JP2003178896A - 放電灯の点灯装置 - Google Patents

放電灯の点灯装置

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JP2003178896A JP2001375236A JP2001375236A JP2003178896A JP 2003178896 A JP2003178896 A JP 2003178896A JP 2001375236 A JP2001375236 A JP 2001375236A JP 2001375236 A JP2001375236 A JP 2001375236A JP 2003178896 A JP2003178896 A JP 2003178896A
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本 稔 松
Takenobu Iida
田 武 伸 飯
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Abstract

(57)【要約】 【課題】極めて簡単な構成で、しかも小型、低コスト
で、放電灯の特性に応じた任意波形のランプ点灯交流電
力を生成し、これを放電灯に印加して継続点灯できるよ
うにする。 【解決手段】目標交流電力を整流した波形の目標直流電
力に応じて変化するデューティ比の電力制御パルス信号
でチョッパ回路(10)のスイッチング素子(9)をオ
ンオフさせることにより直流定電圧を直流矩形波電力に
変換し、これを平滑回路(11)で平滑化することによ
り目標直流電力と等しい波形の調整直流電力に変換し、
さらに、これを極性反転回路(4)で目標交流電力に同
期させて反転させることにより目標交流電力に等しい波
形のランプ点灯用交流電力を放電灯(L)に印加できる
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光ランプ、低圧
ナトリウムランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ラン
プ、メタルハライドランプ、セラミックメタルハライド
ランプ、高圧ナトリウムランプなどの放電灯を始動させ
た後、その放電灯を継続点灯させる点灯装置に関する。
【0002】
【従来の技術】放電灯を始動させた後、継続して点灯さ
せるため、従来は、任意の電圧値の直流定電力を所定周
期で反転させることにより図9(a)に示すような交流
矩形波電力を生成し、この交流矩形波電力を放電灯に供
給するのが一般的である。
【0003】この交流矩形波電力は、波形のコントロー
ルが容易で、半周期内では光の変動が少ないという利点
があるが、発明者の実験によれば、ランプの種類や特性
によっては、必ずしも交流矩形波が最適な電力波形とは
いえないことが判明した。
【0004】例えば、交流矩形波電力を放電灯に供給し
て点灯させた場合に、正負の反転時に、大きな電流変動
を生ずるため、浮遊インダクタンスが小さくても高電圧
が発生し、ランプのチラツキを生じたり、始動器を内蔵
した内部始動型ランプにおいては、始動器のコンデンサ
が破壊されてしまうおそれがある。
【0005】これを防止するために、図9(b)に示す
ような交流台形波電力を供給すれば、正負の反転時に電
流が徐々に変動するため、上述したような大きな電圧変
動が生ずることがない。
【0006】また、図9(c)及び(d)に示すよう
に、交流矩形波電力の反転直前に電力値を高くするよう
なパルス波形を付加したり、交流矩形波電力の立上りか
ら立下り直前まで徐々に電力値を高くしていくような鋸
歯波形にすれば、電極上のホットスポットが強く発生す
ることにより電極間の放電が安定し、チラツキ防止の効
果があるだけでなく、超高圧水銀ランプに供給して点灯
させた場合は電極上に生成した金属堆積物を除去する効
果もありランプ寿命が延びると言う利点がある。
【0007】特に、図9(d)に示すような波形では、
電力値が徐々に変化することから、液晶プロジェクター
に使用しても画面の明るさが部分的に変化することな
く、均一な明るさの画面が得られるという利点がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに任意の電力波形を生成しようとすると、1台数十万
円もするファンクションジェネレータが必要であり、し
かも、その大きさは小型のものでも50cm×30cm
×10cm程度もあるので、これを個々の放電灯の点灯
装置に組み込むことは、コスト的にもスペース的にも困
難であり、到底現実的ではない。
【0009】そこで本発明は、極めて簡単な構成で、し
かも小型、低コストで、放電灯の特性に応じた任意波形
のランプ点灯交流電力を生成し、これを放電灯に印加し
て継続点灯できるようにすることを技術的課題としてい
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、請求項1の発明は、電源回路から出力された直流定
電圧をスイッチング素子のオンオフにより直流矩形波電
力に変換するチョッパ回路及びその直流矩形波電力を平
滑化する平滑回路からなるランプ電力調整回路と、当該
ランプ電力調整回路から出力された調整直流電力を任意
のタイミングで反転させてランプ点灯用交流電力を生成
する極性反転回路を備えた放電灯の点灯装置であって、
前記放電灯に印加すべき目標交流電力の波形を予め設定
する電力波形設定手段と、前記目標交流電力を整流した
目標直流電力の波形に基づいて設定されるデューティ比
の電力制御パルス信号で前記チョッパ回路のスイッチン
グ素子をオンオフさせるランプ電力コントロール手段
と、前記ランプ電力調整回路から出力された調整直流電
力を前記目標交流電力に同期させて反転させるタイミン
グ制御信号を前記極性反転回路に対して出力するタイミ
ングコントロール手段を備えたことを特徴とする。
【0011】請求項1の発明によれば、ランプ電力コン
トロール手段から出力された電力制御パルス信号によ
り、チョッパ回路のスイッチング素子が前記電力制御パ
ルス信号のデューティ比に応じてオンオフされる。この
デューティ比は、目標交流電力を整流した目標直流電力
に基づいて設定されるので、電源回路から出力された直
流定電圧がチョッパ回路でPWM制御されて直流矩形波
電力に変換され、これを平滑回路で平滑化することによ
り、目標交流電力を整流した目標直流電力と等しい波形
の調整直流電力が得られる。したがって、得られた調整
直流電力を極性反転回路により前記目標交流電力に同期
させて反転させれば、目標交流電力に等しい波形のラン
プ点灯用交流電力が得られる。
【0012】請求項2の発明は、前記ランプ電力コント
ロール手段に、前記平滑回路から出力された調整直流電
力の瞬間電力値と、目標交流電力を整流した目標直流電
力の瞬間電力値との差に基づいて、前記スイッチング素
子をオンオフさせる電力制御パルス信号のデューティ比
をフィードバック制御する制御パルス生成手段を備えて
いる。
【0013】この請求項2の発明によれば、電力制御パ
ルス信号のデューティ比が、前記平滑回路から出力され
た調整直流電力の瞬間電力値と、目標交流電力を整流し
た目標直流波形の瞬間電力値との差に基づいてフィード
バック制御されるので、PWM制御された直流矩形波電
力を平滑化することにより目標直流電力に正確に一致し
た調整直流電力が得られ、さらに、目標交流電力に同期
させて反転させることによりこの目標交流電力と正確に
一致した波形のランプ点灯用交流電力が得られる。
【0014】また、請求項3の発明のように、波形設定
手段として放電灯に印加すべき目標交流電力を記録させ
たメモリチップを用いれば、メモリチップを交換するこ
とにより目標交流電力の設定及び変更を容易に行うこと
ができる。
【0015】同様に、請求項4の発明のように、波形設
定手段として外部コンピュータから供給される目標交流
電力の波形を記録するメモリを用いれば、簡単な操作で
目標交流電力の設定及び変更を容易に行うことができ
る。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図1は本発明に係る放電
灯の点灯装置を示すブロック図、図2はランプ電力調整
回路を示す回路図、図3は極性反転回路を示す回路図、
図4は各電力波形及び各制御パルス信号を示す波形図、
図5乃至図7は処理手順を示すフローチャート、図8は
デューティ比補正処理を説明する波形図である。
【0017】本例の放電灯の点灯装置1は、放電灯Lを
点灯させる点灯回路Eと、当該点灯回路Eをコンロトー
ルして予め設定した目標交流電力に一致したランプ点灯
用交流電力を生成させる制御部Cとからなる。
【0018】点灯回路Eは、直流定電圧を出力する電源
回路2と、その直流定電圧を降圧して所望波形の調整直
流電力を得るランプ電力調整回路3と、当該ランプ電力
調整回路3から出力された調整直流電力を任意のタイミ
ングで反転させてランプ点灯用交流電力を生成する極性
反転回路4と、放電灯Lの始動スイッチがオンされたと
きに数KV〜数十KVの高圧の始動電圧を印加する始動
回路5を備えている。
【0019】電源回路2は、交流電源6から供給される
正弦交流電圧VSを整流する整流回路7と、整流され
た脈動電圧VSを直流定電圧VSに変換する力率改
善回路8を備えている。
【0020】ランプ電力調整回路3は、スイッチング素
子となるFET(電界効果トランジスタ)9をオンオフ
することにより、電源回路2から出力された直流定電圧
VSを直流矩形波電力WSに変換する前段のチョッ
パ回路10と、この直流矩形波電力WSを平滑化して
所望の調整直流電力WSを出力する後段の平滑回路1
1を備えている。
【0021】具体的には、後述する制御部CのPWM制
御回路22からドライバ9aを介して供給される電力制
御パルス信号PWにより、チョッパ回路10に配された
FET9をオンオフさせて、目標交流電力WAに対応
したデューティ比の直流矩形波電力WSを出力させ、
平滑回路11を通過させることにより、目標交流電力W
を整流した目標直流電力WDと等しい調整直流電
力WSが得られる。
【0022】極性反転回路4は、スイッチング素子とな
る四つのFET(電界効果トランジスタ)12A〜12
Dを備えたフルブリッジ型に形成されており、入力端子
4inに印加される調整直流電力WSをランプ点灯用交
流電力WSに変換して出力端子4outに出力する。
【0023】このため、後述する制御部Cから供給され
る極性制御パルス信号(タイミング制御信号)P
により、対角に位置する二つのFET12A及び1
2B、12C及び12Dを各一対として、各対ごとに所
定のタイミングでオン−オフを切り換えるようになって
いる。
【0024】各FET12A〜12Dは、夫々の極性制
御パルス信号P〜P が高レベルのときに導通状態
となり、低レベルのときに非導通状態となるので、各極
性制御パルス信号P〜Pは夫々のFET12A〜1
2Dがオンオフされるタイミングに応じて出力される。
【0025】制御部Cは、シングルチップマイクロコン
ピュータ21などで構成され、その入力側には、ランプ
電力調整回路3から出力された調整直流電力WS の電
圧及び電流を検出するセンサ14a、14bがA/D変
換器15a、15bを介して接続され、出力側には、P
WM制御回路22及びドライバ9aを介してチョッパ回
路10のFET9が接続されると共に、ドライバ12a
〜12dを介して極性反転回路4のFET12A〜12
Dが接続されている。
【0026】また、制御部Cには、放電灯Lに印加すべ
き目標交流電力WAの波形を予め設定する電力波形設
定手段となるメモリ23が設けられると共に、電力制御
パルス信号PWを前記チョッパ回路10に出力すること
により調整直流電力WSを目標直流電力WDに一致
させるランプ電力コントロール手段24と、前記ランプ
電力調整回路3から出力された調整直流電力WSを前
記目標交流電力WAに同期させて反転させる極性制御
パルス信号P〜Pを前記極性反転回路4に対して出
力するタイミングコントロール手段25を備えている。
【0027】メモリ23は、任意のタイプを採用するこ
とができ、例えば、放電灯Lに印加すべき目標交流電力
の波形を記録させたメモリチップをコネクタ(図示せ
ず)を介して制御部Cに着脱するタイプや、制御部Cに
接続される外部コンピュータから通信手段により目標交
流電力の波形を書換えたり設定したりインストールでき
るタイプのものでも良い。
【0028】このメモリ23に目標交流電力WAと等
価の波形プロフィールを有する波形信号WAを記憶させ
ると、その1周期分を整流した波形信号WDが登録さ
れ、これに予め設定された電力係数Kをかけると目標交
流電力WAを整流した電力値に等しい目標直流電力W
の波形が得られる。
【0029】そして、目標直流電力WDがn等分され
て、1/n周期に相当する時間が電力制御パルス信号P
Wのパルス周期PCのm倍(1≦m≦1000程度)と
して設定されると共に、インデックスi=1〜nの目標
直流電力WDの波形高さに応じた目標瞬間電力Mi
と、電源回路2から出力される直流定電圧VSに応じ
て、個々の電力制御パルス信号PWiのデューティ比D
Tiが設定される。
【0030】図5〜図7はランプ電力コントロール手段
24の処理手順を示すフローチャートである。まず、放
電灯Lが始動すると、図5に示すプログラムが実行開始
されて、まず、ステップSTP1でインデックスi=
1、総電力量TW=0として、ステップSTP2に移行
しパルス周期を測るタイマの時刻T=0と置く。
【0031】ステップSTP3で、デューティ比DTi
と、パルス周期PCを読出し、ステップSTP4で個々
のパルスPWiのパルス幅PLi=DTi×PCを算出
し、ステップSTP5で電力制御パルス信号PWとなる
パルス幅PLiのパルスを出力するように、制御部Cの
PWM制御回路22の設定を行う。
【0032】次いで、ステップSTP6でタイマ計測し
た時刻Tがパルス周期PCのm倍の時間分経過するのを
待ち、ステップSTP7のデューティ比補正プログラム
(図6参照)を実行する。さらに、ステップSTP8に
移行して目標交流電力WAの1周期分の処理が終了し
たか否かを判断する。
【0033】この判断はi=nであるか否かを判別する
ことによって行う。そして、終了していないと判断され
たときはステップSTP9でインデックスi=i+1と
書き換えてステップSTP2に戻り、次の電力制御パル
ス信号を出力する処理を継続する。また、終了したと判
断されたときはステップSTP10の電力係数補正プロ
グラム(図7参照)を実行した後、ステップSTP1に
戻る。
【0034】図6は、前記ステップSTP7のデューテ
ィ比補正プログラムの具体的処理手順を示すもので、電
力制御パルス信号PWがmパルス出力されて、時刻Tが
パルス周期PCのm倍の時間分経過するたびに、ランプ
電力調整回路3から出力された調整直流電力WSが目
標直流電力に等しくなるようにデューティ比を補正して
フィードバック制御を行うためのものである。
【0035】ここでは、ステップSTP11でセンサ1
4a、14bにより検出された電圧Vi、電流Iiを取
り込むと共に、ステップSTP12で波形形状値Fiと
電力係数Kを読み出し、これらの値に基づいて、ステッ
プSTP13で調整直流電力WSの瞬間電力Wi=V
i×Ii、目標瞬間電力Mi=K×Fi、総電力量TW
=TW+Wiを算出する。このときの、直流定電圧VS
、調整直流電力WSとその瞬間電力Wi、目標直流
電力WDとその目標瞬間電力Mi、波形信号WDとそ
の波形形状値Fi、電圧Vi、電流Ii、電力係数K、
電力制御パルス信号PWのパルス幅PLiとパルス周期
PC、デューティ比DTiの関係を図8に示す。
【0036】次いで、ステップSTP14で瞬間電力W
iと目標瞬間電力Miとの差dW=Wi−Miを算出す
る。ここで、dW<0の場合は瞬間電力Wiが目標瞬間
電力Miより小さいのでステップSTP15に移行して
dWの値に応じてデューティ比DTiを増加させて書き
換える。また、dW>0の場合は瞬間電力Wiが目標瞬
間電力Miより大きいのでステップSTP16に移行し
てdWの値に応じてデューティ比DTiを減少させて書
き換える。さらに、dW=0の場合は瞬間電力Wiが目
標瞬間電力Miに等しいのでデューティ比DTiを書き
換えることなく処理を終了する。
【0037】図7は、前記ステップSTP10の電力係
数補正プログラムの具体的処理手順を示すもので、目標
交流電力WAの1周期分の処理が終了するたびごと
に、その1周期分の総電力量TWが予め設定された設定
電力量SWに等しくなるように電力係数Kを補正してフ
ィードバック制御を行うためのものである。
【0038】ここでは、先のステップSTP13で算出
された総電力量TWと予め設定された設定電力量SWを
ステップSTP21で読出し、ステップSTP22でそ
の差dT=TW−SWを算出する。そして、dT<0の
場合は総電力量TWが設定電力量SWより小さいので、
ステップSTP23に移行してdTの値に応じて電力係
数Kを増加させ、書き換えていく。また、dT>0の場
合は総電力量TWが設定電力量SWより大きいので、ス
テップSTP24に移行してdTの値に応じて電力係数
Kを減少させ、書き換えていく。さらに、dT=0の場
合は総電力量TWが設定電力量SWに等しいので、電力
係数Kを書き換えることなく処理を終了する。
【0039】以上が本発明の一構成例であって、次にそ
の作用を説明する。まず、制御部Cのメモリ23に、立
上りから立下りに向って徐々に上昇する目標交流電力W
の波形信号WAを記憶させると、その1周期分を整
流した波形信号WDが登録され、これに電力係数Kをか
けると目標交流電力WAを整流した電力値に等しい目
標直流電力WDの波形が得られる。
【0040】そして、目標直流電力WDがn等分され
て、1/n周期に相当する時間が電力制御パルス信号P
Wのパルス周期PCのm倍(1≦m≦1000程度)と
して設定されると共に、インデックスi=1〜nの個々
の波形に応じた目標瞬間電力Miと、電源回路2から出
力される直流定電圧VSに応じて、個々の制御パルス
信号PWiのデューティ比DTiが設定される。
【0041】ここで、放電灯Lを始動させると、交流電
源6から出力された正弦波交流電圧VSが整流回路7
で整流されて脈動電圧VSとなり、力率改善回路8で
直流定電圧VSに変換され、チョッパ回路10に供給
される。一方、チョッパ回路10には、制御部Cから電
力制御パルス信号PWが入力され、FET9がオンオフ
制御される。電力制御パルス信号PWのデューティ比D
Tiは、目標交流電力WAの立上りから立下りに向っ
て徐々にパルス幅PLiが広くなるように設定されてお
り、このデューティ比DTiに応じてFET9の導通時
間が徐々に長くなるようにオンオフされる。
【0042】したがって、このチョッパ回路10から出
力される直流矩形波電力WSは、目標交流電力WA
の立上りから立下りに向って徐々にパルス幅が広くなっ
ており、これを平滑回路11に入力して平滑化された調
整直流電力WSは、目標直流電力WDに等しい波形
となって極性反転回路4に入力される。
【0043】極性反転回路4では、極性制御パルス信号
〜Pにより、FET12A〜12Dが目標交流
電力WAの反転タイミングに同期してオンオフされる
ので、調整直流電力WSが目標交流電力WAに等し
い波形のランプ点灯用交流電力WSに変換される。
【0044】このようにして、予め設定された任意の目
標交流電力WAと等しい波形のランプ点灯用交流電力
WSを生成することができるので、その放電灯Lの特
性に応じた最適な目標交流電力WA波形を設定するこ
とにより最適な条件で点灯させることができる。
【0045】なお、制御部Cからチョッパ回路10に対
し電力制御パルス信号PWの個々のパルスがm個出力さ
れるたびに、センサ14a及び14bで調整直流電力W
の電圧及び電流が検出され、これに基づいて算定さ
れる瞬間電力Wiと、目標瞬間電力Miに基づいて、図
6に示す処理手順に従いデューティ比DTiが補正さ
れ、調整直流電力WSの波形が目標直流電力WD
一致するようにフィードバック制御されることになる。
【0046】また、目標交流電力WAの1周期分の制
御が終了するたびごとに、図7に示す処理手順に従い、
総電力量TWが算出されて、予め設定された設定電力量
SWと比較され、電力係数Kが補正されるので、総電力
量TWが設定電力量SWと一致するようにフィードバッ
ク制御されることとなる。
【0047】なお、上述の説明では、図9(d)の波形
のランプ点灯用交流電力を供給する場合について説明し
たが、その波形は任意であり図9(b)及び(c)のよ
うな波形はもちろんのこと、プラス側とマイナス側で電
力値や印加時間が異なる非対称の波形であっても良い。
また、上述の説明では電力を調整する場合について説明
したが、電圧又は電流の一方をコントロールすることに
より電力調整しても良い。さらに、図9(b)〜(d)
の波形のように、ランプ点灯用交流電力WAのプラス
側とマイナス側が等しい場合は、半周期分の波形に基づ
いて1周期分を制御しても良い。
【0048】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、チ
ョッパ回路のスイッチング素子をオンオフする電力制御
パルス信号のデューティ比を目標交流電力を整流した目
標直流電力に基づいて設定するだけで、ランプ電力調整
回路から目標直流電力に等しい波形の調整直流電力が出
力され、これを所定のタイミングで反転させれば目標交
流電力に等しい波形のランプ点灯用交流電力が簡単に得
られ、しかもこれらの制御は、通常の点灯回路に組み込
み可能なシングルチップマイクロコンピュータ等の簡単
な制御装置で実行可能であるので、装置全体の構成を簡
素化、小型化することができ、低コストで、放電灯の特
性に応じた任意波形の電力を生成することができるとい
う大変優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る放電灯の点灯装置を示すブロック
図。
【図2】ランプ電力調整回路を示す回路図。
【図3】極性反転回路を示す回路図。
【図4】各電力波形及び各制御パルス信号を示す波形
図。
【図5】処理手順を示すフローチャート。
【図6】デューティ比補正手順を示すフローチャート。
【図7】電力係数補正手順を示すフローチャート。
【図8】デューティ比補正処理を説明する波形図。
【図9】ランプ点灯交流電力を示す波形図。
【符号の説明】
1………点灯装置 L………放電灯 2………電源回路 3………ランプ電力調整回路 4………極性反転回路 9………FET(スイッチング素子) 10………チョッパ回路 11………平滑回路 23………電力波形設定手段 24………ランプ電力コントロール手段 25………タイミングコントロール手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3K072 AA09 AA12 AA13 AA14 AA15 AB09 AC01 AC04 AC11 BA05 BB01 CA14 DD06 DE02 DE05 GA02 GB03 GB18 GC04 HA10

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電源回路(2)から出力された直流定電圧
    をスイッチング素子(9)のオンオフにより直流矩形波
    電力に変換するチョッパ回路(10)及びその直流矩形
    波電力を平滑化する平滑回路(11)からなるランプ電
    力調整回路(3)と、当該ランプ電力調整回路(3)か
    ら出力された調整直流電力を任意のタイミングで反転さ
    せてランプ点灯用交流電力を生成する極性反転回路
    (4)を備えた放電灯の点灯装置であって、 放電灯(L)に印加すべき目標交流電力の波形を予め設
    定する電力波形設定手段(23)と、前記目標交流電力
    を整流した目標直流電力の微小区間における瞬間電力値
    に基づいて設定されるデューティ比の電力制御パルス信
    号で前記チョッパ回路(10)のスイッチング素子
    (9)をオンオフさせるランプ電力コントロール手段
    (24)と、前記ランプ電力調整回路(3)から出力さ
    れた調整直流電力を前記目標交流電力に同期させて反転
    させるタイミング制御信号を前記極性反転回路(4)に
    対して出力するタイミングコントロール手段(25)を
    備えたことを特徴とする放電灯の点灯装置。
  2. 【請求項2】前記ランプ電力コントロール手段(24)
    が、前記スイッチング素子(9)をオンオフさせる電力
    制御パルス信号のデューティ比を、前記平滑回路(1
    1)から出力された調整直流電力の瞬間電力値と、前記
    目標直流波形の瞬間電力値との差に基づいてフィードバ
    ック制御するデューティ比補正手段(STP7)を備え
    た請求項1記載の放電灯の点灯装置。
  3. 【請求項3】電力波形設定手段(23)が、放電灯
    (L)に印加すべき目標交流電力の波形を記録したメモ
    リチップであり、コネクタを介して前記ランプ電力コン
    トロール手段(24)に交換可能に装着されるように形
    成された請求項1記載の放電灯の点灯装置。
  4. 【請求項4】電力波形設定手段(23)が、外部コンピ
    ュータから目標交流電力を記録させる通信手段により供
    給される目標交流電力の波形を記録するメモリである請
    求項1記載の放電灯の点灯装置。
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