JP2009123409A - High-pressure discharge lamp lighting device, and illumination device using this - Google Patents

High-pressure discharge lamp lighting device, and illumination device using this Download PDF

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貞行 松本
Takayoshi Nagai
孝佳 永井
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喜久夫 泉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a high voltage discharge lamp lighting device capable of realizing cost reduction using a commercial alternate current power supply and standardization of equipment specifications since noise regulation is not exceeded by evading occurrence of an acoustic resonance phenomenon by using characteristics of a high voltage discharge lamp having downsizing, high brightness, and high efficiency. <P>SOLUTION: This is equipped with a converter 1 to convert an alternate current voltage of the commercial alternate current power supply 10 into a fixed direct current voltage, a half bridge inverter 2 to convert its direct current voltage into the alternate current voltage of variable frequencies, and a resonance circuit 3 including the high voltage discharge lamp 4. Output frequency is set between the lower limit value of the frequency in which the acoustic resonance phenomenon does not occur, and the higher limit value of the frequency in which the noise regulation caused by an electric current flow-out into the commercial alternate current power supply 10 does not exist, and duty ratio is controlled within a prescribed range so that harmonic components of an output of the half bridge inverter 2 do not exceed the noise regulation. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、例えば、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプなどの高圧放電ランプの点灯装置およびそれを用いた照明装置に関するものである。   The present invention relates to a lighting device for a high-pressure discharge lamp such as a metal halide lamp or a high-pressure mercury lamp, and an illumination device using the same.

高圧放電ランプは、小型、高輝度、高効率な照明用光源であるが、この高圧放電ランプを数10kHzの周波数の正弦波電圧で点灯するとよく知られた音響的共鳴現象が発生するため、アークの湾曲、回転、揺らぎを生じて光のチラツキが発生し、ときにはランプが破損することもある。このため一般的に高圧放電ランプは数百Hz程度の矩形波電圧を印加して点灯している。このような低周波の矩形波電圧を印加する必要があるため、高圧放電ランプを駆動する点灯装置を小型、低コストで実現することが困難である。   A high-pressure discharge lamp is a light source for illumination that is small, high-intensity, and high-efficiency. However, since a well-known acoustic resonance phenomenon occurs when this high-pressure discharge lamp is lit with a sinusoidal voltage having a frequency of several tens of kHz, This causes bending, rotation, and fluctuations, resulting in flickering of the light, and sometimes the lamp is damaged. For this reason, generally, a high-pressure discharge lamp is lit by applying a rectangular wave voltage of about several hundred Hz. Since it is necessary to apply such a low-frequency rectangular wave voltage, it is difficult to realize a lighting device that drives a high-pressure discharge lamp in a small size and at low cost.

しかるに、この音響的共鳴現象は、数百kHzといった高周波の正弦波電圧で点灯すると発生しないことが知られている。例えば、特許文献1には、ハーフブリッジインバータの交流出力端に、高圧放電ランプとインダクタとコンデンサとからなる共振回路を接続し、ハーフブリッジインバータから500kHz程度の高周波電圧を出力して高圧放電ランプを点灯させる装置が紹介されている。   However, it is known that this acoustic resonance phenomenon does not occur when lighting is performed with a high-frequency sine wave voltage of several hundred kHz. For example, in Patent Document 1, a high-pressure discharge lamp is connected by connecting a resonance circuit including a high-pressure discharge lamp, an inductor, and a capacitor to an AC output terminal of a half-bridge inverter, and a high-frequency voltage of about 500 kHz is output from the half-bridge inverter. A lighting device is introduced.

特表2004−538612号公報JP-T-2004-538612

以上のように、高圧放電ランプ点灯装置を、低周波でなく数百kHz程度の高周波電圧で駆動することにより、音響的共鳴現象の発生を回避するとともに点灯装置の小型化が可能となり、高圧放電ランプの持つ本来の小型、高輝度、高効率という特長を合わせ活かすことで、商業施設や大型施設などの照明装置への広範囲な適用が期待される。
そして、このような汎用性を追求すると、コンセントから簡単に電力が得られる商用交流電源を使用することがコスト的にも望ましい。また、ハーフブリッジインバータは、その入力側の直流電圧がそのまま出力側の、高圧放電ランプとインダクタとコンデンサとからなる共振回路に印加されるので、機器仕様の画一化を考慮すると、インバータの入力電圧は一定の直流電圧に設定することがコスト的にも望ましい。
As described above, by driving the high pressure discharge lamp lighting device with a high frequency voltage of about several hundred kHz instead of a low frequency, it is possible to avoid the occurrence of an acoustic resonance phenomenon and to reduce the size of the lighting device. By combining the original features of the lamp, such as small size, high brightness, and high efficiency, it is expected to be widely applied to lighting equipment such as commercial facilities and large facilities.
In pursuit of such versatility, it is desirable in terms of cost to use a commercial AC power source that can easily obtain power from an outlet. In addition, since the DC voltage on the input side of the half-bridge inverter is applied as it is to the resonant circuit consisting of the high-pressure discharge lamp, inductor, and capacitor on the output side, the input of the inverter is taken into consideration when standardizing the equipment specifications. It is desirable in terms of cost to set the voltage to a constant DC voltage.

しかるに、電源として商用交流電源を使用し、かつ、インバータの入力直流電圧を一定値に設定した場合、以下のような課題が生じる。
即ち、インバータは、一般にそのスイッチング素子のオンオフ動作に由来して歪み波電流の発生源となる。従って、この歪み波電流が、点灯装置と接続された商用交流電源に流出することになる。この場合、その歪み波電流の周波数に相当する、インバータの出力周波数が比較的低い場合はほとんど問題にならないが、この種装置では、上述した通り、音響的共鳴現象の発生を回避するためかなり高い周波数とする必要があり、流出する電流が、当該商用交流電源の系統で設定されたノイズ規制のレベルを越える可能性がある。
However, when a commercial AC power source is used as a power source and the input DC voltage of the inverter is set to a constant value, the following problems occur.
That is, the inverter generally becomes a source of distortion wave current due to the on / off operation of the switching element. Therefore, this distorted wave current flows out to the commercial AC power source connected to the lighting device. In this case, there is almost no problem when the output frequency of the inverter corresponding to the frequency of the distorted wave current is relatively low, but in this type of device, as described above, it is considerably high in order to avoid the occurrence of the acoustic resonance phenomenon. It is necessary to set the frequency, and the flowing out current may exceed the noise regulation level set in the commercial AC power supply system.

ノイズ規制として、例えば、日本国内では電気用品安全法、国際的にはCISPR15「電気照明及び類似機器の無線妨害波特性の許容値及び測定法」による規格が存在する。電気用品安全法では、526.5kHz以上の雑音端子電圧が規格化されており、CISPR15では、特に、500kHz以上で低いレベルが規格化されている。従って、高圧放電ランプ点灯装置はこれらの規格を満足する必要がある。点灯周波数を500kHz以下とするのか、526.5kHz以下とするのかは、高圧放電ランプ点灯装置が使用される地域に合致した規格によるものとなる。   As noise regulations, for example, there are standards in Japan based on the Electrical Appliance and Material Safety Law, and internationally, CISPR15 “Permissible Values and Measurement Methods for Radio Interference Characteristics of Electric Lighting and Similar Devices”. In the Electrical Appliance and Material Safety Law, a noise terminal voltage of 526.5 kHz or higher is standardized, and in CISPR15, a low level is standardized particularly at 500 kHz or higher. Therefore, the high-pressure discharge lamp lighting device needs to satisfy these standards. Whether the lighting frequency is 500 kHz or less or 526.5 kHz or less is based on a standard that matches the region where the high-pressure discharge lamp lighting device is used.

更に、高圧放電ランプが点灯動作に入ると、運転状況に応じてインバータが高圧放電ランプへの供給電力を制御することになる。しかるに、インバータの入力直流電圧は一定値に設定されているので、その出力電圧実効値の調整は、スイッチング素子のオンオフに基づく、いわゆるデューティ比(Duty比)を制御することにより行うことになる。この場合、そのDuty比の値によっては新たな高調波、即ち、インバータの出力周波数を基本波としたその整数倍の周波数の高調波が発生し、たとえ、インバータの出力基本周波数を上述のノイズ規制に係わらない周波数に設定していても上記高調波成分のためにノイズ規制のレベルを越える可能性がある。   Further, when the high-pressure discharge lamp enters the lighting operation, the inverter controls the power supplied to the high-pressure discharge lamp according to the operating condition. However, since the input DC voltage of the inverter is set to a constant value, the effective value of the output voltage is adjusted by controlling a so-called duty ratio (Duty ratio) based on on / off of the switching element. In this case, depending on the value of the duty ratio, a new harmonic, that is, a harmonic having a frequency that is an integral multiple of the output frequency of the inverter, is generated. Even if it is set to a frequency that is not related to the above, there is a possibility that the noise regulation level is exceeded due to the harmonic component.

本願発明者等は、音響的共鳴現象の発生を回避し比較的高い周波数で駆動する高圧放電ランプ点灯装置に関して商業施設や大型施設などの照明装置への広範囲な適用を意図した場合、上述した、ノイズ規制に係る特有の課題が存在することを新たに見出したが、従来のこの種高圧放電ランプ点灯装置は、いずれもこれらの課題を解決しうるものでないことも判明した。   The inventors of the present application described above in the case where wide application to lighting devices such as commercial facilities and large facilities is intended for high-pressure discharge lamp lighting devices that avoid the occurrence of an acoustic resonance phenomenon and are driven at a relatively high frequency, as described above. It has been newly found that there are problems specific to noise regulation, but it has also been found that none of the conventional high-pressure discharge lamp lighting devices can solve these problems.

この発明は、以上のような従来未解決な課題を解決したもので、小型、高輝度、高効率という高圧放電ランプの特長を活かし、音響的共鳴現象の発生を回避できるとともに、ノイズ規制を越えることなく、商用交流電源の使用と機器仕様の画一化でその点灯装置のコスト低減を実現することが出来る高圧放電ランプ点灯装置を得ることを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned problems that have not been solved so far, and can take advantage of the features of high-pressure discharge lamps such as small size, high brightness, and high efficiency to avoid the occurrence of acoustic resonance and to exceed noise regulations. An object of the present invention is to obtain a high-pressure discharge lamp lighting device that can realize a reduction in the cost of the lighting device by using a commercial AC power source and standardizing the equipment specifications.

この発明に係る高圧放電ランプ点灯装置は、商用交流電源に接続され商用交流電源の交流電圧を所定の一定直流電圧に変換するコンバータ、スイッチング素子からなりコンバータの直流電圧を可変周波数の交流電圧に変換するハーフブリッジインバータ、このハーフブリッジインバータの交流出力端に接続され高圧放電ランプとで所定の周波数で共振する共振回路を構成するインダクタとコンデンサ、およびハーフブリッジインバータのスイッチング素子をオンオフ制御することにより共振回路内の高圧放電ランプに高電圧を印加して放電を開始させるとともに放電時の高圧放電ランプの電力を所定値に保つようハーフブリッジインバータのデューティ比を制御する制御回路を備えた高圧放電ランプ点灯装置において、
高圧放電ランプに音響的共鳴現象が発生しない周波数の下限値を第1の周波数とし、商用交流電源への電流流出によるノイズ規制が存在しない周波数の上限値を第2の周波数としたとき、
制御回路は、ハーフブリッジインバータの出力周波数を、第1の周波数と第2の周波数との間で設定するとともに、ハーフブリッジインバータの出力の高調波成分がノイズ規制を越えないようハーフブリッジインバータのデューティ比を所定の範囲内で制御するようにしたものである。
The high-pressure discharge lamp lighting device according to the present invention comprises a converter connected to a commercial AC power source and converts the AC voltage of the commercial AC power source into a predetermined constant DC voltage, and converts the DC voltage of the converter into an AC voltage of variable frequency. The half-bridge inverter is connected to the AC output terminal of this half-bridge inverter, and the high-pressure discharge lamp resonates at a predetermined frequency. The inductor and capacitor and the switching element of the half-bridge inverter resonate. High-voltage discharge lamp lighting with a control circuit that controls the duty ratio of the half-bridge inverter so that the high-voltage discharge lamp in the circuit is applied with a high voltage to start discharge and the power of the high-pressure discharge lamp during discharge is maintained at a predetermined value. In the device
When the lower limit value of the frequency at which the acoustic resonance phenomenon does not occur in the high pressure discharge lamp is the first frequency, and the upper limit value of the frequency at which noise regulation due to current outflow to the commercial AC power supply does not exist, the second frequency,
The control circuit sets the output frequency of the half bridge inverter between the first frequency and the second frequency, and the duty of the half bridge inverter so that the harmonic component of the output of the half bridge inverter does not exceed the noise regulation. The ratio is controlled within a predetermined range.

また、この発明に係る照明装置は、以上の高圧放電ランプ点灯装置およびこの高圧放電ランプ点灯装置により点灯される高圧放電ランプを備えたものである。   An illumination device according to the present invention includes the above-described high-pressure discharge lamp lighting device and the high-pressure discharge lamp that is turned on by the high-pressure discharge lamp lighting device.

以上のように、この発明に係る高圧放電ランプ点灯装置の制御回路は、ハーフブリッジインバータの出力周波数を、高圧放電ランプに音響的共鳴現象が発生しない周波数の下限値である第1の周波数と、商用交流電源への電流流出によるノイズ規制が存在しない周波数の上限値である第2の周波数との間で設定するので、音響的共鳴現象が発生しないことは勿論、ハーフブリッジインバータから商用交流電源に流出した電流の基本波成分がノイズ規制に関係することはない。更に、ハーフブリッジインバータのデューティ比を所定の範囲内で制御するようにしたので、上記流出電流の高調波成分もノイズ規制を越えることはない。
従って、小型、高輝度、高効率という高圧放電ランプの特長を活かし、商用交流電源の使用と機器仕様の画一化で点灯装置のコスト低減を実現でき、商業施設や大型施設などの照明装置への広範囲な適用が容易となる。
As described above, the control circuit of the high pressure discharge lamp lighting device according to the present invention uses the first frequency which is the lower limit value of the frequency at which the acoustic resonance phenomenon does not occur in the high pressure discharge lamp, as the output frequency of the half bridge inverter, Since it is set between the second frequency, which is the upper limit of the frequency at which noise regulation due to current outflow to the commercial AC power supply does not exist, the acoustic resonance phenomenon does not occur, of course, from the half-bridge inverter to the commercial AC power supply. The fundamental wave component of the outflowed current is not related to noise regulation. Furthermore, since the duty ratio of the half-bridge inverter is controlled within a predetermined range, the harmonic component of the outflow current does not exceed the noise regulation.
Therefore, taking advantage of the features of high-pressure discharge lamps such as small size, high brightness, and high efficiency, it is possible to reduce the cost of lighting devices by using a commercial AC power source and standardizing equipment specifications. Can be easily applied in a wide range.

実施の形態1.
図1は、本願発明の実施の形態1による高圧放電ランプ点灯装置の回路構成を示す図である。コンバータ1は、商用交流電源10からの交流電圧を一定直流電圧に変換する。この一定直流電圧は、MOS−FETなどのスイッチング素子2個からなるハーフブリッジインバータ2に供給され、可変周波数の交流電圧に変換される。ハーフブリッジインバータ2の交流出力端には、高圧放電ランプ4、インダクタL1、第1のコンデンサC1および第2のコンデンサC2からなる共振回路3が接続される。共振回路3は、ハーフブリッジインバータ2の交流出力端に、インダクタL1と第2のコンデンサC2とを直列に接続し、更に、第2のコンデンサC2の端子間に第1のコンデンサC1と高圧放電ランプ4とを直列に接続して構成されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a high-pressure discharge lamp lighting device according to Embodiment 1 of the present invention. Converter 1 converts the AC voltage from commercial AC power supply 10 into a constant DC voltage. This constant DC voltage is supplied to a half-bridge inverter 2 composed of two switching elements such as MOS-FETs, and is converted into a variable frequency AC voltage. A resonance circuit 3 including a high-pressure discharge lamp 4, an inductor L1, a first capacitor C1, and a second capacitor C2 is connected to the AC output terminal of the half-bridge inverter 2. In the resonance circuit 3, an inductor L1 and a second capacitor C2 are connected in series to the AC output terminal of the half-bridge inverter 2, and the first capacitor C1 and the high-pressure discharge lamp are connected between the terminals of the second capacitor C2. 4 are connected in series.

また、コンバータ1は、商用交流電源10からの交流電圧を整流して直流電圧に変換するAC/DCコンバータ5と、AC/DCコンバータ5からの出力電圧を昇圧して所定の一定直流電圧に変換する昇圧チョッパ6と、この昇圧チョッパ6の出力端に接続された平滑用コンデンサC3と、高圧放電ランプ点灯装置で発生したノイズをカットするためのフィルタ7とにより構成される。
コンバータ1は、世界中の互いに電圧が異なる複数種別の商用交流電源で共通に用いることができるようにするため電源電圧フリーの設計に基づくものであり、100〜240V±20%(80V〜288V)の商用交流電圧の入力に対して、所定の一定直流電圧、例えば、415Vを出力する。直流電圧の電圧値は、最高値となる240V+20%、すなわち288Vの正弦波電圧の波高値が407Vとなるため、これ以上の電圧値として例えば、415Vに設定される。
The converter 1 also rectifies the AC voltage from the commercial AC power supply 10 and converts it to a DC voltage, and boosts the output voltage from the AC / DC converter 5 to convert it to a predetermined constant DC voltage. And a smoothing capacitor C3 connected to the output terminal of the boost chopper 6, and a filter 7 for cutting noise generated in the high pressure discharge lamp lighting device.
The converter 1 is based on a power supply voltage-free design so that it can be commonly used in a plurality of types of commercial AC power supplies having different voltages around the world, and is 100 to 240 V ± 20% (80 V to 288 V). A predetermined constant DC voltage, for example, 415 V is output in response to the commercial AC voltage input. The voltage value of the DC voltage is 240V + 20%, which is the maximum value, that is, the peak value of the 288V sine wave voltage is 407V, so that the voltage value is set to 415V, for example.

ハーフブリッジインバータ2の入力直流電圧が、使用され得る複数種別の商用交流電源10の内、最高の電圧値に基づき415Vと設定され、比較的高い値になるが、汎用の高圧放電ランプ4を使用するのに特に支障はなく、一般的に昇降圧チョッパより安価となる昇圧チョッパ6で実現できるという利点がある。また、商用交流電源10の種別に拘わらず一定値の直流電圧に設定することで、その電圧が印加される、共振回路3の構成部品の耐電圧仕様が画一化できコスト的にも有利となる。   The input DC voltage of the half-bridge inverter 2 is set to 415 V based on the highest voltage value among a plurality of types of commercial AC power supplies 10 that can be used, and becomes a relatively high value, but a general-purpose high-pressure discharge lamp 4 is used. There is no particular obstacle to this, and there is an advantage that it can be realized by the boost chopper 6 which is generally less expensive than the step-up / step-down chopper. Further, by setting the DC voltage to a constant value regardless of the type of the commercial AC power supply 10, the withstand voltage specifications of the components of the resonance circuit 3 to which the voltage is applied can be made uniform, which is advantageous in terms of cost. Become.

ハーフブリッジインバータ2の2個のスイッチング素子は、ドライバ回路8からの電圧または電流によってオンオフ制御される。2個のスイッチング素子が交互にオン、オフされることにより矩形波電圧がハーフブリッジインバータ2の出力端から出力される。ドライバ回路8は、制御回路9に接続され、制御回路9の信号に基づきスイッチング素子を制御するための電圧または電流が出力される。   The two switching elements of the half-bridge inverter 2 are on / off controlled by the voltage or current from the driver circuit 8. A rectangular wave voltage is output from the output terminal of the half-bridge inverter 2 by alternately turning on and off the two switching elements. The driver circuit 8 is connected to the control circuit 9 and outputs a voltage or current for controlling the switching element based on a signal from the control circuit 9.

高圧放電ランプ4の高圧側にはランプ電圧を検出するためのコンデンサC4が接続され、低圧側にはランプ電流を検出するためのカレントトランスCTが接続されている。コンデンサC4は、静電容量がコンデンサC1やC2に比べて十分小さくインピーダンスが大きいため、高圧放電ランプ4を点灯する動作上は実質的に無視できる。また、カレントトランスCTは、インダクタンスが十分小さくインピーダンスも小さいため、高圧放電ランプ4を点灯する動作上は実質的に無視できる。カレントトランスCTの2次側巻線には抵抗Rが接続され、検出したランプ電流の大きさを電圧に変換する。コンデンサC4およびカレントトランスCTで検出されたランプ電圧やランプ電流の情報は制御回路9に送られ、これを基に制御回路9がハーフブリッジインバータ2の動作を制御する。   A capacitor C4 for detecting the lamp voltage is connected to the high voltage side of the high pressure discharge lamp 4, and a current transformer CT for detecting the lamp current is connected to the low voltage side. The capacitor C4 has a sufficiently small capacitance and a large impedance compared to the capacitors C1 and C2, and therefore can be substantially ignored in the operation of lighting the high-pressure discharge lamp 4. In addition, since the current transformer CT has a sufficiently small inductance and a small impedance, it can be substantially ignored in the operation of lighting the high-pressure discharge lamp 4. A resistor R is connected to the secondary winding of the current transformer CT, and the detected magnitude of the lamp current is converted into a voltage. Information on the lamp voltage and lamp current detected by the capacitor C4 and the current transformer CT is sent to the control circuit 9, and the control circuit 9 controls the operation of the half-bridge inverter 2 based on this information.

次に、本願発明の高圧放電ランプ点灯装置の動作について説明する。好適な例として、各回路素子の具体的な特性値とともに示す。インダクタL1は、フェライトコアを用いて作製したインダクタンス60μHのインダクタ、第1のコンデンサC1は、直流耐電圧630Vで静電容量2200pFのチップ積層セラミックコンデンサ、第2のコンデンサC2は、直流耐電圧10kVの高電圧セラミックコンデンサ1000pFを2個並列に用いて2000pFとした。高圧放電ランプの点灯前の共振周波数f1は、   Next, the operation of the high pressure discharge lamp lighting device of the present invention will be described. As a suitable example, it shows with the specific characteristic value of each circuit element. The inductor L1 is an inductor having an inductance of 60 μH manufactured using a ferrite core, the first capacitor C1 is a chip multilayer ceramic capacitor having a DC withstand voltage of 630 V and a capacitance of 2200 pF, and the second capacitor C2 has a DC withstand voltage of 10 kV. Two high voltage ceramic capacitors 1000 pF were used in parallel to make 2000 pF. The resonance frequency f1 before the high pressure discharge lamp is turned on is

Figure 2009123409
Figure 2009123409

で表されるから、f1=約459kHzとなる。
高圧放電ランプ点灯装置に商用交流電源10から交流電圧が入力されると、コンバータ1によりハーフブリッジインバータ2には415Vの直流電圧が印加される。また、図示していないが同時に商用交流電圧から5Vや15Vなどの制御用直流電圧が作成され、制御回路9やドライバ回路8に必要な電力が供給される。
Therefore, f1 = about 459 kHz.
When an AC voltage is input from the commercial AC power supply 10 to the high-pressure discharge lamp lighting device, a DC voltage of 415 V is applied to the half-bridge inverter 2 by the converter 1. Although not shown, a control DC voltage such as 5 V or 15 V is simultaneously generated from the commercial AC voltage, and necessary power is supplied to the control circuit 9 and the driver circuit 8.

制御回路9は、電力が供給されると動作を開始し、高圧放電ランプ4を始動するシーケンスを行う。即ち、点灯前の共振周波数よりやや高い周波数の矩形波をハーフブリッジインバータ2から出力するようにドライバ回路8に信号を送り、ドライバ回路8がハーフブリッジインバータ2を駆動する。このとき、ハーフブリッジインバータ2から出力される矩形波電圧の最大値は、コンバータ1の出力と同じ415Vである。また、矩形波電圧のDuty比はほぼ50%である方が望ましい。なお、制御回路9で制御するDuty比については後段で詳述する。   The control circuit 9 starts operation when electric power is supplied, and performs a sequence for starting the high-pressure discharge lamp 4. That is, a signal is sent to the driver circuit 8 so that a rectangular wave having a frequency slightly higher than the resonance frequency before lighting is output from the half-bridge inverter 2, and the driver circuit 8 drives the half-bridge inverter 2. At this time, the maximum value of the rectangular wave voltage output from the half-bridge inverter 2 is 415 V, which is the same as the output of the converter 1. Further, it is desirable that the duty ratio of the rectangular wave voltage is approximately 50%. The duty ratio controlled by the control circuit 9 will be described in detail later.

インダクタL1および第2のコンデンサC2には正弦波状の電流が流れ、第2のコンデンサC2の両端には正弦波状の電圧が印加される。この電圧は、第1のコンデンサC1と高圧放電ランプ4にも印加されるが、消灯時(点灯前)の高圧放電ランプ4のインピーダンスは十分大きく、静電容量も第1のコンデンサC1よりはるかに小さいので、第2のコンデンサC2の両端に発生した電圧とほぼ同じ大きさの電圧が高圧放電ランプ4に印加される。ハーフブリッジインバータ2の出力矩形波電圧の周波数は、500kHzから、495kHz,490kHz、485kHz,480kHzというように徐々に低下させてスイープしていく。但し、周波数をスイープする下限は点灯前の共振周波数f1であり、共振周波数f1より少し高い周波数でスイープを停止するのが望ましい。なお、周波数のスイープは連続的に周波数を変化させても良いし、上述の例のように離散的に変化させてもよい。   A sinusoidal current flows through the inductor L1 and the second capacitor C2, and a sinusoidal voltage is applied to both ends of the second capacitor C2. This voltage is also applied to the first capacitor C1 and the high-pressure discharge lamp 4, but the impedance of the high-pressure discharge lamp 4 at the time of extinction (before lighting) is sufficiently large, and the capacitance is much higher than that of the first capacitor C1. Since the voltage is small, a voltage substantially the same as the voltage generated at both ends of the second capacitor C2 is applied to the high-pressure discharge lamp 4. The frequency of the output rectangular wave voltage of the half-bridge inverter 2 is swept gradually from 500 kHz to 495 kHz, 490 kHz, 485 kHz, 480 kHz. However, the lower limit for sweeping the frequency is the resonance frequency f1 before lighting, and it is desirable to stop the sweep at a frequency slightly higher than the resonance frequency f1. Note that the frequency sweep may be performed by continuously changing the frequency, or may be performed discretely as in the above example.

ここで、ハーフブリッジインバータ2の出力周波数を共振周波数f1より高い周波数の範囲に設定する理由は、スイッチング素子に流れる電流が遅相位相となりスイッチング素子が破壊されないようにするためである。   Here, the reason why the output frequency of the half-bridge inverter 2 is set to a frequency range higher than the resonance frequency f1 is to prevent the current flowing in the switching element from being in a slow phase and destroying the switching element.

出力周波数のスイープにより点灯前の共振周波数f1に近づくにつれて、第2のコンデンサC2の両端には高電圧が発生する。この高電圧とほぼ同じ大きさの電圧が高圧放電ランプ4に印加され、その電圧が高圧放電ランプ4の放電開始電圧以上の電圧となると、高圧放電ランプ4は放電を開始し点灯する。高圧放電ランプの放電開始電圧は1〜3kV程度であり、このような高い電圧が第2のコンデンサC2の両端に発生し、高圧放電ランプ4に印加される。
このように、第2のコンデンサC2には高電圧が印加されるため、高耐電圧のものが必要になるが、一般にセラミックコンデンサの交流耐電圧は高周波になるほど低くなり、500kHz程度の周波数では直流耐電圧の半分以下になる。この原因は、コンデンサの有する誘電正接や浮遊性の抵抗性分や誘導成分によるものと考えられ、コンデンサ素子の構造に起因するところが大きい。また、高周波における耐電圧の低下は静電容量が大きくなるほど顕著になる。これもやはりコンデンサ素子の形状に起因するものと考えられる。
一方、第1のコンデンサC1には電圧はほとんど印加されないので、第1のコンデンサC1には、基板の表面実装に形成するタイプであって、端子間の耐電圧特性では劣るが小形となるチップコンデンサを使用することが出来る。
As the output frequency sweeps toward the resonance frequency f1 before lighting, a high voltage is generated across the second capacitor C2. When a voltage substantially equal to the high voltage is applied to the high-pressure discharge lamp 4 and the voltage becomes equal to or higher than the discharge start voltage of the high-pressure discharge lamp 4, the high-pressure discharge lamp 4 starts to discharge and lights up. The discharge start voltage of the high pressure discharge lamp is about 1 to 3 kV, and such a high voltage is generated at both ends of the second capacitor C <b> 2 and applied to the high pressure discharge lamp 4.
As described above, since a high voltage is applied to the second capacitor C2, a capacitor having a high withstand voltage is required. In general, the AC withstand voltage of a ceramic capacitor becomes lower as the frequency becomes higher. Less than half of the withstand voltage. The cause of this is thought to be due to the dielectric loss tangent of the capacitor, the floating resistive component, and the inductive component, and is largely due to the structure of the capacitor element. In addition, a decrease in withstand voltage at high frequencies becomes more significant as the capacitance increases. This is also considered to be caused by the shape of the capacitor element.
On the other hand, since almost no voltage is applied to the first capacitor C1, the first capacitor C1 is a type that is formed on the surface of the substrate, and is a small chip capacitor that is inferior in withstand voltage characteristics between terminals. Can be used.

以上の理由により、この実施の形態1では、高い電圧が印加されない第1のコンデンサC1には、端子間の耐電圧は低いが小形で大容量のチップ積層セラミックコンデンサを採用し、高い電圧が印加される第2のコンデンサC2には、高電圧セラミックコンデンサを2個並列に接続して用い、コンデンサ1個当りの容量を低減して耐電圧特性を確保するようにしている。
以上の構成により、装置の回路基板の大きさを大きくすることなく十分な耐電圧特性が得られる。
For the above reasons, in the first embodiment, the first capacitor C1 to which a high voltage is not applied is a small and large-capacity chip multilayer ceramic capacitor that has a low withstand voltage between terminals, and a high voltage is applied. As the second capacitor C2, two high-voltage ceramic capacitors are used in parallel, and the withstand voltage characteristics are secured by reducing the capacitance per capacitor.
With the above configuration, sufficient withstand voltage characteristics can be obtained without increasing the size of the circuit board of the apparatus.

さて、高圧放電ランプ4が放電を開始し点灯すると、第1のコンデンサC1にも電流が流れる。このときの回路の共振周波数f2は厳密ではないが、大よそ   When the high-pressure discharge lamp 4 starts to discharge and lights up, a current also flows through the first capacitor C1. The resonant frequency f2 of the circuit at this time is not strict, but roughly

Figure 2009123409
Figure 2009123409

で表される。上述の好適な条件のときは、f2=約317kHzとなる。
高圧放電ランプ4が点灯すると、高圧放電ランプ4を定格電力で点灯するために、制御回路9は電力制御を行う。高圧放電ランプ4の電力制御は、ハーフブリッジインバータ2から出力される矩形波電圧のDuty比を制御して行ってもよいし、周波数を制御して行ってもよい。当然のことながら周波数とDuty比の両方を制御して行ってもよい。
It is represented by Under the above-mentioned preferable conditions, f2 = about 317 kHz.
When the high-pressure discharge lamp 4 is lit, the control circuit 9 performs power control in order to light the high-pressure discharge lamp 4 with rated power. The power control of the high-pressure discharge lamp 4 may be performed by controlling the duty ratio of the rectangular wave voltage output from the half-bridge inverter 2 or by controlling the frequency. Naturally, both the frequency and the duty ratio may be controlled.

ここで、ハーフブリッジインバータ2から出力される電圧の周波数は、以下の範囲内で設定する。即ち、先ず、高圧放電ランプ4が音響的共鳴現象で破壊される等の支障が生じないよう、その音響的共鳴現象が発生しない周波数の下限値(第1の周波数)以上とする必要がある。なお、後段でも例示するように、この下限値は、高圧放電ランプ4の種別や容量によって異なるものである。
そして、この点灯装置が商用交流電源10に接続されていることから考慮が必要となるノイズ規制の観点から、このノイズ規制が存在しない周波数の上限値(第2の周波数)、例えば、既述した、526.5または500kHz以下に、出力周波数を設定する。なお、図1には、点灯装置から商用交流電源10に流出するノイズを抑制するためのフィルタ7が設けられているが、コストや大きさの面から現実的にはそのノイズ抑制効果には限度があり、ノイズ発生源であるハーフブリッジインバータ2におけるノイズ発生量を管理する必要がある。
Here, the frequency of the voltage output from the half-bridge inverter 2 is set within the following range. That is, first, it is necessary to set the frequency higher than the lower limit value (first frequency) at which the acoustic resonance phenomenon does not occur so that the high-pressure discharge lamp 4 is not damaged by the acoustic resonance phenomenon. Note that, as will be exemplified later, this lower limit value varies depending on the type and capacity of the high-pressure discharge lamp 4.
Then, from the viewpoint of noise regulation that needs to be considered since this lighting device is connected to the commercial AC power supply 10, an upper limit value (second frequency) of the frequency at which this noise regulation does not exist, for example, as described above The output frequency is set to 526.5 or 500 kHz or less. In FIG. 1, a filter 7 for suppressing noise flowing from the lighting device to the commercial AC power supply 10 is provided. However, the noise suppression effect is practically limited in terms of cost and size. Therefore, it is necessary to manage the noise generation amount in the half-bridge inverter 2 that is a noise generation source.

上記の通り、高圧放電ランプ4の電力制御は、ハーフブリッジインバータ2から出力される矩形波電圧のDuty比または周波数、もしくはその両者を制御して行うことができるが、周波数には、既述した音響的共鳴現象とノイズ規制の面から所定の範囲に限定されるため、Duty比による制御も必要となる。この場合、制御されるDuty比の値によっては、高調波を発生し、ハーフブリッジインバータ2から出力される基本周波数はノイズ規制に係らない周波数以下に設定されていても、その高調波成分がノイズ規制のレベルを越える可能性がある。
そこで、以下、このDuty比を変化させたときの高調波の発生状況について説明する。
As described above, the power control of the high-pressure discharge lamp 4 can be performed by controlling the duty ratio and / or the frequency of the rectangular wave voltage output from the half-bridge inverter 2. Since it is limited to a predetermined range in terms of acoustic resonance phenomenon and noise regulation, control by the duty ratio is also required. In this case, depending on the value of the duty ratio to be controlled, harmonics are generated, and even if the fundamental frequency output from the half-bridge inverter 2 is set to a frequency that is not related to noise regulation, the harmonic component is noise. There is a possibility of exceeding the level of regulation.
Thus, hereinafter, the generation state of harmonics when the duty ratio is changed will be described.

図2は、ハーフブリッジインバータ2の出力電圧波形を完全な矩形波形とみなした時のDuty比を定義したものである。図3は、図2の矩形波形をフーリエ変換することで、Duty比と高調波成分との関係を示したものである。図から分かるように、高調波としては2次高調波が主要成分であるが、実際の回路では、共振回路3を構成するインダクタL1とコンデンサC1、C2がフィルタとして機能し、これらの高調波成分は、図3の計算値よりは小さい値になる。   FIG. 2 defines the duty ratio when the output voltage waveform of the half-bridge inverter 2 is regarded as a complete rectangular waveform. FIG. 3 shows the relationship between the duty ratio and the harmonic component by Fourier transforming the rectangular waveform of FIG. As can be seen from the figure, the second harmonic is the main component as the harmonic, but in the actual circuit, the inductor L1 and the capacitors C1 and C2 constituting the resonance circuit 3 function as a filter, and these harmonic components. Is smaller than the calculated value of FIG.

図4および図5は、それぞれハーフブリッジインバータ2の電圧、電流波形実測値および高圧放電ランプ点灯装置の雑音端子電圧測定結果の周波数スペクトルを示す。そして、いずれも、(a)Duty比が小さい場合、およびDuty比が大きいほぼ50%の場合についての測定結果である。Duty比が低下するにつれて高調波、特に2次高調波が増大する傾向にあることが分かる。
従って、たとえ、ハーフブリッジインバータ2の出力周波数(基本波周波数)を、音響的共鳴現象およびノイズ規制の制限から上述した第1の周波数と第2の周波数との間の周波数に設定しても、例えば、その2次高調波の周波数がノイズ規制が関係する帯域に該当し、そのときの高調波成分の大きさによってはノイズ規制値を越える可能性がある。この場合、図3、図5の特性を考慮して、制御するDuty比を、所定の値から50%までの範囲に制限することで、ノイズ規制を越えないようにすることが出来る。
FIG. 4 and FIG. 5 show the frequency spectrum of the voltage of the half-bridge inverter 2, the current waveform actual measurement value, and the noise terminal voltage measurement result of the high-pressure discharge lamp lighting device, respectively. All of these are measurement results for (a) when the duty ratio is small and when the duty ratio is large and is approximately 50%. It can be seen that the harmonics, particularly the second harmonics tend to increase as the duty ratio decreases.
Therefore, even if the output frequency (fundamental wave frequency) of the half-bridge inverter 2 is set to a frequency between the first frequency and the second frequency described above due to the acoustic resonance phenomenon and the restriction of noise regulation, For example, the frequency of the second harmonic corresponds to a band related to noise regulation, and may exceed the noise regulation value depending on the magnitude of the harmonic component at that time. In this case, in consideration of the characteristics shown in FIGS. 3 and 5, the duty ratio to be controlled is limited to a range from a predetermined value to 50%, so that noise regulation can be prevented.

次に、想定される容量の高圧放電ランプにつき発明者等が実際に測定した結果を基に、周波数の設定とDuty比の制御要領について説明する。
100Wの高圧放電ランプであれば、製造者や種類によっても多少の差があるが、約350kHzで音響的共鳴現象の消失が確認された。個体差や長時間点灯することによる高圧放電ランプの特性変化、環境変化などを考慮すると、100Wの高圧放電ランプでは、400kHz以上で点灯することが望ましく、また、ノイズ規制のことを考慮すると、500kHz以下で点灯することが望ましい。点灯周波数を450kHzとした場合、Duty比34%で高圧放電ランプの電力を100Wとすることができた。
また、Duty比を50%にすると、450kHzでは約130Wの電力が高圧放電ランプに入力された。なお、ここで述べた電力は、高圧放電ランプが点灯した後、十分安定したときの電力であり、始動直後から約3分間は高圧放電ランプ内部のガス圧が上昇している過程である。従って、強制的に定格電力に合わせようとすると過大な電流が流れて、高圧放電ランプ点灯装置の回路を破損する恐れがあるので、定格電流以上流れないように制御した。
Next, frequency setting and duty ratio control procedures will be described based on the results of actual measurement by the inventors of a high-pressure discharge lamp having an assumed capacity.
In the case of a 100 W high-pressure discharge lamp, the disappearance of the acoustic resonance phenomenon was confirmed at about 350 kHz, although there were some differences depending on the manufacturer and type. In consideration of individual differences, changes in characteristics of high-pressure discharge lamps due to long-time lighting, environmental changes, and the like, it is desirable for 100 W high-pressure discharge lamps to light at 400 kHz or higher, and in consideration of noise regulation, 500 kHz It is desirable to light up in the following. When the lighting frequency was 450 kHz, the power of the high-pressure discharge lamp could be 100 W with a duty ratio of 34%.
When the duty ratio was 50%, about 130 W of power was input to the high pressure discharge lamp at 450 kHz. The electric power described here is electric power when the high-pressure discharge lamp is sufficiently stabilized after lighting, and is a process in which the gas pressure inside the high-pressure discharge lamp is increased for about 3 minutes immediately after starting. Therefore, excessive current flows if the power is forced to match the rated power, and the circuit of the high pressure discharge lamp lighting device may be damaged.

一方、Duty比を50%に固定して周波数で電力を制御すると、470kHzのとき高圧放電ランプに100Wを入力することができた。このように、本願発明の高圧放電ランプ点灯装置であれば、点灯後の共振周波数を十分低くすることができるので、高圧放電ランプの電力を所望の周波数で点灯して、定格電力に制御しても高いDuty比を維持することができる。点灯時のDuty比が高いことは、このような高周波で点灯する高圧放電ランプ点灯装置では非常に重要である。即ち、Duty比を小さくしていくと、2次高調波成分が増加する。2次高調波成分の周波数は基本波の2倍であるから、基本波すなわちハーフブリッジインバータ2が出力する矩形波電圧の周波数が、例えば、250kHz〜526.5kHzであれば、2次高調波は500kHz〜1053kHzとなる。この周波数域は、電気用品安全法やCISPR15で低い雑音端子電圧が規格として要求されている周波数域である。従って、2次高調波成分が大きくなるような場合には、フィルタを高性能なものにしなければならず、高コストあるいは回路基板の大型化が避けられない。しかし、本願発明の高圧放電ランプ点灯装置では、Duty比を所定の高い範囲に設定するので、特別高性能なフィルタを用いなくても電気用品安全法やCISPR15のノイズ規制を満足することができた。   On the other hand, when the duty ratio was fixed to 50% and the power was controlled by the frequency, 100 W could be input to the high pressure discharge lamp at 470 kHz. In this way, with the high pressure discharge lamp lighting device of the present invention, the resonant frequency after lighting can be made sufficiently low, so the power of the high pressure discharge lamp is lit at a desired frequency and controlled to the rated power. Also, a high duty ratio can be maintained. A high duty ratio at the time of lighting is very important in a high-pressure discharge lamp lighting device that lights at such a high frequency. That is, as the duty ratio is decreased, the second harmonic component increases. Since the frequency of the secondary harmonic component is twice that of the fundamental wave, if the frequency of the fundamental wave, that is, the rectangular wave voltage output from the half-bridge inverter 2 is, for example, 250 kHz to 526.5 kHz, the secondary harmonic is 500 kHz to 1053 kHz. This frequency range is a frequency range where a low noise terminal voltage is required as a standard in the Electrical Appliance and Material Safety Law and CISPR15. Therefore, when the second-order harmonic component becomes large, the filter must be made to have a high performance, and it is inevitable that the cost is increased or the circuit board is enlarged. However, in the high-pressure discharge lamp lighting device of the present invention, the duty ratio is set to a predetermined high range, so that it was possible to satisfy the Electrical Appliance and Material Safety Law and CISPR15 noise regulations without using a special high-performance filter. .

以上では、高圧放電ランプの電力が100Wのときについて述べたが、高圧放電ランプの電力はこれに限るものではない。高圧放電ランプの定格電力が150Wのときは、約300kHz以上で音響的共鳴現象の消失が確認された。定格電力が200Wのときは、約250kHzで音響的共鳴現象の消失が確認された。定格電力が300Wのときは、約200kHzで音響的共鳴現象の消失が確認された。
しかし、高圧放電ランプを点灯する周波数が200kHzであれば、2次高調波が400kHzであるので、ノイズ規制が存在しない周波数の上限値(第2の周波数)が上述したように、500また526.5kHzとされる場合は、本発明に寄らなくてもよいが、定格電力が200Wのときに確認されたように音響的共鳴現象の消失が250kHz以上の場合は、その2次高調波が500kHz以上となるので、ノイズ規制を満足するために本発明は有効である。
In the above description, the power of the high pressure discharge lamp is 100 W, but the power of the high pressure discharge lamp is not limited to this. When the rated power of the high-pressure discharge lamp was 150 W, the disappearance of the acoustic resonance phenomenon was confirmed at about 300 kHz or more. When the rated power was 200 W, the disappearance of the acoustic resonance phenomenon was confirmed at about 250 kHz. When the rated power was 300 W, the disappearance of the acoustic resonance phenomenon was confirmed at about 200 kHz.
However, if the frequency at which the high-pressure discharge lamp is lit is 200 kHz, the second harmonic is 400 kHz, so that the upper limit value (second frequency) of the frequency where no noise restriction exists is 500 or 526. In the case of 5 kHz, the present invention does not have to be close to the present invention, but when the disappearance of the acoustic resonance phenomenon is 250 kHz or more as confirmed when the rated power is 200 W, the second harmonic is 500 kHz or more. Therefore, the present invention is effective to satisfy the noise regulation.

また、高圧放電ランプの定格電力が70Wのときは、約400kHzで音響的共鳴現象の消失が確認されたが、定格電力が30Wのときは、500kHzでも音響的共鳴現象の消失は確認されなかった。従って、ノイズ規制が存在しない周波数の上限値(第2の周波数)が500kHzとされる場合は、定格電力が70Wの高圧放電ランプでは本願発明は有効であるが、定格電力が30Wの高圧放電ランプでは、点灯周波数を500kHz以上としなければならないので本願発明の適用は有効でない。   When the rated power of the high-pressure discharge lamp is 70 W, the disappearance of the acoustic resonance phenomenon was confirmed at about 400 kHz. However, when the rated power was 30 W, the disappearance of the acoustic resonance phenomenon was not confirmed even at 500 kHz. . Therefore, when the upper limit (second frequency) of the frequency where no noise regulation exists is 500 kHz, the present invention is effective for a high-pressure discharge lamp with a rated power of 70 W, but the high-pressure discharge lamp with a rated power of 30 W. Then, since the lighting frequency must be 500 kHz or more, the application of the present invention is not effective.

従って、以上で例示した高圧放電ランプの特性およびノイズ規制の実態を前提とすると、本願発明の高圧放電ランプ点灯装置は、概ね高圧放電ランプの定格が70W〜200Wのとき、点灯周波数を250kHz〜526.5kHzとして音響的共鳴現象を回避しつつ、2次高調波を低く抑え、また高圧放電ランプ点灯装置の回路基板を小型、低コストに実現することができる。
もっとも、音響的共鳴現象に係る高圧放電ランプ自体の改良や、商用交流電源でのノイズ規制の内容によっては、上記した範囲外にあっても、本願発明の適用が有効となることが期待できる。
Therefore, on the premise of the characteristics of the high pressure discharge lamp exemplified above and the actual state of noise regulation, the high pressure discharge lamp lighting device of the present invention generally has a lighting frequency of 250 kHz to 526 when the rating of the high pressure discharge lamp is 70 W to 200 W. .5 kHz, while avoiding the acoustic resonance phenomenon, the second harmonic can be kept low, and the circuit board of the high-pressure discharge lamp lighting device can be realized in a small size and at low cost.
However, depending on the improvement of the high-pressure discharge lamp itself related to the acoustic resonance phenomenon and the content of the noise regulation in the commercial AC power supply, the application of the present invention can be expected to be effective even outside the above range.

次に、発明者等は、本願発明を完成させる過程で、従来の特許文献1に開示された高圧放電ランプ点灯装置の共振回路の構成を適用した試作も検討したので、本願発明の比較参考例として以下に説明する。従来の高圧放電ランプ点灯装置の回路構成を図6に示す。
従来の高圧放電ランプ点灯装置の点灯前の共振周波数f3は、
Next, the inventors examined a prototype that applied the configuration of the resonance circuit of the high pressure discharge lamp lighting device disclosed in Patent Document 1 in the process of completing the invention of the present application. Will be described below. A circuit configuration of a conventional high-pressure discharge lamp lighting device is shown in FIG.
The resonance frequency f3 before lighting of the conventional high pressure discharge lamp lighting device is:

Figure 2009123409
Figure 2009123409

で表される。高圧放電ランプの点灯前に高圧放電ランプに印加される電圧はコンデンサC3の両端の電圧であるから、コンデンサC3は高圧放電ランプの放電開始に必要な1〜3kV程度の高電圧に耐える必要がある。点灯前の共振回路ではコンデンサC2とコンデンサC3とが直列に接続されているため、コンデンサC2とコンデンサC3との両端の電圧は同位相であり、コンデンサC3の静電容量がコンデンサC2の静電容量に比べて小さいほど、コンデンサC3の両端に大きな電圧が発生するため有利である。しかし、式(3)から分かるように、コンデンサC3が小さくなるほど、コンデンサC2とコンデンサC3との合成静電容量は小さくなるので、点灯前の共振周波数f3は高くなる。 It is represented by Since the voltage applied to the high-pressure discharge lamp before the high-pressure discharge lamp is lit is the voltage across the capacitor C3, the capacitor C3 needs to withstand a high voltage of about 1 to 3 kV necessary for starting the discharge of the high-pressure discharge lamp. . Since the capacitor C2 and the capacitor C3 are connected in series in the resonance circuit before lighting, the voltages at both ends of the capacitor C2 and the capacitor C3 are in phase, and the capacitance of the capacitor C3 is the capacitance of the capacitor C2. The smaller the value, the more advantageous a large voltage is generated across the capacitor C3. However, as can be seen from the equation (3), the smaller the capacitor C3, the smaller the combined capacitance of the capacitor C2 and the capacitor C3, so that the resonance frequency f3 before lighting increases.

既述したように、コンデンサの交流耐電圧は周波数が高くなるほど低くなるので、点灯前の共振周波数f3が高くなりすぎると高圧放電ランプ50の点灯に必要な高電圧がコンデンサC3の両端に発生したときにコンデンサC3が絶縁破壊を起こし破損してしまう恐れがある。また、スイッチング素子も高周波特性の優れたものを使用する必要があり低コスト化を妨げる。従って、コンデンサC3に静電容量の小さなコンデンサを用いるのは困難になる。一方、コンデンサC3に静電容量の小さなコンデンサを用いたとしても、インダクタL1のインダクタンスを大きくすれば、点灯前の共振周波数を低くしてコンデンサC3の耐電圧を十分確保することも可能であるが、インダクタL1が大きくなるとインダクタL1の損失が大きくなり、インダクタL1を特別な手段で冷却したり、インダクタL1のサイズを大きくしたりする必要がある。インダクタL1は、元々、比較的大型な部品であるため、インダクタL1を大きくすることは高圧放電ランプ点灯装置の回路基板が大型になるため小型化を妨げる。従って、インダクタL1のインダクタンスを大きくすることと、コンデンサC3の静電容量を小さくすることは実質的に困難である。
なお、コンデンサC3を小さくした場合に、共振により発生する高電圧を使用せずに、イグナイタなど他の高電圧発生部品を用いて高圧放電ランプを放電開始させる方法もあるが、これはイグナイタなどの新たな部品が存在するため、低コスト化や小型化の点で不利であることは明白である。
As described above, since the AC withstand voltage of the capacitor decreases as the frequency increases, if the resonance frequency f3 before lighting is too high, a high voltage necessary for lighting the high-pressure discharge lamp 50 is generated at both ends of the capacitor C3. Sometimes the capacitor C3 may break down due to dielectric breakdown. Moreover, it is necessary to use a switching element having excellent high frequency characteristics, which hinders cost reduction. Therefore, it is difficult to use a capacitor having a small capacitance as the capacitor C3. On the other hand, even if a capacitor having a small capacitance is used as the capacitor C3, if the inductance of the inductor L1 is increased, the resonance frequency before lighting can be lowered to ensure a sufficient withstand voltage of the capacitor C3. When the inductor L1 increases, the loss of the inductor L1 increases, and it is necessary to cool the inductor L1 by special means or increase the size of the inductor L1. Since the inductor L1 is originally a relatively large component, increasing the inductor L1 hinders miniaturization because the circuit board of the high-pressure discharge lamp lighting device becomes large. Therefore, it is substantially difficult to increase the inductance of the inductor L1 and reduce the capacitance of the capacitor C3.
In addition, when the capacitor C3 is made small, there is a method of starting the discharge of the high pressure discharge lamp using other high voltage generating parts such as an igniter without using the high voltage generated by resonance. Since there are new parts, it is obvious that it is disadvantageous in terms of cost reduction and miniaturization.

以上の制限から、コンデンサC3を大きくした場合について考える。本願発明の高圧放電ランプ点灯装置の点灯前の共振周波数と同じ共振周波数にして点灯する場合を考える。コンデンサC2を4000pF、コンデンサC3を4000pFとしたとき、コンデンサC2とコンデンサC3との合成静電容量は2000pFになるから、インダクタL1を60μHとすると、共振周波数は約459kHzになり本願発明の場合と一致する。
従って、本願発明の高圧放電ランプ点灯装置と同様に周波数500kHzから徐々に周波数をスイープさせて低下させると高圧放電ランプを放電開始させることができる。
但し、高圧放電ランプと並列に接続されたコンデンサC3に印加される電圧は、コンデンサC2とコンデンサC3との直列接続による分圧のため、本願発明の高圧放電ランプ点灯装置の半分となり、高圧放電ランプの放電開始の確実性では劣る。また、高電圧ランプを放電開始させるのに必要な1〜3kV程度の高電圧が印加されるが、静電容量が大きいため本願発明に比較して交流耐電圧が低下しており、十分な耐電圧を確保するのも困難となる。さらに、コンデンサC2にも高電圧が印加されるため、コンデンサC2にチップ積層セラミックコンデンサを使用することができなくなり、回路基板の小型化が妨げられる。
Considering the above limitation, consider the case where the capacitor C3 is increased. Consider a case where the high-pressure discharge lamp lighting device of the present invention is lit at the same resonance frequency as the resonance frequency before lighting. When the capacitor C2 is 4000 pF and the capacitor C3 is 4000 pF, the combined capacitance of the capacitor C2 and the capacitor C3 is 2000 pF. Therefore, when the inductor L1 is 60 μH, the resonance frequency is about 459 kHz, which is the same as the case of the present invention. To do.
Therefore, similarly to the high-pressure discharge lamp lighting device of the present invention, the discharge of the high-pressure discharge lamp can be started by gradually sweeping and reducing the frequency from the frequency of 500 kHz.
However, the voltage applied to the capacitor C3 connected in parallel with the high-pressure discharge lamp is divided by the series connection of the capacitor C2 and the capacitor C3, so that the voltage is half that of the high-pressure discharge lamp lighting device of the present invention. The reliability of the start of discharge is inferior. Moreover, although a high voltage of about 1 to 3 kV necessary for starting the discharge of the high voltage lamp is applied, the AC withstand voltage is lower than that of the present invention due to the large capacitance, and the sufficient withstand voltage. It is also difficult to secure the voltage. Furthermore, since a high voltage is also applied to the capacitor C2, it is impossible to use a chip multilayer ceramic capacitor for the capacitor C2, which prevents the circuit board from being downsized.

コンデンサC2にチップ積層セラミックコンデンサを使用するためには、コンデンサC2の静電容量を大きくする必要がある。例えば、コンデンサC2を80000pFのチップ積層セラミックコンデンサとすると、コンデンサC3は2050pFでほぼ同一の共振周波数となる。高圧放電ランプが点灯すると、コンデンサC2には高圧放電ランプに流れる電流とコンデンサC3に流れる電流とを合計した大きな電流が流れるから、その大きな電流に耐えるものでなくてはならない。しかし、80000pFといった大きな静電容量で大電流に耐えるものは入手が困難であるから、実質的には小さな静電容量のチップ積層セラミックコンデンサを複数並列に接続しなければならず、小型化や低コスト化が妨げられる。
一方、本願発明の高圧放電ランプ点灯装置では、第1のコンデンサC1には高圧放電ランプに流れる電流しか流れないので普通に入手可能なチップ積層セラミックコンデンサで十分である。
In order to use a chip multilayer ceramic capacitor for the capacitor C2, it is necessary to increase the capacitance of the capacitor C2. For example, if the capacitor C2 is an 80000 pF chip multilayer ceramic capacitor, the capacitor C3 has 2050 pF and substantially the same resonance frequency. When the high-pressure discharge lamp is turned on, a large current, which is the sum of the current flowing through the high-pressure discharge lamp and the current flowing through the capacitor C3, flows through the capacitor C2, and must be able to withstand the large current. However, since it is difficult to obtain a capacitor that can withstand a large current with a large capacitance of 80,000 pF, it is necessary to connect a plurality of chip multilayer ceramic capacitors having a small capacitance substantially in parallel. Costing is hindered.
On the other hand, in the high pressure discharge lamp lighting device of the present invention, since only the current flowing through the high pressure discharge lamp flows through the first capacitor C1, a chip multilayer ceramic capacitor that is normally available is sufficient.

次に、高圧放電ランプ点灯後について考える。コンデンサC2を80000pF、コンデンサC3を2050pFとしたとき、上述した本願発明の高圧放電ランプと同様に450kHzにおいてDuty比34%で高圧放電ランプの電力を100Wとすることができた。また、Duty比を50%としたときは、500kHzにおいて100Wとすることができた。このように、コンデンサC2に大きな静電容量のコンデンサを用いることができれば本願発明と同様に2次高調波を小さく抑えて高圧放電ランプを定格電力で点灯することが可能であるが、チップ積層セラミックコンデンサを用いて回路基板を小型化することは困難である。一方、コンデンサC2、コンデンサC3を4000pFとすると、Duty比14%のとき高圧放電ランプの電力を100Wとすることができたが、Duty比が低いため2次高調波成分が大きくなった。   Next, consider after the high-pressure discharge lamp is lit. When the capacitor C2 was 80000 pF and the capacitor C3 was 2050 pF, the power of the high-pressure discharge lamp could be 100 W at a duty ratio of 34% at 450 kHz as in the above-described high-pressure discharge lamp of the present invention. Further, when the duty ratio was 50%, it could be 100 W at 500 kHz. As described above, if a capacitor having a large capacitance can be used as the capacitor C2, it is possible to turn on the high-pressure discharge lamp with the rated power while suppressing the second harmonic as in the present invention. It is difficult to downsize a circuit board using a capacitor. On the other hand, when the capacitors C2 and C3 are set to 4000 pF, the power of the high-pressure discharge lamp can be set to 100 W when the duty ratio is 14%. However, since the duty ratio is low, the second harmonic component becomes large.

また、この発明の各変形例において、互いに電圧が異なる複数種別の商用交流電源に接続して使用できるよう、コンバータは、商用交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するAC/DCコンバータ、および接続される商用交流電源の種別に拘わらずAC/DCコンバータからの直流電圧を所定の一定直流電圧に変換する昇圧チョッパを備えたものでは、一般的に、昇降圧チョッパより安価となる昇圧チョッパを使用して一定直流電圧を実現できるという利点がある。   Further, in each modification of the present invention, the converter includes an AC / DC converter that converts the AC voltage of the commercial AC power source into a DC voltage, and a connection so that the converter can be used by being connected to a plurality of types of commercial AC power sources having different voltages. In general, a booster chopper that is less expensive than a buck-boost chopper is used for a device that has a booster chopper that converts a DC voltage from an AC / DC converter into a predetermined constant DC voltage regardless of the type of commercial AC power supply used. Thus, there is an advantage that a constant DC voltage can be realized.

また、共振回路は、ハーフブリッジインバータの交流出力端にインダクタと第2のコンデンサとを直列に接続し、更に、第2のコンデンサの端子間に第1のコンデンサと高圧放電ランプとを直列に接続したものとしたものでは、特に、第1のコンデンサには、比較的高い電圧が印加されず、比較的耐電圧仕様の低いコンデンサを使用することが出来る。   The resonance circuit has an inductor and a second capacitor connected in series to the AC output terminal of the half-bridge inverter, and a first capacitor and a high-pressure discharge lamp connected in series between the terminals of the second capacitor. In particular, a relatively high voltage is not applied to the first capacitor, and a capacitor having a relatively low withstand voltage specification can be used.

また、第1のコンデンサに、チップコンデンサを使用したものでは、基板の表面実装タイプであるので耐電圧特性は比較的低いが小形となるという、チップコンデンサの特徴を活かして点灯装置の小型化を実現できる。   In addition, when the chip capacitor is used as the first capacitor, the surface mount type of the substrate is used, so that the withstand voltage characteristic is relatively low but the size is small. realizable.

本願発明の実施の形態1による高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the high pressure discharge lamp lighting device by Embodiment 1 of this invention. 完全な矩形波形とみなした時のハーフブリッジインバータ2の出力電圧波形とDuty比の定義を示したものである。The definition of the output voltage waveform and duty ratio of the half-bridge inverter 2 when it is regarded as a complete rectangular waveform is shown. 図2の矩形波形をフーリエ変換することで、Duty比と高調波成分との関係を示したものである。FIG. 2 shows the relationship between the duty ratio and the harmonic component by performing a Fourier transform on the rectangular waveform of FIG. Duty比が、小大異なる場合の、ハーフブリッジインバータ2の電圧、電流波形実測値を示す図である。It is a figure which shows the voltage and current waveform actual value of the half-bridge inverter 2 when Duty ratio differs small and large. Duty比が、小大異なる場合の、高圧放電ランプ点灯装置の雑音端子電圧測定結果の周波数スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the frequency spectrum of the noise terminal voltage measurement result of a high voltage | pressure discharge lamp lighting device when Duty ratio differs small and large. 従来の高圧放電ランプ点灯装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional high pressure discharge lamp lighting device.

符号の説明Explanation of symbols

1 コンバータ、2 ハーフブリッジインバータ、3 共振回路、
4 高圧放電ランプ、5 AC/DCコンバータ、6 昇圧チョッパ、9 制御回路、
10 商用交流電源、L1 インダクタ、C1 第1のコンデンサ、
C2 第2のコンデンサ。
1 converter, 2 half-bridge inverter, 3 resonant circuit,
4 High pressure discharge lamp, 5 AC / DC converter, 6 Boost chopper, 9 Control circuit,
10 commercial AC power supply, L1 inductor, C1 first capacitor,
C2 Second capacitor.

Claims (5)

商用交流電源に接続され上記商用交流電源の交流電圧を所定の一定直流電圧に変換するコンバータ、スイッチング素子からなり上記コンバータの直流電圧を可変周波数の交流電圧に変換するハーフブリッジインバータ、このハーフブリッジインバータの交流出力端に接続され高圧放電ランプとで所定の周波数で共振する共振回路を構成するインダクタとコンデンサ、および上記ハーフブリッジインバータのスイッチング素子をオンオフ制御することにより上記共振回路内の上記高圧放電ランプに高電圧を印加して放電を開始させるとともに放電時の上記高圧放電ランプの電力を所定値に保つよう上記ハーフブリッジインバータのデューティ比を制御する制御回路を備えた高圧放電ランプ点灯装置において、
上記高圧放電ランプに音響的共鳴現象が発生しない周波数の下限値を第1の周波数とし、上記商用交流電源への電流流出によるノイズ規制が存在しない周波数の上限値を第2の周波数としたとき、
上記制御回路は、上記ハーフブリッジインバータの出力周波数を、上記第1の周波数と上記第2の周波数との間で設定するとともに、上記ハーフブリッジインバータの出力の高調波成分が上記ノイズ規制を越えないよう上記ハーフブリッジインバータのデューティ比を所定の範囲内で制御するようにしたことを特徴とする高圧放電ランプ点灯装置。
A converter that is connected to a commercial AC power source and converts the AC voltage of the commercial AC power source into a predetermined constant DC voltage, a half-bridge inverter that includes a switching element and converts the DC voltage of the converter into a variable frequency AC voltage, and this half-bridge inverter The high-pressure discharge lamp in the resonance circuit is controlled by turning on and off an inductor and a capacitor that form a resonance circuit connected to the AC output terminal of the high-frequency discharge lamp and resonates at a predetermined frequency, and a switching element of the half-bridge inverter. In a high-pressure discharge lamp lighting device comprising a control circuit for controlling the duty ratio of the half-bridge inverter so as to start a discharge by applying a high voltage to the high-pressure discharge lamp and maintain the power of the high-pressure discharge lamp at a predetermined value during discharge,
When the lower limit value of the frequency at which the acoustic resonance phenomenon does not occur in the high pressure discharge lamp is the first frequency, and the upper limit value of the frequency at which noise regulation due to current outflow to the commercial AC power supply does not exist, the second frequency,
The control circuit sets the output frequency of the half-bridge inverter between the first frequency and the second frequency, and the harmonic component of the output of the half-bridge inverter does not exceed the noise regulation. A high-pressure discharge lamp lighting device characterized in that the duty ratio of the half-bridge inverter is controlled within a predetermined range.
互いに電圧が異なる複数種別の商用交流電源に接続して使用できるよう、上記コンバータは、上記商用交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するAC/DCコンバータ、および接続される上記商用交流電源の種別に拘わらず上記AC/DCコンバータからの直流電圧を上記所定の一定直流電圧に変換する昇圧チョッパを備えた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。 The converter includes an AC / DC converter that converts an AC voltage of the commercial AC power source into a DC voltage and a type of the commercial AC power source to be connected so that the converter can be used by connecting to a plurality of types of commercial AC power sources having different voltages. 2. The high pressure discharge lamp lighting device according to claim 1, further comprising a step-up chopper that converts the DC voltage from the AC / DC converter into the predetermined constant DC voltage. 上記コンデンサは、第1のコンデンサと第2のコンデンサとからなり、上記共振回路は、上記ハーフブリッジインバータの交流出力端に上記インダクタと上記第2のコンデンサとを直列に接続し、更に、上記第2のコンデンサの端子間に上記第1のコンデンサと上記高圧放電ランプとを直列に接続したものであることを特徴とする請求項2記載の高圧放電ランプ点灯装置。 The capacitor includes a first capacitor and a second capacitor, and the resonance circuit connects the inductor and the second capacitor in series to an AC output terminal of the half-bridge inverter, and further 3. The high pressure discharge lamp lighting device according to claim 2, wherein the first capacitor and the high pressure discharge lamp are connected in series between terminals of two capacitors. 上記第1のコンデンサに、チップコンデンサを使用したことを特徴とする請求項3記載の高圧放電ランプ点灯装置。 4. The high pressure discharge lamp lighting device according to claim 3, wherein a chip capacitor is used as the first capacitor. 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の高圧放電ランプ点灯装置およびこの高圧放電ランプ点灯装置により点灯される上記高圧放電ランプを備えた照明装置。 5. A high-pressure discharge lamp lighting device according to any one of claims 1 to 4, and an illumination device comprising the high-pressure discharge lamp that is lit by the high-pressure discharge lamp lighting device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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