JPH0864371A - 放電灯の安定放電電流制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明の放電灯の安定放電電流制御回路は、
低価格、軽量小型でありながら、その発光効率及び力率
を改善するために、電流制限回路をトランジスタを用い
た電子回路で構成することを特徴とする。 【構成】電源端子１１及び１２間には、商用交流電源１
３が接続されている。そして、上記電源端子１１には、
トランジスタＱ１のコレクタ及び抵抗Ｒ１の一端が接続
されている。この抵抗Ｒ１の他端は、上記トランジスタ
Ｑ１のベースに接続されている。また、このトランジス
タＱ１のエミッタ、ベース及び上記電源端子１２は、そ
れぞれ電流制限回路１４に接続されている。この電流制
限回路１４は内部にトランジスタを有しているもので、
蛍光灯等の放電灯１５に接続されている。そして、この
放電灯１５には、点灯時用の高電圧発生回路として始動
回路１６が接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は放電灯の安定放電電流
制御回路に関し、より詳細には放電灯の点灯を電子回路
を用いて安定に制御する放電灯の安定放電電流制御回路
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、放電灯の安定放電流を与える
放電灯の安定放電電流制御回路は、主としてインダクタ
ンスが用いられている。これは、キャパシタンスは交流
電源周波数では電流波形に悪影響を及ぼすため、通常用
いられていないからである。

【０００３】また、近時、インバータ方式が開発され、
灯具が市販されているが、価格が高いことと電磁ノイズ
の発生により、普及率は必ずしも大きいものではない。
したがって、現在の放電電流の制御は、主としてインダ
クタンスによるものである。このインダクタンス方式は
装置が簡単であり、点灯時に高圧発生にも役立ち、価格
も低いという利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
低価格、軽量小型にするためには、粗悪で小量の鉄心を
用い、銅巻線も細くした灯具が多く用いられている。こ
のため、鉄損と銅損が大きくなり、入力電力に対する発
光エネルギーは少なくなる。すなわち、発光効率が悪く
なるという課題を有している。放電灯一般の発光効率は
約２０％程度であるが、白熱灯の７〜８％しかない発光
効率に比べれば格段に良い。このため、現在多くの照明
器具では、インダクタンス方式を採用しているのが実情
である。

【０００５】更に、こうしたインダクタンス方式或いは
キャパシタンスを使用している照明器具では、おおよそ
０．７〜０．９の力率となっており、送電及び配電線に
於ける効率も改善の余地があるものであった。

【０００６】この発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、低価格、軽量小型でありながら、その発光効率及び
力率を改善することのできる放電灯の安定放電電流制御
回路を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、交
流電源から供給される電流により点灯する放電灯と、こ
の放電灯を始動点灯させるべくその放電に要する始動時
の電力を供給する始動回路と、上記放電灯の始動点灯後
の継続点灯時に必要な電力を上記交流電源から上記放電
灯に供給するパワートランジスタを含む電力供給回路
と、上記放電灯の継続点灯時に上記電力供給回路から上
記放電灯に供給する電流量を制限するもので、該電流量
が第１の所定値を超えると上記放電灯に印加する電圧を
下降させるべく負特性を有して減少し、該電流量が上記
第１の所定値より低い第２の所定値に達すると上記放電
灯に印加する電圧を上昇させるフの字特性を有して該電
流量を制限する制御トランジスタを含む電流制限回路と
を具備することを特徴とする。

【０００８】またこの発明は、交流電源から供給される
電流により点灯する放電灯と、この放電灯を始動点灯さ
せるべくその放電に要する始動時の電力を供給する始動
回路と、上記放電灯の始動点灯後の継続点灯時に必要な
電力を上記交流電源から上記放電灯に供給するもので、
上記放電灯に供給される電流量が第１の所定値を超える
と上記放電灯に印加する電圧を下降させるべく負特性を
有して減少し、該電流量が上記第１の所定値より低い第
２の所定値に達すると上記放電灯に印加する電圧を上昇
させるフの字特性を有して該電流量を制限する第１の制
御トランジスタを含む第１の電流制御回路と、この第１
の制御回路と並列に接続されるもので、上記放電灯側か
ら上記交流電源側に電流を通過させる第１の整流素子
と、上記放電灯の始動点灯後の継続点灯時に必要な電力
を上記交流電源から上記放電灯に供給するもので、上記
放電灯に供給される電流量が第３の所定値を超えると上
記放電灯に印加する電圧を下降させるべく負特性を有し
て減少し、該電流量が上記第３の所定値より低い第４の
所定値に達すると上記放電灯に印加する電圧を上昇させ
るフの字特性を有して該電流量を制限する第２の制御ト
ランジスタを含む第２の電流制御回路と、この第２の制
御回路と並列に接続されるもので、上記放電灯側から上
記交流電源側に電流を通過させる第２の整流素子とを具
備することを特徴とする。

【０００９】

【作用】この発明の放電灯の安定放電電流制御回路にあ
っては、交流電源から供給される電流により放電灯が点
灯されるもので、この放電灯を始動点灯させるべくその
放電に要する始動時の電力が始動回路から供給される。
そして、上記放電灯の始動点灯後の継続点灯時に必要な
電力は、上記交流電源から電力供給回路及び電流制限回
路を介して供給される。この電流制限回路は、上記放電
灯の継続点灯時に上記電力供給回路から上記放電灯に供
給する電流量を制限するもので、フの字特性を有して該
電流量を制限する制御トランジスタを含んでいる。つま
り、該電流量が第１の所定値を超えると上記放電灯に印
加する電圧を下降させるべく負特性を有して減少し、該
電流量が上記第１の所定値より低い第２の所定値に達す
ると上記放電灯に印加する電圧を上昇させる。

【００１０】またこの発明の放電灯の安定放電電流制御
回路にあっては、交流電源から供給される電流により放
電灯が点灯されるもので、この放電灯を始動点灯させる
べくその放電に要する始動時の電力が始動回路から供給
される。そして、上記放電灯の始動点灯後の継続点灯時
に必要な電力は、上記交流電源から第１、第２の電流制
御回路を介して供給される。上記第１の電流制御回路
は、上記放電灯に供給される電流量が第１の所定値を超
えると上記放電灯に印加する電圧を下降させるべく負特
性を有して減少し、該電流量が上記第１の所定値より低
い第２の所定値に達すると上記放電灯に印加する電圧を
上昇させる。また、第２の電流制御回路は、上記放電灯
に供給される電流量が第３の所定値を超えると上記放電
灯に印加する電圧を下降させるべく負特性を有して減少
し、該電流量が上記第３の所定値より低い第４の所定値
に達すると上記放電灯に印加する電圧を上昇させる。上
記第１及び第２の電流制御回路は、フの字特性を有して
該電流量を制限する第１及び第２の制御トランジスタを
含んでいる。そして、上記第１及び第２の制御回路とそ
れぞれ並列に接続された第１及び第２の整流素子によ
り、上記第１、第２の電流制御回路は交互に上記放電灯
に電力を供給する。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。図１は、この発明の第１の実施例で、放電灯の
安定放電電流制御回路が適用された照明装置の構成を示
したブロック図である。

【００１２】図１に於いて、電源端子１１及び１２間に
は、周知の交流電源１３が接続されている。そして、上
記電源端子１１には、パワートランジスタＱ１のコレク
タ及び抵抗Ｒ１の一端が接続されている。この抵抗Ｒ１
の他端は、上記パワートランジスタＱ１のベースに接続
されている。また、このトランジスタＱ１のエミッタ、
ベース及び上記電源端子１２は、それぞれ電流制限回路
１４に接続されている。

【００１３】上記電流制限回路１４はまた、蛍光灯等の
放電灯１５のフィラメントに接続されている。そして、
この放電灯１５のフィラメントには、点灯時用の高電圧
発生回路として、周知の始動回路（例えばグロースター
タ回路）１６が接続されている。

【００１４】図２は、上記電流制限回路１４の部分を具
体的に示した回路構成図である。図２に於いて、電流制
御回路１７内のトランジスタＱ１のベースにはトランジ
スタＱ２のコレクタが接続されている。そして、このト
ランジスタＱ２のベースは分圧抵抗Ｒ２及びＲ３の中点
に接続されている。

【００１５】上記抵抗Ｒ２の他端は、上記トランジスタ
Ｑ１のエミッタに接続されると共に、抵抗Ｒ４を介して
トランジスタＱ２のエミッタ、及び放電灯１５の一端に
接続されている。また、上記抵抗Ｒ３の他端は、電源端
子１２及び放電灯１５の他端に接続されている。

【００１６】次に、このように構成された照明装置の動
作について説明する。いま、電源１３がオンされてトラ
ンジスタＱ１がオンすると、抵抗Ｒ４、放電灯１５のフ
ィラメントを介して、始動回路１６が動作される。する
と、高電圧が発生して、放電灯１５のフィラメントが加
熱される。そして、所定時間経過後に放電灯１５が点灯
すると、放電灯１５の両端にかかる電圧が電源１３の電
圧まで下がり、初期点灯動作が完了する。

【００１７】このとき、電流制御回路１７の抵抗Ｒ４側
に対してサージ電圧が発生する。同時に、抵抗Ｒ２及び
Ｒ３から成る直列回路に、放電灯１５の両端にかかるの
と同じ電圧がかかる。すると、トランジスタＱ２がオン
することにより、これによりトランジスタＱ１もオンす
る。したがって、端子１１、トランジスタＱ１、抵抗Ｒ
４を介して放電灯１５に電流が流れ、更には端子１２に
至る。これにより、放電灯１５の安定点灯動作が継続す
る。

【００１８】ここで、図３に示される、電流制限回路１
４（電流制御回路１７）の出力の特性図を参照して、放
電灯１５の安定点灯動作について説明する。先ず、点灯
動作電圧（Ｖ_O ）にて放電灯１５に過電流が流れた（図
３のＩ_M を超える）とする。これにより、抵抗Ｒ４の両
端で電圧降下が生じる。すると、放電灯１５に流れるべ
く電流が抵抗Ｒ１側に分岐し、分圧抵抗Ｒ２及びＲ３の
電圧値が変化するので、これに伴ってトランジスタＱ２
がオンになって、このトランジスタＱ２のコレクタから
エミッタに流れる電流が増加する。このとき、端子１１
から抵抗Ｒ１、更にはトランジスタＱ２を介して放電灯
１５に流れる電流は増加する。したがって、放電灯１５
に流れる電流が抑制されて徐々に減少し、放電灯１５の
両端にかかる電圧も低下する（Ｖ_M とする）。

【００１９】そして、放電灯１５に流れる電流が、図３
に示されるＩ_M にまで減少すると、今度は電流値はＩ_M
のまま電流制御回路１７の出力電圧が上昇を始める。す
なわち、トランジスタＱ２のエミッタに流れる電流が増
加したことにより、抵抗Ｒ４による電圧降下が抑制さ
れ、電流制御回路１７の出力電圧が上昇する。そして、
電源１３から端子１１、抵抗Ｒ１を介してトランジスタ
Ｑ２に流れていた電流の値が徐々に減少するにつれて、
上記電流制御回路１７の出力電圧が上昇してＶ_Ｏに到達
する。

【００２０】ここで、Ｒ１〜Ｒ４の各抵抗値の関係につ
いて示すと、Ｉ_Ｏ ＝（Ｖ_BE／Ｒ４）＋（Ｒ２Ｖ_O ／Ｒ
４（Ｒ２＋Ｒ３））、そしてＩ_SOは略０．６／Ｒ１に等
しくなる。但し、Ｉ_O は電流制御回路１７の最大出力電
流、Ｖ_BEはトランジスタＱ２のベース・エミッタ間電
圧、Ｖ_O は電流制御回路１７の出力電圧、Ｉ_SOは制限電
流である。

【００２１】そして、各抵抗Ｒ１〜Ｒ４を数値で表す
と、例えば、Ｒ１が約５ｋオーム、Ｒ２が１ｋオーム、
Ｒ３が５０ｋオーム、そしてＲ４が１オームに設定され
る。但し、抵抗Ｒ４の値は、接続される各種放電灯１５
の定格電流値によって決定されるものであり、固定的に
求められるものではない。勿論、これらの抵抗Ｒ１〜Ｒ
４の値は、上記数値に限定されるものではなく、各抵抗
値の上述した関係に基いて設定されれば良い。

【００２２】このように抵抗値を設定して回路を構成す
ることにより、通常の点灯動作中の電流制御回路１７の
出力電圧と電流は、図３の出力特性図に於いて、ａ→ｂ
→ｃ→ａ→…のように循環する。これにより、放電灯１
５の点灯後は放電電流が止まることなく、放電灯１５を
安定維持することができる。

【００２３】そして、上述した実施例に於ける照明装置
は、構成要素にインダクタンス並びにキャパシタンスを
使用いないので、従来の放電灯の安定放電電流制御回路
に比べて、その発光効率は約５０％以上を得ることが可
能なことが、実験により確認されている。

【００２４】また、上述したように構成要素にインダク
タンス並びにキャパシタンスを使用しないことから、そ
の力率を従来よりも高めることが可能となる。ところ
で、図２に示された回路構成による放電灯１５への入力
電圧は、半波波形のものである。これを全波波形とする
ためには、図４に示されるように、電流制御回路１７を
２つ設け、該制御回路のそれぞれに並列にダイオードを
接続した構成にすれば良い。

【００２５】図４は、この発明の第２の実施例を示すも
ので、交流電源１３が端子１１及び１２間に接続されて
いる。これらの端子１１及び１２には、それぞれ図２に
示された電流制御回路１７に相当する電流制御回路１７
ａ及び１７ｂを介して放電灯１５が接続されている。

【００２６】そして、電流制御回路１７ａ及び１７ｂと
並列に、整流素子としてのダイオード１８ａ及び１８ｂ
が、それぞれ並列に接続されている。これらダイオード
１８ａ及び１８ｂは、図示の如く、アノードを放電灯１
５側、カソードを端子１１及び１２側にして接続されて
いる。更に、この放電灯１５には、始動回路１６が接続
されている。

【００２７】尚、このような構成の照明装置の動作は、
上述した第１の実施例と同様であり、電流制御回路１７
ａ及び１７ｂに並列接続されたダイオード１８ａ及び１
８ｂにより、交流電源１３の半周期毎に、電流制御回路
１７ａ及び１７ｂとダイオード１８ａ及び１８ｂが交互
に動作する。つまり、電流制御回路１７ａ及びダイオー
ド１８ｂが交流電源１３の交流の第１の半周期の期間に
動作し、電流制御回路１７ｂ及びダイオード１８ａが第
１の半周期に続く第２の半周期の期間に動作して、上記
放電灯に電力を供給する。その他の詳細な説明は、上述
した第１の実施例と同様であるので省略する。

【００２８】このように構成することにより、全波波形
を得て、放電灯１５を安定に制御することができる。ま
た、図２に示される構成の照明装置に於いて、放電灯１
５と並列に、破線で示されるようなキャパシタンス１９
を接続すれば、放電灯をフリッカレスとして点灯するこ
とが可能となる。

【００２９】更に、図１に示される分圧抵抗Ｒ３と直列
に、図５に示されるように可変抵抗ＶＲ１を追加接続す
ることもできる。このように構成すれば、可変抵抗ＶＲ
１によって抵抗値を変えることができ、所望の電圧値に
設定することが可能となる。したがって、図３に示され
るフの字特性を有した電流制御回路１７により、放電灯
１５を安定に制御した状態のまま、放電灯１５の出力を
可変、すなわち調光可能にすることができる。

【００３０】尚、上述した図１乃至図５の実施例では図
示されていないが、電流制御回路側に点灯開始時にのみ
若干のインダクタンスを利用するように回路を構成して
も良い。

【００３１】例えば、図６に示されるように、抵抗Ｒ４
と放電灯１５の一方のフィラメントとの間に、始動用の
インダクタンスとしてチョークコイル（１００ｍＨ程
度）２０が接続されている。そして、上記放電灯１５の
両方のフィラメントの間にスイッチＳＷ１が接続され
る。更に、上記チョークコイル２０と並列に、上記スイ
ッチＳＷ１と若干のタイムラグを有して連動して開閉す
るスイッチＳＷ２が接続される。

【００３２】このような構成に於いて、始動点灯時は、
スイッチＳＷ１を閉じておいてチョークコイル２０を介
して放電灯１５のフィラメントが暖められる。そして、
スイッチＳＷ１を高速に開放すると高電圧が発生し、放
電灯１５が点灯する。そこで、スイッチＳＷ２を閉成す
れば、安定点灯を継続することができる。

【００３３】この場合、チョークコイル２０の値は、従
来の１／１０〜１／２０程度で済むが、このように、ス
イッチＳＷ２を閉成すれば、チョークコイル２０を使用
することなく安定点灯を継続することができる。

【００３４】尚、上述した実施例では、放電灯は蛍光灯
等としたが、蛍光灯に限られものではない。例えば、高
圧水銀灯でも良く、或いはメタルハライドランプ等であ
っても良い。これらのランプの場合も、回路構成は同じ
である。

【００３５】更に、電流制御回路のパワートランジスタ
Ｑ１に代えてＳＩＴ（静電誘導トランジスタ）により構
成しても良い。この場合、更に効率が高まることが見込
まれる。

【００３６】また、上述した実施例に於いて、電源は単
に交流電源としたが、これは商用交流電源に限られるも
のではない。すなわち、その周波数は商用交流電源のも
のからＵＨＦ帯にまで、或いは直流電源であっても、電
流制御回路のトランジスタＱ１が動作可能な範囲内であ
れば使用可能である。したがって、上述した回路構成に
インバータを追加して構成したものであっても良いもの
である。

【００３７】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、インダ
クタンスやキャパシタンスを使用しないので、低価格、
軽量小型でありながら、その発光効率及び力率を改善す
ることのできる放電灯の安定放電電流制御回路を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例で、放電灯の安定放電
電流制御回路が適用された照明装置の構成を示したブロ
ック図である。

【図２】上記電流制限回路１４の部分を具体的に示した
回路構成図である。

【図３】図２の電流制御回路１７の出力の特性を示した
図である。

【図４】この発明の第２の実施例を示すもので、放電灯
の安定放電電流制御回路が適用された照明装置の構成を
示した図である。

【図５】この発明の第３の実施例を示すもので、放電灯
の安定放電電流制御回路が適用された照明装置の構成を
示した図である。

【図６】この発明の変形例で、放電灯の安定放電電流制
御回路が適用された照明装置の構成を示した図である。

【符号の説明】

１１、１２…端子、１３…電源、１４…電流制限回路、
１５…放電灯、１６…始動回路、１７、１７ａ、１７ｂ
…電流制御回路、１８ａ、１８ｂ…ダイオード、Ｑ１、
Ｑ２…トランジスタ、Ｒ１〜Ｒ４…抵抗、ＶＲ１…可変
抵抗。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源から供給される電流により点灯
   する放電灯と、 この放電灯を始動点灯させるべくその放電に要する始動
   時の電力を供給する始動回路と、 上記放電灯の始動点灯後の継続点灯時に必要な電力を上
   記交流電源から上記放電灯に供給するパワートランジス
   タを含む電力供給回路と、 上記放電灯の継続点灯時に上記電力供給回路から上記放
   電灯に供給する電流量を制限するもので、該電流量が第
   １の所定値を超えると上記放電灯に印加する電圧を下降
   させるべく負特性を有して減少し、該電流量が上記第１
   の所定値より低い第２の所定値に達すると上記放電灯に
   印加する電圧を上昇させるフの字特性を有して該電流量
   を制限する制御トランジスタを含む電流制限回路とを具
   備することを特徴とする放電灯の安定放電電流制御回
   路。
2. 【請求項２】 上記電流制限回路は、 上記電力供給回路の一端及び他端間に直列接続される第
   １及び第２の抵抗と、 上記電力供給回路の一端と上記放電灯の一端間に接続さ
   れる第３の抵抗と、 上記第１及び第２の抵抗の接続点に制御端子が接続さ
   れ、上記電力供給回路の制御端に電流通路の一端が接続
   され、上記第３の抵抗の上記放電灯側に電流通路の他端
   が接続される電流量制御トランジスタとから成ることを
   特徴とする請求項１に記載の放電灯の安定放電電流制御
   回路。
3. 【請求項３】 上記電力供給回路は、 上記交流電源の一端に電流通路の一端が接続され、上記
   第１の抵抗と第３の抵抗の接続点に電流通路の他端が接
   続され、上記制御トランジスタの電流通路の一端に制御
   端子が接続されるパワートランジスタと、 このパワートランジスタの電流通路の一端と制御端子間
   に接続される第４の抵抗とから成ることを特徴とする請
   求項２に記載の放電灯の安定放電電流制御回路。
4. 【請求項４】 上記第２の抵抗は可変抵抗を有して構成
   されることを特徴とする請求項２及び３に記載の放電灯
   の安定放電電流制御回路。
5. 【請求項５】 交流電源から供給される電流により点灯
   する放電灯と、 この放電灯を始動点灯させるべくその放電に要する始動
   時の電力を供給する始動回路と、 上記放電灯の始動点灯後の継続点灯時に必要な電力を上
   記交流電源から上記放電灯に供給するもので、上記放電
   灯に供給される電流量が第１の所定値を超えると上記放
   電灯に印加する電圧を下降させるべく負特性を有して減
   少し、該電流量が上記第１の所定値より低い第２の所定
   値に達すると上記放電灯に印加する電圧を上昇させるフ
   の字特性を有して該電流量を制限する第１の制御トラン
   ジスタを含む第１の電流制御回路と、 この第１の制御回路と並列に接続されるもので、上記放
   電灯側から上記交流電源側に電流を通過させる第１の整
   流素子と、 上記放電灯の始動点灯後の継続点灯時に必要な電力を上
   記交流電源から上記放電灯に供給するもので、上記放電
   灯に供給される電流量が第３の所定値を超えると上記放
   電灯に印加する電圧を下降させるべく負特性を有して減
   少し、該電流量が上記第３の所定値より低い第４の所定
   値に達すると上記放電灯に印加する電圧を上昇させるフ
   の字特性を有して該電流量を制限する第２の制御トラン
   ジスタを含む第２の電流制御回路と、 この第２の制御回路と並列に接続されるもので、上記放
   電灯側から上記交流電源側に電流を通過させる第２の整
   流素子とを具備することを特徴とする放電灯の安定放電
   電流制御回路。