JP2006073441A - High-pressure discharge lamp lighting device and illumination device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はハーフブリッジインバータを用いて高圧放電灯を低周波で矩形波点灯させる高圧放電灯点灯装置及びこれを用いた照明装置に関するものである。 The present invention relates to a high-pressure discharge lamp lighting device that uses a half-bridge inverter to light a high-pressure discharge lamp with a rectangular wave at a low frequency, and an illumination device using the same.
図12は従来の高圧放電灯点灯装置(特許第2948600号公報)の回路図、図13、図14は同装置の動作説明図である。図12に示す従来の高圧放電灯点灯装置は、スイッチング素子(図ではMOS型FET)Q1,Q2の直列回路と、2つの同じ容量の(電解)コンデンサC1,C2の直列回路とを直流電源4の出力端間に並列に接続されるとともに、スイッチング素子Q1,Q2の接続点とコンデンサC1,C2の接続点との間に直列に接続されるインダクタL1およびランプ(高圧放電灯)DLと、このランプDLと並列に接続されるコンデンサC3と、このコンデンサC3と並列になるようにインダクタL1およびランプDL間に直列に介挿される高圧パルス発生回路2と、スイッチング素子Q1,Q2を図13、図14のように制御する制御回路1とを備えている。
FIG. 12 is a circuit diagram of a conventional high pressure discharge lamp lighting device (Japanese Patent No. 2948600), and FIGS. 13 and 14 are explanatory diagrams of the operation of the device. The conventional high pressure discharge lamp lighting device shown in FIG. 12 includes a
直流電源4は、商用交流電源ACの交流電圧を直流電圧に全波整流するダイオードブリッジDBと、インダクタL4、スイッチング素子Q4およびダイオードD4よりなる昇圧チョッパ41と、この出力を検出し、その出力が所定の電圧値になるようにスイッチング素子Q4のオン/オフ制御を行う制御回路42とから構成されている。
The
高圧パルス発生回路2は、パルス発生回路と昇圧用のパルストランスなどにより構成され、放電灯非点灯時に高圧パルス電圧をランプDLに印加するものである。
The high-voltage
電圧検出回路11はランプDLの電圧を検出するものであり、電流検出回路14は抵抗R1からランプDLの電流を検出するものである。制御回路1は、図13、図14に示すように、スイッチング素子Q1,Q2をスイッチング制御することにより、電圧が低周波の矩形波となる低周波矩形波電力をランプDLに供給するものであり、電圧検出回路11および電流検出回路14の検出結果からランプDLに必要な電力を演算する電力検出回路15と、この演算結果に応じてスイッチング素子Q1,Q2を駆動する駆動回路IC2とにより構成されている。
The
ランプDLの非点灯時において、図13に示すように、スイッチング素子Q1,Q2が低周波で交互にオフされるとともに、期間T1のようにスイッチング素子Q2のオフ時にスイッチング素子Q1が高周波でオン/オフされ、期間T2のようにスイッチング素子Q1のオフ時にスイッチング素子Q2が高周波でオン/オフされる。これにより低周波で矩形波の電圧VDLが発生するが、それに高圧パルス発生回路2の数KVの高圧パルス電圧Vpが重畳してランプDLに印加される。
When the lamp DL is not lit, the switching elements Q1 and Q2 are alternately turned off at a low frequency as shown in FIG. 13, and the switching element Q1 is turned on / off at a high frequency when the switching element Q2 is turned off as in the period T1. The switching element Q2 is turned on / off at a high frequency when the switching element Q1 is turned off as in the period T2. As a result, a rectangular wave voltage VDL is generated at a low frequency, and a high voltage pulse voltage Vp of several KV of the high voltage
この後、ランプDLが点灯して始動すると、図14に示すように、上記と同様のスイッチング制御により、適正な矩形波交流電力がランプDLに供給される。ここで、上記高周波は数十KHz程度であり、低周波は、期間T1,T2を合算した周期の周波数(通常数十から数百Hz)となる。なお、特許文献2(特開2001−68277号公報)には、期間T1,T2におけるスイッチング素子Q1,Q2のオン幅を異ならせることが提案されている。
上述の従来技術では、電解コンデンサC1、C2のどちらか一方が、寿命や異常により容量抜けした状態で通常どおりにスイッチング素子Q1、Q2をチョッピングさせると、容量抜けしたコンデンサへの充電電流量が減るので、ランプに供給される電力がアンバランスで交番したり、あるいは図15のように電解コンデンサの設計容量バランスが崩れて、一方に電圧が集中し、電圧が集中した電解コンデンサの耐圧オーバーに至る可能性もあった。 In the above-described prior art, when the switching elements Q1 and Q2 are chopped as usual in a state where one of the electrolytic capacitors C1 and C2 has lost its capacity due to life or abnormality, the amount of charging current to the capacitor having lost capacity decreases. Therefore, the power supplied to the lamp alternates in an unbalanced manner, or the design capacity balance of the electrolytic capacitor is disrupted as shown in FIG. 15, and the voltage concentrates on one side, leading to the breakdown voltage of the electrolytic capacitor in which the voltage is concentrated. There was also a possibility.
また、図13に示したように、非点灯時にランプDLに印加することができる電圧は、直流電源4の出力電圧E(図12のコンデンサC1,C2の直列回路に印加される電圧)の半分であることから、ランプDLの始動後にグロー放電からアーク放電にスムーズに移行させるために必要とされる約250Vから約450Vの無負荷電圧(非点灯時にランプDLの両端に印加する電圧)を得るために直流電源4を構成する部品の耐圧を高くする必要があった。
As shown in FIG. 13, the voltage that can be applied to the lamp DL when not lit is half of the output voltage E of the DC power supply 4 (the voltage applied to the series circuit of the capacitors C1 and C2 in FIG. 12). Therefore, a no-load voltage of about 250 V to about 450 V (voltage applied to both ends of the lamp DL when not lit) required to smoothly shift from glow discharge to arc discharge after the start of the lamp DL is obtained. For this reason, it is necessary to increase the withstand voltage of the components constituting the
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ハーフブリッジインバータ回路の上下電源を担う2つの電解コンデンサの容量バランスが崩れて、初期設定値と異なった場合でも、上下の電解コンデンサに発生する電圧を初期設定の配分で発生させることができ、万が一、制御できないほど容量が崩れた場合でもそれを検出してインバータを停止できるようにすること、また、ランプ点灯直後のグロー放電からアーク放電へのスムーズな移行に必要な電圧を、部品の耐圧を上げずに実現すること、これらを少ない部品数、少ない部品実装面積で実現できる高圧放電灯点灯装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and even if the capacity balance between the two electrolytic capacitors responsible for the upper and lower power supplies of the half-bridge inverter circuit is lost and is different from the initial setting value, the upper and lower electrolytic capacitors are generated. In the unlikely event that the capacity collapses beyond control, it is possible to stop the inverter by detecting it, and arc discharge from glow discharge immediately after the lamp is lit An object of the present invention is to provide a high-pressure discharge lamp lighting device capable of realizing the voltage required for smooth transition to the above without increasing the breakdown voltage of the components, and realizing these with a small number of components and a small component mounting area.
本発明の高圧放電灯点灯装置にあっては、上記の課題を解決するために、図1に示すように、直流電源Vsの直流出力を交番して矩形波交流出力を得るインバータ回路を備え、前記インバータ回路は、直流電源Vsの出力端間に接続される第1及び第2のコンデンサC1,C2の直列回路と、第1及び第2のコンデンサC1,C2の直列回路に並列に接続される第1及び第2のスイッチング素子Q1,Q2の直列回路と、第1及び第2のスイッチング素子Q1,Q2をスイッチング制御する制御回路1とを備え、第1及び第2のコンデンサC1,C2の接続点と第1及び第2のスイッチング素子Q1,Q2の接続点の間には、少なくとも高圧放電灯DLとインダクタL1の直列接続回路と、高圧放電灯DLに並列に接続された第3のコンデンサC3とが接続されており、直流電源Vsの高電位側の第1のスイッチング素子Q1を第1の周波数f1でオン・オフする第1の期間と、直流電源Vsの低電位側の第2のスイッチング素子Q2を第2の周波数f2でオン・オフする第2の期間とを、第1及び第2の周波数f1,f2よりも低い周波数で交互に繰り返すことで所望の電力を高圧放電灯DLへ供給する点灯装置において、前記制御回路1は、高圧放電灯DLのランプ電圧を検出して、一方のスイッチング素子Q1の制御周波数f1を決定する第1の検出手段11と、第1又は第2の少なくとも一方のコンデンサC2の電圧を検出して、他方のスイッチング素子Q2の制御周波数f2を決定する第2の検出手段12とを備えることを特徴とするものである。なお、第1の検出手段11によりスイッチング素子Q2の周波数f2を制御し、第2の検出手段12によりスイッチング素子Q1の周波数f1を制御するようにしても良い。また、第2の検出手段12は高電位側のコンデンサC1の電圧を検出するものであっても良い。
In the high pressure discharge lamp lighting device of the present invention, in order to solve the above problems, as shown in FIG. 1, an inverter circuit that obtains a rectangular wave AC output by alternating the DC output of the DC power supply Vs is provided, The inverter circuit is connected in parallel to a series circuit of first and second capacitors C1, C2 connected between output terminals of the DC power supply Vs and a series circuit of first and second capacitors C1, C2. A series circuit of first and second switching elements Q1, Q2 and a
本発明によれば、寿命や異常によって、電解コンデンサの容量が初期値と異なる場合においても、インバータ回路の始動前に異常検出が可能である。また、ランプ点灯中に電解コンデンサに容量抜けなどの異常が発生した場合であっても、上下2つの電解コンデンサに発生する電圧の配分を所望の電圧で維持することができる。 According to the present invention, even when the capacity of the electrolytic capacitor differs from the initial value due to life or abnormality, abnormality detection is possible before the inverter circuit is started. Even when an abnormality such as capacity loss occurs in the electrolytic capacitor while the lamp is lit, the distribution of the voltages generated in the upper and lower two electrolytic capacitors can be maintained at a desired voltage.
(実施形態1)
図1は本発明の実施形態1に係る高圧放電灯点灯装置の回路図である。この点灯装置は、直流電源Vsと、直流電源Vsを入切する電源スイッチQsと、ハーフブリッジインバータ回路を形成する同じ容量の電解コンデンサC1,C2の直列回路と、これに並列的に接続されたスイッチング素子Q1,Q2(例ではFETだがトランジスタでも良い)の直列回路と、前記ハーフブリッジインバータ回路のコンデンサC1,C2の接続点とスイッチング素子Q1,Q2の接続点との間に挿入されたインダクタL1、ランプDL、平滑コンデンサC3と、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチングを制御する制御回路1と、始動時にランプ電極間に数KVのパルス電圧を印加してランプDLを絶縁破壊する高圧パルス発生回路2とで構成される。制御回路1は、ランプ電圧を検出してスイッチング素子Q1の周波数f1を決定するVla検出回路11と、コンデンサC2の電圧Vc2を検出してスイッチング素子Q2の周波数f2を決定するVc検出回路12と、スイッチング素子Q1が周波数f1でオン・オフする第1の期間T1と、スイッチング素子Q2が周波数f2でオン・オフする第2の期間T2とを、各周波数f1,f2よりも低い周波数で切り替えるための低周波生成回路13及びAND回路A1,A2と反転回路N1を備えている。AND回路A1,A2の出力は駆動回路IC2を介してスイッチング素子Q1,Q2に供給されている。なお、高圧パルス発生回路2は、パルス電圧を発生させるイグナイタ回路IGと、そのパルス電圧を昇圧するパルストランスPTを有し、始動時にパルストランスPTの2次巻線に発生した高圧パルス電圧がコンデンサC3を介してランプDLの両端に印加される。また、コンデンサC3とインダクタL1は降圧チョッパ回路のローパスフィルタを構成している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram of a high pressure discharge lamp lighting device according to
高圧放電灯が不点灯状態から安定点灯に至るまでには、点灯装置は大きく分けて図2で示す3つの過程での制御を行う。
1)無負荷モード:ランプは不点灯状態にあり、前記高圧パルス発生回路2からランプDLの電極間に絶縁破壊のためのパルス電圧を印加する。
2)始動モード:パルス電圧によりランプDLが絶縁破壊すると、グロー放電を経てアーク放電に至るが、アーク放電開始直後から発光管内温度が均一化され、安定するまでの過程においては、ランプ電圧Vlaは数Vの低電圧から数十Vの安定電圧まで数分かけて徐々に上昇する。
3)安定点灯モード:ランプ点灯後、数分が経過してランプDLの発光管内温度が上昇し、安定した状態となり、ランプ電圧Vlaはほぼ一定となる。
Until the high-pressure discharge lamp reaches a stable lighting state from a non-lighting state, the lighting device is roughly divided into three processes shown in FIG.
1) No-load mode: The lamp is in a non-lighting state, and a pulse voltage for dielectric breakdown is applied between the high-voltage
2) Start-up mode: When the lamp DL breaks down due to the pulse voltage, an arc discharge occurs through a glow discharge. In the process from immediately after the start of the arc discharge until the temperature in the arc tube is equalized and stabilized, the lamp voltage Vla is It gradually rises over several minutes from a low voltage of several volts to a stable voltage of several tens of volts.
3) Stable lighting mode: A few minutes after the lamp is lit, the temperature in the arc tube of the lamp DL rises to a stable state, and the lamp voltage Vla becomes almost constant.
以下、図1の高圧放電灯点灯装置の上記3つのモードにおける動作を詳細に説明する。 Hereinafter, the operation in the above three modes of the high pressure discharge lamp lighting device of FIG. 1 will be described in detail.
《無負荷モード》
電源スイッチQsをオンして直流電源Vsをインバータ回路に接続すると、図3の“Qsオン”のタイミングから電解コンデンサC1,C2への充電が始まる。これにより、コンデンサC1,C2にはそれぞれ電圧Vc1,Vc2が発生する。電源スイッチQsのオンから、既定時間t1経過後にVc検出回路12は電解コンデンサC2の電圧Vc2を検出し、判定値と比較する。この時、判定値は、コンデンサC1,C2に発生している電圧が夫々の耐圧を超えていないことを確認できる値であり、例として耐圧300Vの電解コンデンサC1,C2に通常250Vが発生するように設計した回路では、200Vの下限判定値<Vc2<300Vの上限判定値となっているかを確認する。(なお、Vc検出回路12は、実施例2で述べるように電解コンデンサC1,C2の容量を不均一に設定している場合には、その不均一の比に反比例した電圧Vc1,Vc2が発生していれば正常と判定する。)
《No load mode》
When the power switch Qs is turned on and the DC power supply Vs is connected to the inverter circuit, charging to the electrolytic capacitors C1 and C2 starts from the timing of “Qs on” in FIG. As a result, voltages Vc1 and Vc2 are generated in the capacitors C1 and C2, respectively. After the power switch Qs is turned on, the
Vc判定結果が所定値以上あるいは所定値以下の異常レベルにある場合は、高圧放電灯点灯装置は、ランプDLを始動しない。このとき、異常を外部に知らせる手段を持たせても良い。Vc判定結果が正常である場合は、図3のt2のイグニッション動作に移る。 When the Vc determination result is at an abnormal level equal to or higher than a predetermined value or lower than the predetermined value, the high pressure discharge lamp lighting device does not start the lamp DL. At this time, a means for notifying the outside of the abnormality may be provided. If the Vc determination result is normal, the operation proceeds to the ignition operation at t2 in FIG.
Vc判定結果が正常であった場合、制御回路1から駆動信号が出力され、スイッチング素子Q1を数十〜数百キロヘルツの高周波f1でチョッピングする期間T1(この間スイッチング素子Q2はオフ状態を維持)と、スイッチング素子Q2を数十〜数百キロヘルツの高周波f2でチョッピングする期間T2(この間スイッチング素子Q1はオフ状態を維持)との2つの期間を数十〜数百ヘルツの低周波で交互に繰り返す。これにより、ランプDLには電圧Vc1と電圧Vc2が交番する数百ボルトの矩形波電圧が印加される。さらに、高圧パルス発生回路2によりランプDLを絶縁破壊するための3〜5KVほどの高圧パルス電圧をこの矩形波電圧に重畳するので、ランプDLに掛かる電圧VDLは図3のようになる。
When the Vc determination result is normal, a drive signal is output from the
《始動モード》
ランプDLが絶縁破壊すると、ランプDLはグロー放電からアーク放電へと移行し、ランプ電圧VDLは約0Vから定格電圧に向けて数分かけて上昇する。Vla検出回路11では、ランプ電圧VDLを検出して、その電圧VDLをもとに図5の出力特性表で目標電力・電流を選定して、目標値を供給できるオン幅の駆動信号を出力する。図5の電力特性カーブにもとづいて制御することで、ランプDLには過剰なストレスが加わらない。一方、スイッチング素子Q2はVc検出回路12により電圧Vc2が常に所定値となるように、誤差アンプ構成でオン幅を制御している。
《Start-up mode》
When the lamp DL breaks down, the lamp DL shifts from glow discharge to arc discharge, and the lamp voltage VDL increases from about 0 V toward the rated voltage over several minutes. The
チョッピングのオン幅制御手段は上記のようにスイッチング素子Q1、Q2で異なるが、スイッチング素子Q1を数十〜数百キロヘルツの高周波f1でチョッピングする期間T1(この間スイッチング素子Q2はオフ状態を維持)と、スイッチング素子Q2を数十〜数百キロヘルツの高周波f2でチョッピングする期間T2(この間スイッチング素子Q1はオフ状態を維持)とを数十〜数百ヘルツの低周波で交互に繰り返す動作は無負荷時と同様である。 The on-width control means for chopping differs between the switching elements Q1 and Q2 as described above, but the period T1 during which the switching element Q1 is chopped at a high frequency f1 of several tens to several hundreds of kilohertz (the switching element Q2 is kept off during this time). The operation in which the switching element Q2 is chopped at a high frequency f2 of several tens to several hundreds of kilohertz at a low frequency of several tens to several hundreds of hertz T2 (the switching element Q1 is kept off during this time) It is the same.
《安定点灯モード》
図2の3つめのモードはランプ電圧がほぼ安定した状態であり、ランプ電圧は定格電圧にある。この安定点灯モードにおいても、始動モードと同様、スイッチング素子Q1のチョッピングは検出したランプ電圧VDLをもとに、図5の電力特性表で参照した目標電力・電流を供給するように制御する。例えば、ランプが90Vで安定したときには、図5から0.77A、70Wがランプに供給されるように制御する。図5の例は、一般的な定格ランプ電圧90V近辺の70Wランプを接続した放電灯点灯装置の特性を示している。
<Stable lighting mode>
In the third mode of FIG. 2, the lamp voltage is almost stable, and the lamp voltage is at the rated voltage. In this stable lighting mode, similarly to the start mode, the chopping of the switching element Q1 is controlled to supply the target power / current referred to in the power characteristic table of FIG. 5 based on the detected lamp voltage VDL. For example, when the lamp is stabilized at 90 V, control is performed so that 0.77 A and 70 W are supplied to the lamp from FIG. The example of FIG. 5 shows the characteristics of a discharge lamp lighting device to which a 70 W lamp having a general rated lamp voltage of 90 V is connected.
スイッチング素子Q2のチョッピング動作も始動モードと同様に、コンデンサC2の電圧Vc2が常に所定値となるように、誤差アンプ構成でオン幅を制御している。なお、コンデンサC2の電圧Vc2を検出するための構成、ランプ電圧を検出するための構成は特に限定されるものではない。要するに、コンデンサC2の電圧Vc2が所定値となるようにスイッチング素子Q2の周波数f2を制御しつつ、ランプ電圧に応じた適切なランプ電力が供給されるようにスイッチング素子Q1の周波数f1を制御できるものであれば良い。 In the chopping operation of the switching element Q2, similarly to the start mode, the ON width is controlled by the error amplifier configuration so that the voltage Vc2 of the capacitor C2 always becomes a predetermined value. The configuration for detecting the voltage Vc2 of the capacitor C2 and the configuration for detecting the lamp voltage are not particularly limited. In short, the frequency f1 of the switching element Q1 can be controlled so that appropriate lamp power is supplied according to the lamp voltage while controlling the frequency f2 of the switching element Q2 so that the voltage Vc2 of the capacitor C2 becomes a predetermined value. If it is good.
図4は、始動モードと安定点灯モードに共通のチョッピング動作を示している。始動モード、安定点灯モードともに、ランプに流れる電流IDLと、ランプに印加する電力WDL(図示なし:IDL×VDL)は、期間T1と期間T2の両期間において等しいことが、ランプにとってストレスが少ないとされている。これを満足するために、スイッチング素子Q1のチョッピングとスイッチング素子Q2のチョッピングの周波数とオン幅は下記の2点を考慮して設計するのが望ましい。 FIG. 4 shows a chopping operation common to the start mode and the stable lighting mode. In both the start mode and the stable lighting mode, the current IDL flowing through the lamp and the power WDL (not shown: IDL × VDL) applied to the lamp are equal in both the period T1 and the period T2, and the lamp has less stress. Has been. In order to satisfy this, it is desirable to design the chopping frequency and the ON width of the switching element Q1 and the switching element Q2 in consideration of the following two points.
1)Ton1/τ1≒Ton2/τ2
つまり、スイッチング素子Q2の誤差アンプによる制御は、目標値Vc2を一定値に保とうとするためのスイッチング素子Q2のチョッピング動作をTon1/τ1に収束するような値に設計する。
2)スイッチング素子Q1のチョッピング期間T1=スイッチング素子Q2のチョッピング期間T2
ここで、Ton1,Ton2はそれぞれスイッチング素子Q1、Q2のチョッピング時のオン時間であり、τ1,τ2はスイッチング素子Q1、Q2のチョッピング周波数の逆数である。つまり、Toff1,Toff2をそれぞれスイッチング素子Q1、Q2のチョッピング時のオフ時間とすると、τ1=Ton1+Toff1、τ2=Ton2+Toff2である。
1) Ton1 / τ1≈Ton2 / τ2
That is, the control by the error amplifier of the switching element Q2 is designed so that the chopping operation of the switching element Q2 for keeping the target value Vc2 at a constant value converges to Ton1 / τ1.
2) Chopping period T1 of switching element Q1 = chopping period T2 of switching element Q2
Here, Ton1 and Ton2 are ON times when the switching elements Q1 and Q2 are chopped, respectively, and τ1 and τ2 are reciprocals of the chopping frequencies of the switching elements Q1 and Q2. That is, if Toff1 and Toff2 are the off times when the switching elements Q1 and Q2 are chopped, τ1 = Ton1 + Toff1 and τ2 = Ton2 + Toff2.
この実施形態1によれば、寿命や異常によって、電解コンデンサC1またはC2の容量が初期値と異なる場合においても、回路始動前に異常検出が可能である。また、ランプ点灯中に電解コンデンサに容量抜けなどの異常が発生した場合であっても、上下2つの電解コンデンサに発生する電圧の配分を所望の電圧で維持することができる。 According to the first embodiment, even when the capacity of the electrolytic capacitor C1 or C2 is different from the initial value due to the life or abnormality, the abnormality can be detected before starting the circuit. Even when an abnormality such as capacity loss occurs in the electrolytic capacitor while the lamp is lit, the distribution of the voltages generated in the upper and lower two electrolytic capacitors can be maintained at a desired voltage.
(実施形態2)
図6は本発明の実施形態2に係る高圧放電灯点灯装置の回路図である。図1に示した実施形態1の回路構成と主要部は同じであるが、電解コンデンサC1、C2として、容量の異なる電解コンデンサを用いている点が異なる。また、直流電源Vsとして、商用交流電源ACを整流・平滑する昇圧チョッパ回路を用いている点が異なる。昇圧チョッパ回路は、ダイオードブリッジDBと、インダクタL4、スイッチング素子Q4、ダイオードD4よりなり、スイッチング素子Q4が高周波でオン・オフすることにより、商用交流電源ACを昇圧した直流電圧を出力するものである。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a circuit diagram of a high pressure discharge lamp lighting device according to
ここで、高圧放電灯を点灯する上で必要な条件について説明する。高圧放電灯をグロー放電からアーク放電にスムーズに移行するには250〜400Vの無負荷電圧が必要とされており、実施形態1の回路で(つまり、Vc1=Vc2で)これを達成するには、直流電源Vsとして、最低でも500Vの直流電圧の供給が必要である。 Here, conditions necessary for lighting the high pressure discharge lamp will be described. In order to smoothly shift the high-pressure discharge lamp from glow discharge to arc discharge, a no-load voltage of 250 to 400 V is required, and this can be achieved with the circuit of Embodiment 1 (that is, with Vc1 = Vc2). As a DC power source Vs, it is necessary to supply a DC voltage of at least 500V.
実施形態2のように昇圧チョッパ回路で交流電源を直流電圧に変換する場合、入力電流歪を減らすために、最低でも入力電圧×√2×1.1の直流電圧まで昇圧する必要がある。ここで、1.1倍とするのは10%の電源変動耐量を持たせたものである。例えば200Vの交流電源に対しては、311Vが必要ということになる。 When the AC power source is converted into a DC voltage by the boost chopper circuit as in the second embodiment, it is necessary to boost the input voltage to at least the DC voltage of the input voltage × √2 × 1.1 in order to reduce the input current distortion. Here, 1.1 times means that 10% power fluctuation tolerance is provided. For example, 311V is required for a 200V AC power supply.
ハーフブリッジインバータ回路では、コンデンサC1,C2の電圧Vc1,Vc2を交互にランプDLに印加するので、電圧Vc1,Vc2はランプ安定点灯電圧(一般的に70〜120V)以上が必要である。
以上の条件を満たすために、下記の設計が可能である。
In the half-bridge inverter circuit, the voltages Vc1 and Vc2 of the capacitors C1 and C2 are alternately applied to the lamp DL. Therefore, the voltages Vc1 and Vc2 need to be at least the lamp stable lighting voltage (generally 70 to 120 V).
In order to satisfy the above conditions, the following design is possible.
a)高圧放電灯をスムーズにアーク放電へ移行させるために必要な電圧は、片側のスイッチング素子Q1またはQ2のいずれか一方のチョッピング時のみで供給できれば良い。例えば、コンデンサC1に300Vが発生するように設計すれば良い。
b)他方の電解コンデンサC2にはランプ安定点灯電圧以上が必要であり、例えば、Vc2=150Vとすれば良い。
a) The voltage required for smoothly shifting the high-pressure discharge lamp to arc discharge may be supplied only when chopping one of the switching elements Q1 or Q2 on one side. For example, the capacitor C1 may be designed to generate 300V.
b) The other electrolytic capacitor C2 needs to have a lamp stable lighting voltage or higher, for example, Vc2 = 150V.
以上より、昇圧チョッパ回路の出力電圧は450Vを出力すれば良いことになる。450V÷√2÷1.1=290Vであるから、その結果、最低でも日本国内の商用電源100V・242Vと、米国の商用電源120V・277Vまでは対応できる高圧放電灯点灯装置を実現できる。 From the above, the output voltage of the step-up chopper circuit may output 450V. Since 450V ÷ √2 ÷ 1.1 = 290V, as a result, it is possible to realize a high-pressure discharge lamp lighting device that can support at least commercial power supply 100V / 242V in Japan and commercial power supply 120V / 277V in the United States.
ここで、コンデンサC1とC2の容量が異なってもランプDLに所望の上下対称の電力を供給できる設計方法について説明する。
図7は、図6のハーフブリッジインバータ回路が構成している2つの降圧チョッパ回路を等価回路に展開した図である。それぞれのフリーホイールダイオード(回生電流通電用のダイオード)は、他方のスイッチング素子の内蔵ダイオードである。
Here, a design method capable of supplying desired symmetrical power to the lamp DL even when the capacities of the capacitors C1 and C2 are different will be described.
FIG. 7 is a diagram in which two step-down chopper circuits configured by the half-bridge inverter circuit of FIG. 6 are expanded into equivalent circuits. Each free wheel diode (diode for energizing regenerative current) is a built-in diode of the other switching element.
2つに展開された降圧チョッパ回路は一般的なものであり、これら2つの回路は以下の関係にある。
VDL1=Vc1×Ton1/τ1=Vc1×Ton1×f1
VDL2=Vc2×Ton2/τ2=Vc2×Ton2×f2
VDL1=VDL2
The step-down chopper circuit developed in two is a general one, and these two circuits have the following relationship.
VDL1 = Vc1 × Ton1 / τ1 = Vc1 × Ton1 × f1
VDL2 = Vc2 × Ton2 / τ2 = Vc2 × Ton2 × f2
VDL1 = VDL2
実施形態1で述べたように、ランプDLにストレスの少ない点灯方法として、上下方向のランプ電流を等しくする結果、ランプ電圧VDL1、VDL2は等しくなる。Ton1,Ton2は夫々スイッチング素子Q1とQ2のチョッピングのオン時間、τ1,τ2はスイッチング素子Q1とQ2のチョッピング周期、f1,f2はスイッチング素子Q1とQ2のチョッピング周波数である。 As described in the first embodiment, as a lighting method with less stress on the lamp DL, the lamp voltages VDL1 and VDL2 become equal as a result of equalizing the vertical lamp current. Ton1 and Ton2 are the chopping ON times of the switching elements Q1 and Q2, respectively, τ1 and τ2 are the chopping periods of the switching elements Q1 and Q2, and f1 and f2 are the chopping frequencies of the switching elements Q1 and Q2.
つまり、異なる電源電圧Vc1,Vc2を持つ2つの降圧チョッパ回路がランプDLに対して一定電圧VDLを供給するには、Vc1×Ton1×f1=Vc2×Ton2×f2となるようなチョッピング周波数f1,f2とオン幅Ton1,Ton2の関係になるように設計してやればよい。以上の動作を図示したものが図8である。 That is, in order for two step-down chopper circuits having different power supply voltages Vc1 and Vc2 to supply the constant voltage VDL to the lamp DL, the chopping frequencies f1 and f2 are Vc1 × Ton1 × f1 = Vc2 × Ton2 × f2. And the ON widths Ton1 and Ton2. FIG. 8 illustrates the above operation.
例えば、上記のVc1=300V、Vc2=150Vの場合について設計すると、
VDL1=300V×Ton1×f1
VDL2=150V×Ton2×f2
∴300V×Ton1×f1=150V×Ton2×f2
Ton1×f1=Ton2×f2/2
For example, when designing for the case of Vc1 = 300V and Vc2 = 150V,
VDL1 = 300V × Ton1 × f1
VDL2 = 150V × Ton2 × f2
∴300V × Ton1 × f1 = 150V × Ton2 × f2
Ton1 × f1 = Ton2 × f2 / 2
例えば、Ton1=Ton2に設定した場合、スイッチング素子Q1をチョッピングする周波数f1は、スイッチング素子Q2をチョッピングする周波数f2の1/2倍となる。ただし、スイッチング素子Q1をチョッピングする期間T1とスイッチング素子Q2をチョッピングする期間T2の前提として、同じ電力及び電流をランプDLに供給し、コンデンサC1またはC2から供給したエネルギー分を補充するために、期間T1=期間T2とする必要がある。 For example, when Ton1 = Ton2, the frequency f1 for chopping the switching element Q1 is ½ times the frequency f2 for chopping the switching element Q2. However, as a premise of the period T1 for chopping the switching element Q1 and the period T2 for chopping the switching element Q2, the same power and current are supplied to the lamp DL to supplement the energy supplied from the capacitor C1 or C2. It is necessary to set T1 = period T2.
最後にこの回路方式での無負荷動作を図9を用いて説明する。無負荷時には、図9で示すとおり、VDLに電解コンデンサの高い方の電圧(図ではVc1)を印加できる期間T1からスイッチング動作を開始することで、効率良く始動動作に入れる。また、VDLに高い電圧を印加できる期間T1のみが前述のグロー放電からアーク放電にスムーズに移行するのに必要な電圧を持っているため、期間T1と期間T2の時間配分を、図9のように、T1>T2に設定し、電解コンデンサC1の電圧Vc1が下がってくると、期間T2の動作を実行して電圧Vc1を調整すれば良く、電解コンデンサC1,C2の容量が大きく、電圧Vc1の減衰がほとんどない場合にはT1≫T2と設定するか、あるいは期間T2を無くしても良い。 Finally, no-load operation in this circuit system will be described with reference to FIG. When no load is applied, as shown in FIG. 9, the switching operation is started from the period T1 during which the higher voltage (Vc1 in the figure) of the electrolytic capacitor can be applied to the VDL, so that the start operation is efficiently performed. Further, since only the period T1 during which a high voltage can be applied to the VDL has a voltage necessary for smoothly shifting from the glow discharge to the arc discharge, the time distribution between the periods T1 and T2 is as shown in FIG. When T1> T2 is set and the voltage Vc1 of the electrolytic capacitor C1 decreases, the voltage Vc1 may be adjusted by executing the operation of the period T2, the capacitances of the electrolytic capacitors C1 and C2 are large, and the voltage Vc1 If there is almost no attenuation, T1 >> T2 may be set, or the period T2 may be eliminated.
この実施形態2によれば、寿命や異常によって、電解コンデンサC1またはC2の容量が初期値と異なる場合においても、インバータ回路の始動前に異常検出が可能である。また、ランプ点灯中に電解コンデンサに容量抜けなどの異常が発生した場合であっても、上下2つの電解コンデンサに発生する電圧の配分を所望の電圧で維持することができる。さらに、始動時の立ち消えの可能性を減らし、効率良く絶縁破壊を起こすことができる。 According to the second embodiment, even when the capacity of the electrolytic capacitor C1 or C2 is different from the initial value due to the life or abnormality, the abnormality can be detected before the inverter circuit is started. Even when an abnormality such as capacity loss occurs in the electrolytic capacitor while the lamp is lit, the distribution of the voltages generated in the upper and lower two electrolytic capacitors can be maintained at a desired voltage. Furthermore, the possibility of disappearing at the time of starting can be reduced, and dielectric breakdown can be efficiently caused.
(実施形態3)
図10は本発明の実施形態3に係る高圧放電灯点灯装置の回路図である。上述の各実施形態1,2では、インダクタL1に流れる電流が連続しており且つ電流が0Aになった時点でチョッパー用のスイッチング素子がオンするBCM(Boundary Current Mode)でハーフブリッジインバータを動作させている。そのために、図1や図6の回路では、インダクタL1に流れる電流を2次巻線で検出し、そのゼロクロス検出(ZCS検出)によりチョッパー用のスイッチング素子がオンするように設計している。この場合、回路効率良くインバータを動作させるために、回生電流を逆回復時間の短いダイオードでカットできるファストリカバリタイプのダイオード(FRD)をボディダイオードとして内蔵したFET、もしくは外付けのFRDを使用することが望ましいとされていた。ところが、部品実装面積を減らすためにFRD内蔵のFETを使用した場合、内蔵高速ダイオードは温度上昇に対する逆回復時間の変化が激しく、高温時にはやはり回生電流が増加してしまう、などの問題があった。
(Embodiment 3)
FIG. 10 is a circuit diagram of a high pressure discharge lamp lighting device according to
上記課題を解決する回路を実施形態2で示したような電解コンデンサC1とC2の容量が異なる回路を用いて、以下に実現する。
1)電解コンデンサの容量の設定について
n×C1=C2、または、C1=n×C2(nは自然数)となるような容量に設定する。例えば、C1=100μF、C2=50μFに設定して、夫々に印加される電圧がVc1=150V、Vc2=300Vとなるようにする。
2)スイッチング素子Q1、Q2のチョッピング
実施形態2で述べたVc1×Ton1×f1=Vc2×Ton2×f2を実現しつつ、一般的な低電力系の高圧放電灯の定格電圧90Vを例にとって計算すると、
VDL1=Vc1×Ton1×f1より、90V=150V×Ton1×f1ゆえ、Ton1×f1=0.6となる。
また、VDL2=Vc2×Ton2×f2より、90V=300V×Ton2×f2ゆえ、Ton2×f2=0.3となる。
例えば、Ton1=Ton2にした場合、スイッチング素子Q1のスイッチング周波数f1はスイッチング素子Q2のスイッチング周波数f2の2倍となるように設定する。
A circuit that solves the above problem is realized as follows using a circuit having different capacities of the electrolytic capacitors C1 and C2 as shown in the second embodiment.
1) Regarding the setting of the capacitance of the electrolytic capacitor The capacitance is set such that n × C1 = C2 or C1 = n × C2 (n is a natural number). For example, C1 = 100 μF and C2 = 50 μF are set so that voltages applied to Vc1 = 150V and Vc2 = 300V, respectively.
2) Chopping of switching elements Q1 and Q2 While calculating Vc1 × Ton1 × f1 = Vc2 × Ton2 × f2 described in the second embodiment, the rated voltage 90V of a general low-power high-pressure discharge lamp is calculated as an example. ,
From VDL1 = Vc1 × Ton1 × f1, 90V = 150V × Ton1 × f1, so Ton1 × f1 = 0.6.
Further, from VDL2 = Vc2 × Ton2 × f2, 90V = 300V × Ton2 × f2, so Ton2 × f2 = 0.3.
For example, when Ton1 = Ton2, the switching frequency f1 of the switching element Q1 is set to be twice the switching frequency f2 of the switching element Q2.
しかし、図1や図6の回路が動作し、部品温度が上昇すると、FETに内蔵されたボディダイオードの逆回復時間は徐々に遅くなるため、回生電流が増加し、FETにオン信号が入ってから実際に0Aから電流が流れるまでに遅延が生じ、その結果、出力電流のピーク値が下がる。特にFETのボディダイオードの逆回復時間が温度上昇により遅くなる影響を受けるのはスイッチング周波数の高いスイッチング素子Q1のスイッチング動作である。つまり、フリーホイールダイオードとしてスイッチング素子Q2のボディダイオードDQ2を回生電流が流れるモードである。その結果、所定の出力を出せなくなるなどの弊害が起こる可能性がある。 However, when the circuit of FIG. 1 or FIG. 6 operates and the component temperature rises, the reverse recovery time of the body diode built in the FET is gradually delayed, so the regenerative current increases and an ON signal enters the FET. From when the current actually flows from 0 A to a delay, and as a result, the peak value of the output current decreases. In particular, the switching operation of the switching element Q1 having a high switching frequency is affected by the fact that the reverse recovery time of the body diode of the FET is delayed by the temperature rise. That is, this is a mode in which a regenerative current flows through the body diode DQ2 of the switching element Q2 as a free wheel diode. As a result, there is a possibility that harmful effects such as the inability to output a predetermined output may occur.
そこで、特にスイッチング素子Q2のボディーダイオードDQ2の温度特性による変化を少なくしたいので、温度特性の依存度の高いスイッチング素子Q1の回生電流が流れるスイッチング素子Q2のフリーホイール用のダイオードには、温度特性による変化の少ない外付けFRD(ファスト・リカバリー・ダイオード)を図10のダイオードD2のように挿入する。これにより、効率の高いハーフブリッジインバータ回路を実現することが可能である。また、外付けのFRD(ファスト・リカバリー・ダイオード)を挿入することで、内蔵のボディダイオードを使用しないFET(スイッチング素子Q2)はその分、オン抵抗の低いFETを選択することにより、更に回路効率の良い回路が実現できる。なお、ダイオードD1はスイッチング素子Q2のボディダイオードDQ2に流れる電流を阻止するためにスイッチング素子Q2と直列に挿入されている。 Therefore, in order to reduce the change due to the temperature characteristic of the body diode DQ2 of the switching element Q2 in particular, the free wheel diode of the switching element Q2 in which the regenerative current of the switching element Q1 with high dependence on the temperature characteristic flows depends on the temperature characteristic. An external FRD (fast recovery diode) with little change is inserted as a diode D2 in FIG. As a result, a highly efficient half-bridge inverter circuit can be realized. In addition, by inserting an external FRD (fast recovery diode), the FET (switching element Q2) that does not use the built-in body diode can be selected to select a FET with a lower on-resistance, thereby further improving circuit efficiency. A good circuit can be realized. The diode D1 is inserted in series with the switching element Q2 in order to block the current flowing through the body diode DQ2 of the switching element Q2.
一方、スイッチング周波数の低いスイッチング素子Q2側では逆回復時間が多少遅くなっても、スイッチング時の電流の立ち上がりが遅いため、その影響を受けにくい。つまり、温度特性の依存度の低いスイッチング素子Q2の回生電流が流れるスイッチング素子Q1のフリーホイールダイオードには、FRD(ファスト・リカバリー・ダイオード)内蔵のFETを用いることができるので、外付けFRD分の部品点数減が図れる。 On the other hand, on the switching element Q2 side having a low switching frequency, even if the reverse recovery time is somewhat delayed, the rise of current at the time of switching is slow, so that it is not easily affected. That is, since the free wheel diode of the switching element Q1 through which the regenerative current of the switching element Q2 having a low dependence on the temperature characteristic flows can be an FET with a built-in FRD (fast recovery diode), the external FRD portion can be used. The number of parts can be reduced.
本実施例によれば、部品点数が少なく、部品が温度上昇した場合でも部品温度上昇による出力低下、あるいはチョッピング信号に対する電流反応の鈍りを抑えることができ、回路効率を高く維持できる。また、寿命や異常によって、電解コンデンサC1またはC2の容量が初期値と異なる場合においても回路始動前に異常検出が可能である。さらに、ランプ点灯中に電解コンデンサに容量抜けなどの異常が発生した場合であっても、上下2つの電解コンデンサに発生する電圧の配分を所望の電圧で維持することができる。 According to the present embodiment, even when the number of components is small and the temperature of the components rises, it is possible to suppress a decrease in output due to an increase in the component temperature or a dull current response to a chopping signal, thereby maintaining a high circuit efficiency. Further, even when the capacity of the electrolytic capacitor C1 or C2 differs from the initial value due to the life or abnormality, it is possible to detect the abnormality before starting the circuit. Furthermore, even when an abnormality such as capacity loss occurs in the electrolytic capacitor while the lamp is lit, the distribution of the voltages generated in the upper and lower two electrolytic capacitors can be maintained at a desired voltage.
(実施形態4)
図11は本発明の放電灯点灯装置を用いた照明器具の構成例を示す。(a)、(b)はスポットライトに適用した例、(c)はダウンライトに適用した例であり、図中、5は点灯装置の回路を格納した電子バラスト、6は高圧放電灯を装着した灯体、7は配線である。これらの照明器具を複数組み合わせて照明システムを構築しても良い。前述のハーフブリッジインバータ回路方式を用いて小型の高圧放電灯点灯装置を実現することで、これら高圧放電灯用照明器具に設計の自由度を与えることが可能である。
(Embodiment 4)
FIG. 11 shows a structural example of a lighting fixture using the discharge lamp lighting device of the present invention. (A), (b) is an example applied to a spotlight, (c) is an example applied to a downlight, in the figure, 5 is an electronic ballast storing the circuit of the lighting device, 6 is a high pressure discharge lamp The
Q1 第1のスイッチング素子
Q2 第2のスイッチング素子
C1 第1のコンデンサ
C2 第2のコンデンサ
C3 第3のコンデンサ
L1 インダクタ
DL 高圧放電灯
11 Vla検出回路(ランプ電圧検出回路)
12 Vc検出回路(コンデンサ電圧検出回路)
Q1 1st switching element Q2 2nd switching element C1 1st capacitor C2 2nd capacitor C3 3rd capacitor L1 Inductor DL High
12 Vc detection circuit (capacitor voltage detection circuit)
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JP2009064581A (en) * | 2007-09-04 | 2009-03-26 | Iwasaki Electric Co Ltd | High-pressure discharge lamp lighting apparatus and its control method |
JP2010092680A (en) * | 2008-10-07 | 2010-04-22 | Eye Lighting Syst Corp | Discharge lamp lighting device |
JP2011097680A (en) * | 2009-10-27 | 2011-05-12 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Power supply device, lighting device, and lighting fixture |
JP2011054558A (en) * | 2010-07-20 | 2011-03-17 | Totsuken:Kk | Ballast using inductive discharge limiting circuit |
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