JP5842956B2 - 放電ランプ点灯装置 - Google Patents
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Description
このような放電ランプ点灯装置について、超高圧水銀ランプ用の点灯装置を例にして図6を使用して説明する。図6は、従来例の放電ランプ点灯装置の概略図である。
また、放電ランプLの点灯状態を制御するランプ制御部6が設けられており、ランプ制御部6は点灯制御回路61を含む。ランプ測定回路5の出力は点灯制御回路61に入力され、点灯制御回路61の出力はインバータ回路3に入力されるようになっている。
アフタークーリングの時間はランプの種類や使用条件により様々であるが、一般的に10分〜20分の範囲であることが多い。また、再点灯後、消灯前の状態(電力・照度)に復帰するのには、熱容量の大きいランプであれば、15分〜30分程度の時間を要する。
放電ランプは、このようなシーケンスで再点灯をするため、一般的に再点灯に時間がかかる。このため、生産現場で使用されている放電ランプの場合、停電による稼働停止に加え再点灯に要する時間もあるため、生産性に対する影響が大きい。
この出願の発明は、上記課題を考慮して為されたものであり、非常用電源を用いたり、平滑用コンデンサを大容量化させたりすることなく,停電時に電離状態を長時間維持し、復電後は、停電発生前の点灯状態(通常モード)に素早く復帰することにより、停電によるランプ消灯とその後の再点灯に伴う時間的な損失や、ランプの消灯点灯を繰り返すことによる電極の消耗といった問題を解決する放電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。
インバータ回路を含み、整流平滑回路の出力をインバータ回路により任意の直流に変換して放電ランプに供給するDC・DC変換回路と、
放電ランプに供給されている電力又は放電ランプに流れる電流を測定するランプ測定回路と、
ランプ測定回路における測定結果に従ってインバータ回路を制御する点灯制御部と
を備え、DC・DC変換回路の出力側に接続された放電ランプに電力を供給する放電ランプ点灯装置であって、
インバータ回路は、通常モードでの制御が可能な回路であって、通常モードは、ランプ測定回路による測定結果に従って整流平滑回路の出力をスイッチングすることで放電ランプの電力又は電流が通常値となるよう制御するモードであり、
さらに、
商用電源の停電が、設定通常点灯維持条件の範囲を超えて継続したことを検出する停電継続検出手段を備えており、
整流平滑回路は、平滑用コンデンサを含んでおり、
設定通常点灯維持条件は、商用電源の停電後に平滑用コンデンサの蓄積電荷により通常点灯が維持できる条件として定められた条件であり、
点灯制御部は、通常モードに加え、電離維持モードでインバータ回路を制御することが可能となっており、電離維持モードは、放電ランプの電力又は電流が、通常値よりも低い値であって放電ランプの発光管内の電離状態が維持できる電力又は電流の値である電離維持目標値となるようインバータ回路を制御するモードであり、
停電継続検出手段は、商用電源の停電を検出する停電センサを備えていて停電センサが検出した停電が設定通常点灯維持条件の範囲を超えて継続したことを検出する手段であり、
点灯制御部は、商用電源の停電が設定通常点灯維持条件の範囲を超えて継続したことが停電継続検出手段により検出された際、インバータ回路における制御を通常モードから電離維持モードに切り替えるものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項2記載の発明は、前記請求項1の構成において、前記設定通常点灯維持条件は、商用電源の停電後に平滑用コンデンサの蓄積電荷により通常点灯が維持できる時間として設定された時間であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項3記載の発明は、商用電源に接続される整流平滑回路と、
インバータ回路を含み、整流平滑回路の出力をインバータ回路により任意の直流に変換して放電ランプに供給するDC・DC変換回路と、
放電ランプに供給されている電力又は放電ランプに流れる電流を測定するランプ測定回路と、
ランプ測定回路における測定結果に従ってインバータ回路を制御する点灯制御部と
を備え、DC・DC変換回路の出力側に接続された放電ランプに電力を供給する放電ランプ点灯装置であって、
インバータ回路は、通常モードでの制御が可能な回路であって、通常モードは、ランプ測定回路による測定結果に従って整流平滑回路の出力をスイッチングすることで放電ランプの電力又は電流が通常値となるよう制御するモードであり、
さらに、
商用電源の停電が、設定通常点灯維持条件の範囲を超えて継続したことを検出する停電継続検出手段を備えており、
整流平滑回路は、平滑用コンデンサを含んでおり、
設定通常点灯維持条件は、商用電源の停電後に平滑用コンデンサの蓄積電荷により通常点灯が維持できる条件として定められた条件であって通常点灯が維持できる平滑用コンデンサの残留電荷による両端の電圧の下限値であり、
点灯制御部は、通常モードに加え、電離維持モードでインバータ回路を制御することが可能となっており、電離維持モードは、放電ランプの電力又は電流が、通常値よりも低い値であって放電ランプの発光管内の電離状態が維持できる電力又は電流の値である電離維持目標値となるようインバータ回路を制御するモードであり、
点灯制御部は、商用電源の停電後に平滑用コンデンサの両端の電圧が前記下限値を下回るまで停電が継続したしたことが停電継続検出手段により検出された際、インバータ回路における制御を通常モードから電離維持モードに切り替えるものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項4記載の発明は、前記請求項1、2又は3の構成において、前記点灯制御部は、通常モードから電離維持モードに切り替えられ後、前記電離維持目標値を周期的に又は徐々に高くして前記インバータ回路を制御するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項5記載の発明は、前記請求項4の構成において、前記点灯制御部は、通常モードから電離維持モードに切り替えられ後、前記電離維持目標値を周期的に高くして前記インバータ回路を制御するものであり、各周期における最低の値はゼロであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項6記載の発明は、前記請求項1乃至5いずれかの構成において、前記放電ランプの定格電力は1kW以上であるという構成を有する。
また、請求項4記載の発明によれば、上記効果に加え、通常モードから電離維持モードに切り替えられた後、電離維持目標値が周期的に又は徐々に高くされるので、ランプ電極間の電圧が制御不可能な程度まで上昇してしまうことが抑制される。
また、請求項5記載の発明によれば、上記効果に加え、周期的な電離維持目標値において各周期における最低の値はゼロであるので、平滑用コンデンサの残留電荷を節約しながらランプ電圧上昇抑制の効果を得ることができる。
また、請求項6記載の発明によれば、放電ランプの定格電力は1kW以上であるので、電離状態が解消されてしまった場合にアフタークーリングをしなければならない場合が多く、上記各効果が得られる意義が著しい。
図1は、実施形態の放電ランプ点灯装置の概略図である。図1に示す点灯装置は、商用電源CPに接続される第一の整流平滑回路1と、第一の整流平滑回路1の出力が一次側となるように設けられたトランス2と、第一の整流平滑回路1とトランス2との間に設けられ、放電ランプLに供給される電力を制御するインバータ回路3と、トランス2の二次側に設けられた第二の整流平滑回路4と、放電ランプLに供給されている電力を測定するランプ測定回路5とを備えている。
この実施形態では、インバータ回路3は、4個の半導体スイッチング素子(トランジスタ、FET、IGBT等)から成るフルブリッジインバータ回路で形成されている。各々2個のスイッチング素子が交互にONすることで、整流平滑回路の出力(直流)は矩形波に変換される。このようなスイッチング回路3は、例えば特開2004−39390号公報に開示されており、参照することができる。尚、インバータ回路3の出力は、20kHz〜100kHz程度の高周波であり、トランス2は高周波用の絶縁トランスとなっている。
図1の放電ランプ点灯装置においては、インバータ回路3およびトランス2、第二の整流平滑回路によって、放電ランプに規定の電力または電流を供給するためのDC・DC変換回路が構成されている。
ランプ測定回路5は、この実施形態では、放電ランプLに供給される電力を測定するものとなっており、放電ランプLの両端の電圧及び放電ランプLに流れる電流を測定して電力値を出力するものとなっている。
尚、放電ランプLの点灯開始時にはイグナイタ回路7が動作し、ランプ電極間に高電圧を印加して発光管内を絶縁破壊して放電を始動させる。放電の始動後、ランプ電極間に流れる電流が調整され、安定した点灯状態に移行する。
なお、図1においては省略しているが、力率改善のためのチョークコイルをダイオードブリッジ11の前段に挿入することが好適である。
点灯制御回路61により上記のような制御が行われるモードを、以下、通常モードと言う。通常モードは、停電という異常状態が生じていない通常の状態の制御モードという意味である。
この実施形態では、設定通常点灯維持条件は、商用電源の停電後に平滑用コンデンサの蓄積電荷により通常点灯が維持できる時間として設定された時間(以下、設定通常点灯維持時間という)となっている。停電継続検出手段8は、停電センサ81と、停電センサ81からの出力により停電が設定通常点灯維持時間以上の時間に亘って続いたか否かを判断する判断部とを備えている。なお、停電検出手段8としては、例えば、オムロン株式会社から販売されている停電検出器S87Aを使用することができる。
放電ランプLが通常点灯している際、平滑用コンデンサ12は文字通り平滑作用を為すよう動作しており、平滑用コンデンサ12はフルに電荷を蓄積した状態にある。この電荷量を、図2においてQ0とする。例えば電圧が所定値以下になる停電が商用電源CPに発生したとし、この時刻をt0とする。
ランプ制御6は、モード切替ユニット62を備えている。モード切替ユニット62は、点灯制御回路61に対して設けられたコントローラであり、具体的にはPLC(Programmable Logic Controller)のようなハードウェアである。このコントローラには、停電検出手段8からの信号に基づき、設定通常点灯維持時間以上の時間に亘って停電した場合にインバータ回路3における制御を通常モードから電離維持モードに切り替え、また電離維持モード期間中に復電すれば電離維持モードから通常モードに切り替えるソフトウエアが組み込まれている。以下、電離維持モードについて説明する。
最低限どの程度の電力が放電ランプに供給されれば電離が維持されるかは、当然ながらランプの種類(封入されたガスの種類やガス圧、電極間距離等)やランプの定格電力によって異なる。また、使用温度(雰囲気温度)といった使用条件によっても異なってくる。これらの要素を考慮に入れ、電離維持モードにおけるランプ電力の制御目標値が予め定められる。以下、電離維持モードにおける電力制御の目標値を、電離維持目標値という。
装置が平常運転を行っている状態では、商用電源CPから定格の電圧(例えば三相200V)が入力される。電圧は、第一の整流平滑回路1で整流平滑され、インバータ回路3で所定のデューティ比の高周波電圧に変換される。高周波電圧は、トランス2で変圧された後、第二の整流平滑回路4で直流に戻され、ランプ電極間に印加される。モード切替ユニット62は、通常モードで制御を行うようインバータ回路3に信号を送っており、インバータ回路3は通常点灯目標値(例えば定格電力値)にて点灯するよう制御される。
上述したように、電離維持目標値は通常点灯目標値よりも大幅に低い値であり、放電ランプLへの供給電力は電離維持に必要な最低限の電力以上ではあるものの、非常に小さい電力とされる。この場合、電離維持目標値は、図5(a)に示すように一定の値で固定される場合もあるが、図5(b)(c)のように変化させた方が好ましい場合もある。
電離維持モードが開始され、放電ランプLへの供給電力が電離維持目標値という小さい電力とされると、ランプ電流も低くなる。ランプ電流が低いままにしておくと、ランプ電極間の電子や正イオンの数が少なくなるので、次第にランプ電極間の絶縁性が高まり、ランプ電極間の電圧が上昇していく。電力一定のフィードバック制御をしていると、電圧上昇に見合うように電流をさらに小さくするため、さらに電圧が上昇していく。そして、限度以上に電圧が上昇すると、インバータ回路3で制御可能な電圧以上に上昇してしまうことになり、出力電力を絞ることによって電離維持しようという目的が達成できなくなる。
このような制御パターンとすることで、電離維持可能な低い電力としつつも制御不可能な程度までランプ電圧上昇や限度以上の発光管温度低下を抑制できる。
尚、このようなパターンで電離維持目標値を変化させながら制御を行う際にも、電離維持モード時間内に復電して停電センサの出力がONになった場合、図5(a)〜(c)中に二点鎖線で示すように目標値は通常電力目標値に切り替えられ、通常モードでの制御に移行する。
また、電離維持モードにおける発光管内の状態は、電離状態が維持されていれば足り、必ずしも「発光」と呼べる状態でない場合もある。この点で、実施形態における電離モードは、弱い発光状態のモードというのとは概念的に異なる。
前述したように、停電継続検出手段は、停電が設定通常点灯維持条件の範囲を超えたかどうかを検出する手段である。この設定通常点灯維持条件とは、商用電源の停電後に平滑用コンデンサの蓄積電荷により通常点灯が維持できる条件として定められた条件であり、上記実施形態では、商用電源の停電後に平滑用コンデンサ12の蓄積電荷により通常点灯が維持できる時間として予め設定された時間であった。
また、いま述べた構成の場合、通常モードでの放電ランプ点灯時の電力が小さいほど、停電が起きてから平滑用コンデンサの両端の電圧がスレショルド電圧を下回りタイムアップ通知信号を出力するまでの時間が長くなるため、設定通常点灯維持時間が自動的に延長されることとなり、電離維持モードへの移行が回避され易くなる利点が生まれる。
また、DC・DC変換回路と放電ランプとの間に、例えばフルブリッジ回路等によって構成されたインバータを設け、ランプを交流駆動する点灯装置においても本願発明は良好に効果を発揮する。
また、前記した図1の実施形態においては、ダイオードブリジッジ11と平滑用コンデンサ12からなる単純なコンデンサインプット型の整流平滑回路について述べたが、アクティブフィルタ型の力率改善回路(PFC)を備えた点灯装置においても本願発明は良好に効果を発揮する。
11 ダイオードブリッジ
12 平滑用コンデンサ
2 トランス
3 インバータ回路
4 第二の整流平滑回路
5 ランプ測定回路
6 ランプ制御部
61 点灯制御回路
62 モード切替ユニット
7 イグナイタ回路
8 停電継続検出手段
81 停電センサ
82 タイマー回路
Claims (6)
- 商用電源に接続される整流平滑回路と、
インバータ回路を含み、整流平滑回路の出力をインバータ回路により任意の直流に変換して放電ランプに供給するDC・DC変換回路と、
放電ランプに供給されている電力又は放電ランプに流れる電流を測定するランプ測定回路と、
ランプ測定回路における測定結果に従ってインバータ回路を制御する点灯制御部と
を備え、DC・DC変換回路の出力側に接続された放電ランプに電力を供給する放電ランプ点灯装置であって、
インバータ回路は、通常モードでの制御が可能な回路であって、通常モードは、ランプ測定回路による測定結果に従って整流平滑回路の出力をスイッチングすることで放電ランプの電力又は電流が通常値となるよう制御するモードであり、
さらに、
商用電源の停電が、設定通常点灯維持条件の範囲を超えて継続したことを検出する停電継続検出手段を備えており、
整流平滑回路は、平滑用コンデンサを含んでおり、
設定通常点灯維持条件は、商用電源の停電後に平滑用コンデンサの蓄積電荷により通常点灯が維持できる条件として定められた条件であり、
点灯制御部は、通常モードに加え、電離維持モードでインバータ回路を制御することが可能となっており、電離維持モードは、放電ランプの電力又は電流が、通常値よりも低い値であって放電ランプの発光管内の電離状態が維持できる電力又は電流の値である電離維持目標値となるようインバータ回路を制御するモードであり、
停電継続検出手段は、商用電源の停電を検出する停電センサを備えていて停電センサが検出した停電が設定通常点灯維持条件の範囲を超えて継続したことを検出する手段であり、
点灯制御部は、商用電源の停電が設定通常点灯維持条件の範囲を超えて継続したことが停電継続検出手段により検出された際、インバータ回路における制御を通常モードから電離維持モードに切り替えるものであることを特徴とする放電ランプ点灯装置。 - 前記設定通常点灯維持条件は、商用電源の停電後に平滑用コンデンサの蓄積電荷により通常点灯が維持できる時間として設定された時間であることを特徴とする請求項1記載の放電ランプ点灯装置。
- 商用電源に接続される整流平滑回路と、
インバータ回路を含み、整流平滑回路の出力をインバータ回路により任意の直流に変換して放電ランプに供給するDC・DC変換回路と、
放電ランプに供給されている電力又は放電ランプに流れる電流を測定するランプ測定回路と、
ランプ測定回路における測定結果に従ってインバータ回路を制御する点灯制御部と
を備え、DC・DC変換回路の出力側に接続された放電ランプに電力を供給する放電ランプ点灯装置であって、
インバータ回路は、通常モードでの制御が可能な回路であって、通常モードは、ランプ測定回路による測定結果に従って整流平滑回路の出力をスイッチングすることで放電ランプの電力又は電流が通常値となるよう制御するモードであり、
さらに、
商用電源の停電が、設定通常点灯維持条件の範囲を超えて継続したことを検出する停電継続検出手段を備えており、
整流平滑回路は、平滑用コンデンサを含んでおり、
設定通常点灯維持条件は、商用電源の停電後に平滑用コンデンサの蓄積電荷により通常点灯が維持できる条件として定められた条件であって通常点灯が維持できる平滑用コンデンサの残留電荷による両端の電圧の下限値であり、
点灯制御部は、通常モードに加え、電離維持モードでインバータ回路を制御することが可能となっており、電離維持モードは、放電ランプの電力又は電流が、通常値よりも低い値であって放電ランプの発光管内の電離状態が維持できる電力又は電流の値である電離維持目標値となるようインバータ回路を制御するモードであり、
点灯制御部は、商用電源の停電後に平滑用コンデンサの両端の電圧が前記下限値を下回るまで停電が継続したしたことが停電継続検出手段により検出された際、インバータ回路における制御を通常モードから電離維持モードに切り替えるものであることを特徴とする放電ランプ点灯装置。 - 前記点灯制御部は、通常モードから電離維持モードに切り替えられた後、前記電離維持目標値を周期的に又は徐々に高くして前記インバータ回路を制御するものであることを特徴とする請求項1、2又は3記載の放電ランプ点灯装置。
- 前記点灯制御部は、通常モードから電離維持モードに切り替えられた後、前記電離維持目標値を周期的に高くして前記インバータ回路を制御するものであり、各周期における最低の値はゼロであることを特徴とする請求項4記載の放電ランプ点灯装置。
- 前記放電ランプの定格電力は1kW以上であることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の放電ランプ点灯装置。
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