JPH05174982A

JPH05174982A - 白熱電球用高周波点灯装置

Info

Publication number: JPH05174982A
Application number: JP3340577A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Hiratomo; 喜光平伴; Tozo Seki; 東三関; Masaharu Yano; 正晴矢野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1991-12-24
Publication date: 1993-07-13

Abstract

(57)【要約】【目的】白熱電球用の高周波点灯装置において、点灯装
置を小型化すると共に、ランプ寿命末期でのアーク放電
を継続させないで、且つ、発光効率を改善する。【構成】商用電源ＡＣの交流電圧を全波整流した脈流電
圧源を電源とする高周波インバータ回路Ｈから供給され
る電力により白熱電球Ｌを点灯させる装置において、ラ
ンプ電圧波形が零点を通り相隣合う波形のピーク値を略
一定とするように整流平滑要素を設けた。【効果】高周波点灯方式を用いることにより点灯装置を
小型・軽量化することができ、ランプの寿命末期におい
ても、アークの継続を断って、過電流による回路素子の
破壊が防止できると共に、ランプの発光効率も高くする
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、商用電源を高周波に
変換すると共に降圧して白熱電球を点灯させる白熱電球
用高周波点灯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、照明器具の小型化や配光制御の簡
単化が要求されており、こうした要求を満たすために、
小型且つ高効率である低電圧の小型ハロゲン電球（ミニ
ハロゲン電球）が広く用いられるようになってきた。こ
の種のハロゲン電球の定格電圧は、例えば、１２Ｖであ
り、商用電源に直接接続して点灯させることはできない
ので、降圧手段が必要である。商用電源の降圧手段とし
ては、例えば、商用電源周波数に対応した降圧トランス
が考えられるが、降圧トランスは比較的大型であるか
ら、照明器具の小型化という要求を満足できなくなる。
例えば、１２Ｖ５０Ｗのハロゲン電球用の降圧トランス
の重量は９９１ｇと非常に重い。

【０００３】このような問題点を解決するために、ハロ
ゲン電球のような白熱電球を高周波電力で点灯させるこ
とが提案されている。白熱電球を高周波電力で点灯させ
る高周波インバータ回路は、基本的には図７に示すよう
に構成されている。この高周波インバータ回路Ｈでは、
商用電源ＡＣを整流回路Ｒｅにより全波整流して脈流電
圧とし、この脈流電圧をコンデンサＣ₁，Ｃ₂の直列回
路で平滑して、直流電圧を得ており、この直流電圧は、
トランジスタＱ₁，Ｑ₂の直列回路に印加されている。
トランジスタＱ₁，Ｑ₂のエミッタには、それぞれ抵抗
Ｒ₁，Ｒ₂が直列的に挿入されている。トランジスタＱ
₁と抵抗Ｒ₁の直列回路には、ダイオードＤ₁が逆並列
接続されており、トランジスタＱ₂と抵抗Ｒ₂の直列回
路には、ダイオードＤ₂が逆並列接続されている。コン
デンサＣ₁，Ｃ₂の接続点は、降圧トランスＴ₁の１次
巻線と電流帰還トランスＴ₂の１次巻線を介して、トラ
ンジスタＱ₁のコレクタに接続されている。降圧トラン
スＴ₁は非飽和型であり、電流帰還トランスＴ₂は飽和
型である。降圧トランスＴ₁の２次巻線には、白熱電球
Ｌが接続されている。電流帰還トランスＴ₂の２次巻線
は、それぞれトランジスタＱ₁，Ｑ₂のベース回路に接
続されており、負荷回路の振動電流を帰還して、自励式
のハーフブリッジインバータ回路を構成している。

【０００４】ここで、抵抗Ｒ₃とコンデンサＣ₃及びト
リガー素子Ｑ₃とダイオードＤ₃は、自励式インバータ
回路の起動回路を構成している。抵抗Ｒ₃とコンデンサ
Ｃ₃の直列回路は、整流回路Ｒｅの出力端に接続されて
おり、電源を投入すると、抵抗Ｒ₃を介してコンデンサ
Ｃ₃が充電される。コンデンサＣ₃の両端電圧がトリガ
ー素子Ｑ₃のブレークオーバー電圧（例えば、約８Ｖ）
に達すると、トリガー素子Ｑ₃がオンとなって、コンデ
ンサＣ₃の充電電荷がトランジスタＱ₁のベースに供給
されて、トランジスタＱ₁がオンになる。トランジスタ
Ｑ₁がオンになると、降圧トランスＴ₁の１次巻線、電
流帰還トランスＴ₂の１次巻線、トランジスタＱ₁、エ
ミッタ抵抗Ｒ₁を通してコンデンサＣ₁の電荷が放出さ
れる。これにより、降圧トランスＴ₁の２次巻線に接続
された白熱電球Ｌに電流が流れる。トランジスタＱ₁が
オフからオンになると、電流帰還トランスＴ₂の２次巻
線にはトランジスタＱ₁を順バイアスする方向に電圧が
誘起され、その後、電流帰還トランスＴ₂が飽和する
か、電流帰還トランスＴ₂の１次巻線に流れる電流の変
化が少なくなると、電流帰還トランスＴ₂の２次巻線に
誘起される電圧が零になり、トランジスタＱ₁の蓄積時
間が経過した後にトランジスタＱ₁はオフに向かう。

【０００５】このとき、電流帰還トランスＴ₂の１次巻
線に流れる電流は急激に減少するから、２次巻線にはト
ランジスタＱ₁を逆バイアスし、トランジスタＱ₂を順
バイアスする電圧が誘起される。こうして、トランジス
タＱ₁が完全にオフになり、トランジスタＱ₂がオンに
なる。トランジスタＱ₂がオンになれば、トランジスタ
Ｑ₂、エミッタ抵抗Ｒ₂、電流帰還トランスＴ₂の１次
巻線、降圧トランスＴ ₁の１次巻線を通してコンデンサ
Ｃ₂の電荷が放出される。これにより、電流帰還トラン
スＴ₂の２次巻線にはトランジスタＱ₂を順バイアスす
る電圧が誘起され、その後、トランジスタＱ₁の場合と
同様にして、トランジスタＱ₂がオフになり、トランジ
スタＱ₁がオンになる。この動作を繰り返すことによ
り、高周波インバータＨは数十ＫＨｚの発振動作を行
い、白熱電球Ｌに高周波電力が供給される。なお、発振
動作中は、トランジスタＱ₁がオンしたときに、コンデ
ンサＣ ₃の電荷はダイオードＤ₃を介してトランジスタ
Ｑ₁に放出されるので、起動回路は動作を停止する。

【０００６】この高周波インバータ回路Ｈでは、ハーフ
ブリッジ回路を用いているので、降圧トランスＴ₁の１
次巻線の両端間には、商用電源ＡＣの電圧にほぼ等しい
整流回路Ｒｅの出力電圧の約半分の電圧が印加されるこ
とになるから、商用電源ＡＣを直接的に降圧する場合に
比較して降圧トランスＴ₁が小型化され、しかも、降圧
トランスＴ₁は高周波用であるから、ターン数が少なく
なり、小型化されるものである。その結果、インバータ
を用いた点灯装置では重量が２８８ｇとなり、商用電源
ＡＣを直接降圧するトランスに比して重量を約１／３と
することができ、点灯装置の小型・軽量化が図れる。

【０００７】一方、印加電圧波形に対するハロゲン電球
の発光効率の関係が今まで把握されていなかったので、
今回、その測定を行った。そのための測定装置を図８に
示した。１は点灯装置であり、交流電源ＡＣを降圧して
直流点灯方式、商用点灯方式、高周波点灯方式等の各種
の点灯方式で、ハロゲン電球Ｌを点灯させる。点灯装置
１の出力は、パワーメーター２を通して１２Ｖ５０Ｗの
ハロゲン電球Ｌに供給されている。ハロゲン電球Ｌは、
照度計５の受光部４と対向するように、暗箱３の中に配
置されている。パワーメーター２は、ランプ電圧、ラン
プ電流、ランプ電力を測定している。この測定装置によ
る測定結果を表１に示す。表１には、図９（Ａ），
（Ｂ），…，（Ｇ）に示す印加電圧波形Ａ，Ｂ，…，Ｇ
と、ランプ電圧（Ｖ）、ランプ電流（Ａ）、ランプ電力
（Ｗ）、照度（ｌｘ）、発光効率η（ｌｘ／Ｗ）を示し
た。表１の発光効率の測定では、実際の光束の代わりに
照度を用いたので、ｌｘ／Ｗで発光効率を表示する。発
光効率を評価する場合には、入力電圧ではなく、入力電
力を一定にする必要があることから、ランプ電力を５０
Ｗとして測定を行った。表１の番号〜は、発光効率
の良い順番を示している。点灯方式は直流点灯方式で
あり、点灯方式，は点灯周波数が５０Ｈｚの商用点
灯方式、点灯方式〜は点灯周波数が１００ｋＨｚの
高周波点灯方式である。

【０００８】

【表１】

【０００９】表１から明らかなように、ランプの発光効
率は、直流点灯方式の場合が最も高く、反対に、高周波
点灯方式で商用周期のリップルを持つ場合が最も低いこ
とが判る。現在の高周波電力でハロゲン電球を点灯させ
る電子トランスは全てこの方式である。他方、ランプ寿
命末期のフィラメント断線時においては、小さな間隙で
アーク放電が発生することが認められているが、直流点
灯方式のように、常に一方向にランプ電圧が印加されて
いる場合には、そのアーク放電が継続して過電流が流れ
て回路が破壊するという問題点がある。これに対して、
印加電圧が正負に交番する場合や、脈流電圧のように交
互にゼロレベルに落ちる場合には、アーク放電は継続し
ないので、過電流による回路の破壊は防止できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、発光効
率の高い直流点灯方式においては、ランプ寿命末期のフ
ィラメント断線時にアーク放電が継続して過電流が流れ
て回路素子を破壊するという問題がある。また、同じく
商用電源周波数に対応した降圧トランスを用いた商用点
灯方式では、寸法や重量が大きく、点灯装置を小型化で
きないという問題がある。一方、高周波点灯方式では、
点灯装置の小型化は可能であり、また、ランプ寿命末期
のアーク放電は継続しないが、ランプの発光効率が著し
く低下するという問題がある。

【００１１】本発明は上述のような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、白熱電球用の高
周波点灯装置において、点灯装置を小型化すると共に、
ランプ寿命末期でのアーク放電を継続させないで、しか
も、発光効率を改善することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明にあっては、上記
の課題を解決するために、図１乃至図６に示すように、
商用電源ＡＣを全波整流する全波整流回路Ｒｅと、この
全波整流回路Ｒｅにより商用電源ＡＣの交流電圧を全波
整流してなる脈流電圧源を電源とする高周波インバータ
回路Ｈと、この高周波インバータ回路Ｈから供給される
電力により点灯する白熱電球Ｌを備えた白熱電球用高周
波点灯装置において、ランプ電圧波形が零点を通り相隣
合う波形のピーク値を略一定とするように整流平滑要素
を設けたことを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】本発明では、商用電源ＡＣを全波整流回路Ｒｅ
により全波整流してなる脈流電圧源を電源とする高周波
インバータ回路Ｈから供給される電力により白熱電球Ｌ
を点灯させる装置において、ランプ電圧波形が零点を通
り相隣合う波形のピーク値を略一定とするようにしたの
で、点灯装置を小型化すると共に、ランプ寿命末期での
アーク放電を継続させないで、しかも、発光効率を改善
することができるものである。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の第１実施例の回路図である。
本実施例の回路構成は、図７の従来例と基本的には同じ
であるが、整流回路Ｒｅの両端に平滑用のコンデンサＣ
₄が並列的に接続されている点が相違する。本実施例の
動作波形を図２に示した。図２（ａ）は交流電源ＡＣか
らの交流入力電圧であり、図２（ｂ）はコンデンサＣ₄
の両端電圧、図２（ｃ）は白熱電球Ｌの両端電圧であ
る。本実施例では、平滑用のコンデンサＣ₄を接続した
ことにより、コンデンサＣ₄の平滑後の入力電圧波形
は、ほぼ完全な直流電圧になるため、高周波変換後のラ
ンプ電圧波形は、商用周期の脈流成分を含まないほぼ一
定振幅の高周波電圧波形となる。

【００１５】図３は本発明の第２実施例の回路図であ
る。この点灯装置は、商用電源ＡＣを整流回路Ｒｅによ
り全波整流してなる脈流電圧源を、他励式の一石インバ
ータ回路Ｈの電源としている。整流回路Ｒｅの出力端間
には、降圧トランスＴ₁の１次巻線とＭＯＳトランジス
タＱ₁の直列回路が接続されると共に、ダイオードＤ₁
とインダクタＬ₁とダイオードＤ₂の直列回路が並列に
接続されている。ダイオードＤ₁とＤ₂は、整流回路Ｒ
ｅの出力電圧に対して逆極性となっている。ダイオード
Ｄ₁とインダクタＬ₁の接続点と、降圧トランスＴ₁の
１次巻線とＭＯＳトランジスタＱ₁の接続点との間は、
コンデンサＣ₁により結合されている。ＭＯＳトランジ
スタＱ₁のゲートには、駆動回路Ｋから出力される矩形
波信号が入力されている。この駆動回路Ｋは、直流電源
Ｖｃｃにより電力が供給されて動作する。降圧トランス
Ｔ₁の２次巻線の出力端間には、ダイオードＤ₅とイン
ダクタＬ₂とコンデンサＣ₄の直列回路が接続されると
共に、インダクタＬ₂とコンデンサＣ₄の直列回路には
ダイオードＤ₄が接続されている。さらに、コンデンサ
Ｃ₄の両端には、白熱電球Ｌが接続されている。

【００１６】以下、本実施例の動作について説明する。
駆動回路Ｋからは、ＭＯＳトランジスタＱ₁を駆動させ
る矩形波信号が出力されており、信号がＨｉｇｈレベル
のとき、ＭＯＳトランジスタＱ₁がオンし、Ｌｏｗレベ
ルのとき、ＭＯＳトランジスタＱ₁がオフする。今、Ｍ
ＯＳトランジスタＱ₁がオンになると、降圧トランスＴ
₁の１次巻線を介して電流が流れ、この電流は徐々に増
えて行く。このとき、同時に降圧トランスＴ₁の２次巻
線に電圧が発生して、ダイオードＤ₅の順方向に電流が
流れて、白熱電球Ｌに電力が供給されて点灯する。

【００１７】次に、ＭＯＳトランジスタＱ₁がオフにな
ると、降圧トランスＴ₁に蓄積された電力がコンデンサ
Ｃ₁及びダイオードＤ₁を介して流れ出る。このとき、
降圧トランスＴ₁の２次巻線には、ダイオードＤ₅の逆
方向に電圧が発生するため、電流は流れないが、白熱電
球ＬにはコンデンサＣ₄に蓄積された電荷が流れる。こ
のとき、コンデンサＣ₄の容量を小さくして、例えば、
負荷５０Ｗで約４７μＦ程度としていると、ランプ電圧
波形は完全な直流電圧とならずに、図４に示すように、
高周波電圧波形の相隣合う波形の谷部を埋める波形とな
る。

【００１８】図５は本発明の第３実施例の回路図であ
る。本実施例では、図３に示す回路構成において、降圧
トランスＴ₁の２次巻線側のコンデンサＣ₄とインダク
タＬ₂及びダイオードＤ₄を省略し、代わりに、整流回
路Ｒｅの両端間にコンデンサＣ ₄を並列的に接続したも
のである。その結果、ランプ電圧波形は、図６に示すよ
うに、商用周期の脈流成分を含まないほぼ一定振幅の高
周波脈流電圧波形となる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、商用電源を全波整流し
てなる脈流電圧源を電源とする高周波インバータ回路
と、この高周波インバータ回路より供給される電力によ
り点灯する白熱電球を備えた白熱電球用高周波点灯装置
において、ランプ電圧波形が零点を通り相隣合う波形の
ピーク値を略一定とするように整流平滑要素を設けたも
のであるから、高周波点灯方式を用いることにより点灯
装置を小型・軽量化することができ、ランプの寿命末期
においても、アークの継続を断って、過電流による回路
素子の破壊が防止できると共に、ランプの発光効率も高
くすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の回路図である。

【図２】本発明の第１実施例の動作説明のための波形図
である。

【図３】本発明の第２実施例の回路図である。

【図４】本発明の第２実施例の動作説明のための波形図
である。

【図５】本発明の第３実施例の回路図である。

【図６】本発明の第３実施例の動作説明のための波形図
である。

【図７】従来例の回路図である。

【図８】従来例の問題点を説明するための測定装置の概
略構成図である。

【図９】測定装置による測定に用いる印加電圧波形の波
形図である。

【符号の説明】

ＡＣ交流電源Ｒｅ全波整流回路Ｃ₄ 平滑用のコンデンサＨ高周波インバータ回路Ｔ₁ 降圧トランスＬ白熱電球

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】商用電源を全波整流する全波整流回路
と、この全波整流回路により商用電源の交流電圧を全波
整流してなる脈流電圧源を電源とする高周波インバータ
回路と、この高周波インバータ回路から供給される電力
により点灯する白熱電球を備えた白熱電球用高周波点灯
装置において、ランプ電圧波形が零点を通り相隣合う波
形のピーク値を略一定とするように整流平滑要素を設け
たことを特徴とする白熱電球用高周波点灯装置。