JPS6337954B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高圧放電灯を負荷としたサイリスタ
位相制御方式の放電灯点灯装置に関するものであ
る。

サイリスタ位相制御方式の放電灯点灯装置の基
本回路構成を第１図に示す。第１図中L₁は主限
流用のチヨーク、L₂は再点弧電圧上昇防止用の
チヨーク、S₁はトライアツク、Lpは高圧放電灯、
Ａは制御部であり、ACは商用電源である。この
基本回路は、ランプ電圧Ｖ１ａを検出して、トラ
イアツクS₁の位相角θを決める方式でこれによ
り、高圧放電灯Lpの点灯に際し定電力性あるい
は定電圧性を達成しようとするものである。この
第１図の基本回路におけるランプ電圧Ｖ１ａと位
相角θとの関係を第２図に示す。かくて制御部Ａ
により第２図に示す制御を行ない定電力あるいは
定電圧性を達成する高圧放電灯Lpの点灯動作に
ついて以下簡単に説明する。ここで位相角θは第
３図に示しているように電源電圧Vsに対するト
ライアツクS₁の点弧位相を表わしている。

第４図は第１図の基本回路構成の具体的な回路
を示しているものである。同図中Ｔはトランス、
DB₁，DB₂はダイオードブリツジ、R₁〜R₆及び
Ra，Rbは抵抗、ZD₁は定電圧ダイオード、C₁，
C₂はコンデンサ、PTはトリガ用のパルストラン
ス、D₁，D₂はダイオード、S₂はPUT（プログラ
マブル・ユニジヤンクシヨン・トランジスタ）で
ある。この第４図回路の定常点灯の動作を第６図
の各部波形について述べる。第６図中、イは電源
電圧Vs、ロはランプ電圧Ｖ１ａ、ハはランプ電
流Ｉ１ａ、ニはコンデンサC₁の電圧、ホはR₅の
電圧、ヘはS₁のab間の電圧でゲートトリガ電圧
である。まず第６図中時刻t₁においてトライアツ
クS₁はオフであるが、AC−L₂−L₁−Lpの閉回路
でランプ電流Ｉ１ａが流れはじめ、時刻t₂ではコ
ンデンサC₁の電圧とランプ電圧Ｖ１ａの検出電
圧Vc₂を抵抗R₄，R₅で分圧した抵抗R₅両端の比
較電圧との交点でPUTS₂がオンしてC₁−S₂−PT
の閉回路でコンデンサC₁の電荷が放出され、パ
ルストランスPTによりトライアツクS₁にトリガ
を与える。かくてトライアツクS₁はオンして、
AC−S₁−L₁−Lpの閉回路でランプ電流Ｉ１ａが
流れる。この後トライアツクS₁はランプ電流Ｉ１
ａがゼロとなる付近でオフとなり、前述した動作
をくりかえす。

ここで高圧放電灯Lpが高圧ナトリウム灯の場
合について動作を述べる。このランプは静的には
正特性を示し、動的には負特性を示すもので、通
常ではなんらかの方法でランプ電流Ｉ１ａを徐々
に増加するとランプ電圧Ｖ１ａも同様に上昇する
が、電源電圧Vsの変動で急激に電源電圧Vsが低
下したときは、ランプ電流Ｉ１ａが減少するにも
かかわらずランプ電圧Ｖ１ａが上昇する現象が生
じ負特性を示すことになる。この高圧ナトリウム
灯を用いて定電力あるいは定電圧による高圧放電
灯Lpの点灯を行なうにはランプ電圧Ｖ１ａの上
昇に従いランプ電流Ｉ１ａを減少させるように位
相角θを遅らせ、トライアツクS₁の導通期間を狭
くするように制御すればよい。第２図がその制御
の例である。この制御について第４図回路により
具体的に動作を述べる。ランプ電圧Ｖ１ａが上昇
するとコンデンサC₂の電圧が上がりそのため抵
抗R₅の両端の比較電圧も上がる。一方トライア
ツクS₁のオン位相角θは、コンデンサC₁の電圧
と抵抗R₅の電圧との交点で決定されるから、こ
のとき抵抗R₅の電圧が高いため位相が遅れる方
向へ動作し、ランプ電流Ｉ１ａは減少してランプ
電圧Ｖ１ａの上昇をおさえ、適当な位相角θでラ
ンプ電圧Ｖ１ａは安定する。このようにランプ電
圧Ｖ１ａの変化に応じて位相角θが変化し、所定
の性能を達成することができる。

しかしながら上述のように静的には正特性を示
すため安定な動作を行なうが動的には極めて不安
定な状態となることがある。つまり電源電圧Vs
が急激に低下したとき、ランプ電圧Ｖ１ａは一時
的に上昇する。ランプ電圧Ｖ１ａが上昇すると抵
抗R₅両端の比較電圧が上がり、位相角θが遅れ
る方向へ動き、位相角θが遅れることによりトラ
イアツクS₁の導通期間が狭くなり、ランプ電流Ｉ
１ａが減少するからさらにランプ電圧Ｖ１ａが上
昇する。またトライアツクS₁の休止期間の増大に
ともないAC−L₂−L₁−Lpの閉回路が流れる期間
が増え、ランプ電流Ｉ１ａの立上がりがゆるやか
になり、このためランプ電圧Ｖ１ａの再点弧電圧
が高くなつてくる。このような悪循環をくりかえ
すとついにはランプ電圧Ｖ１ａは異常電圧値まで
上昇することにより高圧放電灯Lpが立消えに至
る。即ち第２図中の破線で示す方向へ位相角θが
動くのである。

このように高圧放電灯Lpを、ランプ電圧Ｖ１
ａの変化によつて位相角θをかえて定電力あるい
は定電圧化して点灯しようとする位相制御方式の
放電灯点灯装置にあつては、高圧放電灯Lpが動
的に負特性を示す傾向のランプの場合、電源電圧
Vsの急激な変動に弱く立消えしやすい欠点があ
つた。又働程中のランプ電圧Ｖ１ａの上昇にり、
トライアツクS₁の休止期間が増え、再点弧電圧が
高くなり非常に電源電圧Vsの変動に弱くなる問
題もある。第５図に立消えの状態を示す。同図中
ランプ電圧Ｖ１ａの実線は定常時で、破線は電源
電圧Vsの低下により変動した状態であり、ラン
プ電圧Ｖ１ａの再点弧電圧Vp′が電源電圧Vsに接
するとランプ不点となるものであり、この状態を
立消えという。

次に上述の立消えを生じにくくする従来の方法
について説明する。即ちこの立消えをしにくくす
る方法として、(a)第２図においてランプ電圧Ｖ１
ａに対する位相角θの関係をにぶくする、つまり
傾きを急にしてランプ電圧Ｖ１ａの変化に対して
位相角θの変化を第２図の場合より少なくする方
法。及び(b)全体のランプ電圧Ｖ１ａの値を低く設
定する方法等が考えられ、第７図にそのランプ電
圧Ｖ１ａと位相角θの関係を示す。かくて上記(a)
は第７図中のに対応し、上記(b)は同図中のに
対応し、また同図中のは第２図と同じ特性を比
較のために示したものである。まず上記(a)の方法
においては立消えに対しては、ランプ電圧Ｖ１ａ
の急激な上昇に対して位相角θは第２図の制御の
場合と比べあまり動かないから立消えはしにく
い。しかし定電圧性は悪く、各電圧放電灯Lp毎
のランプ電圧Ｖ１ａのばらつきを吸収してランプ
電圧Ｖ１ａをほぼ一定にすることは達成しにくい
方向となる。これに相反するものとして第７図
の制御があり、このものは同図、即ち第２図の
制御の場合と比べ立消えに関しては不利な方向で
あるが、ランプ電圧Ｖ１ａをほぼ一定にすること
ができる。つぎに(b)について述べる。第７図の
ように全体的にランプ電圧Ｖ１ａを低くなるよう
にランプ電圧Ｖ１ａと位相角θとの関係を設定す
ると、ランプ電圧Ｖ１ａが低いからと同じ傾き
をもつていても立消えしにくく、又定電圧性も
と同様な傾向となるが、ランプ電圧Ｖ１ａが全体
的に低いため、ランプ電圧Ｖ１ａの大小によつて
色温度が変化する高圧ナトリウム系のランプで
は、ランプ電圧Ｖ１ａが低いと色温度が低く各高
圧放電灯Lp間のばらつきが色温度の差を拡大し、
各高圧放電灯Lp間の色のばらつきを生じること
がある。ここで一般の高圧ナトリウム灯の蒸気圧
を上昇していくと発光スペクトルが可視全域にわ
たつて広がり、色温度が高くなり演色性も著しく
改善される。このようにしてできたランプも一般
の高圧ナトリウム灯の場合と同様にランプ電圧及
び発光特性が発光管の最冷部温度とともに変化す
るという飽和蒸気圧形放電灯特有の弱点をもつて
おり、このために色温度と強い相関のあるランプ
電圧をある設定した値にほぼ一定になるように点
灯装置で行ない、色温度（演色性も含まれる）を
一定にするため定電圧性を達成しようとするもの
である。従つて上記(b)の方法では一応の定電圧性
が得られて色温度も一定化されるのであるが、反
面色温度が低いと色のばらつきが顕著に認められ
ることになり、上述のように各高圧放電灯Lp間
のランプ電圧のばらつきが色温度の差を拡大する
こともあつて、各高圧放電灯間の色のばらつきが
生じる。以上のように従来の制御方法では立消え
を防止すればランプ電圧Ｖ１ａのばらつきが大き
くなり、各高圧放電灯Lp間の色のばらつきが生
じ、立消えと定電圧性とは相反しどちらかを犠牲
にする必要があつた。

本発明は上述の点に鑑みて提供したものであつ
て、高圧放電灯間における色のばらつきを少なく
ししかも立消えのおそれを防止した放電灯点灯装
置を提供することを目的とするものである。

以下本発明の一実施例を図面により詳述する。
第８図は本発明の一実施例におけるランプ電圧Ｖ
１ａと位相角θとの関係を示す特性図である。か
くてこの第８図においては、ランプ電圧Ｖ１ａが
比較的低いところでは定電圧性を良くするため
に、特性曲線の傾斜をゆるやかにしてランプ電圧
Ｖ１ａの少しの変化に対して位相角θが大きく動
き、ランプ電圧Ｖ１ａがほぼ一定になるように制
御し、さらにランプ電圧Ｖ１ａが第８図中の線
XYを越えると特性曲線の傾斜が急になるように
制御するものであり、このような制御機能を制御
部Ａが有するようにする。即ち電源電圧Vsが急
激にダウンした場合、ランプ電圧Ｖ１ａが上昇す
るため、位相角θは遅れるが、本発明では位相角
θは遅れるもののこのランプ電圧Ｖ１ａの変化に
対する位相角θの変化は少ないため、ランプ電圧
Ｖ１ａの上昇する度合が制御系のにぶさによつて
低減し、立消えを防止することができるのであ
る。又、働程中のランプ電圧Ｖ１ａの上昇によつ
て線XYを越えた場合、定電圧性は悪くなる傾向
にあるが、ランプ電圧Ｖ１ａが高くなる方向は色
のばらつきを感じにくい傾向にあるため、これも
問題を生じることがないのである。

第９図は上述の第８図の制御を得るための第１
の実施態様における具体回路例である。同図中
S₃，S₄はトランジスタであり、その他は第４図回
路と同様である。以下第９図回路について定常点
灯動の動作を簡単に説明する。ここでトランジス
タS₃，S₄及びその周辺の素子以外は第４図回路と
同じ動作を示すものであるから、以下このトラン
ジスタS₃，S₄について動作を説明する。第８図特
性のランプ電圧Ｖ１ａが線XY以下のときは、ツ
エナーダイオードZD₂のツエナー電圧を抵抗R₉の
両端電圧V_R9が越えてないからトランジスタS₃，
S₄はオフであり、コンデンサC₁の充電は抵抗R₇
及びR₂の合成抵抗値できまり、基準電圧Vc₁は第
６図のニと同様な波形を示す。ランプ電圧Ｖ１ａ
が線XY付近になると、ツエナーダイオードZD₂
はオンして徐々にトランジスタS₄のベース電流が
増え、トランジスタS₃も動作し、抵抗R₇をバイ
パスするようにトランジスタS₃のエミツタ・コレ
クタ間に電流が流れはじめ、抵抗R₇，R₂の合成
抵抗が実質的に小さくなつていく。これによりコ
ンデンサC₁の充電時間がはやまり、基準電圧Vc₁
の波形は立上つてくる。そしてトランジスタS₃が
完全にオフすると基準電圧Vc₁はほぼコンデンサ
C₁と抵抗R₂できまることになる。このトランジ
スタS₃がオフのときとトランジスタS₃が完全にオ
ンしたときとの基準電圧Vc₁の波形を第１１図に
示す。この第１１図においてイはトランジスタS₃
がオフのときでR₇−R₂−C₁−PTの回路でコンデ
ンサC₁が充電された基準電圧Vc₁の波形、同図ロ
はトランジスタS₃がオンのときでS₃−R₂−C₁−
PTの回路でコンデンサC₁が充電されたときの基
準電圧Vc₁の波形であり、トランジスタS₃のオ
ン・オフにより第８図の制御を達成しようとする
ものである。

つまり第１１図において、イはロに比べ基準電
圧Vc₁の傾きはゆるやかである。PUTS₂のゲー
ト電圧である比較電圧V_Gの変化を△v_G（これはラ
ンプ電圧Ｖ１ａの変化に比例）とすると、位相角
θは△θa動き、ロと比べ位相角θの変化は大き
い。このことはランプ電圧Ｖ１ａの変化を敏感に
受けて、例えばランプ電圧Ｖ１ａが下がると位相
角θは進んでトライアツクS₁の導通期間を大きく
してランプ電流Ｉ１ａを増大し、ランプ電圧Ｖ１
ａが上昇する方向へフイードバツクがかかること
を示している。このためランプ電圧Ｖ１ａはほぼ
一定になるのである。一方ロはイと比べランプ電
圧Ｖ１ａの変化に対してイの場合ほど敏感ではな
く、ランプ電圧Ｖ１ａが上昇してきた位相角θの
変化をにぶくし、ランプ電圧Ｖ１ａ上昇→ランプ
電流減少→位相角拡大、再点弧電圧上昇→ランプ
電圧Ｖ１ａ上昇という悪循環がなくなり、第８図
の破線の状態である立消えの状態を防止する。

第１０図は第９図具体回路におけるＢ部分（基
準電圧発生部）について他の具体的な回路例であ
る。かくてこの第１０図回路は、コンデンサC₁
と並列に抵抗R₁₅，R₁₆を接続してトランジスタ
S₆，S₅をオン又はオフすることにより上記第９図
回路と同様に基準電圧Vc₁を変化させる。つまり
ランプ電圧Ｖ１ａが第８図中の線XY以下のとき
はトランジスタS₆がオフ、トランジスタS₅がオン
で第１１図イの動作をするようにコンデンサC₁
と並列に抵抗R₁₅が接続され、ランプ電圧Ｖ１ａ
が高くなるとトランジスタS₆がオン、トランジス
タS₅がオフで第１１図ロの動作をするようにコン
デンサC₁と並列に抵抗（R₁₅＋R₁₆）が接続され、
第９図回路と同様な電圧Vc₁を得ることができ
る。

第１２図は前述の第８図の制御を得るための第
２の実施態様における具体回路例である。同図中
S₃はトランジスタであり、その他は第４図回路と
同様である。以下第１２図回路について定常点灯
後の動作を簡単に説明する。ここでトランジスタ
S₃及びその周辺の素子以外は第４図回路と同じ動
作を示すものであるから、以下このトランジスタ
S₃について動作を説明する。第８図特性のランプ
電圧Ｖ１ａが線XY以下のときはツエナーダイオ
ードZD₂のツエナー電圧を抵抗R₁₀の両端電圧が
越えていないからトランジスタS₃はオフであり
PUTS₂のゲートの抵抗は抵抗R₇及びR₅の合成抵
抗値できまり、比較電圧V_Gは第６図のホと同様
な波形を示す。ランプ電圧Ｖ１ａは線XY付近に
なると、ツエナーダイオードZD₂はオンして徐々
にトランジスタS₃のベース電流が増え、抵抗R₈
を介して抵抗R₇に流れる電流をバイパスするよ
うになり、抵抗R₅，R₇部分の合成抵抗が実質的
に小さくなつていく。かくてランプ電圧Ｖ１ａと
PUTS₂のゲート電圧である比較電圧V_Gとの関係
は第１３図のようになる。つまり線X′Y′を越え
るとPUTS₂のゲート部の抵抗が小さくなり、ラ
ンプ電圧Ｖ１ａの変化に対して比較電圧V_Gの変
化は小さくなる。位相角θは基準電圧Vc₁と比較
電圧V_Gとの交点できまるから、比較電圧V_Gの変
化度合がランプ電圧Ｖ１ａに対して小さくなつて
位相角θの動きはにぶくなり、ランプ電圧Ｖ１ａ
が線XY以下の値の定電圧性と比べ若干悪くなる
が立消えに対して強い方向へ動作する。

第１４図は第９図回路のＤ部（ランプ電圧検出
部）について他の具体的な回路例を示している。
ランプ電圧Ｖ１ａが第８図の線XY以下のとき
は、トランジスタS₅がオフ、トランジスタS₄がオ
ン、トランジスタS₆がオンでコンデンサC₂の電
圧は抵抗R₄とR₅で分担される。ランプ電圧Ｖ１
ａが線XY以上になるとトランジスタS₅がオン、
トランジスタS₄がオフ、トランジスタS₆がオフと
なり、コンデンサC₂の電圧は合成抵抗（R₁₁＋
R₄）と抵抗R₅で分担され、比較電圧V_Gはランプ
電圧Ｖ１ａが低いとき、ランプ電圧Ｖ１ａの変化
を敏感に受けて位相角θを変化させ、ランプ電圧
Ｖ１ａが高くなると位相角θの変化はにぶく、第
１２図回路と同様な動作を示す。なお第１２図及
び第１４図回路において各第９図及び第１１図の
トランジスタS₃〜S₆へのパワーはランプ電圧を検
出した側から供給している。

本発明は上述のようにランプ電圧が比較的低い
ときランプ電圧の変化に対して位相角が大きく変
化しランプ電圧が高いときランプ電圧の変化に対
して位相角が小さく変化するように制御部を構成
したので、色温度のばらつきが目だちやすい低い
ランプ電圧時には適正な制御が行なえ、しかも高
いランプ電圧時における立消えを確実に防止する
ことができる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の基本回路図、第２図は同上の
ランプ電圧に対する位相角の制御特性図、第３図
は同上の電源電圧と位相角との関係説明図、第４
図は従来例の具体回路例図、第５図は電源電圧と
ランプ電圧との関係を示す波形図、第６図イ〜ヘ
は第４図回路のタイムチヤート、第７図は同上の
ランプ電圧に対する位相角の制御特性の各態様例
を示す説明図、第８図は本発明実施例によるラン
プ電圧に対する位相角の制御特性図、第９図は本
発明の第１の実施態様による具体回路例図、第１
０図は同上の他の具体回路例の要部回路図、第１
１図イ，ロは第９図回路の動作説明図、第１２図
は本発明の第２の実施態様による具体回路例図、
第１３図は同上のランプ電圧に対する比較電圧の
関係特性図、第１４図は同上の他の具体回路例の
要部回路図であり、ACは商用電源、L₁はチヨー
ク、S₁はトライアツク、Lpは高圧放電灯、V_Gは
比較電圧、Ｖ１ａはランプ電圧、Vc₁は基準電
圧、Ａは制御部、θは位相角である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 商用電源に主限流用のチヨークとトライアツ
   クのような制御極付サイリスタと高圧放電灯との
   直列閉回路を接続して主回路を構成し、制御部に
   設けた比較回路により高圧放電灯両端のランプ電
   圧に対応する比較電圧を、電源電圧を安定化した
   基準電圧に対し比較検出して上記制御極付サイリ
   スタの位相角をランプ電圧の上昇に対して上昇を
   抑制する方向に制御するようにした放電灯点灯装
   置において、ランプ電圧が比較的低いときランプ
   電圧の変化に対してランプ電圧をほぼ一定にする
   ように位相角を大きく変化しランプ電圧が高いと
   きランプ電圧の変化に対して位相角を小さく変化
   するように制御部を構成したことを特徴とする放
   電灯点灯装置。 ２ ランプ電圧に応じて制御部の基準電圧を変化
   させることによりランプ電圧に対する位相角の制
   御を非線形化して成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 制御部の比較電圧をランプ電圧に対する位相
   角の制御を非線形化して成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。