JP4129948B2 - ランプ点灯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタルハライドランプや超高圧水銀灯のようなアーク放電を利用したランプの点灯装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
メタルハライドランプや超高圧水銀灯のように、アーク放電を利用したランプの点灯装置には、アーク放電を持続させるために、点灯したときの電流を、定常時よりも多く流し、また、点灯直後に、直流化する方法が採用されている。
【0003】
しかし、上記のように、点灯時の電流を定常時よりも多く流し、また、点灯直後に、直流化するので、ランプ電極のストレスが大きく、電極の片減りが生じ、ランプ長寿命化の妨げになるという欠点がある。
【0004】
この欠点を解消するために、最近では、ランプ点灯時の電流を減らすことを目的として、同一極性での電流時間積を抑制する等の対策を実行し、具体的には、高周波で点灯させる方法が採用されている。
【0005】
一方、ランプ電極間をブレークタダウンさせるための高圧パルスを発生させるイグナイタトランスを小型化するために、上記イグナイタトランスの1次電圧を上げるようになって来た。このため、共振回路で振動させ、入力電圧よりも高くした電圧を、イグナイタトランスの1次電圧に印加する方法は有効である。
【0006】
図9は、従来のランプ点灯回路500を示す回路図である。
【0007】
従来のランプ点灯回路500は、コンバータ回路1と、インバータ回路2と、共振回路3と、イグナイタ回路4と、制御回路6と、ランプLPとを有する。
【0008】
共振回路3は、共振用インダクタンスLrと、共振用コンデンサCrとを有する。
【0009】
図10は、上記従来例において、共振回路3の出力電圧の周波数と、その出力電圧の振幅との関係を示す図である。
【0010】
図10に示すように、共振回路3の共振周波数が、図9に示すインバータ回路2の出力周波数と一致すると、共振回路3の出力電圧の振幅が最大になる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例においては、共振回路3を構成する共振用インダクタンスLrの値のバラツキと、共振用コンデンサCrの値のバラツキとに応じて、共振回路3の出力電圧の共振周波数がバラつく。
【0012】
上記従来例では、インバータ回路2の周波数を決定する不図示の発振回路に、可変抵抗器RVをいれ、共振回路3の共振周波数に一致するように、上記可変抵抗器の値を調整している。
【0013】
共振周波数に一致させるために調整する場合、共振回路3の出力電圧の波形をオシロスコープで、人が監視し、振幅が所定値以上になるように、上記可変抵抗器の値を調整するので、この調整を機械化することが難しく、調整時間が比較的長く、つまり、ランプ点灯装置のコストアップ要因になるという問題がある。
【0014】
また、上記従来例では、経年変化や温度変化によって、回路中のコンデンサCrの容量が変化した場合、上記共振周波数が変化し、共振回路3の振幅が不充分になるという問題もある。
【0015】
本発明は、ランプ点灯回路における共振回路の構成部品の値が多少バラついても、インバータ回路の出力電圧の周波数と共振回路の共振周波数とを自動的に同期させることができ、調整時間を短縮することができ、したがって、コストダウンすることができるランプ点灯装置を提供することを目的とするものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、ランプ点灯装置を構成するインバータ回路の出力電圧の周波数を、共振回路の共振周波数よりも低い周波数で起動し、その後に、上記出力電圧の周波数を次第に高くし、共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上になったときにおける上記出力電圧の周波数に、インバータ回路の出力電圧の周波数を固定するランプ点灯装置である。
【0017】
第2の発明は、イグナイタ電圧が発生するときに、このときの周波数に出力電圧の周波数を固定する制御手段を有するランプ点灯装置である。
【0018】
第3の発明は、インバータ回路の起動後の所定時間内に上記イグナイタ電圧が発生したにもかかわらずランプが点灯しないときは、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、段階的に高くし、その後に、所定の増加率で上昇させ、再度、上記イグナイタ電圧が発生したときの周波数に固定する制御手段を有するランプ点灯装置である。
【0019】
第4の発明は、インバータ回路が起動してから予め定めた周波数の上限値で、上記イグナイタ電圧が発生しない場合には、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、予め決められた初期周波数まで降下させ、しかる後に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、予め決めた条件で制御する制御手段を有するランプ点灯装置である。
【0020】
第5の発明は、インバータ回路が起動してから予め定めた周波数の上限値に達するまで所定の増加率で上昇させ、このときに上記イグナイタ電圧が発生しない場合には、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、上記所定の増加率と同等の低下率で上記周波数まで降下させ、その降下の過程で、上記イグナイタ電圧が発生したときには、その発生したときの周波数、またはそのときの周波数よりも2%から6%低い周波数に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を設定し、または、上記周波数の下降の過程で、上記イグナイタ電圧の発生が検出されない場合には、再度、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を上記上限値まで上げ、この動作を上記イグナイタ電圧が発生するまで、または予め決めた最大時間まで行う制御手段を有するランプ点灯装置である。
【0021】
【発明の実施の形態および実施例】
図1は、本発明の第1の一実施例であるランプ点灯装置100を示す回路図である。
【0022】
ランプ点灯装置100は、コンバータ回路10と、インバータ回路20と、共振回路30と、イグナイタ回路40と、共振振幅検出回路50と、制御回路60とを有する。
【0023】
コンバータ回路10は、DC350〜400V程度の直流電圧を、それよりも低い定電力直流電圧に変換する降圧チョッパ回路であり、スイッチQ1と、インダクタンスLfと、コンデンサC2と、ダイオードD1とを有する。
【0024】
インバータ回路20は、直流電圧を切り替えるMOSFETまたはIGBTのようなスイッチ素子Q2、Q3、Q4、Q5と、ダイオードD2、D3、D4、D5とを有する。
【0025】
共振回路30は、インダクタンスLrと、コンデンサCrとを有する。
【0026】
イグナイタ回路40は、ダイオードD6と、抵抗R1と、コンデンサCiと、イグナイタトランスTと、スイッチ素子SWとを有する。
【0027】
共振振幅検出回路50は、共振回路30の出力電圧を整流するダイオードD11と、整流された電圧を分割する抵抗R11、R12と、この分圧された電圧を平滑するコンデンサCiとを有する。
【0028】
この実施例の制御回路60は、インバータ回路20の出力電圧の周波数を、共振回路20の共振周波数の1/N倍よりも低い周波数で起動した後に、上記出力電圧の周波数を次第に高くし、上記共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上になったときにおける上記出力電圧の周波数で、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を固定する回路であり、CPU等からなる。
【0029】
次に、上記実施例の動作について説明する。
【0030】
基本的には、コンバータ回路10である降圧チョッパ回路の出力電圧を、インバータ回路20で交流電圧に変換し、インバータ回路20が出力する周波数のN倍となる共振周波数をもつLC共振回路30の電圧を整流し、イグナイタトランスTの1次側へ供給し、イグナイタ回路40がイグナイタトランス2次側に高電圧を発生させる。
【0031】
そして、LC共振回路30の出力側に、イグナイタトランスTの2次巻線が直列に接続され、イグナイタ回路40の出力端子に、HIDランプやUHPランプ等のランプLPが接続されている。
【0032】
インバータ回路20の出力電圧の周波数のN倍と、LC共振回路30の共振周波数とが一致すると、LC共振回路30の出力電圧は大きく振動する。
【0033】
図2は、ランプ点灯回路100の動作を示すフローチャートである。
【0034】
まず、共振回路30の駆動を開始し(S1)、共振回路30の振動電圧を、ダイオードD11が整流し、抵抗R11、R12が整流された電圧を分割し、コンデンサC11が抵抗R12の両端電圧を平滑し、このコンデンサC11の両端電圧に基づいて、共振回路30の振動電圧を検出する。この検出された電圧に基づいて、共振回路30の振動電圧を監視する。
【0035】
共振回路30の振動電圧の振幅が所定レベル以上であり(S2)、設定時間が経過していなければ(S3)、インバータ回路20の出力電圧の周波数を、大幅に高くする(S4)。このときの周波数が周波数設定値の上限でなければ(S5)、たとえば1クロック分、周波数を高くし(S6)、遅延時間処理を実行し、つまり、1ルーチンの時間を調整し(S7)、設定時間が経過していなければ(S8)、ステップS2に戻る。
【0036】
ステップS2において、振幅が所定レベルに満たない場合、ステップS5にジャンプする。ステップS5において、周波数が設定上限値であれば、ステップS7にジャンプする。
【0037】
ステップS3において、設定時間が経過していれば、そのときの周波数を固定し(S9)、ランプLPの定常点灯処理を実行する(出力電圧の周波数を高周波から低周波に変え、ランプの点灯、不点灯を確認して所定の処理を行う。)(S10)。また、ステップS8において、設定時間が経過していれば、処理を停止する。
【0038】
ステップS2において、振動電圧が所定値以上になれば、共振点に入ったと判断し、そのときにおける周波数で、インバータ回路20の出力電圧の周波数を固定するか、または検出した周波数よりも若干高い周波数に固定し、この状態で、ランプ点灯回路100を運転する。
【0039】
なお、共振回路30の出力電圧の振幅の周波数特性は、図10に示すように、共振周波数でピークになり、周波数を次第に高くしながら共振振幅を検出する過程で、振動が最大になったと思われる時点で、周波数を固定すると、上記振幅が充分でない場合があると想定される。したがって、検出した周波数よりも若干高い周波数で固定する。
【0040】
また、ランプ点灯回路100を起動してから周波数を固定するまでの時間が短いと(周波数を急激に変化させると)、共振点を超えるおそれがあり、逆に、ランプ点灯回路100を起動してから周波数を固定するまでの時間が長く、遅すぎると(周波数を余りにもゆっくりと変化させると)、点灯までの時間がかかり過ぎ、使用者をいらだたせる可能性がある。
【0041】
このため、ランプ点灯回路100を起動してから周波数を固定するまでの最適な時間は、ほぼ0.3秒以内にし、実用上許容されるのは、0.5秒以内である(S3、S8)。振幅が充分でなくても、所定の設定時間が経過すれば(S3)、周波数を固定し(S9)、ランプ定常点灯処理を実行する(S10)。
【0042】
ランプLPの点灯性が優れていれば、ランプ電圧が低くても1発のイグナイタ電圧でランプ電極間がブレークダウンして点灯する場合があり、通常のランプLPは、点灯するためには、少なくとも数パルスを必要とする。
【0043】
共振回路30の出力電圧の振動が大きくなり、ダイオードD6と、抵抗R1と、コンデンサCiとからなる整流回路の両端電圧が、スイッチ素子SWの放電ギャップ電圧以上になると、スイッチ素子SWがオンしてイグナイタ電圧が発生する。点灯性が優れているランプLPである場合、これで点灯することがある。点灯すると、負荷インピーダンスが低下し、共振回路30は、振動しなくなり、振動が検出できない。
【0044】
振動が検出できないと、いつまでも周波数を上げることになるので、周波数変化に上限を設け、点灯に影響がでないようにする。
【0045】
また、共振回路30の振幅が大きくなったことを検出する前に、ランプLPが点灯したら、予め定めた周波数に固定し、運転を継続させることも、安定に点灯させる手段である。
【0046】
共振回路30の振動電圧の振幅が大きくなり、この振幅が所定の値以上になり、スイッチ素子SWがオンするとき、イグナイタ回路40のコンデンサCiの電荷は放電され、その端子電圧は急激に低下する。コンデンサCiの電圧の急低下を共振振幅検出回路50で検出することによって、共振周波数に同調したと判断し、周波数を固定する。
【0047】
または、このときの周波数よりも若干周波数を上げて運転することによって、共振回路30の共振周波数と、インバータ回路20の出力電圧の周波数のN倍とを一致させることができる。
【0048】
図3は、上記実施例における電圧波形を示す図である。
【0049】
図3(1)は、上記実施例において、インバータ回路20の出力電圧の周波数の7倍の共振周波数を持つ共振回路30の出力電圧の振動電圧を示す図である。
【0050】
共振回路30の出力電圧の周波数が、インバータ回路20の出力電圧の周波数の奇数倍である場合、共振現象が現れる。共振回路30の抵抗分が少ない程、振幅が大きくなり、この振動した電圧を、ランプLPに印加するとともに、整流し、イグナイタトランスTに供給する。
【0051】
図3(2)は、上記実施例において、共振の最大の部分に着目した図である。
【0052】
以下の説明では、最大の振幅を示す部分の電圧に着目して行う。
【0053】
振動電圧は、ランプLPを点灯させるために必要な電圧(350V)以上であるとし、ピーク電圧を、500〜800V程度に設定する。
【0054】
振動電圧を整流し、整流電圧が、スイッチ素子SWのブレークダウン電圧よりも高くなると、そのギャップが短絡し、イグナイタトランスTの1次巻線に電流が流れ、イグナイタトランスTの2次側に高電圧のイグナイタ電圧が発生し、ランプLPの電極間をブレークダウンさせ、ランプLPを点灯させる。
【0055】
なお、制御回路60は、ランプLPに定電力を供給し、ランプLPの点灯時には、電流制限をする等の機能を有するが、本実施例の対象外であるので、その説明を省略する。
【0056】
共振回路30の共振周波数fは、次式で表される。
【0057】
f=1/2π√(LC)
なお、Lは、共振回路30のインダクタンスLrの値であり、Cは、コンデンサCrの値である。インダクタンスLr、コンデンサCrを製造する場合、目標値に対して誤差が生じ、同じ特性のものであっても、誤差範囲が狭いほど高価である。全体の価格を下げるためには、誤差範囲の広いインダクタンスLr、容量Crを使用することができるようにすることが一般的である。
【0058】
一方、インバータ回路20の出力電圧の周波数が、共振回路30の共振周波数からずれる程、共振回路30の出力電圧の振幅が小さくなる。許容される周波数の幅は、ほぼ−10%〜+5%である。
【0059】
コンデンサの静電容量は、±10%品が一般に多く使用され、価格と入手性がよい。一方、リアクトルのインダクタンス値は、安価に大量生産するには±15%が経済性から限界である。
【0060】
図4、図5は、インバータ回路20の出力電圧の周波数を変えた場合における共振回路30の出力電圧の振幅を示す図である。
【0061】
図4、図5に示すように、共振周波数を許容範囲に入れることは、難しい。そこで、部品の誤差から計算される最も低い共振周波数よりも若干低い周波数の電圧を、インバータ回路20が出力するように動作させ,その出力電圧の周波数を次第に高くする。共振点の約−10%程度から、共振回路30の出力電圧の振幅が大きくなり始め、この振動電圧を検出し、共振の範囲に入ったと判断すれば、このときの周波数で、インバータ回路20の動作周波数を固定する。
【0062】
なお、−10%程度から許容されるが、検出精度を考慮し、動作の余裕を考慮すると、検出したときの周波数よりも、数%(2〜6%)程度高い周波数で固定すると、共振点により近くなる。
【0063】
つまり、制御回路60は、マイコン等で構成され、インバータ回路20の出力電圧の周波数を、共振回路30の共振周波数の1/N倍よりも低い周波数で起動した後に、上記出力電圧の周波数を次第に上昇させ、共振回路30の振幅が所定値以上になったときにおける上記出力電圧の周波数で、インバータ回路20の出力電圧の周波数を固定する制御手段の例である。
【0064】
また、上記制御手段は、インバータ回路20を起動してから所定時間内に、共振回路30の振幅が所定値以上になると、インバータ回路20の出力電圧の周波数を、段階的に高くし、この後に、所定の増加率で高くし、共振回路30の出力電圧の振幅が所定値以上になったときにおける周波数に、インバータ回路20の出力電圧の周波数を固定する手段である。この場合、上記所定時間は、ほぼ0.1秒である。
【0065】
さらに、上記制御手段は、共振回路30の振幅が所定値以上になったときにおける周波数よりも、数%〜数10%高い周波数に固定する手段である。
【0066】
そして、上記制御手段は、所定時間内に、共振回路30の振幅が、上記所定値以上にならない場合、インバータ回路20の出力電圧の周波数を、予め定めた上限値に固定する手段である。
【0067】
また、上記制御手段は、所定時間内に、共振回路30の振幅が所定値以上にならず、出力電圧の周波数が上限値まで達した後に、周波数を高くするときにおける速度と同等の速度で、起動時の周波数である初期周波数を目標に、上記周波数を下げて行き、その下げる過程で、共振回路30の出力電圧の振幅が上記所定値以上になれば、そのときの周波数またはそれよりも数%低い周波数に固定し、一方、上記周波数を下げる過程で、共振回路30の出力電圧の振幅が所定値以上にならずに、上記初期周波数に達した場合は、周波数を再度高くし、上記動作を、点灯するまで、または予め定めた最大時間が経過するまで、繰り返す手段である。
【0068】
さらに、上記制御手段は、上記ブレークダウンを検出できず、インバータ回路20の出力電圧の周波数が予め定めた上限値に達した場合、インバータ回路20の出力電圧の周波数を、一旦、初期周波数に戻し、次第に上昇させる動作を繰り返す手段である。
【0069】
そして、上記制御手段は、インバータ回路20の出力電圧の周波数を、一旦、初期周波数に戻し、次第に高くさせる動作を、共振回路の振幅が所定の値に達するまで、または予め定めた最大時間が経過するまで繰り返す手段である。
【0070】
図6は、本発明の第2の実施例であるランプ点灯回路200を示す回路図である。
【0071】
ランプ点灯回路200は、ランプ点灯回路100において、共振振幅検出回路50の代わりに、イグナイタ電圧確認回路51を使用し、制御回路60の代わりに制御回路61を使用した回路である。
【0072】
イグナイタ回路40は、ランプLPを点灯させる際、ランプ電極間をブレークダウンさせる回路であって、インバータ回路20の出力電圧を、コンデンサCiを含む整流回路で整流し、コンデンサCiを充電して得られた直流電圧がブレークダウン電圧を越えると、導通状態になるサイダックやスパークギャップ等のスイッチ素子SWの導通によって、コンデンサCiの電荷を、イグナイタトランスTの1次側に加え、イグナイタトランスTの2次側に高電圧を発生させるものである。
【0073】
イグナイタ電圧確認回路51は、コンデンサCiの両端電圧を分圧する抵抗R13、R14と、分圧された抵抗R14の両端電圧を平滑するコンデンサC12とを有する。
【0074】
制御回路61は、インバータ回路20の出力電圧の周波数を、共振回路30の共振周波数の1/N倍の周波数よりも低い周波数で、起動した後に、周波数を次第に高くし、スイッチ素子SWがブレークダウン、つまり導通したときにおける周波数に、インバータ回路20の出力電圧の周波数を固定する制御手段である。
【0075】
スイッチ素子SWの放電電圧は、毎回一定ではなく、±15%程度のバラツキがあり、最小電圧で放電する場合が多々あるので、放電を開始した時点の周波数よりも数%高い周波数で固定したほうが、より振幅の大きな周波数で運転することができる。
【0076】
ランプLPによっては、イグナイタ電圧が発生する前に(スイッチ素子SWがオンする前に)、点灯する場合がまれに発生する。この場合、共振回路30の共振周波数と、インバータ回路20の出力電圧の周波数のN倍とを一致させることができない。
【0077】
この場合、周波数の上限で固定させることによって、問題無く点灯継続することができる。また、一旦点灯するが、すぐ消灯した場合、インバータ回路20の出力電圧の周波数の上限まで上げ、共振点を探し、共振点が見つからない場合、または、点灯しない場合、周波数上限値から周波数を下げていくか、最低周波数まで再度戻し、周波数を再度高くすることによって、ランプLPを点灯させることができる。
【0078】
部品のバラツキが最大である場合、たとえば、Lが85%、Cが90%であれば、共振回路30の共振周波数は、中心値の114.3%になり、たとえば、Lが115%、Cが110%であれば、共振回路30の共振周波数は、中心値の88.91%になる。つまり、共振周波数は、狙った値の89〜114%の間に分布する。
【0079】
若干低めの周波数から、ランプ点灯回路200を起動させると、狙った共振周波数は、インバータ回路20の出力電圧の周波数のN倍よりも2次高い(N+2)倍の共振周波数領域になり,起動後直ちに、共振動作を検出する(図4、図5参照)。
【0080】
具体例で説明すると、インバータ回路20の出力電圧の周波数を、20kHzとし、共振周波数を、7倍の140kHzに設計した場合、回路部品のバラツキによって、共振周波数の最高周波数は、約160kHzであり、最低周波数は、約124kHzである。共振周波数は、160kHz〜124kHzの間に分布する。
【0081】
したがって、インバータ回路20の起動周波数を、110〜120kHz程度で共振する周波数で動作を開始し、周波数を次第に高くしていく。たとえば、115/7kHz(=16.4kH)を開始点とし、調整を開始し(周波数を上げてゆき)、共振回路30の共振周波数が140kHzの場合、16.4kHzの9次共振周波147.6(16.4×9)kHzは、共振回路の共振周波数の5.4%高く、共振振幅が減少している領域となる。
【0082】
したがって、この周波数よりも若干高くして運転すると、実際の共振周波数から外れた周波数で運転し、振幅が不足する。つまり、振幅が設定値に達しないか、または達しても、ランプLPを点灯させるのに充分な振幅ではない。または、共振動作から外れた領域になり、ランプLPを点灯することができない。
【0083】
上記のようなことを避けるために、運転後所定時間内に、共振周波数に達したと判断すると、インバータ回路20の出力電圧の周波数を段階的に変化させ、この周波数を、共振周波数の範囲外に移し、その後に共振点を探すことによって、ランプLPを確実に点灯させることができる。
【0084】
図7は、上記実施例において、インバータ回路20の出力電圧の周波数の7倍に共振周波数を設定した場合の例を示す図である。
【0085】
共振回路30の共振周波数が最小になる部品誤差最大の場合、前述のように、誤差最大で共振周波数が最大になった場合の9倍の周波数に近づく。
【0086】
起動時は、最小共振周波数よりも若干低い周波数(数%程度低い周波数)から起動させるので、起動時には、振幅が大きく、共振動作に入ったと判断する。
【0087】
そして、共振動作に入ったと判断した時点の周波数よりも若干上げて運転すると、共振点から外れる。これを防ぐために、起動して所定時間内(おおよそ0.1秒以内)に、共振動作に入ったと判断した場合、共振動作の終了付近であると判断し、周波数を高くする幅を、通常の変化幅よりも増やした後に、定常の変化幅で高くする。これによって、共振点をつかむことができる。
【0088】
高周波で所定の時間、点灯した後は、低周波(80〜500Hz)に下げる。上記下げる周波数の最低限度は、人の目で明るさの変動がわかる周波数以上(約80Hz)であるとし、上記下げる周波数の上限は、音響的共鳴が発生しない周波数(約500Hz以下)であるとする。
【0089】
つまり、制御回路61は、制御回路が起動した後、所定の増加率で周波数を上げていく、あるいは起動してから所定時間内に、上記共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上になると、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を段階的に高くした後に、所定の増加率で高くし、上記スイッチ素子がブレークダウンしたときにおける周波数で、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を固定する、あるいはブレークダウンしたことを検出したときの周波数より数%〜数10%高い周波数に固定する手段である。この場合、上記所定時間は、ほぼ0.1秒である。
【0090】
さらに、制御回路61は、周波数を上げていき、上限値に達するまでに、イグナイタ電圧確認回路51で、イグナイタ電圧の発生を確認できなければ、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、予め定めた上限値に固定する手段である。
【0091】
そして、上記制御手段は、イグナイタ電圧の発生を確認できなければ、上記インバータ回路出力電圧の周波数が上限値まで達した後に、上昇時と同等の速度で上記周波数を、所定の初期値に向かって下げ、この出力電圧の周波数を下げる過程で、上記共振回路の出力電圧の振幅が、上記所定値以上になると、そのときの周波数あるいはそれよりも数%〜数10%低い周波数に固定し、上記インバータ回路を運転し、周波数を下げる過程で、スイッチ素子SWのブレークダウンを検出できず、上記初期値に達した場合は、点灯するまで、または予め定めた最大時間が経過するまで、上記周波数を高くする動作を繰り返す手段である。つまり、共振点をつかめなかった場合、同調動作を繰り返す手段である。
【0092】
また、制御回路61は、上記所定時間(10〜100ms程度)内に、スイッチ素子SWのブレークダウンが検出されなければ、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を初期値に戻し、上記周波数を次第に高くする動作を繰り返す手段である。
【0093】
さらに、制御回路61は、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、一旦、初期周波数に戻し、次第に高くする動作を、ランプLPが点灯するまで、または予め定めた最大時間が経過するまで、繰り返す手段である。
【0094】
イグナイタ電圧は、ランプLPや使用条件で異なるが、数kVから20数kVまでの高電圧になる。高電圧パルスが発生すると、各部品とプリント配線や放熱フィン、ケースとの間に生じる静電容量を介して、電流が流れる。この電流が大きいと、半導体素子や構成部品を破壊する。
【0095】
図11は、イグナイタ電圧が浮遊容量を介して閉ループができる例を示す図である。
【0096】
閉ループは、浮遊容量を介するので、至るところで発生する。
【0097】
ランプLPがブレークダウンすると、放電電流が安定器回路内に流れ込む。通常は、インバータ回路20の出力端子間のコンデンサCrで吸収されるが、その一部は、図11に示すように、回路を構成する部品をプリント基板等に取りつけた際に生じる浮遊容量を通して流れ、この電流が、構成部品を破損する場合がある。
【0098】
図8は、本発明の第3の実施例であるランプ点灯回路300を示す回路図である。
【0099】
ランプ点灯回路300は、ランプ点灯回路100において、インバータ回路20の出力端子の両ラインに、共振用チョークLr1、Lr2を挿入した実施例である。
【0100】
浮遊容量による電流は、図8に示すように、インバータ回路20の出力端子の両ラインに、フィルタのチョークコイルLr1、Lr2を入れることによって、相当防止することができる。一部は、チョークをバイアスして流れる。
【0101】
共振チョークを両ラインに入れることによって、閉ループのインピーダンスが増加し、構成部品を破壊させるまでに至らなくなる。なお、浮遊容量は至るところにできるので、共振チョークを通らずに閉ループができるが、共振回路30で、イグナイタ回路部と安定器とを分離することができ、静電結合の少ない実装が容易になる。
【0102】
上記実施例において、イグナイタ回路40として、半波整流回路を用いたが、ブリッジや倍電圧整流回路を使用するようにしてもよく、このようにしても、上記と同様である。特に、倍電圧整流にすれば、イグナイタトランスTの電圧が2倍になり、イグナイタトランスTの負担が少なくなるという利点がある。
【0103】
降圧チョッパ回路のスイッチを、ハイサイドとしているが、これをローサイドにするようにしてもよく、このようにしても、上記と同様である。
【0104】
上記実施例において、共振動作の確認を半波整流回路としているが、全波整流でも良く、同様の効果が得られる。
【0105】
ところで、インバータ回路20の出力電圧の周波数を段階的に高くする場合、たとえばインバータ回路20の出力電圧の周波数が20kHzであるときに、その周波数を連続的に高くするが、その周期は、1クロック周波数分が最小になり、5MHzのクロックの場合0.2μsである。交流であり、正負があるので、2クロックがインバータ回路20の1周期の最小変化分である。
【0106】
すなわち、周波数を次第に高くする場合、その最小刻み幅は、0.4μsであり、0.4μ秒ずつ狭め、最小変化周波数は0.16kHzであり、20kHzの次は、20.16kHzであり、その次は、20.32kHzになる。なお、上記段階的に周波数を高くする場合、通常の周波数変化の刻みよりも大きい刻みであり、たとえは、最小刻み幅0.4μsの10倍であり、4μsずつ変化さっせる。
【0107】
また、起動後所定時間内に、共振回路30の振幅が一定以上になったことを検出する場合、制御回路61の内部に設けられているマイコン内で、起動からの時間を計測し、同時に、出力電圧の周波数を上記のように細かく高くする。
【0108】
図8に示すコンデンサC11の両端電圧に基づいて、インバータ回路20の出力電圧の振幅を、制御回路60、61が検出する。
【0109】
スイッチ素子SWがブレークダウンしたことを、図6に示すコンデンサC12の両端電圧に基づいて、制御回路60が判断することができる。
【0110】
制御回路60、61内のマイコンは、A/Dコンバータを有し、デジタル値に変換された検出値がマイコン入力電圧が設定した電圧よりも、高いか低いかを、常に判別する。実際のプログラムでは、数回連続し、同じ結果になったときに、出力電圧が所定の値に達したか、または、ブレークダウンしたかを判定する。
【0111】
【発明の効果】
本発明によれば、共振回路の構成部品が多少バラツいても、インバータ回路の出力電圧の周波数と共振回路の共振周波数とを自動的に同期させることができ、調整時間を短縮することができ、したがって、コストダウンすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の一実施例であるランプ点灯装置100を示す回路図である。
【図2】ランプ点灯回路100の動作を示すフローチャートである。
【図3】上記実施例における電圧波形を示す図である。
【図4】インバータ回路20の出力電圧の周波数を変えた場合における共振回路30の出力電圧の振幅を示す図である。
【図5】インバータ回路20の出力電圧の周波数を変えた場合における共振回路30の出力電圧の振幅を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施例であるランプ点灯回路200を示す回路図である。
【図7】上記実施例において、インバータ回路20の出力電圧の周波数の7倍に共振周波数を設定した場合の例を示す図である。
【図8】本発明の第3の実施例であるランプ点灯回路300を示す回路図である。
【図9】従来のランプ点灯回路500を示す回路図である。
【図10】上記従来例において、共振回路3の出力電圧の周波数と、その出力電圧の振幅との関係を示す図である。
【図11】イグナイタ電圧が浮遊容量を介して閉ループができる例を示す図である。
【符号の説明】
100、200、300…ランプ点灯回路、
10…コンバータ回路、
20…インバータ回路、
30…共振回路、
40…イグナイタ回路、
50…共振振幅検出回路、
51…イグナイタ電圧確認回路、
60、61…制御回路。
Claims (15)
- 直流電圧をランプ電極間電圧に変換し、上記ランプへ供給する電力を制御するコンバータ回路と、上記コンバータ回路の出力電圧を、矩形波交流電圧に変換するインバータ回路と、インダクタンスとコンデンサとによって構成されている共振回路と、上記ランプを点灯させる際に、ランプ電極間をブレークダウンさせるイグナイタ回路とを具備するランプ点灯装置において、
上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、上記共振回路の共振周波数よりも低い周波数で起動した後に、上記出力電圧の周波数を次第に上昇させ、上記共振回路の振動電圧の振幅が所定値以上になったときにおける上記出力電圧の周波数に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を設定する制御手段を有することを特徴とするランプ点灯装置。 - 直流電圧をランプ電極間電圧に変換し、上記ランプへ供給する電力を制御するコンバータ回路と、上記コンバータ回路の出力電圧を、矩形波交流電圧に変換するインバータ回路と、インダクタンスとコンデンサとによって構成されている共振回路と、上記ランプを点灯させる際に、ランプ電極間をブレークダウンさせるイグナイタ回路とを具備するランプ点灯装置において、
上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、上記共振回路の共振周波数よりも低い周波数で起動させてから所定時間内に、上記共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上になると、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、段階的に高くし、共振周波数の範囲外に移し、この後に、上記段階的に周波数を高くする変化幅よりも小さい変化幅で出力電圧の周波数を高くし、上記共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上になったときにおける周波数に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を設定する制御手段を有することを特徴とするランプ点灯装置。 - 直流電圧をランプ電極間電圧に変換し、上記ランプへ供給する電力を制御するコンバータ回路と、上記コンバータ回路の出力電圧を、矩形波交流電圧に変換するインバータ回路と、インダクタンスとコンデンサとによって構成されている共振回路と、上記ランプを点灯させる際に、ランプ電極間をブレークダウンさせるイグナイタ回路とを具備するランプ点灯装置において、
上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、上記共振回路の共振周波数よりも低い周波数で起動した後に、上記出力電圧の周波数を次第に上昇させ、上記共振回路の振動電圧の振幅が所定値以上になったときにおける上記出力電圧の周波数よりも数%〜数10%高い周波数に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を設定する制御手段を有することを特徴とするランプ点灯装置。 - 直流電圧をランプ電極間電圧に変換し、上記ランプへ供給する電力を制御するコンバータ回路と、上記コンバータ回路の出力電圧を、矩形波交流電圧に変換するインバータ回路と、インダクタンスとコンデンサとによって構成されている共振回路と、上記ランプを点灯させる際に、ランプ電極間をブレークダウンさせるイグナイタ回路とを具備するランプ点灯装置において、
上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、上記共振回路の共振周波数よりも低い周波数で起動させてから所定時間内に、上記共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上になると、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、段階的に高くし、共振周波数の範囲外に移し、この後に、上記段階的に周波数を高くする変化幅よりも小さい変化幅で出力電圧の周波数を高くし、上記共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上になったときにおける上記インバータ回路の出力電圧の周波数よりも数%〜数10%高い周波数に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を設定する制御手段を有することを特徴とするランプ点灯装置。 - 請求項2または請求項4において、
上記所定時間は、ほぼ0.1秒であることを特徴とするランプ点灯装置。 - 請求項1〜請求項5のいずれか1項において、
上記制御手段は、所定時間内に、上記共振回路の出力電圧の振幅が、上記所定値以上にならない場合、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、予め定めた上限値に設定する手段であることを特徴とするランプ点灯装置。 - 請求項1〜請求項5のいずれか1項において、
上記制御手段は、所定時間内に、上記共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上にならない場合、出力電圧の周波数が上限値まで達した後に、周波数を高くするときにおける速度と同等の速度で、起動時の周波数である初期周波数を目標に、上記周波数を下げる過程で、上記共振回路の出力電圧の振幅が上記所定値以上になれば、そのときの周波数よりも数%低い周波数に設定し、一方、上記周波数を下げる過程で、上記共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上にならずに、上記初期周波数に達した場合は、周波数を再度高くし、上記動作を、点灯するまで、または予め定めた最大時間が経過するまで、繰り返す手段であることを特徴とするランプ点灯装置。 - 請求項1〜請求項5のいずれか1項において、
上記制御手段は、出力電圧の振幅が所定値以上にならず、上記インバータ回路の出力電圧の周波数が予め定めた上限値に達した場合、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、一旦、初期周波数に戻し、次第に上昇させる動作を繰り返す手段であることを特徴とするランプ点灯装置。 - 直流電圧をランプ電極間電圧に変換し、上記ランプヘ供給する電力を制御するコンバータ回路と、このコンバータ回路の出力電圧を、矩形波交流電圧に変換するインバータ回路と、インダクタンスとコンデンサとによって構成されている共振回路と、上記ランプを点灯させる際に高電圧のイグナイタ電圧を発生し、ランプ電極間をブレークダウンさせるイグナイタ回路と、上記イグナイタ電圧の発生を確認する手段とを具備するランプ点灯装置において、
上記イグナイタ電圧が発生するときに、このときの周波数に出力電圧の周波数を固定する制御手段を有することを特徴とするランプ点灯装置。 - 直流電圧をランプ電極間電圧に変換し、上記ランプヘ供給する電力を制御するコンバータ回路と、このコンバータ回路の出力電圧を、矩形波交流電圧に変換するインバータ回路と、インダクタンスとコンデンサとによって構成されている共振回路と、上記ランプを点灯させる際に高電圧のイグナイタ電圧を発生し、ランプ電極間をブレークダウンさせるイグナイタ回路と、上記イグナイタ電圧の発生を確認する手段とを具備するランプ点灯装置において、
上記イグナイタ電圧が発生したときの周波数よりも数%〜数10%高い周波数に上記インバータ回路の出力電圧の周波数を設定する制御手段を有することを特徴とするランプ点灯装置。 - 直流電圧をランプ電極間電圧に変換し、上記ランプヘ供給する電力を制御するコンバータ回路と、このコンバータ回路の出力電圧を、矩形波交流電圧に変換するインバータ回路と、インダクタンスとコンデンサとによって構成されている共振回路と、上記ランプを点灯させる際に、高電圧のイグナイタ電圧を発生し、ランプ電極間をブレークダウンさせるイグナイタ回路と、上記イグナイタ電圧の発生を確認する手段とを具備するランプ点灯装置において、
上記インバータ回路が起動してから予め定めた周波数の上限値で、上記イグナイタ電圧が発生しない場合には、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、予め決められた初期周波数まで降下させ、しかる後に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、予め決めた条件で制御する制御手段を有することを特徴とするランプ点灯装置。 - 請求項11において、
上記予め決めた条件は、段階的に高くし、共振周波数の範囲外に移し、この後に、上記段階的に周波数を高くする変化幅よりも小さい変化幅で出力電圧の周波数を高くし、再度、上記イグナイタ電圧が発生したときの周波数に固定する条件であることを特徴とするランプ点灯装置。 - 直流電圧をランプ電極間電圧に変換し、上記ランプヘ供給する電力を制御するコンバータ回路と、このコンバータ回路の出力電圧を、矩形波交流電圧に変換するインバータ回路と、インダクタンスとコンデンサとによって構成されている共振回路と、上記ランプを点灯させる際に、高電圧のイグナイタ電圧を発生し、ランプ電極間 をブレークダウンさせるイグナイタ回路と、上記イグナイタ電圧の発生を確認する手段とを具備するランプ点灯装置において、
上記インバータ回路が起動してから予め定めた周波数の上限値で、上記イグナイタ電圧が発生しない場合には、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、予め決められた初期周波数まで降下させ、しかる後に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、段階的に高くし、共振周波数の範囲に移し、この後に、上記段階的に周波数を高くする変化幅よりも小さい変化幅で出力電圧の周波数を高くし、再度、上記イグナイタ電圧が発生したときの周波数よりも数%〜数10%高い周波数に設定する制御手段を有することを特徴とするランプ点灯装置。 - 直流電圧をランプ電極間電圧に変換し、上記ランプヘ供給する電力を制御するコンバータ回路と、このコンバータ回路の出力電圧を、矩形波交流電圧に変換するインバータ回路と、インダクタンスとコンデンサとによって構成されている共振回路と、上記ランプを点灯させる際に、高電圧のイグナイタ電圧を発生してランプ電極間をブレークダウンさせるイグナイタ回路と、上記イグナイタ電圧の発生を確認する手段とを具備するランプ点灯装置において、
上記インバータ回路が起動してから予め定めた周波数の上限値に達するまで所定の増加率で上昇させ、このときに上記イグナイタ電圧が発生しない場合には、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、上記所定の増加率と同等の低下率で上記周波数まで降下させ、その降下の過程で、上記イグナイタ電圧が発生したときには、その発生したときの周波数、またはそのときの周波数よりも2%から6%低い周波数に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を設定し、
または、上記周波数の下降の過程で、上記イグナイタ電圧の発生が検出されない場合には、再度、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を上記上限値まで上げ、この動作を上記イグナイタ電圧が発生するまで、または予め決めた最大時間まで行う制御手段を有することを特徴とするランプ点灯装置。 - 請求項1〜請求項14のいずれか1項において、
上記インバータ回路を、上記共振回路の共振周波数の1/N(Nは3以上の奇数である)よりも低い周波数で起動することを特徴とするランプ点灯装置。
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