(57)【要約】【課題】安定器を用いずに、簡単な構成で放電灯の点灯を開始することができる放電灯用電源装置及び点灯開始後の安定な蛍光発光を行うことのできる放電灯用電源装置を提供する。【解決手段】放電灯を点灯させる電源において、商用交流を整流・平滑化した後、インバータ２によって高周波化し、これを共振特性を有する昇圧変圧器３に入力し、点灯を開始するまでインバータ２を昇圧変圧器３の共振周波数で運転することで、変圧器３の２次側に高い電圧を誘起させて放電灯管４を点灯始動させる構成にした。また、点灯放電を開始した後、電源の運転周波数を共振周波数からずらし、電源の継続的運転に最適な周波数に変更して発光が継続できる構成にした。【選択図】    図１
2004214158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電灯を点灯させる電源において、商用交流を整流・平滑化した後、インバータによって高周波化し、これを共振特性を有する昇圧変圧器に入力し、点灯を開始するまでインバータを昇圧変圧器の共振周波数で運転することで、変圧器の２次側に高い電圧を誘起させて点灯始動させる構成にしたことを特徴とする、照明電源装置。
【請求項２】
点灯放電を開始した後、電源の運転周波数を共振周波数からずらし、電源の継続的運転に最適な周波数に変更して点灯が継続できる構成としたことを特徴とする、上記請求項１記載の照明電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放電灯用の電源装置に関するものであり、さらに詳しく述べると、放電灯の点灯回路において、従来の安定化回路を用いずに、高周波昇圧変圧器の共振特性を利用して高電圧を発生させ、それにより放電灯を初期点灯させ、その後システム全体が安定して運転できる周波数に変更して連続的に点灯させる電源装置に関するものである。
【０００２】
図７に従来の放電灯の点灯技術に関する回路図の例を示す。従来の点灯回路では、商用交流電源を整流・平滑化し、図中のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を用いたインバータによって、かわるがわるスイッチングさせて高周波による運転で変圧器Ｏ．Ｔを通してランプＬへ電力を供給するものである。点灯始動時には安定化回路Ｓにより点灯後の電圧よりはるかに高い電圧を誘起させてランプＬに印加させ、ランプＬ内で放電点灯させる。点灯後は安定化回路Ｓを開放させ、ランプＬに印加させる高い始動電圧を開放させて、定常運転させるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来は安定化回路を用いており、回路全体が複雑化し、高コスト化を招いていた。すなわち、放電灯は点灯時に大きな電圧を必要とし、それによって放電の開始を図らなくてはならない。従来はそのために安定器（安定化回路Ｓ）を回路に挿入し、これによって放電開始に必要な高電圧を誘起させてきた。この安定器は高電圧に耐える必要があり、かつ回路が複雑化し、高コスト化してきた。
【０００４】
この発明は、これらの点に鑑みてなされたものであり、上述した安定器を用いずに、簡単な構成で放電灯の点灯を開始することができる放電灯用電源装置を提供し、さらに、点灯開始後の安定な蛍光発光を行うことのできる放電灯用電源装置をも提供し、上記課題を解決するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、商用交流を整流・平滑化した後、インバータによって高周波化し、これを共振特性を有する昇圧変圧器に入力し、点灯を開始するまでインバータを昇圧変圧器の共振周波数で運転することで、昇圧変圧器の２次側に高い電圧を誘起させて点灯始動させる構成にした、放電灯用電源装置とした。
また、上記放電灯用電源装置において、放電電流が流入開始しはじめた時点で、全システムが適正に動作する周波数に切り替えて安定した放電点灯運転を維持する構成とした、放電灯用電源装置とすることもある。
【０００６】
上述のように構成された放電灯用電源回路においては、放電点灯開始時に昇圧変圧器の共振特性を利用する。これは変圧器の漏れインダクタンスと巻き数の多い２次側巻き線中の浮遊容量とによって生じる並列共振の現象によるものである。この並列共振現象を利用することで点灯開始に必要な高電圧を誘起するものである。また、点灯開始後はそのまま点灯時の周波数を維持することでも点灯を維持することはできるが、さらに周波数を下げて共振を回避するインバータ運転を行うことで安定した放電維持運転が行える。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態例を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の回路の実施の形態例を示す。図１の直流電源１は主に商用系から受電する降圧電源を用い、それを単相のインバータ２を用いて高周波する。インバータ２の出力には高周波の昇圧変圧器３と放電灯管４が接続されている。図２に高周波昇圧変圧器３の等価回路を示す。この高周波昇圧変圧器３には、この発明では、例として、１次側６５ターン、２次側１０００ターンを直径２ｃｍのフェライトに巻いた外鉄型の変圧器を用いている。２次側のターン数を多くしたのは、２次側のターン数が多い変圧器は、巻き線巻きの浮遊誘導容量の効果と変圧器の漏れインダクタンスとで共振点を持つようになるからである。
【０００８】
上記変圧器の共振周波数を算出するために、まず、変圧器の漏れインダクタンスを次式より算出した。
【０００９】
【式１】
2004214158.tif 000003
【００１０】
ここで、ω：巻き数＝６５ターン（１次側）
μ：４π×１０−７
ｍ：コイルの１巻当たりの平均長５５．６×１０−３ｍ
ｈ：巻き線の幅１８．５ｍｍ
【００１１】
【記号１】
2004214158.tif 000004
【００１２】
δ：１次巻き線と２次巻き線との距離  ０．１５ｍｍ
ｑ：巻き線数  ２個
である。この場合、Ｌｉ＝２０．５μＦとなる。
【００１３】
２次巻き線間の静電容量は図３に示す算定モデルにより求められる。コイル幅に対しｋ回巻いたコイルをそのままｍ層にわたり巻いたコイル（レア巻き）の場合、静電容量は、
Ｃ  ＝  ｃ１・ｍ・（ｋ−１）／  ｋ２ｍ２＋  ｃ２・｛（４／３）  ｋ−１／３ｋ｝・（ｍ−１）／ｍ２  ［Ｆ］
で与えられる。ここで
ｋ：１段中の巻き数の平均値  ９０．６６ターン
ｍ：巻き層数      １２層
ｃ１：１巻き当たりの静電容量
ｃ２：層間１巻き当たりの静電容量
今ｃ１＝ｃ２として１巻き当たりの静電容量は
ｃ１＝  ｌ  πε０εｓ／１ｎ｛（ｄ−ａ）／ａ｝
となる。
【００１４】
ここで、ｌ  ：巻き線長の平均値  ６７．２３×１０−３ｍ
ｄ：巻き線中心間距離  ０．２４ｍｍ
ａ  ：巻き線の半径      ０．１ｍｍ
ε０：真空中の誘電率    ８．８５４×１０−１１Ｆ／ｍ
εｓ：比誘電率          ２．５
【００１５】
このケースの場合は
ｃ１＝ｃ２＝１．３８９×１０−１１Ｆ
となり
Ｃ＝１．２８３×１０−１０Ｆ
を得る。これを１次側換算すれば
Ｃｐ＝３．０３×１０−８Ｆ
となる。
【００１６】
１次側換算ベースで漏れインダクタンスＬｉと静電容量Ｃｐからこの高周波昇圧変圧器の共振周波数ｆは、
【００１７】
【式２】
2004214158.tif 000005
【００１８】
に上記数値を代入することにより、２００ｋＨｚとなった。図４は、実際のこの例の場合の高周波昇圧変圧器の昇圧比と位相の周波数特性図である。この特性図より明らかなように周波数を２００ｋＨｚで運転すると２次側には高い電圧が誘起され、放電灯を初期放電させることができる。しかし、この例は放電灯は放電を開始しても、この共振現象を抑制するまで十分に抵抗成分が下がらず回路はまだ共振状態である。このまま運転を続行することも考えられるが、変圧器の鉄心の発熱を下げるために周波数を２０ｋＨｚに下げて運転した。すなわち、インバータの動作周波数を当初の２００ｋＨｚから２０ｋＨｚに下げて運転した。図５は点灯後２０ｋＨｚに下げた放電点灯運転中の変圧器２次側の電圧電流波形を示す。
【００１９】
【発明の効果】
このように、従来安定化回路を用いた電源回路により放電灯の点灯を行ってきたが、この発明により、この安定化回路を用いることなく、整流回路、インバータ、高周波昇圧変圧器の簡単な構成で放電灯を点灯させ、放電を維持させる回路を構成することができるようになった。さらにこの電源における運転の力率は０．９５を超える運転が可能で、このような高力率運転であれば、図６に示すように１台の電源から数本の放電灯への電力供給を行うこともできる。さらにインバータの運転方法をＰＷＭ化することや、直流電圧を調整することで調光器としての機能を果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態例の、高周波昇圧変圧器を用いた放電灯点灯回路図である。
【図２】この発明の実施の形態例の、高周波昇圧変圧器の等価回路図である。
【図３】この発明の実施の形態例の、変圧器の巻き線中の静電容量算定モデルを示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態例の、高周波昇圧変圧器の昇圧比と位相の周波数特性図である。
【図５】この発明の実施の形態例の、放電灯点灯運転中の変圧器２次側の電圧電流波形図である。
【図６】この発明の他の実施の形態例の、多数の放電灯を運転するための電源回路図である。
【図７】従来の安定化回路を用いた高周波インバータ方式の放電灯電源回路図である。
【符号の説明】
１    直流電源                    ２    インバータ
３    昇圧変圧器                  ４    放電灯管
【図１】
2004214158.tif 000006
【図２】
2004214158.tif 000007
【図３】
2004214158.tif 000008
【図４】
2004214158.tif 000009
【図５】
2004214158.tif 000010
【図６】
2004214158.tif 000011
【図７】
2004214158.tif 000012