JP2003100476A - 瞬時再点灯が容易な高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置及び制御方法 - Google Patents
瞬時再点灯が容易な高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置及び制御方法Info
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Abstract
点灯できなかった高輝度放電灯を、瞬時に、かつ、自動
的に再点灯させる。 【解決手段】電圧形インバータ部、分布定数線路部、及
びLC並列共振回路と高輝度放電灯とからなる負荷回路
部から構成された高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御
装置において、フライバック形昇圧回路と分布定数線路
とからなるイグナイタを取付け、上記放電灯の初期点灯
時、及び、通常点灯時には、上記電圧形インバータ部に
接続した分布定数線路部を、イミタンス変換することに
より生じた高周波電力により点灯し、上記放電灯が消灯
したときは、上記イグナイタの分布定数線路を自動的に
機能させて、瞬時に再点灯させる。
Description
tensity Discharge)ランプ(高輝度放電灯)のバラスト
(点灯制御装置)に関するものであり、特に、再点灯時に
要する高電圧を、瞬時に、かつ、自動的に達成できる構
成とした高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置、及
び点灯制御方法に関するものである。
色、高光束などの特徴を有するため、次世代の放電灯と
して、様々な分野での利用が期待されている。この高輝
度放電灯は、点灯の初期段階では、放電管内の蒸気圧が
低いので、数百V程度の電圧を印加すれば、容易に絶縁
破壊を起して点灯状態となるが、いったん消灯すると、
放電管内が高蒸気圧に達しているため、瞬時に再点灯す
る場合には、20kV程度(数百倍程度)の高電圧が必要
となる。
らかの理由により消灯した場合、これを再点灯するに
は、放電管内が低蒸気圧になるまで、放置して冷却して
おり、通常、再点灯には、15〜20分を要している。
このような場合、高輝度放電灯に、上記のような高電圧
を印加すること自体は可能であるが、高輝度放電灯の回
路が破壊してしまうため、保護回路を設置する必要があ
り、装置も複雑になるうえ、費用もかさむため、通常
は、低蒸気圧になるまで放置し、冷却してから再点灯し
ている。
め、イミタンス変換理論を適用することにより、点灯周
波数が1MHzという高周波で、点灯初期及び放電時に
も安定して点灯できるバラスト(点灯制御装置)を開発し
たが、瞬時に再点灯できるまでには至らなかった。ま
た、本出願人は、このイミタンス変換理論を適用して、
高周波電力を取得できる電源装置自体については、特願
2001ー71708号として、出願してきたところで
ある。
が冷却されて低蒸気圧になるまで、再点灯できなかった
高輝度放電灯を、瞬時に、かつ、自動的に再点灯できる
高輝度放電灯の開発を、課題とするものである。
圧形インバータ部、分布定数線路部、及びLC並列共振
回路と高輝度放電灯とからなる負荷回路部から構成され
た高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置に、イグナ
イタとして、フライバック形昇圧回路と分布定数線路と
からなるイグナイタを取付けたことにより、瞬時に再点
灯ができる高輝度放電灯用点灯制御装置とした点灯制御
装置自体の構成を示したものである。
輝度放電灯用制御装置の点灯制御方法に関するものであ
り、初期点灯時、及び通常点灯時には、電圧形インバー
タ部に接続している分布定数線路部をイミタンス変換す
ることにより生じた高周波電力により点灯し、再点灯時
には、上記イグナイタを始動させることにより、瞬時
に、かつ、自動的に再点灯する、瞬時再点灯が容易な高
周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置の点灯制御方法
である。
している分布定数線路を、再点灯時におけるスイッチと
して、自動的に動作させる構成としたことにより、上記
イグナイタの始動を行う、請求項2に記載の瞬時再点灯
が容易な高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置の点
灯制御方法である。
動的に機能する構成が、上記ランプの初期点灯時、及
び、通常点灯時には、上記イグナイタの出力インピーダ
ンスが、ランプインピーダンスより十分に小さくて上記
イグナイタ回路が短絡したと見なせる状態となるように
上記イグナイタに上記分布定数線路を設けておくことに
より、上記ランプが消灯したときは、上記イグナイタ回
路が、瞬時に動作して上記イグナイタ回路から電力を供
給するが、通常点灯状態に達したときは、再び、上記イ
グナイタ回路が短絡したと見なせる状態となるように構
成した、請求項2乃至3に記載の瞬時再点灯が容易な高
周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置の点灯制御方法
である。
に基づいて説明する。図1は基本回路構成を示す。この
回路は電圧形ハーフブリッジインバータ部、分布定数線
路部、負荷回路部(LC並列共振回路とHIDラン
プ)、イグナイタ部から構成されている。上記インバー
タの動作周波数は音響的共鳴現象を避けるため1MHz
とした。分布定数線路L1の線路長xはインバータ動作
周波数で線路の伝搬波長λの1/4波長となるように選
定し、x=49mとした。また、負荷回路部のLC並列
共振回路の共振周波数はインバータ動作周波数に一致さ
せた。HIDランプ(高輝度放電灯)には70Wのメタル
ハライドランプ(OSRAM製HQI−TS)を使用し
た。イグナイタ部はフライバック形DC−DCコンバー
タと分布定数線路L2で構成される。この分布定数線路
L2の線路長は x=49mとした。上記基本回路にお
けるインバータ部では、ハーフブリッジ型を使用してい
るが、これは、電圧形インバータの一例として使用した
にすぎず、これに限定されるものではない。また、フラ
イバック形のDC−DCコンバータも、フライバック形
昇圧回路の一例として使用したものであり、これに限定
されるものではない。
端子は、直列に接続されている。通常、イグナイタの出
力インピーダンスは、ランプインピーダンスに比べて大
きいため、イグナイタがランプへの電力供給の阻害要因
となってしまう。そこでこの発明では、イグナイタに分
布定数線路L2を用いることでこれを回避する。この分
布定数線路L2を設けたことにより、インバータの動作
周波数1MHzにおいては、イグナイタのインピーダン
スZg2を大きく保つことができ、イグナイタの出力イン
ピーダンスZg1はランプインピーダンスZLに比べて十
分に小さくなるからである。従って、HIDランプの負
荷回路に対してイグナイタ回路は短絡しているとみなせ
る。そこで、電圧形インバータで発生した矩形波電圧源
は、分布定数線路L1を介して電流源に変換され、HI
Dランプに電力供給されるが、イグナイタ回路は短絡し
ているとみなせるので、この電力供給の阻害とならずに
ランプの初期点灯と安定点灯が可能となる。HIDラン
プがなんらかの理由で消灯すると、ランプインピーダン
スZLは急激に減少するので、瞬時に、イグナイタから
電力が供給されて、ランプが再点灯することになる。そ
して、安定点灯時に達すると、イグナイタの出力インピ
ーダンスZg1は、ランプインピーダンスZLより小さく
なるため、イグナイタ回路は再び、短絡したような状態
となる。つまり、上記分布定数線路L1は電力変換要素
として用いているのに対し、分布定数線路L2は自動的
なスイッチとして動作するのである。
DC−DCコンバータの動作を説明する。HIDランプ
が何らかの理由で消灯した場合、ランプ電流ILが0A
となると、予め適宜の手段によりトランジスタTgのゲ
ートにかけておいた矩形波電圧によりトランジスタTg
はオンとなってフライバックトランスFTの1次側に電
流が流れ、フライバックトランスの磁心内に磁気エネル
ギーが蓄積される。次にトランジスタTgのゲートの電
圧がゼロとなると、フライバックトランスFT内に蓄積
されたエネルギーが、フライバックトランスFTの2次
側から放出され、これが分布定数線路L2の線間キャパ
シタに充電されて、HIDランプの再点灯に必要な高電
圧が発生する。なお、トランジスタTgのゲートに矩形
波電圧をかける手段としては、上記フライバックトラン
スFTの2次側に補助巻き線を設け、この巻き線から矩
形波電源をとっても良い。
起こすとインバータ側から電力が供給され、安定点灯状
態に移行する。この状態に移行すると、トランジスタT
gはオフとなって、フライバックトランスFTの励磁が
行われず、従って、トランスFTの2次側は高インピー
ダンスとなる。しかし、分布定数線路L2のもつイミタ
ンス変換作用によってイグナイタの出力インピーダンス
はランプのインピーダンスに対して相対的に極めて小さ
くなるので、イグナイタ回路は再び短絡したような状態
になる。
す。
効果を実験により確認する。図2は安定点灯中のランプ
電圧VL、イグナイタ出力電圧Vg、ランプ電流IL、イ
グナイタ電流Ig2の波形を示す。インバータ電源電圧V
cを80Vとした。図2の左側のゲージ単位から、ラン
プ電圧VLに対してイグナイタ出力電圧Vgは十分に小さ
く、また、ランプ電流ILに対してイグナイタ電流Ig2
は十分に小さいことが分かる。このことは、イグナイタ
のインピーダンスZg1はランプインピーダンスZLに比
べて十分に小さくなっており、イグナイタ回路はほぼ短
絡状態となっていることを示している。従って、電力供
給の阻害とならずにランプは安定点灯を保つことが確認
できた。
3にイグナイタの励磁電流Ig1とイグナイタ出力電圧V
gの波形を示す。実験装置の都合上、電源電圧E=17
V、トランジスタTgのオン時間を180μsとし、
2.5Hzで周期的にパルス電圧を発生させている。図
3のグラフは、トランジスタTgがオンすると励磁電流
が上昇し、オフするとピークで約5kVのパルス電圧が
出力されていることを示している。また、図3のグラフ
では励磁電流が振動しているが、これはトランスの漏れ
インダクタンスと分布定数線路の分布並列キャパシタン
スとの共振のためであると思われる。この実験の結果か
ら、電源電圧Eを約4倍にすれば、瞬時再点灯に必要な
約20kVの高電圧の発生が可能であることを示してい
る。
ときに、上記と同様のパルス電圧を印加してランプを再
点灯したときのランプ電圧VL、ランプ電流IL、イグナ
イタ電流Ig2、励磁電流Ig1の波形を示す。ランプ電圧
VL、が約4kVに達したときにランプは絶縁破壊し安
定点灯状態に移行していることが確認できた。
されながら、再点灯を瞬時に行うことの困難であったH
IDランプ(高輝度放電灯)に対し、電流源は電圧源
へ、電圧源は電流源へ変換できるイミタンス変換理論
を、初期点灯、及び放電時においてのみに適用するので
はなく、イグナイタにも適用することにより、消灯後の
再点灯時には、イグナイタ自体が、瞬時に高電圧源とし
て作用することのできるHIDランプ(高輝度放電灯)
としたものである。これにより、初期点灯、放電時、及
び、瞬時再点灯という3ポイントを、円滑に、安定して
制御できるHIDランプ(高輝度放電灯)とすることが
できた。とくに、この発明におけるイグナイタは、分布
定数線路L2を構成要素とし使用したことにより、ラン
プが初期点灯、及び通常点灯している間は、イグナイタ
は、なんら機能しないが、ランプが何らかの原因で消灯
すると、自動的に高電圧源として機能するようなイミタ
ンス変換の回路構成とされている。つまり、HIDラン
プ(高輝度放電灯)への本電源を作業員が切らない限
り、ランプが消灯した場合には、イグナイタの分布定数
線路L2がスイッチとして瞬時に自動的に作動し、再点
灯が可能となるように機能するのである。このため、ナ
イター等の試合中にランプが消灯しても、自動的に再点
灯するように動作するので、作業員を動員して対応する
必要はない。また、この発明では、イグナイタから発生
する電圧は、高電圧ではあるが、瞬時(200μs)で
あるため、機器への損傷は無く、保護回路等の措置を設
ける必要はない。このため、装置が大型になったり、そ
の分の費用がかかることもない。
路構成図である。
よるHIDランプの安定点灯動作波形を示すグラフ図で
ある。
よるイグナイタ動作波形を示すグラフ図である。
よる再点灯動作波形を示すグラフ図である。
トランス
Claims (4)
- 【請求項1】 電圧形インバータ部、分布定数線路部、
及びLC並列共振回路と高輝度放電灯とからなる負荷回
路部から構成された高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制
御装置において、フライバック形昇圧回路と分布定数線
路とからなるイグナイタを取付けたことを特徴とする、
瞬時再点灯が容易な高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制
御装置。 - 【請求項2】請求項1に記載の高周波点灯形高輝度放電
灯用制御装置において、初期点灯時、及び、通常点灯時
には、上記電圧形インバータ部に接続した分布定数線路
部を、イミタンス変換することにより生じた高周波電力
により点灯し、ランプが消灯したときは、上記イグナイ
タの分布定数線路を自動的に機能させて、瞬時に再点灯
することを特徴とする、瞬時再点灯が容易な高周波点灯
形高輝度放電灯用点灯制御装置の点灯制御方法。 - 【請求項3】上記イグナイタを構成している分布定数線
路を、再点灯時におけるスイッチとして自動的に機能す
る構成としたことを特徴とする、請求項2に記載の瞬時
再点灯が容易な高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装
置の点灯制御方法。 - 【請求項4】上記スイッチとして自動的に機能する構成
は、上記ランプの初期点灯時、及び、通常点灯時には、
上記イグナイタの出力インピーダンスが、ランプインピ
ーダンスより十分に小さくて上記イグナイタ回路が短絡
したと見なせる状態となるように上記イグナイタに上記
分布定数線路を設けておくことにより、上記ランプが消
灯したときは、上記イグナイタ回路が、瞬時に動作して
上記イグナイタ回路から電力を供給するが、通常点灯状
態に達したときは、再び、上記イグナイタ回路が短絡し
たと見なせる状態となるように構成したことを特徴とす
る、請求項2乃至3に記載の瞬時再点灯が容易な高周波
点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置の点灯制御方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2001286089A JP3720744B2 (ja) | 2001-09-20 | 2001-09-20 | 瞬時再点灯が容易な高周波点灯形高輝度放電灯用点灯制御装置及び制御方法 |
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Publications (2)
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---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007242586A (ja) * | 2006-02-13 | 2007-09-20 | Ushio Inc | 放電ランプ点灯装置 |
-
2001
- 2001-09-20 JP JP2001286089A patent/JP3720744B2/ja not_active Expired - Fee Related
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