JP2005005184A - 高圧放電灯点灯装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧放電灯の始動波形を改善することで、放電灯の電極へのストレスを軽減し、放電灯の長寿命化を図ると共に、小型で安価な高圧放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】直流電源１と、少なくとも１組のスイッチング素子の直列回路を有し直流電源からの直流電圧を矩形波電圧に変換する極性反転回路２と、極性反転回路２からの矩形波電圧を印加される高圧放電灯Ｌａと、前記スイッチング素子を制御する制御回路３と、高圧放電灯Ｌａが始動を開始してから点灯するまでの始動期間においてランプ電圧に過渡電圧が現れるまでの時間を記憶している記憶部５とを備え、制御回路３は、高圧放電灯Ｌａの始動期間において、記憶部５に記憶されている時間が経過するよりも前に、高圧放電灯Ｌａに印加される電圧の極性を強制的に反転させる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧放電灯点灯装置及び照明装置に関するものであり、高圧放電灯を交流点灯させる場合の極性反転の制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２００１−３５１７９３号公報
【０００３】
図１７に従来の高圧放電灯の点灯装置の回路図を示す。図中、Ｉは入力端子であり、通常、商用交流電圧を整流平滑した直流電圧が供給される。チョッパ回路１はスイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、インダクタＬ１により構成され、入力端子Ｉの正極にスイッチング素子Ｑ１の一端が接続され、入力端子Ｉの負極にダイオードＤ１のアノードが接続され、スイッチング素子Ｑ１の他端とダイオードＤ１のカソードはインダクタＬ１の一端に接続され、入力端子Ｉからの入力電圧を降圧した電圧がインダクタＬ１の他端に出力されるようになっている。スイッチング素子Ｑ１にはＭＯＳＦＥＴ等が使用されるが、これに限定されるものではない。チョッパ回路１の出力端にはコンデンサＣ１が並列接続されており、このコンデンサＣ１はチョッパ回路１の出力を平滑する。
【０００４】
フルブリッジ回路２は、コンデンサＣ１の直流電圧を低周波の矩形波電圧に変換して、放電灯Ｌａに供給するものである。フルブリッジ回路２のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５はＭＯＳＦＥＴ等が使用されるが、これに限定されるものではない。制御回路３はフルブリッジ回路制御部３２を備えており、その出力端子ＯＵＴ２〜ＯＵＴ５からの制御信号によりスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５をオン、オフ制御して、放電灯Ｌａを交流動作させる。スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５は、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ５がオン、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４がオフである第１の状態と、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ５がオフ、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４がオンである第２の状態とが交互に切り替わるように制御される。なお、第１の状態と第２の状態とが切り替わるときに、すべてのスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５がオフ状態となる第３の状態（デッドオフタイム）を短時間設けても良い。
【０００５】
スイッチング素子Ｑ１は制御回路３の出力端子ＯＵＴ１からの制御信号によりオン、オフ制御される。スイッチング素子Ｑ１のオン時には、入力端子Ｉからスイッチング素子Ｑ１、インダクタＬ１、コンデンサＣ１、入力端子Ｉの経路で電流が流れ、スイッチング素子Ｑ１のオフ時には、インダクタＬ１の蓄積エネルギーにより、インダクタＬ１、コンデンサＣ１、ダイオードＤ１、インダクタＬ１の経路で回生電流が流れる。スイッチング素子Ｑ１のオン、オフ動作を高周波で繰り返すことにより、コンデンサＣ１には入力端子Ｉからの入力電圧を降圧した直流電圧が得られる。図１７の点灯装置の場合は、この平滑された出力がフルブリッジ回路２により低周波の矩形波電圧に変換されて、チョークコイルＬ２、高圧パルス発生回路４を介して放電灯Ｌａに供給される。そして、放電灯Ｌａの管電圧に応じた電圧Ｖ１と管電流に応じた電圧Ｉ１が制御回路３の出力演算制御部３１に入力され、チョッパ回路１の出力電力が一定になるように出力端子ＯＵＴ１からスイッチング素子Ｑ１にオン、オフの制御信号を送る。
【０００６】
なお、放電灯Ｌａの管電圧に応じた電圧Ｖ１を検出する手段については特に限定されるものではないが、例えば、高抵抗を直列接続して成る抵抗分圧回路をコンデンサＣ１と並列に接続し、コンデンサＣ１の電圧を適当な分圧比で分圧することで実質的に放電灯Ｌａの管電圧に応じた電圧Ｖ１を検出するような手段を用いることができる。また、放電灯Ｌａの管電流に応じた電圧Ｉ１を検出する手段についても特に限定されるものではないが、例えば、コンデンサＣ１から放電灯Ｌａに流れる電流を抵抗値の小さな電流検出抵抗の両端電圧降下として検出することで実質的に放電灯Ｌａの管電流に応じた電圧Ｉ１を検出するような手段を用いることができる。
【０００７】
高圧パルス発生回路４は放電灯Ｌａを始動させるための高圧パルスを発生させる。放電灯Ｌａの始動時には、コンデンサＣ１の無負荷電圧Ｖｏを高く設定しておいて、高圧パルス発生回路４により始動用の高圧パルス電圧を発生させ、放電灯Ｌａの絶縁を破壊して、ランプ電流が流れ始めると、そのときのランプ電圧に応じて適切なランプ電力が供給されるように、チョッパ回路１を制御していた。
【０００８】
ここで、コンデンサＣ１の無負荷電圧Ｖｏは制御回路３により任意に設定可能であり、無負荷時のコンデンサＣ１の電圧Ｖｏが任意に設定された直流高電圧を越えると、制御回路３によりチョッパ回路１の動作を停止させるようにすれば良い。例えば、コンデンサＣ１の電圧を抵抗により分圧して得た検出電圧をコンパレータにより基準電圧と比較し、検出電圧が基準電圧よりも高い期間では、スイッチング素子Ｑ１へのオン、オフ制御信号の入力を禁止することで、コンデンサＣ１の無負荷電圧Ｖｏは所定値に制限される。また、前記コンパレータの基準電圧を高／低に切り換えることにより、コンデンサＣ１の無負荷電圧Ｖｏの制限値を高／低に切り換えることができる。通常は、放電灯Ｌａの始動時には、コンデンサＣ１の無負荷電圧Ｖｏを始動に適した高い電圧に設定しておくものである。
【０００９】
放電灯を始動する際の交番周波数は電極のヒートアップを両極平衡にする方が良いと考え、初期始動、再始動に関わらず正負の比を１：１の固定周波数で交番させていたが、図１８のように放電灯の状態の急激な変化による波形の乱れ、立消え、異常グロー、交番失敗が多々発生していた。立消えや異常グローは図１９のａ区間のような波形の乱れが長く続くことで発生し易く、図１９の異常グロー状態であるｂ区間が長く続くと放電灯の電極へのストレスが大きくなる。また、立消えや交番失敗が発生すると高圧パルスで再度起動するため、その度に突入電流が流れ、放電灯の電極へのストレスは大きくなる。こういった状態が始動時に何度も繰り返されると放電灯の電極へのストレスが更に大きくなり、放電灯の寿命も短くなっていた。
【００１０】
放電灯の状態が急激に変化する要因として、超高圧水銀灯の場合は電極の根元で放電するようなアークスポットの位置の変化等が考えられるが、これを制御することは困難である。こういった放電灯の状態の変化に対して安定した放電を維持するために、図１７のようにチョークコイルＬ２を挿入していた。また、異常グロー状態になった場合に高圧パルスを発生させることなく、正常な放電状態に戻すために無負荷電圧Ｖｏを高く設定していた。また、立消えや交番失敗した場合は高圧パルスを印如して再起動することになるが、立消えや交番失敗が発生した直後から連続的に高圧パルスを印加していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術において、図１７のチョークコイルＬ２はインダクタンス値が大きいことから、部品形状も大きく、高価なため、放電灯点灯装置の小型化に対して不利であり、装置も高価になってしまうという問題がある。また、無負荷電圧Ｖｏを大きくする場合も図１７のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５は耐圧の高いものが必要になり、大きく、高価な部品を使用することになり、放電灯点灯装置の小型化に対して不利であり、装置も高価になってしまうという問題がある。
【００１２】
また、これらの対策をしても充分ではなく、何も対策しない場合と比べて確率としては低くなるが、放電灯の状態の急激な変化による種々の現象は発生してしまう。また、立消えや交番失敗をした場合、高圧パルスを印加することによって再起動をかけるが、立消え直後は同じ高圧パルスを印加しても再起動し難く、何度も高圧パルスをかけることで放電灯の電極にストレスをかけてしまうという問題がある。また、この高圧パルスで周辺の機器が誤動作してしまうということもあり、高圧パルスの発生回数を増やすことは問題である。
【００１３】
本発明の目的は、大きな部品や高価な部品を使用することなく、始動時の放電灯の状態の急激な変化による電極へのストレスを軽減し、放電灯の寿命を長くすることができる高圧放電灯点灯装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電源（チョッパ回路１）と、少なくとも１組のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３；Ｑ４，Ｑ５の直列回路を有し直流電源からの直流電圧を矩形波電圧に変換する極性反転回路（フルブリッジ回路２）と、極性反転回路からの矩形波電圧を印加される高圧放電灯Ｌａと、前記スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５を制御する制御回路３と、高圧放電灯Ｌａが始動を開始してから点灯するまでの始動期間においてランプ電圧に過渡電圧が現れるまでの時間を記憶している記憶部５と、を備え、前記制御回路３は、高圧放電灯Ｌａの始動期間において、前記記憶部５に記憶されている時間が経過するよりも前に、高圧放電灯Ｌａに印加される電圧の極性を強制的に反転させることを特徴とするものである。
【００１５】
ここで、前記記憶部５には、高圧放電灯Ｌａの始動期間においてランプ電圧に過渡電圧が現れるまでの時間を予め計測した結果又は高圧放電灯Ｌａのランプ特性の情報に基づいて予測した結果を記憶しておくと良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴及び利点を明確にすべく、以下添付した図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の回路図である。前述した従来例の回路（図１７）とほぼ同じ構成であるが、図１７のチョークコイルＬ２が図１の回路には設けられていない。チョークコイルＬ２を削除できるため、小型化と低価格化が可能となっている。また、制御回路３には記憶部５が付加されている。この記憶部５には、初始動時ならびに異なる再始動時間毎に、放電灯を始動して電流が流れ始めてから、波形に変化が現れるまでの時間を記憶させてある。制御回路３のフルブリッジ回路制御部３２では、記憶部５を参照することで、フルブリッジ回路２の交番周波数を初始動時ならびに異なる再始動時間毎に切り替える。
【００１７】
記憶部５に初始動時ならびに異なる再始動時間毎に、放電灯を始動して電流が流れ始めてから、波形に変化が現れるまでの時間を記憶させるには、次のような手段のいずれかを用いることができる。
【００１８】
（Ａ）波形に変化が現れるまでの時間を計測する。
図１の回路において、予め放電灯Ｌａを点灯させて、初始動時ならびに異なる再始動時間毎に、図２〜図４のような波形を測定することで、状態の急激な変化による波形の乱れ、立消え、異常グロー、交番失敗が発生する時間をあらかじめ把握しておく。ここで、図２は１分再始動時、図３は３分再始動時、図４は初始動時の波形を示す。図中の矢印で示した部分が波形に変化があった箇所であり、同じ放電灯で消灯してからの時間が同じであれば、始動して電流が流れ始めてから、ほぼ同じ時間で波形に変化が現れる。この波形に変化が現れるまでの時間を、初始動時ならびに異なる再始動時間毎にあらかじめ測定して、記憶部５に記憶しておく。そして、初始動時ならびに異なる再始動時間毎に、波形に変化が現れるよりも前に極性反転するように、最初の交番までの時間を制御回路３によって変化させ、制御回路３の出力端子ＯＵＴ２〜ＯＵＴ５からスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５に交番信号を送る。
【００１９】
より具体的に説明すると、図２は消灯時間１分で再始動させた時のランプ電流、ランプ電圧を実際に測定した波形図であり、ｔ１のタイミングで波形の変化が現れている。そこで、この放電灯Ｌａを消灯時間１分で再始動させるときには、ｔ１よりも早いタイミングで極性反転させれば、波形の変化が現れないようにできる。
【００２０】
図３は消灯時間３分で再始動させた時のランプ電流、ランプ電圧を実際に測定した波形図であり、ｔ２のタイミングで波形の変化が現れている。そこで、この放電灯Ｌａを消灯時間３分で再始動させるときには、ｔ２よりも早いタイミングで極性反転させれば、波形の変化が現れないようにできる。
【００２１】
図４は初始動時（消灯時間が非常に長くランプが冷えている時）のランプ電流、ランプ電圧を実際に測定した波形図であり、ｔ３のタイミングで波形の変化が現れている。そこで、この放電灯Ｌａを初期始動させるときには、ｔ３よりも早いタイミングで極性反転させれば、波形の変化が現れないようにできる。
【００２２】
このように、予め実験で放電灯を点灯させ、放電灯の状態の急激な変化による波形の乱れ、異常グロー放電、立消えが発生する時間、交番失敗が起こり易い周波数を把握しておき、それよりも早いタイミングで交番させることで、波形の乱れ、異常グロー、立消えを回避することができる。
【００２３】
（Ｂ）波形に変化が現れるまでの時間を推測する。
別の手段として、波形に変化が現れるまでの時間を推測する、という手段を用いても良い。つまり、放電灯の形状と、始動して電流が流れ始めてから、ほぼ同じ時間で波形に変化が現れるという特性の相関データを蓄積することで、予め放電灯を点灯させて波形を測定することなく、ランプインフォメーションの内容から波形に変化が現れるであろう時間を推測し、記憶部５に記憶させておく。あとは上記（Ａ）と同様に、制御回路３によって、始動時の交番周波数を初始動時ならびに異なる再始動時間毎に変化させる。つまり、初始動時ならびに異なる再始動時間毎に、波形に変化が現れると推測されるタイミングよりも前に極性反転するように、最初の交番（極性反転）までの時間を制御回路３によって変化させ、制御回路３の出力端子ＯＵＴ２〜ＯＵＴ５からスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５に交番信号を送る。
【００２４】
このように、ランプインフォメーション等から異常グロー、立消えが発生するであろう時間、交番失敗が起こり易い周波数を推測し、それよりも早いタイミングで交番させることで、波形の乱れ、異常グロー、立消えを回避することができる。
【００２５】
図５は、波形の乱れが発生する前に交番させた電流波形を概念的に示す説明図であり、図６は立消えもしくは異常グロー状態になる前に交番させた電流波形を概念的に示す説明図である。図５の例では、実線で示すタイミングで極性反転させなかったとすれば、破線で示すように波形の乱れが発生していたところを、本実施の形態では、記憶部５を参照することで波形の乱れが発生するであろう時間を予測し、その前に実線で示すように極性反転させることにより、波形の乱れを回避している。また、図６の例では、実線で示すタイミングで極性反転させなかったとすれば、破線で示すように立消えもしくは異常グロー状態になっていたであろうところを、本実施の形態では、記憶部５を参照することで立消えもしくは異常グロー状態になるであろう時間を予測し、その前に実線で示すように極性反転させることにより、立消えもしくは異常グロー状態を回避しているのである。
【００２６】
なお、記憶部５の具体的構成については特に限定されるものではないが、例えば、始動時の最適交番周波数を初始動時ならびに異なる再始動時間毎に記憶しているメモリテーブルのようなものであっても良い。
【００２７】
制御回路３のフルブリッジ回路制御部３２では、放電灯Ｌａの消灯時間に応じて記憶部５からそれぞれ異なる交番周波数を読み出すために、消灯時間を計測するためのタイマー手段を備えており、このタイマー手段はデジタル回路で簡単に構成できるが、アナログ回路で構成しても良い。
【００２８】
例えば、抵抗とコンデンサによる充放電回路にスイッチを付加して、このスイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御により、点灯時にはコンデンサを充電し、消灯後にはコンデンサを放電させる。これにより、消灯前の点灯時間や消灯後の停止時間をコンデンサの電圧により概略知ることができ、そこからランプの点灯前の温度、管圧等のランプ状態を概略知ることができる。このコンデンサの電圧に応じて交番周波数を切り替えるようにしても良いし、このコンデンサの電圧から知ることができる消灯時間に基づいてメモリテーブルを参照して、交番周波数を切り替えるようにしても良い。
【００２９】
本実施の形態によれば、放電灯の状態の急激な変化による波形の乱れ、異常グロー状態、立消え、交番失敗の発生を未然に防ぐことができ、放電灯の電極へのストレスを軽減することができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２の原理説明のための波形図である。図１の回路において、フルブリッジ回路２の交番周波数を遅く設定し、これを基本周波数とする。図中の破線で示した波形が基本周波数での交番波形であり、何も異常が無ければ、この基本周波数で交番させる。また、波形の乱れや立消え・異常グローを検知したときには、基本周波数よりも早く交番させる。
【００３１】
本実施の形態では、図１の制御回路３により、放電灯Ｌａの管電圧に応じた電圧Ｖ１と管電流に応じた電圧Ｉ１を監視させることで、放電灯の状態の急激な変化による波形の乱れ、立消え、異常グローを検知させて、これらの状態を検知した直後に交番動作させる信号を制御回路３の出力端子ＯＵＴ２〜ＯＵＴ５からスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５に送るように制御する。
【００３２】
ここで、本実施例に対する比較例として、図７の基本周波数の設定で交番させた場合のランプ電流とランプ電圧の波形を図８に例示する。この例では、図中のＸ点で立消えを起こしており、その後、何回も高圧パルスを発生させた後、正常点灯に移っている。このような立消えやそれに続く複数回の高圧パルスの発生は、電極ストレスを増大させると共に機器の信頼性を低下させるので、好ましくない。
【００３３】
そこで、本実施の形態では、上述のように、放電灯Ｌａの管電圧に応じた電圧Ｖ１や管電流に応じた電圧Ｉ１を制御回路３により監視させることで、放電灯の状態の急激な変化による波形の乱れ、立消え、異常グローを検知させて、これらの状態を検知した直後に交番動作させる。具体的には、管電圧に応じた電圧Ｖ１と管電流に応じた電圧Ｉ１が急激に変化したことを検知して交番動作を行うときの閾値（ΔＶ１／Δｔ、あるいはΔＩ１／Δｔ）をあらかじめ記憶部５に格納しておき、単位時間ΔｔにΔＶ１以上の電圧変化を検知したとき、あるいは、単位時間ΔｔにΔＩ１以上の電流変化を検知したときに、強制的に交番動作させる。なお、電圧変化や電流変化の大きさは時間微分の絶対値が閾値を越えたときに、波形の乱れが大きいと判定するものとする。
【００３４】
実際に上記の動作をさせて放電灯Ｌａを始動させた時のランプ電流とランプ電圧の波形を図９に例示する。この例では、ｂ点で立消えもしくは異常グローを検知して、基本周波数よりも早いタイミングで強制的に交番させている。ａ点にも波形の乱れが見られるが、ここでは交番動作させていない。これは、立消えや異常グロー状態に発展するようなレベルの乱れではないため、交番させていないのである。放電灯によっては、始動後や交番後に極く短い時間で小さな波形の乱れが頻繁に発生するためで、その度に交番させていると、電極が充分にヒートアップされないため、アークスポットが安定せず、かえって波形の乱れが大きくなり、立消えや異常グロー状態になったり、交番失敗を起こしやすくなってしまう。そこで、本実施の形態では、管電圧に応じた電圧Ｖ１と管電流に応じた電圧Ｉ１ごとに、急激な変化を検知して交番動作を行うときの閾値をあらかじめ記憶部５に格納しておき、放電灯Ｌａの管電圧に応じた電圧Ｖ１や管電流に応じた電圧Ｉ１の値が小さい場合は、あまり頻繁に交番動作させないように制御している。
【００３５】
また、無負荷電圧は、ランプインフォメーションに記載されている推奨電圧よりも低く設定することで、図１のチョッパ回路１以外の構成部品（スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５等）において耐圧の低いものを使用できるため、放電灯点灯装置の小型化と低価格化が可能になる。図９の始動波形では、無負荷時の電圧をランプインフォメーションに記載されている推奨電圧よりも低く設定しているため、始動時の突入電流を下げることができ、突入電流による電極へのストレスも軽減されている。
【００３６】
更に無負荷電圧を下げた場合の始動波形が図１０であるが、矢印の部分Ｘで立消えもしくは異常グローを検知して、基本周波数よりも早いタイミングで強制的に交番させている。このように、無負荷電圧を下げることで、更に突入電流を減らすことができるし、耐圧の低い部品を使用できることが分かる。
【００３７】
なお、放電灯Ｌａのランプ電圧が交番する際には図１１の波形図に示されるように、ランプ電圧の検出値が急変する。同様にランプ電流の検出値も急変し、これらの検出値から算出されるランプ電力も急変することになる。そこで、本実施の形態では、こういった変化を検知して、間違って交番動作させることがないように、ランプ電圧の交番前後の一定期間は、制御回路３の内部で放電灯Ｌａの管電圧に応じた電圧Ｖ１や管電流に応じた電圧Ｉ１の情報を一時的に受け付けなくするように制御している。あるいは、交番前後は制御回路３の出力端子ＯＵＴ２〜ＯＵＴ５からオン信号が出ないデッドオフタイムを設けるように制御回路３内で制御する。
【００３８】
本実施の形態によれば、放電灯の状態の急激な変化による波形の乱れ、異常グロー状態、立消えを短時間で回避できるため、放電灯の電極へのストレスを軽減できる。また、実施の形態１のように予め実験や推測をする必要がないため、開発期間も短縮できる。
【００３９】
（実施の形態３）
実施の形態１では、予め設定しておいた周波数で交番動作させ、実施の形態２では放電灯の状態の急激な変化を検知することで交番動作させていたが、本実施の形態では、始動してから最初の交番までは実施の形態１のように予め計測したり推測したりしていた時間で交番させることで、電極に対する最低限のヒートアップ時間を確保し、最初の交番後は実施の形態２の動作をさせることで、最初の交番後の放電灯の状態の急激な変化を検知することで交番動作させる。
【００４０】
（実施の形態４）
実施の形態２や実施の形態３の最初の交番後の制御では、一定の基本周波数を持って交番動作させている。ところが、初始動時と再始動時では電極の温度が異なるため、基本的に電極のヒートアップに要する時間は違ってくる。このため、消灯してから再度点灯信号が入るまでの時間をカウントする機能を制御回路３に持たせ、放電灯の電極が充分冷却され、初期始動の状態になる時間に点灯信号が入った場合は基本周波数を低く設定し、放電灯の電極がまだ熱を持っている時間に点灯信号が入った場合は基本周波数を高く設定するように制御する。また、放電灯の電極が熱を持っている場合には、消灯時間毎に基本周波数を変えるように制御する。このように制御することで、初始動時は電極を充分にヒートアップでき、電極が熱を持っている再始動時は電極をヒートアップし過ぎないようにして、電極へのストレスを軽減することができる。つまり、初始動時は放電灯の電極が冷えているため、交番周波数を低く設定することで放電灯の電極を充分にヒートアップすることができる。反対に、再始動時の放電灯の電極は熱を持った状態にあるため、初始動時のように交番周波数を低く設定するとヒートアップ過剰で電極に過大なストレスを与えることになるため、交番周波数を高く設定することで、電極へのストレスを軽減することができる。
【００４１】
（実施の形態５）
本実施の形態では、上述の各実施の形態において、放電灯Ｌａの立消えが発生した場合に、一定時間を経てから高圧パルスを発生させるように制御することを特徴とする。
【００４２】
図１２は放電灯が立消えしたあと再起動できなかった時のランプ電流とランプ電圧の波形を示している。図１２を見ると、矢印の箇所Ｘで立消えした後、波形が細く出ている部分（イ）において、何度か高圧パルスを発生させてブレークダウンしていることが分かるが、その時の無負荷電圧からの落ち込みが小さくなっていることから、管電圧が徐々に高くなっていくのが分かる。なお、図１２の最後の部分（ロ）で管電圧が下がっているのは放電灯が点灯しなかったので、点灯信号をオフしたためである。
【００４３】
このように、立消えを起こした場合に、上述の各実施の形態の制御によっても点灯維持できないような事態が発生した場合、再度、高圧パルスを印加して放電灯を起動させる必要があるが、放電灯の始動直後に立消えした場合は放電灯のブレークダウン電圧が上昇してしまう。このため、同じ電圧のパルスを印加しても直ちに起動できる確率は低くなってしまう。あくまで再起動させようとすると、パルス電圧は、より高いものが必要になってくる。
【００４４】
そこで、図１２の（イ）の区間のように短時間に連続して高圧パルスを印加するのではなく、このような立消えが発生した場合は図１３や図１４のように一定時間Ｔｏを経てから高圧パルスを発生させるように制御する。この場合の高圧パルスを発生させる時の極性は、ランプの種類やランプの状態によって正側が点灯しやすいものと、負側が点灯しやすいものがあるため、任意に選択して極性を選択できるように制御する。
【００４５】
図１３は正極性で再起動のための高圧パルスを発生させた場合の電流波形の例であり、図１４は負極性で再起動のための高圧パルスを発生させた場合の電流波形の例である。
【００４６】
このように、本実施の形態は、一度立消えした放電灯は、立消え直後に高圧パルスを印加しても始動し難い場合があることを考慮したもので、点灯し難い状態で何度も再起動をかけることによる電極へのストレスを軽減できる。さらに、高圧パルスにより周辺機器を誤動作させる確率を減らすことができ、例えば、液晶プロジェクタなどの機器の信頼性を向上させることができる。
【００４７】
以上の実施の形態では、チョッパ回路１として降圧チョッパ回路を用いる例を示しているが、チョッパ回路１として図１５の昇圧チョッパ回路や図１６の昇降圧チョッパ回路を使用することもできる。図１５の昇圧チョッパ回路では、スイッチング素子Ｑ１がオンすると入力電圧によりインダクタＬ１に電流が流れて、スイッチング素子Ｑ１がオフするとインダクタＬ１の起電力と入力電圧の和がダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に充電される。図１６の昇降圧チョッパ回路では、スイッチング素子Ｑ１がオンすると入力電圧によりインダクタＬ１に電流が流れて、スイッチング素子Ｑ１がオフするとインダクタＬ１の起電力によりダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１が充電される。なお、図１の降圧チョッパ回路では、スイッチング素子Ｑ１がオンすると入力電圧がインダクタＬ１を介して降圧されてコンデンサＣ１に充電され、スイッチング素子Ｑ１がオフするとインダクタＬ１の蓄積エネルギーがダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１に放出される。本発明のチョッパ回路１としては、降圧、昇圧、昇降圧のいずれのチョッパ回路を用いても構わない。
【００４８】
また、チョッパ回路は定電力制御に限らず定電流制御、定電圧制御等も使用することができ、更に一定の出力ではなく、電力、電流、電圧を所定の変動態様に従って制御する場合にも本発明を適用することができる。
【００４９】
また、本発明は、超高圧水銀灯を実際に使用し、経験してきたことから考え出されたものであるが、超高圧水銀灯と同じような振る舞いをする放電灯全てに対して有効である。
【００５０】
なお、いずれの実施の形態においても、スイッチング素子としてはＭＯＳＦＥＴのほか、バイポーラトランジスタやリレー等を用いても構わない。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、放電灯の状態の急激な変化を回避したり、その影響を最小限にするように極性反転のタイミングを制御することによって、始動時の波形を改善でき、放電灯始動時の電極のストレスを軽減できるので、放電灯の長寿命化が図れる。また、大きなチョークコイルを用いずに放電灯の状態の急激な変化に対応できるので、装置の小型化が可能であり、低価格化も可能である。また、無負荷電圧を下げても始動に関して問題が生じないため、突入電流を減らすことが可能になり、放電灯始動時の電極のストレスを軽減できるので、放電灯の長寿命化が図れるとともに、使用する部品の耐圧を下げることができるため、部品形状も小さくなり、部品も安価なものを使用でき、装置の小型化が可能であり、低価格化も可能である。
【００５２】
また、請求項９，１０の発明によれば、電極の加熱時間を放電灯の状態により変化させることで電極を加熱し過ぎることによる電極へのストレスを軽減できるので、放電灯の長寿命化が図れる。
【００５３】
また、請求項１１，１２の発明によれば、立消え後に始動しやすくなるまで待ってから再始動のための高圧パルスを発生させるため、再始動の失敗の確率が低くなり、高圧パルスやブレークダウン時の突入電流による放電灯の電極のストレスを軽減できるので、放電灯の長寿命化が図れる。さらに、高圧パルスにより周辺機器を誤動作させる確率を減らすことができ、例えば、液晶プロジェクタなどの機器の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１の波形確認試験で観測された波形を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１の波形確認試験で観測された波形を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１の波形確認試験で観測された波形を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１の電流波形の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１の電流波形の他の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２の原理説明のためのランプ電流の波形図である。
【図８】本発明の実施の形態２を実施せずに始動させた時の波形を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２を実施した場合の実際に始動させた時の波形を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２で無負荷電圧を下げて、実際に始動させた時の波形を示す図である。
【図１１】本発明の交番時のランプ電圧波形の例を示す図である。
【図１２】本発明の放電灯が立消えしたあと再起動できなかった時の波形を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態５の電流波形の一例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態５の電流波形の他の一例を示す図である。
【図１５】本発明に用いる昇圧チョッパの回路図である。
【図１６】本発明に用いる昇降圧チョッパの回路図である。
【図１７】従来例の回路図である。
【図１８】従来例の始動時の波形の例を示す図である。
【図１９】従来例の異常グロー状態や立消えに至るまでの波形の例を示す図である。
【符号の説明】
Ｉ 入力端子
１ チョッパ回路
２ フルブリッジ回路
３ 制御回路
４ 高圧パルス発生回路
５ 記憶部
Ｌａ 放電灯
Ｑ１〜Ｑ５ スイッチング素子
Ｄ１ ダイオード
Ｌ１ インダクタ
Ｃ１ コンデンサ

Claims (13)

1. 直流電源と、少なくとも１組のスイッチング素子の直列回路を有し直流電源からの直流電圧を矩形波電圧に変換する極性反転回路と、極性反転回路からの矩形波電圧を印加される高圧放電灯と、前記スイッチング素子を制御する制御回路と、高圧放電灯が始動を開始してから点灯するまでの始動期間においてランプ電圧に過渡電圧が現れるまでの時間を記憶している記憶部と、を備え、
   前記制御回路は、高圧放電灯の始動期間において、前記記憶部に記憶されている時間が経過するよりも前に、高圧放電灯に印加される電圧の極性を強制的に反転させることを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
2. 前記記憶部には、高圧放電灯の始動期間においてランプ電圧に過渡電圧が現れるまでの時間を予め計測した結果を記憶している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. 前記記憶部には、高圧放電灯の始動期間においてランプ電圧に過渡電圧が現れるまでの時間を高圧放電灯のランプ特性の情報に基づいて予測した結果を記憶している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. 前記制御回路は、ランプ電流又はランプ電圧の変化率が所定の閾値を越えるか否かを判定する手段を備え、高圧放電灯の始動期間においてランプ電流又はランプ電圧の変化率が所定の閾値を越えたことを検知すると、高圧放電灯に印加される電圧の極性を強制的に反転させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
5. 前記制御回路は、高圧放電灯の始動期間においてランプ電流又はランプ電圧の変化により異常グロー状態になったことを検知すると、高圧放電灯に印加される電圧の極性を強制的に反転させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
6. 前記制御回路は、高圧放電灯の始動期間においてランプ電流又はランプ電圧の変化により放電灯が立消えたことを検知すると、高圧放電灯に印加される電圧の極性を強制的に反転させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
7. 前記制御回路は、高圧放電灯に印加される電圧の極性を反転させる前後の一定期間は、ランプ電流又はランプ電圧の検出を停止することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
8. 前記制御回路は、高圧放電灯の始動期間において、最初に高圧放電灯に印加される電圧の極性を反転させるまでは、ランプ電流又はランプ電圧の変化の検出による極性反転を禁止することを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
9. 高圧放電灯が消灯してから再始動するまでの消灯時間が長くなるほど、高圧放電灯に印加される電圧の極性を強制的に反転させるまでの時間は長く設定されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
10. 高圧放電灯の電極温度が低くなるほど、高圧放電灯に印加される電圧の極性を強制的に反転させるまでの時間は長く設定されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
11. 高圧放電灯が立ち消えした場合には、所定の時間後に高圧放電灯が立ち消えする直前に印加されていた電圧と同じ極性の高圧パルス電圧を印加することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
12. 高圧放電灯が立ち消えした場合には、所定の時間後に高圧放電灯が立ち消えする直前に印加されていた電圧と異なる極性の高圧パルス電圧を印加することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を備え、高圧放電灯を点灯させることを特徴とする照明装置。

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