JP2009176636A - 高圧放電灯点灯装置、照明器具 - Google Patents

高圧放電灯点灯装置、照明器具 Download PDF

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Abstract

【課題】規定の出力配線長において、簡易な構成で、高圧放電灯の始動に必要な始動パルス電圧を、規定値内に維持することができる高圧放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】始動パルス発生回路7は、少なくともコンデンサC1とトランスT1の1次巻線N1とスイッチング素子Q7の直列接続からなるトランス1次巻線回路と、トランスT1の2次巻線N2を高圧放電灯8に接続し、トランスT1の1次巻線N1に発生する電圧を昇圧した高圧パルス電圧を高圧放電灯8に印加する2次巻線回路と、トランスT1に設けられた3次巻線N3に発生する電圧により高圧パルス電圧の電圧レべルを検出する始動パルス検出回路12を有する3次巻線回路とからなり、制御回路Sは、3次巻線回路の検出結果により、高圧パルス電圧の発生する矩形波極性を選択する始動パルス発生極性選択回路95を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は始動時の高圧パルス電圧のピーク値を調整する手段を具備する高圧放電灯点灯装置及びこれを用いた照明器具に関するものである。
高圧放電灯は、高輝度・高光出力の照明として広く使用されているが、放電ランプの一種であり、安定な点灯のためには、安定器と呼ばれる点灯装置が必要であり、点灯装置には、主にインダクタで構成される銅鉄式と、電子回路のスイッチング制御を利用した、電子式があるが、近年、省エネルギーの観点から、電子式の普及が増加している。
電子式の高圧放電灯点灯装置の一例を、図10に示す。高圧放電灯点灯装置は、商用電源1が投入されると、制御電源回路10が制御電源を生成して、制御回路9が動作し、昇圧チョッパ回路3、降圧チョッパ回路4、極性反転回路6、始動パルス発生回路7に制御信号を送り、それぞれが動作を開始する。昇圧チョッパ回路3は、整流回路2で整流された出力を規定の電圧に昇圧し、降圧チョッパ回路4は高圧放電灯8に流れる電流が規定の電流になるように出力を調整する。極性反転回路6は、高圧放電灯8に規定の周波数の交流矩形波電圧を出力する。始動パルス発生回路7は、高圧パルス電圧を発生させて高圧放電灯8を始動させる。
図11は、始動パルス発生回路7の詳細図である。始動パルス発生回路7は、高圧放電灯8の始動時のみ動作し、高圧パルス電圧を発生する。始動パルス発生回路7は、トランスT1、外部制御信号によりオン/オフ可能なスイッチング素子Q7、商用電源1の交流電圧を整流し、昇圧チョッパ回路3で昇圧した直流電圧Vc3で充電されるコンデンサC1、スイッチング素子Q7の過電流保護を行うインダクタL1、トランスT1で発生した高圧パルス電圧が極性反転回路6に回り込まないようにブロックするコンデンサC2を有する。
高圧放電灯8は、一般的に始動に際し、高圧パルス電圧の印加が必要であり、一例として3〜5kVのピーク値の始動パルス電圧が規定されており、始動パルス発生回路7にて、規定内のパルス電圧が発生するようコンデンサC1の充電電圧、および、スイッチング素子Q7のオンのタイミングを制御している。また、始動パルス発生回路7にて発生する始動用の高圧パルス電圧は、そのパルス幅が十数μsec程度である。これは、パルス幅が主として始動パルス発生回路7のトランスT1の1次巻線のインダクタンス値とコンデンサC1の共振周波数によって決まるため、始動パルス発生回路の形状上の制約などから、トランスT1、コンデンサC1をそれほど大きく設定できないためである。このように、幅の狭い高圧パルス電圧のため、実際の施工の際、始動パルス発生回路7と高圧放電灯8との距離が長くなった場合、出力線間の容量が増大し、これにより、始動用の高圧パルス電圧のピーク電圧が低下するという現象が発生し、高圧放電灯の始動パルス電圧の規定値を下回ると、ランプが始動できないという問題が発生する。
図12に、実際の始動パルス発生回路における、出力線延長時のパルス電圧ピーク値の推移を示す。始動パルス電圧を4kVと規定すると、この場合、高圧放電灯点灯装置の出力線長の規定は、最大で2mとなり、施工上の制約事項となる。逆に、出力線長10mにおいて、規定の4kVを出力するよう設定すれば始動は可能となるが、その場合、出力線長が短いときに、高圧パルス電圧が6kVを超えることになり、配線やランプソケットなどで、耐圧を超える恐れがある。配線やランプソケットの耐圧を確保するためには、高圧パルス電圧を規定値以下に抑える電圧制限手段(バリスタ等)が必要であり、かつ出力線長が短い場合は、常に電圧制限手段が動作することになり、電圧制限手段が大型化する。
そこで、特許文献1(特開2007−52977)に開示されているように、トランスT1にフィードバック電圧検出巻線N3を設け、このフィードバック電圧検出巻線N3に電圧分圧回路11を接続し、さらに電圧分圧回路11にパルス検出回路12を接続し、始動パルス電圧成分のみを検出する。そして、パルス検出回路12の出力を、制御回路9にフィードバックさせることで始動パルス電圧Vpが所定値になるように、制御回路9が1次巻線電圧Vp1を制御する。これにより、出力配線長が増加して出力容量が増加しても、高圧パルス電圧を規定値内に維持することが可能となる。
特開2007−52977号公報
しかしながら、特許文献1の技術では、発生する高圧パルス電圧を所定値に維持するよう制御するため、トランスT1に設けたフィードバック電圧検出巻線N3を用いて、より正確に発生する高圧パルス電圧を検出しなければならず、電圧分圧回路11やパルス検出回路12が必要となり、構成が複雑となる。
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、規定の出力配線長において、簡易な構成で、高圧放電灯の始動に必要な始動パルス電圧を、規定値内に維持することができる高圧放電灯点灯装置を提供することを目的とする。
請求項1の発明は、前記の課題を解決するために、図1に示すように、直流電源Eの出力を電力変換して負荷である高圧放電灯8に電力を供給する電力変換回路(降圧チョッパ回路4)と、電力変換回路の出力を矩形波交流に変換し、高圧放電灯8に印加する極性反転回路6と、始動用の高圧パルス電圧を高圧放電灯8に印加する始動パルス発生回路7と、上記各回路を制御する制御回路Sを備えた高圧放電灯点灯装置において、前記始動パルス発生回路7は、少なくともコンデンサC1とトランスT1の1次巻線N1とスイッチング素子Q7の直列接続からなるトランス1次巻線回路と、前記トランスT1の2次巻線N2を高圧放電灯8に接続し、トランスT1の1次巻線N1に発生する電圧を昇圧した高圧パルス電圧を高圧放電灯8に印加する2次巻線回路と、前記トランスT1に設けられた3次巻線N3に発生する電圧により高圧パルス電圧の電圧レべルを検出する始動パルス検出回路12を有する3次巻線回路とからなり、前記制御回路Sは、前記3次巻線回路の検出結果により、高圧パルス電圧の発生する矩形波極性を選択する始動パルス発生極性選択回路95を有することを特徴とするものである。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記始動パルス発生極性選択回路95は、3次巻線回路の検出結果により、高圧パルス電圧が所定値より高い場合は、高圧パルス電圧の極性が逆極性の矩形波極性の時に高圧パルス電圧を発生し、高圧パルス電圧が所定値より低い場合は、高圧パルス電圧の極性が同極性の矩形波極性の時に高圧パルス電圧を発生するように高圧パルス電圧の発生する矩形波極性を選択することを特徴とする(図2)。
請求項3の発明は、請求項1の発明において、始動パルス発生回路7のトランスT1は逆方向に接続された第1及び第2の1次巻線N1a,N1bを備え、トランス1次巻線回路は、トランスT1の第1の1次巻線N1aを第1のスイッチング素子Q7aを介してコンデンサC1に接続する第1のトランス1次巻線回路と、トランスT1の第2の1次巻線N1bを第2のスイッチング素子Q7bを介して前記コンデンサC1に接続する第2のトランス1次巻線回路よりなり、前記始動パルス発生極性選択回路95は、3次巻線回路の検出結果により、高圧パルス電圧が所定値より高い場合は、高圧パルス電圧の極性が矩形波極性と逆極性となり、高圧パルス電圧が所定値より低い場合は、高圧パルス電圧の極性が矩形波極性と同極性となるように、始動パルス発生回路7の第1および第2の1次巻線回路を制御することを特徴とする(図5)。
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかにおいて、高圧パルス電圧の発生する矩形波極性を選択する始動パルス発生極性選択回路95をマイコンにて実現したことを特徴とする(図7、図8)。
請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を具備した照明器具である(図9)。
本発明によれば、トランスのフィードバック巻線の検出結果により、始動パルス発生回路のスイッチング素子がオン動作する極性を切り替えることで、出力配線長により低下するパルス電圧を補い、高圧放電灯の両端電圧として、始動に必要な電圧を確保することができる。
(実施形態1)
図1は本発明の実施形態1の全体構成を示す回路図である。以下、その回路構成について説明する。整流回路2は、ダイオードブリッジDBよりなり、商用交流電源1を全波整流して脈流電圧を出力する。ダイオードブリッジDBの出力端には、入力コンデンサCiが並列接続されると共に、インダクタL2とスイッチング素子Q1の直列回路が接続されており、スイッチング素子Q1の両端にはダイオードD1を介して平滑コンデンサC3が接続されている。インダクタL2、スイッチング素子Q1、ダイオードD1、入力コンデンサCi、平滑コンデンサC3は昇圧チョッパ回路3を構成している。スイッチング素子Q1のオン・オフは昇圧チョッパ制御部30により制御される。昇圧チョッパ制御部30は市販の集積回路(例えばMC33262など)を用いて容易に実現可能である。スイッチング素子Q1が商用交流電源1の商用周波数よりも十分に高い周波数でオン・オフ制御されることにより、ダイオードブリッジDBの出力電圧は、規定の直流電圧に昇圧されて平滑コンデンサC3に充電されると共に、商用交流電源1からの入力電流と入力電圧の位相がずれないように回路に抵抗性を持たせる力率改善制御を行っている。なお、ダイオードブリッジDBの交流入力端に高周波漏洩阻止用のフィルタ回路を設けても良い。
本実施形態で用いる直流電源Eは、商用交流電源1を整流・平滑した平滑コンデンサC3の直流電圧であり、ダイオードブリッジDBの出力に接続された昇圧チョッパ回路3の出力電圧であるが、これに限定されるものではなく、直流電源Eは電池でもよいし、市販の直流電源でもよい。
直流電源Eには、電力変換回路としての降圧チョッパ回路4が接続されている。降圧チョッパ回路4は負荷である高圧放電灯8に目標電力を供給するための安定器としての機能を有している。また、始動時からアーク放電移行期間を経て安定点灯期間に至るまで高圧放電灯8に適正な電力を供給するように降圧チョッパ回路4の出力電圧を可変制御される。
降圧チョッパ回路4の回路構成について説明する。直流電源Eである平滑コンデンサC3の正極はスイッチング素子Q2、インダクタL3を介してコンデンサC4の正極に接続されており、コンデンサC4の負極は平滑コンデンサC3の負極に接続されている。コンデンサC4の負極には回生電流通電用のダイオードD2のアノードが接続されており、ダイオードD2のカソードはスイッチング素子Q2とインダクタL3の接続点に接続されている。
降圧チョッパ回路4の回路動作について説明する。スイッチング素子Q2は降圧チョッパ制御部40の出力により高周波でオン・オフ駆動され、スイッチング素子Q2がオンのとき、直流電源Eからスイッチング素子Q2、インダクタL3、コンデンサC4を介して電流が流れ、スイッチング素子Q2がオフのとき、インダクタL3、コンデンサC4、ダイオードD2を介して回生電流が流れる。これにより、直流電源Eの直流電圧を降圧した直流電圧がコンデンサC4に充電される。降圧チョッパ制御部40によりスイッチング素子Q2のオンデューティ(一周期に占めるオン時間の割合)を変えることにより、コンデンサC4に得られる電圧を可変制御できる。
降圧チョッパ回路4の出力には極性反転回路6が接続されている。極性反転回路6はスイッチング素子Q3〜Q6よりなるフルブリッジ回路であり、スイッチング素子Q3,Q6のペアとQ4,Q5のペアが極性反転制御回路60からの制御信号により低周波で交互にオンされることで、降圧チョッパ回路4の出力電力を矩形波交流電力に変換して高圧放電灯8に供給するものである。負荷である高圧放電灯8は、メタルハライドランプや高圧水銀ランプのような高輝度高圧放電灯(HIDランプ)である。
始動パルス発生回路7は、高圧放電灯8の始動時のみ動作し、高圧放電灯8を絶縁破壊させるための高圧パルス電圧を発生する。始動パルス電圧発生回路7は、昇圧チョッパ回路3で昇圧した直流電源Eから充電素子22を介して所定の電圧値Vc1に充電されるコンデンサC1と、トランスT1の1次巻線N1と、外部制御信号によりオン/オフ可能なスイッチング素子Q7と、スイッチング素子Q7の過電流保護を行うインダクタL1とを直列に接続したトランス1次巻線回路と、トランスT1の1次巻線N1に発生する電圧Vp1を2次巻線N2との巻数比からN2/N1倍(以後、トランスの結合係数は1として説明する)に昇圧して高圧放電灯8に極性反転回路6の出力に重畳して高圧パルス電圧を印加するトランスT1の2次巻線N2とを有している。コンデンサC2は、トランスT1で発生した高電圧パルスが極性反転回路6の入力側に回り込まないようにブロックする高周波バイパス用のコンデンサであり、このコンデンサC2とトランスT1の2次巻線N2と高圧放電灯8とで直列閉回路を構成している。トランスT1の2次巻線N2に高圧パルス電圧が発生すると、コンデンサC2を介して高圧放電灯8の両端に印加されることになる。
制御回路Sは、昇圧チョッパ回路3の出力電圧をフィードバックし、一定の電圧となるよう制御する昇圧チョッパ制御部30と、高圧放電灯8に適正な電力を供給するため、降圧チョッパ回路4の出力電圧を検出し、出力電圧に応じた所定の電流となるよう制御する降圧チョッパ制御部40と、降圧チョッパ回路4の出力電圧により、高圧放電灯8の点灯・不点灯を判別する点灯判別部50と、極性反転回路6のスイッチング素子Q3〜Q6の制御を行う極性反転制御回路60と、始動パルス発生回路7を制御する始動パルス発生回路制御部90からなる。
始動パルス発生回路7の構成の詳細を示す。始動パルス発生回路7は、トランスT1、外部信号によりオン/オフ可能なスイッチング素子Q7、昇圧チョッパ回路3の出力電圧Vc3で充電されるコンデンサC1、スイッチング素子Q7の過電流保護を行うインダクタL1からなり、制御回路Sの始動パルス発生回路制御部90からの信号により、スイッチング素子Q7を制御する。
制御回路Sの始動パルス発生回路制御部90の詳細を図2に示す。始動パルス発生回路制御部90は、論理回路等で構成された始動パルス発生極性選択回路95からなり、各論理回路には、パルス検出回路12の検出信号と、点灯判別部50の点灯判別信号と、極性反転制御回路60の極性反転信号が入力されている。
動作タイミングを図3に示し、説明する。制御回路Sの点灯判別部50により、高圧放電灯8の点灯・不点灯を判別し、不点灯の場合、始動パルス発生回路7を動作させて、高圧放電灯8を始動する。
始動パルス発生回路7は、昇圧チョッパ回路3の直流出力Vc3を電源として、コンデンサC1が充電され、制御回路Sの制御により、スイッチング素子Q7がオンし、コンデンサC1の充電電圧が、インダクタL1、トランスT1の1次巻線N1、スイッチング素子Q7、コンデンサC1の閉ループで放電され、トランスT1の2次巻線N2に高圧パルスが発生すると共に、検出用の巻線N3にも電圧を発生する。
トランスT1の検出巻線N3に発生した電圧は、パルス検出回路12のコンパレータCP12で基準値と比較される。ここで、フィードバック巻線N3による電圧の検出は、パルス電圧を一定とする場合ほど、正確である必要はなく、所定値以上か所定値以下といった簡易な判別でよく、図2に示すような、簡単な構成でよい。
図2のパルス検出回路12では、フィードック巻線N3の一端を接地し、他端を半波整流用のダイオードD12と微分用コンデンサC12を介して、分圧用抵抗R11,R12の直列回路に接続することで、コンパレータCP12の+入力端子にパルス検出電圧を印加している。コンパレータCP12の−入力端子には、制御電源電圧Vccを抵抗R13,R14で分圧した基準電圧が印加されている。コンパレータCP12の出力は抵抗R15によりプルアップされたオープンコレクタまたはオープンドレイン出力であり、+入力端子の検出電圧が−入力端子の基準電圧よりも高くなると、コンパレータCP12の出力端子はHighレベルとなる。
コンパレータCP12の出力はオア回路ORの一方の入力とされており、オア回路ORの他方の入力はオア回路ORの出力とされている。したがって、検出されたパルス電圧が基準値よりも高い場合は、オア回路ORの出力がHighレベルとなり、トランジスタTr91をオンとするので、アンド回路AND1からダイオードD91を介して出力されるパルストリガ信号(パルス発振部PGの出力)を禁止するので、スイッチング素子Q3,Q6の駆動信号に同期するスイッチング素子Q7の駆動信号を無効にする。
これにより、始動パルス発生回路7により発生するパルス電圧は、パルス電圧の極性に対し、負の矩形波出力に重畳されるので、パルス電圧の振幅をVp、矩形波出力の波高値をVrとすると、Vp−Vrが高圧放電灯8に印加されることになる。
検出されたパルス電圧が基準値よりも低い場合は、オア回路ORの出力がLowレベルであり、トランジスタTr92をオンとするので、アンド回路AND2からダイオードD92を介して出力されるパルストリガ信号(パルス発振部PGの出力)を禁止するので、スイッチング素子Q4,Q5の駆動信号に同期するスイッチング素子Q7の駆動信号を無効にする。
これにより、始動パルス発生回路7により発生するパルス電圧は、パルス電圧の極性に対し、正の矩形波出力に重畳されるので、パルス電圧の振幅をVp、矩形波出力の波高値Vrとすると、Vp+Vrが高圧放電灯8に印加されることになる。
このように、動作する矩形波の極性を変化させると、高圧放電灯8の両端に印加される電圧は、(Vp+Vr)または(Vp−Vr)となり、矩形波の波高値の2倍の電圧差が生じる。
したがって、トランスT1のフィードバック巻線N3の検出結果により、始動パルス発生回路7のスイッチング素子Q7がオン動作する極性を切り替えることで、出力配線長により低下するパルス電圧を補い、高圧放電灯の両端電圧として、始動に必要な電圧を確保することができる。
ここで、出力配線長が最短の時、(Vp−Vr)が高圧放電灯点灯装置で規定される始動パルス電圧の最大値近傍に設定されるのがよく、動作する極性の切替えは、(Vp−Vr)が出力配線長が最大の時、(Vp−Vr)が高圧放電灯点灯装置で規定される始動パルス電圧の最小値となるVp相当の検出電圧でなされるのがよい。
(実施形態2)
本発明の実施形態2を図4に示す。回路構成について、先の第1の実施形態と異なる点は、始動パルス発生回路7の構成において、発生する出力パルスが正負交互になるよう、トランスT1に、第1の1次巻線N1aと第2の1次巻線N1bを設け、それぞれに、スイッチング素子Q7aとスイッチング素子Q7bを接続している点である。
制御回路Sの始動パルス発生回路制御部90の詳細を図5に示す。また、動作タイミングを図6に示し、説明する。
制御回路Sの点灯判別部50により、高圧放電灯8の点灯・不点灯を判別し、不点灯の場合、パルス発振部PGを発振動作し、高圧放電灯8を始動する。
始動パルス発生回路7は、昇圧チョッパ回路3の直流出力Vc3を電源として、コンデンサC1が充電され、制御回路Sの制御により、スイッチング素子Q7aがオンし、コンデンサC1の充電電圧が、インダクタL1、トランスT1の1次巻線N1a、スイッチング素子Q7a、コンデンサC1の閉ループで放電され、トランスT1の2次巻線N2に高圧パルスが発生すると共に、検出用の巻線N3にも電圧を発生する。
トランスの検出巻線N3に発生した電圧は、パルス検出回路12のコンパレータCP12で基準値と比較される。
本実施形態では、正負両極性のパルス電圧を検出可能とするべく、検出巻線N3のセンタータップを接地し、検出巻線N3の両端を全波整流用のダイオードD11,D12のアノードに接続し、各ダイオードD11,D12のカソードを微分用コンデンサC12を介して電圧分圧用の抵抗R11,R12の直列回路に接続している。
ここで、検出されたパルス電圧が基準値よりも高い場合は、オア回路ORの出力がHighレベルに固定され、極性反転回路6のスイッチング素子Q4,Q5の駆動信号がHighレベルとなる矩形波出力極性において第1のスイッチング素子Q7aがオン、スイッチング素子Q3,Q6の駆動信号がHighレベルとなる矩形波出力極性において第2のスイッチング素子Q7bがオンするように、切替回路Qswが固定される。
これにより、始動パルス発生回路7により発生するパルス電圧は、パルス電圧の極性に対し、逆極性となる矩形波出力に重畳されるので、パルス電圧の振幅をVp、矩形波出力の波高値をVrとすると、Vp−Vrが高圧放電灯8に印加されることになる。
検出されたパルス電圧が基準値よりも低い場合は、オア回路ORの出力はLowレベルに固定され、Highレベルのときとは逆のタイミング、すなわち、スイッチング素子Q4,Q5の駆動信号がHighレベルとなる矩形波出力極性においてスイッチング素子Q7bがオン、スイッチング素子Q3,Q6の駆動信号がHighレベルとなる矩形波出力極性においてスイッチング素子Q7aがオンするように、切替回路Qswが固定される。
これにより、始動パルス発生回路7により発生するパルス電圧は、パルス電圧の極性に対し、同じ極性の矩形波出力に重畳されるので、パルス電圧の振幅をVp、矩形波出力の波高値をVrとすると、Vp+Vrが高圧放電灯8に印加されることになる。
このように、矩形波出力の極性に応じてパルス電圧の極性を変化させると、高圧放電灯の両端に印加される電圧は、(Vp+Vr)または(Vp−Vr)となり、矩形波の波高値の2倍の電圧差が生じる。
したがって、トランスT1のフィードバック巻線N3の検出結果により、始動パルス発生回路7のスイッチング素子Q7a,Q7bがオン動作する極性を切り替えることで、出力配線長により低下するパルス電圧を補い、高圧放電灯の両端電圧として、始動に必要な電圧を確保することができる。
また、フィードバック巻線N3による電圧の検出は、パルス電圧を一定とする場合ほど、正確である必要はなく、所定値以上か所定値以下かといった簡易な判別でよく、図5に示すような、簡単な構成でよいことは明らかである。
ここで、出力配線長が最短の時、(Vp−Vr)が高圧放電灯点灯装置で規定される始動パルス電圧の最大値近傍に設定されるのがよく、動作する極性の切替えは、(Vp−Vr)が出力配線長が最大の時、(Vp−Vr)が高圧放電灯点灯装置で規定される始動パルス電圧の最小値となるVp相当の検出電圧でなされるのがよい。
(変形例1)
上述の各実施形態において、極性反転回路6はフルブリッジ回路を例示したが、ハーフブリッジ回路であっても良い。その場合、2個のスイッチング素子Q5,Q6の直列回路に代えて、2個の電解コンデンサの直列回路を配置し、スイッチング素子Q3,Q4を低周波で交互にオン・オフさせれば良い。
(変形例2)
また、電力変換回路としての降圧チョッパ回路4は極性反転回路6を構成するフルブリッジ回路またはハーフブリッジ回路のスイッチング素子と兼用しても良い。例えば、図1または図4の回路図において、降圧チョッパ回路4を省略し、極性反転回路6のスイッチング素子Q3,Q4とスイッチング素子Q5,Q6の接続点の間に、チョッパチョークとしてのインダクタL3と出力コンデンサC2の直列回路を接続し、出力コンデンサC2の両端にトランスT1の2次巻線N2と高圧放電灯8の直列回路を接続し、スイッチング素子Q4,Q6を低周波で交互にオン・オフすると共に、スイッチング素子Q4がオンとなる出力極性では、スイッチング素子Q5を高周波でオン・オフし、スイッチング素子Q6がオンとなる出力極性では、スイッチング素子Q3を高周波でオン・オフすれば、極性反転回路6と電力変換回路としての降圧チョッパ回路4を一体化できる。その場合、周知のようにスイッチング素子Q3,Q5の寄生ダイオード(MOSFETに内蔵された逆方向ダイオード)が降圧チョッパ回路の回生電流通電用のダイオードとして兼用されることになる。
(実施形態3)
本発明の第3の実施形態として、図4に示す高圧放電灯点灯装置において、パルス発生極性選択回路95をマイコンにて構成した場合を図7に示す。マイコンの処理フローを図8に示す。
マイコンは、極性反転制御回路60より、矩形波を生成するためのスイッチング素子Q3〜Q6の駆動信号を読み込み、スイッチング素子Q4,Q5がオンする時、矩形波極性と逆極性となる高圧パルス電圧を発生するスイッチング素子Q7aをオンする。スイッチング素子Q7aのオンにより発生した高圧パルス電圧は、トランスT1の3次巻線N3およびパルス検出回路12を介し、検出値をマイコンに読み込む。
マイコンは、読み込んだ検出値が所定値より大きい際には、次の矩形波半サイクルのスイッチング素子Q3,Q6の駆動信号と同期し、スイッチング素子Q3,Q6のスイッチングにより発生する矩形波極性と逆極性となる高圧パルス電圧を発生するスイッチング素子Q7bをオンする。
以後、この動作を繰り返す。高圧パルス電圧の検出値が所定値より小さい場合は、次の矩形波極性において、高圧パルス電圧の極性が矩形波極性と同極性となるように、スイッチング素子Q4,Q5のオンする極性ではスイッチング素子Q7b、スイッチング素子Q3,Q6のオンする極性ではスイッチング素子Q7aがオンするように制御する。
また、マイコンは、高圧パルス電圧の発生後、高圧放電灯の点灯・不点灯を判別する点灯判別部50の出力を読み込んでおり、高圧放電灯8が点灯した際には、以降の高圧パルス電圧の発生を停止する。
以上のように、マイコンで構成することで、簡易な構成で機能を実現できると共に、本実施形態に示すように、各矩形波半サイクル毎に発生する高圧パルス電圧を所定値と比較し、高圧放電灯の始動電圧が適正となるように極性を制御することが容易に実現可能である。
なお、本実施形態では、始動パルス発生極性選択回路95として、マイコンを使用した例を示しているが、当該マイコンに他の制御機能、例えば、極性反転制御回路60や点灯判別部50の機能などを含んでいてもよい。
(実施形態4)
図9は本発明の高圧放電灯点灯装置を用いた照明器具の構成例を示す。(a)、(b)はそれぞれスポットライトにHIDランプを用いた例、(c)はダウンライトにHIDランプを用いた例であり、図中、8は高圧放電灯、81は高圧放電灯を装着した灯体、82は配線、83は点灯装置の回路を格納した安定器である。これらの照明器具を複数組み合わせて照明システムを構築しても良い。これらの点灯装置として前述の実施形態1〜3のいずれかの高圧放電灯点灯装置を用いることで、始動パルスのピーク値を適正化でき、配線82が長くても始動可能となる。また、配線82が短いときには始動パルスのピーク値を低減できる。
出力線長を延長しても高圧パルス電圧の減衰しない本発明の高圧放電灯点灯装置を搭載することで、配線82を例えば2m〜10mの範囲で延長することが可能となり、施工性が高まったり、安定器83の一括設置が可能となり、電源線の引き回し距離が短くできたり、安定器83の一括点検が可能となる等の利点がある。
本発明の実施形態1の回路図である。 本発明の実施形態1の要部構成を示す回路図である。 本発明の実施形態1の動作波形図である。 本発明の実施形態2の回路図である。 本発明の実施形態2の要部構成を示す回路図である。 本発明の実施形態2の動作波形図である。 本発明の実施形態3の要部構成を示す回路図である。 本発明の実施形態3の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態4の照明器具の外観を示す斜視図である。 従来例の構成を示すブロック回路図である。 従来例の要部構成を示す回路図である。 従来例の出力配線長とパルス電圧の関係を示す特性図である。
符号の説明
E 直流電源
4 降圧チョッパ回路(電力変換回路)
6 極性反転回路
7 始動パルス発生回路
8 高圧放電灯
12 始動パルス検出回路
95 始動パルス発生極性選択回路

Claims (5)

  1. 直流電源の出力を電力変換して負荷である高圧放電灯に電力を供給する電力変換回路と、
    電力変換回路の出力を矩形波交流に変換し、高圧放電灯に印加する極性反転回路と、
    始動用の高圧パルス電圧を高圧放電灯に印加する始動パルス発生回路と、
    上記各回路を制御する制御回路を備えた高圧放電灯点灯装置において、
    前記始動パルス発生回路は、
    少なくともコンデンサとトランスの1次巻線とスイッチング素子の直列接続からなるトランス1次巻線回路と、
    前記トランスの2次巻線を高圧放電灯に接続し、トランスの1次巻線に発生する電圧を昇圧した高圧パルス電圧を高圧放電灯に印加する2次巻線回路と、
    前記トランスに設けられた3次巻線に発生する電圧により高圧パルス電圧の電圧レべルを検出する始動パルス検出回路を有する3次巻線回路とからなり、
    前記制御回路は、前記3次巻線回路の検出結果により、高圧パルス電圧の発生する矩形波極性を選択する始動パルス発生極性選択回路を有することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
  2. 請求項1において、前記始動パルス発生極性選択回路は、3次巻線回路の検出結果により、高圧パルス電圧が所定値より高い場合は、高圧パルス電圧の極性が逆極性の矩形波極性の時に高圧パルス電圧を発生し、高圧パルス電圧が所定値より低い場合は、高圧パルス電圧の極性が同極性の矩形波極性の時に高圧パルス電圧を発生するように高圧パルス電圧の発生する矩形波極性を選択することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
  3. 請求項1において、始動パルス発生回路のトランスは逆方向に接続された第1及び第2の1次巻線を備え、
    トランス1次巻線回路は、トランスの第1の1次巻線を第1のスイッチング素子を介してコンデンサに接続する第1のトランス1次巻線回路と、トランスの第2の1次巻線を第2のスイッチング素子を介して前記コンデンサに接続する第2のトランス1次巻線回路よりなり、
    前記始動パルス発生極性選択回路は、3次巻線回路の検出結果により、高圧パルス電圧が所定値より高い場合は、高圧パルス電圧の極性が矩形波極性と逆極性となり、高圧パルス電圧が所定値より低い場合は、高圧パルス電圧の極性が矩形波極性と同極性となるように、始動パルス発生回路の第1および第2の1次巻線回路を制御することを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
  4. 請求項1〜3のいずれかにおいて、高圧パルス電圧の発生する矩形波極性を選択する始動パルス発生極性選択回路をマイコンにて実現したことを特徴とする高圧放電灯点灯装置。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の高圧放電灯点灯装置を具備したことを特徴とする照明器具。
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