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ハロゲンヒーターの電源について

一般的な電源装置でハロゲンヒーター用として使えるものをご紹介します。

簡単に安全にハロゲンヒーターを使うには、弊社製専用コントローラー のご使用をお勧めします。

概要

ハロゲンランプの定格電圧は線集光型(HLH-□□Wタイプのラインヒータ等)の場合、100v~200vとの電源ライン電圧を採用します。線集光型の場合は一般的に細長い発光体(フィラメント)になるため、比較的高い電圧が採用できるためです。

しかし点集光型(HPHタイプ)の場合で、低電力のもの(300w以下)は24vとか12vを採用します。点集光型の場合、フィラメントは小さくまとめる必要があり、そのためには低電圧の方が都合が良いのです。大電力のものでも200vの採用は困難であり、100vまでとなっています(例:HPH-160用の100v-2kwランプ)。

ハロゲンヒーターは電圧をコントロールすることにより簡単に0~100%の範囲でパワーがコントロール出来ます。そのため、少し大きめのパワーのランプを採用しておき、それの電圧をコントロールして最適な加熱温度になるようにコントロールするのが一般的です。

従ってハロゲンヒーターの電源には電圧が可変出来るタイプが望ましい事になります。

下の表はハロゲンヒーターに採用される電源についてまとめたものです。一般的に電源ライン電圧用ランプと低電圧ランプ(12v~24v)用では少し違うものになります。

交流点灯と直流点灯

ハロゲンランプは交流でも直流でも点灯できます。しかし一般的には交流点灯の方が安全と言えます。直流点灯の問題点はランプが断線したときの挙動です。直流は電流が止まりにくく、断線後もアーク放電がランプ内で持続する場合があり、この熱でガラス管が軟化して曲がったり膨らんだり、最悪の場合は破裂します。
従ってライン電圧(100v~200v)のランプでは必ず交流点灯としてください。低電圧ハロゲンランプはこの心配がほとんど無いので、交流でも直流でもかまいません。

ハロゲンランプを定格電圧よりも大幅に低い電圧で使う場合の問題点

ハロゲンランプをその定格電圧よりも大幅に低い電圧で点灯すると「ガラス管温度が上がらないのでハロゲンサイクルが働かず、問題が発生する」と考えがちですが、電圧を下げるとフィラメント温度も下がりますのでフィラメントの蒸発もほとんどなくなり、ハロゲンサイクル自体が不要になります。つまり低電圧で点灯しても問題ありません。

位相制御素子について

交流用の位相制御素子にはトライアック又はSCR(2個の逆並列接続)が使われますが、弊社の経験上、トライアックはノイズに弱い傾向がありますので、SCRを採用したコントローラーを推奨します。

スライダックについて

スライダックという名称は(株)東芝様の商標ですが、同社では現在生産されていません。しかしこの名称はほとんど一般名詞化しており、ここでもそのように使わせて頂きました。ちなみにボルトスライダーは(株)YAMABISHI様の商標です。

トランス(50/60Hz用) トランス(50/60Hz用)
鉄芯に銅線を巻いた通常のトランス。重いのが欠点であるが、優れた点も多い。トランスで電圧を調整する方法としては、タップの多く付いたトランスを使用すればよい。たとえば24vランプ用ならば 12-15-18-21-24v の様にタップがあれば大まかな電圧調整はできる。トランスの場合、電源の電圧が変動すれば出力側の電圧も変動する。スロースタート機能は無いので、ハロゲンランプの点灯では突入電流が問題になりやすい。→電源に対して悪影響があったり,ランプ寿命に対しても悪影響する。ON-OFFではなく、Hi-Loで使えば突入電流は軽減できる(Lo電圧で予熱しておくという考え方。応答は早くなるが、省エネの観点からは△)。
高周波トランス方式(主に低電圧ランプ用)
トランジスタのスイッチングで高周波トランスを駆動し、低電圧に変換して、整流し直流を得る電源が一般的であるが、ハロゲンランプは数十kHzでも点灯できるため、整流せずに高周波のままで点灯するもの。自励発振回路と高周波トランスを組み合わせただけのシンプルな構成が多い。通常のトランスに比べ極端に軽量。低電圧ハロゲンランプ器具用の組込用として多用されているが、少量の場合は入手困難。出力電圧は固定が多く、可変タイプでも可変範囲は限られる。
直流安定化電源(主に低電圧ランプ用) 直流安定化電源(主に低電圧ランプ用)
通常の電源トランス、又は高速スイッチングで高周波トランスを駆動して低電圧直流を作り、その電圧変動を抑える機能を持たせたもの。出力電圧調整ができるものが多い。通常のトランスを使ったものは重い。高周波トランスを使ったものは軽いが、出力電圧範囲が狭くなる場合が多い(0~24vのところが11~24v程度の範囲しかでない等)保護回路の種類も重要。「フの字特性」保護回路の付いたものはランプ用には使えない。「電圧垂下特性」は問題なく使える。これはランプにとっても突入電流が抑制されるので好ましい。低電圧ハロゲンランプ点灯用として理想的な電源ではあるが、やや高価である。
スライダック・ボルトスライダー(ライン電圧ランプ用) スライダック・ボルトスライダー(ライン電圧ランプ用)
出力電圧が入力電圧の0~130%程度の範囲で可変出来るトランス。ライン電圧(100v又は200v)のランプの電圧調整ならばこれだけでも良いが、低電圧のランプをこれで電圧調整して点灯させるのは危険。単巻きトランスに属すので、入力側と出力側は絶縁されていない。丈夫で扱いやすいが、かなり重い。電圧のスロースタートは手動で電圧をゼロから所定電圧までゆっくり上昇させる。つまり手動での調整用であり、自動制御用には使いにくい。
スライダック+減圧トランス(主に低電圧ランプ用) スライダック+減圧トランス(主に低電圧ランプ用)
上記にトランスを組合わせたもの。低電圧のランプにも対応できる。重いのが最大の欠点であるが、丈夫で扱いやすい。自動制御は困難。入力電圧よりも高い電圧まで出るので、右図のような構成では出力24vのトランスから31v程度まで出てくることになる。この場合、24v以上の電圧で長時間使う場合には過熱に対して注意が必要。

 

SCRスライダー・SCR式電力調整器(ライン電圧ランプ用) SCRスライダー・SCR式電力調整器(ライン電圧ランプ用)
ボルトスライダーのSCR(半導体)版。ボルトスライダと同様に使えるが、瞬間的でも過大電流には弱く、壊れやすい。ハロゲンランプを接続した状態でいきなり電圧を加えると点灯瞬時に定格の5倍以上に達する突入電流が流れるので、これで破損する場合もある。突入電流を抑制するためにもにスロースタート機能付きの機種選択が望ましい。また即断FUSEも併用すること。スロースタート機能が付いていれば突入電流を抑制できる。外部コントロールが容易な機種も多く、自動制御に適する。電力のコントロールは位相制御と呼ばれる高速スイッチングにより行われる。そのため電圧波形歪みが大きく、ノイズが発生しやすい。また測定器によっては大きな測定誤差が出る。(真の実効値型が必要)
SCRスライダ+減圧トランス(主に低電圧ランプ用) SCRスライダ+減圧トランス(主に低電圧ランプ用)
上記を低電圧ランプ用に使う場合の構成。SCRスライダも減圧トランスも、この制御に対応するよう作り込まれた製品が望ましい。対応が出来ていないとトランスから音が発生したり、SCRが不安定な動作をしたりする。SCRスライダは入力電圧よりも少し低い電圧までしか出力できない(約98%)。そのため右図の様に出力24vのトランスを使ったとしても0~23v程度の範囲しかでない。

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