JP2003217888A

JP2003217888A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2003217888A
Application number: JP2002009183A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Watanabe; 浩士渡邊; Minoru Yamamoto; 実山本; Toshiaki Sasaki; 俊明佐々木; Junichi Hasegawa; 純一長谷川; Katsuyoshi Nakada; 克佳中田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2003-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】放電灯Ｌａと平滑用コンデンサＣ１の間に設け
た極性反転回路２が高周波動作から直流もしくは低周波
矩形波動作へ切替わる際に、放電灯Ｌａに流れる過電流
を抑えて放電灯の電極劣化を抑え、放電灯の寿命を長く
する。【解決手段】放電灯への供給電力制御用の降圧チョッパ
ー１と、平滑用のコンデンサＣ１と、極性反転回路２
と、その出力に接続されたＬＣ直列共振回路４と、共振
用コンデンサＣ２に並列接続された放電灯Ｌａと、降圧
チョッパー１の過出力を検出して所定電圧Ｖ１に制御す
る過出力制御回路３とを備える放電灯点灯装置におい
て、極性反転回路２が高周波動作から直流もしくは低周
波動作に切替わる前の所定のタイミングで降圧チョッパ
ー１の出力を所定電圧Ｖ１よりも低下させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電灯点灯装置に
関するものであり、特に放電灯の長寿命化に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の放電灯点灯装置（特開平８
−１２４６８７号）の回路図である。図６の回路では、
直流電源Ｅから供給される電圧Ｖ_Eを降圧チョッパー１
により制御し、平滑用のコンデンサＣ１に電圧Ｖ_C1が蓄
えられる。コンデンサＣ１の電圧は極性反転回路２を介
して放電灯Ｌａに供給される。極性反転回路２は、４個
のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５のフルブリッジ回路で構
成され、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ５のペアがオンでス
イッチング素子Ｑ３，Ｑ４のペアがオフとなる状態と、
スイッチング素子Ｑ２，Ｑ５のペアがオフでスイッチン
グ素子Ｑ３，Ｑ４のペアがオンとなる状態とを切り替え
るように動作する。

【０００３】放電灯の始動過程では、極性反転回路２は
高周波で極性反転動作する。この時の周波数は、インダ
クタＬ２とコンデンサＣ２で決まるＬＣ共振周波数の近
傍に設定し、極性反転回路内においてＬＣ共振動作をさ
せ、コンデンサＣ２の両端に所定の共振電圧を発生させ
る。この電圧で放電灯Ｌａの電極間に絶縁破壊を起こ
し、放電を開始させる。また、放電灯Ｌａの種類によっ
ては、更に高い始動電圧が必要なランプもあり、この場
合には、図７に示すように、放電灯Ｌａと直列的に高圧
パルス電圧を発生させるためのイグナイタ回路５を設け
ることもある。

【０００４】その後、所定の時間経過後に極性反転回路
２を高周波動作から直流もしくは低周波の矩形波動作へ
と切り替える。また、抵抗Ｒ１，Ｒ２で構成された電圧
検出回路、および抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５とオペアンプＯ
Ｐ１で構成された電流検出回路により放電灯Ｌａの電
圧、電流を検出し、乗算回路６により放電灯Ｌａへ供給
する電力を演算し、レギュレータ制御回路７を介して降
圧チョッパー１にフィードバックし、降圧チョッパー１
のパルス幅や周波数などを制御し、電源電圧Ｖ_Eに対し
てチョッパー出力Ｖ_C1を所定の電圧に制御することによ
り、放電灯Ｌａへの供給電力を制御する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来例におい
て、放電灯Ｌａの始動過程に極性反転回路２が高周波動
作をする間は、放電灯Ｌａが点灯しても、インダクタＬ
２のインピーダンスが上昇しているため、コンデンサＣ
１が放出する電流は降圧チョッパー１から供給される電
流より少なくなる。そのため、コンデンサＣ１の電圧Ｖ
_C1は、過出力制御回路３で設定された所定の電圧Ｖ１に
維持される。したがって、図８に示すように、極性反転
回路２が高周波動作している期間は、コンデンサＣ１の
電圧Ｖ_C1は一定電圧Ｖ１の電源としてみることができ、
極性反転回路２が直流もしくは低周波矩形波動作に移行
する瞬間に、インダクタＬ２のインダクタンスが急激に
低下し、コンデンサＣ１から放電灯Ｌａへ過電流（突入
電流）が流れる。放電灯Ｌａへ流れる電流量は、チョッ
パー出力設定電圧Ｖ１とコンデンサＣ１の容量と放電灯
Ｌａのインピーダンスにより決定される。そのため、高
周波動作から直流もしくは低周波矩形波動作へ切替る時
点で、図８のＡ部のように、放電灯Ｌａの点灯時のイン
ピーダンスにもよるが、約２０Ａ以上のランプ電流が流
れてしまう。この放電灯Ｌａへの過電流（突入電流）に
より放電灯Ｌａの電極にストレスが印加され、放電灯Ｌ
ａの短寿命化を引き起こす。

【０００６】本発明は、放電灯への供給電力制御用の降
圧チョッパーの出力から平滑用のコンデンサを経て放電
灯に印加される電圧を極性反転させる極性反転回路が高
周波動作から直流もしくは低周波矩形波動作へ切替わる
際に、平滑用のコンデンサから放電灯に流れる過電流
（突入電流）を抑えることで放電灯の電極劣化を抑え、
放電灯の寿命を長くすることを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
課題を解決するために、図１に示すように、直流電源Ｅ
と、直流電源Ｅの出力に接続された降圧チョッパー１
と、この降圧チョッパー１の出力に接続された平滑用コ
ンデンサＣ１と、前記平滑用コンデンサＣ１から負荷側
への出力極性を反転させる極性反転回路２と、前記極性
反転回路２の出力に接続されたＬＣ直列共振回路４と、
前記ＬＣ直列共振回路４を構成する共振用コンデンサＣ
２と並列的に接続された放電灯Ｌａと、前記降圧チョッ
パー１の過出力を検出して所定電圧Ｖ１に制御する過出
力制御回路３とを備える放電灯点灯装置において、前記
極性反転回路２が高周波動作から直流もしくは低周波動
作に切替わる前の所定のタイミングで前記降圧チョッパ
ー１の出力を前記所定電圧Ｖ１よりも低下させることを
特徴とするものである。

【０００８】請求項２の発明によれば、請求項１におい
て、図２に示すように、前記放電灯Ｌａに始動用の高圧
パルス電圧を印加するためのイグナイタ回路５をさらに
備えることを特徴とするものである。請求項３の発明に
よれば、請求項１または２において、図３に示すよう
に、放電灯Ｌａの点灯後、前記極性反転回路２が一定期
間高周波動作した後、直流もしくは低周波動作に切り替
わることを特徴とするものである。請求項４の発明によ
れば、請求項１または２において、図５に示すように、
前記極性反転回路２は高周波動作と直流もしくは低周波
動作を交互に繰り返すことを特徴とするものである。請
求項５の発明によれば、請求項１〜４のいずれかにおい
て、図４に示すように、極性反転回路２の高周波動作時
の周波数を所定のタイミングから低くすることを特徴と
するものである。請求項６の発明によれば、請求項１ま
たは２において、放電灯の始動過程では、図３に示すよ
うに、放電灯Ｌａの点灯後、前記極性反転回路２が一定
期間高周波動作した後、直流もしくは低周波動作に切り
替わり、放電灯Ｌａの安定点灯時には、図５に示すよう
に、前記極性反転回路２は高周波動作と直流もしくは低
周波動作を交互に繰り返すことを特徴とするものであ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本発明の実
施形態１の回路図である。以下、その回路構成について
説明する。直流電源Ｅの正極はスイッチング素子Ｑ１と
インダクタＬ１を介して平滑用コンデンサＣ１の正極に
接続されている。コンデンサＣ１の負極は電流検出用の
小抵抗Ｒ３を介して直流電源Ｅの負極に接続されてい
る。直流電源Ｅの負極はグランドラインに接続されてい
る。スイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１の接続点に
は回生電流通電用のダイオードＤ１のカソードが接続さ
れており、ダイオードＤ１のアノードは直流電源Ｅの負
極に接続されている。スイッチング素子Ｑ１とインダク
タＬ１およびダイオードＤ１は降圧チョッパー１を構成
しており、スイッチング素子Ｑ１が高周波で断続的にオ
ンオフ駆動されることにより、直流電源Ｅの電圧Ｖ_Eを
降圧した電圧が平滑用コンデンサＣ１に充電される。

【００１０】平滑用コンデンサＣ１の電圧Ｖ_C1は、抵抗
Ｒ１，Ｒ２の直列回路により分圧されて、ランプ電圧Ｖ
ｌａの検出値として乗算回路６の第１の入力となる。ま
た、電流検出用の抵抗Ｒ３の両端に生じる電圧は、オペ
アンプＯＰ１と抵抗Ｒ４，Ｒ５よりなる増幅器を介して
ランプ電流Ｉｌａの検出値として乗算回路６の第２の入
力となる。乗算回路６は第１の入力と第２の入力を乗算
することによりランプ電力を演算し、レギュレータ制御
回路７に入力する。ここで、乗算回路６は例えばＮＪＭ
４２００（新日本無線製）を用いた一般的な乗算回路用
ＩＣよりなる。また、レギュレータ制御回路７は例えば
μＰＣ１０９４（ＮＥＣ製）を用いた一般的なＰＷＭ制
御用ＩＣよりなる。定常点灯時においてはレギュレータ
制御回路７は乗算回路６のランプ電力が目標値となるよ
うにスイッチング素子Ｑ１のオンオフを制御する。具体
的にはスイッチング素子Ｑ１のオンデューティ（１周期
に占めるオン期間の割合）や動作周波数を制御するもの
である。

【００１１】平滑用コンデンサＣ１の両端には、フルブ
リッジ回路よりなる極性反転回路２が接続されている。
極性反転回路２では、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直
列回路とスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の直列回路が平滑
用コンデンサＣ１の両端に並列に接続されている。スイ
ッチング素子Ｑ２，Ｑ３の接続点とスイッチング素子Ｑ
４，Ｑ５の接続点の間には、インダクタＬ２を介してＨ
ＩＤランプ等の放電灯Ｌａが接続されており、放電灯Ｌ
ａの両端にはコンデンサＣ２が並列接続されている。イ
ンダクタＬ２とコンデンサＣ２はＬＣ直列共振回路４を
構成している。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３はドライバ
回路９からの駆動信号によりオンオフ制御されており、
また、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５はドライバ回路１０
からの駆動信号によりオンオフ制御されている。ドライ
バ回路９，１０は例えばＩＲ２１１１（ＩＲ社）のよう
なドライバ用ＩＣで構成されており、低圧側のスイッチ
ング素子と高圧側のスイッチング素子を同時にオンしな
いように駆動するものである。フルブリッジ制御回路８
はドライバ回路９，１０を制御して、スイッチング素子
Ｑ２，Ｑ５のペアが同時にオンする第１の状態と、スイ
ッチング素子Ｑ３，Ｑ４のペアが同時にオンする第２の
状態とを高周波または低周波で交番させるものである。
なお、直流動作をさせる場合には、第１または第２のい
ずれかの状態を維持するものである。

【００１２】次に、過出力制御回路３は、平滑用コンデ
ンサＣ１の電圧Ｖ_C1を抵抗Ｒ６，Ｒ７により分圧し、コ
ンパレータＣＯＭＰ１により基準電圧と比較している。
分圧用の抵抗Ｒ７にはトランジスタＴｒ１を介して抵抗
Ｒ１０が並列接続されており、トランジスタＴｒ１がタ
イマ回路１１の出力によりオンされると、分圧比が変更
される。コンパレータＣＯＭＰ１の基準電圧は制御電源
電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ８，Ｒ９により分圧したものであ
る。コンパレータＣＯＭＰ１の−側入力端子に印加され
る検出電圧が＋側入力端子に印加された基準電圧よりも
高くなると、コンパレータＣＯＭＰ１の出力はＬｏｗレ
ベルとなり、この出力を受けてレギュレータ制御回路７
はスイッチング素子Ｑ１を間欠動作もしくはオンデュー
ティを狭くするように制御し、コンデンサＣ１の充電を
抑制する。これにより、コンデンサＣ１の電圧Ｖ_C1の上
限値は、トランジスタＴｒ１のオン、オフに応じてそれ
ぞれ異なる電圧Ｖ１、Ｖ２に制限される。なお、トラン
ジスタＴｒ１と抵抗Ｒ１０の直列回路を抵抗Ｒ７に代え
て抵抗Ｒ９に並列に接続する構成としても良く、その場
合には、トランジスタＴｒ１のオン、オフと所定電圧Ｖ
１、Ｖ２の大小関係は図１の回路とは逆になる。

【００１３】なお、放電灯Ｌａの種類によっては、更に
高い始動電圧が必要なランプもあり、この場合には、図
２に示すように、放電灯Ｌａと直列的に高圧パルス電圧
を発生させるためのイグナイタ回路５を設けることもあ
る。また、極性反転回路を構成するブリッジ回路は４つ
のスイッチング素子を用いるフルブリッジ回路に限ら
ず、２つのスイッチング素子の直列回路と２つのコンデ
ンサの直列回路を並列接続して成るハーフブリッジ回路
を用いても良い。

【００１４】図３は図１または図２の回路の動作説明の
ための波形図であり、フルブリッジ制御回路８による極
性反転のための制御信号と、コンデンサＣ１に得られる
チョッパー出力電圧Ｖ_C1と、放電灯Ｌａに流れるランプ
電流の関係を示している。図３は始動過程の動作を示し
ており、放電灯点灯装置に点灯信号が入力されると、チ
ョッパー出力電圧Ｖ_C1が所定の電圧Ｖ１に立ち上がり、
極性反転回路２は一定時間は周波数ｆ１で高周波動作を
継続し、その一定時間が経過すると、周波数ｆ２で低周
波矩形波動作に切り替わる。本実施形態では、過出力制
御回路３にタイマ回路１１を設けてあり、極性反転回路
２が高周波動作を開始し始めた時点からタイマ回路１１
により所定の時間を計測し、所定の時間に達したらトラ
ンジスタＴｒ１のオン／オフを切り替えて、過出力設定
電圧を高い電圧Ｖ１から低い電圧Ｖ２に切り替えるもの
である。このチョッパー出力電圧Ｖ_C1をＶ１からＶ２へ
低下させるタイミングは、放電灯Ｌａの始動過程におい
て、点灯後に極性反転回路２が一定期間高周波動作を
し、直流もしくは低周波動作へ切り替わるよりも前の所
定のタイミングとする。これにより、極性反転回路２が
高周波動作から直流もしくは低周波矩形波動作へ切り替
わる前の所定のタイミングで、降圧チョッパー１の出力
電圧Ｖ_C1を低下させる点が本発明の特徴である。その低
下させる度合は、図３のＡ部で流れるランプ電流が、放
電灯Ｌａで許容される過電流（突入電流）以下となるよ
うにする。

【００１５】図３の例では、チョッパー出力電圧Ｖ_C1が
所定の電圧Ｖ１で、極性反転回路２が周波数ｆ１で高周
波動作をしているときに放電灯Ｌａが点灯し、ランプ電
流がピーク値Ｉｌａで流れ始めて、その後、チョッパー
出力電圧Ｖ_C1がＶ１からＶ２へ低下すると、ランプ電流
のピーク値はＩｌａ３に低下する。そして、極性反転回
路２が低周波矩形波動作に切り替わると、ランプ電流Ｉ
ｌａ２、ランプ電圧Ｖｌａとなり、点灯を維持する。極
性反転回路２が高周波動作から直流もしくは低周波矩形
波動作へ移行した後、放電灯Ｌａが点灯しなかった場合
は、再度、図３の高周波動作から低周波（直流）動作に
移行するサイクルをやり直す。その際、タイマ回路１１
もリセットし、時間を計測し直す。

【００１６】（実施形態２）図４は本発明の実施形態２
の動作説明のための波形図である。回路構成については
実施形態１と同様である。上述の実施形態１では、図３
で示すように、チョッパー出力電圧Ｖ_C1をＶ１からＶ２
へ低下させると、放電灯Ｌａに流れる高周波電流もＩｌ
ａ１からＩｌａ３へ減少してしまう。このとき放電灯Ｌ
ａに必要な電流が流れていない場合、立ち消えの可能性
が出てくる。そこで、本実施形態では、図４で示すよう
に、チョッパー出力電圧Ｖ_C1をＶ１からＶ２へ低下させ
るのに合わせて、フルブリッジ制御回路８による極性反
転のための制御信号の周波数を切り替えて、放電灯Ｌａ
に必要な電流まで流れるように極性反転回路２の動作周
波数をｆ１からｆ３に低下させるものである。これによ
り立ち消えの可能性を低減し、図３の高周波動作から低
周波（直流）動作に移行するサイクルをやり直す必要を
無くし、始動動作の繰り返しによる放電灯Ｌａの電極へ
のストレスを低減して、放電灯Ｌａの寿命を長くするこ
とができる。

【００１７】（実施形態３）図５は本発明の実施形態３
の動作説明のための波形図である。回路構成については
実施形態１と同様である。この実施形態では、放電灯Ｌ
ａの安定点灯時において、極性反転回路２が高周波動作
と直流もしくは低周波動作を交互に繰り返すことを特徴
とするものである。すなわち、放電灯Ｌａの安定点灯時
において、ランプ電流を低い周波数ｆ２の矩形波となる
ように極性反転させると共に、その極性反転のたびに一
定期間は高い周波数ｆ１で動作させることにより、ＬＣ
直列共振回路４を共振動作させる。そして、この高い周
波数ｆ１での動作期間の前半ではチョッパー出力電圧Ｖ
_C1が高い電圧Ｖ１となり、後半では低い電圧Ｖ２となる
ように、降圧チョッパー１の出力を制御するものであ
る。これにより、極性反転時の高い周波数ｆ１での動作
期間の前半では、ランプ電流のピーク値Ｉｌａ１は高く
なるが、極性反転時の高い周波数ｆ１での動作期間の後
半では、チョッパー出力電圧Ｖ_C1がＶ１からＶ２に低下
することにより、ランプ電流のピーク値Ｉｌａ３は前半
のピーク値Ｉｌａ１よりも低くなる。したがって、低い
周波数ｆ２の矩形波の動作期間に入った直後の図５のＡ
部のランプ電流のオーバーシュートは抑制され、放電灯
Ｌａの電極へのストレスを低減し、ランプ寿命を長くす
ることができる。

【００１８】（実施形態４）本発明の実施形態４の動作
を図３および図５により説明する。本実施形態は、実施
形態１と実施形態３を組み合わせたものであり、放電灯
Ｌａの始動過程では図３の動作となり、また、放電灯Ｌ
ａの定常点灯時においては図５の動作となる。すなわ
ち、放電灯Ｌａの始動過程では、点灯信号が入力されて
から所定の時間の経過後に、極性反転回路が高周波動作
している間に、チョッパー出力電圧Ｖ_C1をＶ１からＶ２
へ低下させるものである。また、放電灯Ｌａの定常点灯
時においては、低周波矩形波で極性反転し、その極性反
転のたびに極性反転回路を高周波動作させると共に、極
性反転回路が高周波動作から低周波矩形波動作へ移行す
る前に、チョッパー出力電圧Ｖ_C1をＶ１からＶ２へと低
下させるものである。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、放電灯への供給電力制
御用の降圧チョッパーの出力から平滑用のコンデンサを
経て放電灯に印加される電圧を極性反転させる極性反転
回路が高周波動作から直流もしくは低周波矩形波動作へ
切替わる前の所定のタイミングで降圧チョッパーの出力
を低下させるようにしたから、平滑用コンデンサから放
電灯への過電流を抑えることができ、放電灯の電極劣化
を抑え、放電灯の寿命を長くすることができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の回路図である。

【図２】本発明の実施形態１の一変形例の回路図であ
る。

【図３】本発明の実施形態１の動作説明のための波形図
である。

【図４】本発明の実施形態２の動作説明のための波形図
である。

【図５】本発明の実施形態３の動作説明のための波形図
である。

【図６】従来例の回路図である。

【図７】他の従来例の回路図である。

【図８】従来例の動作説明のための波形図である。

【符号の説明】

１降圧チョッパー２極性反転回路３過出力制御回路４ＬＣ直列共振回路１１タイマ回路Ｌａ放電灯Ｅ直流電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐々木俊明大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者長谷川純一大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者中田克佳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 AA11 AC01 AC11 AC19 BA05 BB01 BC01 CA12 DD03 DD04 DD08 DE02 DE05 DE06 EA06 GA02 GB18 HA05 HA06 HA10 3K083 AA17 AA23 AA45 BA02 BA04 BA05 BA25 BA26 BA33 BA49 BC33 BC47 BD03 BD04 BD13 BE05 CA32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、直流電源の出力に接続さ
れた降圧チョッパーと、この降圧チョッパーの出力に接
続された平滑用コンデンサと、前記平滑用コンデンサか
ら負荷側への出力極性を反転させる極性反転回路と、前
記極性反転回路の出力に接続されたＬＣ直列共振回路
と、前記ＬＣ直列共振回路を構成する共振用コンデンサ
と並列的に接続された放電灯と、前記降圧チョッパーの
過出力を検出して所定電圧に制御する過出力制御回路と
を備える放電灯点灯装置において、前記極性反転回路が
高周波動作から直流もしくは低周波動作に切替わる前の
所定のタイミングで前記降圧チョッパーの出力を前記所
定電圧よりも低下させることを特徴とする放電灯点灯装
置。
【請求項２】請求項１において、前記放電灯に始動
用の高圧パルス電圧を印加するためのイグナイタ回路を
さらに備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項３】請求項１または２において、放電灯の
点灯後、前記極性反転回路が一定期間高周波動作した
後、直流もしくは低周波動作に切り替わることを特徴と
する放電灯点灯装置。
【請求項４】請求項１または２において、前記極性
反転回路は高周波動作と直流もしくは低周波動作を交互
に繰り返すことを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、前
記極性反転回路の高周波動作時の周波数を所定のタイミ
ングから低くすることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項６】請求項１または２において、放電灯の
始動過程では、放電灯の点灯後、前記極性反転回路が一
定期間高周波動作した後、直流もしくは低周波動作に切
り替わり、放電灯の安定点灯時には、前記極性反転回路
は高周波動作と直流もしくは低周波動作を交互に繰り返
すことを特徴とする放電灯点灯装置。