JP2003217889A - 高圧放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、高圧放電灯の発光管内の放電ア
ークの湾曲に伴う音響共鳴現象を回避させる高圧放電灯
点灯装置を得ることを目的とする。 【解決手段】 高圧放電灯９の管電圧を検出する管電圧
検出器１６を設け、この検出電圧の変化量から非共鳴周
波数を抽出し、その周波数に点灯周波数を一致させるよ
うにＭＯＳＦＥＴ１０，１１の駆動周波数を制御する制
御回路１７を設けた。交直流電圧変換回路３の出力電圧
を検出する電圧検出器１８を設け、この出力電圧を所定
値となるようにＭＯＳＦＥＴ５のＯＮデューティを制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高圧放電灯を高
周波点灯する高圧放電灯点灯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来における高圧放電灯点灯装
置の回路構成図を示す。図４において、１は商用電源、
２は商用電源１から出力する交流電圧を全波整流するダ
イオードブリッジ回路、３はダイオードブリッジ回路２
で全波整流された電圧を直流電圧に変換するインダクタ
ー４、ＭＯＳＦＥＴ５、ダイオード６、コンデンサ７か
ら成る交直流電圧変換回路、８は高圧放電灯９に高周波
電圧を供給するＭＯＳＦＥＴ１０，１１から成るインバ
ータ回路、１２はインバータ回路８のＭＯＳＦＥＴ１
０，１１の駆動周波数を制御する制御回路、１３はイン
バータ回路８から出力する高周波電圧を限流する直流カ
ットコンデンサ１４とチョークコイル１５とから成る限
流回路である。

【０００３】次に、こうした構成を有する高圧放電灯点
灯装置の動作を、図４を併用して説明する。点灯装置の
動作を開始すると、商用電源１から出力する交流電圧は
ダイオードブリッジ回路２から交直流電圧変換回路３を
介して直流電圧に変換され、さらにインバータ回路８で
高周波電圧に変換される。そして、制御回路１２は一般
周知である高圧放電灯９の発光管内の放電アークの湾曲
に伴う”立ち消え”或いは”ゆらぎ”の音響共鳴現象の
発生を防止するため、高圧放電灯９の点灯周波数を音響
共鳴現象が発生しない非共鳴周波数に予め設定し、イン
バータ回路８のＭＯＳＦＥＴ１０，１１のＯＮ／ＯＦＦ
駆動を制御する。次に、その点灯周波数を有する高周波
電圧を限流回路１０で限流して高圧放電灯９に印加する
ことで、高圧放電灯９が安定に点灯維持する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の高圧放電灯点灯
装置は、前述のように点灯周波数を非共鳴周波数に予め
決めて高圧放電灯を点灯するように構成している。しか
しながら、一般に高圧放電灯は累積点灯時間に応じて発
光管内の音波の速度が変化したり、或いは電極が消耗す
るなどして非共鳴周波数が変化することが知られてい
る。このために、高圧放電灯は前述の各種要因により発
光管内の放電アークの湾曲に伴って”立ち消え”或い
は”ゆらぎ”という音響共鳴現象を発生することで、高
圧放電灯の点灯を安定に維持することが出来ないという
問題点を有していた。

【０００５】この発明は、前述のような問題点を解決す
るためになされたもので、前述の各種要因によって発生
する音響共鳴現象を回避するように工夫し、高圧放電灯
を安定に高周波点灯させる高圧放電灯点灯装置を提供す
るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る高圧放電
灯点灯装置は、商用交流電源を直流電圧に変換する交直
流変換回路と、交直流変換回路の直流電圧を高周波電圧
に変換するインバータ回路と、インバータ回路の高周波
電圧を高圧放電灯に供給する高周波電圧供給回路と、イ
ンバータ回路の高周波電圧の周波数を制御する制御回路
と、高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出器とを備
えた高圧放電灯点灯装置において、制御回路は管電圧検
出器で検出された管電圧の微分値を算出する算出手段を
設け、算出手段により算出された管電圧の微分値が所定
値以上となった場合に、インバータ回路の高周波電圧の
周波数を非共鳴周波数帯の所定範囲内で増減させる周波
数変化手段を設け、周波数変化手段により高周波電圧の
周波数を増減させる過程で、管電圧の微分値が所定値以
下となる地点の周波数を抽出し、その周波数で高圧放電
灯を点灯させる点灯手段を設け、周波数変化手段により
高周波電圧の周波数が増減するときに高圧放電灯に供給
される高周波電力を常に一定となるように交直流電圧変
換回路から出力する直流電圧の大きさを制御する電圧制
御手段を設けるようにしたものである。

【０００７】また、管電圧検出器の管電圧が所定値以上
の場合に、算出手段で管電圧の微分値を算出するように
したものである。

【０００８】また、管電圧検出器の管電圧が所定値以下
の場合に、管電圧の微分値を判定する判定値を大きく
し、算出手段で管電圧の微分値を算出するようにしたも
のである。

【０００９】また、高圧放電灯の点灯開始から所定時間
以上を経過した場合に、算出手段で管電圧の微分値を算
出するようにしたものである。

【００１０】また、高圧放電灯の点灯開始から所定時間
以下の場合に、管電圧の微分値を判定する判定値を大き
くし、算出手段で管電圧の微分値を算出するようにした
ものである。

【００１１】また、周波数変化手段により高周波電圧の
周波数を非共鳴周波数帯の所定範囲内で増減させた場合
に、算出手段で算出された管電圧の微分値が所定値以下
とならないときには、インバータ回路の動作を停止して
高圧放電灯を消灯するようにしたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、高圧放電
灯点灯装置の実施の形態１を示す回路構成図である。図
１において、従来例との相違点は高圧放電灯９の管電圧
を検出する管電圧検出器１６を設け、この管電圧検出器
１６の検出電圧の変化量から非共鳴周波数を抽出し、そ
の周波数に点灯周波数を一致させるようにＭＯＳＦＥＴ
１０，１１の駆動周波数を制御する制御回路１７を設け
たことである。さらに、交直流電圧変換回路３の出力電
圧を検出する電圧検出器１８を設け、制御回路１７は電
圧検出器１８の検出電圧に基づいて交直流電圧変換回路
３の出力電圧の大きさを所定値となるようにＭＯＳＦＥ
Ｔ５のＯＮデューティを制御する。

【００１３】また、こうした構成を有する高圧放電灯点
灯装置の点灯動作について、図１に示す回路構成図およ
び図２に示す点灯動作の流れを示すフローチャート図を
併用して説明する。点灯装置の点灯ＳＷ（図示なし）を
ＯＮして動作を開始した場合に（ステップＳ１００）、
制御回路１７は点灯周波数のシフトフラグを下げ方向に
セットする（ステップＳ１０１）。次に、高圧放電灯９
を点灯開始する際に初期の点灯周波数ｆ０を予め非共鳴
周波数と一致するように、インバータ回路８のＭＯＳＦ
ＥＴ１０，１１の駆動周波数の制御を行なって点灯動作
を開始させる（ステップＳ１０２）。そして、制御回路
１７はその内部に格納されるタイマー回路（図示なし）
により、高圧放電灯９の点灯経過時間をカウント処理す
る（ステップＳ１０３）。

【００１４】この後に、その点灯経過時間が所定値以上
であるかどうかを判断し（ステップＳ１０４）、ここで
ＮＯ即ち所定値以上でない場合には点灯時間のカウント
処理を続行する。また、ＹＥＳ即ちその点灯経過時間が
所定値以上である場合には高圧放電灯９が安定点灯時に
達したと判断し、管電圧検出器１６の検出電圧を所定時
間毎に読み込み、単位時間毎の電圧変化即ち微分値ａを
算出する（ステップＳ１０５）。なお、高圧放電灯９が
安定点灯時に達したかどうかを判断する手法は、前述の
他に管電圧検出器１６の管電圧が所定値以上に達したか
どうかを判断することが挙げられる。さらに、管電圧検
出器１６の管電圧の微分値ａを算出して、後述の音響共
鳴現象が発生したかどうかを判断することを、点灯経過
時間が所定値以下である過程で行なっても良い。ただ
し、このときは前述の微分値ａを判定する判定値を大き
くすることが肝要である。ここで、点灯した後で所定時
間以内は微分値ａの算出を行なわない理由は、点灯直後
に管電圧が低い状態であり、その後に徐々に上昇して安
定状態に至る。したがって、この過程で微分値ａを算出
した場合には、後述する音響共鳴現象の発生を誤って検
出し、この事態を未然に回避するためである。

【００１５】次に、制御回路１７は微分値ａが所定値α
以上であるかどうかを判断し（ステップＳ１０６）、こ
こでＮＯ即ち微分値ａが所定値α以上でない場合には音
響共鳴現象が発生していないと判断する。そして、高圧
放電灯９を点灯周波数ｆ０で点灯維持して微分値αの算
出を続行する。また、ＹＥＳ即ち微分値ａが所定値α以
上である場合には高圧放電灯９の発光管内の放電アーク
が湾曲し、音響共鳴現象を起こしたと判断する。なお、
この音響共鳴現象が発生した場合に管電圧が上昇して微
分値ａが高くなることは、既に周知の現象論である。そ
して、制御回路１７は前述のステップＳ１０１の工程で
点灯周波数のシフトフラグは下げ方向にセットされてい
るので、点灯周波数を所定値だけ下降するようにＭＯＳ
ＦＥＴ１０，１１の駆動周波数を変化させる（ステップ
Ｓ１０８）。

【００１６】次に、点灯周波数が下限値であるかどうか
を判断し（ステップＳ１０９）、ここでＮＯの場合には
下限値に達していないと判断して、前述のステップＳ１
０５の工程に戻る。そして、管電圧の微分値ａの算出を
行ない、この微分値ａが所定値α以上であれば再びステ
ップＳ１０８の工程で点灯周波数を所定値だけ下降させ
る。また、ステップＳ１０９の工程でＹＥＳの場合には
点灯周波数が下限値に達したと判断し、点灯周波数のシ
フトフラグを上げ方向にセットする（ステップＳ１１
０）。そして、ステップＳ１０５の工程に戻って管電圧
の微分値ａを算出し、この微分値ａが所定値α以上であ
れば点灯周波数を所定値だけ上昇させるようにＭＯＳＦ
ＥＴ１０，１１の駆動周波数を変化させる（ステップＳ
１１１）。

【００１７】次に、点灯周波数が上限値であるかどうか
を判断し（ステップＳ１１２）、ここでＮＯの場合には
上限値に達していないと判断し、前述の管電圧の微分値
ａの算出と点灯周波数の上昇動作を繰り返し実行する。
また、ここでＹＥＳの場合には管電圧の微分値ａが所定
値α以下に至らない状態で、点灯周波数が上限値に達し
たと判断する。そして、高圧放電灯９が異常であると判
断してインバータ回路８の動作を停止し、点灯装置の動
作を停止させる（ステップＳ１１３）。これにより、高
圧放電灯９の異常点灯による”チラツキ”や”立ち消
え”などを解消することができる。

【００１８】また、制御回路１７は音響共鳴現象の発生
を回避させる目的により、インバータ回路８の駆動周波
数を制御して点灯周波数を下降および上昇させる過程
で、下記の（１）式より高圧放電灯９に供給される高周
波電力が変化する。これについては、図１において点灯
周波数が下降した場合には直流カットコンデンサ１４と
チョークコイル１５との合成インピーダンスが低くな
り、これによって高圧放電灯９に流れる電流が大きくな
ることで、それに供給される高周波電力が増大する。ま
た、点灯周波数が上昇した場合には前述の合成インピー
ダンスが高くなり、これによって高圧放電灯９に流れる
電流が小さくなることで、それに供給される高周波電力
が減少する。 Ｐ＝Ｖ×Ｅ／｛（２×π×ｆ×Ｌ^２−１／２×π×ｆ×Ｃ^２） ＋Ｒ^２｝^１／２ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ （１） 但し、Ｐ：高周波電力 Ｅ：直流電圧変換回路の
出力電圧 ｆ：点灯周波数 Ｌ：チョークコイルのインダク
タンス Ｃ：直流カットコンデンサの容量 Ｒ：高圧放電灯の
内部抵抗

【００１９】以上のことより、高圧放電灯９に供給され
る高周波電力を常に一定制御し、その明るさの変動を回
避する必要がある。ここでは、高圧放電灯９に供給され
る高周波電力の一定制御について、図３に示す割り込み
フローチャート図の動作の流れに沿って説明する。図３
において、割り込み処理の動作を開始した場合に（ステ
ップＳ２００）、制御回路１７は高圧放電灯９が安定に
点灯維持するために必要な定格電力を確保させる上で、
交直流電圧変換回路３から出力される目標電圧Ｖ０を決
定する（ステップＳ２０１）。この目標電圧Ｖ０の大き
さについては、点灯周波数が低い場合には前述の理由に
より高圧放電灯９に供給される高周波電力が増大する関
係上、その電圧を低目に設定して定格電力を維持する必
要がある。また、点灯周波数が高い場合には高圧放電灯
９に供給される高周波電力が減少する関係上、目標電圧
Ｖ０の大きさを点灯周波数が低い場合と比べて高目に設
定して定格電力を確保する必要がある。

【００２０】また、直流電圧変換回路３およびインバー
タ回路８の各構成部品の耐圧を大きくして、交直流電圧
変換回路３から出力する電圧が高くなった場合でも、破
壊などを発生しないように適宜工夫することが肝要であ
る。こうしたことにより、制御回路１７は直流電圧変換
回路３の出力電圧Ｖ０の大きさを、点灯周波数の高低に
応じて変化するように制御する。

【００２１】次に、点灯周波数が下降或いは上昇する際
に直流電圧変換回路３の現時点の出力電圧Ｖｄｃを電圧
検出器１９により読み込む（ステップＳ２０２）。そし
て、制御回路１７は交直流電圧変換回路３の現時点の出
力電圧Ｖｄｃが、点灯周波数の値に対応した目標電圧Ｖ
０と比べて大きいかどうかを判断する（ステップＳ２０
３）。ここで、ＹＥＳ即ち現時点の出力電圧Ｖｄｃが大
きいと判断した場合に、交直流電圧変換回路３の出力電
圧を減少するようにＭＯＳＦＥＴ５のＯＮデューティを
小さくして（ステップＳ２０４）、現時点の出力電圧Ｖ
ｄｃを目標電圧Ｖ０の値に近づける。また、ＮＯ即ち現
時点の出力電圧Ｖｄｃが小さいと判断した場合に、交直
流電圧変換回路３の出力電圧を増大するようにＭＯＳＦ
ＥＴ５のＯＮデューティを大きくして（ステップＳ２０
５）、現時点の出力電圧Ｖｄｃを目標電圧Ｖ０の値に近
づける。こうした一連の割り込み処理の動作が、点灯装
置の点灯ＳＷをＯＮした以降の何れかの工程の動作の過
程で、繰り返し状態で割り込まれて実行される。

【００２２】また、割り込み処理において高圧放電灯９
に供給される高周波電力を一定制御する他の例として、
高圧放電灯９に流れる電流を検出する電流検出器を設
け、この電流検出器の検出電流に基づいて交直流電圧変
換回路３の出力電圧の大きさを制御するように、ＭＯＳ
ＦＥＴ５のＯＮデューティを制御するようにしても良
い。

【００２３】以上のように、管電圧の微分値ａが所定値
αを超えた場合に、点灯周波数を所定量だけ下降或いは
上昇させる手段を採用して、音響共鳴現象の発生を回避
することができる。また、このときに高圧放電灯９に供
給される高周波電力を一定制御する手段を採用して、高
圧放電灯９の明るさが変化することを防止できる。

【００２４】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２５】この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、商
用交流電源を直流電圧に変換する交直流変換回路と、交
直流変換回路の直流電圧を高周波電圧に変換するインバ
ータ回路と、インバータ回路の高周波電圧を高圧放電灯
に供給する高周波電圧供給回路と、インバータ回路の高
周波電圧の周波数を制御する制御回路と、高圧放電灯の
管電圧を検出する管電圧検出器とを備えた高圧放電灯点
灯装置において、制御回路は管電圧検出器で検出された
管電圧の微分値を算出する算出手段を設け、算出手段に
より算出された管電圧の微分値が所定値以上となった場
合に、インバータ回路の高周波電圧の周波数を非共鳴周
波数帯の所定範囲内で増減させる周波数変化手段を設
け、周波数変化手段により高周波電圧の周波数を増減さ
せる過程で、管電圧の微分値が所定値以下となる地点の
周波数を抽出し、その周波数で高圧放電灯を点灯させる
点灯手段を設け、周波数変化手段により高周波電圧の周
波数が増減するときに高圧放電灯に供給される高周波電
力を常に一定となるように交直流電圧変換回路から出力
する直流電圧の大きさを制御する電圧制御手段を設ける
ようにしたので、点灯装置の長期使用においても高圧放
電灯の発光管内で発生する放電アークの湾曲に伴う”チ
ラツキ”や”立ち消え”などを未然に防止して音響共鳴
現象の発生を回避することができる。また、そのときに
高圧放電灯に供給される高周波電力を常に一定となるよ
うに制御することが可能となるために、明るさの変化を
防止することができる。

【００２６】また、管電圧検出器の管電圧が所定値以上
の場合に、算出手段で管電圧の微分値を算出するように
したので、高圧放電灯の発光管内で放電アークの湾曲に
伴う”チラツキ”や”立ち消え”などが発生する直前に
点灯周波数を即座に変化させて、音響共鳴現象の発生を
回避することができる。また、音響共鳴現象の発生の有
無を誤って検出することを未然に防止できる。

【００２７】また、管電圧検出器の管電圧が所定値以下
の場合に、管電圧の微分値を判定する判定値を大きく
し、算出手段で管電圧の微分値を算出するようにしたの
で、発光管内で”チラツキ”或いは”立ち消え”などが
発生する直前に点灯周波数を即座に変化させて、音響共
鳴現象の発生を回避することができる。また、音響共鳴
現象の発生の有無を誤って検出することを未然に防止で
きる。

【００２８】また、高圧放電灯の点灯開始から所定時間
以上を経過した場合に、算出手段で管電圧の微分値を算
出するようにしたので、音響共鳴現象を発生する直前に
点灯周波数を即座に変化させて、それを回避することが
できる。また、音響共鳴現象の発生の有無を誤って検出
することを未然に防止できる。

【００２９】また、高圧放電灯の点灯開始から所定時間
以下の場合に、管電圧の微分値を判定する判定値を大き
くし、算出手段で管電圧の微分値を算出するようにした
ので、音響共鳴現象を発生する直前に点灯周波数を即座
に変化させて、それを回避することができる。また、音
響共鳴現象の発生の有無を誤って検出することを未然に
防止できる。

【００３０】また、周波数変化手段により高周波電圧の
周波数を非共鳴周波数帯の所定範囲内で増減させた場合
に、算出手段で算出された管電圧の微分値が所定値以下
とならないときには、インバータ回路の動作を停止して
高圧放電灯を消灯するようにしたので、周波数変化手段
により高周波電圧の周波数を所定範囲内で変化させた場
合に、算出手段で算出された管電圧の微分値が所定値以
下とならないときには、インバータ回路の動作を停止し
て高圧放電灯を消灯するようにしたので、高圧放電灯の
異常点灯による”チラツキ”や”立ち消え”などを解消
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の高圧放電灯点灯装置に係る実施の
形態１の回路構成図を示す。

【図２】 実施の形態１に係る点灯装置の点灯動作の流
れを示すフローチャート図を示す。

【図３】 実施の形態１の点灯装置の割り込みフローチ
ャート図を示す。

【図４】 従来における高圧放電灯点灯装置の回路構成
図を示す。

【符号の説明】

１ 商用交流電源、２ ダイオードブリッジ回路、３
交直流電圧変換回路、４ インダクター、５ ＭＯＳＦ
ＥＴ、６ ダイオード、７ コンデンサ、８インバータ
回路、９ 高圧放電灯、１０ ＭＯＳＦＥＴ、１１ Ｍ
ＯＳＦＥＴ、１２ 制御回路、１３ 限流回路、１４
直流カットコンデンサ、１５ チョークコイル、１６
管電圧検出器、１７ 制御回路、１８ 電圧検出器。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K072 AA11 AC11 BA05 BB01 BC01 BC03 CA07 DD03 DE04 DE06 EB01 EB05 GA03 GB03 GB12 HA06 HA10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用交流電源を直流電圧に変換する交直
   流変換回路と、この交直流変換回路の直流電圧を高周波
   電圧に変換するインバータ回路と、このインバータ回路
   の高周波電圧を高圧放電灯に供給する高周波電圧供給回
   路と、インバータ回路の高周波電圧の周波数を制御する
   制御回路と、前記高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧
   検出器とを備えた高圧放電灯点灯装置において、 前記制御回路は前記管電圧検出器で検出された管電圧の
   微分値を算出する算出手段と、この算出手段により算出
   された管電圧の微分値が所定値以上となった場合に、イ
   ンバータ回路の高周波電圧の周波数を非共鳴周波数帯の
   所定範囲内で増減させる周波数変化手段と、この周波数
   変化手段により高周波電圧の周波数を増減させる過程
   で、管電圧の微分値が所定値以下となる地点の周波数を
   抽出し、その周波数で高圧放電灯を点灯させる点灯手段
   と、周波数変化手段により高周波電圧の周波数が増減す
   るときに高圧放電灯に供給される高周波電力を常に一定
   となるように交直流電圧変換回路から出力する直流電圧
   の大きさを制御する電圧制御手段とを備えたことを特徴
   とする高圧放電灯点灯装置。
2. 【請求項２】 前記管電圧検出器の管電圧が所定値以上
   の場合に、前記算出手段で管電圧の微分値を算出するよ
   うにしたことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点
   灯装置。
3. 【請求項３】 前記管電圧検出器の管電圧が所定値以下
   の場合に、管電圧の微分値を判定する判定値を大きく
   し、前記算出手段で管電圧の微分値を算出するようにし
   たことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装
   置。
4. 【請求項４】 前記高圧放電灯の点灯開始から所定時間
   以上を経過した場合に、前記算出手段で管電圧の微分値
   を算出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の
   高圧放電灯点灯装置。
5. 【請求項５】 前記高圧放電灯の点灯開始から所定時間
   以下の場合に、前記管電圧の微分値を判定する判定値を
   大きくし、前記算出手段で管電圧の微分値を算出するよ
   うにしたことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点
   灯装置。
6. 【請求項６】 前記周波数変化手段により高周波電圧の
   周波数を非共鳴周波数帯の所定範囲内で増減させた場合
   に、前記算出手段で算出された管電圧の微分値が所定値
   以下とならないときには、前記インバータ回路の動作を
   停止して前記高圧放電灯を消灯するようにしたことを特
   徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。