JPH11297482A - 交流高圧放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流電圧が印加される高圧放電灯を安定に点
灯させ、始動時の瞬時大電流による電極損傷を防止した
交流高圧放電灯点灯装置を提供すること。 【解決手段】 商用電源１の交流電圧を整流回路２によ
り整流し、整流回路２から出力される直流電圧は、第１
の制御回路４により降圧チョッパ回路３を制御して所定
の直流電圧に降圧する。フルブリッジ構成のインバータ
回路５に高圧放電灯回路６を接続し、第２の制御回路７
によりインバータ回路５の出力周波数を制御する。高圧
放電灯ＬＰの一方電極とインバータ回路５の一方の中点
との間に電流制限リアクトルＬ３を接続し、降圧チョッ
パ回路３とインバータ回路５との間には放電持続補償リ
アクトルＬ２を接続する。高圧放電灯ＬＰの始動時には
安定動作時よりもインバータ回路５の出力周波数が大き
くなるように点灯制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フルブリッジイン
バータ回路に接続される高圧放電灯を安定に点灯させ、
始動時の瞬時大電流による電極損傷を防止した交流高圧
放電灯点灯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属蒸気中の放電発光を利用する水銀ラ
ンプ等の高圧放電灯は、商用電源から出力される商用周
波数の電圧を昇圧整流平滑し、または単に整流平滑して
直流電圧に変換し、直流電圧をインバータ回路で交流電
圧に変換し、この交流電圧を高圧放電灯に供給して点灯
する構成としている。このような交流高圧放電灯点灯装
置の一例を図２の回路図により説明する。

【０００３】図２において、１は商用電源で商用周波数
の出力電圧は整流回路２に供給される。整流回路２は、
ダイオードや平滑コンデンサを用いた周知の構成であり
詳細な説明は省略するが、商用周波数の入力電圧を整流
平滑して所定の直流電圧に変換し、降圧チョッパ回路３
に入力する。

【０００４】降圧チョッパ回路３は、リアクトルＬ１、
スイッチＱ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１の回路
素子で構成されている。スイッチＱ１は例えばＭＯＳＦ
ＥＴ等の電子的スイッチを使用する。４はスイッチＱ１
を制御する第１の制御回路で、整流回路２の出力電圧を
所望の直流電圧、例えば直流１２Ｖに変換した制御電源
により駆動される。

【０００５】降圧チョッパ回路３の構成は良く知られて
いるので詳細な動作についての説明は省略するが、第１
の制御回路４によるスイッチＱ１のオン、オフ周期を適
宜選定することにより、降圧チョッパ回路３の出力側か
らは入力電圧を所定電圧に降圧した直流電圧が得られ
る。例えば、整流回路２の出力電圧が直流１４０Ｖとす
るとき、降圧チョッパ回路３の出力側からは７０Ｖの直
流電圧が得られるように前記回路素子の定数及びスイッ
チＱ１のオン、オフ周期を選定する。

【０００６】５は降圧チョッパ回路３の出力側に接続さ
れるインバータ回路、６はインバータ回路５に接続され
る高圧放電灯回路である。このインバータ回路５にはス
イッチＱ２〜Ｑ５が設けられており、これらのスイッチ
Ｑ２〜Ｑ５としては例えばＭＯＳＦＥＴ等の電子的スイ
ッチを用いる。インバータ回路５は、スイッチＱ２、Ｑ
５の組と、スイッチＱ４、Ｑ３の組とを交互にオン、オ
フ制御するフルブリッジインバータの構成としている。
７はインバータ回路５の各スイッチＱ２〜Ｑ５のオンオ
フ動作を制御する第２の制御回路である。第２の制御回
路７も所定電圧を発生する制御電源を有している。

【０００７】第２の制御回路７により、インバータ回路
５のスイッチＱ２、Ｑ５をオン、スイッチＱ４、Ｑ３を
オフにすると、高圧放電灯回路６には矢視ｉ_１方向の電
流が流れる。また、スイッチＱ４、Ｑ３をオン、スイッ
チＱ２、Ｑ５をオフにすると矢視ｉ_２方向の電流が流れ
る。このように、スイッチＱ２、Ｑ５の組と、スイッチ
Ｑ４、Ｑ３の組とを交互にオン、オフ制御する周期を適
宜選定することにより、インバータ回路５からは所定の
出力周波数の交流電圧が発生して、この交流電圧が高圧
放電灯回路６に印加される。

【０００８】高圧放電灯回路６は、パルス電圧発生器Ｈ
Ｖ、高圧放電灯ＬＰ、高圧パス用コンデンサＣ２により
構成されている。パルス電圧発生器ＨＶは、高圧放電灯
ＬＰの始動時に短時間高電圧を発生し高圧放電灯ＬＰに
供給する。その後、パルス電圧発生器ＨＶからの電圧供
給を停止し、高圧放電灯ＬＰには前記のようにインバー
タ回路５の動作に応じて所定の出力周波数の交流電圧が
印加される。Ｒは高圧放電灯回路６のランプ電流検出用
の抵抗である。

【０００９】ところでこの種の高圧放電灯は、高圧放電
灯の始動後に時間の経過と共に管内の温度が上昇し、管
内の金属蒸気圧は管内の温度に依存して上昇する特性を
有している。このため、高圧放電灯ＬＰの両電極ａ、ｂ
間のランプインピーダンスＺは時間と共に次第に上昇
し、始動後一定の時間が経過するとランプインピーダン
スＺ及びランプ電流Ｉは安定する。図３は、このような
高圧放電灯のランプインピーダンスＺ及びランプ電流Ｉ
と時間の関係を示す特性図である。

【００１０】図３において、高圧放電灯の始動後時刻ｔ
_１までの期間（始動後数１０〜数百ｍｓｅｃ）は、高圧
放電灯ＬＰのランプインピーダンスＺは急激に増加また
は減少して変動する不安定領域であり、このため、この
期間ではランプ電流ＩもランプインピーダンスＺの変動
に連動して変動している。次に時刻ｔ_１から時刻ｔ_２ま
での期間（数１０ｓｅｃ）では管内の温度が上昇してく
るので管内の金属蒸気圧も上昇する。このため、ランプ
インピーダンスＺとランプ電流Ｉは少しづつ安定に向か
い、時刻ｔ_３（始動後１ｍｉｎ前後）で高圧放電灯の点
灯動作が終了し定常状態となる。

【００１１】上記のように、高圧放電灯の始動後、時刻
ｔ_１までの期間ではランプインピーダンスＺは大きく変
動しており、ランプ電流Ｉも変動して不安定領域になっ
ている。インバータ回路５による高圧放電灯ＬＰの電流
方向の極性反転の際に瞬時的に電流断の期間が発生する
が、この電流断の期間にランプインピーダンスＺの値が
大きい方向に変動してしまうと、高圧放電灯ＬＰにラン
プ電流Ｉを供給することができず放電持続ができなくな
ることがある。

【００１２】前記不安定領域において、高圧放電灯ＬＰ
の放電を持続させるために、高圧放電灯ＬＰに供給され
るランプ電流の電流供給制限値を引き上げ大きなランプ
電流を供給するようにしたり、始動直後のインバータ回
路５の出力周波数を減少させること、すなわち、高圧放
電灯ＬＰのランプ電流の極性反転の回数を減じ、不安定
領域において電流断の期間が発生しないようにして対処
している。例えば、安定動作時の出力周波数が１００Ｈ
ｚとすると、始動直後の出力周波数を１０Ｈｚに選定し
ている。

【００１３】しかしながら、電流供給制限値を引き上げ
ると電極に大きな電流が流れて電極が消耗し、また、電
流の極性反転の回数を減ずる方策を取ると、高圧放電灯
ＬＰの一方の電極側、例えば図２の例ではａ側の電極か
ら連続放電する時間が長くなり、片側の電極が他方の電
極よりも消耗する。したがって、これらの方策により放
電を持続しようとすれば電極消耗により高圧放電灯ＬＰ
の寿命が短かくなるという問題がある。

【００１４】図４は、高圧放電灯ＬＰの前記不安定領域
において放電を持続させるための従来例の回路図であ
る。この例では、高圧放電灯回路６に補償回路８を接続
している。補償回路８は、コンデンサＣ３、リアクトル
Ｌ０、スイッチＳで構成される。図４の回路では、図３
の始動後時刻ｔ_１までの不安定領域の期間はスイッチＳ
を開放し、コンデンサＣ３、リアクトルＬ０、コンデン
サＣ２の共振昇圧回路により高圧放電灯ＬＰの両端に印
加される電圧を昇圧しておく。

【００１５】高圧放電灯ＬＰの始動時に、パルス電圧発
生器ＨＶによる瞬時放電後の放電持続ができない場合で
も、共振昇圧回路により昇圧された電圧で高圧放電灯Ｌ
Ｐの両端の印加電圧を急速に上昇させる。このため、高
圧放電灯ＬＰの放電を強制的に持続させることができ
る。高圧放電灯ＬＰの放電が開始されると、コンデンサ
Ｃ３、リアクトルＬ０はランプ電流を制限するインピー
ダンスとして作用する。安定状態になればスイッチＳを
閉じてコンデンサＣ３、リアクトルＬ０を短絡する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】このように、図４のよ
うな補償回路８においては、コンデンサＣ３、リアクト
ルＬ０を高圧放電灯回路６に接続し、または高圧放電灯
回路６から開放するためのスイッチＳが必要となる。こ
のスイッチＳは、リレー等の有接点を用いる構成とする
か、または無接点の半導体スイッチを用いる構成として
いる。有接点スイッチの場合には、接点のバウンドによ
りアークが発生し、接点消耗や溶着が発生するという問
題が発生する。また、半導体スイッチの場合には、接点
に双方向の大きな電流が流れ、しかも接点の耐電圧を大
きくしなければならないので、半導体スイッチが高価に
なるという問題が発生する。

【００１７】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、フルブリッジインバータ回路に接続されて交流
電圧が印加される高圧放電灯を安定に点灯させると共
に、始動時の瞬時大電流による電極損傷を防止する交流
高圧放電灯点灯装置の提供を目的とするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、交
流高圧放電灯点灯装置を、直流電源と、直流電源に接続
されるフルブリッジインバータ回路と、フルブリッジイ
ンバータ回路に接続される高圧放電灯と、フルブリッジ
インバータ回路の出力周波数を制御する制御回路とを備
えた交流高圧放電灯点灯装置において、直流電源とフル
ブリッジインバータ回路の間に放電持続補償リアクトル
を接続すると共に、高圧放電灯の一方の電極側に電流制
限リアクトルを接続し、高圧放電灯の始動時のフルブリ
ッジインバータ回路の出力周波数を安定動作時の出力周
波数よりも大きくして高圧放電灯を点灯制御する構成と
することにより達成される。

【００１９】上記本発明の特徴によれば、ランプインピ
ーダンス及びランプ電流が急激に変動する高圧放電灯の
始動後の不安定領域において、高圧放電灯に供給される
電流の極性反転の周期を早めるようにフルブリッジイン
バータ回路を制御すると共に、高圧放電灯に電流制限リ
アクトルを接続しているので、過大電流により電極が消
耗して高圧放電灯の寿命が短縮されることを防止でき
る。また、直流電源とフルブリッジインバータ回路との
間に放電持続補償リアクトルを設けることにより、高圧
放電灯の放電持続を効果的に行うことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態に
ついて図１の回路図を参照して説明する。図１において
図２の従来例の回路図と同じ部分または対応するところ
には同一の符号を付している。図１において、Ｌ２は、
降圧チョッパ回路３の出力端とインバータ回路５の入力
端との間に接続される放電持続補償リアクトル、Ｌ３
は、高圧放電灯ＬＰの一方電極ｂ側とインバータ回路５
のスイッチＱ２とＱ３との接続点、すなわち、高圧放電
灯ＬＰの一方電極ｂ側とフルブリッジ回路の一方の中点
との間に接続される電流制限リアクトルである。放電持
続補償リアクトルＬ２と電流制限リアクトルＬ３は、共
に例えば５００μＨ程度の大きさのものが用いられる。

【００２１】次に、本発明の交流高圧放電灯点灯装置の
動作について説明する。高圧放電灯ＬＰの始動後時刻ｔ
_１までの期間は、前記のように高圧放電灯の管内温度が
上昇していないために管内の金属蒸気圧が上昇しておら
ず、ランプインピーダンスＺとランプ電流Ｉが急激に増
加または減少する不安定領域となっている。この不安定
領域において、ランプインピーダンスＺが急激に変動し
て微小な値になると、高圧放電灯ＬＰには瞬時的に大き
なランプ電流が流れようとする。

【００２２】本発明においては、高圧放電灯ＬＰの一方
電極ｂ側とフルブリッジ回路の一方の中点との間に電流
制限リアクトルＬ３を接続している。したがって、不安
定領域において流れようとする大きなランプ電流は、い
ずれの極性のものであっても電流制限リアクトルＬ３に
より制限され、高圧放電灯ＬＰには流れないので、過大
電流が流れることにより発生する高圧放電灯ＬＰの電極
消耗を防止することができる。

【００２３】また、本発明においては前記不安定領域で
は、インバータ回路５の出力周波数を例えば７０ＫＨｚ
程度に設定し、この領域で高圧放電灯ＬＰに供給される
電流の極性反転の周期を早めている。安定動作時のイン
バータ回路５の出力周波数を１００Ｈｚとすれば、高圧
放電灯ＬＰの始動後時刻ｔ_１までの不安定領域の期間の
インバータ回路５の出力周波数は、安定動作時の７００
倍程度に大きく選定されることになる。

【００２４】このために、高圧放電灯ＬＰの両側の電極
から交互に放電するようにランプ電流が早い周期で極性
反転して流れることになる。したがって、両側の電極の
電力損失は均等にされ、従来のように始動時に一方の電
極からのみ連続放電することはないので、一方電極にの
み連続して大電流が流れることによる電極消耗を防止で
きる。

【００２５】さらに、前記不安定領域において瞬時的に
ランプインピーダンスＺが増大する方向に変動し、高圧
放電灯ＬＰのランプ電流が遮断されると、降圧チョッパ
回路３の出力端とインバータ回路５の入力端との間に接
続されている放電持続補償リアクトルＬ２の逆起電力が
高圧放電灯ＬＰに印加される。

【００２６】このように不安定領域で瞬時的にランプ電
流が遮断されると、高圧放電灯ＬＰには放電持続補償リ
アクトルＬ２の逆起電力によるランプ電流が供給される
ことになる。このために、不安定領域で前記のようにラ
ンプ電流が遮断されたために消失しそうな傾向にあった
放電が再開して持続されるので、高圧放電灯ＬＰは安定
に点灯動作を継続する。

【００２７】放電持続補償リアクトルＬ２は、降圧チョ
ッパ回路３の出力端に接続されているので、高圧放電灯
ＬＰの安定動作時には直流電圧が印加されることにな
り、高圧放電灯ＬＰの動作に寄与することはない。ま
た、放電持続補償リアクトルＬ２と電流制限リアクトル
Ｌ３による電力損失も無視できる程度に極めて小さいも
のである。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明は、ランプインピー
ダンス及びランプ電流が急激に変動する高圧放電灯の始
動後の不安定領域において、高圧放電灯に供給される電
流の極性反転の周期を早めるようにフルブリッジインバ
ータ回路を制御すると共に、高圧放電灯に電流制限リア
クトルを接続しているので、過大電流により電極が消耗
して高圧放電灯の寿命が短縮されることを防止できる。
また、直流電源とフルブリッジインバータ回路との間に
放電持続補償リアクトルを設けることにより、高圧放電
灯の放電持続を効果的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る好適な実施の形態における交流高
圧放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。

【図２】従来例の交流高圧放電灯点灯装置の回路図であ
る。

【図３】ランプインピーダンス及びランプ電流と時間の
関係を示す特性図である。

【図４】従来例の交流高圧放電灯点灯装置の一部を示す
回路図である。

【符号の説明】

１ 商用電源 ２ 整流回路 ３ 降圧チョッパ回路 ４ 第１の制御回路 ５ インバータ回路 ６ 高圧放電灯回路 ７ 第２の制御回路 ８ 補償回路 ＬＰ 高圧放電灯 Ｌ２ 放電持続補償リアクトル Ｌ３ 電流制限リアクトル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源と、直流電源に接続されるフル
   ブリッジインバータ回路と、フルブリッジインバータ回
   路に接続される高圧放電灯と、フルブリッジインバータ
   回路の出力周波数を制御する制御回路とを備えた交流高
   圧放電灯点灯装置において、直流電源とフルブリッジイ
   ンバータ回路の間に放電持続補償リアクトルを接続する
   と共に、高圧放電灯の一方の電極側に電流制限リアクト
   ルを接続し、高圧放電灯の始動時のフルブリッジインバ
   ータ回路の出力周波数を安定動作時の出力周波数よりも
   大きくして高圧放電灯を点灯制御することを特徴とする
   交流高圧放電灯点灯装置。