JP2006049181A - 高圧放電ランプ点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高圧放電ランプの始動時に流れる高周波電流の直流分を低減さ、かつその期間を短くさせる。
【解決手段】 第１のトランジスタ直列回路及び第２のトランジスタ直列回路を備え、直流電圧をスイッチングして出力をランプに電力を供給するブリッジ回路、並びに、第１のトランジスタ直列回路と第２のトランジスタ直列回路の中点に直列接続されるチョークコイル及び第１のコンデンサを備え、ランプを始動させる始動回路からなる高圧放電ランプ点灯装置において、第１のトランジスタ直列回路又は第２のトランジスタ直列回路を構成するトランジスタの一つに並列接続される第２のコンデンサを備える構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明、高圧放電ランプを高周波電流で始動させ、一定時間後に低周波の矩形波で点灯させる高圧放電ランプ点灯装置の改良に関する。

近年、高圧放電ランプ点灯装置の電子化による小型、軽量化が進み、高圧放電ランプを低周波の矩形波電流にて安定に点灯させる高圧放電ランプ点灯装置が屋内の商業施設の照明、液晶プロジェクタ用の光源、自動車等の車輌の前照灯、産業機器用の光源装置などで普及してきている。
このような高圧放電ランプ点灯装置としては、図５に示す回路構成を備えたものが一般的に知られている。
図５に示す高圧放電ランプ点灯装置は、トランジスタ１、ダイオード２、チョークコイル３、コンデンサ４、抵抗６、７および抵抗８の電圧を受けて、前記トランジスタ１のデューティ比を制御するための第一の制御回路３からなる降圧チョッパ回路Iと前記降圧チョッパ回路Iの出力に接続されたトランジスタ９〜１２およびこれらのトランジスタを制御する第２の制御回路１３からなるブリッジ回路II、および前記ブリッジ回路を構成するトランジスタの中点に接続されたチョークコイル１４、コンデンサ１６の直列回路と、高圧放電ランプ１７を始動させるためのパルストランス１５よりなる始動回路IIIによって構成されている。

ここで、図５に示す高圧放電ランプ点灯装置の動作は直流電源が供給されると降圧チョッパ回路Iの第一の制御回路３が動作し、トランジスタ１がＰＷＭ動作することにより降圧チョッパ回路Iの出力端であるコンデンサ４に直流電圧が発生する。
ここで、降圧チョッパ回路Iに供給される直流電圧を４００Ｖとすると、高圧放電ランプ１７が点灯していない状態では、トランジスタ１のデューティ比を一定幅に保った場合は、コンデンサ４に発生する直流電圧は入力した直流電圧とほぼ同じの約４００Ｖとなり、また抵抗６、７の電圧を検出し第一の制御回路１３によりトランジスタ１のデューティ比を制限した場合はコンデンサ４に発生する電圧は、設定された任意の電圧（たとえば２００Ｖ）となる。

また、ブリッジ回路IIは第二の制御回路１３によりトランジスタ９、１２および１０、１１が交互に導通／非導通を繰り返すことにより、ブリッジ回路IIを構成するトランジスタの中点に矩形波の交流電圧が出力される。
ここで図５に示す高圧放電ランプ点灯装置は、例えば装置起動直後の３秒間を３０ｋＨｚで動作させ、その後２００Ｈｚで動作させるような高周波から低周波へ切り替える動作をおこなう。

ブリッジ回路IIの矩形波出力を受ける始動回路IIIは、装置起動直後は前記のように高周波動作を行うと、高周波の矩形波電圧がチョークコイル１４、コンデンサ１６の直列回路に印加されチョークコイル１４、コンデンサ１６は共振し、コンデンサ１６端には正弦波の共振電圧が発生し、これが高圧放電ランプ１７に印加される。
この共振電圧はチョークコイル１４のインダクタンス値、コンデンサ１６の容量、ブリッジ回路IIの動作周波数によって決定され、例えば７００Ｖピーク程度の電圧に調整される。
前記共振電圧を高圧放電ランプ１７端に印加している間に、パルストランス１５により数ｋＶから十数ｋＶ程度のパルス電圧を共振電圧に重畳させ高圧放電ランプ１７に印加させることにより高圧放電ランプ１７は絶縁破壊をおこし、前記ブリッジ回路IIの動作周波数（例えば３０ｋＨｚ）で、チョークコイル１４で制限される電流で高周波点灯し、高圧放電ランプ１７の両電極が前記高周波電流により十分温度が上昇した後、例えば３秒後にブリッジ回路IIの動作周波数を例えば２００Ｈｚに低下し、安定した低周波の矩形波点灯に至る。
また、特許文献１にはインダクタンス素子及びコンデンサの共振回路とを備え、高圧放電ランプ始動時には高周波点灯、その後、低周波の矩形波点灯とする同様の点灯方式が記載されているが、特に高周波点灯の直流成分についての記載はされていない。

特開平８−１２４６８７

しかしながら、高圧放電ランプ１７がパルストランス１５のパルス電圧により絶縁破壊後、高周波のランプ電流が流れる過程において、絶縁破壊直後は高圧放電ランプ１７の電極が冷えているため、図６に示すように一定の期間は放電しやすい側の電極からしか電流が流れず、整流性のある直流成分が重畳された高周波電流となる。
その後、高圧放電ランプ１７の温度が上昇し、反対側の電極からも徐々に放電が進むことにより直流成分が低減し、最終的には対称な高周波電流へと移行するが、この過程において、短時間ではあるが直流成分が重畳された高周波電流が非対称な時に陽極側となった電極の発熱が著しく、電極が損傷しランプ寿命を低下させてしまう要因となっていた。

そこで本発明は上記問題を解決するために、矩形波点灯を行うブリッジ回路IIの高周波点灯時の動作を改良し、高圧放電ランプ１７の始動時に流れる高周波電流の直流分を低減させ、かつその期間を短くさせることを技術課題としている。

本発明の第１の側面は、第１のトランジスタ直列回路及び第２のトランジスタ直列回路を備え、直流電圧をスイッチングしてランプに電力を供給するブリッジ回路、並びに、第１のトランジスタ直列回路と第２のトランジスタ直列回路の中点に直列接続されるチョークコイル及び第１のコンデンサを備え、ランプを始動させる始動回路からなる高圧放電ランプ点灯装置であって、第１のトランジスタ直列回路又は第２のトランジスタ直列回路を構成するトランジスタの一つに並列接続され、少なくとも上記直流電圧よりも低い電圧を保持可能な直流電圧回路を備える高圧放電ランプ点灯装置である。ここで、
直流電圧回路が第２のコンデンサである構成とした。この構成において、ランプ点灯開始前及び点灯開始後の所定の期間は第１又は第２のトランジスタ直列回路の一方を交互に導通させ、他方を非導通とするようにした。さらに、第２のコンデンサの電圧を検出する電圧検出回路を備え、所定の期間が、電圧検出回路で検出される第２のコンデンサの電圧が所定の範囲内となるまでの期間であるようにした。ここで、所定の範囲の中心値を、ブリッジ回路に印加する直流電圧の１／２とした。さらに、第２のコンデンサに直列接続されたスイッチを備え、所定の期間経過前はスイッチの導通状態を維持し、その後非導通とするようにした。またさらに、ブリッジ回路に直流電圧を供給する直流電源回路を備える構成とした。

本発明の第２の側面は、高圧放電ランプ、及び、上記第１の側面の高圧放電ランプ点灯装置を備えた高圧放電ランプ装置である。

本発明に係る高圧放電ランプ点灯装置においては、ランプ始動直後の高周波点灯時に高圧放電ランプの片側の電極に与える電流ストレスを軽減することによりランプ寿命を延ばすことが可能となる。

〔発明の実施の形態〕
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る高圧放電ランプ点灯装置を示す回路構成図であり、図２は図１の動作を示すための回路動作図である。
図１の回路構成図は従来例の回路構成を示した図５のブリッジ回路のトランジスタ１２のドレイン−ソース間にコンデンサ１８を接続したもので、その他は図５と同じである。

図１に示す回路の動作は、降圧チョッパ回路Iの図５に示す回路と同じである。
ブリッジ回路IIについては図２に示すように、最初はトランジスタ１１、１２が非導通の状態でトランジスタ９、１０が交互に高周波にて導通／非導通を繰り返す。
まずトランジスタ９が導通、トランジスタ１０が非導通とすると、降圧チョッパ回路Iよりトランジスタ９、チョークコイル１４、コンデンサ１６、コンデンサ１８の経路で電流が流れコンデンサ１８が充電される。
次のサイクルでトランジスタ９が非導通、トランジスタ１０が導通になるとコンデンサ１８を電源とし、コンデンサ１６、チョークコイル１４、トランジスタ１０の経路で電流が流れる。

上記の動作を繰り返すことにより、従来例と同様にブリッジ回路の中点に高周波の矩形波電圧が発生し、チョークコイル１４、コンデンサ１６の直列回路は共振し、コンデンサ１６端には正弦波の共振電圧が発生し、高圧放電ランプ１７に印加されることになる。

次に前記共振電圧が高圧放電ランプ１７端に印加している間に、パルストランス１５により数ｋＶから十数ｋＶ程度のパルス電圧を共振電圧に重畳させ、高圧放電ランプに印加させることにより高圧放電ランプ１７は絶縁破壊を起こし、今度はトランジスタ９、チョークコイル１４、パルストランス１５、高圧放電ランプ１７、コンデンサ１８、同様に次のサイクルでコンデンサ１８を電源とし高圧放電ランプ１７、パルストランス１５、チョークコイル１４、トランジスタ１０の経路で電流が流れ、従来例と同様に高圧放電ランプは高周波点灯を行う。

ここで、従来例と同様に高圧放電ランプ１７の電極が冷えており、最初にトランジスタ９、チョークコイル１４、パルストランス１５、高圧放電ランプ１７、コンデンサ１８の方向で電流が流れ、その反対方向であるコンデンサ１８を電源とし高圧放電ランプ１７、パルストランス１５、チョークコイル１４、トランジスタ１０の方向では電流が流れにくい場合はコンデンサ１８が、その分コンデンサ１８が充電され電圧が上昇していく。
そのため整流性が出た状態でトランジスタ９、１０が導通・非導通を繰り返すにつれてコンデンサ１８の電位が高まり、トランジスタ９、チョークコイル１４、コンデンサ１６、コンデンサ１８の経路で流れる高周波電流の値が低くなる。
この状態を繰り返すうちに高圧放電ランプ１７の温度が上昇し、反対側の電極からも放電が開始され、最終的には対称な高周波電流へと移行するが、コンデンサ１８により従来例のような直流成分の重畳した高周波電流が流れる期間が短いため陽極側の電極へのダメージを低減できる。

また、コンデンサ１８を接続するブリッジ回路IIのトランジスタはトランジスタ１２以外でもよく、コンデンサを取り付けた側のトランジスタの直列回路を高周波動作時に停止し、もう一方のトランジスタの直列回路のトランジスタを交互に導通させれば、同様の効果は得られる。さらに、コンデンサ１８は、片方のトランジスタ直列回路のみの動作（ハーフブリッジ動作）時に、降圧チョッパ回路Iの出力電圧よりも低い電圧（理想的には半分の電圧値）を保持する能力があれば、コンデンサ以外の回路であってもよい。

さらに、本実施例においては、片方のトランジスタ直列回路のみの動作（ハーフブリッジ動作）から両方のトランジスタ直列回路での動作（フルブリッジ動作）に移行するまでの期間について、予め数秒の期間を定めるものを示したが、コンデンサ１８にかかる電圧を検出して整流点灯状態か否かを判断し、整流状態の終了時に上記動作の移行を行ってもよい。
詳しくは、高周波点灯時に放電が正常である場合（整流点灯でない場合）、コンデンサ１８には降圧チョッパ回路Iの出力電圧の約半分の電圧がかかる。また、整流点灯状態、例えば、チョークコイル１４からコンデンサ１８方向に整流状態の場合は、コンデンサ１８には降圧チョッパ回路Iの出力電圧の半分よりも大きい電圧がかかり、逆方向に整流状態の場合は、コンデンサ１８には降圧チョッパ回路Iの出力電圧の半分よりも小さい電圧がかかることになる。従って、コンデンサ１８の電圧が所定の範囲、即ち、降圧チョッパ回路Iの出力電圧の半分の値を中心としたある範囲に入っていれば、ランプは正常に点灯していることになり、範囲外であれば整流点灯状態であるということになるので、この検出電圧に基づいてブリッジ回路の動作状態を移行させればよい。
なお、コンデンサ１８にかかる電圧の検出回路は、例えば、図３に示すような抵抗分割回路１９等で構成することができる。

また、上記実施例においては、コンデンサ１８を常に接続させておく構成としたが、図４に示すようにコンデンサ１８にスイッチング素子等からなるスイッチ２０を直列接続して、フルブリッジ動作状態に移行した後は、その後の安定動作のためにコンデンサ１８を切り離す構成としてもよい。

本発明における高圧放電ランプ点灯装置の回路構成図 図１の回路の動作を説明する図 本発明の展開例を説明する図である。 本発明の展開例を説明する図である。 従来の高圧放電ランプ点灯装置の回路構成図 図５の回路の動作を説明する図

符号の説明

I 降圧チョッパ回路
II ブリッジ回路
III 始動回路
９、１０、１１、１２ トランジスタ
１３ 制御回路
１４ チョークコイル
１５ パルストランス
１６、１８ コンデンサ
１７ 高圧放電ランプ
１９ 抵抗分割回路
２０ スイッチ

Claims (8)

1. 第１のトランジスタ直列回路及び第２のトランジスタ直列回路を備え、直流電圧をスイッチングしてランプに電力を供給するブリッジ回路、並びに、
   該第１のトランジスタ直列回路と該第２のトランジスタ直列回路の中点に直列接続されたチョークコイル及び第１のコンデンサを備え、該ランプを始動させる始動回路、からなる高圧放電ランプ点灯装置であって、
   前記第１のトランジスタ直列回路又は第２のトランジスタ直列回路を構成するトランジスタの一つに並列接続され、少なくとも前記直流電圧よりも低い電圧を保持可能な直流電圧回路を備えることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
2. 請求項１記載の高圧放電ランプ点灯装置であって、
   前記直流電圧回路が第２のコンデンサであることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の高圧放電ランプ点灯装置であって、
   ランプ点灯開始前及び点灯開始後の所定の期間は前記第１又は第２のトランジスタ直列回路の一方を交互に導通させ、他方を非導通とすることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
4. 請求項３記載の高圧放電ランプ点灯装置であって、
   さらに、前記第２のコンデンサの電圧を検出する電圧検出回路を備え、
   前記所定の期間が、前記電圧検出回路で検出される前記第２のコンデンサの電圧が所定の範囲内となるまでの期間であることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
5. 請求項４記載の高圧放電ランプ点灯装置であって、
   前記所定の範囲の中心値を、前記直流電圧の１／２としたことを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
6. 請求項１から請求項５いずれか一項に記載の高圧放電ランプ点灯装置であって、
   さらに、前記第２のコンデンサに直列接続されたスイッチを備え、
   前記所定の期間経過前は前記スイッチの導通状態を維持し、その後非導通とすることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
7. 請求項１から請求項６いずれか一項に記載の高圧放電ランプ点灯装置であって、さらに、前記ブリッジ回路に直流電圧を供給する直流電源回路を備えたことを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
8. 高圧放電ランプ、及び、請求項１から請求項７いずれか一項に記載の高圧放電ランプ点灯装置を備えたことを特徴とする高圧放電ランプ装置。
   

Images