JP2007149473A - 放電灯用始動装置、放電灯点灯装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力損失を小さくできる放電灯の始動装置、放電灯点灯装置および照明装置を提供すること。
【解決手段】放電灯５に交流電力を供給する手段４、放電灯の限流手段３を備え、さらに、コンデンサ７、出力巻線６ｂが放電灯に直列接続されたパルストランス６の入力巻線６ａおよびスイッチング装置８を直列に含みスイッチング装置のオンにより振動電圧を発生する始動回路９、スイッチング装置のオフのタイミングをコンデンサ両端の振動電圧が最初に零電圧点を通過した位相を基準として５／４π〜７／４πの間に規制するオンオフ制御装置１１を具備している。コンデンサ７のオフタイミングがコンデンサ７の電圧が大きい期間であるから、再度の充電量を少なくして、抵抗１０での電力損失を軽減する。
【選択図】図２

Description

本発明は、放電灯に高いパルス状の電圧を印加して始動させる放電灯用始動装置、この始動装置を用いた放電灯点灯装置および照明装置に関する。

メタルハライドランプや水銀ランプのように大きい始動電圧を要する放電灯の始動には、高いパルス状の電圧を発生する始動装置が用いられる。例えば特許文献１、２には、コンデンサ、インダクタ（トランスを含む）およびスイッチ装置を直列に含み、スイッチ装置のオン時に振動電圧を発生する始動装置を備えた放電灯点灯装置が示されている。
特開平１１−２６０５７７号公報 特開２００２−９３５９０号公報

特許文献１および特許文献２のものも含め、従来の始動装置は、コンデンサ、インダクタおよびスイッチ装置の直列回路からなる始動回路の振動電圧が減衰するまでスイッチ装置をオンにしていた。このため、コンデンサの両端電圧も零近辺にまで低下してしまうものであった。

この様子を図４を参照して説明する。図４（ｂ）はスイッチ装置のオンオフ状態を示すものであり、同（ａ）はこのスイッチ装置のオンオフに対応したコンデンサの両端間電圧を示すものである。始動回路はスイッチ装置のオンにより振動を開始し、コンデンサは電荷を放出するからその両端電圧も低下する。始動回路の振動電圧の極性が反転すると、コンデンサは充電され両端電圧も上昇する。以後、このような振動を繰り返し、やがて減衰する。そして、スイッチ装置がオフすると、コンデンサは充電用電源にて再充電を開始される。放電灯の始動時には、一般には数回〜数十回パルス状電圧を印加するから、上記のスイッチ装置のオンオフも数回〜数十回繰返される。

しかしながら、従来装置は上述のように振動電圧の発生の度にコンデンサの両端電圧が零近辺にまで低下してしまうものである。このため、再充電は、零電圧近辺からコンデンサを充電する必要があり、時間を要するとともに、充電電流による限流抵抗での電力損失が大きいという問題があった。

本発明は、電力損失を小さくできる放電灯の始動装置、放電灯点灯装置および照明装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の放電灯用始動装置は、コンデンサ、インダクタおよびスイッチング装置を直列に含みスイッチング装置のオンにより振動電圧を発生する始動回路と；スイッチング装置のオンオフを制御するものであってスイッチング装置のオフのタイミングをコンデンサ両端間の振動電圧が最初に零電圧点を通過した位相を基準として５／４π〜７／４πの間に規制するオンオフ制御装置と；を具備したしたことを特徴とする。

請求項１記載の発明は、放電灯の始動に際してスイッチング装置をオンすると、コンデンサの充電電荷が、スイッチング装置およびインダクタを介して放電し、始動回路に振動電圧が発生する。この振動電圧は直接あるいはトランス等の昇圧手段を介して放電灯に印加される。ついで、スイッチング装置が上記特定の期間にオフされると、コンデンサは再び充電用電源から充電される。この場合、コンデンサの充電電圧は、スイッチング装置のオフのタイミングをコンデンサ両端間の振動電圧が最初に零電圧点を通過した位相を基準として５／４π〜７／４πの間に規制していることにより比較的大きいから、早期に充電が完了する。そして、スイッチング装置がオンされ、以後、上述のような動作が繰返され、放電灯は始動に至る。

上記スイッチング装置をオフするタイミングを上記の５／４π〜７／４π以外とすると、コンデンサが充電用電源の極性と逆極性に充電されていたり、同極性であっても電位が小さい期間になったりする。したがって、本発明においては、スイッチング装置のオフタイミングを上記の５／４π〜７／４πの間とする必要がある。

なお、請求項１記載の発明および以下の発明において用語の意味または定義は以下による。始動回路はコンデンサ、インダクタおよびスイッチング装置を直列に含むことを要するが、その具体的な構成は種々のものを許容する。例えば、直列接続の順序はどのようなものでもよいし、中間にあるいは並列に他の部品を含んでいてもよい。また、インダクタはパルストランスと称されるような絶縁形あるいは単巻形のトランスであってもよい。

コンデンサの充電用電源はどのようなものでもよいが、一般的には放電灯の点灯用電源と共通である。また、充電回路は種々変形可能であり、本発明においても充電回路を限定されるものではない。

スイッチング装置のスイッチング素子は、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＧＴОがオフ制御し易いという点で有利であるが、これらに限定されるものではない。本発明のスイッチング素子は振動電圧が減衰する以前で、大きい振動電圧が存在している期間にオフされるから、オフ時に比較的大きい電圧が印加されることになる。しかし、この技術分野に使用される程度の耐圧性を有するスイッチング素子は近時の技術進歩により比較的容易に入手可能である。

また、振動電圧は、減衰波形の内初期のものが当然最も振幅が大きいので、この初期の振動電圧を放電灯に印加することにより、放電灯の始動に十分寄与する。放電灯に印加すべきパルス状電圧は、もちろん放電灯の種類に左右されるのであるが、例えばピーク値が１ＫＶ〜１０数ＫＶ、ピーク値の９０％点でのパルス時間幅が０．数μｓｅｃ〜数μｓｅｃである。

オンオフ制御装置は、スイッチング装置のオンオフタイミングを予め設定されたものでもよいし、例えばコンデンサの両端電圧を監視して都度オンオフタイミングを決めるもの、あるいはこれら両者の折衷でもよい。

請求項２記載の放電灯点灯装置は、放電灯に交流電力を供給する手段と；放電灯の限流手段と；コンデンサ、出力巻線が放電灯に直列接続されたパルストランスの入力巻線スイッチング装置を直列に含みスイッチング装置のオンにより振動電圧を発生する始動回路と；スイッチング装置のオンオフを制御するものであってスイッチング装置のオフのタイミングをコンデンサ両端間の振動電圧が最初に零電圧点を通過した位相を基準として５／４π〜７／４πの間に規制するオンオフ制御装置と；を具備したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明において、放電灯に交流電力を供給する手段としては、商用交流電源の出力をそのまま供給するようにしてもよいし、インバータのように直流電圧を交流に変換するものであってもよい。

限流手段も鉄・銅式または電子式のいずれでもよい。鉄・銅式の場合、限流手段の一部または全部を始動回路のパルストランスと兼用することも可能である。電子式の場合は、小形軽量化が可能であり、また、上記交流電力供給手段としてのインバータとともに、オンオフ制御装置にて制御するように構成することも可能である。

請求項２記載における作用は上記説明および請求項１記載の発明に関する記載から容易に理解されるであろう。

請求項３の発明は、 照明器具本体と；照明器具本体に装着された放電灯と；放電灯を点灯する請求項２記載の放電灯点灯装置と；を備えた照明装置である。

請求項３記載の発明において、照明装置の用途、形状等はとくに限定されるものではない。また、放電灯点灯装置は照明器具本体に内蔵されていても別体であってもよい。さらに、始動装置は放電灯の近傍、限流手段等は放電灯の遠方に配置するような形態であってもよい。

請求項１記載の発明によれば、始動回路のコンデンサの再充電量を少なくして、充電抵抗における電力損失が小さい放電灯用始動装置を提供できる。

請求項２記載の発明によれば、始動回路が請求項１記載と同様に電力損失を小さくできるものであり、したがって、装置全体として効率のよい放電灯点灯装置を提供できる。

請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の放電灯点灯装置を備えた照明装置を提供できる。

以下、本発明の第１の実施形態を、図１ないし図３を参照して説明する。図１は第１の実施形態の構成を示す回路図、図２は同実施形態のコンデンサの両端間電圧とスイッチ装置のオンオフ状態を示す図、同３はコンデンサ両端間の振動電圧の一部を拡大して示す波形図である。

１は直流電源装置であり、商用交流電源２の出力電圧を整流、平滑化さらには必要に応じて昇圧している。昇圧する場合、アクティブフィルタとしても作用させると入力電流の低歪化が可能である。この直流電源装置１の出力電圧を限流手段３としての降圧チョッパを介して、放電灯に交流電力を供給する手段としてのフルブリッジインバータ４に供給している。

降圧チョッパはスイッチング手段３ａ、インダクタ３ｂ、コンデンサ３ｃを有し、構成自体は周知のものである。本実施形態では、前記スイッチング手段３ａのオンデューティを変化されることにより出力電圧を変化するように構成されている。フルブリッジインバータ４は４個のスイッチング手段４ａ〜４ｄを有する。そして、スイッチング手段４ａと４ｄとが同時オン、スイッチング手段４ｂと４ｃとが同時オフ、つぎはその逆といったように交互にスイッチングするものである。ここで、スイッチング周波数は例えば、１００Ｈｚ〜数ＫＨｚである。

フルブリッジインバータ４の出力端ａ、ｂ間には放電灯５（一例としてメタルハライドランプ１００Ｗ）およびパルストランス６の出力巻線６ｂの直列回路が接続されている。パルストランス６の入力巻線６ａにはコンデンサ７およびスイッチング装置８が直列に接続され、始動回路９を形成している。前記コンデンサ７は、抵抗１０を介して直流電源装置１から充電されるようになっている。

１１はオンオフ制御装置であって、スイッチング装置８をオンオフ制御し、特にオフのタイミングを規制するものである。また、このオンオフ制御装置１１は、上記のスイッチング手段３ａ、４ａ〜４ｄのオンオフも制御するようになっている。この場合、図示を省略したが、オンオフ制御装置１１は放電灯５のランプ電流、ランプ電圧およびランプ電力の少なくとも一種を検知する手段を有し、この検知出力他に応じて限流手段３のスイッチング手段３ａのオンデューティを制御するのである。これによって、放電灯５を安定的に点灯することができる。

つぎに本実施形態の作用を説明する。商用電源２を投入することにより直流電源装置１は直流電圧を出力し、オンオフ制御装置１１はスイッチング手段３ａ、４ａ〜４ｄを所定のタイミングでオンオフ制御する。

また、始動回路９のコンデンサ７は、抵抗１０を介して直流電源装置１から充電される。そして、コンデンサ７の充電が完了した後、オンオフ制御装置１１はスイッチング装置８をオンする。したがって、コンデンサ７の充電電荷はパルストランス６の入力巻線６ａスイッチング装置８を含む始動回路９内に放電され、始動回路９内では振動電圧が発生する。この振動電圧はパルストランス６の出力巻線６ｂにて昇圧されて放電灯５に印加する。ここでは、放電灯５に印加する電圧として、ピーク値が３．８〜５ＫＶ、ピーク値の９０％時の時間幅が２μｓｅｃのパルス電圧を印加した。

ここで、本発明の特徴的構成は、スイッチング装置８を従来のものより早いタイミングすなわち振動電圧が最初に零電圧点を通過した位相を基準として５／４π〜７／４πの間でオフすることである。これを図２および図３を参照して説明すると、一旦コンデンサ７の電荷が放電され、極性が反転した逆向きの振動電圧によりコンデンサ７が充電される期間である。しかも、この期間は相対的に電圧値が大きい期間である。

コンデンサ７は、スイッチング装置８のオフにより再び直流電源装置１から充電されるが、この時点でのコンデンサ７の電圧は大きいからわずかな充電量で充電が完了する。このことは、抵抗１０での電力損失が少ないことを意味する。本実施形態によれば、コンデンサ７を零電圧から充電する場合こに比して、約1/4以下の電力で充電を完了することができた。

スイッチング装置８をオフする期間が前記の５／４π〜７／４π以外では、コンデンサ７が充電用電源である直流電源装置１の極性と逆の極性に充電されていたり、同極性であっても小さな電圧値にしか充電されないことは図２および図３から明らかである。

つぎに、本願の照明装置の一実施形態を説明する。図５は照明装置の一実施形態を示す一部省略斜視図である。本実施形態の照明装置は道路灯であって、下面に透光カバー５１を有する照明器具本体５２内に放電灯５３を装着している。５４は上部にて照明器具本体５２を支持し、路面等に立設されるポールである。放電灯点灯装置は図示を省略したが、照明器具本体５２またはポール５４に収納されたり、あるいはこれらとは別設されたりする。

本実施形態の作用は当業者には容易に理解できると思われるので、説明を省略する。

本発明の、第１の実施の形態を示す回路図。 同実施の形態におけるコンデンサの両端電圧とスイッチング装置のオン、オフ状態との関係を示す図。 コンデンサの両端電圧の一部を拡大して示す波形図。 従来のコンデンサの両端電圧とスイッチング装置のオン、オフ状態との関係を示す図。 照明装置の一実施形態を示す斜視図。

符号の説明

１…直流電源装置、３…限流手段、５、５４…放電灯、４…ハーフブリッジインバータ、６…インダクタ（パルストランス）、７…コンデンサ、８…スイッチング装置、９…始動回路、１１…オンオフ制御手段、５１…照明器具本体。

Claims (3)

1. コンデンサ、インダクタおよびスイッチング装置を直列に含みスイッチング装置のオンにより振動電圧を発生する始動回路と；
   スイッチング装置のオンオフを制御するものであって、スイッチング装置のオフのタイミングをコンデンサ両端間の振動電圧が最初に零電圧点を通過した位相を基準として５／４π〜７／４πの間に規制するオンオフ制御装置と；
   を具備していることを特徴とする放電灯用始動装置。
2. 放電灯に交流電力を供給する手段と；
   放電灯を安定に点灯させるための限流手段と；
   コンデンサ、パルストランスの入力巻線およびスイッチング装置を直列に含みスイッチング装置のオンにより振動電圧を発生し、パルストランスの出力巻線を介して放電灯に印加する始動回路と；
   スイッチング装置のオンオフを制御するものであって、スイッチング装置のオフのタイミングをコンデンサ両端間の振動電圧が最初に零電圧点を通過した位相を基準として５／４π〜７／４πの間に規制するオンオフ制御装置と；
   を具備していることを特徴とする放電灯点灯装置。
3. 照明器具本体と；
   照明器具本体に装着された放電灯と；
   放電灯を点灯する請求項２記載の放電灯点灯装置と；
   を具備したことを特徴とする照明装置。

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