JP2004127656A

JP2004127656A - ランプ点灯装置

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Publication number: JP2004127656A
Application number: JP2002288693A
Authority: JP
Inventors: Masaoki Sekine; 関根　正興; Kazuo Yamamoto; 山本　和男
Original assignee: Origin Electric Co Ltd
Current assignee: Origin Electric Co Ltd
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: JP4129948B2

Abstract

【課題】ランプ点灯回路における共振回路の構成部品の値が多少バラついても、インバータ回路の出力電圧の周波数と共振回路の共振周波数とを自動的に同期させることができ、調整時間を短縮することができ、したがって、コストダウンすることができるランプ点灯装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】ランプ点灯装置を構成するインバータ回路の出力電圧の周波数を、共振回路の共振周波数よりも低い周波数で起動し、その後に、上記出力電圧の周波数を次第に高くし、共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上になったときにおける上記出力電圧の周波数で、インバータ回路の出力電圧の周波数を固定するランプ点灯装置である。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタルハライドランプや超高圧水銀灯のようなアーク放電を利用したランプの点灯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メタルハライドランプや超高圧水銀灯のように、アーク放電を利用したランプの点灯装置には、アーク放電を持続させるために、点灯したときの電流を、定常時よりも多く流し、また、点灯直後に、直流化する方法が採用されている。
【０００３】
しかし、上記のように、点灯時の電流を定常時よりも多く流し、また、点灯直後に、直流化するので、ランプ電極のストレスが大きく、電極の片減りが生じ、ランプ長寿命化の妨げになるという欠点がある。
【０００４】
この欠点を解消するために、最近では、ランプ点灯時の電流を減らすことを目的として、同一極性での電流時間積を抑制する等の対策を実行し、具体的には、高周波で点灯させる方法が採用されている。
【０００５】
一方、ランプ電極間をブレークタダウンさせるための高圧パルスを発生させるイグナイタトランスを小型化するために、上記イグナイタトランスの１次電圧を上げるようになって来た。このため、共振回路で振動させ、入力電圧よりも高くした電圧を、イグナイタトランスの１次電圧に印加する方法は有効である。
【０００６】
図９は、従来のランプ点灯回路５００を示す回路図である。
【０００７】
従来のランプ点灯回路５００は、コンバータ回路１と、インバータ回路２と、共振回路３と、イグナイタ回路４と、制御回路６と、ランプＬＰとを有する。
【０００８】
共振回路３は、共振用インダクタンスＬｒと、共振用コンデンサＣｒとを有する。
【０００９】
図１０は、上記従来例において、共振回路３の出力電圧の周波数と、その出力電圧の振幅との関係を示す図である。
【００１０】
図１０に示すように、共振回路３の共振周波数が、図９に示すインバータ回路２の出力周波数と一致すると、共振回路３の出力電圧の振幅が最大になる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例においては、共振回路３を構成する共振用インダクタンスＬｒの値のバラツキと、共振用コンデンサＣｒの値のバラツキとに応じて、共振回路３の出力電圧の共振周波数がバラつく。
【００１２】
上記従来例では、インバータ回路２の周波数を決定する不図示の発振回路に、可変抵抗器ＲＶをいれ、共振回路３の共振周波数に一致するように、上記可変抵抗器の値を調整している。
【００１３】
共振周波数に一致させるために調整する場合、共振回路３の出力電圧の波形をオシロスコープで、人が監視し、振幅が所定値以上になるように、上記可変抵抗器の値を調整するので、この調整を機械化することが難しく、調整時間が比較的長く、つまり、ランプ点灯装置のコストアップ要因になるという問題がある。
【００１４】
また、上記従来例では、経年変化や温度変化によって、回路中のコンデンサＣｒの容量が変化した場合、上記共振周波数が変化し、共振回路３の振幅が不充分になるという問題もある。
【００１５】
本発明は、ランプ点灯回路における共振回路の構成部品の値が多少バラついても、インバータ回路の出力電圧の周波数と共振回路の共振周波数とを自動的に同期させることができ、調整時間を短縮することができ、したがって、コストダウンすることができるランプ点灯装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、ランプ点灯装置を構成するインバータ回路の出力電圧の周波数を、共振回路の共振周波数よりも低い周波数で起動し、その後に、上記出力電圧の周波数を次第に高くし、共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上になったときにおける上記出力電圧の周波数に、インバータ回路の出力電圧の周波数を固定するランプ点灯装置である。
【００１７】
第２の発明は、イグナイタ電圧が発生するときに、このときの周波数に出力電圧の周波数を固定する制御手段を有するランプ点灯装置である。
【００１８】
第３の発明は、インバータ回路の起動後の所定時間内に上記イグナイタ電圧が発生したにもかかわらずランプが点灯しないときは、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、段階的に高くし、その後に、所定の増加率で上昇させ、再度、上記イグナイタ電圧が発生したときの周波数に固定する制御手段を有するランプ点灯装置である。
【００１９】
第４の発明は、インバータ回路が起動してから予め定めた周波数の上限値で、上記イグナイタ電圧が発生しない場合には、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、予め決められた初期周波数まで降下させ、しかる後に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、予め決めた条件で制御する制御手段を有するランプ点灯装置である。
【００２０】
第５の発明は、インバータ回路が起動してから予め定めた周波数の上限値に達するまで所定の増加率で上昇させ、このときに上記イグナイタ電圧が発生しない場合には、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、上記所定の増加率と同等の低下率で上記周波数まで降下させ、その降下の過程で、上記イグナイタ電圧が発生したときには、その発生したときの周波数、またはそのときの周波数よりも２％から６％低い周波数に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を設定し、または、上記周波数の下降の過程で、上記イグナイタ電圧の発生が検出されない場合には、再度、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を上記上限値まで上げ、この動作を上記イグナイタ電圧が発生するまで、または予め決めた最大時間まで行う制御手段を有するランプ点灯装置である。
【００２１】
【発明の実施の形態および実施例】
図１は、本発明の第１の一実施例であるランプ点灯装置１００を示す回路図である。
【００２２】
ランプ点灯装置１００は、コンバータ回路１０と、インバータ回路２０と、共振回路３０と、イグナイタ回路４０と、共振振幅検出回路５０と、制御回路６０とを有する。
【００２３】
コンバータ回路１０は、ＤＣ３５０〜４００Ｖ程度の直流電圧を、それよりも低い定電力直流電圧に変換する降圧チョッパ回路であり、スイッチＱ１と、インダクタンスＬｆと、コンデンサＣ２と、ダイオードＤ１とを有する。
【００２４】
インバータ回路２０は、直流電圧を切り替えるＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴのようなスイッチ素子Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５と、ダイオードＤ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５とを有する。
【００２５】
共振回路３０は、インダクタンスＬｒと、コンデンサＣｒとを有する。
【００２６】
イグナイタ回路４０は、ダイオードＤ６と、抵抗Ｒ１と、コンデンサＣｉと、イグナイタトランスＴと、スイッチ素子ＳＷとを有する。
【００２７】
共振振幅検出回路５０は、共振回路３０の出力電圧を整流するダイオードＤ１１と、整流された電圧を分割する抵抗Ｒ１１、Ｒ１２と、この分圧された電圧を平滑するコンデンサＣｉとを有する。
【００２８】
この実施例の制御回路６０は、インバータ回路２０の出力電圧の周波数を、共振回路２０の共振周波数の１／Ｎ倍よりも低い周波数で起動した後に、上記出力電圧の周波数を次第に高くし、上記共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上になったときにおける上記出力電圧の周波数で、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を固定する回路であり、ＣＰＵ等からなる。
【００２９】
次に、上記実施例の動作について説明する。
【００３０】
基本的には、コンバータ回路１０である降圧チョッパ回路の出力電圧を、インバータ回路２０で交流電圧に変換し、インバータ回路２０が出力する周波数のＮ倍となる共振周波数をもつＬＣ共振回路３０の電圧を整流し、イグナイタトランスＴの１次側へ供給し、イグナイタ回路４０がイグナイタトランス２次側に高電圧を発生させる。
【００３１】
そして、ＬＣ共振回路３０の出力側に、イグナイタトランスＴの２次巻線が直列に接続され、イグナイタ回路４０の出力端子に、ＨＩＤランプやＵＨＰランプ等のランプＬＰが接続されている。
【００３２】
インバータ回路２０の出力電圧の周波数のＮ倍と、ＬＣ共振回路３０の共振周波数とが一致すると、ＬＣ共振回路３０の出力電圧は大きく振動する。
【００３３】
図２は、ランプ点灯回路１００の動作を示すフローチャートである。
【００３４】
まず、共振回路３０の駆動を開始し（Ｓ１）、共振回路３０の振動電圧を、ダイオードＤ１１が整流し、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２が整流された電圧を分割し、コンデンサＣ１１が抵抗Ｒ１２の両端電圧を平滑し、このコンデンサＣ１１の両端電圧に基づいて、共振回路３０の振動電圧を検出する。この検出された電圧に基づいて、共振回路３０の振動電圧を監視する。
【００３５】
共振回路３０の振動電圧の振幅が所定レベル以上であり（Ｓ２）、設定時間が経過していなければ（Ｓ３）、インバータ回路２０の出力電圧の周波数を、大幅に高くする（Ｓ４）。このときの周波数が周波数設定値の上限でなければ（Ｓ５）、たとえば１クロック分、周波数を高くし（Ｓ６）、遅延時間処理を実行し、つまり、１ルーチンの時間を調整し（Ｓ７）、設定時間が経過していなければ（Ｓ８）、ステップＳ２に戻る。
【００３６】
ステップＳ２において、振幅が所定レベルに満たない場合、ステップＳ５にジャンプする。ステップＳ５において、周波数が設定上限値であれば、ステップＳ７にジャンプする。
【００３７】
ステップＳ３において、設定時間が経過していれば、そのときの周波数を固定し（Ｓ９）、ランプＬＰの定常点灯処理を実行する（出力電圧の周波数を高周波から低周波に変え、ランプの点灯、不点灯を確認して所定の処理を行う。）（Ｓ１０）。また、ステップＳ８において、設定時間が経過していれば、処理を停止する。
【００３８】
ステップＳ２において、振動電圧が所定値以上になれば、共振点に入ったと判断し、そのときにおける周波数で、インバータ回路２０の出力電圧の周波数を固定するか、または検出した周波数よりも若干高い周波数に固定し、この状態で、ランプ点灯回路１００を運転する。
【００３９】
なお、共振回路３０の出力電圧の振幅の周波数特性は、図１０に示すように、共振周波数でピークになり、周波数を次第に高くしながら共振振幅を検出する過程で、振動が最大になったと思われる時点で、周波数を固定すると、上記振幅が充分でない場合があると想定される。したがって、検出した周波数よりも若干高い周波数で固定する。
【００４０】
また、ランプ点灯回路１００を起動してから周波数を固定するまでの時間が短いと（周波数を急激に変化させると）、共振点を超えるおそれがあり、逆に、ランプ点灯回路１００を起動してから周波数を固定するまでの時間が長く、遅すぎると（周波数を余りにもゆっくりと変化させると）、点灯までの時間がかかり過ぎ、使用者をいらだたせる可能性がある。
【００４１】
このため、ランプ点灯回路１００を起動してから周波数を固定するまでの最適な時間は、ほぼ０．３秒以内にし、実用上許容されるのは、０．５秒以内である（Ｓ３、Ｓ８）。振幅が充分でなくても、所定の設定時間が経過すれば（Ｓ３）、周波数を固定し（Ｓ９）、ランプ定常点灯処理を実行する（Ｓ１０）。
【００４２】
ランプＬＰの点灯性が優れていれば、ランプ電圧が低くても１発のイグナイタ電圧でランプ電極間がブレークダウンして点灯する場合があり、通常のランプＬＰは、点灯するためには、少なくとも数パルスを必要とする。
【００４３】
共振回路３０の出力電圧の振動が大きくなり、ダイオードＤ６と、抵抗Ｒ１と、コンデンサＣｉとからなる整流回路の両端電圧が、スイッチ素子ＳＷの放電ギャップ電圧以上になると、スイッチ素子ＳＷがオンしてイグナイタ電圧が発生する。点灯性が優れているランプＬＰである場合、これで点灯することがある。点灯すると、負荷インピーダンスが低下し、共振回路３０は、振動しなくなり、振動が検出できない。
【００４４】
振動が検出できないと、いつまでも周波数を上げることになるので、周波数変化に上限を設け、点灯に影響がでないようにする。
【００４５】
また、共振回路３０の振幅が大きくなったことを検出する前に、ランプＬＰが点灯したら、予め定めた周波数に固定し、運転を継続させることも、安定に点灯させる手段である。
【００４６】
共振回路３０の振動電圧の振幅が大きくなり、この振幅が所定の値以上になり、スイッチ素子ＳＷがオンするとき、イグナイタ回路４０のコンデンサＣｉの電荷は放電され、その端子電圧は急激に低下する。コンデンサＣｉの電圧の急低下を共振振幅検出回路５０で検出することによって、共振周波数に同調したと判断し、周波数を固定する。
【００４７】
または、このときの周波数よりも若干周波数を上げて運転することによって、共振回路３０の共振周波数と、インバータ回路２０の出力電圧の周波数のＮ倍とを一致させることができる。
【００４８】
図３は、上記実施例における電圧波形を示す図である。
【００４９】
図３（１）は、上記実施例において、インバータ回路２０の出力電圧の周波数の７倍の共振周波数を持つ共振回路３０の出力電圧の振動電圧を示す図である。
【００５０】
共振回路３０の出力電圧の周波数が、インバータ回路２０の出力電圧の周波数の奇数倍である場合、共振現象が現れる。共振回路３０の抵抗分が少ない程、振幅が大きくなり、この振動した電圧を、ランプＬＰに印加するとともに、整流し、イグナイタトランスＴに供給する。
【００５１】
図３（２）は、上記実施例において、共振の最大の部分に着目した図である。
【００５２】
以下の説明では、最大の振幅を示す部分の電圧に着目して行う。
【００５３】
振動電圧は、ランプＬＰを点灯させるために必要な電圧（３５０Ｖ）以上であるとし、ピーク電圧を、５００〜８００Ｖ程度に設定する。
【００５４】
振動電圧を整流し、整流電圧が、スイッチ素子ＳＷのブレークダウン電圧よりも高くなると、そのギャップが短絡し、イグナイタトランスＴの１次巻線に電流が流れ、イグナイタトランスＴの２次側に高電圧のイグナイタ電圧が発生し、ランプＬＰの電極間をブレークダウンさせ、ランプＬＰを点灯させる。
【００５５】
なお、制御回路６０は、ランプＬＰに定電力を供給し、ランプＬＰの点灯時には、電流制限をする等の機能を有するが、本実施例の対象外であるので、その説明を省略する。
【００５６】
共振回路３０の共振周波数ｆは、次式で表される。
【００５７】
ｆ＝１／２π√（ＬＣ）
なお、Ｌは、共振回路３０のインダクタンスＬｒの値であり、Ｃは、コンデンサＣｒの値である。インダクタンスＬｒ、コンデンサＣｒを製造する場合、目標値に対して誤差が生じ、同じ特性のものであっても、誤差範囲が狭いほど高価である。全体の価格を下げるためには、誤差範囲の広いインダクタンスＬｒ、容量Ｃｒを使用することができるようにすることが一般的である。
【００５８】
一方、インバータ回路２０の出力電圧の周波数が、共振回路３０の共振周波数からずれる程、共振回路３０の出力電圧の振幅が小さくなる。許容される周波数の幅は、ほぼ−１０％〜＋５％である。
【００５９】
コンデンサの静電容量は、±１０％品が一般に多く使用され、価格と入手性がよい。一方、リアクトルのインダクタンス値は、安価に大量生産するには±１５％が経済性から限界である。
【００６０】
図４、図５は、インバータ回路２０の出力電圧の周波数を変えた場合における共振回路３０の出力電圧の振幅を示す図である。
【００６１】
図４、図５に示すように、共振周波数を許容範囲に入れることは、難しい。そこで、部品の誤差から計算される最も低い共振周波数よりも若干低い周波数の電圧を、インバータ回路２０が出力するように動作させ，その出力電圧の周波数を次第に高くする。共振点の約−１０％程度から、共振回路３０の出力電圧の振幅が大きくなり始め、この振動電圧を検出し、共振の範囲に入ったと判断すれば、このときの周波数で、インバータ回路２０の動作周波数を固定する。
【００６２】
なお、−１０％程度から許容されるが、検出精度を考慮し、動作の余裕を考慮すると、検出したときの周波数よりも、数％（２〜６％）程度高い周波数で固定すると、共振点により近くなる。
【００６３】
つまり、制御回路６０は、マイコン等で構成され、インバータ回路２０の出力電圧の周波数を、共振回路３０の共振周波数の１／Ｎ倍よりも低い周波数で起動した後に、上記出力電圧の周波数を次第に上昇させ、共振回路３０の振幅が所定値以上になったときにおける上記出力電圧の周波数で、インバータ回路２０の出力電圧の周波数を固定する制御手段の例である。
【００６４】
また、上記制御手段は、インバータ回路２０を起動してから所定時間内に、共振回路３０の振幅が所定値以上になると、インバータ回路２０の出力電圧の周波数を、段階的に高くし、この後に、所定の増加率で高くし、共振回路３０の出力電圧の振幅が所定値以上になったときにおける周波数に、インバータ回路２０の出力電圧の周波数を固定する手段である。この場合、上記所定時間は、ほぼ０．１秒である。
【００６５】
さらに、上記制御手段は、共振回路３０の振幅が所定値以上になったときにおける周波数よりも、数％〜数１０％高い周波数に固定する手段である。
【００６６】
そして、上記制御手段は、所定時間内に、共振回路３０の振幅が、上記所定値以上にならない場合、インバータ回路２０の出力電圧の周波数を、予め定めた上限値に固定する手段である。
【００６７】
また、上記制御手段は、所定時間内に、共振回路３０の振幅が所定値以上にならず、出力電圧の周波数が上限値まで達した後に、周波数を高くするときにおける速度と同等の速度で、起動時の周波数である初期周波数を目標に、上記周波数を下げて行き、その下げる過程で、共振回路３０の出力電圧の振幅が上記所定値以上になれば、そのときの周波数またはそれよりも数％低い周波数に固定し、一方、上記周波数を下げる過程で、共振回路３０の出力電圧の振幅が所定値以上にならずに、上記初期周波数に達した場合は、周波数を再度高くし、上記動作を、点灯するまで、または予め定めた最大時間が経過するまで、繰り返す手段である。
【００６８】
さらに、上記制御手段は、上記ブレークダウンを検出できず、インバータ回路２０の出力電圧の周波数が予め定めた上限値に達した場合、インバータ回路２０の出力電圧の周波数を、一旦、初期周波数に戻し、次第に上昇させる動作を繰り返す手段である。
【００６９】
そして、上記制御手段は、インバータ回路２０の出力電圧の周波数を、一旦、初期周波数に戻し、次第に高くさせる動作を、共振回路の振幅が所定の値に達するまで、または予め定めた最大時間が経過するまで繰り返す手段である。
【００７０】
図６は、本発明の第２の実施例であるランプ点灯回路２００を示す回路図である。
【００７１】
ランプ点灯回路２００は、ランプ点灯回路１００において、共振振幅検出回路５０の代わりに、イグナイタ電圧確認回路５１を使用し、制御回路６０の代わりに制御回路６１を使用した回路である。
【００７２】
イグナイタ回路４０は、ランプＬＰを点灯させる際、ランプ電極間をブレークダウンさせる回路であって、インバータ回路２０の出力電圧を、コンデンサＣｉを含む整流回路で整流し、コンデンサＣｉを充電して得られた直流電圧がブレークダウン電圧を越えると、導通状態になるサイダックやスパークギャップ等のスイッチ素子ＳＷの導通によって、コンデンサＣｉの電荷を、イグナイタトランスＴの１次側に加え、イグナイタトランスＴの２次側に高電圧を発生させるものである。
【００７３】
イグナイタ電圧確認回路５１は、コンデンサＣｉの両端電圧を分圧する抵抗Ｒ１３、Ｒ１４と、分圧された抵抗Ｒ１４の両端電圧を平滑するコンデンサＣ１２とを有する。
【００７４】
制御回路６１は、インバータ回路２０の出力電圧の周波数を、共振回路３０の共振周波数の１／Ｎ倍の周波数よりも低い周波数で、起動した後に、周波数を次第に高くし、スイッチ素子ＳＷがブレークダウン、つまり導通したときにおける周波数に、インバータ回路２０の出力電圧の周波数を固定する制御手段である。
【００７５】
スイッチ素子ＳＷの放電電圧は、毎回一定ではなく、±１５％程度のバラツキがあり、最小電圧で放電する場合が多々あるので、放電を開始した時点の周波数よりも数％高い周波数で固定したほうが、より振幅の大きな周波数で運転することができる。
【００７６】
ランプＬＰによっては、イグナイタ電圧が発生する前に（スイッチ素子ＳＷがオンする前に）、点灯する場合がまれに発生する。この場合、共振回路３０の共振周波数と、インバータ回路２０の出力電圧の周波数のＮ倍とを一致させることができない。
【００７７】
この場合、周波数の上限で固定させることによって、問題無く点灯継続することができる。また、一旦点灯するが、すぐ消灯した場合、インバータ回路２０の出力電圧の周波数の上限まで上げ、共振点を探し、共振点が見つからない場合、または、点灯しない場合、周波数上限値から周波数を下げていくか、最低周波数まで再度戻し、周波数を再度高くすることによって、ランプＬＰを点灯させることができる。
【００７８】
部品のバラツキが最大である場合、たとえば、Ｌが８５％、Ｃが９０％であれば、共振回路３０の共振周波数は、中心値の１１４．３％になり、たとえば、Ｌが１１５％、Ｃが１１０％であれば、共振回路３０の共振周波数は、中心値の８８．９１％になる。つまり、共振周波数は、狙った値の８９〜１１４％の間に分布する。
【００７９】
若干低めの周波数から、ランプ点灯回路２００を起動させると、狙った共振周波数は、インバータ回路２０の出力電圧の周波数のＮ倍よりも２次高い（Ｎ＋２）倍の共振周波数領域になり，起動後直ちに、共振動作を検出する（図４、図５参照）。
【００８０】
具体例で説明すると、インバータ回路２０の出力電圧の周波数を、２０ｋＨｚとし、共振周波数を、７倍の１４０ｋＨｚに設計した場合、回路部品のバラツキによって、共振周波数の最高周波数は、約１６０ｋＨｚであり、最低周波数は、約１２４ｋＨｚである。共振周波数は、１６０ｋＨｚ〜１２４ｋＨｚの間に分布する。
【００８１】
したがって、インバータ回路２０の起動周波数を、１１０〜１２０ｋＨｚ程度で共振する周波数で動作を開始し、周波数を次第に高くしていく。たとえば、１１５／７ｋＨｚ（＝１６．４ｋＨ）を開始点とし、調整を開始し（周波数を上げてゆき）、共振回路３０の共振周波数が１４０ｋＨｚの場合、１６．４ｋＨｚの９次共振周波１４７．６（１６．４×９）ｋＨｚは、共振回路の共振周波数の５．４％高く、共振振幅が減少している領域となる。
【００８２】
したがって、この周波数よりも若干高くして運転すると、実際の共振周波数から外れた周波数で運転し、振幅が不足する。つまり、振幅が設定値に達しないか、または達しても、ランプＬＰを点灯させるのに充分な振幅ではない。または、共振動作から外れた領域になり、ランプＬＰを点灯することができない。
【００８３】
上記のようなことを避けるために、運転後所定時間内に、共振周波数に達したと判断すると、インバータ回路２０の出力電圧の周波数を段階的に変化させ、この周波数を、共振周波数の範囲外に移し、その後に共振点を探すことによって、ランプＬＰを確実に点灯させることができる。
【００８４】
図７は、上記実施例において、インバータ回路２０の出力電圧の周波数の７倍に共振周波数を設定した場合の例を示す図である。
【００８５】
共振回路３０の共振周波数が最小になる部品誤差最大の場合、前述のように、誤差最大で共振周波数が最大になった場合の９倍の周波数に近づく。
【００８６】
起動時は、最小共振周波数よりも若干低い周波数（数％程度低い周波数）から起動させるので、起動時には、振幅が大きく、共振動作に入ったと判断する。
【００８７】
そして、共振動作に入ったと判断した時点の周波数よりも若干上げて運転すると、共振点から外れる。これを防ぐために、起動して所定時間内（おおよそ０．１秒以内）に、共振動作に入ったと判断した場合、共振動作の終了付近であると判断し、周波数を高くする幅を、通常の変化幅よりも増やした後に、定常の変化幅で高くする。これによって、共振点をつかむことができる。
【００８８】
高周波で所定の時間、点灯した後は、低周波（８０〜５００Ｈｚ）に下げる。上記下げる周波数の最低限度は、人の目で明るさの変動がわかる周波数以上（約８０Ｈｚ）であるとし、上記下げる周波数の上限は、音響的共鳴が発生しない周波数（約５００Ｈｚ以下）であるとする。
【００８９】
つまり、制御回路６１は、制御回路が起動した後、所定の増加率で周波数を上げていく、あるいは起動してから所定時間内に、上記共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上になると、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を段階的に高くした後に、所定の増加率で高くし、上記スイッチ素子がブレークダウンしたときにおける周波数で、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を固定する、あるいはブレークダウンしたことを検出したときの周波数より数％〜数１０％高い周波数に固定する手段である。この場合、上記所定時間は、ほぼ０．１秒である。
【００９０】
さらに、制御回路６１は、周波数を上げていき、上限値に達するまでに、イグナイタ電圧確認回路５１で、イグナイタ電圧の発生を確認できなければ、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、予め定めた上限値に固定する手段である。
【００９１】
そして、上記制御手段は、イグナイタ電圧の発生を確認できなければ、上記インバータ回路出力電圧の周波数が上限値まで達した後に、上昇時と同等の速度で上記周波数を、所定の初期値に向かって下げ、この出力電圧の周波数を下げる過程で、上記共振回路の出力電圧の振幅が、上記所定値以上になると、そのときの周波数あるいはそれよりも数％〜数１０％低い周波数に固定し、上記インバータ回路を運転し、周波数を下げる過程で、スイッチ素子ＳＷのブレークダウンを検出できず、上記初期値に達した場合は、点灯するまで、または予め定めた最大時間が経過するまで、上記周波数を高くする動作を繰り返す手段である。つまり、共振点をつかめなかった場合、同調動作を繰り返す手段である。
【００９２】
また、制御回路６１は、上記所定時間（１０〜１００ｍｓ程度）内に、スイッチ素子ＳＷのブレークダウンが検出されなければ、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を初期値に戻し、上記周波数を次第に高くする動作を繰り返す手段である。
【００９３】
さらに、制御回路６１は、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、一旦、初期周波数に戻し、次第に高くする動作を、ランプＬＰが点灯するまで、または予め定めた最大時間が経過するまで、繰り返す手段である。
【００９４】
イグナイタ電圧は、ランプＬＰや使用条件で異なるが、数ｋＶから２０数ｋＶまでの高電圧になる。高電圧パルスが発生すると、各部品とプリント配線や放熱フィン、ケースとの間に生じる静電容量を介して、電流が流れる。この電流が大きいと、半導体素子や構成部品を破壊する。
【００９５】
図１１は、イグナイタ電圧が浮遊容量を介して閉ループができる例を示す図である。
【００９６】
閉ループは、浮遊容量を介するので、至るところで発生する。
【００９７】
ランプＬＰがブレークダウンすると、放電電流が安定器回路内に流れ込む。通常は、インバータ回路２０の出力端子間のコンデンサＣｒで吸収されるが、その一部は、図１１に示すように、回路を構成する部品をプリント基板等に取りつけた際に生じる浮遊容量を通して流れ、この電流が、構成部品を破損する場合がある。
【００９８】
図８は、本発明の第３の実施例であるランプ点灯回路３００を示す回路図である。
【００９９】
ランプ点灯回路３００は、ランプ点灯回路１００において、インバータ回路２０の出力端子の両ラインに、共振用チョークＬｒ１、Ｌｒ２を挿入した実施例である。
【０１００】
浮遊容量による電流は、図８に示すように、インバータ回路２０の出力端子の両ラインに、フィルタのチョークコイルＬｒ１、Ｌｒ２を入れることによって、相当防止することができる。一部は、チョークをバイアスして流れる。
【０１０１】
共振チョークを両ラインに入れることによって、閉ループのインピーダンスが増加し、構成部品を破壊させるまでに至らなくなる。なお、浮遊容量は至るところにできるので、共振チョークを通らずに閉ループができるが、共振回路３０で、イグナイタ回路部と安定器とを分離することができ、静電結合の少ない実装が容易になる。
【０１０２】
上記実施例において、イグナイタ回路４０として、半波整流回路を用いたが、ブリッジや倍電圧整流回路を使用するようにしてもよく、このようにしても、上記と同様である。特に、倍電圧整流にすれば、イグナイタトランスＴの電圧が２倍になり、イグナイタトランスＴの負担が少なくなるという利点がある。
【０１０３】
降圧チョッパ回路のスイッチを、ハイサイドとしているが、これをローサイドにするようにしてもよく、このようにしても、上記と同様である。
【０１０４】
上記実施例において、共振動作の確認を半波整流回路としているが、全波整流でも良く、同様の効果が得られる。
【０１０５】
ところで、インバータ回路２０の出力電圧の周波数を段階的に高くする場合、たとえばインバータ回路２０の出力電圧の周波数が２０ｋＨｚであるときに、その周波数を連続的に高くするが、その周期は、１クロック周波数分が最小になり、５ＭＨｚのクロックの場合０．２μｓである。交流であり、正負があるので、２クロックがインバータ回路２０の１周期の最小変化分である。
【０１０６】
すなわち、周波数を次第に高くする場合、その最小刻み幅は、０．４μｓであり、０．４μ秒ずつ狭め、最小変化周波数は０．１６ｋＨｚであり、２０ｋＨｚの次は、２０．１６ｋＨｚであり、その次は、２０．３２ｋＨｚになる。なお、上記段階的に周波数を高くする場合、通常の周波数変化の刻みよりも大きい刻みであり、たとえは、最小刻み幅０．４μｓの１０倍であり、４μｓずつ変化さっせる。
【０１０７】
また、起動後所定時間内に、共振回路３０の振幅が一定以上になったことを検出する場合、制御回路６１の内部に設けられているマイコン内で、起動からの時間を計測し、同時に、出力電圧の周波数を上記のように細かく高くする。
【０１０８】
図８に示すコンデンサＣ１１の両端電圧に基づいて、インバータ回路２０の出力電圧の振幅を、制御回路６０、６１が検出する。
【０１０９】
スイッチ素子ＳＷがブレークダウンしたことを、図６に示すコンデンサＣ１２の両端電圧に基づいて、制御回路６０が判断することができる。
【０１１０】
制御回路６０、６１内のマイコンは、Ａ／Ｄコンバータを有し、デジタル値に変換された検出値がマイコン入力電圧が設定した電圧よりも、高いか低いかを、常に判別する。実際のプログラムでは、数回連続し、同じ結果になったときに、出力電圧が所定の値に達したか、または、ブレークダウンしたかを判定する。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明によれば、共振回路の構成部品が多少バラツいても、インバータ回路の出力電圧の周波数と共振回路の共振周波数とを自動的に同期させることができ、調整時間を短縮することができ、したがって、コストダウンすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の一実施例であるランプ点灯装置１００を示す回路図である。
【図２】ランプ点灯回路１００の動作を示すフローチャートである。
【図３】上記実施例における電圧波形を示す図である。
【図４】インバータ回路２０の出力電圧の周波数を変えた場合における共振回路３０の出力電圧の振幅を示す図である。
【図５】インバータ回路２０の出力電圧の周波数を変えた場合における共振回路３０の出力電圧の振幅を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例であるランプ点灯回路２００を示す回路図である。
【図７】上記実施例において、インバータ回路２０の出力電圧の周波数の７倍に共振周波数を設定した場合の例を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施例であるランプ点灯回路３００を示す回路図である。
【図９】従来のランプ点灯回路５００を示す回路図である。
【図１０】上記従来例において、共振回路３の出力電圧の周波数と、その出力電圧の振幅との関係を示す図である。
【図１１】イグナイタ電圧が浮遊容量を介して閉ループができる例を示す図である。
【符号の説明】
１００、２００、３００…ランプ点灯回路、
１０…コンバータ回路、
２０…インバータ回路、
３０…共振回路、
４０…イグナイタ回路、
５０…共振振幅検出回路、
５１…イグナイタ電圧確認回路、
６０、６１…制御回路。

Claims

直流電圧をランプ電極間電圧に変換し、上記ランプへ供給する電力を制御するコンバータ回路と、上記コンバータ回路の出力電圧を、矩形波交流電圧に変換するインバータ回路と、インダクタンスとコンデンサとによって構成されている共振回路と、上記ランプを点灯させる際に、ランプ電極間をブレークダウンさせるイグナイタ回路とを具備するランプ点灯装置において、
上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、上記共振回路の共振周波数よりも低い周波数で起動した後に、上記出力電圧の周波数を次第に上昇させ、上記共振回路の振動電圧の振幅が所定値以上になったときにおける上記出力電圧の周波数に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を設定する制御手段を有することを特徴とするランプ点灯装置。
請求項１において、
上記制御手段は、上記インバータ回路を起動してから所定時間内に、上記共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上になると、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、段階的に高くし、この後に、所定の増加率で高くし、上記共振回路の出力電圧の振幅が上記所定値以上になったときにおける周波数に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を設定する手段であることを特徴とするランプ点灯装置。
請求項２において、
上記所定時間は、ほぼ０．１秒であることを特徴とするランプ点灯装置。
請求項１〜請求項３のいずれか１項において、
上記制御手段は、上記共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上になったときにおける周波数よりも、数％〜数１０％高い周波数に設定する手段であることを特徴とするランプ点灯装置。
請求項１〜請求項４のいずれか１項において、
上記制御手段は、所定時間内に、上記共振回路の出力電圧の振幅が、上記所定値以上にならない場合、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、予め定めた上限値に設定する手段であることを特徴とするランプ点灯装置。
請求項１〜請求項４のいずれか１項において、
上記制御手段は、所定時間内に、上記共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上にならない場合、出力電圧の周波数が上限値まで達した後に、周波数を高くするときにおける速度と同等の速度で、起動時の周波数である初期周波数を目標に、上記周波数を下げる過程で、上記共振回路の出力電圧の振幅が上記所定値以上になれば、そのときの周波数よりも数％低い周波数に設定し、一方、上記周波数を下げる過程で、上記共振回路の出力電圧の振幅が所定値以上にならずに、上記初期周波数に達した場合は、周波数を再度高くし、上記動作を、点灯するまで、または予め定めた最大時間が経過するまで、繰り返す手段であることを特徴とするランプ点灯装置。
請求項１〜請求項４のいずれか１項において、
上記制御手段は、出力電圧の振幅が所定値以上にならず、上記インバータ回路の出力電圧の周波数が予め定めた上限値に達した場合、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、一旦、初期周波数に戻し、次第に上昇させる動作を繰り返す手段であることを特徴とするランプ点灯装置。
直流電圧をランプ電極間電圧に変換し、上記ランプヘ供給する電力を制御するコンバータ回路と、このコンバータ回路の出力電圧を、矩形波交流電圧に変換するインバータ回路と、インダクタンスとコンデンサとによって構成されている共振回路と、上記ランプを点灯させる際に高電圧のイグナイタ電圧を発生し、ランプ電極間をブレークダウンさせるイグナイタ回路と、上記イグナイタ電圧の発生を確認する手段とを具備するランプ点灯装置において、
上記イグナイタ電圧が発生するときに、このときの周波数に出力電圧の周波数を固定する制御手段を有することを特徴とするランプ点灯装置。
請求項８において、
上記制御手段は、上記イグナイタ電圧の発生によって出力電圧の周波数を固定する際に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、上記イグナイタ電圧が発生したときの周波数よりも数％から数十％高い周波数に固定する手段であることを特徴とするランプ点灯装置。
直流電圧をランプ電極間電圧に変換し、上記ランプヘ供給する電力を制御するコンバータ回路と、このコンバータ回路の出力電圧を、矩形波交流電圧に変換するインバータ回路と、インダクタンスとコンデンサとによって構成されている共振回路と、上記ランプを点灯させる際に、高電圧のイグナイタ電圧を発生し、ランプ電極間をブレークダウンさせるイグナイタ回路と、上記イグナイタ電圧の発生を確認する手段とを具備するランプ点灯装置において、
上記インバータ回路の起動後の所定時間内に上記イグナイタ電圧が発生したにもかかわらずランプが点灯しないときは、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、段階的に高くし、その後に、所定の増加率で上昇させ、再度、上記イグナイタ電圧が発生したときの周波数に固定する制御手段を有することを特徴とするランプ点灯装置。
請求項１０において、
上記制御手段は、上記イグナイタ電圧の発生によって出力電圧の周波数を固定する際に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、そのときの同波数よりも数％から数十％高い周波数に固定する手段であることを特徴とするランプ点灯装置。
請求項１０において、
上記所定時間は、０．１秒以下であることを特徴とするランプ点灯装置。
直流電圧をランプ電極間電圧に変換し、上記ランプヘ供給する電力を制御するコンバータ回路と、このコンバータ回路の出力電圧を、矩形波交流電圧に変換するインバータ回路と、インダクタンスとコンデンサとによって構成されている共振回路と、上記ランプを点灯させる際に、高電圧のイグナイタ電圧を発生し、ランプ電極間をブレークダウンさせるイグナイタ回路と、上記イグナイタ電圧の発生を確認する手段とを具備するランプ点灯装置において、
上記インバータ回路が起動してから予め定めた周波数の上限値で、上記イグナイタ電圧が発生しない場合には、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、予め決められた初期周波数まで降下させ、しかる後に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、予め決めた条件で制御する制御手段を有することを特徴とするランプ点灯装置。
請求項１３において、
上記予め決めた条件は、段階的に高くし、その後に、所定の増加率で上昇させ、再度、上記イグナイタ電圧が発生したときの周波数に固定する条件であることを特徴とするランプ点灯装置。
請求項１３において、
上記予め決めた条件は、上記イグナイタ電圧が発生したときの同波数よりも数％から数十％高い周波数に固定する条件であることを特徴とするランプ点灯装置。
直流電圧をランプ電極間電圧に変換し、上記ランプヘ供給する電力を制御するコンバータ回路と、このコンバータ回路の出力電圧を、矩形波交流電圧に変換するインバータ回路と、インダクタンスとコンデンサとによって構成されている共振回路と、上記ランプを点灯させる際に、高電圧のイグナイタ電圧を発生してランプ電極間をブレークダウンさせるイグナイタ回路と、上記イグナイタ電圧の発生を確認する手段とを具備するランプ点灯装置において、
上記インバータ回路が起動してから予め定めた周波数の上限値に達するまで所定の増加率で上昇させ、このときに上記イグナイタ電圧が発生しない場合には、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を、上記所定の増加率と同等の低下率で上記周波数まで降下させ、その降下の過程で、上記イグナイタ電圧が発生したときには、その発生したときの周波数、またはそのときの周波数よりも２％から６％低い周波数に、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を設定し、
または、上記周波数の下降の過程で、上記イグナイタ電圧の発生が検出されない場合には、再度、上記インバータ回路の出力電圧の周波数を上記上限値まで上げ、この動作を上記イグナイタ電圧が発生するまで、または予め決めた最大時間まで行う制御手段を有することを特徴とするランプ点灯装置。
請求項１〜請求項１６のいずれか１項において、
上記インバータ回路を、上記共振回路の共振周波数の１／Ｎ（Ｎは３以上の奇数である）よりも低い周波数で起動することを特徴とするランプ点灯装置。