JPS6334887A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、始動用のバイメタルスイッチを内蔵する放電
灯を点灯させるための放電灯点灯装置に関するものであ
る。

（背景技術） 従来の一般的な放電灯点灯装置はチョークコイルやトラ
ンス、コンデンサ等の単独あるいはこれらの組み会わせ
により限流要素を構成しているため、寸法・重量共に大
きかった。この点から放電灯点灯装置の小形化、軽量化
、高効率（ヒが望まれており、そのために放電灯を高周
波点灯させることが提案されている。例えば蛍光灯の点
灯装置ではスイッチングトランジスタやサイリスタ等の
半導体スイッチング素子を用いた高周波点灯装置が実用
化されている。しかしながら、始動用のバイメタルスイ
ッチを内蔵する放電灯（例えば松下電子工業製の高圧ナ
トリウム灯′°バナゴールドＤ“（商品名））と、高周
波点灯装置とを組み会わせて使用すると、以下に述べる
ような不ｔＭキが生じる。

まず、第３（２１により始動用のバイメタルスイッチを
内蔵する放電灯の始動原理を説明する。第３図の回路に
おいて、１は商用交流電源、２はチョークコイル、３は
始動用のバイメタルスイッチ内蔵型の放電灯、４は発光
管、５はヒータ用抵抗、６はバイメタルスイッチである
。電源投入時においては、バイメタルスイッチ６はオン
状態であり、商用交流電源１、チョークコイル２、バイ
メタルスイッチ６、ヒータ用抵抗５、商用交流電源１の
経路で電流が流れる。このＴ、流によって、ヒータ用抵
抗５が加熱されて、バイメタルスイッチ６はオフする。

バイメタルスイッチ６がオフした瞬間に、チョークコイ
ル２には逆起電圧が発生し、その高電圧が放電灯３の両
端に印加される。この高電圧により放電灯３が点灯しな
い場きは、再びバイメタルスイッチ６はオフ状態となり
、前述の動（ヤを繰り返す。放電灯３が点灯するとラン
プ内部の温度が上昇し、バイメタルスイッチ６はオフ状
態を維持する。

以上のような動作を行なう放電灯を例えば第・１図に示
すような高周波点灯装置で点灯させると、いくつかの下
部なが生じる、第・１図の高周波点灯装置にあっては、
商用交流電源１を全波１ｙ流器８で全波整流し、その出
力をコンデンサって平滑して直流電源出力を得ている。

この直流電源出力には、トランジスタ］、Ｏａ〜１０ｄ
をブリッジ接続しん・スイッチング回路を電流検出要素
１３を介して接続している。トランジスタ１０ａ〜１０
ｄにはそれぞれ、その通電方向とは逆方向にダイオード
１１ａ〜Ｌｉｄを並列接続し、トランジスタ１０ａ、１
０ｄの接続点とトランジスタ１０ｂ、１０ｃの接続点と
の間には、コンデンサ１２を並列接続された放電灯３°
とチョークコイル２゛との直列回路分接続している。１
ｉ１１１ｆ１回路１４は、電流検出要素】３による検出
電流に応じてトランジスタＬＯａ〜ＬＯｄを制御するた
めの回路である。

第５図＜ａ）〜（ｄ）は、トランジスタ１０ａ〜暑ｅｄ
の動乍をそれぞれ示すタイミング図でｈＰ）る。ｌ・ラ
ンジスタ１０ｅ、１０ｄは制御回路１４により低周波（
例えば６０Ｈｚ）でオン・オフさね、トランジスタ１０
ｃがオンのときにはトランジスタ１０ａが第５図（ａ）
に示すように高周波（例えば４０ＫＨｚ）でデユーティ
可変のオン・オフ動作を行ない、逆にトランジスタ１０
ｄがオンのときにはトランジスタ１０ｂがトランジスタ
１０ａと同様のオン・オフ動作を行るう、また放電灯３
°の極性反転時には、４個の）　′７ンジスタ１０ａ〜
１０ｄが同時にオフとなる体！Ｅ期間Ｔ［、を設けてい
る、この休止期間′ｒＤは、トランジスタ１０ａ、１０
ｄ又は１０ｂ、１０ｃが同時にオンして短絡４１；　Ｒ
を呈し点灯装置の破壊に至るのを防止するためのデッド
タイムである。

制御回路１４は電流検出要素１３による検出電流値の大
小に応じて、トランジスタ１０ａ、１０ｂのオン・オフ
デユーティを制御するようになっている。今、１−ラン
ジスタ１０ｃがオン状態で、トランジスタ１０ｂ、１０
ｄが（〕状官であるときに、トランジスタｌｏａがオン
すると、コンデンサ９の上端子、トランジスタ１０ａ、
チョークコイル２゛、放電灯３′及びその並列コンデン
サ１２、トランジスタ１０ｃ、Ｔ、流検出要素１３．コ
ンデンザ９の一端子の閉回路が形成され、チョークコイ
ル２°に流れる電流工Ｉは一定の傾きをもって直線的に
上昇する８次に、トランジスタ１０ａがオフすると、こ
のときの電流■、とチョークコイル２゜のインダクタン
スはどで決まる蓄積エネルギーが、チョークコイル２゛
、放電灯３°及びその並列コンデンサ１２、トランジス
タ１０ｃ、ダイオード１１ｄ、チョーくノコイル２゛の
閉回路を介して放出され、この動作がし、からし、の時
点まで繰り返される、さらに、Ｌ３〜１４間では逆にト
ランジスタ１１がオン状態で、トランジスタ１０ａ、］
、Ｏｃはオフ状！序であり、トランジスタ１０ｂがオン
・オフ動作を繰り返し、前記１１〜し２間と同様の動作
３行う。

このようにして放電灯３゛に流れる電流工２は、トラン
ジスタ１０ｃ、１０ｄが交互にオン１−るごとにより極
性を反転されるわけであるが、放電灯３゛に並列接続さ
れたコンデンサ１２により高周波成分がバイパスされ、
放電灯３゛には高周波リップルを含有した短形波状の交
流が流れることになる。これは例えば放電灯３゛がメタ
ルハライドランプや水銀灯のような高圧放電灯である場
合には、高周波電力が供給されると、いわゆる音響的共
ｎ、５現象による放電の不安定が生じるため、放電灯３
°には高周波成分が多く流れないようにしたものである
。

このような高周波点灯装置において、放電灯３゛として
第３図に示すような始動用のバイメタルスイッチを内蔵
した放電灯３を用いると、バイメタルスイッチ６がオフ
したときに、チョークコイル２″の蓄櫃エネルギーは、
チョークコイル２°、並列コンデンサ１２．トランジス
タ１０Ｃ（又は１（Ｍ）、ダイオード１１ｄ（又は１１
ｃ）、チョークコイル２′の経路にて放出され、放電灯
３の両端には高電圧が印加されない。また、高周波バイ
パス用のコンデンサ１２が接続されていない場きにおい
ても、第３図に示すチョーク式点灯装置におけるチョー
クコイル２に比べると、第４図に示す高周波点灯装置に
おけるチョークコイル２′のインダクタンス値は非常に
小さいため、バイメタルスイッチ６がオフした瞬間に生
じる逆起電圧も小さく、放電灯３を点灯させることが出
来ない。

そこでこのような場合には、第６図に示すように放電灯
３と直列に始動用の高電圧発生装置Ｚ１．５を接続する
ことが必要となる。高電圧発生装置１５は、例えば抵抗
１６とコンデンサ１７の時定数回路にてコンデンサ１７
を充電し、コンデンサ１７に充電されたエネルギーを、
スイッチ１８がオンされた瞬間に、パルストランス１つ
の一次巻線に放出し、パルストランス１つの巻数比に応
じた高電圧とパルストランス１つの２次巻線に発生させ
るものである。このような回路で、始動用のバイメタル
スイッチ内蔵型の放電灯３を始動させる場合には、電源
投入直後においてはバイメタルスイッチ３がオン状憩で
あるから、負荷として発光管４の代わりに第３図のヒー
タ抵抗５が接続されることになるが、発光管４を点灯さ
せるためにはこのヒータ抵抗５に充分に電流を流して、
できるだけ早くバイメタルスイッチ６をオフさせる必要
がある。なぜなら、バイメタルスイッチ６がオンである
間は、発光管４の両端には高圧パルスが印加されず、放
電灯３を始動することができないからである。

ところで第４図回路における制御回路１４は、電源変動
や放電灯のインピーダンス変化等によってランプ電流が
増加すると、トランジスタ１０ａ又は１０ｂのオンデユ
ーテイを小さくし、逆にランプ電流が減少するとオンデ
ユーテイが大きくなるように制御するように構成されて
いる。高圧放電灯の始動直後においては放電灯のインピ
ーダンスは非常に小さくなり、ランプ電流が大きくなる
ので、トランジスタ１０ａ、１０ｂのオンデユーテイは
小さくなる。その後、定常点灯に近づくにつれて、高圧
放電灯のインピーダンスは大きくなり、トランジスタ１
０ａ、１０ｂのオンデユーテイも大きくなっていく、こ
のように、第４図の高周波点灯装置におけるトランジス
タ１０ａ、１０ｂのオ〉・期間は、負荷のインピーダン
スの上昇と共に長くなってくるが、オンデユーテイには
上限があり、あるインピーダンス以上ではオン期間は一
定となり、ランプ電流が減少していく、すなわち、オン
デユーテイの上限は理論的には１００％であるが、実際
にはトランジスタの容量等を勘案して１００％以下の適
当な値に設定されている。一方、ヒータ抵抗５の抵抗値
は一最に定常点灯中の放電灯の等価インピーダンスに比
べるとかなり大きいため、ヒータ抵抗５に流れる電流は
少なくなり、バイメタルスイッチ６をオフさせるのに時
間がかかつてしまうという問題がある。また、バイメタ
ルスイッチ６を早くオフさせるのに充分な電流を流れさ
せようとするには、トランジスタ１０ａ、１０ｂのデユ
ーティ制御を非線形的に行なう必要があり回路構成も複
雑になる。さらに、点灯中にランプの等価インピーダン
スが上昇してランプ電圧が上昇していくような放電灯で
ある場きは、ランプの等洒インピーダンスがヒータ抵抗
５のインピーダンスと同程度になることがあるが、もし
ヒータ抵抗５に充分大きなｔ　Ｆｆｆ、を流すように制
御していると、ヒータ抵抗５のインピーダンスと同程度
のインピーダンスを有する放電灯負荷の場きにも、大き
なランプ電流が流れることになり、ランプ電力が非常に
大きくなって、ランプやトランジスタの破損等が生じる
おそれがあった。

〈発明の目的） 本発明は上述のような点に濫みてなされたものであり、
その目的とするところは、半導体スイッチング素子を用
いた周波数変換回路を有する放電灯点灯装置と、始動用
のバイメタルスイッチを内蔵する放電灯との組み会わせ
によって生じる始動の遅延等の不部会を解消することに
ある。

（発明の開示） 本発明は、第１図、第２図及び第４図に示すように、半
導体スイッチング素子を用いた周波数変換回路を含む点
灯装置により、始動用バイメタルスイッチ６を内蔵する
放電灯３を点灯せしめる放電灯点灯装置において、前記
放電灯３の両端に、前記始動用バイメタルスイッチ６の
開時にオフとなるスイッチ２１と直流電源２０のような
電源要素との直列回路を接続し、前記スイッチ２１のオ
フ時に前記周波数変換回路を動ｆヤ開始させる回路を設
けて成るものである。

このように本発明にあっては、始動用バイメタルスイッ
チ６を内蔵する放電灯３の両端に、始動用バイメタルス
イッチ６の開時にオフとなるスイッチと電源要素との直
列回路を接続したから、電源投入後、放電灯３に内蔵さ
れたバイメタルスイッチ６を電源要素からの給電により
強制的にオフさせることができ、したがって、放電灯３
の始動を速やかに行うことができるものである。

以下、本発明を図示実施例について説明する。

及１匠二 第１１図は本実施例の要部回路図を示すものである。図
中、Ａ点及びＢ点は、第４図の回路におけるトランジス
タ１０ａ、１０ｄの接続点Ａ、及び、トランジスタ１０
ｂ、１０ｅの接続点Ｂにそれぞれ対応している。高電圧
発生装置１５の構成については、第６図に示したものと
同様である。

本実施例にあっては、放電灯３の両端に直流電源２０と
スイッチ２１、電流検出素子２２の直列回路を接続して
いる。スイッチ２］は電源投入直後にＪ３いてはオン状
態であり、このときバイメタルスイッチ６はオンしてい
るので、直流電源２０、バイメタルスイッチ６、ヒータ
抵抗５、電流検出素子２２、スイッチ２１の閉回路にて
電流が流れる。この電流によりヒータ抵抗５が発熱し、
バイメタルスイッチ６がオフすると、スイッチ２１は電
流検出素子２２により電流が流れなくなったことを検出
してオフする。第４図回路のトランジスタ１０ａ〜１０
ｄは電流検出素子２２によりバイメタルスイッチ６がオ
フし、バイメタルスイッチ６に電流が流れなくなったこ
とを検出してから動作を開始するように制郊される。

以上のように本実施例にあっては、直流電源２０により
ヒータ抵抗５に通電し、バイメタルスイッチ６を速やか
にオフさせることにより、一般のバイメタルスイッチを
有さない放電灯の場合と同じ条件で始動さ亡ることがで
き、始動をスムーズに行うことができるものである。ま
た、点灯装置の動作をバイメタルスイッチ６がオフして
から開始させていることにより、バイメタルスイッチ６
がオフする時のノイズの発生も防止することができる。

人道１ｍ１２ 第２図は本発明の池の実施例の要部回路図である０本実
施例は第１図回路における電流検出素子２２を、具体回
路により構成した例を示す。まず、電源投入直後にコン
デンサ２つと抵抗３０がら成る微分回路の出力により、
Ｄ型フリップフロップ３１のデータセント入力端Ｓは一
瞬“Ｈ”レベルとなり、フリップフロップ３１の出力０
は゛°Ｌ′°レベルにリセットされる。この出力口はフ
リップフロップ３１のクロック入力端ＣがＬ°“レベル
から°“ト１”レベルに立ち上がった瞬間に”Ｈ“ルベ
ルに反転し、以後電源がリセットされるまで°“Ｈ”レ
ベルを維持する。リレー接点２１°は、電源投入時には
オン状層であるが、フリップフロップ３１の出力Ｏが°
°Ｈ°“レベルとなり、抵抗３２を介してトランジスタ
３３にベース電流が流れ、トランジスタ３３がオンして
、リレー巻線３５に励磁電流が流れるとオフする。電源
投入後にバイメタルスイッチ６がオン状層である間は、
トランス２３の一次側に電流が流れ、トランス２３の二
次鋸に発生した電圧はダイオード２４、コンデンサ２５
、抵抗２Ｇを介してトランジスタ２７にベース電流を供
給し、トランジスタ２７をオンさせる。このとき、抵抗
２８と；・ランジスタ２７との接続点（フリップフロッ
プ３１のクロック入力端Ｃ）は“Ｌ゛レベル状態である
。そして放電灯に内蔵されたヒータ抵抗５の発熱により
バイメタルスイッチ６がオフし、トランス２３の一次側
に電流が流れなくなると、１−ランジスタ２７はオフし
、フリップフロップ３１のクロック入力端Ｃは“Ｌ”レ
ベルから°’１１”レベルに立ち上がり、フリップフロ
ップ３１の出力口は゛トＩ”レベルに反転する。そして
トランジスタ３３がオンし、リレー巻線３５に励磁電流
が流れ、リレー接点２１′がオフする。一方、電源投入
直後にオフ状態であるリレー接点３８をコンデンサ９の
子端子とトランジスタ１０ａとの間に接続し、フリップ
フロップ３１の出力○が“Ｈ”レベルとなり、トランジ
スタ３３がオンした瞬間に、リレー巻線３６に励磁電流
が流れ、リレー接点３８がオンとなることにより、点灯
装置が動作開始するように構成している。なお、リレー
巻線３５．３６には通電方向とは逆方向にダイオード３
４．３７を並列接続して、逆起電力の発生を防止してい
るものである。

実施例の説明においては、放電灯点灯装置としてＩ・ラ
ンジス２４石を用いたフルブリッジインバータ回路の例
を示したが、点灯装置の構成は特にこれに限定するもの
ではなく、トランジスタ２石を用いたハーフブリッジイ
ンバータや、トランジスタ１石式のチョッパ一式点灯回
路であってもよい、また、バイメタルスイッチのオフを
検出する方法としては、バイメタルスイッチに流れる電
流を検知する方法以外に、電源投入後、バイメタルスイ
ッチが開くまでの一定時間の経過を計時するタイマー回
路を用いて検出してもよい。

（発明の効果） 以上のように本発明にあっては、始動用バイメタルスイ
ッチを内蔵する放電灯の両端に、始動用バイメタルスイ
ッチの開時にオフとなるスイッチと電源要素との直列回
路を接続したから、電源投入後、放電灯に内蔵されたバ
イメタルスイッチを電源要素からの給電により強制的に
オフさせることができ、したがって、放電灯の始動を速
やかに行うことができるという効果があり、また、本発
明にあっては、バイメタルスイッチがオフしてがら周波
数変換回路を動作開始させるようにしたから、バイメタ
ルスイッチがオフするときのノイズ発生を防止できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部回路図、第２図は本発
明の池の実施例の要部回路図、第３図及び第４図はｂ′
Ｃ来例の回路図、第５図は同上の動作説明図、第６図は
他の従来例の回路図である。 ３は放電灯、４は発光管、５はヒータ用抵抗、６はバイ
メタルスイッチ、１５ａ〜１５ｃｌはトランジスタ、２
０は直流電源、２１はスイッチ、２１°、３８はリレー
接点、２２は電流検出素子である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体スイッチング素子を用いた周波数変換回路
   を含む点灯装置により、始動用バイメタルスイッチを内
   蔵する放電灯を点灯せしめる放電灯点灯装置において、
   前記放電灯の両端に、前記始動用バイメタルスイッチの
   開時にオフとなるスイッチと電源要素との直列回路を接
   続し、前記スイッチのオフ時に前記周波数変換回路を動
   作開始させる回路を設けて成ることを特徴とする放電灯
   点灯装置。