(57)【要約】直流電源１と、この直流電源１から供給される直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、このインバータ回路からの高周波電流により放電灯を点灯させる放電灯負荷回路と、この放電灯負荷回路の入力側に設けられ、インバータ回路のスイッチング素子２，３を駆動する電圧を生成する副巻線ａｂ、ｃｄを有するチョークコイル４と、副巻線ａｂ、ｃｄに生成された電圧を作動電源とし、放電灯負荷回路に流れる高周波電流を予め定められた期間制御するタイマ回路４０を備える。
2003011003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、この直流電源から供給される直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、このインバータ回路からの高周波電流により放電灯を点灯させる放電灯負荷回路と、この放電灯負荷回路の入力側に設けられ、上記インバータ回路のスイッチング素子を駆動する電圧を生成する副巻線を有するコイルとを備えた放電灯点灯装置において、
上記副巻線に生成された上記電圧を作動電源とし、上記放電灯負荷回路に流れる上記高周波電流を予め定められた期間制御するタイマ回路を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
インバータ回路のスイッチング素子を一対のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ、副巻線を上記一対のｎチャネルＭＯＳＦＥＴに各々対応した構成とし、上記ｎチャネルＭＯＳＦＥＴの内、低電位側ＭＯＳＦＥＴを駆動する上記副巻線の電圧をタイマ回路の電源とすることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
インバータ回路のスイッチング素子を一対のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ、副巻線を上記一対のｎチャネルＭＯＳＦＥＴに各々対応した構成とし、上記ｎチャネルＭＯＳＦＥＴの内、高電位側ＭＯＳＦＥＴを駆動する上記副巻線の電圧をタイマ回路の電源とすることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
インバータ回路のスイッチング素子をｎチャネルＭＯＳＦＥＴ及びｐチャネルＭＯＳＦＥＴから構成し、副巻線を上記ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ及び上記ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ各々の共用のものとすることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、インバータ回路からの高周波電力によって放電灯を点灯させる放電灯の点灯装置に関するものである。
背景技術
図４に、従来の放電灯装置の回路図を示す。図において、１は商用電源から得られる直流電源、２及び３は、インバータ回路を構成するｎチャンネルＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子、４は放電灯の電流を制限するためのチョークコイルであり２つの副巻線ａｂ、ｃｄを有する。５は放電灯、６は放電灯に並列に接続されたコンデンサ、７は結合コンデンサ、１０及び１１は抵抗及びコンデンサからなるｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ  ２の起動回路、チョークコイル４の２つの副巻線ａｂ、ｃｄはそれぞれ抵抗８及び９を介してｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ２、３が交互にＯＮ，ＯＦＦするように各々のゲートに接続する。２０及び２１は抵抗及びコンデンサからなるタイマー部、２２及び２７はツエナーダイオード、２３、２４及び２９は抵抗、２５及び２６はトランジスタ、２８及び３０はダイオードである。
なお、商用電源から直流電源を得る場合の直流電源１の構成例を図５に示す。
図に示すように、商用電源１ａから出力された交流電源は、ダイオードブリッジ１ｂで全波整流された後、平滑コンデンサ１ｃで平滑化され、直流電源として負荷回路出力されるように構成される。
以下、この図４に示した従来例の回路の動作を説明する。
図において、直流電源１が投入されると、抵抗１０及びコンデンサ１１からの起動電流によって、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ  ２，３は交互に高周波数で駆動され放電灯５は点灯に至る。その際、放電灯５が未放電の場合は、チョークコイル４、コンデンサ６、コンデンサ７で構成されるＬＣ直列共振回路の共振の鋭さ（以降Ｑと呼ぶ）が大きいため、コンデンサ６の両端には大きな電圧が発生する。しかし、放電灯５のフィラメントが充分予熱されない期間に大きな電圧が印加されると、いわゆるコールドスタート状態になり、ランプが短寿命になる。
これを防ぐため、抵抗２０とコンデンサ２１からなるタイマー部、抵抗２０とコンデンサ２１の接続点と電源１の負極間に直列に接続されたツエナーダイオード２２と抵抗２３、２４、ゲートが抵抗２３，２４の接続点に接続され、コレクタが抵抗２９を介してダイオード３０と抵抗２０の接続点に接続され、エミッタが電源１の負極に接続されたトランジスタ２５，コレクタが直列に接続されたツエナーダイオード２７とダイオード２８を介してｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ３のベースに接続され、エミッタが電源１の負極に接続されたトランジスタ２６から構成されるタイマー回路４１を設けている。
そして、コンデンサ２１の電圧がツエナーダイオード２２、抵抗２３及び２４等で定められる期間は、電源１から抵抗２９を介してトランジスタ２６のゲートに電圧が印加されトランジスタ２６をＯＮにし、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ  ３のゲート電流をダイオード２８、ツエナーダイオード２７、トランジスタ２６の経路でバイパスすることにより、ゲート電圧が低くなりｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ  ３のターンオン時間が短くなり、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ３の発振周波数を高くする。
これにより、チョークコイル４、コンデンサ６及び７からなるＬＣ共振回路のＱが小さくなり放電灯５はコールドスタートとならない。
その後、コンデンサ２１の電圧が上昇すると、トランジスタ２５がＯＮ、トランジスタ２６がＯＦＦとなりコンデンサ６には大きな電圧が発生し、放電灯５は点灯状態に至る。
放電灯５が点灯することにより、コンデンサ６に並列に放電灯５の等価抵抗が接続されることになり、放電灯５を含むＬＣ共振回路のＱは小さくなり、以降、安定点灯状態を維持するものである。
しかしながら、従来の放電灯点灯装置では、商用電源から得られる
直流電源１をタイマ回路の電源とするため、トランジスタ２５は高耐圧の大型品が必要であり、抵抗２０及び２９は大電力の大型品が必要だった。
このため、回路が高価で大型になり、熱損失も大きくなる問題点があった。
また、直流電源１をＯＦＦした際には、図５のコンデンサ１Ｃが低下することを利用して、コンデンサ２１の充電電圧をダイオード３０を介してコンデンサ１Ｃに放電し、次の電源投入時に予め定められたタイマ時間を確保していた。
しかし、コンデンサ１Ｃの負荷となる放電灯は、直流電源１の電圧が低下し放電灯固有の放電維持電圧以下の電圧しか印加でできなくなると放電が停止し、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ２，３の発振も停止する。
すると、コンデンサ１Ｃからの電力供給は小さくなり、コンデンサ１Ｃの電圧は  それ以降、大きな抵抗値を持つ抵抗２０及び２９等を介してしか放電できなくなり徐々にしか低下しなくなる。
このような状態では、コンデンサ２１の充電電圧はコンデンサ１Ｃの電圧以下には放電できない。
このようなタイミング、即ち、直流電源１のＯＦＦ直後に再投入すると、コンデンサ２１の残留電圧分に相当する期間、タイマ時間が短くなり、放電灯５がコールドスタートになり、その寿命が短くなる問題点があった。
また、商用電源電圧がＡＣ１００系とＡＣ２００Ｖ系では、得られる直流電源１の電圧が大きく異なるため、タイマ回路を構成する抵抗２０、コンデンサ２１の定数を異なる値にする必要があり、放電灯点灯装置を生産する上で、部品の種類が増える問題点があった。
この発明は、従来装置の上記のような問題点を解決するためになされたもので、この発明の第１の目的は、タイマ回路を構成するトランジスタを低耐圧で安価な小型品にでき、また、抵抗を低電力で安価な小型品にすることができるとともにその熱損失も低減でき、安価で小型な放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
また、この発明の第２の目的は、直流電源ＯＦＦ直後に再投入しても、安定したタイマー期間を確保でき、放電灯のコールドスタートの心配のない長寿命の放電灯点灯装置を提供することを目的とするものである。
また、この発明の第３の目的は、商用電源電圧がＡＣ１００系とＡＣ２００Ｖ系でも、タイマ回路等を構成する部品の種類の増加を抑えることができる放電灯点灯装置を提供することを目的とするものである。
発明の開示
この発明に係る放電灯点灯装置は、直流電源と、この直流電源から供給される直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、このインバータ回路からの高周波電流により放電灯を点灯させる放電灯負荷回路と、この放電灯負荷回路の入力側に設けられ、上記インバータ回路のスイッチング素子を駆動する電圧を生成する副巻線を有するコイルとを備えた放電灯点灯装置において、上記副巻線に生成された上記電圧を作動電源とし、上記放電灯負荷回路に流れる上記高周波電流を予め定められた期間制御するタイマ回路を備える。このことによって、タイマ回路を構成するトランジスタを低耐圧で安価な小型品にでき、また、抵抗を低電力で安価な小型品にすることができるとともにその熱損失も低減でき、装置を小型にすることができる。
さらに、直流電源ＯＦＦ直後に再投入しても、安定した  タイマー期間を確保でき、放電灯のコールドスタートを防止し、長寿命とすることができる。
さらにまた、商用電源電圧がＡＣ１００系とＡＣ２００Ｖ系でも、タイマ回路等を構成する部品の種類の増加を抑えることができる。
また、インバータ回路のスイッチング素子を一対のｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ、副巻線を上記一対のｎチャンネルＭＯＳＦＥＴに各々対応した構成とし、上記ｎチャネルＭＯＳＦＥＴの内、低電位側ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴを駆動する上記副巻線の電圧をタイマ回路の電源とするものである。このことによって、タイマ回路を構成するトランジスタを低耐圧で安価な小型品にでき、また、抵抗を低電力で安価な小型品にすることができるとともにその熱損失も低減でき、装置を小型にすることができる。
さらに、直流電源ＯＦＦ直後に再投入しても、安定した  タイマー期間を確保でき、放電灯のコールドスタートを防止し、長寿命とすることができる。
さらにまた、商用電源電圧がＡＣ１００系とＡＣ２００Ｖ系でも、タイマ回路等を構成する部品の種類の増加を抑えることができる。
また、インバータ回路のスイッチング素子を一対のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ、副巻線を上記一対のｎチャネルＭＯＳＦＥＴに各々対応した構成とし、上記ｎチャネルＭＯＳＦＥＴの内、高電位側ＭＯＳＦＥＴを駆動する上記副巻線の電圧をタイマ回路の電源とするものである。このことによって、タイマ回路を構成するトランジスタを低耐圧で安価な小型品にでき、また、抵抗を低電力で安価な小型品にすることができるとともにその熱損失も低減でき、装置を小型にすることができる。
さらに、直流電源ＯＦＦ直後に再投入しても、安定した  タイマー期間を確保でき、放電灯のコールドスタートを防止し、長寿命とすることができる。
さらにまた、商用電源電圧がＡＣ１００系とＡＣ２００Ｖ系でも、タイマ回路等を構成する部品の種類の増加を抑えることができる。
また、インバータ回路のスイッチング素子をｎチャネルＭＯＳＦＥＴ及びｐチャネルＭＯＳＦＥＴから構成し、副巻線を上記ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ及び上記ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ各々の共用のものとするものである。このことによって、回路構成を簡単にすることができる。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図において、１は商用電源から得られる直流電源、２及び３は、インバータ回路を構成する一対のｎチャンネルＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子であり、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ２は高電位側、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ３は低電位側に接続されている。４は放電灯の電流を制限するためのチョークコイルであり２つの副巻線ａｂ、ｃｄを有する。５は放電灯、６は放電灯に並列に接続されたコンデンサであり、これらにより放電灯負荷回路を構成する。７は結合コンデンサ、１０及び１１は抵抗及びコンデンサからなるｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ  ２の起動回路、チョークコイル４の２つの副巻線ａｂ、ｃｄはそれぞれ抵抗８及び９を介してｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ２及び３が交互にＯＮ，ＯＦＦするように、図示の極性で各々のゲートに接続する。４０は副巻線ａｂ、ｃｄに生成された電圧を作動電源とし、放電灯負荷回路に流れる高周波電流を予め定められた期間制御するタイマ回路である。
タイマー回路４０は、チョークコイル４の副巻線ｃｄのｄ側と電源１の負極間に直列に接続され、副巻線ｃｄ間に発生する電圧を整流するダイオード３１と整流電圧を平滑し、タイマ回路の作動電源を得るためのコンデンサ３２、ダイオード３１とコンデンサ３２の接続点と電源１の負極間に直列に接続され、タイマー部を構成する抵抗２０とコンデンサ２１、抵抗２０とコンデンサ２１の接続点と電源１の負極間に直列に接続されたツエナーダイオード２２と抵抗２３、２４、ゲートが抵抗２３，２４の接続点に接続され、コレクタが抵抗２９を介してダイオード３１と抵抗２０の接続点に接続され、エミッタが電源１の負極に接続されたトランジスタ２５，コレクタが直列に接続されたツエナーダイオード２７とダイオード２８を介してｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ３のベースに接続され、エミッタが電源１の負極に接続されたトランジスタ２６から構成される。
次に、動作を説明する。直流電源１が投入されると、抵抗１０及びコンデンサ１１からの起動電流によって、まず、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ  ２がオンになり、チョークコイル４、コンデンサ６、結合コンデンサ７で構成されるＬＣ直列共振回路に電流が流れ、チョークコイル４の副巻線ａｂ、ｃｄに生成された電流が各々ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ  ２、３のベースに帰還され、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ３がオン、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ２がオフになり、ＬＣ直列共振回路に逆方向の電流が流れる。以下同様な動作を繰り返すことにより、共振回路に発振が開始されれる。
このとき、チョークコイル４の副巻線ｃｄ間に発生する電圧は、タイマー回路４０にも入力され、ダイオード３１により整流され、整流された整流電圧をコンデンサ３２により平滑し、タイマ回路の作動電源とする。
そして、抵抗２０とコンデンサ２１から構成されたタイマー部、コンデンサ２１の電圧がツエナーダイオード２２、抵抗２３及び２４で予め設定された期間は、ダイオード３１により整流され、コンデンサ３２により平滑された電圧を抵抗２９を介してトランジスタ２６のゲートに印加して、トランジスタ２６をＯＮにする。そして、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ  ３のゲート電流をダイオード２８、ツエナーダイオード２７、トランジスタ２６の経路でバイパスすることにより、ゲート電圧が低くなりｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ  ３のターンオン時間を短くし、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ２，３の発振周波数を高くする。
周波数が高くなると、チョークコイル４、コンデンサ６及び結合コンデンサ７からなるＬＣ共振回路のＱが小さくなり放電灯５はコールドスタートとならないように十分予熱される。その後、コンデンサ２１の電圧が上昇し、ツエナーダイオード２２で定められた電圧以上になると、トランジスタ２５がＯＮ、トランジスタ２６がＯＦＦとなり、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ  ３のゲート電流がバイパスされないので、ゲート電圧が高くなり、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ  ３のターンオン時間が元に戻り発振周波数が低くなるので、ＬＣ共振回路のＱは大きくなり、コンデンサ６には大きな電圧が発生し、放電灯５は点灯状態に至る。
放電灯５が点灯することにより、コンデンサ６に並列に放電灯５の等価抵抗が接続されることになり、放電灯５を含むＬＣ共振回路のＱは小さくなり、以降、安定点灯状態を維持する。
次に、直流電源１をＯＦＦにした際は、放電灯５は放電を停止し、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ２及び３の発振が停止し、チョークコイル４の副巻線ｃｄに発生する電圧はゼロになる。この時、コンデンサ３２に充電された電荷は抵抗２９、トランジスタ２６のベース、トランジスタ２６のエミッタ経路で放電する。また、コンデンサ２１に充電された電荷も抵抗２０を介して、同様に放電する。
ここで、抵抗２０及び２９の抵抗値を小さく選定すれば、コンデンサ３２及び２１の残留電荷を実用上支障が無い短時間で低下させることができる。
以上のように、通常、商用電源を整流、平滑して得られる直流電圧は、ＡＣ１００Ｖの場合はＤＣ１００Ｖ以上、ＡＣ２００Ｖ系の商用電源の場合、ＤＣ２００Ｖ以上である。しかるに、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ  ２及び３のゲートの駆動電圧は高々十数Ｖ程度以下で充分であり、コンデンサ３２に得られる電圧は、商用電源を直接整流、平滑して得られる電圧より１オーダ程度低くすることが可能になる。
このため、トランジスタ２５を低耐圧で安価な小型品に、また、抵抗２０及び２７を低電力で安価な小型品にすることができ、また、熱損失も低減することができる。
また、抵抗２９の消費電力は印加電圧の２乗で低減するため、抵抗２９の値を小さく選定することができる。
また、コンデンサ３２の電圧が低いため、同一タイマ時間を得るための抵抗２０の抵抗値を小さくできる。
コンデンサ３２及び２１の残留電荷を実用上支障が無い短時間で低下させることができ、次に直流電源１が再投入されても、抵抗２０とコンデンサ２１で決定されるタイマ時間は予め定めた値を確保することができ、放電灯のコールドスタートを防止することができる
また、商用電源電圧の異なる場合でも、チョークコイル４の副巻線に発生する電圧を同じに設定すれば、タイマ回路の設計を商用電源電圧の値によって変更する必要はなく、放電灯点灯装置を生産する上での、部品の種類の増加を抑えることができる。
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２である放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。実施の形態１ではタイマー回路４０をｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ  ３のゲート巻線ｃｄに接続したが、本実施の形態はタイマー回路４０をｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ  ２のゲート巻線ａｂに接続したものであり、図において図１と同一部分には同一の符号を付し、構成、及び動作は実施の形態１と同じであり、説明を省略するが、実施の形態１の場合と同様の効果が得られる。
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３である放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図において、実施の形態２の図２と同一部分には同一の符号を付し、説明を省略する。３はｐチャンネルＭＯＳＦＥＴ、４は放電灯５の電流を制限するためのチョークコイルであり主巻線４ａと副巻線４ｂから構成される。本実施の形態は実施の形態１，２で示した一対のｎチャンネルＭＯＳＦＥＴの一つをｐチャンネルＭＯＳＦＥＴとしてコンプリメンタリ回路とし、スイッチング素子としてＮチャネルＭＯＳＦＥＴ  ２とＰチャネルＭＯＳＦＥＴ  ３のゲートを共通して駆動するためのチョークコイル４の副巻線４ｂに接続したものである。他の構成は実施の形態２と同じであり、動作も実施の形態１と同じであるので、説明を省略するが、回路構成を簡単にすることができ、また、実施の形態１の場合と同様の効果が得られる。
なお、本発明の実体の形態１〜３では、チョークコイルの副巻線に発生する電圧でｎチャンネルＭＯＳＦＥＴを駆動すると共に、タイマ回路の駆動電圧を得る実施例について説明したが、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴの駆動用の副巻線とタイマ回路用の副巻線をチョークコイルに独立して設けるよう構成しても、本発明の同様の効果が得られることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の回路図、第２図はこの発明の実体の形態２を示す放電灯点灯装置の回路図、第３図は、この発明の実体の形態３を示す放電灯点灯装置の回路図、第４図は、従来の放電灯点灯装置の構成を示す回路図、第５図は、従来の放電灯点灯装置の直流電源の構成を示す回路図である。
【図１】
2003011003.tif 000003
【図２】
2003011003.tif 000004
【図３】
2003011003.tif 000005
【図４】
2003011003.tif 000006
【図５】
2003011003.tif 000007
【国際調査報告】
2003011003.tif 000008
2003011003.tif 000009
2003011003.tif 000010
2003011003.tif 000011