JP3855155B2 - 放電灯点灯装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバ−タ回路からの高周波電力によって放電灯を点灯させる放電灯の点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６に、従来の放電灯装置の回路図を示す（従来例１）。図において、１は商用電源から得られる直流電源、２及び３は、インバ−タ回路を構成するＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子、４は放電灯の電流を制限するための２つの副巻線を有するチョ−クコイル、５は放電灯、６は放電灯に並列に接続されたコンデンサ、７は結合コンデンサ、１０及び１１は抵抗及びコンデンサからなるＭＯＳＦＥＴ ２の起動回路、チョ−クコイル４の２つの副巻線はそれぞれ抵抗８及び９を介してＭＯＳＦＥＴ ２及び３が交互にＯＮ、ＯＦＦするようそのゲ−ト、ソ−ス間に接続する。
【０００３】
なお、商用電源から直流電源を得る場合の直流電源１の構成例を図７示す。図に示すように、１ａは商用電源、１ｂはダイオ−ドブリッジ、１ｃは例えば昇圧コンバ−タ等から成る定電圧回路で定電圧化された後、平滑コンデンサ１ｄで平滑化され、直流電源として負荷回路出力されるように構成される。
【０００４】
以下、この図６に示した従来例の回路の動作を説明する。図において、直流電源１が投入されると、抵抗１０及びコンデンサ１１からの起動電流によってＭＯＳＦＥＴは交互に高周波数で駆動され放電灯５は点灯に至る。
【０００５】
また、図８に従来の別の放電灯装置の回路図を示す（従来例２）。図において、図６及び図７と同一または相当部分は同一符号で示す。
【０００６】
１３は変流器などで構成される放電灯５の電流検出回路、１２は内部に電圧制御発振器（以下ＶＣＯと呼ぶ）などの発振周波数を可変に制御する回路を内蔵し上記放電灯電流検出回路１３を入力として、常に放電灯５の検出電流を一定にするよう上記ＭＯＳＦＥＴ ２及びＭＯＳＦＥＴ ３からなるインバ−タ回路を他励駆動するインバ−タ制御回路であり、放電灯５の動作周囲温度、経年変化等の影響を受けずに一定の放電灯電流で点灯できるものである。また、放電灯５の検出電流を一定に制御することにより、定格電流が同じで定格電力の異なる複数の放電灯に対応できるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例１では、ＭＯＳＦＥＴの駆動周波数は、いわゆる自励発振回路であるため発振回路を構成する回路定数や負荷の条件に影響される。具体的には、放電灯５の動作周囲温度、経年変化等の影響を受けて放電灯の出力電力が影響を受ける問題があった。
【０００８】
また、図のように構成された同一の点灯回路に定格電流が同一で定格電圧の異なる放電灯を装着した場合、即ち、定格電力の異なる複数の放電灯を１種類の点灯装置で共用しようとした場合に、それぞれの放電灯の定格電力に対応した異なる出力電力で点灯することが困難である問題があった。
【０００９】
また、従来例２では、ＶＣＯを内蔵した高価で複雑な制御回路が必要である問題点があった。
【００１０】
この発明は、従来装置の上記の問題点を解決するためになされたもので、この発明の第１の目的は、放電灯５の電流を周囲動作温度、経年変化等による特性の変化に対して少なくなるように制御する点灯回路を提供することを目的とする。
【００１１】
また、この発明の第２の目的は、同一の点灯装置で定格電流がほぼ同一で定格電力の異なる複数の放電灯をそれぞれの定格電力に対応して点灯することを可能とする点灯回路を提供することを目的とする。
【００１２】
また、この発明の第３の目的は、ＶＣＯなどの高価で複雑な制御回路を必要とせず安価で簡単な構成で上記第１及び第２の目的を達成する点灯回路を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る放電灯点灯装置は、直流電源と、上記直流電源から供給される直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、このインバータ回路に接続されるチョークコイル、放電灯及び結合コンデンサよりなる放電灯負荷回路と、この放電灯負荷回路に設けられた上記チョークコイルの副巻線で上記インバータ回路のスイッチング素子を駆動する放電灯点灯装置において、上記スイッチング素子の発振周波数を検出する周波数検出手段と、
この周波数検出手段により検出された検出発振周波数を直流電圧に変換する周波数−電圧変換手段と、この周波数−電圧変換手段の出力に基づいて、予め定めた発振周波数に近づくように上記スイッチング素子の発振周波数を変化させることにより上記放電灯の電流を制御する制御手段を備える。
【００１４】
また、周波数検出手段は、放電灯負荷回路に設けられたチョークコイルの副巻線に発生する高周波電圧を積分する積分回路の出力電圧に基づいて、スイッチング素子の発振周波数を検出するものである。
【００１５】
また、周波数−電圧変換手段は、周波数検出手段の出力を非反転入力に、出力をダイオードを介して反転入力に入力し、周波数検出手段の出力のピーク値を直流電圧に変換する演算増幅器を備える。
【００１６】
また、周波数−直流電圧変換手段は、周波数検出手段の出力のピーク値から整流電圧を得る整流回路と、この整流回路の上記整流電圧を非反転入力に、出力をエミッタフォロア接続されたトランジスタのベースに、上記エミッタフォロア接続された上記トランジスタのエミッタからダイオードを介して反転入力に電圧帰還するよう接続された演算増幅器とを備える。
【００１７】
また、演算増幅器を比較器に代え、上記比較器の出力端子から直流電源の正極に接続される抵抗と、上記直流電源の負極に接続されるコンデンサとを備える。
【００１８】
また、制御手段は、周波数−電圧変換手段の出力を反転入力に、予め定めた発振周波数を制御する基準電圧を非反転入力に入力する演算増幅器を備え、上記演算増幅器の出力によりスイッチング素子の発振周波数を変化させるものである。
【００１９】
また、基準電圧を直流電源の負極に接続されたツェナーダイオードから得るようにしたものである。
【００２０】
また、制御手段は、検出されたスイッチング素子の発振周波が予め定めた値より低いときに、上記スイッチング素子の発振周波数を高め、予め定めた値になるようにするように制御するものである。
【００２１】
また、制御手段は、定格電流が等しいか、または、概略等しい複数の全ての種類の放電灯に対して、周波数検出手段により検出された検出発振周波数を予め定めた値より大きくするように制御し、上記複数の種類の放電灯が１つの種類の装置で置換装着できるようにしたものである。
【００２２】
また、制御手段は、定格電流が等しいか、または、概略等しい複数種類の放電灯のうち、定格出力の大きいものを選択し、そのうち大きい順に少なくとも１種類以上の放電灯を除いた残りの放電灯に対して、検出されるスイッチング素子の発振周波が予め定めた値より大きくするように制御し、上記複数の種類の放電灯が１つの種類の装置で置換装着できるようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である放電灯点灯装置の構成を示す回路図、図２は動作波形説明図、図３は動作特性説明図である。図１において、１は商用電源から得られる直流電源、２及び３は、インバ−タ回路を構成するＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子、４は放電灯の電流を制限するための２つの副巻線を有するチョ−クコイル、５は放電灯、６は放電灯に並列に接続されたコンデンサ、７は結合コンデンサ、１０及び１１は抵抗及びコンデンサからなるＭＯＳＦＥＴ ２の起動回路、チョ−クコイル４の２つの副巻線はそれぞれ抵抗８及び９を介してＭＯＳＦＥＴ ２及び３が交互にＯＮ、ＯＦＦするようそのゲ−ト、ソ−ス間に接続する。なお、副巻線の端子ａｂ及びｃｄは図示の極性でＭＯＳＦＥＴ ２及びＭＯＳＦＥＴ ３に接続される。
【００２４】
７１はスイッチング素子の発振周波数を検出する周波数検出手段、７２は周波数検出手段７１により検出された検出発振周波数に対応した直流電圧に変換する周波数−電圧変換手段、７３は周波数−電圧変換手段７２の出力に基づいて、スイッチング素子の発振周波数を変化させることにより上記放電灯の電流を制御する制御手段である。
【００２５】
周波数検出手段７１は、チョ−クコイル４の副巻線ｃｄ間に直列に接続された抵抗２１、２２、抵抗２１、２２の接続点がベースに、エミッタが副巻線ｃｄのｃ端子側に、コレクタが抵抗２３を介して安定化された直流電源Ｖｃに、それぞれ接続されたトランジスタ２４、トランジスタ２４のコレクタとエミッタの間に接続されたコンデンサ２５から構成される。周波数−電圧変換手段は、非反転入力端子はトランジスタ２４のコレクタに、反転入力端子は出力端子にアノ−ドが接続されたダイオ−ド２８のカソ−ドに接続された演算増幅器（以下ＯＰ ＡＭＰと呼ぶ）２６、ダイオ−ド２８のカソ−ドとトランジスタ２４のエミッタ間に並列に接続されたコンデンサ２７及び抵抗２９から構成される。なお、抵抗２３とコンデンサ２５は放電灯負荷回路に設けられたチョークコイルの副巻線に発生する高周波電圧を積分する積分回路である。
【００２６】
制御手段７３は、直流電源Ｖｃとトランジスタ２４のエミッタ間に直列に接続された抵抗３０及び３１、反転入力端子が抵抗３２を介してダイオ−ド２８のカソ−ドに、非反転入力端子が抵抗３０及び３１の接続点にそれぞれ接続されたＯＰＡＭＰ３４、ＯＰＡＭＰ３４の反転入力端子と出力端子間接続された抵抗３３、ＯＰ ＡＭＰ３４の出力とＭＯＳＦＥＴ ３のゲ−トに直列に接続された抵抗３６、ダイオ−ド３５から構成される。
なお、ＯＰＡＭＰ２６及びＯＰ ＡＭＰ３４の駆動電源は、制御電源Ｖｃに接続される。
【００２７】
次に、図１、図２により基本的な動作を説明する。図２（ａ）は発振周波数が低い場合のコンデンサ２５の電圧、同図（ｂ）は同図（ａ）に対応したコンデンサ２７の電圧、同図（ｃ）は発振周波数が高い場合のコンデンサ２５の電圧、同図（ｄ）は同図（ｃ）に対応したコンデンサ２７の電圧を示す。
図１において、直流電源１が投入されると、抵抗１０及びコンデンサ１１からの起動電流によってＭＯＳＦＥＴ ２がＯＮし、その後はＭＯＳＦＥＴ ３及びＭＯＳＦＥＴ ２が交互にチョ−クコイル４の副巻線に発生した電圧で高周波駆動され放電灯５は点灯する。
【００２８】
また、周波数検出手段７１のトランジスタ２４はチョ−クコイル４の副巻線に発生した高周波電圧がそのベ−スに印加されているため１サイクル毎にＯＮ、ＯＦＦを繰り返す。この時、トランジスタ２４がＯＮからＯＦＦに転じた後、そのコレクタ電圧はコンデンサ２５と抵抗２３の積分作用により図２（ａ）、または、図２（ｃ）の波形図のようになる。積分された電圧のピ−ク値はトランジスタ２４のＯＦＦ期間が長い場合は大きく、ＯＦＦ期間が短い場合は小さい。換言すれば、発振周波数が小さい場合は、コンデンサ２５の電圧のピ−ク値は、図２（ａ）のように大きく、発振周波数が大きい場合は図２（ｃ）のように小さくなる。
【００２９】
コンデンサ２５の電圧は、周波数−電圧変換手段７２のＯＰ ＡＭＰ２６及びダイオ−ド２８でピ−ク検出されコンデンサ２７の両端には図２（ｂ）または（ｄ）に示すように、発振周波数に対応した直流電圧が得られる。
【００３０】
コンデンサ２７の電圧は、制御手段７３のＯＰ ＡＭＰ３４の反転入力に印加され、抵抗３０及び抵抗３１で与えられる基準電圧と比較増幅されて、コンデンサ２７の電圧が大きい場合はＯＰＡＭＰ３４の出力電圧は小さく、コンデンサ２７の電圧が小さい場合はＯＰ ＡＭＰ３４の出力電圧が大きくなる。即ち、チョ−クコイル４の副巻線ｃｄから得られる発振周波数に対応してＯＰ ＡＭＰ３４の出力電圧の大きさが変化し、これによってＭＯＳＦＥＴ ３のＯＮからＯＦＦに転ずるタイミングが変わるため、仮に、発振周波数が小さくなればＯＰ ＡＭＰ３４の出力電圧が小さくなり、副巻線ｃｄから抵抗９を介してＭＯＳＦＥＴ ３のゲートに流れる電流は、ダイオード３５、抵抗３６を介してＯＰ ＡＭＰ３４に流れるためインバータ回路の発振周波数は高くなり、周波数変動を補正するように作用する。
【００３１】
抵抗２３及びコンデンサ２５の積分定数及びＯＰ ＡＭＰ３４の増幅率を抵抗３３により適当に定めることで、周波数の変動に対する周波数の補正量の大きさを、また、ＯＰ ＡＭＰ３４の非反転入力端子に与える基準電圧を抵抗３０及び抵抗３１で適当に定めることにより、ＯＰ ＡＭＰ３４の出力が低下し始める発振周波数を、即ち、周波数変動に対する補正を開始する周波数を定めることができる。
【００３２】
また、ＯＰ ＡＭＰ３４の非反転入力に与える基準電圧を変化させることで、発振周波数が小さくなるように変動した場合に、その値を高くなるように補正する発振周波数の値を定めて制御する。
【００３３】
同様にして、ランプの周囲温度、経年変化による特性の変化等によって、発振周波数が変動したときは、その変動を小さく補正するように制御する。
【００３４】
次に、同一の点灯装置に定格電流が同じで、定格電力の異なる複数の放電灯Ａ、Ｂ及びＣを装着した場合の動作について図３により説明する。
図３は、同一の点灯装置に定格電流が同じで、定格電力の異なる複数の放電灯Ａ、Ｂ及びＣを装着した場合の動作特性を示した図である。図３（ａ）は、 図６に示した従来の放電灯点灯装置の動作特性説明図であり、また、図３（ｂ）及び図３（Ｃ）は図１に示したこの発明の放電灯点灯装置の動作特性を示した図である。なお、放電灯の定格電力はＡが小、Ｂが中、Ｃが大である。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、図６に示す従来の実施例では定格電力の小さい放電灯を装着した場合、定格電力の大きい放電灯を装着した場合に比べて放電灯５の両端電圧が小さく、従ってチョ−クコイル４の電圧が大きくなり、そのため、チョ−クコイル４の副巻線の電圧が大きくなり、スイッチング素子の発振周波数が相対的に小さくなる。このように、発振周波数が小さくなると、チョ−クコイル４のインダクタンスに対応して放電灯５の電流が相対的に増加し、定格電流が同じで定格電力の異なる複数の放電灯を同一の電流で点灯することが困難である問題点があった。
【００３６】
しかし、図１に示したこの発明の放電灯点灯装置において、ＯＰ ＡＭＰ３４の出力が低下し始める周波数を図３（ｂ）に図示したｆ１のように、放電灯Ｃの発振周波数より高くなるように、即ち、放電灯Ａ、Ｂ、Ｃ全ての放電灯の発振周波数より高くなるように抵抗３０及び抵抗３１を選定してＯＰ ＡＭＰ３４の非反転入力端子の電圧を定めれば、ｆ１より小さい発振周波数領域はｆ１の発振周波数で一定にすることができる。ここで、直流電源１の値を放電灯の両端電圧に比べ大きな適当な値に選定すれば、放電灯Ａ、放電灯Ｂ及び放電灯Ｃの電流を実用的な範囲で概略等しくすることができる。即ち、本実施例によれば、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を同一の点灯装置に装着してもその定格電力に対応した電力で点灯することができ、放電灯点灯装置の種類を減らすことができる。
【００３７】
また、図３（Ｃ）は図１に示したこの発明の放電灯点灯装置において、ＯＰ ＡＭＰ３４の出力が低下し始める周波数ｆ１を図示のように放電灯Ｃの発振周波数より小さく、放電灯Ａ及び放電灯Ｂの発振周波数より高くなる値になるように抵抗３０及び抵抗３１を選定してＯＰ ＡＭＰ３４の非反転入力端子の電圧を定めた場合で、定格出力の大きい放電灯Ｃについては制御しないようにしたものであるが、ｆ１より小さい発振周波数領域はｆ１の発振周波数で一定にすることができる。この場合でも、周波数が低下し始める周波数ｆ１及び直流電源１の値を適当に選定すれば放電灯Ａ及び放電灯Ｂの電流を放電灯Ｃの電流と実用的な範囲で概略等しくすることができるとともに、定格電力の大きい放電灯Ｃを装着している場合、即ち、発熱の大きい放電灯を装着している場合は、ＯＰ ＡＭＰ３４の出力電位は高くなり、その損失も小さくなるので点灯回路装置の熱設計上有利になる。
【００３８】
以上のように、本実施の形態によれば、発振周波数の変動に対する周波数の補正量の大きさと、周波数変動に対する補正を開始する発振周波数を定めることができるので、放電灯の電流を予め定めた目標の値に制御することができる。
また、ランプの周囲温度、経年変化による特性の変化等によって、発振周波数が変動しても、その変動を小さく補正するように制御することが出来、放電灯の電流を上記変化に対して概略一定に安定化できる。
また、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を同一の点灯装置に装着してもその定格電力に対応した電力で点灯することができ、放電灯点灯装置の種類を減らすことができる。
また、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を同一の点灯装置に装着しても発熱の大きい放電灯を装着している場合は、ＯＰ ＡＭＰ３４の出力電位は高くなり、その損失も小さくなるので点灯回路装置の熱設計上有利になる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、複数の放電灯Ａ、Ｂ及びＣを装着した場合、図３（Ｃ）に示すように周波数ｆ１を放電灯Ｃの発振周波数より小さく、放電灯Ａ及び放電灯Ｂの発振周波数より高くなる値になるようにし、放電灯Ｃを除いた制御をする場合を示したが、制御しない放電灯を定格出力の大きいもの１つだけでなく、定格出力の大きいものを選択し、そのうち、大きい順に複数個選択してもよ
【００４０】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２である放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図において、図１と同一または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。
【００４１】
本実施の形態は実施の形態１の図１で示したＯＰ ＡＭＰ３４の非反転入力の基準電圧を定める抵抗の代わりにツェナ−ダイオ−ド４１を使用したものである。
動作は実施の形態と同様であるが、発振周波数に対応したコンデンサ２７の電圧が、ツェナ−ダイオ−ド４１の電圧より大きい場合に、ＯＰ ＡＭＰ３４の出力が低下し、発振周波数を高くする。
【００４２】
従って、ツェナ−ダイオ−ド４１の電圧を適当に定めることによって、実施の形態１と同じ効果が得られる。
【００４３】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３である放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図において、図１と同一または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。
【００４４】
放電灯の発振周波数はテレビなどの赤外線リモコンの搬送信号周波数などとの混信を避けるため４０ＫＨｚ程度以上の高周波数に設定される。仮に、最低発振周波数を４０ＫＨｚに定めたすると、複数の放電灯を装着することを勘案し発振周波数範囲が概略４０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ程度の範囲で変動しても回路動作的にそれに追従できる回路素子を選定する必要がある。
図２（Ｃ）において、仮に発振周波数が１００ＫＨｚの場合に発振周波数の変動に対して精度良く５Ｖ程度のピ−ク値を持つ三角波信号を検出する場合は、 実施の形態１、２で示した図１、図４のピ−ク検出用ＯＰ ＡＭＰ２６は、１０Ｖ／μｓ程度のスル−レ−トを持つ高速で高価なものが必要になる。
【００４５】
本実施の形態は高速で高価なスル−レ−トを持つＯＰ ＡＭＰを必要としないものである。
【００４６】
図５において、周波数−電圧変換手段７２は、アノ−ドがトランジスタ２４のコレクタに、カソ−ドがＯＰ ＡＭＰ５６の非反転入力端子に接続されたダイオ−ド５１とダイオ−ド５１のアノードとトランジスタ２４のエミッタ間に接続されたコンデンサ２５からなり、コンデンサ２５に得られた三角波のピ−ク値をコンデンサ５２の両端に直流電圧として出力する整流回路、コンデンサ５２に並列に接続された放電抵抗５３、整流回路の整流電圧を非反転入力に、出力をエミッタフォロア接続されたトランジスタ５７のベ−スに、トランジスタ５７のエミッタからダイオ−ド５５を介して反転入力に電圧帰還するよう接続されたＯＰ ＡＭＰ５６、ＯＰ ＡＭＰ５６の反転入力とトランジスタ２４のエミッタ間に接続された抵抗５４、トランジスタ５７のエミッタとトランジスタ２４のエミッタ間に接続された抵抗５８から構成される。
なお、トランジスタ５７のコレクタは直流電源Ｖｃに接続され、図示してないがＯＰ ＡＭＰ５６の駆動電源も直流電源Ｖｃに接続されている。
【００４７】
制御回路７３は、抵抗５８に並列に直列接続された抵抗５９、６０、反転入力端子が抵抗６０及び抵抗６１の接続点に、アノ−ドが抵抗５８と抵抗６０の接続点に接続され、内部の非反転入力端子に基準電圧を与えるツェナ−ダイオ−ドを内蔵したＯＰ ＡＭＰ（以降、可変３端子レギュレ−タと呼ぶ）６２、可変３端子レギュレ−タ６２の反転入力端子と出力端子（以降、カソ−ドと呼ぶ）間に接続された抵抗６１から構成される。なお、可変３端子レギュレ−タとしては、例えば日立製ＨＡ１７４３１シリ−ズ等がこれに該当する。
【００４８】
図５の周波数−電圧変換手段７２において、以下の（１）式が成り立つ。
ＶＣ５２＝ＶＣ２５−ＶＤ５１ （１）
ここで ＶＣ２５：コンデンサ２５の電圧のピ−ク値
ＶＣ５２：コンデンサ５２に得られる直流電圧
ＶＤ５１：ダイオ−ド５１の順方向降下電圧
また、ＯＰ ＡＭＰ５６の反転入力端子は（１）式のＶＣ５２と一致するように動作するので以下の（２）式が成り立つ。
ＶＣ５２＝ＶＲ５４＝ＶＲ５８−ＶＤ５５ （２）
ここで ＶＲ５４：抵抗５４の電圧
ＶＲ５８：抵抗５８の電圧
ＶＤ５５：ダイオ−ド５５の順方向降下電圧
（２）式に（１）式を代入すれば、以下の（３）式が成り立つ。
ＶＣ２５−ＶＤ５１＝ＶＲ５８−ＶＤ５５ （３）
（３）式を整理すると、以下の（４）式となる。
ＶＲ５８＝ＶＣ２５−（ＶＤ５１−ＶＤ５５） （４）
ここで、ＶＤ５１＝ＶＤ５５に成るように、ダイオ−ド５１及びダイオ−ド５５を選定すれば 以下の（５）式が成り立つ。
ＶＲ５８＝ＶＣ２５ （５）
【００４９】
即ち、抵抗５８の両端には、発振周波数に対応した電圧であるコンデンサ２５のピ−ク値に等しい直流電圧が得られる。そして、抵抗５８の電圧を制御手段７３の抵抗５９及び抵抗６０で分圧し、発振周波数が低下し始める電圧を与え、抵抗６１で増幅率を定めれば、図１及び図４にそれぞれ示した実施の形態１、２と同じ制御が可能となる。
【００５０】
以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１、２と同じ効果が得られる。
また、トランジスタ５７はエミッタフォロア接続されているので、抵抗５９及び抵抗６０の直列回路に対する出力インピ−ダンスは小さく、抵抗５８の両端電圧の抵抗５９及び抵抗６０の直列抵抗値による影響を小さくできる。
また、コンデンサ２５に得られる立ち上がり速度の速い三角波のピ−ク値を直流に変換する手段として価格の安いダイオ−ド５１とコンデンサ５２を用い、一旦直流に変換した後で、価格の安い低速度のＯＰ ＡＭＰ５６、エミッタフォロア接続されたトランジスタ５７等を用いてダイオ−ド５１の順方向電圧降下分の補正や得られた直流電圧の出力インピ−ダンス変換を行っているので、安価で大きい発振周波数まで制御可能とすることができる。
【００５１】
なお、３端子レギュレ−タ６２を、図１及び図４におけるＯＰ ＡＭＰ３４の構成にしてもよい。
【００５２】
また、本実施例によればＯＰ ＡＭＰ５６の入出力は直流電圧信号なので、実用的にはＯＰ ＡＭＰよりもさらに安価な比較器（以降、コンパレ−タと呼ぶ）でこれを代替することが可能である。ＯＰ ＡＭＰ５６をオ−プンコレクタ出力のコンパレ−タで代替する場合は、その出力端子にＶｃに接続される抵抗と、Ｖｃの負極に接続される動作を安定化させるコンデンサを追加付加すれば置換可能である。
【００５３】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００５４】
この発明に係る放電灯点灯装置は、直流電源と、上記直流電源から供給される直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、このインバータ回路に接続されるチョークコイル、放電灯及び結合コンデンサよりなる放電灯負荷回路と、この放電灯負荷回路に設けられた上記チョークコイルの副巻線で上記インバータ回路のスイッチング素子を駆動する放電灯点灯装置において、上記スイッチング素子の発振周波数を検出する周波数検出手段と、
この周波数検出手段により検出された検出発振周波数を直流電圧に変換する周波数−電圧変換手段と、この周波数−電圧変換手段の出力に基づいて、予め定めた発振周波数に近づくように上記スイッチング素子の発振周波数を変化させることにより上記放電灯の電流を制御する制御手段を備えたので、発振周波数の変動に対する周波数の補正量の大きさと、周波数変動に対する補正を開始する発振周波数を定めることができるので、放電灯の電流を予め定めた目標の値に制御することができる。
また、ランプの周囲温度、経年変化による特性の変化等によって、発振周波数が変動しても、その変動を小さく補正するように制御することが出来、放電灯の電流を上記変化に対して概略一定に安定化できる。
また、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を同一の点灯装置に装着しても その定格電力に対応した電力で点灯することができ、放電灯点灯装置の種類を減らすことができる。
【００５５】
また、周波数検出手段は、放電灯負荷回路に設けられたチョークコイルの副巻線に発生する高周波電圧を積分する積分回路の出力電圧に基づいて、スイッチング素子の発振周波数を検出するので、変流器などで構成される放電灯の電流検出回路、ＶＣＯを内蔵した高価で複雑な制御回路などが不要で安価にすることができる。
【００５６】
また、周波数−電圧変換手段は、周波数検出手段の出力を非反転入力に、出力をダイオードを介して反転入力に入力し、周波数検出手段の出力のピーク値を直流電圧に変換する演算増幅器を備えたので、変流器などで構成される放電灯の電流検出回路、ＶＣＯを内蔵した高価で複雑な制御回路などが不要で安価にすることができる。
【００５７】
また、周波数−直流電圧変換手段は、周波数検出手段の出力のピーク値から整流電圧を得る整流回路と、この整流回路の上記整流電圧を非反転入力に、出力をエミッタフォロア接続されたトランジスタのベースに、上記エミッタフォロア接続された上記トランジスタのエミッタからダイオードを介して反転入力に電圧帰還するよう接続された演算増幅器とを備えたので、高価で高速なＯＰ ＡＭＰを不要にすることができる。
【００５８】
また、演算増幅器を比較器に代え、上記比較器の出力端子から直流電源の正極に接続される抵抗と、上記直流電源の負極に接続されるコンデンサと、を備えたので、さらに安価にすることができる
【００５９】
また、制御手段は、周波数−電圧変換手段の出力を反転入力に、予め定めた発振周波数を制御する基準電圧を非反転入力に入力する演算増幅器を備え、上記演算増幅器の出力によりスイッチング素子の発振周波数を変化させるので、発振周波数の変動に対する周波数の補正量の大きさと、周波数変動に対する補正を開始する発振周波数を定めることができるので、放電灯の電流を予め定めた目標の値に制御することができる。
また、ランプの周囲温度、経年変化による特性の変化等によって、発振周波数が変動しても、その変動を小さく補正するように制御することが出来、放電灯の電流を上記変化に対して概略一定に安定化できる。
また、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を同一の点灯装置に装着してもその定格電力に対応した電力で点灯することができ、放電灯点灯装置の種類を減らすことができる。
【００６０】
また、基準電圧を直流電源の負極に接続されたツェナーダイオードから得るようにしたので、発振周波数の変動に対する周波数の補正量の大きさと、周波数変動に対する補正を開始する発振周波数を定めることができるので、放電灯の電流を予め定めた目標の値に制御することができる。
【００６１】
また、制御手段は、検出されたスイッチング素子の発振周波が予め定めた値より低いときに、上記スイッチング素子の発振周波数を高め、予め定めた値になるようにするように制御するので、放電灯の電流を予め定めた目標の値に制御することができる。
また、ランプの周囲温度、経年変化による特性の変化等によって、発振周波数が変動しても、その変動を補正するように制御することが出来、放電灯の電流を上記変化に対して概略一定に安定化できる。
また、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を同一の点灯装置に装着してもその定格電力に対応した電力で点灯することができ、放電灯点灯装置の種類を減らすことができる。
【００６２】
また、制御手段は、定格電流が等しいか、または、概略等しい複数の全ての種類の放電灯に対して、周波数検出手段により検出された検出発振周波数を予め定めた値より大きくするように制御し、上記複数の種類の放電灯が１つの種類の装置で置換装着できるようにしたので、放電灯の電流を予め定めた目標の値に制御することができる。
また、ランプの周囲温度、経年変化による特性の変化等によって、発振周波数が変動しても、その変動を補正するように制御することが出来、放電灯の電流を上記変化に対して概略一定に安定化できる。
また、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を 同一の点灯装置に装着してもその定格電力に対応した電力で点灯することができ、放電灯点灯装置の種類を減らすことができる。
【００６３】
また、制御手段は、定格電流が等しいか、または、概略等しい複数種類の放電灯のうち、定格出力の大きいものを選択し、そのうち大きい順に少なくとも１種類以上の放電灯を除いた残りの放電灯に対して、検出されるスイッチング素子の発振周波が予め定めた値より大きくするように制御し、上記複数の種類の放電灯が１つの種類の装置で置換装着できるようにしたので、放電灯の電流を予め定めた目標の値に制御することができる。
また、ランプの周囲温度、経年変化による特性の変化等によって、発振周波数が変動しても、その変動を補正するように制御することが出来、放電灯の電流を上記変化に対して 概略一定に安定化できる。
また、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を同一の点灯装置に装着してもその定格電力に対応した電力で点灯することができ、放電灯点灯装置の種類を減らすことができる。
また、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を同一の点灯装置に装着しても 発熱の大きい放電灯を装着している場合は、ＯＰ ＡＭＰ３４の出力電位は高くなり、その損失も小さくなるので点灯回路装置の熱設計上有利にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の放電灯点灯装置を示す回路図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の放電灯点灯装置の動作波形説明図である。
【図３】 この発明の実施の形態１の放電灯点灯装置の動作特性説明図である。
【図４】 この発明の実施の形態２の放電灯点灯装置を示す回路図である。
【図５】 この発明の実施の形態３の放電灯点灯装置を示す回路図である。
【図６】 従来の放電灯点灯装置の回路図である。
【図７】 従来の放電灯点灯装置の直流電源の構成を示す回路図である。
【図８】 従来の放電灯点灯装置の別の回路図である。
【符号の説明】
１ 直流電源、２、３ ＭＯＳＦＥＴ、４ チョ−クコイル、ａｂ チョ−クコイル４の副巻線、ｃｄ チョ−クコイル４の副巻線、５ 放電灯、６ コンデンサ、７ 結合コンデンサ、８、９、１０ 抵抗、１１ コンデンサ、２１、２２、２３ 抵抗、２４ トランジスタ、２５ コンデンサ、２６ ＯＰアンプ、２７ コンデンサ、２９、３０、３１、３２、３３ 抵抗、３４ ＯＰアンプ、３５ ダイオ−ド、３６ 抵抗、Ｖｃ 直流制御電源、４１ ツェナ−ダイオ−ド、５１ ダイオ−ド、５２ コンデンサ、５４、５５ 抵抗、５５ ダイオ−ド、５６ ＯＰアンプ、５７ トランジスタ、５８、５９、６０、６１ 抵抗、６２ 可変３端子レギュレ−タ、７１ 周波数検出手段、７２ 周波数−電圧変換手段、７３ 制御手段。
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバ−タ回路からの高周波電力によって放電灯を点灯させる放電灯の点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６に、従来の放電灯装置の回路図を示す（従来例１）。図において、１は商用電源から得られる直流電源、２及び３は、インバ−タ回路を構成するＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子、４は放電灯の電流を制限するための２つの副巻線を有するチョ−クコイル、５は放電灯、６は放電灯に並列に接続されたコンデンサ、７は結合コンデンサ、１０及び１１は抵抗及びコンデンサからなるＭＯＳＦＥＴ ２の起動回路、チョ−クコイル４の２つの副巻線はそれぞれ抵抗８及び９を介してＭＯＳＦＥＴ ２及び３が交互にＯＮ、ＯＦＦするようそのゲ−ト、ソ−ス間に接続する。
【０００３】
なお、商用電源から直流電源を得る場合の直流電源１の構成例を図７示す。図に示すように、１ａは商用電源、１ｂはダイオ−ドブリッジ、１ｃは例えば昇圧コンバ−タ等から成る定電圧回路で定電圧化された後、平滑コンデンサ１ｄで平滑化され、直流電源として負荷回路出力されるように構成される。
【０００４】
以下、この図６に示した従来例の回路の動作を説明する。図において、直流電源１が投入されると、抵抗１０及びコンデンサ１１からの起動電流によってＭＯＳＦＥＴは交互に高周波数で駆動され放電灯５は点灯に至る。
【０００５】
また、図８に従来の別の放電灯装置の回路図を示す（従来例２）。図において、図６及び図７と同一または相当部分は同一符号で示す。
【０００６】
１３は変流器などで構成される放電灯５の電流検出回路、１２は内部に電圧制御発振器（以下ＶＣＯと呼ぶ）などの発振周波数を可変に制御する回路を内蔵し上記放電灯電流検出回路１３を入力として、常に放電灯５の検出電流を一定にするよう上記ＭＯＳＦＥＴ ２及びＭＯＳＦＥＴ ３からなるインバ−タ回路を他励駆動するインバ−タ制御回路であり、放電灯５の動作周囲温度、経年変化等の影響を受けずに一定の放電灯電流で点灯できるものである。また、放電灯５の検出電流を一定に制御することにより、定格電流が同じで定格電力の異なる複数の放電灯に対応できるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例１では、ＭＯＳＦＥＴの駆動周波数は、いわゆる自励発振回路であるため発振回路を構成する回路定数や負荷の条件に影響される。具体的には、放電灯５の動作周囲温度、経年変化等の影響を受けて放電灯の出力電力が影響を受ける問題があった。
【０００８】
また、図のように構成された同一の点灯回路に定格電流が同一で定格電圧の異なる放電灯を装着した場合、即ち、定格電力の異なる複数の放電灯を１種類の点灯装置で共用しようとした場合に、それぞれの放電灯の定格電力に対応した異なる出力電力で点灯することが困難である問題があった。
【０００９】
また、従来例２では、ＶＣＯを内蔵した高価で複雑な制御回路が必要である問題点があった。
【００１０】
この発明は、従来装置の上記の問題点を解決するためになされたもので、この発明の第１の目的は、放電灯５の電流を周囲動作温度、経年変化等による特性の変化に対して少なくなるように制御する点灯回路を提供することを目的とする。
【００１１】
また、この発明の第２の目的は、同一の点灯装置で定格電流がほぼ同一で定格電力の異なる複数の放電灯をそれぞれの定格電力に対応して点灯することを可能とする点灯回路を提供することを目的とする。
【００１２】
また、この発明の第３の目的は、ＶＣＯなどの高価で複雑な制御回路を必要とせず安価で簡単な構成で上記第１及び第２の目的を達成する点灯回路を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る放電灯点灯装置は、直流電源と、上記直流電源から供給される直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、このインバータ回路に接続されるチョークコイル、放電灯及び結合コンデンサよりなる放電灯負荷回路と、この放電灯負荷回路に設けられた上記チョークコイルの副巻線で上記インバータ回路のスイッチング素子を駆動する放電灯点灯装置において、上記スイッチング素子の発振周波数を検出する周波数検出手段と、
この周波数検出手段により検出された検出発振周波数を直流電圧に変換する周波数−電圧変換手段と、この周波数−電圧変換手段の出力に基づいて、予め定めた発振周波数に近づくように上記スイッチング素子の発振周波数を変化させることにより上記放電灯の電流を制御する制御手段を備える。
【００１４】
また、周波数検出手段は、放電灯負荷回路に設けられたチョークコイルの副巻線に発生する高周波電圧を積分する積分回路の出力電圧に基づいて、スイッチング素子の発振周波数を検出するものである。
【００１５】
また、周波数−電圧変換手段は、周波数検出手段の出力を非反転入力に、出力をダイオードを介して反転入力に入力し、周波数検出手段の出力のピーク値を直流電圧に変換する演算増幅器を備える。
【００１６】
また、周波数−直流電圧変換手段は、周波数検出手段の出力のピーク値から整流電圧を得る整流回路と、この整流回路の上記整流電圧を非反転入力に、出力をエミッタフォロア接続されたトランジスタのベースに、上記エミッタフォロア接続された上記トランジスタのエミッタからダイオードを介して反転入力に電圧帰還するよう接続された演算増幅器とを備える。
【００１７】
また、演算増幅器を比較器に代え、上記比較器の出力端子から直流電源の正極に接続される抵抗と、上記直流電源の負極に接続されるコンデンサとを備える。
【００１８】
また、制御手段は、周波数−電圧変換手段の出力を反転入力に、予め定めた発振周波数を制御する基準電圧を非反転入力に入力する演算増幅器を備え、上記演算増幅器の出力によりスイッチング素子の発振周波数を変化させるものである。
【００１９】
また、基準電圧を直流電源の負極に接続されたツェナーダイオードから得るようにしたものである。
【００２０】
また、制御手段は、検出されたスイッチング素子の発振周波が予め定めた値より低いときに、上記スイッチング素子の発振周波数を高め、予め定めた値になるようにするように制御するものである。
【００２１】
また、制御手段は、定格電流が等しいか、または、概略等しい複数の全ての種類の放電灯に対して、周波数検出手段により検出された検出発振周波数を予め定めた値より大きくするように制御し、上記複数の種類の放電灯が１つの種類の装置で置換装着できるようにしたものである。
【００２２】
また、制御手段は、定格電流が等しいか、または、概略等しい複数種類の放電灯のうち、定格出力の大きいものを選択し、そのうち大きい順に少なくとも１種類以上の放電灯を除いた残りの放電灯に対して、検出されるスイッチング素子の発振周波が予め定めた値より大きくするように制御し、上記複数の種類の放電灯が１つの種類の装置で置換装着できるようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である放電灯点灯装置の構成を示す回路図、図２は動作波形説明図、図３は動作特性説明図である。図１において、１は商用電源から得られる直流電源、２及び３は、インバ−タ回路を構成するＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子、４は放電灯の電流を制限するための２つの副巻線を有するチョ−クコイル、５は放電灯、６は放電灯に並列に接続されたコンデンサ、７は結合コンデンサ、１０及び１１は抵抗及びコンデンサからなるＭＯＳＦＥＴ ２の起動回路、チョ−クコイル４の２つの副巻線はそれぞれ抵抗８及び９を介してＭＯＳＦＥＴ ２及び３が交互にＯＮ、ＯＦＦするようそのゲ−ト、ソ−ス間に接続する。なお、副巻線の端子ａｂ及びｃｄは図示の極性でＭＯＳＦＥＴ ２及びＭＯＳＦＥＴ ３に接続される。
【００２４】
７１はスイッチング素子の発振周波数を検出する周波数検出手段、７２は周波数検出手段７１により検出された検出発振周波数に対応した直流電圧に変換する周波数−電圧変換手段、７３は周波数−電圧変換手段７２の出力に基づいて、スイッチング素子の発振周波数を変化させることにより上記放電灯の電流を制御する制御手段である。
【００２５】
周波数検出手段７１は、チョ−クコイル４の副巻線ｃｄ間に直列に接続された抵抗２１、２２、抵抗２１、２２の接続点がベースに、エミッタが副巻線ｃｄのｃ端子側に、コレクタが抵抗２３を介して安定化された直流電源Ｖｃに、それぞれ接続されたトランジスタ２４、トランジスタ２４のコレクタとエミッタの間に接続されたコンデンサ２５から構成される。周波数−電圧変換手段は、非反転入力端子はトランジスタ２４のコレクタに、反転入力端子は出力端子にアノ−ドが接続されたダイオ−ド２８のカソ−ドに接続された演算増幅器（以下ＯＰ ＡＭＰと呼ぶ）２６、ダイオ−ド２８のカソ−ドとトランジスタ２４のエミッタ間に並列に接続されたコンデンサ２７及び抵抗２９から構成される。なお、抵抗２３とコンデンサ２５は放電灯負荷回路に設けられたチョークコイルの副巻線に発生する高周波電圧を積分する積分回路である。
【００２６】
制御手段７３は、直流電源Ｖｃとトランジスタ２４のエミッタ間に直列に接続された抵抗３０及び３１、反転入力端子が抵抗３２を介してダイオ−ド２８のカソ−ドに、非反転入力端子が抵抗３０及び３１の接続点にそれぞれ接続されたＯＰＡＭＰ３４、ＯＰＡＭＰ３４の反転入力端子と出力端子間接続された抵抗３３、ＯＰ ＡＭＰ３４の出力とＭＯＳＦＥＴ ３のゲ−トに直列に接続された抵抗３６、ダイオ−ド３５から構成される。
なお、ＯＰＡＭＰ２６及びＯＰ ＡＭＰ３４の駆動電源は、制御電源Ｖｃに接続される。
【００２７】
次に、図１、図２により基本的な動作を説明する。図２（ａ）は発振周波数が低い場合のコンデンサ２５の電圧、同図（ｂ）は同図（ａ）に対応したコンデンサ２７の電圧、同図（ｃ）は発振周波数が高い場合のコンデンサ２５の電圧、同図（ｄ）は同図（ｃ）に対応したコンデンサ２７の電圧を示す。
図１において、直流電源１が投入されると、抵抗１０及びコンデンサ１１からの起動電流によってＭＯＳＦＥＴ ２がＯＮし、その後はＭＯＳＦＥＴ ３及びＭＯＳＦＥＴ ２が交互にチョ−クコイル４の副巻線に発生した電圧で高周波駆動され放電灯５は点灯する。
【００２８】
また、周波数検出手段７１のトランジスタ２４はチョ−クコイル４の副巻線に発生した高周波電圧がそのベ−スに印加されているため１サイクル毎にＯＮ、ＯＦＦを繰り返す。この時、トランジスタ２４がＯＮからＯＦＦに転じた後、そのコレクタ電圧はコンデンサ２５と抵抗２３の積分作用により図２（ａ）、または、図２（ｃ）の波形図のようになる。積分された電圧のピ−ク値はトランジスタ２４のＯＦＦ期間が長い場合は大きく、ＯＦＦ期間が短い場合は小さい。換言すれば、発振周波数が小さい場合は、コンデンサ２５の電圧のピ−ク値は、図２（ａ）のように大きく、発振周波数が大きい場合は図２（ｃ）のように小さくなる。
【００２９】
コンデンサ２５の電圧は、周波数−電圧変換手段７２のＯＰ ＡＭＰ２６及びダイオ−ド２８でピ−ク検出されコンデンサ２７の両端には図２（ｂ）または（ｄ）に示すように、発振周波数に対応した直流電圧が得られる。
【００３０】
コンデンサ２７の電圧は、制御手段７３のＯＰ ＡＭＰ３４の反転入力に印加され、抵抗３０及び抵抗３１で与えられる基準電圧と比較増幅されて、コンデンサ２７の電圧が大きい場合はＯＰＡＭＰ３４の出力電圧は小さく、コンデンサ２７の電圧が小さい場合はＯＰ ＡＭＰ３４の出力電圧が大きくなる。即ち、チョ−クコイル４の副巻線ｃｄから得られる発振周波数に対応してＯＰ ＡＭＰ３４の出力電圧の大きさが変化し、これによってＭＯＳＦＥＴ ３のＯＮからＯＦＦに転ずるタイミングが変わるため、仮に、発振周波数が小さくなればＯＰ ＡＭＰ３４の出力電圧が小さくなり、副巻線ｃｄから抵抗９を介してＭＯＳＦＥＴ ３のゲートに流れる電流は、ダイオード３５、抵抗３６を介してＯＰ ＡＭＰ３４に流れるためインバータ回路の発振周波数は高くなり、周波数変動を補正するように作用する。
【００３１】
抵抗２３及びコンデンサ２５の積分定数及びＯＰ ＡＭＰ３４の増幅率を抵抗３３により適当に定めることで、周波数の変動に対する周波数の補正量の大きさを、また、ＯＰ ＡＭＰ３４の非反転入力端子に与える基準電圧を抵抗３０及び抵抗３１で適当に定めることにより、ＯＰ ＡＭＰ３４の出力が低下し始める発振周波数を、即ち、周波数変動に対する補正を開始する周波数を定めることができる。
【００３２】
また、ＯＰ ＡＭＰ３４の非反転入力に与える基準電圧を変化させることで、発振周波数が小さくなるように変動した場合に、その値を高くなるように補正する発振周波数の値を定めて制御する。
【００３３】
同様にして、ランプの周囲温度、経年変化による特性の変化等によって、発振周波数が変動したときは、その変動を小さく補正するように制御する。
【００３４】
次に、同一の点灯装置に定格電流が同じで、定格電力の異なる複数の放電灯Ａ、Ｂ及びＣを装着した場合の動作について図３により説明する。
図３は、同一の点灯装置に定格電流が同じで、定格電力の異なる複数の放電灯Ａ、Ｂ及びＣを装着した場合の動作特性を示した図である。図３（ａ）は、 図６に示した従来の放電灯点灯装置の動作特性説明図であり、また、図３（ｂ）及び図３（Ｃ）は図１に示したこの発明の放電灯点灯装置の動作特性を示した図である。なお、放電灯の定格電力はＡが小、Ｂが中、Ｃが大である。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、図６に示す従来の実施例では定格電力の小さい放電灯を装着した場合、定格電力の大きい放電灯を装着した場合に比べて放電灯５の両端電圧が小さく、従ってチョ−クコイル４の電圧が大きくなり、そのため、チョ−クコイル４の副巻線の電圧が大きくなり、スイッチング素子の発振周波数が相対的に小さくなる。このように、発振周波数が小さくなると、チョ−クコイル４のインダクタンスに対応して放電灯５の電流が相対的に増加し、定格電流が同じで定格電力の異なる複数の放電灯を同一の電流で点灯することが困難である問題点があった。
【００３６】
しかし、図１に示したこの発明の放電灯点灯装置において、ＯＰ ＡＭＰ３４の出力が低下し始める周波数を図３（ｂ）に図示したｆ１のように、放電灯Ｃの発振周波数より高くなるように、即ち、放電灯Ａ、Ｂ、Ｃ全ての放電灯の発振周波数より高くなるように抵抗３０及び抵抗３１を選定してＯＰ ＡＭＰ３４の非反転入力端子の電圧を定めれば、ｆ１より小さい発振周波数領域はｆ１の発振周波数で一定にすることができる。ここで、直流電源１の値を放電灯の両端電圧に比べ大きな適当な値に選定すれば、放電灯Ａ、放電灯Ｂ及び放電灯Ｃの電流を実用的な範囲で概略等しくすることができる。即ち、本実施例によれば、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を同一の点灯装置に装着してもその定格電力に対応した電力で点灯することができ、放電灯点灯装置の種類を減らすことができる。
【００３７】
また、図３（Ｃ）は図１に示したこの発明の放電灯点灯装置において、ＯＰ ＡＭＰ３４の出力が低下し始める周波数ｆ１を図示のように放電灯Ｃの発振周波数より小さく、放電灯Ａ及び放電灯Ｂの発振周波数より高くなる値になるように抵抗３０及び抵抗３１を選定してＯＰ ＡＭＰ３４の非反転入力端子の電圧を定めた場合で、定格出力の大きい放電灯Ｃについては制御しないようにしたものであるが、ｆ１より小さい発振周波数領域はｆ１の発振周波数で一定にすることができる。この場合でも、周波数が低下し始める周波数ｆ１及び直流電源１の値を適当に選定すれば放電灯Ａ及び放電灯Ｂの電流を放電灯Ｃの電流と実用的な範囲で概略等しくすることができるとともに、定格電力の大きい放電灯Ｃを装着している場合、即ち、発熱の大きい放電灯を装着している場合は、ＯＰ ＡＭＰ３４の出力電位は高くなり、その損失も小さくなるので点灯回路装置の熱設計上有利になる。
【００３８】
以上のように、本実施の形態によれば、発振周波数の変動に対する周波数の補正量の大きさと、周波数変動に対する補正を開始する発振周波数を定めることができるので、放電灯の電流を予め定めた目標の値に制御することができる。
また、ランプの周囲温度、経年変化による特性の変化等によって、発振周波数が変動しても、その変動を小さく補正するように制御することが出来、放電灯の電流を上記変化に対して概略一定に安定化できる。
また、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を同一の点灯装置に装着してもその定格電力に対応した電力で点灯することができ、放電灯点灯装置の種類を減らすことができる。
また、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を同一の点灯装置に装着しても発熱の大きい放電灯を装着している場合は、ＯＰ ＡＭＰ３４の出力電位は高くなり、その損失も小さくなるので点灯回路装置の熱設計上有利になる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、複数の放電灯Ａ、Ｂ及びＣを装着した場合、図３（Ｃ）に示すように周波数ｆ１を放電灯Ｃの発振周波数より小さく、放電灯Ａ及び放電灯Ｂの発振周波数より高くなる値になるようにし、放電灯Ｃを除いた制御をする場合を示したが、制御しない放電灯を定格出力の大きいもの１つだけでなく、定格出力の大きいものを選択し、そのうち、大きい順に複数個選択してもよ
【００４０】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２である放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図において、図１と同一または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。
【００４１】
本実施の形態は実施の形態１の図１で示したＯＰ ＡＭＰ３４の非反転入力の基準電圧を定める抵抗の代わりにツェナ−ダイオ−ド４１を使用したものである。
動作は実施の形態と同様であるが、発振周波数に対応したコンデンサ２７の電圧が、ツェナ−ダイオ−ド４１の電圧より大きい場合に、ＯＰ ＡＭＰ３４の出力が低下し、発振周波数を高くする。
【００４２】
従って、ツェナ−ダイオ−ド４１の電圧を適当に定めることによって、実施の形態１と同じ効果が得られる。
【００４３】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３である放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。図において、図１と同一または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。
【００４４】
放電灯の発振周波数はテレビなどの赤外線リモコンの搬送信号周波数などとの混信を避けるため４０ＫＨｚ程度以上の高周波数に設定される。仮に、最低発振周波数を４０ＫＨｚに定めたすると、複数の放電灯を装着することを勘案し発振周波数範囲が概略４０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ程度の範囲で変動しても回路動作的にそれに追従できる回路素子を選定する必要がある。
図２（Ｃ）において、仮に発振周波数が１００ＫＨｚの場合に発振周波数の変動に対して精度良く５Ｖ程度のピ−ク値を持つ三角波信号を検出する場合は、 実施の形態１、２で示した図１、図４のピ−ク検出用ＯＰ ＡＭＰ２６は、１０Ｖ／μｓ程度のスル−レ−トを持つ高速で高価なものが必要になる。
【００４５】
本実施の形態は高速で高価なスル−レ−トを持つＯＰ ＡＭＰを必要としないものである。
【００４６】
図５において、周波数−電圧変換手段７２は、アノ−ドがトランジスタ２４のコレクタに、カソ−ドがＯＰ ＡＭＰ５６の非反転入力端子に接続されたダイオ−ド５１とダイオ−ド５１のアノードとトランジスタ２４のエミッタ間に接続されたコンデンサ２５からなり、コンデンサ２５に得られた三角波のピ−ク値をコンデンサ５２の両端に直流電圧として出力する整流回路、コンデンサ５２に並列に接続された放電抵抗５３、整流回路の整流電圧を非反転入力に、出力をエミッタフォロア接続されたトランジスタ５７のベ−スに、トランジスタ５７のエミッタからダイオ−ド５５を介して反転入力に電圧帰還するよう接続されたＯＰ ＡＭＰ５６、ＯＰ ＡＭＰ５６の反転入力とトランジスタ２４のエミッタ間に接続された抵抗５４、トランジスタ５７のエミッタとトランジスタ２４のエミッタ間に接続された抵抗５８から構成される。
なお、トランジスタ５７のコレクタは直流電源Ｖｃに接続され、図示してないがＯＰ ＡＭＰ５６の駆動電源も直流電源Ｖｃに接続されている。
【００４７】
制御回路７３は、抵抗５８に並列に直列接続された抵抗５９、６０、反転入力端子が抵抗６０及び抵抗６１の接続点に、アノ−ドが抵抗５８と抵抗６０の接続点に接続され、内部の非反転入力端子に基準電圧を与えるツェナ−ダイオ−ドを内蔵したＯＰ ＡＭＰ（以降、可変３端子レギュレ−タと呼ぶ）６２、可変３端子レギュレ−タ６２の反転入力端子と出力端子（以降、カソ−ドと呼ぶ）間に接続された抵抗６１から構成される。なお、可変３端子レギュレ−タとしては、例えば日立製ＨＡ１７４３１シリ−ズ等がこれに該当する。
【００４８】
図５の周波数−電圧変換手段７２において、以下の（１）式が成り立つ。
ＶＣ５２＝ＶＣ２５−ＶＤ５１ （１）
ここで ＶＣ２５：コンデンサ２５の電圧のピ−ク値
ＶＣ５２：コンデンサ５２に得られる直流電圧
ＶＤ５１：ダイオ−ド５１の順方向降下電圧
また、ＯＰ ＡＭＰ５６の反転入力端子は（１）式のＶＣ５２と一致するように動作するので以下の（２）式が成り立つ。
ＶＣ５２＝ＶＲ５４＝ＶＲ５８−ＶＤ５５ （２）
ここで ＶＲ５４：抵抗５４の電圧
ＶＲ５８：抵抗５８の電圧
ＶＤ５５：ダイオ−ド５５の順方向降下電圧
（２）式に（１）式を代入すれば、以下の（３）式が成り立つ。
ＶＣ２５−ＶＤ５１＝ＶＲ５８−ＶＤ５５ （３）
（３）式を整理すると、以下の（４）式となる。
ＶＲ５８＝ＶＣ２５−（ＶＤ５１−ＶＤ５５） （４）
ここで、ＶＤ５１＝ＶＤ５５に成るように、ダイオ−ド５１及びダイオ−ド５５を選定すれば 以下の（５）式が成り立つ。
ＶＲ５８＝ＶＣ２５ （５）
【００４９】
即ち、抵抗５８の両端には、発振周波数に対応した電圧であるコンデンサ２５のピ−ク値に等しい直流電圧が得られる。そして、抵抗５８の電圧を制御手段７３の抵抗５９及び抵抗６０で分圧し、発振周波数が低下し始める電圧を与え、抵抗６１で増幅率を定めれば、図１及び図４にそれぞれ示した実施の形態１、２と同じ制御が可能となる。
【００５０】
以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１、２と同じ効果が得られる。
また、トランジスタ５７はエミッタフォロア接続されているので、抵抗５９及び抵抗６０の直列回路に対する出力インピ−ダンスは小さく、抵抗５８の両端電圧の抵抗５９及び抵抗６０の直列抵抗値による影響を小さくできる。
また、コンデンサ２５に得られる立ち上がり速度の速い三角波のピ−ク値を直流に変換する手段として価格の安いダイオ−ド５１とコンデンサ５２を用い、一旦直流に変換した後で、価格の安い低速度のＯＰ ＡＭＰ５６、エミッタフォロア接続されたトランジスタ５７等を用いてダイオ−ド５１の順方向電圧降下分の補正や得られた直流電圧の出力インピ−ダンス変換を行っているので、安価で大きい発振周波数まで制御可能とすることができる。
【００５１】
なお、３端子レギュレ−タ６２を、図１及び図４におけるＯＰ ＡＭＰ３４の構成にしてもよい。
【００５２】
また、本実施例によればＯＰ ＡＭＰ５６の入出力は直流電圧信号なので、実用的にはＯＰ ＡＭＰよりもさらに安価な比較器（以降、コンパレ−タと呼ぶ）でこれを代替することが可能である。ＯＰ ＡＭＰ５６をオ−プンコレクタ出力のコンパレ−タで代替する場合は、その出力端子にＶｃに接続される抵抗と、Ｖｃの負極に接続される動作を安定化させるコンデンサを追加付加すれば置換可能である。
【００５３】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００５４】
この発明に係る放電灯点灯装置は、直流電源と、上記直流電源から供給される直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、このインバータ回路に接続されるチョークコイル、放電灯及び結合コンデンサよりなる放電灯負荷回路と、この放電灯負荷回路に設けられた上記チョークコイルの副巻線で上記インバータ回路のスイッチング素子を駆動する放電灯点灯装置において、上記スイッチング素子の発振周波数を検出する周波数検出手段と、
この周波数検出手段により検出された検出発振周波数を直流電圧に変換する周波数−電圧変換手段と、この周波数−電圧変換手段の出力に基づいて、予め定めた発振周波数に近づくように上記スイッチング素子の発振周波数を変化させることにより上記放電灯の電流を制御する制御手段を備えたので、発振周波数の変動に対する周波数の補正量の大きさと、周波数変動に対する補正を開始する発振周波数を定めることができるので、放電灯の電流を予め定めた目標の値に制御することができる。
また、ランプの周囲温度、経年変化による特性の変化等によって、発振周波数が変動しても、その変動を小さく補正するように制御することが出来、放電灯の電流を上記変化に対して概略一定に安定化できる。
また、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を同一の点灯装置に装着しても その定格電力に対応した電力で点灯することができ、放電灯点灯装置の種類を減らすことができる。
【００５５】
また、周波数検出手段は、放電灯負荷回路に設けられたチョークコイルの副巻線に発生する高周波電圧を積分する積分回路の出力電圧に基づいて、スイッチング素子の発振周波数を検出するので、変流器などで構成される放電灯の電流検出回路、ＶＣＯを内蔵した高価で複雑な制御回路などが不要で安価にすることができる。
【００５６】
また、周波数−電圧変換手段は、周波数検出手段の出力を非反転入力に、出力をダイオードを介して反転入力に入力し、周波数検出手段の出力のピーク値を直流電圧に変換する演算増幅器を備えたので、変流器などで構成される放電灯の電流検出回路、ＶＣＯを内蔵した高価で複雑な制御回路などが不要で安価にすることができる。
【００５７】
また、周波数−直流電圧変換手段は、周波数検出手段の出力のピーク値から整流電圧を得る整流回路と、この整流回路の上記整流電圧を非反転入力に、出力をエミッタフォロア接続されたトランジスタのベースに、上記エミッタフォロア接続された上記トランジスタのエミッタからダイオードを介して反転入力に電圧帰還するよう接続された演算増幅器とを備えたので、高価で高速なＯＰ ＡＭＰを不要にすることができる。
【００５８】
また、演算増幅器を比較器に代え、上記比較器の出力端子から直流電源の正極に接続される抵抗と、上記直流電源の負極に接続されるコンデンサと、を備えたので、さらに安価にすることができる
【００５９】
また、制御手段は、周波数−電圧変換手段の出力を反転入力に、予め定めた発振周波数を制御する基準電圧を非反転入力に入力する演算増幅器を備え、上記演算増幅器の出力によりスイッチング素子の発振周波数を変化させるので、発振周波数の変動に対する周波数の補正量の大きさと、周波数変動に対する補正を開始する発振周波数を定めることができるので、放電灯の電流を予め定めた目標の値に制御することができる。
また、ランプの周囲温度、経年変化による特性の変化等によって、発振周波数が変動しても、その変動を小さく補正するように制御することが出来、放電灯の電流を上記変化に対して概略一定に安定化できる。
また、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を同一の点灯装置に装着してもその定格電力に対応した電力で点灯することができ、放電灯点灯装置の種類を減らすことができる。
【００６０】
また、基準電圧を直流電源の負極に接続されたツェナーダイオードから得るようにしたので、発振周波数の変動に対する周波数の補正量の大きさと、周波数変動に対する補正を開始する発振周波数を定めることができるので、放電灯の電流を予め定めた目標の値に制御することができる。
【００６１】
また、制御手段は、検出されたスイッチング素子の発振周波が予め定めた値より低いときに、上記スイッチング素子の発振周波数を高め、予め定めた値になるようにするように制御するので、放電灯の電流を予め定めた目標の値に制御することができる。
また、ランプの周囲温度、経年変化による特性の変化等によって、発振周波数が変動しても、その変動を補正するように制御することが出来、放電灯の電流を上記変化に対して概略一定に安定化できる。
また、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を同一の点灯装置に装着してもその定格電力に対応した電力で点灯することができ、放電灯点灯装置の種類を減らすことができる。
【００６２】
また、制御手段は、定格電流が等しいか、または、概略等しい複数の全ての種類の放電灯に対して、周波数検出手段により検出された検出発振周波数を予め定めた値より大きくするように制御し、上記複数の種類の放電灯が１つの種類の装置で置換装着できるようにしたので、放電灯の電流を予め定めた目標の値に制御することができる。
また、ランプの周囲温度、経年変化による特性の変化等によって、発振周波数が変動しても、その変動を補正するように制御することが出来、放電灯の電流を上記変化に対して概略一定に安定化できる。
また、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を 同一の点灯装置に装着してもその定格電力に対応した電力で点灯することができ、放電灯点灯装置の種類を減らすことができる。
【００６３】
また、制御手段は、定格電流が等しいか、または、概略等しい複数種類の放電灯のうち、定格出力の大きいものを選択し、そのうち大きい順に少なくとも１種類以上の放電灯を除いた残りの放電灯に対して、検出されるスイッチング素子の発振周波が予め定めた値より大きくするように制御し、上記複数の種類の放電灯が１つの種類の装置で置換装着できるようにしたので、放電灯の電流を予め定めた目標の値に制御することができる。
また、ランプの周囲温度、経年変化による特性の変化等によって、発振周波数が変動しても、その変動を補正するように制御することが出来、放電灯の電流を上記変化に対して 概略一定に安定化できる。
また、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を同一の点灯装置に装着してもその定格電力に対応した電力で点灯することができ、放電灯点灯装置の種類を減らすことができる。
また、定格電流が同一で定格電力の異なる複数の放電灯を同一の点灯装置に装着しても 発熱の大きい放電灯を装着している場合は、ＯＰ ＡＭＰ３４の出力電位は高くなり、その損失も小さくなるので点灯回路装置の熱設計上有利にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の放電灯点灯装置を示す回路図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の放電灯点灯装置の動作波形説明図である。
【図３】 この発明の実施の形態１の放電灯点灯装置の動作特性説明図である。
【図４】 この発明の実施の形態２の放電灯点灯装置を示す回路図である。
【図５】 この発明の実施の形態３の放電灯点灯装置を示す回路図である。
【図６】 従来の放電灯点灯装置の回路図である。
【図７】 従来の放電灯点灯装置の直流電源の構成を示す回路図である。
【図８】 従来の放電灯点灯装置の別の回路図である。
【符号の説明】
１ 直流電源、２、３ ＭＯＳＦＥＴ、４ チョ−クコイル、ａｂ チョ−クコイル４の副巻線、ｃｄ チョ−クコイル４の副巻線、５ 放電灯、６ コンデンサ、７ 結合コンデンサ、８、９、１０ 抵抗、１１ コンデンサ、２１、２２、２３ 抵抗、２４ トランジスタ、２５ コンデンサ、２６ ＯＰアンプ、２７ コンデンサ、２９、３０、３１、３２、３３ 抵抗、３４ ＯＰアンプ、３５ ダイオ−ド、３６ 抵抗、Ｖｃ 直流制御電源、４１ ツェナ−ダイオ−ド、５１ ダイオ−ド、５２ コンデンサ、５４、５５ 抵抗、５５ ダイオ−ド、５６ ＯＰアンプ、５７ トランジスタ、５８、５９、６０、６１ 抵抗、６２ 可変３端子レギュレ−タ、７１ 周波数検出手段、７２ 周波数−電圧変換手段、７３ 制御手段。
Claims (10)
- 直流電源と、上記直流電源から供給される直流を高周波電流に変換するインバータ回路と、このインバータ回路に接続されるチョークコイル、放電灯及び結合コンデンサよりなる放電灯負荷回路と、この放電灯負荷回路に設けられた上記チョークコイルの副巻線で上記インバータ回路のスイッチング素子を駆動する放電灯点灯装置において、
上記スイッチング素子の発振周波数を検出する周波数検出手段と、
この周波数検出手段により検出された検出発振周波数を直流電圧に変換する周波数−電圧変換手段と、
この周波数−電圧変換手段の出力に基づいて、予め定めた発振周波数に近づくように上記スイッチング素子の発振周波数を変化させることにより上記放電灯の電流を制御する制御手段を備えたことを特徴とする放電灯点灯装置。 - 周波数検出手段は、放電灯負荷回路に設けられたチョークコイルの副巻線に発生する高周波電圧を積分する積分回路の出力電圧に基づいて、スイッチング素子の発振周波数を検出することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
- 周波数−電圧変換手段は、周波数検出手段の出力を非反転入力に、出力をダイオードを介して反転入力に入力し、周波数検出手段の出力のピーク値を直流電圧に変換する演算増幅器を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電灯点灯装置。
- 周波数−直流電圧変換手段は、周波数検出手段の出力のピーク値から整流電圧を得る整流回路と、この整流回路の上記整流電圧を非反転入力に、出力をエミッタフォロア接続されたトランジスタのベースに、上記エミッタフォロア接続された上記トランジスタのエミッタからダイオードを介して反転入力に電圧帰還するよう接続された演算増幅器とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電灯点灯装置。
- 演算増幅器を比較器に代え、上記比較器の出力端子から直流電源の正極に接続される抵抗と、上記直流電源の負極に接続されるコンデンサとを備えたことを特徴とする請求項４記載の放電灯点灯装置。
- 制御手段は、周波数−電圧変換手段の出力を反転入力に、予め定めた発振周波数を制御する基準電圧を非反転入力に入力する演算増幅器を備え、上記演算増幅器の出力によりスイッチング素子の発振周波数を変化させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
- 基準電圧を直流電源の負極に接続されたツェナーダイオードから得るようにしたことを特徴とする請求項６記載の放電灯点灯装置。
- 制御手段は、検出されたスイッチング素子の発振周波が予め定めた値より低いときに、上記スイッチング素子の発振周波数を高め、予め定めた値になるようにするように制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
- 制御手段は、定格電流が等しいか、または、概略等しい複数の全ての種類の放電灯に対して、周波数検出手段により検出された検出発振周波数を予め定めた値より大きくするように制御し、上記複数の種類の放電灯が１つの種類の装置で置換装着できるようにしたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
- 制御手段は、定格電流が等しいか、または、概略等しい複数種類の放電灯のうち、定格出力の大きいものを選択し、そのうち大きい順に少なくとも１種類以上の放電灯を除いた残りの放電灯に対して、検出されるスイッチング素子の発振周波が予め定めた値より大きくするように制御し、上記複数の種類の放電灯が１つの種類の装置で置換装着できるようにしたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
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