JP3932423B2 - Discharge lamp lighting device and lighting fixture - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯を高周波点灯する放電灯点灯装置及び照明器具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図17は従来の放電灯点灯装置の回路図を示したものである。
図において1はAC電源、2はノイズフィルタ、3はダイオード3b、3cと平滑コンデンサ3e、3fによって構成された倍電圧整流回路からなる電源回路、4は回生ダイオードを内蔵したMOSFET(以下、スイッチング素子と称する)4a、4bとドライバ4cによって構成されたハーフブリッジからなるスイッチング回路、5は放電灯(以下、ランプと称する)5a、チョークコイル5b、直流カットコンデンサ5c、始動用コンデンサ5dによって構成された負荷回路、6は位相制御式調光器である。
【0003】
より詳しくは、ダイオード3bと3c、並びに平滑コンデンサ3eと3fはそれぞれ順極性で直列接続され、ダイオード3bのカソードと平滑コンデンサ3eの正極、ダイオード3cのアノードと平滑コンデンサ3fの負極がそれぞれ接続されている。ノイズフィルタ2を介して入力されるAC入力は、一端が両ダイオード3b、3cの接続点に、他端が両平滑コンデンサ3e、3fの接続点に接続されている。また、ランプ5aと始動用コンデンサ5dは並列接続され、ランプ5a、チョークコイル5b及び直流カットコンデンサ5cは直列接続され、その一端はスイッチング回路4の出力点に接続されている。
【0004】
次に図17をもとに動作を説明する。
図17においてノイズフィルタ2を介して入力されるAC入力のうち、ダイオード3b、3cに接続されるラインをL1、平滑コンデンサ3e、3fに接続されるラインをL2と称する。
まず、L1の電位がL2の電位より高くて、両者の電位差が平滑コンデンサ3eの充電電圧より高くなった場合、L1→ダイオード3b→平滑コンデンサ3e→L2の径路で電流が流れ、平滑コンデンサ3eが充電される。
【0005】
またL2の電位がL1の電位より高くて、両者の電位差が平滑コンデンサ3fの充電電圧より高くなった場合、L2→平滑コンデンサ3f→ダイオード3c→L1の径路で電流が流れ、平滑コンデンサ3fが充電される。
この両平滑コンデンサ3e、3fの充電電圧の和は、電源回路3の直流出力として出力される。この直流出力はスイッチング回路4に印加され、ドライバ4cによって駆動されるスイッチング素子4aとスイッチング素子4bが交互にON、OFFすることにより高周波電力に変換される。そして、この高周波電力は、チョークコイル5bによる電流制限を受けながらランプ5aを点灯する。
【0006】
ここで、倍電圧整流した電圧によってランプを点灯する場合、AC電圧を全波整流して平滑するコンデンサインプット型の回路の場合と比べると、スイッチング回路に入力する電圧がランプ電圧に対して余裕があるので、スイッチングの周波数を変えるだけで、幅広いランプ出力を得ることができる。
即ち、ランプの出力を絞った場合でもランプ電圧を確保でき、ランプのちらつきや立ち消えを防止できるとともに、出力を上げた場合もスイッチング位相が進相にならず安全に駆動できるというメリットがあり、AC100V電源に対して有効な点灯装置である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図17に示した従来の放電灯点灯装置には、以下のような課題があった。
第1に平滑コンデンサ3e、3fが充電される時間が非常に短く、その期間内に回路に必要な電荷を充電することになるため、入力電流のピークが極めて大きくなり、平滑コンデンサの寿命を縮める恐れがあった。
図18(c)はこの入力電流のピークの様子を示したものであり、(a)、(b)はそれぞれ上記放電灯点灯装置の電源回路3における入力電圧、出力電圧の波形を入力電流と同じ時間軸で表したものである。
またこの時、力率が低いため、AC電源供給側の設備を破壊してしまう恐れもあった。
【0008】
第2に当該放電灯点灯装置に位相制御式調光器6を接続し、入力電圧が位相制御された場合には、調光器内のサイリスタがONする瞬間に、さらに大きな突入電流が流れてしまい、平滑コンデンサ3e、3fの寿命をさらに縮め、位相制御式調光器6と平滑コンデンサ3eまたは3fの間に位置する部品やダイオード3b、3c等の故障を招く恐れがあった。
図19(c)はこの突入電流の様子を示したものであり、(a)、(b)はそれぞれ上記放電灯点灯装置の入力電圧が位相制御された場合の電源回路3における入力電圧、出力電圧の波形を入力電流と同じ時間軸で表したものである。
またこの時、点灯装置ばかりか、調光器そのものも誤動作や故障を招く恐れがあった。
【0009】
このような課題を解決するために、例えば図20及び図21に示すようなアクティブフィルタやトランスを用いて、スイッチング回路への印加電圧を高くし、力率を改善する方法が提案されている。
図をもとにこれらの動作の要点について説明する。
まず、図20の場合は、整流回路16によって全波整流されたAC電圧をコイル17、スイッチ18及びダイオード19のチョッピングにより昇圧しつつ、平滑コンデンサ20に流れる電流を制御し、力率を改善するというものである。
また、図21の場合は、トランス21のインダクタンス成分とコンデンサ22の共振作用及び、平滑コンデンサ23の平滑作用により力率を改善するというものである。
それぞれ、新たにチョークコイル5bに相当する大きさのコイル17が必要であったり、トランス21の小型化が難しく、大容量のコンデンサ23が必要であったりする等の課題が発生していた。この結果、放電灯点灯装置の小型化が難しく、例えば、電球形蛍光灯等への搭載が困難であった。
【0010】
そこで、本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、少ない部品点数でスイッチング回路への印加電圧を高くし、力率の改善された放電灯点灯装置及び照明器具を得ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る放電灯点灯装置は、AC電源を倍電圧整流する電源回路と、第1及び第2のスイッチング素子を、回生ダイオードを内蔵した電界効果型トランジスタで構成し、第1のスイッチング素子を電源回路の出力点に、第2のスイッチング素子をグランドに接続したハーフブリッジ構成とし、電源回路の直流出力を高周波に変換するスイッチング回路と、スイッチング回路の高周波出力を消費する負荷回路とを備え、電源回路は、直列に順極性接続した第1、第2のダイオード、第1、第2のコンデンサ並びに直列接続した第1、第2のインダクタとからなり、第1のダイオードのカソードと第1のコンデンサの正極との接続点を電源回路の出力点とし、第2のダイオードのアノードと第2のコンデンサの負極との接続点をグランドとし、第1のコンデンサの負極と第2のコンデンサの正極間に第1、第2のインダクタの直列回路を接続し、負荷回路は、放電灯と、放電灯に流れる電流を制限するチョークコイルの直列回路からなり、AC電源の一端を、第1、第2のインダクタの接続点に接続し、他端を第1、第2のダイオードの接続点に接続し、負荷回路の一端をスイッチング回路の出力点に接続し、他端を第1、第2のインダクタの接続点に接続するように構成したものである。
【0014】
また、第1、第2のインダクタの直列回路に第3のコンデンサを並列接続するように構成したものである。
【0015】
また、第1、第2のインダクタを磁気結合させるように構成したものである。
【0016】
また、第1のインダクタと第2のインダクタとを、中間タップを有する単一のコイルとして一体化し、コイルの巻線の巻き始めを第1のコンデンサの負極に、巻線の巻き終わりを第2のコンデンサの正極に接続し、または、コイルの巻線の巻き終わりを第1のコンデンサの負極に、巻線の巻き始めを第2のコンデンサの正極に接続し、コイルの中間タップを負荷回路の他端に接続するように構成したものである。
【0017】
また、第1、第2のインダクタとチョークコイルを磁気結合させるように構成したものである。
【0021】
さらにまた、上記の放電灯点灯装置を有する屈曲形蛍光ランプを用いた照明器具とするように構成したものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る放電灯点灯装置の回路図を示したものである。図17に示した従来の回路構成と同じ点については説明を省略し、異なる点について説明する。
電源回路3は、ダイオード3aと3dが追加されている。まずダイオード3aは、ダイオード3bと平滑コンデンサ3eの間に配され、ダイオード3aのアノードとカソードは、それぞれダイオード3bのカソードと平滑コンデンサ3eの正極に接続されている。またダイオード3dは、ダイオード3cと平滑コンデンサ3fの間に配され、ダイオード3dのカソードとアノードはそれぞれダイオード3cのアノードと平滑コンデンサ3fの負極に接続されている。
【0023】
次に負荷回路5は、ランプ5aとチョークコイル5bが直列接続され、始動用コンデンサ5dがランプ5aに並列接続された負荷回路5の終端を、2つの等しい容量の直流カットコンデンサ9、10とコンデンサ11によって分岐し、それぞれをダイオード3aのアノード、ダイオード3dのカソード、平滑コンデンサ3fの正極に接続されている。
【0024】
次に図1をもとに動作を説明する。
まず、コンデンサ11が接続されてない場合の動作を説明する。
電源回路3により倍電圧整流し、この直流出力をスイッチング回路4のよって高周波に変換し、負荷回路5において、チョークコイル5bにより電流を制限しながらランプ5aを点灯する点は、従来例と同じであるので、説明を省略する。0<V0の場合における電流の流れについて説明する。
【0025】
(1)スイッチング素子4aがONの時
それまでに平滑コンデンサ3eに蓄えられた電気エネルギーが放電され、スイッチング素子4a→ランプ5a→チョークコイル5b→直流カットコンデンサ9→ダイオード3a→スイッチング素子4a のループに電流が流れる。
(2)スイッチング素子4bの回生ダイオードがONの時
前期間でチョークコイル5bに蓄えられた電気エネルギーにより、平滑コンデンサ3e→平滑コンデンサ3f→グランド→スイッチング素子4bの回生ダイオード→ランプ5a→チョークコイル5b→直流カットコンデンサ9→ダイオード3a→平滑コンデンサ3e のループに電流が流れる。
(3)スイッチング素子4bがONの時
前期間でチョークコイル5bに蓄えられた電気エネルギーがなくなると、AC電源1→ダイオード3b→直流カットコンデンサ9→チョークコイル5b→ランプ5a→スイッチング素子4b→グランド→平滑コンデンサ3f→AC電源1 のループに電流が流れる。
(4)スイッチング素子4aの回生ダイオードがONの時
前期間でチョークコイル5bに蓄えられた電気エネルギーが放電され、チョークコイル5b→ランプ5a→スイッチング素子4aの回生ダイオード→平滑コンデンサ3e→AC電源1→ダイオード3b→直流カットコンデンサ9→チョークコイル5b のループに電流が流れる。
【0026】
上記の動作は、V0<0時の平滑コンデンサ3f周辺の電流についても同じであり、結果として、図2(c)に示すような入力波形を得ることができる。
この入力電流波形と図18(c)に示した従来の波形を比べると、ピークが低減されて電流が平準化されていることが分かる。
【0027】
なお図2において、(a)、(b)、(d)、(e)、(f)は、それぞれコンデンサ11が接続されていない実施の形態1の放電灯点灯装置において、位相制御式調光器6の調光機能をOFFした場合の電源回路3における入力電圧、出力電圧の波形と、平滑コンデンサ9、10を流れる電流i1、i3の波形と、ランプ5aを流れる電流i1の波形を、入力電流と同じ時間軸で表したものである。
なお、ランプ電流i1と、直流カットコンデンサ9、10に流れる電流i2、i3の間には、i1=i2+i3 なる関係が成り立つ。
【0028】
次にコンデンサ11が接続されている場合について説明する。
この場合、コンデンサ11は、コンデンサ9、10より小さな容量のものが選ばれる。負荷回路5の終端からみると、コンデンサ11のインピーダンスは小さく、またAC電圧のゼロクロス近傍において、V4とV2の電位差の振幅が最大となるので、コンデンサ11を流れる電流i4もここで最大となる。
また、コンデンサ11を流れる電流i4と、ランプ電流、直流カットコンデンサ9、10に流れる電流i1、i2、i3の間には i1=i2+i3+i4 なる関係が成り立つ。
【0029】
したがってこれら結果より、図3(c)、4(c)に示すような入力波形を得ることができる。
これら入力電流波形と図18(c)もしくは図19(c)に示した従来の波形を比べると、ピークが低減されて電流が平準化されていることが分かる。
【0030】
なお図3において、(a)、(b)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)は、それぞれコンデンサ11が接続された実施の形態1の放電灯点灯装置において、位相制御式調光器6の調光機能をOFFした場合の電源回路3における入力電圧、出力電圧の波形と、負荷回路5の終端電圧V4の波形と、平滑コンデンサ9、10を流れる電流i2、i3の波形と、コンデンサ11を流れる電流i4の波形と、ランプ5aを流れる電流i1の波形を入力電流と同じ時間軸で表したものである。
【0031】
また、図4において、(a)、(b)は、それぞれコンデンサ11が接続された実施の形態1の放電灯点灯装置において、位相制御式調光器6の位相角を45度程度にして調光した場合の電源回路3における入力電圧、出力電圧の波形を入力電流と同じ時間軸で表したものである。
【0032】
このように、負荷電流を、直流カットコンデンサを介して、AC電源及び平滑コンデンサに帰還する構成として、AC電源から平滑コンデンサに流れる電流を高周波的に分散させるようにしているので、突入電流を低減することができ、かつ、力率を改善することができる。
さらに、直流カットコンデンサ9、10の接続に加え、コンデンサ11を接続することにより、ランプ電流のリップルを低減し、発光効率を良くすることができる。
【0033】
また、コンデンサ11の動作により、ゼロクロス近傍でも、0<V0であれば電流i4が、AC電源1→ダイオード3b→ダイオード3a→スイッチング素子4a→チョークコイル5b→コンデンサ11→AC電源1の径路で流れる。
【0034】
またV0<0では、AC電源1→コンデンサ11→チョークコイル5b→スイッチング素子4b→ダイオード3d→ダイオード3c→AC電源1の径路で流れるので、直流カットコンデンサ9及び10の動作に加えて、さらに力率を高くすることができる。
【0035】
なお、本実施の形態では、負荷回路の終端と平滑コンデンサ3fの正極間に、コンデンサ11を接続したが、抵抗、インダクタ等のインピーダンス素子またはスイッチング素子を接続しても同様な効果が得られる。
【0036】
実施の形態2.
図5は本発明の実施の形態2に係る放電灯点灯装置の回路図を示したものである。従来例もしくは実施の形態1の回路構成と一致している点については説明を省略し、異なる点について説明する。
図において負荷回路5は、チョークコイル5bに中間タップ5eを設けて、直流カットコンデンサ9、10を、中間タップ5eに接続するように構成されている。
また、AC電源1、ノイズフィルタ2、電源回路3、スイッチング回路4、ランプ5a、始動用コンデンサ5d及びコンデンサ11は、実施の形態1のものと構成、動作が同じであるので説明を省略する。
【0037】
本実施の形態は、中間タップ5eの分割比とコンデンサ9の容量を最適化することにより、力率やランプ電流のリップルを設定するものであり、実施の形態1と比べて設計の自由度が広がっている。
また、動作は実施の形態1と同じであり、電圧・電流波形も図3及び図4に示したものと同じである。
【0038】
以上のように、負荷電流を、直流カットコンデンサを介して、AC電源及び平滑コンデンサに帰還する構成として、AC電源から平滑コンデンサに流れる電流を高周波的に分散するようにしているので、突入電流を低減することができ、かつ、力率を改善することができる。
【0039】
また、コンデンサ11によりAC電源のゼロクロス近傍でもランプ電流を確保できる構成としたので、ランプ電流のリップルを低減することができる。
さらに、力率やランプ電流リップルを決めるファクタが増えるので、最適設計を容易にすることができる。
【0040】
なお、図6に示すようにチョークコイル5bの終端に直流カットコンデンサ9及び10を接続し、中間タップ5eにコンデンサ11を接続しても同様な効果が得られる。
また、図7のように、コンデンサ11を、ランプ5aとチョークコイル5bの接続点と平滑コンデンサ3fの正極間に接続しても同様な効果が得られる。
さらにまた、図8のように、チョークコイル5bをスイッチング回路4側にしても同様な効果が得られる。
【0041】
実施の形態3.
図9は本発明の実施の形態3に係る放電灯点灯装置の回路図を示したものである。従来もしくは実施の形態1、2の回路構成と一致している点については説明を省略し、異なる点について説明する。
図において、電源回路3は、平滑コンデンサ3e、インダクタ3h、インダクタ3i及び平滑コンデンサ3fの直列接続をダイオード3b及び3cの直列回路に並列接続し、AC電源1の一端をダイオード3b及び3cの接続点に、他端と負荷回路5の終端をインダクタ3h及び3iの接続点に接続するような構成となっている。
また、AC電源1、ノイズフィルタ2、スイッチング回路4、負荷回路5は、実施の形態1のものと、構成、動作が同じであるので説明を省略する。
【0042】
次に図9をもとに動作を説明する。
両インダクタ3h、3iの接続点からみた点3gの電圧をV0、平滑コンデンサ3eの両端電圧をV1、インダクタ3hの両端電圧をV5、V1とV5の合計をV6とする。
0<V0の場合における電流の流れについて説明する。
【0043】
(1)スイッチング素子4aがONの時
それまでに平滑コンデンサ3eに蓄えられた電気エネルギーが放電され、スイッチング素子4a→ランプ5a→チョークコイル5b→インダクタ3h→平滑コンデンサ3e のループに電流が流れる。
(2)スイッチング素子4bの回生ダイオードがONの時
前期間でチョークコイル5bに蓄えられた電気エネルギーにより、グランド→スイッチング素子4bの回生ダイオード→ランプ5a→チョークコイル5b→インダクタ3i→平滑コンデンサ3f のループに電流が流れる。
(3)スイッチング素子4bがONの時
平滑コンデンサ3f→インダクタ3i→チョークコイル5b→ランプ5a→スイッチング素子4b→グランド のループに電流が流れる。
(4)スイッチング素子4aの回生ダイオードがONの時
チョークコイル5bに蓄えられた電気エネルギーが放電され、チョークコイル5b→ランプ5a→スイッチング素子4aの回生ダイオード→平滑コンデンサ3e→インダクタ3h のループに電流が流れる。
【0044】
また、ドライバ4cの発振周波数をf、振幅をα1とすると、
V6=V1+α1・sin(2πft) なる関係が成り立つ。
ここで、α1の大きさはチョークコイル5bとインダクタ3hのインダクタンス値によって決まる。
これにより、V0<V6となる期間を高周波的に分散することとなり、力率を改善することができる。
【0045】
上記の動作は、V0<0時の平滑コンデンサ3f周辺の電流についても同じであり、結果として図10(c)に示すような入力電流波形を得ることができる。この入力電流波形と図18(c)に示した従来の波形を比べると、ピークが低減されて電流が平準化されていることが分かる。
【0046】
なお図10において、(a)、(b)は、それぞれ本実施の形態3の放電灯点灯装置において、位相制御式調光器6の調光機能をOFFした場合の電源回路3における入力電圧、出力電圧の波形を入力電流と同じ時間軸で表したものである。
【0047】
また、図11に示すように、図9で示したインダクタ3h、3iを磁気結合し、一体化したコイル3jを用いてもよく、さらには図12のように、チョークコイル5bに2次巻線5f及び5gを設け、インダクタ3h、3iと同様の効果を持たせてもよい。インダクタ3hと3iを磁気結合した場合、両者は負荷回路5の接続点から見て互いに反対の極性となるようにコイル3jを設計する。
さらにまた、図13に示されるインダクタ5bまたは2次巻線5f及び5gに対して、図14のようにコンデンサ12を並列に接続することにより、コンデンサ12とインダクタの共振作用により、さらに力率を改善することができる。
【0048】
以上のように、ダイオード3b及び3cを高周波的にスイッチングすることになるので、入力電流が流れ込む期間を分散でき、力率を改善することができる。
【0049】
実施の形態4.
図15は本発明の実施の形態4に係る放電灯点灯装置の回路図を示したものである。従来例もしくは実施の形態1、2、3の回路構成と一致している点については説明を省略し、異なる点について説明する。
図においてチョークコイル5bは、2次巻線5h及び5iを有し、2次巻線5hの一端を電源回路3の出力側に、他端にコンデンサ8を介してダイオード3aのアノードを接続する。同様に2次巻線5iの一端はグランド側に、他端はコンデンサ9を介してダイオード3dのカソードに接続する。
【0050】
スイッチング回路4は、スイッチング素子4aをPチャネルMOSFET、スイッチング素子4bをNチャネルMOSFETとし、両者のドレイン端子を共通に接続し出力端とする。スイッチング素子4aは、2次巻線5hの出力をゲート信号としてインピーダンス素子4dを介して取り込み、スイッチング素子4bは、2次巻線5iの出力をゲート信号としてインピーダンス素子4eを介して取り込む。4f、4g、4h及び4iはスイッチング素子4a、4bを保護する定電圧ダイオード、4jは起動回路である。
また、AC電源1、ノイズフィルタ2、電源回路3は、実施の形態1のものと、構成、動作が同じであるので説明を省略する。
【0051】
力率改善に関する原理は実施の形態1と同じであるので省略する。スイッチング回路4の動作が異なっており、この点について説明する。
起動回路4jによってスイッチング素子4aまたは4bが最初にONし、自励発振を開始する。発振を開始した後の安定した動作において、2次巻線5hに発生する電圧V7は、電源回路3の出力点を基準として、振幅をα2、スイッチング周波数をfとすると、
V7=α2・sin(2πft)
となる。一方、2次巻線5iの電圧V8はグランドを基準として、振幅をα3とすると同じスイッチング周波数fにより
V8=α3・sin(2πft)
となる。
【0052】
(1)0<V7、V8の時
スイッチング素子4aがOFF、4bがONとなり、
(2)V7、V8<0の時
スイッチング素子4aがON、4bがOFFとなる。
これにより、スイッチング素子4a及び4bが交互にON・OFFする。
なお、インピーダンス素子4d、4eが抵抗の時は、V7<0<V8、またはその逆、V8<0<V7にはなり得ず、両スイッチング素子4a、4bが同時にONすることはないが、インピーダンス素子4d、4eが例えばインダクタ等のときは、上記のような状態を避けるように定電圧ダイオード4f、4g、4h及び4iを適切に選定する必要がある。
【0053】
以上のように、負荷回路5の高周波出力部分と、AC電源1及び平滑コンデンサ3e、3fとを、コンデンサ7及び8により結合する構成として、AC電源から平滑コンデンサに流れる電流を高周波的に分散するようにしているので、突入電流を低減することができ、かつ、力率を改善することができるとともに、力率改善に要する部品とスイッチング回路4の駆動部を構成する部品とを兼ねることができる。
【0054】
実施の形態5.
図16は電球形蛍光灯装置に、本発明に係る放電灯点灯装置を組み込んだ状態を概略正面図である。従来例もしくは実施の形態1、2、3、4と一致している点については説明を省略し、異なる点について説明する。
図において13は口金、14aはカバー、14bはグローブ、15は実施の形態1〜5で説明したいずれかに対応する放電灯点灯装置を実装した回路基板である。
ランプ5bは屈曲型蛍光ランプとし、ランプ5b、口金13、カバー14a、グローブ14b及び回路基板15を一体化し、電球形蛍光灯装置を構成する。
回路基板15は、少ない部品点数で構成できるので、図に示すように電球形蛍光ランプに組み込むこと可能で、また、位相制御式調光器に対応した電球形蛍光灯装置とすることができる。
【0055】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので以下に示すような効果を奏する。
【0058】
本発明によれば、スイッチング回路の動作に合わせて、倍電圧整流回路を構成するダイオードをスイッチングできることになるので、倍電圧整流回路を構成するダイオードの数を増やさずに、入力電流が流れ込む期間を高周波的に分散でき、力率を改善することができる。
【0059】
また、本発明によれば、力率改善に必要な2つのインダクタとコンデンサとを共振させる構成としたので、請求項6記載の発明に比べてインダクタンスの小さいインダクタを使用することができ、インダクタ及び装置全体を小型化することができる。
【0060】
また、本発明によれば、力率改善に必要な2つのインダクタを磁気結合する構成としたので、さらに部品点数を減らし、装置を小型化することができる。
【0061】
また、本発明によれば、磁気結合の極性を適切に設定することにより、さらに力率を改善することができる。
【0062】
また、本発明によれば、力率改善に必要な2つのインダクタとランプ電流減流用のチョークコイルを磁気結合する構成としたので、さらに部品点数を減らし、装置を小型化することができる。
【0066】
また、本発明によれば、上記の放電灯点灯装置を有する屈曲形蛍光ランプを用いた照明器具とするように構成したので、小型、かつ、高効率な電球形蛍光ランプ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る放電灯点灯装置の回路図を示したものである。
【図2】コンデンサ11が接続されてない、本発明の実施の形態1に係る放電灯点灯装置において位相制御式調光器6の調光機能をOFFにした場合の電源回路における電圧・電流波形を示したものである。
【図3】コンデンサ11が接続された、本発明の実施の形態1に係る放電灯点灯装置において位相制御式調光器6の調光機能をOFFにした場合の電源回路における電圧・電流波形を示したものである。
【図4】コンデンサ11が接続された、本発明の実施の形態1に係る放電灯点灯装置において位相制御式調光器6の位相角を45度にした場合の電源回路における電圧・電流波形を示したものである。
【図5】本発明の実施の形態2に係る放電灯点灯装置の第1の回路図を示したものである。
【図6】本発明の実施の形態2に係る放電灯点灯装置の第2の回路図を示したものである。
【図7】本発明の実施の形態2に係る放電灯点灯装置の第3の回路図を示したものである。
【図8】本発明の実施の形態2に係る放電灯点灯装置の第4の回路図を示したものである。
【図9】本発明の実施の形態3に係る放電灯点灯装置の第1の回路図を示したものである。
【図10】本発明の実施の形態3に係る放電灯点灯装置において位相制御式調光器6の調光機能をOFFにした場合の電源回路における電圧・電流波形を示したものである。
【図11】本発明の実施の形態3に係る放電灯点灯装置の第2の回路図を示したものである。
【図12】本発明の実施の形態3に係る放電灯点灯装置の第3の回路図を示したものである。
【図13】本発明の実施の形態3に係る放電灯点灯装置の第4の回路図を示したものである。
【図14】(a)、(b)、(c)はそれぞれ本発明の実施の形態3に係る放電灯点灯装置の第5、6、7の回路例に対する要部説明図である。
【図15】本発明の実施の形態4に係る放電灯点灯装置の回路図を示したものである。
【図16】本発明に係る放電灯点灯装置を組み込んだ電球形蛍光灯の概略正面図である。
【図17】第1の従来の放電灯点灯装置における回路図を示したものである。
【図18】第1の従来の放電灯点灯装置における電源回路の電圧・電流波形を示したものである。
【図19】第1の従来の放電灯点灯装置において位相制御式調光器を調光機能させた時の電源回路における電圧・電流波形を示したものである。
【図20】第2の従来の放電灯点灯装置における回路図を示したものである。
【図21】第3の従来の放電灯点灯装置における回路図を示したものである。
【符号の説明】
1 AC電源
3 電源回路
3a、3b、3c、3d ダイオード
3e、3f 平滑コンデンサ
3h、3i インダクタ
3j コイル
4 スイッチング回路
4a、4b スイッチング素子
4c ドライバ
4d、4e インピーダンス素子
4f、4g、4h、4i 定電圧ダイオード
4j 起動回路
5 負荷回路
5a ランプ
5b チョークコイル
5c、9、10 直流カットコンデンサ
5e 中間タップ
5f、5g、5h、5i 2次巻線
7、8、11、12 コンデンサ
13 口金
14a カバー
14b グローブ
15 回路基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a discharge lamp lighting device and a lighting fixture for lighting a discharge lamp at high frequency.
[0002]
[Prior art]
FIG. 17 shows a circuit diagram of a conventional discharge lamp lighting device.
In the figure, 1 is an AC power source, 2 is a noise filter, 3 is a power supply circuit comprising a voltage doubler rectifier circuit constituted by
[0003]
More specifically, the
[0004]
Next, the operation will be described with reference to FIG.
In FIG. 17, among the AC inputs input via the
First, when the potential of L1 is higher than the potential of L2, and the potential difference between the two becomes higher than the charging voltage of the smoothing capacitor 3e, a current flows along the path of L1 → diode 3b → smoothing capacitor 3e → L2, and the smoothing capacitor 3e Charged.
[0005]
When the potential of L2 is higher than the potential of L1 and the potential difference between the two becomes higher than the charging voltage of the smoothing capacitor 3f, a current flows through the path of L2 → smoothing capacitor 3f →
The sum of the charging voltages of both the smoothing capacitors 3e and 3f is output as a DC output of the
[0006]
Here, when the lamp is lit by the double voltage rectified voltage, the voltage input to the switching circuit has a margin with respect to the lamp voltage compared to the case of a capacitor input type circuit that smoothes the AC voltage by full-wave rectification. Therefore, it is possible to obtain a wide lamp output simply by changing the switching frequency.
That is, even when the lamp output is reduced, the lamp voltage can be secured, and the lamp can be prevented from flickering or extinguishing. Even when the output is increased, there is an advantage that the switching phase does not advance and can be driven safely. It is a lighting device effective for the power supply.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional discharge lamp lighting device shown in FIG. 17 has the following problems.
First, the smoothing capacitors 3e and 3f are charged for a very short time, and the charge necessary for the circuit is charged within that period. Therefore, the peak of the input current becomes extremely large and the life of the smoothing capacitor is shortened. There was a fear.
FIG. 18C shows the state of the peak of the input current. FIGS. 18A and 18B show the input voltage and output voltage waveforms in the
At this time, since the power factor is low, the AC power supply side equipment may be destroyed.
[0008]
Secondly, when a phase-controlled dimmer 6 is connected to the discharge lamp lighting device and the input voltage is phase-controlled, a larger inrush current flows at the moment when the thyristor in the dimmer is turned on. As a result, the life of the smoothing capacitors 3e and 3f is further shortened, and there is a possibility that the components located between the phase control dimmer 6 and the smoothing capacitor 3e or 3f, the
FIG. 19 (c) shows the state of this inrush current. (A) and (b) are respectively the input voltage and output in the
At this time, not only the lighting device but also the dimmer itself may cause malfunction or failure.
[0009]
In order to solve such a problem, a method of improving the power factor by increasing the voltage applied to the switching circuit using an active filter or a transformer as shown in FIGS. 20 and 21, for example, has been proposed.
The main points of these operations will be described with reference to the drawings.
First, in the case of FIG. 20, the AC voltage that has been full-wave rectified by the rectifier circuit 16 is boosted by chopping the coil 17, the
Further, in the case of FIG. 21, the power factor is improved by the inductance component of the
Problems such as the necessity of a new coil 17 having a size corresponding to the
[0010]
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and a discharge lamp lighting device having an improved power factor by increasing the voltage applied to the switching circuit with a small number of parts. And lighting equipment The purpose is to obtain.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A discharge lamp lighting device according to the present invention includes a power supply circuit that double-rectifies an AC power supply, The first and second switching elements are composed of field effect transistors with built-in regenerative diodes, and the first switching element is connected to the output point of the power supply circuit and the second switching element is connected to the ground. , A switching circuit that converts a DC output of the power supply circuit to a high frequency; and a load circuit that consumes the high frequency output of the switching circuit. The power supply circuit includes first, second diodes, first, Two capacitors and first and second inductors connected in series. The connection point between the cathode of the first diode and the positive electrode of the first capacitor is the output point of the power supply circuit, and the anode of the second diode The connection point between the negative electrode of the second capacitor and the negative electrode of the first capacitor and the positive electrode of the second capacitor are connected to the ground, and the series circuit of the first and second inductors is connected. , Comprising a series circuit of choke coils for limiting the current flowing to the discharge lamp, one end of the AC power supply being connected to the connection point of the first and second inductors, and the other end of the first and second diodes Connected to attachment point, one end of the load circuit connected to the output point of the switching circuit, the other end first, which is constituted so as to be connected to the connection point of the second inductor.
[0014]
Further, the third capacitor is configured to be connected in parallel to the series circuit of the first and second inductors.
[0015]
Further, the first and second inductors are configured to be magnetically coupled.
[0016]
In addition, the first inductor and the second inductor are integrated as a single coil having an intermediate tap, the winding start of the coil winding is set to the negative electrode of the first capacitor, and the winding end of the winding is set to the second winding. Or the end of the winding of the coil is connected to the negative of the first capacitor, the start of the winding is connected to the positive of the second capacitor, and the intermediate tap of the coil is connected to the load circuit It is configured to be connected to the other end.
[0017]
In addition, the first and second inductors and the choke coil are magnetically coupled.
[0021]
Furthermore, above The lighting apparatus is configured to use a bent fluorescent lamp having a discharge lamp lighting device.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a circuit diagram of a discharge lamp lighting device according to
In the
[0023]
Next, in the
[0024]
Next, the operation will be described with reference to FIG.
First, the operation when the
The
[0025]
(1) When switching
The electric energy stored in the smoothing capacitor 3e until then is discharged, and a current flows through the loop of the
(2) When the regenerative diode of switching
The smoothing capacitor 3e → smoothing capacitor 3f → ground → regenerative diode of the
(3) When switching
When the electric energy stored in the
(4) When the regenerative diode of switching
The electric energy stored in the
[0026]
The above operation is the same for the current around the smoothing capacitor 3f when V0 <0. As a result, an input waveform as shown in FIG. 2C can be obtained.
Comparing this input current waveform with the conventional waveform shown in FIG. 18C, it can be seen that the peak is reduced and the current is leveled.
[0027]
In FIG. 2, (a), (b), (d), (e), and (f) are phase control type dimming in the discharge lamp lighting device of
A relationship of i1 = i2 + i3 is established between the lamp current i1 and the currents i2 and i3 flowing through the DC cut
[0028]
Next, the case where the
In this case, the
Further, a relationship of i1 = i2 + i3 + i4 is established between the current i4 flowing through the
[0029]
Therefore, from these results, an input waveform as shown in FIGS. 3C and 4C can be obtained.
Comparing these input current waveforms with the conventional waveforms shown in FIG. 18C or FIG. 19C, it can be seen that the peak is reduced and the current is leveled.
[0030]
In FIG. 3, (a), (b), (d), (e), (f), (g), and (h) are the discharge lamp lighting device of the first embodiment to which the
[0031]
4A and 4B, the discharge lamp lighting device of the first embodiment to which the
[0032]
In this way, the load current is fed back to the AC power supply and the smoothing capacitor via the DC cut capacitor, so that the current flowing from the AC power supply to the smoothing capacitor is dispersed at a high frequency, thus reducing the inrush current. And improve the power factor.
Furthermore, by connecting the
[0033]
Further, due to the operation of the
[0034]
If V0 <0,
[0035]
In this embodiment, the
[0036]
FIG. 5 shows a circuit diagram of a discharge lamp lighting device according to
In the figure, the
Further, the
[0037]
In the present embodiment, the power factor and the ripple of the lamp current are set by optimizing the division ratio of the
The operation is the same as that of the first embodiment, and the voltage / current waveforms are the same as those shown in FIGS.
[0038]
As described above, since the load current is fed back to the AC power supply and the smoothing capacitor via the DC cut capacitor, the current flowing from the AC power supply to the smoothing capacitor is dispersed at high frequency. It can be reduced and the power factor can be improved.
[0039]
Further, since the
Furthermore, since the factors that determine the power factor and lamp current ripple increase, the optimum design can be facilitated.
[0040]
As shown in FIG. 6, the same effect can be obtained by connecting the DC cut
As shown in FIG. 7, the same effect can be obtained by connecting the
Furthermore, the same effect can be obtained even if the
[0041]
FIG. 9 shows a circuit diagram of a discharge lamp lighting device according to
In the figure, a
The
[0042]
Next, the operation will be described with reference to FIG.
The voltage at point 3g viewed from the connection point of both
A current flow in the case of 0 <V0 will be described.
[0043]
(1) When switching
The electric energy stored in the smoothing capacitor 3e so far is discharged, and a current flows through the loop of the
(2) When the regenerative diode of switching
Due to the electrical energy stored in the
(3) When switching
A current flows through the loop of smoothing capacitor 3f → inductor 3i →
(4) When the regenerative diode of switching
Electric energy stored in the
[0044]
If the oscillation frequency of the
The relationship V6 = V1 + α1 · sin (2πft) holds.
Here, the magnitude of α1 is determined by the inductance values of the
As a result, the period in which V0 <V6 is dispersed in a high frequency, and the power factor can be improved.
[0045]
The above operation is the same for the current around the smoothing capacitor 3f when V0 <0. As a result, an input current waveform as shown in FIG. 10C can be obtained. Comparing this input current waveform with the conventional waveform shown in FIG. 18C, it can be seen that the peak is reduced and the current is leveled.
[0046]
10, (a) and (b) are respectively the input voltage in the
[0047]
Further, as shown in FIG. 11, the
Furthermore, FIG. Shown in
[0048]
As described above, since the
[0049]
FIG. 15 shows a circuit diagram of a discharge lamp lighting device according to
In the figure, a
[0050]
In the
The
[0051]
Since the principle relating to the power factor improvement is the same as that of the first embodiment, a description thereof will be omitted. The operation of the
The switching
V7 = α2 · sin (2πft)
It becomes. On the other hand, the voltage V8 of the secondary winding 5i has the same switching frequency f when the amplitude is α3 with respect to the ground.
V8 = α3 · sin (2πft)
It becomes.
[0052]
(1) When 0 <V7, V8
(2) When V7, V8 <0
The switching
Thereby, the
When the impedance elements 4d and 4e are resistors, V7 <0 <V8, or vice versa, V8 <0 <V7 cannot be established, and both switching
[0053]
As described above, the high-frequency output portion of the
[0054]
FIG. 16 is a schematic front view showing a state in which the discharge lamp lighting device according to the present invention is incorporated in a bulb-type fluorescent lamp device. Description of points that are the same as those of the conventional example or the first, second, third, and fourth embodiments will be omitted, and different points will be described.
In the figure, 13 is a base, 14a is a cover, 14b is a globe, and 15 is a circuit board on which a discharge lamp lighting device corresponding to any one of the first to fifth embodiments is mounted.
The
Since the
[0055]
【The invention's effect】
Since this invention is comprised as mentioned above, there exists an effect as shown below.
[0058]
Book According to the invention, since the diodes constituting the voltage doubler rectifier circuit can be switched in accordance with the operation of the switching circuit, the period during which the input current flows can be increased without increasing the number of diodes constituting the voltage doubler rectifier circuit. Can be dispersed and the power factor can be improved.
[0059]
Also book According to the invention, since the two inductors and the capacitor required for power factor improvement are made to resonate, an inductor having a smaller inductance than that of the invention of claim 6 can be used. It can be downsized.
[0060]
Also book According to the invention, since the two inductors necessary for power factor improvement are magnetically coupled, the number of components can be further reduced and the apparatus can be downsized.
[0061]
Also book Invention According to The power factor can be further improved by appropriately setting the polarity of the magnetic coupling.
[0062]
Also book According to the invention, since the two inductors necessary for power factor improvement and the choke coil for reducing the lamp current are magnetically coupled, the number of parts can be further reduced and the apparatus can be miniaturized.
[0066]
Moreover, according to the present invention, , above Since it is configured to be a lighting fixture using a bent fluorescent lamp having a discharge lamp lighting device, a compact and highly efficient bulb-type fluorescent lamp device can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a discharge lamp lighting device according to
FIG. 2 shows voltage / current waveforms in the power supply circuit when the dimming function of the phase control dimmer 6 is turned off in the discharge lamp lighting device according to the first embodiment of the present invention to which the
FIG. 3 shows voltage / current waveforms in the power supply circuit when the dimming function of the phase control dimmer 6 is turned off in the discharge lamp lighting device according to the first embodiment of the present invention to which the
FIG. 4 shows voltage / current waveforms in the power supply circuit when the phase angle of the phase control dimmer 6 is set to 45 degrees in the discharge lamp lighting device according to
FIG. 5 shows a first circuit diagram of a discharge lamp lighting device according to
FIG. 6 shows a second circuit diagram of the discharge lamp lighting device according to
FIG. 7 shows a third circuit diagram of the discharge lamp lighting device according to
FIG. 8 shows a fourth circuit diagram of the discharge lamp lighting device according to
FIG. 9 shows a first circuit diagram of a discharge lamp lighting device according to
FIG. 10 shows voltage / current waveforms in the power supply circuit when the dimming function of the phase control dimmer 6 is turned off in the discharge lamp lighting device according to
FIG. 11 shows a second circuit diagram of the discharge lamp lighting device according to
FIG. 12 shows a third circuit diagram of the discharge lamp lighting device according to
FIG. 13 shows a fourth circuit diagram of the discharge lamp lighting device according to
14 (a), (b), and (c) are main part explanatory diagrams for fifth, sixth, and seventh circuit examples of the discharge lamp lighting device according to
FIG. 15 is a circuit diagram of a discharge lamp lighting device according to
FIG. 16 is a schematic front view of a bulb-type fluorescent lamp incorporating a discharge lamp lighting device according to the present invention.
FIG. 17 is a circuit diagram of a first conventional discharge lamp lighting device.
FIG. 18 shows voltage / current waveforms of a power supply circuit in the first conventional discharge lamp lighting device.
FIG. 19 shows voltage / current waveforms in the power supply circuit when the phase control dimmer is dimmed in the first conventional discharge lamp lighting device.
FIG. 20 is a circuit diagram of a second conventional discharge lamp lighting device.
FIG. 21 is a circuit diagram of a third conventional discharge lamp lighting device.
[Explanation of symbols]
1 AC power supply
3 Power supply circuit
3a, 3b, 3c, 3d diode
3e, 3f smoothing capacitor
3h, 3i inductor
3j coil
4 Switching circuit
4a, 4b switching element
4c driver
4d, 4e impedance element
4f, 4g, 4h, 4i constant voltage diode
4j Start-up circuit
5 Load circuit
5a lamp
5b Choke coil
5c, 9, 10 DC cut capacitor
5e Middle tap
5f, 5g, 5h, 5i secondary winding
7, 8, 11, 12 Capacitor
13 Base
14a cover
14b gloves
15 Circuit board
Claims (6)
第1及び第2のスイッチング素子を、回生ダイオードを内蔵した電界効果型トランジスタで構成し、該第1のスイッチング素子を電源回路の出力点に、該第2のスイッチング素子をグランドに接続したハーフブリッジ構成とし、前記電源回路の直流出力を高周波に変換するスイッチング回路と、
該スイッチング回路の高周波出力を消費する負荷回路とを備え、
前記電源回路は、直列に順極性接続した第1、第2のダイオード、第1、第2のコンデンサ並びに直列接続した第1、第2のインダクタとからなり、前記第1のダイオードのカソードと前記第1のコンデンサの正極との接続点を前記電源回路の出力点とし、前記第2のダイオードのアノードと前記第2のコンデンサの負極との接続点をグランドとし、前記第1のコンデンサの負極と前記第2のコンデンサの正極間に前記第1、第2のインダクタの直列回路を接続し、
前記負荷回路は、放電灯と、該放電灯に流れる電流を制限するチョークコイルの直列回路からなり、
前記AC電源の一端を、前記第1、第2のインダクタの接続点に接続し、他端を前記第1、第2のダイオードの接続点に接続し、
前記負荷回路の一端を前記スイッチング回路の出力点に接続し、他端を前記第1、第2のインダクタの接続点に接続したことを特徴とする放電灯点灯装置。A power supply circuit for voltage rectifying the AC power supply;
A half bridge in which the first and second switching elements are composed of a field effect transistor with a built-in regenerative diode, and the first switching element is connected to the output point of the power supply circuit and the second switching element is connected to the ground. configuration and then, a switching circuit for converting the DC output of the power supply circuit to a high frequency,
A load circuit that consumes the high-frequency output of the switching circuit,
The power supply circuit includes first and second diodes connected in forward polarity in series, first and second capacitors, and first and second inductors connected in series, and the cathode of the first diode and the The connection point between the positive electrode of the first capacitor is the output point of the power supply circuit, the connection point between the anode of the second diode and the negative electrode of the second capacitor is the ground, and the negative electrode of the first capacitor A series circuit of the first and second inductors is connected between the positive electrodes of the second capacitors;
The load circuit comprises a series circuit of a discharge lamp and a choke coil that limits a current flowing through the discharge lamp,
One end of the AC power source is connected to a connection point of the first and second inductors, and the other end is connected to a connection point of the first and second diodes.
One end of the load circuit is connected to an output point of the switching circuit, and the other end is connected to a connection point of the first and second inductors.
前記コイルの中間タップを前記負荷回路の他端に接続したことを特徴とする請求項3記載の放電灯点灯装置。The first inductor and the second inductor are integrated as a single coil having an intermediate tap, and the winding start of the coil is set to the negative electrode of the first capacitor, and the winding end of the winding is set. Connecting to the positive electrode of the second capacitor, or connecting the winding end of the coil to the negative electrode of the first capacitor and the winding start of the winding to the positive electrode of the second capacitor;
The discharge lamp lighting device according to claim 3 , wherein an intermediate tap of the coil is connected to the other end of the load circuit.
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