JPH09237691A - 放電灯点灯回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路構成の複雑化を伴うことなく、放電灯の
光束が速やかに定格光束に到達するように放電灯の電力
制御を行う。 【解決手段】 放電灯点灯回路１において、放電灯６が
冷えた状態からこれを点灯させるにあたって、放電灯６
にその定格電力を超える電力供給を行なってから放電灯
６への供給電力を減少させた後、放電灯６の定電力制御
へと移行させるように制御するための電力制御手段５を
設ける。そして、放電灯６にその定格電力を超える電力
供給を行なった後放電灯６の定電力制御へと移行させる
ための移行制御手段８が、時定数の異なる複数の時定数
回路又はその次数が２次以上とされる時定数回路を有す
るように構成し、時間の経過につれて放電灯６への供給
電力の減少率が変化するように電力制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電灯の点灯時に
その定格電力を超える電力供給を行なってから定電力制
御へと移行させるように電力制御を行う放電灯点灯回路
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近時、白熱電球に代わる光源として小型
の放電灯（例えば、メタルハライドランプ）が注目され
ており、例えば、その点灯回路の構成として、直流電
源、直流電源回路、直流−交流変換回路、起動回路等を
備えたものが知られている。

【０００３】そして、放電灯の始動時間や再始動時間を
短縮するために、放電灯の点灯初期にその定格電力を越
える電力供給を行うことによって発光管を急速に暖め、
発光を促進する方法が知られている。

【０００４】しかしながら、放電灯への供給電力を急激
に変化させたのでは、放電灯の光束変化においてオーバ
ーシュートやアンダーシュートが著しくなって光束の変
動が大きくなるため、放電灯の光束が安定するまでに要
する時間を短縮することが難しいという問題がある。

【０００５】そこで、放電灯の点灯初期において放電灯
の定格電力を超える電力供給を行う制御（以下、「発光
促進制御」という。）から放電灯の定格電力での定電力
制御へと移行させるにあたって、放電灯への供給電力を
時間の経過とともに緩やかに減少させて、最終的に供給
電力が定格電力となるように電力制御を行うように構成
された回路が考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、放電灯はそ
の点灯時における状態が常に同じ状態であるとは限ら
ず、発光管が冷えた状態で放電灯を点灯させる場合（以
下、「コールドスタート」という。）と、放電灯の消灯
後の発光管がまだ高温のうちに放電灯を点灯させる場合
（以下、「ホットスタート」という。）、あるいは両者
の中間的な場合が存在する。

【０００７】よって、発光促進制御から定電力制御への
移行時において放電灯への供給電力の減少率をある一定
値に固定した回路では、放電灯の光束の時間的変化につ
いてのアンダーシュートやオーバーシュートを低減する
ことが難しいという問題がある。

【０００８】即ち、供給電力の減少率をある値に設定
し、コールドスタート時において問題のない光束変化を
得たとしても、当該減少率の設定値がホットスタート時
の制御において通用するとは限らない。

【０００９】そこで、放電灯の点灯時の状態（つまり、
コールドスタート、ホットスタートあるいは両者の中間
的な状態）の如何を判別して放電灯への供給電力を各別
に制御する方法が考えられるが、制御回路を状態毎に各
別に設けたのでは回路構成が複雑になってしまうという
不都合がある。

【００１０】本発明は、回路構成の複雑化を伴うことな
く、放電灯の光束が速やかに定格光束に到達するように
放電灯の電力制御を行うことを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明放電灯点灯回路は
上記した課題を解決するために、放電灯にその定格電力
を超える電力供給を行なった後放電灯の定電力制御へと
移行させるための移行制御手段が、時定数の異なる複数
の時定数回路又はその次数が２次以上とされる時定数回
路を有しており、時間の経過につれて時定数が変化し、
これに伴って放電灯への供給電力の減少率が変化するよ
うに電力制御を行うものである。

【００１２】よって、本発明によれば、移行制御手段に
よって放電灯への供給電力の減少率を複数の時定数の組
み合わせにより時間的に変化させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を図１乃至図５に
従って説明する。

【００１４】図１は本発明に係る放電灯点灯回路１の構
成を示すものであり、電源２、点灯制御手段３、ランプ
電圧／電流検出手段４、電力制御手段５を備えている。

【００１５】点灯制御手段３は、電源２から供給される
交流又は直流の電源電圧に基づいて放電灯６の点灯制御
を行うために設けられており、その出力が電力制御手段
５からの制御信号によって制御される。尚、点灯制御手
段３は、放電灯６の点灯初期に起動パルスを発生させて
放電灯６を起動するための起動回路を含んでいる。

【００１６】ランプ電圧／電流検出手段４は、点灯制御
手段３から放電灯６に供給されるランプ電圧やランプ電
流あるいはこれらに相当する信号として点灯制御手段３
内で検出される電圧値や電流値を得るために設けられて
おり、その検出結果を電力制御手段５に送出する。

【００１７】電力制御手段５は、その制御機能として図
示するように発光促進制御手段７、移行制御手段８、定
電力制御手段９を有している。尚、これらの制御手段が
各別の回路として設けられるとは限らず、電力制御手段
５の機能上の制御区分をブロック要素によって視覚化し
たときに図示するような構成となるに過ぎないことに注
意を要する。

【００１８】発光促進制御手段７は放電灯６の点灯初期
の放電灯にその定格電力を越える電力供給することによ
って放電灯の発光を促すとともに光束の時間的な立ち上
がり特性を良好にするための制御を行うものであり、ま
た、定電力制御手段９は放電灯の定常点灯時において定
格電力での定電力制御を行うことによって安定した点灯
を保証するものである。

【００１９】そして、移行制御手段８は、放電灯６が発
光促進制御手段７の制御下に置かれた状態から、放電灯
６が定電力制御手段９の制御下に置かれるまでの過渡状
態における電力制御を担当するものであり、放電灯６へ
の供給電力を時間の経過とともに次第に減少させるもの
であり、そのために複数の時定数回路を有している。

【００２０】図２は横軸に時間ｔをとり、縦軸に放電灯
６への供給電力の制御に係る電力制御信号（これを「Ｗ
Ｐ」とする。）及び放電灯６のランプ電圧の検出信号
（これを「ＶＳ」とする。）をとって、放電灯のコール
ドスタート時における信号変化を示したものである。

【００２１】図示するように、放電灯６が発光促進制御
手段７の支配下にある期間ｔ１では放電灯への供給電力
が大きく、移行制御手段８の支配下にある期間ｔ２にお
いて供給電力が時間の経過につれて徐々に減少した後、
定電力制御手段９の支配下にある期間ｔ３において定格
電力を示す制御値（これを「ＷＰｃ」とする。）に達し
て制御が安定する。尚、検出信号ＶＳは期間ｔ１の初期
において比較的低い値を示した後時間の経過につれて次
第に上昇した後定常値に漸近していく。また、期間ｔ２
における放電灯への供給電力は期間ｔ３における放電灯
への供給電力より大きいことから、期間ｔ１と期間ｔ２
とを含めて放電灯の発光促進のための期間であると考え
ることができ、ｔ２が当該期間の後期であるとみなすこ
ともできる。

【００２２】図３は横軸に時間ｔをとり、縦軸に電力制
御信号ＷＰ及びランプ電圧の検出信号ＶＳをとって、放
電灯のホットスタート時における信号変化を示したもの
である。

【００２３】図示するように、この場合には発光促進制
御手段７による放電灯への過大な電力供給が僅な時間し
か行われないか又は行われずに、直ちに放電灯６が移行
制御手段８の支配下に置かれ、電力制御信号ＷＰは制御
値ＷＰｃより稍大きい値から時間の経過につれて徐々に
減少した後、ＷＰｃに達して制御が安定する。尚、ラン
プ電圧の検出信号ＶＳは比較的高い値から直ちに上昇し
て定常値となる。

【００２４】ところで、移行制御手段８による電力供給
の時間変化率を規定するのに一の時定数回路を用いるこ
とが考えられ、この場合には放電灯の制御が発光促進制
御手段７から移行制御手段８に移った時点から電力制御
信号ＷＰが時間の経過とともにある時定数をもって次第
に減少していき最終的にＷＰｃに落ち着くことになる。

【００２５】しかしながら、コールドスタート時やホッ
トスタート時あるいは両者の中間的な状態での点灯開始
時の全てに亘って良好な光束の立ち上がり特性を得るよ
うに一の時定数の設定を行うことは困難である。

【００２６】図４は放電灯の光束（これを「Ｌ」とす
る。）の時間的変化の一例を示すものであり、時定数の
ある設定値を採用するとグラフ曲線ｇｃに誇張して示す
ようにコールドスタート時の光束Ｌに大きなアンダーシ
ュートが生じたり、あるいはグラフ曲線ｇｈに誇張して
示すようにホットスタート時の光束Ｌに大きなオーバー
シュートが生じる等の不都合が起き得る。

【００２７】そこで、放電灯の点灯時の状態を検出して
その検出結果に応じて移行制御手段８による供給電力の
減少率を変化させるような回路構成を採用することが考
えられるが、それでは構成の複雑化が避けられない。

【００２８】本発明では、移行制御手段８による期間ｔ
２での供給電力の減少率を時間的に変化させることによ
って放電灯に適正な電力供給を行うものである。つま
り、本発明に係る移行制御手段８は、例えば、図５に示
すように、時定数を異にする複数の時定数回路１０ａ、
１０ｂ、・・・を有しており、移行期間ｔ２においてこ
れらの時定数回路が供給電力の低下に伴って順次に動作
することで供給電力の減少率に相当する時定数が変化す
るように構成される。

【００２９】例えば、移行期間ｔ２を２つの期間に分け
た場合を想定すると、その前期では時定数を小さい値に
規定してホットスタート時におけるオーバーシュートを
低減し、後期では時定数を大きい値に規定してコールド
スタート時におけるアンダーシュートを低減するといっ
た時定数の設定を行うことができ、より一般的には移行
期間ｔ２を複数の期間（それぞれの期間の長さが等しい
とは限らない。）に区分して各期間における時定数の値
を各別に設定することができ、このような時定数の組み
合せの如何によって放電灯をコールドスタートとホット
スタートとの間に中間的な状態から点灯させる場合にも
移行期間における供給電力の減少率を適正に制御するこ
とが可能となる。尚、時定数の異なる複数の時定数回路
を設ける代わりに次数が２以上とされた時定数回路によ
って移行制御手段８を構成することができる。

【００３０】しかして、移行制御手段８についての設計
変更時には、時定数回路の追加又は次数の増大（例え
ば、１次の時定数回路を２次の構成にする等。）だけで
済むことになるため、これによって回路構成が著しく複
雑化することがない。

【００３１】尚、図２や図３に示すような電力制御信号
ＷＰを生成するにあたって時定数回路の構成としては、
受動素子（抵抗及びコンデンサ）のみを用いた構成や、
受動素子と能動素子を用いた積分回路の構成を用いるこ
とができるが、前者の方が回路構成の簡単化という点で
本発明の趣旨に沿っている。

【００３２】

【実施例】図６乃至図９は、本発明の実施の一例を示す
ものである。

【００３３】図６に示す点灯回路１１において、上記電
源２に相当するバッテリー１２が入力端子１３と１３′
との間に接続されており、電源ラインの一方に点灯スイ
ッチ１４が設けられている。

【００３４】バッテリー電圧は直流電源回路１５に供給
され、ここでその昇圧及び／又は降圧が行なわれる。

【００３５】直流−交流変換回路１６は直流電源回路１
５の直流出力電圧を交流電圧に変換するものであり、例
えば、放電灯への給電経路上に配置された複数対の半導
体スイッチ素子からなるブリッジ型回路と、その駆動制
御回路からなる構成等を用いることができるが、該直流
−交流変換回路１６には直流電圧を正弦波電圧や矩形波
電圧等に変換するためのあらゆる構成を用いることがで
きる。

【００３６】直流−交流変換回路１６の後段に配置され
たイグナイタ回路１７は、放電灯１８への起動パルスを
生成してこれを直流−交流変換回路１６の出力に重畳し
た後、交流出力端子１９と１９′との間に接続された放
電灯１８に印加するための回路である。

【００３７】直流電源回路１５と直流−交流変換回路１
６との間には、直流電源回路１５の出力電圧や出力電流
を検出するための検出手段が設けられており、直流電源
回路１５の出力電圧（これを「Ｖｄｃ」とする。）が抵
抗２０、２０′による分圧値として検出される。また、
直流電源回路１５の出力電流を検出するための電流検出
用抵抗２１が直流電源回路１５と直流−交流変換回路１
６とを結ぶ接続ラインのうちの一方の接続ライン上に配
置されている。

【００３８】抵抗２０、２０′や電流検出用抵抗２１に
よる検出信号は制御回路２２に送出され、該制御回路２
２はこれらの検出信号に応じた電力制御信号を発生し
て、これを直流電源回路１５に送出することによってそ
の出力電圧を制御する。例えば、放電灯１８のコールド
スタート時にその定格電力を越える電力供給を行なって
発光を促進した後、時定数回路によって規定される減少
率をもって放電灯１８への供給電力を低減させて定電力
制御へと移行させたり、定電力制御により放電灯１８を
安定に点灯させるための制御等を行う。

【００３９】制御回路２２は上記電力制御手段５の機能
を実現するものであり、発光促進制御回路と定電力制御
回路、そして移行制御回路を備えており、移行制御回路
はコンデンサ及び抵抗を用いた時定数回路によって構成
されている。尚、発光促進制御回路には、例えば、直流
電源回路１５の出力電流を検出してそのレベルに応じて
放電灯１８への供給電力値を制御する構成としたり、ま
た、定電力制御回路には直流電源回路１５の出力電圧と
出力電流に係るそれぞれの検出信号のレベルをある比率
でもって線形結合させたものが一定となるように制御す
ることで定電力曲線に対する直線近似により得られる制
御線に従った電力制御を行う構成等を挙げることができ
るが、それらの構成の如何は問わないので説明を省略す
る。

【００４０】図７は制御回路２２の要部の構成例２３を
示すものであり、直流電源回路１５の出力電圧Ｖｄｃに
係る検出電圧（つまり抵抗２０、２０′による分圧）
は、抵抗２４を介して演算増幅器２５の反転入力端子に
入力され、非反転入力端子には定電圧電源２６で示す所
定の基準電圧（これを「Ｅ１」と記す。）が供給され
る。尚、演算増幅器２５の反転入力端子と出力端子との
間には抵抗２７が介挿されている。

【００４１】演算増幅器２８及びダイオード２９はバッ
ファー３０を構成し、演算増幅器２８の非反転入力端子
が上記演算増幅器２５の出力端子に接続されている。そ
して、演算増幅器２８の出力端子はダイオード２９のア
ノードに接続され、該ダイオード２９のカソードが演算
増幅器２８の非反転入力端子に接続されるとともに出力
端子３１に接続されている。

【００４２】移行制御回路２２ａはバッファ３０に対し
て並列に設けられており、コンデンサ３２の一端が出力
端子３１に接続され、他端が定電圧源３３（その電圧値
を「Ｅ２」とする。）に接続されている。そして、抵抗
３４及びコンデンサ３５の直列回路がコンデンサ３２に
対して並列に設けられており、これらに対して抵抗３６
が並列に接続されて、さらに該抵抗３６に対して抵抗３
７及びツェナーダイオード３８の直列回路が並列に接続
されている。尚、コンデンサ３５の静電容量はコンデン
サ３２の静電容量に比して小さな値に設定されている。

【００４３】出力端子３１から得られる信号は上記した
電力制御信号ＷＰの一部に相当するものであり、当該信
号が直接に又は制御上必要な処理（例えば、パルス幅変
調を利用した制御ではデューティーサイクルへの変換
等。）を受けた後直流電源回路１５に送出される。

【００４４】しかして、上記した回路２３にあっては、
放電灯１８のランプ電圧に相当するＶｄｃの検出信号を
演算増幅器２５によって反転増幅した信号に対して移行
制御回路２２ａの出力を加算することによって電力制御
信号を容易に得ることができるため、回路構成が簡単に
なる。

【００４５】図８は横軸に時間ｔをとり、縦軸に放電灯
１８の光束Ｌをとってコールドスタート時における光束
変化の一例を示すものである。尚、期間「ｔａ」が光束
Ｌの立ち上がり初期、期間「ｔｂ」が期間ｔａに続く過
渡期間の前期、期間「ｔｃ」が期間ｔｂに続く過渡期間
の後期をそれぞれ示し、期間「ｔｄ」が放電灯１８の定
常点灯期間を示している。

【００４６】期間ｔａでは放電灯１８のランプ電圧が低
いため移行制御回路２２ａのコンデンサ３２が急速に充
電され、また光束Ｌが速やかに立ち上がる。そして、期
間ｔｂではコンデンサ３２が抵抗３６を通して放電され
るとともに、抵抗３４を介してコンデンサ３５が充電さ
れるため、これらの抵抗の抵抗値やコンデンサ３２、３
５の静電容量により規定される時定数によって放電灯１
８への供給電力の減少率が規定される。

【００４７】そして、期間ｔｃでは抵抗３４、３６を介
してコンデンサ３５の放電が行われ、これらの抵抗の抵
抗値やコンデンサ３５の静電容量により規定される時定
数によって放電灯１８への供給電力の減少率が規定され
る。尚、この時定数の設定によって放電灯１８への供給
電力の低下を遅らせることで期間ｔｃにおける光束Ｌの
アンダーシュート（図８ではこれを「ｕｄ」として誇張
して示している。）を抑制することができる。

【００４８】図９は横軸に時間ｔをとり、縦軸に放電灯
１８の光束Ｌをとってホットスタート時における光束変
化の一例を示すものである。尚、期間ｔａ乃至ｔｄにつ
いては前述した通りである。

【００４９】この場合には期間ｔａが非常に短く、光束
Ｌがやや変動しながら上昇する。そして、期間ｔｂにお
いてコンデンサ３２が抵抗３６を通して放電されるとと
もに、抵抗３４を介してコンデンサ３５が充電されるた
め、これらの抵抗の抵抗値やコンデンサ３２、３５の静
電容量により規定される時定数によって放電灯１８への
供給電力の減少率が規定される。尚、この時定数の設定
によって放電灯１８への供給電力の低下を早めることで
期間ｔｂにおける光束Ｌのオーバーシュート（図９では
これを「ｏｖ」として誇張して示している。）を抑制す
ることができる。

【００５０】そして、期間ｔｃでは抵抗３４、３６を介
してコンデンサ３５の放電が行われ、これらの抵抗の抵
抗値やコンデンサ３５の静電容量により規定される時定
数によって放電灯１８への供給電力の減少率が規定され
る。

【００５１】尚、放電灯をコールドスタートとホットス
タートとの間の中間的な状態で点灯させる場合には、期
間ｔａ、ｔｂ、ｔｃの長さや光束Ｌの立ち上がりの具合
が異なるだけである。

【００５２】また、本実施例ではランプ電圧の検出に係
る回路（２０、２０′、２４乃至２７）に対して移行制
御回路２２ａの出力を加算する構成を示したが、これに
限らずランプ電流の検出に係る回路に対して移行制御回
路２２ａの出力を加算する構成を採用することができ
る。また、移行制御回路２２ａの構成において複数のコ
ンデンサ（３２、３５）を並列に接続することで時定数
回路を形成した（これによって静電容量の小さなコンデ
ンサの使用が可能となりコストの低減や小型化を図るこ
とができる。）が、複数のコンデンサを直列に接続した
り、ツェナーダイオード３８をダイオードで置換する
等、各種の実施の態様が可能である。

【００５３】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、請求項１に係る発明によれば、移行制御手段によっ
て放電灯への供給電力の減少率を複数の時定数の組み合
わせにより時間的に変化させることができるので、放電
灯の点灯時の状態を判別して放電灯への供給電力を各別
に制御する必要がなく、時定数回路の追加や次数の変更
によって放電灯の光束変化に著しいオーバーシュートや
アンダーシュートが生じないように電力制御を行うこと
で、放電灯の始動時間や再始動時間の短縮化を図ること
ができる。

【００５４】また、請求項２に係る発明によれば、放電
灯にその定格電力を越える電力を供給した状態から放電
灯の定電力制御へと移行させる移行期間の前期と後期と
で放電灯への供給電力の減少率を変化させることによっ
て放電灯の光束の立ち上がり特性を簡易に制御すること
ができる。

【００５５】請求項３に係る発明によれば、時定数回路
をコンデンサ及び／又は抵抗による複数の直列回路の並
列接続によって形成することで回路構成を簡単なものに
することができる。

【００５６】請求項４に係る発明によれば、放電灯のラ
ンプ電圧及び／又はランプ電流あるいはそれらの相当信
号を得るためのランプ電圧／電流検出手段の出力に対し
て移行制御手段の出力を加算することで放電灯の電力制
御信号を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明放電灯点灯回路の構成の概要を示す回路
ブロック図である。

【図２】コールドスタート時における電力制御信号の時
間的変化について説明するための図である。

【図３】ホットスタート時における電力制御信号の時間
的変化について説明するための図である。

【図４】放電灯の光束変化及びその立ち上がり特性につ
いて説明するための図である。

【図５】移行制御手段の構成を示す図である。

【図６】図７乃至図９とともに本発明の実施の一例を示
すものであり、本図は点灯回路の概要を示す回路ブロッ
ク図である。

【図７】制御回路の要部の構成例を示す回路図である。

【図８】コールドスタート時における放電灯の光束変化
の一例を示す図である。

【図９】ホットスタート時における放電灯の光束変化の
一例を示す図である。

【符号の説明】

１…放電灯点灯回路、４…ランプ電圧／電流検出手段、
５…電力制御手段、６…放電灯、８…移行制御手段、１
０ａ、１０ｂ…時定数回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電灯が冷えた状態から放電灯を点灯さ
   せるにあたって、放電灯にその定格電力を超える電力供
   給を行なってから放電灯への供給電力を減少させた後、
   放電灯の定電力制御へと移行させるように制御する電力
   制御手段を有する放電灯点灯回路において、 放電灯にその定格電力を超える電力供給を行なった後に
   放電灯の定電力制御へと移行させるための移行制御手段
   が、時定数の異なる複数の時定数回路又はその次数が２
   次以上とされる時定数回路を有しており、時間の経過に
   つれて時定数が変化しこれに伴って放電灯への供給電力
   の減少率が変化することを特徴とする放電灯点灯回路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の放電灯点灯回路におい
   て、 移行制御手段が時定数の異なる２つの時定数回路又は２
   次の時定数回路を有しており、放電灯の定常状態への移
   行期間のうち前期における放電灯への供給電力の減少率
   が第１の時定数の設定により規定され、移行期間の後期
   における放電灯への供給電力の減少率が第２の時定数の
   設定により規定されることを特徴とする放電灯点灯回
   路。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の放電灯点
   灯回路において、 時定数回路がコンデンサ及び／又は抵抗を用いた複数の
   直列回路を互いに並列に接続した構成とされていること
   を特徴とする放電灯点灯回路。
4. 【請求項４】 請求項１、請求項２又は請求項３に記載
   の放電灯点灯回路において、 放電灯のランプ電圧及び／又はランプ電流あるいはそれ
   らの相当信号を得るためのランプ電圧／電流検出手段を
   設けるとともに、その出力に対して移行制御手段の出力
   を加算することによって放電灯の電力制御信号を生成す
   ることを特徴とする放電灯点灯回路。