JPH10125480A - 点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流電源を整流して、高周波変換回路により
高周波交流に変換してランプに給電する点灯装置に於い
て、ランプ切れ交換時に電源を再投入しなくても、交換
完了と同時に自動点灯する点灯装置を得る。 【解決手段】 調光回路２と点灯回路１とから成る点灯
装置であって、点灯装置１は交流電源ＡＣを整流する整
流器Ｒｅ１と、この整流器Ｒｅ１のプラス側出力より順
方向に接続したダイオードＤ４を通して平滑回路（コン
デンサＣ１、Ｃ２）に接続する。この平滑回路より高周
波変換回路を接続してランプ負荷に高周波電力を供給す
る。そして、高周波変換回路の起動回路Ｓの電源は、平
滑回路の影響を受けないようにダイオードＤ４のアノー
ドから取る。これにより、起動回路Ｓには負荷の有無に
係わらずゼロクロスのある全波整流電圧が印加され、切
れたランプを交換すると同時にインバータが自動起動
し、ランプが点灯する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源電圧を整
流して、高周波電力に変換してランプを点灯する点灯装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、従来から用いられている点灯装
置の回路図の一例であり、点灯回路１と調光回路２とか
ら構成されている。

【０００３】点灯回路１は、整流器Ｒｅ１と平滑回路及
びハーフブリッジ型トランジスタインバータ回路とから
構成されている。即ち、整流器Ｒｅ１の出力端間に、一
対のコンデンサＣ１，Ｃ２の直列回路から成る平滑回路
と、一対のトランジスタＱ１，Ｑ２がそれぞれエミッタ
抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して直列接続されたスイッチ回路と
が並列に接続されている。各トランジスタＱ１，Ｑ２と
それぞれのエミッタ抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路間には、
それぞれ環流用のダイオードＤ１，Ｄ２が逆並列に接続
される。

【０００４】平滑回路のコンデンサＣ１，Ｃ２の接続点
と、スイッチ回路の中点、即ちトランジスタＱ１のエミ
ッタ抵抗Ｒ１とトランジスタＱ２のコレクタの接続点と
の間には、降圧トランスＴ１の１次巻線及びトランジス
タＱ１，Ｑ２を駆動するための帰還トランスＴ２の１次
巻線の直列回路が接続される。

【０００５】降圧トランスＴ１の２次巻線には負荷とな
るランプＬＰが接続され、又、帰還トランスＴ２の二組
の２次巻線のそれぞれの両端は、各トランジスタＱ１，
Ｑ２のベースとエミッタ抵抗Ｒ１及びＲ２間に、各々接
続されている。尚、帰還トランスＴ２の二組の２次巻線
は、図のドットの様に互いに逆相になるように、各トラ
ンジスタＱ１，Ｑ２のベースとエミッタ抵抗間に接続さ
れている。整流器Ｒｅ１の前段にはコンデンサＣ４及び
コモンモードチョークＣＨよりなるノイズフィルタが設
けられている。

【０００６】又、点灯回路１には、抵抗Ｒ３、コンデン
サＣ３、トリガ素子（ＳＢＳ等）Ｑ３よりなる起動回路
Ｓが設けられている。即ち、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３
との直列回路が、コンデンサＣ１，Ｃ２の直列回路から
なる平滑回路の両端間に接続されており、コンデンサＣ
１、Ｃ２の両端間が所定電圧以上になり、抵抗Ｒ３を介
してコンデンサＣ３の端子がトリガ素子Ｑ３のブレーク
オーバ電圧になるまで充電されると、トリガ素子Ｑ３が
導通してトランジスタＱ２をオンするように構成されて
いる。

【０００７】尚、ダイオードＤ３はトランジスタＱ２が
オン、オフを繰り返している間、コンデンサＣ３への充
電を防止するために設けられており、インバータの発振
動作が停止した時には、コンデンサＣ３への再充電が行
われるようになっている。

【０００８】従って起動回路Ｓは、点灯回路１、即ち高
周波変換回路の起動時に、一回だけトリガ素子Ｑ３をオ
ンさせて、トランジスタＱ２を初期オンさせるものであ
り、起動後は、帰還トランスＴ２の二組の２次巻線によ
って、トランジスタＱ１，Ｑ２を交互にドライブし、自
励発振でインバータ回路が動作を継続するように構成さ
れている。

【０００９】一方、交流電源ＡＣの位相制御を行う調光
回路２は、交流電源ＡＣと点灯回路１との間に設けられ
ており、トライアック等の位相制御素子Ｑ４と、位相制
御素子Ｑ４をターンオンさせるためのトリガ回路とを備
え、トリガ回路は抵抗Ｒ４〜Ｒ６、コンデンサＣ５、ト
リガ素子Ｑ５により構成されている。

【００１０】そして、コンデンサＣ５が充電されて端子
電圧がトリガ素子Ｑ５のブレークオーバ電圧に達する
と、トリガ素子Ｑ５が導通して位相制御素子Ｑ４がター
ンオンされるようになっている。尚、位相制御素子Ｑ４
の点弧角は抵抗Ｒ５により調節される。

【００１１】次にこの点灯装置の動作について説明す
る。先ず、調光回路２の位相制御素子Ｑ４がターンオン
すると，交流電源ＡＣの電圧は整流器Ｒｅ１で全波整流
され、コンデンサＣ１、Ｃ２及びＣ３が充電される。平
滑回路のコンデンサＣ１，Ｃ２が充電された状態で、起
動回路ＳのコンデンサＣ３の充電電圧がブレークオーバ
電圧に達するとトリガ素子Ｑ３がオンする。これにより
トランジスタＱ２にベース電流が流れ、トランジスタＱ
２が初期オンする。すると、コンデンサＣ２に充電され
ている電荷が、降圧トランスＴ１の１次巻線→帰還トラ
ンスＴ２の１次巻線→トランジスタＱ２のルートで放出
される。

【００１２】この結果、帰還トランスＴ２の一方の２次
巻線には、トランジスタＱ２のベースを順バイアスする
向きの電圧が発生してベース電流が流れ、トランジスタ
Ｑ２のオン状態が継続される。このとき、トランジスタ
Ｑ１のベースは逆バイアスされ、トランジスタＱ１はオ
フになっている。

【００１３】やがて、帰還トランスＴ２の１次巻線に流
れる電流が、ランプＬＰの等価抵抗に制限された電流に
落ち着き、帰還トランスＴ２の電流変化の時間的微分値
がゼロになるので、一方の２次巻線の発生電圧はゼロと
なる。この結果、トランジスタＱ２のベース電流は流れ
なくなり、トランジスタＱ２はオフする。

【００１４】電流が急激にオフすると、帰還トランスＴ
２のインダクタンス効果により、他方の２次巻線にはト
ランジスタＱ１のベースを順バイアスする向きの電圧が
発生し、ベース電流が流れトランジスタＱ１をオンす
る。

【００１５】そして、コンデンサＣ１に蓄積された電荷
が、トランジスタＱ１→帰還トランスＴ２の１次巻線→
降圧トランスＴ１の１次巻線のルートで放出される。こ
の結果、帰還トランスＴ２の他方の２次巻線には、トラ
ンジスタＱ１のベースを順バイアスする電圧が発生し、
トランジスタＱ１のオン状態が継続される。

【００１６】この動作が繰り返されて、インバータの自
励発振動作が行われる。即ち、整流器出力電圧を高周波
交流に変換し、この高周波電力によってランプＬＰを点
灯させる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、起動時にト
ランジスタＱ２にトリガ電流を与える起動回路Ｓは、そ
の電源を平滑回路のコンデンサＣ１、Ｃ２の端子間から
取っている。平滑回路のコンデンサＣ１、Ｃ２の容量
は、コストや大きさの面から、インバータ動作の各半サ
イクル毎の負荷電流を供給できる程度の大きさに設定さ
れている。従って、負荷電流供給時に於いては、平滑回
路の直流電圧のリップル成分は、ゼロクロスのある全波
整流電圧程度に大きい。しかし、無負荷状態に於いて
は、コンデンサＣ１、Ｃ２からの放電が少なく、リップ
ル分の少ない平滑された脈流の直流電圧となる。

【００１８】今、ランプ負荷運転状態に於いて、突然ラ
ンプ切れが生ずると、平滑回路の電圧はリップル分の少
ない直流電圧となって起動回路Ｓに印加される。そし
て、起動回路Ｓのトリガ素子Ｑ３は、ブレークオーバ電
圧によってオンすると、平滑回路からの直流電圧による
保持電流でオン状態を継続する。すなわち、起動回路Ｓ
のインピーダンスは、トランジスタＱ２をオンするに充
分なベース電流を供給出来る値に設定されているので、
当然、脈流電圧印加時にはベース電流はトリガ素子Ｑ３
の保持電流を上廻り、トリガ素子Ｑ３はオン状態を保持
したままとなる。

【００１９】この為、帰還トランスＴ２の、トランジス
タＱ２駆動側の２次巻線は、トリガ素子Ｑ３を通して直
流電流が流れたままとなり、この２次巻線は、ほぼゼロ
インピーダンスにクランプされたままの状態となる。

【００２０】この状態で新しいランプを取り付けても、
帰還トランスＴ２は電圧を発生せず、従って、高周波変
換回路は発振せず、ランプは点灯しないという問題が生
ずる。

【００２１】この時、新しいランプを点灯させるために
は，ＡＣ電源を一旦切って、トリガ素子Ｑ３をオフ状態
に戻してから再起動する必要があるが、特に商用施設の
様に多くのランプを使っている所では、一つのランプが
切れてこれを交換する都度電源を切って全ランプを消す
のは不都合である。

【００２２】従って本発明の目的は、商用等の交流電源
を整流し高周波交流に変換してランプに供給する点灯装
置に於いて、ランプ切れが生じ新たなランプに交換した
場合、電源をリセットしなくても、自動的に新たなラン
プが点灯する様にすることにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、交流電源を入
力とする整流器と、この整流器の出力を平滑する平滑回
路と、平滑回路の出力を高周波交流に変換する高周波変
換回路と、高周波変換回路の出力に接続されたランプ負
荷と、から成る点灯装置に於いて、前記整流器の出力電
圧が平滑される前の全波整流電圧を受けて高周波変換回
路を起動する起動回路を備えた点灯装置を提供する。

【００２４】本発明の点灯装置は、交流電圧を整流器で
整流し、さらに平滑回路を通した直流電圧を、例えばト
ランジスタインバータから成る高周波変換回路で高周波
交流に変換してランプに供給し、それによりランプを点
灯する。ここで、高周波変換回路を起動する為の起動回
路は、整流器の出力端、つまり平滑回路の入力端から給
電される。そのため、起動回路に供給される電圧は、負
荷時、無負荷時に関わらず、必ずゼロクロス点を有する
平滑前の整流波形となるため、起動回路は、毎サイクル
のゼロクロス付近で必ずオフする。従って、ランプ切れ
による無負荷時でも、ゼロクロス点通過時に電源リセッ
トと同様な状態が点灯装置に与えられることになり、新
しいランプを取り付けると、高周波変換回路が自動的に
再起動しランプが点灯する。

【００２５】本発明の点灯装置の好適な実施形態では、
整流器と平滑回路との間に順方向にダイオードが挿入さ
れ、このダイオードのアノードが起動回路の入力に接続
される。このダイオードによって、整流器の出力端電圧
が平滑回路の影響を受けないようになる。また、この好
適な実施形態では、起動回路は、整流器の全波整流電圧
により充電されるコンデンサと、このコンデンサの充電
電圧によってブレークオーバして、高周波変換回路を起
動するトリガ素子とを備えている。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を形
態に基づいて説明する。図２は、本発明の一実施形態に
係わるランプ点灯装置の回路図である。尚、図１に示す
従来例と同一箇所には同一符号を付して、重複する説明
は省略する。

【００２７】図２に示すように、この実施形態の基本構
成、つまり、交流電源ＡＣを位相制御素子Ｑ４で位相制
御する調光回路２と、調光回路２により制御された交流
電圧を整流し、かつ平滑回路を通して、ハーフブリッジ
型トランジスタインバータで高周波交流に変換し、ラン
プＬＰに供給する点灯回路１とから成る点は、図１に示
した従来技術と同様である。

【００２８】ここで、本発明の原理を説明するために、
平滑回路のコンデンサＣ１、Ｃ２の役目について若干説
明する。高周波変換回路は、ハーフブリッジ型トランジ
スタインバータであるため、インバータの入力電源は整
流器Ｒｅ１の電圧を二分して供給する必要がある。この
為、整流器Ｒｅ１の出力端間に、同容量のコンデンサＣ
１、Ｃ２の直列回路を並列接続して、それぞれのコンデ
ンサＣ１、Ｃ２をインバータ動作の半サイクル毎の電源
としている。

【００２９】従って、これらのコンデンサの容量は、イ
ンバータ動作の半サイクル毎の負荷電流を供給できる程
度の大きさの容量が必要であるが、装置の大きさやコス
トの面からは、特性を満足する範囲で、出来るだけ小さ
い方が望ましい。そのため、インバータが負荷運転して
いる時は、平滑回路端子間電圧（Ｃ１、Ｃ２端の電圧）
のリップル成分は大きい。

【００３０】図３は、負荷時及び無負荷時の平滑回路端
子間の電圧波形である。ランプが点灯している負荷時
は、（ａ）の様に、整流器出力端と同様にゼロクロスの
ある全波整流波形となる。しかし無負荷時に於いては、
起動回路Ｓへの電流など微弱な電流しか流れないので、
（ｂ）の様に、リップル成分の少ない脈流電圧となる。

【００３１】そのため、図１に示す従来技術に於いて
は、無負荷時には起動回路Ｓの入力端に、（ｂ）の様な
脈流電圧が印加され、トリガ素子Ｑ３は保持電流により
常時オンとなる。この為、帰還トランスＴ２の一方の２
次巻線がゼロインピーダンスのままクランプされるの
で、負荷が接続されても、自動的には再起動出来ない事
は前述の通りである。

【００３２】図２は、この問題点を解決するための、本
発明の好適な実施形態に係るランプ点灯装置の回路図で
ある。この実施形態が従来装置と異なる回路上の一つの
特徴は、整流器Ｒｅ１と平滑回路（コンデンサＣ１、Ｃ
２）との間に、同コンデンサを充電する方向（順方向）
にダイオードＤ４を挿入した点である。そして、起動回
路Ｓの入力端（抵抗Ｒ３の流入側）をダイオードＤ４の
アノード側、即ち整流器Ｒｅ１のプラス出力端に接続し
た点である。

【００３３】これにより、整流器Ｒｅ１の出力端電圧
は、ダイオードＤ４でブロッキングされて平滑回路の影
響を受けないので、負荷時、無負荷時共に図３（ａ）の
様にゼロクロスのある全波整流波形となる。従って、起
動回路Ｓの入力には、無負荷時に於いても図３（ａ）の
様なゼロクロスのある全波整流電圧が印加される。

【００３４】この様なゼロクロスのある電圧波形を起動
回路Ｓに印加する事によって、球切れのランプを交換後
に自動点灯する過程を、図を用いて以下詳細に説明す
る。

【００３５】図４は、ランプ交換前後の動作モードを示
す各部波形である。（ａ）はランプの状態を示し、
（ｂ）は起動回路Ｓの印加電圧、（ｃ）はインバータ起
動を司るトリガ素子Ｑ３の動作状態を示し、横軸は時間
経過を表す。

【００３６】先ず、ランプ点灯時は、トランジスタＱ
１、Ｑ２がインバータ動作をしているので、コンデンサ
Ｃ３の電荷は、ダイオードＤ３からトランジスタＱ２を
通じて放電され、トリガ素子Ｑ３にかかる電圧は、起動
回路Ｓの印加電圧（ｂ）に関係なくブレークオーバ電圧
に達しない。従って、（ｃ）の様に、トリガ素子Ｑ３は
オフ状態を持続している。この為、トランジスタＱ１、
Ｑ２は帰還トランスＴ２によってオン、オフ動作を繰り
返している。

【００３７】今、（ａ）の様に、インバータ動作により
ランプＬＰが点灯中、時刻ｔ１でランプ切れが生じたと
する。この時、起動回路Ｓの印加電圧は（ｂ）に示すよ
うに、ランプ切れ前後で変化することなく、ゼロクロス
のある全波整流波形である。

【００３８】一方、ランプ切れにより、トランジスタＱ
１、Ｑ２の電流は流れないので、ダイオードＤ３を通し
てコンデンサＣ３の放電は行われない。このため、コン
デンサＣ３は、起動回路Ｓの印加電圧（ｂ）によって充
電される。従って、ランプ切れの時点で、起動回路Ｓに
印加される全波整流電圧が、トリガ素子Ｑ３のブレーク
オーバ電圧以上であれば、トリガ素子Ｑ３は（ｃ）の様
にオンの状態となる。この為、帰還トランスＴ２の一方
の２次巻線はゼロインピーダンスにクランプされ、イン
バータへのベース電流はなくなるのでインバータは停止
した状態となる。

【００３９】そして、起動回路Ｓの印加電圧（ｂ）が、
全波整流波形のゼロクロス付近の時刻ｔ２で、トリガ素
子Ｑ３は保持電流以下となり、トリガ素子Ｑ３はオフす
るため、帰還トランスＴ２の一方の２次巻線はゼロイン
ピーダンスから解除され、励磁可能な状態となる。

【００４０】そして、起動回路Ｓの印加電圧（ｂ）がゼ
ロクロスをすぎて、次のサイクルのブレークオーバ電圧
に達した時刻ｔ３で、再びトリガ素子Ｑ３をオンし、ト
ランジスタＱ２に起動トリガをかける。しかし、ランプ
切れの状態が続いていれば、トランジスタＱ２に電流が
流れないため、コンデンサＣ３は放電せず、トリガ素子
Ｑ３は保持電流により、次のゼロクロス付近までオン状
態を持続する。従って、帰還トランスＴ２の一方の２次
巻線がゼロインピーダンスにクランプされて、インバー
タは動作しない。

【００４１】このように無負荷状態に於いても、全波整
流波形の半波毎のゼロクロス付近で起動トリガをかける
が、ランプ切れが続いている間は帰還トランスＴ２が動
作せず、インバータはオフ状態のままである。

【００４２】そして、時刻ｔ４で新しいランプに交換し
たとすると、その後の最初のゼロクロス付近の時刻ｔ５
でトリガ素子Ｑ３がオフし、帰還トランスＴ２を励磁可
能な状態にする。

【００４３】やがて、起動回路Ｓの印加電圧（ｂ）が、
ゼロクロスから次のサイクルのブレークオーバ電圧に達
した時刻ｔ６でトリガ素子Ｑ３をオンし、トランジスタ
Ｑ２に起動トリガをかける。この時点でランプ電流が流
れ始めるので、帰還トランスＴ２はその２次巻線により
ベース電流を供給し、インバータが自励発振で動作を開
始する。

【００４４】又、トランジスタＱ２にランプ負荷電流が
流れるので、コンデンサＣ３の電荷はダイオードＤ３か
らトランジスタＱ２を通して放電され、コンデンサＣ３
はブレークオーバ電圧に達することはなく、トリガ素子
Ｑ３はオフの状態を持続する。従って、帰還トランスＴ
２は常に励磁状態にあるので、以降、自励発振でインバ
ータが動作しランプは点灯し続ける。

【００４５】この様にして、ランプ切れが生じても、ラ
ンプ交換後は自動的にインバータに起動トリガがかかる
ので、ランプの交換とともに自動点灯する。

【００４６】尚、本実施例は、ハーフブリッジ型トラン
ジスタインバータでランプを点灯する点灯装置について
述べたが、高周波交流で点灯するものであれば、ランプ
は白熱灯、蛍光灯など種類に制限はない。又、高周波変
換回路はハーフブリッジ型インバータでなくても、フル
ブリッジインバータやその他の半導体スイッチによる高
周波変換回路でもよく、平滑回路の影響を受けない様に
した整流器出力から、起動回路の電源を取り出す様にす
れば、どの様な高周波変換回路を用いても、本発明の点
灯装置を実現出来る事は云うまでもない。

【００４７】又、上述の実施例では、調光回路２の位相
制御素子Ｑ４が全導通の場合について説明したが、位相
制御による調光が行われている場合でも、同様に自動点
灯を行うことが出来る。さらに、交流電源ＡＣは商用電
源でなくても、交流発電機などであってもよい。

【００４８】

【発明の効果】ランプ、例えば蛍光灯などを効率よく、
かつ、ちらつきを防止して点灯させる点灯装置には、数
ＫＨｚ以上のインバータ等の高周波変換回路が用いられ
る。この高周波変換回路には一般に起動回路が必要とな
るが、本発明によれば、ランプ切れ交換時に電源を再投
入しなくても、起動回路の動作により、交換完了と同時
に自動的に点灯することが出来る。従来の点灯装置に、
例えば１個のダイオードを追加するのみで、これを実現
できるので、殆どコストアップにもならず、使い勝手の
良い点灯装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例に係るランプ点灯装置の回路図。

【図２】本発明の一実施例に係るランプ点灯装置の回路
図。

【図３】負荷時及び無負荷時の平滑回路端子間の電圧波
形。

【図４】ランプ交換前後の動作モードを示す各部波形。

【符号の説明】

１ 点灯回路 ２ 調光回路 Ｓ 起動回路 Ｒｅ１ 整流器 ＬＰ ランプ Ｒ１〜Ｒ６ 抵抗 Ｃ１〜Ｃ５ コンデンサ Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード Ｑ１、Ｑ２ トランジスタ Ｑ３、Ｑ５ トリガ素子 Ｑ４ 位相制御素子 ＣＨ コモンモードチョーク Ｔ１ 降圧トランス Ｔ２ 帰還トランス ＡＣ 交流電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五島 伸洋 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１ 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 日下部 有司 大阪府富田林市昭和町１丁目９番27号 株 式会社三岡電機製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を入力とする整流器と、前記整
   流器の出力を平滑する平滑回路と、前記平滑回路の出力
   を高周波交流に変換する高周波変換回路と、前記高周波
   変換回路の出力に接続されたランプ負荷と、から成る点
   灯装置に於いて、 前記整流器の出力電圧が平滑される前の全波整流電圧を
   受電して、前記高周波変換回路を起動する起動回路を備
   えたことを特徴とする点灯装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の点灯装置に於いて、 前記整流器と前記平滑回路との間に順方向にダイオード
   を挿入し、前記ダイオードのアノードより前記起動回路
   の入力に接続したことを特徴とする点灯装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２の何れか１項記載の点灯
   装置に於いて、 前記起動回路は、前記整流器の全波整流電圧により充電
   されるコンデンサと、前記コンデンサの充電電圧により
   ブレークオーバして、前記高周波変換回路を起動するト
   リガ素子とを備えていることを特徴とする点灯装置。