JP2004235033A

JP2004235033A - 高圧放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2004235033A
Application number: JP2003022534A
Authority: JP
Inventors: 岳久 ▼浜▼口; Takehisa Hamaguchi; Hiroyasu Shiichi; 広康私市
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: JP4214785B2

Abstract

【課題】音響共鳴現象を回避するための周波数を補正する動作とランプ電力を調整する動作とを確実に行うことができる高圧放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】高圧放電灯と、高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、高圧放電灯に１ｋＨｚ以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、高周波電力供給回路の出力電力及び出力周波数を制御する制御回路と、高圧放電灯に印加された電力を検出する電力検出回路とを備え、制御回路は、高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない周波数帯で出力周波数を制御すると共に、電力検出回路から検出された値が所定の範囲内に収まるように直流電源の出力電圧を制御し、これら二つの制御を同時に実行しないように構成した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電灯を高周波点灯する点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高圧放電灯（以下、「ランプ」という）を高周波で点灯する場合、ランプ内に発生した音波の進行波と反射波の干渉により放電アークが曲げられ、立ち消えやランプ破壊などを引き起こす、いわゆる音響共鳴現象が起こり易いことが知られている。特に１ｋＨｚ以上の高周波点灯時では、音響共鳴現象が起こらない周波数帯（以下、「非共鳴周波数帯」という）を選んで点灯するようにしている。しかしながらこの非共鳴周波数帯はランプによってばらつく他、経年変化や設置方向などの外乱により移動することが知られている。
【０００３】
このようなことから従来の高圧放電灯点灯装置は、周波数の補正により音響共鳴現象を回避する手段と、周波数の移動によって変化してしまったランプ電圧を調整する手段とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第５６２３１８７号明細書
【０００５】
【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、以上のように構成されており、以下に示すような課題を有していた。
【０００６】
ランプ電力の調整は、直流電源の出力を調整するため、ランプ電圧やランプ電流に影響を与えていた。また周波数の補正は、ランプ電圧やランプ電流の検出値に基づいて行われていた。そして周波数の補正とランプ電力の調整は、時間的に明確に分かれておらず、周波数を補正している最中にランプ電力を調整することがあった。この結果、直流電源の出力調整により影響を受けたランプ電圧やランプ電流を検出してしまい、周波数を正しく補正できなくなり、音響共鳴現象を回避できなくなるケースがあった。
【０００７】
本発明は係る課題を解決するためになされたもので、音響共鳴現象を回避するための周波数を補正する動作とランプ電力を調整する動作とを確実に行うことができる高圧放電灯点灯装置を提供することを目的にしている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯と、高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、高圧放電灯に１ｋＨｚ以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、高周波電力供給回路の出力電力及び出力周波数を制御する制御回路と、高圧放電灯に印加された電力を検出する電力検出回路とを備え、制御回路は、高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない周波数帯で出力周波数を制御すると共に、電力検出回路から検出された値が所定の範囲内に収まるように直流電源の出力電圧を制御し、これら二つの制御を同時に実行しないように構成したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック構成図である。
図において高圧放電灯点灯装置は、出力電圧が可変な直流電源１と、ＭＯＳＦＥＴ３及び４からなるインバータ回路２と、直流電源１の出力電圧とインバータ回路２の周波数を制御する制御回路５と、チョークコイル７、直流カットコンデンサ８及び始動回路９を含む負荷回路６と、ランプ１０とから構成されている。また、制御回路５には、ランプ電圧検出回路１１と、タイマー１２と、検出抵抗１３と、ランプ電力検出回路１４が、接続されている。
【００１０】
次に高圧放電灯点灯装置の動作について説明する。
ＭＯＳＦＥＴ３、４は、制御回路５により数１０ｋＨｚで交互にＯＮ／ＯＦＦされ、直流電流１の出力を高周波に変換する。高周波に変換された電力は、チョークコイル７により減流され、直流カットコンデンサ８との電流共振作用によってランプ１０を点灯する。始動回路９は、ランプ１０に放電を誘起するためのもので、点灯動作がスタートした時点では、ランプ電極間に数ｋＶの高圧パルスを印加する。そしてランプ電極間の絶縁が破壊され、放電が始まると切り離される。
【００１１】
ランプ電圧検出回路１１で検出されるランプ電圧に基づいて、制御回路５は点灯周波数を決定し、インバータ回路２を駆動する。そしてこの点灯周波数は、タイマー１２に設定されているインターバル毎に計算され、更新される。
インバータ回路２とグランド間に挿入された検出抵抗１３に発生する電圧によりランプ１０の消費電力をランプ電力検出回路１４で検出する。制御回路５において、ランプ電力検出回路１４で検出されるランプ１０の消費電力が所定の範囲内に収まるように直流電源１の出力電圧を制御する。
【００１２】
図２は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の周波数制御と出力電圧制御の関係を示したものである。
図においてインバータ回路２の周波数制御と直流電源１の出力電圧制御は、それぞれ所定のインターバルで交互に繰り返し実行される。それぞれのインターバルをＡ、Ｂとすると、ＡとＢは等しい値をとる。
【００１３】
図３は、図２で示した周波数制御と出力電圧制御が等しいインターバルで繰り返されるシーケンスを実現するためのフローチャートの一例である。
図を参照にしながらフローの動作について説明する。
【００１４】
点灯動作がスタートし（ステップＳ１００）、周波数制御を行う（ステップＳ１０２）。周波数制御の終了と共にタイマーｔｘがセット（Ｔｘ＝Ｘ）されてスタートする（ステップＳ１０３）。タイマーｔｘのスタートと同時に、ランプ電圧検出回路１１によりランプ電圧がサンプリングされ、放電時における不安定性の有無が検知される（ステップＳ１０４）。不安定性を検知した場合には、制御回路５によりインバータ回路２を停止し、ランプ１０を消灯する（ステップＳ１０７）。そして不安定性の有無を検知する動作は、タイマーｔｘが終了する（Ｔｘ＝０）まで続けられる（ステップＳ１０８、Ｓ１０９）。
【００１５】
次にランプ電力検出回路１４によりランプ電力を検出し、所定範囲内にあるかどうかが判定される（ステップＳ１１０）。所定範囲外であれば、制御回路５により直流電源１の出力を調整し（ステップＳ１１１）、タイマーｔｙをセット（Ｔｙ＝Ｙ）してスタートする（ステップＳ１１２）。
一方、ステップＳ１１０においてランプ電力が所定範囲内にあれば、直流電源１の出力調整を行わず（ステップＳ１１１を介さず）に、タイマーｔｙをセットしてスタートする（ステップＳ１１２）。タイマーｔｙが終了する（Ｔｙ＝０）と（ステップＳ１１３、Ｓ１１４）、周波数制御（ステップＳ１０２）の直前まで戻り、上記一連の動作が繰り返される。
【００１６】
以上説明してきたように、周波数制御と出力電圧制御を交互に繰り返すシーケンスを実行し、二つの制御が同時に実行されることがないようにした結果、直流電源の出力調整により影響を受けたランプ電圧やランプ電流を検出してしまうことはなくなり、周波数は正しく補正され、音響共鳴現象を確実に回避することができる。
【００１７】
また、点灯を開始してから安定点灯状態に到達するまでの間は、ランプ１０の消費する電力は小さく、直流電源１の出力電圧は最大値となるので、出力電圧制御（ステップＳ１１０〜ステップＳ１１４）を省略しても良い。さらにこの期間は、光束が立上る過渡期であるので、周波数制御を増やすようにしても良い。
【００１８】
また、安定点灯状態に達した後、周波数の移動が緩慢である場合には、音響共鳴現象を回避するための周波数制御も長いインターバルで行うようにすれば良い。この場合、インターバルＡで繰り返される周波数制御を適宜、間引くようにすれば良い。即ち、周波数制御が繰り返されるインターバルＡにおいて、放電時における不安定性の有無を検出し、検出されない場合に限り、次の周波数制御を省略するようにすれば良い。
【００１９】
この点に関しては、出力電圧制御も同じであり、出力電圧制御が繰り返されるインターバルＢにおいて、ランプ電力検出回路１４からの出力値が所定の範囲内に収まるかどうかを判定し、収まる場合に限り、次の出力電圧制御を省略すれば良い。
【００２０】
また、出力電圧制御（ステップＳ１１１）における直流電源１の出力調整は、出力電圧がなだらかに変化するように制御するのが好ましい。なだらかに変化させることによりランプからの光出力もなだらかに変化するので、ユーザが在場している時のちらつき感や光強度の急激な変化による不快感を軽減することができる。
【００２１】
また、タイマーｔｘ、タイマーｔｙにセットされる時間Ｘ、Ｙは、周波数制御と出力電圧制御が関係なくなる（干渉しない）時間であれば良く、数秒から数分程度が適当である。
【００２２】
なお、本実施の形態では、周波数制御と出力電圧制御を交互に繰り返すシーケンスについて説明してきたが、二つの制御を同時に実行しないシーケンスであればどのようなものであっても良いことは言うまでもない。
例えば、周波数制御を繰り返すインターバルにおいて、出力電圧制御を複数回行うシーケンスであっても良いし、逆に出力電圧制御を繰り返すインターバルにおいて、周波数制御を複数回行うシーケンスであっても良い。さらには、出力電圧制御を複数回行う期間と、周波数制御を複数回行う期間を交互に繰り返すシーケンスであっても良いし、これらを組み合わせたシーケンスであっても良い。
【００２３】
実施の形態２．
実施の形態１では、音響共鳴現象のような継続的な不安定性と、例えば封入されていたナトリウム元素が瞬間的に気化する際に起こるナトリウムフラッシュのような一過性の不安定性を弁別することが出来なかった。この結果、点灯上問題にならない一過性の不安定性を検出し、ランプを消灯することがあった。本実施の形態は、この点について改善したものであり、点灯上問題にならない一過性の不安定性は、無視して次の制御へ繋げるというものである。
【００２４】
回路構成、及び周波数制御と出力電圧制御のタイミングは図１及び２と同様であるので説明を省略する。
図４は、本実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の周波数制御と出力電圧制御の関係を示すフローチャートの一例である。図３に示したフローチャートと比べると、新たにステップＳ１０１、Ｓ１０５、Ｓ１０６が追加されている。以下、新たに追加されたステップを中心に動作を説明する。
【００２５】
点灯動作がスタートし（ステップＳ１００）、カウンタＣのリセットを行う（ステップＳ１０１）。
周波数制御を行い（ステップＳ１０２）、周波数制御の終了と共に、タイマーｔｘがセット（Ｔｘ＝Ｘ）されてスタートする（ステップＳ１０３）。タイマーｔｘのスタートと共に、ランプ電圧検出回路１１によりランプ電圧がサンプリングされ、放電時における不安定性の有無が検知される（ステップＳ１０４）。不安定性を検知した場合には、カウンタＣを一つ繰り上げ（ステップＳ１０５）、繰り上げたカウンタＣが所定回数Ｎを越えてないかどうかを判定する（ステップＳ１０６）。ここで越えていた場合には、直ちに制御回路５によりインバータ回路２を停止し、ランプ１０を消灯する（ステップＳ１０７）。一方、越えていなかった場合には、周波数制御（ステップＳ１０２）の直前まで戻り、上記一連の動作が繰り返される。また放電時における不安定性の有無を検知する動作は、タイマーｔｘが終了する（Ｔｘ＝０）まで続けられる（ステップＳ１０８、Ｓ１０９）。
【００２６】
なお、次のステップＳ１１０からステップＳ１１４に至る一連の動作は、ランプ電力の検出値に基づいて直流電源１の出力電圧を制御するというもので、実施の形態１で説明したものと同じであるので省略する。
【００２７】
上記動作により、例えば異定格ランプ等の音響共鳴現象が避けられないランプが装着されていた場合には、周波数制御が繰り返され、繰り返し回数（カウントＣ）が、所定の回数Ｎを越えた時点でランプ１０は消灯される。
【００２８】
また、正規のランプが装着された場合には、ナトリウムフラッシュなどの一過性の不安定性が発生しても、所定回数Ｎを越えない繰り返し回数で、不安定性は収まり、ステップＳ１０４からステップＳ１０８へ移行することができ、点灯を継続することができる。
【００２９】
以上説明してきたように、ナトリウムフラッシュなどの点灯上問題にならない一過性の不安定性が発生した場合には、無視して次の制御へ移行することができる他、音響共鳴現象のような継続的な不安定性が発生した場合には、確実にランプを消灯することができる。
また実施の形態１で説明した通り、周波数制御と出力電圧制御を交互に繰り返すシーケンスを実行しているため、音響共鳴現象は確実に回避することができる。
【００３０】
なお、図５に示すように、タイマーｔｙの動作期間において、ステップＳ１１２の後にステップＳ１０４と同等の機能のステップＳ１１５を設け、ステップＳ１１５において放電時における不安定性を検出した場合にステップＳ１０５へ移行するようにしても良い。
【００３１】
実施の形態３．
実施の形態２では、放電時における不安定性の発生回数が所定の回数を越えた場合、消灯する構成としたが、本実施の形態では、放電時における不安定性の継続時間が所定値を越えた場合に消灯する構成について説明する。回路構成、及び周波数制御と出力電圧制御のタイミングは図１及び２と同様であるので説明を省略する。
【００３２】
図６に本実施の形態における周波数制御と出力電圧制御の流れを示したフローチャートの一例を示す。
ステップＳ１０１〜ステップＳ１０４、ステップＳ１０７〜ステップＳ１１４は、実施の形態２に示したものと同じであるので説明を省略し、異なる点について説明する。
ステップＳ１０２の周波数制御が行われる前に、タイマーｔｚをセット（Ｔｚ＝Ｚ）してスタートする（ステップＳ１１６）。ステップＳ１０４により放電時における不安定性を検出した場合はステップＳ１０２に移行し、不安定性がなくなるまでステップＳ１０２→ステップＳ１０３→ステップＳ１０４→ステップＳ１０２を繰り返す。この繰り返す過程でタイマーｔｚが終了した場合（ステップＳ１１７）には、制御回路５によりインバータ回路２を停止してランプ１０を消灯する（ステップＳ１０７）。また、不安定性が検出されず、ステップＳ１０８によってタイマーＴｘが終了した場合には、タイマーＴｚもリセットされる（ステップＳ１０９）。
【００３３】
上記動作により、例えば異定格ランプ等の音響共鳴現象が避けられないランプが装着されていた場合は、周波数制御が繰り返され、繰り返し時間Ｔｚが所定時間Ｚを越えた時点でランプ１０は消灯される。
【００３４】
また、正規のランプが装着された場合には、ナトリウムフラッシュなどの一過性の不安定性が発生しても、所定時間Ｚを越えない時間で、不安定性は収まり、ステップＳ１０４からステップＳ１０８へ移行することができ、点灯を継続することができる。即ち、音響共鳴現象による避けるべき継続的な不安定性と、ナトリウムフラッシュなどの点灯上問題にならない一過性の不安定性とが区別されて、点灯続行の可否を処理することができる。
【００３５】
以上説明してきたように、実施の形態２と同様にナトリウムフラッシュなどの点灯上問題にならない一過性の不安定性が発生した場合には、無視して次の制御へ移行することができる他、音響共鳴現象のような継続的な不安定性が発生した場合には、確実にランプを消灯することができる。
また実施の形態１で説明した通り、周波数制御と出力電圧制御を交互に繰り返すシーケンスを実行しているため、音響共鳴現象は確実に回避することができる。
【００３６】
なお、実施の形態２及び３において、周波数制御におけるアルゴリズムは、音響共鳴現象を回避するための周波数制御であればいかなる方法であってもよいが、一回の周波数制御に要する時間は、タイマーｔｘ、ｔｙに対してセットされる時間Ｘ、Ｙに比べて十分に小さいことが望ましい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の高圧放電灯点灯装置によれば、高圧放電灯と、高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、高圧放電灯に１ｋＨｚ以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、高周波電力供給回路の出力電力及び出力周波数を制御する制御回路と、高圧放電灯に印加された電力を検出する電力検出回路とを備え、制御回路は、高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない周波数帯で出力周波数を制御すると共に、電力検出回路から検出された値が所定の範囲内に収まるように直流電源の出力電圧を制御し、これら二つの制御を同時に実行しないように構成したので、音響共鳴現象を回避するための制御と、ランプ電力を一定に保つ制御をそれぞれ確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る高圧放電灯点灯装置の周波数制御と出力電圧制御のタイミングを説明する概略図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る高圧放電灯点灯装置の周波数制御と出力電圧制御の関係を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２に係る高圧放電灯点灯装置の周波数制御と出力電圧制御の関係を示すフローチャートの一例である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る高圧放電灯点灯装置の周波数制御と出力電圧制御の関係を示すフローチャートの他の例である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る高圧放電灯点灯装置の周波数制御と出力電圧制御の関係を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１直流電源
２インバータ回路
３、４ＭＯＳＦＥＴ
５制御回路
６負荷回路
７チョークコイル
８直流カットコンデンサ
９始動回路
１０高圧放電灯
１１ランプ電圧検出回路
１２タイマー
１３検出抵抗
１４ランプ電力検出回路

Claims

高圧放電灯と、
該高圧放電灯の管電圧を検出する管電圧検出手段と、
前記高圧放電灯に１ｋＨｚ以上の交流電力を供給する高周波電力供給回路と、
該高周波電力供給回路の出力電力及び出力周波数を制御する制御回路と、
前記高圧放電灯に印加された電力を検出する電力検出回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記高圧放電灯に固有な音響共鳴周波数を含まない周波数帯で前記出力周波数を制御すると共に、
前記電力検出回路から検出された値が所定の範囲内に収まるように前記直流電源の出力電圧を制御し、これら二つの制御を同時に実行しないようにしたことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
前記制御回路は、
前記周波数制御と、前記出力電圧制御を、交互に繰り返すことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
前記制御回路は、
前記周波数制御が繰り返されるインターバルにおいて、
前記出力電圧制御を複数回行うことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
前記制御回路は、
前記出力電圧制御が繰り返されるインターバルにおいて、
前記周波数制御を複数回行うことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
前記制御回路は、
前記出力電圧制御が繰り返されるインターバルにおいて、
前記電力検出回路からの出力値が所定の範囲内に収まるかどうかを判定し、収まる場合に限り、次の出力電圧制御を省略することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
前記制御回路は、
前記周波数制御が繰り返されるインターバルにおいて、
前記管電圧検出手段からの出力値に基づいて放電時における不安定性の有無を検出し、検出されなかった場合に限り、次の周波数制御を省略することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
前記制御回路は、
前記周波数制御が繰り返されるインターバルにおいて、
前記管電圧検出手段からの出力値に基づいて放電時における不安定性の有無を検出し、検出された場合に限り、この不安定性を検出する動作の直前の周波数制御へ戻ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
前記制御回路は、
前記直前の周波数制御へ戻る動作が、所定回数を越えて繰り返される場合に、前記高圧放電灯を消灯させることを特徴とする請求項７記載の高圧放電灯点灯装置。
前記制御回路は、
前記直前の周波数制御へ戻る動作が、所定時間を越えて続けられる場合に、前記高圧放電灯を消灯させることを特徴とする請求項７記載の高圧放電灯点灯装置。
前記制御回路は、
前記出力電圧制御において、
前記直流電源の出力電圧をなだらかに変化させる制御を行うことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
点灯を開始してから所定の期間は、前記直流電源の出力電圧を一定値に維持することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。