JP2005285539A

JP2005285539A - 放電灯点灯装置

Info

Publication number: JP2005285539A
Application number: JP2004097500A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Karube; 健軽部
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】ランプのエミッタレス初期状態が検出されないようにした放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】放電灯６に電力を供給して交流点灯させる放電灯点灯手段２と、放電灯点灯手段と放電灯との間に接続されて直流分をカットする直流分カット手段４と、放電灯の直流電圧成分を検出する直流電圧検出手段８と、直流電圧検出手段で検出された直流電圧成分の電圧値が基準電圧Ｖ１，Ｖ２の範囲外であり、かつ、範囲外である期間が長いときに、放電灯が寿命末期になると起こるエミッタレス状態を検出するエミッタレス状態検出手段９とを備える。さらに、直流電圧検出手段８で検出された直流電圧成分の電圧値が基準電圧Ｖ１，Ｖ２の範囲外であり、かつ、範囲外である期間が短いときに、放電灯６がエミッタレス状態でないとして放電灯点灯手段２を正常に動作させるように入力を所望の出力レベルに変換して出力する出力変換手段８Ｂを設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、放電灯が寿命末期に近づいても点灯させる放電灯点灯装置に関するものである。

放電灯（以下、ランプという。）のフィラメントに塗布されている陰極酸化物（エミッタ）は、使用中に飛散して消耗しまい、熱電子の放射ができなくなり（以下、エミッタレスまたはエミレス状態という。）。このエミッタレス状態は２つのフィラメント同時に起こることは少なく、いずれか一方に発生する場合が多い。この場合、半波放電現象が起こる。

ランプが寿命末期などで、エミッタレス状態になると、放電灯点灯装置とランプにストレスがかかり不具合を起こすので、ランプがエミッタレス状態になったときは、これを検出して放電灯点灯手段としてのインバータ回路の動作を停止させるか、または、インバータ回路の出力を小さくさせて、ランプや放電灯点灯装置を保護する必要がある。特許文献１に示される放電灯点灯装置では、ランプ電圧から直流電圧成分を抽出して、この直流電圧成分の有無によりエミッタレス状態を検出している。
特開平８−４５６８７号公報

従来の放電灯点灯装置では、ランプが寿命末期になり、ランプがエミッタレス状態になると、確実にインバータ回路の動作を停止するか、または、インバータ回路の出力を小さくしている。

しかしながら、ランプが寿命末期に近づくにつれて、ランプがエミッタレス状態になり始めると、ランプの始動時などに半波放電現象がごく短時間現れることがある。このようなときでも、従来の放電灯点灯装置では、確実にインバータ回路の動作を停止するか、または、インバータ回路の出力を小さくすることになり、ランプがまだ寿命に達していないにも拘わらず、ランプの異常状態を早く検知することになる。したがって、まだ使用できるランプが寿命であると判断され、まだ使用できるランプが取り替えられてしまうという問題がある。

本発明の目的は、ランプのエミッタレス初期状態が検出されないようにした放電灯点灯装置を提供することにある。

第１の発明は、放電灯に電力を供給して交流点灯させる放電灯点灯手段と、放電灯点灯手段と放電灯との間に接続されて直流分をカットする直流分カット手段と、放電灯の直流電圧成分を検出する直流電圧検出手段と、直流電圧検出手段で検出された直流電圧成分の電圧値が相異なる２つの基準電圧の範囲外であり、かつ、範囲外である期間が長いときに、放電灯が寿命末期になると起こるエミッタレス状態を検出するエミッタレス状態検出手段とを備え、エミッタレス状態検出手段でエミッタレス状態が検出されると、放電灯点灯手段の動作を停止するか、または、放電灯点灯手段の出力を小さくする放電灯点灯装置を対象とし、直流電圧検出手段で検出された直流電圧成分の電圧値が相異なる２つの基準電圧の範囲外であり、かつ、範囲外である期間が短いときに、放電灯がエミッタレス状態でないとして放電灯点灯手段を正常に動作させるように入力を所望の出力レベルに変換して出力する出力変換手段をさらに設けたものである。

第２の発明は、エミッタレス状態検出手段に、バイアス電圧を掛けたものである。

第３の発明は、出力変換手段を、積分回路により構成したものである。

以上のように、第１の発明によれば、ランプのエミッタレス初期状態が検出されないようにしたので、まだ寿命に達していないランプの使用期間を延長させることができる。

第２の発明によれば、バイアス電圧を掛けているので、制御電源を１つとすることができる。

第３の発明によれば、抵抗とコンデンサとにより構成したので、回路を非常に簡素化できる。

図１は、本発明に係る放電灯点灯装置の第１の実施形態を示す回路図である。図示するように、商用交流電源（図示しない）に接続された整流回路（図示しない）により得られた直流電源１には、放電灯点灯手段としてのインバータ回路２が接続されている。

インバータ回路２は、電界効果トランジスタ２ａ，電界効果トランジスタ２ｂ及びダイオード２ｃ，２ｄにより構成されており、それぞれのゲートにはドライブ回路３が接続されている。

電界効果トランジスタ２ｂの両端には、直流分カット手段としての直流分カット用コンデンサ４及びチョークコイル５を介してランプ６のフィラメント６ａ，６ｂの一端が接続されており、他端間には始動用コンデンサ７が接続されている。

ランプ６は、ドライブ回路３により電界効果トランジスタ２ａ及び電界効果トランジスタ２ｂをスイッチングして高周波点灯される。

ランプ６のフィラメント６ａ，６ｂの一端間には、抵抗Ｒ１とゼロ電位側の抵抗Ｒ２との直列回路によるランプ電圧を分圧するの分圧回路８Ａが接続され、この抵抗Ｒ２には、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ11との直列回路（８Ｂ）が並列に接続され、これらにより直流電圧検出手段としての直流電圧検出回路８が構成されている。このコンデンサＣ11のインピーダンスは、抵抗Ｒ３の抵抗値に比し極めて小さく選定されており、例えばＲ３を２［ＭΩ］、Ｃ11を１［μＦ］とし、ランプ電圧の周波数を５０［ｋＨｚ］とすると、コンデンサＣ11の高周波インピーダンスは３［Ω］となり、コンデンサＣ11にはランプ電圧の交流電圧成分が現れない。

直流電圧検出回路８の抵抗Ｒ３とコンデンサＣ11との直列回路は、出力変換手段としての積分回路８Ｂでもある。このコンデンサＣ11の電圧は、ランプ電圧に直流電圧成分が現れると、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ11とで決まる時定数で上昇する。

積分回路８Ｂの抵抗Ｒ３とコンデンサＣ11との接続点には、エミッタレス状態検出手段として構成されるウインドコンパレータ９が接続され、このウインドコンパレータ９は、２つのオペアンプ９ａ，９ｂ及びダイオード９ｃ，９ｄにより構成されており、ウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３が、オペアンプ９ａに設定される第１の基準電圧Ｖ１とオペアンプ９ｂに設定される第２の基準電圧Ｖ２の範囲内または範囲外であるかを判定する。このオペアンプ９ａの基準電圧及び制御電圧は正電圧とし、オペアンプ９ｂの基準電圧及び制御電圧は負電圧としている。なお、第１の基準電圧Ｖ１及び第２の基準電圧Ｖ２は、それぞれの絶対値を同じとしている。

ウインドコンパレータ９は、Ｖ１＞Ｖ３＞Ｖ２では、その動作が行われなく、例えばＬレベルの出力のままであり、Ｖ３≧Ｖ１及びＶ３≦Ｖ２では、その動作が行われて、例えばＨレベルの出力となる。

ウインドコンパレータ９には、制御回路１０が接続され、この制御回路１０はドライブ回路３に接続されている。

ここで、例えば、第１の基準電圧Ｖ１＝＋１［Ｖ］、第２の基準電圧Ｖ２＝−１［Ｖ］とし、ランプ電圧の直流電圧成分の分圧された電圧を、例えば４［Ｖ］とする。

ランプ６が正常なときには、ランプ電圧は、正負対称の電圧、すなわち、交流電圧成分のみの電圧であるので、上記構成によりコンデンサＣ11には、この交流電圧成分に起因する電圧は現れることがない。したがって、コンデンサＣ11の電圧であるウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３＝０［Ｖ］はＶ１＞Ｖ３＞Ｖ２であるので、ウインドコンパレータ９の動作が行われなく、Ｌレベルの出力のままであり、放電灯点灯装置は正常に動作する。

ランプ６がエミッタレス状態のときには、ランプ電圧は、正負非対称の電圧、すなわち、交流電圧成分と直流電圧成分が合成された電圧となる。このランプ電圧のうち交流電圧成分に起因する電圧は、コンデンサＣ11に現れない。一方、ランプ電圧の直流電圧成分は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とで分圧され、分圧された電圧は抵抗Ｒ３とコンデンサＣ11との積分回路８Ｂに加えられて、この積分回路８Ｂの時定数で上記分圧された電圧がコンデンサＣ11に現れる。したがって、ウインドコンパレータ９には０［Ｖ］を始点として、積分回路８Ｂの時定数でランプ電圧の直流電圧成分が入力される。ランプ電圧の直流電圧成分は、ランプ６のどちらかのフィラメントがエミッタレス状態になったかにより正又は負となる。

直流電圧成分が正の場合、ウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３＝０［Ｖ］を始点として、積分回路８Ｂの時定数で＋４［Ｖ］へ向かい、Ｖ３≧Ｖ１になったときに、ウインドコンパレータ９が動作して、Ｈレベルの出力となり、この出力が制御回路１０に入力され、インバータ回路２の動作を停止するか、または、インバータ回路２の出力を小さくする。また、直流電圧成分が負の場合、ウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３＝０［Ｖ］を始点として、積分回路８Ｂの時定数で−４［Ｖ］へ向かい、Ｖ３≦Ｖ２になったときに、ウインドコンパレータ９が動作して、Ｈレベルの出力となり、この出力が制御回路１０に入力され、インバータ回路２の動作を停止するか、または、インバータ回路２の出力を小さくすることにより、放電灯点灯装置を保護している。

ここで、ランプ電圧の直流電圧成分の分圧された電圧を、例えばピーク値が４［Ｖ］のパルス状電圧とする。

ランプ６がエミッタレス初期状態のときには、直流電圧成分が正の場合、ウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３＝０［Ｖ］を始点として、積分回路８Ｂの時定数で＋４［Ｖ］へ向かうが、ランプ電圧の直流電圧成分がパルス状であり、また、積分回路８Ｂの時定数を適宜（多少長く）に選定しているために、ウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３がＶ３＜Ｖ１のままとなり、ウインドコンパレータ９の動作が行われなく、Ｌレベルの出力のままであり、放電灯点灯装置は正常に動作する。また、直流電圧成分が負の場合、ウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３＝０［Ｖ］を始点として、積分回路８Ｂの時定数で−４［Ｖ］へ向かうが、ランプ電圧の直流電圧成分がパルス状であり、また、積分回路８Ｂの時定数を適宜に選定しているために、ウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３がＶ３＞Ｖ２のままとなり、ウインドコンパレータ９の動作が行われなく、Ｌレベルの出力のままであり、放電灯点灯装置は正常に動作する。

このように、ランプ電圧の直流電圧成分を分圧した電圧をウインドコンパレータ９に入力する際に、この電圧に積分回路８Ｂによりスロープを持たせ、かつ、そのスロープのピーク値が相異なる２つの基準電圧の範囲外とならないように積分回路８Ｂの時定数が選定されているので、ランプ６のエミッタレス初期状態が検出されない。

図２は、本発明に係る放電灯点灯装置の第２の実施形態を示す回路図であり、第１の実施形態における主回路及び直流電圧検出回路は第１の実施形態と同じである。

分圧回路８Ａの抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点には、例えば正のバイアス電源１１ａが抵抗Ｒ４を介して並列に接続され、これらによりバイアス電圧供給手段としてのバイアス電圧供給回路１１が構成されている。

積分回路８Ｂの抵抗Ｒ３とコンデンサＣ11との接続点には、エミッタレス状態検出手段として構成されるウインドコンパレータ９が接続され、このウインドコンパレータ９は、２つのオペアンプ９ａ，９ｂ及びダイオード９ｃ，９ｄにより構成されており、ウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３が、オペアンプ９ａに設定される第１の基準電圧Ｖ１とオペアンプ９ｂに設定される第２の基準電圧Ｖ２の範囲内または範囲外であるかを判定する。このオペアンプ９ａ，９ｂの基準電圧及び制御電圧は正電圧としている。なお、第１の基準電圧Ｖ１及び第２の基準電圧Ｖ２は、Ｖ１＞Ｖ２としている。

ウインドコンパレータ９には、正のバイアス供給電圧ＶCCによるバイアス電圧Ｖｂが掛けられている。このバイアス電圧Ｖｂは、ＶCC，Ｒ１，Ｒ２及びＲ４を用いて所定式により算出される。また、バイアス電圧Ｖｂは、ウインドコンパレータ９の第１の基準電圧をＶ１、第２の基準電圧をＶ２とすると、第１の基準電圧Ｖ１と第２の基準電圧Ｖ２との中間の値となるように選定される。

第１の基準電圧Ｖ１は、Ｖｂ＋ＶDC′（ランプ電圧の直流電圧成分ＶDCを分圧した抵抗Ｒ２の電圧）≧Ｖ１となるように、第２の基準電圧Ｖ２は、Ｖｂ−ＶDC′（ランプ電圧の直流電圧成分ＶDCを分圧した抵抗Ｒ２の電圧）≦Ｖ２となるように選定され、このＶDC′は、ＶDC，Ｒ１，Ｒ２及びＲ４を用いて所定式により算出される。

したがって、ウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３は、バイアス電圧ＶｂとＶDC′（ランプ電圧の直流電圧成分ＶDCを分圧した抵抗Ｒ２の電圧）との和となる。

ここで、例えば、第１の基準電圧Ｖ１＝６［Ｖ］、第２の基準電圧Ｖ２＝４［Ｖ］とし、また、ランプ電圧の直流電圧成分の分圧された電圧を、例えば４［Ｖ］とする。

ランプ６が正常なときには、ランプ電圧は、正負対称の電圧、すなわち、交流電圧成分のみの電圧であるので、上記構成によりコンデンサＣ11には、この交流電圧成分に起因する電圧は現れることがなく、正のバイアス供給電圧ＶCCによるバイアス電圧Ｖｂ、すなわち、５［Ｖ］のみが現れる。したがって、バイアス電圧Ｖｂであるウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３＝５［Ｖ］はＶ１＞Ｖ３＞Ｖ２であるので、ウインドコンパレータ９の動作が行われなく、Ｌレベルの出力のままであり、放電灯点灯装置は正常に動作する。

ランプ６がエミッタレス状態のときには、ランプ電圧は、正負非対称の電圧、すなわち、交流電圧成分と直流電圧成分が合成された電圧となる。このランプ電圧のうち交流電圧成分に起因する電圧は、コンデンサＣ11に現れない。一方、ランプ電圧の直流電圧成分は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とで分圧され、分圧された電圧は抵抗Ｒ３とコンデンサＣ11との積分回路８Ｂに加えられて、この積分回路８Ｂの時定数で上記分圧された電圧がコンデンサＣ11に現れる。また、コンデンサＣ11に正のバイアス供給電圧ＶCCによるバイアス電圧Ｖｂ、すなわち、５［Ｖ］が現れる。したがって、ウインドコンパレータ９には上記２つの電圧が加算された電圧、すなわち、５［Ｖ］を始点として、積分回路８Ｂの時定数でランプ電圧の直流電圧成分を分圧した電圧が加わった電圧が入力される。ランプ電圧の直流電圧成分は、ランプのどちらかのフィラメントがエミッタレス状態になったかにより正又は負となる。

直流電圧成分が正の場合、ウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３＝５［Ｖ］を始点として、積分回路８Ｂの時定数で９［Ｖ］へ向かい、Ｖ３≧Ｖ１になったときに、ウインドコンパレータ９が動作して、Ｈレベルの出力となり、この出力が制御回路１０に入力され、インバータ回路２の動作を停止するか、または、インバータ回路２の出力を小さくする。また、直流電圧成分が負の場合、ウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３＝５［Ｖ］を始点として積分回路８Ｂの時定数で１［Ｖ］へ向かい、Ｖ３≦Ｖ２になったときに、ウインドコンパレータ９が動作して、Ｈレベルの出力となり、この出力が制御回路１０に入力され、インバータ回路２の動作を停止するか、または、インバータ回路２の出力を小さくすることにより、放電灯点灯装置を保護している。

ここで、ランプ電圧の直流電圧成分の分圧された電圧を、例えばピーク値が４［Ｖ］のパス状電圧とする。

ランプ６がエミッタレス初期状態のときには、直流電圧成分が正の場合、ウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３＝５［Ｖ］を始点として、積分回路８Ｂの時定数で９［Ｖ］へ向かうが、ランプ電圧の直流電圧成分がパルス状であり、また、積分回路８Ｂの時定数を適宜（多少長く）に選定しているために、ウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３がＶ３＜Ｖ１のままとなり、ウインドコンパレータ９の動作が行われなく、Ｌレベルの出力のままであり、放電灯点灯装置は正常に動作する。また、直流電圧成分が負の場合、ウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３＝５［Ｖ］を始点として、積分回路８Ｂの時定数で１［Ｖ］へ向かうが、ランプ電圧の直流電圧成分がパルス状であり、また、積分回路８Ｂの時定数を適宜に選定しているために、最終のウインドコンパレータ９の入力電圧Ｖ３がＶ３＞Ｖ２のままとなり、ウインドコンパレータ９の動作が行われなく、Ｌレベルの出力のままであり、放電灯点灯装置は正常に動作する。

バイアス電源１１は、制御電源と共用してもよい。この場合、１つの制御電源でよいことになる。

上記の第１及び第２の実施形態においては、積分回路８Ｂをウインドコンパレータ９の入力側に設けたが、ウインドコンパレータ９の出力側に設けてもよい。この場合、ウインドコンパレータ９の出力に積分回路８Ｂによりスロープを持たせ、かつ、そのスロープのピーク値が、ウインドコンパレータ９が出力するＨレベルとならないように積分回路８Ｂの時定数を選定すればよい。また、ランプ電圧の交流電圧成分をバイパスし、直流電圧成分を抽出するバイパスコンデンサを、抵抗Ｒ２に並列に接続する必要がある。

また、ウインドコンパレータ９として、オペアンプにより構成したが、ツェナダイオード、トランジスタ及び抵抗により構成してもよい。

本発明に係る放電灯点灯装置の第１の実施形態を示す回路図である。本発明に係る放電灯点灯装置の第２の実施形態を示す回路図である。

符号の説明

２インバータ回路（放電灯点灯手段）
４直流分カット用コンデンサ（直流分カット手段）
５チョークコイル
６放電灯（ランプ）
８直流電圧検出回路（直流電圧検出手段）
８Ｂ積分回路（出力変換手段）
９ウインドコンパレータ（エミッタレス状態検出手段）

Claims

放電灯に電力を供給して交流点灯させる放電灯点灯手段と、
前記放電灯点灯手段と前記放電灯との間に接続されて直流分をカットする直流分カット手段と、
前記放電灯の直流電圧成分を検出する直流電圧検出手段と、
前記直流電圧検出手段で検出された直流電圧成分の電圧値が相異なる２つの基準電圧の範囲外であり、かつ、前記範囲外である期間が長いときに、前記放電灯が寿命末期になると起こるエミッタレス状態を検出するエミッタレス状態検出手段とを備え、
前記エミッタレス状態検出手段でエミッタレス状態が検出されると、前記放電灯点灯手段の動作を停止するか、または、前記放電灯点灯手段の出力を小さくする放電灯点灯装置において、
前記直流電圧検出手段で検出された直流電圧成分の電圧値が相異なる２つの基準電圧の範囲外であり、かつ、前記範囲外である期間が短いときに、前記放電灯がエミッタレス状態でないとして前記放電灯点灯手段を正常に動作させるように入力を所望の出力レベルに変換して出力する出力変換手段をさらに設けた放電灯点灯装置。
前記エミッタレス状態検出手段には、バイアス電圧が掛けられている請求項１に記載の放電灯点灯装置。
前記出力変換手段は、積分回路により構成されている請求項１または２に記載の放電灯点灯装置。