JP3246083B2 - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放電ランプ点灯装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の放電ランプの点灯装置としては、
図４に示すように、チョッパ回路４とインバータ回路５
とがスイッチング素子を共用した回路が知られており、
これによって放電ランプ６に入力される電圧の入力力率
を高く、高調波成分を少なくするようにしたものであ
る。

【０００３】上記した従来の放電ランプの点灯装置の回
路構成について説明する。インバータ回路５は、直列に
接続したトランジスタ５０，５１と、トランジスタ５
０，５１にそれぞれ逆並列接続されたダイオード５０
ａ，５１ａと、コンデンサ５２，５３の直列回路と、ト
ランジスタ５０，５１を駆動する帰還巻線５４ｃａ，５
４ｃｂと、放電ランプ６に接続された出力巻線５４ｂ
と、トランジスタ５０，５１の接続点とコンデンサ５
２，５３の接続点との間に接続された１次巻線５４ａと
を有するトランス５４と、抵抗５５，５６，５７，５８
とで構成される。チョッパ回路４は、交流電源１に対し
てノイズフィルタ２と整流回路３とを介して接続されて
おり、平滑コンデンサ４１、トランジスタ５０、このト
ランジスタ５０と整流回路３の出力端との間に接続され
たインダクタンス素子４２、および、インダクタンス素
子４２とトランジスタ５０との接続点から平滑コンデン
サ４１へ充電電流を流すダイオード５１ａから構成され
る（特開平３−２７６５９８号公報）。

【０００４】次に、上記した回路の動作を説明する。交
流電源１からノイズフィルタ２と整流回路３を介して全
波整流された直流の脈流電圧がチョッパ回路４に印加さ
れると、平滑コンデンサ４１にインダクタンス素子４２
とダイオード５１ａを介して充電される。例えば抵抗５
６を介して起動電流が流れてトランジスタ５０がオンす
る。トランジスタ５０がオンすると、平滑コンデンサ４
１からコンデンサ５３とトランス５４ａを介して電流が
流れ、インバータ回路５のトランス５４とコンデンサ５
２，５３とからなる共振系が振動を始める。そのため、
トランジスタ５０をオン、トランジスタ５１をオフする
ようにトランス５４の帰還巻線５４ｃａ，５４ｃｂに電
圧が発生し、トランジスタ５０はオンを維持し、前記共
振系の振動に伴って、トランジスタ５０，５１はオンオ
フを交互に繰り返す。トランジスタ５０がオンのとき、
インダクタンス素子４２を介して交流電源１からインダ
クタンス素子４２により制限された電流が流れ、この電
流は時間と共に増加する。さらに、この電流、および、
前記共振系を介して平滑コンデンサ４１から流れる電流
とがトランジスタ５０に同時に流れ、この電流は時間と
共に増加する。次いで、トランジスタ５０がターンオフ
すると、ターンオフ直前にインダクタンス素子４２に蓄
積されていたエネルギーが、ダイオード５１ａを介して
平滑コンデンサ４１に放電される。同時に、トランジス
タ５０がオフすると、トランジスタ５１がオンし、共振
系は振動を続け、放電ランプ６に電圧およびエネルギー
を供給し続ける。共振系の振動により、トランジスタ５
１がオフ、トランジスタ５０がオンすると、以後、チョ
ッパ回路４とインバータ回路５は上記動作を繰り返し、
放電ランプ６を点灯維持する。

【０００５】この動作において、交流電源１の瞬時値が
低いときは、インダクタンス素子４２に流れる電流の増
加率は低く、オン時間が常に同一なら、トランジスタ５
０のターンオフ時のインダクタンス素子４２の蓄積エネ
ルギーは小さく、平滑コンデンサ４１の充電電圧も低下
する。このとき、入力電流も交流電源１の瞬時値に応じ
て小さくなる。交流電源１の瞬時値が高いときは、上記
した瞬時値が低いときとは反対の動作を行う。すなわち
インダクタンス素子４２に流れる電流の増加率は高く、
オン時間が常に同一なら、トランジスタ５０のターンオ
フ時のインダクタンス素子４２の蓄積エネルギーは大き
く、平滑コンデンサ４１の充電電圧は増加する。入力電
流も交流電源１の瞬時値に応じて大きくなる。このた
め、交流電源１の波形とほぼ相似形状の入力電流が得ら
れ、電源入力力率を高く、電源入力電流の高調波成分を
少なくすることができるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の放電ランプ点灯装置では、部品不良または半田不良
等でトランジスタ５０が動作しない場合には平滑コンデ
ンサ４１の電圧が異常に上昇し、平滑コンデンサが破裂
してしまうという危険があった。このため、部品の性能
を上げたり、保護回路を設けるという対策を取ることも
考えられるが、大型で高価になってしまうという問題が
あった。

【０００７】本発明は小型で簡単な構成で高入力力率
で、かつ、電源入力電流の高調波成分が少ない状態で、
安全に放電ランプを始動・点灯維持することのできる放
電ランプ点灯装置を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の放電ランプ点灯
装置は、放電ランプと共振コンデンサと第１のインダク
タンス素子と第１のスイッチ素子からなる閉回路、一端
が前記第１のスイッチ素子の一端に接続された平滑コン
デンサ、前記第１のスイッチ素子の他端と前記平滑コン
デンサの他端との間に接続された第２のスイッチ素子、
前記第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ素子との
接続点と、前記平滑コンデンサと前記第１のスイッチ素
子の一端との接続点との間に接続された整流手段、前記
平滑コンデンサと前記第２のスイッチ素子との接続点
と、前記第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ素子
との接続点との間に、第２のインダクタンス素子を介し
て接続されるべき交流電源に接続された整流回路、およ
び、前記第２のインダクタンス素子と前記整流回路との
接続点と、前記平滑コンデンサと前記第１のスイッチ素
子の一端との接続点との間に接続され所定のブレークダ
ウン特性を有する半導体スイッチを有する。

【０００９】

【作用】本発明によると、前記第２のインダクタンス素
子と前記整流回路との接続点と、前記平滑コンデンサと
前記第１のスイッチ素子の一端との接続点との間に所定
のブレークダウン特性を有する半導体スイッチを接続し
たことによって、平滑コンデンサの電圧が異常に上昇し
た場合に、前記半導体スイッチをブレークダウンさせ平
滑コンデンサの放電回路とするとともに、この電流によ
って、半導体スイッチを短絡モードで破壊し平滑コンデ
ンサの電圧を低下させる。

【００１０】また、第２のスイッチ素子の発熱を促し破
壊させ、ヒューズを遮断させる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を用い
て説明する。

【００１２】図１に示すように、実施例の放電ランプ点
灯装置は、放電ランプ７８と共振コンデンサであるコン
デンサ７６と第１のインダクタンス素子７７と第１のス
イッチ素子７４からなる閉回路、一端が第１のスイッチ
素子７４の一端に接続された平滑コンデンサ７１、第１
のスイッチ素子７４の他端と平滑コンデンサ７１の他端
との間に接続された第２のスイッチ素子７５、第１のス
イッチ素子７４と第２のスイッチ素子７５との接続点
と、平滑コンデンサ７１と第１のスイッチ素子７４の一
端との接続点との間に接続された整流手段７２、平滑コ
ンデンサ７１と第２のスイッチ素子７５との接続点と、
第１のスイッチ素子７４と第２のスイッチ素子７５との
接続点に、第２のインダクタンス素子９を介して交流電
源１にヒューズ３２を介して接続されるべき整流回路３
１の出力端をそれぞれ接続している部分は従来例と同一
である。従来例と異なるのは、第２のインダクタンス素
子９と整流回路３１との接続点と、平滑コンデンサ７１
と第１のスイッチ素子７４の一端との接続点との間に所
定のブレークダウン電圧を有する半導体スイッチ１０を
接続していることである。

【００１３】すなわち、交流電源電圧を整流する整流回
路３１は入力端の一方にヒューズ３２を介して交流電源
１と接続し、出力端の一方は、フィルタ回路２を介して
インダクタンス素子９の一端に接続され、また他方はト
ランジスタ７５のエミッタに接続されている。フィルタ
回路２は、整流回路３１の出力端に直列にインダクタン
ス素子２１が接続され、その出力端にダイオード２２を
順方向に直列に接続し、インダクタンス素子２１とダイ
オード２２との接続点と整流回路３の出力端の他端との
間にコンデンサ２３が接続されている。フィルタ回路か
ら半導体スイッチ１０とインダクタンス素子９を介して
接続されているインバータ回路７は、トランジスタ７４
とトランジスタ７５とで直列回路が構成されており、こ
の直列回路と並列に平滑コンデンサ７１が接続されてい
る。また、トランジスタ７４，７５で構成された直列回
路にダイオード７２，７３をそれぞれ逆並列に接続され
ており、トランジスタ７４に、共振コンデンサ７６と蛍
光ランプ７８とインダクタンス素子７７とカレントトラ
ンスの１次巻線８７ａとの直列回路を並列に接続してい
る。コンデンサ７９は、蛍光ランプ７８の予熱電極を介
して並列に接続されている。このインバータ回路７はト
ランジスタ７４，７５のオンオフ動作によって生じるＬ
Ｃ共振、すなわち、インダクタンス素子とコンデンサに
よって発生する共振を用いて平滑コンデンサ７１からの
直流入力を交流に変換し蛍光ランプ７８に供給する。イ
ンバータ回路７のトランジスタ７５に接続されたカレン
トトランス８７の出力によりトランジスタ７４，７５を
駆動制御する駆動制御手段８は、カレントトランス８７
の２次巻線８７ｂの出力端とトランジスタ７４のベース
との間に抵抗８６を介して接続するとともに、２次巻線
８７ｃの出力端とトランジスタ７５のベースとの間に抵
抗８５を介して接続している。フィルタ回路２のコンデ
ンサ２３に並列に抵抗８１とコンデンサ８４とからなる
直列回路を接続するとともに直列回路の接続点からトリ
ガ素子８３を介してトランジスタ７５のベースへ接続し
ている。

【００１４】次に、このような放電ランプ点灯装置の動
作について説明する。交流電源１から整流回路３とノイ
ズフィルタ２を介して全波整流された直流の脈流電圧が
印加されると、平滑コンデンサ７１にダイオード１０を
介して充電される。同時に、抵抗８１を介してコンデン
サ８４が充電されその電圧がトリガ素子８３のブレーク
ダウン電圧に達すると、コンデンサ８４の電荷がトラン
ジスタ７５のベースに供給されトランジスタ７５がオン
する。トランジスタ７５がオンすると、平滑コンデンサ
７１からコンデンサ７６とコンデンサ７９とインダクタ
ンス素子７７とカレントトランス８７を介して電流が増
加しながら流れ、インバータ回路７のトランス７７とコ
ンデンサ７６からなる共振系が振動を始める。そのた
め、トランジスタ７５をオン、トランジスタ７４をオフ
するようにカレントトランス８７の２次巻線の８７ｂ，
８７ｃに電圧が発生し、トランジスタ７５はオンを維持
し、前記共振系の振動に伴って、トランジスタ７５，７
４はオンオフを交互に繰り返す。トランジスタ７５がオ
ンのとき、インダクタンス素子９を介して交流電源１か
らインダクタンス素子９により制限された電流が流れ、
この電流は時間と共に増加する。さらに、この電流、お
よび、前記共振系を介して平滑コンデンサ７１から流れ
る電流とがトランジスタ７５に同時に流れ、この電流は
時間と共に増加する。次いで、トランジスタ７５がター
ンオフすると、ターンオフ直前にインダクタンス素子９
に蓄積されていたエネルギーが、ダイオード７２を介し
て平滑コンデンサ７１に放電される。同時に、トランジ
スタ７５がオフすると、トランジスタ７４がオンし、共
振系は振動を続け、放電ランプ７８に電圧およびエネル
ギーを供給し続ける。共振系の振動により、トランジス
タ７４がオフ、トランジスタ７５がオンすると、以後上
記動作を繰り返し、放電ランプ７８を点灯維持する。

【００１５】この動作において、交流電源１の瞬時値が
低いときは、インダクタンス素子９に流れる電流の増加
率は低く、オン時間が常に同一なら、トランジスタ７５
のターンオフ時のインダクタンス素子９の蓄積エネルギ
ーは小さく、平滑コンデンサ７１の充電電圧も低下す
る。このとき、入力電流も交流電源１の瞬時値に応じて
小さくなる。交流電源１の瞬時値が高いときは、上記し
た瞬時値が低いときとは反対の動作を行う。すなわちイ
ンダクタンス素子９に流れる電流の増加率は高く、オン
時間が常に同一なら、トランジスタ７５のターンオフ時
のインダクタンス素子９の蓄積エネルギーは大きく、平
滑コンデンサ７１の充電電圧は増加する。入力電流も交
流電源１の瞬時値に応じて大きくなる。このため、交流
電源１の波形とほぼ相似形状の入力電流が得られ、電源
入力力率を高く、電源入力電流の高調波成分を少なくす
ることができるものである。

【００１６】次に、実施例の放電ランプ点灯装置の部品
不良または半田不良等でトランジスタ７４が動作しない
異常時の動作について説明する。

【００１７】交流電源１から整流回路３とノイズフィル
タ２を介して全波整流された直流の脈流電圧が印加され
ると、平滑コンデンサ７１にダイオード１０を介して充
電される。同時に、抵抗８１を介してコンデンサ８４が
充電されその電圧がトリガ素子８３のブレークダウン電
圧に達すると、コンデンサ８４の電荷がトランジスタ７
５のベースに供給されトランジスタ７５がオンする。ト
ランジスタ７５がオンすると、平滑コンデンサ７１から
コンデンサ７６とコンデンサ７９とインダクタンス素子
７７とカレントトランス８７を介して電流が増加しなが
ら流れる。しかし、トランジスタ７４・抵抗８６・カレ
ントトランス８７の半田不良等でトランジスタ７４が動
作しない状態でも、インバータ回路７のトランス７７と
コンデンサ７６からなる共振系は、平滑コンデンサ７１
とトランジスタ７５とでなる閉回路を形成してしまうた
めに、カレントトランスの２次巻線８７ｃに出力が発生
し、トランジスタ７５のベース電流を供給し続ける。こ
のため、トランジスタ７５がオンするので交流電源１か
らの電力供給は継続され、トランジスタ７５のターンオ
フ直前にインダクタンス素子９に蓄積されていたエネル
ギーがダイオード７２を介して平滑コンデンサ７１に充
電される。このとき、インバータ回路７のトランス７７
とコンデンサ７６からなる共振系は共振しているが、周
波数が高いためにコンデンサ７９の電圧は上昇せず発光
管７８は放電を開始しない。このため、平滑コンデンサ
７１にエネルギーが充電されるにもかかわらず、それを
発光管７８で消費しないために平滑コンデンサ７１の電
圧は異常に上昇してしまうこととなる。一般的に平滑コ
ンデンサ７１として用いられている電解コンデンサは、
定格電圧の所定倍（通常１.１〜１.５倍）以上の電圧が
印加されると漏れ電流が流れ電解液の温度を上昇させ、
電解液が気化することによって破裂にいたる。

【００１８】そこで実施例の放電ランプ点灯装置は、ダ
イオード１０に正常点灯時に加わる電圧を越え、平滑コ
ンデンサ７１の電圧が短時間では破裂に至らない定格電
圧の１.３倍程度になったときにブレークダウンするダ
イオード１０を接続することにより、平滑コンデンサ７
１に異常電圧が印加される状態になった場合はダイオー
ド１０に逆方向に電流を流し平滑コンデンサ７１を保護
するというものである。さらに、ダイオード９に大きな
逆方向電流が流れると短絡モードで破壊する特性を用い
て異常動作が継続しないようにしているので、次にその
ときの動作について説明する。

【００１９】ダイオード１０が短絡したときの等価回路
は、図２のように表せる。この時の平滑コンデンサ７１
の電圧波形を図３の曲線Ａで、また、電源電圧の電圧波
形を図３の曲線Ｂに示す。平滑コンデンサ７１の電圧
は、交流電源１を整流した電圧以上に上がらないため、
平滑コンデンサ７１を保護することができている。トラ
ンジスタ７５がオンすると平滑コンデンサ７１からイン
ダクタンス素子９と、コンデンサ７６とコンデンサ７９
とインダクタンス素子７７からなる直列回路の両方を介
して電流が流れる。この状態でもコンデンサ７６とイン
ダクタンス素子７７によって共振は維持されるためにカ
レントトランスからは周期的にトランジスタ７５をオ
ン、オフする電流が供給される。トランジスタ７５がオ
フした瞬間にインダクタンス素子９に蓄積されていたエ
ネルギーはダイオード７２を介してインダクタンス素子
９とダイオード７２の閉回路のなかで放電される。さら
にその後、コンデンサ７６とインダクタンス７７に蓄積
された共振系のエネルギーがインダクタンス素子９を介
して放電されるため、インダクタンス素子９にはトラン
ジスタのオン、オフに関係なく常に大きな直流電流が流
れることとなり、通常点灯時の電流のみ制限できるよう
に選んであるインダクタンス素子９は容易に飽和するこ
ととなる。この状態でトランジスタ７５がオンすればイ
ンダクタンス素子９の電流制限能力が低下しているため
に更に大きな電流が交流電源１から流れ込み、トランジ
スタ７５は非常に発熱する状態となる。トランジスタは
許容を超えて発熱すると短絡モードで破壊されるため、
その結果、平滑コンデンサの両端にはインダクタンス素
子９のみがつながっている状態となり、大きな電流が流
れてヒューズが切れることにより点灯回路を安全にかつ
永久に止めることができる。

【００２０】また、正常点灯時にはダイオード１０は発
光管の点灯に関与していないために高速のものを使用す
る必要がなく、ダイオード１０の両端の電圧は平滑コン
デンサ７１の電圧から交流電源１の電圧を引いたものに
なるために平滑コンデンサ７１よりも低くなるので高い
ブレークダウン電圧のものを選ぶ必要もなく安価な素子
を用いることができる。さらに、電源投入直後にインダ
クタンス素子９を介さずに直接平滑コンデンサを急速に
充電できるため回路起動時にインバータ７を早く確実に
発振開始できるため、起動性能、ランプの始動性能を改
善することができる。

【００２１】上記実施例では、半導体スイッチとしてブ
レークダウン特性を有するダイオード１０を用いたが、
ツェナー特性を有するものでも良い。この場合、異常時
に逆方向に電流を流してから短絡するまでの時間が若干
長くなるだけで短絡してからの動作は既に述べた通りで
ある。また、アバランシェ特性を持つものでも同様に使
用することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の放電ラン
プ点灯装置は、小型、安価で、かつ簡単で構成で、電源
入力力率が高く、電源入力電流の高調波成分が少ない状
態で放電ランプを始動・点灯維持することができ、部品
異常時にも安全にすることができるというすぐれた効果
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である放電ランプ点灯装置の
回路図

【図２】保護装置作動時の等価回路図

【図３】保護装置作動時の交流電源１の一周期の平滑コ
ンデンサの電圧波形図

【図４】従来の放電ランプ点灯装置の回路図

【符号の説明】

３ 整流回路 ４ チョッパ回路 ５，７ インバータ回路 ９，７７ インダクタンス素子 ４１，７１ 平滑コンデンサ ５０，５１，７４，７５ トランジスタ ５４ トランス ７６ 共振コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05B 41/282 H02M 7/48 H05B 41/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電ランプと共振コンデンサと第１のイ
   ンダクタンス素子と第１のスイッチ素子からなる閉回
   路、一端が前記第１のスイッチ素子の一端に接続された
   平滑コンデンサ、前記第１のスイッチ素子の他端と前記
   平滑コンデンサの他端との間に接続された第２のスイッ
   チ素子、前記第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ
   素子との接続点と、前記平滑コンデンサと前記第１のス
   イッチ素子の一端との接続点との間に接続された整流手
   段、前記平滑コンデンサと前記第２のスイッチ素子との
   接続点と、前記第１のスイッチ素子と前記第２のスイッ
   チ素子との接続点との間に、第２のインダクタンス素子
   を介して接続されるべき交流電源に接続された整流回
   路、および、前記第２のインダクタンス素子と前記整流
   回路との接続点と、前記平滑コンデンサと前記第１のス
   イッチ素子の一端との接続点との間に接続され所定のブ
   レークダウン特性を有する半導体スイッチを有すること
   を特徴とする放電ランプ点灯装置。