JP2770337B2

JP2770337B2 - 点灯装置

Info

Publication number: JP2770337B2
Application number: JP63215174A
Authority: JP
Inventors: 義男西沢; 実井原
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 1988-08-31
Filing date: 1988-08-31
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: JPH0266890A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、自励式のインバータ回路によってハロゲン
電球等のランプ負荷を点灯させる点灯装置の改良に関す
るものである。

［従来の技術］従来、商用電源で、例えば、定格電圧12Vのハロゲン
電球を点灯するする場合は、鉄芯に銅線を巻き付けた、
いわゆる鉄銅式のトランスを用いて商用電源電圧を降圧
して点灯していたが、このトランスは大きくて重いとい
う欠点があった。

このため、各種の自励式インバータ回路を用いて商用
周波数の電源を一旦高周波に変換した後、高周波トラン
スで例えば12Vに降圧して点灯する装置が実施されてい
る。このような点灯装置の一例として第６図のように、
自励発振用の電流帰還トランスを設けたハーフブリッジ
方式の点灯装置がある。

第６図において、交流電源１に全波整流器２が接続さ
れ、全波整流器２の出力端にはコンデンサ3,4の直列回
路、インバータ回路を構成するトランジスタ8,9の直列
回路、ダイオード10,11の縦列回路、及び抵抗５とコン
デンサ６の直列回路がそれぞれ並列に接続されている。
また、トランジスタ８のエミッタとトランジスタ９のコ
レクタとの接点にダイオード10のアノードとダイオード
11のカソードとの接点を接続し、その接点とコンデンサ
3,4の中点の間に高周波降圧トランス12と電流帰還トラ
ンス13の各一次巻線n₁，n₁の直列回路が接続されてい
る。

高周波降圧トランス12の二次巻線n₂には、ハロゲン電球
等のランプ負荷14が接続され、電流帰還トランス13の二
つの二次巻線n₂，n₃のうちの一方の巻線n₃はトランジス
タ８のベース・エミッタ間に接続され、他の巻線n₂はト
ランジスタ９のベース・エミッタ間に接続されている。
また、抵抗５とコンデンサ６の中点はトリガ素子７を介
してトランジスタ９のベースに接続されている。

ここで回路動作を説明すると、交流電源１が投入され
ると交流電圧が全波整流器２により交流電源の２倍の周
波数成分を有する直流電圧に整流され、その直流電圧に
よりコンデンサ６は抵抗５を介して充電される。コンデ
ンサ６の充電電圧がトリガ素子７のブレークオーバー電
圧に達するとトリガ素子７はターンオンし、コンデンサ
６に充電された電荷がトランジスタ９のベースに流れ込
み、トランジスタ９はオン状態となる。この時、トラン
ジスタ８はオフ状態となっている。トランジスタ９がオ
ンすると、高周波降圧トランス12の一次巻線n₁、電流帰
還トランス13の一次巻線n₁およびトランジスタ９のコレ
クタ・エミッタを介してコンデンサ３に電流が流れ始め
る。

電流帰還トランス13では一次巻線n₁と二次巻線n₂、n₃
の巻き方向により、二次巻線n₂にトランジスタ９のベー
ス電流を供給する方向に電圧が発生し、また、二次巻き
線n₃にトランジスタ８に逆バイアスをかける方向に電圧
が発生する。この電流帰還トランス13の二次巻き線n₂か
らトランジスタ９に供給されるベース電流は、トランジ
スタ９を充分に飽和させるものである。

一定時間経過後、トランジスタ９のコレクタ電流の変
化が少なくなるにつれ、電流帰還トランス13の二次巻き
線n₂、n₃に発生する電圧が低下し、これによりトランジ
スタ９のベース電流も減少する。やがて、電圧が反転
し、トランジスタ９はオフ状態となり逆にトランジスタ
８がオン状態となる。トランジスタ８がオンするとコレ
クタ・エミッタより電流帰還トランス13の一次巻線n₁、
高周波降圧トランス12の一次巻線n₁、コンデンサ４へと
電流が流れる。そして、コンデンサ４の充電が終わると
トランジスタ８がオフ状態となり、トランジスタ９がオ
ン状態となる。

以後これらの動作を繰り返すことにより、高周波降圧
トランス12の二次巻線n₂には、一次巻線n₁との巻数比に
応じて発生する電圧によりランプ14が点灯する。

［発明が解決しようとする課題］しかし、前記のような点灯装置においては、ランプ14
が点灯した後に電源電圧が変動したような場合、これが
鉄銅式トランスと同様にランプ14のランプ電圧変動とな
って表れるため、光出力不足が生じたり、過電圧によっ
てランプ寿命が短くなるといった大きな問題があった。

かかる問題を除くために、特開昭60−133696号公報に
開示されているように、他励式のチョッパ回路でランプ
を点灯する装置において、検知したランプ電圧をA/D変
換しマイクロコンピュータに入力してモニタ電圧とし、
これを基準電圧と比較してチョッパ回路のトランジスタ
を制御することが提案されている。しかし、このような
装置は回路が複雑高価なものとなり、経済性を利点とす
る自励式インバータ回路には適用できない。

そこで、自励式インバータ回路に接続された高周波降
圧トランス12の二次側に、ランプ負荷を接続した二次巻
線とは別の二次巻線を設け、これにランプ電圧を検知し
てインバータ回路のトランジスタ駆動回路にフィードバ
ックしてランプを定電圧にするためのフィートバック回
路を設けることが考えられる。

ところが、このようなランプ電圧制御回路を設けた場
合、電源電圧が過電圧の状態の時には電源を投入する
と、一定時間経過するまでは前記フィードバック回路が
正常に機能しないため、即ち、ランプ電圧が上昇しフィ
ードバック回路の時定数回路が働いて正常なランプ電圧
制御が行われるまでの間、ランプに過電圧が印加され続
けることとなるため、最悪の場合にはランプのフィラメ
ントが溶断してしまうことがある。

特に第６図のような点灯装置では、以下述べるように
ランプの始動時にランプ及び回路を通じてラッシュ電流
が流れるという特性があるため、前記のようなフィード
バック回路を設けることは極めて困難であった。

即ち、第６図の装置では、ランプ14を点灯させる場
合、ランプの始動時（フィラメントが冷えている時）
は、点灯時と比較してランプ14のフィラメントのインピ
ーダンスが著しく低く、フィラメントが発熱してインピ
ーダンスが高くなるまでの間、ランプにはラッシュ電流
が流れる。高周波降圧トランス12は一般的一次，二次巻
線の結合が強いトランスであるため、ラッシュ電流は一
次巻線n₁及びトランジスタ8,9に流れることになる。そ
のため、定常点灯時にトランジスタ8,9に流れるコレク
タ電流の数倍の電流がランプ始動時にトランジスタ8,9
に流れることとなり、大電流容量のトランジスタを使用
しなくてはならなかった。

また、ラッシュ電流は電流帰還トランス13の一次巻線
n₁にも流れるため、ラッシュ電流による二次巻線n₂，n₃
に発生する電圧も高くなる。従って、この電圧がトラン
ジスタ8,9のエミッタ・ベース間最大電圧V_EBOを越える
がトランジスタの劣化が早まる。

ここで、第７図に電源投入時からのランプ電圧波形、
ランプ電流波形、トランジスタ8,9のコレクタ電流波形
及びエミッタ・ベース間電圧波形を示す。即ち、第７図
からも明らかなように、電源投入時から過渡的にランプ
14にラッシュ電流が流れ（第７図（ａ），（ｂ））、こ
れによりトランジスタ8,9のコレクタにもラッシュ電流
が流れると共に、（第７図（ｃ））、エミッタ・ベース
間に最大電圧V_EBOを越える電圧が発生する（第７図
（ｂ））。

このように、従来の鉄銅式トランスと、第６図のよう
な自励式のインバータ回路とでは、インバータ回路の方
がはるかに小型軽量にはなっているが、鉄銅式トランス
と同様にランプにはラッシュ電流が流れるという問題が
あり、しかも経済性の上からは鉄銅式トランスより不利
であることから、このような装置に電源電圧の変動に応
じたランプ電圧制御機能を持たせることは、極めて困難
であると思われていた。

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたもの
で、自励式のインバータ回路を備えた点灯装置におい
て、極めて確実かつ経済的な手段により始動時のラッシ
ュ電流を軽減するとともにランプの定電圧制御を可能な
らしめて、始動時におけるランプフイラメントの溶断、
ランプ始動後の光出力不足や過電圧によるランプ寿命の
短縮化を防止した点灯装置を提供せんとするものであ
る。

［課題を解決するための手段］本発明の点灯装置は上記課題を解決するためになされ
たもので、以下の構成を有する。即ち、交流電源より全
波整流器を介して一対のトランジスタからなる自励式の
インバータ回路が接続され、該インバータ回路に高周波
降圧トランスを介してランプが接続された点灯装置にお
いて、前記降圧トランスの二次側に、ランプを接続した
二次巻線とは別の二次巻線を設け、これにインバータ回
路の駆動回路へフィードバックしてランプを定電圧にす
るためのフィードバック回路を接続するとともに、該フ
ィードバック回路より電源側に、前記インバータ回路の
駆動回路を共用するソフトスタート回路を設けたもので
ある。

［作用］本発明の点灯装置は、A/D変換回路やマイクロコンピ
ュータを用いずに、降圧トランスの二次側にランプを接
続した二次巻線とは別の二次巻線を設け、これにインバ
ータ回路の駆動回路へフィードバックしてランプを定電
圧にするための、フィードバック回路を接続したので、
ランプ点灯時に電源電圧変動があっても電源電圧の変化
は前記インバータ回路の駆動回路にフィードバックさ
れ、これに応じてインバータ回路の時定数が変化して位
相制御が行われるため、極めて簡単かつ確実なランプの
定電圧点灯が可能である。また、ランプ始動時に一定時
間経過するまでは前記フィードバック回路が正常に機能
しない問題とランプ及び回路を通じてラッシュ電流が流
れる問題は、フィードバック回路より電源側に、前記イ
ンバータ回路の駆動回路を共用するソフトスタート回路
を設けたことにより、先ずソフトスタート回路が動作し
てラッシュ電流が軽減されるため、これも簡単かつ経済
的に解決される。

［実施例］以下、本発明の好ましい実施例を第１図乃至第５図に
より説明する。

第１図は本発明の点灯装置の回路構成図である。第１図
において、交流電源１に全波形整流器２が接続され、そ
の出力端にはインバータ回路を構成するコンデンサ3,4
の直列回路、トランジスタ8,9の縦列回路、ダイオード1
0,11の直列回路、及び抵抗５とコンデンサ６の直列回路
がそれぞれ並列に接続されている。また、トランジスタ
８のエミッタとトランジスタ９のコレクタとの接点には
ダイオード10のアノードとダイオード11のカソードとの
接点が接続され、その接点とコンデンサ3,4の中点の間
に、高周波降圧トランス12の一次巻線n₁と電流帰還トラ
ンス13の一次巻線n₁の直列回路が接続されている。

高周波降圧トランス12の二次側には二つの巻線n₃が設け
られ、巻線n₂にはハロゲン電球等のランプ14が接続さ
れ、巻線n₃にはフィードバック回路Ｂが接続される。こ
のフィードバック回路Ｂの出力が駆動回路Ｃの入力端に
接続される。また、電流帰還トランス13の二次側にも二
つの巻線n₂およびn₃が設けられ、巻線n₂はトランジスタ
９のベース・エミッタ間に接続され、巻線n₃はトランジ
スタ８のベース・エミッタ間に接続されている。また、
抵抗５とコンデンサ６の中点は、トリガ素子７を介して
トランジスタ９のベースに接続されている。なお、第１
図中第６図と同一符号は同一又は相当部分を示す。ま
た、上記フィードバック回路Ｂより電源側に、前記イン
バータ回路の駆動回路Ｃを共用するソフトスタート回路
Ａが設けてある。

かかる構成において、ソフトスタート回路Ａとフィード
バック回路Ｂの信号により、駆動回路Ｃがコンデンサ６
の充電時定数をコントロールし、トリガ素子７のブレー
クオーバーする位相角を制御してインバータ回路のトラ
ンジスタ９を制御するものであり、その他の動作は第６
図と同様である。

次に、上記ソフトスタート回路Ａ、フィードバック回
路Ｂおよび駆動回路Ｃの構成を第２図に示す。

ソフトスタート回路Ａは、全波整流器２の正側に抵抗
A1、コンデンサA2、抵抗A3及びダイオードA4の直列回路
が接続され、抵抗A1トとコンデンサA2の接点にツェナ−
ダイオードA5のカソードが接続されたものである。ツェ
ナ−ダイオードA5のアノードは全波整流器２の負側に接
続される。

また、フィードバック回路Ｂは全波整流器２の負側よ
り高周波降圧トランス12に二次側の一方の巻線n₃を介し
てダイオードB1、抵抗B2およびコンデンサB3の直列回路
が接続され、コンデンサB3に可変抵抗B4が並列に接続さ
れている。可変抵抗B4の可変端子はダイオードB5を介し
てフィードバック回路ＡのダイオードA4のカソードに接
続される。

さらに、駆動回路Ｃは、バイパストランジスタC1のコ
レクタが抵抗５とコンデンサ６の接点に接続され、エミ
ッタは抵抗C2を介して全波整流器２の負側に接続され
る。バイパストランジスタC1のベースは抵抗C3を介して
全波整流器２の負側に接続されると共に、抵抗C4および
ツェナ−ダイオードC5を介し、ツェナ−ダイオードC5の
カソードをソフトスタート回路ＡのダイオードA4のカソ
ードに接続されている。

このような回路の動作について説明すると、まず、交
流電源１が投入されると全波整流器２により整流された
電圧がソフトスタート回路Ａに印加される。ソフトスタ
ート回路ＡのコンデンサA2、抵抗A3及びダイオードA4に
はツェナ−ダイオードA5によって制限された直流定電圧
が印加される。この時コンデンサA2の初期充電電圧がな
いものと仮定すると、直流定電圧はコンデンサA2以降の
回路に印加し、駆動回路Ｃのツェナ−ダイオードC5及び
抵抗C4を介してバイパストランジスタC1にベース電流が
流れる。以上の動作を数サイクル繰り返すにつれて、コ
ンデンサA2は徐々に充電され、抵抗A3以降の回路に印加
される電圧は徐々に減少する。即ち、抵抗A3を介してバ
イパストランジスタC1のベースに流れ込む電流も徐々に
減少する第３図Ｙ参照）。

そのためバイパストランジスタC1のインピーダンスは
徐々に高くなり、トリガ素子７がブレークオーバーする
位相角は徐々に前へ移行（遅れから進み方向）してい
く。それに伴いランプの実効値電圧も徐々に上昇してラ
ンプ14がソフトスタートするものである。この場合の波
形図を第４図に示す。即ち、電源投入時から最初のサイ
クルのランプ電圧は最も遅れた位相で印加され、次のサ
イクルより徐々に位相が進む（第４図（ａ））。これに
伴いランプ電流およびトランジスタ8,9のコレクタ電流
も位相が同期する（第４図（ｂ），（ｃ））。同様に、
トランジスタ8,9のエミッタ・ベース間電圧の位相角も
同期して変化するため、最大電圧V_EBOを越えることがな
い。

一方、インバータ回路が位相制御でサイクル毎に徐々
に発振をしてランプ電圧が立上がってくると、高周波降
圧トランス12の二次側の一方の巻線n₃に電圧が発生し、
これを整流平滑するとコンデンサB3にはランプ電圧に応
じた直流電圧が発生する。従って、ソフトスタート回路
Ａによりランプ電圧が上昇するのにしたがってフィード
バック回路ＢのコンデンサB3の電圧も上昇し、これによ
り可変抵抗B4を通してバイパストランジスタC1のベース
へ流れこむ電流も上昇する（第３図Ｘ参照）。

やがてソフトスタート回路Ａからの電流はゼロになり
（第３図Ｙ参照）、バイパストランジスタC1のベース電
流はフィードバック回路Ｂからのみになる（第３図X,
Z）。この時ランプ電圧が定格電圧になるように可変抵
抗B4を設定しておくと電源電圧の変動に応じたベース電
流をフィードバック回路Ｂより供給することができ、電
源電圧の変動や電源周波数の違いに対してランプ14を定
電圧で点灯することができる。

また、ソフトスタート回路Ａにより、インバータ回路
のトランジスタ8,9へのラッシュ電流は低減されるた
め、トランジスタ8,9のエミッタ・ベース間電圧もその
最大電圧V_EBOを越えることはなくなる。

なお、第５図は第２図におけるソフトスタート回路Ａ
及びフィードバック回路Ｂを定電流プッシュプルインバ
ータ回路に用いた場合を示した回路の構成図である。即
ち、高周波トランス16の一次側の巻線n₁₁，n₁₂，n₁₃，n
₁₄にトランジスタ8,9等のプッシュブルインバータ回路
が構成され、二次側の巻線n₂₁にランプ14が接続され、
巻線n₁₃にフィードバック回路Ｂが設けられたものであ
り、その他の構成および特性は第１図の点灯装置と略同
様であり、同様の効果を有するものである。

［発明の効果］以上、上記実施例の説明からも明らかなように本発明
によれば、交流電源より全波整流器を介して一対のトラ
ンジスタからなる自励式のインバータ回路が接続され、
該インバータ回路に高周波降圧トランスを介してランプ
が接続された点灯装置において、前記降圧トランスの二
次側に、ランプを接続した二次巻線とは別の二次巻線を
設け、これにインバータ回路の駆動回路へフィードバッ
クしてランプを定電圧にするためのフィードバック回路
を接続するとともに、該フィードバック回路より電源側
に、前記インバータ回路の駆動回路を共有するソフトス
タート回路を設けたので、これまで簡単な手段では実施
が困難と考えられていたランプの定電圧制御が可能とな
った。即ち、ランプ始動時に一定時間経過するまではフ
ィードバック回路が正常に機能せず、ランプを通して極
めて大きな電流が流れてフィラメントの溶断に至るよう
な事態は、前記ソフトスタート回路によるラッシュ電流
制限作用よって防止されるため、点灯後の正常なランプ
定電圧制御ができるようになった。つまり、本発明によ
れば、ソフトスタート回路およびフィードバック回路に
よってインバータ回路を位相制御してランプをソフトス
タートさせ、ランプ始動後は前記位相制御における位相
角を電源電圧の変動に対応して制御することにより、電
源電圧が高い時のランプへの過入力、および電源電圧が
低い時の光出力不足を抑制してランプ寿命を延ばすこと
ができる。また、インバータ回路のスイッチング用トラ
ンジスタにおけるコレクタ電流のラッシュ電流や、ベー
ス・エミッタ間電圧を抑えることができるため、その劣
化を防止することが可能となる。なお、本発明ではフィ
ードバック回路として先に説明したような簡単な構成の
ものを用い、しかも位相制御の駆動回路をソフトスター
ト回路の駆動回路と共用しているので経済性のうえから
もメリットがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の点灯装置を示した回路構成図、第２図
は第１図におけるブロックの一実施例を示した回路図、
第３図は第２図における電流変化を表したグラフ、第４
図は第２図における各部の電圧、電流の波形図、第５図
は本発明の他の実施例の回路構成図、第６図は従来のイ
ンバータ回路を用いた点灯装置を示した回路構成図、第
７図は第６図における各部の電圧、電流の波形図であ
る。Ａ…ソフトスタート回路Ｂ…フィードバック回路Ｃ…駆動回路８…インバータ回路用トランジスタ９…インバータ回路用トランジスタ 12…高周波降圧トランス

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源より全波整流器を介して一対のト
ランジスタからなる自励式のインバータ回路が接続さ
れ、該インバータ回路に高周波降圧トランスを介してラ
ンプが接続された点灯装置において、前記高周波降圧ト
ランスの二次側に、ランプを接続した二次巻線とは別の
二次巻線を設け、これにインバータ回路の駆動回路へフ
ィードバックしてランプを定電圧にするためのフィード
バック回路を接続するとともに、該フィードバック回路
より電源側に、前記インバータ回路の駆動回路を共用す
るソフトスタート回路を設けたことを特徴とする点灯装
置。