JP2004047271A

JP2004047271A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2004047271A
Application number: JP2002203103A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Noro; 野呂　浩史; Koji Yamashita; 山下　浩司; Jun Kumagai; 熊谷　潤; Kenichi Fukuda; 福田　健一
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】放電灯ランプ点灯時に同放電灯ランプ内のステムの振動を抑制し、同放電灯ランプからの騒音を低減することができる放電灯点灯装置を提供することにある。
【解決手段】直流電源回路部２から放電灯ランプ４に矩形波交流電力を供給するインバータ回路部３を具備し、イグナイタ回路部２２にて始動時に高電圧を放電灯ランプ４に印加して同放電灯ランプ４を始動させるようにした放電灯点灯装置において、上記イグナイタ回路部２２には放電灯ランプ４と直列に接続されたインダクタ部を持つパルストランス１６が含まれており、このインダクタ部のインダクタ値が、放電灯ランプ４の定格点灯時に同放電灯ランプ４の始動時より小さくなる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯点灯装置に関し、具体的には、水銀灯やメタルハライドランプのように始動時に高電圧を印加する必要のある高圧放電灯を点灯するための放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高圧放電灯を点灯するための放電灯点灯装置としては、従来、銅鉄安定器が主流であった。しかし、近年安定器の軽量化・小型化・高機能化を目的とした多くの電子部品を用いた電子バラストなるものが主流となりつつある。この電子バラストについて、以下、簡単に説明する。
【０００３】
図１１に電子バラストのブロック図を示す。この図１１に示すごとく、交流電源１に整流回路を含む直流電源回路部２が接続されており、この出力端に放電灯ランプ４への供給電力を調整・制御できるインバータ回路部３が接続されており、この出力端に放電灯ランプ４が接続されている。
【０００４】
次に、電子バラストの具体的な回路の一例を図１２に示す。この図１２に示すごとく、直流電源回路部２は整流回路５と、インダクタンス２３とスイッチング素子２４とダイオード２５とコンデンサ６のチョッパ回路と、その制御回路２６とからなり、交流電源１の交流電圧を所望の直流電圧に変換する機能を有する。インバータ回路部３は、降圧チョッパ回路部２０と極性反転回路部２１とイグナイタ回路部２２と制御回路１１とからなっている。上記降圧チョッパ回路部２０はスイッチング素子７とダイオード８とインダクタンス９とコンデンサ１０とからなり、７，８，９により降圧チョッパ回路を構成している。ここで、降圧チョッパ回路の動作については、一般的な技術であるので省略する。
【０００５】
次に、極性反転回路部２１は、スイッチング素子１２〜１５からなり、フルブリッジ回路を構成している。この極性反転回路部２１は、各スイッチング素子１２〜１５が制御回路１１により、図１３に示すような動作を行ない、放電灯に矩形波交流電力を供給している。
【０００６】
次に、イグナイタ回路部２２は、パルストランス１６とコンデンサ１７とスイッチング素子１８（例えば、サイダックのような電圧応答素子）と抵抗１９とからなっている。
【０００７】
このイグナイタ回路部２２の動作について、図１４を用いて簡単に説明する。上記極性反転回路部２１より生成された図１４の（ａ）に示すごとき矩形波電圧を受け、抵抗１９とコンデンサ１７の時定数により、コンデンサ１７の電圧は、図１４の（ｂ）に示すように徐々に充電されていく。コンデンサ１７の電圧がスイッチング素子１８のブレークオーバー電圧Ｖｂｏに達すると、スイッチング素子１８はＯＮし、コンデンサ１７に蓄積された電荷をコンデンサ１７−スイッチング素子１８−パルストランス１６の一次巻線Ｎ１を介して放電させる。この時、パルストランスＮ１に発生したパルス電圧が昇圧され、パルストランス１６の二次巻線Ｎ２に高圧パルス電圧（数ｋＶ）を発生させる。そして、この高圧パルス電圧により放電灯ランプ４が放電を開始し点灯状態に移行する。また、制御回路１１は放電灯ランプ４のランプ電圧Ｖｌａ（電流、電力でもよい）を検出し、ランプ電圧に応じてスイッチング素子７のＯＮ／ＯＦＦ制御を行ない、ランプに供給する電力を調整している。
【０００８】
上述のような放電灯点灯装置において、図１５に示すような高圧放電灯を点灯させた場合、次のような問題が生じてくる。図１５中に示すステム２７が、矩形波点灯方式特有の極性反転時の電流の傾き及びオーバーシュートにより、図１５中に示すように振動して、ランプからの騒音が大きくなってしまうのである。極性反転時通常、スイッチング素子１２〜１５が全ＯＦＦ状態となり、その区間ではコンデンサ１０とパルストランス１６の二次巻線Ｎ２によるインダクタＬ２によって決まる電流がスイッチング素子１２〜１５の内蔵ダイオードを介してランプに流れている。図１６に示すような、この極性反転時のランプ電流の傾き及びオーバーシュートによって、図１５のランプのステム２７が振動してしまう。実機検証の結果、この電流の傾きがゆるいほど、また、オーバーシュートが大きいほど、ランプからの騒音が大きくなることが分かっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この電流の傾きを決める、コンデンサ１０とインダクタＬ２の定数は、始動時に必要とする高圧パルス電圧の条件によって決まっており、この電流の傾きを変えたり、オーバーシュートを低減することは容易ではないものであった。
【００１０】
本発明は、上述の事実に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、放電灯ランプ点灯時に同放電灯ランプ内のステムの振動を抑制し、同放電灯ランプからの騒音を低減することができる放電灯点灯装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る放電灯点灯装置は、直流電源回路部２から放電灯ランプ４に矩形波交流電力を供給するインバータ回路部３を具備し、イグナイタ回路部２２にて始動時に高電圧を放電灯ランプ４に印加して同放電灯ランプ４を始動させるようにした放電灯点灯装置において、上記イグナイタ回路部２２には放電灯ランプ４と直列に接続されたインダクタ部を持つパルストランス１６が含まれており、このインダクタ部のインダクタ値が、放電灯ランプ４の定格点灯時に同放電灯ランプ４の始動時より小さくなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項２に係る放電灯点灯装置は、上記インダクタ部が、上記放電灯ランプ４の定格点灯時に飽和することを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項３に係る放電灯点灯装置は、上記パルストランス１６には少なくとも２つ以上のコア２８があり、このコア２８間のギャップ部２９の長さが、放電灯ランプ４の定格点灯時に同放電灯ランプ４の始動時より大きくなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項４に係る放電灯点灯装置は、上記コア２８間のギャップ部２９に高温時に膨張する膨張素材を設けたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項５に係る放電灯点灯装置は、上記イグナイタ回路部２２が、高圧パルス印加方式であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項６に係る放電灯点灯装置は、上記イグナイタ回路部２２が、共振昇圧方式であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項７に係る放電灯点灯装置は、上記インバータ回路部３が、降圧チョッパ回路部２０とフルブリッジ構成の極性反転回路部２１とから構成されたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項８に係る放電灯点灯装置は、上記インバータ回路部３が、フルブリッジ回路部４２で構成されたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項９に係る放電灯点灯装置は、上記インバータ回路部３が、ハーフブリッジ回路部５１で構成されたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて詳しく説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放電灯点灯装置である電子バラストの回路図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る放電灯点灯装置において、パルストランスを用いた時の、ランプ点灯時のランプ電流及びランプ電圧波形である。
【００２２】
図１に示すごとく、直流電源回路部２は整流回路５と、インダクタンス２３とスイッチング素子２４とダイオード２５とコンデンサ６のチョッパ回路と、その制御回路２６とからなり、交流電源１の交流電圧を所望の直流電圧に変換する機能を有する。インバータ回路部３は、降圧チョッパ回路部２０と極性反転回路部２１とイグナイタ回路部２２と制御回路１１とからなっている。上記降圧チョッパ回路部２０はスイッチング素子７とダイオード８とインダクタンス９とコンデンサ１０とからなり、７，８，９により降圧チョッパ回路を構成している。そして、極性反転回路部２１は、スイッチング素子１２〜１５からなっている。次に、同図１に示すごとく、イグナイタ回路部２２は、パルストランス１６とコンデンサ１７とスイッチング素子１８（例えば、サイダックのような電圧応答素子）と抵抗１９とからなっている。このようにして、直流電源回路部２から放電灯ランプ４に矩形波交流電力を供給するインバータ回路部３を具備し、イグナイタ回路部２２にて始動時に高電圧を放電灯ランプ４に印加して同放電灯ランプ４を始動させるようにしているものである。
【００２３】
そして、本実施形態は、パルストランス１６の二次巻線Ｎ２のインダクタＬ２が始動時の高圧パルス発生時には通常の値を維持し、放電灯ランプ４の点灯時のランプ定格電流が流れると、磁気飽和するように設計したものである。以下、本実施形態の詳細について述べる。
【００２４】
上述したように図２は、本実施形態のパルストランス１６を用いた時の、放電灯ランプ４の点灯時で放電灯ランプ４の電流及び放電灯ランプ４の電圧波形を示したものである。従来の図１６と比較して分かるように、放電灯ランプ４の点灯時にパルストランス１６の二次巻線Ｎ２のインダクタＬ２が飽和している為、放電灯ランプ４の電流の極性反転時の傾きが急になっている。
【００２５】
以上により、放電灯ランプ４の点灯時のステムの振動を抑制することができ、同放電灯ランプ４の点灯時のランプ騒音を低減することができるものである。
【００２６】
（第２の実施形態）
本実施形態は、基本的な構成として第１の実施形態と同様なものを有しているが、異なる部分を説明する。
【００２７】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る放電灯点灯装置の要部のみを示した概略図である。本実施形態は、パルストランス１６のコア２８間のギャップ部２９の長さが始動時の高圧パルス発生時に比べて、放電灯ランプ４の点灯時に大きくなるようにしたものである。以下、本実施形態の詳細について述べる。
【００２８】
上述した図３は、パルストランス１６のコア２８の部分のみを抜粋した図である。通常、パルストランス１６などの巻線部品は、ＥＥやＥＩと言った２つのコア２８から形成されている。また、巻線部品に電流が流れた際に、磁気飽和が起こらないようにコア２８間に図３のようなギャップ部２９を設けている。本実施形態に用いるパルストランス１６にはコア２８間のギャップ部２９に高温時に膨張する膨張素材を設けている。これにより、通常始動時の高圧パルス発生時にはパルストランス１６の温度が低い為、所望の高圧パルスを発生することができる。一方、放電灯ランプ４が点灯し始めると、パルストランス１６は自己発熱及び、安定器全体の温度上昇により、高温状態に移行する。この結果、パルストランス１６が高温になると、ギャップ部２９の素材が膨張してコア２８間のギャップを押し広げて、パルストランス１６の二次巻線Ｎ２のインダクタＬ２を減少させ、第１の実施形態と同様に、放電灯ランプ４電流の極性反転時の傾きを調整することができる。
【００２９】
以上により、放電灯ランプ４の点灯時のステムの振動を抑制することができ、放電灯ランプ４の点灯時でのランプ騒音を低減することができる。また、本実施形態においては、放電灯ランプ４の再始動時の際には、パルストランス１６も高温であるため、高圧パルスが発生せず、放電灯ランプ４の高温時に無駄な高圧パルスを印加しないので、再始動時間の短縮や放電灯ランプ４や安定器へのストレスの低減と言った効果も得られる。
【００３０】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る放電灯点灯装置である電子バラストの回路図である。本実施形態は、上述した第１および第２の実施形態と後述する第４の実施形態の降圧チョッパ回路部２０と極性反転回路部２１を図中に示したようなフルブリッジ回路４２にて構成しているものである。
【００３１】
また、図５は、図４中のスイッチング素子４３〜４６のＯＮ／ＯＦＦ動作及びランプ電流を示したものである。以下、この回路について説明する。スイッチング素子４３と４６、４４と４５はそれぞれ図５に示すように対になって高周波スイッチングを繰り返す。つまり、上述した図１の回路におけるスイッチング素子７、１２〜１５を代用したものである。また、スイッチング素子４３と４６が高周波スイッチングしているサイクルにおいては、ＯＦＦ時インダクタンス９のエネルギーはダイオード４８と４９を介して電源に帰還される。
【００３２】
また、スイッチング素子４４と４５が、高周波スイッチングしているサイクルにおいては、ＯＦＦ時インダクタンス９のエネルギーはダイオード４７と５０を介して電源に帰還される。つまり、ダイオード４７〜５０は図２の回路におけるダイオード８を代用したものである。
【００３３】
以上の動作により、第１および第２の実施形態と同様な矩形波交流電力をランプに与えることができ、第１および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態は、スイッチング素子４３〜４６に、例えば、ＦＥＴのようなダイオード内蔵型の素子を用いれば、ダイオード４７〜５０はこのダイオードで兼用することができ、スイッチング素子とダイオードの使用数は４ヶと第１の実施形態の６ヶに対して減らすことができ、コストダウン、小型化という面で利点が出てくる。
【００３４】
なお、図６は、図４中のスイッチング素子４３〜４６の図５とは別なＯＮ／ＯＦＦ動作及びランプ電流を示したものであるが、このスイッチング素子４３〜４６の動作を図６のようにしても同様である。この場合の動作について以下説明する。
【００３５】
スイッチング素子４３は４６がＯＮの間、４５は４４がＯＮの間それぞれ図６に示すように高周波スイッチングを繰り返す。つまり、図１の回路におけるスイッチング素子７、１２〜１５を代用したものである。また、スイッチング素子４３が高周波スイッチングしているサイクルにおいては、ＯＦＦ時インダクタンス９のエネルギーはスイッチング素子４６とダイオード４８を介して、ブリッジの下側のループ内で消費される。また、スイッチング素子４５が高周波スイッチングしているサイクルにおいては、ＯＦＦ時インダクタンス９のエネルギーはスイッチング素子４４と５０を介して、ブリッジの下側のループ内で消費される。つまり、ダイオード４８、５０は図１の回路におけるダイオード８を代用したものである。このスイッチングモードの場合は、ダイオード４７、４９としては、不要となる。
【００３６】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る放電灯点灯装置である電子バラストの回路図である。本実施形態は、第１の実施形態の降圧チョッパ回路部２０と極性反転回路部２１を図中に示したようなハーフブリッジ回路５１にて構成したものである。また、図８は、図７中のスイッチング素子５２，５３のＯＮ／ＯＦＦ動作及びランプ電流を示したものである。以下、この回路について説明する。スイッチング素子５２、５３はそれぞれ図８に示すような高周波スイッチングを繰り返す。つまり、図２の回路におけるスイッチング素子７、１２〜１５を代用したものである。また、スイッチング素子５２が高周波スイッチングしているサイクルにおいては、ＯＦＦ時インダクタンス９のエネルギーはダイオード５５を介してコンデンサ６’に帰還される。また、スイッチング素子５３が高周波スイッチングしているサイクルにおいては、ＯＦＦ時インダクタンス９のエネルギーはダイオード５４を介してコンデンサ６に帰還される。つまり、ダイオード５４，５５は図２の回路におけるダイオード８を代用したものである。以上の動作により、第１の実施形態と同様な交流電流をランプに与えることができ、第１の実施形態と同様の制御を行なうことができる。本実施形態は、スイッチング素子５２，５３に例えばＦＥＴのようなダイオード内蔵型の素子を用いれば、ダイオード５４，５５はこのダイオードで兼用することができ、スイッチング素子とダイオードの使用数は２ヶと第１の実施形態の６ヶに対して減らすことができ、コストダウン、小型化という面で利点が出てくる。
【００３７】
（第５の実施形態）
図９は、本発明の第５の実施形態に係る放電灯点灯装置である電子バラストの回路図である。本実施形態は、第１の実施形態のイグナイタ回路部２２を図９中に示したような共振昇圧方式としたものである。また、図１０は、図９中のスイッチング素子１２〜１５のＯＮ／ＯＦＦ動作及びランプ電圧を示したものである。以下、この回路について説明する。無負荷時においては、スイッチング素子１２，１５とスイッチング素子１３，１４がそれぞれ対になって、図１０に示すような高周波スイッチングを繰り返す。この高周波スイッチングの周波数ｆ１は１００ｋ〜２００ｋＨｚであり、パルストランス１６の一次巻線Ｎ１によるインダクタＬ１とコンデンサ１７の共振周波数の近傍に設定される。つまり、パルストランス１６の一次巻線Ｎ１によるインダクタＬ１とコンデンサ１７にこれらの共振周波数と近似した高周波電圧を印可することにより、パルストランス１６の一次巻線Ｎ１に高圧の共振電圧を発生させることができる。この一次巻線に発生した高電圧を二次巻線Ｎ２にて昇圧し、他の実施形態と同様に、放電灯ランプ４に高電圧を印可することができる。
【００３８】
以上のような、イグナイタ回路部２２として共振昇圧方式を用いた本実施形態においても、パルストランス１６が放電灯ランプ４の点灯時に飽和もしくはインダクタ値が減少するようにすれば、第１ないし第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、この共振昇圧方式ではイグナイタ回路部２２が高圧パルス印可方式に比べて、かなり簡素化できるので、コストダウン、小型化という面で利点が出てくるものである。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る放電灯点灯装置によると、直流電源回路部とインバータ回路部を具備した電子部品などのものを用いた放電灯点灯装置において、イグナイタ回路部内のパルストランスの放電灯ランプと直列に接続されたインダクタを放電灯ランプの始動時より定格点灯時に減少、飽和させることにより、放電灯ランプ点灯時に同放電灯ランプ内のステムの振動を抑制し、同放電灯ランプからの騒音を低減することができるものである。
【００４０】
本発明の請求項２ないし請求項９に係る放電灯点灯装置によると、請求項１記載の場合に加えて、放電灯ランプ点灯時に同放電灯ランプ内のステムの振動をより一層確実に抑制し、同放電灯ランプからの騒音をより一層確実に低減することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る放電灯点灯装置である電子バラストの回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る放電灯点灯装置において、パルストランスを用いた時の、ランプ点灯時のランプ電流及びランプ電圧波形である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る放電灯点灯装置の要部のみを示した概略図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る放電灯点灯装置である電子バラストの回路図である。
【図５】図４中のスイッチング素子４３〜４６のＯＮ／ＯＦＦ動作及びランプ電流を示したものである。
【図６】図４中のスイッチング素子４３〜４６の図５とは別なＯＮ／ＯＦＦ動作及びランプ電流を示したものである。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る放電灯点灯装置である電子バラストの回路図である。
【図８】図７中のスイッチング素子５２，５３のＯＮ／ＯＦＦ動作及びランプ電流を示したものである。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る放電灯点灯装置である電子バラストの回路図である。
【図１０】図９中のスイッチング素子１２〜１５のＯＮ／ＯＦＦ動作及びランプ電圧を示したものである。
【図１１】一従来例に係る放電灯点灯装置である電子バラストのブロック図である。
【図１２】一従来例に係る放電灯点灯装置である電子バラストの回路図である。
【図１３】図１２中のスイッチング素子１２〜１５のＯＮ／ＯＦＦ動作及びランプ電圧を示したものである。
【図１４】一従来例に係る放電灯点灯装置において、イグナイタ回路部の動作を示した波形図である。
【図１５】一従来例に係る放電灯点灯装置に用いられる高圧放電灯を示した概略図である。
【図１６】一従来例に係る放電灯点灯装置において、パルストランスを用いた時の、ランプ点灯時のランプ電流及びランプ電圧波形である。
【符号の説明】
２　　直流電源回路部
３　　インバータ回路部
４　　放電灯ランプ
１６　パルストランス
２０　降圧チョッパ回路部
２１　極性反転回路部
２２　イグナイタ回路部
２８　コア
２９　ギャップ部
４２　フルブリッジ回路部
５１　ハーフブリッジ回路部

Claims

直流電源回路部から放電灯ランプに矩形波交流電力を供給するインバータ回路部を具備し、イグナイタ回路部にて始動時に高電圧を放電灯ランプに印加して同放電灯ランプを始動させるようにした放電灯点灯装置において、上記イグナイタ回路部には放電灯ランプと直列に接続されたインダクタ部を持つパルストランスが含まれており、このインダクタ部のインダクタ値が、放電灯ランプの定格点灯時に同放電灯ランプの始動時より小さくなることを特徴とする放電灯点灯装置。
上記インダクタ部が、上記放電灯ランプの定格点灯時に飽和することを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
上記パルストランスには少なくとも２つ以上のコアがあり、このコア間のギャップ部の長さが、放電灯ランプの定格点灯時に同放電灯ランプの始動時より大きくなることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
上記コア間のギャップ部に高温時に膨張する膨張素材を設けたことを特徴とする請求項３記載の放電灯点灯装置。
上記イグナイタ回路部が、高圧パルス印加方式であることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか記載の放電灯点灯装置。
上記イグナイタ回路部が、共振昇圧方式であることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか記載の放電灯点灯装置。
上記インバータ回路部が、降圧チョッパ回路部とフルブリッジ構成の極性反転回路部とから構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項６いずれか記載の放電灯点灯装置。
上記インバータ回路部が、フルブリッジ回路部で構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項６いずれか記載の放電灯点灯装置。
上記インバータ回路部が、ハーフブリッジ回路部で構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電灯点灯装置。