JP2004192869A

JP2004192869A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2004192869A
Application number: JP2002357150A
Authority: JP
Inventors: Shingo Yamanishi; 慎悟山西
Original assignee: Ikeda Electric Co Ltd
Current assignee: Panasonic Life Solutions Ikeda Electric Co Ltd
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】調光させた場合の放電灯の立ち消えやちらつきを防止することができ、しかも高耐圧のスイッチング素子を使用する必要がなくなって、装置全体が安上がりになるようにする。
【解決手段】直流電源１３の出力電圧を所望の電圧に降圧する降圧チョッパー回路４を備え、降圧チョッパー回路４の出力電圧をインバータ回路５を介して放電灯７に供給して、放電灯７を低周波で調光可能に点灯させるようにした放電灯点灯装置において、降圧チョッパー回路４の出力電圧を検出して該出力電圧が大になったときに放電灯７が立ち消えしないようにランプ電力を増加させる手段が、具備されている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯を低周波で調光可能に点灯させるようにした放電灯点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電灯点灯装置には、図９及び図１０に示すように、交流電源１を整流する整流回路２と、整流回路２の出力電圧を昇圧する昇圧チョッパー回路３と、ランプ出力を供給する降圧チョッパー回路４と、放電灯７を安定点灯させるフルブリッジインバータ回路５と、降圧チョッパー回路４及びインバータ回路５を制御する制御回路８とを備え、交流電源１と整流回路２と昇圧チョッパー回路３とで直流電源１３を構成し、直流電源１３の出力電圧を所望の電圧に降圧し、降圧チョッパー回路３の出力電圧をインバータ回路５を介して放電灯７に供給して、放電灯７を低周波で調光可能に点灯させるようにしたものがある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この種の放電灯点灯装置では、放電灯７を調光させた場合、ランプ電流が急減する。その結果、放電灯７の電極温度が低下する。転流後の放電の開始には熱電子放出だけでは電子が不足する。放電を維持するために電極の降下電圧が高くなり、図１１（１）に示すようなアーク放電状態であったものが、図１１（２）に示すように、電極が摩耗してスポットが形成された電極状態になり、図１２（１）に示すように正常なランプ電圧であったものが、図１２（２）に示すようにランプ電圧に段差電圧が発生する。電極温度が更に低下すると、図１１（２）に示すスポットが電極を移動する。よって、放電灯７にちらつきが発生する。
【０００４】
又、図１２（２）に示す段差電圧が、出力電力を供給している直流電源１３の電圧を超えると、放電灯７の立ち消えが起こる。
図１３〜図１８は、従来の放電灯点灯装置において、二次電圧を２８０Ｖに設定した場合（従来設定値）の降圧チョッパー回路４の出力電圧、ランプ電流及びランプ電圧の波形を示している。全点灯時の出力電力に対して、図１３は８０％の調光状態の波形を示し、図１４は６０％の調光状態の波形を示し、図１５は４０％の調光状態の波形を示し、図１６は４０％の調光状態にしてから所定期間（例えば１秒）経過したときの波形を示し、図１７は４０％の調光状態にしてから所定期間（例えば２秒）経過したときの波形を示し、図１８は４０％の調光状態にしてから所定期間（例えば３秒）経過したときの波形を示している。
【０００５】
図１３の場合、波形に特に異常がない。図１４の場合、非対称のランプ電圧が発生している。図１５の場合、ランプ電圧にスポット（段差電圧）が発生し不安定状態に入っているのが分かる。図１６の場合、ランプ電圧にスポットが連続して発生し、極性反転から段差電圧の発生時間が、０．４ｍｓ程度になっている。図１７の場合、極性反転から段差電圧の発生時間が１．２ｍｓになっている。図１８の場合、放電灯７が立ち消えを起こしている。
図１３〜図１８に示すように、放電灯７を調光点灯した場合、放電灯７の点灯時間が長くなれば、電極が劣化し、更に放電灯７のちらつきや立ち消えが起こりやすくなった。よって、従来では、無負荷二次電圧をランプ始動時から高い値に設定し、放電灯７の立ち消えを回避するといった方法が一般的であった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−１１９９８５号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８４０８６号公報
【特許文献３】
特開２００１−３４５１９８号公報
【特許文献４】
特開２００１−２８４０９３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、従来の放電灯点灯装置の場合、図１０に示すように、降圧チョッパー回路４は、直流電源１３の電圧を降圧するもので、所望の電圧に達すれば、降圧チョッパー回路４のスイッチング素子Ｑ１の発振を停止させ、所望の電圧より低くなれば、発振を復帰させるという動作を繰り返す。
放電灯７の点灯時、スイッチング素子Ｑ１がオンすると、直流電源１３−インダクタＬ１−コンデンサＣ１−抵抗Ｒ１を介して電流が流れる。スイッチング素子Ｑ１がオフすると、インダクタＬ１の逆起電力により、コンデンサＣ１−抵抗Ｒ１−ダイオードＤ１を介して電流が流れ、コンデンサＣ１が充電される。このコンデンサＣ１の両端電圧が放電灯７のランプ電圧を降圧し、放電灯７に電力を供給する。インバータ回路７では、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ５、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４が一対の組となり、それぞれ交互にオンオフし、安定した低周波の矩形波で放電灯７を点灯させる。
【０００８】
無負荷時の降圧チョッパー回路４やインバータ回路５の動作は、上述の場合と同様であるが、放電灯７を絶縁破壊させる電圧が必要である。これが無負荷二次電圧であり、通常３００Ｖ程度に設定する。放電灯７の立ち消えを回避しようとすれば、無負荷二次電圧をランプ始動から高い電圧に設定することとなるが、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５に過電圧がかかるため、高耐圧スイッチング素子を使用せざるを得なくなり、大形化になる。そのためコストが高くなってしまう。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑み、調光させた場合の放電灯の立ち消えやちらつきを防止することができ、しかも高耐圧のスイッチング素子を使用する必要がなくなって、装置全体が安上がりになるようにしたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を解決するための本発明の技術的手段は、直流電源１３の出力電圧を所望の電圧に降圧する降圧チョッパー回路４を備え、降圧チョッパー回路４の出力電圧をインバータ回路５を介して放電灯７に供給して、放電灯７を低周波で調光可能に点灯させるようにした放電灯点灯装置において、
降圧チョッパー回路４の出力電圧を検出して該出力電圧が大になったときに放電灯７が立ち消えしないようにランプ電力を増加させる手段が、具備されている点にある。
【００１１】
また、本発明の他の技術的手段は、直流電源１３の出力電圧を所望の電圧に降圧する降圧チョッパー回路４を備え、降圧チョッパー回路４の出力電圧をインバータ回路５を介して放電灯７に供給して、放電灯７を低周波で調光可能に点灯させるようにした放電灯点灯装置において、
調光状態か否かを判別し調光時に無負荷二次電圧の設定値を上昇させる手段が、具備されている点にある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に従って説明する。
図１は本発明の一実施の形態を示すブロック図を示し、図２はその具体的な回路構成を示している。図１及び図２において、放電灯点灯装置は、従来の場合と同様に、交流電源１を整流する整流回路２と、整流回路２の出力電圧を昇圧する昇圧チョッパー回路３と、ランプ出力を供給する降圧チョッパー回路４と、放電灯７を安定点灯させるフルブリッジインバータ回路５と、降圧チョッパー回路４及びインバータ回路５を制御する制御回路８とを備える他に、調光制御回路９と、ランプ電圧検出回路１０と、調光判別回路１１とを備え、交流電源１と整流回路２と昇圧チョッパー回路３とで直流電源１３が構成され、直流電源１３の出力電圧を所望の電圧に降圧し、降圧チョッパー回路４の出力電圧をインバータ回路５を介して放電灯７に供給して、放電灯７を低周波で調光可能に点灯させるように構成されている。
【００１３】
前記降圧チョッパー回路４は、スイッチング素子Ｑ１と、インダクタＬ１と、ダイオードＤ１と、抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ１とを有し、スイッチング素子Ｑ１は、例えば金属酸化膜ゲート電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）により構成されている。
インバータ回路５は、フルブリッジ型に接続されたスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５を有し、各スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５は、例えば金属酸化膜ゲート電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）により構成されている。
【００１４】
調光制御回路９は、ダイオードブリッジにより構成した全波整流回路ＤＢと、ホトカプラＰＣ１と、トランジスタにより構成したスイッチング素子Ｑ６と、抵抗Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５と、増幅器ＩＣ１と、可変抵抗器ＶＲ１と、コンデンサＣ３と、トランジスタにより構成したスイッチング素子Ｑ７と、抵抗Ｒ１６，Ｒ１７とを有している。
ランプ電圧検出回路１０は、増幅器ＩＣ２と、比較器ＩＣ３と、トランジスタにより構成したスイッチング素子Ｑ８と、抵抗Ｒ１８，Ｒ１９と、コンデンサＣ４と、抵抗Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２と有している。
【００１５】
調光判別回路１１は、比較器ＩＣ４と、ダイオードＤ２と、コンデンサＣ２と、抵抗Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１とを有している。
上記実施の形態によれば、降圧チョッパー回路３は、従来と同様にスイッチング素子Ｑ１がオンすると、直流電源１３−スイッチング素子Ｑ１−インダクタＬ１−コンデンサＣ１−抵抗Ｒ１を介して電流が流れる。スイッチング素子Ｑ１がオフすると、インダクタＬ１の逆起電力によりコンデンサＣ１−抵抗Ｒ１−ダイオードＤ１を介して電流が流れてコンデンサＣ１が充電され、直流電源１の直流電圧４００Ｖを所望の無負荷二次電圧又は点灯時のランプ電圧に降圧する。
【００１６】
インバータ回路５では、スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ５、スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４が一対の組となり、それぞれ交互に低周波でオンオフする。スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ５がオンすると、コンデンサＣ１−スイッチング素子Ｑ２−放電灯７−スイッチング素子Ｑ５−コンデンサＣ１の経路で電流が流れ、スイッチング素子Ｑ３、スイッチング素子Ｑ４がオンすると、コンデンサＣ１−スイッチング素子Ｑ４−放電灯７−スイッチング素子Ｑ３−コンデンサＣ１の経路で電流が流れ、放電灯７は低周波の矩形波で安定に点灯する。
【００１７】
調光制御回路９では、調光信号は１ｋＨｚのデューティー信号で全波整流回路ＤＢにより整流され、ホトカプラＰＣ１で信号を受けている。ホトカプラＰＣ１のトランジスタが調光信号のデューティーに応じてオンオフする。
ホトカプラＰＣ１のトランジスタがオンすると、スイッチング素子Ｑ５はオフとなり、制御電源Ｖｃｃの電圧を抵抗Ｒ１４、Ｒ１５と可変抵抗器ＶＲ１とで分圧した電圧がコンデンサＣ３に充電される。
ホトカプラＰＣ１のトランジスタがオフすると、スイッチング素子Ｑ６はオンとなり、コンデンサＣ３に充電されていた電荷はコンデンサＣ３−抵抗Ｒ１５−スイッチング素子Ｑ６の経路で放電される。調光信号のデューティーが広くなればなるほどコンデンサＣ３の電圧は高くなる。
【００１８】
増幅器ＩＣ１とスイッチング素子Ｑ７と抵抗Ｒ１７で構成された回路は、電圧を電流に変換するもので、増幅器ＩＣ１の＋端子の電圧を基準電圧とし定電流源（吸込形）として動作する。シンク電流は抵抗Ｒ１７で決定され、コンデンサＣ３の電圧値に応じて変化する。
この電圧−電流変換回路は、降圧チョッパー回路３のスイッチング素子Ｑ１のデューティーを設定する抵抗Ｒ６、Ｒ７に接続されている。シンク電流が多くなると降圧チョッパー回路４のスイッチング素子Ｑ１のオンデューティーが狭くなり、発振周波数が高くなる。
【００１９】
よって、放電灯７に供給される電力を抑えることができ、放電灯７の調光点灯が可能となり、調光信号のデューティーが広くなればなるほど調光は深くなる。
ランプ電圧検出回路１０は、調光時に発生するランプ電圧の段差電圧（図１２（２）を参照）を検出するもので、ランプ電圧を抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４で分圧した電圧が制御電源Ｖｃｃを抵抗Ｒ２１と抵抗Ｒ２２で分圧した基準電圧より高くなれば、比較器ＩＣ３の出力がＨ（高電圧）となる。
その出力電圧は抵抗Ｒ２０とコンデンサＣ４との時定数でコンデンサＣ４に充電される。調光時に放電灯７が立ち消えを起こしそうになると、図１２（２）に示すランプ電圧の段差電圧の発生する時間が長くなる。この発生時間に応じてコンデンサＣ４の電圧は上昇する。
【００２０】
増幅器ＩＣ２とスイッチング素子Ｑ８と抵抗Ｒ１９で構成された回路は、前述の増幅器ＩＣ１とスイッチング素子Ｑ７と抵抗Ｒ１７で構成された回路と同様に、電圧を電流に変換するもので、シンク電流形として動作し、増幅器ＩＣ１の＋端子に接続されている。
そのため、ランプ電圧の段差電圧の発生時間が長くなると、コンデンサＣ４の電圧が上昇し、増幅器ＩＣ１の＋端子の電圧を低下させることになる。
増幅器ＩＣ１の＋端子の電圧が低下すると、降圧チョッパー回路４のスイッチング素子Ｑ１のデューティーを設定している抵抗Ｒ６、Ｒ７からのシンク電流は少なくなり、降圧チョッパー回路４のスイッチング素子Ｑ１のオンデューティーが広くなり、発振周波数が低くなる。
【００２１】
このことから、ランプ電圧の段差電圧のレベルに応じて放電灯７に供給される電力を増加させたり減少させたりすることができる。
従って、降圧チョッパー回路４の出力電圧を検出して該出力電圧が大になったときに放電灯７が立ち消えしないようにランプ電力を増加させる手段が、ランプ電圧検出回路１０と調光制御回路９とで構成され、点灯時のランプ電圧を検出して、調光制御回路９に信号を送って調光時のランプ電力を増加させる。即ち、調光時に発生する段差電圧（１２図（２））を検出して、この電圧に応じてランプ電流を上昇させ、これにより、調光させた場合の放電灯７の立ち消えや放電灯７のちらつきを防止するようになっている。
【００２２】
調光判別回路１１は、調光信号のデューティーを検出するもので、調光信号のデューティーに応じてオンオフするスイッチング素子Ｑ６のコレクタの電圧を抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ２とで積分した電圧が、制御電源Ｖｃｃを抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９で分圧した基準電圧より高くなれば、比較器ＩＣ４の出力はＬ（低電圧）となる。抵抗Ｒ１０はヒステリシスを持たせるための抵抗である。
比較器ＩＣ４の出力は、ダイオードＤ２を介して無負荷二次電圧設定用の抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ５の中点に接続されている。無負荷二次電圧はランプ電圧を抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ５とで分圧した電圧値で設定できる。
【００２３】
従って、調光状態か否かを判別し調光時に無負荷二次電圧の設定値を上昇させる手段が、調光判別回路１１と無負荷二次電圧設定用の抵抗Ｒ５とで構成され、調光信号を判別して調光時に無負荷二次電圧の設定値を上昇させる。即ち、ランプ始動時の無負荷二次電圧は、通常の３００Ｖ程度に設定して、放電灯７を点灯させ、調光の信号が入った時点で、無負荷二次電圧の設定値を直流電源１３の電圧（４００Ｖ）に設定し、これにより、調光させた場合の放電灯７の立ち消えや放電灯７のちらつきを防止するようになっている。
【００２４】
制御回路８の内部に基準電圧と比較器が設けてあり、降圧チョッパー回路４のスイッチング素子Ｑ１の発振または停止を制御できる。抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ５とで分圧した電圧を低くすれば、降圧チョッパー回路４の出力電圧は高くなる。
調光信号がある任意のデューティーに達すると、比較器ＩＣ４の出力がＬ（低電圧）となり、ダイオードＤ２を介して抵抗Ｒ５の電圧を略０Ｖにしている。
このことから、ある調光信号が入った時点で無負荷二次電圧の設定値を直流電源１３の直流電圧（４００Ｖ）に近い電圧に設定することができる。
【００２５】
図３〜図８は、本発明の放電灯点灯装置において、二次電圧を４００Ｖに設定した場合の降圧チョッパー回路４の出力電圧、ランプ電流及びランプ電圧の波形を示している。全点灯時の出力電力に対して、図３は８０％の調光状態の波形を示し、図４は６０％の調光状態の波形を示し、図５は４０％の調光状態の波形を示し、図６は４０％の調光状態にしてから所定期間（例えば１秒）経過したときの波形を示し、図７は４０％の調光状態にしてから所定期間（例えば２秒）経過したときの波形を示し、図８は４０％の調光状態にしてから所定期間（例えば３秒）経過したときの波形を示している。
【００２６】
図３の場合、波形に特に異常がない。図４の場合、非対称のランプ電圧が発生している。図５の場合、ランプ電圧にスポット（段差電圧）が発生しているのが分かる。図６の場合、ランプ電圧に段差電圧の発生時間が、０．８ｍｓ程度になっている。図７の場合、極性反転から段差電圧の発生時間が１．７ｍｓになっている。図８の場合、ランプ電圧が高くなったときに放電灯７側に供給される電力が大になって、放電灯７が立ち消えすることなく点灯が維持されるようになっている。このように、本発明の放電灯点灯装置では、調光させた場合の放電灯７の立ち消えや放電灯７のちらつきを防止することができる。
【００２７】
なお、調光時だけでなくランプ点灯直後に無負荷二次電圧の設定値を上げてもよい。
なお、放電灯７として、ＨＩＤランプ（高圧放電灯）を使用する場合には、放電灯７に高圧パルスを印加するための始動器を、インバータ回路５と放電灯７との間に設けるようにすればよい。ここで、ＨＩＤランプとは、ｈｉｇｈｉｎｔｅｎｓｉｔｙｄｉｓｃｈａｒｇｅｌａｍｐの略で、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプの総称である。高輝度放電ランプとも呼ばれる。ＨＩＤランプは、小型で高出力・高効率・長寿命が特徴である。
【００２８】
なお、前記実施の形態では、直流電源１３を、交流電源１と整流回路２と昇圧チョッパー回路３とで構成しているが、直流電源１３はこのような構成のものに限定されず、例えば、直流電源１３を、交流電源１と整流回路２と構成して、昇圧チョッパー回路３を省略するようにしてもよい。また、直流電源１３をバッテリその他の電源により構成してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、調光させた場合の放電灯７の立ち消えやちらつきを防止することができる。しかも、高耐圧のスイッチング素子を使用する必要がなくなって、装置全体が安上がりになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】同回路図である。
【図３】同動作説明用の波形図である。
【図４】同動作説明用の波形図である。
【図５】同動作説明用の波形図である。
【図６】同動作説明用の波形図である。
【図７】同動作説明用の波形図である。
【図８】同動作説明用の波形図である。
【図９】従来例を示すブロック図である。
【図１０】同回路図である。
【図１１】放電灯の電極状態を示す説明図である。
【図１２】動作説明用の放電灯のランプ電圧の波形図である。
【図１３】従来の動作説明用の波形図である。
【図１４】従来の動作説明用の波形図である。
【図１５】従来の動作説明用の波形図である。
【図１６】従来の動作説明用の波形図である。
【図１７】従来の動作説明用の波形図である。
【図１８】従来の動作説明用の波形図である。
【符号の説明】
４降圧チョッパー回路
５インバータ回路
７放電灯
８制御回路
９調光制御回路
１０ランプ電圧検出回路
１１調光判別回路
１３直流電源

Claims

直流電源（１３）の出力電圧を所望の電圧に降圧する降圧チョッパー回路（４）を備え、降圧チョッパー回路（４）の出力電圧をインバータ回路（５）を介して放電灯（７）に供給して、放電灯（７）を低周波で調光可能に点灯させるようにした放電灯点灯装置において、
降圧チョッパー回路（４）の出力電圧を検出して該出力電圧が大になったときに放電灯（７）が立ち消えしないようにランプ電力を増加させる手段が、具備されていることを特徴とする放電灯点灯装置。
直流電源（１３）の出力電圧を所望の電圧に降圧する降圧チョッパー回路（４）を備え、降圧チョッパー回路（４）の出力電圧をインバータ回路（５）を介して放電灯（７）に供給して、放電灯（７）を低周波で調光可能に点灯させるようにした放電灯点灯装置において、
調光状態か否かを判別し調光時に無負荷二次電圧の設定値を上昇させる手段が、具備されていることを特徴とする放電灯点灯装置。