JP2004119032A - Discharge lamp lighting device and lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、放電ランプを高周波点灯する放電ランプ点灯装置および照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、放電ランプ点灯装置は、LC共振型のインバータ回路を備え、放電ランプの始動時にはインバータ回路は高い周波数で発振を開始し、徐々に周波数を下げてLC共振回路の共振周波数に近づける。これにより、インバータ回路の二次電圧が上昇し、二次電圧が放電ランプの始動電圧に達すると放電ランプが放電開始して点灯する。一旦、放電ランプが点灯した後はインバータ回路の周波数をさらに低下させ、安定点灯周波数(点灯時の周波数)で放電ランプを連続点灯する。
【0003】
高圧放電ランプの場合はグロー放電からアーク放電に転移して放電を開始する特性を有することから、アーク放電転移のために所定時間、高い二次電圧を印加する必要がある。そこで、インバータ回路の前段に設けられた昇圧回路は、高圧放電ランプの始動時には、点灯時よりも高い出力電圧値に制御することで、インバータ回路が高い二次電圧を発生しているときでもストレスを低く抑えている(特許文献1参照)。
【0004】
一方、放電ランプ点灯装置の電源電圧にサージ電圧が重畳されると、スイッチ素子に過電圧が現れるので、サージ電圧が印加されたときでもスイッチ素子が破壊しないような対策が必要となる。昇圧回路を有した放電ランプ点灯装置の場合には、ダイオードを介して平滑コンデンサがスイッチ素子と並列に接続されていることからサージ電圧の吸収に役立つが、昇降圧回路を用いた放電ランプ点灯装置の場合には、平滑コンデンサがスイッチ素子と並列に接続されないことからサージ電圧の吸収に役立たない。従って、昇降圧回路を用いた放電ランプ点灯装置の場合には、昇降圧回路のスイッチ素子を高耐電圧スイッチ素子としておくことが必要となる。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−58284号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高耐圧のスイッチ素子はオン抵抗が大きくスイッチングロスが大きいので回路効率の悪化を招く。また、サージ吸収素子(バリスタ)等を追加すると、回路のサイズアップやコストアップを招く。
【0007】
本発明の目的は、サージ電圧印加時においてもスイッチ素子に現れる電圧を低くすることができる昇降圧回路を有した放電ランプ点灯装置および照明装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る放電ランプ点灯装置は、交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と;前記整流回路で得られた直流電圧を昇降圧する昇降圧回路と;前記昇降圧回路で昇降圧された電圧に基づき共振回路を介して放電ランプに高周波電力を供給するインバータ回路と;前記整流回路の出力端に並列に接続され、前記昇降圧回路に使用される平滑コンデンサの容量に対して1%以上の容量に設定されたコンデンサと;を備えたことを特徴とする。
【0009】
本発明および以下の発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は以下による。
【0010】
整流回路は、例えばダイオードブリッジの整流器で構成され、商用の交流電圧を直流電圧に変換するものである。昇降圧回路は整流回路で得られた直流電圧を昇降圧するものであり、昇降圧チョッパ回路で構成される。昇降圧回路の入力段には整流器に並列接続されたコンデンサを有し、出力段にはインバータ回路に並列接続された平滑コンデンサを有する。整流器の出力端に接続されたコンデンサは高周波をバイパスさせると共に印加されるサージ電圧を吸収する。コンデンサの容量は、平滑コンデンサの容量に対して1%以上の容量に設定される。これにより、サージ電圧が印加されたときにスイッチ素子を破壊しない電圧に抑制する。
【0011】
インバータ回路は、昇降圧回路で得られた直流電圧に基づき共振回路を介して放電ランプに高周波電力を供給するものであり、例えば2個のスイッチ素子を有し、整流回路からの直流電圧を入力として2個のスイッチ素子を交互にオンオフ制御して出力側に高周波電圧を出力するハーフブリッジ型で構成され、インバータ回路の出力側に接続された放電ランプに共振回路を介して高周波電力を供給する。
【0012】
放電ランプは、水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプなどを示し、また、発光管にアルミナ管を用いたセラミック放電ランプも含む。共振回路はインダクタおよびコンデンサで構成され、インバータ回路から入力される高周波電圧の周波数に応じて、共振回路の共振周波数付近で高電圧を発生させる。
【0013】
本発明によれば、整流器の出力端に並列接続されたコンデンサの容量を昇降圧回路に使用される平滑コンデンサの容量に対して1%以上の容量に設定したので、サージ電圧が印加された場合であってもスイッチ素子に印加される電圧を低く抑制できる。
【0014】
請求項2の発明に係る照明装置は、請求項1の放電ランプ点灯装置と;前記放電ランプ点灯装置で点灯される放電ランプが装着される器具本体と;を備えたことを特徴とする。本発明によれば、請求項1の効果を有する照明装置が得られる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る放電ランプ点灯装置の説明図であり、図1(a)はブロック構成図、図1(b)は整流回路および昇降圧回路部分の回路図である。
【0016】
図1(a)に示すように、商用の交流電源1からの電源電圧はノイズフィルタ回路2に入力された後、整流回路3に入力される。整流回路3はダイオードブリッジの整流器で構成され、交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路で得られた直流電圧は昇降圧回路4に入力され、直流電圧の昇降圧が行われる。昇降圧回路4の出力電圧をDC270Vとすれば、昇降圧回路4はAC100V時には昇圧動作し、AC240V時には降圧動作となり、AC100V〜240Vの範囲に渡りインバータ回路6に一定の直流電圧を供給することができる。
【0017】
昇降圧回路4で昇降圧された直流電圧はインバータ回路6に入力され、インバータ回路6のスイッチ素子のオンオフにより高周波電圧に変換されて放電ランプ5に共振回路7を介して高周波電力を供給する。インバータ回路6は2個のスイッチ素子を有し、整流回路4からの直流電圧を入力として2個のスイッチ素子を交互にオンオフ制御して出力側に高周波電圧を出力するハーフブリッジ型で構成される。また、共振回路7はインダクタおよびコンデンサで構成され、放電ランプ5の始動時において、インバータ回路6から入力される高周波電圧の周波数に応じて、共振回路7の共振周波数付近で高電圧を発生させ放電ランプ5を点灯させる。
【0018】
図1(b)に示すように、整流回路3は4個のダイオードD1〜D4でブリッジ接続され、整流回路3の出力端にコンデンサC1が並列接続されている。昇降圧回路4は、インダクタL、ダイオードD5、スイッチ素子FETを有し、ゲート制御部8によりスイッチ素子FETがオン時間制御(duty制御)される。昇降圧回路4の出力段には平滑コンデンサC2がインバータ回路6と並列に接続されている。
【0019】
ここで、コンデンサC1の容量は、サージ電圧が印加されたときに昇降圧回路4のスイッチ素子FETを破壊しない電圧となるように設定される。以下、コンデンサC1の容量の選定について説明する。
【0020】
通常、35W以下の放電ランプ5を負荷とした場合、昇降圧回路4の平滑コンデンサC2の容量は22μF程度以下のものが選定され、小型化のためには22μFより小さい容量のコンデンサが設定される。一方、35W以上の放電ランプ5では、昇降圧回路4の平滑コンデンサC2の容量は22μF以上のコンデンサが選ばれる。そして、35W以上の放電ランプ5を負荷とする放電ランプ点灯装置では、高調波規制が行われている。そこで、平滑コンデンサC2の容量を22μFとし、コンデンサC1の容量を変化させた場合について検討する。
【0021】
図2は、平滑コンデンサC2の容量を22μFとしコンデンサC1の容量を変化させた場合の昇降圧回路4の1.2μs/48μs、6kV電圧サージ印加時の昇降圧回路4のスイッチ素子FETの両端電圧V1と、コンデンサC1の容量と平滑コンデンサC2の容量との容量比C1/C2との特性図である。図2から分かるように、容量比C1/C2が大きくなるほど、つまり、コンデンサC1の容量が平滑コンデンサC2の容量に近づくほどスイッチ素子FETの両端電圧V1にかかる電圧が小さくなることが分かる。
【0022】
図3は、コンデンサC1の容量と平滑コンデンサC2の容量との容量比C1/C2を変化させた場合の放電ランプ点灯装置の入力電流Iの波形図である。S1はコンデンサC1の容量が10μF(C1/C2=45%)のときの入力電流Iの波形、S2はコンデンサC1の容量が2.2μF(C1/C2=10%)のときの入力電流Iの波形、S3はコンデンサC1の容量が0.1μF(C1/C2=0.45%)のときの入力電流Iの波形である。図3から分かるように、コンデンサC1の容量が0.1μF(C1/C2=0.45%)や2.2μF(C1/C2=10%)のときは入力電流Iの波形は良好であり、高調波規格を満足するが、コンデンサC1の容量が10μF(C1/C2=45%)のときは入力電流Iの波形はかなり歪みを伴っている。
【0023】
以上のことから、放電ランプ5が35W以下である場合には、高調波規制がないので、スイッチ素子FETの耐電圧を考慮に入れ、コンデンサC1の容量は、平滑コンデンサC2の容量に対して、容量比C1/C2が1%以上となる容量に選定する。これにより、サージ電圧の印加時に昇降圧回路4のスイッチ素子FETの電圧を耐圧以下に抑制できる。
【0024】
一方、放電ランプ5が35W以上である場合には、高調波規制があるので、スイッチ素子FETの耐電圧および高調波を考慮に入れて、コンデンサC1の容量は、平滑コンデンサC2の容量に対して、容量比C1/C2が1%〜10%となる容量に選定する。これにより、サージ電圧の印加時に昇降圧回路4のスイッチ素子FETに印加される電圧を耐圧以下に抑制できると共に、入力電流波形は略正弦波状となるので高調波の抑制もできる。
【0025】
図4は本発明の第2の実施の形態に係る照明装置の説明図である。図4では放電ランプ5が高圧放電ランプである場合を示している。第1の実施の形態の放電ランプ点灯装置9は、放電ランプ5が装着される器具本体10と共に照明装置を構成する。図4に示すように、放電ランプ5は器具本体10のソケット11に装着され、放電ランプ点灯装置9により点灯される。点灯した放電ランプ5からの光は、前面側の反射板12で反射され前面ガラス13を介して出光される。この第2の実施の形態の照明装置によれば、第1の実施の形態における放電ランプ点灯装置9の効果を有する照明装置が得られる。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項1の発明によれば、昇降圧回路のスイッチ素子の耐圧を高くする必要がないので小型の部品を使用できると共に回路効率を良好にできる。また、特別な追加部品などないので、コストアップも少ない。また、請求項2の発明によれば、請求項1の効果を有する照明装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る放電ランプ点灯装置の説明図。
【図2】平滑コンデンサC2の容量を22μFとしコンデンサC1の容量を変化させた場合の昇降圧回路4の1.2μs/48μs、6kV電圧サージ印加時の昇降圧回路4のスイッチ素子FETの両端電圧V1と、コンデンサC1の容量と平滑コンデンサC2の容量との容量比C1/C2との特性図。
【図3】コンデンサC1の容量と平滑コンデンサC2の容量との容量比C1/C2を変化させた場合の放電ランプ点灯装置の入力電流Iの波形図。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る照明装置の説明図。
【符号の説明】1…交流電源、2…ノイズフィルタ回路、3…整流回路、4…昇降圧回路、5…放電ランプ、6…インバータ回路、7…共振回路、8…ゲート制御部、9…放電ランプ点灯装置、10…器具本体、11…ソケット、12…反射板、13…前面ガラス[0001]
BACKGROUND OF THE
[0002]
2. Description of the Related Art In general, a discharge lamp lighting device includes an LC resonance type inverter circuit. When the discharge lamp is started, the inverter circuit starts oscillating at a high frequency, and gradually lowers the frequency so that the resonance frequency of the LC resonance circuit is reduced. Approach. Thereby, the secondary voltage of the inverter circuit increases, and when the secondary voltage reaches the starting voltage of the discharge lamp, the discharge lamp starts discharging and lights up. Once the discharge lamp is lit, the frequency of the inverter circuit is further reduced, and the discharge lamp is continuously lit at a stable lighting frequency (frequency at lighting).
[0003]
In the case of a high-pressure discharge lamp, a transition from a glow discharge to an arc discharge is started, so that a high secondary voltage needs to be applied for a predetermined time for the arc discharge transition. Therefore, the booster circuit provided before the inverter circuit controls the output voltage value at the start of the high-pressure discharge lamp to a higher output voltage value than at the time of lighting, so that even when the inverter circuit generates a high secondary voltage, Is kept low (see Patent Document 1).
[0004]
On the other hand, when a surge voltage is superimposed on the power supply voltage of the discharge lamp lighting device, an overvoltage appears on the switch element. Therefore, it is necessary to take measures to prevent the switch element from being destroyed even when the surge voltage is applied. In the case of a discharge lamp lighting device having a booster circuit, a smoothing capacitor is connected in parallel with a switch element via a diode to help absorb surge voltage, but a discharge lamp lighting device using a step-up / down circuit In the case of (1), since the smoothing capacitor is not connected in parallel with the switch element, it does not help to absorb the surge voltage. Therefore, in the case of a discharge lamp lighting device using a step-up / step-down circuit, the switch element of the step-up / step-down circuit needs to be a high withstand voltage switch element.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-58284 A
However, a switch element having a high withstand voltage has a large on-resistance and a large switching loss, so that the circuit efficiency is deteriorated. Further, the addition of a surge absorbing element (varistor) or the like causes an increase in circuit size and cost.
[0007]
An object of the present invention is to provide a discharge lamp lighting device and a lighting device having a step-up / step-down circuit capable of reducing a voltage appearing at a switch element even when a surge voltage is applied.
[0008]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a discharge lamp lighting apparatus comprising: a rectifier circuit for converting an AC voltage into a DC voltage; and a buck-boost circuit for raising and lowering the DC voltage obtained by the rectifier circuit. An inverter circuit for supplying high-frequency power to the discharge lamp through a resonance circuit based on the voltage stepped up and down by the step-up / step-down circuit; and an inverter connected in parallel to an output terminal of the rectifier circuit and used for the step-up / step-down circuit. A capacitor set to a capacity of 1% or more with respect to the capacity of the smoothing capacitor.
[0009]
In the present invention and the following inventions, definitions and technical meanings of terms are as follows unless otherwise specified.
[0010]
The rectifier circuit is composed of, for example, a rectifier of a diode bridge, and converts a commercial AC voltage into a DC voltage. The step-up / step-down circuit is for stepping up / down the DC voltage obtained by the rectifier circuit, and is constituted by a step-up / step-down chopper circuit. The input stage of the buck-boost circuit has a capacitor connected in parallel to the rectifier, and the output stage has a smoothing capacitor connected in parallel to the inverter circuit. A capacitor connected to the output terminal of the rectifier bypasses high frequencies and absorbs applied surge voltage. The capacity of the capacitor is set to 1% or more of the capacity of the smoothing capacitor. This suppresses the switching element to a voltage that does not destroy the switching element when a surge voltage is applied.
[0011]
The inverter circuit supplies high-frequency power to the discharge lamp via a resonance circuit based on the DC voltage obtained by the step-up / step-down circuit, and has, for example, two switch elements, and receives a DC voltage from a rectifier circuit. A half-bridge type that alternately turns on and off two switch elements to output a high-frequency voltage to the output side, and supplies high-frequency power to a discharge lamp connected to the output side of the inverter circuit via a resonance circuit .
[0012]
The discharge lamp includes a mercury lamp, a metal halide lamp, a high-pressure sodium lamp and the like, and also includes a ceramic discharge lamp using an alumina tube as an arc tube. The resonance circuit includes an inductor and a capacitor, and generates a high voltage near the resonance frequency of the resonance circuit according to the frequency of the high frequency voltage input from the inverter circuit.
[0013]
According to the present invention, since the capacity of the capacitor connected in parallel to the output terminal of the rectifier is set to 1% or more of the capacity of the smoothing capacitor used in the step-up / step-down circuit, when a surge voltage is applied. Even in this case, the voltage applied to the switch element can be suppressed low.
[0014]
A lighting device according to a second aspect of the present invention is characterized by comprising: the discharge lamp lighting device according to the first aspect; and a fixture main body to which a discharge lamp to be lighted by the discharge lamp lighting device is mounted. According to the present invention, a lighting device having the effect of
[0015]
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is an explanatory view of a discharge lamp lighting device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a block diagram, and FIG. 1 (b) is a circuit diagram of a rectifier circuit and a step-up / step-down circuit portion. It is.
[0016]
As shown in FIG. 1A, a power supply voltage from a commercial
[0017]
The DC voltage stepped up / down by the step-up / step-down
[0018]
As shown in FIG. 1B, the
[0019]
Here, the capacitance of the capacitor C1 is set so as to be a voltage that does not destroy the switch element FET of the step-up / step-down
[0020]
Normally, when a
[0021]
FIG. 2 shows the voltage across the switch element FET of the step-up / step-down
[0022]
FIG. 3 is a waveform diagram of the input current I of the discharge lamp lighting device when the capacitance ratio C1 / C2 between the capacitance of the capacitor C1 and the capacitance of the smoothing capacitor C2 is changed. S1 is the waveform of the input current I when the capacitance of the capacitor C1 is 10 μF (C1 / C2 = 45%), and S2 is the waveform of the input current I when the capacitance of the capacitor C1 is 2.2 μF (C1 / C2 = 10%). A waveform S3 is a waveform of the input current I when the capacitance of the capacitor C1 is 0.1 μF (C1 / C2 = 0.45%). As can be seen from FIG. 3, when the capacitance of the capacitor C1 is 0.1 μF (C1 / C2 = 0.45%) or 2.2 μF (C1 / C2 = 10%), the waveform of the input current I is good. Although satisfying the harmonic specification, when the capacitance of the capacitor C1 is 10 μF (C1 / C2 = 45%), the waveform of the input current I is considerably accompanied by distortion.
[0023]
From the above, when the
[0024]
On the other hand, when the
[0025]
FIG. 4 is an explanatory diagram of a lighting device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a case where the
[0026]
As described above, according to the first aspect of the present invention, it is not necessary to increase the withstand voltage of the switch element of the step-up / step-down circuit, so that small components can be used and the circuit efficiency can be improved. it can. Also, since there are no special additional parts, cost increase is small. Further, according to the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a discharge lamp lighting device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows the voltage across the switch element FET of the step-up / step-down
FIG. 3 is a waveform diagram of the input current I of the discharge lamp lighting device when the capacitance ratio C1 / C2 between the capacitance of the capacitor C1 and the capacitance of the smoothing capacitor C2 is changed.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a lighting device according to a second embodiment of the present invention.
[Description of Signs] 1 ... AC power supply, 2 ... Noise filter circuit, 3 ... Rectifier circuit, 4 ... Step-up / step-down circuit, 5 ... Discharge lamp, 6 ... Inverter circuit, 7 ... Resonant circuit, 8 ... Gate control unit, 9 ... Discharge lamp lighting device, 10: appliance body, 11: socket, 12: reflector, 13: front glass
Claims (2)
前記整流回路で得られた直流電圧を昇降圧する昇降圧回路と;
前記昇降圧回路で昇降圧された電圧に基づき共振回路を介して放電ランプに高周波電力を供給するインバータ回路と;
前記整流回路の出力端に並列に接続され、前記昇降圧チョッパに使用される平滑コンデンサの容量に対して1%以上の容量に設定されたコンデンサと;
を備えたことを特徴とする放電ランプ点灯装置。A rectifier circuit for converting an AC voltage to a DC voltage;
A buck-boost circuit for buck-boost the DC voltage obtained by the rectifier circuit;
An inverter circuit for supplying high-frequency power to the discharge lamp via a resonance circuit based on the voltage stepped up and down by the step-up / step-down circuit;
A capacitor connected in parallel to an output terminal of the rectifier circuit and having a capacitance set to 1% or more of a capacitance of a smoothing capacitor used in the buck-boost chopper;
A discharge lamp lighting device comprising:
前記放電ランプ点灯装置で点灯される放電ランプが装着される器具本体と;
を備えたことを特徴とする照明装置。A discharge lamp lighting device according to claim 1;
An appliance body on which a discharge lamp to be lit by the discharge lamp lighting device is mounted;
A lighting device comprising:
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