JP2006190667A - 高圧放電灯の安定器回路 - Google Patents

Abstract

【課題】水銀灯またはナトリウム灯のような高圧放電灯を点灯させる際に高電圧を安定化させることができる高圧放電灯の安定器回路を提供する。
【解決手段】高圧放電灯７０の電子式安定器回路において、整流部５２と、直流電圧の力率を改善するように制御するＰＦＣ回路５４と、電圧を昇圧させるブスター５６と、昇圧または降下する直流電圧に変換出力するバックコンバータ５８と、一定した電流が供給されるように制御するコンミュテータ６６と、高電圧を発生させるイグナイタ６８と、高圧放電灯と、電流検出部６０と、電圧検出部６２と、イグナイタ電圧制御部７２と、予め設定された基準電圧と比較して設定された時間ごとに高電圧の異常有無を感知するための信号を出力するウォッチドッグタイマ７６と、前記高圧放電灯に印加される電圧の異常有無を感知する電流及び電圧エラーセンシング部７８と、を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高圧放電灯の安定器回路に係るもので、特に水銀灯またはナトリウム灯のような高圧放電灯を点灯させる際に高電圧を安定化させることができる高圧放電灯の安定器回路に関する。

一般に、高圧放電灯を点灯させるための安定器はケイ素鋼板に銅線を巻いてなされる構造であって、５０Hzまたは６０Hzの周波数を使用するため、ケイ素鋼板コアの電力損失及び銅線共有の電力損失が多く、且つ体積が大きくなって設置または取り扱いに難しさがあった。

このような問題を解決するために最近では半導体を用いた多様な種類の電子式安定器が開発されているが、その全てが周辺機器に対し電子波障害を起こすかまたは感電事故を誘発するなどの安全度の面から問題を露出している。
このような問題を解決するための高圧放電などの安定器回路が図２に図示される。図２を参照すると、バックコンバータ１０はトランジスタＴＲ１、ツエナーダイオードＺ１、キャパシタＣ６，Ｃ７、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３、電圧コントロールロジックＩＣ２、及びトランスＬ１から構成されて、３８０Ｖの直流電圧を交流電圧に変換した後に昇圧し、再度直流電圧を変換して出力する。システム基準電圧生成部１２は抵抗Ｒ２３，Ｒ２４，Ｒ２５とツエナーダイオードＺ３から構成されて設定された基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。コンミュテータ（commutator）１４はパルス幅変調制御器ＩＣ３及びキャパシタＣ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６、抵抗Ｒ２６，Ｒ２７、及びトランジスタＴＲ２，ＴＲ３，ＴＲ４，ＴＲ５から構成されて、前記バックコンバータ１０で変換された直流電圧を受けてイグナイタ１６に一定した電流が供給されるように制御する。イグナイタ１６はキャパシタＣ２、ダイオードＤ２、コイルＬ２、トランスＬ３、ツエナーダイオードＺ４，Ｚ５，Ｚ６，Ｚ７から構成されて、前記コンミュテータ１４から提供される電圧を受けて高電圧を発生して高圧放電灯１８に印加する。高圧放電灯１８は前記イグナイタ１６で発生した高電圧により点灯される。電流検出部２０は前記イグナイタ１６で発生した高電圧がフィードバックされるときに抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３により電流量を検出する。電圧検出部２２は前記バックコンバータ１０から出力する電圧値を抵抗Ｒ６、Ｒ７により検出する。ウォッチドッグタイマ２４は抵抗Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５、キャパシタＣ５，Ｃ８、トランジスタＴＲ６、演算増幅器ＯＰ１から構成されて、前記基準電圧生成部１２で生成された基準電圧と比較して、設定された時間単位で高電圧の異常有無を感知するためのパルスを出力する。電流及び電圧エラー感知部２６は抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１７，Ｒ１８，Ｒ１９、キャパシタＣ９，Ｃ１０，Ｃ１１、ツエナーダイオードＺ２、電圧及び電流制御コントロールロジックＩＣ１から構成されて、前記電流検出部２０及び電圧検出部２２で検出された電流値及び電圧値を入力されて、前記ウォッチドッグタイマ２４から出力されるパルス信号を受けて電圧及び電流エラー状態を感知する。イグナイタ電圧制御部２８は抵抗Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２、キャパシタＣ１２、演算増幅器ＯＰ２から構成されて、前記イグナイタ１６に一定した電圧が印加されるように制御する。

然るに、上述のような従来の高圧放電灯などの安定器回路は７０Ｗないし１４０Ｗの容量で使用可能であるが、２５０Ｗ以上の高容量になった場合、電流の容量が増加してバックコンバータ１０の電圧コントロールロジックＩＣ２が破損されることにより、その使用ができないとの問題があった。

そこで、本発明の目的は、高容量の消費電力でも使用できるし、消費電力を減らすこともできる高圧放電灯の安定器回路を提供することにある。

このような目的を達成するため本発明による高圧放電灯の電子式安定器回路は、ＡＣ電源を供給されて静電気を除去するＥＭＩフィルターと、前記ＥＭＩフィルタから静電気の除去された交流電圧を全波整流して直流電圧に変換して出力する整流部と、前記整流部で整流された直流電圧の力率を改善するように制御するＰＦＣ回路と、前記ＰＦＣ回路からの力率の改善された電圧を昇圧させるブスターと、前記ブスターから上昇された直流電圧を受けて昇圧または降下した直流電圧に変換出力するバックコンバータと、前記バックコンバータから出力された直流電圧を受けて一定した電流が供給されるように制御するコンミュテータと、前記コンミュテータから提供される電圧を受けて高電圧を発生させるイグナイタと、前記イグナイタで発生した高電圧により点灯される高圧放電灯と、前記高圧放電灯が点灯された後に前記イグナイタで発生した高電圧がフィードバックされるときに電流を検出する電流検出部と、前記バックコンバータから出力される電圧値を検出する電圧検出部と、前記イグナイタから出力される電圧を受けて前記高圧放電灯に異常が発生するときに電圧が前記イグナイタに印加されないように制御するイグナイタ電圧制御部と、予め設定された基準電圧と比較して設定された時間ごとに高電圧の異常有無を感知するための信号を出力するウォッチドッグタイマと、前記電流検出部及び電圧検出部で検出された電流値及び電圧値を入力されて前記ウォッチドッグタイマから出力する高電圧の異常有無感知信号により前記高圧放電灯に印加される電圧の異常有無を感知する電流及び電圧エラーセンシング部と、前記電圧検出部と接地間に連結されて周りの光及び温度に従い自動に電圧を調節する調光回路と、を含むことを特徴とする。

前記バックコンバータは、前記電流検出部で検出された電流量に従い１次側電圧を２次側に誘起させる第１トランスと、前記第１トランスの第１次側電圧の大きさに従い前記ブスターで昇圧された電圧を前記イグナイタに供給または遮断を制御するトランジスタと、前記電流検出部で検出された電流量に従い前記トランジスタでスイッチングオンされて前記イグナイタに供給される電圧を制御する第２トランジスタと、を含むことを特徴とする。

本発明は、バックコンバータの電圧制御をＩＣチップを使用せずにトランスフォマーを用いて、高圧放電灯の電力容量が２５０Ｗ以上に増加しても部品の破損なしに使用できるし、調光回路を用いて回りの温度及び光に従い高圧放電灯の駆動電圧を制御して電力消耗を減らすことができるという効果がある。

以下、本発明による好ましい実施例を添付図を参照して詳しく説明する。そして、本発明を説明するにあたって、関連の公知機能或いは構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に濁すと判断される場合、その詳しい説明を省略する。
図１は本発明の実施例による高圧放電灯の安定器回路図である。

ＡＣ電源を供給されて静電気を除去するＥＭＩ（Electro-Magnetic Interference）フィルタ５０と、前記ＥＭＩフィルタ５０から出力される交流電圧を全波整流して直流電圧に変換して出力する整流部５２と、前記整流部５２で整流される直流電圧の力率を改善するように制御するＦＰＣ（Power Factor Correction）回路５４と、前記ＰＦＣ回路５４で力率の改善された電圧を昇圧させるブスター５６と、トランジスタＱ１、抵抗Ｒ１７，Ｒ１００、キャパシタＣ１００，Ｃ１０１、ダイオードＤ１００、トランスＬ５，Ｔ２からなり、前記ブスター５６で上昇された直流電圧を受けて昇圧または降下した直流電圧に変換出力するバックコンバータ５８と、前記バックコンバータ５８で出力された直流電圧を受けて一定した電流が供給されるように制御するコンミュテータ６６と、前記コンミュテータ６６で提供される電圧を受けて高電圧を発生するイグナイタ６８と、前記イグナイタ６８で発生した高電圧により点灯される高圧放電灯７０と、前記高圧放電灯７０が点灯された後に前記イグナイタ６８で発生した高電圧がフィードバックされるときに抵抗Ｒ１，Ｒ２により電流量を検出する電流検出部６０と、前記バックコンバータ５８で出力される電圧値を電圧値を抵抗Ｒ６−Ｒ１１により検出する電圧検出部６２と、抵抗Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２、ダイオードＤ５、キャパシタＣ１２、及び演算増幅器ＯＰ２からなり、前記イグナイタ６８で出力される電圧を受けて高圧放電灯７０に異常が発生するときに電圧が前記イグナイタ６８に印加されないように制御するイグナイタ電圧制御部７２と、抵抗Ｒ２３，Ｒ２４，Ｒ２５からなり、設定された基準電圧Ｖｒｅｆを生成するシステム基準電圧生成部７４と、前記基準電圧生成部７４で生成された基準電圧と比較して設定された時間間隔で高電圧の異常有無を感知するための信号を出力するウォッチドッグタイマ７６と、抵抗Ｒ４，Ｒ６，Ｒ１８，Ｒ１９、キャパシタＣ８，Ｃ９，Ｃ１０，Ｃ１１、ツエナーダイオードＺ２、及び電流/電圧コントロールロジックＵ１からなり、前記電流検出部６０及び電圧検出部６２で検出された電流値及び電圧値を入力されて前記ウォッチドッグタイマ７６により設定された時間間隔で高圧放電灯７０に印加される電圧の異常有無を感知する電流及び電圧エラーセンシング部７８と、前記電圧検出部６２と接地との間に抵抗Ｒ０及び自動ポテンショメータＰＴ１が直列連結されて、周りの光及び温度に従い自動に電圧を調節する調光（Deming）回路６４と、から構成される。

図１を参照して本発明の好ましい実施例の動作を詳しく説明する。
ＡＣ電源が供給されると、ＥＭＩフィルタ５０は静電気を除去する。整流部５２は前記ＥＭＩフィルタ５０から出力された交流電圧を全波整流して直流電圧に変換してＰＦＣ回路５４に出力する。ＰＦＣ回路５４は前記整流部５２で整流された直流電圧の力率を改善するように制御する。このとき、ブスター５６は前記ＰＦＣ回路５４で力率の改善された電圧を昇圧させる。前記ブスター５６で昇圧された電圧はトランジスタＱ１とトランスＴ２を通じてコンミュテータ６６に印加される。コンミュテータ６６は前記ブスター５６で昇圧された電圧をバックコンバータ５８のトランジスタＱ１及びトランスＴ２を通じて出力された昇圧電圧を受けて一定した電流がイグナイタ６８に供給されるように制御する。イグナイタ６８は前記コンミュテータ６６から提供された電圧を受けて高電圧を発生して高圧放電灯７０が点灯されるようにする。

前記高圧放電灯７０が点灯されると、電流及び電圧感知コントロールロジックＵ１は出力端子ＯＵＴを通じてデュティ比が同一な一定の周波数を出力してウォッチドッグタイマ７６に印加する。このとき、ウォッチドッグタイマ７６のトランジスタＱ９はベースに印加される周波数に従いターンオンまたはターンオフされて電源電圧Ｖｃｃと接地電圧を演算増幅器ＯＰ１の反転端（−）に印加する。それで、演算増幅器ＯＰ１は前記基準電圧生成部７４で生成された基準電圧と前記トランジスタＱ９から出力された信号とを比較して、電流及び電圧感知コントロールロジックＵ１で生成された周波数と相反する位相を有する信号を出力する。

また、前記高圧放電灯７０が点灯されると、イグナイタ６８でフィードバックされた電流が抵抗Ｒ１，Ｒ２からなる電流検出部６０により検出され、電流検出部６０で多量の電流が検出されると、トランスＬ５の１次側の電源が第２次側に誘起されない。第１トランスＬ５の１次側の電源が２次側に誘起されないと、第１トランスＬ５の電圧が低くなってトランジスタＱ１がターンオフされる。そして、第１トランスＬ５の２次側に電源が誘起されないと、電流検出部６０によりフィードバックされる電流が第１トランスＬ５の２次側を通じてキャパシタＣ１０１にポンピングされて、トランジスタＱ９のベースに高電位が印加される。このとき、トランジスタＱ９はターンオンされて、演算増幅器ＯＰ１が反転端（−）に接地信号を印加する、それで、演算増幅器ＯＰ１は出力端にハイ信号を継続して出力して、電流及び電圧感知コントロールロジックＵ１のゼロクロシング端子ＺＣＤに印加する。このとき、イグナイタ６８でフィードバックされた電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７と抵抗Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１からなる電圧検出部６２により検出され、電圧検出部６２で検出された電圧は電流及び電圧感知コントロールロジックＵ１のフィードバック電圧入力端ＶＦＢに印加される。このとき、抵抗Ｒ９と該抵抗Ｒ９の接続ノードにながれる電流は電流及び電圧感知コントロールロジックＵ１の電流感知入力端ＣＳに印加される。電流及び電圧感知コントロールロジックＵ１はゼロクロシング端子ＺＣＤに印加される信号がハイまたはローのうち１つにセッティングされて保持される場合、高圧放電灯７０に印加された高電圧に異常がないことを感知する。

一方、前記高圧放電灯７０が点灯された後、イグナイタ６８でフィードバックされた電圧は抵抗Ｒ２０，Ｒ２１を通じて演算増幅器ＯＰ２の非反転端（＋）に印加される。このとき、演算増幅器ＯＰ２は抵抗Ｒ２０，Ｒ２１を通じて印加されたイグナイタ６８でフィードバックされる電圧を反転端（−）の基準電圧と比較し、イグナイタ６８及び高圧放電灯７０の故障発生で前記フィードバック電圧が高い場合、出力端に高電位を出力して抵抗Ｒ１１とＲ９の接続ノードの電位を高くすることにより、バックコンバータ５８からイグナイタ６８に電圧が印加されないようにする。しかし、演算増幅器ＯＰ２は抵抗Ｒ２０，Ｒ２１を通じて印加されたイグナイタ６８でフィードバックされる電圧を反転端（−）の基準電圧と比較し、イグナイタ６８及び高圧放電灯７０の正常的な動作で前記フィードバック電圧が低い場合、出力端に低電位を出力して抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ９の接続ノードの電位を低くすることにより、バックコンバータ５８からイグナイタ６８に電圧が印加されるようにする。

上述のように高圧放電灯７０に印加される電圧を制御する状態で温度及び光に従い高圧放電灯７０に印加される電圧が変化されることができるが、調光回路６４は電圧検出部６２と接地との間に抵抗Ｒ０及び自動ポテンショメータＰＴ１が接続されて、周りの温度または光に従い自動に電圧検出部６２の電位を変化させる。即ち、調光回路６４は周りの温度が高くて明るい場合に電圧検出部６２の電圧を減少させ、周りの温度が低くて暗い場合には電圧検出部６２の電圧を上昇させる。

従って、調光回路６４は周りの温度または光に従い高圧放電灯７０に印加される電圧を制御する。このとき、自動ポテンショメータＰＴ１が自動に温度及び光に従い電圧を制御するには自動ポテンショメータＰＴ１に温度センサーと調光センサーとが連結されるべきである。

本発明の実施例による高圧放電灯の安定器回路図である。 高圧放電灯の安定器回路図である。

符号の説明

５０：ＥＭＩフィルタ ５２：整流部 ５４：ＰFＣ回路 ５６：ブスター ５８：バックコンバータ ６０：電流検出部 ６２：電圧検出部 ６４：調光回路 ６６：コンミュテータ ６８：イグナイタ ７０：高圧放電灯 ７２：イグナイタ電圧制御部 ７４：基準電圧生成部 ７６：ウォッチドッグ回路 ７８：電流及び電圧エラーセンシング部

Claims (4)

1. 高圧放電灯の電子式安定器回路において、
   交流電圧を全波整流して直流電圧に変換して出力する整流部と、
   前記整流部で整流された直流電圧の力率を改善するように制御するＰＦＣ回路と、
   前記ＰＦＣ回路で力率の改善された電圧を昇圧させるブスターと、
   前記ブスターから上昇された直流電圧を受けて昇圧または降下する直流電圧に変換出力するバックコンバータと、
   前記バックコンバータから出力された直流電圧を受けて一定した電流が供給されるように制御するコンミュテータと、
   前記コンミュテータから提供される電圧を受けて高電圧を発生させるイグナイタと、
   前記イグナイタで発生した高電圧により点灯される高圧放電灯と、
   前記高圧放電灯が点灯された後に前記イグナイタで発生した高電圧がフィードバックされるときに電流を検出する電流検出部と、
   前記バックコンバータから出力された電圧値を検出する電圧検出部と、
   前記イグナイタから出力された電圧を受けて前記高圧放電灯に異常が発生するときに電圧が前記イグナイタに印加されないように制御するイグナイタ電圧制御部と、
   予め設定された基準電圧と比較して設定された時間ごとに高電圧の異常有無を感知するための信号を出力するウォッチドッグタイマと、
   前記電流検出部及び電圧検出部で検出された電流値及び電圧値を入力されて、前記ウォッチドッグタイマから出力する高電圧の異常有無感知信号により前記高圧放電灯に印加される電圧の異常有無を感知する電流及び電圧エラーセンシング部と、を含むことを特徴とする高圧放電灯の安定器回路。
2. 前記電圧検出部と接地との間に連結されて周りの光及び温度に従い自動に電圧を調節する調光回路をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高圧放電灯の安定器回路。
3. 前記バックコンバータは、前記電流検出部で検出された電流量に従い１次側電圧を２次側に誘起させる第１トランスと、
   前記第１トランスの第１次側電圧の大きさに従い前記ブスターで昇圧された電圧を前記イグナイタへの供給または遮断を制御するトランジスタと、
   前記電流検出部で検出された電流量に従い前記トランジスタでスイッチングオンされて前記イグナイタに供給される電圧を制御する第２トランスと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の高圧放電灯の安定器回路。
4. 前記整流部の前端に連結されてＡＣ電源を供給されて静電気を除去するＥＭＩフィルタをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれ１項に記載の高圧放電灯の安定器回路。

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