JP2000150181A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スイッチング素子に大きなストレスが発生しな
い信頼性の高い放電灯点灯装置を供給する。 【解決手段】放電灯の異常を検出して回路保護動作を行
う異常検出手段を備える高周波インバータ点灯装置にお
いて、始動用の高電圧を印加するための始動用周波数ｆ
ｓで発振動作させた後、始動用周波数ｆｓよりも低いス
イッチング周波数ｆｋで所定期間Ｔにわたり発振動作さ
せて、この所定期間Ｔの後に、点灯用のスイッチング周
波数ｆｎで発振動作させる。共振回路の共振周波数をｆ
０とすると、ｆｓ＞ｆｋ＞ｆ０＞ｆｎと設定する。異常
検出手段は所定期間Ｔにおいて異常検出動作を開始し、
所定期間Ｔはランプ異常時に異常検出手段による回路保
護動作に要する時間よりも長く設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高周波で放電灯を点
灯させる放電灯点灯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６に従来例を示す。図６は２灯用の放
電灯点灯装置である。この放電灯点灯装置は、スイッチ
ング素子Ｑ１，Ｑ２を制御回路１によって、交互にオン
・オフを繰り返すことにより、負荷であるランプＬａ
１，Ｌａ２を高周波点灯させるハーフブリッジインバー
タである。インバータ回路の負荷回路は、リーケージト
ランスＴ１、コンデンサＣ３，Ｃ４、ランプＬａ１，Ｌ
ａ２からなり、リーケージトランスＴ１の漏れインダク
タンスＬ１とコンデンサＣ３により直列ＬＣ共振回路を
構成している。

【０００３】ランプＬａ１のフィラメントＦ１，Ｆ２及
びランプＬａ２のフィラメントＦ３，Ｆ４について、リ
ーケージトランスＴ１の２次巻線Ｎ２、フィラメントＦ
１、コンデンサＣ３、フィラメントＦ４の直列接続回路
を構成するように接続されており、コンデンサＣ３の電
流によりフィラメントＦ１，Ｆ４を熱している。また、
リーケージトランスＴ１の３次巻線Ｎ３とフィラメント
Ｆ２，Ｆ３の直列接続回路を構成することによって、３
次巻線Ｎ３の両端出力電圧を電源として、フィラメント
Ｆ２，Ｆ３を熱している。ランプＬａ１，Ｌａ２を始動
させる為に、それらの両端に高電圧を印加する前に、以
上のフィラメントＦ１〜Ｆ４の予熱を十分に行うことに
よって、ランプＬａ１，Ｌａ２の始動→点灯を容易にし
ている。コンデンサＣ４は、直流分カット用のコンデン
サであり、コンデンサＣ３よりも十分大きな容量値を有
する。

【０００４】リーケージトランスＴ１の２次巻線Ｎ２に
磁気結合した５次巻線Ｎ５の出力によって、検出回路２
によりランプＬａ１，Ｌａ２の寿命末期、不点等の異常
状態を検出し、ハーフブリッジインバータ回路を発振停
止させている。具体的には、５次巻線Ｎ５の交流出力電
圧は、ランプ寿命末期等の異常時に通常点灯時に比較し
て大きくなることを利用している。これによって、ラン
プ寿命末期時に放電灯点灯装置を保護できるので、より
信頼性の高い放電灯点灯装置を提供することができる。

【０００５】本従来例においては、リーケージトランス
Ｔ１の１次巻線Ｎ１に磁気結合した４次巻線Ｎ４の出力
を抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ５より構成
される制御電源供給回路３により整流・平滑して制御電
源を作成している。すなわち、４次巻線Ｎ４の交流出力
をダイオードＤ１で整流し、抵抗Ｒ１で限流して、コン
デンサＣ５で平滑した直流電圧を制御回路１の電源とし
ている。

【０００６】図６の従来例の動作を、以下、図７により
説明する。図中（ａ）は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２
の発振周波数ｆｓｗ、（ｂ）はコンデンサＣ３の両端電
圧Ｖｃ３、つまり２本のランプＬａ１，Ｌａ２の両端電
圧の波形である。ｔ０からｔ１の区間は、ランプＬａ
１，Ｌａ２を始動→点灯させる為に、ランプＬａ１，Ｌ
ａ２の両端に高電圧を印加する前に、フィラメントＦ１
〜Ｆ４を十分に熱する期間である。これによって、ラン
プＬａ１，Ｌａ２の始動→点灯を容易にしていると共
に、ランプ寿命を長くできる。以後、この期間を「予熱
期間」と記述する。予熱期間では、発振周波数ｆｓｗ
は、ランプＬａ１，Ｌａ２が放電しないように、コンデ
ンサＣ３の両端電圧Ｖｃ３のピーク値が十分小さい値Ｖ
１になるような予熱周波数ｆｐｈに設定される。予熱周
波数ｆｐｈは、漏れインダクタンスＬ１、コンデンサＣ
３からなるＬＣ共振回路の共振周波数ｆ０よりも高い周
波数であり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に進相電流が
流れるのを防止している。

【０００７】ｔ１からｔ２の区間は、ランプＬａ１，Ｌ
ａ２を始動→点灯させる為に、ランプＬａ１，Ｌａ２の
両端にピーク値の高い電圧Ｖ２を印加する期間である。
以後、この期間を「始動期間」と記述する。始動期間で
は、発振周波数ｆｓｗは、予熱周波数ｆｐｈより低い始
動周波数ｆｓに設定される。ここで、ｆｐｈ＞ｆｓ＞ｆ
０の関係にあり、始動周波数ｆｓを共振周波数ｆ０に近
づけることにより、放電灯の両端にピーク値の高い電圧
Ｖ２を得ることができる（図８参照）。時刻ｔａでラン
プＬａ１，Ｌａ２が点灯し、コンデンサＣ３の両端電圧
Ｖｃ３のピーク値は、点灯前の電圧Ｖ２より低くなる。

【０００８】時刻ｔ２以降は、所定の光出力を得るため
の期間であり、以後この期間を「点灯期間」と記述す
る。点灯期間では、発振周波数ｆｓｗは、無負荷時の共
振周波数ｆ０より低い周波数ｆｎに設定される。このと
き、ランプＬａ１，Ｌａ２の両端電圧のピーク値は、Ｖ
３となる。ここで、Ｖ２＞Ｖ１＞Ｖ３の関係にある。こ
の期間中に、前記検出回路２は動作するが、ランプが正
常点灯しているので、インバータは発振を継続してい
る。

【０００９】図８は、発振周波数ｆｓｗとコンデンサＣ
３の両端電圧Ｖｃ３の関係を示す図で曲線Ａは、ランプ
点灯前（ランプＬａ１，Ｌａ２の等価抵抗が無限大）の
場合の関係を示し、曲線Ｂはランプ点灯後（ランプＬａ
１，Ｌａ２を等価抵抗Ｒと設定）の場合の関係を示す。
上述のランプ正常時には、点灯期間の動作ポイントは、
図８中のＹ点となっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、本従来例に
おいては、ランプ異常時に始動期間より点灯期間に移行
する場合に、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に大きなスト
レスが発生するという問題があった。以下、この問題を
図８、図９、図１０により説明する。今、ランプ割れ等
の異常で、ランプが点灯しない（ランプＬａ１，Ｌａ２
の等価抵抗が無限大）状態が、始動期間、点灯期間を通
じて継続する場合を考える。この場合、図９（ａ）に示
すように、始動期間中、ランプＬａ１，Ｌａ２が点灯し
ないので、コンデンサＣ３の両端電圧Ｖｃ３のピーク値
は、点灯前の電圧Ｖ２のままである。

【００１１】時刻ｔ２以降の点灯期間では、発振周波数
ｆｓｗは、無負荷時の共振周波数ｆ０より低い周波数ｆ
ｎに設定される。しかし、ランプが点灯しない（ランプ
Ｌａ１，Ｌａ２の等価抵抗が無限大）状態であるので、
インバータの動作ポイントは、図８中のＸ点となってい
る。従って、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２には図１０
（ａ）に示すような進相電流が流れ、ターンオフ時に過
大な電源短絡電流の発生と大きなｄｉ／ｄｔストレスが
発生する。そして、時刻ｔｂにおいて、検出回路２によ
りランプ不点の異常状態を検出し、ハーフブリッジイン
バータを発振停止させている。この発振停止までの時間
遅れ（＝ｔｂ−ｔ２）は、検出回路２が異常検出よりイ
ンバータを発振停止させるのに要する時間であり、ゼロ
には出来ない。よって、インバータが発振停止するまで
に、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の定格を超えるストレ
スが発生する場合には、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が
破壊するという問題があった。

【００１２】本発明は上述のような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、スイッチング素
子に大きなストレスが発生しない信頼性の高い放電灯点
灯装置を供給することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
課題を解決するために、図６に示すように、交流電源Ｅ
を整流する整流回路ＤＢと、前記整流回路ＤＢの出力を
高周波電圧に変換するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、
前記高周波電圧を受けて負荷である放電灯Ｌａ１，Ｌａ
２への高周波出力を取り出すコンデンサＣ３とインダク
タＬ１を含む共振回路と、前記スイッチング素子Ｑ１，
Ｑ２を高周波でオン・オフする制御手段１と、放電灯Ｌ
ａ１，Ｌａ２の異常を検出して回路保護動作を行う異常
検出手段２とを備えるインバータ装置であって、前記制
御手段は、図１に示すように、放電灯Ｌａ１，Ｌａ２の
両端に始動用の高電圧を印加するための始動用周波数ｆ
ｓでスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン・オフさせた後
に、始動用周波数ｆｓよりも低いスイッチング周波数ｆ
ｋで所定期間Ｔにわたりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を
オン・オフさせて、この所定期間Ｔの後に、点灯用のス
イッチング周波数ｆｎでスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を
オン・オフさせるように動作し、前記共振回路の共振周
波数をｆ０とすると、ｆｓ＞ｆｋ＞ｆ０＞ｆｎと設定
し、前記異常検出手段は、前記所定期間Ｔにおいて異常
検出動作を開始し、前記所定期間Ｔはランプ異常時に前
記異常検出手段による回路保護動作に要する時間よりも
長く設定したことを特徴とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】（実施例１）本発明の第１の実施
例を図１〜図３で説明する。本実施例は、図６の従来例
において、始動期間と点灯期間の間に、スイッチング素
子Ｑ１，Ｑ２に大きなストレスが発生せず、且つ、ラン
プの異常を確実に検出するための期間（以後この期間を
「検出期間」と記述する）を設けたことを特徴としてい
る。具体的には、検出期間において、発振周波数ｆｓｗ
は、始動周波数ｆｓより低く、無負荷時の共振周波数ｆ
０より高い周波波ｆｋに設定される。ここで、ｆｐｈ＞
ｆｓ＞ｆｋ＞ｆ０の関係にある（図１、図２参照）。ま
た、検出期間の長さＴ（＝ｔ２−ｔｋ）は、検出回路２
での検出遅れ時間（＝ｔｂ−ｔｋ）よりも長く設定す
る。

【００１５】本実施例において、時刻ｔ２以降の検出期
間では、発振周波数ｆｓｗは、無負荷時の共振周波数ｆ
０より高い周波数ｆｋに設定される。従って、ランプが
点灯しない（ランプＬａ１，Ｌａ２の等価抵抗が無限
大）状態である場合においても、インバータの動作ポイ
ントは、図２中のＺ点となっている。このため、スイッ
チング素子Ｑ１，Ｑ２には図３（ａ）に示すような遅相
電流が流れるので、ターンオフ時に過大な電源短絡電流
と大きなｄｉ／ｄｔストレスの発生は共に生じない。そ
して、時刻ｔｂにおいて、検出回路２によりランプ不点
の異常状態を検出すると、ハーフブリッジインバータを
発振停止させる。よって、インバータが発振停止するま
でに、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の定格を超えるスト
レスが発生することを防止できる。

【００１６】（実施例２）図４は本発明の第２の実施例
の回路図である。以下、その回路構成について説明す
る。交流電源Ｅを全波整流するダイオードブリッジＤＢ
の直流出力端子間には、小容量のコンデンサＣ１が並列
接続されている。ダイオードブリッジＤＢの高圧側の出
力端子は、電源用のコンデンサＣ２の高圧側の端子に接
続されている。電源用のコンデンサＣ２の低圧側の端子
は接地されており、インバータ回路の基準電位（グラン
ド）となっている。電源用のコンデンサＣ２の両端に
は、逆方向ダイオードを内蔵したＭＯＳＦＥＴよりなる
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の直列回路が並列接続され
ている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点と、ダイ
オードブリッジＤＢの低圧側の出力端子との間には、リ
ーケージトランスＴ１の１次巻線Ｎ１と、カップリング
用のコンデンサＣ４と、ダイオードＤ１の直列回路が接
続されている。ダイオードＤ１のカソードはダイオード
ブリッジＤＢの低圧側の出力端子に接続されており、ダ
イオードＤ１のアノードは別のダイオードＤ２のカソー
ドに接続されている。ダイオードＤ２の両端には、コン
デンサＣ７が並列接続されており、このダイオードＤ２
のアノードは電源用のコンデンサＣ２の低圧側（グラン
ド）に接続されている。なお、電源用のコンデンサＣ２
には、インダクタＬ２とコンデンサＣ６、ダイオードＤ
３，Ｄ４から成る部分平滑回路が並列接続されている。

【００１７】リーケージトランスＴ１の２次巻線Ｎ２に
は、２灯の放電灯Ｌａ１，Ｌａ２の直列回路が接続され
ており、各放電灯Ｌａ１，Ｌａ２の共通側のフィラメン
トＦ２，Ｆ３はリーケージトランスＴ１の３次巻線Ｎ３
により予熱され、非共通側のフィラメントＦ１，Ｆ４は
コンデンサＣ３に流れる電流により予熱される。コンデ
ンサＣ３はリーケージトランスＴ１のリーケージインダ
ンタンスＬ１と共にＬＣ直列共振回路を構成している。
リーケージトランスＴ１の１次巻線Ｎ１と磁気結合され
た４次巻線Ｎ４は制御回路１の電源を供給しており、２
次巻線Ｎ２と磁気結合された５次巻線Ｎ５は異常検出回
路２の検出巻線とされている。

【００１８】なお、ダイオードブリッジＤＢの交流入力
端子は、高周波除去用のフィルタ回路４を介して交流電
源Ｅに接続されている。フィルタ回路４は、交流電源Ｅ
と並列に接続されて高周波電流をバイパスするコンデン
サＣ８と、ダイオードブリッジＤＢの交流入力端子と直
列に接続されて高周波電流をブロックするインダクタＬ
４と、高周波成分を打ち消すためのトランスＬ３とから
成り、ダイオードブリッジＤＢを介して高周波電流を引
き込んでも、交流電源Ｅからの入力電流は商用周波数の
正弦波交流波形に近似した波形となる。

【００１９】本実施例は、入力電流波形歪みを改善可能
な放電灯点灯装置に本発明を適用した実施例である。図
４のインバータ回路では、第１のダイオードＤ１と、第
２のダイオードＤ２及びコンデンサＣ７の並列回路を設
けたことにより、交流電源Ｅの１周期のほぼ全区間にわ
たり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン、オフに応じ
て交流電源Ｅからインバータ回路の負荷回路を介して電
流が供給されるため、入力電流波形歪みを改善可能な構
成となっている。

【００２０】また、ダイオードＤ３，Ｄ４、インダクタ
Ｌ２、コンデンサＣ６からなる回路は、スイッチング素
子Ｑ２がオンのときに、ダイオードＤ３、インダクタＬ
２を介してコンデンサＣ６を充電し、ダイオードブリッ
ジＤＢの出力電圧がコンデンサＣ２の充電電圧よりも低
い期間はダイオードＤ４を介してコンデンサＣ６の電圧
がインバータ回路の電源として作用するようにした部分
平滑回路であり、いわゆる降圧チョッパー回路として動
作している。インバータ回路の電源電圧を部分平滑電源
とすることにより、ランプの電流波形は、交流電源Ｅの
ピーク近傍とゼロクロス近傍で各々最大値に近づくよう
になり、したがって、放電灯の電流波形のクレストファ
クタ（ピーク値／実効値）も改善され、それに伴い、ラ
ンプの力率が改善され、放電灯の発光効率も改善される
ものである。

【００２１】本実施例においては、交流電源Ｅのゼロク
ロス近傍でコンデンサＣ７が負荷回路の共振回路に関与
し、この場合の共振周波数ｆ０は、 ｆ０＝１／２π√｛Ｌ１（Ｃ３＋Ｃ７）｝ となる。従って、本実施例では、検出期間の周波数ｆｋ
を以下のように設定している。 ｆｋ＞１／２π√｛Ｌ１（Ｃ３＋Ｃ７）｝ 本実施例においても、実施例１と同様に、スイッチング
素子Ｑ１，Ｑ２の定格を超えるストレスは発生しない。

【００２２】（実施例３）本発明の第３の実施例を図５
で説明する。これは、実施例１において、検出期間のス
イッチング周波数ｆｓｗを始動周波数ｆｓより検出期間
の周波数ｆｋに徐々に移行させたことを特徴としている
（図５参照）。本実施例においても、ランプ異常時に、
インバータが発振停止するまでに、スイッチング素子Ｑ
１，Ｑ２の定格を超えるストレスが発生することを防止
できる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、放電灯の始動期間と点
灯期間の間に放電灯の異常を検出するための期間を設け
て、この期間では、始動用周波数よりも低く、無負荷共
振周波数よりも高いスイッチング周波数で動作させるよ
うにしたので、放電灯の異常時において、始動期間より
点灯期間に移行する際に、ランプ異常検出回路の検出遅
れがあっても、スイッチング素子に流れる電流を遅相電
流に保つことができ、進相電流に起因するスイッチング
素子へのストレス発生を防止でき、信頼性の高い放電灯
点灯装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の動作説明図である。

【図２】本発明の実施例１のランプ電圧の周波数特性図
である。

【図３】本発明の実施例１のランプ異常時におけるスイ
ッチング素子の電流と電圧の波形図である。

【図４】本発明の実施例２の回路図である。

【図５】本発明の実施例３の動作説明図である。

【図６】従来例の回路図である。

【図７】従来例の動作説明図である。

【図８】従来例のランプ電圧の周波数特性図である。

【図９】従来例のランプ異常時の動作説明図である。

【図１０】従来例のランプ異常時におけるスイッチング
素子の電流と電圧の波形図である。

【符号の説明】

ｆｐｈ 予熱周波数 ｆｓ 始動周波数 ｆｋ 検出期間用周波数 ｆ０ 無負荷共振周波数 ｆｎ 点灯時周波数 Ｔ 検出期間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K072 AA02 AB03 BA03 BB01 BB03 BC02 CB07 DB02 DB03 DD04 EA02 EB01 EB05 GA03 GB12 GC04 HA06 HB03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を整流する整流回路と、前記
   整流回路の出力を高周波電圧に変換するスイッチング素
   子と、前記高周波電圧を受けて負荷である放電灯への高
   周波出力を取り出すコンデンサとインダクタを含む共振
   回路と、前記スイッチング素子を高周波でオン・オフす
   る制御手段と、放電灯の異常を検出して回路保護動作を
   行う異常検出手段とを備えるインバータ装置であって、 前記制御手段は、放電灯の両端に始動用の高電圧を印加
   するための始動用周波数ｆｓでスイッチング素子をオン
   ・オフさせた後に、始動用周波数ｆｓよりも低いスイッ
   チング周波数ｆｋで所定期間Ｔにわたりスイッチング素
   子をオン・オフさせて、この所定期間Ｔの後に、点灯用
   のスイッチング周波数ｆｎでスイッチング素子をオン・
   オフさせるように動作し、前記共振回路の共振周波数を
   ｆ０とすると、ｆｓ＞ｆｋ＞ｆ０＞ｆｎと設定し、 前記異常検出手段は、前記所定期間Ｔにおいて異常検出
   動作を開始し、前記所定期間Ｔはランプ異常時に前記異
   常検出手段による回路保護動作に要する時間よりも長く
   設定したことを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記所定期間Ｔの間
   に、始動用周波数ｆｓから異常検出用のスイッチング周
   波数ｆｋに徐々に切り替えるように動作することを特徴
   とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
3. 【請求項３】 前記インバータ装置は、 交互にオン・オフされる一対のスイッチング素子の直列
   回路と、 整流回路の直流出力端間と前記一対のスイッチング素子
   の直列回路との間に介装されたインピーダンス回路と、 整流回路の直流出力電圧の高い期間にはインバータ出力
   の一部を蓄積して、整流回路の直流出力電圧の低い期間
   には蓄積エネルギにより決まる電圧を前記一対のスイッ
   チング素子の直列回路の両端に印加する部分平滑回路と
   を備え、 前記共振回路は、前記インピーダンス回路と一方のスイ
   ッチング素子の直列回路の両端間に接続されることを特
   徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。