JP2012003899A

JP2012003899A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2012003899A
Application number: JP2010136459A
Authority: JP
Inventors: Takumi Horikawa; 工堀川; Masahiko Ohira; 昌彦大平; Kikuo Sasayama; 輝久郎笹山
Original assignee: TDK Lambda Corp
Current assignee: TDK Lambda Corp
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2010-06-15
Publication date: 2012-01-05
Also published as: CN102291911A; US20110304275A1

Abstract

【課題】簡単で安価に、しかも形状を大型化させることなく、誘導性素子からの不快な音の発生を抑制できる放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】放電灯１６に極性を反転した交流電流を供給するインバータ１１と、放電灯１６を点灯に至らせる始動回路１２として、高圧パルストランス３５を備えた放電灯点灯装置において、放電灯１６を点灯させている状態で、この放電灯１６に供給する電流の周波数を逐次変動させる周波数変動手段４８を備えている。このようにすると、放電灯１６を点灯させている状態で、その放電灯１６に与えられる電流の周波数は一定ではなく、逐次変動することから、高圧パルストランス３５の磁心３４に発生する磁束が同じ周波数で繰り返し反転するのを防いで、不快な音のレベルを効果的に低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧パルストランスや共振用インダクタなどの誘導性素子を備えた放電灯点灯装置に関し、特に誘導性素子より発生する不快な高音領域の音を効果的に抑制し得る放電灯点灯装置に関する。

一般に、この種の放電灯点灯装置として、複数のスイッチング素子を使用したインバータと、インバータと負荷となる放電灯との間に接続し、放電灯を点灯に至らしめるための始動回路とを備え、始動回路にはインダクタンス成分を持った回路部品として、高圧パルストランスを備えたものが、例えば特許文献１や特許文献２などに開示されている。この場合、インバータから高周波の交流電力を出力した状態で、高圧パルストランスから放電灯に高電圧パルスを与えることで放電灯を始動させ、放電灯が始動した後は、インバータ回路から放電灯に与えられる低周波電流により、放電灯の点灯が継続される。

上記構成の放電灯点灯装置では、放電灯を点灯させている動作状態に、高圧パルストランスや共振用インダクタなどの誘導性素子から発生する高音領域の不快な音が、しばしば問題となっている。

この不快な音の原因は、放電灯を点灯に至らしめるための高圧パルストランスが、放電灯の点灯後にインダクタとして作用するので、放電灯を流れる電流が一般的な周波数である数十〜数百Ｈｚで反転を繰り返すと、高圧パルストランスを使用している磁心（コア）に発生する磁束も、電流の極性変化に合わせて瞬時に反転し、それにより磁心に磁歪現象が生じて伸縮を繰り返すからである。こうした物理的な変化は、磁心の磁束変化のタイミングと高圧パルストランスを含む構造物との間で共鳴現象を起こし、それが空気中を伝わって音として現われ、特に１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの可聴帯域において、人が不快に感じる音を発生する。

従来は、そうした不快音の発生を抑えるために、高圧パルストランスを構成する磁心を組立てる際に、強度の大きな接着剤で磁心を固定したり、或いは必要以上に大きな磁心で高圧パルストランスを構成したりして、共鳴現象を防ぐものや、高圧パルストランス全体をケースのような外装体に収めて樹脂を充填し、共鳴現象が発生しないように覆い固めてしまうものなどが知られている。

特開２００９−２８９６８４号公報特開平８−３３００８３号公報

上記従来技術において、接着剤で磁心を固定する方法は、磁心の固定位置のばらつきや、接着剤の使用量のばらつきなどによって、十分な対策効果が得られない場合がある。また、必要以上に大きな磁心を使用する方法や、高圧パルストランス全体を外装体に収めて樹脂を充填する方法では、コスト面で問題があると同時に、放電灯点灯装置としての形状が大型化する欠点がある。つまりどの方法を採用しても、簡単で安価に、しかも形状を大型化させることなく、誘導性素子からの不快な音の発生を抑制することはできなかった。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、簡単で安価に、しかも形状を大型化させることなく、誘導性素子からの不快な音の発生を抑制できる放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

本発明の放電灯点灯装置は、上記目的を達成するために、放電灯に極性を反転した電流を供給する出力回路と、前記放電灯を点灯に至らせる始動回路として、前記出力回路と前記放電灯との間に接続される誘導性素子とを備えた放電灯点灯装置において、前記放電灯を点灯させている状態で、前記放電灯に供給する電流の周波数を逐次変動させる周波数変動手段を備えている。

この場合の周波数変動手段は、前記電流の周波数を基本周波数に対して±１０％の範囲内で逐次変動させる構成とするのが好ましい。

本発明によれば、放電灯を点灯させている状態で、その放電灯に与えられる電流の周波数は一定ではなく逐次変動することから、誘導性素子に発生する磁束が同じ周波数で繰り返し反転するのを防いで、誘導性素子から発生する不快な音のレベルを効果的に低減することができる。そのため、従来のように接着剤や樹脂を用いた機構的な対策をわざわざ施さなくても、放電灯に与える電流の周波数を意図的にずらすだけで、簡単で安価に、しかも形状を大型化させることなく、誘導性素子からの不快な音の発生を抑制できる。

また、放電灯に与えられる電流の周波数を、設定した基本周波数に対して±１０％の範囲内で逐次変動させることで、必要以上に周波数を変化させることなく、誘導性素子からの不快な音の発生を効果的に抑制できる。

本発明の一実施例における放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。同上、図１の回路構成において、高圧パルストランスから発生する音の測定データを示すグラフである。従来例において、高圧パルストランスから発生する音の測定データを示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について説明する。

図１は、本実施例における放電灯点灯装置の回路構成を示している。同図において、１１は直流電力を交流電力に変換して出力する出力回路としてのインバータ、１２はこのインバータの出力端に接続する始動回路であり、始動回路１２ひいては放電灯点灯装置の出力端子１４，１５間には、負荷としての放電灯１６が接続される。インバータ１１は、例えばフルブリッジ接続された４つのスイッチング素子２１〜２４を備えて構成され、これらのスイッチング素子２１〜２４に対して制御手段２５から各々パルス駆動信号を与えることで、入力端子２６，２７からインバータ１１に印加入力される直流電源２８からの直流入力電圧Ｖｉｎを、例えば４００Ｖ程度の極性が正負交互に反転する交流電圧Ｖａｃに変換して、始動回路１２に出力するようになっている。なお、スイッチング素子２１〜２４として、ＭＯＳ型ＦＥＴの他にＩＧＢＴなどの各種半導体素子を使用することができる。

始動回路１２は、高圧パルス発生手段３０からのパルス始動信号を受けて、放電灯１６が始動し得る高電圧を、出力端子１４，１５間に出力電圧Ｖｏｕｔとして生成出力するもので、ここでは２つのほぼ均等な第１の巻線３１と第２の巻線３２と、高圧パルス発生手段３０の出力端に接続する第３の巻線３３を、共通の磁心３４に巻回してなる高圧パルストランス３５と、インバータ１１の出力側において、巻線３１，３２と直列回路を形成するように接続されたコンデンサ３７とにより構成される。巻線３１は、インバータ１１の一方の出力端から出力端子１４に至る第１の極性ライン４４に挿入接続されており、その一端であるドット側端子が出力端子１４に接続され、他端である非ドット側端子がインバータ１１の一方の出力端に接続される。また巻線３２は、インバータ１１の他方の出力端から出力端子１５に至る第２の極性ライン４５に挿入接続されており、その一端であるドット側端子がインバータ１１の他方の出力端に接続され、他端である非ドット側端子が出力端子１５に接続される。さらにコンデンサ３７は、巻線３１の非ドット側端子と巻線３２のドット側端子との間に接続される。

イグナイタとして設けられた高圧パルス発生手段３０は、放電灯１６の始動時に制御手段２５から制御信号が出力されると、巻線３３にパルス始動信号を所定時間供給して、加極性の巻線３１，３２に高圧パルス電圧を発生させるものである。ここで放電灯１６は、巻線３１，３２とコンデンサ３７との直列回路に接続されるので、各巻線３１，３２に誘起された高圧パルス電圧が放電灯１６に重畳して印加され、放電灯１６が絶縁破壊を起こして始動するようになっている。

制御手段２５は、前記高圧パルス発生手段３０に対して制御信号を出力する他に、インバータ１１のスイッチング素子２１〜２４に対してパルス駆動信号を出力する機能を有する。ここでは放電灯１６の始動時および放電灯１６が始動点灯した後の定常時に、制御手段２５からスイッチング素子２１〜２４にパルス駆動信号が与えられ、対をなすスイッチング素子２１，２４とスイッチング素子２２，２３が交互にオン，オフして、インバータ１１から放電灯１６に高周波若しくは低周波の極性が正負交互に反転する電流を供給するようになっている。

本実施例では、定常時において図示しない電流検出部が放電灯１６を流れる電流を検出し、その検出値が所定の目標値となるように、制御手段２５が電源２８とインバータ１１との間にある図示しない電力制御部に対して、適切な電力制御を行なうと同時に、インバータ１１の各スイッチング素子２１〜２４へ基本周波数ｆｏ（数十〜数百Ｈｚ）のパルス駆動信号を与える。

また本実施例では、前記インバータ１１に供給するパルス駆動信号の周波数、ひいては放電灯１６に供給する電流の周波数を、制御手段２５で決定した基本周波数ｆｏに対して好ましくは±１０％の範囲内で逐次意図的にずらして生成させる周波数変動手段４８を備えている。

周波数変動手段４８の具体例として、殆どの放電灯点灯装置では、放電灯１６に供給する電流の極性切替えのタイミングが、マイクロコンピュータからなる制御手段２５により制御されているので、極性切替えのタイミングを制御手段２５に記憶したプログラムの処理手順に従って決定する際に、逐次意図的にそのタイミングをずらすような処理手順を、周波数変動手段４８として当該プログラムに追加すればよい。ここで周波数変動手段４８は、一定の周期で基本周波数ｆｏに対して±１０％程度の幅で、規則的にずらすべき周波数を決定してもよいし、乱数テーブルなどを用いて所定の周波数範囲に収まるように、ランダムにずらすべき周波数を決定してもよい。また、上記プログラムを保有するマイクロコンピュータで制御手段２５を構成しない場合でも、スイッチング素子２１〜２４にパルス駆動信号を与える際に、放電灯１６への電流の極性切替えのタイミングを、逐次変化する時間で遅延させるような遅延回路を、周波数変動手段４８として制御回路２５とインバータ１１との間に挿入してもよい。

次に、上記構成についてその作用を説明する。放電灯１６の始動時には、制御手段２５からインバータ１１の各スイッチング素子２１〜２４にパルス駆動信号が与えられ、対をなすスイッチング素子２１，２４とスイッチング素子２２，２３が交互にオン，オフして、インバータ１１からの高周波電流が始動回路１２に与えられる。また、制御手段２５は高圧パルス発生手段３０に対して制御信号を送出するので、高圧パルス発生手段３０から巻線３３にパルス駆動信号が一定時間出力される。これにより、各巻線３１，３２に誘起した高圧パルス電圧が印加され、放電灯１６が絶縁破壊を起こして始動する。

放電灯１６が始動点灯して定常時に移行すると、制御手段２５は放電灯１６を流れる電流の検出値が所定の目標値となるように、図示しない電力制御部に対して制御を行うと同時に、インバータ１１の各スイッチング素子２１〜２４に与えるパルス駆動信号ひいては放電灯１６に供給する交流電流の基本周波数ｆｏを決定する。周波数変動手段４８は、この基本周波数ｆｏに対して、放電灯１６に供給する電流の極性を反転させるタイミングが意図的に逐次ずれるように、パルス駆動信号の周波数に好ましくは±１０％の範囲内で変化を与える。こうして、インバータ１１から始動回路１２を通して、周波数が逐次変化するような電流が放電灯１６に供給されることで、放電灯１６の点灯が継続すると共に、高圧パルストランス３５の磁心３４に発生する磁束変化のタイミングと、その高圧パルストランス３５を含む構造物（図示せず）との間で生じる共鳴現象を抑えることができ、特に１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの可聴帯域において、人が不快に感じる音を消すことが可能になる。

一例として、制御手段２５で決定した基本周波数ｆｏが１００Ｈｚであるとすると、周波数変動手段４８は、その基本周波数ｆｏの±３％以内の範囲（９７Ｈｚ〜１０３Ｈｚ）で、５〜７段階に周波数が各周期で変化するように、各スイッチング素子２１〜２４に与えるパルス駆動信号の周波数を変動させる。但し、同じ周波数で連続して放電灯１６に供給する電流の極性が切替わらないように、一周期毎、もしくは半周期毎に次々と周波数をランダムに変化させる。こうすることで、より効果的にトランス３５からの不快な音のレベルを小さく分散することができる。

図２は、本実施例で提案する図１の回路構成において、高圧パルストランス３５から発生する音を実験的に測定したデータであり、横軸は周波数（ｋＨｚ）をあらわし、縦軸は音のレベル（ｄＢ）をあらわしている。この実験では、放電灯１６に供給する電流の周波数を、基本周波数ｆｏを中心とした上限と下限の範囲内で、繰り返し上下にスィープさせている。また比較として、放電灯１６への電流の周波数を変動させない従来品に関する音の測定データを図３に示す。

これらの各図において、特に人が不快に感じる帯域Ｂ（１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）について着目すると、図３に示す従来品では、基本周波数ｆｏに固定した電流が高圧パルストランス３５の各巻線３１，３２を流れる関係で、その電流の切替え時において、磁心３４の磁束変化に伴う磁歪減少と構造物との共鳴により、基本周波数ｆｏの整数倍の周波数で大きな音が発生している。さらに、人が不快に感じるレベルＡを−８５ｄＢ以上とすると、基本周波数ｆｏの整数倍の周波数で発生する大きな音は、このレベルＡ付近にまで達していることがわかる。

一方、図２に示す本実施例品では、放電灯１６に供給する電流の周波数を逐次変動させている効果で、従来品に見られるような基本周波数ｆｏの整数倍の周波数毎の大きな音は発生していない。その結果、帯域Ｂ内のごく高域を除いて、人が不快に感じるようなレベルＡにまでは音が達しておらず、不快音の発生を効果的に抑得ることができる。また、こうした不快な音は、高圧パルストランス３５の形状が小さくなるのに比例して大きくなることから、本実施例において不快音の発生を効果的に抑制できれば、その分高圧パルストランス３５の形状を小さくすることも可能になる。

以上のように本実施例では、放電灯１６に極性を反転した交流電流を供給する出力回路としてのインバータ１１と、放電灯１６を点灯に至らせる始動回路１２として、インバータ１１と放電灯１６との間に接続される誘導性素子としての高圧パルストランス３５を備えた放電灯点灯装置において、放電灯１６を点灯させている定常時の状態で、この放電灯１６に供給する電流の周波数を、制御手段２５が設定した基本周波数ｆｏを中心として、一周期毎もしくは半周期毎に逐次変動させる周波数変動手段４８を備えている。

このようにすると、放電灯１６を点灯させている状態で、その放電灯１６に与えられる電流の周波数は一定ではなく、逐次一周期毎もしくは半周期毎に変動することから、高圧パルストランス３５の磁心３４に発生する磁束が同じ周波数で繰り返し反転するのを防いで、高圧パルストランス３５から発生する不快な音のレベルを効果的に低減することができる。そのため、従来のように接着剤や樹脂を用いた機構的な対策をわざわざ施さなくても、放電灯１６に与える電流の周波数を意図的にずらすだけで、簡単で安価に、しかも形状を大型化させることなく、高圧パルストランス３５からの不快な音の発生を抑制できる。

また本実施例では特に、放電灯１６に与えられる電流の周波数を、基本周波数ｆｏに対して±１０％の範囲内で逐次変動させるように、周波数変動手段４８を備えている。こうすれば、放電灯１６に与えられる電流の周波数を、設定した基本周波数ｆｏに対して±１０％以下の範囲で逐次変動させることで、必要以上に周波数を変化させることなく、高圧パルストランス３５からの不快な音の発生を効果的に抑制できる。

上記周波数変動手段４８は、放電灯１６に供給する電流の極性切替えのタイミングを決定する際に、そのタイミングを逐次ずらすように制御手段２５に組み込んでもよい。こうすれば、制御手段２５において放電灯１６に供給する電流の極性切替えのタイミングを決定するプログラムに追加して、そのタイミングを逐次ずらすプログラムを追加するだけで、高圧パルストランス３５からの不快な音の発生を効果的に抑制できる。

また別な例として、周波数変動手段４８は、放電灯１６に供給する電流の極性切替えのタイミング信号が制御手段２５から出力されると、そのタイミングを逐次変化する時間で遅延させる遅延回路として、制御手段２５とインバータ１１との間に挿入接続されている。このようにすれば、制御手段２５の内部に手を加えられなくても、遅延回路としての周波数変動手段４８を制御手段２５の外部に付加するだけで、高圧パルストランス３５からの不快な音の発生を効果的に抑制できる。

なお本発明は、本実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば出力回路としてのインバータ１１は、実施例中のような４個のスイッチング素子２１〜２４をブリッジ接続したフルブリッジ構成のものに限定されない。また制御手段２５は、上記実施例のようなＰＦＭ（周波数変調）制御ではなく、パルス駆動信号の中心周波数ｆｏを固定して、その時比率を可変することにより、放電灯１６を流れる出力電流が所定の目標値となるようにＰＷＭ(パルス幅変調)を行なってもよい。さらに誘導性素子として、実施例に示す高圧パルストランス３５の他に、磁心に単独の巻線を巻回した共振用インダクタを含めてもよい。

１１インバータ（出力回路）
１２始動回路
１６放電灯
３５高圧パルストランス（誘導性素子）
４８周波数変動手段

Claims

放電灯に極性を反転した電流を供給する出力回路と、
前記放電灯を点灯に至らせる始動回路として、前記出力回路と前記放電灯との間に接続される誘導性素子とを備えた放電灯点灯装置において、
前記放電灯を点灯させている状態で、前記放電灯に供給する電流の周波数を逐次変動させる周波数変動手段を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。
前記周波数変動手段は、前記電流の周波数を基本周波数に対して±１０％の範囲内で逐次変動させるものであることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。