JPS6338837B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は螢光ランプ等の放電灯のスタータに半
導体スイツチを用いた放電灯点灯装置の改良に関
する。 従来より半導体を用いたスタータが種々提唱さ
れているが、その中の一つに第１図に示す非直線
性誘電体素子とサイリスタを使用した方式があ
る。 すなわち、第１図において、１は両端にフイラ
メント１０１ａ，１０１ｂを有したランプ、２は
誘導性安定器、３は第１の半導体スイツチで、逆
阻止３端子サイリスタ３０１、SBS、ダイアツク
等のトリガ素子３０２、分圧ゲート回路抵抗３０
３ａ，３０３ｂおよび平滑コンデンサ３０４で構
成されている。４は非直線性誘電体素子（以下素
子という）、５は雑音防止コンデンサ、Ｕ，Ｖは
電源端子を示す。 上記の構成において、電源端子Ｕ−Ｖ間に交流
電圧 ^eUVを第２図ａの点線波形の如く印加する
と、起動初期においては、サイリスタ３０１が電
源の正半サイクルの適当な位相θ₁でターンオン
し、安定器２−フイラメント１０１ａ−サイリス
タ３０１−フイラメント１０１ｂを通つて電流が
流れフイラメント１０１ａ，１０１ｂが予熱され
る。予熱電流が流れた後、電源電圧負半サイクル
の位相θ₂でサイリスタ電流が零となつてサイリス
タ３０１はターンオフする。この時素子４の電圧
が零で電源電圧 ^eUVが負の波高値近傍にあるか
ら、安定器２を介して素子４が図示極性に充電さ
れる。 ここで素子４は、その電圧Ｖと蓄積電荷量Ｑと
の関係が第３図に示すような可飽和特性を有して
いる。よつて電源電圧波高値以下で非直線領域
（図の飽和電圧（E_S）以上の領域に入るよう素子
特性を選定すれば、素子４への充電電流は、電圧
が非直線領域に入つた時点で、急激し、かつ安定
器２に誘導性安定器を使用しているので、素子４
の充電電圧は急上昇し、第２図ａで示すような電
源電圧波高値よりもはるかに高いパルス状電圧
V₂₁となつて、ランプ１に印加される。パルス発
生後はサイリスタ３０１が再度ターンオンするま
で電源電圧 ^eUVがランプ１には印加される。 以後ランプ１が点灯開始するまでこの状態が続
く。ランプ１は上記予熱電流によりフイラメント
１０１ａ，１０１ｂが加熱され、かつ正方向電圧
V₁₁と負方向電圧V₂₁により放電を開始する。 ランプ１が点灯すれば、ランプ電圧は電源電圧
より小さくなり、サイリスタ３０１はターンオン
できなくなる。なおランプ電圧は素子４の充電作
用により第２図ａの電圧V₁₂，V₂₂のごとく電源
電圧波高値以上に上昇するが、平滑コンデンサ３
０４の働きにより上記電圧V₁₂ではサイリスタ３
０１はターンオンしない。 以上のようにこの素子とサイリスタを使つたス
タータは、良好な始動性、回路構成が簡素故の低
価格という優秀な特性を備えたものであるが、第
１図そのまゝの回路構成においては、実使用状態
で (1) ランプ消費電力がスタータを回路より切離し
た時に比べ増大すること。 (2) ランプ電圧に起因する素子４への充放電電流
の為、素子４が電歪振動を起し、振動音を発生
すること。 の２つの欠点を生じる。 すなわち、第２図ｂにおいて、ランプ１の再点
弧の際（位相θ₇，θ₈）ランプ電圧の急激な上昇時
に電源から素子４へ充電電流i₂₁が流れ込み、逆
にランプ１が放電開始すると、素子４からランプ
１へ放電電流i₁₁が流れ込む。この放電電流i₁₁に
よりランプ１の消費電力は、素子４を切離した状
態に比べかなり増大する。 上記２点の不都合を解消したものとしては第４
図に示す第２の従来例がある。図中、３は双方向
性の第１の半導体スイツチ、７ａは素子４と並列
に接続されたダイオード、また６１，７ｂは上記
第１の半導体スイツチ３に並列に接続された、抵
抗とダイオードの直列体であり、素子４の放電回
路を形成する。第１の半導体スイツチ３は双方向
性３端子サイリスタ３０５、SBS、ダイアツク等
のトリガ素子３０２、抵抗３０３ａ，３０３ｂ、
コンデンサ３０４からなる。第５図ａはランプ両
端子間電圧波形図であり、これを参照しながら回
路動作を説明する。 起動初期時においては電源電圧 ^eUVの正サイ
クルの位相θ₁でサイリスタ３０５はターンオン
し、安定器２−フイラメント１０１ａ−ダイオー
ド７ａ−サイリスタ３０５−フイラメント１０１
ｂの経路で予熱電流が流れる。そして予熱電流の
零となる電源電圧 ^eUVの負サイクルの位相θ₂で
サイリスタ３０５はターンオフし、その後位相θ₃
にてトリガ素子３０２により再びターンオンし、
素子４へ充電電流がサイリスタ３０５を通じて流
れ込む。 この時素子４は、その電圧Ｖと蓄積電荷量Ｑと
の関係が非線形であるから上記第１の従来例で説
明したごとく電源電圧 ^eUVより高く充電され、
負方向のパルス電圧V₂₁としてランプ１に印加さ
れる。素子４への充電電流が位相θ₄においてサイ
リスタ３０５の保持電流以下になれば、再びサイ
リスタ３０５はターンオフし、以後位相θ₆までラ
ンプ両端には電源電圧が印加される。 位相θ₆においてサイリスタ３０５はターンオン
し、再度予熱電流が流れる。こゝで放電抵抗６１
とダイオード７ｂの働きを説明する。素子４は位
相θ₃において充電されるが、素子電圧が最大電圧
V₂₁に達した後は、抵抗６１、ダイオード７ｂを
通じ、大略ランプ端子間電圧に近似した波形にて
放電する。こゝでサイリスタ３０５に印加される
電圧は、素子４への充電電圧V₂₁と略電源電圧 ^e
UVの差となつて表われるから放電抵抗がない場
合は非常に耐圧の高いサイリスタ３０５が要求さ
れることゝなる。 またダイオード７ｂはサイリスタ３０５がター
ンオフする位相θ₂〜θ₃間に素子４が充電されるの
を防ぎ、素子４を零電位より急激充電させて所要
の高圧パルスV₂₁を得る機能を確保する。 ランプ放電後のランプ電圧は、電源電圧 ^eUV
よりも下がりサイリスタ３０５はターンオンせず
安定した放電状態が続く。又ランプ電圧は、ほと
んどサイリスタ３０５に印加され、素子４の印加
電圧はほぼ零となるので、第１の従来例で説明し
た素子４への充電電流に起因する欠点はなくな
る。しかしながら回路構成上素子４と並列にダイ
オード７ａが接続されているので、パルス発生期
間中の素子４の電圧波形は第５図ｂのごとく正方
向には全く電圧が印加されない波形となる。 この様な直流的な電界中においては、素子４の
誘電体分極は一方向へ片寄り、第３図に示した角
形のヒステリシスループはくずれ、非直線の特性
は失なわれる。すなわち位相θ₄で発生するパルス
高さは非常に低減されてしまう。このためランプ
１の始動が困難となる欠点が生ずる。 そこで、第４図に示した第２の従来例を改善し
たものとして、第６図に示す第３の従来例があ
る。第６図において第４図と異なる所は、素子４
と並列にPNPNスイツチ、SSS等の第２の半導体
スイツチ８を構成する２端子サイリスタを挿入し
た点である。ランプ両端子間電圧波形を第７図ａ
に、素子電圧波形図を第７図ｂに示す。 回路動作として第１の従来例と異なる所は、第
７図ａにおいて、位相θ₁にて半導体スイツチ３
は、安定器２−フイラメント１０１ａ−素子４−
双方向性３端子サイリスタ３０５−フイラメント
１０１ｂのループで流れる電流によりターンオン
する。ターンオン後電源電圧に近い電圧が第２の
半導体スイツチ８の両端に印加される。この電圧
は第２の半導体スイツチ８と並列に接続された素
子４にも正方向電圧V₁₃として印加され、素子４
の角形のヒステリシス曲線を保つ働きをなし、負
方向高圧パルスV₂₁を正常に発生させる。 さて第２の半導体スイツチ８にほぼ電源電圧に
近い電圧が印加されると第２の半導体スイツチ８
は位相θ₁′でターンオンし、こゝで初めて安定器
２−フイラメント１０１ａ−ダイオード７ａ−２
端子サイリスタ８−双方向性３端子サイリスタ３
０５−フイラメント１０１ｂのループでフイラメ
ントを熱する予熱電流が流れる。以後ランプが点
灯すると位相θ₇以后、素子４には、半導体スイツ
チ８の作用でほゞ直流電圧に近い電圧が印加され
るから、第１の従来例に見られた素子４への充放
電電流による欠点および第２の従来例に見られた
素子４への正方向電圧無印加による高圧パルス電
圧V₂₁の低下という欠点はいずれも取り除かれる
が、予熱電流が流れ初める位相θ₁′が位相θ₁に比
べ遅れることによりフイラメント１０１ａ，１０
１ｂの加熱が不充分になり、ランプが点灯しにく
いという新らたな欠点を生じる。 本発明は上記第１、第２、第３の従来例に見ら
れる欠点、すなわち (1) 素子４への充放電電流によるランプ消費電力
の増大、および素子４からの振動音の発生。 (2) 素子４の負側パルス電圧V₂₁の低下。 (3) 予熱電流不足によるランプの始動不良 を一挙に解消する為になされたものである。 以下この発明の実施例を第８図、第９図に基づ
いて説明する。第８図はこの発明になる放電灯点
灯装置の電気回路図で、同図において８は素子４
と直列に接続されかつ第１の半導体スイツチ３に
並列に接続され、素子４の充電回路を形成する
PNPNスイツチ、S.S.S等の２端子サイリスタよ
りなる第２の半導体スイツチ、６はこの第２の半
導体スイツチ８に並列に接続された抵抗６１より
なる素子４の放電回路である。なお上記以外は第
１図に示す従来のものと同様である。また第９図
ａはランプ両端子間電圧波形図、同じくｂは素子
４の電圧波形図である。上記点灯装置の動作を第
８図、第９図を参照しながら説明する。起動初期
においては電源電圧 ^eUVの正サイクルの位相θ₁
でサイリスタ３０１はターンオンし、安定器２−
フイラメント１０１ａ−サイリスタ３０１−フイ
ラメント１０１ｂの経路で予熱電流が流れる。そ
して予熱電流の零となる電源電圧 ^eUVの負サイ
クルの位相θ₂でサイリスタ３０１はターンオフ
し、ランプ両端子間には負の電源電圧が印加され
るが、この電圧は素子４と抵抗６１とで分圧され
る。こゝで抵抗６１に印加される電圧で第２の半
導体スイツチ８（以後２端子サイリスタと称す）
がターンオンする様抵抗６１の値を選定すれば、
２端子サイリスタ８は位相θ₃でターンオンし、素
子４へ充電電流が流れ込む。 この時素子４は非直線の特性をもつから従来例
で説明したごとく、電源電圧 ^eUVより高く充電
され、負方向のパルス電圧V₂₁としてランプ１に
印加される。素子４への充電電流が位相θ₄におい
て２端子サイリスタ８の保持電流以下になれば、
２端子サイリスタ８はターンオフし、以後再びサ
イリスタ３０１がターンオンするまで電源電圧 ^e
UVがランプには印加される。 以後ランプが点灯するまでこの状態が続く。ラ
ンプ１が点灯すれば、ランプ電圧は電源電圧より
も小さくなり、サイリスタ３０１および２端子サ
イリスタ８はターンオン出来なくなりパルス電圧
V₂₁の発生もなく安定した点灯が続く。こゝで素
子４のパルス電圧発生時およびランプ点灯時の電
圧を第９図ｂを参照しながら説明する。パルス電
圧発生時電源電圧が位相θ₅〜θ₆間において、ラン
プ両端子間には電源電圧が印加され、素子４には
抵抗６１と素子４とで分圧された電源電圧の一部
が印加されるから、抵抗値の選定により、電源電
圧が正サイクルの時、素子４にはV₁₃までの正方
向電圧が印加される。 又ランプ点灯後は、第１の従来例の特性を示す
第２図ａで見られた様なランプ再点弧時の素子４
への充放電電流によるランプ電圧の急峻な立上り
（V₁₂，V₂₂）は、抵抗６１のダンピング作用によ
つて非常に緩慢な立上り電圧波形V₁₄，V₂₃とな
つて素子４に現われる。すなわち第１の従来例で
みられた素子４への充放電電流による、ランプ消
費電力の増加、電歪振動による振動音の発生、と
いう問題は非常に低減され実用上障害のないレベ
ルになる。又第２の従来例でみられた素子４の正
電圧が印加されぬが故のパルス電圧V₂₁の低下も
正方向に電圧を印加したことによつて解消され、
かつ第３の従来例で見られた第１の半導体スイツ
チ３の点弧位相の遅れによる予熱電流不足も解消
される。 なお、第２の半導体スイツチ８として、上記実
施例においては２端子サイリスタで説明したが、
SCR、トライアツク等の３端子サイリスタを使
用し、ランプ１両端子間の電圧をそのゲート電圧
としても、上記２端子サイリスタと同等の効果を
奏することは無論である。 第１０図は本発明の別の実施例を示すものであ
る。 同図において上記実施例（第８図）と異なるの
は、第１の半導体スイツチ３として、ダイオード
３０８と２端子サイリスタ３０７の直列体を使用
している。又２端子サイリスタ８と並列に抵抗９
とダイオード７、抵抗６１の直列体を挿入してい
ることである。半導体スイツチ３としてダイオー
ド３０８を挿入した理由は、負側に印加される高
圧パルス電圧V₂₁をブロツクする為である。 この実施例の主旨は、第１の半導体スイツチ３
として使用する２端子サイリスタ３０７と、素子
４と直列に接続された２端子サイリスタ８とを同
一仕様（同一ブレークオーバー電圧）のものが使
用可能となり、製造上有利なものとすることがで
きる点にある。第１１図ａは本実施例のランプ両
端子間電圧波形図、第１１図ｂは素子４の電圧波
形図である。半導体スイツチ３として２端子サイ
リスタを使用する場合は、そのブレークオーバ電
圧V_BOは電源電圧のピーク値（V₁₅）よりも低く、
ランプ電圧のピーク値（V₁₂）よりも高い必要が
ある。すなわち第１１図ａにおいて（V₁₂）＜
（V_BO）＜（V₁₅）である。又充電回路を構成する２
端子サイリスタ８が動作する位相θ₃において、第
８図の回路構成では２端子サイリスタ８には、素
子４と抵抗６１とで分圧された電源電圧の一部が
印加されるから、２端子サイリスタ８のV_BOは電
源電圧ピーク値（V₁₅）よりもかなり低く設定す
る必要がある。 さて上記第１の実施例（第１０図）において
は、位相θ₃において２端子サイリスタ８に印加さ
れる電圧はダイオード７の働きで最大、電源電圧
ピーク値（V₁₅）の２倍の電圧となる。この電圧
は抵抗９の値を適当に設定することにより任意に
選定できるから容易に２端子サイリスタ３０７と
８とを同一特性のものを使用することが可能であ
る。なお抵抗９の代りにコンデンサを挿入しても
同様の効果を得る。本実施例では第１１図ｂに示
すごとく、高圧パルス電圧発生時上記実施例と同
様に素子４に正方向電圧V₁₃が印加され、ランプ
点灯後は素子４には、ほゞ半波の正方向電圧が印
加されるが、抵抗６１および抵抗９のダンピング
作用で素子４への充放電電流は上記第１の実施例
と同様に実用上支障のないレベルとなる。 第１２図はさらに第３の実施例図であり、放電
回路６を抵抗６１とツエナーダイオード９との直
列体となしたものである。 本実施例の主旨は第２の実施例と同様に、第１
の半導体スイツチ３として使用する２端子サイリ
スタ３０７と、素子４と直列に接続された２端子
サイリスタ８とを同一仕様（同一ブレークオーバ
ー電圧）のものが使用可能となり、製造上有利な
ものとすることができる点にある。 本実施例のランプ両端子間電圧波形図は第１１
図ａの如くなる。また第１１図Ｃに素子４の電圧
波形図を示す。 さて実施例（第１２図）において、位相θ₃にお
いて２端子サイリスタ８に印加される電圧はツエ
ナーダイオード９のツエナー電圧Vzを電源電圧
ピーク値（V₁₅）以上に選定すれば、電源電圧ピ
ーク値（V₁₅）の２倍の電圧となるが、ツエナー
電圧Vzをそれより低く選定すれば、２端子サイ
リスタ８に印加される電圧は、電源電圧ピーク値
（V₁₅）の２倍の電圧より低く任意に選定できる。 すなわち第２の実施例と同様に容易に２端子サ
イリスタ３０７と８とを同一特性のものを使用す
ることが可能である。本実施例では第２の実施例
に比べ抵抗９が省略できるので部品点数の減少お
よびランプ１の点灯時に抵抗９で消費される電力
も削減出来る利点がある。 さて第１１図Ｃの如く高圧パルス電圧発生時第
１の実施例と同様に素子４に正方向電圧V₁₃が印
加されるが、この電圧はツエナーダイオード９の
動きで、２端子サイリスタ８がターンオンする位
相θ₃迄、保持しつづけるので素子４は正電位から
充電されるので発生する負方向パルス電圧V₂₁は
第１、第２の実施例よりも高くなる。 またランプ点灯後は素子４には、ほゞ半波の正
方向電圧が印加されるが、抵抗６１のダンピング
作用で充電電流は第１、第２の実施例と同様に実
用上支障のないレベルとなる。 次に上記第１ないし第３の従来例と、上記第１
ないし第３の実施例について、40ワツト形螢光ラ
ンプ（FL−40）を点灯させたときの諸特性を比
較して表−１に示す。 なお、各比較例とも電源電圧（ ^eUV）は
200V50Hz、また共通部品として、素子４は電極
面積230mm²、飽和電圧50V、誘電体厚さ0.45mmの
チタン酸バリウム系コンデンサを用い、安定器２
は誘導性安定器を用い、かつ雑音防止用コンデン
サ５は7000PFのものを使用した。なおまた、ス
タータを回路より切り離した場合のランプ消費電
力（WL）は、各比較例とも38.5Wであつた。

【表】

【表】 表−１の結果から、実施例１、実施例２および
実施例３のものは、各従来例に比較していずれの
特性についても優れていることが判かる。 以上詳述したように本発明は、誘導性安定器に
接続される放電灯を第１の半導体スイツチと非直
線性誘電体素子とで点灯させるようにしたものに
おいて、非直線性誘電体素子にこの素子の充電回
路を成す第２の半導体スイツチを設けるととも
に、その第２の半導体スイツチに並列的に接続さ
れた非直線性誘電体素子の放電回路を設けたの
で、ランプ消費電力の低減、非直線性誘電体素子
からの騒音の軽減、さらにはランプの始動特性の
向上が図れ、これは従来の欠点を悉く改善するも
のであり、その実用的価値は甚大なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の従来例の電気回路図、第２図ａ
は第１図のランプ両端子間電圧波形図、同じくｂ
は非直線性誘電体素子の充放電電流波形図、第３
図は非直線性誘電体素子の電圧−蓄積電荷量のヒ
ステリシス曲線図、第４図は第２の従来例の電気
回路図であり、第５図ａはそのランプ両端子間電
圧波形図、ｂは非直線性誘電体素子の電圧波形図
である。第６図は第３の従来例を示す電気回路図
であり、第７図ａはそのランプ両端子間電圧波形
図、ｂは非直線性誘電体素子の電圧波形図であ
る。第８図は本発明になる放電灯点灯装置の電気
回路図であり、第９図ａはそのランプ両端子間電
圧波形図、ｂは非直線性誘電体素子の電圧波形図
である。第１０図は本発明の他の実施例を示す電
気回路図であり、第１１図ａはそのランプ両端子
間電圧波形図、ｂおよびｃは非直線性誘電体素子
の電圧波形図である。第１２図は本発明の他の実
施例を示す電気回路図である。 図中、１は放電灯、２は誘導性安定器、３は第
１の半導体スイツチ、４は非直線性誘電体素子、
６は放電回路、８は第２の半導体スイツチ。尚、
各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 放電灯１と、この放電灯１に直列に接続され
   る誘導性安定器２と、上記放電灯１に並列に接続
   される第１の半導体スイツチ３とを備え、第２の
   半導体スイツチ８および放電回路６の並列回路と
   非直線性誘電体素子４の直列接続回路を上記第１
   の半導体スイツチ３に並列接続し、上記第２の半
   導体スイツチ８は上記非直線性誘電体素子４の充
   電回路として上記第１の半導体スイツチ３とは逆
   極性方向に接続され、かつ上記放電回路６は上記
   非直線性誘電体素子４の放電回路を形成する放電
   灯点灯装置。 ２ 放電回路６を抵抗体６１としたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の放電灯点灯装
   置。 ３ 放電回路６を抵抗体６１と、この抵抗体６１
   に直列に接続され、かつ、その極性方向は上記第
   ２の半導体スイツチ８とは逆方向に接続されたダ
   イオード７と、これら抵抗体６１およびダイオー
   ド７に並列接続されたインピーダンス素子９とで
   構成した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。 ４ 放電回路６を抵抗体６１と、この抵抗体６１
   に直列に接続され、かつ、その極性方向は上記第
   ２の半導体スイツチ８とは逆方向に接続されたツ
   エナーダイオード９とで構成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の放電灯点灯装置。