JP2008041491A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、複数の放電灯負荷回路を並列接続するとき、少ない部品構成でエミレス放電状態を検出する。
【解決手段】 直流電源１と、スイッチング回路４、発振制御回路５を有するインバータ回路６と、一方側がインバータ回路６に接続されるとともに他方側が放電灯９ａ、９ｂに接続される直列接続されたカップリングコンデンサ７ａ、７ｂ及びチョークコイル８ａ、８ｂ、放電灯９ａ、９ｂに並列接続される始動用コンデンサ１０ａ、１０ｂを有する複数の放電灯負荷回路Ｌ１００ａ、Ｌ１００ｂと、カップリングコンデンサ２２とチョークコイル８ａ、８ｂの中点にそれぞれ抵抗２１ａ、２１ｂの一方側が接続され、抵抗２１ａ、２１ｂの他方側がワイヤード接続されるとともに検出用コンデンサ２２に接続され、この検出用コンデンサ２２の両端電圧の絶対値が予め設定される所定値以上となるとき、発振制御回路５に制御信号を出力する電圧検出回路２３とを備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、インバータ回路からの高周波電力によって放電灯を点灯させる点灯装置の保護回路に関するもので、特に、インバータ回路で複数の放電灯負荷回路を並列駆動する場合の放電灯の寿命末期保護回路に関するものである。

インバータ回路で複数の放電灯負荷回路を駆動して、放電灯の寿命末期など放電灯の不良に対して保護動作制御を行う技術が、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００２−８３６９９号（段落［００３０］９行目〜段落［００３１］８行目、段落［００３２］１行目〜４行目、図２、図３）

インバータ回路に接続される放電灯負荷が複数のとき、それぞれの放電灯負荷に抵抗、コンデンサを接続するため、独立した抵抗、コンデンサ及び電圧検出回路からなるエミレス検出回路が各放電灯負荷の数に対応した数が必要で、特に、電圧比較回路は、ゼロが正常で、正または負がエミレス状態を識別する、いわゆるウインド型の電圧比較回路が必要となり、回路を構成する部品が多くなり複雑で高価になる問題がある。

また、複数の放電灯に対して、直流カット用コンデンサを共用にして、抵抗、コンデンサからなるエミレス検出回路を共用にしてウインド型の電圧比較回路を１つにすることもできる。

しかしながら、この場合であっても、放電灯負荷Ｌａ１が負荷電流０．６００Ａの３０Ｗの円形型放電灯（型名ＦＣＬ３０）で、放電灯Ｌａ２が負荷電流０．４２５Ａの３２Ｗの円形型放電灯（型名ＦＣＬ３２）の場合に、放電灯Ｌａ２がエミレス状態になったとするとき、正常点灯している放電灯負荷Ｌａ１の負荷電流が、エミレス放電している放電灯負荷Ｌａ２の負荷電流より４０％以上も大きいため、直流カットコンデンサＣ０の電圧の変化は、正常放電している放電灯負荷Ｌａ１の電流の影響で正常状態から大きく変化しないため、正常放電とエミレス放電の識別が困難となる恐れがあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、この発明の目的は、インバータ回路に複数の放電灯負荷が接続されている場合に、少ない回路構成で、しかも負荷電流が大きく異なる放電灯負荷が共通のインバータ回路に接続された場合でも、確実に放電灯のエミレス状態を検出できる保護回路を有する放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

複数の放電灯が接続される放電灯点灯装置において、直流電源と、この直流電源に接続され、直列接続される第１及び第２のスイッチング素子を有するスイッチング回路、このスイッチング回路に接続され、前記第１及び第２のスイッチング素子を交互にオン／オフさせる発振制御回路、を有するインバータ回路と、直列接続されるカップリングコンデンサ及びチョークコイルの一方側が前記インバータ回路に接続されるとともに、他方側に点灯に供される前記放電灯が接続され、この放電灯に並列に接続される始動用コンデンサを有する複数の放電灯負荷回路と、この複数の放電灯負荷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との接続点にそれぞれ抵抗の一方側が接続され、この抵抗の他方側がワイヤード接続されるとともに検出用コンデンサの一方側に接続され、この検出用コンデンサの他端側は前記直流電源の負極側に接続されて、この検出用コンデンサの両端電圧の絶対値が予め設定される所定値以上となるときに、前記発振制御回路に制御信号を出力する電圧検出回路と、を備える。

複数の放電灯に対して検出用のコンデンサ及びウインド型の電圧比較回路が共用でき、安価な放電灯点灯装置を提供できる効果がある。

また、負荷電流を大きな放電灯と小さな放電灯を１つのインバータ回路に複数接続した場合でも、接続される放電灯の放電状態が正常放電状態であるか、エミレス放電状態であるかを確実に識別検出できる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示す放電灯点灯装置の回路図である。

図１において、直流電源１は、昇圧チョッパ回路を用いて商用電源を整流した電圧よりも高い４２０Ｖの直流電圧を得ている。

なお、直流電源１は商用電源を整流しコンデンサで平滑して直流電圧を得るものなどであってもよいし、電池などを用いるものであってもよい。

ＭＯＳ−ＦＥＴからなるスイッチング素子２、３を直列接続したスイッチング回路４と、このスイッチング回路４に接続され、スイッチング素子２、３のオン／オフを制御する発振制御回路５からなるインバータ回路６が、直流電源１の出力側に接続されている。

なお、スイッチング素子２、３を構成しているＭＯＳ−ＦＥＴのドレイン・ソース間に逆並列に接続されるダイオードが内蔵されているが、図示を省略する。

発振制御回路５は、発振制御回路駆動電源Ｖｃｃ１が供給されてスイッチング素子２及び３を高周波で交互にオン・オフさせる動作を行う。

一方側がインバータ回路６に接続され、他方側が点灯に供される放電灯９ａに接続される直列接続したカップリングコンデンサ７ａ及びチョークコイル８ａと、放電灯９ａに並列接続された始動用コンデンサ１０ａから構成される放電灯負荷回路Ｌ１００ａと、放電灯負荷回路Ｌ１００ａと同一構成で、カップリングコンデンサ７ｂ、チョークコイル８ｂ、始動用コンデンサ１０ｂから構成される放電灯負荷回路Ｌ１００ｂとを備えている。

放電灯負荷回路Ｌ１００ａ及びＬ１００ｂは、放電灯９ａ、９ｂを介して直流電源１の負極側に接続され、スイッチング素子２及び３の接続点と直流電源１の負極側との間に互いに並列接続となるように接続される。

カップリングコンデンサ７ａとチョークコイル８ａの接続点に抵抗２１ａを接続し、カップリングコンデンサ７ｂとチョークコイル８ｂの接続点に抵抗２１ｂを接続する。

抵抗２１ａと抵抗２１ｂの他端側はワイヤード接続され、さらに抵抗２１ａと抵抗２１ｂの電圧を検出する検出用コンデンサ２２の一端側に接続され、検出用コンデンサ２２の他端側は直流電源１の負極側に接続される。

検出用コンデンサ２２の検出電圧は電圧比較回路２３に入力され、電圧比較回路２３の出力が発振制御回路５の発振停止入力端子Ｐに入力される。

発振制御回路５の発振停止入力端子Ｐに電圧比較回路２３から放電灯９ａ、９ｂのエミレス状態を検出したことを示す制御信号が出力されれば、発振制御回路５はその出力Ｄ１及びＤ２をＬＯＷ信号にしてインバータ回路６の発振を停止し、その状態を保持する。

インバータ回路６の発振停止保持状態は、直流電源１を遮断すると解除される。

なお、インバータ回路６の発振停止状態は、発振制御回路５にリセット信号を入力して保持状態を解除してもよく、発振制御回路駆動電源Ｖｃｃ１を遮断後、再投入して保持状態を解除してもよい。

また、電圧比較回路２３は、電圧比較回路駆動電源Ｖｃｃ２を入力して動作するが、発振制御回路駆動電源Ｖｃｃ１と共通の駆動電源であってもよい。

次に、図１〜図５により、この発明の実施の形態１の動作を説明する。

図１において直流電源１が投入されると放電灯９ａ、９ｂは発振制御回路５の予熱周波数モード、始動電圧印加周波数モードの後、点灯周波数モードを経て点灯状態になる。

図２は、図１の回路図に示すカップリングコンデンサ７ａとチョークコイル８ａの接続点（以下、Ａ点という。）、カップリングコンデンサ７ｂとチョークコイル８ｂの接続点（以下、Ｂ点という。）、抵抗２１ａと抵抗２１ｂの接続点（以下、Ｃ点という。）に発生する電圧波形を示している。

図２（ａ）〜（ｃ）は、放電灯９ａ、９ｂがともに正常のときのＡ点〜Ｃ点に発生する電圧波形を示している。

インバータ回路６のスイッチング素子２及び３のそれぞれのオンデューティとオフデューティが等しくなるように設定した場合に、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、カップリングコンデンサ７ａ、７ｂとチョークコイル８ａ、８ｂの接続点と直流電源１の負極側との間の電圧は、直流電源１の負極側を基準にして、直流電源１の電圧の±１／２の矩形波交番電圧となる。

上記矩形波交番電圧は抵抗２１ａ、２１ｂと検出用コンデンサ２２で平均化される。即ち、図２（ｃ）に示すように、検出用コンデンサ２２の両端電圧はゼロとなる。

この検出用コンデンサ２２の両端電圧は電圧比較回路２３に入力され、この電圧比較回路２３は入力される電圧と正常状態の電圧（０Ｖ）と比較して、放電灯９ａ、９ｂのいずれも正常であると識別し、発振制御回路５の発振停止入力端子Ｐに放電灯９ａ、９ｂがエミレス状態である制御信号を出力せず、インバータ回路６の発振動作を継続する。

以上のように、放電灯９ａ及び９ｂが両方とも正常な場合には、検出用コンデンサ２２の両端電圧はゼロとなり、インバータ回路６の発振動作は継続される。

図３（ａ）〜（ｆ）は、放電灯９ａがエミレス状態となる寿命末期で、放電灯９ｂが正常のときのＡ点〜Ｃ点に発生する電圧波形を示している。

図３（ａ）、（ｄ）に示すように、放電灯９ａが寿命末期になり半波整流放電（エミレス放電）になると、放電灯９ａの放電は半サイクルとなるから、カップリングコンデンサ７ａに流れる電流は非対称となり、カップリングコンデンサ７ａの電圧（Ａ点）は、その半波整流放電の向きにより上昇または下降する。従って、図３（ｃ）、（ｆ）に示すように、検出用コンデンサ２２の電圧は、放電灯９ａの半波整流放電の向きに対応して上昇または下降する。

この検出用コンデンサ２２の電圧は、電圧比較回路２３で正常状態の電圧（０Ｖ）と比較されるが、検出用コンデンサ２２の電圧は正常状態の電圧（０Ｖ）よりも上昇または降下しているので、電圧比較回路２３は放電灯９ａ、９ｂのいずれかが寿命末期であると識別し、発振制御回路５の発振停止入力端子Ｐに放電灯９ａ、９ｂがエミレス状態を示す制御信号を出力して、インバータ回路６の発振動作を停止させる。

図４（ａ）〜（ｆ）は、放電灯９ａが正常で、放電灯９ｂがエミレス状態となるときのＡ点〜Ｃ点に発生する電圧波形を示している。

図４（ｂ）、（ｅ）に示すように、放電灯９ｂが寿命末期になり半波整流放電になると、放電灯９ａが寿命末期となるときと同様に、カップリングコンデンサ７ｂに流れる電流は非対称となり、カップリングコンデンサ７ｂの電圧（Ｂ点）は、その半波整流放電の向きにより上昇または下降する。従って、図４（ｃ）、（ｆ）に示すように、検出用コンデンサ２２の電圧は、放電灯９ｂの半波整流放電の向きに対応して上昇または下降するので、上述と同様に電圧比較回路２３は放電灯９ａ、９ｂのいずれかが寿命末期であると識別することができる。

例えば、放電灯９ａが負荷電流０．４２５Ａの３２Ｗの円形型放電灯（型名：ＦＣＬ３２）、放電灯９ｂが負荷電流０．６００Ａの３０Ｗの円形型放電灯（型名：ＦＣＬ３０）の場合で、放電灯９ａがエミレス状態、放電灯９ｂが正常状態の場合でもカップリングコンデンサ７ａに流れる電流は放電灯９ｂの影響を受けないので、検出用コンデンサ２２には正または負の電圧が発生し、電圧比較回路２３は放電灯９ａ、９ｂのいずれかが寿命末期であると識別することができる。

したがって、負荷電流が大きく異なる放電灯９ａ、９ｂを放電灯点灯装置に接続しても、インバータ回路６の発振動作を停止できる。

なお、本実施の形態において、放電灯９ａ、９ｂがエミレス状態となったとき、インバータ回路６の発振動作を停止する場合を説明したが、インバータ回路６の発振周波数を高くして、チョークコイル８ａ、８ｂのインピーダンスを高くするなど、放電灯負荷回路Ｌ１００ａ、Ｌ１００ｂに流れる電流を抑制して、インバータ回路６のストレスを低減するようにしてもよい。

また、本実施の形態において、発振制御回路５が他励式発振制御回路の場合について説明したが、インバータ回路６の出力を帰還してスイッチング素子２及び３を高周波で交互にオン・オフさせる自励式発振制御回路であってもよい。

また、本実施の形態において、電圧比較回路２３で比較する正常状態の電圧が０Ｖの場合を説明したが、スイッチング素子２のオンデューティとオフデューティの比率を約６０：４０（このときスイッチング素子３のオンデューティとオフデューティの比率を約４０：６０）などにして、放電灯９ａ、９ｂの放電が正常のときに発生する検出用コンデンサ２２の電圧（Ｃ点）を０Ｖ以外にしてもよく、この場合、正常時に発生する検出用コンデンサ２２の電圧（Ｃ点）に応じて、電圧比較回路２３で比較する正常状態の電圧を適宜設定すればよい。

また、本実施の形態において、スイッチング素子２、３に並列接続する放電灯負荷回路Ｌ１００ａ、Ｌ１００ｂが２回路の場合を説明したが、放電灯負荷回路が３回路以上であってもよい。

以上のように、本実施の形態によれば、複雑で高価なウインド型の電圧比較回路が複数の放電灯負荷回路に対して１つで共用できるので、安価な放電灯点灯装置を提供できる効果がある。

また、負荷電流を大きな放電灯と小さな放電灯を１つのインバータ回路に複数接続した場合でも、正常放電と半波整流放電の状態を確実に識別検出できる放電灯点灯装置を提供できる効果がある。

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を示す放電灯が正常のときの電圧波形である。 実施の形態１を示す放電灯が寿命末期のときの電圧波形である。 実施の形態１を示す放電灯が寿命末期のときの電圧波形である。

符号の説明

１ 直流電源、２、３ スイッチング素子、４ スイッチング回路、５ 発振制御回路、６ インバータ回路、７ａ、７ｂ カップリングコンデンサ、８ａ、８ｂ チョークコイル、９ａ、９ｂ 放電灯、１０ａ、１０ｂ 始動用コンデンサ、２１ａ、２１ｂ 抵抗、２２ 検出用コンデンサ、２３ 電圧比較回路、Ｌ１００ａ、Ｌ１００ｂ 放電灯負荷回路、Ｖｃｃ１ 発振制御回路駆動電源、Ｖｃｃ２ 電圧比較回路駆動電源。

Claims (3)

1. 複数の放電灯が接続される放電灯点灯装置において、
   直流電源と、
   この直流電源に接続され、直列接続される第１及び第２のスイッチング素子を有するスイッチング回路、
   このスイッチング回路に接続され、前記第１及び第２のスイッチング素子を交互にオン／オフさせる発振制御回路、
   を有するインバータ回路と、
   直列接続されるカップリングコンデンサ及びチョークコイルの一方側が前記インバータ回路に接続されるとともに、他方側に点灯に供される前記放電灯が接続され、この放電灯に並列に接続される始動用コンデンサを有する複数の放電灯負荷回路と、
   この複数の放電灯負荷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との接続点にそれぞれ抵抗の一方側が接続され、この抵抗の他方側がワイヤード接続されるとともに検出用コンデンサの一方側に接続され、この検出用コンデンサの他端側は前記直流電源の負極側に接続されて、この検出用コンデンサの両端電圧の絶対値が予め設定される所定値以上となるときに、前記発振制御回路に制御信号を出力する電圧検出回路と、
   を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記電圧検出回路は、前記発振制御回路に発振を停止する制御信号を出力して前記第１及び第２のスイッチング素子のオン／オフ動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。
3. 前記電圧検出回路は、前記発振制御回路に発振周波数を変更する制御信号を出力して、前記第１及び第２のスイッチング素子のオン／オフ動作周波数を変更して、前記放電灯負荷回路の電力を低減することを特徴とする請求項１に記載の放電灯点灯装置。

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