JP2005203185A - 高圧放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧放電灯に始動を補助する放電管を設けたものにおいて、ノイズの低減及び始動性のさらなる向上を図る。
【解決手段】全波整流回路２の出力電圧を昇圧して所望の直流電圧に変換するチョッパ回路４と、このチョッパ回路からの直流電圧を交流電圧に変換し、交流電力を高圧放電灯Ｌの発光管１４及び始動を補助する補助放電管１７に供給するインバータ回路１０と、始動点灯させるためのパルス電圧を発生する、昇圧トランス１６、充放電コンデンサ１８、３端子サイリスタ１９等からなるイグナイタ回路と、高圧放電灯が始動点灯するまでの間、インバータ回路からの矩形波電圧にイグナイタ回路からのパルス電圧を重畳した波形を高圧放電灯に印加する第１の制御と、イグナイタ回路が発生するパルス電圧のみを高圧放電灯に印加する第２の制御を繰り返す制御部２９とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプ等の高圧放電灯を点灯制御する高圧放電灯点灯装置に関する。

高圧放電灯点灯装置は、始動時や再始動時に高圧パルスを高圧放電灯に印加して始動点灯させるもので、特に、ランプ消灯直後の再始動時には温度が高くランプ始動電圧が高くなっているので高圧パルスを印加し続けることになる。しかし、これはノイズ発生の原因となる。

そこで、従来、再始動時に、整流回路の出力電圧を所望の直流電圧に変換するチョッパ回路、このチョッパ回路からの直流電圧を交流電圧に変換し、交流電力を高圧放電灯に供給するインバータ回路、パルス電圧を発生するイグナイタ回路を間欠的に動作することでノイズ発生の低減を図ったものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、始動時においてタイマを使用してイグナイタ回路を間欠的に一定時間だけ動作することでノイズ発生の低減を図ったものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

また、メタルハライドランプにおいて口金が取付けられている外側管内に主発光管である放電容器とともにＵＶエンハンサを設けて始動性を高めたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開平１０−１０６７８５号公報 特許第２５６２８１６号公報 特表２００３−５０２８０４号公報

高圧放電灯において、ノイズを低減するとともに始動を補助する放電管を効率よく動作して始動性を高めることが要望されていた。
本発明は、このような要望を満たすために為されたもので、高圧放電灯に始動を補助する放電管を設けたものにおいて、ノイズを低減できるとともに始動性をより向上できる高圧放電灯点灯装置を提供する。
また、本発明は、ノイズをさらに低減できる高圧放電灯点灯装置を提供する。
また、本発明は、始動性をさらに向上できる高圧放電灯点灯装置を提供する。

請求項１記載の発明は、交流電源からの交流を整流する整流回路と、この整流回路の出力電圧を所望の直流電圧に変換するチョッパ回路と、このチョッパ回路からの直流電圧を交流の矩形波電圧に変換し、交流電力を高圧放電灯に供給するインバータ回路と、高圧放電灯を始動点灯させるためのパルス電圧を発生するイグナイタ回路と、交流電源を投入してから高圧放電灯が始動点灯するまでの間、インバータ回路からの矩形波電圧にイグナイタ回路が発生するパルス電圧を重畳した波形を高圧放電灯に印加する第１の制御と、イグナイタ回路が発生するパルス電圧のみを高圧放電灯に印加する第２の制御を繰り返す始動制御手段とを備えたものである。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の高圧放電灯点灯装置において、高圧放電灯は、発光管とともにこの発光管の始動を補助する補助放電管を備えたことにある。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の高圧放電灯点灯装置において、始動制御手段は、交流電源の投入後、先ず、第２の制御から開始させることにある。
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１記載の高圧放電灯点灯装置において、高圧放電灯の発光管が点灯したことを検出する検出回路を備え、高圧放電灯の発光管が点灯したときには、イグナイタ回路の動作を停止させるパルス停止回路を備えたことにある。

本発明によれば、高圧放電灯の始動時において、ノイズを低減できるとともに始動性をより向上できる。
また、本発明によれば、ノイズをさらに低減できる。
また、本発明によれば、高圧放電灯に始動を補助する補助放電管を備えたものにおいて、始動性をさらに向上できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１に示すように、交流電源１に全波整流ダイオードブリッジ回路２の入力端子を接続し、この全波整流回路２の出力端子にコンデンサ３を並列に接続している。そして、前記全波整流回路２の出力端子にチョッパ回路４を接続している。

前記チョッパ回路４は、前記全波整流回路２の出力端子にインダクタ５を介してＭＯＳ型のＦＥＴ（電界効果形トランジスタ）６を並列に接続するとともに、さらに、ダイオード７を順極性に介して１対の平滑コンデンサ８，９の直列回路を並列に接続している。そして、前記チョッパ回路４の出力端子にハーフブリッジ形のインバータ回路１０を接続している。

前記インバータ回路１０は、平滑コンデンサ８，９の直列回路に１対のＭＯＳ型ＦＥＴ１１，１２の直列回路を並列に接続し、前記平滑コンデンサ８，９の接続点を、抵抗１３を介して高圧放電灯Ｌの発光管１４における一方の電極に接続し、前記ＭＯＳ型ＦＥＴ１１，１２の接続点を、インダクタ１５を介し、さらにイグナイタ回路の昇圧トランス１６の２次巻線１６ｓを介して前記発光管１４における他方の電極に接続している。

前記発光管１４の電極間にはこの発光管１４の始動を補助する補助放電管１７を並列に接続している。前記補助放電管１７は、例えば、ＵＶエンハンサで、放電により紫外線の光電子を放出し、これを前記発光管１４に作用させることでその発光管１４の始動電圧を下げる効果を奏するものである。

前記高圧放電灯Ｌは、図３に示すように、一端に口金４１を取付けた外管４２内に前記発光管１４及び補助放電管１７を収納したもので、前記発光管１４と外管４２との間にさらに中管４３を設けて前記発光管１４の保温を維持するようになっている。前記補助放電管１７は例えばガラス管内にアルゴンガスを封入し、ガラス管の周囲に一方の電極に接続したモリブデン線４４を巻回し、両電極間に電圧を印加させることで紫外線を放出するようになっている。

前記イグナイタ回路は、昇圧トランス１６の１次巻線１６ｐにおける一端を、充放電コンデンサ１８を介して前記平滑コンデンサ８，９の直列回路の負極側端に接続し、その他端を、単方向性３端子サイリスタ１９を介して前記平滑コンデンサ８，９の直列回路の負極側端に接続している。そして、前記インダクタ１５と昇圧トランス１６の２次巻線１６ｓとの接続点を、抵抗２０及びダイオード２１を直列に介して前記１次巻線１６ｐと充放電コンデンサ１８との接続点に接続している。

前記イグナイタ回路は、また、前記インダクタ１５と昇圧トランス１６の２次巻線１６ｓとの接続点と前記平滑コンデンサ８，９の直列回路の負極側端との間に抵抗２２，２３の直列回路を接続し、その抵抗２２，２３の接続点と前記３端子サイリスタ１９のゲートとの間に双方向性２端子サイリスタ２４を接続している。前記抵抗２３に充放電コンデンサ２５を並列に接続している。

前記発光管１４と昇圧トランス１６の２次巻線１６ｓとの直列回路に、コンデンサ２６を並列に接続するとともに抵抗２７，２８の直列回路を並列に接続している。
前記各ＦＥＴ１１，１２を制御部２９によってスイッチング制御するようになっている。前記制御部２９は、また、前記抵抗２７，２８の接続点からランプ電圧を検出し、このランプ電圧から高圧放電灯Ｌの始動点灯を検出する検出回路を構成するとともに、この検出回路が高圧放電灯Ｌの始動点灯を検出したときには前記抵抗２３と充放電コンデンサ２５との並列回路を短絡して前記イグナイタ回路の動作を停止するパルス停止回路手段も構成している。

このような構成において、チョッパ回路４はＦＥＴ６のスイッチング動作とインダクタ５の作用によって全波整流回路２の出力電圧を昇圧して所望の直流電圧に変換し、その直流電圧を平滑コンデンサ８，９の直列回路から出力する。
前記制御部２９は、高圧放電灯Ｌが点灯する前の始動時において、第１の制御と第２の制御を交互に繰り返す制御を行う始動制御手段を構成している。

制御部２９が行う第１の制御においては、ＦＥＴ１１を図２の(a)に示すように、一定時間、点灯周波数よりも高い高周波でスイッチング動作した後、一定時間スイッチング動作を停止させ、これを繰り返し、また、ＦＥＴ１２を図２の(b)に示すように、ＦＥＴ１１が動作を停止している一定時間、点灯周波数よりも高い高周波でスイッチング動作し、ＦＥＴ１１が高周波スイッチング動作している一定時間スイッチング動作を停止させ、これを繰り返す。

ＦＥＴ１１が高周波スイッチング動作しているときには、ＦＥＴ１１のオン時に平滑コンデンサ８，９の直列回路から、ＦＥＴ１１→インダクタ１５→抵抗２０→ダイオード２１を介して充放電コンデンサ１８に充電電流が流れ、充放電コンデンサ１８の充電電圧は図２の(c)に示すように増加する。また、平滑コンデンサ８，９の直列回路から、ＦＥＴ１１→インダクタ１５→抵抗２２を介して充放電コンデンサ２５に充電電流が流れ、充放電コンデンサ２５の充電電圧は図２の(d)に示すように増加する。

そして、ＦＥＴ１１が高周波スイッチング動作を行っている期間において充放電コンデンサ２５の充電電圧が２端子サイリスタ２４のブレークオーバ電圧に達すると２端子サイリスタ２４が導通し、それにより３端子サイリスタ１９が導通する。３端子サイリスタ１９が導通すると、充放電コンデンサ１８の充電電荷が昇圧トランス１６の１次巻線１６ｐを介して流れ、その２次巻線１６ｓに高圧パルスが発生する。この高圧パルスは高圧放電灯の発光管１４及び補助放電管１７に印加される。

このようにして、ＦＥＴ１１の高周波スイッチング動作とＦＥＴ１２の高周波スイッチング動作が一定時間毎に交互に行われ、この間充放電コンデンサ１８の充電電圧は図２の(c)に示すように変化し、充放電コンデンサ２５の充電電圧は図２の(d)に示すように変化し、高圧放電灯Ｌの発光管１４及び補助放電管１７には図２の(e)に示すように点灯周波数の矩形波電圧にパルス電圧が重畳して印加される。

また、制御部２９が行う第２の制御においては、図４の(a)及び(b)に示すように、ＦＥＴ１１及び１２の動作を停止させる。この状態では、充放電コンデンサ１８への充電電流は、平滑コンデンサ８，９の接続点から、抵抗１３→抵抗２７，２８→抵抗２０→ダイオード２１を介して流れる。また、充放電コンデンサ２５への充電電流は、平滑コンデンサ８，９の接続点から、抵抗１３→抵抗２７，２８→抵抗２２を介して流れる。

この場合の充電回路の時定数はＦＥＴ１１，１２をスイッチング動作している場合に比べて大きく、また、充電回路に印加される電圧も略半分になる。従って、充放電コンデンサ１８の充電電圧は図４の(c)に示すようにゆっくりと上昇し、また、充放電コンデンサ２５の充電電圧も図４の(d)に示すようにゆっくりと上昇する。そして、やがて、充放電コンデンサ２５の充電電圧が２端子サイリスタ２４のブレークオーバ電圧に達すると２端子サイリスタ２４が導通し、それにより３端子サイリスタ１９が導通する。３端子サイリスタ１９が導通すると、充放電コンデンサ１８の充電電荷が昇圧トランス１６の１次巻線１６ｐを介して流れ、その２次巻線１６ｓに高圧パルスが発生する。この高圧パルスは高圧放電灯Ｌの発光管１４及び補助放電管１７に印加される。

しかし、このときの充放電コンデンサ１８の充電電圧はＦＥＴ１１，１２をスイッチング動作している場合に比べて低く、また、インバータ回路１０は発振動作を停止しているので、発光管１４及び補助放電管１７には図４の(e)に示すように低目の高圧パルスのみが印加される。しかも、点灯周波数に比べて大きな周期で印加される。

発光管１４が始動点灯するのには図２の(e)に示すような矩形波電圧にパルス電圧を重畳した電圧が要求されるが、補助放電管１７が紫外線を放出するには図４の(e)に示すような低目の高圧パルスで十分である。

そこで、制御部２９は、交流電源１が投入されて始動が開始されると、図５に示すように、先ず、第２の制御からスタートさせる。この第２の制御においてはＦＥＴ１１，１２のスイッチング動作は停止されるので、低目の高圧パルスのみが比較的長い時間間隔で発生し、発光管１４及び補助放電管１７に印加される。この高圧パルスでは発光管１４はほとんど影響しないが補助放電管１７は放電現象を起こし紫外線を放出するようになる。

この状態で、第２の制御から第１の制御に切替わると、ＦＥＴ１１，１２が一定時間ずつ交互に高周波スイッチング動作を繰り返すようになる。この第１の制御においては充放電コンデンサ１８，２５への充電回路の時定数が小さくなり、また、印加電圧も高くなるので、短い周期で高目の高圧パルスが発生し、これがインバータ回路１０からの点灯周波数の矩形波電圧に重畳して発光管１４及び補助放電管１７に印加される。

この電圧印加により発光管１４は放電動作を開始するようになる。このとき、発光管１４は補助放電管１７から放出された紫外線の影響を受けて始動電圧を低下するので、始動性が向上される。しかも、始動が開始されると、先ず、補助放電管１７が放電するように第２の制御が開始されるので、発光管１４にパルス電圧が印加するときには既に補助放電管１７が放電して紫外線を放出していることになり、このような制御により始動性がさらに向上される。
こうして、発光管１４は高目の高圧パルスが矩形波電圧に重畳した電圧の印加により短時間で迅速に始動点灯するようになる。

発光管１４が始動点灯するに必要なパルス電圧は大きいのでノイズの原因となるが、このパルス電圧は出力され続けることはなく、第１の制御のＴ1期間のみ出力され、その後は第２の制御による低目のパルス電圧がＴ2期間にわたって出力される。しかも、第２の制御によるパルス電圧の発生間隔は長い。そして、第１の制御と第２の制御が交互に繰り返される。これらの制御によってノイズの低減を図ることができる。また、第２の制御によるパルス電圧の発生期間Ｔ2を第１の制御によるパルス電圧の発生期間Ｔ1に比べて長く設定することにより、ノイズをさらに低減できる。

高圧放電灯Ｌが始動点灯すると、すなわち、発光管１４が始動点灯すると、ランプ電圧が低下するので、制御部２９はそれを抵抗２７，２８の接続点電圧から検出し、充放電コンデンサ２５を短絡制御する。これにより、以降は２端子サイリスタ２４が導通することはなく、昇圧トランス１６が動作することはなく、従って、高圧パルスの発生は停止される。こうして高圧放電灯Ｌが始動点灯した後はパルス電圧によるノイズは停止される。

そして、点灯時においてインバータ回路１０は、図６の(a)及び(b)に示すように、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２が一定時間ずつ交互に点灯周波数よりも高い高周波でスイッチング動作を繰り返し、図６の(c)に示すような点灯周波数の矩形波電圧が高圧放電灯Ｌに印加されることになる。

（第２の実施の形態）
なお、前述した実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
前述した実施の形態では、充放電コンデンサ１８への充電経路をインダクタ１５と昇圧トランス１６の２次巻線１６ｓとの接続点から、抵抗２０及びダイオード２１を直列に介して形成するようにした。これに対し、この実施の形態では、図６に示すように、チョッパ回路４のダイオード７のカソードを抵抗３０及びダイオード３１を直列に介して充放電コンデンサ１８と昇圧トランス１６の１次巻線１６ｐとの接続点に接続することで充放電コンデンサ１８への充電経路を形成している。

このような構成においては、充放電コンデンサ１８への充電経路にＦＥＴ１１及びインダクタ１５が介在しないので、ＦＥＴ１１のスイッチング動作時に充電電流が途切れること無く連続して流すことができ迅速な充電ができる。また、ＦＥＴ１１のスイッチング動作が停止している状態でも充電経路を変えることなく充放電コンデンサ１８への充電が迅速にできる。

なお、その他の構成は前述した実施の形態と同一で有り、従って、始動性の向上やノイズの低減については前述した実施の形態と同様の効果が得られるものである。
なお、前述した実施の形態では、インバータ回路としてハーフブリッジ形のインバータ回路を使用したがこれに限定するものではなく、フルブリッジ形のインバータ回路やその他の構成のインバータ回路も使用できるものである。

本発明の、第１の実施の形態を示す回路構成図。 同実施の形態の始動点灯開始前における第１の制御時のＦＥＴ動作及び要部出力電圧を示す波形図。 同実施の形態における高圧放電灯の構成を示す図。 同実施の形態の始動点灯開始前における第２の制御時のＦＥＴ動作及び要部出力電圧を示す波形図。 同実施の形態の始動点灯開始前における高圧放電灯への印加電圧波形を示す図。 同実施の形態の始動点灯後における高圧放電灯への印加電圧波形を示す図。 本発明の、第２の実施の形態を示す回路構成図。

符号の説明

２…全波整流ダイオードブリッジ回路、４…チョッパ回路、１０…インバータ回路、１１，１２…ＭＯＳ型のＦＥＴ（電界効果形トランジスタ）、Ｌ…高圧放電灯、１４…高圧放電灯の発光管、１６…昇圧トランス、１７…高圧放電灯の補助放電管、１８…充放電コンデンサ、１９…単方向性３端子サイリスタ、２４…双方向性２端子サイリスタ、２５…充放電コンデンサ。

Claims (4)

1. 交流電源からの交流を整流する整流回路と、
   この整流回路の出力電圧を所望の直流電圧に変換するチョッパ回路と、
   このチョッパ回路からの直流電圧を交流電圧に変換し、交流電力を高圧放電灯に供給するインバータ回路と、
   前記高圧放電灯を始動点灯させるためのパルス電圧を発生するイグナイタ回路と、
   前記交流電源を投入してから前記高圧放電灯が始動点灯するまでの間、前記インバータ回路からの交流電圧に前記イグナイタ回路が発生するパルス電圧を重畳した波形を前記高圧放電灯に印加する第１の制御と、前記イグナイタ回路が発生するパルス電圧のみを前記高圧放電灯に印加する第２の制御を繰り返す始動制御手段と、
   を具備したことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
2. 高圧放電灯は、発光管とともにこの発光管の始動を補助する補助放電管を備え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. 始動制御手段は、交流電源の投入後、先ず、第２の制御から開始させることを特徴とする請求項1又は２記載の高圧放電灯点灯装置。
4. 高圧放電灯の発光管が点灯したことを検出する検出回路を備え、前記高圧放電灯の発光管が点灯したときには、イグナイタ回路の動作を停止させるパルス停止回路を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１記載の高圧放電灯点灯装置。

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