JP2005332898A

JP2005332898A - 高圧放電灯点灯装置及び昇降圧インバータ及び高圧放電灯点灯装置の過電流抑制方法

Info

Publication number: JP2005332898A
Application number: JP2004148600A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Takatsuki; 努高月; Masaomi Asayama; 正臣浅山
Original assignee: Osram Melco Ltd
Current assignee: Osram Melco Ltd
Priority date: 2004-05-19
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2005-12-02

Abstract

【課題】負荷（放電灯）が短絡して過電流が流れコイルＬが磁気飽和しても、コイルＬが電流を制限できるインダクタンスを確保でき、高圧放電灯点灯装置の破壊を抑制できるようにすることを目的とする。
【解決手段】高圧放電灯に電力を供給し、高圧放電灯に規定の電流が流れるように出力を調整するする昇降圧インバータを有する給電部と、高圧放電灯に始動用高電圧を供給する始動パルス発生回路と、給電部及び始動パルス発生回路を制御する制御回路とを備えた高圧放電灯点灯装置において、昇降圧インバータに、以下の要素を有するコイルを設けたことを特徴とする。
（ａ）中央部にコア挿入孔、その外側に巻線収納部を有するボビン；
（ｂ）ボビンの巻線収納部に巻回され、閉じた磁気回路を構成する場合よりも巻数の多い巻線；
（ｃ）コア挿入孔及び巻線の周囲に形成される磁気回路の一部に設けた開放型のコア。
【選択図】図３

Description

この発明は、水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ等の高圧放電灯の高圧放電灯点灯装置及び昇降圧インバータ及び高圧放電灯点灯装置の過電流抑制方法に関する。

近年、水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ等の高圧放電灯の点灯装置は、小型軽量化を図るため、高周波インバータを用いた電子点灯方法や矩形波を用いた電子点灯方法が用いられるようになっている。

図１５は従来の矩形波点灯を行う電子点灯方式の放電灯点灯装置の構成を示す図である。図において、交流電源１に整流回路２が接続され、整流回路２は交流電源１より供給される交流電力を全波整流する。昇圧インバータ３は制御回路９の制御により整流回路２の出力電圧を昇圧する。降圧インバータ４は制御回路９の制御により昇圧インバータ３の出力を定電力化する。電流検出抵抗５は高圧放電灯８の電流を検出し、例えば高圧放電灯８の点灯判別を行う。矩形波回路６は制御回路９の制御により降圧インバータ４の出力を矩形波電圧として高圧放電灯８に供給する。始動パルス発生回路７は矩形波回路６からの矩形波電圧と共に高圧放電灯８に印加する高圧パルスを発生する。制御電源回路１０は制御回路９に制御電圧を供給する。

図１６は従来の降圧インバータの詳細図である。図に示すように、降圧インバータ４は、スイッチング素子Ｑ２（ＦＥＴ、電界効果トランジスタ）とダイオードＤ５とコイルＬ２とコンデンサＣ３とで構成される。

上記のように構成された従来の放電灯点灯装置は、交流電源１からの交流電力は整流回路２で整流され、その直流電圧は昇圧インバータ３に印加される。そして昇圧インバータ３の入力電圧、出力電圧及び入力電流は、制御回路９のそれぞれの検出部で検出され、その検出信号が演算され、その結果が昇圧インバータ３に供給されて昇圧インバータ３の出力電圧を定電圧とする。昇圧インバータ３からの直流定電圧は降圧インバータ４に入力される。そして高圧放電灯８の放電灯電圧及び放電灯電流は、制御回路９で検出されて降圧インバータ４の定電力制御が行われ、降圧インバータ４の出力は矩形波回路６に入力される。そして、矩形波回路６の矩形波電圧と、始動パルス発生回路７による高圧パルスが高圧放電灯８に印加されて高圧放電灯８が始動し、始動後は定電力制御された矩形波点灯が行われる（例えば、特許文献１参照）。

図１７は降圧インバータを等価的に置き換えた回路図である。図において、Ｖｉｎは電源、Ｑはスイッチング素子、Ｄはダイオード、Ｌはコイル、Ｃはコンデンサ、Ｒは負荷（高圧放電灯８）である。

図１８、１９はコイルの構成を示す図である。図に示すように、ボビン１０１に巻線１０３が巻かれ、ＥコアとＩコアが組み合わされたコア１０２が磁気回路を形成している。
特開平９−４５４９０号公報

図１７において、負荷Ｒが短絡した場合、コイルＬに過電流が流れ、コイルＬのコア１０２が磁気飽和を起こし、インダクタンスが低下し、更に過電流が流れスイッチング素子Ｑが破壊に至る場合がある。

従来の高圧放電灯（メタルハライドランプ等）は、始動時に瞬間的な短絡電流を数回繰り返して点灯にいたる。ランプのばらつきにより、短絡電流の回数の多いものや、また寿命末期で故障したランプは、短絡電流を非常に多い回数繰り返す場合があり、そのようなランプは、上記コイルＬの磁気飽和によるインダクタンスの低下により、高圧放電灯点灯装置を破壊する恐れがあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、負荷（放電灯）が短絡して過電流が流れコイルＬが磁気飽和しても、コイルＬが電流を制限できるインダクタンスを確保でき、高圧放電灯点灯装置の破壊を抑制できるようにすることを目的とする。

この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、高圧放電灯に電力を供給し、高圧放電灯に規定の電流が流れるように出力を調整するする昇降圧インバータを有する給電部と、高圧放電灯に始動用高電圧を供給する始動パルス発生回路と、給電部及び始動パルス発生回路を制御する制御回路とを備えた高圧放電灯点灯装置において、昇降圧インバータに、以下の要素を有するコイルを設けたことを特徴とする。
（ａ）中央部にコア挿入孔、その外側に巻線収納部を有するボビン；
（ｂ）ボビンの巻線収納部に巻回され、閉じた磁気回路を構成する場合よりも巻数の多い巻線；
（ｃ）コア挿入孔及び巻線の周囲に形成される磁気回路の一部に設けた開放型のコア。

また、この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、開放型のコアをＥ字形状としたことを特徴とする。

また、この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、開放型のコアをＥ字形状とＩ字形状の組合せとしたことを特徴とする。

また、この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、開放型のコアをＥ字形状とＩ字形状の組合せとし、Ｅ字形状部コアの中央部の長さを両端部より短くしたことを特徴とする。

また、この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、開放型のコアをＥ字形状とし、中央部の長さを両端部より短くしたことを特徴とする。

また、この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、開放型のコアをＩ字形状とし、ボビンのコア挿入孔に挿入したことを特徴とする。

また、この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、開放型のコアをＩ字形状とし、ボビンのコア挿入孔に挿入し、Ｉ字形状コアの長さを、コア挿入孔の長さより短くしたことを特徴とする。

この発明に係る昇降圧インバータは、以下の要素を有するコイルを設けたことを特徴とする。
（ａ）中央部にコア挿入孔、その外側に巻線収納部を有するボビン；
（ｂ）ボビンの巻線収納部に巻回され、閉じた磁気回路を構成する場合よりも巻数の多い巻線；
（ｃ）コア挿入孔及び巻線の周囲に形成される磁気回路の一部に設けた開放型のコア。

この発明に係る高圧放電灯点灯装置の過電流抑制方法は、高圧放電灯に電力を供給し、高圧放電灯に規定の電流が流れるように出力を調整するする昇降圧インバータを有する給電部と、高圧放電灯に始動用高電圧を供給する始動パルス発生回路と、給電部及び始動パルス発生回路を制御する制御回路とを備えた高圧放電灯点灯装置の過電流抑制方法において、昇降圧インバータに用いるコイルの巻線の巻数を閉じた磁気回路を構成する場合よりも多くして空芯のインダクタンスを大きくし、且つ巻線の内部及び周囲に形成される磁気回路の一部に開放型のコアを設けてインダクタンスを調整することを特徴とする。

この発明に係る高圧放電灯点灯装置は、負荷（放電灯）が短絡して過電流が流れコイルＬが磁気飽和しても、コイルＬが電流を制限できるインダクタンスを確保でき、高圧放電灯点灯装置の破壊を抑制できる。
また、放電開始前に磁気飽和を起こしにくいことにより、過電流の繰り返しによるストレスを軽減でき、高圧放電灯点灯装置の信頼性を向上できる。

この発明に係る昇降圧インバータは、コイルに過電流が流れコイルＬが磁気飽和しても、コイルＬが電流を制限できるインダクタンスを確保でき、昇降圧インバータの破壊を抑制できる。

この発明に係るこの発明に係る高圧放電灯点灯装置の過電流抑制方法は、負荷（放電灯）が短絡して過電流が流れコイルＬが磁気飽和しても、コイルＬが電流を制限できるインダクタンスを確保でき、高圧放電灯点灯装置の破壊を抑制できる。

実施の形態１．
図１乃至９は実施の形態１を示す図で、図１は高圧放電灯点灯装置の構成を示すブロック図、図２は昇降圧インバータの詳細図、図３はコイルの構成を示す図、図４はコアの構成を示す図、図５はコイルのインダクタンスを示す図、図６はコイルに流れる電流の測定結果を示す図、図７はランプ放電開始前の電流波形の測定結果を示す図、図８はランプ放電開始直後の最大電流時の電流波形の測定結果を示す図、図９は通常の点灯時電流波形の測定結果を示す図である。

図１において、交流電源１に整流回路２が接続され、整流回路２は交流電源１より供給される交流電力を全波整流する。昇圧インバータ３は制御回路９の制御により整流回路２で整流された出力を規定の電圧に昇圧する。昇降圧インバータ１１は制御回路９の制御により高圧放電灯８に規定の電流が流れるように出力を調整する。電流検出抵抗５は高圧放電灯８の電流を検出し、例えば高圧放電灯８の点灯判別を行う。矩形波回路６は制御回路９の制御により昇降圧インバータ１１の出力を矩形波電圧として高圧放電灯８に供給する。始動パルス発生回路７は矩形波回路６からの矩形波電圧と共に高圧放電灯８に印加する高圧パルスを発生する。制御電源回路１０は制御回路９に制御電圧を供給する。

図２に示すように、昇降圧インバータ１１は、ダイオードＤ１〜Ｄ４、コンデンサＣ１，Ｃ２、コイルＬ１、スイッチング素子Ｑ１（ＦＥＴ、電界効果トランジスタ）で構成される。
図２ではスイッチング素子Ｑ１として、ｎ−ＦＥＴを一例として示したが、スイッチング素子Ｑ１は、例えば、ｐ−ＦＥＴ、ｎ−トランジスタ、ｐ−トランジスタでもよい。

上記のように構成された高圧放電灯点灯装置は、交流電源１からの交流電力が整流回路２で整流され、その直流電圧は昇圧インバータ３に印加される。そして昇圧インバータ３の入力電圧、出力電圧及び入力電流は、制御回路９のそれぞれの検出部で検出され、その検出信号が演算され、その結果が昇圧インバータ３に供給されて昇圧インバータ３の出力電圧を定電圧とする。昇圧インバータ３からの直流定電圧は昇降圧インバータ１１に入力される。そして高圧放電灯８の放電灯電圧及び放電灯電流は、制御回路９で検出されて昇降圧インバータ１１の定電力制御が行われ、昇降圧インバータ１１の出力は矩形波回路６に入力される。そして、矩形波回路６の矩形波電圧と、始動パルス発生回路７による高圧パルスが高圧放電灯８に印加されて高圧放電灯８が始動し、始動後は定電力制御された矩形波点灯が行われる。

昇降圧インバータ１１を等価的に置き換えた回路は図１５と同様である。負荷Ｒ１（高圧放電灯８）が短絡した場合、コイルＬ１に過電流が流れ、コイルＬ１の磁気回路が飽和してインダクタンスが低下し更に過電流が流れスイッチング素子Ｑ１が破壊する恐れがある。

本実施の形態では、コイルＬ１の空芯のインダクタンス値を、負荷Ｒ１（高圧放電灯８）が短絡した場合の過電流がスイッチング素子Ｑ１の最大許容電流以下になるように設定すると共に、開放型のコアを追加して必要なインダクタンスに調整する。

図３に示すように、本実施の形態のコイルＬ１は、ボビン１０１の巻線収納部１０１ｂに巻線１０３を施し、これにＥ字形状のＥコア１０２ａを追加している。Ｅコア１０２ａの中央部はボビン１０１のコア挿入孔１０１ａに挿入される。Ｅコア１０２ａは図４に示すような形状であり、中央部分は円筒形である。但し、図４はコアの一例であり、その他の形状でもよい。例えば、中央部分が矩形のもでもよい。

図５にこのコイルＬ１のインダクタンスを従来のものと対比して示す。従来例のものは、図１９に示す構成のものである。コアを装着した状態でのインダクタンスは共に４１０μＨである。空芯でのインダクタンスは、従来のものが７３μＨであるのに対し、実施例（図３の構成のもの）では巻線１０３の巻数を従来例のものより多くすることにより１８２μＨである。従来例の巻線は、φ０．１２×１２９０．５Ｔであり、実施例の巻線は、φ０．１２×１４１４０Ｔである。

上記コイル（実施例及び従来例）を高圧放電灯点灯装置に組込み、放電開始前、放電開始直後の最大電流時、通常点灯時におけるコイルの電流波形を測定した。その結果を図６乃至９に示す。

ランプ放電開始前の電流波形を観察すると、図７に示すように、従来例のコイルは磁気飽和を起こしているが、実施例は磁気飽和を起こしていない。これは、実施例が開放形コアで構成され磁気回路のギャップ長が大きいので、放電開始前に磁気飽和を起こしにくいためである。従来例が１０．８Ａｐ（アンペアピーク）に対し、実施例が６．０Ａｐと電流が制限できている。

ランプ放電開始直後の最大電流値も、実施例は従来例に比べ電流が制限できている。ランプ放電開始直後は、実施例、従来例ともにコイルが磁気飽和し、コイルのインダクタンスは空芯のインダクタンスになる。そのため図８に示すように実施例のものは従来例のものより空芯のインダクタンスが大きいので、実施例のピーク電流値は従来例のものより小さくなっている。従来例のものが３７Ａｐであるのに対し、実施例のものは２５Ａｐに制限できている。

このように、実施例の最大電流値が従来例のものより低下することにより、高圧放電灯点灯装置（例えば、スイッチング素子Ｑ１）の破壊を抑制することができる。尚、図７において、電流波形以外にスイッチング素子Ｑ１のゲート−ソース間電圧波形を測定している。

図９に示すように、通常点灯時のコイルの電流は、実施例及び従来例ともにほぼ等しく、実施例が２．４Ａｐ、従来例が２．３Ａｐである。

保護対象の部品は、スイッチング素子Ｑ１を例として挙げたが、過電流は高圧放電灯点灯装置の回路内を流れるため、過電流が流れる回路内の電流許容値に合わせて、コイルＬ１のインダクタンスを設計することで、高圧放電灯点灯装置の回路を保護することができる。

以上のように、コイルＬ１の巻線１０３の巻数を従来のものより増やし、空芯のインダクタンスを従来より大きくすることにより最大電流値を従来のものより小さくすることにより、高圧放電灯点灯装置の破壊を抑制することができる。

実施の形態２．
図１０、１１は実施の形態２を示す図で、コイルの構成を示す図である。図１０に示すコイルは、実施の形態１の図３のコイルにＩコア１０２ｂを追加したものである。この場合も、実施の形態１と同様、開放型の磁気回路であり、巻線１０３の巻数を従来のものより多くして、空芯のインダクタンスを従来のものより大きくすることによりランプ始動時の最大電流値を従来のものより小さくすることにより、高圧放電灯点灯装置の破壊を抑制することができる。

また、図１１に示すように、Ｅコア１０２ａの中央部を両端より短いくしてもよい。

実施の形態３．
図１２は実施の形態３を示す図で、コイルの構成を示す図である。図に示すように、実施の形態１における図３のコイルのコアの中央部を短くしたものである。この場合も、実施の形態１と同様、開放型の磁気回路であり、巻線１０３の巻数を従来のものより多くして、空芯のインダクタンスを従来のものより大きくすることによりランプ始動時の最大電流値を従来のものより小さくすることにより、高圧放電灯点灯装置の破壊を抑制することができる。

実施の形態４．
図１３、１４は実施の形態４を示す図で、コイルの構成を示す図である。図に示すように、ボビン１０１の中央部にＩコア１０２ｂを挿入したものである。この場合も、実施の形態１と同様、開放型の磁気回路であり、巻線１０３の巻数を従来のものより多くして、空芯のインダクタンスを従来のものより大きくすることによりランプ始動時の最大電流値を従来のものより小さくすることにより、高圧放電灯点灯装置の破壊を抑制することができる。

また、図１４に示すように、Ｉコア１０２ｂの長さを、コア挿入孔１０１ａの長さより短くしてもよい。

実施の形態１を示す図で、高圧放電灯点灯装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１を示す図で、昇降圧インバータの詳細図である。実施の形態１を示す図で、コイルの構成を示す図である。実施の形態１を示す図で、コアの構成を示す図である。実施の形態１を示す図で、コイルのインダクタンスを示す図である。実施の形態１を示す図で、コイルに流れる電流の測定結果を示す図である。実施の形態１を示す図で、ランプ放電開始前の電流波形の測定結果を示す図である。実施の形態１を示す図で、ランプ放電開始直後の最大電流時の電流波形の測定結果を示す図である。実施の形態１を示す図で、通常の点灯時電流波形の測定結果を示す図である。実施の形態２を示す図で、コイルの構成を示す図である。実施の形態２を示す図で、コイルの構成を示す図である。実施の形態３を示す図で、コイルの構成を示す図である。実施の形態４を示す図で、コイルの構成を示す図である。実施の形態４を示す図で、コイルの構成を示す図である。従来の矩形波点灯を行う電子点灯方式の放電灯点灯装置の構成を示す図である。従来の降圧インバータの詳細図である。降圧インバータを等価的に置き換えた回路図である。従来のコイルの構成を示す図である。従来のコイルの構成を示す断面図である。

符号の説明

１交流電源、２整流回路、３昇圧インバータ、４降圧インバータ、５電流検出抵抗、６矩形波回路、７始動パルス発生回路、８高圧放電灯、９制御回路、１０制御電源回路、１１昇降圧インバータ、１０１ボビン、１０１ａコア挿入孔、１０１ｂ巻線収納部、１０２ａＥコア、１０２ｂＩコア、１０３巻線。

Claims

高圧放電灯に電力を供給し、前記高圧放電灯に規定の電流が流れるように出力を調整するする昇降圧インバータを有する給電部と、前記高圧放電灯に始動用高電圧を供給する始動パルス発生回路と、前記給電部及び前記始動パルス発生回路を制御する制御回路とを備えた高圧放電灯点灯装置において、
前記昇降圧インバータに、以下の要素を有するコイルを設けたことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
（ａ）中央部にコア挿入孔、その外側に巻線収納部を有するボビン；
（ｂ）前記ボビンの巻線収納部に巻回され、閉じた磁気回路を構成する場合よりも巻数の多い巻線；
（ｃ）前記コア挿入孔及び前記巻線の周囲に形成される磁気回路の一部に設けた開放型のコア。
前記開放型のコアをＥ字形状としたことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
前記開放型のコアをＥ字形状とＩ字形状の組合せとした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Ｅ字形状部コアの中央部の長さを両端部より短くしたことを特徴とする請求項３記載の高圧放電灯点灯装置。
前記開放型のコアをＥ字形状とし、中央部の長さを両端部より短くしたことを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
前記開放型のコアをＩ字形状とし、前記ボビンのコア挿入孔に挿入した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Ｉ字形状コアの長さを、前記コア挿入孔の長さより短くしたことを特徴とする請求項６記載の高圧放電灯点灯装置。
以下の要素を有するコイルを設けたことを特徴とする昇降圧インバータ。
（ａ）中央部にコア挿入孔、その外側に巻線収納部を有するボビン；
（ｂ）前記ボビンの巻線収納部に巻回され、閉じた磁気回路を構成する場合よりも巻数の多い巻線；
（ｃ）前記コア挿入孔及び前記巻線の周囲に形成される磁気回路の一部に設けた開放型のコア。
高圧放電灯に電力を供給し、前記高圧放電灯に規定の電流が流れるように出力を調整するする昇降圧インバータを有する給電部と、前記高圧放電灯に始動用高電圧を供給する始動パルス発生回路と、前記給電部及び前記始動パルス発生回路を制御する制御回路とを備えた高圧放電灯点灯装置の過電流抑制方法において、
前記昇降圧インバータに用いるコイルの巻線の巻数を閉じた磁気回路を構成する場合よりも多くして空芯のインダクタンスを大きくし、且つ巻線の内部及び周囲に形成される磁気回路の一部に開放型のコアを設けてインダクタンスを調整することを特徴とする高圧放電灯点灯装置の過電流抑制方法。