JP2002110382A - Hidランプの点灯回路 - Google Patents
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Abstract
せ、また、ランプ電力をコンピュータのクロック周波数
より微細に制御し、さらに、ランプ電力制御回路の発熱
を抑えるようにする。 【解決手段】HIDランプ(1)の放電開始後、ランプ
電力を定格使用電力より低く、且つ、自続放電可能な点
灯開始電力に抑え、HIDランプ(1)の内部蒸気圧が
所定の値に達した時点で、ランプ電力を定格使用電力ま
で上昇させる点灯開始制御手段と、自続放電中に電力制
御パルス信号のパルス幅に応じて変動するランプ電力の
時間平均が、予め設定された目標ランプ電力と一致する
ように、その電力制御パルス信号のパルス幅を1クロッ
クパルス分の長さずつ増減させるランプ電力制御手段
と、ランプ電力制御回路(8)に入力される直流平滑電
圧をその出力電圧に応じて可変制御する入力電圧制御手
段とを有する制御部(C)を備えた。
Description
施設及び屋外施設の照明に使用されるメタルハライドラ
ンプ、液晶プロジェクタ用の光源、自動車その他の乗物
用前照灯などのHIDランプを点灯させるHIDランプ
点灯回路に関する。
ge Lamp)は、高輝度放電灯又は高圧放電灯とも称さ
れ、消費電力に対する発光効率に優れるだけでなく、ハ
ロゲンランプなどに比して同一光量に対する発熱量も少
なく安全性が高いことから、近年、屋内商業施設及び屋
外施設の照明など高輝度の光源が必要とされるところに
使用されている。
電圧を印加することにより放電が開始され、以後は数十
〜数百Vの比較的低いランプ電圧を印加することにより
自続放電されて、徐々にランプ電圧が増加してHIDラ
ンプが点灯状態となる。
波パルスで点灯させる一般的な点灯回路41を示し、H
IDランプ1に対して数十〜数百Vのランプ電圧を印加
する主回路2と、数kVの高圧の始動電圧を印加する始
動回路3を備えている。
弦交流波を全波整流する整流回路5と、整流された脈動
電圧を直流平滑電圧に変換する力率改善回路6と、その
直流平滑電圧を所定パルス幅の矩形パルスに変換するチ
ョッパー回路7A及びその矩形パルスを再度平滑化して
目標ランプ電力に応じた直流ランプ電圧にする平滑化回
路7Bからなる電力制御回路8と、得られた直流ランプ
電圧をこれと同電圧の交流矩形波電圧に変換するインバ
ータ9を備えており、当該インバータ9が始動回路3を
介してHIDランプ1に接続されている。
備え、HIDランプ1の点灯スイッチ(図示せず)がオ
ンされたときに、HIDランプ1の電極間で放電を開始
させるように数kVの高圧の始動電圧を発生させる。
(図示せず)がオンされると始動回路3から数kVの始
動電圧がHIDランプ1に印加されて放電が開始され、
放電開始後は、主回路2から供給される数十〜数百Vの
比較的低いランプ電圧を印加することにより自続放電さ
れ、徐々にランプ電圧が増加してHIDランプが点灯状
態となる。
プ1は、放電開始後、ランプ内の温度が次第に上昇して
蒸気圧が定常値に達して必要な光量が得られるが、それ
まで数分間を要する。ここで、放電開始直後に定格使用
電力になるようにランプ電圧を印加すると、電極にダメ
ージを与え、HIDランプ1の商品寿命を短くするとい
う問題があった。
1は、ハイブリッドICを用いて制御回路を構成し、そ
の実装密度を向上させることにより、小型化の要求に応
じていた。しかし、ハイブリッドICを用いた制御回路
は、仕様変更が困難であるばかりでなく、高圧水銀ラン
プ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプなど
のHIDランプの種類や定格電力の違いにより個々に設
計が異なるため、共通化することができず、製造コスト
が嵩むという問題があった。
電力をPWM制御するものも提案されている。しかし、
PWM制御は、そのパルス幅の分解能が段階的であると
いう欠点があり、ランプ電力を任意の値に制御すること
が困難である。また、制御回路をコンピュータ化して点
灯回路を小型化した場合に、内部で発熱があると電子部
品の寿命が著しく低下する。この発熱の主な原因はチョ
ッパー回路7Aのスイッチングロスであるが、点灯回路
41に強制冷却用のファンなどを設けると小型化が困難
になる。
メージを与えることなくHIDランプを点灯させること
ができ、また、ランプ電力をPWM制御により可変制御
する場合にコンピュータのクロック周波数より微細な精
度でコントロールすることができ、さらに、冷却ファン
などを設けることなくチョッパー回路のスイッチングロ
スによる発熱を抑えることを技術的課題としている。
に、本発明は、始動回路から供給される高圧の始動電圧
をHIDランプに印加して放電を開始させた後、主回路
から供給されるランプ電力に応じた低圧のランプ電圧を
印加して自続放電させるHIDランプの点灯回路におい
て、入力された直流平滑電圧を直流パルス電圧に変換し
て目標ランプ電力を出力するためのスイッチング素子を
備えたランプ電力制御回路が前記主回路に形成され、H
IDランプの放電開始後、定格使用電力のランプ電力を
供給する前に、前記ランプ電力を定格使用電力より低
く、且つ、自続放電可能な点灯開始電力に抑え、HID
ランプの内部蒸気圧が所定の値に達した時点で、ランプ
電力を定格使用電力まで上昇させるように前記スイッチ
ング素子に対して電力制御パルス信号を出力する点灯開
始制御手段と、自続放電中に、前記スイッチング素子に
対して出力される電力制御パルス信号のパルス幅に応じ
て変動するランプ電力の時間平均が、予め設定された目
標ランプ電力と一致するように、その電力制御パルス信
号のパルス幅を1クロックパルス分の長さずつ増減させ
るランプ電力制御手段と、前記ランプ電力制御回路の入
力側に接続された力率改善回路に対して入力電圧制御パ
ルス信号を出力し、力率改善回路からランプ電力制御回
路に入力される前記直流平滑電圧をランプ電力制御回路
の出力電圧に応じて可変制御する入力電圧制御手段とを
有する制御部を備えたことを特徴とする。
動電圧を印加して放電開始させた後、定格使用電力に応
じたランプ電圧を印加する前に点灯開始電力に応じたラ
ンプ電圧が印加される。この点灯開始電力は、HIDラ
ンプの自続放電を維持することができ、且つ、定格使用
電力の1/5程度に設定されているので電極のダメージ
が少なく、したがって、HIDランプの商品寿命が延び
る。次いで、HIDランプの内部蒸気圧が所定の値に達
した時点で、ランプに供給されるランプ電力が定格使用
電力まで上昇され、この時点で必要な光量が得られるの
で、必要な光量に達するまでの時間がそれほど遅くなる
こともない。
素子に対して出力される電力制御パルス信号のパルス幅
に応じて変動するランプ電力の時間平均が、予め設定さ
れた目標ランプ電力と一致するように、その電力制御パ
ルス信号のパルス幅を1クロックパルス分の長さずつ増
減される。したがって、適正電力を出力するための電力
制御パルス信号のパルス幅が1クロックパルス分未満の
時間単位でコントロールする必要がある場合でも、算出
されたランプ電力の時間平均と目標ランプ電力を比較し
ているので、1クロックパルス分の差が平均化され、1
クロックパルス分の時間より短い時間単位で電力を制御
するが可能となる。
回路に入力される直流平滑電圧をその出力電圧値に応じ
て可変制御することにより、ランプ電力制御回路の電圧
降下率を変換効率に優れた範囲内に維持することができ
るので、ランプ電力制御回路における電力損失を低減さ
せることができる。
に基づいて具体的に説明する。図1は本発明に係るHI
Dランプの点灯回路の全体構成を示すブロック図、図2
は力率改善回路を示す回路図、図3はランプ電力制御回
路を示す回路図、図4は点灯開始制御手段の処理手順を
示すフローチャート、図5はランプ電力制御手段の処理
手順を示すフローチャート、図6は入力電圧制御手段の
処理手順を示すフローチャート、図7は力率改善回路に
おける信号波形図、図8は点灯開始時のランプ電圧の変
化を示すグラフである。
を点灯させる電源回路Eと、当該電源回路Eをコントロ
ールする制御部Cとからなり、電源回路Eは、HIDラ
ンプ1に対して数十〜数百Vの比較的低い定格電圧を印
加する主回路2と、数kVの高圧の始動電圧を印加する
始動回路3を備えている。
弦交流電圧を全波整流する整流回路5と、全波整流され
た脈動電圧V1 を直流平滑電圧V2 に変換する力率改
善回路6と、その直流平滑電圧V2 を所定パルス幅の
矩形パルスに変換して供給電力を制御するチョッパー回
路7A及びその矩形パルスを再度平滑化して予め設定さ
れた直流ランプ電圧V3 にする平滑化回路7Bからな
るランプ電力制御回路8と、得られた直流ランプ電圧V
3 をこれと同電位の交流矩形波電圧V4 に変換するフ
ルブリッジ型のインバータ9を備えており、当該インバ
ータ9が始動回路3を介してHIDランプ1に接続され
ている。
流回路5で全波整流された脈動電圧V1 を直流平滑電
圧V2 に変換するもので、スイッチングレギュレータ
を用いた昇圧−降圧コンバータにより形成されている。
この力率改善回路6は、+側にFET(電界効果トラン
ジスタ)10A、コイル11、ダイオード12が直列接
続され、+側と−側の間にダイオード13、FET10
B、コンデンサ14が並列接続されており、各FET1
0A、10Bのドライバ10a、10bがPWM制御回
路15を介して制御部Cに接続されている。
から入力される直流平滑電圧V2 を前段のチョッパ回
路7Aで所定パルス幅の矩形パルス波に変換し、これ
を、後段の平滑回路7Bにより平滑化して予め設定され
た直流ランプ電圧V 3を出力させるものである。
のPWM制御回路15からドライバ16aを介して供給
される電力制御パルス信号により、チョッパ回路7Aに
配されたスイッチング素子となるFET(電界効果トラ
ンジスタ)16をオンオフさせて、目標ランプ電圧値V
Lに対応したパルス幅の矩形パルスを出力させ、これを
平滑回路7Bで平滑化することにより、目標ランプ電圧
値VLに等しいランプ電圧V3を出力させるようになっ
ている。
ピュータ17などで構成され、その入力側には、力率改
善回路6の入力電圧、ランプ電力制御回路8の入力電
圧、出力電圧及び出力電流を夫々検出するセンサ18、
19、20a、20bがA/D変換器を介して接続さ
れ、その出力側には、力率改善回路6及びランプ電力制
御回路8のFET10A、10B、16がPWM制御回
路15を介して接続されると共に、I/Oポートを介し
て始動回路3及びインバータ9が接続されている。
て、外部機器(図示せず)から送信される制御信号に基
づいて点灯回路Sを制御したり、点灯回路Sの様々な制
御データをホストコンピュータなどへ送信する際に、複
雑な通信プロトコルに対応させて、外部機器と制御部C
との間で信号の中継を行う。これにより、制御部Cのデ
ータ処理の負担を軽減させて点灯回路Sの制御を確実に
行なわせることができる。
の処理手順を示すフローチャートである。まず、ステッ
プSTP1では、始動回路3により高電圧が印加されて放
電が開始されるまで待機し、放電開始が確認されるとス
テップSTP2へ移行する。ここで、放電開始されていな
いときはHIDランプ1が非導通状態にあるのでランプ
電流は0であるが、放電開始されると電流が流れるの
で、これをセンサ20bにより検出することにより、放
電開始を確認する。
格使用電力WRより低く、且つ、自続放電可能な点灯開
始電力WSに抑えるようにランプ電力制御回路8に対し
て電力制御パルス信号を出力し、点灯開始電力WSに応
じたランプ電圧V 3を印加してHIDランプ1の自続放
電を維持する。これにより、HIDランプ1の電極に受
けるダメージが軽減される。
サ20a及び20bで検出されたランプ電圧V3及びラ
ンプ電流I3と、その印加時間に基づき、HIDランプ
1に供給された熱量を算出し、ステップSTP4で予め設
定された熱量に達したか否かを判断する。そして、所定
の熱量に達した時点で、HIDランプ1の内部蒸気圧が
所定の値に達したものと判断してステップSTP5に移行
し、ランプ電力W3を増大させ、これに伴いランプ電圧
V3が上昇される。
が定格使用電力WRまで達したと判断された後は、ステ
ップSTP7に移行して、センサ20a及び20bで検出
されたランプ電圧V3及びランプ電流I3で算出される
ランプ電力が、定格使用電力に維持されるように、ラン
プ電圧V3をコントロールするようになっている。
手段の処理手順を示すフローチャートである。まず、ス
テップSTP11では、目標ランプ電力とセンサ20bに
より検出されたランプ電流I3に基づいて目標ランプ電
圧値VLを算出し、PWM制御回路15から出力する電
力制御パルス信号のパルス幅をその目標ランプ電圧値V
Lに対応して制御部Cのクロックパルス数で設定する。
目標ランプ電力は、通常は、HIDランプ1の定格使用
電力が用いられる。次いで、ステップSTP12でその電
力制御パルス信号をランプ電力制御回路8に出力すると
同時に、計時を開始する。
20bにより検出されたランプ電圧V3及びランプ電流
I3に基づき計時を開始してからの消費電力量を算出し
て、ステップSTP14で目標ランプ電力と時間の積で求
まる目標電力量と比較し、これらが一致するときは、電
力制御パルス信号のパルス幅を変えることなくステップ
STP12に戻る。また、消費電力量が大きいときはステ
ップSTP15に移行して電力制御パルス信号のパルス幅
を1クロックパルス分狭くしてランプ電力制御回路8に
出力した後、ステップSTP13に戻る。さらに、消費電
力量が小さいときはステップSTP16に移行して電力制
御パルス信号のパルス幅を1クロックパルス分広くして
ランプ電力制御回路8に出力した後、ステップSTP13
に戻る。
力量を、同じ時間における目標電力量と比較して、クロ
ックパルスを1つずつ増減するので、電力制御パルス信
号により変動するランプ電力の時間平均が、予め設定さ
れた目標ランプ電力と一致するように制御される。ま
た、検出された電力量の平均値に基づいて制御するので
1クロックパルス分が平均化され、1クロックパルス分
の時間より短い時間単位で電力を制御することが可能と
なる。
の処理手順を示すフローチャート、図7は出力される入
力電圧制御パルス信号を示す波形図である。この入力電
圧制御手段は、チョッパ回路7Aのスイッチングロスに
起因する点灯回路Sの発熱を抑えるものである。
パー回路7Aに入力される直流平滑電圧V2の電圧値を
低めに設定して、ランプ電圧V3に近付ける方が良い
が、近付けすぎるとHIDランプ1に印加するランプ電
圧V3の変化幅が狭くなるので、制御が困難な場合を生
ずる。
に応じて、直流平滑電圧V2がランプ電圧V3の1.1
〜2.0倍に維持されるように、直流平滑電圧V 2を可
変制御することとした。
aによりランプ電圧V3検出し、ステップSTP22でこ
れを1.1〜2.0倍して目標直流平滑電圧$V2を算出
する。ステップSTP23では、センサ18、19によ
り、整流回路5で全波整流された脈動電圧V1 と、力
率改善回路6から出力される直流平滑電圧V2 を検出
し、ステップSTP24に移行して脈動電圧V1 と直流平
滑電圧V2 を比較する。
V2の場合は、ステップSTP25に移行して、力率改善
回路6のFET10Aを導通状態に維持すると共に、F
ET10Bに制御パルス信号PBを出力し、脈動電圧V
1 を目標直流平滑電圧$V2に昇圧させる。本例で
は、制御パルス信号PBの高レベルの時間(FET10
Bの導通時間)TBを、 TB=Kb×L Kb=β($V2−V2) βは比例定数 L:コイル11のインダクタンス とし、低レベルの時間(FET10Bの非導通時間)を
0.5〜1.0×TBとした。
の場合は、ステップSTP26に移行して,FET10B
を非導通状態に維持すると共に、FET10Aに制御パ
ルス信号PAを出力して、脈動電圧V1 を目標直流平
滑電圧$V2に降圧する。本例では、制御パルス信号P
Aの高レベルの時間(FET10Aの導通時間)T
Aを、 TA=(Ka×L×V1)/(V1−V2) Ka=α($V2−V2) αは比例定数 とし、低レベルの時間(FET10Aの非導通時間)を
0.2〜2.0×TAとした。
の半波の処理が終了するまでステップSTP23〜26の
処理を繰返し、半波の処理が終了した時点でステップST
P21に戻る。
イッチ(図示せず)がオンされ、始動回路3から始動電
圧が印加されてHIDランプ1の放電が開始されると制
御部Cで点灯開始制御処理が行なわれ、図8(a)に示
すように、まず、定格使用電圧値VRより低い点灯開始
電圧値VSに抑えられたランプ電圧V3がHIDランプ
1に印加される。したがって、放電開始直後のランプ1
の内部蒸気圧が低い間は、低圧の点灯開始電圧値VSで
自続放電が維持されるので、電極のダメージが少ない。
ているため、入力電圧制御手段により力率改善回路6か
らランプ電力制御回路8に入力される直流平滑電圧V2
が低く抑えられることとなり、したがって、ランプ電力
制御回路8の入出力電圧の降下率は少なく、チョッパ回
路7Aの損失も低く抑えられる。
に達したと判断された時点で、ランプ電力W3が定格使
用電力WRまで上昇するので、必要な光量に達するまで
の時間もそれ程長くかかることもない。
1の内部蒸気圧が所定の値に達したと判断された時点か
らランプ電力W3を上昇開始させる場合に限らず、図8
(b)に示すように、放電開始後、ランプ電力W3を点
灯開始電力VSから定格使用電力VRまで徐々に上昇さ
せていき、ランプ1の内部蒸気圧が所定の値達した時点
で定格使用電力WRになるようにコントロールしても良
い。
間に、ランプ1内の封入物が電極に付着するなどして抵
抗値が変化するようなときは、ランプ電力制御手段によ
り、ランプ電力が予め設定された目標電力と一致するよ
うに電圧制御されるので、例えば定格使用電力で点灯さ
せる場合は、その電力が得られるような適正なランプ電
圧V3でHIDランプ1が点灯される。
が、予め設定された目標ランプ電力と一致するように、
その電力制御パルス信号のパルス幅を1クロックパルス
分の長さずつ増減させるので、適正電力を出力するため
の電力制御パルス信号のパルス幅を1クロックパルス未
満の時間単位でコントロールする必要がある場合でも、
1クロックパルス分の差が平均化され、1クロックパル
ス分の時間より短い時間単位で電力を制御することが可
能となる。
開始直後に電極にダメージを与えることなくHIDラン
プを点灯させることができ、また、ランプ電力をPWM
制御により可変制御する場合にコンピュータのクロック
周波数より微細な精度でコントロールすることができ、
さらに、冷却ファンなどを設けることなくチョッパー回
路のスイッチングロスによる発熱を低減させることがで
きるという大変優れた効果を奏する。
ク図。
ート。
ャート。
ート。
子)
Claims (4)
- 【請求項1】始動回路(3)から供給される高圧の始動
電圧をHIDランプ(1)に印加して放電を開始させた
後、主回路(2)から供給されるランプ電力に応じた低
圧のランプ電圧を印加して自続放電させるHIDランプ
の点灯回路において、 入力された直流平滑電圧を直流パルス電圧に変換して目
標ランプ電力を出力するためのスイッチング素子(1
6)を備えたランプ電力制御回路(8)が前記主回路
(2)に形成され、 HIDランプ(1)の放電開始後、定格使用電力のラン
プ電力を供給する前に、前記ランプ電力を定格使用電力
より低く、且つ、自続放電可能な点灯開始電力に抑え、
HIDランプ(1)の内部蒸気圧が所定の値に達した時
点で、ランプ電力を定格使用電力まで上昇させるように
前記スイッチング素子(16)に対して電力制御パルス
信号を出力する点灯開始制御手段と、 自続放電中に、前記スイッチング素子(16)に対して
出力される電力制御パルス信号のパルス幅に応じて変動
するランプ電力の時間平均が、予め設定された目標ラン
プ電力と一致するように、その電力制御パルス信号のパ
ルス幅を1クロックパルス分の長さずつ増減させるラン
プ電力制御手段と、 前記ランプ電力制御回路(8)の入力側に接続された力
率改善回路(6)に対して入力電圧制御パルス信号を出
力し、力率改善回路(6)からランプ電力制御回路
(8)に入力される前記直流平滑電圧をランプ電力制御
回路(8)の出力電圧に応じて可変制御する入力電圧制
御手段と、 を有する制御部(C)を備えたことを特徴とするHID
ランプの点灯回路。 - 【請求項2】始動回路(3)から供給される高圧の始動
電圧をHIDランプ(1)に印加して放電を開始させた
後、主回路(2)から供給されるランプ電力に応じた低
圧のランプ電圧を印加して自続放電させるHIDランプ
の点灯回路において、 入力された直流平滑電圧を直流パルス電圧に変換して目
標ランプ電力を出力するためのスイッチング素子(1
6)を備えたランプ電力制御回路(8)が前記主回路
(2)に形成され、 HIDランプ(1)の放電開始後、定格使用電力のラン
プ電力を供給する前に、前記ランプ電力を定格使用電力
より低く、且つ、自続放電可能な点灯開始電力に抑え、
HIDランプ(1)の内部蒸気圧が所定の値に達した時
点で、ランプ電力を定格使用電力まで上昇させるように
前記スイッチング素子(16)に対して電力制御パルス
信号を出力する制御部(C)を備えたことを特徴とする
HIDランプの点灯回路。 - 【請求項3】始動回路(3)から供給される高圧の始動
電圧をHIDランプ(1)に印加して放電を開始させた
後、主回路(2)から供給されるランプ電力に応じた低
圧のランプ電圧を印加して自続放電させるHIDランプ
の点灯回路において、 入力された直流平滑電圧を直流パルス電圧に変換して目
標ランプ電力を出力するためのスイッチング素子(1
6)を備えたランプ電力制御回路(8)が前記主回路
(2)に形成され、 自続放電中に、前記スイッチング素子(16)に対して
出力される電力制御パルス信号のパルス幅に応じて変動
するランプ電力の時間平均が、予め設定された目標ラン
プ電力と一致するように、その電力制御パルス信号のパ
ルス幅を1クロックパルス分の長さずつ増減させる制御
部(C)を備えたことを特徴とするHIDランプの点灯
回路。 - 【請求項4】始動回路(3)から供給される高圧の始動
電圧をHIDランプ(1)に印加して放電を開始させた
後、主回路(2)から供給されるランプ電力に応じた低
圧のランプ電圧を印加して自続放電させるHIDランプ
の点灯回路において、 力率改善回路(6)から入力された直流平滑電圧を直流
パルス電圧に変換して目標ランプ電力を出力するランプ
電力制御回路(8)が前記主回路(2)に形成され、 前記力率改善回路(6)に対して入力電圧制御パルス信
号を出力し、前記直流平滑電圧をランプ電力制御回路
(8)の出力電圧に応じて可変制御する制御部(C)を
備えたことを特徴とするHIDランプの点灯回路。
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