JP2005251578A - ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流点灯方式において、出力電流のオーバーシュートを抑制し、電極の減りが少なく、騒音が小さいランプ点灯装置を提供することを目的とする。
【解決手段】入力電力を直流電圧に変換し、かつ出力電流を制御できる電力変換回路１と、前記電力変換回路１から出力された直流電圧を交流電圧に変換する極性切り替え回路２と、前記電力変換回路１の出力電流を検出する検出抵抗Ｒ３と、前記検出抵抗Ｒ３に跨って、前記検出抵抗Ｒ３によって検出された第１の検出電圧を調整する検出電圧調整回路６と、前記第１の検出電圧を調整した第２の検出電圧Ｖｓを基準電圧Ｖｒと比較して、この基準電圧Ｖｒに追従するように前記電力変換回路１を制御する電流制御回路７とを備え、前記検出電圧調整回路６は、ランプ電圧の極性が切り替わる前後の所定期間、前記第２の検出電圧Ｖｓを前記基準電圧Ｖｒよりも大きくすることを特徴とするランプ点灯装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、高輝度放電灯のようにアーク放電を利用するランプの点灯装置に関する。

一般に、交流点灯方式を採用している従来のランプ点灯装置は、基準値と出力電力との差に基づいて、出力電力が一定になるように制御している。例えば、特許文献１では、図４に示すように、整流回路２、昇降圧形コンバータ回路３、インバータ回路４、演算制御回路６及び放電灯５によって構成されており、出力電力と基準値との差を検出して、この差に応じて昇降圧形コンバータ回路３の半導体スイッチＱ１のパルス幅を制御し、出力電力が一定になるように制御している。また、インバータ回路４は、４つの半導体スイッチＱ２〜Ｑ５で構成されており、第１組の半導体スイッチＱ２とＱ５と第２組の半導体スイッチＱ３とＱ４とが交互にオン、オフし、アーム短絡を防止するために、全ての半導体スイッチＱ２〜Ｑ５が同時にオフするデットタイムの期間が設けられている。

しかし、上記従来例によれば、インバータ回路４の極性切り替え時に発生するデッドタイムの間も、電力制御で使用されている基準値を一定値に維持しているので、上記デッドタイムの間に昇降圧形コンバータ回路３の出力電圧が上昇し、この電圧が上昇することによって、大電流がランプに流れオーバーシュートが発生する。

このようなオーバーシュートが発生すると、ランプに対して必要以上の電流が流れて電極へのストレスが大きくなり、電極の寿命に影響する。さらに、装置から発生する騒音が大きくなるという問題がある。

極性切り替え時に発生するオーバーシュートを防止する技術は既に公知になっており、例えば、特許文献２に開示されている。特許文献２では、極性切り替え信号に同期して極性切り替え時に基準値を所定期間だけ減少させ、極性切り替え時の検出値と基準値との差を少なくし、出力電圧が一定になるように制御している。
特開平０８−０９６９７３号公報 特開２００３−２０３７９６号公報

しかしながら、上記従来例では、予め決められた固定の基準値を提供する装置を有し、制御装置に予め設定した減少値を基準値から減算するため、マイコン等に予め数種の減少値を設定しておき、ランプ電流に応じて減少値を選択する必要があった。本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであり、交流点灯方式において、検出値と基準値との差を少なくしてランプ電力を制御する際、減少値の設定を行わずに、簡単な回路構成で確実に極性切り替え時の検出値と基準値との差を小さくし、出力電流のオーバーシュートを防止することを課題とする。

請求項１の発明は、入力電力を直流電圧に変換し、かつ出力電流を制御できる電力変換回路と、前記電力変換回路から出力された直流電圧を交流電圧に変換する極性切り替え回路と、前記電力変換回路の出力電流を検出する検出抵抗と、前記検出抵抗に跨って、前記検出抵抗によって検出された第１の検出電圧を調整する検出電圧調整回路と、前記第１の検出電圧を調整した第２の検出電圧を基準電圧と比較して、この基準電圧に追従するように前記電力変換回路を制御する電流制御回路とを備え、前記検出電圧調整回路は、ランプ電圧の極性が切り替わる前後の所定期間、前記第２の検出電圧を前記基準電圧よりも大きくすることを特徴とするランプ点灯装置を提供するものである。

請求項１の発明によれば、ランプの極性が切り替わる前後の所定期間、ランプ電流の検出値を基準電圧よりも大きくするため、極性切り替え時に発生するオーバーシュートを防止することができる。したがって、オーバーシュートの過電流による電極の劣化を防止し、さらに、オーバーシュートによって装置から発生する騒音を防止することができる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記検出電圧調整回路は、第１の抵抗と、第２の抵抗と、半導体スイッチとをそれぞれ直列接続した回路からなり、ランプ電圧の極性が切り替わる所定期間前に、前記半導体スイッチをオフにして、前記第１の検出電圧を分圧しないで維持し、極性が切り替わる所定期間後に、前記半導体スイッチをオンにして、前記第１の検出電圧を前記第１の抵抗と前記第２の抵抗とによって分圧することを特徴とするランプ点灯装置を提供するものである。

請求項２の発明によれば、半導体スイッチの制御のみで容易に極性切り替え時の検出電圧の電圧レベルを調整して、請求項１に記載の効果を得ることができる。

請求項３の発明は、請求項１において、前記検出電圧調整回路は、第１の抵抗と、第２の抵抗とを直列接続し、前記第１又は第２の抵抗と並列に半導体スイッチを接続した回路からなり、ランプ電圧の極性が切り替わる所定期間前に、前記半導体スイッチをオンにして、前記第１の検出電圧を分圧しないで維持し、極性が切り替わる所定期間後に、前記半導体スイッチをオフにして、前記第１の検出電圧を前記第１の抵抗と前記第２の抵抗とによって分圧することを特徴とするランプ点灯装置を提供するものである。

請求項３の発明によれば、半導体スイッチの制御のみで容易に極性切り替え時の検出電圧の電圧レベルを調整して、請求項１に記載の効果を得ることができる。

請求項４の発明は、請求項２又は請求項３において、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との分圧比を極性切り替え時のランプ電圧に応じて任意に設定することを特徴とするランプ点灯装置を提供するものである。

請求項４の発明によれば、第１の抵抗と第２の抵抗との分圧比を極性切り替え時のランプ電圧に応じて任意に設定することで、オーバーシュートしない抵抗値を選定することができるため、請求項１に記載の効果の加え、ランプ負荷に応じて最適な制御を行うことができる。

交流点灯方式において、極性切り換え時の出力電流のオーバーシュートを抑制することができるという効果を奏する。

先ず、本発明を実施するための最良に形態を示す実施例１について説明する。

図１は、本発明の第１の実施例であるランプ点灯装置１００を示す。ランプ点灯装置１００は、入力電力を直流電圧に変換し、かつ出力電流を制御できる電力変換回路１と、電力変換回路１の出力極性を切り替える極性切り替え回路２と、ランプ３と、電力変換回路の出力電流を検出する検出抵抗Ｒ３と、制御部１１とを有する。

制御部１１は、極性切り替え回路２の極性切り替え信号Ｓ１、Ｓ２と、極性切り替え信号Ｓ１、Ｓ２に同期して極性切り替え時に短時間の調整信号Ｓ３を発生する極性切り替え信号発生回路４と、検出抵抗Ｒ３の電圧を調整する検出電圧調整回路６と、調整された検出電圧Ｖｓと基準電圧Ｖｒとを比較して等しくなるように電力変換回路１の制御信号Ｓ４、例えばパルス幅変調信号を制御する電流制御回路７と、制御回路５とを有する。

電力変換回路１は、例えば、ＤＣ３００〜４００Ｖ程度の直流電圧を、それよりも低い低電力直流電圧に変換する降圧チョッパ回路などのスイッチングレギュレータである。電力変換回路１の出力段には、コンデンサＣが備えられている。

極性切り替え回路２は、例えば、直流電圧を切り替えるＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴのような半導体スイッチによって構成されるインバータである。

電力変換回路１の出力電圧は、抵抗Ｒ１とＲ２との分圧電圧によって検出される。この出力電圧の検出値は、制御回路５によって出力電力が一定となるようにランプ電流の基準値に変換され、基準電圧Ｖｒとして電流制御回路７の一方に入力される。

検出抵抗Ｒ３は、電力変換回路１の出力段のコンデンサＣの後段に接続され、出力電流Ｉｏに比例した電圧Ｖｄを検出する。検出電圧Ｖｄは、検出電圧調整回路６を通して、検出電圧Ｖｓとなり、電流制御回路７の他方の入力に与えられ、電流制御回路７は、検出電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒに追従するように電力変改装置１のパルス幅制御信号Ｓ４を制御する。

検出電圧調整回路６は、検出抵抗Ｒ３に跨って直列接続された２個の直列抵抗Ｒ４、Ｒ５と、半導体スイッチ１０から構成される。検出電圧Ｖｓは、抵抗Ｒ４とＲ５との接続点から得られる。半導体スイッチ１０は、導通時の内部抵抗が小さなものが好ましく、本実施例では、ＭＯＳＦＥＴを使用している。また、抵抗Ｒ４、Ｒ５は、それぞれの抵抗値が所定の値であれば、数個の抵抗を直列又は並列接続したもので構成しても構わない。さらに、可変抵抗器で構成しても構わない。

ここで、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点が信号系、すなわち制御部１１の基準電位となり、接地されているが、実際に接地されるとは限らず、基準電位を意味するものである。

図２は、本実施例の動作を説明するための波形図である。図２（Ａ）は、極性切り替え回路２の不図示の半導体スイッチを制御するための極性切り替え信号Ｓ１、Ｓ２を、図２（Ｂ）は、半導体スイッチ１０を制御する調整信号Ｓ３を、図２（Ｃ）は、ランプの出力電流を示す。図２（Ｃ）に示すように、ランプの出力電流は、極性切り替え信号Ｓ１、Ｓ２が時間ｔ１〜ｔ３で同時にオフの間の時間ｔ２で極性が切り替わる。

極性切り替え信号発生回路４は、極性切り替え回路２に与える極性切り替え信号Ｓ１、Ｓ２とは別に、半導体スイッチ１０を制御する調整信号Ｓ３を発生する。調整信号Ｓ３は、極性切り替え信号Ｓ１、Ｓ２の定常時にはオン信号を出力し、極性切り替え信号Ｓ１、Ｓ２が同時にオフの期間にオフ信号を出力する。

すなわち、調整信号Ｓ３のオフ信号は、出力電流の極性が切り替わる時間ｔ２を基準としてｔ１〜ｔ２間及びｔ２〜ｔ３間のオフ期間をカバーしており、例えば、極性切り替え信号Ｓ１、Ｓ２が１００Ｈｚであれば、ｔ１〜ｔ２間及びｔ２〜ｔ３間のそれぞれに数十μｓの期間を設け、ｔ１〜ｔ３間の全体として約５０〜１００μｓの期間のオフ信号を出力する。上記オフ期間は、ランプの負荷条件によって極性切り替え信号発生回路４で変化させることができる。また、定常とは、極性切り替え信号Ｓ１、Ｓ２の立ち上がった後の平らな部分の状態である。出力極性切り替え回路２の出力電圧の極性と極性切り替え信号Ｓ１、Ｓ２の極性は対応する。

先ず、出力極性切り替え回路２の極性が切り替わった後の定常状態で半導体スイッチ１０にオン信号を与える。半導体スイッチ１０がオンすると、検出電圧Ｖｄは抵抗Ｒ４とＲ５とで分圧された検出電圧Ｖｓとして電流制御回路７に入力される。例えば、抵抗Ｒ４とＲ５とを同じ値にし、半導体スイッチ１０を理想的なスイッチと仮定すると、検出電圧Ｖｓは、Ｖｄ／２となる。ここで、電流制御回路７は、基準電圧Ｖｒと検出電圧Ｖｓとが同じレベルになるように制御するので、基準電圧Ｖｒは、定常状態の検出電圧の値であるＶｄ／２に設定されている。

次に、図２（Ｂ）に示すように、極性切り替え信号Ｓ１、Ｓ２が同時にオフになる極性切り替え時に、調整信号Ｓ３は約５０〜１００μｓのオフ信号を半導体スイッチ１０に与える。この結果、半導体スイッチ１０がオフし、検出抵抗Ｒ３の検出電圧Ｖｄは分圧されずに、検出電圧Ｖｓとして電流制御回路７に入力される。

電流制御回路７の基準電圧ＶｒはＶｄ／２に設定されているので、見かけ上、検出電圧ＶｓがＶｄに上昇したので、電力変換回路１のパルス幅制御信号を狭くして、検出電圧が基準電圧Ｖｒの設定値であるＶｄ／２になるように出力電流を減少させる。すなわち、この実施例では、出力電流をＩｏ／２に減少させる方向に制御される。

調整信号Ｓ３が極性切り替え時のオフ期間の経過後、再びオン状態に戻ると、半導体スイッチ１０がオンして定常状態となり、検出電圧Ｖｓとして、Ｖｄ／２が電流制御回路７に入力される。この結果、出力電流は、Ｉｏに制御される。

この実施の形態では、極性切り替え時以外の定常状態では、検出電圧を分圧して検出電圧と基準電圧とが同じレベルになるようにして出力電圧を一定に制御しているが、極性切り替え時の所定期間だけ、検出電圧を分圧しないで制御するため、出力電流が低減され、オーバーシュートを防止することができる。

また、直列抵抗Ｒ４とＲ５との抵抗値の比を調整して、オーバーシュートしない抵抗値を選定することができるため、ランプ負荷に応じて最適な制御を行うことができる。

図３は、本発明の第２の実施例であるランプ点灯装置２００を示す。本実施例では、抵抗Ｒ４とＲ５とが電流検出抵抗Ｒ３に跨って直列接続され、非接地側の抵抗Ｒ５に半導体スイッチ１０が並列接続される。半導体スイッチ１０は、第１の実施例とは逆相の調整信号Ｓ３で制御する。すなわち、半導体スイッチ１０は、定常状態ではオフ、極性切り替え時では短時間オンにする。これにより、抵抗Ｒ４とＲ５とを同値にすれば、定常状態では検出電圧Ｖｓは、Ｖｄ／２であり、極性切り替え時では検出電圧Ｖｓは、Ｖｄとなり、第１の実施例と同様に極性切り替え時のオーバーシュートを防止することができる。

本発明の第１の実施例のランプ点灯装置１００を示す回路図である。 本発明の第１の実施例の動作説明のための波形図である。 本発明の第２の実施例のランプ点灯装置２００を示す回路図である。 従来例におけるランプ点灯装置を示す回路図である。

符号の説明

１・・・電力変換回路
２・・・極性切り替え回路
３・・・ランプ
４・・・極性切り替え信号発生回路
５・・・制御回路
６・・・検出電圧調整回路
７・・・電流制御回路
１０・・・半導体スイッチ
１１・・・制御部

Claims (4)

1. 入力電力を直流電圧に変換し、かつ出力電流を制御できる電力変換回路と、
   前記電力変換回路から出力された直流電圧を交流電圧に変換する極性切り替え回路と、
   前記電力変換回路の出力電流を検出する検出抵抗と、
   前記検出抵抗に跨って、前記検出抵抗によって検出された第１の検出電圧を調整する検出電圧調整回路と、
   前記第１の検出電圧を調整した第２の検出電圧を基準電圧と比較して、該基準電圧に追従するように前記電力変換回路を制御する電流制御回路と、
   を備え、前記検出電圧調整回路は、ランプ電圧の極性が切り替わる前後の所定期間、前記第２の検出電圧を前記基準電圧よりも大きくすることを特徴とするランプ点灯装置。
2. 請求項１において、
   前記検出電圧調整回路は、
   第１の抵抗と、
   第２の抵抗と、
   半導体スイッチと、
   をそれぞれ直列接続した回路からなり、ランプ電圧の極性が切り替わる所定期間前に、前記半導体スイッチをオフにして、前記第１の検出電圧を分圧しないで維持し、極性が切り替わる所定期間後に、前記半導体スイッチをオンにして、前記第１の検出電圧を前記第１の抵抗と前記第２の抵抗とによって分圧することを特徴とするランプ点灯装置。
3. 請求項１において、
   前記検出電圧調整回路は、
   第１の抵抗と、
   第２の抵抗と、
   を直列接続し、前記第１又は第２の抵抗と並列に半導体スイッチを接続した回路からなり、ランプ電圧の極性が切り替わる所定期間前に、前記半導体スイッチをオンにして、前記第１の検出電圧を分圧しないで維持し、極性が切り替わる所定期間後に、前記半導体スイッチをオフにして、前記第１の検出電圧を前記第１の抵抗と前記第２の抵抗とによって分圧することを特徴とするランプ点灯装置。
4. 請求項２又は請求項３において、
   前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との分圧比を極性切り替え時のランプ電圧に応じて任意に設定することを特徴とするランプ点灯装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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