JPH10162986A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】カタホリシス現象を抑制でき、かつ、放電灯を
高周波で点灯することにより装置の小型・軽量化等に適
した放電灯点灯装置を提供する。 【解決手段】放電灯に高周波電力を供給して放電灯を点
灯させる放電灯点灯装置において、放電灯に直流電圧を
重畳する手段を備え、放電灯の高圧側に正の直流電圧を
重畳するか、又は、放電灯の高圧側と低圧側を周期的に
切り換えることの出来る極性反転手段を備え、放電灯内
の水銀イオンが高圧側へ片寄る前に前記極性反転手段に
より放電灯の高圧側と低圧側を切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放電灯を高周波で点
灯させる放電灯点灯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から蛍光ランプ等の放電灯を直流電
源で点灯させた場合に、放電灯内の水銀イオンが陰極側
に集まり陽極側の放電灯の輝度が低下する現象（電気泳
動現象またはカタホリシス現象、以下カタホリシス現象
と呼ぶ）は知られていた（図１３）。その場合に、カタ
ホリシス現象の発生を防止する手段として交流点灯させ
ることが有効な手段とされていた。また、蛍光ランプ等
の放電灯を高周波で点灯することにより、点灯装置の小
型・軽量化および放電灯の発光効率の向上等を図った放
電灯点灯装置が提案されている。

【０００３】図１４に従来の高周波放電灯点灯装置を示
す。交流電源ＡＣよりダイオードブリッジＤＢ１を介し
てスイッチング素子Ｑ１、インダクタＬ１、ダイオード
Ｄ１、コンデンサＣ１で構成されるチョッパ部１でイン
バータ部２に直流電力を供給する。スイッチング素子Ｑ
２、Ｑ３はハーフブリッジのインバータで共振部３のイ
ンダクタＬ２、コンデンサＣ２、Ｃ３を介して放電灯Ｌ
ａに高周波電力を供給する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、放電灯を高周
波で点灯させた場合にはカタホリシス現象が発生し、特
に低温で点灯させる場合に促進される。その原因を以下
に説明する。放電灯の内壁は通常負に帯電している。こ
れは電子の動きが水銀イオンの動きに比べ速いという非
対称性に起因している。高周波が放電灯管壁を介して流
れるのと同様な理由で負に帯電する。管壁を介する電流
はアースとの間で起こるため対地間電圧が大きいほど負
の帯電が大きくなる。放電灯の管長方向に対地間電圧が
異なると、放電灯の内壁に負電位の勾配が生じる。この
勾配によって負の帯電が大きい側に水銀イオンの片寄り
が生じ、他方に輝度低下（カタホリシス）現象が発生す
る（図１５）。以下、対地間電圧の高い方を高圧側、低
い方を低圧側とする。

【０００５】また、このカタホリシス現象は照明器具の
形状や放電灯の周囲の風の強さによって発生状況が大き
く異なる。照明器具の構造において器具の反射板が放電
灯に近接している場合には、放電灯の高圧側から反射板
への漏れ電流が大きくなり、カタホリシス現象が発生し
やすくなる。また、放電灯に風が当たる場合には放電灯
の管壁温度が下がり、管内の水銀イオンの拡散作用が小
さくなり、カタホリシス現象が発生しやすくなるという
問題がある。

【０００６】本発明の目的はこのカタホリシス現象を抑
制でき、かつ、放電灯を高周波で点灯することにより装
置の小型・軽量化等に適した放電灯点灯装置を提供する
ことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】高周波電源のみで放電灯
を点灯させた場合、先述のように放電灯内の水銀イオン
は放電灯の高圧側へ片寄る。そこで、図１に示すよう
に、放電灯Ｌａの高圧側に正の直流電圧が重畳されるよ
うに直流電源１１を接続する。これにより、放電灯の高
圧側へ片寄ろうとする水銀イオンが、直流電源１１によ
って低圧側へと引き戻されるため、カタホリシス現象を
防止できる。これが第１の手段であり、実施例１〜５と
して後述する。

【０００８】また、図２に示すように、高周波電源１０
と放電灯Ｌａの間に極性反転部１２を設け、放電灯に図
３のような電圧を印加し、放電灯の高圧側と低圧側を周
期的に入れ換えるようにする。これにより、高圧側と低
圧側の極性を反転させる周期を放電灯内の水銀イオンが
高圧側へ片寄る時間よりも短くすることによりカタホリ
シス現象を防止する。これが第２の手段であり、実施例
６として後述する。

【０００９】

【発明の実施の形態】図４に本発明の第１の実施例を示
す。図１の高周波電源１０を商用電源ＡＣ、ダイオード
ブリッジＤＢ１、チョッパー部１、インバータ部２、共
振部３、および制御回路４により構成する。この回路は
図３の従来の高周波点灯装置と同じである。この場合、
放電灯Ｌａの高圧側は図のフィラメントｆ１の方にな
る。そこで、図４のように、チョッパー部１の出力電圧
（直流電圧）をダイオードＤ２および抵抗Ｒを介して放
電灯Ｌａに供給し、直流電圧重畳部５を構成する。抵抗
Ｒの値によって放電灯Ｌａに重畳される直流電圧を変え
ることができる。放電灯Ｌａの高圧側に正の直流電圧が
重畳されているので、カタホリシス現象が発生しないよ
うに抵抗Ｒの値を設定することにより、容易な回路構成
でカタホリシス現象を防止できる。

【００１０】ここでは、図４のチョッパー部１の構成は
昇圧型のチョッパー回路を用いているが、降圧型や昇降
圧型等の他の構成でも良い。また、チョッパー回路を用
いずに、完全平滑方式、部分平滑方式等の整流平滑回路
のみの構成であってもよい。また、インバータ部２の構
成はハーフブリッジ方式のインバータ回路を用いている
が、プッシュプル方式、一石式、フルブリッジ方式等の
他の構成でも良い。また、チョッパー兼用インバータ方
式のように、インバータ部１とチョッパー部２の機能を
兼用させた構成であってもよい。

【００１１】図５に本発明の第２の実施例を示す。チョ
ッパー部１は実施例１と同じでよい。図５のように直流
カット用のコンデンサＣ３に並列に抵抗Ｒを接続する。
図ではコンデンサＣ３が放電灯Ｌａとスイッチング素子
Ｑ３のソース端子の間に接続されているが、実施例１の
場合と動作は同じであり、コンデンサＣ３と抵抗Ｒをス
イッチング素子Ｑ２のソース端子との間に接続してもよ
い。この場合も放電灯Ｌａのフィラメントｆ１の方が高
圧側となる。コンデンサＣ３には図の矢印の方向に直流
電圧が印加されるため、抵抗Ｒを接続することにより放
電灯にフィラメントｆ１からｆ２の方向に直流電流が流
れ、実施例１と同様に放電灯に直流電圧が重畳される。
抵抗Ｒの値を変えれば放電灯に重畳される直流電流も変
わるため、カタホリシス現象が発生しないように抵抗Ｒ
の値を設定すれば良い。本実施例では、実施例１の場合
に比べ、より簡単な回路構成で同様の効果が得られる。
また、図６のような回路でも同様の効果が得られる。

【００１２】図７に本発明の第３の実施例を示す。本実
施例は実施例２の直流電圧重畳部の抵抗Ｒを可変抵抗器
ＶＲで構成し、放電灯Ｌａに重畳される直流電圧を変え
られるようにしたものである。カタホリシス現象の発生
度合は照明器具の形状によって大きく影響される。これ
は照明器具によって放電灯と器具の反射板の距離が異な
るためで、放電灯と反射板の距離が近いほど放電灯の高
圧側から反射板への漏れ電流が大きくなり、カタホリシ
ス現象が発生しやすくなる。そこで、本点灯装置を搭載
する器具に応じて可変抵抗器ＶＲの値をカタホリシス現
象が発生しない値に調整する。これにより、一種類の点
灯装置で複数の照明器具に対応可能なカタホリシス現象
を防止できる点灯装置を実現できる。ここでは、実施例
２の抵抗Ｒを可変抵抗器ＶＲに置き換えているが、実施
例１の回路でも同様の効果が得られる。

【００１３】図８に本発明の第４の実施例を示す。本実
施例は実施例２の直流電圧重畳部の抵抗Ｒを正特性サー
ミスタＰＴＣで構成し、放電灯Ｌａに重畳される直流電
圧を周囲温度に応じて変えられるようにしたものであ
る。カタホリシス現象の発生度合は周囲温度によって大
きく影響される。これは放電灯内の水銀イオンの拡散作
用によるもので、低温になるほどこの拡散作用が少なく
なり、水銀イオンが高圧側へかたより、カタホリシス現
象が発生しやすくなる。本実施例のように正特性サーミ
スタＰＴＣを用いることにより、低温時にはＰＴＣの抵
抗値が小さくなることを利用して、低温時には放電灯に
重畳される直流電圧を大きくし、カタホリシス現象を防
止する。高温時にはカタホリシス現象は発生しにくいの
で、放電灯に重畳される直流電圧は小さくてよく、正特
性サーミスタＰＴＣの抵抗値が大きくなることにより正
特性サーミスタＰＴＣで消費される電力を小さくするこ
とができるため、余分な消費電力をカットできる。

【００１４】図９に本発明の第５の実施例を示す。カタ
ホリシス現象は放電灯周辺の風の強さによって発生状況
が大きく変わる。これは放電灯に風があたることにより
放電灯の管壁温度が下がり、管内の水銀イオンの拡散作
用が小さくなるためで、風が強いほどカタホリシス現象
は発生しやすくなる。本実施例では、図９に示すように
放電灯Ｌａの近傍に風量センサー６を設け、放電灯周辺
の風の強さによって放電灯に重畳される直流電圧を変え
られるようにしたものである。放電灯にあたる風が強い
ときには放電灯に重畳される直流電圧を増加させてカタ
ホリシス現象の発生を防止し、風が弱いときには直流電
圧を小さくして余分な消費電力をカットする。

【００１５】図１０に本実施例の直流電圧重畳部５の具
体的回路構成の一例を示す。カップリングコンデンサＣ
３と並列に接続された抵抗Ｒ１〜Ｒ４により放電灯に直
流電圧が重畳される。風量センサー６の出力が大きくな
る（風が強くなる）とトランジスタＱ６のべース電流が
増え、抵抗Ｒ３およびＲ４に流れる電流が増えることに
より、放電灯に重畳される直流電圧を増加させることが
できる。また、風量センサーの代わりに温度センサーを
用いて、放電灯の管壁温度を検出し、管壁温度が低い場
合には放電灯に重畳される直流重畳電圧を高くするよう
にしても同様の効果が得られる。以上の各実施例は手段
１に関するものであり、以下の実施例は手段２に関する
ものである。

【００１６】本発明の第６の実施例の回路図を図１１
に、その各部の動作波形を図１２に示す。本実施例で
は、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５
によるフルブリッジ方式の回路構成となっている。チョ
ッパー部１の出力端にインバータ部２のスイッチング素
子Ｑ２、Ｑ３と同様に、もう一組のスイッチング素子Ｑ
４、Ｑ５を直列に接続し、極性反転部１２を構成する。
スイッチング素子Ｑ２のソース端子（Ａ点とする）とス
イッチング素子Ｑ４のソース端子（Ｂ点とする）の間に
共振部３と放電灯Ｌａを接続する。共振部３はインダク
タＬ２とコンデンサＣ２により構成する。

【００１７】スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のゲート・ソ
ース間には、それぞれ図１２（ａ）、（ｂ）に示すよう
な電圧を印加し、従来のようにスイッチング素子Ｑ２、
Ｑ３を高周波で交互にオン・オフさせる。一方、スイッ
チング素子Ｑ４、Ｑ５にはそれぞれ図１２（ｃ）、
（ｄ）に示すような電圧をゲート・ソース間に印加し、
スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３よりも低い周波数で交互に
オン・オフさせる。これにより、Ａ点−Ｂ点間には図１
２（ｅ）に示す電圧Ｖａ−Ｖｂが印加され、スイッチン
グ素子Ｑ４、Ｑ５のオン・オフのタイミングによってＶ
ａ−Ｖｂの極性が反転する。よって、放電灯の両端に印
加される電圧Ｖｌａは図１２（ｆ）に示すような波形と
なり、放電灯の高圧側と低圧側を周期的に入れ換えるこ
とができる。このスイッチング素子Ｑ４、Ｑ５のオン時
間を、放電灯内の水銀イオンが高圧側へ片寄るまでの時
間よりも短く設定することにより比較的容易な回路構成
でカタホリシス現象の発生を防止できる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、放電灯に高周波電力を
供給して放電灯を点灯させる放電灯点灯装置において、
放電灯に直流電圧を重畳する手段を備え、放電灯の高圧
側に正の直流電圧を重畳するか、又は、放電灯の高圧側
と低圧側を周期的に切り換えることの出来る極性反転手
段を備え、放電灯内の水銀イオンが高圧側へ片寄る前に
前記極性反転手段により放電灯の高圧側と低圧側を切り
換えるようにしたので、カタホリシス現象を抑制するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の構成を示すブロック回路図で
ある。

【図２】請求項５の発明の構成を示すブロック回路図で
ある。

【図３】請求項５の発明の動作を示す波形図である。

【図４】本発明の第１の実施例の回路図である。

【図５】本発明の第２の実施例の回路図である。

【図６】本発明の第２の実施例の一変形例の回路図であ
る。

【図７】本発明の第３の実施例の回路図である。

【図８】本発明の第４の実施例の回路図である。

【図９】本発明の第５の実施例の回路図である。

【図１０】本発明の第５の実施例に用いる直流電圧重畳
部の回路図である。

【図１１】本発明の第６の実施例の回路図である。

【図１２】本発明の第６の実施例の動作を示す波形図で
ある。

【図１３】従来の直流点灯時のカタホリシス現象を説明
するための説明図である。

【図１４】従来の高周波による放電灯点灯装置の回路図
である。

【図１５】従来の高周波点灯時のカタホリシス現象を説
明するための説明図である。

【符号の説明】

１０ 高周波電源 １１ 直流電源 Ｌａ 放電灯

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電灯に高周波電力を供給して放電灯
   を点灯させる放電灯点灯装置において、放電灯に直流電
   圧を重畳する手段を備え、放電灯の高圧側に正の直流電
   圧を重畳することによりカタホリシス現象を抑制するこ
   とを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 【請求項２】 前記直流電圧重畳手段は照明器具に応
   じて直流電圧を可変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。
3. 【請求項３】 前記直流電圧重畳手段は周囲温度に応
   じて直流電圧を可変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。
4. 【請求項４】 前記直流電圧重畳手段は、放電灯の周
   囲の風の強さに応じて直流電圧を可変とすることを特徴
   とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
5. 【請求項５】 放電灯に高周波電力を供給して放電灯
   を点灯させる放電灯点灯装置において、放電灯の高圧側
   と低圧側を周期的に切り換えることの出来る極性反転手
   段を備え、放電灯内の水銀イオンが高圧側へ片寄る前に
   前記極性反転手段により放電灯の高圧側と低圧側を切り
   換え、カタホリシス現象を抑制することを特徴とする放
   電灯点灯装置。