JP2009259632A - 放電灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な駆動回路でありながら、放電灯の始動時に所定のピーク値の高電圧パルスを迅速かつ確実に放電灯に印加することができる放電灯点灯装置を提供する。
【解決手段】放電灯点灯装置１０は、ブリッジ回路４と、ブリッジ回路４を駆動する駆動回路３と、ブリッジ回路４で発生する交流電圧を共振昇圧して放電灯始動用の高圧パルスを発生する点灯回路６と、高圧パルスの電圧を検出する電圧検出回路７と、点灯回路６の共振周波数をシフトさせる共振周波数制御回路８とを備え、少なくとも放電灯５の始動時におけるブリッジ回路４の駆動周波数を一定とする。共振周波数制御回路８は、電圧検出回路７の出力信号に基づいて高圧パルスのピーク値が一定となるように点灯回路６の共振周波数をシフトさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電灯点灯装置に関し、特に、高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ等の高輝度放電ランプのための共振型点灯回路を備えた放電灯点灯装置に関する。

従来、高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ等の高輝度放電ランプを点灯させる点灯装置として、例えば、図４に示すような放電灯点灯装置が知られている。図４において、放電灯点灯装置１００は、放電灯点灯装置１００に直流電圧を供給する入力電源Ｖｉと、入力電源Ｖｉの出力電圧を降圧して出力する電源回路１０１と、電源回路１０１の出力電圧Ｖｏを、極性を切り替えつつ放電灯（例えば、メタルハライドランプ等の高輝度放電ランプ）１０５に印加して放電灯１０５を交流動作させるブリッジ回路１０４と、放電灯１０５を始動させる点灯回路１０６と、電源回路１０１を制御する制御回路１０２と、ブリッジ回路１０４を駆動する駆動回路１０３とを備えている。

放電灯点灯装置１００において、電源回路１０１は、スイッチング素子Ｑ５、ダイオードＤ５、チョークコイルＬ１、およびコンデンサＣ１から構成され、制御回路１０２の出力信号に基づいて、スイッチング素子Ｑ５をオン・オフ動作させることにより、入力電圧Ｖｉを所定の電圧に降圧して出力するチョッパ回路である。その際、制御回路１０２は、電源回路１の出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏを検出し、これらの値に基づいて、放電灯１０５に対して必要電力を供給すべく、電源回路１０１をフィードバック制御するものである。

また、ブリッジ回路１０４は、４個のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４と各スイッチング素子に並列に接続されたダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４から構成されるフルブリッジ回路であり、駆動回路１０３の出力信号に基づいて、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４と、もう一対のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３とを交互にオン・オフ動作させることにより、放電灯１０５に対して交流低周矩形波で電力を供給して、放電灯１０５の点灯を安定に維持するものである。また、点灯回路１０６は、放電灯１０５を始動させるための高電圧パルスを発生させるイグナイタであり、例えば、パルス発生器であるトリガ回路とパルスを昇圧させるためのパルストランス（図示は省略する）とから構成されている。

このように、放電灯、特に高圧水銀ランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ等の高輝度放電ランプ）は、一般に、始動時に放電灯の電極間の絶縁破壊を起こして放電経路を形成するために高電圧パルスを必要とする。この高電圧パルスには大別して２種類があり、１つは、図４に示すような、単位時間当たりに比較的幅の狭い高電圧パルスが１本印加されるインパルス型であり、もう１つは、単位時間当たりに比較的幅の広い高電圧パルスが数十本印加される共振型である。インパルス型の場合、高電圧パルスのピーク値（一般的に数ｋＶから数十ｋＶ）についての要求を満たすことは比較的容易であるが、パルス幅（一般的には数μｓ）についての要求を満たすことは容易ではない。ピーク値とパルス幅の両方の要求を満足させるためには始動回路のコストが増大するという問題がある。このため、これらの両方の要求を比較的容易に満たすことができる高電圧パルスとして共振型が注目されている。

しかしながら、共振型の場合、共振回路のインダクタンスや容量の値の製造上のばらつきにより、高電圧パルスのピーク値がばらついてしまい、最悪の場合、要求される電圧値に達することができず、放電灯を始動できない可能性があるという問題があった。このため、従来、駆動周波数を調整することで高電圧パルスのピーク値の改善を図った放電灯点灯装置あるいは照明装置用電子回路が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特許文献１には、図５に示す放電灯点灯装置２００が開示されており、この放電灯点灯装置２００は、直流電源２０１と、放電灯２０４に矩形波交流電力を供給するインバータ回路部２０２と、インバータ回路部２０２で発生する高周波電圧を電源としてＬＣ共振作用により放電灯始動用の高圧パルスを発生させる始動器２０３とを備えている。

インバータ回路部２０２は、降圧チョッパ回路部２２０と極性反転回路部２２１と制御回路２２２とからなっている。降圧チョッパ回路部２２０はスイッチング素子Ｑ０とダイオードＤ０とインダクタンスＬ０とコンデンサＣ０とからなり、スイッチング素子Ｑ０、ダイオードＤ０、インダクタンスＬ０により降圧チョッパ回路を構成している。極性反転回路部２２１はスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１４からなるフルブリッジ回路を構成している。

さらに、放電灯点灯装置２００は、電圧検出手段２０５を備えており、この電圧検出手段２０５から制御回路２２２へ導かれた信号により、制御回路２２２で周波数スイープを制御することを可能としたものである。制御回路２２２内には、割り込み制御部２２３が設けられ、電圧検出手段２０５から得られた信号を割り込み命令ＩＮＴとして周波数スイープ生成部２２４へ送り、その後の動作を制御する。電圧検出手段２０５によりインダクタンスＬあるいはキャパシタンスＣの両端電圧が略目標電圧値となったことを検出した時点で、制御回路２２２へその旨を示す信号を送り、制御回路２２２では、その信号を受けてプログラム割り込み命令を周波数スイープ生成部２２４へ割り込ませ、その後の周波数スイープを停止させる。以上の回路により放電灯２０４が点灯していない状態（無負荷状態）において、一定のピーク値を持つ共振昇圧電圧を出力している。

特許文献２には、図６に示す高圧ランプを点弧するための電子回路３００が開示されている。この電子回路３００は、高圧ランプに点弧電圧を提供するための共振回路３１３と、共振回路３１３を励起する交番電圧を生成するためのコンバータ３１２と、コンバータ３１２を駆動するための発振器３１４、３１６、３１７とを備え、この発信器の出力電圧の基本周波数は、共振回路３１３の共振周波数の整数分の１に少なくとも近接している。
発振器は、比較器３１４と一致回路３１６とアンテナ３１７とを含み、共振回路３１３の電圧特性がアンテナ３１７を介して一致回路３１６にフィードバックされる結果、発振器の出力電圧の基本周波数は、上記共振周波数の整数分の１に正確に対応するようにチューニングされる。そして、比較器３１４の出力信号は、遅延ユニット３１５を介してコンバータ３１２のスイッチング素子にフィードバックされる。
このようにして、電子回路３００では、共振回路３１３の共振周波数の整数分の１に自動的に調整される励起周波数を用いて共振回路３１３を励起するための、周波数制御システムを構成することが図られている。

特開２００４−３２７１１７号公報（請求項１、図１） 特表２００５−５２０２９４号公報（請求項１）

しかしながら、このような従来の放電灯点灯装置あるいは照明装置用電子回路には、以下のような問題があった。例えば、図５に示す放電灯点灯装置２００では、比較的時間をかけて駆動周波数を可変させていくため、放電灯の始動に要求される電圧に達成するまで時間がかかり、結果として、放電灯の点灯に時間がかかってしまうという問題がある。また、図６に示す照明装置用電子回路３００では、フィードバック制御用に別途発振器が必要となるため、駆動回路が複雑となる。

さらに、両者とも、共振回路に比較的大きなインダクタンス値（例えば、数百μＨ）のインダクタが必要なため、放電灯の定常動作時に放電灯の駆動電流が反転する際に、インダクタの逆起電力により駆動電流にオーバーシュートが発生したり、駆動電流の立上り・立下り時間が長くなったりする。これにより、放電灯の光量に明暗が発生し、プロジェクタなどの光源として使用した場合、映像のちらつきの原因となる。また、定常動作時に、数百Ｈｚという低周波数で放電灯を駆動するため、共振回路のインダクタからの騒音が問題となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡易な駆動回路でありながら、放電灯の始動時に所定のピーク値の高電圧パルスを迅速かつ確実に放電灯に印加することができる放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、放電灯の定常動作時には、共振回路のインダクタンス値を小さくすることにより、インダクタから発生する騒音を低減でき、かつ、駆動電流の立上り・立下り時間を短くすることが可能な放電灯点灯装置を提供することを目的とする。

以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）直流入力電圧を交流電圧に変換して放電灯に供給するためのブリッジ回路と、前記ブリッジ回路を駆動する駆動回路と、前記ブリッジ回路で発生する交流電圧を共振昇圧して放電灯始動用の高圧パルスを発生する点灯回路と、を備えた放電灯点灯装置であって、
前記点灯回路の共振周波数を可変とし、かつ、少なくとも前記放電灯の始動時における前記ブリッジ回路の駆動周波数を一定として、前記高圧パルスの電圧を検出する電圧検出回路と、該電圧検出回路の出力信号が入力され、その出力信号に基づいて前記高圧パルスのピーク値が一定となるように前記点灯回路の共振周波数をシフトさせる共振周波数制御回路とをさらに備えることを特徴とする放電灯点灯装置（請求項１）。

本項に記載の放電灯点灯装置によれば、前記点灯回路の共振周波数を可変とし、かつ、少なくとも前記放電灯の始動時における前記ブリッジ回路の駆動周波数を一定として、前記高圧パルスの電圧を検出する電圧検出回路と、該電圧検出回路の出力信号が入力され、その出力信号に基づいて前記高圧パルスのピーク値が一定となるように前記点灯回路の共振周波数をシフトさせる共振周波数制御回路とを備えることによって、簡易な駆動回路により、放電灯の始動時に要求される所定のピーク値を有する高電圧パルスを、迅速かつ確実に放電灯に印加することが可能となる。

（２）（１）項の放電灯点灯装置において、前記ブリッジ回路の駆動周波数は、前記放電灯点灯装置の動作の間を通じて一定とするものであってもよい。
これによって、前記駆動回路を、更に簡素化することが可能となる。

（３）（１）又は（２）項に記載の放電灯点灯装置において、前記放電灯の始動時における前記点灯回路の共振周波数は、前記ブリッジ回路の駆動周波数の１以上の整数倍の近傍に設定されることを特徴とする放電灯点灯装置（請求項２）。

特に、本項の放電灯点灯装置の放電灯の始動時における点灯回路の共振周波数を、ブリッジ回路の駆動周波数の２以上の整数倍の近傍に設定した場合、駆動周波数（の１倍）の近傍に設定した場合と比較して、点灯回路における共振昇圧のために使用する部品を小型化することが可能となる点で有利である。

（４）（３）項に記載の放電灯点灯装置において、前記点灯回路の共振周波数は、前記放電灯の始動時を通じて、前記ブリッジ回路の駆動周波数の１以上の整数倍である設定周波数の近傍であって、かつ、その設定周波数よりも低い周波数に設定されるか、又は、前記ブリッジ回路の駆動周波数の１以上の整数倍である設定周波数の近傍であって、かつ、その設定周波数よりも高い周波数に設定されており、前記共振周波数制御回路は、前記電圧検出回路から出力される電圧が、前記放電灯に印加されるパルス電圧のピーク値が放電灯を始動するための目標値である時に出力される電圧よりも低い場合には、前記点灯回路の共振周波数を前記設定周波数に近づけるようにシフトし、前記電圧検出回路から出力される電圧が、前記放電灯に印加されるパルス電圧のピーク値が前記目標値である時に出力される電圧よりも高い場合には、前記点灯回路の共振周波数を前記設定周波数から遠ざけるようにシフトすることによって、前記放電灯の始動時における前記パルス電圧のピーク値を、前記目標値に維持するものである。

（５）（１）〜（４）のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置において、前記点灯回路は、少なくとも一組のインダクタとコンデンサからなる共振回路で構成され、前記インダクタのインダクタンス値の変動により前記共振周波数がシフトすることを特徴とする放電灯点灯装置（請求項３）。

（６）（５）項に記載の放電灯点灯装置において、主巻線と制御巻線とを有するトランスを備え、前記インダクタは前記主巻線からなり、前記共振周波数制御回路は、前記制御巻線に流れる電流を制御することによって、前記主巻線のインダクタンス値を変動させることを特徴とする放電灯点灯装置（請求項４）。

（７）（５）又は（６）項に記載の放電灯点灯装置において、前記共振周波数制御回路は、前記放電灯の定常動作時には、前記インダクタのインダクタンス値が、少なくとも前記放電灯の駆動電流の反転時に、前記放電灯の始動時の値よりも小さくなるように、前記点灯回路を制御することを特徴とする放電灯点灯装置（請求項５）。

本項の放電灯点灯装置によれば、前記インダクタのインダクタンス値を、少なくとも前記放電灯の駆動電流の反転時に、前記放電灯の始動時の値よりも小さくすることによって、駆動電流の反転時にインダクタで発生する逆起電力を抑えることができ、駆動電流のオーバーシュートを抑制することが可能となる。また、これによって、駆動電流の反転時の立上り、立下り時間を短くすることができるため、これらの時間を要因とする放電灯の明暗の発生を改善することが可能となる。さらに、インダクタンス値を小さくすることで、インダクタから発生する騒音も低減できる。

（８）（７）項に記載の放電灯点灯装置において、前記放電灯の定常動作時を通じて、前記インダクタのインダクタンス値を、前記放電灯の始動時の値よりも小さくするものであってもよい。
本項に記載の放電灯点灯装置は、インダクタから発生する騒音の低減のために、更に有利なものである。

（９）（５）〜（８）項に記載の放電灯点灯装置において、前記共振周波数制御回路は、前記放電灯の定常動作時には、前記放電灯の駆動電流の反転時と次の反転時との間の期間の前記インダクタのインダクタンス値が、前記駆動電流の反転時の値よりも大きくなるように、前記点灯回路を制御することを特徴とする放電灯点灯装置（請求項６）。

本項の放電灯点灯装置によれば、放電灯の駆動電流のオーバーシュートを抑制し、駆動電流の立上り、立下り時間を短くしつつ、放電灯に所定の駆動電流が流れている反転時と次の反転時との間の期間において、駆動電流に重畳されるリップル電流を小さくすることができ、特に、放電灯を比較的高い周波数（例えば、数１０ｋＨｚ程度）で駆動して定常動作させる場合に、音響的共鳴現象による立消え等を回避する上で有利な構成である。

（１０）（７）〜（９）項に記載の放電灯点灯装置において、入力電源の出力を昇圧または降圧して前記ブリッジ回路に供給する電源回路と、前記電源回路を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記放電灯の定常動作への移行を判別する手段を備えており、前記共振周波数制御回路は、前記放電灯の定常動作時には、前記制御回路から出力される制御信号に基づいて動作することを特徴とする放電灯点灯装置。

本発明は、以上のように構成したため、簡易な駆動回路でありながら、放電灯の始動時に、所定のピーク値の高電圧パルスを迅速かつ確実に放電灯に印加することができ、さらに、放電灯の定常動作時に、共振回路のインダクタンス値を小さくすることにより、インダクタから発生する騒音を低減でき、かつ、駆動電流の立上り・立下り時間を短くすることが可能な放電灯点灯装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態における放電灯点灯装置１０を示す回路構成図である。図１において、放電灯点灯装置１０は、直流電圧を供給する入力電源Ｖｉの出力電圧を降圧して出力する電源回路１と、電源回路１から入力される直流電圧の極性を切り替えつつ放電灯５に印加して、放電灯５を交流動作させるブリッジ回路４と、放電灯５を始動させる点灯回路６と、電源回路１を制御する制御回路２と、ブリッジ回路４を駆動する駆動回路３とを備えている。

放電灯点灯装置１０において、電源回路１は、スイッチング素子Ｑ５、ダイオードＤ５、チョークコイルＬ１、およびコンデンサＣ１から構成され、制御回路２の出力信号ＶＱ５に基づいて、スイッチング素子Ｑ５を適切な周波数およびオンデューティでオン・オフ動作させ、入力電源Ｖｉの出力電圧を所定の電圧Ｖｏに降圧して出力するチョッパ回路である。制御回路２は、電源回路１の出力電圧Ｖｏおよび出力電流Ｉｏを検出し、これらの値に基づいて、放電灯５に対して必要電力を供給すべく、電源回路１をフィードバック制御する。

ブリッジ回路４は、４個のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４と、各スイッチング素子に並列に接続されたダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４からなり、電源回路１の正極側に接続された第１のスイッチング素子Ｑ１および電源回路１の負極側に接続された第２のスイッチング素子Ｑ２からなる直列回路と、電源回路１の正極側に接続された第３のスイッチング素子Ｑ３および電源回路１の負極側に接続された第４のスイッチング素子Ｑ４からなる直列回路とから構成されたフルブリッジ回路である。

ブリッジ回路４は、駆動回路３の出力信号に基づいて、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４と、もう一対のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３とを交互にオン・オフ動作させることにより、電源回路１から入力される直流電圧を交流電圧に変換し、放電灯５に供給する。これらのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、好ましくは、ＭＯＳＦＥＴからなり、その場合、各ダイオードＤ１〜Ｄ４は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に内蔵された寄生ダイオードとすることができる。

また、点灯回路６は、放電灯５を始動させるための高圧パルスを発生させる回路であり、主巻線Ｗ１と制御巻線Ｗ２を含むトランスＬと、トランスＬの主巻線Ｗ１の一端に接続されるコンデンサＣとからなり、主巻線Ｗ１からなるインダクタのインダクタンスとコンデンサＣのキャパシタンスとによる共振回路を構成している。この共振回路は、ブリッジ回路４の２つの出力端Ｐ１、Ｐ２の間に接続され、放電灯５は、コンデンサＣに並列接続されている。本実施形態において、トランスＬは、制御巻線Ｗ２に通電される直流電流によって、主巻線Ｗ１のインダクタンス値を制御可能な可変インダクタンス素子をなすものである。

さらに、放電灯点灯装置１０において、放電灯５の両端には、放電灯５に印加される電圧を検出するための電圧検出回路７が接続され、電圧検出回路７とトランスＬの制御巻線Ｗ２の一端側との間には、共振周波数制御回路８が接続されている。制御巻線Ｗ２の他端側は駆動電圧Ｖｃｃが印加されている。

以下、図２および図３を参照して、電圧検出回路７及び共振周波数制御回路８の構成、及び、放電灯点灯装置１０の始動時に放電灯に印加されるパルス電圧のフィードバック制御動作について詳述する。

図２は、電圧検出回路７の回路構成の一例を示す図である。
放電灯５に印加されるパルス電圧は電圧検出回路７によって検出される。図２に示す電圧検出回路７では、放電灯５の両端に流れる電流が電圧検出回路７に入力されると、放電灯５の両端に印加される電圧が抵抗によって分圧され、その電位差が検出される構成となっている。但し、電圧検出回路７には、放電灯５の両端の電位差を検出する任意の一般的な回路構成を適用することができ、例えば、図２に示す回路構成において、オペアンプ１０の反転入力端子とグランドとの間に抵抗を接続することなく、通常の差動増幅回路として構成するものであってもよい。また、オペアンプ１０の出力電圧は、整流・平滑化されて電圧検出回路７から出力され、共振周波数制御回路８に入力される。

図３は、共振周波数制御回路８の回路構成の一例を示す図である。
図３に示すように、共振周波数制御回路８には、オペアンプ９が含まれており、その非反転入力端子には基準電圧Ｖrefが入力され、基準電圧Ｖrefと共振周波数制御回路８の入力電圧との差を積分する積分回路が構成されている。オペアンプ９の出力電圧は、ダイオードＤ６を介してトランジスタＱ６のベースに印加される。また、トランジスタＱ６のベースには、ダイオードＤ７を介して制御回路２からの制御信号も印加される。トランジスタＱ６のコレクタは、トランスＬの制御巻線Ｗ２の一端側に接続され、エミッタは接地されており、主巻線Ｗ１のインダクタンス値は、トランジスタＱ６のコレクタ電流、すなわち制御巻線Ｗ２に流れる電流の増減によって制御される。
共振周波数制御回路８には、別のトランジスタＱ７も含まれており、トランジスタＱ７のコレクタはオペアンプ９の出力に接続され、エミッタは接地されて、そのベースには、制御回路２からの制御信号が印加される。

次に、放電灯点灯装置１０の、放電灯５始動時の動作を説明する。ここで、本実施形態では、放電灯５の始動時において、点灯回路６の共振周波数は、ブリッジ回路４の駆動周波数の近傍であって、かつ、その駆動周波数よりも低い周波数となるように設定されているものとする。また、放電灯５の始動時には、制御回路２からの制御信号は、Ｌｏｗ状態であり、共振周波数制御回路８のトランジスタＱ７はオフ、ダイオードＤ７は、非導通状態である。したがって、放電灯５の始動時、共振周波数制御回路８は、トランジスタＱ６のコレクタ電流、すなわちトランスＬの制御巻線Ｗ２に流れる電流を、オペアンプ９からダイオードＤ６を介してトランジスタＱ６のベースに印加される電圧に基づいて制御する。さらに、共振周波数制御回路８のオペアンプ９の非反転入力端子に入力される基準電圧Ｖrefは、放電灯５に印加されるパルス電圧のピーク値が、放電灯５を始動させるための目標値である時に、電圧検出回路７から出力される電圧に設定されている。

以上のように設定された放電灯点灯装置１０の動作が開始すると、ブリッジ回路４は、駆動回路３により、予め定められた一定の駆動周波数で駆動される。これによって、点灯回路６にその駆動周波数の交流電圧が印加され、放電灯５には、コンデンサＣの両端間に発生するパルス電圧が印加される。

このとき、放電灯５に印加されるパルス電圧のピーク値が目標値よりも小さく、電圧検出回路７からの出力電圧が基準電圧Ｖrefよりも低い間、共振周波数制御回路８のオペアンプ９の出力電圧は上昇し、トランジスタＱ６のベース電流が増大して、そのコレクタ電流、すなわちトランスＬの制御巻線Ｗ２に流れる電流が増大する。これによって、トランスＬの主巻線Ｗ１のインダクタンスが小さくなり、点灯回路６において、主巻線Ｗ１のインダクタンスを含んで形成される共振回路の共振周波数が上昇する。したがって、点灯回路６の共振周波数がブリッジ回路４の駆動周波数に近づくようにシフトされることになり、この結果、コンデンサＣの両端間に共振昇圧によって発生する電圧、すなわち放電灯５に印加されるパルス電圧のピーク値が増大する。

一方、放電灯５に印加されるパルス電圧のピーク値が目標値よりも大きく、電圧検出回路７の出力電圧が基準電圧Ｖrefよりも大きくなった場合には、オペアンプ９の出力電圧が低下し、トランジスタＱ６のベース電流が減少してそのコレクタ電流、すなわちトランスＬの制御巻線Ｗ２に流れる電流が減少する。これによって、トランスＬの主巻線Ｗ１のインダクタンスが大きくなり、点灯回路６において、トランスＬの主巻線Ｗ１のインダクタンスを含んで形成される共振回路の共振周波数が低下する。したがって、点灯回路６の共振周波数がブリッジ回路４の駆動周波数から遠ざかるようにシフトされることになり、この結果、点灯回路６のコンデンサＣの両端間電圧、すなわち放電灯５に印加されるパルス電圧のピーク値が減少する。

このように、本実施形態における放電灯点灯装置１０は、点灯回路６を可変インダクタンス素子であるトランスＬの主巻線Ｗ１のインダクタンスとコンデンサＣのキャパシタンスからなる共振回路により構成し、放電灯５の始動時に、共振周波数制御回路８が、放電灯５に印加されるパルス電圧に応じて、制御巻線Ｗ２を流れる電流を増減させて主巻線Ｗ１のインダクタスを調整し、共振周波数をシフトさせるように点灯回路６をフィードバック制御することによって、放電灯５に印加されるパルス電圧のピーク値を、要求される目標値にまで迅速かつ確実に上昇させ、その後、その目標値に維持するものである。

また、放電灯点灯装置１０は、放電灯５に印加されるパルス電圧の調整を、点灯回路６の共振周波数を可変とすることにより実現し、ブリッジ回路４の駆動周波数は一定であるため、駆動回路３を簡素化することが可能となる。

ここで、本実施形態では、点灯回路６の共振周波数は、放電灯５の始動時を通じて、ブリッジ回路４の駆動周波数よりも低くなるように設定されているものとしたが、点灯回路６の共振周波数は、必ずしもこのように設定されている必要はない。例えば、点灯回路６の共振周波数は、放電灯５の始動時を通じて、ブリッジ回路４の駆動周波数の近傍であって、かつ、その駆動周波数よりも高い周波数に設定されていてもよい。

尚、この場合の共振周波数制御回路は、放電灯５に印加されるパルス電圧のピーク値が目標値よりも小さい間、トランスＬの制御巻線Ｗ２に流れる電流を減少させて主巻線Ｗ１のインダクタンスを増大させ、点灯回路６の共振周波数を低下させることによってブリッジ回路４の駆動周波数に近づけ、放電灯５に印加されるパルス電圧のピーク値が目標値よりも大きい場合には、トランスＬの制御巻線Ｗ２に流れる電流を増大させて主巻線Ｗ１のインダクタンスを減少させ、点灯回路６の共振周波数を上昇させることによってブリッジ回路４の駆動周波数から遠ざけるように構成された、任意の適切な回路とすることができる。

また、点灯回路６の共振周波数は、必ずしもブリッジ回路４の駆動周波数自体の近傍に設定されている必要はなく、駆動周波数の整数（１、２、３、・・・・）倍の近傍に設定されていればよい。例えば、整数を３として、点灯回路６の共振周波数をブリッジ回路４の駆動周波数の３倍の近傍に設定することができる。このように、点灯回路６の共振周波数を、駆動周波数よりも高い周波数の近傍に設定することによって、駆動周波数の近傍に設定する場合よりも、共振回路６を構成するトランスＬの主巻線Ｗ１のインダクタンスあるいはコンデンサＣのキャパシタンスを小さくすることができるため、点灯回路６を構成する部品を小型化することが可能となる。

次に、本実施形態における放電灯点灯装置１０の、放電灯５のアーク放電が安定に維持される定常動作時の動作について説明する。

まず、放電灯点灯装置１０において、放電灯５が点灯し、定常動作状態に移行したことは、制御回路２内の電圧検出回路（図示は省略する）で検出される電源回路１の出力電圧Ｖｏが所定の値以下になることによって、判別される。そして、放電灯５が定常動作状態に移行したと判別された場合、制御回路２から共振周波数制御回路８に制御信号（図３参照）が送信され、トランジスタＱ７がオンし、ダイオードＤ６が非導通状態になる。これによって、共振周波数制御回路８は、トランジスタＱ６のコレクタ電流、すなわちトランスＬの制御巻線Ｗ２に流れる電流を、制御回路２からダイオードＤ７を介してトランジスタＱ６のベースに印加される制御信号に基づいて制御することになる。これによって、点灯回路６の共振周波数は、必要な場合、放電灯５の定常動作時におけるブリッジ回路４の駆動周波数（例えば、放電灯５の始動時と同一の周波数、又は、始動時よりも低い周波数）の下で、放電灯５に対して、その定常動作における適切な電圧が印加される値に調整される。

ここで、放電灯５の定常動作時には、少なくとも放電灯５の駆動電流Ｉ_Ｌが放電灯５中を流れる方向を反転する時に、トランスＬの主巻線Ｗ１のインダクタンスの値を始動時の値よりも小さくする（例えば、数μＨ程度）ことが好ましい。これによって、駆動電流Ｉ_Ｌの反転時の主巻線Ｗ１による逆起電力を抑えることができ、駆動電流Ｉ_Ｌのオーバーシュートを抑制することが可能となる。また、これによって、駆動電流Ｉ_Ｌの反転時の立上り、立下り時間を短くすることができるため、この時間を要因とする放電灯の明暗の発生を改善することが可能となる。さらに、トランスＬの主巻線Ｗ１のインダクタンス値を小さくすることで、トランスＬから発生する騒音も低減できる。

加えて、放電灯５の定常動作時において、反転時と次の反転時との間の期間（放電灯５に一方向に所定の駆動電流Ｉ_Ｌが流れている間）には、主巻線Ｗ１のインダクタンス値を、駆動電流の反転時の値よりも大きくするように制御するものであってもよい。これによって、放電灯５の駆動電流のオーバーシュートを抑制し、駆動電流Ｉ_Ｌの立上り、立下り時間を短くしつつ、放電灯５に所定の駆動電流Ｉ_Ｌが流れている間には、駆動電流Ｉ_Ｌに重畳されるリップル電流を小さくすることができる。これは、特に、放電灯を比較的高い周波数（例えば、数１０ｋＨｚ程度）で駆動して定常動作させる場合に、音響的共鳴現象による立消え等を回避する上で有利な構成である。

主巻線Ｗ１のインダクタンス値は、例えば、放電灯５の定常動作時を通じて、放電灯５の始動時の値よりも小さくするものであってもよく、さらに、この始動時の値よりも小さい範囲内で、駆動電流Ｉ_Ｌの反転時と次の反転時との間の期間に、反転時の値よりも大きくするものであってもよい。あるいは、主巻線Ｗ１のインダクタンス値は、放電灯５の反転時と次の反転時との間の期間には、放電灯５の始動時と同程度の値に維持し、駆動電流Ｉ_Ｌの反転時のみ、始動時の値よりも小さくするものであってもよい。

尚、本発明は、駆動電流Ｉ_Ｌの反転時を判別する手段に限定されるものではないが、例えば、制御回路２は、制御回路２内の電流検出回路（図示は省略する）で検出された出力電流Ｉｏの変動に基づいて、駆動電流Ｉ_Ｌの反転時を判別するものであってもよく、あるいは、駆動回路２の出力信号のタイミングを定める信号を制御回路２に入力し、その入力信号に基づいて、駆動電流Ｉ_Ｌの反転時を判別するものであってもよい。

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態の回路構成のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、本実施形態では、ブリッジ回路４は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４により構成されたフルブリッジが接続されるものとしたが、本発明は、このようなフルブリッジに限定されるものではなく、ハーフブリッジで構成してもよい。また、ブリッジ回路４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、および電源回路１のスイッチング素子Ｑ５として、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴを使用するものであってもよい。また、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に並列に接続されるダイオードＤ１〜Ｄ４は、必要に応じて外付けのダイオードを使用するものであってもよく、さらに、電源回路１は、降圧回路には限定されず、昇圧回路、昇降圧回路を使用することもできる。

本発明の一実施形態における放電灯点灯装置の回路構成図である。 図１に示す電圧検出回路の回路構成の一例を示す図である。 図１に示す共振周波数制御回路の一例を示す図である。 従来の放電灯点灯装置の一例を示す回路構成図である。 従来の放電灯点灯装置の別の一例を示す回路構成図である。 従来の放電灯点灯装置の別の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１：電源回路、２：制御回路、３：駆動回路、４：ブリッジ回路、５：放電灯、６：点灯回路、７：電圧検出回路、８：共振周波数制御回路、９,１０：オペアンプ、Ｑ１〜Ｑ５：スイッチング素子、Ｑ６，Ｑ７：トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ７：ダイオード、Ｌ：トランス、Ｗ１：主巻線、Ｗ２：制御巻線、Ｃ１，Ｃ：コンデンサ、Ｌ１：チョークコイル、Ｖｉ：入力電源

Claims (6)

1. 直流入力電圧を交流電圧に変換して放電灯に供給するためのブリッジ回路と、前記ブリッジ回路を駆動する駆動回路と、前記ブリッジ回路で発生する交流電圧を共振昇圧して放電灯始動用の高圧パルスを発生する点灯回路と、を備えた放電灯点灯装置であって、
   前記点灯回路の共振周波数を可変とし、かつ、少なくとも前記放電灯の始動時における前記ブリッジ回路の駆動周波数を一定として、前記高圧パルスの電圧を検出する電圧検出回路と、該電圧検出回路の出力信号が入力され、その出力信号に基づいて前記高圧パルスのピーク値が一定となるように前記点灯回路の共振周波数をシフトさせる共振周波数制御回路とをさらに備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
2. 前記放電灯の始動時における前記点灯回路の共振周波数は、前記ブリッジ回路の駆動周波数の１以上の整数倍の近傍に設定され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. 前記点灯回路は、少なくとも一組のインダクタとコンデンサからなる共振回路で構成され、前記インダクタのインダクタンス値の変動により前記共振周波数がシフトすることを特徴とする請求項１又は２に記載の放電灯点灯装置
4. 主巻線と制御巻線とを有するトランスを備え、前記インダクタは前記主巻線からなり、前記共振周波数制御回路は、前記制御巻線に流れる電流を制御することによって、前記主巻線のインダクタンス値を変動させることを特徴とする請求項３に記載の放電灯点灯装置。
5. 前記共振周波数制御回路は、前記放電灯の定常動作時には、前記インダクタのインダクタンス値が、少なくとも前記放電灯の駆動電流の反転時に、前記放電灯の始動時の値よりも小さくなるように、前記点灯回路を制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の放電灯点灯装置。
6. 前記共振周波数制御回路は、前記放電灯の定常動作時には、前記放電灯の駆動電流の反転時と次の反転時との間の期間の前記インダクタのインダクタンス値が、前記駆動電流の反転時の値よりも大きくなるように、前記点灯回路を制御することを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。

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