JP2007207541A - 高圧放電ランプ点灯装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半波放電状態を確実に検出し、誤作動を低減させることのできる高圧放電ランプ点灯装置を提供する。
【解決手段】極性反転と同期させたタイミングでチョッパー電圧検出回路18の出力値をＶＬ_ｎとして読み込むステップS1、そして、読み込んだ電圧値ＶＬ_ｎとその半サイクル前に読み込んだ値ＶＬ_ｎ-1とを比較するステップS2おいて、（ＶＬ_ｎ−ＶＬ_ｎ-1）の値が−５Ｖ以下である場合は、今回読み込んだ半サイクル前の値ＶＬ_ｎ−１とその半サイクル前の値ＶＬ_ｎ−２を比較するステップS3に移行する。ステップS3では、（ＶＬ_ｎ−１―ＶＬ_ｎ−２）が＋５Ｖを超えるである場合には、カウンタＣの値を1つ増分するステップS4に移行し、（ＶＬ_ｎ−１―ＶＬ_ｎ−２）が＋５Ｖ以下である場合には、カウンタＣの値をリセットするステップS5に移行する。ステップS6で、カウンタＣの値が１０を越えた場合に、この状態を半波放電と認定して点灯回路を停止させるステップS7に移行する。
【選択図】図３

Description

本発明は、高圧放電ランプ点灯装置および照明装置に関する。

近年、メタルハライドランプ、セラミックメタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプなどのような高圧放電ランプは、店舗照明、道路照明、工場、競技場などで幅広く使用されている。そうして近年、高圧放電ランプを点灯させる点灯装置は小型化・軽量化・高機能化が求められており、従来の銅鉄式から電子式に移行しつつある。通常、高圧放電ランプの電子式点灯装置は、音響的共鳴現象を回避するために矩形波点灯方式を採用している。

しかしながら、高圧放電ランプが寿命などで劣化してゆくと、ランプ電流の極性が反転するときのような過渡期に、半波放電が起きると十分なランプ電流が供給できずに、立ち消えが発生し易くなる。そのため点灯装置としての寿命が短くなるなど不具合を生じていた。

このため、例えば特許文献１では、点灯状態の出力が半波状態になりながらも放電を継続するのを抑制するために、半波状態の時間をカウントし、ある設定時間以上となった時に回路動作を停止するようにしている。尚、設定時間との比較は、半波状態が継続した時間ではなく、積算時間とで比較することを特徴とする。

具体的には、半サイクル毎に読み込まれたランプ電圧とその前の半サイクルに読み込んだランプ電圧との比較を行う処理部を挿入する。半サイクル毎のランプ電圧の電圧差がある値以上であれば、半波放電であると認識し、半波回数のカウント値を増やす。半波回数がある設定値に達すれば半波放電と見なして回路動作を停止する。なお、半波回数の設定値は、回路動作停止に至るまでの半波状態の積算時間より算出する。つまり、半波検出は時間で行うが、制御回路内部では回数で判別を行うことが開示されている。
特開２００５−１５８３６５号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、ランプ電圧の波形が矩形波では無い例えば正弦波や鋸波などであった場合、半サイクルの間にランプ電圧値は変化する。この変化の中でランプ電圧を検出しても半サイクルの間のばらつきを検出してしまい、正確な半波放電を検出することができない問題があった。

また、半サイクル毎にランプ電圧を検出してその差が所定値以上であることが連続することで半波放電を検出するが、例えば、電源が一時的に停電した瞬時停電のような状態が生じたときのように、ランプ自体には異常が生じていない場合でも、ランプ電圧が一時的に連続して低下してしまう症状が発生する。通常であれば、電源電圧が復旧することでランプ電圧も通常に戻るのであるが、連続して低下している状態を半波放電と検出していまい、ランプへの電力供給を停止してしまう誤動作を生じてしまう虞がある。

このため本願発明では、このような他の不具合と混合することなく、正確に半波放電の検出を行い、点灯装置の保護を行うことのできる虞を低減できる高圧放電ランプ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の発明の高圧放電ランプ点灯装置は、直流電力を出力する電力変換部と；電力変換部の極性を反転して交流電力を高圧放電ランプに供給する極性反転回路と；高圧放電ランプのランプ電圧を検出するランプ電圧検出手段と；を有し、極性反転回路の動作と同期させてのランプ電圧検出手段の出力を半サイクル毎に読み取り、前回のランプ電圧検出値と比較し、比較した値が所定値以上であることが連続して所定回数検出されると半波放電を検出する半波検出回路を具備している。

本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り、用語の定義および技術的な意味は次による。

高圧放電ランプは、水銀ランプ、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプおよびセラミックメタルハライドランプ等を許容する。

電力変換部は、限流素子である誘導性チョークを切り替える回路や、昇圧チョッパー回路および降圧チョッパー回路またはこれらの組あわせた回路を利用したものなどを許容する。

極性反転回路は、フルブリッジ回路、ハーフブリッジ回路などを許容する。交流点灯の高圧放電ランプはこの極性反転回路の出力側に接続させる。

ランプ電圧の検出は、極性反転回路の出力に接続された高圧放電ランプのランプ電圧の両端の電圧を分圧して検出したり、前述した電力変換部の出力電圧をランプ電圧と近似して検出したりすることなどによって検出することができる。

半波検出回路は、極性反転回路に同期して、半サイクル毎のランプ電圧の検出結果を得て、この検出結果と半サイクル前のランプ電圧検出の結果を比較してその差が所定値以上である場合が連続している回数をカウントし、この回数が所定値以上となった場合に半波放電であると検出するものである。

このとき極性反転回路に同期してとは、極性反転回路によってランプに印加される極性が正負反転したときのタイミングと同期させてランプ電圧と検出することを示す。例えば、極性が反転した後の所定時間経過後（例えば５０μｓｅｃ）のランプ電圧を検出する、または極性が反転するのと同時にランプ電圧を検出することも許容する。このようにして、半サイクルごとの同じタイミングでのランプ電圧値を検出する。極性反転回路と同期させたタイミングでランプ電圧を検出することで、例えば、電圧波形が矩形波以外である、始動直後などのようなランプ電圧が不安定な状態であるなどの半波放電以外の不具合の検出しないようにしている。

次に、このようにして検出したランプ電圧値を半サイクル前に検出したランプ電圧値と比較し、比較した値が所定値（例えば５Ｖ程度）より大きくなった場合の回数をカウントしていく。カウントした回数が所定値（例えば１０回）を超えた場合に半波放電であることを検出し、速やかにランプを消灯させるなどの処置を行う。

請求項２の発明は、請求項１記載の高圧放電ランプ点灯装置であって、読み取られたランプ電圧検出手段の出力と前回のランプ電圧検出値の差を前回の差と比較して正負が同じである場合は、検出回数をリセットすることを特徴とする。

これは、半サイクル毎に検出するランプ電圧検出値と前回つまりその半サイクル前のランプ電圧検出値の差と、半サイクル前のランプ電圧検出値とその半サイクル前つまり１サイクル前のランプ電圧検出値の差の正負が同じ、つまりは、ランプ電圧検出値が半サイクル毎に上昇または下降を続けている場合は、半波放電ではなく、例えば、始動直後の立ち上がりの状態や調光によりランプ電力を制御している状態などであることが考えられ、このような状態は放電の異常ではないのでこの状態を検出してランプを消灯させてしまうことは不具合になる。このため半サイクル毎のランプ電圧検出の差が正負異なる場合が連続したもののみを半波放電と認識させて、半波放電以外の不具合と区別して認識させる。

請求項３の発明の照明装置は、請求項１または２の高圧放電ランプ点灯装置と；放電灯点灯装置の出力に接続される高圧放電ランプと；高圧放電ランプを収納する器具本体と；を具備することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、極性反転回路に同期させた半サイクル毎のランプ電圧を検出しているので、半サイクル毎の一定したタイミングのランプ電圧を検出することができるので、ランプ電圧が不安定な状態であっても、またランプ電圧の波形が矩形波以外の波形の場合であっても半波放電を検出できる高圧放電ランプ点灯装置を提供することができる。

請求項２の発明によれば、半波放電以外の始動直後の立ち上がりのようなランプ変動の激しい状態でも半波放電の異常放電を確実に検出しわけることができる。

請求項３発明によれば、請求項１または２の効果を奏した照明装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態である高圧放電ランプ点灯装置を図１を参照して説明する。図１は、高圧放電ランプ点灯装置の回路図である。なお、これらの図中、同一または相当部分には同一符号を付して、重複した説明の記載は省略または簡略化している。

図１の回路図において、交流電源Ｖｓに高圧放電ランプＬへの電源の入り切りを行う電源スイッチS1が接続される。高圧放電ランプ点灯装置１に入力された電力はフィルタ回路11、整流回路12、昇圧チョッパー回路13、降圧チョッパー回路14、極性反転回路15、高圧パルス発生回路IGおよび高圧放電ランプＬを順次接続している。

整流回路12は、ブリッジ型全波整流回路BD、平滑コンデンサC1などからなり、商用交流電源VSを整流し、直流電源を出力している。昇圧チョッパー回路13は、整流回路12の出力端にインダクタンスL1、スイッチング素子Q1の直列回路が接続されている。スイッチング素子Q1の両端には逆流素子用のダイオードD1を介して平滑用のコンデンサC2が接続されている。また、スイッチング素子Q1は、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を用いており、ＦＥＴQ1のドレインがインダクタンスL1とダイオードD1の接続端に、ＦＥＴQ1のソースがコンデンサC2と整流回路12の出力端に接続されている。ＦＥＴQ1のゲートは、制御回路16と接続されている。昇圧チョッパー回路13はＦＥＴQ1のスイッチングにより、コンデンサC2にかかる電圧を制御して出力している。

降圧チョッパー回路14は、昇圧チョッパー回路13の出力端に、還流用のダイオードD2とスイッチング素子Q2の直列回路が接続されている。ダイオードD2の両端にインダクタンスL2および平滑用のコンデンサC3が接続されている。また、スイッチング素子Q2もまた電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を用いており、ＦＥＴQ2のドレインが昇圧チョッパー回路13の出力端に、ＦＥＴQ2のソースがインダクタンスL2とダイオードD2の接続端に接続されている。ＦＥＴQ2のゲートは、制御回路16と接続されている。降圧チョッパー回路14はＦＥＴQ2のスイッチングにより、出力電力を調節して高圧放電ランプＬに供給する電力変換部として機能を有している。

降圧チョッパー回路14の出力端には、出力端と並列にチョッパー電圧検出回路18が接続され、出力端と直列にチョッパー回路電流検出回路17が接続されている。チョッパー回路の出力端に極性反転回路を介して接続される高圧放電ランプＬの出力電圧が現れるので、このチョッパー電圧検出回路でランプ電圧の変動を検知している。チョッパー電圧検出回路（ランプ電圧検出回路）18は高圧放電ランプ電圧を検出するとともに、高圧放電ランプＬの点灯・不点灯を検出やランプ電圧を検出した結果、高圧放電ランプＬの異常なども検出して、制御回路16に入力する。また、チョッパー回路14に極性反転回路15を介して接続される高圧放電ランプＬのランプ電流もまたこのチョッパー回路電流検出回路17でランプ電流の変動を検知している。これらのチョッパー電圧検出回路18とチョッパー回路電流検出回路17の検出結果から、ランプ電力を検出して制御回路16に入力し、制御回路16このランプ電力を所定値とするように降圧チョッパー回路14のＦＥＴQ2のスイッチング動作を制御している。

極性反転回路１５は、４つの電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）Q3〜Q6からなるフルブリッジ回路で構成される。極性反転回路15の出力端には、高圧パルスを発生する高圧パルス発生回路IGおよび高圧放電ランプＬが並列に接続されている。

高圧パルス発生回路IGは図示しないが昇圧コイルやトリガ発生回路などで構成され、高圧放電ランプＬにパルス状の高電圧を印加する。高圧パルス発生回路IGは連続的または間欠的に動作して高電圧パルスを発生させて、高圧放電ランプＬを点灯させるものであるが、高圧放電ランプＬの不具合などによって高圧放電ランプＬが始動しない場合がまれに発生する。この場合高圧パルス発生回路IGは数分から数十分動作させえた後でも高圧放電ランプＬが点灯しない場合は、この高圧放電ランプＬは異常であるとみなして高圧パルス発生回路IGの動作を停止させ、降圧チョッパー回路14のＦＥＴQ2をＯＦＦとする。こうすることで、高電圧パルスを高圧放電ランプＬおよびソケットに印加し続けるのを予防し、高圧放電ランプＬに供給する電力を低減することができる。

CTは、調光制御装置(図示しない)などで生成される調光信号であり、ＰＷＭ信号によって高圧放電ランプ点灯装置1に与えられる。調光信号CT高圧放電ランプ点灯装置１内の調光信号変換回路２２において調光信号CTに応じた電圧値に変換され、この変換された電圧値と上述した検出されたランプ電力の値を比較して、調光時のランプ電力を決定し降圧チョッパー回路14のＦＥＴQ2を制御してランプ電力を制御する。

次に、回路の動作を説明する。まず、図２を用いて正常なランプの点灯状態について説明する。極性反転回路15を構成するＦＥＴを図２(a)および(b)に示すようにＦＥＴQ3,Q6とＦＥＴQ4,Q5を交互にオンオフさせて、降圧チョッパー回路14の出力する直流電圧を交流電圧に変換し、この交流電圧が高圧放電ランプLに供給される。図２(c)は、この交流電圧つまり高圧放電ランプLの出力電圧を示している。つまり、高圧放電ランプLが正常に点灯している場合には矩形波の交流電圧が供給されている。図２(d)はチョッパー電圧検出回路18の出力であり、この出力はつまり、ランプ電圧値を整流しているものと略等しい。図２(d)のＡは、チョッパー電圧検出手段14からランプ電圧として読み取る値である。つまり、制御回路16は極性反転回路14によって極性が反転するタイミングと同期して、極性反転した５０μｓｅｃ後のチョッパー電圧検出回路の出力を読み取っている。読み取ったランプ電圧は制御回路16内に一時的に記憶される。

このように、正常に点灯している高圧放電ランプLのチョッパー電圧検出回路の出力は、ほぼ変化せず一定を保つことができる。このような場合は、図４に示す制御回路16の制御フローチャーに示されている、チョッパー電圧検出回路18の電圧を極性反転回路の極性が反転したタイミングを同期させて検出するステップS1、電圧を読み込んだ値が、前回つまり半サイクル前に読み込んだ値との差を比較するステップS2においてその差が±５Ｖ以下であるとこの高圧放電ランプLの点灯状態は正常であるので、半サイクル後に極性を反転させるステップS15に移行する。

次に、半波放電を生じた高圧放電ランプLの異常放電状態について図３を用いて説明する。半波放電状態のランプ電圧は図３(C)のように放電状態が正負非対称な状態である。この例では負側の放電が成立しないので負側のランプ電圧が立ち上がらない状態が連続してしまうのである。この状態をチョパー電圧検出回路18の出力値で見ると図３（ｄ）のように凸凹としている状態となる。このチョパー電圧検出回路18の出力値を極性反転回路と同期させたタイミングＡで測定する。

この半波放電の検出する制御を図４のフローチャートを用いて説明する。極性反転と同期させたタイミングでチョッパー電圧検出回路18の出力値をＶＬ_ｎとして読み込むステップS1、そして、読み込んだ電圧値ＶＬ_ｎとその半サイクル前に読み込んだ値ＶＬ_ｎ-1とを比較するステップS2、ステップS2において、（ＶＬ_ｎ−ＶＬ_ｎ-1）の値が−５Ｖ以下である場合は、今回読み込んだ半サイクル前の値ＶＬ_ｎ−１とその半サイクル前の値ＶＬ_ｎ−２を比較するステップS3に移行する。ステップS3では、（ＶＬ_ｎ−１―ＶＬ_ｎ−２）が＋５Ｖを超えるである場合には、カウンタＣの値を1つ増分するステップS4に移行し、（ＶＬ_ｎ−１―ＶＬ_ｎ−２）が＋５Ｖ以下である場合には、カウンタＣの値をリセットするステップS5に移行する。ステップS6で、カウンタＣの値が１０を越えた場合に、この状態を半波放電と認定して点灯回路を停止させるステップS7に移行する。点灯回路の停止は、例えば、降圧チョッパー回路14のＦＥＴQ2を開放するなどにて行う。

ステップS2で（ＶＬ_ｎ−ＶＬ_ｎ-1）の値がー５Ｖ以上、ステップS3で（ＶＬ_ｎ−１―ＶＬ_ｎ−２）が＋５Ｖ未満であってステップS5でカウンタＣをリセットしたものは、ステップS8の極性反転に移行する。極性反転ステップS8に同期して、次の半サイクル後のチョッパー電圧検出回路18の出力値をＶＬ_ｎ＋１として読み込むステップS9を行う。そうして、この読み込んだ値の半サイクル前の値つまりＶＬ_ｎとの差を比較する。この（ＶＬ_ｎ＋１―ＶＬ_ｎ＋１）の値が、５Ｖ超である場合、つまり、半サイクル前の差と正負が逆転した場合は、カウンタＣの値を１つ増分するステップS11に移行する。そうしてこのカウンタＣが１０回を超えるとこの状態を半波放電と認定して点灯回路を停止させるステップS14に移行する。カウンタＣが１０以下である場合は、極性反転ステップS15およびｎの値を増分させるステップS16に移行する。

このように制御することによって、極性反転回路の極性反転と同期させて検出するランプ電圧が、半サイクル毎のランプ電圧検出値の差が絶対値が５Ｖ以上を正負交互に生じ、その回数が連続して１０回を超えた状態で、半波放電と検出するものである。

このため、図５の（ａ）のように、連続してランプ電圧が上昇している例えば、高圧放電ランプを始動させた直後の立ち上がり時のような場合では、半サイクル毎のランプ電圧の差は５Ｖを超えた状態が連続しているが、正負が反転しないので半波放電状態とは認定されず、点灯装置を停止させる動作は行わない。

また、図５（ｂ）のように連続してランプ電圧が下降する状態、例えば、電源電圧が瞬時停電を生じた場合や調光信号の入力によってランプに供給する電力を低減させる場合の過渡期には、図５（ｂ）のように連続してランプ電圧が下降していく状態を生じる。このような場合であって、半サイクル毎のランプ電圧の差がー５Ｖ未満を連続して生じさせていてもその差が正負反転されないので半波放電状態とは認定されず点灯装置を停止させる動作は行わない。

これらの例えばランプ立ち上がり時や、調光時、瞬時停電時の過渡期に起こるランプ電圧の変化を半波放電状態と見誤ることなく、点灯を維持していくことができる。

さらに、図５（ｃ）のような状態を観察すると、半波放電状態が数回連続した後一時半波放電状態が修正されている。このような場合であっても、本実施形態の点灯装置では、ランプ電圧の差が正負交互に発生した状態が連続して１０回を超えないと半波放電とみなされないので、点灯は維持する。高圧放電ランプはランプを一度消灯してしまうと再点灯することが容易ではないので、半波放電を確実に見分けることが重要である。

本発明の第２の実施形態を図６を参照して説明する。図６は第１の実施形態の点灯装置１をケース９３に収納した照明装置９を示している。照明装置９は、反射笠９１、ソケット９２及び点灯装置９３などから構成されている。高圧放電ランプＬは照明装置のソケット９２に装着されて使用される。ソケット９２には点灯装置９３の二次出力端が接続され高圧放電ランプＬに電力の供給を行なっている。照明装置９は天井面９０によって支持される。

本発明の第１の実施形態である高圧放電ランプ点灯装置の回路図。 正常点灯時の(a),(b)極性反転回路のＦＥＴ動作図、(c)ランプ電圧の波形図、(d)チョパー出力電圧検出回路の出力グラフ。 半波放電点灯時の(a),(b)極性反転回路のＦＥＴ動作図、(c)ランプ電圧の波形図、(d)チョパー出力電圧検出回路の出力グラフ。 半波放電検出の制御フローチャート。 その他点灯状態のチョパー出力電圧検出回路の出力グラフ。 第２の実施形態の照明装置を示す図。

符号の説明

１・・・高圧放電ランプ点灯装置 ＶＳ…商用交流電源 １３…昇圧チョッパー回路 １４・・・降圧チョッパー回路 １５・・・極性反転回路 １６…制御回路 １８・・・ランプ電圧検出回路 Ｌ…高圧放電ランプ ＣＴ・・・調光信号

Claims (3)

1. 直流電力を出力する電力変換部と；
   電力変換部の極性を反転して交流電力を高圧放電ランプに供給する極性反転回路と；
   高圧放電ランプのランプ電圧を検出するランプ電圧検出手段と；を有し、
   極性反転回路の動作と同期させてのランプ電圧検出手段の出力を半サイクル毎に読み取り、前回のランプ電圧検出値と比較し、比較した値が所定値以上であることが連続して所定回数検出されると半波放電を検出する半波検出回路を具備していることを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
2. 読み取られたランプ電圧検出手段の出力と前回のランプ電圧検出値の差を前回の差と比較して正負が同じである場合は、検出回数をリセットすることを特徴とする請求項１記載の高圧放電ランプ点灯装置。
3. 請求項１または２記載の高圧放電ランプ点灯装置と；
   放電灯点灯装置の出力に接続される高圧放電ランプと；
   高圧放電ランプを収納する器具本体と；
   を具備することを特徴とする照明装置。
   

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