JP2007066700A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 放電灯の寿命末期を確実に検出する放電灯点灯装置を得る。
【解決手段】 直列接続されるＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３の中点に接続されるカップリングコンデンサＣ２と、前記カップリングコンデンサＣ２に接続されるチョークコイルＴ２とを有するインバータ回路７と、前記カップリングコンデンサＣ２と前記チョークコイルＴ２の中点に接続され、正電位のピーク電圧を検出する正電位ピーク検出回路１１及び負電位のピーク電圧を検出する負電位ピーク検出回路１２と、検出する正電位及び負電位のピーク電圧に応じて前記放電灯Ｌａの寿命末期を検出する寿命末期検出回路１４とを有する保護回路８と、前記保護信号に基づいて前記インバータ回路７の出力を制御する制御回路９と、を備え、正常点灯時と寿命末期時の検出用コンデンサＣ４の電圧の差を大きくするとともに、寿命末期の状態による影響がなく確実に寿命末期を検出できる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、放電灯の寿命末期を検出して、放電灯点灯装置のインバータ回路を保護する保護回路に関するものである。

放電灯負荷の寿命末期時に半波放電を生じることによる直流カット用コンデンサ（本願ではカップリングコンデンサと称する）の電圧変動の平均値を検出してインバータ回路の出力の低減或いは出力を停止させ、回路を保護するものが例えば特許文献１に開示されている。

特開２００２−８３６９９号公報（段落「００２６」１行目〜１４行目）

従来の放電灯点灯装置は、直流カット用コンデンサの検出回路の抵抗と直流成分検出用コンデンサの時定数を動作周波数に対して十分長くすることによって、正常点灯時の直流成分検出用コンデンサの電圧を実質的に０Ｖとすることができる利点があった。

しかしながら、直流カット用コンデンサの電圧変動の平均値を検出してインバータ回路の出力の低減或いは出力を停止して回路を保護しているため、正常点灯時の直流成分検出用コンデンサの電圧と寿命末期時の直流成分検出用コンデンサの電圧との差が少なく、寿命末期の状態（特に寿命末期の初期状態）によっては検出できない恐れがあった。

また、検出回路の抵抗と直流成分検出用の時定数を動作周波数に対して十分長くすると、直流カット用コンデンサの電圧変動を検出するまで時間がかかる恐れがあった。

また、検出回路の抵抗と直流成分検出用の時定数を短くして、直流カット用コンデンサの電圧変動を検出するまでの時間を早くすると、短時間に高い電圧が直流成分検出用コンデンサに充電されるため、高耐圧の部品を選定する必要があった。

直流電圧を出力する電源回路と、前記電源回路の出力間に接続され、直列接続される第１及び第２のスイッチング素子と、直列接続される第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の中点に接続され、放電灯に流れる直流成分を抑制するカップリングコンデンサと、前記カップリングコンデンサに接続され放電灯に流れる電流を制限するチョークコイルと、前記放電灯に並列接続される始動用コンデンサと、を有し、前記チョークコイルと第２のスイッチング素子に接続される放電灯に電力を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路の前記第１及び第２のスイッチング素子のスイッチングを制御するドライブ回路と、前記インバータ回路の前記カップリングコンデンサと前記チョークコイルの中点に接続され、前記放電灯に供給する正電位のピーク電圧を検出する正電位ピーク検出回路と、前記インバータ回路の前記カップリングコンデンサと前記チョークコイルの中点に接続され、前記放電灯に供給する負電位のピーク電圧を検出する負電位ピーク検出回路と、検出する正電位及び負電位のピーク電圧に応じて前記放電灯の寿命末期を検出する寿命末期検出回路とを有し、前記放電灯の寿命末期を検出すると保護信号を出力する保護回路と、前記保護回路の保護信号を入力し、その保護信号に基づく制御信号を前記ドライブ回路に出力して前記インバータ回路の出力を制御する制御回路と、を備える。

正常点灯時の検出用コンデンサの電圧と寿命末期時の検出用コンデンサの電圧との差を大きくできるとともに、寿命末期の初期状態など半波整流の程度が少ない場合であっても確実に寿命末期を検出できる。

実施の形態１．
図１は本実施の形態１を示す放電灯点灯装置の回路図である。
図１の放電灯点灯装置の回路図の構成について説明をする。
商用電源１が印加されるとノイズフィルタ２を介して全波整流回路３に供給されて全波整流され、この全波整流された電圧は昇圧チョッパ形アクティブフィルタ４に供給されて、昇圧チョッパ形アクティブフィルタ４で設定された電圧値まで昇圧して平滑コンデンサＣ１に直流電圧が充電される電源回路５を備えている。

昇圧チョッパ形アクティブフィルタ４は、前記全波整流回路３の出力側の両端に接続され分圧する直列接続される抵抗Ｒ１、Ｒ２と、一端を全波整流回路の高電位側に接続されるトランスＴ１と、前記トランスＴ１の他端をアノード端子に接続されカソード端子を平滑コンデンサＣ１に接続されるダイオードＤ１と、前記トランスＴ１とダイオードＤ１の中点にドレイン端子が接続されゲート端子が制御ＩＣ ＩＣ１に接続されソース端子がセンス抵抗Ｒ３に接続されるＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１と、前記トランスＴ１の二次側に接続されトランスＴ１のエネルギーが放出され二次側が０Ｖになることを検出し、前記抵抗Ｒ１とＲ２の中点に接続され全波整流波形をモニタリングして、前記ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１のソース端子とセンス抵抗Ｒ３の中点に接続され電流波形（三角波）の頂点の軌跡を前記モニタリングする全波整流波形と略同形となるように制御するとともに、前記平滑コンデンサＣ１の両端に接続されて分圧する直列接続される抵抗Ｒ４、Ｒ５の中点の電圧が所定の電圧になるように前記ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１のゲート端子に接続されるＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１のスイッチングを制御する制御ＩＣ ＩＣ１と、前記トランスＴ１及びＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ１をスイッチングさせて昇圧する電圧を充電するとともに平滑する平滑コンデンサＣ１と、を備えている。この平滑コンデンサＣ１に充電される直流電圧は平滑されて点灯回路６に供給される。

なお、この電源回路５は昇圧チョッパ形アクティブフィルタ４を用いて直流電圧を生成しているが、これに限定されることがなく、全波整流した電圧をコンデンサで平滑するコンデンサインプット型としてもよい。

また、電源回路５の低電位側は放電灯点灯装置を構成する各回路の基準電位（以下グランドと称する）となっている。

また、電源回路５は、平滑コンデンサＣ１に充電される直流電圧のほかに、制御用の電源、例えば平滑コンデンサＣ１の電圧を抵抗分圧などによって分圧して約１５Ｖの直流電圧の制御電源Ｖｃｃを生成している。

点灯回路６は、スイッチング素子をスイッチングして放電灯Ｌａに高周波電力を供給するインバータ回路７と、放電灯Ｌａの異常を検出してインバータ回路７を保護する保護回路８と、この保護回路８の保護信号を入力してその信号に基づいた制御信号を出力する制御回路９と、この制御回路９の制御信号に基づいてインバータ回路７の発振制御するドライブ回路１０を備えている。

インバータ回路７は、電源回路５から供給される直流電圧の高電位側にＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２のドレイン端子が接続され、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２のソース端子にＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ３のドレイン端子、直流成分を抑制するカップリングコンデンサＣ２が接続され、カップリングコンデンサＣ２の他方の端子からチョークコイルＴ２に接続している。

このチョークコイルＴ２の他方の端子に負荷である放電灯Ｌａのフィラメントｆ１に接続され、放電灯Ｌａの他方のフィラメントｆ２はＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ３のソース端子及び電源回路５の低電位側に接続され、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３を交互にスイッチングさせて負荷である放電灯Ｌａへ高周波電力を供給する。

また、フィラメントｆ１の他方の端子及びフィラメントｆ２の他方の端子間には始動用コンデンサＣ３が接続されている。

保護回路８は、インバータ回路７のカップリングコンデンサＣ２とチョークコイルＴ２の中点（以下Ａ点と称する）に接続され、このＡ点に発生する正電位及び負電位の電圧のピーク値を検出してピーク検出信号を出力する正電位ピーク電圧回路１１及び負電位ピーク電圧回路１２と、このピーク検出信号を入力し、入力した負電位のピーク検出信号は信号変換回路に入力して正電位の信号に変換する信号変換回路１３を有し、ピーク検出信号に応じて保護信号を出力する寿命末期検出回路１４とを備えている。

正電位ピーク検出回路１１は、インバータ回路７のＡ点とＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ３のソース端子間に直列接続される抵抗Ｒ６Ａ、Ｒ７Ａを接続し、抵抗Ｒ６Ａと抵抗Ｒ７Ａの中点にダイオードＤ２Ａのアノード端子が接続され、このダイオードＤ２Ａのカソード端子に検出用コンデンサＣ４が接続されて、インバータ回路７のＡ点に発生する正電位のピーク電圧を検出する。

負電位ピーク検出回路１２は、インバータ回路７のＡ点とＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ３のソース端子間に直列接続される抵抗Ｒ６Ｂ、Ｒ７Ｂを接続し、抵抗Ｒ６Ｂと抵抗Ｒ７Ｂの中点にダイオードＤ２Ｂのカソード端子が接続され、このダイオードＤ２Ｂのアノード端子に検出用コンデンサＣ４が接続されて、インバータ回路７のＡ点に発生する負電位のピーク電圧を検出する。

なお、この実施の形態においてはダイオードＤ２Ａのアノード端子とＤ２Ｂのカソード端子を接続して、さらに検出用コンデンサＣ４に接続（以下この接続点をＢ点と称する）して、正電位ピーク検出回路１１と負電位ピーク検出回路１２の検出用コンデンサＣ４を共通としており、検出用コンデンサＣ４は抵抗Ｒ６Ａ、Ｒ７Ａ及びダイオードＤ２Ａに発生する電圧によって正電位側に充電され、抵抗Ｒ６Ｂ、Ｒ７Ｂ及びダイオードＤ２Ｂに発生する電圧によって負電位側に放電される。

また、抵抗Ｒ６Ａと抵抗Ｒ６Ｂ及び抵抗Ｒ７Ａと抵抗Ｒ７Ｂはほぼ同一の抵抗値、すなわち抵抗Ｒ６Ａ、Ｒ７Ａの分圧比と抵抗Ｒ６Ｂ、Ｒ７Ｂの分圧比をほぼ同一としている。

ドライブ回路１０は、制御回路９の制御信号に応じてインバータ回路７のスイッチング素子であるＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３をスイッチングするドライブ制御ＩＣなどで構成している。

なお、ドライブ回路１０は、ドライブ制御ＩＣなどによってインバータ回路７のスイッチング素子をスイッチングする他励式に限らず、放電灯Ｌａに流れる電流を帰還してインバータ回路７のスイッチング素子をスイッチングする自励式としてもよい。

信号変換回路１３は、カソード端子が検出用コンデンサＣ４に接続されるダイオードＤ６と、アノード端子がダイオードＤ６のアノード端子に接続され、カソード端子がトランジスタＱ４のベース、コンデンサＣ５、ダイオードＤ５のカソード端子、制御電源Ｖｃｃを分圧する抵抗Ｒ８、Ｒ９の中点に接続されるツェナーダイオードＤｚ１と、コレクタ端子が、一端が制御電源Ｖｃｃに接続されている抵抗Ｒ１０の他端とコンデンサＣ６に接続され、エミッタ端子がグランドに接続されるトランジスタＱ４とを備えている。

なお、このトランジスタＱ４のベース−エミッタ間にコンデンサＣ５とダイオードＤ５が接続されているが、コンデンサＣ５はトランジスタＱ４のベース−エミッタ間に発生するノイズを除去するためのものであり、ダイオードＤ５はトランジスタＱ４のベース−エミッタ間に発生する逆方向電流をバイパスしてトランジスタＱ４を保護するためのものである。

また、ダイオードＤ６は、インバータ回路７のＡ点に発生する電圧が正電位のときツェナーダイオードＤｚ１に順方向電圧がかからないようにして、検出用コンデンサＣ４の電圧がツェナーダイオードＤｚ１の順方向電圧及びトランジスタＱ４のオン電圧まで低下するのを防止している。

寿命末期検出回路１４は、ダイオードＤ３のアノード端子が検出用コンデンサＣ４に接続され、ダイオードＤ４のアノード端子は信号変換回路１３の抵抗Ｒ１０とコンデンサＣ６の中点に接続されており、このダイオードＤ３のカソード端子とダイオードＤ４のカソード端子が接続されてＯＲ回路を構成している。

次にインバータ回路７及びドライブ回路１０の動作について説明する。
商用電源１を投入すると電源回路５で直流電圧に変換され、変換された直流電圧はインバータ回路７に供給され、ドライブ回路１０によってＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３を交互にオン／オフして放電灯Ｌａに高周波電力を供給する。

放電灯Ｌａが放電するまで、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２をオン、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ３をオフしているとき、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２→カップリングコンデンサＣ２→チョークコイルＴ２→フィラメントｆ１→始動用コンデンサＣ３→フィラメントｆ２のループで電流を流し、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２をオフ、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ３をオンしているとき、チョークコイルＴ２→カップリングコンデンサＣ２→ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ３→フィラメントｆ２→始動用コンデンサＣ３→フィラメントｆ１のループで電流を流して、チョークコイルＴ２と始動用コンデンサＣ３の共振電圧を放電灯Ｌａのフィラメントｆ１とフィラメントｆ２の間に印加する。

ドライブ回路１０によってＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３のスイッチング周波数を変えて、放電灯Ｌａのフィラメントｆ１とフィラメントｆ２の間に印加される共振電圧を高くし、この共振電圧が放電灯Ｌａの放電開始電圧を超えると放電灯Ｌａが放電して点灯する。

放電灯Ｌａが放電すると、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２をオン、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ３をオフしているとき、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２→カップリングコンデンサＣ２→チョークコイルＴ２→フィラメントｆ１→放電灯Ｌａ（放電）及び始動用コンデンサＣ３に流れる循環電流→フィラメントｆ２のループで電流が流れ、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２をオフ、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ３をオンしているとき、チョークコイルＴ２→カップリングコンデンサＣ２→ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ３→フィラメントｆ２→放電灯Ｌａ（放電）及び始動用コンデンサＣ３→フィラメントｆ１のループで電流が流れる。

このとき、カップリングコンデンサＣ２とチョークコイルＴ２の中点（Ａ点）は、グランドに対して正負対称かつ電源回路５の直流電圧の１／２の電圧の矩形波の電圧波形となる。

フィラメントｆ１またはフィラメントｆ２に塗布されたエミッタ物質が飛散して放電灯Ｌａが寿命末期になると、エミッタ物質が飛散した側のフィラメントｆ１側またはフィラメントｆ２側からは放電がし難くなり、放電灯Ｌａは一方向から放電する半波放電となる。

次に放電灯Ｌａが正常のときの保護回路８の動作を説明する。
図２（ａ）は放電灯Ｌａが正常のときのＡ点の電圧波形、図２（ｂ）は放電灯Ｌａが正常のときのＢ点の電圧波形を示している。

電源回路５の低電位側、すなわちグランドに対するインバータ回路７のＡ点に発生する電圧波形は、図２（ａ）に示すように放電灯Ｌａが正常時は正負対称の矩形波の電圧波形となり、電源回路５から出力される直流電圧を４８０Ｖとするとき、正電位側には＋２４０Ｖ、負電位側には−２４０Ｖの電圧となる。

なお、電源回路５から出力される直流電圧は４８０Ｖに限らず適宜設定され、インバータ回路７のＡ点に発生する電圧は、電源回路５から出力される直流電圧の１／２がそれぞれ正電位側、負電位側に発生する。

このとき、放電灯Ｌａが正常のとき検出用コンデンサＣ４に発生する電圧は、正電位ピーク検出回路１１の抵抗Ｒ６Ａと抵抗Ｒ７Ａの分圧比で分圧される電圧が充電され、負電位ピーク検出回路１２の抵抗Ｒ６ＢとＲ７Ｂの分圧比で分圧される電圧で放電される。

なお、正電位ピーク検出回路１１の抵抗Ｒ６Ａと抵抗Ｒ７Ａの分圧比と負電位ピーク検出回路１２の抵抗Ｒ６Ｂと抵抗Ｒ７Ｂの分圧比をほぼ等しくしているので、図２（ｂ）に示すように検出用コンデンサＣ４はほぼ等しい電圧で充放電され、ほぼ０Ｖとなる。

検出用コンデンサＣ４の電圧は信号変換回路１３のダイオードＤ６を介してツェナーダイオードＤｚ１のアノード端子に入力されるが、検出用コンデンサＣ４の電圧がほぼ０Ｖであるので、このツェナーダイオードＤｚ１のアノード端子に印加されるほぼ０Ｖの電圧を基準とするツェナー電圧までツェナーダイオードＤｚ１のカソード端子側に発生させることができる。

すなわち、ツェナーダイオードＤｚ１のカソード端子側には、制御電源Ｖｃｃを抵抗Ｒ８、Ｒ９で分圧した電圧がかかるので、トランジスタＱ４のベースに電流が流れトランジスタＱ４をオンする。このとき、トランジスタＱ４はオンしているので、制御電源Ｖｃｃから抵抗Ｒ１０を介してコンデンサＣ６に流れる電流はトランジスタＱ４によってバイパスされ、またコンデンサＣ６に充電されている電荷はトランジスタＱ４によって放電され、ダイオードＤ４のアノード端子に電圧が発生しない。

したがって、寿命末期検出回路１４に入力される検出用コンデンサＣ４の電圧は０Ｖであるので、ダイオードＤ３はオフとなり、また、信号変換回路１３のコンデンサＣ６は充電されないのでダイオードＤ４もオフとなる。

すなわち、ＯＲ回路を構成しているダイオードＤ３とダイオードＤ４はともにオフとなるので、保護回路８は正常であることを示す保護信号を出力する。

次に放電灯Ｌａのフィラメントｆ１側が寿命末期のときの保護回路８の動作について説明する。
図２（ｃ）、（ｅ）は放電灯Ｌａが寿命末期のときのＡ点の電圧波形を示しており、図２（ｄ）、（ｆ）は放電灯Ｌａが寿命末期のときのＢ点の電圧波形を示している。

放電灯Ｌａの寿命末期状態によって、インバータ回路７のＡ点における電位は正電位側または負電位側に重畳される。この正電位側または負電位側への重畳は放電灯Ｌａのフィラメントｆ１、ｆ２に塗布されたエミッタ物質の状況によって変わり、例えばインバータ回路７の高電位側に接続されるフィラメントｆ１のエミッタ物質が飛散してフィラメントｆ１からの放電がし難くなったときは、例えば図２（ｃ）、（ｅ）に示すようにインバータ回路７のＡ点には正電位側に重畳された電位が発生する。

インバータ回路７のＡ点に発生する電圧が正電位側に重畳されると、正電位ピーク検出回路１１の抵抗Ｒ６Ａ、Ｒ７Ａで分圧される電圧も正電位側に重畳されるので、ダイオードＤ２Ａのカソード端子には放電灯Ｌａが正常のときの電圧よりも高い電圧が検出用コンデンサＣ４に充電される。

負電位ピーク検出回路１２の抵抗Ｒ６Ｂ、Ｒ７Ｂで分圧される電圧も正電位側に重畳され、ダイオードＤ２Ｂのアノード端子には放電灯Ｌａが正常のときの電圧よりも高い電圧が発生するので、検出用コンデンサＣ４の電荷が放電され難くなる。

ここで、放電灯Ｌａが寿命末期のときにインバータ回路７のＡ点に発生する電圧は、放電灯Ｌａの寿命末期の状況（例えばフィラメントｆ１またはフィラメントｆ２に塗布されるエミッタ物質の残留状態など）によって異なる。

例えば放電灯Ｌａの寿命末期の初期状態では図２（ｃ）に示すように半波整流が少ないので、正電位ピーク検出回路１１によって充電される電圧よりも負電位ピーク検出回路１２によって放電される電圧値が小さくなり、検出用コンデンサＣ４に発生する電圧は、例えば図２（ｄ）に示すようにグランドに対する電圧が約１０Ｖのほぼ一定の電圧値となる。

また、放電灯Ｌａのフィラメントｆ１側から放電ができない場合は、図２（ｅ）に示すようにインバータ回路７のＡ点に電圧波形が発生する。そのため、正電位ピーク検出回路１１によって検出用コンデンサＣ４を充電するが、負電位ピーク検出回路１２によって検出用コンデンサＣ４の電荷を放電することができない。したがって、検出用コンデンサＣ４は正電位ピーク検出回路１１で検出するピーク電圧、例えば図２（ｆ）に示すようにグランドに対する電圧が約１２Ｖの一定の電圧値となる。

なお、放電灯Ｌａが寿命末期のときに発生する検出用コンデンサＣ４の電圧は、電源回路５の直流電圧値、正電位ピーク検出回路１１及び負電位ピーク検出回路１２の分圧比によって適宜設定される。

検出用コンデンサＣ４に充電される電圧は、信号変換回路１３のダイオードＤ６によってツェナーダイオードＤｚ１に印加する順方向電圧が遮断されるので、グランドを基準とする電圧がツェナーダイオードＤｚ１のカソード端子側に制御電源Ｖｃｃを抵抗Ｒ８、Ｒ９で分圧した電圧が印加される。そのため、放電灯Ｌａが正常なときと同様、トランジスタＱ４をオンするので、コンデンサＣ６は充電されない。

したがって、検出用コンデンサＣ４の電圧を寿命末期検出回路１４に入力すると、検出コンデンサＣ４の電圧は正電位であるので、ダイオードＤ３のオン電圧である０．７Ｖを超えてダイオードＤ３をオンし、信号変換回路１３のコンデンサＣ６は充電されないので、ダイオードＤ４をオフする。すなわち、ダイオードＤ３とダイオードＤ４はＯＲ回路を構成しているので、保護回路８はダイオードＤ３の出力を寿命末期であることを示す保護信号を出力する。

なお、ダイオードＤ３をツェナーダイオードに変えてもよく、このツェナーダイオードのツェナー電圧によって正電位ピーク検出回路１１で検出する電圧の閾値を高くすることができる。

次に放電灯Ｌａのフィラメントｆ２側が寿命末期のときの保護回路８の動作について説明する。
図２（ｇ）、（ｉ）はは放電灯Ｌａが寿命末期のときのＡ点の電圧波形を示しており、図２（ｈ）、（ｊ）は放電灯Ｌａが寿命末期のときのＢ点の電圧波形を示している。
放電灯Ｌａの寿命末期の状態が、インバータ回路７の低電位側に接続されるフィラメントｆ２のエミッタ物質が飛散してフィラメントｆ２からの放電がし難くなったときは、インバータ回路７のＡ点には負電位側に重畳された電位が発生する。

インバータ回路７のＡ点に発生する電圧が負電位側に重畳されると、正電位ピーク検出回路１１の抵抗Ｒ６Ａ、Ｒ７Ａで分圧される電圧も負電位側に重畳されるので、ダイオードＤ２Ａのカソード端子には放電灯Ｌａが正常のときの電圧よりも低い電圧が検出用コンデンサＣ４に充電される。

負電位ピーク検出回路１２の抵抗Ｒ６Ｂ、Ｒ７Ｂで分圧される電圧も負電位側に重畳され、ダイオードＤ２Ｂのアノード端子には放電灯Ｌａが正常のときの電圧よりも低い電圧が発生するので、検出用コンデンサＣ４の電荷を放電し易くなる。

ここで、放電灯Ｌａが寿命末期のときにインバータ回路７のＡ点に発生する電圧は、放電灯Ｌａの寿命末期の状況（例えばフィラメントｆ１またはフィラメントｆ２に塗布されるエミッタ物質の残留状態など）によって異なる。

例えば放電灯Ｌａの寿命末期の初期状態では図２（ｇ）に示すように半波整流が少ないので、正電位ピーク検出回路１１によって充電される電圧よりも負電位ピーク検出回路１２によって放電される電圧値が大きくなり、検出用コンデンサＣ４に発生する電圧は、例えば図２（ｈ）に示すようにグランドに対する電圧が約−１０Ｖのほぼ一定の電圧値となる。

また、放電灯Ｌａのフィラメントｆ２側から放電ができない場合は、図２（ｉ）に示すようにインバータ回路７のＡ点に電圧波形が発生する。そのため、正電位ピーク検出回路１１によって検出用コンデンサＣ４を充電することができず、負電位ピーク検出回路１２によって検出用コンデンサＣ４を放電、すなわち負側に充電する。したがって、検出用コンデンサＣ４は負電位ピーク検出回路１２で検出するピーク電圧、例えば図２（ｊ）に示すようにグランドに対する電圧が約−１２Ｖの一定の電圧値となる。

なお、放電灯Ｌａが寿命末期のときに発生する検出用コンデンサＣ４の電圧は、電源回路５の直流電圧値、正電位ピーク検出回路１１及び負電位ピーク検出回路１２の分圧比によって適宜設定される。

検出用コンデンサＣ４に充電される電圧は負電位であるので、信号変換回路１３のダイオードＤ６を介してツェナーダイオードＤｚ１のアノード端子側に印加される。このアノード端子側に印加される電圧が、グランドに対してツェナーダイオードＤｚ１のツェナー電圧よりも低くなると、グランドに対するツェナーダイオードＤｚ１の降伏電圧が相対的に下がるため、トランジスタＱ４のベースにかかる電圧がグランドとほぼ同じ電圧またはグランドよりも低い電圧まで下がり、トランジスタＱ４はオフする。そのため、コンデンサＣ６は、抵抗Ｒ１０を介して制御電源Ｖｃｃから供給される電流を充電する。

したがって、検出用コンデンサＣ４の電圧を寿命末期検出回路１４に入力すると、検出用コンデンサＣ４の電圧は負電位であるのでダイオードＤ３をオフし、信号変換回路１３のコンデンサＣ６が充電され、ダイオードＤ４のオン電圧である０．７Ｖを超えるのでダイオードＤ４をオンする。すなわち、ダイオードＤ３とダイオードＤ４はＯＲ回路を構成しているので、保護回路８はダイオードＤ４の出力を寿命末期であることを示す保護信号として出力する。

このように、保護回路８は正電位ピーク検出回路１１、負電位ピーク検出回路１２のいずれかが放電灯Ｌａの寿命末期を検出するとインバータ回路７を保護する保護信号、例えば放電灯Ｌａが正常時のとき０Ｖの直流電圧、放電灯Ｌａが寿命末期のとき約１０Ｖの直流電圧の保護信号を出力する。

制御回路９は、保護信号が０Ｖのときはインバータ回路７が通常の発振をする制御信号をドライブ回路１０に出力し、保護信号が約１０Ｖのときは、インバータ回路７の出力を低減する信号またはインバータ回路７の発振を停止する制御信号をドライブ回路１０に出力する。

例えば、放電灯Ｌａが正常点灯のとき５０ｋＨｚの周波数でＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３をオン／オフして放電灯Ｌａに高周波電力を供給し、放電灯Ｌａが寿命末期であるときは正常点灯のときの周波数より高い周波数、例えば８０ｋＨｚでＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３をオン／オフして、チョークコイルＴ２のインピーダンスを高くし放電灯Ｌａに供給する電流を抑制してインバータ回路７の出力を低減させる、または、ＭＯＳ−ＦＥＴ Ｑ２、Ｑ３をオフにしてインバータ回路７の発振を停止して放電灯Ｌａを消灯させる。

このように、保護回路８は正電位ピーク検出回路１１、負電位ピーク検出回路１２及び寿命末期検出回路１４を備えているので、放電灯Ｌａの寿命末期の状態によらず確実に寿命末期を検出できるとともに、保護回路８の保護信号に応じて制御回路９がインバータ回路７の出力を低減または発振を停止してインバータ回路７を保護することができる。

また、放電灯Ｌａが正常のときインバータ回路７のＡ点に発生する矩形波の電圧波形は放電灯Ｌａのランプ電圧による影響がないので、定格電力の異なる放電灯Ｌａ（例えばＨｆ３２の放電灯Ｌａは、定格出力時の電力が３２Ｗ、ランプ電流が２５５ｍＡ、高出力時の電力が４５Ｗ、ランプ電流が４２５ｍＡ）であっても、同じ保護回路８で放電灯Ｌａの寿命末期を検出することができ、放電灯Ｌａの定格電力に応じてインバータ回路７のスイッチング周波数を変えて放電灯Ｌａに供給する電力を適宜設定することができる。

また、本実施の形態において、正電位ピーク検出回路１１の分圧比と負電位ピーク検出回路１２の分圧比を略同じにして、放電灯Ｌａが正常時に正負対称の電位を発生させて検出用コンデンサＣ４に発生する電圧をほぼ０Ｖとしたが、正電位ピーク検出回路１１の分圧比と負電位ピーク検出回路１２の分圧比を異なる比率として、検出用コンデンサＣ４に発生する電圧を正電位側或いは負電位側にシフトさせてもよい。

例えば、正電位ピーク検出回路１１の抵抗Ｒ７Ａと負電位ピーク検出回路１２の抵抗Ｒ７Ｂの抵抗値を同じにして、負電位ピーク検出回路１２の抵抗Ｒ６Ｂの抵抗値を正電位ピーク検出回路１１の抵抗Ｒ６Ａの抵抗値よりも大きくすると、放電灯Ｌａが正常なときに検出用コンデンサＣ４に発生する電圧を負電位側にシフトする。このときの検出用コンデンサＣ４の電圧が基準となり、放電灯Ｌａが寿命末期のときはこの基準の電圧よりも高い或いは低い電圧が発生する。

したがって、正電位ピーク検出回路１１及び負電位ピーク検出回路１２を前記信号変換回路１３のツェナーダイオードＤｚ１のツェナー電圧に応じて容易に設計できる。

なお、正電位ピーク検出回路１１の抵抗Ｒ６Ａと抵抗Ｒ７Ａを直列接続したインピーダンスと負電位ピーク検出回路１２の抵抗Ｒ６Ｂと抵抗Ｒ７Ｂを直列接続したインピーダンスが、インバータ回路７のＡ点に発生する電圧及び放電灯Ｌａに流れる電流に影響のない範囲であれば、正電位ピーク検出回路１１の抵抗Ｒ６Ａ、Ｒ７Ａ及び負電位ピーク検出回路１２の抵抗Ｒ６Ｂ、Ｒ７Ｂの抵抗値をそれぞれ異なる値にして分圧比を変えてもよい。

また、正電位ピーク検出回路１１の抵抗Ｒ７Ａと負電位ピーク検出回路１２の抵抗Ｒ７Ｂの抵抗値を同じにして、正電位ピーク検出回路１１の抵抗Ｒ６Ａの抵抗値を負電位ピーク検出回路１２の抵抗Ｒ６Ｂの抵抗値よりも大きくすると、放電灯Ｌａが正常なときに検出用コンデンサＣ４に発生する電圧は正電位側にシフトする。このときの検出用コンデンサＣ４の電圧が基準となり、放電灯Ｌａが寿命末期のときはこの基準の電圧よりも高い或いは低い電圧が発生する。

例えば、放電灯Ｌａが寿命末期のときに正電位ピーク検出回路１１及び負電位ピーク検出回路１２に発生する電圧をともに正電位になるように正電位ピーク検出回路１１の抵抗Ｒ６Ａ、Ｒ７Ａの抵抗値と負電位ピーク検出回路１２の抵抗値Ｒ６Ｂ、Ｒ７Ｂの抵抗値を設定してもよい。

この場合、図３に示すように寿命末期検出回路１４を２つのコンパレータＴＬ１、ＴＬ２を組み合わせてウインドウコンパレータ１５で構成し、このウインドウコンパレータ１５の上限及び下限の閾値を直列に接続された抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３で制御電源Ｖｃｃを分圧して設定して、検出用コンデンサＣ４の電圧をウインドウコンパレータ１５に入力する。

ウインドウコンパレータ１５に入力される検出用コンデンサＣ４の電圧が、この上限及び下限の閾値の範囲内であるときは放電灯Ｌａが正常であると検出し、上限の閾値を超えるまたは下限の閾値を下回るときは放電灯Ｌａが寿命末期であることを検出して、保護信号を出力するものである。

このように、寿命末期検出回路１４をウインドウコンパレータ１５で構成するなど回路設計を容易にすることができる。

実施の形態２．
本実施の形態は、実施の形態１に示す放電灯点灯装置を照明制御システムに組み込んだものである。

図４は、本実施の形態を示す照明制御システムのブロック図であり、実施の形態１と同じ部分については同符号を付し、説明を省略する。

図４に示す照明制御システムは、ＰＷＭ信号などの調光信号を出力する調光制御装置１６と、この調光信号を入力して調光信号に応じた調光度となるドライブ信号を出力するとともに、保護回路８から放電灯Ｌａの寿命末期を示す保護信号を入力するときは、その保護信号に応じてインバータ回路７の出力の低減またはインバータ回路７の発振を停止させる制御信号を出力する制御回路９とを備えている。

調光制御装置１６から出力する調光信号に応じてインバータ回路７の発振周波数を変化させてチョークコイルＴ２のインピーダンスを変化させて、放電灯Ｌａに流れる電流を制限して調光する。したがって、チョークコイルＴ２と放電灯Ｌａのインピーダンスが変化するので、それぞれに印加される電圧は変化する。

しかしながら、インバータ回路７のＡ点にはグランドに対して電源回路５の直流電圧の２４０Ｖ、−２４０Ｖの矩形波電圧が発生するので、インバータ回路７の発振周波数によらず放電灯Ｌａが正常時はインバータ回路７のＡ点に発生する電圧は正負対称となる。

また、放電灯Ｌａが寿命末期のときは、放電灯Ｌａのフィラメントｆ１またはフィラメントｆ２のエミッタ物質が飛散して一方からの放電がし難くなるので、インバータ回路７のＡ点における電位は正電位側または負電位側に重畳される。

したがって、保護回路８は放電灯Ｌａの調光状態及びインバータ回路７の発振周波数の影響を受けにくく、放電灯Ｌａの寿命末期を確実に検出することができる。

実施の形態３．
本実施の形態は、実施の形態１及び実施の形態２の検出用コンデンサＣ４を正電位ピーク検出回路１１及び負電位ピーク検出回路１２にそれぞれ設けて、それぞれの検出用コンデンサの電圧を寿命末期検出回路１４に入力してインバータ回路７を保護するものである。

図５は、本実施の形態を示す放電灯点灯装置の回路図であり、図６は、本実施の形態を示すインバータ回路７のＡ点と正電位ピーク検出回路及び負電位ピーク検出回路の検出用コンデンサの電圧波形を示しており、実施の形態１と同じ部分については同符号を付し、説明を省略する。

インバータ回路７のカップリングコンデンサＣ２とチョークコイルＴ２が接続されている中点（Ａ点）とグランド間に正電位ピーク検出回路１１Ａ及び負電位ピーク検出回路１２Ａが接続されている。

正電位ピーク検出回路１１Ａは、インバータ回路７のＡ点に直列に接続される抵抗Ｒ６Ａ、Ｒ７Ａが接続され、抵抗Ｒ６Ａと抵抗Ｒ７Ａの中点にダイオードＤ２Ａのアノード端子が接続され、ダイオードＤ２Ａのカソード端子が検出用コンデンサＣ４Ａに接続（以下Ｃ点と称する）されている。

負電位ピーク検出回路１２Ａは、インバータ回路７のＡ点に直列に接続される抵抗Ｒ６Ｂ、Ｒ７Ｂが接続され、抵抗Ｒ６Ｂと抵抗Ｒ７Ｂの中点にダイオードＤ２Ｂのカソード端子が接続され、ダイオードＤ２Ｂのアノード端子が検出用コンデンサＣ４Ｂに接続（以下Ｄ点と称する）されている。

放電灯Ｌａが正常なとき、インバータ回路７のＡ点には図６（ａ）に示すように正負対称の電圧が発生し、正電位ピーク検出回路１１ＡのＣ点には図６（ｂ）に示すようにインバータ回路７のＡ点に発生する電圧波形の正電位に対応するピーク電圧が発生し、負電位ピーク検出回路１２ＡのＤ点には図６（ｃ）に示すようにインバータ回路７のＡ点に発生する電圧波形の負電位に対応するピーク電圧が発生する。したがって、正電位ピーク検出回路１１Ａの検出用コンデンサＣ４Ａと負電位ピーク検出回路１２Ａの検出用コンデンサＣ４Ｂに充電される電圧は、グランドに対する電位差が略同じで正負の異なる電圧となる。

また、放電灯Ｌａのフィラメントｆ１が寿命末期のとき、図６（ｄ）に示すようにインバータ回路７のＡ点には正電位に重畳された電圧が発生し、正電位ピーク検出回路１１ＡのＣ点には図６（ｅ）に示すようにインバータ回路７のＡ点に発生する電圧波形の正電位に対応するピーク電圧が発生し、負電位ピーク検出回路１２ＡのＤ点には図６（ｆ）に示すようにインバータ回路７のＡ点に発生する電圧波形の負電位に対応するピーク電圧が発生する。

また、放電灯Ｌａのフィラメントｆ２が寿命末期のとき、図６（ｇ）に示すようにインバータ回路７のＡ点には負電位に重畳された電圧が発生し、正電位ピーク検出回路１１ＡのＣ点には図６（ｈ）に示すようにインバータ回路７のＡ点に発生する電圧波形の正電位に対応するピーク電圧が発生し、負電位ピーク検出回路１２ＡのＤ点には図６（ｉ）に示すようにインバータ回路７のＡ点に発生する電圧波形の負電位に対応するピーク電圧が発生する。

正電位ピーク検出回路１１Ａの検出用コンデンサＣ４Ａで検出される電圧及び負電位ピーク検出回路１２Ａの検出用コンデンサＣ４Ｂで検出される電圧はそれぞれ寿命末期検出回路１４に入力される。

負電位ピーク検出回路１２Ａの検出用コンデンサＣ４Ｂで検出される電圧は、抵抗Ｒ１４を介してオペアンプＯＰ１の−端子に接続され、＋端子はグランドに接続されている。オペアンプＯＰ１の−端子とオペアンプＯＰ１の出力間に抵抗Ｒ１５が接続されている。この抵抗Ｒ１４と抵抗Ｒ１５はＲ１４／Ｒ１５の比でオペアンプＯＰ１の−端子に入力される電圧を反転するとともに増幅してオペアンプＯＰ１から出力されるが、本実施の形態においては抵抗Ｒ１４とＲ１５を同じ抵抗値にして、オペアンプＯＰ１に入力する電圧と出力する電圧を等しくなるようにして、単に入力した電圧の正負を反転するようにしている。

オペアンプＯＰ１の出力をコンパレータＴＬ３の−端子に入力し、正電位ピーク検出回路１１Ａの検出用コンデンサＣ４Ａの検出電圧をコンパレータＴＬ３の＋端子に入力して、それぞれに入力される電圧が等しいときはＬｏｗ信号をコンパレータＴＬ３から出力し、入力される電圧に差があるときはＨｉｇｈ信号を出力する。したがって、コンパレータＴＬ３の出力がＬｏｗ信号のときは放電灯Ｌａが正常、Ｈｉｇｈ信号のときは放電灯Ｌａが寿命末期であることを示している。

保護回路８はこのコンパレータＴＬ３の出力を保護信号として出力し、制御回路９はこの保護信号に応じた制御信号をドライブ回路１０に出力して、インバータ回路７の出力を制御している。

なお、実施の形態２と同様に調光制御装置１６の調光信号を制御回路９に入力して放電灯Ｌａを調光してもよく、この場合も放電灯Ｌａの調光状態によらず放電灯Ｌａが正常のときにインバータ回路７のＡ点に発生する電圧は正負対称の電圧が発生し、放電灯Ｌａが寿命末期のときにはインバータ回路７のＡ点に発生する電圧は正電位側または負電位側に重畳された正負非対称の電圧が発生するので、確実に放電灯Ｌａの寿命末期を検出することができる。

放電灯の寿命末期における放電灯点灯装置のインバータ回路の保護に関するものである。

実施の形態１を示す放電灯点灯装置の回路図である。 実施の形態１を示す放電灯の正常時及び寿命末期時に発生する電圧波形図である。 他の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の回路図である。 実施の形態２を示す照明制御システムである。 実施の形態３を示す放電灯点灯装置の回路図である。 実施の形態３を示す放電灯の正常時及び寿命末期時に発生する電圧波形図である。

符号の説明

１ 商用電源、２ ノイズフィルタ、３ 全波整流回路、４ 昇圧チョッパ形アクティブフィルタ、５ 電源回路、６ 点灯回路、７ インバータ回路、８ 保護回路、９ 制御回路、１０ ドライブ回路、１１ 正電位ピーク検出回路、１２ 負電位ピーク検出回路、１３ 信号変換回路、１４ 寿命末期検出回路、１５ ウインドウコンパレータ、１６ 調光制御装置、Ｖｃｃ 制御電源、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６Ａ、Ｒ６Ｂ、Ｒ７Ａ、Ｒ７Ｂ、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５ 抵抗、Ｒ３ センス抵抗、ＩＣ１ 制御ＩＣ、Ｔ１ トランス、Ｔ２ チョークコイル、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３ ＭＯＳ−ＦＥＴ、Ｌａ 放電灯、Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｃ２ カップリングコンデンサ、Ｃ３ 始動用コンデンサ、Ｃ４、Ｃ４Ａ、Ｃ４Ｂ 検出用コンデンサ、Ｃ５、Ｃ６ コンデンサ、Ｄｚ１ ツェナーダイオード、Ｄ１、Ｄ２Ａ、Ｄ２Ｂ、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６ ダイオード、ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＬ３ コンパレータ、ＯＰ１ オペアンプ。

Claims (5)

1. 直流電圧を出力する電源回路と、
   前記電源回路の出力間に接続され、直列接続される第１及び第２のスイッチング素子と、直列接続される第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の中点に接続され、放電灯に流れる直流成分を抑制するカップリングコンデンサと、前記カップリングコンデンサに接続され放電灯に流れる電流を制限するチョークコイルと、前記放電灯に並列接続される始動用コンデンサと、を有し、前記チョークコイルと第２のスイッチング素子に接続される放電灯に電力を供給するインバータ回路と、
   前記インバータ回路の前記第１及び第２のスイッチング素子のスイッチングを制御するドライブ回路と、
   前記インバータ回路の前記カップリングコンデンサと前記チョークコイルの中点に接続され、前記放電灯に供給する正電位のピーク電圧を検出する正電位ピーク検出回路と、前記インバータ回路の前記カップリングコンデンサと前記チョークコイルの中点に接続され、前記放電灯に供給する負電位のピーク電圧を検出する負電位ピーク検出回路と、検出する正電位及び負電位のピーク電圧に応じて前記放電灯の寿命末期を検出する寿命末期検出回路とを有し、前記放電灯の寿命末期を検出すると保護信号を出力する保護回路と、
   前記保護回路の保護信号を入力し、その保護信号に基づく制御信号を前記ドライブ回路に出力して前記インバータ回路の出力を制御する制御回路と、を備える放電灯点灯装置。
2. 請求項１に記載の放電灯点灯装置において、
   前記正電位ピーク検出回路は、直列接続され、前記インバータ回路の前記カップリングコンデンサと前記チョークコイルの中点に接続されて分圧する第１及び第２の抵抗と、前記第１及び第２の抵抗の中点にアノード側が接続される第１のダイオードと、前記第１のダイオードのカソード側に接続される第１のコンデンサと、を備え、
   前記負電位ピーク検出回路は、直列接続され、前記インバータ回路の前記カップリングコンデンサと前記チョークコイルの中点に接続されて分圧する第３及び第４の抵抗と、前記第３及び第４の抵抗の中点にカソード側が接続される第２のダイオードと、前記第２のダイオードのアノード側に接続される第２のコンデンサと、を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 前記正電位ピーク検出回路の第１のコンデンサと、前記負電位ピーク検出回路の第２のコンデンサと、を共通にすることを特徴とする請求項２に記載の放電灯点灯装置。
4. 前記第１及び第２の抵抗の分圧比と前記第３及び第４の分圧比が異なることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の放電灯点灯装置。
5. 調光信号を出力する調光制御装置と、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の放電灯点灯装置とを備え、前記調光制御装置の調光信号と前記保護回路の保護信号を入力するとともに、前記調光信号及び前記保護信号に基づく制御信号を前記ドライブ回路に出力して前記インバータ回路の出力を制御する制御回路を備えることを特徴とする照明制御システム。

Images