(57)【要約】【課題】ランプ点灯時にインバータ回路に過大な入力電流が流入することを防止し、かつ装置を安価に製作することを可能にした外部電極希ガス放電ランプ点灯装置を提供すること。【解決手段】直流電源１と、変圧器２と、直流電源１と変圧器２の１次側に直列に接続されたスイッチング素子３と、変圧器２の２次側に接続された外部電極希ガス放電ランプ４と、スイッチング素子３の制御端子に発振信号を出力する発振回路６とからなる外部電極希ガス放電ランプ点灯装置において、発振回路６は、直流電源１から供給される電圧によって動作し、オペアンプをコンパレータ動作させることにより得られた発振信号を出力し、発振回路６とスイッチング素子３の制御端子間に、外部入力されるランプＯＮ／ＯＦＦ信号に同期して発振回路から出力される発振信号の出力を制御する制御手段８，９を設けたことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、変圧器と、前記直流電源と前記変圧器の１次側に直列に接続されたスイッチング素子と、前記変圧器の２次側に接続された外部電極希ガス放電ランプと、前記スイッチング素子の制御端子に発振信号を出力する発振回路とからなる外部電極希ガス放電ランプ点灯装置において、
前記発振回路は、前記直流電源から供給される電圧によって動作し、オペアンプをコンパレータ動作させることにより得られた発振信号を出力し、
前記発振回路と前記スイッチング素子の制御端子間に、外部入力されるランプＯＮ／ＯＦＦ信号に同期して前記発振回路から出力される発振信号の出力を制御する制御手段を設けたことを特徴とする外部電極希ガス放電ランプ点灯装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ランプＯＮ／ＯＦＦ信号のランプＯＦＦ信号に同期して前記発振回路から出力される発振信号の出力を停止し、前記ランプＯＮ／ＯＦＦ信号のランプＯＮ信号に同期して前記発振回路から出力される発振信号の出力を許容することを特徴とする請求項１に記載の外部電極希ガス放電ランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部電極希ガス放電ランプ点灯装置に係わり、例えば、原稿読み取り用光源等に使用される外部電極希ガス放電ランプ点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外部電極希ガス放電ランプは、基本的には、誘電体からなる放電容器の内部に希ガスを充填し、外部に１対の電極を配置したものである。
このような外部電極希ガス放電ランプをフライバック回路を利用して点灯する点灯装置としては、点灯装置のスイッチング電源制御用の発振器（ＩＣ）や、冷陰極水銀蛍光ランプ用インバータに使用する発振器（ＩＣ）を用いて、他励方式の回路として構成するのが一般的であった。
例えば、放電ランプ点灯装置において、インバータ回路の制御回路に制御用ＩＣを用いたものとしては、特開平１１−３１２５９６号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３１２５９６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年、原稿読み取り用光源として、またインバータ出力が２０Ｗ以下程度の希ガス放電ランプ点灯装置においては、より一層のコストの低減が望まれており、そのため、ＩＣを使用した発振器では高コスト化するために、より安価な発振回路を用いたものが要求されるようになっている。
そこで、本件発明者等は、比較的安価な汎用デバイスを使用して発振回路を構成し、これを用いて外部電極希ガス放電ランプの点灯装置を作製することを試みた。
【０００５】
図３は汎用デバイスを用いて構成された発振回路を備える外部電極希ガス放電ランプ点灯装置を示す図、図４は図３に示した発振回路の具体的構成を示す図、図５は上記外部電極希ガス放電ランプ点灯装置の各部のシーケンスを示す図である。
【０００６】
図３に示すように、この外部電極希ガス放電ランプ点灯装置は、直流電源１と変圧器２の１次側に直列にスイッチング素子３を接続したインバータ回路と、スイッチング素子３をスイッチング動作させるために必要な発振信号を生成する制御回路と、変圧器２の２次側に接続された外部電極希ガス放電ランプ４とから構成されている。
【０００７】
この外部電極希ガス放電ランプ点灯装置において、図５（ａ）に示すように、直流電源１から供給された直流電源電圧Ｖｃｃ（２４Ｖ）がインバータ回路に入力されると、平滑コンデンサ７の両端に、直流電源１、インバータ回路、および平滑コンデンサ７のインピーダンスからなる時定数によって決まる充電電圧が得られる。その間、図５（ｅ）に示すように、点灯装置に瞬間的に突入電流が流入するが、これは短時間のため、点灯装置に悪影響を与えるものではない。
【０００８】
その後、図５（ｂ）に示すように、充電電圧の値が安定した後に、ランプＯＮ／ＯＦＦ信号が入力されるように構成された入力端子５に、ＯＮ信号が入力されると、オープンコレクタトランジスタＴｒ１０がＯＮし、次いでトランジスタＴｒ１１がＯＮして、発振回路６に直流電圧Ｖｃｃ（２４Ｖ）が印加される。
【０００９】
ここに示される発振回路６は、図４に示すように、コンパレータ用ＯＰアンプ６１、コンパレータ用ＯＰアンプ６１の反転入力端子（−）６９に接続されたタイミングコンデンサ６２、帰還抵抗６３、バイアス抵抗６４、プルアップ抵抗６５、およびその他の抵抗６６，６７，６８で構成され、片電源動作される、一般にリラクゼーション発振回路として知られる回路である。
【００１０】
この発振回路６のコンパレータ用ＯＰアンプ６１において、反転入力端子（−）６９にはタイミングコンデンサ６２が０Ｖから直流電圧Ｖｃｃまで抵抗６３を介して充電が開始されると、一方の非反転入力端子（＋）７０の電圧が増加する。反転入力端子（−）６９の電圧が非反転入力端子（＋）７０の電圧を上回ると、コンパレータ用ＯＰアンプ６１の出力は反転して０Ｖとなり、非反転入力端子（＋）７０の電圧が低下してタイミングコンデンサ６２が放電され、反転入力端子（−）６９の電圧は低下する。反転入力端子（−）６９の電圧が非反転入力端子（＋）７０の電圧を下回ると、コンパレータ用ＯＰアンプ６１の出力は反転してＶｃｃ（２４Ｖ）を出力することになる。
【００１１】
即ち、発振回路６は、図５（ｃ）に示すように、コンパレータ用ＯＰアンプ６１が、オープンコレクタトランジスタＴｒ１０から入力されるランプＯＮ／ＯＦＦ信号に同期し、ランプＯＮ信号が入力されると、コンパレータ動作を繰り返すことによって発振動作を行う。
コンパレータ用ＯＰアンプ６１から出力される発振信号は、トーテムポール回路からなるトランジスタ７１，７２を介して、図５（ｄ）に示すように、発振回路６の出力端子Ｂよりスイッチング素子３のゲート端子に矩形波の発振信号として出力する。
【００１２】
ここで、矩形波発振信号のＨＩＧＨ期間は、スイッチング素子３のＯＮ期間となり、この間、変圧器２の１次側に電磁エネルギーが蓄積される。次に、矩形波発振信号がＬＯＷ期間となって、スイッチング素子３がＯＦＦした瞬間、変圧器２の１次側に蓄積されていた電磁エネルギーが２次側に放出され、これによって２次側に誘起された出力電圧が、外部電極希ガス放電ランプ４に印加されて外部電極希ガス放電ランプ４が放電することとなる。
【００１３】
しかし、かかる発振回路６を用いて外部電極希ガス放電ランプ点灯装置を構成しようとすると、図５（ｃ）に示すように、入力端子５からのランプＯＮ信号の入力毎にＯＮデューティが大きくなり、図５（ｄ）に示すように、発振回路６よりスイッチング素子３のゲート端子へ出力される発振信号のＯＮ時間も長くなる現象が生じてしまう。即ち、図５（ｅ）に示すように、この間、変圧器２に蓄積される電磁エネルギーが増大してしまい、インバータ回路に過大な入力電流が流れてしまう。
【００１４】
ランプＯＮ信号の入力毎にＯＮデューティが大きくなる理由は、発振回路６の発振出力のＤＣレベルの中心値が、バイアス抵抗６４、負帰還ループのタイミングコンデンサ６２、および抵抗６３，６６，６７によって決定されるものであるため、発振回路６の動作開始とともにタイミングコンデンサ６２への充電が開始されるために、コンパレータ用ＯＰアンプ６１を片電源で動作させていると、コンパレータ用ＯＰアンプ６１が比較反転する際の閾値が変化するためである。
【００１５】
ＯＡ機器にこのような外部電極希ガス放電ランプ点灯装置を備えている場合、インバータ回路の点灯時に過大な電流が流れると、直流電源装置において電圧降下を引き起こし、さらにこれに接続されている別の機器、例えば、搬送モータ等への性能にも悪影響を与えたり、またインバータ回路に設けられるヒューズの劣化を招き、ヒューズが溶断する等の故障の原因となったりする。
【００１６】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、ランプＯＮ信号の入力毎に発振回路から出力される発振信号のＯＮデューティが大きくなることを防止して、インバータ回路に過大な入力電流が流入することを防止し、かつ装置を安価に製作することを可能にした外部電極希ガス放電ランプ点灯装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、直流電源と、変圧器と、前記直流電源と前記変圧器の１次側に直列に接続されたスイッチング素子と、前記変圧器の２次側に接続された外部電極希ガス放電ランプと、前記スイッチング素子の制御端子に発振信号を出力する発振回路とからなる外部電極希ガス放電ランプ点灯装置において、前記発振回路は、前記直流電源から供給される電圧によって動作し、オペアンプをコンパレータ動作させることにより得られた発振信号を出力し、前記発振回路と前記スイッチング素子の制御端子間に、外部入力されるランプＯＮ／ＯＦＦ信号に同期して前記発振回路から出力される発振信号の出力を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１８】
第２の手段は、第１の手段において、前記制御手段は、前記ランプＯＮ／ＯＦＦ信号のランプＯＦＦ信号に同期して前記発振回路から出力される発振信号の出力を停止し、前記ランプＯＮ／ＯＦＦ信号のランプＯＮ信号に同期して前記発振回路から出力される発振信号の出力を許容することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１、図２および図４を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る、汎用デバイスを用いて構成された発振回路を備える外部電極希ガス放電ランプ点灯装置を示す図、図２は上記外部電極希ガス放電ランプ点灯装置の各部のシーケンスを示す図である。
【００２１】
図１において、１は直流電源、２は変圧器、３はＦＥＴ等からなるスイッチング素子、４は外部電極希ガス放電ランプ、５はランプＯＮ／ＯＦＦ信号が入力される外部オープンコレクタの入力端子、６は直流電源１から直接供給される直流電圧Ｖｃｃによって動作を開始し、オペアンプをコンパレータ動作させることにより得られた発振信号を出力する発振回路、７は平滑コンデンサ、８は入力端子５から入力されるランプＯＮ／ＯＦＦ信号に同期してＯＮ／ＯＦＦ制御されるオープンコレクタトランジスタ、９はトランジスタ８がＯＮするとＯＦＦ制御され、ＯＦＦするとＯＮ制御されるトランジスタである。
なお、発振回路６の具体的構成は、図４に示したものと同一であるので説明を省略する。
【００２２】
図１に示すように、本発明に係る外部電極希ガス放電ランプ点灯装置は、基本的には、直流電源１と変圧器２の１次側に、スイッチング素子３が直列に接続されたインバータ回路と、スイッチング素子３をスイッチング動作させるために必要な発振信号を生成する制御回路と、変圧器２の２次側に接続された外部電極希ガス放電ランプ４とから構成されている。
【００２３】
次に、本発明に係る外部電極希ガス放電ランプ点灯装置の動作を図１、図２および図４を用いて説明する。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、直流電源１からインバータ回路に直流電圧Ｖｃｃ（２４Ｖ）が印加されると、平滑コンデンサ７の両端には、直流電源１、インバータ回路、および平滑コンデンサ７のインピーダンスからなる時定数によって決まる充電電圧が得られる。なお、図２（ｅ）に示すように、充電期間に発生する瞬間的な突入電流は、短時間であるため、インバータ回路に悪影響を与えることはない。
【００２５】
また、図２（ａ）、（ｃ）に示すように、インバータ回路に直流電圧Ｖｃｃ（２４Ｖ）が印加されると同時に、発振回路６にも直流電圧Ｖｃｃ（２４Ｖ）が印加され、発振回路６は発振動作を開始する。
なお、発振回路６の発振動作の詳細は、先に図４を用いて説明したので省略する。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、入力端子５からランプＯＦＦ信号が入力されている状態では、トランジスタ８はＯＦＦ状態にあり、それに伴って、トランジスタ９はＯＮ状態となる。そのため、図２（ｄ）に示すように、発振回路６は既に発振動作状態にあるが、発振回路６の出力端子ＢはＧＮＤに接続されているため、発振回路６から出力される発振信号はスイッチング素子３であるＦＥＴのゲート端子に出力されることはない。
【００２７】
次に、図２（ｂ）に示すように、外部電極希ガス放電ランプ４を点灯するために、入力端子５からランプＯＮ信号が入力されると、トランジスタ８はＯＮ状態となり、それに伴って、トランジスタ９はＯＦＦ状態となる。そのため、図２（ｄ）に示すように、発振回路６の出力端子Ｂから出力される発振信号はスイッチング素子３であるＦＥＴのゲート端子に出力され、スイッチング素子３はスイッチング動作を開始する。
【００２８】
なお、上記スイッチング動作に伴って生ずるゲート信号のＨＩＧＨ期間およびＬＯＷ期間における変圧器２の作用による外部電極希ガス放電ランプ４の点灯メカニズムについては、先に説明したので省略する。
【００２９】
上記のごとく、本実施形態の発明によれば、発振回路６は、直流電源１から点灯電圧である直流電圧Ｖｃｃ（２４Ｖ）が供給されると同時に発振動作を開始するように構成されており、発振動作の開始は入力端子５から入力されるランプＯＮ／ＯＦＦ信号に依存していない。即ち、発振回路６は、直流電圧Ｖｃｃ（２４Ｖ）の入力期間中は、発振動作をしているため、タイミングコンデンサ６２への０Ｖからの充電開始がランプＯＮ／ＯＦＦ信号のランプＯＮ信号の入力毎に行われることがない。従って、発振回路６のコンパレータ用ＯＰアンプ６１が動作開始時に発生する比較反転する際の閾値の変化がなくなるので、一定のＯＮデューティ信号を発振信号として出力することができるようになる。
【００３０】
このように、本実施形態の発明によれば、コンパレータ用ＯＰアンプ６１をコンパレータ動作させる発振回路６の動作開始を直流電源１に同期させるとともに、ランプＯＮ／ＯＦＦ信号を他のスイッチ手段により行うようにしたので、コンパレータ用ＯＰアンプ６１のコンパレータ動作において発振動作を一定のＯＮデューティで行えるようになり、ランプ点灯時、点灯装置に過大な電流が流入することを防止することができる。
【００３１】
また、発振回路６を制御ＩＣ等を用いることなく、図４に示すように、汎用デバイスで構成することができるので、外部電極希ガス放電ランプ点灯装置を安価に構成することが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、発振回路を直流電源から供給される電圧によって動作させ、オペアンプをコンパレータ動作させることにより得られた発振信号を出力するように構成し、発振回路とスイッチング素子の制御端子間に、外部入力されるランプＯＮ／ＯＦＦ信号に同期して発振回路から出力される発振信号の出力を制御する制御手段を設けるようにしたので、コンパレータ動作させる発振回路の動作開始を直流電源に同期させるとともに、ランプＯＮ／ＯＦＦ信号を発振回路の動作開始と無関係に行うことができるので、コンパレータ動作において発振動作を一定のＯＮデューティで行えるようになり、ランプ点灯時、点灯装置に過大な電流が流入することを防止することができる。
【００３３】
請求項２に記載の発明によれば、制御手段は、ランプＯＮ／ＯＦＦ信号のランプＯＦＦ信号に同期して発振回路から出力される発振信号の出力を停止し、ランプＯＮ／ＯＦＦ信号のランプＯＮ信号に同期して発振回路から出力される発振信号の出力を許容するようにしたので、ランプＯＮ／ＯＦＦ信号を発振回路の動作開始と無関係に行うことができるので、コンパレータ動作において発振動作を一定のＯＮデューティで行えるようになり、ランプ点灯時、点灯装置に過大な電流が流入することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る、汎用デバイスを用いて構成された発振回路を備える外部電極希ガス放電ランプ点灯装置を示す図である。
【図２】図１に示す外部電極希ガス放電ランプ点灯装置の各部のシーケンスを示す図である。
【図３】試作された、汎用デバイスを用いて構成された発振回路を備える外部電極希ガス放電ランプ点灯装置を示す図である。
【図４】図１および図３に示した発振回路の具体的構成を示す図である。
【図５】図３に示す外部電極希ガス放電ランプ点灯装置の各部のシーケンスを示す図である。
【符号の説明】
１  直流電源
２  変圧器
３  スイッチング素子
４  外部電極希ガス放電ランプ
５  入力端子
６  発振回路
７  平滑コンデンサ
８  オープンコレクタトランジスタ
９  トランジスタ
６１  コンパレータ用ＯＰアンプ
６２  タイミングコンデンサ
６３  帰還抵抗
６４  バイアス抵抗
６５  プルアップ抵抗
６６，６７，６８  抵抗
６９  反転入力端子（−）
７０  非反転入力端子（＋）
７１，７２  トランジスタ
【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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