回路で比較され、
もしV₁＞V₂ならばダイオードD₂のアノードから
カソードに向つて電流が流れ、その結果トランジ
スタTr₁がオンする。従つて、トランジスタTr₂
もオンし、トランジスタTr₃はオフし、トランジ
スタTr₄はオンする。そしてコンデンサC₄は抵抗
R₇を通じて充電されない。しかるに、V₁≦V₂と
なればダイオードD₂のアノードからカソードへ
電流が流れなくなるため、トランジスタTr₁がオ
フし、上述と反対にトランジスタTr₃がスイツチ
ングされ、トランジスタTr₄がオフする。する
と、抵抗R₇を通じ、コンデンサC₄が充電されは
じめる。第２図ｄがコンデンサC₄の充電を示
し、このコンデンサC₄の電圧をＶ_C4とする。一
方、PUTS₂のゲートには、抵抗R₅、抵抗R₆によ
つて分圧された電圧がかかつている。前記Ｖ_C4が
このゲート電圧より高くなつた瞬間にPUTS₂が
オンし、コンデンサC₄に充電されていた電荷が
PUTS₂、パルストランスT₂の１次側を通じて放
電し、パルストランスT₂の２次側の―間
に、第２図ｅのようなトリガパルスを生じ、これ
でもつて交流制御素子S₁をトリガする。ここで、
放電灯Ｌが始動した直後は放電灯Ｌのコンダクタ
ンスが大きく、そのため放電灯Ｌの両端電圧が低
くて電圧V₂が低い。よつて電圧V₁とV₂の交点は
遅れ、交流制御素子S₁の点弧位相が遅れることに
より放電灯Ｌに過大な電流が流入することを防止
するわけである。さて放電灯Ｌが定格点灯に移行
するにつれ、放電灯Ｌのコンダクタンスは減少
し、管電圧が上昇する。それにつれて、電圧V₂
が上昇し、電圧V₁との交点は進んで交流制御素
子S₁の点弧位相角が進み、放電灯Ｌに流入する電
流を制御する。次に、放電灯Ｌを調光する場合、
調光操作回路５の調光スイツチS₃をオンにする
と、リレーRyのコイルに電流が流れ、リレー接
点r₀が閉じてツエナーダイオードZD₂、抵抗R₂₀の
直列回路がコンデンサC₅に並列に接続される。
この回路が挿入されることにより放電灯電圧検出
回路２の出力電圧V₂は、ツエナーダイオードZD₂
および抵抗R₂₀できまる電圧まで引き下げられ
る。よつて第２図ｂ図示の電圧V₁との交点が右
へ移行し、従つてトリガパルスの位相がおくれ、
交流制御素子S₁がトリガされる位相がおくれるこ
とにより、放電灯Ｌに供給されるエネルギーが減
少し、放電灯Ｌが調光されるのである。

さてかかる従来例回路において交流電源Ｅ電圧
が変動した場合下記のような動作を為す。まず交
流電源Ｅ電圧が定格電圧より増加した場合を考え
てみると、この場合基準電圧発生回路１の出力た
る電圧V₁は第３図ｂに示すように定格電圧時
（○イ曲線）より大きくなる（○ロ曲線）。よつて電圧
V₁と放電灯電圧検出回路２の出力たる電圧V₂と
の交点は交流電源Ｅ電圧の上昇によつて○ロ曲線と
○ハのレベル＜V₂＞との交点になり、第３図ａに
示す交流電源Ｅ電圧に対する位相が定格電源電圧
時に比較して第３図ｃに示すようにτ_２だけおく
れ、交流制御素子S₁の点弧位相角が遅れて放電灯
Ｌに流入する電流を抑え、放電灯Ｌの出力の上昇
を抑える。逆に交流電源Ｅ電圧が下がれば、上記
の逆に働き、交流制御素子S₁の点弧位相角が進
み、放電灯Ｌに流入する電流が増加し、放電灯Ｌ
の出力の減少を抑制する。このようにして放電灯
Ｌの定格点灯時には交流電源Ｅの電圧の変動に対
して放電灯Ｌの出力の変動を抑制する。

しかるにかかる従来例回路は調光した場合に、
調光操作回路５が交流電源Ｅに接続されるから、
放電灯電圧検出回路２の出力電圧V₂はツエナー
ダイオードZD₂および抵抗R₂₀によつてきまる電
圧にクリツプされる。第３図ｂの○ニのレベルとな
る。従つて第３図ｂの通り交流電源Ｅ電圧が変動
した場合の位相角変化は○イ、○ロ曲線の下方で交わ
るため、変化の度合が少ない。つまり第３図ｃの
τ_２より小さくなつて第３図ｄのτ₂′となる。従
つて調光時の電源変動に対して放電灯Ｌの出力変
動を抑制するだけの十分な位相角変化が得られず
交流電源Ｅの電圧によつて、調光比が変化した
り、立ち消え、ちらつきなどの不都合が生ずると
いう問題があつた。

本発明は上述の問題点に鑑みて為されたもの
で、その目的とするところは高圧ナトリウム灯
や、水銀灯等の高圧放電灯を調光点灯した際、交
流電源電圧が変動しても、放電灯の出力電力を一
定電力変動以内に抑えることができる放電灯調光
点灯装置を提供するにある。

以下本発明を実施例によつて説明する。第４図
は本発明の一実施例の回路図を示し、図中１，
３，４は夫々基準電圧発生回路、比較パルス発生
回路、電源部であつて、第１図回路の同一番号の
回路と同様な構成を有し、同様な動作を為すもの
であり、具体的回路は省略してある。２は放電灯
電圧検出回路で、この放電灯電圧検出回路２は１
次巻線を放電灯Ｌに並列接続したトランスT₁の
２次巻線に全波整流ブリツジDB₂を接続し、この
全波整流ブリツジDB₂の負の出力端に抵抗R₁₅を
直列に挿入し、この抵抗R₁₅を介して抵抗R₁₄並び
にコンデンサC₅を全波整流ブリツジDB₂の両出力
端間に接続して構成され、第１図従来例回路の放
電灯電圧検出回路２とは抵抗R₁₅の挿入位置が異
なつている。図中５は調光操作回路で、この調光
操作回路５は交流電源Ｅに調光スイツチS₃と、ト
ランスT₄の１次巻線との直列回路を接続し、ト
ランスT₄の２次巻線を全波整流ブリツジDB₄の入
力端に接続し、更に全波整流ブリツジDB₄の正の
出力端には抵抗R₂₃を直列接続し、この抵抗R₂₃の
他端と全波整流ブリツジDB₄の負の出力端との間
に抵抗R₂₂、コンデンサC₈を接続する。また抵抗
R₂₂とR₂₃との接続点から抵抗R₂₁を介して増巾ス
イツチ素子たるトランジスタTr₅のベースに接続
し、トランジスタTr₅のエミツタを放電灯電圧検
出回路２のコンデンサC₅と抵抗R₁₅との接続点に
接続し、更にトランジスタTr₅のコレクタを抵抗
R₂₀、ツエナーダイオードZD₂を介して放電灯電
圧検出回路２の全波整流ブリツジDB₂の正の出力
端に接続してある。そして全波整流ブリツジDB₄
の負の出力端を放電灯電圧検出回路２の抵抗R₁₅
と全波整流ブリツジDB₂の負の出力端との接続点
に接続してある。

次に本発明放電灯調光点灯装置の動作を説明す
る。調光操作回路５の調光スイツチS₃が投入され
ない状態では第１図回路の場合と同様な動作をな
し、放電灯Ｌは定格点灯する。そして今、調光ス
イツチS₃がオンされると、トランスT₄の１次巻
線に電流が流れ、交流電源Ｅ電圧が分圧され、全
波整流ブリツジDB₄によつて全波整流され、抵抗
R₂₂、R₂₃、コンデンサC₈によつて平滑され、こ
の電圧が抵抗R₂₁を介してトランジスタTr₅のベ
ースに印加されてトランジスタTr₅が順バイアス
されオンする。よつて、放電灯電圧検出回路２の
出力部に、ツエナーダイオードZD₂、抵抗R₂₀の
直列回路が挿入されたことになり、これらの素子
できまる電圧まで放電灯電圧検出回路２の出力電
圧V₂がクリツプされ、第３図ｂに示すように、
基準電圧発生回路１の電圧V₁との交点がおく
れ、よつて交流制御素子S₁の点弧位相角がおく
れ、放電灯Ｌが調光される。このとき交流電源Ｅ
の電圧が上昇したとすると、調光操作回路５のコ
ンデンサC₈の両端電圧も上昇する。（なぜなら、
トランスT₄の分圧比は一定であるから１次側が
上昇すれば２次側も上昇する。）よつてトランジ
スタTr₅のベース電流がふえ、抵抗R₂₁、トラン
ジスタTr₅のベース・エミツタ間ジヤンクシヨン
および抵抗R₁₅を通して、全波整流ブリツジDB₂
の負の出力端に入る閉回路Ａを流れる電流は増加
する。また一方、放電灯管電圧を分圧整流した電
圧によつて、抵抗R₁₄、R₁₅を介して流れる他の閉
回路Ｂがある。抵抗R₁₅には、この２つの閉回路
Ａ，Ｂの電流が重畳して流れることとなる。これ
らの閉回路Ａ，Ｂについてモデル化すると第５図
のようになる。この回路において、E₁は全波整
流ブリツジDB₂により全波整流された電圧、E₂を
コンデンサC₈の両端電圧とする。これら、E₁，
E₂は、ほぼ定電圧源とみなしてよい。というの
は、これらの供給源である放電灯Ｌの電圧、およ
び交流電源Ｅの電圧の勢力が圧倒的に強いからで
ある。さて第５図においてE₁より抵抗R₁₄、R₁₅
を通してE₁にもどる閉回路Ｂに流れる電流をi₁、
E₂より抵抗R₁₅を介してE₂にもどる閉回路Ａに流
れる電流をi₂とすると、キルヒホツフの法則より
次式がなり立つ。即ち、 i₁（R₁₄＋R₁₅）＋i₂R₁₅＝E₁ …… i₂R₁₅＝E₂ …… となる。

式、式より電流i₁は i₁＝Ｅ_１−Ｅ_２／Ｒ_１４＋Ｒ_１５ となる。ここでR₁₄、R₁₅は定数であり、E₁は放
電灯Ｌによつて決まる電圧であるから、電流i₁は
E₂が増加すると減少し、E₂が減少すると逆に増
加することになる。従つて抵抗R₁₄の電圧降下
i₁R₁₄はE₂増加で減少し、E₂減少で増加するとい
う変化をする。ここで第４図回路に戻つて考えて
みると、交流電源Ｅの電圧が上昇した場合、前記
のとおり抵抗R₁₄の両端電圧が下がる。そのため
ツエナーダイオードZD₂と抵抗R₂₀の直列回路に
流れ込む電流が減少し、この直列回路の両端電圧
V₂は、ツエナーダイオードZD₂のブレークオーバ
電圧と、抵抗R₂₀を流れる電流によるこの抵抗R₂₀
での電圧降下の和となる。しかるにこの電圧V₂
は交流電源Ｅの電圧が定格状態の場合（第６図中
○イのレベル）より低くなる（第６図中○ロのレベ
ル）。しかして第６図中○ニで示すように上昇した
基準電圧発生回路１の出力電圧V₁との交点が遅
れ、定格状態との位相角差τ₂aが第１図回路の場
合の位相角差τ_２と比較して大きくなる。逆に交
流電源Ｅの電圧が減少した場合は、抵抗R₁₄の両
端電圧が上昇し、ツエナーダイオードZD₂と抵抗
R₂₀の直列回路に流れ込む電流が増加し、抵抗R₂₀
での電圧降下分が増加し、この直列回路の両端電
圧V₂が上昇し（第６図○ハのレベル）、第６図中○ホ
で示すように下降した基準電圧発生回路１の出力
電圧V₁との交点が進み、定格状態との位相角差
τ′₂aが第１図回路の場合の位相角差τ′_２と比較
して大きくとれる。尚第６図中○ヘは定格電源電圧
での電圧V₁を示す。このようにして交流電源Ｅ
の電圧変動に対して位相角変化が大きくとれるた
め調光時においても、放電灯Ｌの出力変動を一定
電力範囲内で抑制することができるわけである。

第７図は本発明の別の実施例の回路を示し、か
かる実施例は調光操作回路５において、調光スイ
ツチS₃と、抵抗R₂₁と、整流ダイオードD₄と、ホ
トカプラーＦの発光ダイオードLEDとの直列回
路を交流電源Ｅに接続し、ツエナーダイオード
ZD₂と、抵抗R₂₀と、ホトカプラーＦの増巾スイ
ツチ素子たるホトトランジスタTr₆と、調光スイ
ツチS₃に連動するスイツチ₃′との直列回路を放電
灯電圧検出回路２の出力端間に接続した構成が第
１図回路と相違するものである。ここでホトトラ
ンジスタTr₆が能動領域で使用されるように発光
ダイオードLEDに直列に接続した抵抗R₂₁の値を
適宜調整してある。しかして調光スイツチS₃並び
にスイツチS₃′をオンした調光時において交流電
源Ｅの電圧が定格状態のとき発光ダイオード
LEDには交流電源ＥをダイオードD₄で半波整流
した電圧がかかり、発光ダイオードLEDは発光
する。この光をホトトランジスタTr₆が検知し、
光の強さに応じた抵抗値を示す。発光ダイオード
LEDは半波点灯のため実際には点滅するが、ホ
トトランジスタTr₆には、電源の周波数程度の点
滅では反応しないものを用いる。

次に交流電源Ｅの電圧が上昇すると、発光ダイ
オードLEDに流入する電流が増加し、発光ダイ
オードLEDは、定格状態の場合より明るく点灯
する。よつて、ホトトランジスタTr₆の抵抗値が
下がり、この部分での電圧降下が減少し、放電灯
電圧検出回路２の出力電圧V₂は下がる。逆に交
流電源Ｅの電圧が下降すれば、上記と反対の動作
をし、放電灯電圧検出回路２の出力電圧V₂は上
昇する。よつて、第４図図示実施例でのべたこと
と同等の効果を有し、調光時の交流電源Ｅの電圧
変動に対する放電灯Ｌの出力変動を抑制すること
ができる。

第８図は本発明の他の実施例の回路を示し、か
かる実施例は調光操作回路５において、調光スイ
ツチS₃とトランスT₄の１次巻線の直列回路を交
流電源Ｅに接続し、トランスT₄の２次巻線に全
波整流ブリツジDB₄の入力端を接続し、全波整流
ブリツジDB₄の正の出力端と負の出力端との間に
抵抗R₂₃と抵抗R₂₂の直列回路を接続し、この抵抗
R₂₂に並列に平滑用コンデンサC₈を接続し、更に
抵抗R₂₃とコンデンサC₈との接続点より抵抗R₂₄
を介してトランジスタTr₅′のベース、抵抗R₂₁′を
介して電界効果型トランジスタFETのゲートへ
接続し、放電灯電圧検出回路２の出力端間にツエ
ナーダイオードZD₂、抵抗R₂₀、電界効果型トラ
ンジスタFETのソース・ドレイン、トランジス
タTr₅′のコレクタ・エミツタの直列回路を接続し
た構成が第１図回路と相違したものである。

かかる実施例にあつては、調光スイツチS₃がオ
ンされると、コンデンサC₈両端に直流電圧が発
生し、電界効果型トランジスタFETのゲートに
電圧がかかり、電界効果型トランジスタFETが
能動状態となると同時にトランジスタTr₅′のベー
スにも電流が流れてトランジスタTr₅′がオンし、
放電灯電圧検出回路２の出力電圧V₂がツエナー
ダイオードZD₂、抵抗R₂₀、および電界効果型ト
ランジスタFETのソース・ドレイン間抵抗によ
つてきまる電圧まで引き下げられ調光状態に入
る。

ここで交流電源Ｅの電圧が上昇すると、電界効
果型トランジスタFETのゲートにかかる電圧が
増大するため、電界効果型トランジスタFETの
ソース・ドレイン間抵抗が減少し、この部分での
電圧降下が少なくなるため、ツエナーダイオード
ZD₂のカソード電位が下がる。一方、交流電源Ｅ
の電圧が減少すれば電界効果型トランジスタ
FETのゲートに印加される電圧が減少し、電界
効果型トランジスタFETのソース・ドレイン間
抵抗が増加してこの部分の電圧降下が増加し、ツ
エナーダイオードZD₂のカソード電位が上昇し、
第４図図示実施例回路と同様な効果を得ることが
できるのである。

本発明は上述のように構成してあるので、高圧
放電灯の調光時においても、電源電圧変動に対し
て放電灯出力の変動を一定電力の範囲で抑制で
き、調光比が変化したり立ち消え、ちらつきなど
の生じない安定した調光点灯特性を実現すること
ができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の回路図、第２図ａ〜ｅは同上
の各部の波形図、第３図ａ〜ｄは同上の電源電圧
変動時における動作説明図、第４図は本発明の一
実施例の回路図、第５図は同上の動作説明用の等
価的な回路図、第６図は同上の動作説明用の波形
図、第７図は本発明の別の実施例の回路図、第８
図は本発明の他の実施例の回路図であり、１は基
準電圧発生回路、２は放電灯電圧検出回路、３は
比較パルス発生回路、５は調光操作回路、V₁，
V₂は出力電圧、Ｅは交流電源、R₂₁は抵抗、ZD₂
はツエナーダイオード、Tr₅′，Tr₅はトランジス
タ、Tr₆はホトトランジスタである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電源に交流制御素子、限流インダクタン
   ス要素、放電灯の直列回路を接続し、交流電源電
   圧より一定位相進んだ電圧を出力する基準電圧発
   生回路と、放電灯の両端電圧を検出して検出電圧
   に応じた電圧を出力する放電灯電圧検出回路と、
   基準電圧発生回路の出力電圧と放電灯電圧検出回
   路の出力電圧とを比較しパルス信号を発生させる
   比較パルス発生回路と、放電灯電圧検出回路の出
   力端間にツエナーダイオード、抵抗、増巾スイツ
   チ素子の直列回路を接続して増巾スイツチ素子を
   駆動する信号を発生させるとともにその信号レベ
   ルを交流電源電圧の増減に比例させてこの信号レ
   ベルの大小に反比例するように放電灯電圧検出回
   路の出力電圧を可変する調光操作回路とを具備し
   て成ることを特徴とする放電灯調光点灯装置。