JPH08241793A - 高力率高輝度放電灯点灯装置 - Google Patents
高力率高輝度放電灯点灯装置Info
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- JPH08241793A JPH08241793A JP4464495A JP4464495A JPH08241793A JP H08241793 A JPH08241793 A JP H08241793A JP 4464495 A JP4464495 A JP 4464495A JP 4464495 A JP4464495 A JP 4464495A JP H08241793 A JPH08241793 A JP H08241793A
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Abstract
ッチ素子で動作させる回路構成の簡単で安価な高輝度放
電灯点灯装置を提供すること。 【構成】力率改善回路と電圧共振型インバータのパワー
素子を共通とし、単一の周波数変調型制御回路によって
パワースイッチ素子のON/OFFを制御することによ
り、省部品点数で低価格な高力率高輝度放電灯点灯装置
を提供するものである。
Description
せる高力率高輝度放電灯点灯装置に関するものである。
の高輝度放電灯点灯装置の回路図を示す。図4におい
て、商用交流電源ACをダイオードD101〜D104
とインダクタLFとコンデンサCFとを含む整流回路に
て直流化し、その出力はチョークコイルL101とスイ
ッチング素子SW1とダイオードD105とコンデンサ
Cとを含む昇圧チョッパー方式正弦波コンバータ回路に
印加される。正弦波コンバータ回路には、その負荷とし
て電圧共振型インバータ回路が接続されている。
について簡単に説明する。入力電流Iiを商用交流電源
電圧eiの波形と同一するため、まず抵抗R101、R
102によりeiを検出し、掛算器MP1に入力する。
この電圧はeiと同一波形の電流指令値Ii* となる。
一方、抵抗R104により、入力電流Iiを検出し、コ
ンパレータCMP1にてIi* とIi’を比較し、差に
比例したPWM信号を作り出し、これにより昇圧チョッ
パーのスイッチング素子SW1を駆動すれば高周波の抑
制と高力率をフィードフォワード制御にて達成できる。
このようにするとeiの変動や負荷変動に対し、出力V
oが安定化されない。従って、Voを定電圧回路により
Voの変動分ΔVoを得て、これとeiとの積をとり、
電流指令値Ii* を作り出す。これによりフィードバッ
ク回路が構成され、Ii* の振幅がVoの変動分により
変化し、Voが安定化され、同時にeiと同一の電流波
形が得られる。
入力電圧に比例するので、スイッチング波形の高周波成
分をLF、CFによるローパスフィルタで取り除くこと
により、ACラインの一周期では図5に示すように入力
電圧と相似型になり、力率はほぼ1が得られる。電圧共
振型のインバータ回路は、昇圧トランスT101とパワ
ースイッチ素子(POWER MOS−FET)SW2
とコンデンサCRと共振型スイッチング電源用制御IC
とからなる。コンデンサCRは昇圧トランスT101の
一次インダクタンスと直列共振回路を構成し、パワース
イッチ素子SW1がオフのときのドレイン電圧波形を正
弦波状にする。
高力率インバータでは効率は(正弦波コンバータの効
率)×(電圧共振型インバータの効率)となり、高効率
が得にくく、部品点数も多く、小型化、低価格化が困難
である。そこで本発明は、インバータと力率改善回路を
同一のパワースイッチ素子で動作させる回路構成の簡単
で安価な高輝度放電灯点灯装置を提供することを目的と
する。
め、本発明は、昇圧チョッパ型正弦波コンバータの後段
に電圧共振型インバータを接続した放電灯点灯回路にお
いて、同一のパワースイッチ素子により動作する力率改
善回路とインバータとで構成される高力率高輝度放電灯
点灯装置を提供する。またこの放電灯点灯回路は、同一
のパワースイッチ素子により動作する力率改善回路とイ
ンバータとで構成し、電源投入時に制御ICの制御入力
端の電圧をクランプして、昇圧型チョッパーの出力電圧
を一定に保ち、パワースイッチ素子に過大な電圧ストレ
スが印加されることを防止することもできる。さらに、
メタルハライドランプの放電電流の直流成分をカットす
るコンデンサを設け、放電状態の安定化を実現すること
も、メタルハライドランプの動作の周波数を、音響的共
鳴効果を避けるに足るスイッチング周波数600KHz
に設定し、高周波点灯を行うことも、また、ランプ電流
の交流成分のみを検出して、制御ICにフィードバック
し、ランプ電流の定電流制御を行うことも、制御ICの
電源供給用の帰還コイルの電圧をチョークインプット型
整流回路により、直流、平滑化することも、本発明の課
題を解決するための手段に加える。
タのパワー素子を共通とし、単一の周波数変調型制御回
路によってパワースイッチ素子のON/OFFを制御し
て、省部品点数で低価格な高力率高輝度放電灯点灯装置
となる。
する。図1は本発明の高輝度放電灯点灯装置の基本構造
を示す回路図である。図1においてT1は電圧共振型イ
ンバータの一次コイルNP、二次コイルNS、帰還コイ
ルNfを備えた昇圧トランスである。IC1は電圧共振
型スイッチング電源用制御回路であり、集積回路からな
る。Q1はパワースイッチ素子(POWER−MOS−
FET)である。抵抗R2は起動用抵抗で電源がオンす
ると該起動用抵抗R2により共振型スイッチング電源用
制御回路IC1に電源が供給され、これが動作する。I
C1の発振開始によりパワースイッチQ1はスイッチン
グ動作し、トランスT1の帰還コイルNfにスイッチン
グ電圧が発生する。この電圧をダイオードD14、D1
5、チョークコイルL2、コンデンサC12によるチョ
ークインプット型整流平滑回路により直流化し、IC1
の電源電圧としている。チョークインプット型整流回路
を採用した理由はトランスT1がフォワード型動作とな
り、スイッチング周波数も高いので、整流ダイオードの
スイッチングロスが大きくなるからである。この共振型
スイッチング電源用制御回路IC1は、電圧制御発振器
VCO、ワンショットマルチバイブレータMB1、パル
ス周波数変調器PFM、ドライバDB、エラーアンプO
PA1、5Vの基準電圧Vrefを発生する基準電圧発
生回路SVGを含む。
により全波整流され、力率改善用のの昇圧型チョッパー
の入力電圧となる。昇圧型チョッパーはチョークコイル
L1とダイオードD1とコンデンサCSとパワースイッ
チ素子Q1とで構成されている。コンデンサCRは電圧
共振用コンデンサである。昇圧トランスT1の一次コイ
ルNPに直列にパワースイッチ素子Q1が接続されてい
る。また昇圧トランスT1の二次コイルには、HIDラ
ンプMLとチョークコイルLBとランプ電流検出用コン
デンサC20が直列に接続されている。
ースイッチ素子Q1は、力率改善用の昇圧型チョッパー
と電圧共振型インバータとに共通である。チョークコイ
ルL1に流れる電流のピーク値は入力電圧にほぼ比例す
るため、スイッチングによる高調波を取り除くとこによ
り入力電圧に相似形となる。
CにAC電源が投入された当初はHIDランプMLが点
灯せず、これには電流が流れていないので、電流検出用
コンデンサC20の両端の電圧は0Vである。またラン
プの点灯初期にはグロー放電の状態なのでランプ電流が
安定せず、電圧共振型インバータ出力波形も正負非対称
なので、コンデンサC20が無いとランプ電流はDC成
分を持つ。またDCオフセット電流、すなわちランプの
平均電流が変動するのでランプ電流が不連続的に変化
し、輝度が大きく変動する。コンデンサC20を入れる
ことによりランプ電流の直流成分はカットされるので、
コンデンサC20の両端の電圧は安定した正負対称の波
形となり、ランプ電流も安定する。コンデンサC20の
両端の電圧をコンデンサC20、抵抗R21により交流
化した後、ダイオードD12、コンデンサC11により
整流、平滑され、可変抵抗VR1により分圧されて、O
PA2の反転入力端子に入力される。コンデンサC2
1、抵抗R21はランプの点灯初期にランプ電流が正負
非対称になることによりコンデンサC11にDC電圧が
発生し、オペアンプOPA2の出力電圧が低下し、IC
1が間欠発振することを防ぐためのものである。AC電
源が投入された直後は、電流検出用コンデンサC20の
両端の電圧は0Vであるので、OPA2の反転入力端子
の電圧は0Vである。
り、制御用ICの制御入力端の電圧もハイレベルであ
る。共振型スイッチング電源用制御回路IC1は、制御
入力端の電圧が低くなると発振周波数が高くなり、逆に
制御入力端の電圧が高くなると発振周波数が低下するよ
うな、いわゆるパルス周波数変調(PFM)を行う。従
って、HIDランプMLに放電電流が流れている定常動
作時に比べて電圧制御発振器VCOの発振周波数は低下
する。従って、定常動作時よりも昇圧トランスT1の一
時電流は増えるので、その出力電圧も大きくなる。昇圧
トランスT1の巻数比をその出力電圧が1KV以上にな
るように選べばHIDランプMLはグロー放電を開始す
る。グロー放電からアーク放電に着実に移行させ点灯状
態にするには、HIDランプMLの放電維持電圧(10
0V)の2倍以上の電圧をこれに印加する必要がある
が、グロー放電時にはHIDランプMLを流れる電流は
定常動作時よりも少ないので、電圧制御発振器VCOの
発振周波数も定常動作時より低い。また上述の巻数比の
設定から昇圧トランスT1の出力電圧を200V以上に
設定するのは可能である。スイッチング周波数はメタル
ハライドランプの音響的共鳴効果を避けるために600
KHzに選んでいる。チョークコイルLBは、HIDラ
ンプMLが点灯時に該ランプ両端の電圧は放電維持電圧
(100V)になるので、昇圧トランスT1の二次側の
出力電圧と放電維持電圧の差を分担するバラストインダ
クタである。チョークコイルLBはコンデンサに置き換
えても動作は可能である。
御するには、ランプ電流を電流検出用のコンデンサC2
0で検出しダイオードD12、コンデンサC11で整
流、平滑した直流電圧をオペアンプOPA2を介して、
共振型スイッチング電源用制御回路IC1の制御入力端
に接続する事により行われる。すなわち、何等かの原因
でランプ電流が増加すると、電流検出用のコンデンサC
20の両端の電圧は上昇する。従って、共振型スイッチ
ング電源用制御回路IC1の制御入力端の電圧は低下す
る。従って、電圧制御発振器VCOの発振周波数は上昇
し、ランプ電流は減少する。可変抵抗VR1はランプ電
流設定用の可変抵抗器である。コンデンサCRは昇圧ト
ランスT1の一次インダクタンスLPと直列共振回路を
構成し、パワースイッチ素子Q1がオフ時のドレイン電
圧波形を正弦波状にする。R13はパワースイッチ素子
Q1のゲートドライブ抵抗、D13はパワースイッチ素
子Q1のゲート・ソース間の蓄積電荷引き抜き用のダイ
オードである。ダイオードD14、D15、コンデンサ
C12は共振型スイッチング電源用制御回路IC1の電
源供給用整流器を構成する。ダイオードD16、コンデ
ンサC22抵抗R2は制御IC IC1の起動用電源供
給回路である。
C1の動作を、図1及び図2を用いて、詳しく説明す
る。HIDランプMLの放電電流(ランプ電流)が何等
かの原因で増加するとIC1の制御入力端の電圧は低下
し、電圧制御発振器VCOの発振周波数は高くなる。電
圧制御発振器VCOの出力の立ち下がりでワンショット
マルチバイブレータMB1のワンショットはセットさ
れ、その出力はハイレベルとなる。抵抗R18とコンデ
ンサC16はワンショットの出力パルス幅決定用でその
時定数で定まる時間Toffの間、ワンショットの出力
をハイレベルに保つ。Toffは昇圧トランスT1の一
次インダクタンスLP、電圧共振用コンデンサCR等の
ばらつきや温度変化による共振周波数の変動を考慮し
て、電圧共振動作が満足されるように設定する。すなわ
ちToffは一定のまま、電圧制御発振器VCOの発振
周波数(=スイッチング周波数)を変化させるパルス周
波数制御を行う。コンデンサC14、抵抗R14は電圧
制御発振器VCOの発振周波数決定用のものである。抵
抗R16、R17はエラーアンプOPA2の+入力端の
DCバイアス用素子であり、抵抗R15、コンデンサC
15はエラーアンプOPA2の位相補正用の素子であ
る。ダイオードD11、コンデンサC17はACライン
電圧の整流平滑用の素子である。
3に示す実施例回路は図1に示す第1の実施例とほぼ同
様な回路であるが、電源投入時にパワースイッチ素子Q
1にかかる電圧ストレスを抑制するための制御回路を付
加したものである。なお、IC1は電圧共振型スイッチ
ング電源用制御回路であり、図1に示すものと同様な構
成を有するので詳細な構成と作用の説明を省略するとと
もに、図1の回路図に示す部品と同一符号を付し、また
実施例回路全体の詳細な説明は省略する。
トランジスタQ3はオンし、該トランジスタQ3のエミ
ッタ電圧はツェナーダイオードZD3(ツェナー電圧V
3−0.6V)となる。この電圧をIC1の動作開始電
圧以上にすれば、IC1は動作を開始する。これにより
帰還コイルNfにはスイッチング電圧が発生し、ダイオ
ードD14、D15、チョークコイルL2、コンデンサ
C12によるチョークインプット型整流回路によりトラ
ンジスタQ2はオンする。ツェナーダイオードZD2の
ツェナー電圧V2をツェナーダイオードZD3のツェナ
ー電圧V3より大きく選ぶことによりトランジスタQ3
はオフし、IC1への電力供給はトランジスタQ2より
行われる。ダイオードD6はトランジスタQ3のベース
エミッタ電圧の逆耐圧保護用である。抵抗R30、コン
デンサC31はタイマーIC IC2のトリガー信号を
作る。電源投入直後はコンデンサC31の電圧は0Vな
ので、タイマーIC IC2はトリガーされ、一定時間
TLIMの間、出力はハイレベルとなる。抵抗R50、
コンデンサC50はIC2の出力パルス巾決定用素子で
ある。TLIMの帰還はトランジスタQ11がONする
ため、IC1の制御入力端の電圧はツェナーダイオード
ZD1の電圧を抵抗R27とR28とで分圧した電圧V
LIMにほぼ等しくなる。この電圧VLIMを適当な値
に設定することにより、IC1の発振周波数は固定さ
れ、昇圧型チョッパーの出力電圧は一定に保たれるの
で、パワースイッチ素子Q1に過大な電圧ストレスが印
加される事を防止できる。電源投入後、時間TLIMを
経過するとIC2の出力はローレベルとなり、トランジ
スタQ11がOFFするため、IC1の制御入力端の電
圧はオペアンプOPA2の出力電圧に等しくなり、ラン
プ電流が定電流制御されるようになる。
したが、本発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が可
能であり、これらの変形や応用を本発明の範囲から排除
するものではない。
回路を共通のパワースイッチ素子で動作させることによ
り、パワースイッチ素子の数を一個減らすことができ、
効率も向上する。また部品点数を少なくでき、小型化、
低価格化出来る。 (1)電源投入時に制御ICの制御入力端の電圧をクラ
ンプすることにより、IC1の発振周波数を固定でき、
昇圧型チョッパーの出力電圧を一定に保ち、パワースイ
ッチ素子に過大な電圧ストレスが印加されることを防止
できる。 (2)メタルハライドランプに直列にコンデンサを接続
し、直流電流をカットすることによりランプ電流波形は
正負対称となり安定し、放電状態も安定する。 (3)ランプ電流の交流成分のみ検出して制御ICにフ
ィードバックし、ランプ定電流制御を行うことにより放
電状態を安定化することができる。
る。
示す波形図である。
Claims (6)
- 【請求項1】昇圧チョッパ型正弦波コンバータの後段に
電圧共振型インバータを接続した放電灯点灯回路におい
て、 同一のパワースイッチ素子により動作する力率改善回路
とインバータとで構成される高力率高輝度放電灯点灯装
置。 - 【請求項2】昇圧チョッパ型正弦波コンバータの後段に
電圧共振型インバータを接続した放電灯点灯回路におい
て、 同一のパワースイッチ素子により動作する力率改善回路
とインバータとで構成し、電源投入時に制御ICの制御
入力端の電圧をクランプして、昇圧型チョッパーの出力
電圧を一定に保ち、パワースイッチ素子に過大な電圧ス
トレスが印加されることを防止することを特徴とする高
力率高輝度放電灯点灯装置。 - 【請求項3】メタルハライドランプの放電電流の直流成
分をカットするコンデンサを設け、放電状態の安定化を
実現したことを特徴とする請求項1または請求項2に記
載の高力率高輝度放電灯点灯装置。 - 【請求項4】メタルハライドランプの動作の周波数を、
音響的共鳴効果を避けるに足るスイッチング周波数60
0KHzに設定し、高周波点灯を行うことを特徴とする
請求項1または請求項2に記載の高力率高輝度放電灯点
灯装置。 - 【請求項5】ランプ電流の交流成分のみを検出して、制
御ICにフィードバックし、ランプ電流の定電流制御を
行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の
高力率高輝度放電灯点灯装置。 - 【請求項6】制御ICの電源供給用の帰還コイルの電圧
をチョークインプット型整流回路により、直流、平滑化
することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の
高力率高輝度放電灯点灯装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4464495A JP3881387B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | 高力率高輝度放電灯点灯装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4464495A JP3881387B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | 高力率高輝度放電灯点灯装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08241793A true JPH08241793A (ja) | 1996-09-17 |
JP3881387B2 JP3881387B2 (ja) | 2007-02-14 |
Family
ID=12697158
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4464495A Expired - Fee Related JP3881387B2 (ja) | 1995-03-03 | 1995-03-03 | 高力率高輝度放電灯点灯装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3881387B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006244908A (ja) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Koito Mfg Co Ltd | 放電灯点灯回路 |
JP2006318865A (ja) * | 2005-05-16 | 2006-11-24 | Nec Tokin Corp | 電源装置 |
JP2012095518A (ja) * | 2010-06-28 | 2012-05-17 | Rohm Co Ltd | 負荷駆動回路ならびにそれを用いた発光装置およびディスプレイ装置 |
-
1995
- 1995-03-03 JP JP4464495A patent/JP3881387B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006244908A (ja) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Koito Mfg Co Ltd | 放電灯点灯回路 |
JP2006318865A (ja) * | 2005-05-16 | 2006-11-24 | Nec Tokin Corp | 電源装置 |
JP2012095518A (ja) * | 2010-06-28 | 2012-05-17 | Rohm Co Ltd | 負荷駆動回路ならびにそれを用いた発光装置およびディスプレイ装置 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP3881387B2 (ja) | 2007-02-14 |
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