JPS6310560B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体スイツチ素子を用いてけい光
灯のような予熱始動形放電灯を２灯直列点灯させ
る放電灯点灯装置に関する。

〔発明の背景〕

近年、電源電圧に近い放電維持電圧を有する放
電灯を昇圧トランスを用いずに点灯するため、放
電灯に並列に接続したスイツチ回路を電源電圧の
半サイクルごとにターンオンさせて安定器に電流
を流し、その電流が所定の値になつたときにスイ
ツチ回路をターンオフさせて安定器を流れる電流
を遮断し、その際安定器に発生するパルス電圧で
放電灯を始動させるとともに、引続き安定器のイ
ンダクタンスに蓄積された電磁エネルギーを電源
からの入力に重畳させて放電灯の点灯を維持する
方式が開発されている。

この方式を用いて予熱始動形放電灯を２灯直列
点灯させる場合の従来の回路構成を第１図に示
す。１は交流電源、２はインダクタンスまたはイ
ンダクタンスとキヤパシタンスの組合わせからな
る安定器、３，３′は２灯直列接続された予熱始
動形放電灯で、両放電灯の放電維持電圧の和は電
源１の電圧とほぼ等しい値を持つ。４は電極予熱
トランスで、これによつて両放電灯の電極５，
６，７，８の予熱を行なう。９はスイツチ回路
で、その動作は次の通りである。すなわち、安定
器２がインダクタンスからなる場合には各半サイ
クルの前半位相で、また、インダクタンスとキヤ
パシタンスを組合せた進相形安定器を用いる場合
には各半サイクルの後半位相でターンオンし、そ
のオン期間に安定器２に蓄積されたエネルギーを
ターンオフ後に電源１からの入力に重畳して放電
灯３，３′に印加する動作を繰返し行なう。１０
は放電灯３，３′を逐次始動させる始動補助用コ
ンデンサ、１１は雑音防止用コンデンサである。

このように、従来半サイクルごとにオン、オフ
動作するスイツチ回路を用いて予熱始動形放電灯
を２灯直列点灯させる場合には、昇圧トランスは
不要になるものの電極予熱トランスが必要で、点
灯装置の小形軽量化に障害となり、また、電極の
予熱を必要としない定常点灯時にも電極に予熱電
流が流れ続け、電力損失になる。さらに、この予
熱トランスを用いるけい光灯点灯回路にはラピツ
ドスタート形ランプ（FLR管）のみしか使用で
きず、発光効率のより高い普通形ランプ（FL管）
が使用できない等の問題点がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点にかんがみ、昇圧トランスだ
けでなく電極予熱トランスをも不要とし、定常点
灯時の予熱電流による電力損失をなくした効率の
良いこの種の放電灯点灯装置を提供することを目
的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、交流電源に安定器を介して予熱始動
形放電灯を２灯直列に接続し逐次始動させる放電
灯点灯装置において、上記両放電灯の両端電極の
非電源側端子間に接続された全波整流器と、アノ
ードまたはそれに相当する端子が上記全波整流器
の正側出力端に接続され、カソードまたはそれに
相当する端子がインピーダンスを介して上記全波
整流器の負側出力端に接続された第１の制御極付
半導体スイツチ素子と、上記第１の制御極付半導
体スイツチ素子のカソードまたはそれに相当する
端子と上記両放電灯の直列接続された中間電極の
一方の端子との間に順方向に接続された逆阻止ダ
イオードと、アノードまたはそれに相当する端子
が上記両放電灯の直列接続された中間電極の他方
の端子に接続され、カソードまたはそれに相当す
る端子が上記全波整流器の負側出力端に接続され
た第２の制御極付半導体スイツチ素子と、上記第
１の制御極付半導体スイツチ素子を電源電圧の半
サイクルごとにターンオンさせ、その通電電流が
所定の値になつたときにターンオフさせる第１の
トリガ制御回路と、電極投入後、上記両放電灯が
始動点灯するまでの間、上記第１および第２の制
御極付半導体スイツチ素子のそれぞれにトリガ信
号を与えてこれらの素子をターンオンさせる第２
のトリガ制御回路を備えたことを特徴とする放電
灯点灯装置である。

〔発明の実施例〕

以下、図面によつて本発明を詳細に説明する。
第２図は本発明の基本概念図で、交流電源１に安
定器２を介して予熱始動形放電灯３，３′を２灯
直列に接続し、そのうちの１灯３に始動補助用コ
ンデンサ１０を並列に接続して逐次始動させる点
は第１図の点灯回路と同じである。１２は放電灯
３，３′の両端電極５，８の非電源側端子Ａ，Ｂ
間に接続された全波整流器、１３は電源電圧の半
サイクルごとに放電灯３，３′を始動点灯させる
スイツチング機能と、放電灯３，３′の予熱始動
時にのみ電極５〜８に予熱電流を流す電極予熱機
能を有するスイツチ回路である。スイツチ回路１
３は次の各要素から構成されている。すなわち、
１４は第１の制御極付半導体スイツチ素子で、そ
のアノードまたはそれに相当する端子（以下、電
流流入端という）は全波整流器１２の正側出力端
Ｃに接続され、カソードまたはそれに相当する端
子（以下、電流流出端という）はインピーダンス
１５を介して全波整流器１２の負側出力端Ｆに接
続されている。１６は制御極付半導体スイツチ素
子１４の電流流出端と放電灯３，３′の直列接続
された中間電極６，７の一方の端子Ｄとの間に順
方向に接続された逆阻止ダイオード、１７は第２
の制御極付半導体スイツチ素子で、その電流流入
端は放電灯３，３′の直列接続された中間電極６，
７の他方の端子Ｅに接続され、電流流出端は全波
整流器１２の負側出力端Ｆに接続されている。１
８，１９はトリガ制御回路で、放電灯３，３′の
定常点灯時には、電源電圧の半サイクルごとに第
１のトリガ制御回路１８から与えられるトリガ信
号により第１の制御極付半導体スイツチ素子１４
がターンオンして全波整流器１２およびインピー
ダンス１５を通じて安定器２に電流を流し、その
通電電流が所定の値になつたとき第１のトリガ制
御回路１８から与えられる逆トリガ信号により第
１の制御極付半導体スイツチ素子１４がターンオ
フする。その際、安定器２に発生するパルス電圧
が放電灯３，３′に印加され、引続き安定器２の
インダクタンスに蓄積された電磁エネルギーが電
源１からの入力に重畳して放電灯３，３′を始動
点灯させる。

第２のトリガ制御回路１９は、電源投入直後の
予熱始動時に限つてトリガ信号を出し、半サイク
ル中のある期間第１および第２の制御極付半導体
スイツチ素子１４，１７を同時オンさせる。この
とき、全波整流器１２の正側出力端Ｃより第１の
制御極付半導体スイツチ素子１４に流入する電流
の一部は逆阻止ダイオード１６を通つて端子Ｄに
分流し、端子Ｅよりさらに第２の制御極付半導体
スイツチ素子１７を通つて全波整流器１２の負側
出力端Ｆに流出する。この電流で両放電灯の全部
の電極５〜８が予熱され、所定温度になると、第
１のトリガ制御回路１８からの信号を受けて第１
の制御極付半導体スイツチ素子１４がターンオン
し、次いでターンオフするとき安定器２に発生す
るパルス電圧によつて放電灯３，３′は容易に始
動点灯するに至る。放電灯３，３′が一旦点灯す
ると、その放電電流で各電極が加熱されるので、
以後予熱電流を流さなくても半サイクルごとに放
電灯３，３′の安定した始動点灯が可能となり、
このような定常点灯状態になれば、第２のトリガ
制御回路１９からはトリガ信号が出なくなる。放
電灯３，３′の点灯中は、Ｄ端子の電位がＡ，Ｂ
端子の電位の中間値を示し、Ｆ端子に対して常に
正電位にある。逆阻止ダイオード１６はこのＤ―
Ｆ間の電位差によつて放電灯電流がインピーダン
ス１５に分流するのを防ぐためのものであり、ま
た逆阻止ダイオード２０は第１のトリガ制御回路
１８からの信号で第２の制御極付半導体スイツチ
素子１７が動作するのを防ぐためのものである。

このように第２図に示した点灯回路は、昇圧ト
ランスおよび電極予熱トランスを用いずに、放電
維持電圧の和が電源電圧とほぼ等しい２本の直列
接続された予熱始動形放電灯を安定に始動点灯さ
せることができ、かつ定常点灯状態での電極予熱
損失のない回路である。

第３図は安定器２がインダクタンスからなる場
合のスイツチ回路１３の構成例を示す図である。
このスイツチ回路には第１の制御極付半導体スイ
ツチ素子１４としてゲートターンオフ特性を有す
るサイリスタが使用されているが、これはパイポ
ーラトランジスタやパワーMOSトランジスタ等
のようなそれ自体でターンオフ動作可能な他の素
子で置換えることもできる。第１のトリガ制御回
路１８は、抵抗２１，２２とSBSのような所定の
電圧が印加されたときターンオンするスイツチ素
子２３から構成され、抵抗２１はスイツチ素子１
４の制御極（ゲート）にトリガ電流を流し、スイ
ツチ素子２３は抵抗２２とともにスイツチ素子１
４のカソード電位を検知してその制御極（ゲー
ト）に逆トリガ電流を流す。抵抗２４とコンデン
サ２５はカソードインピーダンス１５を構成し、
ダイオード２６，２７は放電灯３，３′が点灯し
ている期間スイツチ素子２３をオン状態に保つた
めバイアス電圧を与える。第２の制御極付半導体
スイツチ素子１７は通常のサイリスタで、２８，
２９はそのトリガ用抵抗である。３０，３１はス
イツチ素子１４，１７を過電圧から保護するため
の定電圧素子で、アバランシエダイオードが用い
られる。

スイツチ素子１４のターンオフにより安定器２
を流れる電流が遮断されたとき安定器２に発生す
るパルス電圧の時間幅は、放電灯３，３′の点灯、
不点灯によつて異なり、放電灯が点灯したときに
はパルス電圧が放電灯で吸収されるため、点灯し
ないときに比べてパルス幅が著しく狭くなる。

第２のトリガ制御回路１９の構成は種々考えら
れるが、たとえば上記のようなパルス幅の違いを
判別して放電灯の不点灯時、すなわち予熱始動時
にのみトリガ信号を発生する機能を有するものが
用いられる。このトリガ信号はスイツチ素子１７
とともに逆阻止ダイオード２０を通じてスイツチ
素子１４にも送られ、これにより両方のスイツチ
素子１４，１７が同時オンするように抵抗２２，
２８，２９の値が設定されている。

本回路の動作を第５図によつて説明する。同図
イは放電灯回路の予熱始動時の電圧電流波形図、
ロは定常点灯時の電圧電流波形図で、V₁は電源
電圧、V_Pはパルス電圧、V_FLは放電灯両端間電
圧、I_CHは予熱電流（安定器電流）、I_FLは放電灯電
流を示す。

電源スイツチを投入すると、トリガ用抵抗２１
からのトリガ電流によりダイオード２６，２７、
カソードインピーダンス１５を通じてスイツチ素
子１４がターンオンし、動作を開始する。第５図
イは予熱動作の途中の状態を示しており、スイツ
チ素子１４，１７がともにオン状態で予熱電流
I_CHが流れているときは、スイツチ素子２３がオ
フ状態になつている。時刻t₁で予熱電流I_CHが零に
なると、放電灯両端間に雑音防止用コンデンサ１
１が接続されているため、放電灯両端間電圧も零
となり、スイツチ素子１４，１７は時刻t₁でター
ンオフする。その後、放電灯両端間電圧V_FLは再
び電源電圧瞬時値まで急上昇するため、第３図Ｃ
―Ｆ間電圧が上昇し、スイツチ素子１４はトリガ
用抵抗２１からのトリガ電流により時刻t₁の直後
にターンオンする。これにより、１４―２６―２
７―１５を通つて安定器２に徐々に増加する電流
が流れる。その電流が所定の値になり、コンデン
サ２５の電圧が一定値まで上昇すると、スイツチ
素子１４のゲート電位がスイツチ素子２３のブレ
ークオーバ電圧に達し、スイツチ素子２３はター
ンオンする。すると、コンデンサ２５のためにス
イツチ素子１４のゲート電位がカソード電位より
低くなり、ゲートに逆トリガ電流が流れて、時刻
t₂でスイツチ素子１４をターンオフさせる。この
とき、安定器２に発生するパルス電圧V_Pはトリ
ガ制御回路１９でスイツチ素子１４，１７に対す
るトリガ信号に変換され、スイツチ素子１４，１
７はこの信号を受けて時刻t₃にともにターンオン
する。このとき、スイツチ素子１４のゲート電位
が低下するため、スイツチ素子２３を流れる電流
は保持電流以下となり、スイツチ素子２３はター
ンオフする。スイツチ素子１４，１７のオン期間
に安定器２を流れる電流I_CHは電極５，６，７，
８を順次通過してすべての電極を予熱する。この
ときスイツチ素子１４から流出する電流はＤ，Ｅ
端子に接続された中間電極６，７へ流れるととも
に、カソードインピーダンス１５へも分流する。
したがつて、カソードインピーダンス１５はＤ，
Ｅ端子から見た電極インピーダンスに比べて十分
大きな値であることが望ましい。スイツチ素子２
３のブレークオーバ電圧は、予熱電流により生ず
るスイツチ素子１４のカソード電位より高く設定
することが必要である。予熱電流I_CHは時刻t₄で零
となり、スイツチ回路は時刻t₅以降上記動作を繰
返す。電極５〜８が十分予熱され、パルス電圧
V_Pにより放電灯３，３′が放電を開始すると、ラ
ンプインピーダンスが低下するため、発生したパ
ルスエネルギーの大半は放電灯３，３′で吸収さ
れてしまう。そのため、パルス幅が著しく狭くな
り、トリガ制御回路１９からトリガ信号が出なく
なる。これにより電極予熱動作が停止し、正常点
灯動作へ移行する。

正常点灯時の動作は次の通りである。第５図ロ
において、時刻t′₁に放電灯電流I_FLが零になると、
電源電圧V₁が逆極性となつているため、t′₁から
少しの時間放電灯両端間電圧V_FLはほぼ零にな
る。このためスイツチ素子２３がターンオフし、
その後放電灯両端間電圧V_FLの上昇に伴いトリガ
用抵抗２１からのトリガ電流によつてスイツチ素
子１４がターンオンする。これにより、１４―２
６―２７―１５を通じて安定器２に漸増電流I_CH
が流れる。予熱動作時と同様に電流が所定の値に
なると、スイツチ素子２３がターンオンして逆ト
リガ電流を流す。このためスイツチ素子１４は時
刻t′₂でターンオフし、安定器２にパルス電圧V_P
が発生する。このパルス電圧で放電灯３，３′が
始動し、パルスエネルギーの大半が放電灯で吸収
されるため、パルス幅は狭く、スイツチ素子１
４，１７のトリガはできない。したがつて、放電
灯３，３′には安定器２に蓄積されたエネルギー
と電源１からの入力の重畳により放電灯電流I_FL
が流れて半サイクルの点灯を維持し、時刻t′₃で
電流が流れ終る。t′₂〜t′₃の期間放電灯両端間電
圧V_FLによりオン状態を維持していたスイツチ素
子２３は、時刻t′₃でV_FLが零になるため、ターン
オフする。スイツチ回路は以上の動作を時刻t′₄
以降繰返す。点灯中はＤ端子の電位がＦ端子の電
位より高く、逆阻止ダイオード１６がオフ状態に
保たれているので、t′₂〜t′₃の期間にスイツチ素
子１４がターンオンするという誤動作はない。

第４図はスイツチ回路の他の構成例を示し、第
３図の回路構成と異なる点は次の通りである。第
１のトリガ制御回路１８の逆トリガ用スイツチ素
子２３としては通常のサイリスタが使用され、コ
ンデンサ３２、抵抗３３，３４、ダイオード３
５、トリガ素子３６はスイツチ素子２３のトリガ
回路を構成する。本実施例では、コンデンサ３２
と抵抗３３からなる微分回路を用いて第５図のt₁
〜t₂，t′₁〜t′₂間にカソードインピーダンス１５を
構成する抵抗２４の電圧上昇を検知しスイツチ素
子２３のトリガ信号を得ることにより、電源電圧
が高いほどスイツチ素子１４のターンオフ位相
t₂，t′₂を早め、遮断電流を小さくするようにし
て、電源電圧の変動によるランプ出力の変動を抑
えている。トリガ素子３６にはSBS等が用いられ
る。

第４図には第２のトリガ制御回路１９の構成例
を示した。予熱始動時にパルス電圧発生後予熱電
流を流す時間〔第５図イのt₃〜t₄〕を十分にとる
ため、抵抗３７，３８，３９、コンデンサ４０，
４１により二重積分回路が構成されている。４２
はSBSのようなトリガ素子である。また、４３は
アバランシエダイオードで、放電灯３，３′の放
電維持電圧の和以上のアバランシエ電圧を有する
ものを用いる。これにより、第５図ロの放電灯両
端間電圧V_FLをクリツプし、トリガ信号源として
パルス電圧部分V_Pのみを用いることを可能とし
ている。

第３図では予熱始動時にスイツチ素子１４を流
れる電流の一部がカソードインピーダンス１５へ
分流するため、Ｄ，Ｅ端子間の中間電極６，７に
流れる予熱電流が他の電極５，８のそれよりも小
さくなる。この欠点をなくすため本実施例では、
カソードインピーダンス１５と直列にスイツチ素
子としてトランジスタ４４を挿入した。トランジ
スタ４４のベースはスイツチ素子２３とダイオー
ド４５のアノードに接続され、ダイオード４５の
カソードはスイツチ素子１７のアノードに接続さ
れている。この構成によると、予熱始動時にトリ
ガ制御回路１９からのトリガ信号によりスイツチ
素子１４，１７がターンオンしたとき、ダイオー
ド４５を通じてトランジスタ４４のベース電位が
引下げられるため、トランジスタ４４は予熱電流
が流れている期間〔第５図イのt₃〜t₄〕オフ状態
を保ち、カソードインピーダンス１５への電流の
分流をなくす。t₁〜t₂の期間にはスイツチ素子１
７および２３がオフ状態になるため、トランジス
タ４４は抵抗２１，２２から流入するベース電流
によりオン状態となつており、スイツチ回路は第
３図と同じ動作をする。

以上、安定器がインダクタンスからなる場合に
ついて詳述したが、Ｌ、Ｃの組合せからなる進相
形安定器を用いる場合には、スイツチ素子１４の
オン期間が各半サイクルの後半に位置するように
トリガ制御回路１８を構成すればよく、第２図と
同じ基本構成で実現できる。

第２のトリガ制御回路１９は、電極投入後一定
時間（１〜２秒）トリガ信号を継続して発生する
ようなタイマで構成してもよく、放電灯に異状が
なければ、一定時間予熱後に発生するパルス電圧
により放電灯が始動して定常点灯状態に移行する
ので、この構成によつても所期の目的が達成され
る。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明の構成によれば次のような
効果が得られる。

(1) 昇圧トランスや予熱トランスを用いずに、放
電維持電圧の和が電源電圧とほぼ等しい２本の
予熱始動形放電灯を直列点灯できるので、点灯
装置を小形軽量化できる。

(2) 点灯中は予熱電流が電極に流れないため、省
電力化がはかれる。

(3) 予熱トランスを用いないため、ラピツドスタ
ート形けい光ランプ（FLR管）だけでなく、
発光効率のより高い普通形けい光ランプ（FL
管）も同一安定器で点灯可能となり、省電力効
果がさらに高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の２灯直列点灯回路の構成図、第
２図は本発明の基本概念図、第３図および第４図
はそれぞれ本発明の実施例を示す要部回路構成
図、第５図は動作説明用の電圧電流波形図であ
る。 １…交流電源、２…安定器、３，３′…予熱始
動形放電灯、５〜８…電極、１０…始動補助用コ
ンデンサ、１１…雑音防止用コンデンサ、１２…
全波整流器、１３…スイツチ回路、１４…第１の
制御極付半導体スイツチ素子、１５…インピーダ
ンス、１６…逆阻止ダイオード、１７…第２の制
御極付半導体スイツチ素子、１８…第１のトリガ
制御回路、１９…第２のトリガ制御回路、Ａ，Ｂ
…両放電灯の両端電極の非電源側端子、Ｃ，Ｆ…
全波整流器の正負出力端、Ｄ，Ｅ…直列接続され
た中間電極の端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源に安定器を介して予熱始動形放電灯
   を２灯直列に接続し逐次始動させる放電灯点灯装
   置において、上記両放電灯の両端電極の非電源側
   端子間に接続された全波整流器と、アノードまた
   はそれに相当する端子が上記全波整流器の正側出
   力端に接続され、カソードまたはそれに相当する
   端子がインピーダンスを介して上記全波整流器の
   負側出力端に接続された第１の制御極付半導体ス
   イツチ素子と、上記第１の制御極付半導体スイツ
   チ素子のカソードまたはそれに相当する端子と上
   記両放電灯の直列接続された中間電極の一方の端
   子との間に順方向に接続された逆阻止ダイオード
   と、アノードまたはそれに相当する端子が上記両
   放電灯の直列接続された中間電極の他方の端子に
   接続され、カソードまたはそれに相当する端子が
   上記全波整流器の負側出力端に接続された第２の
   制御極付半導体スイツチ素子と、上記第１の制御
   極付半導体スイツチ素子を電源電圧の半サイクル
   ごとにターンオンさせ、その通電電流が所定の値
   になつたときにターンオフさせる第１のトリガ制
   御回路と、電源投入後、上記両放電灯が始動点灯
   するまでの間、上記第１および第２の制御極付半
   導体スイツチ素子のそれぞれにトリガ信号を与え
   てこれらの素子をターンオンさせる第２のトリガ
   制御回路を備えたことを特徴とする放電灯点灯装
   置。 ２ 上記第２トリガ制御回路は、上記両放電灯が
   点灯していない状態と点灯している状態とで上記
   両放電灯の両端印加パルス電圧の波形が変化する
   ことを検知してトリガ信号の発生・停止を定める
   ようにしてなる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 上記第２トリガ制御回路は、電源投入後、予
   熱電極が加熱されるまでの所定時間トリガ信号を
   発生し、しかる後停止するようにしてなることを
   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。