JP3769764B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、放電ランプを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、放電ランプを点灯させる放電灯点灯装置としては図14に示すようなものがあった。この放電灯点灯装置は、直流電源Eの正極側に直列に接続されたトランジスタから成るチョッパ用のスイッチング素子Q0 及びインダクタンス要素L0 の直列回路、スイッチング素子Q0 とインダクタンス要素L0 との接続点と直流電源Eの負極との間に逆並列に接続されたダイオードD0 、及びスイッチング素子Q0 をスイッチング駆動する駆動回路1aを具備したチョッパ回路1と、チョッパ回路1の出力端に接続されてチョッパ回路1の出力電圧を検出する検出回路3と、検出回路3の検出出力に応じて出力電圧が略一定となるように駆動回路1aを制御してスイッチング素子Q0 のスイッチング周波数を変化させるチョッパ制御回路2と、チョッパ回路1の出力端間に接続されたコンデンサC0 と、4つのスイッチング素子Q1 〜Q4 とダイオードD1 〜D4 の逆並列回路にそれぞれスイッチング素子Q1 〜Q4 駆動用の駆動回路4a〜4dが設けられてブリッジ接続されるとともに入力端をコンデンサC0 と並列にチョッパ回路1の出力端間に接続された極性反転回路4と、極性反転回路4の4つの駆動回路4a〜4dを制御して各スイッチング素子Q1 〜Q4 を個別にスイッチングしてチョッパ回路1の出力直流電圧を周期的に極性反転して交流電圧に変換させる制御回路5と、極性反転回路4の出力端間に接続され放電ランプDLに昇圧された交流電圧を印加するイグナイタ回路6とを備えてなるものである。
【0003】
また、チョッパ制御回路2は汎用のPWM用ICから成るチョッパ制御IC2a(例えば、シャープ社製IR3M02)を具備している。このチョッパ制御IC2aは、5番ピンと6番ピンに接続されたコンデンサC3 及び抵抗R4 の時定数回路で決まる周波数にて発振しており、そのオンデューティ比は、4番ピンに入力される電圧すなわち定電圧Vref1を分圧抵抗R2 ,R3 で分圧して得られる電圧で決まる値を基準に、1番ピンに入力される検出回路3の検出出力に応じて変化されるものである。そして、チョッパ制御IC2aの発振出力が8番ピンより出力されて駆動回路1aが制御される。なお、チョッパ制御IC2aは数10kHzの高周波にて発振するようにコンデンサC3 及び抵抗R4 の値が設定されている。
【0004】
一方、駆動回路1aは、チョッパ制御回路2からの高周波の発振出力により、同じ周波数にてスイッチング素子Q0 をスイッチングして直流電源Eの電源電圧を断続させる。その結果、スイッチング素子Q0 に直列接続されたインダクタンス要素L0 には高周波の電流が流れることになる。そして、チョッパ回路1から出力される直流電圧を検出回路3にて検出し、その検出出力に基づいてチョッパ回路1の出力直流電圧が略一定となるようにチョッパ制御回路2が駆動回路1aを介してスイッチング素子Q0 のスイッチング周波数を変化させている。
【0005】
また、制御回路5はチョッパ制御回路2と同じPWM用ICから成る制御用IC5aを具備し、定電圧Vref2を分圧抵抗R5 ,R6 で分圧した電圧で決まるオンデューティ比及びコンデンサC4 と抵抗R7 で決まる発振周波数の発振出力が8番,11番ピンより出力している。8番ピンの出力は極性反転回路4のスイッチング素子Q1 ,Q4 を駆動する駆動回路4a,4dに与えられ、11番ピンの出力は同じくスイッチング素子Q2 ,Q3 を駆動する駆動回路4b,4cに与えられ、各駆動回路4a〜4dにより2組のスイッチング素子Q1 ,Q4 とQ2 ,Q3 とが制御用IC5aの発振周波数と同じ周波数にてスイッチングされる。ただし、2組のスイッチング素子Q1 ,Q4 とQ2 ,Q3 とが同時にオン状態になることがないようにしてある。なお、制御用IC5aの発振周波数は数10〜数100Hzの低い周波数となるようにコンデンサC4 及び抵抗R7 の値が設定されている。つまり、極性反転回路4と制御回路5によりいわゆるフルブリッジのインバータ回路が構成されている。
【0006】
また、イグナイタ回路6は、放電ランプDLの一方のフィラメントと極性反転回路4との間に2次巻線L2 が直列接続されるとともに1次巻線L1 がサイリスタから成るスイッチング素子Q5 と抵抗R1 とを介して放電ランプDLの他方のフィラメントに接続されたトランスTと、極性反転回路4の出力端間に接続されたフィルタ用のコンデンサC1 と、トランスTの1次巻線L1 及びスイッチング素子Q5 と並列に接続されたコンデンサC2 とを備えて成るものである。
【0007】
次に、上記放電灯点灯装置の動作を点灯時と無負荷時とに分けて説明する。まず、点灯時においては、極性反転回路4のスイッチング素子Q1 ,Q4 がオン且つスイッチング素子Q2 ,Q3 がオフの期間中にチョッパ回路1のスイッチング素子Q0 がオンすると、直流電源E→スイッチング素子Q0 →インダクタンス要素L0 →スイッチング素子Q1 →インダクタンス要素L2 →放電ランプDL→スイッチング素子Q4 →直流電源Eの経路でランプ電流が流れて放電ランプDLが点灯する。また、上記期間中にスイッチング素子Q0 がオフになると、インダクタンス要素L0 に蓄えられていたエネルギが放出され、インダクタンス要素L0 →スイッチング素子Q1 →インダクタンス要素L2 →放電ランプDL→スイッチング素子Q4 →ダイオードD0 →インダクタンス要素L0 の経路にて継続してランプ電流が流れる。さらに、極性反転回路4の4つのスイッチング素子Q1 〜Q4 が全てオフと成る期間中にスイッチング素子Q0 がオンとなると、イグナイタ回路6のトランスTの2次巻線L2 に蓄えられていたエネルギが放出され、2次巻線L2 →放電ランプDL→ダイオードD2 →コンデンサC0 →ダイオードD3 →2次巻線L2 の経路にてランプ電流が流れる。そして、この期間中にスイッチング素子Q0 がオフに切り換わっても、2次巻線L2 に蓄えられていたエネルギが放出されてしまうまで、上記経路にてランプ電流が流れ続ける。なお、スイッチング素子Q2 ,Q3 がオン且つスイッチング素子Q1 ,Q4 がオフの場合もほぼ同様の動作となるので説明は省略する。
【0008】
ここで、チョッパ回路1のスイッチング素子Q0 は、図15(a)に示すように数10〜数100kHzの高い周波数にてスイッチングされている。したがって、スイッチング素子Q0 の高周波スイッチング動作によりインダクタンス要素L0 を流れる高周波電流は、極性反転回路4の入力端間に接続されたコンデンサC0 と、イグナイタ回路6に具備されたコンデンサC1 及びトランスTの2次巻線L2 とで構成される高周波フィルタを通過することにより、略直流電流となって放電ランプDLには高周波リップルの抑制されたランプ電流が流れることになる。また、極性反転回路4の2組のスイッチング素子Q1 ,Q2 とQ3 ,Q4 は、同図(b)に示すように数10〜数100Hzの低い周波数にてスイッチングされているため、放電ランプDLには同図(c)に示すように矩形波のランプ電流が流れていわゆる矩形波点灯する。
【0009】
一方、無負荷時には以下のように動作する。なお、チョッパ制御回路2及び制御回路5の動作は点灯時と同じであるから(図16(a)〜(c)参照)、イグナイタ回路6による放電ランプDLの始動動作についてのみ説明する。イグナイタ回路6では、抵抗R1 を介してコンデンサC2 が充電され、コンデンサC2 の両端電圧がスイッチング素子Q5 のブレイクオーバ電圧を越えるとスイッチング素子Q5 がオンし、コンデンサC2 の充電電荷がトランスTの1次巻線L1 を介して放電される。このとき、トランスTの2次巻線L2 にはトランスTの巻数比に応じた高圧のパルス電圧が発生し(同図(d)参照)、コンデンサC1 を介して放電ランプDLに印加され、高圧パルス電圧によって放電ランプDLが始動するものである。
【0010】
また、図17は他の従来例を示す一部省略した回路図であって、この放電灯点灯装置は、2つのスイッチング素子Q6 ,Q7 を具備したいわゆるハーフブリッジのインバータ回路を備えている。そして、無負荷時においては、2つのスイッチング素子Q6 ,Q7 が図18(a)及び(b)に示すように、数10kHzの高周波にて図示しない駆動回路により交互にスイッチングされ、そのスイッチング周波数にてインダクタンス要素L3 とコンデンサC7 との直列共振回路が共振し、コンデンサC7 の両端間に発生する共振昇圧された電圧Vc7 により(同図(c)参照)、放電ランプDLが始動される。
【0011】
一方、点灯状態では、スイッチング素子Q6 ,Q7 が図19(a)及び(b)に示すように、数10〜数100Hz以下の低い周波数にてスイッチング動作し且つ数10kHzの高い周波数にて2つのスイッチング素子Q6 ,Q7 が交互にスイッチングされている。ここで、インダクタンス要素L3 は点灯時の限流要素と高周波フィルタ用インダクタンスとに兼用されており、同図(c)に示すように放電ランプDLには矩形波のランプ電流が流れていわゆる矩形波点灯している。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記前者の従来構成では、放電ランプDLを始動するためにトランスTを具備したイグナイタ回路6を用いており、放電ランプDLの始動電圧を得るためにトランスTによって極性反転回路4の出力を昇圧している。トランスTの出力はその巻数比によって決まるため、充分な始動電圧を得るためには大きな巻数比のトランスTが必要となり、その結果、トランスTが大型化してしまったり、2次巻線L2 の巻数が多くなるために2次巻線L2 の直流抵抗分が増加し回路損失が増加するという問題や、イグナイタ回路6が大型になる分だけ放電灯点灯装置自体もサイズ、コストが大きくなるという問題があった。
【0013】
また、上記後者の従来構成では、限流要素と高周波フィルタとを兼用するインダクタンス要素L3 は、放電ランプDLの定格電流により決定され、しかも、放電ランプDLの始動時に必要な始動電圧は、インダクタンス要素L3 とコンデンサC7 との共振で決まることから、始動電圧が決まればコンデンサC7 の容量も決定される。すなわち、インダクタンス要素L3 のインダクタンス値とコンデンサC7 の容量とは、放電ランプDLの種類に応じて一義的に決まってしまうから、設計における自由度が小さくなるという問題や、無負荷時においてはスイッチング素子Q6 ,Q7 が高周波でスイッチングされているために、無負荷時に大きな共振電流が発生し、スイッチング素子Q6 ,Q7 などの回路部品にかかるストレスが大きいという問題があった。
【0014】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、小型、低コスト及び低損失の放電灯点灯装置の提供を第1の目的とし、回路設計の自由度を向上させ、大容量の回路素子を必要としない放電灯点灯装置の提供を第2の目的とするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、上記第1の目的を達成するために、電源電圧を断続するチョッパ用スイッチング素子を具備し出力電圧の変動に応じてチョッパ用スイッチング素子による断続周波数を可変して出力電圧を略一定とするチョッパ回路と、少なくとも4つのスイッチング素子を具備しチョッパ回路の出力端間に接続され各スイッチング素子が個別に周期的にスイッチングされてチョッパ回路の出力電圧の極性を周期的に反転させる極性反転回路と、この極性反転回路の出力端間に接続されるインダクタンス要素及びコンデンサの共振回路と、放電ランプに供給される出力を検出する検出回路と、検出回路の検出出力に基づいて無負荷状態を判別し無負荷信号を出力する判別回路と、放電ランプ点灯時には極性反転回路における各スイッチング素子のスイッチング周波数を低い周波数とするとともに無負荷時には無負荷信号に基づいて各スイッチング素子のスイッチング周波数を放電ランプの始動に充分な電圧が得られる高い周波数とする周波数切換回路とを備え、共振回路に接続される放電ランプに共振回路の共振電圧を印加して点灯させる放電灯点灯装置であって、極性反転回路の各スイッチング素子を個別に周期的にスイッチング制御する制御回路を備え、この制御回路は放電ランプの始動直後から一定の期間において無負荷時と同様の高い周波数にて極性反転回路を動作させ、その後に放電ランプ点灯時の低い周波数にて極性反転回路を動作させることを特徴とする。
【0016】
請求項2の発明は、上記第1及び第2の目的を達成するために、請求項1の発明において、極性反転回路の入力端にフィルタ用のインダクタンス要素を直列に挿入したことを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項2の発明において、極性反転回路の入力端間にサージ吸収用のコンデンサを接続したことを特徴とする。
【0017】
請求項4の発明は、請求項2の発明において、フィルタ用のインダクタンス要素と極性反転回路との接続点とチョッパ回路の入力端との間にチョッパ回路側をカソードとしてダイオードを接続したことを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項1乃至請求項4の発明において、極性反転回路の各スイッチング素子を個別に周期的にスイッチング制御する制御回路を備え、制御回路は判別回路から無負荷信号を受けたときに放電ランプへの印加電圧が断続されるように各スイッチング素子をスイッチング制御することを特徴とする。
【0018】
請求項6の発明は、請求項1〜5の何れかの発明において、検出回路は放電ランプに流れるランプ電流あるいはランプ電流に比例した電流値を検出することを特徴とする。
【0019】
請求項7の発明は、請求項1〜5の何れかの発明において、検出回路は放電ランプのランプ電圧あるいはランプ電圧に比例した電圧値を検出することを特徴とする。
請求項8の発明は、請求項1〜5の何れかの発明において、検出回路は放電ランプに供給されるランプ電力あるいはランプ電力に比例した電力値を検出することを特徴とする。
【0020】
【作用】
請求項1の発明の構成では、電源電圧を断続するチョッパ用スイッチング素子を具備し出力電圧の変動に応じてチョッパ用スイッチング素子による断続周波数を可変して出力電圧を略一定とするチョッパ回路と、少なくとも4つのスイッチング素子を具備しチョッパ回路の出力端間に接続され各スイッチング素子が個別に周期的にスイッチングされてチョッパ回路の出力電圧の極性を周期的に反転させる極性反転回路と、この極性反転回路の出力端間に接続されるインダクタンス要素及びコンデンサの共振回路と、放電ランプに供給される出力を検出する検出回路と、検出回路の検出出力に基づいて無負荷状態を判別し無負荷信号を出力する判別回路と、放電ランプ点灯時には極性反転回路における各スイッチング素子のスイッチング周波数を低い周波数とするとともに無負荷時には無負荷信号に基づいて各スイッチング素子のスイッチング周波数を放電ランプの始動に充分な電圧が得られる高い周波数とする周波数切換回路とを備え、共振回路に接続される放電ランプに共振回路の共振電圧を印加して点灯させる放電灯点灯装置であって、極性反転回路の各スイッチング素子を個別に周期的にスイッチング制御する制御回路を備え、この制御回路は放電ランプの始動直後から一定の期間において無負荷時と同様の高い周波数にて極性反転回路を動作させ、その後に放電ランプ点灯時の低い周波数にて極性反転回路を動作させるので、無負荷時には高い周波数にてスイッチング素子がスイッチングされ、極性反転回路の出力端間に接続された共振回路には昇圧された共振電圧が発生し、この共振電圧が放電ランプに印加されることにより放電ランプを始動させ、点灯時には低い周波数にてスイッチング素子がスイッチングされ、放電ランプがいわゆる矩形波点灯される。すなわち、従来のトランスを備えたイグナイタ回路を用いる必要がないから、小型、低コスト及び低損失の放電灯点灯装置を実現できる。しかも、矩形波点灯中の極性反転時に昇圧された共振電圧が放電ランプに印加されることにより、放電ランプの立ち消えを低減させることができる。
【0021】
請求項2の発明の構成では、極性反転回路の入力端にフィルタ用のインダクタンス要素を直列に挿入したので、極性反転回路の出力端間に接続されて共振回路を構成するインダクタンス要素のインダクタンス値を設定する際の設計の自由度を大きくし、無負荷時の共振電流を低く抑えることができる。
請求項3の発明の構成では、極性反転回路の入力端間にサージ吸収用のコンデンサを接続したので、フィルタ用のインダクタンス要素によって発生するサージ電圧を吸収して極性反転回路のスイッチング素子を保護することができる。
【0022】
請求項4の発明の構成では、フィルタ用のインダクタンス要素と極性反転回路との接続点とチョッパ回路の入力端との間にチョッパ回路側をカソードとしてダイオードを接続したので、フィルタ用のインダクタンス要素によって発生するサージ電圧をダイオードを通じて放出し、極性反転回路のスイッチング素子を保護することができる。
【0023】
請求項5の発明の構成では、極性反転回路の各スイッチング素子を個別に周期的にスイッチング制御する制御回路を備え、この制御回路が判別回路から無負荷信号を受けたときに放電ランプへの印加電圧が断続されるように各スイッチング素子をスイッチング制御するので、無負荷時に極性反転回路の出力端間に発生する共振電圧の実効値を低下させ、放電灯点灯装置の安全性を向上させることができる。
【0025】
なお、請求項6の発明のように、検出回路が放電ランプに流れるランプ電流あるいはランプ電流に比例した電流値を検出するようにしてもよい。
また、請求項7の発明のように、検出回路が放電ランプのランプ電圧あるいはランプ電圧に比例した電圧値を検出するようにしてもよい。
あるいは、請求項8の発明のように、検出回路が放電ランプに供給されるランプ電力あるいはランプ電力に比例した電力値を検出するようにしてもよい。
【0026】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例における放電灯点灯装置の基本構成は、図14に示したイグナイタ回路6を具備する従来例の構成とほぼ共通であり、共通する部分には同一の符号を付して説明は省略し、各実施例において特徴となる部分についてのみ説明する。
【0027】
ここで、本発明の実施例を説明する前に、本発明の基本構成を有する参考例について説明する。
(参考例1)
本参考例の回路構成図を図1に示す。図1に示すように、本参考例における放電灯点灯装置は、図14に示した従来構成におけるイグナイタ回路6の代わりに、インダクタンス要素L4とコンデンサC9との直列共振回路を極性反転回路4の出力端間に接続し、コンデンサC9の両端間に放電ランプDLを接続した点と、検出回路3の検出出力に基づいて無負荷状態の検出を判別して無負荷信号を出力する判別回路7及びこの無負荷信号に応じて制御回路5が具備する制御用IC5aの発振周波数を低周波と高周波とに切り換える周波数切換回路8を備えた点とに特徴を有するものである。なお、その他の構成については上記従来構成と共通である。
【0028】
判別回路7は、チョッパ回路1の負極側出力端に直列接続された検出回路3の検出出力と、基準電源7aの基準電圧Vref3とを比較するコンパレータIC1 を具備して成るものである。検出回路4はチョッパ回路1の出力電流に応じた電圧を検出出力として出力する。よって、検出出力の電圧値は、無負荷時に比べて放電ランプDLの点灯時の方が大きくなる。そこで、本実施例では、放電ランプDLの点灯時にコンパレータIC1 の出力がLレベルとなり、無負荷時にHレベルとなるように基準電源7aの基準電圧Vref3の値を設定している。
【0029】
また、周波数切換回路8は、判別回路7が具備するコンパレータIC1 の出力によりスイッチングされるトランジスタから成るスイッチング素子Q8 と、制御回路5を構成する制御用IC5aの6番ピンに直列接続された2つの抵抗R8 ,R9 とを備え、スイッチング素子Q8 によって分圧抵抗R9 の両端を選択的に短絡し、制御用IC5aの発振周波数を切り換えるようにしたものである。すなわち、制御用IC5aの発振周波数は6番ピンに接続される抵抗の抵抗値と、5番ピンに接続されるコンデンサC4 の容量値とによって設定されるものであるから、スイッチング素子Q8 のオン時には抵抗R9 の両端間が短絡されるために6番ピンに接続される抵抗は抵抗R8 のみとなり、後述するように放電ランプDLを始動するのに充分な電圧が得られる高い周波数(数10〜数100kHz)となるように、抵抗R8 の抵抗値を設定する。反対に、スイッチング素子Q8 がオフの時は、6番ピンには抵抗R8 ,R9 が直列に接続され、この場合には発振周波数が数10〜数100Hzの低い周波数となるように抵抗R9 の抵抗値が設定してある。
【0030】
次に、本参考例の動作を無負荷時と放電ランプDLの点灯時とに分けて説明する。まず、無負荷時においては、チョッパ回路1及びチョッパ制御回路2の動作については従来例と同じであるから説明は省略する。検出回路3の検出出力は、上述のように無負荷時において判別回路7の基準電圧Vref3よりも低くなるから、判別回路7のコンパレータIC1からは無負荷信号としてHレベルの信号が出力される。このようにして、判別回路7において無負荷状態であることが判別されるのである。
【0031】
一方、判別回路7から出力された無負荷信号により、周波数切換回路8のスイッチング素子Q8 がオンになる。その結果、上述したように抵抗R9 の両端間が短絡され、制御回路5を構成する制御用IC5aの発振周波数は数10〜数100kHzの高い周波数に切り換えられる。制御用IC5aの8番ピンと11番ピンからは上記発振周波数を持つ高周波の信号が出力され、この高周波信号によって、図2(b)及び(c)に示すように、極性反転回路4の2組のスイッチング素子Q1 ,Q4 とQ2 ,Q3 が交互にスイッチングされてインバータ動作し、極性反転回路4の出力端間に接続されたインダクタンス要素L4 とコンデンサC9 の直列共振回路の共振動作により、放電ランプDLの始動に充分な高電圧が得られ(同図(d)参照)、放電ランプDLが始動する。
【0032】
放電ランプDLが始動してランプ電流が流れるようになると、検出回路3の検出出力が基準電圧Vref3よりも高くなり、判別回路7のコンパレータIC1 出力はLレベルに変わる。よって、判別回路7において無負荷でないこと(負荷接続状態)が判別される。
判別回路7の出力がLレベルになれば、スイッチング素子Q8 はオフとなり、制御用IC5aの6番ピンには2つの抵抗R8 ,R9 が直列に接続されることになるため、発振周波数は数10〜数100Hzの低い周波数に切り換えられる。また、図2(a)に示すように、従来構成と同様チョッパ回路1のスイッチング素子Q0 が高周波でスイッチングされており、インダクタンス要素L0 を流れる高周波電流がコンデンサC0 とインダクタンス要素L4 とから成る高周波フィルタ回路により高周波リップルが抑制された略直流成分のランプ電流が供給され、しかも、極性反転回路4の各スイッチング素子Q1 〜Q4 は低い周波数でスイッチングされているため、放電ランプDLは矩形波点灯する。
【0033】
上記構成では、無負荷時には極性反転回路4の各スイッチング素子Q1 〜Q4 を高周波にてスイッチング動作させ、極性反転回路4の出力端間に接続した直列共振回路により共振昇圧することによって放電ランプDLを始動し、放電ランプDL点灯時には、極性反転回路4の各スイッチング素子Q1 〜Q4 のスイッチング動作の周波数を低周波に切り換えることにより、放電ランプDLを矩形波点灯させることができ、従来例のようなトランスTを用いずに矩形波点灯が可能な放電灯点灯装置を実現でき、しかも、簡単な構成により低コスト及び小型化が図れ、電力のロスも少ないものである。また、放電ランプDLを矩形波点灯させることにより、音響的共鳴現象の発生を防止できるという利点もある。
【0034】
(参考例2)
本参考例の回路構成図を図3に示す。本参考例における放電灯点灯装置は、参考例1の構成において、高周波フィルタ回路を構成するコンデンサC0と極性反転回路4の入力端との間に直列にインダクタンス要素L6を接続した点に特徴を有するものであり、他の構成については参考例1のものと共通であるから説明は省略する。
【0035】
本参考例の放電灯点灯装置は、参考例1と同様に無負荷時においては極性反転回路4の各スイッチング素子Q1〜Q4を高周波でスイッチング動作させ、インダクタンス要素L4とコンデンサC9との直列共振回路にて共振昇圧して放電ランプDLを始動し、点灯時には、コンデンサC0とインダクタンス要素L4,L6とが高周波フィルタ回路として機能し、放電ランプDLに流れるランプ電流の高周波リップルを低減することができる。
【0036】
ところで、直列共振回路を構成するインダクタンス要素L4 のインダタクタンス値及びコンデンサC9 の容量値は、放電ランプDLの始動に必要な共振電圧が得られるように設定すればよく、その組み合わせは何通りか可能である。すなわち、インダクタンス要素L4 のインダクタンス値を大きく設定すれば、無負荷時の共振電流は小さくなり、反対にインダクタンス値を小さく設定すれば、無負荷時の共振電流は大きくなる。
【0037】
一方、点灯時において高周波リップルを低減するための高周波フィルタ回路が、コンデンサC0 とインダクタンス要素L4 と、さらにインダクタンス要素L6 とにより構成される。ここで、必要なフィルタ特性を得るためにコンデンサC0 の容量値を設定すれば、それに対応してインダクタンス要素L4 及びインダクタンス要素L6 のインダクタンス値が設定され、2つのインダクタンス要素L4 ,L6 のインダクタンス値の組み合わせも何通りか可能である。
【0038】
したがって、インダクタンス要素L6を付加しない参考例1の構成では、始動に必要な共振電圧を得るという条件と、高周波フィルタとして必要な特性を得るという条件とにより、インダクタンス要素L4のインダクタンス値の設定がある程度制限されてしまい、設計の自由度が小さくなってしまうが、本参考例の構成であれば、上記2つの条件を満たすようにインダクタンス要素L4,L6のインダクタンス値を組み合わせればよく、そのために設計の自由度が大きくなり、無負荷時の共振電流も小さく抑えることが可能となる。
【0039】
(参考例3)
本参考例の回路構成図を図4に示す。本参考例における放電灯点灯装置は、参考例2の構成において、高周波フィルタ回路を構成するインダクタンス要素L6より極性反転回路4側にて極性反転回路4の入力端間にサージ吸収用のコンデンサC10を接続した点に特徴を有するものであり、他の構成については参考例1及び2のものと共通であるから説明は省略する。
【0040】
極性反転回路4においては、4つのスイッチング素子Q1 〜Q4 をスイッチング動作させているが、切換時の短絡防止のために各スイッチング素子Q1 〜Q4 を全てオフとする期間を設けている。ところが、このようにスイッチング素子Q1 〜Q4 が全てオフとなると、インダクタンス要素L6 に蓄えられていたエネルギが放出されることにより、極性反転回路4にサージ電圧となって印加され、スイッチング素子Q1 〜Q4 を破壊してしまう場合がある。
【0041】
そこで、本参考例では、インダクタンス要素L6よりも極性反転回路4側において極性反転回路4の入力端間にサージ吸収用のコンデンサC10を接続し、このコンデンサC10をインダクタンス要素L6に蓄えられていたエネルギの放出経路とし、上記サージ電圧を吸収してスイッチング素子Q1〜Q4の破壊を防止することができる。また、点灯時においては、このサージ吸収用のコンデンサC10も高周波フィルタ回路を構成する構成要素となるから、参考例2の場合に比較してさらに設計の自由度が大きくなるという利点もある。
【0042】
(参考例4)
本参考例の回路構成図を図5に示す。本参考例における放電灯点灯装置は、参考例2の構成において、極性反転回路4の入力端と直流電源Eの正極との間に、インダクタンス要素L0,L6及びスイッチング素子Q0と並列にダイオードD5を接続した点に特徴を有するものであり、他の構成については参考例1及び2のものと共通であるから説明は省略する。なお、ダイオードD5は、カソードが直流電源Eの正極に、アノードが極性反転回路4の入力端に接続してある。
【0043】
上記構成では、ダイオードD5を参考例3において説明したインダクタンス要素L6に蓄えられていたエネルギの放出経路としたものであり、ダイオードD5を通して上記エネルギが放出されるために、サージ電圧が極性反転回路4に印加されてスイッチング素子Q1〜Q4が破壊されるのを防止できる。
(参考例5)
本参考例の回路構成図を図6に示す。本参考例における放電灯点灯装置は、参考例1の構成において、電流検出回路から成る検出回路3の代わりに、高周波フィルタ回路を構成するコンデンサC0と極性反転回路4との間にコンデンサC0と並列に電圧検出回路から成る検出回路9を接続した点に特徴を有するものであり、他の構成については参考例1のものと共通であるから説明は省略する。
【0044】
ここで、極性反転回路4の入力電圧は点灯時よりも無負荷時の方が高くなるから、参考例1の場合とは逆に検出回路9の検出出力を判別回路7を構成するコンパレータIC1の非反転端子に入力し、基準電圧Vref3をコンパレータIC1の反転端子に入力してあり、これにより、コンパレータIC1の出力は参考例1の場合と同様に、点灯時にはLレベル、無負荷時にはHレベルとなる。他の構成・動作については、参考例1と同じであるから説明は省略する。
【0045】
(参考例6)
本参考例の回路構成図を図7に示す。本参考例における放電灯点灯装置は、参考例5の構成において、電流検出回路から成る検出回路3をチョッパ回路1の負極側出力端のダイオードD0とコンデンサC0との間に接続した点に特徴を有するものであり、他の構成については参考例1及び5のものと共通であるから説明は省略する。
【0046】
上記構成においては、電圧検出回路から成る検出回路9の検出出力(電圧)は、検出回路3による電流検出出力と、参考例5の構成における検出回路9の電圧検出出力とをかけ合わせたものとなる。すなわち、検出回路3における電圧降下分だけ検出回路9の検出出力が影響を受けて変化するため、結局検出回路9の検出出力はコンデンサC0の両端電圧と検出回路3に流れる電流との両方に関係した値、つまり電力に相当する値に比例したものとなる。そして、この検出回路9の検出出力が判別回路7(図示略)とチョッパ制御回路2とに入力されており、チョッパ制御回路2には、検出回路3による電流検出出力と検出回路9による電圧検出出力とが同時に入力されることになる。したがって、負荷である放電ランプDLの電力変化に応じて、チョッパ回路1のスイッチング素子Q0を駆動する駆動回路1aへの信号のオンデューティ比を変化させ、チョッパ回路1の出力電圧を略一定とすることができる。
【0047】
(参考例7)
本参考例は、極性反転回路4の4つのスイッチング素子Q1〜Q4を、駆動回路4a〜4dを介して制御回路5によりスイッチング動作させる制御に特徴を有するものであり、回路構成については上記参考例1〜6の何れの構成であってもよい。
【0048】
本参考例の放電灯点灯装置においては、図8(b),(c)に示すように、無負荷時において2組のスイッチング素子Q1,Q4とQ2,Q3を交互に且つ間欠させてスイッチング動作させるようにしたものである。すなわち、無負荷時において、制御回路5の制御用IC5aの8番ピンと11番ピンから出力されるパルス信号を一定の周期で間欠させ、全てのスイッチング素子Q1〜Q4が同時にオフとなる期間が上記一定間隔で現れるようにしてある。なお、同図(a)に示すように、チョッパ回路1のスイッチング素子Q0は常時高周波でスイッチング動作させている。上記構成では、無負荷時において2組のスイッチング素子Q1,Q4とQ2,Q3を交互に且つ間欠させてスイッチング動作させるようにしたので、放電ランプDLの両端に印加される共振電圧(コンデンサC9の両端電圧)Vc9も図8(d)に示すように間欠して発生し、共振電圧Vc9の実効値を低減させることができる。これにより、2組のスイッチング素子Q1,Q4とQ2,Q3を交互に連続してスイッチング動作させる場合に比較して、無負荷時の共振電圧Vc9による感電事故等の危険性を減らし、放電灯点灯装置の安全性を向上させることができる。なお、他の構成及び動作については参考例1〜6のそれぞれと同じである。
【0049】
(参考例8)
本参考例は、チョッパ回路1のスイッチング素子Q0を無負荷時において間欠的にスイッチング動作させるようにした点に特徴を有するものである。なお、回路構成については、参考例7と同様に上記参考例1〜6の何れの構成であってもよい。
【0050】
本参考例の放電灯点灯装置においては、図9(a)に示すように、無負荷時においてチョッパ回路1のスイッチング素子Q0を間欠的にスイッチング動作させている。すなわち、検出回路3の検出出力により無負荷と判断した場合に、チョッパ制御回路2のチョッパ制御IC2aの8番ピンから出力されるパルス信号を一定の周期で間欠させるようにしてある。なお、極性反転回路4の各スイッチング素子Q1〜Q4については、同図(b)及び(c)に示すように高周波で交互にスイッチング動作させてある。
【0051】
上記構成では、チョッパ回路1のスイッチング素子Q0を無負荷時に間欠的にスイッチングすることにより、放電ランプDLの両端に印加される共振電圧Vc9も図9(d)に示すように間欠して発生し、共振電圧Vc9の実効値を低減させることができる。これにより、スイッチング素子Q0を連続してスイッチングする場合に比較して、無負荷時の共振電圧Vc9による感電事故等の危険性を減らし、放電灯点灯装置の安全性を向上させることができる。なお、他の構成及び動作については参考例1〜6のそれぞれと同じである。
【0052】
(参考例9)
本参考例は、無負荷時において、チョッパ回路1のスイッチング素子Q0を間欠的にスイッチングするとともに、極性反転回路4の4つのスイッチング素子Q1〜Q4をスイッチング素子Q0に同期して間欠的にスイッチングするようにした点に特徴を有するものである。なお、回路構成については、参考例7,8と同様に上記参考例1〜6の何れの構成であってもよい。
【0053】
本参考例の放電灯点灯装置においては、上記参考例7及び参考例8の構成を同時に持たせたものであり、無負荷時において、図10(a)〜(c)に示すようにチョッパ制御回路2のチョッパ制御IC2aの8番ピンから出力されるパルス信号と、制御回路5の制御用IC5aの8番ピンと11番ピンから出力されるパルス信号とを同じ一定の周期で間欠させるようにしてある。
【0054】
上記構成では、参考例7及び8の説明から明らかなように、放電ランプDLの両端に印加される共振電圧Vc9も同図(d)に示すように間欠して発生し、共振電圧Vc9の実効値をさらに低減させることができる。これにより、スイッチング素子Q0及び2組のスイッチング素子Q1,Q4とQ2,Q3を連続してスイッチングする場合に比較して、無負荷時の共振電圧Vc9による感電事故等の危険性を減らし、放電灯点灯装置の安全性を向上させることができる。なお、他の構成及び動作については参考例1〜6のそれぞれと同じである。
【0055】
(参考例10)
本参考例は、無負荷時において、極性反転回路4の2組のスイッチング素子Q1,Q4とQ2,Q3を交互に高周波でスイッチングするとともに、一定周期毎に低周波にてスイッチングするようにしたことに特徴を有するものである。なお、回路構成については、参考例7〜9と同様に上記参考例1〜6の何れの構成であってもよい。
【0056】
本参考例の放電灯点灯装置においては、無負荷時において、制御回路5の制御用IC5aの8番ピンと11番ピンから出力されるパルス信号が、図11(b)及び(c)に示すように、一定周期毎に高周波と低周波とに切り換えるようにしてある。また、チョッパ回路1のスイッチング素子Q0については、同図(a)に示すように連続して高周波でスイッチングさせている。
【0057】
上記構成では、参考例7の場合における間欠期間に相当する期間において、極性反転回路4の2組のスイッチング素子Q1,Q4とQ2,Q3を交互に低周波でスイッチングしているため、同図(d)に示すように上記間欠期間にもコンデンサC9の両端に電圧が生じて放電ランプDLに印加されるから、参考例7の構成に比較して放電ランプDLの始動性を向上させることができる。なお、他の構成及び動作については参考例1〜6のそれぞれと同じである。
【0058】
(実施例1)
本実施例は、放電ランプDLの始動直後から一定の期間において、極性反転回路4の2組のスイッチング素子Q1,Q4とQ2,Q3を無負荷時と同様に交互に高周波でスイッチングし、その後点灯時の低周波にてスイッチングするようにしたことに特徴を有するものである。なお、回路構成については、参考例7〜10と同様に上記参考例1〜6の何れの構成であってもよい。
【0059】
本実施例の放電灯点灯装置においては、放電ランプDLが始動した直後から一定の期間だけ、制御回路5の制御用IC5aの8番ピンと11番ピンから出力されるパルス信号の周波数を、図12(b)及び(c)に示すように、無負荷時と同様の高い周波数とし、上記一定期間経過後に本来の点灯時に対応した低い周波数に切り換えるようにしてある。また、チョッパ回路1のスイッチング素子Q0については、同図(a)に示すように連続して高周波でスイッチングさせている。
【0060】
上記構成では、放電ランプDLの始動直後に、極性反転回路4の2組のスイッチング素子Q1,Q4とQ2,Q3のスイッチング周波数が高周波から低周波に切り換わるのではなく、一定期間高周波でスイッチングした後に低周波に切り換えるようにしたから、始動直後の放電ランプDLの立ち消えの発生を抑えることができる。なお、他の構成及び動作については参考例1〜6のそれぞれと同じである。
【0061】
(実施例2)
本実施例は、点灯時において、極性反転回路4の2組のスイッチング素子Q1,Q4とQ2,Q3を交互に高周波でスイッチングするとともに、一定周期毎に低周波にてスイッチングするようにしたことに特徴を有するものである。なお、回路構成については、参考例7〜10及び実施例1と同様に上記参考例1〜6の何れの構成であってもよい。
【0062】
本実施例の放電灯点灯装置においては、点灯時において、制御回路5の制御用IC5aの8番ピンと11番ピンから出力されるパルス信号が、図11(b)及び(c)に示すように、一定周期毎に高周波と低周波とに切り換えるようにしてある。また、チョッパ回路1のスイッチング素子Q0 については、同図(a)に示すように連続して高周波でスイッチングさせている。
【0063】
上記構成では、点灯時に低周波でスイッチングさせている2組のスイッチング素子Q1,Q4とQ2,Q3の切り換わり時に、一定期間だけ高周波でスイッチングするようにしたため、同図(d)に示すように上記一定期間にコンデンサC9の両端に共振電圧が生じて放電ランプDLに印加され、放電ランプDLの始動性を向上させることができる。なお、他の構成及び動作については参考例1〜6のそれぞれと同じである。
【0064】
【発明の効果】
請求項1の発明は、電源電圧を断続するチョッパ用スイッチング素子を具備し出力電圧の変動に応じてチョッパ用スイッチング素子による断続周波数を可変して出力電圧を略一定とするチョッパ回路と、少なくとも4つのスイッチング素子を具備しチョッパ回路の出力端間に接続され各スイッチング素子が個別に周期的にスイッチングされてチョッパ回路の出力電圧の極性を周期的に反転させる極性反転回路と、この極性反転回路の出力端間に接続されるインダクタンス要素及びコンデンサの共振回路と、放電ランプに供給される出力を検出する検出回路と、検出回路の検出出力に基づいて無負荷状態を判別し無負荷信号を出力する判別回路と、放電ランプ点灯時には極性反転回路における各スイッチング素子のスイッチング周波数を低い周波数とするとともに無負荷時には無負荷信号に基づいて各スイッチング素子のスイッチング周波数を放電ランプの始動に充分な電圧が得られる高い周波数とする周波数切換回路とを備え、共振回路に接続される放電ランプに共振回路の共振電圧を印加して点灯させる放電灯点灯装置であって、極性反転回路の各スイッチング素子を個別に周期的にスイッチング制御する制御回路を備え、この制御回路は放電ランプの始動直後から一定の期間において無負荷時と同様の高い周波数にて極性反転回路を動作させ、その後に放電ランプ点灯時の低い周波数にて極性反転回路を動作させるので、無負荷時には高い周波数にてスイッチング素子がスイッチングされ、極性反転回路の出力端間に接続された共振回路には昇圧された共振電圧が発生し、この共振電圧が放電ランプに印加されることにより放電ランプを始動させ、点灯時には低い周波数にてスイッチング素子がスイッチングされ、放電ランプがいわゆる矩形波点灯し、従来のトランスを備えたイグナイタ回路を用いる必要がないから、小型、低コスト及び低損失の放電灯点灯装置を実現できるという効果がある。しかも、矩形波点灯中の極性反転時に昇圧された共振電圧が放電ランプに印加されることにより、放電ランプの立ち消えを低減させることができるという効果がある。
【0065】
請求項2の発明は、極性反転回路の入力端にフィルタ用のインダクタンス要素を直列に挿入したので、極性反転回路の出力端間に接続されて共振回路を構成するインダクタンス要素のインダクタンス値を設定する際の設計の自由度を大きくし、無負荷時の共振電流を低く抑えることができるという効果がある。
請求項3の発明は、極性反転回路の入力端間にサージ吸収用のコンデンサを接続したので、フィルタ用のインダクタンス要素によって発生するサージ電圧を吸収して極性反転回路のスイッチング素子を保護することができるという効果がある。
【0066】
請求項4の発明は、フィルタ用のインダクタンス要素と極性反転回路との接続点とチョッパ回路の入力端との間にチョッパ回路側をカソードとしてダイオードを接続したので、フィルタ用のインダクタンス要素によって発生するサージ電圧をダイオードを通じて放出し、極性反転回路のスイッチング素子を保護することができるという効果がある。
【0067】
請求項5の発明は、極性反転回路の各スイッチング素子を個別に周期的にスイッチング制御する制御回路を備え、この制御回路が判別回路から無負荷信号を受けたときに放電ランプへの印加電圧が断続されるように各スイッチング素子をスイッチング制御するので、無負荷時に極性反転回路の出力端間に発生する共振電圧の実効値を低下させ、放電灯点灯装置の安全性を向上させることができるという効果がある。
【0069】
請求項6の発明は、検出回路が放電ランプに流れるランプ電流あるいはランプ電流に比例した電流値を検出するようにしたので、簡単な構成にて無負荷状態の検出を行うことができるという効果がある。
請求項7の発明は、検出回路が放電ランプのランプ電圧あるいはランプ電圧に比例した電圧値を検出するようにしたので、簡単な構成にて無負荷状態の検出を行うことができるという効果がある。
【0070】
請求項8の発明は、検出回路が放電ランプに供給されるランプ電力あるいはランプ電力に比例した電力値を検出するようにしたので、簡単な構成にて無負荷状態の検出を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例1を示す回路構成図である。
【図2】 同上の動作を説明する説明図である。
【図3】 参考例2を示す回路構成図である。
【図4】 参考例3を示す回路構成図である。
【図5】 参考例4を示す回路構成図である。
【図6】 参考例5を示す回路構成図である。
【図7】 参考例6を示す回路構成図である。
【図8】 参考例7の動作を説明する説明図である。
【図9】 参考例8の動作を説明する説明図である。
【図10】 参考例9の動作を説明する説明図である。
【図11】 参考例10の動作を説明する説明図である。
【図12】 実施例1の動作を説明する説明図である。
【図13】 実施例2の動作を説明する説明図である。
【図14】 従来例を示す回路構成図である。
【図15】 同上の動作を説明する説明図である。
【図16】 同上の動作を説明する説明図である。
【図17】 他の従来例を示す回路構成図である。
【図18】 同上の動作を説明する説明図である。
【図19】 同上の動作を説明する説明図である。
【符号の説明】
1 チョッパ回路
2 チョッパ制御回路
3 検出回路
4 極性反転回路
5 制御回路
7 判別回路
8 周波数切換回路
Q0,Q1〜Q4 スイッチング素子
L0,L4 インダクタンス要素
C0,C9 コンデンサ
DL 放電ランプ
Claims (8)
- 電源電圧を断続するチョッパ用スイッチング素子を具備し出力電圧の変動に応じてチョッパ用スイッチング素子による断続周波数を可変して出力電圧を略一定とするチョッパ回路と、少なくとも4つのスイッチング素子を具備しチョッパ回路の出力端間に接続され各スイッチング素子が個別に周期的にスイッチングされてチョッパ回路の出力電圧の極性を周期的に反転させる極性反転回路と、この極性反転回路の出力端間に接続されるインダクタンス要素及びコンデンサの共振回路と、放電ランプに供給される出力を検出する検出回路と、検出回路の検出出力に基づいて無負荷状態を判別し無負荷信号を出力する判別回路と、放電ランプ点灯時には極性反転回路における各スイッチング素子のスイッチング周波数を低い周波数とするとともに無負荷時には無負荷信号に基づいて各スイッチング素子のスイッチング周波数を放電ランプの始動に充分な電圧が得られる高い周波数とする周波数切換回路とを備え、共振回路に接続される放電ランプに共振回路の共振電圧を印加して点灯させる放電灯点灯装置であって、極性反転回路の各スイッチング素子を個別に周期的にスイッチング制御する制御回路を備え、この制御回路は放電ランプの始動直後から一定の期間において無負荷時と同様の高い周波数にて極性反転回路を動作させ、その後に放電ランプ点灯時の低い周波数にて極性反転回路を動作させることを特徴とする放電灯点灯装置。
- 極性反転回路の入力端にフィルタ用のインダクタンス要素を直列に挿入したことを特徴とする請求項1記載の放電灯点灯装置。
- 極性反転回路の入力端間にサージ吸収用のコンデンサを接続したことを特徴とする請求項2記載の放電灯点灯装置。
- フィルタ用のインダクタンス要素と極性反転回路との接続点とチョッパ回路の入力端との間にチョッパ回路側をカソードとしてダイオードを接続したことを特徴とする請求項2記載の放電灯点灯装置。
- 極性反転回路の各スイッチング素子を個別に周期的にスイッチング制御する制御回路を備え、制御回路は判別回路から無負荷信号を受けたときに放電ランプへの印加電圧が断続されるように各スイッチング素子をスイッチング制御することを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の放電灯点灯装置。
- 検出回路は放電ランプに流れるランプ電流あるいはランプ電流に比例した電流値を検出することを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の放電灯点灯装置。
- 検出回路は放電ランプに流れるランプ電流あるいはランプ電流に比例した電圧値を検出することを特徴とする請求項1〜6の何れかに乃至請求項6記載の放電灯点灯装置。
- 検出回路は放電ランプに供給されるランプ電力あるいはランプ電力に比例した電力値を検出することを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の放電灯点灯装置。
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