CN101730360B - 高压放电灯点灯装置以及使用它的照明器具及照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供改善高压放电灯的启动性的高压放电灯点灯装置以及使用它的照明器具及照明系统。逆变器控制电路部(8)使触发器电路部(7)及极性反转电路部(6)的开关动作依次切换为使高压放电灯(DL)绝缘破坏的绝缘破坏模式、将高压放电灯的灯电极预热的高频预热模式和通过对高压放电灯供给矩形波交流而使高压放电灯稳定点灯的矩形波点灯模式的3个模式，从而使不点灯状态的高压放电灯启动点灯。逆变器控制电路部(8)在高频预热模式中，以比绝缘破坏模式的第1开关频率(触发器电路部(7)具备的LC谐振电路(7a)的谐振频率的奇数分之一的频率)低且为谐振频率的奇数分之一的频率的第2开关频率附近使触发器电路部(7)进行开关。

Description

高压放电灯点灯装置以及使用它的照明器具及照明系统

技术领域

本发明涉及高压放电灯点灯装置以及使用它的照明器具及照明系统。

背景技术

以往，作为使HID灯那样的高压放电灯点灯的高压放电灯点灯装置，有将通过由电感器及电容器构成的LC谐振电路的谐振作用产生的高电压的启动电压施加于高压放电灯，从而使高压放电灯启动点灯的装置(例如参照专利文献1)。

在上述专利文献中公开的高压放电灯点灯装置具备：AC/DC变换电路，将交流电源变换为直流；DC/DC变换器，通过对AC/DC变换电路的输出进行开关而产生矩形波电压，并对包括高压放电灯的负载电路部供给；以及控制电路，控制AC/DC变换电路及DC/DC变换器的开关动作。

并且，在控制电路中，通过控制AC/DC变换电路及DC/DC变换器的开关动作，依次进行使高压放电灯启动的谐振触发阶段、产生辉光放电而将灯电极预热的预热阶段、和通过对高压放电灯施加矩形波电压而使高压放电灯稳定点灯的通常动作阶段，使高压放电灯启动点灯。

即，在高压放电灯的启动点灯时，首先在谐振触发阶段中，通过使构成LC谐振电路的电感器及电容器电谐振，产生足够使高压放电灯绝缘破坏的高电压的启动电压，将该启动电压施加在高压放电灯的两端间。

接着，在预热阶段中，通过将比谐振触发阶段的频率低的频率的电压施加在高压放电灯上，引起辉光放电而将灯电极预热，然后在通常动作阶段中，通过持续地引起电弧放电，使高压放电灯稳定地点灯。

【专利文献1】日本特表2005-507553号公报

上述专利文献中公开的高压放电灯点灯装置在预热阶段中，在动作过程中高压放电灯熄灭的情况下，只能在DC/DC变换器的输出即约300V的总线电压以内作为再启动电压施加在高压放电灯上，在高压放电灯完全灭灯的情况下，有高压放电灯的启动失败的问题。此外，在高压放电灯的启动失败的情况下，在上述高压放电灯点灯装置中，反复进行谐振触发阶段和预热阶段，有启动时间拖长的问题。

此外，在谐振触发阶段中，由于对高压放电灯施加高电压的启动电压，所以在即使在1秒以内连续施加启动电压、高压放电灯也不启动的情况下，需要在再启动之前使玻璃灯泡内的放电蒸汽压下降，在隔开几秒～几分钟的停歇期间后再次施加高电压的启动电压。因而，在上述专利文献中公开的高压放电灯点灯装置中，即使在使高压放电灯最初启动的情况下，由于隔开几秒～几分钟的停歇期间，而也有可能使高压放电灯的启动延迟。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的是提供一种改善了高压放电灯的启动性的高压放电灯点灯装置以及使用它的照明器具及照明系统。

为了达到上述目的，技术方案1的发明的特征在于，具备：直流电源部；触发器电路部，具备LC谐振电路，通过对直流电源部的输出进行开关而产生使高压放电灯绝缘破坏的启动电压；电力变换部，对直流电源部的输出进行开关而变换为矩形波电流，并供给到包括上述高压放电灯的负载电路部，使上述高压放电灯稳定点灯；以及控制电路部，将触发器电路部及电力变换部的开关动作依次切换为使高压放电灯绝缘破坏的绝缘破坏模式、对高压放电灯供给预热电流而将灯电极预热的高频预热模式、以及通过对高压放电灯供给矩形波交流而使高压放电灯稳定点灯的矩形波点灯模式的3个模式，控制电路部在绝缘破坏模式中，在第1开关频率附近使触发器电路部的开关元件进行开关，从而产生启动电压，并且在高频预热模式中，将在第2开关频率附近使触发器电路部的开关元件进行开关而得到的高频电压供给到上述负载电路部，上述第1开关频率是上述LC谐振电路的谐振频率的奇数分之一的频率，上述第2开关频率是比上述第1开关频率低且为上述谐振频率的奇数分之一的频率。

技术方案2的发明的特征在于，在技术方案1的发明中，控制电路部在高频预热模式中，在包含第2开关频率的预定的频率范围内扫描触发器电路部的开关频率而进行开关。

技术方案3的发明的特征在于，在技术方案2的发明中，规定的频率范围，是指相对于LC谐振电路和包含点灯状态的高压放电灯的负载电路的频率特性，为高频率侧的频率带。

技术方案4的发明的特征在于，在技术方案1～3的任一项的发明中，控制电路部在从绝缘破坏模式转移为高频预热模式时，使触发器电路部的开关频率从第1开关频率附近到第2开关频率附近为止相应于时间的经过而逐渐降低。

技术方案5的发明的特征在于，在技术方案1～3的任一项的发明中，控制电路部在从绝缘破坏模式转移为高频预热模式时，使触发器电路部的开关频率从第1开关频率附近到第2开关频率附近为止阶段性地降低。

技术方案6的发明的特征在于，在技术方案5的发明中，控制电路部在使开关频率阶段性地降低时，设定比第1开关频率低且比第2开关频率高、并且为谐振频率的奇数分之一的频率的1至多个中间频率，从第1开关频率经过1至多个中间频率到第2开关频率为止阶段性地降低。

技术方案7的发明是照明器具的发明，其特征在于，具备：如技术方案1～3中任一项所述的高压放电灯点灯装置；以及灯具，具备由该放电灯点灯装置供给的电力的放电灯。

技术方案8的发明是照明系统的发明，其特征在于，具备技术方案7所述的照明器具，进行点灯控制。

根据技术方案1的发明，控制电路部在将放电灯点灯装置的模式从绝缘破坏模式切换为高频预热模式时，在比绝缘破坏模式中的第1开关频率低且为LC谐振电路的谐振频率的奇数分之一的频率的第2开关频率附近使触发器电路部进行开关，所以在高频预热模式中在动作过程中发生了熄灭的情况下，能够通过LC谐振电路的谐振作用将比直流电源部的输出高的电压的谐振电压施加在高压放电灯，因而变得高压放电灯容易再点灯，所以能够提高高压放电灯的启动性。

根据技术方案2的发明，如果在高频预热模式中在动作过程中发生熄灭，则通过控制电路部在包括第2开关频率的预定的频率范围内扫描控制触发器电路部的开关频率，所以随着开关频率接近于谐振频率而谐振变强，能够通过LC谐振电路的谐振作用将比直流电源部的输出高的电压的谐振电压施加在高压放电灯上，所以与技术方案1的发明同样，变得高压放电灯容易再点灯，能够提高高压放电灯的启动性。

根据技术方案3的发明，在高频预热模式中，随着控制电路部使开关频率降低，对高压放电灯供给的灯电流增加，所以能够使高压放电灯的两灯电极充分地变热，使得容易从辉光放电转移为电弧放电。

根据技术方案4的发明，在从绝缘破坏模式切换为高频预热模式时使开关频率逐渐降低，从而能够防止向构成LC谐振电路的电容器的充电电流急剧地增加，减轻对电路要素施加的压力。

根据技术方案5的发明，在从绝缘破坏模式切换为高频预热模式时使开关频率阶段性地降低，与技术方案4的发明同样，从而能够防止向构成LC谐振电路的电容器的充电电流急剧地增加，减轻对电路要素施加的压力。

根据技术方案6的发明，当控制电路部在模式切换时使开关频率阶段性地降低时，经过比第1开关频率低且比第2开关频率高、并且为谐振频率的奇数分之一的频率的1至多个中间频率，阶段性地降低到第2开关频率，在容易发生熄灭的模式切换之后高压放电灯熄灭的情况下，通过以比第2开关频率更接近于谐振频率的中间频率进行开关动作，能够使通过LC谐振产生的电压变大，在熄灭后高压放电灯容易再点灯，所以能够进一步提高高压放电灯的启动性。

根据技术方案7的发明，能够提供能够发挥与技术方案1至3的发明的任一种同样的效果的照明器具。

根据技术方案8的发明，能够提供能够发挥与技术方案7的发明同样的效果的照明系统。

附图说明

图1是实施方式1的高压放电灯点灯装置的块电路图。

图2表示触发器电路部的动作频率与谐振电路的频率特性的关系，(a)是无负载时的说明图，(b)是点灯时的说明图。

图3(a)是从绝缘破坏模式到矩形波点灯模式的各部的波形图，图3(b)是绝缘破坏模式中的期间Ta中的各部的波形图。

图4是从绝缘破坏模式到矩形波点灯模式的各部的波形图，是在高频预热模式中发生了熄灭的情况下的波形图。

图5是表示电路结构的块电路图。

图6表示实施方式2的触发器电路部的动作频率与谐振电路的频率特性的关系，(a)是无负载时的说明图，(b)是点灯时的说明图。

图7是从绝缘破坏模式到矩形波点灯模式的各部的波形图。

图8是实施方式3的放电灯点灯装置的块电路图。

图9是表示无负载时的谐振电路的频率特性与触发器电路部的动作频率的说明图。

图10是从绝缘破坏模式到矩形波点灯模式的各部的波形图。

图11表示实施方式4的放电灯点灯装置，是从绝缘破坏模式到矩形波点灯模式的各部的波形图。

图12表示其他控制方式，是从绝缘破坏模式到矩形波点灯模式的各部的波形图。

图13表示从绝缘破坏模式向高频预热模式转移时的各部的电流波形图。

图14表示其他控制方式，是从绝缘破坏模式向高频预热模式转移时的各部的电流波形图。

图15(a)～(c)是使用同上高压放电灯点灯装置的照明装置的外观图。

标号说明

2 整流电路部(直流电源部)

3 直流电源电路部(直流电源部)

5 负载电路部

6 极性反转电路部(电力变换部)

7 触发器电路部

7a LC谐振电路

8 逆变器控制电路部(控制电路部)

DL 高压放电灯

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施方式。

(实施方式1)

基于图1～图5说明本发明的实施方式1。本实施方式的高压放电灯点灯装置如图1的块电路图所示，作为主要的结构，具备由二极管电桥构成、将商用交流电源1全波整流的整流电路部2、使整流电路部2的输出平滑化的直流电源电路部3、控制直流电源电路部3的输出的斩波控制电路部4、包括HID灯那样的高压放电灯DL的负载电路部5、通过对直流电源电路部3的直流输出进行开关而变换为矩形波交流电力、供给到负载电路部5中的极性反转电路部6、通过对直流电源电路部3的直流输出进行开关而产生用来使高压放电灯DL绝缘破坏的启动电压的触发器(ignitor)电路部7、和控制极性反转电路部6及触发器电路部7的开关动作的逆变器(inverter)控制电路部8。

直流电源电路部3由升压型斩波电路构成，具备一端连接在整流电路部2的高压侧输出端的电感器L1、由源极-漏极间连接在电感器L1的另一端与整流电路部2的低压侧输出端之间的MOS型电场效应晶体管(MOSFET：金属氧化物半导体场效应管)构成的开关元件Q1、阳极连接在电感器L1的另一端上的二极管D1、和连接在二极管D1的阴极与整流电路部2的低压侧输出端之间的电解电容器C1。

斩波控制电路部4检测直流电源电路部3的输出电压V1(电解电容器C1的两端电压)，通过控制开关元件Q1的开关频率及接通/断开的占空比而将输出电压V1控制为希望的电压值。这里，由整流电路部2、直流电源电路部3和斩波控制电路部4构成直流电源部。

极性反转电路部6由具有分别连接在直流电源电路部3的输出端间(即电容器C1的两端间)的开关元件Q3、Q4的串联电路、开关元件Q5、Q6的串联电路的四管全桥电路构成，在开关元件Q3、Q4的连接点与开关元件Q5、Q6的连接点之间，串联连接着自耦变压器(单卷变压器)构造的电感器L3、高压放电灯DL和电感器L2，并且与由电感器L3及高压放电灯DL构成的串联电路并列地连接着电容器C2。这里，通过由电感器L2及电容器C2构成的LC谐振电路和高压放电灯DL构成负载电路部5。

此外，触发器电路部7具备连接在直流电源电路部3的输出端间的极性反转电路部6内的开关元件Q3、Q4的组和开关元件Q5、Q6的组、电感器L3、和经由开关元件Q4连接在电感器L3的一次线圈(分路线圈)N1的两端间的电容器C3及电阻R1的串联电路，电感器L3的串联线圈N2连接在高压放电灯DL。此外，由电感器L3的一次线圈N1和电容器C3构成LC谐振电路7a。

逆变器控制电路部8例如由微型计算机构成，根据负载状态控制各开关元件Q3～Q6的接通/断开。例如在高压放电灯DL的稳定点灯时(矩形波点灯模式时)，逆变器控制电路部8以较低的频率使第1期间(图3(a)的期间T21)和第2期间(图3(a)的期间T22)交替，在上述第1期间，在使配置在对角位置上的开关元件Q3、Q6这一对断开的状态下使开关元件Q4、Q5这一对接通/断开，在上述第2期间，在使开关元件Q4、Q5的这一对断开的状态下使开关元件Q3、Q6这一对接通/断开，在第1期间T11中，在使开关元件Q4接通的状态下使开关元件Q5以较高的频率接通/断开，此外在第2期间T22中，在使开关元件Q3接通的状态下使开关元件Q6以较高的频率接通/断开。

接着，参照图3(a)、图3(b)说明通过该高压放电灯点灯装置使高压放电灯DL从不点灯状态到稳定点灯状态的动作。另外，图3(a)是高压放电灯DL从不点灯状态到稳定点灯状态的各部的波形图，图3(b)表示绝缘破坏模式中的期间Ta中的开关动作与灯电压的关系。

首先，如果在高压放电灯DL不点灯状态下通过未图示的点灯开关施加点灯开始信号，则斩波控制电路部4及逆变器控制电路部8开始控制动作，在斩波控制电路部4中，通过控制开关元件Q1的接通/断开而使直流电源电路部3进行斩波动作，输出将输入电压升压后的规定电压值的直流电压。

逆变器控制电路部8首先以绝缘破坏模式开始动作(图3(a)的期间TM1)，在作为上述LC谐振电路7a的谐振频率f0的奇数分之一的几百kHz的第1开关频率f1附近，交替地设置期间T01和期间T02，在上述期间T01，开关元件Q3、Q6的组为接通、并且开关元件Q4、Q5的组为断开，在上述期间T02，开关元件Q3、Q6的组为断开、并且开关元件Q4、Q5的组为接通，从而使LC谐振电路7a谐振，将此时在电感器L3的一次线圈N1中产生的谐振电压用一次线圈(分路线圈)N1与串联线圈N2的线圈比升压，并将升压后的电压施加在高压放电灯DL的电极间，发生绝缘破坏。这里，图2(a)表示无负载时(高压放电灯DL的不点灯状态)的LC谐振电路7a的频率特性与动作频率的关系，在本实施方式中，LC谐振电路7a的谐振频率f0为约430kHz。于是，逆变器控制电路部8在绝缘破坏模式中，在谐振频率f0的奇数分之一(例如三分之一)的第1开关频率f1(约143kHz)附近、即包含第1开关频率f1的规定的频率范围f1swp(例如96kHz～160kHz)内，扫描使开关元件Q3、Q6的组、和开关元件Q4、Q5的组交替地接通的动作频率。对应于该动作频率的扫描，通过LC谐振电路7a的谐振作用施加在高压放电灯DL的两端间的灯电压Vla的大小变化，动作频率越接近于作为谐振频率f0的奇数分之一的频率的第1开关频率f1(约143kHz)，则灯电压Vla越大，能够将使高压放电灯DL绝缘破坏所需要的启动电压Vp1施加在高压放电灯DL上，能够使高压放电灯DL绝缘破坏(图3(a)的时刻t1)。另外，在逆变器控制电路部8中，也可以将绝缘破坏模式中的第1开关频率f1设定为谐振频率f0、或谐振频率f0的奇数分之一的频率，通过LC谐振电路7a的谐振作用将高压的谐振电压施加在高压放电灯DL上，能够使高压放电灯DL发生绝缘破坏。

如果在上述绝缘破坏模式中发生高压放电灯DL的绝缘破坏，则在高压放电灯DL中发生辉光放电，然后达到电弧放电，而在此之间对两侧的灯电极供给预热电流，将两灯电极迅速地加热的模式即为高频预热模式(图3(a)的期间TM2)。这里，图2(b)表示高压放电灯DL启动时(高频预热模式时)的灯电流(图中的a)、流过电容器C2中的电容器电流(图中的b)、流过扼流圈L2、L3中的扼流圈电流(图中的c)的频率特性，在后述的第2开关频率f2中，将各电路要素的常数设定为，在电感器L2、L3、电容器C3及高压放电灯DL的合成阻抗内流过高压放电灯DL的灯电流I1成为希望的电流值(即灯电极的预热所需要的电流值)。

在高频预热模式中，逆变器控制电路部8以低于第1开关频率f1且为谐振频率f0的奇数分之一(例如在本实施方式中是十一分之一)的频率的第2开关频率f2(例如约39kHz)，交替地设置开关元件Q3、Q6的组为断开、并且开关元件Q4、Q5的组为接通的期间T11、和开关元件Q3、Q6的组为接通、并且开关元件Q4、Q5的组为断开的期间T12，并对高压放电灯DL的两灯电极供给灯电流I1，从而将两灯电极预热。另外，高频预热模式中的第2开关频率f2相对于LC谐振电路7a与包含点灯状态的高压放电灯DL的负载电路部5的频率特性(例如在点灯时为谐振频率)，设定为高频侧的频带。

并且，如果在高频预热模式中高压放电灯DL的两灯电极被均匀地预热，则在图3(a)的时刻t3，逆变器控制电路部8将模式从高频预热模式切换为矩形波点灯模式。在矩形波点灯模式中(图3(a)的期间TM3)，逆变器控制电路部8以较低的频率(例如几十Hz～几百Hz)使第1期间T21和第2期间T22交替，在上述第1期间T21，在使配置在对角位置上的开关元件Q3、Q6这一对断开的状态下使开关元件Q4、Q5这一对接通/断开，在上述第2期间T22，在使开关元件Q4、Q5这一对断开的状态下使开关元件Q3、Q6这一对接通/断开，在第1期间T21中在使开关元件Q4接通的状态下使开关元件Q5以较高的频率接通/断开、在第2期间T22中在使开关元件Q3接通的状态下使开关元件Q6以较高的频率接通/断开，从而将几十Hz～几百Hz的矩形波交流电压施加在高压放电灯DL上。此时，灯电压与高压放电灯DL的玻璃灯泡内的温度一起逐渐上升，在几分钟后成为灯电压大致一定的稳定状态，通过在此状态下持续发生电弧放电，高压放电灯DL成为稳定点灯状态。

以上，在逆变器控制电路部8中，通过依次切换绝缘破坏模式、高频预热模式、矩形波点灯模式的3个模式，使不点灯状态的高压放电灯DL转移到稳定点灯状态，但根据高压放电灯DL的状态，也有在高频预热模式中在预热过程中高压放电灯DL熄灭的情况。

图4表示在高频预热模式中在动作过程中发生了熄灭的情况下的各部的波形图，在绝缘破坏模式的时刻t1发生绝缘破坏，在时刻t2将模式从绝缘破坏模式切换为高频预热模式后，如果在将高压放电灯DL的两灯电极高频预热的期间的时刻t3发生熄灭，则逆变器控制电路部8以第2开关频率f2使开关元件Q3、Q6的组为断开、并且开关元件Q4、Q5的组为接通的期间T11、和开关元件Q3、Q6的组为接通、并且开关元件Q4、Q5的组为断开的期间T12交替。这里，在设无负载时的LC谐振电路7a的谐振频率为f0时，第2开关频率f2(例如约39kHz)设定为谐振频率f0的奇数分之一(例如十一分之一)的频率，所以通过LC谐振电路7a的谐振作用能够将比直流电源电路部3的输出电压V1高的电压的谐振电压Vp2施加在高压放电灯DL的灯电极间，再次产生绝缘破坏，从而使高压放电灯DL向高频预热模式转移，然后在两灯电极充分变热后，转移到矩形波点灯模式，所以能够使高压放电灯DL稳定点灯。

即，在本实施方式的放电灯点灯装置中，在高频预热模式中，逆变器控制电路部8以比第1开关频率f1低且为谐振频率f0的奇数分之一的频率的第2开关频率f2使触发器电路部7的开关元件Q3～Q6进行开关动作，从而将高压放电灯DL的两灯电极高频预热，在灯电极充分变热后转移到矩形波点灯模式，使高压放电灯DL稳定点灯。因而，在将高压放电灯DL预热的过程中发生了熄灭的情况下，由于在高频预热模式中触发器电路部7的开关频率设定为比第1开关频率f1低且为无负载时的谐振频率f0的奇数分之一的频率的第2开关频率f2，所以通过LC谐振电路7a的谐振作用，能够将比直流电源部的输出电压高的电压的谐振电压施加在高压放电灯DL上，能够使高压放电灯DL再次绝缘破坏而恢复到高频预热模式，所以启动的失败较少，能够提供提高了启动性的高压放电灯点灯装置。

另外，在本实施方式中，极性反转电路部6由全桥电路构成，但也可以如图5所示那样将极性反转电路部6做成半桥结构。在图5所示的电路中，在直流电源电路部3的输出端子间串联连接着两个电解电容器C1a、C1b，与电解电容器C1a、C1b的串联电路并列地连接开关元件Q3、Q4的串联电路。并且，在电解电容器C1a、C1b的连接点与开关元件Q3、Q4的连接点之间，连接着由电容器C3及电感器L3的串联电路构成的LC谐振电路7a，与电容器C3并列地连接着高压放电灯DL。这里，通过开关元件Q3、Q4和电解电容器C1a、C1b构成极性反转电路部6，通过开关元件Q3、Q4、和由电容器C3及电感器L3构成的LC谐振电路7a构成触发器电路部7。

在图5所示的高压放电灯点灯装置中，逆变器控制电路部8也是通过依次切换绝缘破坏模式、高频预热模式和矩形波点灯模式的3个模式，使高压放电灯DL点灯。并且，在绝缘破坏模式中，在作为LC谐振电路7a的谐振频率f0的奇数分之一的频率的第1开关频率f1附近(上述频率范围f1swp)，使开关元件Q3、Q4交替地接通，而产生使高压放电灯DL绝缘破坏的启动电压。此外，逆变器控制电路部8在高频预热模式中，将以比第1开关频率f1低且为上述谐振频率f0的奇数分之一的频率的第2开关频率f2使开关元件Q3、Q4交替地接通而产生的高频电压供给到高压放电灯DL的两灯电极，将两灯电极预热。在其后的矩形波点灯模式中，逆变器控制电路部8以几十～几百Hz的较低的频率交替进行开关元件Q3的接通/断开和开关元件Q4的接通/断开、对高压放电灯DL供给较低频率的矩形波交流电压，使高压放电灯DL稳定点灯。

在该放电灯点灯装置中，也与上述具有全桥结构的极性反转电路部6的放电灯点灯装置同样，在高频预热模式中高压放电灯DL熄灭的情况下，使开关元件Q3、Q4以比第1开关频率f1低且为无负载时的谐振频率f0的奇数分之一的频率的第2开关频率f2进行开关，所以通过LC谐振电路7a的谐振作用，能够将比直流电源电路部3的输出电压高的电压的谐振电压施加在高压放电灯DL上，能够使高压放电灯DL再次绝缘破坏而回到高频预热模式，所以启动的失败较少，能够使启动性提高。

(实施方式2)

基于图6及图7说明本发明的实施方式2。另外，高压放电灯点灯装置的电路结构与在实施方式1中说明的图1的电路是相同的，所以省略图示及说明。

参照图7说明通过本实施方式使高压放电灯DL从不点灯状态到稳定点灯状态的动作。另外，绝缘破坏模式及矩形波点灯模式中的动作与实施方式是相同的，所以说明其省略。

如果在绝缘破坏模式(图7的期间TM1)中在动作过程中的时刻t1发生高压放电灯DL的绝缘破坏，则在高压放电灯DL中发生辉光放电，然后达到电弧放电，但在逆变器控制电路部8中，在其后的时刻t2将模式从绝缘破坏模式切换为高频预热模式。图6(b)表示高压放电灯DL启动时(高频预热模式时)的灯电流(图中的a)、流过电容器C2的电容器电流(图中的b)、流过扼流圈L2、L3的扼流圈电流(图中的c)的频率特性，将各电路要素的常数设定为，将开关频率在后述的频率范围f2swp内扫描的情况下的灯电流(I2≤I≤I3)成为希望的电流值(即灯电极的预热所需要的电流值)。

并且，在高频预热模式中，逆变器控制电路部8在比第1开关频率f1低且为谐振频率f0的奇数分之一(例如在本实施方式中是十一分之一)的频率的第2开关频率f2(例如约39kHz)附近、即包含第2开关频率f2的规定的频率范围f2swp中扫描使开关元件Q3、Q6的组、和开关元件Q4、Q5的组交替地接通的动作频率，根据动作频率的扫描控制，流过高压放电灯DL的灯电流I在频率范围f2swp的上限频率的灯电流I2、与频率范围f2swp的下限频率的灯电流I3之间变化(I2≤I≤I3)，所以对两灯电极供给足够预热的灯电流，能够将两灯电极充分地预热。另外，包含第2开关频率f2的上述频率范围f2swp相对于LC谐振电路7a和包含点灯状态的高压放电灯DL的负载电路部5的频率特性(例如在点灯时为谐振频率)，为高频侧的频带。

并且，如果在高频预热模式中高压放电灯DL的两灯电极被均匀地预热，则在图7的时刻t5，逆变器控制电路部8将模式从高频预热模式切换为矩形波点灯模式，能够使高压放电灯DL稳定点灯。

如上所述，在逆变器控制电路部8中通过依次执行绝缘破坏模式、高频预热模式、矩形波点灯模式的3个模式，使不点灯状态的高压放电灯DL转移到稳定点灯状态，但根据高压放电灯DL的状态，也有在高频预热模式中预热过程中的高压放电灯DL熄灭的情况。

这里，如果在高频预热模式中、在动作过程中的时刻t3发生高压放电灯DL的熄灭，则在高频预热模式中，逆变器控制电路部8以上述频率范围f2swp扫描使开关元件Q3、Q6的组和开关元件Q4、Q5的组交替地接通的动作频率，所以如果动作频率接近于作为谐振频率f0(例如430kHz)的奇数分之一(例如十一分之一)的频率的第2开关频率f2(例如39kHz)，则通过LC谐振电路7a的谐振作用，能够将比直流电源电路部3的输出电压V1高的电压的谐振电压Vp2施加在高压放电灯DL的灯电极间。因而，即使在预热过程中发生了熄灭的情况下，也通过将谐振电压施加在高压放电灯DL的电极间，容易再次发生绝缘破坏，在发生绝缘破坏后向高频预热模式转移，在两灯电极充分变热后，通过转移到矩形波点灯模式，能够使高压放电灯DL稳定点灯，所以启动的失败较少，能够提供提高了启动性的高压放电灯点灯装置。

另外，在实施方式1中说明的图5的高压放电灯点灯装置中，也可以进行与本实施方式同样的控制，能够得到与上述同样的效果。

(实施方式3)

基于图8及图9说明本发明的实施方式3。本实施方式的高压放电灯点灯装置如图8的块电路图所示，作为主要的结构，具备由二极管电桥构成、将商用交流电源1全波整流的整流电路部2、使整流电路部2的输出平滑化的直流电源电路部3、控制直流电源电路部3的输出的升压斩波控制电路部4、通过将直流电源电路部3的输出电压降压为希望的电压值来控制高压放电灯DL的点灯电力的电力控制电路部9、控制电力控制电路部9的输出的降压斩波控制电路部10、对电力控制电路部9的直流输出进行开关而变换为矩形波交流电力、并对高压放电灯DL供给的极性反转电路部6、通过对电力控制电路部9的直流输出进行开关而产生用来使高压放电灯DL绝缘破坏的启动电压的触发器电路部7、和控制极性反转电路部6及触发器电路部7的开关动作的逆变器控制电路部8。

直流电源电路部3由升压型的斩波电路构成，具备一端连接在整流电路部2的高压侧输出端的电感器L1、由源极-漏极间连接在电感器L1的另一端与整流电路部2的低压侧输出端之间的MOS型电场效应晶体管(MOSFET)构成的开关元件Q1、阳极连接在电感器L1的另一端上的二极管D1、和连接在二极管D1的阴极与整流电路部2的低压侧输出端之间的电解电容器C1。

升压斩波控制电路部4检测直流电源电路部3的输出电压V1(电解电容器C1的两端电压)，通过控制开关元件Q1的开关频率及接通/断开的占空比而将输出电压V1控制为希望的电压值。

电力控制电路部9具备由连接在直流电源电路部3的高压侧输出端上的MOS型FET构成的开关元件Q2和电感器L2的串联电路、经由开关元件Q2连接在直流电源电路部3的输出端间的二极管D2、和连接在电感器L2的另一端与直流电源电路部3的低压侧输出端之间的电容器C2，将电容器C2的两端电压V2作为输出供给到极性反转电路部6中。

降压斩波控制电路部10根据从逆变器控制电路部8输入的控制信号，接通/断开驱动电力控制电路部9的开关元件Q2，从而使电力控制电路部9的输出电压V2变化，控制向高压放电灯DL的点灯电力。这里，由整流电路部2、直流电源电路部3、电力控制电路部9、升压斩波控制电路部4和降压斩波控制电路部10构成直流电源部。

极性反转电路部6由具有分别连接在电力控制电路部9的输出端间(即电容器C2的两端间)的开关元件Q3、Q4的串联电路、开关元件Q5、Q6的串联电路的全桥电路构成，在开关元件Q3、Q4的连接点与开关元件Q5、Q6的连接点之间，串联连接着自耦变压器(单卷变压器)构造的电感器L3和高压放电灯DL。

此外，触发器电路部7具备连接在直流电源电路部3的输出端间的极性反转电路部6内的开关元件Q3、Q4的组和开关元件Q5、Q6的组、电感器L3、和经由开关元件Q4连接在电感器L3的一次线圈(分路线圈)N1的两端间的电容器C3及电阻R1的串联电路，电感器L3的串联线圈N2与高压放电灯DL连接。此外，由电感器L3的一次线圈N1和电容器C3构成LC谐振电路7a。

逆变器控制电路部8例如由微型计算机构成，根据负载状态控制电力控制电路部9的开关元件Q2和极性反转电路部6的各开关元件Q3～Q6的接通/断开。例如在高压放电灯DL稳定点灯时(矩形波点灯模式时)，逆变器控制电路部8以较低的频率使第1期间T21和第2期间T22交替，在上述第1期间T21，在使配置在对角位置上的开关元件Q3、Q6这一对断开的状态下使开关元件Q4、Q5这一对接通/断开，在上述第2期间T22，在使开关元件Q4、Q5这一对断开的状态下使开关元件Q3、Q6这一对接通/断开。

接着，参照图9及图10说明通过该高压放电灯点灯装置使高压放电灯DL从不点灯状态到稳定点灯状态的动作。另外，图10是高压放电灯DL从不点灯状态到稳定点灯状态的各部的波形图。

首先，如果在高压放电灯DL不点灯状态下通过未图示的点灯开关施加点灯开始信号，则斩波控制电路部4及逆变器控制电路部8开始控制动作。在斩波控制电路部4中，通过控制开关元件Q1的接通/断开而使直流电源电路部3进行斩波动作，输出将输入电压升压后的规定电压值的直流电压，并且逆变器控制电路部8利用降压斩波控制电路部10控制开关元件Q2的接通/断开，输出将直流电源电路部3的输出电压降压后的规定电压值的直流电压。

此外，逆变器控制电路部8首先以绝缘破坏模式开始动作(图10的期间TM1)，利用降压斩波控制电路部10控制开关元件Q2的接通/断开，输出将直流电源电路部3的输出电压降压后的规定电压值的直流电压，并且在作为LC谐振电路7a的谐振频率f0的奇数分之一的几十kHz～几百kHz的第1开关频率f1附近，交替地设置开关元件Q3、Q6的组为接通、并且开关元件Q4、Q5的组为断开的期间T01、和开关元件Q3、Q6的组为断开、并且开关元件Q4、Q5的组为接通的期间T02，从而使LC谐振电路7a谐振，将此时在电感器L3的一次线圈N1中产生的谐振电压用一次线圈(分路线圈)N1与串联线圈N2的线圈比升压，将升压后的电压施加在高压放电灯DL的电极间，产生绝缘破坏。

这里，图9表示无负载时(高压放电灯DL的不点灯状态)的LC谐振电路7a的频率特性与动作频率的关系，在本实施方式中，LC谐振电路7a的谐振频率f0例如为约430kHz。于是，逆变器控制电路部8在绝缘破坏模式中，在谐振频率f0的奇数分之一(例如三分之一)的第1开关频率f1(例如约143kHz)附近、即包含第1开关频率f1的规定的频率范围f1swp(例如96kHz～160kHz)内，扫描使开关元件Q3、Q6的组、和开关元件Q4、Q5的组交替地接通的动作频率。并且，对应于该动作频率的扫描，通过LC谐振电路7a的谐振作用施加在高压放电灯DL的两端间的灯电压Vla的大小变化，当动作频率与作为谐振频率f0的奇数分之一的频率的第1开关频率f1(例如约143kHz)一致时，灯电压Vla成为最大，能够将使高压放电灯DL绝缘破坏所需要的启动电压Vp1施加在高压放电灯DL上，能够使高压放电灯DL绝缘破坏(图10的时刻t1)。另外，在逆变器控制电路部8中，也可以将绝缘破坏模式中的第1开关频率f1设定为谐振频率f0、或谐振频率f0的奇数分之一的频率，通过LC谐振电路7a的谐振作用将高压的谐振电压施加在高压放电灯DL上，能够使高压放电灯DL发生绝缘破坏。

如果在上述绝缘破坏模式中通过触发器电路部7发生高压放电灯DL的绝缘破坏，则在高压放电灯DL中发生辉光放电，然后达到电弧放电，而在此之间对两侧的灯电极供给预热电流、将两灯电极迅速地加热的模式即为高频预热模式(图10的期间TM2)。在高频预热模式中，逆变器控制电路部8以比第1开关频率f1低且为谐振频率f0的奇数分之一(例如在本实施方式中是十一分之一)的频率的第2开关频率f2(例如约39kHz)，交替地设置开关元件Q3、Q6的组为断开、并且开关元件Q4、Q5的组为接通的期间T11、和开关元件Q3、Q6的组为接通、并且开关元件Q4、Q5的组为断开的期间T12，通过对高压放电灯DL的两灯电极供给灯电流I1，将两灯电极预热。另外，第2开关频率f2相对于LC谐振电路7a与包含点灯状态的高压放电灯DL的负载电路部5的频率特性(例如在点灯时为谐振频率)，设定为高频侧的频带。

并且，如果在高频预热模式中高压放电灯DL的两灯电极被均匀地预热，则在图10的时刻t5，逆变器控制电路部8将模式从高频预热模式切换为矩形波点灯模式。在矩形波点灯模式中(图10的期间TM3)，逆变器控制电路部8以较低的频率flow(例如几十Hz～几百Hz)使配置在对角位置上的开关元件Q4、Q5这一对、和开关元件Q3、Q6这一对交替地接通/断开，将几十Hz～几百Hz的矩形波交流电压施加在高压放电灯DL上。此时，灯电压与高压放电灯DL的玻璃灯泡内的温度一起逐渐上升，在几分钟后成为灯电压大致一定的稳定状态，通过在此状态下持续发生电弧放电，高压放电灯DL成为稳定点灯状态。

以上，在逆变器控制电路部8中，通过依次切换绝缘破坏模式、高频预热模式、矩形波点灯模式的3个模式，使不点灯状态的高压放电灯DL转移到稳定点灯状态，但根据高压放电灯DL的状态，也有在高频预热模式中在预热过程中高压放电灯DL熄灭的情况。图10表示在高频预热模式中在动作过程中发生了熄灭的情况下的各部的波形图，如果在绝缘破坏模式中在动作过程中的时刻t3发生熄灭，则逆变器控制电路部8以第2开关频率f2使开关元件Q3、Q6的组为断开、并且开关元件Q4、Q5的组为接通的期间T11、和开关元件Q3、Q6的组为接通、并且开关元件Q4、Q5的组为断开的期间T12交替。在设无负载时的LC谐振电路7a的谐振频率为f0时，第2开关频率f2(例如约39kHz)为谐振频率f0的奇数分之一(例如十一分之一)的频率，所以通过LC谐振电路7a的谐振作用能够将比直流电源电路部3的输出电压V1(所谓总线电压)高的电压的谐振电压Vp2施加在高压放电灯DL的灯电极间，再次产生绝缘破坏，从而使高压放电灯DL向高频预热模式转移，然后通过在两灯电极充分变热后转移到矩形波点灯模式，能够使高压放电灯DL稳定点灯。

即，在本实施方式的放电灯点灯装置中，即使在高频预热模式中发生了熄灭的情况下，也由于以无负载时的谐振频率f0的奇数分之一的频率进行开关动作，所以通过LC谐振电路7a的谐振作用，能够将比直流电源部的输出电压高的电压的谐振电压施加在高压放电灯DL上，能够使高压放电灯DL再次绝缘破坏而恢复到高频预热模式，所以启动的失败较少，能够提供提高了启动性的高压放电灯点灯装置。

(实施方式4)

基于图11～图14说明本发明的实施方式。在上述实施方式1中，逆变器控制电路部8在从绝缘破坏模式转移为高频预热模式时将触发器电路部7的开关频率从第1开关频率f1切换为第2开关频率f2，但也可以如图11所示那样逐渐进行开关频率的切换。另外，由于高压放电灯点灯装置的电路结构与图1是相同的，所以省略图示及说明。

图11是高压放电灯DL从不点灯状态到稳定点灯状态的各部的波形图，如果在绝缘破坏模式TM1中的时刻t1发生绝缘破坏，则在其后的时刻t2将动作模式切换为高频预热模式，而在逆变器控制电路部8中，在使将开关元件Q3、Q6的组和开关元件Q4、Q5的组交替地接通/断开的频率以在时刻t2为谐振频率f0的五分之一的频率(f0/5)、在时刻t3为谐振频率f0的七分之一的频率(f0/7)、在时刻t4为谐振频率f0的九分之一的频率(f0/9)的顺序阶段性地降低后，最终切换为谐振频率f0的十一分之一的频率(f0/11)。即，在使开关频率阶段性地降低时，设定比第1开关频率f1(＝f0/3)低且比第2开关频率f2(＝f0/11)高的、作为谐振频率f0的奇数分之一的频率的1到多个(在本实施方式中例如是3个)中间频率f0/5、f0/7、f0/9，从第1开关频率f0经过3个中间频率f0/5、f0/7、f0/9阶段性地降低到第2开关频率f2，而在动作模式被切换为高频预热模式之后的高压放电灯DL容易熄灭的时候，在发生了高压放电灯DL的熄灭的情况下，由于以比第2开关频率f2更接近于谐振频率f0的中间频率(f0/5、f0/7、f0/9)进行开关动作，所以与在模式的切换后立即以第2开关频率f2(＝f0/11)开关的情况相比能够产生高电压的谐振电压，在高频预热模式中发生了熄灭的情况下，通过将高电压的谐振电压施加在高压放电灯DL上，能够使高压放电灯DL再点灯。此外，在高频预热模式中，逆变器控制电路部8随着时间的经过而使开关频率阶段性地降低，最终切换为希望的开关频率(f0/11)，所以使预热电流阶段性地增加，能够在将高压放电灯DL的灯电极充分预热的状态下转移到矩形波点灯。

另外，在图11所示的例子中，如果从绝缘破坏模式切换为高频预热模式，则逆变器控制电路部8将开关频率按f0/5→f0/7→f0/9→f0/11的顺序以阶梯状切换，但并不是将开关频率的切换方式限定于上述形态的意思，例如也可以如图12所示那样，在转移为高频预热模式后的时刻tn(n＝2、3、4)将开关频率切换为f0/(2×n+1)，并且在时刻tn到时刻t(n+1)之间根据时间的经过而使开关频率从f0/(2×n+1)线性地降低，最终在时刻t5将开关频率切换为(f0/11)。

此外，如图13所示，在使动作模式从绝缘破坏模式转移为高频预热模式时，在将开关频率从第1开关频率f1(例如143kHz)直接切换为第2开关频率f2(例如39kHz)的情况下，向电容器C2的充电电流(振动电流)过大，所以也可以如图14所示那样在切换模式时、先切换为比第1开关频率f1低且比第2开关频率f2高的频率(例如47kHz)后(期间TA)、再切换为第2开关频率f2(例如39kHz)(期间TB)，能够降低向电容器C2的充电电流的峰值。

另外，在本实施方式中，说明了在实施方式1的电路中高频预热模式下的开关频率的控制方式，但在实施方式2或3的高压放电灯点灯装置中也可以如本实施方式那样切换开关频率，能够得到与上述同样的效果。

(实施方式5)

基于图15(a)～(c)说明本发明的实施方式5。图15(a)～(c)是将在实施方式1至4中说明的任一种高压放电灯装置收纳到壳体20内、使安装到灯具21内的灯座(未图示)中的高压放电灯DL点灯的照明器具的外观图，是通过从壳体20内的高压放电灯点灯装置经由线缆23及灯座对高压放电灯供给点灯电力、使高压放电灯DL点灯的装置。

这些照明器具由于使用实施方式1至4的任一种高压放电灯点灯装置，所以即使在从绝缘破坏模式转移为高频预热模式时发生了熄灭，也通过将由触发器电路部7所具备的LC谐振电路7a产生的谐振电压施加在高压放电灯DL的两灯电极间，高压放电灯DL容易再点灯，能够改善高压放电灯DL的启动性。

另外，图15(a)是在下照灯中使用了HID灯等的高压放电灯DL的照明器具，图15(b)、图15(c)是在聚光灯中使用HID灯等的高压放电灯DL、将灯具21悬挂支撑在相对于用来供给商用电源的配线管轨道23移动自如地安装的壳体20上的器具。

进而，如果使用这些照明器具构建进行各照明器具的点灯控制的照明系统，则作为系统也能够得到上述同样的效果。

Claims (8)

1.一种高压放电灯点灯装置，其特征在于，具备：

直流电源部；

触发器电路部，具备LC谐振电路，通过对直流电源部的输出电力进行开关而产生使高压放电灯绝缘破坏的启动电压；

电力变换部，对直流电源部的输出电力进行开关而变换为矩形波交流电力，并供给到包括上述高压放电灯的负载电路部而使上述高压放电灯稳定点灯；以及

控制电路部，对触发器电路部及电力变换部的开关动作进行控制，从而将上述高压放电灯的模式依次切换为使高压放电灯绝缘破坏的绝缘破坏模式、对高压放电灯供给预热电流而将灯电极预热的高频预热模式、以及通过对高压放电灯供给矩形波交流电压而使高压放电灯稳定点灯的矩形波点灯模式的3个模式，

控制电路部在绝缘破坏模式中，以包含第1开关频率的规定的频率范围使触发器电路部的开关元件进行开关，从而产生启动电压，并且在高频预热模式中，将以包含第2开关频率的规定的频率范围使触发器电路部的开关元件进行开关而得到的高频电压供给到上述负载电路部，上述第1开关频率是上述LC谐振电路的谐振频率的奇数分之一的频率，上述第2开关频率是比上述第1开关频率低且为上述谐振频率的奇数分之一的频率。

2.如权利要求1所述的高压放电灯点灯装置，其特征在于，

上述控制电路部在高频预热模式中，在上述包含第2开关频率的规定的频率范围内扫描触发器电路部的开关频率而使其进行开关。

3.如权利要求1或2所述的高压放电灯点灯装置，其特征在于，

上述包含第2开关频率的规定的频率范围，是指相对于上述LC谐振电路和包含点灯状态的上述高压放电灯的上述负载电路部的频率特性，为高频侧的频带。

4.如权利要求1或2所述的高压放电灯点灯装置，其特征在于，

上述控制电路部在从绝缘破坏模式转移为高频预热模式时，使触发器电路部的开关频率从第1开关频率到第2开关频率为止相应于时间的经过而逐渐降低。

5.如权利要求1或2所述的高压放电灯点灯装置，其特征在于，

上述控制电路部在从绝缘破坏模式转移为高频预热模式时，使触发器电路部的开关频率从第1开关频率到第2开关频率为止阶段性地降低。

6.如权利要求5所述的高压放电灯点灯装置，其特征在于，

上述控制电路部在使开关频率阶段性地降低时，设定比第1开关频率低且比第2开关频率高、并且为上述谐振频率的奇数分之一的频率的1至多个中间频率，从上述第1开关频率经由1至多个上述中间频率到上述第2开关频率为止阶段性地降低。

7.一种照明器具，其特征在于，具备：

如权利要求1或2所述的高压放电灯点灯装置；以及

灯具，具备由该放电灯点灯装置供给电力的放电灯。

8.一种照明系统，其特征在于，

具备如权利要求7所述的照明器具，进行点灯控制。

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