JP2008027705A - 高圧放電灯点灯装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】始動時の高電圧も点灯時の負荷電圧も精度よく検出してフィードバック制御する。点灯時に高圧放電灯に印加される負荷電圧を検出する検出手段を高電圧から保護する。
【解決手段】高圧放電灯１８を始動及び点灯動作するインバータ回路１１と、始動時に高圧放電灯に印加される高電圧を検出する、補助巻線25、コンデンサ26,29、ダイオード27,28からなる第１の電圧検出手段と、点灯時に高圧放電灯に印加される負荷電圧を検出する、抵抗30,31,32、コンデンサ33,36、ダイオード34,35からなる第２の電圧検出手段と、第２の電圧検出手段に高電圧が印加されると、電圧を低電圧にクリップする、定電圧ダイオード37,38からなるクリップ手段と、始動時に第１の電圧検出手段からの検出電圧でインバータ回路をフィードバック制御するとともに点灯時に第２の電圧検出手段からの検出電圧でインバータ回路をフィードバック制御する制御部２０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、始動時及び点灯時において高圧放電灯に印加する電圧を検出してフィードバック制御を行う高圧放電灯点灯装置及びこの高圧放電灯点灯装置を使用した照明装置に関する。

従来、放電灯点灯装置において、負荷電圧検出部で放電灯に印加される負荷電圧を検出し、その負荷電圧に応じた電圧を基準電圧発生部に出力し、この基準電圧発生部からの基準電圧により制御部がインバータ回路の発振周波数を可変して出力を制御することで、放電灯が不点灯の無負荷時において適正な始動電圧が放電灯に印加されるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２０３６９０号公報

ところで、放電灯点灯装置ではインバータ回路などの発振回路を備え、始動時には特許文献１のように負荷電圧を検出してインバータ回路の発振周波数を制御するというフィードバック制御を行うとともに、放電灯の点灯時においても負荷電圧を検出してインバータ回路の発振周波数を制御するというフィードバック制御を行うものがある。このような場合に、負荷電圧を検出する方法としては、抵抗器を使用して負荷電圧を分圧して検出する方法が簡素であり一般に使用されている。

しかし、高圧放電灯を使用した高圧放電灯点灯装置において、始動時に高圧放電灯に印加される高電圧と点灯時に高圧放電灯に印加される負荷電圧を同一の抵抗器で検出しようとすると、例えば、始動時の高電圧を基準に抵抗器の抵抗値を設定すると、点灯時には高圧放電灯に印加される負荷電圧が極端に低下するため、分圧された検出電圧が極めて小さくなり、検出精度が得られないという問題が生じる。

そこで、本発明は、始動時の高電圧も点灯時の負荷電圧も精度よく検出してフィードバック制御ができ、しかも、点灯時に高圧放電灯に印加される負荷電圧を検出する検出手段を高電圧から保護できる高圧放電灯点灯装置及びこの高圧放電灯点灯装置を使用した照明装置を提供する。

また、本発明は、さらに、始動時に高圧放電灯に印加される高電圧を検出する検出手段を、高耐圧素子を使用せずに構成できる高圧放電灯点灯装置及びこの高圧放電灯点灯装置を使用した照明装置を提供する。

本発明は、始動時、高圧放電灯に高電圧を印加し、高圧放電灯の点灯後は印加電圧を低下させるインバータ回路などを含む点灯回路と、始動時に高圧放電灯に印加される高電圧を検出する第１の電圧検出手段と、点灯時に高圧放電灯に印加される負荷電圧を検出する第２の電圧検出手段と、第２の電圧検出手段に高電圧が印加されると、電圧を低電圧にクリップするとともに第２の電圧検出手段を保護するクリップ手段と、始動時に第１の電圧検出手段からの検出電圧を取り込んで点灯回路をフィードバック制御するとともに点灯時に第２の電圧検出手段からの検出電圧を取り込んで点灯回路をフィードバック制御する制御手段を具備する高圧放電灯点灯装置にある。

クリップ手段によるクリップは、点灯時に負荷電圧を検出する、例えば、抵抗、コンデンサ、ダイオード等によって構成される第２の高圧検出手段を始動時の高電圧から保護するためである。すなわち、第２の高圧検出手段は点灯時に負荷電圧という低い電圧を検出するように設定されるため、各素子の耐圧としては低くてよいが、始動時に高電圧が印加するため各素子の耐圧を高くしなければならないという問題が生じるが、これをクリップ手段でクリップすることで第２の高圧検出手段に高電圧が印加されるのを防ぎ、各素子の耐圧を低くできることを実現している。

また、本発明は、点灯回路として、ＬＣ共振回路を設け、始動時にこのＬＣ共振回路によって高電圧を発生させることにある。
また、本発明は、点灯回路として、高圧放電灯への電流供給経路にバラスト巻線を配置し、第１の電圧検出手段として、バラスト巻線に磁気結合した補助巻線によって始動時に高圧放電灯に印加される高電圧を検出することにある。
また、本発明は、請求項１乃至３のいずれか１記載の高圧放電灯点灯装置と、この高圧放電灯点灯装置で点灯される高圧放電灯を有する照明器具本体を具備する照明装置にある。

本発明によれば、始動時の高電圧も点灯時の負荷電圧も精度よく検出してフィードバック制御ができ、しかも、点灯時に高圧放電灯に印加される負荷電圧を検出する検出手段を高電圧から保護できる。
また、本発明によれば、さらに、始動時に高圧放電灯に印加される高電圧を検出する検出手段を、高耐圧素子を使用せずに構成できる。

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
先ず、高圧放電灯点灯装置について述べる。
図１に示すように、商用交流電源１にノイズフィルタ回路２を介して全波整流ダイオードブリッジ回路３の入力端子を接続している。前記全波整流ダイオードブリッジ回路３の出力端子にコンデンサ４を接続している。

前記コンデンサ４に昇圧チョッパ回路５を接続している。前記昇圧チョッパ回路５は、前記コンデンサ４に第１のインダクタ６を直列に介して第１のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）７と抵抗８との直列回路を並列に接続し、その直列回路にダイオード９を順方向に介して平滑コンデンサ１０を並列に接続している。

前記平滑コンデンサ１０に点灯回路を構成するインバータ回路１１を接続している。前記インバータ回路１１は、前記平滑コンデンサ１０に第２のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１２と第３のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１３と抵抗１４との直列回路を並列に接続し、前記第３のＦＥＴ１３と抵抗１４との直列回路に直流カット用のコンデンサ１５及びバラスト巻線を構成する第２のインダクタ１６の直列回路を介してコンデンサ１７を並列に接続している。前記第２のインダクタ１６及びコンデンサ１７はＬＣ共振回路を形成している。そして、前記コンデンサ１７に高圧放電灯１８を並列に接続している。

前記昇圧チョッパ回路５及びインバータ回路１１を制御部２０によって制御するようになっている。すなわち、前記昇圧チョッパ回路５は前記第１のインダクタ６に２次巻線２１を磁気結合して添設し、この２次巻線２１の一端を前記コンデンサ４の負極側端子に接続し、他端を前記制御部２０に接続している。

また、前記２次巻線２１の他端を、ダイオード２２を順方向に介して電解コンデンサ２３の正極側端子に接続している。前記電解コンデンサ２３の負極側端子は前記コンデンサ４の負極側端子に接続している。前記全波整流ダイオードブリッジ回路３の正極側出力端子を、起動用抵抗２４を直列に介して前記電解コンデンサ２３の正極側端子に接続している。そして、前記電解コンデンサ２３の正極側端子を前記制御部２０に接続している。

前記平滑コンデンサ１０の正極側端子を前記制御部２０に接続している。前記インバータ回路１１は前記第２のＦＥＴ１２のゲートと第３のＦＥＴ１３のゲートを前記制御部２０に接続している。

前記第２のインダクタ１６に補助巻線２５を磁気結合して添設し、この補助巻線２５の一端を、コンデンサ２６を介してダイオード２７のカソード端子に接続するとともに別のダイオード２８のアノード端子に接続し、他端を前記第３のＦＥＴ１３のソース端子に接続している。前記ダイオード２７のアノード端子を前記第３のＦＥＴ１３のソース端子に接続し、前記ダイオード２８のカソード端子を前記制御部２０に接続するとともにコンデンサ２９を介して前記第３のＦＥＴ１３のソース端子に接続している。
前記補助巻線２５、コンデンサ２６，２９、ダイオード２７，２８は、始動時に前記高電圧放電灯１８に印加される高電圧を検出する第１の電圧検出手段を形成している。

前記コンデンサ１７に抵抗３０，３１，３２からなる直列分圧回路を並列に接続し、前記抵抗３１と抵抗３２の接続点を、コンデンサ３３を介してダイオード３４のカソード端子に接続するとともに別のダイオード３５のアノード端子に接続している。そして、前記ダイオード３４のアノード端子を前記コンデンサ１７と第３のＦＥＴ１３のソース端子との接続点に接続し、前記ダイオード３５のカソード端子を前記制御部２０に接続するとともにコンデンサ３６を介して前記コンデンサ１７と第３のＦＥＴ１３のソース端子との接続点に接続している。

前記抵抗３０，３１，３２、コンデンサ３３，３６、ダイオード３４，３５は、点灯時に前記高圧放電灯に印加される負荷電圧を検出する第２の電圧検出手段を形成している。そして、前記抵抗３１，３２の直列回路に、１対の定電圧ダイオード３７，３８を互いに逆極性にして直列に接続した直列回路からなるクリップ手段を並列に接続している。

前記制御部２０は、電源の投入時に前記電解コンデンサ２３から所定電圧の入力があると動作を開始し、昇圧チョッパ回路５の第１のＦＥＴ７をスイッチング駆動するとともにインバータ回路１１の第２、第３のＦＥＴ１２，１３を高周波の短い周期で交互にスイッチング駆動するようになっている。

すなわち、前記制御部２０は、第１のＦＥＴ７のスイッチング周波数及びオンデューティを制御することで昇圧チョッパ回路５に入力電圧を直流電圧ＶDCに昇圧させる動作を行う。

また、前記制御部２０は、始動時には、第２のインダクタ１６とコンデンサ１７からなるＬＣ共振回路を動作してコンデンサ１７の両端間に高い始動電圧が発生するようにインバータ回路１１を制御する。そして、その時の補助巻線２５に発生する電圧をコンデンサ２６、ダイオード２８を介して検出電圧として取り込み、コンデンサ１７の両端間に高い始動電圧が発生し続けるようにインバータ回路１１をフィードバック制御する。

また、高圧放電灯１８が点灯して電圧が低下すると、抵抗３２の両端間から、コンデンサ３３、ダイオード３５を介して検出電圧をランプ電圧値として、さらに、抵抗１４からランプ電流値として取り込み、インバータ回路１１の周波数を低下して出力電圧を低下させ、以降このランプ電圧値とランプ電流値とから、算出されるランプ電力を維持するように抵抗１４からのランプ電流によりインバータ回路１１をフィードバック制御する。

このような構成においては、商用交流電源１が投入されると、起動用抵抗２４を介して電解コンデンサ２３が充電され、この電解コンデンサ２３の充電電圧が所定電圧になると制御部２０が動作を開始する。制御部２０は、昇圧チョッパ回路５の第１のＦＥＴ７のスイッチング周波数及びオンデューティを制御し、昇圧チョッパ回路５から直流電圧ＶDCを出力させる。

また、制御部２０は、インバータ回路１１の第２、第３のＦＥＴ１２，１３を高周波の短い周期で交互にスイッチング駆動する。このときのインバータ回路１１の発振周波数は高めに制御される。これにより、第２のインダクタ１６とコンデンサ１７からなるＬＣ共振回路が動作し、コンデンサ１７の両端間に高い始動電圧が発生する。この始動電圧は高圧放電灯１８に印加される。

また、このとき発生する高電圧は補助巻線２５で検出され、ダイオード２８のカソード側に直流の検出電圧が発生する。この直流電圧は制御部２０に供給される。制御部２０は、検出電圧が一定を保持するように、すなわち、高圧放電灯１８に所定の高電圧が印加するようにインバータ回路１１をフィードバック制御する。

このように、始動時の高電圧を検出する第１の電圧検出手段は、高電圧検出用として設計されるので、始動時の高電圧を精度よく検出することができ、これにより制御部２０は高圧放電灯１８に所定の高電圧が印加し続けるようにインバータ回路１１をフィードバック制御できる。

また、第１の電圧検出手段は、第２のインダクタ１６に添設された補助巻線２５を使用し、この補助巻線２５で高電圧を間接的に検出しているので、補助巻線２５に発生する電圧は、ＬＣ共振回路に発生する高電圧に比べて十分に低い電圧になる。従って、第１の電圧検出手段を、高耐圧素子を使用せずに構成できる。すなわち、コンデンサ２６，２９、ダイオード２７，２８として低耐圧のものが使用できる。

高圧放電灯１８は高電圧の印加によってグロー放電からアーク放電へ移行し定常点灯するようになる。点灯後は高圧放電灯１８に印加される電圧は低下する。この電圧低下を第２の電圧検出手段の抵抗３０，３１，３２の直列分圧回路の抵抗３２の両端間電圧で検出し、ダイオード３５のカソード側に直流の検出電圧が発生する。この直流電圧は制御部２０に供給される。制御部２０は、ランプ電力が一定を保持するように、すなわち、点灯時の高圧放電灯１８の電力値が一定になるようにインバータ回路１１をフィードバック制御する。

このように、第２の電圧検出手段は点灯時に高圧放電灯１８に印加する低い負荷電圧を検出するように設計できるので、直列分圧回路の抵抗３２の両端間電圧に発生する電圧を制御に十分なレベルに高めることができ、点灯時に負荷電圧を精度よく検出してフィードバック制御することができる。

第２の電圧検出手段を形成する抵抗３０，３１，３２の直列分圧回路は始動時に高電圧が印加されるが、抵抗３１，３２の直列回路には１対の定電圧ダイオード３７，３８からなるクリップ手段が並列に接続されている。従って、抵抗３０，３１，３２の直列分圧回路に高電圧が印加するとクリップ手段が導通して抵抗３１，３２の直列回路に高い電圧が印加するのを防止する。こうして第２の電圧検出手段を高電圧から保護できる。そして、第２の電圧検出手段を構成する抵抗３１，３２、コンデンサ３３，３６、ダイオード３４，３５として低耐圧のものが使用できる。

次に、このような高圧放電灯点灯装置を使用した照明装置について述べる。
図２に示すように、ソケットに高圧放電灯１８の口金を螺着した照明器具１００と、図１の構成の高圧放電灯点灯装置１０１を別体として設け、両者をケーブル１０２で接続している。
このような照明装置は、高圧放電灯点灯装置１０１によりケーブル１０２を介して高圧放電灯１８が始動制御及び点灯制御される。

本発明の一実施の形態に係る高圧放電灯点灯装置の回路構成を示す回路図。 同実施の形態に係る照明装置の構成を示す斜視図。

符号の説明

１１…インバータ回路、１２，１３…ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、１６…インダクタ（バラスト巻線）、１７…コンデンサ、１８…高圧放電灯、２０…制御部、２５…補助巻線、２６，２９…コンデンサ、２７，２８…ダイオード、３０，３１，３２…抵抗、３３，３６…コンデンサ、３４，３５…ダイオード、３７，３８…定電圧ダイオード。

Claims (4)

1. 始動時、高圧放電灯に高電圧を印加し、前記高圧放電灯の点灯後は印加電圧を低下させる点灯回路と、
   始動時に前記高圧放電灯に印加される高電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
   点灯時に前記高圧放電灯に印加される負荷電圧を検出する第２の電圧検出手段と、
   前記第２の電圧検出手段に高電圧が印加されると、電圧を低電圧にクリップするとともに前記第２の電圧検出手段を保護するクリップ手段と、
   始動時に前記第１の電圧検出手段からの検出電圧を取り込んで前記点灯回路をフィードバック制御するとともに点灯時に前記第２の電圧検出手段からの検出電圧を取り込んで前記点灯回路をフィードバック制御する制御手段と、
   を具備することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
2. 点灯回路は、ＬＣ共振回路を設け、始動時にこのＬＣ共振回路によって高電圧を発生させることを特徴とする請求項１記載の高圧放電灯点灯装置。
3. 点灯回路は、高圧放電灯への電流供給経路にバラスト巻線を配置し、
   第１の電圧検出手段は、前記バラスト巻線に磁気結合した補助巻線によって始動時に前記高圧放電灯に印加される高電圧を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の高圧放電灯点灯装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１記載の高圧放電灯点灯装置と、
   この高圧放電灯点灯装置で点灯される高圧放電灯を有する照明器具本体と、
   を具備することを特徴とする照明装置。

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