JP2004127874A - 放電管の点灯制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流放電管を発生ノイズ少なく、高効率、調光範囲も１０％から１５０％と大幅で安定した点灯制御できるＰＷＭ電流モードのＤＣチョッパー回路を直流放用電管のみならず、一般普及している放電管、水銀灯、メタハラ管、ナトリュウム灯管等の交流放電管に使用しても管へのストレスなく安定点灯可能でしかも調光範囲、高効率、省エネ性、管寿命、低ノイズ発生等の長所を失はない電子安定器の提供。
【解決手段】電流モードのＰＷＭ制御ＤＣチョッパー回路の出力をフルブリッジ型スイッチングの電源にしてそれを数百Ｈｚ以内の低周波周期でスイチングでその負荷に接続してある交流放電管の電極を切り替えながら通電する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
放電管を点灯制御する電子安定器に関する
【０００２】
【従来の技術】
高輝度、高出力のガス入り放電管の点灯回路は交流電源にトランス、チョークコイルによる所謂インピーダンスの電圧制御の銅鉄型の安定器で、その形状および重量も大きく、、電源電圧の変動により大幅に光束、消費電力が変動する等の不安定性や管電圧に適合のためのチョーク、トランス銅損鉄損等のロスの大きさは高輝度、大電力、多灯数使用する場合の省エネ性には問題があるものの、その回路装置の簡便さとから、いまのところ古典的なこの銅鉄型が大半を占めているのが現状である。また最近小ワットの電子安定器も出現し始めているが、なにぶん高周波駆動なので発生ノイズ、高調波発生等の問題で本来必要とされる、大出力型のもの４００Ｗ以上のものは、更にノイズも大きくて、発熱、防湿等の対策費のコストアップ、折角高周波によるスイッチングロスが銅鉄型の鉄損、銅損よりましなものの、その実用化普及には今一歩の現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらを改善すべく、さきに特開平９−８２４８１号、特開平１０−１３４９８２号等で提案した直流チョッパー方式のものや脈流点灯制御装置もあるが（図２）それらは簡便、安価な回路であり、動作基本はＤＣ脈流であり、またかなり低い周波数でチョッパーするのでノイズ発生レベルも問題にならない程度まで低減可能であり、低い周波数でチョッパーするのでスイチングロスも発熱も低く効率も高い。発光効率ルーメンパーワツトで言えば銅鉄型安定器の水銀灯と比べ１９％は確実に高効率で（公的機関の成績表）、なおかつ大幅な自由調光機能と相まって放電管安定器として完成度は高いが、唯一弱点としてその回路は動作上ＰＷＭ電流検知の直流チョッパーによる、一方通行の放電であるため、直流放電管か同様構造で電極の頑丈さと管内電蝕の起きにくい封入ガスの選択等の管への直流対策をしたまたは改造した放電管が必要であつた。これらを従来からの交流点灯用の水銀灯、メタハラ管を使用しても、管へのダメージ問題のなく点灯制御できることが要望されてきた。
折角の小型、軽量、自動出力制御可能、大幅な自由調光、高効率、多数灯の同時制御等も簡単に可能という、数々の時代の要求にマッチした合理的省エネ的制御機能をもちながら惜しいことであった。本発明の回路はその問題を解決し従来の一般交流管をもＰＷＭ安定器の各機能を落とさず、かつ管にもマイルドな使用可能な安定器の開発が課題であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は本発明の構成上の特徴は、前述したような電流検知制御のチョッパー型ＰＷＭスイッチング回路の発生する可変直流電圧の電流制御モードの電源をば、次の低周波で駆動するフルブリジ型インバーターの電源に接続、その負荷に交流放電管を接続し極性を低周波の期間（３０Ｈｚから５００Ｈｚ）でスイッチ回路として放電管極性を短時間で切り替えることによって基本の点灯制御回路であるＰＷＭスイッチ回路の優れた機能、つまり大幅な照度、電力制御（１０％から１５０％）、低ノイズ性、高効率、省エネ性等の各性能を全く損なわずに従来の交流用水銀灯、メタハラ管等全てを管へのストレス無く安定した点灯制御が可能になった。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の作用をまず説明すると制御基本のＰＷＭ定電流制御するチョッパー回路（図２）の作用は放電管の通電開始から管温度上昇に伴う放電電流増加に対応して、自動可変インピーダンス作用するチョークコイル的動作をするともいえる、つまり負特性放電管抵抗に対応する効率のよい直流の電子チョーク機能を発揮するといえる。しかも銅鉄型安定器の銅損、鉄損のエネルギーロスに比べてかなり少ないスイッチングロスで点灯制御出来るのである、またＰＷＭで電流制御し電力、照度を下げ調光するとＰＷＭでパルス巾狭くなるにつれて出力電圧が自動的に上がるので、（図２のＡ点波形は図３のＡ）今までの安定器では考えられない照度、電力とも最低１０％まで下げても安定に点灯継続する。（降圧型チョッパーのインダクタンス７．とＡ点のダイオードとの効用）そこでこの可変するＰＷＭ波形脈流ＤＣ出力（図２のＢ点図３のＢ１，Ｂ２は制御時の波形）の＋−を放電管でなくフルブリジインバーターの＋−に接続し統合したのが、本発明の電子安定器１図である。そしてそのスイッチングを４０Ｈｚから２００Ｈｚ位の低周波で１図のフルブリジのＦＥＴ１１及びＦＥＴ１４をＦＥＴ１２及びＦＥＴ１３を交互に切り替え、その出力部に接続した放電管６の電流の向き、つまり極性を切り替える。（第１図矢印点線矢印の方向交互）これらを統合した全体回路図が第１図である、この回路により従来の交流放電管を使用して先述した直流ＰＷＭチョツパーの電子チョークの性能をそのまま充分に発揮することが可能になった。なお類似的な回路として第４図のごとくフルブリッジでＦＥＴの１１、１２を４０ＫＨｚ、１３、１４を１００Ｈｚで駆動する回路もあるが、この回路では定電流の制御は出来ても、フルブリジ電源＋−は一定では大幅調光は不可能であり制御系も発振複数個必要で複雑になるうえ、小型とはいえ電圧制御用のチョークコイル１９（９ｍＨ以上）にて放電管の電圧維持のためインピーダンス制御も必要であり、ロスもその分かなり増える。この回路は銅鉄型安定器が５０ＨＺだったものが、５０ＫＨｚになっただけで本発明とは別の原理駆動バージョンである。まだ交流的制御の域をでないと考えられる。本発明は基本の制御の直流ＰＷＭ回路がブリッジ回路及びその負荷である放電管をも制御するシステムである。
【０００６】
【発明の効果】
本発明の基本の放電管の制御機能である直流ＰＭＷ点灯制御のもつ前記したように１９％も高効率の省エネ性よく、さらに大幅な調光機能もそのまま生かし、従来ある通常の交流用放電管、水銀灯、ばかりかメタハラ放電管、ハロゲン放電灯も問題なく点灯可能になった。（簡単なパルス回路付加は必要）そのため既設の交流管はそのままで本安定器の設置可能になった。低い周波数でフルブリッジをオンオフすることと、スイッチ素子の最近のＦＥＴのオン抵抗の低下（２５０Ｖ耐圧で０．１オーム）等の性能向上によりロスも発熱も僅少である。
（図３）のＢ１，Ｂ２波形のよう直流のリップル波形であるために数百ボルトの交流制御よりノイズの押さえ込みも楽である。またさらに自由広範囲の調光特性を生かし、朝夕の点灯時、簡単なＣＤＳセンサーで外光を取り入れ、暗くなると照明が段々明るくなり、また朝明るくなると段々暗くなる自動節電調光も可能、又放電管は点灯初期の管温の低いとき一番ストレスが懸かるので点滅を繰り返す程管寿命が半減する事が知られている。そのため点灯初期に自動調光して初期の２分間、５０％のソフトスタートさせ管にマイルド寿命延長につながる。昼休み又は幕間など消さなくとも１０％の照度にして時間がくれば２分で１００％になる５０％の時３０秒で１００％、６０％の時１０秒、等の動作をさせることも可能。また高輝度放電管は通常管寿命末期には照度５０％まで低下しますが、今度は調光を１２０％に上げて必要照度を保つことも可能、またいままで普通水銀灯のところ、同ワットのメタハラ管に変え、同一照度に調光すると５０％近い節電にも可能でなる。今まで貴方任せの銅鉄型安定器による放電管照明であつたものが、必要な時必要な照度という合理的省エネ的使用法ができ、安定器交換するだけで既設の交流放電管回路でも可能になった。また直流放電時には起きやすい放電アークの細いシヤープ化も防ぐことも出来た。ともあれ本安定器は単純な交流、ノイズ多大な高周波点灯では無く、マイルドなＤＣ脈流を交互に放電管に加えた高効率の電子安定器なのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放電管電子安定器
【図２】基本ＰＷＭ直流駆動回路
【図３】基本駆動回路各部出力波形
【図４】従来の類似的回路
【符号の説明】
１は電源
２はＰＷＭ駆動ＦＥＴ
３はＰＷＭ駆動ＩＣ（１０ＫＨｚＴＬ４９４等）
４はフォトカプラー
５は電流検知オペアンプ
６は放電管
７はチョッパー用コイル
８は電流検知用抵抗
９は基準電圧
１０は調光、出力制御ＶＲ
１１はフルブリッジのスイッチＦＥＴ（フローティング）１４と連動
１２はフルブリッジスイッチのＦＥＴ（フローティング）１３と連動
１３はフルブリッジスイッチのＦＥＴ１２と連動
１４はフルブリッジスイッチのＦＥＴ１１と連動
１５は駆動用フォトカプラー（出力アース線記入省略）
１６は駆動用フォトカプラー（出力アース線記入省略）
１７は駆用動フォトカプラー２回路独立（出力アース線記入省略）
１８はフルブリッジ切替発振ＩＣ（交互２回路発振、デッドタイム出力、低周波）
１９は電圧降下安定用インピーダンス（８ｍＨ以上）

Claims (1)

1. 電流検知回路による電流モードのＰＷＭ制御の直流チョッパー回路とその回路の発生する自動可変電圧を直接フルブリッジ型スイチング回路の電源に接続して、そのフルブリッジの負荷回路に放電管を接続し放電管電流方向をを低周波周期で切り替えることを特徴とした放電管点灯制御装置。

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