JP2002231485A - 高圧放電ランプ点灯装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】商用交流電源電圧の変動によって、ランプが立
消えすることなく、また、回路素子の発熱、破損を抑制
する高圧放電ランプ点灯装置を提供する。 【解決手段】商用交流電源１を整流する整流回路２およ
び昇圧チョッパー３、降圧チョッパー４を備えた高圧放
電ランプ点灯装置において、電源電圧検出手段２１が商
用電源電圧の電圧の降下を検出した場合には、降圧チョ
ッパーの出力をランプＤＬが立消えを生じさせないレベ
ルまで低減している。これによって電源電圧が復帰した
場合には速やかに通常点灯状態とすることができ、回路
の保護も図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高圧放電ランプ点
灯装置および照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】放電ランプは、電球などと異なり、電源
電圧の変動などにより点灯装置の入力電圧が低下する
と、点灯が維持できなくなり、立ち消えを起こすことが
ある。特に、水銀ランプ、メタルハライドランプといっ
た高圧放電ランプにおいては、一度立消えを生じると即
時に再始動することが困難であることが知られている。

【０００３】一方、商用電源は、周囲の電気設備の電源
投入時や落雷などの影響によって短い時間ではあるが、
電源電圧が急激に低下する場合がある。

【０００４】このような電源変動があった場合でもラン
プが立消えしないようにするためにランプの供給電力を
維持しようとすると、回路を流れる電流が増加するた
め、回路素子の発熱を招き、素子の劣化あるいは破損を
引き起こしてしまう虞があった。

【０００５】このため、電源電圧の低下があった場合に
は、昇圧チョッパーの出力を停止する保護回路が設けら
れているものが多い。しかしながら電源電圧変動によっ
て保護回路が動作してしまい点灯中の高圧放電ランプが
立消えした場合、電源電圧が復帰しても再度高圧放電ラ
ンプが始動するまで数分から１０数分を要してしまうた
め問題があった。

【０００６】また、特開平９−１６７６９５号公報に
は、バッテリーの電源電圧の低下が生じた場合に、昇圧
回路の昇圧電圧を低下させた後にランプを消灯させるこ
とによって回路の破損を抑止する車両用放電灯の点灯回
路（従来例）が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
のように昇圧回路にて昇圧する電圧を制御するために、
昇圧チョッパーの昇圧値を変えることは昇圧チョッパー
の基準電圧を切り替えるなどして昇圧比を切り替えるこ
とにより行っている。しかしながらこのような方法で
は、基準電圧を切り替えるための部品を備えなければな
らずその制御回路が煩雑となる。このため、回路が大き
くなるなどの不具合が生じることになる。

【０００８】また、従来例に記載されているように、回
路素子の保護のためランプを一度消灯してしまうと、電
源が復帰したときにランプが再度始動するのが困難とな
る。このため、次に始動させる場合には高圧放電ランプ
に通常の始動時よりもさらに高い高圧パルスを印加する
などの方法を要するが、このような再始動に必要な高い
高圧パルスを印加させる始動回路を設置しなければなら
ず、回路の大型化および高コストになるなどの問題があ
った。

【０００９】そこで、本発明は、簡単な構成で電源変動
が生じた場合にでも高圧放電ランプが立消えることを抑
制し、かつ回路の損失を低減および破損を抑止可能な高
圧放電ランプ点灯装置およびそれを用いた照明装置を提
供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の高圧放
電ランプ点灯装置は、商用交流電源電圧を直流電圧に変
換する整流回路と；商用交流電源電圧を検出する電源電
圧検出手段と；整流回路の出力側に設けられ少なくとも
スイッチング素子を含み直流電圧を所定の電圧値に昇圧
する昇圧チョッパーと；昇圧チョッパーの出力側に設け
られ昇圧チョッパーの出力電圧を一定化して高圧放電ラ
ンプの点灯用電力として出力する少なくともスイッチン
グ素子を含む降圧チョッパーと；電源電圧検出手段の検
出値に応じて、商用交流電圧が降下したときには、降圧
チョッパ−の出力電力を低減させる制御手段と；を具備
している。

【００１１】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り、用語の定義および技術的な意味は次に
よる。

【００１２】整流回路は、商用交流電圧を直流電圧に変
換するもので全波整流回路および平滑回路などによって
構成されている。

【００１３】電源電圧検出手段は、整流回路の入力端、
出力端または全波整流回路と平滑回路の間に現れた電圧
を分圧するまたはトランスなどを介して変圧するなどに
よって電源電圧を検出している。

【００１４】昇圧チョッパーは、インダクタンス素子、
整流素子、コンデンサ素子およびスイッチング素子など
を含んでおり、スイッチングの制御により入力電圧を所
定の電圧値に昇圧させて出力する機能を有している。昇
圧チョッパーはアクティブフィルターの役割も含んでい
る。

【００１５】また、昇圧電圧の出力電圧検出しそれによ
って、所定の昇圧電圧を得るため、昇圧チョッパーのス
イッチング素子の制御を行なうことは、汎用の昇圧チョ
ッパーの制御ＩＣを流用することにより、回路構成を簡
略化することもできる。

【００１６】降圧チョッパーは、インダクタンス素子、
整流素子、コンデンサ素子およびスイッチング素子など
を含んでおり、スイッチングの制御により入力電圧を所
定の電圧値に降圧させ出力する機能を有している。この
出力電力は、負荷である高圧放電ランプのランプ電力と
して付勢される。

【００１７】制御手段は、電源電圧検出手段によって、
電源電圧の値を検出し、その検出電圧値により、降圧チ
ョッパーのスイッチング素子を制御することにより所望
の降圧電力値を出力する機能を有している。また、制御
手段は、マイクロコンピュータを用いることもできる。
マイクロコンピュータを用いることで、回路の簡略化お
よび小型化を図ることができる。また、マイクロコンピ
ュータを用いることで、上記機能のほか点灯装置の制
御、例えば、始動時の始動装置の制御、ランプの調光、
点灯装置の異常時に回路を停止させるなどを行い点灯装
置の保護機能などを持つことも許容する。

【００１８】高圧放電ランプは、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およびセラミック
メタルハライドランプ等を許容する。高圧放電ランプは
交流点灯方式および直流点灯方式どちらでも採用するこ
とができる。交流点灯方式の場合、降圧チョッパーの出
力端にフルブリッジ回路などによる極性反転回路を設け
ることによって交流電圧を得ることができる。またラン
プの始動性を向上させるため、高圧パルス電圧を発生す
るイグナイタ回路を設けても良い。

【００１９】請求項１の発明によれば、電源電圧低下に
よって降圧チョッパーの出力電力を低減させることによ
って、昇圧チョッパーに流れる電流値が増加するのを抑
止でき、回路素子の発熱、素子の劣化、破損を低減する
ことができる。

【００２０】また、昇圧チョッパーの制御は、汎用され
ている昇圧チョッパーＩＣを用いているため、回路部品
が増加することもなく、回路の大型化、高コスト化を妨
げる。

【００２１】請求項２の発明の照明装置は、照明装置本
体と；照明装置本体に支持された請求項１記載の高圧放
電ランプ点灯装置と；を具備している。

【００２２】本発明において、照明装置とは、高圧放電
ランプの発光を利用するあらゆる装置を意味しており、
たとえば照明器具、液晶などのバックライト、自動車用
ヘッドライトなどを含む。

【００２３】請求項２の発明によれば、請求項１の効果
を奏する照明装置を提供できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態である高
圧放電ランプ点灯装置を図１を参照して説明する。図１
は、高圧放電ランプ点灯装置の回路図である。

【００２５】図１の点灯回路図において、交流電源１の
二次側に整流回路２、昇圧チョッパー３、降圧チョッパ
ー４および負荷回路５および高圧放電ランプＤＬを順次
接続している。

【００２６】交流電源１は、商用２００Ｖ交流電源であ
る。この種の商用交流電源は、落雷および周囲の電気設
備の影響などによって短時間の電圧低下（例えば、２秒
１００Ｖなど）が生じる場合があるものである。

【００２７】整流回路２は、図示はしないが、過電流ヒ
ューズ、雑音防止回路、ブリッジ型全波整流回路、平滑
回路などからなり、商用交流電源を整流し、直流電源を
出力している。

【００２８】電源電圧検出手段２１は、整流回路２の出
力端に分圧抵抗Ｒ１１、Ｒ１２が直列接続されており、
抵抗Ｒ１２に現れた電圧を検出している。

【００２９】昇圧チョッパー３は、整流回路２にインダ
クタンスＬ１、スイッチング素子Ｑ１の直列回路が接続
されている。スイッチング素子Ｑ１の両端には逆流素子
用のダイオードＤ１を介して平滑用のコンデンサＣ１が
接続されている。また、スイッチング素子Ｑ１は、電界
効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を用いており、ＦＥＴＱ
１のドレインがインダクタンスＬ１とダイオードＤ１の
接続端に、ＦＥＴＱ１のソースコンデンサＣ１と整流回
路２の出力端に接続されている。ＦＥＴＱ１のゲート
は、昇圧チョッパー制御ＩＣ６１と接続されている。昇
圧チョッパー３はＦＥＴＱ１のスイッチングにより、コ
ンデンサＣ１にかかる電圧を出力している。また、コン
デンサＣ１と並列に分圧抵抗Ｒ２１、Ｒ２２が直列に接
続されて、昇圧チョッパー３の出力電圧を検出し昇圧チ
ョッパー制御手段ＩＣ６１に出力している。昇圧チョッ
パー制御手段ＩＣ６１は、ＦＥＴＱ１のスイッチング制
御を行い昇圧チョッパー３の出力電力を一定に制御して
いる。

【００３０】つまり、ＦＥＴＱ１がオンすることにより
整流回路２からインダクタンスＬ１に電流が流れてエネ
ルギーが蓄積されＦＥＴＱ１がオフすることによりイン
ダクタンスＬ１に誘導起電力が発生し、これが整流回路
２の出力に重畳されて、ダイオードＤ１を介してコンデ
ンサＣ１に充電される。したがって、コンデンサＣ１に
は整流回路２の出力電圧を昇圧した直流電圧が充電され
る。このＦＥＴＱ１のスイッチングのオン、オフの時間
を制御することにより、インダクタンスＬ１のエネルギ
ーの蓄積を制御することで、昇圧電圧を出力することが
できる。このような昇圧チョッパー３のＦＥＴＱ１を用
いた昇圧電圧の制御は、汎用の制御ＩＣを用いることに
よって、回路の簡略化を図ることができる。また、昇圧
チョッパー制御手段ＩＣ６１の電源は、図示しないが昇
圧チョッパーのインダクタンスＬ１に現れる誘導起電力
を変圧し整流および平滑したものを使用している。

【００３１】降圧チョッパー４は、昇圧チョッパー３の
出力端に、逆流素子用のダイオードＤ２とスイッチング
素子Ｑ２の直列回路が接続されている。ダイオードＤ２
の両端にインダクタンスＬ１を介して平滑用のコンデン
サＣ１が接続されている。また、スイッチング素子Ｑ２
もまた電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を用いてお
り、ＦＥＴＱ２のドレインが昇圧チョッパー３の出力端
に、ＦＥＴＱ２のソースがインダクタンスＬ２とダイオ
ードＤ２の接続端に接続されている。ＦＥＴＱ２のゲー
トは、制御手段６２と接続されている。降圧チョッパー
４はＦＥＴＱ２のスイッチングにより、コンデンサＣ２
にかかる電圧を一定化して出力している。また、コンデ
ンサＣ２と並列に分圧抵抗Ｒ３１、Ｒ３２が直列に接続
されて、降圧チョッパー４の出力電圧を検出し、またコ
ンデンサＣ２と分圧抵抗Ｒ３２の間に接続された電流検
出抵抗Ｒ３３によって出力する電流を検出し制御手段６
に出力している。制御手段ＩＣ６２は、検出された電圧
および電流から出力電力を積算した結果の基づいてＦＥ
ＴＱ２のスイッチング制御を行い降圧チョッパー４の出
力電力を制御している。制御手段ＩＣ６２は、図示しな
いが外部から与えられる調光信号に応じて降圧チョッパ
ー４の出力を低減させるなどの動作も行なっている。

【００３２】負荷回路５は降圧チョッパの出力端に接続
され、図示はしないが、極性反転回路として、４つの電
界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）からなるフルブリッジ
回路と、フルブリッジ回路の出力端に接続し、高圧パル
スを発生する始動回路などから構成されている。

【００３３】また、高圧放電ランプＤＬは負荷回路５の
出力端に接続され、４００Ｗのメタルハライドランプを
用いている。

【００３４】次に、回路の動作を説明する。

【００３５】商用交流電源１が２００Ｖである通常動作
の場合、昇圧チョッパー３は、約４２０Ｖの直流電圧を
出力するように制御ＩＣ６１によって制御されている。
降圧チョッパー４は、ランプの定格出力４００Ｗとなる
用に制御ＩＣ６２によって制御されている。

【００３６】次に、商用交流電源１の電圧が落雷などの
影響により１００Ｖに変動した場合について説明する。
このときにでも、昇圧チョッパー３の制御ＩＣ６１は、
昇圧チョッパーの出力が約４２０Ｖとなるように制御を
行なう。このため、制御ＩＣ６１、６２に供給される電
源も昇圧チョッパーの出力が低減することがないため、
電源電圧の変動の影響を受けることなく維持され安定し
た制御を行なうことができる。

【００３７】降圧チョッパー４はランプ定格出力の５０
％となる２００Ｗとなるように出力制御を行う。このよ
うに制御することによって、昇圧チョッパー３に流れる
電流値が増加することがないため、回路素子の発熱、破
損を防ぐことができる。なお、昇圧チョッパー３の出力
が、３００Ｖ以下となる場合に高圧放電ランプＤＬが立
消える現象も低減することができる。

【００３８】電源電圧１の変動と高圧放電ランプＤＬに
供給する電力との例を図２および図３に示す。この種の
高圧放電ランプ点灯装置は電源電圧の変動が１０％程度
まで許容できるため、電源電圧が２２０〜１８０Ｖまで
は、ランプ定格電力を供給する。電源電圧が５０Ｖまで
低減した場合ランプ電力を１００Ｗとなるように制御す
るまで、電源電圧によって線形的に（図２）または段階
的に（図３）制御されている。

【００３９】また、このとき高圧放電ランプＤＬが立消
える電力である１００Ｗ未満とならないように制御を行
うことによって、電源電圧の変動によるランプの立消え
をさらに抑制できる。

【００４０】その後、電源電圧検出手段２１によって商
用電源電圧１が復帰した場合には、制御ＩＣ６２は、降
圧チョッパーの出力電力を高圧放電ランプＤＬの定格電
力まで速やかに復帰させている。

【００４１】さらに、外部から与えられる信号によって
高圧放電ランプＤＬを調光するときには、制御ＩＣ６２
によって降圧チョッパー４の出力を所望の調光値に出力
電力を調整することができる。このため、調光制御を行
なう制御ＩＣ６２との兼用が図れることが可能であり、
新たに部品を配置することがなく、回路の大型化、高コ
スト化する必要がない。

【００４２】本発明の第２の実施形態を図４を参照して
説明する。図４は第１の実施形態の点灯装置７３および
メタルハライドランプＬＰを装着した照明装置７を示し
ている。照明装置７は、反射笠７１、ソケット７２及び
点灯装置７３などから構成されている。メタルハライド
ランプＬＰの口金７は照明装置７のソケット７２に装着
されて使用される。ソケット７２には高圧放電ランプ点
灯装置７３の二次出力端が接続されメタルハライドラン
プＬＰに電力の供給を行なっている。照明装置７は天井
面７０によって支持される。

【００４３】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、電源電圧の低
下が生じた場合であっても、電源電圧により、降圧チョ
ッパーの出力を低減させることができるため、回路の流
れる電流値を抑えられ回路部品の熱対策、破損を抑制す
ることができる。また、電源電圧の変動によって高圧放
電ランプが立消えすること特性できる。また、制御回路
を調光用の制御手段と兼用することも可能であるため、
点灯回路を複雑、大型化を防ぐことのできる点灯回路を
提供することができる。請求項２の発明によれば、請求
項１の高圧放電ランプ点灯装置を用いているため請求項
１の効果を奏する照明装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態である高圧放電ランプ
点灯装置の回路図。

【図２】電源電圧の変動とランプに供給する電力を線形
的に制御を行うの例を示すグラフ。

【図３】同じく段階的に制御を行なう例を示すグラフ。

【図４】本発明の第２の実施形態である照明装置概略
図。

【符号の説明】

１…商用交流電源 ２…整流回路 ２１…電源電圧検出手段 ３…昇圧チョッパー ４…降圧チョッパー ５…負荷回路 ＤＬ…高圧放電ランプ ６…制御手段 ６１…昇圧チョッパー制御ＩＣ ６２…点灯装置制御ＩＣ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 勲 東京都品川区東品川四丁目３番１号 東芝 ライテック株式会社内 Ｆターム(参考） 3K072 AA11 AA12 AA13 BA03 BA05 BB01 CA16 DD06 DE05 GA02 GB18 GC04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】商用交流電源電圧を直流電圧に変換する整
   流回路と；商用交流電源電圧を検出する電源電圧検出手
   段と；整流回路の出力側に設けられ少なくともスイッチ
   ング素子を含み直流電圧を所定の電圧値に昇圧する昇圧
   チョッパーと；昇圧チョッパーの出力側に設けられ昇圧
   チョッパーの出力電圧を一定化して高圧放電ランプの点
   灯用電力として出力する少なくともスイッチング素子を
   含む降圧チョッパーと；電源電圧検出手段の検出値に応
   じて、商用交流電圧が降下したときには、降圧チョッパ
   −の出力電力を低減させる制御手段と；を具備している
   ことを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
2. 【請求項２】照明装置本体と；照明装置本体に支持され
   た請求項１記載の高圧放電ランプ点灯装置と；を具備し
   ていることを特徴とする照明装置。