JP2003217879A

JP2003217879A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2003217879A
Application number: JP2002017791A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamashita; 浩司山下; Hiroshi Noro; 浩史野呂; Jun Kumagai; 潤熊谷
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-01-28
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2003-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】一の放電灯点灯装置で複数の高圧放電灯を点
灯させる場合に、先に点灯した高圧放電灯に過剰な電力
が供給されることを防ぐ放電灯点灯装置を提供する。【解決手段】直流電源回路（交流電源ＡＣ及び整流回
路ＤＢ）と；第１の電圧変換回路と（インダクタＬ１、
スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１及びコンデンサ
Ｃ１）；第２の電圧変換回路（スイッチング素子Ｑ２、
ダイオードＤ２、インダクタＬ２、コンデンサＣ２及び
スイッチング素子Ｑ２’ダイオードＤ２’、インダクタ
Ｌ２’、コンデンサＣ２’）と；インバータ回路（スイ
ッチング素子Ｑ３、Ｑ４及びスイッチング素子Ｑ３’、
Ｑ４’）と；放電灯及びＬＣ共振回路を含み、インバー
タ回路からの高周波の電圧により共振動作をする負荷回
路と；を備えた放電灯点灯装置において、第１の電圧変
換回路の出力端に複数の第２の電圧変換回路、インバー
タ回路及び負荷回路を並列に接続する構成としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、チョッパ回路によ
り放電灯、特に、ＨＩＤランプを点灯させる放電灯点灯
装置に関するものである。

【従来の技術】この種の従来例として、たとえば、特開
平５−２９９１８３号公報のものが挙げられる。このも
のは、図３に示すように、交流電源１を整流器２により
整流し、チョッパ部３を介して放電灯点灯用のインバー
タ部４を駆動するようにした放電灯点灯装置において、
インバータ部４に接続される放電灯５を制御するための
制御部６の基準電圧Ｖｒｅｆをチョッパ部３の出力より
得るように構成されている。また、チョッパ部３の出力
には、複数のインバータ部４が並列に接続されている。
このものは、チョッパ部３の出力が安定していることか
ら、制御部６の基準電圧Ｖｒｅｆが安定し、各放電灯５
の点灯状態のばらつきを解消することができるものであ
る。

【発明が解決しようとする課題】一般に、ＨＩＤランプ
のような高圧放電灯においては、始動時に数ｋＶの高い
始動電圧が必要であるが、一端、点灯してしまうと、点
灯電圧は数百Ｖ程度となる。このため、図４に示すよう
に、チョッパ部３の出力電圧Ｖｄｃは、高圧放電灯の始
動前においては高い電圧Ｖ０が必要であるが、始動後に
おいてはＶ０よりも小さい電圧Ｖ１で済むことになる。
ところが、一の放電灯点灯装置で複数の高圧放電灯を点
灯させる場合において、各高圧放電灯間に始動バラツキ
があったときは、すべての高圧放電灯が点灯するまで、
出力電圧ＶｄｃをＶ０に維持していなければならず、先
に点灯した高圧放電灯にも電圧Ｖ０が供給されることに
なる。このため、先に点灯した高圧放電灯には過剰の電
力が供給されることになり、該高圧放電灯の短寿命化を
招いたり、該高圧放電灯が接続されているインバータ回
路及び負荷回路を構成する各部品にストレスを与えてし
まう、といった問題が生じていた。本発明は、上記問題
点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところ
は、一の放電灯点灯装置で複数の高圧放電灯を点灯させ
る場合に、先に点灯した高圧放電灯に過剰な電力が供給
されることを防ぐ放電灯点灯装置を提供することにあ
る。

【課題を解決するための手段】請求項１記載の放電灯点
灯装置は、直流電源回路と；直流電源回路からの電圧を
昇圧又は降圧した直流電圧に変換し出力する第１の電圧
変換回路と；第１の電圧変換回路からの直流電圧を他の
昇圧又は降圧した直流電圧に変換し出力する第２の電圧
変換回路と；少なくとも１のスイッチング素子を有し、
第２の電圧変換回路からの直流電圧を高周波の電圧に変
換し出力するインバータ回路と；放電灯及びＬＣ共振回
路を含み、インバータ回路からの高周波の電圧により共
振動作をする負荷回路と；を備えた放電灯点灯装置にお
いて、第１の電圧変換回路の出力端に複数の第２の電圧
変換回路、インバータ回路及び負荷回路を並列に接続
し、全ての放電灯が点灯するまでの期間、第２の電圧変
換回路が、先に点灯した放電灯を検出し、該放電灯の電
力を制御することを特徴とするものである。このような
放電灯点灯装置においては、第１の電圧変換回路と独立
に制御可能な第２の電圧変換回路の出力を制御すること
により放電灯の電力を制御する。請求項２記載の放電灯
点灯装置は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、
第２の電圧変換回路が、先に点灯した放電灯の電力が定
格電力を超えないように制御することを特徴とするもの
である。請求項３記載の放電灯点灯装置は、請求項１記
載の放電灯点灯装置において、第２の電圧変換回路が、
先に点灯した放電灯に定格電力と同等以上であって始動
時の電力より小さい電力が供給されるように制御するこ
とを特徴とするものである。請求項４記載の放電灯点灯
装置は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、放電
灯を調光している場合に、ある放電灯が立ち消えを起こ
したときに、第２の電圧変換回路が、他の点灯している
放電灯の照度を上昇させることを特徴とするものであ
る。請求項５記載の放電灯点灯装置は、請求項２記載の
放電灯点灯装置において、第１の電圧変換回路は昇圧チ
ョッパ回路であり、第２の電圧変換回路は降圧チョッパ
回路であることを特徴とするものである。請求項６記載
の放電灯点灯装置は、請求項３ないし５のいずれか１つ
に記載の放電灯点灯装置において、放電灯は、ＨＩＤラ
ンプであることを特徴とするものである。

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図１及び図２を参照して説明する。図１に示す放電灯
点灯装置は、直流電源回路（交流電源ＡＣと、交流電源
ＡＣからの電圧を整流する整流回路ＤＢと、を有する）
と；直流電源回路からの電圧を他の電圧Ｖｄｃ１に変換
し出力する第１の電圧変換回路（インダクタＬ１と、ス
イッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１と、コンデンサ
Ｃ１と、を有する）と；第１の電圧変換回路からの電圧
Ｖｄｃ１を他の電圧Ｖｄｃ２又はＶｄｃ２’に変換し出
力する複数の第２の電圧変換回路（スイッチング素子Ｑ
２と、ダイオードＤ２と、インダクタＬ２と、コンデン
サＣ２と、及びスイッチング素子Ｑ２’とダイオードＤ
２’と、インダクタＬ２’と、コンデンサＣ２’と、を
有する）と；少なくとも１のスイッチング素子を有し、
第２の電圧変換回路からの電圧Ｖｄｃ２又はＶｄｃ２’
を高周波の電圧に変換し出力するインバータ回路（スイ
ッチング素子Ｑ３、Ｑ４と、及びスイッチング素子Ｑ
３’、Ｑ４’と、を有する）；放電灯及びＬＣ共振回路
を含み、インバータ回路からの高周波の電圧により共振
動作をする負荷回路（インダクタＬ３と、コンデンサＣ
３、４と、放電灯ＬＡと、及びインダクタＬ３’と、コ
ンデンサＣ３’、４’と、放電灯ＬＡ’と、を有する）
と；スイッチング素子Ｑ１の周波数又はデューティを制
御する第１の制御手段１と；スイッチング素子Ｑ２及び
Ｑ２’の周波数又はデューティを制御するとともに放電
灯ＬＡ及び放電灯ＬＡ’の放電灯電圧の大きさを検出
する第２の制御手段２ａ及び２ｂと；を備えている。ま
た、複数の第２の電圧変換回路はそれぞれ、第１の電圧
変換回路の出力端（コンデンサＣ１の両端）に接続され
ており、第２の電圧変換の出力電圧Ｖｄｃ２及びＶｄｃ
２’は、第１の電圧変換の出力電圧Ｖｄｃ１と独立して
制御可能である。つぎに、各部の構成を詳述する。交流
電源ＡＣは、商用の交流電源であり、電圧は、たとえ
ば、１００Ｖ、２００Ｖ又は２４０Ｖである。整流回路
ＤＢは、交流電源ＡＣからの交流電圧を脈流電圧に整流
し出力するものであり、たとえば、ダイオードブリッジ
で構成する。交流電源ＡＣの電圧が１００Ｖの場合、ダ
イオードブリッジの代わりに、たとえば、倍電圧整流回
路を用いてもよい。倍電圧整流回路を用いると、交流電
源ＡＣの電圧が実質的に２００Ｖと同等とみなせ、倍電
圧整流回路以後に接続されている回路に流れる電流が、
ダイオードブリッジを用いた場合と比べ約半分となるの
で、放電灯点灯装置の効率を上げることができる。第１
の電圧変換回路は、整流回路ＤＢからの電圧を他の電圧
Ｖｄｃ１に変換するものであり、本実施の形態では、昇
圧チョッパ回路を採用している。もちろん電圧変換回路
は、その他、降圧チョッパ、あるいは極性反転チョッパ
回路であっても構わない。要は、ある直流電圧を別の直
流電圧に変換するものであれば、どのような回路構成で
も構わない。なお、チョッパ回路の動作は周知なので、
動作説明は省略する。コンデンサＣ１は、第１の電圧変
換回路の出力電圧を平滑するものであり、たとえば、電
解コンデンサで構成する。第２の電圧変換回路は、第１
の電圧変換回路からの電圧Ｖｄｃ１を他の電圧Ｖｄｃ２
又はＶｄｃ２’に変換し出力するものであり、第２の電
圧変換回路の出力電圧Ｖｄｃ２及びＶｄｃ２’は、第１
の電圧変換回路と独立に制御することができる。本実施
の形態では、降圧チョッパ回路を採用している。もちろ
ん、第２の電圧変換回路は、その他、昇圧チョッパ、あ
るいは極性反転チョッパ回路であっても構わない。要
は、ある直流電圧を別の直流電圧に変換するものであれ
ば、どのような回路構成でも構わない。また、コンデン
サＣ２及びＣ２’は、第２の電圧変換回路の出力電圧を
平滑するものであり、たとえば、電解コンデンサで構成
する。インバータ回路は、コンデンサＣ２又はＣ２’か
らの直流電圧をスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４又はＱ３’
Ｑ４’のオン／オフ動作により矩形波電圧に変換するも
のであり、本実施の形態では、ハーフブリッジ型のイン
バータ回路を用いている。ここで、スイッチング素子Ｑ
３、Ｑ４又はＱ３’Ｑ４’はそれぞれ、たとえば、電界
効果トランジスタで構成する。インバータ回路はその
他、たとえば、本願出願人の特開平１０−１４４４８８
号公報に記載されているフルブリッジ型のインバータ回
路であってもよいし、１石式のインバータ、あるいは、
プッシュプル回路であってもよい。なお、放電灯がＨＩ
Ｄランプの場合、点灯方式として上記特開平１０−１４
４４８８号公報に記載の低周波矩形波点灯方式や直流点
灯方式であってもよい。また、図示はしていないが、ス
イッチング素子Ｑ３、Ｑ４及びＱ３’Ｑ４’を駆動する
ものとしては、たとえば、インターナショナルレクティ
ファイアー社製の高耐圧集積回路ＩＲ２１１０を用いて
もよい。直流遮断コンデンサＣ３及びＣ３’は、インバ
ータ回路に流れる直流成分を遮断するものであり、この
コンデンサによりインバータ回路は交流電圧でのみ動作
することになる。コンデンサＣ３及びＣ３’の容量は、
通常はコンデンサＣ４及びＣ４’よりも大きく設定され
ている。負荷回路は、インダクタＬ３及びコンデンサＣ
４又はインダクタＬ３’及びコンデンサＣ４’との直列
共振回路の共振動作により放電灯ＬＡ及び放電灯ＬＡ’
を始動／点灯させるものであり、放電灯ＬＡ、ＬＡ’
は、たとえば、蛍光灯や高圧ナトリウム灯、メタルハラ
イドランプ及び水銀灯等のＨＩＤランプである。また、
通常点灯時の放電灯電圧が大きい場合には、放電灯を２
次側とする絶縁トランスやリーケージトランスを別途設
けてもよい。第１の制御手段１は、スイッチング素子Ｑ
１の周波数又はデューティを制御するものであり、たと
えば、モトローラ社製の集積回路ＭＣ３４２６１を用い
てもよい。第２の制御手段２ａ及び２ｂは、放電灯Ｌ
Ａ、ＬＡ’が点灯した場合において、該放電灯電圧の大
きさを検出し、その大小によりにより、スイッチング素
子Ｑ２及びＱ２’周波数又はデューティを制御するもの
である。なお、放電灯がＨＩＤランプの場合、インバー
タ回路と放電灯との間に、放電灯に数ｋＶピーク程度の
パルス電圧を与え、始動させるイグナイタ回路（図示し
ない）を別途挿入してもよい。以下、本実施の形態の動
作を図２のタイムチャートを用いて説明する。図２の横
軸は、交流電源ＡＣを投入してからの経過時間ｔを示し
ており、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の縦軸
はそれぞれ、第１の電圧変換回路の出力電圧Ｖｄｃ１、
第２の電圧変換回路の出力電圧Ｖｄｃ２、放電灯ＬＡの
放電灯電力Ｗ及び放電灯ＬＡ’の放電灯電力Ｗ’を示し
ている。また、放電灯ＬＡの定格放電灯電力及び放電灯
ＬＡ’の定格放電灯電力をそれぞれ、Ｗ１及びＷ２とす
る。ｔ＝０において交流電源ＡＣを投入すると、第１の
電圧変換回路の動作が開始され、第１の電圧変換回路の
出力電圧は、各放電灯ＬＡ、ＬＡ’の始動に必要な電圧
が供給されるように図２（ａ）に示す如く、Ｖｄｃ１＝
Ｖ０となる。そして、ＬＡ、ＬＡ’の両端に数ｋＶ程度
の始動電圧が印可される。このとき、各放電灯のばらつ
きにより、各放電灯が点灯するまでの時間にばらつきが
生じる。特に、放電灯がＨＩＤランプの場合、数秒〜数
十秒の差が出る場合もある。本実施の形態においては、
ｔ＝ｔ１において、放電灯ＬＡが先に点灯したとする。
放電灯ＬＡが先に点灯すると、放電灯ＬＡの両端に印可
する電圧は数百Ｖ程度で済むことになる。この放電灯Ｌ
Ａが点灯したｔ＝ｔ１において、第２の制御手段２ａが
放電灯ＬＡの両端電圧を検出し、スイッチング素子Ｑ２
に制御信号を送信し、第２の電圧変換回路の出力電圧Ｖ
ｄｃ２をＶｄｃ２＝Ｖ３に制御する。この出力電圧Ｖｄ
ｃ２＝Ｖ３は、第１の電圧変換回路の出力電圧Ｖｄｃ１
＝Ｖ０よりも小さい値であり、したがって、先に点灯し
た放電灯ＬＡを含む負荷回路の各構成部品には、過大な
ストレスがかかることはない。そして、まだ点灯してい
ない放電灯ＬＡ’には引き続き、第１の電圧変換回路の
出力電圧Ｖｄｃ１＝Ｖ０を印可することができる。ｔ＝
ｔ１において、放電灯ＬＡ’が点灯してしまうと、第１
の制御手段１によりスイッチング素子Ｑ１の周波数又は
デューティを制御し、第１の電圧変換回路の出力電圧Ｖ
ｄｃ１をＶｄｃ１＝Ｖ１に減少させる。以上、本実施の
形態によれば、第１の電圧変換回路の出力電圧と第２の
電圧変換回路の出力電圧を独立して制御できるので、先
に点灯した放電灯を含む負荷回路の各構成部品に過大な
ストレスがかかることがなく、また、全ての放電灯を確
実に始動させることができる。さらに、ストレスによる
放電灯ＬＡ及び放電灯ＬＡを含む負荷回路の各構成部品
の短寿命化を招くこともない。なお、本実施の形態で
は、第２の制御手段２ａ及び２ｂが、放電灯電圧の大き
さを検出し、その大小によりにより、スイッチング素子
Ｑ２及びＱ２’周波数又はデューティを制御したが、も
ちろん、検出するものは、放電灯電圧に限られない。そ
の他、放電灯の電気特性（放電灯電流、放電灯電力、さ
らには、放電灯の発光効率（ルーメン毎ワット））、光
学特性（放電灯の照度又は色温度、さらには、輝度、光
束、光度）、あるいは、温度特性（放電灯の最冷点温
度、管壁温度又は口金温度）でもよい。要は、放電灯の
種類が異なることにより、他の放電灯と差別化できる特
性あれば、いかなる特性を検出してもよい。また、本実
施の応用形態として、ｔ＝ｔ１において、先に放電灯Ｌ
Ａが点灯した場合、第２の電圧変換回路の出力電圧Ｖｄ
ｃ２をＶ１＜Ｖｄｃ２＜Ｖ０のように制御してもよい。
このように制御すると、放電灯ＬＡに始動時のように過
大な電力ではないが、定格点灯時よりは多い電力を供給
することができ、放電灯ＬＡの照度の立ち上がりを短く
することができる。したがって、短時間に放電灯ＬＡは
定格点灯するさせることができる。また、実質的に、放
電灯ＬＡを含む負荷回路の各構成部品に過大なストレス
がかかるもない。このような制御は、特に、ＨＩＤラン
プのように照度の立ち上がりが遅い放電灯において有効
である。なお、上記説明で特に言及していない作用、効
果等は第１の実施の形態と同様である。さらに、本実施
の応用形態を図１を参照して説明する。本実施の形態の
回路構成は、上記実施の形態の回路構成と同一構成であ
り、同一構成には同一符号を付すことにより説明を省略
する。図１に示すような放電灯点灯装置を多灯用の放電
灯点灯装置として使用している場合において、放電灯Ｌ
Ａ及びＬＡ’を深調光しているときに、たとえば、放電
灯ＬＡ’が消灯したとする。このとき、第１の電圧変換
回路の出力電圧Ｖｄｃ１を上昇させ、放電灯ＬＡを始動
させるのだが、放電灯ＬＡが、たとえば、ＨＩＤランプ
の場合、再始動するまでに数分〜数十分かかる場合があ
る。このような場合、第２の電圧変換回路の出力電圧Ｖ
ｄｃ２をＶ１＜Ｖｄｃ２＜Ｖ０の範囲の電圧に制御す
る。このように出力電圧Ｖｄｃ２をＶ１＜Ｖｄｃ２＜Ｖ
０の範囲の電圧に設定しておくと、放電灯ＬＡには、通
常点灯状態よりも多い電力が供給されることになり、放
電灯ＬＡ’の消灯による放電灯点灯装置全体の照度の低
下を補正することができる。また、放電灯ＬＡを含む負
荷回路の各構成部品に過大なストレスがかかることもな
い。なお、上記説明で特に言及していない作用、効果等
は第１の実施の形態と同様である。

【発明の効果】請求項１、２又は５記載の放電灯点灯装
置は、全ての放電灯が点灯するまでの期間、第２の電圧
変換回路が、先に点灯した放電灯を検出し、先に点灯し
ている放電灯の電力が、たとえば、定格電力を超えない
ように制御しているので、該放電灯に過剰な電力を供給
し放電灯の短寿命化を招いたり、放電灯が接続されてい
るインバータ回路及び負荷回路を構成する各部品にスト
レスを与えるのを防ぐことができる。請求項３記載の放
電灯点灯装置は、請求項１記載の放電灯点灯装置におい
て、先に点灯した放電灯に定格電力と同等以上であって
始動時の電力より小さい電力を供給しているので、放電
灯が点灯後、定格点灯するまでの時間を短縮することが
でき、照度の立ち上がりの速い快適な放電灯点灯装置を
提供することができる。請求項４記載の放電灯点灯装置
は、請求項１記載の放電灯点灯装置において、放電灯を
調光している場合に、ある放電灯が立ち消えを起こした
ときに、第２の電圧変換回路が、他の点灯している放電
灯の照度を上昇させているので、複数の放電灯を全体と
してみた場合に、照度の低下を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態を示す回路図である。

【図２】第１の実施の形態の動作をタイムチャートであ
る。

【図３】従来例を示す回路図である。

【図４】従来例の動作を説明する説明図である。

【符号の説明】

ＡＣ交流電源（直流電源回路の一部）ＤＢ整流回路（直流電源回路の一部）Ｌ１インダクタ（第１の電圧変換回路の一
部）Ｑ１スイッチング素子（第１の電圧変換回
路の一部）Ｄ１ダイオード（第１の電圧変換回路の一
部）Ｃ１コンデンサ（第１の電圧変換回路の一
部）Ｑ２、Ｑ２’ スイッチング素子（第２の電圧変換回
路の一部）Ｄ２、Ｄ２’ ダイオード（第２の電圧変換回路の一
部）Ｌ２、Ｌ２’ インダクタ（第２の電圧変換回路の一
部）Ｃ２、Ｃ２’ コンデンサ（第２の電圧変換回路の一
部）Ｑ３、Ｑ４スイッチング素子（インバータ回路の
一部）Ｑ３’、Ｑ４’ スイッチング素子（インバータ回路の
一部）Ｌ３、Ｌ３’ インダクタ（負荷回路の一部）Ｃ３、Ｃ３’ コンデンサ（負荷回路の一部）Ｃ４、Ｃ４’ コンデンサ（負荷回路の一部）ＬＡ、ＬＡ’ 放電灯（負荷回路の一部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者熊谷潤大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 3K072 AA02 AA11 AB02 AB07 AC02 AC11 BA05 BB01 BB10 CA16 CB02 DC07 DD04 DE01 DE02 DE04 EA07 GB03 GB12 HA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源回路と；直流電源回路からの電
圧を昇圧又は降圧した直流電圧に変換し出力する第１の
電圧変換回路と；第１の電圧変換回路からの直流電圧を
他の昇圧又は降圧した直流電圧に変換し出力する第２の
電圧変換回路と；少なくとも１のスイッチング素子を有
し、第２の電圧変換回路からの直流電圧を高周波の電圧
に変換し出力するインバータ回路と；放電灯及びＬＣ共
振回路を含み、インバータ回路からの高周波の電圧によ
り共振動作をする負荷回路と；を備えた放電灯点灯装置
において、第１の電圧変換回路の出力端に複数の第２の
電圧変換回路、インバータ回路及び負荷回路を並列に接
続し、全ての放電灯が点灯するまでの期間、第２の電圧
変換回路が、先に点灯した放電灯を検出し、該放電灯の
電力を制御することを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】第２の電圧変換回路が、先に点灯した放
電灯の電力が定格電力を超えないように制御することを
特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】第２の電圧変換回路が、先に点灯した放
電灯に定格電力と同等以上であって始動時の電力より小
さい電力が供給されるように制御することを特徴とする
請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】放電灯を調光している場合に、ある放電
灯が立ち消えを起こしたときに、第２の電圧変換回路
が、他の点灯している放電灯の照度を上昇させることを
特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】第１の電圧変換回路は昇圧チョッパ回路
であり、第２の電圧変換回路は降圧チョッパ回路である
ことを特徴とする請求項２ないし４記載の放電灯点灯装
置。
【請求項６】放電灯は、ＨＩＤランプであることを特
徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の放電
灯点灯装置。