JP2005005185A - 高圧放電灯点灯装置及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】チョークコイルのような大型で高価な部品を使用せず、始動時の突入電流を減らし、放電灯の電極へのストレスを軽減して、放電灯の長寿命化をはかるとともに、小形で安価な放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】スイッチング素子Q1とダイオードD1及びインダクタL1からなるチョッパ回路1と、その出力を平滑するコンデンサC1と、放電灯Laを始動させるための高圧パルス発生回路4と、これらの回路を制御する制御回路3を設けた放電灯点灯装置において、放電灯Laが点灯したことを検知する点灯検知部32を備え、放電灯Laが点灯するまではチョッパ回路1の無負荷電圧Voを放電灯Laが点灯するために最低限必要な電圧に低減し、放電灯Laが点灯した直後もしくは放電灯Laが点灯してから所定時間を経過した後にチョッパ回路1の無負荷電圧Voの制限値を上昇させる。
【選択図】 図1
【解決手段】スイッチング素子Q1とダイオードD1及びインダクタL1からなるチョッパ回路1と、その出力を平滑するコンデンサC1と、放電灯Laを始動させるための高圧パルス発生回路4と、これらの回路を制御する制御回路3を設けた放電灯点灯装置において、放電灯Laが点灯したことを検知する点灯検知部32を備え、放電灯Laが点灯するまではチョッパ回路1の無負荷電圧Voを放電灯Laが点灯するために最低限必要な電圧に低減し、放電灯Laが点灯した直後もしくは放電灯Laが点灯してから所定時間を経過した後にチョッパ回路1の無負荷電圧Voの制限値を上昇させる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電灯点灯装置及び照明装置に関するものであり、特に始動時の高圧放電灯の突入電流を防止する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平10−241875号公報
【0003】
図13に従来の高圧放電灯の直流点灯回路の回路図を示す。図中、Iは入力端子であり、通常、商用交流電圧を整流平滑した直流電圧が供給される。チョッパ回路1はスイッチング素子Q1、ダイオードD1、インダクタL1により構成され、入力端子Iの正極にスイッチング素子Q1の一端が接続され、入力端子Iの負極にダイオードD1のアノードが接続され、スイッチング素子Q1の他端とダイオードD1のカソードはインダクタL1の一端に接続され、入力端子Iからの入力電圧を降圧した電圧がインダクタL1の他端に出力されるようになっている。スイッチング素子Q1にはMOSFET等が使用されるが、これに限定されるものではない。チョッパ回路1の出力端にはコンデンサC1が並列接続されており、このコンデンサC1はチョッパ回路1の出力を平滑する。Laは放電灯、4は高圧パルス発生回路、L2はチョークコイルである。
【0004】
スイッチング素子Q1は制御回路3の出力端子OUT1からの制御信号によりオン、オフ制御される。スイッチング素子Q1のオン時には、入力端子Iからスイッチング素子Q1、インダクタL1、コンデンサC1、入力端子Iの経路で電流が流れ、スイッチング素子Q1のオフ時には、インダクタL1の蓄積エネルギーにより、インダクタL1、コンデンサC1、ダイオードD1、インダクタL1の経路で回生電流が流れる。スイッチング素子Q1のオン、オフ動作を高周波で繰り返すことにより、コンデンサC1には入力端子Iからの入力電圧を降圧した直流電圧が得られる。図13の直流点灯回路の場合は、この平滑された出力が放電灯Laに供給される。そして、放電灯Laの管電圧に応じた電圧V1と管電流に応じた電圧I1が制御回路3の出力演算制御部31に入力され、チョッパ回路1の出力電力が一定になるように出力端子OUT1からスイッチング素子Q1にオン、オフの制御信号を送る。
【0005】
なお、放電灯Laの管電圧に応じた電圧V1を検出する手段については特に限定されるものではないが、例えば、高抵抗を直列接続して成る抵抗分圧回路をコンデンサC1と並列に接続し、コンデンサC1の電圧を適当な分圧比で分圧することで実質的に放電灯Laの管電圧に応じた電圧V1を検出するような手段を用いることができる。また、放電灯Laの管電流に応じた電圧I1を検出する手段についても特に限定されるものではないが、例えば、コンデンサC1から放電灯Laに流れる電流を抵抗値の小さな電流検出抵抗の両端電圧降下として検出することで実質的に放電灯Laの管電流に応じた電圧I1を検出するような手段を用いることができる。
【0006】
図14に従来の高圧放電灯の交流点灯回路の回路図を示す。図13の構成に、フルブリッジ回路2を追加したものであり、コンデンサC1の直流電圧を低周波の矩形波電圧に変換して、放電灯Laに供給するものである。フルブリッジ回路2のスイッチング素子Q2〜Q5はMOSFET等が使用されるが、これに限定されるものではない。制御回路3はフルブリッジ回路制御部33を備えており、その出力端子OUT2〜OUT5からの制御信号によりスイッチング素子Q2〜Q5をオン、オフ制御して、放電灯Laを交流動作させる。スイッチング素子Q2〜Q5は、スイッチング素子Q2、Q5がオン、スイッチング素子Q3、Q4がオフである第1の状態と、スイッチング素子Q2、Q5がオフ、スイッチング素子Q3、Q4がオンである第2の状態とが交互に切り替わるように制御される。なお、第1の状態と第2の状態とが切り替わるときに、すべてのスイッチング素子Q2〜Q5がオフ状態となる第3の状態(デッドオフタイム)を短時間設けても良い。
【0007】
図13の直流点灯回路においても、図14の交流点灯回路においても、放電灯Laの始動時には、コンデンサC1の無負荷電圧Voを高く設定しておいて、高圧パルス発生回路4により始動用の高圧パルス電圧を発生させ、放電灯Laの絶縁を破壊して、ランプ電流が流れ始めると、そのときのランプ電圧に応じて適切なランプ電力が供給されるように、チョッパ回路1を制御していた。
【0008】
ここで、コンデンサC1の無負荷電圧Voは制御回路3により任意に設定可能であり、無負荷時のコンデンサC1の電圧Voが任意に設定された直流高電圧を越えると、制御回路3によりチョッパ回路1の動作を停止させるようにすれば良い。例えば、コンデンサC1の電圧を抵抗により分圧して得た検出電圧をコンパレータにより基準電圧と比較し、検出電圧が基準電圧よりも高い期間では、スイッチング素子Q1へのオン、オフ制御信号の入力を禁止することで、コンデンサC1の無負荷電圧Voは所定値に制限される。また、前記コンパレータの基準電圧を高/低に切り換えることにより、コンデンサC1の無負荷電圧Voの制限値を高/低に切り換えることができる。通常は、放電灯Laの始動時には、コンデンサC1の無負荷電圧Voを始動に適した高い電圧に設定しておくものである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、高圧放電灯は始動直後にはインピーダンスが極めて低くなるので、無負荷電圧Voに充電されていたコンデンサC1から放電灯Laに突入電流が流れる問題があった。従来はチョークコイルL2を大きくすることで放電灯始動時の突入電流を制限していた。また、チョッパ回路1の無負荷電圧Voを所定の範囲内に制限することで、突入電流の供給元であるコンデンサC1に蓄えられるエネルギーを小さくして、突入電流のエネルギーを小さくしていた。
【0010】
このように、従来の技術では、始動時の突入電流を下げるためにはチョークコイルL2を大きくする必要がある。そのため、放電灯点灯装置の大型化、高価格化といった問題がある。
【0011】
また、チョッパ回路1の無負荷電圧Voを所定の範囲内に制限すると放電灯が立消えする確率が高くなる。放電灯の状態が急激に変化する要因として、超高圧水銀灯の場合は電極の根元で放電するようなアークスポットの位置の変化により、放電の状態が不安定になり、結果的に放電を維持できなくなって立ち消えると考えられる。立ち消えると、何度も始動動作をするため、小さなエネルギーであるが、突入電流が流れる回数も多くなるため、放電灯の電極へのストレスを大きくし、放電灯の寿命を短くするという問題がある。
【0012】
なお、上掲の特許文献1(特開平10−241875号公報)には、平滑コンデンサの電圧の上限を規制すると共に、平滑コンデンサと直列に負温度特性のサーミスタを挿入して突入電流を制限することが提案されているが、放電灯の始動前後でチョッパ回路の無負荷電圧の設定を切り替えるというものではなく、突入電流の制限と放電灯の立ち消え防止という課題の両立が困難であった。
【0013】
本発明が解決しようとする課題は、チョークコイルのような大型で高価な部品を使用せず、始動時の突入電流を減らし、放電灯の電極へのストレスを軽減して、放電灯の長寿命化をはかるとともに、小形で安価な放電灯点灯装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明によれば、上記の課題を解決するために、図1に示すように、スイッチング素子Q1とダイオードD1及びインダクタL1からなるチョッパ回路1と、その出力を平滑するコンデンサC1と、放電灯Laを始動させるための高圧パルス発生回路4と、これらの回路を制御する制御回路3を設けた放電灯点灯装置において、放電灯Laが点灯したことを検知する点灯検知部32を備え、放電灯Laが点灯するまではチョッパ回路1の無負荷電圧Voを放電灯Laが点灯するために最低限必要な電圧に低減し、放電灯Laが点灯した直後もしくは放電灯Laが点灯してから所定時間を経過した後にチョッパ回路1の無負荷電圧Voの制限値を上昇させることを特徴とするものである。
【0015】
また、放電灯Laが点灯したことを検知する点灯検知部32を設ける代わりに、電源投入後の経過時間を測定するタイマー回路部35(図4又は図6)を備え、電源投入直後はチョッパ回路1の無負荷電圧Voを放電灯Laが点灯するために最低限必要な電圧に低減し、電源投入後から一定時間が経過した後、チョッパ回路1の無負荷電圧Voの制限値を上昇させるようにしても良い。
【0016】
さらに、図8に示すように、始動時に管電流が流れ始めるまではフルブリッジ回路2の半導体素子Q2〜Q5のゲート電圧もしくはベース電流を低く設定しておき、管電流が流れ始めた直後にゲート電圧もしくはベース電流を正規の値に上昇させるようにしても良い。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴及び利点を明確にすべく、以下添付した図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1に本発明の実施の形態1の回路図を示す。前述した従来例の図13の回路とほぼ同じであるが、制御回路3に点灯検知部32を設けている点が異なる。また、チョークコイルL2としては、図13の回路よりもインダクタンス値の小さいものを使用しているため、小型化と低価格化が可能になっている。図1の回路では、チョークコイルL2は省略しても構わない。
【0018】
図2に本実施の形態の動作説明図を示す。図中、点灯信号とは外部から入力される点灯指令のための信号であり、この点灯信号がHighレベルになると、点灯装置は点灯動作を開始する。点灯動作を開始する前後では、チョッパ回路1の無負荷電圧Voは制御回路3によって、ランプインフォメーション等で推奨されている電圧よりも低く制限されている。このため、放電灯始動時の突入電流の値はランプインフォメーション等で推奨されている電圧で始動させた時よりも低くなる。
【0019】
しかしながら、上述したように立消えが発生し易くなるので、図2に示すように管電流が流れ始めたところでチョッパ回路1の無負荷電圧Voの設定値を上げることで、放電の状態が不安定になった時に、充分なエネルギーを送ってやることができるので、放電を維持できるようになる。
【0020】
図1では高圧放電灯の直流点灯回路の場合を例示したが、図3のように、高圧放電灯の交流点灯回路についても適用できる。図3の構成では、図1の構成に、フルブリッジ回路2を追加したものであり、コンデンサC1の直流電圧を低周波の矩形波電圧に変換して、放電灯Laに供給するものである。
【0021】
なお、図1、図3の回路例では、点灯検知部32で管電流を監視して点灯を検知しているが、管電圧を監視することで点灯を検知するように構成しても良い。つまり、図2に示すように、管電流が流れ始めたことを検知することで点灯を検知しても良いし、チョッパ回路1の出力電圧が低下したことを検知することで点灯を検知しても良い。
【0022】
(実施の形態2)
図4に本発明の実施の形態2の回路図を示す。前述した従来例の図13の回路とほぼ同じであるが、制御回路3にタイマー回路部35を設けている点が異なる。また、チョークコイルL2としては、図13の回路よりもインダクタンス値の小さいものを使用しているため、小型化と低価格化が可能になっている。図4の回路では、チョークコイルL2は省略しても構わない。
【0023】
図5に本実施の形態の動作説明図を示す。実施の形態1では、管電流が流れたことを監視する必要があるので、管電流の検知回路が必要であったが、本発明では、図5のように点灯信号がHighレベルとなってから一定時間が経過した後、タイマー回路部35の出力により自動的にチョッパ回路1の無負荷電圧Voの制限値を上げるように制御しているので、特別な検知回路が不要になる。
【0024】
図4では高圧放電灯の直流点灯回路の場合を例示したが、図6のように、高圧放電灯の交流点灯回路についても適用できる。図6の構成では、図4の構成に、フルブリッジ回路2を追加したものであり、コンデンサC1の直流電圧を低周波の矩形波電圧に変換して、放電灯Laに供給するものである。
【0025】
(実施の形態3)
図7に本発明の実施の形態3の回路図を示す。前述した従来例の図14の回路とほぼ同じであるが、制御回路3に点灯検知部32を設けている点が異なる。また、チョークコイルL2としては、図14の回路よりもインダクタンス値の小さいものを使用しているため、小型化と低価格化が可能になっている。図7の回路では、チョークコイルL2は省略しても構わない。
【0026】
図8に本実施の形態の動作説明図を示す。点灯信号がHighレベルとなった時点では、フルブリッジ回路2のMOSFETよりなるスイッチング素子Q2〜Q5のゲート電圧は、MOSFETの閾値Vthのほぼ下限に設定しておき、MOSFETを流れ得る電流を制限しておく。放電灯始動時の突入電流が流れた後、管電圧が下がるのを検知してゲート電圧を閾値Vthよりも充分高い電圧に上げて、MOSFETを通常の電流が流れ得るようにする。
【0027】
ここでは、スイッチング素子Q2〜Q5がMOSFETの場合を例示したが、バイポーラのトランジスタの場合でも同様にベース電流を制限することで制御できる。要するに、突入電流が流れる期間では、フルブリッジ回路2の半導体素子を不飽和領域で動作させ、コンデンサC1の電圧が低下した後は飽和領域で動作させれば良い。
【0028】
また、スイッチング素子Q2〜Q5の4石を同時に不飽和領域で動作させるのではなく、電流を流し始める極性を制限しておけば、2石の組み合わせで制御することもできる。例えば、スイッチング素子Q2、Q5がオンの状態でのみ高圧パルス発生回路4が動作して電流が流れ始めるのであれば、スイッチング素子Q2、Q5の2石について、ゲート電圧を制限するように制御すればよい。
【0029】
(実施の形態4)
図9に本発明の実施の形態4の回路図を示す。前述した従来の図13の回路とほぼ同じであるが、チョークコイルL2の部分をNTCサーミスタRthに置き換えているため、小型化が可能になっている。NTCサーミスタは自身の温度が低いほど抵抗値が高く、自身の温度が上がると抵抗値が下がるという特徴がある。この特徴を利用すると、放電灯の始動時はNTCサーミスタRthの温度が上がっていないため、抵抗値が高く、突入電流を低減することができる。管電流が流れ始めるとNTCサーミスタRthの温度が上昇するため、抵抗値が下がる。抵抗値が下がれば回路損失は殆どないため、NTCサーミスタRthによって回路損失が大幅に大きくなることもない。
【0030】
しかしながら、チョッパ回路1の無負荷電圧Voが高い場合は、突入電流が大きすぎるため一般的なNTCサーミスタは使用できない。そこで、本発明では、チョッパ回路1の無負荷電圧Voを低く設定することで一般的なNTCサーミスタを使用できるように工夫している。
【0031】
図9では、高圧放電灯の直流点灯回路の場合を例示したが、図10のように、高圧放電灯の交流点灯回路についても適用できる。図10の構成では、図9の構成に、フルブリッジ回路2を追加したものであり、コンデンサC1の直流電圧を低周波の矩形波電圧に変換して、放電灯Laに供給するものである。
【0032】
(実施の形態5)
図11に本発明の実施の形態5の回路図を示す。前述した従来の図13の回路とほぼ同じであるが、チョークコイルL2を削除し、コンデンサC1と直列にNTCサーミスタRthを挿入しているため、小型化が可能になっている。
【0033】
実施の形態4では、放電灯と直列にNTCサーミスタRthを挿入していたが、本実施の形態では、放電灯始動時の突入電流の供給元であるコンデンサC1に直列にNTCサーミスタRthを挿入している。実施の形態4のように放電灯に直列に挿入した場合はNTCサーミスタRthの温度が上昇するまでは、放電灯への電流を制限してしまうことになる。それに対して、本実施の形態のようにコンデンサC1に直列に挿入した場合は放電灯への電流供給をNTCサーミスタRthに制限されることはない。
【0034】
図11では、高圧放電灯の直流点灯回路の場合を例示したが、図12のように、高圧放電灯の交流点灯回路についても適用できる。図12の構成では、図11の構成に、フルブリッジ回路2を追加したものであり、コンデンサC1の直流電圧を低周波の矩形波電圧に変換して、放電灯Laに供給するものである。
【0035】
なお、実施の形態4または5のNTCサーミスタは、チョークコイルL2よりも充分小さく、放電灯点灯装置の小型化が可能になる。
【0036】
上記各実施の形態において、チョッパ回路1としては降圧チョッパを例示したが、昇圧チョッパあるいは昇降圧チョッパを用いても構わない。
【0037】
【発明の効果】
請求項1又は2の発明によれば、突入電流の供給元である平滑コンデンサに蓄えられるエネルギーを小さくすることで、突入電流のエネルギーを小さくできる。また、管電流が流れた後にチョッパ回路の無負荷電圧の制限値を上げることで、立消えを起こす確率を減らし、立消え後の突入電流が流れる回数を減らすことができる。これにより、放電灯の電極へのストレスを軽減できるので、放電灯の長寿命化が図れる。また、大きなチョークコイルを使用する必要がないため、放電灯点灯装置の小型化が可能であり、低価格化も可能である。
【0038】
請求項3の発明によれば、フルブリッジ回路の半導体素子のゲート電圧もしくはベース電流を低くしておくことで、半導体素子を流し得る電流が下げられるので、突入電流のような大きな電流を流せなくなる。したがって、放電灯始動時の突入電流を低減することができ、放電灯の電極へのストレスを軽減できるので、放電灯の長寿命化が図れる。また、大きなチョークコイルを使用する必要がないため、放電灯点灯装置の小型化が可能であり、低価格化も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の直流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図2】本発明の実施の形態1の放電灯点灯時の動作説明図である。
【図3】本発明の実施の形態1の交流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図4】本発明の実施の形態2の直流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図5】本発明の実施の形態2の放電灯点灯時の動作説明図である。
【図6】本発明の実施の形態2の交流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図7】本発明の実施の形態3の交流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図8】本発明の実施の形態3の放電灯点灯時の動作説明図である。
【図9】本発明の実施の形態4の直流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図10】本発明の実施の形態4の交流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図11】本発明の実施の形態5の直流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図12】本発明の実施の形態5の交流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図13】従来の直流高圧放電灯点灯回路の回路図である。
【図14】従来の交流高圧放電灯点灯回路の回路図である。
【符号の説明】
I 入力端子
La 放電灯
1 チョッパ回路
2 フルブリッジ回路
3 制御回路
32 点灯検知部
Q1 スイッチング素子
D1 ダイオード
C1 コンデンサ
L1 インダクタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電灯点灯装置及び照明装置に関するものであり、特に始動時の高圧放電灯の突入電流を防止する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平10−241875号公報
【0003】
図13に従来の高圧放電灯の直流点灯回路の回路図を示す。図中、Iは入力端子であり、通常、商用交流電圧を整流平滑した直流電圧が供給される。チョッパ回路1はスイッチング素子Q1、ダイオードD1、インダクタL1により構成され、入力端子Iの正極にスイッチング素子Q1の一端が接続され、入力端子Iの負極にダイオードD1のアノードが接続され、スイッチング素子Q1の他端とダイオードD1のカソードはインダクタL1の一端に接続され、入力端子Iからの入力電圧を降圧した電圧がインダクタL1の他端に出力されるようになっている。スイッチング素子Q1にはMOSFET等が使用されるが、これに限定されるものではない。チョッパ回路1の出力端にはコンデンサC1が並列接続されており、このコンデンサC1はチョッパ回路1の出力を平滑する。Laは放電灯、4は高圧パルス発生回路、L2はチョークコイルである。
【0004】
スイッチング素子Q1は制御回路3の出力端子OUT1からの制御信号によりオン、オフ制御される。スイッチング素子Q1のオン時には、入力端子Iからスイッチング素子Q1、インダクタL1、コンデンサC1、入力端子Iの経路で電流が流れ、スイッチング素子Q1のオフ時には、インダクタL1の蓄積エネルギーにより、インダクタL1、コンデンサC1、ダイオードD1、インダクタL1の経路で回生電流が流れる。スイッチング素子Q1のオン、オフ動作を高周波で繰り返すことにより、コンデンサC1には入力端子Iからの入力電圧を降圧した直流電圧が得られる。図13の直流点灯回路の場合は、この平滑された出力が放電灯Laに供給される。そして、放電灯Laの管電圧に応じた電圧V1と管電流に応じた電圧I1が制御回路3の出力演算制御部31に入力され、チョッパ回路1の出力電力が一定になるように出力端子OUT1からスイッチング素子Q1にオン、オフの制御信号を送る。
【0005】
なお、放電灯Laの管電圧に応じた電圧V1を検出する手段については特に限定されるものではないが、例えば、高抵抗を直列接続して成る抵抗分圧回路をコンデンサC1と並列に接続し、コンデンサC1の電圧を適当な分圧比で分圧することで実質的に放電灯Laの管電圧に応じた電圧V1を検出するような手段を用いることができる。また、放電灯Laの管電流に応じた電圧I1を検出する手段についても特に限定されるものではないが、例えば、コンデンサC1から放電灯Laに流れる電流を抵抗値の小さな電流検出抵抗の両端電圧降下として検出することで実質的に放電灯Laの管電流に応じた電圧I1を検出するような手段を用いることができる。
【0006】
図14に従来の高圧放電灯の交流点灯回路の回路図を示す。図13の構成に、フルブリッジ回路2を追加したものであり、コンデンサC1の直流電圧を低周波の矩形波電圧に変換して、放電灯Laに供給するものである。フルブリッジ回路2のスイッチング素子Q2〜Q5はMOSFET等が使用されるが、これに限定されるものではない。制御回路3はフルブリッジ回路制御部33を備えており、その出力端子OUT2〜OUT5からの制御信号によりスイッチング素子Q2〜Q5をオン、オフ制御して、放電灯Laを交流動作させる。スイッチング素子Q2〜Q5は、スイッチング素子Q2、Q5がオン、スイッチング素子Q3、Q4がオフである第1の状態と、スイッチング素子Q2、Q5がオフ、スイッチング素子Q3、Q4がオンである第2の状態とが交互に切り替わるように制御される。なお、第1の状態と第2の状態とが切り替わるときに、すべてのスイッチング素子Q2〜Q5がオフ状態となる第3の状態(デッドオフタイム)を短時間設けても良い。
【0007】
図13の直流点灯回路においても、図14の交流点灯回路においても、放電灯Laの始動時には、コンデンサC1の無負荷電圧Voを高く設定しておいて、高圧パルス発生回路4により始動用の高圧パルス電圧を発生させ、放電灯Laの絶縁を破壊して、ランプ電流が流れ始めると、そのときのランプ電圧に応じて適切なランプ電力が供給されるように、チョッパ回路1を制御していた。
【0008】
ここで、コンデンサC1の無負荷電圧Voは制御回路3により任意に設定可能であり、無負荷時のコンデンサC1の電圧Voが任意に設定された直流高電圧を越えると、制御回路3によりチョッパ回路1の動作を停止させるようにすれば良い。例えば、コンデンサC1の電圧を抵抗により分圧して得た検出電圧をコンパレータにより基準電圧と比較し、検出電圧が基準電圧よりも高い期間では、スイッチング素子Q1へのオン、オフ制御信号の入力を禁止することで、コンデンサC1の無負荷電圧Voは所定値に制限される。また、前記コンパレータの基準電圧を高/低に切り換えることにより、コンデンサC1の無負荷電圧Voの制限値を高/低に切り換えることができる。通常は、放電灯Laの始動時には、コンデンサC1の無負荷電圧Voを始動に適した高い電圧に設定しておくものである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、高圧放電灯は始動直後にはインピーダンスが極めて低くなるので、無負荷電圧Voに充電されていたコンデンサC1から放電灯Laに突入電流が流れる問題があった。従来はチョークコイルL2を大きくすることで放電灯始動時の突入電流を制限していた。また、チョッパ回路1の無負荷電圧Voを所定の範囲内に制限することで、突入電流の供給元であるコンデンサC1に蓄えられるエネルギーを小さくして、突入電流のエネルギーを小さくしていた。
【0010】
このように、従来の技術では、始動時の突入電流を下げるためにはチョークコイルL2を大きくする必要がある。そのため、放電灯点灯装置の大型化、高価格化といった問題がある。
【0011】
また、チョッパ回路1の無負荷電圧Voを所定の範囲内に制限すると放電灯が立消えする確率が高くなる。放電灯の状態が急激に変化する要因として、超高圧水銀灯の場合は電極の根元で放電するようなアークスポットの位置の変化により、放電の状態が不安定になり、結果的に放電を維持できなくなって立ち消えると考えられる。立ち消えると、何度も始動動作をするため、小さなエネルギーであるが、突入電流が流れる回数も多くなるため、放電灯の電極へのストレスを大きくし、放電灯の寿命を短くするという問題がある。
【0012】
なお、上掲の特許文献1(特開平10−241875号公報)には、平滑コンデンサの電圧の上限を規制すると共に、平滑コンデンサと直列に負温度特性のサーミスタを挿入して突入電流を制限することが提案されているが、放電灯の始動前後でチョッパ回路の無負荷電圧の設定を切り替えるというものではなく、突入電流の制限と放電灯の立ち消え防止という課題の両立が困難であった。
【0013】
本発明が解決しようとする課題は、チョークコイルのような大型で高価な部品を使用せず、始動時の突入電流を減らし、放電灯の電極へのストレスを軽減して、放電灯の長寿命化をはかるとともに、小形で安価な放電灯点灯装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明によれば、上記の課題を解決するために、図1に示すように、スイッチング素子Q1とダイオードD1及びインダクタL1からなるチョッパ回路1と、その出力を平滑するコンデンサC1と、放電灯Laを始動させるための高圧パルス発生回路4と、これらの回路を制御する制御回路3を設けた放電灯点灯装置において、放電灯Laが点灯したことを検知する点灯検知部32を備え、放電灯Laが点灯するまではチョッパ回路1の無負荷電圧Voを放電灯Laが点灯するために最低限必要な電圧に低減し、放電灯Laが点灯した直後もしくは放電灯Laが点灯してから所定時間を経過した後にチョッパ回路1の無負荷電圧Voの制限値を上昇させることを特徴とするものである。
【0015】
また、放電灯Laが点灯したことを検知する点灯検知部32を設ける代わりに、電源投入後の経過時間を測定するタイマー回路部35(図4又は図6)を備え、電源投入直後はチョッパ回路1の無負荷電圧Voを放電灯Laが点灯するために最低限必要な電圧に低減し、電源投入後から一定時間が経過した後、チョッパ回路1の無負荷電圧Voの制限値を上昇させるようにしても良い。
【0016】
さらに、図8に示すように、始動時に管電流が流れ始めるまではフルブリッジ回路2の半導体素子Q2〜Q5のゲート電圧もしくはベース電流を低く設定しておき、管電流が流れ始めた直後にゲート電圧もしくはベース電流を正規の値に上昇させるようにしても良い。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴及び利点を明確にすべく、以下添付した図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1に本発明の実施の形態1の回路図を示す。前述した従来例の図13の回路とほぼ同じであるが、制御回路3に点灯検知部32を設けている点が異なる。また、チョークコイルL2としては、図13の回路よりもインダクタンス値の小さいものを使用しているため、小型化と低価格化が可能になっている。図1の回路では、チョークコイルL2は省略しても構わない。
【0018】
図2に本実施の形態の動作説明図を示す。図中、点灯信号とは外部から入力される点灯指令のための信号であり、この点灯信号がHighレベルになると、点灯装置は点灯動作を開始する。点灯動作を開始する前後では、チョッパ回路1の無負荷電圧Voは制御回路3によって、ランプインフォメーション等で推奨されている電圧よりも低く制限されている。このため、放電灯始動時の突入電流の値はランプインフォメーション等で推奨されている電圧で始動させた時よりも低くなる。
【0019】
しかしながら、上述したように立消えが発生し易くなるので、図2に示すように管電流が流れ始めたところでチョッパ回路1の無負荷電圧Voの設定値を上げることで、放電の状態が不安定になった時に、充分なエネルギーを送ってやることができるので、放電を維持できるようになる。
【0020】
図1では高圧放電灯の直流点灯回路の場合を例示したが、図3のように、高圧放電灯の交流点灯回路についても適用できる。図3の構成では、図1の構成に、フルブリッジ回路2を追加したものであり、コンデンサC1の直流電圧を低周波の矩形波電圧に変換して、放電灯Laに供給するものである。
【0021】
なお、図1、図3の回路例では、点灯検知部32で管電流を監視して点灯を検知しているが、管電圧を監視することで点灯を検知するように構成しても良い。つまり、図2に示すように、管電流が流れ始めたことを検知することで点灯を検知しても良いし、チョッパ回路1の出力電圧が低下したことを検知することで点灯を検知しても良い。
【0022】
(実施の形態2)
図4に本発明の実施の形態2の回路図を示す。前述した従来例の図13の回路とほぼ同じであるが、制御回路3にタイマー回路部35を設けている点が異なる。また、チョークコイルL2としては、図13の回路よりもインダクタンス値の小さいものを使用しているため、小型化と低価格化が可能になっている。図4の回路では、チョークコイルL2は省略しても構わない。
【0023】
図5に本実施の形態の動作説明図を示す。実施の形態1では、管電流が流れたことを監視する必要があるので、管電流の検知回路が必要であったが、本発明では、図5のように点灯信号がHighレベルとなってから一定時間が経過した後、タイマー回路部35の出力により自動的にチョッパ回路1の無負荷電圧Voの制限値を上げるように制御しているので、特別な検知回路が不要になる。
【0024】
図4では高圧放電灯の直流点灯回路の場合を例示したが、図6のように、高圧放電灯の交流点灯回路についても適用できる。図6の構成では、図4の構成に、フルブリッジ回路2を追加したものであり、コンデンサC1の直流電圧を低周波の矩形波電圧に変換して、放電灯Laに供給するものである。
【0025】
(実施の形態3)
図7に本発明の実施の形態3の回路図を示す。前述した従来例の図14の回路とほぼ同じであるが、制御回路3に点灯検知部32を設けている点が異なる。また、チョークコイルL2としては、図14の回路よりもインダクタンス値の小さいものを使用しているため、小型化と低価格化が可能になっている。図7の回路では、チョークコイルL2は省略しても構わない。
【0026】
図8に本実施の形態の動作説明図を示す。点灯信号がHighレベルとなった時点では、フルブリッジ回路2のMOSFETよりなるスイッチング素子Q2〜Q5のゲート電圧は、MOSFETの閾値Vthのほぼ下限に設定しておき、MOSFETを流れ得る電流を制限しておく。放電灯始動時の突入電流が流れた後、管電圧が下がるのを検知してゲート電圧を閾値Vthよりも充分高い電圧に上げて、MOSFETを通常の電流が流れ得るようにする。
【0027】
ここでは、スイッチング素子Q2〜Q5がMOSFETの場合を例示したが、バイポーラのトランジスタの場合でも同様にベース電流を制限することで制御できる。要するに、突入電流が流れる期間では、フルブリッジ回路2の半導体素子を不飽和領域で動作させ、コンデンサC1の電圧が低下した後は飽和領域で動作させれば良い。
【0028】
また、スイッチング素子Q2〜Q5の4石を同時に不飽和領域で動作させるのではなく、電流を流し始める極性を制限しておけば、2石の組み合わせで制御することもできる。例えば、スイッチング素子Q2、Q5がオンの状態でのみ高圧パルス発生回路4が動作して電流が流れ始めるのであれば、スイッチング素子Q2、Q5の2石について、ゲート電圧を制限するように制御すればよい。
【0029】
(実施の形態4)
図9に本発明の実施の形態4の回路図を示す。前述した従来の図13の回路とほぼ同じであるが、チョークコイルL2の部分をNTCサーミスタRthに置き換えているため、小型化が可能になっている。NTCサーミスタは自身の温度が低いほど抵抗値が高く、自身の温度が上がると抵抗値が下がるという特徴がある。この特徴を利用すると、放電灯の始動時はNTCサーミスタRthの温度が上がっていないため、抵抗値が高く、突入電流を低減することができる。管電流が流れ始めるとNTCサーミスタRthの温度が上昇するため、抵抗値が下がる。抵抗値が下がれば回路損失は殆どないため、NTCサーミスタRthによって回路損失が大幅に大きくなることもない。
【0030】
しかしながら、チョッパ回路1の無負荷電圧Voが高い場合は、突入電流が大きすぎるため一般的なNTCサーミスタは使用できない。そこで、本発明では、チョッパ回路1の無負荷電圧Voを低く設定することで一般的なNTCサーミスタを使用できるように工夫している。
【0031】
図9では、高圧放電灯の直流点灯回路の場合を例示したが、図10のように、高圧放電灯の交流点灯回路についても適用できる。図10の構成では、図9の構成に、フルブリッジ回路2を追加したものであり、コンデンサC1の直流電圧を低周波の矩形波電圧に変換して、放電灯Laに供給するものである。
【0032】
(実施の形態5)
図11に本発明の実施の形態5の回路図を示す。前述した従来の図13の回路とほぼ同じであるが、チョークコイルL2を削除し、コンデンサC1と直列にNTCサーミスタRthを挿入しているため、小型化が可能になっている。
【0033】
実施の形態4では、放電灯と直列にNTCサーミスタRthを挿入していたが、本実施の形態では、放電灯始動時の突入電流の供給元であるコンデンサC1に直列にNTCサーミスタRthを挿入している。実施の形態4のように放電灯に直列に挿入した場合はNTCサーミスタRthの温度が上昇するまでは、放電灯への電流を制限してしまうことになる。それに対して、本実施の形態のようにコンデンサC1に直列に挿入した場合は放電灯への電流供給をNTCサーミスタRthに制限されることはない。
【0034】
図11では、高圧放電灯の直流点灯回路の場合を例示したが、図12のように、高圧放電灯の交流点灯回路についても適用できる。図12の構成では、図11の構成に、フルブリッジ回路2を追加したものであり、コンデンサC1の直流電圧を低周波の矩形波電圧に変換して、放電灯Laに供給するものである。
【0035】
なお、実施の形態4または5のNTCサーミスタは、チョークコイルL2よりも充分小さく、放電灯点灯装置の小型化が可能になる。
【0036】
上記各実施の形態において、チョッパ回路1としては降圧チョッパを例示したが、昇圧チョッパあるいは昇降圧チョッパを用いても構わない。
【0037】
【発明の効果】
請求項1又は2の発明によれば、突入電流の供給元である平滑コンデンサに蓄えられるエネルギーを小さくすることで、突入電流のエネルギーを小さくできる。また、管電流が流れた後にチョッパ回路の無負荷電圧の制限値を上げることで、立消えを起こす確率を減らし、立消え後の突入電流が流れる回数を減らすことができる。これにより、放電灯の電極へのストレスを軽減できるので、放電灯の長寿命化が図れる。また、大きなチョークコイルを使用する必要がないため、放電灯点灯装置の小型化が可能であり、低価格化も可能である。
【0038】
請求項3の発明によれば、フルブリッジ回路の半導体素子のゲート電圧もしくはベース電流を低くしておくことで、半導体素子を流し得る電流が下げられるので、突入電流のような大きな電流を流せなくなる。したがって、放電灯始動時の突入電流を低減することができ、放電灯の電極へのストレスを軽減できるので、放電灯の長寿命化が図れる。また、大きなチョークコイルを使用する必要がないため、放電灯点灯装置の小型化が可能であり、低価格化も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の直流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図2】本発明の実施の形態1の放電灯点灯時の動作説明図である。
【図3】本発明の実施の形態1の交流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図4】本発明の実施の形態2の直流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図5】本発明の実施の形態2の放電灯点灯時の動作説明図である。
【図6】本発明の実施の形態2の交流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図7】本発明の実施の形態3の交流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図8】本発明の実施の形態3の放電灯点灯時の動作説明図である。
【図9】本発明の実施の形態4の直流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図10】本発明の実施の形態4の交流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図11】本発明の実施の形態5の直流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図12】本発明の実施の形態5の交流高圧放電灯点灯回路を示す回路図である。
【図13】従来の直流高圧放電灯点灯回路の回路図である。
【図14】従来の交流高圧放電灯点灯回路の回路図である。
【符号の説明】
I 入力端子
La 放電灯
1 チョッパ回路
2 フルブリッジ回路
3 制御回路
32 点灯検知部
Q1 スイッチング素子
D1 ダイオード
C1 コンデンサ
L1 インダクタ
Claims (6)
- スイッチング素子とダイオード及びインダクタからなるチョッパ回路と、その出力を平滑するコンデンサと、放電灯を始動させるための高圧パルス発生回路と、これらの回路を制御する制御回路を設けた放電灯点灯装置において、放電灯が点灯したことを検知する点灯検知部を備え、放電灯が点灯するまではチョッパ回路の無負荷電圧を放電灯が点灯するために最低限必要な電圧に低減し、放電灯が点灯した直後もしくは放電灯が点灯してから所定時間を経過した後にチョッパ回路の無負荷電圧の制限値を上昇させることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
- スイッチング素子とダイオード及びインダクタからなるチョッパ回路と、その出力を平滑するコンデンサと、放電灯を始動させるための高圧パルス発生回路と、これらの回路を制御する制御回路を設けた放電灯点灯装置において、電源投入後の経過時間を測定するタイマー部を備え、電源投入直後はチョッパ回路の無負荷電圧を放電灯が点灯するために最低限必要な電圧に低減し、電源投入後から一定時間が経過した後、チョッパ回路の無負荷電圧の制限値を上昇させることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
- スイッチング素子とダイオード及びインダクタからなるチョッパ回路と、その出力を平滑するコンデンサと、前記コンデンサの電圧を極性反転させて放電灯を交流動作させるフルブリッジ回路と、放電灯を始動させるための高圧パルス発生回路と、これらの回路を制御する制御回路を設けた放電灯点灯装置において、始動時に管電流が流れ始めるまではフルブリッジ回路の半導体素子のゲート電圧もしくはベース電流を低く設定しておき、管電流が流れ始めた直後にゲート電圧もしくはベース電流を正規の値に上昇させることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、放電灯と直列に負温度特性のサーミスタを接続したことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の放電灯点灯装置において、平滑コンデンサと直列に負温度特性のサーミスタを接続したことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を用いた照明装置。
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-
2003
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