JPS588119B2 - ホウデントウテントウカイロ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放電灯点灯回路に用いられる進相形安定器の小
形軽量化に関するものである。

従来、螢光灯等の放電灯の安定器としてはインダクタン
ス又はインダクタンスとコンデンサとの直列回路方式が
主として用いられている。

これらの方式では、商用の５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ電
源のように低い周波数の場合、一周期に安定器に貯える
べきエネルギーが大きくなるために大形となる。

上記インダクタンスは鉄と銅により構成されているため
に重い。

そのため従来の安定器では１００Ｗあたり数ｋｇの重量
となり、安定器を設置する灯体の強度も大なるものが要
求される。

大電力ランプ器具の場合、安定器が重いため灯具全体の
重量が著しく大きくなり、設置場所の強度が大であるこ
とが要求され、天井からの灯具落下による人身事故さえ
生じている。

よって、安定器の小形軽量化が強く望まれている。

従来、小形軽量化の方法としては、インバータあるいは
チョツパによる高周波化を行ない、バラスト用のインダ
クタンス値を小さくする方法や、抵抗バラスト等が検討
されている。

しかし前者は回路が複雑なため信頼性、雑音等に、また
後者は効率に問題があり、現在はいずれも特殊用途にし
か用いられていない。

本発明は、進相形バラストにおいて、進相用のコンデン
サとして飽和形非線形コンデンサを用いることにより、
インダクタンスを小さくし、安定器全体を小形軽量化し
ようとするものである。

放電灯安定器に要求される特性としては、（１）、電流
制限作用があること、（２）、電流の極性反転時に放電
の再点弧電圧が得られること、（３）、再点弧から次の
再点弧までの間、ランプ放電を維持すること、（４）、
電源電圧が変動しても安定した放電特性が得られること
、など４つの項目が主としてあげられる。

例えば第３図のような特性の飽和形非線形コンデンサで
は、飽和後の傾斜Ｃｓが０の場合それを通して流れる電
荷は印加電圧にかかわらずＱｓであり電荷制限特性を有
する。

Ｃｓが０でない場合もこのような傾向はある。

よって、バラストの一部に飽和形非線形コンデンサを用
いると上記（１）および（４）の特性がおのずと満足さ
れるので，他の構成要素への要求が軽減されることにな
る。

次に実施例によりさらにくわしい説明を行なう。

第１図は従来の進相形放電灯点灯回路を示す。

図においてＶ１は交流電源、Ｌは放電ランプ、Ｂはイン
ダクタンスｃｈとコンデンサＣとの直列接続で構成され
る進相形バラスト回路である。

点灯時の各部波形は第４図ａおよびｂに示す。

同図ａは電源電圧Ｖ１、ランプ電圧Ｖｉおよびバラスト
Ｂの電圧ＶＢの関係を示す。

ここでは説明上、ＶＬは理想的な短波形としている。

同図ｂはインダクタンスｃｈの電圧Ｖｃｈおよびコンデ
ンサＣの電圧Ｖｃの関係を示す。

ＶｏｈとＶｃの和はＶＢとなる。なお、ここには電流ｉ
Ｌの波形もあわせて示してある。

第２図は本発明の一実施例で、第１図のコンデンサＣの
代りに飽和形非線形コンデンサＦＣを用いた回路である
。

飽和形非線形コンデンサＦＣとして第３図のような理想
化された電圧・電荷特性を持ったコンデンサを用いた場
合の各部の電圧波形は第４図ａおよびＣに示すごとくな
る。

ここで，第１図示の従来回路との比較をし易くするため
に電源電圧Ｖ１、ランプ電圧ＶＬおよびバラスト電圧Ｖ
Ｂの関係を示す同図ａは共通とした。

第１図の回路のバラスト特性と同じバラスト特性を第２
図のバラストＢに持たせる場合のインダクタンスＬおよ
び非線形コンデンサＦＣの電圧波形を第４図Ｃに示す。

ＦＣの電圧・電荷特性は、第３図に示すように、電荷量
が＋Ｑｓ〜−Ｑｓでは電圧が０で、＋Ｑｓ以上、−Ｑｓ
以下では、容量Ｃｓなる傾斜を有している。

このような特性のＦＣを用いた場合、点灯動作時のＦＣ
の電圧は、第４図ＣのＶＦＣで示すように、間欠的な立
上りを示す波形となる。

電圧０の期間では、ＦＣの電荷の変化は−Ｑｓ〜＋Ｑｓ
の範囲で生じ、電圧が立上っている期間は，容量Ｃｓの
充電、放電により生じている。

したがってこれらの期間の長さは、電流値とＱｓおよび
Ｃｓの大きさによって決まる。

バラスト電圧が第４図ａから得られるＶＢとなるように
するようにするにはインダクタンスに印加される電圧は
第４図ｃのＶｃｈのようになる。

これは第４図ｂの従来回路のインダクタンス電圧Ｖｃｈ
に比べて、見掛上２倍の周波数の電圧が印加されている
。

この結果は一般に回路に非線形成分があると線形素子に
も高調波成分が生じることからも容易にうなずける。

インピーダンス一定の場合、インダクタンスは周波数に
半比例するので第２図のインダクタンスは第１図のそれ
より小さくてよいことは明らかである。

ランプ電流ｉＬの波形は第４図ｂでは正弦波に近い形を
しているのに対し、第４図ｃの場合はＦＣの非線形性の
ために、高調波成分の多い波形となる。

バラストの要件は先に述べたようにさらにランプ電流の
極性が反転するときランプに再点弧のための電圧が印加
されることである。

この再点弧のための電圧が充分でないと再点弧位相が安
定しなかったり、ランプ電流の休止期間が生じたりし、
てランプのチラツキの原因となる。

第１図の回路ではこの再点弧のための 電圧は電流が流
れ終る直前にインダクタンスに生じていた電圧で、コン
デンサＣの電圧から電源電圧および電流が流れ終る直前
のランプ電圧を差引いた値となる。

したがって第２図の実施例で第１図と同じ再点弧のため
の電圧を得るには再点弧直前の非線形コンデンサＰＣの
電圧を第１図のコンデンサＣの電圧と等しくするとよい
。

これらのコンデンサ電圧は第４図から明らかなように電
源電圧より高く、インダクタンスに貯えられた電流エネ
ルギーがコンデンサの電圧エネルギーへと移し替えられ
ること即ち共振によって生じる。

再点弧時のＦＣの電圧をＶｒ、電荷量をＱｒとするとＦ
Ｃの充電エネルギーＷＦＣは、第３図に示すように、Ｆ
Ｃを電荷量Ｑｓ、電圧０の状態から容量Ｃｓなる特性ラ
インに沿って電荷量Ｑｒ、電圧Ｖｒなる状態へと充電す
るに要するエネルギーであり、この際の充電すべき電荷
量＝Ｑｒ−Ｑｓと充電電圧＝Ｖｒとより、 ＷＦＣ＝１／２（Ｑｒ−Ｑｓ）Ｖｒ・・・・・・・・・
（１）となる。

また、第３図において、充電すべき電荷量Ｑｒ−Ｑｓと
充電電圧Ｖｒとの間には Ｑｒ−Ｑｓ−ＣｓＶｒ ・・・・・・・・・・・・・・
・ （２）なる関係があるからこれを（１）式に代入し
てＷＦＣ＝１／２ＣｓＶｒ２ ・・・・・・・・・・・
・・・・ （３）とも表わすことができる。

一方、第１図の回路の場合のＣの充電エネルギーＷｃは
、第３図における電荷量０、電圧０の状態から容量Ｃｃ
なる特性ライン（図示せず）に沿って電荷量Ｑｒ、電圧
Ｖｒなる状態へとＣを充電していくに要するエネルギー
であるから、 である。

したがって、（１）式と（４）式とを比較してみればわ
かるように、 であり、これより明らかにＦＣの充電エネルギーＷＦＣ
の方がＣの充電エネルギーＷｃよりも小さくなることが
わかる。

よって、このことからも第２図の実施例の回路のインダ
クタンスが従来回路のそれより小さくてよいことがわか
る。

回路のそれより小さくてよいことがわかる。

第３図において、Ｃｓを小さくするほどＶｒまで充電す
るに要するエネルギーは小さくてよいが、再点弧の後、
電源電圧がランプの放電々圧より高くなるまでの間、Ｃ
ｓに充電されたエネルギーを電源電圧に重畳して放電す
ることによりランプの放電を維持しているので、このＣ
ｓの値はランプの種類、インダクタンスの値から決まる
ある一定値以下にはできない。

以上述べたように進相形バラストのコンデンサとして、
飽和形非線形コンデンサを用いると、バラストのもう一
つの構成要素であるインダクタンスにかかる電圧周波数
を上昇させ、さらにランプの再点弧電圧が容易に得られ
るようになるため、インダクタンスを小さくできる。

そして安定器の重量の大半はこのインダクタンスによっ
ているので、従来より小形軽量の安定器が可能となる。

本発明に用いる飽和形非線形コンデンサとしては、現在
ではチタン酸ジルコン酸鉛系のような強誘電体を用いた
コンデンサを用いることができる。

その電圧Ｖと電荷Ｑとの特性を第５図イ，ロに示す。

このＶ−Ｑ特性は，ヒステリシスの面積が小さく、不飽
和部分の立上り傾斜が大きく、飽和後適当な傾斜Ｃｓを
有していることが望ましい。

第６図ａは本発明を磁気漏れ変圧器Ｌ，Ｔ、を用いて構
成した回路に適用したー実施例である。

Ｌ１，Ｌ２はランプで２灯直列点灯としている。

Ｃ２は雑音防止用コンデンサで、Ｃ３は起動補助用コン
デンサである。

この構成は飽和形非線形コンデンサＦＣを従来の線形コ
ンデンサに代わって用いた点を除けば、従来の構成と同
じである。

もちろん一灯用としても同様に構成できる。

磁気漏れ変圧器Ｌ，Ｔは変圧器とインダクタンスの直列
回路に近似できるので動作は第２図の実施例と同じであ
る。

また第６図ｂに示すようにＦＣに並列に線形コンデンサ
Ｃ１を接続することにより飽和後の容量Ｃｓを適当に補
正することができる。

本発明の別の利点は非線形コンデンサの電荷制限特性を
利用して高電圧をコンデンサ両端に誘起し、それをラン
プ両端に印加することによりランプの起動を容易にでき
るということである。

例えば第７図のような進相形点灯回路におけるランプの
非電源側フィラメント端子Ｐ，Ｐ’間に積分回路を通し
てゲートトリガを行ないような双方向性ゲートコントロ
ールスイッチＦＬＳを接続した回路によりスタータを構
成できる。

ランプのフィラメントの電源側端子間にランプに並列に
入れたダイオードＤ１と抵抗Ｒｓとの直列回路は点灯後
のスタータ動作停止を容易にするためのものである。

上記ＦＬＳを含むスタータ回路部分を図に示すようにＳ
とする。

この部分の動作はオフの状態でこの両端に電圧がかかる
と電圧と積分回路によって決まるスピードでＣ４に充電
し、トリガー素子Ｄｉａｃがターンオンし、ＦＬＳがタ
ーンオンになる。

即ち大きな電圧が印加されても、所定の時間オフ状態を
維持できるような回路となっている。

第７図の回路の動作は、ある電源位相でＳがターンオン
すると、Ｖ１，ｃｈ，ＦＣ、ランプのフィラメントおよ
びスタータ回路Ｓを通して電流が流れる。

これによりフィラメントを加熱する。

この電流はランプＬの両端がスタータＳにより短絡され
ているために、立上りスピードの大きなものとなる。

一方、ＦＣには電荷制限特性があるため、電流の流れる
半サイクルの時間は、電源電圧の当サイクルの時間より
かなり短かい。

しかも電流は第３図のＣｓを０とした場合から類推でき
るように電流の流れ終るところの傾斜はかなり大きく、
非線形コンデンサは高い電圧に充電される。

電流が流れ終るとこの充電々圧に電源電圧が重畳された
電圧がランプＬに印加される。

このときスタータＳはすぐにはターンオンしないように
構成されているから上記の高電圧がある時間ランプに印
加され、フィラメントが充分予熱されておればランプを
点灯に導く。

第７図の非線形コンデンサＦＣを線形コンデンサとした
場合には、一回だけのこのような動作で電圧を十分高め
ることはできず、オフ状態維持時間を大きくし、電流の
流れる位相を調整し、何回も動作をくり返すことにより
電圧を高めている。

そのため、線形コンデンサを用いて第７図のごとく構成
したのでは充分な高電圧を得られないことがある。

しかし非線形コンデンサを用いた第７図の方式であれば
、一回の動作だけで十分高い電圧が得られるため、オフ
状態維持時間は小さくてよい。

第８図に、第７図の実施例の動作波形の一例を示す。

Ｖ１は電源電圧、ｉは電流、ＶＦＣはＦＣの電圧、ＶＬ
はランプ印加電圧である。

この状態で、さらにＦＣの代りに線形コンデンサを用い
た場合のように、オフ状態維持時間を長くして徐々に電
圧を高めるような構成にしても良好なスタータ特性が得
られることはもちろんである。

また予熱は別回路により行なってもよいことはもちろん
である。

第９図に，このようなスタータの別の構成例を示す。

これは、全波整流器Ｚを通してＳＣＲを接続し、そのオ
フ状態維持時間をコンデンサＣ，と抵抗Ｒ６の時定数回
路によりコントロールするような回路で、第７図の場合
と同じ働きをする。

しかもオフ状態維持時間は印加電圧により変化しないか
ら、第７図の回路より確実なスタータ動作が期待できる
。

全波整流器のダイオードの一つに並列に挿入した抵抗Ｒ
７は第７図のＤ１，Ｄ３の効果を出すためのものである
。

以上説明したごとく、本発明によれば、進相形安定器の
小形軽量化が可能で、さらにランプ起動回路も簡単に構
成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は進相形放電灯点灯回路の従来の一構成例を示す
図、第２図および第６図はそれぞれ本発明の一実施例を
示す回路図、第３図および第５図は、本発明に用いる飽
和形非線形コンデンサの電圧−電荷特性の一例を示す曲
線図、第４図は本発明による回路の動作説明のための波
形図、第７図および第９図はそれぞれスタータ回路を付
加した本発明の別の一実施例を示す回路図、第８図は上
記スタータ回路の動作波形を示す図である。 第１図においてＢは進相形バラスト回路で、ｃｈはイン
ダクタンス、Ｃはコンデンサである。 Ｌは放電ランプ、Ｖ１は交流電源である。 第２図においてＦＣは飽和形非線形コンデンサ、第６図
においてＬ，Ｔは磁気漏れ変圧器、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は
コンデンサ、Ｌ１，Ｌ２は予熱形放電ランプである。 第７図においてＳはスタータ回路で、ゲートコントロー
ルスイッチＦＬＳ又はＳＣＲにより構成される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源と、放電灯と、上記放電灯のバラスト回路
   との直列回路よりなる放電灯点灯回路において、上記バ
   ラスト回路をインダクタンスと飽和形非線形コンデンサ
   との直列回路により構成したことを特徴とする放電灯点
   灯回路。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の放電灯点灯回路におい
   て、上記バラスト回路の非線形コンデンサと並列に線形
   コンデンサを接続したことを特徴とする放電灯点灯回路
   。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の放電灯点灯回路におい
   て、上記放電灯と並列に、電流が流れ終った時点でター
   ンオフし、所定の時間オフ状態を保った後再びターンオ
   フするようなスイッチ素子又は回路を接続してなること
   を特徴とする放電灯点灯回路。