(57)【要約】【課題】蛍光ランプ点灯開始時にＮチャネル及びＰチャネルの各ＦＥＴにサージ電流が流れないようにするインバータ装置を提供する。【解決手段】全波整流回路４の出力を平滑する平滑コンデンサ５と、平滑コンデンサ５の出力端間に設けられ、直列に接続されたＮチャネル及びＰチャネルのＦＥＴ６，７と、ＮチャネルのＦＥＴ６及びＰチャネルのＦＥＴ７の接続点に接続されたバラストコイル８と、バラストコイル８に磁気的に接続された二次巻線８ｂと、二次巻線８ｂの両端間に設けられたインダクタ１５及びコンデンサ１６よりなる共振回路と、そのインダクタ１５及びコンデンサ１６の接続点とＮチャネル及びＰチャネルの各ＦＥＴ６、７のゲート側との間にコンデンサ１７及び抵抗２１の直列回路とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全波整流回路と、
該全波整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、
該平滑コンデンサの出力端間に設けられ、直列に接続されたＮチャネル及びＰチャネルのスイッチング素子と、
前記Ｎチャネルのスイッチング素子及びＰチャネルのスイッチング素子の接続点に接続されたバラストコイルと、
該バラストコイルに磁気的に接続された二次巻線と、
該二次巻線の両端間に設けられた共振回路とを備え、
前記共振回路で発生する共振電圧を抵抗とコンデンサの直列回路を経由して前記Ｎチャネル及びＰチャネルの各スイッチング素子に印加し交互にオン・オフ動作させることを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記Ｎチャネルのスイッチング素子を高電位側に設けたことを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記Ｎチャネル及びＰチャネルの各スイッチング素子のソース側同士及びゲート側同士がそれぞれ互いに接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記Ｎチャネルのスイッチング素子のドレインとソース間に並列に接続された第１の抵抗と、前記二次巻線と前記Ｎチャネル及びＰチャネルの各スイッチング素子のゲートとの間に挿入された第２の抵抗と、Ｐチャネルのスイッチング素子のゲートとドレインとの間に並列に接続された第３の抵抗とを有し、前記Ｎチャネル及びＰチャネルの各スイッチング素子に電圧を印加する起動回路を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のインバータ装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載のインバータ装置と、
該インバータ装置により点灯される蛍光灯と
を備えたことを特徴とする蛍光灯装置。
【請求項６】
請求項５記載の蛍光灯装置を備えたことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光ランプを点灯するインバータ装置、インバータ装置を備えた蛍光灯装置及び蛍光灯装置を有する照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電球形蛍光ランプに内蔵されたインバータ装置として、ＮチャネルＦＥＴとＰチャネルＦＥＴとが直列に接続されたハーフブリッジ型インバータが一般的に用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３４１３７５４号（第３−５頁、図１−２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来のインバータ装置は、電源投入時、即ち蛍光ランプの点灯開始時、ＮチャネルＦＥＴとＰチャネルＦＥＴに流れる電流の位相が蛍光ランプの点灯時に比べ進み、電圧の位相と同位相となるためサージ電流が流れる。これは、バラストコイルと始動コンデンサの共振動作により電流の位相が進むことに起因する。いわゆるハードスイッチングとなりＦＥＴがＯＮとなる瞬間にＦＥＴのドレインからソースに向かってパルス状の電流が流れる。このパルス状の電流は、ＦＥＴのドレインとソース間に接続するスナバコンデンサ及びドレイン−ソース間容量の充放電電流であり、スナバコンデンサはＦＥＴを保護するために必須の部品となる。共振動作は蛍光ランプの放電を開始するために必要で、この共振動作により蛍光ランプに高電圧を印加するものである。
【０００５】
例えば図９に示すように、ＰチャネルＦＥＴがＯＮとなるタイミングでは、（１）に示すような急峻なパルス状の波形を有する電流がドレインからソースに流れ、（２）に示すドレイン−ソース間電圧との積が（３）に示すような電力波形（損失）となる。一方、ＮチャネルＦＥＴの電圧と電流は、Ｐチャネルのそれと極性が反転し、同様にパルス状の波形を有する電流がドレインからソースに流れることになる。このパルス状の電流即ちサージ電流は、電源ラインに重畳し、ノイズとしてインバータ装置を内蔵する照明装置や他の機器に影響を与えることがあった。また、これらサージ電流は、Ｎチャネル及びＰチャネルの各ＦＥＴの損失となり、この損失を許容できるＦＥＴを選定する必要があった。
【０００６】
本発明は，前記のような課題を解決するためになされたもので、蛍光ランプ点灯開始時にサージ電流が流れないようにして、ノイズによる影響を抑えると共に、スイッチング素子の損失の小さいインバータ装置、このインバータ装置を有する蛍光灯装置、及びその蛍光灯装置を備えた照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るインバータ装置は、全波整流回路と、全波整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、平滑コンデンサの出力端間に設けられ、直列に接続されたＮチャネル及びＰチャネルのスイッチング素子と、Ｎチャネルのスイッチング素子及びＰチャネルのスイッチング素子の接続点に接続されたバラストコイルと、バラストコイルに磁気的に接続された二次巻線と、二次巻線の両端間に設けられた共振回路とを備え、共振回路で発生する共振電圧を抵抗とコンデンサの直列回路を経由してＮチャネル及びＰチャネルの各スイッチング素子に印加し交互にオン・オフ動作させるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、Ｎチャネル及びＰチャネルの各スイッチング素子に印加する共振電圧を抵抗とコンデンサの直列回路を経由させるようにしたので、バラストコイルと始動コンデンサで決定する共振周波数より高い周波数でＮチャネル及びＰチャネルの各スイッチング素子を交互にオン・オフ動作することができる。このため、蛍光灯点灯開始時に発生するサージ電流が各スイッチング素子に流れなくなり、ノイズによる本装置への影響や他の機器への影響がなくなり、スイッチング素子の損失の小さいインバータ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明の実施の形態を示すインバータ装置の回路図である。
図中に示す全波整流回路４は、コンデンサ２とインダクタ３とでなるＬＣフィルタ回路を介して印加される商用電源１の電圧を全波整流する。平滑コンデンサ５は、全波整流回路４の出力端間に接続され、全波整流回路４により全波整流された直流電圧を平滑する。スイッチング素子である例えばＮチャネルＦＥＴ６とＰチャネルＦＥＴ７は、ソース側同士及びゲート側同士がそれぞれ互いに接続され、ＮチャネルＦＥＴ６のドレインが電源電圧の高電位側に、ＰチャネルＦＥＴ６のドレインが電源電圧の低電位側に接続されている。
【００１０】
バラストコイル８は、一端がＰチャネルＦＥＴ６のソース側に、他端が直流カットコンデンサ９にそれぞれ接続された一次巻線８ａと、この一次巻線８ａに磁気的に接続される二次巻線８ｂとを備えている。始動コンデンサ１１は、一端が本装置に接続された蛍光ランプ１０のフィラメント１０ａを介して直流カットコンデンサ９に接続され、他端が蛍光ランプ１０のフィラメント１０ｂを介してＰチャネルＦＥＴ６のドレイン側に接続されている。前述したバラストコイル８の一次巻線８ａと直流カットコンデンサ９及び始動コンデンサ１１の直列容量で共振回路が形成される。直流カットコンデンサ９と始動コンデンサ１１の容量は、直流カットコンデンサ９＞始動コンデンサ１１の関係にあり、共振回路として始動コンデンサ１１が主体的に作用している。
【００１１】
ＮチャネルＦＥＴ６のドレインとソース間にスナバコンデンサ２０を介在して並列に接続された抵抗１２（第１の抵抗）と、バラストコイル８の二次巻線８ｂとＮチャネルＦＥＴ６及びＰチャネルＦＥＴ７の共通ゲートとの間に挿入された抵抗１３（第２の抵抗）と、ＰチャネルＦＥＴ７のゲートとドレイン間に並列に接続された抵抗１４（第３の抵抗）とで起動回路が構成され、Ｎチャネル及びＰチャネルの各ＦＥＴ６、７を起動する。バラストコイル８の二次巻線８ｂの両端間に直列接続されたインダクタ１５とコンデンサ１６とで共振回路が構成されている。
【００１２】
コンデンサ１７と抵抗２１の直列回路は、前述した共振回路のインダクタ１５及びコンデンサ１６の接続点とＮチャネル及びＰチャネルの各ＦＥＴ６、７の共通ゲートとの間に挿入されている。このコンデンサ１７と抵抗２１の直列回路は、バラストコイル８の二次巻線８ｂに誘起された電圧を、ＮチャネルＦＥＴ６とＰチャネルＦＥＴ７の共通ゲートにゲート駆動信号として入力する。ツェナーダイオード１８、１９は、ＮチャネルＦＥＴ６のゲート側とＰチャネルＦＥＴ７のソース側の間に直列に接続され、ＮチャネルＦＥＴ６とＰチャネルＦＥＴ７の各ゲートを保護するために設けられている。
【００１３】
次に、本実施の形態のインバータ装置の動作について、図１乃至図６を用いて説明をする。図２はコンデンサ１６の容量値をパラメータに点灯時の発振周波数をプロットして示すグラフ、図３は蛍光ランプ点灯中のＮチャネルＦＥＴの電圧と電流の波形図、図４は蛍光ランプ点灯中のＰチャネルＦＥＴの電圧と電流の波形図、図５はコンデンサ１６の容量値をパラメータに始動時の発振周波数をプロットして示すグラフ、図６は蛍光ランプ点灯開始時のＰチャネルＦＥＴの電流と電圧及び電力の波形図である。なお、本実施の形態は次の回路定数で説明する。
一次巻線８ａのインダクタンス  ＝０．８ｍＨ
二次巻き線８ｂのインダクタンス＝３．１μＨ
始動コンデンサ１１の容量      ＝０．００５５μＦ
直流カットコンデンサ９の容量  ＝０．１μＨ
インダクタ１５のインダクタンス＝１ｍＨ
コンデンサ１７の容量          ＝０．１μＨ
【００１４】
本装置に商用電源１が投入されると、全波整流回路４が商用電源１の交流電圧を全波整流し、平滑コンデンサ５が平滑する。そして、抵抗１２、バラストコイル８の二次巻線８ｂ、抵抗１３、抵抗１４を介してＰチャネルＦＥＴ７のゲートに電圧が印加され、ＰチャネルＦＥＴ７がオンし、バラストコイル８の一次巻線８ａを介して蛍光ランプ１０に電圧が印加される。この時、バラストコイル８の二次巻線８ｂに電圧が誘起され、インダクタ１５及びコンデンサ１６が共振し、この共振電圧は、コンデンサ１７及び抵抗２０を介してＮチャネルＦＥＴ６とＰチャネルＦＥＴ７の各ゲートに交互に印加され、Ｎチャネル及びＰチャネルの各ＦＥＴ６，７を交互にオン・オフ動作（発振）させ、蛍光ランプ１０を高周波点灯させる。
商用電源１の電圧、点灯時のランプ１０の電流、一次巻線８ａのインダクタンスの値からインバータの発振周波数は８０ｋＨｚに設定される。発振周波数は、バラストコイル８と始動コンデンサ１１の共振回路、バラストコイルの巻き数比、インダクタ１５とコンデンサ１６の共振回路で決定され、例えば、コンデンサ１６の容量をパラメータにすると図２に示すグラフとなる。図２において、グラフ（１）は抵抗２１が０Ω、即ち従来の回路での発振周波数、グラフ（２）は３３０Ωの抵抗２１をコンデンサ１７に直列接続した場合の周波数特性となる。このように、コンデンサ１７に直列に抵抗２１を接続するとコンデンサ１６が同容量であっても発振周波数が高くなることが分かる。図２のグラフでは抵抗２１が３３０Ωで１０ｋＨｚ高い周波数となり、コンデンサ１７に直列接続する抵抗２１の抵抗値に比例する。図２のグラフから、発振周波数を８０ｋＨｚに設定する場合、抵抗２１が０Ωの場合は、Ａのポイントとなりコンデンサ１６の容量を０．００１５μＦに、また抵抗２１が３３０Ωの場合はＢのポイントとなりコンデンサ１６の容量を０．００２μＦに調整される。
【００１５】
蛍光ランプ１０が点灯しているときのＮチャネルＦＥＴ６は、ドレインとソース間に図３（１）に示す電圧が発生、同図（２）に示す電流がドレインからソースに向かって流れる。また、蛍光ランプ１０の点灯中のＰチャネルＦＥＴ７は、ドレインとソース間に図４（１）に示す電圧が発生、同図（２）に示す電流がドレインからソースに向かって流れる。このように蛍光ランプ１０の点灯中は、各ＦＥＴ６、７の電圧に対し電流が遅れの位相となる。従来からの回路では抵抗２１が０Ωであるが、点灯時は遅れの位相で動作し、抵抗２１を３３０Ωにした場合は更に電流位相が遅れることになるが、両者の遅れ位相に大差がなく、両者とも問題がない。
【００１６】
一方、電源投入時、即ち点灯開始時は蛍光ランプ１０が点灯していないため、ＮチャネルＦＥＴ６とＰチャネルＦＥＴ７とから流れる電流は、バラストコイル８の一次巻線８ａと始動コンデンサ１１の直列共振により共振電流となる。バラストコイル８の一次巻線８ａに流れる共振電流は点灯時の５倍近く流れ、二次巻線８ｂに誘起される電圧も高くなり、インダクタ１５とコンデンサ１６の共振回路を通過し、コンデンサ１７と抵抗２１の直列回路を経由してＮチャネルＦＥＴ６とＰチャネルＦＥＴ７のゲートにそれぞれ入力する。この時、抵抗２１によりＮチャネルＦＥＴ６とＰチャネルＦＥＴ７のゲートに印加される電圧が低くなり、ツェナーダイオード１８、１９でクリップされる時間が短くなり、ＮチャネルＦＥＴ６とＰチャネルＦＥＴ７のオン時間も同様に短くなることから発振周波数が高くなる。
図５のグラフは、始動時の発振周波数をコンデンサ１６の容量をパラメータにプロットしたもので、（１）は抵抗２１が０Ω、（２）は抵抗２１が３３０Ωの特性を示す。抵抗２１が０Ωの場合、点灯周波数からコンデンサ１６は０．００１５μＦが接続され、この時の発振周波数はＡのポイントであり７５．５ｋＨｚとなる。また、抵抗２１が０Ωの場合、点灯周波数からコンデンサ１６は０．００２μＦが接続され、この時の発振周波数はＢのポイントであり７７．５ｋＨｚとなる。
一方、バラストコイル８の一次巻線８ａ（Ｌ）と始動コンデンサ１１（Ｃ）の直列共振周波数（ｆ）は、下記の数式から算出され７６ｋＨｚとなる。
【００１７】
【数１】
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このように、抵抗２１が０Ωの場合、共振周波数（ｆ）より低い周波数で発振するためＮチャネルＦＥＴ６とＰチャネルＦＥＴ７の電圧に対して電流が進みの位相で発振する。抵抗２１が３３０Ωの場合、共振周波数（ｆ）より高い周波数で発振するためＮチャネルＦＥＴ６とＰチャネルＦＥＴ７の電圧に対して電流が遅れの位相で発振する。
【００１８】
図６に示すように、ＰチャネルＦＥＴがＯＮとなるタイミングでは、（１）に示すような電流がドレインからソースに流れ、（２）に示すドレイン−ソース間電圧との積が（３）に示すような電力波形（損失）となる。また、ＮチャネルＦＥＴ６は、図示していないが、ＰチャネルＦＥＴ７に印加された電圧に対し極性の反転した電圧がドレインとソース間に印加され、極性の反転した電流がドレインからソースに流れる。
【００１９】
以上のように、点灯開始時にＮチャネルＦＥＴ６とＰチャネルＦＥＴ７に印加される電圧に対し，各ＦＥＴ６，７に流れる電流の位相を遅らせるようバラストコイル８の一次巻線８ａと始動コンデンサ１１の直列共振周波数より高い周波数で発振するようにしたので、図９（１）に示す電流波形と比べ急峻なパルス状のサージ電流がなくなり（図６（１）参照）、このため、点灯開始時のＦＥＴ６、７の損失を小さく抑えることができ、ノイズによる本装置や他の機器への影響のないインバータ装置を提供できる。
【００２０】
なお、前記のインバータ装置では、スイッチング素子にＮチャネルＦＥＴ６とＰチャネルＦＥＴ７を用いたことを述べたが、これに代えて、ＮチャネルとＰチャネルのＩＧＢＴ（Insulate Gate Bipola Transistor ）を用いてもよい。
また、前記のインバータ装置では、ＮチャネルＦＥＴ６とＰチャネルＦＥＴ７を保護するスナバ回路にスナバコンデンサ２０を用いているがコンデンサと抵抗の直列回路に代えてもよい。但し、この場合、スナバ回路の損失が増大し、インバータ装置の効率が低下する。
【００２１】
図７は本発明の実施の形態のインバータ装置を備えた蛍光灯装置を示す断面図である。
図中に示す蛍光灯装置２２は、電球形蛍光ランプに前述したインバータ装置を備えたものである。その電球形蛍光ランプの基体を構成するカバー２４は、ＰＢＴ樹脂などの耐熱性合成樹脂で形成され、その一端にはガラス製からなるほぼ球状のグローブ２５が嵌着されており、外周にはエジソンタイプのＥ２６型などのねじ込み型口金２３が被着されている。蛍光ランプ２６は、例えば渦状に形成されてその一端が仕切板２８に固定され、グローブ２５により覆われている。基板２７は、前記の口金２３内に収められ、図１に示すインバータ装置の回路が実装されている。前述した仕切板２８は、蛍光ランプ２６の固定の他に、蛍光ランプ２６と基板２７とを分離するために設けられている。
【００２２】
このように、蛍光灯装置２２（電球形蛍光ランプ）に、図１に示すインバータ装置を内蔵させたので、点灯開始時に発生するノイズがなくなり、このため、点灯開始時のノイズによる本装置や他の機器への影響がなくなった。
【００２３】
次に、電球形蛍光ランプが用いられた照明装置について図８を用いて説明する。図８は電球形蛍光ランプを備えた照明装置の外観斜視図である。
図中に示す照明装置３０は、例えばペンダント形の照明器具で、コード３１に接続されたソケット（図示せず）と、このソケットを覆うように設けられた笠３２と、ソケットに口金２３が螺合接続された電球形蛍光ランプ２２とから構成されている。
【００２４】
このように、照明装置３０（照明器具）に、図１に示すインバータ装置が内蔵された蛍光灯装置（電球形蛍光ランプ）を備えたので、点灯開始時に発生するノイズがなくなり、このため、点灯開始時のノイズによる本装置や他の機器への影響を与えない照明器具を提供できる。
【００２５】
なお、電球形蛍光ランプ２２を有する照明器具としてペンダント形照明器具を例に示したが、廊下やトイレなどに設置されるダウンライト、シーリングファン付照明器具、複数の電球形蛍光ランプ２２が用いられたシャンデリアなどでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態を示すインバータ装置の回路図である。
【図２】コンデンサ１６の容量値をパラメータに点灯時の発振周波数をプロットして示すグラフである。
【図３】蛍光ランプ点灯中のＮチャネルＦＥＴの電圧と電流の波形図である。
【図４】蛍光ランプ点灯中のＰチャネルＦＥＴの電圧と電流の波形図である。
【図５】コンデンサ１６の容量値をパラメータに始動時の発振周波数をプロットして示すグラフである。
【図６】蛍光ランプ点灯開始時のＰチャネルＦＥＴの電流と電圧及び電力の波形図である。
【図７】本発明の実施の形態のインバータ装置を備えた蛍光灯装置を示す断面図である。
【図８】電球形蛍光ランプを備えた照明装置の外観斜視図である。
【図９】従来技術における蛍光ランプ点灯開始時のＰチャネルＦＥＴの電流と電圧及び電力の波形図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  交流電源、２  コンデンサ、３  インダクタ、４  全波整流回路、５  平滑コンデンサ、６  ＮチャネルＦＥＴ、７  ＰチャネルＦＥＴ、８  バラストコイル、８ａ  一次巻線、８ｂ  二次巻線、９  直流カットコンデンサ、１０  蛍光ランプ、１１  始動コンデンサ、１２，１３，１４  起動用の抵抗、１５  インダクタ、１６  コンデンサ、
１７  遅延回路のコンデンサ、１８，１９  ツェナーダイオード、２０  スナバコンデンサ、２１  遅延回路の抵抗、２２  電球形蛍光ランプ、２３  口金、２４  カバー、
２５  グローブ、２６  蛍光ランプ、２７  基板、２８  仕切り板、３０  照明器具、
３１  コード、３２  笠。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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